JP6489322B2 - イオンビームエッチング装置 - Google Patents

Description

本発明は、枚葉式のイオンビームエッチング装置で、特に、イオンビームエッチング処理中にイオンビームのビーム電流を計測する手段を備えたイオンビームエッチング装置に関する。

イオンビームエッチング装置として、特許文献１に記載の装置が知られている。この装置は、円盤状ホルダの周方向に配置された複数枚のウエハに対して、全てのウエハを覆う大きさのイオンビームを照射することで、個々のウエハに対するイオンビームエッチング処理を一挙に行う、いわゆるバッチ式のイオンビームエッチング装置である。

また、このイオンビームエッチング装置は、イオンビームが照射されるウエハ面内でのビーム電流分布をイオンビームエッチング処理中に計測して、計測結果に応じてビーム電流分布を調整する調整手段を備えている。以下、具体的な構成について説明する。

ビーム電流を計測する手段として、ホルダの中心から径方向に沿って並べられた複数のファラデーカップがあり、イオンビームエッチング処理中に、各ファラデーカップに入射するイオンビームのビーム電流が所定のタイミングで複数回計測される。
各ファラデーカップで計測されたビーム電流値は電流積算器に送信され、電流積算器でファラデーカップごとに計測されたビーム電流値の積算が行われる。

各ファラデーカップで計測されたビーム電流の積算値は、ホルダ径方向に沿って２つの群にグループ分けされたファラデーカップのグループごとに平均化される。グループごとに平均化された積算値は互いに比較され、積算値の大小関係に応じて、高周波イオン源の高周電源出力を増減させることで、イオンビームが照射されるウエハ面内でのビーム電流分布の調整が行われる。

特開２０１０−１１８２９０

イオン源の引出電極系は、３又は４枚の複数枚の電極で構成されている。引出電極系からイオンビームを引出す過程で一部の電極にはイオンが衝突する。これにより、電極がスパッタリングされて消耗する。
また、イオンビームエッチング処理により、ウエハからスパッタ粒子が発生する。このスパッタ粒子が引出電極系に飛散すると、引出電極系に付着堆積して、引出電極系を構成する電極の目詰まりや電極間での異常放電を引き起こす。

上記理由により、イオンビームエッチング処理が行われている間、引出電極系の状態は時々刻々と変化する。引出電極系の状態変化は、引出電極系から引出されるイオンビームのビーム電流やビーム電流分布に影響を与えるので、イオンビームエッチング装置としては、特許文献１と同様に、イオンビームエッチング処理が行われている間に、イオンビームのビーム電流を計測し、必要に応じて計測されたビーム電流の調整が行える装置構成とすることが望まれる。

イオンビームエッチング装置は、必ずしも特許文献１に記載のバッチ式の装置に限られない。ウエハを１枚ずつ処理する枚葉式の装置も存在している。図１０には、特許文献１と同様のビーム電流計測手段を、枚葉式の装置に適用したときのホルダが描かれている。

枚葉式であるため、ホルダ１１に支持されるウエハ１０は１枚で、このウエハ１０には、ウエハ１０よりも少し大きい寸法のイオンビーム３が照射されている。ホルダ１１には、特許文献１と同様に中心Ｃから径方向に向けて複数のファラデーカップＦが並べられている。この構成において、ホルダ１１が中心Ｃ周りに矢印Ａ方向に回転されて、ウエハ１０にイオンビーム３が照射されることで、ウエハ１０へのイオンビームエッチング処理が行われる。また、ファラデーカップＦによるビーム電流の計測は、ファラデーカップＦがイオンビーム３の照射位置に移動した際に行われる。

図示される構成にビーム電流分布を調整する手段を加えることで、特許文献１と同様にイオンビームエッチング処理中に、ビーム電流を計測し、計測結果に応じてイオン源の引出電極系より引き出されるイオンビームのビーム電流分布を調整することが可能となるが、次の点で課題が残る。

図１０の構成では、イオンビーム３の照射位置にウエハ１０が回転移動することで、ウエハ１０にイオンビーム３が照射されることになるが、多くの時間、イオンビーム３はウエハ１０に照射されずにホルダ１１に照射されているだけで、イオンビームエッチング処理に利用されていない。つまり、特許文献１の構成をそのまま枚葉式の装置に適用しただけでは、イオンビーム３の利用効率が悪い。

また、ホルダ１１にイオンビーム３が照射される時間が長くなるので、長時間、イオンビーム３がホルダ１１をスパッタリングして、ホルダ１１からスパッタ粒子が大量に発生する。このスパッタ粒子が、ウエハ表面のデバイスに混入してデバイスの製造不良の要因となることや引出電極系側に飛散して電極に付着堆積することで、電極の目詰まりや電極間での異常放電の要因となることが懸念される。

そこで、本発明ではイオンビームエッチング処理中にビーム電流の計測を行う枚葉式のイオンビームエッチング装置で、イオンビームの利用効率の向上とホルダから発生するスパッタ粒子量の低減を図ることを課題とする。

本発明のイオンビームエッチング装置は、第一の方向でウエハ寸法よりも長いイオンビームに対して、ウエハを回転させながら、第三の方向に向けて照射される前記イオンビームと交差する第二の方向に前記ウエハを往復走査することで、ウエハ全面へのイオンビーム照射を行うイオンビームエッチング装置において、前記第三の方向で前記ウエハの下流側に配置され、前記イオンビームのビーム電流を計測するビーム電流計測器を有し、前記第二の方向での前記ウエハの走査幅をＳ、前記第二の方向での前記イオンビームの寸法をＩＢｗ、前記第二の方向での前記ウエハあるいは前記ウエハを支持するホルダのいずれか大きい方の寸法をＤ、としたとき、０＜Ｓ≦ＩＢｗ＋Ｄの関係を充足するように、前記ウエハを往復走査する。

上記構成であれば、イオンビームが照射される第三の方向で、ウエハ下流側に配置されたビーム電流計測器を用いて、ウエハ処理中にイオンビームのビーム電流の計測が可能となる。
また、ビーム電流計測器をホルダとは別の場所に設けているので、ホルダの小型化が可能となる。その結果、イオンビームのホルダへの照射量が減り、ホルダから生じるスパッタ粒子量を低減することが可能となる。
さらに、上記数式を充足するようにウエハを往復走査させることで、イオンビームがウエハに照射されていない時間をゼロにする、あるいは、ごく短時間にすることができるので、イオンビームの利用効率が向上する。

第一の方向において、ウエハに照射されているイオンビームの全域に亘ってビーム電流分布の計測を行うことを目的として、前記走査幅が、Ｄ＜Ｓ≦ＩＢｗ＋Ｄであり、前記ビーム電流計測器は、前記第一の方向で前記ウエハの寸法以上の長さを有し、前記第一の方向において複数の計測領域を有する構成を用いてもよい。

第二の方向では、イオンビームのビーム電流分布が多少不均一であっても、ウエハが往復走査されるので、ウエハに照射されるイオンビームの照射量分布は平均化される。
一方、第一の方向にはウエハが往復走査されないので、イオンビームのビーム電流分布がウエハに照射されるイオンビームの照射量分布に大きな影響を与える。
この理由から、イオンビームの照射量均一性に大きな影響を与える第一の方向でのビーム電流分布を計測できるようにしておくことが望ましい。特に、第一の方向でウエハに照射されているイオンビームの全域に亘ってビーム電流分布の計測が出来るようにしておくことが望まれる。
これを実現するために、第一の方向にビーム電流計測器を複数並べ、ウエハ往復走査時の走査幅をＤよりも大きくする。この構成により、第二の方向のある領域で、第一の方向においてイオンビームの全体がウエハ下流側に照射されることになる。その結果、ウエハ下流側で第一の方向で、ウエハに照射されているイオンビームの全域に亘ってビーム電流分布を計測することが可能となり、計測されたビーム電流分布から、イオンビームの照射量均一性の調整や評価等を行うことができる。

また、前記ビーム電流計測器は、前記第一の方向で前記ウエハの周辺と中央が通過するそれぞれの領域でビーム電流の計測を行うものであることが望ましい。

イオンビームエッチング処理が行われている間、ウエハは往復走査かつ回転されているので、ウエハの中央と周辺が通過するイオンビームの領域が異なる。
特に、ビーム電流計測器をホルダとは別の場所に配置して、ホルダの小型化を図り、ホルダの回転中心とウエハの回転中心とがほぼ一致している場合には、ウエハの回転に伴って、ウエハの周辺部分は第一の方向に大きく移動する。一方、ウエハの中央部分は、ほとんど移動しない。
また、ウエハ周辺と中央では、角速度が異なっている。同じビーム電流のイオンビームの領域を通過したとしても、角速度の違いによってウエハ周辺と中央では、イオンビームの照射量に違いが生じる。
これらの点を鑑みて、ウエハの中央と周辺が通過するそれぞれの領域でイオンビームのビーム電流の計測が行えるようにしておくことが望まれる。

ウエハを所定の軸周りに回転させて、ウエハに対するイオンビームの照射角度の設定を行うために、チルト機構が使用されているが、チルト機構としては、前記第一の方向を回転軸として、前記ウエハを傾斜させるものであることが望ましい。

上記したチルト機構は、ウエハ往復走査方向である第二の方向と直交する第一の方向を軸にウエハを回転させる構成であるため、チルト機構によってウエハが傾斜したときに、イオンビームエッチング処理によりウエハから引出電極系側に飛散したスパッタ粒子は、概ね第二の方向に向けて飛散して、電極上に付着堆積する。

この場合、電極上でのスパッタ粒子の付着堆積量は第二の方向に偏りが生じているので、電極から引出されるイオンビームのビーム電流分布が第二の方向において不均一な分布となる。
しかしながら、第二の方向にはウエハが往復走査されて、ウエハ面内でのイオンビームの照射量分布が平均化されるので、ウエハ面内でのイオンビームエッチング処理の均一性に与える影響は小さくてすむ。

さらに、姿勢が固定された状態で、前記ウエハとともに往復走査されて、前記イオンビームを遮蔽する外形四角形状の補助板を前記第三の方向で前記ウエハの下流側に備え、前記補助板の外形形状が前記第一の方向に平行な２辺を有している構成を採用してもよい。

ウエハ外形が円形である場合、ウエハで部分的にイオンビームが遮蔽された際、ウエハ下流側のビーム電流計測器に照射されるイオンビームの形状は歪なものになるが、上記補助板を用いることで、この形状を整形することができる。
また、上記補助板があれば、補助板によって遮蔽されるビーム電流の時間的な変化量に基づき、第二の方向でのイオンビームの照射角度を算出することも可能となる。

イオンビームが照射される第三の方向で、ウエハ下流側にビーム電流計測器を配置しているので、このビーム電流計測器を用いて、ウエハ処理中にイオンビームのビーム電流の計測が可能となる。
また、ビーム電流計測器をホルダとは別の場所に設けているので、ホルダの小型化が可能となる。その結果、イオンビームのホルダへの照射量が減り、ホルダから生じるスパッタ粒子量を低減することが可能となる。
さらに、ウエハの走査幅を所定の関係を充足するように設定することで、イオンビームがウエハに照射されていない時間をゼロにする、あるいは、ごく短時間にすることができるので、イオンビームの利用効率が向上する。

本発明のイオンビームエッチング装置に係る模式的平面図。 ＹＺ平面で図１記載のイオンビームエッチング装置を視たときの模式的平面図。 図１、図２に記載の処理室をＺ方向から視たときの模式的平面図。 電流分布計測器で計測されたビーム電流分布の一例を示す模式的平面図。 ウエハの中央と周辺に対応した測定領域を有する電流分布計測器の説明図。 チルト機構の回転軸をＸ軸としたときの構成を示す模式的平面図。 図１のイオンビームエッチング装置に補助板を設けた構成例を示す模式的平面図。 図７に記載の処理室をＺ方向から視たときの模式的平面図。 補助板を用いた照射角度計測の例を示す模式的平面図。 従来技術の構成を枚葉式装置に適用したときの構成例を示す模式的平面図。

図１乃至３には、本発明のイオンビームエッチング装置ＩＥを異なる平面から視たときの模式的平面図が描かれている。これらの図をもとに本発明に係るイオンビームエッチング装置ＩＥの構成を説明する。

イオン源１は、バケット型、高周波型、バーナス型等の従来から知られているイオン源で、イオンビームを引出すための引出電極系２を備えている。引出電極系２は、多孔あるいはマルチスリットからなる複数のイオンビーム引き出し孔が形成された３乃至４枚の平板状の電極で構成されている。

イオン源１の引出電極系２を通して引き出されたイオンビーム３は、処理室４に照射される。ウエハ１０は、例えば、円盤状のウエハで、その裏面がウエハ直径と同等あるいはこれよりも小さい寸法のホルダ１１により支持されている。

ホルダ１１は、従来から知られている３つの機構によって駆動される。個々の機構について簡単に説明する。

往復走査機構１４は、イオンビーム３の進行方向である図示されるＺ方向と交差する方向にホルダ１１を往復走査する機構であり、図１、図２の構成では、ホルダ４に連結された駆動軸を図示されないモーター等の駆動源を用いてＸ方向に往復移動させるものである。

チルト機構１３は、任意の軸周りにホルダ１１を回転させて、ウエハ１０に照射されるイオンビーム３の照射角度を設定するために使用される機構で、図１、図２の構成では、往復走査機構１４で移動される駆動軸の一端に連結されて、ホルダ１１をＹ軸周りに回動する機構である。
本発明では、チルト機構１３によるチルト角度の設定は、ウエハ１０へのイオンビームエッチング処理の開始前に行われる。

ツイスト機構１２は、ホルダ１１をその中心周りに回転させる機構で、本発明では、イオンビームエッチング処理が行われている間、ツイスト機構１２がホルダ１１を連続回転する。

往復走査機構１４、チルト機構１３、ツイスト機構１２は、いずれもホルダ１１を駆動する機構であるが、ホルダ１１がウエハ１０を支持していることから、ウエハ１０を駆動する機構として考えることもできる。

本発明では、ビーム電流計測器Ｐがホルダ１１とは別の場所に設けられている。この構成によって、ホルダ１１の小型化が可能となり、イオンビーム３のホルダ１１への照射量が減り、ホルダ１１から生じるスパッタ粒子量を低減することが可能となる。

図１乃至３の構成では、ホルダ１１として静電チャックを使用することを想定しているため、ウエハ裏面を支持するホルダ１１は、ウエハ１０よりも寸法が小さいものであるが、ホルダ１１の構成によっては、ホルダ１１の方がウエハ１０よりも寸法が大きくなる。例えば、ウエハ外周を保持するメカニカルクランプ機構を備えたホルダであれば、ウエハよりも若干寸法が大きくなる。
本発明では、上述したウエハよりも大きい寸法のホルダを用いてもよい。このようなホルダであっても、ホルダ１１とは別の場所にビーム電流計測器Ｐが設けられていることから、ホルダ寸法を従来の構成より小さくすることが可能となる。

具体的なビーム電流計測器Ｐの配置場所は、Ｚ方向のホルダ下流側の場所で、イオンビーム３が照射される場所となる。
図１乃至３では、ビーム電流計測器Ｐとして、Ｙ方向にファラデーカップを複数並べた多点ファラデーカップが想定されているが、単一のファラデーカップを用いる構成であってもよい。つまり、ビーム電流計測器ＰのＹ方向での測定領域は多数に分割されていてもいいし、分割されずに単一の構成であってもよい。

ビーム電流分布の計測をせずに、ある任意の点のみでビーム電流の計測を行って、イオンビームが引き出される電極の状態をモニターするのであれば、ビーム電流計測器Ｐとしては単一のファラデーカップを用いる構成でよい。

図３は、Ｚ方向から図１、図２に記載の処理室４を視たときの平面図である。イオンビーム３の寸法は、Ｙ方向でウエハ１０の直径よりも大きく、Ｘ方向でウエハ１０の直径よりも小さい。このようなイオンビーム３と交差するＸ方向にウエハ１０を往復走査させながら、ウエハ１０を連続回転させているので、ウエハ全面へのイオンビーム照射が実現できる。

Ｘ方向でイオンビーム３を挟んで両側に描かれるウエハ１０は、ウエハ往復走査の折り返し位置でのウエハの様子を示している。ウエハ１０の往復走査について言えば、図示されるように、Ｘ方向でイオンビーム３を完全に横切る位置まで走査されるものであってもいいが、イオンビーム３がウエハ１０に照射されていない時間をゼロにする、あるいは、ごく短時間にして、イオンビーム利用効率の向上を図るという点を考慮すれば、ウエハ往復走査の折り返し位置でのウエハ中心間距離である、ウエハ１０の走査幅Ｓは、次の数式を充足する範囲内で設定される。

Ｘ方向に沿って往復走査されるウエハ１０の走査幅をＳ、Ｘ方向でのイオンビーム３の寸法をＩＢｗ、Ｘ方向でのウエハ３の寸法をＤとしたとき、０＜Ｓ≦ＩＢｗ＋Ｄの関係を満たす範囲でウエハの走査幅Ｓを設定する。

走査幅ＳがＩＢｗ＋Ｄである場合を除いては、ウエハ往復走査時にイオンビーム３の一部が常にウエハ１０に照射されることになる。ウエハ走査速度が特に低速となる往復走査の折り返し位置で、イオンビーム３の一部が常にウエハに照射されていることになるため、ウエハ面内では局所的にイオンビームの照射量が増加することが懸念されるが、本発明ではツイスト機構１３でウエハ往復走査時にウエハ１０を連続回転させているので、ウエハ面内での照射量を平均化することができる。

図３では、ウエハ往復走査の方向とＸ方向とが平行であったため、上記数式ではＸ方向での各部の寸法関係が示されていたが、ウエハ往復走査方向がＸ方向と平行でない場合には、ウエハ往復走査方向と平行な方向でのイオンビームの寸法ＩＢｗ、ウエハの寸法Ｄとの関係で、ウエハ往復走査時の走査幅Ｓが設定される。

また、ウエハの寸法は、必ずしもウエハの直径とは限らない。図３には、ウエハ１０のチルト角度が０°のケースが描かれている。チルト機構１３でウエハ１０のチルト角度が設定された場合、チルト角度をθとし、円形ウエハの直径をＲとすれば、ウエハ往復走査方向におけるウエハの寸法はＲcosθとなることから、上述した数式のＤはＲcosθとなる。なお、チルト角度とは、ウエハ面への法線方向とウエハ面に照射されるイオンビームの照射方向とが成す角度のことを言う。
また、本発明では、ウエハの形状は円形に限られない。例えば、ウエハが矩形であれば、上述した数式のＤはウエハ往復走査方向での矩形ウエハの寸法となる。

また、メカニカルクランプ等のウエハ１０よりも大きい寸法のホルダ１１を使用する場合には、上述した数式のＤは、ウエハ往復走査方向におけるホルダ１１の寸法となる。
つまり、上述した数式のＤは、ウエハ走査方向でのウエハ１０あるいはウエハ１０を支持するホルダ１１のいずれか大きい方の寸法となる。

ウエハ往復走査時の走査幅Ｓについては、Ｄ＜Ｓ≦ＩＢｗ＋Ｄの範囲で設定するようにしてもいい。

ウエハ往復走査方向では、イオンビーム３のビーム電流分布が多少不均一であっても、ウエハ１０が往復走査されることで、ウエハ１０に照射されるイオンビームの照射量分布は平均化される。
一方、Ｙ方向にはウエハ１０が往復走査されないので、Ｙ方向でのイオンビーム３のビーム電流分布が、ウエハ面内でのイオンビーム３の照射量分布に大きな影響を与えることが懸念される。この理由から、イオンビーム３の照射量均一性に大きな影響を与えるＹ方向でのビーム電流分布を計測できるようにしておくことが望ましい。特に、Ｙ方向でウエハ１０に照射されているイオンビーム３の全域に亘ってビーム電流分布の計測が出来るようにしておくことが望まれる。

これを実現するため、ビーム電流計測器Ｐは、Ｙ方向でウエハ３の寸法以上の長さを有し、Ｙ方向において複数の計測領域を有するように構成し、ウエハ往復走査時の走査幅ＳをＤよりも大きくする。この構成により、ウエハ往復走査時に、ウエハ往復走査方向のある領域で、Ｙ方向においてイオンビーム３の全体がウエハ下流側に照射されることになる。その結果、ウエハ下流側で、 Ｙ方向において、ウエハ１０に照射されているイオンビームの全域に亘ってビーム電流分布を計測することが可能となり、イオンビーム３の照射量均一性の調整や評価等を行うことができる。

イオン源１から照射されているイオンビーム３が正常であるかどうかの判別手法については、種々の方法が考えられる。
例えば、イオンビームエッチング処理の開始前に、予め基準にするビーム電流を計測し、これを基準値として往復走査機構等を制御する制御装置の記憶領域に記憶しておく。その上で、イオンビームエッチング処理中にビーム電流を計測して、制御装置から読み出した基準値との比較を行い、基準値からのズレ量に基づいて、イオンビームの正常異常を判別するようにしてもいい。

また、Ｙ方向の複数点でビーム電流を計測する場合でも、上述したイオンビームエッチング処理の開始前に複数点で計測されたビーム電流値を基準値として用意しておき、実際に計測されたビーム電流との比較を行うことで、イオンビームの正常異常を判別するようにしてもいい。なお、計測場所により、ビーム電流値がほぼ同じ場合には、基準値の計測は任意の点でのみ行うようにしてもよい。

一方、このような基準値を予め用意しておくのではなく、実測値のみを用いてイオンビームの正常異常を判別するようにしてもいい。

例えば、図３で走査幅ＳがＩＢｗ＋Ｄであるときを例に説明する。図４には、８つのファラデーカップＦ１〜Ｆ８で計測されたビーム電流Ｉが描かれている。図４では、図３に示す構成との関係が明らかになるように、図３の構成も併せて描かれている。図４に示すビーム電流分布は、ウエハが往復走査の折り返し地点にあるときにビーム電流計測器Ｐで計測されたＹ方向におけるビーム電流の分布である。

８つのファラデーカップＦ１〜Ｆ８で計測されたビーム電流Ｉから平均ビーム電流を算出し、算出された平均ビーム電流と各ファラデーカップで計測されたビーム電流とを比較する。比較の結果、所定値以上の差が確認された場合には、イオンビームに異常があると判断する。

一方、平均ビーム電流の算出に代えて、各々のファラデーカップで計測されたビーム電流を互いに比較して、イオンビームの正常異常を判別するようにしてもよい。例えば、隣り合うファラデーカップで計測されたビーム電流の計測値同士を比較し、この差が所定値以上であれば、イオンビームに異常があると判別する。

図４では、走査幅ＳがＩＢｗ＋Ｄであるため、各ファラデーカップに照射されるイオンビームの照射面積が一定であったが、走査幅ＳがＩＢｗ＋Ｄ未満である場合には、各ファラデーカップに照射されるイオンビームの照射面積に違いが生じる。この場合には、上述したように各ファラデーカップで計測されたビーム電流同士を単純に比較する等して、イオンビームの正常異常を判別することができない。

そこで、この場合には、ビーム電流同士の比較に先立ち、各ファラデーカップで計測されたビーム電流値の条件を揃えておく。種々の方法が考えられるが、一例を述べると、ウエハ往復走査の折り返し地点で、各ファラデーカップに入射されるイオンビームがウエハで遮蔽される面積を計算により求める。この計算は、イオンビームの照射位置、イオンビームの寸法、ウエハやホルダの寸法、ファラデーカップの寸法や配置等の既知の値を使って行われる。

その後、各ファラデーカップの計測領域の面積とウエハによるイオンビームの遮蔽面積の比率を算出する。この比率を用いて、ウエハ往復走査の折り返し地点で、各ファラデーカップで計測されたビーム電流値を換算する。このようにして、換算されたビーム電流値を用いて、ファラデーカップごとのビーム電流値を比較する等してイオンビームの正常異常を判別する。

ウエハ１０を中心周りに連続回転する場合には、ウエハの中央と周辺でイオンビームを通過する領域に違いが生じる。この理由について、図５をもとに説明する。

ウエハ１０が図示される矢印Ａ方向に往復走査され、中央Ｃ周りに連続回転される場合、ウエハ周辺領域は、ウエハ１０が回転することでＹ方向に向けて図示されるファラデーカップＡ群〜Ｃ群の領域を横断する。一方、ウエハ中央領域は、回転中心に近いことから、Ｂ群の領域内でしか移動しない。
換言すれば、ウエハ周辺領域にはファラデーカップＦ１〜Ｆ８で計測されたビーム電流のイオンビームが照射されるのに対して、ウエハ中央領域にはファラデーカップＦ４、Ｆ５で計測されたビーム電流のイオンビームのみが照射されることになる。

また、ウエハ周辺と中央では、角速度が異なっている。同じビーム電流のイオンビームの領域を通過したとしても、角速度の違いによってウエハ周辺と中央での照射量に違いが生じる。

上記事項を考慮して、ウエハ中央と周辺を含むウエハ面内での照射量分布を調整する等の場合には、ビーム電流計測器Ｐは、Ｙ方向でウエハの周辺と中央が通過するそれぞれの領域でビーム電流の計測を行う構成であることが望ましい。

ウエハを所定の軸周りに回転させて、ウエハに対するイオンビームの照射角度の設定を行うために、チルト機構１３が使用されているが、どの方向を回転軸とするのかで、ウエハ面内での照射量分布への影響が大きく異なる。

例えば、図６に示す構成のように、Ｘ方向をチルト角度設定時の回転軸とした場合には、ウエハ面内での照射量分布が大きく不均一となることが懸念される。
図示されるように、チルト機構１３によりＸ方向と平行な軸周りにウエハ１０が回転されて、ウエハ１０へのイオンビーム３の照射角度が０°でない任意の角度に設定されるとする。イオンビームエッチング処理によりウエハ１０から引出電極系２側にスパッタ粒子Ｑが飛散することになるが、図６の構成では、チルト機構１３がＸ方向にウエハを回転させるものであるため、ウエハから飛散したスパッタ粒子Ｑは、Ｙ方向において引出電極系２上に局所的に付着堆積する。

この付着堆積量が多くなれば、引出電極系のイオン引き出し孔の目詰まりを引き起こし、引出電極系から引出されるイオンビーム３のビーム電流分布を不均一にする。図６の構成では、ウエハ１０へのイオンビームの照射角度との関係で、Ｙ方向にスパッタ粒子Ｑが飛散する傾向となるので、同方向でのビーム電流分布が不均一となることが懸念される。

この不均一なビーム電流分布を持つイオンビームがウエハに照射された場合、ウエハ面内でのイオンビームの照射量分布が不均一になるので、ウエハ１０の往復走査との組み合わせでウエハ面内での照射量分布の均一化を図ることも考えられるが、ウエハの往復走査はＸ方向に沿ってなされるために、ウエハの往復走査ではウエハ面内でのイオンビームの照射量分布を改善することができない。

そこで、本発明では、図１、図２に示されるように、ウエハ往復走査時の走査方向と直交するＹ方向を回転軸としたチルト機構１４が採用されている。

このようなチルト機構１４であれば、ウエハ往復走査方向である第二の方向と直交するＹ方向を軸にウエハ１０を回転させる構成であるため、チルト機構１３によってウエハ１０が傾斜したときに、イオンビームエッチング処理によりウエハ１０から引出電極系２側に飛散したスパッタ粒子は、概ねウエハ往復走査方向に向けて飛散して電極上に付着堆積する。

この場合、電極上でのスパッタ粒子の付着堆積量にはウエハ往復走査方向に偏りが生じているので、電極から引出されるイオンビーム３のビーム電流分布もウエハ往復走査方向において不均一な分布となる。
しかしながら、この方向にはウエハ１０が往復走査されるため、イオンビーム３の照射量分布が平均化され、ウエハ面内でのイオンビームエッチング処理の均一性に与える影響は小さくてすむ。

さらに、本発明では、姿勢が固定された状態で、ウエハ１０とともに往復走査されて、イオンビーム３を遮蔽する補助板１５を、Ｚ方向でウエハ１０の下流側に備えていてもよい。
図６、図７には、このような補助板１５を備えた本発明のイオンビームエッチング装置ＩＥの構成例が描かれている。

補助板１５は、例えば、図示されないボルト等の留め具により、チルト機構１３に固定されていて、内側にはチルト機構１３が挿通される貫通孔が形成されている。
Ｚ方向から補助板１５を視たとき、補助板１５は、ウエハ１０の外側に張り出した外形四角形状の板で、Ｙ方向と平行な２辺を有している。また、Ｚ方向において、補助板１５はウエハ１０と部分的に重なっている。

ウエハ往復走査に伴って、円形のウエハ１０でイオンビーム３が遮蔽された場合には、ウエハ下流側のビーム電流計測器Ｐに照射されるイオンビームの形状は歪なものになる。例えば、多点ファラデーカップを使用している場合、イオンビームの形状が歪であれば、各ファラデーカップへのイオンビームの入射量に違いが生じる。
しかしながら、図８に示すように、上記補助板１５を用いることであたかも矩形状のウエハでイオンビームが遮蔽されたようになるので、ウエハ下流側に配置された個々のファラデーカップに入射するイオンビームの遮蔽量を一定にすることができる。結果、各ファラデーカップでの計測結果が直接比較できる等、計測結果が利用しやすくなる。

また、上記補助板１５があれば、ウエハ往復走査時にイオンビーム３の照射角度を求めることが可能となる。図９は、補助板１５を利用したイオンビーム３の照射角度の算出方法についての説明図である。

理想的には、イオンビーム３のビーム電流分布はガウス分布となる。Ｘ方向におけるビーム電流計測器Ｐの中心とイオン源１の中心とが一致して、イオン源１から出たイオンビーム３が真っ直ぐに照射されているとすれば、ビーム電流のピークがビーム電流計測器Ｐの中心位置に現れる。

ウエハ往復走査に伴って補助板１５をＸ方向に移動させながら、任意のファラデーカップに照射されるイオンビーム３のビーム電流を計測する。計測結果から、ビーム電流の変化量を算出し、変化量のピークがビーム電流計測器Ｐの中心位置からＸ方向にどれだけ離れているのかを算出する。この離間距離をＬ１とし、ビーム電流分布計測器Ｐとイオン源１間の距離をＬ２とすれば、イオンビーム３の照射角度は、θ＝tan^-1（Ｌ１／Ｌ２）から算出することができる。

上記したビーム照射角度計測の手法は、一般にはナイフエッジ法として知られているが、ビーム照射角度を計測する手法はこの手法に限定されるものではない。例えば、補助板１５にピンホールまたはスリットを開けておき、これらを通してビーム電流計測器Ｐに入射するイオンビーム３のビーム電流量を計測し、計測結果からイオンビーム３の照射角度を算出してもよい。この場合、補助板１５を移動させながら、補助板１５に形成されたピンホールやスリットを通じて、ビーム電流計測器Ｐで計測されたビーム電流値が最大となった場所にイオンビーム３の中心位置が照射されていると考え、この場所と本来であればイオンビーム３の中心位置が照射される場所とのズレ量、イオン源１からビーム電流計測器Ｐまでの距離をもとに、イオンビーム照射角度を算出することが考えられる。

これまでの実施形態で説明したイオンビームの正常異常判別の結果を踏まえて、イオンビームのビーム電流分布を調整する調整手段をイオン源に設けるようにしてもよい。
例えば、イオン源が高周波型のイオン源の場合、イオン源の高周波電源出力の増減調整ができるように構成しておく。また、複数のカソードを備えたイオン源であれば、各カソードに流す電流量の増減調整を行って、イオン源から引出されるイオンビームのビーム電流分布を調整するようにしてもよい。さらに、イオン化ガス供給路を複数の備えたイオン源であれば、各ガス供給路に流すガス流量を個別に増減して、イオン源から引出されるイオンビームのビーム電流分布を調整するようにしてもよい。

その他、前述した以外に、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良、変更を行ってもよい。

１．イオン源
２．引出電極系
３．イオンビーム
４．処理室
１０．ウエハ
１１．ホルダ
１２．ツイスト機構
１３．チルト機構
１４．往復走査機構
１５．補助板
Ｐ．ビーム電流計測器

Claims (5)

1. 第一の方向でウエハ寸法よりも長いイオンビームに対して、ウエハを回転させながら、第三の方向に向けて照射される前記イオンビームと交差する第二の方向に前記ウエハを往復走査することで、ウエハ全面へのイオンビーム照射を行うイオンビームエッチング装置において、
   前記第三の方向で前記ウエハの下流側に配置され、前記イオンビームのビーム電流を計測するビーム電流計測器を有し、
   前記第二の方向での前記ウエハの走査幅をＳ、
   前記第二の方向での前記イオンビームの寸法をＩＢｗ、
   前記第二の方向での前記ウエハあるいは前記ウエハを支持するホルダのいずれか大きい方の寸法をＤ、としたとき、
   ０＜Ｓ≦ＩＢｗ＋Ｄの関係を充足するように、前記ウエハを往復走査するイオンビームエッチング装置。
2. 前記走査幅が、Ｄ＜Ｓ≦ＩＢｗ＋Ｄであり、
   前記ビーム電流計測器は、前記第一の方向で前記ウエハの寸法以上の長さを有し、前記第一の方向において複数の計測領域を有している請求項１記載のイオンビームエッチング装置。
3. 前記ビーム電流計測器は、前記第一の方向で前記ウエハの周辺と中央が通過するそれぞれの領域でビーム電流の計測を行う請求項２記載のイオンビームエッチング装置。
4. 前記第一の方向を回転軸として、前記ウエハを傾斜させるチルト機構を備えた請求項１乃至３のいずれか一項に記載のイオンビームエッチング装置。
5. 姿勢が固定された状態で、前記ウエハとともに往復走査されて、前記イオンビームを遮蔽する外形四角形状の補助板を前記第三の方向で前記ウエハの下流側に備え、
   前記補助板の外形形状が前記第一の方向に平行な２辺を有している請求項２乃至４のいずれか一項に記載のイオンビームエッチング装置。