JPH01120826A - 表面処理方法および表面処理装置 - Google Patents

表面処理方法および表面処理装置

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JPH01120826A
JPH01120826A JP62277412A JP27741287A JPH01120826A JP H01120826 A JPH01120826 A JP H01120826A JP 62277412 A JP62277412 A JP 62277412A JP 27741287 A JP27741287 A JP 27741287A JP H01120826 A JPH01120826 A JP H01120826A
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JP
Japan
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surface treatment
particle beam
negative
treatment method
neutral particle
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Pending
Application number
JP62277412A
Other languages
English (en)
Inventor
Tatsumi Mizutani
水谷 巽
Keizo Suzuki
敬三 鈴木
Shigeru Nishimatsu
西松 茂
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、エツチング、デポジション、表面クリーニン
グなどの表面処理技術に係り、特に低損傷の表面処理を
行うのに好適な中性粒子ビームを用いる表面処理技術に
関する。
〔従来の技術〕
近年、半導体集積回路など電子デバイスの製造プロセス
において、プラズマを利用する表面処理技術が広範に用
いられている。ここで表面処理とは表面に物質を堆積(
デポジション、エピタキシー)させたり1表面から物質
を除去(エツチング)したり1表面の物理・化学的性質
を変化(酸化・窒化等)させたりすることをいう、プラ
ズマプロセスの利点は低温で表面処理が可能である。微
細加工性に優れている点などであるが、一方、粒子エネ
ルギが大きいことや荷電粒子が入射することなどによる
素子損傷の問題がある。このため、プラズマに代って低
エネルギの中性粒子ビームを利用する表面処理技術が開
発されつつある0例えば。
公開特許公報昭60−88550号に開示されている中
性高速粒子ビーム装置では、イオン源から引出したCQ
÷、CQz+などの正イオンを電荷交換反応によって中
性化して、中性粒子ビームを形成し、これを試料に照射
する方法が記載されている。また。
つ′アキュアム34 (1984年)第259頁から第
261頁(Vaeuum34 (1984)P P  
2 5 9 −2 6 1 )に論じられているように
、所謂アキレス型イオン源を中性粒子ビーム源として利
用することが検討されている。このイオン源で形成され
るイオンビームは、イオンが射出されるアパーチャ近傍
で大部分が中性化され、実質的に中性粒子ビームが得ら
れることを利用するものである。
いずれの装置の場合にも、試料表面に電気的に中性な粒
子ビームを照射するので、特に絶縁膜の表面処理におい
て表面帯電の影響を受けることなく、すなわち、絶縁膜
の絶縁破壊や、表面帯電による入射ビームの減速、偏向
などの問題のない表面処理ができる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記従来技術では、上記のように電気的に中性な粒子ビ
ームを照射して、特に絶縁膜表面に対して損傷の少い表
面処理ができるが、得られる中性粒子ビームのフラック
スが充分大きくなく、特にエツチングなどの目的のため
には、充分な処理速度が得られない問題があった。また
、特にマキレス型イオン源による中性粒子ビームの場合
には、ビームの発散角が7〜10°程度と大きく、大口
径の試料の表面処理においては、試料周辺で、ビームが
斜め入射するという問題もある。
本発明の目的は、より高フラツクスの中性粒子ビームを
形成する方法を提供し、中性粒子ビームによる表面処理
時間の短縮を図り、実用的な表面処理技術とすることに
ある。
さらに本発明の別の目的は、中性粒子ビーム中にイオン
ビームが混入あるいは残留していても、被処理試料に大
きな損傷を発生させないで表面処理ができる方法を提供
することである。
〔問題点を解決するための手段〕
上記目的を達成するため1本発明では、負イオンビーム
を形成し、この負イオンの中性化により。
中性粒子ビームを得ることを特徴とする特に放電プラズ
マ中で電子付着などの反応により、負イオンを生成し易
い、ハロゲン化合物のガスプラズマを用いると高密度の
負イオンが生成できる。これから、所望のエネルギに加
速して引出した負イオンビームを低圧ガス中を通過させ
ることにより、電荷交換反応などの機構により負イオン
が電子を失って中性化され、高フラツクスの中性粒子ビ
ームを得ることができる。負イオンは、プラズマ中で生
成できるほか、熱フィラメントから放出される熱電子を
ハロゲン化合物ガス中に供給することにより、電子付着
反応を生じさせて生成することができる。
(作用〕 本発明は、以上のように負イオンの中性化により、中性
粒子ビームを形成することを特徴としているが、負イオ
ンの中性化は容易で、高フラツクスの中性粒子ビームを
得ることができる1本発明者らの実験によれば1例えば
SFsガスのグロー放電プラズマから、運動エネルギ約
300eVの負イオンビームを引出すと、ビーム中に含
まれる負イオンにはS Fa−、5Fa−* S Fa
−、S Fa−などがあるが、10−’TorrのSF
eガス中を10〜201通過すると70〜80%の負イ
オンが中性化され、運動エネルギ約300eVの中性粒
子ビームを得ることができた1通常、正イオンビームを
中性化する場合には、同程度のガス圧力とイオンビーム
通過距離では、正イオンが中性化される割合は10%程
度であり、上記負イオンの中性化率は相当大きいことが
わかる。また、他のハロゲン化合物ガス、例えばCFa
、NFs。
CCQa、CCf1zFat CCQaF、CzFet
CaFs* B CQsg B Fat CQte F
t、などのプラズマから引出した負イオンビームについ
ても同様に高い中、化率が得られ、典型的には、0.1
〜0 、5 m A / al”相当以上のフラックス
密度の中性粒子ビームを得ることができた。
本発明のように負イオンビームを中性化したビームを試
料表面に照射して表面処理する方法によれば、ビーム中
に中性化されない負イオンが残留していて、これが絶縁
物表面に照射される場合でも、正イオンが照射される場
合に比べて、絶縁膜中に生成される損傷の程度は小さい
、何故なら。
一般に粒子ビームが固体表面に入射すると2次電子が放
出されるが、正イオン入射の場合は、正イオン入射、2
次電子放出のいずれも表面帯電を増大させるのに対し、
負イオン入射の場合には、負イオン入射と、2次電子放
出は表面帯電を相殺する方向に作用し、表面電位は比較
的小さな値に保たれるからである。負イオンビームには
以上のような特徴があるため、負イオンビームを中性化
した中性粒子ビームを用いる中性粒子ビーム表面処理方
法では、ビーム中に残留する負イオンを完全に除去しな
いで使うこともできる利点がある。
〔実施例〕
以下、本発明の一実施例を第1図により説明する。
有磁場マイクロ波プラズマ源の放電管1にSFeガスを
ガス供給口2を通じて3X10−’Torrの圧力にな
るよう供給し、マイクロ波発振器3から導波管4を通じ
て放電管1にマイクロ波を供給してプラズマを発生させ
た空心コイル12に通電して放電空間に磁場を形成した
。プラズマ中には、SFeおよびS F 4 t S 
F zなどの解離生成物の正負イオンが発生するが、2
葉の多孔電極5にそれぞれ正負の電圧を印加して、負イ
オンを数100eV程度の所望のエネルギに加速して引
出した。
この時同時に電子ビームも引出されるので、これを負イ
オンビームと分離して除外するため、ビーム引出し部属
後に磁石6を配置した。磁石6による磁場は数100e
Vの負イオンビームを引出す場合、通常50ガウス程度
でよい0例えば、200eVの電子が50ガウスの磁場
で偏向されるときの曲率半径は約11であり、5Fz−
イオンの偏向の曲率半径は2401である。従って、1
〜2amの磁場中をビームが通過する間に、電子は偏向
されて、ビームから除去され、負イオンビームは実質的
に直進すると考えてよい、ただしビーム中心軸を回転軸
として磁石を回転すると表面処理の均一性を改善できる
効果がある。真空槽7内のガス圧力は多孔電極5を通じ
て流入するSFeガスのほか、ガス供給孔8からもSF
@ガスが供給されて、2×10″″’Torrとした。
負イオンビームは真空槽7内を約15al1通過する間
に、大部分のイオンが電荷を失い、運動エネルギを維持
したまま中性粒子ビームとなって直進する0表面処理す
べき試料9の前面には、複数個のグリッド電極10が配
置されて各々に正負の電圧を印加して、ビーム中の残留
負イオンのほか、少量混入する正イオンや電子を阻止し
て、中性粒子ビームのみを試料9に照射した0通常、同
様な方法で、正イオンビームを形成し、これを中性化し
て得られる中性粒子ビームのフラックス密度は約101
番個/I2・seeの程度であるのに対し、本方法で形
成した場合は、約IQIB個/rye”・secのフラ
ックス密度が得られた0本実施例で得られる中性粒子ビ
ームは、Si、Wなど半導体素子材料のエツチングに利
用することができる0本実施例で用いたSFeガスの代
りにハロゲンもしくは酸素を構成元素として含む他のガ
スを用いても同程度に高フラツクス密度の中性粒子ビー
ムを得ることができた、これらのガスとしては、CF4
゜C2F61 CaFs、CHFa、CCn+、CCQ
zFz*CCQ sF 、  S i C0番、NFa
、  BCQat  BFseFz+ CQ x、 C
O、Oxがあげられる。これらのガスは単独で用いた場
合、複数種を混合して用いた場合、さらにはこれら以外
の他のガスが混合された場合のいずれの場合でも典型的
な中性粒子ビームフラックス密度として1Q15〜10
工6個/■2・sacが得られた。
なお、本実施例では、試料に中性粒子ビームを照射する
に先立って、複数個のグリッド電極により、ビーム中に
残存する負イオンビームを阻止しているが、このグリッ
ド電極がない場合には、中性粒子と負イオンが混在した
ビームが試料に照射される。このとき、試料表面に薄い
絶縁膜がある場合でも、絶縁膜の耐圧劣化は生じなかっ
た。負イオンが照射されても、2次電子が放出され、−
定の負電位になるとともに2次電子放出係数が1になっ
てバランスするためと考えられる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、高フラツクス密度の中性粒子ビームを
生成できるので、中性粒子ビーム照射によるエツチング
、デポジションなどの表面処理の速度向上を図ることが
できる0本発明の方法によれば典型的な中性粒子ビーム
のフラックス密度としてエネルギ数100eVで101
1S〜10xa個/am”seeが得られ、かつ、直径
15C!1以上の広い中性粒子ビームを生成できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の一実施例の表面処理装置の構成図で
ある。 1・・・放電管、2・・・ガス供給口、3・・・マイク
ロ波発振器、4・・・導波管、5・・・多孔な極、6・
・・磁石、7・・・真空槽、8・・・ガス導入口、9・
・・試料、1o・・・グリッド電極、11・・・排気ポ
ンプ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、負イオンビームを中性化して得られる中性粒子ビー
    ムを試料表面に照射することを含む表面処理方法。 2、請求範囲第1項に記載の表面処理方法において、該
    負イオンがハロゲンを構成原子として含むことを特徴と
    する表面処理方法。 3、請求範囲第1項乃至第2項に記載の表面処理方法に
    おいて、該負イオンビームを放電プラズマから引出して
    形成するか、もしくは電子付着反応によつて形成するこ
    とを特徴とする表面処理方法。 4、請求範囲第3項に記載の表面処理方法において、該
    放電プラズマが有磁場マイクロ波放電プラズマであるこ
    とを特徴とする表面処理方法。 5、請求範囲第1項乃至第4項に記載の表面処理方法に
    おいて、該粒子ビーム中の残留イオンを電磁具の作用に
    より偏向もしくは阻止して、中性粒子ビームのみを試料
    表面に照射することを特徴とする表面処理方法。 6、請求範囲第1項乃至第5項に記載の表面処理方法に
    おいて、該負イオンビームをハロゲンもしくは酸素を構
    成原子として含む原子ガス分子ガス中を通過させて負イ
    オンの中性化することを特徴とする表面処理方法。 7、請求範囲第6項に記載の表面処理方法において、該
    分子ガスがSF_6、CF_4、C_2F_6、C_3
    F_3、CHF_3、CCl_4、CCl_2F_2、
    CCl_3F、SiCl_4、NF_3、BCl_3、
    BF_3、F_2、Cl_2、CO、O_2のうちの少
    くとも1つからなることを特徴とする表面処理方法。 8、負イオンビームを形成する手段と負イオンを中性化
    して中性粒子ビームを得る手段と該中性粒子ビームを試
    料表面に照射する手段とで構成される表面処理装置。
JP62277412A 1987-11-04 1987-11-04 表面処理方法および表面処理装置 Pending JPH01120826A (ja)

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JP (1) JPH01120826A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5462629A (en) * 1992-08-28 1995-10-31 Kawasaki Steel Corp. Surface processing apparatus using neutral beam
US5762814A (en) * 1990-09-28 1998-06-09 Hitachi, Ltd. Plasma processing method and apparatus using plasma produced by microwaves

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5762814A (en) * 1990-09-28 1998-06-09 Hitachi, Ltd. Plasma processing method and apparatus using plasma produced by microwaves
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