(57)【要約】【課題】複数の被処理物を同時にエッチングすることができ、且つ各被処理物の面内を均一にエッチングすることができるドライエッチング装置及びドライエッチング方法を提供する。【解決手段】荷電粒子を照射する荷電粒子発生部（イオン源室１０）と、該荷電粒子が照射される複数の被処理物（処理基板１００）を支持して回転する回転ステージ３０と、荷電粒子発生部と回転ステージとの間に設けられて荷電粒子発生部から照射される荷電粒子を遮蔽する遮蔽板４０とを具備し、遮蔽板を回動させて前記荷電粒子に対する前記遮蔽板４０の射影の大きさを調整することにより荷電粒子発生部から被処理物に照射される荷電粒子の面内照射量を調整する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子を照射する荷電粒子発生部と、該荷電粒子が照射される複数の被処理物を支持して回転する回転ステージと、前記荷電粒子発生部と前記回転ステージとの間に設けられて前記荷電粒子発生部から照射される前記荷電粒子を遮蔽する遮蔽板とを具備し、該遮蔽板を回動させて前記被処理物上に形成される前記遮蔽板の射影の大きさを調整することにより前記荷電粒子発生部から前記被処理物に照射される荷電粒子の面内照射量を調整することを特徴とするドライエッチング装置。
【請求項２】
前記遮蔽板は基端部で支持され、先端部には幅広部が形成されており、該基端部から該先端部に向かう軸回りに回動することを特徴とする請求項１に記載のドライエッチング装置。
【請求項３】
前記回転ステージは、各被処理物を回転させる被処理物回転手段を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のドライエッチング装置。
【請求項４】
前記遮蔽板は、前記荷電粒子発生部と回転ステージとの中点より前記回転ステージ側に設けられていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載のドライエッチング装置。
【請求項５】
荷電粒子を照射する荷電粒子発生部と該荷電粒子が照射される複数の被処理物を載置して回転する回転ステージとの間に設けられて前記荷電粒子発生部から照射される前記荷電粒子を遮蔽する遮蔽板を回動させ、前記被処理物上に形成される前記遮蔽板の射影の大きさを調整することにより、前記荷電粒子発生部から前記被処理物に照射される荷電粒子の面内照射量を調整することを特徴とするドライエッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被処理物のエッチング分布の面内均一性を向上させるドライエッチング装置及びドライエッチング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板や液晶ディスプレイ用ガラス基板等の表面を所定のパターンに従ってエッチングする装置として、イオンミリングや反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等のドライエッチング装置が知られている。これらのドライエッチング装置では、半導体基板のエッチング分布の面内均一性は、反応性イオンやプラズマ等の荷電粒子の分布状態と半導体基板等との位置関係により決定される。
【０００３】
薄膜微細加工による半導体集積回路やマイクロマシン等のデバイスの作製においては、一枚の半導体基板内に多数の素子を作製することになるので、半導体基板のエッチング分布の面内均一性が重要となる。半導体基板のエッチング分布の面内均一性が悪ければ、素子間の特性のバラツキを招き、品質低下の要因となるおそれがあるからである。
【０００４】
このようなエッチング分布の面内均一性を改善するシステムとして、真空処理室内にプラズマ引き出し電極を設け、そのプラズマ引き出し電極を用いて真空処理室内のプラズマエネルギー分布を制御するイオンビーム処理装置が提案されている（特許文献１参照）。
【０００５】
一方、イオンビーム源とそれにより処理される処理基板との間に遮蔽板を設けて、イオンビーム照射量を一律に減少させることによって、イオンビームの衝突による処理基板の温度上昇を防止するイオンビーム照射装置が提案されている（特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２１６６５３号公報
【特許文献２】特開平９−１６２１４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前者のイオンビーム処理装置では、装置自体が大型化・複雑化するという問題点があった。
【０００８】
また、後者のイオンビーム照射装置では、イオンビーム源とそれにより処理される処理基板との間に遮蔽板を設けて処理基板へのイオンビームの照射を断続的に行なうことにより各処理基板の温度上昇を防止することはできるが、各処理基板に照射されるイオンビームの照射量を制御することはできず、各処理基板のエッチング分布の面内均一性を向上させることはできないという問題があった。また、このイオンビーム照射装置では、イオンビームが照射される処理基板は常に１つであり、イオンビーム源から照射されるイオンビームの大部分を遮蔽板で遮蔽しているので非効率的であるという問題点と、同時に複数の処理基板を処理することができないという問題点があった。
【０００９】
本発明は、上述した事情に鑑み、複数の被処理物を同時にエッチングすることができ、且つ各被処理物の面内を均一にエッチングすることができるドライエッチング装置及びドライエッチング方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の態様は、荷電粒子を照射する荷電粒子発生部と、該荷電粒子が照射される複数の被処理物を支持して回転する回転ステージと、前記荷電粒子発生部と前記回転ステージとの間に設けられて前記荷電粒子発生部から照射される前記荷電粒子を遮蔽する遮蔽板とを具備し、該遮蔽板を回動させて前記被処理物上に形成される前記遮蔽板の射影の大きさを調整することにより前記荷電粒子発生部から前記被処理物に照射される荷電粒子の面内照射量を調整することを特徴とするドライエッチング装置にある。
かかる態様では、被処理物上に形成される遮蔽板の射影の大きさを調整することにより荷電粒子発生部から被処理物に照射される荷電粒子の面内照射量を調整することができる。その結果、複数の被処理物を同時にエッチングすることができ、且つ各被処理物の面内を均一にエッチングすることができる。
【００１１】
ここで、前記遮蔽板は基端部で支持され、先端部には幅広部が形成されており、基端部から先端部に向かう軸回りに回動することが好ましい。
これによれば、荷電粒子発生部から照射される荷電粒子のうち、所定の部分の荷電粒子を遮蔽することができるので、荷電粒子発生部から被処理物に照射される荷電粒子の照射量をより正確に制御することができる。
【００１２】
また、前記回転ステージは、各被処理物を回転させる被処理物回転手段を有することが好ましい。
これによれば、各被処理物に照射されるイオンビームの照射量をより均一化させることができるので、各被処理物の面内をより均一にエッチングすることができる。
【００１３】
また、前記荷電粒子発生部と回転ステージとの中点より前記回転ステージ側に設けられていることが好ましい。
これによれば、被処理物に照射されるイオンビームの照射量をより正確に制御することができる。
【００１４】
本発明の他の態様は、荷電粒子を照射する荷電粒子発生部と、該荷電粒子が照射される複数の被処理物を載置して回転する回転ステージとの間に設けられて前記荷電粒子発生部から照射される前記荷電粒子を遮蔽する遮蔽板を回動させ、前記被処理物上に形成される前記遮蔽板の射影の大きさを調整することにより、前記荷電粒子発生部から前記被処理物に照射される荷電粒子の面内照射量を調整することを特徴とするドライエッチング方法にある。
かかる態様では、被処理物上に形成される遮蔽板の射影の大きさを調整することにより荷電粒子発生部から被処理物に照射される荷電粒子の面内照射量を調整することができる。その結果、複数の被処理物を同時にエッチングすることができ、且つ各被処理物の面内を均一にエッチングすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。なお、本実施形態の説明は例示であり、本発明は以下の説明に限定されない。
（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１に係るドライエッチング装置の一例であるイオンミリング装置を示す概略図であり、図２は本実施形態の回転ステージの拡大概略図であり、図３は本実施形態の遮蔽板及び遮蔽板制御手段の拡大概略図である。
【００１６】
図１に示すように、本実施形態に係るイオンミリング装置１は、荷電粒子発生部でありイオンビームを照射するイオン源室１０と、被処理物である処理基板１００をイオンビームによってミリングするイオンミリング処理室２０とを具備している。
【００１７】
イオン源室１０は、イオンミリング処理室２０が左側に配置されるようにイオンミリング処理室２０と水平方向に連結されており、イオンミリング処理室２０と共に真空チャンバを構成する。イオン源室１０の下部及びイオンミリング処理室２０の下部には排気系（ロータリポンプとターボモレキュラーポンプまたはクライオンポンプ等）１６、２６がそれぞれ接続されており、イオン源室１０及びイオンミリング処理室２０内のガスが真空排気される。また、イオン源室１０の右側壁にはＡｒガスなどの不活性ガスが導入されるガス導入管１５が接続されており、イオン源室１０内に不活性ガスが導入される。
【００１８】
イオン源室１０は、フィラメント１１と電極１２とを有している。フィラメント１１は、イオン源室１０の右側壁に配置されており、このフィラメント１１に電流を流して加熱させることにより、ガス導入管１５を通って導入された不活性ガス、例えばＡｒガスをイオン化して、Ａｒイオンを生成する。
【００１９】
電極１２は、フィラメント１１に対向するようにイオン源室１０の左側部に設けられ、イオン源室１０の一部を構成する。電極１２には多数の孔が形成されており、この電極１２に負の電位を与えることによって、Ａｒイオンを加速させると共に、各孔からＡｒイオンをイオンミリング処理室２０に引き出し、イオンビームとして水平方向に照射することができるようになっている。
【００２０】
イオンミリング処理室２０は、回転ステージ３０と遮蔽板４０とを有している。回転ステージ３０は、イオンミリング処理室２０の左側壁に円筒状のステージホルダ３４を介して配置され、回転ステージ３０をステージホルダ３４の回転軸方向に回転させるモータ等の回転手段３１と、回転ステージ３０によって支持された処理基板１００を回転ステージ３０の回転方向と同じ方向に回転（自転）させるモータ等の被処理物回転手段（処理基板回転手段３２）とを有しており、図２に示すように、複数の処理基板１００を支持して回転すると共に各処理基板１００自体を回転させることができるようになっている。すなわち、回転ステージ３０は、自転する各処理基板１００を支持して回転することができるようになっている。また、回転ステージ３０はさらに可動部３３を有しており、イオンビームに対する回転ステージ３０の角度を調整することができる。すなわち、可動部３３を調整することにより、回転ステージ３０に支持された処理基板１００に対して所定の角度でイオンビームを照射させることができる。なお、回転ステージ３０の回転方向及び処理基板１００の自転方向は特に限定されず、すべて同じ方向に回転していてもよいし、回転ステージ３０と処理基板１００の自転方向とが反対になるように回転していてもよい。
【００２１】
遮蔽板４０は、図１及び図３に示すように、イオン源室１０と回転ステージ３０との間に設けられ、図示しないがイオンミリング処理室２０の幅方向中央部に配置されている。遮蔽板４０の幅広部である先端部４１は楕円形状に成形されており、遮蔽板４０の基端はイオンミリング処理室２０の下壁を貫通して遮蔽板駆動手段４５に接続・支持されている。遮蔽板駆動手段４５は図示しないモータ等の駆動源を有しており、遮蔽板４０を基端部から先端部に向かう軸回り（Ｒ方向）に回動させることができると共に、イオンミリング処理室２０の下壁から遮蔽板４０の先端までの長さＬを変えることができる。すなわち、遮蔽板駆動手段４５により、イオンビームに対する遮蔽板４０の角度を変えることができると共に、先端部４１の位置を上下方向に移動させることができる。なお、遮蔽板４０は、イオンビームでエッチングされない物質で構成されているものであれば特に限定されないが、例えばチタンで形成されたものが挙げられる。また、遮蔽板４０は、イオン源室１０と回転ステージ３０との間であればどこに設けられていてもよいが、イオン源室１０と回転ステージ３０との中点より回転ステージ３０により近い位置に設けられた方が好ましい。イオン源室１０と回転ステージ３０との中点より回転ステージ３０により近い位置に遮蔽板４０を設けることにより、処理基板１００に照射されるイオンビームの照射量をより正確に制御することができるからである。
【００２２】
ここで、上述したように遮蔽板４０はイオン源室１０と回転ステージ３０との間に配置されているので、遮蔽板４０はイオン源室１０から処理基板１００に照射されるイオンビームの一部を遮蔽することになる。そして、図４に示すように、遮蔽板４０によって遮蔽されるイオンビームの量は、イオンビームに対する遮蔽板４０の射影（Ｓ・ｃｏｓθ：Ｓは遮蔽板の面積である）に比例するので、遮蔽板４０を回動させ、処理基板１００上に形成される遮蔽板４０の射影の大きさを変えることによって、処理基板１００に照射されるイオンビームの量を調整することができる。そして、上述したように、各処理基板１００は回転ステージ３０により回転させられるので、処理基板１００がイオンビームに対する遮蔽板４０の射影の中に位置する場合にはイオンビームはその処理基板１００に照射されないが、その射影の外に位置する場合にはイオンビームはその処理基板１００に照射されることになる。すなわち、回転ステージ３０が回転することによって各処理基板１００は、イオンビームが照射する領域とイオンビームが照射されない領域とを交互に通過することになる。その結果、遮蔽板４０の射影の大きさに応じて各処理基板１００にイオンビームが照射される時間が変化し、結果として処理基板１００に照射されるイオンビームの照射量が変化することになる。したがって、例えイオン源室１０から照射されるイオンビームのイオン密度に部分的なバラツキがあったとしても、イオンビームのイオン密度が高い部分に対応する位置に遮蔽板４０の先端部４１を配置すると共に遮蔽板４０を回動させて遮蔽板４０の射影の大きさを調整することによって、処理基板１００に照射されるイオンビームの面内照射量を均一化することができるので、その結果複数の処理基板１００を同時にエッチングすることができ、且つ各処理基板１００の面内を均一にエッチングすることができる。また、本実施形態では、処理基板１００自体をさらに回転させているので、各処理基板１００に照射されるイオンビームの面内照射量をより均一化することができ、各処理基板１００の面内をより均一にエッチングすることができる。
【００２３】
なお、遮蔽板４０は、イオン源室１０の中央部から照射されるイオンビームの照射量を制御できるように配置されるのが好ましい。イオン源室１０の中央部から照射されるイオンビームのイオン密度は他の部分より照射されるものよりも高くなる傾向があるので、イオン源室１０の中央部から照射されるイオンビームの照射量を制御できるように遮蔽板を配置することにより、処理基板１００に照射されるイオンビームの面内照射量をさらに均一化させることができるからである。
【００２４】
次に、本実施形態に係るイオンミリング装置１の動作について説明する。まず、各処理基板１００を回転ステージ３０にセットした後、イオンミリング処理室２０が排気系２６により所定の真空状態に減圧されると共に、イオン源室１０が排気系１６により所定の真空状態に減圧される。次にイオン源室１０にＡｒガスを導入する。そして、イオン源室１０内に設けられたフィラメント１１に電流を流すと、Ａｒガスがイオン化して、Ａｒイオンが生成する。次に、電極１２に負の電位を付与すると、Ａｒイオンは電極１２の方向に加速され、イオンビームとしてイオンミリング処理室２０内に照射される。
【００２５】
イオンミリング処理室２０内に照射されたイオンビームは回転ステージ３０に支持された各処理基板１００に照射され、ミリング加工が行なわれる。この際に、上述したように、例えばイオン源室１０から照射されるイオンビームのうち、イオンビームのイオン密度が高い部分に対応する位置に遮蔽板４０の先端部４１を配置すると共に遮蔽板４０を回動させてイオンビームに対する遮蔽板４０の射影の大きさを調整して、イオンビームの照射量を均一化することにより、複数の処理基板１００を同時にエッチングすることができ、且つ各処理基板１００の面内を均一にエッチングすることができる。
【００２６】
（他の実施形態）
実施形態１では、遮蔽板４０として、先端部４１が楕円状に成形された遮蔽板４０を用いたが、遮蔽板４０の形状は特に限定されない。遮蔽板４０として先端部が矩形状に成形されたものや、楕円形状に成形された先端部の中央部にメッシュが形成されているものなどを用いてもよい。
【００２７】
また、実施形態１では、ドライエッチング装置の一例としてイオンミリング装置を挙げて説明したが、本発明は広くドライエッチング装置全般を対象としたものであり、イオンミリング装置以外のドライエッチング装置にも勿論適用することができる。その他のドライエッチング装置としては、反応性の気体やイオン、ラジカルによって材料を処理する装置であれば限定されないが、例えば、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）や、イオン照射等真空中で基板処理を行なう装置などが挙げられる。
【００２８】
さらに、実施形態１では、複数の処理基板１００の面内を均一にエッチングするというエッチング処理開始から終了まで同一の状態の処理について説明したが、本発明は中間段階での処理についても適用することができる。例えば、本発明は、処理シーケンスに合わせて被処理物の面内エッチング分布を可変とする処理にも適用することができる。
【００２９】
また、実施形態１の遮蔽板４０に負の電位を与えてもよい。遮蔽板４０に与える電位を制御することにより、各処理基板１００に照射されるイオンビームを制御して、各処理基板１００に照射されるイオンビームの面内照射量をさらに均一化させることができる。
【００３０】
＜実施例＞
イオン源室として直径５８０ｍｍの大径イオン源を用い、処理基板として直径１５０ｍｍのシリコンウェハを用い、遮蔽板として長軸が２５０ｍｍで短軸が３０ｍｍの楕円形状の先端部を有するチタン板を用いて実施形態１のイオンミリング装置を構成し、イオン源室の中央部から照射されたイオン密度均一性が比較的高いイオンビーム（Ａｒイオンビーム）を用いて処理基板にミリング加工を行った。
【００３１】
＜比較例＞
遮蔽板が存在しないことを除いて実施例と同じ条件で処理基板にミリング加工を行なった。
【００３２】
＜試験結果＞
比較例では、各処理基板のエッチング分布の面内均一性を±３％以内に改善することはできなかったが、実施例では、各処理基板のエッチング分布の面内均一性を±１％以内に改善することができた。すなわち、遮蔽板を設けて、イオンビームに対する遮蔽板の角度とイオン源室に対する遮蔽板の先端部の位置を調整することによって、各処理基板のエッチング分布の面内均一性を向上させることができた。
【００３３】
また、イオン加速電圧、ビーム電流、処理真空度の変更などのプロセスパラメータ変更に伴うイオンビーム強度分布の変動に対しても、同様に遮蔽板を調整することにより、再現性よく各処理基板のエッチング分布の面内均一性を保つことが可能であることが分かった。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】実施形態１に係るイオンミリング装置の概略図である。
【図２】実施形態１の回転ステージの拡大概略図である。
【図３】実施形態１の遮蔽板及び遮蔽板制御手段の拡大概略図である。
【図４】実施形態１の遮蔽板の上面概略図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  イオンミリング装置、  １０  イオン源室、  １１  フィラメント、  １２  電極、  １５  ガス導入管、  １６，２６  排気系、  ２０  イオンミリング処理室、  ３０  回転ステージ、  ３１  回転手段、  ３２  処理基板回転手段、  ３３  可動部、  ３４  ステージホルダ、  ４０  遮蔽板、  ４１  先端部、  ４５  遮蔽板駆動手段、  １００  処理基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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