JP2010062056A - Ion irradiation device and vacuum processing equipment - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent abnormal discharge of an ion irradiation device. <P>SOLUTION: Ions generated in an ionization chamber 11 are discharged from the ionization chamber 11 to a reaction chamber 31 by an electrode device 16. The electrode device 16 is provided with first to third electrode plates 17 to 19 and a plurality of ion-passage channels 12, penetrating the first to the third electrode plates 17 to 19, making the ions pass through. The first to the third electrode plates 17 to 19 are divided into a passage region d, with the ion passage channels 12 being arranged and an ineffective region e where ion passage channels 12 are not arranged. An insulating spacer 6 is arranged at the ineffective region area e, between each two of the first to the third electrode plates 17 to 19; and intervals of the first to the third electrode plates 17 to 19 are kept constant, and thereby abnormal discharge is prevented. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は表面処理やエッチング等に用いられるイオン照射装置に関する。   The present invention relates to an ion irradiation apparatus used for surface treatment or etching.

従来より、エッチングや表面分析にはイオン照射装置が用いられている。
図５の符号１００は、従来技術のイオン照射装置の一例を示している。イオン照射装置１００は、イオン化室１１１を有している。イオン化室１１１には、開口部が形成されていて、開口部には、電極装置１１６が配置されている。 Conventionally, an ion irradiation apparatus has been used for etching and surface analysis.
The code | symbol 100 of FIG. 5 has shown an example of the ion irradiation apparatus of a prior art. The ion irradiation apparatus 100 has an ionization chamber 111. An opening is formed in the ionization chamber 111, and an electrode device 116 is disposed in the opening.

イオン化室１１１は、ガス導入装置１０９が接続されており、ガス導入装置１０９を動作し、イオン化室１１１内に処理ガスを導入する。イオン化室１１１には、高周波コイル１１３が取り付けられている。高周波コイル１１３に交流電圧を印加すると、イオン化室１１１内部でプラズマが発生し、処理ガスのイオンが生成される。   A gas introduction device 109 is connected to the ionization chamber 111, and the gas introduction device 109 is operated to introduce a processing gas into the ionization chamber 111. A high frequency coil 113 is attached to the ionization chamber 111. When an AC voltage is applied to the high-frequency coil 113, plasma is generated inside the ionization chamber 111 and process gas ions are generated.

電極装置１１６は、電極板１１７を１又は複数枚有している。電極板１１７には孔１２０が複数形成され、電極板１１７は孔１２０が重なるように配置されている。電極板１１７には、不図示の電源から加速電圧が印加され、イオン化室１１１内で生成されたイオンは、孔１２０を通る際に加速され、イオン化室１１１外に照射される。
特開２００５−２６８２３５号公報 特開２００７−１６５１０７号公報 特開平６−２５１７３８号公報 The electrode device 116 has one or a plurality of electrode plates 117. A plurality of holes 120 are formed in the electrode plate 117, and the electrode plates 117 are arranged so that the holes 120 overlap. An acceleration voltage is applied to the electrode plate 117 from a power source (not shown), and ions generated in the ionization chamber 111 are accelerated when passing through the holes 120 and irradiated outside the ionization chamber 111.
JP 2005-268235 A JP 2007-165107 A JP-A-6-251738

イオンは加速エネルギーを持って電極板１１７に引き付けられるため、一部が電極板１１７の孔１２０の周囲に衝突し、電極板１１７が加熱される。
所望形状のイオンビームを引き出すために、孔１２０を一部領域に集中して配置することがあるが、そのような場合には電極板１１７内で温度差が生じ、電極板１１７が撓みやすい。電極板１１７が撓み、電極板１１７同士が接近すると異常放電が起こってしまう。 Since ions are attracted to the electrode plate 117 with acceleration energy, a part of the ions collide with the periphery of the hole 120 of the electrode plate 117 and the electrode plate 117 is heated.
In order to extract an ion beam having a desired shape, the holes 120 may be concentrated in a part of the region, but in such a case, a temperature difference occurs in the electrode plate 117, and the electrode plate 117 is easily bent. When the electrode plates 117 are bent and the electrode plates 117 come close to each other, abnormal discharge occurs.

上記課題を解決するために本発明は、イオン化室と、前記イオン化室内に導入された処理ガスをイオン化するイオン生成装置と、前記生成されたイオンを前記イオン化室内部から外部に放出させる電極装置とを有し、前記イオン化室外部に配置された処理対象物に対して、前記イオン化室内で生成された前記イオンを照射するイオン照射装置であって、前記電極装置は、前記イオン化室内の前記イオンのエネルギーを決める電圧が印加される第一の電極と、前記イオンを吸引する極性の電圧が印加される第二の電極と、前記第一、第二の電極を貫通し前記イオン化室の外部に前記イオンを通過させる複数のイオン通過路とを有し、前記イオン通過路は前記第一、第二の電極の一部領域に配置され、前記第一、第二の電極は、前記イオン通過路が配置された通過領域と、前記イオン通過路が配置されていない無効領域とに区分けされ、前記第一、第二の電極間の前記無効領域には絶縁性のスペーサが配置されたイオン照射装置である。
本発明はイオン照射装置であって、前記スペーサは、前記通過領域の外周に沿って配置されたイオン照射装置である。
本発明は真空処理装置であって、内部に前記処理対象物が配置される反応室と、前記反応室に接続された前記イオン照射装置とを有し、前記イオン通過路を通過した前記イオンは、前記反応室の内部に照射される真空処理装置である。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides an ionization chamber, an ion generation device that ionizes a processing gas introduced into the ionization chamber, and an electrode device that discharges the generated ions from the ionization chamber to the outside. And an ion irradiation apparatus that irradiates the processing object disposed outside the ionization chamber with the ions generated in the ionization chamber, wherein the electrode device is configured to irradiate the ions in the ionization chamber. A first electrode to which a voltage for determining energy is applied; a second electrode to which a voltage having a polarity for attracting the ions is applied; and the first and second electrodes and the outside of the ionization chamber. A plurality of ion passages for allowing ions to pass therethrough, wherein the ion passages are disposed in partial regions of the first and second electrodes, and the first and second electrodes are provided in the ion passages. An ion irradiation apparatus in which an insulative spacer is disposed in the ineffective region between the first and second electrodes, and is divided into a disposing region in which the ion passing path is not disposed; is there.
This invention is an ion irradiation apparatus, Comprising: The said spacer is an ion irradiation apparatus arrange | positioned along the outer periphery of the said passage area | region.
This invention is a vacuum processing apparatus, Comprising: It has the reaction chamber by which the said process target object is arrange | positioned, and the said ion irradiation apparatus connected to the said reaction chamber, The said ion which passed the said ion passage is , A vacuum processing apparatus for irradiating the inside of the reaction chamber.

スペーサによって電極板間の距離が一定に保たれ、異常放電が防止される。異常放電が起き難いから電極装置の寿命が長く、イオンビーム形状も安定する。スペーサは無効領域に配置されるため、イオンの通過に影響を与えない。   The distance between the electrode plates is kept constant by the spacer, and abnormal discharge is prevented. Abnormal discharge is unlikely to occur, so the life of the electrode device is long and the ion beam shape is stable. Since the spacer is arranged in the ineffective region, it does not affect the passage of ions.

図１の符号５０は、本発明の真空処理装置の一例を示している。
この真空処理装置５０は、反応室３１と、反応室３１に接続された本発明のイオン照射装置１０とを有している。 Reference numeral 50 in FIG. 1 shows an example of the vacuum processing apparatus of the present invention.
The vacuum processing apparatus 50 includes a reaction chamber 31 and the ion irradiation apparatus 10 of the present invention connected to the reaction chamber 31.

イオン照射装置１０は、イオン化室１１を有している。イオン化室１１と、反応室３１にはそれぞれ開口が形成されている。イオン化室１１は反応室３１の上方に位置し、イオン化室１１の開口と、反応室３１の開口が気密に連通するように、反応室３１に取り付けられている。   The ion irradiation apparatus 10 has an ionization chamber 11. An opening is formed in each of the ionization chamber 11 and the reaction chamber 31. The ionization chamber 11 is located above the reaction chamber 31 and is attached to the reaction chamber 31 so that the opening of the ionization chamber 11 and the opening of the reaction chamber 31 communicate in an airtight manner.

イオン化室１１の開口には、電極装置１６が配置されている。電極装置１６には後述するイオン通過路１２が複数形成され、イオン通過路１２を介してイオン化室１１の内部空間が反応室３１の内部空間に接続されている。   An electrode device 16 is disposed in the opening of the ionization chamber 11. A plurality of ion passages 12 to be described later are formed in the electrode device 16, and the internal space of the ionization chamber 11 is connected to the internal space of the reaction chamber 31 through the ion passages 12.

イオン化室１１と反応室３１のいずれか一方又は両方には真空排気系７、８が接続され、イオン化室１１には、処理ガスが配置されたガス導入系９が接続されている。真空排気系７、８を動作させ、イオン化室１１と反応室３１を真空雰囲気にした後、ガス導入系９を動作し、イオン化室１１内にＡｒガス等の処理ガスを導入すると、イオン化室１１内に処理ガスを含む処理ガス雰囲気が形成される。   One or both of the ionization chamber 11 and the reaction chamber 31 are connected to evacuation systems 7 and 8, and the ionization chamber 11 is connected to a gas introduction system 9 in which a processing gas is arranged. When the evacuation systems 7 and 8 are operated to make the ionization chamber 11 and the reaction chamber 31 in a vacuum atmosphere, the gas introduction system 9 is operated and a processing gas such as Ar gas is introduced into the ionization chamber 11. A processing gas atmosphere containing a processing gas is formed therein.

イオン化室１１は石英、アルミナ、窒化アルミニウム等の誘電体で構成されており、その周囲にはイオン生成装置である高周波コイル１３が巻き回されている。高周波コイル１３には、高周波電源１５が接続されている。   The ionization chamber 11 is made of a dielectric such as quartz, alumina, or aluminum nitride, and a high frequency coil 13 that is an ion generator is wound around the ionization chamber 11. A high frequency power supply 15 is connected to the high frequency coil 13.

イオン化室１１内部に処理ガス雰囲気を形成し、高周波電源１５を起動して高周波コイル１３に交流電圧を印加すると、イオン化室１１内部に交番磁界が形成されてプラズマが発生し、処理ガスイオンが生成される。   When a processing gas atmosphere is formed inside the ionization chamber 11, the high frequency power supply 15 is activated and an AC voltage is applied to the high frequency coil 13, an alternating magnetic field is formed inside the ionization chamber 11, plasma is generated, and processing gas ions are generated. Is done.

電極装置１６は複数の電極板を有している。各電極板１７〜１９は、互いに平行にされた状態で、不図示の絶縁性接着剤によって、イオン化室１１の開口の内壁面、又は開口内に挿通した絶縁性の支持軸に取り付けられている。   The electrode device 16 has a plurality of electrode plates. The electrode plates 17 to 19 are attached to an inner wall surface of the opening of the ionization chamber 11 or an insulating support shaft inserted into the opening by an insulating adhesive (not shown) in a state of being parallel to each other. .

電極板１７〜１９は、イオン化室１１から反応室３１に向かって並べられており、イオン化室１１の内部空間と対面するものを第一の電極板１７、第一の電極板１７と隣接するものを第二の電極板１８、反応室３１の内部空間と対面するものを第三の電極板１９とする。   The electrode plates 17 to 19 are arranged from the ionization chamber 11 toward the reaction chamber 31, and those that face the internal space of the ionization chamber 11 are adjacent to the first electrode plate 17 and the first electrode plate 17. Is the second electrode plate 18, and the one facing the internal space of the reaction chamber 31 is the third electrode plate 19.

第一の電極板１７には、イオン通過路１２の入口となる貫通孔（入口孔２０）がイオン通過路１２と同数形成されている。この入口孔２０の中心を通り、第一の電極板１７と垂直な線分を孔中心軸線とすると、他の電極板１８、１９の孔中心軸線が交差する場所には、それぞれ貫通孔が形成され、同一の孔中心軸線上に位置する電極板１７〜１９の貫通孔によってイオン通過路１２が構成されている。   The first electrode plate 17 has the same number of through holes (inlet holes 20) as the inlets of the ion passages 12 as the ion passages 12. When a line segment passing through the center of the inlet hole 20 and perpendicular to the first electrode plate 17 is a hole center axis, through holes are formed at the positions where the hole center axes of the other electrode plates 18 and 19 intersect. And the ion passage 12 is comprised by the through-hole of the electrode plates 17-19 located on the same hole center axis line.

従って、イオン化室１１内で発生したイオンは、入口孔２０に入り込むと、イオン通過路１２内を飛行して、第二、第三の電極板１８、１９を通過する。
隣接する電極板１７〜１９間には、後述するスペーサ６が配置されており、第一〜第三の電極板１７〜１９はスペーサ６によって離間し、互いに絶縁されおり、各電極板１７〜１９には電圧を個別に印加できる。 Accordingly, when ions generated in the ionization chamber 11 enter the inlet hole 20, they fly in the ion passage 12 and pass through the second and third electrode plates 18 and 19.
A spacer 6 to be described later is disposed between the adjacent electrode plates 17 to 19, and the first to third electrode plates 17 to 19 are separated from each other by the spacer 6 and are insulated from each other. Voltages can be applied individually to the.

ここでは、第一の電極板１７と第二の電極板１８に正電圧電源５と負電圧電源３がそれぞれ接続されている。第三の電極板１９はイオン化室１１及び反応室３１と同じ接地電位に接続されている。イオン化室１１で生成されるイオンは正のイオンである（例えばＡｒ+）。 Here, the positive voltage power source 5 and the negative voltage power source 3 are connected to the first electrode plate 17 and the second electrode plate 18, respectively. The third electrode plate 19 is connected to the same ground potential as the ionization chamber 11 and the reaction chamber 31. Ions generated in the ionization chamber 11 are positive ions (for example, Ar + ).

第一の電極板１７は、正電圧電源５により接地電位に対して正の電圧が印加され、イオン化室１１内部のイオンは第一の電極板１７から反発力を受け、イオン化室１１内部に充満する。
第二の電極板１８には負電圧電源３により接地電位に対して負の電圧が印加されており、第一、第二の電極板１７、１８間には、イオンを加速させる電位差が生じる。 The first electrode plate 17 is applied with a positive voltage with respect to the ground potential by the positive voltage power supply 5, and ions in the ionization chamber 11 receive a repulsive force from the first electrode plate 17 and fills the ionization chamber 11. To do.
A negative voltage with respect to the ground potential is applied to the second electrode plate 18 by the negative voltage power supply 3, and a potential difference for accelerating ions is generated between the first and second electrode plates 17 and 18.

イオン化室１１で生成されたイオンは、拡散により、第一の電極板１７の入口孔２０を通って、イオン化室１１から第二の電極板１８側へ漏洩すると、第一、第二の電極板１７、１８の電位差により加速され、イオン通過路１２を通過して反応室３１に導入される。尚、第三の電極板１９は、第二の電極板１８が作る電界が反応室３１に漏洩するのを防ぐ役割をしている。   When the ions generated in the ionization chamber 11 leak through the inlet hole 20 of the first electrode plate 17 to the second electrode plate 18 side by diffusion, the first and second electrode plates Accelerated by the potential difference between 17 and 18, passes through the ion passage 12, and is introduced into the reaction chamber 31. The third electrode plate 19 serves to prevent the electric field created by the second electrode plate 18 from leaking into the reaction chamber 31.

イオン化室１１内部のイオン（プラズマ）のエネルギーは数十ｅＶであるが、イオン通過路１２を通ったイオンは加速され、第二、第三の電極板１８、１９の貫通孔（イオン通過路１２）の内壁面及びその周囲に衝突すると、第二、第三の電極板１８、１９に数ｋｅＶの高エネルギーを与える。
従って、電極板１７〜１９、特に二枚目以降の電極板１８、１９は、イオン通過路１２周囲の部分が高温になる。 The ion (plasma) energy in the ionization chamber 11 is several tens of eV, but the ions that have passed through the ion passage 12 are accelerated and the through holes (ion passage 12 in the second and third electrode plates 18 and 19). ), The second and third electrode plates 18 and 19 are given high energy of several keV.
Accordingly, in the electrode plates 17 to 19, particularly the second and subsequent electrode plates 18 and 19, the portion around the ion passage 12 becomes hot.

図２はイオン通過路１２の配置を説明するための電極板１７〜１９の平面図である。イオンのビーム形状や照射位置を制御するため、イオン通過路１２は電極板１７〜１９の一部である通過領域ｄに集中して配置され、通過領域ｄ周囲の無効領域ｅには形成されていない。
従って、無効領域ｅにはイオンの衝突による加熱が起こらず、通過領域ｄと無効領域ｅの間に温度差が生じ、電極板１７〜１９が撓む原因となる。 FIG. 2 is a plan view of electrode plates 17 to 19 for explaining the arrangement of the ion passages 12. In order to control the ion beam shape and irradiation position, the ion passage 12 is concentrated in the passage region d which is a part of the electrode plates 17 to 19 and is formed in the ineffective region e around the passage region d. Absent.
Accordingly, heating due to ion collision does not occur in the ineffective region e, and a temperature difference is generated between the passing region d and the ineffective region e, causing the electrode plates 17 to 19 to bend.

本発明では、互いに隣接する電極板１７〜１９間の無効領域ｅに絶縁性のスペーサ６が配置されている。隣接する電極板１７〜１９間の距離は決まっており、スペーサ６の厚みは、隣接する電極板１７〜１９間の距離と同じか、それよりもやや小さくなっている。例えば、第一、第二の電極板１７、１８間の距離と、第二、第三の電極板１８、１９間の距離が１．５ｍｍ〜３ｍｍの場合、各スペーサ６の厚みは１ｍｍ〜２．５ｍｍである。   In the present invention, the insulating spacer 6 is disposed in the ineffective region e between the adjacent electrode plates 17 to 19. The distance between the adjacent electrode plates 17 to 19 is determined, and the thickness of the spacer 6 is the same as or slightly smaller than the distance between the adjacent electrode plates 17 to 19. For example, when the distance between the first and second electrode plates 17 and 18 and the distance between the second and third electrode plates 18 and 19 are 1.5 mm to 3 mm, the thickness of each spacer 6 is 1 mm to 2 mm. .5 mm.

温度差により、電極板１７〜１９が撓むような熱応力がかかっても、電極板１７〜１９はスペーサ６に支持されるから、隣接する電極板１７〜１９間の距離はスペーサ６の厚み未満にはならない。従って、隣接する電極板１７〜１９間の距離は常にスペーサ６の厚み以上に維持される。   Even if thermal stress is applied such that the electrode plates 17 to 19 bend due to a temperature difference, the electrode plates 17 to 19 are supported by the spacer 6, so the distance between the adjacent electrode plates 17 to 19 is less than the thickness of the spacer 6. It will not be. Therefore, the distance between the adjacent electrode plates 17 to 19 is always maintained to be equal to or greater than the thickness of the spacer 6.

スペーサ６の厚みにより決定される電極板１７〜１９間の最低距離は、異常放電が起こらない値に設定されているから、この電極装置１６では異常放電が起こり難く、イオンを安定して放出することができる。   Since the minimum distance between the electrode plates 17 to 19 determined by the thickness of the spacer 6 is set to a value at which abnormal discharge does not occur, the electrode device 16 is unlikely to cause abnormal discharge and stably discharges ions. be able to.

尚、イオン化室１１の内部の、交番磁界が形成される領域に誘電体からなる邪魔板２５を設けてもよい。邪魔板２５は第一の電極板１７と平行になるよう、イオン化室１１の中央に設けることが望ましい。   A baffle plate 25 made of a dielectric may be provided in a region where an alternating magnetic field is formed inside the ionization chamber 11. The baffle plate 25 is desirably provided in the center of the ionization chamber 11 so as to be parallel to the first electrode plate 17.

反応室１１の構造は特に限定されない。一例を述べると、反応室３１内部の底面には試料ホルダー３２が配置されており、試料ホルダー３２の一面（載置面）に、一又は複数の処理対象物３３が配置される。   The structure of the reaction chamber 11 is not particularly limited. For example, a sample holder 32 is disposed on the bottom surface inside the reaction chamber 31, and one or a plurality of processing objects 33 are disposed on one surface (mounting surface) of the sample holder 32.

処理対象物３３は例えば板状であって、載置面は第一〜第三の電極板１７〜１９と平行な平面内に位置し、処理対象物３３は第一〜第三の電極板１７〜１９に対して平行に保持される。   The processing object 33 has, for example, a plate shape, the mounting surface is located in a plane parallel to the first to third electrode plates 17 to 19, and the processing object 33 is the first to third electrode plate 17. Held parallel to ~ 19.

試料ホルダー３２は反応室３１外部に配置された回転装置３５に接続され、回転装置３５により、載置面を垂直に通る回転軸線２４を中心として回転できるように構成されている。従って、試料ホルダー３２と処理対象物３３は、第一〜第三の電極板１７〜１９と平行な平面内で回転軸線２４を中心として回転する。ここでは、回転軸線２４は処理対象物３３と試料ホルダー３２の中心を通る。   The sample holder 32 is connected to a rotator 35 disposed outside the reaction chamber 31 and is configured to be rotated by the rotator 35 about a rotation axis 24 that passes vertically through the mounting surface. Accordingly, the sample holder 32 and the processing object 33 rotate around the rotation axis 24 in a plane parallel to the first to third electrode plates 17 to 19. Here, the rotation axis 24 passes through the center of the processing object 33 and the sample holder 32.

処理対象物３３は、回転移動により一部又は全部が、通過領域ｄと対面し、対面した部分にイオンがビーム上に照射され、表面処理される。通過領域ｄの形状は目的とするイオンビーム形状や、処理対象物３３の種類や大きさにより変化させるものであって、特に限定されないが、以下にその一例を示す。   A part or the whole of the processing object 33 faces the passage region d due to the rotational movement, and ions are irradiated onto the facing part on the beam to be surface-treated. The shape of the passing region d is changed according to the target ion beam shape and the type and size of the processing object 33, and is not particularly limited.

図３は第一の電極板１７の通過領域ｄと回転軸線２４の関係の一例を示す平面図である。同図の符号ｂ1とｂ2は第一の電極板１７が位置する平面内で回転軸線２４で交差する二直線を示す。入口孔２０はその二直線ｂ1、ｂ2が１８０°未満、より望ましくは、４５°以下の角度で交差した領域（中央領域ｄ1）内に配置され、中央領域ｄ1の両側の端部領域ｅ1、ｅ2には配置されていない。従って、通過領域ｄは中央領域ｄ1内にある。 FIG. 3 is a plan view showing an example of the relationship between the passage area d of the first electrode plate 17 and the rotation axis 24. Symbols b 1 and b 2 in the figure indicate two straight lines that intersect at the rotation axis 24 in a plane on which the first electrode plate 17 is located. The inlet hole 20 is disposed in a region (central region d 1 ) where the straight lines b 1 and b 2 intersect at an angle of less than 180 °, more preferably 45 ° or less, and ends on both sides of the central region d 1. They are not arranged in the areas e 1 and e 2 . Accordingly, the passing area d is in the central area d 1 .

各入口孔２０は同じ形状同じ大きさであり、入口孔２０の中心間の距離を一定にして配置されている。従って、隣接する入口孔２０の中心間は、互いに等距離になっている。   Each inlet hole 20 has the same shape and size, and is arranged with a constant distance between the centers of the inlet holes 20. Accordingly, the centers of adjacent inlet holes 20 are equidistant from each other.

入口孔２０の大きさが無視できる程小さい場合、回転軸線２４を中心とする同心円と交差する入口孔２０の個数は、半径が小さい同心円上の個数よりも半径が大きな同心円上の個数が多くなるように設定されており、入口孔２０の大きさが、同心円の半径と比べて無視できない程の大きさの場合、少なくとも、入口孔２０の大きさの２倍以上離れた同心円間では、半径が小さい同心円上の個数よりも半径が大きな同心円上の個数が多くなるように設定されている。   When the size of the inlet hole 20 is small enough to be ignored, the number of the inlet holes 20 intersecting with the concentric circle having the rotation axis 24 as the center is larger on the concentric circle having the larger radius than the number on the concentric circle having the smaller radius. In the case where the size of the inlet hole 20 is a size that cannot be ignored as compared with the radius of the concentric circle, the radius is at least between the concentric circles separated by at least twice the size of the inlet hole 20. The number is set so that the number on the concentric circle having a larger radius is larger than the number on the small concentric circle.

その結果、回転軸線２４を中心にイオン化室１１と処理対象物３３とが相対的に回転した場合、処理対象物３３表面上に垂直もしくは垂直に近い角度で入射するイオンが、処理対象物３３のどの位置でも、略同じ時間だけ照射され、その結果、処理対象物３３表面に均一にイオンが照射されるようになる。   As a result, when the ionization chamber 11 and the processing object 33 are relatively rotated around the rotation axis 24, ions that are incident on the surface of the processing object 33 at a perpendicular or near-perpendicular angle are incident on the processing object 33. Irradiation is performed at substantially the same time at any position, and as a result, the surface of the processing object 33 is uniformly irradiated with ions.

イオン通過路１２を通過したイオンのうち、処理対象物３３に大きな角度で斜め入射するイオンが多いと、処理対象物３３表面のうちの回転軸線２４から離間した位置では、断続的にイオンが照射されるのに対し、回転軸線２４付近の場所では、回転軸線２４を中間にして、反対位置にあるイオン通過路１２からもイオンが照射されるため、大きな斜め角度で入射するイオンは途切れることなく照射される。従って、回転軸線２４に近い場所では、垂直又は垂直に近い角度で入射するイオンと、大きな角度で斜め入射するイオンの両方が照射されてしまう。   Among the ions that have passed through the ion passage 12, if there are many ions that are obliquely incident on the processing object 33 at a large angle, the ions are intermittently irradiated at positions away from the rotational axis 24 on the surface of the processing object 33. On the other hand, in the vicinity of the rotation axis 24, ions are irradiated from the ion passage 12 at the opposite position with the rotation axis 24 in the middle, so that ions incident at a large oblique angle are not interrupted. Irradiated. Therefore, at a location close to the rotation axis 24, both ions incident at a vertical or near-vertical angle and ions incident at an oblique angle at a large angle are irradiated.

ここでは、第一の電極板１７上の入口孔２０は、第一の電極板１７の位置する平面内にあって、回転軸線２４を中心とする２つの円ａ1、ａ2の間の中間領域ｄ2に配置されている。円ａ1、ａ2のうち、直径が大きい方を大円ａ2、小さい方を小円ａ1として区別すると、小円ａ1よりも内側の中心領域には、入口孔２０は配置されておらず、通過領域ｄは、中央領域ｄ1であって且つ中間領域ｄ2に配置されている。 Here, the inlet hole 20 on the first electrode plate 17 is in the plane where the first electrode plate 17 is located, and is intermediate between two circles a 1 and a 2 centering on the rotation axis 24. Arranged in region d 2 . If the larger one of the circles a 1 and a 2 is distinguished as the larger circle a 2 and the smaller one as the smaller circle a 1 , the inlet hole 20 is disposed in the central region inside the smaller circle a 1. In addition, the passing area d is located in the central area d 1 and in the intermediate area d 2 .

その結果、回転軸線２４付近の場所では、垂直又は垂直に近い角度で入射するイオンは到達せず、大きな角度で斜め入射するイオンだけが照射されるようになっている。   As a result, in the vicinity of the rotation axis 24, ions incident at a vertical or near-normal angle do not reach, and only ions incident obliquely at a large angle are irradiated.

図３に示す第一の電極板１７を用いる場合、邪魔板２５で通過領域ｄ2の回転軸線２４に近い側を覆えば、回転軸線２４に近い側のイオン通過路１２のイオン放出量を抑制できる。
尚、入口孔２０は、処理対象物３３の回転軸線２４付近の面内分布のばらつきが問題にならない程度であれば、小円ａ1の内側の中心領域にも配置してもよい。 In the case of using the first electrode plate 17 shown in FIG. 3, if the baffle plate 25 covers the side near the rotation axis 24 of the passage region d 2 , the ion emission amount of the ion passage 12 near the rotation axis 24 is suppressed. it can.
The inlet hole 20 may also be arranged in the central region inside the small circle a 1 as long as the variation in the in-plane distribution near the rotation axis 24 of the processing object 33 does not become a problem.

電極板１７〜１９の形状も特に限定されず、楕円又は真円の円盤、矩形の板等である。電極板１７〜１９の枚数は２枚以上であれば特に限定されない。また、入口孔２０の平面形状は特に限定されず、円形（真円、楕円含む）であってもよいし、多角形であってもよい。   The shape of the electrode plates 17 to 19 is not particularly limited, and may be an ellipse or a perfect circle, a rectangular plate, or the like. The number of electrode plates 17 to 19 is not particularly limited as long as it is two or more. The planar shape of the inlet hole 20 is not particularly limited, and may be a circle (including a perfect circle or an ellipse) or a polygon.

通過領域ｄの形状は、図３に示すものに限定されず、細長であってもよいし、第一〜第三の電極板１７〜１９よりも小径の円（真円、楕円を含む）であってもよいし、多角形であってもよい。   The shape of the passage region d is not limited to that shown in FIG. 3, and may be elongated, or may be a circle (including a perfect circle and an ellipse) having a smaller diameter than the first to third electrode plates 17 to 19. There may be, and a polygon may be sufficient.

第一の電極板１７には通過領域ｄの外にも入口孔２０を形成してもよいが、この場合、第一の電極板１７表面上に一又は複数枚マスク２９を配置し、通過領域ｄ以外の入口孔２０をマスク２９で覆う（図４）。第一の電極板１７のマスク２９で覆われた部分が無効領域ｅとなり、その無効領域ｅにスペーサ６を配置する。   The first electrode plate 17 may be formed with an entrance hole 20 in addition to the passage region d. In this case, one or a plurality of masks 29 are arranged on the surface of the first electrode plate 17, and the passage region The inlet holes 20 other than d are covered with a mask 29 (FIG. 4). The portion of the first electrode plate 17 covered with the mask 29 becomes the invalid area e, and the spacer 6 is arranged in the invalid area e.

スペーサ６は各電極板１７〜１９の間に設置する必要は無いが、イオン化室１１に最も近い電極板（第一の電極板１７）よりも、二枚目以降の電極板（第二、第三の電極板１８、１９）の方が高温に加熱されるから、少なくとも第二、第三の電極板１８、１９間に設置が必要である。   The spacer 6 does not need to be installed between the electrode plates 17 to 19, but the second and subsequent electrode plates (second and second electrode plates) rather than the electrode plate (first electrode plate 17) closest to the ionization chamber 11. Since the three electrode plates 18, 19) are heated to a higher temperature, it is necessary to install them at least between the second and third electrode plates 18, 19.

スペーサ６の取付け方法は特に限定されない。スペーサ６は、例えば、第一〜第三の電極板１７〜１９に絶縁性接着剤を介して固定してもよい。また、第一〜第三の電極板１７〜１９に挟まれることでスペーサ６が固定されるならば絶縁性接着剤は不要である。   The method for attaching the spacer 6 is not particularly limited. The spacer 6 may be fixed to the first to third electrode plates 17 to 19 via an insulating adhesive, for example. Further, if the spacer 6 is fixed by being sandwiched between the first to third electrode plates 17 to 19, an insulating adhesive is unnecessary.

しかし、スペーサ６を上下二枚の電極板１７、１９に絶縁性接着剤で固定すれば、電極板１７〜１９間の距離が常に一定に維持され、スペーサ６の位置ずれも起こらないから、異常放電がより確実に防止される。スペーサ６を絶縁性接着剤で固定する場合は、スペーサ６の厚みと、絶縁性接着剤の厚みの合計が、予め決めた電極板１７〜１９間の距離になるように設定する。   However, if the spacer 6 is fixed to the upper and lower electrode plates 17 and 19 with an insulating adhesive, the distance between the electrode plates 17 to 19 is always maintained constant, and the spacer 6 is not displaced. Discharge is more reliably prevented. When the spacer 6 is fixed with an insulating adhesive, the total thickness of the spacer 6 and the insulating adhesive is set to be a predetermined distance between the electrode plates 17 to 19.

特に、最下方の電極板（第三の電極板１９）は、下方にスペーサ６等を配置する事が困難なので、第三の電極板１９の撓み防止のため、その上方で隣接する第二の電極板１８の間のスペーサ６を、絶縁性接着剤で固定することが望ましい。   In particular, since the lowermost electrode plate (third electrode plate 19) is difficult to dispose the spacer 6 or the like below, in order to prevent the third electrode plate 19 from being bent, the second electrode plate adjacent to the lower electrode plate 19 is disposed. It is desirable to fix the spacer 6 between the electrode plates 18 with an insulating adhesive.

スペーサ６や、第一〜第三の電極板１７〜１９の取り付けに用いる絶縁性接着剤は、例えば絶縁性無機粒子（アルミナ等のセラミック）を含有するペースト状であって、乾燥により固化するセラミック系接着剤である。   The insulating adhesive used for attaching the spacer 6 and the first to third electrode plates 17 to 19 is, for example, a paste containing insulating inorganic particles (ceramics such as alumina), which is solidified by drying. Adhesive.

スペーサ６の厚みは特に限定されないが、例えば電極板１７〜１９への印加電圧が３ｋＶの場合、電極板１７〜１９間の距離が１．８ｍｍから１．５ｍｍに減少するだけで異常放電が起こるので、この場合はスペーサ６の厚みを１．５ｍｍを超える値にして異常放電を防止する。   The thickness of the spacer 6 is not particularly limited. For example, when the applied voltage to the electrode plates 17 to 19 is 3 kV, abnormal discharge occurs only when the distance between the electrode plates 17 to 19 decreases from 1.8 mm to 1.5 mm. Therefore, in this case, the thickness of the spacer 6 is set to a value exceeding 1.5 mm to prevent abnormal discharge.

通過領域ｄ内のイオン通過路１２の間にスペーサ６を設けてもよいが、イオンビームの照射効率を高めるため、通常、イオン通過路１２の間隔は狭くされており、イオン通過路１２にスペーサ６が露出しないようにスペーサ６を配置するのは困難である。   The spacer 6 may be provided between the ion passages 12 in the passage region d. However, in order to increase the irradiation efficiency of the ion beam, the intervals between the ion passages 12 are usually narrowed, and the spacers are not provided in the ion passages 12. It is difficult to arrange the spacer 6 so that the 6 is not exposed.

ここでは、イオン通過路１２の間隔、即ち入口孔２０の中心間の距離は、イオン通過路１２（入口孔２０）の直径の１倍超え、かつ、２倍未満である。より具体的には、入口孔２０の直径が２ｍｍの場合、入口孔２０の間隔は２．３ｍｍ〜２．５ｍｍ程度と非常に狭い。無効領域ｅにスペーサ６を配置すれば、スペーサ６がイオン通過路１２に露出せず、イオンの通過の妨げにならない。   Here, the distance between the ion passages 12, that is, the distance between the centers of the inlet holes 20 is more than one time and less than twice the diameter of the ion passages 12 (inlet holes 20). More specifically, when the diameter of the inlet hole 20 is 2 mm, the interval between the inlet holes 20 is as narrow as about 2.3 mm to 2.5 mm. If the spacer 6 is disposed in the invalid region e, the spacer 6 is not exposed to the ion passage 12 and does not hinder the passage of ions.

スペーサ６は通過領域ｄの外周に沿って複数個配置することが望ましい。通過領域ｄの外周が多角形の場合、通過領域ｄの各辺に１個以上ずつスペーサ６を配置することが望ましいが、電極板１７〜１９を固定する支持部材（イオン化室１１開口内壁面、内壁面との間の碍子、開口に挿通した支持軸等）近傍では、支持部材によって電極板１７〜１９の間隔が固定されるので不要である。   A plurality of spacers 6 are desirably arranged along the outer periphery of the passage region d. When the outer periphery of the passage region d is polygonal, it is desirable to arrange one or more spacers 6 on each side of the passage region d. However, a support member (an inner wall surface of the ionization chamber 11 opening, In the vicinity of the insulator between the inner wall surface, the support shaft inserted through the opening, and the like, the distance between the electrode plates 17 to 19 is fixed by the support member, which is unnecessary.

スペーサ６は通過領域ｄの外周の各辺に沿って複数個を並べて配置してもよいし、細長のスペーサ６を各辺に沿って延設してもよい。また、スペーサ６の個数は複数に限定されず１個でもよい。具体的には、１個のリング状のスペーサ６を、通過領域ｄの外周を取り囲むように配置する。   A plurality of the spacers 6 may be arranged side by side along each side of the outer periphery of the passage region d, or an elongated spacer 6 may be extended along each side. Further, the number of the spacers 6 is not limited to a plurality and may be one. Specifically, one ring-shaped spacer 6 is disposed so as to surround the outer periphery of the passage region d.

スペーサ６の材質は特に限定されないが、アルミナ、石英、窒化アルミニウム等、高温で変形しない無機系絶縁物で構成することが望ましい。電極板１７〜１９の材質も特に限定されないが、一例を述べるとＭｏである。   The material of the spacer 6 is not particularly limited, but it is desirable that the spacer 6 be made of an inorganic insulator that does not deform at high temperatures, such as alumina, quartz, or aluminum nitride. The material of the electrode plates 17 to 19 is not particularly limited, but an example is Mo.

イオン生成方法も特に限定されず、イオン生成装置として、イオン化室１１内部にフィラメントを配置し、フィラメントに通電してプラズマを発生させてもよい。処理ガスの種類は特に限定されず、Ａｒ、Ｘｅ、Ｎｅ等種々のものを用いることができる。   The ion generation method is not particularly limited, either, and as an ion generation apparatus, a filament may be disposed inside the ionization chamber 11 and the filament may be energized to generate plasma. The kind of the processing gas is not particularly limited, and various kinds of gases such as Ar, Xe, and Ne can be used.

本発明のイオン照射装置１０は、エッチング、表面クリーニング処理、表面分析等種々の用途に用いることができる。例えば、処理ガスがＡｒであり、処理対象物３３表面にＣｕ、ＳｉＯ2等が露出する場合は、処理対象物３３表面がエッチングされる。 The ion irradiation apparatus 10 of the present invention can be used for various applications such as etching, surface cleaning treatment, and surface analysis. For example, when the processing gas is Ar and Cu, SiO 2 or the like is exposed on the surface of the processing object 33, the surface of the processing object 33 is etched.

イオン照射条件の一例を述べると、例えば、処理対象物３３が直径３００ｍｍの円盤状基板の場合、基板中心からイオン源（イオン化室１１）中心のオフセット量７０〜１００ｍｍ、邪魔板２５の直径が８０〜１００ｍｍ、邪魔板２５中心からイオン化室１１中心までの距離が−２０〜２０ｍｍ、邪魔板２５と第一の電極板１７との距離がＯ〜４０ｍｍである。   An example of ion irradiation conditions will be described. For example, when the processing object 33 is a disc-shaped substrate having a diameter of 300 mm, the offset amount 70 to 100 mm from the center of the substrate to the center of the ion source (ionization chamber 11), and the diameter of the baffle plate 25 is 80. The distance from the center of the baffle plate 25 to the center of the ionization chamber 11 is -20 to 20 mm, and the distance between the baffle plate 25 and the first electrode plate 17 is O to 40 mm.

イオン化室１１内部に邪魔板２５以外の誘電体の板（円盤）を配置する場合、その円盤の直径は２０〜４０ｍｍ、円盤中心からイオン化室１１中心までの距離は−７０〜−５０ｍｍ、円盤と第一の電極板１７との距離は０〜１０ｍｍである。イオン照射装置１０から処理対象物３３までの距離（Ｔ／Ｓ）は２５０〜３００ｍｍである。   When a dielectric plate (disc) other than the baffle plate 25 is arranged inside the ionization chamber 11, the diameter of the disc is 20 to 40 mm, the distance from the center of the disc to the center of the ionization chamber 11 is −70 to −50 mm, The distance from the first electrode plate 17 is 0 to 10 mm. The distance (T / S) from the ion irradiation apparatus 10 to the process target 33 is 250 to 300 mm.

本発明の真空処理装置の一例を示す断面図Sectional drawing which shows an example of the vacuum processing apparatus of this invention 第一の電極板の一例を示す平面図Plan view showing an example of the first electrode plate 通過領域と回転軸線の関係を示す平面図Plan view showing the relationship between the passage area and the rotation axis 第一の電極板の他の例を示す平面図Plan view showing another example of the first electrode plate 従来技術のイオン照射装置を示す断面図Sectional view showing a conventional ion irradiation apparatus

符号の説明Explanation of symbols

６……スペーサ １０……イオン照射装置 １１……イオン化室 １２……イオン通過路 １３……イオン生成装置 １６……電極装置 １７……第一の電極板 １８……第二の電極板 ２０……入口孔 ５０……真空処理装置 ｄ……通過領域 ｅ……無効領域   6 ... Spacer 10 ... Ion irradiation device 11 ... Ionization chamber 12 ... Ion passage 13 ... Ion generator 16 ... Electrode device 17 ... First electrode plate 18 ... Second electrode plate 20 ... … Inlet hole 50 …… Vacuum processing equipment d …… Passing area e …… Ineffective area

Claims (3)

イオン化室と、
前記イオン化室内に導入された処理ガスをイオン化するイオン生成装置と、
前記生成されたイオンを前記イオン化室内部から外部に放出させる電極装置とを有し、
前記イオン化室外部に配置された処理対象物に対して、前記イオン化室内で生成された前記イオンを照射するイオン照射装置であって、
前記電極装置は、前記イオン化室内の前記イオンのエネルギーを決める電圧が印加される第一の電極と、
前記イオンを吸引する極性の電圧が印加される第二の電極と、
前記第一、第二の電極を貫通し前記イオン化室の外部に前記イオンを通過させる複数のイオン通過路とを有し、
前記イオン通過路は前記第一、第二の電極の一部領域に配置され、
前記第一、第二の電極は、前記イオン通過路が配置された通過領域と、前記イオン通過路が配置されていない無効領域とに区分けされ、
前記第一、第二の電極間の前記無効領域には絶縁性のスペーサが配置されたイオン照射装置。 An ionization chamber;
An ion generator that ionizes the processing gas introduced into the ionization chamber;
An electrode device for discharging the generated ions from the inside of the ionization chamber to the outside;
An ion irradiation apparatus that irradiates the processing object disposed outside the ionization chamber with the ions generated in the ionization chamber,
The electrode device includes a first electrode to which a voltage that determines the energy of the ions in the ionization chamber is applied;
A second electrode to which a polarity voltage for attracting the ions is applied;
A plurality of ion passages that pass through the first and second electrodes and allow the ions to pass outside the ionization chamber;
The ion passage is disposed in a partial region of the first and second electrodes,
The first and second electrodes are divided into a passage region where the ion passage is disposed and an invalid region where the ion passage is not disposed,
An ion irradiation apparatus in which an insulative spacer is disposed in the ineffective region between the first and second electrodes. 前記スペーサは、前記通過領域の外周に沿って配置された請求項１記載のイオン照射装置。   The ion irradiation apparatus according to claim 1, wherein the spacer is disposed along an outer periphery of the passage region. 内部に前記処理対象物が配置される反応室と、前記反応室に接続された請求項１又は請求項２のいずれか１項記載のイオン照射装置とを有し、
前記イオン通過路を通過した前記イオンは、前記反応室の内部に照射される真空処理装置。
A reaction chamber in which the object to be treated is disposed, and an ion irradiation apparatus according to claim 1 or 2 connected to the reaction chamber,
The vacuum processing apparatus in which the ions that have passed through the ion passage are irradiated into the reaction chamber.
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