JP3364830B2 - イオンビーム加工装置 - Google Patents

イオンビーム加工装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、イオンビーム加工
装置に係り、特に、大電流・大口径イオンビームを用い
て被加工物をエッチング加工するに好適なイオンビーム
加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のイオンビーム加工装置として、例
えば、特開昭６３−１５７８８７号公報に記載されてい
るように、イオンビームを用いて被加工物をエッチング
加工するエッチング装置が知られている。この装置にお
いては、被加工物に照射されるイオンビームによって被
加工物が帯電し、帯電によって被加工物が破壊されるの
を防止するために、イオンビームの近くに配置された中
和器内で、マイクロ波放電によってプラズマを生成し、
このプラズマから微小孔を通して電子をイオンビームに
供給することでイオンビームを中和する方式が採用され
ている。この方式は、熱電子を放出するフィラメントを
内部に有するホロカソードを用いてイオンビームを中和
する方式に比べて長時間の動作が可能であり、反応性イ
オンビームを中和するのに適している。さらに、タング
ステンなどのフィラメントを用いていないので、フィラ
メントを構成する重金属が被加工物を汚染することがな
く、クリーンなイオンビーム加工が可能になる。
【０００３】しかし、従来の中和方式では、次の理由か
らイオンビームの大電流化、大口径化に対して限界が生
じてきている。
【０００４】イオンビームを大電流化する場合、イオン
ビームの大電流化に伴ってイオンビームを中和するため
には、中和器から供給する電子流も増やす必要がある
が、中和器内のプラズマから電子を供給する従来の方式
では、同量のイオン電流を中和器内で捕集しなければな
らない。すなわち、供給する電子流の増大は捕集するイ
オン電流の増大を意味する。しかも、中和器内でより高
密度なプラズマを生成するには、中和器内に投入するマ
イクロ波電力の増大を必要とし、電子温度が高くなって
中和器内のプラズマ電位が上昇する。これは、中和器内
で捕集するイオンの衝突エネルギーの増大を意味する。
このように、従来の方式では、中和器内面に衝突するイ
オン電流およびイオンエネルギーの増大に伴って、中和
器内面からイオン衝撃によってスパッタされた導電性粒
子が中和器のマイクロ波導入窓に付着し、中和器として
の動作時間が短くなる。
【０００５】また大量の電子を加工室に引き出すために
は、加工室に対して中和器自体を大きく負電位に落す必
要がある。このため、中和器から引き出されたあとの電
子エネルギーが大きくなり、イオンビームの電位が乱さ
れて、本来平行であるべきイオンビームが発散する。さ
らに、イオンビームへ電子を供給する場所が局所的であ
るため、イオンビームの大口径化に伴って中和の空間的
均一性も悪くなってきている。
【０００６】以上の理由から、従来の中和方式では、イ
オンビームの電流値として３００ｍＡ以上、イオンビー
ム径として、Φ２００ｍｍ以上の大電流・大口径イオン
ビームを均一に中和し、発散の小さいイオンビームを得
ることが困難である。
【０００７】そこで、これらの問題を解決するために、
特開平８−２９６０６９号公報に記載されているよう
に、イオンビーム加工装置に用いるマイクロ波中和器と
して、電子サイクロトロン共鳴磁場を環状に配置したマ
ルチカスプ磁場の間にマイクロ波を導波管で導入してプ
ラズマを生成し、このプラズマを低エネルギー電子の供
給源としたものが提案されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】従来技術においては、
イオン源電極と加工室との間にマイクロ波中和器を挿入
し、中和器本体を真空容器の一要素として構成している
ため、加工装置自体も大きくなるとともに、イオンビー
ムの飛行距離が長くなり、イオンビームの発散を抑制す
ることが困難である。しかも、磁石を配置する筒状導体
をあまり薄くできないため、比較的強力な磁石でなけれ
ばマイクロ波中和器の内周側に電子サイクロトロン共鳴
磁場を形成することができない。また、発生したプラズ
マから電子の供給を容易にし、同時にイオンを回収する
ために、中和器本体を負電位にするに際して、マイクロ
波をマイクロ波中和器まで導く導波管の途中で絶縁構造
を採用する必要があり、導波管の管の途中に、チョーク
フランジと呼ばれる接続機構を別途設けなければなら
ず、構成が複雑になる。さらにマイクロ波をマイクロ波
中和器に導入する導波管とマイクロ波中和器本体との接
続部分も真空封じしなければならず、製造工程が増加す
る。
【０００９】本発明の目的は、大電流・大口径のイオン
ビームを均一に中和し、ビーム発散の小さいイオンビー
ムを加工対象に照射することができるイオンビーム加工
装置を提供することにある。
【００１０】前記目的を達成するために、本発明は、加
工用プラズマを生成するイオン源と、真空容器としてイ
オン源に隣接して配置されて加工対象を収納する加工室
と、前記イオン源と前記加工室との間に配置されて前記
イオン源の加工用プラズマから加工室内に加工用イオン
ビームを引き出して加工対象に照射する引出し電極と、
前記加工室の開口部を介して加工室外から加工室内の引
出し電極近傍の領域にマイクロ波を導入し導入したマイ
クロ波を前記加工用イオンビームの伝搬領域の周囲に形
成された環状の磁場に導いて環状の中和用プラズマを生
成する中和用プラズマ生成手段と、前記加工室の電位に
対して負電位に維持されて前記中和用プラズマ中のイオ
ンを捕集するイオン捕集手段とを備え、当該イオン捕集
手段は、前記加工用イオンビームの伝播領域の周囲を囲
む環状体を有し、当該環状体内に前記マイクロ波を導入
する開口部が形成され、前記加工室内であって、前記環
状体の外周部に、前記磁場を形成する磁場形成部材が配
列されているイオンビーム加工装置を構成したものであ
る。
【００１１】前記イオンビーム加工装置を構成するに際
しては、以下の要素を付加することができる。
【００１２】（１）前記中和用プラズマ生成手段は、前
記加工室の開口部を閉塞するマイクロ波透過板を間にし
て前記加工室外に配置されてマイクロ波発生器からのマ
イクロ波を前記加工室の開口部まで伝送する大気側導波
管と、前記加工室内の開口部側から加工室内の引出し電
極近傍の領域にわたって配置されて前記マイクロ波透過
板を透過したマイクロ波を伝送する真空側導波管と、真
空側導波管の管路端に固定されて前記加工用イオンビー
ムの伝搬領域の周囲を囲む環状体と、環状体の外周側に
磁極が相異なる磁性体が複数個相対向して配置されて前
記環状体の周方向に沿って環状の磁場を形成する磁場形
成部材とを備えて構成され、前記イオン捕集手段は、前
記加工室の電位に対して負電位となる中和器用電源を有
し、前記環状体を環状電極として前記環状体に前記中和
器用電源を接続してなり、前記真空側導波管は絶縁部材
を介して前記加工室に接続されてなる。
【００１３】（２）前記中和用プラズマ生成手段は、前
記加工室の開口部を閉塞するマイクロ波透過板を間にし
て前記加工室外に配置されてマイクロ波発生器からのマ
イクロ波を前記加工室の開口部まで伝送する大気側導波
管と、前記加工室内の開口部側から加工室内の引出し電
極近傍の領域にわたって配置されて前記マイクロ波透過
板を透過したマイクロ波を伝送する真空側導波管と、真
空側導波管の管路端に固定されて前記加工用イオンビー
ムの伝搬領域の周囲を囲む環状体と、環状体の外周側に
磁極が相異なる磁性体が複数個相対向して配置されて前
記環状体の周方向に沿って環状の磁場を形成する磁場形
成部材とを備えて構成され、前記イオン捕集手段は、前
記加工室の電位に対して負電位となる中和器用電源を有
し、前記環状体を環状電極として前記環状体に前記中和
器用電源を接続してなり、前記真空側導波管は絶縁部材
を介して前記環状体に接続されてなる。
【００１４】（３）前記中和用プラズマ生成手段は、前
記加工室の開口部を閉塞するマイクロ波透過板を間にし
て前記加工室外に配置されてマイクロ波発生器からのマ
イクロ波を前記加工室の開口部まで伝送する大気側導波
管と、前記加工室内の開口部側から加工室内の引出し電
極近傍の領域にわたって配置されて前記マイクロ波透過
板を透過したマイクロ波を伝送する真空側導波管と、真
空側導波管の管路端に固定されて前記加工用イオンビー
ムの伝搬領域の周囲を囲む環状体と、環状体の外周側に
磁極が相異なる磁性体が複数個相対向して配置されて前
記環状体の周方向に沿って環状の磁場を形成する磁場形
成部材とを備えて構成され、前記イオン捕集手段は、前
記加工室の電位に対して負電位となる中和器用電源と、
前記環状体の内周側に絶縁部材を介して固定されて前記
中和器用電源に接続された環状電極とを備えて構成され
てなる。
【００１５】（４）前記引出し電極に隣接して前記加工
室内に配置されて前記中和用プラズマ中のイオンを捕集
する保護電極を備え、前記保護電極は前記中和用電源ま
たは前記加工室の電位と同一電位の電源に接続されてな
る。
【００１６】（５）前記真空側導波管は、その管路途中
に前記マイクロ波透過板を透過したマイクロ波を前記環
状体側に反射させる屈曲部を有する。
【００１７】（６）前記真空側導波管の管路のうち前記
環状体側の管路は、直管形状に形成されて前記環状体の
開口部に一体となって接合されてなる。
【００１８】（７）前記真空側導波管の管路のうち前記
環状体側の管路は、テーパー形状に形成されて前記環状
体の開口部に一体となって接合されてなる。
【００１９】（８）前記真空側導波管の前記環状体側管
路端が前記開口部に嵌合されてなる。
【００２０】（９）前記磁場形成部材は、相対向して配
置された複数個の磁性体から発生する磁力線によって前
記環状体の内周側にマリチリングカスプ磁場を形成して
なる。
【００２１】前記した手段によれば、イオン源内の加工
用プラズマから加工室内に加工用イオンビームを引き出
して加工対象に照射するに際して、加工室内の引出電極
近傍の領域のうち加工用イオンビームの伝搬領域の周囲
に環状の中和用プラズマを生成し、この中和用プラズマ
中のイオンを捕集する一方、電子をイオンビームの存在
する中心方向に送り出すように供給してイオンビームを
中和するようにしたので、大電流・大口径のイオンビー
ムを均一に中和することができ、また、イオンビームが
通過する領域の空間電位をほぼ加工室の電位に近づける
ようにしているので、イオンビームの発散を防止するこ
とができる。さらに、イオンビームを取り囲むように生
成された中和用プラズマの有する静電レンズ効果によっ
てイオンビームを収束させることもできる。
【００２２】また、環状体を環状電極として中和器用電
源に接続するとともに、イオン捕集面積を広くしている
ので、高密度のプラズマを発生させる必要はなく、低密
度のプラズマでも十分な量のイオンを捕集することがで
き、これに伴って十分な量の電子をイオンビームに供給
できる。さらに、低密度のプラズマを発生させるに際し
ては、投入する電力も小さくて済む上、中和用プラズマ
は電子温度の低いプラズマであり、したがって、電子エ
ネルギーも低くイオンビームに投入してもイオンビーム
を乱す割合も小さくて済む。また、通常カットオフ密度
以下のプラズマを生成すればよく、加工室の開口部に配
置されたマイクロ波透過板をプラズマから離せるので、
真空側導波管を屈曲させることで、加工エネルギー導電
性粒子がマイクロ波透過板に付着して動作時間が短くな
るのを防止することができる。
【００２３】中和用プラズマ生成手段とイオン捕集手段
を加工室内の引出電極近傍の領域に配置することで、加
工室内の引出電極から離れた領域に中和用プラズマ生成
手段とイオン捕集手段を配置する場合と比較して、以下
のような効果が得られる。
【００２４】（１）イオンビームの発散を制御しやす
い。
【００２５】（２）加工対象（被加工物）が中和用プラ
ズマに曝されない。
【００２６】（３）被加工物付近の排気コンダクタンス
を大きくとれる。
【００２７】また中和用プラズマを生成するに際して、
磁性体（永久磁石）を使用して環状体の内周側にマルチ
リングカスプ磁場を形成することで、電離を担う高エネ
ルギー電子が隣合う磁極間を磁力線に沿って往復しつ
つ、磁場勾配ドリフト作用によってマクロな運動として
は、環状体の内周側に沿って周方向にガスを電離して中
和用プラズマを生成するようになっている。このため、
マルチリングカスプ磁場を形成して中和用プラズマを生
成すると、マイクロ波の供給に導波管を使用した局所的
なマイクロ波の導入によっても、環状体の内周側にリン
グ状にほぼ均一にプラズマが形成され、電子軌道がクロ
ーズされるため、端損失がなく、中和用プラズマの生成
効率を高くすることができる。
【００２８】また、マルチリングカプス磁場にマイクロ
波を導入するに際しては、環状体の開口部、すなわちマ
ルチリングカプス磁場を形成するための磁極間からマイ
クロ波を導入することで、マイクロ波導入部の正面に生
成されている中和用プラズマによってマイクロ波の伝搬
方向が回折し、電子サイクロトロン共鳴位置にマイクロ
波が到達しやすくなり、効率良くマイクロ波の吸収が行
なわれ、中和用プラズマの生成に寄与することができ
る。
【００２９】また引出電極の直後に保護電極（第３電
極）を配置し、この保護電極を中和用電源または加工室
の電位と同一電位の電源に接続しているため、中和用プ
ラズマのイオンが引出し電極に衝突する前に保護電極で
捕集することができ、イオン衝撃による引出し電極（減
速電極）の損耗を抑制することができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
に基づいて説明する。
【００３１】図１は本発明の一実施形態を示すイオンビ
ーム加工装置の縦断面図、図２はマイクロ波導入用導波
管の構造を説明するための要部断面図である。図１およ
び図２において、イオンビーム加工装置は、イオン源
１、加速電極６、減速電極９、保護電極（第３電極）１
１、マイクロ波中和器１４、加工室１３を備えて構成さ
れている。加工室１３は、真空容器としてイオン源１に
隣接して配置され、絶縁スペーサ１２を介してイオン源
１に接続されており、マイクロ波中和器１４は、真空容
器を構成することなく、その一部が加工室１３外に配置
され、主構成要素が加工室１３内に配置されている。
【００３２】イオン源１は、加工用プラズマを生成する
容器として構成されており、イオン源１の上部側にはプ
ラズマ用ガス導入管３が接続されているとともにプラズ
マ発生用フィラメント４が配置されており、底部側には
開口部４６が形成されている。そしてイオン源１には、
ガス導入管３からプラズマ用ガス２が導入されており、
フィラメント４の通電によってプラズマ用ガス２がエネ
ルギーを得てプラズマ５を生成するようになっている。
イオン源１の開口部４６には加速電極６が配置されてイ
オン源１に固定されている。この加速電極６はイオン源
１を介して加速電源７に接続されており、加速電極６と
イオン源１には加速電源７によって正電圧が印加されて
いる。加速電極６には電極用絶縁スペーサ８を介して減
速電極９が接続されており、減速電極９には減速電源１
０から負電圧が印加されている。すなわち、加速電極
６、減速電極９は、イオン源１に隣接して配置されて、
イオン源１内のプラズマ５から加工室１３内に加工用イ
オンビーム３６を引き出してホルダ２６上のウエハ（加
工対象）２７に照射する引出し電極として構成されてい
る。また、減速電極９には絶縁スペーサ８を介して保護
電極（第３電極）１１が接続されており、保護電極１１
は導線４５を介してマイクロ波中和器１４に接続されて
いる。マイクロ波中和器１４は中和器用電源２５に接続
されており、本実施形態では加工室１３の電位が接地電
位に設定されているため、保護電極１１とマイクロ波中
和器１４の電位は加工室１３の電位に対して負電位に維
持されている。すなわち、保護電極１１の電位を加工室
１３の電位に対して負電位に設定することで、マイクロ
波中和器１４によって生成される中和用プラズマのイオ
ンが減速電極９に衝突する前に保護電極１１で捕集さ
れ、イオン衝撃によって減速電極９が損耗するのを抑制
できるようになっている。
【００３３】マイクロ波中和器１４は、中和用プラズマ
生成手段およびイオン捕集手段として、大気側導波管２
４、石英板２３、真空側導波管２１、複数個の永久磁石
１６、環状電極４７、防着板２８を備えて構成されてお
り、環状電極４７が加工室１３の内側にイオン源１と中
心軸を合わせて絶縁スペーサ１５を介して固定されてい
る。大気側導波管２４は、加工室１３に形成されたマイ
クロ波導入用開口部２２を閉塞する石英板（マイクロ波
透過板）２３を間にして加工室１３外に配置されてマイ
クロ波発生器（図示省略）からのマイクロ波３４を開口
部２２まで伝送する導波管として加工室１３の外壁面に
固定されている。開口部２２近傍の加工室１３の外壁に
はザグリ面３１が形成されているとともに、Ｏリング用
溝３２が形成されている。Ｏリング用溝３２にはＯリン
グ３３が装着され、Ｏリング３３上には石英板２３が配
置されている。石英板２３は導波管２４の管路端に支持
された状態で開口部２２に接合されており、導波管２４
の管路端側は絶縁ねじ、絶縁ボルトなどの締結部材（図
示省略）によって加工室１３の外壁に固定されている。
すなわち加工室１３の開口部２２の外側にＯリング３
３、石英板２３を介して導波管２４を固定することで、
加工室１３内の真空が保たれるようになっている。
【００３４】真空側導波管２１は、石英板２３を透過し
たマイクロ波を伝送する導波管として、絶縁スペーサ１
５を介して加工室１３の内壁面に、その一端が固定され
ており、導波管２１の他端側は、直管形状に形成されて
環状電極４７に一体となって接合されている。また、導
波管２１は、高エネルギー導電粒子が石英板（マイクロ
波導入窓）２３に付着するのを防止するために、石英板
２３を透過したマイクロ波３４を環状電極４７側に反射
させる屈曲部２０が管の途中に形成されている。
【００３５】環状電極４７は加工用イオンビーム３６の
伝搬領域の周囲を囲む環状体としてほぼ円筒状に形成さ
れており、環状電極４７には導波管２１を伝送したマイ
クロ波３４を環状体４７の内周側の領域に導入するため
の開口部１９が形成されている。また、環状電極４７は
保護電極１１と同様に中和器用電源２７に接続されてお
り、環状電極４７には加工室１３の電位に対して負電位
の電圧が印加されている。さらに環状電極４７の外周側
には異なる磁極が相対向する一対の永久磁石１６が一定
の間隔を保って複数個周方向に沿って配列されている。
すなわち環状電極４７の外周側には、磁場形成部材を構
成する永久磁石（磁性体）１６が複数個一列ずつ互いに
磁極（極性）を逆にして配列されている。そして相対向
する一対の永久磁石１６によってそれぞれ磁力線１７が
形成され、環状電極４７の内周側にはマイクロ波３４の
周波数に対応した電子サイクロトロン共鳴磁束密度の磁
場１８が形成されるようになっている。磁場１８は後述
するようにマルチリングカスプ磁場を形成するようにな
っている。また環状電極４７には絶縁スペーサ２９を介
して防着板２８が接続されている。
【００３６】この防着板２８は、ホルダ２６上に設置さ
れたウエハ２７からのスパッタ物がマイクロ波中和器１
４に付着するのを防止するように配置されており、この
防着板２８は、加工室１３と同電位（通常は接地電位）
になっている。また加工室１３には排気用開口部３０が
形成されており、加工室１３内は開口部３０に接続され
た排気系によって必要に応じて真空排気されるようにな
っている。なお、絶縁スペーサを用いて各部を接続する
に際しては、絶縁性のねじ類を用いた電気的接続構造を
採用している。
【００３７】次に、図１に示すイオンビーム加工装置の
作用を図３および図４にしたがって説明する。まず、マ
イクロ波発生器から２．４５ＧＨｚのマイクロ波３４が
大気側導波管２４内に導入されると、導波管２４内を伝
送したマイクロ波３４が石英板２３を透過して真空側導
波管２１内に導入される。このマイクロ波３４が屈曲部
２０で反射して開口部１９から環状電極４７の内周側に
導入されると、このマイクロ波３４は、電子サイクロト
ロン共鳴磁束密度（８７５ガウス）の磁場１８で電子に
共鳴吸収される。これにより高エネルギー電子が発生す
る。この高エネルギー電子が、環状電極４７の内周側に
形成されたマルチリングカスプ磁場中を隣合う磁極間の
磁極線１７に沿って往復しつつ、マクロな運動として
は、図４に示すように、磁場勾配ドリフトによって環状
電極（帯状電極）４７に沿って周方向に旋回し、ガスを
電離してリング状に均一な中和用プラズマを生成する。
そして中和用プラズマのうちプラズマの閉じ込めが良好
な部分が高プラズマ密度部分３５となり、中和用プラズ
マは環状電極４７およびイオンビーム３６と接するよう
になる。このとき、開口部１９の正面に中和用プラズマ
が生成されるので、導波管２１から導入したマイクロ波
３４は外側に向かって回折し、電子サイクロトロン共鳴
磁場１８に到達しやすくなり、効率良くマイクロ波３４
が吸収される。
【００３８】さらに、中和用プラズマが生成されたとき
に、環状電極４７は加工室１３の電位に対して負電位に
設定されているため、中和用プラズマ中のイオン３７が
環状電極４７によって捕集され、イオン３７と同量の電
荷を有する電子３８がイオンビーム３６に向かって均一
に供給される。さらに、保護電極１１は環状電極４７と
同様に加工室１３の電位に対して負電位に維持されてい
るため、中和用プラズマ中のイオン３７が減速電極９に
直接衝突する確率を減少することができるとともに、中
和用プラズマからイオン３７を捕集するための捕集効率
を高めることができ、電子３８のイオンビーム３６への
供給量を向上させることもできる。なお、保護電極１１
の電位を加工室１３と同じ電位に設定しても、中和プラ
ズマ中のイオン３７が減速電極９に直接衝突する確率を
減少することもできる。
【００３９】このように、本実施形態によれば、マイク
ロ波中和器１４を真空容器とすることなく、導波管２１
と環状電極４７を加工室１３内の領域のうち加速電極
６、減速電極９の近傍の領域に配置したため、イオンビ
ーム３６の飛距離を短くすることができるとともに、負
電位に維持された環状電極４７の内周側に中和用プラズ
マを発生させ、中和用プラズマ中のイオン３７を環状電
極４７で捕集する一方、電子３８をイオンビーム３６の
存在する中心方向に送り出すように供給してイオンビー
ム３６を中和し、イオンビーム３６が通過する領域の空
間電位をほぼ加工室１３の電位に近づけてイオンビーム
３６の発散を防止することができる。
【００４０】また、本実施形態においては、環状電極４
７の表面の面積は加速電極６、減速電極９の取り出し孔
の総面積よりも広いため、中和用プラズマとしてはイオ
ン源１のプラズマに比べて低密度のプラズマの生成でよ
く、イオン源１内に比べて環状電極４７近傍の低いガス
圧でもイオンビーム３６の中和に十分な中和用プラズマ
を生成することができる。また加工室１３内のガス圧や
中和用プラズマを生成するためのマイクロ波３４の投入
電力を大きくするか、あるいは環状電極４７の表面の面
積を広くすることによっても、より大電流のイオンビー
ム３６の中和も可能である。
【００４１】また、前記実施形態において、環状電極４
７に印加する負電位は、マイナス数Ｖからマイナス数１
０Ｖ程度と小さいので、中和用プラズマ中のイオン３７
の捕集において、環状電極３７によって捕集されたイオ
ン３７によってスパッタされることはほとんどない。
【００４２】また、前記実施形態において、加工室１３
の電位を基準とすると、図３の線分ａｂ上の空間電位は
図３（ｂ）に示すような特性となる。したがって、イオ
ンビーム３６に対して収束性の静電レンズ効果が働くこ
とになる。すなわち、この電位分布の形状は、マイクロ
波３４の投入電力や環状電極４７に印加する電圧によっ
て制御できるので、イオンビーム３６の発散、収束の制
御も可能になる。
【００４３】さらに、前記実施形態においては、マイク
ロ波３４の加工室１３への導入に用いた石英板２３は屈
曲部２０を有する真空側導波管２１を用いているため、
被加工物であるウエハ２７からのスパッタ物が直接飛来
して石英板２３に付着するのを防止することができ、石
英板２３にマイクロ波３４の導入の障害になる被膜が形
成されるのを防止することができるとともに、より一層
長時間のイオンビーム加工が可能になる。
【００４４】前記実施形態においては、中和用プラズマ
を生成するに際して、マイクロ波を単一の開口部２２か
ら導入するものについて述べたが、加工室１３に複数の
開口部２２を形成するとともに各開口部２２に真空側導
波管２１を接続し、複数の真空側導波管２１を介してマ
イクロ波３４の導入を行なえば、より大電流・大口径の
イオンビーム３６の中和可能になる。
【００４５】また、前記実施形態においては、真空側導
波管２１と環状電極４７を加工室１３内に配置したた
め、導波管２１、環状電極４７に対して真空保持用の加
工技術が不要となり、磁力線１７を透過させる部分の厚
みを薄くすることができ、各永久磁石１６の磁力強度も
比較的小さくすることができる。しかも導波管２１の絶
縁も加工室１３の内壁側に行なうことができ、特に大気
中に導波管の絶縁構造を採用する必要がなくなる。
【００４６】また、前記実施形態においては、導波管２
１と環状電極４７とを一体的に形成したものについて述
べたが、図５に示すように、導波管２１の一方の管路端
を直管開口型導波管４０として、この導波管４０の管路
端を、環状電極４７の導波管接続部３９に形成された開
口部１９と嵌合可能に形成し、導波管４０を開口部１９
に嵌合させる嵌め込み式に構成すれば、作業工程上の簡
素化が可能になる。
【００４７】また、導波管２１としては、図６に示すよ
うに、導波管２１の一方の管路端側をテーパー状に形成
してテーパー開口型導波管４１として、この導波管４１
と環状電極４１とを一体的に接合する構成を採用するこ
ともできる。
【００４８】導波管２１の一端側をテーパー開口型導波
管４１とすると、マイクロ波が広がって伝搬するため、
マイクロ波３４をより効率的に電子サイクロトロン共鳴
磁場１８に照射することができ、直管型に比べてマイク
ロ波３４が電子サイクロトロン共鳴磁場１８に届きやす
くなる。
【００４９】また、導波管２１としては、図７に示すよ
うに、導波管２１の一端側をテーパー状に形成してテー
パー開口型導波管４１とし、導波管４１の管路端を開口
部１９に嵌合させる嵌め込み方式を採用することもでき
る。
【００５０】図８に、本発明の第２実施形態の全体構成
を示す。本実施形態は、前記実施形態において環状電極
４７を中和器用電源２５に接続して環状電極４７に負電
圧を印加していたのに対して、環状電極４７の内周側に
電極用絶縁スペーサ４７を介して帯状電極４３を固定
し、環状電極４７に形成された開口部４８から帯状電極
４３に中和器用電源２５を接続して帯状電極４３に負電
圧を印加するようにしたものであり、他の構成は図１と
同様である。
【００５１】帯状電極４３は第２の環状電極として円筒
状に形成されているとともに、開口部４９からマイクロ
波３４を導入できるようになっている。さらに保護電極
１１と導線４５を介して接続されている。
【００５２】本実施形態においては、帯状電極４３の内
周側に中和用プラズマを生成することができるため、前
記実施形態と同様な効果を得ることができるとともに、
環状電極４７と導波管２１を加工室１３と同一の電位に
できるため、導波管２１、環状電極４７を加工室１３に
固定するに際して、絶縁スペーサ１５や防着板用絶縁ス
ペーサ２９が不要になるとともに、これらスペーサに関
連する絶縁構造ねじが不要になる。
【００５３】また、本実施形態においては、導波管２１
を環状電極４７と一体的に形成することができるととも
に、図９（ａ）に示すように、導波管２１の一端側をテ
ーパー開口型導波管４１として構成し、導波管４１の管
路端にスペーサ４４を装着し、この導波管４１の管路端
をスペーサ４４を介して開口部１９に嵌合させる嵌め込
み方式を採用することもできる。さらに、図９（ｂ）に
示すように、導波管２１の一端側を直管開口型導波管４
０として構成し、この導波管４０の一端側にスペーサ４
４を装着し、導波管４０の一端側をスペーサ４４を介し
て開口部１９に嵌合させる嵌め込み方式を採用すること
もできる。
【００５４】また、導波管４０、４１に絶縁スペーサ４
４を装着する方式を採用すれば、導波管２１を加工室１
３に固定するに際して、絶縁スペーサ１５が不要になる
とともに、このスペーサに関連する絶縁構造ねじが不要
になる。
【００５５】前記各実施形態においては、環状電極４７
と保護電極１１とを導線４５を介して接続したり、帯状
電極４３を導線４５を介して保護電極１１に接続するも
のについて述べたが、保護電極１１を中和器用電源２５
に接続する代わりに、加工室１３の電位と同一電位の電
源に接続することもできる。
【００５６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
中和用プラズマ生成手段およびイオン捕集手段を真空容
器とすることなく加工室内に配置して、加工室内の引出
し電極近傍の領域に環状の中和用プラズマを生成し、イ
オン捕集手段の電位を加工室の電位に対して負電位に維
持し、中和用プラズマ中のイオンをイオン捕集手段によ
って捕集する一方、電子をイオンビームの存在する中心
方向に送り出すように供給してイオンビームを中和し、
イオンビームが通過する領域の空間電位をほぼ加工室の
電位に近づけてイオンビームの発散を防止するようにし
たため、大電流・大口径のイオンビームを均一に中和
し、ビーム発散の小さなイオンビームを加工対象に照射
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示すイオンビーム加工
装置の縦断面図である。
【図２】マイクロ波を導入する導波管の構成を説明する
ための断面図である。
【図３】（ａ）は中和用プラズマの生成方法を説明する
ための図、（ｂ）は線分ａｂ上の空間電位分布を示す特
性図である。
【図４】図１のＸ−Ｘ線に沿う横断面図である。
【図５】導波管の第２実施形態を示す断面図である。
【図６】導波管の第３実施形態を示す断面図である。
【図７】導波管の第４実施形態を示す断面図である。
【図８】本発明の他の実施形態を示すイオンビーム加工
装置の縦断面図である。
【図９】（ａ）は導波管の第５実施形態を示す断面図、
（ｂ）は導波管の第６実施形態を示す断面図である。
【符号の説明】
１ イオン源 ２ プラズマ用ガス ３ 導入用ガス ４ プラズマ発生用フィラメント ５ プラズマ ６ 加速電極 ７ 加速電源 ８ 絶縁スペーサ ９ 減速電極 １０ 減速電源 １１ 保護電極 １２ イオン源用絶縁スペーサ １３ 加工室 １４ マイクロ波中和器 １５ 絶縁スペーサ １６ 永久磁石 １７ 磁力線 １８ 磁場 １９ 開口部 ２０ 屈曲部 ２１ 真空側導波管 ２２ 開口部 ２３ 石英板 ２４ 大気側導波管 ２５ 中和器用電源 ２６ ホルダ ２７ ウエハ ２８ 防着板 ２９ 絶縁スペーサ ３０ 排気用開口部 ３１ ザグリ面 ３２ Ｏリング用溝 ３３ Ｏリング ３４ マイクロ波 ３５ 高プラズマ密度部分 ３６ イオンビーム ３７ イオン ３８ 電子 ３９ 導波管接続部 ４０ 直管開口型導波管 ４１ テーパー開口型導波管 ４２ 絶縁スペーサ ４３ 帯状電極 ４４ 絶縁スペーサ ４５ 導線 ４６ 開口部 ４７ 環状電極 ４８、４９ 開口部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 市村 智 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株式会社 日立製作所 電力・電機開発 本部内 (56)参考文献 特開 平８−296069（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−96895（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−176373（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/3065 C23F 4/00 H05H 1/46 B23K 15/00 508

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 加工用プラズマを生成するイオン源と、
    真空容器としてイオン源に隣接して配置されて加工対象
    を収納する加工室と、前記イオン源と前記加工室との間
    に配置されて前記イオン源の加工用プラズマから加工室
    内に加工用イオンビームを引き出して加工対象に照射す
    る引出し電極と、前記加工室の開口部を介して加工室外
    から加工室内の引出し電極近傍の領域にマイクロ波を導
    入し導入したマイクロ波を前記加工用イオンビームの伝
    搬領域の周囲に形成された環状の磁場に導いて環状の中
    和用プラズマを生成する中和用プラズマ生成手段と、前
    記加工室の電位に対して負電位に維持されて前記中和用
    プラズマ中のイオンを捕集するイオン捕集手段とを備
    え、当該イオン捕集手段は、前記加工用イオンビームの
    伝播領域の周囲を囲む環状体を有し、当該環状体内に前
    記マイクロ波を導入する開口部が形成され、前記加工室
    内であって、前記環状体の外周部に、前記磁場を形成す
    る磁場形成部材が配列されているイオンビーム加工装
    置。
  2. 【請求項２】 前記中和用プラズマ生成手段は、前記加
    工室の開口部を閉塞するマイクロ波透過板を間にして前
    記加工室外に配置されてマイクロ波発生器からのマイク
    ロ波を前記加工室の開口部まで伝送する大気側導波管
    と、前記加工室内の開口部側から加工室内の引出し電極
    近傍の領域にわたって配置されて前記マイクロ波透過板
    を透過したマイクロ波を伝送する真空側導波管と、真空
    側導波管の管路端に固定されて前記加工用イオンビーム
    の伝搬領域の周囲を囲む環状体と、環状体の外周側に磁
    極が相異なる磁性体が複数個相対向して配置されて前記
    環状体の周方向に沿って環状の磁場を形成する磁場形成
    部材とを備えて構成され、前記イオン捕集手段は、前記
    加工室の電位に対して負電位となる中和器用電源を有
    し、前記環状体を環状電極として前記環状体に前記中和
    器用電源を接続してなり、前記真空側導波管は絶縁部材
    を介して前記加工室に接続されてなることを特徴とする
    請求項１記載のイオンビーム加工装置。
  3. 【請求項３】 前記中和用プラズマ生成手段は、前記加
    工室の開口部を閉塞するマイクロ波透過板を間にして前
    記加工室外に配置されてマイクロ波発生器からのマイク
    ロ波を前記加工室の開口部まで伝送する大気側導波管
    と、前記加工室内の開口部側から加工室内の引出し電極
    近傍の領域にわたって配置されて前記マイクロ波透過板
    を透過したマイクロ波を伝送する真空側導波管と、真空
    側導波管の管路端に固定されて前記加工用イオンビーム
    の伝搬領域の周囲を囲む環状体と、環状体の外周側に磁
    極が相異なる磁性体が複数個相対向して配置されて前記
    環状体の周方向に沿って環状の磁場を形成する磁場形成
    部材とを備えて構成され、前記イオン捕集手段は、前記
    加工室の電位に対して負電位となる中和器用電源を有
    し、前記環状体を環状電極として前記環状体に前記中和
    器用電源を接続してなり、前記真空側導波管は絶縁部材
    を介して前記環状体に接続されてなることを特徴とする
    請求項１記載のイオンビーム加工装置。
  4. 【請求項４】 前記中和用プラズマ生成手段は、前記加
    工室の開口部を閉塞するマイクロ波透過板を間にして前
    記加工室外に配置されてマイクロ波発生器からのマイク
    ロ波を前記加工室の開口部まで伝送する大気側導波管
    と、前記加工室内の開口部側から加工室内の引出し電極
    近傍の領域にわたって配置されて前記マイクロ波透過板
    を透過したマイクロ波を伝送する真空側導波管と、真空
    側導波管の管路端に固定されて前記加工用イオンビーム
    の伝搬領域の周囲を囲む環状体と、環状体の外周側に磁
    極が相異なる磁性体が複数個相対向して配置されて前記
    環状体の周方向に沿って環状の磁場を形成する磁場形成
    部材とを備えて構成され、前記イオン捕集手段は、前記
    加工室の電位に対して負電位となる中和器用電源と、前
    記環状体の内周側に絶縁部材を介して固定されて前記中
    和器用電源に接続された環状電極とを備えて構成されて
    なることを特徴とする請求項１記載のイオンビーム加工
    装置。
  5. 【請求項５】 前記引出し電極に隣接して前記加工室内
    に配置されて前記中和用プラズマ中のイオンを捕集する
    保護電極を備え、前記保護電極は前記中和用電源または
    前記加工室の電位と同一電位の電源に接続されてなるこ
    とを特徴とする請求項２、３または４記載のイオンビー
    ム加工装置。
  6. 【請求項６】 前記真空側導波管は、その管路途中に前
    記マイクロ波透過板を透過したマイクロ波を前記環状体
    側に反射させる屈曲部を有することを特徴とする請求項
    ２、３、４または５記載のイオンビーム加工装置。
  7. 【請求項７】 前記真空側導波管の管路のうち前記環状
    体側の管路は、直管形状に形成されて前記環状体の開口
    部に一体となって接合されてなることを特徴とする請求
    項２、３、４、５または６記載のイオンビーム加工装
    置。
  8. 【請求項８】 前記真空側導波管の管路のうち前記環状
    体側の管路は、テーパー形状に形成されて前記環状体の
    開口部に一体となって接合されてなることを特徴とする
    請求項２、３、４、５または６記載のイオンビーム加工
    装置。
  9. 【請求項９】 前記真空側導波管の前記環状体側管路端
    が前記開口部に嵌合されてなることを特徴とする請求項
    ２、３、４、５、６または７記載のイオンビーム加工装
    置。
  10. 【請求項１０】 前記磁場形成部材は、相対向して配置
    された複数個の磁性体から発生する磁力線によって前記
    環状体の内周側にマリチリングカスプ磁場を形成してな
    ることを特徴とする請求項２、３、４、５、６、７、８
    または９記載のイオンビーム加工装置。
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