JPH07273072A - 加工用中性ビーム発生方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】半導体ウエハ等のターゲット試料に大運動エネ
ルギーを有する中性粒子のビームを照射して中性ラジカ
ルの種類と量を種々調節しながら、設計通りのドライエ
ッチングを行うようにする。 【構成】イオン源３からの加速されたイオンビーム５'
に電子ビーム照射装置（ＥＢＥＰ）１１からの電子ビー
ム１８を照射し、電気的に中性ビーム１９化して反応室
２０に入射させ、中性ビーム１９中に混入する荷電粒子
についてはマイナス帯電の荷電粒子除去フィルタ２３、
プラス側の荷電粒子除去フィルタ２４によりこれらを追
い返し、或いは、吸着して除去し、反応室２０に於ては
確実に完全に中性化したビーム１９を低圧状態のガス下
においても、中性ラジカルの種類，量を変化させなが
ら、制御性良く、ドライエッチングを行うようにする。 【効果】ターゲット試料２１' に対する大運動エネルギ
ーの中性ビームを確実に照射し、中性ラジカルの種類と
量をコントロールしてスムーズなドライエッチングを行
うことが出来る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】開示技術は、半導体装置のＩＣウ
エハのドライエッチング等の加工について中性ビームを
被加工物としてのターゲット試料に照射する方法の技術
分野に属する。

【０００２】

【従来の技術】周知の如く、近代産業は著しく高度化さ
れた所謂ハイテク装置に維持されており、特に、電子機
器によるバックアップに負うところが大であり、かかる
電子機器等の設備装置にあってはその精細度は著しく高
く、近時ミクロン単位からサブミクロン単位の精細度が
要求されており、例えば、半導体機器等にあってはその
電子回路を分子サイズから電子サイズに亘る精細度が高
度の集積回路形成の上からも必須とされており、電子，
機械，医療バイオ等各種産業において広く用いられるよ
うになってきている。

【０００３】そして、該種精密機器装置は周辺機器との
取り合いや設置スペース等の点から近時ますますマイク
ロ化等のダウンサイジングが求められるようになり、し
たがって、マイクロマシン等に用いられる各機構部や回
路等はますます微細化，高度化されるようになってきて
おり、そのため、かかる超微細化された機構部の加工は
在来態様の機械加工等では到底要求精度に充分応えるこ
とが出来ず、これに対処するに、光や電子，イオン等の
量子化されたビームを用いる物理化学的加工手段が研
究，開発されるようになってきている。

【０００４】かかる光や電子，イオン等を用いての加工
は所謂相対領域に於ける物理性を用いるために、通常の
加工制御では設計通りの加工が行え難い難点がある。

【０００５】特に、電子やイオン等の微細粒子を用いて
半導体ウエハ等のターゲット試料に照射して良好なドラ
イエッチング等を有効利用して加工するにはそのエネル
ギーや収束状態が所定断面積領域での均一性等の制御が
設計通りに最適に行われることが強く要求される。

【０００６】而して、該ターゲット試料に微細粒子の照
射を行うプロセスにあって、当該半導体ウエハ等のター
ゲット試料に損傷等のダメージを残すことなく、良好な
ドライエッチング加工を行うには中性粒子を用いる次の
ような方法が研究開発され一部実用化されてはいる。

【０００７】例えば、所定のガス加熱を行って所定のノ
ズルから高速で噴出し、ホット分子ビームを形成させて
半導体ウエハ等のターゲット試料に照射する方法が案出
されているが、かかるホット分子ビーム法では振動励起
分子のみを利用し、粒子エネルギーの内部エネルギーは
１ｅＶ以下、そして、運動エネルギーも１ｅＶ以下のた
めファインエッチングを充分に行えないという欠点があ
る。

【０００８】又、他にホットジェット方法もあるが上述
ホット分子ビーム方法同様にガス加熱，ノズル噴出を介
し加工ビームを形成しており、解離原子，ラジカルを含
んではいるものの、運動エネルギーは１ eV 以下で内部
エネルギーも５ eV 以下でラジカルを用いるメリットは
あるがトータルエネルギーが充分ではないという難点が
ある。

【０００９】そして、所謂マキレス型イオン源を用いて
高速原子線により加工ビームを形成する方法もあるが、
上述態様に比し内部エネルギーは１０ eV 以下，運動エ
ネルギーも１０００ eV 以下とエネルギーが大きく、そ
のため、ファインエッチングを行うにはコントロールが
し難く難点があり、又、ビームの発散性も大きく、収束
コントロールにおいて自由度が低いという不都合さがあ
る。

【００１０】そして、イオン源からのイオンを電荷交換
により中性ビームにする技術もあり、該種手段では低エ
ネルギー粒子の生成が可能であるということから操作上
の利点はあるものの、内部エネルギーが１０ eV 以下、
そして、運動エネルギーは１００〜１０００ eV ため集
中的に運動エネルギーをコントロールすることが出来難
いという不都合さがある。

【００１１】そして、これらの在来態様では運動エネル
ギーを有する中性粒子であっても、低圧ガス下では効率
良く加工作業をすることは容易でない不具合があり、
又、所望に中性ラジカルの種類や量をコントロールする
ことが出来ないというマイナス点があった。

【００１２】

【発明の目的】この出願の発明の目的は上述従来技術に
基づく半導体ウエハ等のターゲット試料に対する中性ビ
ームを用いる際の適性エネルギー、及び、収束の問題点
を解決すべき技術的課題とし、大量に発生させることが
可能なイオンビームに対し中性化がし易く、しかも、エ
ネルギー、及び、収束のコントロールがし易くすること
をさまざまな利点を有する所謂ＥＢＥＰ技術を利用し、
当該イオンビームに対し電子ビームを所定に照射して中
性化させ、加工性良くターゲット試料に照射することが
出来るようにして電子産業における加工技術利用分野に
益する優れた加工用中性ビーム発生方法を提供せんとす
るものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段・作用】上述目的に沿い先
述特許請求の範囲を要旨とするこの出願の発明の構成
は、前述課題を解決するために、半導体ウエハ等のター
ゲット試料に大量の中性粒子を照射して所定の微細ドラ
イエッチング加工を行う等に際し、当該ターゲット試料
に対し反応性の高いイオンをイオン源で大量に形成し、
イオン状態で加速電極等により所定に加速して設定内部
エネルギー、及び、運動エネルギーを付与し、イオンビ
ームとして反応室に向けて供給する中途で該イオンビー
ムに直角にＥＢＥＰ装置から、即ち、そのプラズマ領域
で形成され、更に加速領域にて所定に加速された電子ビ
ームを照射しイオンビームを電荷付与により中性ビーム
化し、低圧ガス中にて高エネルギーを有する中性粒子を
効率良く大量に形成し、しかも、中性ラジカルを所望に
制御することが出来るようにし、これを該ＥＢＥＰ装置
からの電子ビームによりそのエネルギーと収束を精度性
良くコントロールすることが出来るようにし、設計通り
に半導体ウエハ等のターゲット試料の微細ドライエッチ
ング等を効率良く行うことが出来るようにした技術的手
段を講じたものである。

【００１４】

【実施例】次に、この出願の発明の実施例を図面に従っ
て説明すれば以下の通りである。

【００１５】図１に示す実施例に於て１はこの出願の発
明の加工用中性ビーム発生方法に直接使用する装置であ
り、そのドラム型のケーシング２の基端部にはイオン源
３が設けられ、図示しないＤＣ，ＲＦ，ＥＣＲプラズ
マ、又は、電子ビーム励起プラズマ（ＥＢＥＰ）により
高密度のプラズマ，イオンが生成しており、該イオン源
３には加速室６を形成する加速電極７，７' が各々イオ
ン通過孔８，８' を形成して加速電源９に接続されて併
設されており、そして、加速電極７' に隣位する中性化
室６' には直角方向にポート１０を介し電子ビーム照射
装置（ＥＢＥＰ）装置が直交状態に併設されており、そ
のドラム型のケーシング１２の内部のプラズマ形成室１
３には熱電子放出電極１４が電源１５に接続されてポー
ト１６から供給されるアルゴンガス等をプラズマ化する
ようにされ、該プラズマ形成室１３に於て形成された電
子は補助電極１７、及び、放電電極１７' 、加速電極１
７，１７''によって加速され、電子ビーム１８とされイ
オン源３からの加速イオンビーム５' に直角に中性化室
６' にて照射されその電荷除去を図り、中性ビーム１９
を形成し図示しないポートを介して低圧ガスが供給され
ている反応室２０にホルダ２１を介しセットされた半導
体ウエハ等のターゲット試料２１' に照射されるように
されている。

【００１６】尚、該反応室２０には排気ポート２２が接
続されて所定に排気することが出来るようにされてい
る。

【００１７】そして、この出願の発明においては中性化
室６' と反応室２０との間にイオンビーム５' の荷電粒
子除去フィルタ２３，２４（中性化室６' 寄りにはマイ
ナスに帯電されたフィルタ２３が、反応室２０寄りには
プラス側に帯電されたフィルタ２４が）が併設され、電
源２５に接続されて設けられ、中性化されたイオンビー
ム５' の中性ビーム１９に残存しているマイナス側、或
いは、プラス側に帯電した荷電粒子を追い返したり、吸
着したりして該反応室２０に於けるターゲット試料２１
' に照射される中性ビーム１９を完全に電気的に中性化
して反応性の高い中性の粒子ビームにするようにされて
いる。

【００１８】上述装置において、イオン源３のイオンビ
ーム５は加速電極７，７' を介し加速されてそれらの通
過孔８，８' を介し所定の運動エネルギーを付与されて
加速されたイオンビーム５' とされ、中性化室６' を高
速で通過されるようにされる。

【００１９】而して、該中性化室６' に対しては上述し
た如く電子ビーム照射装置１１が併設され、ポート１６
からのアルゴンガスが直流電源１５によりプラズマ化さ
れてそのうちの電子が放電電極１７' 、更に、加速電極
１７''により所定速度高速に加速されて電子ビーム１８
となり中性化室６' のイオンビーム５' に対し直角に照
射される。

【００２０】したがって、マイナス電荷の電子ビーム１
８を照射されたイオンビーム５' は電気的に中性化され
て中性ビーム１９となって荷電粒子除去フィルタ２３，
２４を通過する。

【００２１】そして、該荷電粒子除去フィルタ２３，２
４を通過するプロセスでマイナスの荷電粒子は前段の荷
電粒子除去フィルタ２３により追い返され、又、プラス
の荷電粒子除去フィルタ２４に吸着され、一方、プラス
の荷電粒子はプラスの荷電粒子フィルタ２４に追い返さ
れマイナスの荷電粒子除去フィルタ２３に吸着され、い
ずれにしても、荷電粒子は荷電粒子除去フィルタ２３，
２４により除去され、したがって、これを通過する中性
ビーム１９はより確実に中性化されて反応室２０に入射
し、ホルダ２１にセットされた半導体ウエハ等のターゲ
ット試料２１に照射され所定のドライエッチングが行わ
れる。

【００２２】而して、在来態様同様に電子ビーム照射装
置１１（ＥＢＥＰ装置）にあってはその電子の量とエネ
ルギーと収束性を印加する電圧，電流，ガス圧，電子ビ
ーム収束用コイルの磁場強度等を制御することにより適
宜にコントロールすることが出来るために、中性ビーム
１９にあっては中性ラジカルの種類や量を所望に制御す
ることが出来、ターゲット試料２１に対するドライエッ
チング等の加工を所望通りにコントロールすることが出
来る。

【００２３】又、中性化室６' 、及び、反応室２０に於
けるガス圧力は所望に調節することが出来ることは勿論
であり、低圧下における中性ビーム１９によるターゲッ
ト試料２１に対する微細加工を所望の高精度で行うこと
が出来る。

【００２４】そして、上述実施例は荷電粒子除去フィル
タをプラス側とマイナス側の二重フィルタとしたもので
あるが、図２に示す実施例においては、設計によってイ
オンビーム５' に対する電子ビーム１８のコントロール
により中性ビーム１９にプラス、或いは、マイナス側の
荷電粒子のみが混入されていることが分っている場合に
はプラス、或いは、マイナスに帯電させたフィルタ２６
を１枚のみ介装させる態様であり、構造がより簡単で取
り扱い制御がし易いものである。

【００２５】尚、この出願の発明の実施態様は上述各実
施例に限るものでないことは勿論であり、例えば、荷電
粒子除去フィルタについてコントロールグリッドタイプ
やサプレッサグリッドタイプ等の複層式のフィルタにす
ることも出来る等種々の態様が採用可能である。

【００２６】又、イオン加速用の加速電極をメッシュ状
にしたり、通過孔を多孔にする設計変更にすることも勿
論採用可能である。

【００２７】

【発明の効果】以上、この出願の発明によれば、基本的
に半導体ウエハ等のターゲット試料に対するドライエッ
チング等の精密加工を微細粒子による高運動エネルギー
を有するビームによって行うに、イオン源からのイオン
の帯電状態を利用し、加速電極により加速させて所定の
高運動エネルギーを付与しながら、加速領域でＥＢＥＰ
による電子ビームを照射して中性ビーム化し、運動エネ
ルギーの中性粒子としてターゲット試料に照射すること
が出来、しかも、中性ビームに照射する電子ビームのコ
ントロールにより中性ラジカルの種類と量を調整し、し
かも、当該電子ビームの量とそのエネルギーと収束性を
良好にコントロールすることが出来、したがって、中性
ビームの中性ラジカルを種類や量を制御することが出
来、反応室に於ける低圧ガス中に於ても設計通りに所望
にターゲット試料のドライエッチング等を行えるという
優れた効果が奏される。

【００２８】又、イオンビームを中性ビーム化する照射
電子ビームは大量に生成することが出来るために、反応
室に於ける低圧ガス下でも効率的に中性ビームによる加
工を行えるという効果がある。

【００２９】そして、イオンビームを用いることにより
大運動エネルギーを有する粒子による加工が行われるこ
とが出来るために、所望の高精度を得ることが出来ると
いう効果があるうえに中性粒子を用いることにより反応
効率やダメージ量も所望にコントロールすることが出来
るという効果がある。

【００３０】そして、大運動エネルギーを有する中性粒
子のビームを大量の電子ビームを安定して供給出来る電
子ビーム照射装置（ＥＢＥＰ）を用いることにより稼動
効率が良く、上述の如く、低圧ガス化での効率的な中性
ビームによるドライエッチング等の加工をスムーズに行
えるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この出願の発明の１実施例の概略断面図であ
る。

【図２】別の実施例の概略断面図である。

【符号の説明】

３ イオン源（プラズマ） １９ 中性ビーム ５' イオンビーム ２１' 被加工物 １３ プラズマ領域 １８ 電子ビーム ２３，２４，２６ 荷電粒子除去フィルタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浜垣 学 埼玉県和光市広沢２番１号 理化学研究所 内 (72)発明者 青柳 克信 埼玉県和光市広沢２番１号 理化学研究所 内 (72)発明者 東海 正國 兵庫県明石市川崎町１番１号 川崎重工業 株式会社明石工場内 (72)発明者 龍治 真 兵庫県明石市川崎町１番１号 川崎重工業 株式会社明石工場内 (72)発明者 大西 勝 兵庫県明石市川崎町１番１号 川崎重工業 株式会社明石工場内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】イオン源からのイオンを引き出し該イオン
   に電荷付与を介し中性ビーム化して被加工物に照射する
   ようにする加工用中性ビーム発生方法において、上記イ
   オン源から引き出したイオンを加速電極により加速し、
   加速したイオンに対しプラズマ領域で形成され加速領域
   にて加速された電子ビームを照射するようにすることを
   特徴とする加工用中性ビーム発生方法。
2. 【請求項２】上記電子ビームのエネルギーとその収束の
   状態を制御して中性ラジカルの種類と量を変えるように
   することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の加工
   用中性ビーム発生方法。
3. 【請求項３】上記電子ビームを加速イオンビームに直角
   に照射するようにすることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の加工用中性ビーム発生方法。
4. 【請求項４】上記電子ビームを照射された中性ビームが
   荷電粒子除去フィルタを通過されるようにすることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の加工用中性ビーム
   発生方法。