KR940010844B1 - 이온 원(源) - Google Patents

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KR940010844B1
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Abstract

내용 없음.

Description

이온 원(源)
제 1 도는 본 발명의 이온 원의 일실시예를 나타낸 단면도,
제 2 도 내지 제 4 도는 본 발명의 제 2, 제 3 및 제 4 도의 각 실시예를 나타낸 단면도,
제 5 도는 종래의 이온 원의 단면도,
제 6 도는 종래의 구성에 있어서의 자속밀도 분포의 설명도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 진공용기 2 : 도파관
3 : 코일 4,5,6 : 전극
9 : 이온 인출부 10 : 플라즈마실
12 : 유전체창 13 : 자기 시일드
15 : 개구부 16 : 플라즈마
18 : 칸막이판
본 발명은 이온 원에 관한 것으로 특히 이온 비임을 응용한 반도체 관계의 미세한 가공에 사용하는데 있어 적합한 이온 원에 관한 것이다.
근년, 반도체 프로세스의 드라이화에 따라 플라즈마, 특히 이온 비임을 응용한 에칭 장치의 필요성이 높아지고 있다. 반도체 관계의 미세 가공화는 급속하게 진행되고 있고, LSI의 최소 가공폭은 서로 미크론의 영역에 들어가려 하고 있다. 그 때문에 이들 서브 미크론 영역의 드라이 에칭 장치에 요구되는 성능으로서는, 가공 정면도상 이온 비임의 발산각(發散角)이 매우 작아야 할 것, 및 이온 비임 밀도가 극히 균일하여야할 것이 요구된다. 그래서 이온 비임 에칭장치로서는 일본국 제 32회 응용물리학 관계 연합강연회(1985.3/29∼4/1개최) 예고집(豫稿集) 제 316페이지에 표시된 구조의 것이 있다. 이것은 제 5 도에 나타낸 바와 같은 구조로 되어 있다. 즉 통형상의 진공용기(1)의 한쪽의 단부에 마이크로파 도파관(2)이 접속되고, 진공용기(1)의 외주부에 마이크로파 도입방향과 평행인 방향의 자계를 발생시키는 코일(3)이 설치되어 있다. 도시생략한 마이크로파 발진기로 부터 마이크로파 전력이 인가된다. 여기서 마이크로파의 각 주파수를 ω로 하고,
Figure kpo00001
me : 전자의 질량
e : 전자의 전하
B : 자속밀도
인 관계로 개략(槪略)되도록 설정된다.
예를 들면 마이크로파로서 2.45MHz를 사용할 때는 B≒875(Gauss)로 설정된다.
이에 따라 진공용기(1)내에서는 전자 싸이크로트론 공명이 발생하고, 가속된 전자에 의하여 이온화가 왕성하게 행하여져 플라즈마가 발생한다. 이 플라즈마로 부터 정(正)의 전압으로 바이어스된 전극(4) 및 부(負)전압으로 바이어스된 전극(5) 및 접지전위 전극(6)으로 이루어진 이온 인출부(9)에 의하여 이온이 인출된다. 그런데, 이 방식에서는 제 6 도에 나타낸 바와 같이 플라즈마 밀도의 균일성이 나쁘고 축중심부에만의 밀도가 높게 되어 있다. 그 때문에 인출된 이온 비임의 밀도도 축중심부만 높고 불균일한 이온 비임으로 되어 있었다. 또 코일(3)에 의하여 만들어지는 자력선(7)은 이온 인출부(9)에도 세어나오기 때문에 이온의 궤도를 만곡시켜 이온 비임의 발산각을 커지게 한다고 하는 결점이 있었다.
본 발명은 상술한 점에 비추어서 이루어진 것으로서 그 제 1의 목적으로 하는 바는 인출된 이온 비임이 균일한 것, 또 제 2의 목적으로 하는 바는 인출된 이온 비임이 균일하며, 또한 발산각이 매우 작고 미세한 가공에 적합한 이온 원을 제공하는데 있다.
본 발명은 내부에 플라즈마가 발생하는 진공용기를 마이크로파 도입방향과 같은 방향으로 연장하여 플라즈마실을 형성하고, 이 플라즈마실의 외주 또는 내주에 커스프(cusp) 자계 발생용 자석을 설치함으로써 제 1의 목적을, 또 상술한 구성에 부가하여, 상기 자석과 마이크로파 도입방향과 평행인 방향의 자계를 발생하는 수단과의 사이에 자기 시일드 부재를 설치함으로써 제 2의 목적을 각각 달성하도록 한 것이다.
이하, 도시한 실시예에 의거하여 본 발명을 상세히 설명한다.
제 1 도에 본 발명의 이온 원의 일실시예를 나타낸다. 도면에 있어서, 원통형상의 진공용기(1)의 외주부에 축방향 자계 발생용 코일(3)이 배치되고, 진공용기(1)의 단판(端板)(14)에는 마이크로파를 통과시키는 유전체창(窓)(12)이 설치되고, 도시생략한 마이크로파 발진기로부터 마이크로파를 도입하는 도파관(2)이 접속되어 있다. 그리고, 본 실시예에서는 진공용기(1)는 축방향으로 뻗은 연장부에서 플라즈마실(10)을 형성하고, 이 플라즈마실(10)의 외주부에는 원통방향 및 길이 방향으로 커스프 자계를 만드는 다수의 영구자석(11)이 설치되어 있다. 또 플라즈마실(10)의 개구부(15)에는, 이온 인출부(9)가 설치되어 있다. 지금 마이크로파가 유전체창(12)에 도입되면, 진공용기(1)내의 자계 발생용 코일(3)의 내측에 해당하는 곳에서는 전자 싸이크로트론 공명에 의하여 전자가 가속되어 진공용기(1)내의 중성 가스 분자의 이온화가 행하여져 플라즈마(16)가 발생한다. 이 플라즈마(16)는 축방향으로 확산되어 커스프 자계가 발생하고 있는 플라즈마실(10)의 내측의 공간내에 갇힌다. 그 결과 플라즈마는 확산에 의하여 반경 방향에 대하여 매우 균일한 밀도분포를 제공할 수가 있다. 또 이온 인출부(9)는 축방향자계를 발생하는 코일(3)로 부터 멀리 떨어져 있으므로 코일(3)에 의한 자계는 매우 작고, 이온의 궤도에 주는 영향은 매우 작다. 특히, 코일(3)과 커스프 자계 발생용의 영구자석(11)의 사이에 자기 시일드(13)를 설치하면 코일(3)의 자계의 이온 인출부(9)의 이온의 궤도에 주는 영향은 거의 없어진다. 이와 같은 효과 때문에 이온 인출부(9)로부터 인출되는 이온 비임의 반경 방향분포는 매우 균일하게 되고, 또한 이온 비임의 발산각도 매우 작아지므로 미세한 가공에 적합한 이온 비임을 얻을 수가 있다.
제 2 도에 본 발명의 제 2의 실시예를 나타낸다. 이 도면에 나타낸 본 실시예에서는 진공용기(1)와 플라즈마실(10) 사이에 작은 개구부를 1개 이상 가지는 칸막이판(18)을 설치한 것이다. 이것에 의해서도 제 1 도의 실시예와 전적으로 마찬가지의 효과를 나타낼 수가 있다.
제 3 도는 본 발명의 제 3의 실시예이고, 플라즈마실(10)의 직경을 진공용기(1)의 직경 보다도 작게 한 예이다. 또 제 4 도에 나타난 실시예는 제 3 도와는 반대로 플라즈마실(10)의 직경을 진공용기(1)의 직경보다도 크게한 예이다. 어느 실시예도 제 1 도에 나타낸 실시예의 효과에 부가하여 단열 팽창에 의하여 보다 저에너지의 이온을 얻을 수가 있다.
또한 상술한 각 실시예에서는 코일(3) 및 영구자석(11)은 모두 진공용기(1) 및 플라즈마실(10)의 외측에 설치하였으나, 이들은 내측에 설치하여도 하등 본 발명의 유효성이 손상되지 않는다.
이상 설명한 본 발명의 이온 원에 의하면 내부에 플라즈마가 발생하는 진공용기를 마이크로파 도입방향과같은 방향으로 연장하여 플라즈마실을 형성하고, 이 플라즈마실의 외주 또는 내주에 커스프 자계 발생용 자석을 설치한 것이기 때문에 인출되는 이온 비임의 반경 방향 분포는 매우 균일해지고 또한 상술한 구성에 덧붙여, 상기 자석과 마이크로파 도입방향과 평행인 방향의 자계를 발생하는 수단과의 사이에 자기 시일드부재를 설치한 것이기 때문에 이온 비임의 발산각도 매우 작아지므로 미세한 가공에 적합한 이온 비임을 얻을 수 있어 이 종류의 이온 원에는 매우 유효하다.

Claims (8)

  1. 내부에 플라즈마가 발생하는 진공용기와, 그 진공용기의 일단에 설치되고, 진공용기내에 마이크로파를 도입하는 도파관과, 그 도파관으로부터의 마이크로파 도입방향과 평행인 방향의 자계를 상기 진공용기내에 발생하는 수단과, 상기 진공용기로 부터 이온을 인출하는 이온 인출부를 구비한 이온 원에 있어서, 상기 진공용기를 마이크로파 도입방향과 같은 방향으로 연장하여 플라즈마실을 형성하고, 그 플라즈마실의 외주 또는 내주에 커스프 자계 발생용 자석을 설치한 것을 특징으로 하는 이온 원.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 진공용기와 플라즈마실과의 경계 부분에 적어도 1개의 개구부를 가지는 칸막이판을 설치한 것을 특징으로 하는 이온 원.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 플라즈마실의 직경을 상기 진공용기의 직경 보다도 작게한 것을 특징으로 하는 이온 원.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 플라즈마실의 직경을 상기 진공용기의 직경 보다도 크게한 것을 특징으로 하는 이온 원.
  5. 내부에 플라즈마가 발생하는 진공용기와 그 진공용기의 일단에 설치되고, 진공용기내에 마이크로파를 도입하는 도파관과, 그 도파관으로부터의 마이크로파 도입방향과 평행인 방향의 자계를 상기 진공용기내에 발생하는 수단과, 상기 진공용기로 부터 이온을 인출하는 이온 인출부를 구비한 이온 원에 있어서, 상기 진공용기를 마이크로파 도입방향과 같은 방향으로 연장하여 플라즈마실을 형성하고, 그 플라즈마실의 외주 또는 내주에 커스프 자계 발생용 자석을 설치함과 동시에 그 자석과 상기 마이크로파 도입방향과 평행인 방향의 자계를 발생하는 수단과의 사이에 자기 시일드 부재를 설치한 것을 특징으로 하는 이온 원.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 진공용기와 플라즈마실과의 경계 부분에 적어도 1개의 개구부를 가지는 칸막이판을 설치한 것을 특징으로 하는 이온 원.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 상기 플라즈마실의 직경을 상기 진공용기의 직경 보다도 작게한 것을 특징으로 하는 이온 원.
  8. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 상기 플라즈마실의 직경을 상기 진공용기의 직경 보다도 크게한 것을 특징으로 하는 이온 원.
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