JPS6367744B2

JPS6367744B2 -

Info

Publication number: JPS6367744B2
Application number: JP57222199A
Authority: JP
Inventors: Matsukeru Edoin Haapaa Jeemuzu; Haiburamu Moodehai; Richaado Kaufuman Harorudo
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1982-03-05
Filing date: 1982-12-20
Publication date: 1988-12-27
Also published as: EP0093831B1; EP0093831A2; US4419203A; JPS58166930A; DE3377602D1; EP0093831A3

Description

【発明の詳細な説明】〔技術分野〕本発明は基板表面に作業するためのスパツタリ
ング・システムにおいて用いるためのイオン発生
に関し、特にイオン・ビーム中和するための装置
を提供する。

〔背景技術〕

ターゲツト基板の表面を精密に加工するための
スパツタリング技術は周知である。これらの技術
は、イオン・ビームの衝撃によつて基板のターゲ
ツト面から原子粒子を除去するのに充分なエネル
ギー・レベルのイオン・ビーム発生する必要があ
る。またスパツタされた粒子はそれ自身、電子部
品用の精密な付着層を形成するために第２の基板
に適当なマスクを経て付着させる事もできる。

先行技術のスパツタリング・システムの効率
は、絶縁体の基板を衝撃する時にはターゲツト領
域の表面に蓄積する電荷のために制限を受ける。
電荷は、正イオン・スパツタリング・ビームの場
合は自由電子を、又は負イオン・スパツタリン
グ・ビームの場合は正イオンを入射イオン・ビー
ムに付加する事によつて減少される。

正イオン・ビームの場合、イオン・ビームの経
路中に別のエミツタ、普通は電流の流れるフイラ
メントを設ける事によつて自由電子が正イオン・
ビームに付加される。ビームを中和するこの技術
はイオン・ビームに自由電子付加して、基板表面
の電荷を中和する。

フイラメント中和技術を用いる時、いくつかの
欠点が存在する。その第１のものは基板の汚染で
ある。フイラメントが蒸発又は昇華し、それによ
つて汚染物がイオン・ビームに付加される事は珍
らしい事ではない。

またイオン・ビーム中にフイラメントを配置す
る事は、基板が加熱される原因にもなり、これは
ある基板の場合には基板表面の劣化の原因にな
る。さらにフイラメントは入射イオン・ビームに
よる衝撃を受け、基板に至るイオン・ビーム中に
フイラメント粒子をスパツタする。

中和されたビームを作る１つの先行技術が米国
特許第3523210号及び第3515932号に説明されてい
る。この中和装置は、中和電子をイオン流に付加
するためにプラズマのブリツジを維持するように
あるビーム電流レベルが達成される事を必要とす
る。従つて中和は、プラズマの一部がプラズマ発
生器を出てイオン流に入るようなプラズマ・ブリ
ツジを形成するのに充分な電流強度に頼つてい
る。従つてプラズマ・ブリツジ中和に必要な電流
の要求により、低電流ビームの発生にはこの技術
を利用できない。プラズマ・ブリツジ中和技術は
イオン及び電子のプルーム（plume）を発生し、
遠方のターゲツトをねらう事のできない方向性の
弱いビームを生じる。

〔発明の開示〕

本発明の目的は、スパツタリング及び材料変形
処理で用いられるイオン・ビームのための中和を
与える事である。

本発明によれば、イオン・ビームに重大な汚染
粒子を付加する事なくイオン・ビームの中和が行
なわれる。

本発明によれば、スパツタリング・システムの
イオン・ビームに荷電粒子を付加する事は、スパ
ツタリング・ビームに重大な汚染粒子を付加する
事なく且つスパツタされる基板を加熱する事なく
行なわれる。

本発明の１実施例において、正イオン・ビーム
の中和はイオン発生器の内部で行なわれる。プラ
ズマは気体雰囲気中に浸された陰極と陽極との間
を流れる電流によつてイオン化される。気体中を
流れる電子電流は正イオン及び２次電子を発生す
る。スクリーン・グリツドはイオン及び電子に関
する出口アパーチヤを形成する。スクリーン・グ
リツドは、陰極に対して僅かに正の電圧に維持さ
れ、等しい数の正イオン及び中和電子がコリメー
トされた正イオン・ビーム中に加速される事を可
能にする。

本発明の他の実施例において、スパツタリン
グ・ビームは、スパツタリング・ビームと交わる
２次低エネルギー・イオン・ビームによつて中和
される。２次ビームはスパツタリング・ビームを
中和するための適当な電荷を有する粒子、負イオ
ン・スパツタリング・ビームの場合は正イオン、
正イオン・スパツタリング・ビームの場合は自由
電子を含む。低エネルギーのビームは、スパツタ
リング・ビーム及び周囲の真空装置と最小限の相
互作用しかない。

〔発明実施するための最良の形態〕

第１図を参照すると、イオン化される気体９を
受け入れるための容器１１を備えたイオン源が示
されている。気体９は典型的な場合、１ミリトル
の圧力を有するアルゴンである。

当業者に知られているように、容器１１のイオ
ン生成効率を増加させるために、容器１１を横切
つて磁界８が加えられる。

フイラメント１４は電源に接続され、電子を放
出する。陽極１３は電子引き付ける電位に維持さ
れる。

移動する電子は第３図に示すようなエネルギー
分布を有する。最初の主要な電子分布は低エネル
ギーのマクスウエル分布５１である。２番目の主
要な電子分布は高エネルギーの１次電子の群５２
から成る。容器１１内を移動する電子は気体と衝
突して、正イオン及び低エネルギーの電子作り出
す。こうして陽極１３より数ボルト正の電位を持
つプラズマが生じる。

複数の開口１６ａを有するグリツド１６は、プ
ラズマ中の正イオンを加速して開口１６ａを経て
容器１１の外部に出すための電位に維持される。
スクリーン・グリツド１６の電位によりプラズマ
の境界としてプラズマとグリツドとの間にシース
が生じる。

第１図の装置は、正イオン・ビームに、ビーム
を中和するための負の電子を供給する事ができ
る。プラズマ内の電子を中和粒子として利用する
ために、グリツド１６は容器１１内の陰極１４よ
りも少し正の電位に維持される。この条件のため
の容器１１内の電位は第２図に示されている。陰
極１４の電位はゼロ・ボルトである。陽極は陰極
よりも40ボルト正の電圧に保たれる。プラズマは
陰極に対して正の電位にあり、プラズマ、陰極１
４グリツド１６との間には電位勾配が存在し、プ
ラズマに関するシースが形成される。

単一のスクリーン・グリツド１６は陰極１４に
対して少し正の電圧、典型的には１〜５ボルトに
維持される。容器１１内の電位分布を第２図に示
すように維持する事の利点は、スクリーン・グリ
ツド１６において形成される正イオン・ビーム１
８中に自由電子を導入する事である。スクリー
ン・グリツド１６の正電圧は第３図の高エネルギ
ーの１次電子がグリツドに向つて移動する事を可
能にする。これらの１次電子はスクリーン・グリ
ツド１６を出て行くイオンによつて与えられる電
荷を相殺する。

グリツド１６を通つて出て行くプラズマ中の高
エネルギー１次電子は、グリツド１６を通過する
時にその運動エネルギーの大部分を失ない、中和
に望ましいエネルギー・レベルを有するようにな
る。

グリツド１６の電位は、グリツドをフロートさ
せグリツド上の電子及びイオンの衝突によつて電
位が定められる事を可能にする事、又は第１図に
示すようにグリツド１６と容器１１との間に接続
された電源１２を用いる事によつて、正イオンの
自己中和されたビームを促進するための所望のレ
ベルに維持される。

さらに、発生されるイオン・ビームの汚染の可
能性を減少させるために、イオン・ビームを照射
されるターゲツトと陰極１４との間に視線路が存
在しないように陰極１４は容器１１内に配置され
る。自己中和されたビームを発生させるためのこ
の装置は100eVよりも低いエネルギーを有する低
エネルギーのイオン・ビームの形成に特に有用で
ある。

自己中和された第１図のイオン源は、第４図を
説明して参照するように、他の、より高い強度の
イオン・ビームを中和するのに有益である。

第４図参照すると、イオン・ビームを中和する
ための他の技術が示されている。低エネルギーの
２次ビーム２２が、１次スパツタリング・ビーム
２４に指向される。第４図の構成は正イオン・ビ
ーム及び負イオン・ビームの両者の中和に有益で
ある。１次スパツタリング・ビームはマルチ・グ
リツド高エネルギー・イオン加速器２５によつて
作られる。

第４図の構成は、２次ビームを発生する第１図
の特別なイオン源を必要としない。イオン源２０
の外部にあらる耐火性金属フイラメント２１を用
いる事により、イオン源２０及び２５により作ら
れる２次イオン・ビーム２２及び１次イオン・ビ
ーム２４の両者を中和する自動電子が与えられ
る。フイラメント２１は主ビームから少なくとも
10cmの位置にあるので基板３５の加熱は最小限に
保たれる。自己中和型又は外部中和型のいずれの
型の２次低エネルギー・ビーム発生においても、
適当な２次イオン・ビームを与えるために単一グ
リツド２８イオン源が用いられる。単一グリツド
加速器は、正イオン・ビームが負イオン・ビーム
を中和するような応用においても用いられる。負
イオン・ビームにおいて、２次ビームから正イオ
ンは事実上ランダム化された熱エネルギーとして
現われる。

この２次イオン・ビームの中和能力は、次の例
を考察することで立証される。正イオンの２次
30eVアルゴン・ビームが、１cmの半径及び
1mA／cm²の電流密度を有する両ビームを中和す
るための電子を運ぶために用いられると仮定する
と、イオンの速度は下記のように決定できる。

V₁＝1.389 ×10⁴〔Ｅ（eV）／M_i（amu）〕^1/2 ＝1.389×10⁴〔30／40〕^1/2 ＝1.20×10⁴m／ｓイオン及び電子の密度は、ｎ＝Jⁱ／qV₁ ＝10／1.602×10^-19×1.20×10⁴ ＝5.2×10¹⁵M^-3 但しJⁱは電流密度、ｑは電荷である。ビームの
飽和電子電流は次のように計算される。

J^s＝nqvA／４但しＡはビーム断面積、ｖは平均電子速度であ
る。

平均的な中和装置の場合、電子温度は１〜2eV
あると予想され、平均電子速度は6.69×110⁵m／
ｓ〜9.46×10⁵m／ｓになる。従つて飽和電流J^sは
44mA〜62mAの間である。

従つて30eVのアルゴン・ビームは44〜62mA
の飽和電子電流生じる事ができる。電子電流は、
上記計算に従つて、電子温度の上昇に伴ない、又
ビームの断面積を増加させる事によつて増加させ
る事ができる。

10cmの長さにわたる２次ビームにおける電圧降
下は２次ビームの電子電流容量に大きな影響を与
えるべきではない。１〜2eVの電子エネルギーの
場合の典型的なプラズマ抵抗率を考慮すると、10
cmの長さの２次ビームの抵抗値は0.20〜0.08Ωの
間であるべきである。この時電圧降下は9mV〜
5mVである。これはビームの電子電流保持能力
に最小限の影響しか与えない。

以上、高エネルギーのイオン・ビームを中和す
る事のできる、内部的に中和させた低エネルギ
ー・イオン・ビーム発生させる技術について説明
した。当業者は本発明の他の実施例も認識できる
であろう。

本発明の改良されたイオン・ビーム中和装置及
び中和方法は、スパツタリング工程及び材料変形
工程に用いると、スパツタリング・ビームの汚染
及びエツチングされる基板の加熱を最小限にする
事ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は自己中和ビームを供給する本発明の１
実施例の装置を示す図、第２図は第１図の容器１
１内の電位分布を示す図、第３図は第１図の容器
１１内の電子のエネルギー分布を示す図、第４図
は中和された２次イオン・ビームを用いた他のイ
オン・ビーム中和技術を説明する図である。８……磁界、９……気体、１１……容器、１３
……陽極、１４……陰極フイラメント、１６……
グリツド、１８……イオン・ビーム。

Claims

【特許請求の範囲】１イオンを発生させるための気体を受け入れる
プラズマ容器と、上記容器に含まれ、電圧に応答して、上記気体
をイオン化するための電子を発生させる陽極及び
陰極と、荷電粒子を通過させるための加速スクリーン・
グリツドと、上記陽極及び陰極の間に電圧を加える手段と、上記陰極に対して僅かに正の電圧及び上記陽極
に対してより大きな負の電圧を上記スクリーン・
グリツドに維持する事によつて、上記電子と上記
気体との衝突により作られたイオンと共に上記発
生された電子における高エネルギー電子を上記グ
リツドに移動させる手段を具備する、中和されたイオン・ビームを発生さ
せる装置。