JP2016520964A

JP2016520964A - イオンビームソース

Info

Publication number: JP2016520964A
Application number: JP2016510624A
Authority: JP
Inventors: ユンソクファン; ユンスンホ
Original assignee: 株式会社ファインソリューション
Priority date: 2013-04-26
Filing date: 2014-04-25
Publication date: 2016-07-14
Anticipated expiration: 2034-04-25
Also published as: US20160049277A1; WO2014175702A1; US9269535B1; JP6453852B2

Abstract

【課題】従来のイオンビームソースの問題を解決するイオンビームソースを提供すること。【解決手段】イオンビームソースは、磁場部と電極部とを含む。磁場部は、被処理物に対向する一側は開放されて他側は閉鎖され、一側には複数の磁極部がＮ極Ｓ極交互又は同じ磁極で離隔配置され、一側でプラズマ電子の閉ループを形成する。電極部は、閉ループの下端に配置される。イオンビームソースは、工程チャンバ内のプラズマ電子を閉ループに沿って回転させて工程チャンバ内の内部ガスからプラズマイオンを生成し、被処理物に供給する。【選択図】図１

Description

本発明は、イオンビームソースに関する。

イオンビームソース（ｉｏｎｂｅａｍｓｏｕｒｃｅ）とは、イオン化ガスを用いてプラズマ状のイオンを生成して、それらをビーム状に噴出する装置であって、薄膜工程で用いるコア装置である。イオンビームソースから噴出されるイオンビームは、被処理物の表面改質、表面清浄、前処理、薄膜の補助蒸着、エッチング、後処理などの工程で用いられる。イオンビームソースは、電極と磁極とを用いて閉ループ（ｃｌｏｓｅｄｄｒｉｆｔｌｏｏｐ）を形成し、そのループに沿って電子を高速移動させる構造となっており、電子が移動する閉ループ内には、イオン生成のためのイオン化ガスが外部から連続して供給される。

特許文献１には、従来のイオンビームソースが開示されているが、従来のイオンビームソースは、内部、すなわち電極の後方へイオン化ガスを供給するガス供給チューブを備えており、内部で発生する熱を発散すること及びプラズマの均一度を一定に維持することが困難であるので、これを解決するために内部に冷却水が流れる電極、又は、電極と磁極との間隔を一定に維持する間隔調整ネジなどを備えている。

このような手法を採用する従来のイオンビームソースは、プラズマ下のイオン化過程で内部電極面方向にエッチング現象が起こり、エッチングされた不純物などが圧力差によって生成イオンと共に基板に移動して基板を汚染する原因となっている。また、噴出領域でのパーティクル粒子が電極に付着し、電極にアークが発生することもある。このような不純物の生成及びアークの発生は、イオンビームソースのイオン化能力を低下させ、連続的な研究及び後工程を阻害する。

このような問題を解決する方法として、電極の極性を変える方法などが特許文献２、特許文献３及び特許文献４などに提示されている。

しかし、これらの解決方法は、電源極性を切り替える構成が別途必要であり、構造が複雑で製造コストが高い。しかも、極性を切り替えても、電極又は磁極に蒸着したイオンを除去するには限界がある。特に、従来の解決方法においては、外部から電極の後方へイオン生成用ガスを供給することを前提としており、電極又は磁極の汚染を防ぐには限界がある。

また、従来のイオンビームソースは、生成されたイオンを拡散方式で基板まで移動させるので、高圧工程（イオンの平均自由行程が短い）では蒸着速度を向上させるのに限界があり、低収率の原因となっている。

米国特許第７４２５７０９号公報米国特許第６７５０６００号公報米国特許第６８７０１６４号公報韓国公開特許第１０−２０１１−０１１８６２２号公報

本発明は、このような従来のイオンビームソースの問題を解決するためのものであり、第一に、基板、電極、磁極などに汚染物が蒸着することを最小限に抑え、第二に、生成イオンの移動方向を調整することができ、第三に、磁極と電極との間隔を一定に維持することができ、第四に、イオンビームソースの内部に供給される工程用イオン化ガスの温度を凝縮温度以上に維持してガスの凝縮を防止し、第五に、イオンビームソースの内部に流入する工程用イオン化ガスを噴出してガス流を形成することによって、高圧工程でも蒸着速度を向上させることができ、第六に、インサイチュ（In-situ）洗浄を行うことができる、イオンビームソースを提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明によるイオンビームソースは、磁場部と電極部とを含む。

磁場部は、被処理物に対向する一側は開放されて他側は閉鎖され、一側には複数の磁極部がＮ極Ｓ極交互又は同じ磁極で離隔配置され、一側でプラズマ電子の閉ループを形成する。

電極部は、閉ループの下端に配置される。

このような構成を有するイオンビームソースは、工程チャンバ内のプラズマ電子を閉ループに沿って回転させて工程チャンバ内の内部ガスからプラズマイオンを生成し、被処理物に供給する。

本発明によるイオンビームソースでは、磁場部は、複数の磁極部から発生する磁場の強度が閉ループの各形成地点で同等になるように形成される。このために、磁場部は、複数の磁極部の下端に磁石部を備え、縁部の磁極部の下端に備えられる磁石部の断面積が他の磁極部の下端に備えられる磁石部の断面積の１／２になるようにしてもよい。

本発明によるイオンビームソースにおいて、磁場部は、開放された一側で隣接する磁極部の厚さ、傾斜、開放幅の少なくとも１つを調整することによってプラズマイオンの集束、発散又は平行移動を制御する。

本発明によるイオンビームソースは、少なくとも閉ループの空間を除く磁場部の内面と電極部の外面との間に充填され、電極部を磁場部に固定する絶縁固定部を含んでいてもよい。ここで、絶縁固定部は、開放された一側に対向する開放面に凹凸部を有するようにしてもよい。

本発明によるイオンビームソースにおいて、磁極部は、工程チャンバ内にイオン化調整ガスを注入するイオン化調整ガス注入部を含んでいてもよい。イオン化調整ガス注入部は、外部からイオン化調整ガスが流入する調整ガス流入部と、調整ガス流入部に連通し、磁極部の長手方向に内部に形成される調整ガスチャンネル部と、調整ガスチャンネル部に連通して閉ループの方向に連通し、スリット形状を有する調整ガス拡散部とを含んでいてもよい。

本発明によるイオンビームソースにおいて、磁場部は、中央に対して左側及び右側が前方又は後方に折り曲げられ、前方又は後方に傾斜した構造を有するようにしてもよい。

本発明によるイオンビームソースにおいて、電極部は、外部に連通する反応ガス流入部と、反応ガス流入部及び開放された一側に連通する反応ガス噴出部とを含んでいてもよい。ここで、反応ガス噴出部は、離隔した複数の貫通孔又は連結された切欠スリットであってもよい。

本発明によるイオンビームソースは、複数の閉ループを形成するように構成してもよい。ここで、イオンビームソースは、複数の閉ループを形成する各電極部に異なる大きさの電源を供給することによって噴出するイオンビームエネルギーが異なるようにしてもよい。

このような構成を有する本発明によるイオンビームソースによれば、工程チャンバの内部ガスを用いて蒸着イオンなどを生成することによって、基板、電極部、磁極部などに汚染物が蒸着することを最小限に抑えることができるだけでなく、複数のイオンビームソースを連設したり複数のイオンビームループを形成しても、チャンバ内の工程圧力に大きな影響を与えない。

本発明によるイオンビームソースによれば、磁極部の形状変形によって生成イオンの移動方向を調整することができ、工程特性に合わせて適用することができる。

本発明によるイオンビームソースによれば、絶縁固定部を用いて電極部を磁場部に固定することによって、磁場部と電極部との間隔を一定に維持することができる。

本発明によるイオンビームソースによれば、内部に工程用イオン化ガスを注入する場合も、電極部の内部を通過させて工程ガスを供給することによって、工程用イオン化ガスの温度を凝縮温度以上に維持することができる。

本発明によるイオンビームソースによれば、孔によってスリットから工程用イオン化ガスが噴出されるので、イオンビームソースの内部に流入する工程用イオン化ガスの噴出効果が向上し、高圧工程でも蒸着速度を向上させることができる。

また、本発明によるイオンビームソースによれば、工程用イオン化ガス噴出部にフッ素系（Ｆ−）或いは塩素系（Ｃｌ−）などの洗浄用反応ガス又はそれらのイオンを注入することによって、インサイチュ（In-situ）洗浄を行うことができる。

本発明による内部ガスを用いるイオンビームソースを示す断面図である。工程チャンバの内部ガスを用いるイオンビームソースを備えたイオンビーム処理装置の一例を示す図である。イオンビームソースにおけるプラズマイオンの移動経路を変化させる磁場部の形状を示す図である。イオンビームソースにおけるプラズマイオンの移動経路を変化させる磁場部の形状を示す図である。イオンビームソースにおけるプラズマイオンの移動経路を変化させる磁場部の形状を示す図である。多重ループを有するイオンビームソースを示す断面図である。多重ループイオンビームソースにおけるループの一例を示す図である。多重ループイオンビームソースにおける印加電圧の一例を示す図である。多重ループイオンビームソースにおけるループの変形例を示す図である。多重ループイオンビームソースにおける印加電圧の変形例を示す図である。絶縁固定部を有するイオンビームソースを示す断面図である。絶縁固定部を有するイオンビームソースの変形例を示す断面図である。単一ループの傾斜したイオンビームソースを示す斜視図である。単一ループの傾斜したイオンビームソースを示す断面図である。多重ループの傾斜したイオンビームソースを示す斜視図である。多重ループの傾斜したイオンビームソースを示す断面図である。電極部に反応ガス噴出部を備えたイオンビームソースを示す斜視図である。電極部に反応ガス噴出部を備えたイオンビームソースを示す一部切断斜視図である。電極部に反応ガス噴出部を備えたイオンビームソースを示す断面図である。電極部に反応ガス噴出部を備えたイオンビームソースの変形例を示す斜視図である。工程圧力調整ガスを注入するための調整ガス注入部を有するイオンビームソースを示す断面図である。工程圧力調整ガスを注入するための調整ガス注入部を有するイオンビームソースを示す一部断面斜視図である。

発明を実施するための最良の形態
図１は本発明による内部ガスを用いるイオンビームソースを示す断面図である。

図１に示すように、イオンビームソース４００は、磁場部４１１、４１３と電極部４２１とを含む。

磁場部４１０は、機能的には、磁石部、磁極部４１１、４１３、磁心部などに分けられ、形態的には、内部に電極部４２１が内蔵されて一体に形成されるようにしてもよい。磁場部４１０は、その内部に円形又は楕円形の閉ループ空間を形成する。磁場部４１０が形成する閉ループ空間は、磁極部方向に開放され、磁心部方向に閉鎖される。

磁石部は、磁極部と磁心部との間に配置されるようにしてもよい。磁石部は、永久磁石又は電磁石で構成し、例えば上端がＮ極、下端がＳ極を有するように構成してもよい。また、図１に示すように１つの閉ループを形成する場合、磁石部は、中央磁極部４１１の下部にのみ備えてもよく、中央磁極部４１１の下端と両側磁極部４１３の下端とに共に備えてもよい。

磁極部は、基板方向に所定間隔離隔して複数配置される。磁極部４１１、４１３は、閉ループを介してＮ極とＳ極とが交互に配置される。例えば、図１に示すように１つの閉ループを形成する場合、中央磁極部４１１をＮ極で構成し、両側磁極部４１３をＳ極で構成してもよい。この場合、中央磁極部４１１は磁石部の上端であるＮ極に結合され、両側磁極部４１３は磁心部を介して磁石部の下端であるＳ極に磁気結合される。

磁心部は、例えば中央磁極部４１１の下部にのみ磁石部を備える場合、磁石部の下端と両側磁極部４１３とを磁気結合するし、磁石部の下端であるＳ極の磁力線が通過する通路を提供する。磁心部は、両側磁極部４１３に連結されて両側磁極部４１３をＳ極にし、また、磁石部の下端であるＳ極の磁力線が上端であるＮ極の磁力線に及ぼす影響、すなわち磁石自体による影響を最小限に抑える。

電極部４２１は、磁場部４１０の空間、すなわち閉ループ空間の下部に備えられる。電極部４２１は、閉ループ空間に沿って接続されて一体に備えられる。電極部４２１には交流（ＡＣ）又は直流（ＤＣ）の電圧Ｖが印加される。

このような構成を有するイオンビームソースにおいては、磁極部４１１、４１３間で発生する磁場又は電極部４２１と外部の反対電極部との間で発生する電場によって、内部の電子又はプラズマ電子が閉ループ空間に沿って高速移動する。高速移動する内部の電子又はプラズマ電子は閉ループ内に存在する内部ガスをイオン化し、イオン化したプラズマイオンのうち陽イオンは電極部４２１と基板キャリアなどの外部電極部との間の電場などによって基板キャリア側に移動し、このとき移動するイオンのエネルギー値によって基板に表面改質、補助蒸着、エッチングなどの作用がなされる。

発明を実施するための形態
以下、添付図面を参照して、本発明について詳細に説明する。

図２は、工程チャンバの内部ガスを用いるイオンビームソースを備えたイオンビーム処理装置の一例を示す図である。

図２に示すように、イオンビーム処理装置は、工程チャンバ１００、蒸着モジュール２００、基板キャリア３００、イオンビームソース４００などを含んでいてもよい。

工程チャンバ１００は、薄膜蒸着のための密閉された内部空間を形成する。工程チャンバ１００の一側には真空ポンプが結合され、真空ポンプは内部空間を所定の工程圧力に保持する。工程チャンバ１００には、工程に応じて非反応ガス又は反応ガスが注入される。例えば、非反応ガスとしてはＡｒ、Ｎｅ、Ｈｅ、Ｘｅなどが挙げられ、反応ガスとしてはＮ_２、Ｏ_２、ＣＨ_４、ＣＦ_４などが挙げられる。場合によっては、非反応ガスと反応ガスとを混合して用いてもよい。

蒸着モジュール２００は、工程チャンバ１００内に備えられ、ターゲット又は蒸発物質を含む。蒸着モジュール２００は、ターゲット又は蒸発物質を離脱させ、イオン、原子又は中性粒子の塊の形態で基板３１０に供給する。基板３１０に移動した粒子は基板３１０に薄膜状に蒸着する。

基板キャリア３００は、基板３１０を蒸着モジュール２００に対向して支持し、基板３１０を所定方向に移動させる。

蒸着モジュール２００がスパッタリング工程に用いられる場合、蒸着モジュール２００には高い負電圧が印加され、基板キャリア３００は接地される。この場合、工程チャンバ１００の内部にアルゴンガスが注入されていれば、蒸着モジュール２００と基板キャリア３００との間の高電圧によってアルゴンガスがイオン化してプラズマ状態となる。イオン化したアルゴンイオン（Ａｒ^＋）は高電圧によって加速されて蒸着モジュール２００のターゲットに衝突し、このとき、ターゲットからターゲット物質がイオンの形で放出されて基板キャリア３００側に移動し、ターゲット物質は基板キャリア３００前面の基板３１０に付着する。このような工程によって、基板３１０にはターゲット物質が薄膜状に積層される。

イオンビームソース４００は、円形又は楕円形の閉ループを形成し、閉ループにおいては、電子が速い速度で移動しながら内部ガスと衝突し、その結果として内部ガスからプラズマイオンが生成される。

イオンビームソース４００には外部から電源が供給され、イオンビームソース４００の内部には別途のイオン化ガスが供給されない。外部からイオン化ガスが供給されないので、イオンビームソース４００は、工程チャンバ１００内に存在する内部電子、又は、蒸着モジュール２００と基板キャリア３００との間の高電圧によって発生するプラズマ電子などを初期イオン化電子として用いることができる。すなわち、イオンビームソース４００は、内部の電子又はプラズマ電子などの初期イオン化電子を閉ループに沿って回転させて工程チャンバ１００内の内部ガスからプラズマイオンを生成させ、それを基板３１０に供給する。

イオンビームソース４００は、蒸着モジュール２００が基板３１０に薄膜を蒸着する過程で同時に補助用途に用いられてもよく、蒸着モジュール２００が基板３１０に薄膜を蒸着する前に基板の表面改質のために用いられてもよい。また、イオンビームソース４００は、基板３１０の後処理のために用いられてもよい。

図３ａ〜図３ｃはイオンビームソースにおけるプラズマイオンの移動経路を変化させる磁場部の形状を示す図である。

図３ａに示すように、中央磁極部４１１と両側磁極部４１３との間隔ｄ１を広くし、垂直延長部の高さａ１、ｂ１を低くし、傾斜面の傾斜角θ１、Φ１を小さくすると、基板方向に移動するプラズマイオンを拡散させることができる。

図３ｂに示すように、中央磁極部４１１と両側磁極部４１３と間隔ｄ２を図３ａの例より狭くし、両側磁極部４１３の垂直延長部の高さａ２を中央磁極部４１１の垂直延長部の高さｂ２より高くし、中央磁極部４１１の傾斜面の傾斜角θ２を両側磁極部４１３の傾斜面の傾斜角Φ２より小さくすると、プラズマイオンを基板方向に平行に移動させることができる。

図３ｃに示すように、中央磁極部４１１と両側磁極部４１３との間隔ｄ３を図３ｂの例より狭くし、両側磁極部４１３の垂直延長部の高さａ３を中央磁極部４１１の垂直延長部の高さｂ３よりはるかに高くし、中央磁極部４１１の傾斜面の傾斜角θ３を両側磁極部４１３の傾斜面の傾斜角Φ３よりはるかに小さくすると、基板の所定領域にプラズマイオンを集束させることができる。

図４は多重ループを有するイオンビームソースを示す断面図である。

図５ａに示すように、多重ループイオンビームソースは複数の閉ループを有する。

磁場部は、磁石部４３１、４３３、４３５、磁極部４１１、４１３、４１５、磁心部４１７などから構成してもよく、２つの円形又は楕円形のループを形成する。磁場部が形成する閉ループは、磁極部４１１、４１３、４１５方向に開放され、磁心部４１７方向に閉鎖される。

磁石部４３１、４３３、４３５は、磁極部４１１、４１３、４１５の下端にそれぞれ配置され、永久磁石又は電磁石で構成される。ここで、同じ物質の永久磁石を適用する場合、少なくとも縁部の磁石部４３５の断面積は他の磁石部４３１、４３３の断面積の１／２にしてもよい。これによって、磁極部４１１、４１３、４１５から発生する磁場の強度を均一に維持することができる。

磁極部４１１、４１３、４１５は、基板方向に所定間隔離隔して配置される。磁極部４１１、４１３、４１５は、閉ループを介してＮ極とＳ極とが交互に配置される。例えば、中央磁極部４１１をＮ極とすると、隣接磁極部４１３はＳ極、縁部磁極部４１５はＮ極で構成される。

磁心部４１７は、磁石部４３１、４３３、４３５の下端を連結して磁場の連結通路を形成する。

電極部４２１、４２３は、磁極部４１１、４１３間及び磁極部４１３、４１５間の閉ループ空間の下部に、磁場部４１１、４１３、４１５、４３１、４３３、４３５、４１７とは絶縁されて備えられる。

電極部４２１、４２３には電源Ｖ１１、Ｖ１２がそれぞれ供給されるが、図４に示すように、電源Ｖ１１が電極部４２１に供給され、電源Ｖ１２が電極部４２３に供給されると、同じ中心を有する２つの閉ループ、すなわち内側閉ループと外側閉ループとが形成される。

図５ａ、図５ｂは多重ループイオンビームソースにおける閉ループと印加電圧との一例を示す図である。

図５ａに示すように、第１閉ループＬ１１は磁極部４１１、４１３と電極部４２１とによって形成され、内部の電子又はプラズマ電子の一部が第１閉ループＬ１１に沿って高速移動して内部ガスをイオン化する。第２閉ループＬ１２は磁極部４１３、４１５と電極部４２３とによって形成され、内部の電子又はプラズマ電子の他の一部が第２閉ループＬ１２に沿って高速移動して内部ガスをイオン化する。

図５ｂに示すように、第１閉ループＬ１１を形成する電極部４２１と第２閉ループＬ１２を形成する電極部４２３とには異なる大きさの電圧Ｖ１１、Ｖ１２を印加してもよい。印加電圧が異なると、閉ループに沿って移動する電子の速度が異なり、その結果、内部ガスのイオン化の程度が異なり、生成されるプラズマイオンの数が異なる。

一般に、基板の表面を改質する際に、最初から多量のプラズマイオンを加えると基板が損傷することがある。よって、基板に加えられるプラズマイオンの量を徐々に増加させる必要がある。また、工程を終了する際にも、プラズマイオンの量を徐々に減少させると表面改質効果を向上させることができる。このように、最初は少量のプラズマイオンを供給する前処理を行い、その後に、多量のプラズマイオンを供給する本処理、そして、プラズマイオンの量を減少させる後処理の順序で工程を行うことができる。このため、図５ｂに示すように、第１閉ループＬ１１を形成する電極部４２１には相対的に高い電圧Ｖ１１を印加し、第２閉ループＬ１２を形成する電極部４２３には相対的に低い電圧Ｖ１２を印加してもよい。

図６ａ、図６ｂは多重ループイオンビームソースにおける閉ループと印加電圧との変形例を示す図である。

図６ａに示すように、３つの単一ループを並列に結合して多重ループを構成してもよい。中央に位置する第１閉ループＬ２１は磁極部４１２、４１３と電極部４２１とによって形成され、右側に位置する第２閉ループＬ２２は磁極部４１４、４１３と電極部４２３とによって形成され、左側に位置する第３閉ループＬ２３は磁極部４１６、４１３と電極部４２５とによって形成される。それぞれの閉ループＬ２１、Ｌ２２、Ｌ２３は、並列に配列されてそれぞれ独立閉ループを形成し、内部の電子又はプラズマ電子の一部をそれぞれ高速回転させる。

図６ｂに示すように、中央の閉ループＬ２１を形成する電極部４２１には相対的に高い電圧Ｖ２１を印加し、両側の閉ループＬ２２、Ｌ２３を形成する電極部４２３、４２５には相対的に低い電圧Ｖ２２、Ｖ２３を印加することによって、図５ａ、図５ｂで説明したように、基板に対して前処理、本処理、後処理を行うことができる。

図７ａは絶縁固定部を有するイオンビームソースを示す断面図である。

図７ａに示すように、イオンビームソースは、磁場部４１０、電極部４２１、絶縁固定部４４１を含んでいてもよい。

絶縁固定部４４１は、磁極部４１１、４１３の内面と電極部４２１の外面との間に充填され、電極部４２１を磁場部４１０の内部に所定間隔を維持して固定する。ここで、絶縁固定部４４１は、磁場部４１０と電極部４２１との間で閉ループを形成する空間を除く領域に充填される。

絶縁固定部４４１は、マイカ（mica）、ステアタイト、石英ガラス、ソーダガラス、鉛ガラス、ポリエステル、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、天然ゴム、エボナイト、ブチルゴム、クロロプレンゴム、シリコーンゴム、エポキシ樹脂ワニス、ホルマール樹脂ワニス、フッ素樹脂、テフロン（登録商標）樹脂、ピーク（PEEK）などのエンジニアリングプラスチックなどで構成してもよい。

図７ｂは絶縁固定部を有するイオンビームソースの変形例を示す断面図である。

図７ｂに示すように、絶縁固定部４４１は、開放面に陥没部Ｒなどの凹凸部が形成されてもよい。凹凸部Ｒは、円形、三角形、四角形などの形状を有する陥没型又は突出型に構成してもよい。

凹凸部Ｒは、磁場部４１０と電極部４２１との短絡の危険性を低減する。プラズマイオン又はプラズマ電子などによってイオンビームソース又は工程チャンバ内の付属装置がエッチングされることがあり、その過程で生成されるエッチング汚染物が絶縁固定部４４１の開放面に蒸着すると、磁場部４１０と電極部４２１とが短絡することがある。しかし、絶縁固定部４４１の開放面に凹凸部Ｒを形成すると、蒸着の特性上、凹凸部Ｒ内にプラズマイオン又はエッチング汚染物が蒸着しにくくなり、磁場部４１０と電極部４２１との短絡を効果的に防止することができる。また、凹凸部Ｒの幅又は深さを増加させることによって、磁場部４１０と電極部４２１との短絡の危険性をさらに効果的に低減することができる。

図８ａ、図８ｂは単一ループの傾斜したイオンビームソースを示す斜視図及び断面図である。

単一ループの傾斜したイオンビームソースは、磁場部５１０、電極部５２１などを含む。

図８ａ、図８ｂに示すように、磁場部５１０は、中央が屈曲されて傾斜している。また、磁場部５１０の傾斜は対称となるように構成してもよい。

電極部５２１は、磁極部５１１、５１３間の空間、すなわち閉ループ空間に、磁場部５１０とは絶縁されて備えられる。電極部５２１には外部から電源Ｖが供給される。

このような構成を有する単一ループの傾斜したイオンビームソースは、工程チャンバ内の内部ガスから生成されたプラズマイオンを集束させて基板に供給することができる。当然のことながら、イオンビームソースの傾斜方向を逆にすると、生成されたプラズマイオンを発散させて基板に供給することができる。

図９ａ、図９ｂは多重ループの傾斜したイオンビームソースを示す斜視図及び断面図である。

図９ａ、図９ｂに示すように、多重ループの傾斜したイオンビームソースにおいて、磁極部５１２、５１４、５１６は、第１閉ループを形成する磁極部５１２、５１６と、第２閉ループを形成する磁極部５１４、５１６とを備える。ここで、磁極部５１２、５１４の前方は両側部に尖部を有する棒状で構成され、それぞれは磁極部５１６で囲まれる。磁極部５１２、５１４、５１６の後方は磁心部によって磁気的に連結されている。

図９ａ、図９ｂに示すように、中央磁極部５１６は、中央が屈曲されて傾斜し、第１閉ループと第２閉ループとが対称となるように構成されてもよい。

電極部５２２は、磁極部５１２、５１６間の空間、すなわち第１閉ループ空間に磁極部５１２、５１６とは絶縁されて備えられ、電極部５２４は、磁極部５１４、５１６間の空間、すなわち第２閉ループ空間に磁極部５１４、５１６とは絶縁されて備えられる。電極部５２２、５２４には外部から電源Ｖ１、Ｖ２がそれぞれ供給される。

図１０ａ〜図１０ｃは電極部に反応ガス噴出部を備えたイオンビームソースを示す斜視図、一部切断斜視図、断面図である。

図１０ａ〜図１０ｃに示すように、イオンビームソースは、磁場部４１０、電極部４２１などを含む。

電極部４２１は、その内部に冷却水チューブＷＴと反応ガスチューブＧＴとを備える。

冷却水チューブＷＴは、電極部４２１の内部で長手方向に連通している。電極部４２１にはＡＣ又はＤＣの高電圧が接続される。電極部４２１に高電圧が印加されると電極部４２１に熱が発生する。その電極部４２１の熱を冷却するために、冷却水チューブＷＴに冷却水が流される。冷却水チューブＷＴは、電極部４２１にチューブ状の貫通部を形成してそれをそのまま用いてもよく、その中に電気伝導率及び熱伝導率に優れた金属のチューブを別途挿入した構成としてもよい。

反応ガスチューブＧＴは、冷却水チューブＷＴから離隔し、電極部４２１の内部で長手方向に連通しており、その内部には外部から供給される反応ガス、すなわち基板に蒸着させるイオンを生成する反応用ラジカルガスが流れる。ここで、反応用ラジカルガスは、Ｏ_２、Ｎ_２などの反応性ガス、又はＣＨ_３ＣＯＯＨ、ＣＨ_４、ＣＦ_４、ＳｉＨ_４、ＮＨ_３、ＴＭＡ（tri-methyl aluminum）などの薄膜形成用ガスなどである。場合によっては、これらのガスを混合して用いてもよい。

反応ガスチューブＧＴには、磁極部４１１、４１３の開放側に連通するガス噴出部ＥＨが形成されている。ガス噴出部ＥＨは、所定間隔離隔した複数の孔で構成してもよい。この場合、反応用ラジカルガスは複数の孔から噴出し、その結果離隔した複数のガス流を形成して基板側に移動する。

このような電極部構造を有するイオンビームソースは、閉ループ内で高速回転する内部電子とプラズマ電子とを用いてガス噴出部ＥＨから噴出する反応用ラジカルガスをイオン化することで蒸着イオンを生成する。生成された蒸着イオンは、基板と電極部４２１との間の電場又はガス噴出部ＥＨの噴出によるガス流などの複合的な作用によって速い速度で基板側に移動し、その結果蒸着速度を向上させる。

図１１は電極部に反応ガス噴出部を備えたイオンビームソースの変形例を示す斜視図である。

図１１に示す変形例においては、ガス噴出部を切欠スリットＥＳの形態で構成している。このようにガス噴出部をスリットの形態で構成すると、基板側に移動する蒸着イオンの密度を均等に分布させて均一な蒸着膜を形成するのに役立つ。

図１２ａ、図１２ｂは工程圧力調整ガスを注入するための調整ガス注入部を有するイオンビームソースを示す断面図及び一部断面斜視図である。

工程チャンバの圧力が例えば１０^−５Ｔｏｒｒ〜１０^−６Ｔｏｒｒの領域であって非常に低いか又は高い場合は、所望のプラズマイオン密度を維持することが困難なことがある。このような場合、選択的に又は局部的にイオン化のための圧力調整ガスを注入する必要があることがある。

このために、本発明によるイオンビームソースは、イオン化圧力調整ガスを注入するための調整ガス注入部を別途備える。調整ガス注入部は、調整ガスチューブ６１０、調整ガスチャンネル６２０、調整ガス拡散スリット６３０などを備える。

図１２ａ、図１２ｂに示すように、磁極部４１３は、その内部に外側に連通する調整ガスチューブ６１０を備える。調整ガスチューブ６１０は、イオン化圧力を調整するための調整ガスが流入する通路である。ここで、イオン化圧力調整ガスは、例えばＡｒなどのプラズマイオン化ガス、Ｏ_２、Ｎ_２などの反応性ガス、ＣＨ_３ＣＯＯＨ、ＣＨ_４、ＣＦ_４、ＳｉＨ_４、ＮＨ_３、ＴＭＡなどの薄膜形成用ガス、又はラジカルガスなどであり、場合によってはこれらのガスを混合して用いてもよい。

磁極部４１３の内部には、調整ガスチューブ６１０に連結されるように、連通孔状の調整ガスチャンネル６２０が磁極部４１３の長手方向に形成される。調整ガスチャンネル６２０は、調整ガスチューブ６１０から流入する工程圧力調整ガスを磁極部４１３の長手方向に分散させる。

さらに、磁極部４１３は、閉ループ空間に連通する調整ガス拡散スリット６３０を備える。調整ガス拡散スリット６３０は、調整ガスチャンネル６２０に連通し、磁極部４１３の長手方向に、閉ループに向かって切欠／開放されるスリットの形態で構成してもよい。

このような構成を有する調整ガス注入部によれば、調整ガスチューブ６１０から工程圧力調整ガスが流入すると、工程圧力調整ガスは、調整ガスチャンネル６２０によって磁極部４１３の長手方向に均一に分散し、その後調整ガス拡散スリット６３０によって閉ループの方向に拡散噴出する。

前述した調整ガス注入部は、イオンビームソースの内部、すなわち磁場部と電極部４２１との間の空間に工程圧力調整ガスを注入するのではなく、ローレンツ力が作用する閉ループ空間に工程圧力調整ガスを注入する。

以上、本発明を様々な実施形態に基づいて説明したが、これは本発明を例証するためのものである。通常の技術者であれば、上記実施形態に基づいて上記実施形態を他の形態に変形したり修正することができるであろう。しかし、その変形又は修正は請求の範囲に含まれるものと解釈されるべきである。

本発明によるイオンビームソースは、イオンビーム処理装置などに用いることができ、被処理物の表面改質、表面清浄、前処理、薄膜蒸着補助、エッチング、後処理などの工程が要求される薄膜太陽電池、フレキシブルディスプレイ、透明ディスプレイ、タッチスクリーン、機能性建築用ガラス、光学素子などの産業分野において、薄膜工程に関するコア技術として適用することができる。

Claims

イオンビームソースにおいて、
被処理物に対向する一側は開放されて他側は閉鎖され、前記一側には複数の磁極部がＮ極Ｓ極交互又は同じ磁極で離隔配置され、前記一側でプラズマ電子の閉ループを形成する磁場部と、
前記閉ループの下端に配置される電極部とを含み、
工程チャンバ内のプラズマ電子を前記閉ループに沿って回転させて前記工程チャンバ内の内部ガスからプラズマイオンを生成し、前記被処理物に供給する、イオンビームソース。
前記磁場部は、前記複数の磁極部から発生する磁場の強度が前記閉ループの各形成地点で同等になるように形成される、請求項１に記載のイオンビームソース。
前記磁場部は、前記複数の磁極部の下端に磁石部を備え、縁部の磁極部の下端に備えられる磁石部の断面積が他の磁極部の下端に備えられる磁石部の断面積の１／２である、請求項２に記載のイオンビームソース。
前記磁場部は、前記開放された一側で隣接する磁極部の厚さ、傾斜、開放幅の少なくとも１つを調整することによって前記プラズマイオンの集束、発散又は平行移動を制御する、請求項１に記載のイオンビームソース。
前記閉ループの空間を除く前記磁場部の内面と前記電極部の外面との間に充填され、前記電極部を前記磁場部に固定する絶縁固定部を含む、請求項１に記載のイオンビームソース。
前記絶縁固定部は、前記開放された一側に対向する開放面に凹凸部を有する、請求項５に記載のイオンビームソース。
前記磁極部は、前記工程チャンバ内にイオン化調整ガスを注入するイオン化調整ガス注入部を含む、請求項１に記載のイオンビームソース。
前記イオン化調整ガス注入部は、
外部からイオン化調整ガスが流入する調整ガス流入部と、
前記調整ガス流入部に連通し、前記磁極部の長手方向に内部に形成される調整ガスチャンネル部と、
前記調整ガスチャンネル部に連通して前記閉ループの方向に連通し、スリット形状を有する調整ガス拡散部とを含む、請求項７に記載のイオンビームソース。
前記磁場部は、中央が折り曲げられ、両側が前方又は後方に傾斜している、請求項１に記載のイオンビームソース。
前記電極部は、
外部に連通する反応ガス流入部と、
前記反応ガス流入部及び前記開放された一側に連通する反応ガス噴出部とを含む、請求項１に記載のイオンビームソース。
前記反応ガス噴出部は、離隔した複数の貫通孔又は連結された切欠スリットである、請求項１０に記載のイオンビームソース。
前記イオンビームソースは、複数の前記閉ループを含む、請求項１〜１１のいずれかに記載のイオンビームソース。
前記イオンビームソースは、複数の前記閉ループを形成する各電極部に異なる大きさの電源を供給することによって噴出するイオンビームエネルギーを制御する、請求項１２に記載のイオンビームソース。