JP3172788B2

JP3172788B2 - 中性粒子加工方法およびその装置

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Publication number: JP3172788B2
Application number: JP13512693A
Authority: JP
Inventors: 泰土澤; 好人神; 勝嶋田; 俊郎小野; 誠太郎松尾
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1993-05-14
Filing date: 1993-05-14
Publication date: 2001-06-04
Anticipated expiration: 2016-06-04
Also published as: JPH06326039A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、半導体集積回路など
の電子ディバイスの製造および各種材料の表面処理に当
たり、試料基板上に中性粒子を導き、薄膜形成、除去な
どを行う中性粒子加工方法およびその装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】近年、プラズマを利用して薄膜の形成，
除去などの表面処理をする方法に、マイクロ波による電
子サイクロトロン共鳴（Electron Cyclotron Resonanc
e:ECR）プラズマが広く用いられている。ＥＣＲプラズ
マ法は、１０^-4Ｔｏｒｒ台の低ガス圧状態で活性度の高
いプラズマ生成ができるので、低エネルギーで大きなイ
オン電流が得られ、指向性，均一制に優れたイオン流が
形成できる。このため、イオン流を照射することによる
加工においても、加工対象にあまりダメージを与えない
高品質な加工が可能であり、高集積半導体素子などの製
造に欠かせないものとなっている。

【０００３】しかしＥＣＲ法においても、電荷を持つイ
オンを加工に使用しているため、加工対象の基板表面に
凹凸が存在すると、その基板上のパターンの形状，配
置，密度に依存して局所的に帯電状態が異なり、パター
ン表面近傍のイオンシースの電位分布に不均一が生じ
る。これにより、ある場合には所望の加工パターンが得
られないという欠点があった。図１２は、その様子をシ
リコン基板のエッチングを例に示したものである。

【０００４】図１２に示すように、イオン７１はプラズ
マ流中ならびにイオンシースにより加速されるために垂
直方向の方向性が高く、基板７６上のパターン７４底部
に到達できる。一方、電子７２はＥＣＲプラズマを発生
するために形成されている磁力線に巻き付いて半径０．
５ｍｍ程度の回転運動を行っているため、パタン７４上
部のレジスト７３には到達するが、底部には到達（流
入）しにくい。その結果、絶縁体である下地の酸化膜７
５が現れるオーバーエッチング時には、微細なパターン
ほど底部が雰囲気に対して相対的に＋にチャージアップ
する。

【０００５】このため、＋の電荷を有するイオンはその
軌道が曲がり、パターン７４側壁に到達するようにな
り、パターン７４側壁がエッチングされてその形状が逆
テーパ形７７になるなどの問題があった。また、最も外
側のパターンでは、パターン領域外の凹凸がない部分に
イオンと電子が同量流入できるため、パターン領域内部
とパターン領域外部とで電位分布に違いが生じる。この
電位差が電気化学反応を誘起し、酸化膜７５とパターン
７４との界面に沿って局所的な異常エッチングによる欠
陥７８が発生することがあり問題であった。

【０００６】この他にも、基板表面近傍に形成される表
面電位，イオンシースの電位分布が、基板上に形成され
るパターンの形状，配置，密度に依存して不均一となる
ために起こる問題がある。この電位分布の不均一により
イオンの方向性が乱れることで、パターン内部に到達で
きるイオンが微細パターンほど減少する。これがいわゆ
るマイクロローディング現象であり、このため間隔が細
いパターンほどエッチング速度が低下してしまう。ま
た、例えば、極薄酸化膜上の電極形成などでは、エッチ
ング時の表面電位分布による静電破壊により、加工途上
にＬＳＩ電子ディバイスの動作機能を損なう場合がある
という問題があった。

【０００７】以上のような問題点を解決するため、本発
明者はＥＣＲプラズマ法の低圧力、低エネルギー、大電
流輸送などの長所を最大限活用して、プラズマ流中の中
性粒子を試料基板に照射して加工する中性粒子加工法お
よびその装置を提案した（文献：特願平４−１６９９２
０号）。

【０００８】図１３は、この中性粒子加工装置の構成を
示した断面図である。図１３において、１はプラズマ生
成室、２は試料室、３はマイクロ波導入窓、４は矩形導
波管、５は引き出されたプラズマ流、６はプラズマ引出
し窓、７は試料基板、８は試料台、９はプラズマ生成磁
気コイル、１０は第１ガス導入系、１１は第２ガス導入
系である。また、３１は発散磁場で形成された発散プラ
ズマ流５を平行プラズマ流に調整するプラズマ流制御磁
気コイル、３２は平行プラズマ流部分を取り囲むイオン
流中性化室、３３は第３ガス導入系、３４は試料基板７
へのプラズマ流入を阻止するために逆磁場を発生させる
プラズマ除去用磁気コイルである。これらは、試料基板
７に中性粒子流３５を照射するように構成したものであ
る。

【０００９】次に、この中性粒子加工装置の動作につい
て説明する。まず、真空排気系（図示せず）によってプ
ラズマ生成室１および試料室２を高真空に排気した後、
第１ガス導入系１０または第２ガス導入系１１からガス
を導入し所望の圧力とする。そして、マイクロ波源（図
示せず）より矩形導波管４、マイクロ波導入窓３を介し
て導入される２．４５ＧＨｚのマイクロ波と、プラズマ
生成磁気コイル９により形成される磁界（磁束密度８７
５ガウス）とによるＥＣＲを用いてプラズマ生成室１に
導入したガスのプラズマを生成する。

【００１０】プラズマ生成磁気コイル９は、ＥＣＲを満
足する磁界強度を与えると共に、プラズマ生成室１から
試料台８の方向に磁界強度が適度な勾配で弱くなる発散
磁界を形成する。生成したプラズマには、中性粒子，イ
オン，電子が存在するが、この中より電荷を有する荷電
粒子である電子がこの発散磁界によりプラズマ引き出し
窓６より引き出される。このとき、やはり荷電粒子であ
るイオンがこの電子の動きに引きずられるようにプラズ
マ引き出し窓６より引き出される。これらの電子とイオ
ンがプラズマ流５として試料室２に引き出されイオン流
中性化室３２へと導かれる。このとき、プラズマ流５中
の荷電粒子は、磁界の発散に対して発生する電界によっ
て加速されるが、その方向性はプラズマ流制御磁気コイ
ル３１でイオン中性化室３２近くの磁場の発散を制御す
ることで修正される。

【００１１】プラズマ流５として引き出されたプラズマ
中のイオンは、同時に存在する中性原子または中性分子
との荷電変換反応により部分的に中性粒子となってい
く。一方、荷電変換していないイオンもイオン中性化室
３２に導かれると、このイオン中性化室３２に導入され
ているガスによる中性原子または中性分子との荷電変換
反応により中性粒子となる。イオン中性化室３２は、第
３ガス導入系３３により適当なガスを導入して所望の圧
力に保たれている。そして、この荷電変換した中性粒子
は、荷電変換される前の運動エネルギーと方向性を維持
したまま試料台８方向に流れていく。

【００１２】ところで、イオン中性化室３２でも荷電変
換されずにここを通過するイオンも存在する。ここで、
荷電粒子除去用磁気コイル３４は、プラズマ生成磁気コ
イル９とは逆の向きの磁場を形成しており、これにより
イオン流中性化室３２を通過したプラズマ流５中の荷電
粒子（イオンおよび電子）は除去され、運動エネルギー
を持った中性粒子流３５が選択的に試料基板７に照射さ
れる。

【００１３】以上説明したように、この中性粒子加工装
置によれば、中性粒子だけを試料基板に照射して表面の
処理を行い、電荷を持ったイオンや電子は試料基板に照
射しない。このため、試料基板では電気化学的反応や静
電破壊が起こることなく、試料基板表面に微細な凹凸が
存在しても、微細，構成度，高品質で損傷の無い加工を
施すことが可能となる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
中性粒子加工装置をＬＳＩの製造に適用するためには、
荷電粒子除去機構にいくつかの改善すべき所があること
が明らかになってきた。図１４は、図１３の試料台８近
傍の磁場の様子を示す磁力線図である。従来の中性粒子
加工装置では、電子が磁力線に巻き付いて運動すること
を利用し、発散磁界４０Ａが試料台８近傍で広がるよう
にカプス型反転磁場４０Ｂを形成することで、輸送され
るプラズマ流に含まれる荷電粒子を試料台８外部に輸送
して除去していた。

【００１５】しかし、このカプス型反転磁場４０Ｂを用
いるだけでは、試料基板７の中心部は磁力線４１が入り
込んでいるため、試料基板７の中心部では荷電粒子が除
去されずに入ってきてしまうという問題があった。ま
た、試料基板７の周辺部において、電子は効果的に除去
されるが、イオンについては試料基板７上の磁場の均一
性が広い範囲では保てないため除去が完全ではなく、イ
オンを除去できる領域が限定され、小さい領域しか中性
粒子加工に利用できないという問題があった。これを解
消するため荷電粒子除去用磁気コイル３４で強い磁場を
作ろうとすると、試料室２内やプラズマ生成室１内の磁
場分布が変化を受け、ＥＣＲプラズマの生成に影響を与
えてしまうという問題もあった。

【００１６】この発明は、以上のような問題点を解消す
るためになされたものであり、ＥＣＲプラズマ生成や生
成されたプラズマ流に影響を与えること無く、荷電粒子
を効果的に除去できるようにすることを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】この発明の中性粒子加工
装置は、プラズマ流中の荷電粒子を試料基板に到達しな
いようにする荷電粒子除去機構が、試料基板上にこの試
料基板面に平行な磁場を形成する磁場発生手段と、磁場
発生手段により平行磁場が形成されない領域上に配置さ
れるマスクとを有することを特徴とする。また、この発
明の中性粒子加工方法では、プラズマ流の荷電粒子を試
料基板上に形成された平行磁場でこの試料基板に到達し
ないようにその軌道を変更し、試料基板上で平行磁場が
形成されない領域では、この領域上のマスクで前記試料
基板への前記荷電粒子の進入を遮断し、プラズマ流中の
荷電粒子の荷電変換により生成した中性粒子を用いて試
料基板の加工を行うことを特徴とする。

【００１８】

【作用】プラズマ流中を加速，輸送された低エネルギ
ー，大電流のイオンは、その運動エネルギー，方向性を
維持した状態で中性子化される。この中性粒子が含まれ
るプラズマ流中のイオンなどの荷電粒子は、平行磁場に
よってその軌道が曲げられ、かつ、平行磁場のない領域
ではマスクにより遮断される。一方、平行磁場に影響を
受けない中性粒子は、マスクの無い領域を通過して試料
基板に到達する。

【００１９】

【実施例】以下この発明の１実施例を図を参照して説明
する。中性粒子加工を実現するためには、プラズマ流中
よりイオンと電子を除去し、中性粒子流を効率的に取り
出すことが重要となる。以下、この発明による荷電粒子
がプラズマ流中より除去される原理と中性粒子による加
工原理とを、図１を用いて説明する。

【００２０】図１（ａ）は加工対象の試料基板近傍の断
面図であり、試料基板７の上部に紙面の表から裏に向か
って一様な磁力線１６による平行磁場１６ａがかかって
いる状態を示している。プラズマ流５が境界１７を越え
てこの平行磁場１６ａ内にはいると、イオンと電子は磁
場によりローレンツ力を受け、それぞれ反対方向に図１
の紙面内で円運動を始める。この円運動の半径はマーラ
半径とよばれ、荷電粒子の入射速度，質量，磁場の強さ
によって変化する。

【００２１】ここでは、試料基板７裏面に希土類永久磁
石を設置したときに発生できる１０００ガウス程度の磁
場を仮定し、この磁場における電子とイオンとの運動を
考える。まず、電子については、これが質量が小さいた
め、入射速度を２０ｅＶとしても回転半径は１．５×１
０^-2ｃｍと非常に小さい。すなわち、電子は試料基板７
の上の平行磁場１６ａの領域の入るとすぐに磁力線に巻
き付くように円運動を行い、試料基板７に到達できな
い。つまり、試料基板７上の平行磁場１６ａは、プラズ
マ流５中の電子の除去にたいへん有効であることがわか
る。

【００２２】次にイオンについては、入射速度を１０ｅ
ＶのＣｌ原子イオンの場合、このイオンの円運動の半径
は２．７ｃｍとなる。プラズマ流５中のイオンの速度
は、１０ｅＶ程度を中心とした分布を持ち、２０ｅＶ程
度の早いイオンも存在する。従って、試料基板７上の一
様磁場の厚さを３ｃｍ程度とすると、速度の低いイオン
２０は磁場だけで除去できるが、速度の早いイオン２１
は軌道を曲げながらも試料基板７に到達してしまうこと
になる。磁場強度を上げたり、平行磁場１６ａの領域を
厚くすることで、イオンも磁場だけで除去可能である
が、前述したように現実にはそのような構成は難しい。

【００２３】ここで、磁場で除去しきれなかった試料基
板７に入ってくるイオンを除くには、試料基板７に正の
電位をかけると効果的である。この状態を図１（ｂ）に
示す。外部電圧源５２により試料基板７に表面に電圧を
かけ、プラズマ流５との間にこの中のイオンを追い返す
向きの電場１８を形成する。この電場により、磁場だけ
では試料基板７に到達していた高い速度のイオンも追い
返され、試料基板７には入らなくなる。

【００２４】このとき、試料基板７に対して流れ込む早
い速度のイオンも、平行磁場１６ａでその向きが曲げら
れ、試料基板７に対する垂直方向の速度は減少している
ため、電場を形成するために特に高い電圧は必要としな
い。また、イオンを追い返す向きの電場は、電子に対し
ては引き込む向きとなるが、電子は質量が軽いので平行
磁場１６ａの上層部の磁力線に巻き付いて運動している
ため、引き込みの効果は心配する必要がない。

【００２５】このように、平行磁場１６ａと電場１８と
により、プラズマ流５中のイオンと電子は、試料基板７
に到達する前に試料基板７以外に除くことができる。中
性粒子流３５は、磁場や電場から作用を受けることはな
いので、プラズマ流５中での運動方向と速度とを保った
まま、試料基板７に照射されることになる。以上説明し
たように、プラズマ流５中より中性粒子流３５を効率よ
く取り出し、中性粒子流３５の衝突エネルギーを利用し
た試料基板７の加工が実現される。

【００２６】図２は、試料基板７の裏面に永久磁石を設
置して試料基板７上に平行磁場を形成した場合、Ｃｌイ
オンが試料基板７に１０ｅＶの速度で垂直に入射してき
たときの試料基板７近傍でのＣｌイオンの飛行軌道の計
算結果を示したものである。同図において、０，５，１
０Ｖは、試料基板にかけた電圧を示している。永久磁石
が作る磁場は均一ではなく、磁石表面に近いほど磁場強
度は強い。ここでは、表面の磁場強度が２０００ガウス
の永久磁石を用い、試料基板から離れた位置での磁場強
度は、実測値を入れて計算した。この結果から、試料基
板に５Ｖ以上の電圧をかければ、速度１０ｅＶのイオン
は試料基板に到達せず、試料基板以外に除けることがわ
かる。

【００２７】実施例１．以下、この発明の実施例１につ
いて、図を用いて説明する。図３は、この発明の１実施
例である中性粒子加工装置の構成を示す断面図、また、
図４は試料基板７近傍の磁力線図である。同図におい
て、５１は試料台８近傍にカプス型反転磁場４０ｂを形
成して引きだしたプラズマ流５を試料台８外部に輸送，
除去するための荷電粒子除去用永久磁石、５２は基板７
上にイオンを反発する向きに電界を形成するための外部
電圧電源、５３は試料基板７の中心にプラズマ流５が進
入しないよう防ぐためのマスクであり、他は図１３と同
様である。なお、図４において、４０ａは発散磁界、４
２は平行磁場である。

【００２８】この実施例の中性粒子加工装置では、ＥＣ
Ｒによりプラズマ生成室１に高密度プラズマを生成さ
せ、これを発散磁界４０ａにより試料室２に引き出して
プラズマ流５とする。プラズマ流５中の試料基板７方向
に移動しているイオンは、試料室２内の中性原子または
中性分子との荷電変換反応により、その運動量（エネル
ギー）と移動の方向性を維持したまま、中性粒子となっ
て試料台８の方向に移動していく。一方、プラズマ生成
磁気コイル９と逆の磁場を付与した荷電粒子除去用永久
磁石５１により、カプス型反転磁場４０ｂが試料台８近
傍に形成されている。このカプス型反転磁場４０ｂによ
り、プラズマ流５は試料台８領域以外にその進路を曲げ
られて除去される。

【００２９】しかし、荷電粒子除去用永久磁石５１によ
る磁力線が試料基板７を横切る部分では、荷電粒子が試
料基板７に進入してくる。そのためこの領域上にマスク
５３を配置して、試料基板７への荷電粒子の進入を防ぐ
ようにしている。カプス型反転磁場４０ｂの形成は、コ
イルを用いてもかまわないが、試料基板７近傍のみに強
い磁場を作るのには、永久磁石を用いる方が有効であ
る。永久磁石が作る磁場は遠距離に広がらないので、プ
ラズマ生成に影響を与えることがない。

【００３０】荷電粒子除去用永久磁石５１は、図４に示
すように、試料基板７上に平行磁場４２を形成する。試
料基板７に対して平行な平行磁場４２は、図１で説明し
たように、特に電子の除去に効果的である。これと、イ
オンを反発する向きの外部電圧電源５２によって作られ
る電界とを組み合わせることで、試料基板７のこの領域
に荷電粒子が到達しないようにすることができる。そし
て、磁界や電界に影響を受けない中性粒子流３５のみに
よる試料基板７の加工が実現できる。

【００３１】なお、荷電粒子除去用永久磁石５１の代わ
りに、図５，図６に示すように、電磁石６１，６２を用
いることによっても同様の効果を奏する。図５におい
て、電磁石６１は導線を渦巻状に巻いたものであり、図
６において、電磁石６２は鉄などの強磁性体の芯に導線
を巻き付けたものである。

【００３２】ところで、中性粒子変換効率は、プラズマ
流中で加速されたイオンが荷電変換反応により中性粒子
となった後、他の気体分子と衝突することなくエネルギ
ーと方向性を維持したまま中性粒子を引き出すことので
きる確率と定義され、この中性粒子変換効率Ｐは以下の
式１で示される。

【００３３】Ｐ＝ｅｘｐ（−σ_sｎｌ）×（１−ｅｘｐ（−σ_ceｎｌ））・・・（１）ここで、σ_ceはイオンと中性粒子の荷電変換断面積、σ
_s はイオンと中性粒子および中性粒子と中性粒子の弾性
散乱断面、ｎはガスの密度、ｌは反応距離である。この
反応距離ｌは、プラズマ発生点から加工処理をする基板
面までの距離であり、図３においては、おおよそ、プラ
ズマ引出し窓６と試料基板７との距離になる。

【００３４】この式１は、中性粒子変換効率Ｐが大きい
ほどエッチングなどの加工に利用できる中性粒子が多く
生成されることを示している。荷電変換反応は、圧力が
高いほど起こり易いため、中性粒子変換効率は圧力とと
もにあるところまで上がる。しかし、圧力が高くなるに
つれ粒子が弾性散乱する確率が増えて粒子の飛行する方
向が代わる確率の増える。このため、この中性粒子変換
効率Ｐはある圧力でピークを持ちその後減少する（図
７）。従って、ガスの供給と排気とを調節して適当な圧
力とすることで、効率よくプラズマ中のイオンの流れを
中性粒子に変換することができる。また、反応距離ｌを
適当に調節することでも、中性粒子流の生成量を制御す
ることができる。

【００３５】図８は、図２の中性粒子加工装置を用い
て、レジストパタンをマスクとしてポリシリコンのエッ
チングを行ったときのエッチング速度のマイクロ波パワ
ー依存性を示したものである。プラズマ生成室１には、
第１ガス導入系１０よりＣｌ₂ガスを、試料室２には第
２ガス導入系１１より微量のＳＦ₆ガスを供給し、試料
室２の圧力が７．５×１０^-4Ｔｏｒｒの条件でエッチン
グを行った。荷電粒子の除去に使われる荷電粒子除去用
永久磁石５１には、試料基板７の表面で約２０００ガウ
スの磁場強度を持つ永久磁石を用いた。

【００３６】マイクロ波パワーが４００Ｗのときで１１
０Å／ｍｉｎというポリシリコンの高いエッチング速度
が得られた。得られたポリシリコンのパターンを操作型
電子顕微鏡で観察したところ、パターンの側壁には電気
化学的反応などによる形状の歪は見られなかった。ま
た、このパターンの幅が狭まるに従い、パターン内のエ
ッチング速度が低下するマイクロローディング現象が改
善されていることがわかった。

【００３７】図９はポリシリコンエッチングのときの、
マイクロローディング現象の測定結果を示す相関図であ
る。イオン流を用いたエッチングでは、ラインアンドス
ペースが０．６μｍのパターンにおいて、１５％程度エ
ッチング速度の低下が起きている。しかし、中性粒子流
３５を用いたエッチングでは、エッチング速度の低下が
２％程度にまで抑えられ、改善されている。これらは、
あるエネルギーを持ち方向性が揃った中性粒子流３５の
みが試料基板７に照射されていることの効果である。

【００３８】なお、この実施例では、エッチング加工の
例を示したが、中性粒子流３５を利用した加工は、エッ
チングに限らず薄膜形成や表面のクリーニングなどにも
使えることはいうまでもない。また、この実施例では、
試料基板の加熱や冷却をとくに積極的に行ってはいない
が、試料基板を冷却したり加熱しながら加工することも
可能である。また、この実施例ではプラズマ流５中のイ
オン中性化（荷電変換）を積極的に行ってはいないが、
従来の技術で示したように、イオン中性化室３２（図１
３）を用いて、積極的にイオンの中性化を行うようにし
ても良い。

【００３９】実施例２．図１０は、この発明の第２の実
施例である中性粒子加工装置の試料台近傍の構成を示す
断面図である。この実施例は、複数の磁石を用いて試料
基板上に平行な磁場を形成し、加工面積を広げるように
したものである。図１０（ａ）において、５１ａは棒磁
石、５３ａはマスク、５５は棒磁石５１ａ下には位置さ
れるヨーク、５６は移動可能な試料台であり、他は図３
と同様である。棒磁石５１ａは、隣の磁極が反対になる
向きに所定の間隔で試料台５６下に複数配置されてい
る。

【００４０】このように棒磁石５１ａを配置すると、図
１０（ｂ）に示すように、棒磁石５１ａ同士の間に磁力
線４２ａが形成され、試料基板７上部に平行磁場を形成
することができる。この平行磁場は、前述したように荷
電粒子の除去に有効である。そして、棒磁石５１ａ底部
がヨーク５５で結ばれているので、下方への磁場の漏洩
を抑えられ、試料基板７上部に形成される磁場を強める
ことができる。ところで、棒磁石５１ａの真上では、磁
力線が入り込んでくるため、この位置に相当する試料基
板７上部には荷電粒子が流入する。そこで、棒磁石５１
ａの真上の領域を隠すマスク５３ａを、試料基板７上に
設置して、プラズマ流５からの荷電粒子の流入を防ぐよ
うにする。

【００４１】以上のように、複数の棒磁石５１ａによる
試料基板７上部の平行磁場と、マスク５３ａとにより、
プラズマ流５中の電子は試料基板７外に除去される。一
方、プラズマ流５中のイオンは電子に引きずられて運動
するので、電子を除去することである程度減少させるこ
とができるが、完全には除去できない。ここで、実施例
１と同様に、進入してくるイオンを追い返す向きに、外
部電圧源５２を用いて試料基板５６に電圧をかけること
で、試料基板７に入って来る残りのイオンを除去でき
る。

【００４２】以上のことにより、マスク５３ａの開口部
の真下の領域は、中性粒子流３５による加工が可能とな
る。マスク５３ａのため、中性粒子流３５は試料基板７
全面に照射されないが、試料台５６は移動機構により移
動できるので、中性粒子流３５の照射による加工中に、
試料基板７を移動させることにより、試料基板７全面に
均一に中性粒子流３５を照射することができる。なお、
ここでは、試料基板７を動かすようにしたが、棒磁石５
１ａ，ヨーク５５とマスク５３ａとを相対位置が変わら
ないように動かすようにしても良い。

【００４３】実施例３．図１１は、この発明の第３の実
施例である中性粒子加工装置の試料台近傍の構成を示す
断面図である。同図において、５１ｂは磁石、５３ｂは
マスク、５５ｂは磁石５１ｂを挾むように設置されたヨ
ークであり、他は図３と同様である。図１１（ａ）に示
すように、磁石５１ｂとヨーク５５ｂとを試料台５６下
に配置すると、図１１（ｂ）に示すような磁石５１ｂと
ヨーク５５ｂとにより発生する磁力線４２ａが、試料基
板７上に形成される。この磁力線４２ａは、試料基板７
上の大体の領域でほぼ平行となっている。しかし、ヨー
ク５５ｂ上の領域近辺では、磁力線が垂直に入り込んで
いるので、この領域はマスク５３ｂで覆うようにする。

【００４４】以上のようにすることで、プラズマ流５中
の荷電粒子は飛行軌道が曲げられ、試料基板７に到達し
ない。また、磁石５１ｂとヨーク５５とで形成した磁場
で除去しきれないイオンは、上記実施例で示したよう
に、試料基板７に外部電圧源５２により電圧をかけて追
い返すようにする。このことにより、試料基板７は中性
粒子流３５による加工がなされる。なお、試料基板７が
大きいときは、試料台５６を加工中に動かすことで、加
工の均一性を良くすることができる。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、プラズマ流中で加速された低エネルギー，大電流の
イオンを、その飛行方向を維持しエネルギーが揃った状
態で中性粒子に変換し、プラズマ流中のイオンと電子と
を試料基板に到達しないように効率よく除去し、中性粒
子を試料基板に照射するようにしたので、加工する基板
表面の微細な形状に影響されない高精度，高品質，低ダ
メージの加工を行えるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の中性粒子加工装置の加工対象の試料
基板近傍の磁力線と飛行粒子との状態を示す断面図であ
る。

【図２】Ｃｌイオンが試料基板７に１０ｅＶの速度で垂
直に入射してきたときの試料基板７近傍でのＣｌイオン
の飛行軌道の計算結果を示した説明図である。

【図３】この発明の１実施例である中性粒子加工装置の
構成を示す断面図である。

【図４】図３の中性粒子加工装置の試料基板７近傍の磁
力線図である。

【図５】この発明の他の実施例である中性粒子加工装置
の試料台８近傍の構成を示す断面図である。

【図６】この発明の他の実施例である中性粒子加工装置
の試料台８近傍の構成を示す断面図である。

【図７】中性粒子変換効率と圧力の関係を示す相関図で
ある。

【図８】エッチング速度のマイクロ波パワー依存性を示
す相関図である。

【図９】ポリシリコンエッチングのときの、マイクロロ
ーディング現象の測定結果を示す相関図である。

【図１０】この発明の第２の実施例である中性粒子加工
装置の試料台近傍の構成を示す断面図である。

【図１１】この発明の第３の実施例である中性粒子加工
装置の試料台近傍の構成を示す断面図である。

【図１２】シリコン基板のドライエッチングにおける、
基板近傍の粒子と荷電状態を示す断面図である。

【図１３】従来の中性粒子加工装置の構成を示す断面図
である。

【図１４】図１３の試料台８近傍の磁場の様子を示す磁
力線図である。

【符号の説明】

１プラズマ生成室２試料室３マイクロ波導入窓４矩形導波管５プラズマ流６プラズマ引出し窓７試料基板８試料台９プラズマ生成磁気コイル１０第１ガス導入系１１第２ガス導入系３５中性粒子流５１荷電粒子除去用永久磁石５２外部電圧電源５３マスク

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小野俊郎東京都千代田区内幸町１丁目１番６号日本電信電話株式会社内 (72)発明者松尾誠太郎東京都千代田区内幸町１丁目１番６号日本電信電話株式会社内 (56)参考文献特開平３−211828（ＪＰ，Ａ) 特開平２−173270（ＪＰ，Ａ) 特開平４−43632（ＪＰ，Ａ) 特開平４−133322（ＪＰ，Ａ) 特開平２−304917（ＪＰ，Ａ) 特開平４−293779（ＪＰ，Ａ) 特開平１−184827（ＪＰ，Ａ) 特開平５−343359（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/205 C23F 4/00 H01L 21/3065 H05H 1/46

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ガスを導入してプラズマを発生させるプ
ラズマ生成室と、加工対象の試料基板を配置した試料室
と、前記プラズマ生成室で発生したプラズマを前記試料
室にプラズマ流として引き出すプラズマ引き出し手段
と、前記プラズマ流中の荷電粒子を前記試料基板に到達
しないようにする荷電粒子除去機構とを備え、前記プラ
ズマ流で生成される中性粒子流を前記試料基板に照射す
る中性粒子加工装置において、前記荷電粒子除去機構は、前記試料基板上にこの試料基板面に平行な磁場を形成す
る磁場発生手段と、前記磁場発生手段により平行磁場が形成できない領域上
に配置されるマスクとを有することを特徴とする中性粒
子加工装置。
【請求項２】請求項１記載の中性粒子加工装置におい
て、プラズマ生成室と荷電粒子除去機構との間に配置され、
前記プラズマ流中のイオンを中性粒子に変換する荷電変
換手段を有することを特徴とする中性粒子加工装置。
【請求項３】請求項１記載の中性粒子加工装置におい
て、前記プラズマ流中のイオンの速度を減速する向きの電場
を前記試料基板上にかける電場形成手段を有することを
特徴とする中性粒子加工装置。
【請求項４】請求項１記載の中性粒子加工装置におい
て、前記試料基板を移動する移動機構を有することを特徴と
する中性粒子加工装置。
【請求項５】請求項１記載の中性粒子加工装置におい
て、前記磁場発生手段とマスクとを移動する移動機構を有す
ることを特徴とする中性粒子加工装置。
【請求項６】ガスを導入してプラズマを発生させ、前記プラズマを引き出し、加工対象の試料基板方向に流
れる荷電粒子からなるプラズマ流を形成し、前記プラズマ流の荷電粒子を前記試料基板上に形成され
た平行磁場で前記試料基板に到達しないようにその軌道
を変更し、前記試料基板上で平行磁場が形成されない領域では、こ
の領域上のマスクで前記試料基板への前記荷電粒子の進
入を遮断し、前記プラズマ流中の荷電粒子の荷電変換により生成した
中性粒子を用いて前記試料基板の加工処理を行うことを
特徴とする中性粒子加工方法。
【請求項７】請求項６記載の中性粒子加工方法におい
て、加工処理中に前記試料基板を移動することを特徴とする
中性粒子加工方法。
【請求項８】請求項６記載の中性粒子加工方法におい
て、加工処理中に前記へ行こう磁場とマスクとを移動するこ
とを特徴とする中性粒子加工方法。
【請求項９】請求項６記載の中性粒子加工方法におい
て、試料基板上にイオンの速度を減速する向きの電場をかけ
ることを特徴とする中性粒子加工方法。