JPH0535537B2

JPH0535537B2 -

Info

Publication number: JPH0535537B2
Application number: JP60115085A
Authority: JP
Inventors: Tamio Hara; Manabu Hamagaki; Katsunobu Aoyanagi; Susumu Nanba
Original assignee: RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Current assignee: RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Priority date: 1985-05-28
Filing date: 1985-05-28
Publication date: 1993-05-26
Also published as: JPS61273840A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は電子ビームによつてイオンを生成し、
生成されたイオンを試料に照射する電子ビーム励
起イオン照射装置に関する。

（従来の技術）イオン照射装置が集積回路の微細加工等に用い
られている。今日知られているイオン照射装置は
以下の様にして試料にイオンを照射している。
DC放電、RF放電あるいはECR（電子サイクロト
ロン共鳴）によつてプラズマを発生し、このプラ
ズマのうちイオンのみを電界によつて引き出し、
これによつて、試料にイオンを照射している。

（発明が解決しようとする問題点）試料に大きなダメージを残すことなく、イオン
ビームエツチング等を有効に行なうためには低エ
ネルギー領域において大電流イオンビームを試料
に照射することが必要であるが、従来の装置にお
いてはイオンビーム電流を低エネルギー領域にお
いて大きくできなかつた。従来は低エネルギー領
域においてイオンビーム電流は10mA／cm²以下で
あつた。

本発明の目的は低エネルギー領域において大電
流イオンビームを照射することのできる装置を提
供することにある。

（問題点を解決するための手段）上記目的は、プラズマ領域、加速陰極、電子ビ
ーム加速領域、加速陽極、イオン生成領域および
ターゲツト陰極がこの順で設けられており、前記
加速陽極に対して負の電位を前記ターゲツト陰極
に与え、かつこの電位の値を制御することのでき
る手段と、前記イオン生成領域において生成され
た正イオンまたは負イオンを吸引し、このイオン
の照射を受けるイオン被照射体が設置されるイオ
ン被照射体設置部とが備えられている電子ビーム
励起イオン照射装置によつて達成される。

（作用）プラズマ領域中の電子が加速陽極によつて引き
出されてイオン生成領域内に突入する。突入した
電子はイオン生成領域内の不活性ガス（又は金属
蒸気）と衝突してイオンを生成するが、このイオ
ンの逆流によつて、加速陰極の出口付近に負のポ
テンシヤルパリヤが形成されることが防止され
る。従つて、プラズマ領域のプラズマ密度に比例
する大電流電子ビームがイオン生成領域に流入す
ることができる。イオン生成領域においては、流
入した電子ビームの電流値に比例した数のイオン
が発生するが、本発明の装置においては、第１１
図に示されるように加速陰極、加速陽極およびタ
ーゲツト陰極によつて、ポテンシヤルの井戸が形
成され、このポテンシヤルの井戸内を電子が往復
運動して、プラズマが効率的に発生される。発生
されたプラズマ中のイオンはイオン被照射体設置
部によつて引き出されて、イオン被照射体を照射
する。イオンのエネルギー（速度）はイオン被照
射体設置部の電位によつて制御される。イオン生
成領域に荷電粒子の横方向の拡散を防ぐマルチポ
ール磁場、ミラー磁場あるいは電位の井戸を設け
ることにより効率良くプラズマの発生を行うこと
ができる。

なお、本発明の装置内にアルゴン等の不活性ガ
ス、CF₄等の反応性エツチング用ガスを充填する
ことによりエツチングを行うことができ、SiF₄等
の成膜用ガスを充填することにより成膜を行うこ
とができる。

（実施例）第１図は、本発明の電子ビーム励起イオン照射
装置の一実施例の概略図である。カソード１、ア
ノードを兼ねる加速陰極２、加速陽極３およびタ
ーゲツト陰極の機能を兼ねるイオン被照射体設置
部である試料設置部４がこの順で設けられてい
る。カソード１と加速陰極２との間はプラズマが
充填するプラズマ領域５となり、加速陰極２と加
速陽極３との間がプラズマ領域５から引き出され
た電子を加速する電子ビーム加速領域６となり、
加速陽極３と試料設置部４との間がイオン生成領
域７となる。カソード１と加速陰極２との間には
放電用電源８によつて電圧が与えられて、プラズ
マ領域５においてプラズマ生成放電が生じるよう
になつている。加速陰極２と加速陽極３との間に
電位差を生じせしめる加速電源９は、プラズマ領
域５内の電子を引き出し、かつイオン生成領域７
中のイオンを加速陰極２まで引き出す。加速陰極
２は直接アースされており、また、試料設置部４
は電圧可変のイオンエネルギー制御用電源１０を
介してアースされており、試料設置部４は加速陽
極３に対する電圧を制御しうるようにされてい
る。通常アルゴンガス等の不活性ガスが流入口１
１ａ，１１ｂから装置内部に流入され、排出口１
２ａ，１２ｂ，１２ｃから排出される。また、本
実施例において電子およびイオンの進行方向に沿
つて磁場が与えられており、電子流およびイオン
流の横方向の拡がりが防止されている。プラズマ
領域５に設けられた仕切り１３ａ，１３ｂはガス
の圧力差をつけるためのものである。

このように構成されたイオン照射装置は以下の
用に作動する。カソード１と加速陰極２との間の
放電によつてプラズマ領域５内にプラズマが発生
する。このプラズマを構成する電子は加速陽極３
に引かれてイオン生成領域７に突入して、イオン
を生成する。このイオンの一部は加速陰極２に引
かれて加速陰極２の開口付近に形成される負のポ
テンシヤルバリアを引き下げる。従つて、プラズ
マ領域内のプラズマ密度に比例した電流値の電子
流がイオン生成領域７に流入する。イオン生成領
域７においては、流入した電子の電流値（数）に
比例するイオンが生成される。このイオンは試料
設置部４の電位によつてそのエネルギーを制御さ
れて試料設置部４上の試料１８に照射される。上
述した本実施例において、装置内に充填するガス
がアルゴンガスであり、加速陰極２と加速陽極３
との間の電圧が110V、試料設置部４とアースと
の間の電圧が−34V、プラズマ領域５の真空度が
0.7Torr、電子ビーム加速領域６の真空度が1.1×
10^-4Torr、イオン生成領域７の真空度が2.0×
10^-3Torr、加速陽極３と試料設置部４との距離
が10cmである場合のイオン電流と初期放電電流
（ほぼ電子ビーム電流に等しい）との関係を第２
図に示す。このグラフから本発明によると従来の
技術と比較して約２桁も大きいイオン電流が得ら
れることがわかる。なお、イオン電流は抵抗１４
の両端電圧を電圧計１６によつて測定することに
よつて測られた。

なお、イオンエネルギー制御用電源１０として
は交流（高周波）のものを使用することができ、
この交流電源の電圧を制御して試料１８の電位を
変えることができる。

また、導電性イオン被照射体設置部である試料
設置部４と加速陽極３との間との電圧は、イオン
エネルギー制御用電源１０の電圧を制御するもの
ではなく、加速陰極２と加速陽極３との間の加速
電源９の電圧値を制御することによつても変える
ことができる。この場合の例を第３図および第４
図に示す。第３図および第４図に示されたいずれ
の例においても、イオンウネルギー制御用電源１
０は設けられておらず、試料設置部４は直接アー
スされておりイオンエネルギーの制御は加速電源
９の電圧を制御することにより行われている。第
４図に示された実施例においては、加速陰極２で
はなく、カソードがアースされており、放電電源
の電圧を変化しても試料設置部４と加速陽極３と
の間の電圧を変化することができる。

第５図は、本発明ではないが、本発明と同じ原
理でイオンを放出するイオン源の一例を示してい
る。本例においては、試料設置部４′は導電性を
有している必要はない。加速陽極３と試料設置部
４′との間にはグリツド電極１７が配されており、
このグリツド電極１７がイオンエネルギー制御用
電源１０の陰極に接続されている。その他の構成
は第１図に示された実施例と全く同一である。本
実施例においては、イオンエネルギーを制御はグ
リツド電極１７の電位を変化することにより設置
部４′に向う電子の数とエネルギーを制御し、こ
れによつて試料１８の電位を変化することにより
行われる。又、グリツド電極１７の電位と試料設
置部４′の電位とを制御することにより、低エネ
ルギーイオンを大電流密度で試料に入射すること
もできる。この場合の１例になるが、グリツド電
極１７を浮動電位（常にイオン生成領域のプラズ
マ電位より負である。）に保ち、試料設置部４′の
電位でイオンエネルギーを制御することもでき
る。

また、本実施例においても、第３図に示された
実施例と同様にして、イオンエネルギー制御用電
源１０を省いてグリツド電極１７を直接アースす
るようにしてもよい。

第１図および第５図に示された実施例のよう
に、電子ビームガイド用磁場として一様磁場を用
いても直径15mm程度の均一なイオンビームの照射
が行なえることが確認されているが、第６ａ図、
第６ｂ図に示されるようにイオン生成領域７の外
周部に永久磁石２０を配してマルチポール磁場を
形成すると、イオンビームをさらに拡大すること
ができ、大面積試料の均一照射が可能となる。

本発明においては、種々の変形実施例が考えら
れるが、加速陽極を２つに分け、第１イオン生成
領域と第２イオン生成領域に分離するようにして
もよいし、また、第７図に示されるように、絶縁
物２４を介して設けられた２つのターゲツト陰極
２１，２２を境にしてイオン生成領域７と試料室
２３とを分離して設けるようにしてもよい。この
ようにすると、試料室２３内を高真空状態にする
ことができる。イオン生成領域７から試料室２３
へのイオンの流入は試料設置部４によつて行われ
る。イオン生成領域とターゲツト陰極との間にイ
オン源プラズマ領域を設け、このイオン源プラズ
マ領域において発生したイオンを試料に照射する
ようにしてもよい。この場合、第６ａ図および第
６ｂ図に示されるようにイオン生成領域とイオン
源プラズマ領域と試料室とにマルチポール磁場を
与え、かつイオンビーム加速電極をメツシユ電極
又は多数の開口部を有する電極とすることにより
イオンビーム径を拡大することができる。

第８図は、本発明をスパツタ装置として使用し
た場合の実施例を示す。イオン生成領域７におい
て生成されたイオンは、ターゲツト陰極を兼ねる
設置部４″上のターゲツト２５に衝突する。イオ
ンの衝突によつて飛散したターゲツト材料は基板
２６上に堆積する。基板２６に図示されるように
電位を印加すると、イオンの衝突によつてガス状
に飛散され、さらにこの後電子ビームの照射によ
つてイオン化されたターゲツト原子を、基板２６
に引きつけることもできる。

第９図は、本発明をスパツタ装置として使用し
た場合の別の実施例を示す。ターゲツト２５がイ
オンビームの照射を受けることによつてターゲツ
ト材料ガスが発生し、さらにこのガスが電子ビー
ムの照射を受けることによつてイオンが生成され
る。このターゲツト材料ガスイオンは加速陰極２
に引かれて、プラズマ領域５へ向うがこの陰イオ
ンを捕えることにより基板２６上に成膜が行われ
る。この実施例においては、加速陽極３の開口を
大きめに設定し、かつイオンビームがターゲツト
２５上に集中する様にターゲツト付近に磁場を設
定するとよい。また、基板２６を設置する台とし
ては加速陰極２自体を使用してもよい。

第１０図は負イオンを照射することのできる実
施例を示す概略図である。イオンと電子とではラ
ーマー半径が大きく異なる。このため、外部磁場
が印加されている場合、プラズマから磁力線を横
切る方向で電子のラーマー半径以上に遠く離れた
空間ではイオンのみが存在することになる。本実
施例はこのことに基いている。即ち、試料設置部
４は、電子通路部分２８から離れて設けられてい
る。この試料設置部４がプラズマ電位（ほぼ加速
陽極３の電位と同じ）に対して負の電位のとき
は、正イオンが引き出される。逆に、プラズマ電
位に対して正の電位を有するときは、負イオンが
引き出される。

上述した各実施例において特願昭59−276738号
に従つてカソードと加速陰極の間にプラズマ電位
分布整形用電極を配することも極めて有効であ
る。

（発明の効果）本発明のイオン照射装置はプラズマ領域中のプ
ラズマ密度を制御することにより、照射するイオ
ンの電流（イオンの数）を制御することができ
る。また、これとは独立して試料設置台あるいは
グリツド電極と加速陽極との間に電圧を制御する
ことによりイオンのエネルギーを制御することが
できる。従つて、低エネルギーのイオンを多数試
料に照射することができ、半導体基板等に結晶欠
陥を生じることなく試料の加工を効率よく行うこ
とが可能となる。

また、本発明においては、イオン生成領域に外
部から電子ビームを流入してプラズマを作り出し
ているので、充填ガスの組成変化や、不純物の混
入に対するプラズマの安定性は高い。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例の概略図であり、
第２図は、第１図の実施例におけるイオン電流と
初期放電電流との関係を示すグラフ、第３図およ
び第４図は、本発明の別の実施例の概略図、第５
図は、グリツド電極を用いた場合の実施例の概略
図、第６ａ図および第６ｂ図は電子ビームガイド
用マルチポート磁場を表わす側面図および断面
図、第７図は、ターゲツト陰極とイオン被照射体
設置部とを別体とした場合の実施例を表わす概略
図、第８図は、本発明をスパツタ装置として使用
した場合の別の実施例を示す外略図、第９図は、
本発明をスパツタ装置として使用した場合の別の
実施例を示す概略図である。第１０図は、負イオ
ンを放出することのできる実施例を示す概略図、
第１１図は、本考案の作用を説明する図である。１……カソード、２……加速陰極、３……加速
陽極、４……導電性試料設置部、４′……試料設
置部、５……プラズマ領域、６……電子ビーム加
速領域、７……イオン生成領域、８……放電用電
源、９……加速電源、１０……イオンエネルギー
制御用電源、１７……グリツド電極、２１，２２
……ターゲツト陰極。

Claims

【特許請求の範囲】１プラズマ領域、加速陰極、電子ビーム加速領
域、加速陽極、イオン生成領域およびターゲツト
陰極がこの順で設けられており、前記加速陽極に
対して負の電位を前記ターゲツト陰極に与え、か
つこの電位を制御することのできる手段と、前記
イオン生成領域において生成された正イオンまた
は負イオンを吸引し、このイオンの照射を受ける
イオン被照射体が設置されるイオン被照射体設置
部とが備えられている電子ビーム励起イオン照射
装置。２前記ターゲツト陰極が前記イオン被照射体設
置部を兼ねていることを特徴とする特許請求の範
囲第１項記載の電子ビーム励起イオン被照射装
置。