JPH0375976B2 - - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は電子ビームによつてイオンを生成し、
生成されたイオンを試料に照射する電子ビーム励
起イオン照射装置に関する。[Detailed description of the invention] (Industrial application field) The present invention generates ions by an electron beam,
The present invention relates to an electron beam excited ion irradiation device that irradiates a sample with generated ions.
（従来の技術）
現在、イオン照射装置が集積回路の微細加工等
に用いられているが、今日知られているイオン照
射装置はDC放電、RF放電あるいはECR（電子サ
イクロトロン共鳴）によつてプラズマを発生し、
このプラズマのうちイオンのみを電界によつて引
き出し、これによつて試料にイオンを照射してい
る。(Prior Art) Currently, ion irradiation equipment is used for microfabrication of integrated circuits, etc., but the ion irradiation equipment known today generates plasma by DC discharge, RF discharge, or ECR (electron cyclotron resonance). occurs,
Only ions from this plasma are extracted by an electric field, and the sample is thereby irradiated with ions.
（発明が解決しようとする問題点）
試料に大きなダメージを残すことなく、イオン
ビームエツチング等を有効に行うためには低エネ
ルギー領域において大電流イオンビームを照射す
ることが必要であるが、従来の装置においてはイ
オンビーム電流を低エネルギー領域において大き
くできなかつた。従来は低エネルギー領域におい
てイオンビーム電流は10ｍＡ／cm2以下であつた。(Problem to be solved by the invention) In order to effectively perform ion beam etching, etc. without leaving major damage to the sample, it is necessary to irradiate a large current ion beam in a low energy region. In the device, it was not possible to increase the ion beam current in the low energy region. Conventionally, the ion beam current in the low energy region was 10 mA/cm 2 or less.
本発明者等は、先に、低エネルギー領域におい
て大電流イオンビームを照射することのできる装
置を提案した（特開昭61−273840）。この装置は、
プラズマ領域、加速陰極、電子ビーム加速領域、
加速陰極、イオン生成領域及びターゲツト陰極が
この順に設けられており、前記加速陽極に対して
負の電位を前記ターゲツト陰極に与え、かつこの
電位を制御することのできる手段と、前記イオン
生成領域いおいて生成された正イオンまたは負イ
オンを吸引し、このイオンの照射を受けるイオン
被照射体が設置されるイオン被照射体設置部とに
より構成されている。この装置では、低エネルギ
ー領域において大電流イオンビームを照射でき、
半導体基板等に結晶欠陥を生じることなく試料の
加工を行うことができるが、イオン被照射体設置
部の電位を制御する手段を設けており、イオン被
照射体設置部は導電体である必要がある。 The present inventors previously proposed an apparatus capable of irradiating a large current ion beam in a low energy region (Japanese Patent Laid-Open No. 61-273840). This device is
plasma region, acceleration cathode, electron beam acceleration region,
An accelerating cathode, an ion generating region, and a target cathode are provided in this order, and means capable of applying a negative potential to the target cathode with respect to the accelerating anode and controlling this potential; and an ion irradiation object installation section in which an ion irradiation object is installed, which attracts positive ions or negative ions generated in the irradiation chamber and receives irradiation with the ions. This device can irradiate a high current ion beam in a low energy region.
Although it is possible to process samples without creating crystal defects in semiconductor substrates, etc., a means is provided to control the potential of the ion irradiation target installation area, and the ion irradiation target installation area must be a conductor. be.
LSI製造過程において、絶縁薄膜のイオンエツ
チングの必要性が増大しているが、この装置で
は、絶縁体試料に対してイオンビームを照射しよ
うとすると、試料表面の帯電により表面と基盤と
の間に電位差が生じ、薄膜の絶縁破壊が発生しや
すい。これを避けるためには精密な基盤電位の制
御が必要である。 In the LSI manufacturing process, the need for ion etching of insulating thin films is increasing, but with this equipment, when attempting to irradiate an ion beam onto an insulator sample, the electrical charge on the sample surface causes a gap between the surface and the substrate. A potential difference occurs and dielectric breakdown of the thin film is likely to occur. To avoid this, precise control of the substrate potential is required.
（問題点を解決するための手段）
本発明は、電子ビームによつて励起されたプラ
ズマ中からイオンビームを引き出して試料に照射
する装置において、イオン被照射体の電位を浮動
電位に保つことを特徴とする。(Means for Solving the Problems) The present invention provides an apparatus for extracting an ion beam from plasma excited by an electron beam and irradiating a sample with the ion beam, which maintains the potential of the ion irradiated body at a floating potential. Features.
（作用）
プラズマ領域中の電子が加速陽極によつて引き
出されたイオン生成領域内に突入する。突入した
電子はイオン生成領域内の不活性ガス（または金
属蒸気）と衝突してイオンを生成するが、このイ
オンの逆流によつて、加速陰極の出口付近に負の
ポテンシヤルバリヤが成形されることが防止され
る。従つて、プラズマ領域のプラズマ密度に比例
する大電流電子ビームがイオン生成領域に流入す
ることができる。本発明においては、イオン被照
射体の電位が浮動電位に保たれている。浮動電位
は、流入する電子とイオンの数が等しく、全電流
が打ち消されて零になる状態である。プラズマ電
位と浮動電位にある試料の電位の差（入射イオン
のエネルギーに相当）は、プラズマの電子温度
（電子のエネルギー分布）によつて強く影響され
る。エネルギーの大きい電子がプラズマ中に多く
なつてくると、流入する電子電流が増えることに
なる。従つて、浮動電位にある試料は負に帯電
し、流入する電子電流が減少する。こうして、イ
オン電流と等しくなるまで浮動電位が低下して再
びつり合いが保たれる。本発明では、入射電子ビ
ームによつてプラズマが生成されており、試料設
置部付近のプラズマ中に存在する電子及び電子ビ
ームのエネルギー分布の形は、電子ビームの加速
電圧、ビーム電流、イオン生成領域のガス圧もし
くは加速陽極の試料設置部との距離を変化させる
ことにより大幅に制御することができる、このよ
うにして、試料設置部の電位を浮動電位状態にし
たままイオンエネルギーを制御することが可能で
ある。この場合、試料は誘電体である必要はな
い。(Operation) Electrons in the plasma region rush into the ion generation region extracted by the accelerating anode. The incoming electrons collide with the inert gas (or metal vapor) in the ion generation region to generate ions, but the backflow of these ions forms a negative potential barrier near the exit of the accelerating cathode. is prevented. Therefore, a high current electron beam proportional to the plasma density in the plasma region can flow into the ion generation region. In the present invention, the potential of the ion irradiated object is maintained at a floating potential. A floating potential is a state in which the number of incoming electrons and ions is equal, and the total current is canceled out to zero. The difference between the plasma potential and the potential of the sample at the floating potential (corresponding to the energy of the incident ions) is strongly influenced by the plasma electron temperature (electron energy distribution). As the number of high-energy electrons increases in the plasma, the inflowing electron current increases. Therefore, the sample at a floating potential becomes negatively charged and the incoming electron current is reduced. In this way, the floating potential is reduced until it equals the ionic current and is rebalanced. In the present invention, plasma is generated by an incident electron beam, and the shape of the energy distribution of the electrons and the electron beam existing in the plasma near the sample installation part is determined by the accelerating voltage of the electron beam, the beam current, and the ion generation area. The ion energy can be controlled significantly by changing the gas pressure or the distance between the accelerating anode and the sample installation area.In this way, the ion energy can be controlled while the potential at the sample installation area remains in a floating potential state. It is possible. In this case, the sample does not need to be dielectric.
（実施例）
第１図は、本発明の電子ビーム励起イオン照射
装置の一実施例の概略図である。カソード１、ア
ノードを兼ねる加速陰極２、加速陰極３及び試料
設置部４がこの順で設けられている。カソード１
と加速陰極２との間はプラズマが充填するプラズ
マ領域５となり、加速陰極２と加速陰極３との間
がプラズマ領域５から引き出された電子を加速す
る電子ビーム加速領域６となり、加速陰極３と試
料設置部４との間がイオン生成領域７となる。カ
ソード１と加速陰極２との間には放電用電源８に
よつて電圧が与えられて、プラズマ領域５内にお
いてプラズマ生成放電が生じるようになつてい
る。加速陰極２と加速陰極３との間に電位差を生
ぜしめる加速電源９は、プラズマ領域５内の電子
を引き出し、かつイオン生成領域７中のイオンを
加速陰極２で引き出す。通常アルゴンガス等の不
活性ガスが流入口１１ａ，１１ｂから装置内部に
流入され、排出口１２ａ，１２ｂ，１２ｃから排
出される。また、本実施例において電子及びイオ
ンの進行方向に沿つて磁場が与えられており、電
子流及びイオン流の横方向の広がりが防止されて
いる。プラズマ領域５に設けられた仕切り１０
ａ，１０ｂはガスの圧力差をつけるためのもので
ある。(Embodiment) FIG. 1 is a schematic diagram of an embodiment of the electron beam excited ion irradiation apparatus of the present invention. A cathode 1, an accelerating cathode 2 that also serves as an anode, an accelerating cathode 3, and a sample installation section 4 are provided in this order. cathode 1
The space between the acceleration cathode 2 and the acceleration cathode 2 becomes a plasma region 5 filled with plasma, and the space between the acceleration cathode 2 and the acceleration cathode 3 becomes an electron beam acceleration region 6 that accelerates the electrons extracted from the plasma region 5. An ion generation region 7 is located between the sample installation section 4 and the sample installation section 4 . A voltage is applied between the cathode 1 and the accelerating cathode 2 by a discharge power source 8, so that a plasma-generating discharge is generated within the plasma region 5. An acceleration power source 9 that generates a potential difference between the acceleration cathode 2 and the acceleration cathode 3 extracts electrons in the plasma region 5 and ions in the ion generation region 7 with the acceleration cathode 2 . Usually, an inert gas such as argon gas is introduced into the apparatus through inlets 11a and 11b, and is discharged through exhaust ports 12a, 12b and 12c. Further, in this embodiment, a magnetic field is applied along the traveling direction of the electrons and ions, thereby preventing the electron flow and the ion flow from spreading in the lateral direction. Partition 10 provided in plasma region 5
a and 10b are for creating a gas pressure difference.
このように構成されたイオン照射装置は以下の
ように作動する。カソード１と加速陰極２と間の
放電によつてプラズマ領域５内にプラズマが発生
する。このプラズマを構成する電子は加速陽極３
に引かれてイオン生成領域７に突入して、イオン
を生成する。このイオンの一部は加速陰極２に引
かれて加速陰極２の開口付近に形成される負のポ
テンシヤルバリアを引き下げる。従つて、プラズ
マ領域５内のプラズマ密度に比例した電流値の電
子流がイオン生成領域７に流入する。イオン生成
領域７においては、流入した電子の電流値（数）
に比例するイオンが生成される。このイオンは試
料設置部４上に設けられた試料１８の電位によつ
てそのエネルギーを制御されて試料１８に照射さ
れる。 The ion irradiation device configured in this manner operates as follows. Plasma is generated in the plasma region 5 by the discharge between the cathode 1 and the accelerating cathode 2 . The electrons that make up this plasma are at the accelerated anode 3
The particles are attracted by the ions, enter the ion generation region 7, and generate ions. Some of these ions are attracted to the accelerating cathode 2 and pull down a negative potential barrier formed near the opening of the accelerating cathode 2. Therefore, an electron flow with a current value proportional to the plasma density in the plasma region 5 flows into the ion generation region 7. In the ion generation region 7, the current value (number) of the inflowing electrons
Ions proportional to are generated. These ions are irradiated onto the sample 18 with their energy controlled by the potential of the sample 18 provided on the sample placement section 4.
本実施例の装置を用い、イオン生成領域７のガ
ス圧を変えてイオンエネルギーを制御した場合の
実験結果を以下に示す。 Experimental results in which the ion energy was controlled by changing the gas pressure in the ion generation region 7 using the apparatus of this example are shown below.
第２図は、入射イオンエネルギーのCF4ガス圧
依存性を示す。入射イオンは試料電位とプラズマ
電位の差によつて加速される。SiO2のRIE（反応
性イオンエツチング）に使われるCF4ガスプラズ
マの電位と浮動電位との差を測定した。電位差
は、18Vから26Vまで変化しているが、この値は
CF4ガス流量には依存しておらず、ガス圧を変え
ることでイオンエネルギーを制御することが可能
であることが判る。 FIG. 2 shows the dependence of incident ion energy on CF 4 gas pressure. Incident ions are accelerated by the difference between the sample potential and the plasma potential. We measured the difference between the potential of the CF 4 gas plasma used in RIE (reactive ion etching) of SiO 2 and the floating potential. The potential difference is changing from 18V to 26V, but this value is
It can be seen that the ion energy is not dependent on the CF 4 gas flow rate and can be controlled by changing the gas pressure.
第３図は、SiO2及びレジスト（OFPR−800）
のエツチングレートのCF4ガス圧に対する依存性
を示す。レジストは物理的スパツタリング、
SiO2はイオンアシストエツチングによりエツチ
ングされている。ガス圧が高くなると入射イオン
エネルギーが減少するため、レジストのエツチン
グレートが減少し選択比が向上する。しかし、ガ
ス圧が高すぎるとSiO2のエツチングレートの方
がレジストに比べて急激に減少するようになり、
選択比の低下につながつている。このように、絶
縁物試料のエツチングにおいても最適なイオンエ
ネルギーが存在することがわかる。 Figure 3 shows SiO 2 and resist (OFPR-800)
The dependence of etching rate on CF 4 gas pressure is shown. Resist is physical sputtering,
SiO 2 is etched by ion-assisted etching. As the gas pressure increases, the incident ion energy decreases, so the resist etching rate decreases and the selectivity improves. However, if the gas pressure is too high, the etching rate of SiO 2 will decrease more rapidly than that of resist.
This leads to a decrease in selectivity. In this way, it can be seen that there is an optimum ion energy even in the etching of insulator samples.
（発明の効果）
本発明のイオン照射装置は、イオン被照射体を
浮動電位に保つたまま、プラズマ領域中のプラズ
マ密度を制御することにより、照射するイオンの
電流（イオンの数）を制御することができる。従
つて、低エネルギーのイオンを多数試料に照射す
ることができ、半導体基板等に結晶欠陥を生じる
ことなく試料の加工を効率よく行うことが可能で
ある。(Effects of the Invention) The ion irradiation device of the present invention controls the current (number of ions) of ions to be irradiated by controlling the plasma density in the plasma region while keeping the ion irradiation target at a floating potential. be able to. Therefore, a large number of low-energy ions can be irradiated onto a sample, and the sample can be efficiently processed without causing crystal defects in the semiconductor substrate or the like.
また、絶縁薄膜のイオンエツチンの場合、試料
のエツチング表面のチヤージアツプによる薄膜の
絶縁体破壊が問題となるが、本発明イオン照射装
置によれば、薄膜の基盤の電位を浮動電位に保つ
ことにより、薄膜表面電位との差は無くなり、チ
ヤージアツプの問題は生じない。しかもイオン電
流密度が大きいので高速エツチングができる。 In addition, in the case of ion etching of insulating thin films, there is a problem of insulation breakdown of the thin film due to charge up on the etched surface of the sample, but according to the ion irradiation device of the present invention, by keeping the potential of the base of the thin film at a floating potential, the thin film can be etched. There is no difference between the surface potential and the problem of charge up. Furthermore, high-speed etching is possible because the ion current density is high.
さらに、イオンエネルギーをダメージが問題に
ならない範囲内で大きく制御でき（10〜90eVま
で可変）、選択比の向上のために最適なイオンエ
ネルギーを選ぶことも、イオンエネルギーを上げ
ることによりエツチング速度をさらに増加するこ
ともできる。 Furthermore, the ion energy can be greatly controlled within the range where damage is not a problem (variable from 10 to 90 eV), and the optimum ion energy can be selected to improve the selectivity, and the etching rate can be further increased by increasing the ion energy. It can also be increased.
本発明は、成膜装置としても有用である。即
ち、絶縁物基板上にも成膜に最適な数十eVのエ
ネルギーをもつたイオンを高電流密度で照射でき
る。 The present invention is also useful as a film forming apparatus. That is, it is possible to irradiate even an insulating substrate with ions having an energy of several tens of eV, which is optimal for film formation, at a high current density.
第１図は、本発明の一実施例の概略図であり、
第２図及び第３図は、イオン生成領域のガス圧を
変えてイオンエネルギーを制御した場合の実験結
果を示すグラフである。
１……カソード、２……加速陰極、３……加速
陽極、４……試料設置部、５……プラズマ領域、
６……電子ビーム加速領域、７……イオン生成領
域、８……放電用電源、９……加速電源、１０
ａ，１０ｂ……仕切り、１１ａ，１１ｂ……ガス
流入口、１２ａ，１２ｂ，１２ｃ……排出口。
FIG. 1 is a schematic diagram of an embodiment of the present invention,
FIGS. 2 and 3 are graphs showing experimental results when ion energy was controlled by changing the gas pressure in the ion generation region. 1... Cathode, 2... Accelerating cathode, 3... Accelerating anode, 4... Sample installation part, 5... Plasma region,
6... Electron beam acceleration region, 7... Ion generation region, 8... Discharge power source, 9... Acceleration power source, 10
a, 10b... partition, 11a, 11b... gas inlet, 12a, 12b, 12c... outlet.
Claims (1)
域、加速陽極、イオン生成領域、及び前記イオン
生成領域において生成されたイオンの照射を受け
るイオン被照射体が設置されるイオン被照射体設
置部が設けられており、前記イオン被照射体の電
位が浮動電位状態に保たれていることを特徴とす
る電子ビーム励起イオン照射装置。 ２ 前記イオン被照射体設置部が浮動電位状態に
保持された導電体からなつており、これによつて
前記イオン被照射体が浮動電位状態に保持されて
いることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の電子ビーム励起イオン照射装置。 ３ 前記イオン被照射体設置部が絶縁体からなつ
ており、これによつて前記イオン被照射体が浮動
電位状態に保持されていることを特徴とする特許
請求の範囲第１項記載の電子ビーム励起イオン照
射装置。[Scope of Claims] 1. An ion irradiation target in which a plasma region, an acceleration cathode, an electron beam acceleration region, an acceleration anode, an ion generation region, and an ion irradiation object to be irradiated with ions generated in the ion generation region are installed. An electron beam-excited ion irradiation apparatus characterized in that a body installation part is provided, and the potential of the ion irradiated body is maintained in a floating potential state. 2. Claims characterized in that the ion irradiation target installation part is made of a conductor held in a floating potential state, whereby the ion irradiation target is held in a floating potential state. The electron beam excited ion irradiation device according to item 1. 3. The electron beam according to claim 1, wherein the ion irradiation target installation part is made of an insulator, whereby the ion irradiation target is held in a floating potential state. Excited ion irradiation device.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28392486A JPS63138634A (en) | 1986-11-28 | 1986-11-28 | Electron beam excited ion irradiator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28392486A JPS63138634A (en) | 1986-11-28 | 1986-11-28 | Electron beam excited ion irradiator |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63138634A JPS63138634A (en) | 1988-06-10 |
| JPH0375976B2 true JPH0375976B2 (en) | 1991-12-04 |
Family
ID=17671971
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28392486A Granted JPS63138634A (en) | 1986-11-28 | 1986-11-28 | Electron beam excited ion irradiator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63138634A (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0626197B2 (en) * | 1987-08-24 | 1994-04-06 | 東京エレクトロン株式会社 | Dry etching equipment |
| JP2538804B2 (en) * | 1990-06-25 | 1996-10-02 | 理化学研究所 | E-beam source |
-
1986
- 1986-11-28 JP JP28392486A patent/JPS63138634A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63138634A (en) | 1988-06-10 |
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