JP2002158211A - イオンビームエッチング装置 - Google Patents

イオンビームエッチング装置

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JP2002158211A
JP2002158211A JP2000352880A JP2000352880A JP2002158211A JP 2002158211 A JP2002158211 A JP 2002158211A JP 2000352880 A JP2000352880 A JP 2000352880A JP 2000352880 A JP2000352880 A JP 2000352880A JP 2002158211 A JP2002158211 A JP 2002158211A
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etching
substrate
ion beam
angle
angles
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Yoshihiro Shimozato
義博 下里
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 より均一なエッチングを行うことができるイ
オンビームエッチング装置の提供。 【解決手段】 イオンビームIBに対する基板Sの基板
傾きθを、角度A,角度B、角度Cの順に位置決めし、
各角度A〜Cに対応したエッチング時間で各々エッチン
グを行うようにした。各角度A〜Cにおけるエッチング
量の分布はそれぞれ異なるが、それらのエッチングを重
ねて行うことにより、従来のように一定の基板傾きでエ
ッチングを行う装置に比べて基板全体におけるエッチン
グ量の均一性が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造等に用
いられるイオンビームエッチング装置に関する。
【0002】
【従来の技術】イオンビームエッチング装置では、Ar
やHe等の不活性ガスをイオン化して高エネルギーのイ
オンビームを生成し、そのイオンビームを被エッチング
部材に照射してエッチングを行っている。従来の装置で
は、基板をイオンビームに対して一定の角度に保つとと
もに、基板面が均一にエッチングされるように基板を基
板面内で回転させつつエッチング作業が行われている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、HDD用G
MRヘッドの製造工程等に使用されるイオンビームエッ
チング装置に対しては、基板エッチング領域におけるエ
ッチング量の均一性に対する要求精度が年々高まってき
ている。しかしながら、要求される均一性(uniformit
y)が所定レベル以上、例えば、φ8インチSiウェハ
の両面エッチング量分布に対して±1%以下の要求が出
されるようになると、上述したようなエッチング方法に
よる装置ではその要求に応えられないという問題があっ
た。
【0004】本発明の目的は、より均一なエッチングを
行うことができるイオンビームエッチング装置を提供す
ることにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】発明の実施の形態を示す
図1および図2に対応付けて説明する。 (1)請求項1の発明は、被エッチング部材Sのエッチ
ング面にイオン源2からのイオンビームIBを照射して
エッチングを行うイオンビームエッチング装置に適用さ
れ、イオンビームIBに対するエッチング面の傾斜角θ
を異なる複数の角度A,B,Cに順に位置決めする傾斜
角設定手段3,9と、位置決めされた各傾斜角A,B,
Cにおいて、その傾斜角A,B,Cに応じた所定エッチ
ング時間だけエッチングが行われるように制御する制御
手段8,9とを備えて上述の目的を達成する。 (2)請求項2の発明は、被エッチング部材Sのエッチ
ング面にイオン源2からのイオンビームIBを照射して
エッチングを行うイオンビームエッチング装置に適用さ
れ、イオンビームIBに対するエッチング面の傾斜角θ
を所定傾斜角範囲(A〜C)内で変化させる傾斜角変化
手段3,9と、傾斜角θを傾斜角変化手段3,9により
変化させつつエッチングを行わせる制御手段8,9とを
備えて上述の目的を達成する。
【0006】なお、上記課題を解決するための手段の項
では、本発明を分かり易くするために発明の実施の形態
の図を用いたが、これにより本発明が発明の実施の形態
に限定されるものではない。
【0007】
【発明の実施の形態】以下、図1〜図5を参照して本発
明の実施の形態を説明する。図1はイオンビームエッチ
ング装置の概略構成を示す模式図である。真空チャンバ
1内にはイオン源2,基板ステージ3が設けられてい
る。イオン源2にはガス供給源4からArガスが供給さ
れ、Arガスの供給量はマスフローコントローラ5によ
り制御される。また、イオン源2にはマッチングユニッ
ト6を介してRF電源7が接続されており、イオン源2
内には13.56MHzのRFが誘導結合により導入さ
れる。
【0008】イオン源2にはグリッドGが設けられてお
り、グリッドGには不図示のDC電源によりグリッド電
圧が印加される。ガス供給源4からイオン源2にArガ
スを供給するとともにRF電源7によりRFを導入する
と、イオン源2内にArイオンが生成される。そして、
グリッドGにグリッド電圧を印加すると、Arイオンの
イオンビームIBがイオン源2から引き出される。この
イオンビームIBを基板ステージ3に装着された基板S
に照射することにより、基板Sの表面がエッチングされ
る。
【0009】基板ステージ3は載置された基板SをR1
で示すように回転するとともに、基板ステージ3自身を
R2のように傾けたり揺動運動させたりすることができ
る。8はメカニカルシャッタであり、非エッチング時に
は基板ステージ3の前面(イオン源2側)に移動してイ
オンビームIBを遮蔽し、基板SにイオンビームIBが
照射されないようにする。エッチング時には、所定エッ
チング時間だけメカニカルシャッタを図1のように下方
に移動して、イオンビームIBが基板Sに照射されるよ
うにする。このように、メカニカルシャッタ8の開閉に
より、エッチングの開始および停止を制御する。基板ス
テージ3およびメカニカルシャッタ8の動作は制御部9
により制御される。
【0010】本実施の形態のイオンビームエッチング装
置では、以下に述べるような2種類の方法のいずれか一
方でエッチングを行う。 《第1のエッチング方法》図2(a)はエッチング時の
イオン源2と基板Sとの位置関係を示す図であり、イオ
ン源2と基板ステージ3とは図のx軸に沿って配設され
ている。基板Sの傾きθは、基板面がyz平面と平行の
場合をθ=90(deg)とする。すなわち、基板Sの法
線nとy軸との角度を基板傾きθとし、図1のように基
板Sの表面がイオン源2に対向するように配設されてい
る場合はθ=90(deg)である。
【0011】前述したように、従来は基板傾きθを一定
の角度に保ってエッチングを行っていたが、本実施の形
態における第1のエッチング方法では、基板Sを複数の
角度に傾けて、各々の角度においてエッチングを行うよ
うにした。例えば、図2(b)に示すように、角度の異
なる複数のエッチング工程を設けて、第1工程(角度
A)、第2工程(角度B)、第3工程(角度C)の順に
エッチングを行う。このとき、角度AでTa(sec)、
角度BでTb(sec)、角度CでTc(sec)のように、
各工程毎にエッチング時間が設定される。
【0012】なお、工程数や角度A,B,Cやエッチン
グ時間Ta,Tb,Tcは、イオン源2と基板Sとのジ
オメトリー(相対的位置関係)に依存しており、各装置
のジオメトリーに応じてこれらが決定される。また、エ
ッチング時間Ta,Tb,Tcの制御は、メカニカルシ
ャッタ8の開閉により制御する。
【0013】(具体例)8インチウェハーに形成された
SiOxのエッチングを、下記のような2つの工程に分
けて行った。 ・第1工程:基板傾き=25(deg)、RF電力=13
0(W)、基板回転速度=100(rpm)、成膜時間=
400(sec) ・第2工程:基板傾き=60(deg)、RF電力=13
0(W)、基板回転速度=100(rpm)、成膜時間=
90(sec)
【0014】図3は上述した2つの工程のエッチングを
説明する図であり、(a)は第1工程におけるエッチン
グ量を、(b)は第2工程におけるエッチング量をそれ
ぞれ定性的に示したものである。図3の(a),(b)
は基板中心から基板周辺に沿ったエッチング量の分布を
示しており、縦軸はエッチング量を、横軸は基板Sの径
方向の位置を表している。なお、図3(a)には基板S
も示した。
【0015】図3(a)の分布f1に示すように、基板
傾きθ=25(deg)でエッチングを行うと、基板中心
と周辺部との間にエッチング量のピークが現れる。一
方、より大きな基板傾き=60(deg)でエッチングを
行うと、図3(b)の分布f2に示すように基板中心部
分にエッチング量のピークが現れる。そのため、第1工
程と第2工程とを順に行うと、そのときのエッチング量
分布f3は分布f1と分布f2とを重ね合わせたものと
なる。図3(c)の分布f3は、一定の角度でエッチン
グしたときの分布f1,f2よりもより一様となってい
る。
【0016】上述した条件でエッチングを行ったとき、
分布の均一性(uniformity)は±1%以下となった。こ
こで、uniformityとは次式(1)で表される量であり、
基板S上の複数箇所についてエッチング量Dを計測し、
計測されたエッチング量Tの最大値Dmaxと最小値Dminを
求め、それらを式(1)に代入することにより得られ
る。
【数1】 (uniformity)={(Dmax−Dmin)/(Dmax+Dmin)}×100 (%) …(1)
【0017】図3(a)の分布f1は基板傾きθが25
(deg)の場合を示したものであるが、θを大きくした
り小さくしたりすると、分布のピークが図4のf4のよ
うに中心方向に移動したり、f5のように周辺方向に移
動したりする。そのため、上述した具体例では2つの基
板傾きについてエッチングを行ったが、エッチング工程
を角度の異なる3以上の工程に分けることにより、エッ
チング量をより均一にさせることができる。
【0018】《第2のエッチング方法》上述した第1の
エッチング方法では、エッチング工程を基板傾きの異な
る複数の工程に分け、それぞれの基板傾きθで所定時間
だけエッチングするようにしたが、第2のエッチング方
法では、基板ステージ3を図1のR2方向に揺動運動さ
せつつエッチングを行うようにした。例えば、図2
(b)の角度Aと角度Cとの間で基板ステージ3を揺動
運動させたり、上述した具体例のθ=25(deg)とθ
=60(deg)との間で揺動運動させる。この場合、揺
動速度を一定としても良いが、第1のエッチング法でエ
ッチング時間を傾斜角に応じて変えたように、傾斜角に
応じて揺動速度を変化させても良い。
【0019】これは、第1のエッチング方法のエッチン
グ工程数を非常に多くしたものに対応しており、エッチ
ング量の分布を均一にすることができる。また、揺動さ
せながらエッチングを行うことにより、基板Sに形成さ
れたデバイスの段差部分のエッチングを均一に行える。
このときの揺動運動の速さは、基板傾きθに拘わらず一
定としても良いし、基板傾きθに応じて揺動の速さを変
えるようにしても良い。
【0020】本実施の形態のイオンビームエッチング装
置では、上述したようにエッチング量のピーク位置の異
なるエッチング工程を複数行うことにより均一性を得る
ようにしている。そのため、図5に示すように材質の異
なる部材20,21を有するデバイスをエッチングする
場合には、エッチングレートが分布f1のようになる基
板傾きθの小さなエッチング工程と、エッチングレート
が分布f2のようになる基板傾きθが比較的90(de
g)に近いエッチング工程とを組み合わせて行うことに
より、部材20,21を同じエッチング量だけ均一にエ
ッチングすることが可能となる。
【0021】また、2次イオン質量分析法(Secondary
Ion Mass Spectrometry;SIMS)を利用してエッチング
のエンドポイントを検知するようなシステムにおいて
は、上述したように均一性の高いエッチングが可能なの
でエンドポイント検知の精度が向上し、デバイスダメー
ジの低減や、不良率低減の向上を図ることができる。
【0022】なお、上述した実施の形態では、イオンビ
ームIBに対する基板傾きθは、基板ステージ3の傾き
を変えることによって変更したが、基板Sに対するイオ
ン源2の傾きを変化させるようにしても良い。また、エ
ッチングの開始および停止をメカニカルシャッタ8の開
閉により行ったが、イオンビームIBの引き出しを制御
してエッチングの開始および停止を行うようにしても良
い。
【0023】以上説明した実施の形態と特許請求の範囲
の要素との対応において、基板Sは被エッチング部材
を、基板傾きθは傾斜角を、基板ステージ3および制御
部9は傾斜角設定手段および傾斜角変化手段を、メカニ
カルシャッタ8および制御部9は制御手段をそれぞれ構
成する。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように、請求項1の発明に
よれば、本発明によれば、イオンビームに対するエッチ
ング面の傾斜角を複数の角度に順に位置決めして、各傾
斜角で所定エッチング時間だけエッチングするようにし
たので、従来のように一定の傾斜角でエッチングする場
合に比べて、エッチングの均一性を向上させることがで
きる。請求項2の発明では、傾斜角を所定傾斜角範囲内
で変化させつつエッチングを行うことにより、請求項1
の発明と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるイオンビームエッチング装置の概
略構成を示す模式図である。
【図2】第1のエッチング方法を説明する図であり、
(a)はイオン源2と基板Sとの位置関係を示す図で、
(b)はエッチング時の角度設定を示す図である。
【図3】エッチング量の分布を定性的に示す図であり、
(a)はθ=25(deg)の場合の分布f1を、(b)
はθ=60(deg)の場合の分布f2を、(c)は分布
f1と分布f2を重ね合わせた分布f3をそれぞれ示
す。
【図4】θ=25(deg)に対して角度θを変えたとき
の分布f4,f5を示す図である。
【図5】材質の異なる部材20,21を有するデバイス
をエッチングする場合を説明する図。
【符号の説明】
1 真空チャンバ 2 イオン源 3 基板ステージ 7 RF電源 8 メカニカルシャッタ 9 制御部 IB イオンビーム S 基板 θ 基板傾き

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被エッチング部材のエッチング面にイオ
    ン源からのイオンビームを照射してエッチングを行うイ
    オンビームエッチング装置において、 前記イオンビームに対する前記エッチング面の傾斜角を
    異なる複数の角度に順に位置決めする傾斜角設定手段
    と、 位置決めされた各傾斜角において、その傾斜角に応じた
    所定エッチング時間だけエッチングが行われるように制
    御する制御手段とを備えたことを特徴とするイオンビー
    ムエッチング装置。
  2. 【請求項2】 被エッチング部材のエッチング面にイオ
    ン源からのイオンビームを照射してエッチングを行うイ
    オンビームエッチング装置において、 前記イオンビームに対する前記エッチング面の傾斜角を
    所定傾斜角範囲内で変化させる傾斜角変化手段と、 前記傾斜角を前記傾斜角変化手段により変化させつつエ
    ッチングを行わせる制御手段とを備えたことを特徴とす
    るイオンビームエッチング装置。
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