JPH01127668A - 集束荷電ビーム装置 - Google Patents
集束荷電ビーム装置Info
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- JPH01127668A JPH01127668A JP28340987A JP28340987A JPH01127668A JP H01127668 A JPH01127668 A JP H01127668A JP 28340987 A JP28340987 A JP 28340987A JP 28340987 A JP28340987 A JP 28340987A JP H01127668 A JPH01127668 A JP H01127668A
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Landscapes
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は半導体基板に微細パターンの溝加工や薄膜形成
が可能な集束荷電ビーム装置に関する。
が可能な集束荷電ビーム装置に関する。
液体金属イオン源を用いた集束イオンビーム装置は、照
射径を微細にすることができることから、微細度が要求
される将来の微細加工に有望であり、レジストのりソグ
ラフィあるいはイオン注入、エツチング等への応用が考
えられている。最近のエツチング応用例では、イオン照
射部に反応性ガスを導入すると、基板へのイオン照射に
よる物理的スパッタエツチングが反応性ガスと基板物質
との化学反応により活性になり、エツチング速度が高ま
ることが知られている。第４図（ａ）、 （ｂ）はそれ
ぞれ集束イオンビームエツチング装置における従来知ら
れた反応性ガス導入要領を示している。同図において、
４１は集束イオンビーム発生部、４２は試料室、４３は
発生した微細イオンビーム、４４は試料である。同図（
ａ）では試料４４を入れた内側試料室４５にガス導入部
４６を設け、試料室４５の上部に開口した小孔を通して
イオンビームが通過できるようになっている。また同図
（ｂ）ではガス導入用配管４７を試料４４の近傍に開口
し、導入用配管４７の先端は、導入されたガスが試料上
のイオンビーム照射部に放出されるように試料４４の方
向に向けて微細ノズル４８となっている。いずれの場合
も反応性ガスが試料４４表面に常時到達してその一部が
吸着しており、イオンの入射とともに基板構成元素と一
緒に表面からたたき出され、エツチングが進行する。
射径を微細にすることができることから、微細度が要求
される将来の微細加工に有望であり、レジストのりソグ
ラフィあるいはイオン注入、エツチング等への応用が考
えられている。最近のエツチング応用例では、イオン照
射部に反応性ガスを導入すると、基板へのイオン照射に
よる物理的スパッタエツチングが反応性ガスと基板物質
との化学反応により活性になり、エツチング速度が高ま
ることが知られている。第４図（ａ）、 （ｂ）はそれ
ぞれ集束イオンビームエツチング装置における従来知ら
れた反応性ガス導入要領を示している。同図において、
４１は集束イオンビーム発生部、４２は試料室、４３は
発生した微細イオンビーム、４４は試料である。同図（
ａ）では試料４４を入れた内側試料室４５にガス導入部
４６を設け、試料室４５の上部に開口した小孔を通して
イオンビームが通過できるようになっている。また同図
（ｂ）ではガス導入用配管４７を試料４４の近傍に開口
し、導入用配管４７の先端は、導入されたガスが試料上
のイオンビーム照射部に放出されるように試料４４の方
向に向けて微細ノズル４８となっている。いずれの場合
も反応性ガスが試料４４表面に常時到達してその一部が
吸着しており、イオンの入射とともに基板構成元素と一
緒に表面からたたき出され、エツチングが進行する。
このような装置としては、イオンビームの代りに電子ビ
ームを用いたものも知られている。更に、イオン・電子
ビームの如何を問わず、反応性ガスの種類を選択するこ
とによって、エツチングの代りにビーム照射部のみに金
属又は絶縁物を堆積せしむることも知られている。
ームを用いたものも知られている。更に、イオン・電子
ビームの如何を問わず、反応性ガスの種類を選択するこ
とによって、エツチングの代りにビーム照射部のみに金
属又は絶縁物を堆積せしむることも知られている。
前記公知の集束イオンビームエツチング装置を例にとる
と、エツチング速度は反応性ガス分子と基板表面原子の
吸着・結合度に依存する。この技術の代表例として、Ｇ
ａ”イオン源を用いてＧａＡｓ基板をエツチングするど
きＣａ２ ガスを導入すると、ガスのない場合に比べて
最大２０倍エツチング速度が増大することが知られてい
る。このとき、ガスの有無によるエツチング速度の増大
度を反応増速度と称すると、この値が大きい程、所定の
イオン電流に対するエツチング速度が大きく、従ってエ
ツチングのスループットが大きく、且つ、イオン衝撃が
基板に与える損傷が小さくなる。しかしながら反応増速
度はこのような２０程度では決して十分とはいえず、こ
の技術が一筆書き方式の描画方式であることを考えると
、より一層大きな反応増速度が望まれる。この事情は原
料の反応性ガス分子をそのままの形で用いることによる
結果であり、前述のような電子ビームを用いたエツチン
グ又は薄膜堆積技術においても同様な欠点があった。
と、エツチング速度は反応性ガス分子と基板表面原子の
吸着・結合度に依存する。この技術の代表例として、Ｇ
ａ”イオン源を用いてＧａＡｓ基板をエツチングするど
きＣａ２ ガスを導入すると、ガスのない場合に比べて
最大２０倍エツチング速度が増大することが知られてい
る。このとき、ガスの有無によるエツチング速度の増大
度を反応増速度と称すると、この値が大きい程、所定の
イオン電流に対するエツチング速度が大きく、従ってエ
ツチングのスループットが大きく、且つ、イオン衝撃が
基板に与える損傷が小さくなる。しかしながら反応増速
度はこのような２０程度では決して十分とはいえず、こ
の技術が一筆書き方式の描画方式であることを考えると
、より一層大きな反応増速度が望まれる。この事情は原
料の反応性ガス分子をそのままの形で用いることによる
結果であり、前述のような電子ビームを用いたエツチン
グ又は薄膜堆積技術においても同様な欠点があった。
このように従来の集束荷電ビームエツチング又は成膜装
置では、十分大きな反応増速度が得られないという欠点
があった。
置では、十分大きな反応増速度が得られないという欠点
があった。
本発明の目的は上記問題点を解消した集束荷電ビーム装
置を提供することにある。
置を提供することにある。
本発明は微細イオン又は電子の発生源と、発生したイオ
ン又は電子ビームの集束レンズ系および試料室からなる
集束荷電ビーム装置において、前記集束レンズ系と、試
料を搭載する試料台との間に反応性ガスの放電プラズマ
室を設け、該プラズマ室の壁面に集束荷電ビーム導入用
小孔と、該ビームを通過させるとともにプラズマ室内に
発生した中性ラジカルを試料に照射する小孔とを開口し
たことを特徴とする集束荷電ビーム装置である。
ン又は電子ビームの集束レンズ系および試料室からなる
集束荷電ビーム装置において、前記集束レンズ系と、試
料を搭載する試料台との間に反応性ガスの放電プラズマ
室を設け、該プラズマ室の壁面に集束荷電ビーム導入用
小孔と、該ビームを通過させるとともにプラズマ室内に
発生した中性ラジカルを試料に照射する小孔とを開口し
たことを特徴とする集束荷電ビーム装置である。
本発明によれば、イオンもしくは電子ビームが照射され
る試料表面には、放電プラズマ中で解離した反応性ガス
の中性ラジカルが小孔から高濃度に放出される。該ラジ
カルは、一般に解離前のガス分子に比べて化学的に活性
である４分子の共有結合がプラズマ中で電子衝突を受け
て解離し、不対電子を有する分子又は原子に分解するこ
とによってラジカルが発生するが、かかるラジカルは不
対電子からなる結合子により容易に他の原子・分子に化
学吸着し易いという性質がある。このことは解離しない
分子の場合吸着が物理吸着であって、吸着確率が小さい
ことと大きく異なっている。従ってイオン又は電子ビー
ム照射によるエツチング又は成膜時に、上記高濃度のラ
ジカルを照射することにより、反応性に富む粒子の表面
吸着量を増すことができるため、エツチング又は成膜速
度が飛躇的に増大する。
る試料表面には、放電プラズマ中で解離した反応性ガス
の中性ラジカルが小孔から高濃度に放出される。該ラジ
カルは、一般に解離前のガス分子に比べて化学的に活性
である４分子の共有結合がプラズマ中で電子衝突を受け
て解離し、不対電子を有する分子又は原子に分解するこ
とによってラジカルが発生するが、かかるラジカルは不
対電子からなる結合子により容易に他の原子・分子に化
学吸着し易いという性質がある。このことは解離しない
分子の場合吸着が物理吸着であって、吸着確率が小さい
ことと大きく異なっている。従ってイオン又は電子ビー
ム照射によるエツチング又は成膜時に、上記高濃度のラ
ジカルを照射することにより、反応性に富む粒子の表面
吸着量を増すことができるため、エツチング又は成膜速
度が飛躇的に増大する。
以下、本発明の実施例を図によって説明する。
第１図は本発明の一実施例における構造断面図である。
図において、集束イオンビームエツチング装置は集束イ
オンビーム発生室１と試料室２とからなり、集束イオン
ビーム発生室１内にはイオン又は電子の発生源１ａと、
イオンビームの集束レンズ系１ｂとを有している。集束
イオンビーム発生室１内の試料台７上、すなわち、試料
台７とイオンビーム発生室１内のイオンビーム集束レン
ズ系１ｂとの間に放電プラズマ室３が設けられている。
オンビーム発生室１と試料室２とからなり、集束イオン
ビーム発生室１内にはイオン又は電子の発生源１ａと、
イオンビームの集束レンズ系１ｂとを有している。集束
イオンビーム発生室１内の試料台７上、すなわち、試料
台７とイオンビーム発生室１内のイオンビーム集束レン
ズ系１ｂとの間に放電プラズマ室３が設けられている。
該プラズマ室３にはビーム照射方向と直交してガス導入
管４とマイクロ波導入管５とが接続され、導入管４を通
じて反応性ガスがプラズマ室３に導入され、マイクロ波
導入管５から注入されたマイクロ波と内蔵されたマグネ
ットによる磁場の結合により、電子サイクロトロン共鳴
（ＥＣＲ）型プラズマが励起される。該プラズマ室３の
向い合った−対の壁面には発生源１ａからのイオンビー
ム８が通過しうるように第２図に示すように各々微小孔
９゜１０が形成されており、試料６に近い側の小孔１０
から放出される放電ラジカルが試料に照射されるように
なっている０本実施例の場合、イオンビームは３０Ｋｅ
Ｖに加速されたＧａ”イオンであり、試料６の基板はＧ
ａＡｓ、反応性ガスはＣらである。 ＩＥＣＲプラズマ
は２．４５ＧＩ（ｚのマイクロ波と、８７５Ｇａｕｓｓ
の磁場強度を有する対向したドーナツ状の永久磁石とに
より励起されＣＱで表される単原子ラジカルが主として
発生する。
管４とマイクロ波導入管５とが接続され、導入管４を通
じて反応性ガスがプラズマ室３に導入され、マイクロ波
導入管５から注入されたマイクロ波と内蔵されたマグネ
ットによる磁場の結合により、電子サイクロトロン共鳴
（ＥＣＲ）型プラズマが励起される。該プラズマ室３の
向い合った−対の壁面には発生源１ａからのイオンビー
ム８が通過しうるように第２図に示すように各々微小孔
９゜１０が形成されており、試料６に近い側の小孔１０
から放出される放電ラジカルが試料に照射されるように
なっている０本実施例の場合、イオンビームは３０Ｋｅ
Ｖに加速されたＧａ”イオンであり、試料６の基板はＧ
ａＡｓ、反応性ガスはＣらである。 ＩＥＣＲプラズマ
は２．４５ＧＩ（ｚのマイクロ波と、８７５Ｇａｕｓｓ
の磁場強度を有する対向したドーナツ状の永久磁石とに
より励起されＣＱで表される単原子ラジカルが主として
発生する。
第２図は第１図のプラズマ室３を拡大した構造断面図で
ある。図において、１２はマイクロ波導入管５内に同軸
に挿入されたマイクロ波アンテナ、１１はアンテナ１１
とマイクロ波導入管５とを電気的に絶縁する真空シール
部、１３はサヤリウムーコバルトからなるドーナツ状の
永久磁石である。励起されたプラズマ１４は微小孔９お
よび１０により、プラズマ室３の外部に放射されるが、
このうち、試料側の小孔１０を通して高濃度のＣＱラジ
カルフランクス１５が試料６に照射される。前記小孔９
および１０はＧａ”イオンビーム８が試料６の面の所望
個所に照射されるように調整されているためＣＱラジカ
ルフラックス１５も、自動的にイオンビームの照射位置
と同位置に照射されることになる。これはイオンビーム
およびラジカルフラックスの軸合せが不要であることを
意味し、本発明の利点の１つともなる。イオンビーム８
を電気的に走査できる距離は、０ 、５ ＋ｎｍ ’で
ある。従って、この動きを確保するために、前記小孔９
および１０の直径はＩｍに設定している。この場合ＣＱ
ラジカルフラックスの試料面照射領域は直径的１．５
ｎｕの円内である。
ある。図において、１２はマイクロ波導入管５内に同軸
に挿入されたマイクロ波アンテナ、１１はアンテナ１１
とマイクロ波導入管５とを電気的に絶縁する真空シール
部、１３はサヤリウムーコバルトからなるドーナツ状の
永久磁石である。励起されたプラズマ１４は微小孔９お
よび１０により、プラズマ室３の外部に放射されるが、
このうち、試料側の小孔１０を通して高濃度のＣＱラジ
カルフランクス１５が試料６に照射される。前記小孔９
および１０はＧａ”イオンビーム８が試料６の面の所望
個所に照射されるように調整されているためＣＱラジカ
ルフラックス１５も、自動的にイオンビームの照射位置
と同位置に照射されることになる。これはイオンビーム
およびラジカルフラックスの軸合せが不要であることを
意味し、本発明の利点の１つともなる。イオンビーム８
を電気的に走査できる距離は、０ 、５ ＋ｎｍ ’で
ある。従って、この動きを確保するために、前記小孔９
および１０の直径はＩｍに設定している。この場合ＣＱ
ラジカルフラックスの試料面照射領域は直径的１．５
ｎｕの円内である。
第３図は実施例におけるＧａＡｓのエツチング速度と、
プラズマ室におけるＣＱ２ ガス圧との関係を示す測定
値である。放電しない場合に比べて、放電した場合には
エツチング速度は３倍から最大１０倍増大しており、本
発明の効果が顕著に現われている。これは前述した通り
、反応性ガスを放電しないときは、試料表面への吸着は
ＣＱ、の物理吸着であり、吸着確率が低いためイオンの
スパッタエツチングに対する反応増速効果は小さいのに
対し、放電した場合、前記吸着確率が大きい中性ラジカ
ルが多数発生するため、前記反応増速効果が大きくなる
ことに由来するものである。
プラズマ室におけるＣＱ２ ガス圧との関係を示す測定
値である。放電しない場合に比べて、放電した場合には
エツチング速度は３倍から最大１０倍増大しており、本
発明の効果が顕著に現われている。これは前述した通り
、反応性ガスを放電しないときは、試料表面への吸着は
ＣＱ、の物理吸着であり、吸着確率が低いためイオンの
スパッタエツチングに対する反応増速効果は小さいのに
対し、放電した場合、前記吸着確率が大きい中性ラジカ
ルが多数発生するため、前記反応増速効果が大きくなる
ことに由来するものである。
本実施例ではＧａＡｓ基板へのＧａ”イオンおよびＣＱ
。
。
ガスの放電プラズマを用いたエツチングの場合について
詳述した。イオンビームの代りに電子ビームを用いると
、イオンと電子の質量の違いにより、エツチング速度は
一般的に減少する。しかし、前述の如く反応性ガスの増
速効果を利用するとエツチング速度はガスを全く用いな
い場合に比べて増大するが、このときの反応増速度は、
イオンの場合と同様、従来のＣＱ２ ガスの場合に比べ
本発明の如く放電プラズマのＣＱラジカルを利用した方
が大きい。
詳述した。イオンビームの代りに電子ビームを用いると
、イオンと電子の質量の違いにより、エツチング速度は
一般的に減少する。しかし、前述の如く反応性ガスの増
速効果を利用するとエツチング速度はガスを全く用いな
い場合に比べて増大するが、このときの反応増速度は、
イオンの場合と同様、従来のＣＱ２ ガスの場合に比べ
本発明の如く放電プラズマのＣＱラジカルを利用した方
が大きい。
更に１以上はエツチングの場合について述べたが、前に
触れた如くイオン又は電子ビームによる膜形成の場合に
ついても、本発明は同様に適用可能である。
触れた如くイオン又は電子ビームによる膜形成の場合に
ついても、本発明は同様に適用可能である。
〔発明の効果）
以上のように本発明によるときには十分に大きな反応増
速度が得られ、ひいては半導体基板上に加工する微細パ
ターンの溝形状や薄膜形成の加工精度を向上できる効果
を有する。
速度が得られ、ひいては半導体基板上に加工する微細パ
ターンの溝形状や薄膜形成の加工精度を向上できる効果
を有する。
第１図は本発明の実施例における構造断面図、第２図は
第１図に示すプラズマ室の拡大図、第３図は第１図に示
す実施例の効果を示す特性図、第４図は従来例の構造概
略図である。
第１図に示すプラズマ室の拡大図、第３図は第１図に示
す実施例の効果を示す特性図、第４図は従来例の構造概
略図である。
Claims (1)
- （１）微細イオン又は電子の発生源と、発生したイオン
又は電子ビームの集束レンズ系および試料室からなる集
束荷電ビーム装置において、前記集束レンズ系と、試料
を搭載する試料台との間に反応性ガスの放電プラズマ室
を設け、該プラズマ室の壁面に集束荷電ビーム導入用小
孔と、該ビームを通過させるとともにプラズマ室内に発
生した中性ラジカルを試料に照射する小孔とを開口した
ことを特徴とする集束荷電ビーム装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28340987A JPH01127668A (ja) | 1987-11-09 | 1987-11-09 | 集束荷電ビーム装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28340987A JPH01127668A (ja) | 1987-11-09 | 1987-11-09 | 集束荷電ビーム装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01127668A true JPH01127668A (ja) | 1989-05-19 |
Family
ID=17665153
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28340987A Pending JPH01127668A (ja) | 1987-11-09 | 1987-11-09 | 集束荷電ビーム装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01127668A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100358966B1 (ko) * | 1994-01-13 | 2003-01-10 | 가부시키 가이샤 에바라 세이사꾸쇼 | 빔전하교환장치 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59151428A (ja) * | 1983-02-18 | 1984-08-29 | Agency Of Ind Science & Technol | 反応性イオンビ−ムエツチング装置 |
-
1987
- 1987-11-09 JP JP28340987A patent/JPH01127668A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59151428A (ja) * | 1983-02-18 | 1984-08-29 | Agency Of Ind Science & Technol | 反応性イオンビ−ムエツチング装置 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100358966B1 (ko) * | 1994-01-13 | 2003-01-10 | 가부시키 가이샤 에바라 세이사꾸쇼 | 빔전하교환장치 |
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