KR100808898B1 - 이온빔 조사 장치 - Google Patents

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다케시 마츠모토
야스히로 마츠다
야스노리 안도
노부유키 나카무라
마사히로 다니이
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닛신 이온기기 가부시기가이샤
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Abstract

본 발명은 이온원이 분할 구조의 전극을 갖고 있어도 타겟에 대하여 균일성이 좋은 처리를 실시할 수 있는 이온빔 조사 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이 이온빔 조사 장치는 이온빔을 인출하는 이온원과, 이 이온원으로부터 인출된 이온빔의 조사 영역 내에서, 타겟(14)을 y축을 따르는 방향으로 이동시키는 타겟 구동 장치를 구비하고 있다. 그리고, 이온원의 전극(8)을, y축과 직교하는 x축을 따르는 방향에 있어서 복수의 전극편(82)으로 분할하여 구성하고, 또한 각 분할부(22)를 y축에 대하여 비스듬하게 배치하고 있다.

Description

이온빔 조사 장치{DEVICE OF IRRADIATING ION BEAM}
도 1은 본 발명에 따른 이온빔 조사 장치의 일실시예를 도시한 개략도.
도 2는 도 1에 있는 제1 전극의 일례를 하측의 타겟과 함께 도시한 평면도.
도 3은 제1 전극 분할부 구조의 일례를 확대하여 도시한 단면도.
도 4는 제1 전극 분할부 구조의 다른 예를 확대하여 도시한 단면도.
도 5는 제1 전극 분할부 구조의 또 다른 예를 확대하여 도시한 단면도.
도 6은 도 1에 있는 제1 전극의 다른 예를 부분적으로 도시한 평면도.
도 7은 도 1에 있는 제1 전극의 또 다른 예를 부분적으로 도시한 평면도.
도 8은 도 1에 있는 제1 전극의 또 다른 예를 부분적으로 도시한 평면도.
도 9는 도 1에 있는 제1 전극의 또 다른 예를 부분적으로 도시한 평면도.
도 10은 도 1에 있는 제1 전극의 또 다른 예를 부분적으로 도시한 평면도.
도 11은 도 1에 있는 제1 전극의 또 다른 예를 부분적으로 도시한 평면도.
도 12는 제1 전극의 분할부 부근의 고정 볼트 위치의 일례를 도시한 도면.
도 13은 제1 전극의 열팽창에 의한 분할부 부근에 있어서의 변위를 설명하기 위한 도면.
도 14는 제1 전극의 열팽창에 의한 분할부 부근에 있어서의 변위를 설명하기 위한 도면.
도 15는 종래의 이온빔 조사 장치의 일례를 도시한 개략도.
도 16은 종래의 전극의 분할 구조의 일례를, 하측의 타겟과 함께 도시한 평면도.
도 17은 제1 전극 및 제2 전극의 분할부 등의 위치 관계의 일례를 부분적으로 도시한 평면도로, 양전극은 편의상 모두 도시하고 있다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
2 : 이온원
8 : 제1 전극
9 : 이온 인출 구멍
10 : 제2 전극
11 : 이온 인출 구멍
12 : 이온빔
14 : 타겟
18 : 타겟 구동 장치
22, 24 : 분할부
26, 28 : 지지 프레임(고정부)
32 : 인출 구멍 영역
34 : 고정 볼트(고정 수단)
82, 102 : 전극편
본 발명은 이온원으로부터 인출된 이온빔을 타겟에 조사하여, 이 타겟에 예컨대 이온 주입, 이온 도핑(등록상표), 이온빔 배향 처리, 이온 밀링, 이온빔 에칭 등의 처리를 실시하는 이온빔 조사 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 이온원이 분할 구조의 전극을 갖고 있는 이온빔 조사 장치에 관한 것이다.
이 종류의 이온빔 조사 장치의 종래예를 도 15에 도시한다. 이 이온빔 조사 장치는 이온빔(12)을 발생시키는(인출) 이온원(2)을 구비하고 있다. 이온원(2)은, 예컨대 아크 방전, 고주파 방전 등을 이용하여 플라즈마(6)를 생성하는 플라즈마 생성부(4)와, 이 플라즈마(6)로부터 전계의 작용에 의해 이온빔(12)을 인출하는 1장 이상의 전극을 갖고 있다. 보다 구체적으로는, 이 예에서는 전극으로서 2장의 전극, 즉 이온빔 인출 방향의 최상류측에 배치된 제1 전극(8)과, 그 하류측에 배치된 제2 전극(10)을 갖고 있다.
한점에서 상호 직교하는 3축을 x축, y축 및 z축으로 하면, 양전극(8, 10)은 xy 평면을 따라 배치되어 있고, 또한 z축을 따르는 방향으로 상호 소정의 간극을 두고 배치되어 있으며, z축을 따르는 방향으로 이온빔(12)을 인출할 수 있다. 각 전극(8, 10)은 이온빔(12)을 인출하기 위한 복수의(보다 구체적으로는 다수의) 이온 인출 구멍(9, 11)을 상호 대응하는 위치에 각각 갖고 있다. 또한, 이 명세서에 있어서 「따르는 방향」의 전형예는 실질적으로 평행(평행을 포함)한 방향이다.
양전극(8, 10)은, 이 예에서는 x축을 따르는 방향의 치수가 y축을 따르는 방 향의 치수보다 큰 직사각형의 평면 형상을 하고 있다. 따라서 이 이온원(2)으로부터 인출되는 이온빔(12)은 x축을 따르는 방향의 치수가 y축을 따르는 방향의 치수보다 크고, 단면이 직사각형에 가까운 형상을 하고 있다.
제1 전극(8)에는, 도시하지 않은 직류 전원으로부터, 이온빔(12)의 인출 및 가속용으로 양의 직류 전압이 인가된다. 이 제1 전극(8)은 플라즈마 전극 또는 가속 전극 등이라고 불리는 경우도 있다. 제2 전극(10)에는, 예컨대 도시하지 않은 직류 전원으로부터 역류 전자 억제용으로 음의 직류 전압이 인가된다. 이 제2 전극(10)은 억제 전극 또는 감속 전극 등으로 불리는 경우도 있다.
이 이온빔 조사 장치는 또한, 이온원(2)으로부터 인출된 이온빔(12)의 조사 영역 내에서 타겟(14)을, 이 타겟을 유지하는 홀더(16)와 함께, 예컨대 화살표 Y로 나타내는 바와 같이, 평면적으로 보아 y축을 따르는 방향으로 직선적으로 이동시키는 타겟 구동 장치(18)를 구비하고 있다. 이 이동은 일방향의 경우와, 왕복 방향의 경우가 있다. 「평면적으로 보아」라고 하는 것은 이온원(2) 또는 타겟 구동 장치(18)[통상은 이온원(2)]를 x축과 실질적으로 평행한 축을 중심으로 하여 소정 각도 회전시키고, z축을 타겟(14)의 표면에 대하여 수직이 아니라 비스듬하게 기울여 타겟(14)의 표면에 이온빔(12)을 90°보다도 작은 입사 각도로 입사시키는 경우가 있으며, 이 경우에도 타겟(14)은 y축을 따르는 방향으로 이동되기 때문에, 이 경우도 포함하는 의미이다.
타겟(14)은, 예컨대 반도체 기판, 유리 기판, 배향막 부착 기판, 그 밖의 기판이다. 배향막 부착 기판은 액정 분자를 일정 방향으로 배향시키기 위한 배향막 을 유리 기판 등의 기판 표면에 형성한 것이다.
이온빔(12)의 x축을 따르는 방향의 치수는 타겟(14)의 동방향 치수보다도 크고, 이것과, 타겟(14)을 상기한 바와 같이 y축을 따르는 방향으로 이동시킴으로써, 타겟(14)의 전면(全面)에 이온빔(12)을 조사하여, 타겟(14)에 이온 주입, 이온 도핑(등록상표), 이온빔 배향 처리, 이온 밀링, 이온빔 에칭 등의 처리를 실시할 수 있다.
그런데, 이온원(2)으로부터 대면적의 이온빔(12)을 인출하는 경우, 이에 따라 양전극(8, 10)도 대면적이 된다. 이 경우, 전극(8, 10) 중 어느 하나 또는 이들 양자는 (a) 1장의 전극 재료로 제작하는 것이 어렵고, (b) 열팽창에 의한 변형(열변형)을 감소시키는 등의 이유로 인해, 예컨대 일본 특허 문헌 1, 2에도 기재되어 있는 바와 같이, 복수의 전극편으로 분할하여 구성하는 경우가 있다.
예컨대, x축을 따르는 방향의 치수가 큰(예컨대, 600 mm 내지 1200 mm 정도의) 이온빔(12)을 인출하는 경우는, 전극(8, 10)은 x축을 따르는 방향에 있어서 복수의 전극편으로 분할되는 경우가 있다. 이와 같은 분할 구조로 한 전극을, 제1 전극(8)을 예로 들어 도 16에 도시한다. 이 제1 전극(8)은 x축을 따르는 방향에 있어서 복수의 전극편(81)으로 분할되어 구성되어 있다. 이 각 분할부(20)는 y축에 대하여 실질적으로 평행하게 형성되어 있다. 각 전극편(81)은 통상은 각각 동전위로 유지된다.
제2 전극(10)을 분할 구조로 하는 경우도 상기 제1 전극(8)과 동일하다.
[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 제2000-301353호 공보(단락 0015-0017, 도 1, 도 4)
[특허 문헌 2] 일본 특허 공개 평성 제5-114366호 공보(단락 0009, 도 1, 도 2)
상기한 바와 같이 전극(8, 10)을 분할 구조로 하면, 각 분할부(20)에는 다른 장소와 같이 이온 인출 구멍(9, 11)을 배열할 수 없기 때문에, 각 분할부(20)의 하류에서 이온빔(12)의 밀도가 다른 것과는 다르며, 이온빔(12)의 밀도 분포가 불균일해진다.
예컨대, 각 분할부(20)가 도 16에 도시한 바와 같이 상하로 관통하는 갭인 경우는 각 분할부(20)의 하류에서 이온빔(12)의 밀도가 다른 것보다도 커진다.
또한, 각 분할부(20)를, 예컨대 일본 특허 문헌 1에 기재되어 있는 가압 금구로 누르거나, 예컨대 일본 특허 문헌 2에 기재되어 있는 바와 같이, 분할부(20)에서 그 양측 전극편(81)을 상호 겹쳐 배치하거나 하면, 각 분할부(20)의 하류에서 이온빔(12)의 밀도가 다른 것보다도 작아진다.
그런데, 타겟(14)은 상기한 바와 같이 y축을 따르는 방향으로 이동되기 때문에, 각 분할부(20)의 하류에 있어서의 이온빔 밀도의 대소 패턴이 타겟(14)의 표면에 그대로 전사된다. 그 결과, 타겟(14)에 대하여 균일성이 좋은 처리를 실시할 수 없게 된다.
그래서 본 발명은 이온원이 분할 구조의 전극을 갖고 있어도 타겟에 대하여 균일성이 좋은 처리를 실시할 수 있는 이온빔 조사 장치를 제공하는 것을 주된 목 적으로 하고 있다.
본 발명에 따른 이온빔 조사 장치는 상호 직교하는 2축을 x축 및 y축으로 하면, 복수의 이온 인출 구멍을 각각 갖고 있으며, xy 평면을 따르는 전극을 이온빔 인출 방향으로 1장 이상 갖는 이온원과, 이 이온원으로부터 인출된 이온빔의 조사 영역 내에서, 타겟을 평면적으로 보아 y축을 따르는 방향으로 이동시키는 타겟 구동 장치를 구비하는 이온빔 조사 장치에 있어서, 상기 이온원의 전극 중 적어도 1장을, x축을 따르는 방향에 있어서 복수의 전극편으로 분할하여 구성하고, 또한 각 분할부를 y축에 대하여 비스듬하게 배치하고 있는 것을 특징으로 한다.
이 이온빔 조사 장치에 의하면, 분할하여 구성된 전극의 각 분할부를 y축에 대하여 비스듬하게 배치하고 있기 때문에, 각 분할부의 하류에 있어서 이온빔 밀도에 대소 패턴이 생겨도 그 패턴은 타겟의 y축을 따르는 방향의 이동에 의해, 타겟 상에서는 평균화된다. 그 결과, 타겟에 대하여 균일성이 좋은 처리를 실시할 수 있다.
상기 분할하여 구성된 전극의 이온 인출 구멍은 y축을 따르는 방향에 있어서의 복수의 이온 인출 구멍의 면적의 총합이 x축을 따르는 방향에 있어서 실질적으로 일정해지도록 배열되어 있어도 좋다.
상기 분할하여 구성된 전극의 각 분할부는 직선 형상을 하고 있으며, x축을 따르는 방향으로 상기 각 분할부로부터 상호 실질적으로 동일한 간격으로 이격되고 분할부에 실질적으로 평행한 2개의 직선 상으로서, 상기 이온 인출 구멍이 분포하 고 있는 인출 구멍 영역의 외측에 각각 위치하는 4 지점에, 상기 전극편을 고정부에 고정하는 고정 수단을 각각 배치하고 있어도 좋다.
상기 분할하여 구성된 전극의 각 분할부에 있어서 그 양측의 전극편은 x축을 따르는 방향으로 상호간에 갭을 두고, 또한 이온빔 인출 방향으로 상호 겹쳐 배치되어 있어도 좋다.
도 1은 본 발명에 따른 이온빔 조사 장치의 일실시예를 도시한 개략도이다. 도 2는 도 1에 있는 제1 전극의 일례를 하측의 타겟과 함께 도시한 평면도이다. 도 15 및 도 16에 도시한 종래예와 동일하거나 또는 상당하는 부분에는 동일 부호를 붙이고, 이하에서는 이 종래예와의 상위점을 주로 설명한다.
이 이온빔 조사 장치는 상기와 동일한 이온원(2) 및 타겟 구동 장치(18)를 구비하고 있다. 단, 이온원(2)의 전극(8, 10) 둘레의 구조가 이하에 설명하는 바와 같이 종래예와는 다르다.
(1) 전극의 분할 구조
이 이온빔 조사 장치에 있어서는, 이온원(2)의 제1 전극(8)을 x축을 따르는 방향으로 복수의 전극편(82)으로 분할하여 구성하고, 또한 그 각 분할부(바꾸어 말하면, 이음매)(22)를 y축에 대하여 비스듬하게 배치하고 있다. 즉, 각 분할부(22)는 직선 형상을 하고 있고, 분할부의 y축에 대한 각도를 α라고 하면, 0°＜α＜90°로 되어 있다. 각 분할부(22)는 상호 실질적으로 평행하다[다른 예 및 분할부(24)에 있어서도 동일]. 전극편(82)의 개수는, 즉 제1 전극(8)의 분할수는 도 2에 도시한 예에서는 4개이지만, 그것으로만 제한되는 것은 아니다. 분할수는 제1 전극(8)의 x축을 따르는 방향의 치수 등에 따라 결정하면 좋다. 이것은 제2 전극(10)에 대해서도 동일하다. 각 전극편(82)은 통상은 각각 동전위로 유지된다.
이온원(2)의 플라즈마 생성부(4)의 하단부에는 지지 프레임(26)이 설치되어 있으며, 각 전극편(82)은 전술한 이온 인출 구멍(9)이 분포되어 있는 인출 구멍 영역(32)의 외측 부분에서 고정 볼트(34)에 의해 지지 프레임(26)에 고정되어 있다. 이 지지 프레임(26)이 전극편(82)에 대한 고정부의 예이며, 고정 볼트(34)가 고정수단의 예이다.
또한, 이 실시예에서는 이온원(2)의 제2 전극(10)도 제1 전극(8)과 동일하게 x축을 따르는 방향으로 복수의 전극편(102)으로 분할하여 구성하고, 또한 그 각 분할부(24)를 y축에 대하여 비스듬하게 배치하고 있다. 각 전극편(102)은 통상은 각각 동전위로 유지된다.
상기 지지 프레임(26)의 하류측에는 절연물(30)을 개재시켜 지지 프레임(28)이 설치되어 있으며, 제2 전극(10)의 각 전극편(102)은 이온 인출 구멍(11)이 분포되어 있는 인출 구멍 영역의 외측 부분에서 고정 볼트(도시 생략)에 의해, 지지 프레임(28)에 고정되어 있다. 이 지지 프레임(28)이 전극편(102)에 대한 고정부의 예이며, 고정 볼트가 고정 수단의 예이다.
제2 전극(10)은 이 실시예에서는 제1 전극(8)과 실질적으로 동일한 구조를 갖고 있다. 그래서 이하에 있어서는 제1 전극(8)을 주체로 설명한다. 이하의 설명은 별도의 얘기가 없는 한 제2 전극(10)에 대해서도 적용된다.
제1 전극(8)의 각 분할부(22)는 도 2나 후술하는 도 6 등에서는 도시의 간략 화를 위해 1개의 직선으로 표시되어 있지만, 상하로 관통하는 갭이어도 좋다. 혹은, 예컨대 도 3 내지 도 5에 도시한 예와 같이, 각 분할부(22)에 있어서 그 양측의 전극편(82)은 x축을 따르는 방향으로 상호간에 갭을 두고, 또한 이온빔 인출 방향(즉 z축을 따르는 방향. 이하 동일)에 있어서 상호 겹쳐 배치되어 있어도 좋다.
즉, 도 3의 예에서는, 분할부(22) 양측의 전극편(82)은 상호 중첩되는 단부(36, 38)를 갖고 있으며, 또한 x축을 따르는 방향으로 상호간에 갭(40, 42)을 갖고 있다.
도 4의 예에서는, 분할부(22) 양측의 전극편(82)은 비스듬한 갭(48)을 두고, 상호 중첩되는 사면부(44, 46)를 갖고 있다.
도 5의 예에서는, 분할부(22) 양측의 전극편(82)은 볼록조부(50)와 이 볼록조부가 끼워지는 오목조부(52)를 갖고 있으며, 또한 x축을 따르는 방향으로 상호간에 갭(54, 56)을 갖고 있다.
이 이온빔 조사 장치에 있어서는, 분할하여 구성된 전극(8, 10)의 각 분할부(22, 24)를 y축에 대하여 비스듬하게 배치하고 있기 때문에, 각 분할부(22, 24)의 하류에 있어서 이온빔 밀도에 대소의 패턴이 생겨도 이 패턴은 타겟(14)의 y축을 따르는 방향의 이동에 의해 타겟(14) 상에서는 평균화된다.
이것을 주로 도 2를 참조하여 상세하게 설명하면, 예컨대 각 분할부(22, 24)가 도 3 내지 도 5에 도시한 예와 같은 구조로 되어 있고, 각 분할부(22, 24)로부터 이온빔(12)이 인출되지 않는 경우는 각 분할부(22, 24)의 하류에 있어서 이온빔 밀도가 다른 것보다도 작은 패턴이 발생한다. 그러나, 타겟(14)을 y축을 따르는 방향으로 이동시키면, 각 분할부(22, 24)가 y축에 대하여 비스듬하게 배치되어 있기 때문에, 타겟(14)은 각 분할부(22, 24) 하류의 이온빔 밀도가 작은 부분과 그 밖의 부분(밀도가 작지 않은 부분)을 함께 통과하게 된다. 그 결과, 상기 패턴은 종래예와 같이 그대로 타겟(14) 상에 전사되지 않고, 타겟(14) 상에서는 평균화된다. 바꾸어 말하면, 상기 패턴은 타겟(14) 상에서는 완화되거나 또는 약해진다(이하 동일).
각 분할부(22, 24)가 상하로 관통하고 있는 갭의 경우는 상하의 분할부(22, 24)가 이온빔 인출 방향으로 상호 겹쳐 있으면, 각 분할부(22, 24)를 통해 이온빔(12)이 인출되고, 각 분할부(22, 24)의 하류에 있어서 이온빔 밀도가 다른 것보다 큰 패턴이 발생하는 경우가 있을 수 있다. 그러나, 이 경우도 타겟(14)을 y축을 따르는 방향으로 이동시키면, 각 분할부(22, 24)가 y축에 대하여 비스듬하게 배치되어 있기 때문에, 타겟(14)은 각 분할부(22, 24) 하류의 이온빔 밀도가 큰 부분과 그 밖의 부분(밀도가 크지 않은 부분)을 함께 통과하게 된다. 그 결과, 상기 패턴은 종래예와 같이 그대로 타겟(14) 상에 전사되지 않고, 타겟(14) 상에서는 평균화된다.
따라서, 상기 어느 쪽의 경우도 타겟(14)에 대하여 균일성(구체적으로는 x축을 따르는 방향에 있어서의 균일성. 그 외에 있어서도 동일)이 좋은 처리를 실시할 수 있다.
또한, 도 3 내지 도 5에 도시한 예와 같이, 각 분할부(22, 24)에 있어서 그 양측의 전극편(82, 102)을 x축을 따르는 방향으로 상호간에 갭을 두어 배치해 두 면, 이 갭에 있어서 각 전극편(82, 102)의 x축을 따르는 방향의 열팽창을 해제할 수 있기 때문에, 각 전극편(82, 102)의 열변형을 작게 할 수 있다. 그 결과, 타겟(14)에 대하여 균일성이 보다 좋은 이온빔(12)을 조사하여 균일성이 보다 좋은 처리를 실시할 수 있다.
또한, 도 3 내지 도 5에 도시한 예와 같이, 각 분할부(22, 24)에 있어서 그 양측의 전극편(82, 102)을 상호 겹쳐 배치해 두면, 각 분할부(22, 24)로부터의 이온빔(12)의 누설을 방지할 수 있기 때문에, 이 관점으로부터도 타겟(14)에 대하여, x축을 따르는 방향에 있어서의 균일성이 보다 좋은 이온빔(12)을 조사하여 균일성이 보다 좋은 처리를 실시할 수 있다.
(2) 이온 인출 구멍의 면적의 총합을 일정하게 하는 구조
상기한 바와 같이 분할하여 구성된 전극, 예컨대 제1 전극(8)의 이온 인출 구멍(9)은, 예컨대 도 2에 도시한 예와 같이, (A) y축을 따르는 방향에 있어서의 복수의 이온 인출 구멍(9)의 면적의 총합이 x축을 따르는 방향에 있어서 실질적으로 일정해지도록 배열되어 있는 것이 바람직하다.
보다 구체적으로는, 도 2에 도시한 예에서는 각 이온 인출 구멍(9)은 상호 동일한 면적의 원 구멍이며, 이온 인출 구멍(9)을 형성할 수 없는 비스듬한 분할부(22)가 존재하고 있어도 y축을 따르는 방향에 있어서의 이온 인출 구멍(9)의 개수는 x축을 따르는 방향 중 어떤 예에 있어서도 동일한 개수(도시예에서는 8개)이다. 따라서, y축을 따르는 방향에 있어서의 이온 인출 구멍(9)의 면적의 총합은 x축을 따르는 방향 중 어떤 예에 있어서도 일정해진다.
또한, 이 도 2의 예에서는 복수의 이온 인출 구멍의 배열의 x축을 따르는 방향에 있어서의 피치를 Px, y축을 따르는 방향에 있어서의 피치를 Py라고 하면, 각 분할부(22)의 상기 각도(α)는 다음 수학식의 관계를 만족하고 있다. 그리고, 1개의 분할부(22)가 인출 구멍 영역(32)의 외측으로 빠지면, 다음 분할부(22)가 인출 구멍 영역(32)의 내측으로 들어가도록 각 분할부(22)의 x축을 따르는 방향의 위치를 정하고 있다.
[수학식 1]
α＝tan-1(Px/Py)
상기한 바와 같이 하면, 타겟(14)에 조사되는 이온빔(12)의 밀도 분포가 x축을 따르는 방향에 있어서 보다 균일해진다. 그 결과, 타겟(14)에 대하여 균일성이 보다 좋은 처리를 실시할 수 있다.
도 6에 도시한 예와 같이, 각 분할부(22)의 상기 각도(α)를 보다 크게 하여도 상기 (A)에 나타낸 배열을 실현할 수 있다. 이 예의 경우도, 이온 인출 구멍(9)을 형성할 수 없는 비스듬한 분할부(22)가 존재하여도 y축을 따르는 방향에 있어서의 이온 인출 구멍(9)의 개수는 x축을 따르는 방향 중 어떤 열에 있어서도 동일한 개수(도시예에서는 8개)이다.
도 7에 도시한 예와 같이, 분할부(22)가 아니어도, 분할부(22)와 동일하게 이온 인출 구멍(9)이 존재하지 않는 기울어진 비존재 영역(58)을 설치해 두어도 상기 (A)에 나타낸 배열을 실현할 수 있다. 이 비존재 영역(58)은 y축에 대하여, 분 할부(22)와 실질적으로 동일한 각도로 기울어져 있다. 이 비존재 영역(58)에, 가상적인 분할부(22)가 있다고 생각하면 좋다.
이 예의 경우도, 이온 인출 구멍(9)을 형성할 수 없는 분할부(22) 및 이온 인출 구멍(9)의 비존재 영역(58)이 존재하고 있어도 y축을 따르는 방향에 있어서의 이온 인출 구멍(9)의 개수는 x축을 따르는 방향 중 어느 열에서도 동일한 개수(도시예에서는 8개)이다. 이 경우는, 제1 전극(8)의 분할수를 적게 할 수 있다. 제1 전극(8)의 x축을 따르는 방향의 끝과 최초의 분할부(22) 사이 또는 인접한 분할부(22) 사이에, 비존재 영역(58)을 복수 설치하여도 좋다.
도 2, 도 6 및 도 7은 동일한 크기의 원 구멍 형상을 한 복수의 이온 인출 구멍(9)이 정방(정사각형)으로 배열된 예이지만, 동일한 이온 인출 구멍(9)을 도 8 및 도 9에 도시한 바와 같이 지그재그로 배열하여도 좋다. 이 예의 경우도, 이온 인출 구멍(9)을 형성할 수 없는 분할부(22)가 존재하고 있어도 y축을 따르는 방향에 있어서의 이온 인출 구멍(9)의 개수는 x축을 따르는 방향 중 어느 열에서도 동일한 개수(도시예에서는 5개)이다. 도 8 및 도 9에서는 인접한 이온 인출 구멍(9)의 간격을 도 2 등의 경우보다 넓게 하여 도시하고 있지만, 지그재그로 배열하면, 일반적으로 정방 배열보다 이온 인출 구멍(9)의 밀도를 높게 할 수 있다.
각 이온 인출 구멍(9)의 형상은 원 구멍으로만 제한되는 것은 아니며, 도 10 및 도 11에 도시한 예와 같이 슬릿 형상이어도 좋다. 각 이온 인출 구멍(9)은 상호 동일한 폭을 갖고 있다. 이들 예의 경우도 상기 (A)에 나타낸 배열을 실현할 수 있다. 슬릿 형상의 이온 인출 구멍이 전극 면적에 대한 이온 인출 구멍(9)의 총면적을 넓게 할 수 있다.
즉, 도 10에 도시한 예에서는 이온 인출 구멍(9)을 형성할 수 없는 비스듬한 분할부(22)가 존재하고 있어도 y축을 따르는 방향에 있어서의 이온 인출 구멍(9)의 개수는 x축을 따르는 방향 중 어느 위치에 있어서도 동일한 개수(도시예에서는 8개)이다.
도 11에 도시한 예에서는, 이온 인출 구멍(9)을 형성할 수 없는 비스듬한 분할부(22)가 존재하고 있어도 y축을 따르는 방향에 있어서의 이온 인출 구멍(9)의 합계의 길이(L1＋L2)는 x축을 따르는 방향 중 어느 열에 있어서도 실질적으로 일정하다.
(3) 분할부 부근에 있는 고정 볼트의 배치 구조
x축을 따르는 방향으로 각 분할부(22)를 사이에 두고 있는 전술한 고정 볼트(34)는 다음 위치에 설치하는 것이 바람직하다. 즉, 도 12를 참조하여, x축을 따르는 방향으로 직선형의 각 분할부(22)로부터 상호 동일한 거리(L3)만큼 이격되고, 또한 분할부(22)에 실질적으로 평행한 2개의 직선(60, 62)을 고려하면, 이 직선(60, 62) 상으로서, 상기 인출 구멍 영역(32) 외측에 각각 위치하는 4 지점에 고정 볼트(34)를 배치해 두는 것이 바람직하다. 그렇게 하면, 각 분할부(22) 부근의 소정 영역[도 14에 도시한 거리(W) 내의 영역]에 있어서, y축을 따르는 방향으로 병행하는 복수의 이온 인출 구멍(9)의 열팽창에 의한 x축을 따르는 방향의 변위의 총합을 실질적으로 제로로 할 수 있다.
이것을 상세하게 설명하면, 상기 경우, 분할부(22) 및 직선(60, 62)과, 인출 구멍 영역(32)의 x축을 따르는 변이 이루는 각도는 각각 실질적으로 동일한 각도(θ)가 된다. 또한, 0°＜θ＜90°가 된다. 이 각도(θ)는 상기 각도(α)와의 관계에서는, θ＝90°-α이다. 또한, 도 14를 참조하여, 직선(60)이 인출 구멍 영역(32)의 x축을 따르는 한쪽 변과 교차하는 점(B)과, 직선(62)이 인출 구멍 영역(32)의 x축을 따르는 다른 한쪽 변과 교차하는 점(G) 사이를 연결하는 직선(BG)은 y축에 대하여 실질적으로 평행해진다.
또한, 각 분할부(22)가, 예컨대 도 3 내지 도 5에 도시한 예와 같은 구조로 되어 있고, x축을 따르는 방향에 있어서 폭을 갖고 있는 경우는 그 폭의 중심 위치를 도 12 내지 도 14에 있어서의 분할부(22) 위치라고 생각하면 좋다.
도 13을 참조하면, 타겟(14)은 상기한 바와 같이 y축을 따르는 방향으로(전술한 바와 같이 전형적으로는 y축에 실질적으로 평행하게) 이동되기 때문에, y축에 실질적으로 평행하게 분할부(22)를 가로지르는 직선(PQ) 상에 존재하는 이온 인출 구멍(9)의 열팽창에 의한 변위에 대해서 생각하면, 그 직선(PQ) 상의 점, 예컨대 점(K, L, M)에 존재하는 인출 구멍 영역(9)은 x축을 따르는 방향으로는 각각 벡터(u, v, w)의 방향으로 각각 벡터(u, v, w)의 크기에 비례하는 양만큼 열팽창에 의해 변위된다. 즉, 직선(60, 62)보다 좌측에 위치하는 이온 인출 구멍(9)은 좌측으로 변위되고, 우측에 위치하는 이온 인출 구멍(9)은 우측으로 변위된다. 그 이유는, 직선(60, 62) 상에서는 양측의 고정 볼트(34)에 의해 기계적으로 구속되어 있기 때문이다. 그 변위의 크기는 각 이온 인출 구멍(9)과 직선(60, 62) 사이의 거리에 비례한다.
또한, 각 벡터(u, v, w)는 원래는 각 점(K, L, M)을 시점으로 하고 있지만, 그 길이를 알기 쉽게 하기 위해 x축을 따르는 방향으로 평행 이동시켜 각 점(K, L, M)을 종점으로 하여 나타내고 있다.
도 13에 나타낸 사고 방식을 직선(PQ) 상의 모든 점으로 확장하면, 도 14에 도시한 바와 같이, 직선(AC) 상에 존재하는 이온 인출 구멍(9)의 변위 총합은 ＋x의 방향으로 크기 △ABC이고, 직선(CE) 상에 존재하는 이온 인출 구멍(9)의 변위 총합은 -x의 방향으로 크기 △CDE이며, 또한 직선(EH) 상에 존재하는 이온 인출 구멍(9) 변위의 총합은 ＋x의 방향으로 크기 □EFGH이다. 여기서, 점 A, H는 인출 구멍 영역(32)의 x축을 따르는 2개의 변과 직선(PQ)과의 교점, 점 C는 직선(60)과 직선(PQ)과의 교점, 점 B, G는 전술한 교점, 점 E는 직선(PQ)과 분할부(22)와의 교점, 점 D, F는 점 E를 지니고 직선 x축에 평행한 선과 직선(60, 62)과의 교점, 점 J, N은 인출 구멍 영역(32)의 x축을 따르는 2개의 변과 분할부(22)와의 교점, 점 I는 직선(62)과 직선(PQ)과의 교점이다.
그리고, 이하에서 증명하는 바와 같이, 면적에 관해서 △ABC＋□EFGH＝△CDE이며, 또한 좌변과 우변에서 부호는 반대이기 때문에, 직선(PQ) 상에 존재하는 이온 인출 구멍(9)의 x축을 따르는 방향의 변위를, y축을 따르는 방향으로 합산한 것(즉, 총합)은 실질적으로 제로가 된다. 이 사실은 점 J로부터의 직선(PQ)까지의 거리(X)가 0≤X≤W 사이인 경우에 성립한다. W는 점 J, N 사이의 x축을 따르는 방향의 거리이다.
따라서, 이 거리(W)의 영역 내에서는 y축을 따르는 방향으로 병행하는 이온 인출 구멍(9)의 x축에 따르는 방향의 변위를, y축을 따르는 방향으로 합산한 것은 어떤 열을 취하여도 실질적으로 제로가 된다. 전술한 바와 같이 타겟(14)은 y축을 따르는 방향으로 이동되기 때문에, 타겟(14) 상에서는 상기 변위의 총합을 구하는 것과 동등해진다. 따라서, 각각의 이온 인출 구멍(9)이 열팽창에 의해 x축을 따르는 방향으로 변위되어도 0≤X≤W의 영역 내에 대응하는 타겟(14) 상에서는 상기 변위가 상쇄된 것과 동등해진다. 이온 인출 구멍(9)이 변위되면, 타겟(14)에 대한 이온빔 조사의 균일성, 나아가서는 처리 균일성의 저하를 일으키지만, 상기한 바와 같이 타겟(14) 상에서는 이 변위가 상쇄된 것과 동등해지기 때문에, 그만큼 타겟(14)에 대하여 균일성이 보다 좋은 처리를 실시할 수 있다.
또한, 인출 구멍 영역(32)의 y축을 따르는 방향에 있어서의 거리를 d라고 하면, 이것과 상기 각도(θ), 거리(W) 사이에는 다음 수학식이 성립한다.
[수학식 2]
θ＝tan-1(d/W)
전술한 △ABC＋□EFGH＝△CDE인 것을 증명한다. 도 14에 있어서, △ABC와 △GHI에 주목하면, AB＝HG이며, ∠CAB＝∠IHG, ∠ABC＝∠HGI이기 때문에, 한변의 길이와 이 변 양단의 각이 동일한 것 등에 의해 △ABC와 △GHI는 합동이다. 또한, △CDE와 △IFE에 주목하면, DE＝FE이며, ∠CED＝∠IEF, ∠CDE＝∠IFE이기 때문에, 한변의 길이와 이 변 양단의 각이 동일한 것 등에 의해 △CDE와 △IFE는 합동이다. 이상으로부터 다음 수학식이 성립되고, 상기한 것이 증명된다.
[수학식 3]
△ABC＋□EFGH
＝△GHI＋□EFGH
＝△IFE
＝△CDE
x축을 따르는 방향으로 각 분할부(22)를 사이에 두고 있는 한쪽측 2개의 고정 볼트(34)는 전형적으로는 x축을 따르는 방향으로 각 분할부(22)를 사이에 두고 대칭 위치에 배치되어 있지만, 상기 관계는 각 분할부(22)를 사이에 두고 배치된 4개의 고정 볼트(34)가 직선(60, 62) 상에 있으면 성립하기 때문에, 예컨대 도 12 중에 2점쇄선으로 나타낸 바와 같이, 직선(60) 상에서 다소 외측(또는 그 반대측의 내측)으로 어긋나 있어도 좋다. 다른 고정 볼트(34)에 대해서도 동일하다.
이온 인출 구멍(9)의 형상, 배치는 상기와 동일하게, 예컨대 도 2, 도 6 및 도 7에 도시한 바와 같은 원 구멍의 정방 배열이어도 좋고, 예컨대 도 8 및 도 9에 도시한 바와 같은 원 구멍의 지그재그 배열이라도 좋으며, 도 10 및 도 11에 도시한 바와 같은 슬릿 형상이어도 좋다.
각 분할부(22)의 구조는 상기와 동일하게, 예컨대 도 3 내지 도 5에 도시한 구조를 채용하여도 좋다.
이 (3)에 나타낸 고정 볼트(34)의 배치 구조와, 상기 (2)에 나타낸 이온 인출 구멍(9)의 면적 총합을 일정하게 하는 구조를 병용하여도 좋고, 그렇게 하면 양 자의 효과를 발휘할 수 있기 때문에, 타겟(14)에 대하여 균일성이 보다 좋은 처리를 실시할 수 있다.
전극편(82)을 고정부에 고정하는 수단으로서, 고정 볼트(34) 대신에 고정핀 등을 채용하여도 좋다. 고정부는 상기 예에서는 지지 프레임(26)이지만, 그것 이외의 플랜지 등을 채용하여도 좋다.
전술한 바와 같이, 제2 전극(10)에 관해서도 상기 제1 전극(8)에 관해서 상기 (1)에 나타낸 분할부를 비스듬하게 하는 구조에 더하여, 상기 (2)에 나타낸 이온 인출 구멍의 면적의 총합을 일정하게 하는 구조, 상기 (3)에 나타낸 분할부 부근의 고정 볼트의 배치 구조 중 어느 하나 또는 양자 모두를 채용하여도 좋다.
이온원(2)의 전극은 상기 예와 같이 2장이어도 좋고, 3장 이상이어도 좋다. 예컨대, 제2 전극(10)의 하류측에 제3 전극 및 제4 전극을 갖고 있어도 좋다. 이 경우는 제2 전극(10)은 플라즈마 생성부(4)에 대하여 음전압이 인가되어 인출 전극이라고도 불리고, 제3 전극은 음전압이 인가되어 억제 전극이라고 불리며, 제4 전극은 접지 전위로 되어 접지 전극이라고 불리는 경우도 있다. 이와 같이 이온원(2)이 복수 장의 전극을 갖고 있는 경우, 그 중 적어도 1장에 대해서, 상기 (1) 내지 (3)에 나타낸 구조 중 원하는 것을 채용하여도 좋고, 복수 장에 대해서 채용하여도 좋으며, 모두에 대해서 채용하여도 좋고, 채용한 전극에 대해서 상기 효과를 발휘할 수 있다. 특히, 최상류측의 제1 전극(8)은 플라즈마 생성부(4)에 가장 가깝고 플라즈마 생성부(4)로부터의 열에 의해 가열되기 쉽기 때문에, 상기 (1) 내지 (3)의 구조를 채용하는 효과는 크다.
복수 장의 전극에 상기 (1)에 나타낸 분할 구조를 채용하는 경우, 각 분할부가 도 3 내지 도 5에 도시한 예와 같은 구조로 되어 있고, 각 분할부로부터 이온빔(12)이 인출되지 않는 경우는, 각 전극의 분할부는 이온빔 인출 방향에 있어서 각각 겹치는 위치에 배치하는 것이 바람직하다. 그렇게 하면, 이온빔(12)이 인출되지 않는 부분의 개수를 줄일 수 있기 때문에, 이온빔의 양을 많게 할 수 있다.
복수 장의 전극에 상기 (1)에 나타낸 분할 구조를 채용하는 경우, 각 분할부가 상하로 관통하는 갭으로서 각 분할부로부터 이온빔(12)이 인출되는 경우는, 각 전극의 분할부는 이온빔 인출 방향에 있어서 각각 겹치지 않는 위치(즉, 변위된 위치)에 배치하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 분할부로부터 이온빔(12)이 인출되어도 이온빔 밀도가 큰 부분이 분산되는 동시에, 하나의 전극 분할부를 지나는 이온빔은 다른 전극의 분할부가 아닌 곳을 지나게 되어 피크가 어느 정도 완화되기 때문에, x축을 따르는 방향에 있어서의 이온빔(12)의 밀도 분포를 균일화할 수 있다. 또한, 복수 장의 전극 중 2장의 전극에 착안한 경우, 예컨대 이것을 상기 제1 전극(8) 및 제2 전극(10)이라고 하면, 도 17에 도시한 예와 같이, 제1 전극(8)의 분할부(22) 바로 아래에 제2 전극(10)의 이온 인출 구멍 비존재 영역(59)이 존재하고, 또한 제2 전극(10)의 분할부(24)의 바로 위에 제1 전극(8)의 이온 인출 구멍 비존재 영역(58)이 존재하도록 배치하여도 좋다. 그렇게 하면, 위의 분할부(22)로부터 누설된 이온빔은 아래의 비존재 영역(59)에서 저지되고, 또한 아래의 분할부(24)에는 위의 비존재 영역(58)으로부터 이온빔이 새어나오지 않기 때문에, x축을 따르는 방향에 있어서의 이온빔(2)의 밀도 분포를 보다 균일화할 수 있다. 3장 이상의 전극에 있어서도 동일하다.
이온원(2)이 1장의 전극을 갖고 있는 경우는, 이 전극에 대해서, 상기 (1) 내지 (3)에 나타낸 구조 중 원하는 것을 채용하면 좋다.
청구항 1에 기재한 발명에 의하면, 분할하여 구성된 전극의 각 분할부를 y축에 대하여 비스듬하게 배치하고 있기 때문에, 각 분할부의 하류에 있어서 이온빔 밀도에 대소의 패턴이 생겨도, 이 패턴은 타겟의 y축을 따르는 방향의 이동에 의해, 타겟 상에서는 평균화된다. 그 결과, 타겟에 대하여 균일성이 좋은 처리를 실시할 수 있다.
청구항 2에 기재한 발명에 의하면, 다음의 한층 높은 효과를 발휘한다. 즉, 분할하여 구성된 전극의 이온 인출 구멍은 y축을 따르는 방향에 있어서의 복수의 이온 인출 구멍의 면적의 총합이 x축을 따르는 방향에 있어서 실질적으로 일정해지도록 배열되어 있기 때문에, 타겟에 조사되는 이온빔의 밀도 분포가 x축을 따르는 방향에 있어서 보다 균일해진다. 그 결과, 타겟에 대하여 균일성이 보다 좋은 처리를 실시할 수 있다.
청구항 3에 기재한 발명에 의하면, 다음의 한층 높은 효과를 발휘한다. 즉, 분할하여 구성된 전극의 각 분할부 부근의 소정 영역에 있어서, y축을 따르는 방향으로 병행하는 복수의 이온 인출 구멍의 열팽창에 의한 x축을 따르는 방향의 변위의 총합을 실질적으로 제로로 할 수 있다. 타겟은 y축을 따르는 방향으로 이동되기 때문에, 타겟 상에서는 상기 변위의 총합을 구하는 것과 동등해진다. 그 결과, 각 이온 인출 구멍이 열팽창에 의해 x축을 따르는 방향으로 변위되어도 상기 영역 내에 대응하는 타겟 상에서는 상기 변위가 상쇄된 것과 동등하게 되며, 그만큼 타겟에 대하여 균일성이 보다 좋은 처리를 실시할 수 있다.
청구항 4에 기재한 발명에 의하면, 청구항 3의 구성 및 청구항 4의 구성을 구비하고 있기 때문에, 청구항 3의 효과 및 청구항 4의 효과를 발휘할 수 있다. 그 결과, 타겟에 대하여 균일성이 보다 한층 좋은 처리를 실시할 수 있다.
청구항 5에 기재한 발명에 의하면, 다음의 한층 높은 효과를 발휘한다. 즉, 각 분할부에 있어서 그 양측의 전극편은 x축을 따르는 방향에 있어서 상호간에 갭을 두고 배치되어 있기 때문에, 이 갭에 있어서 각 전극편의 x축을 따르는 방향의 열팽창을 해제할 수 있다. 그 결과, 각 전극편의 열변형을 작게 할 수 있기 때문에, 타겟에 대하여 균일성이 보다 좋은 이온빔을 조사하여 균일성이 보다 좋은 처리를 실시할 수 있다. 게다가, 각 분할부에 있어서 그 양측의 전극편은 상호 겹쳐 배치되어 있기 때문에, 각 분할부로부터의 이온빔의 누설을 방지할 수 있다. 그 결과, 이 관점으로부터도 타겟에 대하여 균일성이 보다 좋은 이온빔을 조사하여 균일성이 보다 좋은 처리를 실시할 수 있다.

Claims (5)

  1. 상호 직교하는 2축을 x축 및 y축으로 하면, 복수의 이온 인출 구멍을 각각 갖고 있으며, xy 평면을 따르는 전극을 이온빔 인출 방향으로 1장 이상 갖는 이온원과, 이 이온원으로부터 인출된 이온빔의 조사 영역 내에서, 타겟을 평면적으로 보아 y축을 따르는 방향으로 이동시키는 타겟 구동 장치를 구비하는 이온빔 조사 장치에 있어서,
    상기 이온원의 전극 중 적어도 1장을, x축을 따르는 방향에 있어서 복수의 전극편으로 분할하여 구성하고, 각 분할부를 y축에 대하여 비스듬하게 배치하고 있는 것을 특징으로 하는 이온빔 조사 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 분할하여 구성된 전극의 이온 인출 구멍은, y축을 따르는 방향에 있어서의 복수의 이온 인출 구멍의 면적의 총합이 x축을 따르는 방향에 있어서 실질적으로 일정해지도록 배열되어 있는 것인 이온빔 조사 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 분할하여 구성된 전극의 각 분할부는 직선형이며, x축을 따르는 방향으로 상기 각 분할부로부터 상호 실질적으로 동일한 간격만큼 이격되고, 분할부와 실질적으로 평행한 2개의 직선 상으로서, 상기 이온 인출 구멍이 분포되어 있는 인출 구멍 영역의 외측에 각각 위치하는 4 지점에, 상기 전극편을 고정부에 고정하는 고정 수단을 각각 배치하고 있는 것인 이온빔 조사 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 분할하여 구성된 전극의 이온 인출 구멍은, y축을 따르는 방향에 있어서의 복수의 이온 인출 구멍의 면적의 총합이 x축을 따르는 방향에 있어서 실질적으로 일정해지도록 배열되어 있으며,
    상기 분할하여 구성된 전극의 각 분할부는 직선형이며, x축을 따르는 방향으로 상기 각 분할부로부터 상호 실질적으로 동일한 간격으로 이격되고, 분할부와 실질적으로 평행한 2개의 직선 상으로서, 상기 이온 인출 구멍이 분포되어 있는 인출 구멍 영역의 외측에 각각 위치하는 4 지점에, 상기 전극편을 고정부에 고정하는 고정 수단을 각각 배치하고 있는 것인 이온빔 조사 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분할하여 구성된 전극의 각 분할부에 있어서, 분할부 양측의 전극편은 x축을 따르는 방향으로 상호간에 갭을 두고, 이온빔 인출 방향으로 상호 겹쳐 배치되어 있는 것인 이온빔 조사 장치.
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