エッチング量計測装置、エッチング装置及びエッチング量計測方法
【課題】 被処理物のエッチング量を長期的に安定して計測できるエッチング量計測装置、エッチング装置及びエッチング量計測方法を提供する。
【解決手段】 エッチング量計測装置５０は、イオンビーム２６を用いて基板２２をエッチングする際に、基板２２のエッチング量を計測する。エッチング量計測装置５０は、イオンビーム２６の一部２６ａを導入するための導入口５８ａが形成されたチャンバ５８と、チャンバ５８内に収容されイオンビーム２６の一部２６ａによってエッチングされる被処理部材６０と、被処理部材６０から発生する物質６４を受けると共に、受けた物質６４の質量を検出する質量検出素子７０とを備える。
【解決手段】 エッチング量計測装置５０は、イオンビーム２６を用いて基板２２をエッチングする際に、基板２２のエッチング量を計測する。エッチング量計測装置５０は、イオンビーム２６の一部２６ａを導入するための導入口５８ａが形成されたチャンバ５８と、チャンバ５８内に収容されイオンビーム２６の一部２６ａによってエッチングされる被処理部材６０と、被処理部材６０から発生する物質６４を受けると共に、受けた物質６４の質量を検出する質量検出素子７０とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エッチング量計測装置、エッチング装置及びエッチング量計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
イオンビームエッチング装置（イオンミリング装置ともいう。）では、１種類の材料から構成された被処理物をエッチングすることが多い。このような被処理物をエッチングする際に、所望のエッチング量でエッチングを停止することが要求される。しかしながら、半導体製造装置としてのドライエッチング装置に用いられるプラズマ発光分光方式のエッチング終点検出装置を用いることができないため、通常は、エッチング時間とエッチング量との相関関係を用いてエッチング時間からエッチング量を予測している。
【０００３】
エッチング量を計測する方法として、特許文献１に記載された方法が知られている。特許文献１には、プラズマ中のイオンが被処理物に入射されることで溝加工が行われるイオンビームエッチング装置が記載されている。このイオンビームエッチング装置では、溝加工と同時にレーザ光を偏光窓を介してＳ偏光光又はＰ偏光光として被処理物に照射し、被処理物からの０次及び１次の回折光を検出することにより、被処理物に形成されつつある溝の深さを連続的に計測可能である。
【特許文献１】特開平６−９４４２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述のイオンビームエッチング装置では、エッチング処理によって被処理物から発生する粒子が偏光窓上に堆積するため、堆積した粒子によってレーザ光が遮断されてしまう。このため、溝の深さの検出精度が低下してしまうと共に、長期的に安定した計測が困難になる。具体的には、数回程度の計測を行うと、偏光窓が汚れて計測が困難になる。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、被処理物のエッチング量を長期的に安定して計測できるエッチング量計測装置、エッチング装置及びエッチング量計測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】
【０００６】
上述の課題を解決するため、本発明のエッチング量計測装置は、プラズマ中の活性種を用いて被処理物をエッチングする際に、前記被処理物のエッチング量を計測するためのエッチング量計測装置であって、前記活性種の一部を導入するための導入口が形成されたチャンバと、前記チャンバ内に収容され前記活性種の一部によってエッチングされる被処理部材と、前記被処理部材から発生する物質を受けると共に、受けた前記物質の質量を検出する質量検出素子とを備える。
【０００７】
ここで、被処理物及び被処理部材は共にエッチングされるので、被処理物のエッチング量と被処理部材のエッチング量とは相関関係を有する。さらに、被処理部材のエッチング量と検出される物質の質量とは相関関係を有する。したがって、本発明のエッチング量計測装置によれば、検出された物質の質量と被処理物のエッチング量との関係式を予め算出することにより、検出された物質の質量から被処理物のエッチング量を算出することができる。本発明のエッチング量計測装置では、偏光窓上に堆積した粒子によってレーザ光が遮断されるといったことがないので、被処理物のエッチング量を長期的に安定して計測できる。
【０００８】
また、前記質量検出素子は、受けた前記物質の質量の変化に応じて共振周波数が変化する部材と、前記部材の共振周波数を検出するセンサとを有することが好ましい。この場合、被処理部材から発生する物質が部材に付着することによって当該部材の共振周波数が変化する。よって、センサが部材の共振周波数の変化を検出することにより、部材に付着した物質の質量を検出することができる。
【０００９】
また、前記質量検出素子は、受けた前記物質の質量を検出する質量分析器を有することが好ましい。この場合、受けた物質が微量であっても当該物質の質量を高精度に検出することができる。
【００１０】
また、上記エッチング量計測装置は、前記被処理部材を支持しており、前記活性種の一部の前記被処理部材への入射角を調整する角度調整部を更に備えることが好ましい。この場合、入射角を調整することによって、被処理部材から発生した物質のうち質量検出素子に到達する物質の量を調整することができる。
【００１１】
また、前記被処理部材のエッチング速度は、前記被処理物のエッチング速度よりも大きいことが好ましい。この場合、被処理物よりも被処理部材の方がエッチングされ易いので、被処理物のエッチング量を高感度で計測することができる。
【００１２】
また、上記エッチング量計測装置は、前記活性種の一部のエネルギーを調整するためのエネルギー調整部を更に備えることが好ましい。これにより、被処理部材のエッチング速度を調整することができるので、被処理部材から発生する物質の質量を調整することができる。
【００１３】
また、前記エネルギー調整部は、前記導入口の周囲に設けられた電極部を有することが好ましい。この場合、電極部に電圧を印加することができるので、導入口からチャンバ内に導入される活性種の一部のエネルギーを調整することができる。例えば、活性種の一部に正イオンが含まれる場合には、電極部に正電圧を印加すると、活性種の一部のエネルギーを低減することができる。
【００１４】
また、前記電極部は、第１の電極と、前記第１の電極と前記被処理部材との間に配置された第２の電極とを有することが好ましい。この場合、第１及び第２の電極に別々の電圧を印加することができるので、それぞれに印加する電圧を調整することにより、活性種の一部のエネルギーを調整し易くなる。例えば活性種の一部に電子が含まれる場合には、第１の電極に負電圧を印加すると、当該電子がチャンバ内に侵入することを抑制できる。また、例えば活性種の一部に正イオンが含まれる場合には、第２の電極に正電圧を印加すると、活性種の一部のエネルギーを低減することができる。
【００１５】
また、前記エネルギー調整部は、前記被処理部材に電気的に接続された電源を有することが好ましい。この場合、被処理部材に電圧を印加することができるので、被処理部材に入射する活性種の一部のエネルギーを調整することができる。
【００１６】
また、前記チャンバは前記被処理部材から発生した前記物質を放出するための放出口を有しており、前記質量検出素子は前記チャンバ外に設けられており、上記エッチング量計測装置は、前記放出口と前記質量検出素子とを接続する管を更に備えることが好ましい。この場合、管によって質量検出素子の位置をチャンバ近傍から離すことができるので、チャンバの温度上昇に起因する質量検出素子の温度上昇を抑制することができる。また、例えば放出口の径、管径及び管の長さ等を調整することによって、質量検出素子に到達する物質の質量を調整することができる。
【００１７】
本発明のエッチング装置は、プラズマ中の活性種を用いて被処理物をエッチングする際に、前記被処理物のエッチング量を計測するためのエッチング量計測装置を備え、前記エッチング量計測装置は、前記活性種の一部を導入するための導入口が形成されたチャンバと、前記チャンバ内に収容され前記活性種の一部によってエッチングされる被処理部材と、前記被処理部材から発生する物質を受けると共に、受けた前記物質の質量を検出する質量検出素子とを有する。
【００１８】
本発明のエッチング装置は上述のエッチング量計測装置を備えるので、偏光窓上に堆積した粒子によってレーザ光が遮断されるといったことがない。したがって、本発明のエッチング装置では、被処理物のエッチング量を長期的に安定して計測できる。
【００１９】
本発明のエッチング量計測方法は、プラズマ中の活性種を用いて被処理物をエッチングする際に、前記被処理物のエッチング量を計測するエッチング量計測方法であって、(ａ)前記被処理物をエッチングすると共に、前記活性種の一部を用いて被処理部材をエッチングする工程と、(ｂ)エッチングされた前記被処理部材から発生する物質を質量検出素子で受けると共に、受けた前記物質の質量を検出する工程と、(ｃ)検出された前記物質の質量と前記被処理物のエッチング量との予め算出された関係式を用いて、前記被処理物のエッチング量を算出する工程とを含む。
【００２０】
本発明のエッチング量計測方法によれば、偏光窓上に堆積した粒子によってレーザ光が遮断されるといったことがないので、被処理物のエッチング量を長期的に安定して計測できる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、被処理物のエッチング量を長期的に安定して計測できるエッチング量計測装置、エッチング装置及びエッチング量計測方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一又は同等の要素には同一符号を用い、重複する説明を省略する。
【００２３】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係るイオンビームエッチング装置を模式的に示す図である。図１に示されるイオンビームエッチング装置１０は、イオンビーム２６（活性種ビーム）を発生させるイオン源１４と、イオンビーム２６が照射される基板２２（被処理物）を収容するチャンバ１２とを備える。イオンビーム２６はチャンバ１２内を進行し、基板２２に入射される。基板２２は、イオンビーム２６によってエッチングされる。基板２２は、接地された基板ホルダ２０によって支持されている。基板２２は、例えばシリコンウェハである。イオンビーム２６は、例えばＡｒ＋等の陽イオンを含む。
【００２４】
イオン源１４には、プラズマ２８を生成するためのガスを供給するガス供給源１６が接続されている。プラズマ２８は、例えば、ガス供給源１６から放電容器内に供給されたガスに、コイルを用いて高周波電力を印加することによって生成される。イオンビーム２６は、例えば引き出し電極を用いてプラズマ２８中のイオンを引き出すことによって出射される。チャンバ１２内には、イオンビーム２６を中和するためのニュートライザ２４が設置されている。例えばイオンビーム２６がＡｒ＋等の陽イオンを含む場合には、ニュートライザ２４から電子が放出される。また、チャンバ１２には、チャンバ１２内を所定の圧力（例えば０．０５Ｐａ）に維持するための真空ポンプ１８が接続されている。
【００２５】
イオンビームエッチング装置１０は、イオンビーム２６を用いて基板２２のエッチングをする際に、基板２２のエッチング量（エッチング深さ）をリアルタイムに計測するためのエッチング量計測装置５０を備える。エッチング量計測装置５０には、イオンビーム２６の一部２６ａが照射される。エッチング量計測装置５０は、チャンバ１２内においてエッチング処理に影響を与え難い適切な位置に配置されることが好ましい。エッチング量計測装置５０は、例えばエッチング終点検出装置として好適に用いられる。例えば、エッチング量計測装置５０を用いて計測された基板２２のエッチング量が、所定値に到達した時点をエッチング終点と判断し、当該時点でエッチング処理を停止する。これにより、所望のエッチング量においてエッチング処理を停止することができる。
【００２６】
図２は、第１実施形態に係るエッチング量計測装置を模式的に示す断面図である。図２に示されるエッチング量計測装置５０は、イオンビーム２６の一部２６ａを導入するための導入口５８ａが形成されたチャンバ５８と、チャンバ５８内に収容されイオンビーム２６の一部２６ａによってエッチングされる被処理部材６０と、被処理部材６０から発生する物質６４を受けると共に、受けた物質６４の質量を検出する質量検出素子７０とを有する。物質６４は、例えば、被処理部材６０がスパッタリングされることによって発生する粒子である。
【００２７】
イオンビームエッチング装置１０では、基板２２及び被処理部材６０が共にエッチングされるので、基板２２のエッチング量と被処理部材６０のエッチング量とは相関関係を有する。通常、基板２２のエッチング量が大きくなるに連れて被処理部材６０のエッチング量も大きくなる。また、被処理部材６０のエッチング量と検出される物質６４の質量とは相関関係を有する。通常、被処理部材６０のエッチング量が大きくなるに連れて検出される物質６４の質量も大きくなる。よって、検出された物質６４の質量と基板２２のエッチング量とは相関関係を有する。
【００２８】
したがって、本実施形態のエッチング量計測装置５０によれば、検出された物質６４の質量と基板２２のエッチング量との関係式を予め算出することにより、検出された物質６４の質量から基板２２のエッチング量をリアルタイムに算出することができる。
【００２９】
チャンバ５８は物質６４を放出するための放出口５８ｂを有することが好ましい。この場合、質量検出素子７０はチャンバ５８外に設けられることが好ましい。また、エッチング量計測装置５０は、放出口５８ｂと質量検出素子７０とを接続する短管８０（管）を更に備えることが好ましい。この短管８０によって、質量検出素子７０の位置をチャンバ５８近傍から離すことができるので、チャンバ５８の温度上昇に起因する質量検出素子７０の温度上昇を抑制することができる。また、例えば放出口５８ｂの径、短管８０の径及び短管８０の長さ等を調整することによって、質量検出素子７０に到達する物質６４の質量を調整することができる。
【００３０】
チャンバ５８は、例えば、開口５２ａ及び開口５２ｂが形成されたケーシング５２と、開口５２ａに設けられたアパーチャ５４と、開口５２ｂに設けられたアパーチャ５６とを備える。チャンバ５８は、例えば接地されている。導入口５８ａは、アパーチャ５４によって形成される。アパーチャ５４は、導入口５８ａの径を調整することができるので、イオンビーム２６の一部２６ａの通過量（イオンビームフラックスともいう。）を調整することができる。放出口５８ｂは、アパーチャ５６によって形成されている。アパーチャ５６は、放出口５８ｂの径を調整することができるので、物質６４の通過量を調整することができる。また、アパーチャ５６は、物質６４が短管８０の内壁に付着することを抑制できる。その結果、エッチング量計測装置５０のメンテナンスが容易になる。
【００３１】
質量検出素子７０は、受けた物質６４の質量の変化に応じて共振周波数が変化する部材７２と、部材７２の共振周波数を検出するセンサ７４とを有することが好ましい。この場合、被処理部材６０から発生する物質６４が部材７２に付着することによって部材７２の共振周波数が変化する。部材７２の共振周波数は、例えば、部材７２上に物質６４が堆積されてなる膜の厚さに応じて変化する。よって、センサ７４が部材７２の共振周波数の変化を検出することにより、部材７２に付着した物質６４の質量を検出することができる。
【００３２】
部材７２は、例えば水晶振動子等の振動子であることが好ましい。この場合、部材７２に付着した物質６４の質量を高精度に検出することができる。
【００３３】
また、エッチング量計測装置５０は、被処理部材６０を支持しており、イオンビーム２６の一部２６ａの被処理部材６０への入射角θを調整する角度調整部６２を更に備えることが好ましい。入射角θは、イオンビーム２６の一部２６ａの進行方向と、被処理部材６０の被処理面６０ａの法線とのなす角である。角度調整部６２は、被処理部材６０の被処理面６０ａを傾けることができる。
【００３４】
入射角θを調整することによって、被処理部材６０から発生した物質６４のうち質量検出素子７０に到達する物質６４の量を調整することができる。その結果、部材７２上に物質６４が堆積されてなる膜の成膜速度を調整することができる。
【００３５】
また、イオンビーム２６がエッチング量計測装置５０に照射されることにより、エッチング量計測装置５０の温度が上昇するため、エッチング量計測装置５０は水冷手段（図示せず）等により冷却されることが好ましい。エッチング量計測装置５０の温度上昇を抑制することにより、被処理部材６０のエッチング速度の変動を抑制すると共に質量検出素子７０への熱的影響を抑制することができる。
【００３６】
被処理部材６０のエッチング速度は、基板２２のエッチング速度よりも大きいことが好ましい。この場合、基板２２よりも被処理部材６０の方がエッチングされ易いので、基板２２のエッチング量を高感度で計測することができる。被処理部材６０のエッチング速度は、被処理部材６０の材料を選択することによって変化する。材料を適宜選択することによって、最大エッチング速度を、最小エッチング速度の４倍程度まで変えることができる。
【００３７】
また、被処理部材６０のエッチング速度は、基板２２のエッチング速度と同じでもよい。この場合、基板２２のエッチング量を算出し易くなる。さらに、被処理部材６０のエッチング速度は、基板２２のエッチング速度より小さくしてもよい。この場合、被処理部材６０及び部材７２の寿命が長くなるので、基板２２のエッチング量を更に長期的に安定して計測できる。
【００３８】
図３は、第１実施形態に係るエッチング量計測方法の各工程を示すフローチャートである。本実施形態に係るエッチング量計測方法は、上述のエッチング量計測装置５０を用いることによって好適に実施される。本実施形態に係るエッチング量計測方法は、イオンビーム２６を用いて基板２２をエッチングする際に、基板２２のエッチング量を計測する方法である。また、このエッチング量計測方法では、以下の工程(ａ)〜工程(ｃ)を実施することが好ましい。
【００３９】
（エッチング工程(ａ)）
まず、イオンビーム２６を用いて基板２２をエッチングすると共に、イオンビーム２６の一部２６ａを用いて被処理部材６０をエッチングする（工程Ｓ１）。
【００４０】
（質量検出工程(ｂ)）
次に、エッチングされた被処理部材６０から発生する物質６４を質量検出素子７０で受けると共に、質量検出素子７０によって受けた物質６４の質量を検出する（工程Ｓ２）。
【００４１】
（エッチング量算出工程(ｃ)）
次に、検出された物質６４の質量と基板２２のエッチング量との予め算出された関係式を用いて、基板２２のエッチング量を算出する（工程Ｓ３）。
【００４２】
本実施形態のエッチング量計測装置５０及びイオンビームエッチング装置１０を用いたエッチング量計測方法では、偏光窓上に堆積した粒子によってレーザ光が遮断されるといったことがない。したがって、基板２２のエッチング量を長期的に安定して計測できる。
【００４３】
また、従来のエッチング量計測方法としては、例えば、イオン源の引き出し電極に流れる電流を計測してイオンビーム電流を見積もり、引き出し電極に流れる電流値からエッチング量を算出する方法（以下、「従来方法１」という。）、被処理物に流れる電流を計測してイオンビーム電流を見積もり、被処理物に流れる電流値からエッチング量を算出する方法（以下、「従来方法２」という。）等が知られている。
【００４４】
従来方法１では、例えば、イオン源の引き出し電極に流れる電流からイオンビーム電流を見積もる際に誤差が生じる。また、その誤差は一定ではないので、エッチング量を安定して計測することができない。具体的には、誤差の要因は以下のように考えられる。
【００４５】
例えば、３枚の電極板からなる引き出し電極を用いる場合について検討する。なお、イオン源に最も近い電極はスクリーングリッドと呼ばれ、中間の電極はアクセラレータと呼ばれ、イオン源から最も遠い電極はデセレータと呼ばれる。この場合、イオンビーム電流の値は、通常、スクリーングリッドに流れる電流とスクリーングリッドの開口率とを用いて算出された暫定的なイオンビーム電流の値から、アクセラレータに流れる電流を引いた値とされる。デセレータは通常接地されているので、デセレータに流れる電流を計測することはできない。
【００４６】
したがって、アクセラレータを通過したイオンビームがデセレータに接触した時に、電流がデセレータに流れることによってイオンビーム電流が減少しても分からない。イオンビームがデセレータにどの程度接触するかは、スクリーングリッドに印加される電圧、アクセラレータに印加される電圧、チャンバ内の真空度、電子ビームの電流量、イオン源のプラズマ密度、並びに、引き出し電極を構成する各電極板の開口率及び穴の位置等に依存する。このように、引き出し電極に流れる電流からエッチング量を高精度に計測することはできない。
【００４７】
なお、例えば２枚の電極板からなる引き出し電極を用いる場合、デセレータが存在しないので、デセレータに起因するイオンビーム電流の不安定性は解消される。しかしながら、引き出し電極から出射されるイオンビームは、被処理物と引き出し電極との間において減速しながら進行するので、イオンビームが発散してしまう。この発散の度合いも、上述のように、スクリーングリッドに印加される電圧、アクセラレータに印加される電圧、チャンバ内の真空度、電子ビームの電流量、イオン源のプラズマ密度、並びに、引き出し電極を構成する各電極板の開口率及び穴の位置等に依存する。したがって、従来方法１では、エッチング量を高精度に計測することはできない。
【００４８】
一方、従来方法２では、被処理物に流れる電流を計測するために、被処理物と被処理物を固定する基板ホルダとの電気的な接続（コンタクト）を取る必要がある。しかしながら、そのようなコンタクトを毎回確実にとることは難しい。また、被処理物の帯電を抑制するために、電子をイオンビーム中に導入しているので、理想的には、被処理物に流れる電流はゼロになる。現実には被処理物の帯電を中和しきれないので、被処理物に流れる電流を測定できる。しかしながら、被処理物を流れる電流の値はイオンビーム電流の値の千分の一以下であるため、高精度にエッチング量を計測することはできない。
【００４９】
さらに、従来方法１及び従来方法２では、例えば、エッチング装置の汚染、引き出し電極の消耗及び被処理面におけるパターン変動といった経時変化する要素が多数存在するため、高精度にエッチング量を計測することができない。
【００５０】
これに対して、本実施形態のエッチング量計測装置５０及びイオンビームエッチング装置１０を用いたエッチング量計測方法では、従来方法１及び従来方法２のいずれととも異なるので、高精度にエッチング量を計測することができる。
【００５１】
（第２実施形態）
図４は、第２実施形態に係るエッチング量計測装置を模式的に示す断面図である。図４に示されるエッチング量計測装置１５０は、第１実施形態に係るエッチング量計測装置５０と同様の構成を有している。本実施形態に係るエッチング量計測装置１５０を、第１実施形態に係るエッチング量計測装置５０に代えて用いると、第１実施形態と同様の作用効果が得られる。
【００５２】
さらに、エッチング量計測装置１５０では、短管８０ａの長さが、エッチング量計測装置５０における短管８０の長さよりも長くなっている。このため、短管８０ａによって、質量検出素子７０の位置をチャンバ５８近傍から更に離すことができるので、チャンバ５８の温度上昇に起因する質量検出素子７０の温度上昇を一層抑制することができる。
【００５３】
（第３実施形態）
図５は、第３実施形態に係るエッチング量計測装置を模式的に示す断面図である。図５に示されるエッチング量計測装置２５０は、第１実施形態に係るエッチング量計測装置５０の構成に加えて、イオンビーム２６の一部２６ａのエネルギーを調整するためのエネルギー調整部９１を更に備える。これにより、基板２２のエッチング速度とは独立に、被処理部材６０のエッチング速度を調整することができるので、被処理部材６０から発生する物質６４の質量を調整することができる。イオンビーム２６のエネルギーは、例えば１０００ｅＶ（１．６×１０−１６Ｊ）である。
【００５４】
エネルギー調整部９１を用いて、例えばイオンビーム２６の一部２６ａのエネルギーを低減すると、被処理部材６０のエッチング速度を低下できるので、被処理部材６０の寿命が長くなる。また、部材７２上に物質６４が堆積されてなる膜の成膜速度を低減することができるので、部材７２の交換頻度を少なくできる。例えば部材７２が水晶振動子の場合、通常、膜厚５μｍ以下で交換が行われる。よって、高速エッチングを行う場合には、数十回から１００回程度の処理ごとに部材７２を交換することが望ましい。
【００５５】
エネルギー調整部９１は、導入口５８ａの周囲に設けられた電極部９０を有することが好ましい。この場合、電極部９０に電圧を印加することができるので、導入口５８ａからチャンバ５８内に導入されるイオンビーム２６の一部２６ａのエネルギーを調整することができる。例えば、イオンビーム２６の一部２６ａに正イオンが含まれる場合には、電極部９０に正電圧を印加すると、イオンビーム２６の一部２６ａのエネルギーを低減することができる。
【００５６】
電極部９０は、チャンバ５８内に設けられることが好ましい。この場合、チャンバ５８のアパーチャ５４は、電極部９０がイオンビーム２６の一部２６ａに晒されることを抑制するカバー部材としても機能する。
【００５７】
電極部９０は、第１の電極９２と、電極９２と被処理部材６０との間に配置された第２の電極９４とを有することが好ましい。この場合、電極９２，９４に別々の電圧を印加することができるので、それぞれに印加する電圧を調整することにより、イオンビーム２６の一部２６ａのエネルギーを調整し易くなる。電極９２は、絶縁部材９６を介してチャンバ５８に固定されることが好ましい。電極９４は、絶縁部材９６を介して電極９２に固定されることが好ましい。
【００５８】
電極９２には電源８２が電気的に接続されており、電極９４には電源８４が電気的に接続されていることが好ましい。ここで、イオンビーム２６内の空間電荷を中和し、イオンビーム２６の発散を抑制するために、例えばイオンビーム２６に電子が含まれる場合がある。この場合、電源８２は電極９２に負の直流電圧を印加可能であることが好ましい。電極９２に負電圧を印加すると、例えばイオンビーム２６の一部２６ａに含まれる電子又はイオンビーム２６がチャンバ５８に照射されることによって生じる２次電子等がチャンバ５８内に侵入することを抑制できる。さらに、電極９２に負電圧を印加することによって、電極９２，９４間の直流放電を抑制することができる。
【００５９】
また、例えばイオンビーム２６の一部２６ａに正イオンが含まれる場合には、電源８４は電極９４に正の直流電圧を印加可能であることが好ましい。電極９４に正電圧を印加すると、電極９４が形成する静電界により、イオンビーム２６の一部２６ａのエネルギーを低減することができる。
【００６０】
また、例えば電極９４に所定値の正電圧を印加した場合、電極９４に流れる電流が最小になるように、電極９２に印加する負電圧の値を調整することが好ましい。
【００６１】
なお、本実施形態に係るエッチング量計測装置２５０を、第１実施形態に係るエッチング量計測装置５０に代えて用いると、第１実施形態と同様の作用効果も得られる。
【００６２】
（第４実施形態）
図６は、第４実施形態に係るエッチング量計測装置を模式的に示す断面図である。図６に示されるエッチング量計測装置３５０は、第１実施形態に係るエッチング量計測装置５０の構成に加えて、イオンビーム２６の一部２６ａのエネルギーを調整するためのエネルギー調整部９１ａを更に備える。エネルギー調整部９１ａは、被処理部材６０に電気的に接続された電源９８を有することが好ましい。
【００６３】
本実施形態に係るエッチング量計測装置３５０では、第３実施形態に係るエッチング量計測装置２５０に比べて装置構成が簡単になる。また、被処理部材６０に電圧を印加することができるので、被処理部材６０に入射するイオンビーム２６の一部２６ａのエネルギーを調整することができる。例えばイオンビーム２６の一部２６ａに正イオンが含まれる場合には、電源９８は被処理部材６０に正電圧を印加可能であることが好ましい。被処理部材６０に正電圧を印加すると、被処理部材６０に入射するイオンビーム２６の一部２６ａのエネルギーを低減することができる。
【００６４】
なお、本実施形態に係るエッチング量計測装置３５０を、第１実施形態に係るエッチング量計測装置５０に代えて用いると、第１実施形態と同様の作用効果も得られる。また、エネルギー調整部９１ａが、図５に示される電極部９０を有してもよい。
【００６５】
（第５実施形態）
図７は、第５実施形態に係るエッチング量計測装置を模式的に示す断面図である。図７に示されるエッチング量計測装置４５０は、第１実施形態に係るエッチング量計測装置５０の質量検出素子７０に代えて、質量検出素子７０ａを備える。質量検出素子７０ａは、受けた物質６４の質量を検出する質量分析器１００を有することが好ましい。この場合、受けた物質６４が微量であっても物質６４の質量を高精度に検出することができる。したがって、質量検出素子７０を用いた場合に比べて、エッチング速度の小さい被処理部材６０を用いることができる。
【００６６】
なお、本実施形態に係るエッチング量計測装置４５０を、第１実施形態に係るエッチング量計測装置５０に代えて用いると、第１実施形態と同様の作用効果も得られる。また、エッチング量計測装置４５０が、エネルギー調整部９１ａを更に備えてもよい。
【００６７】
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記各実施形態に限定されない。
【００６８】
例えば、プラズマ中の活性種としては、イオンに限定されず、例えばラジカル等でもよい。また、プラズマ中の活性種は、ビームを形成していなくてもよい。
【００６９】
また、上記第１〜第５実施形態に係るエッチング量計測装置を、例えばプラズマエッチング装置等に用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】第１実施形態に係るイオンビームエッチング装置を模式的に示す図である。
【図２】第１実施形態に係るエッチング量計測装置を模式的に示す断面図である。
【図３】第１実施形態に係るエッチング量計測方法の各工程を示すフローチャートである。
【図４】第２実施形態に係るエッチング量計測装置を模式的に示す断面図である。
【図５】第３実施形態に係るエッチング量計測装置を模式的に示す断面図である。
【図６】第４実施形態に係るエッチング量計測装置を模式的に示す断面図である。
【図７】第５実施形態に係るエッチング量計測装置を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００７１】
２２…基板（被処理物）、２６…イオンビーム（活性種）、２８…プラズマ、２６ａ…イオンビームの一部（活性種の一部）、５０，１５０，２５０，３５０，４５０…エッチング量計測装置、５８…チャンバ、５８ａ…導入口、５８ｂ…放出口、６０…被処理部材、６２…角度調整部、６４…物質、７０，７０ａ…質量検出素子、７２…部材、７４…センサ、８０…短管（管）、９０…電極部、９１，９１ａ…エネルギー調整部、９２…第１の電極、９４…第２の電極、９８…電源、１００…質量分析器。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エッチング量計測装置、エッチング装置及びエッチング量計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
イオンビームエッチング装置（イオンミリング装置ともいう。）では、１種類の材料から構成された被処理物をエッチングすることが多い。このような被処理物をエッチングする際に、所望のエッチング量でエッチングを停止することが要求される。しかしながら、半導体製造装置としてのドライエッチング装置に用いられるプラズマ発光分光方式のエッチング終点検出装置を用いることができないため、通常は、エッチング時間とエッチング量との相関関係を用いてエッチング時間からエッチング量を予測している。
【０００３】
エッチング量を計測する方法として、特許文献１に記載された方法が知られている。特許文献１には、プラズマ中のイオンが被処理物に入射されることで溝加工が行われるイオンビームエッチング装置が記載されている。このイオンビームエッチング装置では、溝加工と同時にレーザ光を偏光窓を介してＳ偏光光又はＰ偏光光として被処理物に照射し、被処理物からの０次及び１次の回折光を検出することにより、被処理物に形成されつつある溝の深さを連続的に計測可能である。
【特許文献１】特開平６−９４４２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述のイオンビームエッチング装置では、エッチング処理によって被処理物から発生する粒子が偏光窓上に堆積するため、堆積した粒子によってレーザ光が遮断されてしまう。このため、溝の深さの検出精度が低下してしまうと共に、長期的に安定した計測が困難になる。具体的には、数回程度の計測を行うと、偏光窓が汚れて計測が困難になる。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、被処理物のエッチング量を長期的に安定して計測できるエッチング量計測装置、エッチング装置及びエッチング量計測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】
【０００６】
上述の課題を解決するため、本発明のエッチング量計測装置は、プラズマ中の活性種を用いて被処理物をエッチングする際に、前記被処理物のエッチング量を計測するためのエッチング量計測装置であって、前記活性種の一部を導入するための導入口が形成されたチャンバと、前記チャンバ内に収容され前記活性種の一部によってエッチングされる被処理部材と、前記被処理部材から発生する物質を受けると共に、受けた前記物質の質量を検出する質量検出素子とを備える。
【０００７】
ここで、被処理物及び被処理部材は共にエッチングされるので、被処理物のエッチング量と被処理部材のエッチング量とは相関関係を有する。さらに、被処理部材のエッチング量と検出される物質の質量とは相関関係を有する。したがって、本発明のエッチング量計測装置によれば、検出された物質の質量と被処理物のエッチング量との関係式を予め算出することにより、検出された物質の質量から被処理物のエッチング量を算出することができる。本発明のエッチング量計測装置では、偏光窓上に堆積した粒子によってレーザ光が遮断されるといったことがないので、被処理物のエッチング量を長期的に安定して計測できる。
【０００８】
また、前記質量検出素子は、受けた前記物質の質量の変化に応じて共振周波数が変化する部材と、前記部材の共振周波数を検出するセンサとを有することが好ましい。この場合、被処理部材から発生する物質が部材に付着することによって当該部材の共振周波数が変化する。よって、センサが部材の共振周波数の変化を検出することにより、部材に付着した物質の質量を検出することができる。
【０００９】
また、前記質量検出素子は、受けた前記物質の質量を検出する質量分析器を有することが好ましい。この場合、受けた物質が微量であっても当該物質の質量を高精度に検出することができる。
【００１０】
また、上記エッチング量計測装置は、前記被処理部材を支持しており、前記活性種の一部の前記被処理部材への入射角を調整する角度調整部を更に備えることが好ましい。この場合、入射角を調整することによって、被処理部材から発生した物質のうち質量検出素子に到達する物質の量を調整することができる。
【００１１】
また、前記被処理部材のエッチング速度は、前記被処理物のエッチング速度よりも大きいことが好ましい。この場合、被処理物よりも被処理部材の方がエッチングされ易いので、被処理物のエッチング量を高感度で計測することができる。
【００１２】
また、上記エッチング量計測装置は、前記活性種の一部のエネルギーを調整するためのエネルギー調整部を更に備えることが好ましい。これにより、被処理部材のエッチング速度を調整することができるので、被処理部材から発生する物質の質量を調整することができる。
【００１３】
また、前記エネルギー調整部は、前記導入口の周囲に設けられた電極部を有することが好ましい。この場合、電極部に電圧を印加することができるので、導入口からチャンバ内に導入される活性種の一部のエネルギーを調整することができる。例えば、活性種の一部に正イオンが含まれる場合には、電極部に正電圧を印加すると、活性種の一部のエネルギーを低減することができる。
【００１４】
また、前記電極部は、第１の電極と、前記第１の電極と前記被処理部材との間に配置された第２の電極とを有することが好ましい。この場合、第１及び第２の電極に別々の電圧を印加することができるので、それぞれに印加する電圧を調整することにより、活性種の一部のエネルギーを調整し易くなる。例えば活性種の一部に電子が含まれる場合には、第１の電極に負電圧を印加すると、当該電子がチャンバ内に侵入することを抑制できる。また、例えば活性種の一部に正イオンが含まれる場合には、第２の電極に正電圧を印加すると、活性種の一部のエネルギーを低減することができる。
【００１５】
また、前記エネルギー調整部は、前記被処理部材に電気的に接続された電源を有することが好ましい。この場合、被処理部材に電圧を印加することができるので、被処理部材に入射する活性種の一部のエネルギーを調整することができる。
【００１６】
また、前記チャンバは前記被処理部材から発生した前記物質を放出するための放出口を有しており、前記質量検出素子は前記チャンバ外に設けられており、上記エッチング量計測装置は、前記放出口と前記質量検出素子とを接続する管を更に備えることが好ましい。この場合、管によって質量検出素子の位置をチャンバ近傍から離すことができるので、チャンバの温度上昇に起因する質量検出素子の温度上昇を抑制することができる。また、例えば放出口の径、管径及び管の長さ等を調整することによって、質量検出素子に到達する物質の質量を調整することができる。
【００１７】
本発明のエッチング装置は、プラズマ中の活性種を用いて被処理物をエッチングする際に、前記被処理物のエッチング量を計測するためのエッチング量計測装置を備え、前記エッチング量計測装置は、前記活性種の一部を導入するための導入口が形成されたチャンバと、前記チャンバ内に収容され前記活性種の一部によってエッチングされる被処理部材と、前記被処理部材から発生する物質を受けると共に、受けた前記物質の質量を検出する質量検出素子とを有する。
【００１８】
本発明のエッチング装置は上述のエッチング量計測装置を備えるので、偏光窓上に堆積した粒子によってレーザ光が遮断されるといったことがない。したがって、本発明のエッチング装置では、被処理物のエッチング量を長期的に安定して計測できる。
【００１９】
本発明のエッチング量計測方法は、プラズマ中の活性種を用いて被処理物をエッチングする際に、前記被処理物のエッチング量を計測するエッチング量計測方法であって、(ａ)前記被処理物をエッチングすると共に、前記活性種の一部を用いて被処理部材をエッチングする工程と、(ｂ)エッチングされた前記被処理部材から発生する物質を質量検出素子で受けると共に、受けた前記物質の質量を検出する工程と、(ｃ)検出された前記物質の質量と前記被処理物のエッチング量との予め算出された関係式を用いて、前記被処理物のエッチング量を算出する工程とを含む。
【００２０】
本発明のエッチング量計測方法によれば、偏光窓上に堆積した粒子によってレーザ光が遮断されるといったことがないので、被処理物のエッチング量を長期的に安定して計測できる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、被処理物のエッチング量を長期的に安定して計測できるエッチング量計測装置、エッチング装置及びエッチング量計測方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一又は同等の要素には同一符号を用い、重複する説明を省略する。
【００２３】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係るイオンビームエッチング装置を模式的に示す図である。図１に示されるイオンビームエッチング装置１０は、イオンビーム２６（活性種ビーム）を発生させるイオン源１４と、イオンビーム２６が照射される基板２２（被処理物）を収容するチャンバ１２とを備える。イオンビーム２６はチャンバ１２内を進行し、基板２２に入射される。基板２２は、イオンビーム２６によってエッチングされる。基板２２は、接地された基板ホルダ２０によって支持されている。基板２２は、例えばシリコンウェハである。イオンビーム２６は、例えばＡｒ＋等の陽イオンを含む。
【００２４】
イオン源１４には、プラズマ２８を生成するためのガスを供給するガス供給源１６が接続されている。プラズマ２８は、例えば、ガス供給源１６から放電容器内に供給されたガスに、コイルを用いて高周波電力を印加することによって生成される。イオンビーム２６は、例えば引き出し電極を用いてプラズマ２８中のイオンを引き出すことによって出射される。チャンバ１２内には、イオンビーム２６を中和するためのニュートライザ２４が設置されている。例えばイオンビーム２６がＡｒ＋等の陽イオンを含む場合には、ニュートライザ２４から電子が放出される。また、チャンバ１２には、チャンバ１２内を所定の圧力（例えば０．０５Ｐａ）に維持するための真空ポンプ１８が接続されている。
【００２５】
イオンビームエッチング装置１０は、イオンビーム２６を用いて基板２２のエッチングをする際に、基板２２のエッチング量（エッチング深さ）をリアルタイムに計測するためのエッチング量計測装置５０を備える。エッチング量計測装置５０には、イオンビーム２６の一部２６ａが照射される。エッチング量計測装置５０は、チャンバ１２内においてエッチング処理に影響を与え難い適切な位置に配置されることが好ましい。エッチング量計測装置５０は、例えばエッチング終点検出装置として好適に用いられる。例えば、エッチング量計測装置５０を用いて計測された基板２２のエッチング量が、所定値に到達した時点をエッチング終点と判断し、当該時点でエッチング処理を停止する。これにより、所望のエッチング量においてエッチング処理を停止することができる。
【００２６】
図２は、第１実施形態に係るエッチング量計測装置を模式的に示す断面図である。図２に示されるエッチング量計測装置５０は、イオンビーム２６の一部２６ａを導入するための導入口５８ａが形成されたチャンバ５８と、チャンバ５８内に収容されイオンビーム２６の一部２６ａによってエッチングされる被処理部材６０と、被処理部材６０から発生する物質６４を受けると共に、受けた物質６４の質量を検出する質量検出素子７０とを有する。物質６４は、例えば、被処理部材６０がスパッタリングされることによって発生する粒子である。
【００２７】
イオンビームエッチング装置１０では、基板２２及び被処理部材６０が共にエッチングされるので、基板２２のエッチング量と被処理部材６０のエッチング量とは相関関係を有する。通常、基板２２のエッチング量が大きくなるに連れて被処理部材６０のエッチング量も大きくなる。また、被処理部材６０のエッチング量と検出される物質６４の質量とは相関関係を有する。通常、被処理部材６０のエッチング量が大きくなるに連れて検出される物質６４の質量も大きくなる。よって、検出された物質６４の質量と基板２２のエッチング量とは相関関係を有する。
【００２８】
したがって、本実施形態のエッチング量計測装置５０によれば、検出された物質６４の質量と基板２２のエッチング量との関係式を予め算出することにより、検出された物質６４の質量から基板２２のエッチング量をリアルタイムに算出することができる。
【００２９】
チャンバ５８は物質６４を放出するための放出口５８ｂを有することが好ましい。この場合、質量検出素子７０はチャンバ５８外に設けられることが好ましい。また、エッチング量計測装置５０は、放出口５８ｂと質量検出素子７０とを接続する短管８０（管）を更に備えることが好ましい。この短管８０によって、質量検出素子７０の位置をチャンバ５８近傍から離すことができるので、チャンバ５８の温度上昇に起因する質量検出素子７０の温度上昇を抑制することができる。また、例えば放出口５８ｂの径、短管８０の径及び短管８０の長さ等を調整することによって、質量検出素子７０に到達する物質６４の質量を調整することができる。
【００３０】
チャンバ５８は、例えば、開口５２ａ及び開口５２ｂが形成されたケーシング５２と、開口５２ａに設けられたアパーチャ５４と、開口５２ｂに設けられたアパーチャ５６とを備える。チャンバ５８は、例えば接地されている。導入口５８ａは、アパーチャ５４によって形成される。アパーチャ５４は、導入口５８ａの径を調整することができるので、イオンビーム２６の一部２６ａの通過量（イオンビームフラックスともいう。）を調整することができる。放出口５８ｂは、アパーチャ５６によって形成されている。アパーチャ５６は、放出口５８ｂの径を調整することができるので、物質６４の通過量を調整することができる。また、アパーチャ５６は、物質６４が短管８０の内壁に付着することを抑制できる。その結果、エッチング量計測装置５０のメンテナンスが容易になる。
【００３１】
質量検出素子７０は、受けた物質６４の質量の変化に応じて共振周波数が変化する部材７２と、部材７２の共振周波数を検出するセンサ７４とを有することが好ましい。この場合、被処理部材６０から発生する物質６４が部材７２に付着することによって部材７２の共振周波数が変化する。部材７２の共振周波数は、例えば、部材７２上に物質６４が堆積されてなる膜の厚さに応じて変化する。よって、センサ７４が部材７２の共振周波数の変化を検出することにより、部材７２に付着した物質６４の質量を検出することができる。
【００３２】
部材７２は、例えば水晶振動子等の振動子であることが好ましい。この場合、部材７２に付着した物質６４の質量を高精度に検出することができる。
【００３３】
また、エッチング量計測装置５０は、被処理部材６０を支持しており、イオンビーム２６の一部２６ａの被処理部材６０への入射角θを調整する角度調整部６２を更に備えることが好ましい。入射角θは、イオンビーム２６の一部２６ａの進行方向と、被処理部材６０の被処理面６０ａの法線とのなす角である。角度調整部６２は、被処理部材６０の被処理面６０ａを傾けることができる。
【００３４】
入射角θを調整することによって、被処理部材６０から発生した物質６４のうち質量検出素子７０に到達する物質６４の量を調整することができる。その結果、部材７２上に物質６４が堆積されてなる膜の成膜速度を調整することができる。
【００３５】
また、イオンビーム２６がエッチング量計測装置５０に照射されることにより、エッチング量計測装置５０の温度が上昇するため、エッチング量計測装置５０は水冷手段（図示せず）等により冷却されることが好ましい。エッチング量計測装置５０の温度上昇を抑制することにより、被処理部材６０のエッチング速度の変動を抑制すると共に質量検出素子７０への熱的影響を抑制することができる。
【００３６】
被処理部材６０のエッチング速度は、基板２２のエッチング速度よりも大きいことが好ましい。この場合、基板２２よりも被処理部材６０の方がエッチングされ易いので、基板２２のエッチング量を高感度で計測することができる。被処理部材６０のエッチング速度は、被処理部材６０の材料を選択することによって変化する。材料を適宜選択することによって、最大エッチング速度を、最小エッチング速度の４倍程度まで変えることができる。
【００３７】
また、被処理部材６０のエッチング速度は、基板２２のエッチング速度と同じでもよい。この場合、基板２２のエッチング量を算出し易くなる。さらに、被処理部材６０のエッチング速度は、基板２２のエッチング速度より小さくしてもよい。この場合、被処理部材６０及び部材７２の寿命が長くなるので、基板２２のエッチング量を更に長期的に安定して計測できる。
【００３８】
図３は、第１実施形態に係るエッチング量計測方法の各工程を示すフローチャートである。本実施形態に係るエッチング量計測方法は、上述のエッチング量計測装置５０を用いることによって好適に実施される。本実施形態に係るエッチング量計測方法は、イオンビーム２６を用いて基板２２をエッチングする際に、基板２２のエッチング量を計測する方法である。また、このエッチング量計測方法では、以下の工程(ａ)〜工程(ｃ)を実施することが好ましい。
【００３９】
（エッチング工程(ａ)）
まず、イオンビーム２６を用いて基板２２をエッチングすると共に、イオンビーム２６の一部２６ａを用いて被処理部材６０をエッチングする（工程Ｓ１）。
【００４０】
（質量検出工程(ｂ)）
次に、エッチングされた被処理部材６０から発生する物質６４を質量検出素子７０で受けると共に、質量検出素子７０によって受けた物質６４の質量を検出する（工程Ｓ２）。
【００４１】
（エッチング量算出工程(ｃ)）
次に、検出された物質６４の質量と基板２２のエッチング量との予め算出された関係式を用いて、基板２２のエッチング量を算出する（工程Ｓ３）。
【００４２】
本実施形態のエッチング量計測装置５０及びイオンビームエッチング装置１０を用いたエッチング量計測方法では、偏光窓上に堆積した粒子によってレーザ光が遮断されるといったことがない。したがって、基板２２のエッチング量を長期的に安定して計測できる。
【００４３】
また、従来のエッチング量計測方法としては、例えば、イオン源の引き出し電極に流れる電流を計測してイオンビーム電流を見積もり、引き出し電極に流れる電流値からエッチング量を算出する方法（以下、「従来方法１」という。）、被処理物に流れる電流を計測してイオンビーム電流を見積もり、被処理物に流れる電流値からエッチング量を算出する方法（以下、「従来方法２」という。）等が知られている。
【００４４】
従来方法１では、例えば、イオン源の引き出し電極に流れる電流からイオンビーム電流を見積もる際に誤差が生じる。また、その誤差は一定ではないので、エッチング量を安定して計測することができない。具体的には、誤差の要因は以下のように考えられる。
【００４５】
例えば、３枚の電極板からなる引き出し電極を用いる場合について検討する。なお、イオン源に最も近い電極はスクリーングリッドと呼ばれ、中間の電極はアクセラレータと呼ばれ、イオン源から最も遠い電極はデセレータと呼ばれる。この場合、イオンビーム電流の値は、通常、スクリーングリッドに流れる電流とスクリーングリッドの開口率とを用いて算出された暫定的なイオンビーム電流の値から、アクセラレータに流れる電流を引いた値とされる。デセレータは通常接地されているので、デセレータに流れる電流を計測することはできない。
【００４６】
したがって、アクセラレータを通過したイオンビームがデセレータに接触した時に、電流がデセレータに流れることによってイオンビーム電流が減少しても分からない。イオンビームがデセレータにどの程度接触するかは、スクリーングリッドに印加される電圧、アクセラレータに印加される電圧、チャンバ内の真空度、電子ビームの電流量、イオン源のプラズマ密度、並びに、引き出し電極を構成する各電極板の開口率及び穴の位置等に依存する。このように、引き出し電極に流れる電流からエッチング量を高精度に計測することはできない。
【００４７】
なお、例えば２枚の電極板からなる引き出し電極を用いる場合、デセレータが存在しないので、デセレータに起因するイオンビーム電流の不安定性は解消される。しかしながら、引き出し電極から出射されるイオンビームは、被処理物と引き出し電極との間において減速しながら進行するので、イオンビームが発散してしまう。この発散の度合いも、上述のように、スクリーングリッドに印加される電圧、アクセラレータに印加される電圧、チャンバ内の真空度、電子ビームの電流量、イオン源のプラズマ密度、並びに、引き出し電極を構成する各電極板の開口率及び穴の位置等に依存する。したがって、従来方法１では、エッチング量を高精度に計測することはできない。
【００４８】
一方、従来方法２では、被処理物に流れる電流を計測するために、被処理物と被処理物を固定する基板ホルダとの電気的な接続（コンタクト）を取る必要がある。しかしながら、そのようなコンタクトを毎回確実にとることは難しい。また、被処理物の帯電を抑制するために、電子をイオンビーム中に導入しているので、理想的には、被処理物に流れる電流はゼロになる。現実には被処理物の帯電を中和しきれないので、被処理物に流れる電流を測定できる。しかしながら、被処理物を流れる電流の値はイオンビーム電流の値の千分の一以下であるため、高精度にエッチング量を計測することはできない。
【００４９】
さらに、従来方法１及び従来方法２では、例えば、エッチング装置の汚染、引き出し電極の消耗及び被処理面におけるパターン変動といった経時変化する要素が多数存在するため、高精度にエッチング量を計測することができない。
【００５０】
これに対して、本実施形態のエッチング量計測装置５０及びイオンビームエッチング装置１０を用いたエッチング量計測方法では、従来方法１及び従来方法２のいずれととも異なるので、高精度にエッチング量を計測することができる。
【００５１】
（第２実施形態）
図４は、第２実施形態に係るエッチング量計測装置を模式的に示す断面図である。図４に示されるエッチング量計測装置１５０は、第１実施形態に係るエッチング量計測装置５０と同様の構成を有している。本実施形態に係るエッチング量計測装置１５０を、第１実施形態に係るエッチング量計測装置５０に代えて用いると、第１実施形態と同様の作用効果が得られる。
【００５２】
さらに、エッチング量計測装置１５０では、短管８０ａの長さが、エッチング量計測装置５０における短管８０の長さよりも長くなっている。このため、短管８０ａによって、質量検出素子７０の位置をチャンバ５８近傍から更に離すことができるので、チャンバ５８の温度上昇に起因する質量検出素子７０の温度上昇を一層抑制することができる。
【００５３】
（第３実施形態）
図５は、第３実施形態に係るエッチング量計測装置を模式的に示す断面図である。図５に示されるエッチング量計測装置２５０は、第１実施形態に係るエッチング量計測装置５０の構成に加えて、イオンビーム２６の一部２６ａのエネルギーを調整するためのエネルギー調整部９１を更に備える。これにより、基板２２のエッチング速度とは独立に、被処理部材６０のエッチング速度を調整することができるので、被処理部材６０から発生する物質６４の質量を調整することができる。イオンビーム２６のエネルギーは、例えば１０００ｅＶ（１．６×１０−１６Ｊ）である。
【００５４】
エネルギー調整部９１を用いて、例えばイオンビーム２６の一部２６ａのエネルギーを低減すると、被処理部材６０のエッチング速度を低下できるので、被処理部材６０の寿命が長くなる。また、部材７２上に物質６４が堆積されてなる膜の成膜速度を低減することができるので、部材７２の交換頻度を少なくできる。例えば部材７２が水晶振動子の場合、通常、膜厚５μｍ以下で交換が行われる。よって、高速エッチングを行う場合には、数十回から１００回程度の処理ごとに部材７２を交換することが望ましい。
【００５５】
エネルギー調整部９１は、導入口５８ａの周囲に設けられた電極部９０を有することが好ましい。この場合、電極部９０に電圧を印加することができるので、導入口５８ａからチャンバ５８内に導入されるイオンビーム２６の一部２６ａのエネルギーを調整することができる。例えば、イオンビーム２６の一部２６ａに正イオンが含まれる場合には、電極部９０に正電圧を印加すると、イオンビーム２６の一部２６ａのエネルギーを低減することができる。
【００５６】
電極部９０は、チャンバ５８内に設けられることが好ましい。この場合、チャンバ５８のアパーチャ５４は、電極部９０がイオンビーム２６の一部２６ａに晒されることを抑制するカバー部材としても機能する。
【００５７】
電極部９０は、第１の電極９２と、電極９２と被処理部材６０との間に配置された第２の電極９４とを有することが好ましい。この場合、電極９２，９４に別々の電圧を印加することができるので、それぞれに印加する電圧を調整することにより、イオンビーム２６の一部２６ａのエネルギーを調整し易くなる。電極９２は、絶縁部材９６を介してチャンバ５８に固定されることが好ましい。電極９４は、絶縁部材９６を介して電極９２に固定されることが好ましい。
【００５８】
電極９２には電源８２が電気的に接続されており、電極９４には電源８４が電気的に接続されていることが好ましい。ここで、イオンビーム２６内の空間電荷を中和し、イオンビーム２６の発散を抑制するために、例えばイオンビーム２６に電子が含まれる場合がある。この場合、電源８２は電極９２に負の直流電圧を印加可能であることが好ましい。電極９２に負電圧を印加すると、例えばイオンビーム２６の一部２６ａに含まれる電子又はイオンビーム２６がチャンバ５８に照射されることによって生じる２次電子等がチャンバ５８内に侵入することを抑制できる。さらに、電極９２に負電圧を印加することによって、電極９２，９４間の直流放電を抑制することができる。
【００５９】
また、例えばイオンビーム２６の一部２６ａに正イオンが含まれる場合には、電源８４は電極９４に正の直流電圧を印加可能であることが好ましい。電極９４に正電圧を印加すると、電極９４が形成する静電界により、イオンビーム２６の一部２６ａのエネルギーを低減することができる。
【００６０】
また、例えば電極９４に所定値の正電圧を印加した場合、電極９４に流れる電流が最小になるように、電極９２に印加する負電圧の値を調整することが好ましい。
【００６１】
なお、本実施形態に係るエッチング量計測装置２５０を、第１実施形態に係るエッチング量計測装置５０に代えて用いると、第１実施形態と同様の作用効果も得られる。
【００６２】
（第４実施形態）
図６は、第４実施形態に係るエッチング量計測装置を模式的に示す断面図である。図６に示されるエッチング量計測装置３５０は、第１実施形態に係るエッチング量計測装置５０の構成に加えて、イオンビーム２６の一部２６ａのエネルギーを調整するためのエネルギー調整部９１ａを更に備える。エネルギー調整部９１ａは、被処理部材６０に電気的に接続された電源９８を有することが好ましい。
【００６３】
本実施形態に係るエッチング量計測装置３５０では、第３実施形態に係るエッチング量計測装置２５０に比べて装置構成が簡単になる。また、被処理部材６０に電圧を印加することができるので、被処理部材６０に入射するイオンビーム２６の一部２６ａのエネルギーを調整することができる。例えばイオンビーム２６の一部２６ａに正イオンが含まれる場合には、電源９８は被処理部材６０に正電圧を印加可能であることが好ましい。被処理部材６０に正電圧を印加すると、被処理部材６０に入射するイオンビーム２６の一部２６ａのエネルギーを低減することができる。
【００６４】
なお、本実施形態に係るエッチング量計測装置３５０を、第１実施形態に係るエッチング量計測装置５０に代えて用いると、第１実施形態と同様の作用効果も得られる。また、エネルギー調整部９１ａが、図５に示される電極部９０を有してもよい。
【００６５】
（第５実施形態）
図７は、第５実施形態に係るエッチング量計測装置を模式的に示す断面図である。図７に示されるエッチング量計測装置４５０は、第１実施形態に係るエッチング量計測装置５０の質量検出素子７０に代えて、質量検出素子７０ａを備える。質量検出素子７０ａは、受けた物質６４の質量を検出する質量分析器１００を有することが好ましい。この場合、受けた物質６４が微量であっても物質６４の質量を高精度に検出することができる。したがって、質量検出素子７０を用いた場合に比べて、エッチング速度の小さい被処理部材６０を用いることができる。
【００６６】
なお、本実施形態に係るエッチング量計測装置４５０を、第１実施形態に係るエッチング量計測装置５０に代えて用いると、第１実施形態と同様の作用効果も得られる。また、エッチング量計測装置４５０が、エネルギー調整部９１ａを更に備えてもよい。
【００６７】
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記各実施形態に限定されない。
【００６８】
例えば、プラズマ中の活性種としては、イオンに限定されず、例えばラジカル等でもよい。また、プラズマ中の活性種は、ビームを形成していなくてもよい。
【００６９】
また、上記第１〜第５実施形態に係るエッチング量計測装置を、例えばプラズマエッチング装置等に用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】第１実施形態に係るイオンビームエッチング装置を模式的に示す図である。
【図２】第１実施形態に係るエッチング量計測装置を模式的に示す断面図である。
【図３】第１実施形態に係るエッチング量計測方法の各工程を示すフローチャートである。
【図４】第２実施形態に係るエッチング量計測装置を模式的に示す断面図である。
【図５】第３実施形態に係るエッチング量計測装置を模式的に示す断面図である。
【図６】第４実施形態に係るエッチング量計測装置を模式的に示す断面図である。
【図７】第５実施形態に係るエッチング量計測装置を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００７１】
２２…基板（被処理物）、２６…イオンビーム（活性種）、２８…プラズマ、２６ａ…イオンビームの一部（活性種の一部）、５０，１５０，２５０，３５０，４５０…エッチング量計測装置、５８…チャンバ、５８ａ…導入口、５８ｂ…放出口、６０…被処理部材、６２…角度調整部、６４…物質、７０，７０ａ…質量検出素子、７２…部材、７４…センサ、８０…短管（管）、９０…電極部、９１，９１ａ…エネルギー調整部、９２…第１の電極、９４…第２の電極、９８…電源、１００…質量分析器。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ中の活性種を用いて被処理物をエッチングする際に、前記被処理物のエッチング量を計測するためのエッチング量計測装置であって、
前記活性種の一部を導入するための導入口が形成されたチャンバと、
前記チャンバ内に収容され前記活性種の一部によってエッチングされる被処理部材と、
前記被処理部材から発生する物質を受けると共に、受けた前記物質の質量を検出する質量検出素子と、
を備える、エッチング量計測装置。
【請求項２】
前記質量検出素子は、受けた前記物質の質量の変化に応じて共振周波数が変化する部材と、前記部材の共振周波数を検出するセンサとを有する、請求項１に記載のエッチング量計測装置。
【請求項３】
前記質量検出素子は、受けた前記物質の質量を検出する質量分析器を有する、請求項１に記載のエッチング量計測装置。
【請求項４】
前記被処理部材を支持しており、前記活性種の一部の前記被処理部材への入射角を調整する角度調整部を更に備える、請求項１〜３のいずれか一項に記載のエッチング量計測装置。
【請求項５】
前記被処理部材のエッチング速度は、前記被処理物のエッチング速度よりも大きい、請求項１〜４のいずれか一項に記載のエッチング量計測装置。
【請求項６】
前記活性種の一部のエネルギーを調整するためのエネルギー調整部を更に備える、請求項１〜５のいずれか一項に記載のエッチング量計測装置。
【請求項７】
前記エネルギー調整部は、前記導入口の周囲に設けられた電極部を有する、請求項６に記載のエッチング量計測装置。
【請求項８】
前記電極部は、第１の電極と、前記第１の電極と前記被処理部材との間に配置された第２の電極とを有する、請求項７に記載のエッチング量計測装置。
【請求項９】
前記エネルギー調整部は、前記被処理部材に電気的に接続された電源を有する、請求項６〜８のいずれか一項に記載のエッチング量計測装置。
【請求項１０】
前記チャンバは前記物質を放出するための放出口を有しており、
前記質量検出素子は前記チャンバ外に設けられており、
前記放出口と前記質量検出素子とを接続する管を更に備える、請求項１〜９のいずれか一項に記載のエッチング量計測装置。
【請求項１１】
プラズマ中の活性種を用いて被処理物をエッチングする際に、前記被処理物のエッチング量を計測するためのエッチング量計測装置を備え、
前記エッチング量計測装置は、前記活性種の一部を導入するための導入口が形成されたチャンバと、前記チャンバ内に収容され前記活性種の一部によってエッチングされる被処理部材と、前記被処理部材から発生する物質を受けると共に、受けた前記物質の質量を検出する質量検出素子とを有する、エッチング装置。
【請求項１２】
プラズマ中の活性種を用いて被処理物をエッチングする際に、前記被処理物のエッチング量を計測するエッチング量計測方法であって、
前記被処理物をエッチングすると共に、前記活性種の一部を用いて被処理部材をエッチングする工程と、
エッチングされた前記被処理部材から発生する物質を質量検出素子で受けると共に、受けた前記物質の質量を検出する工程と、
検出された前記物質の質量と前記被処理物のエッチング量との予め算出された関係式を用いて、前記被処理物のエッチング量を算出する工程と、
を含む、エッチング量計測方法。
【請求項１】
プラズマ中の活性種を用いて被処理物をエッチングする際に、前記被処理物のエッチング量を計測するためのエッチング量計測装置であって、
前記活性種の一部を導入するための導入口が形成されたチャンバと、
前記チャンバ内に収容され前記活性種の一部によってエッチングされる被処理部材と、
前記被処理部材から発生する物質を受けると共に、受けた前記物質の質量を検出する質量検出素子と、
を備える、エッチング量計測装置。
【請求項２】
前記質量検出素子は、受けた前記物質の質量の変化に応じて共振周波数が変化する部材と、前記部材の共振周波数を検出するセンサとを有する、請求項１に記載のエッチング量計測装置。
【請求項３】
前記質量検出素子は、受けた前記物質の質量を検出する質量分析器を有する、請求項１に記載のエッチング量計測装置。
【請求項４】
前記被処理部材を支持しており、前記活性種の一部の前記被処理部材への入射角を調整する角度調整部を更に備える、請求項１〜３のいずれか一項に記載のエッチング量計測装置。
【請求項５】
前記被処理部材のエッチング速度は、前記被処理物のエッチング速度よりも大きい、請求項１〜４のいずれか一項に記載のエッチング量計測装置。
【請求項６】
前記活性種の一部のエネルギーを調整するためのエネルギー調整部を更に備える、請求項１〜５のいずれか一項に記載のエッチング量計測装置。
【請求項７】
前記エネルギー調整部は、前記導入口の周囲に設けられた電極部を有する、請求項６に記載のエッチング量計測装置。
【請求項８】
前記電極部は、第１の電極と、前記第１の電極と前記被処理部材との間に配置された第２の電極とを有する、請求項７に記載のエッチング量計測装置。
【請求項９】
前記エネルギー調整部は、前記被処理部材に電気的に接続された電源を有する、請求項６〜８のいずれか一項に記載のエッチング量計測装置。
【請求項１０】
前記チャンバは前記物質を放出するための放出口を有しており、
前記質量検出素子は前記チャンバ外に設けられており、
前記放出口と前記質量検出素子とを接続する管を更に備える、請求項１〜９のいずれか一項に記載のエッチング量計測装置。
【請求項１１】
プラズマ中の活性種を用いて被処理物をエッチングする際に、前記被処理物のエッチング量を計測するためのエッチング量計測装置を備え、
前記エッチング量計測装置は、前記活性種の一部を導入するための導入口が形成されたチャンバと、前記チャンバ内に収容され前記活性種の一部によってエッチングされる被処理部材と、前記被処理部材から発生する物質を受けると共に、受けた前記物質の質量を検出する質量検出素子とを有する、エッチング装置。
【請求項１２】
プラズマ中の活性種を用いて被処理物をエッチングする際に、前記被処理物のエッチング量を計測するエッチング量計測方法であって、
前記被処理物をエッチングすると共に、前記活性種の一部を用いて被処理部材をエッチングする工程と、
エッチングされた前記被処理部材から発生する物質を質量検出素子で受けると共に、受けた前記物質の質量を検出する工程と、
検出された前記物質の質量と前記被処理物のエッチング量との予め算出された関係式を用いて、前記被処理物のエッチング量を算出する工程と、
を含む、エッチング量計測方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００６−３４４７４５（Ｐ２００６−３４４７４５Ａ）
【公開日】平成１８年１２月２１日（２００６．１２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１６８５４５（Ｐ２００５−１６８５４５）
【出願日】平成１７年６月８日（２００５．６．８）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１２月２１日（２００６．１２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年６月８日（２００５．６．８）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【Ｆターム（参考）】
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