JP2003532349A - Ｇｃｉｂ処理によるデバイス特性の調整システム及び方法 - Google Patents

Ｇｃｉｂ処理によるデバイス特性の調整システム及び方法

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Abstract

(57)【要約】 ガスクラスタイオンビーム（ＧＣＩＢ）を使用してデバイスの特性を正確に調整するシステムと方法が解説されている。本発明によれば、デバイスの性能を著しく劣化させることなく、デバイス物質から正確に少量を取り除いたり、デバイス物質に正確に少量を追加することができる。システム（３００）は１体のデバイスでも複数体のデバイスでも調整でき、複数のデバイスはグループ単位で連続的に、あるいはまとめて一度に処理される。システム（３００）はさらに、デバイス特性の調整のために取り除いたり追加される物質量に応じて１種類の照射でも多種類の照射でも提供することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
発明の背景 本発明は表面音波（ＳＡＷ）デバイスのごときデバイス特性の調整に関し、さ
らに特定すれば、ガスクラスタイオンビーム（ＧＣＩＢ）照射によるデバイスの
表面処理システム及び方法に関する。
【０００１】 ＳＡＷデバイスには様々な利用形態が存在する。例えば、周波振動発生オシレ
ータ用の共鳴器、遅延線、圧力トランスジューサあるいはフィルターとして利用
される。ＳＡＷデバイスの周波（振動）数を特定の共鳴器またはフィルターに対
して正確にセットすることは困難な仕事である。特に、多数のデバイスを厳格な
誤差条件（例えば１００ｐｐｍ以下）で特定周波数にセットしなければならない
場合は困難である。
【０００２】 一般的に、ＳＡＷデバイスはトランスジューサペアを含んでいるが、時にはさ
らに多くのトランスジューサが使用されており、それぞれのトランスジューサは
導電部材を有しており、それら導電部材は、表面音波伝播現象を発生させる表面
または表面下に配置されている。ＳＡＷデバイスの新規な利用法が次々に発見さ
れるので、表面音波デバイスの周波数特性の精度を高める条件は益々厳しくなっ
ている。従って、多くの適用事例において、設計周波数の±１ｐｐｍ以内でデバ
イスの中央周波数を提供することが望まれている。
【０００３】 多くの要因がＳＡＷデバイスの設計中央周波数からの偏差の原因となっている
。それらにはＳＡＷデバイスの製造に現在利用されている製造技術も関与する。
典型的には、現在の技術で製造されたＳＡＷデバイスは設計周波数の±１００ｐ
ｐｍ程度の範囲で実際の中央周波数を有している。従って、製造されたデバイス
の周波数特性を設計周波数に合わせるためには周波数の上方または下方への修正
が必要である。
【０００４】 商用携帯電話のための典型的なＳＡＷデバイスは従来のフォトリソグラフィ技
術によりクォーツ基板上に提供されたインターデジテートトランスジューサ（Ｉ
ＤＴ:interdigitated transducer）で提供されている。ＩＤＴは様々な金属で提
供されている。それら金属とは純アルミ材、銅ドープアルミ材、チタンドープア
ルミ材、タンタル等及びそれらの組み合わせである。
【０００５】 基板間及び同一基板上のデバイス間のフォトリソグラフィ加工精度の相違は同
一バッチのＳＡＷデバイスに大きな周波数偏差を引き起こす。いくつかの技術が
それらデバイスの周波数の調整に利用されてきた。その技術にはＳＡＷデバイス
周波数とイオンビームによるミリング現象を低減させるための活性イオンエッチ
ング（ＲＩＥ）が含まれる。非常に厳しい誤差条件に対しては、ＲＩＥの使用は
困難であり、イオンビームミリング現象はクリスタルクォーツ基板に対して重大
な損傷を与え、デバイスを意図する利用に使用できなくさせる。
【０００６】 さらに、ＳＡＷデバイスは典型的には直径２インチから５インチのクォーツの
単結晶基板上に形成される。フォトマスクが使用されて、それぞれの基板上に複
数のデバイスのパターンがプリントされる。ＩＤＴを提供するためにいくつかの
基板がデポジションシステムに投入される。典型的にはデポジションは電子ビー
ム蒸着によって実行される。ラン工程間あるいは１ラン工程での蒸着プロセスに
おける非均等性は基板間またはバッチ間でのフィルム厚非均等性をもたらす。フ
ォトマスク、フォトリソグラフィ処理、デポジション処理及び他の処理での非均
等性の結果として、得られるＳＡＷデバイスの周波数は大きく異なり、製造後の
周波数修正処理を行わずにはそれらデバイスを意図する適用形態では利用できな
い。
【０００７】 ＳＡＷデバイスの周波数特性を変更するにはいくつかの技術が利用される。１
つはエアベーキング技術であり、ＳＡＷデバイスを高温の空気にしばらく曝し、
デバイスの中央周波数を増加させる。エアベーキング技術の利用は比較的に限定
されている。エアベーキング処理は再現性のある技術であることが確立されてい
ないため、エアベーキング処理で達成される周波数シフト量は、特に５００ＭＨ
ｚ以下で大きく限定される。
【０００８】 別の処理法はＲＩＥ等のエッチング技術を利用するものである。活性イオンエ
ッチング技術は複雑な装置を使用する。ＳＡＷデバイスは高周波放電によって発
生するフッ素イオンに曝される。フッ素イオンは表面波伝播面を選択的にエッチ
ングする。活性イオンエッチング処理の結果、ＳＡＷデバイスの中央周波数は降
下する。活性イオンエッチングで５００ｐｐｍ程度の周波数調整が可能である。
しかし活性イオンエッチングは比較的に高価で複雑な装置を必要とし、大きな周
波数調整を必要とするデバイスにおいては比較的に長時間の処理が必要である。
さらに、ＲＩＥは誤差条件が厳しい場合には利用が非常に困難である。加えて、
周波数修正はイオンビームミリング処理で行われており、周波数を増加させるた
めにインターデジテートトランスジューサ（ＩＤＴ）から金属を取り除く。しか
し、この技術は単結晶クォーツ基板に大きなダメージを引き起こし、デバイスを
意図する目的で使用できなくさせる虞がある。
【０００９】 別の技術は米国特許第４２４３９６０号（ホワイト他）、ヘルミック他の論文
「誘電オーバーレイ技術を利用した狭バンドＳＡＷデバイスの精密チューニング
」（１９７７年度超音波シンポジウム学会誌、ＩＥＥＥ、ページ６５９-６６３
）、及びヘルミック他の論文「誘電コーティングされたＳＡＷデバイスにおける
劣化と温度の影響の研究」（１９７８年度超音波シンポジウム学会誌、ＩＥＥＥ
、ページ５８０-５８５）に紹介されている。
【００１０】 これら特許及び論文は、誘電コーティングを表面波伝播面に提供し、インター
デジテートトランスジューサを形成する電極と接触させ、周波数シフト量をコー
ティング厚の制御で選択させる技術を紹介する。それら技術は周波数変動を提供
するが、その周波数変動はデバイスの挿入損失の比較的に大きな増加の犠牲を伴
う。その損失は一般的に１ｄｂから２ｄｂであり、表面音波伝播を提供する圧電
材料の所謂“ターンオーバ温度”の比較的に大きな上昇をもたらす。
【００１１】 表面音波伝播を提供するのに普通に利用されるいくつかの材料、例えばクォー
ツのＳＴカット及び回転ＳＴカットは、温度の関数として放物状表面波速度変動
を示す。この放物状偏差の最大値が“ターンオーバ温度”と呼ばれる。多くの適
用法において、ＳＡＷデバイスはこの温度近辺で利用するように設計されている
。特に、ＳＡＷデバイスの周波数安定性が必須である場合にはそのように設計さ
れる。ターンオーバ温度の大きくて予測できない偏差はデバイスを仕様明細外の
ものとする。なぜなら、基板材料のカットはその特定温度依存特性によって決定
されるからである。従って、前記の文献で記述されているターンオーバ温度の大
きなシフトはこの技術を多くのＳＡＷデバイス利用形態において利用できなくさ
せる。
【００１２】 ＳＡＷの１形態には所定の表面音波速度特性で音波伝播させる表面を有した基
板が含まれる。音波伝播面にカップリングされたＩＤＴペアが存在する。２つの
インターデジテートトランスジューサが基板面上に存在し、音波伝播面の領域に
よって分断されている。このようなＳＡＷデバイスの中央周波数を調整する１従
来技術は、酸化アルミニウムまたは硫化亜鉛等の非導電性弾性物質の薄層をイン
ターデジテートトランスジューサペアを分断する領域部分に提供し、表面波デバ
イスの表面波速度特性を変質させることで表面波デバイスの表面波速度特性を調
節する。この方法は米国特許第４７５７２８３号において解説されている。この
技術の弱点は追加材料がＳＡＷデバイスの表面波速度と周囲温度との関係を不都
合に変化させる傾向があることである。
【００１３】 ＳＡＷデバイスの特性を調整するための別技術は周波数を決定する修正用の材
料の領域ペアを表面波伝播面の選択部分に提供し、その面上にオッドオーダトラ
ンスバースモード(odd order transverse mode)がエネルギー最大値を有する一
部領域を提供する。これら領域は音響特性を変質させ、その領域の表面波伝播面
の速度特性を変化させる。それによってオッドモードトランスバース波の周波数
は変動し、好適には基本的トランスバース伝播波の周波数にマッチさせられる。
これで基本周波数でのデバイスの挿入損失は減少し、共鳴器の作動周波数範囲で
オッドモードトランスバース波伝播現象が排除される。
【００１４】 さらに、表面波伝播面に提供された音響的にマッチした圧電性透明カバーを含
んだＳＡＷデバイスにおいて、トリムパッドが選択的に取り除かれて局部化され
た領域を提供し、米国特許第４９３３５８８号において記述されているように表
面音波デバイスの音響特性の局部的変質が提供される。これは効果的で精密な技
術であるが、携帯電話で使用するＳＡＷデバイス等の大量使用に対しては費用が
嵩みすぎる。
【００１５】 エッチング処理のためにガスクラスタイオンビーム（ＧＣＩＢ）を使用すると
、様々な物質の表面が綺麗で滑らかにエッチング処理されることは知られている
（例えば、米国特許第５８１４１９４号、出口他の「基板表面処理法」、１９９
８年）。そのようなＧＣＩＢの提供手段もその特許に記載されている。
【００１６】 また、クラスタイオン内の原子が個々には充分にエネルギーを有さず（数電子
ボルトから数十電子ボルト）、表面に充分に浸透して表面下ダメージを引き起こ
さないことも知られている（米国特許第５４５９３２６号、山田の「超低速イオ
ンビームでの表面処理法」、１９５５年）。そのようなダメージはイオンミリン
グ処理等の他のタイプのイオンビーム処理では起こり得る。そのような場合の個
々のイオンは数百から数千電子ボルトである。いずれにしろ、クラスタイオン自
身には充分にエネルギーを提供することができ（数千電子ボルト）、山田と松尾
の文献（「クラスタイオンビーム処理」、半導体加工での物質科学Ｉ巻、１９９
８年版、ページ２７-４１）に記述されているように効果的にエッチング処理し
て滑らかで綺麗な表面を提供する。
【００１７】 さらに、ＣＯ2、Ｏ2、Ｎ2等のごとき活性ガス源材料により提供されるＧＣＩ
Ｂは、ＧＣＩＢ物質を基板と化学反応させるためにＧＣＩＢにより基板を照射す
ることで薄膜形成に利用可能であることは知られている（日本特許公開第０８-
１２７８６７号、あきずき他の「ガスクラスタイオンビームによる薄膜の形成」
）。
【００１８】 よって、本発明の１目的は、デバイスの特性を効果的で正確に調整するシステ
ムと方法の提供であり、これにはデバイスの固有の周波数の調整等のＳＡＷデバ
イス特性の調整が含まれる。
【００１９】 本発明の別の目的は、ＳＡＷデバイスの特性の精密な調整システムと方法の提
供であり、デバイスの固有周波数等の特性値を増加あるいは減少させる。
【００２０】 本発明のさらに別な目的は、デバイスまたはＩＤＴの性能を大きく劣化させる
ことなくＳＡＷデバイスの特性を調整するシステムと方法の提供である。
【００２１】 発明の概要 本発明の前述の目的及び他の目的は以下にて解説する本発明の実施形態により
達成される。
【００２２】 本発明はＳＡＷデバイス等のデバイスを精密に調整するシステムと方法を含ん
でいる。これには、特定の共鳴器あるいはフィルターへの適用のための調整が含
まれる。ガスクラスタイオンビーム（ＧＣＩＢ）は、制御された方法によるＳＡ
Ｗデバイスの表面照射や、ＳＡＷデバイスの中央周波数のごとき特性を変質させ
る表面処理のために発生され、利用される。ＧＣＩＢはアルゴン等の不活性ガス
で形成でき、エッチングにより少量の表面物質を除去させるものである。
【００２３】 ＧＣＩＢは、例えばＯ2またはＮ2のごとき活性ガスでも形成でき、表面と反応
させて音響特性を変更することができる。ガスクラスタイオン投射量は照射中に
ビーム流をモニターすることで精密にコントロールされ、所定量が提供される。
クラスタイオンはＧＣＩＢ装置で提供される。ＧＣＩＢ装置は選択式ガス源、ク
ラスタサイズ調整装置、加速度調整装置、及びＳＡＷデバイスに照射される投射
量の制御装置を有している。１体のＳＡＷデバイスまたは複数のＳＡＷデバイス
を有した基板は本発明の利用で固有の特性を有することができる。
【００２４】 本発明の理解を深めるため、以下において図面を利用した本発明の詳細な解説
を施す。 好適実施例の詳細な説明 本発明はデバイス特性の調整システムと方法を提供する。それら特性にはＳＡ
Ｗデバイスの周波数が含まれており、デバイスから少量の物質を取り除くことで
特性を大きく変更することなく微調整する。例えば、そのような調整はアルゴン
ＧＣＩＢ照射を利用して達成できる。別実施例においては、特性は非常に少量の
物質をデバイスに加えてデバイスの表面を改質させて調整される。このことは活
性ＧＣＩＢを利用した反応処理によって達成できる。
【００２５】 図１は従来から知られているＧＣＩＢプロセッサ１００の典型的な形態であり
、次のような特徴を備えている。真空容器１０２は３つの連通チャンバーである
ソースチャンバー１０４、イオン化/加速チャンバー１０６、及び処理チャンバ
ー１０８に分割されている。３つのチャンバーはそれぞれ真空ポンプ１４６a、
１４６b、１４６cで適当な真空度に減圧される。ガス保存シンリンダ１１１に保
存されている圧密可能ガス源１１２（例えばアルゴンまたはＮ2）はガスメータ
バルブ１１３とガス供給管１１４を介して加圧下で滞留チャンバー１１６へ供給
され、適当な形状のノズル１１０を介して実質的にさらに低圧である真空内に噴
入される。
【００２６】 超音速ガスジェット１１８が発生され、ジェットの膨張で得られる冷却作用は
ガスジェット１１８の一部をクラスタ状態とする。それぞれのクラスタは数個か
ら数千個の弱く結合した原子または分子を含んでいる。ガススキマーアパーチャ
１２０はクラスタジェットになっていないガス分子を部分的にクラスタから分離
させ、高圧が不都合な下流領域の圧力を低下させる（例えばイオナイザー１２２
、高圧電極１２６、プロセスチャンバー１０８）。適当な濃縮可能なガス源１１
２とはアルゴン、窒素、二酸化炭素、酸素等である。
【００２７】 ガスクラスタを含んだ超音速ガスジェット１１８が形成された後に、クラスタ
がイオナイザー１２２でイオン化される。イオナイザー１２２は典型的には電子
衝撃式イオナイザーであり、白熱フィラメント１２４から高温電子を発生させ、
それら電子を加速して方向制御し、ガスジェット１１８内のガスクラスタとジェ
ットがイオナイザー１２２を通過するところで衝突させる。
【００２８】 電子衝突でクラスタから電子が放出され、クラスタの一部を正イオン化する。
適当にバイアスされた高圧電極セット１２６はイオナイザーからクラスタイオン
を引き出してビームを形成し、加速させて望むエネルギー状態とし（典型的には
１ｋ電子ボルトから数十ｋ電子ボルト）、焦点させて、初期進路１５４を有した
ＧＣＩＢ１２８を形成させる。フィラメント電源１３６は電圧ＶFを提供し、イ
オナイザーフィラメント１２４を加熱する。陽極電源１３４は電圧ＶAを提供し
、フィラメント１２４から発生する熱電子を加速させ、ガスジェット１１８を含
んだクラスタを照射してイオンを発生させる。
【００２９】 抽出電源１３８は電圧ＶEを提供し、高圧電極をバイアスさせてイオナイザー
１２２のイオン化領域からイオンを抽出し、ＧＣＩＢ１２８を形成させる。加速
器電源１４０は電圧ＶACCを提供し、イオナイザー１２２に関して高圧電極をバ
イアスし、ＶACC電子ボルトに等しい全ＧＣＩＢ加速エネルギーを提供する。レ
ンズ電源（例えば、１４２及び１４４）はＧＣＩＢ１２８を焦点させるためにポ
テンシャル（例えば、ＶL1及びＶL2）で高圧電極をバイアスさせるように提供さ
れる。
【００３０】 ＧＣＩＢ処理対象のワークピース１５２（ＳＡＷデバイス等）あるいは半導体
ウェハー等はＧＣＩＢ１２８の進路に提供されたワークピースホルダー１５０上
に保持される。たいていの適用形態では空間的に均一な結果を提供する大型ワー
クピースの処理が想定されているので、ＧＣＩＢ１２８を大面積で均等にスキャ
ン処理し、空間的に均質な結果をもたらすようなスキャン処理システムが望まれ
る。２ペアの直交静電スキャンプレート１３０と１３２が利用でき、望む処理領
域でラスターまたは他のスキャンパターンが創出される。ビームスキャン処理が
実行されるとき、ＧＣＩＢ１２８はスキャン処理ＧＣＩＢ１４８にコンバートさ
れ、ワークピース１５２の全表面をスキャン処理する。
【００３１】 図２はＳＡＷデバイスの配列を有した典型的なＳＡＷデバイス基板２０２の概
略図である。ＳＡＷデバイス２０４は１例である。基板２０２は円盤状であるが
、基板形状は円盤状に限らない。基板２０２は典型的にはクォーツであるが、他
の材質であっても構わない。ＳＡＷデバイス２０４の形状とサイズは例示的なも
のであり、ＳＡＷデバイスは多様な形状とサイズで提供できる。実際のＳＡＷデ
バイスは図示のＳＡＷデバイスよりもずっと小型である。
【００３２】 図３を解説する。図３は本発明のＧＣＩＢ処理システム３００の概略図である
。ＧＣＩＢ処理システム３００は基板２０２のＳＡＷデバイスの特性を調整する
。特には、ＧＣＩＢ処理システム３００はＧＣＩＢプロセッサーを提供し、ＧＣ
ＩＢ１２８とスキャン処理されたＧＣＩＢ１４８を提供する。スキャン処理され
たＧＣＩＢはプロセスチャンバー１０８で利用され、基板２０２のＳＡＷデバイ
スの特性を調整する。濃縮性ガス源１１２はガス保存シリンダー１１１で保存さ
れる。第２の異なる濃縮性ガス源３０８は第２のガス保存シリンダー３０６に保
存される。濃縮性ガス源１１２は、例えば、不活性ガスであり、例えば、アルゴ
ンであり、濃縮性ガス源３０８は、例えばＯ2等の活性ガスである。
【００３３】 第１及び第２ガス停止バルブ３０２及び３０４は選択的にガス源１１２または
３０８を加圧下でガス計測バルブ１１３とガス供給管１１４を介してノズル１１
０で滞留チャンバー１１６に供給する。従来技術を利用してスキャン処理された
ＧＣＩＢ１４８はＧＣＩＢ処理システムに形成される。電気的に絶縁されたサポ
ート３２４はワークピースホルダー１５０をスキャン処理されたＧＣＩＢ１４０
の進路に提供する。処理用の基板２０２はワークピースホルダー１５０によって
保持され、基板２０２をスキャン処理されたＧＣＩＢ１４８の進路に提供する。
スキャン処理されたビーム定義アパーチャプレート３１６は所定の面積のスキャ
ン処理されたビーム定義アパーチャ３１８を有しており、基板２０２の表面の平
面部内にスキャン処理されたＧＣＩＢ１４８の入射の領域で所定の投射されるス
キャン処理された面積Ａを定義する。
【００３４】 ワークピースホルダー１５０を含んだ電流収集デバイス３１０はワークピース
ホルダー１５０と基板２０２に照射されるスキャン処理されたＧＣＩＢ１４８の
電流部分を収集する。この電流収集デバイスは典型的には図示のごときファラデ
ーカップあるいは他形態の電流収集電極である。電流収集デバイス３１０は導電
リード線３１４を有しており、収集電流を従来の照射プロセッサー３１２に通電
する。
【００３５】 ビームゲート３２０はＧＣＩＢ１２８の進路に提供される。ビームゲート３２
０は開閉両状態を有する。ビームゲート３２０が開放状態であるとき、ＧＣＩＢ
１２８はビームゲート３２０を通過し、スキャン処理されたＧＣＩＢ１４８は基
板２０２を照射する。ビームゲート３２０が閉鎖状態であるとき、ＧＣＩＢ１２
８は妨害され、ビームゲート３２０を通過できず、基板２０２は照射されない。
コントロールケーブル３２２はコントロール信号を従来型照射プロセッサー３１
２からビームゲート３２０に伝達する。そのコントロール信号はビームゲート３
２０をコントロールしてスイッチ操作し、開放状態または閉鎖状態として基板２
０２のＧＣＩＢ処理を実行あるいは非実行形態とする。
【００３６】 照射プロセッサー３１２は多くの従来型照射コントロール回路の１つで構わず
、そのコントロールシステムの一部としてプログラム可能コンピュータシステム
の全て、または一部を含むことができる。使用時に、照射プロセッサー３１２は
ビームゲート３２０の開放信号を発信し、スキャン処理されたＧＣＩＢ１４８で
基板を照射する。照射プロセッサー３１２は電流収集デバイス３１０で収集され
るビーム電流Ｉbを測定し、所定の投射されるスキャン処理面積Ａを使用して照
射率ｒ（イオン数/面積/秒）を従来方法で計算する。照射プロセッサーは経時的
に照射率ｒを集積し、基板２０２が受ける総照射量ｄを計算する。総照射量ｄが
所定の必要照射量Ｄに達すると、照射プロセッサーはビームゲートを閉鎖し、処
理は完了する。この処理は異なる基板と異なる望む照射量で反復できる。
【００３７】 図４は本発明の方法のステップのフロー図３５０であり、図３に示すＧＣＩＢ
処理システムを使用した基板上のＳＡＷデバイスの特性を調整する方法ステップ
を示す。この方法はステップ３５２で開始する。ステップ３５４でＳＡＷデバイ
ス特性の望む変更を提供するのに必要なＧＣＩＢパラメータと照射量Ｄが特定Ｓ
ＡＷデバイス用の特徴データあるいは製造ロットから決定される。例えば、もし
ＳＡＷデバイスの変更すべき特徴が中央周波数であれば、最初に基板のＳＡＷデ
バイスの平均中央周波数が測定される。測定平均からの中央周波数の望む変更は
製造されているＳＡＷデバイスの利用条件によって決定され、例えば、図９Ａの
グラフの特徴データを使用して、望むシフト量に見合うＧＣＩＢ照射量が選択さ
れ、照射量Ｄとして記録される。
【００３８】 ＧＣＩＢ照射の効果を特徴付ける方法を図面を利用して以下において解説する
。ステップ３５６で、必要なＧＣＩＢ処理条件をＧＣＩＢ処理システムで設定す
る。これにはビームの設定、適当なエネルギーの設定、ビーム電流及びクラスタ
サイズ分布の決定、並びに本方法で使用されるビームパラメータの一部を成す他
の条件の設定が関与する。ステップ３５８で修正対象のＳＡＷデバイスを含んだ
基板がＧＣＩＢ処理システムのワークピースホルダーに搭載される。これは手動
あるいは真空搭載手段を利用した自動装置で行うことができる。
【００３９】 搭載後に、ＧＣＩＢ処理システムの照射プロセッサーは前に決定された値Ｄに
セットされ、ＧＣＩＢ処理が開始されると基板は照射量Ｄを受ける。ステップ３
６２で照射プロセッサーはビームゲートを開放し、基板のＧＣＩＢ照射を開始す
る。ステップ３６４と３６６で、基板は全照射量ｄがセット値Ｄとなるまで照射
される。そこで、ステップ３６８において、照射プロセッサーはビームゲートを
閉鎖し、基板のＧＣＩＢ処理を終了する。ステップ３７０で、処理された基板は
ワークピースホルダーから取り外される。これは手動でも自動システムでも可能
である。ワークピースが取り外された後にプロセスは終了する（ステップ３７２
）。
【００４０】 図５は本発明の第２実施例で使用されるアパーチャとポジション操作装置４０
０を図示している。図３に示すＧＣＩＢ処理システムでは、ＳＡＷデバイスを有
した基板は、全てのデバイスが同一照射量を受領する状態で処理される。１体の
基板上の複数のＳＡＷデバイスが相互に大きく異なり、デバイス群または個々の
デバイスの特徴を仕様書に合わせる必要があるなら、アパーチャとポジション操
作装置４００は有効である。
【００４１】 スキャン処理されたＧＣＩＢ４０４は平均方向４０６を有しており、Ｘ-Ｙポ
ジション操作台４０２に方向付けられている。このポジション操作台はワークピ
ースホルダーとしても利用される。Ｘ-Ｙポジション操作台４０２は矢印のよう
に直交Ｘ-Ｙ方向（Ｘ-Ｙ軸モーション４１８）で移動できる。Ｘ-Ｙポジション
操作台４０２は基板２０２を保持する。スキャン処理されたＧＣＩＢ４０４の進
路のビームを定義するアパーチャプレート４１０はビーム定義アパーチャプレー
ト４１０上のスキャン処理された領域４０８に入射する。ビーム定義アパーチャ
プレート４１０のビーム定義アパーチャ４１２はスキャン処理された領域４０８
の内側に存在し、所定のサイズと形状を有しており、スキャン処理されたＧＣＩ
Ｂ４０４の一部の伝達を許し、基板２０２の平面へと投射させる。
【００４２】 基板２０２に到達するスキャン処理されたＧＣＩＢ４０４の部分は基板２０２
の投射されたスキャンエリア４１４に照射される。投射されたスキャンエリア４
１４はビーム定義アパーチャ４１２とスキャン処理されたビーム４０４を発生さ
せるＧＣＩＢ装置のスキャンシステム形状で決定される所定のサイズと形状及び
知られた面積Ａ1を有している。ビーム定義アパーチャのサイズと形状の選択で
、投射されるスキャン処理エリア４１４は基板のサイズが決定された面積範囲を
カバーするように作成できる。この場合、１体のＳＡＷデバイス４１６をカバー
する面積であり、隣接ＳＡＷデバイスとは接触しない。Ｘ-Ｙポジション操作台
４１８は連続モーション移動または段階モーション移動を行い、投射されるスキ
ャン処理エリア４１４内で基板２０２の異なる領域にポジション処理する。
【００４３】 好適実施例においては、Ｘ-Ｙポジション操作台４１８はプログラム操作が可
能であり、それぞれのＳＡＷデバイスを順番にポジション操作し、スキャン処理
されたビーム４０４でＧＣＩＢ処理させる。本発明は固定サイズと形状のビーム
定義アパーチャ４１２を利用しているが、調整式アパーチャを使用しても投射さ
れるスキャン処理面積Ａ1に応じた照射量の調整に利用できる。
【００４４】 図６は本発明のＧＣＩＢ処理システムの第２実施例の概略図５００である。概
略図５００で示される段階的ＧＣＩＢ処理システムは図３のＧＣＩＢ処理システ
ムに類似しているが、図５に詳細に示されているアパーチャとポジション操作装
置の概念の改良を含んでいる。この段階的ＧＣＩＢ処理システムはＸ-Ｙポジシ
ョン操作機構５０２で方向付けられたスキャン処理されたＧＣＩＢ４０４を提供
する。これはワークピースホルダーとしても作用する。
【００４５】 ビーム定義プレートサポート５０８によってスキャン処理されたＧＣＩＢ４０
４の進路に設置されたビーム定義アパーチャプレート４１０はビーム定義アパー
チャ４１２を有している。スキャン処理されたＧＣＩＢ４０４はビーム定義アパ
ーチャプレート４１０上のスキャン処理された領域４０８に入射する。ビーム定
義アパーチャプレート４１０のビーム定義アパーチャ４１２はスキャン処理され
た領域４０８の内側であり、スキャン処理されたＧＣＩＢ４０４の部分５２０の
伝達を行わせ、基板２０２の平面に投射させる。その部分５２０は基板２０２の
投射されるスキャン処理エリア４１４に入射する。投射されるスキャン処理エリ
ア４１４は所定の面積Ａ1とＧＣＩＢ装置のスキャンシステム形状によって決定
される。
【００４６】 ビーム定義アパーチャ４１２は所定のアパーチャ面積Ａ2を有している。ビー
ム定義アパーチャプレート４１０は照射アパーチャ５１０を有しており、アパー
チャ面積ｋＡ2を有している。これは照射ＧＣＩＢサンプル５１２をＧＣＩＢ電
流収集デバイス５１４に伝達する。これは、ファラデーカップ等である。ＧＣＩ
Ｂ電流収集デバイス５１４は導電リード線５１６で従来の照射プロセッサー５１
８に通電されている。ビームゲート３２０はＧＣＩＢ１２８の進路に提供されて
いる。ビームゲート３２０は開放状態と閉鎖状態とを有している。
【００４７】 コントロールケーブル３２２はコントロール信号を従来の照射プロセッサー５
１８からビームゲート３２０に送信する。コントロール信号はスイッチビームゲ
ート３２０を開放または閉鎖状態に切替え、基板２０２のＧＣＩＢを作動または
非作動状態とする。Ｘ-Ｙポジション操作機構５０２はケーブル５２４によって
段階コントローラ５０６に電気的に接続されている。段階コントローラ５０６の
制御下で、Ｘ-Ｙポジション操作機構５０２は直交Ｘ-Ｙ方向に移動でき、従来の
Ｘ-Ｙ台ポジション操作技術に従って投射されるスキャン処理エリア４１４内で
基板２０２の異なる領域にポジション操作されるように段階的に移動させること
ができる。
【００４８】 好適実施例においては、スキャン処理されたビーム４０４によるＧＣＩＢ処理
のために、Ｘ-Ｙポジション操作台４１８は投射されるスキャン処理面積４１４
に基板の各ＳＡＷデバイス（または他の選択領域）を順番にポジション操作する
ようにプログラムできる。照射プロセッサー５１８は従来型照射量コントロール
回路でもよく、そのコントロールシステムの一部としてプログラム式コンピュー
タシステムの全部または一部を含むことができる。ステップコントローラ５０６
はそのコントロールシステムの一部としてプログラム式コンピュータシステムの
全部または一部を含むことができる。ステップコントローラ５０６の全部または
一部及び照射プロセッサー５１８のロジックは、ＧＣＩＢ処理システムの他の部
分を同時にコントロールする小型汎用コンピュータで実行できる。
【００４９】 照射プロセッサー５１８はビームゲート３２０に開放信号を送信し、基板の露
出部分をスキャン処理されたＧＣＩＢビーム部分５２０で照射させる。照射プロ
セッサー５１８はＧＣＩＢ電流収集デバイス５１４で収集されたビーム電流Ｉb
を測定し、所定の投射されるスキャン処理面積Ａ1並びにアパーチャ面積Ａ2とｋ
Ａ2の比を使用し、照射量ｒ1（イオン数/面積/秒）を計算する。照射プロセッサ
ーは照射量ｒ1を時間に関して集積し、投射されたスキャン処理エリア４１４の
基板２０２が受領した集積照射量dを計算する。投射されたスキャン処理エリア
４１４が受領した照射量ｄは露出領域に対する所定の照射量Ｄiに到達すると、
照射プロセッサーはビームゲートを閉鎖し、露出領域の処理は完了する。基板２
０２の領域の処理の完了は照射プロセッサー５１８によってステップ信号ケーブ
ル５２２を介した電気信号でステップコントローラ５０６に伝達される。照射プ
ロセッサー５１８からの信号に対応して、ステップコントローラ５０６はＸ-Ｙ
ポジション操作機構をビーム定義アパーチャ４１２の次の領域のポジション操作
のために移動させる。照射/ステップ処理は基板の全ての領域が処理されるまで
反復される。処理は異なる基板で反復される。
【００５０】 図７は本発明の方法のステップを示すフロー図６００であり、図６のＧＣＩＢ
処理システムを使用した基板上の複数の領域のＳＡＷデバイスの特徴を個別に調
整する。プロセスはステップ６０２で開始する。ステップ６０４では、必要なＧ
ＣＩＢパラメータが決定される。また照射量Ｄi（i=1…………n；nは調整用のＳ
ＡＷデバイスを有した領域数）は前述のごとく特定のＳＡＷデバイスデザインま
たは製造ロットの特徴データから決定される。ステップ６０６では、必要なＧＣ
ＩＢ処理条件はＧＣＩＢ処理システムで確立される。これにはビーム、適正エネ
ルギー設定、ビーム電流、クラスタサイズ分布、及びそのプロセスのために使用
されるビームパラメータの部分を形成する他の条件を必要とする。
【００５１】 ステップ６０８ではＳＡＷデバイスを含んだ基板はＧＣＩＢ処理システムのワ
ークピースホルダーに搭載される。このことは手動でも自動処理装置で行っても
よい。搭載後に、ステップ６１０でＧＣＩＢ処理システムの照射プロセッサーは
基板２０２の第１領域の処理のために決定済みの値Ｄiにセットされ（当初i=1）
、ＧＣＩＢ処理が開始すると、第１基板領域は照射量Ｄ1を受領する。ステップ
６１２で照射プロセッサーはビームゲートを開放し、基板のＧＣＩＢ照射を開始
する。ステップ６１４と６１６で基板領域は照射プロセッサーにより測定された
全照射量ｄがセット値Ｄ1に到達するまでＧＣＩＢで照射される。そこで、ステ
ップ６１８において照射プロセッサーはビームゲートを閉鎖し、基板２０２のi
番目領域のＧＣＩＢ処理を終了する。
【００５２】 ステップ６２０はステップ６２２で基板を次の領域に移し、ステップ６１０か
ら６２０を、基板の全領域が個別に処理されるまで繰り返す。ステップ６２４で
基板２０２の全領域の処理は完了する。ステップ６２６で、処理済み基板はワー
クピースホルダーから外される。これは手動でも自動でもよい。ワークピースが
外された後、このプロセスがステップ６２８で終了する。
【００５３】 図８は本発明のＧＣＩＢ処理システムの第３実施例の概略図である。概略図７
００に示されるステップ式ＧＣＩＢ処理システムは図６のシステムと類似してい
るが、ビームスキャン処理が不要である。このＧＣＩＢ処理システムはＸ-Ｙポ
ジション操作機構５０２で方向付けられたスキャン処理されていないＧＣＩＢ７
０４を提供する。ビーム定義アパーチャプレート４１０のスキャン処理された領
域にビームを分散させるかわりに、スキャン処理されていないビームはレンズ電
源１４２と１４４の調整によって脱焦点処理され、シャープな焦点処理されたも
のではなくて拡散したビームをビーム定義アパーチャプレート４１０に入射させ
る。あるいは、ビーム径を拡大するスペース電荷効果が利用され、拡散ビームが
提供される。どちらの場合も、ビーム定義アパーチャ４１２の面積でビーム密度
が均等である限り（ビーム流密度で数％以内の偏差）、この実施例は効果的に採
用できる。
【００５４】 ビーム定義アパーチャプレート４１０のビーム定義アパーチャ４１２はスキャ
ン処理された領域４０８の内側であり、スキャン処理されていないＧＣＩＢ７０
４の部分７０６を伝達させ、基板２０２の平面に投射させる。部分７０６は基板
２０２の投射エリア７０８に入射する。ビーム定義アパーチャ４１２は所定のア
パーチャ面積Ａ3を有している。投射エリア７０８はビーム定義アパーチャ４１
２とＧＣＩＢアパーチャの形状で決定され知られた面積Ａ4を有している。
【００５５】 ＧＣＩＢ電流収集デバイス５１４はこの場合、Ｘ-Ｙポジション操作機構５０
２の導電性正面であり、電気絶縁領域７０２によって他の部分のポジション操作
機構から電気的に絶縁されている。収集電流は電流リード線５１６によって照射
プロセッサー５１８に通電される。照射プロセッサー５１８はＧＣＩＢ電流収集
デバイス５１４によって収集されたビーム電流Ｉbを測定し、所定の投射面積Ａ4
を使用して照射量ｒ2（イオン数/面積/秒）を計算する。照射プロセッサーは時
間に関して照射量ｒ2を集積し、投射エリア７０８の基板２０２によって受領さ
れた集積照射量ｄを計算する。他の点に関しては図６のシステム同様に行う。
【００５６】 図３のＧＣＩＢ処理装置で、複数のＳＡＷデバイスを備えた基板または１つの
ＳＡＷデバイスを備えた基板はＳＡＷデバイスの特性の調節の目的に処理できる
。図６のＧＣＩＢ処理装置または図８のＧＣＩＢ処理装置で、基板または基板上
の個々のＳＡＷデバイスは異なる照射量で順番に処理でき、基板上のそれぞれの
領域またはＳＡＷデバイスの個々の所定調整が提供される。処理及び方法の詳細
な特徴は次の通りである。
【００５７】 アルゴン等の不活性ガスはＳＡＷデバイスの特性を変質させるように表面材料
部分をスパッタリング処理するのに利用できる。ＩＤＴの表面とＩＤＴを分離す
る基板の表面は両方ともＧＣＩＢでエッチング処理される。特定のＳＡＷデバイ
スでは、２表面の相対的なエッチング率はＳＡＷデバイスの材質によって相違す
る。ＳＡＷデバイスによっては、金属膜ＩＤＴは比較的に薄く、厚みの小さな減
少は金属膜内の音波伝播速度の比較的に大きな増加をもたらす。またＳＡＷデバ
イスによっては金属膜ＩＤＴは比較的に厚く、厚みの小さな変動は金属膜内での
音波伝播速度にほとんど影響を及ぼさない。厚いＩＤＴまたは薄いＩＤＴを有し
たＳＡＷデバイスでは、スパッタリングまたはＩＤＴが分離された基板は基板の
音波伝播速度を変化させる。ＩＤＴの材質または厚みによって、ＳＡＷデバイス
特性の不活性ＧＣＩＢ照射の全体的効果はデバイスの特徴的周波数を増加あるい
は減少させる。
【００５８】 活性ＧＣＩＢ照射が実行されると、結果は浅い表面層をガスクラスタで改質さ
せ、浅い表面層の音波特性を改質する。特に音波伝播速度に影響を及ぼす弾性率
を変化させる。例えば、酸化アルミニウムでの音速は純粋アルミニウムの場合よ
りも速い。酸素クラスタビームを利用して、酸素クラスタイオンを照射すること
で薄いアルミ膜ＩＤＴを有したＳＡＷデバイスのＩＤＴ上で天然酸化物の厚みを
増加させ、反応によってアルミを消費させ、追加的酸化アルミニウムを創出する
と、ＩＤＴ内の音速は増加してデバイスの特徴的周波数も増加する。Ｏ2、Ｎ2、
ＮＨ3、ＣＯ2または他の反応ガス源は多彩な表面反応効果の達成に使用できる。
【００５９】 従って、異なるＳＡＷデバイスデザイン及び材質の多様性と、デバイスの特徴
的周波数を増加あるいは減少させるための特性シフトが望まれているか否かによ
って、不活性または活性ＧＣＩＢの使用が選択される。
【００６０】 ガス源（活性、不活性）の選択に加えて、他のパラメータ（主としてイオン照
射量、イオンエネルギー、クラスタサイズ分布）はＳＡＷデバイス表面特性の改
質率に影響を及ぼす。
【００６１】 一般的に、３ｋ電子ボルトから５０ｋ電子ボルトのイオンエネルギーが好適で
あり、高エッチング率や高反応率を提供する。多量の残留表面下ダメージも高エ
ネルギーの使用によって発生する。従って、５ｋ電子ボルトから３０ｋ電子ボル
トが最も効果的である。イオンサイズ分布は特に重要ではない。但し、最小サイ
ズクラスタ（２原子または分子/クラスタ）は回避すべきである。なぜなら、そ
れらは表面下ダメージを発生させるからである。小型クラスタの量を最小とする
技術には、数バールの滞留圧力の使用が含まれ、静電または磁力ビームフィルタ
ーを使用することは知られている。ＳＡＷデバイスの特性の変化量はＧＣＩＢ照
射量と強力に関係する。
【００６２】 １ｘ１０11から１ｘ１０16イオン/ｃｍ2までのＧＣＩＢイオン照射量はＳＡＷ
デバイス特性調整に利用できる。例えば、特定デザインのＳＡＷデバイスの中央
周波数に対する２０ｋ電子ボルトのアルゴンＧＣＩＢの影響の特徴的測定値を考
えてみる。そのＧＣＩＢは平均クラスタサイズ２０００原子までを有していた。
ＳＡＷデバイスは測定可能中央周波数と挿入損失を有した共鳴デバイスであった
。名目上の中央周波数は約７３０ＭＨｚであり、デバイスは回転-Ｙ状カットク
ォーツ基板上に構築され、Ｃu/ＡlＩＤＴを有していた。デバイスのサンプルは
、他のビームパラメータを固定した状態で異なるイオン照射量のマトリックスに
曝された。当初中央周波数と挿入損失は記録され、特性のシフトは処理後に記録
された。図９Ａは中央周波数の得られたシフトをイオン照射量の関数として示す
。図９ＢはＧＣＩＢ処理で得られた挿入損失の変化を示す。
【００６３】 本発明は種々な実施例を基にして解説されているが、本発明はそのスコープ内
での多彩な他の実施形態でも可能である。例えば、本発明はＭＥＭＳデバイス等
の特性の調整にも利用できる。これらは性能に大きな影響を及ぼさずに少量の物
質の正確な削減または追加を必要とするものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のＧＣＩＢ処理システムの概略図である。
【図２】複数のＳＡＷデバイスを有した従来のＳＡＷ基板の概略図である。
【図３】本発明のＧＣＩＢ処理システムの１実施例の概略図であり、基板のＳ
ＡＷデバイスの特性を修正させるものである。
【図４】ＧＣＩＢのＳＡＷ処理装置を利用した本発明の方法ステップのフロー
図である。
【図５】基板の個々の領域を処理するための本発明の１実施例によるアパーチ
ャ/ポジション操作装置を図示する。
【図６】ＳＡＷデバイス基板の個々の領域を順番に修正するための本発明のＧ
ＣＩＢ処理システムの別実施例である。
【図７】ＳＡＷデバイス基板の個々の領域を順番に修正するための本発明の方
法を利用したステップのフロー図である。
【図８】非スキャン処理ＧＣＩＢを利用したＳＡＷデバイス基板の個々の領域
を順番に修正するための本発明のＧＣＩＢ処理システムの別実施例である。
【図９Ａ】はアルゴンＧＣＩＢ照射量と所定ＳＡＷデバイスの中央周波数シフ
トとの関係を示すグラフである。
【図９Ｂ】アルゴンＧＣＩＢ照射量と所定ＳＡＷデバイスの挿入損失の変化と
の関係を示すグラフである。

Claims (34)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ガスクラスタイオンビーム（ＧＣＩＢ）を利用してＳＡＷデバイ
    スの特性を調整する方法であって、 a.少なくとも１体のＳＡＷデバイスを有した基板を提供するステップと、 b.ビームゲートを開放し、ガスクラスタイオンビームを前記ＳＡＷデバイスに
    向けて通過させるステップと、 c.該ＳＡＷデバイス上の所定面積に対して該ガスクラスタビームからの所定量
    イオンを照射させるステップと、 d.該所定量イオン照射が終了したときに前記ビームゲートを閉鎖するステップ
    と、 を含んでいることを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】所定面積はＳＡＷデバイス全体であることを特徴とする請求項１
    記載の方法。
  3. 【請求項３】所定面積は複数のＳＡＷデバイスを包含していることを特徴とす
    る請求項１記載の方法。
  4. 【請求項４】ステップbからｄを繰り返すことを特徴とする請求項１記載の方
    法。
  5. 【請求項５】それぞれの照射ステップcの最中に照射量を変動させることを特
    徴とする請求項４記載の方法。
  6. 【請求項６】それぞれの照射ステップcの最中に所定面積を変動させることを
    特徴とする請求項４記載の方法。
  7. 【請求項７】ステップbからステップｄを繰り返す前に基板を移動させるステ
    ップをさらに含んでいることを特徴とする請求項４記載の方法。
  8. 【請求項８】基板移動ステップはプログラムに従って実行されることを特徴と
    する請求項７記載の方法。
  9. 【請求項９】基板移動ステップは段階的に実行されることを特徴とする請求項
    ７記載の方法。
  10. 【請求項１０】照射ステップcはガスクラスタイオンビームの一部を利用する
    ステップを含んでいることを特徴とする請求項１記載の方法。
  11. 【請求項１１】所定面積はＳＡＷデバイス全体であることを特徴とする請求項
    １０記載の方法。
  12. 【請求項１２】所定面積は複数のＳＡＷデバイスを包含していることを特徴と
    する請求項１０記載の方法。
  13. 【請求項１３】ステップbからｄを繰り返すことを特徴とする請求項１０記載
    の方法。
  14. 【請求項１４】それぞれの照射ステップcの最中に照射量を変動させることを
    特徴とする請求項１３記載の方法。
  15. 【請求項１５】それぞれの照射ステップcの最中に所定面積を変動させること
    を特徴とする請求項１３記載の方法。
  16. 【請求項１６】ステップbからステップｄを繰り返す前に基板を移動させるス
    テップをさらに含んでいることを特徴とする請求項１３記載の方法。
  17. 【請求項１７】基板移動ステップはプログラムに従って実行されることを特徴
    とする請求項１６記載の方法。
  18. 【請求項１８】基板移動ステップは段階的に実行されることを特徴とする請求
    項１６記載の方法。
  19. 【請求項１９】ガスクラスタイオンビームはスキャン処理されていないことを
    特徴とする請求項１６記載の方法。
  20. 【請求項２０】調整対象特性とはＳＡＷデバイスの特徴的周波数であることを
    特徴とする請求項１記載の方法。
  21. 【請求項２１】調整対象特性は少なくとも１体のＳＡＷデバイスから物質を取
    り出すことで調整されることを特徴とする請求項１記載の方法。
  22. 【請求項２２】調整対象特性は少なくとも１体のＳＡＷデバイスに物質を追加
    することで調整されることを特徴とする請求項１記載の方法。
  23. 【請求項２３】ガスクラスタイオンビーム処理システムであって、 ガスクラスタイオンビーム（ＧＣＩＢ）の発生源と、 該ガスクラスタイオンビームの進路に提供されたビームゲートであって、開放
    状態と閉鎖状態とを有しており、該開放状態のときには前記ガスクラスタイオン
    ビームを通過させて基板に照射させ、該閉鎖状態のときには該ガスクラスタイオ
    ンビームの通過を阻止するビームゲートと、 該ビームゲートの開放状態と閉鎖状態との操作を制御するゲートコントローラ
    と、 前記ガスクラスタイオンビームの進路に提供されたアパーチャを有しているビ
    ーム定義手段であって、基板上に該ガスクラスタイオンビームを照射させる所定
    の面積を定義するビーム定義手段と、 を含んで構成されていることを特徴とするシステム。
  24. 【請求項２４】基板の移動手段をさらに含んでいることを特徴とする請求項２
    ３記載のシステム。
  25. 【請求項２５】移動手段はプログラムに沿って操作されることを特徴とする請
    求項２４記載のシステム。
  26. 【請求項２６】移動手段の一部は電流収集デバイスとして利用されることを特
    徴とする請求項２４記載のシステム。
  27. 【請求項２７】移動手段は台と段階コントローラとを含んでいることを特徴と
    する請求項２４記載のシステム。
  28. 【請求項２８】ビーム定義アパーチャは調整式であることを特徴とする請求項
    ２３記載のシステム。
  29. 【請求項２９】複数種のガスをビーム発生源に選択的に供給する手段をさらに
    含んでいることを特徴とする請求項２３記載のシステム。
  30. 【請求項３０】ビーム定義手段はアパーチャに隣接して提供された照射量測定
    装置アパーチャをさらに含んでおり、電流収集デバイスに照射量測定サンプルを
    送ることを特徴とする請求項２３記載のシステム。
  31. 【請求項３１】ゲートコントローラはプログラムに沿って操作されることを特
    徴とする請求項２３記載のシステム。
  32. 【請求項３２】プログラム操作は搬送されるイオンの照射量に基いていること
    を特徴とする請求項３１記載のシステム。
  33. 【請求項３３】搬送される照射量は調整式であることを特徴とする請求項３２
    記載のシステム。
  34. 【請求項３４】基板は少なくとも１体のＳＡＷデバイスを含んでいることを特
    徴とする請求項２３記載のシステム。
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