JP2016207520A - Ion beam irradiation device and ion beam irradiation method - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、例えばイオンミリング装置、イオン注入装置等のように、真空雰囲気中で基板にイオンビームを照射することによって基板に処理を施すイオンビーム照射装置およびイオンビーム照射方法に関する。 The present invention relates to an ion beam irradiation apparatus and an ion beam irradiation method for treating a substrate by irradiating the substrate with an ion beam in a vacuum atmosphere, such as an ion milling apparatus and an ion implantation apparatus.
長辺の寸法が基板よりも大きく短辺の寸法が基板よりも小さい断面長方形のイオンビームを引き出すイオン源と、基板が上記イオンビームの照射領域の内外に位置するように、基板をイオンビームの短辺方向に並進させる並進機構と、基板がイオンビームの照射領域外にある時に基板をその中心部周りに回転させる回転機構とを備えていて、基板の全面にイオンビームを照射して基板に処理を施す処理装置および処理方法が、例えば特許文献1に記載されている。 An ion source that extracts an ion beam having a rectangular cross section whose long side is larger than that of the substrate and whose short side is smaller than that of the substrate, and the substrate is placed on the ion beam so that the substrate is positioned inside and outside the ion beam irradiation region. It has a translation mechanism that translates in the short side direction and a rotation mechanism that rotates the substrate around its center when the substrate is outside the ion beam irradiation area. A processing apparatus and a processing method for performing processing are described in Patent Document 1, for example.
上記従来の技術においては、基板の並進毎に、基板をイオンビームの照射領域外に移動させるので、基板の処理効率が低下し、基板処理に要する時間が長くなるという課題がある。 In the above conventional technique, the substrate is moved out of the ion beam irradiation region every time the substrate is translated, so that there is a problem that the processing efficiency of the substrate is lowered and the time required for the substrate processing is increased.
また、基板をイオンビームの照射領域外で回転させるために、基板を回転させる度に基板をイオンビームの照射領域外へ移動(並進)させる必要があり、それによって並進回数が多くなるので、この観点からも、基板処理に要する時間が長くなるという課題がある。基板を少しずつ幾度もステップ回転させる場合は、特に基板処理に要する時間が長くなる。 In addition, in order to rotate the substrate outside the ion beam irradiation region, it is necessary to move (translate) the substrate outside the ion beam irradiation region each time the substrate is rotated. From the viewpoint, there is a problem that the time required for substrate processing becomes long. When the substrate is rotated step by step several times, the time required for substrate processing is particularly long.
そこでこの発明は、基板の全面にイオンビームを照射することができ、しかも基板を機械的にスキャンおよび回転させても基板処理に要する時間を短縮することができるイオンビーム照射装置を提供することを一つの目的としている。 Accordingly, the present invention provides an ion beam irradiation apparatus that can irradiate the entire surface of an ion beam with an ion beam and that can reduce the time required for substrate processing even when the substrate is mechanically scanned and rotated. One purpose.
また、上記のような処理を行うことができるイオンビーム照射方法を提供することを他の目的としている。 Another object of the present invention is to provide an ion beam irradiation method capable of performing the above processing.
この発明に係るイオンビーム照射装置は、真空雰囲気中で基板にイオンビームを照射する装置であって、真空に排気される真空容器と、前記真空容器内に収納されていて基板を保持するホルダと、前記ホルダおよびそれに保持された基板を当該基板の中心部周りに回転させる回転機構と、前記ホルダ、それに保持された基板および前記回転機構を機械的に往復でスキャンするスキャン機構と、前記ホルダに保持された基板に対して、当該基板の位置における寸法が、当該基板および当該基板がスキャンされる領域を包含する大きさよりも大きい寸法のイオンビームを照射するイオンビーム供給部と、前記回転機構および前記スキャン機構を制御して、前記イオンビームの照射領域内で前記基板を回転およびスキャンさせて、前記基板の全面にイオンビームを照射する機能を有している制御装置とを備えている、ことを特徴としている。 An ion beam irradiation apparatus according to the present invention is an apparatus that irradiates a substrate with an ion beam in a vacuum atmosphere, and a vacuum container that is evacuated to a vacuum, a holder that is accommodated in the vacuum container and holds the substrate, A rotation mechanism for rotating the holder and the substrate held by the holder around a center portion of the substrate, a scanning mechanism for mechanically reciprocatingly scanning the holder, the substrate held by the substrate and the rotation mechanism, and the holder. An ion beam supply unit that irradiates an ion beam having a size larger than a size including a region where the substrate and the substrate are scanned with respect to the held substrate, the rotation mechanism, By controlling the scanning mechanism, the substrate is rotated and scanned within the ion beam irradiation area, and the entire surface of the substrate is rotated. And a and has a control device which has a function of irradiating Onbimu is characterized by.
このイオンビーム照射装置は、前記ホルダに保持された基板に対して、当該基板の位置における寸法が、当該基板および当該基板がスキャンされる領域を包含する大きさよりも大きい寸法のイオンビームを照射するイオンビーム供給部と、前記回転機構および前記スキャン機構を制御して、前記イオンビームの照射領域内で前記基板を回転およびスキャンさせて、前記基板の全面にイオンビームを照射する機能を有している制御装置とを備えていて、イオンビームの照射領域内で基板をスキャンする構成であり、前記従来技術のように基板のスキャン毎に基板をイオンビームの照射領域外に移動させる必要はないので、基板処理に要する時間を短縮して基板の処理効率を向上させることができる。 The ion beam irradiation apparatus irradiates the substrate held by the holder with an ion beam having a size larger than the size of the substrate and the region including the region where the substrate is scanned. The ion beam supply unit, the rotation mechanism, and the scanning mechanism are controlled to rotate and scan the substrate within the ion beam irradiation region, thereby irradiating the entire surface of the substrate with the ion beam. And a controller that scans the substrate within the ion beam irradiation region, and it is not necessary to move the substrate outside the ion beam irradiation region for each substrate scan as in the prior art. The processing time of the substrate can be improved by shortening the time required for the substrate processing.
また、基板の回転に関しても、イオンビームの照射領域内で基板を回転させる構成であり、前記従来技術のように基板を回転させる度に基板をイオンビームの照射領域外へ移動させる必要はないので、この観点からも、基板処理に要する時間を短縮して基板の処理効率を向上させることができる。 Further, the substrate is also rotated in the ion beam irradiation area, and it is not necessary to move the substrate outside the ion beam irradiation area every time the substrate is rotated as in the prior art. Also from this point of view, it is possible to shorten the time required for the substrate processing and improve the substrate processing efficiency.
前記イオンビーム供給部は、プラズマを生成するプラズマ生成部および当該プラズマから電界の作用でイオンビームを引き出す引出し電極系を有しているイオン源であり、しかも当該引出し電極系は、前記基板および前記基板がスキャンされる領域を包含する大きさよりも大きい寸法のイオンビーム引出し領域を有している、という構成を採用しても良い。また、その他の変形例を採用しても良い。 The ion beam supply unit is an ion source having a plasma generation unit that generates plasma and an extraction electrode system that extracts an ion beam from the plasma by the action of an electric field, and the extraction electrode system includes the substrate and the ion source A configuration in which an ion beam extraction region having a size larger than a size including a region to be scanned by the substrate may be employed. Moreover, you may employ | adopt another modification.
この発明に係るイオンビーム照射方法は、真空雰囲気中で基板にイオンビームを照射する方法であって、真空に排気される真空容器と、前記真空容器内に収納されていて基板を保持するホルダと、前記ホルダおよびそれに保持された基板を当該基板の中心部周りに回転させる回転機構と、前記ホルダ、それに保持された基板および前記回転機構を機械的に往復でスキャンするスキャン機構と、前記ホルダに保持された基板に対して、当該基板の位置における寸法が、当該基板および当該基板がスキャンされる領域を包含する大きさよりも大きい寸法のイオンビームを照射するイオンビーム供給部とを備えている構成のイオンビーム照射装置を用いて、前記イオンビームの照射領域内で前記基板を回転およびスキャンさせて、前記基板の全面にイオンビームを照射することを特徴としている。 An ion beam irradiation method according to the present invention is a method of irradiating a substrate with an ion beam in a vacuum atmosphere, a vacuum container that is evacuated to a vacuum, a holder that is accommodated in the vacuum container and holds the substrate, A rotation mechanism for rotating the holder and the substrate held by the holder around a center portion of the substrate, a scanning mechanism for mechanically reciprocatingly scanning the holder, the substrate held by the substrate and the rotation mechanism, and the holder. An ion beam supply unit that irradiates an ion beam having a size larger than a size including a region where the substrate and the substrate are scanned with respect to the held substrate. Using the ion beam irradiation apparatus, the substrate is rotated and scanned within the ion beam irradiation region, and the entire surface of the substrate is scanned. It is characterized by irradiating the Onbimu.
請求項1に記載の発明によれば、ホルダに保持された基板に対して、当該基板の位置における寸法が、当該基板および当該基板がスキャンされる領域を包含する大きさよりも大きい寸法のイオンビームを照射するイオンビーム供給部と、回転機構およびスキャン機構を制御して、前記イオンビームの照射領域内で前記基板を回転およびスキャンさせて、前記基板の全面にイオンビームを照射する機能を有している制御装置とを備えていて、イオンビームの照射領域内で基板をスキャンする構成であり、前記従来技術のように基板のスキャン毎に基板をイオンビームの照射領域外に移動させる必要はないので、基板処理に要する時間を短縮して基板の処理効率を向上させることができる。 According to the first aspect of the present invention, with respect to the substrate held by the holder, the ion beam having a size larger than the size including the substrate and the region to be scanned is measured at the position of the substrate. An ion beam supply unit that irradiates the substrate, and a rotation mechanism and a scanning mechanism are controlled to rotate and scan the substrate within the ion beam irradiation region, thereby irradiating the entire surface of the substrate with the ion beam. And a controller that scans the substrate within the ion beam irradiation region, and there is no need to move the substrate outside the ion beam irradiation region every time the substrate is scanned as in the prior art. Therefore, the time required for substrate processing can be shortened and the substrate processing efficiency can be improved.
また、基板の回転に関しても、イオンビームの照射領域内で基板を回転させる構成であり、前記従来技術のように基板を回転させる度に基板をイオンビームの照射領域外へ移動させる必要はないので、この観点からも、基板処理に要する時間を短縮して基板の処理効率を向上させることができる。 Further, the substrate is also rotated in the ion beam irradiation area, and it is not necessary to move the substrate outside the ion beam irradiation area every time the substrate is rotated as in the prior art. Also from this point of view, it is possible to shorten the time required for the substrate processing and improve the substrate processing efficiency.
請求項2に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、前記スキャン機構による前記スキャンは直線状であるので、スキャンの制御が容易になる。 According to invention of Claim 2, there exists the following further effect. That is, since the scanning by the scanning mechanism is linear, scanning control is facilitated.
請求項3に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、イオンビーム供給部は、プラズマを生成するプラズマ生成部および当該プラズマから電界の作用でイオンビームを引き出す引出し電極系を有しているイオン源であり、しかも当該引出し電極系は、基板および基板がスキャンされる領域を包含する大きさよりも大きい寸法のイオンビーム引出し領域を有しているので、比較的小さいイオン源から引き出した比較的小さいイオンビームを広げることによって基板および当該基板がスキャンされる領域を包含する大きさよりも大きい寸法のイオンビームを基板に照射する場合に比べて、基板に照射するイオンビームの電流密度を大きくすることができ、従って基板の処理速度を向上させることができる。 According to invention of Claim 3, there exists the following further effect. In other words, the ion beam supply unit is an ion source having a plasma generation unit that generates plasma and an extraction electrode system that extracts an ion beam from the plasma by the action of an electric field, and the extraction electrode system includes a substrate and a substrate. Since the ion beam extraction region has a size larger than the size including the region to be scanned, the substrate and the substrate are scanned by spreading a relatively small ion beam extracted from a relatively small ion source. Compared to the case where the substrate is irradiated with an ion beam having a size larger than the size including the region, the current density of the ion beam applied to the substrate can be increased, and thus the processing speed of the substrate can be improved.
請求項4に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、イオン源からのイオンビーム引き出し方向は、重力方向と交差する方向であるので、イオン源の真下に基板を配置せずに済み、イオン源内部の堆積物の剥離片等の異物がイオン源から落下しても基板に混入しにくくなる。その結果、異物混入による基板の処理不良の発生を抑制することができる。 According to invention of Claim 4, there exists the following further effect. That is, since the ion beam extraction direction from the ion source is a direction that intersects the direction of gravity, it is not necessary to arrange a substrate directly under the ion source, and foreign matter such as exfoliation pieces of deposits inside the ion source is generated by the ion source. Even if it falls from the bottom, it becomes difficult to mix into the substrate. As a result, it is possible to suppress the occurrence of substrate processing defects due to contamination.
請求項5に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、イオン源の引出し電極系を構成する電極の内の少なくともプラズマ電極に、当該電極を冷却する冷却パイプを設けており、プラズマ電極は電極の内でプラズマ生成部からの熱入力が最も大きいので、少なくともこのプラズマ電極に冷却パイプを設けることによって、プラズマ電極を含む引出し電極系を大面積化しても、プラズマ電極の熱歪を抑制することができる。その結果、電極の熱歪に起因するイオンビームの電流密度分布の悪化およびそれによる基板処理の均一性低下を抑制することができる。 According to invention of Claim 5, there exists the following further effect. That is, at least the plasma electrode of the electrode constituting the extraction electrode system of the ion source is provided with a cooling pipe for cooling the electrode, and the plasma electrode has the largest heat input from the plasma generation unit among the electrodes. By providing a cooling pipe on at least the plasma electrode, even if the extraction electrode system including the plasma electrode is enlarged, thermal distortion of the plasma electrode can be suppressed. As a result, it is possible to suppress the deterioration of the current density distribution of the ion beam due to the thermal strain of the electrode and the resulting decrease in the uniformity of the substrate processing.
請求項6に記載の発明によれば、ホルダに保持された基板に対して、当該基板の位置における寸法が、当該基板および当該基板がスキャンされる領域を包含する大きさよりも大きい寸法のイオンビームを照射するイオンビーム供給部を備えている構成のイオンビーム照射装置を用いて、前記イオンビームの照射領域内で前記基板を回転およびスキャンさせて、前記基板の全面にイオンビームを照射するので、請求項1に記載のイオンビーム照射装置の場合と同様に、基板のスキャンおよび回転の両方に関して、基板の処理に要する時間を短縮して基板の処理効率を向上させることができる。 According to the sixth aspect of the present invention, the ion beam having a size larger than the size of the substrate held by the holder at the position of the substrate is larger than the size including the substrate and the region to be scanned. Since the substrate is rotated and scanned in the irradiation region of the ion beam using an ion beam irradiation apparatus configured to include an ion beam supply unit that irradiates the ion beam, the entire surface of the substrate is irradiated with the ion beam. As in the case of the ion beam irradiation apparatus according to the first aspect, with respect to both scanning and rotation of the substrate, it is possible to shorten the time required for processing the substrate and improve the processing efficiency of the substrate.
図1に、この発明に係るイオンビーム照射装置の一実施形態を示す。方向の理解を容易にするために、各図中に、1点で互いに直交するX方向、Y方向およびZ方向を図示している。例えば、Y方向およびZ方向は水平方向であり、X方向は垂直方向である。イオンビーム28は、この例ではZ方向に進行する。
FIG. 1 shows an embodiment of an ion beam irradiation apparatus according to the present invention. In order to facilitate understanding of the directions, the X direction, the Y direction, and the Z direction that are orthogonal to each other at one point are illustrated in each drawing. For example, the Y direction and the Z direction are horizontal directions, and the X direction is a vertical direction. The
このイオンビーム照射装置は、真空雰囲気中で基板6にイオンビーム28を照射する装置であって、図示しない真空排気装置によって真空に排気される真空容器4と、この真空容器4内に収納されていて処理しようとする基板6を保持するホルダ8と、このホルダ8およびそれに保持された基板6を当該基板6の中心部6a周りに回転させる回転機構10とを備えている。その回転方向Cの一例を図中に示すが、これと逆方向でも良い。また、回転機構10によるホルダ8および基板6の回転は、連続回転でも良いし、所定の角度ごとのステップ回転でも良い。
This ion beam irradiation apparatus is an apparatus that irradiates a
基板6は、例えばシリコンウェーハ等の半導体基板、半導体基板の表面に磁性体膜等の膜が形成された基板等であるが、これに限られるものではない。
The
基板6の形状は、例えば円形(円周の一部分にオリエンテーションフラットやノッチを有するものもこれに含むものとする)であるが、これに限られるものではない。
The shape of the
このイオンビーム照射装置は、更に、ホルダ8、それに保持された基板6等を傾けて、イオンビーム28に対する基板6のチルト角(傾き角)φを変更するチルト機構12を備えている。このチルト機構12によるチルト角φの変更は、イオンビーム28の照射領域内で行っても良いし、照射領域外で行っても良い。但し、このチルト機構12は本発明に必須のものではない。
The ion beam irradiation apparatus further includes a
このイオンビーム照射装置は、更に、軸16を介して、ホルダ8、それに保持された基板6、回転機構10およびチルト機構12を機械的に往復でスキャン(即ち、機械的往復走査)するスキャン機構14を備えている。このスキャン機構14による上記スキャンは、例えば直線状である。その場合のスキャン方向Dの一例を図中に示している。スキャン機構14は、この例では真空容器4外に設けているが、これに限られるものではない。
This ion beam irradiation apparatus further includes a scanning mechanism for mechanically reciprocatingly scanning the
このイオンビーム照射装置は、更に、ホルダ8に保持された基板6に対して、図2に示す例のように、当該基板6の位置における寸法が、基板6および当該基板6がスキャンされる領域を包含する大きさよりも大きい寸法のイオンビーム28を照射するイオンビーム供給部18を備えている。図2中に、基板6のスキャン方向Dおよびスキャン幅WS の例も示している。即ち、図2中に破線で示す基板6はスキャンの一方端に位置し、2点鎖線で示す基板6はスキャンの他方端に位置している場合の例を示している。
In this ion beam irradiation apparatus, the
イオンビーム供給部18は、この実施形態では、上記のようなイオンビーム28を引き出すイオン源20であるが、それに限られるものではない。例えば、イオンビーム供給部18は、イオン源と、当該イオン源から引き出したイオンビームを電場および/または磁場で拡大し、更に必要に応じて平行化する構成のイオン光学要素とを備えるものでも良い。当該イオン光学要素は、例えば、特開平5−166483号公報に記載されているようなものでも良い。
In this embodiment, the ion
イオン源20は、その引出し電極系24と共に、真空容器4の内部に配置しても良いし、真空容器4の外部に配置しても良い。なおイオン源20については後で詳述する。
The
このイオンビーム照射装置は、更に、上記回転機構10およびスキャン機構14を制御して、上記イオンビーム28の照射領域内で基板6を回転およびスキャンさせて、基板6の全面にイオンビーム28を照射する機能を有している制御装置50を備えている。上記チルト機構12を備えている場合は、制御装置50は、当該チルト機構12を制御して上記チルト角φを制御する機能を更に有していても良い。
The ion beam irradiation apparatus further controls the
このイオンビーム照射装置によれば、基板6の全面にイオンビーム28を照射して、当該基板6に処理を施すことができる。例えば、基板6にその表面を削る等のイオンミリング加工を施すことができる。また、基板6にイオン注入を行うこともできる。イオンビーム28の種類は、基板6に施す処理内容に応じて選定すれば良い。例えば、イオンミリングを行う場合は、イオンビーム28として、例えばアルゴンイオンビームのような不活性ガスイオンビーム等を用いれば良い。イオン注入を行う場合は、イオンビーム28として、所望のドーパントを含むイオンビームを用いれば良い。
According to this ion beam irradiation apparatus, the
しかもこのイオンビーム照射装置は、ホルダ8に保持された基板6に対して、基板6の位置における寸法が、基板6および当該基板6がスキャンされる領域を包含する大きさよりも大きい寸法のイオンビーム28を照射するイオンビーム供給部18と、回転機構10およびスキャン機構14を制御して、前記イオンビーム28の照射領域内で基板6を回転およびスキャンさせて、基板6の全面にイオンビーム28を照射する機能を有している制御装置50とを備えていて、イオンビーム28の照射領域内で基板6をスキャンする構成であり、前記従来技術のように基板のスキャン毎に基板をイオンビームの照射領域外に移動させる必要はないので、基板6の処理に要する時間を短縮して基板6の処理効率を向上させることができる。
In addition, this ion beam irradiation apparatus has an ion beam having a size larger than the size of the
また、基板6の回転に関しても、イオンビーム28の照射領域内で基板6を回転させる構成であり、前記従来技術のように基板を回転させる度に基板をイオンビームの照射領域外へ移動させる必要はないので、この観点からも、基板6の処理に要する時間を短縮して基板6の処理効率を向上させることができる。
Further, the rotation of the
スキャン機構14による基板6等の上記スキャンは、この実施形態のように直線状でも良いし、直線状以外でも良い。直線状にすれば、スキャンの制御が容易になる。直線状以外では、例えば、特開平3−74040号公報等に記載されているように、基板を保持するホルダをアームの一端部で支持し、当該アームの他端部に可逆転式の回転駆動源を連結して、当該アーム(スイングアームとも呼ばれる)を所定角度範囲内において往復で旋回させる(スイングさせる)方式によって基板6等をスキャンしても良い。
The scanning of the
次に、上記イオンビーム供給部18の一例としてのイオン源20について説明する。イオン源20は、図1に示す例では、プラズマ23を生成するプラズマ生成部22および当該プラズマ23から電界の作用でイオンビーム28を引き出す引出し電極系24を有している。
Next, an
イオン源20の種類は特定のものに限定されない。例えば、イオン源20は、(a)多極磁界(カスプ磁界)を用いてプラズマ23の閉じ込め等を行う、いわゆるバケット型イオン源(多極磁界型イオン源とも呼ばれる)でも良いし、(b)高周波放電によってプラズマ23を生成する高周波イオン源でも良いし、(c)陰極と反射電極とを対向させ、かつ両者を結ぶ軸に沿う方向に磁界を印加してプラズマ23を生成する、いわゆるバーナス型イオン源でも良い。
The kind of
上記(a)のバケット型イオン源の場合は、例えば、大面積で均一性の良いプラズマ23を生成して、大面積で均一性の良いイオンビーム28の引き出しが容易になるという利点を有している。上記(b)の高周波イオン源は、例えば、引出し電極系24を構成する電極への熱入力が小さいという利点を有している。
The bucket ion source (a) has an advantage that, for example, the
引出し電極系24を構成する電極の数は、特定のものに限定されない。また、引出し電極系24を構成する電極には、必要に応じて冷却パイプを設けても良いし、設けなくても良い。
The number of electrodes constituting the
イオン源20は、比較的大きく発散するイオンビーム28を引き出すことによって、基板6の位置における当該イオンビーム28の寸法が、基板6および当該基板6がスキャンされる領域を包含する大きさよりも大きい寸法になるイオン源でも良い。そのようにすると、小型のイオン源20で済む。
The
あるいはイオン源20は、図1に示す例のように、その引出し電極系24が、基板6および当該基板6がスキャンされる領域を包含する大きさよりも大きい寸法のイオンビーム引出し領域(図4、図5中のイオンビーム引出し領域26参照)を有しているイオン源でも良い。このようなイオン源20によれば、比較的小さいイオン源から引き出した比較的小さいイオンビームを広げることによって基板6および当該基板6がスキャンされる領域を包含する大きさよりも大きい寸法のイオンビーム28を基板6に照射する場合に比べて、基板6に照射するイオンビーム28の電流密度を大きくすることができるので、基板6の処理速度を向上させることができる。
Alternatively, as in the example shown in FIG. 1, the
図1に示す例のイオン源20のより詳細例を、図3等を参照して更に説明する。プラズマ23を生成するプラズマ生成部22は、例えば、前述したバケット型イオン源、高周波イオン源、バーナス型イオン源等を構成する公知のプラズマ生成部であり、図3では簡略化して図示している。
A more detailed example of the
図3に示す例のイオン源20は、上記引出し電極系24を構成するものとして複数枚(この例では3枚)の電極31〜33を有している。この出願では、当該3枚の電極の内、最もプラズマ23側の電極をプラズマ電極31と呼び、その下流側(イオンビーム28の進行方向における下流側。以下同様)の電極を引出し電極32と呼び、その下流側の電極を接地電極33と呼ぶ。例えば、プラズマ電極31には、図示しない直流電源から、正の加速電圧が印加される。引出し電極32には、図示しない直流電源から、プラズマ電極31の電位よりも低い正の引出し電圧が印加される。接地電極33は電気的に接地される。
The
この引出し電極系24は、より具体的にはその各電極31〜33は、前記基板6および当該基板6がスキャンされる領域を包含する大きさよりも大きい寸法のイオンビーム引出し領域26(図4、図5参照)を有している。イオンビーム引出し領域26は、イオンビーム28を引き出す孔、スリット等の多数の開口(イオン引出し開口)を有している領域である。例えば、図5に示すイオンビーム引出し領域26は、多数の孔34を有しており、図6に示すイオンビーム引出し領域26は、多数のスリット37を有している。寸法の一例を挙げると、基板6の直径が300mm、そのスキャン幅WS が80mmの場合、イオンビーム引出し領域26の縦横の寸法は400mm×400mmである。但しこれに限られるものではない。
More specifically, in the
上記3枚の電極31〜33は、この例では、冷却パイプ40、41の部分を除いて、ほぼ同様の構成をしているので、プラズマ電極31で代表して、そのイオンビーム引出し領域26部分の平面図を図4または図5に示している。
In this example, the three
各電極31〜33は、図3、図4に示す例のように、イオンビーム28引き出し用の多数の孔34を有していても良いし、図5に示す例のように、イオンビーム28引き出し用の多数のスリット37を有していても良い。
Each of the
また、この例のように、引出し電極系24を構成する電極の内の少なくともプラズマ電極31に、当該電極31を冷却する冷却パイプ40を設けておいても良い。冷却パイプ40内には、例えば冷却水等の冷媒が流される。後述する冷却パイプ41についても同様である。
Further, as in this example, a cooling
プラズマ電極31は電極の内でプラズマ生成部22からの熱入力が最も大きいので、少なくともこのプラズマ電極31に冷却パイプ40を設けることによって、プラズマ電極31を含む引出し電極系24を大面積化しても、プラズマ電極31の熱歪を抑制することができる。その結果、電極の熱歪に起因するイオンビーム28の電流密度分布の悪化およびそれによる基板処理の均一性低下を抑制することができる。
Since the
この例では、プラズマ電極31に複数の冷却パイプ40をX方向に一定のピッチで配置している。冷却パイプ40を設けた部分からイオンビーム28は引き出されないので、図4、図5に示す例のように、引出し電極系24は、複数の孔34(図4参照)または複数のスリット37(図5参照)を有していてイオンビーム28が引き出される領域A1 と、冷却パイプ40が設けられていてイオンビーム28が引き出されない領域B1 とが、所定方向(この例ではX方向)に所定の周期P1 で交互に配列された構造を有している。
In this example, a plurality of cooling
プラズマ電極31よりも下流側の電極にも、必要に応じて、当該電極を冷却する冷却パイプを設けても良い。図3に示す例では、引出し電極32にも複数の冷却パイプ41を設けている。各冷却パイプ41は、各冷却パイプ40の位置に対応させて配置している。
You may provide the cooling pipe which cools the said electrode also in the electrode downstream from the
上記のような2種類の領域A1 、B1 を有する引出し電極系24を備えているイオン源20から引き出されるイオンビーム28の、基板6の位置における電流密度分布の一例を図6に示す。この電流密度分布は、一定の周期P2 で脈動している。山部分A2 は引出し電極系24のイオンビームが引き出される領域A1 に対応する部分であり、谷部分B2 は引出し電極系24のイオンビームが引き出されない領域B1 に対応する部分である。この周期P2 と引出し電極系24の上記周期P1 との関係は、特別な場合(例えばイオンビーム28の発散が大きい場合)を除いて、P1 ≒P2 と考えることができる場合が多い。
An example of the current density distribution at the position of the
上記図6に示す電流密度分布はほんの一例であり、引出し電極系24の上記二つの領域A1 、B1 の幅の大小関係や、各領域A1 の各孔やスリットから引き出されるイオンビームの発散角の大小等によって、より脈動の小さい電流密度分布、より脈動の大きい電流密度分布、更にはその他の電流密度分布を実現することもできる。
The current density distribution shown in FIG. 6 is merely an example, and the relationship between the widths of the two regions A 1 and B 1 of the
なお、引出し電極系24に冷却パイプを設けることによってイオン源20から引き出すイオンビーム28が上記のように脈動する電流密度分布を有していても、このイオンビーム照射装置では、基板6を上記のように回転およびスキャンするので、それによって、基板6上におけるビーム電流密度を平均化して、基板6上でのビーム照射量を均一化することができる。
Even if the
再び図1を参照して、イオン源20からのイオンビーム28の引き出し方向は、重力方向Gと交差する方向(例えば、図1に示す例のように実質的に直交する方向、または斜めの方向)にするのが好ましい。そのようにすると、イオン源20の真下に基板6を配置せずに済み、イオン源20内部の堆積物の剥離片等の異物(ゴミ)がイオン源20から落下しても基板6に混入しにくくなる。その結果、異物混入による基板6の処理不良の発生を抑制することができる。
Referring to FIG. 1 again, the extraction direction of the
次に、この発明に係るイオンビーム照射方法の実施形態を説明すると、上記のようなイオンビーム照射装置を用いて(但し、この方法の場合は、上記制御装置50を用いる必要はないので、それを備えている必要はない)、イオンビーム28の上記照射領域内で基板6を上記のように回転およびスキャンさせて、基板6の全面にイオンビーム28を照射する方法を採用しても良い。
Next, an embodiment of the ion beam irradiation method according to the present invention will be described. Using the ion beam irradiation apparatus as described above (however, in the case of this method, it is not necessary to use the
このイオンビーム照射方法の場合も、ホルダ8に保持された基板6に対して、基板6の位置における寸法が、基板6および当該基板6がスキャンされる領域を包含する大きさよりも大きい寸法のイオンビーム28を照射するイオンビーム供給部18(例えばイオン源20)を備えている構成のイオンビーム照射装置を用いて、当該イオンビーム28の照射領域内で基板6を回転およびスキャンさせて、基板6の全面にイオンビームを照射するので、上記イオンビーム照射装置の場合と同様に、基板6のスキャンおよび回転の両方に関して、基板6の処理に要する時間を短縮して基板6の処理効率を向上させることができる。
Also in the case of this ion beam irradiation method, with respect to the
4 真空容器
6 基板
8 ホルダ
10 回転機構
14 スキャン機構
18 イオンビーム供給部
20 イオン源
22 プラズマ生成部
23 プラズマ
24 引出し電極系
26 イオンビーム引出し領域
28 イオンビーム
31 プラズマ電極
32 引出し電極
33 接地電極
40、41 冷却パイプ
50 制御装置
4
Claims (6)
真空に排気される真空容器と、
前記真空容器内に収納されていて基板を保持するホルダと、
前記ホルダおよびそれに保持された基板を当該基板の中心部周りに回転させる回転機構と、
前記ホルダ、それに保持された基板および前記回転機構を機械的に往復でスキャンするスキャン機構と、
前記ホルダに保持された基板に対して、当該基板の位置における寸法が、当該基板および当該基板がスキャンされる領域を包含する大きさよりも大きい寸法のイオンビームを照射するイオンビーム供給部と、
前記回転機構および前記スキャン機構を制御して、前記イオンビームの照射領域内で前記基板を回転およびスキャンさせて、前記基板の全面にイオンビームを照射する機能を有している制御装置とを備えている、ことを特徴とするイオンビーム照射装置。 An apparatus for irradiating a substrate with an ion beam in a vacuum atmosphere,
A vacuum vessel that is evacuated to vacuum,
A holder that is housed in the vacuum vessel and holds a substrate;
A rotation mechanism for rotating the holder and the substrate held by the holder around the center of the substrate;
A scanning mechanism for mechanically reciprocatingly scanning the holder, the substrate held by the holder, and the rotating mechanism;
An ion beam supply unit that irradiates an ion beam having a size larger than a size including a region where the substrate and the substrate are scanned with respect to the substrate held by the holder;
A control device having a function of controlling the rotation mechanism and the scanning mechanism to rotate and scan the substrate within the ion beam irradiation region to irradiate the entire surface of the substrate with the ion beam. An ion beam irradiation apparatus characterized by that.
真空に排気される真空容器と、
前記真空容器内に収納されていて基板を保持するホルダと、
前記ホルダおよびそれに保持された基板を当該基板の中心部周りに回転させる回転機構と、
前記ホルダ、それに保持された基板および前記回転機構を機械的に往復でスキャンするスキャン機構と、
前記ホルダに保持された基板に対して、当該基板の位置における寸法が、当該基板および当該基板がスキャンされる領域を包含する大きさよりも大きい寸法のイオンビームを照射するイオンビーム供給部とを備えている構成のイオンビーム照射装置を用いて、
前記イオンビームの照射領域内で前記基板を回転およびスキャンさせて、前記基板の全面にイオンビームを照射することを特徴とするイオンビーム照射方法。 A method of irradiating a substrate with an ion beam in a vacuum atmosphere,
A vacuum vessel that is evacuated to vacuum,
A holder that is housed in the vacuum vessel and holds a substrate;
A rotation mechanism for rotating the holder and the substrate held by the holder around the center of the substrate;
A scanning mechanism for mechanically reciprocatingly scanning the holder, the substrate held by the holder, and the rotating mechanism;
An ion beam supply unit that irradiates the substrate held by the holder with an ion beam having a size larger than a size including a region in which the substrate and the substrate are scanned in the position of the substrate; Using an ion beam irradiation device with the structure
An ion beam irradiation method comprising irradiating an entire surface of the substrate with the ion beam by rotating and scanning the substrate within the ion beam irradiation region.
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2015
- 2015-04-24 JP JP2015088973A patent/JP2016207520A/en active Pending
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