(57)【要約】【課題】イオンビーム抽出装置において、スリットの形成されたグリッドに印加される電圧を調節しイオンビームの方向と強度を調節することによって、ウエハに対するエッチング率の均一性を改善し半導体素子の生産性を向上させる。【解決手段】イオンビーム抽出装置は、プラズマからイオンビームを生成するイオンソースと、該イオンソースから生成されたイオンビームの進行経路上に配置され、印加される電圧を制御してイオンビームの方向を調節するグリッドと、を備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマからイオンビームを生成するイオンソースと、
前記イオンソースから生成されたイオンビームの進行経路上に配置され、印加される電圧を制御してイオンビームの方向を調節する複数のグリッドと、
を備え
前記複数のグリッドは、前記イオンソースの後端の下に積層され、各グリッドには、前記イオビームが通過する少なくとも一つの対応するスリットが形成され、
少なくとも二つのグリッドは、イオンソースの中心軸に対して互いに斜めに対称となるように配置されることを特徴とするイオンビーム抽出装置。
【請求項２】
前記複数のグリッドはそれぞれ、複数のプレートからなり、各グリッドに異なる大きさの電圧が印加されてイオンビームの方向が調節されることを特徴とする請求項１に記載のイオンビーム抽出装置。
【請求項３】
少なくとも二つのグリッドは、異なる寸法の対応するスリットを有することを特徴とする請求項１に記載のイオンビーム抽出装置。
【請求項４】
前記イオンビームの方向が、異なる印加電圧の大きさによって調節されるように、前記複数のグリッドに異なる電圧かそれぞれ印加されることを特徴とする請求項１に記載のイオンビーム抽出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体中性ビームエッチャーのイオンビーム生成に係り、特に、スリットの形成されたグリッドに印加される電圧を制御することによってイオンビームの方向と強度を調節するイオンビーム抽出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近来、半導体素子の高集積化への要求が高まるに伴い、半導体集積回路の設計においてデザインルールがより減少し、０．２５μｍ以下の臨界寸法(Critical Dimension)が要求されるに至った。このようなナノメートル級半導体素子を実現するための蝕刻装備としては、現在、高密度プラズマ蝕刻装置(High Density Plasma Etcher)、反応性イオン蝕刻装置(Reactive Ion Etcher)などのイオン強化用蝕刻装備が主として使用されている。
半導体全工程において、イオンビームまたは中性ビームでウエハを加工するためには高イオンフラックス(flux)生成のためのグリッド(grid)が必要である。
【０００３】
図１及び図２は、従来のグリッド３を有する中性ビームチャンバーを示す図である。中性ビームエッチング(etching)に使用されるグリッド３は、図１及び図２に示すように、ウエハ９の全面をカバーできるような面積に複数の円形の穴５が穿孔され、イオンソース(プラズマ)１から生成されたイオンビームが通過するようになっている。これら各穴５の直径は約３〜６ｍｍである。
【０００４】
イオンビームの進行経路上においてイオンソース１の後端に配置されるグリッド３は、電圧印加により電場を生じさせイオンビームを加速させると同時に、イオンビームが通過する複数の穴５によりイオンビームを集束しエネルギーを調節することができる。
【０００５】
このグリッド３の後端には、入射するイオンビームを反射させて中性ビームに変換する反射体７がグリッド３からやや離れて配置され、この反射体７は、ウエハ９の側壁の効率的なエッチングのために、ウエハ９に対して若干の角度(約５〜９゜)を有するように設けられている。
【０００６】
このように構成される従来のグリッド３は、イオンソース１から生成されたイオンが電場を通過する際にイオンを抽出した後に、これら抽出されたイオンを集束し、半導体基板のウエハ９の対象膜質をエッチングするのに使用される中性ビームを生成する。
【０００７】
このときに、イオンフラックス(flux)は、プラズマの密度、グリッド３の形態・厚さ・大きさ、及び電場の影響を受ける。しかも、グリッド３には複数の穴５が形成されているので、ウエハ９に対するエッチング率(etching rate)の均一性(uniformity)を改善するためにウエハ９を回転させるのが一般的である。
【０００８】
しかしながら、従来の中性ビームに使用されるグリッド３は、ウエハ９の全面をカバーできるような面積に円形の穴５を形成し、これら穴５にイオンを通過させるため、イオン抽出面積が全体プレートの面積に対して２０〜３０％にも至らず、よって、電場やプラズマの密度を上げなければならないという問題があった。
【０００９】
プラズマの密度を上げると、中性ビームチャンバーが通常、２または３個の電極(グリッド)で構成されているという点から、電場の調節だけではイオンビームの方向を調節しにくくなるという問題につながる。
【００１０】
また、ウエハ９を回転してもエッチング率(etching rate)の均一性は改善しにくく、よって、イオンビームの角度を変えるためにはイオンソース１の角度を変えなければならないという問題点があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上記の問題点を解決するためのもので、その目的は、スリットの形成されたグリッドを用いて長方形(Rectangular)のイオンビームを抽出することによって、イオンビームの抽出面積を増大させ、高イオンフラックスを生成しうるイオンビーム抽出装置を提供することにある。
【００１２】
本発明の他の目的は、スリットの形成されたグリッドを複数個積層し、各グリッドに印加される電圧を制御することによってイオンビームの方向を調節しうるイオンビーム抽出装置を提供することにある。
【００１３】
本発明のさらに他の目的は、イオンビームの方向を電圧印加により調節することによって、ハードウェアを変形させずとも各種の工程に適用しうるイオンビーム抽出装置を提供することにある。
【００１４】
本発明のさらに他の目的は、イオンビームの方向と強度を調節することによってウエハに対するエッチング率の均一性を改善しかつ膜質の均一性を確保し、結果として半導体素子の生産性を向上させられるイオンビーム抽出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するために、本発明に係るイオンビーム抽出装置は、プラズマからイオンビームを生成するイオンソースと、前記イオンソースから生成されたイオンビームの進行経路上に配置され、印加される電圧を制御してイオンビームの方向を調節する少なくとも一つのグリッドと、を備えることを特徴とする。
【００１６】
また、前記少なくとも一つのグリッドは、複数のプレートから構成され、複数のプレートには異なる電圧が印加されることを特徴とする。
前記複数のプレートは、互いに対応する形態に配置され、各対の対応するプレートの間にはイオンビームの通過する少なくとも一つのスリットが形成されることを特徴とする。
【００１７】
また、前記少なくとも一つのグリッドは、イオンビームが通過する少なくとも一つのスリットが形成されていることを特徴とする。
前記少なくとも一つのスリットは、複数個のスリットからなり、長方形のイオンビームを抽出することを特徴とする。
【００１８】
前記少なくとも一つのグリッドは、前記少なくとも一つのスリットが形成された複数のグリッドを前記イオンソースの後端の下に積層してなり、各グリッドに印加される電圧を制御して前記イオンビームの方向を調節することを特徴とする。前記複数のグリッドのそれぞれに形成される少なくとも一つのスリットは、中心がオフセットされている。
【００１９】
前記イオンビーム抽出装置は、前記少なくとも一つのグリッドを通過したイオンビームを反射させて中性ビームに変換させる反射体をさらに備え、前記反射体は、イオンソースと同角度でウエハに対して平行に設置されていることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明に係るイオンビーム抽出装置は、プラズマからイオンビームを生成するイオンソースと、前記イオンソースから生成されたイオンビームの進行経路上に配置され、印加される電圧を制御してイオンビームの方向を調節する複数のグリッドと、を備えることを特徴とする。
【００２１】
前記複数のグリッドは、前記イオンソースの後端の下に積層され、各グリッドには、前記イオビームが通過する少なくとも一つの対応するスリットが形成されていることを特徴とする。
【００２２】
前記複数のグリッドはそれぞれ、複数のプレートからなり、各グリッドに異なる大きさの電圧が印加されてイオンビームの方向が調節されることを特徴とする。
前記イオンビームの方向が、異なる印加電圧の大きさによって調節されるように、前記複数のグリッドに異なる電圧がそれぞれ印加されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係るイオンビーム抽出装置によれば、複数のスリットの形成されたグリッドを用いて長方形のイオンビームを抽出するため、イオンソースの出力を高めプラズマ密度を上げずともイオンの抽出面積を増大させイオン密度を高め、かつ、高イオンフラックスを生成することが可能になる。
【００２４】
また、本発明は、それぞれスリットの形成されたグリッドを複数個積層し、各グリッドに印加される電圧を調節することによってイオンビームの方向を調節するため、イオンソースと反射体の角度を変えなくてもイオンビームの方向を容易に調節することができ、結果としてハードウェアを変形せずとも様々な工程に適用できる効果が得られる。
【００２５】
また、本発明は、イオンビームの方向と強度を調節できるため、エッチングする膜質の均一性を確保し、かつ、ウエハに対するエッチング率の均一性を改善し、結果として半導体の生産性を大きく向上させられる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】従来の中性ビームチャンバーを示す概略構造図である。
【図２】図１に示す中性ビームチャンバーの従来グリッドを示す平面図である。
【図３】本発明による中性ビームチャンバーを示す概略構造図である。
【図４】本発明の第１実施形態によるグリッドを示す平面図である。
【図５】本発明の第２実施形態によるグリッドを示す平面図である。
【図６Ａ】図５のグリッドに形成されたスリットの一形態を示す図である。
【図６Ｂ】図５のグリッドに形成されたスリットの他の形態を示す図である。
【図７】本発明の第１実施形態によるイオンビーム抽出装置を示す概略構造図である。
【図８】本発明の第２実施形態によるイオンビーム抽出装置を示す概略構造図である。
【図９】本発明の第３実施形態によるイオンビーム抽出装置を示す概略構造とシミュレーション結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の好適な実施形態について、添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。
図３は、本発明の一実施形態による中性ビームチャンバーを示す概略構造図である。
同図において、中性ビームチャンバーは、イオンビームを生成するイオンソース１０、イオンソース１０の後端に配置されるグリッド２０、グリッド２０の後端に配置される反射体３０と、及び反射体３０の後端に配置されるウエハ４０を備える。イオンソース１０で生成されたイオンビームは、グリッド２０に穿孔された複数のスリット２０ａ(図４)を通過した後に反射体３０から反射されて中性ビームに変換され、該中性ビームは、ウエハ４０に入射してウエハ４０の対象膜質をエッチングする。
【００２８】
イオンソース１０は、各種の反応ガスでイオンビームを生成するもので、高周波を供給してプラズマを生成するプラズマ発生装置を使用しても良く、様々な形態のイオンソースを使用しても良いことは言うまでもない。
イオンソース１０の後端部には、電圧印加によりイオンビームを加速させるとともに、イオンビームが通過する複数のスリット２０ａが形成されたグリッド２０が結合されている。グリッド２０は様々な形態を有することができ、これは、図４乃至図６Ｂに基づいて後述するものとする。
【００２９】
グリッド２０の後端には、入射するイオンビームを反射させて中性ビームに変換する反射体３０が、グリッド２０からやや離れて配置され、この反射体３０は、イオンソース１０と同角度でウエハ４０に平行して配置されている。
図４は、本発明の第１実施形態によるグリッドを示す平面図である。
図３及び図４を参照すると、本発明のグリッド２０は、それぞれ一定の直径を有する複数のスリット２０ａが形成された構造であり、複数のスリット２０ａを通過するイオンビームを長方形(Rectangular)形態に抽出することによって、イオンビームの抽出面積を全体プレートの面積に対して５０％以上に増大させることができ、その結果、全体プレートの面積に対して２０〜３０％のイオンビーム抽出面積を有する図１及び図２の従来グリッドに比べてイオン密度を高めることができる。
したがって、イオンソース１０の出力を高めてプラズマ密度を上げずともイオン密度を高めることができるため、高イオンフラックス生成が可能となり、イオンビームのフラックスを容易に調節することが可能になる。
【００３０】
図５は、本発明の第２実施形態によるグリッドを示す平面図である。
図３及び図５を参照すると、グリッドは、結合状態で互いに対応するように配置され、これらの間に複数のスリット２１ａが形成されるようにした第１及び第２グリッド２１，２２を含む２個のグリッドから構成される。第１及び第２グリッド２１，２２は、円弧状の第１及び第２電極部材２１ｂ，２２ｂをそれぞれ有する。さらに、第１及び第２グリッド２１，２２は、その全縁が円形を形成する複数の第１及び第２バー２１ｃ，２２ｃをそれぞれ有する。したがって、複数の第１及び第２バー２１ｃ，２２ｃが互いに対をなすことによって複数のスリット２１ａが長方形の形態に形成される。
【００３１】
円弧状の第１及び第２電極部材２１ｂ，２２ｂとの間にはアイソレータ５０が配置され、第１及び第２グリッド２１，２２に第１及び第２電圧Ｖ，Ｖ’(図示せず)が印加される。第１及び第２電圧Ｖ，Ｖ’は、異なる電圧にしても良く、同電圧にしても良い。
この結果、第１グリッド２１に第１電圧Ｖを、第２グリッド２２に第２電圧Ｖ’をそれぞれ印加することによってイオンビームの方向を調節することができ、これにより、ウエハ４０のエッチング率及びエッチングの均一性を改善することができる。
【００３２】
図６Ａは、図５のグリッドに形成されるスリットの一形態を示す図であり、図６Ｂは、図５のグリッドに形成されるスリットの他の形態を示す図である。
図６Ａ及び図６Ｂは、図５に示す第１及び第２グリッド２１，２２の間に形成されたスリットの形態を示す図であり、第１及び第２電極部材２１ｂ，２２ｂの間にそれぞれ形成される複数の第１及び第２バー２１ｃ，２２ｃを様々な形態に変形したものである。
【００３３】
図７は、本発明の第１実施形態によるイオンビーム抽出装置を概略的に示す構造図である。
同図において、イオンソース１０の後端には第１電圧Ｖ１が印加される第１グリッド６１が配置され、第１グリッド６１の後端には第２電圧Ｖ２が印加される第２グリッド６２が配置され、第２グリッド６２の後端一側には第３電圧Ｖ３が印加される第３グリッド６３が配置され、第２グリッド６２の後端他側には第４電圧Ｖ４が印加される第４グリッド６４が配置され、第３及び第４グリッド６３，６４の後端には第５電圧Ｖ５が印加される第５グリッド６５が配置される。ここで、第３及び第４グリッド６３，６４は互いに対面するように配置される。積層されるグリッド６１〜６５の個数は必要に応じて増減可能である。例えば、グリッド６１〜６５に加えて、第６グリッド６６が第５グリッド６５の後端に配置されても良い。
【００３４】
複数のグリッド６１〜６５には、複数のスリット６１ａ，６２ａ，６３ａ，６５ａが各々形成されており、イオンビームはこれら複数のスリット６１ａ，６２ａ，６３ａ，６５ａを通って反射体３０及びウエハ４０に伝達される。
このように、様々な形態のグリッド６１〜６５を複数個積層し、各グリッド６１〜６５に印加される電圧を異ならせると、スリット６１ａ，６２ａ，６３ａ，６５ａを通過するイオンビームの方向を容易に調節することが可能になる。
【００３５】
図８は、本発明の第２実施形態によるイオンビーム抽出装置を概略的に示す構造図である。
同図において、イオンソース１０の後端には第１電圧Ｖ１が印加される第１グリッド７１が配置され、第１グリッド７１の後端には第２電圧Ｖ２が印加される第２グリッド７２が配置され、第２グリッド７２の後端一側には第３電圧Ｖ３が印加される第３グリッド７３が配置され、第２グリッド７２の後端他側には第４電圧Ｖ４が印加される第４グリッド７４が、第３グリッド７３と斜め対称する形態に配置され、第３及び第４グリッド７３，７４の後端には第５電圧Ｖ５が印加される第５グリッド７５が配置される。
【００３６】
このように、図８に示すグリッド７１〜７５のように様々な形態のグリッドを有する構造において、複数のスリット７１ａ〜７５ａはそれぞれ、中心が互いにオフセット(offset)されており、オフセットされたスリット７１ａ〜７５ａの直径の大きさは、各グリッド７１〜７５ごとに異なっていても良い。
この構造においても、各グリッド７１〜７５に印加される電圧の大きさは異なり、印加される電圧を調節することによってイオンビームの方向を変化させることができる。
【００３７】
図９は、本発明の第３実施形態によるイオンビーム抽出装置の概略及びこれを用いたシミュレーション結果を示す図である。
同図において、本実施形態のイオンビーム抽出装置は、図８に示すイオンビーム抽出装置と同様に、複数のスリット７１ａ〜７５ａがそれぞれ形成されたグリッド７１〜７５が上から底に順に積層されている。ただし、第１電圧Ｖ１が印加される第１グリッド７１のスリット７１ａの形態が図８におけるそれと異なっている。したがって、複数のスリット７１ａ〜７５ａは、多様な形態に変形されることができる。
【００３８】
図８におけると同様に、図９のスリット７１ａ〜７５ａもそれぞれ、中心が互いにオフセットされており、オフセットされたスリット７１ａ〜７５ａの直径の大きさは、各グリッド７１〜７５ごとに異なっていても良い。
このようなオフセットタイプのグリッド７１〜７５は、製作し易く且つ構造が簡素化する。
以上では具体例に挙げて本発明を説明してきたが、本発明は、これらの具体例に限定されず、本発明の技術的思想内で当分野で通常の知識を持つ者により各種の変形が可能であることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００３９】
１０  イオンソース
２０  グリッド
２０ａ  スリット
２１  第１グリッド
２１ａ  スリット
２１ｂ  第１電極部材
２１ｃ  第１バー
２２  第２グリッド
２２ｃ  第２バー
３０  反射体
４０  ウエハ
６１，６２，６３，６４，６５  グリッド
６１ａ，６２ａ，６３ａ，６５ａ  スリット
７１〜７５  グリッド７１ａ〜７５ａ  スリット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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