JP2017199603A - Ion beam etching apparatus - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a single-wafer-processing type ion beam etching apparatus arranged to measure a beam current during an ion beam etching process, which can increase the efficiency of using an ion beam and which can reduce an amount of sputtered particles coming from a holder.SOLUTION: An ion beam etching apparatus IE is arranged to apply an ion beam 3 to a whole face of a wafer 10 in a way to scan and reciprocate the wafer 10 in a second direction crossing an ion beam 3 while turning around the wafer 10. The ion beam etching apparatus comprises a beam current measuring instrument P disposed on a downstream side of the wafer 10 for measuring a beam current of the ion beam 3. The wafer 10 is reciprocated and scanned so as to satisfy the relation given by: 0<S≤IBw+D, where S is a scan width of the wafer 10 in the second direction, IBw is a size of the ion beam 3 in the second direction, and D is a larger size of either a size of the wafer 10 and a size of a holder 11 supporting the wafer 10 in the second direction.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、枚葉式のイオンビームエッチング装置で、特に、イオンビームエッチング処理中にイオンビームのビーム電流を計測する手段を備えたイオンビームエッチング装置に関する。   The present invention relates to a single-wafer type ion beam etching apparatus, and more particularly to an ion beam etching apparatus having means for measuring a beam current of an ion beam during an ion beam etching process.

イオンビームエッチング装置として、特許文献1に記載の装置が知られている。この装置は、円盤状ホルダの周方向に配置された複数枚のウエハに対して、全てのウエハを覆う大きさのイオンビームを照射することで、個々のウエハに対するイオンビームエッチング処理を一挙に行う、いわゆるバッチ式のイオンビームエッチング装置である。   As an ion beam etching apparatus, an apparatus described in Patent Document 1 is known. This apparatus performs ion beam etching on individual wafers at a time by irradiating a plurality of wafers arranged in the circumferential direction of the disk-shaped holder with an ion beam having a size covering all the wafers. This is a so-called batch type ion beam etching apparatus.

また、このイオンビームエッチング装置は、イオンビームが照射されるウエハ面内でのビーム電流分布をイオンビームエッチング処理中に計測して、計測結果に応じてビーム電流分布を調整する調整手段を備えている。以下、具体的な構成について説明する。   The ion beam etching apparatus also includes an adjusting unit that measures the beam current distribution in the wafer surface irradiated with the ion beam during the ion beam etching process and adjusts the beam current distribution according to the measurement result. Yes. Hereinafter, a specific configuration will be described.

ビーム電流を計測する手段として、ホルダの中心から径方向に沿って並べられた複数のファラデーカップがあり、イオンビームエッチング処理中に、各ファラデーカップに入射するイオンビームのビーム電流が所定のタイミングで複数回計測される。
各ファラデーカップで計測されたビーム電流値は電流積算器に送信され、電流積算器でファラデーカップごとに計測されたビーム電流値の積算が行われる。
As a means for measuring the beam current, there are a plurality of Faraday cups arranged in the radial direction from the center of the holder. During the ion beam etching process, the beam current of the ion beam incident on each Faraday cup is determined at a predetermined timing. It is measured several times.
The beam current value measured in each Faraday cup is transmitted to the current integrator, and the beam current value measured for each Faraday cup is integrated by the current integrator.

各ファラデーカップで計測されたビーム電流の積算値は、ホルダ径方向に沿って2つの群にグループ分けされたファラデーカップのグループごとに平均化される。グループごとに平均化された積算値は互いに比較され、積算値の大小関係に応じて、高周波イオン源の高周電源出力を増減させることで、イオンビームが照射されるウエハ面内でのビーム電流分布の調整が行われる。   The integrated value of the beam current measured in each Faraday cup is averaged for each group of Faraday cups grouped into two groups along the holder radial direction. The integrated values averaged for each group are compared with each other, and the beam current in the wafer surface irradiated with the ion beam is increased or decreased by increasing or decreasing the high-frequency power source output of the high-frequency ion source according to the magnitude relationship of the integrated values. Distribution adjustments are made.

特開2010−118290JP 2010-118290 A

イオン源の引出電極系は、3又は4枚の複数枚の電極で構成されている。引出電極系からイオンビームを引出す過程で一部の電極にはイオンが衝突する。これにより、電極がスパッタリングされて消耗する。
また、イオンビームエッチング処理により、ウエハからスパッタ粒子が発生する。このスパッタ粒子が引出電極系に飛散すると、引出電極系に付着堆積して、引出電極系を構成する電極の目詰まりや電極間での異常放電を引き起こす。
The extraction electrode system of the ion source is composed of a plurality of three or four electrodes. In the process of extracting the ion beam from the extraction electrode system, ions collide with some of the electrodes. As a result, the electrode is sputtered and consumed.
Further, sputtered particles are generated from the wafer by the ion beam etching process. When the sputtered particles are scattered on the extraction electrode system, they are deposited on the extraction electrode system, causing clogging of the electrodes constituting the extraction electrode system and abnormal discharge between the electrodes.

上記理由により、イオンビームエッチング処理が行われている間、引出電極系の状態は時々刻々と変化する。引出電極系の状態変化は、引出電極系から引出されるイオンビームのビーム電流やビーム電流分布に影響を与えるので、イオンビームエッチング装置としては、特許文献1と同様に、イオンビームエッチング処理が行われている間に、イオンビームのビーム電流を計測し、必要に応じて計測されたビーム電流の調整が行える装置構成とすることが望まれる。   For the above reason, the state of the extraction electrode system changes every moment while the ion beam etching process is performed. Since the change in the state of the extraction electrode system affects the beam current and beam current distribution of the ion beam extracted from the extraction electrode system, the ion beam etching apparatus performs ion beam etching processing as in Patent Document 1. It is desirable to have a device configuration that can measure the beam current of the ion beam while adjusting the measured beam current as necessary.

イオンビームエッチング装置は、必ずしも特許文献1に記載のバッチ式の装置に限られない。ウエハを1枚ずつ処理する枚葉式の装置も存在している。図10には、特許文献1と同様のビーム電流計測手段を、枚葉式の装置に適用したときのホルダが描かれている。   The ion beam etching apparatus is not necessarily limited to the batch type apparatus described in Patent Document 1. There is also a single wafer processing apparatus for processing wafers one by one. FIG. 10 shows a holder when a beam current measuring unit similar to that of Patent Document 1 is applied to a single-wafer type apparatus.

枚葉式であるため、ホルダ11に支持されるウエハ10は1枚で、このウエハ10には、ウエハ10よりも少し大きい寸法のイオンビーム3が照射されている。ホルダ11には、特許文献1と同様に中心Cから径方向に向けて複数のファラデーカップFが並べられている。この構成において、ホルダ11が中心C周りに矢印A方向に回転されて、ウエハ10にイオンビーム3が照射されることで、ウエハ10へのイオンビームエッチング処理が行われる。また、ファラデーカップFによるビーム電流の計測は、ファラデーカップFがイオンビーム3の照射位置に移動した際に行われる。   Since it is a single wafer type, the number of wafers 10 supported by the holder 11 is one, and this wafer 10 is irradiated with an ion beam 3 having a size slightly larger than that of the wafer 10. A plurality of Faraday cups F are arranged in the holder 11 in the radial direction from the center C as in Patent Document 1. In this configuration, the holder 11 is rotated about the center C in the direction of arrow A, and the wafer 10 is irradiated with the ion beam 3, whereby an ion beam etching process is performed on the wafer 10. Further, the measurement of the beam current by the Faraday cup F is performed when the Faraday cup F moves to the irradiation position of the ion beam 3.

図示される構成にビーム電流分布を調整する手段を加えることで、特許文献1と同様にイオンビームエッチング処理中に、ビーム電流を計測し、計測結果に応じてイオン源の引出電極系より引き出されるイオンビームのビーム電流分布を調整することが可能となるが、次の点で課題が残る。   By adding means for adjusting the beam current distribution to the configuration shown in the figure, the beam current is measured during the ion beam etching process as in Patent Document 1, and is extracted from the extraction electrode system of the ion source according to the measurement result. Although it becomes possible to adjust the beam current distribution of the ion beam, problems remain in the following points.

図10の構成では、イオンビーム3の照射位置にウエハ10が回転移動することで、ウエハ10にイオンビーム3が照射されることになるが、多くの時間、イオンビーム3はウエハ10に照射されずにホルダ11に照射されているだけで、イオンビームエッチング処理に利用されていない。つまり、特許文献1の構成をそのまま枚葉式の装置に適用しただけでは、イオンビーム3の利用効率が悪い。   In the configuration of FIG. 10, the wafer 10 is irradiated with the ion beam 3 by rotating the wafer 10 to the irradiation position of the ion beam 3, but the ion beam 3 is irradiated on the wafer 10 for a long time. Without being used for the ion beam etching process, the holder 11 is merely irradiated. That is, the utilization efficiency of the ion beam 3 is poor only by applying the configuration of Patent Document 1 as it is to a single-wafer apparatus.

また、ホルダ11にイオンビーム3が照射される時間が長くなるので、長時間、イオンビーム3がホルダ11をスパッタリングして、ホルダ11からスパッタ粒子が大量に発生する。このスパッタ粒子が、ウエハ表面のデバイスに混入してデバイスの製造不良の要因となることや引出電極系側に飛散して電極に付着堆積することで、電極の目詰まりや電極間での異常放電の要因となることが懸念される。   Moreover, since the time during which the holder 11 is irradiated with the ion beam 3 becomes longer, the ion beam 3 sputters the holder 11 for a long time, and a large amount of sputtered particles are generated from the holder 11. These sputtered particles can be mixed into devices on the wafer surface and cause device manufacturing defects, or can be scattered on the extraction electrode system side and deposited on the electrodes, causing clogging of electrodes and abnormal discharge between electrodes. There is concern that it will be a factor.

そこで、本発明ではイオンビームエッチング処理中にビーム電流の計測を行う枚葉式のイオンビームエッチング装置で、イオンビームの利用効率の向上とホルダから発生するスパッタ粒子量の低減を図ることを課題とする。   Therefore, in the present invention, it is an object to improve the use efficiency of the ion beam and reduce the amount of sputtered particles generated from the holder in a single-wafer type ion beam etching apparatus that measures the beam current during the ion beam etching process. To do.

本発明のイオンビームエッチング装置は、第一の方向でウエハ寸法よりも長いイオンビームに対して、ウエハを回転させながら、第三の方向に向けて照射される前記イオンビームと交差する第二の方向に前記ウエハを往復走査することで、ウエハ全面へのイオンビーム照射を行うイオンビームエッチング装置において、前記第三の方向で前記ウエハの下流側に配置され、前記イオンビームのビーム電流を計測するビーム電流計測器を有し、前記第二の方向での前記ウエハの走査幅をS、前記第二の方向での前記イオンビームの寸法をIBw、前記第二の方向での前記ウエハあるいは前記ウエハを支持するホルダのいずれか大きい方の寸法をD、としたとき、0<S≦IBw+Dの関係を充足するように、前記ウエハを往復走査する。   The ion beam etching apparatus according to the present invention is configured so that the second ion beam intersects the ion beam irradiated in the third direction while rotating the wafer with respect to the ion beam longer than the wafer size in the first direction. In the ion beam etching apparatus that irradiates the entire surface of the wafer with an ion beam by reciprocally scanning the wafer in the direction, the ion beam is disposed downstream of the wafer in the third direction and measures the beam current of the ion beam. A beam current measuring device, wherein the scanning width of the wafer in the second direction is S, the size of the ion beam in the second direction is IBw, and the wafer or the wafer in the second direction When the larger dimension of the holder that supports is D, the wafer is reciprocally scanned so as to satisfy the relationship of 0 <S ≦ IBw + D.

上記構成であれば、イオンビームが照射される第三の方向で、ウエハ下流側に配置されたビーム電流計測器を用いて、ウエハ処理中にイオンビームのビーム電流の計測が可能となる。
また、ビーム電流計測器をホルダとは別の場所に設けているので、ホルダの小型化が可能となる。その結果、イオンビームのホルダへの照射量が減り、ホルダから生じるスパッタ粒子量を低減することが可能となる。
さらに、上記数式を充足するようにウエハを往復走査させることで、イオンビームがウエハに照射されていない時間をゼロにする、あるいは、ごく短時間にすることができるので、イオンビームの利用効率が向上する。
With the above configuration, the beam current of the ion beam can be measured during wafer processing by using the beam current measuring device arranged on the downstream side of the wafer in the third direction in which the ion beam is irradiated.
Further, since the beam current measuring instrument is provided at a place different from the holder, the holder can be miniaturized. As a result, the irradiation amount of the ion beam to the holder is reduced, and the amount of sputtered particles generated from the holder can be reduced.
Furthermore, by reciprocatingly scanning the wafer so as to satisfy the above formula, the time during which the ion beam is not irradiated on the wafer can be reduced to zero, or can be reduced to a very short time. improves.

第一の方向において、ウエハに照射されているイオンビームの全域に亘ってビーム電流分布の計測を行うことを目的として、前記走査幅が、D<S≦IBw+Dであり、前記ビーム電流計測器は、前記第一の方向で前記ウエハの寸法以上の長さを有し、前記第一の方向において複数の計測領域を有する構成を用いてもよい。   For the purpose of measuring the beam current distribution over the entire area of the ion beam irradiated on the wafer in the first direction, the scan width is D <S ≦ IBw + D, and the beam current measuring instrument is A configuration having a length equal to or larger than the dimension of the wafer in the first direction and having a plurality of measurement regions in the first direction may be used.

第二の方向では、イオンビームのビーム電流分布が多少不均一であっても、ウエハが往復走査されるので、ウエハに照射されるイオンビームの照射量分布は平均化される。
一方、第一の方向にはウエハが往復走査されないので、イオンビームのビーム電流分布がウエハに照射されるイオンビームの照射量分布に大きな影響を与える。
この理由から、イオンビームの照射量均一性に大きな影響を与える第一の方向でのビーム電流分布を計測できるようにしておくことが望ましい。特に、第一の方向でウエハに照射されているイオンビームの全域に亘ってビーム電流分布の計測が出来るようにしておくことが望まれる。
これを実現するために、第一の方向にビーム電流計測器を複数並べ、ウエハ往復走査時の走査幅をDよりも大きくする。この構成により、第二の方向のある領域で、第一の方向においてイオンビームの全体がウエハ下流側に照射されることになる。その結果、ウエハ下流側で第一の方向で、ウエハに照射されているイオンビームの全域に亘ってビーム電流分布を計測することが可能となり、計測されたビーム電流分布から、イオンビームの照射量均一性の調整や評価等を行うことができる。
In the second direction, even if the beam current distribution of the ion beam is somewhat non-uniform, the wafer is scanned back and forth, so that the dose distribution of the ion beam irradiated onto the wafer is averaged.
On the other hand, since the wafer is not reciprocally scanned in the first direction, the beam current distribution of the ion beam greatly affects the irradiation amount distribution of the ion beam irradiated onto the wafer.
For this reason, it is desirable to be able to measure the beam current distribution in the first direction, which has a great influence on the uniformity of ion beam irradiation. In particular, it is desirable to be able to measure the beam current distribution over the entire area of the ion beam irradiated on the wafer in the first direction.
In order to realize this, a plurality of beam current measuring devices are arranged in the first direction, and the scanning width during the reciprocating scanning of the wafer is made larger than D. With this configuration, the entire ion beam is irradiated to the downstream side of the wafer in the first direction in a region in the second direction. As a result, the beam current distribution can be measured over the entire area of the ion beam irradiated on the wafer in the first direction on the downstream side of the wafer, and the ion beam irradiation amount can be determined from the measured beam current distribution. Uniformity adjustment and evaluation can be performed.

また、前記ビーム電流計測器は、前記第一の方向で前記ウエハの周辺と中央が通過するそれぞれの領域でビーム電流の計測を行うものであることが望ましい。   The beam current measuring instrument preferably measures the beam current in each region where the periphery and center of the wafer pass in the first direction.

イオンビームエッチング処理が行われている間、ウエハは往復走査かつ回転されているので、ウエハの中央と周辺が通過するイオンビームの領域が異なる。
特に、ビーム電流計測器をホルダとは別の場所に配置して、ホルダの小型化を図り、ホルダの回転中心とウエハの回転中心とがほぼ一致している場合には、ウエハの回転に伴って、ウエハの周辺部分は第一の方向に大きく移動する。一方、ウエハの中央部分は、ほとんど移動しない。
また、ウエハ周辺と中央では、角速度が異なっている。同じビーム電流のイオンビームの領域を通過したとしても、角速度の違いによってウエハ周辺と中央では、イオンビームの照射量に違いが生じる。
これらの点を鑑みて、ウエハの中央と周辺が通過するそれぞれの領域でイオンビームのビーム電流の計測が行えるようにしておくことが望まれる。
Since the wafer is reciprocally scanned and rotated while the ion beam etching process is being performed, the ion beam area passing through the center and the periphery of the wafer is different.
In particular, when the beam current measuring device is arranged at a location different from the holder to reduce the size of the holder, and the rotation center of the holder and the rotation center of the wafer substantially coincide, Thus, the peripheral portion of the wafer moves greatly in the first direction. On the other hand, the central portion of the wafer hardly moves.
Further, the angular velocity is different between the wafer periphery and the center. Even if the ion beam region having the same beam current is passed, the ion beam dose differs between the periphery and the center of the wafer due to the difference in angular velocity.
In view of these points, it is desirable to be able to measure the beam current of the ion beam in each region where the center and the periphery of the wafer pass.

ウエハを所定の軸周りに回転させて、ウエハに対するイオンビームの照射角度の設定を行うために、チルト機構が使用されているが、チルト機構としては、前記第一の方向を回転軸として、前記ウエハを傾斜させるものであることが望ましい。   A tilt mechanism is used to rotate the wafer around a predetermined axis to set the irradiation angle of the ion beam with respect to the wafer. As the tilt mechanism, the first direction as the rotation axis, It is desirable to tilt the wafer.

上記したチルト機構は、ウエハ往復走査方向である第二の方向と直交する第一の方向を軸にウエハを回転させる構成であるため、チルト機構によってウエハが傾斜したときに、イオンビームエッチング処理によりウエハから引出電極系側に飛散したスパッタ粒子は、概ね第二の方向に向けて飛散して、電極上に付着堆積する。   The tilt mechanism described above is configured to rotate the wafer about the first direction orthogonal to the second direction, which is the wafer reciprocating scanning direction. Therefore, when the wafer is tilted by the tilt mechanism, ion beam etching is performed. Sputtered particles scattered from the wafer to the extraction electrode system side are scattered substantially in the second direction, and are deposited on the electrodes.

この場合、電極上でのスパッタ粒子の付着堆積量は第二の方向に偏りが生じているので、電極から引出されるイオンビームのビーム電流分布が第二の方向において不均一な分布となる。
しかしながら、第二の方向にはウエハが往復走査されて、ウエハ面内でのイオンビームの照射量分布が平均化されるので、ウエハ面内でのイオンビームエッチング処理の均一性に与える影響は小さくてすむ。
In this case, the deposition amount of sputtered particles on the electrode is biased in the second direction, so that the beam current distribution of the ion beam extracted from the electrode is non-uniform in the second direction.
However, since the wafer is reciprocated in the second direction and the ion beam dose distribution in the wafer surface is averaged, the influence on the uniformity of the ion beam etching process in the wafer surface is small. Tesumu.

さらに、姿勢が固定された状態で、前記ウエハとともに往復走査されて、前記イオンビームを遮蔽する外形四角形状の補助板を前記第三の方向で前記ウエハの下流側に備え、前記補助板の外形形状が前記第一の方向に平行な2辺を有している構成を採用してもよい。   Further, an auxiliary plate having an outer shape of a quadrangle that is reciprocally scanned with the wafer and shields the ion beam in a fixed state is provided on the downstream side of the wafer in the third direction, and the outer shape of the auxiliary plate A configuration in which the shape has two sides parallel to the first direction may be adopted.

ウエハ外形が円形である場合、ウエハで部分的にイオンビームが遮蔽された際、ウエハ下流側のビーム電流計測器に照射されるイオンビームの形状は歪なものになるが、上記補助板を用いることで、この形状を整形することができる。
また、上記補助板があれば、補助板によって遮蔽されるビーム電流の時間的な変化量に基づき、第二の方向でのイオンビームの照射角度を算出することも可能となる。
When the wafer outer shape is circular, when the ion beam is partially shielded by the wafer, the shape of the ion beam irradiated to the beam current measuring device on the downstream side of the wafer becomes distorted, but the above auxiliary plate is used. This shape can be shaped.
If the auxiliary plate is provided, the ion beam irradiation angle in the second direction can be calculated based on the temporal change in the beam current shielded by the auxiliary plate.

イオンビームが照射される第三の方向で、ウエハ下流側にビーム電流計測器を配置しているので、このビーム電流計測器を用いて、ウエハ処理中にイオンビームのビーム電流の計測が可能となる。
また、ビーム電流計測器をホルダとは別の場所に設けているので、ホルダの小型化が可能となる。その結果、イオンビームのホルダへの照射量が減り、ホルダから生じるスパッタ粒子量を低減することが可能となる。
さらに、ウエハの走査幅を所定の関係を充足するように設定することで、イオンビームがウエハに照射されていない時間をゼロにする、あるいは、ごく短時間にすることができるので、イオンビームの利用効率が向上する。
Since the beam current measuring instrument is arranged on the downstream side of the wafer in the third direction of irradiation with the ion beam, the beam current measuring instrument can be used to measure the beam current of the ion beam during wafer processing. Become.
Further, since the beam current measuring instrument is provided at a place different from the holder, the holder can be miniaturized. As a result, the irradiation amount of the ion beam to the holder is reduced, and the amount of sputtered particles generated from the holder can be reduced.
Furthermore, by setting the scanning width of the wafer so as to satisfy a predetermined relationship, the time during which the ion beam is not irradiated on the wafer can be reduced to zero or very short. Use efficiency improves.

本発明のイオンビームエッチング装置に係る模式的平面図。1 is a schematic plan view according to an ion beam etching apparatus of the present invention. YZ平面で図1記載のイオンビームエッチング装置を視たときの模式的平面図。FIG. 2 is a schematic plan view when the ion beam etching apparatus shown in FIG. 1 is viewed on a YZ plane. 図1、図2に記載の処理室をZ方向から視たときの模式的平面図。FIG. 3 is a schematic plan view when the processing chamber illustrated in FIGS. 1 and 2 is viewed from a Z direction. 電流分布計測器で計測されたビーム電流分布の一例を示す模式的平面図。The typical top view which shows an example of the beam current distribution measured with the current distribution measuring device. ウエハの中央と周辺に対応した測定領域を有する電流分布計測器の説明図。Explanatory drawing of the electric current distribution measuring device which has a measurement area | region corresponding to the center and periphery of a wafer. チルト機構の回転軸をX軸としたときの構成を示す模式的平面図。The typical top view which shows a structure when the rotating shaft of a tilt mechanism is made into an X-axis. 図1のイオンビームエッチング装置に補助板を設けた構成例を示す模式的平面図。The typical top view which shows the structural example which provided the auxiliary | assistant board in the ion beam etching apparatus of FIG. 図7に記載の処理室をZ方向から視たときの模式的平面図。FIG. 8 is a schematic plan view when the processing chamber illustrated in FIG. 7 is viewed from the Z direction. 補助板を用いた照射角度計測の例を示す模式的平面図。The typical top view which shows the example of the irradiation angle measurement using an auxiliary | assistant board. 従来技術の構成を枚葉式装置に適用したときの構成例を示す模式的平面図。The typical top view which shows the structural example when the structure of a prior art is applied to a single wafer apparatus.

図1乃至3には、本発明のイオンビームエッチング装置IEを異なる平面から視たときの模式的平面図が描かれている。これらの図をもとに本発明に係るイオンビームエッチング装置IEの構成を説明する。   1 to 3 are schematic plan views when the ion beam etching apparatus IE of the present invention is viewed from different planes. The configuration of the ion beam etching apparatus IE according to the present invention will be described with reference to these drawings.

イオン源1は、バケット型、高周波型、バーナス型等の従来から知られているイオン源で、イオンビームを引出すための引出電極系2を備えている。引出電極系2は、多孔あるいはマルチスリットからなる複数のイオンビーム引き出し孔が形成された3乃至4枚の平板状の電極で構成されている。   The ion source 1 is a conventionally known ion source such as a bucket type, a high frequency type, or a Bernas type, and includes an extraction electrode system 2 for extracting an ion beam. The extraction electrode system 2 is composed of 3 to 4 plate-like electrodes in which a plurality of ion beam extraction holes made of a porous or multi-slit are formed.

イオン源1の引出電極系2を通して引き出されたイオンビーム3は、処理室4に照射される。ウエハ10は、例えば、円盤状のウエハで、その裏面がウエハ直径と同等あるいはこれよりも小さい寸法のホルダ11により支持されている。   The ion beam 3 extracted through the extraction electrode system 2 of the ion source 1 is irradiated to the processing chamber 4. The wafer 10 is, for example, a disk-shaped wafer, and the back surface thereof is supported by a holder 11 having a size equal to or smaller than the wafer diameter.

ホルダ11は、従来から知られている3つの機構によって駆動される。個々の機構について簡単に説明する。   The holder 11 is driven by three conventionally known mechanisms. Each mechanism will be briefly described.

往復走査機構14は、イオンビーム3の進行方向である図示されるZ方向と交差する方向にホルダ11を往復走査する機構であり、図1、図2の構成では、ホルダ4に連結された駆動軸を図示されないモーター等の駆動源を用いてX方向に往復移動させるものである。   The reciprocating scanning mechanism 14 is a mechanism that reciprocally scans the holder 11 in a direction that intersects the Z direction shown in the figure, which is the traveling direction of the ion beam 3, and in the configuration of FIGS. The shaft is reciprocated in the X direction using a drive source such as a motor (not shown).

チルト機構13は、任意の軸周りにホルダ11を回転させて、ウエハ10に照射されるイオンビーム3の照射角度を設定するために使用される機構で、図1、図2の構成では、往復走査機構14で移動される駆動軸の一端に連結されて、ホルダ11をY軸周りに回動する機構である。
本発明では、チルト機構13によるチルト角度の設定は、ウエハ10へのイオンビームエッチング処理の開始前に行われる。
The tilt mechanism 13 is a mechanism used to set the irradiation angle of the ion beam 3 irradiated to the wafer 10 by rotating the holder 11 around an arbitrary axis. In the configuration shown in FIGS. It is a mechanism that is connected to one end of a drive shaft that is moved by the scanning mechanism 14 and rotates the holder 11 around the Y axis.
In the present invention, the tilt angle is set by the tilt mechanism 13 before the ion beam etching process on the wafer 10 is started.

ツイスト機構12は、ホルダ11をその中心周りに回転させる機構で、本発明では、イオンビームエッチング処理が行われている間、ツイスト機構12がホルダ11を連続回転する。   The twist mechanism 12 is a mechanism that rotates the holder 11 around its center. In the present invention, the twist mechanism 12 continuously rotates the holder 11 while the ion beam etching process is performed.

往復走査機構14、チルト機構13、ツイスト機構12は、いずれもホルダ11を駆動する機構であるが、ホルダ11がウエハ10を支持していることから、ウエハ10を駆動する機構として考えることもできる。   The reciprocating scanning mechanism 14, the tilt mechanism 13, and the twist mechanism 12 are all mechanisms that drive the holder 11. However, since the holder 11 supports the wafer 10, it can also be considered as a mechanism that drives the wafer 10. .

本発明では、ビーム電流計測器Pがホルダ11とは別の場所に設けられている。この構成によって、ホルダ11の小型化が可能となり、イオンビーム3のホルダ11への照射量が減り、ホルダ11から生じるスパッタ粒子量を低減することが可能となる。   In the present invention, the beam current measuring device P is provided at a place different from the holder 11. With this configuration, the holder 11 can be downsized, the amount of irradiation of the ion beam 3 onto the holder 11 can be reduced, and the amount of sputtered particles generated from the holder 11 can be reduced.

図1乃至3の構成では、ホルダ11として静電チャックを使用することを想定しているため、ウエハ裏面を支持するホルダ11は、ウエハ10よりも寸法が小さいものであるが、ホルダ11の構成によっては、ホルダ11の方がウエハ10よりも寸法が大きくなる。例えば、ウエハ外周を保持するメカニカルクランプ機構を備えたホルダであれば、ウエハよりも若干寸法が大きくなる。
本発明では、上述したウエハよりも大きい寸法のホルダを用いてもよい。このようなホルダであっても、ホルダ11とは別の場所にビーム電流計測器Pが設けられていることから、ホルダ寸法を従来の構成より小さくすることが可能となる。
1 to 3, it is assumed that an electrostatic chuck is used as the holder 11. Therefore, the holder 11 that supports the back surface of the wafer is smaller in size than the wafer 10. In some cases, the size of the holder 11 is larger than that of the wafer 10. For example, if the holder includes a mechanical clamp mechanism that holds the outer periphery of the wafer, the size is slightly larger than that of the wafer.
In the present invention, a holder having a size larger than that of the wafer described above may be used. Even in such a holder, since the beam current measuring device P is provided at a place different from the holder 11, the holder size can be made smaller than that of the conventional configuration.

具体的なビーム電流計測器Pの配置場所は、Z方向のホルダ下流側の場所で、イオンビーム3が照射される場所となる。
図1乃至3では、ビーム電流計測器Pとして、Y方向にファラデーカップを複数並べた多点ファラデーカップが想定されているが、単一のファラデーカップを用いる構成であってもよい。つまり、ビーム電流計測器PのY方向での測定領域は多数に分割されていてもいいし、分割されずに単一の構成であってもよい。
A specific location of the beam current measuring device P is a location on the downstream side of the holder in the Z direction where the ion beam 3 is irradiated.
1 to 3, a multipoint Faraday cup in which a plurality of Faraday cups are arranged in the Y direction is assumed as the beam current measuring device P. However, a configuration using a single Faraday cup may be used. That is, the measurement region in the Y direction of the beam current measuring device P may be divided into a large number or may be a single configuration without being divided.

ビーム電流分布の計測をせずに、ある任意の点のみでビーム電流の計測を行って、イオンビームが引き出される電極の状態をモニターするのであれば、ビーム電流計測器Pとしては単一のファラデーカップを用いる構成でよい。   If the beam current is measured only at an arbitrary point without monitoring the beam current distribution and the state of the electrode from which the ion beam is extracted is monitored, the beam current measuring instrument P is a single Faraday. A configuration using a cup may be used.

図3は、Z方向から図1、図2に記載の処理室4を視たときの平面図である。イオンビーム3の寸法は、Y方向でウエハ10の直径よりも大きく、X方向でウエハ10の直径よりも小さい。このようなイオンビーム3と交差するX方向にウエハ10を往復走査させながら、ウエハ10を連続回転させているので、ウエハ全面へのイオンビーム照射が実現できる。   FIG. 3 is a plan view of the processing chamber 4 shown in FIGS. 1 and 2 when viewed from the Z direction. The dimension of the ion beam 3 is larger than the diameter of the wafer 10 in the Y direction and smaller than the diameter of the wafer 10 in the X direction. Since the wafer 10 is continuously rotated while reciprocating the wafer 10 in the X direction intersecting with the ion beam 3 as described above, irradiation of the ion beam on the entire surface of the wafer can be realized.

X方向でイオンビーム3を挟んで両側に描かれるウエハ10は、ウエハ往復走査の折り返し位置でのウエハの様子を示している。ウエハ10の往復走査について言えば、図示されるように、X方向でイオンビーム3を完全に横切る位置まで走査されるものであってもいいが、イオンビーム3がウエハ10に照射されていない時間をゼロにする、あるいは、ごく短時間にして、イオンビーム利用効率の向上を図るという点を考慮すれば、ウエハ往復走査の折り返し位置でのウエハ中心間距離である、ウエハ10の走査幅Sは、次の数式を充足する範囲内で設定される。   Wafers 10 drawn on both sides of the ion beam 3 in the X direction show the state of the wafer at the turn-back position of the wafer reciprocation scanning. Speaking of the reciprocal scanning of the wafer 10, as shown in the figure, it may be scanned to a position completely crossing the ion beam 3 in the X direction. However, the time during which the ion beam 3 is not irradiated on the wafer 10 may be used. The scanning width S of the wafer 10, which is the distance between the centers of the wafers at the turn-back position of the wafer reciprocating scanning, is taken into consideration in order to improve the ion beam utilization efficiency in a very short time. , Is set within a range that satisfies the following mathematical formula.

X方向に沿って往復走査されるウエハ10の走査幅をS、X方向でのイオンビーム3の寸法をIBw、X方向でのウエハ3の寸法をDとしたとき、0<S≦IBw+Dの関係を満たす範囲でウエハの走査幅Sを設定する。   When the scanning width of the wafer 10 reciprocally scanned along the X direction is S, the dimension of the ion beam 3 in the X direction is IBw, and the dimension of the wafer 3 in the X direction is D, 0 <S ≦ IBw + D The scanning width S of the wafer is set in a range that satisfies the above.

走査幅SがIBw+Dである場合を除いては、ウエハ往復走査時にイオンビーム3の一部が常にウエハ10に照射されることになる。ウエハ走査速度が特に低速となる往復走査の折り返し位置で、イオンビーム3の一部が常にウエハに照射されていることになるため、ウエハ面内では局所的にイオンビームの照射量が増加することが懸念されるが、本発明ではツイスト機構13でウエハ往復走査時にウエハ10を連続回転させているので、ウエハ面内での照射量を平均化することができる。   Except for the case where the scanning width S is IBw + D, the wafer 10 is always irradiated with a part of the ion beam 3 during the wafer reciprocating scanning. Since the wafer is always irradiated with a part of the ion beam 3 at the turn-back position of the reciprocating scanning where the wafer scanning speed is particularly low, the irradiation amount of the ion beam locally increases within the wafer surface. However, in the present invention, since the wafer 10 is continuously rotated by the twist mechanism 13 during the reciprocating scanning of the wafer, it is possible to average the dose in the wafer plane.

図3では、ウエハ往復走査の方向とX方向とが平行であったため、上記数式ではX方向での各部の寸法関係が示されていたが、ウエハ往復走査方向がX方向と平行でない場合には、ウエハ往復走査方向と平行な方向でのイオンビームの寸法IBw、ウエハの寸法Dとの関係で、ウエハ往復走査時の走査幅Sが設定される。   In FIG. 3, since the wafer reciprocating scan direction and the X direction are parallel, the above formula shows the dimensional relationship of each part in the X direction. However, when the wafer reciprocating scan direction is not parallel to the X direction, The scanning width S at the time of wafer reciprocating scanning is set in relation to the dimension IBw of the ion beam and the dimension D of the wafer in a direction parallel to the wafer reciprocating scanning direction.

また、ウエハの寸法は、必ずしもウエハの直径とは限らない。図3には、ウエハ10のチルト角度が0°のケースが描かれている。チルト機構13でウエハ10のチルト角度が設定された場合、チルト角度をθとし、円形ウエハの直径をRとすれば、ウエハ往復走査方向におけるウエハの寸法はRcosθとなることから、上述した数式のDはRcosθとなる。なお、チルト角度とは、ウエハ面への法線方向とウエハ面に照射されるイオンビームの照射方向とが成す角度のことを言う。
また、本発明では、ウエハの形状は円形に限られない。例えば、ウエハが矩形であれば、上述した数式のDはウエハ往復走査方向での矩形ウエハの寸法となる。
Further, the dimensions of the wafer are not necessarily the diameter of the wafer. FIG. 3 shows a case where the tilt angle of the wafer 10 is 0 °. When the tilt angle of the wafer 10 is set by the tilt mechanism 13, if the tilt angle is θ and the diameter of the circular wafer is R, the wafer dimension in the wafer reciprocating scanning direction is R cos θ. D is Rcosθ. The tilt angle refers to an angle formed by the normal direction to the wafer surface and the irradiation direction of the ion beam applied to the wafer surface.
In the present invention, the shape of the wafer is not limited to a circle. For example, if the wafer is rectangular, D in the above formula is the size of the rectangular wafer in the wafer reciprocating scanning direction.

また、メカニカルクランプ等のウエハ10よりも大きい寸法のホルダ11を使用する場合には、上述した数式のDは、ウエハ往復走査方向におけるホルダ11の寸法となる。
つまり、上述した数式のDは、ウエハ走査方向でのウエハ10あるいはウエハ10を支持するホルダ11のいずれか大きい方の寸法となる。
Further, when the holder 11 having a size larger than that of the wafer 10 such as a mechanical clamp is used, the above-described numerical formula D is the size of the holder 11 in the wafer reciprocating scanning direction.
That is, D in the above formula is the larger dimension of the wafer 10 or the holder 11 that supports the wafer 10 in the wafer scanning direction.

ウエハ往復走査時の走査幅Sについては、D<S≦IBw+Dの範囲で設定するようにしてもいい。   The scanning width S at the time of wafer reciprocating scanning may be set in the range of D <S ≦ IBw + D.

ウエハ往復走査方向では、イオンビーム3のビーム電流分布が多少不均一であっても、ウエハ10が往復走査されることで、ウエハ10に照射されるイオンビームの照射量分布は平均化される。
一方、Y方向にはウエハ10が往復走査されないので、Y方向でのイオンビーム3のビーム電流分布が、ウエハ面内でのイオンビーム3の照射量分布に大きな影響を与えることが懸念される。この理由から、イオンビーム3の照射量均一性に大きな影響を与えるY方向でのビーム電流分布を計測できるようにしておくことが望ましい。特に、Y方向でウエハ10に照射されているイオンビーム3の全域に亘ってビーム電流分布の計測が出来るようにしておくことが望まれる。
In the wafer reciprocating scanning direction, even if the beam current distribution of the ion beam 3 is somewhat non-uniform, the irradiation distribution of the ion beam irradiated onto the wafer 10 is averaged by the wafer 10 being reciprocated.
On the other hand, since the wafer 10 is not reciprocally scanned in the Y direction, there is a concern that the beam current distribution of the ion beam 3 in the Y direction has a great influence on the dose distribution of the ion beam 3 in the wafer plane. For this reason, it is desirable to be able to measure the beam current distribution in the Y direction, which has a great influence on the uniformity of the irradiation amount of the ion beam 3. In particular, it is desirable to be able to measure the beam current distribution over the entire area of the ion beam 3 irradiated on the wafer 10 in the Y direction.

これを実現するため、ビーム電流計測器Pは、Y方向でウエハ3の寸法以上の長さを有し、Y方向において複数の計測領域を有するように構成し、ウエハ往復走査時の走査幅SをDよりも大きくする。この構成により、ウエハ往復走査時に、ウエハ往復走査方向のある領域で、Y方向においてイオンビーム3の全体がウエハ下流側に照射されることになる。その結果、ウエハ下流側で、 Y方向において、ウエハ10に照射されているイオンビームの全域に亘ってビーム電流分布を計測することが可能となり、イオンビーム3の照射量均一性の調整や評価等を行うことができる。   In order to realize this, the beam current measuring device P is configured to have a length equal to or larger than the dimension of the wafer 3 in the Y direction and to have a plurality of measurement regions in the Y direction, and to scan width S during wafer reciprocating scanning. Is larger than D. With this configuration, the entire ion beam 3 is irradiated to the downstream side of the wafer in the Y direction in a certain region in the wafer reciprocating scan direction during the wafer reciprocating scan. As a result, it becomes possible to measure the beam current distribution over the entire area of the ion beam irradiated to the wafer 10 in the Y direction on the downstream side of the wafer, and to adjust and evaluate the uniformity of the irradiation amount of the ion beam 3. It can be performed.

イオン源1から照射されているイオンビーム3が正常であるかどうかの判別手法については、種々の方法が考えられる。
例えば、イオンビームエッチング処理の開始前に、予め基準にするビーム電流を計測し、これを基準値として往復走査機構等を制御する制御装置の記憶領域に記憶しておく。その上で、イオンビームエッチング処理中にビーム電流を計測して、制御装置から読み出した基準値との比較を行い、基準値からのズレ量に基づいて、イオンビームの正常異常を判別するようにしてもいい。
Various methods for determining whether the ion beam 3 irradiated from the ion source 1 is normal can be considered.
For example, before the start of the ion beam etching process, a reference beam current is measured in advance and stored as a reference value in a storage area of a control device that controls the reciprocating scanning mechanism and the like. Then, the beam current is measured during the ion beam etching process, compared with the reference value read from the control device, and whether the ion beam is normal or abnormal is determined based on the amount of deviation from the reference value. It ’s okay.

また、Y方向の複数点でビーム電流を計測する場合でも、上述したイオンビームエッチング処理の開始前に複数点で計測されたビーム電流値を基準値として用意しておき、実際に計測されたビーム電流との比較を行うことで、イオンビームの正常異常を判別するようにしてもいい。なお、計測場所により、ビーム電流値がほぼ同じ場合には、基準値の計測は任意の点でのみ行うようにしてもよい。   Even when beam current is measured at a plurality of points in the Y direction, the beam current values measured at a plurality of points before the start of the ion beam etching process described above are prepared as reference values, and the actually measured beam By comparing with the current, the normal or abnormal state of the ion beam may be determined. If the beam current values are substantially the same depending on the measurement location, the reference value may be measured only at an arbitrary point.

一方、このような基準値を予め用意しておくのではなく、実測値のみを用いてイオンビームの正常異常を判別するようにしてもいい。   On the other hand, instead of preparing such a reference value in advance, it may be possible to determine whether the ion beam is normal or abnormal by using only measured values.

例えば、図3で走査幅SがIBw+Dであるときを例に説明する。図4には、8つのファラデーカップF1〜F8で計測されたビーム電流Iが描かれている。図4では、図3に示す構成との関係が明らかになるように、図3の構成も併せて描かれている。図4に示すビーム電流分布は、ウエハが往復走査の折り返し地点にあるときにビーム電流計測器Pで計測されたY方向におけるビーム電流の分布である。   For example, the case where the scanning width S is IBw + D in FIG. 3 will be described as an example. FIG. 4 shows the beam current I measured by the eight Faraday cups F1 to F8. 4 also illustrates the configuration of FIG. 3 so that the relationship with the configuration illustrated in FIG. 3 becomes clear. The beam current distribution shown in FIG. 4 is a beam current distribution in the Y direction measured by the beam current measuring instrument P when the wafer is at the turning point of the reciprocating scan.

8つのファラデーカップF1〜F8で計測されたビーム電流Iから平均ビーム電流を算出し、算出された平均ビーム電流と各ファラデーカップで計測されたビーム電流とを比較する。比較の結果、所定値以上の差が確認された場合には、イオンビームに異常があると判断する。   An average beam current is calculated from the beam currents I measured by the eight Faraday cups F1 to F8, and the calculated average beam current is compared with the beam current measured by each Faraday cup. As a result of the comparison, if a difference of a predetermined value or more is confirmed, it is determined that the ion beam is abnormal.

一方、平均ビーム電流の算出に代えて、各々のファラデーカップで計測されたビーム電流を互いに比較して、イオンビームの正常異常を判別するようにしてもよい。例えば、隣り合うファラデーカップで計測されたビーム電流の計測値同士を比較し、この差が所定値以上であれば、イオンビームに異常があると判別する。   On the other hand, instead of calculating the average beam current, the beam currents measured in each Faraday cup may be compared with each other to determine whether the ion beam is normal or abnormal. For example, the measured values of the beam currents measured in adjacent Faraday cups are compared, and if this difference is greater than or equal to a predetermined value, it is determined that the ion beam is abnormal.

図4では、走査幅SがIBw+Dであるため、各ファラデーカップに照射されるイオンビームの照射面積が一定であったが、走査幅SがIBw+D未満である場合には、各ファラデーカップに照射されるイオンビームの照射面積に違いが生じる。この場合には、上述したように各ファラデーカップで計測されたビーム電流同士を単純に比較する等して、イオンビームの正常異常を判別することができない。   In FIG. 4, since the scanning width S is IBw + D, the irradiation area of the ion beam irradiated to each Faraday cup is constant. However, when the scanning width S is less than IBw + D, each Faraday cup is irradiated. There is a difference in the irradiation area of the ion beam. In this case, normal or abnormal ion beams cannot be determined by simply comparing the beam currents measured in each Faraday cup as described above.

そこで、この場合には、ビーム電流同士の比較に先立ち、各ファラデーカップで計測されたビーム電流値の条件を揃えておく。種々の方法が考えられるが、一例を述べると、ウエハ往復走査の折り返し地点で、各ファラデーカップに入射されるイオンビームがウエハで遮蔽される面積を計算により求める。この計算は、イオンビームの照射位置、イオンビームの寸法、ウエハやホルダの寸法、ファラデーカップの寸法や配置等の既知の値を使って行われる。   Therefore, in this case, prior to the comparison between the beam currents, the conditions of the beam current values measured in each Faraday cup are made uniform. Various methods are conceivable. For example, the area where the ion beam incident on each Faraday cup is shielded by the wafer at the turn-back point of the wafer reciprocating scan is obtained by calculation. This calculation is performed using known values such as the irradiation position of the ion beam, the size of the ion beam, the size of the wafer and the holder, and the size and arrangement of the Faraday cup.

その後、各ファラデーカップの計測領域の面積とウエハによるイオンビームの遮蔽面積の比率を算出する。この比率を用いて、ウエハ往復走査の折り返し地点で、各ファラデーカップで計測されたビーム電流値を換算する。このようにして、換算されたビーム電流値を用いて、ファラデーカップごとのビーム電流値を比較する等してイオンビームの正常異常を判別する。   Thereafter, the ratio of the area of the measurement region of each Faraday cup to the shielding area of the ion beam by the wafer is calculated. Using this ratio, the beam current value measured by each Faraday cup is converted at the turning point of the wafer reciprocating scanning. In this way, using the converted beam current value, the beam current value for each Faraday cup is compared to determine whether the ion beam is normal or abnormal.

ウエハ10を中心周りに連続回転する場合には、ウエハの中央と周辺でイオンビームを通過する領域に違いが生じる。この理由について、図5をもとに説明する。   When the wafer 10 is continuously rotated around the center, there is a difference in the region where the ion beam passes between the center and the periphery of the wafer. The reason for this will be described with reference to FIG.

ウエハ10が図示される矢印A方向に往復走査され、中央C周りに連続回転される場合、ウエハ周辺領域は、ウエハ10が回転することでY方向に向けて図示されるファラデーカップA群〜C群の領域を横断する。一方、ウエハ中央領域は、回転中心に近いことから、B群の領域内でしか移動しない。
換言すれば、ウエハ周辺領域にはファラデーカップF1〜F8で計測されたビーム電流のイオンビームが照射されるのに対して、ウエハ中央領域にはファラデーカップF4、F5で計測されたビーム電流のイオンビームのみが照射されることになる。
When the wafer 10 is reciprocally scanned in the direction indicated by the arrow A and continuously rotated around the center C, the peripheral area of the wafer is the Faraday cups A to C illustrated in the Y direction as the wafer 10 rotates. Cross the group area. On the other hand, since the wafer center region is close to the center of rotation, it moves only within the region of group B.
In other words, the ion beam of the beam current measured by the Faraday cups F1 to F8 is irradiated to the peripheral area of the wafer, whereas the ion of the beam current measured by the Faraday cups F4 and F5 is irradiated to the central area of the wafer. Only the beam will be irradiated.

また、ウエハ周辺と中央では、角速度が異なっている。同じビーム電流のイオンビームの領域を通過したとしても、角速度の違いによってウエハ周辺と中央での照射量に違いが生じる。   Further, the angular velocity is different between the wafer periphery and the center. Even if the ion beam region having the same beam current is passed, the irradiation amount at the periphery and the center of the wafer differs due to the difference in angular velocity.

上記事項を考慮して、ウエハ中央と周辺を含むウエハ面内での照射量分布を調整する等の場合には、ビーム電流計測器Pは、Y方向でウエハの周辺と中央が通過するそれぞれの領域でビーム電流の計測を行う構成であることが望ましい。   In consideration of the above matters, when adjusting the dose distribution in the wafer surface including the center and the periphery of the wafer, the beam current measuring device P is used for each of the periphery and center of the wafer passing in the Y direction. It is desirable that the beam current is measured in the region.

ウエハを所定の軸周りに回転させて、ウエハに対するイオンビームの照射角度の設定を行うために、チルト機構13が使用されているが、どの方向を回転軸とするのかで、ウエハ面内での照射量分布への影響が大きく異なる。   The tilt mechanism 13 is used to rotate the wafer around a predetermined axis and set the irradiation angle of the ion beam with respect to the wafer. The effect on the dose distribution is very different.

例えば、図6に示す構成のように、X方向をチルト角度設定時の回転軸とした場合には、ウエハ面内での照射量分布が大きく不均一となることが懸念される。
図示されるように、チルト機構13によりX方向と平行な軸周りにウエハ10が回転されて、ウエハ10へのイオンビーム3の照射角度が0°でない任意の角度に設定されるとする。イオンビームエッチング処理によりウエハ10から引出電極系2側にスパッタ粒子Qが飛散することになるが、図6の構成では、チルト機構13がX方向にウエハを回転させるものであるため、ウエハから飛散したスパッタ粒子Qは、Y方向において引出電極系2上に局所的に付着堆積する。
For example, as in the configuration shown in FIG. 6, when the X direction is the rotation axis when the tilt angle is set, there is a concern that the dose distribution in the wafer surface will be large and non-uniform.
As shown in the figure, it is assumed that the wafer 10 is rotated around an axis parallel to the X direction by the tilt mechanism 13 so that the irradiation angle of the ion beam 3 to the wafer 10 is set to an arbitrary angle other than 0 °. The sputtered particles Q are scattered from the wafer 10 to the extraction electrode system 2 side by the ion beam etching process. However, in the configuration of FIG. 6, the tilt mechanism 13 rotates the wafer in the X direction. The sputtered particles Q are locally deposited on the extraction electrode system 2 in the Y direction.

この付着堆積量が多くなれば、引出電極系のイオン引き出し孔の目詰まりを引き起こし、引出電極系から引出されるイオンビーム3のビーム電流分布を不均一にする。図6の構成では、ウエハ10へのイオンビームの照射角度との関係で、Y方向にスパッタ粒子Qが飛散する傾向となるので、同方向でのビーム電流分布が不均一となることが懸念される。   If the amount of deposited deposit increases, the ion extraction hole of the extraction electrode system is clogged, and the beam current distribution of the ion beam 3 extracted from the extraction electrode system becomes non-uniform. In the configuration of FIG. 6, since the sputtered particles Q tend to scatter in the Y direction due to the irradiation angle of the ion beam onto the wafer 10, there is a concern that the beam current distribution in the same direction becomes non-uniform. The

この不均一なビーム電流分布を持つイオンビームがウエハに照射された場合、ウエハ面内でのイオンビームの照射量分布が不均一になるので、ウエハ10の往復走査との組み合わせでウエハ面内での照射量分布の均一化を図ることも考えられるが、ウエハの往復走査はX方向に沿ってなされるために、ウエハの往復走査ではウエハ面内でのイオンビームの照射量分布を改善することができない。   When the ion beam having this non-uniform beam current distribution is irradiated onto the wafer, the ion beam irradiation amount distribution in the wafer surface becomes non-uniform, and therefore, in combination with the reciprocating scanning of the wafer 10 in the wafer surface. It is conceivable to make the irradiation dose distribution uniform, but since the wafer reciprocating scan is performed along the X direction, the wafer reciprocating scan improves the ion beam irradiation distribution within the wafer surface. I can't.

そこで、本発明では、図1、図2に示されるように、ウエハ往復走査時の走査方向と直交するY方向を回転軸としたチルト機構14が採用されている。   Therefore, in the present invention, as shown in FIGS. 1 and 2, a tilt mechanism 14 having a rotation axis in the Y direction perpendicular to the scanning direction at the time of wafer reciprocating scanning is employed.

このようなチルト機構14であれば、ウエハ往復走査方向である第二の方向と直交するY方向を軸にウエハ10を回転させる構成であるため、チルト機構13によってウエハ10が傾斜したときに、イオンビームエッチング処理によりウエハ10から引出電極系2側に飛散したスパッタ粒子は、概ねウエハ往復走査方向に向けて飛散して電極上に付着堆積する。   With such a tilt mechanism 14, the wafer 10 is rotated about the Y direction orthogonal to the second direction, which is the wafer reciprocating scanning direction. Therefore, when the wafer 10 is tilted by the tilt mechanism 13, The sputtered particles scattered from the wafer 10 to the extraction electrode system 2 side by the ion beam etching process are scattered substantially in the wafer reciprocating scanning direction and deposited on the electrode.

この場合、電極上でのスパッタ粒子の付着堆積量にはウエハ往復走査方向に偏りが生じているので、電極から引出されるイオンビーム3のビーム電流分布もウエハ往復走査方向において不均一な分布となる。
しかしながら、この方向にはウエハ10が往復走査されるため、イオンビーム3の照射量分布が平均化され、ウエハ面内でのイオンビームエッチング処理の均一性に与える影響は小さくてすむ。
In this case, since the deposition amount of sputtered particles on the electrode is biased in the wafer reciprocating scanning direction, the beam current distribution of the ion beam 3 extracted from the electrode is also non-uniform in the wafer reciprocating scanning direction. Become.
However, since the wafer 10 is reciprocated in this direction, the dose distribution of the ion beam 3 is averaged, and the influence on the uniformity of the ion beam etching process within the wafer surface can be reduced.

さらに、本発明では、姿勢が固定された状態で、ウエハ10とともに往復走査されて、イオンビーム3を遮蔽する補助板15を、Z方向でウエハ10の下流側に備えていてもよい。
図6、図7には、このような補助板15を備えた本発明のイオンビームエッチング装置IEの構成例が描かれている。
Furthermore, in the present invention, an auxiliary plate 15 that reciprocally scans with the wafer 10 and shields the ion beam 3 with the posture fixed may be provided on the downstream side of the wafer 10 in the Z direction.
6 and 7 show a configuration example of the ion beam etching apparatus IE of the present invention provided with such an auxiliary plate 15.

補助板15は、例えば、図示されないボルト等の留め具により、チルト機構13に固定されていて、内側にはチルト機構13が挿通される貫通孔が形成されている。
Z方向から補助板15を視たとき、補助板15は、ウエハ10の外側に張り出した外形四角形状の板で、Y方向と平行な2辺を有している。また、Z方向において、補助板15はウエハ10と部分的に重なっている。
The auxiliary plate 15 is fixed to the tilt mechanism 13 by a fastener such as a bolt (not shown), for example, and a through-hole through which the tilt mechanism 13 is inserted is formed inside.
When the auxiliary plate 15 is viewed from the Z direction, the auxiliary plate 15 is a rectangular plate extending outward from the wafer 10 and has two sides parallel to the Y direction. Further, the auxiliary plate 15 partially overlaps the wafer 10 in the Z direction.

ウエハ往復走査に伴って、円形のウエハ10でイオンビーム3が遮蔽された場合には、ウエハ下流側のビーム電流計測器Pに照射されるイオンビームの形状は歪なものになる。例えば、多点ファラデーカップを使用している場合、イオンビームの形状が歪であれば、各ファラデーカップへのイオンビームの入射量に違いが生じる。
しかしながら、図8に示すように、上記補助板15を用いることであたかも矩形状のウエハでイオンビームが遮蔽されたようになるので、ウエハ下流側に配置された個々のファラデーカップに入射するイオンビームの遮蔽量を一定にすることができる。結果、各ファラデーカップでの計測結果が直接比較できる等、計測結果が利用しやすくなる。
When the ion beam 3 is shielded by the circular wafer 10 as the wafer is reciprocated, the shape of the ion beam applied to the beam current measuring device P on the downstream side of the wafer becomes distorted. For example, when a multipoint Faraday cup is used, if the shape of the ion beam is distorted, a difference occurs in the amount of ion beam incident on each Faraday cup.
However, as shown in FIG. 8, since the ion beam is shielded by a rectangular wafer by using the auxiliary plate 15, the ion beam incident on each Faraday cup arranged on the downstream side of the wafer is used. The amount of shielding can be made constant. As a result, the measurement results at each Faraday cup can be directly compared, and the measurement results can be easily used.

また、上記補助板15があれば、ウエハ往復走査時にイオンビーム3の照射角度を求めることが可能となる。図9は、補助板15を利用したイオンビーム3の照射角度の算出方法についての説明図である。   Further, if the auxiliary plate 15 is provided, the irradiation angle of the ion beam 3 can be obtained during the reciprocating scanning of the wafer. FIG. 9 is an explanatory diagram of a method for calculating the irradiation angle of the ion beam 3 using the auxiliary plate 15.

理想的には、イオンビーム3のビーム電流分布はガウス分布となる。X方向におけるビーム電流計測器Pの中心とイオン源1の中心とが一致して、イオン源1から出たイオンビーム3が真っ直ぐに照射されているとすれば、ビーム電流のピークがビーム電流計測器Pの中心位置に現れる。   Ideally, the beam current distribution of the ion beam 3 is a Gaussian distribution. If the center of the beam current measuring device P in the X direction coincides with the center of the ion source 1 and the ion beam 3 emitted from the ion source 1 is irradiated straight, the peak of the beam current is measured by the beam current measurement. Appears at the center of the vessel P.

ウエハ往復走査に伴って補助板15をX方向に移動させながら、任意のファラデーカップに照射されるイオンビーム3のビーム電流を計測する。計測結果から、ビーム電流の変化量を算出し、変化量のピークがビーム電流計測器Pの中心位置からX方向にどれだけ離れているのかを算出する。この離間距離をL1とし、ビーム電流分布計測器Pとイオン源1間の距離をL2とすれば、イオンビーム3の照射角度は、θ=tan-1(L1/L2)から算出することができる。 The beam current of the ion beam 3 irradiated to an arbitrary Faraday cup is measured while moving the auxiliary plate 15 in the X direction as the wafer reciprocates. From the measurement result, the change amount of the beam current is calculated, and how far the peak of the change amount is in the X direction from the center position of the beam current measuring device P is calculated. If the separation distance is L1, and the distance between the beam current distribution measuring instrument P and the ion source 1 is L2, the irradiation angle of the ion beam 3 can be calculated from θ = tan −1 (L1 / L2). .

上記したビーム照射角度計測の手法は、一般にはナイフエッジ法として知られているが、ビーム照射角度を計測する手法はこの手法に限定されるものではない。例えば、補助板15にピンホールまたはスリットを開けておき、これらを通してビーム電流計測器Pに入射するイオンビーム3のビーム電流量を計測し、計測結果からイオンビーム3の照射角度を算出してもよい。この場合、補助板15を移動させながら、補助板15に形成されたピンホールやスリットを通じて、ビーム電流計測器Pで計測されたビーム電流値が最大となった場所にイオンビーム3の中心位置が照射されていると考え、この場所と本来であればイオンビーム3の中心位置が照射される場所とのズレ量、イオン源1からビーム電流計測器Pまでの距離をもとに、イオンビーム照射角度を算出することが考えられる。   The beam irradiation angle measurement method described above is generally known as a knife edge method, but the method of measuring the beam irradiation angle is not limited to this method. For example, a pinhole or slit is opened in the auxiliary plate 15, the beam current amount of the ion beam 3 incident on the beam current measuring instrument P is measured through these, and the irradiation angle of the ion beam 3 is calculated from the measurement result. Good. In this case, the center position of the ion beam 3 is located at the place where the beam current value measured by the beam current measuring device P becomes the maximum through the pinhole or slit formed in the auxiliary plate 15 while moving the auxiliary plate 15. Ion beam irradiation based on the amount of deviation between this location and the location where the central position of the ion beam 3 is irradiated, and the distance from the ion source 1 to the beam current measuring device P. It is conceivable to calculate the angle.

これまでの実施形態で説明したイオンビームの正常異常判別の結果を踏まえて、イオンビームのビーム電流分布を調整する調整手段をイオン源に設けるようにしてもよい。
例えば、イオン源が高周波型のイオン源の場合、イオン源の高周波電源出力の増減調整ができるように構成しておく。また、複数のカソードを備えたイオン源であれば、各カソードに流す電流量の増減調整を行って、イオン源から引出されるイオンビームのビーム電流分布を調整するようにしてもよい。さらに、イオン化ガス供給路を複数の備えたイオン源であれば、各ガス供給路に流すガス流量を個別に増減して、イオン源から引出されるイオンビームのビーム電流分布を調整するようにしてもよい。
Based on the result of the normal / abnormal ion beam determination described in the embodiments so far, an adjustment unit for adjusting the beam current distribution of the ion beam may be provided in the ion source.
For example, when the ion source is a high-frequency ion source, it is configured so that the increase / decrease adjustment of the high-frequency power output of the ion source can be performed. In the case of an ion source having a plurality of cathodes, the beam current distribution of the ion beam drawn from the ion source may be adjusted by adjusting the amount of current flowing through each cathode. Further, in the case of an ion source having a plurality of ionized gas supply paths, the flow rate of the gas flowing through each gas supply path is individually increased or decreased to adjust the beam current distribution of the ion beam drawn from the ion source. Also good.

その他、前述した以外に、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良、変更を行ってもよい。   In addition to the above, various improvements and modifications may be made without departing from the scope of the present invention.

1.イオン源
2.引出電極系
3.イオンビーム
4.処理室
10.ウエハ
11.ホルダ
12.ツイスト機構
13.チルト機構
14.往復走査機構
15.補助板
P.ビーム電流計測器
1. Ion source 2. 2. Extraction electrode system Ion beam4. Processing chamber 10. Wafer 11. Holder 12. Twist mechanism 13. Tilt mechanism 14. Reciprocating scanning mechanism 15. Auxiliary plate Beam current measuring instrument

Claims (5)

第一の方向でウエハ寸法よりも長いイオンビームに対して、ウエハを回転させながら、第三の方向に向けて照射される前記イオンビームと交差する第二の方向に前記ウエハを往復走査することで、ウエハ全面へのイオンビーム照射を行うイオンビームエッチング装置において、
前記第三の方向で前記ウエハの下流側に配置され、前記イオンビームのビーム電流を計測するビーム電流計測器を有し、
前記第二の方向での前記ウエハの走査幅をS、
前記第二の方向での前記イオンビームの寸法をIBw、
前記第二の方向での前記ウエハあるいは前記ウエハを支持するホルダのいずれか大きい方の寸法をD、としたとき、
0<S≦IBw+Dの関係を充足するように、前記ウエハを往復走査するイオンビームエッチング装置。
Reciprocally scan the wafer in a second direction intersecting the ion beam irradiated in a third direction while rotating the wafer with respect to an ion beam longer than the wafer dimension in the first direction. In an ion beam etching apparatus that performs ion beam irradiation on the entire wafer surface,
A beam current measuring device disposed downstream of the wafer in the third direction and measuring a beam current of the ion beam;
The scanning width of the wafer in the second direction is S,
The dimension of the ion beam in the second direction is IBw,
When the larger dimension of the wafer or the holder supporting the wafer in the second direction is D,
An ion beam etching apparatus for reciprocally scanning the wafer so as to satisfy a relationship of 0 <S ≦ IBw + D.
前記走査幅が、D<S≦IBw+Dであり、
前記ビーム電流計測器は、前記第一の方向で前記ウエハの寸法以上の長さを有し、前記第一の方向において複数の計測領域を有している請求項1記載のイオンビームエッチング装置。
The scan width is D <S ≦ IBw + D,
The ion beam etching apparatus according to claim 1, wherein the beam current measuring instrument has a length equal to or larger than the dimension of the wafer in the first direction, and has a plurality of measurement regions in the first direction.
前記ビーム電流計測器は、前記第一の方向で前記ウエハの周辺と中央が通過するそれぞれの領域でビーム電流の計測を行う請求項2記載のイオンビームエッチング装置。   3. The ion beam etching apparatus according to claim 2, wherein the beam current measuring device measures the beam current in each of the regions where the periphery and center of the wafer pass in the first direction. 前記第一の方向を回転軸として、前記ウエハを傾斜させるチルト機構を備えた請求項1乃至3のいずれか一項に記載のイオンビームエッチング装置。   The ion beam etching apparatus according to any one of claims 1 to 3, further comprising a tilt mechanism that tilts the wafer with the first direction as a rotation axis. 姿勢が固定された状態で、前記ウエハとともに往復走査されて、前記イオンビームを遮蔽する外形四角形状の補助板を前記第三の方向で前記ウエハの下流側に備え、
前記補助板の外形形状が前記第一の方向に平行な2辺を有している請求項2乃至4のいずれか一項に記載のイオンビームエッチング装置。
In a state where the posture is fixed, the wafer is reciprocally scanned with the wafer, and an auxiliary plate having an outer shape of a quadrangle that shields the ion beam is provided on the downstream side of the wafer in the third direction,
The ion beam etching apparatus according to any one of claims 2 to 4, wherein an outer shape of the auxiliary plate has two sides parallel to the first direction.
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