JP2003031175A - Ion beam processing device - Google Patents

Ion beam processing device

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JP2003031175A
JP2003031175A JP2001211932A JP2001211932A JP2003031175A JP 2003031175 A JP2003031175 A JP 2003031175A JP 2001211932 A JP2001211932 A JP 2001211932A JP 2001211932 A JP2001211932 A JP 2001211932A JP 2003031175 A JP2003031175 A JP 2003031175A
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ion beam
ion
plasma
beam processing
processing apparatus
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Japanese (ja)
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Kazutoshi Tsuchiya
一俊 土屋
Yoshihiko Nagamine
嘉彦 長峯
Satoshi Ichimura
智 市村
Tadashi Sato
忠 佐藤
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ion beam processing device uniformly neutralizing ion beam of big current.low voltage, restraining divergence of ion beam, with few damage caused by the electrification of a base board. SOLUTION: For the ion beam processing device processing ion beam by irradiating ion beam 52, a high frequency power is impressed on a coil-shaped antenna 30 arranged so as to surround the circumference of the ion beam 52, and neutralizing plasma is generated in the space surrounded by the coil-shaped antenna 30, so that the potential of the space become negative against a processing chamber 3 or a base board holder 41, and electron is surely and sufficiently supplied to the ion beam 52 from the neutralizing plasma by dint of a cylinder-shaped ion trapping electrode 31 facing the neutralizing plasma, having slits in the direction vertical to the winding direction of the coil-shaped antenna 30.

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、イオンビームアシスト
等におけるイオンビーム処理装置に関するものであり、
特に中和手段に係るものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ion beam processing apparatus for ion beam etching, ion beam sputtering, ion beam assist, etc.,
In particular, it relates to neutralization means.

【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、特開平8−107101号公報に
示されるようにエッチング装置として開示されたものが
ある。この従来技術は、プラズマ生成室、基板処理室そ
れぞれが、プラズマを生成するために外壁に巻回された
コイル状の高周波電極を有し、複数の孔を有する接地電
極板で仕切られている。プラズマ生成室には接地電極板
と対向する面に高周波電極板を有する構造をしている。
一般に、プラズマから基板に向かってイオンを加速する
ために基板載置台に高周波を印加すると、接地されてい
る処理室壁に向かって基板上方のプラズマポテンシャル
に空間的な分布が生じ、基板上に局所的なチャージアッ
プを発生させ、加工する基板の素子破壊を起こすことが
ある。前記の構成により、プラズマ生成室内にプラズマ
をたて、高周波電極板に高周波を引加することで、上流
のプラズマポテンシャルが高くなり、複数の孔を介して
下流の処理室にイオンを引き出すことができ、イオンエ
ッチングが可能となる。基板載置台に高周波を印加しな
いので、基板上方のプラズマポテンシャルに空間的な分
布を生じない。また、処理室に生起されたプラズマ中の
電子によってイオンが中和され、プラズマポテンシャル
の上昇が抑制されることでチャージアップを抑制するこ
とができるというものである。
2. Description of the Related Art As a conventional technique of this type of ion beam processing apparatus, for example, there is one disclosed as an etching apparatus as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-107101. In this conventional technique, each of the plasma generation chamber and the substrate processing chamber has a coil-shaped high-frequency electrode wound on an outer wall for generating plasma, and is partitioned by a ground electrode plate having a plurality of holes. The plasma generation chamber has a structure having a high-frequency electrode plate on the surface facing the ground electrode plate.
Generally, when a high frequency is applied to the substrate mounting table in order to accelerate ions from the plasma toward the substrate, a spatial distribution of the plasma potential above the substrate is generated toward the processing chamber wall that is grounded, and local distribution on the substrate occurs. May cause a charge-up to occur, resulting in element destruction of the substrate to be processed. With the above configuration, by generating plasma in the plasma generation chamber and applying high frequency to the high frequency electrode plate, the upstream plasma potential becomes high, and ions can be extracted into the downstream processing chamber through the plurality of holes. Therefore, ion etching is possible. Since no high frequency is applied to the substrate mounting table, no spatial distribution is generated in the plasma potential above the substrate. Further, the ions in the plasma generated in the processing chamber are neutralized, and the increase in plasma potential is suppressed, so that charge-up can be suppressed.

【0003】また、特開平11−354508号公報に
は、負バイアスされたイオン捕集電極を備えたイオンビ
ーム加工装置が開示されている。
Further, Japanese Patent Laid-Open No. 11-354508 discloses an ion beam processing apparatus having a negatively biased ion collecting electrode.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
にイオンを加速して基板に異方性エッチングを施すイオ
ンビーム処理装置、特にミリング装置等では、エッチン
グ速度に角度依存性があることやエッチングパターンの
溝または穴の側壁へのスパッタ物の再付着を防止するこ
とから、基板を傾けて斜めにイオンを入射させることが
ある。また、イオンビーム分布の不均一性を補い、エッ
チングレート分布の均一性を確保するために、基板を保
持する基板保持器を回転運動させる場合も多い。さらに
は、イオンビームを照射する範囲内において、複数の基
板保持器を自公転運動させ、エッチング分布の均一性を
向上させることも行われている。このような装置では、
基板載置台が機械的運動をするので、基板載置台とは言
わず、ここでは基板保持器と呼ぶことにする。
By the way, in the ion beam processing apparatus for accelerating the ions to anisotropically etch the substrate as described above, particularly in the milling apparatus, etc., the etching rate has angle dependence and In order to prevent the reattachment of the sputtered material to the side walls of the groove or hole of the pattern, the substrate may be tilted and the ions may be obliquely incident. Further, in order to compensate the non-uniformity of the ion beam distribution and ensure the uniformity of the etching rate distribution, the substrate holder that holds the substrate is often rotated. Furthermore, within the range where the ion beam is irradiated, the plurality of substrate holders are rotated around their axes to improve the uniformity of etching distribution. In such a device,
Since the substrate mounting table makes a mechanical movement, it is not called a substrate mounting table but is called a substrate holder here.

【0005】このような基板保持器を持ったイオンビー
ム処理装置では、その機械的構造上、基板保持器を処理
室から絶縁し接地電位から浮かした状態にするのは難し
く、金属で作られた基板保持器は一般に処理室と同じく
接地電位となるよう作られている。
In the ion beam processing apparatus having such a substrate holder, it is difficult to insulate the substrate holder from the processing chamber and keep it floating from the ground potential because of its mechanical structure. The substrate holder is generally made to have the same ground potential as the processing chamber.

【0006】前記特開平8−107101号公報に示さ
れる従来技術は、基板載置台を、処理室に対してコンデ
ンサを介して絶縁して設置しており、接地電位より高い
プラズマ電位に対し基板載置台自体が帯電することで電
位を自己調整し、基板自体のチャージアップを避けるも
のであった。また、基板前面にたてたプラズマは基板上
の素子間の電位分布を均一化して、素子破壊を避けるも
のであるが、プラズマの電位をコントロールはしていな
い。一般に、大電流ビームになるとその中和には多くの
電子を要し、その供給には即ち、中和プラズマ中から
は、供給すべき電子量と同量の大量のイオンが捕集され
なければなならない。前記従来技術では、この役割を果
たすイオン捕集電極は、接地された引き出し電極に相当
し、その捕集面積は限られている。また、電位も一定で
ある。このため、大電流ビームになり、イオン捕集量が
不足してくると、プラズマ電位が上昇することで、イオ
ン捕集量を増し、電子をイオンビームに供給するように
調整される。このようにプラズマ電位が上昇することか
ら、基板保持器が接地電位となった場合、上記従来技術
のものは、アルミナ等の絶縁薄膜あるいは絶縁膜パター
ンを持った導電性基板では、プラズマに面する絶縁膜表
面と、接地された保持器に面する基板面との間に電位差
を生じ、場合によってはその間で絶縁破壊を起こすこと
がある。
In the conventional technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 8-107101, the substrate mounting table is installed insulated from the processing chamber via a capacitor, and the substrate mounting table is mounted with respect to a plasma potential higher than the ground potential. The table itself was charged to self-adjust the potential to avoid charge-up of the substrate itself. Further, the plasma generated on the front surface of the substrate makes the potential distribution between the elements on the substrate uniform and avoids element destruction, but the potential of the plasma is not controlled. Generally, a large current beam requires a large number of electrons for its neutralization, and its supply must be as large as the number of electrons to be supplied from the neutralizing plasma unless a large number of ions are collected. I can't do it. In the above-mentioned conventional technique, the ion collecting electrode which plays this role corresponds to the grounded extraction electrode, and its collecting area is limited. The potential is also constant. Therefore, when the beam becomes a large current beam and the amount of collected ions becomes insufficient, the plasma potential increases, so that the amount of collected ions is increased and electrons are adjusted to be supplied to the ion beam. Since the plasma potential rises in this way, when the substrate holder is at the ground potential, the above-mentioned conventional technique faces the plasma with a conductive substrate having an insulating thin film such as alumina or an insulating film pattern. A potential difference may be generated between the surface of the insulating film and the surface of the substrate facing the grounded retainer, and in some cases, dielectric breakdown may occur between them.

【0007】また、特に100eV以下の低速ビームで
は、自己電荷によるビームの発散を抑制するために、均
一な中和が必要なのはもちろんだが、前記の大電流引き
出しに伴って現れるプラズマ電位の上昇は、イオンビー
ムの発散を助長するように働く。これは特に1m以上に
わたってイオンビームを輸送し、イオンビームアシスト
を行う大型の系においては大きな影響を及ぼす。
Further, in particular, in the case of a low-speed beam of 100 eV or less, in order to suppress the divergence of the beam due to self-charge, it is of course necessary to uniformly neutralize the beam. It works to promote the divergence of the ion beam. This transports the ion beam especially for 1 m or more, and has a great influence in a large-sized system that performs ion beam assist.

【0008】また、前記特開平11−354508号公
報に示される従来技術は、局所的なμ波導入によって、
リング状中和プラズマを生成するため、イオンビーム径
が小さい場合、中和プラズマがイオンビームと接触せ
ず、中和が有効に行われない場合がある。
Further, the prior art disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-354508 is based on the local introduction of μ waves.
Since the ring-shaped neutralization plasma is generated, when the ion beam diameter is small, the neutralization plasma may not come into contact with the ion beam and neutralization may not be effectively performed.

【0009】本発明の目的は、前記従来技術の問題点に
鑑み、大電流・低電圧のイオンビームを確実に十分かつ
均一に中和し、イオンビームの発散を抑えて長距離での
イオンビーム処理を可能にするとともに、基板に低損傷
のイオンビーム処理を実現できるイオンビーム処理装置
を提供することにある。
In view of the above-mentioned problems of the prior art, an object of the present invention is to reliably and sufficiently neutralize a large current / low voltage ion beam, suppress ion beam divergence, and achieve an ion beam at a long distance. An object of the present invention is to provide an ion beam processing apparatus that enables processing and realizes ion beam processing with low damage to a substrate.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明は、イオンビーム
を生成するイオン源と、該イオンビームを基板もしくは
ターゲットに照射してイオンビーム処理を行う処理室
と、該イオンビームを電気的に中和する中和手段とを有
するイオンビーム処理装置において、前記イオンビーム
中和手段が、該イオンビームの周囲を囲むように配設さ
れ、高周波電力を印加することによって中和プラズマを
発生させるコイル状アンテナと、該コイル状アンテナに
隣接して設置され、前記処理室もしくは該処理室内の基
板保持器に対して負の電位を与えられて前記中和プラズ
マからイオンを捕集するイオン捕集電極とを有すること
を特徴とするものである。
According to the present invention, an ion source for generating an ion beam, a processing chamber for irradiating the substrate or target with the ion beam for ion beam processing, and an ion beam for electrically controlling the ion beam are provided. In the ion beam processing apparatus having a neutralizing means for neutralizing, the ion beam neutralizing means is arranged so as to surround the periphery of the ion beam, and has a coil shape for generating neutralizing plasma by applying high frequency power. An antenna and an ion collecting electrode that is installed adjacent to the coiled antenna and that collects ions from the neutralizing plasma by applying a negative potential to the processing chamber or a substrate holder in the processing chamber. It is characterized by having.

【0011】前記イオン捕集電極は、それ自身のコイル
状アンテナとの電磁気的結合が、前記中和プラズマとコ
イル状アンテナとの電磁気的結合より弱くなるように配
置され、該コイル状アンテナと該イオン捕集電極の距離
が、該コイル状アンテナと前記中和プラズマ(外縁)と
の距離より大きいことを特徴とする穴空き円板型、円筒
型等の電極である。換言すると、コイル状アンテナから
見て中和プラズマとの電磁気的結合は、イオン捕集電極
との結合より強くなるように構成されている。
The ion collecting electrode is arranged so that the electromagnetic coupling with the coil antenna of itself is weaker than the electromagnetic coupling between the neutralizing plasma and the coil antenna. The ion-collecting electrode has a distance larger than the distance between the coil-shaped antenna and the neutralizing plasma (outer edge). In other words, the electromagnetic coupling with the neutralizing plasma is stronger than the coupling with the ion collecting electrode when viewed from the coiled antenna.

【0012】あるいは、コイル状アンテナの巻方向に対
し軸方向に伸びたスリットを有する、もしくは軸方向に
伸びた短冊状の電極の集合から成る、筒状あるいは帯状
電極で、該電極の周方向に連続した部分が前記の条件を
満たすものである。さらに、イオン引き出し電極を有す
るイオン源を備えたイオンビーム処理装置においては、
該イオン源の引き出し電極のうち、一番処理室側の電極
が、処理室もしくは基板保持器に対して負の電位を与え
られることで、さらにイオン捕集面積を増大させること
ができる。
Alternatively, a cylindrical or strip-shaped electrode having a slit extending in the axial direction with respect to the winding direction of the coiled antenna or consisting of a collection of strip-shaped electrodes extending in the axial direction, the electrode being arranged in the circumferential direction of the electrode. The continuous portion satisfies the above condition. Furthermore, in an ion beam processing apparatus equipped with an ion source having an ion extraction electrode,
Among the extraction electrodes of the ion source, the electrode closest to the processing chamber is given a negative potential to the processing chamber or the substrate holder, whereby the ion collecting area can be further increased.

【0013】より好ましくは、コイル状アンテナが中和
プラズマによる放電損傷を受けないように、該コイル状
アンテナ内部に筒状の石英等の誘電体壁を設置し、その
内側に前記負電位のイオン捕集電極を設置することでイ
オンビーム処理装置を構成することが望ましい。
More preferably, in order to prevent the coiled antenna from being damaged by discharge due to neutralizing plasma, a cylindrical dielectric wall made of quartz or the like is installed inside the coiled antenna, and the negative potential ions are provided inside thereof. It is desirable to construct an ion beam processing apparatus by installing a collection electrode.

【0014】さらに、高真空下での使用に際し、プラズ
マ維持に必要なガス圧を得るために、前記誘電体を二重
円筒構造にして両端を閉じ、中にガスを流す手段を設け
ることもできる。内側の円筒に設けた穴もしくは隙間か
ら電子を引き出し、イオンビームに電子を供給すること
ができる。場合によっては、イオン捕集電極に対し正の
電位を与えられる電子引き出し用の電極を用いてもよ
い。
Furthermore, in order to obtain a gas pressure necessary for maintaining plasma when used in a high vacuum, it is possible to provide a means having a double cylindrical structure with both ends closed and a gas flow therethrough. . Electrons can be supplied to the ion beam by drawing out electrons from holes or gaps provided in the inner cylinder. Depending on the case, an electrode for extracting electrons, which is given a positive potential with respect to the ion collecting electrode, may be used.

【0015】または、前記同様ガス圧の低い高真空下に
おいて、プラズマの拡散を抑え、維持するために、コイ
ル状アンテナに隣接した部位に磁場を発生する手段を設
け、発生したプラズマを閉じ込めることで、本発明を有
効にする事ができる。
Alternatively, in the same manner as above, in a high vacuum where the gas pressure is low, in order to suppress and maintain the diffusion of plasma, a means for generating a magnetic field is provided in a portion adjacent to the coiled antenna, and the generated plasma is confined. The present invention can be made effective.

【0016】本発明では、上述の如く構成されているの
で、イオン源で生成されたイオンビームが処理室内の基
板もしくはターゲットに照射される際、前記中和手段に
より、イオンビームを取り囲むコイル状アンテナの内部
空間全体には中和プラズマが生成され、イオンビームが
該中和プラズマを貫通し、確実に接触する。そして、中
和プラズマからイオンビームに電子が供給され、ビーム
プラズマが形成され、イオンビームは中和される。この
ようなイオンビームの中和にあたっては、中和プラズマ
がイオンビームと接触する事が大事であり、中和プラズ
マを生成してもイオンビームと接触しなければ中和を行
うことはできない。このとき、中和プラズマに面したイ
オン捕集電極がイオンビームの照射される処理室もしく
は基板保持器に対し負電位に設定されているので、該中
和プラズマ中の低速イオンを処理室や基板保持器より電
位の低いこの電極に捕集することができ、捕集したイオ
ンと同量の電子が該中和プラズマからイオンビームに向
かって均一に供給される。
Since the present invention is configured as described above, when the ion beam generated by the ion source irradiates the substrate or the target in the processing chamber, the neutralizing means surrounds the ion beam to surround the ion beam. A neutralizing plasma is generated in the entire inner space of the ion beam, and the ion beam penetrates the neutralizing plasma and surely contacts. Then, electrons are supplied from the neutralization plasma to the ion beam, beam plasma is formed, and the ion beam is neutralized. In neutralizing such an ion beam, it is important that the neutralizing plasma comes into contact with the ion beam, and even if the neutralizing plasma is generated, it cannot be neutralized unless it comes into contact with the ion beam. At this time, since the ion-collecting electrode facing the neutralizing plasma is set to a negative potential with respect to the processing chamber or substrate holder to which the ion beam is irradiated, the low-speed ions in the neutralizing plasma are transferred to the processing chamber or the substrate. This electrode, which has a lower potential than the holder, can be collected, and the same amount of electrons as the collected ions are uniformly supplied from the neutralizing plasma toward the ion beam.

【0017】このようにして上記中和手段は、以下の4
つの効果を有する。 1) イオンビームに均一に電子を供給する。イオンビ
ームが通過する領域全体に中和プラズマを生成するた
め、局所的に電子を供給するホローカソードやプラズマ
ブリッジニュートラライザーに比べ、均一な電子供給が
行え、基板の帯電も均一かつ低く抑えられる。 2) 大電流ビームに対しても、大量かつ安定に電子を
供給することができる。イオン捕集電極を、該プラズマ
に面した筒状もしくは帯状あるいは穴空き円板、または
イオン源の引き出し電極の処理室に最も近い電極をイオ
ン捕集電極とすることで、イオンの捕集面積を容易に広
くすることができる。そのため、低密度の中和プラズマ
を生成するのみで、該中和プラズマから十分な量のイオ
ンを確実に捕集できると共に、イオンビームの照射され
る基板保持器もしくは処理室に対してイオン捕集電極を
負電位にすることで、十分な量の電子をイオンビーム側
に供給することができる。ここで、筒状もしくは帯状の
電極は、コイル状アンテナの軸方向にスリットの入った
ものか、短冊状の電極の集合で形成することにより、こ
の電極とコイル状アンテナとの電磁気的結合を避けるこ
とができ、高周波電力を有効にプラズマに投入すること
ができる。と同時に、より大きな面積の電極を作ること
ができ、より密度の低いプラズマ、即ち、より少ない高
周波電力で十分な電子供給ができるようになる。少ない
高周波電力によって生成された電子はエネルギーが低
く、電位の低いプラズマとなるため、ビームの発散の抑
制や、基板帯電の抑制にも効果がある。 3) ビームプラズマの電位を調節することで、接地さ
れた基板保持器に取り付けられた絶縁膜基板の絶縁破壊
を避けることができる。イオン捕集電極に与えられた負
の電位は以下のような役割を果たす。イオン捕集電極が
ない場合、多くの場合は中和プラズマのポテンシャルは
接地された処理室より数10V高くなる。このため、中
和プラズマに接触して生成されたビームプラズマも数1
0Vの電位を持ち、基板保持器が接地されていると、絶
縁膜を持った導電性基板はたとえ電子が供給されても表
面が帯電し、絶縁破壊を起こすことがある。特に大電流
ビームでは、電子供給量すなわち中和プラズマからのイ
オン捕集量が不足してプラズマ電位が上昇しやすい。本
発明では、イオン捕集電極が中和プラズマに対して大き
な面積を占めており、該電極を負にできることから、大
量のイオンを捕集でき、プラズマ電位の上昇を抑えると
ともに、この電極電位によって該中和プラズマ及び中和
プラズマと接続されたビームプラズマの電位を上下させ
ることができる。即ち、基板保持器が仮に接地されてい
ても該イオン捕集電極を負電位とすることで、該プラズ
マは接地電位程度まで下げることができ、プラズマに面
する絶縁膜表面の電位と接地電位となっている導電性の
下地基板との電位差をなくすことができる。その結果、
基板上の絶縁薄膜の絶縁破壊を避けることができる。 4) ビーム自体の電位による発散を抑え、長距離での
イオンビーム処理を可能にする。特に、100V以下の
低速ビームでは、イオンビームの自己電位による発散が
顕著である。ビームプラズマの電位が下がることで、こ
のような発散を抑え、長距離のイオンビーム輸送を可能
にし、所望のイオンビーム処理を行うことができる。
In this way, the neutralizing means has the following 4
Have one effect. 1) The electrons are uniformly supplied to the ion beam. Neutralizing plasma is generated in the entire region through which the ion beam passes, so that more uniform electron supply can be performed and the charging of the substrate can be suppressed uniformly and lower than that of a hollow cathode or a plasma bridge neutralizer that locally supplies electrons. 2) A large amount of electrons can be stably supplied even to a large current beam. The ion-collecting electrode has a cylindrical or band-like shape facing the plasma or a perforated disk, or an electrode closest to the processing chamber of the extraction electrode of the ion source is used as the ion-collecting electrode, so that the ion-collecting area can be increased. It can be easily widened. Therefore, it is possible to reliably collect a sufficient amount of ions from the neutralized plasma only by generating the low density neutralized plasma, and to collect the ions into the substrate holder or the processing chamber irradiated with the ion beam. By setting the electrode to a negative potential, a sufficient amount of electrons can be supplied to the ion beam side. Here, the cylindrical or strip-shaped electrode is formed by forming a slit in the axial direction of the coiled antenna or by forming a strip-shaped electrode to avoid electromagnetic coupling between this electrode and the coiled antenna. Therefore, the high frequency power can be effectively supplied to the plasma. At the same time, an electrode having a larger area can be formed, and a plasma having a lower density, that is, a sufficient amount of high-frequency power to supply electrons can be supplied. Electrons generated by a small amount of high-frequency power have low energy and become plasma with a low electric potential, which is effective in suppressing beam divergence and substrate charging. 3) By adjusting the potential of the beam plasma, dielectric breakdown of the insulating film substrate attached to the grounded substrate holder can be avoided. The negative potential applied to the ion collecting electrode plays the following role. In the absence of the ion-collecting electrode, the potential of the neutralizing plasma is often several tens of volts higher than that of the grounded processing chamber. Therefore, the beam plasma generated by contacting the neutralizing plasma is also a few
When the substrate holder has a potential of 0 V and the substrate holder is grounded, the surface of the conductive substrate having an insulating film may be charged even if electrons are supplied, and dielectric breakdown may occur. Particularly in the case of a large current beam, the amount of electrons supplied, that is, the amount of ions collected from the neutralizing plasma is insufficient, and the plasma potential is likely to rise. In the present invention, the ion-collecting electrode occupies a large area with respect to the neutralized plasma, and since the electrode can be made negative, a large amount of ions can be collected, the rise in plasma potential is suppressed, and this electrode potential The potential of the neutralizing plasma and the beam plasma connected to the neutralizing plasma can be raised or lowered. That is, even if the substrate holder is temporarily grounded, the plasma can be lowered to the ground potential by setting the ion collecting electrode to a negative potential, and the potential of the insulating film surface facing the plasma and the ground potential can be reduced. It is possible to eliminate the potential difference with the conductive underlying substrate. as a result,
It is possible to avoid dielectric breakdown of the insulating thin film on the substrate. 4) It suppresses divergence due to the potential of the beam itself and enables ion beam processing over a long distance. In particular, with a low-speed beam of 100 V or less, divergence due to the self-potential of the ion beam is remarkable. By lowering the potential of the beam plasma, it is possible to suppress such divergence, enable ion beam transportation over a long distance, and perform desired ion beam processing.

【0018】また、高真空下では中和プラズマを維持す
るにはガス圧が低すぎ、また拡散によってプラズマ密度
が極端に低くなる事がある。そのため、上述の様にコイ
ル状アンテナの内側に二重円筒構造の誘電体管を配し、
各円筒間にガスを流す事によってコイル状アンテナ内側
のガス圧を高めることができる。これによって、プラズ
マを維持する事ができ、内側の誘電体管に設けた穴もし
くは隙間から漏れ出たプラズマがイオンビームと接触
し、イオンビームに電子を供給できる。隙間が小さすぎ
て、プラズマが誘電体の隙間から出ることができない時
は、イオン捕集電極に対し、正の電位を与えられる電子
引き出し電極を誘電体内側に設けることで、電子をイオ
ンビームに与えることができる。
Further, under high vacuum, the gas pressure is too low to maintain neutralization plasma, and the plasma density may be extremely low due to diffusion. Therefore, as described above, the dielectric tube of the double cylindrical structure is arranged inside the coiled antenna,
By flowing gas between the cylinders, the gas pressure inside the coiled antenna can be increased. As a result, the plasma can be maintained, and the plasma leaking from the hole or the gap provided in the inner dielectric tube comes into contact with the ion beam to supply electrons to the ion beam. When the gap is too small to allow plasma to exit from the gap between the dielectrics, an electron extraction electrode that can give a positive potential to the ion-collecting electrode is provided inside the dielectric so that electrons can be emitted into the ion beam. Can be given.

【0019】高真空下における別の方法としては、上述
の様にコイル状アンテナに隣接した部位に磁場を発生す
る手段を設け、磁場によってプラズマを閉じ込めること
で、プラズマの拡散を抑え、上記の4つの効果を有効に
する事ができる。
As another method under high vacuum, a means for generating a magnetic field is provided in a portion adjacent to the coiled antenna as described above, and the plasma is confined by the magnetic field to suppress the diffusion of the plasma. You can activate one effect.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】以下、本発明の第1の実施例を図
1ないし図3を用いて説明する。図1は本発明によるイ
オンビーム処理装置を用いた第1の実施例の全体構成の
縦断面図、図2(a)は、第1の実施例におけるイオン
源及び中和手段の斜視図である。また、図2(b)は、
第1の実施例における別形態のイオン捕集電極の斜視図
である。図3(a)は、図1の要部の拡大縦断面図、図
3(b)は同じく引き出し電極の側面図である。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 1 is a vertical cross-sectional view of the overall configuration of a first embodiment using an ion beam processing apparatus according to the present invention, and FIG. 2 (a) is a perspective view of an ion source and neutralizing means in the first embodiment. . In addition, FIG.
FIG. 7 is a perspective view of another form of ion collecting electrode in the first embodiment. FIG. 3A is an enlarged vertical sectional view of a main part of FIG. 1, and FIG. 3B is a side view of the extraction electrode.

【0021】本発明の第1の実施例になるイオンビーム
処理装置は、4ターンのコイル状アンテナ17に高周波
を供給することで、セラミック板12、13と石英管1
6によって画成されたイオン源プラズマ生成室50に高
周波プラズマを生成するイオン源(符示せず)を有して
いる。イオン源プラズマ生成室50の大きさは、例え
ば、直径212mm、長さ100mmの円柱型であり、
該コイル状アンテナには13.56MHzの高周波電源
19が整合器18を介して取り付けられている。該イオ
ン源本体は金属製の真空チャンバー2内に入っており、
真空チャンバー2は、基板に対してイオンビーム処理を
行う処理室3と接続され、一つのチャンバーを構成す
る。このため、アンテナ17に印加する高周波はチャン
バー2によって遮蔽され、大気中に漏れることはない。
また、プラズマ生成室50及び該チャンバー2は共に処
理室3より真空排気されるため、プラズマ生成室50を
構成する石英管16は大気圧を支える必要が無く、薄い
物を用いることができる。
In the ion beam processing apparatus according to the first embodiment of the present invention, high frequency is supplied to the coil antenna 17 having four turns, so that the ceramic plates 12 and 13 and the quartz tube 1 can be processed.
The ion source plasma generation chamber 50 defined by 6 has an ion source (not shown) for generating high frequency plasma. The size of the ion source plasma generation chamber 50 is, for example, a cylindrical type having a diameter of 212 mm and a length of 100 mm,
A 13.56 MHz high frequency power supply 19 is attached to the coiled antenna via a matching unit 18. The ion source body is contained in a metal vacuum chamber 2,
The vacuum chamber 2 is connected to the processing chamber 3 that performs the ion beam processing on the substrate, and constitutes one chamber. Therefore, the high frequency applied to the antenna 17 is shielded by the chamber 2 and does not leak into the atmosphere.
Further, since both the plasma generation chamber 50 and the chamber 2 are evacuated from the processing chamber 3, the quartz tube 16 forming the plasma generation chamber 50 does not need to support the atmospheric pressure, and a thin material can be used.

【0022】プラズマ生成室50を構成するセラミック
板12、13は、スペーサ(図示せず)を介して互いに
所定の間隔を保つように固定され、ガス分配器の役割を
兼ねる。これらは金属製の支持フランジ10によって保
持されており、支持フランジ10の中心にはガス導入管
14が取り付けられている。イオンビーム処理装置に導
入されたガスはセラミック板12、13の間隙を通して
周囲に拡散し、石英管16の内壁に沿ってプラズマ生成
室50内に送り込まれるようになっている。
The ceramic plates 12 and 13 constituting the plasma generating chamber 50 are fixed so as to keep a predetermined distance from each other via a spacer (not shown) and also serve as a gas distributor. These are held by a metal support flange 10, and a gas introduction pipe 14 is attached to the center of the support flange 10. The gas introduced into the ion beam processing apparatus diffuses into the surroundings through the gap between the ceramic plates 12 and 13, and is sent into the plasma generation chamber 50 along the inner wall of the quartz tube 16.

【0023】プラズマ生成室50が石英管16とセラミ
ック板12、13の2つの部分によって構成されている
ことで、石英ベルジャーの代わりに安価な既成の石英管
で代用することができ、差し替えも簡単である。また、
セラミック板13は金属板にしてもよく、プラズマから
のイオンの引き出し量を上げるバイアス電極とすること
もできる。支持フランジ10は、イオン源フランジ1に
埋め込まれた6本の支柱11によって固定され、イオン
源全体がチャンバー2の内部空間に保持される。
Since the plasma generating chamber 50 is composed of the quartz tube 16 and the ceramic plates 12 and 13, two inexpensive quartz tubes can be used instead of the quartz bell jar, and replacement is easy. Is. Also,
The ceramic plate 13 may be a metal plate, or may be a bias electrode that increases the amount of ions extracted from the plasma. The support flange 10 is fixed by six columns 11 embedded in the ion source flange 1, and the entire ion source is held in the internal space of the chamber 2.

【0024】一方、プラズマ生成室50内のセラミック
板13と対向する開口部には、互いに所定の間隔をもつ
と共に所定の大きさで形成された複数の孔を有する引き
出し電極20が取り付けられており、この引き出し電極
20は、図3(a)に示すように、全て同位置に同様の
孔を有する電極20a、20b、20cから形成されて
おり、それぞれ絶縁物のスペーサ(図示せず)によって
固定されている。引き出し電極20aは処理室に対し、
100〜2000V程度の電圧、電極20bは−50〜
−1000V程度の負の電圧が印加され、プラズマ生成
室50で生成されたプラズマからこれらの電極の孔を通
してイオンのみを引き出すようになっている。引き出さ
れたイオンは引き出し電極20aに印加した電圧程度の
エネルギーを持って加速される。
On the other hand, an extraction electrode 20 having a plurality of holes each having a predetermined interval and having a predetermined size is attached to an opening of the plasma generation chamber 50 facing the ceramic plate 13. As shown in FIG. 3 (a), the extraction electrode 20 is formed of electrodes 20a, 20b, 20c having the same holes at the same positions and fixed by insulating spacers (not shown). Has been done. The extraction electrode 20a is installed in the processing chamber
Voltage of about 100-2000V, electrode 20b is -50-
A negative voltage of about −1000 V is applied to extract only ions from the plasma generated in the plasma generation chamber 50 through the holes of these electrodes. The extracted ions are accelerated with energy equivalent to the voltage applied to the extraction electrode 20a.

【0025】なお、イオン引き出し電極20の複数の孔
が分布している領域は、一例としてφ170mmの大き
さをなしている。また、3番目の電極20cはイオン捕
集電極31と接続され、同電位となっている。
The region where the plurality of holes of the ion extraction electrode 20 are distributed has a size of 170 mm, for example. Further, the third electrode 20c is connected to the ion collecting electrode 31 and has the same potential.

【0026】イオン源の下流すなわち、イオン源チャン
バー2の右側部分には中和手段が設けられ、さらにその
下流に、処理室3が接続されている。中和手段は、イオ
ンビーム52の進行方向に沿って、それを取り囲むよう
に設置された、中和プラズマを発生させる2ターンのコ
イル状アンテナ30と、その内側に設置された石英管3
5と、さらにその内側に筒状のイオン捕集電極31とを
有している。一方、処理室3は、イオンビーム52によ
って基板等の被処理物40を処理するための空間であ
り、接地された金属壁によって画成されている。被処理
物40は、処理室3と接続された保持器41上に保持さ
れている。保持器41は、イオンビーム処理の均一性を
上げるために自転運動を行うような回転機構が備えられ
ており、処理室3との機械的接触により、接地電位とな
っている。
A neutralizing means is provided on the downstream side of the ion source, that is, on the right side portion of the ion source chamber 2, and the processing chamber 3 is connected further downstream thereof. The neutralizing means is a two-turn coil-shaped antenna 30 for generating neutralizing plasma, which is installed so as to surround the ion beam 52 along the traveling direction of the ion beam 52, and a quartz tube 3 installed inside thereof.
5 and a cylindrical ion collecting electrode 31 inside thereof. On the other hand, the processing chamber 3 is a space for processing an object to be processed 40 such as a substrate by the ion beam 52, and is defined by a grounded metal wall. The processing object 40 is held on a holder 41 connected to the processing chamber 3. The holder 41 is provided with a rotating mechanism that performs a rotational movement to improve the uniformity of the ion beam processing, and is brought to the ground potential by mechanical contact with the processing chamber 3.

【0027】中和手段のアンテナ30には13.56M
Hzの高周波電源33が整合器32を介して接続され、
該電極31によって形成される空間室内にイオンビーム
52を中和させる高周波プラズマを発生させる。また、
イオン捕集電極31は直流電源36によって処理室3及
び保持器41に対して0〜−50V程度の負電位を与え
られる。これらは、支持フランジ34によって支柱11
に取り付けられ、イオン源と一体構造をなし、イオン源
出口直後にプラズマを発生させ効率よく中和する。中和
プラズマの発生する空間室51の大きさは、直径230
mm、長さ80mmである。イオン捕集電極31は、例
えば、コイル状アンテナ30の巻方向と垂直な方向に幅
2mmのスリットを有している筒型である。イオン捕集
電極31の有するスリット31dは、コイル状アンテナ
30に流れる高周波電流によって生じる該電極31内の
周方向の誘導電流を遮断し、コイル状アンテナ30と該
電極31の電磁気的結合による電力損失を減らすための
ものである。すなわち、コイル状アンテナ30から見て
中和プラズマ56との電磁気的結合がイオン捕集電極3
1との結合より強くなるようにすることにより、コイル
状アンテナ30に印加された高周波電力は有効に中和プ
ラズマ56内に投入される。
The antenna 30 of the neutralizing means has 13.56M
A high frequency power supply 33 of Hz is connected through a matching unit 32,
A high frequency plasma that neutralizes the ion beam 52 is generated in the space formed by the electrode 31. Also,
The ion collection electrode 31 is given a negative potential of about 0 to -50 V to the processing chamber 3 and the holder 41 by the DC power supply 36. These are supported by the support flange 34 and the support 11
Attached to the ion source, it forms an integral structure with the ion source, and plasma is generated immediately after the ion source exits for efficient neutralization. The size of the space chamber 51 in which the neutralizing plasma is generated is 230 mm in diameter.
mm and length 80 mm. The ion collecting electrode 31 is, for example, a tubular type having a slit with a width of 2 mm in a direction perpendicular to the winding direction of the coiled antenna 30. The slit 31d of the ion collecting electrode 31 blocks a circumferentially induced current in the electrode 31 caused by a high-frequency current flowing in the coil antenna 30, and a power loss due to electromagnetic coupling between the coil antenna 30 and the electrode 31. Is to reduce. That is, as seen from the coiled antenna 30, the electromagnetic coupling with the neutralizing plasma 56 causes the ion collecting electrode 3
By making it stronger than the coupling with 1, the high frequency power applied to the coiled antenna 30 is effectively injected into the neutralization plasma 56.

【0028】このスリット付き電極31は、図2(b)
に示すようにコイルの巻方向と垂直方向に長い短冊状の
電極の集合から成る電極であってもよい。
This slitted electrode 31 is shown in FIG.
The electrode may be composed of a set of strip-shaped electrodes that are long in the direction perpendicular to the winding direction of the coil as shown in FIG.

【0029】また、該電極31は中和プラズマに面して
いれば必ずしもスリット付電極のような周方向に不連続
な電極である必要はなく、中和に必要な電子供給を行え
るだけのイオン捕集面積が確保できれば、後で述べる図
4や図6の実施例のようにコイル状アンテナ30部を避
け、その前後に配置した円筒や円板のリング状電極とし
てもよい。
Further, the electrode 31 does not necessarily have to be a circumferentially discontinuous electrode such as an electrode with a slit as long as it faces the neutralizing plasma, and an ion that can supply electrons necessary for neutralization can be used. If the collection area can be secured, the coil-shaped antenna 30 may be avoided as in the embodiments of FIGS. 4 and 6 described later, and a cylindrical or disk-shaped ring-shaped electrode may be arranged in front of and behind it.

【0030】図4、図6の要部拡大断面図、図5
(b)、図7(b)において、コイル状アンテナ30と
イオン捕集電極31との距離xe、コイル状アンテナ30
と中和プラズマ56との距離xpとしたとき、図5
(b)、図7(b)に示すイオン捕集電極31における
これらの実際的な値は、コイル状アンテナ30から見
て、中和プラズマ56との電磁気的結合がイオン捕集電
極31との結合より強くなるよう、xp<< xeを満たすこ
とが望ましい。なお、図3(a)、(b)に示すスリッ
ト付き電極31、短冊型電極31eの例では、xeは、周
方向に連続する部位とコイル状アンテナ30との距離と
考える。
FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of an essential part of FIGS. 4 and 6.
7B, the distance xe between the coiled antenna 30 and the ion collecting electrode 31, the coiled antenna 30
When the distance xp between the neutralization plasma 56 and
(B), these practical values in the ion collecting electrode 31 shown in FIG. 7 (b) are the same as those of the ion collecting electrode 31 when electromagnetic coupling with the neutralizing plasma 56 is seen from the coiled antenna 30. It is desirable to satisfy xp << xe so that it is stronger than the bond. In the example of the slit electrode 31 and the strip electrode 31e shown in FIGS. 3A and 3B, xe is considered to be the distance between the circumferentially continuous portion and the coiled antenna 30.

【0031】本実施例では、中和プラズマ56からコイ
ル30を保護するため、また、中和プラズマ生成空間の
ガス圧力を極力高く維持するために、図3に示すよう
に、イオン捕集電極31とコイル状アンテナ30の間に
石英管35を配している。この石英管35は構造部材と
しても用いているが、イオン捕集電極31が構造部材と
して用いられる場合や、かつ、コイル状アンテナ30
が、セラミックコーティング等の絶縁表面処理や白金コ
ーティング等の耐プラズマ表面処理を施してある場合、
石英管35は無くても構わない。また、この場合、コイ
ル状アンテナ30はイオン捕集電極31の内部にあって
も構わない。ちなみに、石英管35と該電極31は0.
5mm以上の間隔を置いて設置されており、これによ
り、石英管35が該電極のスリットを通して導電性の付
着物で汚れても、該電極31と付着物が導通する事はな
く、周方向の誘導電流による高周波の投入効率低下を招
くことがない。このため、メンテナンス周期も大幅に延
びる。該電極31はモリブデン製であり、該電極31の
熱膨張による半径の増加は、輻射冷却の効いてくる30
0℃程度になるとしても、0.5mmには満たない。従
って、0.5mmもあいていれば十分である。ただし、
あまり開けすぎるとプラズマに有効にエネルギーが投入
されなくなるため、望ましくない。
In the present embodiment, in order to protect the coil 30 from the neutralizing plasma 56 and to keep the gas pressure in the neutralizing plasma generating space as high as possible, as shown in FIG. A quartz tube 35 is disposed between the coil antenna 30 and the coil antenna 30. The quartz tube 35 is also used as a structural member, but when the ion collecting electrode 31 is used as a structural member, and the coiled antenna 30 is used.
, Is subjected to insulating surface treatment such as ceramic coating or plasma resistant surface treatment such as platinum coating,
The quartz tube 35 may be omitted. In this case, the coiled antenna 30 may be inside the ion collecting electrode 31. By the way, the quartz tube 35 and the electrode 31 have a thickness of 0.
Since the quartz tube 35 is installed with a space of 5 mm or more, even if the quartz tube 35 is contaminated with conductive deposits through the slits of the electrodes, the deposits do not conduct to the electrodes 31 and the circumferential direction of the electrodes 31 is reduced. The induction current does not cause a decrease in high frequency input efficiency. Therefore, the maintenance cycle is significantly extended. The electrode 31 is made of molybdenum, and the increase in radius due to thermal expansion of the electrode 31 is effective for radiation cooling.
Even if it reaches about 0 ° C, it is less than 0.5 mm. Therefore, a gap of 0.5 mm is sufficient. However,
If it is opened too much, energy cannot be effectively input to the plasma, which is not desirable.

【0032】なお、本実施例では、コイル状アンテナ3
0に印加する高周波は13.56MHzであるが、イオ
ン源に供給する高周波と中和器側に供給する高周波の相
互干渉を避けるために、それぞれの高周波周波数を0.
01〜1MHz程度ずらすか、フェーズシフター等を用
いてそれぞれの高周波の位相を調整するように接続する
のが望ましい。
In this embodiment, the coil antenna 3 is used.
The high frequency applied to 0 is 13.56 MHz, but in order to avoid mutual interference between the high frequency supplied to the ion source and the high frequency supplied to the neutralizer side, each high frequency is set to 0.
It is desirable to shift by about 01 to 1 MHz or to connect so as to adjust the phase of each high frequency using a phase shifter or the like.

【0033】次に、本発明の第1の実施例の作用につい
て述べる。まず、処理室3に対しては図示していない真
空ポンプを用い、真空排気することにより、1×10-4
Pa以下にする。ついでコイル状アンテナ17に50W
程度の高周波を給電し、イオン源プラズマ生成室50内
にガス導入管14からアルゴンガスをパルス状に瞬間的
に導入し、その後プラズマ生成室50内の圧力が4〜8
×10-2Pa程度になる流量だけ所望のガスを流す。一
般にこのようなコイル状アンテナによって生成される誘
導結合型のプラズマは、自己着火にコンマ数Pa〜数P
a程度のガス圧力、もしくは種電子を要するが、パルス
状のアルゴンガスにより瞬間的にプラズマ生成室内のガ
ス圧力がコンマ数Paまで上昇し、プラズマが着火す
る。ガス導入管14より導入されたガスが、ガス分配器
の役割をなすセラミック板12、13により、プラズマ
生成室50の周辺部に送られるため、アンテナ17付近
のガス圧が上がり、より効率的にプラズマ着火が行われ
る。プラズマ生成室内部では、印加した高周波により生
じた周方向の誘導電界でプラズマ中の電子が加熱され、
導入されたガス分子を衝突電離させるため、高密度のプ
ラズマが維持される。プラズマ着火後はイオンビーム処
理で用いる所望のガス、例えば酸素ガスをガス導入管1
4から導入する。
Next, the operation of the first embodiment of the present invention will be described. First, a vacuum pump (not shown) is used for the processing chamber 3 to evacuate the chamber 1 × 10 −4.
It is set to Pa or less. Then 50 W for the coil antenna 17
High frequency power is supplied, and argon gas is instantaneously introduced into the ion source plasma generation chamber 50 from the gas introduction pipe 14 in a pulsed manner, and then the pressure in the plasma generation chamber 50 is increased to 4 to 8
A desired gas is flowed at a flow rate of about 10-2 Pa. Generally, the inductively coupled plasma generated by such a coil antenna causes self-ignition to a comma number Pa to several P.
Although a gas pressure of about a or seed electrons is required, the gas pressure in the plasma generation chamber instantaneously rises to the comma number Pa by the pulsed argon gas, and the plasma is ignited. Since the gas introduced from the gas introduction pipe 14 is sent to the peripheral portion of the plasma generation chamber 50 by the ceramic plates 12 and 13 which play the role of the gas distributor, the gas pressure in the vicinity of the antenna 17 rises and the efficiency is improved. Plasma ignition is performed. In the plasma generation chamber, electrons in the plasma are heated by the circumferential induction field generated by the applied high frequency,
Since the introduced gas molecules are subjected to impact ionization, a high density plasma is maintained. After plasma ignition, a desired gas used in the ion beam treatment, for example, oxygen gas, is introduced into the gas introduction tube 1
Introduced from 4.

【0034】プラズマが安定化した後、処理室3に対
し、イオン源の引き出し電極20aが直流電源21の+
極に接続されることによりイオン源プラズマが正電位に
設定され、そしてイオン引き出し電極20bが負電位に
設定されると、イオン引き出し電極20bにより、プラ
ズマ生成室50内の高密度プラズマからイオンのみがイ
オンビーム52として処理室3側へ引き出される。引き
出されたイオンビーム52は、コイル状アンテナ30と
筒状のイオン捕集電極31によって形成される中和手段
により中和され、被処理物40に照射されることによ
り、所望の処理が行われる。該中和手段では、イオン源
と同様に高周波アンテナ30によってその内部空間に中
和プラズマを生成し、イオン捕集電極で該プラズマ中の
低速イオンを捕集しつつ、該プラズマを通過するイオン
ビーム52に同等量の電子を供給し、イオンビーム52
を電気的に中和する。イオン捕集電極31は、コイルの
巻き方向と垂直方向にスリットを有しているので、周方
向の誘導電流が流れず、アンテナ30からプラズマ56
への高周波パワーの伝達を妨げない。
After the plasma is stabilized, the extraction electrode 20a of the ion source is connected to the + of the DC power source 21 in the processing chamber 3.
When the ion source plasma is set to a positive potential by being connected to the pole and the ion extraction electrode 20b is set to a negative potential, only ions are extracted from the high-density plasma in the plasma generation chamber 50 by the ion extraction electrode 20b. The ion beam 52 is extracted to the processing chamber 3 side. The extracted ion beam 52 is neutralized by the neutralizing means formed by the coiled antenna 30 and the cylindrical ion collecting electrode 31, and is irradiated to the object 40 to be processed, thereby performing the desired processing. . In the neutralizing means, a neutralizing plasma is generated in the internal space by the high frequency antenna 30 like the ion source, and the ion beam passing through the plasma is collected by the ion collecting electrode while the low-speed ions in the plasma are collected. The same amount of electrons is supplied to 52, and the ion beam 52
Electrically neutralize. Since the ion collecting electrode 31 has slits in the direction perpendicular to the winding direction of the coil, an induced current in the circumferential direction does not flow, and the plasma 56 is emitted from the antenna 30.
Does not interfere with the transmission of high frequency power to.

【0035】次に、前記中和手段による中和作用につい
て説明する。イオンビームがイオン引き出し電極20よ
り引き出されると、イオンビームが引き出し電極20等
に衝突し二次電子が放出される、あるいは引き出された
イオンビームが空間内の中性ガスを電離して二次電子が
生成されるため、これらの電子が種電子となり、該中和
手段におけるコイル状アンテナ30に高周波を50W程
度給電することで、中和プラズマ生成領域51において
プラズマが着火する。着火しにくい場合は、ガス導入管
37(図7(b)参照)を別途設置し、イオン捕集電極
内にイオン源と同様、ガスパルスを導入することで着火
することができる。着火後は、生成プラズマの電子が誘
導加熱されることでプラズマは維持される。ただし、ガ
ス圧が低いので、プラズマ密度はイオン源に比べて小さ
い。
Next, the neutralizing action of the neutralizing means will be described. When the ion beam is extracted from the ion extraction electrode 20, the ion beam collides with the extraction electrode 20 and the like, and secondary electrons are emitted, or the extracted ion beam ionizes the neutral gas in the space and the secondary electrons are emitted. Since these electrons become seed electrons and a high frequency of about 50 W is supplied to the coiled antenna 30 in the neutralizing means, plasma is ignited in the neutralizing plasma generating region 51. If it is difficult to ignite, it is possible to ignite by separately installing a gas introduction pipe 37 (see FIG. 7 (b)) and introducing a gas pulse into the ion collecting electrode, similarly to the ion source. After ignition, the plasma is maintained by inductively heating the electrons of the generated plasma. However, since the gas pressure is low, the plasma density is smaller than that of the ion source.

【0036】このように、中和プラズマ56が生成され
ると、イオンビーム52は該プラズマ56より電子が供
給されビームプラズマとなる。イオンビームが照射され
る、即ちビームプラズマの面する保持器41及び処理室
3に対し、イオン捕集電極31が直流電源36により負
電位に設定されていることで、中和プラズマ中の低速イ
オン54をイオン捕集電極31に捕集することができ
る。そして、捕集したイオンと同量の電荷の電子53を
イオンビーム52に供給することができる。この中和電
子供給により、イオンビームの照射される基板上での電
位分布のばらつきを抑え、素子破壊を避けることができ
る。また、該中和プラズマ56はイオン捕集電極31で
囲まれた領域全面に生成されるため、確実にイオンビー
ム52と接触し、上述のような中和作用を呈する。
As described above, when the neutralization plasma 56 is generated, the ion beam 52 becomes a beam plasma in which electrons are supplied from the plasma 56. Since the ion collector electrode 31 is set to a negative potential by the DC power supply 36 with respect to the holder 41 and the processing chamber 3 which are irradiated with the ion beam, that is, facing the beam plasma, the low-speed ions in the neutralizing plasma are 54 can be collected by the ion collecting electrode 31. Then, the electrons 53 having the same charge as the collected ions can be supplied to the ion beam 52. By supplying the neutralizing electrons, it is possible to suppress the variation in the potential distribution on the substrate irradiated with the ion beam and avoid the element destruction. Further, since the neutralization plasma 56 is generated over the entire area surrounded by the ion collecting electrode 31, it surely contacts the ion beam 52 and exhibits the above-mentioned neutralizing action.

【0037】該イオン捕集電極31が筒状であること
は、イオンの捕集面積を広くし、低密度の中和プラズマ
を生成するのみで、該プラズマから十分な量のイオンを
確実に捕集できるようにし、イオンビーム52に十分な
量の電子を供給できるようにする。この場合、低密度の
中和プラズマの生成でよいため、導入する高周波電力が
少なくて済み、前記中和プラズマが電子温度の低い静か
なプラズマとなり、ここから供給される電子のエネルギ
ーが小さく、ビームプラズマの電位は低く抑えられる。
即ち、低速ビームにおいてビームプラズマの電位の影響
を極力減らし、ビームが発散するのを抑制することがで
きる。
The cylindrical shape of the ion-collecting electrode 31 widens the ion-collecting area and only produces a low-density neutralizing plasma, so that a sufficient amount of ions can be reliably collected from the plasma. The ion beam 52 can be supplied with a sufficient amount of electrons. In this case, since it is sufficient to generate a low-density neutralization plasma, a small amount of high-frequency power needs to be introduced, the neutralization plasma becomes a quiet plasma with a low electron temperature, and the energy of electrons supplied from this is small, so that the beam The potential of plasma can be kept low.
That is, the influence of the potential of the beam plasma on the low-speed beam can be reduced as much as possible, and the divergence of the beam can be suppressed.

【0038】ここで、イオン捕集電極31に与えられる
負の電位は以下のような役割を果たす。イオン捕集電極
31がない場合、イオン捕集電極は接地電位である引き
出し電極となり、電子供給量が十分ではなくなるのと同
時にイオン捕集量が不足することから、プラズマのポテ
ンシャルが上昇する。多くの場合は中和プラズマのポテ
ンシャルは接地された処理室3より数10V、例えば5
0V程度高くなる。このため、保持器41が接地されて
いると、絶縁薄膜を持った導電性基板は絶縁膜表面が帯
電し、例えば30V程度になり、絶縁薄膜の絶縁破壊を
起こすことがある。本発明では、イオン捕集電極31が
中和プラズマ対して大きな面積を占めているので、十分
な電子が供給でき、プラズマ自体のポテンシャルを下げ
ると同時に、この電極電位によって該中和プラズマ及び
中和プラズマと接続されたビームプラズマの電位を上下
させることができる。即ち、保持器41が仮に接地され
ていても該電極31を負電位にすることで、該プラズマ
の電位は接地電位程度まで下げることができる。このよ
うな調整により、絶縁膜表面の電位と、接地電位となっ
ている導電性の下地基板との電位差をなくすことがで
き、絶縁破壊を避けることができる。さらに、ビームプ
ラズマの電位が下がることで、特に100V以下の低速
ビームではビーム自体の電位による発散を抑えることが
でき、長距離でのイオンビーム処理を可能にする。
Here, the negative potential applied to the ion collecting electrode 31 plays the following role. When the ion-collecting electrode 31 is not provided, the ion-collecting electrode serves as an extraction electrode having a ground potential, and the amount of supplied electrons becomes insufficient, and at the same time, the amount of collecting ions becomes insufficient, so that the potential of plasma increases. In many cases, the potential of the neutralizing plasma is several tens of volts, for example 5 from the grounded processing chamber 3.
It becomes about 0V higher. Therefore, when the cage 41 is grounded, the surface of the insulating film of the conductive substrate having the insulating thin film is charged to about 30 V, which may cause dielectric breakdown of the insulating thin film. In the present invention, since the ion-collecting electrode 31 occupies a large area with respect to the neutralization plasma, sufficient electrons can be supplied, and the potential of the plasma itself is lowered. The potential of the beam plasma connected to the plasma can be raised or lowered. That is, even if the holder 41 is grounded, the potential of the plasma can be lowered to the ground potential by setting the electrode 31 to a negative potential. By such adjustment, it is possible to eliminate the potential difference between the potential on the surface of the insulating film and the conductive underlying substrate at the ground potential, and it is possible to avoid dielectric breakdown. Further, since the potential of the beam plasma is lowered, the divergence due to the potential of the beam itself can be suppressed particularly in a low-speed beam of 100 V or less, and the ion beam processing can be performed over a long distance.

【0039】またさらに、実施例では、以下の作用効果
もある。即ちコイル状アンテナ30、イオン捕集電極3
1がイオンビームの引き出し方向において、イオン引き
出し電極20によって引き出されたビームの引き出し直
後の位置に配置されているので、それより下流側、例え
ば被処理物40の近傍に配置する場合に比較し、1)ビ
ームの発散を抑制しやすい、2)被処理物40が中和プ
ラズマに曝されない、3)被処理物付近の排気がしやす
く、排気コンダクタンスを大きくとれる、という効果が
ある。
Furthermore, the embodiment has the following operational effects. That is, the coiled antenna 30, the ion collecting electrode 3
Since 1 is arranged at a position immediately after the extraction of the beam extracted by the ion extraction electrode 20 in the extraction direction of the ion beam, as compared with the case where it is arranged on the downstream side, for example, in the vicinity of the object 40 to be processed, 1) It is easy to suppress the divergence of the beam, 2) the object 40 to be processed is not exposed to neutralizing plasma, 3) there is an effect that the vicinity of the object to be processed is easily exhausted and a large exhaust conductance can be obtained.

【0040】また、反応性ガス雰囲気で使用した場合、
イオン捕集電極31が酸化物等の絶縁物で覆われること
があるが、適当な負電位をかけてやることで、スパッタ
によるセルフクリーニングを行うことができる。もちろ
ん導電性付着物が付着してもイオン捕集電極31の機能
は損なわれないし、石英管35とも0.5mmの距離を
あけて設置されているため、スリットから石英壁に付着
した導電性付着物で、周方向に導通し、コイル状アンテ
ナと結合して効率を損なうということはない。このよう
に反応性ガス雰囲気でも使用でき、フィラメントや熱電
子放出材といった消耗品がないので、メンテナンス周期
を大幅に長くできる。さらに基板やイオン源への熱負荷
が少ないという特長もあり、タングステンフィラメント
などによる重金属汚染もない。
When used in a reactive gas atmosphere,
The ion collecting electrode 31 may be covered with an insulator such as an oxide, but by applying an appropriate negative potential, self-cleaning by sputtering can be performed. Of course, the function of the ion-collecting electrode 31 is not impaired even if conductive deposits are attached, and because the quartz tube 35 is installed with a distance of 0.5 mm, the conductive attachment attached to the quartz wall through the slits. The kimono does not conduct in the circumferential direction and does not impair the efficiency by coupling with the coiled antenna. In this way, it can be used in a reactive gas atmosphere, and since there are no consumables such as filaments and thermionic emission materials, the maintenance cycle can be significantly lengthened. Furthermore, it has the feature that the heat load on the substrate and ion source is small, and there is no heavy metal contamination due to tungsten filaments.

【0041】次に、本発明の第2、第3の実施例につい
て図4〜図7を用いて説明する。これらは図1における
イオン捕集電極31が、スリット付きの筒状電極ではな
く、別の形態をとったもので、図4〜図5に示した第2
の実施例はイオン捕集電極31aがコイル状アンテナ内
側を避けるように配置された二つの筒型電極から成るも
の、図6〜図7に示した第3の実施例はイオン補集電極
31bが、石英管35bの前後に設けられた二枚の穴空
き円板状の電極によって構成されるものである。
Next, second and third embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. These are the ion-collecting electrodes 31 in FIG. 1 which are not tubular electrodes with slits but take another form. The second electrode shown in FIGS.
In the second embodiment, the ion collecting electrode 31a is composed of two cylindrical electrodes arranged so as to avoid the inside of the coiled antenna. In the third embodiment shown in FIGS. 6 to 7, the ion collecting electrode 31b is It is composed of two perforated disc-shaped electrodes provided before and after the quartz tube 35b.

【0042】これらのイオン補集電極31a、31bは
いずれも中和プラズマ56に面しながらもコイル状アン
テナ30から見て中和プラズマ56より遠い位置にあ
り、アンテナ30との若干の電磁気的結合は有るもの
の、中和プラズマ56よりも電磁気的に結合しにくい配
置にある。スリットを有さなくても高周波パワーの伝達
を妨げずにイオン捕集電極としての機能を果たす。
These ion-collecting electrodes 31a and 31b are both facing the neutralizing plasma 56 but far from the neutralizing plasma 56 when viewed from the coiled antenna 30, and are slightly electromagnetically coupled to the antenna 30. However, it is in an arrangement that is more difficult to electromagnetically couple than the neutralizing plasma 56. Even if it does not have a slit, it functions as an ion-collecting electrode without hindering the transmission of high-frequency power.

【0043】なお、図7(b)には石英管35b内側に
ガス導入管37が設置されている。中和プラズマが着火
しない場合、ここからガスをパルス状に瞬間的に導入す
ることで着火させることができる。中和プラズマの密度
を上げたい場合は、このようなガス導入管を適当に全周
に設け、イオンビーム処理中、石英管35b内壁にガス
を供給するとよい。
In FIG. 7B, a gas introducing pipe 37 is installed inside the quartz pipe 35b. If the neutralization plasma does not ignite, it is possible to ignite it by instantaneously introducing a pulsed gas from here. When it is desired to increase the density of the neutralization plasma, it is preferable to provide such a gas introduction pipe around the entire circumference and supply the gas to the inner wall of the quartz pipe 35b during the ion beam treatment.

【0044】次に第4の実施例について図8を用いて説
明する。図8に示すイオンビーム処理装置の様に、複数
の基板を同時に処理するものでは、イオンビームを広角
に放射する必要がある。第1の実施例ではイオン捕集電
極に円筒型の電極を用いたが、この場合、イオンビーム
が中和手段の端にぶつかり、好ましくない。そのため、
イオン捕集電極31ならびにコイル状アンテナ30を円
錐台のように配置することで、イオンビームがぶつかる
のを防ぐことができる。このような形状にしても本発明
の原理から、イオンビームの中和性においてなんら支障
は及ぼさない。したがって、本発明と同様の効果を有す
ることは容易に推測されよう。
Next, a fourth embodiment will be described with reference to FIG. In the case of processing a plurality of substrates at the same time like the ion beam processing apparatus shown in FIG. 8, it is necessary to radiate the ion beam at a wide angle. In the first embodiment, a cylindrical electrode was used as the ion collecting electrode, but in this case, the ion beam hits the end of the neutralizing means, which is not preferable. for that reason,
By disposing the ion collecting electrode 31 and the coiled antenna 30 like a truncated cone, it is possible to prevent the ion beam from colliding. According to the principle of the present invention, such a shape does not affect the neutralizing property of the ion beam. Therefore, it can be easily inferred that it has the same effect as the present invention.

【0045】なお、本発明において該中和手段は処理室
側が開放端となっているため、イオンビームスパッタ等
のように高真空下で用いる場合には、上記実施形態では
中和プラズマが維持しにくいことがある。プラズマを維
持するには、中和プラズマ生成室内において、ガス圧
を確保する。プラズマの拡散を抑える。いずれか一方
の条件を満たせばよい。そのため、高真空下での適用に
あたっての本発明の実施例5から7を、図9から図11
を用いて説明する。
In the present invention, the neutralizing means has an open end on the processing chamber side. Therefore, when used in a high vacuum such as ion beam sputtering, the neutralizing plasma is maintained in the above embodiment. It can be difficult. To maintain the plasma, a gas pressure is secured in the neutralization plasma generation chamber. Suppresses plasma diffusion. It suffices if either one of the conditions is satisfied. Therefore, Embodiments 5 to 7 of the present invention when applied under high vacuum are described in FIGS.
Will be explained.

【0046】まず、第5の実施例について図9を用いて
説明する。図9(a)は、中和プラズマ生成室のガス圧
を確保し、中和プラズマが着火しやすいようにするもの
で、その要部の拡大断面図である。第一の実施例におけ
る石英管35の内側にもう一つ石英管35dを設け、さ
らにその前後をフランジで塞ぎ、各石英管に挟まれた空
間室内にガスを供給することで、前記空間室内のガス圧
を処理室に比して高くし、中和プラズマ56を生成す
る。一方、内側円筒には複数の孔もしくはスリット等の
隙間35eが設けられ、その隙間35eよりしみ出した
プラズマがイオンビーム52に接触することによって中
和電子53を供給する。中和プラズマ生成室51内には
実施例1と同様スリット付きイオン捕集電極31があ
り、中和プラズマ56からイオンを捕集するようになっ
ている。ガス圧を維持するために隙間35eが小さくな
り、プラズマがしみ出せない場合は、内側石英管35d
の内側に、イオン捕集電極に対し正の電位を有する電子
引き出し電極39を設けることで電子を引き出し、イオ
ンビーム52に供給することができる。
First, the fifth embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 9 (a) is an enlarged cross-sectional view of a main part of the neutralization plasma generation chamber, in which a gas pressure is secured to facilitate neutralization plasma ignition. Another quartz tube 35d is provided inside the quartz tube 35 in the first embodiment, and the front and rear of the quartz tube 35d are closed by a flange, and gas is supplied into the space chamber sandwiched between the quartz tubes, whereby The gas pressure is made higher than that in the processing chamber, and the neutralization plasma 56 is generated. On the other hand, a gap 35e such as a plurality of holes or slits is provided in the inner cylinder, and the plasma exuding from the gap 35e comes into contact with the ion beam 52 to supply the neutralizing electrons 53. In the neutralization plasma generation chamber 51, there is an ion collecting electrode 31 with a slit as in the first embodiment, and ions are collected from the neutralization plasma 56. If the gap 35e becomes small to maintain the gas pressure and the plasma cannot exude, the inner quartz tube 35d
Electrons can be extracted and supplied to the ion beam 52 by providing an electron extraction electrode 39 having a positive potential with respect to the ion collection electrode inside the.

【0047】図9(b)は、電子を引き出す隙間35e
において半径方向に切った断面図である。中和電子53
は、2つの石英管35、35dの間に生成されたリング
状のプラズマから中心のイオンビーム52に向かって全
周から供給され、均一な中和を得ることができる。
FIG. 9B shows a gap 35e for drawing out electrons.
FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the radial direction in FIG. Neutralizing electron 53
Is supplied from the entire circumference toward the central ion beam 52 from the ring-shaped plasma generated between the two quartz tubes 35 and 35d, and uniform neutralization can be obtained.

【0048】次に第6及び第7の実施例について、図1
0及び図11を用いて説明する。これらの実施例は、磁
場によって、生成された中和プラズマの拡散を抑え、高
密度のプラズマを維持し、高真空下でも本発明が実施で
きるようにしたものである。
Next, regarding the sixth and seventh embodiments, FIG.
0 and FIG. 11 will be described. In these examples, the neutralization plasma generated by the magnetic field is suppressed from diffusing, a high density plasma is maintained, and the present invention can be carried out even under a high vacuum.

【0049】図10(a)は第6の実施例の要部の拡大
断面図である。
FIG. 10A is an enlarged sectional view of the essential parts of the sixth embodiment.

【0050】図10に示すように、コイル状アンテナ3
0の前後に、互いに極性の異なる永久磁石60、61を
石英管35bの周囲に沿ってリング状に二列に並べたも
ので、中和プラズマ生成室51内には図10(a)に示
す磁力線63のようなカスプ磁場が形成される。高周波
による誘導放電では、高真空下ではごく薄いプラズマし
か生成できないが、磁力線63によって電子の拡散が抑
えられることによって、発生したプラズマは磁力線に閉
じ込められた形で、局所的に濃いプラズマ領域を作るこ
とができる。一方、高周波による誘導放電では、高真
空、強磁場下では電子が動きにくくなるため、プラズマ
が生成しにくい。この場合、電子の束縛によるプラズマ
生成効率の低下とともにプラズマの閉じ込めによるプラ
ズマの高密度化が起こる。
As shown in FIG. 10, the coiled antenna 3
Before and after 0, permanent magnets 60 and 61 having polarities different from each other are arranged in two rows in a ring shape along the circumference of the quartz tube 35b, and the inside of the neutralization plasma generation chamber 51 is shown in FIG. A cusp magnetic field like the magnetic field lines 63 is formed. In induction discharge by high frequency, only a very thin plasma can be generated under high vacuum, but the diffusion of electrons is suppressed by the magnetic field lines 63, and the generated plasma is confined in the magnetic field lines to locally form a dense plasma region. be able to. On the other hand, in induction discharge by high frequency, electrons are hard to move under high vacuum and strong magnetic field, so that plasma is hard to be generated. In this case, the density of plasma increases due to plasma confinement as well as the decrease in plasma generation efficiency due to electron binding.

【0051】すなわち、プラズマ生成に際し、適当な電
子の平均自由行程並びに電子の加熱が得られ、かつ、電
子を束縛するに十分な磁場強度をもった領域に濃いプラ
ズマは生起し、それは図10(b)のようにイオンビー
ム52の周囲にリング状に形成される。また、一方では
このリング状の濃いプラズマ領域の周りには薄いプラズ
マが発生しているため、イオンビーム52には確実に接
触する。リング状プラズマ56bに面してその前後にイ
オン捕集電極31bが設けられており、濃いプラズマで
あるリング状プラズマ56bを電子源として、該電極3
1bに捕集したイオンと同量の電子がイオンビーム52
に供給される。ただし、この場合、実施例3とは異な
り、石英管35bを固定するフランジ34bもイオン捕
集電極31bと同様、処理室3もしくは基板保持器41
に対し負電位に設定する。これは磁力線に沿って磁石6
0、61の付近に流れてくる電子をフランジ34bで吸
収しないようにするためで、これにより電子のイオンビ
ームへの放出効率を高める。また、永久磁石60をこの
ように配置することでコイル状アンテナ30外側に強磁
場領域を持ってくることができ、コイル状アンテナ30
の外側でプラズマが着きにくくなり、より内側の中和領
域に高周波電力を投入することができる。
That is, during plasma generation, an appropriate mean free path of electrons and heating of electrons are obtained, and a dense plasma is generated in a region having a magnetic field strength sufficient to bind the electrons, which is shown in FIG. As shown in b), it is formed in a ring shape around the ion beam 52. On the other hand, since thin plasma is generated around the ring-shaped dense plasma region, it reliably contacts the ion beam 52. An ion collecting electrode 31b is provided in front of and behind the ring-shaped plasma 56b, and the ring-shaped plasma 56b, which is a dense plasma, is used as an electron source for the electrode 3a.
The same amount of electrons as the ions collected in 1b are generated by the ion beam 52.
Is supplied to. However, in this case, unlike the third embodiment, the flange 34b for fixing the quartz tube 35b also has the processing chamber 3 or the substrate holder 41 similarly to the ion collecting electrode 31b.
Is set to a negative potential. This is the magnet 6 along the line of magnetic force.
This is to prevent the electrons flowing near 0 and 61 from being absorbed by the flange 34b, thereby improving the emission efficiency of electrons to the ion beam. Further, by arranging the permanent magnet 60 in this way, a strong magnetic field region can be brought to the outside of the coiled antenna 30.
It becomes difficult for the plasma to reach the outside, and high frequency power can be applied to the inner neutralization region.

【0052】図11に第7の実施例を示し、図11
(a)はその要部の拡大断面図である。この実施例は、
永久磁石を該中和手段の処理室側、すなわち開放端側に
配置し、図11(b)に示すように四重極磁場を形成す
るものである。イオン捕集電極31bは先の実施例、図
10と同様である。中和プラズマ56の生成、閉じ込め
に際し、必ずしも図10(a)に示すようなカスプ磁場
を形成する必要はない。プラズマの拡散する側に磁場に
よる壁を作れば十分である。
FIG. 11 shows the seventh embodiment, and FIG.
(A) is an enlarged cross-sectional view of the main part thereof. This example
A permanent magnet is arranged on the processing chamber side of the neutralizing means, that is, on the open end side to form a quadrupole magnetic field as shown in FIG. 11 (b). The ion collecting electrode 31b is similar to that of the previous embodiment, FIG. When generating and confining the neutralizing plasma 56, it is not always necessary to form a cusp magnetic field as shown in FIG. It is sufficient to create a magnetic field wall on the plasma diffusion side.

【0053】高周波をコイル状アンテナ30に印加して
得られる誘導放電プラズマは、主にコイル近傍すなわ
ち、プラズマ生成室51の周辺部で生成される。そのた
め、開放端周辺部に磁場を設けることで電子を効率よく
閉じ込め、高真空下でも比較的濃いプラズマを維持する
ことができる。永久磁石62及び石英管35bを固定す
るフランジ34bはイオン捕集電極31bと同じく、処
理室3もしくは基板保持器41に対し負電位に設定す
る。これにより、磁力線に沿って流れてきた電子を追い
返し、中心付近の弱磁場領域からイオンビーム52に対
し電子を放出しやすくする。
The induction discharge plasma obtained by applying a high frequency to the coiled antenna 30 is mainly generated in the vicinity of the coil, that is, in the peripheral portion of the plasma generation chamber 51. Therefore, by providing a magnetic field around the open end, it is possible to efficiently confine the electrons and maintain a relatively dense plasma even under high vacuum. The flange 34b for fixing the permanent magnet 62 and the quartz tube 35b is set to a negative potential with respect to the processing chamber 3 or the substrate holder 41, like the ion collecting electrode 31b. As a result, the electrons that have flowed along the lines of magnetic force are repelled, and electrons are easily emitted from the weak magnetic field region near the center to the ion beam 52.

【0054】すなわち、中和プラズマの発生する周辺部
では電子を閉じ込め、イオンビームの存在する中心付近
では電子を流れやすくし、電子を供給しやすい磁場配置
となっている。中和電子の均一供給という点では前実施
例に劣るが、前実施例より大量に電子を供給できるた
め、イオンビームを照射する基板40がイオン源から比
較的離れていれば磁場はほとんどなく、電子は拡散して
十分均一になる。また、ビームプラズマとして、イオン
ビームが負電位にバイアスされた中和プラズマと結合し
ているため、前述のように基板上の電位をコントロール
でき、本発明の目的である基板表面の絶縁薄膜の絶縁破
壊を防ぐことができる。
That is, the electrons are confined in the peripheral portion where the neutralizing plasma is generated, the electrons easily flow near the center where the ion beam exists, and the magnetic field is arranged to easily supply the electrons. Although it is inferior to the previous embodiment in terms of uniform supply of neutralizing electrons, since a large amount of electrons can be supplied as compared with the previous embodiment, if the substrate 40 for irradiating the ion beam is relatively far from the ion source, there is almost no magnetic field, The electrons diffuse and become sufficiently uniform. Further, as the beam plasma, since the ion beam is coupled with the neutralizing plasma biased to a negative potential, the potential on the substrate can be controlled as described above, and the insulation of the insulating thin film on the substrate surface, which is the object of the present invention, can be achieved. You can prevent destruction.

【0055】[0055]

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、中
和プラズマが、イオンビームのある領域全体に生成され
るため、イオンビームの径によらず確実にイオンビーム
に接触し、均一に電子をイオンビーム側に供給すること
ができる。また、筒状の電極にイオンを捕集させること
により、イオンの捕集面積を広くすることができ、該プ
ラズマから十分な量のイオン捕集、即ち、大電流ビーム
に対し十分な量の電子供給ができる。そして、イオン捕
集電極の電位を負に調整することにより、ビームプラズ
マ及び基板表面の電位を調整できるため、基板の帯電を
均一化するとともにかつ低減し、基板のパターン損傷並
びに基板表面の絶縁薄膜の絶縁破壊を防ぐことができ
る。また、ビームプラズマ内の電位上昇が抑えられ、低
電圧、大電流ビームにおいて、イオンビームが発散する
のを極力抑制することができる。さらに、中和プラズマ
を生成する手段が極簡単な構造で済むため、既成のイオ
ンビーム処理装置にも適用しやすい。
As described above, according to the present invention, since the neutralizing plasma is generated in the entire region where the ion beam is present, the neutralizing plasma is surely contacted with the ion beam regardless of the diameter of the ion beam, and is uniform. The electrons can be supplied to the ion beam side. Further, by collecting the ions in the tubular electrode, it is possible to widen the area for collecting the ions, and to collect a sufficient amount of ions from the plasma, that is, a sufficient amount of electrons for a large current beam. We can supply. By adjusting the potential of the ion collecting electrode to be negative, the potential of the beam plasma and the surface of the substrate can be adjusted, so that the charging of the substrate is made uniform and reduced, and the pattern damage of the substrate and the insulating thin film on the substrate surface It can prevent the dielectric breakdown. Further, the potential rise in the beam plasma is suppressed, and the divergence of the ion beam can be suppressed as much as possible in the low voltage, high current beam. Furthermore, since the means for generating the neutralization plasma can have a very simple structure, it can be easily applied to an existing ion beam processing apparatus.

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

【図1】本発明によるイオンビーム処理装置を用いた第
1の実施例の全体構成の縦断面図である。
FIG. 1 is a vertical cross-sectional view of the overall configuration of a first embodiment using an ion beam processing apparatus according to the present invention.

【図2】(a)は、第1の実施例におけるイオン源及び
中和手段の斜視図であり、(b)は、第1の実施例に対
し別形態のイオン捕集電極の斜視図である。
FIG. 2 (a) is a perspective view of an ion source and a neutralizing means in the first embodiment, and FIG. 2 (b) is a perspective view of an ion collecting electrode having a different form from the first embodiment. is there.

【図3】(a)は、図1の要部の拡大縦断面図、(b)
は同じく引き出し電極の正面図である。
3 (a) is an enlarged vertical cross-sectional view of a main part of FIG. 1, (b).
FIG. 4B is also a front view of the extraction electrode.

【図4】本発明による第2の実施例を示す全体構成の縦
断面図である。
FIG. 4 is a vertical cross-sectional view of the overall configuration showing a second embodiment according to the present invention.

【図5】(a)は第2の実施例におけるイオン捕集電
極、(b)はその要部の拡大断面図である。
5A is an ion-collecting electrode according to the second embodiment, and FIG. 5B is an enlarged cross-sectional view of a main part thereof.

【図6】本発明による第3の実施例を示す全体構成の縦
断面図である。
FIG. 6 is a vertical cross-sectional view of the overall configuration showing a third embodiment according to the present invention.

【図7】(a)は第3の実施例におけるイオン捕集電
極、(b)はその要部の拡大断面図である。
7A is an ion-collecting electrode in a third embodiment, and FIG. 7B is an enlarged sectional view of a main part thereof.

【図8】本発明による第4の実施例を示す全体構成の縦
断面図である。
FIG. 8 is a vertical cross-sectional view of the overall configuration showing a fourth embodiment according to the present invention.

【図9】(a)は本発明による第5の実施例を示す要部
の拡大断面図、(b)は中和プラズマ生成部における半
径方向断面図である。
9A is an enlarged cross-sectional view of a main part showing a fifth embodiment according to the present invention, and FIG. 9B is a radial cross-sectional view of a neutralization plasma generation part.

【図10】(a)は本発明による第6の実施例を示す要
部の拡大断面図、(b)は中和プラズマ生成部における
半径方向断面図である。
10A is an enlarged cross-sectional view of a main part showing a sixth embodiment according to the present invention, and FIG. 10B is a radial cross-sectional view of a neutralization plasma generation part.

【図11】(a)は本発明による第7の実施例を示す要
部の拡大断面図、(b)は磁石配置を示す図である。
FIG. 11A is an enlarged cross-sectional view of an essential part showing a seventh embodiment according to the present invention, and FIG. 11B is a view showing a magnet arrangement.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1...イオン源フランジ 2...イオン源チャンバー
3...処理室 10...支持フランジ 11...支柱 1
2,13...ガス分配器 14...ガス導入管 15,15
b...接続フランジ 16...イオン源石英管 17...
イオン源プラズマ生成用コイル状アンテナ 18...整
合器 19...高周波電源 20...イオン引き出し電極
20a...引き出し電極1 20b...引き出し電極2
20c...引き出し電極3 21...加速電源 30,
30c...中和プラズマ生成用コイル状アンテナ 31,
31a,31b,31c,31e...イオン捕集電極 31
d...スリット 32...整合器 33...高周波電源
34,34b...支持フランジ 35,35c,35d...中和器石英管 35e...隙間
36...中和器電源 37...ガス導入管 38...絶縁スペーサ 39...電
子引き出し電極 40,40c...被処理物 41,41
c...保持器 50...イオン源プラズマ生成室 51...中和器プラズマ生成室 52...イオンビーム
53...中和プラズマ電子 54...中和プラズマイオン
55...イオン源プラズマ 56...中和プラズマ 6
0,61,62...永久磁石 63...磁力線。
1 ... Ion source flange 2 ... Ion source chamber
3 ... Processing chamber 10 ... Support flange 11 ... Strut 1
2, 13 ... Gas distributor 14 ... Gas inlet pipe 15, 15
b ... Connection flange 16 ... Ion source quartz tube 17 ...
Coil-shaped antenna for ion source plasma generation 18 ... Matching device 19 ... High frequency power source 20 ... Ion extraction electrode 20a ... Extraction electrode 1 20b ... Extraction electrode 2
20c ... Extractor electrode 3 21 ... Acceleration power supply 30,
30c ... Coiled antenna for neutralizing plasma generation 31,
31a, 31b, 31c, 31e ... Ion collection electrode 31
d ... Slit 32 ... Matching device 33 ... High frequency power supply
34, 34b ... Support flanges 35, 35c, 35d ... Neutralizer quartz tube 35e ... Gap
36 ... Neutralizer power supply 37 ... Gas introduction pipe 38 ... Insulating spacer 39 ... Electron extraction electrode 40, 40c ... Object to be treated 41, 41
c ... Retainer 50 ... Ion source plasma generation chamber 51 ... Neutralizer plasma generation chamber 52 ... Ion beam
53 ... Neutralizing plasma electron 54 ... Neutralizing plasma ion 55 ... Ion source plasma 56 ... Neutralizing plasma 6
0,61,62 ... Permanent magnet 63 ... Magnetic field lines.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 21/3065 H05H 3/00 H05H 3/00 H01L 21/302 D (72)発明者 市村 智 茨城県日立市大みか町七丁目2番1号 株 式会社日立製作所電力・電機開発研究所内 (72)発明者 佐藤 忠 茨城県日立市大みか町七丁目2番1号 株 式会社日立製作所電力・電機開発研究所内 Fターム(参考) 2G085 BA02 BE10 DA03 4K029 DC37 DE02 DE03 DE05 5C034 BB09 BB10 5F004 AA06 BA11 BA20 BB07 BB11 BB13 DA23 DA26 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) H01L 21/3065 H05H 3/00 H05H 3/00 H01L 21/302 D (72) Inventor Satoshi Ichimura Ibaraki Hitachi City Omika-cho 7-2-1 Co., Ltd. Hitachi, Ltd. Power & Electric Machinery Development Laboratory (72) Inventor Tadashi Sato 7-chome, Omika-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Hitachi Electric Power & Electric Machinery Development Research In-house F-term (reference) 2G085 BA02 BE10 DA03 4K029 DC37 DE02 DE03 DE05 5C034 BB09 BB10 5F004 AA06 BA11 BA20 BB07 BB11 BB13 DA23 DA26

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】イオンビームを生成するイオン源と、該イ
オンビームを基板もしくはターゲットに照射してイオン
ビーム処理を行う処理室と、該イオンビームを電気的に
中和する中和手段とを有するイオンビーム処理装置にお
いて、 前記イオンビーム中和手段が、該イオンビームの周囲を
囲むように配設され、高周波電力を印加することによっ
て中和プラズマを発生させるコイル状アンテナと、該コ
イル状アンテナに隣接して設置され、前記処理室もしく
は該処理室内の基板保持器に対して負の電位を与えられ
て前記中和プラズマからイオンを捕集するイオン捕集電
極とを有することを特徴とするイオンビーム処理装置。
1. An ion source for generating an ion beam, a processing chamber for irradiating the substrate or target with the ion beam for ion beam processing, and a neutralizing means for electrically neutralizing the ion beam. In the ion beam processing device, the ion beam neutralizing means is disposed so as to surround the ion beam, and a coil-shaped antenna that generates neutralization plasma by applying high-frequency power, and the coil-shaped antenna An ion, which is installed adjacent to each other and has an ion collecting electrode for collecting ions from the neutralizing plasma by applying a negative potential to the processing chamber or a substrate holder in the processing chamber. Beam processing equipment.
【請求項2】請求項1記載のイオンビーム処理装置にお
いて、前記イオン捕集電極と前記コイル状アンテナとの
電磁気的結合が、前記コイル状アンテナと前記中和プラ
ズマとの電磁気的結合より弱くなるように構成したこと
を特徴とする請求項1記載のイオンビーム処理装置。
2. The ion beam processing apparatus according to claim 1, wherein the electromagnetic coupling between the ion collecting electrode and the coil antenna is weaker than the electromagnetic coupling between the coil antenna and the neutralizing plasma. The ion beam processing apparatus according to claim 1, wherein the ion beam processing apparatus is configured as described above.
【請求項3】請求項1または2記載のイオンビーム処理
装置において、該コイル状アンテナと該イオン捕集電極
の距離が、該コイル状アンテナと前記中和プラズマとの
距離より大きいことを特徴とするイオンビーム処理装
置。
3. The ion beam processing apparatus according to claim 1, wherein the distance between the coil antenna and the ion collecting electrode is larger than the distance between the coil antenna and the neutralizing plasma. Ion beam processing equipment.
【請求項4】請求項1または2記載のイオンビーム処理
装置において、該イオン捕集電極が、該コイル状アンテ
ナの巻方向に対し軸方向に長いスリットを有することを
特徴とするイオンビーム処理装置。
4. The ion beam processing apparatus according to claim 1 or 2, wherein the ion collecting electrode has a slit that is long in an axial direction with respect to a winding direction of the coiled antenna. .
【請求項5】請求項1または2記載のイオンビーム処理
装置において、該イオン捕集電極が、該コイル状アンテ
ナの巻方向に対し軸方向に長い短冊状の電極の集合から
成る、筒状あるいは帯状の電極であることを特徴とする
イオンビーム処理装置。
5. The ion beam processing apparatus according to claim 1 or 2, wherein the ion-collecting electrode comprises a set of strip-shaped electrodes that are long in the axial direction with respect to the winding direction of the coil-shaped antenna. An ion beam processing apparatus, which is a strip-shaped electrode.
【請求項6】請求項4または5記載のイオンビーム処理
装置において、該イオン捕集電極の周方向に連続する部
位と該コイル状アンテナとの距離が、前記中和プラズマ
と該コイル状アンテナとの距離より大きいことを特徴と
するイオンビーム処理装置。
6. The ion beam processing apparatus according to claim 4 or 5, wherein a distance between a portion of the ion collecting electrode that is continuous in the circumferential direction and the coiled antenna is the neutralized plasma and the coiled antenna. The ion beam processing device is characterized in that it is larger than the distance.
【請求項7】請求項1から請求項6のいずれかに記載の
イオンビーム処理装置において、該イオン捕集電極がコ
イル状アンテナの内部空間もしくはその前後に配設さ
れ、該コイル状アンテナの内側に誘電体壁を有すること
を特徴とするイオンビーム処理装置。
7. The ion beam processing apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein the ion-collecting electrodes are arranged in the inner space of the coiled antenna or in front of and behind the coiled antenna. An ion beam processing apparatus having a dielectric wall in the interior.
【請求項8】請求項7記載のイオンビーム処理装置にお
いて、該イオン捕集電極と誘電体壁の間に0.5mm以
上の隙間を有することを特徴とするイオンビーム処理装
置。
8. The ion beam processing apparatus according to claim 7, wherein there is a gap of 0.5 mm or more between the ion collecting electrode and the dielectric wall.
【請求項9】請求項7記載のイオンビーム処理装置にお
いて、該誘電体壁が、両端が閉じた同軸二重円筒構造を
成し、各円筒間にガスを流す手段を有し、内側の誘電体
壁に一つ以上の孔もしくは隙間を有することを特徴とす
るイオンビーム処理装置。
9. The ion beam processing apparatus according to claim 7, wherein the dielectric wall has a coaxial double cylindrical structure with both ends closed, and has means for flowing a gas between the cylinders. An ion beam processing apparatus having one or more holes or gaps in a body wall.
【請求項10】請求項9記載のイオンビーム処理装置に
おいて、該内側円筒の内側に該イオン捕集電極に対して
正の電位を与えられる電子引き出し用電極を備えたこと
を特徴とするイオンビーム処理装置。
10. The ion beam processing apparatus according to claim 9, further comprising an electron extracting electrode provided inside said inner cylinder for applying a positive potential to said ion collecting electrode. Processing equipment.
【請求項11】請求項1〜10のいずれかに記載のイオ
ンビーム処理装置において、該コイル状アンテナに隣接
して設置される磁場発生手段を有することを特徴とする
イオンビーム処理装置。
11. The ion beam processing apparatus according to claim 1, further comprising magnetic field generating means installed adjacent to the coiled antenna.
【請求項12】請求項1から請求項11のいずれかに記
載のイオンビーム処理装置において、複数枚のイオン引
き出し電極を有するイオン源を備え、該イオン源の引き
出し電極のうち最も処理室側の電極が、前記処理室もし
くは基板保持器に対して負の電位を与えられる手段を有
することを特徴とするイオンビーム処理装置。
12. The ion beam processing apparatus according to any one of claims 1 to 11, further comprising an ion source having a plurality of ion extraction electrodes, the extraction electrode of the ion source being closest to the processing chamber. An ion beam processing apparatus, wherein the electrode has means for giving a negative potential to the processing chamber or the substrate holder.
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Cited By (6)

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JP7496438B2 (en) 2020-05-22 2024-06-06 江蘇魯▲もん▼儀器股▲ふん▼有限公司 Ion source baffle, ion etching apparatus and method of use

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