JPS63274051A - イオンビ−ム中性化器 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、新規な構成のイオンビーム中性化器に関する
ものであり、特に電離したアルボソイオンを電圧３００
〜５ＫＶ程度により加速して半導体ウェハなどの基板表
面に衝突させ、その表面上に形成された膜構成原子ある
いは基板表面原子に運動エネルギを与えて上記基板上に
ドライエツチングを施すイオンミリング装置に用いられ
るイオンビーム中性化器に関するものである。

従来の技術 従来のイオンミリング装置においては、アルゴンガスを
イオン化し、これを電圧３００〜５ＫＶ程度により加速
して形成したイオンビームを半導体ウェハ等の基板表面
に衝突させ、そのイオンの有する運動エネルギを表面原
子に与えて、半導体ウェハ等のＩＣ基板表面上にドライ
エツチングを施していた。

ところが、エツチングが施される基板または基板表面上
にコーティングされた膜等の材質が電気的絶縁性の高い
ものである場合は、イオンビーム照射と共に起こる電荷
蓄積（チャージアップ）によって、エツチングが均一に
行われない、すなわち、不安定になるという問題があっ
た。

そこで現在では、イオン加速系の最終段階にイオンビー
ムを横切るようにほぼＶ字型のタングステン線を張りめ
ぐらせた中性化フィラメントを設け、電荷を中性させて
いる。

発明が解決しようとする問題点 しかし、この従来法のイオンミリング装置におけるイオ
ンビーム中性化方法では、上記のフィラメント線自体が
イオンビームの経路中に張られている為に、イオンビー
ムによるフィラメント線のエツチング損傷が著しく、フ
ィラメント線の寿命が短かくなる。またビームに対して
直角な面内で、フィラメントをＶ字型に張るといっただ
けの単純なフィラメント設置構造であるために、イオン
ビームの中性化率が低く、エツチング基板面でのチャー
ジアップの低減作用は十分ではなかった。

本発明は、イオンビームの経路中、特にイオン加速系最
終段階に中性化フィラメントと呼ばれる熱電子供給源を
設け、この熱電子供給源からの熱電子を、所定の割合で
上記イオンビームに照射することによってイオンビーム
を中性化し、その結果、中性化率の高いイオンビームを
イオンミリング装置に供給してエツチング基板面でのチ
ャージアップを低減させることによってエツチングを均
一に行うと同時にエツチング速度を上昇させ、且つイオ
ンビームによるフィラメントのエツチング損傷を防止し
て、フィラメント線自体の寿命を延ばすことを目的とす
る。

問題点を解決するための手段 上記した従来技術の問題点を解決する為に本発明者等は
イオンビーム、特にイオンミリング装置に用いられるイ
オンビームの中性化部の構造を変えることに着目し、本
発明を完成させた。

本発明者達がこの点について種々の実験を行ったところ
、イオンビームの外周上に熱電子供給用のフィラメント
系を設け、該フィラメント系より発する熱電子をイオン
ビームに向かって電気的に加速するためのグリッド系を
設けることによって、フィラメント線自体をイオンビー
ムの経路外に出せば、イオンビームによるフィラメント
のエツチング損傷が防止でき、それによってフィラメン
ト線の寿命の延長ができると同時に、イオンビームを優
れた効率で中性化できる事を見出した。

作用 本発明によるイオンビーム中性化器は、熱電子供給源で
あるフィラメント系を、イオンビームの外周上に設け、
さらにこのフィラメント系の内側に近接した円周上に、
該フィラメントから発生する熱電子引出し用のグリッド
系を配置する構成となっている。この中性化器における
上記フィラメント系は、上記グリッド系に対して電気的
に負のバイアス電位とすることによって、強力な熱電子
シャワーをイオンビームに向かって供給することができ
る。

このように、本発明のイオンビーム中性化器におけるフ
ィラメント系は、イオンビーム経路の外周上に設けられ
ているので、イオンビームによるフィラメントのエツチ
ング損傷が改善され、エツチング速度が上昇する。また
イオンビームの中性化率を大幅に引き上げることが可能
であり、従ってエツチング基板面でのチャージアップを
低減させた熱電子補給性能に優れたイオンビーム中性化
器が提供される。

本発明をイオンミリング装置に適用した場合について説
明するが、本発明はイオンミリング装置についてのみ適
用されるものではなく、一般にイオンビームを中性化す
る必要のある全ての装置に適用することができる。

実施例 第１図は、本発明によるイオンビーム中性化器の一実施
例の平面図で、イオンビーム経路に正対した方向から見
た図である。図示した本発明によルイオンビーム中性化
器１はイオンビームの経路（図の中心孔１０）を取り囲
んだ支持体上に円周方向に所定間隔で配置された複数、
図示した例では８個のフィラメント支持体３を有し、フ
ィラメント２はその両端を固定された状態でイオンビー
ム経路１０の周辺に張られたフィラメント系を成してい
る。また、フィラメント２から発生する熱電子引出し用
グリッド４は上記フィラメント系に近接した内側円周上
に設けられたグリッド支持体５により支持、連結されて
グリッド系を構成している。

、このイオンビーム中性化器１は、例えば、上記グリッ
ド系をアース電位にとり、フィラメント系には負のバイ
アス電位をかけることによって、上記フィラメントより
イオンビーム中心に向かって熱電子シャワーを浴びせる
構成とならている。

第２図は本発明による上記イオンビーム中性化器１をイ
オンミリング装置に適用した場合の一実施例を示してい
る。図示したイオンミリング装置自体は周知のもので、
詳細は省略するが、マグネット用電極による制御下に熱
陰極、陽極および陰極グリッドを介して引き出されたイ
オンは加速機によって加速されて作業面上に衝突する。

本発明による上記イオンビーム中性化器１は、上記イオ
ン発生源と作業面との間のイオンビーム経路上の任意の
位置に配置できるが、好ましくはイオン加速機の最終段
近傍に設けるのが好ましい。

本発明による上記イオンビーム中性化器１を市販のイオ
ンミリング装置のイオンビーム中性化部に取りつけ、誘
電体多層コーテイング膜の剥ぎ取り実験を行った。結果
を以下に示す。

この場合は、誘電体多層コーテイング膜の剥ぎ取り実験
は、下記条件で行った。

アルゴンガス圧　　　　　Ｉ　Ｘｌ０−’Ｔｏｒｒ　（
ベース真空３　Ｘｌ０−６Ｔｏｒｒ） グロー放電　　　　　　　１Ａ イオン加速電圧　　　　　ＩＫＶ イオン電流　　　　　　　５０ｍＡ 中性化フィ・ラメント電流　３０Ａ グリツド電圧　　　　　　０．５ＫＶ 熱電子電流　　　　　　　２００ｍＡ この実験より、本発明によるイオンビーム中性化器を用
いたイオンミリング装置では、イオンビーム強度分布を
損うことがなく、従来の装置によるものと比較して、３
倍程度のエツチング速度をもって、上記コーテイング膜
の剥ぎ取りが行われるという結果を得た。

さらに、熱電子供給用のフィラメントの寿命も従来の装
置では２０時間程度であったが、本発明の装置では、２
０時間をはるかに超えた時点でも、熱電子供給用のフィ
ラメントの劣化、折損等のトラブルは発生しなかった。

以上、本発明を特殊実施例につき説明したが、本発明は
これにのみ限定されるものではない。特に、本発明によ
るイオン中性化器のグリッド４はフィラメント２に対し
て放射方向内側に設けられていることは必要であるが、
グリッド４とフィラメント２は同一平面上にある必要は
必ずしもない。

これら両者をイオンビームの進行方向において上下にず
らすことによって熱電子シャワーを所望の形状に変える
こともできる。さらに、この熱電子シャワーを均質化あ
るいは制御する他の付加的手段を設けることも可能であ
る。

発明の効果 上記の通り本発明によるイオンビーム中性化器は、熱電
子供給源であるフィラメント系をイオンビームの外周上
に、熱電子引き出し用グリッド系と共に設置した構造と
した為に、フィラメントの劣化を極めて小さくし、且つ
熱電子補給性能も著しく向上させることができる。

つまり、本発明による上記イオンビーム中性化器は、大
出力イオンミリング装置においてもイオン中性化率を大
幅に引き上げ、この結果としてエツチング速度を著しく
上昇させることができると同時に、また熱電子供給源で
あるフィラメント系の寿命も著しく延ばせるので、寿命
の長いイオンビーム中性・化器として効果的に使用する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明によるイオンビーム中性化器の概念的
平面図で、イオンビームの経路を横切る方向から見た概
略図であり、 第２図は、本発明のイオンビーム中性化器がイオンミリ
ング装置内に据えられる位置を説明するためのイオンミ
リング装置全体の概念図である。 （主な参照番号） １・・イオンビーム中性化器、 ２・・フィラメント、 ３・・フィラメント支持体、 ４・・グリッド、　５・・グリッド支持体、ｌＯ・・イ
オンビーム経路 第１図　　　　　　１ １・・・・イオンビーム中ノ庄化器 ２・・フィラメント ３・・フィラメント支持体 ４・・・・グリッド ５・・・・グリッド支持体 ：レソタ

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）イオンビームの外側を取り囲むように設置された
   熱電子供給用のフィラメント系と、該フィラメント系よ
   り発する熱電子を上記イオンビームに向かって電気的に
   加速するためのグリッド系とを含むことを特徴とするイ
   オンビーム中性化器。
2. （２）イオンミリング装置の中で用いられることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項に記載のイオンビーム中性
   化器
3. （３）上記イオンミリング装置の中で用いられる上記イ
   オンビームが収束イオンビームであることを特徴とする
   特許請求の範囲第２項に記載のイオンビーム中性化器。
4. （４）上記イオンミリング装置の中で用いられる上記イ
   オンビームがイオンシャワーであることを特徴とする特
   許請求の範囲第２項に記載のイオンビーム中性化器。
5. （５）上記グリッド系が上記フィラメント系に近接し且
   つ上記フィラメント系に対して放射方向内側円周上に配
   置されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項か
   ら第４項のいずれか１項に記載のイオンビーム中性化器
   。
6. （６）中性化条件として、中性化フィラメント電流が５
   〜１５０Ａであることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項から第５項のいずれか１項に記載のイオンビーム中性
   化器。
7. （７）中性化条件として、グリッド電圧が０．１〜３Ｋ
   Ｖであることを特徴とする特許請求の範囲第１項から第
   ６項のいずれか１項に記載のイオンビーム中性化器。
8. （８）中性化条件として、熱電子電流が３０ｍＡ〜１Ａ
   であることを特徴とする特許請求の範囲第１項から第７
   項のいずれか１項に記載のイオンビーム中性化器。