JPS61273840A - 電子ビ−ム励起イオン照射装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は電子ビームによってイオンを生成し、　　□生
成されたイオンを試料に照射する電子ビーム励　　、゛
起イオン照射装置に関する。

（従来の技術） イオン照射装置が集積回路の微細加工等に用いられてい
る。今日知られているイオン照射装置は以下の様にして
試料にイオンを照射している。ＤＣ放電、ＲＦ放電ある
いはＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）によってプラズ
マを発生し、このプラズマのうちイオンのみを電界によ
って引き出し、これによって、試料にイオンを照射して
いる。

（発明が解決しようとする問題点） 試料に大きなダメージを残すことなく、イオンビームエ
ツチング等を有効に行なうためには低工　　゛ネルギー
領域において大電流イオンビームを試料に照射すること
が必要であるが、従来の装置においてはイオンビーム電
流を低エネルギー領域において大きくできなかった。従
来は低エネルギー領域においてイオンビーム電流は１０
ｍＡ／ｃｍ２以下であった。

本発明の目的は低エネルギー領域において大電流イオン
ビームを照射することのできる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） 上記目的は、プラズマ領域、加速陰極、電子ビーム加速
領域、加速陽極、イオン生成領域および導電性イオン被
照射体設置部がこの順で設けられ・　　ており、前記導
電性イオン被照射体設置部と前記加速陽極との間の電圧
を制御する手段が備えられている第１の発明の電子ビー
ム励起イオンビーム、置またはプラズマ領域、加速陰極
、電子ビーム加速領域、加速陽極、イオン生成領域、グ
リッド電極およびイオン被照射体設置部がこの順で設け
られており、前記グリッド電極と前記加速陽極との間の
電圧を制御する手段が備えられている第２の□　　発明
の電子ビーム励起イオン照射装置によって達成される。

（作　用） プラズマ領域中の電子が加速陽極によって引き出されて
イオン生成領域内に突入する。突入した電子はイオン生
成領域内の不活性ガス（又は金属蒸気）と衝突してイオ
ンを生成するが、このイオンの逆流によって、加速陰極
の出口付近に負のポテンシャルバリヤが形成されること
が防止される。

従って、プラズマ領域のプラズマ密度に比例する大電流
電子ビームがイオン生成領域に流入することができる。

イオン生成領域においては、これに流入した電子ビーム
の電流値に比例した数のイオンが発生するが、そのイオ
ンのエネルギーはイオン被照射体設置台あるいはグリッ
ド電極と加速陽極との間の電圧によって制御されて半導
体基板等に入射する。

なお、本発明の装置内にアルゴン等の不活性ガス、ＣＦ
、等の反応性エツチング用ガスを充填することによりエ
ツチングを行うことができ、ＳｉＦ４等の成膜用ガスを
充填することにより成膜を行うことができる。

（実施例） 第１図は、本発明の電子ビーム励起イオン照射装置の一
実施例の概略図である。カソード１１アノードを兼ねる
加速陰極２、加速陽極３および導電製イオン被照射体設
置部である試料設置部４がこの順で設けられている。カ
ソードｌと加速陰極２との間はプラズマが充填するプラ
ズマ領域５と□　　なり、加速陰極２と加速陽極３との
間がプラズマ領域５から引き出された電子を加速する電
子ビー、　　ム加速領域６となり、加速陽極３と試料設
置部４１　　との間がイオン生成領域７となる。カソー
ド１と−加速陰極２との間には放電用電源８によって電
圧が与えられて、プラズマ領域５内においてプラズマ生
成放電が生じるようになっている。加速陰極２と加速陽
極３との間に電位差を生じせしめる加速電源９は、プラ
ズマ領域５内の電子を引き出し、□′　　かつイオン生
成領域７中のイオンを加速陰極２ま゛　　で引き出す。

加速陰極２は直接アースされており、また、試料設置部
４は電圧可変のイオンエネルギ□　　−制御用電源１０
を介してアースされており、試料設置部４は加速陽極３
に対する電圧を制御しうるようにされている。通常アル
ゴンガス等の不活性ガス゛が流入口１１ａ、ｌｌｂから
装置内部に流入され、排出口１２ａ、１２ｂ、１２Ｃか
ら排出される。また、本実施例において電子およびイオ
ンの進行方向に沿って磁場が与えられており、電子流お
よびイオン流の横方向の拡がりが防止されている。プラ
ズマ領域５に設けられた仕切り１３　ａ　。

１３ｂはガスの圧力差をつけるためのものである。

このように構成されたイオン照射装置は以下の様に作動
する。カソード１と加速陰極２との間の放電によってプ
ラズマ領域５内にプラズマが発生する。このプラズマを
構成する電子は加速陽極３に引かれてイオン生成領域７
に突入して、イオンを生成する。このイオンの一部は加
速陰極２に引かれて加速陰極２の開口付近に形成される
負のポテンシャルバリアを引き下げる。従って、プラズ
マ領域内のプラズマ密度に比例した電流値の電子流がイ
オン生成領域７に流入する。イオン生成領　　　゛域７
においては、流入した電子の電流値（数）に　　　゛゛
・４゛・　　比例するイオンが生成される。このイオン
は試料ｉ、ｅ　　　設置部４の電位によりてその・ネ・
・ギーを制御さべ；（ ，；；１゛　　　れて試料設置部４上の試料１８に照射
される。上土； □　　　述した本実施例において、装置内に充填するガ
スパ１　　がアルゴンガスであり、加速陰極２と加速陽
極３゛　　　との間の電圧が１１０■、試料設置部４と
アース゛　　　との間の電圧が一３４Ｖ、プラズマ領域
５の真空、１　　度が０．７Ｔｏｒｒ、電子ビーム加速
領域６の真空度が・）ゝ　　Ｌ、Ｉ　Ｘ　１０−’Ｔｏ
ｒｒ、イオン生成領域７の真空度が、≧４．・ ；、　　　２．　ＯＸ　Ｉ　Ｑ−’Ｔｏｒｒ、加速陽極
３と試料設置部４と一□　　の距離がｌＱｃｍである場
合のイオン電流と初期放ゝ（ ：　　電電流（はぼ電子ビーム電流に等しい）との関係
↓へ □゛　　を第２図に示す。このグラフから本発明による
と□　、 −従来の技術と比較して約２桁も大きいイオン電流づ。

、）、　　　が得られることがわかる。なお、イオン電
流は抵：昂・ 、ｊｌｌ、　　抗１４の両端電圧を電圧計１６によって
測定する゛　　ことによって測られた。

・５゜ 、　　　なお、イオンエネルギー制御用電源１０として
は交流（高周波）のものを使用することができ、）” この交流電源の電圧を制御して試料１８の電位を変える
ことができる。

また、導電性イオン被照射体設置部である試料　　）設
置部４と加速陽極３との間の電圧は、イオンエ　　”ネ
ルボー制御用電源１０の電圧を制御するのでは　　）な
く、加速陰極２と加速陽極３との間の加速電源　　１９
の電圧値を制御することによっても変えること　　：番 ができる。この場合の例を第３図および第４図に　　”
示す。第３図および第４図に示されたいずれの例　　：
においても、イオンエネルギー制御用電源ｌＯは設けら
れておらず、試料設置部４は直接アースされておりイオ
ンエネルギーの制御は加速電源９の　　）電圧を制御す
ることにより行われている。第４図に示された実施例に
おいては、加速陰極２ではな　　□く、カソードがアー
スされており、放電電源の電圧を変化しても試料設置部
４と加速陽極３との間　　：の電圧を変化することがで
きる。

第５図は別の実施例の概略図である。本実施例　　□に
おいては試料設置部４′の電位は浮動状態とされており
、導電性を有している必要はない。加速陽極３と試料設
置部４′との間にはグリッド電極１７が配されており、
このグリッド電極１７がイオンエネルギー制御用電源１
０の陰極に接続されている。その他の構成は第１図に示
された実施例と全く同一である。本実施例においては、
イオンエネルギーの制御はグリッド電極１７の電位を変
、　　　化することにより設置部４′に向う電子の数と
工□°　　ネルギーを制御し、これによって試料１８の
電位◇２ ′　　を変化することにより行われる。

−また、本実施例においても、第３図に示された１　　
　実施例と同様にして、イオンエネルギー制御用型し　
　源１０を省いてグリッド電極１７を直接アースするよ
うにしてもよい。

第１図および第５図に示された実施例のように、電子ビ
ームガイド用磁場として一様磁場を用いても直径１５ｍ
ｍ程度の均一なイオンビームの照射が行なえることが確
認されているが、第６ａ図、第゛　　部に永久磁石２０
を配してマルチポール磁場を形６ｂ図に示されるように
イオン生成領域７の外周底すると、イオンビームをさら
に拡大することができ、大面積試料の均一照射が可能と
なる。

本発明においては、種々の変形実施例が考えられるが、
加速陽極を２つに分け、イオン生成領域と試料室とを分
離するようにしてもよいし、また、第７図に示されるよ
うに、絶縁物２４を介して設けられたイオンビーム加速
電極２１．２２を境にしてイオン生成領域７と試料室２
３とを分離して設けるようにしてもよい。このようにす
ると、試　　□料室２３内を高真空状態にすることがで
きる。イ　　□オン生成領域７から試料室２３へのイオ
ンの流入はイオンビーム加速電極２１．２２によって行
わ　　□れる。イオン生成領域とイオンビーム加速電極
との間にイオン源プラズマ領域を設け、このイオン　　
゛源プラズマ領域において発生したイオンを試料に　　
゛照射するようにしてもよい。この場合、第６ａ図およ
び第６ｂ図に示されるようにイオン源プラズ　　□マ領
域と試料室とにマルチポール磁場を与え、かつイオンビ
ーム加速電極をメツシュ電極とすることによりイオンビ
ーム径を拡大することができる。

第８図は、本発明をスパッタ装置として使用し　　゛た
場合の実施例を示す。イオン生成領域７において生成さ
れたイオンは、導電性設置部４′上のターゲット２５に
衝突する。イオンの衝突によって飛散したターゲット材
料は基板２６上に堆積する。

基板２６に図示されるように電位を印加すると、イオン
の衝突によってガス状に飛散され、さらにこの後電子ビ
ームの照射によってイオン化されたターゲット原子を、
基板２６に引きつけることもできる。

第９図は、本発明をスパッタ装置として使用した場合の
別の実施例を示す。ターゲット２５が電子ビームの照射
を受けることによってターゲット材料ガスが発生し、さ
らにこのガスが電子ビームの照射を受けることによって
イオンが生成される。

このターゲット材料ガスイオンは加速陰極２に引　。

かれて、プラズマ領域５へ向うがこの際イオンを捕える
ことにより基板２６上に成膜が行われる。

この実施例においては、加速陽極３の開口を大きめに設
定し、かつ電子ビームがターゲット２５上に集中する様
にターゲット付近に磁場を設定するとよい。また、基板
２６を設置する台としては加速陰極２自体を使用しても
よい。さらに、加速陽極３とターゲット２５との間に電
圧を加えてもよい。

上述した各実施例において特願昭５９−２７６７３８号
に従ってカソードと加速陰極の間にプラズマ電位分布整
形用電極を配することも極めて有効である。また、イオ
ンエネルギー制御用電源を用いる実施例において、電源
の極性を逆にすると負イオンの照射を行うことができる
。

（発明の効果） 本発明のイオン照射装置はプラズマ領域中のプラズマ密
度を制御することにより、照射するイオンの電流（イオ
ンの数）を制御することができる。

また、これとは独立して試料設置台あるいはグリッド電
極と加速陽極との間の電圧を制御することによりイオン
のエネルギーを制御することができる。従って、低エネ
ルギーのイオンを多数試料に照射することができ、半導
体基板等に結晶欠陥を生じることなく試料の加工を効率
よく行うことが可能となる。

また、本発明においては、イオン生成領域に外部から電
子ビームを流入してプラズマを作り出しているので、充
填ガスの組成変化や、不純物の混入に対するプラズマの
安定性は高い。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例の概略図であり、第２図は
、第１図の実施例におけるイオン電流と初期放電電流と
の関係を示すグラフ、第３図および第４図は、本発明の
別の実施例の概略図、 第５図は、グリッド電極を用いた場合の実施例の概略図
、 第６ａ図および第６ｂ図は電子ビームガイド用マルチポ
ール磁場を表わす側面図および断面図、第７図は、イオ
ン生成領域と試料室とを分離した場合の実施例を表わす
概略図、 第８図は、本発明をスパッタ装置として使用した場合の
実施例を示す概略図、 第９図は、本発明をスパッタ装置として使用した場合の
別の実施例を示す概略図である。 ｌ・・・・・・カソード、２・・・・・・加速陰極、３
・・・・・・加速陽極、４・・・・・・導電性試料設置
部、４′・・・・・・試料設置部、５・・・・・・プラ
ズマ領域、６・・・・・・電子ビーム加速領域、７・・
・・・・イオン生成領域、８・・・・・・放電用電源、
９・・・・・・加速電源、ｌＯ・・・・・・イオンエネ
ルギー制御用電源、１７・・・・・・グリッド電極。 イズン竜漢、ＣＡ］ 第３図 第４図 第５図 第６０図　　　　　　第６ｂ図 第７図 ｊ１８図 第９°図 ２、発明の名称　　　電子ビーム励起イオン照射装置３
、補正をする者 事件との関係　　出願人 名称　（６７９）理化学研究所 ４、代理人 住　所　東京都千代田区丸の内３丁目３番１号ゝ、’Ｊ
（ｆ（：）２”−°“”　　　　ｆ・色比　名（５９９
５）弁理士　中　　村−稔　φ５、補正命′令の日付　
　自　　発　−’ｌ’ｉ°６０・ ６、補正の対象　　　　　　　　　　　　　　　の欄、
Ｉ報−爾り 覧 ）特許請求の範囲を別紙の通り訂正する。 Ｊ　明細書第３頁７行から２０行“上記目的は・・・・
・・・・・達成される。”を［上記目的は、プラズマ領
域、加速陰極、電子ビーム加速領域、加速陽極、イオン
生成領域およびターゲット陰極がこの順で設けられてお
り、前記加速陽極に対して負の電位を前記ターゲット陰
極に与え、かつこの電位の値を制御することのできる手
段と、前記イオン生成領域において生成された正イオン
または負イオンを吸引し、このイオンの照射を受けるイ
オン被照射体が設置されるイオン被照射体設置部とが備
えられている電子ビーム励起イオン照射装置によって達
成される。」と訂正する。 （３）同第４頁１０行から第４頁１５行“イオン生成領
域にふいては、・・・・・・・・・・・・に入射する。 ”を［イオン生成領域においては、流入した電子ビーム
の電流値に比例した数のイオンが発生するが、本発明の
装置においては、第１１図に示されるように加速陰極、
加速陽極およびターゲッ’、、”　　　　　）　陰極ニ
よって、ポテンシャルの井戸が形成さ、、９′、 れ、コノポテンシャルの井戸内を電子が往復運・１、　
　　　動じて、プラズマが効率的に発生される。発生゛
８゛あｔｌ、ｉｓ　２５オフ中。イオ７（よイオ、被照
射体設□−゛置邪によって引き出されて、イオン被照射
体を照射する。イオンのエネルギー（速度）はイオ；１ □　　　　ン被照射体設置部の電位によって制御される
。 イオン生成領域に荷電粒子の横方向の拡散を防ぐマルチ
ポール磁場、ミラー磁場あるいは電位ｌ′　　　　。井
戸を設（す、。と１３より効率良くッ、オフ。 ミ′・ ）５　　　　発生を行うことができる。」と訂正する。 ′□°□　　（４）同第５頁第４行から第５行“導電製
イオン被□、− 士、ン。 照射体設置部である”を［ターゲット陰極の機、、　　
ｆｆｔ、＊ｂ６４　、ｔ　ｙ＊ｆｆ１ｌＪ＃ＲＫＦｉｆ
ＡＴｌ＝６Ｊ”１正する。 ゛（５）同第８頁第１７行から第１９行“第５図は別の
実施例・・・・・・・・・必要はない”を［第５図は、
本発明ではないが、本発明と同じ原理でイオンを放出す
るイオン源の一例を示している。本例においては、試料
設置部４゛は導電性を有している必要はない。」と訂正
する。 （６）同第９頁８行“変化することにより行われる０″
′　□の次に［又、グリッド電極１７の電位と試料設置
部４°の電位とを制御することにより、低エネルギーイ
オンを大電流密度で試料に入射することもできる。この
場合の１例になるが、グリッド電極１７を浮動電位（常
にイオン生成領域のプラズマ電位より負である。）に保
ち、試料設置部４゛の電位でイオンエネルギーを制御す
　　。 ることもできる。」を挿入する。 （７）同第１０頁２行から３行“イオン生成領域と試料
室とを”を「第１イオン生成領域と第２イ　　・オン生
成領域に」と訂正する。 （８）同第１０頁５行“イオンビーム加速電極”　　　
□を「２つのターゲット陰極」と訂正する。 （９）同第１０頁１０行“イオンビーム加速電極２１．
２２”を「試料設置部４」と訂正する。　　　□αＱ　
同第１０頁１１行“イオンビーム加速電極”と「ターゲ
ット陰極」と訂正する。 α口　同第１Ｏ頁１５行１示されるように”と６イオン
源”との間に「イオン生成領域と」を挿入する。 （１２）同第１０頁１７行“メツシュ電極”を「メツシ
ュ電極又は多数の開口部を有する電極」と訂、□ 正する。 （（１３１同第１１頁１行“導電性設置部”を［タープ
′　　　　ット陰極を兼ねる設置部」と訂正する。 □ −ｔ１４１　　同第１１頁１０行から１１行“電子ビー
ム”：：　　　　をｒイオンビーム」と訂正する。 ゝむ１ 、・１、　　固　同第１１頁１８行“電子ビーム”を「
イオン゛（・□　　　ビーム」と訂正する。 τ ゛（１Ｇ　　同第１２頁１行から３行「さらに、・・・
・・・・・・よ□　　　　い。」を削除し、この部分に
改行して以下の文章を挿入する。 「　第１０図は負イオンを照射することのできる実施例
を示す概略図である。イオンと電子とではラーマ−半径
が大きく異なる。このため、外部磁場が印加されている
場合、プラズマから磁力線を横切る方向で電子のラーマ
−半径以上に遠く離れた空間ではイオンのみが存在する
ことになる。本実施例はこのことに基いている。即ち、
試料設置部４は、電子通路部分２８から離れて設けられ
ている。この試料設置部４がプラズマ電位（はぼ加速陽
極３の電位と同じ）に対して負の電位のときは、　゛正
イオンが引き出される。逆に、プラズマ電位に対して正
の電位を有するときは、負イオンが引き出される。」 （１７）同第１２頁７行ないし９行“また、イオンエネ
ルギー・・・・・・・・・行うことができる。”を削除
する。 （１８）同第１３頁１５行から１６行“イオン生成領域
と試料室とを分離した場合”を「ターゲット陰極とイオ
ン被照射体設置部とを別体とした場合」と訂正する。 一旧　同第５頁第４０行“概略図である。”の後に以下
の文章を挿入する。 「　第１０図は、負イオンを放出することのできる実施
例を示す概略図、 第１１図は、本考案の作用を説明する図で′　　（イ）
同第１４頁第１７行“１７・・・・・・・・・グリッド
電・　　　極。”を「１７・・・・・・・・・グリッド
電極、２１，２２□　　　・・・・・・・・・ターゲッ
ト陰極。」と訂正する。 □ ２１１　　橢哨−等ヰト、第７図および第９図を別紙の
通り訂正し、第１０図右よび第１１図を追加する。 特許請求の範囲 （１）　　プラズマ領域、加速陰極、電子ビーム加速領
域、加速陽極、イオン生成領域およびターゲット陰極が
この順で設けられており、前記加速陽極に対して負の電
位を前記ターゲット陰極に与え、かつこの電位を制御す
ることのできる手段と、前記イオン生成領域において生
成された正イオンまたは負イオンを吸引し、このイオン
の照射を受けるイオン被照射体が設置されるイオン被照
射体設置部とが備えられている電子ビーム励起イオン照
射装置。 （２）前記ターゲット陰極が前記イオン被照射体設置部
を兼ね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被照射装置。 第７図 第９ｒＩ！Ｊ 第１Ｏ図 第１１図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）プラズマ領域、加速陰極、電子ビーム加速領域、
   加速陽極、イオン生成領域および導電性イオン被照射体
   設置部がこの順で設けられており、前記導電性イオン被
   照射体設置部と前記加速陽極との間の電圧を制御する手
   段が備えられていることを特徴とする電子ビーム励起イ
   オン照射装置。
2. （２）プラズマ領域、加速陰極、電子ビーム加速領域、
   加速陽極、イオン生成領域、グリッド電極およびイオン
   被照射体設置部がこの順で設けられており、前記グリッ
   ド電極と前記加速陽極との間の電圧を制御する手段が備
   えられていることを特徴とする電子ビーム励起イオン照
   射装置。