JPH09223594A - Beam source and micro-working method - Google Patents

Beam source and micro-working method

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JPH09223594A
JPH09223594A JP8054056A JP5405696A JPH09223594A JP H09223594 A JPH09223594 A JP H09223594A JP 8054056 A JP8054056 A JP 8054056A JP 5405696 A JP5405696 A JP 5405696A JP H09223594 A JPH09223594 A JP H09223594A
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JP
Japan
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plasma
nozzle
plasma jet
beam source
discharge
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JP8054056A
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Japanese (ja)
Inventor
Masaki Hatakeyama
雅規 畠山
Katsunori Ichiki
克則 一木
Yasushi Taima
康 當間
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Ebara Corp
Original Assignee
Ebara Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To extract a large amount of low energy high speed atomic beam and plasma jet, and utilize the same in a vacuum by introducing gas into a discharge vessel around which a high frequency coil is wound so as to produce plasma to extract from a plasma jet nozzle. SOLUTION: Gas 26 is introduced into a discharge vessel 21 made of insulating material and of 10 to 200mm in inner diameter in the vicinity of which a coil 25 is wound via a gas introduction pipe 22. A high frequency current is supplied from a high frequency power supply 24 to the coil 25 via a matching unit so as to produce high density plasma 27 in the discharge vessel 21. The plasma 27 is extracted from a supersonic nozzle or a hypersonic nozzle 23 whose nozzle throat portion hole-diameter is 10 to 20mm and whose nozzle outlet hole hole-diameter is 30 to 50mm.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、低エネルギーの活
性粒子ビームを発生させるビーム源と、高真空中におい
て、該エネルギービーム源を用いた低ダメージの微細加
工方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a beam source for generating a low-energy active particle beam and a low-damage microfabrication method using the energy beam source in a high vacuum.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来技術として、従来の高速原子線源に
ついて説明する。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、方向性
を持ったビーム状に放射される場合に、高速原子線とい
う。
2. Description of the Related Art As a conventional technique, a conventional high-speed atomic beam source will be described. Atoms and molecules that are in thermal motion in the atmosphere at room temperature have a kinetic energy of about 0.05 eV. Atoms and molecules that fly with much higher kinetic energy than this are called fast atoms, and when emitted in a directional beam, they are called fast atom beams.

【0003】従来発表されている、気体原子の高速原子
線を発生する高速原子線源のうち、運動エネルギーが
0.5eV〜10keVのアルゴン原子を放出する高速
原子線源の構造の一例を図3に示す。主な構成は、円筒
形陰極1、ドーナッツ状陽極2、高電圧電源3、ガス導
入パイプ4、アルゴンガス・プラズマ6、高速原子放出
孔7、高速原子線8等で構成されている。
An example of the structure of a fast atom beam source which emits argon atoms having a kinetic energy of 0.5 eV to 10 keV among the fast atom beam sources which have been conventionally announced to generate a fast atom beam of gas atoms is shown in FIG. Shown in. The main structure is composed of a cylindrical cathode 1, a donut-shaped anode 2, a high voltage power source 3, a gas introduction pipe 4, an argon gas plasma 6, a fast atom emission hole 7, a fast atom beam 8 and the like.

【0004】高速原子線源の電源と放電安定化抵抗(図
示しない)以外の構成要素を真空容器に入れ、十分に排
気した後、ガス導入パイプ4からアルゴンガスを円筒形
陰極1の内部に注入する。ここで直流高電圧電源によっ
て、陽極が正電位、陰極が、負電位となるように、直流
電圧を印加する。これで陰極・陽極間に放電が起き、プ
ラズマが発生し、アルゴンイオンと電子が生成される。
更に、この放電において、円筒形陰極の底面1aから放
出する電子は、陽極2に向かって放出され、陽極2の中
央の孔を通過して、円筒形陰極の反対側の底面に達し、
ここで速度を失って反転し、改めて陽極2に向かって加
速され始める。この様に電子は陽極2の中央の孔を介し
て、円筒形陰極の両方の底面の間を高周波振動し、その
あいだに、アルゴンガスに衝突して、多数のアルゴンイ
オンを発生する。
After the components other than the power source of the high-speed atomic beam source and the discharge stabilization resistor (not shown) are put in a vacuum container and sufficiently evacuated, argon gas is injected into the cylindrical cathode 1 from the gas introduction pipe 4. To do. Here, a DC high voltage power supply applies a DC voltage so that the anode has a positive potential and the cathode has a negative potential. This causes discharge between the cathode and the anode, plasma is generated, and argon ions and electrons are generated.
Further, in this discharge, the electrons emitted from the bottom surface 1a of the cylindrical cathode are emitted toward the anode 2, pass through the central hole of the anode 2, and reach the bottom surface on the opposite side of the cylindrical cathode,
Here, it loses its speed and reverses, and begins to accelerate toward the anode 2 again. Thus, the electrons oscillate at a high frequency between the two bottom surfaces of the cylindrical cathode through the central hole of the anode 2, and during that time, they collide with the argon gas and generate a large number of argon ions.

【0005】こうして発生したアルゴンイオンは、円筒
形陰極の底面1aに向かって加速され、十分な運動エネ
ルギーを得るにいたる。この運動エネルギーは、陽極と
陰極との間の放電維持電圧が、例えば1kVの時は1k
eV程度の値となる。円筒形陰極の底面1a近傍の空間
は高周波振動をする電子の折り返し点であって、低エネ
ルギーの電子が多数存在する空間である。この空間に入
射したアルゴンイオンは電子と衝突・再結合してアルゴ
ン原子に戻る。イオンと電子の衝突において、電子の質
量がアルゴンイオンに比べて無視できるほど小さいため
に、アルゴンイオンの運動エネルギーはほとんど損失せ
ずに、そのまま原子に受け継がれて高速原子となる。従
って、この場合の高速原子の運動エネルギーは,1ke
V程度となる。このアルゴン高速原子は、円筒形陰極の
一方の端面に開けられた放出孔から高速原子となって放
出されるのである。
The argon ions thus generated are accelerated toward the bottom surface 1a of the cylindrical cathode to obtain sufficient kinetic energy. This kinetic energy is 1 k when the discharge sustaining voltage between the anode and the cathode is, for example, 1 kV.
The value is about eV. The space near the bottom surface 1a of the cylindrical cathode is a turning point of electrons that vibrate at high frequency, and is a space where many low energy electrons are present. Argon ions incident into this space collide with electrons and recombine to return to argon atoms. In the collision between an ion and an electron, the mass of the electron is negligibly smaller than that of the argon ion, so that the kinetic energy of the argon ion is transferred to the atom as it is and becomes a fast atom with almost no loss. Therefore, the kinetic energy of fast atoms in this case is 1 ke
V or so. The argon fast atoms are emitted as fast atoms from the emission hole formed in one end face of the cylindrical cathode.

【0006】次に、従来のプラズマジェット発生装置の
例を図4に示す。このプラズマジェット発生装置は、ガ
ス導入部11、陰極12、陽極13、直流高圧電源14
より構成される。図から諒解されるように、導入された
ガス15が、陽極13と陰極12の間で起こるアーク放
電によりプラズマ17が生成され、そのプラズマ17が
陽極に設けてあるノズル13aよりプラズマジェットと
して放出される。また、過度の加熱を押さえるために、
冷却水16を流し水冷を電極部分に行う場合もある。
Next, an example of a conventional plasma jet generator is shown in FIG. This plasma jet generator includes a gas introduction unit 11, a cathode 12, an anode 13, a DC high voltage power supply 14
It is composed of As is clear from the figure, the introduced gas 15 generates plasma 17 by arc discharge occurring between the anode 13 and the cathode 12, and the plasma 17 is emitted as a plasma jet from the nozzle 13a provided in the anode. It Also, in order to suppress excessive heating,
In some cases, the cooling water 16 is caused to flow to perform water cooling on the electrode portion.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】上述した高速原子線又
はプラズマジェットの生成方法において、従来の高速原
子線源では、高ビーム密度のプロセスを行う場合では、
約1kV以上の高電圧放電を行うことによって、放電電
流が高く、高エネルギー高密度の高速原子線が得られる
ものであった。しかしながら、例えば、低エネルギーの
放電を行うと、低い放電電流値しか得られず、何らかの
方策を行う必要が生じる。これは、マグネットによる磁
場を用いた場合でも、同様であり、直流放電の有する特
性でもある。従って、放電電流が低いことは、生成され
るイオンの生成量が低いことを意味し、放出される高速
原子線量が低いことを意味する。
In the above-described method of producing a high-speed atomic beam or plasma jet, the conventional high-speed atomic beam source, when performing a process of high beam density,
By performing high-voltage discharge of about 1 kV or more, a high-speed atom beam with high discharge current and high energy density was obtained. However, for example, when low-energy discharge is performed, only a low discharge current value can be obtained, and it is necessary to take some measures. This is the same even when a magnetic field from a magnet is used, and is a characteristic of direct current discharge. Therefore, a low discharge current means that the amount of generated ions is low, and that the emitted fast atom dose is low.

【0008】また、従来のプラズマジェット発生装置で
は、アーク放電を用いているために、微細加工などの、
不純物による汚染の影響を嫌うプロセスには、大きな問
題となる。アーク放電によって、電極の極度の加熱やス
パッタ粒子の放出により、電極材料の粒子が不純物とし
て、多量に発生する。また、通常、低真空圧力程度で使
用することが多いため、プラズマジェット放出ノズルが
先細ノズルであったり、パイプ状、又は円筒孔状であっ
たりする。しかしながら、微細加工を行う高真空中で
は、この様なノズルでは、プラズマや活性ラジカル粒子
の輸送効率が著しく落ちてしまうという問題がある。
Further, in the conventional plasma jet generator, since arc discharge is used, there are
This is a major problem for processes that do not like the effects of contamination by impurities. Due to the arc discharge, the electrode material is excessively heated and the sputtered particles are emitted, whereby a large amount of particles of the electrode material are generated as impurities. In addition, since the plasma jet discharge nozzle is usually used at a low vacuum pressure, the plasma jet discharge nozzle may be a tapered nozzle, a pipe shape, or a cylindrical hole shape. However, in a high vacuum for fine processing, such a nozzle has a problem that the transport efficiency of plasma and active radical particles is significantly reduced.

【0009】本発明は上述した事情に鑑みて為されたも
ので、高真空中での利用が可能で、低エネルギーの高速
原子線とプラズマジェットを多量に取出すことができる
ビーム源及びそのビーム源を用いた微細加工方法を提供
することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and a beam source that can be used in a high vacuum and can extract a large amount of low-energy high-speed atom beams and plasma jets and the beam source thereof. An object of the present invention is to provide a microfabrication method using

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明のビーム源は、放
電容器と、プラズマ発生機構と、ガス導入機構と、前記
プラズマ発生機構により発生されたプラズマを、ジェッ
トビームとして放出するプラズマジェットノズルとを備
えたことを特徴とする。
A beam source according to the present invention comprises a discharge vessel, a plasma generating mechanism, a gas introducing mechanism, and a plasma jet nozzle for emitting plasma generated by the plasma generating mechanism as a jet beam. It is characterized by having.

【0011】又、前記プラズマジェットノズルが、超音
速ノズル又は極超音速ノズルであることを特徴とする。
Further, the plasma jet nozzle is a supersonic nozzle or a hypersonic nozzle.

【0012】又、前記プラズマジェットノズルが、導電
材料からなり、プラズマ生成部より上流部に、電極を備
え、該電極と該プラズマジェットノズルを含む下流側電
極間に、直流電圧、パルス電圧、又は高周波電圧を印加
し、電気的に加速されたエネルギービームとプラズマジ
ェットとを同時又は交互に放出することを特徴とする。
Further, the plasma jet nozzle is made of a conductive material, and an electrode is provided upstream of the plasma generating portion, and a DC voltage, a pulse voltage, or a DC voltage is applied between the electrode and a downstream electrode including the plasma jet nozzle. It is characterized in that a high frequency voltage is applied and the energy beam and the plasma jet that are electrically accelerated are emitted simultaneously or alternately.

【0013】又、前記電極及びプラズマジェットノズル
を含む下流側電極が、相対向する平板構造に作製されて
いることを特徴とする。
Further, the downstream electrode including the electrode and the plasma jet nozzle is formed in a flat plate structure facing each other.

【0014】又、前記プラズマ発生機構が、誘導結合型
高周波放電機構を用いたものであることを特徴とする。
Further, the plasma generation mechanism uses an inductively coupled high frequency discharge mechanism.

【0015】又、請求項1乃至5のいずれかに記載のビ
ーム源を用いて、高真空中にて、微細加工を行うことを
特徴とする。
Further, the beam source according to any one of claims 1 to 5 is used to perform fine processing in a high vacuum.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】本発明では、プラズマ発生機構
と、放電容器と、ガス導入機構と、プラズマジェット放
出用ノズルと、電極とからなるビーム源と、該ビーム源
より放出されたビームが、高真空の容器中に設置されて
いる試料に到達して、微細加工を行う微細加工方法につ
いてのものである。通常のプラズマジェット発生と異な
り、アーク放電プラズマではなく、低エネルギー・高密
度プラズマを得るために、誘電結合型高周波放電、EC
R放電、ヘリコン波放電、高電圧直流放電等のプラズマ
発生機構を用いる。そして、プラズマジェット放出用の
超音速ノズル、または、極超音速ノズルを用いること
で、生成されたプラズマやラジカル粒子を、圧力10-3
Torr以下の高真空中にて、効率よく試料表面まで到達さ
せることができる。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION In the present invention, a plasma generating mechanism, a discharge vessel, a gas introducing mechanism, a plasma jet discharge nozzle, a beam source composed of electrodes, and a beam emitted from the beam source are The present invention relates to a microfabrication method for performing microfabrication by reaching a sample installed in a high vacuum container. Unlike ordinary plasma jet generation, in order to obtain low energy and high density plasma instead of arc discharge plasma, inductively coupled high frequency discharge, EC
A plasma generation mechanism such as R discharge, helicon wave discharge, and high voltage DC discharge is used. Then, by using a supersonic nozzle for discharging a plasma jet or a hypersonic nozzle, the generated plasma and radical particles are pressured to 10 −3.
It is possible to efficiently reach the sample surface in a high vacuum below Torr.

【0017】又、高周波電界によって生成された高密度
プラズマの上流に電極を配置し、下流にプラズマジェッ
ト放出用超音速ノズルを有する電極を配置し、該上流・
下流電極間に、直流電圧を印加することにより、プラズ
マジェット放出用ノズルからは、プラズマジェットと、
印加電圧に対応したエネルギーを有する高速原子線とを
放出することができる。このため、高真空中の試料表面
には、プラズマジェットと高速原子線の両方を照射して
微細加工プロセスを行うことができる。
Further, an electrode is arranged upstream of the high-density plasma generated by the high-frequency electric field, and an electrode having a supersonic nozzle for plasma jet discharge is arranged downstream of the high-density plasma.
By applying a DC voltage between the downstream electrodes, the plasma jet from the plasma jet discharge nozzle,
A fast atom beam having energy corresponding to the applied voltage can be emitted. Therefore, the surface of the sample in the high vacuum can be irradiated with both the plasma jet and the high-speed atomic beam to perform the fine processing process.

【0018】放電容器には、ガス導入用のパイプと、プ
ラズマジェット及び高速原子線放出用の超音速ノズルま
たは極超音速ノズルが取り付けられている。生成された
プラズマは、ラバルノズルや円錐ノズル等の超音速ノズ
ルまたは極超音速ノズルによって、効率よく、高真空中
の、試料表面上へ輸送される。このとき、高真空中で、
非圧縮性流体や低真空中でのプラズマジェット用ノズル
のように、先細ノズルやパイプ状ノズルを用いると、大
変効率の悪いプラズマ輸送を行うことになる。何故なら
ばノズル出口における圧力差が著しいため、パイプ状ノ
ズルや先細ノズル出口からのプラズマの噴流が、大変広
領域に広がってしまい、プラズマジェットの極一部し
か、試料に到達できなくなるためである。
A pipe for introducing gas and a supersonic nozzle or a hypersonic nozzle for emitting a plasma jet and a high-speed atomic beam are attached to the discharge vessel. The generated plasma is efficiently transported onto the sample surface in a high vacuum by a supersonic nozzle such as a Laval nozzle or a conical nozzle or a hypersonic nozzle. At this time, in a high vacuum,
The use of a tapered nozzle or a pipe-shaped nozzle such as a nozzle for a plasma jet in an incompressible fluid or a low vacuum results in very inefficient plasma transportation. This is because the pressure difference at the nozzle outlet is so large that the plasma jet from the pipe nozzle or the tapered nozzle outlet spreads over a very wide area, and only a small part of the plasma jet can reach the sample. .

【0019】上述したように、高真空中においては、流
体輸送の効率化と同じで、超音速ノズルや極超音速ノズ
ルによって、プラズマ中のイオン、ラジカル粒子等を、
加速し、速度ベクトルを揃えることができ、かつ、ノズ
ル出口における、圧力差を小さくすることができるの
で、ノズル下流において、先細ノズルやパイプ状ノズル
のように、広い領域にプラズマやラジカル粒子が拡散す
ることがなくなり、効率よく、プラズマやラジカル粒子
を試料表面に輸送できる。
As described above, in the high vacuum, the same as the efficiency of fluid transportation, the supersonic nozzle and the hypersonic nozzle are used to remove the ions and radical particles in the plasma.
As it can be accelerated and the velocity vectors can be made uniform, and the pressure difference at the nozzle outlet can be reduced, plasma and radical particles can be diffused in a wide area downstream of the nozzle, such as a tapered nozzle or a pipe nozzle. The plasma and radical particles can be efficiently transported to the sample surface.

【0020】また、上述の構成に加えて、プラズマ生成
部の上流部に板状電極を配し、該電極と平行に、超音速
ノズルを有する電極を相対向配置して、両電極間に、直
流電圧を印加する。すると、プラズマジェットを効率的
に放出するのみでなく、印加電圧に応じたエネルギーを
有する高速原子線をも同時に、ノズルから放出すること
ができる。この直流電圧は、パルス状で与えると、パル
スの直流電圧印加時間中に、高速原子線が放出される。
In addition to the above-mentioned structure, a plate-like electrode is arranged upstream of the plasma generating part, electrodes having supersonic nozzles are arranged in parallel with each other, and the electrodes are arranged between the electrodes. Apply DC voltage. Then, not only the plasma jet can be efficiently discharged, but also the fast atom beam having the energy according to the applied voltage can be simultaneously discharged from the nozzle. When this DC voltage is applied in a pulsed form, a fast atom beam is emitted during the pulsed DC voltage application time.

【0021】この場合の高速原子線は、プラズマ中のイ
オンが下流電極の方向に印加電圧に基づく電界に従って
加速し、ノズル中において、残留ガス粒子と電荷交換を
行って、高速の中性粒子となり、高速原子線として、ノ
ズル出口から放出されるのである。即ち、プラズマ発生
機構が単独に機能を発揮するので、高速原子線エネルギ
ーを決定する直流電圧は、低電圧でも低エネルギーの高
速原子線を供給することができる。従って、低エネルギ
ーから高エネルギーの高速原子線を、直流電圧の選定に
よって発生することができる。低エネルギーの高速原子
線と反応性の高いプラズマジェットを同時に試料表面に
与えて、微細加工を行うと、従来の直流放電型高速原子
線のみの微細加工では困難であった、低エネルギー・低
ダメージの微細加工が可能となる。また、プラズマジェ
ットによる高反応性を利用した高速加工も可能となる。
In the fast atom beam in this case, the ions in the plasma are accelerated in the direction of the downstream electrode in accordance with the electric field based on the applied voltage, and charge exchange is performed with the residual gas particles in the nozzle to become fast neutral particles. , As a high-speed atomic beam, is emitted from the nozzle outlet. That is, since the plasma generation mechanism independently functions, the direct-current voltage that determines the fast atom beam energy can supply the fast atom beam with low energy even at a low voltage. Therefore, a low energy to high energy fast atom beam can be generated by selecting the DC voltage. When microfabrication is performed by simultaneously applying a low-energy fast atom beam and a highly reactive plasma jet to the sample surface, low energy and low damage, which was difficult with conventional microfabrication using only a DC discharge type fast atom beam. It enables fine processing. In addition, high-speed processing utilizing high reactivity by plasma jet is also possible.

【0022】[0022]

【実施例】図1は、本発明の第1実施例のビーム源を示
す。セラミック等の絶縁性材料からなる放電容器21
に、ガス導入パイプ22とプラズマジェット用超音速ノ
ズル23が配置されている。例えば、円筒状容器の内径
が、10mmから200mm程度である。放電容器21
内でグロー放電を起すには、誘導結合型高周波電源24
を用いて、容器近傍に、コイル25を巻き、該コイル
に、整合器を介して、高周波(RF)電流を与えると、
放電容器21内に高密度プラズマ27を発生することが
できる。例えば、ガス導入パイプ22に塩素ガス26を
導入し、内径60mmで長さ100mmの放電管21
に、ノズルスロート部孔径が10〜20mmで、ノズル
出口穴径が30〜50mmのノズル22を用いる。グロ
ー放電には、水冷可能な銅管を1から3ターンほど巻い
たコイル25を用いる。該コイルに、高周波電流を流す
ことにより、塩素ガス粒子の高密度プラズマ27を生成
する。発生した塩素プラズマ27は、超音速ノズル23
によって、約10-3Torr以下の高真空度状態にある、真
空容器内部に設置された試料をプラズマジェット28と
して照射し、微細加工が行われる。
1 shows a beam source according to a first embodiment of the present invention. Discharge vessel 21 made of an insulating material such as ceramics
A gas introduction pipe 22 and a plasma jet supersonic nozzle 23 are arranged in the space. For example, the inner diameter of the cylindrical container is about 10 mm to 200 mm. Discharge vessel 21
In order to generate a glow discharge inside, an inductively coupled high frequency power source 24
When a coil 25 is wound in the vicinity of the container by using, and a high frequency (RF) current is applied to the coil through a matching device,
A high density plasma 27 can be generated in the discharge vessel 21. For example, chlorine gas 26 is introduced into the gas introduction pipe 22, and the discharge tube 21 having an inner diameter of 60 mm and a length of 100 mm is introduced.
In addition, a nozzle 22 having a nozzle throat hole diameter of 10 to 20 mm and a nozzle outlet hole diameter of 30 to 50 mm is used. A coil 25 in which a water-coolable copper tube is wound for 1 to 3 turns is used for glow discharge. By passing a high frequency current through the coil, a high density plasma 27 of chlorine gas particles is generated. The generated chlorine plasma 27 is generated by the supersonic nozzle 23.
As a result, a sample placed in a vacuum container in a high vacuum state of about 10 −3 Torr or less is irradiated as a plasma jet 28 for fine processing.

【0023】図2は、本発明の第2実施例のビーム源を
示す。セラミックなどの絶縁物の放電管内に、ガス通過
孔のある板状電極29と超音速ノズル23が配置され、
該ノズル23は、導電性の電極材料でできている下流側
電極30の一部となっている。上流側電極29と超音速
ノズルを含む下流側電極30間で、高密度プラズマ27
を発生するように、放電管21に1から3ターンのコイ
ル25が設置されている。該コイル25に13.56M
HzのRF高周波電圧を印加して、高密度プラズマ27
が生成される。ガス26としては、不活性ガスのアルゴ
ンや、化学反応を用いた加工を行う場合には、塩素やフ
ッ素含有ガスなどの反応性ガスを用いる。
FIG. 2 shows a beam source according to the second embodiment of the present invention. A plate-shaped electrode 29 having a gas passage hole and a supersonic nozzle 23 are arranged in a discharge tube made of an insulating material such as ceramics.
The nozzle 23 is a part of the downstream electrode 30 made of a conductive electrode material. The high-density plasma 27 is formed between the upstream electrode 29 and the downstream electrode 30 including the supersonic nozzle.
The coil 25 having 1 to 3 turns is installed in the discharge tube 21 so as to generate. 13.56M on the coil 25
High frequency plasma 27 by applying RF high frequency voltage of Hz
Is generated. As the gas 26, an inert gas such as argon, or a reactive gas such as chlorine or fluorine-containing gas when processing using a chemical reaction is used.

【0024】このとき、図示するように、上流側電極2
9とノズルを含む下流側電極30間に直流電圧を印加す
ると、ノズルからプラズマジェット28が放出されるだ
けでなく、印加電圧に応じたエネルギーを持つ、高速原
子線31もノズル孔23より放出される。従って、低エ
ネルギーでも高密度プラズマが得られるので、低エネル
ギー高速原子線を多量に放出することができ、かつ、反
応性の高いプラズマジェットを放出できるので、高真空
中で、試料に高速原子線とプラズマジェットを照射する
効率的な加工が可能となる。上流側電極と下流側電極と
の間に、パルス状の電圧を印加することにより、高速原
子線を間欠的に噴射することができる。
At this time, as shown in FIG.
9 is applied to the downstream electrode 30 including the nozzle, not only the plasma jet 28 is emitted from the nozzle, but also the fast atom beam 31 having energy corresponding to the applied voltage is emitted from the nozzle hole 23. It Therefore, a high-density plasma can be obtained even with low energy, so that a large amount of low-energy fast atom beams can be emitted and a highly reactive plasma jet can be emitted. It is possible to perform efficient processing by irradiating with a plasma jet. By applying a pulsed voltage between the upstream electrode and the downstream electrode, the high-speed atom beam can be intermittently ejected.

【0025】試料としては、Si、SiO2、GaAs
などの半導体材料、ガラス・セラミックス、金属などを
加工することができる。従来の高速原子線のみの加工に
比べ、プラズマジェット加工を併用することができるの
で大変効率的となる。また、低エネルギーで、高異方性
の加工が、可能となるため、LSIなどの絶縁性薄膜の
高アスペクト比のエッチングなどに有効である。
As samples, Si, SiO 2 , GaAs
It is possible to process semiconductor materials such as glass, ceramics, and metals. Compared with conventional processing using only high-speed atomic beams, plasma jet processing can be used in combination, which is extremely efficient. In addition, since low energy and highly anisotropic processing are possible, it is effective for etching a high aspect ratio of an insulating thin film such as an LSI.

【0026】[0026]

【発明の効果】以上に説明したように、本発明を用いる
と、下記のような優れた効果が期待できる。即ち、従来
の直流放電型高速原子線源による微細加工では、低エネ
ルギーでの放電時に、高密度プラズマが得られにくく、
高密度の低エネルギー高速原子線を発生することが困難
であった。また、低真空中でのプラズマジェットで用い
るアーク放電や先細ノズルを用いると、電極材料の加熱
やスパッターによる汚染が問題となったり、高真空中で
の加工を行う場合には、プラズマジェットの輸送効率が
著しく悪い。
As described above, the following excellent effects can be expected by using the present invention. That is, it is difficult to obtain high-density plasma when discharging with low energy in the microfabrication by the conventional DC discharge type high-speed atomic beam source,
It was difficult to generate a high-density, low-energy fast atomic beam. Also, when arc discharge or tapered nozzle used in plasma jet in low vacuum is used, heating of electrode material or contamination by spatter poses a problem, or when processing in high vacuum, plasma jet transport The efficiency is extremely poor.

【0027】本発明では、この様な問題を解決し、高真
空中における半導体材料や絶縁物などの微細加工を効率
よく行えるビーム源を提供するもので、電極材料のスパ
ッター粒子の放出による汚染を減少させるため、高密度
のグロー放電を用いる。また、プラズマジェットの輸送
効率をあげるため、超音速ノズルや極超音速ノズルを用
いる。さらに、放電管内部に、プラズマ上流部に電極を
配し、プラズマ下流部に超音速ノズルを配した電極を用
いて、両電極間に、直流電圧を印加することにより、低
エネルギーから高エネルギーまでエネルギー制御可能な
高速原子線を多量に放出することができる。この場合
は、プラズマジェットと高速原子線の両方を放出できる
ので、反応性が高く、異方性に優れる低ダメージの加工
を実現することができる。例えば、半導体素子又はLS
Iの加工、量子効果素子、量子効果を用いたレーザ素
子、発光素子・光学レンズ素子の作製に有効となるな
ど、本発明の学術的・産業的意義は大変大きく、有意義
である。
The present invention solves such a problem and provides a beam source capable of efficiently performing fine processing of semiconductor materials and insulators in a high vacuum. A high density glow discharge is used to reduce it. In addition, a supersonic nozzle or a hypersonic nozzle is used in order to increase the transportation efficiency of the plasma jet. Furthermore, by using an electrode inside the discharge tube, where the electrode is placed upstream of the plasma and the supersonic nozzle is placed downstream of the plasma, a DC voltage is applied between both electrodes, so that low to high energy can be achieved. It is possible to emit a large amount of fast atom beams capable of controlling energy. In this case, since both the plasma jet and the high-velocity atomic beam can be emitted, it is possible to realize processing with high reactivity and excellent anisotropy and low damage. For example, semiconductor device or LS
The scientific and industrial significance of the present invention is very large and significant, such as being effective in the processing of I, the quantum effect element, the laser element using the quantum effect, and the production of the light emitting element / optical lens element.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1実施例のビーム源の説明図。FIG. 1 is an explanatory diagram of a beam source according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2実施例のビーム源の説明図。FIG. 2 is an explanatory diagram of a beam source according to a second embodiment of the present invention.

【図3】従来の高速原子線源の説明図。FIG. 3 is an explanatory diagram of a conventional high speed atomic beam source.

【図4】従来のプラズマジェット発生装置の説明図。FIG. 4 is an explanatory diagram of a conventional plasma jet generator.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

21 放電容器(放電管) 22 ガス導入孔 23 超音速ノズル 24 高周波電源 25 コイル 26 ガス 27 プラズマ 28 プラズマジェットノズル 29 板状(上流側)電極 30 下流側電極 31 高速原子線 32 直流電源 21 Discharge Vessel (Discharge Tube) 22 Gas Inlet 23 Supersonic Nozzle 24 High Frequency Power Supply 25 Coil 26 Gas 27 Plasma 28 Plasma Jet Nozzle 29 Plate (Upstream) Electrode 30 Downstream Electrode 31 High Speed Atomic Beam 32 DC Power Supply

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 放電容器と、プラズマ発生機構と、ガス
導入機構と、前記プラズマ発生機構により発生されたプ
ラズマを、ジェットビームとして放出するプラズマジェ
ットノズルとを備えたことを特徴とするビーム源。
1. A beam source, comprising: a discharge container, a plasma generating mechanism, a gas introducing mechanism, and a plasma jet nozzle that discharges the plasma generated by the plasma generating mechanism as a jet beam.
【請求項2】 前記プラズマジェットノズルが、超音速
ノズル又は極超音速ノズルであることを特徴とする請求
項1に記載のビーム源。
2. The beam source according to claim 1, wherein the plasma jet nozzle is a supersonic nozzle or a hypersonic nozzle.
【請求項3】 前記プラズマジェットノズルが、導電材
料からなり、プラズマ生成部より上流部に、電極を備
え、該電極と該プラズマジェットノズルを含む下流側電
極間に、直流電圧、パルス電圧、又は高周波電圧を印加
し、電気的に加速されたエネルギービームとプラズマジ
ェットとを同時又は交互に放出することを特徴とする請
求項1又は2に記載のビーム源。
3. The plasma jet nozzle is made of a conductive material, and an electrode is provided in an upstream portion of a plasma generation portion, and a DC voltage, a pulse voltage, or a DC voltage is provided between the electrode and a downstream electrode including the plasma jet nozzle. 3. The beam source according to claim 1, wherein a high frequency voltage is applied and the energy beam and the plasma jet electrically accelerated are emitted simultaneously or alternately.
【請求項4】 前記電極及びプラズマジェットノズルを
含む下流側電極が、相対向する平板構造に作製されてい
ることを特徴とする請求項3に記載のビーム源。
4. The beam source according to claim 3, wherein the downstream electrode including the electrode and the plasma jet nozzle is formed in a flat plate structure facing each other.
【請求項5】 前記プラズマ発生機構が、誘導結合型高
周波放電機構を用いたものであることを特徴とする請求
項1乃至4のいずれかに記載のビーム源。
5. The beam source according to claim 1, wherein the plasma generation mechanism uses an inductively coupled high frequency discharge mechanism.
【請求項6】 請求項1乃至5のいずれかに記載のビー
ム源を用いて、高真空中にて、微細加工を行うことを特
徴とする微細加工方法。
6. A fine processing method using the beam source according to claim 1 to perform fine processing in a high vacuum.
JP8054056A 1996-02-16 1996-02-16 Beam source and micro-working method Pending JPH09223594A (en)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1693877A1 (en) * 2005-02-10 2006-08-23 The Thailand Research Fund High current density ion source
WO2009081911A1 (en) * 2007-12-25 2009-07-02 Panasonic Electric Works Co., Ltd. Ion discharge device
JP2015518268A (en) * 2012-03-20 2015-06-25 マッパー・リソグラフィー・アイピー・ビー.ブイ. Apparatus and method for transporting radicals
CN106488639A (en) * 2016-12-28 2017-03-08 大连理工大学 Large scale pulse cold-plasma jet generating device

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