(57)【要約】【課題】良好に任意の形状に加工することが可能なエッチング装置、エッチング方法及びプログラムを提供する。【解決手段】エッチング装置１０は、イオンガン１１とＸＹステージ１２と制御部１３とＰＣ１５とを備える。予め測定されたエッチングが施される基板２１の厚みの分布から、升目状に区分された基板２１の各領域の被エッチング総量を算出し、この被エッチング総量に達するようにＰＣ１５は各領域におけるエッチング時間を判別する。制御部１３は、このＰＣ１５によって判別されたエッチング時間に基づき、ＸＹステージ１２及びイオンガン１１を制御する。イオンガン１１とＸＹステージ１２との間にはマスク等の遮蔽物が設けられていないためエッチング可能領域を遮ることがなく、良好に任意の形状に加工することができる。【選択図】図１
2007214215.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定のエッチング分布を有するエッチング源と、
エッチング対象物を載置するステージと、
前記エッチング源と前記ステージとの相対位置を調整する相対位置調整手段と、
前記エッチング対象物の被エッチング量の分布と、前記エッチング源のエッチング分布とに基づいて、前記エッチング対象物の各位置におけるエッチング総量が被エッチング量に対応するように、前記相対位置調整手段と前記エッチング源との少なくとも一方を制御する制御手段と、
を備える、ことを特徴とするエッチング装置。
【請求項２】
前記エッチング源は、前記エッチング対象物にエッチング用の粒子ビームを照射し、
前記制御手段は、前記エッチング源と前記相対位置調整手段とを制御して、前記エッチング対象物の各位置での前記エッチング源からの粒子ビームの照射時間を制御する、ことを特徴とする請求項１に記載のエッチング装置。
【請求項３】
前記制御手段は、
前記エッチング源を制御して、前記粒子ビームを連続的に照射させ、
前記相対位置調整手段を制御して、前記エッチング対象物を前記エッチング源に対してピッチ送りで移動させ、各ピッチ位置での停止時間を調節することによって、各ピッチ位置での前記粒子ビームの照射時間を制御する、ことを特徴とする請求項２に記載のエッチング装置。
【請求項４】
前記制御手段は、
前記相対位置調整手段を制御して前記エッチング対象物を前記エッチング源に対して所定ピッチで移動させ、
前記エッチング源を制御して、各ピッチ位置での前記エッチング源からの粒子ビームの照射時間を制御する、ことを特徴とする請求項２に記載のエッチング装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記相対位置調整手段を制御して、前記エッチング対象物の移動速度を制御する、ことを特徴とする請求項１に記載のエッチング装置。
【請求項６】
前記制御手段は、前記エッチング源により生成されるエッチング用粒子の強度を制御する、ことを特徴とする請求項１に記載のエッチング装置。
【請求項７】
前記制御手段は、前記エッチング対象物の各位置において、前記エッチング源により生成されるエッチング用粒子の強度の積分値が、前記被エッチング量の分布に一致するように、前記相対位置調節手段を制御する、ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のエッチング装置。
【請求項８】
前記制御手段は、前記エッチング対象物の各位置において、前記エッチング源により生成されるエッチング用粒子の強度の積分値が、前記被エッチング量の分布に一致するように、前記エッチング用粒子の強度を制御する、ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のエッチング装置。
【請求項９】
前記制御手段は、前記相対位置調整手段を制御して、前記エッチング対象物のエッチング対象エリアの周囲を含む所定エリアを前記エッチング用粒子により走査する、ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のエッチング装置。
【請求項１０】
前記エッチング分布が、ガウス分布又は三角関数の単一波形で表されることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載のエッチング装置。
【請求項１１】
前記エッチング源によってエッチングが施される領域の厚みを測定する厚み測定部を、更に備えることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のエッチング装置。
【請求項１２】
前記被エッチング量の分布を求める手段と、
前記被エッチング量の分布と、前記エッチング源のエッチング分布とから、前記エッチング源と前記相対位置制御手段とを制御する制御パターンを計算する演算手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のエッチング装置。
【請求項１３】
既知のエッチング分布を有するエッチング源によりエッチング対象物のエッチング対象エリアにエッチング用粒子を生成すると共に前記エッチング源と前記エッチング対象物との相対位置を移動させることにより、前記エッチング対象エリアをエッチングするエッチング方法において、
前記エッチング対象エリアの各位置において、前記エッチング用粒子の強度の積分値が被エッチング量の分布に一致するように、前記エッチング源と、前記エッチング源と前記エッチング対象との相対位置と、を制御する、ことを特徴とするエッチング方法。
【請求項１４】
既知のエッチング分布を有するエッチング源によりエッチング対象物のエッチング対象エリアにエッチング用粒子を生成すると共に前記エッチング源と前記エッチング対象物との相対位置を移動させることにより、前記エッチング対象エリアをエッチングするエッチング方法を制御するために、
前記エッチング対象エリアの各位置において、前記エッチング用粒子の強度の積分値が被エッチング量の分布に一致するように、前記エッチング源と、前記エッチング源と前記エッチング対象との相対位置と、の制御、
をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品の製造に利用されるエッチング装置、エッチング方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体、電子部品製造の分野では基板上に薄膜を形成し、デバイスとする技術が一般に用いられている。例えば圧電素子を例に挙げると、圧電材料からなるウエハ又は基板上に電極膜を成膜し、数十〜数千個の複数の素子を形成した後、個々の素子に切り分けることにより、圧電素子が製造される。
【０００３】
圧電素子は、利用する振動モードによっても異なるが、例えば厚みすべり振動を利用した振動素子では、その基板の厚み、電極膜の厚みによって周波数が決まるため、これらの厚みの精度によって周波数精度が決まる。なお、表面弾性波素子でも、その電極膜の厚みの精度によって周波数精度が決まる。従って、これらの素子で所望の周波数精度を得るためには、基板、電極膜の厚みを制御することが重要である。
【０００４】
しかし、現在基板に用いられる研磨技術の精度は十分でなく、基板内での厚みの分布が生じる。更にスパッタ蒸着で成膜された電極膜にも厚み分布が生ずるため、同一基板内に形成された素子は周波数特性にばらつきが生ずる問題がある。
【０００５】
そこで、基板内の厚みのばらつきを抑制するため、基板を研磨した後、基板の厚み分布を測定し、もしくは電極膜を成膜した後に個々の周波数分布を測定し、それぞれのエリアをマスクを介して選択的にエッチングし、基板又は電極膜の厚みのばらつきを小さくする方法が用いられている（例えば特許文献１）。
【特許文献１】特開２００１−３６３７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献１に開示されているように厚み分布のばらつきを減らすため、マスクを介してエッチングする場合、エッチングの際に基板もしくは薄膜のみならずマスク表面も消耗されるため、マスクの交換が不可欠である。また、マスク表面の消耗により発生したパーティクルは、素子を汚染する原因ともなり、素子の不良の原因となる。また、エッチング可能領域の一部のみしかエッチングすることができないため、所定のエッチング量を得るために要する時間が増加し、製造効率が悪く、コストが増加する問題がある。
【０００７】
そこで、素子の不良の原因となるマスク等の消耗部品が必要なく、エッチング源とエッチングが施される基板との間に遮蔽物を設けず効率よく任意の形状に加工することが可能なエッチング装置、エッチング方法及びプログラムが求められている。
【０００８】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、良好に任意の形状に加工することが可能なエッチング装置、エッチング方法及びプログラム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】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係るエッチング装置は、
所定のエッチング分布を有するエッチング源と、
エッチング対象物を載置するステージと、
前記エッチング源と前記ステージとの相対位置を調整する相対位置調整手段と、
前記エッチング対象物の被エッチング量の分布と、前記エッチング源のエッチング分布とに基づいて、前記エッチング対象物の各位置におけるエッチング総量が被エッチング量に対応するように、前記相対位置調整手段と前記エッチング源との少なくとも一方を制御する制御手段と、
を備える、ことを特徴とする。
【００１０】
前記エッチング源は、前記エッチング対象物にエッチング用の粒子ビームを照射し、
前記制御手段は、例えば、前記エッチング源と前記相対位置調整手段とを制御して、前記エッチング対象物の各位置での前記エッチング源からの粒子ビームの照射時間を制御する。
【００１１】
前記制御手段は、
前記エッチング源を制御して、前記粒子ビームを連続的に照射させ、
前記相対位置調整手段を制御して、前記エッチング対象物を前記エッチング源に対してピッチ送りで移動させ、各ピッチ位置での停止時間を調節することによって、各ピッチ位置でのエッチング源からの前記粒子ビームの照射時間を制御する。
【００１２】
前記制御手段は、例えば、前記相対位置調整手段を制御して前記エッチング対象物を前記エッチング源に対して所定ピッチで移動させ、前記エッチング源を制御して、各ピッチ位置での前記エッチング源からの粒子ビームの照射時間を制御する。
【００１３】
前記制御手段は、例えば、前記相対位置調整手段を制御して、前記エッチング対象物の移動速度を制御する。これにより、各位置におけるエッチング総量を制御できる。
【００１４】
前記制御手段は、例えば、前記エッチング源により生成されるエッチング用粒子の強度を制御する。これにより、各位置におけるエッチング総量を制御できる。
【００１５】
前記制御手段は、前記エッチング対象物の各位置において、前記エッチング源により生成されるエッチング用粒子の強度の積分値が、前記被エッチング量の分布に一致するように、前記相対位置調節手段を制御する。
【００１６】
前記制御手段は、例えば、前記エッチング対象物の各位置において、前記エッチング源により生成されるエッチング用粒子の強度の積分値が、前記被エッチング量の分布に一致するように、前記エッチング源から照射される粒子の強度を制御する。
【００１７】
前記制御手段は、例えば、前記相対位置調整手段を制御して、前記エッチング対象物のエッチング対象エリアの周囲を含む所定エリアを前記エッチング用粒子により走査する。
【００１８】
例えば、前記エッチング分布は、ガウス分布又は三角関数の単一波形で表される。
【００１９】
前記エッチング源によってエッチングが施される領域の厚みを測定する厚み測定部を、更に配置してもよい。
【００２０】
前記被エッチング量の分布を求める手段と、前記被エッチング量の分布と、前記エッチング源のエッチング分布とから、前記エッチング源と前記相対位置制御手段とを制御する制御パターンを計算する演算手段と、を更に配置してもよい。
【００２１】
上記目的を達成するため、本発明の第２の観点に係るエッチング方法は、
既知のエッチング分布を有するエッチング源によりエッチング対象物のエッチング対象エリアにエッチング用粒子を生成すると共に前記エッチング源と前記エッチング対象物との相対位置を移動させることにより、前記エッチング対象エリアをエッチングするエッチング方法であって、
前記エッチング対象エリアの各位置において、前記エッチング用粒子の強度の積分値が被エッチング量の分布に一致するように、前記エッチング源と、前記エッチング源と前記エッチング対象との相対位置と、を制御する、ことを特徴とする。
【００２２】
上記目的を達成するため、本発明の第３の観点に係るプログラムは、
既知のエッチング分布を有するエッチング源によりエッチング対象物のエッチング対象エリアにエッチング用粒子を生成すると共に前記エッチング源と前記エッチング対象物との相対位置を移動させることにより、前記エッチング対象エリアをエッチングするエッチング方法を制御するために、前記エッチング対象エリアの各位置において、前記エッチング用粒子の強度の積分値が被エッチング量の分布に一致するように、前記エッチング源と、前記エッチング源と前記エッチング対象との相対位置と、の制御をコンピュータに実行させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、エッチング対象の各位置に照射される粒子の照射量を被エッチング量の分布に対応するように制御することにより、良好なエッチングが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明の実施の形態に係るエッチング装置、エッチング方法及びプログラムについて図面を参照して説明する。
【００２５】
本発明の実施の形態に係るエッチング装置１０の構成を図１に示す。また図２に本実施の形態のエッチング装置１０によってエッチングされる基板２１を模式的に示す。
【００２６】
図１に示すようにエッチング装置１０は、イオンガン１１と、ＸＹステージ１２と、制御部１３と、真空槽１４と、ＰＣ１５と、を備える。イオンガン１１とＸＹステージ１２とは、真空槽１４内に設置され、真空槽１４によって大気から遮断されている。
【００２７】
イオンガン１１は、イオンビーム、即ち、イオン粒子を生成する装置である。イオンガン１１のチャンバ内には例えばＡｒが導入され、チャンバ内でアノードとフィラメントの間に直流電圧を印加し、直流熱陰極放電を起こすことによりＡｒプラズマを発生させる。続いてＡｒの正イオンを加速器によって加速させ、引き出し孔からイオンビームとして取り出す。イオンビームの電流密度、即ち、イオン密度は、引き出し孔の数、形状等により変化する。
また、これらの引き出し孔を用いた場合の電流密度分布を図４及び図５に示す。図４（ａ）の電流密度分布は図３（ａ）の引き出し孔を用いた場合に対応し、図５（ｂ）は図３（ｂ）、図５（ｃ）は図３（ｃ）に対応する。なお、点は実測値であり、図４（ａ）及び図５（ｂ）に示す線はガウス分布による近似である。
なお、いずれのグラフも、イオンガン１１とエッチング対象の基板２１とを対向して配置して、基板２１のイオンガン１１の中心と対向する位置を原点としたときの原点からの距離と照射されるイオンビームの電流密度との関係を示すものである。
【００２８】
詳細に後述するように、本実施の形態ではイオンガン１１から照射されるイオンビームの電流密度分布をガウス分布で近似し、エッチングレートを算出することによりエッチング時間を算出する。従って、電流密度分布は、図４（ａ）又は図５（ｂ）に示すようにガウス分布で近似することができることが好ましい。このため、本実施の形態では図３（ａ）、（ｂ）のようにほぼ同径の孔が形成された引き出し孔を用いるのが好ましい。また、図４（ａ）及び図５（ｂ）から明らかなように孔の数を増やすと電流密度分布は横に広がる傾向を示す。従って、実施するエッチングの細密さ等に応じて孔の数を調節すると良い。また、電流密度分布は、孔の形状、数、配置、放電電流、エッチング源とエッチング対象との距離等を調節することにより制御できるため、ガウス分布、三角関数等で演算する場合は、所望の分布を得ることができるように、予めこれらの条件を調整しておけばよい。なお、電流密度分布は必ずしもガウス分布、三角関数等を用いた波形として表す必要はなく実測値を用いることも可能である。この場合、図３（ｃ）のように径の異なる孔が形成された引き出し孔を用いることができる。
【００２９】
ＸＹステージ１２は、載置台１２ａ、シーケンサ等からなるステージ制御部、モータ等から構成されるステージ駆動部等を備える。図１に示すように載置台１２ａのイオンガン１１に対向する面上には、エッチングが施される基板２１が設置される。
ＸＹステージ１２のステージ駆動部は、ステージ制御部によって制御され、更にステージ制御部は制御部１３によって制御される。
ステージ駆動部によって載置台１２ａはＸ軸及びＹ軸方向（図１の水平面）に移動する。ＸＹステージ１２の移動形態は、ピッチ送り（一定距離だけ移動して一旦停止する動作を繰り返す処理）でも、等速又は速度を変動させながら連続的に移動させる形態も可能である。本実施の形態ではエッチング源であるイオンガン１１が固定されているため、このＸＹステージ１２の移動によって、基板２１とイオンガン１１との相対位置を調節する。
【００３０】
制御部１３は、例えばマイクロプロセッサ等から構成され、ＰＣ１５によって算出されたエッチング時間等のエッチング条件に沿ってイオンガン１１と、ＸＹステージ１２とを制御する。
【００３１】
ＰＣ１５は、パーソナルコンピュータ等から構成される。ＰＣ１５は、詳細に後述するように、予めエッチング装置１０とは独立して設けられたＦＴＩＲ（フーリエ変換赤外分光計）等の測定装置によって測定された基板２１の厚み分布を基に、基板２１のエッチング対象領域で必要となる被エッチング量の分布を判別する。さらに、ＰＣ１５は、この被エッチング量の分布、エッチングビームの電流密度分布（エッチング分布）、ＸＹステージ１２の移動速度等から、基板２１の各領域にエッチングを施す時間等を算出する。
【００３２】
次に、上述した構成を採るエッチング装置１０の動作を図及び数式を用いて説明する。
【００３３】
まず、エッチングを施す基板２１を用意する。基板２１は図２に点線で示すように複数の素子を形成することができる面積を備える。
【００３４】
次に、基板２１の厚みの分布を例えば、ＦＴＩＲ（フーリエ変換赤外分光計）等によって測定する。また、図４（ａ）、図５（ｂ）に示すようなイオンガン１１の電流密度分布を予め得ておく。
【００３５】
続いて、測定装置等で測定された基板２１の厚み分布に基づき、ＰＣ１５は、基板２１上に仮想的に形成したメッシュの各領域で必要な被エッチング量を算出する。さらにＰＣ１５は、以下に示す数式に従って、各領域で必要な被エッチング量と、イオンビームの電流密度分布（エッチング分布）等から、エッチング処理の制御パターンを算出する。
【００３６】
理解を容易にするため、まず一次元のモデルを用いて説明する。図６に示すように、エッチングが施される対象は、一定のピッチｐで、ピッチｐと同じ辺を備える正方形状の領域がＮ個一列に並んだ構成であると仮定する。なお、ピッチｐはイオンガン１１と基板２１との移動ピッチに相当する。本実施の形態ではピッチｐはイオンガン１１の電流密度分布の標準偏差σから、ｐ＝２σと設定する。なお、ピッチｐの設定は任意であって、製造する素子のサイズに設定することも可能である。
【００３７】
エッチング装置１０は、ＸＹステージ１２を制御して、図７に示すように、イオンガン１１のイオンビームの中心位置を、エッチング対象の各矩形領域の停止位置に順々に停止させ、イオンビームを適当な時間照射する。それぞれの位置で停止した際にエッチングされる総量が各領域のエッチング総量となる。
【００３８】
ここでエッチングビームの中心の停止位置をＰとおく。なおビームの停止位置は、それぞれの端の領域が十分にエッチングされるよう各領域の端からいくつか多く設定される。従って、ビームの停止位置は図６に示すようにＰ−ｉ，…，Ｐ−２，Ｐ−１、Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２…，Ｐｎ，…，ＰＮ，ＰＮ＋１…，ＰＮ＋ｉとなる。次に、それぞれの停止位置でエッチングを施す時間をＴとすると、各停止位置でのエッチング時間は、Ｔ−ｉ，…，Ｔ−２，Ｔ−１、Ｔ０，Ｔ１，Ｔ２…，Ｔｎ，…，ＴＮ，ＴＮ＋１…，ＴＮ＋ｉとで示される。また、各領域のエッチング総量をＥ１，Ｅ２…，Ｅｎ，…，ＥＮとする。なお、本実施の形態ではピッチ送りの際の移動距離は一定であり、各領域の停止位置で停止する時間は、各領域ごとに設定される。従って、エッチング時間Ｔとは、停止位置Ｐにおけるビームの停止時間を示す。
【００３９】
また、一般にエッチング量Ｅは、以下に示す数式１で与えられる。なお、式１のＴはイオンガン１１によるエッチング時間であり、Ｃは、スパッタ率Ｓ、分子量Ｍ、アボガドロ数ＮＡ、密度Ｄ、電子の素電荷ｅ等で決まる比例定数である。
（数式１）
2007214215.tif 000003
【００４０】
また、上述したようにイオンビーム１１の電流密度分布は既知であり、この分布はガウス分布により下記数式２に示すように近似することが可能である。なお、数式２のＡはガウス分布における曲線と基線の間の全面積であり、ｗは標準偏差σの２倍である。
（数式２）
2007214215.tif 000004
【００４１】
次に、図８（ａ）に示すようにイオンビームの中心がある停止位置Ｐｎにあるとき、イオンビームの中心に相当する領域のエッチングレートａ０を、ａ０＝Ｉｂｄ・Ｃとする。このとき停止位置Ｐｎの周辺領域のエッチングレートａ１，ａ２，ａ３，…，ａｍ及びａ−１，ａ−２，…，ａ−ｍは、数式２のｘにエッチング中心からの離間する距離ｐｍを代入することにより、下記数式３のように示すことができる。
（数式３）
2007214215.tif 000005
【００４２】
以上から、イオンビームが停止位置Ｐｎにあって照射時間がＴｎである場合の各領域のエッチング量は、それぞれの停止位置ごとに下記数式４のように示すことができる。なお、イオンビームが停止位置Ｐｎに位置する際、停止位置Ｐｎのエッチングレートに対する各領域のエッチングレートの比を予め求めておき、図１０（ａ）に示すようにテーブルとしておくと、エッチングレートaを更に容易に算出することができ、好ましい。例えば、図１０（ａ）に示す例では、停止位置の１つ隣の領域は０．８、２つ隣の領域は０．６であるため、エッチングレートａ１、ａ２はそれぞれ、ａ１＝０．８・ａ０、ａ２＝０．６・ａ０とａ０を用いて表すことができる。
（数式４）
…
Ｐｎ−２；ａ−２Ｔｎ
Ｐｎ−１；ａ−１Ｔｎ
Ｐｎ    ；ａ０Ｔｎ
Ｐｎ＋１；ａ１Ｔｎ
Ｐｎ＋２；ａ２Ｔｎ
…
【００４３】
また、図８（ｂ）に示すようにイオンビームの中心が停止位置Ｐｎ＋１にあって、照射時間がＴｎ＋１である場合、それぞれの領域のエッチング量は、下記数式５に示される。
（数式５）
…
Ｐｎ−２；ａ−３Ｔｎ＋１
Ｐｎ−１；ａ−２Ｔｎ＋１
Ｐｎ    ；ａ−１Ｔｎ＋１
Ｐｎ＋１；ａ０Ｔｎ＋１
Ｐｎ＋２；ａ１Ｔｎ＋１
…
【００４４】
更に、図８（ｃ）に示すようにイオンビームの中心が停止位置Ｐｎ−１にあって、照射時間がＴｎ−１である場合、それぞれの領域のエッチング量は、下記数式６に示される。
（数式６）
…
Ｐｎ−２；ａ−１Ｔｎ−１
Ｐｎ−１；ａ０Ｔｎ−１
Ｐｎ    ；ａ１Ｔｎ−１
Ｐｎ＋１；ａ２Ｔｎ−１
Ｐｎ＋２；ａ３Ｔｎ−１
…
【００４５】
以上を全ての停止位置（Ｐ−ｉ，…，Ｐ−２，Ｐ−１、Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２…，Ｐｎ，…，ＰＮ，ＰＮ＋１…，ＰＮ＋ｉ）に応用することによって、基板２１の各領域の全エッチング量は下記数式７に示され、更にこれを行列式で示す下記数式８で示すことができる。
（数式７）
…
Ｐｎ−２；Ｅｎ−２＝ａｍＴｎ−ｍ−２＋…＋ａ−１Ｔｎ−１＋ａ−３Ｔｎ＋１＋…＋ａ−ｍＴｎ＋ｍ−２
Ｐｎ−１；Ｅｎ−１＝ａｍＴｎ−ｍ−１＋…＋ａ０Ｔｎ−１  ＋ａ−２Ｔｎ＋１＋…＋ａ−ｍＴｎ＋ｍ−１
Ｐｎ    ；Ｅ０    ＝ａｍＴｎ−ｍ    ＋…＋ａ１Ｔｎ−１  ＋ａ−１Ｔｎ＋１＋…＋ａ−ｍＴｎ＋ｍ
Ｐｎ＋１；Ｅｎ＋１＝ａｍＴｎ−ｍ＋１＋…＋ａ２Ｔｎ−１  ＋ａ０Ｔｎ＋１  ＋…＋ａ−ｍＴｎ＋ｍ＋１
Ｐｎ＋２；Ｅｎ＋２＝ａｍＴｎ−ｍ＋２＋…＋ａ３Ｔｎ−１  ＋ａ１Ｔｎ＋１  ＋…＋ａ−ｍＴｎ＋ｍ＋２
…
（数式８）
2007214215.tif 000006
【００４６】
ここで、上述するようにエッチングレートａはイオンガン１１の中心からの距離が定まれば定数として与えられるものであるから、数式７及び数式８はエッチング時間Ｔの多元連立一次方程式に相当する。従って、ガウス・ジョルダンの消去法、ＬＵ分解法、ガウス・ザウデルの反復法等、既知の解法によって十分な近似解を得ることが可能である。このようにして各停止位置Ｐにおけるエッチング時間Ｔを求めることができる。
【００４７】
次に、以上の一次元のモデルを二次元に応用する。まず、図９に示すようにエッチングを施す基板２１を升目状に区切り、一辺がピッチｐの複数の正方形状の領域に区分する。次に基板２１の領域上および基板２１の周辺領域上のイオンガン１１の停止位置をＰと設定し、一次元の場合と同様に１行１列の領域の停止位置をＰ（１，１）、１行２列をＰ（１，２）…ｎ行ｎ列をＰ（ｎ，ｎ）と設定する。エッチングの際には基板２１の周辺領域を良好にエッチングできるよう、基板２１より広い領域に停止位置を設けるため、例えば図９に示すように上下左右にそれぞれ行及び列が増加する。
【００４８】
次に、イオンガン１１が所定の停止位置にある場合のそれぞれの領域のエッチングレートを数式２及び数式３を用いて求める。一次元モデルでは、数式３のみでピッチの間隔ｐと停止位置からのピッチ数ｍを用いてビームからの距離をｐｍで表記することができたが、二次元モデルではこのような表記ができるのはイオンガンの停止位置の同行もしくは同列のみである。従って、停止位置に対して同列もしくは同行にない領域のエッチングレートは、数式２のｘに停止位置からの距離（例えば各領域間の中心の距離）を代入することにより、エッチングレートを求める。なお、イオンガン１１が所定の停止位置Ｐ（ｎ，ｎ）にある際、停止位置の中心におけるエッチングレートａ（ｎ，ｎ）に対する周辺領域のエッチングレートａ（ｍ，ｍ）の比を、予め図１０（ｂ）に示すようにテーブルとして算出しておくと、各領域のエッチングレートの算出が容易となって好ましい。例えば、図１０に示す例では、イオンガン１１の停止する領域の強度が１であり、停止位置に隣接する上下、左右の領域の強度が０．８、斜め上、下の各領域の強度が０．６である。これを用いると、Ｐ（ｎ，ｎ）に隣接するＰ（ｎ−１，ｎ）のエッチングレートは、ａ（ｎ−１，ｎ）＝０．８・ａ（ｎ，ｎ）のようにａ（ｎ，ｎ）を用いて表すことができる。
【００４９】
次に、それぞれの領域のエッチング時間をＴとし、数式８と同様の式を立てる。一次元と二次元では項の数が増加するのみで、二次元モデルでも一次元モデルと同様に多元一次連立方程式がたつ。従って、ガウス・ジョルダンの消去法、ＬＵ分解法、ガウス・ザウデルの反復法等、既知の解法によって十分な近似解を得ることが可能である。このようにして二次元モデルでも基板２１の各領域のエッチング時間を算出することができる。
【００５０】
なお、上述した二次元モデルでは領域の分割の仕方、ピッチ送りの移動距離等の設定によって、多元連立一次方程式は数十〜数千の次元となるが、次数は一次であるため、ＰＣ１５を構成するパーソナルコンピュータの処理能力で十分近似解を求めることが可能である。この際、エッチング源（イオンガン１１）の分布としては、単純な偶関数の方が計算が容易であり、ガウス分布、三角関数で表される分布が好ましい。
【００５１】
このようにして、ＰＣ１５は各停止位置Ｐにおけるエッチング時間Ｔを算出する。
ＰＣ１５は、このようにして求めた各停止位置Ｐとその位置でのエッチング時間Ｔとを対応付ける情報（制御パターン情報）を、制御部１３に送信する。制御部１３は、制御パターン情報を用いてＸＹステージ１２及びイオンガン１１を制御し、各領域に所定のエッチングを施す。
具体的には、制御部１３は、ｉ）ＸＹステージ１２を制御して、エッチング対象の基板２１を所定ピッチｐで移動する動作、ii）ピッチ送り完了後、ＸＹステージ１２を制御して所定の停止時間Ｔだけ停止し、基板２１にイオンビームを照射する、という制御を繰り返す。なお、イオンビームはエッチング開始から終了まで連続的に照射される。
ＸＹステージ１２の移動パターンとしては、例えば、図に示すＰ（−ｉ，−ｉ）からＰ（−ｉ，Ｎ＋ｉ）へと順番に移動し、続いてＰ（−ｉ＋１，Ｎ＋ｉ）からＰ（−ｉ＋１，−ｉ）に移動する、というように各列を移動する動作を全ての行について行えばよい。なお、エッチングを施す方向、順序等は任意である。
【００５２】
このように、本実施の形態によれば、イオンガン１１から出射されるイオンがほぼ全体を基板２１に照射し、基板２１上の各位置での総エッチング量（照射量の積分値）が、その位置の被エッチング量（期待値）に一致するように、イオンガン１１と基板２１との相対位置及び各相対位置での停止時間、換言すればイオンガン１１からのイオンビームの照射時間を制御する。従って、イオンガン１１から出射されるイオンビームを効率良くエッチングに利用でき、遮蔽マスクを使用する場合などと比較して、処理時間を短縮し、エネルギー効率を高めることができる。また、各位置でのビーム照射量（エッチング総量）がその位置の被エッチング量（期待値）に一致するように各位置での停止時間（つまり照射時間）Ｔを制御するので、希望するエッチング量の分布を得ることができる。
【００５３】
本発明は上述した実施の形態に限られず様々な変形及び応用が可能である。
例えば、イオンガン１１から出射されるイオンビームの電流密度（イオン密度）の分布は、図４乃至図５に示すものに限定されず、より急峻な勾配或いはより穏やかな勾配でもよく、さらには、より狭い照射範囲でもより広い照射範囲でもよい。さらに、電流密度のピーク値もより大きくても或いは小さくてもよい。ただし、エッチング性能を有することが前提となる。
【００５４】
また、上記実施の形態では、ＸＹステージ１２により、基板２１を一定のピッチで移動し、各停止位置における停止時間を変化させイオンビームの照射時間を変化させる動作例を説明した。ただし、この制御パターンに限定されず、例えば、基板２１を連続的な速度ｖで移動させつつ、イオンガン１１を制御しイオンビームを照射する時間Ｔを各領域ごとに変化させることにより、全体として所望のエッチング量の分布を得るようにしてもよい。この場合、例えば所定の領域内にエッチング中心がある場合、その領域の中心を停止位置と仮定し、各領域内にエッチング中心が存在する時間を、上述した実施の形態のピッチ送り間隔と考えることにより、上述した数式を用いてイオンガンによるエッチング時間を算出することができる。また、イオンガン１１をエッチング開始から終了まで連続的に照射させ、エッチング対象である基板２１を速度ｖで移動させ、この速度ｖを変化させることにより、全体として所望のエッチング量の分布を得るようにしてもよい。
【００５５】
また、上述した実施の形態では、ＸＹステージ１２を移動させる移動距離を一定とし、停止時間を制御しイオンガン１１からイオンビームを照射する時間を制御させたが、これに限られず、ＸＹステージ１２の移動速度、もしくはピッチ送りの時間間隔を一定にし、イオンガン１１による照射時間を変化させ、エッチング時間を調節することもできる。
例えば、制御部１３は、i)ＸＹステージ１２を制御して、エッチング対象の基板２１を所定ピッチｐで移動する動作、ii)ピッチ送り完了後、一定の時間ＸＹステージを停止し、イオンガン１１を制御して、基板２１にイオンビームを各停止位置に応じた時間Ｔだけ照射するという制御を繰り返す。
【００５６】
また、ＸＹステージ１２の移動速度もしくはピッチ送りの間隔（移動距離、停止時間）を一定とし、それぞれの領域でイオンガン１１から照射されるイオンビームの電流密度を制御すること、即ち、エッチング強度を変化させる構成を採ることも可能である。
この場合も、エッチング対象の基板２１の各位置に照射されるイオンビームの総量（粒子量）がエッチング予定量に一致するように、イオンガン１１から出射されるイオンビームの強度を制御する。
【００５７】
なお、基板２１とＸＹステージ１２との相対位置の移動速度、イオンガン１１によるエッチング時間、エッチング強度は、必ずしも２つを一定にする必要はなく、これらのうちいずれか２つを変化させても良いし、全てを変化させても良い。
【００５８】
また、ＰＣ１５による制御パターンの計算手法も上述の手法に限定されず、任意である。即ち、エッチング工程の開始か全体のエッチングが終了するまでの間に、エッチング対象である基板２１の各位置（仮想メッシュ上の各点）に照射されるエッチング用粒子（ただし、エッチングに寄与できるレベルのエネルギーを有するもの）の総量（時間積分値）が予め求められている被エッチング量（期待値）に全体として（ほぼ）一致するように、移動速度、送り速度、照射時間、照射強度、電流密度分布などの時系列パターンを求めればよい。そして、制御部１３は、この制御パターンにあわせて制御を行えばよい。
【００５９】
また、上述した実施の形態では、基板２１の厚み、基板２１上に形成された薄膜の厚みをエッチング装置外に設けられた装置で測定する場合を例に挙げたが、これに限られず、エッチング装置内に測定器を設けてもよい。エッチング装置内に測定器を設けることによって、エッチング処理後、基板等の厚みを再測定し、更に処理を重ねることによって精度を高めることができる。また、エッチング処理と同時に厚みを測定することによって精度の向上を図ることができ、更に、処理時間の短縮を図ることができる。また、前記測定器をエッチング処理前の被エッチング量の算出に利用することもできる。
【００６０】
また、上述した実施の形態では、ＰＣ１５によって算出されたエッチング時間に基づき、制御部１３がＸＹステージのステージ制御部及びイオンガン１１を制御する場合を例に挙げたが、ＸＹステージ１２及びイオンガン１１の制御方法はこれに限られない。例えば、シーケンサからなるステージ制御部を介さず、制御部１３によってＸＹステージ１２を制御することも可能であるし、ＰＣ１５に制御部１３の機能を持たせることも可能である。また、ＸＹステージ１２の移動量を制御部１３もしくはＰＣ１５にフィードバックさせてもよい。
【００６１】
また、上述した実施の形態ではエッチング源としてイオンガンを例に挙げて説明したが、イオン粒子などのエッチング用粒子を生成するものであればこれに限られずプラズマ等のエッチング源、電子ビーム、反応性プラズマエッチングなどを用いることが可能である。
【００６２】
以上説明した実施の形態のエッチング方法によれば、エッチング対象物が、隣接する領域は不連続であって全体としてみれば連続的であるような準連続的に形状が変化しているものに対しても所望の形状を得ることが可能である。また基板の平面形状も方形の基板２１を例に挙げたがこれに限られず、例えば円形、楕円形、多角形等であっても良い。更に連続的に形状が変化するものであれば、平板状に限られず曲面状であってもよい。
【００６３】
更に上述した実施の形態では、エッチング源であるイオンガン１１を固定して、基板２１が設置されたＸＹステージ１２を移動させてエッチング領域を調節する構成を例に挙げて説明したが、基板２１を固定しエッチング源を移動させることも可能であるし、エッチング源及び基板２１の双方を移動させ、相対位置を移動させることも可能である。
【００６４】
また、エッチングの対象として半導体ウエハなどの基板２１を例示したが、エッチングの対象は任意であり、半導体ウエハ、該ウエハ上に形成された任意の材質の膜、任意の材質の基体、その上に形成された層、等、任意である。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の実施の形態に係るエッチング装置の構成例を模式的に示す図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るエッチング装置によってエッチングされる基板を模式的に示す図である。
【図３】図３（ａ）〜（ｃ）はイオンガンの引き出し孔のノズルを示す図である。
【図４】（ａ）は、図３（ａ）に示す引き出し孔を用いた際の電流密度分布を示す図である。
【図５】図５（ｂ）は図３（ｂ）に示す引き出し孔を用いた際の電流密度分布を示す図であり、図５（ｃ）は、図３（ｃ）に示す引き出し孔を用いた際の電流密度分布を示す図である。
【図６】エッチング源が一次元方向のみに移動しエッチングが施される場合の基板を示す図である。
【図７】イオンガンの各停止位置における電流密度分布を示す図である。
【図８】（ａ）は停止位置Ｐｎにおける電流密度分布を示す図である。（ｂ）は停止位置Ｐｎ+１における電流密度分布を示す図である。（ｃ）は停止位置Ｐｎ-１における電流密度分布を示す図である。
【図９】エッチング源が二次元方向に移動しエッチングが施される場合の基板を示す図である。
【図１０】（ａ）はエッチング源が一次元方向にのみ移動する際のエッチングレートの比のテーブルを模式的に示す図であり、（ｂ）はエッチング源が二次元方向に移動する際のエッチングレートの比のテーブルを模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００６６】
１０  エッチング装置
１１  イオンガン（エッチング源）
１２  ＸＹステージ
１３  制御部
１４  真空槽
１５  ＰＣ
２１  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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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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