JPH0618184B2 - イオンビームエッチング方法 - Google Patents

イオンビームエッチング方法

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JPH0618184B2
JPH0618184B2 JP58083002A JP8300283A JPH0618184B2 JP H0618184 B2 JPH0618184 B2 JP H0618184B2 JP 58083002 A JP58083002 A JP 58083002A JP 8300283 A JP8300283 A JP 8300283A JP H0618184 B2 JPH0618184 B2 JP H0618184B2
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JP
Japan
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ion beam
ion
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vacuum chamber
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陽一 大西
種次郎 池田
宏 佐伯
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431Constructional details of the reactor
    • H01J37/32623Mechanical discharge control means

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Electron Sources, Ion Sources (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、セラミックス等の材質の基板上に真空蒸着法
やスパッタリング法で形成した薄膜をレジストマスクを
介し、イオンビームを照射し、イオンのスパッタリング
効果により、薄膜露出部を除去するためのイオンビーム
エッチング方法に関するものである。
従来例の構成とその問題点 近年、半導体分野を中心に薄膜を利用したデバイスの需
要は、年々高まっている。一方、その製造方法において
は、薄膜の付着、除去と種々の工程があり、用途に応
じ、適切な加工法および装置を利用している。この薄膜
除去法の一つとして、イオンビームエッチング法が検討
されている。
以下、図面を参照しながら、従来のイオンビームエッチ
ング方法について説明する。
第1図は、従来のイオンビーム装置を示すものである。
第1図において、1は、真空状態を維持することが可能
な真空槽である。2は真空槽1の外部より真空槽1の内
部へガス粒子を導入するための材質がステンレスのパイ
プである。3は、パイプ2を通し導入されたガス粒子を
気体放電にてイオン粒子に変換するためのイオン発生室
である。4は、レジストマスクによりパターンを形成さ
れた被加工物であり、4aは、材質がアルミナの基板で
あり、4bは、真空蒸着法等で形成された膜厚が約10
00Åの薄膜であり、4cは、膜厚が約1.7μmのレジ
ストマスクである。5は、イオン発生室3で作られたイ
オン粒子をイオンビームとして、被加工物4表面に照射
するために、前記イオン粒子をイオン発生室3より引出
すためのイオン引出し電極である。6は、被加工物4が
イオンビーム照射により、温度上昇をするのを抑制し、
レジストマスク4cの劣化を防止するための冷却され、
かつ回転可能な試料台である。7は、イオン発生室3よ
り引出されたイオンビームである。
以上のように構成されたイオンビーム装置について、以
下その動作を説明する。
まず、真空ポンプにより、真空槽1内の真空度を2×1
-5Torr以下に真空排気した後、パイプ2を通し、アル
ゴン(以下Arと略す)ガスを6.0ないし7.0SCCMの
流量で一定してイオン発生室3に導入し、真空槽1内の
真空度を1.8×10-4Torr程度に保持する。イオン引出
し電極5およびイオン発生室3内の所定の電極に、通電
し、イオン発生室3内でArの気体放電を起す。すなわ
ち、パイプ2によりイオン発生室3に導入されたAr粒
子は、励起により、Arイオン粒子に変換される。また
同時に、イオン発生室3内で生成されたArイオン粒子
は、イオン引出し電極5を介し、加速され、イオンビー
ム7として、被加工物4に照射される。被加工物4表面
に衝突したArイオン粒子は、被加工物4の原子を除去
する。すなわち、加速されたArイオン粒子が被加工物
4に衝突すると、Arイオン粒子の運動量が、被加工物
4の原子に移り、その原子は、Arイオン粒子により、
はじき出される。従がって、Arイオン粒子によるイオ
ンビームエッチングは、前記スパッタリング効果を利用
するものであり、Arイオン粒子のエネルギが、被加工
物4の構成原子の結合エネルギ(約25eV)より、大き
い場合に進行する。この場合、レジストマスク4cも、
エッチングされるべき薄膜4bと共にイオンビーム7に
より、除去されていくが、薄膜4bに比べ、レジストマ
スク4cの薄膜が、大きいため、薄膜4bの露出部が、レ
ジストマスク4cよりも早く除去することが可能であ
る。また、イオンビーム7照射による被加工物4の加工
速度(エッチング速度)R(θ)は、一般に次式で表わさ
れる。
R(θ)=A×I×S(θ)cosθ/n Å/min ここで、nは被加工物4の原子密度(atoms/c
m3)、Iはイオンビーム電流密度(mA/cm2)、θ
は、被加工物4へのイオンビーム入射角、S(θ)は、ス
パッタリング率、Aは、定数である。すなわち、被加工
物の加工速度は、イオンビーム電流密度に比例する関係
がある。従がって、被加工物4に照射されるイオンビー
ム7のイオンビーム電流密度が、被加工物4表面上で、
強弱の分布をもてば、被加工物4の加工速度は分布をも
つことになる。概して、被加工物4には、加工均一性を
要求するものが多い。例えば、オーバーエッチング時、
被加工槽の下地に悪影響を与えるもの、またレジストの
後退により被加工物4の加工線幅忠実度低下により、被
加工物4の製品品質を悪化させるもの等、加工均一性に
伴う種々の問題がある。そこで、被加工物4の大きさに
も依存するが、試料台6を回転させることにより、被加
工物4表面上の各位置で、イオンビーム電流密度と照射
時間の積が、一定処理時間内でほぼ一定にする試みが成
されてきた。しかし、イオンビーム7の被加工物4に対
するビーム入射角を変化させ、被加工物4の加工断面に
傾斜をもたせる場合、従来法では、その断面がテーパ状
になる。このように従来のイオンビーム装置は、上記試
料台6の回転に起因する加工上の欠点を有していた。
発明の目的 本発明は、以上従来の欠点を除去するものであり、被加
工物を回転することなく、被加工物表面の各位置で、イ
オンビーム電流密度とイオンビーム照射時間との積の値
が、ほぼ一定にし、被加工物の加工均一性を向上させる
ことが可能なイオンビームエッチング方法を提供するも
のである。
発明の構成 本発明は、真空状態の維持が可能な真空槽と、前記真空
槽内に設けられ、真空槽外から導入されたガス粒子をイ
オン粒子に変換するためのイオン発生室と、前記イオン
粒子をイオンビームとして、真空槽内に配置された被加
工物に照射するよう、イオン発生室と被加工物の間に設
けられたイオン引出し電極とを有し、イオンビームを被
加工物に照射してエッチングを行なうイオンビームエッ
チング方法において、前記被加工物のエッチング中の一
定時間、前記被加工物へのイオンビーム入射経路上にし
ゃへい板を配することにより、前記被加工物の一部分の
みへのイオンビーム照射を遮断した後、前記しゃへい板
を除去して被加工物のエッチングを行なうイオンビーム
エッチング方法であるので、被加工物表面上の各位置
で、イオンビーム電流密度とイオンビーム照射時間との
積の値を加工時間内で、ほぼ一定にし、被加工物と加工
均一性を向上させることが可能になるものである。
実施例の説明 以下本発明の一実施例を図面を参照して説明する。
第2図は、本発明の第1の実施例におけるイオンビーム
装置を示すものである。第2図において、11は真空
槽、12は、真空槽11の外部より、真空槽11の内部
にArガスを導入するための材質がステンレスで径が6
mmのパイプ、13は、パイプ12により導入されたAr
ガス粒子を気体放電にてArイオン粒子に変換するため
のイオン発生室、14は、被加工物、14aは材質がア
ルミナで形状が60×60×1の基板、14bは真空蒸
着法で形成された膜厚が約1000Åの薄膜、14cは
膜厚が約1.7μmのレジストマスク、15はイオン発生
室13よりArイオン粒子を被加工物14側へ引出すた
めの材質がモリブデンのイオン引出し電極、16は被加
工物の温度上昇を抑制するための冷却された試料台、1
7はイオン発生室13より引出されたイオンビーム、1
8は被加工物14へのイオンビーム17入射経路上に位
置することが可能で、被加工物14処理中、少なくとも
一定時間、被加工物の一部分へのイオンビーム17照射
を遮断することが可能な、材質がモリブデンで、形状が
φ44×1.2の円板状のアース接地したしゃへい板で
ある。
以上のように構成されたイオンビーム装置について、以
下その動作を説明する。
まず、真空ポンプにより、真空槽11内の真空度を2×
10-5Torr以下に真空排気した後、パイプ12で、Ar
ガスを6.0ないし7.0SCCMの一定流量でイオン発生室
13に導入する。この時、真空槽11内の真空度は、1.
8×10-4Torrになる。次にイオン引出し電極15およ
びイオン発生室13の所定の電極に通電し、加速された
Arイオン粒子のイオンビーム17を発生させる。約4
50秒間、上記しゃへい板18で、被加工物14上の中央
部に入射するイオンビーム17を遮断した後、しゃへい
板18をイオンビーム17の被加工物14入射経路より
除去する。すなわち、被加工物14上へのイオンビーム
17は、約450秒間、被加工物14上の周辺部に照射
され、その後、被加工物14上の全面に照射されること
になる。しゃへい板18除去後、約150秒で、レジス
トマスク14cで被覆されていない薄膜14bは、被加
工物14上全域で、ほぼ同時にエッチングされ、下地で
ある基板を露出した。ここで、従来と比較するため、イ
オンビーム17の発生条件を同一にし、前記と同一の被
加工物14を用いて、下記実験を実施した。ただし、試
料台16は、回転させなかった。すなわち、しゃへい板
16をイオンビーム17の被加工物14への入射経路よ
り、初期状態から除去し、約300秒間、被加工物14
上にイオンビーム17を照射する。その後、真空槽11
より被加工物14を取り出し、レジストマスク14cを
薬品にて除去した後、高精度の微小段差測定器を用い
て、9位置の薄膜14bのエッチング深さを測定し、前
記9位置の加工速度を算出し、かつその平均値と9位置
の加工速度より加工均一性を評価すると、±70%程度
であった。次に本発明で約230秒間、しゃへい板18
で、被加工物14上の中央部分に入射するイオンビーム
17を遮断した後、前記と同様に、しゃへい板18をそ
の位置より除去した後、さらに約75秒間、イオンビー
ム17を被加工物14に照射し、前記と同様にして、加
工均一性を求めると±16%程度であった。すなわち、
従来法に比較し、被加工物14表面上の各位置でのイオ
ンビーム電流密度とイオンビーム照射時間との積の値の
変動が、少なくなったことを意味し、加工均一性が向上
したものと考える。
発明の効果 以上のように本発明は、イオン引出し電極と被加工物と
の間で、被加工物へのイオンビーム入射経路区間に、イ
オンビーム照射による被加工物処理中、少なくとも一定
時間、被加工物の一部分へのイオンビーム照射を遮断す
ることが可能なしゃへい板を少なくとも1枚設けること
により、被加工物表面上の各位置で、イオンビーム電流
密度とイオンビーム照射時間との積の値を加工時間内
で、ほぼ一定にすることができ、被加工物の加工均一性
を向上させることが可能であり、実用上、きわめて有利
なものである。
なお、本実施例では、加工処理の初期に被加工物へのイ
オンビーム有効部分をしゃへい板により遮断したが、加
工処理の末期に遮断しても良い。また、周期的に、また
は、断続的に、上記しゃへい板によるイオンビーム有効
部のイオンビームを遮断しても良い。本実施例では、し
ゃへい板を1板で構成し、円板状としたが、非線系形状
でも良く、2枚以上利用しても良く、また、しゃへい板
形状を連続的、断続的、周期的に変化させても良い。
要は、被加工物表面上の各位置で、イオンビーム電流密
度とイオンビーム照射時間との積の値を所要加工時間内
で、ほぼ一定にすることが可能であれば良い。
なお、本実施例では、アルゴンガスを用いたが、キセノ
ンガスまたはヘリウムガスまたは、それらの混合ガスを
用いても良い。
なお、本実施例では、しゃへい板の材質をモリブデンに
したが、材質がカーボンでも良い。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のイオンビーム装置を示す断面図、第2図
は本発明の一実施例におけるイオンビーム装置を示す断
面図である。 11……真空槽、13……イオン発生室、14……被加
工物、15……イオン引出し電極、18……しゃへい
板。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐伯 宏 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭55−62735(JP,A) 特開 昭57−177975(JP,A)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】真空状態の維持が可能な真空槽と、前記真
    空槽内に設けられ、真空槽外から導入されたガス粒子を
    イオン粒子に変換するためのイオン発生室と、前記イオ
    ン粒子をイオンビームとして、真空槽内に配置された被
    加工物に照射するよう、イオン発生室と被加工物の間に
    設けられたイオン引出し電極とを有し、イオンビームを
    被加工物に照射してエッチングを行なうイオンビームエ
    ッチング方法において、前記被加工物のエッチング中の
    一定時間、前記被加工物へのイオンビーム入射経路上に
    しゃへい板を配することにより、前記被加工物の一部分
    のみへのイオンビーム照射を遮断した後、前記しゃへい
    板を除去して被加工物のエッチングを行なうイオンビー
    ムエッチング方法。
JP58083002A 1983-05-12 1983-05-12 イオンビームエッチング方法 Expired - Lifetime JPH0618184B2 (ja)

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