JP2002216653A - Ion beam distribution control method and ion beam processing apparatus - Google Patents

Ion beam distribution control method and ion beam processing apparatus

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JP2002216653A
JP2002216653A JP2001014021A JP2001014021A JP2002216653A JP 2002216653 A JP2002216653 A JP 2002216653A JP 2001014021 A JP2001014021 A JP 2001014021A JP 2001014021 A JP2001014021 A JP 2001014021A JP 2002216653 A JP2002216653 A JP 2002216653A
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JP
Japan
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ion beam
ion source
plasma
electrode
ion
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Japanese (ja)
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Kazutoshi Tsuchiya
一俊 土屋
Satoshi Ichimura
智 市村
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ion beam distribution control method and an ion beam processing apparatus that can easily control a pulling-out ion beam even under processing and can obtain a uniform ion beam or an ion beam having a predetermined distribution. SOLUTION: This ion beam processing apparatus comprises an ion source 1 having a pulling-out electrode 20 for generating a plasma 50 and pulling out an ion beam from the plasma 50, and a processing room 7 for applying an ion beam process to the substrate 40 by irradiating the ion beam pulled out by the pulling-out electrode 20 to the substrate 40 sustaining the substrate 40. In this ion beam processing apparatus, an electrode 26 in the center of the face opposed to the pulling-out electrode 20 within the ion source 1 and an electrode 27 along the inner radius are arranged. A magnetic field having a vector in the direction of the axis is formed within the ion source 1 and each potential of the electrodes 26, 27 is individually controlled by power supplies 36, 37 independently from the pulling-out electrode 20.

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、イオンビームエッ
チング、イオンビームスパッタ等におけるイオンビーム
分布制御方法、およびイオンビーム処理装置に関するも
のである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ion beam distribution control method in ion beam etching, ion beam sputtering and the like, and an ion beam processing apparatus.

【0002】[0002]

【従来の技術】この種のイオンビーム処理装置の従来技
術としては、例えば、図15に示すように、プラズマを
生成しイオンを引出すイオン源1と、引出したイオンを
照射して基板等に加工処理を施す処理室7とを備えたイ
オンミリング装置がある。このイオンビーム処理装置に
は、通常、2枚〜3枚の多孔電極板20a〜20cから
なる引出し電極20が設けられ、この引出し電極20は
イオン源1内のプラズマ50からイオンを引出す。な
お、引出し電極20及びそれらに接続する電気回路(図
省略)を総称してビーム引出し系と呼ぶ。
2. Description of the Related Art As a prior art of this type of ion beam processing apparatus, as shown in FIG. 15, for example, as shown in FIG. 15, an ion source 1 for generating plasma and extracting ions, and irradiating the extracted ions to process the substrate or the like. There is an ion milling apparatus including a processing chamber 7 for performing processing. The ion beam processing apparatus is generally provided with an extraction electrode 20 composed of two to three porous electrode plates 20 a to 20 c, and the extraction electrode 20 extracts ions from the plasma 50 in the ion source 1. The extraction electrodes 20 and an electric circuit (not shown) connected to them are collectively called a beam extraction system.

【0003】このようなイオンビーム処理装置に対し
て、要求される主な特性はビームの均一性である。ビー
ム分布は装置の原理上、イオン源内部のプラズマ分布、
及び引出し電極によるビーム引出し系に依存する。ビー
ム引出し系はプラズマ分布に対して一種のフィルタの作
用を及ぼし、ビーム分布はプラズマ分布にこのフィルタ
をかけた形となる。このことから、均一なビームを得る
方法は大きく分けて三通りある。一つ目はイオン源内の
プラズマ分布を均一化する方法。二つ目はビーム引出し
系による調整。三つ目は引出したビームを直接修正する
方法である。
A major characteristic required for such an ion beam processing apparatus is beam uniformity. Due to the principle of the device, the beam distribution is the plasma distribution inside the ion source,
And a beam extraction system using an extraction electrode. The beam extraction system acts as a kind of filter on the plasma distribution, and the beam distribution is obtained by applying the filter to the plasma distribution. From this, there are roughly three methods for obtaining a uniform beam. The first method is to make the plasma distribution in the ion source uniform. The second is adjustment by the beam extraction system. The third method is to directly modify the extracted beam.

【0004】イオン源において大口径均一プラズマを生
成することは古くから研究されてきた。すなわち、一つ
目のプラズマ分布を均一化することである。図15に示
したイオンビーム処理装置のイオン源部はバケット型と
呼ばれるもので、カスプ磁場を用いてプラズマの閉じ込
めをよくすることで、大口径で、比較的均一なプラズマ
を生成する。しかし、バケット型の主たる目的はプラズ
マの閉じ込め効率を上げ、高密度プラズマを生成するこ
とにあり、その分布は任意に決まる。すなわち、生成さ
れたプラズマは比較的均一ではあるが、それ以上の均一
性は望めない。そのために、プラズマの分布を制御し
て、ビームの分布を均一化する方法が考えられ、たとえ
ば、研究一般では磁場によってプラズマ分布を制御する
ことが行われてきた。プラズマ分布制御は、真空容器を
開放することなくプロセス中に分布を調整することがで
きるメリットがある。
[0004] The generation of large diameter uniform plasmas in ion sources has long been studied. That is, the first plasma distribution is made uniform. The ion source portion of the ion beam processing apparatus shown in FIG. 15 is of a so-called bucket type, and generates a large-diameter, relatively uniform plasma by improving the confinement of plasma using a cusp magnetic field. However, the main purpose of the bucket type is to increase the plasma confinement efficiency and generate high-density plasma, and its distribution is arbitrarily determined. That is, although the generated plasma is relatively uniform, no further uniformity can be expected. For this purpose, a method of controlling the plasma distribution to make the beam distribution uniform has been considered. For example, in general research, the plasma distribution has been controlled by a magnetic field. Plasma distribution control has the advantage that the distribution can be adjusted during the process without opening the vacuum vessel.

【0005】イオン源のプラズマ分布の制御性の難点を
補うために、二つ目の方法として、引出し電極系による
ビーム分布の変化を利用し、プラズマ分布の不均一性を
電極の幾何的パラメータで補い、ビームの均一性を向上
させるという方法もしばしば行われてきた。すなわち、
引出し電極間の間隔をスペーサ等により中央と周辺部で
変化させる方法や、特開平8−129982号公報に見
られる電極の孔密度を中央と周辺部で変化させる方法等
である。
In order to compensate for the difficulty in controlling the plasma distribution of the ion source, as a second method, the change in the beam distribution due to the extraction electrode system is used, and the non-uniformity of the plasma distribution is determined by the geometric parameters of the electrodes. Complementary methods to improve beam uniformity have often been used. That is,
There are a method of changing the interval between the extraction electrodes at the center and the periphery using a spacer or the like, and a method of changing the hole density of the electrode between the center and the periphery as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-129998.

【0006】そして、三つ目の方法として、イオンビー
ム自体に成形加工を施すことも小口径ビームでは用いら
れてきた、磁界レンズ等によるビームの整形がある。
As a third method, there is a method of shaping the ion beam itself by using a magnetic lens or the like, which has been used for a small-diameter beam.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記三つの
従来技術のうち大口径イオン源で実際に採用されている
のは、一つ目と二つ目の方法である。三つ目の方法は、
大口径ビームにおいては巨大な電磁石が必要となり、現
実味が薄く、採用されてはいない。ここでは、一つ目と
二つ目の方法について考える。
Among the above three prior arts, the first and second methods are actually employed in a large-diameter ion source. The third method is
A large-diameter beam requires a huge electromagnet, is not realistic and has not been adopted. Here, we consider the first and second methods.

【0008】まず、一つ目の方法である磁場によるプラ
ズマ分布制御では、動作中に分布調整が行えるものの、
その複雑な現象機構から広範囲にわたる制御や、所望の
分布に調整するのは難しく、実用性に欠けている。しか
も、再現性の保証が困難である。
In the first method, the plasma distribution control using a magnetic field, the distribution can be adjusted during the operation.
It is difficult to control over a wide range and adjust to a desired distribution from the complicated mechanism of phenomena, and it lacks practicality. Moreover, it is difficult to guarantee reproducibility.

【0009】また、二つ目の方法では、引出し電極の作
成はかなりの高額を要し、一回で目標とする均一性が得
られるかどうかも定かではないため、手間がかかる上に
大量の時間と膨大なコストを必要とする。いずれにして
も引出し電極系に手を加える場合、イオンビーム処理装
置を大気開放させねばならず、加工装置としては大きな
時間的損失を生じる。また、加工プロセスによっては、
大電流イオンビームを用いたり、逆に小電流イオンビー
ムを用いるため、イオン源投入パワーの違いからプラズ
マ分布及び電極間隔の分布が変化し、イオンビーム加工
の均一性が損なわれてしまうことがある。このような性
質上、ビーム引出し系による調整は作動条件を変化させ
た場合、すなわち、プラズマ分布が変化した場合、動作
中に分布の補正を行うことは不可能である。
In the second method, the production of the extraction electrode is considerably expensive, and it is not clear whether the target uniformity can be obtained at one time. Requires time and huge costs. In any case, when the extraction electrode system is modified, the ion beam processing apparatus must be opened to the atmosphere, which causes a large time loss for the processing apparatus. Also, depending on the processing process,
Since a high-current ion beam or a low-current ion beam is used, the distribution of the plasma and the electrode spacing changes due to the difference in the power applied to the ion source, and the uniformity of ion beam processing may be impaired. . Due to such a property, when the adjustment by the beam extraction system changes the operating condition, that is, when the plasma distribution changes, it is impossible to correct the distribution during operation.

【0010】本発明の目的は、引出し電極の調整によら
ず、プロセス中でも容易に引出しイオンビームの分布を
制御でき、均一なイオンビーム、もしくは所望の分布の
イオンビームを得ることが可能なイオンビーム分布制御
方法、およびイオンビーム処理装置を提供することにあ
る。
An object of the present invention is to provide an ion beam capable of easily controlling the distribution of the extracted ion beam even during the process without depending on the adjustment of the extraction electrode, and obtaining a uniform ion beam or an ion beam having a desired distribution. It is to provide a distribution control method and an ion beam processing device.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、イオン源内のプラズマ分布の電気的な制
御によって引出しイオンビームの分布を制御し、均一な
イオンビーム、もしくは所望の分布のイオンビームを得
るものである。
In order to achieve the above object, the present invention provides a method for controlling the distribution of an extracted ion beam by electrically controlling the plasma distribution in an ion source to obtain a uniform ion beam or a desired distribution. Is obtained.

【0012】すなわち、本発明は、イオン源でプラズマ
を生成するとともに、該プラズマからイオンビームを引
出し電極によって引出し、その引出したイオンビームを
基板もしくはターゲットに照射して、該基板もしくはタ
ーゲットに対してイオンビーム処理を行う際に、イオン
源内のプラズマ分布もしくはイオン電流分布を操作する
ことで、基板もしくはターゲット上におけるイオンビー
ム分布を制御することを特徴としている。
That is, according to the present invention, a plasma is generated by an ion source, an ion beam is extracted from the plasma by an extraction electrode, and the extracted ion beam is irradiated on a substrate or a target, and the substrate or the target is irradiated with the ion beam. In performing the ion beam processing, the ion beam distribution on the substrate or the target is controlled by manipulating the plasma distribution or the ion current distribution in the ion source.

【0013】イオン源内のプラズマ分布もしくはイオン
電流分布を操作する具体的な方法として、本発明では、
イオン源の内部にプラズマに面して複数の電極を設ける
とともに、該電極間の電流経路と交差する磁力線を持つ
磁場を補助的に印加し、電極間に生起した電界によって
プラズマ分布またはイオン電流分布を操作することを特
徴としている。
As a specific method for operating the plasma distribution or the ion current distribution in the ion source, the present invention provides:
A plurality of electrodes are provided inside the ion source facing the plasma, and a magnetic field having lines of magnetic force intersecting the current path between the electrodes is applied supplementarily, and the plasma distribution or the ion current distribution is generated by the electric field generated between the electrodes. Is operated.

【0014】また、本発明は、プラズマを生成するとと
もに、該プラズマからイオンビームを引出す引出し電極
を有するイオン源と、基板もしくはターゲットを保持
し、引出し電極によって引出されたイオンビームを基板
もしくはターゲットに照射して、基板もしくはターゲッ
トに対してイオンビーム処理を行う処理室とを備えたイ
オンビーム処理装置において、イオン源はその内部に引
出し電極に垂直な成分を持つ磁場を有するとともに、イ
オン源の内部で引出し電極との対向面中央、およびイオ
ン源の側壁自体として、もしくはその内側にそれぞれ電
極を設置し、かつ各電極の電位は引出し電極とは独立し
て、さらに各々の大小関係を任意に操作することができ
る電位操作手段を設けたことを特徴としている。なお、
高周波またはマイクロ波によってプラズマを生成するイ
オンビーム処理装置にも、本発明は適用できる。
The present invention also provides an ion source having an extraction electrode for generating a plasma and extracting an ion beam from the plasma, a substrate or a target, and applying the ion beam extracted by the extraction electrode to the substrate or the target. An ion beam processing apparatus having a processing chamber for irradiating the substrate or target with an ion beam, wherein the ion source has a magnetic field having a component perpendicular to the extraction electrode therein, The electrodes are installed either as the center of the surface facing the extraction electrode and the side wall itself of the ion source, or inside the ion source, and the potential of each electrode is independently controlled from the extraction electrode, and the magnitude relationship between them is arbitrarily operated. And a potential operating means capable of performing the operation. In addition,
The present invention is also applicable to an ion beam processing apparatus that generates plasma by high frequency or microwave.

【0015】また、本発明は、螺旋状に巻かれたコイル
アンテナが容器外周面に設けられ、コイルアンテナに高
周波電力を供給することによって容器内にプラズマを生
成するとともに、該プラズマからイオンビームを引出す
引出し電極を有するイオン源と、基板もしくはターゲッ
トを保持し、引出し電極によって引出されたイオンビー
ムを基板もしくはターゲットに照射して、基板もしくは
ターゲットに対してイオンビーム処理を行う処理室とを
備えたイオンビーム処理装置において、イオン源はその
内部に引出し電極と垂直な成分を持つ磁場が形成され、
イオン源の内部には引出し電極との対向面中央、および
イオン源の内周に沿ってそれぞれ電極が設置され、前記
両電極のうちイオン源の内周に沿って設置された電極
は、コイルアンテナの軸方向に沿ってスリットを有する
円筒状電極、もしくはコイルアンテナの軸方向に伸びた
短冊状電極で形成され、さらに各電極の電位は引出し電
極とは独立して各々の大小関係を任意に操作することが
できる電位操作手段が設けられていることを特徴として
いる。
Further, according to the present invention, a spirally wound coil antenna is provided on the outer peripheral surface of a container, and plasma is generated in the container by supplying high frequency power to the coil antenna, and an ion beam is generated from the plasma. An ion source having an extraction electrode to be extracted, and a processing chamber for holding a substrate or a target, irradiating the substrate or target with an ion beam extracted by the extraction electrode, and performing ion beam processing on the substrate or the target. In the ion beam processing apparatus, the ion source forms a magnetic field having a component perpendicular to the extraction electrode inside the ion source,
Inside the ion source, electrodes are respectively installed along the center of the surface facing the extraction electrode, and along the inner periphery of the ion source. Of the two electrodes, the electrode installed along the inner periphery of the ion source is a coil antenna. Is formed of a cylindrical electrode with a slit along the axial direction of the electrode, or a strip-shaped electrode extending in the axial direction of the coil antenna, and the potential of each electrode is arbitrarily controlled independently of the extraction electrode. And a potential operating means that can perform the operation.

【0016】また、本発明は、平面渦巻状に巻かれたコ
イルアンテナが容器上面に設けられ、コイルアンテナに
高周波電力を供給することによって容器内にプラズマを
生成するとともに、該プラズマからイオンビームを引出
す引出し電極を有するイオン源と、基板もしくはターゲ
ットを保持し、引出し電極によって引出されたイオンビ
ームを基板もしくはターゲットに照射して、基板もしく
はターゲットに対してイオンビーム処理を行う処理室と
を備えたイオンビーム処理装置において、イオン源はそ
の内部に引出し電極と垂直な成分を持つ磁場を有すると
ともに容器側壁が電極を形成し、イオン源の内部で引出
し電極との対向面中央に電極を設置し、かつ容器側壁お
よび電極の電位は引出し電極とは独立して各々の大小関
係を任意に操作することができる電位操作手段を設けた
ことを特徴としている。
Further, according to the present invention, a coil antenna wound in a plane spiral is provided on the upper surface of a container, and plasma is generated in the container by supplying high frequency power to the coil antenna, and an ion beam is generated from the plasma. An ion source having an extraction electrode to be extracted, and a processing chamber for holding a substrate or a target, irradiating the substrate or target with an ion beam extracted by the extraction electrode, and performing ion beam processing on the substrate or the target. In the ion beam processing apparatus, the ion source has a magnetic field having a component perpendicular to the extraction electrode inside the container, and the side wall of the container forms an electrode, and the electrode is installed at the center of the surface facing the extraction electrode inside the ion source, In addition, the potentials on the side wall of the container and the electrodes can be controlled independently of the size of the electrodes independently of the extraction electrodes. It is characterized in that a potential operation means capable.

【0017】さらに、本発明では、イオンビームの分布
状態を計測する計測手段と、計測手段からの計測結果に
基づいて電位調整手段の電位調整量を制御する制御手段
とを設けることができる。
Further, according to the present invention, it is possible to provide a measuring means for measuring the distribution state of the ion beam, and a control means for controlling the potential adjustment amount of the potential adjusting means based on the measurement result from the measuring means.

【0018】ここで、本発明の原理を図1を用いて説明
する。図1において、(a)は本発明の電界制御の基と
なる磁力線と電子の動きを説明したものであり、(b)
はそれによって生じるプラズマ内の電位分布である。
(c)はA−A’断面における電位分布とイオンの動き
を示したものであり、(d)はA−A’断面におけるイ
オン電流分布すなわち引出しビーム分布の形状を示した
ものである。本発明は図15に示したようなイオンビー
ム処理装置のイオンビームの制御に際し、イオン源内プ
ラズマ分布の制御によってこれを達成するものであるか
ら、図1はイオン源部のみを示したものである。説明の
都合上、イオン源としては、螺旋状のRFアンテナ29
によってプラズマ50を生起する誘導結合型イオン源を
用いる。RFアンテナ29はプラズマ50を生起するた
めのものであって、磁場を生成するためのものではな
い。なお、原理が適用できればイオン源のプラズマ生成
方式には依存しない。
Here, the principle of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 1, (a) illustrates the movement of magnetic field lines and electrons, which is the basis of the electric field control of the present invention, and (b)
Is the resulting potential distribution in the plasma.
(C) shows the potential distribution and the movement of ions in the AA 'section, and (d) shows the ion current distribution, that is, the shape of the extraction beam distribution in the AA' section. Since the present invention achieves this by controlling the plasma distribution in the ion source when controlling the ion beam of the ion beam processing apparatus as shown in FIG. 15, FIG. 1 shows only the ion source section. . For convenience of explanation, a spiral RF antenna 29 is used as the ion source.
An inductively coupled ion source that generates a plasma 50 is used. The RF antenna 29 is for generating a plasma 50, not for generating a magnetic field. Note that, if the principle can be applied, it does not depend on the plasma generation method of the ion source.

【0019】本発明の必要構成は、イオン源のビーム引
出し面に対し、垂直方向を軸方向とし、イオン源が軸方
向に伸びた柱状であると仮定すると、図1(a)に示す
よう、軸方向成分を持った磁場を有し、かつイオン源1
内には引出し電極20と対向する面の中央にイオン源1
の直径よりも小さい電極26が設けられ、イオン源1の
側壁内周にも筒状の電極27が設けられている。周上に
配置されれば、電極27はイオン源1の筐体でもかまわ
ない。これらの電極26,27はそれぞれプラズマ分布
制御電極A,Bと呼ぶこととする。ただし、電極26,
27はそれぞれ引出し電極20aとは絶縁され、別個に
電位を操作できることが必要である。電極26は小型の
板状もしくは中心軸上に伸びた棒状のものが望ましい。
The required configuration of the present invention is as follows. Assuming that the direction perpendicular to the beam extraction surface of the ion source is the axial direction and the ion source is a columnar shape extending in the axial direction, as shown in FIG. An ion source 1 having a magnetic field having an axial component
The ion source 1 is located in the center of the surface facing the extraction electrode 20.
Is provided, and a cylindrical electrode 27 is also provided on the inner periphery of the side wall of the ion source 1. If arranged on the circumference, the electrode 27 may be the housing of the ion source 1. These electrodes 26 and 27 are referred to as plasma distribution control electrodes A and B, respectively. However, the electrodes 26,
27 are required to be insulated from the extraction electrode 20a and to be able to independently control the potential. The electrode 26 is desirably a small plate or a rod extending on the center axis.

【0020】続いてプラズマ50の分布の制御方法につ
いて説明する。本発明は上記構成により、イオン源プラ
ズマ50内には径方向の電位勾配、すなわち電界が生起
し、イオンの動きを半径方向に制御することができ、そ
の結果、引出すイオン電流の分布が変わるというもので
ある。分布制御に電位勾配すなわち電界を用い、イオン
の動きにより、分布を制御するという点で、電子の動き
を制御してプラズマ分布を変化させる磁場による分布制
御とは本質的に異なる。プラズマ50内に電位勾配を生
成するために軸方向成分を持つ磁場を用いるが、原理上
補助的に使うのみであり、分布制御法として磁場の可変
性は必ずしも必要ではない。分布の電界制御に関し、よ
り本質的には、必要な磁場は、電極26,27間を結ぶ
電流経路と交差するような磁力線を有する磁場であり、
主に磁力線と垂直方向に電界を生ずる。イオン源1では
径方向に電界を生起したいために、軸方向成分を持った
磁場を用いる。
Next, a method of controlling the distribution of the plasma 50 will be described. According to the present invention, a radial potential gradient, that is, an electric field is generated in the ion source plasma 50 by the above configuration, and the movement of ions can be controlled in the radial direction. As a result, the distribution of the extracted ion current changes. Things. The distribution control is essentially different from the magnetic field control that controls the movement of electrons to change the plasma distribution in that the distribution is controlled by the movement of ions using a potential gradient or an electric field for the distribution control. Although a magnetic field having an axial component is used to generate a potential gradient in the plasma 50, it is only used in principle in an auxiliary manner, and variability of the magnetic field is not necessarily required as a distribution control method. Regarding the electric field control of the distribution, more essentially the required magnetic field is a magnetic field having lines of magnetic force that intersect the current path connecting the electrodes 26, 27,
An electric field is generated mainly in the direction perpendicular to the magnetic field lines. In the ion source 1, a magnetic field having an axial component is used in order to generate an electric field in the radial direction.

【0021】磁場のないプラズマでは、通常、プラズマ
内における電位分布は、図1(c)の(1)〜(3)の
ように壁面シース部を除いてプラズマ内の大半で同電位
となる。この状態ではイオンはほぼ等方的に動く。ここ
で、図1(a)のように軸方向に磁場を与え、中央の電
極26と周上の電極27の間に電位差を与えると、この
磁場により電子の動きが制限され、等価的に半径方向の
電気抵抗が増加し、プラズマ内の電位分布は図1(b)
のようになり、図1(c)の(4)(5)のようにプラ
ズマ内に径方向の電位勾配すなわち電界を生ずる。この
電界によりプラズマ内のイオンは径方向に動き、プラズ
マの分布が変化する。図1中(4)のような条件、すな
わち内側の電極26を高い電位にし、周上の電極27を
低い電位にすると、電位分布は中央で膨らんだ凸型の分
布となり、イオンは半径方向外側に向かって動く。その
結果、図1(d)の(4)に示すように周辺部の高い凹
型のイオン電流分布が得られる。逆に(5)のような条
件、すなわち内側の電極26を低い電位にし、周上の電
極27を高い電位にすると、電位分布は中央で凹んだ凹
型の分布となり、イオンは中央に向かって集まる。その
結果、図1(d)の(5)に示すような中央で高い凸型
のイオン電流分布が得られる。
In a plasma without a magnetic field, the potential distribution in the plasma usually becomes the same in most of the plasma except for the wall sheath portion as shown in (1) to (3) of FIG. In this state, ions move almost isotropically. Here, when a magnetic field is applied in the axial direction as shown in FIG. 1 (a) and a potential difference is applied between the central electrode 26 and the peripheral electrode 27, the movement of electrons is restricted by this magnetic field, and the radius is equivalently increased. The electrical resistance in the direction increases, and the potential distribution in the plasma is shown in FIG.
As shown in (4) and (5) of FIG. 1 (c), a radial potential gradient, that is, an electric field is generated in the plasma. The ions in the plasma move in the radial direction due to this electric field, and the distribution of the plasma changes. When the inner electrode 26 is set to a high potential and the peripheral electrode 27 is set to a low potential in FIG. 1 (4), the potential distribution becomes a convex distribution bulging at the center, and the ions are distributed outward in the radial direction. Move toward As a result, as shown in (4) of FIG. 1D, a high concave ion current distribution in the peripheral portion is obtained. Conversely, when the condition as in (5), that is, when the inner electrode 26 is set to a low potential and the peripheral electrode 27 is set to a high potential, the potential distribution becomes a concave distribution which is concave at the center, and the ions gather toward the center. . As a result, a highly convex ion current distribution at the center as shown in (5) of FIG. 1D is obtained.

【0022】参考までに磁場がない状態で、プラズマ分
布制御電極26,27の電位を変えた場合は、図1
(c)の(1)〜(3)の分布のように、電位はプラズ
マ中でほとんど一定で、端のシース部でのみ勾配がつ
き、電圧の大小に応じて電位が上下するだけである。こ
の状態ではイオンは等方的に動くので、分布制御は行う
ことはできない。
For reference, when the potential of the plasma distribution control electrodes 26 and 27 is changed without a magnetic field, FIG.
As shown in the distributions (1) to (3) of (c), the potential is almost constant in the plasma, the slope is formed only at the sheath portion at the end, and the potential only increases and decreases according to the magnitude of the voltage. In this state, since ions move isotropically, distribution control cannot be performed.

【0023】このように電位分布の変化に伴い、プラズ
マ50内のイオンの分布が変化し、引出し電極20から
引出されるイオンビームの分布を変化させ、最終的に基
板(もしくはターゲット)上のイオンビーム分布を制御
することが可能となる。イオンの引出しに際し、引出し
電流をあげることから、引出し電極20aに対し、イオ
ン源筐体、もしくはイオン源内にある電極に正のバイア
ス電位をかけることが望ましいため、プラズマ制御電極
26と27の両方もしくはどちらか一方は少なくとも引
出し電極20aよりも高い電位とする。プラズマ制御電
極26,27の電位は、必ずしも引出し電極20aの電
位よりも高い必要はないが、引出し電極20aがイオン
源内でもっとも低い電位となることが望ましい。
As described above, with the change in the potential distribution, the distribution of ions in the plasma 50 changes, and the distribution of the ion beam extracted from the extraction electrode 20 changes. It is possible to control the beam distribution. Since the extraction current is increased when extracting ions, it is desirable to apply a positive bias potential to the extraction source electrode 20a to the ion source housing or to an electrode in the ion source. Therefore, both the plasma control electrodes 26 and 27 or Either one has a potential higher than at least the extraction electrode 20a. The potential of the plasma control electrodes 26 and 27 does not necessarily need to be higher than the potential of the extraction electrode 20a, but it is desirable that the extraction electrode 20a has the lowest potential in the ion source.

【0024】[0024]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に従って説明する。 (実施の形態1)本発明に係るイオンビーム処理装置と
して、イオンミリング装置を例にして説明する。図2
は、イオンミリング装置の断面図で、図4はイオンミリ
ング装置のイオン源部分の断面図である。イオンミリン
グ装置は、例えば薄膜磁気ヘッドの製造工程において、
アルミナ膜、磁気コアを構成する磁性膜、コイルを形成
する銅膜の他、金膜、クロム膜、アルチック基板及び各
種レジストをイオンビームによってエッチングするもの
である。イオンミリング装置は、イオン源1と、イオン
源1内のArプラズマ50中のArイオン(Ar)を
イオンビームとして引出すために多数の孔を持った引出
し電極20と、被処理物である基板40の表面をイオン
ビームによってミリングする処理室7とを備えている。
イオン源1は処理室7に連結されており、イオン源1及
び処理室7は真空チャンバを構成している。処理室7に
は排気口6が設けられ、この排気口6から図示していな
い真空ポンプにより、イオン源1及び処理室7内のガス
が真空排気される。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. (Embodiment 1) An ion milling apparatus will be described as an example of an ion beam processing apparatus according to the present invention. FIG.
Is a cross-sectional view of the ion milling apparatus, and FIG. 4 is a cross-sectional view of an ion source part of the ion milling apparatus. An ion milling device is used, for example, in the process of manufacturing a thin-film magnetic head.
In addition to an alumina film, a magnetic film forming a magnetic core, and a copper film forming a coil, a gold film, a chromium film, an Altic substrate, and various resists are etched by an ion beam. The ion milling apparatus includes an ion source 1, an extraction electrode 20 having a number of holes for extracting Ar ions (Ar + ) in an Ar plasma 50 in the ion source 1 as an ion beam, and a substrate to be processed. And a processing chamber 7 for milling the surface of the substrate 40 with an ion beam.
The ion source 1 is connected to the processing chamber 7, and the ion source 1 and the processing chamber 7 constitute a vacuum chamber. An exhaust port 6 is provided in the processing chamber 7, and a gas in the ion source 1 and the processing chamber 7 is evacuated from the exhaust port 6 by a vacuum pump (not shown).

【0025】イオン源1には、図4に示すように、イオ
ン源筐体胴部2にコイルアンテナ29が螺旋状に巻かれ
ており、このコイルアンテナ29にRF電力を供給する
ことで、イオン源1内部にプラズマ50を生成する。コ
イルアンテナ29は整合器38を介してRF電源32に
接続され、コイルアンテナ29には約2MHzの周波数
を持つRF電力が供給されている。イオン源筐体胴部2
は外径300mm、長さ200mm、厚さ5mmの石英
管でできており、上部はSUS製の上部フランジ1aに
よって、下部は下部加速フランジ4によってそれぞれ固
定されている。下部加速フランジ4には支持フランジ2
4が固定され、この支持フランジ24には引出し電極2
0が取り付けられている。
As shown in FIG. 4, in the ion source 1, a coil antenna 29 is spirally wound around the body 2 of the ion source housing. A plasma 50 is generated inside the source 1. The coil antenna 29 is connected to an RF power supply 32 via a matching unit 38, and the coil antenna 29 is supplied with RF power having a frequency of about 2 MHz. Ion source body 2
Is made of a quartz tube having an outer diameter of 300 mm, a length of 200 mm, and a thickness of 5 mm. The upper part is fixed by an upper flange 1a made of SUS, and the lower part is fixed by a lower accelerating flange 4. Support flange 2 on lower acceleration flange 4
4 is fixed, and the extraction electrode 2 is
0 is attached.

【0026】イオン源筐体胴部2によって構成されるプ
ラズマ容器は、図2に示すように、イオン源外壁1b内
に収まっており、このイオン源外壁1bは絶縁物3を介
して下部加速フランジ4に固定されている。また、処理
室の外壁7aも絶縁物5を介して下部加速フランジ4に
固定されている。そして、下部加速フランジ4及びその
上下の絶縁物3,5には排気孔10が貫通して形成さ
れ、イオン源筐体胴部2とイオン源外壁1bとの間の空
間は排気孔10を介して真空排気される。これにより、
イオン源筐体胴部2によって構成されるプラズマ容器は
真空中に入っていることになり、イオン源筐体胴部2は
大気圧に耐える構造である必要はなく、薄い石英管で構
成することができる。また、イオン源外壁1bはSUS
製であり、上部フランジ1aもSUS製であるから、イ
オン源1の周囲はステンレスで囲まれた構造となり、コ
イルアンテナ29からの電磁波の漏れを最小限に抑える
ことができる。
As shown in FIG. 2, the plasma container constituted by the body 2 of the ion source housing is accommodated in the outer wall 1b of the ion source. 4 is fixed. The outer wall 7a of the processing chamber is also fixed to the lower acceleration flange 4 via the insulator 5. An exhaust hole 10 is formed through the lower accelerating flange 4 and the insulators 3 and 5 above and below the lower accelerator flange 4, and a space between the ion source housing body 2 and the ion source outer wall 1 b is formed through the exhaust hole 10. Is evacuated. This allows
Since the plasma container formed by the ion source housing body 2 is in a vacuum, the ion source housing body 2 does not need to have a structure that can withstand atmospheric pressure, and should be formed of a thin quartz tube. Can be. The outer wall 1b of the ion source is made of SUS.
Since the upper flange 1a is also made of SUS, the periphery of the ion source 1 is surrounded by stainless steel, so that leakage of electromagnetic waves from the coil antenna 29 can be minimized.

【0027】上部フランジ1aにはプラズマ生成ガス導
入口8が設けられ、プラズマ生成ガス、例えばArガス
がプラズマ生成ガス導入口8よりイオン源1内に導入さ
れる。上部フランジ1aの下面側には、アルミニウム製
のガス拡散器9が上部フランジ1aとは絶縁されて固定
され、プラズマ生成ガス導入口8より導入されたArガ
スはガス拡散器9によって周辺部に拡散する。
The upper flange 1a is provided with a plasma generating gas inlet 8, and a plasma generating gas, for example, Ar gas is introduced into the ion source 1 from the plasma generating gas inlet 8. A gas diffuser 9 made of aluminum is fixed to the lower surface side of the upper flange 1a while being insulated from the upper flange 1a, and Ar gas introduced from the plasma generating gas inlet 8 is diffused to the peripheral portion by the gas diffuser 9. I do.

【0028】コイルアンテナ29近傍では、イオン源筐
体胴部2内部に生じた誘導電界によって加熱された電子
が、ガス導入管8より導入され拡散してきたガスに衝突
し、プラズマ50を生成する。生成されたプラズマ50
は拡散によってプラズマ室内に一様に拡がる。ガス拡散
器9の下面側には絶縁スペーサ28を介してプラズマ分
布制御電極A26が設けられている。また、イオン源筐
体胴部2の内周には、プラズマ分布制御電極B27が設
けられている。このプラズマ分布制御電極B27は、図
3に示すように、円筒形をなし、その円筒面には軸方向
に沿って複数のスリット27aが形成されている。スリ
ット27aは、コイルアンテナ29とプラズマ分布制御
電極B27が結合して該電極に周方向の誘導電流が流
れ、プラズマ生成電力が損失するのを避けるためであ
る。これらの電極26,27は引出し電極20に対して
それぞれ独立に正または負の電位を与えることができ
る。この電位は、プラズマの電位を規定するとともに引
出し電極20にイオンが流れやすいようにする作用を持
つ。イオン源1の外側上部には磁場生成用の外部コイル
18が設置され、プラズマ室内部に10〜100ガウス
程度の軸方向成分を持った磁場が生成される。
In the vicinity of the coil antenna 29, electrons heated by the induced electric field generated inside the body 2 of the ion source housing collide with the gas introduced and diffused from the gas inlet tube 8, and generate plasma 50. Generated plasma 50
Are spread uniformly in the plasma chamber by diffusion. On the lower surface side of the gas diffuser 9, a plasma distribution control electrode A26 is provided via an insulating spacer. A plasma distribution control electrode B27 is provided on the inner periphery of the body 2 of the ion source housing. As shown in FIG. 3, the plasma distribution control electrode B27 has a cylindrical shape, and a plurality of slits 27a are formed in the cylindrical surface along the axial direction. The slit 27a is provided to prevent the coil antenna 29 and the plasma distribution control electrode B27 from being coupled to each other so that a circumferentially induced current flows through the electrode and the plasma generation power is lost. These electrodes 26 and 27 can independently apply a positive or negative potential to the extraction electrode 20. This potential has the effect of defining the potential of the plasma and making it easier for ions to flow to the extraction electrode 20. An external coil 18 for generating a magnetic field is installed on the upper outside of the ion source 1, and a magnetic field having an axial component of about 10 to 100 Gauss is generated inside the plasma chamber.

【0029】プラズマ分布制御電極A26は電源36
に、またプラズマ分布制御電極B27は電源37にそれ
ぞれ接続され、電源36,37によって、プラズマ分布
制御電極A26またはプラズマ分布制御電極B27に印
加する電圧を制御することができるようになっている。
The plasma distribution control electrode A26 is connected to a power source 36.
Further, the plasma distribution control electrode B27 is connected to a power supply 37, and the voltage applied to the plasma distribution control electrode A26 or the plasma distribution control electrode B27 can be controlled by the power supplies 36 and 37.

【0030】イオン源1下部に設けられた引出し電極2
0は三枚の電極板20a,20b,20cで構成され、
イオン源1に近い側に電極板20aが、処理室7に近い
側に電極板20cが、その中間に電極板20bが配置さ
れている。これら三枚の電極板は厚さ1mmの導体から
なり、直径200mmのイオン引出し領域全面にわたっ
て複数の孔が形成されている。複数の孔の位置は三枚と
も同位置に形成され、イオンはこれらの孔を通して引出
される。上記電極板の材質としては、高融点で、熱伝導
率が大きく、熱膨張係数が小さいことからモリブデンが
好適である。また、これら三枚の電極板は絶縁スペーサ
25によって電気的絶縁を保ちつつ、支持フランジ24
に固定されている。
Extraction electrode 2 provided below ion source 1
0 is composed of three electrode plates 20a, 20b, 20c,
An electrode plate 20a is arranged on the side closer to the ion source 1, an electrode plate 20c is arranged on the side closer to the processing chamber 7, and an electrode plate 20b is arranged in the middle. These three electrode plates are made of a conductor having a thickness of 1 mm, and a plurality of holes are formed over the entire ion extraction region having a diameter of 200 mm. The positions of the plurality of holes are all formed at the same position, and ions are extracted through these holes. As the material of the electrode plate, molybdenum is preferable because of its high melting point, high thermal conductivity, and low thermal expansion coefficient. These three electrode plates are electrically insulated by an insulating spacer 25 while supporting the support flange 24.
Fixed to.

【0031】電極板20aの電位は加速フランジ4及び
支持フランジ24を介して電源装置35により供給され
る。イオン源に近い側の電極20aには600〜100
0V程度の高電圧が、その下側の電極20bには−30
0V程度の負電圧が、図示していない電源からそれぞれ
印加される。処理室7に近い側の電極20cは処理室7
と同じ接地電位に保たれている。これらの電圧によって
引出し電極20a〜20cの間に形成された電界によ
り、プラズマ50から引出されたイオンを加速する。下
部加速フランジ4は高電圧が印加されるため、イオン源
1と処理室7との間に絶縁スペーサ3,5が設けられて
いる。
The potential of the electrode plate 20a is supplied by a power supply 35 via the acceleration flange 4 and the support flange 24. 600 to 100 is applied to the electrode 20a on the side closer to the ion source.
A high voltage of about 0 V is applied to the lower electrode 20b by −30.
A negative voltage of about 0 V is applied from a power supply (not shown). The electrode 20c closer to the processing chamber 7 is
And is kept at the same ground potential. The ions extracted from the plasma 50 are accelerated by the electric field formed between the extraction electrodes 20a to 20c by these voltages. Since a high voltage is applied to the lower acceleration flange 4, insulating spacers 3 and 5 are provided between the ion source 1 and the processing chamber 7.

【0032】処理室7内には、被処理物である基板40
を支持する基板ホルダ41が設置され、また基板40の
帯電によるミリング量の低下、デバイスダメージを防ぐ
ため、引出されたイオンビームを中和する中和電子放出
用のタングステンフィラメント13が設置されている。
タングステンフィラメント13は図示していない電源に
接続されている。なお、基板ホルダ41はイオンビーム
に対して基板40を斜めに支持し、回転させることがで
きる。また処理室7、基板ホルダ41は共に、接地電位
である。
In the processing chamber 7, a substrate 40 as an object to be processed is provided.
Is provided, and a tungsten filament 13 for neutralizing electron emission for neutralizing the extracted ion beam is provided to prevent a reduction in milling amount and device damage due to charging of the substrate 40. .
The tungsten filament 13 is connected to a power source (not shown). Note that the substrate holder 41 can support and rotate the substrate 40 at an angle to the ion beam. The processing chamber 7 and the substrate holder 41 are both at the ground potential.

【0033】次に、上記構成のイオンビーム処理装置に
おいて、その作用について説明する。まず、イオン源内
に二つのプラズマ分布制御電極26,27が設けられて
無く、さらにイオン源内に磁場が形成されていない場合
について述べる。通常、図4に示すように、コイルアン
テナ29によるプラズマの生成はイオン源外周部で強く
起こり、コイルアンテナ29が巻いてある部分でのプラ
ズマの半径方向分布は中央で凹んで外周部が高い分布と
なる。しかし、これはイオン源内のガス圧力が1Pa以
上あるような比較的ガス圧が高い場合である。イオン源
で用いるガス圧は、通常数10mPa程度であるため、
プラズマの拡散効果が大きく働き、やや平坦か中央が高
いプラズマ分布となってしまう。さらに、引出し電極2
0付近はコイルアンテナ29から離れているため、更に
拡散効果が働いて中央が高い分布となる。また、プラズ
マ電位は、シース部を除いてイオン源内で空間的にはほ
ぼ一定で、引出し電極20の電位より数10V程度高い
電位となる。このプラズマ電位のためにイオンは引出し
電極20の方に自然に流れ、電極孔から引出される。こ
の種のイオン源では、引出し電極20が同時に電子捕集
電極も兼ねるため、通常イオン源の導体筐体に用いられ
るバイアス電圧は印加しなくてもイオンビーム引出しは
成り立つが、バイアス電極をプラズマ中に挿入し、引出
し電極20に対して正の電位を与え、プラズマ電位を先
の状態より高くすることで、さらに多くのイオンを引出
すことができる。本実施の形態では基本的にこのような
バイアス電圧をプラズマに印加することを前提としてい
る。
Next, the operation of the ion beam processing apparatus having the above configuration will be described. First, a case where two plasma distribution control electrodes 26 and 27 are not provided in the ion source and no magnetic field is formed in the ion source will be described. Normally, as shown in FIG. 4, the generation of plasma by the coil antenna 29 occurs strongly in the outer peripheral portion of the ion source, and the radial distribution of the plasma in the portion where the coil antenna 29 is wound is such that the plasma is concave at the center and the outer peripheral portion is high Becomes However, this is a case where the gas pressure in the ion source is relatively high such as 1 Pa or more. Since the gas pressure used in the ion source is usually about several tens mPa,
The plasma diffusion effect is significant, resulting in a somewhat flat or high plasma distribution at the center. Further, the extraction electrode 2
Since the vicinity of 0 is distant from the coil antenna 29, the diffusion effect further acts, and the distribution becomes high at the center. The plasma potential is substantially constant spatially in the ion source except for the sheath portion, and is several tens of volts higher than the potential of the extraction electrode 20. Due to the plasma potential, the ions flow naturally toward the extraction electrode 20 and are extracted from the electrode hole. In this type of ion source, the extraction electrode 20 also serves as an electron collecting electrode at the same time, so that ion beam extraction can be achieved without applying a bias voltage normally used for the conductor housing of the ion source. By applying a positive potential to the extraction electrode 20 to make the plasma potential higher than in the previous state, more ions can be extracted. In the present embodiment, it is basically assumed that such a bias voltage is applied to the plasma.

【0034】続いて、本実施の形態におけるプラズマの
分布制御方法とバイアス電極、プラズマ分布制御電極と
軸方向磁場の役割について述べる。
Next, the plasma distribution control method and the roles of the bias electrode, the plasma distribution control electrode and the axial magnetic field in this embodiment will be described.

【0035】イオン源はイオンを引出すのであるから、
イオンの動きや分布を操作できることが現象として分か
りやすく制御しやすい。しかし、プラズマの分布制御は
従来磁場による方法が一般的であり、カスプ磁場やミラ
ー磁場等でプラズマの閉じ込めを行って均一性を上げる
もの、プラズマの生成位置を変化させるもの等、電子に
対してのみ作用を及ぼすものであった。そのため、磁化
プラズマは現象が非常に複雑で、単純に磁場を強めれば
ある一定の方向に分布が変わるといった類のものではな
い。引出し対象であるイオンは、電子に比べて質量が大
きいため、通常用いられる範囲の磁場では作用を及ぼす
ことはできず、磁場のみではイオンの制御は困難であ
る。
Since the ion source extracts ions,
The ability to manipulate the movement and distribution of ions is easy to understand and control as a phenomenon. However, conventional methods of controlling plasma distribution are generally based on magnetic fields, such as those that increase the uniformity by confining the plasma with a cusp magnetic field or a mirror magnetic field, and those that change the plasma generation position. Only had an effect. Therefore, the phenomenon of magnetized plasma is very complicated, and it is not the kind that the distribution changes in a certain direction simply by increasing the magnetic field. Since ions to be extracted have a larger mass than electrons, they cannot exert an effect in a magnetic field in a normally used range, and it is difficult to control ions only by a magnetic field.

【0036】一方、本実施の形態ではプラズマの分布を
電界によって、主にイオンを対象として制御を行う。プ
ラズマ中ではその性質故、電極を入れて電位差を与えて
も一般にシース部を除いて電位勾配つまり電界は生じな
いが、ある程度の磁場を入れることで磁力線と垂直方向
に電位勾配が生じる。これはプラズマ中の主な電流媒体
である電子の動きが磁場により制限を受け、等価的に電
気抵抗値が上がるためである。この電界により、磁場に
よる制約を受けにくいイオンが動かされ、電界をうち消
す程度に一種の分極状態を生ずる。
On the other hand, in the present embodiment, the distribution of plasma is controlled by an electric field, mainly for ions. Due to its nature in plasma, even if an electrode is applied to apply a potential difference, a potential gradient, that is, an electric field generally does not occur except for the sheath portion. This is because the movement of electrons, which is the main current medium in the plasma, is restricted by the magnetic field, and the electric resistance value equivalently increases. This electric field moves ions that are less likely to be constrained by the magnetic field, and produces a kind of polarization state that cancels out the electric field.

【0037】本実施の形態では、磁場を使用するがあく
まで電界を生成するための補助的なものであり、原理
上、積極的に可変して分布を制御するものではない。イ
オン源中央上部に設置されたプラズマ分布制御電極A2
6と、内周上に設置されたプラズマ分布制御電極B27
との間に、磁場生成コイルによって軸方向成分を持つ磁
場を生成し、両電極26,27間に電位差を与えること
で、半径方向に電位勾配が生起し、プラズマ内に分極状
態を作り出し、引出しイオン電流の分布を変化させるこ
とができる。両電極26,27間の電位関係を変えるこ
とで、凸型から凹型まで変化させることができる。例え
ば、相対的に内側の電極を正、周上の電極を負にすれ
ば、イオンは半径方向外側に向かって分極し、イオンの
分布は径方向断面で、凹型つまり外高の分布となる。電
位関係を逆にすれば凸型つまり内高の分布とすることが
できる。但し、両電極26,27のうち、少なくとも一
方は引出し電極と同じもしくはそれよりも高い電位であ
ることが望ましい。なぜならば、プラズマ面に接してい
る三つの電極20a,26,27のうち、引出し電極2
0aがイオン源内で最も高い電位となると、大半のイオ
ンが他の電極つまり、プラズマ分布制御電極26,27
の方に流れやすくなり、イオンの引出しが効率的に行わ
れないからである。イオン源内で最も高い電位の電極が
プラズマの電位を実質上左右し、バイアス電位となる。
引出し電極20aの電位より高い電位位置でこれらの操
作を行うことで、分布制御を有効に行うことができる。
ただし、分布制御を優先して、引出し電極20aの電位
より低い電位とすることもある。
In the present embodiment, a magnetic field is used, but is merely an auxiliary for generating an electric field, and in principle, it is not actively varied to control the distribution. Plasma distribution control electrode A2 installed at the upper center of the ion source
6 and a plasma distribution control electrode B27 installed on the inner circumference
A magnetic field having an axial component is generated by a magnetic field generating coil between the electrodes, and a potential difference is generated between the electrodes 26 and 27 to generate a potential gradient in the radial direction. The distribution of the ion current can be changed. By changing the potential relationship between the two electrodes 26 and 27, it is possible to change from a convex type to a concave type. For example, if the electrode on the relatively inner side is positive and the electrode on the circumference is negative, the ions are polarized outward in the radial direction, and the distribution of the ions has a concave or outer height distribution in a radial cross section. By reversing the potential relationship, a convex shape, that is, an inner height distribution can be obtained. However, it is desirable that at least one of the two electrodes 26 and 27 has the same or higher potential as the extraction electrode. This is because, of the three electrodes 20a, 26, and 27 in contact with the plasma surface, the extraction electrode 2
When Oa has the highest potential in the ion source, most of the ions are at other electrodes, that is, the plasma distribution control electrodes 26 and 27.
This makes it easier for the ions to flow, and the extraction of ions is not performed efficiently. The electrode with the highest potential in the ion source substantially affects the potential of the plasma and becomes the bias potential.
By performing these operations at a potential position higher than the potential of the extraction electrode 20a, distribution control can be effectively performed.
However, there may be a case where the potential is lower than the potential of the extraction electrode 20a, giving priority to the distribution control.

【0038】図5は本実施の形態におけるイオン源プラ
ズマ内の引出し電極位置でのイオン電流の分布変化の例
を示したものである。イオン源内圧57mPa一定にお
いて、引出し電流量を等しくしてV1:Low、V2:
High、及びその逆の場合の結果を示した。V1:L
owで、V2:Highの場合はイオンが中央に寄るた
め、中央付近が高い凸型の分布となる。逆にV1:Hi
ghで、V2: Lowの場合はイオンは中央で減り、
周辺部に集まるため、中央が低い凹型の分布となる。半
径が60mm以上のところでイオン電流が減衰している
のはイオン源内壁への壁面損失のためであり、イオン源
固有のものである。カスプ磁場等をこのイオン源と併用
すれば、このような周辺部の密度低下は低く抑えられ
る。また、密度は凸型の方が全体的に高いが、これは密
度分布の積分で表される引出し電流量を揃えたためであ
る。この分布はプラズマ生成用のRFパワーを増減すれ
ば自由に上下に変化させることができる。
FIG. 5 shows an example of a change in the distribution of the ion current at the position of the extraction electrode in the ion source plasma in the present embodiment. When the internal pressure of the ion source is constant at 57 mPa, the extraction current amounts are made equal, and V1: Low, V2:
The results for High and vice versa are shown. V1: L
In the case of ow, in the case of V2: High, the ions are shifted to the center, so that the distribution near the center has a high convex shape. Conversely, V1: Hi
gh, V2: In the case of Low, ions decrease at the center,
Since it gathers in the periphery, it has a concave distribution with a low center. The fact that the ion current is attenuated at a radius of 60 mm or more is due to wall loss to the inner wall of the ion source and is unique to the ion source. If a cusp magnetic field or the like is used in combination with this ion source, such a decrease in the density of the peripheral portion can be suppressed to a low level. The density is higher in the convex type as a whole, because the amount of the drawn current represented by the integral of the density distribution is made uniform. This distribution can be freely changed up and down by increasing or decreasing the RF power for plasma generation.

【0039】引出しイオンビームの分布はイオン源内の
イオン電流分布とは若干異なるが、変化傾向は同じであ
る。イオン源内のイオン電流分布が平坦だとすると、引
出しビーム分布は中央で若干膨らむか、凹むか程度で、
波打つような複雑な分布になることはほとんどない。そ
のため、イオン源でのイオン電流分布にこのような凹凸
制御性を持たせることで、引出しイオンビームも同様な
制御性を有し、均一なビームを得ることができる。もち
ろん、ビーム引出し系による分布変化も補償できる。こ
の例の場合、4インチ(φ100)基板であれば、十分
な分布制御効果を得ることができる。このように軸方向
成分を持った補助的な磁場と、中央と周上の電極の電位
操作で、引出しイオン電流の分布を凸型から凹型まで制
御することができる。実際にこの制御方法を適用し、イ
オンビーム分布の均一化を行ったところ、4インチ基板
(φ100)範囲において、均一性±3.7%から±1.
7%まで均一化することができた。
The distribution of the extracted ion beam is slightly different from the ion current distribution in the ion source, but the change tendency is the same. Assuming that the ion current distribution in the ion source is flat, the extraction beam distribution slightly expands or dents at the center,
It is unlikely to have a wavy and complex distribution. Therefore, by giving such an unevenness controllability to the ion current distribution in the ion source, the extracted ion beam also has the same controllability, and a uniform beam can be obtained. Of course, distribution changes due to the beam extraction system can be compensated. In the case of this example, if the substrate is a 4-inch (φ100) substrate, a sufficient distribution control effect can be obtained. As described above, the distribution of the extracted ion current can be controlled from the convex type to the concave type by the auxiliary magnetic field having the axial component and the potential operation of the electrodes on the center and the periphery. When this control method was actually applied to make the ion beam distribution uniform, the uniformity was ± 3.7% to ± 1.7% in the range of a 4-inch substrate (φ100).
It was possible to homogenize up to 7%.

【0040】(実施の形態2)次に、本発明の実施の形
態2について説明する。本実施の形態では、図6に示す
ように、磁場生成用外部コイルを二つにして同心円上に
並べ、それぞれのコイル電流を調整することによって、
さらに分布の凹凸の形状を変えるようにしたものであ
る。磁場生成用外部コイルとして、外側に磁場生成コイ
ル18を、内側に磁場生成コイル19を配置して、両コ
イル18,19ともに同方向にコイル電流を流すと、生
成される磁場は図のようにイオン源中央で磁束密度が高
くなる。
(Embodiment 2) Next, Embodiment 2 of the present invention will be described. In the present embodiment, as shown in FIG. 6, two external coils for generating a magnetic field are arranged on a concentric circle, and the respective coil currents are adjusted.
Further, the shape of the unevenness of the distribution is changed. As an external coil for generating a magnetic field, a magnetic field generating coil 18 is arranged on the outside and a magnetic field generating coil 19 is arranged on the inside. When a coil current flows in the same direction in both coils 18 and 19, the generated magnetic field is The magnetic flux density increases at the center of the ion source.

【0041】また、図7に示すように、外側に磁場生成
コイル18を、内側に磁場生成コイル19を配置して、
両コイル18,19に互いに逆方向にコイル電流を流す
と、生成される磁場はイオン源中央で磁束密度が低く、
周辺部で高くなる。
As shown in FIG. 7, a magnetic field generating coil 18 is disposed outside and a magnetic field generating coil 19 is disposed inside.
When coil currents flow in opposite directions to both coils 18 and 19, the generated magnetic field has a low magnetic flux density at the center of the ion source.
Higher in the periphery.

【0042】プラズマ内に生起される電位勾配は磁束密
度が高いところほど大きいため、結果として、図8に示
すように、イオン電流分布は図6の場合では山型に、図
7の場合は台形となる。すなわち、分布の凹凸制御に加
えて、その形状までも制御することが可能である。
Since the potential gradient generated in the plasma increases as the magnetic flux density increases, as a result, as shown in FIG. 8, the ion current distribution has a mountain shape in FIG. 6 and a trapezoidal shape in FIG. Becomes That is, it is possible to control not only the unevenness of the distribution but also the shape.

【0043】また、上記のように大きな磁場生成コイル
を用いたくない場合や、凹凸の形状までは操作する必要
がない場合は、図9に示すように、永久磁石15とヨー
ク16をイオン源筐体胴部2の側方に設けて、適当な軸
方向磁場を生成するようにしても、同様な効果を得るこ
とができる。
If it is not desired to use a large magnetic field generating coil as described above, or if it is not necessary to operate up to the uneven shape, as shown in FIG. A similar effect can be obtained by providing a lateral magnetic field in the body 2 to generate an appropriate axial magnetic field.

【0044】(実施の形態3)次に、本発明の実施の形
態3について説明する。本実施の形態では、図10に示
すように、基板ホルダ41の上方にシャッタ42が設け
られ、このシャッタ42で基板ホルダ41上の基板40
を覆うとともに、シャッタ42の上方にビーム分布を測
定するファラデーカップ43が設けられている。そし
て、基板処理前に、ファラデーカップ43を処理室7内
で掃引することで、イオンビームの分布状況を測定し、
その測定結果を演算器70に送る。演算器70は、ファ
ラデーカップ43からの測定結果に基づいて電源36,
37を制御して、プラズマ分布制御電極A26及びプラ
ズマ分布制御電極B27に印加される電圧を自動調整す
る。これにより、イオンビームが最適な分布に制御さ
れ、その結果、熱変形に起因するビーム引出し系の変化
や、プロセスパラメータの変化によるビーム分布の変化
も補償することができる。
Third Embodiment Next, a third embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, as shown in FIG. 10, a shutter 42 is provided above the substrate holder 41, and the shutter 42
And a Faraday cup 43 for measuring a beam distribution above the shutter 42. Before the substrate processing, the Faraday cup 43 is swept in the processing chamber 7 to measure the distribution state of the ion beam.
The measurement result is sent to the arithmetic unit 70. The arithmetic unit 70 supplies the power source 36 based on the measurement result from the Faraday cup 43.
37, the voltage applied to the plasma distribution control electrode A26 and the plasma distribution control electrode B27 is automatically adjusted. As a result, the ion beam is controlled to an optimal distribution, and as a result, a change in the beam extraction system due to thermal deformation and a change in the beam distribution due to a change in process parameters can be compensated.

【0045】(実施の形態4)次に、本発明の実施の形
態4について説明する。本実施の形態では、図11に示
すように、平面渦巻型のコイルアンテナ29aがイオン
源1の上部に設けられている。イオン源1の上部には石
英からなる上部石英板2aで形成され、イオン源1内で
上部石英板2aの下方にプラズマ分布制御電極A26’
が設けられている。イオン源1の側部にはプラズマ分布
制御電極B27’が設けられ、このプラズマ分布制御電
極B27’はイオン源チャンバを兼ねている。プラズマ
分布制御電極B27’は円筒形状をなしており、その円
筒面にはスリットは形成されていない。プラズマ分布制
御電極A26’は、図12に示すように、径方向に複数
のスリット26aが形成されている。このような構成で
も、実施の形態1と同様な作用効果を得ることができ
る。
(Embodiment 4) Next, Embodiment 4 of the present invention will be described. In the present embodiment, a planar spiral coil antenna 29a is provided above the ion source 1 as shown in FIG. The upper portion of the ion source 1 is formed of an upper quartz plate 2a made of quartz, and the plasma distribution control electrode A26 'is formed below the upper quartz plate 2a in the ion source 1.
Is provided. A plasma distribution control electrode B27 'is provided on the side of the ion source 1, and the plasma distribution control electrode B27' also serves as an ion source chamber. The plasma distribution control electrode B27 'has a cylindrical shape, and no slit is formed in the cylindrical surface. As shown in FIG. 12, the plasma distribution control electrode A26 'has a plurality of slits 26a formed in the radial direction. With such a configuration, the same operation and effect as those of the first embodiment can be obtained.

【0046】実施の形態1のようなコイルアンテナ29
を用いてプラズマを生成する誘導結合型イオン源等で
は、本発明を適用するにあたり、石英でできているイオ
ン源筐体胴部2をプラズマ分布制御電極B27そのもの
で構成することも可能である。一般に誘導結合型イオン
源では、コイルとプラズマとの結合をよくするために、
プラズマは、誘電体、例えば石英でできたチャンバの中
で生成される。プラズマ全体を覆う金属壁のチャンバで
はアンテナからのエネルギーはチャンバ壁内の誘導電流
となって損失され、プラズマは生成されない。周方向の
誘導電流を避けるため、軸方向にスリット等を設けたチ
ャンバ壁にする必要がある。このような金属筐体の誘導
結合型イオン源は古くから存在し、不可能ではない。こ
の形は本実施の形態におけるプラズマ分布制御電極B2
7と同様の形であることから、イオン源筐体胴部2を加
速フランジ4と上部フランジ1aから絶縁さえすれば、
プラズマ分布制御電極B27自体をイオン源筐体胴部と
して用いることができる。スリットからのガスの漏れは
スリット幅を小さくすることや、スリットが見えなくな
るような二段重ねのスリット電極、石英よりもはるかに
安価なテフロン(登録商標)シートで周囲を巻く等する
ことで、極力抑えることができる。場合によってはガス
の漏れはそれほど問題にならないかもしれない。
Coil antenna 29 as in the first embodiment
In the case of an inductively coupled ion source or the like that generates plasma by using an ion source, the ion source housing body 2 made of quartz may be constituted by the plasma distribution control electrode B27 itself in applying the present invention. Generally, in an inductively coupled ion source, in order to improve the coupling between the coil and the plasma,
The plasma is generated in a chamber made of a dielectric, for example quartz. In a metal-walled chamber that covers the entire plasma, energy from the antenna is lost as induced current in the chamber wall and no plasma is generated. In order to avoid an induced current in the circumferential direction, it is necessary to provide a chamber wall provided with a slit or the like in the axial direction. Such an inductively coupled ion source in a metal housing has been around for a long time and is not impossible. This shape corresponds to the plasma distribution control electrode B2 in the present embodiment.
Since the ion source housing body 2 is insulated from the acceleration flange 4 and the upper flange 1a because it has the same shape as that of
The plasma distribution control electrode B27 itself can be used as the body of the ion source housing. Leakage of gas from the slits can be reduced by reducing the slit width, wrapping the periphery with a two-tiered slit electrode that makes the slit invisible, a Teflon (registered trademark) sheet that is much cheaper than quartz, etc. It can be suppressed as much as possible. In some cases, gas leaks may not be as problematic.

【0047】金属チャンバでイオン源が作れるというこ
とは、誘導結合型イオン源のメンテナンス周期を決める
石英内壁の導電性付着物の影響を避けることができると
いうことであり、イオン源の長寿命化を図ることができ
る。メンテナンス周期が長くなり、生産効率がアップ
し、かつ、石英の清掃・交換等の高価なメンテナンスコ
ストはかからなくなる。また、絶縁性付着物に関して
は、元々誘電体つまり絶縁物でチャンバを形成するもの
であるからイオン源の性能には影響を及ぼさない。た
だ、電極としての役割の低下が存在する。これは、随
時、プラズマ分布制御電源B27の電位を、引出し電極
20aの電位に対し、0もしくは負にすることで、イオ
ンスパッタクリーニングを行うことで防ぐことができ
る。さらに、金属チャンバであれば、熱伝導率がよいこ
とから水冷やガス冷却等の冷却手段を設けることも可能
で、無冷却の場合、200度近くの高温になるチャンバ
ー壁を冷却で適当な温度に管理することができる。反応
性ガスを用いた場合の絶縁性付着物はこのような適当な
温度管理の下で除去可能である。逆に温度不足のときは
石英と異なり、ヒータを用いることもできる。スリット
間隔を大きくすることで、プラズマへの入力電力を減ら
す代わりに、電極の誘導加熱に一部エネルギーを用いて
電極を加熱させることもできる。本発明はこのような多
くのメリットを有する金属チャンバの誘導結合型イオン
源に適用するに好適である。
The fact that the ion source can be formed in the metal chamber means that the influence of conductive deposits on the inner wall of quartz that determines the maintenance cycle of the inductively coupled ion source can be avoided, and the life of the ion source can be extended. Can be planned. The maintenance cycle becomes longer, the production efficiency increases, and expensive maintenance costs such as cleaning and replacement of quartz are eliminated. In addition, with respect to the insulating deposit, the performance of the ion source is not affected because the chamber is originally formed of a dielectric material, that is, an insulating material. However, there is a decline in the role as an electrode. This can be prevented by performing ion sputter cleaning by setting the potential of the plasma distribution control power supply B27 to 0 or negative with respect to the potential of the extraction electrode 20a as needed. Further, if the chamber is a metal chamber, it is possible to provide a cooling means such as water cooling or gas cooling because of its good thermal conductivity. Can be managed. When a reactive gas is used, the insulating deposits can be removed under such appropriate temperature control. Conversely, when the temperature is insufficient, a heater can be used unlike quartz. By increasing the slit interval, instead of reducing the input power to the plasma, the electrode can be heated using partial energy for induction heating of the electrode. The present invention is suitable for application to an inductively coupled ion source of a metal chamber having many advantages as described above.

【0048】(実施の形態5)次に、本発明の実施の形
態5について説明する。本実施の形態は、図13に示す
ように、イオンビーム分布制御方法を用いたイオン源方
式として、マイクロ波イオン源を用いたものである。電
源及び電極の構成は実施の形態1の場合と同じである
が、本実施の形態ではイオン源上部から導波管30を介
してマイクロ波を導入するため、イオン源1の上面は石
英からなる上部石英板2aで形成されている。そして、
イオン源1内で上部石英板2aの下側中央にはプラズマ
制御電極A26が設置されている。また、イオン源1の
側部は金属で形成されたプラズマ分布制御電極B27’
で、このプラズマ分布制御電極B27’はイオン源チャ
ンバを兼ねている。
(Fifth Embodiment) Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, as shown in FIG. 13, a microwave ion source is used as an ion source system using an ion beam distribution control method. Although the configurations of the power supply and the electrodes are the same as those in the first embodiment, in this embodiment, the microwave is introduced from the upper portion of the ion source through the waveguide 30, so that the upper surface of the ion source 1 is made of quartz. It is formed of the upper quartz plate 2a. And
A plasma control electrode A26 is provided at the lower center of the upper quartz plate 2a in the ion source 1. A side portion of the ion source 1 is a plasma distribution control electrode B27 'made of metal.
The plasma distribution control electrode B27 'also functions as an ion source chamber.

【0049】上記構成において、イオン源1内には、外
部磁場コイル17によって、2.45GHzのマイクロ
波と電子サイクロトロン共鳴を起こさせる875ガウス
の軸方向磁場が生成される。プラズマは、上部から導入
されたマイクロ波との電子サイクロトロン共鳴によって
効率よく生成され、かつ磁場によって閉じ込められる。
この磁場は同時にプラズマ分布制御方法として補助的な
役割を果たす。
In the above configuration, an axial magnetic field of 875 gauss for generating microwaves of 2.45 GHz and electron cyclotron resonance is generated in the ion source 1 by the external magnetic field coil 17. The plasma is efficiently generated by electron cyclotron resonance with microwaves introduced from above and is confined by a magnetic field.
This magnetic field also plays an auxiliary role as a plasma distribution control method.

【0050】本実施の形態によれば、軸方向の補助的磁
場を有し、プラズマ分布制御電極26,27’によっ
て、実施の形態1の場合と同様のイオンビーム分布制御
を行うことができる。また、上部フランジ2が石英板2
でできているため、イオン源筐体との間にスペーサを挟
む必要はない。この電極26は同時にプラズマ生成ガス
導入口8を兼ねることもできる。
According to the present embodiment, an ion beam distribution control similar to that of the first embodiment can be performed by the plasma distribution control electrodes 26 and 27 'having the auxiliary magnetic field in the axial direction. The upper flange 2 is made of quartz plate 2
Therefore, it is not necessary to interpose a spacer between the ion source housing and the ion source housing. This electrode 26 can also serve as the plasma generating gas inlet 8 at the same time.

【0051】なお、本発明と似た磁場と電極構造を持つ
イオン源として、図14に示すような kaufman型のイオ
ン源が挙げられる。しかし、kaufman型のイオン源は周
上にある電極(陽極21)は、放電維持に必要なもの
で、中央の電子発生源(フィラメント12)対し、負電
位にはできない。それは、プラズマの生成及び維持が行
えなくなるからである。また、イオン源上部の電位は引
出し電極20と同電位であるから、引出し電極と独立な
電位ではない。そのため、kaufman型イオン源では、イ
オンの分布を凸にする制御はできても凹にする制御は行
うことができない。本発明の構造は、上記実施の形態の
ような誘導結合型イオン源やマイクロ波イオン源等、プ
ラズマ生成機構が中央と周辺部の電極に依存しないタイ
プのイオン源ならばいずれのイオン源でも適用可能であ
る。
As an ion source having a magnetic field and an electrode structure similar to the present invention, a kaufman type ion source as shown in FIG. However, the electrode (anode 21) on the periphery of the kaufman type ion source is necessary for maintaining the discharge, and cannot be set at a negative potential with respect to the central electron source (filament 12). This is because plasma cannot be generated and maintained. In addition, the potential of the upper portion of the ion source is the same as the potential of the extraction electrode 20, and is not independent of the potential of the extraction electrode. Therefore, in the kaufman type ion source, it is possible to control the distribution of ions to be convex, but not to control the distribution of ions to be concave. The structure of the present invention can be applied to any ion source, such as an inductively-coupled ion source or a microwave ion source as in the above embodiment, as long as the plasma generation mechanism does not depend on the central and peripheral electrodes. It is possible.

【0052】[0052]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
イオン源や処理室等の真空チャンバを開けて電極の調整
等を行わなくても、外部からの電気的手段による制御
で、均一もしくは所望のイオンビーム分布を容易に得る
ことができる。
As described above, according to the present invention,
Even if a vacuum chamber such as an ion source or a processing chamber is opened to adjust electrodes or the like, a uniform or desired ion beam distribution can be easily obtained by control by an external electric means.

【0053】また、イオン源入力パワーやガス流量等の
プロセス条件によって変化するプラズマ分布、イオンビ
ーム分布をオンタイムで補正でき、高品質なイオンビー
ム処理を行うことができる。
In addition, the plasma distribution and the ion beam distribution that change depending on the process conditions such as the ion source input power and the gas flow rate can be corrected on-time, and high-quality ion beam processing can be performed.

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

【図1】本発明の原理を説明するための図で、(a)は
磁力線と電子の動きを、(b)はプラズマ内の電位分布
を、(c)は(a)のA−A’断面の電位分布とイオン
の動きを、(d)は(a)のA−A’断面のイオン飽和
電流分布をそれぞれ示した図である。
FIGS. 1A and 1B are diagrams for explaining the principle of the present invention, in which FIG. 1A shows the movement of lines of magnetic force and electrons, FIG. 1B shows the potential distribution in plasma, and FIG. 1C shows AA ′ in FIG. It is the figure which showed the potential distribution of a cross section and the movement of ion, and (d) which showed the ion saturation current distribution of the AA 'cross section of (a), respectively.

【図2】実施の形態1によるイオンビーム処理装置の断
面図である。
FIG. 2 is a sectional view of the ion beam processing apparatus according to the first embodiment.

【図3】イオン源の内周に設置されたプラズマ分布制御
電極Bの斜視図である。
FIG. 3 is a perspective view of a plasma distribution control electrode B installed on an inner periphery of an ion source.

【図4】図2のイオンビーム処理装置に設けられたイオ
ン源部の断面図である。
FIG. 4 is a sectional view of an ion source provided in the ion beam processing apparatus of FIG. 2;

【図5】引出し電極面におけるイオン電流密度の測定結
果を示した図である。
FIG. 5 is a diagram showing a measurement result of an ion current density on an extraction electrode surface.

【図6】実施の形態2によるイオン源部の断面図で、コ
イル18,19に同方向にコイル電流を流したときの様
子を示した図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view of the ion source unit according to the second embodiment, showing a state when a coil current is applied to coils 18 and 19 in the same direction.

【図7】実施の形態2によるイオン源部の断面で、コイ
ル18,19に逆方向にコイル電流を流したときの様子
を示した図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view of the ion source unit according to the second embodiment, showing a state when a coil current is applied to coils 18 and 19 in opposite directions.

【図8】図6及び図7におけるイオン電流分布の変化を
示した図である。
8 is a diagram showing a change in ion current distribution in FIGS. 6 and 7. FIG.

【図9】胴体部側方の永久磁石によって磁場が形成され
るイオン源の断面図である。
FIG. 9 is a cross-sectional view of an ion source in which a magnetic field is formed by permanent magnets on the side of the body.

【図10】実施の形態3によるイオンビーム処理装置の
断面図である。
FIG. 10 is a sectional view of an ion beam processing apparatus according to a third embodiment.

【図11】実施の形態4によるイオン源の断面図で、上
部に渦巻型コイルアンテナを有するタイプのイオン源を
示した図である。
FIG. 11 is a cross-sectional view of an ion source according to a fourth embodiment, illustrating a type of ion source having a spiral coil antenna at an upper portion.

【図12】図11に示したイオン源の内部に設置された
プラズマ分布制御電極Aの斜視図である。
12 is a perspective view of a plasma distribution control electrode A installed inside the ion source shown in FIG.

【図13】実施の形態5によるイオンビーム処理装置の
断面図である。
FIG. 13 is a sectional view of an ion beam processing apparatus according to a fifth embodiment.

【図14】カオフマン型イオン源を用いたイオンビーム
処理装置の断面図である。
FIG. 14 is a sectional view of an ion beam processing apparatus using a Kaofman type ion source.

【図15】バケット型イオン源を用いたイオンビーム処
理装置の断面図である。
FIG. 15 is a sectional view of an ion beam processing apparatus using a bucket type ion source.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 イオン源 1a 上部フランジ 2 イオン源筐体胴体部 2a 上部石英板 3,5 絶縁物 6 排気口 7 処理室 7a 外壁 8 プラズマ生成ガス導入口 9 ガス拡散器 10 排気孔 11 永久磁石 12 アーク放電用フィラメント 13 中和電子放出フィラメント 14 冷却管 15 永久磁石 16 ヨーク 17,18,19 磁場生成用外部コイル 20,20a〜20c イオン引出し電極 21 陽極 24 電極支持フランジ 25 スペーサ 26,26’ プラズマ分布制御電極A 27,27’ プラズマ分布制御電極B 28 スペーサ 29 螺旋状コイルアンテナ 29a 平面渦巻状コイルアンテナ 30 導波管 31 熱電子放出フィラメント用電源 32 RF電源 33 アーク電源 34 バイアス抵抗 35 加速電源 36 プラズマ分布制御電源A 37 プラズマ分布制御電源B 38 整合器 40 基板(もしくはターゲット) 41 基板ホルダ 42 シャッタ 43 ファラデーカップ 50 プラズマ 52 イオンビーム 70 演算器 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ion source 1a Upper flange 2 Ion source body 2a Upper quartz plate 3,5 Insulator 6 Exhaust port 7 Processing chamber 7a Outer wall 8 Plasma generation gas inlet 9 Gas diffuser 10 Exhaust hole 11 Permanent magnet 12 For arc discharge Filament 13 Neutralized electron emission filament 14 Cooling tube 15 Permanent magnet 16 Yoke 17, 18, 19 External coil for generating magnetic field 20, 20a-20c Ion extraction electrode 21 Anode 24 Electrode support flange 25 Spacer 26, 26 'Plasma distribution control electrode A 27, 27 'Plasma distribution control electrode B 28 Spacer 29 Spiral coil antenna 29a Planar spiral coil antenna 30 Waveguide 31 Power supply for thermionic emission filament 32 RF power supply 33 Arc power supply 34 Bias resistor 35 Acceleration power supply 36 Plasma distribution control power supply A 37 Plus Distribution control power B 38 matching device 40 substrate (or target) 41 substrate holder 42 the shutter 43 Faraday cup 50 plasma 52 ion beam 70 calculator

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 イオン源でプラズマを生成するととも
に、該プラズマからイオンビームを引出し電極によって
引出し、その引出したイオンビームを基板もしくはター
ゲットに照射して、該基板もしくはターゲットに対して
イオンビーム処理を行う際に、前記イオン源内のプラズ
マ分布もしくはイオン電流分布を操作することで、前記
基板もしくはターゲット上におけるイオンビーム分布を
制御することを特徴とするイオンビーム分布制御方法。
A plasma is generated by an ion source, an ion beam is extracted from the plasma by an extraction electrode, and the extracted ion beam is irradiated on a substrate or a target to perform ion beam processing on the substrate or the target. An ion beam distribution control method, comprising: controlling a plasma distribution or an ion current distribution in the ion source to control an ion beam distribution on the substrate or the target.
【請求項2】 請求項1に記載のイオンビーム分布制御
方法において、 前記イオン源の内部にプラズマに面して複数の電極を設
けるとともに、該電極間の電流経路と交差する磁力線を
持つ磁場を補助的に印加し、前記電極間に生起した電界
によってプラズマ分布またはイオン電流分布を操作する
イオンビーム分布制御方法。
2. The ion beam distribution control method according to claim 1, wherein a plurality of electrodes are provided inside the ion source facing the plasma, and a magnetic field having magnetic lines of force intersecting a current path between the electrodes is provided. An ion beam distribution control method in which a plasma distribution or an ion current distribution is supplementarily applied to control a plasma distribution or an ion current distribution by an electric field generated between the electrodes.
【請求項3】 プラズマを生成するとともに、該プラズ
マからイオンビームを引出す引出し電極を有するイオン
源と、基板もしくはターゲットを保持し、前記引出し電
極によって引出されたイオンビームを基板もしくはター
ゲットに照射して、基板もしくはターゲットに対してイ
オンビーム処理を行う処理室と、を備えたイオンビーム
処理装置において、 前記イオン源はその内部に前記引出し電極に垂直な成分
を持つ磁場を有するとともに、前記イオン源の内部で前
記引出し電極との対向面中央、および前記イオン源の側
壁自体として、もしくはその内側にそれぞれ電極を設置
し、かつ前記各電極の電位は前記引出し電極とは独立し
て、さらに各々の大小関係を任意に操作することができ
る電位操作手段を設けたことを特徴とするイオンビーム
処理装置。
3. An apparatus for generating plasma and holding an ion source having an extraction electrode for extracting an ion beam from the plasma, a substrate or a target, and irradiating the substrate or target with the ion beam extracted by the extraction electrode. A processing chamber for performing ion beam processing on a substrate or a target, and wherein the ion source has a magnetic field having a component perpendicular to the extraction electrode therein, and the ion source An electrode is installed inside or inside the center of the surface facing the extraction electrode and the side wall itself of the ion source, and the potential of each electrode is independent of the extraction electrode, and is larger or smaller than the extraction electrode. Ion beam characterized by providing potential operating means capable of arbitrarily operating the relationship. Processing apparatus.
【請求項4】 高周波またはマイクロ波によってプラズ
マを生成するとともに、該プラズマからイオンビームを
引出す引出し電極を有するイオン源と、基板もしくはタ
ーゲットを保持し、前記引出し電極によって引出された
イオンビームを基板もしくはターゲットに照射して、基
板もしくはターゲットに対してイオンビーム処理を行う
処理室と、を備えたイオンビーム処理装置において、 前記イオン源はその内部に前記引出し電極に垂直な成分
を持つ磁場を有するとともに、前記イオン源の内部で前
記引出し電極との対向面中央、および前記イオン源の側
壁自体として、もしくはその内側にそれぞれ電極を設置
し、かつ前記各電極の電位は前記引出し電極とは独立し
て、さらに各々の大小関係を任意に操作することができ
る電位操作手段を設けたことを特徴とするイオンビーム
処理装置。
4. An ion source having an extraction electrode for generating a plasma by high frequency or microwaves and extracting an ion beam from the plasma, and a substrate or a target, and holding the ion beam extracted by the extraction electrode on the substrate or the substrate. A processing chamber for irradiating the target or performing ion beam processing on the substrate or the target, wherein the ion source has a magnetic field having a component perpendicular to the extraction electrode inside the ion source. Inside the ion source, the center facing the extraction electrode, and the side wall itself of the ion source, or each electrode is installed inside the ion source, and the potential of each electrode is independent of the extraction electrode And potential control means for arbitrarily controlling each magnitude relation. Ion beam processing apparatus, characterized in that the.
【請求項5】 螺旋状に巻かれたコイルアンテナが容器
外周面に設けられ、コイルアンテナに高周波電力を供給
することによって容器内にプラズマを生成するととも
に、該プラズマからイオンビームを引出す引出し電極を
有するイオン源と、基板もしくはターゲットを保持し、
前記引出し電極によって引出されたイオンビームを基板
もしくはターゲットに照射して、基板もしくはターゲッ
トに対してイオンビーム処理を行う処理室と、を備えた
イオンビーム処理装置において、 前記イオン源はその内部に前記引出し電極と垂直な成分
を持つ磁場が形成され、前記イオン源の内部には前記引
出し電極との対向面中央、および前記イオン源の内周に
沿ってそれぞれ電極が設置され、前記両電極のうち前記
イオン源の内周に沿って設置された電極は、前記コイル
アンテナの軸方向に沿ってスリットを有する円筒状電
極、もしくは前記コイルアンテナの軸方向に伸びた短冊
状電極で形成され、さらに前記各電極の電位は前記引出
し電極とは独立して各々の大小関係を任意に操作するこ
とができる電位操作手段が設けられていることを特徴と
するイオンビーム処理装置。
5. A coil antenna wound spirally is provided on an outer peripheral surface of the container, and a high-frequency power is supplied to the coil antenna to generate plasma in the container and to provide an extraction electrode for extracting an ion beam from the plasma. Holding an ion source and a substrate or target,
A processing chamber for irradiating the substrate or target with the ion beam extracted by the extraction electrode and performing ion beam processing on the substrate or target, wherein the ion source has the ion source therein. A magnetic field having a component perpendicular to the extraction electrode is formed, and an electrode is provided inside the ion source along the center of the surface facing the extraction electrode, and along the inner circumference of the ion source. The electrode installed along the inner periphery of the ion source is formed of a cylindrical electrode having a slit along the axial direction of the coil antenna, or a strip-shaped electrode extending in the axial direction of the coil antenna, The potential of each electrode is provided with potential operation means capable of arbitrarily operating the magnitude relationship independently of the extraction electrode. An ion beam processing apparatus characterized by the above-mentioned.
【請求項6】 平面渦巻状に巻かれたコイルアンテナが
容器上面に設けられ、コイルアンテナに高周波電力を供
給することによって容器内にプラズマを生成するととも
に、該プラズマからイオンビームを引出す引出し電極を
有するイオン源と、基板もしくはターゲットを保持し、
前記引出し電極によって引出されたイオンビームを基板
もしくはターゲットに照射して、基板もしくはターゲッ
トに対してイオンビーム処理を行う処理室と、を備えた
イオンビーム処理装置において、 前記イオン源はその内部に前記引出し電極と垂直な成分
を持つ磁場を有するとともに容器側壁が電極を形成し、
前記イオン源の内部で前記引出し電極との対向面中央に
電極を設置し、かつ前記容器側壁および前記電極の電位
は前記引出し電極とは独立して各々の大小関係を任意に
操作することができる電位操作手段を設けたことを特徴
とするイオンビーム処理装置。
6. A coil antenna wound in a plane spiral shape is provided on the upper surface of the container, and a high-frequency power is supplied to the coil antenna to generate plasma in the container, and an extraction electrode for extracting an ion beam from the plasma. Holding an ion source and a substrate or target,
A processing chamber for irradiating the substrate or target with the ion beam extracted by the extraction electrode and performing ion beam processing on the substrate or target, wherein the ion source has the ion source therein. Having a magnetic field having a component perpendicular to the extraction electrode, the container side wall forms an electrode,
An electrode is installed in the center of the surface facing the extraction electrode inside the ion source, and the potential of the container side wall and the electrode can be arbitrarily manipulated in magnitude relation independently of the extraction electrode. An ion beam processing apparatus comprising a potential operating means.
【請求項7】 請求項3〜6のいずれかに記載のイオン
ビーム処理装置において、 イオンビームの分布状態を計測する計測手段を設けると
ともに、該計測手段からの計測結果に基づいて前記電位
調整手段の電位調整量を制御する制御手段を設けたこと
を特徴とするイオンビーム処理装置。
7. The ion beam processing apparatus according to claim 3, further comprising a measuring unit for measuring a distribution state of the ion beam, and the potential adjusting unit based on a measurement result from the measuring unit. An ion beam processing apparatus provided with control means for controlling a potential adjustment amount of the ion beam.
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