JP2002289582A - 中性粒子ビーム処理装置 - Google Patents
中性粒子ビーム処理装置Info
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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
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
- H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
- H01J37/321—Radio frequency generated discharge the radio frequency energy being inductively coupled to the plasma
-
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- H01J37/30—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects
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- H01J37/3178—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for changing properties of the objects or for applying thin layers thereon, e.g. for ion implantation for applying thin layers on objects
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- H—ELECTRICITY
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- H05H3/02—Molecular or atomic beam generation
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- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 安価かつコンパクトな構成で大口径のビーム
を被処理物に照射することができ、また、被処理物に損
傷を与えにくい中性粒子ビーム処理装置を提供する。 【解決手段】 プラズマ中で正イオンおよび／もしくは
負イオンを生成するプラズマ生成手段１０と、該プラズ
マ生成手段により生成されるプラズマを内包して対向す
る一対の電極５，６と、該電極間に電圧を印加する電圧
源１０２とを具備し、前記一対の電極５，６は前記プラ
ズマ生成手段により生成された正イオンおよび／もしく
は負イオンの加速を行い、該正イオンおよび／もしくは
負イオンが前記一対の電極間のプラズマ７中を被処理物
側に向けて飛行する間に中性化されて中性粒子４とな
り、該加速された中性粒子が被処理物側の電極６を通過
して被処理物Ｘに照射される。
を被処理物に照射することができ、また、被処理物に損
傷を与えにくい中性粒子ビーム処理装置を提供する。 【解決手段】 プラズマ中で正イオンおよび／もしくは
負イオンを生成するプラズマ生成手段１０と、該プラズ
マ生成手段により生成されるプラズマを内包して対向す
る一対の電極５，６と、該電極間に電圧を印加する電圧
源１０２とを具備し、前記一対の電極５，６は前記プラ
ズマ生成手段により生成された正イオンおよび／もしく
は負イオンの加速を行い、該正イオンおよび／もしくは
負イオンが前記一対の電極間のプラズマ７中を被処理物
側に向けて飛行する間に中性化されて中性粒子４とな
り、該加速された中性粒子が被処理物側の電極６を通過
して被処理物Ｘに照射される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、中性粒子ビーム処
理装置に係り、特に高密度プラズマから高密度の中性粒
子ビームを生成し、被処理物を加工する中性粒子ビーム
処理装置に関するものである。
理装置に係り、特に高密度プラズマから高密度の中性粒
子ビームを生成し、被処理物を加工する中性粒子ビーム
処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体集積回路、ハードディスク
等の情報記憶媒体、あるいはマイクロマシーン等の分野
において、その加工パターンが著しく微細化されてい
る。かかる分野の加工においては、直進性が高く（高指
向性であり）、且つ比較的大口径で高密度の中性粒子ビ
ーム又はイオンビーム等のエネルギービームを照射して
被処理物の成膜又はエッチングなどを施す技術が注目さ
れている。
等の情報記憶媒体、あるいはマイクロマシーン等の分野
において、その加工パターンが著しく微細化されてい
る。かかる分野の加工においては、直進性が高く（高指
向性であり）、且つ比較的大口径で高密度の中性粒子ビ
ーム又はイオンビーム等のエネルギービームを照射して
被処理物の成膜又はエッチングなどを施す技術が注目さ
れている。
【０００３】このようなエネルギービームのビーム源と
しては、正イオン、負イオン、中性粒子、ラジカル粒子
等の各種のビームを生成するものが知られている。この
ような正イオン、負イオン、中性粒子、ラジカル粒子等
のビームをビーム源から被処理物の任意の部位に照射す
ることで、被処理物の局所的な成膜やエッチング、表面
改質、接合、接着などを行うことができる。
しては、正イオン、負イオン、中性粒子、ラジカル粒子
等の各種のビームを生成するものが知られている。この
ような正イオン、負イオン、中性粒子、ラジカル粒子等
のビームをビーム源から被処理物の任意の部位に照射す
ることで、被処理物の局所的な成膜やエッチング、表面
改質、接合、接着などを行うことができる。
【０００４】半導体集積回路用の極めて薄いシリコン酸
化膜などに荷電粒子を照射すると、照射対象を絶縁破壊
してしまうことがあるが、電荷を持たず大きな並進運動
エネルギーを持つ中性粒子線は照射対象に損傷を与えに
くい。従って、このような中性粒子線を微細加工に応用
することが期待されている。
化膜などに荷電粒子を照射すると、照射対象を絶縁破壊
してしまうことがあるが、電荷を持たず大きな並進運動
エネルギーを持つ中性粒子線は照射対象に損傷を与えに
くい。従って、このような中性粒子線を微細加工に応用
することが期待されている。
【０００５】このような中性粒子のビーム源として、プ
ラズマから負イオンビームを生成し、この負イオンビー
ムから電子衝撃により電子を脱離して中性化を行うビー
ム源が知られている。この中性粒子ビーム源はフィラメ
ントが設置された中性化室を備えており、この中性化室
にはフィラメントから発生した熱電子がトラップされて
高エネルギーを持つ電子雲が形成されている。負イオン
ビームは、予め静電レンズで集束された状態で中性化室
に導入され、中性化室の電子雲を通過する際に電子が脱
離されることによって中性化される。
ラズマから負イオンビームを生成し、この負イオンビー
ムから電子衝撃により電子を脱離して中性化を行うビー
ム源が知られている。この中性粒子ビーム源はフィラメ
ントが設置された中性化室を備えており、この中性化室
にはフィラメントから発生した熱電子がトラップされて
高エネルギーを持つ電子雲が形成されている。負イオン
ビームは、予め静電レンズで集束された状態で中性化室
に導入され、中性化室の電子雲を通過する際に電子が脱
離されることによって中性化される。
【０００６】また、光子の照射によって負イオンビーム
の電子を脱離して中性化を行う中性粒子ビーム源も知ら
れている。この中性粒子ビーム源においては、負イオン
ビームに光子を衝突させることで中性化に必要な電子親
和力以上のエネルギーを与えており、負イオンのエネル
ギーに依存しない高い中性化率を得ることができる。
の電子を脱離して中性化を行う中性粒子ビーム源も知ら
れている。この中性粒子ビーム源においては、負イオン
ビームに光子を衝突させることで中性化に必要な電子親
和力以上のエネルギーを与えており、負イオンのエネル
ギーに依存しない高い中性化率を得ることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上述した電子衝撃によ
り負イオンの中性化を行う場合には、高い中性化率を得
るために高密度の電子雲を形成する必要がある。しかし
ながら、高密度の電子雲は非常に狭い空間にしか形成す
ることができないためビーム源を大口径化できない。
り負イオンの中性化を行う場合には、高い中性化率を得
るために高密度の電子雲を形成する必要がある。しかし
ながら、高密度の電子雲は非常に狭い空間にしか形成す
ることができないためビーム源を大口径化できない。
【０００８】また、光子の照射によって負イオンの中性
化を行う場合においては、大口径のビームを作るために
大きな光源と光学系が必要となり装置が大型化してしま
う。また、光源から放射される光のうちのごくわずかし
か中性化に寄与せず、残りは熱損失となってしまう。高
い中性化率を得るためには光源の輝度を上げる必要があ
るが、光源の輝度を上げた場合には、冷却機構を設ける
などの措置が必要となり、装置が大型化するだけでなく
設備コストも高くなってしまう。
化を行う場合においては、大口径のビームを作るために
大きな光源と光学系が必要となり装置が大型化してしま
う。また、光源から放射される光のうちのごくわずかし
か中性化に寄与せず、残りは熱損失となってしまう。高
い中性化率を得るためには光源の輝度を上げる必要があ
るが、光源の輝度を上げた場合には、冷却機構を設ける
などの措置が必要となり、装置が大型化するだけでなく
設備コストも高くなってしまう。
【０００９】更に、中性粒子ビーム源内のプラズマから
発生する紫外線などの放射光が被処理物に照射されると
被処理物に悪影響を与えることとなるので、プラズマか
ら放出される紫外線などの電磁波を遮蔽する必要があ
る。
発生する紫外線などの放射光が被処理物に照射されると
被処理物に悪影響を与えることとなるので、プラズマか
ら放出される紫外線などの電磁波を遮蔽する必要があ
る。
【００１０】本発明は、このような従来技術の問題点に
鑑みてなされたもので、安価且つコンパクトな構成で大
口径のビームを被処理物に照射することができ、被処理
物に損傷を与えることなく、高精度のエッチング又は成
膜等の加工を行うことができる中性粒子ビーム処理装置
を提供することを目的とする。
鑑みてなされたもので、安価且つコンパクトな構成で大
口径のビームを被処理物に照射することができ、被処理
物に損傷を与えることなく、高精度のエッチング又は成
膜等の加工を行うことができる中性粒子ビーム処理装置
を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】このような従来技術にお
ける問題点を解決するために、本発明の一態様は、プラ
ズマ中で正イオンおよび／もしくは負イオンを生成する
プラズマ生成手段と、該プラズマ生成手段により生成さ
れるプラズマを内包して対向する一対の電極と、該電極
間に電圧を印加する電圧源とを具備し、前記一対の電極
は前記プラズマ生成手段により生成された正イオンおよ
び／もしくは負イオンの加速を行い、該正イオンおよび
／もしくは負イオンが前記一対の電極間のプラズマ中を
被処理物側に向けて飛行する間に中性化されて中性粒子
となり、該加速された中性粒子が被処理物側の電極を通
過して被処理物に照射されることを特徴とする中性粒子
ビーム処理装置である。
ける問題点を解決するために、本発明の一態様は、プラ
ズマ中で正イオンおよび／もしくは負イオンを生成する
プラズマ生成手段と、該プラズマ生成手段により生成さ
れるプラズマを内包して対向する一対の電極と、該電極
間に電圧を印加する電圧源とを具備し、前記一対の電極
は前記プラズマ生成手段により生成された正イオンおよ
び／もしくは負イオンの加速を行い、該正イオンおよび
／もしくは負イオンが前記一対の電極間のプラズマ中を
被処理物側に向けて飛行する間に中性化されて中性粒子
となり、該加速された中性粒子が被処理物側の電極を通
過して被処理物に照射されることを特徴とする中性粒子
ビーム処理装置である。
【００１２】上記本発明によれば、プラズマ中で正イオ
ンおよび／もしくは負イオンを生成するプラズマ生成手
段により、正イオンおよび／もしくは負イオンが生成さ
れる。そして、生成されたプラズマを内包するように対
向する一対の電極と、該電極間に電圧を印加する電圧源
とを具備することから、正イオンおよび／もしくは負イ
オンを被処理物側に加速することができる。加速された
正イオンもしくは負イオンはプラズマ中を飛行する間に
中性化されて中性粒子となる。当該中性粒子は運動エネ
ルギーを有しているので、被処理物側の電極を通過し
て、表面処理を施すべき被処理物に照射される。従っ
て、大口径の高密度プラズマを容易に形成でき、これか
ら大口径の中性粒子ビームが容易に得られる。このよう
な中性粒子を用いた加工装置においては、チャージアッ
プ量を小さく保ちつつ高精度のエッチング加工や成膜加
工が可能となる。
ンおよび／もしくは負イオンを生成するプラズマ生成手
段により、正イオンおよび／もしくは負イオンが生成さ
れる。そして、生成されたプラズマを内包するように対
向する一対の電極と、該電極間に電圧を印加する電圧源
とを具備することから、正イオンおよび／もしくは負イ
オンを被処理物側に加速することができる。加速された
正イオンもしくは負イオンはプラズマ中を飛行する間に
中性化されて中性粒子となる。当該中性粒子は運動エネ
ルギーを有しているので、被処理物側の電極を通過し
て、表面処理を施すべき被処理物に照射される。従っ
て、大口径の高密度プラズマを容易に形成でき、これか
ら大口径の中性粒子ビームが容易に得られる。このよう
な中性粒子を用いた加工装置においては、チャージアッ
プ量を小さく保ちつつ高精度のエッチング加工や成膜加
工が可能となる。
【００１３】ここで、前記プラズマ生成手段は高周波電
界の印加と印加の停止を交互に繰り返し、該高周波電界
の印加が停止されている期間に該プラズマ生成手段によ
って生成された正イオンおよび／もしくは負イオンの引
き出しと所定方向への加速を行うことが好ましい。これ
により、プラズマ生成手段で高周波電界の印加と印加の
停止を交互に繰り返すことで、プラズマ中に正イオンの
みならず負イオンを多量に生成することができる。そし
て、高周波電界の印加が停止されている期間に前記プラ
ズマ生成手段によって生成された正イオンおよび負イオ
ンを複数の電極間に印加された電圧に基づく電界に従っ
て加速することで、プラズマ中の正イオンおよび負イオ
ンを被処理物に向けてドリフトさせることができる。
界の印加と印加の停止を交互に繰り返し、該高周波電界
の印加が停止されている期間に該プラズマ生成手段によ
って生成された正イオンおよび／もしくは負イオンの引
き出しと所定方向への加速を行うことが好ましい。これ
により、プラズマ生成手段で高周波電界の印加と印加の
停止を交互に繰り返すことで、プラズマ中に正イオンの
みならず負イオンを多量に生成することができる。そし
て、高周波電界の印加が停止されている期間に前記プラ
ズマ生成手段によって生成された正イオンおよび負イオ
ンを複数の電極間に印加された電圧に基づく電界に従っ
て加速することで、プラズマ中の正イオンおよび負イオ
ンを被処理物に向けてドリフトさせることができる。
【００１４】また、前記被処理物側の電極は、メッシュ
電極であることが好ましい。これにより、効率的に正イ
オンおよび／もしくは負イオンから中性化された中性粒
子ビームを被処理物に照射することができる。即ち、複
雑な機構を要することなく大口径対応の中性粒子ビーム
を取り出せる。
電極であることが好ましい。これにより、効率的に正イ
オンおよび／もしくは負イオンから中性化された中性粒
子ビームを被処理物に照射することができる。即ち、複
雑な機構を要することなく大口径対応の中性粒子ビーム
を取り出せる。
【００１５】また、前記一対の電極間には、前記プラズ
マ生成手段によりプラズマが生成される空間と、該プラ
ズマ中の正イオンおよび／もしくは負イオンが前記被処
理物側に向けて飛行する間に中性化されて中性粒子とな
るドリフト空間とを備えることが好ましい。これによ
り、複雑なイオンの中性化のための機構を要することな
く、プラズマ生成手段により形成された大口径のプラズ
マから、そのままの口径で中性粒子ビームを形成でき
る。
マ生成手段によりプラズマが生成される空間と、該プラ
ズマ中の正イオンおよび／もしくは負イオンが前記被処
理物側に向けて飛行する間に中性化されて中性粒子とな
るドリフト空間とを備えることが好ましい。これによ
り、複雑なイオンの中性化のための機構を要することな
く、プラズマ生成手段により形成された大口径のプラズ
マから、そのままの口径で中性粒子ビームを形成でき
る。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る中性粒子ビー
ム処理装置の実施形態について図１乃至図３を参照して
詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態における中
性粒子ビーム処理装置の全体構成を示す図である。
ム処理装置の実施形態について図１乃至図３を参照して
詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態における中
性粒子ビーム処理装置の全体構成を示す図である。
【００１７】図１に示すように、中性粒子ビーム処理装
置は、中性粒子ビームを生成するビーム生成室１と半導
体基板、ガラス、有機物、セラミックスなどの被処理物
Ｘの加工を行う処理室２とを有する円筒状の真空チャン
バ３を備えている。この真空チャンバ３は、石英ガラス
又はセラミック管又は金属管などにより構成されてい
る。
置は、中性粒子ビームを生成するビーム生成室１と半導
体基板、ガラス、有機物、セラミックスなどの被処理物
Ｘの加工を行う処理室２とを有する円筒状の真空チャン
バ３を備えている。この真空チャンバ３は、石英ガラス
又はセラミック管又は金属管などにより構成されてい
る。
【００１８】ビーム生成室１の外周には誘導結合型のコ
イル１０が配置されている。このコイル１０は、例えば
水冷パイプのコイルであり、８ｍｍφ程度の外径を有す
るコイルが２ターン程度ビーム生成室１の外周に巻回さ
れている。このコイル１０は、マッチングボックス１０
０を介して高周波電源１０１に接続されており、例え
ば、１３．５６ＭＨｚの高周波電圧がコイル１０に供給
される。これらのコイル１０、マッチングボックス１０
０、高周波電源１０１によってプラズマ生成部が構成さ
れている。即ち、コイル１０に高周波電流を流すことで
誘導磁場を生じさせ、その変位電流によりガス中の原子
・分子が電離されプラズマが生成する。
イル１０が配置されている。このコイル１０は、例えば
水冷パイプのコイルであり、８ｍｍφ程度の外径を有す
るコイルが２ターン程度ビーム生成室１の外周に巻回さ
れている。このコイル１０は、マッチングボックス１０
０を介して高周波電源１０１に接続されており、例え
ば、１３．５６ＭＨｚの高周波電圧がコイル１０に供給
される。これらのコイル１０、マッチングボックス１０
０、高周波電源１０１によってプラズマ生成部が構成さ
れている。即ち、コイル１０に高周波電流を流すことで
誘導磁場を生じさせ、その変位電流によりガス中の原子
・分子が電離されプラズマが生成する。
【００１９】ビーム生成室１の上部には、真空チャンバ
３内にガスを導入するガス導入ポート１１が設けられて
おり、このガス導入ポート１１はガス供給配管１２を介
してガス供給源１３に接続されている。このガス供給源
１３からはＳＦ６，ＣＨＦ３，ＣＦ４，Ｃｌ２，Ａｒ，
Ｏ２，Ｎ２，Ｃ４Ｆ８等などのガスが真空チャンバ３内
に供給される。
３内にガスを導入するガス導入ポート１１が設けられて
おり、このガス導入ポート１１はガス供給配管１２を介
してガス供給源１３に接続されている。このガス供給源
１３からはＳＦ６，ＣＨＦ３，ＣＦ４，Ｃｌ２，Ａｒ，
Ｏ２，Ｎ２，Ｃ４Ｆ８等などのガスが真空チャンバ３内
に供給される。
【００２０】処理室２には、被処理物Ｘを保持する保持
部２０が配置されており、この保持部２０の上面に被処
理物Ｘが載置されている。処理室２にはガスを排出する
ためのガス排出ポート２１が設けられており、このガス
排出ポート２１はガス排出配管２２を介して真空ポンプ
２３に接続されている。この真空ポンプ２３によって処
理室２は所定の圧力に維持される。
部２０が配置されており、この保持部２０の上面に被処
理物Ｘが載置されている。処理室２にはガスを排出する
ためのガス排出ポート２１が設けられており、このガス
排出ポート２１はガス排出配管２２を介して真空ポンプ
２３に接続されている。この真空ポンプ２３によって処
理室２は所定の圧力に維持される。
【００２１】ビーム生成室１の上端には、グラファイト
などの導電体で形成された電極５が配置されており、こ
の電極５はバイポーラ電源１０２（電圧印加部）に接続
されている。ビーム生成室１の下端には同様に導電体で
形成された薄板メッシュ状のメッシュ電極６が配置され
ている。このメッシュ電極６は接地電位とされる。この
電極５，６は誘導結合型のコイル１０により形成される
プラズマ形成領域７を挟んで対向する位置に配置されて
いる。即ち、一対の電極５，６間には、前記プラズマ生
成手段によりプラズマが生成される空間と、該プラズマ
中の正イオンおよび／もしくは負イオンが前記被処理物
側に向けて飛行する間に中性化されて中性粒子となるド
リフト空間７ａとを備える。従って、プラズマ中の正イ
オンおよび負イオンは電極５，６間に接続されたバイポ
ーラ電源１０２（電圧印加部）の電圧により加速され
て、ドリフト空間７ａを被処理物Ｘ側に向けて飛行す
る。
などの導電体で形成された電極５が配置されており、こ
の電極５はバイポーラ電源１０２（電圧印加部）に接続
されている。ビーム生成室１の下端には同様に導電体で
形成された薄板メッシュ状のメッシュ電極６が配置され
ている。このメッシュ電極６は接地電位とされる。この
電極５，６は誘導結合型のコイル１０により形成される
プラズマ形成領域７を挟んで対向する位置に配置されて
いる。即ち、一対の電極５，６間には、前記プラズマ生
成手段によりプラズマが生成される空間と、該プラズマ
中の正イオンおよび／もしくは負イオンが前記被処理物
側に向けて飛行する間に中性化されて中性粒子となるド
リフト空間７ａとを備える。従って、プラズマ中の正イ
オンおよび負イオンは電極５，６間に接続されたバイポ
ーラ電源１０２（電圧印加部）の電圧により加速され
て、ドリフト空間７ａを被処理物Ｘ側に向けて飛行す
る。
【００２２】コイル１０に接続される高周波電源１０１
とバイポーラ電源１０２とにはそれぞれ変調装置１０
３，１０４が接続されている。高周波電源１０１とバイ
ポーラ電源１０２とは変調装置１０３，１０４を介して
互いに接続されており、変調装置１０３，１０４間の同
期信号によって、高周波電源１０１による電圧印加のタ
イミングとバイポーラ電源１０２による電圧印加のタイ
ミングとが同期される。
とバイポーラ電源１０２とにはそれぞれ変調装置１０
３，１０４が接続されている。高周波電源１０１とバイ
ポーラ電源１０２とは変調装置１０３，１０４を介して
互いに接続されており、変調装置１０３，１０４間の同
期信号によって、高周波電源１０１による電圧印加のタ
イミングとバイポーラ電源１０２による電圧印加のタイ
ミングとが同期される。
【００２３】次に、本実施形態における中性粒子ビーム
処理装置の動作について説明する。図２は、本実施形態
における動作状態を示すタイムチャートである。図２に
おいて、Ｖａはコイル１０に印加する電圧、Ｔｅはビー
ム生成室１内の電子温度、ｎｅはビーム生成室１内の電
子密度、ｎｉ−はビーム生成室１内の負イオン密度、Ｖ
ｂは電極５の電位をそれぞれ示している。
処理装置の動作について説明する。図２は、本実施形態
における動作状態を示すタイムチャートである。図２に
おいて、Ｖａはコイル１０に印加する電圧、Ｔｅはビー
ム生成室１内の電子温度、ｎｅはビーム生成室１内の電
子密度、ｎｉ−はビーム生成室１内の負イオン密度、Ｖ
ｂは電極５の電位をそれぞれ示している。
【００２４】まず、真空ポンプ２３を作動させることに
より、真空チャンバ３内を真空排気する。所定の真空度
に到達した後に、ガス供給源１３からＳＦ６，ＣＨ
Ｆ３，ＣＦ４，Ｃｌ２，Ａｒ，Ｏ２，Ｎ２，Ｃ４Ｆ８等
などのガスを真空チャンバ３の内部に導入する。そし
て、図２に示すように、１３．５６ＭＨｚの高周波電圧
を高周波電源１０１によって１０μ秒間コイル１０に印
加する。この高周波電圧の印加によってビーム生成室１
内には高周波電界が形成される。真空チャンバ３内に導
入されたガスは、この高周波電界によって加速された電
子により電離され、ビーム生成室１内に高密度プラズマ
が生成される。このときに形成されるプラズマは、主と
して正イオンと加熱された電子とからなるプラズマであ
る。
より、真空チャンバ３内を真空排気する。所定の真空度
に到達した後に、ガス供給源１３からＳＦ６，ＣＨ
Ｆ３，ＣＦ４，Ｃｌ２，Ａｒ，Ｏ２，Ｎ２，Ｃ４Ｆ８等
などのガスを真空チャンバ３の内部に導入する。そし
て、図２に示すように、１３．５６ＭＨｚの高周波電圧
を高周波電源１０１によって１０μ秒間コイル１０に印
加する。この高周波電圧の印加によってビーム生成室１
内には高周波電界が形成される。真空チャンバ３内に導
入されたガスは、この高周波電界によって加速された電
子により電離され、ビーム生成室１内に高密度プラズマ
が生成される。このときに形成されるプラズマは、主と
して正イオンと加熱された電子とからなるプラズマであ
る。
【００２５】そして、高周波電源１０１による高周波電
圧の印加を１００μ秒間停止する。高周波電源１０１に
よる高周波電圧の印加の停止後は、再び高周波電源１０
１による１０μ秒間の高周波電圧の印加によってビーム
生成室１内においてプラズマ中の電子が加熱され、上述
したサイクルが繰り返される。即ち、このプラズマ生成
手段は高周波電圧の印加（１０μ秒間）と印加の停止
（１００μ秒間）を交互に繰り返す。この高周波電圧の
印加停止時間（１００μ秒間）は、プラズマ中の電子が
残留している処理ガスに付着することによって負イオン
が生成されるのに要する時間よりも十分に長く、且つプ
ラズマ中の電子密度が低下してプラズマが消滅するより
も十分に短い時間である。高周波電圧の印加時間（１０
μ秒間）は、この高周波電圧の印加を停止している間に
低下したプラズマ中の電子のエネルギーを回復させるの
に十分な時間である。
圧の印加を１００μ秒間停止する。高周波電源１０１に
よる高周波電圧の印加の停止後は、再び高周波電源１０
１による１０μ秒間の高周波電圧の印加によってビーム
生成室１内においてプラズマ中の電子が加熱され、上述
したサイクルが繰り返される。即ち、このプラズマ生成
手段は高周波電圧の印加（１０μ秒間）と印加の停止
（１００μ秒間）を交互に繰り返す。この高周波電圧の
印加停止時間（１００μ秒間）は、プラズマ中の電子が
残留している処理ガスに付着することによって負イオン
が生成されるのに要する時間よりも十分に長く、且つプ
ラズマ中の電子密度が低下してプラズマが消滅するより
も十分に短い時間である。高周波電圧の印加時間（１０
μ秒間）は、この高周波電圧の印加を停止している間に
低下したプラズマ中の電子のエネルギーを回復させるの
に十分な時間である。
【００２６】この高周波電圧の印加によるプラズマ中の
電子のエネルギーを高めた後の高周波電圧の印加停止に
より、プラズマ中の電子が残留している処理ガスに付着
することによって負イオンが生成される。このサイクル
を繰り返すことによって、負イオンを効率よく且つ継続
して生成することができる。即ち、通常のプラズマは正
イオンと電子とからなる場合が多いが、正イオンと共に
負イオンが共存した状態のプラズマを効率的に形成する
ことができる。ここで、図２に示す実施形態では、高周
波電圧の印加停止時間を１００μ秒に設定する例につい
て述べたが、５０μ秒乃至１００μ秒に設定すること
で、プラズマ中に正イオンのみならず負イオンを多量に
生成することができる。
電子のエネルギーを高めた後の高周波電圧の印加停止に
より、プラズマ中の電子が残留している処理ガスに付着
することによって負イオンが生成される。このサイクル
を繰り返すことによって、負イオンを効率よく且つ継続
して生成することができる。即ち、通常のプラズマは正
イオンと電子とからなる場合が多いが、正イオンと共に
負イオンが共存した状態のプラズマを効率的に形成する
ことができる。ここで、図２に示す実施形態では、高周
波電圧の印加停止時間を１００μ秒に設定する例につい
て述べたが、５０μ秒乃至１００μ秒に設定すること
で、プラズマ中に正イオンのみならず負イオンを多量に
生成することができる。
【００２７】高周波電源１０１による電圧の印加の停止
から５０μ秒後に、バイポーラ電源１０２によって＋１
００Ｖの直流パルス電圧を電極５に５０μ秒間印加す
る。この直流電圧の印加によって、電極６の電位が電極
５の電位よりも低くなり、プラズマ７を横断するように
対向して配置された電極５とメッシュ電極６との間に
は、電極５を陽極、メッシュ電極６を陰極とした電位差
が生じる。従って、プラズマ７中の正イオンは、下流側
に進行して被処理物Ｘに向けてドリフト空間７ａを飛行
する。逆にバイポーラ電源１０２によって−１００Ｖの
直流電圧を電極５に５０μ秒間印加すると、電極６の電
位が電極５の電位よりも高くなり、プラズマ７を横断す
るように対向して配置された電極５とメッシュ電極６と
の間には、電極５を陰極、メッシュ電極６を陽極とした
電位差が生じる。従って、プラズマ７中の負イオンは、
下流側に進行して被処理物Ｘに向けてドリフト空間７ａ
を飛行する。
から５０μ秒後に、バイポーラ電源１０２によって＋１
００Ｖの直流パルス電圧を電極５に５０μ秒間印加す
る。この直流電圧の印加によって、電極６の電位が電極
５の電位よりも低くなり、プラズマ７を横断するように
対向して配置された電極５とメッシュ電極６との間に
は、電極５を陽極、メッシュ電極６を陰極とした電位差
が生じる。従って、プラズマ７中の正イオンは、下流側
に進行して被処理物Ｘに向けてドリフト空間７ａを飛行
する。逆にバイポーラ電源１０２によって−１００Ｖの
直流電圧を電極５に５０μ秒間印加すると、電極６の電
位が電極５の電位よりも高くなり、プラズマ７を横断す
るように対向して配置された電極５とメッシュ電極６と
の間には、電極５を陰極、メッシュ電極６を陽極とした
電位差が生じる。従って、プラズマ７中の負イオンは、
下流側に進行して被処理物Ｘに向けてドリフト空間７ａ
を飛行する。
【００２８】図３は、プラズマ領域下流側における正負
イオンの中性化を模式的に示す。図は電極５，６間の電
位分布を示し、プラズマ中で電位が緩やかに変化してい
ることを示している。プラズマ７中の下流領域（ドリフ
ト空間）７ａに到達した正イオン８は、プラズマ中の電
子を付着し、また残留ガスとの電荷交換により、また負
イオンとの電荷交換により中性化されて、中性粒子４と
なる。負イオン９は、電子衝突による電子脱離により、
また残留ガスとの電荷交換により、また正イオンとの電
荷交換により中性化され、中性粒子４となる。更に負イ
オン９は放射光（ｈν）により電子脱離を起こし中性粒
子４となる。
イオンの中性化を模式的に示す。図は電極５，６間の電
位分布を示し、プラズマ中で電位が緩やかに変化してい
ることを示している。プラズマ７中の下流領域（ドリフ
ト空間）７ａに到達した正イオン８は、プラズマ中の電
子を付着し、また残留ガスとの電荷交換により、また負
イオンとの電荷交換により中性化されて、中性粒子４と
なる。負イオン９は、電子衝突による電子脱離により、
また残留ガスとの電荷交換により、また正イオンとの電
荷交換により中性化され、中性粒子４となる。更に負イ
オン９は放射光（ｈν）により電子脱離を起こし中性粒
子４となる。
【００２９】負イオン９または正イオン８が中性化され
た中性粒子４は、メッシュ電極６を通過してエネルギー
ビームとして処理室２の内部に放射される。この中性粒
子４は、処理室２の内部を直進して保持部２０に載置さ
れた被処理物Ｘに照射され、この中性粒子４によってエ
ッチング、クリーニング、窒化処理や酸化処理などの表
面改質、成膜などの処理を行うことが可能となる。
た中性粒子４は、メッシュ電極６を通過してエネルギー
ビームとして処理室２の内部に放射される。この中性粒
子４は、処理室２の内部を直進して保持部２０に載置さ
れた被処理物Ｘに照射され、この中性粒子４によってエ
ッチング、クリーニング、窒化処理や酸化処理などの表
面改質、成膜などの処理を行うことが可能となる。
【００３０】なお、一部の荷電粒子も電極６のメッシュ
を通過する場合があるが、このような荷電粒子が被処理
物Ｘに照射されることを防止するために、電極６の下流
側にディフレクタや電子トラップ等の荷電粒子除去手段
を設けることとしてもよい。ディフレクタは、真空チャ
ンバ３の径方向に電圧を印加することによって荷電粒子
の進行方向を変化させて、荷電粒子の被処理物Ｘへの照
射を防止するものである。また、電子トラップは、径方
向に磁界を形成することによって荷電粒子の進行方向を
変化させて、荷電粒子の被処理物Ｘへの照射を防止する
ものである。
を通過する場合があるが、このような荷電粒子が被処理
物Ｘに照射されることを防止するために、電極６の下流
側にディフレクタや電子トラップ等の荷電粒子除去手段
を設けることとしてもよい。ディフレクタは、真空チャ
ンバ３の径方向に電圧を印加することによって荷電粒子
の進行方向を変化させて、荷電粒子の被処理物Ｘへの照
射を防止するものである。また、電子トラップは、径方
向に磁界を形成することによって荷電粒子の進行方向を
変化させて、荷電粒子の被処理物Ｘへの照射を防止する
ものである。
【００３１】ガラスやセラミック材料等の絶縁物の加工
に際しては、表面にチャージアップという問題が生じる
が、このように中性化された中性粒子を照射することに
よりチャージアップ量を小さく保ちながら、高精度のエ
ッチングや成膜加工が可能となる。なお、被処理物の処
理の内容に応じてガスの種類を使い分ければよく、ドラ
イエッチングでは被処理物の違いに応じて酸素やハロゲ
ンガスなどを使い分けることができる。
に際しては、表面にチャージアップという問題が生じる
が、このように中性化された中性粒子を照射することに
よりチャージアップ量を小さく保ちながら、高精度のエ
ッチングや成膜加工が可能となる。なお、被処理物の処
理の内容に応じてガスの種類を使い分ければよく、ドラ
イエッチングでは被処理物の違いに応じて酸素やハロゲ
ンガスなどを使い分けることができる。
【００３２】本実施形態では、プラズマの負イオンを中
性化した中性粒子を照射することができるように、
Ｏ２，Ｃｌ２，ＳＦ６，ＣＨＦ３，Ｃ４Ｆ８などの負イ
オンを生成しやすいガスをビーム生成室１に導入するこ
とが好ましい。これらのガスを用いて上述した高周波誘
導結合（ＩＣＰ）などにより高密度プラズマを発生させ
た後に高周波電界の印加を停止すると、プラズマ中に多
数の負イオンが発生し、負イオンを加速し、特別の中性
化手段を設けることなく、プラズマ領域の後流側におい
て容易に中性化することができる。
性化した中性粒子を照射することができるように、
Ｏ２，Ｃｌ２，ＳＦ６，ＣＨＦ３，Ｃ４Ｆ８などの負イ
オンを生成しやすいガスをビーム生成室１に導入するこ
とが好ましい。これらのガスを用いて上述した高周波誘
導結合（ＩＣＰ）などにより高密度プラズマを発生させ
た後に高周波電界の印加を停止すると、プラズマ中に多
数の負イオンが発生し、負イオンを加速し、特別の中性
化手段を設けることなく、プラズマ領域の後流側におい
て容易に中性化することができる。
【００３３】本実施形態では、バイポーラ電源１０２を
上流側の電極５に配置した例を説明したが、メッシュ電
極６にバイポーラ電源１０２を配置することもできる。
また、バイポーラ電源１０２は、上流側および下流側の
電極５，６の両方に接続し、両方を制御するようにして
もよい。
上流側の電極５に配置した例を説明したが、メッシュ電
極６にバイポーラ電源１０２を配置することもできる。
また、バイポーラ電源１０２は、上流側および下流側の
電極５，６の両方に接続し、両方を制御するようにして
もよい。
【００３４】なお、上述した実施形態においては、ＩＣ
Ｐ型コイルを用いてプラズマを生成した例を説明した
が、ＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance）、ヘリコ
ン波プラズマ用コイル、マイクロ波等を用いてプラズマ
を生成することとしてもよい。また、ＩＣＰ型コイルの
高周波電圧の周波数領域も、１３．５６ＭＨｚに限られ
るものではなく、１ＭＨｚ〜２０ＧＨｚの領域を用いて
もよい。
Ｐ型コイルを用いてプラズマを生成した例を説明した
が、ＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance）、ヘリコ
ン波プラズマ用コイル、マイクロ波等を用いてプラズマ
を生成することとしてもよい。また、ＩＣＰ型コイルの
高周波電圧の周波数領域も、１３．５６ＭＨｚに限られ
るものではなく、１ＭＨｚ〜２０ＧＨｚの領域を用いて
もよい。
【００３５】これまで本発明の一実施形態について説明
したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技
術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施され
てよいことは言うまでもない。
したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技
術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施され
てよいことは言うまでもない。
【００３６】
【発明の効果】上述したように、本発明によれば、プラ
ズマ中に正イオンおよび負イオンを生成し、その後流側
で中性化することができるので、容易に正イオンまたは
負イオンを中性化した中性粒子ビームを得ることができ
る。そして、プラズマの生成は誘導結合コイル等を用い
ることで大口径のものが容易に得られ、且つその後流側
で容易にイオンの中性化ができるので、複雑な機構の中
性化手段を備えることなく、そのまま大口径の中性粒子
ビームが得られる。従って、装置を大型化せずに安価に
中性粒子ビームを大口径化することが可能となる。この
ような中性粒子を用いた加工においては、チャージアッ
プ量を小さく保ちつつ高精度のエッチングや成膜加工が
可能となる。
ズマ中に正イオンおよび負イオンを生成し、その後流側
で中性化することができるので、容易に正イオンまたは
負イオンを中性化した中性粒子ビームを得ることができ
る。そして、プラズマの生成は誘導結合コイル等を用い
ることで大口径のものが容易に得られ、且つその後流側
で容易にイオンの中性化ができるので、複雑な機構の中
性化手段を備えることなく、そのまま大口径の中性粒子
ビームが得られる。従って、装置を大型化せずに安価に
中性粒子ビームを大口径化することが可能となる。この
ような中性粒子を用いた加工においては、チャージアッ
プ量を小さく保ちつつ高精度のエッチングや成膜加工が
可能となる。
【図１】本発明の実施形態における中性粒子ビーム処理
装置の全体構成を示す図である。
装置の全体構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態における上記装置の動作状態
を示すタイムチャートである。
を示すタイムチャートである。
【図３】プラズマ領域の後流側における正イオンまたは
負イオンの中性化を模式的に示した図である。
負イオンの中性化を模式的に示した図である。
Ｘ 被処理物 １ ビーム生成室 ２ 処理室 ３ 真空チャンバ ４ 中性粒子 ５，６ 電極 ８ 正イオン ９ 負イオン １０ コイル １１ ガス導入ポート １２ ガス供給配管 １３ ガス供給源 ２０ 保持部 ２１ ガス排出ポート ２２ ガス排出配管 ２３ 真空ポンプ １００ マッチングボックス １０１ 高周波電源 １０２ バイポーラ電源（電圧印加部） １０３，１０４ 変調装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 21/205 Ｈ０５Ｈ 1/46 Ｌ ５Ｆ０４５ Ｈ０５Ｈ 1/46 Ｃ２３Ｃ 14/32 Ｆ // Ｃ２３Ｃ 14/32 16/50 16/50 Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｄ (72)発明者 桧山 浩国 神奈川県藤沢市本藤沢４丁目２番１号 株 式会社荏原総合研究所内 (72)発明者 寒川 誠二 宮城県仙台市青葉区片平２丁目１番１号 東北大学内 Ｆターム(参考） 4G075 AA24 BC01 BC04 BC06 BD14 CA47 EB41 EC21 FC13 4K029 CA03 DE01 4K030 FA01 KA15 KA30 LA15 5C030 DD01 DE04 DE10 DG06 5F004 AA16 BA04 BA06 BA14 BA20 BB11 BB13 BB14 CA03 DA04 DA16 DA18 DA26 5F045 AA08 AA09 AA10 AA20 AB32 AB33 AC11 AC15 AC16 BB08 EH06 EH11 EH16 EH17
Claims (4)
- 【請求項１】 プラズマ中で正イオンおよび／もしくは
負イオンを生成するプラズマ生成手段と、該プラズマ生
成手段により生成されるプラズマを内包して対向する一
対の電極と、該電極間に電圧を印加する電圧源とを具備
し、前記一対の電極は前記プラズマ生成手段により生成
された正イオンおよび／もしくは負イオンの加速を行
い、該正イオンおよび／もしくは負イオンが前記一対の
電極間のプラズマ中を被処理物側に向けて飛行する間に
中性化されて中性粒子となり、該加速された中性粒子が
被処理物側の電極を通過して被処理物に照射されること
を特徴とする中性粒子ビーム処理装置。 - 【請求項２】 前記プラズマ生成手段は高周波電界の印
加と印加の停止を交互に繰り返し、該高周波電界の印加
が停止されている期間に該プラズマ生成手段によって生
成された正イオンおよび／もしくは負イオンの引き出し
と所定方向への加速を行うことを特徴とする請求項１に
記載の中性粒子ビーム処理装置。 - 【請求項３】 前記被処理物側の電極は、メッシュ電極
であることを特徴とする請求項１に記載の中性粒子ビー
ム処理装置。 - 【請求項４】 前記一対の電極間には、前記プラズマ生
成手段によりプラズマが生成される空間と、該プラズマ
中の正イオンおよび／もしくは負イオンが前記被処理物
側に向けて飛行する間に中性化されて中性粒子となるド
リフト空間とを備えたことを特徴とする請求項１に記載
の中性粒子ビーム処理装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001088860A JP4073173B2 (ja) | 2001-03-26 | 2001-03-26 | 中性粒子ビーム処理装置 |
| US10/451,635 US6858838B2 (en) | 2001-03-26 | 2002-03-22 | Neutral particle beam processing apparatus |
| AU2002241269A AU2002241269A1 (en) | 2001-03-26 | 2002-03-22 | Neutral particle beam processing apparatus |
| PCT/JP2002/002748 WO2002078040A2 (en) | 2001-03-26 | 2002-03-22 | Neutral particle beam processing apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001088860A JP4073173B2 (ja) | 2001-03-26 | 2001-03-26 | 中性粒子ビーム処理装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002289582A true JP2002289582A (ja) | 2002-10-04 |
| JP4073173B2 JP4073173B2 (ja) | 2008-04-09 |
Family
ID=18943883
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001088860A Expired - Lifetime JP4073173B2 (ja) | 2001-03-26 | 2001-03-26 | 中性粒子ビーム処理装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6858838B2 (ja) |
| JP (1) | JP4073173B2 (ja) |
| AU (1) | AU2002241269A1 (ja) |
| WO (1) | WO2002078040A2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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