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JPH0654644B2 - イオン源 - Google Patents

イオン源

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Publication number
JPH0654644B2
JPH0654644B2 JP60220115A JP22011585A JPH0654644B2 JP H0654644 B2 JPH0654644 B2 JP H0654644B2 JP 60220115 A JP60220115 A JP 60220115A JP 22011585 A JP22011585 A JP 22011585A JP H0654644 B2 JPH0654644 B2 JP H0654644B2
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JP
Japan
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vacuum container
magnetic field
ion
extension
ion source
Prior art date
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JP60220115A
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English (en)
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JPS6280950A (ja
Inventor
幸夫 黒沢
好美 袴田
康則 大野
邦夫 平沢
忠 佐藤
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Priority to KR1019860008183A priority patent/KR940010844B1/ko
Priority to US06/914,196 priority patent/US4739169A/en
Publication of JPS6280950A publication Critical patent/JPS6280950A/ja
Publication of JPH0654644B2 publication Critical patent/JPH0654644B2/ja
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement or ion-optical arrangement
    • H01J37/08—Ion sources; Ion guns
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J27/00—Ion beam tubes
    • H01J27/02—Ion sources; Ion guns
    • H01J27/16—Ion sources; Ion guns using high-frequency excitation, e.g. microwave excitation
    • H01J27/18—Ion sources; Ion guns using high-frequency excitation, e.g. microwave excitation with an applied axial magnetic field
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Electron Sources, Ion Sources (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明はイオン源に係り、特にイオンビームを応用した
半導体関係の微細加工に使用するに好適なイオン原に関
する。
〔発明の背景〕
近年、半導体プロセスのドライ化に伴い、プラズマ、特
にイオンビームを応用したエツチング装置のニーズが高
まつている。半導体関係の微細加工化は急速に進んでお
り、ＬＳＩの最小加工幅は、サブミクロンの領域に入ろ
うとしている。そのためこれら、サブミクロン領域のド
ライエツチング装置に要求される性能としては、加工精
度上からイオンビームの発散角が非常に小さいこと、並
びに、イオンビーム密度がきわめて均一であることが要
求される。ところでイオンビームエツチング装置として
は第３２回応用物理学関係連合講演会（１９８５、３／
２９〜４／１開催）予稿集第３１６頁に示される構造の
ものがある。これは、第５図に示すような構造となつて
いる。すなわち、筒状の真空容器１の一方の端部にマイ
クロ波導波管２が接続され、真空容器１の外周部に、マ
イクロ波導入方向と平行な向きの磁界を発生させるコイ
ル３が設けられている。図示していないマイクロ波発振
器から、マイクロ波導波管２を介してマイクロ波電力が
加えられる。ここで、マイクロ波の角周波数をωとし ｍｅ：電子の質量 ｅ：電子の電荷 Ｂ：磁束密度 なる関係に概略なるよう設定される。
例えば、マイクロ波として２．４５ＧＨｚを使うときは
Ｂ≒８７５（Ｇａｕｓｓ）に設定される。
これにより、真空容器１内では、電子サイクロトロン共
鳴が生じて、電子の加速が生じ、加速された電子により
イオン化が盛んに行われプラズマが発生する。このプラ
ズマから、正の電圧にバイアスされた電極４、及び負電
圧にバイアスされた電極５、並びに接地電位電極６から
成るイオン引出し部９によりイオンが引き出される。と
ころでこの方式では、第６図に示すようにプラズマ密度
の均一性が悪く、軸中心部だけの密度が高くなつてい
る。そのため、引き出したイオンビームの密度も軸中心
部だけ高く、不均一なイオンビームとなつていた。又コ
イル３によつて作られる磁力線７は、イオン引出し部９
へも漏れてくるため、イオンの軌道を曲げ、イオンビー
ムの発散角を大きくするという欠点があつた。
〔発明の目的〕
本発明は上述の点に鑑み成されたものでその第１の目的
とするところは、引出されたイオンビームが均一である
こと、又、第２の目的とするところは、引出されたイオ
ンビームが均一で、しかも発散角の非常に小さく微細加
工に好適なイオン源を提供するにある。
〔発明の概要〕
本発明は内部にプラズマが発生する真空容器の導波管が
設置されている側とは反対側を、真空容器の周囲に配置
されている磁界発生手段の端部近傍からマイクロ波導入
方向と同じ方向に延長し、この真空容器の延長部の外
周、又は内周にカスプ磁界発生用の磁石を設けると共
に、前記真空容器の延長部端部に前記イオン引出し部を
設置することにより第１の目的を、又上述の構成に加
え、前記磁石と磁界発生手段との間に磁気シールド部材
を設けることにより第２の目的をそれぞれ達成するよう
になしたものである。
〔発明の実施例〕
以下、図示した実施例に基づき本発明を詳細に説明す
る。
第１図に本発明のイオン源一実施例を示す。該図におい
て、円筒状の真空容器１の外周部に軸方向磁界発生用の
コイル３が配され、真空容器１の端板１４には、マイク
ロ波を通す誘電体窓１２が設けられ、図示していないマ
イクロ波発振器からマイクロ波を導入する導波管２が接
続されている。そして、本実施例では、真空容器１はコ
イル３の端部近傍から軸方向に伸びた延長部１０を有
し、この延長部１０の外周部には、円周方向、並びに長
手方向にカスプ磁界を作る多数の永久磁石１１が設けら
れている。又、真空容器１の延長部１０の開口部１５に
は、イオン引出し部９が設けられている。今、マイクロ
波が、誘電体窓１２へ導入されると、真空容器１内の磁
界発生用コイル３の内側に相当するところでは、電子サ
イクロトロン共鳴により電子が加速されて真空容器１内
の内性ガス分子のイオン化が行われて、プラズマ１６が
発生する。このプラズマ１６は、軸方向に拡散してカス
プ磁界の発生している真空容器１の延長部１０の内側の
空間内に閉じ込められる。その結果、プラズマは拡散に
より半径方向に対して非常に均一な密度分布を呈するこ
とができる。又、イオン引出し部９は、軸方向磁界を発
生するコイル３より遠く離れているので、コイル３によ
る磁界は非常に小さく、イオンの軌道に与える影響は非
常に小さい。特に、コイル３とカスプ磁界発生用の永久
磁石１１の間に磁気シールド１３を設けると、コイル３
の磁界のイオン引き出し部９のイオンの軌道に与える影
響はほとんどなくなる。このような効果のため、イオン
引出し部９より引出されるイオンビームの半径方向分布
は非常に均一となり、且つイオンビームの発散角も非常
に小さくなり、微細加工に好適なイオンビームを得るこ
とができる。
第２図に本発明の第２の実施例を示す。該図に示す本実
施例では、真空容器１とその延長部１０の間に、小さな
開口部を１個以上有する仕切板１８を設けたものであ
る。これでも第１図の実施例と全く同様の効果を奏する
ことができる。
第３図は本発明の第３の実施例であり、真空容器１の延
長部１０の直径を真空容器１の直径よりも小さくした例
である。又、第４図に示す実施例は第３図とは逆に延長
部１０の直径を真空容器１の直径よりも大きくした例で
ある。いずれの実施例も、第１図に示した実施例の効果
に加え断熱膨張により、より低エネルギーのイオンを得
ることができる。
尚、上述した各実施例では、コイル３、並びに永久磁石
１１はいずれも真空容器１及びその延長部１０の外側に
配設したが、これらは内側に設けても何等本発明の有効
性は損なわれない。
〔発明の効果〕
以上説明した本発明のイオン源によれば、内部にプラズ
マが発生する真空容器の導波管が設置されている側とは
反対側を、真空容器の周囲に配置されている磁界発生手
段の端部近傍からマイクロ波導入方向と同じ方向に延長
し、この真空容器の延長部の外周、又は内周にカスプ磁
界発生用の磁石を設けると共に、前記真空容器の延長部
端部に前記イオン引出し部を設置したものであるから、
引出されるイオンビームの半径方向分布は非常に均一と
なり、かつ、上述の構成に加え、前記磁石とマイクロ波
導入方向と平行な向きの磁界を発生する手段との間に磁
気シールド部材を設けたものであるから、イオンビーム
の発散角も非常に小さくなり、微細加工に好適なイオン
ビームが得られ、比種イオン源には非常に有効である。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明のイオン源の一実施例を示す断面図、第
２図、第３図、及び第４図は本発明の第２、第３、及び
第４の各実施例を示す断面図、第５図は従来のイオン源
の断面図、第６図は従来の構成における磁束密度分布の
説明図である。 １……真空容器、２……導波管、３……コイル、９……
イオン引出し部、１０……真空容器の延長部、１１……
永久磁石、１２……誘電体窓、１３……磁気シールド部
機、１６，１７……プラズマ、１８……仕切板。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平沢 邦夫 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 佐藤 忠 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (56)参考文献 特開 昭53−9993（ＪＰ，Ａ)

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】内部にプラズマが発生する真空容器と、該
    真空容器の一端に設置され、真空容器内へマイクロ波を
    導入する導波管と、該導波管からのマイクロ波導入方向
    と平行な向きの磁界を前記真空容器内に発生するために
    真空容器の周囲に配置されている磁界発生手段と、前記
    真空容器からイオンを引出すイオン引出し部とを備えた
    イオン源において、 前記真空容器の前記導波管が設置されている側とは反対
    側を、前記磁界発生手段の端部近傍からマイクロ波導入
    方向と同じ方向に延長し、該真空容器の延長部の外周、
    又は内周にカスプ磁界発生用の磁石を設けると共に、前
    記真空容器の延長部端部に前記イオン引出し部を設置し
    たことを特徴とするイオン源。
  2. 【請求項２】前記真空容器の延長部との境界部分の内周
    側に、少くとも１個の開口部を有する仕切板を設けたこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のイオン源。
  3. 【請求項３】前記真空容器の延長部の直径を、前記真空
    容器の直径よりも小さくしたことを特徴とする特許請求
    の範囲第１項、又は第２項記載のイオン源。
  4. 【請求項４】前記真空容器の延長部の直径を、前記真空
    容器の直径よりも大きくしたことを特徴とする特許請求
    の範囲第１項、又は第２項記載のイオン源。
  5. 【請求項５】内部にプラズマが発生する真空容器と、該
    真空容器の一端に設置され、真空容器内へマイクロ波を
    導入する導波管と、該導波管からのマイクロ波導入方向
    と平行な向きの磁界を前記真空容器内に発生するために
    真空容器の周囲に配置されている磁界発生手段と、前記
    真空容器からイオンを引出すイオン引出し部とを備えた
    イオン源において、 前記真空容器の前記導波管が設置されている側とは反対
    側を、前記磁界発生手段の端部近傍からマイクロ波導入
    方向と同じ方向に延長し、該真空容器の延長部の外周、
    又は内周にカスプ磁界発生用の磁石を設けると共に、前
    記真空容器の延長部端部に前記イオン引出し部を設置
    し、かつ、前記磁石と前記磁界発生手段との間に、磁気
    シールド部材を設けたことを特徴とするイオン源。
  6. 【請求項６】前記真空容器の延長部との境界部分の内周
    側に、少くとも１個の開口部を有する仕切板を設けたこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第５項記載のイオン源。
  7. 【請求項７】前記真空容器の延長部の直径を、前記真空
    容器の直径よりも小さくしたことを特徴とする特許請求
    の範囲第５項又は第６項記載のイオン源。
  8. 【請求項８】前記真空容器の延長部の直径を、前記真空
    容器の直径よりも大きくしたことを特徴とする特許請求
    の範囲第５項、又は第６項記載のイオン源。
JP60220115A 1985-10-04 1985-10-04 イオン源 Expired - Lifetime JPH0654644B2 (ja)

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KR1019860008183A KR940010844B1 (ko) 1985-10-04 1986-09-30 이온 원(源)
US06/914,196 US4739169A (en) 1985-10-04 1986-10-01 Ion source

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