JP2006236772A - Neutral particle beam source and neutral particle beam processing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、中性粒子ビーム源および中性粒子ビーム処理装置に係り、特に中性粒子ビームを生成し、該中性粒子ビームを被処理物に照射してエッチングなどの処理を行う中性粒子ビーム源および中性粒子ビーム処理装置に関するものである。 The present invention relates to a neutral particle beam source and a neutral particle beam processing apparatus, and more particularly to neutral particles that generate a neutral particle beam and perform processing such as etching by irradiating an object to be processed with the neutral particle beam. The present invention relates to a beam source and a neutral particle beam processing apparatus.
従来から、中性粒子ビームを利用して、膜の堆積やドーピング、エッチングなどの処理が行われている。例えば、特許文献1には、高フラックスの中性粒子ビーム(Neビーム)を生成する方法が開示されている。中性粒子ビームとは、進行方向の揃った原子や分子などの電荷を持たない粒子の集団をいう。このような中性粒子ビームを利用した処理によれば、荷電粒子を被処理物に照射しないで処理を行うことができるので、被処理物のチャージアップを避けることができ、被処理物上に形成されたデバイスのチャージアップによる破壊を避けることができる。 Conventionally, processes such as film deposition, doping, and etching have been performed using a neutral particle beam. For example, Patent Document 1 discloses a method for generating a high-flux neutral particle beam (Ne beam). A neutral particle beam refers to a group of particles having no charge, such as atoms and molecules with a uniform traveling direction. According to the processing using such a neutral particle beam, since processing can be performed without irradiating the workpiece with charged particles, it is possible to avoid charge-up of the workpiece, Destruction due to charge-up of the formed device can be avoided.
ここで、チャージアップとは、被処理物の表面における帯電現象であり、電荷が蓄積する被処理物の表面に電荷が蓄積した状態をいう。チャージアップなどにより被処理物の表面に電場が生じた場合でも、中性粒子ビームを利用すれば、軌道が変化せず直進性に優れたビームにより被処理物を加工することができる。したがって、例えば、中性粒子ビームを用いたエッチングは、アスペクト比の大きいトレンチ構造を形成するために垂直にエッチングする必要がある場合に好適である。 Here, the charge-up is a charging phenomenon on the surface of the object to be processed, and means a state in which charges are accumulated on the surface of the object to be processed where charges are accumulated. Even when an electric field is generated on the surface of the object to be processed due to charge-up or the like, if the neutral particle beam is used, the object to be processed can be processed with a beam that does not change its trajectory and has excellent straightness. Therefore, for example, etching using a neutral particle beam is suitable when it is necessary to perform vertical etching in order to form a trench structure having a large aspect ratio.
例えば、中性粒子ビームを利用してエッチングを行う従来の中性粒子ビーム処理装置は、図1に示すように、内部にイオンを生成するプラズマ生成室500と被処理物502の加工を行う処理室504とが形成された真空容器506を有している。プラズマ生成室500の上部には、真空容器506内にプロセスガスを導入するガス供給ポート508が設けられており、このガス供給ポート508はガス供給配管510を介してガス供給源512に接続されている。ガス供給配管510には、真空容器506に供給するプロセスガスの流量を制御する流量制御装置514が設けられている。
For example, as shown in FIG. 1, a conventional neutral particle beam processing apparatus that performs etching using a neutral particle beam is a process that processes a
プラズマ生成室500の外周には、真空容器506の外部にプラズマを発生する誘導結合型のコイル516が配置されている。このコイル516は、マッチングボックス518および高周波電源520に接続されている。また、プラズマ生成室500の内部の上流側には、導電体で形成された上流電極522が配置されている。また、プラズマ生成室500と処理室504との間には、多数の孔が形成された多孔電極524が配置されている。上流電極522と多孔電極524とはバイアス電源526に接続されている。処理室504内には、被処理物502を保持する保持台528が配置されており、この保持台528の上面に被処理物502が載置される。処理室504にはガスを排出するためのガス排出ポート530が設けられており、このガス排出ポート530はガス排出配管532を介して真空ポンプ534に接続されている。この真空ポンプ534によって処理室504は所定の圧力に維持される。
An inductively coupled
このような従来の中性粒子ビーム処理装置においては、まず、処理室504内の保持台528の上に被処理物502を載置する。そして、真空ポンプ534を作動させることにより、真空容器506内を真空排気し、真空容器506内を所定の圧力にする。これにより、ガス供給源512からプロセスガスを真空容器506の内部に導入する。そして、高周波電源520によって高周波電圧をコイル516に印加し、プラズマ生成室500内に高周波電界を形成する。真空容器506内に導入されたプロセスガスは、加速された電子により電離され、プラズマ生成室500内に高密度プラズマ536が生成される。
In such a conventional neutral particle beam processing apparatus, first, the
このとき、バイアス電源526によって上流電極522と多孔電極524との間にバイアス電圧を印加し、プラズマ536中に電場を形成する。これにより、プラズマ536中で発生したイオンは、この電場によってイオンビーム538として引き出される。このイオンビーム538は、多孔電極524を通過する際に、電極524中の孔壁と接触したり、孔中の残留ガスと衝突したりすることにより、電荷を失い中性化され、中性粒子ビーム540として処理室504の内部に放射される。この中性粒子ビーム540は、処理室504の内部を直進して保持台528に載置された被処理物502に照射され、この中性粒子ビームによって被処理物502の表面のエッチングが行われる。
At this time, a bias voltage is applied between the
しかしながら、従来の中性粒子ビーム処理装置は、プラズマを生成するための機構を1つしか備えていないので、プラズマ生成室500内でのプラズマ密度を均一に制御することが困難であった。したがって、引き出すイオンビーム538の密度をイオンビームの進行方向に対して垂直な面上で均一にすることができなかった。このため、被処理物502に照射される中性粒子ビーム540が位置によって不均一になり、大きな面積を有する被処理物502の表面に対して均一な処理を行うことが困難であった。
However, since the conventional neutral particle beam processing apparatus includes only one mechanism for generating plasma, it has been difficult to uniformly control the plasma density in the
また、1つのプラズマ生成機構によりプラズマを生成するので、被処理物502に対する処理のために複数種類のプロセスガスが必要とされる場合に、それぞれのプロセスガスごとにプラズマの生成条件を制御することができなかった。すなわち、それぞれのプロセスガスがプラズマ化されることによって生成されるイオン種やラジカル種などの活性種の密度やエネルギーを、それぞれの活性種ごとに個別に制御することができなかった。このため、被処理物502と活性種との反応を制御することが困難となり、被処理物502の表面を処理するのに最適な条件を実現することが困難であった。
In addition, since plasma is generated by one plasma generation mechanism, when multiple types of process gases are required for processing the
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、被処理物に大口径で均一な密度の中性粒子ビームを照射することができる中性粒子ビーム源および中性粒子ビーム処理装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems of the prior art, and a neutral particle beam source and neutral particles capable of irradiating an object to be processed with a neutral particle beam having a large diameter and a uniform density. An object is to provide a beam processing apparatus.
本発明の第1の態様によれば、被処理物に均一な密度の中性粒子ビームを照射することができる中性粒子ビーム源が提供される。この中性粒子ビーム源は、少なくとも1つの孔が形成された構造体と、上記構造体の孔の内部のプラズマ領域にマイクロプラズマを発生させるマイクロプラズマ生成部とを備えている。さらに、中性粒子ビーム源は、上記マイクロプラズマ中のイオンを上記構造体の孔の内部の中性化領域に引き出すイオン引出部と、上記イオン引出部により引き出されたイオンを上記中性化領域で中性化して中性粒子ビームを生成する中性化部とを備えている。上記マイクロプラズマ生成部と上記イオン引出部と上記中性化部とは構造体に一体に形成されている。 According to the first aspect of the present invention, a neutral particle beam source capable of irradiating a workpiece with a neutral particle beam having a uniform density is provided. The neutral particle beam source includes a structure in which at least one hole is formed, and a microplasma generator that generates microplasma in a plasma region inside the hole of the structure. Furthermore, the neutral particle beam source includes an ion extraction unit that extracts ions in the microplasma into a neutralization region inside the hole of the structure, and ions extracted by the ion extraction unit. And a neutralizing section that neutralizes and generates a neutral particle beam. The microplasma generating unit, the ion extracting unit, and the neutralizing unit are integrally formed in the structure.
従来の中性粒子ビーム源を用いた場合には、中性粒子ビームの密度が被処理物の表面上の位置によって異なるために、大きな面積を有する被処理物に対して均一な処理を行うことが困難であった。しかしながら、上述した本発明の第1の態様によれば、中性粒子ビーム源を微小化することができるので、被処理物に対する加工を行うために最適な場所に中性粒子ビーム源を配置することができ、被処理物に均一な密度の中性粒子ビームを照射することができる。 When a conventional neutral particle beam source is used, the density of the neutral particle beam differs depending on the position on the surface of the object to be processed, so that the object having a large area can be processed uniformly. It was difficult. However, according to the first aspect of the present invention described above, the neutral particle beam source can be miniaturized, and therefore, the neutral particle beam source is disposed at an optimum place for processing the workpiece. Thus, a neutral particle beam having a uniform density can be irradiated onto the object to be processed.
本発明の第2の態様によれば、被処理物に均一な密度の中性粒子ビームを照射することができる中性粒子ビーム源が提供される。この中性粒子ビーム源は、複数の孔が形成された構造体と、上記構造体の複数の孔の少なくとも一部に対応して設けられた複数の中性粒子ビーム生成機構とを備えている。それぞれの中性粒子ビーム生成機構は、上記構造体中の対応する孔の内部のプラズマ領域にマイクロプラズマを発生させるマイクロプラズマ生成部と、上記マイクロプラズマ中のイオンを上記対応する孔の内部の中性化領域に引き出すイオン引出部と、上記イオン引出部により引き出されたイオンを上記中性化領域で中性化して中性粒子ビームを生成する中性化部とを有している。 According to the 2nd aspect of this invention, the neutral particle beam source which can irradiate the neutral particle beam of uniform density to a to-be-processed object is provided. The neutral particle beam source includes a structure in which a plurality of holes are formed, and a plurality of neutral particle beam generation mechanisms provided corresponding to at least a part of the plurality of holes in the structure. . Each neutral particle beam generating mechanism includes a microplasma generating unit that generates a microplasma in a plasma region inside the corresponding hole in the structure, and ions in the microplasma inside the corresponding hole. An ion extraction unit that extracts the neutralization region; and a neutralization unit that neutralizes ions extracted by the ion extraction unit in the neutralization region to generate a neutral particle beam.
このように、中性粒子ビーム源に微小化された複数の中性粒子ビーム生成機構を設けることができるので、複数の中性粒子ビーム源を配置する際の自由度が大きくなる。また、中性粒子ビーム生成機構を被処理物の被処理面に対して多数配置することができるので、被処理面の面積が大きい場合であっても、中性粒子ビーム生成機構の数を増やすことで処理面積を増やすことができる。すなわち、大きな面積を有する被処理物に均一な密度の中性粒子ビームを照射することができる。また、複数の中性粒子ビーム生成機構を有しているため、異なる種類のプロセスガスからマイクロプラズマによって活性化された活性種ごとの密度やエネルギーの制御を行うことができ、加工精度を向上させることができる。この結果、被処理物の表面に対して方向選択性の高い加工を行うことができる。 As described above, since a plurality of miniaturized neutral particle beam generation mechanisms can be provided in the neutral particle beam source, the degree of freedom in arranging the plurality of neutral particle beam sources is increased. Further, since a large number of neutral particle beam generating mechanisms can be arranged with respect to the surface to be processed, the number of neutral particle beam generating mechanisms is increased even when the area of the surface to be processed is large. Thus, the processing area can be increased. That is, a neutral particle beam having a uniform density can be irradiated onto a workpiece having a large area. In addition, since it has a plurality of neutral particle beam generation mechanisms, it is possible to control the density and energy of each activated species activated by microplasma from different types of process gases, thereby improving processing accuracy. be able to. As a result, processing with high direction selectivity can be performed on the surface of the workpiece.
また、マイクロプラズマ生成部は、それぞれ異なる種類のプロセスガスからマイクロプラズマを生成することができる。この場合には、互いに異なる種類のプロセスガスを、それ別々のマイクロプラズマ生成部に導入することで、プラズマ中での複数種類のプロセスガスの相互作用による不要な活性種を抑制することができるので、被処理物の表面と必要な活性種との反応の制御がより容易になる。加えて、各種類のプロセスガスに最適なプラズマ生成電圧の供給が可能になるから、この点からも前記反応の制御を好ましく行うことができる。 In addition, the microplasma generator can generate microplasma from different types of process gases. In this case, since different types of process gases are introduced into different microplasma generators, unnecessary active species due to the interaction of multiple types of process gases in the plasma can be suppressed. Control of the reaction between the surface of the object to be processed and the necessary active species becomes easier. In addition, since it is possible to supply an optimum plasma generation voltage to each type of process gas, the reaction can be preferably controlled also from this point.
上記マイクロプラズマ生成部は、上記対応する孔の内面に設けられた一対のプラズマ電極と、上記一対のプラズマ電極に電圧を印加する電源とを有していてもよい。また、1つの孔に対して一対のプラズマ電極が設けられた場合において、複数対のプラズマ電極に1つの電源から電圧を印加してもよい。このときは電源の総数を減らすことができ、構造の簡素化や低コスト化が可能となる。これらの場合において、上記電源により、少なくとも1つのマイクロプラズマ生成部に対してそれぞれ個別に制御された電圧を印加してもよい。このような構成により、中性粒子ビームの密度の一様性を厳格に維持する必要がある場合にも対応することができる。 The microplasma generator may include a pair of plasma electrodes provided on the inner surface of the corresponding hole, and a power source that applies a voltage to the pair of plasma electrodes. Further, when a pair of plasma electrodes is provided for one hole, a voltage may be applied from a single power source to a plurality of pairs of plasma electrodes. At this time, the total number of power supplies can be reduced, and the structure can be simplified and the cost can be reduced. In these cases, individually controlled voltages may be applied to at least one microplasma generator by the power source. With such a configuration, it is possible to cope with a case where it is necessary to strictly maintain the uniformity of the density of the neutral particle beam.
本発明の第3の態様によれば、被処理物に均一な密度の中性粒子ビームを照射することができる中性粒子ビーム処理装置が提供される。この中性粒子ビーム処理装置は、上述した中性粒子ビーム源と、上記中性粒子ビームが照射される被処理物を保持する保持台と、上記中性粒子ビーム源と上記保持台とを内部に収容した容器とを備えている。 According to the 3rd aspect of this invention, the neutral particle beam processing apparatus which can irradiate the neutral particle beam of a uniform density to a to-be-processed object is provided. The neutral particle beam processing apparatus includes the above-described neutral particle beam source, a holding table for holding an object to be irradiated with the neutral particle beam, and the neutral particle beam source and the holding table inside. And a container accommodated in the container.
さらに、中性粒子ビーム処理装置は、上記中性粒子ビーム源で生成された中性粒子ビーム中に残留する荷電粒子を除去する荷電粒子除去手段を備えていてもよい。このような荷電粒子除去手段により、被処理物の表面のわずかなチャージアップをも避けることができるので、わずかな帯電によっても破壊されてしまうデバイス素子を処理することが可能となる。 Further, the neutral particle beam processing apparatus may include a charged particle removing unit that removes charged particles remaining in the neutral particle beam generated by the neutral particle beam source. Such a charged particle removing means can avoid a slight charge-up on the surface of the object to be processed, so that it is possible to process a device element that is destroyed even by a slight charge.
例えば、特許文献2には、互いに隣接した多数の同一種類のマイクロプラズマにおいて、1つ1つのマイクロプラズマを各々独立した微小な状態に保持することを可能としたマイクロプラズマ生成装置が開示されている。このマイクロプラズマ生成装置は、多数のマイクロプラズマを利用するものではあるが、本発明とは全く趣旨を異にする発明であり、目的、構成、作用および効果のいずれの点においても本発明とは異なるものである。 For example, Patent Document 2 discloses a microplasma generating apparatus that enables each microplasma to be maintained in an independent minute state in a large number of microplasmas adjacent to each other. . Although this microplasma generator uses a large number of microplasmas, it is an invention that is completely different from the present invention, and is different from the present invention in any of the purposes, configurations, functions, and effects. Is different.
また、特許文献3には、1つのマイクロプラズマ源におけるプラズマ発生領域を制御するマイクロプラズマ発生装置が開示されているが、このマイクロプラズマ発生装置は、本発明とは本質的に異なるものであり、マイクロプラズマの利用という点からしても本発明に対する記載や示唆は全くない。 Further, Patent Document 3 discloses a microplasma generator that controls a plasma generation region in one microplasma source, but this microplasma generator is essentially different from the present invention, There is no description or suggestion for the present invention even in terms of the use of microplasma.
特許文献4には、中性ビームの大口径化および大容量化を実現する中性ビーム処理装置が開示されているが、この中性ビーム処理装置のプラズマ生成機構は1つである。また、特許文献5には、幅広い種類の中性ビームを高密度で形成する中性ビーム発生装置が開示されているが、この中性ビーム発生装置のプラズマ生成機構も1つである。したがって、これらの文献に記載された発明と本発明とは本質的に異なるものであり、その原理、構成、作用および効果のいずれの点においても本発明とは全く異なるものである。 Patent Document 4 discloses a neutral beam processing apparatus that realizes an increase in the diameter and capacity of a neutral beam. The neutral beam processing apparatus has one plasma generation mechanism. Patent Document 5 discloses a neutral beam generator that forms a wide variety of neutral beams at a high density. However, the neutral beam generator has only one plasma generation mechanism. Therefore, the invention described in these documents and the present invention are essentially different from each other, and are completely different from the present invention in any of the principles, configurations, operations, and effects.
本発明に係る中性粒子ビーム源および中性粒子ビーム処理装置によれば、被処理物に均一な密度の中性粒子ビームを照射することができる。また、中性粒子ビーム生成機構を複数備えることで、中性粒子ビームを大口径かつ大面積の被処理物に均一に照射することができ、被処理物に対してより高精度な処理が可能となる。この結果、例えば半導体デバイス等に対する微細で高精度かつ高アスペクト比の加工を、チャージアップによって素子にダメージを与えることなく実現することが可能となる。 According to the neutral particle beam source and the neutral particle beam processing apparatus according to the present invention, it is possible to irradiate an object to be processed with a neutral particle beam having a uniform density. In addition, by providing multiple neutral particle beam generation mechanisms, it is possible to uniformly irradiate a large-diameter and large-area workpiece with a neutral particle beam, enabling more precise processing of the workpiece. It becomes. As a result, it is possible to realize fine, high-precision, high-aspect-ratio processing of, for example, semiconductor devices and the like without damaging the elements due to charge-up.
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2から図10を参照して詳細に説明する。なお、図2から図10において、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the neutral particle beam processing apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 2 to 10, the same or corresponding components are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
図2は、本発明の第1の実施形態における中性粒子ビーム処理装置10の全体構成を示す模式図である。図2に示すように、中性粒子ビーム処理装置10は、真空ポンプ12が接続された真空容器14を備えている。この真空容器14の内部には、プロセスガスから中性粒子ビームを生成する中性粒子ビーム源16が配置されている。この中性粒子ビーム源16の下方には、半導体基板、ガラス、有機物、セラミックスなどの被処理物18を保持する保持台20が配置されており、この保持台20の上面に被処理物18が載置されている。なお、必要に応じて、被処理物18の表面のうち処理を行わない部分をレジストなどによって被覆することにより、所望の部分だけを加工することができる。
FIG. 2 is a schematic diagram showing an overall configuration of the neutral particle
真空容器14の上部には、真空容器14内にプロセスガスを導入するガス供給ポート22が設けられており、このガス供給ポート22はガス供給配管24を介してガス供給源26に接続されている。ガス供給配管24には、真空容器14に供給するプロセスガスの流量を制御する流量制御装置28が設けられている。
A
使用するプロセスガスの種類は、被処理物18に対して行う加工の種類によって異なるが、例えば、エッチング加工を行う場合には、SF6,CHF3,CF4,Cl2,Ar,O2,N2,C4F8などのプロセスガスが真空容器14内に供給される。なお、必要に応じて、ガス供給源26を複数設け、複数種類のプロセスガスを同時に真空容器14に供給するような構成にしてもよい。この場合には、プロセスガスの種類ごとに流量制御装置を設け、その下流側で複数のプロセスガスを合流させてから真空容器に導入することができる。
The type of process gas to be used differs depending on the type of processing performed on the
図2に示すように、被処理物18が配置された処理室30には、ガスを排出するためのガス排出ポート32が設けられており、このガス排出ポート32はガス排出配管34を介して真空ポンプ12に接続されている。この真空ポンプ12によって処理室30は所定の圧力に維持される。ここで、処理室30は、中性粒子ビーム源16から照射される中性粒子ビームが残留ガスに衝突することで方向性を変えないように、被処理物18と中性粒子ビーム源16との距離よりも気体粒子の平均自由行程の方が長くなるような真空度まで真空排気される。
As shown in FIG. 2, the
ここで、処理室30内の保持台20に被処理物18を載置すると、被処理物18の表面が、中性粒子ビーム源16から照射される中性粒子ビームの入射方向に対して垂直になるように構成されている。これにより、中性粒子ビームによる被処理物18の表面の垂直加工が可能となる。なお、保持台20は回転機構を備えていることが好ましい。このような回転機構により保持台20を回転させることで、位置によって中性粒子ビーム源16による中性粒子ビームの被処理物18への照射が不均一になる場合であっても、中性粒子ビームの照射を平均化することができ、被処理物18の表面全体をほぼ均一に加工することができる。また、保持台20が、中性粒子ビームの入射方向と垂直な平面上で直線運動または円運動を行う機構を備えていても、回転機構と同様の効果を得ることができる。
Here, when the
なお、被処理物18を処理室30に導入する際に予備排気を行う予備排気室(図示せず)を処理室30に隣接して設け、処理室30と予備排気室とゲートバルブを介して接続してもよい。このような構成にすれば、真空容器14内を大気圧に戻すことなく、被処理物18を保持台20に配置することができる。したがって、真空排気に要する時間が極めて短くなるので、プロセスタイムを短縮することができる。
A preliminary exhaust chamber (not shown) for performing preliminary exhaust when the
図3は、図2の中性粒子ビーム源16の拡大図である。図3に示すように、中性粒子ビーム源16は、多数の細孔40が形成された平板状の構造体42を備えている。この構造体42は、中性化電極44と、その上部に配置された絶縁体46とから構成されるものである。それぞれの細孔40に対応して、マイクロプラズマから中性粒子ビームを生成する中性粒子ビーム生成機構50が形成されている。
FIG. 3 is an enlarged view of the neutral
図4は、1つの中性粒子ビーム生成機構50を拡大して示す模式図である。図4に示すように、中性粒子ビーム生成機構50は、上述したガス供給ポート22から導入されたプロセスガス100をプラズマ化してマイクロプラズマを生成するマイクロプラズマ生成部51と、マイクロプラズマ中のイオン102を引き出すイオン引出部52と、引き出されたイオン102を中性化して中性粒子ビーム104を生成する中性化部53とを備えており、これらのマイクロプラズマ生成部51、イオン引出部52、および中性化部53が、対応する細孔40の内部にその長手方向に沿ってこの順番で配置されている。
FIG. 4 is an enlarged schematic diagram showing one neutral particle
図4に示すように、マイクロプラズマ生成部51は、高周波電源54と、高周波電源54に接続される一対のプラズマ電極56,56とを備えている。一対のプラズマ電極56,56は、絶縁体46中の細孔40の内面に互いに対向するように配置されている。高周波電源54によりプラズマ電極56,56間に高周波電圧を印加すると、プラズマ電極56,56間のプラズマ領域Pにプラズマ(マイクロプラズマ)が生成される。
As shown in FIG. 4, the microplasma generator 51 includes a high-
プラズマを発生させるためには、細孔40の形状や寸法、プロセスガス100の種類や圧力、高周波電源54により印加する電圧や電力が所定の範囲内にあるように調整する必要がある。例えば、プラズマ電極が平行平板型で直流を印加することによりプラズマを発生する方法においては、プラズマの発生開始電圧に関してパッシェンの法則が経験的に知られている。細孔40の寸法やプロセスガス100の流量は、プロセスガス100の種類によって異なるものの、例えばアルゴンガスをプロセスガス100として使用する場合には、プラズマ電極56,56間の距離を2mm程度にし、プラズマ領域Pの圧力を100Pa程度にするのがよい。
In order to generate plasma, it is necessary to adjust the shape and size of the
なお、図3では、中性粒子ビーム生成機構50がそれぞれ個別に高周波電源54を備えた例を示しているが、例えば複数対のプラズマ電極56,56に対して1つの高周波電源54から給電してもよい。また、それぞれの高周波電源54は個別にその電圧を制御できるようにすることで、一層好ましく中性粒子ビーム104の均一化を達成することができる。
FIG. 3 shows an example in which the neutral particle
イオン引出部52は、第1のバイアス電源58と、第1のバイアス電源58に接続されるイオン引出電極60と、絶縁体46の下方に配置された中性化電極44とによって構成されている。イオン引出電極60は、絶縁体46中の細孔40の内面のプラズマ電極56の下方に配置されている。
The
第1バイアス電源58によりイオン引出電極60と中性化電極44との間に電圧を印加することにより、マイクロプラズマ中のイオン102をマイクロプラズマ生成部51とは反対方向に、すなわちイオン引出電極60から中性化電極44に向かう方向に加速し、マイクロプラズマ中のイオン102を中性化電極44の細孔40の内部の中性化領域Nに引き出すようになっている。図4に示す例では、マイクロプラズマ中の正イオンを引き出すために、イオン引出電極60を基準として中性化電極44に対して負の電圧を印加している。なお、第1バイアス電源58による電圧の極性を反転させることにより、マイクロプラズマ中から負イオンを引き出すこともできる。
By applying a voltage between the
第1のバイアス電源58により印加する電圧は処理の種類によって異なるが、被処理物18のエッチングを行う場合には、例えば100Vから500V程度の電圧をイオン引出電極60と中性化電極44との間に印加することによって、イオン102を加速して被処理物の表面にエッチングをすることができる。
Although the voltage applied by the first
中性化電極44は、中性粒子ビーム源16の処理室30側に配置されており、中性化領域Nに引き出されたイオン102を中性化する中性化部53として機能する。すなわち、プラズマ領域Pから中性化領域Nに引き出されたイオン102は、中性化電極44中の細孔40を通過する際に電荷を失って中性化される。一般に、オリフィス状の細孔をイオンが通過するときに、細孔の壁と接触したり、細孔中の残留ガスと衝突したりすることにより、イオンが電荷を失うことが知られている(例えば、特開平9−223598号公報参照)。例えば、加速されたイオンが細孔の壁とほぼ平行に接触する場合には、イオンはその運動エネルギーをほとんど失わずに電荷交換により電荷だけを失う。したがって、本実施形態の中性化電極44中の細孔40にイオン102を通過させるだけで、イオン102を中性粒子とし中性粒子ビーム104を生成することができる。
The
なお、一般的には、中性化領域Nでイオン102が中性化されずに、中性粒子ビーム104の中にイオン102が残留してしまう場合がある。中性粒子ビーム104中に荷電粒子が残留することが許されない場合には、中性粒子ビーム104中に残留するイオン102を除去するための荷電粒子除去手段を必要に応じて設けてもよい。例えば、残留イオンを中性化するために微量の中性化ガスを中性化領域Nに導入してもよい。また、残留イオンが正イオンである場合には、残留イオンに電子を照射する微小な手段を付加して電子の照射により中性化を行ってもよい。さらに、残留イオンが負イオンである場合には、光を照射する手段などの何らかの形でエネルギーを残留イオンに与えて電子を解離することで中性化を行ってもよい。このような付加手段により残留イオンの中性化を促進して、イオン102の残留量を減少させることができる。
In general, there is a case where the
本実施形態では、図2および図3に示すように、中性粒子ビーム源16と被処理物18との間に、中性化領域Nで中性化されなかったイオンや電子、すなわち中性粒子ビーム中に残留する荷電粒子が処理室30に入射することを防止するメッシュ電極62が配置されている。図3に示すように、メッシュ電極62および中性化電極44は第2のバイアス電源64に接続されている。メッシュ電極62が正電位、中性化電極44が負電位になるように第2のバイアス電源64によって電場を印加することにより、中性粒子ビーム中に残留した正イオンの被処理物への照射を妨げることができるようになっている。なお、負イオンを除去する場合には、第2のバイアス電源64により印加する電圧の極性を反転させればよい。
In this embodiment, as shown in FIGS. 2 and 3, ions and electrons that have not been neutralized in the neutralization region N, that is, neutral, between the
次に、本実施形態における中性粒子ビーム処理装置10の動作について説明する。まず、処理室30内の保持台20の上に被処理物18を載置する。そして、処理室30に接続されている真空ポンプ12を作動させることにより、真空容器14内を真空排気し、真空容器14内を例えば1Pa以下の真空にする。このとき、残留ガスが不純物となって被処理物18の処理に対して悪影響を与えるのを避けるために、真空容器14内を1×10−3Pa以下の高真空にすることが好ましい。なお、上述したように処理室30に隣接して予備排気室を設けた場合には、真空ポンプ12を作動させた状態で被処理物18を真空容器14内に導入する。
Next, operation | movement of the neutral particle
そして、ガス供給源26からSF6,CHF3,CF4,Cl2,Ar,O2,N2,C4F8等などのプロセスガス100を真空容器14の内部に導入する。このとき、流量制御装置28によりプロセスガス100の流量が制御され、プロセスガス100の流量がガスの種類や被処理物の種類などを考慮した最適な値に調整される。このプロセスガス100は、真空容器14内の中性粒子ビーム源16のそれぞれの中性粒子ビーム生成機構50のプラズマ領域Pに導入される。
Then, a
そして、各プラズマ領域Pに導入されたプロセスガス100は、マイクロプラズマ生成部51によってプラズマ化される。すなわち、高周波電源54によって高周波電圧をプラズマ電極56,56間に印加する。この高周波電圧の印加によってプラズマ領域Pには高周波電界が形成される。プロセスガス100は、加速された電子により電離され、プラズマ領域P内に高密度のイオンと電子からなるマイクロプラズマが生成される。
Then, the
次に、第1のバイアス電源58によってイオン引出電極60と中性化電極44との間にバイアス電圧を印加し、この電場によってマイクロプラズマ中のイオン102を中性化領域Nの方向に加速する。図3および図4に示す例では、イオン引出電極60に正電位、中性化電極44に負電位を与えているため、正イオンが中性化領域Nに向かって加速され中性化領域Nに引き出される。第1のバイアス電源58の極性を反転させれば、負イオンを中性化領域Nに引き出すことができる。
Next, a bias voltage is applied between the
マイクロプラズマから引き出されたイオン102は、中性化電極44中の細孔40を通過する際に、細孔40の壁と接触したり、細孔40中の残留ガスと衝突したりすることにより、電荷を失い中性化される。このように、イオン102を細孔40の中を通過させるだけで中性粒子ビーム104とすることができる。そして、第2のバイアス電源64によって中性化電極44とメッシュ電極62との間にバイアス電圧を印加して電場を形成し、中性粒子ビーム104中に残留したイオン102が被処理物に照射されることを防止する。図3に示す例では、メッシュ電極62に正電位、中性化電極44に負電位を与えているため、中性粒子ビーム104中に残留した正イオンが除去される。第2のバイアス電源64の極性を反転させれば、中性粒子ビーム104中に残留した負イオンを除去することができる。
When
このように、残留イオンが除去された中性粒子ビーム104は、処理室30の内部を直進して保持台20に載置された被処理物18に照射される。被処理物18の表面は、中性粒子ビーム104の入射方向に対して垂直になるように配置されているので、中性粒子ビーム104により被処理物18の表面の垂直加工を行うことができる。また、必要に応じてレジストなどにより処理が不要な部分を事前に被覆しておけば、所望の部分だけ加工を行うことができる。
In this way, the
細孔40内のプラズマ領域Pにマイクロプラズマを生成する手段としては、上述したプラズマ電極56,56と高周波電源54との組み合わせに限られるものではなく、例えば、直流電源によりプラズマ電極56,56間に直流電圧を印加してもよい。あるいは、容量結合型プラズマ発生法、マイクロ波プラズマ発生法、ECR(Electron Cyclotron Resonance)プラズマ発生法などのプラズマ発生法を用いてマイクロプラズマを生成してもよい。また、プラズマを発生させずにイオンを得る方法として、例えば、マイクロ電子線発生機構から電子線を照射し、原子または分子に電子を付着させることで負イオンを生成する方法がある。
Means for generating microplasma in the plasma region P in the
また、細孔40中のプラズマ電極56,56の構造はマイクロプラズマ生成部51に応じて変更することができる。また、プラズマの発生は連続的でなくてもよく、高周波電源54をパルス電源に代えてパルス状のプラズマを発生することとしてもよい。また、被処理物18の表面の面積が微小な場合には、中性粒子ビーム源16を1つだけ備えた中性粒子ビーム処理装置であってもよい。
In addition, the structure of the
なお、中性粒子ビーム104の強度はプラズマ密度と正の相関があるので、プラズマ領域Pのプラズマ密度を制御することで、イオン引出部52により引き出すことのできるイオン102のビーム密度を制御することができる。これにより、中性粒子ビーム源16から照射することができる中性粒子ビーム104の密度を制御することが可能となる。プラズマ領域Pのプラズマ密度は、プロセスガス100の圧力および高周波電源54によりプラズマ電極56,56に印加される電圧などにより制御することができる。プロセスガス100の圧力は、流量制御装置28によりプロセスガス100の流量を調整することにより制御することができる。
Since the intensity of the
同一構造の複数の中性粒子ビーム生成機構50において、同一の条件、すなわち同一のプロセスガス100を同一の流量で供給し、プラズマ電極56,56に同一の高周波電圧を印加させると、同じ強度の中性粒子ビーム104を生成することができる。したがって、同一構造の複数の中性粒子ビーム生成機構50を被処理物18の表面の上に配置して、各中性粒子ビーム生成機構50を同一の条件で運転することにより、被処理物18のすべての位置に同じ強度の中性粒子ビーム104を照射できるため、被処理面の全面にわたって均一な処理を行うことができる。
In the plurality of neutral particle
一方、被処理物18に対して行う処理の種類によっては、中性粒子ビーム104の密度を位置によって異なるようにした方がよい場合や、中性粒子ビーム104の密度の一様性を厳格に維持するために、位置によってビームの密度を微調整する必要が生じる場合もある。このような場合には、各中性粒子ビーム生成機構50に導入するプロセスガス100の流量とプラズマ電極に印加する電圧とを個別に調整する必要があり、複数の中性粒子ビーム生成機構50のそれぞれに対して流量制御装置と高周波電源を独立に設けることによって、それぞれの中性粒子ビーム生成機構50を独立に制御して最適なビーム照射分布を得ることができる。なお、複数の中性粒子ビーム生成機構50をいくつかのグループに分けて、各グループに対して1つの高周波電源を設けてもよいし、さらには流量制御装置をも共用するために1つの流量制御装置と高周波電源とを設けるようにしてもよい。この場合には、流量制御装置や高周波電源の数を減らすことができるので、上述した高精度の制御を簡単な構成で低コストに行うことができる。
On the other hand, depending on the type of processing to be performed on the
一般的に、プラズマ放電を開始する閾値となる電圧は、放電用気体の圧力と電圧を印加する電極間の距離との積に対してある極小値をとる。したがって、放電空間が微小となり電極間の距離が小さくなると、なるべく低い電圧で放電させるために、放電用気体の圧力を高くする必要がある。したがって、プラズマ電極56,56間の距離が小さいマイクロプラズマ生成部51においては、放電用気体の圧力を高く維持する必要が生じる。図5は、本発明の第2の実施形態における中性粒子ビーム源の中性粒子ビーム生成機構150を示す模式図であり、放電用気体の圧力を高く維持することができるものである。
In general, the threshold voltage for starting plasma discharge takes a certain minimum value with respect to the product of the pressure of the discharge gas and the distance between the electrodes to which the voltage is applied. Therefore, when the discharge space is small and the distance between the electrodes is small, it is necessary to increase the pressure of the discharge gas in order to discharge with a voltage as low as possible. Therefore, in the microplasma generator 51 having a small distance between the
図5に示す例では、絶縁体146を中性化電極44に対して細くし、イオン引出電極160を絶縁体146に対して太く形成している。このように、プラズマ領域Pから中性化領域Nに至る通路170がイオン引出電極160により狭くなっているので、プラズマ領域Pの圧力を処理室30の圧力よりも高く維持することができる。したがって、プラズマ生成用電源、例えば高周波電源54により印加する電圧が低くてもプラズマ領域Pにプラズマを生成することができる。
In the example shown in FIG. 5, the insulator 146 is thinner than the
例えば、このような中性粒子ビーム生成機構150において、プラズマ領域Pの圧力を約100Paに維持するためには、イオン引出電極160により形成される通路170(オリフィス)の内径を1mm程度、長さ2mm程度とし、アルゴンガスの流量を1つのマイクロプラズマ生成部に対して0.5sccm程度とすればよい。ここで、1sccmは、気体が0℃、1気圧のときの、毎分1ccの体積流量を意味する。このとき処理室30が約1Pa以下の圧力になるような実効排気速度を有する真空ポンプを処理室30に接続する。なお、通路170の寸法やアルゴンの流量は上述した例に限られず、アルゴンの流量に対して所定のコンダクタンスを有し、処理室30が十分高真空に真空排気されるようなものであればよい。
For example, in such a neutral particle
図6は本発明の第3の実施形態における中性粒子ビーム処理装置210を示す模式図、図7は図6の中性粒子ビーム源216を示す模式図である。この実施形態では、複数種類(図6および図7に示す例では2種類)のプロセスガスを、異なる中性粒子ビーム生成機構250のプラズマ領域Pに導入している。すなわち、中性粒子ビーム処理装置210は、2つのガス供給源126a,126bと、2つの流量制御装置128a,128bとを備えており、それぞれのガス供給源126a,126bは、ガス供給配管124a,124bを介してそれぞれ異なる中性粒子ビーム生成機構250に接続されている。このように、それぞれの中性粒子ビーム生成機構250のプラズマ領域Pに導入されるプロセスガスの種類に応じて、異なるプラズマ密度のプラズマを生成することができるようになっている。
FIG. 6 is a schematic diagram showing a neutral particle
このような構成においては、プラズマ発生条件などをそれぞれのプロセスガスに応じて選択することで、処理に必要なイオン種やラジカル種などの活性種をそれぞれの中性粒子ビーム生成機構250で発生させることができる。このため、被処理物18に対する処理条件をより高精度に制御することができ、高精度の加工を実現することができる。
In such a configuration, active species such as ion species and radical species necessary for processing are generated by each neutral particle
ここで、図6および図7に示す例では、プロセスガスの系統ごとに流量制御装置128a,128bを設けているが、中性粒子ビーム生成機構250ごとに流量制御装置を設けてもよい。この場合には、それぞれの中性粒子ビーム生成機構250のプラズマ領域Pに導入されるプロセスガスの量を個別に制御することができるので、マイクロプラズマの制御をより一層精度よく行うことができる。また、高周波電源54は、中性粒子ビーム生成機構250ごとに個別に設けてもよいし、同様のプラズマ発生条件になる数種類のガスについて共通に設けてもよい。
Here, in the example shown in FIGS. 6 and 7, the flow
なお、図6および図7に示す例では2種類のプロセスガスを用いる場合について図示しているが、3種類以上のプロセスガスを用いてもよい。この場合には、それぞれのプロセスガスの系統ごとにガス配管や流量制御装置を設けることができる。 In the example shown in FIGS. 6 and 7, the case where two types of process gases are used is illustrated, but three or more types of process gases may be used. In this case, a gas pipe and a flow rate control device can be provided for each process gas system.
上述した中性粒子ビーム生成機構を形成する構造体42は、所定の厚さの平板に、その面に対して垂直方向に延びる細孔40を形成したものであることが好ましい。このような構造体42は、例えば、以下に述べる方法により作製することができる。
The
まず、図8(a)に示すように、絶縁体300の両面にその長手方向に延びる溝302を多数形成する。これらの溝302の寸法は、例えば、幅Wが2mm程度、深さDが1mm程度である。また、絶縁体300の厚さ(すなわち紙面に垂直方向の寸法)は5mm程度である。次に、図8(b)に示すように、それぞれの溝302の底部に導電体からなるプラズマ電極304を形成する。そして、図8(c)に示すように、溝302が形成された複数の絶縁体300をそれぞれの溝302が互いに対向するように配置し、一体化する。この一体化は、例えば絶縁体300を相互に接着したり、複数の絶縁体300の組立体の外周をバンドで締め付けることによって圧着するなどによって行う。なお、一体化の方法はこれらに限られるものではない。
First, as shown in FIG. 8A, a large number of
あるいは、図9(a)から図9(c)に示すように、直方体状の絶縁体310の両側面に、プラズマ電極312、イオン引出電極314、および中性化電極316を取り付けた組立体318を用いてもよい。プラズマ電極312、イオン引出電極314、および中性化電極316はすべて導電体からなる。この組立体318を、図10に示すように、それぞれの電極312,314,316が互いに対向し、かつ、隣接する4つの組立体318により細孔320が形成されるように配置し、組立体318を一体化する。例えば、平行平板型の電極間距離を2mmとし、その他の条件を適切に設定することで、多数の細孔320の中に平行平板型の電極312,314,316を有する構造体を作製することができる。
Alternatively, as shown in FIGS. 9A to 9C, an
なお、図9(a)および図9(b)では、イオン引出電極314に接続されたリード線322が図示されているが、実際には、このリード線322の構造は、イオン引出電極314を第1のバイアス電源58(図3等参照)に接続するために最適な構造とされる。また、それぞれの電極312,314,316の配置は図示したものに限られず、絶縁体310の構造などに応じて様々な電極配置を採用することができる。
In FIGS. 9A and 9B, the
また、図9(a)から図9(c)に示す例では、プラズマ電極312、イオン引出電極314、および中性化電極316を1つの絶縁体310上に形成しているが、例えば、プラズマ電極312、イオン引出電極314、および中性化電極316をそれぞれ別の絶縁体上に形成した後に、これらを組み合わせてもよい。また、図5に示すような構造体を上述した方法により作製する場合には、イオン引出電極160と中性化電極44とを絶縁体146上に配置するのではなく、イオン引出電極160と中性化電極44との間に絶縁体146を挟む構造としてもよい。
In the example shown in FIGS. 9A to 9C, the
また、上述のいずれの方法においても、絶縁体上に配置される導電体はカーボンや金属などから形成される。この場合において、絶縁体上に導電性の薄膜を貼り付けてもよい。また、スパッタリングや蒸着、めっきなどの方法により、導電体を絶縁体上に直接形成してもよい。 In any of the above-described methods, the conductor disposed on the insulator is formed of carbon, metal, or the like. In this case, a conductive thin film may be attached to the insulator. Further, the conductor may be directly formed on the insulator by a method such as sputtering, vapor deposition, or plating.
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。 Although one embodiment of the present invention has been described so far, it is needless to say that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and may be implemented in various forms within the scope of the technical idea.
10,210 中性粒子ビーム処理装置
12 真空ポンプ
14 真空容器
16,216 中性粒子ビーム源
18 被処理物
20 保持台
26,126a,126b ガス供給源
30 処理室
40 細孔
42 構造体
44 中性化電極
46,146 絶縁体
50,150 中性粒子ビーム生成機構
51 マイクロプラズマ生成部
52 イオン引出部
53 中性化部
54 高周波電源
56 プラズマ電極
58,64 バイアス電源
60,160 引出電極
100 プロセスガス
102 イオン
104 中性粒子ビーム
P プラズマ領域
N 中性化領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10,210 Neutral particle
Claims (7)
前記構造体の孔の内部のプラズマ領域にマイクロプラズマを発生させるマイクロプラズマ生成部と、
前記マイクロプラズマ中のイオンを前記構造体の孔の内部の中性化領域に引き出すイオン引出部と、
前記イオン引出部により引き出されたイオンを前記中性化領域で中性化して中性粒子ビームを生成する中性化部と、
を備えたことを特徴とする中性粒子ビーム源。 A structure in which at least one hole is formed;
A microplasma generator for generating microplasma in a plasma region inside the hole of the structure;
An ion extraction part for extracting ions in the microplasma into a neutralized region inside the pores of the structure;
A neutralization unit that neutralizes ions extracted by the ion extraction unit in the neutralization region to generate a neutral particle beam;
A neutral particle beam source comprising:
前記構造体の複数の孔の少なくとも一部に対応して設けられた複数の中性粒子ビーム生成機構とを備え、
前記複数の中性粒子ビーム生成機構は、それぞれ、
前記構造体中の対応する孔の内部のプラズマ領域にマイクロプラズマを発生させるマイクロプラズマ生成部と、
前記マイクロプラズマ中のイオンを前記対応する孔の内部の中性化領域に引き出すイオン引出部と、
前記イオン引出部により引き出されたイオンを前記中性化領域で中性化して中性粒子ビームを生成する中性化部と、
を有することを特徴とする中性粒子ビーム源。 A structure in which a plurality of holes are formed;
A plurality of neutral particle beam generating mechanisms provided corresponding to at least some of the plurality of holes of the structure,
Each of the plurality of neutral beam generation mechanisms is
A microplasma generator for generating microplasma in a plasma region inside a corresponding hole in the structure;
An ion extraction part for extracting ions in the microplasma to a neutralized region inside the corresponding hole;
A neutralization unit that neutralizes ions extracted by the ion extraction unit in the neutralization region to generate a neutral particle beam;
A neutral particle beam source.
前記対応する孔の内面に設けられた一対のプラズマ電極と、
前記一対のプラズマ電極に電圧を印加する電源と、
を有することを特徴とする請求項2または3に記載の中性粒子ビーム源。 The microplasma generator is
A pair of plasma electrodes provided on the inner surface of the corresponding hole;
A power source for applying a voltage to the pair of plasma electrodes;
The neutral particle beam source according to claim 2 or 3, characterized by comprising:
前記中性粒子ビームが照射される被処理物を保持する保持台と、
前記中性粒子ビーム源と前記保持台とを内部に収容した容器と、
を備えたことを特徴とする中性粒子ビーム処理装置。 Neutral particle beam source according to any one of claims 1 to 5;
A holding table for holding an object to be irradiated with the neutral particle beam;
A container containing therein the neutral particle beam source and the holding table;
A neutral particle beam processing apparatus comprising:
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A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20080115 |
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A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20080625 |