JPH06302549A

JPH06302549A - イオンミリング装置

Info

Publication number: JPH06302549A
Application number: JP8749193A
Authority: JP
Inventors: Yasunori Ono; 康則大野; Takashi Iga; 尚伊賀; Kuniyuki Sakumichi; 訓之作道; Eiji Ashida; 栄次芦田; Hideki Yamazaki; 秀樹山崎; Seitaro Oishi; 鉦太郎大石; Isao Hashimoto; 橋本　　勲
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-04-14
Filing date: 1993-04-14
Publication date: 1994-10-28

Abstract

(57)【要約】【目的】長時間安定にイオンビームを照射することので
きるイオンミリング装置を提供する。【構成】第１の磁気的手段２のもとで、マイクロ波放
電によりプラズマを生成するプラズマ生成室１と、前記
プラズマの領域をより大きな面積にするための、第２の
磁気的手段５をもつプラズマ拡張室１０と、イオン引き
出し電極１５とを有するイオンミリング装置であって、
基板１９などからマイクロ波透過窓６へのスパッタ粒子
の付着を低減するための付着防止板３０を、磁束密度
が、電子サイクロトロン共鳴する磁束密度より小さい空
間に配置する。【効果】マイクロ波導入部への薄膜の付着を大幅に低
減し、長時間安定に動作できるようになった。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、イオンビ−ムを照射し
て、試料の加工を行なうイオンミリング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、機能性薄膜や半導体素子の高性能
化に伴い、微細加工をドライプロセスで行うことが主流
になってきている。従来のドライエッチングは、化学反
応を利用するものが用いられていたが、被処理物が多様
化するのに従い、化学反応と物理的なスパッタリングと
を併用する方法が増加している。このような処理を行う
装置は、化学的に活性なプラズマに対して消耗する部位
を持たないことが要求される。また、被処理物側からの
スパッタ粒子が、プラズマあるいはイオンの発生装置に
戻っても、そこでのプラズマやイオンの生成に支障の無
い構造としなければならない。

【０００３】化学的に活性なプラズマ等に対して消耗す
る部位を持たないプラズマの発生装置としては、特公昭
５３−３４４６３号公報において、マイクロ波放電をも
ちいたプラズマエッチング装置が開示されている。又、
大面積のプラズマおよびイオンビ−ムを得るためのプラ
ズマ拡張室をもつマイクロ波イオン源については、特開
昭６２−７６１３７号公報で開示されている。

【０００４】しかしながら、前記特公昭５３−３４４６
３号公報に記載されているマイクロ波プラズマエッチン
グ装置や特開昭６２−７６１３７号公報に記載されてい
るイオン源では、導電性の被処理物を処理した場合、被
処理物からの導電性のスパッタ粒子が飛散して、マイク
ロ波導入部分へ導電性薄膜が付着し、マイクロ波の導入
が困難になるという問題がある。

【０００５】この問題を解決する方法の一つとして、大
気から真空中へマイクロ波を導入する部分を、被処理物
から見えない位置に配置することが、特開昭６１−２８
１８８３号公報などに提案されている。この方法によれ
ば、マイクロ波導入部分への導電性薄膜の付着は大幅に
低減される。しかし、装置に導入するマイクロ波電力が
大きい時、あるいはガス圧力が高い時には、マイクロ波
伝送部で高密度のプラズマが発生してしまい、処理に必
要な密度のプラズマやイオンビ−ムが得られないという
問題がある。又、装置が大型になる等の問題もある。

【０００６】前記の問題を解決するための別の方法とし
て、特開平３−１２２２７３号公報によれば、マイクロ
波導入部分のプラズマ生成室側の面に隣接して、スパッ
タ粒子を遮って導電性薄膜の付着を防止するための遮蔽
用部品を設けることが開示されている。

【０００７】また、さらに、特開平２−２７３４４０号
公報では、プラズマ室の内壁面から飛散したスパッタ粒
子によって、マイクロ波導入部が汚染されるのを防止す
るために、マイクロ波導入部のプラズマ室側に、スパッ
タ粒子を遮蔽する遮蔽用部品を配置したイオン源装置が
開示されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述の特開平３−１２
２２７３号公報記載の装置は、処理時間が比較的短期間
の場合には、スパッタ粒子の遮蔽とマイクロ波の伝送と
を円滑に行なうことができる。しかし、処理時間が長く
なると、遮蔽用部品がスパッタ粒子で目詰まりしやす
く、マイクロ波電力の損失が無視できなくなる。そのた
め、頻繁に遮蔽用部品をメンテナンスしなければならな
いという問題がある。

【０００９】また、上述の特開平２−２７３４４０号公
報記載のイオン源装置の遮蔽物は、スパッタ粒子のみな
らず、マイクロ波導入部から導入されるマイクロ波をも
遮蔽してしまうおそれがある。マイクロ波が遮蔽されて
しまった場合には、プラズマの生成が妨げられるという
問題が生じる。

【００１０】本発明の目的は、被処理物から飛散したス
パッタ粒子によって、マイクロ波導入部分が汚損される
のを防止し、長時間安定にプラズマを生成することの可
能なイオンミリング装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によれば、プラズマ生成室と、前記プラズマ
生成室と連通して配置され、前記プラズマ生成室で生成
されたプラズマを拡張させるプラズマ拡張室と、前記プ
ラズマ拡張室内のプラズマ中のイオンを加速してイオン
ビームを引き出す加速手段と、前記プラズマ拡張室から
引き出されたイオンビームを被処理物に照射するための
加工室とを有するイオンミリング装置であって、前記プ
ラズマ生成室には、前記プラズマ生成室内にマイクロ波
を導入するための導入部と、前記プラズマ生成室内の空
間に磁界を発生させるための第１の磁界発生手段が配置
され、前記プラズマ拡張室には、プラズマ生成室で生成
されたプラズマをプラズマ拡張室の内壁近くまで誘導し
て前記内壁に接触させずに閉じ込めるための磁界を発生
させる第２の磁界発生手段が配置され、前記プラズマ生
成室およびプラズマ拡張室の空間の一部には、前記イオ
ンビームの照射によって前記被処理物から飛散した粒子
が前記導入部に付着するのを遮蔽するための遮蔽手段が
配置され、前記遮蔽手段は、前記導入部から導入された
マイクロ波と電子サイクロトロン共鳴する磁界の磁束密
度よりも、小さい磁束密度の磁界が印加されている空間
に配置されていることを特徴とするイオンミリング装置
が提供される。

【００１２】

【作用】本発明のイオンミリング装置のプラズマ生成室
に放電ガスを導入し、導入部から２．４５ＧＨｚのマイ
クロ波を導入し、第１の磁界発生手段によりマイクロ波
の伝搬方向に磁界を発生させると、磁束密度８７５Ｇの
磁界が２．４５ＧＨｚのマイクロ波と電子サイクロトロ
ン共鳴して、ほぼ円筒状の高密度プラズマが発生する。

【００１３】第２の磁界発生手段は、プラズマをプラズ
マ拡張室の内壁に接触させることなく空間に閉じ込める
ためにプラズマ拡張室の内壁付近に高磁束密度の磁界を
発生させる。また、第１の磁界発生手段の発散磁界の一
部は、プラズマ拡張室にもおよんでおり、第２の磁界発
生手段の磁界によって、プラズマ拡張室の壁面付近に引
き寄せられる。従って、第１の磁界発生手段の発散磁界
の一部は、プラズマ生成室からプラズマ拡張室の内壁に
向かって流れる。

【００１４】プラズマ生成室で生成されたプラズマは、
このプラズマ生成室からプラズマ拡張室の内壁に向かっ
て流れる磁界に誘導されて、この磁界の磁力線に沿うよ
うに、プラズマ拡張室の内壁付近に流れ込む。プラズマ
拡張室の内壁付近には、第２の磁界発生手段の高密度な
磁界が磁界が発生しているので、流れ込んだプラズマ
は、プラズマ拡張室の内壁に接触することはない。

【００１５】プラズマ拡張室の内壁面付近の空間に誘導
されたプラズマは、第１の磁界発生手段の磁界が十分減
衰する加工室に近い空間において、第１の磁界発生手段
の磁界の拘束から開放され、磁力線を横切ってプラズマ
拡張室の中央部へ拡散し、プラズマ密度が内壁付近と中
央部とで均一となる。これによって、プラズマは、プラ
ズマ拡散室の断面全体に広がり、大口径のプラズマが得
られる。

【００１６】加速手段は、大口径のプラズマ中のイオン
を加速して、イオンビームを引き出して、大口径のイオ
ンビームを得て、加工室内の被処理物に照射する。

【００１７】一方、プラズマ生成室またはプラズマ拡張
室の空間には、遮蔽手段が配置されている。遮蔽手段
は、被処理物から飛散した粒子が、プラズマ生成室の導
入部に飛来する行程を遮るように配置されているので、
粒子は遮蔽手段に付着する。従って、導入部が汚損され
ず、マイクロ波の導入を安定に維持できる。

【００１８】また、本発明では、マイクロ波と電子サイ
クロトロン共鳴する磁束密度よりも小さな磁束密度の空
間に、遮蔽手段を配置している。したがって、遮蔽手段
は、第１の磁界発生手段の発生する磁界と導入部から導
入されたマイクロ波との相互作用によりプラズマを発生
する空間の外側に位置している。従って、遮蔽手段を配
置しても、プラズマ発生が妨げられることはなく、高密
度のプラズマが得られる。

【００１９】また、遮蔽手段は、第１の磁界発生手段に
よって形成されている発散磁界の磁力線に沿ったプラズ
マ粒子の流れを一部妨げ、その結果遮蔽手段の背面で
は、プラズマの密度が低くなる。しかし、上述のよう
に、プラズマ拡張室の加工室に近い空間では、第１の磁
界発生手段の磁界が十分減衰するのでプラズマ粒子が拡
散して、加速手段付近ではプラズマ密度が均一となる。
従って、本発明の遮蔽手段を配置したことによるイオン
ビーム電流密度分布の変形は、実用上無視できる程度と
なる。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の一実施例を、図面を用いて説
明する。

【００２１】図１は本実施例のイオンミリング装置の縦
断面図で、図２は図１中のＡ−Ａ断面図である。本実施
例のイオンミリング装置は、図１のように、プラズマ生
成室１と、プラズマ拡張室１０と、処理室２０とを備え
て構成されている。処理室２０は、図示していない真空
ポンプに接続された排気口１１から真空排気される。プ
ラズマ生成室１の壁面は、ＳＵＳ（ステンレス）製で円
筒型である。プラズマ生成室１の一端には、マイクロ波
透過窓６が設けられている。マイクロ波透過窓６は、導
波管７を介して、マイクロ波発生装置（図示していな
い）に接続されている。マイクロ波発生装置で発生した
マイクロ波は、透過窓６を透過して、プラズマ生成室１
に導入される。また、プラズマ生成室１には、ガス導入
管１３が接続されている。

【００２２】プラズマ生成室１のもう一方の端には、気
密を保ってプラズマ拡張室１０が連結されている。プラ
ズマ生成室１内の空間は、プラズマ拡張室１０内の空間
と連通している。また、プラズマ生成室１の周囲には、
ソレノイドコイル２が配置されている。このコイル２
は、プラズマ生成室１内に、透過窓６から導入されるマ
イクロ波の伝搬方向に平行な磁界を発生させる。プラズ
マ生成室１内の磁界の磁束密度は、最大１５００ガウス
である。コイル２によって生じる磁界の磁束密度は、図
１（ｂ）に示すように、マイクロ波透過窓６付近で大き
く、プラズマ拡張室１０との連通部分に近づくにつれ徐
々に小さくなっている。

【００２３】プラズマ拡張室１０の壁面は、ＳＵＳ製で
円筒状である。プラズマ拡張室１０の周囲には、図２に
示すように、Ｎ極、Ｓ極が交互になるよう多数の永久磁
石５（Ｓｍ−Ｃｏ磁石）が配置されている。

【００２４】また、プラズマ拡張室１０と処理室２０と
が連通する部分には、イオン引き出し電極１５が設けら
れている。電極１５から引き出されるイオンビ−ムの引
き出し径は、２００ｍｍである。

【００２５】処理室２０の内部には、ミリング処理する
基板１９を支持する基板ホ−ルダ１８、シャッタ４、イ
オンビ−ムによる基板１９上のチャ−ジ・アップを防止
するための中性化器２５が設けてある。中性化器２５と
してはマイクロ波放電を利用したプラズマ源を用いてい
るが、電源・ガス供給系は図示していない。

【００２６】また、プラズマ拡張室１０とプラズマ生成
室１とが連通する部分の、プラズマ拡張室１０側の中央
部には、ＳＵＳ製の付着防止板３０が配置されている。
この位置に配置された付着防止板３０は、イオンビーム
を照射された基板１９から飛び出したスパッタ粒子が、
電極１５を通過して、さらにプラズマ拡張室１０、プラ
ズマ生成室１を通って、マイクロ波透過窓６に到達する
場合に、通過する行程を遮る。付着防止板３０の面積
は、矩形導波管７の断面積とほぼ等しく、図２に示すよ
うに、処理室２０側から見て、導波管７の断面をほぼ覆
っている。

【００２７】付着防止板３０の両端には、図２、図３の
ように、ＳＵＳの支持棒１０３、１０４と、固定用金具
１０１、１０２が取り付けられており、金具１０１、１
０２をプラズマ拡散室１０の内壁の金具（図示せず）に
機械的に固定することにより、付着防止板３０を上記位
置に配置している。

【００２８】次に、本実施例のイオンミリング装置の動
作について説明する。

【００２９】排気口１１から、処理室２０を１ｘ１０~⁶
Ｔｏｒｒまで真空排気する。ソレノイドコイル２に通電
し、プラズマ生成室１の軸方向磁界が約１０００ガウス
になるようにする。処理室２０の圧力が２ｘ１０~⁴Ｔｏ
ｒｒになるようにアルゴンガスをプラズマ生成室１に供
給しながら、２．４５ＧＨｚのマイクロ波を導入する
と、マイクロ波と磁界の相互作用により、アルゴンガス
のプラズマが生成される。

【００３０】コイル２により発生する磁界のプラズマ生
成室１の中心軸上での磁束密度の大きさは、図１（ｂ）
のように、透過窓６側で大きく、拡張室１０との連通部
側で小さい。プラズマ中でのマイクロ波の吸収効率は、
磁束密度の大きさに関係がある。磁束密度８７５ガウス
の位置では、電子サイクロトロン共鳴により最も吸収効
率が大きい。以下、この磁束密度が８７５ガウスの面を
ＥＣＲ面と呼ぶことにする。マイクロ波透過窓６からプ
ラズマ生成室１中に入射されたマイクロ波は、ＥＣＲ面
でほとんど吸収されるため、ＥＣＲ面よりも下流側に
は、マイクロ波は伝搬しない。したがって、プラズマ生
成室１内の空間のうち、効率よくプラズマが生成される
のは、ＥＣＲ面からマイクロ波透過窓６の間である。本
実施例では、マイクロ波入射電力４００Ｗで、プラズマ
密度最大５×１０¹¹（ｃｍ~³）が得られる。

【００３１】また、本実施例では、付着防止板３０を、
このＥＣＲ面よりもプラズマ拡張室１０寄りに配置して
いる。従って、プラズマは、付着防止板３０よりも、透
過窓６側で発生するので、付着防止板３０がプラズマの
発生を妨げるおそれはない。図１（ａ）において、Ｂ−
Ｂ面におけるプラズマの密度を図１（ｃ）に示す。プラ
ズマは、プラズマ生成室１の中心部付近で最も密度が高
く、壁面近くで密度が低くなっている。

【００３２】コイル２による磁界は、磁石５による磁界
と、相互に影響し合っている。コイル２による磁界は、
プラズマ拡張室１０内にもおよんでおり、磁石５によっ
て、一部は、内壁付近に引き寄せられる。プラズマ生成
室１とプラズマ拡張室１０内の磁界の磁力線１１０は、
図１のようになる。すなわち、ソレノイドコイル２のつ
くる磁力線１１０の多くは、付着防止板３０の前面で、
プラズマ拡張室１０の内壁に向かって流れ、内壁を通っ
て、拡張室１０の外に出る形になる。また、プラズマ拡
張室１０が処理室２０と連通している部分の磁力線１１
０は、疎となっている。

【００３３】従って、プラズマ拡張室１０内の空間のう
ち、プラズマ生成室１寄りの空間には、内壁面に向かっ
て磁力線が流れるように磁界が印加され、この磁界がプ
ラズマを拘束して内壁付近に誘導する。また、処理室２
０寄りの空間では、ソレノイドコイル２の磁界が十分減
衰しているため、プラズマはソレノイドコイル２の磁界
による拘束からのがれて、磁力線を横切って空間に均一
に拡散する。付着防止板３０は、プラズマを誘導する空
間に配置されている。

【００３４】このプラズマ拡張室１０におけるプラズマ
の動きについてさらに説明する。

【００３５】プラズマ生成室１のプラズマは、ソレノイ
ドコイル２のつくる磁力線１１０に沿って、付着防止板
３０の前面で、プラズマ拡張室１０の内壁に向かって流
れる。よって、付着防止板３０付近では、プラズマの密
度が低いため、付着防止板３０に流入するプラズマは少
なく、付着防止板３０の背面付着防止板３０がプラズマ
の流れに与える影響は少ないが、付着防止板３０の背面
のプラズマの密度はより低くなる。また、プラズマ拡張
室１０の内壁面付近には、図２に示すように、磁石５に
よる高磁束密度の磁界が印加されている。プラズマ拡張
室１０の内壁に向かって流れたプラズマは、この磁石５
の磁界によってプラズマ拡張室１０の内壁には接触しな
いように、内壁付近の空間に閉じ込められる。図１にお
いて、付着防止板３０と電極１５との間のＡ−Ａ面にお
けるプラズマ密度を図１（ｄ）に示す。プラズマ密度
は、拡張室１０の内壁面付近で最も高く、中央部で最も
低く、ドーナツ形状になっている。

【００３６】プラズマ拡張室１０の磁界は、イオン引き
出し電極１５に近づくに従って減少する。磁界が弱くな
ったイオン引き出し電極１５近くの空間で、プラズマ
は、磁力線１１０を横切り、中央部付近ヘ向かって拡散
する。プラズマは、プラズマ拡張室１０を拡散するうち
に、その密度が均一化される。プラズマ拡張室１０の電
極１５近くのＣ−Ｃ面付近のプラズマ密度を図１（ｅ）
に示す。図１（ｅ）のように、プラズマは、プラズマ拡
張室の径方向に均一に広がる。この時のプラズマ密度
は、５〜８×１０¹⁰（ｃｍ~³）である。

【００３７】イオン引き出し電極１５は、６００Ｖの加
速電圧で、プラズマ中のアルゴンイオンを加速し、イオ
ン電流密度は、１．０ｍＡ／ｃｍ²以上のイオンビーム
を引き出す。シャッタ４を開放し、引き出されたイオン
ビームを、導電性の基板１９に照射する。また、この
時、中性化器２５は、イオンビームに電子を照射して、
イオンビームが通過する空間を電気的に中性化してい
る。

【００３８】イオンビームの照射により、基板１９の表
面にイオンが衝突し、基板１９から基板１９を構成して
いる材料の粒子が叩き出される。これにより、基板１９
の表面は、加工される。基板１９の表面から叩きだされ
た粒子は、特定の方向に飛び出す。飛び出した粒子の一
部は、電極１５を通過し、マイクロ波透過窓６の方向に
飛来する。しかしながら、本実施例では、付着防止板３
０を、マイクロ波透過窓６の方向に飛来する粒子の行程
を遮るように配置しているので、この方向に飛来した粒
子は、付着防止板３０に付着し、マイクロ波透過窓６に
は到達しない。

【００３９】よって、本実施例のイオンミリング装置で
は、マイクロ波透過窓６の表面が、基板１９から叩きだ
されたスパッタ粒子で汚損されることはない。

【００４０】本実施例のイオンミリング装置を用いて導
電性の基板１９をイオンビ−ムエッチングした。この時
のイオン電流密度の大きさと、照射時間との関係を図４
を用いて説明する。本実施例のイオンミリング装置で
は、付着防止板３０を配置しているため、マイクロ波透
過窓６の汚損が防止でき、照射の開始から３６００分後
まで、イオン電流３８０ｍＡの一定の強度のイオンビー
ムを得ることができた。また、比較例として、図１の装
置から、付着防止板３０を取り外して、同様に、イオン
ビームエッチングを行ったところ、イオン電流は照射開
始から２５分で半減した。このように、本実施例のイオ
ンミリング装置は、長期間に渡って、安定に、大きなイ
オン電流を維持することができる。したがって、エッチ
ング速度を低下させることなく、長時間にわたって、効
率よくエッチング処理を行うことが可能である。

【００４１】また、本実施例では、マイクロ波透過窓６
が汚損されないので、マイクロ波透過窓６を交換する必
要がない。付着防止板３０に付着したスパッタ粒子は、
付着防止板３０から剥がれ落ちる前に取り除くか、付着
防止板３０を交換するメンテナンスを行う。付着防止板
３０をメンテナンスする周期は、付着防止板３０を用い
ない場合にマイクロ波透過窓６をメンテナンスする周期
よりも、数十倍以上長いので、稼働時間に占めるメンテ
ナンス時間を短くでき、稼働効率を上げることができ
る。

【００４２】また、本実施例では、図１のような位置に
付着防止板３０を配置することにより、プラズマの生成
ならびにプラズマの拡散に影響を与えることなく、マイ
クロ波透過窓６の汚損を防止している。図５に、基板１
９の位置でのイオンビ−ムの断面方向でのイオン電流密
度を示す。図５のように、直径１５０ｍｍの範囲でばら
つきは、±５％程度であった。

【００４３】上述の図１に示した実施例では、付着防止
板３０をプラズマ拡張室１０に置いているが、これに限
定されるものではなく、プラズマ生成室１のＥＣＲ面よ
りも拡張室１０側であれば、プラズマ生成室のプラズマ
拡張室側に配置しても、同様の効果が得られる。

【００４４】また、拡張室１０に付着防止板３０を配置
する場合には、プラズマを内壁面に向かって誘導するた
めのプラズマ生成室１寄りの空間に配置する。付着防止
板３０を、プラズマが中央部へ向かって拡散するための
加工室２０寄りの空間に配置すると、付着防止板３０
が、プラズマの中央部への拡散の妨げとなり、中央部の
プラズマの密度が低くなるおそれがある。よって、得ら
れるイオンビームの強度が中央部で小さくなり、イオン
ビームの均一性が損なわれる可能性がある。付着防止板
３０をプラズマ生成室１寄りの空間に配置した場合に
は、付着防止板３０がプラズマの誘導を若干遮ったとし
ても、その後、加工室２０寄りの空間で、十分に中央部
まで拡散するので、均一なプラズマ及びイオンビームが
得られる。

【００４５】また、付着防止板３０は、図３に示した形
状に限らず、他の形状のものを用いることも可能であ
る。例えば、図６に示した付着防止板３１は、長方形板
状であって、付着防止板３１を支持する支持棒１２１、
１２２を、付着防止板３１の短辺側に取り付けている。
また、図７に示した付着防止板３２は、楕円形の板状で
ある。さらに、図８の付着防止板３３では、長方形の板
状形状であって、プラズマ拡張室１０上部にフランジ１
３１、１３２で固定している。

【００４６】イオンビームの照射によって基板１９から
飛散するスパッタリング粒子の方向は、基板１９の材質
および基板１９の傾斜角によって、特定の方向、特定の
分布となる。付着防止板は、この特定の方向から特定の
分布で、飛散するスパッタ粒子のうち、マイクロ波透過
窓６へ向かって飛来する粒子の行程のみを妨げればよい
ので、基板１９の材質、基板１９の傾斜角によって、適
切な形状の付着防止板を選して配置する。

【００４７】また、付着防止板３０、３１、３２、３３
を、プラズマ拡張室１０に固定する場合には、ねじ等に
よって機械的に、固定することも可能であるが、この
他、付着防止板３０等の支持棒の端部に磁性体を取り付
け、また、プラズマ拡張室１０の壁面の大気側の面に永
久磁石を取り付け、磁性体と、永久磁石が引き合う力に
よって、固定することも可能である。

【００４８】また、付着防止板３０等は、透磁率が、付
着防止板３０等が配置される空間の透磁率になるべく近
い材質で構成するのが好ましい。例えば、透磁率が空間
より大きい場合には、磁力線は、透磁率の高い付着防止
板３０を通ろうとするので、磁力線が付着防止板に集ま
り、プラズマが、拡張室１０の内壁に誘導されるのを妨
げるおそれがある。したがって、透磁率を空間の透磁率
に近付けることによって、周囲の磁力線を歪めることが
なく、プラズマの生成及び拡散に影響を与えない。

【００４９】つぎに本発明の第２の実施例のイオンミリ
ング装置を図９に示す。

【００５０】図１のイオンミリング装置で、アルゴンガ
スを用いて、導電性の基板１９を、長時間（数１０時間
以上）にわたってイオンビ−ムエッチングすると、基板
１９から飛散した粒子のうち、プラズマ生成室１やプラ
ズマ拡張室１０の内壁に衝突して、はね返った粒子の一
部が、マイクロ波透過窓６に付着することがある。この
ような粒子は、飛来行程が、付着防止板３０からはずれ
るため、付着防止板３０では、遮蔽できない。

【００５１】このような場合、アルゴンガスを用いてイ
オンビームエッチングをしている間に、マイクロ波透過
窓６に若干導電性の薄膜が付着する。その後、フロン系
ガスを用いてイオンビームエッチングを行うと、マイク
ロ波透過窓６上の導電性薄膜が剥がれ、引き出されるイ
オンビ−ム量（全イオン電流）が変動することがある。
この問題を除くために改良したのが図９の実施例であ
る。

【００５２】図９のイオンミリング装置の構成は、図１
の実施例とほぼ同じであるが、マイクロ波透過窓６のプ
ラズマ生成室１側の面に、石英ガラス、アルミナ、ある
いは、ボロンナイトライド等からなる防着板３８を設け
た点が異なっている。

【００５３】この装置を用いてイオンビームエッチング
を行うときには、アルゴンガスを用いて長時間イオンビ
−ムエッチングした後、防着板３８を取り除き、新しい
防着板３８を取り付けて、次の処理を行なう。これによ
り、マイクロ波透過窓６に若干付着した導電性薄膜の剥
がれによる、引き出されるイオンビ−ム量（全イオン電
流）の変動が無くなる。付着防止板３０が配置されてい
るので、長時間に渡って、安定に、高いイオン電流で、
効率よく、イオンビームエッチングを行うことができ
る。防着板３８を交換する必要があるのは、途中でガス
を変える処理を行う時のみである。

【００５４】つぎに第３の実施例を図１０を用いて説明
する。

【００５５】図１０のイオンミリング装置は、図１の実
施例とほぼ同じであるが、同軸ケ−ブル４１で伝送した
マイクロ波を、放電室１内のアンテナ４０により供給し
ている点が異なっている。この場合も、付着防止板３０
により、アンテナ４０を支持する絶縁物への導電性薄膜
の付着を低減し、長時間安定にイオンビ−ムを引き出す
ことができる。なお、通常の同軸ケ−ブルで伝送できる
マイクロ波電力は、高々１００Ｗであるため、導波管を
使用する場合と同程度のイオンビ−ム量を得るために
は、複数のアンテナを用いる必要がある。この場合も、
処理室２０側から見て、各アンテナの絶縁物を隠す位置
に付着防止板３０を配置することにより、長時間安定に
イオンビ−ムを引き出すことができる。

【００５６】また、第４の実施例を図１１を用いて説明
する。本装置は図１の実施例とほぼ同じであるが、イオ
ンビ−ムを引き出すための電極をもたず、拡張室１０の
プラズマの化学的、あるいは物理的作用（スパッタリン
グ）により試料の加工を行なうものである。なお、基板
ホ−ルダ１８には、図では省略しているが、直流あるい
は高周波バイアスを印加できる。この場合も、付着防止
板３０によりマイクロ波透過窓６への導電性薄膜の付着
を低減でき、長時間安定に動作できる。

【００５７】

【発明の効果】上述のように、本発明では、プラズマ生
成室または拡張室内の空間であって、磁界の磁束密度
が、電子サイクロトロン共鳴する磁束密度よりも小さい
空間に、遮蔽板を配置することによって、プラズマの生
成を妨げることなく、マイクロ波導入窓部の汚損を防止
することができる。したがって、マイクロ波導入窓部へ
の導電性薄膜の付着を大幅に低減し、長時間安定に動作
させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のイオンミリング装置の構成
を示す断面図。

【図２】図１のイオンミリング装置のＡ−Ａ断面図。

【図３】図１のイオンミリング装置の付着防止板の形状
を示す斜視図。

【図４】図１のイオンミリング装置のイオン電流の大き
さと照射時間の関係を示すグラフ。

【図５】図１のイオンミリング装置のイオン電流密度の
分布を示すグラフ。

【図６】図１の装置に用いることのできる別の付着防止
板の形状を示す斜視図。

【図７】図１の装置に用いることのできる別の付着防止
板の形状を示す斜視図。

【図８】図１の装置に用いることのできる別の付着防止
板の形状を示す斜視図。

【図９】本発明の第２の実施例のイオンミリング装置の
構成を示す断面図。

【図１０】本発明の第３の実施例のイオンミリング装置
の構成を示す断面図。

【図１１】本発明の第４の実施例のイオンミリング装置
の構成を示す断面図。

【符号の説明】

１…プラズマ生成室、２…ソレノイドコイル、５…永久
磁石、６…マイクロ波透過窓、１０…プラズマ拡張室、
１５…イオン引き出し電極、１９…基板、２０…処理
室、２５…中性化器、３０…付着防止板、３８…防着
板、４０…アンテナ。

フロントページの続き (72)発明者芦田栄次茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者山崎秀樹茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者大石鉦太郎茨城県日立市国分町一丁目１番１号株式会社日立製作所国分工場内 (72)発明者橋本勲茨城県日立市国分町一丁目１番１号株式会社日立製作所国分工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プラズマ生成室と、前記プラズマ生成室と
連通して配置され、前記プラズマ生成室で生成されたプ
ラズマを拡張させるプラズマ拡張室と、前記プラズマ拡
張室内のプラズマ中のイオンを加速してイオンビームを
引き出す加速手段と、前記プラズマ拡張室から引き出さ
れたイオンビームを被処理物に照射するための加工室と
を有するイオンミリング装置であって、前記プラズマ生成室には、前記プラズマ生成室内にマイ
クロ波を導入するための導入部と、前記プラズマ生成室
内の空間に磁界を発生させるための第１の磁界発生手段
が配置され、前記プラズマ拡張室には、プラズマ生成室で生成された
プラズマをプラズマ拡張室の内壁近くまで誘導して前記
内壁に接触させずに閉じ込めるための磁界を発生させる
第２の磁界発生手段が配置され、前記プラズマ生成室およびプラズマ拡張室の空間の一部
には、前記イオンビームの照射によって前記被処理物か
ら飛散した粒子が前記導入部に付着するのを遮蔽するた
めの遮蔽手段が配置され、前記遮蔽手段は、前記導入部から導入されたマイクロ波
と電子サイクロトロン共鳴する磁界の磁束密度よりも、
小さい磁束密度の磁界が印加されている空間に配置され
ていることを特徴とするイオンミリング装置。
【請求項２】請求項１において、前記プラズマ拡張室の
空間は、前記プラズマ生成室で生成されたプラズマを内
壁近くまで誘導する作用が主としてはたらく誘導空間
と、前記誘導空間で内壁近くに誘導されたプラズマを中
央部に拡散させる作用が主としてはたらく拡散空間とを
有し、前記遮蔽手段は、前記誘導空間に配置されていることを
特徴とするイオンミリング装置。
【請求項３】請求項１において、前記遮蔽手段は、前記
プラズマ生成室の空間とプラズマ拡張室の空間とが連通
する部分に配置されていることを特徴とするイオンミリ
ング装置。
【請求項４】請求項１において、前記導入部は、マイク
ロ波を透過させるために、前記プラズマ生成室の壁面に
設けられた窓部であることを特徴とするイオンミリング
装置。
【請求項５】請求項１において、前記導入部は、前記プ
ラズマ生成室内に配置されたアンテナであり、前記アン
テナは、プラズマ生成室の外部のマイクロ波伝送ケーブ
ルと接続するための接続部を有することを特徴とするイ
オンミリング装置。
【請求項６】請求項４において、前記プラズマ生成室に
は、前記窓部の前記プラズマ生成室内側の面を覆うため
の防着板が、取外し可能に取り付けられていることを特
徴とするイオンミリング装置。
【請求項７】プラズマ生成室と、前記プラズマ生成室と
連通して配置され、前記プラズマ生成室で生成されたプ
ラズマを拡張させるプラズマ拡張室と、前記プラズマ拡
張室内のプラズマ中のイオンを加速してイオンビームを
引き出す加速手段とを有するイオン源であって、前記プラズマ生成室には、前記プラズマ生成室内にマイ
クロ波を導入するための導入部と、前記プラズマ生成室
内の空間に磁界を発生させるための第１の磁界発生手段
が配置され、前記プラズマ拡張室には、プラズマ生成室で生成された
プラズマをプラズマ拡張室の内壁近くまで誘導して前記
内壁に接触させずに閉じ込めるための磁界を発生させる
第２の磁界発生手段が配置され、前記プラズマ生成室またはプラズマ拡張室の空間の一部
には、外部から前記加速手段を通過して進入してきた粒
子が前記導入部に付着するのを遮蔽するための遮蔽手段
が配置され、前記遮蔽手段は、前記導入部から導入されたマイクロ波
と電子サイクロトロン共鳴する磁界の磁束密度よりも、
小さい磁束密度の磁界が印加されている空間に配置され
ていることを特徴とするイオン源。