JP5163366B2

JP5163366B2 - 周波数調整装置

Info

Publication number: JP5163366B2
Application number: JP2008216071A
Authority: JP
Inventors: 孔明後藤
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2008-08-26
Filing date: 2008-08-26
Publication date: 2013-03-13
Anticipated expiration: 2028-08-26
Also published as: JP2010056586A

Description

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。

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）。

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。

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。

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。

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。

（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。
特開２００１−３６３７０号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

本発明に係る周波数調整装置の一例の概略図である。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１に示すシャッタ機構の一例の拡大図である。イオンビームの拡散角度を定義するための図である。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。（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。（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。シャッタの端面形状の幾つかの例の側面図である。従来のシャッタ機構の一例の拡大図である。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

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

Claims

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。
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。
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。
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。
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。