JP2002289581A - 中性粒子ビーム処理装置 - Google Patents
中性粒子ビーム処理装置Info
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H3/00—Production or acceleration of neutral particle beams, e.g. molecular or atomic beams
- H05H3/02—Molecular or atomic-beam generation, e.g. resonant beam generation
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- Plasma Technology (AREA)
- Drying Of Semiconductors (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 安価且つコンパクトな構成で大口径のビーム
を被処理物に照射することができ、また、被処理物に損
傷を与えにくい中性粒子ビーム処理装置を提供する。 【解決手段】 被処理物Ｘを保持する保持部２０と、高
周波電界を印加することで真空チャンバ３内にプラズマ
を生成するプラズマ生成部と、被処理物Ｘとプラズマ生
成部との間に配置されたオリフィス電極４と、グリッド
電極５と、高周波電界の印加を停止しているときに、陽
極としてのオリフィス電極４と陰極としてのグリッド電
極５との間に電圧を印加することで、生成されたプラズ
マから負イオン６を加速してオリフィス電極４に形成さ
れたオリフィス４ａを通過させるバイポーラ電源１０２
とを備えた。
を被処理物に照射することができ、また、被処理物に損
傷を与えにくい中性粒子ビーム処理装置を提供する。 【解決手段】 被処理物Ｘを保持する保持部２０と、高
周波電界を印加することで真空チャンバ３内にプラズマ
を生成するプラズマ生成部と、被処理物Ｘとプラズマ生
成部との間に配置されたオリフィス電極４と、グリッド
電極５と、高周波電界の印加を停止しているときに、陽
極としてのオリフィス電極４と陰極としてのグリッド電
極５との間に電圧を印加することで、生成されたプラズ
マから負イオン６を加速してオリフィス電極４に形成さ
れたオリフィス４ａを通過させるバイポーラ電源１０２
とを備えた。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、中性粒子ビーム処
理装置、特に高密度プラズマから高指向性で且つ高密度
の中性粒子ビームを生成し、被処理物を加工する中性粒
子ビーム処理装置に関するものである。
理装置、特に高密度プラズマから高指向性で且つ高密度
の中性粒子ビームを生成し、被処理物を加工する中性粒
子ビーム処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体集積回路、ハードディスク
等の情報記憶媒体、あるいはマイクロマシーン等の分野
において、その加工パターンが著しく微細化されてい
る。かかる分野の加工においては、直進性が高く（高指
向性であり）、且つ比較的大口径で高密度のイオンビー
ム等のエネルギービームを照射して被処理物の成膜又は
エッチングなどを施す技術が注目されている。
等の情報記憶媒体、あるいはマイクロマシーン等の分野
において、その加工パターンが著しく微細化されてい
る。かかる分野の加工においては、直進性が高く（高指
向性であり）、且つ比較的大口径で高密度のイオンビー
ム等のエネルギービームを照射して被処理物の成膜又は
エッチングなどを施す技術が注目されている。
【０００３】このようなエネルギービームのビーム源と
しては、正イオン、負イオン、ラジカル粒子等の各種の
ビームを生成するものが知られている。このような正イ
オン、負イオン、ラジカル粒子等のビームをビーム源か
ら被処理物の任意の部位に照射することで、被処理物の
局所的な成膜やエッチング、表面改質、接合、接着など
を行うことができる。
しては、正イオン、負イオン、ラジカル粒子等の各種の
ビームを生成するものが知られている。このような正イ
オン、負イオン、ラジカル粒子等のビームをビーム源か
ら被処理物の任意の部位に照射することで、被処理物の
局所的な成膜やエッチング、表面改質、接合、接着など
を行うことができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】正イオンや負イオンな
どの荷電粒子を被処理物に照射するビーム源において
は、被処理物に電荷が蓄積するため絶縁物を処理するこ
とができない（チャージアップ現象）。また、空間電荷
効果でイオンビームが発散してしまうため微細な加工を
することができない。
どの荷電粒子を被処理物に照射するビーム源において
は、被処理物に電荷が蓄積するため絶縁物を処理するこ
とができない（チャージアップ現象）。また、空間電荷
効果でイオンビームが発散してしまうため微細な加工を
することができない。
【０００５】これを防ぐためにイオンビームに電子を注
ぎ込むことで電荷を中和することも考えられているが、
この方法では全体的な電荷のバランスは取れるものの、
局所的には電荷のアンバランスが生じており、やはり微
細な加工をすることができない。
ぎ込むことで電荷を中和することも考えられているが、
この方法では全体的な電荷のバランスは取れるものの、
局所的には電荷のアンバランスが生じており、やはり微
細な加工をすることができない。
【０００６】また、プラズマ源からイオンを引き出して
被処理物に照射する場合において、プラズマから発生す
る紫外線などの放射光が被処理物に照射されると被処理
物に悪影響を与えることとなるので、プラズマから放出
される紫外線などの放射光を遮蔽する必要がある。
被処理物に照射する場合において、プラズマから発生す
る紫外線などの放射光が被処理物に照射されると被処理
物に悪影響を与えることとなるので、プラズマから放出
される紫外線などの放射光を遮蔽する必要がある。
【０００７】本発明は、このような従来技術の問題点に
鑑みてなされたもので、安価且つコンパクトな構成で大
口径のビームを被処理物に照射することができると共に
高い中性化率を得ることができ、チャージフリー且つダ
メージフリーな中性粒子ビーム処理装置を提供すること
を目的とする。
鑑みてなされたもので、安価且つコンパクトな構成で大
口径のビームを被処理物に照射することができると共に
高い中性化率を得ることができ、チャージフリー且つダ
メージフリーな中性粒子ビーム処理装置を提供すること
を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】このような従来技術にお
ける問題点を解決するために、本発明の一態様は、被処
理物を保持する保持部と、高周波電界を印加することで
真空チャンバ内にプラズマを生成するプラズマ生成部
と、上記被処理物と上記プラズマ生成部との間に配置さ
れたオリフィス電極と、上記真空チャンバ内に上記オリ
フィス電極に対して上流側に配置されたグリッド電極
と、上記プラズマ生成部における高周波電界の印加を停
止しているときに、陽極としての上記オリフィス電極と
陰極としての上記グリッド電極との間に電圧を印加する
ことで、上記プラズマ生成部により生成されたプラズマ
から負イオンを加速して上記オリフィス電極に形成され
たオリフィスを通過させる電圧印加部とを備えたことを
特徴とする中性粒子ビーム処理装置である。
ける問題点を解決するために、本発明の一態様は、被処
理物を保持する保持部と、高周波電界を印加することで
真空チャンバ内にプラズマを生成するプラズマ生成部
と、上記被処理物と上記プラズマ生成部との間に配置さ
れたオリフィス電極と、上記真空チャンバ内に上記オリ
フィス電極に対して上流側に配置されたグリッド電極
と、上記プラズマ生成部における高周波電界の印加を停
止しているときに、陽極としての上記オリフィス電極と
陰極としての上記グリッド電極との間に電圧を印加する
ことで、上記プラズマ生成部により生成されたプラズマ
から負イオンを加速して上記オリフィス電極に形成され
たオリフィスを通過させる電圧印加部とを備えたことを
特徴とする中性粒子ビーム処理装置である。
【０００９】このような構成により、電荷を持たず大き
な並進運動エネルギーを持つ中性粒子線によって被処理
物を加工することが可能となるので、チャージアップ量
を小さく保ちつつ高精度のエッチングや成膜加工が可能
となる。特に、負イオンを中性化する手段としてオリフ
ィス電極を用いることによって高い中性化率が得られる
ので、装置を大型化せずに安価にビームを大口径化する
ことが可能となる。更に、生成されたプラズマと被処理
物とはオリフィス電極によって遮断されるので、プラズ
マから発生する放射光は被処理物に照射されず、被処理
物に損傷を与えるような紫外線などの被処理物への影響
を低減することができる。
な並進運動エネルギーを持つ中性粒子線によって被処理
物を加工することが可能となるので、チャージアップ量
を小さく保ちつつ高精度のエッチングや成膜加工が可能
となる。特に、負イオンを中性化する手段としてオリフ
ィス電極を用いることによって高い中性化率が得られる
ので、装置を大型化せずに安価にビームを大口径化する
ことが可能となる。更に、生成されたプラズマと被処理
物とはオリフィス電極によって遮断されるので、プラズ
マから発生する放射光は被処理物に照射されず、被処理
物に損傷を与えるような紫外線などの被処理物への影響
を低減することができる。
【００１０】本発明の他の一態様は、被処理物を保持す
る保持部と、真空チャンバ内に配置されたオリフィス電
極と、上記真空チャンバ内に上記オリフィス電極に対し
て上流側に配置された第２の電極と、上記オリフィス電
極と上記第２の電極との間に高周波電圧を印加すること
で上記オリフィス電極と上記第２の電極との間にプラズ
マを生成する第１の電圧印加部と、上記第１の電圧印加
部において高周波電圧の印加を停止しているときに、陽
極としての上記オリフィス電極と陰極としての上記第２
の電極との間に電圧を印加することで、上記第１の電圧
印加部により生成されたプラズマから負イオンを加速し
て上記オリフィス電極に形成されたオリフィスを通過さ
せる第２の電圧印加部とを備えたことを特徴とする中性
粒子ビーム処理装置である。
る保持部と、真空チャンバ内に配置されたオリフィス電
極と、上記真空チャンバ内に上記オリフィス電極に対し
て上流側に配置された第２の電極と、上記オリフィス電
極と上記第２の電極との間に高周波電圧を印加すること
で上記オリフィス電極と上記第２の電極との間にプラズ
マを生成する第１の電圧印加部と、上記第１の電圧印加
部において高周波電圧の印加を停止しているときに、陽
極としての上記オリフィス電極と陰極としての上記第２
の電極との間に電圧を印加することで、上記第１の電圧
印加部により生成されたプラズマから負イオンを加速し
て上記オリフィス電極に形成されたオリフィスを通過さ
せる第２の電圧印加部とを備えたことを特徴とする中性
粒子ビーム処理装置である。
【００１１】このように、オリフィス電極は負イオンを
中性化する手段としてだけでなく、プラズマを生成する
手段としても利用することができる。従って、上記のよ
うに構成した場合には、オリフィス電極による高い中性
化率を得ることができるだけでなく、プラズマを生成す
るためのプラズマ生成部を別に設ける必要がなくなる。
このため、装置をよりコンパクトにして安価にビームを
大口径化することが可能となる。
中性化する手段としてだけでなく、プラズマを生成する
手段としても利用することができる。従って、上記のよ
うに構成した場合には、オリフィス電極による高い中性
化率を得ることができるだけでなく、プラズマを生成す
るためのプラズマ生成部を別に設ける必要がなくなる。
このため、装置をよりコンパクトにして安価にビームを
大口径化することが可能となる。
【００１２】ここで、上記オリフィス電極の厚さは該オ
リフィス電極に形成されたオリフィスの径の２倍以上で
あることが好ましい。このようにオリフィス電極の厚さ
をオリフィス電極に形成されたオリフィスの穴径の２倍
以上とすると、オリフィスにおいて負イオンを中性化す
る確率を高めることができると同時に、プラズマからの
放射光の被処理物への照射強度を著しく低減することが
できる。
リフィス電極に形成されたオリフィスの径の２倍以上で
あることが好ましい。このようにオリフィス電極の厚さ
をオリフィス電極に形成されたオリフィスの穴径の２倍
以上とすると、オリフィスにおいて負イオンを中性化す
る確率を高めることができると同時に、プラズマからの
放射光の被処理物への照射強度を著しく低減することが
できる。
【００１３】また、上記オリフィス電極は導電体で形成
されていることが好ましい。オリフィス電極を導電体と
すれば、オリフィス電極に正の直流電圧や負の直流電圧
を印加することで、プラズマから正イオンと負イオンの
双方を加速することが可能となる。また、オリフィス電
極に印加する電圧を４００ｋＨｚ程度の低周波電圧とす
れば、正イオンと負イオンとを交互に加速することが可
能となる。この場合は、オリフィス電極の表面は誘電膜
で覆われていてもよい。
されていることが好ましい。オリフィス電極を導電体と
すれば、オリフィス電極に正の直流電圧や負の直流電圧
を印加することで、プラズマから正イオンと負イオンの
双方を加速することが可能となる。また、オリフィス電
極に印加する電圧を４００ｋＨｚ程度の低周波電圧とす
れば、正イオンと負イオンとを交互に加速することが可
能となる。この場合は、オリフィス電極の表面は誘電膜
で覆われていてもよい。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る中性粒子ビー
ム処理装置の第１の実施形態について図１乃至図３を参
照して詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実施形
態における中性粒子ビーム処理装置の全体構成を示す図
である。
ム処理装置の第１の実施形態について図１乃至図３を参
照して詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実施形
態における中性粒子ビーム処理装置の全体構成を示す図
である。
【００１５】図１に示すように、中性粒子ビーム処理装
置は、中性粒子ビームを生成するビーム生成室１と半導
体基板、ガラス、有機物、セラミックスなどの被処理物
Ｘの加工を行う処理室２とを有する円筒状の真空チャン
バ３を備えている。この真空チャンバ３は、ビーム生成
室１側が石英ガラス又はセラミックなどにより構成さ
れ、処理室２側が金属製のメタルチャンバなどにより構
成されている。
置は、中性粒子ビームを生成するビーム生成室１と半導
体基板、ガラス、有機物、セラミックスなどの被処理物
Ｘの加工を行う処理室２とを有する円筒状の真空チャン
バ３を備えている。この真空チャンバ３は、ビーム生成
室１側が石英ガラス又はセラミックなどにより構成さ
れ、処理室２側が金属製のメタルチャンバなどにより構
成されている。
【００１６】ビーム生成室１の外周には誘導結合型のコ
イル１０が配置されている。このコイル１０は、例えば
水冷パイプのコイルであり、８ｍｍφ程度の外径を有す
るコイルが２ターン程度ビーム生成室１に巻回されてい
る。このコイル１０は、マッチングボックス１００を介
して高周波電源１０１に接続されており、例えば、１
３．５６ＭＨｚの高周波電圧がコイル１０に印加され
る。これらのコイル１０、マッチングボックス１００、
高周波電源１０１によってプラズマ生成部が構成されて
いる。即ち、コイル１０に高周波電流を流すことで誘導
磁場を生じさせ、その変位電流によりガス中の原子・分
子が電離されプラズマが生成する。
イル１０が配置されている。このコイル１０は、例えば
水冷パイプのコイルであり、８ｍｍφ程度の外径を有す
るコイルが２ターン程度ビーム生成室１に巻回されてい
る。このコイル１０は、マッチングボックス１００を介
して高周波電源１０１に接続されており、例えば、１
３．５６ＭＨｚの高周波電圧がコイル１０に印加され
る。これらのコイル１０、マッチングボックス１００、
高周波電源１０１によってプラズマ生成部が構成されて
いる。即ち、コイル１０に高周波電流を流すことで誘導
磁場を生じさせ、その変位電流によりガス中の原子・分
子が電離されプラズマが生成する。
【００１７】ビーム生成室１の上部には、真空チャンバ
３内にガスを導入するガス導入ポート１１が設けられて
おり、このガス導入ポート１１はガス供給配管１２を介
してガス供給源１３に接続されている。このガス供給源
１３からはＳＦ６，ＣＨＦ３，ＣＦ４，Ｃｌ２，Ａｒ，
Ｏ２，Ｎ２，Ｃ４Ｆ８等などのガスが真空チャンバ３内
に供給される。
３内にガスを導入するガス導入ポート１１が設けられて
おり、このガス導入ポート１１はガス供給配管１２を介
してガス供給源１３に接続されている。このガス供給源
１３からはＳＦ６，ＣＨＦ３，ＣＦ４，Ｃｌ２，Ａｒ，
Ｏ２，Ｎ２，Ｃ４Ｆ８等などのガスが真空チャンバ３内
に供給される。
【００１８】処理室２には、被処理物Ｘを保持する保持
部２０が配置されており、この保持部２０の上面に被処
理物Ｘが載置されている。処理室２にはガスを排出する
ためのガス排出ポート２１が設けられており、このガス
排出ポート２１はガス排出配管２２を介して真空ポンプ
２３に接続されている。この真空ポンプ２３によって処
理室２は所定の圧力に維持される。
部２０が配置されており、この保持部２０の上面に被処
理物Ｘが載置されている。処理室２にはガスを排出する
ためのガス排出ポート２１が設けられており、このガス
排出ポート２１はガス排出配管２２を介して真空ポンプ
２３に接続されている。この真空ポンプ２３によって処
理室２は所定の圧力に維持される。
【００１９】ビーム生成室１の下端には、グラファイト
などの導電体で形成されたオリフィス板（オリフィス電
極）４が配置されており、このオリフィス電極４は接地
電位とされる。また、このオリフィス電極４の上方に
は、同様に導電体で形成された薄板グリッド状のグリッ
ド電極５が配置されている。このグリッド電極５はバイ
ポーラ電源１０２（電圧印加部）に接続されている。図
２は、オリフィス電極４及びグリッド電極５の斜視図
（図２（ａ））と部分縦断面図（図２（ｂ））である。
図２に示すように、オリフィス電極４には多数のオリフ
ィス４ａが形成されており、同様にグリッド電極５には
多数のグリッド穴５ａが形成されている。なお、グリッ
ド電極５はメッシュ網やパンチングメタルなどであって
もよい。
などの導電体で形成されたオリフィス板（オリフィス電
極）４が配置されており、このオリフィス電極４は接地
電位とされる。また、このオリフィス電極４の上方に
は、同様に導電体で形成された薄板グリッド状のグリッ
ド電極５が配置されている。このグリッド電極５はバイ
ポーラ電源１０２（電圧印加部）に接続されている。図
２は、オリフィス電極４及びグリッド電極５の斜視図
（図２（ａ））と部分縦断面図（図２（ｂ））である。
図２に示すように、オリフィス電極４には多数のオリフ
ィス４ａが形成されており、同様にグリッド電極５には
多数のグリッド穴５ａが形成されている。なお、グリッ
ド電極５はメッシュ網やパンチングメタルなどであって
もよい。
【００２０】コイル１０に接続される高周波電源１０１
とバイポーラ電源１０２とにはそれぞれ変調装置１０
３、１０４が接続されている。高周波電源１０１とバイ
ポーラ電源１０２とは変調装置１０３、１０４を介して
互いに接続されており、変調装置１０３、１０４間の同
期信号によって、高周波電源１０１による電圧印加のタ
イミングとバイポーラ電源１０２による電圧印加のタイ
ミングとが同期される。
とバイポーラ電源１０２とにはそれぞれ変調装置１０
３、１０４が接続されている。高周波電源１０１とバイ
ポーラ電源１０２とは変調装置１０３、１０４を介して
互いに接続されており、変調装置１０３、１０４間の同
期信号によって、高周波電源１０１による電圧印加のタ
イミングとバイポーラ電源１０２による電圧印加のタイ
ミングとが同期される。
【００２１】次に、本実施形態における中性粒子ビーム
処理装置の動作について説明する。図３は、本実施形態
における動作状態を示すタイムチャートである。図３に
おいて、Ｖａはコイル１０の電位、Ｔｅはビーム生成室
１内の電子温度、ｎｅはビーム生成室１内の電子密度、
ｎｉ−はビーム生成室１内の負イオン密度、Ｖｂはグリ
ッド電極５の電位をそれぞれ示している。
処理装置の動作について説明する。図３は、本実施形態
における動作状態を示すタイムチャートである。図３に
おいて、Ｖａはコイル１０の電位、Ｔｅはビーム生成室
１内の電子温度、ｎｅはビーム生成室１内の電子密度、
ｎｉ−はビーム生成室１内の負イオン密度、Ｖｂはグリ
ッド電極５の電位をそれぞれ示している。
【００２２】まず、真空ポンプ２３を作動させることに
より、真空チャンバ３内を真空排気した後に、ガス供給
源１３からＳＦ６，ＣＨＦ３，ＣＦ４，Ｃｌ２，Ａｒ，
Ｏ２，Ｎ２，Ｃ４Ｆ８等などのガスを真空チャンバ３の
内部に導入する。そして、図３に示すように、１３．５
６ＭＨｚの高周波電圧を高周波電源１０１によって１０
μ秒間コイル１０に印加する。この高周波電圧の印加に
よってビーム生成室１内には高周波電界が形成される。
真空チャンバ３内に導入されたガスは、この高周波電界
によって加速された電子により電離され、ビーム生成室
１内に高密度プラズマが生成される。このときに形成さ
れるプラズマは、主として正イオンと加熱された電子と
からなるプラズマである。
より、真空チャンバ３内を真空排気した後に、ガス供給
源１３からＳＦ６，ＣＨＦ３，ＣＦ４，Ｃｌ２，Ａｒ，
Ｏ２，Ｎ２，Ｃ４Ｆ８等などのガスを真空チャンバ３の
内部に導入する。そして、図３に示すように、１３．５
６ＭＨｚの高周波電圧を高周波電源１０１によって１０
μ秒間コイル１０に印加する。この高周波電圧の印加に
よってビーム生成室１内には高周波電界が形成される。
真空チャンバ３内に導入されたガスは、この高周波電界
によって加速された電子により電離され、ビーム生成室
１内に高密度プラズマが生成される。このときに形成さ
れるプラズマは、主として正イオンと加熱された電子と
からなるプラズマである。
【００２３】そして、高周波電源１０１による高周波電
圧の印加を１００μ秒間停止する。高周波電源１０１に
よる高周波電圧の印加の停止後は、再び高周波電源１０
１による１０μ秒間の高周波電圧の印加によってビーム
生成室１内においてプラズマ中の電子が加熱され、上述
したサイクルが繰り返される。即ち、高周波電界の印加
（１０μ秒間）と印加の停止（１００μ秒間）を交互に
繰り返す。この高周波電界の印加停止時間（１００μ秒
間）は、プラズマ中の電子が残留している処理ガスに付
着して負イオンが生成されるのに要する時間よりも十分
に長く、且つプラズマ中の電子密度が低下してプラズマ
が消滅するよりも十分に短い時間である。高周波電界の
印加時間（１０μ秒間）は、この高周波電界の印加を停
止している間に低下したプラズマ中の電子のエネルギー
を回復させるのに十分な時間である。
圧の印加を１００μ秒間停止する。高周波電源１０１に
よる高周波電圧の印加の停止後は、再び高周波電源１０
１による１０μ秒間の高周波電圧の印加によってビーム
生成室１内においてプラズマ中の電子が加熱され、上述
したサイクルが繰り返される。即ち、高周波電界の印加
（１０μ秒間）と印加の停止（１００μ秒間）を交互に
繰り返す。この高周波電界の印加停止時間（１００μ秒
間）は、プラズマ中の電子が残留している処理ガスに付
着して負イオンが生成されるのに要する時間よりも十分
に長く、且つプラズマ中の電子密度が低下してプラズマ
が消滅するよりも十分に短い時間である。高周波電界の
印加時間（１０μ秒間）は、この高周波電界の印加を停
止している間に低下したプラズマ中の電子のエネルギー
を回復させるのに十分な時間である。
【００２４】このプラズマ中の電子のエネルギーを高め
た後の高周波電界の印加停止により、負イオンを効率よ
く且つ継続して生成することができる。即ち、通常のプ
ラズマは正イオンと電子とからなる場合が多いが、正イ
オンと共に負イオンが共存した状態のプラズマを効率的
に形成することができる。なお、ここでは、高周波電界
の印加停止時間を１００μ秒に設定する例について述べ
たが、５０μ秒乃至１００μ秒に設定することで、プラ
ズマ中に正イオンのみならず負イオンを多量に生成する
ことができる。
た後の高周波電界の印加停止により、負イオンを効率よ
く且つ継続して生成することができる。即ち、通常のプ
ラズマは正イオンと電子とからなる場合が多いが、正イ
オンと共に負イオンが共存した状態のプラズマを効率的
に形成することができる。なお、ここでは、高周波電界
の印加停止時間を１００μ秒に設定する例について述べ
たが、５０μ秒乃至１００μ秒に設定することで、プラ
ズマ中に正イオンのみならず負イオンを多量に生成する
ことができる。
【００２５】高周波電源１０１による電圧の印加の停止
から５０μ秒後に、バイポーラ電源１０２によって−１
００Ｖの直流パルス電圧をグリッド電極５に５０μ秒間
印加する。この直流電圧の印加によって、グリッド電極
５の電位Ｖｂがオリフィス電極４の電位（接地電位）よ
りも低くなり、オリフィス電極４とグリッド電極５との
間には、オリフィス電極４を陽極、グリッド電極５を陰
極とした電位差が生じる。従って、グリッド電極５から
オリフィス電極４側に漏れ出た負イオン６（図２（ｂ）
参照）は、この電位差によってオリフィス電極４に向け
て加速され、オリフィス電極４に形成されたオリフィス
４ａに入っていく。
から５０μ秒後に、バイポーラ電源１０２によって−１
００Ｖの直流パルス電圧をグリッド電極５に５０μ秒間
印加する。この直流電圧の印加によって、グリッド電極
５の電位Ｖｂがオリフィス電極４の電位（接地電位）よ
りも低くなり、オリフィス電極４とグリッド電極５との
間には、オリフィス電極４を陽極、グリッド電極５を陰
極とした電位差が生じる。従って、グリッド電極５から
オリフィス電極４側に漏れ出た負イオン６（図２（ｂ）
参照）は、この電位差によってオリフィス電極４に向け
て加速され、オリフィス電極４に形成されたオリフィス
４ａに入っていく。
【００２６】オリフィス電極４のオリフィス４ａの内部
を通過する負イオン６は、主として、オリフィス４ａの
周壁の固体表面近傍において中性化され、あるいは、オ
リフィス４ａの内部に残留しているガスとの電荷交換に
よって中性化され、中性粒子７となる。オリフィス４ａ
の通過中に中性化された負イオン６（中性粒子７）は、
エネルギービームとして処理室２の内部に放射される。
この中性粒子７は、処理室２の内部を直進して保持部２
０に載置された被処理物Ｘに照射され、この中性粒子７
によってエッチング、クリーニング、窒化処理や酸化処
理などの表面改質、成膜などの処理を行うことが可能と
なる。
を通過する負イオン６は、主として、オリフィス４ａの
周壁の固体表面近傍において中性化され、あるいは、オ
リフィス４ａの内部に残留しているガスとの電荷交換に
よって中性化され、中性粒子７となる。オリフィス４ａ
の通過中に中性化された負イオン６（中性粒子７）は、
エネルギービームとして処理室２の内部に放射される。
この中性粒子７は、処理室２の内部を直進して保持部２
０に載置された被処理物Ｘに照射され、この中性粒子７
によってエッチング、クリーニング、窒化処理や酸化処
理などの表面改質、成膜などの処理を行うことが可能と
なる。
【００２７】この場合において、オリフィス電極は、負
イオンを中性化する手段としてだけではなく、プラズマ
から発生する放射光が被処理物に照射されるのを防止す
る手段としても機能する。即ち、プラズマが生成される
ビーム生成室１と被処理物Ｘとはオリフィス電極４によ
って遮断されているので、プラズマから発生する放射光
は被処理物Ｘに照射されず、被処理物Ｘに損傷を与える
ような紫外線などの被処理物Ｘへの影響を低減すること
ができる。
イオンを中性化する手段としてだけではなく、プラズマ
から発生する放射光が被処理物に照射されるのを防止す
る手段としても機能する。即ち、プラズマが生成される
ビーム生成室１と被処理物Ｘとはオリフィス電極４によ
って遮断されているので、プラズマから発生する放射光
は被処理物Ｘに照射されず、被処理物Ｘに損傷を与える
ような紫外線などの被処理物Ｘへの影響を低減すること
ができる。
【００２８】このようなオリフィス電極４の厚さｌは、
オリフィス４ａの穴径ｄの２倍以上であることが好まし
い。オリフィス電極４の厚さｌをオリフィス４ａの穴径
ｄの２倍以上とすると、オリフィス４ａにおいて負イオ
ンを中性化する確率を高めることができると同時に、プ
ラズマからの放射光の被処理物Ｘへの照射強度を著しく
低減することができる。
オリフィス４ａの穴径ｄの２倍以上であることが好まし
い。オリフィス電極４の厚さｌをオリフィス４ａの穴径
ｄの２倍以上とすると、オリフィス４ａにおいて負イオ
ンを中性化する確率を高めることができると同時に、プ
ラズマからの放射光の被処理物Ｘへの照射強度を著しく
低減することができる。
【００２９】なお、一部の荷電粒子もオリフィス電極４
のオリフィス４ａを通過する場合があるが、このような
荷電粒子が被処理物Ｘに照射されることを防止するため
に、オリフィス電極４の下流側にディフレクタや電子ト
ラップを設けることとしてもよい。ディフレクタは、真
空チャンバ３の径方向に電圧を印加することによって荷
電粒子の進行方向を変化させて、荷電粒子の被処理物Ｘ
への照射を防止するものである。また、電子トラップ
は、径方向に磁界を形成することによって荷電粒子の進
行方向を変化させて、荷電粒子の被処理物Ｘへの照射を
防止するものである。
のオリフィス４ａを通過する場合があるが、このような
荷電粒子が被処理物Ｘに照射されることを防止するため
に、オリフィス電極４の下流側にディフレクタや電子ト
ラップを設けることとしてもよい。ディフレクタは、真
空チャンバ３の径方向に電圧を印加することによって荷
電粒子の進行方向を変化させて、荷電粒子の被処理物Ｘ
への照射を防止するものである。また、電子トラップ
は、径方向に磁界を形成することによって荷電粒子の進
行方向を変化させて、荷電粒子の被処理物Ｘへの照射を
防止するものである。
【００３０】ガラスやセラミック材料等の絶縁物の加工
に際しては、表面にチャージアップという問題が生じる
が、このように中性化された中性粒子を照射することに
よりチャージアップ量を小さく保ちながら、高精度のエ
ッチングや成膜加工が可能となる。なお、被処理物の処
理の内容に応じてガスの種類を使い分ければよく、ドラ
イエッチングでは被処理物の違いに応じて酸素やハロゲ
ンガスなどを使い分けることができる。
に際しては、表面にチャージアップという問題が生じる
が、このように中性化された中性粒子を照射することに
よりチャージアップ量を小さく保ちながら、高精度のエ
ッチングや成膜加工が可能となる。なお、被処理物の処
理の内容に応じてガスの種類を使い分ければよく、ドラ
イエッチングでは被処理物の違いに応じて酸素やハロゲ
ンガスなどを使い分けることができる。
【００３１】本実施形態では、プラズマの負イオンを中
性化するため、Ｏ２，Ｃｌ２，ＳＦ ６，ＣＨＦ３，Ｃ４
Ｆ８などの負イオンを生成しやすいガスをビーム生成室
１に導入することが好ましい。これらのガスを用いて上
述した高周波誘導結合（ＩＣＰ）などにより高密度プラ
ズマを発生させた後に高周波電圧の印加を停止すると、
プラズマ中に多数の負イオンが発生し、負イオンを容易
に加速し中性化することができる。
性化するため、Ｏ２，Ｃｌ２，ＳＦ ６，ＣＨＦ３，Ｃ４
Ｆ８などの負イオンを生成しやすいガスをビーム生成室
１に導入することが好ましい。これらのガスを用いて上
述した高周波誘導結合（ＩＣＰ）などにより高密度プラ
ズマを発生させた後に高周波電圧の印加を停止すると、
プラズマ中に多数の負イオンが発生し、負イオンを容易
に加速し中性化することができる。
【００３２】本実施形態では、グリッド電極５をコイル
１０の下流側に配置した例を説明したが、グリッド電極
をコイル１０の上流側に配置することもできる。この場
合は、グリッド電極に穴が１つも形成されていなくても
よい。図４はグリッド電極５０をコイル１０の上流側に
配置した場合の中性粒子ビーム処理装置の全体構成を示
す図である。この場合には、ビーム生成室１内に生成さ
れたプラズマ中の負イオンはグリッド電極５０とオリフ
ィス電極４との間で加速されることとなる。
１０の下流側に配置した例を説明したが、グリッド電極
をコイル１０の上流側に配置することもできる。この場
合は、グリッド電極に穴が１つも形成されていなくても
よい。図４はグリッド電極５０をコイル１０の上流側に
配置した場合の中性粒子ビーム処理装置の全体構成を示
す図である。この場合には、ビーム生成室１内に生成さ
れたプラズマ中の負イオンはグリッド電極５０とオリフ
ィス電極４との間で加速されることとなる。
【００３３】なお、上述した実施形態においては、ＩＣ
Ｐ型コイルを用いてプラズマを生成した例を説明した
が、ＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance）、ヘリコ
ン波プラズマ用コイル、マイクロ波等を用いてプラズマ
を生成することとしてもよい。
Ｐ型コイルを用いてプラズマを生成した例を説明した
が、ＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance）、ヘリコ
ン波プラズマ用コイル、マイクロ波等を用いてプラズマ
を生成することとしてもよい。
【００３４】次に、本発明に係る中性粒子ビーム処理装
置の第２の実施形態について図５及び図６を参照して詳
細に説明する。なお、上述の第１の実施形態における部
材又は要素と同一の作用又は機能を有する部材又は要素
には同一の符号を付し、特に説明しない部分については
第１の実施形態と同様である。図５は、本発明の第２の
実施形態における中性粒子ビーム処理装置の全体構成を
示す図である。
置の第２の実施形態について図５及び図６を参照して詳
細に説明する。なお、上述の第１の実施形態における部
材又は要素と同一の作用又は機能を有する部材又は要素
には同一の符号を付し、特に説明しない部分については
第１の実施形態と同様である。図５は、本発明の第２の
実施形態における中性粒子ビーム処理装置の全体構成を
示す図である。
【００３５】本実施形態における真空チャンバ３０は金
属で形成されたメタルチャンバであり、その内部の上流
側に導電体で形成された薄板グリッド状のグリッド電極
（第２の電極）８を備えている。真空チャンバ３０とグ
リッド電極８とは電気的に接続されており、これらは接
地電位とされている。
属で形成されたメタルチャンバであり、その内部の上流
側に導電体で形成された薄板グリッド状のグリッド電極
（第２の電極）８を備えている。真空チャンバ３０とグ
リッド電極８とは電気的に接続されており、これらは接
地電位とされている。
【００３６】また、オリフィス電極４には、図５に示す
ように、交流電源（第１の電圧印加部）１０５と直流電
源（第２の電圧印加部）１０６とが並列に接続されてい
る。これらの電源１０５、１０６にはそれぞれ変調装置
１０７、１０８が接続されている。また、交流電源１０
５の変調装置１０７と直流電源１０６の変調装置１０８
とは、同期信号によって互いに同期をとることができる
ようになっている。なお、真空チャンバ３０とオリフィ
ス電極４とは絶縁物（図示せず）によって電気的に絶縁
されている。
ように、交流電源（第１の電圧印加部）１０５と直流電
源（第２の電圧印加部）１０６とが並列に接続されてい
る。これらの電源１０５、１０６にはそれぞれ変調装置
１０７、１０８が接続されている。また、交流電源１０
５の変調装置１０７と直流電源１０６の変調装置１０８
とは、同期信号によって互いに同期をとることができる
ようになっている。なお、真空チャンバ３０とオリフィ
ス電極４とは絶縁物（図示せず）によって電気的に絶縁
されている。
【００３７】次に、本実施形態における中性粒子ビーム
処理装置の動作について説明する。図６は、本実施形態
における動作状態を示すタイムチャートである。図６に
おいて、Ｖｃは交流電源１０５における電位、Ｔｅはビ
ーム生成室１内の電子温度、ｎｅはビーム生成室１内の
電子密度、ｎｉ−はビーム生成室１内の負イオン密度、
Ｖｄは直流電源１０６の電位、Ｖｅはオリフィス電極４
の電位をそれぞれ示している。
処理装置の動作について説明する。図６は、本実施形態
における動作状態を示すタイムチャートである。図６に
おいて、Ｖｃは交流電源１０５における電位、Ｔｅはビ
ーム生成室１内の電子温度、ｎｅはビーム生成室１内の
電子密度、ｎｉ−はビーム生成室１内の負イオン密度、
Ｖｄは直流電源１０６の電位、Ｖｅはオリフィス電極４
の電位をそれぞれ示している。
【００３８】まず、真空ポンプ２３を作動させることに
より、真空チャンバ３０内を真空排気した後に、ガス供
給源１３からガスを真空チャンバ３０の内部に導入す
る。そして、図６に示すように、交流電源１０５により
１３．５６ＭＨｚの高周波電圧を１０μ秒間オリフィス
電極４に印加する。この高周波電圧の印加によってビー
ム生成室１内には高周波電界が形成される。真空チャン
バ３０内に導入されたガスは、この高周波電界によって
加速された電子により電離され、ビーム生成室１内に高
密度プラズマが生成される。
より、真空チャンバ３０内を真空排気した後に、ガス供
給源１３からガスを真空チャンバ３０の内部に導入す
る。そして、図６に示すように、交流電源１０５により
１３．５６ＭＨｚの高周波電圧を１０μ秒間オリフィス
電極４に印加する。この高周波電圧の印加によってビー
ム生成室１内には高周波電界が形成される。真空チャン
バ３０内に導入されたガスは、この高周波電界によって
加速された電子により電離され、ビーム生成室１内に高
密度プラズマが生成される。
【００３９】そして、交流電源１０５による高周波電圧
の印加を１００μ秒間停止する。高周波電源１０１によ
る高周波電圧の印加の停止後は、再び高周波電源１０１
による１０μ秒間の高周波電圧の印加によってビーム生
成室１内においてプラズマ中の電子が加熱され、上述し
たサイクルが繰り返される。即ち、高周波電界の印加
（１０μ秒間）と印加の停止（１００μ秒間）を交互に
繰り返す。
の印加を１００μ秒間停止する。高周波電源１０１によ
る高周波電圧の印加の停止後は、再び高周波電源１０１
による１０μ秒間の高周波電圧の印加によってビーム生
成室１内においてプラズマ中の電子が加熱され、上述し
たサイクルが繰り返される。即ち、高周波電界の印加
（１０μ秒間）と印加の停止（１００μ秒間）を交互に
繰り返す。
【００４０】このプラズマ中の電子のエネルギーを高め
た後の高周波電界の印加停止により、負イオンを効率よ
く且つ継続して生成することができる。即ち、通常のプ
ラズマは正イオンと電子とからなる場合が多いが、正イ
オンと共に負イオンが共存した状態のプラズマを効率的
に形成することができる。
た後の高周波電界の印加停止により、負イオンを効率よ
く且つ継続して生成することができる。即ち、通常のプ
ラズマは正イオンと電子とからなる場合が多いが、正イ
オンと共に負イオンが共存した状態のプラズマを効率的
に形成することができる。
【００４１】交流電源１０５による電圧の印加の停止か
ら５０μ秒後に、直流電源１０６によって＋１００Ｖの
直流電圧をオリフィス電極４に５０μ秒間印加する。こ
の直流電圧の印加によって、オリフィス電極４の電位Ｖ
ｅがグリッド電極８の電位（接地電位）よりも高くな
り、オリフィス電極４とグリッド電極８との間には、オ
リフィス電極４を陽極、グリッド電極８を陰極とした電
位差が生じる。従って、グリッド電極８とオリフィス電
極４との間の負イオンは、この電位差によってオリフィ
ス電極４に向けて加速され、オリフィス電極４に形成さ
れたオリフィス４ａに入っていく。
ら５０μ秒後に、直流電源１０６によって＋１００Ｖの
直流電圧をオリフィス電極４に５０μ秒間印加する。こ
の直流電圧の印加によって、オリフィス電極４の電位Ｖ
ｅがグリッド電極８の電位（接地電位）よりも高くな
り、オリフィス電極４とグリッド電極８との間には、オ
リフィス電極４を陽極、グリッド電極８を陰極とした電
位差が生じる。従って、グリッド電極８とオリフィス電
極４との間の負イオンは、この電位差によってオリフィ
ス電極４に向けて加速され、オリフィス電極４に形成さ
れたオリフィス４ａに入っていく。
【００４２】オリフィス電極４のオリフィス４ａの内部
を通過する負イオンは、上述の第１の実施形態と同様に
中性化されて中性粒子となり、エネルギービームとして
処理室２の内部に放射される。この中性粒子は、処理室
２の内部を直進して保持部２０に載置された被処理物Ｘ
に照射される。
を通過する負イオンは、上述の第１の実施形態と同様に
中性化されて中性粒子となり、エネルギービームとして
処理室２の内部に放射される。この中性粒子は、処理室
２の内部を直進して保持部２０に載置された被処理物Ｘ
に照射される。
【００４３】上述したように、本実施形態では、オリフ
ィス電極４とグリッド電極８との間に高周波電圧と低周
波電圧を交互に印加することによって、プラズマを生成
すると共に生成されたプラズマから負イオンを引き出す
ことができ、プラズマを生成するためのプラズマ生成部
を別に設ける必要がなくなる。このため、装置をよりコ
ンパクトにして安価にビームを大口径化することが可能
となる。なお、この場合は、オリフィス電極４の表面が
誘電膜で覆われていてもよい。
ィス電極４とグリッド電極８との間に高周波電圧と低周
波電圧を交互に印加することによって、プラズマを生成
すると共に生成されたプラズマから負イオンを引き出す
ことができ、プラズマを生成するためのプラズマ生成部
を別に設ける必要がなくなる。このため、装置をよりコ
ンパクトにして安価にビームを大口径化することが可能
となる。なお、この場合は、オリフィス電極４の表面が
誘電膜で覆われていてもよい。
【００４４】上述した実施形態における高周波の周波数
領域は、１３．５６ＭＨｚに限られるものではなく、１
ＭＨｚ〜２０ＧＨｚの領域を用いてもよい。
領域は、１３．５６ＭＨｚに限られるものではなく、１
ＭＨｚ〜２０ＧＨｚの領域を用いてもよい。
【００４５】これまで本発明の一実施形態について説明
したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技
術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施され
てよいことは言うまでもない。
したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技
術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施され
てよいことは言うまでもない。
【００４６】
【発明の効果】上述したように、本発明によれば、電荷
を持たず大きな並進運動エネルギーを持つ中性粒子線に
よって被処理物を加工することが可能となるので、チャ
ージアップ量を小さく保ちつつ高精度のエッチングや成
膜加工が可能となる。特に、負イオンを中性化する手段
としてオリフィス電極を用いることによって高い中性化
率が得られるので、装置を大型化せずに安価にビームを
大口径化することが可能となる。更に、生成されたプラ
ズマと被処理物とはオリフィス電極によって遮断される
ので、プラズマから発生する放射光は被処理物に照射さ
れず、被処理物に損傷を与えるような紫外線などの被処
理物への影響を低減することができる。
を持たず大きな並進運動エネルギーを持つ中性粒子線に
よって被処理物を加工することが可能となるので、チャ
ージアップ量を小さく保ちつつ高精度のエッチングや成
膜加工が可能となる。特に、負イオンを中性化する手段
としてオリフィス電極を用いることによって高い中性化
率が得られるので、装置を大型化せずに安価にビームを
大口径化することが可能となる。更に、生成されたプラ
ズマと被処理物とはオリフィス電極によって遮断される
ので、プラズマから発生する放射光は被処理物に照射さ
れず、被処理物に損傷を与えるような紫外線などの被処
理物への影響を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態における中性粒子ビー
ム処理装置の全体構成を示す図である。
ム処理装置の全体構成を示す図である。
【図２】図１に示すオリフィス電極及びグリッド電極を
示す図である。
示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態における動作状態を示
すタイムチャートである。
すタイムチャートである。
【図４】本発明の他の実施形態における中性粒子ビーム
処理装置の全体構成を示す図である。
処理装置の全体構成を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施形態における中性粒子ビー
ム処理装置の全体構成を示す図である。
ム処理装置の全体構成を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施形態における動作状態を示
すタイムチャートである。
すタイムチャートである。
Ｘ 被処理物 １ ビーム生成室 ２ 処理室 ３、３０ 真空チャンバ ４ オリフィス板（オリフィス電極） ４ａ オリフィス ５、８、５０ グリッド電極 ６ 負イオン ７ 中性粒子 １０ コイル １１ ガス導入ポート １２ ガス供給配管 １３ ガス供給源 ２０ 保持部 ２１ ガス排出ポート ２２ ガス排出配管 ２３ 真空ポンプ １００ マッチングボックス １０１ 高周波電源 １０２ バイポーラ電源（電圧印加部） １０３、１０４、１０７、１０８ 変調装置 １０５ 交流電源（第１の電圧印加部） １０６ 直流電源（第２の電圧印加部）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山内 和雄 神奈川県藤沢市本藤沢４丁目２番１号 株 式会社荏原総合研究所内 (72)発明者 桧山 浩国 神奈川県藤沢市本藤沢４丁目２番１号 株 式会社荏原総合研究所内 (72)発明者 寒川 誠二 宮城県仙台市青葉区片平２丁目１番１号 東北大学内 Ｆターム(参考） 4K029 DE00 DE01 DE04 5F004 AA06 BA20 BB11 BB13 BB29 BD04 DA01 DA04 DA16 DA18 DA23 DA26 5F045 AA08 AB32 AB33 BB16 DP02 EH04 EH06 EH11 EH20
Claims (4)
- 【請求項１】 被処理物を保持する保持部と、 高周波電界を印加することで真空チャンバ内にプラズマ
を生成するプラズマ生成部と、 前記被処理物と前記プラズマ生成部との間に配置された
オリフィス電極と、 前記真空チャンバ内に前記オリフィス電極に対して上流
側に配置されたグリッド電極と、 前記プラズマ生成部における高周波電界の印加を停止し
ているときに、陽極としての前記オリフィス電極と陰極
としての前記グリッド電極との間に電圧を印加すること
で、前記プラズマ生成部により生成されたプラズマから
負イオンを加速して前記オリフィス電極に形成されたオ
リフィスを通過させる電圧印加部とを備えたことを特徴
とする中性粒子ビーム処理装置。 - 【請求項２】 被処理物を保持する保持部と、 真空チャンバ内に配置されたオリフィス電極と、 前記真空チャンバ内に前記オリフィス電極に対して上流
側に配置された第２の電極と、 前記オリフィス電極と前記第２の電極との間に高周波電
圧を印加することで前記オリフィス電極と前記第２の電
極との間にプラズマを生成する第１の電圧印加部と、 前記第１の電圧印加部において高周波電圧の印加を停止
しているときに、陽極としての前記オリフィス電極と陰
極としての前記第２の電極との間に電圧を印加すること
で、前記第１の電圧印加部により生成されたプラズマか
ら負イオンを加速して前記オリフィス電極に形成された
オリフィスを通過させる第２の電圧印加部とを備えたこ
とを特徴とする中性粒子ビーム処理装置。 - 【請求項３】 前記オリフィス電極の厚さが該オリフィ
ス電極に形成されたオリフィスの径の２倍以上であるこ
とを特徴とする請求項１又は２に記載の中性粒子ビーム
処理装置。 - 【請求項４】 前記オリフィス電極が導電体で形成され
ていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項
に記載の中性粒子ビーム処理装置。
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