JPH0692638B2 - 薄膜装置 - Google Patents

薄膜装置

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JPH0692638B2
JPH0692638B2 JP61077181A JP7718186A JPH0692638B2 JP H0692638 B2 JPH0692638 B2 JP H0692638B2 JP 61077181 A JP61077181 A JP 61077181A JP 7718186 A JP7718186 A JP 7718186A JP H0692638 B2 JPH0692638 B2 JP H0692638B2
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film device
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康則 大野
巴 黒沢
忠 佐藤
幸夫 黒沢
好美 袴田
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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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、イオンビームを用いて薄膜の生成または加工
を行う薄膜装置に関するものである。
〔従来の技術〕
半導体集積回路の集積度は年々向上しており、近年では
いわゆるサブミクロンプロセスの研究開発が各所で行な
われている。従つて、その製造工程で使用されるエツチ
ング装置やデボジシヨン装置などに対してはより一層の
性能の向上が要求されている。このような要求に答える
べく、イオンビームを用いて薄膜を生成加工する反応性
イオンビームエツチング装置(RIBE装置)の開発が注目
されている。このRIBE装置は、イオンビームの方向性を
利用して異方性のエツチングを実現しようとするもの
で、その1つとして特開昭59-46748号では、多孔電極を
引き出し電極とし、さらにシールド電極を設けたイオン
シヤワ装置が提案されている。この装置は、実用的なエ
ツチング速度およびエツチング選択性を確保しつつ、材
料に物理的損傷を与えずにエツチングできるという利点
が有るが、引き出し電極からスパツタされた粒子によつ
て半導体材料表面が汚染されるという問題がある。
これに対し、汚染の問題を解決するために、特開昭57-8
2955号ではマイクロ波を用いてプラズマを発生させる装
置が提案されている。この装置では、永久磁石の作る磁
界とプラズマの流れの方向とを一致させることによつて
プラズマが発散するのを妨げているが、プラズマ中のイ
オンや電子は磁力線に巻き付くような回転運動を行つて
いるため、イオンの衝突やそれに伴う化学反応が原因と
なつて微細な異方性エツチングは難しいという問題があ
る。この場合、中性ラジカルによるエツチング過程につ
いては、磁界中でラジカルが回転運動をすることはない
が、ラジカルによるエツチングは等方的であるために等
方性エツチングだけでは微細加工は難しいという問題が
ある。
〔発明が解決しようとする問題点〕
前述のように、多孔電極を引出し電極として用いたもの
では、被加工物表面が汚染されてしまう問題があり、ま
たマイクロ波を用いたものでは異方性エツチングが難し
く、微細加工が困難であるという問題がある。
本発明の目的は、被加工物を汚染することなく微細加工
を行うことができる薄膜装置を提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
上記目的を達成するために、放電によって生成したプラ
ズマを保持する開口部を有するプラズマ生成室と、前記
開口部に絶縁物を介して気密状態を保持しながら連結さ
れた真空容器と、前記真空容器内に保持された被加工物
と、前記プラズマ生成室のイオンを前記被加工物へ照射
する薄膜装置において、前記真空容器の周囲に複数の磁
極を交互に磁気極性を異ならせて配置し前記照射イオン
の照射方向と交差する面に磁界を形成する第1の磁石群
と、前記第1の磁石群の前記照射イオンの照射方向に隣
接し磁気極性が前記第1の磁石群と異なるよう配置され
た複数の磁極からなる第2の磁石群とを備えたことを特
徴とする薄膜装置としたのである。
〔作用〕
プラズマ生成室から引き出された発散性のイオンビーム
は多極多段の磁石の磁気レンズ効果によつて集束されて
平行なイオンビームとなつて被加工物に導かれる。
〔実施例〕
第1図(a)は本発明の一実施例を示す縦断面図であ
り、プラズマ生成室1は円筒状のプラズマ生成室側壁2
と上端を封じているバツクプレート3とによつて囲まれ
ており、下端は気密を保持しつつ絶縁物4を介して真空
容器5と連結されている。そしてプラズマ生成室1と真
空容器5は排気口6から排気されることによつて真空状
態にすることができ、さらにガス導入口7からガスを導
入するように構成されている。また、プラズマ生成室1
の外側側壁にはN極とS極とが交互に現われるカスプ磁
界を形成するための永久磁石8が取付けられている。そ
して、生成室1の内部にはアーク放電によつてプラズマ
を生成するためのフイラメント9が配置されている。一
方、真空容器5内には水冷され、かつ自転するホルダ10
が設けられ、このホルダ10に被加工物11を保持するよう
に構成されている。また、真空容器5の外側外周には、
第1図(b)に示すI−I断面図に示すように8個の永
久磁石12がN極とS極が交互になるように配置されたう
え、さらに真空容器5の軸方向にもう1つの永久磁石13
がN極とS極が交互に現われ、しかも前記1段目の永久
磁石12との軸方向における磁性が異なるように配置され
ている。第1図(c)のII-II断面図に2段目の永久磁
石の構造を示している。
以上の構成において、排気口6から排気を行つてプラズ
マ生成室1を5×10-6Torr程度の真空状態にした後、ガ
ス導入口7から反応性ガスを導入し、真空容器側で5×
10-4〜1×10-3Torr程度のガス圧を得、次にフイラメン
ト9に直流電流を流して熱電子を放出させながらフイラ
メント9を陰極、プラズマ生成室側壁2を陽極としてア
ーク放電を行なわせると、プラズマ生成室1にはほぼ一
様な密度のプラズマが生成する。例えば、CF4ガスを用
いた場合、約3×1010(cm-3)のイオン密度のプラズマが
生成される。このようなプラズマの生成状態において、
次にプラズマ生成室側壁2に正の電圧V3を印加し、さら
に真空容器5および被加工物11を接地電位にすると、側
壁2およびプラズマの電位と真空容器5および被加工物
11の電位差によつてできる電界によりイオンビーム14が
プラズマ生成室1から引き出されるが、このイオンビー
ム14は第2図(a)に破線で示すイオン放出面15のよう
に中心部が下方に向つて突出した放物形状となり、発散
する。
次に、このようにして引き出されたイオンビーム14は多
極多段構造の永久磁石12,13で囲まれた部分に形成され
たビーム収束室16に導かれるが、イオンビーム14はその
中心軸上では磁場がないため直進する。しかし、中心軸
をはずれた外側のイオンビームは永久磁石12,13による
ローレンツ力を受ける。第2図(b),(c)は永久磁
石12,13の位置において、イオンビーム14が紙面に垂直
に手前方向から裏面に向う方向へ進む時に受ける力Fの
方向を示すものであり、同図(b)のa−a平面ではイ
オンビーム14は中心軸に向う力Fを受けているため、光
学的に換言して言えば凸レンズと同じような作用を受け
ていることになる。またb−b平面では外向きの力Fを
受けているため、凹レンズと同じような作用を受けてい
ることになる。これは、永久磁石13の位置でも同様であ
る。幾何学では焦点距離の等しい凸レンズと凹レンズの
組合せは凸レンズの作用をすることが知られている。こ
の実施例の永久磁石12と13は、イオンビーム14を中心軸
方向に集束させる磁気レンズとして作用し、プラズマ生
成室1から引出されたイオンビーム14を集束してほぼ平
行なイオンビームとして被加工物11に照射する。実験に
よれば、このような磁気レンズを用いない場合、300eV
のCF4ガスのイオンビームでは0.2mA/cm2のイオン電流密
度しか得られなかつたが、本発明によればイオンビーム
の集束効果によつて0.5mA/cm2のイオン電流密度が確認
された。
このように本実施例によれば、多極電極を用いてイオン
ビームを取出すのではなく、プラズマ生成室から引き出
した発散性のイオンビームを多極多段の永久磁石による
磁気レンズ効果を利用して集束させ、被加工物に照射す
る構造であるため、被加工物を汚染することなく微細に
加工することができる。また、大面積に亘つて平行性の
よいイオンビームを得られるため、被加工物を効率良く
加工することができる。
なお、永久磁石12,13は真空容器5の内側に設ければ、
イオンビームの集束効果をさらに向上させることができ
る。
第3図は本発明の第2の実施例を示す縦断面図であり、
プラズマ生成室1に誘導結合の高周波放電により生成し
た導入ガスのプラズマを、プラズマ拡張室17に拡散さ
せ、拡張室側壁18およびプラズマの電位と真空容器5お
よび被加工物11との電位差によつて生じる電界によりイ
オンビーム14を引き出す構造としたものである。すなわ
ち、プラズマ生成室1の内部には永久磁石8が第3図
(b)のIII-III断面図に示すようにカスプ磁界を形成
すべく絶縁物19によつて固定されている。そして、この
永久磁石8を囲むように高周波コイル20が絶縁物21によ
つて取付けられ、バツクプレート3の導入端子を介して
高周波電力が印加されるようになつている。
この構造によれば、永久磁石8が作るカスプ磁界によつ
てプラズマが閉じ込められるため、高周波コイル20の被
覆に対してプラズマが化学的反応を生じさせるのを防止
することができたうえ、高密度のプラズマを得ることが
できる。
なお、プラズマ拡張室17はプラズマ生成室1で生成され
た高いエネルギのプラズマを膨張させることによつてエ
ネルギを下げ、イオンビームの引出しを容易にするため
のもので、第3図(c)のIV-IV断面図に示すようにN
極とS極が交互に配置された永久磁石22が拡張室側壁18
の外側に取付けられている。なお、イオンビームの集束
構造は第1図の実施例の場合と同様である。
第4図は本発明の第3の実施例を示す縦断面図であり、
プラズマ生成室1にマイクロ波注入による電子サイクロ
トン共鳴(ECR)で生成した導入ガスのプラズマを、プ
ラズマ拡張室17に拡散させ、拡張室側壁18およびプラズ
マの電位と真空容器5および被加工物11との電位差によ
つて生じる電界でイオンビーム14を引出すようにしたも
のである。すなわち、プラズマ生成室1の周囲には第4
図(b)のIII-III断面図に示すように、円筒コイル23
が巻かれており、円筒の軸方向に直流磁界を印加するよ
うになつている。そして、導波管24からマイクロ波電力
を注入することによりECRによる導入ガスのプラズマ化
が実現されるようになつている。なお、プラズマ拡張室
17は第4図(c)のIV-IV断面図に示すように第3図の
実施例と同様の構成であるが、この実施例における役割
はプラズマ生成室1で生成された不均一な密度のプラズ
マを均一にすることである。また、イオンビームを集束
させる構造は第1図の実施例と同様である。
この第4図の実施例によれば、反応性ガスに対しても長
時間安定にイオンビームを引き出すことができる。
ところで、上記の各実施例ではプラズマ化したとき反応
性となるガスについて述べたが、不活性ガスを用いても
よい。また、真空容器5と被加工物11とをともに接地電
位にしているが、それぞれ異なる電位を与えることによ
り、イオンビームの引出し量を調整することもできる。
また、主としてエツチング装置を例に挙げて説明した
が、デポジシヨン装置にも適用することができる。さら
に、被加工物11とホルダ10にバイアス電位を与え、イオ
ンビームの方向性を改良する構成もホルダ10を真空容器
5から絶縁して支持することにより、容易に実現できる
ものである。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明によれば、多極多段の磁石で
構成される磁気レンズを用いてイオンビームを集束させ
て被加工物に照射するように構成したため、被加工物を
汚染することなく微細に加工することができるという効
果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1の実施例を示す断面図、第2図は
第1図の実施例の動作を説明するための断面図、第3図
は本発明の第2の実施例を示す断面図、第4図は本発明
の第3の実施例を示す断面図である。 1……プラズマ生成室、4……絶縁物、5……真空容
器、6……排気口、7……ガス導入口、8……永久磁
石、9……フイラメント、12,13……永久磁石、14……
イオンビーム、15……イオン放出面、16……ビーム収束
室、17……プラズマ拡張室、20……高周波コイル、23…
…円筒コイル、24……マイクロ波の導波管。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/302 D 9277−4M (72)発明者 黒沢 幸夫 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 袴田 好美 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (56)参考文献 特開 昭56−152969(JP,A) 特開 昭59−46748(JP,A) 特公 昭60−58794(JP,B2)

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】放電によって生成したプラズマを保持する
    開口部を有するプラズマ生成室と、前記開口部に絶縁物
    を介して気密状態を保持しながら連結された真空容器
    と、前記真空容器内に保持された被加工物と、前記プラ
    ズマ生成室のイオンを前記被加工物へ照射する薄膜装置
    において、前記真空容器の周囲に複数の磁極を交互に磁
    気極性を異ならせて配置し前記照射イオンの照射方向と
    交差する面に磁界を形成する第1の磁石群と、前記第1
    の磁石群の前記照射イオンの照射方向に隣接し磁気極性
    が前記第1の磁石群と異なるよう配置された複数の磁極
    からなる第2の磁石群とを備えたことを特徴とする薄膜
    装置。
  2. 【請求項2】プラズマ生成室におけるプラズマはフィラ
    メントを用いたアーク放電によって生成されるものであ
    る特許請求の範囲第1項記載の薄膜装置。
  3. 【請求項3】プラズマ生成室におけるプラズマは高周波
    コイルを用いた高周波放電によって生成されるものであ
    る特許請求の範囲第1項記載の薄膜装置。
  4. 【請求項4】プラズマ生成室におけるプラズマはマイク
    ロ波発生器を用いたマイクロ波放電によって生成される
    ものである特許請求の範囲第1項記載の薄膜装置。
  5. 【請求項5】真空容器が円筒状部分を有し、前記第1と
    第2の磁石群が前記円筒状部分の外周に配置された永久
    磁石群から構成される特許請求の範囲第1項記載の薄膜
    装置。
JP61077181A 1986-04-03 1986-04-03 薄膜装置 Expired - Lifetime JPH0692638B2 (ja)

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