JP6721486B2 - イオンビーム照射装置及び基板処理装置 - Google Patents

Description

本開示は、イオンビーム照射装置及び基板処理装置に関する。

特許文献１には、低エネルギーの複数のイオンビームを照射するための電極構造が開示されている。この電極は、複数のアパーチャを有する３枚の金属電極板をイオンビームの照射方向に重ねて構成されている。

特開２００７−１７３０６９号公報

特許文献１記載の電極構造のように、バケット型と呼ばれる大きなビームサイズ（例えば１００ｍｍφ〜５００ｍｍφ程度）を引き出すためのイオン源においては、素性の良いイオンビームを引き出すための様々な条件により、複数のアパーチャ（多孔）を用いたビーム引き出しが行われている。ここで、半導体デバイスの集積密度の向上に伴い、イオンビームの方向性を制御することが要求されている。イオンビームの方向性の制御は、単一のアパーチャ（単一の孔）から引き出した細いビームの場合には、ビームが通る空間に電場又は磁場を形成することにより実現することができる。

しかしながら、複数のアパーチャ（多孔）から引き出された複数のイオンビームからなる大きなビームの場合、イオンビーム全体の方向性の制御が困難となる。例えば、電場を利用する場合、それぞれのオンビームには引き出されたアパーチャの位置に応じた加減速の影響が与えられるため、イオンビーム全体の形状及び方向性の制御が困難である。これに対し、磁場を利用する場合、イオンビームが通る空間全体に均一な分布の磁場を形成することができれば、イオンビーム全体の方向性を制御することができる。しかしながら、周辺磁場を考慮しながらビームが通る空間全体に均一な分布の磁場を厳密に形成することは容易ではなく、コストもかかる。

さらに、半導体デバイスの集積密度の向上に伴い、イオンビームにより材料に励起される損傷を抑えることも要求されている。これに対して、低エネルギー（例えば３０〜３００ｅＶ）のイオンビームを用いることで材料の損傷を抑えることができる。しかしながら、低エネルギーのイオンビームは、高エネルギー（例えば１０００ｅｖ以上）のイオンビームに比べて、残留ガスとの衝突、及び、イオン同士の斥力が与える影響などが顕著となり、イオンビームの方向性を制御することが困難である。つまり、上述した複数のアパーチャから引き出されたイオンビームを低エネルギーにする場合、イオンビーム全体の方向性の制御がより困難となる傾向にある。

本技術分野では、複数のアパーチャから引き出されたイオンビーム全体の方向性を簡易に制御することができるイオンビーム照射装置及び基板処理装置が望まれている。

本発明者は、複数のアパーチャから引き出されたイオンビーム全体の方向性を良好に制御するためには、プラズマからイオンビームを正確に引き出すこと、そして、正確に引き出したイオンビームに対してその方向性を制御することが重要であることを見出した。さらに、本発明者は、所定のグリッド電極のアパーチャの中心軸を他のグリッド電極のアパーチャの中心軸に対してビーム照射方向と直交する方向にオフセットさせ、オフセットさせたグリッド電極により電場を形成することにより、イオンビーム全体の方向を、オフセット方向とオフセット方向の逆方向との二方向にずらす（ステアリングする）ことができることを見出し、本発明をするに至った。

本発明の一側面に係るイオンビーム照射装置は、プラズマからイオンビームを引き出して照射するイオンビーム照射装置である。この装置は、複数の板状のグリッド電極、電源部、及び、制御部を備える。複数のグリッド電極は、ビーム照射方向に重ねて配置され、それぞれが複数のアパーチャを有する。電源部は、それぞれのグリッド電極へ電圧を印加する。制御部は、電源部によりそれぞれのグリッド電極へ印加される電圧を制御する。複数のグリッド電極は、プラズマからビーム照射方向に向けて１番目及び２番目に配置される第１グリッド電極及び第２グリッド電極、並びに、第２グリッド電極よりもビーム照射方向の下流側に配置された第３グリッド電極及び第４グリッド電極を順に有する。第１グリッド電極のアパーチャ及び第２グリッド電極のアパーチャの中心軸は、ビーム照射方向に沿って同軸である。第３グリッド電極のアパーチャの中心軸は、第１グリッド電極及び第２グリッド電極のアパーチャの中心軸に対してビーム照射方向と直交する方向にオフセットしている。

このイオンビーム照射装置では、プラズマ側に配置される第１グリッド電極及び第２グリッド電極のアパーチャの中心軸は同軸であるため、この装置は、第１グリッド電極及び第２グリッド電極のアパーチャの中心軸が一致しない場合に比べて良好な形状のビームを引き出すことができる。そして、この装置では、電圧印加が可能な第３グリッド電極のアパーチャの中心軸が第１グリッド電極及び第２グリッド電極のアパーチャの中心軸に対してビーム照射方向と直交する方向にオフセットしており、第３グリッド電極により形成される電場が制御部により制御される。このため、この装置は、良好な形状のビームを第３グリッド電極のオフセット方向とオフセット方向の逆方向との二方向にずらす（ステアリングする）ことができる。つまり、この装置は、複数のアパーチャからそれぞれ引き出されたイオンビームの収束特性に影響を与えることなく、かつ、電圧の制御のみでイオンビーム全体の方向性を制御することができる。よって、この装置は、複数のアパーチャから引き出されたイオンビーム全体の方向性を簡易に制御することができる。

一実施形態において、制御部は、複数のグリッド電極のうち、第３グリッド電極よりもビーム照射方向の上流側であって第３グリッド電極に最も近いグリッド電極と、第３グリッド電極との間に第１電位差を与えることにより、複数のアパーチャから照射される複数のイオンビームを第３グリッド電極のオフセット方向又はオフセット方向の逆方向に傾斜させてもよい。この場合、この装置は、第３グリッド電極に最も近い上流側のグリッド電極と、第３グリッド電極との間の第１電位差をパラメータとして、複数のアパーチャから引き出されたイオンビーム全体の方向を第３グリッド電極のオフセット方向又はオフセット方向の逆方向に制御することができる。

一実施形態において、制御部は、複数のイオンビームを第３グリッド電極のオフセット方向又はオフセット方向の逆方向に傾斜させる際の傾斜目標角度が大きいほど第１電位差を大きく制御してもよい。この場合、制御部は、複数のアパーチャから引き出されたイオンビーム全体の傾斜角度を、第１電位差をパラメータとして制御することができる。

一実施形態において、制御部は、イオンビームを第３グリッド電極のアパーチャの中心軸のオフセット方向に傾ける場合には、第１電位差を負とし、イオンビームを第３グリッド電極のアパーチャの中心軸のオフセット方向の逆方向に傾ける場合には、第１電位差を正としてもよい。この場合、制御部は、複数のアパーチャから引き出されたイオンビーム全体の傾斜方向を、第１電位差の正負をパラメータとして制御することができる。

一実施形態において、第４グリッド電極よりもビーム照射方向の下流側に配置された第５グリッド電極をさらに備え、第４グリッド電極のアパーチャの中心軸は、第１グリッド電極及び第２グリッド電極のアパーチャの中心軸に対してビーム照射方向と直交する方向であって、第３グリッド電極のアパーチャの中心軸のオフセット方向と交差する方向にオフセットしてもよい。この場合、第３グリッド電極のオフセット方向及び逆方向への傾斜方向制御だけでなく、第４グリッド電極のオフセット方向及び逆方向へ傾斜方向制御をすることができる。第４グリッド電極のオフセット方向は、第３グリッド電極のオフセット方向とは異なる方向であるため、この装置は、複数のアパーチャから引き出されたイオンビーム全体の傾斜方向を、ビーム照射方向と直交する平面内で自在に制御することができる。

一実施形態において、制御部は、複数のグリッド電極のうち、第４グリッド電極よりもビーム照射方向の上流側であって第４グリッド電極に最も近いグリッド電極と、第４グリッド電極との間に第２電位差を与えることにより、複数のアパーチャから照射される複数のイオンビームを第４グリッド電極のオフセット方向又はオフセット方向の逆方向に傾斜させてもよい。この場合、この装置は、第４グリッド電極に最も近い上流側のグリッド電極と、第４グリッド電極との間の第２電位差をパラメータとして、複数のアパーチャから引き出されたイオンビーム全体の方向を第４グリッド電極のオフセット方向又はオフセット方向の逆方向に制御することができる。

一実施形態において、制御部は、複数のイオンビームを第４グリッド電極のオフセット方向又はオフセット方向の逆方向に傾斜させる際の傾斜目標角度が大きいほど第２電位差を大きく制御してもよい。この場合、制御部は、複数のアパーチャから引き出されたイオンビーム全体の傾斜角度を、第２電位差をパラメータとして制御することができる。

一実施形態において、制御部は、イオンビームを第４グリッド電極のアパーチャの中心軸のオフセット方向に傾ける場合には、第２電位差を負とし、イオンビームを第４グリッド電極のアパーチャの中心軸のオフセット方向の逆方向に傾ける場合には、第２電位差を正としてもよい。この場合、制御部は、複数のアパーチャから引き出されたイオンビーム全体の傾斜方向を、第１電位差の正負をパラメータとして制御することができる。

本発明の他の側面に係る基板処理装置は、上述したイオンビーム照射装置と、イオンビーム照射装置のビーム照射方向に配置され、基板を保持する載置面を有する載置台と、を備える。この場合、この基板処理装置は、上述したイオンビーム照射装置と同一の効果を奏する。

一実施形態において、グリッド電極における複数のアパーチャが形成される領域は、載置面の面積よりも小さく、一方向に長い四角形であってもよい。この装置は、上述のとおり、イオンビームの照射方向を任意の方向に制御することができる。アパーチャが形成される領域を載置台全体に移動させることにより、任意の大きさの基板を処理することができる。

本発明の種々の側面及び一実施形態によれば、複数のアパーチャから引き出されたイオンビーム全体の方向性を簡易に制御することができるイオンビーム照射装置及び基板処理装置が提供される。

第１実施形態に係る基板処理装置の構成を示す概略断面図である。 グリッド電極の一例である。 グリッド電極のアパーチャの位置関係を説明する図である。 図１の基板処理装置の制御装置の機能ブロック図である。 イオンビームのステアリングのシミュレーション結果である。 ステアリング角と電位差との関係を示すシミュレーション結果である。 低エネルギーのイオンビームのステアリングのシミュレーション結果である。 低エネルギーのイオンビームのステアリングのシミュレーション結果である。 低エネルギーのイオンビームのステアリングのシミュレーション結果である。 第２実施形態に係るグリッド電極のアパーチャの位置関係を説明する図である。 イオンビームの傾斜方向をビーム照射方向に直交する平面内で制御するための電圧制御の一例である。 図１１に示す電圧で制御した場合のイオンビームの照射位置を説明する図である。 アパーチャが形成された領域と載置台の載置面との関係を説明する図である。

以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係る基板処理装置の構成を示す概略断面図である。図１に示される基板処理装置１は、基板にイオンビームを照射してエッチング処理をする装置である。基板処理装置１は、略円筒状の処理容器１０を備えている。処理容器１０は、例えば、その表面が陽極酸化処理されたアルミニウムから構成されている。この処理容器１０は保安接地されている。処理容器１０の内部空間は、仕切り１１によって２つの空間に区画されている。上部の空間はプラズマが生成されるプラズマ室Ｓ１、下部の空間は、基板が処理される処理室Ｓ２である。処理容器１０の下部には、処理容器１０の内部を減圧する排気装置１２が接続されており、プラズマ室Ｓ１及び処理室Ｓ２の圧力が所定の圧力に調整される。排気装置１２は、例えば、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプである。プラズマ室Ｓ１の圧力は真空計１３により測定され、処理室Ｓ２の圧力は真空計１４により測定される。

処理容器１０の天井部２０は、誘電体で形成されている。天井部２０には、図示しないプラズマ生成用のコイルが設けられている。コイルには、高周波電源２１が整合器２２を介して接続されている。プラズマ室Ｓ１には、プラズマ生成用ガスのガス源１５がマスフローコントローラ１６を介して接続されている。ガス源１５からプラズマ室Ｓ１にプラズマ生成用ガスが供給され、高周波電源２１により高周波バイアスがコイルに印加されることで、プラズマ室Ｓ１にプラズマが生成される。

処理室Ｓ２の底部には、載置台３０が配置されている。載置台３０は、基板Ｗを保持する載置面を有する。載置台３０には、電源３１が接続されている。電源３１は、直流電源であってもよいし、交流電源であってもよい。載置台３０に電圧が印加され、基板Ｗにイオンを引き込むための電場が発生する。

プラズマ室Ｓ１と処理室Ｓ２とを区画する仕切り１１には、プラズマからイオンビームを引き出して基板Ｗへ照射するグリッド電極４０が配置されている。グリッド電極４０は、複数の板状のグリッド電極４０ａ〜４０ｅで構成されている。複数のグリッド電極４０ａ〜４０ｅは、ビーム照射方向にそれぞれ離間して配置される。ビーム照射方向とは、プラズマ室Ｓ１から処理室Ｓ２へ向かう方向である（Ｚ方向）。複数のグリッド電極４０ａ〜４０ｅそれぞれには、対応する電源部４１（電源４１ａ〜４１ｅ）が接続されており、グリッド電極４０ａ〜４０ｅごとに印加する電圧を変更可能に構成されている。電源部４１は、交流であってもよいし、直流であってもよい。なお、図中の接続はグリッド電極４０ｃと電源４１ｃとの接続のみ記載し、他は省略している。これらの接続により、各グリッド電極間の電位差が独立に調整される。プラズマから引き出されたイオンビームのイオンは、グリッド電極間における電位差に応じて、グリッド電極間の空間において加速又は減速される。これにより、イオンビームの照射条件が調整され、調整された照射条件でイオンビームが基板Ｗに向けて照射される。

次に、グリッド電極４０の詳細について説明する。図２は、グリッド電極４０の一例である。図２の（Ａ）は、プラズマからビーム照射方向に向けて１番目に配置される第１グリッド電極４０ａである。図２の（Ｂ）は、プラズマからビーム照射方向に向けて２番目に配置される第２グリッド電極４０ｂである。図２の（Ｃ）は、第２グリッド電極４０ｂよりもビーム照射方向の下流側に配置される第３グリッド電極４０ｃである。図２の（Ｄ）は、第３グリッド電極４０ｃよりもビーム照射方向の下流側に配置される第４グリッド電極４０ｄである。図２の（Ｅ）は、第４グリッド電極４０ｄよりもビーム照射方向の下流側に配置される調整グリッド電極４０ｅである。図２に示される第１グリッド電極４０ａ、第２グリッド電極４０ｂ、第３グリッド電極４０ｃ、第４グリッド電極４０ｄ、及び調整グリッド電極４０ｅが順に重ねられてグリッド電極４０が構成されている。なお、調整グリッド電極４０ｅは設けなくてもよく、グリッド電極４０は少なくとも４枚の電極板から構成されていればよい。

図２に示されるように、グリッド電極４０ａ〜４０ｅは、略円板状を呈し、それぞれ７つの貫通孔（アパーチャ）が形成されている。グリッド電極４０ａ〜４０ｅのアパーチャは円形である。図３は、グリッド電極のアパーチャの位置関係を説明する図である。図３に示されるように、複数のグリッド電極４０ａ〜４０ｅは、それぞれのアパーチャがビーム照射方向（Ｚ方向）に重なるように配置されている。第１グリッド電極４０ａのアパーチャ及び第２グリッド電極４０ｂのアパーチャの中心軸Ｌ３は、ビーム照射方向に沿って同軸である。ただし、図２に示されるように、第３グリッド電極４０ｃのみ、照射方向に直交する平面内（ＸＹ平面内）において、他のグリッド電極に対してオフセットしている。図２の（Ｂ）〜（Ｅ）には、図２の（Ａ）に示される第１グリッド電極４０ａの中心点を線Ｌ１及び線Ｌ２の交点で示している。第３グリッド電極４０ｃは、第１グリッド電極４０ａに対してＸ方向に距離Ｋだけオフセットされている。また、調整グリッド電極４０ｅとターゲットまでの距離は、５ｍｍ〜１００ｍｍに設定されている。

また、一実施形態においては、基板処理装置１は、制御装置１００を更に備え得る。図４は、基板処理装置１の制御装置１００の機能ブロック図である。図４に示されるように、制御装置１００は、プロセッサなどの制御部１０１、メモリなどの記憶部１０２、入力装置、表示装置などの入出力部１０３、ネットワークカードなどの通信部などを備えるコンピュータであり、基板処理装置１の各部、例えば電源系やガス供給系、駆動系及び電源系等を、制御する。この制御装置１００では、入力装置を用いて、オペレータが基板処理装置１を管理するためにコマンドの入力操作等を行うことができ、また、表示装置により、基板処理装置１の稼働状況を可視化して表示することができる。さらに、制御装置１００の記憶部１０２には、基板処理装置１で実行される各種処理をプロセッサにより制御するための制御プログラムや、処理条件に応じて基板処理装置１の各構成部に処理を実行させるためのプログラム、即ち、処理レシピが格納される。

制御部１０１は、電源部４１によりそれぞれのグリッド電極４０ａ〜４０ｅへ印加される電圧を制御する。第１グリッド電極４０ａは、プラズマ室に面しているため、プラズマ室Ｓ１と同電位とされる。第２グリッド電極４０ｂは、プラズマ室Ｓ１からイオンビームを引き出すために、イオンが加速する電位差が第１グリッド電極４０ａと第２グリッド電極４０ｂとの間で発生するように、電圧が印加される。形状の良好なイオンビームを引き出すための印加電圧は、プラズマ密度・電極の形状などによって決定される。

制御部１０１は、第３グリッド電極４０ｃに印加する電圧を制御することで、第２グリッド電極（第３グリッド電極よりもビーム照射方向の上流側であって第３グリッド電極に最も近いグリッド電極の一例）と第３グリッド電極との間の電位差（第１電位差）を制御する。オフセットされた第３グリッド電極に電圧を印加して第１電位差を与えると、第２グリッド電極４０ｂと第３グリッド電極４０ｃとのアパーチャの中心がオフセットしているため、イオンビームに対して斜めに力が働く。これにより、イオンビームを傾斜させることができる。なお、第１電位差が大きいほどイオンビームに対して斜めに働く力も大きくなる。このため、制御部１０１は、複数のイオンビームを第３グリッド電極４０ｃのオフセット方向又はオフセット方向の逆方向に傾斜させる際の傾斜目標角度が大きいほど第１電位差を大きく制御する。

制御部１０１は、イオンビームを第３グリッド電極４０ｃのアパーチャの中心軸のオフセット方向に傾ける場合には、第１電位差を負とし、イオンビームを第３グリッド電極のアパーチャの中心軸のオフセット方向の逆方向に傾ける場合には、第１電位差を正とする。つまり、制御部１０１は、第１電位差の制御のみで、イオンビームの照射位置をオフセット方向に沿って一次元で制御することができる。なお、制御部１０１は、第４グリッド電極４０ｄ、調整グリッド電極４０ｅ及び載置台３０へは、イオンビームに適宜の加減速を与える電圧を印加する。

上述したグリッド電極４０、電源部４１及び制御部１０１によって、イオンビーム照射装置が構成されている。

上述した知見を説明するために行ったシミュレーション結果を説明する。図５は、イオンビームのステアリングのシミュレーション結果である。図５では、第１グリッド電極４０ａのアパーチャ直径を３．５ｍｍφ、第２グリッド電極４０ｂのアパーチャ直径を４．０ｍｍφ、第３グリッド電極４０ｃのアパーチャ直径を５．２ｍｍφ、第４グリッド電極４０ｄのアパーチャ直径を５．２ｍｍφ、調整グリッド電極４０ｅのアパーチャ直径を８．０ｍｍφとした。また、第１グリッド電極４０ａと第２グリッド電極４０ｂとの間を２．５ｍｍ、第２グリッド電極４０ｂと第３グリッド電極４０ｃとの間を２．０ｍｍ、第３グリッド電極４０ｃと第４グリッド電極４０ｄとの間を２．０ｍｍとした。プラズマ密度は１×１０^１０／ｃｍ^３、プラズマ電位は２６Ｖ、電子温度は２ｅＶ、第１グリッド電極４０ａへの印加電圧は０Ｖ、第２グリッド電極４０ｂへの印加電圧は−６００Ｖ、第４グリッド電極４０ｄへの印加電圧は−５００Ｖ、調整グリッド電極４０ｅへの印加電圧は−７００Ｖ、ターゲットへの印加電圧は−５００Ｖとした。このときのイオンビームのエネルギーは５００ｅＶである。また、第３グリッド電極４０ｃのオフセット量は、Ｘ方向に０．４ｍｍとした。上記条件で、第３グリッド電極４０ｃの電圧を変化させてイオンビームの方向性を検証した。

図５の（Ａ）は、第３グリッド電極４０ｃの電圧が０Ｖのときのイオンビームのシミュレーション結果である。図５の（Ａ）では、第２グリッド電極４０ｂを基準とした電位差は−６００Ｖである。つまり、イオンが減速する電位差である。このとき、イオンビームは、オフセット方向に傾斜することが確認された。

図５の（Ｂ）は、第３グリッド電極４０ｃの電圧が−２００Ｖのときのイオンビームのシミュレーション結果である。図５の（Ｂ）では、第２グリッド電極４０ｂを基準とした電位差は−４００Ｖである。つまり、イオンが減速する電位差である。このとき、イオンビームは、オフセット方向に傾斜することが確認された。

図５の（Ｃ）は、第３グリッド電極４０ｃの電圧が−４００Ｖのときのイオンビームのシミュレーション結果である。図５の（Ｃ）では、第２グリッド電極４０ｂを基準とした電位差は−２００Ｖである。つまり、イオンが減速する電位差である。このとき、イオンビームは、オフセット方向に傾斜することが確認された。

図５の（Ｄ）は、第３グリッド電極４０ｃの電圧が−６００Ｖのときのイオンビームのシミュレーション結果である。図５の（Ｄ）では、第２グリッド電極４０ｂを基準とした電位差は０Ｖである。つまり、イオンが加減速しない電位差である。このとき、イオンビームは、傾斜しないことが確認された。

図５の（Ｅ）は、第３グリッド電極４０ｃの電圧が−８００Ｖのときのイオンビームのシミュレーション結果である。図５の（Ｅ）では、第２グリッド電極４０ｂを基準とした電位差は＋２００Ｖである。つまり、イオンが加速する電位差である。このとき、イオンビームは、オフセット方向の逆方向に傾斜することが確認された。

図５の（Ｆ）は、第３グリッド電極４０ｃの電圧が−１０００Ｖのときのイオンビームのシミュレーション結果である。図５の（Ｆ）では、第２グリッド電極４０ｂを基準とした電位差は＋４００Ｖである。つまり、イオンが加速する電位差である。このとき、イオンビームは、オフセット方向の逆方向に傾斜することが確認された。

図６は、ステアリング角（傾斜角度）と電位差との関係を示すシミュレーション結果である。図６は、図５の傾斜角度と電位差とを一つのグラフに纏めた結果である。図６に示されるように、イオンビームを第３グリッド電極４０ｃのアパーチャの中心軸のオフセット方向に傾ける場合には、第１電位差を負とし、イオンビームを第３グリッド電極４０ｃのアパーチャの中心軸のオフセット方向の逆方向に傾ける場合には、第１電位差を正とすればよいことが確認された。さらに、電位差が大きくなるほど、傾斜角度が大きくなることが確認された。

図６のシミュレーション結果は、イオンビームのエネルギーが５２６ｅＶのときの結果である。さらに低エネルギーのイオンビームにおいても、同様の傾向のシミュレーション結果となるか否かを検証した。図７〜図９は、低エネルギーのイオンビームのステアリングのシミュレーション結果である。図７〜図９では、グリッド電極４０のアパーチャ直径、グリッド電極４０の間隔、及び、第３グリッド電極４０ｃのオフセット量は、図５のシミュレーションと同一とした。プラズマ密度は０．７×１０^１０／ｃｍ^３、プラズマ電位は２６Ｖ、電子温度は２ｅＶ、第１グリッド電極４０ａへの印加電圧は０Ｖ、第２グリッド電極４０ｂへの印加電圧は−５００Ｖ、第４グリッド電極４０ｄへの印加電圧は−３５０Ｖ、調整グリッド電極４０ｅへの印加電圧は−３００Ｖ、ターゲットへの印加電圧は−７０Ｖとした。このときのイオンビームのエネルギーは９６ｅＶである。上記条件で、第３グリッド電極４０ｃの電圧を−３００Ｖ、−１００Ｖ及び−９００Ｖとし、イオンビームの方向性を検証した。

図７の（Ａ）は、第３グリッド電極４０ｃの電圧を−３００Ｖとしたときのイオンビームのシミュレーション結果、図７の（Ｂ）は、試料面（ＸＹ平面）におけるビーム電流密度（Ａ／ｍ^２）の分布であり、ビーム電流密度（０．０００００Ａ／ｍ^２〜０．８００００Ａ／ｍ^２）を等高線で示している。基準線ＳＬ１，ＳＬ２は、第１グリッド電極４０ａのアパーチャ直径の中心点を、試料面において示す線である。基準線ＳＬ１，ＳＬ２の交点が、第１グリッド電極４０ａのアパーチャ直径の中心点を試料面に投影した点に対応する。図７では、第２グリッド電極４０ｂを基準とした電位差は−２００Ｖである。つまり、イオンが減速する電位差である。このとき、図７の（Ａ）に示されるように、イオンビームは、僅かであるがオフセット方向（Ｘ正方向）に傾斜することが確認された。また、図７の（Ｂ）に示されるように、ビーム電流密度分布によって表現されるビームスポット位置についても、基準線ＳＬ１よりも僅かにオフセット方向（Ｘ正方向）に位置していることが確認された。

図８の（Ａ）は、第３グリッド電極４０ｃの電圧を−１００Ｖとしたときのイオンビームのシミュレーション結果、図８の（Ｂ）は、試料面（ＸＹ平面）におけるビーム電流密度（Ａ／ｍ^２）の分布であり、ビーム電流密度（０．０００００Ａ／ｍ^２〜１．１００００Ａ／ｍ^２）を等高線で示している。基準線ＳＬ１，ＳＬ２は、第１グリッド電極４０ａのアパーチャ直径の中心点を、試料面において示す線である。基準線ＳＬ１，ＳＬ２の交点が、第１グリッド電極４０ａのアパーチャ直径の中心点を試料面に投影した点に対応する。図８では、第２グリッド電極４０ｂを基準とした電位差は−４００Ｖである。つまり、イオンが減速する電位差である。このとき、図８の（Ａ）に示されるように、イオンビームは、オフセット方向（Ｘ正方向）に傾斜することが確認された。また、図８の（Ｂ）に示されるように、ビーム電流密度分布によって表現されるビームスポット位置についても、基準線ＳＬ１よりもオフセット方向（Ｘ正方向）に位置していることが確認された。

図９の（Ａ）は、第３グリッド電極４０ｃの電圧を−９００Ｖとしたときのイオンビームのシミュレーション結果、図９の（Ｂ）は、試料面（ＸＹ平面）におけるビーム電流密度（Ａ／ｍ^２）の分布であり、ビーム電流密度（０．０００００Ａ／ｍ^２〜１．２００００Ａ／ｍ^２）を等高線で示している。基準線ＳＬ１，ＳＬ２は、第１グリッド電極４０ａのアパーチャ直径の中心点を、試料面において示す線である。基準線ＳＬ１，ＳＬ２の交点が、第１グリッド電極４０ａのアパーチャ直径の中心点を試料面に投影した点に対応する。図９では、第２グリッド電極４０ｂを基準とした電位差は４００Ｖである。つまり、イオンが加速する電位差である。このとき、図９の（Ａ）に示されるように、イオンビームは、オフセット方向とは逆方向（Ｘ負方向）に傾斜することが確認された。また、図９の（Ｂ）に示されるように、ビーム電流密度分布によって表現されるビームスポット位置についても、基準線ＳＬ１よりもオフセット方向とは逆方向（Ｘ負方向）に位置していることが確認された。

図７〜図９に示されるように、低エネルギーの場合であっても、イオンビームを第３グリッド電極４０ｃのアパーチャの中心軸のオフセット方向に傾ける場合には、第１電位差を負とし、イオンビームを第３グリッド電極４０ｃのアパーチャの中心軸のオフセット方向の逆方向に傾ける場合には、第１電位差を正とすればよいことが確認された。

以上、第１実施形態に係るイオンビーム照射装置及び基板処理装置１では、プラズマ側に配置される第１グリッド電極４０ａ及び第２グリッド電極４０ｂのアパーチャの中心軸は同軸であるため、この装置は、第１グリッド電極４０ａ及び第２グリッド電極４０ｂのアパーチャの中心軸が一致しない場合に比べて良好な形状のビームを引き出すことができる。そして、この装置では、電圧印加が可能な第３グリッド電極４０ｃのアパーチャの中心軸が第１グリッド電極及び第２グリッド電極のアパーチャの中心軸に対してビーム照射方向と直交する方向にオフセットしており、第３グリッド電極４０ｃにより形成される電場が制御部１０１により制御される。このため、このイオンビーム照射装置は、良好な形状のビームを第３グリッド電極のオフセット方向とオフセット方向の逆方向との二方向にずらす（ステアリングする）ことができる。つまり、このイオンビーム照射装置は、複数のアパーチャからそれぞれ引き出されたイオンビームの収束特性に影響を与えることなく、かつ、電圧の制御のみでイオンビーム全体の方向性を制御することができる。よって、このイオンビーム照射装置は、複数のアパーチャから引き出されたイオンビーム全体の方向性を簡易に制御することができる。

また、第１実施形態に係るイオンビーム照射装置及び基板処理装置１によれば、第２グリッド電極４０ｂと第３グリッド電極４０ｃとの間の第１電位差をパラメータとして、複数のアパーチャから引き出されたイオンビーム全体の方向を第３グリッド電極のオフセット方向又はオフセット方向の逆方向に制御することができる。

また、第１実施形態に係るイオンビーム照射装置及び基板処理装置１によれば、複数のアパーチャから引き出されたイオンビーム全体の傾斜角度を、第１電位差をパラメータとして制御することができる。

また、第１実施形態に係るイオンビーム照射装置及び基板処理装置１によれば、複数のアパーチャから引き出されたイオンビーム全体の傾斜方向を、第１電位差の正負をパラメータとして制御することができる。

［第２実施形態］
第２実施形態に係るイオンビーム照射装置及び基板処理装置は、第１実施形態に係るイオンビーム照射装置及び基板処理装置１と比べてグリッド電極４０にさらに１枚のグリッド電極が追加され、第３グリッド電極４０ｃだけでなく、第４グリッド電極４０ｄもオフセットしている点が相違する。以下では、第１実施形態との相違点を中心に説明し、重複する記載は省略する。

図１０は、第２実施形態に係るグリッド電極４０のアパーチャの位置関係を説明する図である。図１０に示されるように、第４グリッド電極４０ｄよりもビーム照射方向の下流側であって、調整グリッド電極４０ｅよりも上流側に、第５グリッド電極４０ｆが配置されている。そして、第４グリッド電極４０ｄのアパーチャの中心軸は、第１グリッド電極４０ａ及び第２グリッド電極４０ｂのアパーチャの中心軸Ｌ３に対してビーム照射方向と直交する方向であって、第３グリッド電極のアパーチャの中心軸のオフセット方向（Ｘ方向）と交差する方向（Ｙ方向）にオフセットしている。

第４グリッド電極４０ｄは、第３グリッド電極４０ｃとオフセット方向のみが異なり、電圧印加によるイオンビームの方向性の制御については第３グリッド電極４０ｃと同一である。つまり、制御部１０１は、第３グリッド電極４０ｃと第４グリッド電極４０ｄとの間に第２電位差を与えることにより、複数のアパーチャから照射される複数のイオンビームを第４グリッド電極４０ｄのオフセット方向又はオフセット方向の逆方向に傾斜させる。また、制御部１０１は、第４グリッド電極４０ｄのオフセット方向又はオフセット方向の逆方向に傾斜させる際の傾斜目標角度が大きいほど第２電位差を大きく制御する。さらに、制御部１０１は、イオンビームを第４グリッド電極４０ｄのアパーチャの中心軸のオフセット方向に傾ける場合には、第２電位差を負とし、イオンビームを第４グリッド電極４０ｄのアパーチャの中心軸のオフセット方向の逆方向に傾ける場合には、第２電位差を正とする。このように、第５グリッド電極４０ｆを追加することで、第４グリッド電極４０ｄをオフセットさせて任意の電圧を印加させることができるので、第３グリッド電極４０ｃとは異なる方向への制御が可能となる。つまり、イオンビームの照射方向を二次元上の任意の位置に設定することができる。

図１１は、イオンビームの傾斜方向をビーム照射方向に直交する平面内で制御するための電圧制御の一例である。図１１に示される破線は第３グリッド電極４０ｃの印加電圧、実線は第４グリッド電極４０ｄの印加電圧である。このようなプロファイルは、記憶部１０２に予め記憶される。図１２は、図１１に示す電圧で制御した場合のイオンビームの照射位置を説明する図である。イオンビームを傾斜させない場合には、イオンビームは照射位置Ｂ１に照射される。これに対して、図１１に示す周期をずらしたサインカーブとなる電圧を印加して制御した場合には、イオンビームの照射位置Ｂ２を図中矢印で示す方向に回転させることができる。つまり、電圧の大きさや周期を制御することで、イオンビームの照射方向を二次元上の任意の位置に設定することができる。

以上、第１実施形態に係るイオンビーム照射装置及び基板処理装置では、第１実施形態に係るイオンビーム照射装置及び基板処理装置と同一の効果を奏するとともに、複数のアパーチャから引き出されたイオンビーム全体の傾斜方向を、ビーム照射方向と直交する平面内で自在に制御することができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。

［変形例１］
上述した第１実施形態では、グリッド電極４０が円形である場合を説明した。しかしながら、グリッド電極は円形に限定されず、長方形や正方形であってもよい。図１３は、グリッド電極におけるアパーチャが形成された領域と載置台の載置面との関係を説明する図である。図１３に示すように、本発明に係るイオンビームの方向制御の機能を用いることにより、グリッド電極における複数のアパーチャが形成される領域を載置面の面積よりも小さくすることができる。領域の形状としては、例えば一方向に長い四角形である。このように構成することにより、複数のアパーチャが形成される領域を基板のサイズに合わせて拡大させる必要がない。したがって、プラズマ室の真空度を適切に保つことができるとともに、任意の大きさの基板に機器構成を変更することなく対応することができる。

［変形例２］
上述した実施形態では、第３グリッド電極４０ｃがプラズマからビーム照射方向に向けて３番目に配置され、第４グリッド電極４０ｄがプラズマからビーム照射方向に向けて４番目に配置される例を説明したが、これに限定されない。つまり、第２グリッド電極４０ｂと第３グリッド電極４０ｃとの間、及び、第３グリッド電極４０ｃと第４グリッド電極４０ｄとの間に、任意の枚数のグリッド電極を挿入してもよい。

１…基板処理装置、１０…処理容器、３０…載置台、４０，４０ａ〜４０ｆ…グリッド電極、４１…電源部、１００…制御装置、１０１…制御部、１０２…記憶部。

Claims (8)

1. プラズマからイオンビームを引き出して照射するイオンビーム照射装置であって、
   ビーム照射方向に重ねて配置され、それぞれが複数の円形のアパーチャを有する複数の板状のグリッド電極と、
   それぞれの前記グリッド電極へ電圧を印加する電源部と、
   前記電源部によりそれぞれの前記グリッド電極へ印加される電圧を制御する制御部と、
   を備え、
   前記複数のグリッド電極は、プラズマからビーム照射方向に向けて１番目及び２番目に配置される第１グリッド電極及び第２グリッド電極、前記第２グリッド電極よりもビーム照射方向の下流側に配置された第３グリッド電極及び第４グリッド電極、並びに、前記第４グリッド電極よりもビーム照射方向の下流側に配置された第５グリッド電極を順に有し、
   前記第１グリッド電極の複数の円形のアパーチャ及び前記第２グリッド電極の複数の円形のアパーチャの中心軸は、ビーム照射方向に沿って同軸であり、
   前記第３グリッド電極の複数の円形のアパーチャの中心軸は、前記第１グリッド電極及び前記第２グリッド電極の複数の円形のアパーチャの中心軸に対してビーム照射方向と直交する方向にそれぞれオフセットしており、
   前記第４グリッド電極の複数の円形のアパーチャの中心軸は、前記第１グリッド電極及び前記第２グリッド電極の複数の円形のアパーチャの中心軸に対してビーム照射方向と直交する方向であって、前記第３グリッド電極の複数の円形のアパーチャの中心軸のオフセット方向と交差する方向にそれぞれオフセットしており、
   前記制御部は、前記複数のグリッド電極のうち、前記第４グリッド電極よりもビーム照射方向の上流側であって前記第４グリッド電極に最も近い前記グリッド電極と、前記第４グリッド電極との間に第２電位差を与えることにより、前記複数の円形のアパーチャから照射される複数のイオンビームを前記第４グリッド電極のオフセット方向又はオフセット方向の逆方向に傾斜させる、イオンビーム照射装置。
2. 前記制御部は、前記複数のグリッド電極のうち、前記第３グリッド電極よりもビーム照射方向の上流側であって前記第３グリッド電極に最も近い前記グリッド電極と、前記第３グリッド電極との間に第１電位差を与えることにより、前記複数の円形のアパーチャから照射される複数のイオンビームを前記第３グリッド電極のオフセット方向又はオフセット方向の逆方向に傾斜させる、請求項１に記載のイオンビーム照射装置。
3. 前記制御部は、複数のイオンビームを前記第３グリッド電極のオフセット方向又はオフセット方向の逆方向に傾斜させる際の傾斜目標角度が大きいほど前記第１電位差を大きく制御する請求項２に記載のイオンビーム照射装置。
4. 前記制御部は、複数のイオンビームを前記第４グリッド電極のオフセット方向又はオフセット方向の逆方向に傾斜させる際の傾斜目標角度が大きいほど前記第２電位差を大きく制御する請求項１に記載のイオンビーム照射装置。
5. 前記制御部は、イオンビームを前記第４グリッド電極の複数の円形のアパーチャの中心軸のオフセット方向に傾ける場合には、前記第２電位差を負とし、イオンビームを前記第４グリッド電極の複数の円形のアパーチャの中心軸のオフセット方向の逆方向に傾ける場合には、前記第２電位差を正とする、請求項１に記載のイオンビーム照射装置。
6. 請求項１に記載のイオンビーム照射装置と、
   前記イオンビーム照射装置のビーム照射方向に配置され、基板を保持する載置面を有する載置台と、
   を備える基板処理装置。
7. 前記グリッド電極における複数の円形のアパーチャが形成される領域は、前記載置台の前記載置面の面積よりも小さく、一方向に長い四角形である請求項６に記載の基板処理装置。
8. プラズマからイオンビームを引き出して照射するイオンビーム照射装置であって、
   ビーム照射方向に重ねて配置され、それぞれが複数のアパーチャを有する複数の板状のグリッド電極と、
   それぞれの前記グリッド電極へ電圧を印加する電源部と、
   前記電源部によりそれぞれの前記グリッド電極へ印加される電圧を制御する制御部と、
   を備え、
   前記複数のグリッド電極は、プラズマからビーム照射方向に向けて１番目及び２番目に配置される第１グリッド電極及び第２グリッド電極、前記第２グリッド電極よりもビーム照射方向の下流側に配置された第３グリッド電極及び第４グリッド電極、並びに、前記第４グリッド電極よりもビーム照射方向の下流側に配置された第５グリッド電極を順に有し、
   前記第１グリッド電極のアパーチャ及び前記第２グリッド電極のアパーチャの中心軸は、ビーム照射方向に沿って同軸であり、
   前記第３グリッド電極のアパーチャの中心軸は、前記第１グリッド電極及び前記第２グリッド電極のアパーチャの中心軸に対してビーム照射方向と直交する方向にそれぞれオフセットしており、
   前記第４グリッド電極の複数のアパーチャの中心軸は、前記第１グリッド電極及び前記第２グリッド電極の複数のアパーチャの中心軸に対してビーム照射方向と直交する方向であって、前記第３グリッド電極の複数のアパーチャの中心軸のオフセット方向と交差する方向にそれぞれオフセットしており、
   前記制御部は、前記複数のグリッド電極のうち、前記第３グリッド電極よりもビーム照射方向の上流側であって前記第３グリッド電極に最も近い前記グリッド電極と、前記第３グリッド電極との間に第１電位差を与えることにより、前記複数のアパーチャから照射される複数のイオンビームを前記第３グリッド電極のオフセット方向又はオフセット方向の逆方向に傾斜させ、
   前記制御部は、イオンビームを前記第３グリッド電極のアパーチャの中心軸のオフセット方向に傾ける場合には、前記第１電位差を負とし、イオンビームを前記第３グリッド電極のアパーチャの中心軸のオフセット方向の逆方向に傾ける場合には、前記第１電位差を正とし、
   前記制御部は、前記複数のグリッド電極のうち、前記第４グリッド電極よりもビーム照射方向の上流側であって前記第４グリッド電極に最も近い前記グリッド電極と、前記第４グリッド電極との間に第２電位差を与えることにより、前記複数のアパーチャから照射される複数のイオンビームを前記第４グリッド電極のオフセット方向又はオフセット方向の逆方向に傾斜させる、
   イオンビーム照射装置。