JPH0770512B2 - Low energy ionized particle irradiation device - Google Patents
Low energy ionized particle irradiation deviceInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体製造用のエツチング，膜形成などに用
いられる低エネルギイオン化粒子照射装置に関し、特に
イオン化粒子を低エネルギ領域で制御し、しかも試料に
効率良くイオン化粒子を照射するようにした低エネルギ
イオン化粒子照射装置に関するものである。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a low energy ionized particle irradiation apparatus used for etching for semiconductor manufacturing, film formation, etc., and particularly, for controlling ionized particles in a low energy region, The present invention relates to a low energy ionized particle irradiation device that efficiently irradiates a sample with ionized particles.
半導体製造用のエツチング，膜形成技術としてプラズ
マ，イオンなどを試試料基板に照射する方法が検討され
ている。通常，この種の装置は、供給したガスをプラズ
マ化するプラズマ生成室を有し、このプラズマ生成室か
らイオンビーム，プラズマ流を引出して試料基板に照射
している。この時、プラズマ生成室から試料基板にイオ
ン化粒子を効率良く輸送，照射し、しかもイオン化粒子
の運動エネルギ（イオンエネルギ）の制御方法が問題に
なつている。そして装置構成，操作性の点でプラズマ生
成室と試料基板との間を必要な距離に保つて、所望のイ
オンエネルギを有する粒子が試料基板に大量に到達させ
る必要がある。A method of irradiating a sample substrate with plasma, ions, etc. is being studied as an etching and film forming technology for semiconductor manufacturing. Usually, this type of apparatus has a plasma generation chamber for converting the supplied gas into plasma, and an ion beam and a plasma flow are extracted from the plasma generation chamber to irradiate the sample substrate. At this time, a problem is how to efficiently transport and irradiate the sample substrate with ionized particles from the plasma generation chamber and to control the kinetic energy (ion energy) of the ionized particles. Then, it is necessary to maintain a required distance between the plasma generation chamber and the sample substrate in terms of the apparatus configuration and operability so that a large amount of particles having a desired ion energy reach the sample substrate.
しかしながら、上記エツチング，膜形成に有用な０〜50
0eVの低エネルギ領域で、しかも大量のイオン化粒子を
効率良く輸送するのは一般に困難である。このような低
エネルギ領域のプラズマ生成室からイオンの引出しに
は、単葉メツシユ電極系〔例えば、「Low Energy Ion B
eam Etching」（J.M.E.Harper et al:J.Electrochem.So
c.vol.128,No.5,PP.1077〜1083（1981）〕が適している
と云われているが、イオン化粒子の輸送距離とともにビ
ームが拡がり、プラズマ生成室と試料基板との距離を大
きくとれないという問題点があつた。このビームの拡が
りを制御する方法としては、イオンビーム中に熱電子を
発生させ、電荷の中和化による方法が知られている。こ
の方法は、熱フイラメントによつて熱電子を発生させて
いるため、反応性ガス粒子に対しては熱フイラメントが
劣化するため、実用的な方法とは云えず、より実用的な
方法が望まれていた。However, 0 to 50 useful for the above etching and film formation
It is generally difficult to efficiently transport a large amount of ionized particles in the low energy region of 0 eV. In order to extract ions from the plasma generation chamber in such a low energy region, a single leaf mesh electrode system [for example, "Low Energy Ion B
eam Etching "(JMEHarper et al: J.Electrochem.So
c.vol.128, No.5, PP.1077-1083 (1981)] is suitable, but the beam spreads with the transport distance of ionized particles, and the distance between the plasma generation chamber and the sample substrate is increased. There was a problem that it could not be taken big. As a method for controlling the spread of the beam, a method is known in which thermoelectrons are generated in the ion beam to neutralize the charges. Since this method generates thermoelectrons by the thermal filament, the thermal filament deteriorates with respect to the reactive gas particles, so it cannot be said to be a practical method, and a more practical method is desired. Was there.
本発明はこのような事情に鑑み、これらの欠点を解決す
るためになされたもので、プラズマ生成室から拡がりの
小さなプラズマビームとして輸送し、そのプラズマ流に
含まれるイオン化粒子の運動エネルギを試料基板近傍で
制御することにより、低エネルギのイオン化粒子を効率
良く輸送，照射することができる低エネルギイオン化粒
子照射装置を提供するものである。In view of such circumstances, the present invention has been made to solve these drawbacks, and the kinetic energy of ionized particles contained in the plasma flow is transported as a plasma beam having a small spread from the plasma generation chamber. A low-energy ionized particle irradiation device capable of efficiently transporting and irradiating low-energy ionized particles by controlling in the vicinity.
本発明にかかる低エネルギイオン化粒子照射装置は、プ
ラズマを発生させるプラズマ生成室と、このプラズマ生
成室に設けられたプラズマ引出し口と、このプラズマ引
出し口より放出されるプラズマ流に含まれるイオン化粒
子を試料基板に照射するべく該試料基板を載置する試料
台が載置されかつプラズマ生成室と電気的に絶縁された
真空試料室と、プラズマ引出し口から放出されるプラズ
マ流を方向性をもつプラズマビームとして試料基板に輸
送するために磁界あるいは電界のいずれかを単独もしく
は組合せたプラズマ輸送手段と、プラズマ生成室と試料
台とに各々電圧を印加する電圧印加手段と、プラズマで
輸送手段および試料基板の間の試料基板の近傍に配設さ
れプラズマ流に含まれるイオン化粒子を引出すイオン引
出し電極を有するイオン化粒子引出し手段とを具備する
ものである。A low-energy ionized particle irradiation apparatus according to the present invention, a plasma generation chamber for generating plasma, a plasma extraction port provided in the plasma generation chamber, and ionized particles contained in the plasma flow emitted from the plasma extraction port. A vacuum sample chamber on which a sample table for placing the sample substrate to irradiate the sample substrate is placed and which is electrically insulated from the plasma generation chamber, and a plasma having directionality in the plasma flow emitted from the plasma extraction port Plasma transport means that uses a magnetic field or an electric field alone or in combination for transporting as a beam to the sample substrate, voltage application means that applies a voltage to the plasma generation chamber and the sample stage, and plasma transport means and sample substrate Has an ion-extracting electrode for extracting ionized particles contained in the plasma flow, disposed near the sample substrate between Those comprising an on particles drawer means.
本発明においては、プラズマ生成室から拡がりの小さな
プラズマビームとして輸送した後、試料基板近傍でイオ
ン化粒子のエネルギを制御することによつて、500eV以
下の低イオンエネルギ領域でプラズマ生成室と試料基板
との距離を離しても、試料基板上にイオン電流密度の高
いイオン化粒子を照射することが可能になる。In the present invention, after being transported from the plasma generation chamber as a small plasma beam, by controlling the energy of the ionized particles in the vicinity of the sample substrate, the plasma generation chamber and the sample substrate in the low ion energy region of 500 eV or less. Even if the distance is increased, it becomes possible to irradiate the sample substrate with ionized particles having a high ion current density.
そして、プラズマ生成室からプラズマ流を輸送した後、
試料基板近傍のイオン引出し電極にてプラズマ流に含ま
れるイオン化粒子の引出しを制御することができる。こ
のとき、プラズマ流の周辺にプラズマ流の拡がりを制御
するプラズマ制御機構を設けることによつて、さらにイ
オン電流密度を高めることができる。And after transporting the plasma flow from the plasma generation chamber,
The extraction of ionized particles contained in the plasma flow can be controlled by the ion extraction electrode near the sample substrate. At this time, the ion current density can be further increased by providing a plasma control mechanism for controlling the spread of the plasma flow around the plasma flow.
以下、本発明を図面に示す実施例に基いて説明する。 Hereinafter, the present invention will be described based on embodiments shown in the drawings.
第１図は本発明の一実施例による低エネルギイオン化粒
子照射装置を示す概略構成図であり、プラズマ発生源と
してマイクロ波励起によるプラズマ生成室を用いた場合
を示す。第１図において、１はそのプラズマ生成室、２
は真空試料室、３は排気系、４はマイクロ波導入窓、５
はマイクロ波導波管、６はプラズマ生成室１に設けられ
たガス導入口、７はプラズマ生成室１の外部に設けられ
た直流磁場を発生させる磁気コイル、８はプラズマ生成
室１に設けられたプラズマ引出し口、９はこの引出し口
８より放出されるプラズマ流、10は真空試料室２内に配
設される試料台、11はこの試料台10に載置される試料基
板、12は試料基板11の近傍に配設されるイオン引出し電
極である。なお、21はプラズマ生成室１とマイクロ波導
波管５を電気的に絶縁して結合するための抑え部材であ
る。FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a low energy ionized particle irradiation apparatus according to an embodiment of the present invention, showing a case where a plasma generation chamber by microwave excitation is used as a plasma generation source. In FIG. 1, 1 is the plasma generation chamber, 2
Is a vacuum sample chamber, 3 is an exhaust system, 4 is a microwave introduction window, 5
Is a microwave waveguide, 6 is a gas inlet provided in the plasma generating chamber 1, 7 is a magnetic coil for generating a DC magnetic field provided outside the plasma generating chamber 1, and 8 is provided in the plasma generating chamber 1. A plasma outlet, 9 is a plasma flow emitted from the outlet 8, 10 is a sample stage arranged in the vacuum sample chamber 2, 11 is a sample substrate placed on the sample stage 10, and 12 is a sample substrate. An ion extraction electrode disposed in the vicinity of 11. Reference numeral 21 is a restraining member for electrically insulating and coupling the plasma generation chamber 1 and the microwave waveguide 5.
ここで、プラズマ生成室１は絶縁支持部材22を介して試
料室２と電気的に絶縁されている。そしてこのプラズマ
生成室１に導入されるガス，残留ガスは排気系３によつ
て排気されるものとなつている。プラズマ生成用のマイ
クロ波発振源としては例えば2.54GHzのマグネトロンが
用いられ、これは、マイクロ波導入窓４から外部方向に
矩形導波管5,さらに図示していない整合器，マイクロ波
電力計，アイソレータを経た位置に接続される。プラズ
マ生成室１はステンレス鋼から成り、プラズマ生成によ
る温度上昇を防止するため、外部は水冷されている。し
かして、このプラズマ生成室１にガス導入口６よりガス
を導入し、矩形導波管５を介して2.54GHzのマイクロ波
を導入する。これに磁気コイル７によつて直流磁場がマ
イクロ波電界に対して直角方向で電子サイクロトロン共
鳴（ECR）条件（875ガラス）を満足する磁界を生じさせ
ると、これらの相互作用（ECR）によつて導入されたガ
スはプラズマ化される。従つて、プラズマ生成室１のマ
イクロ波導入窓４に対向する他端にはプラズマ引出し口
８が設けられており、プラズマが真空試料室２に引出さ
れる。この時、前記引出し口８で磁気コイル７による磁
界が発散磁界になつているため、この引出し口８からの
プラズマは真空試料室２に等方的に拡がることなく、試
料台10の方向に運動エネルギを有するプラズマ流９とし
て引出される。このような磁界中の両極性拡散によるプ
ラズマはプラズマ流として輸送することができる。しか
も、プラズマ流９はビームが電気的に中性なため、クー
ロン力によるビーム拡がりは原理的に小さく、低エネル
ギのイオンのみを輸送するのに比較して、ビーム拡がり
は小さくなる。そしてプラズマ流９の中に含まれるイオ
ン化粒子が試料基板11に衝突する時の運動エネルギは、
第１図のプラズマ生成室1,イオン引出し電極12および試
料台10にそれぞれ印加する電圧A,BおよびＣによつて制
御することができる。例えば、イオン引出し電極12を取
り外して、プラズマ生成室１を正電位（Ａ），試料台10
を負電位もしくは接地電位（Ｃ）として、プラズマ生成
室１と試料台10との間に電位差〔（Ａ）−（Ｃ）〕を与
えると、試料基板11に衝突するイオン化粒子の運動エネ
ルギは制御できる。さらに、第１図に示すごとくイオン
引出し電極12の電位（Ｂ）を負電位もしくは接地電位に
し、プラズマ生成室１とイオン引出し電極（例えば単葉
メツシユ電極）12との間に電圧〔（Ａ）−（Ｂ）〕をか
けることにより、イオン引出し電極12でプラズマ中から
（正に帯電した）イオン化粒子を引出したり、プラズマ
中のイオン化粒子の運動（速度，方向）を制御したりす
るとともに、前記電位（Ａ）と（Ｃ）との電位差によつ
てそのイオンエネルギが制御される。また、イオン引出
し電極12に正の電圧（正電位）をかけることにより、プ
ラズマ中のイオンが引出されるのを制御して、試料基板
11に到達するイオン化粒子の量を減少させて、ラジカ
ル，中性粒子の比率を増大することもできる。このよう
にして、プラズマ生成室１より試料基板11の近傍までプ
ラズマ流９を輸送した後、そのイオン化粒子のエネルギ
を制御することにより、０〜500eVの低エネルギのイオ
ン化粒子でも輸送効率良くすなわち試料基板11上のイオ
ン電流密度を高くしてそのイオン化粒子を試料基板11上
に照射することができる。Here, the plasma generation chamber 1 is electrically insulated from the sample chamber 2 via the insulating support member 22. The gas and residual gas introduced into the plasma generation chamber 1 are exhausted by the exhaust system 3. For example, a 2.54 GHz magnetron is used as a microwave oscillating source for plasma generation. This includes a rectangular waveguide 5, an unillustrated matching box, a microwave power meter, and a microwave from the microwave introduction window 4. It is connected to the position through the isolator. The plasma generation chamber 1 is made of stainless steel, and the outside is water-cooled to prevent a temperature rise due to plasma generation. Then, the gas is introduced into the plasma generation chamber 1 through the gas inlet 6, and the microwave of 2.54 GHz is introduced through the rectangular waveguide 5. When a direct current magnetic field is generated by the magnetic coil 7 in the direction perpendicular to the microwave electric field, which satisfies the electron cyclotron resonance (ECR) condition (875 glass), these interactions (ECR) cause The introduced gas is turned into plasma. Therefore, the plasma extraction port 8 is provided at the other end of the plasma generation chamber 1 facing the microwave introduction window 4, and the plasma is extracted to the vacuum sample chamber 2. At this time, since the magnetic field generated by the magnetic coil 7 is a divergent magnetic field at the extraction port 8, the plasma from the extraction port 8 does not spread isotropically to the vacuum sample chamber 2 but moves toward the sample stage 10. It is extracted as an energetic plasma stream 9. Plasma due to bipolar diffusion in such a magnetic field can be transported as a plasma stream. Moreover, since the beam of the plasma flow 9 is electrically neutral, the beam divergence due to the Coulomb force is small in principle, and the beam divergence is smaller than that when only low energy ions are transported. The kinetic energy when the ionized particles contained in the plasma flow 9 collide with the sample substrate 11 is
It can be controlled by the voltages A, B and C applied to the plasma generation chamber 1, the ion extraction electrode 12 and the sample stage 10 of FIG. 1, respectively. For example, the ion extraction electrode 12 is removed, the plasma generation chamber 1 is set to a positive potential (A), the sample stage 10
Is set to a negative potential or a ground potential (C), and a potential difference [(A)-(C)] is applied between the plasma generation chamber 1 and the sample table 10, the kinetic energy of ionized particles colliding with the sample substrate 11 is controlled. it can. Further, as shown in FIG. 1, the potential (B) of the ion extraction electrode 12 is set to a negative potential or a ground potential, and a voltage [(A)-is applied between the plasma generation chamber 1 and the ion extraction electrode (for example, a single leaf mesh electrode) 12. (B)] is applied to extract the (positively charged) ionized particles from the plasma by the ion extraction electrode 12 and to control the movement (velocity, direction) of the ionized particles in the plasma, and The ion energy is controlled by the potential difference between (A) and (C). Further, by applying a positive voltage (positive potential) to the ion extracting electrode 12, the extraction of the ions in the plasma is controlled, and the sample substrate
It is also possible to decrease the amount of ionized particles reaching 11 and increase the ratio of radicals and neutral particles. In this way, by transporting the plasma flow 9 from the plasma generation chamber 1 to the vicinity of the sample substrate 11 and controlling the energy of the ionized particles, even low-energy ionized particles of 0 to 500 eV can be transported efficiently, that is, the sample. The ion current density on the substrate 11 can be increased and the ionized particles can be irradiated onto the sample substrate 11.
第２図は本発明の別の実施例を示す第１図相当の概略構
成図である。第２図において13はプラズマ生成室１より
放出されるプラズマ流９の拡がりを制御するプラズマ輸
送手段としてのプラズマ流制御機構、14はこのプラズマ
流制御機構13の周面に設けられた排気用小開口であり、
その他は第１図と同様である。ここで、プラズマ流制御
機構13は、排気用小開口14を有する金属製の中空円筒形
状をしたもので、この中央をプラズマ流９が通過するも
のとなつている。そしてこの円筒形状のプラズマ流制御
機構13は、他の構成部、特にプラズマ生成室1,試料台1
0,真空試料室２の外壁，イオン引出し電極12からはそれ
ぞれ絶縁支持部材23,24にて電気的に絶縁されている。
これによつて、プラズマ流制御機構13に電圧（Ｄ）を印
加することによりプラズマ流９の周囲を任意の電位に制
御することができる。すなわち、第２図は第１図の装置
にプラズマ流制御機構13を設置し、プラズマ流９の周囲
の電位を制御できるようにしたものである。この電位の
制御によつてプラズマ流９の拡がりの制御を可能にし、
試料基板11上のイオン電流密度の向上，イオンエネルギ
に対するイオン電流密度特性の改善などを図つたもので
ある。FIG. 2 is a schematic configuration diagram corresponding to FIG. 1 showing another embodiment of the present invention. In FIG. 2, reference numeral 13 denotes a plasma flow control mechanism as a plasma transportation means for controlling the spread of the plasma flow 9 discharged from the plasma generation chamber 1, and 14 denotes a small exhaust gas provided on the peripheral surface of the plasma flow control mechanism 13. Is an opening,
Others are the same as in FIG. Here, the plasma flow control mechanism 13 is of a hollow metal shape having a small opening 14 for exhaust, and the plasma flow 9 passes through the center thereof. The cylindrical plasma flow control mechanism 13 has other components, particularly the plasma generation chamber 1 and the sample table 1.
0, the outer wall of the vacuum sample chamber 2 and the ion extraction electrode 12 are electrically insulated by insulating support members 23 and 24, respectively.
Accordingly, by applying the voltage (D) to the plasma flow control mechanism 13, the periphery of the plasma flow 9 can be controlled to an arbitrary potential. That is, in FIG. 2, the plasma flow control mechanism 13 is installed in the apparatus of FIG. 1 so that the potential around the plasma flow 9 can be controlled. By controlling this potential, the spread of the plasma flow 9 can be controlled,
This is intended to improve the ion current density on the sample substrate 11 and the ion current density characteristics with respect to ion energy.
以下、本発明の有効特性を第３図乃至第５図に示す具体
的なデータによつて説明する。プラズマ生成室１の形状
としてはマイクロ波空洞共振器の構成とし、一例として
円形空洞共振モードTE111を採用し、円のり寸法で直径9
0mm,高さ100mmの円筒形状を用いてマイクロ波放電効率
を高めるようにした。そしてこの電子サイクロトロン共
鳴現像を用いるマイクロ波放電はイオン化効率が高いの
で、真空試料室２のガス圧を低くし、５×10-6〜２×10
-4Torrで実験を行なつた。第３図に第１図の実施例構成
で、イオン引出し電極（単葉メツシユ電極）12の電位Ｂ
を接地電位，プラズマ生成室１に正の電圧Ａをかけた時
の試料台すなわち基板ホルダ10上のイオン電流密度を示
した。なお、第３図において特性Ｉはプラズマ生成室１
と基板ホルダ10との距離が4cmの場合を，特性IIはその
距離が14cmの場合をそれぞれ示す。このような構成で得
られるイオン電流密度は、プラズマ生成室１と基板ホル
ダ10との距離を同一にして、イオン引出し電極として単
葉メツシユ電極をプラズマ生成室１の近傍に設置した場
合よりもはるかに大きな値が得られる。さらに、第１図
および第２図の構成においてイオン引出し電極12を取り
外して、プラズマ生成室１と基板ホルダ10との間に電圧
（A,C）をかけても同様の特性が得られる。一方、第３
図から明らかなように、プラズマ生成室１の印加電圧Ａ
が200eV以上でイオン電流密度が低下する傾向およびプ
ラズマ生成室と基板ホルダ間の距離に対するイオン電流
密度の低下が電圧が高い程大きくなる傾向がある。これ
は、プラズマ流９の周辺の電位分布の影響でプラズマ流
９が拡がるためと考えられる。すなわち、第２図に示す
ようなプラズマ流制御機構13を設置することによつて、
このような問題点を解決できる。第４図は、第２図の配
置において、イオン引出し電極12（メツシユ電極：メツ
シユ100）に印加する電圧（Ｂ）を−300Vにしておき、
プラズマ生成室１の電圧Ａを100V,150V,200Vに対して、
プラズマ流制御機構13に印加する電圧（Ｄ）を変化させ
た時の基板ホルダ10上でのイオン電流密度の変化の様子
を示している。ここで特性III,IVおよびＶはプラズマ生
成室の印加電圧Ａをそれぞれ100V,150Vおよび200Vにし
たときに対応しており、プラズマ流制御機構13の長さは
15〜20cmである。第４図は、プラズマ流制御機構13にか
ける電圧（Ｄ）が高くなるにつれて、基板ホルダ10上で
のイオン電流密度は大きくなる。その電圧の上限はプラ
ズマ生成室に印加する電圧（Ａ）であり、それ以上の電
圧をかけると基板ホルダ10上のイオン電流（プラズマ
流）が不安定になる。また、プラズマ流制御機構13に電
圧をかけず浮かしておいても同様の特性が得られる。こ
の場合には、プラズマ流制御機構13の材質として、金属
のみならず絶縁物を用いることができる。これらはプラ
ズマ流９の拡がり角度を制御することによつて、基板ホ
ルダ10上のイオン電流密度を制御しているものであり、
イオン引出し電極12を取り除き、プラズマ生成室１と基
板ホルダ10間に電圧（A,C）をかけても同様にイオン電
流密度の増大が図られる。第５図にプラズマ制御機構13
に印加する電圧をプラズマ生成室１と同電位にした場合
（特性VI）とプラズマ制御機構13を電気的に浮かしてお
いた場合（特性VII）について、プラズマ生成室に印加
する電圧に対する基板ホルダ10上のイオン電流密度を示
した。この時、イオン引出し電極12への印加電圧を−20
0V,イオン引出し電極12として、単葉のメツシユ電極を
用いた。また試料基板11を接地電位にしておけば、試料
基板には、プラズマ室への印加電圧よりも数十eV高いエ
ネルギを有するイオン化粒子が試料基板を照射する（イ
オン化粒子のエネルギ分析によつて、実際のイオンエネ
ルギは印加電圧よりも数十eV高いことがわかつてい
る）。第５図は、イオン電流密度も従来のプラズマ生成
室近傍におけるイオン引出し方法に比較するとはるかに
高く、しかも０〜500eVで単調に増加する制御性の良い
特性を有している。The effective characteristics of the present invention will be described below with reference to specific data shown in FIGS. As the shape of the plasma generation chamber 1, a microwave cavity resonator is used. As an example, a circular cavity resonance mode TE 111 is adopted, and the diameter of the circle is 9
The microwave discharge efficiency was enhanced by using a cylindrical shape with a height of 0 mm and a height of 100 mm. Since the microwave discharge using this electron cyclotron resonance development has high ionization efficiency, the gas pressure in the vacuum sample chamber 2 is lowered to 5 × 10 −6 to 2 × 10 5.
-4 I experimented with Torr. FIG. 3 shows the potential B of the ion extraction electrode (single leaf mesh electrode) 12 in the embodiment configuration of FIG.
Is the ground potential, and the ion current density on the sample stage, that is, the substrate holder 10 when a positive voltage A is applied to the plasma generation chamber 1 is shown. In FIG. 3, the characteristic I is the plasma generation chamber 1
The distance between the substrate holder 10 and the substrate holder 10 is 4 cm, and the characteristic II indicates that the distance is 14 cm. The ion current density obtained with such a configuration is far greater than that in the case where the distance between the plasma generation chamber 1 and the substrate holder 10 is the same and a single leaf mesh electrode as an ion extraction electrode is installed near the plasma generation chamber 1. Large value can be obtained. Further, the same characteristics can be obtained by removing the ion extraction electrode 12 and applying a voltage (A, C) between the plasma generation chamber 1 and the substrate holder 10 in the configurations of FIGS. 1 and 2. On the other hand, the third
As is clear from the figure, the applied voltage A of the plasma generation chamber 1
Of 200 eV or more, the ion current density tends to decrease, and the ion current density with respect to the distance between the plasma generation chamber and the substrate holder tends to decrease as the voltage increases. It is considered that this is because the plasma flow 9 spreads due to the influence of the potential distribution around the plasma flow 9. That is, by installing the plasma flow control mechanism 13 as shown in FIG.
Such a problem can be solved. FIG. 4 shows that the voltage (B) applied to the ion extraction electrode 12 (mesh electrode: mesh 100) in the arrangement of FIG.
For the voltage A of the plasma generation chamber 1 to 100V, 150V, 200V,
4 shows how the ion current density on the substrate holder 10 changes when the voltage (D) applied to the plasma flow control mechanism 13 is changed. The characteristics III, IV and V correspond to when the applied voltage A of the plasma generation chamber is 100V, 150V and 200V, respectively, and the length of the plasma flow control mechanism 13 is
15 to 20 cm. In FIG. 4, the ion current density on the substrate holder 10 increases as the voltage (D) applied to the plasma flow control mechanism 13 increases. The upper limit of the voltage is the voltage (A) applied to the plasma generation chamber, and if a voltage higher than that is applied, the ion current (plasma flow) on the substrate holder 10 becomes unstable. The same characteristics can be obtained even if the plasma flow control mechanism 13 is left floating without applying a voltage. In this case, not only metal but also insulator can be used as the material of the plasma flow control mechanism 13. These control the ion current density on the substrate holder 10 by controlling the spread angle of the plasma flow 9,
Even if the ion extraction electrode 12 is removed and a voltage (A, C) is applied between the plasma generation chamber 1 and the substrate holder 10, the ion current density can be similarly increased. The plasma control mechanism 13 is shown in FIG.
When the voltage applied to the plasma generation chamber 1 has the same potential (characteristic VI) and the plasma control mechanism 13 is electrically floated (characteristic VII), the substrate holder 10 with respect to the voltage applied to the plasma generation chamber 10 The upper ion current density is shown. At this time, the applied voltage to the ion extraction electrode 12 is set to -20
As the 0V, ion extraction electrode 12, a single-leaf mesh electrode was used. If the sample substrate 11 is set to the ground potential, the sample substrate is irradiated with ionized particles having energy higher than the voltage applied to the plasma chamber by several tens of eV (according to the energy analysis of the ionized particles, It is known that the actual ion energy is several tens of eV higher than the applied voltage). FIG. 5 shows that the ion current density is also much higher than that of the conventional ion extraction method in the vicinity of the plasma generation chamber, and has a characteristic of good controllability that monotonically increases at 0 to 500 eV.
以上の実施例では直流電圧を印加してイオン化粒子のエ
ネルギを制御する方法について述べたが、試料基板11が
絶縁物，さらには膜形成物が絶縁物で試料基板11に電荷
がたまりその影響を考慮する必要がある場合には、交流
の印加電圧，さらには高周波電源を用いることにより、
これら電荷のチヤージの影響をなくすことができること
は云うまでもない。Although the method of controlling the energy of the ionized particles by applying the DC voltage has been described in the above embodiments, the sample substrate 11 is an insulator, and further the film-forming material is an insulator, and electric charges are accumulated on the sample substrate 11 to affect the influence. When it is necessary to consider, by using an AC applied voltage, and further using a high frequency power source,
Needless to say, it is possible to eliminate the influence of these charge charges.
また、上記実施例はECRイオン源について述べたが、磁
界，電界およびプラズマ生成室と試料室とのガス差圧な
どの手段によつて方向性をもつプラズマ流を放出するよ
うに構成したイオン源に対して、本発明は適用できるこ
とは云うまでもない。さらに、試料基板11が配設される
真空試料室２のガス圧は、高くなるとプラズマ生成室１
と試料基板11との間に電圧をかけることが難しくなるこ
とから２×10-4Torr以下の低ガス圧であることが好まし
い。Further, although the above-mentioned embodiment has described the ECR ion source, the ion source configured to emit a directional plasma flow by means of a magnetic field, an electric field and a gas differential pressure between the plasma generation chamber and the sample chamber. On the other hand, it goes without saying that the present invention can be applied. Furthermore, when the gas pressure in the vacuum sample chamber 2 in which the sample substrate 11 is arranged becomes high, the plasma generation chamber 1
Since it becomes difficult to apply a voltage between the sample substrate 11 and the sample substrate 11, a low gas pressure of 2 × 10 −4 Torr or less is preferable.
以上説明したように本発明によれば、プラズマ生成室か
ら拡がりの小さなプラズマ流としてイオン化粒子を輸送
した後、試料基板近傍でイオン化粒子のエネルギを制御
するようにしたので、500eV以下の低エネルギ領域でプ
ラズマ生成室と試料基板との距離を離しても、試料基板
上にイオン電流密度の高いイオン化粒子を照射できる利
点がある。さらに、プラズマ流の周辺にプラズマ流の拡
がりを制御する機構を設けることによつてイオン電流密
度を高めることができる。そのため、本発明を低エネル
ギのイオン化粒子によるエツチング，付着（デポジシヨ
ン）装置に用いれば、500eV以下の低エネルギを領域で
イオン化粒子の運動エネルギを制御し、しかも従来の装
置よりも多くのイオン電流を取ることができるため、高
性能（低損傷高速エツチング，高品質，高付着速度の膜
形成）な処理ができる効果がある。As described above, according to the present invention, after the ionized particles are transported from the plasma generation chamber as a small plasma flow with a small spread, the energy of the ionized particles is controlled in the vicinity of the sample substrate. Even if the distance between the plasma generation chamber and the sample substrate is increased, the sample substrate can be irradiated with ionized particles having a high ion current density. Further, the ion current density can be increased by providing a mechanism for controlling the spread of the plasma flow around the plasma flow. Therefore, if the present invention is applied to an etching and deposition (deposition) device using low-energy ionized particles, the kinetic energy of the ionized particles can be controlled in the low energy region of 500 eV or less, and more ion current than the conventional device can be obtained. Since it can be taken, there is an effect that high-performance (low-damage high-speed etching, high-quality, high-adhesion rate film formation) processing can be performed.
第１図は本発明装置の一実施例を示す概略構成図、第２
図は本発明装置の別の実施例を示す概略構成図、第３
図，第４図および第５図はそれぞれ本発明装置により得
られた特性図である。 １……プラズマ生成室、２……真空試料室、３……排気
系、４……マイクロ波導入窓、５……マイクロ波導波
管、６……ガス導入口、７……磁気コイル、８……プラ
ズマ引出し口、９……プラズマ流、10……試料台（基板
ホルダ）11……試料基板、12……イオン引出し電極、13
……プラズマ流制御機構、14……排気用小開口、22,23,
24……絶縁支持部材。FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of the device of the present invention, and FIG.
FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing another embodiment of the device of the present invention.
FIG. 4, FIG. 5 and FIG. 5 are characteristic diagrams obtained by the device of the present invention. 1 ... Plasma generation chamber, 2 ... Vacuum sample chamber, 3 ... Exhaust system, 4 ... Microwave inlet window, 5 ... Microwave waveguide, 6 ... Gas inlet port, 7 ... Magnetic coil, 8 ...... Plasma extraction port, 9 ...... Plasma flow, 10 …… Sample stand (substrate holder) 11 …… Sample substrate, 12 …… Ion extraction electrode, 13
...... Plasma flow control mechanism, 14 …… Small opening for exhaust, 22,23,
24 ... Insulation support member.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−225525（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−20440（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−175832（ＪＰ，Ａ) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP 59-225525 (JP, A) JP 60-20440 (JP, A) JP 58-175832 (JP, A)
Claims (2)
該プラズマ生成室に設けられたプラズマ引出し口と、該
プラズマ引出し口より放出されるプラズマ流に含まれる
イオン化粒子を試料基板に照射すべく該試料基板を載置
する試料台が載置されかつ前記プラズマ生成室と電気的
に絶縁された真空試料室と、前記プラズマ引出し口から
放出されるプラズマ流を方向性をもつプラズマビームと
して前記試料基板に輸送するために磁界あるいは電界の
いずれかを単独もしくは組合せたプラズマ輸送手段と、
前記プラズマ生成室と前記試料台とに各々電圧を印加す
る電圧印加手段と、前記プラズマ輸送手段および前記試
料基板の間の前記試料基板の近傍に配設され前記プラズ
マ流に含まれるイオン化粒子を引出すイオン引出し電極
を有するイオン化粒子引出し手段とを具備したことを特
徴とする低エネルギイオン化粒子照射装置。1. A plasma generating chamber for generating plasma,
A plasma outlet provided in the plasma generation chamber, a sample table on which the sample substrate is placed to irradiate the sample substrate with ionized particles contained in a plasma flow emitted from the plasma outlet, and A vacuum sample chamber electrically insulated from the plasma generation chamber, and either a magnetic field or an electric field for transporting the plasma flow emitted from the plasma extraction port to the sample substrate as a directional plasma beam, or A combined plasma transport means,
Voltage applying means for applying a voltage to the plasma generating chamber and the sample stage respectively, and ionized particles contained in the plasma flow are disposed in the vicinity of the sample substrate between the plasma transporting means and the sample substrate. A low-energy ionized particle irradiation device, comprising: an ionized particle extraction means having an ion extraction electrode.
がりを電気的に制御するプラズマ流制御手段を有するこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の低エネルギ
イオン化粒子照射装置。2. The low energy ionized particle irradiation apparatus according to claim 1, wherein the plasma transportation means has a plasma flow control means for electrically controlling the spread of the plasma flow.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60018505A JPH0770512B2 (en) | 1985-02-04 | 1985-02-04 | Low energy ionized particle irradiation device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60018505A JPH0770512B2 (en) | 1985-02-04 | 1985-02-04 | Low energy ionized particle irradiation device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61177728A JPS61177728A (en) | 1986-08-09 |
| JPH0770512B2 true JPH0770512B2 (en) | 1995-07-31 |
Family
ID=11973477
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60018505A Expired - Lifetime JPH0770512B2 (en) | 1985-02-04 | 1985-02-04 | Low energy ionized particle irradiation device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0770512B2 (en) |
Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| WO2009009272A3 (en) * | 2007-07-07 | 2009-03-05 | Varian Semiconductor Equipment | Conformal doping using high neutral plasma implant |
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|---|---|---|---|---|
| JPS59225525A (en) * | 1983-06-06 | 1984-12-18 | Agency Of Ind Science & Technol | Reactive ion beam etching apparatus |
-
1985
- 1985-02-04 JP JP60018505A patent/JPH0770512B2/en not_active Expired - Lifetime
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| WO2009009272A3 (en) * | 2007-07-07 | 2009-03-05 | Varian Semiconductor Equipment | Conformal doping using high neutral plasma implant |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61177728A (en) | 1986-08-09 |
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