JP3363040B2 - Fast atom beam source - Google Patents
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Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、半導体製
造プロセスなどにおいて、ドライエッチング、表面クリ
ーニング、薄膜デポジションなどを行うための高速原子
線源に関し、特に、大面積のウエハやガラス基板を加工
する際などに、照射範囲における加工速度が均一である
ことが要求されるような場合に好適な高速原子線源に関
する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high-speed atomic beam source for performing dry etching, surface cleaning, thin film deposition, etc. in, for example, a semiconductor manufacturing process, and particularly to process a large area wafer or glass substrate. For example, the present invention relates to a high-speed atomic beam source suitable for the case where a processing speed in the irradiation range is required to be uniform.
【０００２】[0002]
【従来の技術】常温の大気中で熱運動をしている原子・
分子は、おおむね０．０５ｅＶ前後の運動エネルギーを
有している。これに比べてはるかに大きな運動エネルギ
ーで飛翔する原子・分子を、高速原子と呼び、これが方
向性を持った原子状に放射される場合に高速原子線とい
う。2. Description of the Related Art Atoms that are in thermal motion in the atmosphere at room temperature
The molecule has a kinetic energy of about 0.05 eV. Atoms and molecules that fly with much larger kinetic energy than this are called fast atoms, and when they are emitted in the form of directed atoms, they are called fast atom beams.
【０００３】高速原子線は、固体表面を削りあるいは変
性させ得ることが特徴で、半導体の微細加工等に重用さ
れ、従来の加工装置と比較して固体表面を高アスペクト
比で高速加工することが可能となる。また、高速原子線
は電気的に中性であるが故に、組成分析や微細加工等に
おいて、金属、半導体ばかりでなく、イオンビーム加工
が不得意とするプラスチック、セラミックスなどの絶縁
物を対象とする場合にも帯電が抑制され、安定した処理
が行える。The high-speed atomic beam is characterized by being capable of shaving or modifying the solid surface, and is often used for fine processing of semiconductors and the like, and is capable of high-speed processing of the solid surface with a high aspect ratio as compared with conventional processing equipment. It will be possible. In addition, since high-speed atomic beams are electrically neutral, they target not only metals and semiconductors, but also insulators such as plastics and ceramics that are weak at ion beam processing in composition analysis and fine processing. Even in such a case, charging is suppressed and stable treatment can be performed.
【０００４】従来の高速原子線源の例を図６に示す。図
中、符号１はガス導入管、２は直流高圧電源、３は陰
極、４は陰極である高速原子線放出用電極（以下、放出
電極と呼ぶ）、５は絶縁体であるセラミクスでできた外
筒、６は高速原子線、７は陽極、８は高密度プラズマ、
９は低密度プラズマである。放出電極４には、複数の放
出孔１０が形成されている。An example of a conventional fast atom beam source is shown in FIG. In the figure, reference numeral 1 is a gas introduction tube, 2 is a direct current high voltage power supply, 3 is a cathode, 4 is a cathode, which is an electrode for fast atom beam emission (hereinafter referred to as emission electrode), and 5 is made of ceramics which is an insulator. An outer cylinder, 6 is a high-speed atomic beam, 7 is an anode, 8 is high-density plasma,
9 is a low density plasma. A plurality of emission holes 10 are formed in the emission electrode 4.
【０００５】この高速原子線源を作動するには、電源２
以外の構成要素を真空容器に入れて十分に排気した後、
ガス導入管１から、たとえばアルゴンガスを導入する。
ここで、真空容器外に設置された直流高圧電源２によっ
て、陽極７に直流電圧を印加する。これにより陰極４，
３と陽極５との間にグロー放電が起きてプラズマ８，９
が発生し、アルゴンイオンと電子が生成される。こうし
て発生したアルゴンイオンは、放出電極４に向かって加
速されて、試料をスパッターするに十分なエネルギーを
得るに到る。To operate this fast atomic beam source, a power source 2
After putting the other components in a vacuum container and exhausting them sufficiently,
Argon gas, for example, is introduced from the gas introduction pipe 1.
Here, a DC voltage is applied to the anode 7 by the DC high voltage power supply 2 installed outside the vacuum container. This makes cathode 4,
Glow discharge occurs between the cathode 3 and the anode 5, plasma 8 and 9
Are generated, and argon ions and electrons are generated. The argon ions generated in this way are accelerated toward the emission electrode 4 to obtain sufficient energy to sputter the sample.
【０００６】放出孔１０に入射したイオンは、残留して
いる中性アルゴン原子と軽い衝突をして電荷交換をし、
運動エネルギーをほとんど失うことなく高速原子とな
る。この高速原子は、放出電極４の放出孔１０から高速
原子線６となって放出される。図７に示すように、放出
電極４内に複数存在する放出孔１０の孔径は等しく、放
出電極４内における配置も均一になっている。また、放
出電極４の厚みは電極面内で一定となっている。The ions incident on the emission hole 10 lightly collide with the remaining neutral argon atoms and exchange charge,
It becomes a fast atom with almost no loss of kinetic energy. This fast atom is emitted as a fast atom beam 6 from the emission hole 10 of the emission electrode 4. As shown in FIG. 7, a plurality of emission holes 10 existing in the emission electrode 4 have the same diameter, and the arrangement in the emission electrode 4 is uniform. Further, the thickness of the emission electrode 4 is constant within the electrode surface.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】上記の過程において、
ガス放電により電極３，７，４間で発生するプラズマ
８，９の密度は電子とガス間の衝突確率に依存する。こ
れは放電部の中心で高く周辺部で低いので、放出電極４
から放出される高速原子線量も、図８に示すように、上
記の放電部のプラズマ密度分布に対応した分布を有す
る。In the above-mentioned process,
The density of the plasmas 8 and 9 generated between the electrodes 3, 7 and 4 due to the gas discharge depends on the probability of collision between electrons and gas. Since this is high in the center of the discharge part and low in the peripheral part, the emission electrode 4
As shown in FIG. 8, the fast atom dose emitted from the plasma also has a distribution corresponding to the plasma density distribution of the discharge part.
【０００８】従って、ターゲットである試料面における
高速原子線の単位面積当たりの入射強度、及び、高速原
子線照射による試料の加工速度も、照射面内の中心部で
は高く周辺部では低くなり、上記の従来の装置では照射
面内での加工速度を均一にすることができないという欠
点があった。本発明の目的は、照射面内での被加工物の
加工速度が均一であるような高速原子線源を提供するこ
とにある。Therefore, the incident intensity of the high-speed atomic beam per unit area on the sample surface as the target and the processing speed of the sample by the high-speed atomic beam irradiation are high in the central part of the irradiation surface and low in the peripheral part, However, the conventional apparatus has a drawback that the processing speed on the irradiation surface cannot be made uniform. It is an object of the present invention to provide a high-speed atomic beam source that can uniformly process a workpiece within an irradiation surface.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、内部にプラズマを生成する放電容器に複数の原子放
出孔を有する放出電極が設けられ、前記プラズマ中のイ
オンを放出電極に向けて加速し、加速された前記イオン
を放出電極近傍において中性化して高速原子として前記
原子放出孔から放出するようにした高速原子線源におい
て、前記放出電極は、前記原子放出孔の長さが位置によ
って異なるように、厚みが該放出電極面内において、放
出される原子密度が均一となるような分布に形成されて
いることを特徴とする高速原子線源である。According to a first aspect of the present invention, a discharge vessel for generating plasma is provided with an emission electrode having a plurality of atom emission holes, and ions in the plasma are directed to the emission electrode. In the fast atom beam source in which the accelerated ion is neutralized in the vicinity of the emission electrode to be emitted as a fast atom from the atom emission hole, the emission electrode has a length of the atom emission hole. By position
However, the high-speed atom beam source is characterized in that the thickness is formed in a distribution such that the density of emitted atoms is uniform in the emission electrode surface.
【００１０】請求項１に記載の発明においては、原子を
引き出す放出電極の厚みが面内において分布をもつ。す
なわち、原子放出孔の長さが場所によって異なる。原子
放出孔の直径が一定である場合、原子放出孔から放出さ
れる原子の密度は、放出孔の長さが長くなるにしたがっ
て低くなる。これは、放出孔の長さが長い程、コンダク
タンスが悪くなり、放出孔内部の真空度が悪くなるた
め、粒子同士もしくは粒子と壁との衝突により粒子が運
動エネルギーを失う確率が増加するからである。According to the first aspect of the invention, the thickness of the emission electrode for extracting atoms has a distribution in the plane. That is, the length of the atom emission hole differs depending on the location. When the diameter of the atom emission hole is constant, the density of atoms emitted from the atom emission hole decreases as the length of the emission hole increases. This is because as the length of the emission hole becomes longer, the conductance becomes worse and the degree of vacuum inside the emission hole becomes worse, so that the probability that particles lose kinetic energy due to collision between particles or between particles and walls increases. is there.
【００１１】この性質を利用すると、原子放出孔の長さ
分布を面内で制御することで、引き出される原子の面内
分布を自由に制御できる。したがって、放出電極の厚さ
分布を所定のものとすれば、プラズマの分布もしくは引
き出す前の原子の密度分布にとらわれることなく所望の
密度分布をもつ原子を引き出すことができる。特に、面
内で均一な原子密度分布を引き出すことも可能である。By utilizing this property, the in-plane distribution of the extracted atoms can be freely controlled by controlling the in-plane distribution of the lengths of the atom emission holes. Therefore, if the emission electrode has a predetermined thickness distribution, atoms having a desired density distribution can be extracted regardless of the distribution of plasma or the density distribution of atoms before extraction. In particular, it is possible to draw out a uniform atom density distribution in the plane.
【００１２】ここで、前記原子放出孔を長さが直径の２
倍以上となるように設定してもよい。 Here, the atomic emission hole has a length of 2 mm.
You may set so that it may become more than twice.
【００１３】請求項２に記載の発明は、内部にプラズマ
を生成する放電容器に、複数のガス導入孔を有するガス
導入電極と、これに対向する放出電極が設けられ、前記
プラズマ中のイオンを放出電極に向けて加速し、加速さ
れた前記イオンを放出電極近傍において中性化して高速
原子として前記原子放出孔から放出するようにした高速
原子線源において、前記ガス導入電極は、前記ガス導入
孔の長さが位置によって異なるように、厚みが面内にお
いて前記プラズマ空間に生成するプラズマ密度が均一と
なるような分布に形成されていることを特徴とする高速
原子線源である。According to a second aspect of the present invention, a discharge vessel for generating a plasma therein is provided with a gas introduction electrode having a plurality of gas introduction holes and an emission electrode facing the gas introduction hole, so as to remove ions in the plasma. In the fast atom beam source, which accelerates toward the emission electrode and neutralizes the accelerated ions in the vicinity of the emission electrode to emit them as fast atoms from the atom emission holes, the gas introduction electrode comprises
The high-speed atomic beam source is characterized in that the length of the holes varies depending on the position, and the thickness is formed in a distribution such that the plasma density generated in the plasma space is uniform in the plane.
【００１４】これにより、ガス導入孔の長さが位置によ
って異なり、コンダクタンスも異なるのでプラズマ空間
に形成されるプラズマ中のイオン密度を制御することが
できる。例えば、面内中央のガス導入孔の長さを長くす
ると、コンダクタンスの小さい中心付近のガス密度が小
さくなり、ここは電子密度が大きいので結果としてイオ
ン密度が面内均一になる。As a result, the length of the gas introduction hole varies depending on the position and the conductance also varies, so that the ion density in the plasma formed in the plasma space can be controlled. For example, when the length of the gas introduction hole at the center of the plane is increased, the gas density near the center where the conductance is small becomes small, and since the electron density is large here, the ion density becomes uniform in the plane.
【００１５】請求項３に記載の発明は、内部にプラズマ
を生成する放電容器に、複数のガス導入孔を有するガス
導入電極と、これに対向する放出電極が設けられ、前記
プラズマ中のイオンを放出電極に向けて加速し、加速さ
れた前記イオンを放出電極近傍において中性化して高速
原子として前記原子放出孔から放出するようにした高速
原子線源において、前記ガス導入電極の前記ガス導入孔
の開口面積が、面内において前記プラズマ空間に生成す
るプラズマ密度が均一となるように、孔径を変えること
によって、または開口する数が中心付近が少なく周辺が
多くなっている分布に、形成されていることを特徴とす
る高速原子線源である。According to a third aspect of the present invention, a discharge vessel for generating a plasma therein is provided with a gas introduction electrode having a plurality of gas introduction holes and an emission electrode facing the gas introduction electrode, so as to remove ions in the plasma. In the fast atom beam source, which accelerates toward the emission electrode and neutralizes the accelerated ions in the vicinity of the emission electrode to emit them as fast atoms from the atom emission hole, the gas introduction hole of the gas introduction electrode. The opening area of the hole is changed so that the plasma density generated in the plasma space is uniform in the plane.
Depending on the number of openings,
The distribution has become much, it is fast atom beam source according to claim being formed.
【００１６】これにより、ガス導入孔の開口面積が位置
によって異なり、コンダクタンスも異なるのでプラズマ
空間に形成されるプラズマ中のイオン密度を制御するこ
とができる。開口面積の分布は各孔の大きさ及び／又は
単位面積当たりの数を変えることにより行なう。例え
ば、面内中央のガス導入孔の開口面積を小さくすると、
コンダクタンスの小さい中心付近のガス密度が小さくな
り、ここは電子密度が大きいので結果としてイオン密度
が面内均一になる。As a result, the opening area of the gas introduction hole differs depending on the position, and the conductance also differs, so that the ion density in the plasma formed in the plasma space can be controlled. The distribution of the opening area is performed by changing the size of each hole and / or the number per unit area. For example, if the opening area of the gas introduction hole in the center of the plane is reduced,
The gas density near the center where the conductance is small becomes small, and the electron density is large here, so that the ion density becomes uniform in the plane.
【００１７】請求項４に記載の発明は、プラズマを発生
させる手段と、該プラズマ中で発生したイオンを加速す
る手段である複数の電極と、該加速された前記イオンを
中性化して高速原子線を発生させる手段である、多数の
原子放出孔を有する高速原子線放出用電極とを同一の真
空容器中に有し、該電極の各々に電圧を印加する手段を
有することを特徴とする高速原子線源において、該高速
原子線放出用電極に、１つ若しくは複数の末広がり形状
の原子放出孔を有することを特徴とする高速原子線源で
ある。According to a fourth aspect of the present invention, means for generating a plasma, a plurality of electrodes for accelerating the ions generated in the plasma, and the accelerated ions are neutralized to produce high-speed atoms. a means for generating a line, and a fast atom beam emission electrode having a large number of atoms discharge holes in the same vacuum chamber, and having means for applying each to the voltage of the electrode In the fast atom beam source, the fast atom beam emitting electrode has one or a plurality of divergent atom emission holes.
【００１８】末広がりの穴を使用することで、高速原子
線の放射とプラズマ生成室で生成されたラジカル粒子や
解離した粒子が放出される。従って、これを放出用電極
に適宜分散させれば、内部のプラズマの密度の分布にと
らわれることなく、ラジカル粒子の分布を調整すること
ができる。ラジカル粒子は化学反応性が強いため、加工
速度を向上させる効果がある。したがって、所定の位置
に末広がりの原子放出孔を設置することにより、所望の
加工速度分布を設定することができる。たとえば、面内
で加工速度が均一にすることも可能である。By using the divergent hole, the fast atom beam is emitted and the radical particles generated in the plasma generation chamber and the dissociated particles are emitted. Therefore, if this is appropriately dispersed in the emission electrode, the distribution of radical particles can be adjusted without being restricted by the distribution of plasma density inside. Since radical particles have strong chemical reactivity, they have the effect of improving the processing speed. Therefore, a desired processing speed distribution can be set by installing the divergent atomic emission holes at predetermined positions. For example, it is possible to make the processing speed uniform in the plane.
【００１９】特に、高速原子線放出孔の断面形状が超音
速ノズルや極超音速ノズル形状である場合には、断熱膨
脹により急激な密度減少を達成できるため、自由分子流
状態を形成できる。すなわち、ラジカル粒子の衝突確率
を急激に減少し、ラジカルの失活を防ぐことができる。
したがって、ラジカル粒子を効率よく被加工物表面に供
給することができる。In particular, when the cross-sectional shape of the high-velocity atomic beam emission hole is a supersonic nozzle or hypersonic nozzle shape, a rapid density decrease can be achieved by adiabatic expansion, so that a free molecular flow state can be formed. That is, the collision probability of radical particles can be sharply reduced, and radical deactivation can be prevented.
Therefore, the radical particles can be efficiently supplied to the surface of the workpiece.
【００２０】請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４
に記載の高速原子線源の下流側に高速原子線の照射によ
り加工を受ける被加工物を支持する試料台が配置されて
いることを特徴とする加工装置である。The invention according to a fifth aspect is the first to the fourth aspects.
In the processing apparatus, a sample stage that supports a workpiece to be processed by irradiation with a high-speed atomic beam is arranged on the downstream side of the high-speed atomic beam source.
【００２１】[0021]
【実施例】以下、図１ないし図５を参照して本発明によ
る高速原子線源及び加工装置の実施例を示す。図１は本
発明の第１の実施例を示すもので、同図（ａ）は破断し
て内部を示す図、（ｂ）は要部の断面図である。この高
速原子線源は、内部にプラズマ空間１０を有する放電容
器１２の一端に、複数のガス導入孔１４を有する平板状
のガス導入電極（上部カソード）１６が、他端に原子放
出孔１８を有する放出電極（下部カソード）２０が設け
られ、導入電極１６と放出電極２０の間には環状の陽極
２２が設けられている。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of a fast atom beam source and a processing apparatus according to the present invention will be described below with reference to FIGS. 1A and 1B show a first embodiment of the present invention. FIG. 1A is a cutaway view showing the inside, and FIG. 1B is a sectional view of an essential part. This high-speed atomic beam source has a flat plate-shaped gas introduction electrode (upper cathode) 16 having a plurality of gas introduction holes 14 at one end of a discharge vessel 12 having a plasma space 10 inside, and an atom emission hole 18 at the other end. An emission electrode (lower cathode) 20 is provided, and an annular anode 22 is provided between the introduction electrode 16 and the emission electrode 20.
【００２２】この構成により、ガスはガス導入管２４か
らガス導入空間２６を経て導入孔１４よりプラズマ空間
１０に流入する。そして、直流高圧電源１６によって導
入されたガス中で放電を起こしてプラズマ空間１０にプ
ラズマを形成し、このプラズマ中のイオンを放出電極２
０に向けて加速し、加速された前記イオンを放出電極２
０近傍において中性化して高速原子として原子放出孔１
８から放出するようにしている。With this configuration, the gas flows from the gas introduction pipe 24 through the gas introduction space 26 into the plasma space 10 through the introduction hole 14. Then, discharge is generated in the gas introduced by the DC high-voltage power supply 16 to form plasma in the plasma space 10, and ions in this plasma are emitted from the emission electrode 2
The electrode is accelerated toward 0 and the accelerated ions are emitted from the electrode 2.
Atom emission hole as a fast atom neutralized near 0
It is designed to release from 8.
【００２３】この放出電極２０は、厚みが該放出電極２
０面内において所定の分布を持つようになっており、従
って、原子放出孔１８の長さも面内で異なり、これによ
って各放出孔１８を通過するイオン原子の中性化率ひい
ては放出原子線量も放出孔１８の長さに対応する所定の
分布になるようになっている。この分布は、放出電極２
０の断面曲線の形状によって与えられる。なお、放出孔
１８の径は同じであり、数も面内に均一に分布してい
る。The emission electrode 20 has a thickness which is equal to that of the emission electrode 2.
It has a predetermined distribution in the 0 plane, and therefore the lengths of the atom emission holes 18 are also different in the plane, whereby the neutralization rate of the ion atoms passing through each emission hole 18 and thus the emitted atom dose. It has a predetermined distribution corresponding to the length of the emission holes 18. This distribution is
It is given by the shape of the zero section curve. The diameters of the discharge holes 18 are the same, and the numbers are evenly distributed in the plane.
【００２４】この例では、放出電極２０の中心部の厚み
が最大になっており、周辺に行く程薄くなっている。高
速原子線源内部のプラズマ中のイオン密度は図２（ａ）
に示すように中心付近が最も大きく、周辺になるほど小
さいが、図２（ｂ）に示すようにこの例の放出電極２０
はこのようなプラズマ密度分布を相殺するようになって
おり、結果として、図２（ｃ）に示すように放出される
原子密度を均一にすることができる。In this example, the thickness of the central portion of the emission electrode 20 is maximum, and the thickness is smaller toward the periphery. The ion density in the plasma inside the fast atom beam source is shown in Fig. 2 (a).
As shown in FIG. 2, the area near the center is the largest and the area around the center is smaller, but as shown in FIG.
Cancels out such a plasma density distribution, and as a result, the density of the emitted atoms can be made uniform as shown in FIG.
【００２５】この例では、加工の均一性を確保するため
に前記のような厚さ分布としたが、逆に特定のパターン
の分布を形成するようにしてもよい。また、この例で
は、放出孔１８の長さは電極面の半径方向にのみ分布を
持たせて周方向には均一としているが、周方向にも分布
を形成して方向性を持たせても良い。In this example, the thickness distribution is as described above in order to ensure the uniformity of processing, but conversely, a specific pattern distribution may be formed. Further, in this example, the length of the emission holes 18 is distributed only in the radial direction of the electrode surface and is uniform in the circumferential direction, but it is also possible to form distribution in the circumferential direction to give directionality. good.
【００２６】図３は、本発明の第２の実施例を示すもの
で、下部カソード２０は均一厚さの平板状であるが、上
部カソード１６の形状を中心部が厚く、周辺になるほど
薄い曲面にするものである。上部カソード１６には等径
のガス導入孔１４が均一に開けられている。ガスは、ガ
ス供給管からガス導入空間２６へ導入され、さらに上部
カソード１６のガス導入孔を通過して上部プラズマ空間
１０へ供給される。FIG. 3 shows a second embodiment of the present invention, in which the lower cathode 20 is a flat plate having a uniform thickness, but the upper cathode 16 has a curved surface with a thick central portion and a thinner peripheral portion. It is something to do. The upper cathode 16 is uniformly formed with gas introduction holes 14 having the same diameter. The gas is introduced into the gas introduction space 26 from the gas supply pipe, further passes through the gas introduction hole of the upper cathode 16, and is supplied to the upper plasma space 10.
【００２７】すると、電極１６，２０，２２の間にプラ
ズマが発生する。本実施例の場合、ガスが上部カソード
１６を通過するとき、コンダクタンスの小さい中心付近
からよりも、コンダクタンスの大きい周辺部から多く流
入する。したがって、プラズマ空間１０内では、中心部
よりも周辺の方が、粒子密度が高い。このため、中心付
近は電子の濃度が高く、分子の濃度が低くなり、周辺部
は、電子の濃度が低く、分子の濃度が高い状態での衝突
となる。従って、プラズマ中に生成されるイオンの密度
は均一となり、そこから引き出される高速原子線も均一
となる。Then, plasma is generated between the electrodes 16, 20, 22. In the case of the present embodiment, when the gas passes through the upper cathode 16, a larger amount of gas flows in from the peripheral portion having a large conductance than from the vicinity of the center having a small conductance. Therefore, in the plasma space 10, the particle density is higher in the periphery than in the center. Therefore, the concentration of electrons is high near the center and the concentration of molecules is low, and the periphery is a collision in the state where the concentration of electrons is low and the concentration of molecules is high. Therefore, the density of the ions generated in the plasma becomes uniform, and the fast atom beam extracted therefrom also becomes uniform.
【００２８】なお、本実施例では、プラズマを生成する
形態として、直流放電を用いたが、これによらず、容量
結合型高周波放電、誘導結合型高周波放電、マイクロ波
や磁場を利用してプラズマを生成してもよい。In this embodiment, direct current discharge was used as the form of generating plasma, but without using this, plasma is generated using capacitively coupled high frequency discharge, inductively coupled high frequency discharge, microwave or magnetic field. May be generated.
【００２９】図４（ａ），（ｂ）はこの発明のさらに他
の実施例を示すもので、ここではガス導入電極１６のみ
を示している。厚さは一定であるが、導入孔１４，１４
ａ，１４ｂ，１４ｃの開口面積を変えることでプラズマ
空間１０中のガス密度分布を所定の値に制御するように
なっている。図４（ａ）の実施例では、ガス導入孔１４
ａ，１４ｂ，１４ｃの単位面積当たりの数は均等であ
り、孔径を変えることによって所定の開口面積分布を得
ている。一方、図４（ｂ）の例では、各導入孔１４の径
は同一であるが開口する数が中心付近が少なく、周辺が
多くなっている。このようにして、結果として図３の実
施例と同じ効果を得ている。また、この分布をさらに極
端にして、図４（ｃ）に示すように中心付近には、全く
開口部を設けず、周辺付近のみに開口部を設けるように
してもよい。FIGS. 4A and 4B show still another embodiment of the present invention, in which only the gas introduction electrode 16 is shown. Although the thickness is constant, the introduction holes 14, 14
By changing the opening areas of a, 14b, and 14c, the gas density distribution in the plasma space 10 is controlled to a predetermined value. In the embodiment of FIG. 4A, the gas introduction hole 14
The numbers of a, 14b and 14c per unit area are equal, and a predetermined opening area distribution is obtained by changing the hole diameter. On the other hand, in the example of FIG. 4B, the diameters of the respective introduction holes 14 are the same, but the number of openings is small near the center and large around. In this way, as a result, the same effect as the embodiment of FIG. 3 is obtained. Further, this distribution may be made extremely extreme, and as shown in FIG. 4C, no opening may be provided near the center, and an opening may be provided only around the periphery.
【００３０】図５（ａ）はこの発明のさらに他の実施例
を示すもので、放出電極２０の厚さは一定であるが、周
辺に、末広がりの放出孔１８ａを設けている。末広がり
の放出孔１８ａは、超音速ノズルの役割を果たし、プラ
ズマ空間１０からフリージェットが放出され、化学反応
性の高いラジカルが放出される。図５（ｂ）に示すよう
に周辺では、高速原子線の原子密度が低いため、中心部
と比較して加工速度が遅くなるが、図５（ｃ）に示すよ
うに、化学反応性の高いラジカルが供給されるため、加
工速度を速くすることができ、面内で、加工速度を一定
にすることができる。FIG. 5A shows still another embodiment of the present invention. Although the thickness of the emission electrode 20 is constant, the emission hole 18a is formed in the periphery of the emission electrode. The diverging discharge hole 18a plays the role of a supersonic nozzle, and a free jet is discharged from the plasma space 10 and a radical having high chemical reactivity is discharged. As shown in FIG. 5B, the peripheral part has a low atomic density of the high-speed atomic beam, so that the processing speed is slower than that of the central part. However, as shown in FIG. 5C, the chemical reactivity is high. Since the radicals are supplied, the processing speed can be increased, and the processing speed can be kept constant within the surface.
【００３１】[0031]
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、本質的に密度が不均一である高速原子線源におい
て、加工される基板の面内での加工速度を可能な限り均
一化することができ、これにより大径化する半導体ウエ
ハの加工処理に対応することができる。As described above, according to the present invention, in a high-speed atomic beam source having an essentially non-uniform density, the processing speed in the plane of the substrate to be processed is made as uniform as possible. As a result, it is possible to deal with the processing of semiconductor wafers whose diameters are increasing.
【図１】この発明の第１の実施例を示す（ａ）斜視図、
（ｂ）要部の断面図である。FIG. 1 (a) is a perspective view showing a first embodiment of the present invention,
(B) It is sectional drawing of the principal part.
【図２】図１の実施例の作用を示すグラフである。FIG. 2 is a graph showing the operation of the embodiment of FIG.
【図３】この発明の第２の実施例を示す断面図である。FIG. 3 is a sectional view showing a second embodiment of the present invention.
【図４】この発明の第３及び第４の実施例の要部を示す
図である。FIG. 4 is a diagram showing an essential part of third and fourth embodiments of the present invention.
【図５】この発明の第５の実施例の（ａ）要部を示す断
面図、（ｂ），（ｃ）その作用を示すグラフである。FIG. 5 (a) is a cross-sectional view showing an essential part of a fifth embodiment of the present invention, and (b), (c) are graphs showing its action.
【図６】従来の例を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a conventional example.
【図７】図６従来例の要部を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a main part of a conventional example of FIG.
【図８】従来例の作用を示すグラフ図である。FIG. 8 is a graph showing the operation of the conventional example.
１２ 放電容器 １４ ガス導入孔 １６ ガス導入電極 １８ 原子放出孔 ２０ 放出電極 12 discharge vessel 14 Gas introduction hole 16 Gas introduction electrode 18 Atom emission hole 20 emission electrode
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 21/205 Ｈ０１Ｌ 21/205 21/3065 21/302 Ｂ (56)参考文献 特開 平６−289198（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−108699（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−74735（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−255698（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−223594（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−90580（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−180942（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H05H 3/02 G21K 5/04 H01J 27/02 H01J 37/08 H01L 21/203 H01L 21/205 H01L 21/3065 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI H01L 21/205 H01L 21/205 21/3065 21/302 B (56) References JP-A-6-289198 (JP, A) JP-A-58-108699 (JP, A) JP-A-10-74735 (JP, A) JP-A-8-255698 (JP, A) JP-A-9-223594 (JP, A) JP-A-2-90580 ( 62,180942 (JP, U) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) H05H 3/02 G21K 5/04 H01J 27/02 H01J 37/08 H01L 21 / 203 H01L 21/205 H01L 21/3065
Claims (5)
数の原子放出孔を有する放出電極が設けられ、前記プラ
ズマ中のイオンを放出電極に向けて加速し、加速された
前記イオンを放出電極近傍において中性化して高速原子
として前記原子放出孔から放出するようにした高速原子
線源において、 前記放出電極は、前記原子放出孔の長さが位置によって
異なるように、厚みが該放出電極面内において、放出さ
れる原子密度が均一となるような分布に形成されている
ことを特徴とする高速原子線源。1. An emission electrode having a plurality of atom emission holes is provided in a discharge vessel for generating plasma therein, ions in the plasma are accelerated toward the emission electrode, and the accelerated ions are near the emission electrode. In the fast atom beam source, which is neutralized in and is emitted from the atom emission hole as a fast atom, the emission electrode has a length of the atom emission hole depending on a position.
A high-speed atom beam source, which is different in thickness and has a distribution in which the density of emitted atoms is uniform in the emission electrode surface.
複数のガス導入孔を有するガス導入電極と、これに対向
する放出電極が設けられ、前記プラズマ中のイオンを放
出電極に向けて加速し、加速された前記イオンを放出電
極近傍において中性化して高速原子として前記原子放出
孔から放出するようにした高速原子線源において、 前記ガス導入電極は、前記ガス導入孔の長さが位置によ
って異なるように、厚みが面内において前記プラズマ空
間に生成するプラズマ密度が均一となるような分布に形
成されていることを特徴とする高速原子線源。2. A discharge vessel in which plasma is generated,
A gas introduction electrode having a plurality of gas introduction holes, and an emission electrode facing the gas introduction electrode are provided, ions in the plasma are accelerated toward the emission electrode, and the accelerated ions are neutralized in the vicinity of the emission electrode. In the fast atom beam source configured to emit as fast atoms from the atom emitting hole, the gas introducing electrode may have a length depending on a position of the gas introducing hole.
The high-speed atomic beam source is characterized in that the thickness is formed so that the plasma density generated in the plasma space is uniform in the plane.
複数のガス導入孔を有するガス導入電極と、これに対向
する放出電極が設けられ、前記プラズマ中のイオンを放
出電極に向けて加速し、加速された前記イオンを放出電
極近傍において中性化して高速原子として前記原子放出
孔から放出するようにした高速原子線源において、 前記ガス導入電極の前記ガス導入孔の開口面積が、面内
において前記プラズマ空間に生成するプラズマ密度が均
一となるように、孔径を変えることによって、または開
口する数が中心付近が少なく周辺が多くなっている分布
に、形成されていることを特徴とする高速原子線源。3. A discharge vessel for generating plasma inside,
A gas introduction electrode having a plurality of gas introduction holes, and an emission electrode facing the gas introduction electrode are provided, ions in the plasma are accelerated toward the emission electrode, and the accelerated ions are neutralized in the vicinity of the emission electrode. in fast atom beam source so as to emit from the atom emitting holes as fast atom, so that the opening area of the gas inlet hole of the gas feed electrode, the plasma density to generate the plasma space in the plane becomes uniform , By changing the pore size or opening
Fast atom beam source, wherein the number of mouth distribution has become much around less near the center, are formed.
マ中で発生したイオンを加速する手段である複数の電極
と、該加速された前記イオンを中性化して高速原子線を
発生させる手段である、多数の原子放出孔を有する高速
原子線放出用電極とを同一の真空容器中に有し、該電極
の各々に電圧を印加する手段を有することを特徴とする
高速原子線源において、該高速原子線放出用電極に、１
つ若しくは複数の末広がり形状の原子放出孔を有するこ
とを特徴とする高速原子線源。4. A means for generating plasma, a plurality of electrodes for accelerating ions generated in the plasma, and a means for neutralizing the accelerated ions to generate a high-speed atomic beam. A high-speed atom beam source having a high-speed atom beam emission electrode having a large number of atom emission holes in the same vacuum container, and a means for applying a voltage to each of the electrodes. 1 for atomic beam emission electrode
A high-speed atom beam source having one or a plurality of divergent atom emission holes.
下流側に高速原子線の照射により加工を受ける被加工物
を支持する試料台が配置されていることを特徴とする加
工装置。5. A processing apparatus characterized in that a sample stage for supporting a workpiece to be processed by irradiation with a high-speed atomic beam is arranged downstream of the high-speed atomic beam source according to any one of claims 1 to 4. .
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Applications Claiming Priority (1)
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| JP27866496A JP3363040B2 (en) | 1996-09-30 | 1996-09-30 | Fast atom beam source |
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| JPH10106798A JPH10106798A (en) | 1998-04-24 |
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| JP27866496A Expired - Fee Related JP3363040B2 (en) | 1996-09-30 | 1996-09-30 | Fast atom beam source |
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| JP (1) | JP3363040B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7550715B2 (en) | 2006-04-27 | 2009-06-23 | Panasonic Corporation | Fast atom bombardment source, fast atom beam emission method, and surface modification apparatus |
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|---|---|---|---|---|
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-
1996
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