JP5956612B2 - グリッドアセンブリおよびイオンビームエッチング装置 - Google Patents

Description

本発明は、グリッドアセンブリ、および該グリッドアセンブリを含むイオンビームエッチング装置に関する。

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

従来、ＩＢＥ装置では、複数枚のグリッドを用いてプラズマ中からイオンを引き出す構成が用いられている。ＩＢＥ装置の一形態として、この複数枚のグリッドは端部において固定され、グリッドアセンブリが形成される。図１３Ａは、特許文献１に記載されている従来のＩＢＥ装置におけるグリッドアセンブリの平面図である。図１３Ｂは、図１３ＡのＡ−Ａ’線から見たグリッドアセンブリの断面図である。図１３Ａにおいてはグリッドアセンブリのみを示し、図１３ＢにおいてはＩＢＥ装置に固定されている状態のグリッドアセンブリを示している。

グリッドアセンブリ２０は、３つの円板状グリッド２１、２２および２３からなっており、これらのグリッドが有する複数の開口部（不図示）は整列している。また、グリッド２１、２２および２３は、それぞれ所定の円周上に配置された８個の固定用の貫通孔１０を有する。グリッドアセンブリ２０は、取付けプラットホーム４０を介してチャンバ１に取り付けられている。取付けプラットホーム４０は、キャップ・リング４１ならびに第１および第２のリング４２および４３を備えている。キャップ・リング４１は、チャンバ１に取り付けられている。グリッド２１、２２および２３は、第１のリング４２と第２のリング４３の間に配置されており、貫通孔１０を通る固定ボルト２８により一体にボルト締めされている。スペーサ絶縁体２９はグリッド同士を電気的に分離するように設けられており、スペーサ絶縁体３０はグリッド２１、２２および２３と固定ボルト２８とを電気的に分離するよう設けられている。

グリッドアセンブリ２０は、３枚のグリッドが有する複数の開口部の位置が互いに一致するように構成されており、グリッド間の電位差によって加速したイオンがそれらの一致した開口部を通過することで、空間的な分布が均一なイオンビームを形成することができる。

特開２０１１−１２９２７０号公報

図１３Ａ、Ｂに示すグリッドアセンブリを組み立てる際には、各部品を重ねた状態で、８個の貫通孔１０を用いてグリッド２１、２２、２３の位置決めを行いながら、該貫通孔１０を介してボルト２８により固定を行う。そのため、組み立てが難しく、また各部品の寸法の製造誤差の影響を受けやすかった（例えば、最後に固定する貫通孔に８つの貫通孔の製造誤差が集約されるため）。しかしながら、単純に貫通孔の数を減らしては、位置決めの再現性および固定の強度が低下してしまう。組み立てを容易にするために緩いはめあい公差でグリッドアセンブリを設計すると、組み立ての再現性が低下し、グリッド間のずれが生じやすい。一方、グリッド間のずれを抑えるために、厳しいはめあい公差でグリッドアセンブリを設計すると、組み立てが困難になる。さらに、無理に固定しようとするとグリッドに歪みが生じる場合がある。

開口部の位置がグリッド間で一致していないと、イオンビームの軌道が所望の軌道からずれてしまう。図１４Ａは、グリッド同士が違いに平行にずれた場合のイオンビームの軌道を示す図である。この場合には、イオンビームの軌道がグリッド面に対して傾斜してしまう。図１４Ｂは、グリッドが歪んだ場合のイオンビームの軌道を示す図である。この場合には、イオンビームの軌道が場所によって異なっている。このように、グリッドのずれや歪みによってイオンビームの軌道が変化すると、被処理基板に対するイオンビームの照射量の面内分布が悪化し、基板面内の各点においてエッチング速度のばらつきが増加する場合がある。あるいは、イオンビームの軌道が変化する結果、所望の形状や寸法のパターンを獲ることができなくなる場合がある。
このような問題は処理基板の大口径化に伴い、より一層顕著になることが考えられる。基板の大口径化に伴い、グリッドアセンブリも大型化する必要があり、その結果、各グリッド間の位置ずれも大きくなるためである。

本発明は、上述の問題点を解決するためになされたものであって、組み立てが容易であり、かつ組み立ての再現性の高いグリッドアセンブリ、および該グリッドアセンブリを備えるイオンビームエッチング装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様は、グリッドアセンブリであって、位置決め孔と第１の固定孔とを有するグリッドと、２つ以上重ねられた前記グリッドの前記位置決め孔を貫通するように構成された突起部と、第２の固定孔とが設けられている固定部材と、前記２つ以上重ねられた前記グリッドと前記固定部材とを、前記第１の固定孔と前記第２の固定孔とを貫通して固定するように構成された貫通部材と、を備え、前記突起部が前記位置決め孔と前記突起部とを貫通しており、前記貫通部材が前記第１の固定孔と前記第２の固定孔とを貫通していることを特徴とする。

本発明に係るグリッドアセンブリは、組み立てが容易であり、かつ組み立ての再現性が高い。そのため、グリッド間で開口部の位置を正確に一致させ、イオンビームの空間的な分布を均一にすることができる。また、複数の装置に同じ構成のグリッドアセンブリを備える場合や、メンテナンスによりグリッドアセンブリを一旦取り外して再度取り付けた場合等にも、均質なイオンビームエッチング処理を行うことができる。

本発明の一実施形態に係るイオンビームエッチング装置の概略構成図である。 本発明の一実施形態に係るグリッドアセンブリの平面図である。 本発明の一実施形態に係るグリッドアセンブリの平面図である。 本発明の一実施形態に係るグリッドアセンブリの断面図である。 本発明の一実施形態に係るグリッドアセンブリの断面図である。 本発明の一実施形態に係るグリッドアセンブリにおける位置決め孔の平面図である。 本発明の一実施形態に係るグリッドアセンブリにおける位置決め孔の平面図である。 本発明の一実施形態に係るグリッドアセンブリにおける位置決め孔の平面図である。 本発明の一実施形態に係るグリッドアセンブリにおける位置決めピンの斜視図である。 本発明の一実施形態に係るグリッドアセンブリにおける位置決めピンの斜視図である。 本発明の一実施形態に係るグリッドアセンブリにおける位置決めピンの斜視図である。 本発明の一実施形態に係るグリッドアセンブリにおける位置決めピンの斜視図である。 本発明の一実施形態に係るグリッドアセンブリにおける位置決め孔に位置決めピンが挿入されている状態の平面図である。 本発明の一実施形態に係るグリッドアセンブリにおける位置決め孔に位置決めピンが挿入されている状態の平面図である。 本発明の一実施形態に係るグリッドアセンブリにおける位置決め孔に位置決めピンが挿入されている状態の平面図である。 本発明の一実施形態に係るグリッドアセンブリにおける位置決め孔の配置を示す図である。 本発明の一実施形態に係るグリッドアセンブリにおける位置決め孔の配置を示す図である。 本発明の一実施形態に係るグリッドアセンブリにおける位置決め方法を説明するための図である。 グリッドの反り量の経時的な変化を表すグラフを示す図である。 グリッドの反り量の経時的な変化を表すグラフを示す図である。 グリッドの反り量の経時的な変化を表すグラフを示す図である。 本発明の一実施形態に係るグリッドアセンブリの断面図である。 本発明の一実施形態に係るグリッドアセンブリの断面図である。 本発明の一実施形態に係るグリッドアセンブリにおける位置決め孔の配置を示す図である。 本発明の一実施形態に係るグリッドアセンブリの断面図である。 従来のグリッドアセンブリの平面図である。 従来のグリッドアセンブリの断面図である。 グリッドを通過するイオンビームの軌道を説明するための図である。 グリッドを通過するイオンビームの軌道を説明するための図である。

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

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

処理室１０１内には、基板１１１を保持可能な基板ホルダー１１０が、イオンビーム発生装置１００から照射されたイオンビームが入射されるように設けられている。また、処理室１０１には排気ポンプ１０３が設置されている。処理室１０１内にはニュートラライザー１１３が設けられており、ニュートラライザー１１３によりイオンビーム発生装置１００から導入されたイオンビームを電気的に中和することができる。よって、電気的に中和されたイオンビームを基板１１１に照射することができ、該基板１１１のチャージアップが抑制される。また処理室１０１にはガス導入部１１４が設けられており、処理室１０１内にプロセスガスを導入することができる。基板ホルダー１１０は、イオンビームに対して任意に傾斜することができる。また、基板ホルダー１１０は、基板１１１をその面内方向に回転（自転）できる構造となっている。

イオンビーム発生装置１００は、放電空間を内部に有するプラズマ発生室１０２を備えている。プラズマ発生室１０２の一部は放電容器としてのベルジャ１０４によって画設されている。ベルジャ１０４はイオンビーム発生装置１００から取り外し可能に構成されている。

プラズマ発生室１０２には、ガス導入部１０５が設けられており、該ガス導入部１０５によりプラズマ発生室１０２にエッチングガスが導入される。また、高周波（ＲＦ）場を生成するためのＲＦアンテナ１０６が、プラズマ発生室１０２内にプラズマ放電を行えるようにプラズマ発生室１０２（ベルジャ１０４）の周囲に配置されている。ＲＦアンテナ１０６は、整合器１０７を介して高周波電源１１２に接続されている。さらに、プラズマ発生室１０２の周囲にはプラズマ発生室１０２内に所定の磁界を生じさせる電磁コイル１０８が設けられている。このような構成において、ガス導入部１０５からエッチングガスを導入し、ＲＦアンテナ１０６に高周波電力を印加することでプラズマ発生室１０２内にエッチングガスのプラズマを発生させることができる。

イオンビーム発生装置１００は、処理室１０１とプラズマ発生室１０２との境界に設けられた、プラズマ発生室１０２にて発生したプラズマからイオンを引き出すための引き出し手段としてのグリッドアセンブリ１０９をさらに備えている。本実施形態では、該グリッドアセンブリ１０９に直流電圧を印加し、プラズマ発生室１０２内のイオンをビームとして引き出し、該引き出されたイオンビームを基板１１１に照射することで基板１１１の処理が行われる。

図２Ａは、プラズマ発生室１０２側から見た、本実施形態に係るグリッドアセンブリ１０９の平面図である。図２Ａにおいてはグリッドのみを示しており、固定用のボルト等は省略している。グリッドアセンブリ１０９は、３枚の円板状のグリッドが重なって構成されており、プラズマ発生室１０２にて発生したイオンを通過させるためのイオン通過孔１１５を中心付近に多数有する。また、グリッドアセンブリ１０９は、グリッドアセンブリ１０９の表面上に仮想的に設定される所定の仮想円である円Ｒの円周上に、３枚のグリッドを固定するための３つの固定孔１１６と、３枚のグリッドの位置決めを行うための３つの位置決め孔１１７とを有する。イオン通過孔１１５、固定孔１１６および位置決め孔１１７は、３枚のグリッドにそれぞれ設けられており、３枚のグリッド間で位置が一致するように配置されている。

図３Ａは、図２ＡのＢ−Ｂ’線から見た、本実施形態に係るグリッドアセンブリ１０９の断面図である。グリッドアセンブリ１０９は、プラズマ発生室１０２の側から順に、引き出し電極である第１のグリッド１１８（プラズマ側グリッド）と、加速電極である第２のグリッド１１９と、第３のグリッド１２０（基板側グリッド）とを備えている。グリッド１１８、１１９、１２０は、それぞれ導電性の材料（例えば、モリブデン、カーボン等）で形成されている円板状の電極である。第１のグリッド１１８に形成されたイオン通過孔１１５の各々、第２のグリッド１１９に形成されたイオン通過孔１１５の各々、および第３のグリッド１２０に形成されたイオン通過孔１１５の各々が重なるように、第１のグリッド１１８、第２のグリッド１１９、および第３のグリッド１２０が配列されている。

第１のグリッド１１８は、不図示の電源に接続されて正の電圧が印加される。第２のグリッド１１９は、不図示の電源に接続されて負の電圧が印加される。したがって、プラズマ発生室１０２内にプラズマを発生させ、第１のグリッド１１８に正の電圧を印加し、第２のグリッド１１９に負の電圧を印加すると、第１のグリッド１１８と第２のグリッド１１９との電位差によりイオンが加速される。また、第３のグリッド１２０はアース電極とも呼ばれ接地されている。第２のグリッド１１９と第３のグリッド１２０との電位差を制御することにより、静電レンズ効果を用いてイオンビームの径を所定の数値範囲内に制御することができる。

第１のグリッド１１８、第２のグリッド１１９、および第３のグリッド１２０が重ねられた状態において、さらに処理室１０１側に第１の固定部材としての第１のリング１２１が重ねられ、プラズマ発生室１０２側に第２の固定部材としての第２のリング１２２が重ねられる。リング１２１、１２２は、グリッド１１８、１１９、１２０の外周部に沿って延在するリング状部材であり、グリッド１１８、１１９、１２０の固定孔１１６（第１の固定孔ともいう）に対応する位置に固定孔１１６（第２の固定孔ともいう）が設けられている。グリッド１１８、１１９、１２０およびリング１２１、１２２は、それぞれが有する固定孔１１６が互いに重なるように配置された状態で、貫通部材としてのボルト１２３により固定孔１１６を介して固定されている。さらにボルト１２３の一方端は、第１のリング１２１の固定孔１１６に固定されており、他方端は第２のリング１２２の固定孔１１６に固定されている。さらに、第１のグリッド１１８と第２のグリッド１１９との間、第２のグリッド１１９と第３のグリッド１２０との間、および各グリッドとボルト１２３との間には不図示のスペーサ絶縁体が設けられており、グリッド同士が電気的に分離されている。

このような構成により、グリッド１１８、１１９、１２０、およびリング１２１、１２２は、ボルト１２３により一体に固定される。さらに、第１のリング１２１を壁面１２５にネジ１２４を用いて固定することによって、グリッドアセンブリ１０９を壁面１２５に取り付けられている。

グリッド１１８、１１９、１２０にそれぞれ設けられている固定孔１１６は、ボルト１２３の寸法より、グリッド１１８、１１９、１２０のそれぞれの面内の全方向に余裕があるように構成する。すなわち、ボルト１２３が固定孔１１６に挿入されている状態であって、ボルト１２３が固定孔１１６の中心に位置している状態においては、ボルト１２３が固定孔１１６の内壁のいずれの方向にも接触せず、離間しているように構成する。このような構成により、熱膨張等でグリッド１１８、１１９、１２０の大きさが変動した場合に、ボルト１２３が固定孔１１６の内壁を押してグリッド１１８、１１９、１２０を変形させることを抑制することができる。また、グリッドアセンブリ１０９を組み立てる際に、グリッド１１８、１１９、１２０の固定孔１１６の位置が合わず、ボルト１２３が通らないということが起こりづらい。

図３Ｂは、図２ＡのＣ−Ｃ’線から見た、本実施形態に係るグリッドアセンブリ１０９の断面図である。第１のリング１２１は、グリッド１１８、１１９、１２０の位置決め孔１１７に対応する位置に、位置決めを行うために用いられる突起部としての位置決めピン１２６を有する。グリッド１１８、１１９、１２０のそれぞれが有する位置決め孔１１７と、第１のリング１２１が有する位置決めピン１２６とが互いに重なるように配置された状態で、位置決めピン１２６が位置決め孔１１７を貫通している。

本実施形態に係るグリッドアセンブリ１０９を組み立てる際には、まず、第１のリング１２１上の３つの位置決めピン１２６が、グリッド１１８、１１９、１２０のそれぞれに設けられた３つの位置決め孔１１７に挿入されるように、第１のリング１２１上のグリッド１１８、１１９、１２０を重ねる。このとき、後で詳細に説明するように、３点で位置決めを行っているため、特に位置決めが容易であり、かつ位置決めの再現性が高くなっている。このように位置決めを行った後に、グリッド１１８、１１９、１２０の上に第２のリング１２２を重ね、グリッド１１８、１１９、１２０およびリング１２１、１２２のそれぞれに設けられた３つの固定孔１１６にボルトを挿入し、グリッドアセンブリ１０９全体の固定を行う。このとき、先に位置決めを行っているため、固定の際に固定孔１１６の穴が合わないような状態になることを抑制することができる。

本実施形態では、位置決めピン１２６を第１のリング１２１上に設けているが、第２のリング１２２上に設けてもよい。その場合には、第１のリング１２１上に設ける場合と逆の順序でグリッドアセンブリ１０９の組み立てを行えばよい。

図１３Ａ、Ｂに示す従来のグリッドアセンブリを組み立てる際には、８つの貫通孔とボルトを用いて、位置合わせと固定とを同時に行う必要があったため、組み立てが難しかった。それに対して、本実施形態に係るグリッドアセンブリを組み立てる際には、まず位置決め孔と固定された位置決めピン（突起部）とを用いて位置決めを行い、位置決めがなされた状態で固定孔とボルトとにより固定を行うことができるため、組み立てが容易である。

本実施形態に係る位置決め孔１１７および位置決めピン１２６の形状および配置は、特に容易にかつ再現性を高くグリッドアセンブリ１０９の位置決めを行えるように構成されている。
図４Ａ〜Ｃは、グリッド１１８、１１９、１２０の法線方向から見た位置決め孔１１７の例示的な形状を示す平面図である。図４Ａ〜Ｃに示す位置決め孔１１７は、それぞれＸ軸方向（短手方向ともいう）に沿った幅より、Ｘ軸に直交するＹ軸方向（長手方向ともいう）に沿った幅の方が大きい形状を有する。具体的には、図４Ａに示す位置決め孔１１７の平面形状は、短手方向に対向する２辺は互いに平行な直線状であり、該２辺を曲線で結んだ形状である。また、図４Ｂに示す位置決め孔１１７の平面形状は、短手方向に対向する２辺は互いに平行な直線状であり、該２辺を直線で結んだ形状である。また、図４Ｃに示す位置決め孔１１７の平面形状は、短手方向に対向する２辺は互いに平行な弧状であり、該２辺を曲線で結んだ形状である。図４Ｃに示す位置決め孔１１７では、短手方向である第１の方向および第１の方向に直交する第２の方向が、位置決め孔１１７の各点において連続的に変化している。位置決め孔１１７は、図４Ａ〜Ｃに示す平面形状によってグリッド１１８、１１９、１２０を厚さ方向にくり抜いたものである。

位置決め孔１１７の形状は図４Ａ〜Ｃに示すものに限られず、グリッドの表面上において第１の方向に沿って所定の幅を有し、該グリッドの表面上において該第１の方向に直交する第２の方向に沿って該所定の幅より長い幅を有する形状であれば、任意の形状を用いてよい。なお、該第１の方向および該第２の方向は、各位置決め孔１１７において任意に定めてよい。この点について、図２Ｂを用いて、説明する。図２Ｂは、図２Ａと同様に、プラズマ発生室１０２側から見たグリッドアセンブリ１０９の平面図である。図２Ｂにおいて、位置決め孔１１７ａは、方向ａの幅が方向ｂの幅よりも大きくなっている。即ち、方向ｂが第１の方向であり、方向ａが第２の方向である。位置決め孔１１７ｂについては、方向ｃの幅が方向ｄの幅よりも大きくなっている。即ち、方向ｄが第１の方向であり、方向ｃが第２の方向である。位置決め孔１１７ｃについては、方向ｅの幅が方向ｆの幅よりも大きくなっている。即ち、方向ｆが第１の方向であり、方向ｅが第２の方向である。このように、各位置決め孔１１７の第１の方向および第２の方向は各々の位置決め孔１１７において設定されるものである。位置決め孔１１７ｂにおける第１の方向および第２の方向は、位置決め孔１１７ａに対して相対的に、方向ｄを第３の方向、方向ｃを第４の方向と呼ぶこともできる。また、同様に、位置決め孔１１７ｃにおける第１の方向および第２の方向は、位置決め孔１１７ａに対して相対的に、方向ｆを第５の方向、方向ｅを第６の方向と呼ぶこともできる。

図５Ａ〜Ｄは、それぞれ位置決めピン１２６の例示的な形状を示す斜視図である。図中のＺ軸は、位置決めピン１２６が位置決め孔１１７に挿入された際の深さ方向（グリッドの厚さ方向）を表す。図５Ａに示す位置決めピン１２６は、円柱状の形状を有する。図５Ｂに示す位置決めピン１２６は、四角柱状の形状を有する。図５Ｃに示す位置決めピン１２６は、四角柱の対向する２面にそれぞれ半円柱状の曲面が形成された形状を有する。図５Ｄに示す位置決めピン１２６は、球状の形状を有する。
なお、図５Ｂや図５Ｃに示す位置決めピン１２６を位置決め孔１１７に貫通させた場合、位置決め孔１１７の長手方向に対する位置決めピン１２６の相対的な傾きにより位置決めピン１２６の位置決め孔１１７の内壁に対する接触状態が変化する。しかし、実際のグリッドアセンブリ１０９の製造において、位置決め孔１１７の位置ズレおよび位置決めピン１２６に対する角度のズレは微小である。従って、位置決め孔１１７の長手方向に対する位置決めピン１２６との相対的な傾きはグリッドアセンブリ１０９の組立てにおいてほとんど変化しないので、図５Ｂや図５Ｃに示す位置決めピン１２６を用いた場合にも、本発明における効果を得ることができる。

位置決めピン１２６は、任意の方法で第１のリング１２１に固定される。例えば位置決めピン１２６にネジを設け、第１のリング１２１にネジ穴を設けることによりそれらを嵌合させて固定してもよく、また接着剤やかしめ、溶接、ロウ付けなどにより固定してもよい。

位置決めピン１２６の形状は図５Ａ〜Ｄに示すものに限られず、位置決めピン１２６の対向する２つの領域が位置決め孔１１７の内壁に点接触または線接触が可能な任意の形状を用いてよい。ここで、点接触とは、位置決めピン１２６が位置決め孔１１７に挿入された状態において、位置決めピン１２６と位置決め孔１１７の内壁とが点で接触することをいう。線接触とは、位置決めピン１２６が位置決め孔１１７に挿入された状態において、位置決めピン１２６と位置決め孔１１７の内壁とが線で接触し、該線の方向が位置決め孔１１７の深さ方向と平行になっていることをいう。また、厳密な点接触または線接触でなくともよく、位置決めピン１２６の位置決め孔１１７の内壁に接触する領域に対して面取り等を行い、位置決め孔１１７の内壁に小さい面積を持って接触するように構成されてもよい。

図６Ａ〜Ｃは、それぞれ位置決めピン１２６が位置決め孔１１７に挿入された例示的な状態を示す平面図である。図６Ａは、図４Ａに示す形状を有する位置決め孔１１７に、図５Ａまたは図５Ｄに示す形状を有する位置決めピン１２６が挿入された状態を表す。図６Ｂは、図４Ｂに示す形状を有する位置決め孔１１７に、図５Ｂに示す形状を有する位置決めピン１２６が挿入された状態を表す。図６Ｃは、図４Ｃに示す形状を有する位置決め孔１１７に、図５Ａまたは図５Ｄに示す形状を有する位置決めピン１２６が挿入された状態を表す。

位置決めピン１２６は、Ｘ軸に沿った対向する２つの領域が位置決め孔１１７の内壁に同時に点接触または線接触し、かつＹ軸方向に沿った対向する２つの領域が位置決め孔１１７の内壁に同時に接触しないように構成されている。ここで、「接触」には、位置決めピン１２６は位置決め孔１１７に厳密に接触すること以外にも、位置決めピン１２６と位置決め孔１１７との間に摺動可能な程度の隙間が設けられている状態も含む。

言い換えると、位置決めピン１２６が位置決め孔１１７に挿入された状態において、位置決めピン１２６は、位置決め孔１１７に対して、第１の方向には移動ができないように構成され、かつ該第１の方向に直交する第２の方向に摺動できるように構成されている。
なお、実際の位置決めピン１２６と位置決め孔１１７とを、位置決めピン１２６が位置決め１１７に対して第１の方向に全く移動できないように製造すると、各部材の公差によりグリッドアセンブリ１０９の組立てが困難となってしまう。従って、グリッドアセンブリ１０９を組み立てるために、位置決めピン１２６と位置決め孔１１７との間には、少なくとも位置決めピン１２６と位置決め孔１１７とのはめあい公差に相当する間隙が設けられることが望ましい。本発明において、位置決めピン１２６が位置決め孔１１７に対して第１の方向に移動できない、とはグリッドアセンブリ１０９の組立てのための位置決めピン１２６と位置決め孔１１７とのはめあい公差の影響を除いた場合に、実質的に位置決めピン１２６が位置決め孔１１７に対して移動できない状態を指すものである。

上述の条件を満たすものであれば、位置決め孔１１７および位置決めピン１２６の形状の組み合わせは、任意に定めることができる。

図７Ａ、Ｂは、本実施形態に係る位置決め孔１１７の配置を示す図である。図７Ａ、Ｂに示すように、グリッド１１８、１１９、１２０のそれぞれにおいて、３つの位置決め孔１１７が、点Ｏを中心とした円Ｒの円周上に設けられている。本実施形態においては、３つの位置決め孔１１７は点Ｏに関して１２０度ごとに配置されているが、３つの位置決め孔１１７の間の角度は任意に設定してよい。また、本実施形態においては、３つの位置決め孔１１７は全て点Ｏを中心とした円Ｒの円周上に配置されているが、それぞれが円Ｒの円周に沿って（すなわち、点Ｏを中心とした半径の異なる円の円周上に）配置されていてもよい。

図７Ａ、Ｂに示すように、位置決め孔１１７の短手方向（図４Ａ〜ＣにおけるＸ軸方向）と、位置決め孔１１７の中心と円Ｒの中心点Ｏとを結ぶ方向とのなす角度（小さい方の角度）は、０度より大きく９０度以下の所定の角度に設定される。図７Ａに示す配置では、該角度は９０度である。図７Ｂに示す配置では、該角度は４５度である。なお、該角度は、３つの位置決め孔１１７のそれぞれにおいて等しい（すなわち、３つの位置決め孔１１７は円Ｒの中心点Ｏに関して点対称である）ように構成される。

言い換えると、位置決めピン１２６が位置決め孔１１７内で摺動可能な方向が、位置決め孔１１７の中心と円Ｒの中心点Ｏとを結ぶ方向に対して垂直でないように構成されている。

図８は、３つの位置決め孔１１７を用いた位置決め方法を説明するための図である。図８においては、グリッド１１８、１１９、１２０上の点Ｏを中心とした円Ｒ上に、位置決め孔１１７ｄ、１１７ｅ、１１７ｆが設けられており、各位置決め孔の中心点をそれぞれＤ、Ｅ、Ｆとする。また、第１のリング１２１上における位置決め孔１１７ｄ、１１７ｅ、１１７ｆに対応する位置に、位置決めピン１２６ｄ、１２６ｅ、１２６ｆが設けられている。

上述したように、位置決めピンが位置決め孔に挿入されている状態において、位置決めピンは位置決め孔の長手方向（図４Ａ、ＢにおけるＹ軸方向）に摺動可能に構成されている。そのため、位置決めピン１２６ｄは位置決め孔１１７ｄ内で直線ＯＤに沿って、位置決めピン１２６ｅは位置決め孔１１７ｅ内で直線ＯＥに沿って、位置決めピン１２６ｆは位置決め孔１１７ｆ内で直線ＯＦに沿って、それぞれ摺動可能である。

まず、位置決めピン１２６ｄが位置決め孔１１７ｄに、位置決めピン１２６ｅが位置決め孔１１７ｅにそれぞれ挿入されている状態を考えると、位置決めピン１２６ｄは直線ＯＤに沿って摺動し、位置決めピン１２６ｅは直線ＯＥに沿って摺動する。このような位置決めピン１２６ｄ、１２６ｅの摺動に伴う、位置決めピン１２６ｆの軌跡は、線Ｚにより表される。したがって、線Ｚと位置決めピン１２６ｆが摺動可能な方向である直線ＯＦとの交点が、位置決めピン１２６ｆの位置となる。このように、位置決めピン１２６ｄ、１２６ｅ、１２６ｆの位置が自然と一意に決定されるため、グリッドアセンブリ１０９の組み立てを容易に行うことができる。

このような構成により、はめあい公差を厳しく設計することができる。具体的には、ＪＩＳ規格およびＩＳＯ規格で定められるはめあい公差の定義によれば、図１３Ａ、Ｂに示す従来のグリッドアセンブリにおいては、８点の固定を可能にするために貫通孔およびボルトのはめあい公差をＨｄ相当の緩い隙間ばめに設計する必要があった。それに対して、本実施形態に係るグリッドアセンブリ１０９においては、位置決め孔１１７および位置決めピン１２６のはめあい公差をＨｇ相当の厳しい隙間ばめに設計することができる。これにより、グリッドアセンブリ１０９の組み立ての再現性を向上させることができる。

さらに、本実施形態に係る位置決め孔１１７および位置決めピン１２６の形状および配置によれば、イオンビーム処理時の熱膨張による悪影響を抑えることができる。
本実施形態に係るグリッドアセンブリ１０９においては、図７Ａ、Ｂに示すように、位置決め孔１１７は円Ｒの中心点Ｏに対して点対称に配置されている。ＩＢＥ処理を行う際には、ＲＦ放電によってプラズマ発生室内の温度が上昇し、グリッドアセンブリ１０９に熱膨張が発生する。熱膨張（および温度が低下した際の収縮）は、中心点Ｏに関して等方的に発生するため、各位置決め孔１１７の中心と円Ｒの中心点Ｏとを結ぶ方向に沿ってグリッドアセンブリ１０９の変位が発生する。このとき、図７Ａ、Ｂに示すように、位置決めピン１２６が位置決め孔１１７の一方向に摺動可能であり、かつ該方向が位置決め孔１１７の中心と円Ｒの中心点Ｏとを結ぶ方向に対して垂直でないように構成しているため、位置決めピン１２６は中心点Ｏに関して円Ｒの径方向に変位することができる。位置決めピン１２６の移動方向が一方向に限定されているため、熱膨張および収縮を繰り返しても各グリッドは元の位置に再現性よく戻ることができる。また、固定孔１１６は、ボルト１２３の寸法に対してグリッドの面内の全方向に余裕があるように構成されているため、ボルト１２３は固定孔１１６内で自由に変位することができる。したがって、熱膨張によるグリッドの変位が多少発生した場合にも、位置決めピン１２６およびボルト１２３がグリッドに応力を与えない、または与える応力を低減することができるため、熱膨張による歪みや反りを低減させることができる。

一方、図１３Ａ、Ｂに示すような従来のグリッドアセンブリは、８点で固定されており、各貫通孔内でボルトが自由な方向に変位可能であるため、熱膨張およびその後の収縮の方向が不規則になる。熱膨張および収縮の結果、ボルトとグリッドとが貫通孔内でそれ以上変位不可能な位置になってしまうと、熱膨張および収縮時にボルトがグリッドに大きな応力を与え、グリッドの反りや歪みの増大をもたらす場合がある。

本実施形態と従来技術との間で熱膨張時の反り量を比較するための実験を行った。図９Ａ、Ｂは、実施例として本実施形態に係るグリッドアセンブリを用いた場合の反り量のグラフである。図９Ｃは、比較例として図１３Ａ、Ｂに示した従来のグリッドアセンブリを用いた場合の反り量のグラフである。図９Ａ〜Ｃの各実験においては、同一のグリッドアセンブリを保持したまま、４枚の処理基板に対して順にＩＢＥ処理を行った。図９Ａ〜Ｃにおいて、実線はプラズマ発生室側のグリッドの経時的な反り量（グリッドの法線方向の変位の最大値）を示しており、破線はＲＦアンテナに印加されたＲＦ電力を示している。ＲＦ電力が印加されている期間が、プラズマ発生室内にプラズマが形成される期間である。

図９Ａ、Ｂのグラフでは、複数の基板の処理後にもほぼ一定の反り量となっている。一方、図９Ｃのグラフでは、図９Ａ、Ｂのグラフよりも大きい反り量になっており、また反り量が基板ごとに大きく変化していることがわかる。
図９Ｃに係る実験で用いたグリッドアセンブリは８点で固定されており、各貫通孔内でボルトが自由な方向に変位可能であるため、熱膨張およびその後の収縮の方向が一定でない。その結果、毎回異なる方向に熱膨張および収縮を繰り返すため、処理ごとに異なる反り量になっていると考えられる。このように反り量が処理ごとに異なってしまうと、基板処理の再現性が低下し、処理品質の悪化につながる。
それに対して、図９Ａ、Ｂに係る実験で用いた本実施形態に係るグリッドアセンブリでは、各位置決めピンが各位置決め孔内で一方向に摺動可能に構成されているため、熱膨張およびその後の収縮により発生する変位が一定の方向に限定される。その結果、処理ごとに安定した反り量となり、処理の再現性が向上しているものと考えられる。

本実施形態に係るグリッドアセンブリによれば、リング上に固定された位置決めピンを用いて位置決めを行い、その後にボルトによる固定を行うため、グリッドアセンブリの組み立てが容易になる。また、位置決めピンが３つ設けられ、かつそれぞれの位置決めピンが特定の方向に摺動可能に構成されているため、各位置決めピンの位置が一意に決定され、その結果位置決めの再現性が向上する。さらに、位置決めピンが特定の方向に摺動可能であり、かつ熱膨張の方向に位置決めピンが変位可能なように位置決め孔が配置されているため、熱膨張時の歪みや反りが低減され、また処理の再現性が向上する。

（第２の実施形態）
第１の実施形態では、２つのリング１２１、１２２でグリッド１１８、１１９、１２０を挟持するように構成しているため、該グリッドにカーボン等の割れやすい素材を用いる場合であっても破損するおそれを低減することができる。位置決めを行うための位置決めピン１２６は、第１のリング１２１上に固定されている。しかしながら、該グリッドにモリブデン等の硬い素材を用いる場合には、リングは必ずしも必要でなく、省略されても構わない。本実施形態は、第１の実施形態においてリングが省略された場合のグリッドアセンブリ１０９であり、それ以外については第１の実施形態と同様である。

図１０Ａは、図２ＡのＢ−Ｂ’線から見た、本実施形態に係るグリッドアセンブリ１０９の断面図である。本実施形態に係るグリッドアセンブリ１０９は、第１の実施形態と異なり、貫通部材としてのボルト１２３はグリッド１１８、１１９、１２０を直接固定している。また、ネジ１２４は第１のグリッド１１８を壁面１２５に固定している。

図１０Ｂは、図２ＡのＣ−Ｃ’線から見た、本実施形態に係るグリッドアセンブリ１０９の断面図である。本実施形態に係る第３のグリッド１２０は、第１の実施形態と異なり、位置決め孔１１７の代わりに、位置決め孔１１７に対応する位置に突起部としての位置決めピン１２６を有する。

本実施形態に係るグリッドアセンブリ１０９を組み立てる際には、まず、第３のグリッド１２０上の３つの位置決めピン１２６が、グリッド１１８、１１９のそれぞれに設けられた３つの位置決め孔１１７に挿入されるように、第３のグリッド１２０上にグリッド１１８、１１９を重ねる。このように位置決めを行った後に、グリッド１１８、１１９、１２０のそれぞれに設けられた３つの固定孔１１６にボルトを挿入し、グリッドアセンブリ１０９全体の固定を行う。このとき、先に位置決めを行っているため、固定の際に固定孔１１６の穴が合わないような状態になることを抑制することができる。

位置決めピン１２６は、任意の方法で第３のグリッド１２０に固定される。例えば位置決めピン１２６にネジを設け、第３のグリッド１２０にネジ穴を設けることによりそれらを嵌合させて固定してもよく、また接着剤を用いて固定してもよい。

本実施形態では、位置決めピン１２６を第３のグリッド１２０上に設けているが、第１のグリッド１１８上に設けてもよい。その場合には、第３のグリッド１２０上に設ける場合と逆の順序でグリッドアセンブリ１０９の組み立てを行えばよい。

位置決め孔１１７および位置決めピン１２６の形状および配置としては、第１の実施形態について図４〜図７を用いて説明したいずれを用いることもでき、第１の実施形態と同様の効果をもたらすことができる。

（第３の実施形態）
第１の実施形態では、図７Ａ、Ｂに示すように、位置決めピン１２６が位置決め孔１１７の一方向に摺動可能であり、かつ該方向が位置決め孔１１７の中心と円Ｒの中心点Ｏとを結ぶ方向に対して垂直でないように構成している。そのため、位置決めピン１２６は中心点Ｏに関して円Ｒの径方向に変位することができ、熱膨張時の変位により位置決めピン１２６が位置決め孔１１７の内壁を押してグリッドを歪ませることを抑制することができる。しかしながら、熱膨張を考慮しないでよい場合には、摺動方向が位置決め孔１１７の中心と円Ｒの中心点Ｏとを結ぶ方向に対して垂直であってもよい。本実施形態は、第１の実施形態とは位置決め孔１１７の配置が異なるグリッドアセンブリ１０９であり、それ以外については第１の実施形態と同様である。

図１１は、本実施形態に係る位置決め孔１１７の配置を示す図である。図１１に示すように、グリッド１１８、１１９、１２０のそれぞれにおいて、３つの位置決め孔１１７が、点Ｏを中心とした円Ｒの円周上に設けられている。本実施形態においては、３つの位置決め孔１１７は点Ｏに関して１２０度ごとに配置されているが、３つの位置決め孔１１７の間の角度は任意に設定してよい。また、本実施形態においては、３つの位置決め孔１１７は全て点Ｏを中心とした円Ｒの円周上に配置されているが、それぞれが円Ｒの円周に沿って（すなわち、点Ｏを中心とした半径の異なる円の円周上に）配置されていてもよい。

図１１に示すように、位置決め孔１１７の短手方向（図４Ａ〜ＣにおけるＸ軸方向）と、位置決め孔１１７の中心と円Ｒの中心点Ｏとを結ぶ方向とのなす角度（小さい方の角度）は、０度に設定されている。すなわち、位置決めピン１２６が位置決め孔１１７内で摺動可能な方向が、位置決め孔１１７の中心と円Ｒの中心点Ｏとを結ぶ方向に対して垂直となっている。なお、該角度は、３つの位置決め孔１１７のそれぞれにおいて等しい（すなわち、３つの位置決め孔１１７は円Ｒの中心点Ｏに関して点対称である）ように構成される。

本実施形態に係るグリッドアセンブリ１０９は、熱膨張に対する効果を除いては、第１の実施形態と同様の効果をもたらすことができる。すなわち、本実施形態に係るグリッドアセンブリによれば、リング上に固定された位置決めピンを用いて位置決めを行い、その後にボルトによる固定を行うため、グリッドアセンブリの組み立てが容易になる。また、位置決めピンが３つ設けられ、かつそれぞれの位置決めピンが特定の方向に摺動可能に構成されているため、各位置決めピンの位置が一意に決定され、その結果位置決めの再現性が向上する。

（第４の実施形態）
第１の実施形態では、ボルト１２３がグリッド１１８、１１９、１２０およびリング１２１、１２２を一体に固定している。そのような構成において、熱膨張によるグリッドの変位が発生した場合に、各グリッドではそれぞれ変位の量が異なるため、グリッド間にはたらく摩擦力によって各グリッドに歪みや反りが起こる場合がある。本実施形態では、貫通部材としてのボルト１２３に追加のばねを設けることによって、熱膨張時の歪みや反りをさらに低減する。本実施形態は、第１の実施形態とはボルト１２３の締結構造が異なるグリッドアセンブリ１０９であり、それ以外については第１の実施形態と同様である。

図１２は、本実施形態に係るグリッドアセンブリ１０９の断面図である。本実施形態では、グリッドアセンブリ１０９は、ボルト１２３と第２のリング１２２との間にばね１２７をさらに備えている。ばね１２７はボルト１２３の軸を包囲するように設けられたコイル状のばねであり、ボルト１２３と第２のリング１２２との間に圧縮された状態で設けられている。そのため、ばね１２７は、それ自身が伸張する方向、すなわちグリッド１１８、１１９、１２０の厚さ方向に力を発生させる。このとき、ばね１２７がグリッド１１８、１１９、１２０に対して厚さ方向に加える力を０．５Ｎ〜５００Ｎの間の適切な値に設定することによって、グリッド間にはたらく摩擦力を低減することができ、熱膨張時の歪みや反りの発生を抑制することができる。ばね１２７がグリッド１１８、１１９、１２０に対して厚さ方向に与える力は、ボルト１２３を締める量を変化させることにより調整することができる。

ばね１２７としては、コイル状のばねに限らず、グリッド１１８、１１９、１２０に対して厚さ方向に可変の力を与えることが可能な任意の構造を用いることができる。

本実施形態に係るグリッドアセンブリ１０９によれば、組み立ての容易性および再現性を高めると同時に、熱膨張時にグリッド間にはたらく摩擦力を低減して歪みや反りの発生を抑えることができる。

本発明は、上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。

Claims (10)

1. グリッドアセンブリであって、
   表面上の所定の仮想円の円周に沿って等間隔に設けられている３つの位置決め孔と、第１の固定孔とを有するグリッドと、
   ２つ以上重ねられた前記グリッドの前記位置決め孔を貫通するように構成された突起部と、第２の固定孔とを有する固定部材と、
   前記２つ以上重ねられた前記グリッドと前記固定部材とを、前記第１の固定孔と前記第２の固定孔とを貫通して固定するように構成された貫通部材と、
   を備え、
   前記位置決め孔は、前記グリッドの表面上において第１の方向に沿って所定の幅を有し、前記グリッドの表面上において該第１の方向に直交する第２の方向に沿って該所定の幅より長い幅を有しており、
   前記突起部が前記位置決め孔を貫通しており、
   前記貫通部材が前記第１の固定孔と前記第２の固定孔とを貫通している
   ことを特徴とするグリッドアセンブリ。
2. 前記突起部が、前記第１の方向に沿った対向する２つの領域において、前記位置決め孔の内壁に点接触または線接触するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のグリッドアセンブリ。
3. 前記突起部は３つ重ねられた前記グリッドを貫通することを特徴とする請求項１に記載のグリッドアセンブリ。
4. 前記第１の方向と、前記位置決め孔の中心と前記所定の仮想円の中心とを結ぶ方向とのなす角度が、０度より大きく９０度以下の所定の角度であることを特徴とする請求項１に記載のグリッドアセンブリ。
5. 前記突起部が、前記位置決め孔に対して、前記グリッドの表面上において第１の方向には移動できず、前記グリッドの表面上において該第１の方向に直交する第２の方向に沿って摺動できるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のグリッドアセンブリ。
6. 前記グリッドは、多数のイオン通過孔をさらに備え、
   前記２つ以上重ねられた前記グリッドと前記固定部材とが固定される状態において、前記２つ以上重ねられた前記グリッドのうち一のグリッドの前記多数のイオン通過孔のそれぞれが、別のグリッドの前記多数のイオン通過孔のそれぞれに重なるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のグリッドアセンブリ。
7. 前記固定部材は、リング状部材であり、
   前記グリッドの前記多数のイオン通過孔の外周部において前記グリッドと重なるように構成されていることを特徴とする請求項６に記載のグリッドアセンブリ。
8. 前記固定部材は、多数のイオン通過孔をさらに備え、
   前記２つ以上重ねられた前記グリッドと前記固定部材とが固定される状態において、前記固定部材の前記多数のイオン通過孔のそれぞれが、前記２つ以上重ねられた前記グリッドの前記多数のイオン通過孔のそれぞれに重なるように構成されていることを特徴とする請求項６に記載のグリッドアセンブリ。
9. 第２の固定孔を有する第２の固定部材をさらに備え、
   前記貫通部材は、前記固定部材および前記第２の固定部材に挟まれた前記２つ以上重ねられた前記グリッドを、前記第１の固定孔、前記固定部材の前記第２の固定孔および前記第２の固定部材の前記第２の固定孔を貫通して固定し、
   前記２つ以上重ねられた前記グリッドに対して厚さ方向に力を加えるように、前記貫通部材と前記第２の固定部材との間にばねが設けられていることを特徴とする請求項１に記載のグリッドアセンブリ。
10. プラズマ発生室と、
    前記プラズマ発生室内にプラズマを発生させるためのプラズマ発生手段と、
    前記プラズマ発生室に連結した処理室と、
    前記プラズマ発生室から前記処理室へ、前記プラズマからイオンを引き出すための請求項１に記載のグリッドアセンブリと、
    前記処理室の中に設けられ、基板を保持可能な基板ホルダーであって、前記グリッドアセンブリから引き出されたイオンが入射するように設けられた基板ホルダーと、
    を備えることを特徴とするイオンビームエッチング装置。

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