JPH05304111A - Ｅｃｒ形イオン源及びその保守方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 グリッド形成材料を含んでプラズマ発生室の
内表面上に付着した膜状物の量を減らすことができ、膜
状物を容易に除去することが可能なＥＣＲ形イオン源及
びその保守方法を提供する。 【構成】 本発明にかかるＥＣＲ形イオン源は、プラズ
マ発生室３と反応室４との間に装着されたイオン加速・
引出用グリッド７の形成材料としてカーボングラファイ
トを用いることを特徴とするものである。また、本発明
にかかるＥＣＲ形イオン源の保守方法は、イオン加速・
引出用グリッド７を装着したままのプラズマ発生室３内
に酸素ガスを導入してプラズマを発生させることを特徴
としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＥＣＲ（Ｅlectron Ｃ
ycrotron Ｒesonance：電子サイクロトロン共鳴）形イ
オン源及びその保守方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体製造プロセスにおいては、
ＥＣＲ形プラズマエッチング装置、いわゆるＥＣＲ形イ
オン源を使用したうえ、アルゴン（Ａｒ）やクリプトン
（Ｋｒ）などの不活性ガスを利用することによって半導
体ウェハの表面上に堆積した金（Ａｕ）や白金（Ｐｔ）
などのような貴金属からなる薄膜を微細加工（スパッタ
エッチング）することが行われている。そして、このＥ
ＣＲ形イオン源は、図１で簡略化して示すように、マイ
クロ波導入用の導波管１及び不活性ガス導入用のガス管
２が接続されたプラズマ発生室３と、これに連結されて
加工すべき半導体ウェハＷを収納する反応室４と、プラ
ズマ発生室３の外周を取り囲んで配置された磁気コイル
５とを備えており、導波管１とプラズマ発生室３との間
には石英からなるマイクロ波導入窓６が配設される一
方、プラズマ発生室３と反応室４との間には導電性を有
するイオン加速・引出用グリッド（以下、グリッドとい
う）７が装着されている。

【０００３】なお、このグリッド７の形成材料として
は、モリブデン（Ｍｏ）やタングステン（Ｗ）などのよ
うな高融点金属が用いられており、加工の容易性からＭ
ｏの方が一般的となっている。また、図中の符号８は反
応室４に接続された補助ガス導入用のガス管、９は半導
体ウェハＷが載置される支持台であり、１０は反応室４
と真空排気装置（図示していない）とを接続する排気管
である。

【０００４】すなわち、このＥＣＲ形イオン源において
は、２．４５ＧＨｚのマイクロ波を減圧状態下にあるプ
ラズマ発生室３内に導入してプラズマを発生させること
によって不活性ガスの分子、例えば、Ａｒ分子をイオン
化したうえ、磁気コイル５で８７５Ｇの磁界を加えるこ
とによってプラズマ密度（イオン電流密度）を１０００
倍近くまで高めた後、高密度化されたＡｒイオンからな
るイオンビームＢをグリッド７を介して反応室４内に導
入することによって半導体ウェハＷの表面上に堆積した
薄膜（図示していない）のスパッタエッチングを行うよ
うになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記従来構
成とされたＥＣＲ形イオン源には、つぎのような不都合
があった。

【０００６】すなわち、このＥＣＲ形イオン源のプラズ
マ発生室３内で発生したイオンビームＢを反応室４内に
導入した際には、プラズマ発生室３と反応室４との間に
装着されたグリッド７に対してＡｒイオンが衝突するこ
とが起こるため、このグリッド７自身がＡｒイオンによ
ってスパッタリングされることになってしまう。その結
果、スパッタリングされたグリッド７からは形成材料で
あるＭｏなどの金属分子がたたき出されたうえでプラズ
マ発生室３内に飛散することになり、飛散したＭｏなど
の金属分子はマイクロ波導入窓６を含むプラズマ発生室
３の内表面上に付着して不要な膜状物（図示していな
い）を形成してしまう。なお、グリッド７の形成材料が
Ｍｏであり、かつ、被エッチング物がＰｔである場合に
形成された膜状物を分析してみたところによれば、グリ
ッド７の形成材料（Ｍｏ）が膜状物のうちの８１％、被
エッチング物（Ｐｔ）が４％を占めており、その他の物
質が１５％を占めることが分かっている。

【０００７】そして、Ｍｏなどの金属成分を主とする膜
状物がマイクロ波導入窓６の内表面上に付着している場
合には、この膜状物によってマイクロ波が反射されるこ
とになるため、プラズマ発生室３内へのマイクロ波の導
入効率が低下してイオン電流密度が低下することになっ
てしまう。その結果、半導体ウェハＷの表面上に堆積し
た被エッチング物である貴金属薄膜に対するエッチング
速度が徐々に遅くなり、やがては全くエッチングが行わ
れなくなってしまう。

【０００８】また、このような不都合を避けるべく、Ｅ
ＣＲ形イオン源の保守作業を行うことによってプラズマ
発生室３の内表面上に付着した膜状物を除去しようとす
る場合には、ＥＣＲ形イオン源の全体を大気に開放した
うえで薄板製の導波管１をプラズマ発生室３から取り外
した後、さらに、マイクロ波導入窓６の取り外しを行う
必要があるため、煩わしい手間とともに多大な作業時間
がかかることになってしまう。そして、取り外したマイ
クロ波導入窓６に付着した膜状物を除去するには、この
マイクロ波導入窓６をフッ硝酸などのような強酸を用い
てエッチングしなければならず、高価な石英を傷つけて
しまうことにもなっていた。

【０００９】本発明は、これらの不都合に鑑みて創案さ
れたものであって、プラズマ発生室の内表面上に付着し
て形成される膜状物の量を減らすことができ、膜状物を
容易に除去することが可能なＥＣＲ形イオン源及びその
保守方法を提供することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明にかかるＥＣＲ形
イオン源は、プラズマ発生室と反応室との間に装着され
たグリッドの形成材料としてカーボングラファイトを用
いることを特徴とするものである。また、本発明にかか
るＥＣＲ形イオン源の保守方法は、グリッドを装着した
ままのプラズマ発生室内に酸素ガスを導入してプラズマ
を発生させることを特徴としている。

【００１１】

【作用】上記構成を採用した場合には、カーボングラフ
ァイトの有するスパッタリング率（以下、スパッタ率と
いう）の方がＭｏなどのような高融点金属の有するスパ
ッタ率よりも大幅に低くなるため、グリッドからたたき
出される形成材料分子、すなわち、カーボン分子の数は
従来よりも少ないものとなり、カーボンを含んだうえで
プラズマ発生室の内表面上に付着する膜状物の量も当然
に減少してくる。また、このＥＣＲ形イオン源の保守作
業を行う際、プラズマ発生室内に酸素ガスを導入したう
えでプラズマを発生させると、このプラズマ発生室の内
表面上に付着して形成された膜状物の主成分であるカー
ボンと酸素とは互いに結び付いて気化することになる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。なお、本
実施例にかかるＥＣＲ形イオン源の基本構造は、グリッ
ドの形成材料に関する点を除いて従来例と何ら異ならな
いから、従来例を示す図１に基づいて本実施例の説明を
行うこととし、ここでは構造についての詳しい説明を省
略する。

【００１３】このＥＣＲ形イオン源は、導波管１及びガ
ス管２が接続されたプラズマ発生室３と、加工すべき半
導体ウェハＷを収納してイオンビームＢが導入される反
応室４と、プラズマ発生室３の外周を取り囲んで配置さ
れた磁気コイル５とを備えており、導波管１とプラズマ
発生室３との間には石英からなるマイクロ波導入窓６が
配設されている。また、プラズマ発生室３と反応室４と
の間には、プラズマ発生室３内で発生したＡｒイオンや
Ｋｒイオンを引き込んで加速するグリッド７が装着され
ており、このグリッド７の形成材料としては導電性を有
するカーボングラファイトが用いられている。すなわ
ち、このグリッド７は、カーボングラファイトからなる
薄板材に多数個の貫通孔を形成した構造となっている。

【００１４】そして、このカーボングラファイトは、図
２で示すように、イオンエネルギーが６００ｅＶ程度で
ある場合のスパッタ率が０．２atoms／ion程度、すなわ
ち、従来の一般的な形成材料であるＭｏの有するスパッ
タ率の約１／６と低くなることに特徴を有している。な
お、この図２は、Ｋｒイオンによってカーボングラファ
イト及びＭｏのスパッタリングを行った際のスパッタ率
を比較して示す説明図であり、その縦軸はスパッタ率
（atoms／ion）を、また、その横軸はイオンエネルギー
（ｅＶ）を示している。そして、この図２及び後述する
図３中の黒丸印はグリッド材料がカーボングラファイト
である場合を、また、白丸印はグリッド材料がＭｏであ
る場合をそれぞれ示している。

【００１５】ところで、このＥＣＲ形イオン源において
も、従来例で説明したと同様の手順に従って半導体ウェ
ハＷの表面上に堆積した被エッチング物のスパッタエッ
チングが行われることになる。そこで、カーボングラフ
ァイトからなるグリッド７を備えた本実施例にかかるＥ
ＣＲ形イオン源と、グリッド７がＭｏからなる従来例通
りのＥＣＲ形イオン源との性能を比較すべく、表１で示
すようなエッチング条件を設定したうえで約１０時間に
わたる被エッチング物のスパッタエッチングを行ってみ
たところ、図３で示すような結果が得られた。なお、こ
の図３は被エッチング物に対するエッチング速度の経時
変化を示す説明図であり、その縦軸はエッチング速度
（Å／min）を、また、その横軸はエッチング時間（ｈ
ｒ）をそれぞれ示している。

【００１６】

【表１】

【００１７】すなわち、この図３によれば、Ｍｏからな
るグリッド７を用いたＥＣＲ形イオン源においてはエッ
チング時間の経過に従って被エッチング物に対するエッ
チング速度が急速に低下するのに対し、カーボングラフ
ァイトからなるグリッド７を用いたＥＣＲ形イオン源で
はエッチング時間の経過にも拘わらずエッチング速度の
低下がみられないことが明らかである。そして、このこ
とは、グリッド７の形成材料であるカーボングラファイ
トの有するスパッタ率が低いことに起因してマイクロ波
導入窓６を含むプラズマ発生室３の内表面上に付着する
膜状物の量が減少することになる結果、マイクロ波導入
窓６を通してのプラズマ発生室３内へのマイクロ波の導
入効率が低下しなくなり、イオン電流密度が低下するこ
とがなくなるためと考えられる。さらにまた、このＥＣ
Ｒ形イオン源においては膜状物の量が減少するのである
から、マイクロ波導入窓６が組み込まれたプラズマ発生
室３を含むＥＣＲ形イオン源の保守が必要となるまでの
期間も当然に従来例より延びることとなる。

【００１８】ところで、本実施例にかかるＥＣＲ形イオ
ン源では、そのプラズマ発生室３の内表面上に付着した
膜状物の主成分がカーボンであることから、つぎのよう
な手順に従った保守作業が行われる。すなわち、まず、
カーボングラファイトからなるグリッド７を装着したま
まのプラズマ発生室３内にガス管２を通じて酸素ガス
（Ｏ₂）を導入したうえでプラズマを発生させる。する
と、マイクロ波導入窓６を含むプラズマ発生室３の内表
面上に付着していた膜状物の主成分であるカーボンは酸
素と結び付いて気化することになり、膜状物は炭酸ガス
（ＣＯ₂）となったうえで反応室４及び排気管１０を通
じて排出されてしまうことになる。

【００１９】なお、このような手順を採用した際には、
グリッド７自体も酸素プラズマの影響を受けることにな
るが、膜状物の厚みに比べるとグリッド７の有する厚み
の方が厚いため、さほどの影響は現れないのが普通であ
る。また、このグリッド７は元来消耗品とみなされるも
のであり、一般的なＥＣＲ形イオン源においては反応室
４の室内側からグリッド７の取り替えを行いうる構造が
採用されているのであるから、グリッド７を取り替える
必要が生じた場合であっても、導波管１を取り外したり
する必要は全く生じない。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明にかかるＥ
ＣＲ形イオン源においては、プラズマ発生室と反応室と
の間に装着されたグリッドの形成材料としてスパッタ率
の低いカーボングラファイトを用いるので、マイクロ波
導入窓を含むプラズマ発生室の内表面上に付着して形成
される膜状物の量は従来例よりも大幅に減少することに
なる。したがって、マイクロ波導入窓の内表面上に付着
した膜状物の影響が現れるまでには長い時間がかかり、
ＥＣＲ形イオン源の保守作業を要するまでの期間が延び
ることになる結果、従来例よりも大幅に長い期間にわた
って被エッチング物に対する安定したエッチングを続行
できるという効果が得られる。

【００２１】また、このＥＣＲ形イオン源の保守作業に
際しても、プラズマ発生室内に酸素ガスを導入したうえ
でプラズマを発生させると、膜状物が気化することにな
るので、膜状物を容易に除去することができることにな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例及び従来例にかかるＥＣＲ形イオン源
の構造を簡略化して示す断面図である。

【図２】グリッド材料のスパッタ率を示す説明図であ
る。

【図３】被エッチング物に対するエッチング速度の経時
変化を示す説明図である。

【符号の説明】

３ プラズマ発生室 ４ 反応室 ７ グリッド（イオン加速・引出用グリッド）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プラズマ発生室（３）と反応室（４）と
   の間に装着されたイオン加速・引出用グリッド（７）の
   形成材料としてカーボングラファイトを用いることを特
   徴とするＥＣＲ形イオン源。
2. 【請求項２】 イオン加速・引出用グリッド（７）を装
   着したままのプラズマ発生室（３）内に酸素ガスを導入
   してプラズマを発生させることを特徴とする請求項１に
   記載したＥＣＲ形イオン源の保守方法。