JP5285998B2

JP5285998B2 - Ion irradiation equipment

Info

Publication number: JP5285998B2
Application number: JP2008220379A
Authority: JP
Inventors: 琢巳湯瀬; 徳康佐々木
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2008-08-28
Filing date: 2008-08-28
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2028-08-28
Also published as: JP2010056336A

Description

本発明は、半導体や電子部品等の製造過程あるいは構造材料等の表面改質において用いられるイオン源に関するものである。この発明は、イオン照射装置を用いてイオンを物質表面に均一に照射する技術と、その技術で用いられるイオン照射装置に関する。 The present invention relates to an ion source used in the manufacturing process of semiconductors, electronic parts, etc., or in the surface modification of structural materials, etc. The present invention relates to a technique for uniformly irradiating a substance surface with ions using an ion irradiation apparatus, and an ion irradiation apparatus used in the technique.

従来より、エッチングや表面分析にはイオン照射装置が用いられている。
図１４の符号１００は、従来技術のイオン照射装置の一例を示している。イオン照射装置１００は、イオン化室１１１を有している。イオン化室１１１には、開口部が形成されていて、開口部には、電極装置１１６が配置されている。 Conventionally, an ion irradiation apparatus has been used for etching and surface analysis.
The code | symbol 100 of FIG. 14 has shown an example of the ion irradiation apparatus of a prior art. The ion irradiation apparatus 100 has an ionization chamber 111. An opening is formed in the ionization chamber 111, and an electrode device 116 is disposed in the opening.

イオン化室１１１は、ガス導入装置１０９が接続されており、ガス導入装置１０９を動作し、イオン化室１１１内に処理ガスを導入する。イオン化室１１１には、高周波コイル１１３が取り付けられている。高周波コイル１１３に交流電圧を印加すると、イオン化室１１１内部でプラズマが発生し、処理ガスのイオンが生成される。 A gas introduction device 109 is connected to the ionization chamber 111, and the gas introduction device 109 is operated to introduce a processing gas into the ionization chamber 111. A high frequency coil 113 is attached to the ionization chamber 111. When an AC voltage is applied to the high-frequency coil 113, plasma is generated inside the ionization chamber 111 and process gas ions are generated.

電極装置１１６は、電極板１１７を１又は複数枚有している。電極板１１７には孔１２０が複数形成され、電極板１１７は孔１２０が重なるように配置されている。電極板１１７には、不図示の電源から加速電圧が印加され、イオン化室１１１内で生成されたイオンは、孔１２０を通る際に加速され、イオン化室１１１外に照射される。 The electrode device 116 has one or a plurality of electrode plates 117. A plurality of holes 120 are formed in the electrode plate 117, and the electrode plates 117 are arranged so that the holes 120 overlap. An acceleration voltage is applied to the electrode plate 117 from a power source (not shown), and ions generated in the ionization chamber 111 are accelerated when passing through the holes 120 and irradiated outside the ionization chamber 111.

図１５は、電極板１１７上の孔１２０を説明するための平面図であり、照射面積を広くするために、通常、孔１２０は電極板１１７の全体に配置されている。
特開２００５−２６８２３５号公報特開２００７−１６５１０７号公報 FIG. 15 is a plan view for explaining the hole 120 on the electrode plate 117, and the hole 120 is usually arranged on the entire electrode plate 117 in order to increase the irradiation area.
JP 2005-268235 A JP 2007-165107 A

従来のイオン照射装置では、イオン照射装置の大きさにより均一に引き出される領域が決まっていたため、イオン照射装置の大きさより広い領域に均一に照射することが困難であった。 In the conventional ion irradiation apparatus, since the region to be uniformly drawn is determined depending on the size of the ion irradiation apparatus, it is difficult to uniformly irradiate a region wider than the size of the ion irradiation apparatus.

引き出し電極の形状を凸面にすることにより均一に照射できる領域を広くすることが提案されている。しかし、この方法では引き出し電極と基板間の距離を長くしなければならないために、チャンバーの小型化が困難であった。 It has been proposed to widen the region that can be irradiated uniformly by making the shape of the extraction electrode convex. However, in this method, since the distance between the extraction electrode and the substrate has to be increased, it is difficult to reduce the size of the chamber.

上記課題を解決するために、本発明は、イオン化室と、前記イオン化室内に導入された処理ガスをイオン化するイオン生成装置と、生成されたイオンを前記イオン化室から外部に放出させる電極装置と、処理対象物が載置される載置面に対して垂直な回転軸線を中心として、前記電極装置と前記処理対象物との間が相対的に回転するように、前記電極装置と前記載置面とを相対的に回転させる回転装置と、を有し、前記処理対象物に対して前記イオン化室内で生成された前記イオンを照射するイオン照射装置であって、前記電極装置は、前記イオン化室内の前記イオンの加速エネルギーを決める電圧が印加される第一の電極と、前記イオンを吸引する極性の電圧が印加される第二の電極と、前記第一、第二の電極を貫通し前記イオン化室の外部に前記イオンを通過させる複数のイオン通過路とを有し、前記第一の電極は、前記第一の電極の中心が前記回転軸線から離間して配置され、前記第一の電極表面は、当該表面が位置する平面内で、前記回転軸線を通る二直線によって、前記二直線で挟まれた中央領域と、前記中央領域の両側に位置する端部領域とに区分けされ、前記イオン通過路は、前記中央領域に配置されたイオン照射装置である。
本発明はイオン照射装置であって、前記第一の電極表面は、前記回転軸線を中心とする大円と小円で、前記回転軸線に近い方から中心領域と中間領域と外周領域に区分けされ、前記イオン通過路は、前記中央領域内であって且つ前記中間領域内であるイオン通過領域に配置されたイオン照射装置である。
本発明はイオン照射装置であって、前記回転軸線を中心とする円の円周方向の前記イオン通過路の個数は、前記回転軸線に近い円上の個数よりも、遠い円上の個数の方が多くなるように配置されたイオン照射装置である。
本発明はイオン照射装置であって、前記イオン通過路の端部であって、前記第一の電極上に位置する入口孔は、同一面積であって、隣接する前記入口孔の中心間は、互いに等距離に配置されたイオン照射装置である。
本発明はイオン照射装置であって、前記イオン化室内には、前記第一の電極と離間して配置された邪魔板が、前記イオン通過領域の一部と対面する位置に配置されたイオン照射装置である。
本発明はイオン照射装置であって、前記邪魔板は、誘電体で構成されたイオン照射装置である。
In order to solve the above problems, the present invention provides an ionization chamber, an ion generation device that ionizes a processing gas introduced into the ionization chamber, an electrode device that discharges the generated ions to the outside from the ionization chamber, The electrode device and the mounting surface described above so that the electrode device and the processing target object rotate relative to each other about a rotation axis perpendicular to the mounting surface on which the processing target is mounted. anda rotating device for relatively rotating the door, an ion irradiation device for irradiating the ions generated in the ionization chamber with respect to the processing object, the electrode device, the ionisation chamber A first electrode to which a voltage that determines acceleration energy of the ions is applied; a second electrode to which a voltage having a polarity for attracting the ions is applied; and the ionization that passes through the first and second electrodes. Outside the room A plurality of ion passages through which the ions pass, wherein the center of the first electrode is spaced apart from the rotation axis, and the surface of the first electrode is Within a plane where the surface is located, the two straight lines passing through the rotation axis are divided into a central region sandwiched between the two straight lines and end regions located on both sides of the central region, and the ion passage is It is the ion irradiation apparatus arrange | positioned at the said center area | region.
The present invention is the ion irradiation apparatus, wherein the surface of the first electrode is divided into a central region, an intermediate region, and an outer peripheral region from a direction close to the rotational axis by a large circle and a small circle centered on the rotational axis. The ion passage is an ion irradiation device disposed in an ion passage region in the central region and in the intermediate region.
The present invention is an ion irradiation apparatus, wherein the number of ion passages in the circumferential direction of a circle centered on the rotation axis is greater than the number on a circle near the rotation axis. This is an ion irradiation apparatus arranged so as to increase the number.
The present invention is an ion irradiation apparatus, an end of the ion passage, the inlet hole located on the first electrode is the same area, between the centers of the adjacent inlet holes, It is the ion irradiation apparatus arrange | positioned mutually equidistantly.
This invention is an ion irradiation apparatus, Comprising: In the said ionization chamber, the ion irradiation apparatus by which the baffle plate spaced apart from said 1st electrode was arrange | positioned in the position which faces a part of said ion passage area | region It is.
This invention is an ion irradiation apparatus, Comprising: The said baffle plate is an ion irradiation apparatus comprised with the dielectric material.

装置を大型化せずに、大面積の処理対象物を均一に表面処理することができる。 A large area processing object can be uniformly surface-treated without increasing the size of the apparatus.

図１の符号５０は、真空処理装置の一例を示している。
この真空処理装置５０は、イオン照射装置１０と処理装置３０を有している。
イオン照射装置１０と処理装置３０はイオン化室１１と処理室３１をそれぞれ有しており、イオン化室１１と、処理室３１には、それぞれ開口部が形成されている。 Reference numeral 50 in FIG. 1 indicates an example of a vacuum processing apparatus.
The vacuum processing apparatus 50 includes an ion irradiation apparatus 10 and a processing apparatus 30.
The ion irradiation apparatus 10 and the processing apparatus 30 each have an ionization chamber 11 and a processing chamber 31, and openings are formed in the ionization chamber 11 and the processing chamber 31, respectively.

イオン化室１１は処理室３１の上方に位置しており、イオン化室１１の開口と、処理室３１の開口が重なって、イオン化室１１の内部と処理室３１の内部が接続されるように、イオン化室１１と処理室３１とが気密に連結されている。
イオン化室１１の開口には、電極装置１６が配置されている。 The ionization chamber 11 is located above the processing chamber 31, and the ionization chamber 11 and the processing chamber 31 are overlapped with each other so that the inside of the ionization chamber 11 and the inside of the processing chamber 31 are connected. The chamber 11 and the processing chamber 31 are connected in an airtight manner.
An electrode device 16 is disposed in the opening of the ionization chamber 11.

イオン化室１１と処理室３１のいずれか一方又は両方には真空排気系８が接続されている。イオン化室１１には、処理ガスが配置されたガス導入系９が接続されており、真空排気系８を動作させ、イオン化室１１と処理室３１を真空雰囲気にした後、ガス導入系９を動作し、イオン化室１１内にＡｒガス等の処理ガスを導入すると、イオン化室１１内に所望圧力の処理ガス雰囲気が形成される。 A vacuum exhaust system 8 is connected to one or both of the ionization chamber 11 and the processing chamber 31. A gas introduction system 9 in which a processing gas is disposed is connected to the ionization chamber 11, the vacuum exhaust system 8 is operated, the ionization chamber 11 and the processing chamber 31 are brought into a vacuum atmosphere, and then the gas introduction system 9 is operated. When a processing gas such as Ar gas is introduced into the ionization chamber 11, a processing gas atmosphere at a desired pressure is formed in the ionization chamber 11.

イオン化室１１の周囲には高周波コイル１３が巻き回されている。高周波コイル１３には、高周波電源１５が接続されている。イオン化室１１は石英、アルミナ、窒化アルミニウム等の誘電体で構成されており、高周波電源１５を起動して高周波コイル１３に交流電圧を印加すると、イオン化室１１内部に交番磁界が形成され、交番磁界により、イオン化室１１内で処理ガスのイオンが生成される。 A high frequency coil 13 is wound around the ionization chamber 11. A high frequency power supply 15 is connected to the high frequency coil 13. The ionization chamber 11 is made of a dielectric material such as quartz, alumina, or aluminum nitride. When the high frequency power supply 15 is activated and an AC voltage is applied to the high frequency coil 13, an alternating magnetic field is formed inside the ionization chamber 11, and the alternating magnetic field is formed. Thus, ions of the processing gas are generated in the ionization chamber 11.

イオン化室１１の内部の、交番磁界が形成される領域には、邪魔板２５が第一の電極板１７と平行に離間して配置されている。この邪魔板２５は、石英、アルミナ、窒化アルミニウム等の誘電体で構成されており、イオン化室１１の略中央に位置する。 A baffle plate 25 is disposed in the ionization chamber 11 in a region where an alternating magnetic field is formed, and is separated from the first electrode plate 17 in parallel. The baffle plate 25 is made of a dielectric such as quartz, alumina, or aluminum nitride, and is located at the approximate center of the ionization chamber 11.

イオン化室１１内部に邪魔板２５が無いと、イオン化室１１の中央でイオン生成量が多くなるが、邪魔板２５により、イオン化室１１中央での邪魔板２５と第一の電極板１７の間におけるイオン生成が制御され、その結果、第一の電極板１７から引き出されるイオン分布を制御することが可能となる。 If there is no baffle plate 25 inside the ionization chamber 11, the amount of ions generated increases in the center of the ionization chamber 11, but the baffle plate 25 causes a gap between the baffle plate 25 in the center of the ionization chamber 11 and the first electrode plate 17. The ion generation is controlled, and as a result, the ion distribution drawn from the first electrode plate 17 can be controlled.

電極装置１６は、イオン化室１１を処理室３１に接続するイオン通過路１２を複数有しており、イオン通過路１２を通って、イオン化室１１内部で生成されたイオンが処理室３１へ移動可能になっている。 The electrode device 16 has a plurality of ion passages 12 that connect the ionization chamber 11 to the processing chamber 31, and ions generated inside the ionization chamber 11 can move to the processing chamber 31 through the ion passage 12. It has become.

電極装置１６は複数の電極板（第一〜第三の電極板１７〜１９）を有している。
第一〜第三の電極板１７〜１９は、イオン化室１１の内部側から処理室３１の内部側に向かって、記載した順序で互いに離間して平行に配置されている。
第一の電極板１７には、イオン通過路１２の入口となる貫通孔（入口孔２０）がイオン通過路１２と同数形成されている。 The electrode device 16 has a plurality of electrode plates (first to third electrode plates 17 to 19).
The first to third electrode plates 17 to 19 are spaced apart from each other in parallel in the order described from the inside of the ionization chamber 11 toward the inside of the processing chamber 31.
The first electrode plate 17 has the same number of through holes (inlet holes 20) as the inlets of the ion passages 12 as the ion passages 12.

この入口孔２０の中心を通り、第一の電極板１７と垂直な線分を孔中心軸線とすると、第二、第三の電極板１８、１９の孔中心軸線が交差する場所には、それぞれ貫通孔が形成され、同一の孔中心軸線上に位置する第一の電極板１７〜第三の電極板１９の貫通孔によってイオン通過路１２が構成されている。 Assuming that the line segment passing through the center of the inlet hole 20 and perpendicular to the first electrode plate 17 is the hole center axis, the positions where the hole center axes of the second and third electrode plates 18 and 19 intersect are respectively Through holes are formed, and the ion passage 12 is constituted by the through holes of the first electrode plate 17 to the third electrode plate 19 located on the same hole center axis.

従って、イオン化室１１から入口孔２０に入り込んだイオンは、他の電極板（第二、第三の電極板１８、１９）に衝突せずに、イオン通過路１２内を飛行する。
隣接する電極板１７〜１９間には絶縁性の碍子６が配置されており、第一〜第三の電極板１７〜１９は碍子６によって離間し、互いに絶縁されおり、各電極板１７〜１９には電圧を個別に印加できる。 Therefore, the ions that have entered the inlet hole 20 from the ionization chamber 11 fly through the ion passage 12 without colliding with other electrode plates (second and third electrode plates 18 and 19).
An insulating insulator 6 is disposed between the adjacent electrode plates 17 to 19, and the first to third electrode plates 17 to 19 are separated from each other by the insulator 6 and are insulated from each other. Voltages can be applied individually to

ここでは、第一の電極板１７と第二の電極板１８に正電圧電源５と負電圧電源３がそれぞれ接続されている。第三の電極板１９はイオン化室１１及び処理室３１と同じ接地電位に接続されている。イオン化室１１で生成されるイオンは正のイオンである（例えばＡｒ⁺）。 Here, the positive voltage power source 5 and the negative voltage power source 3 are connected to the first electrode plate 17 and the second electrode plate 18, respectively. The third electrode plate 19 is connected to the same ground potential as the ionization chamber 11 and the processing chamber 31. Ions generated in the ionization chamber 11 are positive ions (for example, Ar ⁺ ).

第一の電極板１７は、正電圧電源５により接地電位に対して正の電圧が印加され、イオン化室１１内部のイオンは第一の電極板１７から反発力を受けるので、イオンはイオン化室１１内部に閉じ込められ、イオン化室１１内部から拡散により漏洩しない。 The first electrode plate 17 is applied with a positive voltage with respect to the ground potential by the positive voltage power supply 5, and ions in the ionization chamber 11 receive a repulsive force from the first electrode plate 17, so that the ions are in the ionization chamber 11. It is confined inside and does not leak due to diffusion from inside the ionization chamber 11.

第二の電極板１８には負電圧電源３により接地電位に対して負の電圧が印加されている。第二の電極板１８が形成する電界は、第一の電極板１７の入口孔２０を通ってイオン化室１１内部に漏洩し、イオン化室１１内部で生成されたイオンをイオン通過路１２内に引き寄せ、加速させる。 A negative voltage with respect to the ground potential is applied to the second electrode plate 18 by the negative voltage power source 3. The electric field formed by the second electrode plate 18 leaks into the ionization chamber 11 through the inlet hole 20 of the first electrode plate 17, and attracts ions generated in the ionization chamber 11 into the ion passage 12. Accelerate.

イオンの加速エネルギーは第一、第二の電極板１７、１８の電位差が大きい程大きくなる。第一の電極板１７の印加電圧を変えると、第一、第二の電極板１７、１８間の電位差が変るから、第一の電極板１７の印加電圧がイオンの加速エネルギーを決定する。 The acceleration energy of ions increases as the potential difference between the first and second electrode plates 17 and 18 increases. When the voltage applied to the first electrode plate 17 is changed, the potential difference between the first and second electrode plates 17 and 18 changes, so that the voltage applied to the first electrode plate 17 determines the acceleration energy of ions.

加速されたイオンはイオン通過路１２を通過して処理室３１に導入される。尚、第三の電極板１９は、第二の電極板１８が作る電界が処理室３１に漏洩するのを防ぐ役割をしている。 The accelerated ions pass through the ion passage 12 and are introduced into the processing chamber 31. The third electrode plate 19 serves to prevent the electric field created by the second electrode plate 18 from leaking into the processing chamber 31.

処理室３１内部の底面には試料ホルダー３２が配置されている。試料ホルダー３２の一面（載置面）に、一又は複数の処理対象物３３を予め保持させておく。
ここでは、処理対象物３３は板状であって、載置面は第一〜第三の電極板１７〜１９と平行な平面内に位置し、処理対象物３３は第一〜第三の電極板１７〜１９に対して平行に保持される。 A sample holder 32 is disposed on the bottom inside the processing chamber 31. One or more processing objects 33 are held in advance on one surface (mounting surface) of the sample holder 32.
Here, the processing object 33 is plate-shaped, the mounting surface is located in a plane parallel to the first to third electrode plates 17 to 19, and the processing object 33 is the first to third electrodes. It is held parallel to the plates 17-19.

試料ホルダー３２は処理室３１外部に配置された回転装置３５に接続され、回転装置３５により、載置面を垂直に通る回転軸線２４を中心として回転できるように構成されている。従って、試料ホルダー３２と処理対象物３３は、第一〜第三の電極板１７〜１９と平行な平面内で回転軸線２４を中心として回転する。ここでは、回転軸線２４は処理対象物３３と試料ホルダー３２の中心を通る。 The sample holder 32 is connected to a rotating device 35 disposed outside the processing chamber 31, and is configured to be able to rotate around the rotation axis 24 passing through the mounting surface by the rotating device 35. Accordingly, the sample holder 32 and the processing object 33 rotate around the rotation axis 24 in a plane parallel to the first to third electrode plates 17 to 19. Here, the rotation axis 24 passes through the center of the processing object 33 and the sample holder 32.

処理対象物３３は、回転移動により一部又は全部が、イオン通過路１２が配置された領域と対面し、対面した部分にイオンがビーム状に照射され、表面処理される。 A part or all of the processing object 33 faces a region where the ion passage 12 is arranged by rotational movement, and the facing part is irradiated with ions in a beam shape to be surface-treated.

イオン通過路１２は、所定領域内に密集して配置されている。図２は、第一の電極板１７上の入口孔２０の配置状態を説明するための平面図であり、同図の符号ｄ₁は、第一の電極板１７の表面が位置する平面内で回転軸線２４を通り、１８０°未満の角度で交差する二直線ｂ₁とｂ₂の間の領域（中央領域）を示している。 The ion passages 12 are densely arranged in a predetermined region. FIG. 2 is a plan view for explaining an arrangement state of the inlet holes 20 on the first electrode plate 17, and reference numeral d ₁ in FIG. ₂ denotes a plane in which the surface of the first electrode plate 17 is located. A region (central region) between two straight lines b ₁ and b ₂ passing through the rotation axis 24 and intersecting at an angle of less than 180 ° is shown.

入口孔２０は、中央領域ｄ₁の両側の端部領域ｅ₁とｅ₂には配置されておらず、従って、イオン通過路１２は中央領域ｄ₁に位置し、中央領域ｄ₁を通過したイオンが処理対象物３３に照射される。
各入口孔２０は同じ形状同じ大きさであり、入口孔２０の中心間の距離を一定にして配置されている。従って、隣接する入口孔２０の中心間は、互いに等距離になっている。 Inlet aperture 20 is not arranged on both sides of the end regions e ₁ and e ₂ of the central area d _1, therefore, the ion passage 12 is located in the central region d _1, passed through the central region d ₁ Ions are irradiated to the processing object 33.
Each inlet hole 20 has the same shape and size, and is arranged with a constant distance between the centers of the inlet holes 20. Accordingly, the centers of adjacent inlet holes 20 are equidistant from each other.

入口孔２０の大きさが無視できる程小さい場合、回転軸線２４を中心とする同心円と交差する入口孔２０の個数は、半径が小さい同心円上の個数よりも半径が大きな同心円上の個数が多くなるように設定されており、入口孔２０の大きさが、同心円の半径と比べて無視できない程の大きさの場合、少なくとも、入口孔２０の大きさの２倍以上離れた同心円間では、半径が小さい同心円上の個数よりも半径が大きな同心円上の個数が多くなるように設定されている。 When the size of the inlet hole 20 is small enough to be ignored, the number of the inlet holes 20 intersecting the concentric circle with the rotation axis 24 as the center is larger on the concentric circle having a larger radius than the number on the concentric circle having the smaller radius. In the case where the size of the inlet hole 20 is a size that is not negligible compared to the radius of the concentric circle, the radius is at least between the concentric circles separated by at least twice the size of the inlet hole 20. The number is set so that the number on the concentric circle having a larger radius is larger than the number on the small concentric circle.

その結果、回転軸線２４を中心にイオン化室１１と処理対象物３３とが相対的に回転した場合、処理対象物３３表面上に垂直もしくは垂直に近い角度で入射するイオンが、処理対象物３３のどの位置でも、略同じ時間だけ照射され、その結果、処理対象物３３表面に均一にイオンが照射されるようになる。 As a result, when the ionization chamber 11 and the processing object 33 are relatively rotated around the rotation axis 24, ions that are incident on the surface of the processing object 33 at a perpendicular or near-perpendicular angle are incident on the processing object 33. Irradiation is performed at substantially the same time at any position, and as a result, the surface of the processing object 33 is uniformly irradiated with ions.

イオン通過路１２を通過したイオンのうち、処理対象物３３に大きな角度で斜め入射するイオンの量が大きい場合、処理対象物３３表面のうちの回転軸線２４から離間した位置では、断続的にイオンが照射されるのに対し、回転軸線２４付近の場所では、回転軸線２４を中間にして、反対位置にあるイオン通過路１２からもイオンが照射されるため、大きな角度で斜め入射するイオンは途切れることなく照射される。 Among the ions that have passed through the ion passage 12, when the amount of ions that are obliquely incident on the processing object 33 at a large angle is large, the ions are intermittently emitted at a position away from the rotation axis 24 on the surface of the processing object 33. On the other hand, in the vicinity of the rotation axis 24, ions are irradiated from the ion passage 12 at the opposite position with the rotation axis 24 in the middle, so that ions incident obliquely at a large angle are interrupted. Irradiation without.

従って、回転軸線２４に近い場所では、垂直又は垂直に近い角度で入射するイオンと、大きな角度で斜め入射するイオンの両方が照射されてしまう。 Therefore, at a location close to the rotation axis 24, both ions incident at a vertical or near-vertical angle and ions incident at an oblique angle at a large angle are irradiated.

本発明のイオン照射装置１０では、第一の電極板１７上の入口孔２０は、回転軸線２４を中心とする小さな半径ｒ₁の小円ａ₁と、小円ａ₁の半径ｒ₁よりも大きな半径ｒ₂の大円ａ₂の間の中間領域ｄ₂に配置されており、小円ａ₁よりも内側の中心領域には、入口孔は配置されておらず、その結果、回転軸線２４付近の場所では、垂直又は垂直に近い角度で入射するイオンは到達せず、大きな角度で斜め入射するイオンだけが照射されるようになっている。 In ion irradiation apparatus 10 of the present invention, the inlet hole 20 on the first electrode plate 17, a small circle a ₁ small radius r ₁ around the rotation axis 24, than the radius r ₁ of the small circle a ₁ the large radius r is arranged in the intermediate region d ₂ between the great circle a ₂ of _2, the inner of the central region than the small circle a _1, the inlet hole is not arranged, so that the axis of rotation 24 In a nearby place, ions that are incident at a vertical or near-perpendicular angle do not reach, and only ions that are incident obliquely at a large angle are irradiated.

第一の電極１７表面の、中央領域ｄ₁であって且つ中間領域ｄ₂の部分をイオン通過領域ｄ₂と呼ぶと、イオン通過領域ｄ₂を構成する入口孔２０は、イオン通過領域ｄ₂に配置されている。 The first electrode 17 surface, the and a central region d ₁ is called a part of the intermediate region d ₂ and ion passage region d _2, the inlet holes 20 constituting the ion passage region d _2, the ion passage region d ₂ Is arranged.

図３はイオン化室１１の断面図であって、邪魔板２５はイオン通過領域ｄ₂の少なくとも一部を覆っている。ここでは、邪魔板２５はイオン通過領域ｄ₂の回転軸線２４に近い側を覆っており、回転軸線２４に近い側のイオン通過路１２のイオン放出量を抑制している。 Figure 3 is a cross-sectional view of the ionization chamber 11, baffle plate 25 covers at least a portion of the ion passing area d _2. Here, the baffle plate 25 covers the side close to the rotation axis 24 of the ion passage region d ₂ , and suppresses the ion release amount of the ion passage 12 on the side close to the rotation axis 24.

以上は、入口孔２０をイオン通過領域ｄ₂だけに配置する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、処理対象物３３の回転軸線２４付近の面内分布のばらつきが問題にならない程度であれば、図４に示すように、小円ａ₁の内側の中心領域にも入口孔２０を配置してもよい。 The case where the inlet hole 20 is disposed only in the ion passage region d ₂ has been described above. However, the present invention is not limited to this, and the variation in the in-plane distribution around the rotation axis 24 of the processing object 33 is not. If it does not become a problem, as shown in FIG. 4, the inlet hole 20 may also be arranged in the central region inside the small circle a ₁ .

以上は、電極板１７〜１９が３枚の場合について説明したが、電極板１７〜１９の枚数は２枚以上であれば特に限定されない。
入口孔２０の平面形状は特に限定されず、円形（真円、楕円含む）であってもよいし、多角形であってもよい。 The case where there are three electrode plates 17 to 19 has been described above, but the number of electrode plates 17 to 19 is not particularly limited as long as it is two or more.
The planar shape of the inlet hole 20 is not particularly limited, and may be a circle (including a perfect circle and an ellipse) or a polygon.

中央領域ｄ₁を構成する二直線ｂ₁、ｂ₂の交わり角度は特に限定されないが、実験によると４５°以下が良好であり、４０°の場合が最適であった。
イオン生成方法も特に限定されず、イオン化室１１内部にフィラメントを配置し、フィラメントに通電してプラズマを発生させてもよい。処理ガスの種類は特に限定されず、Ａｒ、Ｘｅ、Ｎｅ等種々のものを用いることができる。 The intersecting angle between the two straight lines b ₁ and b ₂ constituting the central region d ₁ is not particularly limited. However, according to experiments, 45 ° or less is good, and the case of 40 ° is optimal.
The ion generation method is not particularly limited, and a filament may be arranged inside the ionization chamber 11 and the filament may be energized to generate plasma. The kind of the processing gas is not particularly limited, and various kinds of gases such as Ar, Xe, and Ne can be used.

本発明のイオン照射装置１０は、エッチング、表面クリーニング処理、表面分析等種々の用途に用いることができる。例えば、処理ガスがＡｒであり、処理対象物３３表面にＣｕ、ＳｉＯ₂等が露出する場合は、処理対象物３３表面がエッチングされる。 The ion irradiation apparatus 10 of the present invention can be used for various applications such as etching, surface cleaning treatment, and surface analysis. For example, when the processing gas is Ar and Cu, SiO ₂ or the like is exposed on the surface of the processing object 33, the surface of the processing object 33 is etched.

イオン照射条件の一例を述べると、例えば、処理対象物３３が直径３００ｍｍの基板の場合、基板中心からイオン源（イオン化室１１）中心のオフセット量７０〜１００ｍｍ、邪魔板２５の直径が８０〜１００ｍｍ、邪魔板２５中心からイオン化室１１中心までの距離が−２０〜２０ｍｍ、邪魔板２５と第一の電極板１７との距離が０〜４０ｍｍである。 An example of ion irradiation conditions will be described. For example, when the processing object 33 is a substrate having a diameter of 300 mm, the offset amount 70 to 100 mm from the center of the substrate to the center of the ion source (ionization chamber 11), and the diameter of the baffle plate 25 is 80 to 100 mm. The distance from the center of the baffle plate 25 to the center of the ionization chamber 11 is -20 to 20 mm, and the distance between the baffle plate 25 and the first electrode plate 17 is 0 to 40 mm.

イオン化室１１内部に邪魔板２５以外の誘電体の板（円盤）を配置する場合、その円盤の直径は２０〜４０ｍｍ、円盤中心からイオン化室１１中心までの距離は−７０〜−５０ｍｍ、円盤と第一の電極板１７との距離は０〜１０ｍｍである。イオン照射装置１０から処理対象物３３までの距離（Ｔ／Ｓ）は２５０〜３００ｍｍである。 When a dielectric plate (disc) other than the baffle plate 25 is arranged inside the ionization chamber 11, the diameter of the disc is 20 to 40 mm, the distance from the center of the disc to the center of the ionization chamber 11 is −70 to −50 mm, The distance from the first electrode plate 17 is 0 to 10 mm. The distance (T / S) from the ion irradiation apparatus 10 to the process target 33 is 250 to 300 mm.

ＳｉＯ₂ウェハからなる処理対象物をＡｒガスを用いてエッチングし、処理対象物表面のエッチング深さの面内分布を調べた。尚、エッチング速度は平均０．５ｎｍ毎秒、第一の電極板１７への印加電圧は２．０ｋｖまたは３．０ｋｖ、電流は２５０ｍＡ、３５０ｍＡ、または４５０ｍＡ。処理ガス流量は１５sccm、２５sccm、３５sccm、第一〜第三の電極板１７〜１９は直径１６０ｍｍの円盤状であって、材質はモリブデンであり、二直線ｂ₁、ｂ₂の交差角度は４０°とした。邪魔板２５は円盤状のものを用いた。 A processing object consisting of a SiO ₂ wafer was etched using Ar gas, and the in-plane distribution of the etching depth on the surface of the processing object was examined. The etching rate is 0.5 nm per second on average, the applied voltage to the first electrode plate 17 is 2.0 kv or 3.0 kv, and the current is 250 mA, 350 mA, or 450 mA. The processing gas flow rate is 15 sccm, 25 sccm, 35 sccm, the first to third electrode plates 17 to 19 are disk-shaped with a diameter of 160 mm, the material is molybdenum, and the intersecting angle between the straight lines b ₁ and b ₂ is 40 °. It was. As the baffle plate 25, a disk-shaped one was used.

図５〜図１１は面内分布を示すグラフであり、縦軸は相対エッチング量、横軸はウェハ上の回転軸線２４からの位置（単位ｍｍ）を示す。
図５の符号ｇは中心領域ｄ₁にも入口孔２０を配置した場合（図４）であり、回転中心から１５０ｍｍと広い範囲がエッチングされており、直径が電極板１７〜１９の二倍以上の広い範囲にエッチング可能なことがわかる。 5 to 11 are graphs showing the in-plane distribution, where the vertical axis indicates the relative etching amount, and the horizontal axis indicates the position (unit: mm) from the rotation axis 24 on the wafer.
The symbol g in FIG. 5 shows the case where the inlet hole 20 is also arranged in the central region d ₁ (FIG. 4), where a wide range of 150 mm from the rotation center is etched, and the diameter is more than twice that of the electrode plates 17-19. It can be seen that etching is possible in a wide range.

図６〜図１１は中心領域に入口孔２０を配置しない場合（図２）の面内分布であり、図６の符号ｈ₁〜ｈ₃は邪魔板２５の直径が１２０ｍｍ、５０ｍｍ、１００ｍｍ、オフセットが−２０ｍｍ、−３０ｍｍ、−３０ｍｍの場合をそれぞれ示す。 6 to 11 show the in-plane distribution when the inlet hole 20 is not arranged in the central region (FIG. 2). Reference numerals h _{1 to} h _{3 in} FIG. 6 indicate that the diameter of the baffle plate 25 is 120 mm, 50 mm, 100 mm, and offset. Are respectively -20 mm, -30 mm, and -30 mm.

尚、オフセットは、イオン化室１１中心から邪魔板２５中心までの距離であって、邪魔板２５が回転軸線２４に近い方を−、遠い方を＋として表記する。
図６を見ると、邪魔板２５が５０ｍｍと小さすぎる場合、面内分布が不均一になり、また、オフセットが変ると面内分布も変る。従って、邪魔板２５の大きさや位置を変えることで、面内分布を改善可能なことがわかる。 Note that the offset is a distance from the center of the ionization chamber 11 to the center of the baffle plate 25, and the direction where the baffle plate 25 is closer to the rotation axis 24 is represented as −, and the far side is represented as +.
Referring to FIG. 6, when the baffle plate 25 is too small as 50 mm, the in-plane distribution becomes non-uniform, and when the offset changes, the in-plane distribution also changes. Therefore, it can be seen that the in-plane distribution can be improved by changing the size and position of the baffle plate 25.

図７、図８は直径８０ｍｍの邪魔板２５を用いた場合であり、図７、図８の符号ｉ₁、ｊ₁は、オフセットが−１０ｍｍであって、図１２に示すように、邪魔板２５外周の一部に幅１０ｍｍの誘電体からなる板４０を取り付けた場合である。 7 and 8 show a case where a baffle plate 25 having a diameter of 80 mm is used, and reference numerals i ₁ and j ₁ in FIG. 7 and FIG. 8 have an offset of −10 mm, and as shown in FIG. 25 is a case where a plate 40 made of a dielectric having a width of 10 mm is attached to a part of the outer periphery.

図７の符号ｉ₂はオフセットが−１０ｍｍであって、板４０を取り付けなかった場合であり、図８の符号ｊ₂は、オフセットがゼロであって、図１３に示すように、板４０に加え直径３０ｍｍの誘電体からなる円盤４２を邪魔板２５と離間して配置した場合である。図７、８から円盤４２による効果は、板４０よりも小さいことがわかる。 Reference sign i _{2 in} FIG. 7 is a case where the offset is −10 mm and the plate 40 is not attached, and reference sign j _{2 in} FIG. 8 is zero offset, and as shown in FIG. In addition, a disk 42 made of a dielectric material having a diameter of 30 mm is disposed apart from the baffle plate 25. 7 and 8, it can be seen that the effect of the disk 42 is smaller than that of the plate 40.

図９は直径１００ｍｍの邪魔板２５を用いた場合であり、同図の符号ｋ₁〜ｋ₃はオフセットがゼロ、−１０ｍｍ、１０ｍｍの場合を示す。
図９から邪魔板２５がイオン化室１１の略中央に位置する場合が、均一な部分が多く（ウェハ回転中心からの位置−１５０ｍｍ〜−６０ｍｍの範囲）、均一度が±１０％となった。 FIG. 9 shows a case where a baffle plate 25 having a diameter of 100 mm is used, and reference numerals k _{1 to} k ₃ in FIG. 9 show a case where the offset is zero, −10 mm, and 10 mm.
From FIG. 9, when the baffle plate 25 is located at the approximate center of the ionization chamber 11, there are many uniform portions (positions from the wafer rotation center of −150 mm to −60 mm), and the uniformity is ± 10%.

図１０の符号ｌ₁〜ｌ₃は、邪魔板２５のみの場合と、邪魔板２５に幅１０ｍｍの板４０を取り付けた場合と、邪魔板２５に幅５ｍｍの板４０を取り付けた場合であり、それぞれ均一度は±１４％程度であった。板４０の幅を５ｍｍ変えることで、面内分布が変わっており、邪魔板２５の大きさ（幅）は５ｍｍ以下の精度で制御が必要なことがわかる。 Reference numerals l _{1 to} l _{3 in} FIG. 10 are the case where only the baffle plate 25 is used, the case where a plate 40 having a width of 10 mm is attached to the baffle plate 25, and the case where the plate 40 having a width of 5 mm is attached to the baffle plate 25. The uniformity was about ± 14%. It can be seen that the in-plane distribution is changed by changing the width of the plate 40 by 5 mm, and the size (width) of the baffle plate 25 needs to be controlled with an accuracy of 5 mm or less.

図５と図６〜１０から、入口孔２０をイオン通過領域ｄ₂だけに配置する方が面内分布が改善されることがわかる。以上のことから、邪魔板２５の大きさや配置を変えることで、面内分布を変更可能なことがわかる。 5 and 6 to 10, it can be seen that the in-plane distribution is improved by arranging the inlet hole 20 only in the ion passage region d ₂ . From the above, it can be seen that the in-plane distribution can be changed by changing the size and arrangement of the baffle plate 25.

図１１は邪魔板２５の大きさや配置を変えて面内分布を均一にした場合のグラフであり、同図の符号ｆ₁は一の直線に沿った水平方向に調べた面内分布を、同図の符号ｆ₂は水平方向と直交する方向に調べた面内分布を示し、エッチング量の面内分布は±５％、エリプソ測定により入りうる誤差は約３％、エッチング量最小相対値は０．９１であった。 FIG. 11 is a graph in the case where the in-plane distribution is made uniform by changing the size and arrangement of the baffle plate 25. Reference numeral f ₁ in FIG. 11 denotes the in-plane distribution examined in the horizontal direction along one straight line. Reference numeral f _{2 in the} figure indicates an in-plane distribution examined in a direction perpendicular to the horizontal direction, the in-plane distribution of the etching amount is ± 5%, the error that can be entered by ellipsometry is about 3%, and the minimum relative value of the etching amount is 0 .91.

本発明のイオン照射装置を用いた真空処理装置の一例An example of a vacuum processing apparatus using the ion irradiation apparatus of the present invention 第一の電極板の一例を説明する平面図Plan view for explaining an example of the first electrode plate 電極板の位置を説明する断面図Sectional drawing explaining the position of an electrode plate 第一の電極板の他の例を説明する平面図Plan view for explaining another example of the first electrode plate 中央領域に入口孔を配置した場合の面内分布を説明するグラフGraph explaining the in-plane distribution when the inlet hole is placed in the center area 邪魔板の直径とオフセットを変更した場合の面内分布を説明するグラフGraph explaining in-plane distribution when baffle plate diameter and offset are changed 板を取り付けた場合の面内分布を説明するグラフGraph explaining the in-plane distribution when a plate is attached 円盤を配置した場合の面内分布を説明するグラフGraph explaining the in-plane distribution when a disk is placed オフセットを変更した場合の面内分布を説明するグラフGraph explaining the in-plane distribution when the offset is changed 板の幅を変更した場合の面内分布を説明するグラフGraph explaining the in-plane distribution when the width of the plate is changed 面内分布を均一にした場合のグラフGraph when the in-plane distribution is uniform 邪魔板に板を取り付けた状態を示す平面図The top view which shows the state which attached the board to the baffle board 邪魔板に加え円盤を配置した状態を示す平面図A plan view showing a state in which a disk is arranged in addition to the baffle plate 従来技術のイオン照射装置を説明する断面図Sectional drawing explaining the ion irradiation apparatus of a prior art 従来技術の電極板を説明する平面図Plan view for explaining a conventional electrode plate

Explanation of symbols

１０……イオン照射装置
１２……イオン通過路
１６……電極装置
１７……第一の電極
１８……第二の電極
２０……入口孔
２５……邪魔板
３２……試料ホルダー
３３……処理対象物
３５……回転装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Ion irradiation device 12 ... Ion passage 16 ... Electrode device 17 ... First electrode 18 ... Second electrode 20 ... Inlet hole 25 ... Baffle plate 32 ... Sample holder 33 ... Processing Object 35 …… Rotating device

Claims

An ionization chamber;
An ion generator that ionizes the processing gas introduced into the ionization chamber;
An electrode device for discharging the generated ions to the outside from the ionization chamber;
The electrode device and the mounting surface described above so that the electrode device and the processing target object rotate relative to each other about a rotation axis perpendicular to the mounting surface on which the processing target is mounted. A rotating device that relatively rotates
An ion irradiation device for irradiating the ions generated in the ionization chamber with respect to the processing object,
The electrode device includes a first electrode to which a voltage that determines acceleration energy of the ions in the ionization chamber is applied;
A second electrode to which a polarity voltage for attracting the ions is applied;
A plurality of ion passages that pass through the first and second electrodes and allow the ions to pass outside the ionization chamber;
The first electrode is disposed such that the center of the first electrode is separated from the rotation axis.
The first electrode surface includes a central region sandwiched between the two straight lines and two end regions located on both sides of the central region within a plane on which the surface is located. Divided,
The ion passage is an ion irradiation device arranged in the central region.

The first electrode surface is divided into a central region, an intermediate region, and an outer peripheral region from a direction close to the rotational axis by a large circle and a small circle centered on the rotational axis.
The ion irradiation apparatus according to claim 1, wherein the ion passage is disposed in an ion passage region in the central region and in the intermediate region.

The number of the ion passages in the circumferential direction of a circle centered on the rotation axis is arranged such that the number on the far circle is larger than the number on the circle near the rotation axis. 2. The ion irradiation apparatus according to 2.

The inlet hole located on the first electrode, which is an end of the ion passage, has the same area, and the centers of the adjacent inlet holes are arranged equidistant from each other. The ion irradiation apparatus of description.

The baffle plate arranged apart from the first electrode in the ionization chamber is arranged at a position facing a part of the ion passage region. Ion irradiation equipment.

The ion irradiation apparatus according to claim 5, wherein the baffle plate is made of a dielectric.