CN1661762A - 离子束辐照装置和用于该装置的绝缘隔离物 - Google Patents

Abstract

设置在离子束辐照装置的栅格之间的绝缘隔离物的替换频率将被减小。另外，在离子束辐照装置中的多个栅格的间隔将被保持恒定。为了得到这些目的，在用于保持栅格之间绝缘的所谓绝缘隔离物中，在绝缘隔离物的侧面的中心部分上沿着其整个周围提供具有溅射材料很难附着的底部的沟槽部分。

Description

离子束辐照装置和用于该装置的绝缘隔离物

技术领域

本发明涉及离子束辐照装置，用于通过在其上施加有预定电压以向预定方向发射离子束的栅格，从室中产生的等离子体中抽取离子束。更具体地说，本发明涉及，例如，使用抽取的离子束处理将被处理的物品表面的离子铣削装置，使用抽取的离子束将离子注入薄膜的离子注入装置，形成薄膜的离子束淀积装置，以及在这些装置中用作隔离物以固定栅格的绝缘构件。

背景技术

例如，利用离子束的铣削装置使用在室中产生的等离子体作为离子源。该装置利用在其上施加有DC电压以在预定方向上加速离子的多个栅格从离子源抽取离子，并使用加速离子进行铣削。通常，每个栅格具有一个孔部分或多个孔部分(小孔)，并为了优化抽取离子的能量或者优化离子的分布，在栅格上施加了不同的DC电压。这里，术语“铣削”指这样的处理，其中产生加速的离子以轰击将被处理的物品表面以产生溅射，从而在表面上得到精细处理(参见例如日本专利申请公开No.2000-113849)。

在栅格之间，为了防止栅格的相互接触并保持它们恒定的间隔，提供通常由绝缘材料构成的绝缘隔离物。当例如使用抽取的离子束进行铣削时，通过离子束溅射将被处理的物品表面。当通过栅格从室中抽取离子时，不是所有的被栅格加速的离子都到达室的外部，而是撞击在栅格或者其它部件上的一部分离子产生溅射。因此从将被处理的物品表面或者栅格等溅射的材料将附着在装置内部的一些部分中。

例如，如果附着材料是导电的，绝缘隔离物的绝缘性能会随着附着材料的增加而恶化，这最终会导致栅格的短路。为了避免这种情形发生，有必要当附着在绝缘隔离物上的材料发展到一定程度时进行去除附着材料的操作，或用新绝缘隔离物来代替绝缘隔离物。因此，例如在通过铣削操作来处理金属薄膜的情况下，附着金属快速恶化了绝缘性能，因此有必要在非常短的周期内进行用于防止短路的操作。作为延长这种操作周期的解决方法，日本专利申请公开No.2000-301353公开了一种绝缘隔离物，具有通过提供锥形横截面的环形凸起而实现的扩大的表面区域。

去除附着薄膜的操作通常通过喷砂工艺或化学工艺例如酸清洗进行。在这些操作中，当去除附着薄膜时，绝缘隔离物本身的表面受到处理，并且会破坏或部分去除表面。因此，绝缘隔离物的外部形状将会变小。因此，认为上述处理会减小绝缘隔离物的厚度，并且栅格之间的间隔会变小。

在日本专利申请公开No.2000-301353中公开的绝缘隔离物在减小隔离物的替换频率上很有效。然而，提供环形凸起导致了隔离物外径的增加。因此，环形凸起的尺寸局限于对栅格中孔部分不产生影响的尺寸。在上述文件中，其中使用绝缘隔离物的区域是与栅格的孔部分隔开的区域。在离子束辐照装置中，有必要保持多个栅格的间隔基本恒定。因此，如果可能，优选设置在栅格之间插入并固定以保持它们的间隔的绝缘隔离物，不管是否存在孔部分。

在离子束辐照装置中，众所周知当装置运行时离子辐照条件会随着时间而改变。这是因为由于等离子体的热量或其它因素栅格间隔随着时间改变，以及抽取离子的能量随着离子束辐照根据栅格间隔的持续而改变。通常，上述改变能回到初始状态，但是不能恢复的小改变将随着设备运行次数的增加而积累。因此，在离子束中的离子能量分布随着时间改变。因此，操作例如铣削存在不能适当进行的风险，除非持续监控离子束的状态以便通过反馈控制能量分布。

通常，从等离子体抽取的离子继承了等离子体中的离子分布(或者离子密度)，因此依赖于抽取的位置，抽取的离子数量是不均匀的。因此，当铣削将被处理的物品时，需要使抽取离子的能量或数量的分布均匀。在装置中很容易改变的参数，包括栅格之间的距离，栅格和将被处理的物品之间的距离，以及形成在栅格上的小孔的直径。通过调节这些参数，可以使抽取离子的分布或能量均匀到一定程度。另外，认为能通过改善作为离子源的等离子体的条件而使抽取离子的分布或能量均匀。

然而，栅格间隔或栅格与将被处理的物品之间距离的改变不会导致基本分布的改善。另外，到目前为止，因为很难监控，并没有积极地尝试等离子体条件的改变。因此，如在日本专利申请公开No.8-129982中公开了为了满足上述需求，在很多例子中使用了在栅格上形成的为了使离子通过的小孔的密度根据离子密度而改变的方法。特别地，使与等离子体中离子密度高的部分对应的栅格区域中的小孔数量变小，以减少从这个区域抽取的离子数量，并使与等离子体中离子密度低的部分对应的区域中的小孔数量变大，以使得通过栅格的离子数量均匀。

换句话说，在上述解决方法中，标准化了在离子密度低的等离子体中的部分，在离子密度高的部分中，只抽取部分离子以使抽取的离子数量均匀。因此，大量的离子被栅格阻挡而不能为铣削或其它操作做出贡献。因此，需要改善装置的操作效率。另外，被栅格阻挡的离子溅射栅格表面，这可能是离子束中包含杂质的原因。

在上述方法中，通过根据位置抽取适当数量的离子而得到抽取离子的均匀化，而在等离子体中的离子密度分布上基本不需要任何改进。因此，在由于某些情况比如气体类型或者放电压力，离子密度分布极度不均匀的情况下，认为可能会发生这样的情况，本身很难得到均匀化，或者用于均匀化的标准化部分的抽取的离子数量太小以至于不能实际使用。因此，可能离子的抽取只在有限的情况下有效，并且这种装置的多功能性受到限制。

发明内容

考虑到上述和其它需求形成了本发明。本发明的一个目的是提供一种绝缘隔离物。

为了实现上述目的，根据本发明，提供了一种离子束辐照装置，包括：等离子体产生室，在其内部产生等离子体；处理室，与等离子体产生室连接；多个栅格，设置在等离子体产生室和处理室之间，用于从等离子体产生室中抽取等离子体中的离子到处理室，每个栅格具有多个小孔；以及绝缘隔离物，设置在栅格之间，用于防止栅格彼此电接触；其中沿着绝缘隔离物的整个周围，在绝缘隔离物的与邻接栅格的表面不同的表面上形成沟槽部分，该沟槽部分在沿着绝缘隔离物的轴线方向的横截面中表现为在与离子束抽取方向不同的方向上形成的凹陷。

在上述离子束辐照装置中，优选沟槽部分在绝缘隔离物的横截面中表现为在与离子束抽取方向垂直的方向上形成的凹陷。关于这个，更优选将限定凹陷的开口的沟槽部分的边缘部分倒角(斜切)。进一步，优选绝缘隔离物具有圆柱形状，以及沟槽部分形成于圆柱形状的侧面上。更进一步，优选凹陷的开口与凹陷的深度的比率等于或者大于1。

如果例如要构造离子铣削装置，优选上述离子束辐照装置包括在其中引入从离子束辐照装置中抽取的离子的处理室，以及设置在处理室中的夹具，用于在利用抽取离子进行辐照的位置夹持将被处理的物品。

为了实现上述目的，根据本发明，提供了在离子束辐照装置中使用的绝缘隔离物，该离子束辐照装置包括：等离子体产生室，在其内部产生等离子体；处理室，与等离子体产生室连接；以及多个栅格，设置在等离子体产生室和处理室之间，用于抽取等离子体中的离子，每个栅格具有多个小孔；绝缘隔离物，设置在多个栅格之间，用于防止栅格彼此电接触；其中沿着绝缘隔离物的整个周围，在绝缘隔离物的与邻接栅格的表面不同的表面上形成沟槽部分，该沟槽部分在沿着绝缘隔离物的轴线方向的横截面中表现为在与离子束抽取方向不同的方向上形成的凹陷。

在上述绝缘隔离物中，优选沟槽部分在绝缘隔离物的横截面中表现为在与离子束抽取方向垂直的方向上形成的凹陷。关于这个，更优选将限定凹陷的开口的沟槽部分的边缘部分倒角。进一步，优选绝缘隔离物具有圆柱形状，以及沟槽部分形成于圆柱形状的侧面上。更进一步，优选凹陷的开口与凹陷的深度的比率等于或者大于1。

根据本发明，沟槽部分以环绕侧面的方式设置在具有基本圆柱状形状的绝缘隔离物的侧面上。众所周知，在真空中的薄膜形成工艺例如溅射中，在沟槽内部通常很难形成薄膜。特别地，在铣削工艺中，为了表面处理溅射将被处理的物品的表面，以及溅射的材料会大量地附着在绝缘隔离物上。通过使得上述沟槽部分的宽度小于一定宽度以及使得它的深度大于一定深度，可以在绝缘隔离物上形成薄膜很难附着的区域。即使在例如由于绝缘隔离物的强度沟槽部分宽度的减小和沟槽部分深度的扩展受到限制的情况下，由于沟槽部分的存在绝缘隔离物的替换频率与传统隔离物相比显著减小了。

本发明能仅仅通过在隔离物的侧面上形成连续的沟槽部分来实现。因此，除了沟槽部分，垂直于绝缘隔离物轴线的横截面区域基本上不变。因此，与专利文件2中公开的绝缘隔离物相比，如果可以减小具有恒定横截面部分的外径，就因此可以减小绝缘隔离物对离子束影响的可能性。另外，即使在其中形成有小孔的栅格上的区域中，如果在小孔之间存在与上述横截面区域一样大的区域，不论是否设置绝缘隔离物都可以相同地抽取的离子。因此，本发明的绝缘隔离物可以设置在栅格的任何部分上以保持栅格间隔恒定。

当在真空中存在具有不同电位的构件时，如果存在于它们之间的绝缘构件的表面的绝缘性能恶化，例如由于薄膜的附着，有时候会发生称作表面放电的现象，即在绝缘构件的表面发生放电并导致构件的短路。由于设置上述沟槽部分，可以减小所谓的表面放电的发生以便防止由于表面放电而造成的短路。

另一方面，考虑到上述和其它需要形成了本发明，本发明的一个目的是提供一种即使在进行例如去除附着薄膜的操作时也能保持栅格间隔恒定的绝缘隔离物。另外，本发明的另一个目的是提供离子束辐照装置，其中通过使用上述绝缘隔离物，减小了由绝缘隔离物的替换或其它原因引起的装置的操作条件的改变。

为了实现上述目的，根据本发明，提供了一种离子束辐照装置，包括：等离子体产生室，在其内部产生等离子体；处理室，与等离子体产生室连接；多个栅格，设置在等离子体产生室和处理室之间，用于从等离子体产生室中抽取等离子体中的离子到处理室，每个栅格具有多个小孔；以及绝缘隔离物，设置在栅格之间，用于防止栅格彼此电接触；其中绝缘隔离物具有圆盘形状，该圆盘形状具有上表面和下表面以及穿过上表面和下表面的通孔，该通孔具有等于或稍大于栅格的小孔的内径，以及圆盘形状的外径具有这样的尺寸，以至于绝缘隔离物不会影响穿过与在其上固定有绝缘隔离物的小孔邻近的小孔的离子。

在上述绝缘隔离物中，优选沿着绝缘隔离物的整个侧面形成沟槽部分，该沟槽部分在沿着绝缘隔离物的轴线方向的横截面中表现为在与离子束抽取方向垂直的方向上形成的凹陷。

如果例如要构造离子铣削装置，优选上述离子束辐照装置包括在其中引入从离子束辐照装置中抽取的离子的处理室，以及设置在处理室中的夹具，用于在利用抽取离子进行辐照的位置夹持将被处理的物品。

为了实现上述目的，根据本发明，提供了在离子束辐照装置中使用绝缘隔离物，该离子束辐照装置包括：等离子体产生室，在其内部产生等离子体；处理室，与等离子体产生室连接；以及多个栅格，设置在等离子体产生室和处理室之间，用于抽取等离子体中的离子，每个栅格具有多个小孔；绝缘隔离物，设置在多个栅格之间，用于防止栅格彼此电接触；其中绝缘隔离物具有圆盘形状，该圆盘形状具有上表面和下表面以及穿过上表面和下表面的通孔，该通孔具有等于或稍大于栅格的小孔的内径，以及圆盘形状的外径具有这样的尺寸，以至于绝缘隔离物不会影响穿过与在其上固定有绝缘隔离物的小孔邻近的小孔的离子。

在该绝缘隔离物中，优选沿着绝缘隔离物的整个侧面形成沟槽部分，该沟槽部分在沿着绝缘隔离物的轴线方向的横截面中表现为在与离子束抽取方向垂直的方向上形成的凹陷。

根据本发明，绝缘隔离物具有在它的两个端面上都与栅格接触的圆盘形状，并且薄膜会附着在它的侧面。通过使端面平坦并彼此平行，可以保持栅格的间隔恒定。另外，使绝缘隔离物的侧面与端面的比率大。当通过例如喷砂工艺去除附着薄膜时，在需要经受喷砂工艺的端面上的区域是附着有薄膜的外部的周围区域，在中心区域上没有必要进行喷砂工艺。因此，在根据本发明的绝缘隔离物中，没有必要在端面的大部分区域上进行喷砂工艺，并且即使去除了附着在侧面上的薄膜，去除操作也不会影响端面。

根据本发明的绝缘隔离物可以通过固定装置利用形成在栅格上的小孔中的一个固定在栅格之间，而不影响它周围的小孔。因此，它可以固定在栅格的任何部分上。换句话说，可以将绝缘隔离物设置在抽取离子的栅格上的区域中的任何需要的位置，以保持栅格间隔的恒定。进一步，当利用离子束进行铣削时，绝缘隔离物可以根据铣削率的分布设置在栅格上的适当位置，以容易地使铣削率或抽取离子束的加速度恒定。

在不同的方面，考虑到上述情况形成了本发明，以及本发明的另一方面提供了一种离子束辐照装置，其中增大了离子数量均匀的区域并且能够一直有效地利用等离子体中的离子。

根据本发明，提供了一种离子束辐照装置，适合通过在多个栅格上形成的小孔来抽取包含在等离子体产生室中产生的等离子体中的离子以产生离子束，包括：绝缘构件，设置在多个栅格之间或邻近等离子体产生室的栅格的等离子体产生室侧面上，以及设置在与抽取辐照离子束的区域对应的栅格的部分上；其中小孔以对准预定方向的方式设置在多个栅格上，以及绝缘构件具有这样的形状，当设置绝缘构件时不会影响小孔的对准。

在上述离子束辐照装置中，优选设置在栅格之间的绝缘构件包括具有与栅格的小孔对准的小孔的薄片状构件，以及通过绝缘构件将多个栅格之间的电容量调节到预定值。可选地，在上述离子束辐照装置中，优选设置在邻近等离子体产生室的栅格的等离子体产生室侧面上的绝缘构件，是具有与栅格上的小孔对准的小孔的薄片状构件，以及绝缘构件通过自偏置形成平坦的离子层。在这些配置中，优选绝缘构件具有与栅格对应的基本上圆盘的形状。在上述离子束辐照装置中，优选设置在邻近等离子体产生室的栅格的等离子体产生室侧面上的绝缘构件，设置在与这样的区域对应的位置上，在该区域中在没有设置绝缘构件的情况下抽取的离子束中离子数量小。

如果例如要构造离子铣削装置，优选上述离子束辐照装置包括在其中引入从离子束辐照装置中抽取的离子的处理室，以及设置在处理室中的夹具，用于在利用抽取离子进行辐照的位置夹持将被处理的物品。

根据本发明，绝缘构件设置在邻近等离子体的栅格的表面上，以产生自偏置效应，因此形成离子层以积极地控制等离子体产生条件，以便在放电空间中的离子密度能变得均匀。因此，即使离子从所有产生的等离子体中均匀地抽取，在离子抽取区域上得到的离子数量基本上均匀。换句话说，与上述现有技术相比，被栅格挡住的离子数量显著减少了，从而能够提高离子的利用效率。另外，被栅格阻挡的离子数量或者溅射栅格的离子数量减小了，以至于显著减小了从栅格进入离子束的杂质元素的含量。

根据本发明，在栅格之间局部地插入由绝缘材料形成的构件，以局部地使栅格之间的电容量产生差别。通过适当地选择绝缘材料或改变该构件的厚度以更精确地控制栅格之间的距离，可以部分地改变离子的能量(或者速度)。通过该效应，例如可以进一步校正取决于抽取的离子数量的铣削率，以得到更均匀的铣削率。

众所周知，通常在上述类型的离子束抽取装置中，栅格间隔等随着装置内部温度的增加或者操作的其它条件而改变，因此直到经过很长一段时间，抽取的离子数量、其分布和其它因素才会变得稳定。如本发明所述，通过在栅格之间插入由绝缘材料形成的构件，栅格间隔可以一直保持恒定，并且可以删去在传统装置中需要的用于稳定装置的预先操作。

附图说明

图1示意性地示出了离子束辐照装置的结构，其中使用了根据本发明的第一实施例的绝缘构件。

图2示出了在图1中所示的离子束辐照装置中使用的栅格的正面图。

图3示出了使用了根据本发明的第一实施例的绝缘构件(隔离物)的固定装置的结构的截面图。

图4A示出了根据第一实施例的绝缘构件的修改。

图4B示出了根据第一实施例的绝缘构件的修改。

图4C示出了根据第一实施例的绝缘构件的修改。

图5A示出了根据第一实施例的绝缘构件的修改中的沟槽部分的形状的截面图。

图5B示出了根据第一实施例的绝缘构件的修改中的沟槽部分的形状的截面图。

图6示出了与蚀刻材料附着到沟槽部分的底部有关的入射角θ和沟槽部分的开口率之间的关系。

图7示意性地示出了其中使用根据本发明的第二实施例的绝缘隔离物的固定装置的结构的截面图。

图8示出了在设置了如图7所示的固定装置的情况下，固定装置和栅格的小孔之间的关系。

图9示出了根据第三实施例在固定装置中的第一绝缘构件的修改。

图10示出了根据第三实施例在固定装置中的第一绝缘构件的修改。

图11示出了施加了本发明的实施例的设置和用于比较的传统设置的铣削率的变化。

具体实施方式

在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。图1示意性地示出了离子铣削装置1的结构，该离子铣削装置装配有例如离子源的具有根据本发明的第一实施例的绝缘隔离物的离子束辐照装置。装置1由两个室构成，即等离子体产生室3和处理室5。在该实施例中的等离子体产生室3中，例如氩气通过气体供应系统7供应到等离子体产生室中作为产生等离子体的气体。产生等离子体具有多种方法，例如Kuafmann型、桶型、ICP型和ECR型，并可以采用这些方法的任何一种。在该实施例中，等离子体通过IPC型系统产生，其中离子束中包含杂质元素的可能相对较低且装置的结构简单。处理室5连接到排气系统9，该排气系统排出包含在其内部的气体等以使得等离子体产生室3的内部空间和处理室5保持在预定的操作压强。

在处理室5的内部，提供有用于夹持将被处理的物品13的夹具11。在图中，将被处理的物品13以与等离子体产生室相对的形式被夹持，但是夹具11相对于等离子体产生室3的方向能够改变。在等离子体产生室3和处理室5之间，从等离子体产生室3的一侧以所述顺序提供有第一、第二和第三栅格15、16和17。图2中示出了从第一栅格15的正面看的第一栅格15。栅格15通过在圆盘状构件15a上形成多个小孔15b而形成。第二和第三栅格具有同样的结构。这些栅格以在栅格上的小孔沿着从等离子体产生室3到处理室5的方向对准的方式而设置。

对于第一和第三栅格15和17，施加了用作加速电压的正电压。对于第二栅格16，施加了用作减速电压的负电压。在等离子体产生室3中产生的等离子体中包括的氩离子穿过在栅格中形成的并将离子束导向将被处理的物品13表面的小孔。另外，在第三栅格17的下游(关于离子束的方向)，设置中和器(未示出)以中和离子束。

图3示出了用于以预定间隔固定第一到第三栅格15、16、17并在栅格之间固定绝缘隔离物的固定装置。固定装置20包括绝缘隔离物21、绝缘构件23、绝缘帽25、螺丝杆27和沟槽垫圈29。绝缘隔离物21是由绝缘材料如氧化铝形成的圆盘状构件。绝缘隔离物21具有预定直径的通孔21a，和都沿着它的侧面形成的沟槽部分21b，其中通孔21a从绝缘隔离物21的上表面穿到下表面。圆盘的厚度与栅格之间的距离相应。绝缘构件23是基本上圆柱形的构件，包括能穿过绝缘隔离物21的通孔21a的具有外径的轴部分23a，以及在其一端形成的具有增大直径的增大直径部分23b。绝缘构件23具有沿着轴线方向穿过的穿孔23c。在该实施例中，绝缘隔离物21也设置在栅格15的等离子体产生室侧上(也就是，在不同于面对栅格16的表面的栅格15的表面)。然而，如果固定装置需要小型化隔离物21可以删去。

在第一到第三栅格15、16和17中，分别形成直径基本上等于绝缘隔离物中的通孔21a的直径的孔15c、16c和17c。当固定栅格时，栅格和多个隔离物交替设置，并且绝缘构件23穿过通孔21a和孔15c、16c和17c插入，以便定位这些部件。另外，绝缘隔离物21也设置在邻近等离子体产生室3的第一栅格15的等离子体产生室侧面上。螺丝杆27通过绝缘构件23的穿孔23c插入，且绝缘帽25利用之间的沟槽垫圈固定在螺丝杆27的两端部分。因此，保持并固定了栅格和多个绝缘隔离物。与此相关，虽然在本实施例中绝缘帽25的表面暴露在减压的空间中，可以附加地在其表面上设置金属帽以保护绝缘帽和其它构件不受通过溅射导电薄膜的附着，以便进一步防止绝缘失效发生。通过使用上述固定装置，绝缘构件能够夹在栅格之间。另外，根据需要可以通过改变绝缘隔离物的厚度来改变栅格的间隔。此外，除了控制栅格的间隔，还可以根据需要通过从具有不同介电常数的如下材料中选择绝缘隔离物21的材料来调节栅格之间的电容量：例如石英、可加工陶瓷、碳氟化合物树脂和聚酰亚胺树脂。

在该实施例中，绝缘隔离物21是具有单个沟槽部分21b的圆柱型构件。沟槽部分21b具有绝缘隔离物21的大约三分之一的厚度和隔离物壁的半径厚度的大约一半的深度。然而，绝缘构件21的形状不局限与此。例如，如图4A中的横截面所示，沟槽部分的宽度和深度可以减小。即使减小了沟槽的深度，通过降低沟槽部分的宽度，可以降低在它底部上附着薄膜的形成率。

具体地说，认为通过使沟槽部分的宽度和深度的比率等于或者大于1，可以促进附着薄膜的形成速度的减小。换句话说，绝缘隔离物总体上通过形成具有这样的底部的沟槽部分来防止其变成导体，在该底部上可能附着到绝缘隔离物上的材料很难以彼此重合的起点和终点附着到绝缘隔离物上。因此，能显著减小绝缘隔离物的替换频率，该绝缘隔离物用于避免由在绝缘隔离物21的表面上的附着薄膜引起的栅格短路。

这里，将描述为什么需要使上述沟槽部分的宽度和深度的比等于或者大于1的原因。例如在离子铣削装置的情况下，如果假定夹持角α为0°(离子束的入射角＝90°)，离子束从垂直方向入射到溅射材料上。如果假定通过离子束的完全反射而得到溅射材料，则溅射材料垂直入射在电极上并以相同的角度(入射角θ＝90°)入射到绝缘隔离物的沟槽部分的底部。在此情况下，上述开口率可以小于0.5。

如果夹具的夹持角α在0°＜α＜20°(绝对值)))范围内，则入射角θ在50°＜α＜90°的范围内，并如果开口率等于或大于0.85将不会发生蚀刻材料掉落在绝缘隔离物底部的情况。如果夹具的夹持角α在20°＜α＜50°(绝对值)的范围内，则入射角θ在0°＜α＜50°的范围内，并且完全被夹具反射的离子束并没有直接入射到电极上，但是它会频繁地轰击处理室的内壁或其它部分。虽然轰击处理室的内壁或其它部分的离子束被进一步反射并入射到电极上，但是由于离子束的能量被显著地减小，因此掉落的溅射材料很小。入射角在这个情况或45°的夹持角下变得最小。在这种情况下，完全反射的离子束由于从垂直方向轰击处理室的内壁或其它部分，因此几乎不反射到电极上，并且落到绝缘隔离物上的数量也很小。因此，认为与1一样小的开口率是可接受的。

如果夹具的夹持角α在45°＜α＜90°(绝对值)的范围内，则入射角θ在0°＜α＜90°的范围内，并且由于处理室的内壁或者其它部分上离子束轰击的位置和电极之间的距离变大，实际落到绝缘隔离物上的量比夹持角α在0°＜α＜45°(绝对值)的范围内的情况下估计要更小。因此如果夹具的夹持角α在0°＜α＜90°(绝对值)的范围内，能减小进入绝缘隔离物的沟槽部分底部的溅射材料的量，并且能通过根据使用的夹具的夹持角改变开口率来延长放电维持间隔。

在图6中，示出了入射角(见图6中的角度θ)的绝对值和开口率(即沟槽部分的宽度和深度的比率)之间的关系。本专利申请的发明者发现了如果满足图6中阴影区域表示的情况，就可以防止溅射或者蚀刻材料附着到沟槽部分的底部上。

尽管在该实施例中，通过例子的形式描述了仅形成一个沟槽部分21b的配置，但是沟槽部分的数量和沟槽部分形成的位置并不局限于那些已经说明的模型。例如，沟槽部分可以具有如图4B或图4C中示出的形状。图4B示出了沟槽部分21b形成在两端部分上的情形。在绝缘隔离物21夹在栅格之间的情形下，这些在两端部分上的沟槽部分实际上用作在栅格表面和绝缘隔离物21的非沟槽部分之间限定的沟槽。图4C示出了在绝缘隔离物21的侧面上形成多个沟槽部分的情况。由于在绝缘隔离物上存在多个沟槽部分，能避免在沟槽部分上的薄膜的附着，即使附着薄膜形成在绝缘隔离物的表面，以及能防止通过绝缘隔离物的短路。另外，如图5A或5B的截面图所示，可以在沟槽部分的开口部分的边缘处形成平坦或弯曲的斜面。通过形成这样的斜面，可以避免绝缘隔离物的破坏。

虽然在该实施例中的绝缘隔离物具有基本上圆柱形的外部形状，但是根据本发明的绝缘隔离物的形状并不局限于圆柱形状。绝缘隔离物可以具有各种形状如正方形或具有增大直径部分的形状。虽然在该实施例中，沟槽部分具有在绝缘隔离物的轴线横截面上的正方形状，这并不重要。也可以采用其它类型的沟槽部分，该沟槽部分沿着绝缘隔离物的整个周围在它的与面对栅格的表面不同的表面上形成，并在横截面中具有沿着与离子束抽取方向不同的方向形成的沟槽。通过沟槽部分都以起点和终点重合的形式沿着绝缘隔离物的周围形成，可以可靠地防止彼此相对的沟槽的上表面和下表面之间的表面附着薄膜的接触。

接着，将描述根据本发明的第二实施例的绝缘隔离物。根据该实施例的使用绝缘隔离物的离子束装置的结构和第一实施例中描述的相同，因此省略其描述。在下面的描述中，与第一实施例有关的那些描述相同的部分将用同样的标号表示。

图7示意性地示出了固定装置的结构，该固定装置用于以预定间隔固定第一到第三栅格15、16、17，并根据第二实施例固定栅格之间的绝缘隔离物。该固定装置120包括绝缘隔离物121、绝缘构件23、绝缘帽25、螺丝杆27和沟槽垫圈29。绝缘隔离物121是具有平行端面的圆盘状构件，并由绝缘材料如氧化铝形成。绝缘隔离物121具有具备预定直径的通孔121a，该通孔穿过其上表面和下表面并形成在其中心。圆盘的厚度与栅格之间的距离相应。绝缘构件23是基本圆柱形的构件，包括具有能够穿过绝缘隔离物121的通孔121a的外径的轴部分23a和具有在其一端形成的增大直径的增大直径部分23b。绝缘构件23具有沿着轴线方向穿过其的穿孔23c。在该实施例中，绝缘隔离物121同样提供在栅格15的等离子体产生室侧上(也就是，在不同于面对栅格16的表面的栅格15的表面)。然而，如果需要小型化固定装置，可以删去这个隔离物121。

在第一到第三栅格15、16、17上，分别形成直径基本上等于绝缘隔离物中的通孔121a的直径的孔15c、16c和17c。当固定栅格时，栅格和多个隔离物交替排列，绝缘构件23通过通孔21a和孔15c、16c和17c插入，以便定位这些部分。另外，绝缘隔离物121也设置在邻近等离子体产生室3的第一栅格15的等离子体产生室侧面上。在这种情况下螺丝杆27通过绝缘构件23的穿孔23c插入，并且绝缘帽25利用之间的沟槽垫圈29固定在螺丝杆27的两端。因此，保持并固定了栅格和多个绝缘隔离物。与此有关，虽然在该实施例中绝缘帽25的表面暴露在减压空间中，但是可以附加地在其表面设置金属帽以保护绝缘帽和其它构件不受通过溅射的导电薄膜的附着，从而进一步避免发生绝缘失效。通过使用上述固定装置，绝缘构件可以夹在栅格之间。另外，栅格间隔可以根据需要通过改变绝缘隔离物的厚度而改变。此外，除了控制栅格的间隔，还可以根据需要通过从具有不同介电常数的如下材料中选择绝缘隔离物21的材料来调节栅格之间的电容量：例如石英、可加工陶瓷、碳氟化合物树脂和聚酰亚胺树脂。

在该实施例中，通过绝缘隔离物圆盘121的上表面和下表面的通孔的预定直径设计成基本上等于或者稍小于栅格的小孔的直径。具有这些特征，绝缘隔离物121能够很容易地通过绝缘构件23固定。圆盘的上表面和下表面的尺寸比栅格的小孔的尺寸更大，并且圆盘设置在与邻近的小孔的边缘隔开预定距离的位置上，以使得它不会对通过邻近的小孔抽取的离子束施加任何影响。在图8中示出从离子抽取方向上看的栅格。在图8中，固定构件连接在中心小孔15b₁上。沟槽垫圈29和绝缘隔离物121以它们的边缘和小孔15b₂的周围隔开预定距离L的方式设置。因此，固定装置和绝缘隔离物可以在通过固定装置形成小孔的任何位置设置。

绝缘隔离物121的上表面和下表面(即，圆盘的端面)是彼此平行的平坦表面，并可以通过将固定装置以每个栅格与平坦表面彼此靠近接触的方式固定到栅格上，保持栅格之间的距离始终恒定。这些平坦表面与圆盘的侧面相比具有充足的区域，并当通过喷砂工艺或者其它工艺去除附着在侧面上的薄膜时，可以应用该工艺且不会导致例如平坦表面变形的破坏。因此，即使当实施去除附着薄膜的操作时，在去除操作前后，栅格之间的距离都能保持恒定。

如有关第一实施例的描述，沟槽部分可以沿着绝缘隔离物121的整个周围形成在它的侧面上。很难发生沟槽部分的底部上的薄膜附着。因此，通过采用上述结构，延长了由于附着薄膜而引起的绝缘隔离物的绝缘性能的恶化所需的时间。这导致了附着薄膜去除操作的频率减小或绝缘隔离物的替换频率减小的有益效果。

在该实施例中，已经描述了一种固定装置，其适合于利用绝缘构件23、螺丝杆27、绝缘帽25和沟槽垫圈29来固定绝缘隔离物121和栅格15至17。然而，本发明并不局限于该具体实施例，还可以例如利用具有在其末端的螺丝杆和螺帽等、由接合在其上的绝缘材料形成的绝缘构件23固定该绝缘隔离物。

接着，将描述根据本发明的第三实施例的绝缘隔离物。使用了根据该实施例的绝缘隔离物的离子束装置的结构和第二个实施例中描述的部分相同，在此将省略其描述。在下面的描述中，与有关第一实施例的那些描述相同的部分将用相同的标号来表示。

虽然在第二实施例中，使用了圆盘状第一绝缘构件121并将它局部地夹在栅格之间，这个特征对于本发明不是很重要。例如，可以删去夹在栅格之间的第一绝缘构件，或者第一绝缘构件可以制造成具有与多个小孔15b对应的小孔221c′的板状构件。并且，第一绝缘材料可以构造成基本上圆盘状的构件，该构件具有基本上等于栅格的直径并具有与栅格的小孔对应的小孔。本发明的第三实施例具有该结构。图9示出了在已装配状态下的栅格和绝缘构件的侧视图。由于第一绝缘构件221′具有所示结构，可以更加精确地控制栅格之间的电容量。绝缘构件221′构成了与等离子体相对的由绝缘材料形成的平坦表面。因此，等离子体通过由绝缘表面形成的层变形为平板形状。因此，认为能够得到在与绝缘构件221′对应的区域上离子基本均匀的等离子体。

进一步，如图10中所示，在其中心部分处形成有小孔221c的第一绝缘构件221可以分别设置在邻近的栅格之间和与等离子体面对的栅格的表面上。在这种情况下，小孔221c的尺寸设计成基本上等于小孔15c的尺寸。另外，在这种情况下，第一绝缘构件221通过例如利用粘合剂固定在预定的位置上。如上所述，通过局部设置第一绝缘层221，可以在加宽的范围内信赖地并更精确地进行栅格之间的电容量的控制和通过形成特定层的等离子体的形状的控制。

在该实施例中，使用利用例如由不锈钢制成的螺丝杆的固定装置，以及本发明的主要特征在于利用第二绝缘构件定位栅格和第一绝缘构件并附加固定这些构件以便固定栅格和第一绝缘构件的结构。因此，优选修改螺丝杆等用于固定这些构件。虽然该实施例的结构包括三个栅格，但所用栅格的数量并不局限与此，该结构可以包括两个或多于三个的栅格。

接着，将描述利用使用离子束辐照装置的铣削装置进行试验的结果，在离子束辐照装置中使用了上述绝缘构件，特别是根据第二实施例的绝缘隔离物。除了上述结构，铣削装置基本上包括如用于传送将被处理的物品的传送系统的配置。然而，附加的结构并没有直接涉及到本发明，涉及到本发明的装置的主要结构基本上和上述相同。因此，将省略其描述。在这个例子中，将被处理的物品13是形成在具有6英寸直径的硅晶片上的氧化铝薄膜。铣削的结果可以通过利用光学干涉测量装置测量铣削前后的氧化铝薄膜的差别而得到。

在铣削处理中，将被处理的物品13相对于离子束以0°角度设置，也就是说以离子束垂直入射到其上的方式取向将被处理的物品13。在铣削上的处理压强为1.33^-2Pa。作为等离子体源，氩气以10到20sccm的流速引入等离子体产生室中，并且气体通过ICP方法进行放电。对于用于加速的栅格，施加700V的电压以便流过1100mA的加速电流，对于用于减速的中间栅格，施加-400V的电压。

在这个例子中，在没有使用根据本发明的固定装置的情况下，首先观察通过离子铣削去除之后氧化铝的情况。结果，观察到在6英寸的处理区域中铣削率变化了4.0-6.0％。随后，将固定装置(绝缘隔离物)设置在与处理区域中的部分对应的栅格的部分上，在该区域中铣削率很低以便于校正和稳定栅格的间隔。

在此之后，在这样的状态下再次利用装置进行离子铣削，并测量铣削率的变化。结果，发现铣削率的变化已经被改善到1.0-3.0％。铣削率的平均值在设置固定装置前后基本上相同。在传统的减小变化的方法中，铣削率变为最低铣削率，并且它遇到铣削率的显著降低。相比较，可以证实根据本发明，改善了铣削率的变化，而没有造成铣削率的降低，并且在等离子体中的离子被有效地用于铣削。

下表1和图11示出了在传统结构的情况下和在应用了本发明的情况下，通过使用光学干涉仪得到的离子铣削率的分布的具体测量结果，用于施加在150mm的硅晶片上形成的氧化铝薄膜上的铣削过程。

表1

测量点	1	2	3	4	5	6	7
								现有技术	830.9	855.2	849.2	852.4	853.1	853.0	855.1
本发明	854.0	851.4	824.3	848.8	859.5	858.9	862.2

8	9	10	11	12	13	14	15
								870.3	863.9	852.0	852.3	846.7	842.5	846.8	850.1
873.5	860.6	853.3	841.7	827.0	829.3	831.1	842.0

表1中的数字表示对于任意的十五个测量点，在预定时间的铣削操作后，通过光学干涉仪测量的以埃为单位的铣削量。在图11中，增加了测量点，并且用等高线表示铣削量的不同。可以从图11理解，通过实施本发明，晶片的中心部分中的奇异点消失了。同样也可以看到铣削量的变化减小了。

下面的表2表示在现有技术配置的情况下和应用了本发明的情况下，铣削率以及它们变化的程度相对于与离子束辐照方向有关的夹具的夹持角的关系。

表2

	现有技术		本发明
					夹持角	铣削率	均匀性	铣削率	均匀性
0°	321.6A/min	4.68％	318.2A/min	2.74％
					-30°	516.8A/min	6.06％	501.5A/min	3.95％
-45°	679.9A/min	4.16％	668.9A/min	3.35％
					-70°	483.4A/min	9.54％	484.0A/min	4.69％

从表2可以理解，通过实施本发明，不论夹持角是否改变，都可以使得铣削量更均匀。另外，可以证实当实施本发明时，铣削率基本上等于现有技术中的铣削率。

在上述实施例中，本发明应用到离子铣削装置中。然而，本发明的应用不局限于这种类型的装置。本发明也可以应用于使用真空的不同装置例如离子注入装置、离子束淀积装置、离子束溅射装置或者CVD装置。另外，虽然在上述实施例中将被处理的物品是氧化铝薄膜，也能处理不同的薄膜例如陶瓷薄膜、金属薄膜或有机薄膜。

Claims (23)

1.一种离子束辐照装置，包括：

等离子体产生室，在其内部产生等离子体；

处理室，与所述等离子体产生室连接；

多个栅格，设置在所述等离子体产生室和所述处理室之间，用于从所述等离子体产生室中抽取所述等离子体中的离子到所述处理室，每个所述栅格具有多个小孔；以及

绝缘隔离物，设置在所述栅格之间，用于防止所述栅格彼此电接触；

其中沿着所述绝缘隔离物的整个周围，在所述绝缘隔离物的与邻接所述栅格的表面不同的表面上形成沟槽部分，所述沟槽部分在沿着所述绝缘隔离物的轴线方向的横截面中表现为在与所述离子束抽取方向不同的方向上形成的凹陷。

2.根据权利要求1的离子束辐照装置，其中所述沟槽部分在所述绝缘隔离物的横截面中表现为在与所述离子束抽取方向垂直的方向上形成的凹陷。

3.根据权利要求2的离子束辐照装置，其中将限定所述凹陷的开口的所述沟槽部分的边缘部分倒角。

4.根据权利要求1的离子束辐照装置，其中所述绝缘隔离物具有圆柱形状，以及所述沟槽部分形成于所述圆柱形状的侧面上。

5.根据权利要求1的离子束辐照装置，其中所述凹陷的开口与所述凹陷的深度的比率等于或者大于1。

6.一种离子铣削装置，包括：

根据权利要求1至5中任何一个的离子束辐照装置；以及

夹具，设置在所述处理室中，用于在利用所述抽取离子进行辐照的位置夹住将被处理的物品。

7.一种在离子束辐照装置中使用的绝缘隔离物，该离子束辐照装置包括：

等离子体产生室，在其内部产生等离子体；

处理室，与所述等离子体产生室连接；以及

多个栅格，设置在所述等离子体产生室和所述处理室之间，用于抽取所述等离子体中的离子，每个所述栅格具有多个小孔；

所述绝缘隔离物，设置在所述多个栅格之间，用于防止所述栅格彼此电接触；

其中沿着所述绝缘隔离物的整个周围，在所述绝缘隔离物的与邻接所述栅格的表面不同的表面上形成沟槽部分，所述沟槽部分在沿着所述绝缘隔离物的轴线方向的横截面中表现为在与所述离子束抽取方向不同的方向上形成的凹陷。

8.根据权利要求7的绝缘隔离物，其中所述沟槽部分在所述绝缘隔离物的横截面中表现为在与所述离子束抽取方向垂直的方向上形成的凹陷。

9.根据权利要求8的绝缘隔离物，其中将限定所述凹陷的开口的所述沟槽部分的边缘部分倒角。

10.根据权利要求7的绝缘隔离物，其中所述绝缘隔离物具有圆柱形状，以及所述沟槽部分形成于所述圆柱形状的侧面上。

11.根据权利要求7的绝缘隔离物，其中所述凹陷的开口与所述凹陷的深度的比率等于或者大于1。

12.一种离子束辐照装置，包括：

等离子体产生室，在其内部产生等离子体；

处理室，与所述等离子体产生室连接；

多个栅格，设置在所述等离子体产生室和所述处理室之间，用于从所述等离子体产生室中抽取所述等离子体中的离子到所述处理室，每个所述栅格具有多个小孔；以及

绝缘隔离物，设置在所述栅格之间，用于防止所述栅格彼此电接触；

其中所述绝缘隔离物具有圆盘形状，所述圆盘形状具有上表面和下表面以及穿过所述上表面和下表面的通孔，所述通孔具有等于或稍大于所述栅格的小孔的内径，以及所述圆盘形状的外径具有这样的尺寸，以至于所述绝缘隔离物不会影响穿过与在其上固定有所述绝缘隔离物的小孔邻近的小孔的离子。

13.根据权利要求12的离子束辐照装置，其中沿着所述绝缘隔离物的整个侧面形成沟槽部分，所述沟槽部分在沿着所述绝缘隔离物的轴线方向的横截面中表现为在与所述离子束抽取方向垂直的方向上形成的凹陷。

14.一种离子铣削装置，包括：

根据权利要求12或13的离子束辐照装置；

处理室，在其中引入从所述离子束辐照装置中抽取的离子；以及

夹具，设置在所述处理室中，用于在利用所述抽取离子进行辐照的位置夹持将被处理的物品。

15.一种在离子束辐照装置中使用的绝缘隔离物，该离子束辐照装置包括：

等离子体产生室，在其内部产生等离子体；

处理室，与所述等离子体产生室连接；以及

多个栅格，设置在所述等离子体产生室和所述处理室之间，用于抽取所述等离子体中的离子，每个所述栅格具有多个小孔；

所述绝缘隔离物，设置在所述多个栅格之间，用于防止所述栅格彼此电接触；

其中所述绝缘隔离物具有圆盘形状，所述圆盘形状具有上表面和下表面以及穿过所述上表面和下表面的通孔，所述通孔具有等于或稍大于所述栅格的小孔的内径，以及所述圆盘形状的外径具有这样的尺寸，以至于所述绝缘隔离物不会影响穿过与在其上固定有所述绝缘隔离物的小孔邻近的小孔的离子。

16.根据权利要求15的用于离子束辐照装置的绝缘隔离物，其中沿着所述绝缘隔离物的整个侧面形成沟槽部分，所述沟槽部分在沿着所述绝缘隔离物的轴线方向的横截面中表现为在与所述离子束抽取方向垂直的方向上形成的凹陷。

17.一种离子束辐照装置，适合通过在多个栅格上形成的小孔来抽取包含在等离子体产生室中产生的等离子体中的离子以产生离子束，包括：

绝缘构件，设置在所述多个栅格之间或邻近所述等离子体产生室的栅格的等离子体产生室侧面上，以及设置在与抽取所述辐照离子束的区域对应的部分栅格上；

其中所述小孔以对准预定方向的方式设置在所述多个栅格上，以及所述绝缘构件具有这样的形状，当设置所述绝缘构件时不会影响所述小孔的对准。

18.根据权利要求17的离子束辐照装置，其中所述设置在所述栅格之间的绝缘构件包括具有与所述栅格的小孔对准的小孔的薄片状构件，以及通过所述绝缘构件将所述多个栅格之间的电容量调节到预定值。

19.根据权利要求18的离子束辐照装置，其中所述绝缘构件具有与所述栅格对应的基本上圆盘的形状。

20.根据权利要求17的离子束辐照装置，其中所述设置在邻近所述等离子体产生室的所述栅格的所述等离子体产生室侧面上的绝缘构件，包括具有与所述栅格上的小孔对准的小孔的薄片状构件，以及所述绝缘构件通过自偏置形成平坦的离子层。

21.根据权利要求20的离子束辐照装置，其中所述绝缘构件具有与所述栅格对应的基本上圆盘的形状。

22.根据权利要求17的离子束辐照装置，其中所述设置在邻近所述等离子体产生室的所述栅格的所述等离子体产生室侧面上的绝缘构件，设置在与这样的区域对应的位置上，在该区域中在没有设置所述绝缘构件的情况下抽取的离子束中离子数量小。

23.一种离子铣削装置，包括：

根据权利要求17至22的任何一个的离子束辐照装置；

处理室，在其中引入从所述离子束辐照装置中抽取的离子；以及

夹具，设置在所述处理室中，用于在利用所述抽取离子进行辐照的位置夹持将被处理的物品。

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