JP2016225508A - イオンビームエッチング装置、およびイオンビーム発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】大型グリッドを用いた場合であっても、グリッド孔の位置ずれおよびグリッド間のギャップずれを低減できるイオンビームエッチング装置、およびイオンビーム発生装置を提供すること。
【解決手段】本発明の一実施形態に係るイオンビームエッチング装置１は、内部空間１０２ａから処理室１０１へと、プラズマ発生室１０２にて生成されたプラズマからイオンを引き出すためのグリッド部１０９と、第１の電極１１５よりもプラズマ発生室１０２側に設けられた第１のリング１１９と、グリッド部１０９の第３の電極１１７よりも処理室１０１側に設けられた第２のリング１２０と、第１の電極１１５、第２の電極１１６、および第３の電極１１７を貫通し、一方端が第１のリング１１９に連結され、他方端が第２のリング１２０に連結された固定部材１２１と、第３の電極１１７をプラズマ発生室１０２の外側から加熱するランプヒータ１２３とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、イオンビームエッチング装置、およびイオンビーム発生装置に関する。

半導体装置の製造技術において、各種のパターンを形成するためにイオンビームエッチング（以下ＩＢＥともいう）が用いられている。このＩＢＥ装置では、ガスをイオン源に導入して適当な手段によりプラズマを発生させ、プラズマ中からイオンを引き出し、このイオンを被処理物に照射してエッチングを行う。

ＩＢＥ装置では、一般に複数枚のグリッドを用いてプラズマ中からイオンを引き出している。一般にこの複数枚のグリッドは端部において固定されており、相互の孔の位置がずれるのを防いでいる（特許文献１参照）。

特開２０１１−１２９２７０号公報

ＩＢＥのプロセス中において、チャンバ壁や複数のグリッドを固定している固定リング等は、プラズマからの入熱によって熱膨張が生じる。グリッドにおいては、プラズマ側のグリッドはプラズマからの熱によって温度が上昇するが、基板側のグリッドは温度の上昇がプラズマ側のグリッドと比較して小さい。このため、プラズマ側のグリッドにおいては熱膨張量が大きくなり、これにより固定部材を外部方向に押す力が働く。これに対して、基板側のグリッドにおいては、プラズマ側のグリッドと比較して熱膨張量が小さくなる。

近年の被処理基板の大型化に伴い、グリッドも大型化が進められている。グリッドが大型になると熱膨張量が大きくなり、グリッドが端部で固定された構造では、グリッドにたわみが生じる。グリッドのたわみにより、基板側とプラズマ側とのグリッド孔の位置ずれが生じるおそれがある。また、グリッドのたわみにより、グリッド間のギャップずれが生じてグリッド間のギャップが広くなったり狭くなったりするおそれがある。グリッド孔の位置ずれやグリッド間のギャップずれは、イオンビームの照射方向が変化したり、照射量が一時的に低下したりする原因になる可能性がある。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、大型グリッドを用いた場合であっても、グリッド孔の位置ずれおよびグリッド間のギャップずれを低減できるイオンビームエッチング装置、およびイオンビーム発生装置を提供することを目的とする。

このような目的を達成するために、本発明の第１の態様は、イオンビームエッチング装置であって、内部空間を有するプラズマ発生室と、前記プラズマ発生室に連結した処理室と、前記内部空間にプラズマを発生させるための手段と、前記内部空間から前記処理室へと、前記プラズマからイオンを引き出すための引き出し手段であって、前記イオンを通過させるための複数のイオン通過孔を有する第１の電極、第２の電極、および第３の電極を有し、該第１の電極は最も前記プラズマ発生室側に設けられ、前記第２の電極は該第１の電極よりも前記処理室側に設けられ、前記第３の電極は最も前記処理室側に設けられた引き出し手段と、前記第１の電極に形成された複数のイオン通過孔を露出させるように、前記第１の電極の前記複数のイオン通過孔が形成された領域よりも外側の外周部と重なり、前記第１の電極よりも前記プラズマ発生室側に設けられた第１の環状部材と、前記第３の電極に形成された複数のイオン通過孔を露出させるように、前記第３の電極の前記複数のイオン通過孔が形成された領域よりも外側の外周部と重なり、前記第３の電極よりも前記処理室側に設けられた第２の環状部材と、一方端と他方端とを有する固定部材であって、前記第１の電極、前記第２の電極、および前記第３の電極を貫通し、前記一方端が前記第１の環状部材に連結され、前記他方端が前記第２の環状部材に連結された固定部材と、
前記第３の電極を前記プラズマ発生室の外側から加熱する加熱手段と、前記処理室内に設けられ、基板を保持可能な基板ホルダーであって、前記引き出し手段から引き出されたイオンが入射するように設けられた基板ホルダーとを備えることを特徴とする。

本発明の第２の態様は、イオンビーム発生装置であって、内部空間を有するプラズマ発生室と、前記内部空間にプラズマを発生させるための手段と、前記内部空間から前記プラズマ発生室の外へと、前記プラズマからイオンを引き出すための引き出し手段であって、前記イオンを通過させるための複数のイオン通過孔を有する第１の電極、第２の電極、および第３の電極を有し、前記第１の電極、前記第２の電極、および前記第３の電極は前記イオン通過孔が形成された面が対向するように所定の方向に沿って配列されており、前記第１の電極は最も前記プラズマ発生室側に設けられ、前記第３の電極は前記プラズマ発生室の前記所定の方向に沿った最も外側に設けられ、前記第２の電極は前記第１の電極と前記第３の電極との間に設けられた引き出し手段と、前記第１の電極に形成された複数のイオン通過孔を露出させるように、前記第１の電極の前記複数のイオン通過孔が形成された領域よりも外側の外周部と重なり、前記第１の電極よりも前記プラズマ発生室側に設けられた第１の環状部材と、前記第３の電極に形成された複数のイオン通過孔を露出させるように、前記第３の電極の前記複数のイオン通過孔が形成された領域よりも外側の外周部と重なり、前記第３の電極よりも前記プラズマ発生室の前記所定の方向に沿った外側に設けられた第２の環状部材と、一方端と他方端とを有する固定部材であって、前記第１の電極、前記第２の電極、および前記第３の電極を貫通し、前記一方端が前記第１の環状部材に連結され、前記他方端が前記第２の環状部材に連結された固定部材と、前記第３の電極を前記プラズマ発生室の外側から加熱する加熱手段とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、大型のグリッドを用いた場合であっても、基板側とプラズマ側とのグリッド孔の位置ずれを低減でき、グリッド間のギャップずれを低減できる。

本発明の第１の実施形態に係るイオンビームエッチング装置の概略図である。 本発明の第１の実施形態に係るグリッドおよび該グリッドの第３の電極を加熱する加熱手段を説明するための模式図である。 本発明の第１の実施形態に係るグリッドの環状部材への固定の様子を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係るグリッドと環状部材との連結を説明するための図である。 本発明の第１の実施形態に係るグリッドの第３の電極の温度を制御する構成を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係るグリッドおよび該グリッドの第３の電極を加熱する加熱手段を説明するための模式図である。 本発明の第３の実施形態に係る環状部材の上面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明するが、本発明は以下に説明する実施形態に限定されるものではない。なお、以下で説明する図面で、同機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略することもある。

（第１の実施形態）
図１に本実施形態に係るイオンビームエッチング装置の概略図を示す。イオンビームエッチング装置１は、処理室１０１と、該処理室１０１内にイオンビームを照射するように設けられたイオンビーム発生装置１００とを備える。イオンビーム発生装置１００と処理室１０１とは連結されており、イオンビーム発生装置１００から発生されたイオンビームは処理室１０１内に導入される。

処理室１０１内には、基板１１１を保持可能な基板ホルダー１１０が、イオンビーム発生装置１００から照射されたイオンビームが入射されるように設けられている。処理室内に設けられた基板ホルダー１１０は、ＥＳＣ（Electrostatic Chuck）電極１１２をイオンビームの入射側に備えている。基板１１１は、ＥＳＣ電極１１２上に載置され、ＥＳＣ電極１１２により静電吸着されて保持される。基板ホルダー１１０は、イオンビームに対して任意に傾斜することができる。また、基板ホルダー１１０は、基板１１１をその面内方向に回転（自転）できる構造となっている。

また、処理室１０１には、処理室１０１内および後述のプラズマ発生室１０２内を排気可能な排気ポンプ１０３が設置されている。処理室１０１内にはニュートラライザ（不図示）が設けられており、該ニュートラライザによりイオンビーム発生装置１００から導入されたイオンビームを電気的に中和することができる。よって、電気的に中和されたイオンビームを基板１１１に照射することができ、該基板１１１のチャージアップが防止される。また、処理室１０１にはガス導入部１１４が設けられており、ガス導入部１１４により処理室１０１内にプロセスガスを導入することができる。

イオンビーム発生装置１００は、プラズマ発生室１０２を備えている。放電チャンバとしての該プラズマ発生室１０２は、中空部である内部空間１０２ａおよび開口１０２ｂを有する部材としての放電容器１０４を有しており、内部空間１０２ａが、プラズマ放電が生成される放電空間となる。本実施形態では、図１に示すように、例えば石英からなる放電容器１０４を、例えばステンレス等からなる処理室１０１に取り付けることにより、処理室１０１とプラズマ発生室１０２とが連結されている。すなわち、処理室１０１に形成された開口と放電容器１０４の開口１０２ｂ（プラズマ発生室１０２の開口１０２ｂ）とが重なるように、放電容器１０４が処理室１０１に設けられている。

上記内部空間１０２ａは、開口１０２ｂを介してその外部の処理室１０１と連通しており、内部空間１０２ａにて生成されたイオンは開口１０２ｂから引き出される。また、プラズマ発生室１０２には、ガス導入部１０５が設けられており、該ガス導入部１０５によりプラズマ発生室１０２内の内部空間１０２ａにエッチングガスが導入される。また、高周波（ＲＦ）場を生成するためのＲＦアンテナ１０８が、内部空間１０２ａにプラズマ放電を生成するようにプラズマ発生室１０２の周囲に配置されている。ＲＦアンテナ１０８には、整合器１０７を介して、ＲＦアンテナ１０８に高周波電力を供給する放電用電源１２８が接続されている。さらには、プラズマ発生室１０２の周囲には、電磁コイル１０６が設けられている。このような構成において、ガス導入部１０５からエッチングガスを導入し、ＲＦアンテナ１０８に高周波電力を印加することでプラズマ発生室１０２内にエッチングガスのプラズマを発生させることができる。

本実施形態では、図１に示すように、処理室１０１とプラズマ発生室１０２とが連結されている。イオンビーム発生装置１００は、連結された処理室１０１とプラズマ発生室１０２との境界に設けられた、内部空間１０２ａにて発生したプラズマからイオンを引き出すための引き出し手段としてのグリッド部１０９をさらに備えている。本実施形態では、該グリッド部１０９に直流電圧を印加し、プラズマ発生室１０２内のイオンをビームとして引き出し、該引き出されたイオンビームを基板１１１に照射することで基板１１１の処理が行われる。なお、グリッド部１０９は、図１においては不図示の締結部材により装置に取り付けられ、不図示の連結部によりグリッド部１０９の各電極が連結されている。

グリッド部１０９は、プラズマ発生室１０２のイオン放出側に形成された開口１０２ｂに設けられる。グリッド部１０９は、少なくとも３つの電極（グリッド）として、第１の電極１１５、第２の電極１１６、および第３の電極１１７を備えている。各電極１１５、１１６、１１７は、板状の電極であり、内部空間１０２ａにて発生したイオンを通過させるためのイオン通過孔（グリッド孔）を多数有する。イオン通過孔は、各電極１１５、１１６、１１７において、その一方の主面から他方の主面に貫通するように形成されている。第１の電極１１５、第２の電極１１６、および第３の電極１１７の材料としては、それぞれ例えばモリブデン、チタン、カーボン、鉄ニッケル合金、ステンレス、タングステン等を用いることができる。

第１の電極１１５、第２の電極１１６、および第３の電極１１７は、開口１０２ｂにおいて、内部空間１０２ａから開口１０２ｂの外側に向かって（グリッド部１０９から引き出されたイオンビームの進行方向に沿って）、互いに離間して平行に配列されている。第１の電極１１５、第２の電極１１６、および第３の電極１１７は、この順で内部空間１０２ａから開口１０２ｂの外側に向かって配置されている。このように配置された第１の電極１１５、第２の電極１１６、および第３の電極１１７を有するグリッド部１０９により、内部空間１０２ａからのイオンがイオン通過孔を通過してプラズマ発生室１０２の外部へと放出されるようになっている。これら少なくとも３つの電極１１５、１１６、１１７のうち、最も内部空間１０２ａ側の電極である第１の電極１１５が、開口１０２ｂにおける放電空間を区画する部材として機能し、各電極１１５、１１６、１１７のイオン通過孔が形成された面が対向している。

本実施形態では、グリッド部１０９は、プラズマ発生室１０２と処理室１０１との連結部分であるこれら２つの境界において、プラズマ発生室１０２の側から外側に向かって順に、第１の電極１１５、第２の電極１１６、および第３の電極１１７を備えている。第１の電極１１５は、グリッド部１０９におけるグリッドのうち、プラズマ発生室１０２内に発生するプラズマに最も近いプラズマ側グリッドである。第３の電極１１７は、グリッド部１０９におけるグリッドのうち、基板１１１に最も近い基板側グリッドである。第１の電極１１５のイオン通過孔の各々、第２の電極１１６のイオン通過孔の各々、および第３の電極１１７のイオン通過孔の各々が対向するように、第１の電極１１５、第２の電極１１６、および第３の電極１１７は、配列方向Ｐに沿って配列されている。

配列方向Ｐに沿って配列された第１の電極１１５は、プラズマ発生室１０２の開口１０２ｂにおいて最も内部空間１０２ａ側（最もプラズマ発生室側）に設けられている。第１の電極１１５は、開口１０２ｂにおいて、内部空間１０２ａを区画する部材としても機能する。第２の電極１１６は、第１の電極１１５よりも第１の電極１１５から第３の電極１１７への配列方向Ｐに沿った、内部空間１０２ａの外側（第１の電極１１５よりも処理室１０１側）に設けられている。第３の電極１１７は、第２の電極１１６よりも第１の電極１１５から上記配列方向Ｐに沿った、内部空間１０２ａの外側に設けられた電極である。第３の電極１１７は、グリッド部１０９の構成要素としての電極１１５、１１６、１１７のうち、上記配列方向Ｐに沿ったプラズマ発生室１０２の最も外側に設けられた電極（すなわち、最も処理室１０１側に設けられた電極）である。

本実施形態では、第１の電極１１５は、第１電源（不図示）と接続されて正の電圧が印加される。第２の電極１１６は、第２電源（不図示）と接続されて負の電圧が印加される。従って、プラズマ発生室１０２内にプラズマを発生させ、第１の電極１１５に正の電圧を印加し、第２の電極１１６に負の電圧を印加すると、第１の電極１１５と第２の電極１１６との電位差によりイオンが加速される。また、第３の電極１１７は、アース電極とも呼ばれ接地されている。第２の電極１１６と第３の電極１１７との電位差を制御することにより、静電レンズ効果を用いてイオンビーム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。

図２は、グリッド部１０９の近傍を拡大した模式図である。第１の電極１１５、第２の電極１１６、および第３の電極１１７は、一方端と他方端とを有する固定部材１２１により連結されている。すなわち、第１の電極１１５、第２の電極１１６、および第３の電極１１７のそれぞれの、複数のイオン通過孔が形成された領域よりも外側の外周部に形成された貫通孔の各々を、固定部材１２１が貫通している。また、固定部材１２１の一方端は、第１の環状部材としての第１のリング１１９に固定されている。固定部材１２１の他方端は、第２の環状部材としての第２のリング１２０に固定されている。

図３は、第３の電極１１７（第１の電極１１５）および第２のリング１２０（第１のリング１１９）を基板側（内部空間１０２ａ側）から見たときの様子を示す図である。第３の電極１１７の、複数のイオン通過孔１１７ａが形成された領域よりも外側の外周部１１７ｂには、固定部材１２１を貫通させるための貫通孔１１７ｃが複数設けられている。第２の電極１１６の、複数のイオン通過孔１１６ａが形成された領域よりも外側の外周部１１６ｂには、固定部材１２１を貫通させるための貫通孔１１６ｃが複数形成されている。第１の電極１１５の、複数のイオン通過孔１１５ａが形成された領域よりも外側の外周部１１５ｂには、固定部材１２１を貫通させるための貫通孔１１５ｃが複数設けられている。

第２のリング１２０は、第３の電極１１７に設けられた多数のイオン通過孔１１７ａが露出されるように上記外周部１１７ｂと重なるように設けられている。第２のリング１２０には、各貫通孔１１７ｃを貫通した各固定部材１２１が連結されている。また、第１のリング１１９は、第１の電極１１５に設けられた多数のイオン通過孔１１５ａが露出されるように上記外周部１１５ｂと重なるように設けられている。第１のリング１１９には、各貫通孔１１５ｃを貫通した各固定部材１２１が連結されている。固定部材１２１は、第１の電極１１５、第２の電極１１６、および第３の電極１１７の貫通孔１１５ｃ、１１６ｃ、１１７ｃを貫通して第１のリング１１９と第２のリング１２０とを連結している。

このように、本実施形態では、第１の電極１１５、第２の電極１１６、および第３の電極１１７を固定部材１２１により貫通し、該固定部材１２１の両端を第１のリング１１９および第２のリング１２０にそれぞれ連結している。これにより、第１の電極１１５、第２の電極１１６、および第３の電極１１７の位置ずれを抑制することができ、それぞれのイオン通過孔の相対的な位置のずれを防止ないしは低減することができる。

上記第１のリング１１９は、図２に示すように、締結部材１２２により処理室１０１の側壁１２５に取り付けられている。このため、第１のリング１１９は、第１の電極１１５よりも上記配列方向Ｐに沿った内部空間１０２ａ側（プラズマ発生室１０２側）に設けられている。また、第２のリング１２０は、第３の電極１１７の、第２の電極１１６と反対側である、第３の電極１１７よりも上記配列方向Ｐに沿った内部空間１０２ａの外側（プラズマ発生室１０２の外部側、すなわち、処理室側）に設けられている。

図４は、本実施形態に係るグリッド部１０９と第１のリング１１９および第２のリング１２０との連結の詳細を示す図である。第１のリング１１９は、キャップリング１１９ａとボトムリング１１９ｂとを備えている。キャップリング１１９ａの材料としては、例えば、ステンレス、またはアルミニウムを用いることができる。また、ボトムリング１１９ｂの材料としては、その熱膨張率とグリッド部１０９の材料の熱膨張率との関係で決定することが好ましい。すなわち、ボトムリング１１９ｂの材料は、グリッド部１０９の材料の熱膨張率、特にボトムリング１１９ｂと接触する第１の電極１１５の材料の熱膨張率と同等の熱膨張率を有する材料であることが好ましい。具体的には、ボトムリング１１９ｂの材料として、例えば、モリブデン、チタン、カーボン、鉄ニッケル合金、ステンレス、タングステン等を用いることができる。

キャップリング１１９ａは、処理室１０１の側壁１２５に取り付けられている。ボトムリング１１９ｂは、キャップリング１１９ａに取り付けられている。ボトムリング１１９ｂには、固定部材１２１を貫通するための貫通孔１１９ｃが、第１の電極１１５、第２の電極１１６、および第３の電極１１７に形成された各貫通孔１１５ｃ、１１６ｃ、１１７ｃと対応するように形成されている。後述するように、固定部材１２１が貫通孔１１９ｃを貫通した後は、固定部材１２１の一方端は貫通孔１１９ｃに嵌合されていると言える。すなわち、貫通孔１１９ｃは、固定部材１２１が嵌合される開口部である。

ボトムリング１１９ｂは、貫通孔１１９ｃと貫通孔１１５ｃとが対向するように第１の電極１１５に接触している。第２の電極１１６は、貫通孔１１６ｃと貫通孔１１５ｃとが対向するように第１の電極１１５から離間して配置されている。第１の電極１１５の外周部１１５ｂと第２の電極１１６の外周部１１６ｂとの間には、スペーサとしての絶縁体１３０ａが配置されている。また、第３の電極１１７は、貫通孔１１７ｃと貫通孔１１６ｃとが対向するように第２の電極１１６から離間して配置されている。第２の電極１１６の外周部１１６ｂと第３の電極１１７の外周部１１７ｂとの間には、スペーサとしての絶縁体１３０ｂが配置されている。これら絶縁体１３０ａ、１３０ｂの材料としては共に、それらの熱膨張率とグリッド部１０９の材料の熱膨張率との関係で決定することが好ましい。すなわち、絶縁体１３０ａの材料は、グリッド部１０９の材料の熱膨張率、特に絶縁体１３０ａと接触する第１の電極１１５および第２の電極１１６の熱膨張率と同等の熱膨張率を有する材料であることが好ましい。また、絶縁体１３０ｂの材料は、グリッド部１０９の材料の熱膨張率、特に絶縁体１３０ｂと接触する第２の電極１１６および第３の電極１１７の熱膨張率と同等の熱膨張率を有する材料であることが好ましい。具体的には、絶縁体１３０ａ、１３０ｂの材料として、例えば、セラミックス、酸化アルミニウム等を用いることができる。

第２のリング１２０には、固定部材１２１が嵌合される開口部としての凹部１２０ａが、第１の電極１１５、第２の電極１１６、および第３の電極１１７に形成された各貫通孔１１５ｃ、１１６ｃ、１１７ｃと対応するように形成されている。第２のリング１２０は、凹部１２０ａと貫通孔１１７ｃとが対向するように第３の電極１１７に接触している。第２のリング１２０の材料としては、その熱膨張率とグリッド部１０９の材料の熱膨張率との関係で決定することが好ましい。すなわち、第２のリング１２０の材料は、グリッド部１０９の材料の熱膨張率、特に第２のリング１２０と接触する第３の電極１１７の材料の熱膨張率と同等の熱膨張率を有する材料であることが好ましい。具体的には、第２のリング１２０の材料として、例えば、チタン、ステンレス、タングステン等を用いることができる。

なお、第１の電極１１５、第２の電極１１６、および第３の電極１１７を貫通した固定部材１２１が第１のリング１１９および第２のリング１２０により固定されていれば、上述した構成に限定されるものではない。この場合において、ボトムリング１１９ｂ、すなわち第１のリング１１９と第１の電極１１５とは接している必要はなく、さらには第２のリング１２０と第３の電極１１７も接触している必要はない。

上述のように配置されているので、貫通孔１１９ｃ、貫通孔１１５ｃ、貫通孔１１６ｃ、貫通孔１１７ｃ、および凹部１２０ａは直線上に配列されることになる。本実施形態では、固定部材１２１は、金属固定ボルト１２１ａと、該金属固定ボルト１２１ａを被覆するように設けられた絶縁体１２１ｂとを備えている。このような表面に絶縁体１２１ｂを有する固定部材１２１は、貫通孔１１９ｃ、貫通孔１１５ｃ、貫通孔１１６ｃ、および貫通孔１１７ｃを介して凹部１２０ａにねじ込まれている。このとき、絶縁体１２１ｂは、貫通孔１１９ｃ、貫通孔１１５ｃ、貫通孔１１６ｃ、貫通孔１１７ｃ、および凹部１２０ａそれぞれの壁と接触する領域を有している。すなわち、固定部材１２１は、第１のリング１１９、第１の電極１１５、第２の電極１１６、第３の電極１１７、および第２のリング１２０の各々と接触する領域を有している。これにより、上記金属固定ボルト１２１ａは、第１のリング１１９、第１の電極１１５、第２の電極１１６、第３の電極１１７、および第２のリング１２０から絶縁されている。また、金属固定ボルト１２１ａは、絶縁キャップ１３１によってキャップリング１１９ａから絶縁されている。絶縁体１２１ｂおよび絶縁キャップ１３１の材料としては共に、絶縁性の材料であれば良く、例えば、セラミックス、酸化アルミニウムを用いることができる。なお、本実施形態では、固定部材１２１は、少なくとも表面に絶縁層を有していれば良く、ある程度の剛性を有していれば、絶縁体自身であっても良い。

本実施形態では、イオンビーム発生装置１００は、プラズマ発生室１０２の外から第３の電極１１７を加熱するための加熱手段としてのランプヒータ１２３をさらに備えている。図１および図２に示すように、ランプヒータ１２３は、開口１２３ａを有するリング状になっている。リング状のランプヒータ１２３は、第２のリング１２０の、第３の電極１１７とは反対側（配列方向Ｐに沿ってプラズマ発生室１０２の外側）に設けられている。リング状のランプヒータ１２３は、開口１２３ａ内にグリッド部１０９が含まれるように配置されている。これにより、グリッド部１０９から引き出されたイオンビームがリング状のランプヒータ１２３の開口１２３ａから出射されるようになっている。ランプヒータ１２３は、処理室１０１側から、すなわちプラズマ発生室１０２の外側から第３の電極１１７を加熱するようになっている。

ランプヒータ１２３と第３の電極１１７との間には、固定部材１２１が連結された第２のリング１２０が設けられている。このため、ランプヒータ１２３は、固定部材１２１をも加熱するようになっている。従って、ランプヒータ１２３は、第３の電極１１７に加えて固定部材１２１をも加熱するように設けられているとも言える。

本実施形態では、グリッド部１０９の、プラズマ放電が起こる内部空間１０２ａと反対側に、グリッド部１０９の第３の電極１１７を加熱するためのランプヒータ１２３が設けられている。このため、内部空間１０２ａにプラズマが形成されている時に、ランプヒータ１２３で第３の電極１１７を加熱することにより、第３の電極１１７を所定の温度に設定することができる。従って、第１の電極１１５がプラズマからの熱によって温度が上昇しても、第１の電極１１５と第３の電極１１７との温度差を低減することができる。このため、本実施形態では、第１の電極１１５と第３の電極１１７との間の熱膨張量の差を低減することができ、この結果、第１の電極１１５および第３の電極１１７のたわみを抑制することができる。よって、基板１１１側のグリッドである第３の電極１１７のイオン通過孔（グリッド孔）と、プラズマ側のグリッドである第１の電極１１５のイオン通過孔（グリッド孔）との位置ずれを低減することができる。また、グリッドである第１の電極１１５、第２の電極１１６、および第３の電極１１７の間のギャップのずれを低減することができる。こうして、本実施形態によれば、基板側とプラズマ側とのグリッド孔の位置ずれやグリッド間のギャップずれを低減することができる。また、固定部材１２１や第１〜第３の電極１１５、１１６、１１７への、熱膨張量の差に起因する負荷を低減することができる。

第１の電極１１５はプラズマにその大部分が晒されているので、プラズマ発生室１０２内のプラズマの熱により第１の電極１１５は加熱される。しかしながら、第１のリング１１９は、プラズマに晒されている箇所が少なく、第１の電極１１５程には加熱されない。そして、第２の電極１１６および第３の電極１１７に対しては、第１の電極１１５が熱的な衝立となるため、内部空間１０２ａ内のプラズマの熱の影響が少ない。よって、第２の電極１１６および第３の電極１１７は、第１の電極１１５ほどには加熱されない。従って、ランプヒータ１２３といった第３の電極１１７をプラズマ発生室１０２の外部から直接加熱する加熱手段を設けない従来の場合は、第１の電極１１５の温度と第３の電極１１７の温度との間に大きな差が生じることがある。この温度差が上記熱膨張量の差を生じる原因となる。これに対して、本実施形態では、内部空間１０２ａにて発生したプラズマの熱によってあまり加熱されない第３の電極１１７を、ランプヒータ１２３により上記プラズマの熱とは別に加熱している。従って、プラズマの熱が第３の電極１１７にあまり作用しない場合であっても、第３の電極１１７を所定の温度に加熱することができ、プラズマ発生中において、第１の電極１１５と第３の電極１１７との温度差を低減することができる。

さらに、本実施形態では、第２のリング１２０はランプヒータ１２３に晒されているので、第２のリング１２０および第２のリング１２０に連結された固定部材１２１もランプヒータ１２３の熱の影響を良く受けることになる。すなわち、第２のリング１２０および固定部材１２１は、ランプヒータ１２３により効率良く加熱される。固定部材１２１は、第１のリング１１９、第１の電極１１５、第２の電極１１６、第３の電極１１７、および第２のリング１２０の各々の少なくとも一部と接触している。このため、ランプヒータ１２３により加熱された第２のリング１２０および固定部材１２１の熱を、第３の電極１１７のみならず、第２の電極１１６および第１の電極１１５に伝導させることができる。従って、ランプヒータ１２３により、第１の電極１１５、第２の電極１１６、および第３の電極１１７の加熱の均一性を向上することができる。

本実施形態では、第３の電極１１７を効率良く加熱する観点から、第３の電極１１７と第２のリング１２０とが接触していることが好ましい。このように、第３の電極１１７と第２のリング１２０とが接触していることによって、ランプヒータ１２３から放射された熱に加えて、ランプヒータ１２３により加熱された第２のリング１２０からの熱伝導によっても第３の電極１１７を加熱することができる。これにより、効率よく第３の電極１１７を加熱することができる。

なお、本実施形態では、第１の電極１１５の温度を検知し、該検知結果に基づいてランプヒータ１２３の加熱を制御しても良い。この場合は、例えば、図５に示すように、プラズマ発生室１０２内に第１の電極１１５の温度を検知する温度検知センサ１５０を設け、第１の電極１１５の温度を検知する。温度検知センサ１５０は、該検知結果をランプヒータ１２３の駆動を制御する制御装置１５１に送信する。また、処理室１０１内に第３の電極１１７の温度を検知する温度検知センサ１５２を設け、第３の電極１１７の温度を検知する。温度検知センサ１５２は該検知結果を制御装置１５１に送信する。

制御装置１５１は、温度検知センサ１５０から受信した第１の電極１１５の温度に関する情報と、温度検知センサ１５２から受信した第３の電極１１７の温度に関する情報とにより、ランプヒータ１２３の加熱を制御する。すなわち、制御装置１５１は、温度検知センサ１５２からの検知結果に基づいて現在の第３の電極１１７の温度をモニタする。制御装置１５１は、現在の第３の電極１１７の温度をモニタしながら、温度検知センサ１５０からの検知結果から得られた現在の第１の電極１１５の温度を目標温度として、ランプヒータ１２３の加熱を制御する。制御装置１５１は、前記モニタにより得られた第３の電極１１７の温度が目標温度に近づくように、または目標温度とほぼ同じになるように、ランプヒータ１２３の加熱を制御する。これにより、第１の電極１１５の温度と第３の電極１１７の温度との温度差を低減することができる。

（第２の実施形態）
第１の実施形態では、プラズマ発生室１０２の外側から第３の電極１１７を加熱するための加熱手段として、第２のリング１２０から離間して配置されたランプヒータ１２３を用いているが、加熱手段はこれに限定されるものではない。加熱手段は、第３の電極１１７を加熱できるものであればよく、第２の電極１１７および固定部材１２１を加熱できるものであることがより好ましい。上記加熱手段としては、例えば、抵抗加熱方式のもの、誘導加熱方式のもの、誘電加熱方式のもの、放射加熱方式のものなど、所定の部材を加熱できるものであればいずれを用いても良い。本実施形態では、上記加熱手段として、抵抗加熱方式の一例である電熱線を用いた形態について説明する。

図６は、本実施形態に係る上記加熱手段を説明するための模式図である。図６において、電熱線１２４は、第２のリング１２０の第３の電極１１７とは反対側において、該第２のリング１２０と接するように該第２のリング１２０の円周方向に沿って設けられている。また、第３の電極１１７と第２のリング１２０とは接触している。この電熱線１２４には、不図示の電源が接続されている。電熱線１２４から所定の電圧を印加することにより、第２のリング１２０を加熱することができる。本実施形態では、第２のリング１２０と第３の電極１１７とが接しているので、電熱線１２４により第２のリング１２０にて生じた熱は、第３の電極１１７に伝導することになり、該伝導された熱により第３の電極１１７を加熱することができる。また、第２のリング１２０と固定部材１２１とは連結されている。このため、電熱線１２４により第２のリング１２０にて生じた熱は、固定部材１２１を伝導することになり、該伝導された熱により第２の電極１１６および第１の電極１１５の双方をも加熱することができる。

また、本実施形態では、電熱線１２４が第２のリング１２０に接しているので、電熱線１２４からの熱を効率良く第３の電極１１７、第２の電極１１６、および第１の電極１１５に伝導させることができる。これにより、第１の電極１１５、第２の電極１１６、および第３の電極１１７の温度の分布を小さくすることができ、さらには、それぞれの電極間の温度差も小さくすることができる。

また、電熱線１２４の処理室１０１側には、処理室１０１側から電熱線１２４を覆うように防着カバー１２７が設けられている。防着カバー１２７が設けられていない場合、電熱線１２４にもエッチングされ飛散した物質が付着していくことになる。このため、図６に示すように電熱線１２４を覆うように防着カバー１２７が設けられていると、メンテナンスが容易になる。なお、防着カバー１２７は必ずしも設けられている必要はない。

（第３の実施形態）
第１のリング１１９および第２のリング１２０の少なくとも一方に対して固定部材１２１がスライド可能に構成されていても良い。そのような構成によれば、第１のリング１１９および第２のリング１２０の熱膨張率に依らず、固定部材１２１が自由に伸縮できる。このため、固定部材１２１ならびに第１の電極１１５、第２の電極１１６、および第３の電極１１７に加わる負荷をより一層低減することが可能となる。

図７は、本実施形態に係る、第２のリング１２０に対して固定部材１２１をスライド可能とした場合の第２のリング１２０を示す図である。図７は第２のリング１２０を第１のリング１１９側から見た状態を示している。

図７において、第２のリング１２０の円周上には、第１実施形態における凹部１２０ａに代えて、固定部材１２１が第２のリング１２０の半径方向にスライド可能となるように開口部１２６が形成されている。該開口部１２６は、固定部材１２１の他方端を固定するための開口部であり、第３の電極１１７の貫通孔１１７ｃと対向するように設けられている。貫通孔１１７ｃを貫通した固定部材１２１の他方端が開口部１２６に挿入されることにより、固定部材１２１は第２のリング１２０に連結される。

本実施形態では、開口部１２６は、長方形の各角が丸い形状であり、第２のリング１２０の径方向の幅が、該第２のリング１２０の周方向の幅よりも長い形状を有する。固定部材１２１の他方端は、開口部１２６に挿入され、第２のリング１２０の径方向に沿ってスライド可能に第２のリング１２０に連結されている。なお、挿入された固定部材１２１が、開口部１２６の径方向に沿った壁面と接しながら該壁面に対して上記径方向に摺動するように、固定部材１２１の直径と開口部１２６の周方向の幅とを設定することが好ましい。

このような形状により、ランプヒータ１２３や電熱線１２４等の加熱により第２のリング１２０が熱膨張しても、固定部材１２１が、第２のリング１２０に対して第２のリング１２０の径方向に沿ってスライドする。このため、固定部材１２１や第２のリング１２０にかかる負荷をより低減することができる。

また、第２のリング１２０と、グリッド部１０９の各電極（第１の電極１１５、第２の電極１１６、第３の電極１１７）のいずれかと熱膨張率が異なる場合であっても、熱膨張量の差を補償するように固定部材１２１を開口部１２６内でスライドできる。このため、固定部材１２１およびグリッド部１０９の各電極にかかる負荷をより低減することができる。

上記開口部１２６は、第１のリング１１９に設けることもできる。この場合、第１のリング１１９には、第１の実施形態における貫通孔１１９ｃに代えて、開口部１２６が設けられる。第１のリング１１９に設けられた開口部１２６は、固定部材１２１の一方端を固定するための開口部となり、第１の電極１１５の貫通孔１１５ｃと対向するように設けられる。貫通孔１１５ｃを貫通した固定部材１２１の一方端が第１のリング１１９の開口部１２６に挿入されることにより、固定部材１２１は第１のリング１１９に連結される。固定部材１２１の一方端は、開口部１２６に挿入され、第１のリング１１９の径方向に沿ってスライド可能に第１のリング１１９に連結される。

なお、上記開口部１２６は、第１のリング１１９および第２のリング１２０の双方に設けることもできるし、第１のリング１１９および第２のリング１２０のいずれか一方に設けることもできる。

１ イオンビームエッチング装置
１００ イオンビーム発生装置
１０１ 処理室
１０２ プラズマ発生室
１０２ａ 内部空間
１０２ｂ 開口
１０４ 放電容器
１０５ 第１のガス導入部
１０６ 電磁コイル
１０７ 整合器
１０８ ＲＦアンテナ
１０９ グリッド部
１１０ 基板ホルダー
１１１ 基板
１１５ 第１の電極
１１６ 第２の電極
１１７ 第３の電極
１１９ 第１のリング
１２０ 第２のリング
１２１ 固定部材
１２３ ランプヒータ
１２４ 電熱線
１２６ 開口部

Claims (6)

1. 内部空間を有するプラズマ発生室と、
   前記プラズマ発生室に連結した処理室と、
   前記内部空間にプラズマを発生させるための手段と、
   前記内部空間から前記処理室へと、前記プラズマからイオンを引き出すための引き出し手段であって、前記イオンを通過させるための複数のイオン通過孔を有する第１の電極、第２の電極、および第３の電極を有し、該第１の電極は最も前記プラズマ発生室側に設けられ、前記第２の電極は該第１の電極よりも前記処理室側に設けられ、前記第３の電極は最も前記処理室側に設けられた引き出し手段と、
   前記第１の電極に形成された複数のイオン通過孔を露出させるように、前記第１の電極の前記複数のイオン通過孔が形成された領域よりも外側の外周部と重なり、前記第１の電極よりも前記プラズマ発生室側に設けられた第１の環状部材と、
   前記第３の電極に形成された複数のイオン通過孔を露出させるように、前記第３の電極の前記複数のイオン通過孔が形成された領域よりも外側の外周部と重なり、前記第３の電極よりも前記処理室側に設けられた第２の環状部材と、
   一方端と他方端とを有する固定部材であって、前記第１の電極、前記第２の電極、および前記第３の電極を貫通し、前記一方端が前記第１の環状部材に連結され、前記他方端が前記第２の環状部材に連結された固定部材と、
   前記第３の電極を前記プラズマ発生室の外側から加熱する加熱手段と、
   前記処理室内に設けられ、基板を保持可能な基板ホルダーであって、前記引き出し手段から引き出されたイオンが入射するように設けられた基板ホルダーと
   を備えることを特徴とするイオンビームエッチング装置。
2. 前記第１、第２、および第３の電極のそれぞれには、前記複数のイオン通過孔が形成された領域よりも外側の領域に前記固定部材を貫通させるための貫通孔が複数設けられており、
   前記固定部材が前記第１、第２、および第３の電極の前記貫通孔を貫通して前記第１の環状部材と前記第２の環状部材とを連結することにより、前記固定部材は前記第１の環状部材および前記第２の環状部材に対して固定されていることを特徴とする請求項１に記載のイオンビームエッチング装置。
3. 前記加熱手段は、前記第２の環状部材を加熱することを特徴とする請求項１に記載のイオンビームエッチング装置。
4. 前記加熱手段を覆うように設けられた防着カバーをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のイオンビームエッチング装置。
5. 前記第１の環状部材および第２の環状部材の少なくとも一方には、前記固定部材が挿入される開口部が形成されており、
   前記開口部はそれぞれ、環状部材の径方向の幅が該環状部材の周方向の幅よりも長い形状を有し、
   前記形状により、前記固定部材は、前記開口部においてスライド可能であることを特徴とする請求項２に記載のイオンビームエッチング装置。
6. 内部空間を有するプラズマ発生室と、
   前記内部空間にプラズマを発生させるための手段と、
   前記内部空間から前記プラズマ発生室の外へと、前記プラズマからイオンを引き出すための引き出し手段であって、前記イオンを通過させるための複数のイオン通過孔を有する第１の電極、第２の電極、および第３の電極を有し、前記第１の電極、前記第２の電極、および前記第３の電極は前記イオン通過孔が形成された面が対向するように所定の方向に沿って配列されており、前記第１の電極は最も前記プラズマ発生室側に設けられ、前記第３の電極は前記プラズマ発生室の前記所定の方向に沿った最も外側に設けられ、前記第２の電極は前記第１の電極と前記第３の電極との間に設けられた引き出し手段と、
   前記第１の電極に形成された複数のイオン通過孔を露出させるように、前記第１の電極の前記複数のイオン通過孔が形成された領域よりも外側の外周部と重なり、前記第１の電極よりも前記プラズマ発生室側に設けられた第１の環状部材と、
   前記第３の電極に形成された複数のイオン通過孔を露出させるように、前記第３の電極の前記複数のイオン通過孔が形成された領域よりも外側の外周部と重なり、前記第３の電極よりも前記プラズマ発生室の前記所定の方向に沿った外側に設けられた第２の環状部材と、
   一方端と他方端とを有する固定部材であって、前記第１の電極、前記第２の電極、および前記第３の電極を貫通し、前記一方端が前記第１の環状部材に連結され、前記他方端が前記第２の環状部材に連結された固定部材と、
   前記第３の電極を前記プラズマ発生室の外側から加熱する加熱手段と
   を備えることを特徴とするイオンビーム発生装置。

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