JPH05267229A - イオンビーム処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 被処理体にイオンビームを垂直に入射させる
ことを可能とし、例えば異方性の高いエッチングを可能
とする。 【構成】 プラズマ室１０と処理室１２の間にドーム形
状のイオン引出電極１４を配設し、載置台１６上の被処
理体Ｓに対し収束されたイオンビームが入射されるよう
にする。移動装置２０で載置台１６と共にイオン計測装
置１８を上下動させ、該イオン計測装置により該載置台
に対して垂直に入射するイオン流が最大となる位置Ｗを
特定し、その位置に被処理体Ｓを設置することにより、
イオンビームが絞り込まれたために形成されている平行
イオン流を被処理体表面に入射させ、該被処理体表面に
垂直にイオンビームを照射することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エッチングや成膜等に
用いられるイオンビーム処理装置、特に、イオンビーム
を被処理体に対し垂直に入射させることができる、イオ
ンビーム処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、イオンビーム処理装置では、プ
ラズマ発生手段を備えたプラズマ室からイオンを処理室
に引出し、該処理室に収容されている被処理体に対しイ
オンビームを入射することによりイオンビーム処理、例
えばエッチングが行われている。このエッチングを、例
えばシリコンウェハに対して行い、異方性の高いエッチ
ングパターンを得るためには該ウェハ表面に対して垂直
にイオンビームを入射させる必要がある。

【０００３】上記イオンビーム処理装置としては、例え
ば特開平１−２６４２２４に開示されているＥＣＲプラ
ズマエッチング装置や、特開平２−１０３８４５に開示
されているマイクロ波プラズマ装置が知られており、前
者ではプラズマ室から処理室にイオンを引出すための手
段として磁場を利用し、後者では平板電極によって形成
される電場を利用している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、イオン
引出手段として前記磁場や平板電極による電場を利用す
る場合には、プラズマ室からイオンが引出された後、そ
の流束（ビーム）が磁場やイオン間のクーロン反発によ
り拡がってしまい、シリコンウェハ等の被処理体の表面
にイオンビームを垂直に入射させることができないとい
う問題がある。

【０００５】本発明は、前記従来の問題点を解決するべ
くなされたもので、イオンビームを被処理体表面に垂直
に入射させることができ、従って該被処理体に対して高
精度なイオンビーム処理を行うことができるイオンビー
ム処理装置を提供することを課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、プラズマ室か
ら引出されたイオンビームで処理室内の被処理体を処理
するイオンビーム処理装置において、プラズマ室からイ
オンビームを引出し、且つ該イオンビームを収束させる
イオン引出電極と、被処理体表面に対して垂直方向に入
射するイオン流量を測定するイオン計測手段と、被処理
体を処理位置に移動させる移動手段と、を備えた構成と
することにより、前記課題を達成したものである。

【０００７】本発明は、又、前記イオンビーム処理装置
において、イオン引出電極が、イオン貫通孔を有するド
ーム状湾曲面材で形成された構成とすることにより、同
様に前記課題を達成したものである。

【０００８】

【作用】本発明においては、プラズマ室からイオンビー
ムを引出すためのイオン引出電極に対して、引出された
イオンビームを収束させる機能を持たせたので、その引
出電極と被処理体間に所定の電位差を設定することによ
り、処理室内に収束性のイオンビームを生成させること
ができる。

【０００９】このイオンビームは、収束後、即ち絞り込
まれた後にクーロン反発力でその幅が拡がるため、その
途中に平行なイオン流が形成される。

【００１０】そこで、イオン計測手段によりイオンビー
ムの中で平行イオン流が最も多くなる位置を検出し、移
動手段によりその位置に被処理体を移動させ、設置する
ことにより、イオンビームが被処理体に垂直に入射する
最適位置（平行イオン流が形成されている位置）に該被
処理体を設置することができる。

【００１１】従って、本発明によれば、イオンビームを
被処理体に垂直に入射させることができるため、例えば
イオンビーム処理としてエッチングを行う場合には、エ
ッチング深さと溝幅の比であるアスペクト比が極めて高
い（異方性が高い）エッチングを行うことが可能とな
る。

【００１２】

【実施例】以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳
細に説明する。

【００１３】図１は、本発明に係る一実施例のイオンビ
ーム処理装置を示す概略構成図である。

【００１４】本実施例のイオンビーム処理装置は、図示
しないプラズマ発生手段を備えたプラズマ室１０と、該
プラズマ室１０から引出されたイオンビームにより被処
理体に対する処理を行うための処理室１２とを備えてお
り、且つ上記プラズマ室１０と上記処理室１２の境界位
置には、プラズマ室１０からイオンビームを引出し、且
つ該イオンビーム収束させるイオン引出電極１４が配設
されている。

【００１５】前記処理室１２内には、被処理体Ｓを載置
するための載置台１６が設置されており、この載置台１
６には、被処理体Ｓの表面に対して垂直方向に入射する
イオン流量を測定するためのイオン計測装置１８と、該
載置台１６を上下動させて被処理体Ｓを所定の処理位置
に移動させるための移動装置２０が取り付けられてい
る。

【００１６】上記イオン引出電極１４は、プラズマ室１
０側に突出したドーム状に湾曲したメッシュ状電極で形
成され、プラズマ室１０で生成したイオンが処理室１２
側に通過可能になっている。

【００１７】上記イオン引出電極１４及び載置台１６に
は、これら両者間、即ちイオン引出電極１４と被処理体
Ｓとの間に所望の電位差を与えるための直流電源２２及
び２４がそれぞれ接続されている。

【００１８】上記イオン計測装置１８は、図２に拡大し
て示す構成を有している。即ち、イオン計測装置１８
は、側壁部及び底部が絶縁材からなる箱体２６で形成さ
れ、該箱体２６内部は、それぞれ中心に細孔２８Ａが穿
設された３枚の導電性薄膜２８で横方向に１mm間隔で仕
切られ、これら導電性薄膜２８の細孔２８Ａの下方に位
置する底部上面にコレクタ電極３０が取り付けられ、該
コレクタ電極３０には電流計３２が接続されている。

【００１９】従って、上記イオン計測装置１８によれ
ば、３枚の導電性薄膜２８に形成されている細孔２８Ａ
を全て通過したイオン、即ち直進性の高いイオンのみを
測定することが可能となっている。

【００２０】又、図中、符号３４は、前記イオン引出電
極１４と装置本体とを絶縁するための絶縁体である。

【００２１】次に、本実施例の作用を、イオンビームが
正イオンで構成されている場合を例に説明する。

【００２２】まず、プラズマ室１０に原料ガスを所定圧
力で供給し、プラズマを発生させると共に、イオン引出
電極１４を直流電源２２により正に帯電させ、且つ被処
理体Ｓを直流電源２４により僅かに負に帯電させる。

【００２３】このように、イオン引出電極１４全体を正
に載置台１６中央付近を負にそれぞれ帯電させ、イオン
引出電極１４から載置台１６中央付近に向けて電界を発
生させることにより、図中細線で示すような収束性の電
気力線を生じさせることができる。

【００２４】その結果、プラズマ室１０からイオン引出
電極１４により正イオンのみを処理室１２内に引出すこ
とができ、しかも上記電気力線により力を受けることに
なるため、図中細線で示すように収束する（絞り込まれ
た）イオンビームＢを形成することができる。

【００２５】上記のように収束したイオンビームは、正
電荷のみを有しているためクーロン反発が生じて途中か
らその幅が拡がり始める。その様子を図中破線で示し
た。従って、被処理体Ｓ等が存在しない場合を想定する
と、本実施例で得られるイオンビームには最も絞り込ま
れた位置（以下、ウェストという）Ｗが生じ、このウェ
ストＷでは極めて平行性が高いイオン流が形成されてい
ることになる。

【００２６】従って、上記収束性イオンビームＢのウェ
スト位置に被処理体Ｓを設置することにより、該被処理
体Ｓの表面にイオンビームを垂直に入射させることが可
能となるため、極めて精度の高い処理を行うことが可能
となる。

【００２７】そこで、本実施例では、前記移動装置２０
により、載置台１６と共にイオン計測装置１８を上下動
させ、イオン検出量が最大の位置を捜し出すことによ
り、その位置をウェスト位置として特定することがで
き、該載置台１６に対してイオンビームが垂直に入射す
る位置を容易に決定することができるようにしてある。
上記収束性イオンビームでは、アルゴンや塩素等のイオ
ン種や、メッシュ状のイオン引出電極１４と被処理体Ｓ
との間の電位差等により、イオンビームのウェストＷの
位置が変化するが、このような場合でも、上記イオン計
測装置１８によれば容易にその位置を捜し出すことがで
きる。

【００２８】従って、本実施例によれば、処理室１２に
対して収束性のイオンビームを入射させることができる
と共に、被処理体Ｓの近傍に設置したイオン計測装置１
８によりイオンビームのウェストＷの位置を確実に決定
し、その位置に被処理体Ｓを正確に位置決めすることが
できるため、該被処理体Ｓに対して垂直にイオンビーム
を入射させ、高精度の処理を行うことができる。

【００２９】本実施例のイオンビーム処理装置を用い
て、１０m Ｔorr の塩素ガス中にプラズマを発生させ、
塩素イオン（Ｃl ⁺ ）からなる収束性イオンビームによ
りポリシリコン（被処理体）を実際にエッチングしたと
ころ、図３に示した、ライン・アンド・スペース０．５
μm でアスペクト比２のエッチングパターンが得られ
た。

【００３０】以上、本発明について具体的に説明した
が、本発明は、前記実施例に示したものに限られるもの
でなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であ
る。

【００３１】例えば、前記実施例では、イオンビームが
正イオンで構成されている場合について説明したが、こ
れに限るものでなく、イオン引出電極を負電位に設定
し、被処理体を僅かに正電位に設定することにより、負
イオンからなるイオンビームを生成するようにしてもよ
い。

【００３２】又、イオン引出電極は、メッシュ状に限ら
れるものでなく、少なくとも表面が導電性を有し、且つ
イオンを通過させる貫通孔を有する多孔質板であっても
よい。

【００３３】又、イオン引出電極をドーム状にする場
合、その曲率半径は任意に変更可能である。

【００３４】更に、イオン引出電極１４は、シングルグ
リッドに限られるものではなく、グリッドの枚数に制限
はない。例えば、加速グリッド、スクリーングリッドを
有するダブルグリッドであってもよい。

【００３５】又、前記実施例ではプラズマ処理時の圧力
が１０m Ｔorr の場合について説明したが、これに限ら
れるものでない。ガス種や処理圧力を変更する場合に
は、イオン計測装置内の薄膜の設置間隔を、使用するガ
ス種や圧力により決まるイオンの平均自由工程の範囲内
にすればよい。又、導電性薄膜の設置枚数もイオンの透
過率を考慮し、適宜変更することができる。

【００３６】更に、イオン測定装置は、前記実施例に示
したものに限られるものでなく、イオン入射ビームを角
度分解できる機能を備えたものであれば、特に制限され
ない。

【００３７】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、プ
ラズマ室からイオンを引出すためのイオン引出電極がイ
オンビームを収束させる機能を有しているので、該引出
電極と被処理体間に所定の電位差を設定することによ
り、収束性のイオンビームを生成させることができると
共に、被処理体近傍に設けたイオン計測手段により、イ
オンビームが被処理体に垂直に入射するに最適な位置を
決定することができることから、該位置に被処理体を設
置することにより、該被処理体にイオンビームを垂直に
入射させることが可能となる。従って、例えば、エッチ
ングを行う場合には、被処理体に異方性の高いエッチン
グを行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る一実施例のイオンビーム処理装置
を示す概略構成図

【図２】上記イオンビーム処理装置が備えるイオン計測
装置を示す拡大断面図

【図３】実施例の作用を説明するための線図

【符号の説明】

１０…プラズマ室、 １２…処理室、 １４…イオン引出電極、 １６…載置台、 １８…イオン計測電極、 ２０…移動装置、 ２２、２４…直流電源、 ２６…箱体、 ２８…導電性薄膜、 ３０…コレクタ電極、 ３２…電流計、 ３４…絶縁体、 Ｓ…被処理体。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】プラズマ室から引出されたイオンビームで
   処理室内の被処理体を処理するイオンビーム処理装置に
   おいて、 プラズマ室からイオンビームを引出し、且つ該イオンビ
   ームを収束させるイオン引出電極と、 被処理体表面に対して垂直方向に入射するイオン流量を
   測定するイオン計測手段と、 被処理体を処理位置に移動させる移動手段と、を備えて
   いることを特徴とするイオンビーム処理装置。
2. 【請求項２】請求項１において、 イオン引出電極が、イオン貫通孔を有するドーム状湾曲
   面材で形成されていることを特徴とするイオンビーム処
   理装置。