JP3377784B2 - 荷電粒子制御装置及び方法 - Google Patents
荷電粒子制御装置及び方法Info
- Publication number
- JP3377784B2 JP3377784B2 JP2000350409A JP2000350409A JP3377784B2 JP 3377784 B2 JP3377784 B2 JP 3377784B2 JP 2000350409 A JP2000350409 A JP 2000350409A JP 2000350409 A JP2000350409 A JP 2000350409A JP 3377784 B2 JP3377784 B2 JP 3377784B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- charged particles
- charged
- charged particle
- electric field
- rotating electric
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Drying Of Semiconductors (AREA)
- Plasma Technology (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】磁場中プラズマ空間で発生し
たサイクロトロン運動をする荷電粒子の運動エネルギ
を、回転電場の励起周波数により制御し、目的とする荷
電粒子を所定の飛来先に飛来させるかさせないかを任意
に選択することを可能とした荷電粒子制御装置と方法に
関する。
たサイクロトロン運動をする荷電粒子の運動エネルギ
を、回転電場の励起周波数により制御し、目的とする荷
電粒子を所定の飛来先に飛来させるかさせないかを任意
に選択することを可能とした荷電粒子制御装置と方法に
関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、コンピュータを中心に半導体や電
子機器類は小型化、高性能化が図られていると共に、高
生産性と低コスト化が求められている。また、その重要
部分を占めるＩＣ、ＬＳＩあるいは超ＬＳＩ等に関して
は、メモリ素子の高集積化や高機能化に伴い、サブミク
ロンオーダの微細加工が必要とされている。
子機器類は小型化、高性能化が図られていると共に、高
生産性と低コスト化が求められている。また、その重要
部分を占めるＩＣ、ＬＳＩあるいは超ＬＳＩ等に関して
は、メモリ素子の高集積化や高機能化に伴い、サブミク
ロンオーダの微細加工が必要とされている。
【０００３】現在、半導体製造工程においては、薄膜作
製やエッチング等でプラズマ中で荷電粒子を発生させ、
これを半導体ウエハ等の試料基板に飛来させる、いわゆ
るプラズマプロセスが多く用いられている。しかし、現
状のプラズマプロセスでは、原料の選択性が低く電荷蓄
積による試料損傷等の課題があり、原子層レベルでのプ
ロセス制御には向いていない。次世代の超ＬＳＩ製造に
おいてはプラズマ中から試料基板に飛来する荷電粒子を
直接制御できるプラズマプロセスが求められている。
製やエッチング等でプラズマ中で荷電粒子を発生させ、
これを半導体ウエハ等の試料基板に飛来させる、いわゆ
るプラズマプロセスが多く用いられている。しかし、現
状のプラズマプロセスでは、原料の選択性が低く電荷蓄
積による試料損傷等の課題があり、原子層レベルでのプ
ロセス制御には向いていない。次世代の超ＬＳＩ製造に
おいてはプラズマ中から試料基板に飛来する荷電粒子を
直接制御できるプラズマプロセスが求められている。
【０００４】
【発明が解決しようとしている課題】従来のプラズマプ
ロセスにおけるイオン種の選択制御は、プラズマ空間中
に導入する原料ガスの選択、ガス組成の流量調整、真空
度調整等の間接的な制御手法でおこなっていたので、荷
電粒子の選択性やエネルギ制御性において限界があっ
た。結果的に、薄膜作製工程ではプラズマ中のすべての
荷電粒子が試料に飛来してしまい、高純度な薄膜作製が
困難であり、また加工精度にも問題があった。
ロセスにおけるイオン種の選択制御は、プラズマ空間中
に導入する原料ガスの選択、ガス組成の流量調整、真空
度調整等の間接的な制御手法でおこなっていたので、荷
電粒子の選択性やエネルギ制御性において限界があっ
た。結果的に、薄膜作製工程ではプラズマ中のすべての
荷電粒子が試料に飛来してしまい、高純度な薄膜作製が
困難であり、また加工精度にも問題があった。
【０００５】また、多層膜作製においては単一プラズマ
プロセスにより、一元素ごとの膜を形成し、所定の膜あ
るいは厚さを得ていたために、工程が複雑であった。さ
らに、パターン形成時のエッチングにおいては、溝側面
あるいは底部に電荷が蓄積する電荷蓄積により、正確な
彫り込みが難しく絶縁破壊も伴っていた。そのため、半
導体作製に当たり多大な時間を必要とし、しかも加工精
度の上で問題があった。
プロセスにより、一元素ごとの膜を形成し、所定の膜あ
るいは厚さを得ていたために、工程が複雑であった。さ
らに、パターン形成時のエッチングにおいては、溝側面
あるいは底部に電荷が蓄積する電荷蓄積により、正確な
彫り込みが難しく絶縁破壊も伴っていた。そのため、半
導体作製に当たり多大な時間を必要とし、しかも加工精
度の上で問題があった。
【０００６】本発明は、前記従来のプラズマプロセスの
荷電粒子の制御手段における課題に鑑み、単一プラズマ
プロセスのみならず混合プラズマプロセスにおいて、個
々の荷電粒子のエネルギを制御しながら、目的とする荷
電粒子を選択的に所定の箇所に飛来させることが可能な
荷電粒子制御装置と方法を提供することを目的とする。
荷電粒子の制御手段における課題に鑑み、単一プラズマ
プロセスのみならず混合プラズマプロセスにおいて、個
々の荷電粒子のエネルギを制御しながら、目的とする荷
電粒子を選択的に所定の箇所に飛来させることが可能な
荷電粒子制御装置と方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明では、前記の目的
を達成するため、単一プラズマプロセスのみならず混合
プラズマプロセスにおいて、磁化された荷電粒子に作用
する動重力効果を用いてプラズマ中の荷電粒子の選択性
及びエネルギの制御について検討を行った結果、前記課
題を解決する制御手段を得るに至った。
を達成するため、単一プラズマプロセスのみならず混合
プラズマプロセスにおいて、磁化された荷電粒子に作用
する動重力効果を用いてプラズマ中の荷電粒子の選択性
及びエネルギの制御について検討を行った結果、前記課
題を解決する制御手段を得るに至った。
【０００８】本発明では、一様磁場中でサイクロトロン
運動する荷電粒子と局所的に励起される高周波電場との
相互作用に現れる動重力効果を、プラズマプロセスの工
程に導入することにある。より具体的には回転電場発生
アンテナで局所的に高周波回転電場を発生し、その周波
数を変えることにより、磁化プラズマ中で発生したサイ
クロトロン運動をする荷電粒子の中から、初期飛来速度
に応じて目的の荷電粒子を選択でき、且つそのエネルギ
も同時に制御できるようにしたものである。
運動する荷電粒子と局所的に励起される高周波電場との
相互作用に現れる動重力効果を、プラズマプロセスの工
程に導入することにある。より具体的には回転電場発生
アンテナで局所的に高周波回転電場を発生し、その周波
数を変えることにより、磁化プラズマ中で発生したサイ
クロトロン運動をする荷電粒子の中から、初期飛来速度
に応じて目的の荷電粒子を選択でき、且つそのエネルギ
も同時に制御できるようにしたものである。
【０００９】すなわち、本発明による荷電粒子制御装置
は、プラズマ空間中で発生し、飛来先側に飛来する荷電
粒子を選択的にエネルギ制御するものであって、荷電粒
子を発生させるプラズマ空間を有し、このプラズマ空間
で発生した荷電粒子の飛行経路を磁化して、荷電粒子を
サイクロトロン運動させる磁場空間とすると共に、荷電
粒子の飛行方向と直交する平面上で回転し、その回転周
波数を荷電粒子のサイクロトロン周波数の付近でそれよ
り大または小に制御することにより、サイクロトロン運
動をする荷電粒子の案内中心加速度を磁力線方向に沿っ
て正方向と負方向とに変化させる回転電場を荷電粒子の
飛来先側の前に自己形成されるシース区間にわたって形
成したことを特徴とするものである。
は、プラズマ空間中で発生し、飛来先側に飛来する荷電
粒子を選択的にエネルギ制御するものであって、荷電粒
子を発生させるプラズマ空間を有し、このプラズマ空間
で発生した荷電粒子の飛行経路を磁化して、荷電粒子を
サイクロトロン運動させる磁場空間とすると共に、荷電
粒子の飛行方向と直交する平面上で回転し、その回転周
波数を荷電粒子のサイクロトロン周波数の付近でそれよ
り大または小に制御することにより、サイクロトロン運
動をする荷電粒子の案内中心加速度を磁力線方向に沿っ
て正方向と負方向とに変化させる回転電場を荷電粒子の
飛来先側の前に自己形成されるシース区間にわたって形
成したことを特徴とするものである。
【００１０】この荷電粒子制御装置は、希薄ガス雰囲気
中にプラズマ空間を発生させる高周波アンテナ３と、こ
の高周波アンテナ３側のプラズマ空間で発生した荷電粒
子の飛行経路を磁化して磁場空間とすることにより、発
生した荷電粒子をサイクロトロン運動させる空芯コイル
４と、荷電粒子の飛来先側に荷電粒子の飛行方向と直交
する平面上で回転する回転電場を形成し、その回転電場
の周波数を荷電粒子のサイクロトロン周波数の付近でそ
れより大または小に制御することにより、サイクロトロ
ン運動をする荷電粒子の案内中心加速度を磁力線方向に
沿って正方向と負方向とに変化させる回転電場形成アン
テナ５とを有する。
中にプラズマ空間を発生させる高周波アンテナ３と、こ
の高周波アンテナ３側のプラズマ空間で発生した荷電粒
子の飛行経路を磁化して磁場空間とすることにより、発
生した荷電粒子をサイクロトロン運動させる空芯コイル
４と、荷電粒子の飛来先側に荷電粒子の飛行方向と直交
する平面上で回転する回転電場を形成し、その回転電場
の周波数を荷電粒子のサイクロトロン周波数の付近でそ
れより大または小に制御することにより、サイクロトロ
ン運動をする荷電粒子の案内中心加速度を磁力線方向に
沿って正方向と負方向とに変化させる回転電場形成アン
テナ５とを有する。
【００１１】ここで、荷電粒子の飛来先とは、例えば、
荷電粒子により表面を加工する半導体ウエハ等の試料基
板１２であり、この試料基板１２側には、そこに飛来す
る荷電粒子を検出するディテクタ１３を備えたエネルギ
選択型質量分析器８を設けることができる。
荷電粒子により表面を加工する半導体ウエハ等の試料基
板１２であり、この試料基板１２側には、そこに飛来す
る荷電粒子を検出するディテクタ１３を備えたエネルギ
選択型質量分析器８を設けることができる。
【００１２】このような荷電粒子制御装置により、磁化
されたプラズマ空間でサイクロトロン運動をする荷電粒
子を発生させ、このプラズマ空間で発生した荷電粒子が
飛来する飛来先側に、荷電粒子の飛行方向と直交する平
面上で回転する回転電場を形成する。そして、この回転
電場の周波数を荷電粒子のサイクロトロン周波数の付近
でそれより大または小に制御する。これにより、後述す
るようにしてサイクロトロン運動をする荷電粒子の案内
中心速度を変化させることができる。
されたプラズマ空間でサイクロトロン運動をする荷電粒
子を発生させ、このプラズマ空間で発生した荷電粒子が
飛来する飛来先側に、荷電粒子の飛行方向と直交する平
面上で回転する回転電場を形成する。そして、この回転
電場の周波数を荷電粒子のサイクロトロン周波数の付近
でそれより大または小に制御する。これにより、後述す
るようにしてサイクロトロン運動をする荷電粒子の案内
中心速度を変化させることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】次に、図面を参照しながら、本発
明の実施の形態について、具体的且つ詳細に説明する。
図１に本発明の一実施形態による荷電粒子制御装置を示
す概略縦断側面図である。
明の実施の形態について、具体的且つ詳細に説明する。
図１に本発明の一実施形態による荷電粒子制御装置を示
す概略縦断側面図である。
【００１４】石英ガラス管等からなる円筒形のチャンバ
２を備え、このチャンバ２は、真空ポンプ６により減圧
される。このチャンバ２の一端は、フランジ状の蓋１４
により閉じられ、この蓋１４にガス導入ポート９、１０
が設けられている。図示のガス導入ポート９、１０は２
個であるが、このガス導入ポート９、１０は、必要に応
じて適当な数を設ける。
２を備え、このチャンバ２は、真空ポンプ６により減圧
される。このチャンバ２の一端は、フランジ状の蓋１４
により閉じられ、この蓋１４にガス導入ポート９、１０
が設けられている。図示のガス導入ポート９、１０は２
個であるが、このガス導入ポート９、１０は、必要に応
じて適当な数を設ける。
【００１５】チャンバ２の他端は、やはりフランジ状の
蓋１１により閉じられ、この蓋１１には、チャンバ２の
中心軸上に半導体ウエハ等の試料基板１２が取り付けら
れる。また、この蓋には、荷電粒子を検知するディテク
タ１３を備えたエネルギ選択型質量分析器８が設けられ
ている。エネルギ選択型質量分析器８の内部は、真空ポ
ンプ７により減圧され、真空状態とされる。
蓋１１により閉じられ、この蓋１１には、チャンバ２の
中心軸上に半導体ウエハ等の試料基板１２が取り付けら
れる。また、この蓋には、荷電粒子を検知するディテク
タ１３を備えたエネルギ選択型質量分析器８が設けられ
ている。エネルギ選択型質量分析器８の内部は、真空ポ
ンプ７により減圧され、真空状態とされる。
【００１６】チャンバ２の前記蓋１４が設けられた端部
近くに高周波アンテナ３が巻回されており、この高周波
アンテナ３は、水冷されている。この高周波アンテナ３
には、誘導結合型プラズマ生成用の高周波電源Ｖｓが接
続されており、この高周波電源Ｖｓにより、前記の高周
波アンテナ３に高周波電流を通電することにより、チャ
ンバ２の内部に高周波誘導電場が形成される。
近くに高周波アンテナ３が巻回されており、この高周波
アンテナ３は、水冷されている。この高周波アンテナ３
には、誘導結合型プラズマ生成用の高周波電源Ｖｓが接
続されており、この高周波電源Ｖｓにより、前記の高周
波アンテナ３に高周波電流を通電することにより、チャ
ンバ２の内部に高周波誘導電場が形成される。
【００１７】チャンバ２の外周側は、円筒形のシールド
ケース１により囲まれており、このシールドケース１の
外周に空芯コイル４が配置されている。この空芯コイル
４を励磁することにより、チャンバ２の一端から他端に
わたって一様な静磁場が形成される。これにより、試料
基板１２の周囲にシース空間が自己形成される。チャン
バ２の蓋１１のある端部近くの外周側に、回転電場形成
アンテナ５が配置されている。この回転電場形成アンテ
ナ５には、動重力発生用の高周波誘導電源Ｖrfが接続さ
れている。
ケース１により囲まれており、このシールドケース１の
外周に空芯コイル４が配置されている。この空芯コイル
４を励磁することにより、チャンバ２の一端から他端に
わたって一様な静磁場が形成される。これにより、試料
基板１２の周囲にシース空間が自己形成される。チャン
バ２の蓋１１のある端部近くの外周側に、回転電場形成
アンテナ５が配置されている。この回転電場形成アンテ
ナ５には、動重力発生用の高周波誘導電源Ｖrfが接続さ
れている。
【００１８】この回転電場形成アンテナ５の正面図を図
２に示す。図２に示すように、回転電場形成アンテナ５
は、円板を等角度で４つに等分割した形状を有し、チャ
ンバ２を囲んでその中心の回りに軸状に配置された４つ
のアンテナセグメント５ａ〜５ｄを有している。これら
４つのアンテナセグメント５ａ〜５ｄは、図２において
順次時針が回る方向に配列されている。
２に示す。図２に示すように、回転電場形成アンテナ５
は、円板を等角度で４つに等分割した形状を有し、チャ
ンバ２を囲んでその中心の回りに軸状に配置された４つ
のアンテナセグメント５ａ〜５ｄを有している。これら
４つのアンテナセグメント５ａ〜５ｄは、図２において
順次時針が回る方向に配列されている。
【００１９】さらに、これら４つのアンテナセグメント
５ａ〜５ｄには、それぞれ高周波電源Ｖｒｆ−ａ〜Ｖｒ
ｆ−ｄが接続されている。これらの高周波電源Ｖｒｆ−
ａ〜Ｖｒｆ−ｄには、何れも同じ波形の高周波電圧が印
加されるが、その位相は図２において順次時針が回る方
向にπ／２ずつずれている。例えば、高周波電源Ｖｒｆ
−ａの位相を基準とし、その位相θ＝０としたとき、高
周波電源Ｖｒｆ−ｂの位相はθ＝π／２、高周波電源Ｖ
ｒｆ−ｃの位相はθ＝π、高周波電源Ｖｒｆ−ｄの位相
はθ＝３π／２である。これにより、アンテナセグメン
ト５ａ〜５ｄにそれぞれ高周波電源Ｖｒｆ−ａ〜Ｖｒｆ
−ｄから高周波電圧を印加することにより、試料基板１
２の表面近くにその高周波と等しい周波数の回転電場が
形成される。
５ａ〜５ｄには、それぞれ高周波電源Ｖｒｆ−ａ〜Ｖｒ
ｆ−ｄが接続されている。これらの高周波電源Ｖｒｆ−
ａ〜Ｖｒｆ−ｄには、何れも同じ波形の高周波電圧が印
加されるが、その位相は図２において順次時針が回る方
向にπ／２ずつずれている。例えば、高周波電源Ｖｒｆ
−ａの位相を基準とし、その位相θ＝０としたとき、高
周波電源Ｖｒｆ−ｂの位相はθ＝π／２、高周波電源Ｖ
ｒｆ−ｃの位相はθ＝π、高周波電源Ｖｒｆ−ｄの位相
はθ＝３π／２である。これにより、アンテナセグメン
ト５ａ〜５ｄにそれぞれ高周波電源Ｖｒｆ−ａ〜Ｖｒｆ
−ｄから高周波電圧を印加することにより、試料基板１
２の表面近くにその高周波と等しい周波数の回転電場が
形成される。
【００２０】なお、図２の例では、アンテナセグメント
５ａ〜５ｄを４つとし、４相の高周波電源Ｖｒｆ−ａ〜
Ｖｒｆ−ｄにより回転電場を形成しているが、アンテナ
セグメント５ａとアンテナセグメント５ｂ、アンテナセ
グメント５ｃとアンテナセグメント５ｄをそれぞれ電気
的あるいは構造的に結合して、それぞれθ＝０とθ＝π
の高周波電圧を印加して、振動電場を発生することもで
きる。また、４相以上の相の高周波電源により回転電場
を形成することもできる。但し、回転電場がチャンバ２
の中心軸に対して常に片寄らないように、アンテナセグ
メントと高周波電源の数は偶数相とし、試料基板１２の
中心に対して対向する各対のアンテナセグメントを互い
に点対称に配置するのがよい。
５ａ〜５ｄを４つとし、４相の高周波電源Ｖｒｆ−ａ〜
Ｖｒｆ−ｄにより回転電場を形成しているが、アンテナ
セグメント５ａとアンテナセグメント５ｂ、アンテナセ
グメント５ｃとアンテナセグメント５ｄをそれぞれ電気
的あるいは構造的に結合して、それぞれθ＝０とθ＝π
の高周波電圧を印加して、振動電場を発生することもで
きる。また、４相以上の相の高周波電源により回転電場
を形成することもできる。但し、回転電場がチャンバ２
の中心軸に対して常に片寄らないように、アンテナセグ
メントと高周波電源の数は偶数相とし、試料基板１２の
中心に対して対向する各対のアンテナセグメントを互い
に点対称に配置するのがよい。
【００２１】次に、この荷電粒子制御装置による荷電粒
子の制御方法をその動作原理と共に説明する。まず、図
１に示すチャンバ２を真空ポンプ６により減圧し、真空
状態とする。この状態で、ガス導入ポート９、１０から
マスフローコントローラ（図示せず）を介して毎時所定
量のガスをチャンバ２内に導入し、チャンバ２内を希薄
ガス雰囲気とする。図１に示した例では、ガス導入ポー
ト９、１０からＫｒガスとＡｒガスとをそれぞれチャン
バ２内に導入する例を示している。導入するガスの種類
は、プラズマプロセスを行う目的によって異なることは
言うまでもない。
子の制御方法をその動作原理と共に説明する。まず、図
１に示すチャンバ２を真空ポンプ６により減圧し、真空
状態とする。この状態で、ガス導入ポート９、１０から
マスフローコントローラ（図示せず）を介して毎時所定
量のガスをチャンバ２内に導入し、チャンバ２内を希薄
ガス雰囲気とする。図１に示した例では、ガス導入ポー
ト９、１０からＫｒガスとＡｒガスとをそれぞれチャン
バ２内に導入する例を示している。導入するガスの種類
は、プラズマプロセスを行う目的によって異なることは
言うまでもない。
【００２２】これと同時に、高周波電源Ｖｓから前記高
周波アンテナ３に高周波電流を通電し、チャンバ２の図
１において左端部分をプラズマ状態とする。この雰囲気
で、ガス分子を解離・電離し、イオンや電子等の荷電粒
子を発生させる。例えば、電離されるガス分子がＫｒガ
スやＡｒガスの場合、高周波電源Ｖｓから前記高周波ア
ンテナ３に通電される高周波電流の周波数は１３．５６
ＭＨｚとする。
周波アンテナ３に高周波電流を通電し、チャンバ２の図
１において左端部分をプラズマ状態とする。この雰囲気
で、ガス分子を解離・電離し、イオンや電子等の荷電粒
子を発生させる。例えば、電離されるガス分子がＫｒガ
スやＡｒガスの場合、高周波電源Ｖｓから前記高周波ア
ンテナ３に通電される高周波電流の周波数は１３．５６
ＭＨｚとする。
【００２３】また、磁場発生用コイルである空芯コイル
４を、励磁することにより、チャンバ２の一端から他端
にわたって一様静磁場が形成される。この磁束の方向
は、図１に矢印Ｂで示す通りであり、チャンバ２の中心
軸に沿って前記高周波アンテナ３から試料基板１２の方
向である。また例えば前記の例では、この一様静磁場の
磁束密度Ｂは、０．５ｋＧ〜３ｋＧ程度である。
４を、励磁することにより、チャンバ２の一端から他端
にわたって一様静磁場が形成される。この磁束の方向
は、図１に矢印Ｂで示す通りであり、チャンバ２の中心
軸に沿って前記高周波アンテナ３から試料基板１２の方
向である。また例えば前記の例では、この一様静磁場の
磁束密度Ｂは、０．５ｋＧ〜３ｋＧ程度である。
【００２４】さらに、図１及び図２に示すように、回転
電場形成アンテナ５のアンテナセグメント５ａ〜５ｄに
それぞれ高周波電源Ｖｒｆ−ａ〜Ｖｒｆ−ｄによる高周
波電圧を印加することにより、試料基板１２の表面近く
にその高周波と等しい周波数の回転電場を形成する。
電場形成アンテナ５のアンテナセグメント５ａ〜５ｄに
それぞれ高周波電源Ｖｒｆ−ａ〜Ｖｒｆ−ｄによる高周
波電圧を印加することにより、試料基板１２の表面近く
にその高周波と等しい周波数の回転電場を形成する。
【００２５】前述のように、空芯コイル４により磁化さ
れた状態下で、高周波アンテナ３により形成されたプラ
ズマ、いわゆる磁化プラズマの中で電離し、発生した電
子−ｅや価数Ｚの各種イオン＋Ｚｅ等の荷電粒子は、サ
イクロトロン運動をしている。いまここで、図１の左下
に示すように、同図において紙面前後方向にｘ軸、左右
方向にｚ軸、上下方向にｙ軸の座標を定義する。図３
は、このｘ−ｙ−ｚ座標系のｘ−ｙ平面における荷電粒
子である正イオンの運動を模式的に示しており、図４
は、ｙ−ｚ平面における荷電粒子である正イオンの運動
を模式的に示している。
れた状態下で、高周波アンテナ３により形成されたプラ
ズマ、いわゆる磁化プラズマの中で電離し、発生した電
子−ｅや価数Ｚの各種イオン＋Ｚｅ等の荷電粒子は、サ
イクロトロン運動をしている。いまここで、図１の左下
に示すように、同図において紙面前後方向にｘ軸、左右
方向にｚ軸、上下方向にｙ軸の座標を定義する。図３
は、このｘ−ｙ−ｚ座標系のｘ−ｙ平面における荷電粒
子である正イオンの運動を模式的に示しており、図４
は、ｙ−ｚ平面における荷電粒子である正イオンの運動
を模式的に示している。
【００２６】前記のようにサイクロトロン運動している
各種サイクロトロンイオンは、図３に示すように、ｚ方
向の一様静磁場に垂直な面内、すなわちｘ−ｙ座標系平
面内でサイクロトロン運動しながら、図４に示すよう
に、回転電場形成アンテナ５により形成される高周波の
回転電場により、ｘ、ｙ、ｚ方向の電場成分による力Ｚ
ｅＥｘ、ＺｅＥｙ、ＺｅＥｚを受けながら、磁力線に沿
って加速または減速され、半導体ウエハ等の試料基板１
２に飛来してくる。
各種サイクロトロンイオンは、図３に示すように、ｚ方
向の一様静磁場に垂直な面内、すなわちｘ−ｙ座標系平
面内でサイクロトロン運動しながら、図４に示すよう
に、回転電場形成アンテナ５により形成される高周波の
回転電場により、ｘ、ｙ、ｚ方向の電場成分による力Ｚ
ｅＥｘ、ＺｅＥｙ、ＺｅＥｚを受けながら、磁力線に沿
って加速または減速され、半導体ウエハ等の試料基板１
２に飛来してくる。
【００２７】このとき、図３（Ａ）及び図４（Ａ）に示
すように、回転電場形成アンテナ５による回転電場の励
起周波数ωが、任意（ｉ種）のサイクロトロンイオン
（質量ｍｉ）が示すサイクロトロン周渡数ωci＝ＺｅＢ
／ｍiより小さい領域から、その周渡数ωciに近づいて
いくと、図３（Ａ）に点線で示すように、サイクロトロ
ン運動の速度ｖ⊥が回転電場形成アンテナ５による回転
電場より位相が少し進んでいるために減少し、そのイオ
ンが受ける磁力線方向、すなわちｚ方向の回転電場成分
Ｅｚの時間平均＜Ｅｚ＞が正となる。従って、そのイオ
ンは回転電場形成アンテナ５による回転電場の領域に引
き込まれていき、試料基板１２に飛来する。この時の時
間ｔの変化に伴うｚ方向の回転電場成分Ｅｚの２サイク
ル分の変化の例を模式的に図５（Ａ）に示す。
すように、回転電場形成アンテナ５による回転電場の励
起周波数ωが、任意（ｉ種）のサイクロトロンイオン
（質量ｍｉ）が示すサイクロトロン周渡数ωci＝ＺｅＢ
／ｍiより小さい領域から、その周渡数ωciに近づいて
いくと、図３（Ａ）に点線で示すように、サイクロトロ
ン運動の速度ｖ⊥が回転電場形成アンテナ５による回転
電場より位相が少し進んでいるために減少し、そのイオ
ンが受ける磁力線方向、すなわちｚ方向の回転電場成分
Ｅｚの時間平均＜Ｅｚ＞が正となる。従って、そのイオ
ンは回転電場形成アンテナ５による回転電場の領域に引
き込まれていき、試料基板１２に飛来する。この時の時
間ｔの変化に伴うｚ方向の回転電場成分Ｅｚの２サイク
ル分の変化の例を模式的に図５（Ａ）に示す。
【００２８】他方、図３（Ｂ）及び図４（Ｂ）に示すよ
うに、回転電場形成アンテナ５による回転電場の励起周
波数ωが、任意（ｉ種）のサイクロトロンイオン（質量
ｍi）が示すサイクロトロン周渡数ωci＝ＺｅＢ／ｍiよ
り大きい領域から、その周渡数ωciに近づいていくと、
図３（Ｂ）に点線で表すように、サイクロトロン運動の
速度ｖ⊥が増加し、そのイオンが受ける磁力線方向、す
なわちｚ方向の回転電場成分Ｅｚの時間平均＜Ｅｚ＞が
負となる。従って、そのイオンは回転電場形成アンテナ
５による回転電場の領域で減速あるいは反射され、試料
基板１２に低エネルギで飛来するかあるいは飛来しな
い。この時の時間ｔの変化に伴うｚ方向の回転電場成分
Ｅｚの２サイクル分の変化を模式的に図５（Ｂ）に示
す。
うに、回転電場形成アンテナ５による回転電場の励起周
波数ωが、任意（ｉ種）のサイクロトロンイオン（質量
ｍi）が示すサイクロトロン周渡数ωci＝ＺｅＢ／ｍiよ
り大きい領域から、その周渡数ωciに近づいていくと、
図３（Ｂ）に点線で表すように、サイクロトロン運動の
速度ｖ⊥が増加し、そのイオンが受ける磁力線方向、す
なわちｚ方向の回転電場成分Ｅｚの時間平均＜Ｅｚ＞が
負となる。従って、そのイオンは回転電場形成アンテナ
５による回転電場の領域で減速あるいは反射され、試料
基板１２に低エネルギで飛来するかあるいは飛来しな
い。この時の時間ｔの変化に伴うｚ方向の回転電場成分
Ｅｚの２サイクル分の変化を模式的に図５（Ｂ）に示
す。
【００２９】このようにして、回転電場形成アンテナ５
による回転電場の周波数ωを、目的とする荷電粒子のサ
イクロトロン周波数ωciを中心としてそれより大または
小に制御することにより、サイクロトロン運動をする荷
電粒子のｚ方向の案内中心加速度を正方向と負方向とに
変化させ、その荷電粒子をエネルギ制御しながら試料基
板１２に飛来させるか否かを制御することができる。ω
≫ωciあるいはω≪ωciの場合は、図３（Ａ）（Ｂ）の
実線で表すサイクロトロン運動を示し、その案内中心速
度は初期飛来速度に等しい。磁化プラズマ領域における
サイクロトロンイオン（質量ｍi）のサイクロトロン周
渡数は、ωci＝ＺｅＢ／ｍiとなり、そのイオンの質量
ｍiに依存する。このため、回転電場形成アンテナ５に
よる回転電場の周波数ωを任意に選ぶことによって、質
量あるいは価数の異なる複数種のサイクロトロンイオン
が存在する中から、イオンサイクロトロン周波数ωciの
特定のサイクロトロンイオンをエネルギ制御しながら試
料基板１２に飛来させるか否かを任意に制御することが
できるようになる。
による回転電場の周波数ωを、目的とする荷電粒子のサ
イクロトロン周波数ωciを中心としてそれより大または
小に制御することにより、サイクロトロン運動をする荷
電粒子のｚ方向の案内中心加速度を正方向と負方向とに
変化させ、その荷電粒子をエネルギ制御しながら試料基
板１２に飛来させるか否かを制御することができる。ω
≫ωciあるいはω≪ωciの場合は、図３（Ａ）（Ｂ）の
実線で表すサイクロトロン運動を示し、その案内中心速
度は初期飛来速度に等しい。磁化プラズマ領域における
サイクロトロンイオン（質量ｍi）のサイクロトロン周
渡数は、ωci＝ＺｅＢ／ｍiとなり、そのイオンの質量
ｍiに依存する。このため、回転電場形成アンテナ５に
よる回転電場の周波数ωを任意に選ぶことによって、質
量あるいは価数の異なる複数種のサイクロトロンイオン
が存在する中から、イオンサイクロトロン周波数ωciの
特定のサイクロトロンイオンをエネルギ制御しながら試
料基板１２に飛来させるか否かを任意に制御することが
できるようになる。
【００３０】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明による荷電粒
子制御装置と方法では、回転電場形成アンテナ５による
回転電場の周波数ωを目的とするサイクロトロンイオン
（質量ｍi）のサイクロトロン周渡数ωci＝ＺｅＢ／ｍi
の付近でその大小に変化させることによって特定のサイ
クロトロンイオンを選択し、そのエネルギを制御するこ
とが可能である。そして、重ね合わせの原理が適用でき
るので、各種サイクロトロンイオンに動重力を同時に作
用させ、それらのエネルギを独立に制御できる。その結
果、次のような効果が得られる。
子制御装置と方法では、回転電場形成アンテナ５による
回転電場の周波数ωを目的とするサイクロトロンイオン
（質量ｍi）のサイクロトロン周渡数ωci＝ＺｅＢ／ｍi
の付近でその大小に変化させることによって特定のサイ
クロトロンイオンを選択し、そのエネルギを制御するこ
とが可能である。そして、重ね合わせの原理が適用でき
るので、各種サイクロトロンイオンに動重力を同時に作
用させ、それらのエネルギを独立に制御できる。その結
果、次のような効果が得られる。
【００３１】第一に、混合プラズマから質量の異なる任
意のイオン種を試料基板表面に飛来させたり、試料基板
表面から遠ざけるなどの選択性を既存のプラズマプロセ
ス装置において適用できるので、１台の混合プラズマ源
を用いて、各種荷電粒子を任意に選択し、同一試料基板
上に供給できる。これによって、各原料毎の供給装置に
試料を搬送していたプロセス工程が簡略化される。
意のイオン種を試料基板表面に飛来させたり、試料基板
表面から遠ざけるなどの選択性を既存のプラズマプロセ
ス装置において適用できるので、１台の混合プラズマ源
を用いて、各種荷電粒子を任意に選択し、同一試料基板
上に供給できる。これによって、各原料毎の供給装置に
試料を搬送していたプロセス工程が簡略化される。
【００３２】第二に、不活性イオンのエネルギを調節し
て、間接的にラジカルなどの励起活性種の密度とエネル
ギを制御することが可能である。第三に、電子に動重力
を作用させ、試料基板ヘの飛来を抑制する結果、電荷蓄
積によるエッチング時の構造破壊、絶縁破壊を軽減する
ことができる。第四に、基板へ到達したイオンは、基板
面方向の運動量を合わせ持つので、基板面上における粒
子拡散（マイグレーション）を促進することが可能であ
る。これまで、マイグレーションを制御するには基板加
熱が本質的な役割を果たしていたので、本方式によれ
ば、超低温プラズマプロセスが可能となる。
て、間接的にラジカルなどの励起活性種の密度とエネル
ギを制御することが可能である。第三に、電子に動重力
を作用させ、試料基板ヘの飛来を抑制する結果、電荷蓄
積によるエッチング時の構造破壊、絶縁破壊を軽減する
ことができる。第四に、基板へ到達したイオンは、基板
面方向の運動量を合わせ持つので、基板面上における粒
子拡散（マイグレーション）を促進することが可能であ
る。これまで、マイグレーションを制御するには基板加
熱が本質的な役割を果たしていたので、本方式によれ
ば、超低温プラズマプロセスが可能となる。
【００３３】これにより、高集積化、大口径化するＳｉ
半導体、高性能化へ向けたＳｉに変わるＧａＡｓ等の化
合物半導体、超伝導膜、オプトエレクトロニクス用半導
体、光ＩＣ用誘電体膜、超ＬＳＩ用薄膜等の微細加工に
対応でき、それら素子作製におけるプロセス工程を簡略
化でき、現存の技術に比べて、容易に作製することが可
能となる。また、電荷蓄積などによるエッチング時の構
造破壊や絶縁破壊を大いに軽減することが可能となるこ
とから、半導体製造時における不良率の軽減を図ること
ができる。
半導体、高性能化へ向けたＳｉに変わるＧａＡｓ等の化
合物半導体、超伝導膜、オプトエレクトロニクス用半導
体、光ＩＣ用誘電体膜、超ＬＳＩ用薄膜等の微細加工に
対応でき、それら素子作製におけるプロセス工程を簡略
化でき、現存の技術に比べて、容易に作製することが可
能となる。また、電荷蓄積などによるエッチング時の構
造破壊や絶縁破壊を大いに軽減することが可能となるこ
とから、半導体製造時における不良率の軽減を図ること
ができる。
【図１】本発明の一実施形態による荷電粒子制御装置を
示す概略縦断側面図である。
示す概略縦断側面図である。
【図２】同実施形態による荷電粒子制御装置を示す回転
電場形成アンテナから試料基板側を見た正面図である。
電場形成アンテナから試料基板側を見た正面図である。
【図３】同実施形態による荷電粒子制御装置における回
転電場形成アンテナ付近における荷電粒子の運動を表す
正面図である。
転電場形成アンテナ付近における荷電粒子の運動を表す
正面図である。
【図４】同実施形態による荷電粒子制御装置における回
転電場形成アンテナ付近における荷電粒子の運動を表す
側面図である。
転電場形成アンテナ付近における荷電粒子の運動を表す
側面図である。
【図５】同実施形態による荷電粒子制御装置における回
転電場形成アンテナ付近における時間ｔの変化に伴うｚ
方向の回転電場成分Ｅｚの２サイクル分の変化を模式的
に示すグラフである。
転電場形成アンテナ付近における時間ｔの変化に伴うｚ
方向の回転電場成分Ｅｚの２サイクル分の変化を模式的
に示すグラフである。
３ 高周波アンテナ
４ 空芯コイル
５ 回転電場形成アンテナ
１２ 試料基板
１３ ディテクタ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 冨田 玄隆
茨城県東茨城郡茨城町長岡3781−１ 茨
城県工業技術センター内
(72)発明者 鴨志田 武
茨城県東茨城郡茨城町長岡3781−１ 茨
城県工業技術センター内
(72)発明者 石川 友彦
茨城県東茨城郡茨城町長岡3781−１ 茨
城県工業技術センター内
(56)参考文献 特開 平９−289193（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−224156（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−335277（ＪＰ，Ａ)
特開 昭57−141852（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 21/3065
B01J 19/08
H01L 21/205
H05H 1/46
Claims (5)
- 【請求項１】 プラズマ空間中で発生し、荷電粒子の飛
来先側に飛来する荷電粒子を選択的にエネルギ制御する
荷電粒子制御装置であって、荷電粒子を発生させるプラ
ズマ空間を有し、このプラズマ空間で発生した荷電粒子
の飛行経路を磁化して、荷電粒子をサイクロトロン運動
させる磁場空間とし、荷電粒子の飛行方向と直交する平
面上で回転し、その回転周波数を荷電粒子のサイクロト
ロン周波数の付近でそれより大または小に制御すること
により、サイクロトロン運動をする荷電粒子の案内中心
加速度を磁力線方向に沿って正方向と負方向とに変化さ
せる回転電場を荷電粒子の飛来先側の前に自己形成され
るシース区間にわたって形成したことを特徴とする荷電
粒子制御装置。 - 【請求項２】 プラズマ空間中で発生し、荷電粒子の飛
来先側に飛来する荷電粒子を選択的にエネルギ制御する
荷電粒子制御装置であって、希薄ガス雰囲気中にプラズ
マ空間を発生させる高周波アンテナ（３）と、この高周
波アンテナ（３）側のプラズマ空間で発生した荷電粒子
の飛行経路を磁化して磁場空間とすることにより、発生
した荷電粒子をサイクロトロン運動させる空芯コイル
（４）と、荷電粒子の飛来先側に荷電粒子の飛行方向と
直交する平面上で回転する回転電場を形成し、その回転
電場の周波数を荷電粒子のサイクロトロン周波数の付近
でそれより大または小に制御することにより、サイクロ
トロン運動をする荷電粒子の案内中心加速度を磁力線方
向に沿って正方向と負方向とに変化させる回転電場形成
アンテナ（５）とを有することを特徴とする荷電粒子制
御装置。 - 【請求項３】 荷電粒子の飛来先が荷電粒子を表面に受
ける試料基板（１２）であることを特徴とする請求項１
または２に記載の荷電粒子制御装置。 - 【請求項４】 荷電粒子の飛来先側に、荷電粒子束を検
出するディテクタ（１３）を備えたエネルギ選択型質量
分析器（８）を設けたことを特徴とする請求項１〜３の
何れかに記載の荷電粒子制御装置。 - 【請求項５】 プラズマ空間中で発生し、荷電粒子の飛
来先側に飛来する荷電粒子を選択的にエネルギ制御する
荷電粒子制御方法であって、磁化されたプラズマ空間で
サイクロトロン運動をする荷電粒子を発生させ、このプ
ラズマ空間で発生した荷電粒子が飛来する飛来先側に、
荷電粒子の飛行方向と直交する平面上で回転する回転電
場を形成し、この回転電場の周波数を荷電粒子のサイク
ロトロン周波数の付近でそれより大または小に制御する
ことにより、サイクロトロン運動をする荷電粒子の案内
中心加速度を磁力線方向に沿って正方向と負方向とに変
化させることを特徴とする荷電粒子制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000350409A JP3377784B2 (ja) | 2000-11-17 | 2000-11-17 | 荷電粒子制御装置及び方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000350409A JP3377784B2 (ja) | 2000-11-17 | 2000-11-17 | 荷電粒子制御装置及び方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002158209A JP2002158209A (ja) | 2002-05-31 |
| JP3377784B2 true JP3377784B2 (ja) | 2003-02-17 |
Family
ID=18823636
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000350409A Expired - Fee Related JP3377784B2 (ja) | 2000-11-17 | 2000-11-17 | 荷電粒子制御装置及び方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3377784B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101357123B1 (ko) | 2009-01-15 | 2014-02-04 | 가부시키가이샤 히다치 하이테크놀로지즈 | 플라즈마 처리장치 |
| JP5705290B2 (ja) * | 2009-01-15 | 2015-04-22 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | プラズマ処理装置 |
| JP5410950B2 (ja) * | 2009-01-15 | 2014-02-05 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | プラズマ処理装置 |
| CN115117621B (zh) * | 2022-07-12 | 2023-11-14 | 成都航空职业技术学院 | 一种超高速飞行通信方法以及超高速飞行天线系统 |
-
2000
- 2000-11-17 JP JP2000350409A patent/JP3377784B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2002158209A (ja) | 2002-05-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4876983A (en) | Plasma operation apparatus | |
| TW312815B (ja) | ||
| US4894510A (en) | Apparatus for uniformly distributing plasma over a substrate | |
| US20170218514A1 (en) | Substrate processing apparatus | |
| US5345145A (en) | Method and apparatus for generating highly dense uniform plasma in a high frequency electric field | |
| KR970005035B1 (ko) | 플라즈마발생방법 및 그 장치 | |
| US6335268B1 (en) | Plasma immersion ion processor for fabricating semiconductor integrated circuits | |
| JPH09283300A (ja) | プラズマ処理装置 | |
| JP4593413B2 (ja) | プラズマ処理方法及び処理装置 | |
| JP3377784B2 (ja) | 荷電粒子制御装置及び方法 | |
| JP2546405B2 (ja) | プラズマ処理装置ならびにその運転方法 | |
| US9426875B2 (en) | Method for producing plasma flow, method for plasma processing, apparatus for producing plasma, and apparatus for plasma processing | |
| JP3973283B2 (ja) | プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 | |
| JP2010212731A (ja) | プラズマ処理方法 | |
| JPH05335277A (ja) | プラズマ処理装置 | |
| JPS61125133A (ja) | 低温プラズマ電磁界制御機構 | |
| JPH076998A (ja) | マイクロ波プラズマ処理装置 | |
| JP2851765B2 (ja) | プラズマ発生方法およびその装置 | |
| JP2001160553A (ja) | プラズマ装置 | |
| JPH0650724B2 (ja) | 低温プラズマ電磁界制御機構 | |
| JP3205542B2 (ja) | プラズマ装置 | |
| JPH09275097A (ja) | 半導体製造装置及び半導体製造方法 | |
| JP3686563B2 (ja) | 半導体装置の製造方法およびプラズマ処理装置 | |
| WO2024241460A1 (ja) | プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法 | |
| JPS60218826A (ja) | 薄膜形成方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081206 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091206 Year of fee payment: 7 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |