説明

周波数調整装置

【課題】シャッタ端面での反射イオンや反跳粒子の影響を少なくし、周波数調整を精度よく行うことが可能な周波数調整装置を提供する。
【解決手段】パターンマスク15のマスク穴15aを介してウエハ10に対してイオンビームBを照射すると共に、所定のマスク穴を選択的に開閉し、ねらいの素子のイオンビーム照射時間を調整するシャッタ14を設ける。シャッタ14の端面14aをイオンビームの拡散角度よりも大きい傾斜角度を有する傾斜面とすることで、シャッタ端面14aでの反射イオンや反跳粒子を少なくできる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明はウエハ上に形成された素子をイオンビームでエッチングして周波数を調整する装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、圧電素子をイオンビームでエッチングすることにより、圧電素子の周波数を調整する方法が知られている。その際、生産性を向上させるために、ウエハ上に複数の素子を形成、または配置し、同時に複数の素子の周波数調整を行う方法がとられている。このような周波数調整装置において、所望の素子以外にイオンビームが照射されないようにパターンマスクでマスキング(遮蔽)し、パターンマスクの上に所定のマスク穴を選択的に開閉してねらいの素子のイオンビーム照射時間を調整するシャッタを設けたものがある(例えば特許文献1参照)。
【0003】
図9は先行技術の周波数調整装置の一例を示し、可動ステージ150の上に圧電基板(ウエハ)151を配置し、その上にねらいの圧電素子151aを選択的に露出させるマスク穴152aを有するパターンマスク152を配置し、その上にシャッタ153を配置してある。シャッタ153は矢印方向に開閉駆動され、マスク穴152aを閉じることで、上方から照射されるイオンビームBを遮蔽することができる。
【0004】
イオンビームBはイオンガンによって生成され、各イオンビームBの照射方向はできるだけウエハに垂直になるように調整されているが、多少の拡散角度を有する。シャッタ153は開位置においてマスク穴152aの近傍で停止している。そのため、図9に示すように拡散したイオンビームBの一部がシャッタ153の端面153aで反射したり、シャッタ153の端面153aをスパッタすることがある。このような反射イオンb1やスパッタ粒子(反跳粒子)b2が圧電素子151aに入射することにより、圧電素子151aを所望以上にエッチングしたり、想定外の堆積物が付着することで、圧電素子151aの表面が汚染されるといった悪影響を及ぼす。
【0005】
図10はマスク穴の開口幅とイオンビームによるエッチング量との関係を示したものである。マスク穴の左側にシャッタが近接している。図10から明らかなように、エッチングされた凹部が平坦な底面を有さず、ばらつきがあることがわかる。これはシャッタの端面で反射したイオンビームや反跳粒子に起因していると考えられる。このようなエッチング量のばらつきがあると、電極の形状やイオンビームが照射される位置により、エッチングによる周波数変化量が異なるため、周波数調整精度の低下につながる。
【0006】
上記問題を解決するには、
(1)シャッタの退避距離を大きくとり、反射イオンや反跳粒子の影響が圧電素子に及ばないようにする、
(2)シャッタの厚みを極薄くし、シャッタ端面に入射するイオンの影響を少なくする、
などが挙げられるが、それぞれに欠点がある。
【0007】
(1)の場合、シャッタ端面で反射したイオンや反跳粒子は、イオンビームの入射角と完全に同一にならず広範囲の放出角をとるため、圧電素子への影響が及ばないようにするには十分に退避させる必要がある。しかし、シャッタの退避距離を大きくとると、シャッタ機構全体が大きくなる。先行技術では、電極をマトリックス状に配置して複数素子を同時に周波数調整するが、シャッタ機構全体が大きくなることでシャッタの集積性が低下し、効率が悪くなる。また、シャッタの退避距離を大きくとると、それだけ動作時間がかかるので、タイムラグが増大し、調整精度の低下につながる。
(2)の場合、イオンビームによりシャッタもエッチングされるため、シャッタの厚みを極端に薄くすると、寿命の面で実用的ではない。
【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】
【0008】
本発明の目的は、シャッタ端面での反射イオンや反跳粒子の影響を少なくし、周波数調整を精度よく行うことが可能な周波数調整装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0009】
前記目的を達成するため、本発明は、複数の素子が設けられたウエハの上に配
置され、ねらいの素子を選択的に露出させるマスク穴を有するパターンマスクと、前記マスク穴を介して前記ウエハに対してイオンビームを照射するエッチング用イオンガンと、前記パターンマスクとイオンガンとの間に配置され、所定のマスク穴を選択的に開閉し、ねらいの素子のイオンビーム照射時間を調整するシャッタと、を備えた周波数調整装置において、前記シャッタの端面は、イオンビームの拡散角度よりも大きい傾斜角度を有するようイオンビーム進行方向に対して逆テーパ状に傾斜していることを特徴とする周波数調整装置を提供する。
【0010】
本発明では、シャッタの端面がイオンビームの拡散角度よりも大きい傾斜角度を有する逆テーパ状であるため、端面の上縁が前方へ突出し、下縁が後方へ退避した位置にある。そのため、上方から降り注ぐイオンビームを上縁部で遮蔽し、端面へのイオンビームの入射を防ぐことができる。その結果、シャッタ端面での反射イオンや反跳粒子が発生せず、エッチング量のばらつきを小さくできる。また、シャッタの端面形状を変更するだけで、シャッタの退避距離を大きくとったり、シャッタの厚みを薄くしたりする必要がないので、それらに起因する問題も発生しない。
【0011】
シャッタの端面形状としては、種々のものが考えられる。本発明において、イオンビーム進行方向に対して逆テーパ状に傾斜しているとは、イオンビーム進行方向に対して拡散方向に傾斜していることを意味する。具体的には、シャッタの端面が一定の傾斜角を有する平坦な傾斜面であってもよいし、凹曲面状、凸曲面状、さらには階段状であってもよく、全体として傾斜しておればよい。その中でも、端面が一定の傾斜角を有する平坦な傾斜面である場合、イオンビームによってシャッタがエッチングされ、シャッタの厚みが薄くなった場合でも、形状変化が小さくて済み、イオンビームに対するシャッタの寿命の面で最も効果的である。
【0012】
シャッタの移動方向側の端面がイオンビーム進行方向に対して逆テーパ状に傾
斜しているのが好ましい。例えば、複数のシャッタを対向して近接配置した場合、隣接する一方のシャッタが閉じ、他方のシャッタが開いているとき、閉じているシャッタの端面で反射したイオンや反跳粒子が隣接する素子に入射することがある。その場合、移動方向側の端面を逆テーパ形状とすることにより、反射イオンや反跳粒子が隣接する素子に入射するのを防ぐことができ、集積性を向上させつつ高精度に周波数調整が行える。
【0013】
また、シャッタの移動方向と直交する側の端面がイオンビーム進行方向に対して逆テーパ状に傾斜している構造としてもよい。例えば、複数のシャッタを近接して並列配置した場合、隣接する一方のシャッタが閉じ、他方のシャッタが開いているとき、閉じているシャッタの側面(移動方向と直交する側の端面)で反射したイオンや反跳粒子が隣接する素子に入射することがある。その場合、シャッタの側面を逆テーパ形状とすることにより、反射イオンや反跳粒子が隣接する素子に入射するのを防ぐことができ、集積性を向上させつつ高精度に周波数調整が行える。
【0014】
シャッタの端面の傾斜角度は5°〜45°の範囲とするのがよい。イオンビームの拡散角度は、最大エッチング量の所定割合(例えば5%)となる位置での広がり量と、パターンマスクからウエハまでの距離との比に応じて決定され、通常の場合5〜8°程度である。そこで、シャッタの端面の傾斜角度を5°〜45°とすることで、イオンビームがシャッタの端面に当たる可能性が低くなり、反射イオンや反跳粒子の発生を抑制できる。
【発明の効果】
【0015】
以上のように、本発明によれば、イオンビーム照射時間を調整するシャッタの端面をイオンビームの拡散角度よりも大きい傾斜角度を有する逆テーパ状としたので、イオンビームがシャッタの端面に当たる可能性が低くなり、反射イオンや反跳粒子の発生を抑制できる。その結果、エッチング量のばらつきを小さくできると共に、シャッタの退避距離を大きくしたり、シャッタの厚みを薄くしたりする必要がないので、シャッタ機構が大型化したり、寿命が短くなる等の問題を解消できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0016】
以下に、本発明の好ましい実施の形態を、実施例に基づいて説明する。
【実施例1】
【0017】
図1,図2は本発明にかかる周波数調整装置の一例を示す。本周波数調整装置1は密閉構造の処理室2を備え、処理室2の側部には開閉扉3を介して真空ポンプ4が連設されている。真空ポンプ4を駆動することにより、処理室2の内部は所定の真空度に保たれている。処理室2の天井部にはエッチング用イオンガン5が設置されている。このイオンガン5は図1に示すように、所定範囲内において単位面積当たりほぼ一定強度のイオンビームBを下方に向かって照射することができる。
【0018】
処理室2の底部には可動ステージ(搬送手段)6が設けられ、その上にウエハ10が位置決め保持されている。ウエハ10は、例えば圧電基板よりなり、その上には図2に示すように、複数の素子を1単位とするエリア10aが一定ピッチPでマトリックス状に密に配置されている。なお、1つのエリア10aが複数の素子を含む場合に限らず、1個の素子で構成されてもよい。可動ステージ6はウエハ10をエリア10aのピッチP間隔で矢印A方向に間欠的に搬送することができる。本周波数調整装置に送られる前段階のウエハ10の各エリア10aの周波数は、イオンビームの照射による周波数の変化方向と逆方向に予めずらした状態に設定されており、イオンビームの照射によって目標値へ近づく方向へ調整される。イオンビームの照射によってエッチングされるのは、ウエハ10上に形成された電極や保護膜など、周波数を調整できるものであれば何でもよい。ウエハ10の各エリア10aの周波数は事前に測定され、目標値に対する周波数ずれ量が個別に求められている。
【0019】
可動ステージ6の上方には、シャッタベース11が一定位置にかつ水平に設置されている。シャッタベース11の中央部には、イオンガン5によるイオンビームの照射範囲とほぼ対応する大きさの開口部11aが形成されている。シャッタベース11の開口部11aには、ねらいのエリア以外のイオンビームを遮蔽するパターンマスク15が位置決め固定されている。パターンマスク15はできるだけウエハ10と近接する距離に支持するのがよい。パターンマスク15には、複数のマスク穴15aがウエハ10のエリア10a毎に独立に形成されている。各マスク穴15aの大きさは、パターンマスク15とウエハ10との距離及びイオンビームの拡散角度に応じて決定されるが、各エリア10aの大きさにほぼ等しく設定される。この例のマスク穴15aは、ウエハ10の一列分の処理を2段階に分けて行うよう、ウエハ搬送方向と直交する方向に2列にかつウエハ搬送方向(A方向)に交互にずらして設けられている。つまり、奇数行と偶数行のマスク穴をA方向(搬送方向)にずらして設けてある。搬送方向下流側(左側)のマスク穴が奇数行のエリアと対応し、搬送方向上流側(右側)のマスク穴が偶数行のエリアと対応する。そして、左側のマスク穴15aと右側のマスク穴15aとの間には、エリア10aの1列分(=P)と同一の間隔dが設けられている。なお、左右のマスク穴15aのA方向の間隔dは、1列分に限らず複数素子分としてもよく、エリアの割り付けに応じて任意に選定できる。
【0020】
シャッタベース11上には、シャッタ機構20が設けられている。シャッタ機構20は、開口部11aを間にしてその両側のシャッタベース11上に固定された複数のソレノイド12を備えている。各ソレノイド12にはシャフト13を介してシャッタ14が連結され、各シャッタ14はそれぞれのソレノイド12によって水平方向に個別に作動される。ソレノイド12は、コイルやヨーク等を備えた本体部と、可動鉄心と一体に動作するシャフト13とを備え、コイルに通電することによりシャフト13を開閉2位置に高速で作動できるものが望ましい。例えば、開位置と閉位置との間を数十msec以下で作動できるものがよい。各シャッタ14は、各マスク穴15aを個別に開閉できるように各マスク穴に対応して設けられている。つまり、左側のシャッタ14は左側のマスク穴15aを、右側のシャッタ14は右側のマスク穴15aを開閉するよう対向方向に作動される。シャッタ14の幅及び長さは、マスク穴15aを完全に覆うことができるよう、マスク穴の縦横の寸法Pより大きい。可動ステージ6及び各ソレノイド12の動きは、ウエハ搬送方向と直交する方向の1列のエリアの周波数調整を複数段階で行うように、制御装置16によって制御される。制御装置16には、ウエハ10の各エリアの目標周波数に対する周波数ずれ量がイオンビームの照射時間と関連して記憶されている。
【0021】
パターンマスク15の下方へウエハ10が搬送された後、全てのシャッタが開き、マスク穴15aを介して全てのエリアにイオンビームが照射される。そして、所望の照射時間(周波数ずれ量に対応した照射時間)が経過したエリアに対応したシャッタから順次に閉じられ、全てのシャッタが閉じられた後、ウエハ10は1ピッチだけ搬送方向に搬送される。
【0022】
図3は、シャッタ機構20の詳細を示す。シャッタ14の移動方向側の端面14aは、イオンビーム進行方向に対して逆テーパ状の平坦な傾斜面であり、その傾斜角度θはイオンビームBの拡散角度よりも大きい。ここで傾斜角度θとは、鉛直面に対してイオンビームの拡散方向へ傾斜した角度のことである。このようにシャッタ14の端面14aをイオンビームBの拡散角度よりも大きな傾斜を持った逆テーパにすることで、シャッタ14がマスク穴15aを開いた状態において、シャッタ端面14aにイオンビームBが入射する確率を極端に低くでき、シャッタ端面14aでの反射イオンや反跳粒子の発生を防ぐことができる。
【0023】
図4は、イオンビームの拡散角度を定義するための図であり、マスク15のマスク穴15aを通してイオンビームBを対象物10に照射したときのエッチング量(深さ)と幅方向の広がりとの関係を表したものである。マスク15から対象物10までの距離をd、最大エッチング量(=−1)の5%となる位置でのマスク開口幅からの広がり量をWとすると、
拡散角度=tan -1(W/d)
で表される。例えば、d=1.5〜1.7mmの場合、W=0.2〜0.25mmであり、拡散角度は7〜8°程度になる。この実施例では、シャッタ14の端面14aの傾斜角度を30°にしているが、拡散角度に応じて5〜45°の範囲に設定すればよい。
【0024】
図5は、シャッタ14の端面14aをイオンビームBの拡散角度よりも大きな傾斜を持った逆テーパ(θ=30°)にした場合のエッチング量を表したものである。シャッタ14はマスク穴15aの左側近傍で停止している。シャッタ14の端面14aを逆テーパにすることで、シャッタ端面14aでの反射イオンや反跳粒子の発生を防ぐことができ、図5に示すようにマスク穴15a内でのエッチング痕は矩形に近くなり、エッチングされた凹部の底面がほぼ平坦であることがわかる。図10に示す垂直な端面を有するシャッタと比べると明らかなように、素子のエッチング制御性が向上することで、周波数調整精度が向上している。
【0025】
逆テーパ状の端面14aを持つシャッタ14は、マスク穴15aを開いた状態において、図3に実線で示すように端面14aの上縁がマスク穴15aの内側にはみ出さない位置とする必要がある。一方、マスク穴15aを閉じた状態において、図3に破線で示すように端面14aの上縁がマスク穴15aを覆い、上縁を通過したイオンビームBがマスク穴15aに入射しない位置であればよく、端面14aの下縁がマスク穴15aを完全に覆っている必要はない。
【実施例2】
【0026】
図6の(a)は本発明にかかる周波数調整装置の第2実施例を示し、2個のシャッタ14を対向配置し、その移動方向側の端面14aをそれぞれ逆テーパ状の傾斜面としたものである。この実施例では、パターンマスク15に可動ステージ6の移動方向と垂直な方向に2列のマスク穴15aを形成し、これらマスク穴15aを対向方向に移動可能な対をなすシャッタ14でそれぞれ開閉する。なお、2列のマスク穴15aは紙面と垂直な方向に相互にずれていてもよい。図6では、左側のシャッタ14がパターンマスク15の左側のマスク穴15aを閉じ、右側のシャッタ14がパターンマスク15の右側のマスク穴15aを開いた状態を示す。図6の(b)はシャッタ140の端面140aを垂直面とした比較例である。
【0027】
図6の(b)のように、シャッタ140の端面140aを垂直面とした場合には、マスク穴15aを開いている右側のシャッタ140の端面140aで反射した反射イオンb1や反跳粒子b2だけでなく、マスク穴15aを閉じている左側のシャッタ140の端面140aで反射した反射イオンb1や反跳粒子b2も、マスク穴15aから対象物10aに入射する可能性がある。これに対し、図6の(a)のように対向するシャッタ14の端面14aを互いに逆テーパ面とした場合には、イオンビームBが端面14aで反射せず、そのままマスク穴15aを介して対象物10aに入射するため、周波数調整精度が向上する。
【実施例3】
【0028】
図7は、シャッタの移動方向に垂直な断面図であり、シャッタの変形例を示す。前記実施例では、シャッタの移動方向側端面にイオンビームの拡散角度よりも大きい傾斜角度を有する傾斜面を形成したが、図7の(a)のように複数のシャッタ14が並列に配列されている場合に、シャッタ14の両側面(移動方向と直交する側の端面)14bにイオンビームの拡散角度よりも大きい傾斜角度を有する逆テーパ状の傾斜面を形成してもよい。なお、シャッタ14の端面(移動方向側の端面)も同様に逆テーパ状の傾斜面としてもよい。図7の(b)は、シャッタ141の両側面141aが垂直面である比較例である。図7の(b)の場合、例えば右側から2番目のシャッタ141が後退してマスク穴15aを開いているとき、右側から1番目と3番目のシャッタ141の側面141aで反射した反射イオンや反跳粒子が、開いているマスク穴15aから2番目の対象物10aに照射される可能性がある。これに対し、図7の(a)のようにシャッタ14の両側面14bが傾斜面であれば、いずれかのマスク穴15aが開いている状態でも、両隣のシャッタ14の側面14bにイオンビームが入射せず、反射イオンや反跳粒子の影響を受けない。このようにシャッタ14の側面14bを逆テーパ状とすることにより、反射イオンや反跳粒子が隣接する素子へ入射するのを防ぐことができるため、集積性を向上させつつ高精度に周波数調整が行える。
【実施例4】
【0029】
図8は、シャッタの変形例を示す。(a)は第1実施例に示す直線状の傾斜面よりなる端面14aを持つシャッタ14、(b)は凸曲面状の端面14a1 を持つシャッタ14A、(c)は凹曲面状の端面14a2 を持つシャッタ14B、(d)は階段状の端面14a3 を持つシャッタ14Cの例である。いずれのシャッタの端面も、イオンビーム進行方向に対して逆テーパ状に傾斜している。シャッタの端面の上縁が前方へ突出しており、下縁が後方へ退避した位置にあるので、上方から降り注ぐイオンビームを上縁部が遮蔽し、端面へのイオンビームの入射を防ぐことができる。特に、(a)に示すような直線状の傾斜面よりなる端面14aの場合、シャッタ14がイオンビームによってエッチングされて厚みが薄くなっても、シャッタ14の端部の形状変化が少なく、シャッタ寿命の面で最も有利である。
【0030】
本発明は前記実施例に限定されるものではなく、種々変更が可能である。前記実施例では、矩形状のシャッタであって、マスク穴を開閉する側の端面に逆テーパ状の傾斜面を形成したが、シャッタがマスク穴と対応する開口部を有する場合、この開口部の内側面に逆テーパ状の傾斜面を形成してもよい。
【0031】
前記実施例では、シャッタを駆動するアクチュエータとしてソレノイドが使用され、シャッタが前後に直線移動する例を示したが、シャッタが揺動する場合にも同様に適用できる。本発明のアクチュエータとしては、シャッタを高速で開閉作動させるものであればよく、ソレノイドに限らずVCM(ボイスコイルモータ)であってもよい。VCMには可動コイルタイプと可動磁石タイプなど種々のタイプがあるが、いずれでも使用可能である。
【0032】
また、前記実施例では、イオンビームを上から下に向けて垂直方向に照射した場合を示したが、下から上、もしくは水平方向に照射するようにしても構わない。
【図面の簡単な説明】
【0033】
【図1】本発明に係る周波数調整装置の一例の概略図である。
【図2】図1に示す周波数調整装置の主要部を図1のエッチング用イオンガン5側から見た分解斜視図である。
【図3】図1に示すシャッタ機構の一例の拡大図である。
【図4】イオンビームの拡散角度を定義するための図である。
【図5】本発明に係るシャッタを使用した場合のマスク穴の開口幅とイオンビームによるエッチング量との関係を示した図である。
【図6】(a)は本発明の第2実施例におけるシャッタ機構の拡大図であり、(b)は比較例の拡大図である。
【図7】(a)は本発明の第3実施例におけるシャッタ機構の拡大図であり、(b)は比較例の拡大図である。
【図8】シャッタの端面形状の幾つかの例の側面図である。
【図9】従来のシャッタ機構の一例の拡大図である。
【図10】図9に示すシャッタ機構を使用した場合のマスク穴の開口幅とイオンビームによるエッチング量との関係を示した図である。
【符号の説明】
【0034】
1 周波数調整装置
2 処理室
5 エッチング用イオンガン
6 可動ステージ
10 ウエハ
10a エリア(圧電素子)
11 シャッタベース
12 アクチュエータ
14 シャッタ
14a 端面(移動方向側の端面)
14b 側面(移動方向と直交する側の端面)
15 パターンマスク
15a マスク穴
16 制御装置
20 シャッタ機構

【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の素子が設けられたウエハの上に配置され、ねらいの素子を選択的に露出させるマスク穴を有するパターンマスクと、
前記マスク穴を介して前記ウエハに対してイオンビームを照射するエッチング用イオンガンと、
前記パターンマスクとイオンガンとの間に配置され、所定のマスク穴を選択的に開閉し、ねらいの素子のイオンビーム照射時間を調整するシャッタと、を備えた周波数調整装置において、
前記シャッタの端面は、イオンビームの拡散角度よりも大きい傾斜角度を有するようイオンビーム進行方向に対して逆テーパ状に傾斜していることを特徴とする周波数調整装置。
【請求項2】
前記シャッタの端面が一定の傾斜角を有する傾斜面であることを特徴とする請求項1に記載の周波数調整装置。
【請求項3】
前記シャッタの移動方向側の端面がイオンビーム進行方向に対して逆テーパ状に傾斜していることを特徴とする請求項1又は2に記載の周波数調整装置。
【請求項4】
前記シャッタの移動方向と直交する側の端面がイオンビーム進行方向に対して逆テーパ状に傾斜していることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の周波数調整装置。
【請求項5】
前記シャッタの端面の傾斜角度は5°〜45°の範囲であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の周波数調整装置。

【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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