JP2007250367A - イオンビーム処理装置及びイオンビーム処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】イオンビームだけを被加工物に導くことができるイオンビーム処理装置及びイオンビーム処理方法を提供する。
【解決手段】イオンビームがテーブル１１に向かう方向に対して傾斜して電極９を配し、電極９とテーブル１１の間にイオンビームだけをウエハ１３に向かう状態に指向させる電磁石１８を備え、傾斜した電極８からイオンビームを引き出して電磁石１８によりウエハ１３に指向させることで、パーティクル要因となる大きな異物は電磁石１８では指向されずにウエハ１３を回避して移動し、イオンビームだけをウエハ１３に導く。
【選択図】図１

Description

本発明は、イオンビームによって被加工物、例えば、半導体ウエハを加工するイオンビーム処理装置及びイオンビーム処理方法に関する。

半導体の製造には、イオンの衝突による物理的作用を利用して基板である半導体ウエハ（ウエハ）の表面の加工、あるいはウエハの上に設けられた配線や素子の加工等を行うイオンミリング装置やスパッタ装置等のイオンビーム処理装置が用いられている。このようなイオンビームを用いたイオンビーム処理装置は、加工に異方性が得られる点や、制御の容易な点等から半導体装置の製造等に広く用いられている。

イオンミリング装置は、ステージ上に複数枚のウエハを載置し、ステージを回転させながら、イオン源で発生させたイオンビームをステージ上のウエハに照射することでウエハ表面の加工を行うようになっている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。

即ち、イオン源によって生成したイオン（例えば、Ａｒイオン）を高電圧によって加速し、必要に応じてイオンビームの方向を変えてターゲットであるウエハ表面に衝突させる。このようにイオンをウエハに衝突させることにより、レジスト膜以外の場所のウエハ表面が削り取られて、ウエハ表面が所望の形状に加工される。

イオンミリング装置では、電極やチャンバを構成する材料のパーティクルが発生することが避けられないため、集塵機構などを採用してパーティクルのウエハへの影響を最小限に抑えるようにされている。しかし、パーティクルの影響を皆無にすることは不可能であるのが現状であり、可能な限りパーティクルの影響を少なくする技術が求められているのが実情である。

特開平８−８２３０号公報 特開２００５−１１６８６５号公報

本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、イオンビームだけを被加工物に導くことができるイオンビーム処理装置及びイオンビーム処理方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明の第１の態様は、被加工物が搭載されるテーブルを備え、イオン源で発生したプラズマからイオンを引き出してイオンビームをテーブル上の被加工物側に照射する電極を設け、イオンビームだけをテーブル上の被加工物に指向させる指向手段を備えたことを特徴とするイオンビーム処理装置にある。
かかる第１の態様では、パーティクル要因となる大きな異物を指向させることなく、指向手段によりイオンビームだけを被加工物に向けて指向させることで、イオンビームだけを被加工物に導くことができる。

本発明の第２の態様は、電極は、イオンビームが被加工物に向かう方向に対して傾斜する状態に配され、電極とテーブルの間にイオンビームだけを被加工物に向かう状態に指向させる電磁石が備えられていることを特徴とする第１の態様のイオンビーム処理装置にある。
かかる第２の態様では、傾斜した電極からイオンビームを引き出して電磁石により被加物に指向させることで、パーティクル要因となる大きな異物は電磁石では指向されずに被加工物を回避して移動するので、イオンビームだけを被加工物に導くことができる。

本発明の第３の態様は、電極をテーブルに対して相対的に傾斜調整する調整手段を備え、電極とテーブルの間にイオンビームだけを被加工物に向かう状態に指向させる電磁石が備えられていることを特徴とする第１の態様のイオンビーム処理装置にある。
かかる第３の態様では、調整手段により電極を相対的に傾斜調整し、傾斜した電極からイオンビームを引き出して電磁石により被加工物に指向させることで、パーティクル要因となる大きな異物は電磁石では指向されずに被加工物を回避して移動するので、イオンビームだけを被加工物に導くことができる。

本発明の第４の態様は、イオンビームを照射する処理はイオンミリングであることを特徴とする第１〜３のいずれかの態様のイオンビーム処理装置にある。
かかる第４の態様では、イオンビームだけを被加工物に導いてイオンミリングを行うことができる。

上記目的を達成するための本発明の第５の態様は、イオン源で発生したプラズマからイオンを引き出し、イオンビームをテーブル上の被加工物に指向させてイオンビームだけを被加工物に照射することを特徴とするイオンビーム処理方法にある。
かかる第５の態様では、パーティクル要因となる大きな異物を指向させることなく、イオンビームだけを被加工物に向けて指向させることで、イオンビームだけを被加工物に導くことができる。

図１には本発明の一実施形態例に係るイオンミリング装置の概略構成を示してある。
図に示すように、イオンビーム処理装置としてのイオンミリング装置１を構成する真空処理チャンバ２には、イオン源チャンバ３が接続されている。真空処理チャンバ２は、例えば、セラミックス等の絶縁材料で形成されている。イオン源チャンバ３にはアルゴン（Ａｒ）等の不活性ガスが導入される導入管４が接続され、導入管４からイオン源チャンバ３の内部にＡｒガスが供給される。

真空処理チャンバ２とは反対側のイオン源チャンバ３の面には熱電子を放出するフィラメント５が設けられ、フィラメント５には電源６が接続されている。また、イオン源チャンバ３には、加速電極７と減速電極８とからなる電極９が設けられている。イオン源チャンバ３の内部にＡｒガスが供給されると共に電源６からフィラメント５に電力が供給されることで、Ａｒガスがイオン化される。Ａｒイオンは加速電極７と減速電極８により真空処理チャンバ２内に引き出される。

真空処理チャンバ２内にはテーブル１１が備えられ、テーブル１１は支持軸１２に回転自在に支持されている。テーブル１１には被加工物である半導体ウエハ（ウエハ）１３が複数枚（例えば、６枚）保持される。テーブル１１は、イオン源チャンバ３から引き出されるイオンビームの照射方向に対して所定角度傾斜した状態に設置されている。そして、テーブル１１に対向して真空処理チャンバ２のイオン源チャンバ３側にはシャッタ１４が配置され、イオン源チャンバ３から引き出されるイオンビームが必要に応じてシャッタ１４で遮断される。

真空処理チャンバ２には、排気系（ロータリポンプとターボモレキュラーポンプまたはクライオンポンプ等）１５が接続され、排気系１５により真空処理チャンバ２及びイオン源チャンバ３の内部が所定の圧力に減圧保持される。また、テーブル１１とシャッタ１４の間における真空処理チャンバ２の外周部にはＡｒイオンを電気的に中性に保つニュートラライザ１６が設けられ、ニュートラライザ１６によりＡｒイオンが電気的に中性に保たれるようになっている。

尚、真空処理チャンバ２をＳＵＳ等の導電性金属で構成した場合には、ニュートラライザ１６は真空処理チャンバ２の内部に配置される。この時、ニュートラライザ１６がイオンビームの影響を受けない手段を講じることが望ましい。

一方、加速電極７と減速電極８からなる電極９は端部が調整手段１７に支持され、テーブル１１に対して平行な状態に傾斜調整されている。尚、調整手段１７による電極９の傾斜角度はテーブル１１に対して任意の角度に設定することが可能である。尚、本実施形態例では、調整手段１７により電極９を傾斜調整するようにしたが、電極９を固定状態に設け、テーブル１１を傾斜させて電極９をテーブル１１に対して相対的に傾斜させる構成にしてもよい。

ニュートラライザ１６とシャッタ１４との間における真空処理チャンバ２の外周部には指向手段としての電磁石１８が設けられ、傾斜した電極９から引き出されたイオンビームは電磁石の磁力によりテーブル１１に向けて指向される。即ち、テーブル１１と電極９は平行状態に傾斜されているため、電極９から引き出されたイオンビームはテーブル１１に対して外れた方向に引き出され、電極９の部位を通過する際にテーブル１１に向けて指向される。この時、電極９を構成する部材等の大きな異物は、電磁石１８の部位を通過してもそのままの方向が維持され、テーブル１１側には指向されない。テーブル１１に対するイオンビームの方向は、電磁石１８の磁界強度を調整することにより最適な所定過度に設定することができる。

尚、指向手段としては、イオンビームだけをテーブル１１側に指向させるように流体を流す構成を適用することも可能である。また、真空処理チャンバ２をＳＵＳ等の導電性金属で構成した場合には、電磁石１８は真空処理チャンバ２の内部に配置される。この時、電磁石１８がイオンビームの影響を受けない手段を講じることが望ましい。

上記構成のイオンミリング装置１によるイオンミリング方法（イオンビーム処理方法）を説明する。テーブル１１にウエハ１３がセットされ、排気系１５によって真空処理チャンバ２及びイオン源チャンバ３内が所定の圧力に減圧され、導入管４からイオン源チャンバ３にＡｒガスが導入される。イオン源チャンバ３内にＡｒガスが充填された状態で電源６からフィラメント５に電力が供給され、イオン源チャンバ３内のＡｒガスがイオン化される。加速電極７と減速電極８に電圧を印加することで、イオン化されたＡｒガス（Ａｒイオン）が加速され、シャッタ１４を開放することにより真空処理チャンバ２内にイオンビームとして引き出される。

真空処理チャンバ２内に引き出されたイオンビーム（Ａｒイオン）は、電磁石の磁力によりテーブル１１に向けて指向される。即ち、テーブル１１と電極９は平行状態に傾斜されているため、電極９から引き出されたイオンビームはテーブル１１に対して外れた方向に引き出され、電極９の部位を通過する際にテーブル１１に向けて指向される。テーブル１１に向けて指向されたイオンビームはテーブル１１に保持されたウエハ１３に照射され、ミリング加工が行われる。

イオンビームと共に引き出された大きな異物は、電磁石１８の部位を通過してもそのままの方向が維持され、テーブル１１側には指向されず、ウエハ１３を回避して移動する。即ち、テーブル１１と電極９は平行状態に傾斜されているため、大きな異物はテーブル１１に対して直角に異動してウエハ１３を回避して移動する。

このため、パーティクル要因となる大きな異物は電磁石１８では指向されずにウエハ１３を回避して移動するので、イオンビーム（Ａｒイオン）だけをウエハ１３に導くことができ、ウエハ１３に対するパーティクルの影響を高次元で抑制することができる。そして、テーブル１１と電極９は平行状態に傾斜されているため、電極９から引き出されたイオンビームの電極９からテーブルまでの距離を均一にすることができる。これにより、ビーム粒子の平均自由工程がテーブル１１の前面に対して均一化され、ミリングレートを均一化することが可能になる。

上述した実施形態例では、テーブル１１と電極９が平行状態に傾斜している例を挙げて説明したが、電極９のテーブル１１に対する相対的な傾斜角度は任意であり、真空処理チャンバ２の大きさ等により異物がテーブル１１から外れた状態に移動する、即ち、電磁石１８によりイオンビーム（Ａｒイオン）だけをテーブル１１に向けて指向できる状態であればよい。

また、上述した実施形態例態では、複数枚のウエハを同時に加工するイオンミリング装置を例に挙げて説明したが、一枚のウエハを加工する枚葉式のイオンミリング装置に適用することも可能である。また、イオンビーム処理装置としては、イオン注入装置、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）装置等、イオンビームによってウエハの加工を行う他のイオンビーム処理装置に適用することが可能である。

一実施形態例に係るイオンミリング装置の概略構成図である。

符号の説明

１ イオンミリング装置、 ２ 真空処理チャンバ、 ３ イオン源チャンバ、 ９ 電極、 １１ テーブル、 １３ ウエハ、 １７ 調整手段、 １８ 電磁石

Claims (5)

1. 被加工物が搭載されるテーブルを備え、イオン源で発生したプラズマからイオンを引き出してイオンビームをテーブル上の被加工物側に照射する電極を設け、イオンビームだけをテーブル上の被加工物に指向させる指向手段を備えたことを特徴とするイオンビーム処理装置。
2. 電極は、イオンビームが被加工物に向かう方向に対して傾斜する状態に配され、
   電極とテーブルの間にイオンビームだけを被加工物に向かう状態に指向させる電磁石が備えられている
   ことを特徴とする請求項１に記載のイオンビーム処理装置。
3. 電極をテーブルに対して相対的に傾斜調整する調整手段を備え、
   電極とテーブルの間にイオンビームだけを被加工物に向かう状態に指向させる電磁石が備えられている
   ことを特徴とする請求項１に記載のイオンビーム処理装置。
4. イオンビームを照射する処理はイオンミリングである
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のイオンビーム処理装置。
5. イオン源で発生したプラズマからイオンを引き出し、イオンビームをテーブル上の被加工物に指向させてイオンビームだけを被加工物に照射することを特徴とするイオンビーム処理方法。
   

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