JP2023543888A - 二重壁多重構造石英筒装置 - Google Patents

Abstract

二重壁多重構造石英筒装置は、イオンビームエッチングの技術分野に属する。二重壁多重構造石英筒装置は、具体的には、石英筒外壁を含み、外壁の内側に少なくとも一つの石英筒ライナが設置され、石英筒ライナの軸線が石英筒外壁の軸線と一致し、石英筒ライナと外壁との間に、石英筒ライナ支持体が接続されている。石英筒外壁と前記石英筒ライナとの底部にグリッドが接続されており、エッチング副生成物はグリッドの空隙を通して、ほとんど石英筒ライナの内面に飛散し、少ないエッチング副生成物が石英筒外壁の内壁面に付着する。したがって、高周波回路全体が汚れの影響を受けにくくなる。言い換えれば、エッチング速度が汚れの影響を受けにくくなり、石英筒装置の製品寿命が長くなり、エッチングコストが低減され、イオンビームエッチングのＭＴＢＣ時間が延長される。

Description

本発明は、イオンビームエッチングの技術分野に関し、具体的には二重壁多重構造石英筒装置に関する。

半導体デバイスの発展に伴い、チップのパターンの精度がますます高くなる。従来のウエットエッチングは、裾引きが避けられないため、高精度の細線パターンのエッチングの要求を満たすことができなくなった。そのため、一連のドライエッチング技術が開発されてきた。一般的なエッチング法として、プラズマエッチング、反応性イオンエッチング、２極スパッタリング、イオンビームエッチングなどがある。プラズマエッチングと反応性イオンエッチングには、いずれも反応ガスが必要であり、また、エッチングされる材料によって異なる反応ガス及び成分が必要である。また、異なる励起方法と励起条件も必要である。反応ガスは、一般的に塩化物またはフッ化物であるが、適切な反応性ガスが見つからない材料もある。例えば、Ｐｔの場合、通常、単純な物理作用を用いた２極スパッタリング又はイオンビームエッチングを利用する。

イオンビームエッチングについて、イオン源からイオンが供給され、イオンのエネルギーが低く、密度が大きく、基板へのダメージが少なく、エッチング速度が速い。イオンビームエッチングは、いずれの材料に適するため、特に化学研磨や電解研磨では薄肉化しにくい材料の薄肉化に適する。また、イオンビームエッチングは、異方性エッチングであるので、パターン転写の精度が高く、細線の線幅ロスが少ない。また、イオンビームエッチングは、アルゴンガスしか使用せず、反応ガスが不要で、プロセスが安全で、環境負荷が少なく、作業コストが低いため、特に化学的にエッチングしにくい材料や精密な超薄膜のエッチングに適する。

イオンビームエッチング装置は、専用なイオン源によりイオンビームを発生させ、それを加速することであらゆる材料の異方性エッチングを実現できる、物理的なエッチング法を用いた高真空エッチング装置である。材料基板をエッチングする場合、材料基板の表面に、既にフォトリソグラフィによりパターンが描かれたマスクがあり、材料基板上の除去したい部分に対応するマスクが除去された状態で、イオンビームによりマスクで覆われていない部分を除去する。イオンビームエッチング装置は、主にＡｕ、Ｐｔ、ＮｉＣｒ合金、Ｃｕなどの金属薄膜をドライエッチングすることに用いられる。

イオンビームエッチングに用いられるイオン源は、一般的に、コイルと、石英筒と、イオン源ハウジングと、グリッドとで構成される。グリッドは、遮蔽グリッドと、加速グリッドと、減速グリッドとで構成される。イオンビームエッチングは、一般的にグリッドを介してイオンビームを射出し、ウエハステージにおけるウェーハをエッチングするように行われる。イオンビームエッチングが主に金属薄膜のエッチングに用いられるため、エッチング副生成物がグリッドの空隙を通して、石英筒の内面に飛散し、その内面に汚れ層が形成されてしまう。この汚れ層のほとんどは金属であるため、導電性を有する。エッチングの実施により、汚れ層が徐々に厚くなるので、コイルにより石英筒内に形成された電界が徐々に弱まり、石英筒内に生成したプラズマの密度も徐々に低下する。最終的に、コイルに高出力な高周波を印加しても石英筒内で点火することができなくなる。その結果、ウェーハエッチングプロセスにおいて、エッチング速度が徐々に低下してしまう。これにより、石英筒の製品寿命が大幅に縮まり、エッチングコストが増え、イオンビームエッチングのＭＴＢＣ時間が短くなる。

本発明は、上記の背景技術における技術課題を解決するために、二重壁多重構造石英筒装置を提供する。

本発明の上記の技術課題を解決するための技術案は以下のとおりである。

二重壁多重構造石英筒装置は、石英筒外壁を含み、前記石英筒外壁の内側に少なくとも一つの石英筒ライナが設置され、前記石英筒ライナの軸線が前記石英筒外壁の軸線と一致し、前記石英筒ライナと前記石英筒外壁との間に、石英筒ライナ支持体が接続されている。

さらに、前記石英筒外壁は、筒壁と上蓋とを含む筒状構造である。

さらに、前記上蓋の中心位置に、吸気ノズルが設けられている。

さらに、前記吸気ノズルは、ガスを均一に分散させるディスクに接続されている。

さらに、隣接する２つの前記石英筒ライナの間に、一定の距離が設けられる。

さらに、前記石英筒ライナは、折り曲げ角度が前記石英筒外壁と一致し、かつ折り曲げ部が前記石英筒外壁の筒壁及び上蓋のそれぞれと平行な折り曲げ部品である。

さらに、前記折り曲げ部品の高さは、前記石英筒外壁の高さよりも小さい。

さらに、前記石英筒外壁と前記石英筒ライナとの底部にグリッドが接続されている。

さらに、前記石英筒ライナ支持体は、前記石英筒ライナ及び前記石英筒外壁に溶接により接続されている。

従来技術と比べて、本発明は以下の有益な効果を有する。

石英筒装置は、二重壁多重構造であり、エッチング副生成物はグリッドの空隙を通して、ほとんど石英筒ライナの内面に飛散し、少ないエッチング副生成物が石英筒外壁の内壁面に付着する。したがって、高周波回路が汚れの影響を受けにくくなる。言い換えれば、エッチング速度が汚れの影響を受けにくくなり、石英筒装置の製品寿命が長くなり、エッチングコストが低減され、イオンビームエッチングのＭＴＢＣ時間が延長される。

以下、図面と具体的な実施例を参照しながら本発明をより詳細に説明する。

エッチングシステムの構成を示す模式図である。 エッチングシステムの基本原理を示す図である。 従来技術における一重壁石英筒の構成を示す模式図である。 一重壁石英筒のエッチング速度と石英筒の使用時間との関係を示す図である。 本発明に係る石英筒装置の側面断面図である。 本発明に係る石英筒装置の正面図である。 本発明に係る石英筒装置の斜視図である。 本発明に係る石英筒装置のエッチング速度と石英筒の使用時間との関係を示す図である。

本発明を簡単にするために、以下、図面を参照しながら本発明をより全面的に説明する。図面において本発明のいくつかの実施例を示すが、本発明はさまざまな形態で実施可能であり、説明した実施例に限定されない。なお、これらの実施例は、本発明に開示された内容をより完全かつ全面的に示すためのものである。

本装置は、イオンビームエッチングの技術分野に適用される。図１は、エッチングシステムを示す。下部電極２がチャンバ１の中央に位置し、回転テーブル３が下部電極２の中央に位置し、下部電極２が中心軸Ｏ周りに回転可能である。イオン源１０は、チャンバ１に接続され、回転テーブル３と一定の角度をなし、中和器５がイオン源１０と一定の角度をなす。イオン源１０は、石英筒１１と、高周波コイル（ＲＦコイル）１２と、グリッド１３とで構成される。グリッド１３は、通常、遮蔽グリッドと、加速グリッドと、接地グリッドとで構成される。

従来のイオンビームエッチングの技術において、図３～４に示すように、石英筒装置は一般的に一重壁構造である。エッチングの過程で生成されたエッチング副生成物は、グリッド１３の空隙を通して、一重壁構造の石英筒１２の内面に飛散し、その内面に汚れ層２３が形成されてしまう。この汚れ層２３のほとんどは金属であるため、導電性を有する。従来、このエッチングシステムにおいて、エッチングの実施により、汚れ層２３が徐々に厚くなるので、コイル１１により一重壁構造の石英筒１２内に形成された電界が徐々に弱まり、一重壁構造の石英筒１２内に生成したプラズマ２２の密度も徐々に低下する。最終的に、コイル１１に高出力な高周波を印加しても一重壁構造の石英筒１２内で点火することができなくなる。その結果、ウェーハエッチングプロセスにおいて、エッチング速度が徐々に低下してしまう。これにより、一重壁構造の石英筒１２の製品寿命が大幅に縮まり、エッチングコストが増え、イオンビームエッチングのＭＴＢＣ時間が短くなる。

イオンビームエッチングが主に金属薄膜のエッチングに使用される。図３は、従来の一重壁構造の石英筒が汚れる場合の模式図を示す。エッチングの過程で生成されたエッチング副生成物は、グリッド１３の空隙を通して、一重壁構造の石英筒１２の内面に飛散し、その内面に汚れ層２３が形成されてしまう。この汚れ層２３のほとんどは金属であるため、導電性を有する。従来、このエッチングシステムにおいて、エッチングの実施により、汚れ層２３が徐々に厚くなるので、コイル１１により一重壁構造の石英筒１２内に形成された電界が徐々に弱まり、一重壁構造の石英筒１２内に生成したプラズマ２２の密度も徐々に低下する。最終的に、コイル１１に高出力な高周波を印加しても一重壁構造の石英筒１２内で点火することができなくなる。その結果、ウェーハエッチングプロセスにおいて、エッチング速度が徐々に低下してしまう（図４は、エッチング速度と石英筒の使用時間の関係を示す）。これにより、一重壁構造の石英筒１２の製品寿命が大幅に縮まり、エッチングコストが増え、イオンビームエッチングのＭＴＢＣ時間が短くなる。

好ましくは、本技術案では、図５に示すように、従来技術の一重壁構造の円滑な石英筒を二重壁多重構造石英筒に改良した。本発明の二重壁多重構造石英筒は、石英筒外壁１００と、石英筒ライナ１１０と、石英筒ライナ支持体１２０とで構成される。石英筒は、石英筒外壁１００と石英筒ライナ１１０を、石英筒ライナ支持体１２０により溶接で接続されてなる。図６、図７に示すように、石英筒ライナ１１０は、１つ又は複数のライナを石英筒外壁１００の内側に均一又は不均一に配置することで形成される。石英筒ライナ１１０の外形は、石英筒外壁１００と同心又は非同心の円弧形状であってもよいし、平面構造であってもよい。本発明の実施例では、石英筒ライナ１１０の外形が石英筒外壁１００と同心の円弧形状に形成されることを例として説明する。石英筒ライナ１１０の半径Ｒ１は石英筒ライナ支持体１２０の幅Ｌ２で決められ、Ｌ２はプロセス条件とニーズに応じて設定できる。石英筒ライナ１１０の数や、２つの石英筒ライナ１１０の間の距離Ｌ１もプロセス条件とニーズに応じて設定できる。

上記の構造において、石英筒外壁１００は、筒壁１００ａと上蓋１００ｂとを含む。上蓋１００ｂの中心位置に、ガスを均一に分散させるディスク２１に接続される吸気ノズル２０が設けられている。石英筒ライナ１１０は、折り曲げ角度が石英筒外壁１００と一致し、かつ折り曲げ部が石英筒外壁１００の筒壁１００ａ及び上蓋１００ｂのそれぞれと平行な折り曲げ部品である。なお、折り曲げ部品の高さは石英筒外壁１００の高さよりも小さい。隣接する２つの石英筒ライナ１１０の間に、一定の距離が設けられている。石英筒装置の全体の構造は簡単で安定している。

図２は、本発明のエッチングシステムの基本原理を示す。ガス源Ａｒはイオン源１０の後端の吸気ノズル２０から進入し、ガスを均一に分散させるディスク２１によって均一化される。高周波コイル１２に高周波を印加することで、高周波コイル１２により石英筒１１内でＡｒを励起してプラズマを生成する。一方、グリッド１３に電圧を印加し、生成された正電荷のプラズマ１４はグリッド１３で加速されてウェーハに衝突する。この過程で、中和器５は電子１５を連続的に放出し、正電荷のプラズマ１４と電子１５が中和され、中性イオン１６となる。その結果、中性イオン１６は回転テーブル３におけるウェーハに衝突し、純粋且つ物理的なエッチング効果をもたらす。この過程で回転テーブル３は、均一性を保つために、ウェーハの中心軸周りに回転され続けている。

本発明の汚れの石英筒装置への影響を抑える原理は以下である。

従来の一重壁構造の石英筒の構造において、高周波回路として、コイル１１をパワー源、プラズマ２２を負荷、石英筒１２の内壁面を高周波回路（ＲＦ回路）とする。したがって、汚れ層２３は高周波回路に大きな影響を及ぼし、さらにエッチング速度に大きな影響を及ぼす。本発明の二重壁石英筒において、高周波回路として、コイル１１をパワー源、プラズマ２２を負荷、石英筒外壁１００の内壁面を高周波回路とする。本発明の石英筒は石英筒ライナ１１０を有するため、エッチング副生成物がグリッド１３の空隙を通して、ほとんど石英筒ライナ１１０の内面に分散し、少ないエッチング副生成物が高周波回路の石英筒外壁１００の内壁面に付着する。したがって、高周波回路が汚れの影響を受けにくくなる。言い換えれば、エッチング速度が汚れの影響を受けにくくなり、石英筒の製品寿命が長くなり、エッチングコストが低減され、イオンビームエッチングのＭＴＢＣ時間が延長される（図８は、二重壁多重構造石英筒装置のエッチング速度と石英筒の使用時間の関係を示す）。

以上、図面を参照しながら本発明を例示的に説明したが、本発明の具体的な実現は上記の形態に限定されるものではないことは無論である。本発明の技術的思想と技術案による実質的な変更のない改良や、本発明の技術的思想と技術案を変更せずにそのまま用いる場合は、いずれも本発明の保護範囲に属するものである。

Claims (9)

1. 石英筒外壁（１００）を含み、前記石英筒外壁（１００）の内側に少なくとも一つの石英筒ライナ（１１０）が設置され、前記石英筒ライナの軸線が前記石英筒外壁の軸線と一致し、前記石英筒ライナ（１１０）と前記石英筒外壁（１００）との間に、石英筒ライナ支持体（１２０）が接続されていることを特徴とする二重壁多重構造石英筒装置。
2. 前記石英筒外壁（１００）は、筒壁（１００ａ）と上蓋（１００ｂ）とを含む筒状構造であることを特徴とする請求項１に記載の二重壁多重構造石英筒装置。
3. 前記上蓋（１００ｂ）の中心位置に、吸気ノズルが（２０）設けられていることを特徴とする請求項２に記載の二重壁多重構造石英筒装置。
4. 前記吸気ノズル（２０）は、ガスを均一に分散させるディスク（２１）に接続されていることを特徴とする請求項３に記載の二重壁多重構造石英筒装置。
5. 隣接する２つの前記石英筒ライナ（１１０）の間に、一定の距離が設けられることを特徴とする請求項１に記載の二重壁多重構造石英筒装置。
6. 前記石英筒ライナ（１１０）は、折り曲げ角度が前記石英筒外壁（１００）と一致し、かつ折り曲げ部が前記石英筒外壁（１００）の筒壁（１００ａ）及び上蓋（１００ｂ）のそれぞれと平行な折り曲げ部品であることを特徴とする請求項５に記載の二重壁多重構造石英筒装置。
7. 前記折り曲げ部品の高さは、前記石英筒外壁（１００）の高さよりも小さいことを特徴とする請求項６に記載の二重壁多重構造石英筒装置。
8. 前記石英筒外壁（１００）と前記石英筒ライナ（１１０）との底部にグリッド（１３）が接続されていることを特徴とする請求項１に記載の二重壁多重構造石英筒装置。
9. 前記石英筒ライナ支持体（１２０）は、前記石英筒ライナ（１１０）及び前記石英筒外壁（１００）に溶接により接続されていることを特徴とする請求項１に記載の二重壁多重構造石英筒装置。

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