JP2010056028A - Ion beam treatment device - Google Patents
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Description
本発明は、イオン引出電極を有するイオンビーム処理装置に関する。 The present invention relates to an ion beam processing apparatus having an ion extraction electrode.
エッチング、スパッタリング、堆積等の処理を行うイオンビーム処理装置においては、プラズマ室内で生成されたプラズマ中の荷電粒子が利用される。例えば、エッチング処理においては、引出電極に電圧を印加してプラズマ中のイオンを引き出してプラズマ室から試料室に向かう方向に加速する。加速されたイオンを、試料室に配置された被処理物に衝突させることにより被処理物をエッチングする。 In an ion beam processing apparatus that performs processing such as etching, sputtering, and deposition, charged particles in plasma generated in a plasma chamber are used. For example, in the etching process, a voltage is applied to the extraction electrode to extract ions in the plasma and accelerate in the direction from the plasma chamber toward the sample chamber. The object to be processed is etched by causing the accelerated ions to collide with the object to be processed arranged in the sample chamber.
引出電極は、複数のグリッドを有する。複数のグリッドのそれぞれには、イオンビームを通過させるため、互いに連通した複数の貫通孔が設けられる。引出電極が2枚のグリッドを有する場合、プラズマ側のグリッドに正電圧を、試料室側のグリッドに負電圧を印加する。また、引出電極が3枚のグリッドを有する場合、プラズマ側のグリッドに正電圧を、中間のグリッドに負電圧を印加し、試料室側のグリッドは接地される。 The extraction electrode has a plurality of grids. Each of the plurality of grids is provided with a plurality of through holes communicating with each other in order to allow the ion beam to pass therethrough. When the extraction electrode has two grids, a positive voltage is applied to the plasma-side grid and a negative voltage is applied to the sample chamber-side grid. When the extraction electrode has three grids, a positive voltage is applied to the plasma-side grid and a negative voltage is applied to the intermediate grid, and the grid on the sample chamber side is grounded.
プラズマ中のイオンは、引出電極のグリッド間の電位勾配により加速される。イオンの被処理物への入射エネルギーは速度に比例するため、加速されたイオンの入射エネルギー分布を均一にするためには、グリッド間の距離を一定に保つ必要がある。このため、引出電極は、スペーサを複数のグリッドで挟んで組み立てられる。通常スペーサは、イオンビームの通過を阻害しないように、グリッドの外周部に配置され固定される。また、グリッドには、数百Vの加速電圧が印加されるため、スペーサには絶縁耐圧の高い材料が用いられる。 Ions in the plasma are accelerated by the potential gradient between the grids of extraction electrodes. Since the incident energy of ions to the object to be processed is proportional to the velocity, it is necessary to keep the distance between the grids constant in order to make the incident energy distribution of the accelerated ions uniform. For this reason, the extraction electrode is assembled by sandwiching the spacer with a plurality of grids. Usually, the spacer is arranged and fixed on the outer periphery of the grid so as not to obstruct the passage of the ion beam. Further, since an acceleration voltage of several hundred volts is applied to the grid, a material having a high withstand voltage is used for the spacer.
引出電極はプラズマに曝されるため、プラズマからの輻射熱によりグリッドの温度が上昇する。プラズマの温度は生成方法や生成条件に依存するが、プラズマに面するグリッドが最も高温となり、100℃以上になる場合もある。高温となったグリッドは熱膨張する。グリッドは外周部で固定されているため、グリッド表面に平行な方向に伸びることができず、グリッド表面に直交する方向に弓なりに変形する。プラズマに面するグリッドは、最も高温となり、変形量も大きくなる。 Since the extraction electrode is exposed to plasma, the temperature of the grid rises due to radiant heat from the plasma. The temperature of the plasma depends on the generation method and generation conditions, but the grid facing the plasma has the highest temperature and may be 100 ° C. or higher. The grid that has become hot expands thermally. Since the grid is fixed at the outer periphery, it cannot extend in a direction parallel to the grid surface, and deforms like a bow in a direction perpendicular to the grid surface. The grid facing the plasma has the highest temperature and the amount of deformation increases.
引出電極の外周部では、グリッド間にスペーサが挟まれているためグリッド間距離は変化しない。しかし、引出電極の中央部では、プラズマに面するグリッドが弓なりに変形し、グリッド間距離が変化してしまう。そのため、グリッド間の電位勾配が不均一となり、引出電極より引き出されるイオンビームの入射エネルギー分布が変化してしまう。イオンビームの入射エネルギー分布の変化により、エッチング処理においては、エッチング分布の悪化や、エッチング速度の変化等の性能劣化を引き起こしてしまう。 In the outer periphery of the extraction electrode, the distance between the grids does not change because the spacers are sandwiched between the grids. However, at the center of the extraction electrode, the grid facing the plasma is deformed like a bow and the distance between the grids changes. Therefore, the potential gradient between the grids becomes non-uniform, and the incident energy distribution of the ion beam extracted from the extraction electrode changes. Due to the change of the incident energy distribution of the ion beam, the etching process causes performance deterioration such as deterioration of the etching distribution and change of the etching rate.
上記問題点を鑑み、本発明は、イオンビームの入射エネルギー分布の変化を抑制することが可能なイオンビーム処理装置を提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide an ion beam processing apparatus capable of suppressing changes in the incident energy distribution of an ion beam.
上記目的を達成するために、本発明の態様は、(イ)プラズマの生成空間を規定するプラズマ室と、(ロ)複数の第1貫通孔を有する第1グリッド、第1グリッドを挟んで生成空間の反対側に配置され、複数の第1貫通孔のそれぞれに連通する複数の第2貫通孔を有する第2グリッド、第1及び第2グリッド間に配置され、複数の第1貫通孔の中の第1連通孔及び複数の第2貫通孔の中の第2連通孔にそれぞれ嵌合するように両側に突出した第1突起部とを有する第1スペーサを備え、生成空間に面し、プラズマ中のイオンを引き出す引出電極と、(ハ)引出電極に面し、生成空間から引き出されたイオンにより処理される被処理物を載置する基板台とを備えるイオンビーム処理装置であることを要旨とする。 In order to achieve the above object, an aspect of the present invention includes (a) a plasma chamber that defines a plasma generation space, (b) a first grid having a plurality of first through holes, and a first grid sandwiched between the first grids. A second grid having a plurality of second through holes disposed on the opposite side of the space and communicating with each of the plurality of first through holes, and disposed between the first and second grids, And a first spacer having first protrusions projecting on both sides so as to be fitted in the first communication hole and the second communication hole of the plurality of second through holes, respectively, facing the generation space, and plasma Abstract: An ion beam processing apparatus comprising: an extraction electrode for extracting ions therein; and (c) a substrate table that faces the extraction electrode and mounts an object to be processed by ions extracted from the generation space. And
本発明によれば、イオンビームの入射エネルギー分布の変化を抑制することが可能なイオンビーム処理装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the ion beam processing apparatus which can suppress the change of the incident energy distribution of an ion beam can be provided.
以下図面を参照して、本発明の形態について説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号が付してある。但し、図面は模式的なものであり、装置やシステムの構成等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な構成は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また図面相互間においても互いの構成等が異なる部分が含まれていることは勿論である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, it should be noted that the drawings are schematic and the configuration of the apparatus and system is different from the actual one. Therefore, a specific configuration should be determined in consideration of the following description. Moreover, it is a matter of course that portions having different structures and the like are included between the drawings.
又、以下に示す本発明の実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。 The following embodiments of the present invention exemplify apparatuses and methods for embodying the technical idea of the present invention. The technical idea of the present invention is based on the material and shape of component parts. The structure, arrangement, etc. are not specified below. The technical idea of the present invention can be variously modified within the technical scope described in the claims.
本発明の実施の形態に係るイオンビーム処理装置は、図1に示すように、プラズマを生成するプラズマ空間を規定するプラズマ室20、及びプラズマ室20で生成されたプラズマPLを用いて被処理物である基板30に処理を実施する処理室24等を備える。プラズマ源22が、プラズマ室20の外部に配置される。プラズマ源22により誘起されてプラズマPLが、プラズマ室20内に生成される。
As shown in FIG. 1, an ion beam processing apparatus according to an embodiment of the present invention uses a
プラズマ室20には、プラズマPLの中からイオンを引き出して加速しイオンビームIBとする引出電極10がプラズマPLと基板30の間に配置される。引出電極10は、円形であり、プラズマPLに面する第1グリッド12、第1グリッド12を挟んでプラズマ空間の反対側に配置された第2グリッド14、及び第2グリッド14を挟んで第1グリッド12の反対側に配置された第3グリッド16を備える。なお、引出電極10の形状は、円形に限定されず、例えば、矩形や多角形であってもよい。
In the
第1グリッド12には、正電圧Vgaが印加される。第2グリッド14には、負電圧Vgbが印加される。第3グリッド16は、接地配線に接続される。
A positive voltage Vga is applied to the
処理室24には、被処理物である半導体や誘電体等の基板30が基板台26上に載置される。処理室24及びプラズマ室20は、排気配管28に接続された真空ポンプ(図示省略)等により真空排気される。
In the
図2及び図3に示すように、引出電極10の第1グリッド12は、複数の第1貫通孔6a、及び第1グリッド12の外周に沿って設けられた複数の貫通孔8aを有する。第2グリッド14は、複数の第1貫通孔6aのそれぞれに連通するように設けられた複数の第2貫通孔6b、及び複数の貫通孔8aのそれぞれに連通するように設けられた複数の貫通孔8bを有する。第3グリッド16は、複数の第2貫通孔6bのそれぞれに連通するように設けられた複数の第3貫通孔6c、及び複数の貫通孔8bのそれぞれに連通するように設けられた複数の貫通孔8cを有する。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
例えば、第1〜第3グリッド12、14、16それぞれの幅Wgは、1mm〜5mmである。第1及び第2グリッド12、14間の間隔Wsは、1mm〜10mmである。なお、第2及び第3グリッド14、16間の間隔は、実質的に間隔Wsと同じである。また、第1〜第3貫通孔6a、6b、6cそれぞれの直径Dhは、1mm〜10mmである。
For example, the width Wg of each of the first to
スペーサ(第1スペーサ)2が、第1及び第2グリッド12、14の間に配置される。図4及び図5に示すように、スペーサ2は、円板状の基体(第1基体)50と、基体50から両側に突出した突起部(第1突起部)52、54を有する。なお、基体50の形状は、円板状に限定されず、例えば、矩形や多角形であってもよい。
A spacer (first spacer) 2 is disposed between the first and
基体50の第1グリッド12側の面に設けられた突起部52は、複数の第1貫通孔6aの中の第1連通孔6Aに嵌合する。基体50の第2グリッド14側の面に設けられた突起部54は、複数の第2貫通孔6bの中の第2連通孔6Bに嵌合する。
The
スペーサ2の基体50の厚さWaは、第1及び第2グリッド12、14間の間隔Wsと略同一である。突起部52、54それぞれの直径Dp、Dqは、第1及び第2連通孔6A、6Bの直径Dhと略同一である。突起部52、54それぞれの高さWb、Wcは、第1及び第2グリッド12、14の厚さWg以下とすることが望ましい。特に、突起部52の高さWbが第1グリッド12の厚さWgを超えると、後述するように、誘電体であるスペーサがチャージアップすることにより、プラズマ空間から見込んだ引出電極10の面内に電位の特異点が生じ、引き出されるイオンビームの分布が不均一になる可能性があるためである。また、スペーサ2は、第1連通孔6A以外の第1貫通孔6aを塞がない程度の寸法にすることが望ましい。塞がれる第1貫通孔6aが増えると、イオンビームが引き出されない孔が増えることにより、被処理物のエッチング分布に影響を及ぼす可能性があるためである。
The thickness Wa of the
図3に示したように、第1〜第3グリッド12、14、16それぞれの貫通孔8a、8b、8cに連通する貫通孔8d、8eを有する組立用スペーサ4が、第1及び第2グリッド12、14の間、並びに第2及び第3グリッド14、16の間に配置される。組立用スペーサ4の厚さは、第1及び第2グリッド12、14間の間隔Wsと略同一である。また、貫通孔8a、8b、8c、8d、8eそれぞれの直径は、略同一である。したがって、貫通孔8a、8d、8b、8c、8eは、一連の組立用貫通孔8を形成する。
As shown in FIG. 3, the assembling
スペーサ2、4として、セラミックス等の絶縁耐圧が高い誘電体材料が用いられる。第1〜第3グリッド12、14、16として、モリブデン(Mo)、タングステン(W)等の金属が用いられる。また、プラズマ源22として、誘導結合型プラズマ(ICP)、電子サイクロトロン共鳴プラズマ(ECR)、ヘリコン波励起プラズマ(HWP)、マイクロ波励起表面波プラズマ(SWP)等のプラズマ源が使用可能である。
As the
図6に示すように、引出電極10の外周に沿って設けられた複数の組立用貫通孔8に、絶縁性の円筒状部品40、ボルト41及びナット42を締結して第1〜第3グリッド12、14、16を固定し、引出電極10が組み立てられる。金属等の導電性のボルト41及びナット42を用いる場合、ボルト41と第1グリッド12の間に絶縁座金44が挿入される。
As shown in FIG. 6, an insulating
図1に示したプラズマ室20にプラズマ源22によりプラズマPLが生成されると、プラズマの輻射熱により引出電極10の温度が上昇する。プラズマPLに近いほどグリッド温度は高くなり、例えば、プラズマPLに接する第1グリッド12では、100℃以上になる場合もある。従来の引出電極においては、引出電極の外周でボルト及びナットを締結して第1〜第3グリッドを固定している。そのため、第1グリッドは、第2及び第3グリッドに比べて加熱により引出電極表面に直交する方向に弓なりに変形し、引出電極中央部での第1及び第2グリッド間の距離が変化する。その結果、第1及び第2グリッド間の電位勾配が不均一となり、引出電極より引き出されるイオンビームの被処理物への入射エネルギー分布が変化してしまう。
When the plasma PL is generated by the
本発明の実施の形態に係る引出電極10では、第1及び第2連通孔6A、6Bに嵌合した突起部52、54を有するスペーサ2が第1及び第2グリッド12、14間に配置される。スペーサ2の基体50の厚さWaは、第1及び第2グリッド12、14間の間隔Wsと略同一である。第1グリッド12がプラズマの輻射により加熱されても、第1及び第2連通孔6A、6Bに嵌合した突起部52、54により、第1グリッド12の変形が抑制され、第1及び第2グリッド12、14間の間隔Wsはほとんど変化しない。スペーサ2には高絶縁耐圧を有する誘電体が用いられているので、第1及び第2グリッド12、14間に形成される電位勾配に影響を与えない。また、第1連通孔6Aがスペーサ2により塞がれるが、一般にイオンビームは発散角を持つため、第1連通孔6Aの周囲の複数の第1貫通孔6aを経由したイオンビームの発散により、第1連通孔6Aに対応する被処理物位置にもイオンビームが入射し、エッチング分布には影響しない。このように、本発明の実施の形態によれば、基板30表面に供給されるイオンビームの入射エネルギー分布の変化を抑制することが可能となり、且つ、実施の形態に係る引出電極10によるエッチング分布への影響もない。
In the
なお、スペーサ2は、引出電極10の面内の中央部に配置するのが好ましい。スペーサ2を中央部に配置すれば、第1グリッド12の変形を効果的に抑制することが可能である。第1グリッド12の変形をさらに効果的に抑制するために、複数のスペーサを引出電極10の面内に適切な間隔で配置してもよい。
The
また、引出電極10においては、第1及び第2グリッド12、14間にスペーサ2が配置されている。しかし、図7に示すように、第2及び第3グリッド14、16間にスペーサ(第2スペーサ)2aを更に配置した引出電極10aを用いてもよい。スペーサ2aは、基体(第2基体)50a、及び突起部(第2突起部)52a、54aを有する。基体50aは、第2及び第3グリッド14、16の対向する面に挟まれる。基体50aの第2グリッド14側の面に設けられた突起部52aは、第2連通孔6Bに嵌合する。基体50aの第3グリッド16側の面に設けられた突起部54aは、第2連通孔6Bに連通する複数の第3貫通孔6cの中の第3連通孔6Cに嵌合する。
Further, in the
基体50aの厚さは第2及び第3グリッド14、16間の間隔と略同一とする。また、スペーサ2、2aの突起部54、52aの高さは、第2連通孔6B内で干渉しないように、例えば第2グリッド14の厚さの2分の1未満である。したがって、プラズマの輻射により引出電極10aの温度が上昇しても、第1及び第2グリッド12、14、並びに、第2及び第3グリッド14、16間の間隔はほぼ一定に保たれる。その結果、基板30表面に供給されるイオンビームの入射エネルギー分布の変化をより効果的に抑制することが可能となる。
The thickness of the
(変形例)
本発明の実施の形態の変形例に係る引出電極10bは、図8及び図9に示すように、第1グリッド12の中央部において、スペーサ2bが、第1及び第2グリッド12、14の間に配置される。スペーサ2bは、基体50b、及び突起部52b、54bを有する。また、第1グリッド12側には、突起部52bの表面及び側面を覆い基体50bの表面の少なくとも一部に延在する導電膜56が設けられる。導電膜56は、第1グリッド12と電気的に接続される。基体50bは、第1及び第2グリッド12、14の対向する面に挟まれて配置される。突起部52bは、第2連通孔6Bに嵌合する。突起部54bは、第2連通孔6Bに連通する複数の第3貫通孔6cの中の第3連通孔6Cに嵌合する。
(Modification)
As shown in FIGS. 8 and 9, the
本発明の実施の形態の変形例では、スペーサ2bが、突起部52bから基体50bの表面の少なくとも一部に延在し、第1グリッド12と電気的に接続された導電膜56を有する点が実施の形態と異なる。他の構成は、実施の形態と同様であるので、重複する記載は省略する。
In the modification of the embodiment of the present invention, the
実施の形態の変形例に係る引出電極10bでは、第1グリッド12の中央部において、第1及び第2連通孔6A、6Bに嵌合した突起部52b、54bを有するスペーサ2bが第1及び第2グリッド12、14間に配置される。スペーサ2bの基体50bの厚さは、第1及び第2グリッド12、14間の間隔と略同一である。第1グリッド12がプラズマの輻射により加熱されても、第1及び第2連通孔6A、6Bに嵌合した突起部52b、54bにより、第1グリッド12の変形が抑制され、第1及び第2グリッド12、14間の間隔はほとんど変化しない。また、スペーサ2bでは、導電膜56が第1グリッド12に電気的に接続されている。プラズマ側から第1グリッド12を見込んだ場合、第1グリッド12面内の電位分布は一様になり、電位の特異点が生じない。したがって、引出電極10bで引き出されるイオンビームの軌道は、スペーサ2bにより影響されない。このように、実施の形態の変形例によれば、基板30表面に供給されるイオンビームの入射エネルギー分布の変化を効果的に抑制することが可能となる。
In the
なお、図10に示すように、第2及び第3グリッド14、16間にスペーサ2cを更に配置した引出電極10cを用いてもよい。スペーサ2cは、基体50c、及び突起部52c、54cを有する。また、第3グリッド16側には、突起部54cの表面及び側面を覆い基体50cの表面の少なくとも一部に延在する導電膜56aが設けられる。導電膜56aは、第3グリッド16と電気的に接続される。基体50cは、第2及び第3グリッド14、16の対向する面に挟まれて配置される。突起部52cは、第2連通孔6Bに嵌合する。突起部54cは、第2連通孔6Bに連通する複数の第3貫通孔6cの中の第3連通孔6Cに嵌合する。
As shown in FIG. 10, an
基体50cの厚さは第2及び第3グリッド14、16間の間隔と略同一とする。また、スペーサ2b、2cの突起部54b、52cの高さは、第2連通孔6B内で干渉しないように、第2グリッド14の厚さの2分の1未満である。したがって、プラズマの輻射により引出電極10cが加熱されても、第1及び第2グリッド12、14、並びに、第2及び第3グリッド14、16間の間隔はほぼ一定に保たれる。その結果、基板30表面に供給されるイオンビームの入射エネルギー分布の変化をより効果的に抑制することが可能となる。
The thickness of the
(その他の実施の形態)
上記のように、本発明は本発明の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面は本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
(Other embodiments)
As mentioned above, although this invention was described by embodiment of this invention, it should not be understood that the statement and drawing which make a part of this indication limit this invention. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art. Therefore, the technical scope of the present invention is defined only by the invention specifying matters according to the scope of claims reasonable from the above description.
2…スペーサ
6A…第1連通孔
6B…第2連通孔
6C…第3連通孔
6a…第1貫通孔
6b…第2貫通孔
6c…第3貫通孔
10…引出電極
12…第1グリッド
14…第2グリッド
16…第3グリッド
20…プラズマ室
26…基板台
30…基板
50…基体
52、54…突起部
2 ...
Claims (5)
複数の第1貫通孔を有する第1グリッド、前記第1グリッドを挟んで前記生成空間の反対側に配置され、前記複数の第1貫通孔のそれぞれに連通する複数の第2貫通孔を有する第2グリッド、前記第1及び第2グリッド間に配置され、前記複数の第1貫通孔の中の第1連通孔及び前記複数の第2貫通孔の中の第2連通孔にそれぞれ嵌合するように両側に突出した第1突起部を有する第1スペーサを備え、前記生成空間に面し、前記プラズマ中のイオンを引き出す引出電極と、
前記引出電極に面し、前記生成空間から引き出された前記イオンにより処理される被処理物を載置する基板台
とを備えることを特徴とするイオンビーム処理装置。 A plasma chamber defining a plasma generation space;
A first grid having a plurality of first through holes, a first grid having a plurality of second through holes disposed on the opposite side of the generation space across the first grid and communicating with each of the plurality of first through holes. 2 grids, arranged between the first and second grids, so as to fit into the first communication holes in the plurality of first through holes and the second communication holes in the plurality of second through holes, respectively. A first spacer having first protrusions projecting on both sides, an extraction electrode facing the generation space and extracting ions in the plasma;
An ion beam processing apparatus comprising: a substrate table that faces the extraction electrode and places an object to be processed by the ions extracted from the generation space.
前記第2グリッドを挟んで前記第1グリッドの反対側に配置され、前記複数の第2貫通孔に連通するように設けられた複数の第3貫通孔を有する第3グリッドと、
前記第2及び第3グリッドの間に配置され、前記第2連通孔及び前記複数の第3貫通孔の中の第3連通孔にそれぞれ嵌合するように両側に突出した第2突起部を有する第2スペーサ
とを更に備えることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のイオンビーム処理装置。 The extraction electrode is
A third grid having a plurality of third through holes disposed on the opposite side of the first grid across the second grid and provided to communicate with the plurality of second through holes;
A second protrusion that is disposed between the second and third grids and protrudes on both sides so as to fit into the second communication hole and a third communication hole of the plurality of third through holes, respectively; The ion beam processing apparatus according to claim 1, further comprising a second spacer.
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