JP3229987B2 - 中性粒子加工方法およびその装置 - Google Patents

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及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 Resonance :EC
R）プラズマが広く用いられている。ＥＣＲプラズマ法
は、１０^-4Ｔｏｒｒ台の低ガス圧で活性度の高いプラズ
マを生成でき、低エネルギーで大きなイオン電流が得ら
れ、指向性、均一性に優れたイオン流が形成できる。こ
のため、低ダメージで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、パターンの形状，配置，密度に依存
して局所的に帯電の大きさが異なり、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、ある場合には形成するパターンの側面で電気化学的
なエッチングが進行したり、イオン流の方向性が乱され
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、例えば、極薄酸化膜上の電極形成
において、エッチング時の表面電位による静電破壊で、
加工途上にＬＳＩなど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。

【０００４】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つつ、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
及びその装置を提案した（文献：特願平４−１６９９２
０号）。図１５は、この中性粒子加工装置の構成を示し
た断面図と、加工原理を示した磁力線図である。同図に
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。

【０００５】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。

【０００６】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）とにより、ＥＣＲを用いてプラズマ生成室１
にプラズマを生成する。

【０００７】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。生成したプラズマは、この発散磁界に
よりプラズマ流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中のイオンは加速して電子は減
速する、静電界が形成される。

【０００８】このとき、プラズマ流５中のイオンは磁界
の発散に対して発生する電界によって加速されるが、そ
の方向制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。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おり、イオ
ン中性化室３２に導かれたイオンは、ここで導入したガ
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、その運動エネルギーと方向制を維持したまま中性粒
子となって試料台方向に運動する。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。

【０００９】以上説明したように、この中性粒子加工装
置によれば、中性粒子流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を試料基板に
照射しない。このため、電気化学的反応や静電破壊が起
こることなく、試料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。

【００１０】

【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１５（ｂ）は、図１５（ａ）
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４１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。

【００１１】しかし、このカプス型反転磁場４１を用い
るだけでは、試料基板７の中心部は磁力線４１ａ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。

【００１２】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。

【００１３】

【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、プラズマ生成室と試
料基板との間で磁力線が試料基板を貫かないような磁場
を発生する磁気発生手段を有し、プラズマ引出し手段
は、プラズマ生成室から試料基板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磁気コイルから
構成され、かつ、発散磁界が乱されないよう磁気発生手
段からプラズマ生成室方向に洩れ出す磁界を防ぐための
磁気シールド手段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は、発生させたプラズマを発
散磁界により引き出してプラズマ流を形成し、発散磁界
を乱さないように制御した状態で、磁力線が試料基板を
貫くことがない試料基板上に形成された平行磁場でプラ
ズマ流の荷電粒子がこの試料基板に到達しないように
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処理を行うことを特徴
とする。

【００１４】

【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，方向制を
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る。一方、平行磁場に影響を
受けない中性粒子は試料基板に到達する。

【００１５】

【実施例】以下この発明の構成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、この発明によるプラズマ流
中より荷電粒子が除去される原理を、図１を用いて説明
する。図１（ａ）は試料基板７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による平行磁場領域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
磁場領域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。

【００１６】ここで、強度が２０００ガウス程度の磁場
を形成し、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、質量が小さいため、入射
速度を２０ｅＶとしても７．５×１０^-3ｃｍと非常に小
さい回転半径で円運動をすることになる。このことは、
電子が試料基板７の上の平行磁場領域１６ａの領域に入
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に到達できないことを示している。つまり、試料
基板７上の平行磁場領域１６ａで、プラズマ流５中から
試料基板７方向への電子は除去されることがわかる。

【００１７】一方、イオンは、入射速度を１０ｅＶのＣ
ｌ原子イオンを考えたとき、この円運動の半径は１．４
ｃｍとなる。プラズマ流５中のイオンの速度は、１０ｅ
Ｖ程度を中心とした分布を持ち、この中には早いイオン
も存在するが、その速度は３０ｅＶ程度である。従っ
て、試料基板７上の平行磁場領域１６ａの厚さを３ｃｍ
程度とすれば、遅いイオン２０，早いイオン２１とも軌
道を曲げて、試料基板７に到達しないようにすることが
できる。また、平行磁場領域１６ａで軌道を曲げきれず
にこの領域を通過してしまうイオンが存在しても、平行
磁場領域１６ａと試料基板７との距離を適当に広げるこ
とで、このイオンを試料基板７に到達しないようにでき
る。

【００１８】このように、平行磁場領域１６ａを試料基
板７の上部に形成することで、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。

【００１９】図１（ｂ）は、磁場強度２０００ガウスの
平行磁場領域１６ａに、Ｃｌイオンが上部より入射して
きたときの軌道計算の結果を示したものである。横軸は
イオンの横方向の曲がりの大きさを示し、縦軸は磁場境
界からの距離を示す。Ｃｌイオンは、平行磁場領域１６
ａの境界である境界１７に垂直に入射する。その時、Ｃ
ｌイオンは、磁場によるローレンツ力を受ける。遅いＣ
ｌイオンとともに、２０ｅＶ以上の早いＣｌイオンに関
しても、磁場から受けるローレンツ力で大きく曲げら
れ、試料基板７以外に除けることがわかる。

【００２０】なお、以上では平行磁場の強度を２０００
ガウスとしているが、磁場強度は２０００ガウスに限ら
れるわけではない。平行磁場の強度は、平行磁場領域の
幅，平行磁場領域と試料基板との距離，除去したい荷電
粒子のエネルギーによって所望の値に設定すべきもので
あることは当然である。

【００２１】実施例１．図２は、この発明の第１の実施
例である中性粒子加工装置の構成を示す構成図であり、
図２（ａ）は中性粒子加工装置の全体を示す概略断面
図、図２（ｂ）は試料基板近傍の構成を示す斜視図であ
る。図２において、５１は棒磁石、５５はヨークであり
これらにより磁場発生部品５６は形成されている。ま
た、５７は試料基板７を動かす移動機構であり、他は図
１５（ａ）と同様である。

【００２２】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中の加速，輸送されたイオ
ンの一部が、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。中性粒子とともに輸送されるプラ
ズマ流５中の荷電粒子は、磁場発生部品５６が作る試料
台８上部の平行磁場４２ｂで試料台８外部に除去され、
結果として中性粒子からなる中性粒子流３５だけが試料
基板７に到達できる。

【００２３】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。

【００２４】 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２（ａ）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。

【００２５】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
と、粒子が弾性散乱する確率が増えて粒子の飛行する方
向が代わる確率が増える。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
３）。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。

【００２６】平行磁場４２ｂを形成する磁場発生部品５
６は、図２（ｂ）に示すように、棒磁石５１とその磁場
を効率的に導いて平行磁場を形成するためのコの字形の
ヨーク５５とから構成されている。このように、ヨーク
５５を用いて磁極を対向させることで、強力で均一性の
高い平行磁場４２ｂを試料基板７上部に形成することが
できる。例えば、棒磁石５１に希土類の永久磁石を用
い、この長さを平行磁場４２ｂを形成するギャップ間よ
り長くすることで、平行磁場４２ｂを２０００ガウス程
度とすることができる。強度が２０００ガウス程度の平
行磁場なら、図１を用いて説明したように、荷電粒子の
除去に効果的であり、試料基板７の中性粒子による加工
が実現できる。

【００２７】実施例２．図４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斜
視図である。この実施例は、複数の磁石と適当なヨーク
の形状を用いて、加工対象の試料基板上部に強力な平行
磁場を形成し、加工面積を広げたものである。図４にお
いて、５５ｂは２個の棒磁石５１を結ぶヨークであり、
このヨーク５５ｂ２個で、間隔の狭まったギャップを形
成して平行磁場４３ｂを形成する。この平行磁場４３ｂ
により、荷電粒子が試料基板７に到達できなくなる。

【００２８】実施例３．次に、第３の実施例を図５を用
いて説明する。この実施例は、複数の磁石と適当な形状
のヨークと補助ヨークを用いて試料基板上部に均一性の
高い平行磁場を実現し、加工面積を広げたものである。
この実施例では、上記実施例２と同様に２個の棒磁石５
１と、２個のヨーク５５ｂとで磁場発生部品５６ａを形
成しているが、図５に示すように、２個のヨーク５５ｂ
の間の平行磁場４４ｂを形成する領域に補助ヨーク５９
を配置するところが実施例２と異なる。補助ヨーク５９
を配置することで、ヨーク５５ｂにより形成される平行
磁場４４ｂはより均一化され、荷電粒子の除去に有効で
ある。

【００２９】実施例４．なお、上記実施例では、磁石を
試料基板上に配置するようにしていたが、これに限るも
のではない。図６は、この発明の第５の実施例である中
性粒子加工装置の試料基板近傍の構成を示す断面図と斜
視図である。同図において、５１ａは移動機構５７下に
配置された棒磁石、５５ｃは棒磁石５１ａのｎ極，ｓ極
に接続された断面形状がコの字型のヨークであり、２つ
のヨーク５５ｃの先端は試料基板７上で対向し、ギャッ
プを形成している。この２つのヨーク５５ｃのギャップ
には、試料基板７と平行な磁力線４５ｂが形成される。

【００３０】以上示したように、この実施例４において
も上記実施例と同様に、試料基板７上に平行磁場が形成
されるので、プラズマ流中の荷電粒子は軌道を曲げられ
て、試料基板７には到達しない。しかし、中性粒子はこ
の平行磁場に影響されないので試料基板７に到達し、こ
れによる加工が実現される。また、試料基板７の面積が
広い場合でも、移動機構５７により加工中に試料基板７
を動かすことができるので、試料基板７全面を中性粒子
により均一性良く加工できる。

【００３１】実施例５．図７は、この発明の第５の実施
例を示す中性粒子加工装置の試料基板近傍の構成を示す
斜視図である。同図において、６０は２個のヨーク５５
ｃのギャップ間に配置された補助ヨークであり、他は図
６と同様である。この補助ヨーク６０により、２つのヨ
ーク５５ｃによる磁場の洩れが抑えられる。従って、よ
り均一な平行磁場４６ｂを形成することが可能となり、
プラズマ流中の荷電粒子は軌道を曲げられて、試料基板
７には到達しない。

【００３２】なお、以上の実施例では、試料基板面に平
行な磁場を形成するための磁場発生源として永久磁石を
用いたが、これに限るものではなく、電磁石を用いても
良いことは明かである。また、上記実施例では、磁場発
生部品５６と試料基板７との距離は固定されていたが、
これに限るものではない。この距離を変化させることに
より、上記実施例では軌道を曲げきれずに試料基板に入
射してしまう高速なイオンでも、試料基板外に除去する
ことが可能となる。そして、移動機構により試料基板を
加工中に動かすことで、大きな面積の試料基板でも均一
性良く全領域を加工できることは、上記実施例全てに対
して共通である。

【００３３】ところで、上記実施例では、磁場発生部品
からプラズマ生成室方向に磁界が洩れだし、プラズマ引
き出し用の発散磁界を乱す恐れがあるが、磁場発生部品
とプラズマ生成室の間に強磁性体を配置することによ
り、これを避けることが可能となる。また、試料基板７
に外部電源を接続してイオンを反発する電界を形成する
手段を上記の実施例１〜５に組み合わせることで、イオ
ンの除去効果をいっそう高めることができる。

【００３４】実施例６．図８は、この発明の第６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斜
視図である。同図において、５８は、前述したように、
ヨーク５５ｃのギャップから上の方向に洩れだす磁場を
制御するための強磁性体、５２は試料基板７上にイオン
を反発する向きの電界を形成するための外部電圧電源で
あり、他の符号は図６と同様である。

【００３５】この実施例において、試料基板７上部には
試料基板７面に対してほぼ平行な磁場が形成されてお
り、この平行磁場から受ける力により、プラズマ流５
（図示せず）中の荷電粒子は軌道を曲げられて試料基板
７外に除去される。また、ヨーク５５ｃ上部の強磁性体
５８は、ヨーク５５ｃから上部に洩れ出す磁場を抑え
て、ヨーク５５ｃのギャップ間だけに平行磁場を形成す
るようにしている。そして、外部電圧電源５２により、
試料基板７にイオンを反発する方向に電界を形成するの
で、平行磁場により除去しきれなかったかイオンもこれ
により除去できる。

【００３６】以上の結果、試料基板７には荷電粒子が到
達することはなく、磁界や電界に影響を受けない中性粒
子のみが試料基板７の加工に寄与することになる。ま
た、移動機構５７により加工中に試料基板７を動かすこ
とができるので、試料基板７の面積が大きくても、これ
を加工中に動かし均一性良く全面を加工できる。なお、
ここでは、実施例５に適用した場合について説明した
が、これに限るものではなく、実施例１〜４に適用して
も同様であることはいうまでもない。

【００３７】実施例７．ところで、図８で示した実施例
６では、試料基板７に外部電源５２を接続して電界を形
成したが、試料基板７の周囲に少なくとも１つの電極を
設けて、その電極により電界を形成するようにしても良
い。図９は、試料基板７が載置される棒磁石５１ａと、
これに接続されているヨーク５５ｃで囲まれた領域内に
電界を形成するための電極を配置した状態を示す斜視図
である。図９において、９０ａ，９０ｂ，９０ｃは対向
して配置された電極である。試料基板７の周囲に設けた
電極であり、この例では、対向した１組の電極から構成
している。また、９１は電極９０ａ，９０ｂ，９０ｃに
電圧を印加する外部電圧電源であり、他の符号は図６と
同様である。このうち、図９（ｂ）に示すように、電極
９０ｂはヨーク５５ｃの内側下面に配置されているの
で、これがプラズマに直接さらされることがなく、電極
９０ｂからの金属などの汚染を防止する効果がある。

【００３８】この対向して設けた電極９０ａ，９０ｂ，
９０ｃの両方に正の電圧を印加することによって、この
領域に入射してくるイオンを反発する電界を形成するこ
とができ、この結果イオンを除去できる。このとき形成
される電界は電子を試料基板７に向わせる力を発生する
ことになるが、電子は試料基板７の上に形成された試料
基板７面に平行な磁場によってほとんどが除去されてい
るため、この領域に侵入してくる電子は無く、電子が電
界で引っ張られて試料基板７に流入することはない。

【００３９】ところで、電極を対象に配置すると中心軸
近傍で電界が弱くなり、この中心軸近傍におけるイオン
の除去効果が小さくなるとも考えられる。しかしなが
ら、この発明においては、イオンは電界が形成されてい
る領域に入射する前に、前述したように平行磁場を通過
している。従って、この実施例に示した電界が形成され
ている領域に入射する時点では、中心軸に沿って入射す
るイオンはほとんど存在していないことになる。従っ
て、この構成により大部分のイオンを除去することがで
きる。

【００４０】図１０は、外部から印加される電界によっ
て、イオンがどの程度除去されるかを、ラングミュアプ
ローブによって測定した結果である。ラングミュアプロ
ーブを試料基板７の位置に設置して電流電圧特性を測定
し、その結果から試料基板７上での飽和イオン電流密度
を求めた。これは、試料基板７に入射するイオンの量を
調べたことになる。ＥＣＲプラズマはＡｒ４ｓｃｃｍ
（ガス圧１．０×１０-2Ｐａ）、入射マイクロ波パワー
４００Ｗの条件で生成した。

【００４１】ここでは、電極を設置していないときの飽
和イオン電流Ｉ0 を、予め上記の手順により測定した
後、図９に示すように、対向する電極を設置して各々の
電極に所定の電圧を印加し、そのときの飽和イオン電流
Ｉ’を上記の手順により測定した。図１０において、横
軸は電極への印加電圧、縦軸は飽和イオン電流密度の比
（Ｉ’/Ｉ0）であり、Ｉ’/Ｉ0が１以下となることが、
イオン除去効果があったことになる。図１０において、
１０１は前述に実施例６で示した試料基板７に電圧を印
加した測定結果、１０２は図９（ａ）に示した構成の場
合の測定結果を示したものである。図１０から明らかな
ように、試料基板７に電圧を印加する場合に比較して、
図９（ａ）に示すように、対向して配置された電極９０
ａ各々に電圧を印加する場合の方が、より低い電圧でイ
オン除去効果が得られている。

【００４２】ところで、上記実施例では、対向する電極
両方に電圧を印加するようにしていたが、これに限るも
のではない。図１１に示すように、対向する電極の片方
に電圧を印加し、他方は接地するようにしても良い。同
図において、１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃは電圧が印
加される電極、１１１ａ，１１ｂ，１１１ｃは接地され
る電極、１１２は電極１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃに
電圧を印加する外部電圧電源であり、他の符号は図６と
同様である。例えば、図１１（ａ）に示す構成の場合、
平行磁界によって曲げられたイオンが、これらの電極１
１０ａと電極１１０ｂによって形成された電界に沿って
運動し、接地された電極１１１ａに到達して吸収される
ことによりイオンが除去される。

【００４３】また、図９では、電極は対向した２枚の電
極から構成されているが、この構成に限られるものでは
ない。すなわち、平行磁界領域を通過してくるイオンを
反発する方向の電界を、試料基板７と平行磁界の間に形
成できる電極構成であれば、同様のイオン除去効果を得
ることができる。例えば、電極が１枚であっても、ある
いは、試料基板７を取り囲むように複数の電極が配置さ
れていても、あるいはまた、電極の形状が棒状であって
も良い。

【００４４】なお、上記実施例では、棒磁石５１ａにヨ
ーク５５ｃを接続するようにしているが、図１２に示す
ように、試料基板７上のヨーク５５ｃ先端に新たに棒磁
石１２１を接続するようにしても良い。このようにする
ことにより、ギャップができている棒磁石１２１の先端
の間に形成される磁力線の漏れがより抑えることがで
き、また、磁場強度を向上することができる。

【００４５】実施例８．図１３は、この発明の第８の実
施例である中性粒子加工装置の試料基板近傍の構成を示
す構成図であり、他の構成は図２（ａ）と同様である。
同図において、５１ｂは磁石、５５ｄは磁石５１ｂを挾
むように設置されたヨークである。図１３（ａ）に示す
ように、磁石５１ｂとヨーク５５ｄとを移動機構５７下
に配置すると、図１３（ｂ）に示すように、磁石５１ｂ
とヨーク５５ｄとにより発生する磁力線４７ｂが、試料
基板７上に形成される。この磁力線４７ｂは、試料基板
７上の大体の領域でほぼ平行となっている。この平行磁
場４７ｂから受ける力により、プラズマ流５中の荷電粒
子は、軌道が曲げられて、試料基板７以外の領域に除去
される。

【００４６】実施例９．図１４は、この発明の第９の実
施例である中性粒子加工装置の試料基板近傍の構成を示
す構成図である。同図において、５１ｃは磁石、５５ｅ
は磁石５１ｃに挟まれるように設置されたヨークであ
る。図１４（ａ）に示すように、２つの磁石５１ｃとヨ
ーク５５ｅとを移動機構５７下に配置すると、図１４
（ｂ）に示すように、磁石５１ｃとヨーク５５ｅとによ
り発生する磁力線４８ｂが、試料基板７上に形成され
る。この磁力線４８ｂは、試料基板７上の大体の領域で
ほぼ平行となっている。この平行磁場４８ｂから受ける
力により、プラズマ流５中の荷電粒子は軌道が曲げられ
て、試料基板７以外の領域に除去される。

【００４７】なお、上記実施例では、図１５に示すイオ
ン中性化室３２を積極的に用いなかったが、これを用い
ても良いことは明かである。そして、試料基板を積極的
に加熱したり冷却したりすることについては触れていな
いが、試料基板を加熱したり、または冷却しながら中性
粒子による加工をすることが可能であることはいうまで
もない。

【００４８】

【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】この発明によるプラズマ流中より荷電粒子が除
去される原理を示す説明図である。

【図２】この発明の第１の実施例である中性粒子加工装
置の構成を示す構成図である。

【図３】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斜視図である。

【図４】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斜視図である。

【図５】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斜視図である。

【図６】この発明の第４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構成図である。

【図７】この発明の第５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斜視図である。

【図８】この発明の第６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斜視図である。

【図９】この発明の第７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斜視図である。

【図１０】形成した電界と、イオン除去効果の相関を示
す相関図である。

【図１１】この発明の他の実施例である中性粒子加工装
置の試料台近傍の構成を示す斜視図である。

【図１２】この発明の他の実施例である中性粒子加工装
置の試料台近傍の構成を示す斜視図である。

【図１３】この発明の第８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１４】この発明の第９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１５】従来の中性粒子加工装置の構成を示す断面図
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 棒磁石 ５５ ヨーク ５６ 磁場発生部品 ５７ 移動機構

───────────────────────────────────────────────────── 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 昭53−38263（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−185324（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−50021（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−120826（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−219624（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−29251（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−252099（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/205 H01L 21/3065 H05H 1/46

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【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
   ズマ流で生成された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、前記プラズマ引き出し手段は、前記プラズマ生成室から
   前記試料基板の方向に磁界強度が適度な勾配で弱くなる
   発散磁界を生成する磁気コイルからなり、 前記荷電粒子除去機構は、前記プラズマ生成室と試料基
   板との間で磁力線が前記試料基板を貫かないような磁場
   を発生する磁気発生手段を有し、かつ、前記発散磁界が乱されないよう前記磁気発生手段
   から前記プラズマ生成室方向に洩れ出す磁界を防ぐため
   の磁気シールド手段を有 することを特徴とする中性粒子
   加工装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の中性粒子加工装置におい
   て、 前記プラズマ生成室と荷電粒子除去機構との間にプラズ
   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。
3. 【請求項３】 請求項１記載の中性粒子加工装置におい
   て、 前記磁気発生手段は、所定の間隔を隔てて対向した磁極
   を備えていることを特徴とする中性粒子加工装置。
4. 【請求項４】 請求項１記載の中性粒子加工装置におい
   て、加工処理中に試料基板を移動できる移動手段を有する こ
   とを特徴とする中性粒子加工装置。
5. 【請求項５】 請求項１記載の中性粒子加工装置におい
   て、前記試料基板上に電場を形成する電場形成 手段を有する
   ことを特徴とする中性粒子加工装置。
6. 【請求項６】 請求項５記載の中性粒子加工装置におい
   て、 前記電場形成手段が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形成することを特徴とする中性粒子
   加工装置。
7. 【請求項７】 請求項５記載の中性粒子加工装置におい
   て、 前記電場形成手段は電極を有し、この電極にイオンを引
   きつける電場を前記試料基板上に形成することを特徴と
   する中性粒子加工装置。
8. 【請求項８】 ガスを導入してプラズマを発生させ、 前記プラズマを発散磁界により引き出し、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、 前記発散磁界を乱さないように制御し、かつ磁力線が前
   記試料基板を貫くことがない前記試料基板上に形成され
   た平行磁場で前記プラズマ流の荷電粒子がこの試料基板
   に到達しないようにその軌道を変更し、 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。
9. 【請求項９】 請求項８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。