JPH09199475A

JPH09199475A - イオンビームエッチング装置

Info

Publication number: JPH09199475A
Application number: JP492596A
Authority: JP
Inventors: Shinya Nunogami; 真也布上
Original assignee: GIJUTSU KENKYU KUMIAI SHINJOHO SHIYORI KAIHATSU KIKO; Toshiba Corp
Current assignee: GIJUTSU KENKYU KUMIAI SHINJOHO SHIYORI KAIHATSU KIKO; Toshiba Corp
Priority date: 1996-01-16
Filing date: 1996-01-16
Publication date: 1997-07-31
Anticipated expiration: 2016-01-16
Also published as: JP2788436B2

Abstract

(57)【要約】【課題】電子線源となる機構を新たに付加することな
く、被処理物のチャージアップを抑制することができ、
イオンビーム処理における制御性，生産性を高めること
ができる。【解決手段】イオンビームの照射により絶縁性の被処
理物をエッチングするイオンビームエッチング装置にお
いて、エッチングに供される被処理物１８が収容される
処理室１２と、この処理室１２に隣接配置されガスの導
入によりプラズマを発生するＥＣＲプラズマ生成室１１
と、このプラズマ生成室１１から荷電粒子を引き出して
被処理物１８に照射する引き出し電極１５と、この引き
出し電極１５に異なる大きさの直流電圧を一定周期でパ
ルス状に印加し、イオンビームと電子ビームを交互に引
き出すアンプ電源１６とを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、イオンビーム照射
によりエッチングを行うイオンビームエッチング装置に
係わり、特にイオン照射によるチャージアップの低減を
はかったイオンビームエッチング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の製造技術において、各種の
パターンを形成するためにイオンビームエッチング装置
が用いられている。この装置では、ガスをイオン源に導
入して適当な手段によりプラズマを発生させ、プラズマ
中からイオンを引き出し、このイオンを被処理物に照射
してエッチングを行う。

【０００３】ところで、被処理物が絶縁体或いは絶縁体
が表面に形成された基板等である場合、イオンビームの
正電荷が絶縁体上に蓄積され、いわゆるチャージアップ
により正に帯電する。例えば、反応性イオンビームエッ
チング（ＲＩＢＥ）による導電性基板のエッチングで、
エッチングマスクに絶縁物を用いた場合、マスクに正電
荷が蓄積されてチャージアップが生じる。そして、マス
クのチャージアップにより、導電性基板との間で異常放
電が生じたり、或いはマスクが正に帯電しているため、
イオンビームがマスク部で曲げられエッチングの深さが
パターン幅に依存する、いわゆるマイロロローディング
効果が生じたり、エッチング側壁の垂直性などのエッチ
ングプロファイルの劣化が生じる。従って、イオンビー
ムエッチング装置においては、被処理物のチャージアッ
プを抑制することが重要な課題となる。

【０００４】従来より、チャージアップを抑制するため
に広く用いられている手法には、イオン源と処理室の間
にタングステンフィラメントを設置し、フィラメントを
高温に加熱することにより熱電子を発生させ、イオンの
電荷を中和しようとする方法がある。また、他の例とし
て、イオン源以外に電子線を発生するためにホローカソ
ード型プラズマ源のような小型のプラズマ源を取り付
け、Ａｒガスなどの不活性ガスを導入しプラズマを発生
させ、それより電子を引き出し、イオンの正の電荷を中
和することが行われている。

【０００５】しかしながら、この種の方法にあっては、
次のような問題があった。即ち、タングステンフィラメ
ントをイオン源と被処理物との間に設置した場合には、
フィラメントもイオン源から引き出されたイオンに晒さ
れることになり、イオンスパッタリングにより被処理物
の金属汚染の原因となる。また、フィラメントは非常に
高温であり、フィラメントからの脱ガスも被処理物の表
面汚損の原因となる。さらに、プロセスガスとして酸
素，塩素，弗素系等の反応性ガスを用いた場合には、ガ
スがタングステンフィラメントと反応してしまうため、
フィラメントの劣化が激しくなり、実質上反応性ガスは
使えない等の問題がある。

【０００６】また、ホローカソード型プラズマ源を用い
た場合には、プラズマ発生用のガスを流す必要があり、
処理室の圧力が上昇してしまう。このため、エッチング
プロファイル制御のためのプロセス条件に制約が生じ
る。また、反応性ガスを用いた場合には、やはりホロー
カソード部が腐食され劣化してしまう等の問題がある。
また、小型でも取り付けのスペースが必要であり、プロ
セスチャンバの体積を大きくする必要があり、装置コス
トも高価になるなどの問題がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来のイ
オンビームエッチング装置においては、被処理物が絶縁
体又は表面に絶縁体マスク等が形成された基板である場
合、イオンビームの照射によりチャージアップが生じ
る。このチャージアップを抑制するために、タングステ
ンフィラメントをイオン源と被処理物との間に設置した
場合には、被処理物の金属汚染や表面汚損を招き、さら
に実質上反応性ガスは使えない等の問題がある。また、
ホローカソード型プラズマ源を用いた場合には、プロセ
ス条件に制約が生じる、ホローカソード部の劣化の点か
ら反応性ガスを使用しにくい、プロセスチャンバの体積
を大きくする必要があり、装置コストが高価になる、等
の問題があった。

【０００８】つまり、チャージアップを抑制するために
タングステンフィラメントやホローカソード型プラズマ
源等の新たな電子線源を設けると、この電子線源が被処
理物への汚染や圧力上昇などのプロセス条件への重大な
制約を与えることになる。

【０００９】本発明は、上記事情を考慮して成されたも
ので、その目的とするところは、電子線源となる機構を
新たに付加することなく、被処理物のチャージアップを
抑制することができ、イオンビーム処理における制御
性，生産性を高めることのできるイオンビームエッチン
グ装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】

（構成）上記課題を解決するために本発明は、次のよう
な構成を採用している。即ち本発明は、イオンビームの
照射により被処理物をエッチングするイオンビームエッ
チング装置において、エッチングに供される被処理物が
収容される処理室と、この処理室に隣接配置されてガス
の導入によりプラズマを発生するプラズマ源と、このプ
ラズマ源から荷電粒子を引き出して前記被処理物に照射
する引き出し電極と、この引き出し電極に異なる大きさ
の直流電圧を一定周期でパルス状に印加し、イオンビー
ムと電子ビームを交互に引き出す手段とを具備してなる
ことを特徴とする。

【００１１】ここで、本発明の望ましい実施態様として
は、次のものがあげられる。 (1) イオンビームの照射により被処理物に蓄積される電
荷が電子ビームの照射により中和するように、引き出し
電極に印加する電圧のパルス幅，パルス振幅及びパルス
周期を制御すること。 (2) 被処理物は、絶縁体又は表面に絶縁体が形成された
基板であること。 (3) イオンの電流密度をＩion 、絶縁体の誘電率をｋ、
絶縁体の厚さをｄ、絶縁膜の絶縁破壊が生じる電圧をＶ
e 、電子の電流密度をＩe とするとき、イオンビーム照
射時間Ｔion を、Ｔion ≦（Ｖe ／Ｉion ）（ｋ／ｄ）
に設定し、かつ電子ビームの照射時間Ｔe を、Ｔe ≦
（Ｉion ・Ｔion ／Ｉe ）（ｋ／ｄ）に設定すること。 (4) 被処理物の表面電位或いは蓄積された電荷を測定
し、その測定結果に基づいて引き出し電極に印加する電
圧を可変制御し、表面電位或いは電荷が最小となるよう
に、イオンビームと電子ビームのパルス幅，周期及びエ
ネルギーを最適化すること。 (5) プラズマ源は、電子サイクロトロン共鳴を利用した
ＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance）プラズマ装置
であること。 (6) 引き出し電極は処理室のチャンバと絶縁され接地さ
れており、プラズマ源のチャンバと接地端との間に荷電
粒子の引き出し電圧が印加されること。（作用）本発明においては、高密度プラズマを発生させ
る手段は特に限定されず、電子サイクロトロン共鳴を利
用したＥＣＲプラズマ源、誘導結合型ＲＦプラズマ源、
或いは容量結合型ＲＦプラズマ源など、いずれのプラズ
マ発生方法を用いてもよい。この種のプラズマ源にはイ
オン引き出し用の電極が取り付けられており、通常はプ
ラズマ源チャンバ或いは引き出し電極に引き出し電圧を
印加することにより、高密度プラズマ中よりイオンを引
き出すようになっている。

【００１２】ここで、引き出し電圧として、イオン引き
出し電圧とは逆極性の電圧を印加するか、或いは引き出
し電圧としてプラズマポテンシャル以下の低い電圧を印
加することにより、プラズマ源から電子を引き出すこと
も可能である。即ち、通常イオンビーム発生源として使
用される装置は、印加する引き出し電圧の大きさ或いは
極性を適切に設定することにより電子ビーム発生源とし
て使用することもできる。さらに、イオンビーム引き出
し電圧と電子ビーム引き出し電圧とを交互にパルス的に
印加すれば、イオンビーム及び電子ビームをパルス状に
交互に引き出すことも可能である。

【００１３】イオンビームによるエッチング処理では、
マスク等の絶縁物表面に正電荷が蓄積され、いわゆるチ
ャージアップが生じる。そこで、電子ビームを照射すれ
ば、正電荷は中和されチャージアップを抑制することが
できる。従来方法と本発明の本質的違いは、従来方法で
はイオンビーム照射と電子ビームの照射を同時に行うの
に対し、本発明ではイオンビーム及び電子ビームをパル
ス状に交互に被処理物に照射することである。

【００１４】本発明のようにイオンビームと電子ビーム
を交互に照射した場合、イオンビーム照射時には、絶縁
物表面に正電荷が蓄積され、接地電位部との間に電位差
が発生しチャージアップが生じる。チャージアップが進
展し、さらに電位差が大きくなると、最後には絶縁破壊
が生じる。この絶縁破壊が生じる前に電子ビームを照射
し正電荷を中和すれば、絶縁破壊は抑制できる。さらに
は、正電荷の蓄積による電位差が、イオンビームのエネ
ルギーに比べ無視できるほど小さいうちに、電子ビーム
をパルス状に照射して正電荷を中和すれば、絶縁物のチ
ャージアップが無視でき、イオンビームの直進性の劣化
も抑制できる。

【００１５】また本発明では、イオンビーム処理中に被
処理物表面の電荷或いは電位をモニタする手段を設け、
これを引き出し電圧を発生するための駆動電源部等にフ
ィードバックすることにより、イオンビーム処理中にイ
オンビーム及び電子ビームのパルス幅，周期，振幅等の
条件を、イオンビーム処理効率の良い最適値に設定する
ことができ、処理精度，生産性を更に向上させることが
できる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細を図示の実施
形態によって説明する。（第１の実施形態）図１は、本発明の第１の実施形態に
係わるドライエッチング装置を示す概略構成図である。

【００１７】この装置は、いわゆるＲＩＢＥ（Reactive
Ion Beam Etching ）と呼ばれる装置で、プラズマ生成
室１１とエッチング室１２から構成される。プラズマ生
成室１１はＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance）プ
ラズマ生成室であり、図示し内マイクロ波発生器が導波
管１３を通じて連結されている。また、プラズマ生成室
１１の周囲にはマグネットコイル１４が設置されてい
る。そして、プラズマ生成室１１にガスを導入し、マイ
クロ波と電子のサイクロトロン運動との共振現象を利用
することにより、プラズマを生成するものとなってい
る。

【００１８】エッチング室１２内には、被処理物１８を
載置するテーブル１９が配置されている。プラズマ生成
室１１とエッチング室１２との境界にはメッシュ電極１
５が取り付けてある。通常のエッチング装置ではプラズ
マ生成室１１のチャンバ或いはメッシュ電極１５に引き
出し電圧が印加され、プラズマ生成室１１よりイオンを
引き出すことができる。本実施形態で用いた装置では、
２０ｋＨｚで両極性出力が可能なアンプ電源１６がプラ
ズマ生成室１１のチャンバに接続されており、このアン
プ電源１６をファンクションジェネレータ１７により駆
動する。これにより、印加電圧の大きさや極性を制御す
ることによりイオン及び電子を任意の周期，パルス幅，
波形で引き出し、被処理物１８へ照射することが可能と
なっている。

【００１９】本実施形態では、引き出し電圧をプラズマ
生成室１１のチャンバに印加しているが、これはメッシ
ュ電極１５に印加しても良く、本質的に得られる効果は
同じである。つまり、イオンや電子の引き出し電極とし
て作用するメッシュ電極１５とプラズマ生成室１１のチ
ャンバとの間に、所定の引き出し電圧が印加されるよう
にすればよい。また、本実施形態ではプラズマを発生す
る手段としてＥＣＲプラズマを用いたが、これに限らず
プラズマ中からイオン及び電子を引き出すことが可能で
あれば、誘導結合型や容量結合型プラズマ源或いは Kau
fman型イオン源などのいずれの装置にも適用可能であ
る。

【００２０】次に、本実施形態の装置を用いて面発光レ
ーザアレーの作成を試みた例について説明する。本実施
形態で用いた被処理物は、ｎ型ＧａＡｓ基板２１上に分
子線エピタキシャル（ＭＢＥ）法によりｎ型ＧａＡｓ／
ＡｌＡｓブラッグ反射膜２２，ＧａＡｓスペーサ層２
３，ＩｎＧａＡｓ活性層２４，ＧａＡｓスペーサ層２
５，ｐ型ＧａＡｓ／ＡｌＡｓブラッグ反射膜２６を順に
成長した面発光レーザのウェハである（図２（ａ））。
全膜厚は約６μｍである。このような基板上に熱ＣＶＤ
によりＳｉＯ₂ 膜を５００ｎｍ堆積し、通常のフォトリ
ソグラフィ法と反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によ
り直径５〜１０μｍ、パターン間隔５μｍで円形状Ｓｉ
Ｏ₂ 膜２７を作成した（図２（ｂ））。そして、ＳｉＯ
₂ 膜２７をマスクに面発光レーザアレイのエッチングを
試みた（図２（ｃ））。

【００２１】試料交換室で上記の基板（被処理物）をホ
ルダーへ取り付けた後、ホルダーをエッチング室１２へ
移動させ、エッチング室１２の圧力が６．７×１０^-4Ｐ
ａとなるまで真空に排気する。その後、基板ホルダーに
埋め込まれているヒータにより基板温度を１７０℃まで
昇温すると共に、エッチング室１２の圧力が６．７×１
０^-4Ｐａ以下に達するまで保持する。プラズマ生成室１
１に塩素ガスを導入し、塩素ガス圧５．３×１０^-2Ｐａ
で圧力が安定するのを待って、プラズマを発生させた。
このとき、プラズマ生成室１１とエッチング室１２の間
に設置されたシャッタは閉じられており、基板への荷電
粒子の照射はない。プラズマ生成時のマイクロ波パワー
は２００Ｗとした。

【００２２】本実施形態におけるプラズマ生成室チャン
バへの印加電圧のシーケンスを図３（ａ）に示すと共
に、印加電圧によるイオン電流密度及び電子電流密度の
変化を図３（ｂ）に示した。イオン引き出し電圧は４０
０Ｖ、電子引き出し電圧は−５Ｖで周期的なパルス状に
印加した。以下、このシーケンスに従って説明する。

【００２３】イオン照射時のイオン電流密度は０．５ｍ
Ａ／ｃｍ² で、電子照射時の電子電流密度は１ｍＡ／ｃ
ｍ² であった。シャッタを開くと同時にイオンが基板に
照射されエッチングが開始される。しかし、マスクとし
て形成したＳｉＯ₂ 膜は絶縁体であるため、イオン照射
によりＳｉＯ₂ マスク表面に正電荷が蓄積され、いわゆ
るチャージアップが生じる。これにより、ＳｉＯ₂ マス
クを挟んでマスク表面とマスク裏面（マスクと基板との
界面側）との間に電位差が生じる。即ち、マスクの表面
電位が上昇し、結果として基板表面に電位分布が生じて
しまう。

【００２４】イオンビーム照射時の表面電位ΔＶ（ｔ）
は次式で与えられる。 ΔＶ（ｔ）＝Ｑ（ｔ）／Ｃ₀ ＝Ｉion ・Ｔion ／（ｋ／ｄ） … (1) ここで、Ｑ（ｔ）は絶縁物の単位表面積に蓄積された電
荷量、Ｃ₀ は絶縁膜単位面積当たりの容量、Ｉion はイ
オン電流密度、Ｔion はイオンビーム照射時間、ｋは絶
縁膜の誘電率、ｄは絶縁膜の厚さである。この表面電位
の時間変化を図３（ｃ）に示した。イオンビーム照射時
間と共に表面電位が大きくなり、被処理物表面での電位
分布も大きくなる。

【００２５】表面電位がイオンの引き出し電圧と略同程
度になると、被処理物表面近傍でのイオンのエネルギー
は略０となってしまい、被処理物のイオンスパッタリン
グが効率的に行われなくなる。また、被処理物表面の電
位分布により照射イオンの散乱が顕著となり、エッチン
グの効率が低下する。従って、少なくともこの表面電位
がイオン引き出し電圧より小さいうちに電子を照射する
ようにシーケンスを設定する。イオン引き出し電圧をＶ
acc とすると、表面電位がイオン引き出し電圧を越えな
いためには、イオンビーム照射時間Ｔion を、Ｔion ≦（Ｖacc ／Ｉion ）（ｋ／ｄ） … (2) にする必要がある。

【００２６】本実施形態の条件では、Ｖacc ＝４００
Ｖ、Ｉion ＝０．５ｍＡ／ｃｍ² 、ｋ＝３．５４×１０
^-11 ＣＶ^-1ｍ^-1、ｄ＝０．５μｍであり、(1) 式よりイ
オンビーム照射時間を少なくとも５．７ｍｓ以下とすれ
ばよい。本実施形態ではイオン照射時間を５ｍｓとし
た。また、図３（ｃ）に示すように表面電位が丁度０Ｖ
となるように、電子照射時間を２．５ｍｓとした。これ
により、チャージアップを低減することが可能であっ
た。

【００２７】また、望ましくは表面電位がＳｉＯ₂ マス
クの絶縁破壊が生じる電圧以下のうちに電子照射をすれ
ば、マスクの絶縁破壊による異常放電を完全に抑制する
ことができる。マスク材料の絶縁破壊が生じる電圧をＶ
ｅとすれば、イオンビーム照射時間Ｔion を、Ｔion ≦（Ｖe ／Ｉion ）（ｋ／ｄ） … (3) とすることにより、異常放電を完全に抑制することがで
きる。なお、電子照射時間Ｔe は、Ｔe ≦（Ｉion ・Ｔion ／Ｉe ）（ｋ／ｄ）… (4) で与えられる。これを実現するための周波数ｆは、ｆ≧１／（Ｔion ＋Ｔe ） … (5) とする必要がある。

【００２８】絶縁破壊の生じる電圧は、マスクに用いる
誘電体の材質により異なる。本実施形態ではＳｉＯ₂ マ
スクを用いており、耐圧は約４０Ｖ／μｍである。本実
施形態の上記の条件では、イオンビーム照射時間Ｔion
を０．２８ｍｓ、電子照射時間を０．１４ｍｓ、周波数
２．４ｋＨｚとすることにより、異常放電を完全に抑制
することができ、チャージアップによる影響を低減でき
た。

【００２９】図４（ａ）に本実施形態により得られたエ
ッチングプロファイルの該略図を示す。図中の４１はＳ
ｉＯ₂ マスク、４２は被エッチング物である。マスクの
チャージアップによるイオンビームの散乱の影響は認め
られず、良好なエッチングプロファイル及び面内均一性
が得られた。エッチングに引続き、表面再結合速度低減
のために側壁へのＡｌＧａＡｓの再成長をＭＯＣＶＤ法
による選択成長により行い、その後に電極作成プロセス
を行うことにより、良好な面発光レーザアレーを作成す
ることができた。

【００３０】一方、電子線照射を行わず、イオンビーム
のみを照射した場合のエッチングプロファイルを図４
（ｂ）に示した。この場合、ＳｉＯ₂ マスクのチャージ
アップのため、被処理物の表面電位にマスク形成部と被
マスク形成部との間で電位分布が形成され、イオンビー
ムの散乱が生じる。その影響は、特に広いＳｉＯ₂ マス
クが形成されたマスク端近傍で顕著に現れ、イオンビー
ムの直進性が失われ、基板に対し斜めにイオンが入射す
るため、エッチング形状が斜めになったり、エッチング
深さにパターン幅依存性（マイクロローディング効果）
が生じるなど、エッチングプロファイルの劣化が生じ
る。さらに、チャージアップが進行した場合には、異常
放電が生じエッチングモホロジーの著しい劣化が生じ
る。以上のようにエッチングにおいてチャージアップの
影響が生じる場合には、面内均一性の良好な面発光レー
ザアレイの作成は望めない。

【００３１】上記では面発光レーザアレイ作成を例とし
て本発明の有効性について説明したが、本発明は他のＬ
ＥＤ，光増幅器，光変調器などの他のデバイスの作成プ
ロセスにも適用できることはいうまでもない。

【００３２】上記実施形態においてエッチング方法は反
応性イオンビームエッチング（ＲＩＢＥ）を用いたが、
本発明によるドライエッチング法はこれに限らず、ケミ
カルアシステッドイオンビームエッチング（ＣＡＩＢ
Ｅ）などの他のドライエッチングにも適用できる。（第２の実施形態）図５は、本発明の第２の実施形態に
係わるドライエッチング装置を示す概略構成図である。
なお、図１と同一部分には同一符号を付して、その詳し
い説明は省略する。

【００３３】基本的な構成は第１の実施形態と同様であ
るが、本実施形態はこれに加えて、被処理物の表面電位
を測定する手段を設け、その測定値を引き出し電圧にに
フィードバックするようにしている。図中の５１は表面
電位測定器、５２は表面電位測定器電源である。

【００３４】この装置によりエッチングを行った場合に
ついて説明する。第１の実施形態で用いた被処理物のよ
うに、導電性のエピタキシャル基板の上に絶縁体のマス
クを形成した基板のエッチングでは、被マスク形成部の
エッチングのみではなく、絶縁体マスクもエッチングさ
れてしまうため、マスクそのものが薄くなる。また、エ
ピタキシャル基板が組成の異なる多層構造となっている
場合には、エッチングが進行するに伴い、被処理物の表
面の状態が刻々と変化していることになる。

【００３５】一般的に、イオンビーム処理装置において
は、このような被処理物の表面状態の変化の影響を大き
く受けるため、イオン電流密度や電子電流密度等が時間
的に変動する可能性がある。従って、第１の実施形態の
如く、引き出し電圧のシーケンスにおいてイオン照射時
間と電子照射時間を初期設定しただけでは不十分な場合
もあり、より正確な制御を行うには表面電位或いは電荷
を測定し、その測定結果に基づいてイオン照射時間と電
子照射時間を変化させる必要がある。

【００３６】本実施形態では、基板ホルダー上に表面電
位測定器５１を埋め込み、その測定結果と、予め測定し
ておいたイオンビーム照射から電子ビームへ切り換える
表面電位と、電子ビーム照射からイオンビーム照射へ切
り換える表面電位の初期値とを比較し、引き出し電圧制
御装置へフィードバックをかけた。その結果、図６に示
すように、チャージアップの抑制がより完全なものとな
った。

【００３７】本実施形態の変形例として、被処理物の表
面電位を測定する代わりに、ホルダー上或いはホルダー
近傍でイオン電流密度及び電子電流密度を測定し、電流
の時間積分を行い、イオン電流の積分値と電子電流の積
分値とが等しくなるように、引き出し電圧制御装置にフ
ィードバックをかけることもできる。

【００３８】また、本発明ではイオンビームをパルス状
に照射するため、従来のイオンビームを連続的に照射す
るイオンビームエッチング装置で問題となる被処理物の
温度上昇を低減することができる。ＲＩＢＥによりＩｎ
Ｐのエッチングを行った際の、イオンと電子を連続的に
照射した場合と本発明のようにイオンと電子を交互にパ
ルス状に照射した場合の基板表面の温度変化を、図７に
示した。このときのエッチング温度は１８０℃に設定
し、エッチングガスとしてはＣｌ₂ ガスを用い、イオン
加速電圧４００Ｖでマイクロ波パワー２００Ｗとした。

【００３９】従来例として、ホローカソード型ニュート
ライザを用いて電子をイオンビームと同時に連続的に照
射した。この場合、エッチング開始と共に基板温度は急
激に上昇し、１０分後には２２０℃に達した。これに対
し、本発明のようにイオンビームと電子を交互にパルス
状に照射した場合には、エッチング開始直後から１０℃
程度の温度上昇が観察されたが、その後は定常状態に達
し温度は変化しなかった。

【００４０】エッチング中に基板温度が変化した場合、
エッチング速度も変動することになり、エッチング深さ
の再現性及びエッチング側壁の垂直性の制御性の劣化に
直結する。例えば、ＩｎＰ系の進行波型面型光増幅器の
作成プロセスにおいては、２０μｍに及ぶ垂直なメサエ
ッチングが必要とされる。このように深いメサエッチン
グには、エッチング中の基板温度の変動はエッチング側
壁の垂直性確保のために致命的である。

【００４１】図８に、ＩｎＧａＡｓＰ活性層のＩｎＰ系
進行波型面型光増幅器のエッチングを行った基板の断面
の該略図を示す。図中の８１は半絶縁性ＩｎＰ層、８２
ａはｎ型ＩｎＰキャリアガイド層、８２ｂはｐ型ＩｎＰ
キャリアガイド層、８３はＩｎＧａＡｓＰ活性層、８４
はＳｉＯ₂ マスクである。イオンビームと電子を同時に
連続的に照射した場合には、図８（ａ）に見られるよう
に底面に近くなるに従いサイドエッチングが大きく生じ
た。一方、本発明によるイオンビームと電子を交互にパ
ルス状に照射した場合、垂直なメサを形成することがで
きた。

【００４２】図９はメサ形成後、埋め込み再成長により
作成した進行波型光増幅器の該略図である。図中の９１
は半絶縁性基板、９２は半絶縁性ＩｎＰ層、９３ａはｎ
型キャリアガイド層、９３ｂはｐ型キャリアガイド層、
９４は活性層、９５ａはｎ型キャリア注入層、９５ｂは
ｐ型キャリア注入層、９６ａ，９６ｂは電極、９７，９
８は共振器ミラーを示している。メサ形成過程でサイド
エッチングが生じたものは、埋め込み再成長時に界面に
おいて空隙が形成され良好な界面は形成できなかった。
しかし、本発明によりメサエッチングした試料について
は、埋め込み再成長により良好な界面が得られた。

【００４３】本発明を用いることの別の効果として、絶
縁物の加工性の向上をあげることができる。例えば、サ
ファイア基板上に成長したＧａＮのＲＩＢＥによるエッ
チング特性について説明する。エッチングガスにはＣｌ
₂ を用い、イオン加速電圧５００Ｖ、マイクロ波パワー
２００Ｗ、エッチング温度は１５０℃でエッチングを行
った。

【００４４】まず、電子照射を行わない場合、Ｃｌ₂ 圧
力が０．１Ｐａでのエッチング速度は６５ｎｍ／ｍｉｎ
であった。一方、イオンビーム及び電子を交互にパルス
状に照射することによりエッチング速度は９０ｎｍ／ｍ
ｉｎと上昇した。

【００４５】これは、電子を照射しないエッチング方法
では、絶縁基板の場合、基板全体がチャージアップして
しまっており、照射されるイオンビームの散乱やイオン
ビームエネルギーの低下が起こっていると考えられる。
一方、電子照射によりチャージアップを解消した場合、
イオンスパッタが効果的に行われるためエッチング速度
が上昇したものと考えられる。

【００４６】このように、絶縁性試料のイオンビーム処
理には、処理効率やプロセス制御性の向上のために電子
照射は不可欠であり、特に本発明は有効である。また、
本実施形態で示した、電子照射によるエッチング速度が
増加する現象はＧａＮのみならずサファイア基板上に成
長したＡｌＮ，ＩｎＮやこれらの混晶についても観察さ
れ、サファイア基板上に成長した III族窒化物デバイス
のエッチングにおいて電子照射による電荷の中性化は必
須の技術と考えられる。また、基板はサファイアのみで
なく、ＳｉＣにおいても同じ効果は期待される。

【００４７】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、イ
オンビーム生成のためのプラズマ源以外の電子線源とな
る機構を新たに付加することなく、被処理物のチャージ
アップを抑制することができ、かつ装置コストも安くで
きる。また、電子線生成装置からの被処理物の汚染や、
不活性性ガス導入による圧力上昇などのプロセス上の制
約もなく、イオンビーム処理における制御性，生産性を
高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態に係わるドライエッチング装置
を示す概略構成図。

【図２】第１の実施形態に用いた被処理物及びそのエッ
チング状態を示す断面図。

【図３】第１の実施形態における引き出し電圧のシーケ
ンスを示す図。

【図４】第１の実施形態により得られるエッチングプロ
ファイルの概略図。

【図５】第２の実施形態に係わるドライエッチング装置
を示す概略構成図。

【図６】第２の実施形態における引き出し電圧のシーケ
ンスを示す図。

【図７】本発明によるエッチング中の基板温度の変動を
示す図。

【図８】本発明によりエッチングを行った基板の状態を
示す断面図。

【図９】本発明により作成した面型光増幅器の構造を示
す断面図。

【符号の説明】

１１…プラズマ生成室１２…エッチング室１３…導波管１４…マグネットコイル１５…メッシュ電極１６…アンプ電源１７…ファンクションジェネレータ１８…被処理物１９…テーブル５１…表面電位測定器５２…表面電位測定器電源

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エッチングに供される被処理物が収容され
る処理室と、この処理室に隣接配置されガスの導入によ
りプラズマを発生するプラズマ源と、このプラズマ源か
ら荷電粒子を引き出して前記被処理物に照射する引き出
し電極と、この引き出し電極に異なる大きさの直流電圧
を一定周期でパルス状に印加し、イオンビームと電子ビ
ームを交互に引き出す手段とを具備してなることを特徴
とするイオンビームエッチング装置。
【請求項２】前記イオンビームの照射により前記被処理
物に蓄積される電荷が前記電子ビームの照射により中和
するように、前記引き出し電極に印加する電圧のパルス
幅，パルス振幅及びパルス周期を制御したことを特徴と
する請求項１記載のイオンビームエッチング装置。
【請求項３】前記被処理物は、絶縁体又は表面に絶縁体
が形成された基板であり、イオンビーム照射時間Ｔion
を、Ｔion ≦（Ｖe ／Ｉion ）（ｋ／ｄ）に設定し、かつ電子ビームの照射時間Ｔe を、Ｔe ≦（Ｉion ・Ｔion ／Ｉe ）（ｋ／ｄ）に設定したことを特徴とする請求項１記載のイオンビー
ムエッチング装置。但し、Ｖe は絶縁体の絶縁破壊が生
じる電圧、Ｉion はイオンの電流密度、ｋは絶縁体の誘
電率、ｄは絶縁体の厚さ、Ｉe は電子の電流密度であ
る。
【請求項４】前記被処理物の表面電位或いは蓄積された
電荷を測定し、その測定結果に基づいて前記引き出し電
極に印加する電圧を可変制御し、前記表面電位或いは電
荷が最小となるように、イオンビームと電子ビームのパ
ルス幅，周期及びエネルギーを最適化することを特徴と
する請求項１記載のイオンビームエッチング装置。