JP3223287B2 - 中性粒子加工方法およびその装置 - Google Patents
中性粒子加工方法およびその装置Info
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Landscapes
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- Drying Of Semiconductors (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路などの
電子デ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流を導き、薄膜形成、除去等
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。
電子デ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流を導き、薄膜形成、除去等
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形成、除
去等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 Ｃｙｃｌｏｔｒｏ
ｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ：以下ＥＣＲと称する）プラズ
マが広く用いられている。ＥＣＲプラズマ法では高真空
において低エネルギ、大電流のプラズマ流を得ることが
できるので、高品質の薄膜形成、エッチングが実現でき
る利点を有している。
去等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 Ｃｙｃｌｏｔｒｏ
ｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ：以下ＥＣＲと称する）プラズ
マが広く用いられている。ＥＣＲプラズマ法では高真空
において低エネルギ、大電流のプラズマ流を得ることが
できるので、高品質の薄膜形成、エッチングが実現でき
る利点を有している。
【０００３】図５は従来の技術として代表的なＥＣＲイ
オン流エッチング装置（特開昭６０−１２０５２５号公
報）の基本構成、およびエッチング原理を示す図であ
る。これを概略説明すると、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
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。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し、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とにより、プラズマ
生成室１にＥＣＲを用いてプラズマを生成する。プラズ
マ生成磁気コイル９はＥＣＲを満足する磁界強度（例え
ばマイクロ波の周波数２．４５ＧＨｚに対して８７５Ｇ
ａｕｓｓ）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。この発散磁界とＥＣＲによって高速に円運
動する電子の磁気モーメントの相互作用によって、プラ
ズマ流５にはイオンを加速し、電子を減速する静電界が
形成され、プラズマ生成室１で形成されたイオンは効率
よく試料台８上の試料基板７に照射される。ＥＣＲイオ
ン流エッチング法は、１０-4Ｔｏｒｒ台の低ガス圧で、
低エネルギ、大電流密度の反応性ガスイオン流を形成で
きるので、極薄酸化膜上の高品質なサブミクロン電極形
成を要求される大規模ＬＳＩ等の電子デバイスの製造に
広く活用されている。
オン流エッチング装置（特開昭６０−１２０５２５号公
報）の基本構成、およびエッチング原理を示す図であ
る。これを概略説明すると、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
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。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し、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とにより、プラズマ
生成室１にＥＣＲを用いてプラズマを生成する。プラズ
マ生成磁気コイル９はＥＣＲを満足する磁界強度（例え
ばマイクロ波の周波数２．４５ＧＨｚに対して８７５Ｇ
ａｕｓｓ）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。この発散磁界とＥＣＲによって高速に円運
動する電子の磁気モーメントの相互作用によって、プラ
ズマ流５にはイオンを加速し、電子を減速する静電界が
形成され、プラズマ生成室１で形成されたイオンは効率
よく試料台８上の試料基板７に照射される。ＥＣＲイオ
ン流エッチング法は、１０-4Ｔｏｒｒ台の低ガス圧で、
低エネルギ、大電流密度の反応性ガスイオン流を形成で
きるので、極薄酸化膜上の高品質なサブミクロン電極形
成を要求される大規模ＬＳＩ等の電子デバイスの製造に
広く活用されている。
【０００４】図６はＥＣＲプラズマ法における試料表面
近傍でのイオン輸送の様子を示す図である。図６（Ａ）
を用いて従来の応用例を説明する。プラズマ流中を加
速、輸送されたイオンＭ+ は試料基板７の表面に形成さ
れたイオンシース１６により更に加速され試料基板７に
到達する。一方、ＥＣＲにより高速に回転運動する電子
ｅ- は、磁力線２０に巻き付いて回転運動しないから、
磁場の発散している試料台の方向に運動し、一部はガス
分子等のイオン化に寄与しながらプラズマ・イオンシー
ス界面１７に到達する。イオンシース１６内では電子ｅ
- は回転運動を継続するが、運動エネルギの磁力線方向
成分はシース電界によって減速され、試料表面に到達す
る。試料表面近傍での電子ｅ- の回転半径、およびイオ
ンシース１６の寸法は概ね０．５ｍｍ程度であり、ＬＳ
Ｉ等電子デバイスの表面凹凸は通常１μｍ程度であるの
で、マクロ的にはきわめて均一なプラズマ・イオンシー
ス界面１７、試料表面近傍電界分布１８が形成され、低
エネルギ、大電流のイオンを試料表面に垂直に導くこと
ができるので、サブミクロン領域の微細、高精度加工に
好適である。
近傍でのイオン輸送の様子を示す図である。図６（Ａ）
を用いて従来の応用例を説明する。プラズマ流中を加
速、輸送されたイオンＭ+ は試料基板７の表面に形成さ
れたイオンシース１６により更に加速され試料基板７に
到達する。一方、ＥＣＲにより高速に回転運動する電子
ｅ- は、磁力線２０に巻き付いて回転運動しないから、
磁場の発散している試料台の方向に運動し、一部はガス
分子等のイオン化に寄与しながらプラズマ・イオンシー
ス界面１７に到達する。イオンシース１６内では電子ｅ
- は回転運動を継続するが、運動エネルギの磁力線方向
成分はシース電界によって減速され、試料表面に到達す
る。試料表面近傍での電子ｅ- の回転半径、およびイオ
ンシース１６の寸法は概ね０．５ｍｍ程度であり、ＬＳ
Ｉ等電子デバイスの表面凹凸は通常１μｍ程度であるの
で、マクロ的にはきわめて均一なプラズマ・イオンシー
ス界面１７、試料表面近傍電界分布１８が形成され、低
エネルギ、大電流のイオンを試料表面に垂直に導くこと
ができるので、サブミクロン領域の微細、高精度加工に
好適である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、近年、超高密
度ＬＳＩ技術の進歩の中で、加工表面には０．１〜０．
２μｍあるいはナノメータ領域のパターン幅、または、
１〜２μｍ以上の凹凸が形成されるようになってきた。
この様子を図６（Ｂ）を用いて説明する。前述のプラズ
マ、イオンシース界面１７の形成についてはマクロ的に
は何等影響せず、方向性の揃った大電流のイオンを試料
基板に輸送することに変化はない。しかし、電子ｅ- の
運動に着目すると、磁力線２０’に沿う回転運動電子の
ように電子ｅ- の運動半径に比較して同程度以上の寸法
の平滑表面には均一に電子ｅ- が流入するが、磁力線２
０’’に沿う回転運動電子のように、より微細で大きな
凹凸部１９においては、その上部に電子ｅ- が流入する
ものの、底部にはきわめて流入しにくくなる。すなわ
ち、シース内部をミクロに観察すると、試料表面近傍電
界分布１８’はパターンの配置に依存した面内分布を有
し、プラズマ・イオンシース界面１７のように平滑にな
らない。このように、実際のエッチング加工を施してい
る加工表面近傍において、パターン形状、配置、密度に
依存して表面電位、パターン表面近傍のシース電位分布
等が不均一となるので、ある場合には微細なパターンの
両側面において電気化学的なエッチング反応が進行した
り、またイオンの方向性が乱されたりなどして、所望の
加工パターンが得られないという欠点があった。また、
極薄酸化膜上の電極形成などにおいては、表面電位分布
による静電破壊により、加工途上にＬＳＩ等電子デバイ
スの動作機能を損なう欠点があった。
度ＬＳＩ技術の進歩の中で、加工表面には０．１〜０．
２μｍあるいはナノメータ領域のパターン幅、または、
１〜２μｍ以上の凹凸が形成されるようになってきた。
この様子を図６（Ｂ）を用いて説明する。前述のプラズ
マ、イオンシース界面１７の形成についてはマクロ的に
は何等影響せず、方向性の揃った大電流のイオンを試料
基板に輸送することに変化はない。しかし、電子ｅ- の
運動に着目すると、磁力線２０’に沿う回転運動電子の
ように電子ｅ- の運動半径に比較して同程度以上の寸法
の平滑表面には均一に電子ｅ- が流入するが、磁力線２
０’’に沿う回転運動電子のように、より微細で大きな
凹凸部１９においては、その上部に電子ｅ- が流入する
ものの、底部にはきわめて流入しにくくなる。すなわ
ち、シース内部をミクロに観察すると、試料表面近傍電
界分布１８’はパターンの配置に依存した面内分布を有
し、プラズマ・イオンシース界面１７のように平滑にな
らない。このように、実際のエッチング加工を施してい
る加工表面近傍において、パターン形状、配置、密度に
依存して表面電位、パターン表面近傍のシース電位分布
等が不均一となるので、ある場合には微細なパターンの
両側面において電気化学的なエッチング反応が進行した
り、またイオンの方向性が乱されたりなどして、所望の
加工パターンが得られないという欠点があった。また、
極薄酸化膜上の電極形成などにおいては、表面電位分布
による静電破壊により、加工途上にＬＳＩ等電子デバイ
スの動作機能を損なう欠点があった。
【０００６】したがって、本発明は上記したような従来
の問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするとこ
ろは、プラズマ中のイオンを用いて基板加工する際、特
にマイクロ波による電子サイクロトロン共鳴プラズマ法
により生成したプラズマを用いる時に、試料表面に微細
な凹凸が存在していても、その低エネルギ、大電流イオ
ン輸送の長所を最大限活用して、微細、高精度、高品質
の加工を施すことができる中性粒子加工方法およびその
装置を提供することにある。
の問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするとこ
ろは、プラズマ中のイオンを用いて基板加工する際、特
にマイクロ波による電子サイクロトロン共鳴プラズマ法
により生成したプラズマを用いる時に、試料表面に微細
な凹凸が存在していても、その低エネルギ、大電流イオ
ン輸送の長所を最大限活用して、微細、高精度、高品質
の加工を施すことができる中性粒子加工方法およびその
装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
ため、請求項１に記載の本発明に係る中性粒子加工方法
は、プラズマ生成室にガスを導入してプラズマを発生さ
せ、このプラズマをプラズマ引出し手段によって前記プ
ラズマ生成室からプラズマ流として引き出し、この引き
出されたプラズマ流をプラズマ流制御手段によって平行
プラズマ流に調整し、中和用ガスを導入したイオン流中
性化室において前記平行プラズマ流中のイオンの流れを
前記中和用ガスとの電荷交換によって中和して中性粒子
流を生成し、この中性粒子流を試料室に導いて試料基板
を照射するようにしたものである。請求項２に記載の中
性粒子加工装置は、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、エッチングもしくは膜形成すべき
試料基板を配置した試料室と、前記プラズマ生成室と前
記試料室との間に配設されプラズマをプラズマ流として
前記プラズマ生成室から前記試料室に向けて引き出すた
めのプラズマ引出し手段と、前記プラズマ生成室から引
き出されたプラズマ流を平行プラズマ流に調整するプラ
ズマ流制御手段と、中和用ガスの導入系を有し、導入さ
れた中和用ガスとの電荷交換によって前記平行プラズマ
流中のイオンの流れを中和して中性粒子流を生成するた
めのイオン流中性化室と、前記イオン流中性化室を通過
したプラズマ流が試料基板を照射しないようにするプラ
ズマ除去機構とを備え、前記中性粒子流を試料室に導い
て試料基板を照射するようにしたものである。請求項３
に記載の中性粒子加工装置は、上記中性粒子加工装置に
おいて、プラズマがプラズマ生成室においてマイクロ波
による電子サイクロトロン共鳴放電を用いて生成され、
かつ、前記プラズマ生成室は電子サイクロトロン共鳴に
合致する磁界強度を与え前記プラズマ生成室から前記試
料室に向けて磁界強度が適当な勾配で弱くなる発散磁界
の磁界分布を与える磁気コイルを有するものである。
ため、請求項１に記載の本発明に係る中性粒子加工方法
は、プラズマ生成室にガスを導入してプラズマを発生さ
せ、このプラズマをプラズマ引出し手段によって前記プ
ラズマ生成室からプラズマ流として引き出し、この引き
出されたプラズマ流をプラズマ流制御手段によって平行
プラズマ流に調整し、中和用ガスを導入したイオン流中
性化室において前記平行プラズマ流中のイオンの流れを
前記中和用ガスとの電荷交換によって中和して中性粒子
流を生成し、この中性粒子流を試料室に導いて試料基板
を照射するようにしたものである。請求項２に記載の中
性粒子加工装置は、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、エッチングもしくは膜形成すべき
試料基板を配置した試料室と、前記プラズマ生成室と前
記試料室との間に配設されプラズマをプラズマ流として
前記プラズマ生成室から前記試料室に向けて引き出すた
めのプラズマ引出し手段と、前記プラズマ生成室から引
き出されたプラズマ流を平行プラズマ流に調整するプラ
ズマ流制御手段と、中和用ガスの導入系を有し、導入さ
れた中和用ガスとの電荷交換によって前記平行プラズマ
流中のイオンの流れを中和して中性粒子流を生成するた
めのイオン流中性化室と、前記イオン流中性化室を通過
したプラズマ流が試料基板を照射しないようにするプラ
ズマ除去機構とを備え、前記中性粒子流を試料室に導い
て試料基板を照射するようにしたものである。請求項３
に記載の中性粒子加工装置は、上記中性粒子加工装置に
おいて、プラズマがプラズマ生成室においてマイクロ波
による電子サイクロトロン共鳴放電を用いて生成され、
かつ、前記プラズマ生成室は電子サイクロトロン共鳴に
合致する磁界強度を与え前記プラズマ生成室から前記試
料室に向けて磁界強度が適当な勾配で弱くなる発散磁界
の磁界分布を与える磁気コイルを有するものである。
【０００８】
【作用】本発明において、プラズマ流中を加速、輸送さ
れた低エネルギ、大電流のイオンは、イオン流中性化室
においてその運動エネルギ、方向性を維持した状態で中
性化され、試料基板を照射する。プラズマ除去機構はイ
オン流中性化室を通過したプラズマ流が試料基板を照射
しないよう除去する。
れた低エネルギ、大電流のイオンは、イオン流中性化室
においてその運動エネルギ、方向性を維持した状態で中
性化され、試料基板を照射する。プラズマ除去機構はイ
オン流中性化室を通過したプラズマ流が試料基板を照射
しないよう除去する。
【０００９】
【実施例】以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて
詳細に説明する。図１は本発明に係る中性粒子加工装置
の一実施例を示す概略構成断面図、図２は同装置におけ
る磁力線図である。なお、図中図５と同一構成部品のも
のに対しては同一符号を以て示し、その説明を省略す
る。これらの図において、本実施例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３１、平行プラズマ流部分を取り
囲むイオン流中性化室３２、第３ガス導入系３３、およ
び試料基板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３４を新たに設
け、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。プラズマ生成およびプラズマ流輸送の
ための構成および使用法は図５に示した従来装置と同様
である。
詳細に説明する。図１は本発明に係る中性粒子加工装置
の一実施例を示す概略構成断面図、図２は同装置におけ
る磁力線図である。なお、図中図５と同一構成部品のも
のに対しては同一符号を以て示し、その説明を省略す
る。これらの図において、本実施例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３１、平行プラズマ流部分を取り
囲むイオン流中性化室３２、第３ガス導入系３３、およ
び試料基板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３４を新たに設
け、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。プラズマ生成およびプラズマ流輸送の
ための構成および使用法は図５に示した従来装置と同様
である。
【００１０】本実施例ではＥＣＲによりプラズマ生成室
１に低ガス圧、高密度のプラズマを生成し、磁力線４０
Ａで示す発散磁場により試料室２に引出しプラズマ流５
を生成する。イオン流中性化室３２は第３ガス導入系３
３によって適当なガスを導入し、所望ガス圧に維持され
ている。プラズマ流５中の加速、輸送されたイオンはイ
オン流中性化室３２内の中性原子または中性分子との電
荷交換によって、その運動量（エネルギ）と方向性を維
持したまま中性粒子となって試料台８方向に運動する。
プラズマ流５中には磁力線の発散に対してイオン加速電
界が発生し、イオンはこれに沿って加速、輸送されるの
で、この状態で中性化すると、中性粒子は試料基板７ま
たは試料台８に対して垂直に入射しない。微細高精度の
エッチング加工に適用する場合には試料基板７に対して
垂直でかつ平行性の優れた中性粒子流３５にする必要が
ある。このためには、プラズマ流５がイオン流中性化室
３２において磁力線４０Ｂで示す平行プラズマ流となる
ようにプラズマ流制御磁気コイル３１により試料室２内
の磁場の発散を修正して、その磁力線が試料基板７また
は試料台８に対して垂直になるようにするのが効果的で
ある。プラズマ流５をイオン流中性化室３２を通過させ
た後、プラズマ除去機構によりプラズマ流（イオンおよ
び電子）を試料基板７または試料台８に入射しないよう
に除くことにより、試料基板７または試料台８には運動
エネルギを持った中性粒子流３５が選択的に照射され
る。プラズマの除去機構としては、イオン流中性化室３
２では平行磁界によって平行プラズマ流となっている
が、プラズマ除去用磁気コイル３４を配置してこれとは
逆の磁場を付与し、試料台８近傍に磁力線４０Ｃで示す
カスプ磁場を形成して、輸送されるプラズマ流を試料台
８外部に輸送、除去するのが効果的である。
１に低ガス圧、高密度のプラズマを生成し、磁力線４０
Ａで示す発散磁場により試料室２に引出しプラズマ流５
を生成する。イオン流中性化室３２は第３ガス導入系３
３によって適当なガスを導入し、所望ガス圧に維持され
ている。プラズマ流５中の加速、輸送されたイオンはイ
オン流中性化室３２内の中性原子または中性分子との電
荷交換によって、その運動量（エネルギ）と方向性を維
持したまま中性粒子となって試料台８方向に運動する。
プラズマ流５中には磁力線の発散に対してイオン加速電
界が発生し、イオンはこれに沿って加速、輸送されるの
で、この状態で中性化すると、中性粒子は試料基板７ま
たは試料台８に対して垂直に入射しない。微細高精度の
エッチング加工に適用する場合には試料基板７に対して
垂直でかつ平行性の優れた中性粒子流３５にする必要が
ある。このためには、プラズマ流５がイオン流中性化室
３２において磁力線４０Ｂで示す平行プラズマ流となる
ようにプラズマ流制御磁気コイル３１により試料室２内
の磁場の発散を修正して、その磁力線が試料基板７また
は試料台８に対して垂直になるようにするのが効果的で
ある。プラズマ流５をイオン流中性化室３２を通過させ
た後、プラズマ除去機構によりプラズマ流（イオンおよ
び電子）を試料基板７または試料台８に入射しないよう
に除くことにより、試料基板７または試料台８には運動
エネルギを持った中性粒子流３５が選択的に照射され
る。プラズマの除去機構としては、イオン流中性化室３
２では平行磁界によって平行プラズマ流となっている
が、プラズマ除去用磁気コイル３４を配置してこれとは
逆の磁場を付与し、試料台８近傍に磁力線４０Ｃで示す
カスプ磁場を形成して、輸送されるプラズマ流を試料台
８外部に輸送、除去するのが効果的である。
【００１１】図３はイオンと中性粒子の衝突による電荷
交換についての計算結果を示す図である（参考文献：
「電子・原子・分子の衝突」 高柳和夫著、Ｐ３ 培風
館 昭和５１年）。運動エネルギ２０ｅＶのＡｒ+ イオ
ンがＡｒ雰囲気中を経路長１０ｃｍ進んだときの電荷交
換による中性化割合を示す。また、参考のためＡｒ+ イ
オン、Ａｒガスのガス分子との弾性衝突の平均自由行程
も示す。イオンが電荷交換によって中性化する割合はガ
ス圧が１×１０-5Ｔｏｒｒでは１％程度ときわめて低い
が、ガス圧が５×１０-3Ｔｏｒｒではほぼ１００％にな
る。一方、イオンの平均自由行程は１×１０-5Ｔｏｒｒ
で５００ｃｍ、５×１０-3Ｔｏｒｒで１ｃｍとなる。中
性粒子を利用する場合、その生成のためには中性化割合
は高い方が望ましいが、試料基板７に照射して利用する
ためには平均自由行程が長い方が好ましい。電荷交換に
よって生じた運動する中性粒子の平均自由行程はここで
は明かではないが、同じく図示してあるように、中性ガ
スとイオンの平均自由行程がほぼ同じであることから、
利用しようとするガス圧、エネルギ範囲では、イオンま
たは中性ガスと同程度であると考えて良い。ＥＣＲプラ
ズマ法に好適の１０-4Ｔｏｒｒ台では約５０％の中性化
率と１０〜３０ｃｍの平均自由行程となっている。ＥＣ
Ｒプラズマ法の低エネルギ−大電流の特徴を維持して中
性化粒子を生成し、かつ試料配置等の装置的構成に大き
な制約を与えない程度の平均自由行程となっている。
交換についての計算結果を示す図である（参考文献：
「電子・原子・分子の衝突」 高柳和夫著、Ｐ３ 培風
館 昭和５１年）。運動エネルギ２０ｅＶのＡｒ+ イオ
ンがＡｒ雰囲気中を経路長１０ｃｍ進んだときの電荷交
換による中性化割合を示す。また、参考のためＡｒ+ イ
オン、Ａｒガスのガス分子との弾性衝突の平均自由行程
も示す。イオンが電荷交換によって中性化する割合はガ
ス圧が１×１０-5Ｔｏｒｒでは１％程度ときわめて低い
が、ガス圧が５×１０-3Ｔｏｒｒではほぼ１００％にな
る。一方、イオンの平均自由行程は１×１０-5Ｔｏｒｒ
で５００ｃｍ、５×１０-3Ｔｏｒｒで１ｃｍとなる。中
性粒子を利用する場合、その生成のためには中性化割合
は高い方が望ましいが、試料基板７に照射して利用する
ためには平均自由行程が長い方が好ましい。電荷交換に
よって生じた運動する中性粒子の平均自由行程はここで
は明かではないが、同じく図示してあるように、中性ガ
スとイオンの平均自由行程がほぼ同じであることから、
利用しようとするガス圧、エネルギ範囲では、イオンま
たは中性ガスと同程度であると考えて良い。ＥＣＲプラ
ズマ法に好適の１０-4Ｔｏｒｒ台では約５０％の中性化
率と１０〜３０ｃｍの平均自由行程となっている。ＥＣ
Ｒプラズマ法の低エネルギ−大電流の特徴を維持して中
性化粒子を生成し、かつ試料配置等の装置的構成に大き
な制約を与えない程度の平均自由行程となっている。
【００１２】図４は代表的なガス分子の平均自由行程を
示す図である（参考文献：「気体放電」 八田吉典著、
Ｐ３４ 近代科学社 昭和４５年）。上記した実施例で
はＡｒをプラズマ生成ガスとして説明したが、Ｘｅ、Ｈ
2 、Ｎ2 等の種々のガスを用いても同様である。特に低
エネルギ反応性エッチングに好適なＣｌ2 ガスでは、平
均自由行程がＡｒの約半分であり、相互作用の大きいこ
とを示しており、中性粒子生成に都合がよい。また図１
に示したように、イオン流中性化室３２に第３ガス導入
系３３を設けることもできる。この場合、プラズマ生成
ガス種、ガス圧、試料近傍のガス圧等に制約されること
なく、電荷交換反応に好適なようにイオン流中性化室３
２内のガス種、ガス圧を選択することができる。
示す図である（参考文献：「気体放電」 八田吉典著、
Ｐ３４ 近代科学社 昭和４５年）。上記した実施例で
はＡｒをプラズマ生成ガスとして説明したが、Ｘｅ、Ｈ
2 、Ｎ2 等の種々のガスを用いても同様である。特に低
エネルギ反応性エッチングに好適なＣｌ2 ガスでは、平
均自由行程がＡｒの約半分であり、相互作用の大きいこ
とを示しており、中性粒子生成に都合がよい。また図１
に示したように、イオン流中性化室３２に第３ガス導入
系３３を設けることもできる。この場合、プラズマ生成
ガス種、ガス圧、試料近傍のガス圧等に制約されること
なく、電荷交換反応に好適なようにイオン流中性化室３
２内のガス種、ガス圧を選択することができる。
【００１３】
【発明の効果】以上説明したように本発明に係る中性粒
子加工方法およびその装置によれば、プラズマ流中を加
速、輸送された低エネルギ、大電流のイオンをその運動
エネルギ、方向性を維持した状態で中和して中性粒子流
を生成し、この中性粒子流を試料基板に照射するように
したので、表面の微細な形状に影響されずに微細、高精
度、高品質でしかも高速に基板加工を行うことができ
る。
子加工方法およびその装置によれば、プラズマ流中を加
速、輸送された低エネルギ、大電流のイオンをその運動
エネルギ、方向性を維持した状態で中和して中性粒子流
を生成し、この中性粒子流を試料基板に照射するように
したので、表面の微細な形状に影響されずに微細、高精
度、高品質でしかも高速に基板加工を行うことができ
る。
【図１】本発明に係る中性粒子加工装置の一実施例を示
す斜視図である。
す斜視図である。
【図２】図１の実施例装置における磁力線図である。
【図３】イオンと中性粒子の衝突による電荷交換率につ
いての計算結果を示す図である。
いての計算結果を示す図である。
【図４】代表的なガス分子の平均自由行程を示す図であ
る。
る。
【図５】従来のＥＣＲイオン流エッチング装置の基本構
成を示す図である。
成を示す図である。
【図６】試料表面近傍でのイオンの輸送図である。
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 ３１ プラズマ流制御磁気コイル ３２ イオン流中性化室 ３３ 第３ガス導入系 ３４ プラズマ除去用磁気コイル ３５ 中性粒子流 ４０Ａ〜４０Ｃ 磁力線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 嶋田 勝 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 神 好人 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 昭62−185324（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−174917（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−5523（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−13634（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−166930（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−296241（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/3065 H01J 37/14
Claims (3)
- 【請求項１】 プラズマ生成室にガスを導入してプラズ
マを発生させ、このプラズマをプラズマ引出し手段によ
って前記プラズマ生成室からプラズマ流として引き出
し、この引き出されたプラズマ流をプラズマ流制御手段
によって平行プラズマ流に調整し、中和用ガスを導入し
たイオン流中性化室において前記平行プラズマ流中のイ
オンの流れを前記中和用ガスとの電荷交換によって中和
して中性粒子流を生成し、この中性粒子流を試料室に導
いて試料基板を照射するようにしたことを特徴とする中
性粒子加工方法。 - 【請求項２】 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、エッチングもしくは膜形成すべき試料
基板を配置した試料室と、前記プラズマ生成室と前記試
料室との間に配設されプラズマをプラズマ流として前記
プラズマ生成室から前記試料室に向けて引き出すための
プラズマ引出し手段と、前記プラズマ生成室から引き出
されたプラズマ流を平行プラズマ流に調整するプラズマ
流制御手段と、中和用ガスの導入系を有し、導入された
中和用ガスとの電荷交換によって前記平行プラズマ流中
のイオンの流れを中和して中性粒子流を生成するための
イオン流中性化室と、前記イオン流中性化室を通過した
プラズマ流が試料基板を照射しないようにするプラズマ
除去機構とを備え、前記中性粒子流を試料室に導いて試
料基板を照射するようにしたことを特徴とする中性粒子
加工装置。 - 【請求項３】 請求項２記載の中性粒子加工装置におい
て、 プラズマがプラズマ生成室においてマイクロ波による電
子サイクロトロン共鳴放電を用いて生成され、かつ、前
記プラズマ生成室は電子サイクロトロン共鳴に合致する
磁界強度を与え前記プラズマ生成室から前記試料室に向
けて磁界強度が適当な勾配で弱くなる発散磁界の磁界分
布を与える磁気コイルを有することを特徴とする中性粒
子加工装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16992092A JP3223287B2 (ja) | 1992-06-05 | 1992-06-05 | 中性粒子加工方法およびその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16992092A JP3223287B2 (ja) | 1992-06-05 | 1992-06-05 | 中性粒子加工方法およびその装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05343359A JPH05343359A (ja) | 1993-12-24 |
| JP3223287B2 true JP3223287B2 (ja) | 2001-10-29 |
Family
ID=15895406
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16992092A Expired - Lifetime JP3223287B2 (ja) | 1992-06-05 | 1992-06-05 | 中性粒子加工方法およびその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3223287B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3194674B2 (ja) * | 1994-10-25 | 2001-07-30 | 株式会社ニューラルシステムズ | 結晶性薄膜形成装置、結晶性薄膜形成方法、プラズマ照射装置、およびプラズマ照射方法 |
| JP2842344B2 (ja) * | 1995-11-14 | 1999-01-06 | 日本電気株式会社 | 中性粒子ビーム処理装置 |
| CN105150048B (zh) * | 2015-06-19 | 2017-10-13 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 等离子体桥式中和一体化的直流离子束光学抛光装置 |
-
1992
- 1992-06-05 JP JP16992092A patent/JP3223287B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05343359A (ja) | 1993-12-24 |
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