JPH0817377A

JPH0817377A - 電子ビーム励起イオンプラズマ発生装置

Info

Publication number: JPH0817377A
Application number: JP6165753A
Authority: JP
Inventors: Tamio Hara; 民夫原; Manabu Hamagaki; 学浜垣; Katsunobu Aoyanagi; 克信青柳; Makoto Riyuuji; 真龍治; Takeshi Hasegawa; 猛長谷川; Masahito Ban; 雅人伴; Masakuni Tokai; 正國東海; Yukitaka Mori; 幸隆森
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd; RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd; RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Priority date: 1994-06-27
Filing date: 1994-06-27
Publication date: 1996-01-19

Abstract

(57)【要約】【目的】電子ビーム励起イオンプラズマ発生装置の電子
ビームガンの補助電極，放電電極，加速電極の少くとも
いずれか１つをそのオリフィス径を外部から可変にし得
るようにして放電を安定な状態にしながら、引き出し電
子ビームの電流、及び、エネルギーのコントロールが最
適に行えるようにする。【構成】補助電極７、放電電極７' 、加速電極８のオリ
フィスピース２１を外部の駆動機構２２により自在に拡
縮し、通過する電流をコントロールし、ガス圧を調整出
来るようにし、プラズマ生成を高効率で行えるようにす
る。【効果】引き出し電子ビームの電流、及び、エネルギー
を自在にコントロールし、高効率でプラズマ生成を行う
ことが出来るようにすることが出来る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】開示技術は、電子ビームを介して
生成されたイオンをシリコンウエハ等のターゲット試料
に照射して微細なドライエッチング加工等を行う電子ビ
ーム励起イオン照射装置の電子ビームガンの電極の構造
の技術分野に属する。

【０００２】

【従来の技術】周知の如く、産業社会の隆盛は高度に発
達した科学、就中、電子工学等に強力にバックアップさ
れており、したがって、かかる電子工学の理論、及び、
技術の更なる発展が強く求められている。

【０００３】而して、該電子工学においては各分野に於
けるデータ等の情報のより高度な精細で正確な処理が、
しかも、超高速でなされることがより更に強く求めら
れ、したがって、かかるデータのより精細で、且つ、正
確な超高速演算処理を行うデバイスのハイテク化，ダウ
ンサイジング化がますます求められ、そのため、ＩＣ，
ＬＳＩ等の高度集積回路をなすシリコンウエハ等に対す
るより精密なドライエッチング技術が求められ、これに
対処するに、例えば、特開昭６３−１３８６３４号公報
発明に示されている如く、イオン照射技術が開発され
て、所謂ＤＣ放電プラズマ，ＲＦ放電プラズマ，ＥＣＲ
（電子サイクロトロン共鳴）放電プラズマ、更には電子
ビーム等によりプラズマを発生させ、該プラズマの中の
イオンをシリコンウエハ等の表面に生成する電界を介し
て引き出し、シリコンウエハ等のターゲット試料に照射
するシステムが開発されて実用化されるようになってき
ている。

【０００４】しかしながら、シリコンウエハ等の大口径
のターゲット試料に対するイオン放電による損傷につい
て大きなダメージを残さずに、良好なイオン照射による
ドライエッチングを有効に行うには、低エネルギー領域
に於て大きな断面積に亘り、均一な大電流密度のイオン
を当該ターゲット試料に照射することが必要で、しか
も、基本的に相反する条件のもとで行われなければなら
ないことが分ってきた。

【０００５】しかしながら、旧式のイオン照射装置にあ
っては低エネルギーにおいて、イオンの電流密度を大き
くすると、断面積全体に亘り均一にイオンを当該ターゲ
ット試料に照射することに対処出来ないという問題があ
った。

【０００６】これに対処するに、例えば、特願平３−２
７４９６０号公報発明に開示してある如く、大きなイオ
ン電流密度が得られる高密度のプラズマを生成可能な所
謂電子ビーム励起プラズマ技術（ＥＢＥＰ）が開発さ
れ、図４に示す様な電子ビーム励起イオン照射装置１
が、例えば、特開昭５７−２０３７８１号，特開昭６３
−１９０２２９号発明にみられるように実用化される設
計が可能になってきており、ＥＣＲ（電子サイクロトロ
ン共鳴）方式とは別の利点を有して産業上も実用化に至
る開発がなされるようになってきている。

【０００７】而して、当該図４に示す在来態様の電子ビ
ーム励起イオン照射装置１はプラズマ領域２に於て、ポ
ート３よりプラズマ形成用の、例えば、アルゴンガス４
を供給し、図示しない直流電源により熱陰極５を、例え
ば、１４００℃等に赤熱状態に加熱し熱電子を放出し熱
陰極５と放電電極７' 間に接続する直流電源２０によ
り、プラズマ生成領域２にプラズマを発生させ、該プラ
ズマ中の電子６を外設電磁コイル９，９' で絞りながら
放電電極７' 、及び、加速電極８間に接続する直流電源
２０' により発生する電界により加速領域１０' にて所
定に加速させてイオン生成領域１１の反応室内にてポー
ト１２から供給される、例えば、塩素ガス１３をイオン
化させ、イオンプラズマ１９を生成し、そのうちの電子
ビーム６'により励起されたイオン１４（図示態様は電
子ビーム６' と共にモデル化しているものである。）を
ホルダ１５に設けられたシリコンウエハ等のターゲット
試料１６に照射させ、所定の微細加工をドライエッチン
グにより行うようにされていた。

【０００８】そして、この間、イオン生成領域１１の反
応室に配設されたマルチポール磁石１７，１７' …、及
び、外設した逆磁場コイル１８により電子ビーム６' の
軌道をコントロールするようにされている。

【０００９】しかしながら、低エネルギー領域におい
て、大断面積に亘り、均一な大電流密度のイオン１４を
ターゲット試料１６に照射する等のメリットを有するか
かる電子ビーム励起イオン照射装置１にあっては、次の
ような不具合を相伴するという問題点が産業用装置等の
実用化に際して無視出来なくなってきた。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】即ち、電子ビーム励起
イオン照射装置１にあってはイオン生成領域１１の反応
室内における電子ビームのエネルギーと電流量を相互独
立に制御出来ることにより極めて制御性の高いプラズマ
生成が出来る優れた技術ではある。

【００１１】しかしながら、在来態様の電子ビーム励起
イオン照射装置１にあってはその電子ビームガン１０の
補助電極７、放電電極７' 、加速電極８は固定構造であ
り、各電極７，７' ，８の固定的なオリフィス径では安
定した放電や電子ビームの引き出し、加速のスムーズな
制御が行えない問題がある。

【００１２】即ち、各電極７，７' ，８においてオリフ
ィス径が固定的であり、放電や加速を大電流から小電流
まで次述する如く安定して制御するようにするために、
オリフィス径を当該装置について現場にて変更すること
が出来ず、変更するに際しては常に大気開放して部品を
取り替えることが必要であり、そのことは可能であって
も、装置の分解を必要とするために、大気開放時に水分
の吸着等が生じて放電が安定するのに時間を要するとい
う欠点があり、例えば、放電電極７' について大口径の
オリフィス径では小電流での稼動が安定して行えず、逆
に、小口径のオリフィス径では放電は安定するものの、
逆に大電流電子ビームの引き出し、加速が難しいという
難点があり、又、オリフィス径を小径にしておくとガス
の排気に時間を要したり、設定真空度に到達するのに長
時間を要し、稼動効率が悪いという不都合さがあった。

【００１３】又、熱陰極部の到達真空度が充分高くない
ために、熱陰極の酸化による損傷も起こるという不都合
さがあった。

【００１４】又、加速電極８については同じく同時に現
場でそのオリフィス径を変更出来ないために、イオン生
成領域１１から電子ビームガン１０内への反応性ガスの
逆流量の制御がスムーズに行えなかったり、電子ビーム
６' の該加速電極８に直接流入する電流値のコントロー
ルがスムーズに出来ないという不具合があった。

【００１５】即ち、イオン生成領域１１のガス圧をプロ
セス上高くする必要がある場合は、加速電極８のオリフ
ィス径を小さくし、イオン生成領域から加速領域へ逆流
する反応性ガス量を抑制し、加速空間のガス圧が必要以
上に高くなり、放電電極から引き出された電子ビームが
過度の散乱、エネルギーロスを起こさないようにする必
要がある。

【００１６】又、放電電極７' から大電流を引き出す場
合はビーム径が太くなるために、加速電極８のオリフィ
ス径を大きくして加速電極８に直接流入する量を減らす
必要がある。

【００１７】これに対処するに、例えば、特開平５−２
６６８４６号公報発明に示されている様に、プラズマか
らイオンビームを引き出す出射口を２組の出射スリット
から構成し、各スリットを伸縮自在な軸に固定し、軸に
巻き付けたヒータ電流により軸温度を制御し、軸を膨
張、収縮することにより、出射口の開口深さを可変にす
る技術を用いるようにすることも基本的には可能である
が、該技術は開口部の口径を制御することは出来ず、
又、実装するに構造が複雑となり、制御管理が極めて複
雑で煩瑣となるネックがある。

【００１８】

【発明の目的】この出願の発明の目的は上述従来技術に
基づく電子ビーム励起イオンプラズマ発生装置の電子ビ
ームガンからの電子のエネルギーと電流量の相互独立に
制御性の高い利点を生かしながら、当該電子ビームガン
の補助電極，放電電極，加速電極のオリフィス径固定に
よる放電の不安定や電子ビーム電流、及び、エネルギー
の制御性が安定しない問題点を解決すべき技術的課題と
し、これらの電極の少くともいずれか１つのオリフィス
径を電子ビームガンを分解することなく、外部から有段
的、或いは、無段的にフレキシブルに真空状態を破るこ
となく変化させるようにして１基の電子ビームガンの動
作範囲を大きく制御自在に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電子
ビーム励起イオンプラズマ発生装置を提供せんとするも
のである。

【００１９】

【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、電子ビームガンのプラ
ズマ形成領域にアルゴンガス等のプラズマ形成ガスを供
給し、加熱陰極と放電電極間でプラズマ化し、該プラズ
マ中から電子を次段の加速電極との間に印加した電圧に
より所定に加速され、イオン生成領域において供給され
る、例えば、塩素ガス等をイオンプラズマ化し、当該イ
オンプラズマ中のイオンをターゲット試料に対し照射
し、設計通りの微細ドライエッチング加工が行われるよ
うにし、その間、電子ビームガンにおいて放電安定性の
コントロールや引き出し電子ビームの電流量、及び、エ
ネルギーのコントロールを行ったり、イオン生成領域か
らの反応性や酸化性のガスの逆流量をコントロールし、
最適放電にするべく補助電極，放電電極，加速電極の少
くともいずれか１つのオリフィス径を当該電子ビームガ
ンの装置分解を行ったり、大気開放状態にすることな
く、外部から有段的、或いは、無段的にフレキシブルに
コントロールすることが出来、大電流発生時にはオリフ
ィス径を大きくし、小電流発生時にはオリフィス径を小
さくすることが出来、安定した放電が行え、イオン生成
領域からの逆流するガス量を少くするには加速電極のオ
リフィス径を小さくすることが可能であるようにし、大
電流通過時にはオリフィス径を大きくして当該加速電極
に直接流入する電子のロスを少くし、高効率で安定した
プラズマの生成が可能であるようにした技術的手段を講
じたものである。

【００２０】

【実施例】次に、この出願の発明の１実施例を図１〜図
３に基づいて説明すれば以下の通りである。

【００２１】尚、図４と同一態様部分は同一符号を用い
て説明するものとする。

【００２２】図１に示す態様においては、電子ビームガ
ン１０のみが示されてはいるが、当該電子ビームガン１
０は図４に示した在来態様同様のイオン生成領域１１に
接続されて前設されているものであり、基端部には電子
放出用のフイラメント５' を有する熱陰極５が直流式の
加熱電源２０''に接続されており、プラズマ領域２につ
いてはポート３がプラズマ生成用のアルゴンガス４を所
定量供給するようにされている。

【００２３】而して、電子ビームガン１０にあってはプ
ラズマ領域２に対し補助電極７、及び、放電電極７' 、
そして、加速電極８が所定間隔を介しこの順に設けられ
ており、図４に示した在来態様同様に放電電源２０、及
び、加速電源２０' に接続されている。

【００２４】そして、放電電極７と加速電極８の外側に
は電子ビーム６' コントロール用の電磁コイル９，９'
が設けられ、両者の間には排気ポート３' が設けられて
いる。

【００２５】そして、上述の電子ビームガン１０の基本
的構成は図４に示した在来態様同様である。

【００２６】又、当該実施例においては、補助電極７、
放電電極７' 、加速電極８の各オリフィス３１について
は図２，図３に示す様に、オリフィス３１の外部から無
段的にフレキシブルに拡縮することが出来るようにオリ
フィスピース２１が、例えば、カメラのシャッターにお
ける駆動機構２２、及び、そのコントローラ２３により
拡縮自在にされ、各オリフィスピースブロック２４には
カムノッチ２５が所定曲率で介装され、カムリング２６
に植立したカムピン２７によりオリフィス径３１が拡縮
自在にされている。

【００２７】尚、該カムリング２６については所定の駆
動機構２２に連係されているモーター３０等によりウオ
ームギヤ機構等を介し所定角度スライド的に回動自在に
されて各オリフィスピースブロック２４のカムノッチ２
５にカムピン２７を係合させて拡縮することが出来るよ
うにされている。

【００２８】したがって、コントローラ２３に所定の拡
縮指令信号を予め、或いは、その都度インプットするこ
とにより駆動機構２２を介しモーター３０がカムリング
２６を回動させて各オリフィスピースブロック２４を有
段的に、且つ、無段的にフレキシブルに拡縮させること
によりオリフィス径３１を拡縮出来るようにされている
ことになる。

【００２９】上述構成において、電子ビームガン１０の
プラズマ生成領域２にポート３を介しアルゴンガス４を
所定量供給し、熱陰極５のフイラメント５' に加熱電源
２０''から通電して加熱し、例えば、１４００℃に赤熱
状態に加熱し、プラズマ生成領域２に図４に示す在来態
様同様に補助電極７、放電電極７' による協働作用によ
り所定のプラズマを発生させ、更に、加速電極８によっ
て加速し、プラズマイオン発生領域１１内に図４に示す
在来態様同様ポート１２から供給される、例えば、塩素
ガス１３に放射されてプラズマが形成され、そのうちの
イオンが当該図４に示す在来態様同様にターゲット試料
１６に照射されて所定のドライエッチング加工がなされ
る。

【００３０】而して、この間、電子ビームガン１０から
入射される電子ビームの電流密度がより大電流を要する
場合に、予め（或いは当座に）入力しておいたコントロ
ーラ２３による指令信号により駆動機構２２のモーター
３０がカムリング２６を所定に回動させてカムピン２７
によりオリフィスピースブラケット２４のカムノッチ２
５にカムピン２７を係合スライドさせることにより、各
オリフィスピースブラケット２４は同期的に拡縮し、当
該所望の電流の電子ビーム６' を採り出すようにされ、
又、その際のオリフィス径３１のコントロールにより、
排気ポート３'からの排気がコントロールされプラズマ
生成領域２におけるプラズマの生成が最適真空度にコン
トロールされる。

【００３１】又、加速電極電極８のオリフィス径も同様
に最適状態に拡縮されるために、イオンプラズマ生成領
域１１からの逆流ガス量を最適にし、又、当該加速電極
８に直接的に流入する電子の量のロスを少くするように
出来、高効率で安定したプラズマの生成がなされる。

【００３２】このようにして補助電極７、放電電極７'
、加速電極８のオリフィス径を所定に拡縮することに
より安定した放電が行え、大電流時にはオリフィス径を
大サイズにし、小電流時には小さくすることが出来、
又、電子ビームガン１０内に於けるガス圧を最適状態に
することが出来る。

【００３３】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、各オ
リフィスピースの駆動機構には電磁ソレノイドを用いた
りする等種々の態様が採用可能である。

【００３４】そして、オリフィス径については無段的に
フレキシブルにし得る他に有段的にする等も出来ること
は勿論のことである。

【００３５】又、電子ビームガンへ供給するガスをＨｅ
（ヘリウム）やＨ₂（水素）にしたり、イオン生成プラ
ズマ領域に導入するガスをＯ₂（酸素）やＮ₂（窒
素）、ＨＢｒ，ＳＦ₆，ＣＨＦ₃等の反応性ガスにする
ことが出来ることは勿論のことである。

【００３６】

【発明の効果】以上、この出願の発明によれば、基本的
に電子ビーム励起イオンプラズマ発生装置にあってイオ
ンプラズマ生成領域に前設される電子ビームガンが加熱
陰極に対し補助電極，放電電極，加速電極を配設され、
これらの少くともいずれか１つがそのオリフィス径を可
変になし得る外部の駆動機構に連係されているようにし
たことにより、当該電極のオリフィス径をその場で所望
の大電流の電子ビーム用口径、或いは、小電流の電子ビ
ーム用口径に拡縮し得るように出来るために、大電流，
小電流の引き出しがし易く、所望電流の電子ビームを安
定して引き出すことが出来るという効果が奏される。

【００３７】しかも、電子ビームガンを解体せずに、そ
のままで当該所望電極のオリフィス径を外側からフレキ
シブルに有段的、又は、無段的に調整し得るようにする
ことが出来るために、電子ビームガンの解体等の煩瑣な
手間が要らず、大気開放等をせぬことにより、水分の吸
着等が生ぜず、放電が安定して行えるという効果が奏さ
れる。

【００３８】そして、補助電極についてそのオリフィス
径をフレキシブルにコントロールし得ることにより排気
がし易く出来、そのため、熱陰極部の到達真空度が良好
にし得るという効果も奏される。

【００３９】更に、加速電極についてもそのオリフィス
径を所望に外部からコントロールすることが出来るため
に、イオンプラズマ生成領域からの反応ガスの逆流量の
コントロールが自在に行え、又、当該加速電極に直接流
入する電子の量をコントロールすることが出来ることに
よりロス分を少くし、高効率で安定したプラズマが生成
出来るという優れた効果が奏される。

【００４０】又、逆流するガス量が少くすることが出来
るために、それだけ、電子ビームの加速を安定させるこ
とが出来るという効果も奏される。

【図面の簡単な説明】

【図１】この出願の発明の１実施例の要部拡大縦断面図
である。

【図２】電極のオリフィス径機構の模式正面図である。

【図３】同、オリフィスピースの駆動機構の分解斜視図
である。

【図４】電子ビーム励起イオンプラズマ発生装置の一般
態様の模式縦断面図である。

【符号の説明】

１１イオンプラズマ生成領域１０電子ビームガン５加熱陰極７補助電極７' 放電電極８加速電極１電子ビーム励起イオンプラズマ発生装置３１オリフィス径２２駆動機構

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)発明者長谷川猛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)発明者伴雅人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)発明者森幸隆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

【特許請求の範囲】

【請求項１】イオンプラズマ生成領域に前設される電子
ビームガンが加熱陰極に対し補助電極，放電電極，加速
電極をこの順で配設されている電子ビーム励起イオンプ
ラズマ発生装置において、該補助電極，放電電極，加速
電極の少くともいずれか１つがそのオリフィス径を可変
し得る外部の駆動機構に連係されていることを特徴とす
る電子ビーム励起イオンプラズマ発生装置。
【請求項２】上記補助電極，放電電極，加速電極のオリ
フィス径が無段的に可変にされるように駆動機構に連係
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プラズマ発生装置。
【請求項３】上記補助電極，放電電極，加速電極のオリ
フィス径が有段的に可変にされるように駆動機構に連係
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プラズマ発生装置。