JPS61156626A - イオン加工器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は、被加工物の面に照射され所望のパターンにエ
ツチングを行なうイオンビームを構成する荷電粒子が生
成されかつ閉じ込められるとともにこの荷電粒子が引き
出される引出し口を有するプラズマ室と、このプラズマ
室の引出し口に近接して配され該プラズマ室からイオン
ビームを引き出すイオンビーム引出しグリッドとを備え
、プラズマ室から引き出されたイオンビームを絶赳物。

半導体あるいは金属などの面に照射して所望のパターン
にエツチングを行ない、たとえば半導体上に超高密度集
積回路を形成したり、絶縁物や金属の板に密に配された
光学測定用の細線などを食刻したりするのに用いられる
イオン加工器に関するものである。

〔従来技術とその問題点〕

この種のイオン加工器として、従来第３図のようなもの
が知られている。図において、たとえばセラミックス、
ガラス、テフロンなどからなる絶縁物７を介して互に結
合され真空容器を形成する金属円筒９．１０の内側に、
プラズマ圧力を維持する役目を有する、金属才たは絶縁
物からなる円筒状の容器１と、この円筒状容器１の内面
側を憶うように円筒状に形成され大地電位に対して正極
性に課電された金属板または金網からなる陽極３と、電
離されてプラズマとなる原料ガスを導入する原料ガス導
入路８と、この導入された原料ガスを電離するためのエ
ネルギを供給するエネルギ源装置２と、前記陽極３と同
電位にありプラズマを容器１内に閉じこめる役をなすグ
リッド４ａと、このグリッド４ａと平行に対向し大地電
位に接続されたイオンビーム引出しグリッド４ｂと、円
筒１とグリッド４ａとによって囲まれたプラズマ室Ａ内
のプラズマ中からイオンビーム引出しグリッド４ｂによ
って引き出されたイオンの電荷を中和してイオン分子を
中性化する中性化フィラメント、５と、中性化されたイ
オン分子によってエツチングされる大地電位のプレート
状被加工物（以下液加ニブレート６と記す）とが収容さ
れている。

原料ガスを電離するためのエネルギを供給するエネルギ
源装置は、ここには特に詳細を図示しないが、たとえば
、プラズマ室Ａ内に配された熱陰極を外部電源から加熱
して熱電子を放出させ、この熱陰極と陽極３との間に直
流電圧を印加して、この熱陰極から放出されて陽極へ走
る電子に外部または金属円筒９と容器１との間に配され
た直流電磁石２ａによって軸方向の磁界を作用させて磁
界と直角な面内に円運動をおこさせ、この円運動の際の
原料ガスとの衝突時に原料ガスを電離させて原料ガスを
プラズマ状態とする方式のものや、この方式と同様の方
法によって軸方向の直流磁界がかけられたプラズマ室Ａ
に、図示されない別置のマグネトロンから導波管を介し
て周波数がＭＨ２（メガヘルツ）オーダの電磁波を注入
し、この電磁波の周波数と同期する速さで前記磁界と直
角な面内に電子の円運動をおこさせ、この円運動の際の
原料ガスとの衝突時に原料ガスを電離させて原料ガスを
プラズマ状態とする電子サイクロトロン方式のものなど
があり、エネルギ源装置２はこれらを抽象的に示したも
のである。

このようにしてプラズマ室Ａ内に発生されたプラズマが
所定のプラズマ圧力を超過すると、正のイオンがグリッ
ド４ａから外方に溢出する。この溢出した正のイオンは
、大地電位すなわちグリッド４ａより弁の電位にあるイ
オンビーム引出しグリッド４ｂにより液加ニブレート６
に向かって引き出される。このイオンビーム引出しグリ
ッド４ｂと液加ニブレート６との間には、たとえば熱陰
極からなる中性化フィラメント５が配され、この中性化
フィラメントから放出された熱電子ζこよって、前記イ
オンビーム引出しグリッド４ｂにより引き出された正イ
オンが中和されて中性分子となり、この中性分子のビー
ムによって液加ニブレート６が照射される。液加ニブレ
ート６がたとえば半導体であれば、この半導体は所望の
パターンを残してレジストと称する保ａ膜で覆われ、前
記ビームによって照射されたパターン部分のみがエツチ
ングされる。

従来のイオン加工器において中性化フィラメント５が用
いられる理由は、絶縁体または半導体のような被加工物
に対してイオンのまま衝突させると、被加工物の表面に
電荷が蓄積し、表面電位が上昇して、大地電位との間で
表面層の絶縁破壊を生ずるためである。

しかし、中性化フィラメントを用いてイオンを中性化す
る方法は、以下に述べる２点で好ましくない。

（１）イオンを中性化してこれを加工に用いると、イオ
ンが有する化学反応性を殺してしすうことになり、原料
ガス分子の単なる衝突または中性活性種すなわち原料ガ
ス分子が分解して生じた、化学的に活性な分子自体の反
応性のみを利用するに止まり、エツチング加工の効率が
低下する。

（２）中性化フィラメントからの電子を熱電子として供
給するにせよ、フィラメント表面にう虫′こ界を作用さ
せて電子を引き出すショットキ効果を利用して供給する
にせよ、中性化フィラメントまわりには電界が存在する
ことになるから、この中性化フィラメントは、イオンビ
ーム引出しグリッド４ｂによって方向性が与えられたイ
オンビームの照射方向ｌこ影響を与え、たとえば微細加
工の可否をきめるエツチング加工の質を低下させる。

〔発明の目的〕

この発明は上述の欠点を除去し、イオンが有する反応性
をそのまま生かしてエツチング加工の効率を高めるとと
もに、イオンの方向性に悪影響を及はさないようにして
エツチング加工の負を向上させ、かつ、絶縁体や半導体
などの被加工物表面に電荷が蓄積されないようにして表
面層の２ｉ５縁破壊の発生を防止したイオン加工器を提
供することを目的とする。

〔発明の要点〕

この発明は、従来のイオン加工器における中性化フィラ
メントを除去し、プラズマ室から引き出されたイオンビ
ームが、該イオンビームを構成する荷電粒子の電荷が中
和されることなく被加工物の面を照射するとともに、イ
オンビームによって照射される被加工物の面に電荷が蓄
積されない、ように、プラズマ室の′電位をイオンビー
ム引出しグリッドに対して交互に正および負となるよう
に制御して、前記の目的を達成しようとするものである
。

〔発明の実施例〕

第１図に本発明に基づいて構成されたイオンビームの実
施例を、また第２図に、第１図のように構成されたイオ
ン加工器におけるプラズマ室とイオンビーム引出しグリ
ッドとの電位差を、イオンビームによって照射される被
加工物の面に電荷が蓄積されないように制御したときの
、この電位差の波形の例を示す。

第１図からみられるように、このイオン加工器は、第３
図に示される従来のイオン加工器から中性化フィラメン
ト５を除去したものであって、ブラズム室Ａからイオン
ビーム引出しグリッド４ｂによって引き出されたイオン
ビームは、該イオンビームを構成する荷電粒子の電荷が
中和されることなく、また方向性が影響を受けることも
なく、一様に被加工物の加工面に向かって進む。従って
従力゛λ 来のエツチング加工のように原料≠４分子の単なる衝突
および中性活性種すなわち、原料ガス分子が分解して生
じた、化学的に活性な分子自体の反応赤い反応エネルギ
を利用したエツチング加工が可能になり、反応速度が増
大してエツチング加工の効率が向上するほか、イオンビ
ームが一様に被加工物の加工面を照射するから、加工面
の微細加工が容易に可能となる。

一方、このように構成されたイオン加工器においては、
イオンビームを構成する荷電粒子の電荷は中和されない
から、荷電粒子の電荷が正または負のいずれか一方の極
性のイオンビームのみを照射したのでは、被加工物の加
工面にその極性の電荷が蓄積し、加工面の表面ｌこ沿っ
た絶縁破壊を生ずる。従って、プラズマｆｉＡとイオン
ビーム引出しグリッド４ｂとの電位差の波形を、たとえ
ば、第２図に示すような波形として、荷電粒子の電荷の
電 極性が正のイオンビームと、荷電粒子の電荷の極性が負
のイオンビームとを交互に引き出して加工面に照射する
ようにすれば、加工面における電荷の蓄積を防止するこ
とができる。すなわち、正のイオンビームを構成する荷
電粒子は通常負のイオンビームを構成する荷電粒子より
もモビリティが小さいから、第２図（ａ）のように、プ
ラズマ室Ａとイオンビーム引出しグリッド４ｂとの電位
差を、正、負の各半波における大きさと時間幅とがそれ
ぞれ等しくなるように制御したのでは、同量の電荷が被
加工物の面に到達しない。そこで、電位差の正側と負側
の大きさが寺しい波形の場合には、同図（ｂｌのように
、正側の時間幅が負側の時間幅よりも大きくなるように
制御し、また、正側と負側の時間幅が等しい波形の場合
には、同図（Ｃ）のように正側の大きさが負側の大きさ
よりも大きくなるように制御する。また、原料ガスの種
類により、正のイオンビームと負のイオンビームのそれ
ぞれの荷電粒子のモビリティが大きく相違するときには
、同図（ｄ）のように、正側の大きさも時間幅も負側よ
り大きくなるように制御する。このようにすれば、被加
工物の加工面に蓄積された電荷を中和するのに特別の装
置を必要とせず、イオン加工器の構造を簡単にすること
ができ、かつ、イオン加工器を低コストに製作すること
ができる。

なお、負のイオンビームを引き出すときには、正のイオ
ンビームが引き出されている間にプラズマ室に残留し、
かつ、直流磁界によって閉じ込められていた電子および
負のイオンを、電位差の波形における負の時間幅の間だ
けこの直流磁界を消去することにより、磁界の拘束から
解放して引き出す。

〔発明の効果〕

以上に述べたように、本発明によれば、従来、イオン加
工器のイオンビーム引出しグリッドの被加工物側に配さ
ねていた中性化フィラメントを除去し、イオンビームを
状成する荷電粒子の電荷を中和することなく、イオンビ
ームを被加工物の面に照射するようにしたので、原料ガ
ス分子の単なる衝突と中性活性種すなわち原料ガス分子
が分解して生じた、化学的に活性な分子自体の反応性と
のみに依存していたエツチング加工に代わり、これら分
子が荷電されたイオン化活性棟の持つ大きい反応エネル
ギを利用したエツチング加工が可能となり、反応速度が
増大してエツチング加工の効率が向上するほか、中性化
フィラメントまわりの電界のイオンビーム照射方向への
影響がなくなり、一様な方向をもつイオンビームをもっ
て被加工物の面を照射することができるから、エツチン
グされるパターンがたとえば線幅の微小な細線からなる
ような微細加工の場合、加工面の表面から内部へ向かっ
てエツチング領域が広がり、このため細線のきれいなエ
ツチングが妨げられるというようなことがなくなり、微
細加工が容易となるというメリットが得られる。また、
従来の中性化フィラメントを除去しても被加工物の面に
電荷が蓄積されないよう、プラズマ室の電位をイオンビ
ーム引出しグリッドに対して正または負となるように制
御するようにして、正のイオンビームと負のイオンビー
ムとを交互に引き出すようにしたので、被加工物の面に
蓄積した電荷を中和するのに特別の装置を必要とせず、
イオン加工器の構造を簡単にすることができ、かつイオ
ン加工器を安１曲に裏作することがでさるという効果が
得られる。′

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に基づいて構成されたイオン加工器の実
施例を示す説明断面図、第２図は本発明に基づいて構成
されたイオン加工器におけるプラズマ室とイオンビーム
引出しグリッドとの電位差を、イオンビームによって照
射される被加工物の面に電荷が蓄積されないように制御
したときの、電位差の波形例の説明図、第３図は従来の
イオン加工器の構成を示す説明断面図である。 Ａ・・・プラズマ室、４ｂ・・・イオンビーム引出しグ
リッド、６・・・被加工物。 （τｌＪ＋１１で２） （Ｖｒ舛Ｖ’ｚ） （τ唐９．ｖ／矢’７２）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）被加工物の面に照射され所望のパターンにエッチン
   グを行なうイオンビームを構成する荷電粒子が生成され
   かつ閉じ込められるとともにこの荷電粒子が引き出され
   る引出し口を有するプラズマ室と、このプラズマ室の引
   出し口に近接して配され該プラズマ室からイオンビーム
   を引き出すイオンビーム引出しグリッドとを備えたイオ
   ン発生器において、前記プラズマ室から引き出されたイ
   オンビームを、該イオンビームを構成する荷電粒子を中
   和することなく被加工物の面に照射するとともに、前記
   プラズマ室の電位が、前記イオンビームによって照射さ
   れた被加工物の面に電荷が蓄積されないように前記イオ
   ンビーム引出しグリッドに対し交互に正および負となる
   ように制御されることを特徴とするイオン加工器。 ２）特許請求の範囲第１項記載のイオン加工器において
   、イオンビーム引出しグリッドに対して交互に正および
   負の電位となるように制御されるプラズマ室と前記イオ
   ンビーム引出しグリッドとの電位差の波形が矩形波状と
   なるように制御されるとともに、該矩形波状の電位差の
   正の半波と負の半波のそれぞれの大きさおよび正の半波
   と負の半波のそれぞれの時間幅の少なくともいずれか一
   方が正側で大きくなるように制御されることを特徴とす
   るイオン加工器。