JP4683036B2

JP4683036B2 - Ion source

Info

Publication number: JP4683036B2
Application number: JP2007296279A
Authority: JP
Inventors: 尚樹久保田; 亨佐々木; 敏松井
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2007-11-15
Filing date: 2007-11-15
Publication date: 2011-05-11
Anticipated expiration: 2027-11-15
Also published as: JP2009123522A

Description

本発明は、イオン源に関する。 The present invention relates to an ion source.

放電容器内に生成されたプラズマからイオン粒子を引出してイオンビームを出射するイオン源が知られている。このようなイオン源は、イオンビームエッチング装置（イオンミリング装置ともいう。）等のイオンビーム処理装置に用いられる。イオンビームエッチング装置を用いると、イオン源から出射されたイオンビームを基板の表面に照射することにより、その基板をエッチングすることができる。 There is known an ion source that extracts ion particles from a plasma generated in a discharge vessel and emits an ion beam. Such an ion source is used in an ion beam processing apparatus such as an ion beam etching apparatus (also referred to as an ion milling apparatus). When an ion beam etching apparatus is used, the substrate can be etched by irradiating the surface of the substrate with an ion beam emitted from an ion source.

このようなイオンビーム処理装置は、放電容器内から出射されるイオンビームの強度が均一であることが求められる。イオンビームの強度分布を均一化する方法として、放電容器内におけるプラズマ分布を制御する方法や、放電容器からイオンビームを引出す際にプラズマ分布を均一化する方法等が考えられる。 Such an ion beam processing apparatus is required to have a uniform intensity of the ion beam emitted from the discharge vessel. As a method for making the ion beam intensity distribution uniform, a method for controlling the plasma distribution in the discharge vessel, a method for making the plasma distribution uniform when extracting the ion beam from the discharge vessel, and the like can be considered.

例えば、特許文献１に開示されるイオンビーム処理装置では、放電容器の上面及び側面に沿うような補助電極を設け、放電容器内で生成されたプラズマに対し電界を与えることにより、放電容器内のプラズマ分布を制御している。
特開２００２−２１６６５３号公報 For example, in the ion beam processing apparatus disclosed in Patent Document 1, auxiliary electrodes are provided along the top and side surfaces of the discharge vessel, and an electric field is applied to the plasma generated in the discharge vessel, thereby The plasma distribution is controlled.
JP 2002-216653 A

しかしながら、上述のイオンビーム処理装置では、既に生成されたプラズマを制御するため、プラズマ密度を均一にするには限界があった。さらに、補助電極が上面及び側面に沿うように設けられているため、放電容器中央部のプラズマ密度を制御することは困難であった。 However, the above-described ion beam processing apparatus has a limit in making the plasma density uniform in order to control the plasma that has already been generated. Furthermore, since the auxiliary electrode is provided along the upper surface and the side surface, it is difficult to control the plasma density in the central portion of the discharge vessel.

そこで、本発明は、放電容器内におけるプラズマ密度分布を均一化できるイオン源を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an ion source capable of making the plasma density distribution in the discharge vessel uniform.

上述の課題を解決するため、本発明は、放電容器と、前記放電容器外に設けられ、前記放電容器内に軸心が位置するコイルと、前記コイルに高周波電力を供給する高周波電源と、前記放電容器内であって前記コイルの前記軸心上に設けられ、少なくとも一部が前記コイル内に位置する中心電極と、前記中心電極を囲むように前記放電容器内に設けられ、少なくとも一部が前記コイル内に位置し、前記中心電極に印加される電圧よりも高い電圧が印加される外周電極と、を備え、前記高周波電源は、前記中心電極及び前記外周電極にも高周波電力を供給するイオン源を提供している。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a discharge vessel, a coil provided outside the discharge vessel and having an axial center located in the discharge vessel, a high-frequency power source for supplying high-frequency power to the coil, A central electrode located in the discharge vessel and on the axis of the coil, at least a part of which is located in the coil; and provided in the discharge vessel so as to surround the central electrode, and at least a part of And an outer peripheral electrode to which a voltage higher than a voltage applied to the center electrode is applied , and the high-frequency power source is an ion that supplies high-frequency power to the center electrode and the outer electrode. Providing a source.

このようなイオン源によれば、中心電極をコイルの軸心上に配置することにより、最も電界が密になる空間を占有してコイルの軸心付近に電子が集中することを防ぐことができる。さらに、中心電極及び外周電極の少なくとも一部はコイル内に位置しているので、中心電極と外周電極との間に電界を発生させて放電を起こし、プラズマを発生させることができる。また、中心電極よりも外周電極に印加される電圧の方が高いので、中心電極から外周電極へ向かう放射状の電磁界が発生し、コイルの軸心付近の電子を外周電極側へと移動させることができる。よって、放電容器内のプラズマ密度を均一にすることができる。また、中心電極及び外周電極に高周波電力を供給するための電源を別途用意する必要がなく、部品点数の増加を防止することができる。 According to such an ion source, by arranging the center electrode on the axis of the coil, it is possible to occupy the space where the electric field is most dense and prevent the electrons from concentrating near the axis of the coil. . Furthermore, since at least a part of the center electrode and the outer peripheral electrode is located in the coil, an electric field can be generated between the central electrode and the outer peripheral electrode to cause a discharge, thereby generating plasma. In addition, since the voltage applied to the outer electrode is higher than that of the center electrode, a radial electromagnetic field from the center electrode to the outer electrode is generated, and electrons near the axis of the coil are moved toward the outer electrode. Can do. Therefore, the plasma density in the discharge vessel can be made uniform. Further, it is not necessary to separately prepare a power source for supplying high frequency power to the center electrode and the outer peripheral electrode, and an increase in the number of components can be prevented.

また、前記外周電極は複数設けられていることが好ましい。 Moreover, it is preferable that a plurality of the outer peripheral electrodes are provided.

このようなイオン源によれば、放電容器内のプラズマ密度の分布偏りに応じて、放電を制御することで、各電極間に発生する電界を調整し、放電容器内のプラズマ密度を均一にすることができる。 According to such an ion source, the electric field generated between the electrodes is adjusted and the plasma density in the discharge vessel is made uniform by controlling the discharge according to the uneven distribution of the plasma density in the discharge vessel. be able to.

また、前記複数の外周電極は、前記中心電極を中心とする円周上において等間隔に配置されていることが好ましい。 The plurality of outer peripheral electrodes are preferably arranged at equal intervals on a circumference centered on the central electrode.

このようなイオン源によれば、複数の外周電極は、中心電極を中心とする円周上において等間隔に配置されているので、各外周電極と中心電極との距離が等しく、さらに、各外周電極間の距離がそれぞれ等しいため、各外周電極の磁界特性は等しくなる。よって、放電容器内のプラズマ密度を均一にするための電力の調整が容易となる。 According to such an ion source, since the plurality of outer peripheral electrodes are arranged at equal intervals on the circumference centered on the center electrode, the distance between each outer peripheral electrode and the center electrode is equal, and each outer peripheral electrode Since the distances between the electrodes are equal, the magnetic field characteristics of the outer peripheral electrodes are equal. Therefore, it is easy to adjust the power for making the plasma density in the discharge vessel uniform.

また、前記高周波電源から供給される電力のうち、前記中心電極に供給される電力及び前記外周電極に供給される電力の少なくとも一方を変更可能な電力分配器を備えることが好ましい。 Moreover, it is preferable to provide a power distributor capable of changing at least one of the power supplied to the center electrode and the power supplied to the outer peripheral electrode among the power supplied from the high-frequency power source.

このようなイオン源によれば、高周波電源から供給される電力のうち、中心電極に供給される電力及び外周電極に供給される電力の少なくとも一方を変更可能な電力分配器を備えるので、放電容器内のプラズマ密度分布に応じて、中心電極及び外周電極に供給される電力を最適な値に制御することができる。 According to such an ion source, since the power distributor that can change at least one of the power supplied to the center electrode and the power supplied to the outer peripheral electrode among the power supplied from the high-frequency power source is provided, the discharge vessel The electric power supplied to the center electrode and the outer peripheral electrode can be controlled to an optimum value according to the plasma density distribution inside.

また、前記中心電極及び前記外周電極の少なくとも一方を冷却する冷却手段を備えることが好ましい。 Moreover, it is preferable to provide a cooling means for cooling at least one of the center electrode and the outer peripheral electrode.

このようなイオン源によれば、中心電極及び外周電極の温度上昇による放電特性の変化を抑制することができる。よって、放電容器内におけるプラズマ密度が経時変化することなく、均一に維持することができる。 According to such an ion source, it is possible to suppress a change in discharge characteristics due to a temperature rise of the center electrode and the outer peripheral electrode. Therefore, the plasma density in the discharge vessel can be kept uniform without changing over time.

また、前記冷却手段は、前記中心電極及び前記外周電極の少なくとも一方の内部に冷却媒体の流路を有することが好ましい。 Moreover, it is preferable that the said cooling means has a flow path of a cooling medium inside at least one of the said center electrode and the said outer periphery electrode.

このようなイオン源によれば、中心電極及び外周電極は自身の内部に冷却媒体を流すことにより冷却されるため、効果的に中心電極及び外周電極を冷却できると共に、装置の大型化を抑制することができる。 According to such an ion source, the center electrode and the outer peripheral electrode are cooled by flowing a cooling medium therein, so that the center electrode and the outer peripheral electrode can be effectively cooled, and an increase in the size of the apparatus is suppressed. be able to.

また、前記中心電極及び前記外周電極の少なくとも一方は、前記放電容器に移動可能に支持される基端部と、前記基端部から前記コイルの軸方向に延びる他端部とを有することが好ましい。 Moreover, it is preferable that at least one of the center electrode and the outer peripheral electrode has a base end portion that is movably supported by the discharge vessel, and another end portion that extends from the base end portion in the axial direction of the coil. .

このようなイオン源によれば、基端部を放電容器に対し移動させることにより、コイル内に位置する電極の長さを変更することができる。よって、簡易な構成によって、中心電極及び外周電極が延出する方向における放電量を調整することができる。 According to such an ion source, the length of the electrode located in the coil can be changed by moving the base end portion with respect to the discharge vessel. Therefore, the discharge amount in the direction in which the center electrode and the outer peripheral electrode extend can be adjusted with a simple configuration.

また、前記中心電極及び前記外周電極の少なくとも一方は、前記放電容器に対し着脱可能に構成されていることが好ましい。 Moreover, it is preferable that at least one of the center electrode and the outer peripheral electrode is configured to be detachable from the discharge vessel.

このようなイオン源によれば、中心電極及び外周電極は放電容器に対し着脱可能に構成されているため、要求されるプラズマ密度に応じて最適な外径を有する中心電極及び外周電極を装着することができる。つまり、異なる外径を有する中心電極及び外周電極を用いることにより、放電容器のうちプラズマを発生させない領域を調整し、放電容器内のプラズマ密度を調整することができる。 According to such an ion source, since the center electrode and the outer peripheral electrode are configured to be detachable from the discharge vessel, the center electrode and the outer peripheral electrode having optimum outer diameters are mounted according to the required plasma density. be able to. That is, by using the center electrode and the outer peripheral electrode having different outer diameters, it is possible to adjust a region in the discharge vessel where no plasma is generated, and to adjust the plasma density in the discharge vessel.

また、前記中心電極及び前記外周電極の少なくとも一方は、外周を覆う絶縁部材を備えることが好ましい。 Moreover, it is preferable that at least one of the center electrode and the outer peripheral electrode includes an insulating member that covers the outer periphery.

このようなイオン源によれば、中心電極及び外周電極の外周は絶縁部材によって覆われているため、放電容器内のプラズマと反応したり、電極が腐食して生成される飛散物によって放電容器内が汚染されたりすることを防止することができる。 According to such an ion source, since the outer periphery of the center electrode and the outer peripheral electrode is covered with the insulating member, it reacts with the plasma in the discharge container or is scattered in the discharge container due to the spatter generated by the corrosion of the electrode. Can be prevented from being contaminated.

本発明によれば、放電容器内におけるプラズマ密度分布を均一化できるイオン源を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the ion source which can make uniform the plasma density distribution in a discharge vessel can be provided.

本発明の実施の形態に係るイオン源について、図１乃至図３に基づき説明する。図１に示されるイオンビームエッチング装置１は、イオンビームＢを発生させるイオン源２と、イオンビームＢが照射される基板５を収容するチャンバ３とを備える。イオン源２には、プラズマを生成するためのアルゴンガスを供給するガス供給源４が接続されている。イオンビームＢはチャンバ３内を進行し、基板５をエッチングする。基板５としては、例えば、薄膜磁気ヘッド等の基板が挙げられ、この場合、薄膜磁気ヘッドのスライダ等をエッチングする。基板５は、接地された基板ホルダ３１によって支持されている。 An ion source according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. An ion beam etching apparatus 1 shown in FIG. 1 includes an ion source 2 that generates an ion beam B and a chamber 3 that houses a substrate 5 irradiated with the ion beam B. A gas supply source 4 that supplies argon gas for generating plasma is connected to the ion source 2. The ion beam B travels in the chamber 3 and etches the substrate 5. Examples of the substrate 5 include a substrate such as a thin film magnetic head. In this case, a slider or the like of the thin film magnetic head is etched. The substrate 5 is supported by a grounded substrate holder 31.

チャンバ３内には、イオンビームＢを中和するためのニュートライザ３２が設置されている。例えばイオンビームＢがＡｒ＋等の陽イオンの場合には、ニュートライザ３２から電子が放出され、チャンバ３内の空間電荷が中和される。また、チャンバ３には、チャンバ３内を所定の圧力に維持するための真空ポンプ３３が接続されている。 A neutralizer 32 for neutralizing the ion beam B is installed in the chamber 3. For example, when the ion beam B is a positive ion such as Ar +, electrons are emitted from the neutralizer 32 and the space charge in the chamber 3 is neutralized. The chamber 3 is connected to a vacuum pump 33 for maintaining the chamber 3 at a predetermined pressure.

図２に示されるイオン源２は、真空容器２０と、開口２１ａが形成された放電容器２１と、放電容器２１外に設けられたコイル２２と、コイル２２に高周波電力を供給する高周波電源６１と、放電容器２１内に生成されたプラズマ中のイオンを開口２１ａから引出してイオンビームＢを発生させる引出電極２５と、を備えている。真空容器２０は、チャンバ３（図１）を介して真空ポンプ３３と接続され、ステンレス等によって形成されている。 The ion source 2 shown in FIG. 2 includes a vacuum vessel 20, a discharge vessel 21 having an opening 21a, a coil 22 provided outside the discharge vessel 21, and a high-frequency power supply 61 that supplies high-frequency power to the coil 22. And an extraction electrode 25 for extracting ions in the plasma generated in the discharge vessel 21 from the opening 21a and generating an ion beam B. The vacuum vessel 20 is connected to the vacuum pump 33 via the chamber 3 (FIG. 1) and is formed of stainless steel or the like.

放電容器２１は、真空容器２０内に配置されている。放電容器２１は、石英やアルミニウム酸化物等の誘電体材料によって、図の下方に開口部２１ａを有する円筒状に形成されている。図２における放電容器２１の上面には、ガス供給装置４から放電容器２１内へとガスを供給する供給管４１が接続される供給口２１ｂと、後述の中心電極２３及び外周電極２４を保持する中心保持部２１Ａ及び外周保持部２１Ｂとが設けられている。 The discharge vessel 21 is disposed in the vacuum vessel 20. The discharge vessel 21 is formed of a dielectric material such as quartz or aluminum oxide into a cylindrical shape having an opening 21a below the figure. On the upper surface of the discharge vessel 21 in FIG. 2, a supply port 21 b to which a supply tube 41 for supplying gas from the gas supply device 4 into the discharge vessel 21 is connected, and a center electrode 23 and an outer peripheral electrode 24 described later are held. A center holding portion 21A and an outer periphery holding portion 21B are provided.

コイル２２は、真空容器２０内であって、放電容器２１外に設けられている。コイル２２は、放電容器２１内に軸心が位置するように設けられている。コイル２２には、整合器６２を介して高周波電源６１が接続されている。高周波電源６１は、例えば高周波電源又は高周波アンプである。高周波電源６１の周波数は、数ＭＨｚ〜十数ＭＨｚ（例えば、２〜１３．５ＭＨｚ）であって、本実施の形態では、約４ＭＨｚである。高周波電源６１は、放電容器２１の容量及び形状に応じて、例えば２００〜２０００Ｗの電力をコイル２２に印加する。 The coil 22 is provided inside the vacuum vessel 20 and outside the discharge vessel 21. The coil 22 is provided so that the axis is located in the discharge vessel 21. A high frequency power supply 61 is connected to the coil 22 via a matching unit 62. The high frequency power supply 61 is, for example, a high frequency power supply or a high frequency amplifier. The frequency of the high frequency power supply 61 is several MHz to several tens of MHz (for example, 2 to 13.5 MHz), and is about 4 MHz in the present embodiment. The high frequency power supply 61 applies, for example, 200 to 2000 W of power to the coil 22 according to the capacity and shape of the discharge vessel 21.

また、図３に示されるように、放電容器２１内には、コイル２２の軸心上に位置する中心電極２３と、中心電極２３を囲むように配置される複数の外周電極２４が設けられている。図２に示されるように、中心電極２３及び外周電極２４は、その一部がコイル２２内に位置するように設けられている。なお、図３において引出電極２５は省略されている。 Further, as shown in FIG. 3, the discharge vessel 21 is provided with a center electrode 23 located on the axis of the coil 22 and a plurality of outer peripheral electrodes 24 arranged so as to surround the center electrode 23. Yes. As shown in FIG. 2, the center electrode 23 and the outer peripheral electrode 24 are provided so that a part thereof is located in the coil 22. In FIG. 3, the extraction electrode 25 is omitted.

中心電極２３は、基端部２３Ａと、基端部２３Ａからコイル２２の軸方向に延びる他端部２３Ｂとを有し、円柱状に形成されている。基端部２３Ａは、放電容器２１の上面に設けられた中央保持部２１Ａによって、中心電極２３の軸方向に沿って移動可能に支持されている。また、基端部２３Ａを中央保持部２１Ａから取外すことにより、中心電極２３は放電容器２１に対し着脱可能に構成されている。中心電極２３は、内部に自身を冷却するための冷却媒体の流路（図示なし）が形成され、外周は絶縁部材によって覆われている。 The center electrode 23 has a base end portion 23A and another end portion 23B extending from the base end portion 23A in the axial direction of the coil 22 and is formed in a columnar shape. The base end portion 23 A is supported by a central holding portion 21 A provided on the upper surface of the discharge vessel 21 so as to be movable along the axial direction of the center electrode 23. Further, the center electrode 23 is configured to be detachable from the discharge vessel 21 by removing the base end portion 23A from the center holding portion 21A. The center electrode 23 is formed therein with a cooling medium flow path (not shown) for cooling itself, and the outer periphery is covered with an insulating member.

中心電極２３は、整合器６２及び電力分配器６３を介して高周波電源６１に接続されている。整合器６２は、高周波電源６１から供給される電力を調整する。電力分配器６３は、可変コンデンサであって、高周波電源６１から供給される電力をコイル２２、中心電極２３及び外周電極２４間で分配する。具体的には、電力分配器６３は、中心電極２３及び外周電極２４に印加される電圧を変更している。 The center electrode 23 is connected to the high frequency power supply 61 via the matching unit 62 and the power distributor 63. The matching unit 62 adjusts the power supplied from the high frequency power supply 61. The power distributor 63 is a variable capacitor and distributes the power supplied from the high frequency power supply 61 among the coil 22, the center electrode 23, and the outer peripheral electrode 24. Specifically, the power distributor 63 changes the voltage applied to the center electrode 23 and the outer peripheral electrode 24.

図３に示されるように、外周電極２４は複数設けられており、中心電極２３を中心とする円周上において等間隔に配置されている。外周電極２４は、図２に示されるように、中心電極２３と同様に、基端部２４Ａと、基端部２４Ａからコイル２２の軸方向に延びる他端部２４Ｂとを有し、円筒状に形成されている。基端部２４Ａは、放電容器２１の上面に設けられた外周保持部２１Ｂによって、外周電極２４の軸方向に沿って移動可能に支持されている。また、基端部２４Ａを外周保持部２１Ｂから取外すことにより、外周電極２４は放電容器２１に対し着脱可能に構成されている。また、外周電極２４は、内部に自身を冷却するための冷却媒体の流路（図示なし）が形成され、外周は絶縁部材によって覆われている。 As shown in FIG. 3, a plurality of outer peripheral electrodes 24 are provided, and are arranged at equal intervals on a circumference centered on the center electrode 23. As shown in FIG. 2, the outer peripheral electrode 24 has a base end portion 24A and a second end portion 24B extending from the base end portion 24A in the axial direction of the coil 22, like the center electrode 23, and has a cylindrical shape. Is formed. The base end portion 24 A is supported by an outer peripheral holding portion 21 B provided on the upper surface of the discharge vessel 21 so as to be movable along the axial direction of the outer peripheral electrode 24. Further, the outer peripheral electrode 24 is configured to be detachable from the discharge vessel 21 by removing the base end portion 24A from the outer peripheral holding portion 21B. The outer peripheral electrode 24 has a cooling medium flow path (not shown) for cooling itself, and the outer periphery is covered with an insulating member.

外周電極２４は、整合器６２、電力分配器６３に加え、インダクタ６４を介して高周波電源６１と接続されている。インダクタ６４は、外周電極２４に所定の抵抗を与えることにより、高周波電源６１からコイル２２に供給される高周波電力の下限値を規定している。 The outer peripheral electrode 24 is connected to a high-frequency power source 61 through an inductor 64 in addition to the matching unit 62 and the power distributor 63. The inductor 64 defines a lower limit value of the high frequency power supplied from the high frequency power supply 61 to the coil 22 by giving a predetermined resistance to the outer peripheral electrode 24.

上記の構成により、高周波電源６１は、整合器６２、電力分配器６３及びインダクタ６４によって、コイル２２、中心電極２３及び外周電極２４に所定の高周波電力を供給することができる。なお、本実施の形態では、中心電極２３に印加される電圧は、外周電極２４に印加される電圧よりも低くなっている。 With the above configuration, the high frequency power supply 61 can supply predetermined high frequency power to the coil 22, the center electrode 23, and the outer peripheral electrode 24 by the matching unit 62, the power distributor 63, and the inductor 64. In the present embodiment, the voltage applied to the center electrode 23 is lower than the voltage applied to the outer peripheral electrode 24.

引出電極２５は、スクリーングリッド２６、加速グリッド２７及び減速グリッド２８を有する。スクリーングリッド２６、加速グリッド２７及び減速グリッド２８は、放電容器２１の内側から外側に向けて順に配置される。スクリーングリッド２６、加速グリッド２７及び減速グリッド２８は、それぞれ複数の穴が形成された金属板である。 The extraction electrode 25 has a screen grid 26, an acceleration grid 27, and a deceleration grid 28. The screen grid 26, the acceleration grid 27, and the deceleration grid 28 are sequentially arranged from the inside to the outside of the discharge vessel 21. The screen grid 26, the acceleration grid 27, and the deceleration grid 28 are metal plates each having a plurality of holes.

スクリーングリッド２６は、プラズマと加速グリッド２７とを分離している。スクリーングリッド２６には、プラスの高電圧を連続的に印加するための直流電源６５が接続されている。スクリーングリッド２６に印加される電圧は、例えば４００〜１５００Ｖである。スクリーングリッド２６に印加される電圧は、イオンビームＢのイオンビームエネルギーを決定する。 The screen grid 26 separates the plasma and the acceleration grid 27. A DC power supply 65 for continuously applying a positive high voltage is connected to the screen grid 26. The voltage applied to the screen grid 26 is 400-1500V, for example. The voltage applied to the screen grid 26 determines the ion beam energy of the ion beam B.

加速グリッド２７には、マイナスの高電圧を連続的に印加するための直流電源６６が接続されている。加速グリッド２７に印加される電圧は、−２００〜−１０００Ｖである。また、減速グリッド２８は接地されている。引出電極２５は、加速グリッド２７と減速グリッド２８との電位差を調整することにより、レンズ効果を用いてイオンビームＢ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。 A DC power source 66 for continuously applying a negative high voltage is connected to the acceleration grid 27. The voltage applied to the acceleration grid 27 is −200 to −1000V. The deceleration grid 28 is grounded. The extraction electrode 25 can control the ion beam diameter of the ion beam B within a predetermined numerical range using the lens effect by adjusting the potential difference between the acceleration grid 27 and the deceleration grid 28.

上記の構成により、次のようにしてイオン源２はイオンビームＢを出射する。まず、真空ポンプ３３（図１）によって、放電容器２１内を約１０^−５Ｐａ程度の圧力に減圧し、イオンガス供給源４からＡｒガス等のガスを放電容器２１内に導入する。続いて、高周波電源６１からコイル２２に高周波電力を供給することによって、放電容器２１内に電磁界を発生させ、放電容器２１内にプラズマを生成させる。このプラズマ中のＡｒ＋等のイオンを、引出電極２５によりイオンビームＢとして引出す。 With the above configuration, the ion source 2 emits the ion beam B as follows. First, the inside of the discharge vessel 21 is reduced to a pressure of about 10 ⁻⁵ Pa by the vacuum pump 33 (FIG. 1), and a gas such as Ar gas is introduced into the discharge vessel 21 from the ion gas supply source 4. Subsequently, by supplying high frequency power from the high frequency power supply 61 to the coil 22, an electromagnetic field is generated in the discharge vessel 21, and plasma is generated in the discharge vessel 21. Ions such as Ar + in the plasma are extracted as an ion beam B by the extraction electrode 25.

高周波電源６１からコイル２２に高周波電力を供給する際、つまり、放電容器２１内にプラズマを生成させる際には、中心電極２３及び外周電極２４にも高周波電力が供給される。このとき、中心電極２３よりも外周電極２４に印加される電圧の方が高いので、中心電極２３から外周電極２４へ向かう放射状の電磁界が発生し、コイル２２の軸心付近の電子を外周電極２４側へと移動させる。つまり、中心電極２３をコイル２２の軸心上に配置することにより、最も電界が密になる空間を占有して、コイル２２の軸心付近に電子が集中することを防ぐことができる。さらに、中心電極２３及び外周電極２４の少なくとも一部はコイル内に位置しているので、中心電極２３と外周電極２４との間で電磁界を発生させ、電子を外周電極２４側へと移動させ、放電を起こすことができる。よって、放電容器２１内のプラズマ密度（電子密度）を均一にすることができる。 When high frequency power is supplied from the high frequency power supply 61 to the coil 22, that is, when plasma is generated in the discharge vessel 21, high frequency power is also supplied to the center electrode 23 and the outer peripheral electrode 24. At this time, since the voltage applied to the outer peripheral electrode 24 is higher than that of the central electrode 23, a radial electromagnetic field from the central electrode 23 toward the outer peripheral electrode 24 is generated, and electrons near the axis of the coil 22 are transferred to the outer peripheral electrode. Move to 24 side. In other words, by arranging the center electrode 23 on the axis of the coil 22, it is possible to occupy the space where the electric field is most dense and to prevent the electrons from concentrating near the axis of the coil 22. Further, since at least a part of the center electrode 23 and the outer peripheral electrode 24 is located in the coil, an electromagnetic field is generated between the central electrode 23 and the outer peripheral electrode 24 to move electrons to the outer peripheral electrode 24 side. , Can cause discharge. Therefore, the plasma density (electron density) in the discharge vessel 21 can be made uniform.

また、複数の外周電極２４を設けたため、放電容器２１内のプラズマ密度（電子密度）の分布偏りに応じて、放電を制御することで、各電極間に発生する電磁界を調整し、放電容器２１内のプラズマ密度（電子密度）を均一にすることができる。 Further, since the plurality of outer peripheral electrodes 24 are provided, the electromagnetic field generated between the respective electrodes is adjusted by controlling the discharge in accordance with the distribution deviation of the plasma density (electron density) in the discharge container 21, so that the discharge container The plasma density (electron density) in 21 can be made uniform.

また、複数の外周電極２４は、中心電極２３を中心とする円周上において等間隔に配置されているので、各外周電極２４と中心電極２３との距離が等しく、さらに、各外周電極２４間の距離がそれぞれ等しいため、各外周電極２４の磁界特性は等しくなる。よって、放電容器２１内のプラズマ密度を均一にするための電力の調整が容易となる。 Further, since the plurality of outer peripheral electrodes 24 are arranged at equal intervals on the circumference centered on the center electrode 23, the distance between each outer peripheral electrode 24 and the center electrode 23 is equal, and further, between the outer peripheral electrodes 24. Therefore, the magnetic field characteristics of the outer peripheral electrodes 24 are equal. Therefore, it is easy to adjust the power for making the plasma density in the discharge vessel 21 uniform.

また、中心電極２３及び外周電極２４は高周波電源６１に接続されているため、中心電極２３及び外周電極２４に高周波電力を供給するための電源を別途用意する必要がなく、装置の大型化を抑制することができる。 In addition, since the center electrode 23 and the outer peripheral electrode 24 are connected to the high frequency power supply 61, it is not necessary to separately prepare a power source for supplying high frequency power to the center electrode 23 and the outer peripheral electrode 24, thereby suppressing an increase in size of the apparatus. can do.

また、電力分配器６３によって、高周波電源６１から供給される電力のうち、中心電極２３及び外周電極２４に供給される電力を変更可能であるため、放電容器２１内のプラズマ密度（電子密度）分布に応じて、中心電極２３及び外周電極２４に供給される電力を最適な値に制御することができる。 Moreover, since the power supplied to the center electrode 23 and the outer peripheral electrode 24 among the power supplied from the high frequency power supply 61 can be changed by the power distributor 63, the plasma density (electron density) distribution in the discharge vessel 21 can be changed. Accordingly, the power supplied to the center electrode 23 and the outer peripheral electrode 24 can be controlled to an optimum value.

また、中心電極２３及び外周電極２４は、自身の内部に冷却媒体を流すことにより冷却されるため、中心電極２３及び外周電極２４の温度上昇による放電特性の変化を抑制することができる。よって、放電容器２１内におけるプラズマ密度が経時変化することなく、均一に維持することができる。また、効果的に中心電極２３及び外周電極２４を冷却できると共に、部品点数の増加を抑制することができる。 In addition, since the center electrode 23 and the outer peripheral electrode 24 are cooled by flowing a cooling medium in the center electrode 23 and the outer peripheral electrode 24, it is possible to suppress a change in discharge characteristics due to a temperature rise of the center electrode 23 and the outer peripheral electrode 24. Therefore, the plasma density in the discharge vessel 21 can be kept uniform without changing over time. In addition, the center electrode 23 and the outer peripheral electrode 24 can be effectively cooled, and an increase in the number of parts can be suppressed.

また、中心電極２３及び外周電極２４は、基端部２３Ａ及び２４Ａを放電容器２１に対して移動させることにより、コイル２２内に位置する両電極の長さを変更することができる。よって、簡易な構成によって、中心電極２３及び外周電極２４が延出する方向において放電量を調整することができる。 Moreover, the center electrode 23 and the outer peripheral electrode 24 can change the length of both electrodes located in the coil 22 by moving base end part 23A and 24A with respect to the discharge vessel 21. FIG. Therefore, with a simple configuration, the discharge amount can be adjusted in the direction in which the center electrode 23 and the outer peripheral electrode 24 extend.

また、中心電極２３及び外周電極２４は放電容器２１に対し着脱可能に構成されているため、要求されるプラズマ密度に応じて最適な外径を有する中心電極２３及び外周電極２４を装着することができる。つまり、異なる外径の中心電極及び外周電極を用いて、放電容器２１のうちプラズマを発生させない領域を調整し、放電容器２１内のプラズマ密度（電子密度）を調整することができる。 Further, since the center electrode 23 and the outer peripheral electrode 24 are configured to be detachable from the discharge vessel 21, it is possible to mount the center electrode 23 and the outer peripheral electrode 24 having optimum outer diameters according to the required plasma density. it can. That is, by using the center electrode and the outer peripheral electrode having different outer diameters, it is possible to adjust a region in the discharge vessel 21 where plasma is not generated, and to adjust the plasma density (electron density) in the discharge vessel 21.

また、中心電極２３及び外周電極２４の外周は絶縁部材によって覆われているため、放電容器２１内のプラズマと反応したり、中心電極２３及び外周電極２４が腐食して生成される飛散物によって放電容器２１内が汚染されたりすることを防止することができる。 Moreover, since the outer periphery of the center electrode 23 and the outer peripheral electrode 24 is covered with an insulating member, it reacts with the plasma in the discharge vessel 21 or discharges due to scattered matter generated by the corrosion of the central electrode 23 and the outer peripheral electrode 24. It is possible to prevent the inside of the container 21 from being contaminated.

本発明によるイオン源は、上述した実施の形態に限定されず、種々の変形や改良が可能である。例えば、図４（ａ）及び（ｂ）に示されるように、全ての外周電極２４に接続される環状のフランジ１２４を設けてもよい。このような構成によれば、全ての外周電極２４が接続されることにより、フランジ１２４から均一な電磁界を発生し、放電の偏りをより防止することができる。なお、図４（ｂ）において引出電極２５は省略されている。 The ion source according to the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and improvements are possible. For example, as shown in FIGS. 4A and 4B, an annular flange 124 connected to all the outer peripheral electrodes 24 may be provided. According to such a configuration, when all the outer peripheral electrodes 24 are connected, a uniform electromagnetic field can be generated from the flange 124, and discharge unevenness can be further prevented. In FIG. 4B, the extraction electrode 25 is omitted.

また、図５（ａ）に示されるようなフランジ２２４を設けてもよい。フランジ２２４は、環状のフランジ底部２２４Ａと、フランジ底部２２４Ａの周縁に設けられ放電容器２１と同軸的に配置されたフランジ壁部２２４Ｂとを備えている。上述したフランジ１２４と比較して、放電容器２１の内周に沿うように設けられたフランジ筒壁２２４Ｂを設けたことにより、さらに放電の偏りを防止することができる。また、図５（ｂ）に示されるように、フランジ壁部３２４Ｂを有するフランジ３２４を設けてもよい。フランジ壁部３２４Ｂは、コイル２２の位置する範囲を覆うように設けてもよい。このような構成によれば、低圧下であっても安定した放電を行うことができる。 Moreover, you may provide the flange 224 as shown by Fig.5 (a). The flange 224 includes an annular flange bottom 224 A and a flange wall 224 B provided on the periphery of the flange bottom 224 A and disposed coaxially with the discharge vessel 21. Compared with the flange 124 described above, the provision of the flange cylindrical wall 224B provided along the inner periphery of the discharge vessel 21 can further prevent discharge unevenness. Further, as shown in FIG. 5B, a flange 324 having a flange wall portion 324B may be provided. The flange wall portion 324B may be provided so as to cover a range where the coil 22 is located. According to such a configuration, stable discharge can be performed even under a low pressure.

また、上述した実施の形態では、中心電極２３と外周電極２４の長さを同一としたが、中心電極及び外周電極の長さはこれに限定されない。例えば、図６（ａ）に示されるように、中心電極２３よりも短い外周電極４２４を設けてもよいし、図６（ｂ）に示されるように、外周電極２４よりも短い中心電極４２３を設けてもよい。 In the above-described embodiment, the lengths of the center electrode 23 and the outer peripheral electrode 24 are the same, but the lengths of the center electrode and the outer peripheral electrode are not limited to this. For example, as shown in FIG. 6A, an outer peripheral electrode 424 shorter than the central electrode 23 may be provided, or as shown in FIG. 6B, a central electrode 423 shorter than the outer peripheral electrode 24 is provided. It may be provided.

また、上述した実施の形態によれば、引出電極２５を３枚構成としたが、減速グリッド２８を設けない２枚構成としてもよい。 Further, according to the above-described embodiment, the three extraction electrodes 25 are configured, but a two-electrode configuration in which the deceleration grid 28 is not provided may be employed.

また、上述した実施の形態によれば、中心電極２３の外周及び外周電極２４の外周の両方に、絶縁部材を設ける構成としたが、本発明はこれに限定されない。例えば、中心電極及び外周電極の材質によっては、中心電極の外周又は外周電極の外周のいずれか一方に絶縁部材を設ける構成としてもよいし、また、中心電極の外周及び外周電極の外周の両方に絶縁部材を設けない構成としてもよい。 Further, according to the above-described embodiment, the insulating member is provided on both the outer periphery of the center electrode 23 and the outer periphery of the outer peripheral electrode 24. However, the present invention is not limited to this. For example, depending on the material of the center electrode and the outer peripheral electrode, an insulating member may be provided on either the outer periphery of the central electrode or the outer periphery of the outer peripheral electrode, or on both the outer periphery of the central electrode and the outer periphery of the outer peripheral electrode. It is good also as a structure which does not provide an insulating member.

本発明は、エッチング装置やスパッタリング装置等のイオンビーム照射装置に好適に利用できる。 The present invention can be suitably used for an ion beam irradiation apparatus such as an etching apparatus or a sputtering apparatus.

本発明の実施の形態に係るイオン源を備えたイオンビームエッチング装置を示す説明図。Explanatory drawing which shows the ion beam etching apparatus provided with the ion source which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係るイオン源を示す説明図。Explanatory drawing which shows the ion source which concerns on embodiment of this invention. 図２に示されるイオン源を矢印IIIから視た底面図。The bottom view which looked at the ion source shown by FIG. 2 from arrow III. 本発明の実施の形態に係るイオン源の外周電極の変形例を示す（ａ）説明図、（ｂ）図４（ａ）に示されるイオン源を矢印Ivbから視た底面図。(A) explanatory drawing which shows the modification of the outer peripheral electrode of the ion source which concerns on embodiment of this invention, (b) The bottom view which looked at the ion source shown by Fig.4 (a) from arrow Ivb. 本発明の実施の形態に係るイオン源の外周電極の別の変形例を示す説明図。Explanatory drawing which shows another modification of the outer periphery electrode of the ion source which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係るイオン源の中心電極及び外周電極の変形例を示す説明図。Explanatory drawing which shows the modification of the center electrode and outer periphery electrode of the ion source which concerns on embodiment of this invention.

Explanation of symbols

１イオンビームエッチング装置
２イオン源
３チャンバ
４ガス供給源
５基板
２０真空容器
２１放電容器
２１ａ開口
２２コイル
２３、４２３中心電極
２３Ａ基端部
２３Ｂ他端部
２４、４２４外周電極
２４Ａ基端部
２４Ｂ他端部
２５引出電極
２６スクリーングリッド
２７加速グリッド
２８減速グリッド
３１基板ホルダ
３２ニュートライザ
３３真空ポンプ
６１高周波電源
６２整合器
６３電力分配器
６４インダクタ
６５、６６直流電源
１２４、２２４、３２４フランジ
２２４Ａフランジ底部
２２４Ｂ、３２４Ｂフランジ壁部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ion beam etching apparatus 2 Ion source 3 Chamber 4 Gas supply source 5 Substrate 20 Vacuum vessel 21 Discharge vessel 21a Opening 22 Coil 23, 423 Central electrode 23A Base end 23B Other end 24, 424 Outer electrode 24A Base end 24B Other End 25 Extraction electrode
26 Screen grid 27 Acceleration grid 28 Deceleration grid 31 Substrate holder 32 Neutizer 33 Vacuum pump 61 High frequency power supply 62 Matching device 63 Power distributor 64 Inductor 65, 66 DC power supply 124, 224, 324 Flange 224A Flange bottom 224B, 324B Flange wall

Claims

A discharge vessel;
A coil provided outside the discharge vessel and having an axial center located in the discharge vessel;
A high frequency power source for supplying high frequency power to the coil;
A central electrode provided in the discharge vessel and on the axis of the coil, at least a portion of which is located in the coil;
An outer peripheral electrode provided in the discharge vessel so as to surround the central electrode, at least a part of which is located in the coil and to which a voltage higher than a voltage applied to the central electrode is applied ,
The high-frequency power source supplies high-frequency power to the central electrode and the outer peripheral electrode .

The ion source according to claim 1, wherein a plurality of the outer peripheral electrodes are provided.

The ion source according to claim 2, wherein the plurality of outer peripheral electrodes are arranged at equal intervals on a circumference centered on the center electrode.

2. The power distributor according to claim 1 , further comprising: a power distributor capable of changing at least one of power supplied to the center electrode and power supplied to the outer peripheral electrode among power supplied from the high-frequency power source. Ion source.

Ion source according to any one of claims 1 to 4, characterized in that it comprises a cooling means for cooling at least one of said center electrode and said peripheral electrode.

The ion source according to claim 5 , wherein the cooling unit includes a flow path of a cooling medium in at least one of the center electrode and the outer peripheral electrode.

At least one of the center electrode and the outer peripheral electrode has a base end portion movably supported by the discharge vessel, and another end portion extending from the base end portion in the axial direction of the coil. ion source according to any one of claims 1 to 6.

The ion source according to any one of claims 1 to 7 , wherein at least one of the center electrode and the outer peripheral electrode is configured to be detachable from the discharge vessel.

Ion source according to any one of claims 1 to 8 wherein at least one of the center electrode and the peripheral electrode, characterized in that it comprises an insulating member covering the outer periphery.