JP7496438B2 - イオン源バッフル、イオンエッチング装置及びその使用方法 - Google Patents
イオン源バッフル、イオンエッチング装置及びその使用方法 Download PDFInfo
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Description
本発明は機械加工設備の分野に属し、特にイオン源バッフル、イオンエッチング装置及びその使用方法に関する。
イオン源はイオンビームエッチングの重要な部品であり、イオン源の優劣はエッチング性能に直接影響する。イオンビームエッチングの具体的なプロセスは以下のとおりである。ＲＦイオン源では、例えば、ＡｒやＯ２のプラズマ化ガスは、特別に設計されたガス均一化絶縁装置を介して石英放電室に入り、ＲＦコイルから発生する高周波により励起され、プラズマ化ガスにおける電子がプラスイオンと混合してプラズマが形成され、Ｇｒｉｄモジュールは対象基板にプラズマをイオンビームとして送り、対象基板（ウエハ）の表面をエッチングする。ここで、イオン源Ｇｒｉｄモジュールは、一般にスクリーングリッド、加速グリッド及び減速グリッド（減速グリッドを省略したものもある）で構成され、トリプルグリッドシステムによって、イオン源が低エネルギーの流れの下でより優れたパフォーマンスを示し、ビーム発散角が比較的小さく、グリッドからの汚染を低減できる。スクリーングリッドは放電室の陽極として放電電子を吸収することができ、放電回路となり、焦点調整の役割を果たし、加速グリッドは正イオンを引き抜くことができ、減速グリッドはイオン分布を効果的に調整することができる。
従来技術では、ガスが放電室内でイオン化するときに、プラズマ密度は中心領域から半径方向にエッジ領域に向かって徐々に減少し、対象基板のエッチングの均一性を確保するために、スクリーングリッドの孔の大きさは中心領域から半径方向にエッジ領域に向かって徐々に増加し、これによって、イオン源のエッチングの均一性を確保する。図１（ａ）～（ｃ）に示すように、ｒ１～ｒ４（座標Ｘ）はスクリーングリッドの孔が位置する領域からスクリーングリッドの中心までの距離であり、φ１～φ４（座標Ｙ）はグリッドの孔径であり、エッジ領域のエッチング速度が速いため、対象基板全体が不均一にエッチングされ、図２（ａ）～（ｂ）に示すように、対象基板のエッジ領域のエッチング速度が最も速い。
本発明は、イオンエッチング装置にイオン源バッフルが増設されることによって、放電室内で発生させたプラズマがイオン源バッフル、スクリーングリッド及び加速グリッドを順次通過し、プラズマがイオン源バッフルで遮断されると、放電室のエッジ領域から放電室の中心領域まで、プラズマの数が徐々に増加し、放電室の中心領域よりも、放電室のエッジ領域でのプラズマ密度が低下し、これによって、スクリーングリッドの外孔が内孔よりも大きいという構造の設計に対して補償を行い、プラズマがスクリーングリッドを透過してなるプラズマビームの均一性が確保されるイオン源バッフル、イオンエッチング装置、及びその使用方法を提供することを目的とする。上記の目的を達成させるために、本発明は下記技術的解決手段を採用する。
本発明は、
中空構造のバッフル本体を含み、
前記バッフル本体の内壁には対称に設けられるバッフルが固定されており、前記バッフルは前記バッフル本体の中心に向かって延在しており、
前記バッフル本体の内壁から前記バッフル本体の中心への方向において、前記バッフルによる遮断領域は小さくなるイオン源バッフルを提案している。
中空構造のバッフル本体を含み、
前記バッフル本体の内壁には対称に設けられるバッフルが固定されており、前記バッフルは前記バッフル本体の中心に向かって延在しており、
前記バッフル本体の内壁から前記バッフル本体の中心への方向において、前記バッフルによる遮断領域は小さくなるイオン源バッフルを提案している。
好ましくは、前記バッフル本体は環状である。
好ましくは、前記バッフルの内段は多角形又は円形である。
好ましくは、前記バッフルは扇形である。
好ましくは、前記扇形に対応する扇形の中心角が３°～１５°である。
好ましくは、前記バッフルの材料は石英材料又はセラミックス材料である。
本発明はまた、
前記イオン源バッフルに基づくものであり、放電室と反応室を含み、
前記反応室は接続チャンバと、前記接続チャンバに連通している反応チャンバと、を含み、
前記放電室は前記接続チャンバ内に位置し、前記反応チャンバに連通しており、
前記接続チャンバ内にはプラズマを集束してプラズマビームを形成するイオン源Ｇｒｉｄモジュールが設けられ、前記イオン源Ｇｒｉｄモジュールは放電室のうち反応チャンバに連通している側に近く、
前記イオン源Ｇｒｉｄモジュールは、内孔と外孔が設けられ、前記内孔の直径が前記外孔の直径よりも小さいスクリーングリッドを含むイオンエッチング装置であって、
前記イオン源バッフルは前記放電室の内壁に係着され、前記プラズマは前記イオン源バッフル及び前記イオン源Ｇｒｉｄモジュールを順次通過するイオンエッチング装置を提案している。
前記イオン源バッフルに基づくものであり、放電室と反応室を含み、
前記反応室は接続チャンバと、前記接続チャンバに連通している反応チャンバと、を含み、
前記放電室は前記接続チャンバ内に位置し、前記反応チャンバに連通しており、
前記接続チャンバ内にはプラズマを集束してプラズマビームを形成するイオン源Ｇｒｉｄモジュールが設けられ、前記イオン源Ｇｒｉｄモジュールは放電室のうち反応チャンバに連通している側に近く、
前記イオン源Ｇｒｉｄモジュールは、内孔と外孔が設けられ、前記内孔の直径が前記外孔の直径よりも小さいスクリーングリッドを含むイオンエッチング装置であって、
前記イオン源バッフルは前記放電室の内壁に係着され、前記プラズマは前記イオン源バッフル及び前記イオン源Ｇｒｉｄモジュールを順次通過するイオンエッチング装置を提案している。
好ましくは、前記イオン源バッフルと前記イオン源Ｇｒｉｄモジュールとの間の距離が３ｍｍよりも大きい。
本発明はまた、
前記イオンエッチング装置に基づくイオンエッチング装置の使用方法であって、
前記放電室のうち前記イオン源Ｇｒｉｄモジュールに近い側に前記イオン源バッフルを係着するステップ（１）と、
前記放電室内で前記プラズマを発生させるステップ（２）と、
前記プラズマが前記イオン源バッフルで遮断されると、前記放電室のエッジ領域から前記放電室の中心領域まで、前記プラズマの数が徐々に多くなるステップ（３）と、
前記プラズマは前記イオン源Ｇｒｉｄモジュールのスクリーングリッド内に入射されてから、前記スクリーングリッドを順次透過してプラズマビームを形成し、前記プラズマビームはＧｒｉｄモジュールの加速グリッドを透過して前記反応チャンバ内に入射されるステップ（４）と、を含むイオンエッチング装置の使用方法を提案している。
前記イオンエッチング装置に基づくイオンエッチング装置の使用方法であって、
前記放電室のうち前記イオン源Ｇｒｉｄモジュールに近い側に前記イオン源バッフルを係着するステップ（１）と、
前記放電室内で前記プラズマを発生させるステップ（２）と、
前記プラズマが前記イオン源バッフルで遮断されると、前記放電室のエッジ領域から前記放電室の中心領域まで、前記プラズマの数が徐々に多くなるステップ（３）と、
前記プラズマは前記イオン源Ｇｒｉｄモジュールのスクリーングリッド内に入射されてから、前記スクリーングリッドを順次透過してプラズマビームを形成し、前記プラズマビームはＧｒｉｄモジュールの加速グリッドを透過して前記反応チャンバ内に入射されるステップ（４）と、を含むイオンエッチング装置の使用方法を提案している。
従来技術に比べて、本発明の利点は以下のとおりである。
（１）バッフル本体の内壁からバッフル本体の中心への方向において、バッフルによる遮断領域は小さくなり、これによって、バッフル本体のエッジ領域で遮断されるプラズマがバッフル本体の中心領域で遮断されるプラズマよりも多く、プラズマがバッフルで遮断されると、このバッフルの作用により、放電室のエッジ領域から放電室の中心領域まで、プラズマの数が徐々に増加し、すなわち、放電室の中心領域よりも、放電室のエッジ領域のプラズマ密度が低下する。
（２）イオンエッチング装置にイオン源バッフルが増設されることによって、放電室内で発生させたプラズマがイオン源バッフル、スクリーングリッド及び加速グリッドを順次通過し、プラズマがイオン源バッフルで遮断されると、放電室のエッジ領域から放電室の中心領域まで、プラズマの数が徐々に増加し、放電室の中心領域よりも、放電室のエッジ領域でのプラズマ密度が低下し、これによって、スクリーングリッドの外孔が内孔よりも大きいという構造の設計に対して補償を行い、プラズマがスクリーングリッド及び加速グリッドを通過してから均一に分布する傾向にあるプラズマビームを形成することで、プラズマがイオン源Ｇｒｉｄモジュールを透過してなるプラズマビームの均一性が確保される。
（１）バッフル本体の内壁からバッフル本体の中心への方向において、バッフルによる遮断領域は小さくなり、これによって、バッフル本体のエッジ領域で遮断されるプラズマがバッフル本体の中心領域で遮断されるプラズマよりも多く、プラズマがバッフルで遮断されると、このバッフルの作用により、放電室のエッジ領域から放電室の中心領域まで、プラズマの数が徐々に増加し、すなわち、放電室の中心領域よりも、放電室のエッジ領域のプラズマ密度が低下する。
（２）イオンエッチング装置にイオン源バッフルが増設されることによって、放電室内で発生させたプラズマがイオン源バッフル、スクリーングリッド及び加速グリッドを順次通過し、プラズマがイオン源バッフルで遮断されると、放電室のエッジ領域から放電室の中心領域まで、プラズマの数が徐々に増加し、放電室の中心領域よりも、放電室のエッジ領域でのプラズマ密度が低下し、これによって、スクリーングリッドの外孔が内孔よりも大きいという構造の設計に対して補償を行い、プラズマがスクリーングリッド及び加速グリッドを通過してから均一に分布する傾向にあるプラズマビームを形成することで、プラズマがイオン源Ｇｒｉｄモジュールを透過してなるプラズマビームの均一性が確保される。
以下、概略図を参照して本発明をさらに詳細に説明し、本発明の好適な実施例は記載されるが、当業者にとって明らかなように、本発明の有利な効果を果たしたままここで説明される本発明を修正できると理解すべきである。このため、以下の説明は当業者にとって公知のものとして理解すべきであり、本発明を限定するものではない。
図３（ａ）に示すように、イオン源バッフル１であって、中空構造のバッフル本体１１を含み、バッフル本体１１の内壁には対称に設けられるバッフル１２が固定されており、バッフル１２はバッフル本体１１の中心に向かって延在しており、バッフル本体１１の内壁からバッフル本体１１の中心への方向において、バッフル１２による遮断領域は徐々に小さくなる。好ましくは、バッフル本体１１は環状である。バッフル１２は中央が大きく両端が小さい構造であってもよい。
本実施例では、バッフル１２は水平に設けられ、バッフル１２による遮断領域とはバッフル１２の幅領域で遮断される部分を指す。バッフル１２の幅はエッジ領域から中心領域に向かって線形的に減少し、このため、エッジ領域で遮断されるプラズマが中心領域で遮断されるプラズマよりも多い。当業者が理解できるように、バッフル本体１１、バッフル１２、放電室２という３つの部材に対応するエッジ領域は同じであり、この３つの部材に対応する中心領域も同じである。
本実施例では、バッフル１２は扇形である。エッジ領域と中心領域のエッチング速度の差に応じて、扇形に対応する扇形中心角は３°～１５°である。エッジ領域のエッチング速度が中心領域よりも僅かに高い場合、扇形に対応する中心角は３度としてもよく、エッジ領域のエッチング速度が中心領域よりも明らかに高い場合、エッチング均一性の要件に対応するように、扇形に対応する中心角は徐々に増加する。
好ましくは、加工のし易さから、バッフル本体１１及びバッフル１２の厚さは３ｍｍ～６ｍｍとしてもよく、隣接するバッフル１２の間のバッフル本体１１部分の円周長は８ｍｍ～１５ｍｍである。バッフル１２の材料は石英材料又はセラミックス材料である。
図３（ａ）に示すように、バッフル１２の数は６であり、図３（ｂ）に示すように、他の実施例では、バッフル１２の数は２である。
図３（ｃ）～（ｄ）に示すように、他の実施例では、バッフル１２の内段はそれぞれ多角形、円形である。プロセスの効果から、エッチングが速い領域が半径ｒ１～ｒ４の間にある場合、図１（ｂ）に示すように、エッチング全体のプラズマ分布を均一にするために中心領域のプラズマ密度を下げる必要があり、このため、バッフル１２の形状は、平行四辺形又は楕円形などの、中央が大きく外側部が小さい形状であってもよい。
平行四辺形を例にして、半径ｒ２～ｒ３にあるエッチング領域のエッチング速度が他の領域よりも明らかに速い場合、該領域のプラズマを下げる必要があり、これによって、バッフル１２は半径ｒ２～ｒ３ではより多くのプラズマを遮断する。エッチング速度の差によって、平行四辺形のバッフル１２のサイズはプロセステスト構造に応じて変更してもよい。
本実施例では、また、イオンエッチング装置を提案しており、図４（ａ）～４（ｃ）に示すように、このイオンエッチング装置は、前述したイオン源バッフル１に基づくものであり、従来のイオンエッチング装置を基にして、イオン源バッフル１を増設することにより、改良イオンエッチング装置が形成されており、この改良イオンエッチング装置は主に、放電室２と、反応室３と、イオン源バッフル１との３つの部分を含み、具体的には、反応室３は接続チャンバ３１と、接続チャンバ３１に連通している反応チャンバ３２と、を含み、放電室２は接続チャンバ３１内に位置し、反応チャンバ３２に連通している構成となっている。
接続チャンバ３１は内側寄りにプラズマを集束してプラズマビームを形成するイオン源Ｇｒｉｄモジュール４が設けられ、イオン源Ｇｒｉｄモジュール４は放電室２のうち反応チャンバ３２に連通している側に近い。
イオン源Ｇｒｉｄモジュール４は内孔と外孔４１１が設けられ、内孔の直径が外孔４１１の直径よりも小さいスクリーングリッド４１を含み、該イオン源Ｇｒｉｄモジュール４は従来技術であり、該イオン源Ｇｒｉｄモジュール４のスクリーングリッド４１は図１（ａ）のスクリーングリッド４１の構造と同じである。
イオン源バッフル１は放電室２の内壁に係着され、プラズマはイオン源バッフル１及びイオン源Ｇｒｉｄモジュール４を順次通過する。
本実施例では、イオン源バッフル１とイオン源Ｇｒｉｄモジュール４との間の距離が０よりも大きければよい。
スクリーングリッド４１では、中心からエッジに向かって、孔の孔径のサイズが区分関数的に増加するので、図１（ｂ）に示すように、Ｎ段階で変化するとすれば、プロセスにおいては、エッジエッチング速度が速い領域によって、図５に示すように、バッフル１の内径φは好ましくはＲ／Ｎ～（Ｎ－１）＊Ｒ／Ｎ（Ｒは放電室２の内径）の間であり、エッジ速度が他の領域よりも明らかに速い場合、扇形の内径は（Ｎ－１）＊Ｒ／Ｎであり、これによって、扇形バッフル１２による遮断面積が多すぎて、中心領域のエッチング速度に影響することを回避し、エッジエッチング速度が速い領域が絶えずに増加する場合、遮断面積を増大するために、扇形のイオン源バッフル１の内径は絶えずに減少すべきである。ここで、扇形のイオン源の形態は単段又は多段としてもよく、ここでは、図３（ｅ）に示すように、多段式のものは複数回の加工を回避しつつ、実験データによって扇形バッフル１２の長さを自在に調整することができ、他の実施例では、イオン源は多段構造である。
放電室２のエッジ領域のプラズマの密度を効果的に調整し、対象基板５のエッジ領域及び中心領域に至るプラズマの密度分布を均一にするために、イオン源バッフル１のバッフル１２の数は好ましくは２～２０個であってもよく、イオンエッチング装置の様々なエッチング速度、イオン源バッフル１については、各イオン源バッフル１のバッフル１２の数は以下の作業状況を参照する。
放電室２のエッジ領域のプラズマの密度を効果的に調整し、対象基板５のエッジ領域及び中心領域に至るプラズマの密度分布を均一にするために、イオン源バッフル１のバッフル１２の数は好ましくは２～２０個であってもよく、イオンエッチング装置の様々なエッチング速度、イオン源バッフル１については、各イオン源バッフル１のバッフル１２の数は以下の作業状況を参照する。
（１）対象基板５のエッジ領域のエッチング速度が対象基板５の中心領域よりも変化が小さい場合、図３（ｂ）に示すように、２個のバッフル１２しかないイオン源バッフル１は個別に設計されて取り付けられてもよい。
（２）図３（ａ）、図４（ｄ）に示すように、対象基板５のエッジ領域と対象基板５の中心領域のエッチング速度の差が増加するに伴い、バッフル１２の数は最高６個まで徐々に増加する。
（３）図４（ｅ）に示すように、対象基板５のエッジ領域と対象基板５の中心領域のエッチング速度の差がさらに増加すると、イオン源バッフル１はペアをなして取り付けられてもよい。対象基板５のエッジ領域のエッチング速度が対象基板５の中心領域のエッチング速度よりも明らかに速く、単一のイオン源バッフル１が要件を満たさない場合、２つ以上のイオン源バッフル１を取り付ける必要があり、これによって、対象基板５のエッチングの均一性が確保される。
本実施例では、また、前述したイオンエッチング装置に基づくイオンエッチング装置の使用方法であって、
放電室２のうちイオン源Ｇｒｉｄモジュール４に近い側にイオン源バッフル１を係着するステップ（１）と、
放電室２内でプラズマを発生させるステップ（２）と、
プラズマがイオン源バッフル１で遮断されると、放電室２のエッジ領域から放電室２の中心領域まで、プラズマの数が徐々に多くなるステップ（３）と、
プラズマはイオン源Ｇｒｉｄモジュール４のスクリーングリッド４１内に入射されてから、スクリーングリッド４１を順次透過してプラズマビームを形成し、プラズマビームはＧｒｉｄモジュールの加速グリッド４２を透過して反応チャンバ３２内に入射されるステップ（４）と、を含むイオンエッチング装置の使用方法を提案している。
放電室２のうちイオン源Ｇｒｉｄモジュール４に近い側にイオン源バッフル１を係着するステップ（１）と、
放電室２内でプラズマを発生させるステップ（２）と、
プラズマがイオン源バッフル１で遮断されると、放電室２のエッジ領域から放電室２の中心領域まで、プラズマの数が徐々に多くなるステップ（３）と、
プラズマはイオン源Ｇｒｉｄモジュール４のスクリーングリッド４１内に入射されてから、スクリーングリッド４１を順次透過してプラズマビームを形成し、プラズマビームはＧｒｉｄモジュールの加速グリッド４２を透過して反応チャンバ３２内に入射されるステップ（４）と、を含むイオンエッチング装置の使用方法を提案している。
上記は本発明の好適な実施例に過ぎず、本発明を何ら限定するものではない。当業者であれば、本発明の技術的解決手段を逸脱しない範囲内で、本発明で開示された技術的解決手段及び技術内容について行う任意の形態の等同置換や修正などの変化は全て本発明の技術的解決手段を逸脱しない内容であり、本発明の特許範囲に属する。
１ イオン源バッフル
１１ バッフル本体
１２ バッフル
２ 放電室
３ 反応室
３１ 接続チャンバ
３２ 反応チャンバ
４ イオン源Ｇｒｉｄモジュール
４１ スクリーングリッド
４２ 加速グリッド
４１１ 外孔
５ 対象基板
１１ バッフル本体
１２ バッフル
２ 放電室
３ 反応室
３１ 接続チャンバ
３２ 反応チャンバ
４ イオン源Ｇｒｉｄモジュール
４１ スクリーングリッド
４２ 加速グリッド
４１１ 外孔
５ 対象基板
Claims (8)
- 中空構造のバッフル本体を含み、
前記バッフル本体の内壁には対称に設けられるバッフルが固定されており、前記バッフルは前記バッフル本体の中心に向かって延在しており、
前記バッフル本体の内壁から前記バッフル本体の中心への方向において、前記バッフルによる遮断領域は小さくなり、
前記バッフルは扇形であることを特徴とするイオン源バッフル。 - 前記バッフル本体は環状であることを特徴とする請求項１に記載のイオン源バッフル。
- 前記バッフルの内段は多角形又は円形であることを特徴とする請求項１に記載のイオン源バッフル。
- 前記扇形に対応する扇形の中心角が３°～１５°であることを特徴とする請求項１に記載のイオン源バッフル。
- 前記バッフルの材料は石英材料又はセラミックス材料であることを特徴とする請求項１に記載のイオン源バッフル。
- 請求項１～５のいずれか１項に記載のイオン源バッフルに基づくものであり、放電室と反応室を含み、
前記反応室は接続チャンバと、前記接続チャンバに連通している反応チャンバと、を含み、
前記放電室は前記接続チャンバ内に位置し、前記反応チャンバに連通しており、
前記接続チャンバ内にはプラズマを集束してプラズマビームを形成するイオン源Ｇｒｉｄモジュールが設けられ、前記イオン源Ｇｒｉｄモジュールは放電室のうち反応チャンバに連通している側に近く、
前記イオン源Ｇｒｉｄモジュールは、内孔と外孔が設けられ、前記内孔の直径が前記外孔の直径よりも小さいスクリーングリッドを含むイオンエッチング装置であって、
前記イオン源バッフルは前記放電室の内壁に係着され、前記プラズマは前記イオン源バッフル及び前記イオン源Ｇｒｉｄモジュールを順次通過することを特徴とするイオンエッチング装置。 - 前記イオン源バッフルと前記イオン源Ｇｒｉｄモジュールとの間の距離が０よりも大きいことを特徴とする請求項６に記載のイオンエッチング装置。
- 請求項６に記載のイオンエッチング装置に基づくイオンエッチング装置の使用方法であって、
前記放電室のうち前記イオン源Ｇｒｉｄモジュールに近い側に前記イオン源バッフルを係着するステップ（１）と、
前記放電室内で前記プラズマを発生させるステップ（２）と、
前記プラズマが前記イオン源バッフルで遮断されると、前記放電室のエッジ領域から前記放電室の中心領域まで、前記プラズマの数が徐々に多くなるステップ（３）と、
前記プラズマは前記イオン源Ｇｒｉｄモジュールのスクリーングリッド内に入射されてから、前記スクリーングリッドを順次透過してプラズマビームを形成し、前記プラズマビームは前記イオン源Ｇｒｉｄモジュールの加速グリッドを透過して前記反応チャンバ内に入射されるステップ（４）と、を含むことを特徴とするイオンエッチング装置の使用方法。
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