JPH06267904A - イオンビームエッチング装置及びその方法 - Google Patents
イオンビームエッチング装置及びその方法Info
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- JPH06267904A JPH06267904A JP5055394A JP5539493A JPH06267904A JP H06267904 A JPH06267904 A JP H06267904A JP 5055394 A JP5055394 A JP 5055394A JP 5539493 A JP5539493 A JP 5539493A JP H06267904 A JPH06267904 A JP H06267904A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】漏れ磁場が大きいマイクロ波イオン源とプラズ
マブリッジ型の中和器を組み合わせて使用することがで
き、活性ガスに対して寿命の長いイオンビームエッチン
グ装置を提供する。 【構成】第一のソレノイドコイル５はマイクロ波イオン
源のプラズマ生成に使用される。第二のソレノイドコイ
ル１３は第一のソレノイドコイル５と同心軸上にあり、
第一のソレノイドコイルと逆向きの磁場を発生してカス
プ磁場を形成している。プラズマブリッジ型の中和器１
４は、イオンビーム１９の周囲であって、カスプ磁場の
リングカスプを含む面Ａ−Ａまたはその下流側に配置さ
れる。中和器１４から引出された電子２０は、ソレノイ
ドコイル１３のつくる磁力線に沿って試料側に拡散する
ので、中和器１４から引出された電子２０の、試料１２
の中和に寄与する効率が高くなる。
マブリッジ型の中和器を組み合わせて使用することがで
き、活性ガスに対して寿命の長いイオンビームエッチン
グ装置を提供する。 【構成】第一のソレノイドコイル５はマイクロ波イオン
源のプラズマ生成に使用される。第二のソレノイドコイ
ル１３は第一のソレノイドコイル５と同心軸上にあり、
第一のソレノイドコイルと逆向きの磁場を発生してカス
プ磁場を形成している。プラズマブリッジ型の中和器１
４は、イオンビーム１９の周囲であって、カスプ磁場の
リングカスプを含む面Ａ−Ａまたはその下流側に配置さ
れる。中和器１４から引出された電子２０は、ソレノイ
ドコイル１３のつくる磁力線に沿って試料側に拡散する
ので、中和器１４から引出された電子２０の、試料１２
の中和に寄与する効率が高くなる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、特に長時間の連続処理
に適したマイクロ波イオン源またはＥＣＲイオン源を備
えたイオンビームエッチング装置に関する。
に適したマイクロ波イオン源またはＥＣＲイオン源を備
えたイオンビームエッチング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、有磁場マイクロ波放電によっ
て生成したプラズマからイオンビームを引出して半導体
基板等に照射し、微細加工を行うイオンビームエッチン
グ装置が知られている。これらの装置のイオン源は、マ
イクロ波イオン源、またはECRイオン源と呼ばれるもの
である。一般に、これらのイオン源は、円筒状のプラズ
マ生成室の一端から石英板等からなるマイクロ波透過窓
を介して２.４５ＧＨｚのマイクロ波を導入し、さらに
マイクロ波放電室の外部のソレノイドコイルにより、マ
イクロ波放電室内の少なくとも一部で電子サイクロトロ
ン共鳴条件が満たされるような軸方向磁場（２.４５Ｇ
Ｈｚ のマイクロ波に対しては約８７５Ｇ）を発生させ
ることによって、高密度のプラズマを発生させるもので
あり、化学的に活性なガスを使用した場合でも寿命が長
いという特長がある。このようなイオン源を搭載したイ
オンビームエッチング装置は、特開昭55−141729号公報
に開示されている。
て生成したプラズマからイオンビームを引出して半導体
基板等に照射し、微細加工を行うイオンビームエッチン
グ装置が知られている。これらの装置のイオン源は、マ
イクロ波イオン源、またはECRイオン源と呼ばれるもの
である。一般に、これらのイオン源は、円筒状のプラズ
マ生成室の一端から石英板等からなるマイクロ波透過窓
を介して２.４５ＧＨｚのマイクロ波を導入し、さらに
マイクロ波放電室の外部のソレノイドコイルにより、マ
イクロ波放電室内の少なくとも一部で電子サイクロトロ
ン共鳴条件が満たされるような軸方向磁場（２.４５Ｇ
Ｈｚ のマイクロ波に対しては約８７５Ｇ）を発生させ
ることによって、高密度のプラズマを発生させるもので
あり、化学的に活性なガスを使用した場合でも寿命が長
いという特長がある。このようなイオン源を搭載したイ
オンビームエッチング装置は、特開昭55−141729号公報
に開示されている。
【０００３】一方、イオンビームを試料に照射してエッ
チング等の処理を行う場合には、一般に試料が絶縁物で
あったり、試料の一部が絶縁物で覆われているために、
イオンビームの照射と同時に、イオンの電荷を中和する
電子を試料に供給する必要がある。この電子を発生させ
る装置は一般に中和器と呼ばれる。中和器は、イオン源
から引出されたイオンビーム中に浸した、タングステン
等の熱フィラメントが用いられることが多い。熱フィラ
メントによる中和器は簡単な構成で多量の電子を供給す
ることが可能であるが、活性ガスを使用した場合の寿命
が短く、マイクロ波イオン源またはＥＣＲイオン源とを
組み合わせて使用すると、イオン源の優位性を損なうこ
とになり、活性ガスを使用するイオンビームエッチング
装置には適していない。
チング等の処理を行う場合には、一般に試料が絶縁物で
あったり、試料の一部が絶縁物で覆われているために、
イオンビームの照射と同時に、イオンの電荷を中和する
電子を試料に供給する必要がある。この電子を発生させ
る装置は一般に中和器と呼ばれる。中和器は、イオン源
から引出されたイオンビーム中に浸した、タングステン
等の熱フィラメントが用いられることが多い。熱フィラ
メントによる中和器は簡単な構成で多量の電子を供給す
ることが可能であるが、活性ガスを使用した場合の寿命
が短く、マイクロ波イオン源またはＥＣＲイオン源とを
組み合わせて使用すると、イオン源の優位性を損なうこ
とになり、活性ガスを使用するイオンビームエッチング
装置には適していない。
【０００４】熱フィラメント以外の中和器として、プラ
ズマブリッジ型中和器とホロカソード型中和器と呼ばれ
るものがある。これらは、イオン源とは別の小型のプラ
ズマ源であり、イオンビーム引出し電極のそばに配置さ
れる。中和器の内部で生成されたプラズマは小孔から噴
出してイオンビーム、正確にはイオンビームが通過する
空間に存在するビームプラズマと電気的に結合すること
により、中和器からビームプラズマ中に中和用電子を輸
送して試料の帯電を防止する。このような中和器は、イ
オン源に活性ガスを使用する場合でも、イオン源とは別
に不活性ガスを導入して中和器内にプラズマを生成する
ことが可能であり、活性ガスのイオンビームを必要とす
るプロセスでも、熱フィラメント式の中和器に比べてそ
の寿命は大幅に改善される。このような中和器の一例
は、ジャーナル・オブ・バキューム・サイエンス・アン
ド・テクノロジー１５（１９７８年）第１０９３頁から
第１０９５頁（J.Vac.Sci.&Technol.,15,pp1093−109
5）に開示されている。
ズマブリッジ型中和器とホロカソード型中和器と呼ばれ
るものがある。これらは、イオン源とは別の小型のプラ
ズマ源であり、イオンビーム引出し電極のそばに配置さ
れる。中和器の内部で生成されたプラズマは小孔から噴
出してイオンビーム、正確にはイオンビームが通過する
空間に存在するビームプラズマと電気的に結合すること
により、中和器からビームプラズマ中に中和用電子を輸
送して試料の帯電を防止する。このような中和器は、イ
オン源に活性ガスを使用する場合でも、イオン源とは別
に不活性ガスを導入して中和器内にプラズマを生成する
ことが可能であり、活性ガスのイオンビームを必要とす
るプロセスでも、熱フィラメント式の中和器に比べてそ
の寿命は大幅に改善される。このような中和器の一例
は、ジャーナル・オブ・バキューム・サイエンス・アン
ド・テクノロジー１５（１９７８年）第１０９３頁から
第１０９５頁（J.Vac.Sci.&Technol.,15,pp1093−109
5）に開示されている。
【０００５】このように、従来は、イオンビームエッチ
ング装置のイオン源と中和器について、それぞれ、活性
ガスの使用に対して長寿命のマイクロ波イオン源とプラ
ズマブリッジ型中和器が知られていた。
ング装置のイオン源と中和器について、それぞれ、活性
ガスの使用に対して長寿命のマイクロ波イオン源とプラ
ズマブリッジ型中和器が知られていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】このように、イオン源
と中和器に関して、活性ガスの使用に対して長寿命のマ
イクロ波イオン源とプラズマブリッジ型中和器がそれぞ
れ考案されていた。
と中和器に関して、活性ガスの使用に対して長寿命のマ
イクロ波イオン源とプラズマブリッジ型中和器がそれぞ
れ考案されていた。
【０００７】しかし、イオンビームエッチング装置にこ
れらを搭載して発明者等が実験を行ったところ、中和器
からは十分な量の電子が放出されているにもかかわら
ず、試料表面でのイオンの電荷が完全には中和されてお
らず、試料上の絶縁物のパターンが破壊されるという問
題が起こった。この時の処理室内の様子を観察したとこ
ろ、中和器から引出された電子はほとんどイオン源側に
向かって逆流していることがビームプラズマ中の発光か
ら確認された。これは、電子が磁力線を横切って拡散す
ることが困難なため、ほとんどの電子がイオン源側に拡
散したものと考えられる。すなわち、マイクロ波イオン
源を用いた場合、処理室内にはソレノイドコイルによる
通常１００Ｇ以上の漏れ磁場が存在するため、中和器か
ら引出された電子は磁力線に沿ってイオン源側に拡散
し、試料の中和に寄与する割合が極端に小さくなり、試
料の中和が不完全になるという問題が起こる。一方、プ
ラズマブリッジ型中和器の電子放出容量には限界があ
り、中和器から引出された電子がほとんどイオン源側に
拡散するような状況では、大容量イオン源からの大電流
イオンビームを十分中和する量の電子を引出すことは困
難である。
れらを搭載して発明者等が実験を行ったところ、中和器
からは十分な量の電子が放出されているにもかかわら
ず、試料表面でのイオンの電荷が完全には中和されてお
らず、試料上の絶縁物のパターンが破壊されるという問
題が起こった。この時の処理室内の様子を観察したとこ
ろ、中和器から引出された電子はほとんどイオン源側に
向かって逆流していることがビームプラズマ中の発光か
ら確認された。これは、電子が磁力線を横切って拡散す
ることが困難なため、ほとんどの電子がイオン源側に拡
散したものと考えられる。すなわち、マイクロ波イオン
源を用いた場合、処理室内にはソレノイドコイルによる
通常１００Ｇ以上の漏れ磁場が存在するため、中和器か
ら引出された電子は磁力線に沿ってイオン源側に拡散
し、試料の中和に寄与する割合が極端に小さくなり、試
料の中和が不完全になるという問題が起こる。一方、プ
ラズマブリッジ型中和器の電子放出容量には限界があ
り、中和器から引出された電子がほとんどイオン源側に
拡散するような状況では、大容量イオン源からの大電流
イオンビームを十分中和する量の電子を引出すことは困
難である。
【０００８】このように、従来は、マイクロ波イオン源
とプラズマブリッジ型中和器を組み合わせて使用した場
合に、中和器から引出された電子の大部分が磁力線に沿
ってイオン源側に拡散し、試料の中和が不十分となる問
題について十分考慮されていなかった。
とプラズマブリッジ型中和器を組み合わせて使用した場
合に、中和器から引出された電子の大部分が磁力線に沿
ってイオン源側に拡散し、試料の中和が不十分となる問
題について十分考慮されていなかった。
【０００９】本発明の目的は、大容量のマイクロ波イオ
ン源とプラズマブリッジ型中和器を搭載したイオンビー
ムエッチング装置において、イオンビームの中和効率を
向上させることにある。
ン源とプラズマブリッジ型中和器を搭載したイオンビー
ムエッチング装置において、イオンビームの中和効率を
向上させることにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明はイオン源の第一のソレノイドコイルとは逆
向きの磁場を発生する第二のソレノイドコイルを配置し
て、前記イオン源と前記試料の間にリングカスプを含む
面が存在するカスプ磁場を形成し、前記試料の帯電を防
止するプラズマブリッジ型の中和器を、前記イオンビー
ムの外周であって、前記リングカスプを含む面と前記試
料を含む面の間に配置したものである。
に、本発明はイオン源の第一のソレノイドコイルとは逆
向きの磁場を発生する第二のソレノイドコイルを配置し
て、前記イオン源と前記試料の間にリングカスプを含む
面が存在するカスプ磁場を形成し、前記試料の帯電を防
止するプラズマブリッジ型の中和器を、前記イオンビー
ムの外周であって、前記リングカスプを含む面と前記試
料を含む面の間に配置したものである。
【００１１】
【作用】リングカスプを含む面がイオン源と試料の間に
存在するように形成されたカスプ磁場は、イオンビーム
の外周であって、リングカスプを含む面と試料を含む面
の間に配置されたプラズマブリッジ型中和器の電子放出
孔から引出された電子が、第二のソレノイドコイルのつ
くる磁力線に沿って試料側に拡散することを助長するよ
うに作用する。その結果、中和器から引出された電子は
ほとんど試料側に拡散して、試料の中和効率が高くな
る。そのため、大容量のマイクロ波イオン源とプラズマ
ブリッジ型中和器を組み合わせて使用することが可能に
なり、活性ガスの使用に適したイオンビームエッチング
装置を構成することができる。
存在するように形成されたカスプ磁場は、イオンビーム
の外周であって、リングカスプを含む面と試料を含む面
の間に配置されたプラズマブリッジ型中和器の電子放出
孔から引出された電子が、第二のソレノイドコイルのつ
くる磁力線に沿って試料側に拡散することを助長するよ
うに作用する。その結果、中和器から引出された電子は
ほとんど試料側に拡散して、試料の中和効率が高くな
る。そのため、大容量のマイクロ波イオン源とプラズマ
ブリッジ型中和器を組み合わせて使用することが可能に
なり、活性ガスの使用に適したイオンビームエッチング
装置を構成することができる。
【００１２】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。
する。
【００１３】図１は、本発明になるイオンビームエッチ
ング装置の縦断側面図である。１は内径が３０cm、高さ
が２０cmのプラズマ生成室、２は矩形導波管、３は真空
シールを兼ねる石英ガラス製のマイクロ波導入窓、４は
ガス導入口、５はプラズマ生成室１の内部に軸方向の磁
場を発生させる第一のソレノイドコイル、６は前記プラ
ズマ生成室１からイオンを引出すためのイオン引出し電
極を構成する２枚の多孔電極（ビーム径２０cm）であ
り、これらでマイクロ波イオン源を構成する。
ング装置の縦断側面図である。１は内径が３０cm、高さ
が２０cmのプラズマ生成室、２は矩形導波管、３は真空
シールを兼ねる石英ガラス製のマイクロ波導入窓、４は
ガス導入口、５はプラズマ生成室１の内部に軸方向の磁
場を発生させる第一のソレノイドコイル、６は前記プラ
ズマ生成室１からイオンを引出すためのイオン引出し電
極を構成する２枚の多孔電極（ビーム径２０cm）であ
り、これらでマイクロ波イオン源を構成する。
【００１４】７は絶縁物、８，９はイオン引出し電極６
にそれぞれ正及び負の電圧を印加する電源であり、１０
は図示しない真空排気手段に連通した処理室である。試
料１２は、イオン引出し電極６から２０cm離れた試料ホ
ルダ１１上に保持されている。１３は第一のソレノイド
コイル５と同心軸上に配置され、第一のソレノイドコイ
ル５と逆向きの磁場を発生する第二のソレノイドコイル
である。
にそれぞれ正及び負の電圧を印加する電源であり、１０
は図示しない真空排気手段に連通した処理室である。試
料１２は、イオン引出し電極６から２０cm離れた試料ホ
ルダ１１上に保持されている。１３は第一のソレノイド
コイル５と同心軸上に配置され、第一のソレノイドコイ
ル５と逆向きの磁場を発生する第二のソレノイドコイル
である。
【００１５】また、１４はプラズマブリッジ型の中和器
であり、１５はガス導入口、１６は図示しない電源に接
続されるケーブル、１７は中和器１４に負電位を与える
電源である。なお、中和器１４の電子放出孔はイオンビ
ーム１９の外周であって、イオン引出し電極６から７cm
離れている。
であり、１５はガス導入口、１６は図示しない電源に接
続されるケーブル、１７は中和器１４に負電位を与える
電源である。なお、中和器１４の電子放出孔はイオンビ
ーム１９の外周であって、イオン引出し電極６から７cm
離れている。
【００１６】次に、このイオンビームエッチング装置の
動作を、発明者らが行った実験を引用しながら説明す
る。
動作を、発明者らが行った実験を引用しながら説明す
る。
【００１７】まず、図示しない真空排気手段によって、
プラズマ生成室１と処理室１０の内部を１／１０6Torr
程度まで排気する。次に、ガス導入口４から所望のガス
を導入する。発明者らが行った実験では、塩素ガスを用
いて処理室のガス圧を１／１０4Torrとした。マイクロ
波は発振周波数２.４５ＧＨｚの図示しないマイクロ波
発振器によって発生し、矩形導波管２、マイクロ波導入
窓３を経てプラズマ生成室１に導入する。このとき、第
一のソレノイドコイル５によってプラズマ生成室１の内
部に発生する軸方向の磁場を、プラズマ生成室１内の少
なくとも一部で電子サイクロトロン共鳴条件（２.４５
ＧＨｚ のマイクロ波にたいしては８７５Ｇ）を満たす
ような磁場配位とすることにより、主に電子サイクロト
ロン共鳴条件を満足する位置でマイクロ波電力が吸収さ
れて、ガス分子が電離してイオン源プラズマ１８が生成
される。次に、電源８，９により、イオン引出し電極６
にそれぞれ正及び負の電圧を印加することにより所望の
エネルギでイオンを引出し、試料１２に照射する。発明
者らの行った実験では、電源８，９にそれぞれ６００
Ｖ，−２００Ｖの電圧を印加し、エネルギ６００ｅＶで
３１５ｍＡ（イオン電流密度１ｍＡ／cm2 ）の塩素イオ
ンビームを引出した。
プラズマ生成室１と処理室１０の内部を１／１０6Torr
程度まで排気する。次に、ガス導入口４から所望のガス
を導入する。発明者らが行った実験では、塩素ガスを用
いて処理室のガス圧を１／１０4Torrとした。マイクロ
波は発振周波数２.４５ＧＨｚの図示しないマイクロ波
発振器によって発生し、矩形導波管２、マイクロ波導入
窓３を経てプラズマ生成室１に導入する。このとき、第
一のソレノイドコイル５によってプラズマ生成室１の内
部に発生する軸方向の磁場を、プラズマ生成室１内の少
なくとも一部で電子サイクロトロン共鳴条件（２.４５
ＧＨｚ のマイクロ波にたいしては８７５Ｇ）を満たす
ような磁場配位とすることにより、主に電子サイクロト
ロン共鳴条件を満足する位置でマイクロ波電力が吸収さ
れて、ガス分子が電離してイオン源プラズマ１８が生成
される。次に、電源８，９により、イオン引出し電極６
にそれぞれ正及び負の電圧を印加することにより所望の
エネルギでイオンを引出し、試料１２に照射する。発明
者らの行った実験では、電源８，９にそれぞれ６００
Ｖ，−２００Ｖの電圧を印加し、エネルギ６００ｅＶで
３１５ｍＡ（イオン電流密度１ｍＡ／cm2 ）の塩素イオ
ンビームを引出した。
【００１８】また、中和器１４は、熱フィラメントを用
いた低ガス圧アーク放電によって内部に生成したプラズ
マを小孔から噴出させる、プラズマブリッジ型の中和器
である。発明者らの行った実験では、中和器１４には内
部のフィラメントを保護するためにアルゴンガスをガス
導入口１５から１ｓｃcm導入して低ガス圧アーク放電で
中和器１４内部にアルゴンプラズマを生成した後、電源
１７によって中和器１４に−２０Ｖの負バイアスを印加
して３８０ｍＡの電子電流を引出した。しかし、この状
態では、中和器１４の電子放出孔の近傍に第一のソレノ
イドコイル５のつくる約２５０Ｇの漏れ磁場が存在する
ため、中和器１４から出た電子２０は磁力線を横切って
試料１２方向に拡散する割合が小さく、ほとんどは磁力
線に沿ってイオン引出し電極６側に流れる。従って、中
和器１４から引出された電子２０はほとんど試料１２の
中和に寄与しない。
いた低ガス圧アーク放電によって内部に生成したプラズ
マを小孔から噴出させる、プラズマブリッジ型の中和器
である。発明者らの行った実験では、中和器１４には内
部のフィラメントを保護するためにアルゴンガスをガス
導入口１５から１ｓｃcm導入して低ガス圧アーク放電で
中和器１４内部にアルゴンプラズマを生成した後、電源
１７によって中和器１４に−２０Ｖの負バイアスを印加
して３８０ｍＡの電子電流を引出した。しかし、この状
態では、中和器１４の電子放出孔の近傍に第一のソレノ
イドコイル５のつくる約２５０Ｇの漏れ磁場が存在する
ため、中和器１４から出た電子２０は磁力線を横切って
試料１２方向に拡散する割合が小さく、ほとんどは磁力
線に沿ってイオン引出し電極６側に流れる。従って、中
和器１４から引出された電子２０はほとんど試料１２の
中和に寄与しない。
【００１９】一方、第一のソレノイドコイル５によって
軸方向に１ｋＧ程度の強い磁場を発生させることは、マ
イクロ波イオン源の高密度プラズマ生成に必須であり、
イオン引出し電極６の下流側の漏れ磁場を電子２０の拡
散に影響を与えないほどに減少させることは困難であ
る。すなわち、活性ガスに対して寿命が長いマイクロ波
イオン源とプラズマブリッジ型中和器とを単に組み合わ
せて使用しただけでは、試料の中和が不完全となり、イ
オンビームエッチング装置として使用することができな
かった。
軸方向に１ｋＧ程度の強い磁場を発生させることは、マ
イクロ波イオン源の高密度プラズマ生成に必須であり、
イオン引出し電極６の下流側の漏れ磁場を電子２０の拡
散に影響を与えないほどに減少させることは困難であ
る。すなわち、活性ガスに対して寿命が長いマイクロ波
イオン源とプラズマブリッジ型中和器とを単に組み合わ
せて使用しただけでは、試料の中和が不完全となり、イ
オンビームエッチング装置として使用することができな
かった。
【００２０】これに対して発明者らは、マイクロ波イオ
ン源のプラズマ生成に必要な第一のソレノイドコイルと
は別に、第一のソレノイドコイルとは逆向きの磁場を発
生する第二のソレノイドコイルを設け、イオン源と試料
の間にリングカスプを含む面が存在するカスプ磁場を形
成し、さらに、プラズマブリッジ型の中和器を、イオン
ビームの外周であって、リングカスプを含む面と試料を
含む面の間に配置することにより、中和器から放出され
た電子を試料側に優先的に拡散させることが可能とな
り、電子の利用効率を著しく改善することができる。
ン源のプラズマ生成に必要な第一のソレノイドコイルと
は別に、第一のソレノイドコイルとは逆向きの磁場を発
生する第二のソレノイドコイルを設け、イオン源と試料
の間にリングカスプを含む面が存在するカスプ磁場を形
成し、さらに、プラズマブリッジ型の中和器を、イオン
ビームの外周であって、リングカスプを含む面と試料を
含む面の間に配置することにより、中和器から放出され
た電子を試料側に優先的に拡散させることが可能とな
り、電子の利用効率を著しく改善することができる。
【００２１】すなわち、図１において、第一のソレノイ
ドコイルと同心軸上に第一のソレノイドコイルとは逆向
きの磁場を発生させる第二のソレノイドコイル１３を配
置して、イオンビーム１９の外周に配置された中和器１
４に対して、リングカスプを含む面Ａ−Ａがイオン引出
し電極６側に位置するようにカスプ磁場を形成した。そ
の結果、中和器１４から放出された電子２０が試料１２
側に優先的に拡散することがビームプラズマ中の発光か
ら目視で確認された。さらに、発明者らは、試料１２の
上に絶縁された金属板を置き、その電位を測定して中和
器から引出された電子の利用効率を評価した。
ドコイルと同心軸上に第一のソレノイドコイルとは逆向
きの磁場を発生させる第二のソレノイドコイル１３を配
置して、イオンビーム１９の外周に配置された中和器１
４に対して、リングカスプを含む面Ａ−Ａがイオン引出
し電極６側に位置するようにカスプ磁場を形成した。そ
の結果、中和器１４から放出された電子２０が試料１２
側に優先的に拡散することがビームプラズマ中の発光か
ら目視で確認された。さらに、発明者らは、試料１２の
上に絶縁された金属板を置き、その電位を測定して中和
器から引出された電子の利用効率を評価した。
【００２２】図２は、金属板の電位の、第二のソレノイ
ドコイル電流依存性を示したものであり、金属板の電位
が０Ｖになれば試料１２に流入するイオン電流を完全に
中和することを意味している。図２において、縦軸上の
点は中和器１４を動作させていない状態、すなわち、外
部から電子を供給していない状態での金属板の電位であ
り、約８０Ｖになっている。次に、中和器１４を動作さ
せると（引出された全電流３８０ｍＡ）、一部が金属板
に流入するため、金属板の電位は１０Ｖ程度減少した
が、イオン電流の中和は不完全である。ここで、第二の
ソレノイドコイル１３に電流を流すと、金属板の電位
は、コイル電流１２Ａ程度まではゆるやかに減少した
後、急激に減少してコイル電流１３.５Ａ のときに金属
板の電位は０Ｖになった。すなわち、この条件では金属
板に流入するイオン電流とほぼ等しい電子電流が、中和
器１４から金属板に供給されている。金属板の電位、す
なわち、イオン電流の中和特性がこのようなコイル電流
依存性を示すのは、第一及び第二のソレノイドコイルに
よって形成されるカスプ磁場と中和器の相互の位置に関
係している。
ドコイル電流依存性を示したものであり、金属板の電位
が０Ｖになれば試料１２に流入するイオン電流を完全に
中和することを意味している。図２において、縦軸上の
点は中和器１４を動作させていない状態、すなわち、外
部から電子を供給していない状態での金属板の電位であ
り、約８０Ｖになっている。次に、中和器１４を動作さ
せると（引出された全電流３８０ｍＡ）、一部が金属板
に流入するため、金属板の電位は１０Ｖ程度減少した
が、イオン電流の中和は不完全である。ここで、第二の
ソレノイドコイル１３に電流を流すと、金属板の電位
は、コイル電流１２Ａ程度まではゆるやかに減少した
後、急激に減少してコイル電流１３.５Ａ のときに金属
板の電位は０Ｖになった。すなわち、この条件では金属
板に流入するイオン電流とほぼ等しい電子電流が、中和
器１４から金属板に供給されている。金属板の電位、す
なわち、イオン電流の中和特性がこのようなコイル電流
依存性を示すのは、第一及び第二のソレノイドコイルに
よって形成されるカスプ磁場と中和器の相互の位置に関
係している。
【００２３】図３は、図１の第一及び第二のソレノイド
コイル５及び１３によって形成されるカスプ磁場と中和
器の位置関係を模式的に示したものである。図３で、図
１と同一の構成要素は同一参照番号を付した。図３にお
いて、２１は第一のソレノイドコイルによって発生する
磁力線、２２は第二のソレノイドコイルによって発生す
る磁力線であり、リングカスプの位置はＸで示した。ま
た、破線Ａ−Ａはリングカスプを含む面、破線Ｂ−Ｂは
試料１２を含む面を表す。
コイル５及び１３によって形成されるカスプ磁場と中和
器の位置関係を模式的に示したものである。図３で、図
１と同一の構成要素は同一参照番号を付した。図３にお
いて、２１は第一のソレノイドコイルによって発生する
磁力線、２２は第二のソレノイドコイルによって発生す
る磁力線であり、リングカスプの位置はＸで示した。ま
た、破線Ａ−Ａはリングカスプを含む面、破線Ｂ−Ｂは
試料１２を含む面を表す。
【００２４】リングカスプの位置Ｘは、第二のソレノイ
ドコイル１３によって発生する磁場の強さによって移動
する。第二のソレノイドコイル１３の磁場が弱い場合に
は、リングカスプの位置Ｘは、図中で中和器１４より下
方になる。この場合は、中和器１４から出た電子２０は
第一のソレノイドコイル５のつくる磁力線２１に沿って
イオン引出し電極６の方に拡散するため、試料１２に流
入する量は少ない。ここで、第二のソレノイドコイル１
３の磁場を強くして行くと、リングカスプの位置Ｘは、
図中で中和器１４の上方に移動する。この状態では、引
出された電子２０のうち第二のソレノイドコイル１３の
つくる磁力線２２に沿って試料１２側に拡散する量が急
激に増加する。図２で、第二のソレノイドコイルの電流
が13Ａ以上になったときに金属板の電位が急激に減少し
たのは、このように中和器１４の位置が、リングカスプ
を含む面Ａ−Ａと試料を含む面Ｂ−Ｂの間に位置するよ
うな磁場配位になったためである。すなわち、中和器１
４をイオンビーム１９の外周であって、リングカスプを
含む面Ａ−Ａと試料を含む面Ｂ−Ｂの間に配置すること
により、中和器１４から引出した電子２０を、第二のソ
レノイドコイル１３のつくる磁力線２２に沿って試料１
２側に優先的に拡散させることが可能となる。そのた
め、中和器から引出された電子が効率良く試料に流入
し、大電流のイオンビームを中和することができる。そ
の結果、活性ガスの使用に対して寿命が長いという特長
のあるマイクロ波イオン源とプラズマブリッジ型中和器
を組み合わせて、活性ガス使用時の寿命が長いイオンビ
ームエッチング装置を構成できる。
ドコイル１３によって発生する磁場の強さによって移動
する。第二のソレノイドコイル１３の磁場が弱い場合に
は、リングカスプの位置Ｘは、図中で中和器１４より下
方になる。この場合は、中和器１４から出た電子２０は
第一のソレノイドコイル５のつくる磁力線２１に沿って
イオン引出し電極６の方に拡散するため、試料１２に流
入する量は少ない。ここで、第二のソレノイドコイル１
３の磁場を強くして行くと、リングカスプの位置Ｘは、
図中で中和器１４の上方に移動する。この状態では、引
出された電子２０のうち第二のソレノイドコイル１３の
つくる磁力線２２に沿って試料１２側に拡散する量が急
激に増加する。図２で、第二のソレノイドコイルの電流
が13Ａ以上になったときに金属板の電位が急激に減少し
たのは、このように中和器１４の位置が、リングカスプ
を含む面Ａ−Ａと試料を含む面Ｂ−Ｂの間に位置するよ
うな磁場配位になったためである。すなわち、中和器１
４をイオンビーム１９の外周であって、リングカスプを
含む面Ａ−Ａと試料を含む面Ｂ−Ｂの間に配置すること
により、中和器１４から引出した電子２０を、第二のソ
レノイドコイル１３のつくる磁力線２２に沿って試料１
２側に優先的に拡散させることが可能となる。そのた
め、中和器から引出された電子が効率良く試料に流入
し、大電流のイオンビームを中和することができる。そ
の結果、活性ガスの使用に対して寿命が長いという特長
のあるマイクロ波イオン源とプラズマブリッジ型中和器
を組み合わせて、活性ガス使用時の寿命が長いイオンビ
ームエッチング装置を構成できる。
【００２５】
【発明の効果】本発明は、プラズマブリッジ型中和器か
ら引出された電子の試料方向への拡散を助長するように
作用するので、マイクロ波イオン源を搭載したイオンビ
ームエッチング装置であっても、中和器から引出された
電子のイオン源方向への拡散が抑制され、中和器から引
出された電子の、試料の中和に寄与する効率が高くな
る。
ら引出された電子の試料方向への拡散を助長するように
作用するので、マイクロ波イオン源を搭載したイオンビ
ームエッチング装置であっても、中和器から引出された
電子のイオン源方向への拡散が抑制され、中和器から引
出された電子の、試料の中和に寄与する効率が高くな
る。
【００２６】従って、ともに活性ガスの使用に対して寿
命が長いという特長をもつマイクロ波イオン源とプラズ
マブリッジ型中和器を組み合わせて使用することが可能
となり、イオンビームエッチング装置の寿命を長くして
稼働率を向上させることができるという効果がある。
命が長いという特長をもつマイクロ波イオン源とプラズ
マブリッジ型中和器を組み合わせて使用することが可能
となり、イオンビームエッチング装置の寿命を長くして
稼働率を向上させることができるという効果がある。
【図１】本発明のイオンビームエッチング装置の縦断側
面図。
面図。
【図２】本発明のイオンビームエッチング装置の、イオ
ンビーム電流の試料上での中和性能を示す特性図。
ンビーム電流の試料上での中和性能を示す特性図。
【図３】本発明のイオンビームエッチング装置のソレノ
イドコイルで形成されるカスプ磁場と中和器の位置関係
を示す説明図。
イドコイルで形成されるカスプ磁場と中和器の位置関係
を示す説明図。
５…第一のソレノイドコイル、１３…第二のソレノイド
コイル、１４…中和器、２０…電子、２１…第一のソレ
ノイドコイルの磁力線、２２…第二のソレノイドコイル
の磁力線、Ｘ…リングカスプの位置。
コイル、１４…中和器、２０…電子、２１…第一のソレ
ノイドコイルの磁力線、２２…第二のソレノイドコイル
の磁力線、Ｘ…リングカスプの位置。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 // Ｇ０１Ｎ 24/14 Ｇ０１Ｒ 33/64 (72)発明者 夏井 健一 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内
Claims (3)
- 【請求項１】プラズマ生成室の軸方向に沿ってマイクロ
波を導入するとともに、第一のソレノイドコイルにより
前記プラズマ生成室の内部に軸方向の磁場を発生させて
ガスをプラズマ化し、該プラズマから前記プラズマ生成
室の軸方向にイオンビームを引出して試料に照射するイ
オン源と、内部に試料を保持する処理室を備えたイオン
ビームエッチング装置において、 前記第一のソレノイドコイルとは逆向きの磁場を発生す
る第二のソレノイドコイルを配置して、前記イオン源と
前記試料の間にリングカスプを含む面が存在するカスプ
磁場を形成し、 前記試料の帯電を防止する中和器を、前記イオンビーム
の外周であって、前記リングカスプを含む面と前記試料
を含む面の間に配置したことを特徴とするイオンビーム
エッチング装置。 - 【請求項２】請求項１において、前記中和器はプラズマ
ブリッジ型中和器またはホロカソード型中和器であるイ
オンビームエッチング装置。 - 【請求項３】プラズマ生成室の軸方向に沿ってマイクロ
波を導入するとともに、第一のソレノイドコイルにより
前記プラズマ生成室の内部に軸方向の磁場を発生させて
ガスをプラズマ化し、前記プラズマから前記プラズマ生
成室の軸方向にイオンビームを引出して試料に照射する
とともに、中和器から前記試料に電子を供給するイオン
ビームエッチング方法において、 前記第一のソレノイドコイルとは逆向きの磁場を発生す
る第二のソレノイドコイルを配置して、前記イオン源と
前記試料の間にリングカスプを含む面が存在するカスプ
磁場を形成し、 前記電子を、前記イオンビームの外周であって、前記リ
ングカスプを含む面と前記試料を含む面の間に配置され
た中和器から、前記第二のソレノイドコイルの発生する
磁力線に沿ってイオンビームの下流側に輸送し、前記試
料に供給することを特徴とするイオンビームエッチング
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5055394A JPH06267904A (ja) | 1993-03-16 | 1993-03-16 | イオンビームエッチング装置及びその方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5055394A JPH06267904A (ja) | 1993-03-16 | 1993-03-16 | イオンビームエッチング装置及びその方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06267904A true JPH06267904A (ja) | 1994-09-22 |
Family
ID=12997312
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5055394A Pending JPH06267904A (ja) | 1993-03-16 | 1993-03-16 | イオンビームエッチング装置及びその方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06267904A (ja) |
-
1993
- 1993-03-16 JP JP5055394A patent/JPH06267904A/ja active Pending
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