JP2006344527A

JP2006344527A - イオン源

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Publication number: JP2006344527A
Application number: JP2005170007A
Authority: JP
Inventors: Naoki Kubota; 尚樹久保田; Akihiro Hotta; 哲広堀田
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2005-06-09
Filing date: 2005-06-09
Publication date: 2006-12-21
Also published as: CN100503892C; US7321198B2; US20070029501A1; CN1876894A

Abstract

【課題】イオンビーム強度の径方向分布の均一性を維持しながら、イオンビーム強度の径方向分布の平均値を調整可能なイオン源を提供する。
【解決手段】イオン源１４は、開口３０ａが形成された放電容器３０と、放電容器３０外に設けられ放電容器３０内にプラズマ３３を生成させるためのコイル３２と、放電容器３０内に生成されたプラズマ３３中のイオンを開口３０ａから引き出してイオンビーム２６を発生させる引き出し電極３５と、コイル３２に電力を供給する電力供給装置４２と、電力供給装置４２から出力される出力電力Ｐの値を、予め設定されイオンビーム２６のイオンビーム強度の径方向分布を均一にする値Ｐ_０に維持しながら、出力電力Ｐを所定期間繰り返し停止可能な制御装置４４とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、イオン源に関する。

特許文献１に記載されているように、放電容器内に生成されたプラズマからイオンを引き出してイオンビームを出射するイオン源が知られている。このようなイオン源は、例えばイオンビームエッチング装置（イオンミリング装置ともいう。）に用いられる。イオンビームエッチング装置を用いると、イオン源から出射されたイオンビームを基板の表面に照射することにより、その基板をエッチングすることができる。
特開２００４−３９４５９号公報

ところで、同じイオンビームエッチング装置を用いてエッチング速度を例えば６〜１０倍程度と大幅に変化させることが要求されることがある。例えば、エッチング深さが深い場合には、エッチング時間を短くして生産性を向上させるために高速でエッチングを行うことが要求される。また、エッチング深さが浅い場合には、エッチング深さのばらつきを小さくするために低速でエッチングを行うことが要求される。エッチング深さが浅い場合に高速でエッチングを行うと、エッチング深さの再現性の確保が困難となってしまう。また、種々の材料からなる基板をエッチングする場合にも、種々のエッチング速度が要求される場合が多い。このように、状況に応じて種々のエッチング速度が要求される。

所望のエッチング速度を得るためには、イオンビームの強度を所望の値に調整することが必要とされる。イオンビーム強度は、イオンビームフラックスとイオンビームエネルギーとを用いて表される。イオンビームフラックスは、単位面積あたりのイオンビーム電流値に対応し、イオンビームエネルギーは、イオン源の引き出し電極に印加される電圧値に対応する。

イオンビームフラックス及びイオンビームエネルギーは、所定の範囲内で互いに独立に調整可能である。例えばイオンビームフラックスを一定にすると、イオンビームエネルギーが大きいほどイオンビーム強度も高くなる。また、例えばイオンビームエネルギーを一定にすると、イオンビームフラックスが大きいほどイオンビーム強度も高くなる。

イオンビームフラックスは、主として、イオン源の放電容器内に生成されるプラズマの密度に依存する。プラズマの密度は、例えば、イオン源の放電容器外のコイルに印加される電力値、コイルの位置、放電容器内に供給されるガスの種類又は流量等に依存する。通常、コイルの位置、ガスの種類及び流量は一定の条件に固定されるので、イオンビームフラックスを調整するためには、コイルに印加される電力値を調整する。

しかしながら、コイルに印加される電力値には上限及び下限が存在するため、コイルに印加される電力値を大幅に変化させることができない。コイルに印加される電力値の上限は、主に引き出し電極の設計寸法に依存する。引き出し電極の設計寸法は、プラズマ密度及びイオンビームの電流密度等によって最適化されているため、プラズマ密度及びイオンビームの電流密度等が想定範囲を超えてしまうと、イオンビームエッチング装置が正常に動作しなくなる場合がある。例えば、引出し電極が多穴式の３枚のグリッド（スクリーングリッド、加速グリッド、減速グリッド）から構成される場合、穴の寸法によってコイルに印加される電力値の上限が決まる。これは、イオンビームフラックスを増加させるためにコイルに印加される電力値を増加させると、スクリーングリッドの穴からプラズマが漏れ出してスクリーングリッドと加速グリッドとの間で異常放電（アーキング）が生じるからである。

一方、コイルに印加される電力値の下限は、プラズマを維持できるか否かに依存する。プラズマを維持するためには、コイルに印加される電力値を所定値以上に設定する必要がある。この所定値は、通常、プラズマを維持するために必要な最低限の値よりも多少高い値に設定される。これは、次のような理由による。引き出し電極において上述の異常放電が生じると、プラズマが引き出し電極付近に集中するため、放電容器内全体におけるプラズマを維持できなくなる。よって、コイルに印加される電力値は、多少の異常放電が生じてもプラズマが維持されるように、多少高い値に設定される。

また、イオンビームエネルギーについても上限が存在する。引き出し電極の絶縁耐圧は、例えば、スクリーングリッドと加速グリッドとの間の距離、及び、加速グリッドと減速グリッドとの間の距離によって決定される。このため、スクリーングリッドと加速グリッドとの間、及び、加速グリッドと減速グリッドとの間に想定範囲外の電圧を印加すると、異常放電が生じる。

以上のように、イオンビームフラックス及びイオンビームエネルギーを調整することには制約が多い。

さらに、所望のイオンビーム強度を得るためにコイルに印加される電力値を変化させると、プラズマ密度の空間分布が変化するため、イオン源から出射されるイオンビームにおいてイオンビームフラックスの径方向分布の均一性が低下する。その結果、イオンビーム強度の径方向分布の均一性も低下してしまう。特にイオンビームエッチング装置においては、通常ビーム径が３０〜４０ｃｍであるため、イオンビーム強度の径方向分布の均一性の低下がエッチング速度の面内均一性の大幅な低下につながってしまう。また、近年では加工精度の要求が厳しくなっており、エッチング速度の面内均一性を更に高くすることが要求されている。

図１１は、イオンビーム強度の径方向分布の均一性を模式的に示すグラフである。グラフの縦軸Ｉはイオンビーム強度を示し、横軸ｒはイオンビームの径方向における位置を示す。実線Ｉ_１２は、コイルに印加される電力値を最適化することにより、イオンビーム強度の径方向分布を均一にした場合のイオンビーム強度の径方向分布を示す。このとき、イオンビーム強度の径方向分布の平均値はｍ_１２である。実線Ｉ_１１は、イオンビーム強度の径方向分布の平均値を大きくするために、コイルに印加される電力値を大きくした場合のイオンビーム強度の径方向分布を示す。このとき、イオンビーム強度の径方向分布の平均値はｍ_１１である。実線Ｉ_１３は、イオンビーム強度の径方向分布の平均値を小さくするために、コイルに印加される電力値を小さくした場合のイオンビーム強度の径方向分布を示す。このとき、イオンビーム強度の径方向分布の平均値はｍ_１３である。

図１１から明らかなように、イオンビーム強度の径方向分布の平均値を調整するために、コイルに印加される電力値を変化させると、イオンビーム強度の径方向分布の均一性は低下してしまう。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、イオンビーム強度の径方向分布の均一性を維持しながら、イオンビーム強度の径方向分布の平均値を調整可能なイオン源を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するため、本発明のイオン源は、開口が形成された放電容器と、前記放電容器外に設けられ前記放電容器内にプラズマを生成させるためのコイルと、前記放電容器内に生成された前記プラズマ中のイオンを前記開口から引き出してイオンビームを発生させる引き出し電極と、前記コイルに電力を供給する電力供給装置と、前記電力供給装置から出力される出力電力の値を、予め設定され前記イオンビームのイオンビーム強度の径方向分布を均一にする値に維持しながら、前記出力電力を所定期間繰り返し停止可能な制御装置とを備える。

本発明のイオン源では、電力供給装置から出力される出力電力の値は、予めイオンビーム強度の径方向分布を均一にする値（以下、「均一出力電力値」という。）に設定される。一方、制御装置は、均一出力電力値を維持しながら、出力電力を所定期間繰り返し停止させることにより、イオンビームフラックスを所望量低減させることができる。その結果、イオンビーム強度の径方向分布の平均値（以下、「イオンビーム強度平均値」という。）を低減させることができる。よって、イオンビーム強度平均値を低減する場合には、出力電力の値を変える必要がない。また、イオンビーム強度平均値を高くする場合には、予め均一出力電力値を高く設定しておいて、出力電力を停止させる期間を長くすることにより、イオンビーム強度平均値を調整することができる。

したがって、本発明のイオン源では、イオンビーム強度の径方向分布の均一性を維持しながら、イオンビーム強度平均値を調整可能である。

また、前記制御装置は、前記出力電力の停止期間の周波数を調整可能であることが好ましい。停止期間の周波数を調整することにより、所望のイオンビーム強度平均値を簡単に得ることができる。

また、前記制御装置は、前記出力電力の出力期間と前記出力電力の停止期間との比率を調整可能であることが好ましい。出力期間と停止期間との比率を調整することにより、所望のイオンビーム強度平均値を簡単に得ることができる。

また、前記制御装置は、前記出力電力の出力を開始してからの初期期間において前記出力電力の停止期間を時間の経過と共に短くすることが好ましい。これにより、初期期間におけるイオンビームの不安定性を低減することができる。

また、前記制御装置は、前記出力電力の出力を終了するまでの終了期間において前記出力電力の停止期間を時間の経過と共に長くすることが好ましい。これにより、終了期間におけるイオンビームフラックスを微調整することができる。

本発明によれば、イオンビーム強度の径方向分布の均一性を維持しながら、イオンビーム強度の径方向分布の平均値を調整可能なイオン源が提供される。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一又は同等の要素には同一符号を用い、重複する説明を省略する。

図１は、実施形態に係るイオン源を備えたイオンビームエッチング装置を模式的に示す図である。図１に示されるイオンビームエッチング装置１０は、イオンビーム２６を発生させるイオン源１４と、イオンビーム２６が照射される基板２２を収容するチャンバ１２とを備える。イオンビーム２６はチャンバ１２内を進行する。基板２２は、イオンビーム２６によってエッチングされる。基板２２は、接地された基板ホルダ２０によって支持されている。基板２２は、例えばシリコンウェハである。イオンビーム２６は、例えばＡｒ^＋等の陽イオンを含む。また、イオンビーム２６は陽イオンに限定されない。

イオン源１４には、プラズマを生成するためのガスを供給するガス供給源１６が接続されている。チャンバ１２内には、イオンビーム２６を中和するためのニュートライザ２４が設置されている。例えばイオンビーム２６がＡｒ^＋等の陽イオンの場合には、ニュートライザ２４から電子が放出される。また、チャンバ１２には、チャンバ１２内を所定の圧力に維持するための真空ポンプ１８が接続されている。

図２は、実施形態に係るイオン源を模式的に示す図である。図２に示されるイオン源１４は、開口３０ａが形成された放電容器３０と、放電容器３０外に設けられ放電容器３０内にプラズマ３３を生成させるためのコイル３２とを備える。放電容器３０は、例えば石英又はアルミニウム酸化物等の誘電体材料を主成分とすることが好ましい。また、イオン源１４は、放電容器３０内に生成されたプラズマ３３中のイオンを開口３０ａから引き出してイオンビーム２６を発生させる引き出し電極３５と、コイル３２に電力を供給する電力供給装置４２と、電力供給装置４２に接続された制御装置４４とを備える。放電容器３０には、例えば、内部にガスを導入するための開口３０ｂが形成されている。開口３０ｂを通って、Ａｒガス等のガスがガス供給源１６から放電容器３０内に供給される。

制御装置４４は、電力供給装置４２から出力される出力電力Ｐの値を、イオンビーム２６のイオンビーム強度Ｉの径方向分布を均一にする値Ｐ_０（以下、「均一出力電力値Ｐ_０」という。）に維持しながら、出力電力Ｐを所定期間繰り返し停止させることができる。均一出力電力値Ｐ_０は、コイル３２の位置、放電容器３０内に供給されるガスの種類又は流量等を調整することによって、予め設定されている。均一出力電力値Ｐ_０は、略一定値であることが好ましい。

引き出し電極３５は、スクリーングリッド３４、加速グリッド３６及び減速グリッド３８を有することが好ましい。引き出し電極３５は、減速グリッド３８を有していなくてもよい。スクリーングリッド３４、加速グリッド３６及び減速グリッド３８は、放電容器３０の内側から外側に向けて順に配置される。スクリーングリッド３４、加速グリッド３６及び減速グリッド３８は、例えば、それぞれ複数の穴が形成された金属板である。

スクリーングリッド３４は、プラズマ３３と加速グリッド３６とを分離することができる。スクリーングリッド３４には、例えば、プラスの高電圧を連続的に印加するための電源５０が接続されている。スクリーングリッド３４に印加される電圧は、例えば４００〜１５００Ｖである。スクリーングリッド３４に印加される電圧は、イオンビーム２６のイオンビームエネルギーを決定する。

加速グリッド３６は、サプレッション電極とも呼ばれる。加速グリッド３６には、例えば、マイナスの高電圧を連続的に印加するための電源５２が接続されている。加速グリッド３６に印加される電圧は、例えば−２００〜−１０００Ｖである。減速グリッド３８は、アース電極とも呼ばれ接地されている。加速グリッド３６と減速グリッド３８との電位差を調整することにより、レンズ効果を用いてイオンビーム２６のイオンビーム径を所定の数値範囲内に制御することができる。

コイル３２の一端には、例えばインピーダンス整合器４０を介して電力供給装置４２が接続されている。コイル３２の他端は、例えば接地されている。電力供給装置４２は、例えば高周波電源又は高周波アンプである。この場合、電力供給装置４２の周波数は、数ＭＨｚ〜十数ＭＨｚ（例えば、２〜１３．５ＭＨｚ）であることが好ましい。一実施例において、電力供給装置４２の周波数は、例えば４ＭＨｚである。電力供給装置４２は、放電容器３０の容量及び形状に応じて、例えば２００〜２０００Ｗの電力をコイル３２に印加することが好ましい。

イオンビーム２６は、例えば次のようにしてイオン源１４から出射される。まず、放電容器３０内を例えば１０^−５Ｐａ程度の圧力に減圧して、ガス供給源１６からＡｒガス等のガスを放電容器３０内に導入する。続いて、電力供給装置４２からコイル３２に電力を供給することによって、放電容器３０内にプラズマ３３を生成させる。このプラズマ３３中のＡｒ^＋等のイオンを、引き出し電極３５によりイオンビーム２６として引き出す。

図３は、実施形態に係るイオン源の電力供給装置から出力される出力電力の時間変化を模式的に示すグラフである。グラフの縦軸Ｐは、電力供給装置４２から出力される出力電力Ｐを示す（図２参照）。グラフの横軸ｔは時間を示す。本実施形態では、出力電力Ｐはパルス波形を描いている。

制御装置４４は、均一出力電力値Ｐ_０を維持しながら、出力電力Ｐを所定期間繰り返し停止させる。よって、出力電力Ｐの停止期間（オフ期間）ｃ_ｋでは、コイル３２に電力が供給されず、出力電力Ｐの出力期間（オン期間）ｂ_ｋでは、コイル３２に均一出力電力値Ｐ_０の電力が供給される。出力期間ｂ_ｋと停止期間ｃ_ｋとは、周期ａ_ｋを構成する。なお、ｋは自然数を表す。ｂ_ｋ／ａ_ｋの値は、デューティー比とも呼ばれる。出力期間ｂ_ｋ及び停止期間ｃ_ｋの値は、それぞれ任意に設定可能である。よって、周期ａ_ｋの値も可変である。

図４は、イオンビーム強度の径方向分布の均一性を模式的に示すグラフである。グラフの縦軸Ｉはイオンビーム強度Ｉを示し、横軸ｒはイオンビーム２６の径方向における位置を示す（図２参照）。実線Ｉ_１は、出力電力Ｐの値を予め均一出力電力値Ｐ_０に設定して、コイル３２に均一出力電力値Ｐ_０の出力電力Ｐを連続的に印加した場合のイオンビーム強度Ｉの径方向分布を示す。このとき、イオンビーム強度平均値ｍはｍ_１である。

ここで、図３に示されるように、出力電力Ｐを所定期間繰り返し停止させることにより、イオンビーム強度平均値ｍを低減させることができる。例えば、図４に示される実線Ｉ_２は、出力電力Ｐの値を均一出力電力値Ｐ_０に維持しながら、所定期間繰り返し停止させた場合のイオンビーム強度Ｉの径方向分布を示す。このとき、イオンビーム強度平均値ｍはｍ_１よりも小さいｍ_２となる。また、停止期間ｃ_ｋを長くすると、イオンビーム強度Ｉは、図４の実線Ｉ_３で表される径方向分布を示す。このとき、イオンビーム強度平均値ｍはｍ_２よりも小さいｍ_３となる。

イオン源１４では、イオンビーム強度平均値ｍを低減する場合には、出力電力Ｐの値を均一出力電力値Ｐ_０に維持したままでよく、変える必要がない。また、イオンビーム強度平均値ｍを高くする場合には、均一出力電力値Ｐ_０を決定する際に、予め、コイル３２の位置、放電容器３０内に供給されるガスの種類又は流量等を調整することにより、均一出力電力値Ｐ_０を高めに設定しておけばよい。

したがって、本実施形態に係るイオン源１４では、イオンビーム強度の径方向分布の均一性を維持しながら、イオンビーム強度平均値ｍを調整可能である。具体的には、例えば、出力電力Ｐの値及びスクリーングリッド３４に印加される電圧値を変えずにイオンビーム強度平均値ｍを調整可能である。

また、制御装置４４は、出力電力Ｐの停止期間ｃ_ｋの周波数を調整可能であることが好ましい。停止期間ｃ_ｋの周波数を調整することにより、所望のイオンビーム強度平均値ｍを簡単に得ることができる。例えば、停止期間ｃ_ｋの周波数を大きくすることにより、イオンビーム強度平均値ｍを小さくすることができる。

また、制御装置４４は、出力電力Ｐの出力期間ｂ_ｋと停止期間ｃ_ｋとの比率を調整可能であることが好ましい。出力期間ｂ_ｋと停止期間ｃ_ｋとの比率を調整することにより、所望のイオンビーム強度平均値ｍを簡単に得ることができる。例えば、出力期間ｂ_ｋを固定した場合に停止期間ｃ_ｋを長くすることにより、イオンビーム強度平均値ｍを小さくすることができる。

また、上述のイオン源１４を備えたイオンビームエッチング装置１０を用いることにより、エッチング速度の面内均一性を向上できる。例えば、本発明者らは、アルゴンイオンビームを用いて直径１００ｍｍのシリコンウェハをエッチング速度８０ｎｍ／分でエッチングするイオンビームエッチング装置において、エッチング速度を１００ｎｍ／分と高速にした場合について実験を行った。その結果、従来のように出力電力Ｐの値を大きくすることによってエッチング速度を大きくした場合には、エッチング速度の面内ばらつきが±５％程度であった。これに対して、本実施形態のイオン源１４を用いて、出力電力Ｐを均一出力電力値Ｐ_０に維持しながら所定期間繰り返し停止させた場合には、エッチング速度の面内ばらつきを±２％程度に低減することができた。

以下、図５〜図１０を参照しながら、出力期間ｂ_ｋ及び停止期間ｃ_ｋを種々変えた各実施形態について説明する。

図５(ａ)は、別の実施形態に係るイオン源の電力供給装置から出力される出力電力の時間変化を模式的に示すグラフである。図５(ｂ)は、図５(ａ)に示される出力電力の時間平均を模式的に示すグラフである。図５(ｃ)は、図５(ａ)に示される出力電力を印加した場合のプラズマ密度の時間変化を模式的に示すグラフである。

図５(ａ)、図５(ｂ)及び図５(ｃ)において、グラフの横軸ｔは時間を示す。図５(ａ)に示されるグラフの縦軸Ｐは、出力電力Ｐを示す。図５(ｂ)に示されるグラフの縦軸Ｐ_ｍは、１０ミリ秒間で区切ったときの平均出力電力を示す。図５(ｃ)に示されるグラフの縦軸Ｄは、プラズマ３３のプラズマ密度を示す。

図５(ａ)に示されるように、出力電力Ｐの値は、予め均一出力電力値Ｐ_０に設定されている。なお、本実施形態において電力供給装置４２は高周波電源である。よって、出力電力Ｐは、出力期間ｂ_ｋにおいて正弦波を描く。ここで、均一出力電力値Ｐ_０は出力期間ｂ_ｋにおける出力電力Ｐの平均値となる。図５(ｂ)に示される実線Ｐ_１０は、均一出力電力値Ｐ_０を連続的に印加した場合の平均出力電力を示す。このとき、停止期間ｃ_ｋは０である。一方、破線Ｐ_１は、均一出力電力値Ｐ_０をパルス状に印加した場合の平均出力電力を示しており、図５(ａ)の出力電力Ｐの平均出力電力に相当する。また、図５(ｃ)に示される実線Ｄ_１は、図５(ａ)の出力電力Ｐの時間変化に対応するプラズマ密度の時間変化を示す。

図６(ａ)〜図６(ｃ)は、それぞれ図５(ａ)〜図５(ｃ)に対応した図である。図６(ａ)に示される停止期間ｃ_ｋは、図５(ａ)に示される停止期間ｃ_ｋよりも短く設定されている。図６(ｂ)に示される破線Ｐ_２は、均一出力電力値Ｐ_０をパルス状に印加した場合の平均出力電力を示しており、図６(ａ)の出力電力Ｐの平均出力電力に相当する。図６(ｃ)に示される実線Ｄ_２は、図６(ａ)の出力電力Ｐの時間変化に対応するプラズマ密度の時間変化を示す。この場合、停止期間ｃ_ｋにおいてプラズマ３３が完全に消滅しない。プラズマ３３の消滅速度は、例えば放電させるガスの種類、放電圧力等に依存するので、放電条件に応じて出力期間ｂ_ｋ及び停止期間ｃ_ｋを調整することが好ましい。

図７(ａ)〜図７(ｃ)は、それぞれ図５(ａ)〜図５(ｃ)に対応した図である。図７(ａ)に示される停止期間ｃ_ｋは、図５(ａ)に示される停止期間ｃ_ｋよりも長く設定されている。図７(ｂ)に示される破線Ｐ_３は、均一出力電力値Ｐ_０をパルス状に印加した場合の平均出力電力を示しており、図７(ａ)の出力電力Ｐの平均出力電力に相当する。図７(ｃ)に示される実線Ｄ_３は、図７(ａ)の出力電力Ｐの時間変化に対応するプラズマ密度の時間変化を示す。この場合、停止期間ｃ_ｋにおいてプラズマ３３が完全に消滅する。

図８(ａ)〜図８(ｃ)は、それぞれ図５(ａ)〜図５(ｃ)に対応した図である。図８(ａ)に示される停止期間ｃ_ｋは可変となっている。停止期間ｃ_ｋは、時間の経過と共に長くなることが好ましい。図８(ｂ)に示される破線Ｐ_４は、均一出力電力値Ｐ_０をパルス状に印加した場合の平均出力電力を示しており、図８(ａ)の出力電力Ｐの平均出力電力に相当する。図８(ｃ)に示される実線Ｄ_４は、図８(ａ)の出力電力Ｐの時間変化に対応するプラズマ密度の時間変化を示す。

破線Ｐ_４は、各時間区間ａ_０，ａ_１，…，ａ_ｎにおける平均出力電力Ｐ_ｍ０，Ｐ_ｍ１，…，Ｐ_ｍｎを各時間区間ａ_０，ａ_１，…，ａ_ｎの中間点で結んだ線である。平均出力電力Ｐ_ｍ０，Ｐ_ｍ１，…，Ｐ_ｍｎは、微視的には階段状に変化するが、巨視的には滑らかで連続的に変化する。エッチングの時間は通常数分から数十分に及ぶのに対し、パルス制御の時間は数十μｓ〜数十ｍｓと非常に短いからである。したがって、平均プラズマ密度も時間の経過と共に連続的に変化させることができる。

また、図８(ａ)及び図８(ｃ)に示されるように、停止期間ｃ_ｋの長さが変わっても、出力期間ｂ_ｋにおけるプラズマ密度の値は略一定値であることが分かる。これは、停止期間ｃ_ｋの長短が、プラズマ密度ひいてはイオンビーム強度Ｉの径方向分布に与える影響が殆どないことを示している。

図９(ａ)〜図９(ｃ)は、それぞれ図５(ａ)〜図５(ｃ)に対応した図である。図９(ａ)に示される周期ａ_ｋは一定となっている。停止期間ｃ_ｋは、時間の経過と共に長くなることが好ましい。図９(ｂ)に示される破線Ｐ_５は、均一出力電力値Ｐ_０をパルス状に印加した場合の平均出力電力を示しており、図９(ａ)の出力電力Ｐの平均出力電力に相当する。図９(ｃ)に示される実線Ｄ_５は、図９(ａ)の出力電力Ｐの時間変化に対応するプラズマ密度の時間変化を示す。

破線Ｐ_５は、各時間区間ａ_０，ａ_１，…，ａ_ｎにおける平均出力電力Ｐ_ｍ０，Ｐ_ｍ１，…，Ｐ_ｍｎを各時間区間ａ_０，ａ_１，…，ａ_ｎの中間点で結んだ線である。平均出力電力Ｐ_ｍ０，Ｐ_ｍ１，…，Ｐ_ｍｎは、微視的には階段状に変化するが、巨視的には滑らかで連続的に変化する。エッチングの時間は通常数分から数十分に及ぶのに対し、パルス制御の時間は数十μｓ〜数十ｍｓと非常に短いからである。したがって、平均プラズマ密度も時間の経過と共に連続的に変化させることができる。

図１０(ａ)〜図１０(ｃ)は、それぞれ図５(ａ)〜図５(ｃ)に対応した図である。図１０(ａ)に示されるように、出力電力Ｐの出力を開始してからの初期期間ｔ_１において、停止期間ｃ_ｋは時間の経過と共に短く設定されることが好ましい。また、出力電力Ｐの出力を終了するまでの終了期間ｔ_３において、停止期間ｃ_ｋは時間の経過と共に長く設定されることが好ましい。図１０(ｂ)に示される破線Ｐ_６は、初期期間ｔ_１及び終了期間ｔ_３において均一出力電力値Ｐ_０をパルス状に印加し、初期期間ｔ_１及び終了期間ｔ_３の間に位置する照射期間ｔ_２において均一出力電力値Ｐ_０を連続的に印加した場合の平均出力電力を示しており、図１０(ａ)の出力電力Ｐの平均出力電力に相当する。図１０(ｃ)に示される実線Ｄ_６は、図１０(ａ)の出力電力Ｐの時間変化に対応するプラズマ密度の時間変化を示す。

初期期間ｔ_１及び終了期間ｔ_３において、破線Ｐ_６は、各時間区間ａ_０，ａ_１，…，ａ_ｎにおける平均出力電力Ｐ_ｍ０，Ｐ_ｍ１，…，Ｐ_ｍｎを各時間区間ａ_０，ａ_１，…，ａ_ｎの中間点で結んだ線である。平均出力電力Ｐ_ｍ０，Ｐ_ｍ１，…，Ｐ_ｍｎは、微視的には階段状に変化するが、巨視的には滑らかで連続的に変化する。エッチングの時間は通常数分から数十分に及ぶのに対し、パルス制御の時間は数十μｓ〜数十ｍｓと非常に短いからである。したがって、平均プラズマ密度も時間の経過と共に連続的に変化させることができる。

イオン源の電力供給装置から出力される出力電力Ｐを、例えば図１０(ａ)に示される出力電力Ｐとしてエッチング処理を行う場合、初期期間ｔ_１において、時間の経過と共に停止期間ｃ_ｋを短くすることによって平均出力電力を連続的に増加させることができる。このため、エッチング開始時のエッチング速度の不安定性を解消することができる。特に、電力供給装置４２が高周波電源であると、高周波整合に要する時間に起因するエッチング速度の不安定性を解消することができる。よって、エッチング処理の再現性を確保し易くなる。

また、照射期間ｔ_２において、均一出力電力値Ｐ_０の出力電力Ｐを連続的に印加することによって高速エッチングが実現される。さらに、終了期間ｔ_３において時間の経過と共に停止期間ｃ_ｋを長くすることによって、平均出力電力を連続的に低下させることができる。よって、終了期間ｔ_３におけるエッチング速度を徐々に低下させることができる。これにより、エッチング速度を微調整することにより、所望のエッチング深さを高精度に得ることができる。

以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記各実施形態に限定されない。

例えば、イオン源１４を、イオンビームスパッタリング装置といったイオンビーム照射装置に用いてもよい。

実施形態に係るイオン源を備えたイオンビームエッチング装置を模式的に示す図である。実施形態に係るイオン源を模式的に示す図である。実施形態に係るイオン源の電力供給装置から出力される出力電力の時間変化を模式的に示すグラフである。イオンビーム強度の径方向分布の均一性を模式的に示すグラフである。図５(ａ)は、別の実施形態に係るイオン源の電力供給装置から出力される出力電力の時間変化を模式的に示すグラフであり、図５(ｂ)は、図５(ａ)に示される出力電力の時間平均を模式的に示すグラフであり、図５(ｃ)は、図５(ａ)に示される出力電力を印加した場合のプラズマ密度の時間変化を模式的に示すグラフである。図６(ａ)は、別の実施形態に係るイオン源の電力供給装置から出力される出力電力の時間変化を模式的に示すグラフであり、図６(ｂ)は、図６(ａ)に示される出力電力の時間平均を模式的に示すグラフであり、図６(ｃ)は、図６(ａ)に示される出力電力を印加した場合のプラズマ密度の時間変化を模式的に示すグラフである。図７(ａ)は、別の実施形態に係るイオン源の電力供給装置から出力される出力電力の時間変化を模式的に示すグラフであり、図７(ｂ)は、図７(ａ)に示される出力電力の時間平均を模式的に示すグラフであり、図７(ｃ)は、図７(ａ)に示される出力電力を印加した場合のプラズマ密度の時間変化を模式的に示すグラフである。図８(ａ)は、別の実施形態に係るイオン源の電力供給装置から出力される出力電力の時間変化を模式的に示すグラフであり、図８(ｂ)は、図８(ａ)に示される出力電力の時間平均を模式的に示すグラフであり、図８(ｃ)は、図８(ａ)に示される出力電力を印加した場合のプラズマ密度の時間変化を模式的に示すグラフである。図９(ａ)は、別の実施形態に係るイオン源の電力供給装置から出力される出力電力の時間変化を模式的に示すグラフであり、図９(ｂ)は、図９(ａ)に示される出力電力の時間平均を模式的に示すグラフであり、図９(ｃ)は、図９(ａ)に示される出力電力を印加した場合のプラズマ密度の時間変化を模式的に示すグラフである。図１０(ａ)は、別の実施形態に係るイオン源の電力供給装置から出力される出力電力の時間変化を模式的に示すグラフであり、図１０(ｂ)は、図１０(ａ)に示される出力電力の時間平均を模式的に示すグラフであり、図１０(ｃ)は、図１０(ａ)に示される出力電力を印加した場合のプラズマ密度の時間変化を模式的に示すグラフである。イオンビーム強度の径方向分布の均一性を模式的に示すグラフである。

符号の説明

１４…イオン源、２６…イオンビーム、３０…放電容器、３０ａ…開口、３２…コイル、３４…プラズマ、３５…引き出し電極、４２…電力供給装置、４４…制御装置、ｂ_ｋ…出力電力の出力期間、ｃ_ｋ…出力電力の停止期間、Ｐ…出力電力、Ｐ_０…均一出力電力値（イオンビーム強度の径方向分布を均一にする値）、ｔ_１…初期期間、ｔ_３…終了期間。

Claims

開口が形成された放電容器と、
前記放電容器外に設けられ前記放電容器内にプラズマを生成させるためのコイルと、
前記放電容器内に生成された前記プラズマ中のイオンを前記開口から引き出してイオンビームを発生させる引き出し電極と、
前記コイルに電力を供給する電力供給装置と、
前記電力供給装置から出力される出力電力の値を、予め設定され前記イオンビームのイオンビーム強度の径方向分布を均一にする値に維持しながら、前記出力電力を所定期間繰り返し停止可能な制御装置と、
を備える、イオン源。
前記制御装置は、前記出力電力の停止期間の周波数を調整可能である、請求項１に記載のイオン源。
前記制御装置は、前記出力電力の出力期間と前記出力電力の停止期間との比率を調整可能である、請求項１又は２に記載のイオン源。
前記制御装置は、前記出力電力の出力を開始してからの初期期間において前記出力電力の停止期間を時間の経過と共に短くする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のイオン源。
前記制御装置は、前記出力電力の出力を終了するまでの終了期間において前記出力電力の停止期間を時間の経過と共に長くする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のイオン源。