JP2655146B2 - イオン照射装置 - Google Patents
イオン照射装置Info
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- JP2655146B2 JP2655146B2 JP62182794A JP18279487A JP2655146B2 JP 2655146 B2 JP2655146 B2 JP 2655146B2 JP 62182794 A JP62182794 A JP 62182794A JP 18279487 A JP18279487 A JP 18279487A JP 2655146 B2 JP2655146 B2 JP 2655146B2
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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、半導体等のドライエッチング、成膜等に用
いられるイオン照射装置に関するものである。
いられるイオン照射装置に関するものである。
（従来の技術） 現在、イオン照射装置が集積回路の微細加工等に用い
られているが、今日知られているイオン照射装置はDC放
電、RF放電あるいはECR（電子サイクロトロン共鳴）に
よってプラズマを発生し、このプラズマのうちイオンの
みを電界によって引き出し、これによって試料にイオン
を照射している。
られているが、今日知られているイオン照射装置はDC放
電、RF放電あるいはECR（電子サイクロトロン共鳴）に
よってプラズマを発生し、このプラズマのうちイオンの
みを電界によって引き出し、これによって試料にイオン
を照射している。
（発明が解決しようとする問題点） 試料に大きなダメージを残すことなく、イオンビーム
エッチング等を有効に行うためには低エネルギー領域に
おいて大電流イオンビームを照射することが必要である
が、従来の装置ではイオンビーム電流を低エネルギー領
域において大きくすることが困難であった。また、従来
の方法では、イオンの入射角度は常に試料表面に対して
垂直であり、入射角度を制御するためには、一度イオン
ビームとして加速する必要があった。
エッチング等を有効に行うためには低エネルギー領域に
おいて大電流イオンビームを照射することが必要である
が、従来の装置ではイオンビーム電流を低エネルギー領
域において大きくすることが困難であった。また、従来
の方法では、イオンの入射角度は常に試料表面に対して
垂直であり、入射角度を制御するためには、一度イオン
ビームとして加速する必要があった。
本出願人は先に、電子ビーム励起によりプラズマを発
生し、このプラズマ中からイオンを引き出して、このイ
オンを試料に照射する電子ビーム励起イオン照射装置を
提案し、低加速度で大電流のイオンビームを発生するこ
とに成功している（例えば、特開昭61−273840号明細
書）。この電子ビーム励起イオン照射装置においては、
イオン電流値と、イオンの加速とを独立に制御できるこ
とが一つの特徴であるが、低加速度でイオンを引き出す
と、当然にイオン空間電荷によるイオン電流制限が生じ
ることになる。本発明の目的は、上述の様な電子ビーム
励起イオン照射装置において、より大電流のイオンビー
ムを発生することにある。
生し、このプラズマ中からイオンを引き出して、このイ
オンを試料に照射する電子ビーム励起イオン照射装置を
提案し、低加速度で大電流のイオンビームを発生するこ
とに成功している（例えば、特開昭61−273840号明細
書）。この電子ビーム励起イオン照射装置においては、
イオン電流値と、イオンの加速とを独立に制御できるこ
とが一つの特徴であるが、低加速度でイオンを引き出す
と、当然にイオン空間電荷によるイオン電流制限が生じ
ることになる。本発明の目的は、上述の様な電子ビーム
励起イオン照射装置において、より大電流のイオンビー
ムを発生することにある。
イオンビームを効率良く加速するために、フィラメン
トから放出される熱電子をイオン加速電極側より供給す
ることによってイオンの空間電荷を中和する方法もある
が、この方法ではイオンビーム電流を約1.9倍程度増加
させることが期待できるだけである。
トから放出される熱電子をイオン加速電極側より供給す
ることによってイオンの空間電荷を中和する方法もある
が、この方法ではイオンビーム電流を約1.9倍程度増加
させることが期待できるだけである。
（問題点を解決するための手段） 本発明では、低エネルギー大電流イオンビームを大面
積かつ一様に加速するために、プラズマニュートラライ
ザー方式を採用したことを特徴とする。すなわち、イオ
ン加速電極の背後にプラズマを生成し、その中の電子を
加速領域のイオン空間電荷の中和に利用するものであ
る。
積かつ一様に加速するために、プラズマニュートラライ
ザー方式を採用したことを特徴とする。すなわち、イオ
ン加速電極の背後にプラズマを生成し、その中の電子を
加速領域のイオン空間電荷の中和に利用するものであ
る。
（作 用） プラズマニュートラライザーは、広いイオン引き出し
電極面上に均一に充分な量の電子を供給できる。
電極面上に均一に充分な量の電子を供給できる。
本発明のイオン照射装置は装置内にアルゴン等の不活
性ガスまたはCF4等の腐食性ガスを導入することにより
エッチング装置として使用出来る。また、SiH4等の固体
物質堆積性のガスを用いると成膜装置として使用でき
る。
性ガスまたはCF4等の腐食性ガスを導入することにより
エッチング装置として使用出来る。また、SiH4等の固体
物質堆積性のガスを用いると成膜装置として使用でき
る。
（発明の効果） 本発明によれば、大面積にわたって充分な量の電子を
供給できるので、短いプラズマ間距離による低エネルギ
ー大電流イオンビームの加速が大面積で可能になるとい
う効果がある。
供給できるので、短いプラズマ間距離による低エネルギ
ー大電流イオンビームの加速が大面積で可能になるとい
う効果がある。
（実施例） 第１図に、本発明によるイオン照射装置の一実施例の
概略図を示す。本発明のイオン照射装置においては、イ
オン源プラズマ発生部１が、電子ビーム励起プラズマ発
生方式を採用している。即ち、カソードK1と電子加速陰
極６との間に初期放電電源Vd1により電圧が印加され、
外部から流入されたガスがプラズマ化され、電子ビーム
発生用のプラズマが生成される。電子加速陰極６と電子
ビーム加速領域を介して対面する電子加速陽極７との間
には電子加速電源Veaにより加速電流が印加され、これ
により、イオン源プラズマ発生部１内の電子が引き出さ
れて加速される。この加速された電子は、電子加速陽極
７と隣接するイオン源プラズマ発生領域において、イオ
ン源プラズマ発生部１から流入したガス又は外部から別
途流入されたガスと衝突として、プラズマを発生する。
このイオン源プラズマ中のイオンは、電子加速陽極７と
イオン加速電極２との間に、電子加速陽極７に対してイ
オン加速電極２を負の電位となすイオン加速電源Vaccに
よる電圧を印加することによって形成された電場によっ
て引き出され、イオン被照射体４に照射される。本実施
例においては、電子加速陽極７とイオン加速電極２との
間のイオン源プラズマ発生領域には、円筒状のアノード
Ａが設置されていて、このアノードＡの電位は、電子加
速陽極７と同じ電位に保たれている。
概略図を示す。本発明のイオン照射装置においては、イ
オン源プラズマ発生部１が、電子ビーム励起プラズマ発
生方式を採用している。即ち、カソードK1と電子加速陰
極６との間に初期放電電源Vd1により電圧が印加され、
外部から流入されたガスがプラズマ化され、電子ビーム
発生用のプラズマが生成される。電子加速陰極６と電子
ビーム加速領域を介して対面する電子加速陽極７との間
には電子加速電源Veaにより加速電流が印加され、これ
により、イオン源プラズマ発生部１内の電子が引き出さ
れて加速される。この加速された電子は、電子加速陽極
７と隣接するイオン源プラズマ発生領域において、イオ
ン源プラズマ発生部１から流入したガス又は外部から別
途流入されたガスと衝突として、プラズマを発生する。
このイオン源プラズマ中のイオンは、電子加速陽極７と
イオン加速電極２との間に、電子加速陽極７に対してイ
オン加速電極２を負の電位となすイオン加速電源Vaccに
よる電圧を印加することによって形成された電場によっ
て引き出され、イオン被照射体４に照射される。本実施
例においては、電子加速陽極７とイオン加速電極２との
間のイオン源プラズマ発生領域には、円筒状のアノード
Ａが設置されていて、このアノードＡの電位は、電子加
速陽極７と同じ電位に保たれている。
一方、イオン加速電極２をアノードとし、別のカソー
ドK2との間にニュートラライザー用放電電源Vd2により
電圧を印加して放電を発生し、空間電荷中和用プラズマ
を生成し、このプラズマをイオンビームに対するニュー
トラライザーとして利用する。この空間電荷中和用プラ
ズマは、イオン加速電極２を介してイオン源プラズマ発
生領域と隣接し、イオン被照射体４が内部に設置される
イオン空間電荷中和用プラズマ発生部３内に生成され
る。空間電荷中和用プラズマは、イオン源プラズマ領域
から流入したガス或いは別途外部から流入したガスがプ
ラズマ化されることによって発生する。
ドK2との間にニュートラライザー用放電電源Vd2により
電圧を印加して放電を発生し、空間電荷中和用プラズマ
を生成し、このプラズマをイオンビームに対するニュー
トラライザーとして利用する。この空間電荷中和用プラ
ズマは、イオン加速電極２を介してイオン源プラズマ発
生領域と隣接し、イオン被照射体４が内部に設置される
イオン空間電荷中和用プラズマ発生部３内に生成され
る。空間電荷中和用プラズマは、イオン源プラズマ領域
から流入したガス或いは別途外部から流入したガスがプ
ラズマ化されることによって発生する。
上述の様に構成することにより、イオンビームは、低
い加速電圧においてもイオン源プラズマのイオン飽和電
流値まで加速電極全面にわたって均一に引き出すことが
でき、イオン被照射体４の全面に大電流のイオンビーム
を照射できる。本実施例では、イオン加速電極２に２枚
の金属メッシュ電極を使用して、高密度プラズマ間に電
位差（500V以下）を安定に印加できることを確認した。
この時、イオンビームと逆方向に電子ビームも加速さ
れ、ニュートラライザープラズマの密度に比例する電子
ビーム電流が観測された。この時、イオンビームの加速
も存在していることは明らかである。
い加速電圧においてもイオン源プラズマのイオン飽和電
流値まで加速電極全面にわたって均一に引き出すことが
でき、イオン被照射体４の全面に大電流のイオンビーム
を照射できる。本実施例では、イオン加速電極２に２枚
の金属メッシュ電極を使用して、高密度プラズマ間に電
位差（500V以下）を安定に印加できることを確認した。
この時、イオンビームと逆方向に電子ビームも加速さ
れ、ニュートラライザープラズマの密度に比例する電子
ビーム電流が観測された。この時、イオンビームの加速
も存在していることは明らかである。
イオンビームがプラズマニュートラライザーの中へ入
射されると、イオン−イオン２流体不安定性によるイオ
ン波乱流の発生により、イオンビームの散乱も起こる。
このため、プラズマニュートラライザーの長さ（イオン
加速電極２からイオン被照射体４までの距離）は比較的
短く（数cm程度）する必要がある。
射されると、イオン−イオン２流体不安定性によるイオ
ン波乱流の発生により、イオンビームの散乱も起こる。
このため、プラズマニュートラライザーの長さ（イオン
加速電極２からイオン被照射体４までの距離）は比較的
短く（数cm程度）する必要がある。
従来、プラズマの基礎実験用に使われたダブルプラズ
マ装置は、低密度プラズマ（1010cm-3以下）を使用して
いるためイオン電流密度が小さい。又、２つのプラズマ
間の電極を深く負にバイアスすることを常としている
が、本発明ではその必要はない。
マ装置は、低密度プラズマ（1010cm-3以下）を使用して
いるためイオン電流密度が小さい。又、２つのプラズマ
間の電極を深く負にバイアスすることを常としている
が、本発明ではその必要はない。
第２図は、イオン空間電荷中和用プラズマに電子ビー
ム銃を用いた実施例である。本実施例は、第１図の実施
例と比較すると、イオン空間電荷中和用プラズマを発生
するのに、カソードK2を使用する代わりに、電子ビーム
を使用している点が異なる。放電電源Vd3による放電に
より発生されたプラズマから電子を加速電源Vea2により
引き出し、これによって発生された電子ビームを加速電
極２の下流側に入射することによりイオン空間電荷中和
用のプラズマが生成されている。
ム銃を用いた実施例である。本実施例は、第１図の実施
例と比較すると、イオン空間電荷中和用プラズマを発生
するのに、カソードK2を使用する代わりに、電子ビーム
を使用している点が異なる。放電電源Vd3による放電に
より発生されたプラズマから電子を加速電源Vea2により
引き出し、これによって発生された電子ビームを加速電
極２の下流側に入射することによりイオン空間電荷中和
用のプラズマが生成されている。
第３図は、本例においても、イオン源プラズマ発生部
１は、やはり電子ビーム励起イオン源である。イオン加
速電極２とカソードK1との間の電源Vd1により電圧を印
加して放電を起こして、外部から流入されたガスをプラ
ズマ化することにより電子ビーム発生用プラズマである
初期放電プラズマ（電子ビーム弦により生成したプラズ
マでもよい）を生成し、この初期放電プラズマからイオ
ン加速電極（電子加速陰極）２とこのイオン加速電極に
対してイオン加速電極Vaccにより正の電位された電極
（電子加速陽極）により電子ビームを加速し、初期放電
プラズマを生成するのに使用され且つイオン源プラズマ
発生領域内に流入されたガス又は別途外部から流入され
たガスをプラズマ化してイオン源プラズマを生成する。
このイオン源プラズマ内のイオンは、イオン加速電源V
accにより、イオン源プラズマ発生領域側の電子加速陽
極に対して負の電位に維持されるイオン加速電極２によ
り、イオン被照射体４が設置されるイオン空間電荷中和
用プラズマ発生部３内に引き出される。イオン空間電荷
中和用プラズマ発生部３は、初期放電プラズマ、即ち電
子ビーム発生用プラズマと同一部分であり、本例におい
ては、初期放電プラズマが、イオン空間電荷中和用プラ
ズマとして用いる構成を有している。
１は、やはり電子ビーム励起イオン源である。イオン加
速電極２とカソードK1との間の電源Vd1により電圧を印
加して放電を起こして、外部から流入されたガスをプラ
ズマ化することにより電子ビーム発生用プラズマである
初期放電プラズマ（電子ビーム弦により生成したプラズ
マでもよい）を生成し、この初期放電プラズマからイオ
ン加速電極（電子加速陰極）２とこのイオン加速電極に
対してイオン加速電極Vaccにより正の電位された電極
（電子加速陽極）により電子ビームを加速し、初期放電
プラズマを生成するのに使用され且つイオン源プラズマ
発生領域内に流入されたガス又は別途外部から流入され
たガスをプラズマ化してイオン源プラズマを生成する。
このイオン源プラズマ内のイオンは、イオン加速電源V
accにより、イオン源プラズマ発生領域側の電子加速陽
極に対して負の電位に維持されるイオン加速電極２によ
り、イオン被照射体４が設置されるイオン空間電荷中和
用プラズマ発生部３内に引き出される。イオン空間電荷
中和用プラズマ発生部３は、初期放電プラズマ、即ち電
子ビーム発生用プラズマと同一部分であり、本例におい
ては、初期放電プラズマが、イオン空間電荷中和用プラ
ズマとして用いる構成を有している。
第１図は、本発明の一実施例の概略図であり、 第２図及び第３図は、別の実施例の概略図である。 １……イオン源プラズマ発生部、 ２……イオン加速電極、 ３……イオン空間電荷中和用プラズマ発生部、 ４……イオン被照射体、 ６……電子加速陰極、 ７……電子加速陽極、Ａ……アノード、 K1,K2……カソード、Vd1……初期放電電源、 Vd2……ニュートラライザー用放電電源、 Vacc……イオン加速電源。
フロントページの続き (72)発明者 青柳 克信 埼玉県和光市広沢２番１号 理化学研究 所内 (72)発明者 難波 進 埼玉県和光市広沢２番１号 理化学研究 所内 (56)参考文献 特開 昭61−273840（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−87056（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−153938（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−15206（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−156625（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−107473（ＪＰ，Ｕ)
Claims (4)
- 【請求項１】電子ビーム発生用プラズマを発生する手
段、 電子加速陰極と電子加速陽極によって挟まれ、前記電子
ビーム発生用プラズマから電子を引き出して加速する電
子ビーム加速領域、 前記電子加速陽極に隣接し、前記電子ビーム加速領域か
ら突入された電子ビームによりイオン源プラズマを発生
するイオン源プラズマ発生領域、 前記電子加速陽極の一方に対して負の電位を有し、前記
イオン源プラズマ発生領域からイオンを引き出してイオ
ン被照射体にイオンを照射するイオン加速電極、 前記イオン加速電極を介在して前記イオン源プラズマ発
生領域と隣接し、前記イオン被照射体が内部に設置され
るイオン空間電荷中和用プラズマ発生部、および 前記イオン空間電荷中和用プラズマ発生部内の、前記イ
オン加速電極のイオン被照射体側に存在するイオン空間
電荷を中和するためのイオン空間電荷中和用プラズマを
発生する手段から構成されるイオン照射装置。 - 【請求項２】前記イオン空間電荷中和用プラズマを発生
する手段が、放電によりプラズマを発生する手段である
ことを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載のイオ
ン照射装置。 - 【請求項３】前記イオン空間電荷中和用プラズマを発生
する手段が、電子ビーム励起によりプラズマを発生する
手段であることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項
記載のイオン照射装置。 - 【請求項４】前記イオン空間電荷中和用プラズマを発生
する手段が、前記電子ビーム発生用プラズマを発生する
手段を兼ね、前記電子加速陰極が前記イオン加速電極を
兼ねていることを特徴とする特許請求の範囲第（３）項
記載のイオン照射装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62182794A JP2655146B2 (ja) | 1987-07-22 | 1987-07-22 | イオン照射装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62182794A JP2655146B2 (ja) | 1987-07-22 | 1987-07-22 | イオン照射装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6427154A JPS6427154A (en) | 1989-01-30 |
| JP2655146B2 true JP2655146B2 (ja) | 1997-09-17 |
Family
ID=16124535
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62182794A Expired - Fee Related JP2655146B2 (ja) | 1987-07-22 | 1987-07-22 | イオン照射装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2655146B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0469314A3 (en) * | 1990-07-31 | 1992-06-03 | Siemens Aktiengesellschaft | Method for neutralizing electric charges built up on a specimen in a vacuum chamber |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59107473U (ja) * | 1983-01-10 | 1984-07-19 | 日本電子株式会社 | イオンビ−ム照射装置 |
| JPS61273840A (ja) * | 1985-05-28 | 1986-12-04 | Rikagaku Kenkyusho | 電子ビ−ム励起イオン照射装置 |
-
1987
- 1987-07-22 JP JP62182794A patent/JP2655146B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6427154A (en) | 1989-01-30 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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