TWI518732B - Ion beam processing method and ion beam processing device - Google Patents

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Description

離子束處理方法及離子束處理裝置
本發明，係有關於離子束處理方法、以及離子束處理裝置，係有關於可減低對於離子束之處理對象的基板之靜電損傷(Electro Static Damage；ESD)的發生之離子束處理方法、以及離子束處理裝置者。
在離子束處理方法的一個方面，廣泛應用對於配置在基板保持器之基板以正離子(離子束)作照射而進行蝕刻之離子束蝕刻(以下亦稱作IBE)處理。IBE裝置，係具備：從電漿中藉引出電極而將正離子作引出之離子源(離子束之產生源)、位於正對於離子源之位置在真空中對於基板作保持之基板保持器。一般而言進一步，具備：對於從離子源所引出之正離子放出電子之電子源(中和器或Neutralizer)、在離子源與基板保持器之中間對於離子束作遮蔽之遮擋件裝置、對於處理室進行抽真空之排氣裝置(參見專利文獻1)。
藉所引出之離子束而基板係被蝕刻，但此情況下，由於正電荷之離子束會在基板產生正電位。存在由 於此正電位使得形成於基板上之絕緣膜受損傷之情況。一般而言，此基板元件之損傷係被稱作靜電損傷(Electro Static Damage；ESD)。尤其，具有TMR(Tonnel Magneto-Resistance)元件等之數nm的絕緣膜之元件，係存在受靜電損傷之虞，故期望在該等之元件的加工程序中係基板電位之變動被抑制。
蝕刻處理中之基板電位的變動，係藉在引出 電極與基板之間放出中和正電位之電子而作抑制。此為了中和而使用之電子，係從配置於離子源之引出電極附近的中和器所放出。所放出之電子的量，係以基板電位成為期望之值的方式作調整。蝕刻處理之開始與結束，係藉上述遮擋件裝置之遮擋件的開閉而受控，但遮擋件之動作中係依遮擋件開度，使得入射於基板之離子束量與電子量分別變動。此時，若入射於基板之離子束量與電子量之平衡崩壞則基板電位會變動。
已知對於依供以對於從離子源所射出之離子 束進行遮蔽之遮擋件的動作狀態之基板電位的變動進行抑制之技術(參見專利文獻1，2)。
在專利文獻1中，係揭露了在遮擋件開動作 時對於離子源之輸出進行控制從而降低基板電位之變動的技術。具體而言，在專利文獻1中，係揭露了：為了解決遮擋件開時之基板電位的中和不足，而在遮擋件開閉時對於離子束之放出量或離子束之加速電壓進行減量控制。
在專利文獻2中，係揭露了配合遮擋件之開閉動作而 對於從中和器所放出之電子量(中和電子)進行調整從而對於在遮擋件開閉動作中所發生之基板電位的變動進行抑制。
〔先前技術文獻〕 〔專利文獻〕
[專利文獻1]美國發明專利公開第2002/0175296號說明書
[專利文獻2]日本發明專利公開2012-129224號公報
然而，在遮擋件開閉動作中以外基板電位之變動仍會發生。在將遮擋件關閉之狀態下，在離子源形成電漿之情況下，電漿係通過引出電極之開口而擴散於處理空間。此情況下，根據電子與離子所造成之移動度的差對於基板係電子先到達，在正離子到達基板前之期間基板係持續帶電成負的電壓。以此方式，即使遮擋件為關閉，由於從離子源所漏出之電漿中的電子之影響，基板電位會變動。
此等之基板電位的變動，係起因於並未藉遮擋件而完全遮蔽基板與離子源。例如，在專利文獻1中應用之裝置，係由於為原則上可藉遮擋件裝置而將離子束與電子完全從基板側之空間作遮蔽之構成，故在遮擋件閉時 係離子束與電子(亦即電漿)被封入在離子源與遮擋件間之密閉的狹窄空間。此情況下，如以上所述，由於離子源對於基板被完全遮蔽，故在遮擋件閉時，在基板之負電位不易產生。然而，現實上無法使可動遮擋件與腔室之間的間隙不存在，故存在來自離子源側之電子會透過該間隙而放出至基板側之情況，難以使負電位的產生消失。此外在如此之藉可動遮擋件而進行離子源與基板之隔離的裝置中，係由於從離子源所漏出之電漿係透過遮擋件與腔室的內壁之間的間隙而放出至基板側，故由於遮擋件使得從離子源至基板的電子及離子之移動距離變長。為此，從離子源所漏出的電漿之中的離子到達基板前的時間、及該電漿之中的電子到達基板前的時間會進一步產生差異。因此，基板電位之不穩定化這個問題可能會更上一層變顯著。
此外，在如專利文獻2在遮擋件閉時仍不對 於基板側之空間與產生電漿之空間進行遮蔽之遮擋件裝置中，換言之在遮擋件閉時仍不對於電漿之往基板的潛入進行遮蔽的遮擋件裝置中，亦如同上述，存在無法抑制負的基板電位之產生這個問題。
如此之基板的帶電，係存在招致形成於基板 之元件等的電擊穿之虞。歷來，此等之負電位雖未成為大問題，但隨著元件之微細化進展變得需要負電位之抑制。
本發明係以上述之課題作為契機而創作者， 目的在於提供一種離子束處理方法、以及離子束處理裝置，可在使用遮擋件之離子束處理中，減低在離子束生成 中電漿所造成基板電位之變動。
為了達成如此之目的，本發明之第1態樣， 係一種離子束處理方法，將從在具有內部空間之電漿產生室內所產生之電漿所引出而形成之離子束對於配置在與前述電漿產生室作連結之處理室內的基板進行照射而處理該基板，特徵在於：具有：在藉遮擋件使得前述離子束未照射於前述基板之第1狀態下，在前述電漿產生室與前述處理室之連結部，對於面向前述內部空間而設之第1電極，施加供以將離子引出至前述處理室之正的電壓之程序；在前述第1狀態下，在前述內部空間內使前述電漿產生之程序；藉在前述第1狀態下形成對於前述第1電極係施加正的電壓並對於在前述連結部設於比前述第1電極還靠近前述處理室側之第2電極係施加負的電壓之第2狀態，以形成前述離子束之程序；以及使前述遮擋件移動，將前述離子束對於前述基板作照射，而處理該基板之程序。
本發明之第2態樣，係一種離子束處理裝 置，特徵在於：具備：具有內部空間之電漿產生室；連結於前述電漿產生室之處理室；供以於前述內部空間使電漿產生之電漿產生部；是供以從前述內部空間往前述處理室從前述電漿將離子作引出之引出部，亦即具有具備供以使前述離子通過的多數之離子通過孔的第1電極、以及第2電極，該第1電極係設於最靠近前述電漿產生室側，前述 第2電極係設於比該第1電極還靠近前述處理室側之引出部；設於前述處理室內，是具有供以對於基板進行保持之基板保持面的基板保持部，亦即以射入從前述引出部所引出而形成之離子束的方式而設之基板保持部；設於前述引出部與前述基板保持部之間，在將前述離子束對於前述基板保持面作遮蔽的第1位置、及不將前述離子束對於前述基板保持面作遮蔽的第2位置之間移動的遮擋件；以及在使前述電漿產生之前，且在前述離子束的形成之前，在前述遮擋件位於前述第1位置之狀態下，對於前述第1電極施加正的電壓之手段；在前述離子束之形成時，係對於前述第1電極施加正的電壓，對於前述第2電極係施加負的電壓。
本發明之第3態樣，係一種離子束處理裝置 之控制裝置，具備：具有內部空間之電漿產生室；連結於前述電漿產生室之處理室；供以於前述內部空間使電漿產生之電漿產生部；是供以從前述內部空間往前述處理室從前述電漿將離子作引出之引出部，亦即具有具備供以使前述離子通過的多數之離子通過孔的第1電極、以及第2電極，該第1電極係設於最靠近前述電漿產生室側，前述第2電極係設於比該第1電極還靠近前述處理室側之引出部；設於前述處理室內，是具有供以對於基板進行保持之基板保持面的基板保持部，亦即以射入從前述引出部所引出而形成之離子束的方式而設之基板保持部；設於前述引出部與前述基板保持部之間，在將前述離子束對於前述基 板保持面作遮蔽的第1位置、及不將前述離子束對於前述基板保持面作遮蔽的第2位置之間移動的遮擋件；以及對於前述第1電極及前述第2電極施加既定之電壓的電壓供給部；特徵在於：具備：以在使前述電漿產生之前，且在前述離子束的形成之前，在前述遮擋件位於前述第1位置之狀態下，對於前述第1電極施加正的電壓之方式對於前述電壓供給部進行控制之手段；以及以在前述離子束之形成時，係對於前述第1電極施加正的電壓，對於前述第2電極係施加負的電壓之方式而對於前述電壓供給部進行控制之手段。
依照本發明，不論遮擋件之形狀，可減低基板電位之變動，減低ESD的發生。因此，可使形成於基板上之元件的品質穩定。
1‧‧‧真空容器
2‧‧‧離子源
2a‧‧‧引出電極
2b‧‧‧離子束
3‧‧‧中和器
3a‧‧‧電子(中和電子)
4‧‧‧基板保持器
4a‧‧‧基板
5‧‧‧遮擋件
6‧‧‧遮擋件裝置
6a‧‧‧遮擋件驅動裝置
7‧‧‧控制器
303‧‧‧環形天線
304‧‧‧高頻電源
305‧‧‧電磁線圈
306‧‧‧電磁鐵電源
307‧‧‧第1電極
308‧‧‧第2電極
309‧‧‧第3電極
310，311‧‧‧電源
[圖1]本發明的一實施形態相關之離子束蝕刻裝置的示意圖。
[圖2]圖1的I-I沿線剖面圖。
[圖3]本發明的一實施形態相關之離子源的示意圖。
[圖4]本發明的一實施形態相關之中和器的示意圖。
[圖5A]對於在歷來的離子束蝕刻裝置中所執行之控 制程序的流程圖進行繪示的圖。
[圖5B]對於在本發明的一實施形態相關之離子束蝕刻裝置中所執行之控制程序的流程圖進行繪示的圖。
[圖6]對於在本發明的一實施形態相關之離子束蝕刻裝置中所執行之控制要素的時序圖進行繪示的圖。
[圖7]對於在本發明的一實施形態相關之控制程序整體的基板電位之測定結果進行繪示的圖。
以下，參見圖式，而說明本發明的實施之形 態，但本發明並非限定於本實施形態者。另外，在以下作說明之圖式中，具有同功能者係加上相同符號，亦有省略其重複的說明之情況。
圖1至7係說明有關於本發明的一實施形態 相關之離子束蝕刻裝置或離子束蝕刻方法的圖。圖1係本發明的一實施形態相關之離子束蝕刻裝置的示意圖，圖2係圖1的I-I沿線剖面圖，圖3係圖1之離子源的示意圖，圖4係圖1之中和器的示意圖，圖5B係對於在本發明的一實施形態中所執行之控制程序的流程圖進行繪示的圖。此外，圖6係對於在本發明的一實施形態中所執行之控制要素的時序圖進行繪示的圖，圖7係對於在實施本發明的一實施形態時之控制程序整體的基板電位之測定結果進行繪示的圖。另外，為了防止圖式的繁雜化將一部分去掉而省略裝置構成圖。
首先，基於圖1~3，而對於本發明的一實施形 態相關之離子束蝕刻裝置的示意構成進行說明。另外，在圖2中在遮擋件5的背側之基板保持器4等係以虛線表示。離子束蝕刻裝置，係具備：從在電漿產生室內所產生之電漿將離子作引出而作成離子束之裝置。本實施形態相關之離子束蝕刻裝置，係具備：作為處理室之真空容器1；藉引出電極2a而從電漿中將正離子(離子束2b)引出之離子源2；以及放出供以對於基板電位進行中和的電子3a(中和電子)之中和器3。此外，離子束蝕刻裝置，係具備：在可照射來自離子源2之離子束2b的位置對於基板4a進行保持之基板保持器4；在離子源2與基板保持器4之中間而對於離子束2b藉遮擋件5進行遮蔽之遮擋件裝置6；以及對於真空容器1內進行抽真空之排氣裝置8。此外，中和器3、離子源2之各部、基板保持器4、遮擋件裝置6等係透過控制器7而受控制。將從電漿中所引出之離子束2b往配置於基板保持器4之基板4a放出，而可進行對於基板作蝕刻之離子蝕刻處理。
在圖3中，離子源2，係具備：具有內部空間 300，連結於真空容器1，作為可在該內部空間300中將電漿予以產生之電漿產生室的離子源容器301；對於離子源容器301內(內部空間內)導入Ar氣體之氣體導入機構302；作為透過介電體而在離子源容器301內部生成電漿的電漿產生部之環形天線303；對於環形天線303供應高頻電力之高頻電力304。此外，離子源2，係具備：對 於離子源2內部的電漿密度分布進行調整之電磁鐵線圈305；對於該電磁鐵線圈305供應既定之電流的電磁鐵電源306；可從離子源容器301內之電漿將正離子作引出之引出電極2a；以及永久磁鐵312。
在本發明之實施形態中，作為引出部之引出 電極2a，係設於真空容器1與離子源容器301之連結部，具備：從離子源容器301往基板保持器4依序設置的第1電極307、第2電極308、第3電極309。第1電極307、第2電極308、以及第3電極309，係分別具有多數個供以使離子通過的離子通過孔。上述第1電極307，係設於最靠近離子源容器301側(電漿產生室內側)。亦即，第1電極307，係面向內部空間300而設之電極。第2電極308，係設於比第1電極307還靠近真空容器1側(處理室側)，第3電極309，係設於最靠近真空容器1側。在第1電極307係連接著電源310，該電源310係藉控制器7之控制，而對於第1電極307施加正的電壓。此外，在第2電極308係連接著電源311，該電源311係藉控制器7之控制，而對於第2電極308施加負的電壓。以此方式，電源310，311，係對於第1電極307以及第2電極308施加既定之電壓的電壓供給部。第3電極309係作接地。對於個別的電極以既定之電壓作施加，使得可對於在離子源容器301所生成之電漿中所含的正離子進行加速而將離子束2b取出。
中和器3，係配置於可對於從離子源2往基板 4a之離子束2b以電子3a作照射之位置。中和器3，係為了對於藉離子束處理裝置內之離子束的電荷進行中和而設置的電子產生裝置，在本實施形態係採用了中空陰極型之中和器3。中空陰極型之中和器係壽命長於使用了燈絲之中和器，能以小的電漿體積獲得大的電流密度及效率。當然，作為中和器除了中空陰極型以外，亦可採用燈絲、微波等之產生方法不同的各種形式。
在圖4中，符號401係陽極(anode)，符號402係陰極(cathode)，符號403係供以對於陽極401與陰極402作絕緣之絕緣體。陰極402係筒形，陰極402的一端作開放，另一端係作閉塞。形成於上述陰極402的一端之開口部，係對向於陽極401。陰極402係具有在內部形成電漿之中空部407。陰極402的中空部之剖面形狀一般係圓狀，但存在正八角形和正六角形等可形成電漿之空間即可。陽極401及陰極402係為了對於以各者施加既定之電壓而連接於電源406。符號404係供以對於中和器內將放電用氣體作導入之氣體導入路徑，符號405係供以對於導入於氣體導入路徑404之放電用氣體的流量和壓力進行控制之氣體導入控制部，連接於不圖示之氣源。
對於中和器內透過氣體導入路徑404而導入放電用氣體，藉電源406對於陰極402施加負的電壓，使得在中空部407形成電漿。此外藉電源406對於陽極401施加正的電壓，使得藉對向於中空部407之陽極401的開口部從上述電漿引出電子，進行離子束的中和。在陽極 401及陰極402，係例如，考量抗濺鍍性或放電效率等之下適用鈦和鉬等。從陽極401之開口部所引出之電子，係可藉對於流於陽極401之電流進行檢測而作調查。
作為基板保持部之基板保持器4，係具有供以對於基板4a作保持之基板保持面，具備：在基板保持面的附近對於表面電位作監視之電性浮接之浮置電極4b。此外，基板保持器4係透過公轉軸4c而安裝成可相對於真空容器1作傾斜(公轉)與自轉。公轉軸4c，係在內部具有將供於自轉之旋轉力傳達至基板保持器4之自轉驅動軸和供應於基板保持器4之電力供給路徑(皆不圖示)。另外，藉使公轉軸4c旋轉可使基板保持器4傾斜而對於入射於基板4a之離子束的角度進行調整。公轉軸4c係藉安裝於真空容器1之保持器驅動裝置4d而受旋轉控制。
遮擋件裝置6，係可藉遮擋件驅動裝置6a而連續對於遮擋件5從閉位置5a至開位置5b進行移動控制之裝置，具有遮擋件5與遮擋件驅動裝置6a而成。閉位置5a，係將離子束2b對於基板保持器4(基板保持面)作遮蔽之第1位置，開位置5b，係將離子束2b不對於基板保持器4(基板保持面)作遮蔽之第2位置。遮擋件5係剖面圓弧狀作彎曲之板狀構材。在彎曲之內側配置基板保持器4，可藉遮擋件驅動裝置6a而予以移動於基板保持器4的周圍。遮擋件5之寬度，係構成為寬於從離子源2往基板所放出之離子束2b的寬度。
另外，亦可代替圓弧狀作彎曲之遮擋件5而 使用使平板狀之遮擋板作旋轉之遮擋件裝置。但是，代替遮擋件5而使用之遮擋板，係只要為即使在遮擋件閉時(離子束遮蔽時)仍不會遮蔽往基板側之電漿的潛入之構成的遮擋板，即可換成本實施形態的遮擋件5而使用。但是，在遮擋件5之形狀方面圓弧狀作彎曲之形狀，係具有：與平板狀比較下不易對於真空容器1內之構造物造成干涉之優點；以及處於使遮擋件5移動於基板保持器4的背側之位置開放之狀態因而不需要遮擋板的退避空間這個優點。為此，可將真空容器1(離子束蝕刻裝置)小型化。此外，在本實施形態的離子束蝕刻裝置中雖遮擋件5之旋轉軸係與公轉軸4c之旋轉軸平行而配設，但亦可配置成遮擋件5之旋轉軸與公轉軸4c之旋轉軸交叉。
在本實施形態之離子束蝕刻裝置，係即使在 遮擋件5之閉位置5a，仍非將離子源2、中和器3、遮擋板5之間作密閉之構造，而是成為在離子源2之正面於不放出離子束2b之方向係具有空間(遮擋件5與真空容器1之壁面的間隙)之構造。為此，在閉位置5a係離子束2b、電子3a、電漿在離子源2與遮擋件5之間的空間混在一起，電漿與電子3a之一部分可藉擴散而到達在閉位置5a之遮擋件5的背側之基板保持器4。此處所稱之電漿，係離子源2內部的電漿藉擴散而通過引出電極2a之孔(離子通過孔)者。所擴散之電子3a與電漿，係即使遮擋件5為閉位置5a，在透過上述間隙而到達基板4a時 仍對於該基板4a予以產生負電位。
控制器7，係可對於中和器3、離子源2、遮 擋件裝置6至少進行控制之控制裝置，具備：與電腦作連接之程式邏輯控制器(PLC)、為了對於中和器3和遮擋件裝置6等之各裝置進行控制而連接之裝置驅動器與記錄了程式配方(程式)之記錄媒體。此外，控制器7，能以適當將表示遮擋件5之開閉位置的信號(開度資訊)、中和器3及離子源2之運轉信號(輸出資訊)作輸入的方式而構成。遮擋件5之開度，係對應於遮擋件5之移動量的值，遮擋件5之開度資訊，係例如，可基於遮擋件裝置所具備之馬達的編碼器之測定值而算出，中和器3及離子源2的輸出資訊，係基於施加於此等之裝置的輸出之值。
浮置電極4b，係供以對於基板表面(被處理 面)之電位進行監視之感測器。藉浮置電極4b所測定之監視電壓為正電位之情況下，係雖依實際之基板電位而變動，但存在比基板4a數V程度偏向負電位側之傾向。此係表示：對於離子束蝕刻裝置以在基板4a的被處理面上離子束2b之照射量成為均勻的方式而進行離子源2之設計，但在基板4a的被處理面之外側區域中照射量降低。
蝕刻處理中，係亦可一邊對於浮置電極4b之 監視電壓作監視一邊以監視電壓成為期望之值的方式適當對於中和電流(中和器3之輸出)進行調整。此時，蝕刻處理中之監視電壓，係由於如上所述產生基板4a與浮置電極4b之電位差，故可考量此電位差而設定中和器3之 輸出。
另一方面，遮擋件5在於閉位置5a，基板4a 沒有照射離子束2b之情況下，藉浮置電極4b而測定之電壓係成為負電位。此情況下，藉浮置電極4b而測定之監視電壓係成為與基板電位略等。亦即，由於來自離子源2之電漿與電子3a在真空容器1內廣範圍作擴散，故電子3a之量係在基板保持器4上為均勻。
於此，一邊參見圖1一邊說明有關於遮擋件5所移動之位置。
開位置5b係不遮蔽從離子源2往基板所放出之離子束2b的位置。在開位置5b，係遮擋件5之離子源2側的端部(在圖1中P1)退避於比離子束2b之照射範圍的上端還靠上側之狀態，完全未進行到達離子束2b與基板的電子3a之藉遮擋件5的遮蔽。離子束2b之照射範圍，係從離子源2所引出之離子束2b的剖面(與離子束之行進方向正交之面)的範圍。離子束2b雖係藉引出電極2a而引出，但在電極與基板間照射了離子束2b之區域2c係因空間電荷效應而成為數10%程度大於引出電極2a之直徑。
閉位置5a，係遮蔽從離子源2往基板所放出之離子束2b的位置。在閉位置5a，係遮擋件5之上下方向的端部(圖1，2中P2，P3)之位置為突出於比離子束2b之照射範圍還靠上下側，藉閉塞比離子束2b之照射範圍還大的範圍而遮蔽離子束2b之狀態。在閉位置5a，係 遮擋件5端部(在圖1中P2)與真空容器1內面之距離(間隙)變小，故可比起遮擋件動作中之半閉位置5c更使到達基板4a之電子3a的量減少。
半閉位置5c(遮擋件動作中)，係閉位置5a 與開位置5b之間的位置，遮擋件5的端部(在圖1中P4)實質與離子束2b的照射範圍之端一致的位置。在半閉位置5c，係到達基板4a之電子3a的量比閉位置5a還增加。另外，在本實施形態中，遮擋件5之移動速度係設定為一定，在藉遮擋件裝置之遮擋件5的開閉動作(移動)方面需要1~2秒。
於此，說明有關於使用上述之離子束蝕刻裝 置的離子束蝕刻方法。離子束蝕刻方法，係使用上述之離子束蝕刻裝置，而以從在離子源2內所生成之電漿中而引出之離子束2b對於配置在基板保持器4之基板4a照射，而對於基板進行蝕刻處理之處理程序。本實施形態相關之離子束蝕刻方法，係可對於遮擋件開閉前後之基板電位變動進行抑制。以下說明有關於所執行之控制要素的動作。
在圖5A與圖6中，對於在歷來之離子束蝕刻 中所執行之控制程序的流程圖與控制要素之時序圖進行繪示。蝕刻處理程序，係可廣泛分為3個程序。(排除基板的搬入與搬出及基板保持器的旋轉與公轉動作)將遮擋件打開前之放電開始程序10a、將遮擋件開閉之蝕刻程序20a、及將遮擋件關閉後之放電停止程序30a。
另外，在圖6中，「處理氣體」，係表示藉 氣體導入機構302而導入於離子源2之內部的電漿生成用的氣體，「高頻電力」，係表示藉高頻電源304而供應於環形天線303之高頻電力，「線圈電流」，係表示藉電磁鐵電源306而供應於電磁線圈305之電流。此外，「柵極電壓1」，係藉電源310而供應於第1電極307之電壓，「柵極電壓2」，係藉電源311而供應於第2電極308之電壓。另外，柵極電壓2雖係負的電壓，但圖6係對於電壓之ON/OFF的狀況進行繪示的時序圖，故藉柵極電壓2之絕對值而形成了時序圖。「遮擋件」，係表示遮擋件5，「中和電流」，係表示藉電源406而供應於中和器3之電流。
首先，使用圖5A，而說明有關於歷來之離子 束蝕刻的控制流程。在將遮擋件打開之前的放電開始程序10a中，在離子源2之電漿所生成之內部空間進行氣體導入(程序11a)，在真空室內之壓力穩定之後，同時開始離子源2之電磁鐵線圈電流及電漿產生用高頻電力、以及來自中和器3之中和電流的供應，而開始電漿放電(程序12a)。尤其高頻電力與中和電流，係為了穩定而使電漿放電開始較佳為同時開始供應。此外，氣體流量與高頻電力，係為了穩定而使電漿放電開始而設定為高於蝕刻程序20之供給量。其中，氣體流量係在放電開始後減量為在蝕刻程序20使用之供給量。
在接下來的正離子之引出(程序13)，係首 先，對於第1電極307與第2電極308同時供應電壓。在 此時點於第1電極307係流過相當於所引出之正離子的電流。雖將流於第1電極307之電流稱作射束電流，但此射束電流係藉對於高頻電力作增減而被自動調整成在蝕刻程序中使用之值成為固定。此外，在此程序係中和電流亦被自動增減成浮置電極4b的電位亦成為一定。
射束電流與浮置電極4b之電位穩定受控之狀 態下，轉移至下個蝕刻程序20a。在此程序，係藉遮擋件5之開程序21a與閉程序23a而對於蝕刻之開始與結束進行控制，蝕刻量取決於遮擋件開程序22之時間。在遮擋件5之開閉動作方面係需要2秒左右，擴散於基板4a周邊之電子與照射於基板4a之離子的量如以圖1與圖2所說明依遮擋件開閉程度而變化。為此在基板電位雖產生變動，但在蝕刻程序20係將中和電流自動增減以使浮置電極4b之電位總是成為一定而對於基板電位之變動作了抑制。
在遮擋件閉程序23a後轉移至放電停止程序 30a。遮擋件動作結束時不會進行蝕刻，故同時將引出電極電壓/中和電流/高頻電力與線圈電流作遮斷而停止電漿放電(程序31a)。最後在程序32a停止氣體導入而結束一連串的蝕刻處置程序。
在圖7中，對於藉上述的歷來之離子束蝕刻 的浮置電極電位之測定結果以虛線作繪示。亦即，圖7之虛線的各者，係以圖5A與圖6所繪示的歷來之離子束蝕刻處理程序的基板電位之測定結果的2例(歷來1， 2)。如從圖7得知，在歷來，係在放電開始程序(12a)、遮擋件開閉程序(21a，23a)、及放電停止程序(31a)發生電位變動。
依序說明有關於在各程序所發生之電位變動的主因。
首先，在放電開始程序(12a)發生之超過-8V的負電位，係以遮擋件5遮蔽不完的電漿潛入基板4a周邊所造成者，係因從離子源2漏出之電漿中的電子與從中和器3所供應之中和電子而產生者。亦即，即使遮擋件5為閉的，在內部空間300內所生成之電漿中的電子透過形成於引出電極2a之離子通過孔而漏出於處理室中，該漏出之電子到達基板4a使得基板電位產生變動。在遮擋件開程序(21a)發生之電位變動，係變動幅度為數V程度但有正與負之兩方的情況，係反映在遮擋件開動作中途之正離子與擴散於基板4a側之電子的平衡者。尤其，在遮擋件開動作中途潛入基板4a側之電漿為不穩定。在遮擋件閉程序(23a)，係與遮擋件開之情況不同，正離子藉遮擋件5而先被遮蔽，因潛入基板4a之電漿而產生負電位。最後，在放電停止程序(31a)之電位變動，係反映：即使將引出電極電壓/中和電流/高頻電力與線圈電流同時遮斷，正離子與中和電流仍未同時消失的情況。尤其電漿放電與引出電極電壓之消失慢於中和電流，故能看出往正側變異變動之傾向。
另外，此等之電位變動係在0.5秒以下之短的 時間發生，即使藉浮置電極4b之電位而對於中和電流進行回授控制，仍無法對於電位變動進行抑制。尤其，在同時進行複數之控制要素的供應與停止之情況下，係存在因控制系統之延遲時間和電漿負載之動作遲延等而在供給開始與停止之時序方面產生差異之情況，故較佳為個別進行控制要素之供應與停止。
在後面，係說明有關於作為對於在上述歷來 之離子束蝕刻的電位變動之對策的本實施形態相關之離子束蝕刻。
基於圖5B與圖6，而對於在本實施形態相關之離子束蝕刻裝置中所執行之控制程序的流程圖與控制要素之時序圖進行繪示。另外，在圖6中，本實施形態相關之部分，係以粗體表現。本實施形態相關之蝕刻處理程序，係可廣泛分為3個程序。(排除基板4a的搬入與搬出及基板保持器4的旋轉與公轉動作)將遮擋件5打開前之放電開始程序10b、將遮擋件5開閉之蝕刻程序20b、及將遮擋件5關閉後之放電停止程序30b。
在本實施形態中，係在離子束2b因遮擋件5 而未照射於基板4a之第1狀態下，進行放電開始程序10b。亦即，在將遮擋件5打開之前的放電開始程序10b中，控制器7，係對於氣體導入機構302進行控制而對於內部空間300內作為電漿生成之氣體而導入Ar氣體，對於電源310及電磁鐵電源306進行控制，而在氣體導入時同時供應往第1電極307之正電壓與往電磁鐵線圈305之 電流(程序11b)。在本程序中施加於第1電極307之正的電壓，係供以對於作為處理室之真空容器1將離子作引出的電壓，並非目的在於形成使用於離子束蝕刻處理之離子束2b者。此時，將往第1電極307之正電壓設定為高於在蝕刻程序20b中之者，此外，將往電磁線圈305之線圈電流值設定為高於在蝕刻程序20b中之者。在離子源容器301內之壓力穩定之後，控制器7，係對於高頻電源304及電源406進行控制，而將高頻電力供應於環形天線303，對於陽極401及陰極402之各者施加既定之電壓。 以此方式，同時開始來自電漿產生用高頻電力與中和源之中和電流的供應，而開始電漿放電(程序12b)。尤其高頻電力與中和電流，係為了穩定而使電漿放電開始較佳為同時開始供應。
此外，氣體流量與高頻電力，係為了穩定而使電漿放電開始而設定為高於蝕刻程序之供給量。但是，氣體流量係在放電開始後減量為在蝕刻程序20b使用之供給量。
在離子束2b之形成時，係形成：對於第1電極307施加既定之正的電壓，對於第2電極308施加既定之負的電壓之第2狀態。以此方式藉形成第2狀態，形成了離子束2b。亦即，控制器7，係對於電源310進行控制，而使施加於第1電極307之正的電壓小於從程序11b所施加之值，且同時對於電源311進行控制，而對於第2電極308供應負的電壓。藉採取此方式，確立上述第2狀態，生成了離子束2b。在此時點於第1電極307係流過 相當於所引出之正離子的電流(不圖示)。雖將流於第1電極307之電流稱作射束電流，但此射束電流係藉對於高頻電力作增減而被自動調整成在蝕刻程序20b中使用之值成為固定。此外，在此程序係中和電流亦被自動增減成浮置電極4b的電位亦成為一定。
射束電流與浮置電極4b之電位穩定受控之狀 態下，轉移至下個蝕刻程序20b。在遮擋件5之開程序21b，控制器7，係對於遮擋件驅動裝置6a進行控制，而使位於閉位置5a之遮擋件5旋轉移動至開位置5b，形成離子束2b照射於基板4a之狀態。在本程序，係在此遮擋件5之移動中，控制器7對於電磁鐵電源306進行控制，而對於在程序11b設定為高之線圈電流往蝕刻程序22之期望的值而連續作減量控制。使線圈電流的值產生變化之比例，係從遮擋件5之開閉前後的設定電流與所設定之遮擋件開閉時間而自動計算。若使線圈電流急劇變化，則具有處理空間的真空容器1內之電子與離子之比例會急劇變動。相對於此，在本實施形態中，係如以上所述，由於使施加於電磁線圈305之線圈電流傾斜而變化，故可減低上述真空容器1內之電子與離子之比例的急劇變動。
藉遮擋件5之開程序21b與閉程序23b，對於 蝕刻之開始與結束進行控制，蝕刻量取決於遮擋件5位於開位置5b之時間。控制器7，係從在程序21b將遮擋件5打開，經過可實現期望的蝕刻量之時間後在程序23b，對於遮擋件驅動裝置6a進行驅動而使遮擋件5關閉。亦 即，控制器7，係對於距離在程序21b之遮擋件5的開動作之時間進行管理，而對於蝕刻進行控制(程序22)。 在本實施形態中，在遮擋件5之開閉動作方面係需要2秒左右，如以圖1與圖2所說明，擴散於基板4a周邊之電子、照射於基板4a之離子的量因遮擋件開閉程度而變化。為此在基板電位雖產生變動，但在蝕刻程序20係將中和電流自動增減以使浮置電極4b之電位總是成為一定而對於基板電位之變動作了抑制。
在遮擋件5之開程序21b，控制器7，係對於 遮擋件驅動裝置6a進行控制，而使位於開位置5b之遮擋件5旋轉移動至閉位置5a，形成離子束2b不照射於基板4a之狀態。在本程序，係與此同時，控制器7對於電磁鐵電源306進行控制，而對於在程序21b設定為低之線圈電流往期望的值而連續作增量控制。使線圈電流的值產生變化之比例，係從遮擋件5之開閉前後的設定電流與所設定之遮擋件開閉時間而自動計算。
在遮擋件閉程序23b後轉移至放電停止程序 30b。首先，控制器7，係對於電源406進行控制而緩慢使中和電流減少而OFF，對於高頻電源304進行控制，而使高頻電力緩慢減少成小於目前設定之值的值(程序33)。在此程序始中和電流減量至零，亦即停止中和器3之驅動。接著，控制器7，係對於電源311及高頻電源304進行控制，而將施加於第2電極308之負的電壓與高頻電力之供應予以停止(程序31b)。此外，在本程序， 係控制器7對於電源310進行控制，而將施加於第1電極307之正的電壓之值設定成小於目前的值之值，維持對於該第1電極307之正的電壓的供應。接著，控制器7，係對於氣體導入機構302進行控制，而使氣體導入停止，與此同時，對於電源310及電磁鐵電源306進行控制，而將對於第1電極307之正的電壓之施加、及對於電磁線圈305之線圈電流的施加予以停止(程序32b)。藉此，結束一連串之放電停止程序30b。以此方式，在本程序，係並非在停止電漿放電時一口氣從處理條件停止電力供給，而是在連續予以變化成低於處理條件的供給量之後停止電力供給。另外，使供給量產生變化之比例，係該比例自動從時間設定與供給量之差作計算。
另外，亦可控制器7以具有在遮擋件5從閉 位置5a移動至開位置5b之期間連續使線圈電流增加之功能、或具有在遮擋件5從前述開位置5b移動至閉位置5a之期間連續使線圈電流減少之功能的方式而構成。
在圖7中，以實線表示在本實施形態之浮置電極電位的測定結果。亦即，在圖7之實線，係在圖5B與圖6所繪示之離子束蝕刻處理的基板電位之測定結果。如可與圖7之以虛線表示的歷來之離子束蝕刻處理作比較後得知，依照本實施形態，可對於在放電開始程序(12b)、遮擋件開閉程序(21b，23b)、及放電停止程序(30b)之電位變動進行抑制。
依序說明有關於可對於在各程序之電位變動 作了抑制之主因。
首先，關於放電開始程序(12b)，係如下的結果：在程序11b中，在電漿生成之前將遮擋件5關閉之第1狀態下對於引出部2a之第1電極307供應正電位，故在放電開始時，從離子源2往作為處理室之真空容器1內的正離子之供給量增加。此外，在程序11b中，在電漿生成之前將遮擋件5關閉之第1狀態下對於電磁線圈305施加線圈電流(較佳係將該線圈電流設定為高於蝕刻時)，使得可達成：從上述離子源2往真空容器1內之正離子的供給量之增加、和使該正離子進一步加速。此外，由於藉比該電漿生成之前所施加之線圈電流施加而生成之線圈磁場因而亦有電漿及中和電流的擴散抑制之效果。
亦即，在本實施形態中，係在開始電漿之生 成的程序12b之前，在遮擋件5關閉之第1狀態(位於閉位置5a之情況)下，對於引出電極2a之中是面向內部空間300之電極(最靠近內部空間300側之電極)的第1電極307，施加供以從在電漿空間300內所產生之電漿而將正離子引出至處理室側之正的電壓。因此，之後在程序12b中產生電漿時，可藉施加於上述第1電極307之正的電壓，使電漿空間300內之正離子，透過形成於引出電極2a之各電極的離子擴散孔而擴散至處理室側。亦即，可在是離子束生成程序之程序13的前階段，使從離子源2引出於處理室側之正離子的供給量增加。再者，此所擴散之正離子，係藉施加於上述第1電極307之正的電壓而被 加速。因此，在是離子束生成程序之程序13之前，即使從藉程序12b而生成之電漿透過上述離子擴散孔而漏出電子，仍可在該漏出之離子到達基板4a之前，將該漏出之電子，透過藉對於上述第1電極307之正的電壓施加而擴散之正離子而中和。此外，即使在開始電漿之生成的程序12b之前，由於對於第1電極307施加正的電壓，在內部空間300內生成電漿，仍可減低電子透過上述離子通過孔而從離子源2漏至作為處理室之真空容器1側。此外，正的離子由於藉施加於上述第1電極307之正的電壓而被加速，故可縮小潛入封閉有該正的離子之遮擋件5而到達基板4a之時間，可縮小到達基板4a時之與漏出的電子之時間延遲。
以此方式，在開始電漿之生成的程序12b、生 成離子束的程序13之前，藉對於第1電極307施加正的電壓，可一邊減低從在內部空間300內所生成之電漿往處理室內之電子的漏出，一邊在從該電漿往處理室內使正離子作加速之狀態下予以擴散。
再者，在本實施形態中，係以與在開始電漿 之生成的程序12b之前對於離子源2內部的電漿密度分布進行調整這個目的不同之目的，藉電磁線圈305，在處理室內形成磁場。藉該磁場，從內部空間300往處理室作擴散的電漿之中尤其移動度高之電子被捕捉。被該磁場所捕捉之電子係原樣沿著磁場而入射於是接地電位的腔室側壁。此結果，可抑制從內部空間300漏出之電漿中的電子 到達基板4a。另外，依形成於引出電極2a之開口的徑和施加於第1電極307之電壓可充分減低擴散於處理室之電子，故該磁場不一定要形成。
以此方式，在本實施形態中，係並非以在離 子源2內生成電漿之前生成離子束為目的者，積極從離子源2往處理室(真空容器1)側引出正離子為重要的。因此，在是電漿生成程序的程序12b之前，並非離子束生成為目的，供以於處理室側引出正的離子之正的電壓施加，係至少需要施加於是最靠近電漿側之電極的第1電極307。例如，若僅於第2電極308施加電壓，則在與第1電極307之間產生電場，往處理室側之正的離子的移動會被抑制。相反而言，對於第2電極308、第3電極309，亦不對於從在內部空間300生成之電漿往處理室側之正的離子之移動造成妨礙的程度下(例如，小於往第1電極307之施加電壓的電壓)施加正的電壓亦可。
接著，遮擋件開閉程序(21b，23b)亦可藉 線圈磁場而對於遮擋件開閉動作中之電漿及中和電流的擴散進行抑制，故亦可使重複再現性提升。最後之放電停止程序(30b)，係可藉對於中和電流與高頻電力進行減量控制(程序33)而抑制放電遮斷時(程序31b)之電位變動。此效果，係在放電遮斷時(程序31b)供應往第1電極307之正電位與線圈電流所造成之正離子的供給量之增加、電漿及中和電流的擴散抑制所造成之效果。
(其他實施形態)
在上述實施形態中，係在離子束處理方面，說明有關於離子束蝕刻，但本發明，係只要為離子注入這個使用離子束之處理，可應用於任何形態。
(再其他實施形態)
在本發明之一實施形態，係可藉電腦而構成控制器7。此情況下，係將具有圖5B之程序10b、20b、及30b之電腦程式事先儲存於上述電腦所具備之記憶體部，該電腦所具備之CPU將儲存於該記憶體部之控制程式讀出，執行示於上述程序10b，20b，30b之處理。
此外，使以實現前述之實施形態的功能的方 式使前述之實施形態的構成作動作之程式記憶於記憶媒體，將記憶於該記憶媒體之程式作為碼而讀出，在電腦中執行之處理方法亦包含於上述之實施形態的範疇。亦即電腦可讀取之記憶媒體亦包含於實施例的範圍。此外，記憶前述之電腦程式的記憶媒體當然該電腦程式本身亦包含於上述之實施形態。
作為相關之記憶媒體係例如可使用：軟式磁 碟(註冊商標)磁碟、硬碟、光碟、磁光碟、CD-ROM、磁帶、非揮發性記憶卡、ROM。此外不限於以記憶於前述之記憶媒體的程式單體執行處理者，連同其他軟體、擴充板之功能，而在OS上動作並執行前述之實施形態的動作者亦包含於前述之實施形態的範疇。

Claims (7)

  1. 一種離子束處理方法，將從在具有內部空間之電漿產生室內所產生之電漿所引出而形成之離子束對於配置在與前述電漿產生室作連結之處理室內的基板進行照射而處理該基板，特徵在於：具有：在藉遮擋件使得前述離子束未照射於前述基板之第1狀態下，在前述電漿產生室與前述處理室之連結部，對於面向前述內部空間而設之第1電極，施加供以將離子引出至前述處理室之正的電壓之程序；在前述內部空間內使前述電漿產生之前，在前述第1狀態下，藉電磁鐵而於前述電漿產生室內形成磁場之程序；在前述第1狀態下，在前述內部空間內使前述電漿產生之程序；藉在前述第1狀態下形成對於前述第1電極係施加正的電壓並對於在前述連結部設於比前述第1電極還靠近前述處理室側之第2電極係施加負的電壓之第2狀態，以形成前述離子束之程序；以及使前述遮擋件移動，將前述離子束對於前述基板作照射，而處理該基板之程序；在形成前述電漿之期間，藉前述電磁鐵而在前述電漿產生室內形成磁場，在形成前述磁場的程序中之對於前述電磁鐵所供應之 電流，係設定為高於在形成前述電漿之期間的對於前述電磁鐵所供應之電流。
  2. 一種離子束處理方法，將從在具有內部空間之電漿產生室內所產生之電漿所引出而形成之離子束對於配置在與前述電漿產生室作連結之處理室內的基板進行照射而處理該基板，特徵在於：具有：在藉遮擋件使得前述離子束未照射於前述基板之第1狀態下，在前述電漿產生室與前述處理室之連結部，對於面向前述內部空間而設之第1電極，施加供以將離子引出至前述處理室之正的電壓之程序；在前述內部空間內使前述電漿產生之前，在前述第1狀態下，藉電磁鐵而於前述電漿產生室內形成磁場之程序；在前述第1狀態下，在前述內部空間內使前述電漿產生之程序；以及藉在前述第1狀態下形成對於前述第1電極係施加正的電壓並對於在前述連結部設於比前述第1電極還靠近前述處理室側之第2電極係施加負的電壓之第2狀態，以形成前述離子束之程序；以及使前述遮擋件移動，將前述離子束對於前述基板作照射，而處理該基板之程序，前述處理之程序，係在前述遮擋件的移動中，連續縮小供應於前述電磁鐵之電流。
  3. 一種離子束處理方法，將從在具有內部空間之電漿產生室內所產生之電漿所引出而形成之離子束對於配置在與前述電漿產生室作連結之處理室內的基板進行照射而處理該基板，特徵在於：具有：在藉遮擋件使得前述離子束未照射於前述基板之第1狀態下，在前述電漿產生室與前述處理室之連結部，對於面向前述內部空間而設之第1電極，施加供以將離子引出至前述處理室之正的電壓之程序；在前述第1狀態下，在前述內部空間內使前述電漿產生之程序；藉在前述第1狀態下形成對於前述第1電極係施加正的電壓並對於在前述連結部設於比前述第1電極還靠近前述處理室側之第2電極係施加負的電壓之第2狀態，以形成前述離子束之程序；以及使前述遮擋件移動，將前述離子束對於前述基板作照射，而處理該基板之程序；在前述施加之程序中施加於前述第1電極之正的電壓，係大於在前述形成離子束之程序中施加於前述第1電極之正的電壓。
  4. 如申請專利範圍第3項之離子束處理方法，其中，在前述施加之程序中，對於前述第1電極施加供以對於前述處理室將離子作引出之正的電壓，對於前述第1電 極係在前述施加之程序、前述予以產生電漿之程序及前述形成離子束之程序中連續施加正的電壓。
  5. 一種離子束處理裝置，特徵在於：具備：具有內部空間之電漿產生室；連結於前述電漿產生室之處理室；供以於前述內部空間使電漿產生的電漿產生部；是供以從前述內部空間往前述處理室從前述電漿將離子作引出之引出部，亦即具有具備供以使前述離子通過的多數之離子通過孔的第1電極、以及第2電極，該第1電極係設於最靠近前述電漿產生室側，前述第2電極係設於比該第1電極還靠近前述處理室側之引出部；設於前述處理室內，是具有供以對於基板進行保持之基板保持面的基板保持部，亦即以射入從前述引出部所引出而形成之離子束的方式而設之基板保持部；設於前述引出部與前述基板保持部之間，在將前述離子束對於前述基板保持面作遮蔽的第1位置、及不將前述離子束對於前述基板保持面作遮蔽的第2位置之間移動的遮擋件；在使前述電漿產生之前，且在前述離子束的形成之前，在前述遮擋件位於前述第1位置之狀態下，對於前述第1電極施加正的電壓之手段；於前述電漿產生室內使磁場產生之電磁鐵；以及在使前述電漿產生之前及形成前述電漿之期間，對於 前述電磁鐵供應電流而於前述電漿產生室內使磁場產生之手段；在使前述電漿產生之前供應於前述電磁鐵之電流，係設定為高於在形成前述電漿之期間對於前述電磁鐵所供應之電流。
  6. 如申請專利範圍第5項之離子束處理裝置，其中，在前述離子束之形成時，係對於前述第1電極施加正的電壓，對於前述第2電極係施加負的電壓。
  7. 一種離子束處理裝置，特徵在於：具備：具有內部空間之電漿產生室；連結於前述電漿產生室之處理室；供以於前述內部空間使電漿產生之電漿產生部；是供以從前述內部空間往前述處理室從前述電漿將離子作引出之引出部，亦即具有具備供以使前述離子通過的多數之離子通過孔的第1電極、以及第2電極，該第1電極係設於最靠近前述電漿產生室側，前述第2電極係設於比該第1電極還靠近前述處理室側之引出部；設於前述處理室內，是具有供以對於基板進行保持之基板保持面的基板保持部，亦即以射入從前述引出部所引出而形成之離子束的方式而設之基板保持部；設於前述引出部與前述基板保持部之間，在將前述離子束對於前述基板保持面作遮蔽的第1位置、及不將前述 離子束對於前述基板保持面作遮蔽的第2位置之間移動的遮擋件；在使前述電漿產生之前對於前述第1電極施加正的電壓之手段；於前述電漿產生室內使磁場產生之電磁鐵；以及是對於供應於前述電磁鐵之電流進行控制之手段，亦即具有前述遮擋件從前述第1位置移動至前述第2位置的期間係使前述電流連續增加之功能、及前述遮擋件從前述第2位置移動至前述第1位置之期間係使前述電流連續減少之功能中的至少一方之手段。
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