JPH0642468B2 - Ion beam etching device - Google Patents

Ion beam etching device

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JPH0642468B2
JPH0642468B2 JP60075158A JP7515885A JPH0642468B2 JP H0642468 B2 JPH0642468 B2 JP H0642468B2 JP 60075158 A JP60075158 A JP 60075158A JP 7515885 A JP7515885 A JP 7515885A JP H0642468 B2 JPH0642468 B2 JP H0642468B2
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JP
Japan
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etching
ion beam
energy
ion
sample
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JP60075158A
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Japanese (ja)
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JPS61232617A (en
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義孝 笹村
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Nissin Electric Co Ltd
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Nissin Electric Co Ltd
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10PGENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P50/00Etching of wafers, substrates or parts of devices

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  • Drying Of Semiconductors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、イオンビームを用いて試料をエッチングす
るイオンビームエッチング装置に関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an ion beam etching apparatus for etching a sample using an ion beam.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

第3図は、従来のイオンビームエッチング装置を示す概
略図である。真空容器30内に、モータ36によって回
転させられるディスク34が設けられており、当該ディ
スク34には複数のウエハ(試料)32が装着される。
そしてこのウエハ32に対してイオン源16からイオン
ビーム26を照射してエッチングする。イオン源16
は、この例ではECR形イオン源であり、プラズマを作
るプラズマ室6、プラズマ室6に活性ガス(場合によっ
ては不活性ガス)を供給するガス供給源10、プラズマ
室6に導波管4を通してマイクロ波電力を供給するマイ
クロ波発振器2、プラズマ閉じ込めのための磁場コイル
8、プラズマ室6からイオンビーム26を引き出すため
の加速電極12及び減速電極14を備えており、当該加
速電極12及び減速電極14には加速電源22及び減速
電源24から加速電圧及び減速電圧がそれぞれ印加され
る。これによって当該イオン源16から、例えば反応性
イオン(例えばCF、CFx+、F等)から成るイオ
ンビーム26が引き出される。
FIG. 3 is a schematic diagram showing a conventional ion beam etching apparatus. A disk 34 that is rotated by a motor 36 is provided in the vacuum container 30, and a plurality of wafers (samples) 32 are mounted on the disk 34.
Then, the wafer 32 is etched by irradiating the ion beam 26 from the ion source 16. Ion source 16
Is an ECR type ion source in this example, a plasma chamber 6 for generating plasma, a gas supply source 10 for supplying an active gas (in some cases, an inert gas) to the plasma chamber 6, and a waveguide 4 through the plasma chamber 6. The microwave oscillator 2 for supplying microwave power, the magnetic field coil 8 for confining the plasma, the acceleration electrode 12 and the deceleration electrode 14 for extracting the ion beam 26 from the plasma chamber 6 are provided, and the acceleration electrode 12 and the deceleration electrode are provided. An acceleration voltage and a deceleration voltage are applied to 14 from an acceleration power supply 22 and a deceleration power supply 24, respectively. As a result, an ion beam 26 made of, for example, reactive ions (for example, CF + , CFx + , F *, etc.) is extracted from the ion source 16.

ウエハ32は、例えば第4図に示すように、例えばシリ
コン等から成る基板321の表面を例えば酸化シリコ
ン、多結晶シリコン等から成る絶縁層(被エッチング
材)322で覆い、更にその上を所望のパターンをした
マスク323で覆ったものである。このようなウエハ3
2に上述のイオンビーム26を照射することによって、
マスク323のパターンに従って絶縁層322がエッチ
ングされる。
For example, as shown in FIG. 4, the wafer 32 has a surface of a substrate 321 made of silicon or the like covered with an insulating layer (material to be etched) 322 made of, for example, silicon oxide, polycrystalline silicon, or the like. It is covered with a patterned mask 323. Such a wafer 3
By irradiating 2 with the above-mentioned ion beam 26,
The insulating layer 322 is etched according to the pattern of the mask 323.

尚、エッチング中は、エッチングモニタ46によってウ
エハ32のエッチング状態が監視される。またイオンビ
ーム26のビーム電流は、ファラデーカップ28によっ
て計測される。
The etching state of the wafer 32 is monitored by the etching monitor 46 during the etching. The beam current of the ion beam 26 is measured by the Faraday cup 28.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

上述のような従来のイオンビームエッチング装置におい
ては、加速電源22から出力する加速電圧及びマイクロ
波発振器2の出力を常に一定にして、即ちイオンビーム
26のエネルギー及びビーム電流を一定にしてエッチン
グを行っていた。この場合、エッチングレートを高める
ためにはイオンビーム26のエネルギーを高く設定して
おく必要があるけれども、そのようにするとエッチング
の進行と共に基板321の損傷、例えば格子欠陥が次第
に問題になってくる。これは、薄くなった絶縁層322
を透過するイオンビーム26が増大するためである。こ
のことは、エッチングの終了付近においては非常に大き
な問題となり、例えばイオンビーム26のエネルギーが
1KeV程度の場合では、基板321の表面ではかなり
の格子欠陥が見られることになる。
In the conventional ion beam etching apparatus as described above, etching is performed while the acceleration voltage output from the acceleration power source 22 and the output of the microwave oscillator 2 are always constant, that is, the energy and beam current of the ion beam 26 are constant. Was there. In this case, the energy of the ion beam 26 needs to be set high in order to increase the etching rate, but if this is done, damage to the substrate 321 such as lattice defects gradually becomes a problem as the etching progresses. This is the thinned insulating layer 322
This is because the number of ion beams 26 passing through is increased. This becomes a very large problem near the end of etching, and for example, when the energy of the ion beam 26 is about 1 KeV, considerable lattice defects are observed on the surface of the substrate 321.

このように、エッチングレートを高めることと基板32
1の損傷を軽減することは互いに矛盾した事項であり、
従来は多少の損傷を覚悟してでもエッチングレートを高
めていた。
In this way, increasing the etching rate and the substrate 32
Reducing the damage of 1 is a mutually contradictory matter,
In the past, the etching rate was increased even if some damage was expected.

それゆえこの発明は、エッチングレートの向上及び基板
の損傷軽減を共に実現することができるイオンビームエ
ッチング装置を提供することを目的とする。
Therefore, an object of the present invention is to provide an ion beam etching apparatus that can realize both an improvement in etching rate and a reduction in damage to a substrate.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

この発明のイオンビームエッチング装置は、試料のエッ
チング状態を監視する監視手段と、監視手段に応答して
イオン源から引き出すイオンビームのエネルギーをエッ
チング初期は相対的に高くエッチング後期は相対的に低
く制御するビームエネルギー制御手段と、ビームエネル
ギー制御手段によってイオンビームのエネルギーを低く
する時にイオンビームのビーム電流の低下を抑制するビ
ーム電流抑制手段とを備えている。
The ion beam etching apparatus of the present invention controls the monitoring means for monitoring the etching state of the sample and the energy of the ion beam extracted from the ion source in response to the monitoring means, being relatively high in the initial stage of etching and relatively low in the latter stage of etching. Beam energy control means, and beam current control means for suppressing a decrease in the beam current of the ion beam when the energy of the ion beam is lowered by the beam energy control means.

〔作用〕 監視手段によって試料のエッチング状態を監視し、これ
に基づいてビームエネルギー制御手段は、イオンビーム
のエネルギーをエッチング初期は相対的に高くエッチン
グ後期は相対的に低く制御する。この場合、イオンビー
ムのエネルギーを低くした時のビーム電流の低下はビー
ム電流抑制手段によって抑制される。これによって、エ
ッチングレートの向上及び試料に用いられている基板の
損傷軽減が共に実現される。
[Operation] The etching state of the sample is monitored by the monitoring means, and based on this, the beam energy control means controls the energy of the ion beam to be relatively high in the initial stage of etching and relatively low in the latter stage of etching. In this case, the decrease in beam current when the energy of the ion beam is lowered is suppressed by the beam current suppressing means. As a result, both the improvement of the etching rate and the reduction of damage to the substrate used as the sample are realized.

〔実施例〕〔Example〕

第1図は、この発明の一実施例に係るイオンビームエッ
チング装置を示す概略図である。第3図と同等部分には
同一符号付してその説明を省略する。
FIG. 1 is a schematic diagram showing an ion beam etching apparatus according to an embodiment of the present invention. The same parts as those in FIG. 3 are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.

このイオンビームエッチング装置においては、エッチン
グモニタ46によってウエハ32のエッチング状態を監
視し、そのデータを例えばマイクロコンピュータを備え
る制御装置50に取り込むようにしている。また、電流
計48によってディスク34に流れる電流、即ちイオン
ビーム26のビーム電流Iを検出して制御装置50に取
り込むようにしている。但し、イオンビームIの検出
は、第3図で示したようなファラデーカップ28によっ
て行っても良い。
In this ion beam etching apparatus, the etching state of the wafer 32 is monitored by the etching monitor 46, and the data is taken into the control device 50 equipped with, for example, a microcomputer. Further, the current flowing through the disk 34, that is, the beam current I of the ion beam 26 is detected by the ammeter 48 and is taken into the control device 50. However, the detection of the ion beam I may be performed by the Faraday cup 28 as shown in FIG.

エッチングモニタ46は、具体的にはイオンビーム26
中に含まれていたラジカル(遊離原子)が発する光を検
出する。例えばF(フッ素ラジカル)の発光強度は、
エッチングの進捗状況に応じて例えば第2図に示すよう
な変化を示す。これは、エッチングが始まるとそれにF
が使用されて発光強度が減少し、エッチングが終了間
近になるとFの消費量が減少してその発光強度が増加
し、エッチングが終了するとFの消費が無くなってそ
の発光強度の変化が無くなるためである。従ってこのF
の発光強度の変化をモニタすることによって、エッチ
ングモニタ46は、ウエハ32のエッチングの状態及び
エッチングの終了を監視することができる。
Specifically, the etching monitor 46 uses the ion beam 26.
The light emitted by the radicals (free atoms) contained in it is detected. For example, the emission intensity of F * (fluorine radical) is
For example, a change as shown in FIG. 2 is shown according to the progress of etching. This is because when etching starts, F
When * is used, the emission intensity is reduced, and when the etching is almost finished, the consumption of F * is reduced and the emission intensity is increased. When the etching is finished, the consumption of F * is stopped and the emission intensity changes. This is because they are gone. Therefore, this F
By monitoring the change in the emission intensity of * , the etching monitor 46 can monitor the etching state of the wafer 32 and the end of etching.

そして制御装置50は、ウエハ32のエッチングの進捗
状況に応じてイオンビーム26のエネルギーを制御す
る。具体的には、加速電源22から加速電極12に供給
する加速電圧を制御することにより、エッチングの初期
はイオンビーム26のエネルギーを最大にしておいてエ
ッチングレートを高めるようにし、エッチングの終了が
近付くとイオンビーム26のエネルギーを徐々に下げる
ことにより、エッチングレートの向上を図ると共にウエ
ハ32に用いられている基板321に与える損傷を軽減
する。
Then, the controller 50 controls the energy of the ion beam 26 according to the progress status of the etching of the wafer 32. Specifically, by controlling the accelerating voltage supplied from the accelerating power supply 22 to the accelerating electrode 12, the energy of the ion beam 26 is maximized in the initial stage of etching to increase the etching rate, and the end of etching approaches. By gradually lowering the energy of the ion beam 26, the etching rate is improved and damage to the substrate 321 used for the wafer 32 is reduced.

第4図を参照してより具体例を説明すると、ウエハ32
においては通常、シリコン等の基板321上に酸化シリ
コン等の絶縁層322が1μm程度設けられており、そ
の上にマスク323が設けられている。このようなウエ
ハ32をエッチングする場合は、エッチングの初期には
イオンビーム26のエネルギーを高くしても基板321
の表面には格子欠陥は生じない。そこでエッチング開始
からエッチングがある程度進んだ段階、例えば絶縁層3
22の残りの厚みが1000〜2000Å程度になるま
では、エッチングレートを高めるためにイオンビーム2
6のエネルギー及びビーム電流Iを最大にする。尚この
絶縁層322の残りの厚みは、エッチングモニタ46に
よって第2図のようなFの発光強度の時間的な変化を
モニタすることによって概ね検出することができる。あ
るいは、エッチング開始からの時間経過だけによっても
概ね検出することができる。そしてその後は、イオンビ
ーム26のエネルギーを少し低くしてエッチングを続行
し、エッチングの終了付近に達したらイオンビーム26
のエネルギーをできる限り低くする。このようにイオン
ビーム26のエネルギーを制御することによって、基板
321の表面近くの結晶構造に損傷を与えることなくエ
ッチングを行うことができる。従って例えば、GaAsのよ
うな低イオンビームエネルギーを必要とするエッチング
においてもそれに与える損傷は少ない。
A more specific example will be described with reference to FIG.
In general, an insulating layer 322 of silicon oxide or the like is provided on a substrate 321 of silicon or the like to have a thickness of about 1 μm, and a mask 323 is provided thereon. When etching such a wafer 32, even if the energy of the ion beam 26 is increased in the initial stage of the etching, the substrate 321
There are no lattice defects on the surface of. Therefore, when the etching progresses to some extent from the start of etching, for example, the insulating layer 3
Ion beam 2 is used to increase the etching rate until the remaining thickness of 22 reaches about 1000 to 2000Å.
6. Energy of 6 and beam current I are maximized. The remaining thickness of the insulating layer 322 can be roughly detected by monitoring the temporal change of the emission intensity of F * as shown in FIG. 2 by the etching monitor 46. Alternatively, it can be generally detected only by the passage of time from the start of etching. After that, the energy of the ion beam 26 is lowered a little and etching is continued.
Make the energy of as low as possible. By controlling the energy of the ion beam 26 in this manner, etching can be performed without damaging the crystal structure near the surface of the substrate 321. Therefore, for example, etching which requires low ion beam energy, such as GaAs, causes less damage.

一方、イオンビーム26のエネルギーを低くすると、通
常ならばイオン源の性質からイオンビーム26のビーム
電流Iは必然的に低下し、それに伴ってエッチングレー
トも低下する。そこでこれを防止するためにこの発明に
おいては、イオン源20に加速電極12と減速電極14
との間の電極間隔を調整する電極間隔調整機構18を設
けており、制御装置50によって当該電極間隔調整機構
18を制御すると共に、マイクロ波発振器2、加速電源
22及び減速電源24を制御してビーム電流Iの低下を
抑制するようにしている。具体的には、イオン源20に
おいて加速電圧を変化させた場合に最大のビーム電流I
を引き出すための減速電圧及び電極間隔を予め求めて制
御装置50内に記憶させておき、これに基づいてその時
々の加速電圧、即ちイオンビーム26のエネルギーに応
じて減速電圧や電極間隔を最適のものに制御する。また
イオンビーム26のエネルギーを低下させた際にはマイ
クロ波発振器2から出力するマイクロ波電力を増加させ
る。これによって、イオンビーム26のエネルギーを下
げた時のエッチングレートの低下が防止される。
On the other hand, if the energy of the ion beam 26 is lowered, the beam current I of the ion beam 26 inevitably decreases due to the nature of the ion source, and the etching rate accordingly decreases. Therefore, in order to prevent this, in the present invention, the acceleration electrode 12 and the deceleration electrode 14 are provided in the ion source 20.
An electrode gap adjusting mechanism 18 for adjusting the electrode gap between the electrodes is provided, and the controller 50 controls the electrode gap adjusting mechanism 18 and also controls the microwave oscillator 2, the acceleration power supply 22, and the deceleration power supply 24. The reduction of the beam current I is suppressed. Specifically, the maximum beam current I when the acceleration voltage is changed in the ion source 20
The deceleration voltage and the electrode interval for extracting the energy are stored in the control device 50 in advance, and the deceleration voltage and the electrode interval are optimized in accordance with the acceleration voltage at each time, that is, the energy of the ion beam 26. Control things. When the energy of the ion beam 26 is reduced, the microwave power output from the microwave oscillator 2 is increased. This prevents the etching rate from decreasing when the energy of the ion beam 26 is reduced.

尚、この実施例のイオンビームエッチング装置において
は、ディスク回転・並進機構44によってディスク34
を例えば矢印Aのように高速回転させると共に矢印Bの
ように並進させるようにしている。即ち、モータ(例え
ばインダクションモータ)36によってディスク34を
高速回転させると共に、モータ(例えばステッピングモ
ータ)38の回転を機構部40によってその並進運動に
変換してディスク34を並進させる。尚符号42は真空
シール部である。そして制御装置50は、ディスク34
の並進運動速度vが次式を満たすようにモータ38を制
御する。
In the ion beam etching apparatus of this embodiment, the disk 34 is rotated by the disk rotation / translation mechanism 44.
Is rotated at high speed as indicated by arrow A, and is translated as indicated by arrow B. That is, the disk 34 is rotated at a high speed by the motor (for example, an induction motor) 36, and the rotation of the motor (for example, a stepping motor) 38 is converted into its translational motion by the mechanism section 40 to translate the disk 34. Reference numeral 42 is a vacuum seal portion. Then, the control device 50 controls the disk 34
The motor 38 is controlled so that the translational motion velocity v of

v∝I/R ここでRは、イオンビーム26の中心とディスク34の
中心との間の距離である。これによって、ディスク34
上の各ウエハ32に対して均一なエッチングが行われ
る。
v∝I / R where R is the distance between the center of the ion beam 26 and the center of the disk 34. As a result, the disk 34
Uniform etching is performed on each of the upper wafers 32.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上のようにこの発明においては、試料のエッチングの
進捗状況に応じてそれに照射するイオンビームのエネル
ギー及びビーム電流が制御されるので、エッチングレー
トの向上及び試料に用いられている基板の損傷軽減を共
に実現することができる。
As described above, in the present invention, since the energy and the beam current of the ion beam applied to the sample are controlled according to the progress of the etching of the sample, it is possible to improve the etching rate and reduce the damage of the substrate used for the sample. Can be realized together.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は、この発明の一実施例に係るイオンビームエッ
チング装置を示す概略図である。第2図は、Fの発光
強度の時間的な変化の一例を示す図である。第3図は、
従来のイオンビームエッチング装置を示す概略である。
第4図は、ウエハの断面を部分的に示す図である。 2…マイクロ波発振器、18…電極間隔調整機構、20
…イオン源、22…加速電源、24…減速電源、26…
イオンビーム、30…真空容器、32…ウエハ(試
料)、34…ディスク、46…エッチングモニタ、50
…制御装置
FIG. 1 is a schematic diagram showing an ion beam etching apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram showing an example of temporal changes in the emission intensity of F * . Figure 3 shows
It is the outline which shows the conventional ion beam etching device.
FIG. 4 is a view partially showing a cross section of the wafer. 2 ... Microwave oscillator, 18 ... Electrode spacing adjusting mechanism, 20
… Ion source, 22… Acceleration power supply, 24… Deceleration power supply, 26…
Ion beam, 30 ... Vacuum container, 32 ... Wafer (sample), 34 ... Disk, 46 ... Etching monitor, 50
…Control device

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】真空容器内に収納された試料に対してイオ
ン源からイオンビームを照射して当該試料をエッチング
するイオンビームエッチング装置において、 試料のエッチング状態を監視する監視手段と、 監視手段に応答してイオン源から引き出すイオンビーム
のエネルギーをエッチング初期は相対的に高くエッチン
グ後期は相対的に低く制御するビームエネルギー制御手
段と、 ビームエネルギー制御手段によってイオンビームのエネ
ルギーを低くする時にイオンビームのビーム電流の低下
を抑制するビーム電流抑制手段とを備えることを特徴と
するイオンビームエッチング装置。
1. An ion beam etching apparatus for irradiating a sample housed in a vacuum container with an ion beam from an ion source to etch the sample, the monitoring means for monitoring the etching state of the sample, and the monitoring means. In response, the energy of the ion beam extracted from the ion source is controlled to be relatively high in the initial stage of etching and relatively low in the latter stage of etching, and the energy of the ion beam is reduced when the energy of the ion beam is lowered by the beam energy control unit. An ion beam etching apparatus comprising: a beam current suppressing unit that suppresses a decrease in beam current.
JP60075158A 1985-04-08 1985-04-08 Ion beam etching device Expired - Lifetime JPH0642468B2 (en)

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JPS61232617A JPS61232617A (en) 1986-10-16
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