JPS62235484A - 薄膜装置 - 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、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シ。

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。従って、その製造工程で使用され
るエツチング装置やデポジション装置などに対してはよ
シ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（Ｒ，ＩＤＥ装ｆ
りの開発が注目されている。このＲＩＢＥ装置は、イオ
ンビ−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５９−４６
７４８号では、多孔電＠を引き出し電極とし、さらにシ
ールド電甑ヲ設けたイオンシャツ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
スパッタされた粒子によっ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
−８２９５５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
によっ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
を行っているため、イオンの衝突やそれに伴う化学反応
が原因となっ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向である
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ＪＬ
＜、７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〕

本発明は、被加工物を保持する真空容器の内側および外
側の一方に、真空容器の円周方向と軸方向の両方に磁性
が交互に異なる多極多段の永久磁石を設けたものである
。

〔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
は多極多段の永久磁石の磁気レンズ効果によって集束さ
れて平行なイオンビームとなっ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
上端を封じているパックプレート３とによって囲まれて
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
気されることによって真空状態にすることができ、さら
にガス導入ロア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メ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
アーク放電によってプラズマを生成するためのフィラメ
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。

１　　／７’ｌ　、ｈ　　７１．Ｊ”　　Ｉ　　ｎ　　
ｌ／Ｆ”　ｉ由’ｈｎ　Ｔルー　１１−ｔｍｍｍ−＋　
　Ｚ　　？　　＾Ｉ／７”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８他が交互
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８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Ｉ−１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から排気を行ってプラズ
マ生成室１を５Ｘ１０”’Ｔｏｒｒ程度の真空状態にし
た後、ガス導入ロアから反応性ガスを導入し、真空容器
側テ５ｘ１ｏ−’　〜ｌＸｌ０−”　Ｔｏｒ　ｒ程度の
ガス圧を得、次にフィラメント９に直流電流を流して熱
電子を放出させながらフィラメント９を陰極、プラズマ
生成室側壁２を陽極としてアーク放ｔｙｔ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ガスヲ用いた場合、約３Ｘ１０”　（ＣＰｎ−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４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９．２およびプラズマの電位と真空容器５および被加
工物１１の電位差によってできる電界によシイオンビー
ム１４がプラズマ生成室ｌから引き出されるが、このイ
オンビーム１４は第２図（ａ）に破綻で示すイオン放出
面１５のように中心部が下方に向って突出した放物形状
となシ、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１
２．１３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υ、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Ｆｔ−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Ｆｔ−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Ｏ２２ｍ　Ａ／ｃ’ｍ
”のイオン電流密度しか得られなかったが、本発明によ
ればイオンビームの集束効果によって０．５　ｍ　Ａ　
／　Ｃｒｒｌ”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、大面積に亘って平行性の
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シ、
プラズマ生成室１に誘導結合の高周波放電によシ生成し
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との電位差によって生じる電界によ
シイオンビーム１４′ｆ：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■−■断面図に示すようにカスプ磁界
を形成すべく絶縁物１９によって固定されている。

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によって取付けられ、バックプレート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って
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っ
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ｌ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って
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■−■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ちる。

第４図は本発明の第３の実施例を示す縦断面図であシ、
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）で生成した導大ガスのプラズマを、
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′１位と真空容器５および被加工物１１との
電位差によって生じる電界でイオンビーム１４″ｆ：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１円筒コイル２３が巻かれており１円筒の軸方
向に直流磁界を印加するようになっている。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Ｅ
ＣＲ，による導入ガスのプラズマ化が実現され流側と同
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蜜変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１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、上記の各実捲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
よシ、イオンビームの引出し世を調整することもできる
。また、主としてエツチング装置直を例に挙げて説明し
たが、デポジショ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′這位を与
え、イオンビームの方向性全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シ、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、多極多段の永久磁
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】

鯖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だめの断面図
、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・・・フィラメント、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、２
４・・・マイクロ波の導波管。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、開口部を有する容器の側壁の内側または外側に設け
   た多極構造の永久磁石を備え、放電によつて生成したプ
   ラズマを保持するプラズマ生成室と、このプラズマ生成
   室に絶縁物を介して気密状態を保持しながら連結された
   真空容器とから成り、前記真空容器内に保持された被加
   工物に対し前記プラズマ生成室で生成されたイオンビー
   ムを照射する薄膜装置において、前記真空容器の内側お
   よび外側のいずれか一方に、真空容器の内周方向と軸方
   向の両方向に磁性が交互に異なる多極多段の永久磁石を
   配置したことを特徴とする薄膜装置。 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つ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、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つ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、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つ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。