JPS6076124A - イオンエツチングの深さ測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はイオンエツチング深さの測定方法に関し、この
本発明の方法によれば、イオンエツチング装置の動作中
であっても、該イオンエツチングにより達成される深さ
を永続的に測定することができる。この方法により、所
望の深さに達したときにイオンエツチング装置を停止す
ることができ、かくしてイオンエツチング装置の精度を
最大にすることができる。

従来の技術 イオン衝撃装置によるドライエツチングの略図を第１図
に示す。ポンプ１６によって包囲体ｌＯ内を真空にした
後、この包囲体にガスを導入し、２枚の極板１１．１２
間に強電界をつくることによって前記ガスをイオン化す
る。

この電界は、ゼネレータ１５によって前記２枚の極板の
間に、直流電力又は高周波ＲＦ（無線周波数）をかける
ことによって得られる。

正電極の近傍に、イオン層１３が形成され、このイオン
層１３内に高速のかつ比較的安定なイオンが得られ、こ
のイオンは金若しくはアルミニウムなどの金属、又は水
晶若しくはニオブ酸リチウムなどの誘電体の機械的加工
を可能にする。

エツチングすべき基板としてのチップ１４が極板１２上
に配置されており、この極板１２は正電極を構成してい
る。

加工を促進させるために化学的に活性なガスが使用され
るが、この活性ガスは被加工材料に選択的に作用するの
で、これは反応性イオンエツチングと称される。

エツチング深さの測定は、加工中は行なわれず、所定の
深さを得るためには、事前の校正によって定められた所
定時間の経過後、加工を停止する。

この方法には、不正確であるという欠点がある。

というのは、イオン層１３内の圧力又は温度などと、い
ったパラメータの変化があるので、エツチング速度の再
現性は完全ではないからである。

発明の概要 加工を行ないながらエツチング深さを測定するために、
本発明はエツチングすべきデバイス（例えばチップ）と
音響表面波デバイスとを同時に加工することを提案し、
該音響表面波デバイスからの出力信号により希望の測定
を達成することができる。

本発明のなお一層の詳細及び利点は、非限定的な例とし
て示され、本明細書に添付した図面に従ってなされる以
下の説明から明らかになろう。

好ましい実施態様の説明 第２図に一部を示すエツチング装置では、一連の被エツ
チングチップ１４及び音響表面波デバイス２０が極板１
２上に置かれている。入力信号Ｅをデバイス２０に送る
ために、このデバイス２０には、例えば高周波発振器の
ような装置２３が接続しである。

この人力信号Ｅに応答してデバイス２０は出力信号Ｓを
出す。

これら２つの信号は測定装置２Ｎ？送られ、該測定装置
は同じ瞬間に達せられたエツチング深さの測定値を、実
用的な形態、たとえばミクロン値で表わすのに必要なあ
らゆる演算を行なうことができる。

次に、前記信号は表示装置２２に送られ、この表示装置
２２は、この実施例ではディジタル表示装置であり、こ
れによりエツチング深さを読取ることができる。

表示装置２２にはスレショルド装置を設けることができ
、このスレショルド装置は、予め表示された希望の深さ
に達するとすぐにカットオフ信号Ｒをゼネレータ１５に
送る。

使用するデバイス２０は有利には、第３図の概略図及び
第４図の断面図に示すような音響表面波遅延線である。

この音響表面波遅延線はかみ合い形の入力変換素子３１
及び出力変換素子３２から成り、これらの変換素子は、
エツチング条件に適した材料、たいていの場合、水晶の
圧電基板３０上に設けられている。

これらの変換素子の互いに逆の極性をもったくしの指状
突起部はλ／２の間隔で隔置されており、ここでλは、
励振信号Ｅの周波数をｆ（数メガヘルツ）とした場合、
信号Ｅが入力変換素子に送られたときこの信号の影響を
受けて基板の表面に生じる弾性波の波長である。

これらの弾・性波が出力変換素子に向って速度■で伝撤
し、したがって次式が成り立つ。

λ−二 Ｌを２つの変換素子の間の距離とすれば、人力信号Ｅと
出力信号Ｓとの間の遅れＴは次式で与えられる。

■ 基板の表面に異なる材料の連続層又は不連続層を設ける
ことによって伝搬速度■を変えることができる。

この実施例では、２つの変換素子の間の弾性波の伝搬方
向に垂直な３３のよづな一群のラインを形成した基板の
表面に周期的な不連続体の回路網が配置されている。こ
れらのラインは、くしの指状突起の長さとほぼ等しい長
さを有し、かつ厚さａ１高さｈを有している。これらの
ラインは、ピッチｐで互いに等距離間隔で配置されてい
る。通常、比ａ／ｐは０．５である。

このラインを金属材料で作った場合、弾性波の伝搬速度
を減じる速度遅れ△■は次式によって与えられるものと
認められる。

式（１）において、ＡＳＢ、Ｃは定数、Ｎは１波長当り
のラインの数である。

この速度遅れ、したがって信号Ｅと信号Ｓとの間の遅れ
Ｔは高さｈの増加関数である。

高さｈはエツチング作業中変化し、すなわち、基板を加
工している場合には大きくなり、ラインを加工している
場合には小さくなる。

高さｈの変化を測定するためには、Ｔの変化を測定すれ
ばよく、このＴの変化により、計算によって又は事前の
校正によってｈの値がめられる。

単一遅延線の場合、人力信号Ｅと出力信号Ｓとの間の位
相差△φを測定することによってＴの変化へＴを得るこ
とができる。故に次式が成り立つ。

エツチング速度をあげるために及び／又は被加工帯域を
選択的にエツチングするために、たいていの場合、これ
らの帯域をエツチングする活性力スを室１０に導入する
。この場合、同一エツチング速度を得るように表面波デ
バイスを構成する材料を選択する。

被エツチングチップの材料が金属の場合、ライン３３を
形成するのに同一の金属を使用することが好ましい。逆
に、変換素子３１．３２を、反応性ガスと反応しない別
の金属で構成するか、或いは、それらを保護する。

２つの変換素子の間に連続金属被覆を有する遅延線が使
用されている限り、上記問題は大しｔこものではない。

事実、この場合、式（１）の数Ｎは０であり、ΔＶ／Ｖ
、したがってΔＴ／Ｔはｈに対し直線的に変化するので
、これにより計算が容易となる。

被エツチングチップの材料が、誘電体、例えば水晶であ
る場合、金属ラインから成る構造体を保持する必要があ
る。事実、これらのラインは、第５図に示すように基板
を選択的にエツチングするガスのためのマスクを構成す
る。

この場合、高さｈは加工中、増加し、速度■の減少を引
き起こし、したがってＴの増加をもたらす。

本発明の第１の実施態様では、第６図に示す増幅器６０
により、遅延線の入力と出力とを接続することによって
この遅延線を発振ループに挿入する。

公知の方法によれば、このデバイスは、増幅器のゲイン
が遅延線の挿入によって引き起こされたロスを補償する
とき、増幅器の入力と出力との位相差と遅延線の遅れＴ
との間の関係、すなわちφ、＋２πｆＴ＝２にπによヲ
て定まる少なくとも１つの周波数に応じて発櫨する。

とりわけ、遅延線をこのデバイスに有利に適合させるた
めには、発振周波数をたった１つだけ選択しくＫ−１の
単一モード発振器）、この遅延線を第６図に示す独特の
方法で作る。特に、２つの変換素子の間の距離をそれら
の長さに対して小さくし、変換対をなした指状突起部を
互いからλ／４だけ離して変換素子を交互に配置する。

また、変換素子の間に配置された金属ライン３３の回路
網（この回路網の存在によって、この個所で音響表面波
の速度が変化する）が発振器の金属製の電気的主要部に
接続されており、これらのラインは好ましくは相互にλ
／４だけ離されている。

これらの条件下では、もし遅延線の遅れがライン３３の
高さの変化ΔｈによりΔＴだけ変化すると、発振周波数
は次式のようにΔｆだけ変化する。

Δｆ　ΔＴ　Δ■ ｆ　Ｔ　■ したがって、２３のような外部高周波（ＨＦ）発振器を
設ける必要はもはやない。増幅器６０は測定装置２１の
一部であり、測定用信号Ｓは有利には、遅延線の人力の
ところで測定され、信号レベルはこの人力のところで最
も高い。

発振周波数は周波数計で直接測定することができ、かく
して高さｈを測定するが、２つの異なる周波数ｆ及びｆ
“に調整された２つの発振器を使用することが有利であ
る。これらの条件のもとでは、深さの変化Δｈと周波数
の相対的変化Δｆ／ｆ及び八ｆ’　／　ｆ’との間の線
形関係が得られる。

この関係は、Ｋ＝　ｆ’／ｆとすると次式で与えられる
。

λ　Ｋ（Ｋ−１）Ｂ 本発明の第２の実施態様では、第６図に示したものと同
様な発振ループ内に遅延線の代わりに第７図のものと同
様な共振器を使用する。

この共振器も又、距離７５だけ離され、結晶性圧電基板
３０上に設けられた２つの反射格子７１および７２から
成る音響表面波デバイスである。例えば、これらの格子
網を、互いにピッチｐだけ離した平行金属ラインで形成
する。それらの反射係数は、■が該格子の下にある波の
伝搬速度である場合、ｆ−Ｖ／２ｐの共振周波数につい
て最大である。

これら２つの格子は周波数ｆで同調する空胴共振を形成
する。

この空胴共振を発振ループに結合するために、２つのか
み合い形変換素子７３．７４を使用する。

ここで、また、格子内部の伝搬速度は、これらの格子を
構成するラインの高さｈの関数である。

したがって、共振周波数はこの高さの関数として変化し
、それにより上述した方法と同一の方法で変化を測定す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、公知のエツチング装置の概略図であり、 第２図は、エツチング深さ測定装置を備えたエツチング
装置の概略図であり、 第３図は、第２図の装置に使用することのできる表面波
デバイスの概略図であり、 第４図は、第３図の装置の断面図であり、第５図は、エ
ツチングの作用を示す第４図の部分図であり、 第６図は、第２図の装置に使用することのできる、表面
波デバイスを使用した発振器の概略図であり、 第７図は、第６図の場合に使用することのできる表面波
共振器の概略図である。 （主な参照番号） ２０　音響表面波デバイス、　３０　圧電基板、３１　
人力変換素子、　３２　出力変換素子、３３　ライン、
　６０　増幅器 特許出願人トムソンーセーエスエフ 代　理　人　弁理士　新居　正彦

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）エツチングされるべき少なくとも１つのデバイス
   と、少なくとも１つの音響表面波デバイスとを同時にエ
   ツチングし、該音響表面波デバイスがエツチング中、音
   響表面波デバイスの動作変化に基いて測定されるべき深
   さを定めるために動作していることを特徴とするイオン
   エツチングの深さ測定方法。
2. （２）前記音響表面波デバイスは基板を有し、該基板の
   表面上を波が伝搬し、さらに前記基板の表面に設けられ
   た層を有し、該層はその厚さの関数として波の速度を変
   化させることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   方法。
3. （３）前記層は、波の伝搬方向とほぼ垂直であり、かつ
   一定のピッチで相互に隔てられた一群のラインの形態で
   前記基板表面を露呈するようにエツチングされることを
   特徴とする特許請求の範囲第２項記載の方法。
4. （４）前記音響表面波デバイスは遅延線であり、該遅延
   線の遅れはエツチング深さの関数として変化することを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の方法。
5. （５）前記遅延線の遅れは、信号の入力と出力との間の
   信号の位相差を測定することによって得られることを特
   徴とする特許請求の範囲第４項記載の方法。
6. （６）少なくとも１つの増幅器を備えた発振ループ内に
   遅延線を挿入し、この遅延線の遅れを、ループの発振周
   波数を測定することによって得ることを特徴とする特許
   請求の範囲第５項記載の方法。
7. （７）前記音響表面波デバイスは共振器であり、この共
   振器の共振周波数はエツチング深さの関数として変化し
   、また少なくとも１つの増幅器を備えた発振ループ内に
   前記共振器を挿入することによって、前記共振周波数を
   測定することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   方法。　−（８）前記音響表面波デバイスとして、別々
   の共振周波数を有する２つのデバイスを使用し、発振周
   波数の差を測定することを特徴とする特許請求の範囲第
   ６項記載の方法。