TWI793656B - 離子槍及真空處理裝置 - Google Patents

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Abstract

離子槍具有陽極、具有相向於陽極的第1部分及第2部分的陰極及在第1部分與第2部分之間形成空間磁場的磁鐵。在陰極的第1部分與第2部分之間，設有包含直線部與曲線部的環狀之間隙。磁鐵在曲線部的第1部分與第2部分之間形成在比間隙的剖面中心線靠內側具有底部的磁力線。

Description

離子槍及真空處理裝置
本發明涉及離子槍及真空處理裝置。
離子槍為將生成的離子作為離子束而射出的裝置，利用於在半導體裝置的製造中使用的真空處理裝置等。其中，被稱為封閉式漂移離子源的類型的離子槍方面，離子束的射出口形成確實封閉的循環，發揮大面積化為容易的特徵，被利用在各種的領域。
封閉式漂移型的離子槍一方面具有可同時進行電漿的生成與離子的加速如此之優點，另一方面在其構造上無法迴避加速的離子的一部分衝撞於構成射出口的磁極。為此，磁極隨時間的經過被削去，放電穩定性逐漸降低，最終變得無法維持放電。此外，除磁極被削去以外，亦引起因削去的磁極材而起的處理物的汙染、磁極的發熱、射束損失導致的蝕刻率的降低如此的問題。
作為消解如此的課題的方法，於專利文獻1已揭露提高了射出口的附近的鏡比的離子槍。此外，於專利文獻2，已揭露透過抗濺鍍性高的構件而塗佈了磁極的離子槍。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]美國專利公開案第2005/0247885號說明書 [專利文獻2]美國專利公開案第2004/0016640號說明書
[發明所欲解決之課題]
封閉式漂移型的離子槍方面，已知具有組合了直線部與曲線部的形狀的環狀的射出口者。然而，因本發明人等的檢討而始明確得知以下情形：於如此的離子槍相同地設計直線部與曲線部時，衝撞於磁極的離子的量在直線部雖少惟在曲線部變非常多。在專利文獻1及專利文獻2，未就射出口的形狀有特別的考慮。
本發明的目的在於提供一種離子槍及使用其之真空處理裝置，可提升離子束的射出效率及均勻性，同時可跨長期間而穩定進行運轉。 [解決問題之技術手段]
依本發明的一觀點時，提供一種離子槍，其具有陽極、具有與前述陽極相向的第1部分及第2部分的陰極及在前述第1部分與前述第2部分之間形成空間磁場的磁鐵；在前述陰極的前述第1部分與前述第2部分之間設有包含直線部與曲線部的環狀之間隙，前述磁鐵在前述曲線部的前述第1部分與前述第2部分之間形成在比前述間隙的剖面中心線靠內側具有底部的磁力線。
此外，依本發明的另一觀點時，提供一種離子槍，其具有：陽極、具有與前述陽極相向的第1部分及第2部分的陰極及在前述第1部分與前述第2部分之間形成空間磁場的磁鐵；在前述陰極的前述第1部分與前述第2部分之間設有包含直線部與曲線部的環狀之間隙，前述第1部分配置於相對於前述間隙靠內側，前述第2部分配置於相對於前述間隙靠外側，前述磁鐵在前述第1部分及前述第2部分與前述陽極之間的空間形成從前述第2部分朝往前述第1部分的方向的磁力線，於前述曲線部，前述磁力線與前述間隙的剖面中心線交叉的點的磁場向量方面，相對於與前述剖面中心線正交之面，以朝前述第1部分及前述第2部分之側比1.5度小、朝前述陽極之側比0度大的第1角度而傾斜。
此外，依本發明的再另一觀點時，提供一種離子束之調整方法，其為在設有環狀之間隙的離子槍中調整從前述間隙射出的離子束者，前述離子槍具有陽極、具有與前述陽極相向的第1部分及第2部分的陰極及在前述第1部分與前述第2部分之間形成空間磁場的磁鐵，前述環狀之間隙設於前述陰極的前述第1部分與前述第2部分之間，並包含直線部與曲線部，使形成於前述曲線部的前述第1部分與前述第2部分之間的磁力線的底部的位置比前述間隙的剖面中心線朝內側方向偏移，從而調整從前述間隙射出的離子束之中心位置。
此外，依本發明的再另一觀點時，提供一種離子束之調整方法，其為在設有環狀之間隙的離子槍中調整從前述間隙射出的離子束者，前述離子槍具有陽極、具有與前述陽極相向的第1部分及第2部分的陰極及在前述第1部分與前述第2部分之間形成空間磁場的磁鐵，前述環狀之間隙設於前述陰極的前述第1部分與前述第2部分之間，並包含直線部與曲線部，前述第1部分配置於相對於前述間隙靠內側，前述第2部分配置於相對於前述間隙靠外側，前述磁鐵在前述第1部分及前述第2部分與前述陽極之間的空間形成從前述第2部分朝往前述第1部分的方向的磁力線，於前述曲線部，使前述磁力線與前述間隙的剖面中心線交叉的點的磁場向量相對於與前述剖面中心線正交之面朝前述陽極之側傾斜，從而調整從前述間隙射出的離子束之中心位置。 [對照先前技術之功效]
依本發明時，可提升離子束的射出效率及均勻性。此外，可抑制離子束往磁極的衝撞，可實現歷時變化的減低、維護週期的改善、運轉費用的減低如此的優異的功效。
[第1實施方式]
就基於本發明的第1實施方式之離子槍的構造，利用圖1~圖3B進行說明。圖1為就基於本實施方式的離子槍的構造進行繪示的透視圖。圖2為就基於本實施方式的離子槍的構造進行繪示的平面圖。圖3A及圖3B為就基於本實施方式的離子槍的構造進行繪示的示意剖面圖。圖3A為圖2的A-A′線剖面圖，圖3B為圖2的B-B′線剖面圖。
基於本實施方式的離子槍10方面，如示於圖1至圖3B，包含磁極板20A、20B、磁鐵32、軛34及陽極40，並形成大致直方體狀的外觀。於離子槍10的一主面，如示於圖1，設有用於射出離子束的射出口22。
磁極板20A及磁極板20B為由具有導電性的高透磁率的磁性材料所成的板狀體。磁極板20B為具有與磁極板20A的外周形狀相應的開口部的環狀的板狀體。磁極板20A以在與磁極板20B之間確保既定之間隙(gap)的方式配置於磁極板20B的開口部的內側。磁極板20A及磁極板20B可具備作為透過空著既定之間隙進行配置從而形成空間磁場的磁極的功能。此外，磁極板20A及磁極板20B亦可具備作為相向於陽極40的陰極(cathode)的功能。磁極板20A構成陰極的第1部分，磁極板20B構成陰極的第2部分。
在磁極板20A與磁極板20B之間之間隙，形成沿著磁極板20A的外周及磁極板20B的內周的環狀的開口部。如此般形成的環狀的開口部構成離子束的射出口22。射出口22方面，如例示於圖1及圖2，包含直線狀的直線部22a與半圓狀的曲線部22b。另外，射出口22方面，雖為了維持放電而優選上為環狀，惟其形狀不特別限定。例如，曲線部22b方面，可適用真圓形狀的一部分、橢圓形狀的一部分等的任意的形狀。曲線形狀的曲率可為固定，亦可變動。
俯視下以射出口22為焦點觀看時，如示於圖2，磁極板20A位於環狀的射出口22的內側，磁極板20B位於環狀的射出口22的外側。本說明書中，表示為射出口22的「內側」時表示相對於射出口22在磁極板20A之側，表示為射出口22的「外側」時表示相對於射出口22在磁極板20B之側。
磁極板20A及磁極板20B只要為具有導電性的高透磁率的磁性材料則不特別限定，例如可由SUS430等的強磁性不鏽鋼、SmCo合金、NdFe合金等構成。
磁鐵32及軛34方面，如示於圖2及圖3，構成具有環狀的凹部36的構造體30。磁極板20A及磁極板20B以沿著凹部36而射出口22位於其上的方式接合在構造體30的設有凹部36的面之上。軛34磁耦合於磁鐵32及磁極板20A、20B，並具有扮演將從磁鐵32產生的磁通導至磁極板20A、20B的磁導體的角色。磁鐵32及軛34配置為凹部36位於由磁極板20A、20B、磁鐵32及軛34構成的磁路(magnetic circuit)的內側。磁鐵32經由軛34在磁極板20A與磁極板20B之間形成空間磁場。軛34及磁鐵32可電連接於磁極板20A、20B。
軛34只要為具有導電性的高透磁率的磁性材料則不特別限定，例如可由SUS430等的強磁性不鏽鋼、SmCo合金、NdFe合金等構成。磁鐵32為永久磁鐵或電磁鐵皆無妨。由磁鐵32在磁極板20A與磁極板20B之間形成的磁場中的最大磁通密度優選上為1000[Gauss]程度。
於軛34，設有從構造體30的外部連通於凹部36內的氣體導入孔38。另外，於圖3A及圖3B雖示出設於構造體30的底部的複數個氣體導入孔38，惟氣體導入孔38的個數、配置處不特別限定。
磁鐵32方面，在射出口22的直線部22a的情況下，如示於圖3A，位於射出口22的剖面中心線24上。換言之，磁鐵32與磁極板20B之間的距離大致上和磁鐵32與磁極板20A之間的距離相等。或著，磁鐵32與磁極板20B之間的磁路的長度大致上和磁鐵32與磁極板20A之間的磁路的長度相等。另外，本說明書中射出口22的剖面中心線24指平行於通過射出口22的寬度方向之中心的離子束的射出方向(Z方向)的直線。
此外，磁鐵32方面，於射出口22的曲線部22b，如示於圖3B，位於比射出口22的剖面中心線24靠外側。換言之，磁鐵32與磁極板20B之間的距離比磁鐵32與磁極板20A之間的距離接近。或著，磁鐵32與磁極板20B之間的磁路的長度比磁鐵32與磁極板20A之間的磁路的長度短。
陽極(anode)40為與凹部36的形狀相應的環狀的構造體，且從磁極板20A、20B、磁鐵32及軛34分離而收容於凹部36之中。陽極40方面，與作為陰極的磁極板20A、20B相向，並具備作為與一起磁極板20A、20B將產生於磁極板20A、20B與陽極40之間的空間的電漿中的離子進行加速的加速電極的功能。陽極40雖不特別限定惟可例如透過未圖示的由絕緣體所成的間隔物等而固定於構造體30。陽極40具有導電性即可，不需要考量磁性，例如可由非磁性的不鏽鋼等構成。
接著，就在磁極板20A、20B與陽極40相向的部分之具體的形狀，利用圖4進行說明。圖4為示意性地示出磁極板20A、20B與陽極40相向的部分的形狀的剖面圖。
從射出口22射出的離子束的特性因磁極板20A、20B的頂端部的形狀、磁極板20A、20B與陽極40之間的位置關係等而大幅變化。為此，磁極板20A、20B的頂端部的形狀、磁極板20A、20B與陽極40之間的位置關係等雖依需要的離子束的特性而酌情設定，惟典型上可設定為如例示於圖4的關係。
磁極板20A、20B的頂端部方面，如例示於圖4，可成形為相向於陽極40的面側的角部被倒角的錐狀。使射出口22的寬為G、磁極板20A、20B的最薄部的厚度為T1、錐面部的厚度為T2、磁極板20A、20B與陽極40之間隔為S時，此等皆可設定為數mm程度的尺寸。此外，錐角θ可設定為45度程度。另外，磁極板20A、20B的頂端部的形狀、各部分的尺寸為一例，不特別限定。此外，取決於離子槍，有時磁極板20A、20B的與陽極40相反的面側的角部亦被倒角。
接著，就基於本實施方式的離子槍的動作，利用圖5A及圖5B進行說明。圖5A及圖5B為說明基於本實施方式的離子槍的動作的圖。圖5A對應於圖2的A-A′線剖面圖，圖5B對應於圖2的B-B′線剖面圖。另外，示於圖5A及圖5B的剖面為將離子槍10切斷於射出口22的寬為最小的方向時顯現的面。
首先，經由氣體導入孔38對凹部36供應氬(Ar)等的放電用的氣體，調整為離子槍10的內部的壓力成為0.1Pa程度。使用環境的壓力(例如，設置離子槍10的真空處理裝置的腔室內的壓力)已為0.1Pa程度而在該狀態下可進行放電的情況下，氣體的供應動作亦可省略。
接著，使作為陰極的磁極板20A、20B及軛34為接地電位(0V)，對陽極40從未圖示的電源施加例如1000V~4000V程度的電壓。據此，在陽極40與磁極板20A、20B之間產生電場，因該電場使得導入至離子槍10的內部的氣體發生激發、解離、電離，生成電漿50。
另一方面，從磁鐵32的N極發出的磁通(磁力線60)通過軛34及磁極板20B，並從磁極板20B的頂端放出。從磁極板20B的頂端放出的磁力線60因斥力擴展後被吸入於磁極板20A。其結果，在磁極板20A與磁極板20B之間之間隙空間，如示於圖5A及圖5B，磁力線60成為朝上下凸的形狀。如此的形狀的磁場空間稱為鏡磁場。鏡磁場作用為在其中封入帶電粒子。
圖6為說明因鏡磁場而產生的磁鏡力的示意圖。如示於圖6，在磁力線60存在密的部分與疏的部分時，鏡磁場之中的帶電粒子受到磁鏡力64於從磁力線60密的部分前往磁力線疏的部分的方向。據此，帶電粒子被封入鏡磁場之中。此外，在鏡磁場之中生成電漿50時，比起無磁場時成為較高的密度的電漿50。
電漿50中的電子因磁極板20A、20B與陽極40之間的電場而被引入至陽極40。此外，電漿50中的陽離子因磁極板20A、20B與陽極40之間的電位差被加速，成為離子束52。
基於本實施方式的離子槍10方面，如前述，特徵之一為在射出口22的曲線部22b將磁鐵32配置於比射出口22的剖面中心線24靠外側。就將本實施方式的離子槍10如此般構成的理由，一面摻雜與基於參考例之離子槍的比較一面說明於以下。
圖7A及圖7B為就基於參考例的離子槍的構造及動作進行繪示的示意剖面圖。圖7A對應於圖1的A-A′線剖面圖，圖7B對應於圖1的B-B′線剖面圖。基於示於圖7A及圖7B的參考例的離子槍除磁鐵32的配置不同以外與基於本實施方式的離子槍10相同。亦即，於基於參考例的離子槍，磁鐵32配置於夾著陽極40而與射出口22相向的位置。亦即，磁鐵32於射出口22的直線部22a及曲線部22b雙方皆位於射出口22的剖面中心線24上。
在一般的離子槍，以磁場相對於射出口22的剖面中心線24成為對稱的方式進行磁場設計。如此般進行磁場設計，使得生成的電漿50之中心位於射出口22的剖面中心線24上，將往磁極板20A、20B的離子束52的衝撞最小化，進而可效率佳地射出離子束52。為此目的，就磁鐵32，多數情況如例示於圖7A及圖7B的基於參考例的離子槍般配置於夾著陽極40而與射出口22相向的位置。
然而，於射出口22的曲線部22b進行與直線部22a同樣的磁場設計時，如示於圖7B，生成的電漿50之中心比射出口22的剖面中心線24朝外側偏移，衝撞於磁極板20B的離子束52增加。據此，變得無法從射出口22效率佳地射出離子束52。
此外，磁極板20A、20B因衝撞的離子束52導致的濺鍍作用而隨時間被不斷削去，放電穩定性逐漸降低，最終變得無法維持放電。為此，磁極板20A、20B雖有需要定期進行交換，惟衝撞的離子束52增加時磁極板20A、20B被削去的量亦變多，維護週期會變短。此外，因磁極板20A、20B被濺鍍而產生的顆粒成為裝置汙染的原因，故期望盡可能減少衝撞於磁極板20A、20B的離子束52。
就電漿50之中心在射出口22的曲線部22b比射出口22的剖面中心朝外側偏移的原因，利用圖8及圖9進行說明。圖8為說明產生於射出口22的曲線部22b的磁鏡力的示意圖。圖9為就在射出口22的曲線部22b的電漿50與陽極40及磁極板20A、20B的電性上的關係進行繪示的圖。
平行於磁極板20A、20B的面(XY平面)上的曲線部22b的磁力線60之間隔方面，如示於圖8，從磁極板20A朝磁極板20B的方向逐漸擴展。亦即，磁力線60在磁極板20A之側(比射出口22靠內側)密，在磁極板20B之側(比射出口22靠外側)疏。此結果，電漿50方面，如示於圖7B，變成因磁鏡效應受到朝外側的磁鏡力64而朝磁極板20B之側(比射出口22的剖面中心線24靠外側)偏移。
此外，在曲線部22b方面比較磁極板20A、20B接於電漿50的面積時，比起磁極板20A接於電漿50的面積(電極面積)，磁極板20B接於電漿50的面積(電極面積)較大。因此，比較電漿50與磁極板20A之間的電阻R A和電漿50與磁極板20B之間的電阻R B時，電極面積比磁極板20A大的磁極板20B在與電漿50之間的電阻較小(R A＞R B)。亦即，比起磁極板20A，磁極板20B較強地作用為陰極。其結果，更多的電流流於磁極板20B之側，電漿50的生成亦在磁極板20B之側變多。
透過此等2個作用，在射出口22的曲線部22b，電漿50之中心比射出口22的剖面中心線24朝外側偏移。
根據如此的觀點，在基於本實施方式的離子槍10，於射出口22的曲線部22b，以磁力線60的底部62比射出口22的剖面中心線24位於靠磁極板20A之側的方式進行磁場設計(參照圖5B)。亦即，以曲線部22b的形成於磁極板20A與磁極版20B之間的磁力線60的底部62的位置比射出口22的剖面中心線24朝內側方向偏移的方式，調整從射出口22射出的離子束52之中心位置。此處，本說明書中磁力線60的底部62為在磁極板20A、20B與陽極40之間的空間中的磁力線60上的點，指對於磁力線60之切線的方向與相向於射出口22的陽極40的面成為平行的點。
根據別的觀點，在曲線部22b的磁極板20A、20B與陽極40之間的空間中，在射出口22的剖面中心線24與磁力線60交叉之點上，從磁極板20B前往磁極板20A的磁力線60的方向(磁場向量)相對於與剖面中心線24正交之面66朝陽極40之側傾斜(圖10參照)。亦即，於曲線部22b，以磁力線60與射出口22的剖面中心線24交叉的點的磁場向量相對於與剖面中心線24正交之面朝陽極40之側傾斜的方式，調整從射出口22射出的離子束52之中心位置。
圖11為說明在磁極板20A、20B與陽極40之間的空間中的電子的動作的示意圖。在電漿內，因電離不斷生成電子與離子。生成的電子e雖因磁極板20A、20B與陽極40之間的電位差而被朝陽極40拉近，惟亦承受磁場的力(勞倫茲力)，故以纏繞於磁力線60的方式沿著磁力線60移動，以底部62為中心而往返運動。往返運動的電子e因與氣體的衝撞而逐漸失去能量，最終被捕集於陽極40。往返運動的期間，在電子e位於磁力線60的底部62時電子e的動能變最高。為此，電離的發生頻率，亦即電漿50的密度亦在磁力線60的底部62的附近變最高。因此，只要以使磁力線60的底部62的位置從射出口22的剖面中心線24偏離的方式進行磁場設計即可依其而亦使電漿50、離子束52之中心從射出口22的剖面中心線24偏離。
因此，透過以扺消因磁鏡效應導致的往外側方向的電漿50的移動的方式使磁力線60的底部62的位置比射出口22的剖面中心線24朝內側方向偏移，即可使電漿50之中心偏移至射出口22的剖面中心線24的附近。據此，於射出口22的曲線部22b方面亦可如同直線部22a般將往離子束52的磁極板20A、20B的衝撞最小化，可效率佳地射出離子束52。
另外，磁力線60無數地存在，故磁力線60的底部62亦無數地存在。在本發明中重要者在於，從其機制亦可得知，為在生成電漿50的高度之磁力線60的底部62的位置。多數的情況下，生成電漿50之處在於與陽極40的表面相距1mm程度的高度附近。因此，一例中，磁力線60的底部62的位置可定義為在與陽極40的表面相距1mm的高度的磁力線60的底部62的位置。
接著，就使磁力線60的底部62的位置從射出口22的剖面中心線24朝內側偏移之量進行說明。另外，有關底部62的偏移量的檢討，使用係通用的磁場解析軟體之ELF/MAGIC與係通用的電漿解析軟體的PEGASUS，透過模擬而進行。模擬的條件方面，使電漿生成用的氣體為Ar，使腔室內壓力為0.07Pa，使往陽極40的施加電壓為3000V。
圖12為就針對改變磁力線60的底部62的位置時的磁極板20A、20B的削去量進行了模擬的結果進行繪示的圖形。縱軸表示磁極板20A的削去量與磁極板20B的削去量的比(削去的內外比)。縱軸的值為磁極板20A的削去量及磁極板20B的削去量之中將較大值除以較小值者。縱軸的值在磁極板20B的削去量比磁極板20A的削去量大的情況下表示正的值，在磁極板20A的削去量比磁極板20B的削去量大的情況表示負的值。橫軸表示從射出口22的剖面中心線至磁力線60的底部62為止的距離(磁力線的底部的位置)。橫軸的值將在底部62的位置相對於射出口22的剖面中心線24朝外側方向偏移時的偏移量表示為正的值，將底部62的位置相對於射出口22的剖面中心朝內側方向偏移時的偏移量表示為負的值。
如示於圖12，磁極板20A、20B的削去的內外比相對於磁力線60的底部62的位置大致上存在比例關係。削去的內外比在磁力線60的底部62的位置越朝外側方向偏移越大於正方向，磁力線60的底部62的位置越朝內側方向偏移越大於負方向。
例如，在射出口22的曲線部22b之磁力線60的底部62位於射出口22的剖面中心線24上的情況(偏移量= 0mm)下，如前述般，電漿50及離子束52之中心比射出口22的剖面中心線24朝外側方向偏移。此情況下，磁極板20B的削去量為磁極板20A的削去量的2.1倍程度。
要使磁極板20A、20B的削去量均等，亦即要使電漿50及離子束52之中心朝射出口22的剖面中心線24的附近偏移，只要使磁力線60的底部62比射出口22的剖面中心線24朝內側方向偏移即可。在圖12之例，可得知優選上使磁力線60的底部62的位置從射出口22的剖面中心朝內側方向偏移0.1mm~0.4mm程度，最優選上從射出口22的剖面中心朝內側方向偏移0.25mm。
在削去的內外比為均等的位置，存在磁極板20A、20B的削去的絕對量亦變小的傾向。在發明人等的檢討下，透過將底部62的偏移量設定為0.1mm~0.4mm，使得比起將底部62的偏移量設定為0mm的情況，可將磁極板20A、20B的削去量減低多達20％程度。此表示就磁極板20A、20B的發熱、對於處理物的汙染、射束損失等亦可減低多達20％程度。
此外，在本發明人等的檢討下，透過將底部62的偏移量設定為0.1mm~0.4mm，使得比起將底部62的偏移量設定為0mm的情況，可將削去速率的峰值減低至1.3分之1至1.8分之1程度。此相當於使零件的壽命、維護週期變長1.3倍~1.8倍程度。
另外，磁力線60的底部62的位置的適切的偏移量因離子槍10的構造、放電條件等而變化。例如，離子槍10的尺寸、射出口22的曲線部22b的曲率變大的情況下，最佳的偏移量應為比上述的值大。磁力線60的底部62的位置的偏移量優選上依離子槍10的構造、放電條件等而酌情設定。
於射出口22的曲線部22b使磁力線60的底部62的位置偏移的方法雖不特別限定，惟一例中如在本實施方式中說明，舉例改變磁鐵32的位置的方法。使磁力線60的底部62的位置偏移代表破壞相對於射出口22的剖面中心線24之磁場的對稱性，移動磁鐵32的位置可謂為最直接性的方法。
圖13為就磁鐵下的距離與磁力線的底部位置的關係透過模擬而求出的結果進行繪示的圖形。縱軸的「磁鐵下的距離」表示構造體30的下表面至磁鐵32的下表面為止的距離x(圖5B參照)。橫軸的「磁力線的底部的位置」方面，使底部62位於射出口22的剖面中心線24上時為0，以負的符號表示比剖面中心線24靠內側的位置，以正的符號表示比剖面中心線24靠外側的位置。在模擬方面，不改變磁鐵32的大小而使磁鐵下的距離x變化。
如示於圖13，磁鐵下的距離x與磁力線60的底部62的位置大致上存在比例關係。使磁鐵下的距離x變化，使得在磁極附近的磁場的內外平衡發生變化，磁力線60的底部62的位置發生變化。透過增加磁鐵下的距離x，使得可使磁力線60的底部62的位置朝射出口22的內側方向偏移。依此模擬結果時，使磁鐵下的距離x為Y從而可使磁力線60的底部62的位置朝0.25mm內側偏移。Y可設定為數十mm程度的尺寸。
圖14為就將在射出口22的剖面中心線24上的和陽極40相距的距離與磁力線60的傾斜角度的關係的結果透過模擬求出的結果進行繪示的圖形。於圖14，分別示出將磁力線60的底部62的位置設定為-0.1mm、-0.4mm及   -0.56mm的情況下的模擬結果。磁力線60的底部62的位置方面，將比射出口22的剖面中心線24靠內側的位置以負的符號表示，將比射出口22的剖面中心線24靠外側的位置以正的符號表示。磁力線60的傾斜角度方面，使平行於與射出口22的剖面中心線24正交之面66(圖10)的情況為0度，將傾斜於陽極40之側的情況以負的符號表示，將傾斜於磁極板20A、20B的方向的情況以正的符號表示。
如示於圖14，越靠近陽極40的磁力線60，在與射出口22的剖面中心線24交叉之點上的磁力線60的往陽極40方向的傾斜角度越大。此外，磁力線60的底部62的位置的偏移量朝內側方向越大，與射出口22的剖面中心線24交叉的點上的往陽極40方向的傾斜角度越大。依此模擬結果時，可得知在磁極板20A、20B的削去的絕對量、削去速率的峰值方面有所改善的偏移量-0.1mm至-0.4mm的範圍內的磁力線60的傾斜角度為1.5度至-3.5度的範圍內。
亦即，於曲線部22b，磁力線60與射出口22的剖面中心線24交叉的點的磁場向量優選上相對於與剖面中心線24正交的面66以朝磁極板20A、20B之側0度至1.5度的範圍、朝陽極40之側0度至3.5度的範圍的第1角度而傾斜。此外，於直線部22a，磁力線60與射出口22的剖面中心線24交叉的點的磁場向量優選上相對於與剖面中心線24正交的面66形成比第1角度小的第2角度。第2角度的最佳值為磁場向量平行於面66的0度。
破壞磁場的對稱性而使磁力線60的底部62的位置偏移的方法不限定於使磁鐵32的位置移動的方法。其他方法方面，例如在使用電磁鐵作為磁鐵32的情況下舉例控制施加電流的方法等。
如此般，依本實施方式時，可提升離子束的射出效率及均勻性。此外，可抑制離子束往磁極的衝撞，並實現歷時變化的減低、維護週期的改善、運轉費用的減低如此的優異的功效。
[第2實施方式] 就基於本發明的第2實施方式的真空處理裝置，利用圖15進行說明。圖15為基於本實施方式的真空處理裝置的示意圖。對與基於第1實施方式的離子槍同樣的構成要素標注相同的符號，將說明省略或簡潔化。
在本實施方式，作為適用了基於第1實施方式的離子槍10的裝置的一例，就用於半導體裝置的製造等的係真空處理裝置之一的離子束蝕刻裝置進行說明。另外，基於第1實施方式的離子槍的適用例不限定於離子束蝕刻裝置，亦可為離子束濺鍍裝置等的成膜裝置。此外，基於第1實施方式的離子槍的適用例不限定於真空處理裝置，亦可為具備了離子槍的其他裝置。
基於本實施方式的真空處理裝置100方面，如示於圖15，可具備真空室110、真空泵120、保持被處理基板132的保持器130及離子槍140作為主要的構成要素。真空泵120連接於真空室110。保持器130及離子槍140設置於真空室110之中。
真空室110為可將內部維持為真空狀態的處理室，可在其內部進行蝕刻、表面改質、表面清淨等的各種的處理。
真空泵120為用於排出真空室110內的氣體而使真空室110內為真空狀態的排氣裝置。透過真空泵120排出真空室110內的氣體，從而可使真空室的內部為10 -3~10 -6Pa程度的高真空狀態。
保持器130例如為用於保持由Si、Ga、碳等所成的被處理物(被處理基板132)的構件。保持器130亦可具備擺動機構。可透過使保持器130具備擺動機構從而對被處理基板132實施面內均勻性高的處理。保持器130亦可進一步具備其他功能如加熱被處理基板132的加熱功能等。
離子槍140為在第1實施方式說明的離子槍且設置於與被保持於保持器130的被處理基板132相向的位置。離子槍140將陽離子的離子束52朝被處理基板132照射。從離子槍140放出的離子束52在維持高動能之下衝撞於被處理基板132。據此，可對被處理基板132的表面實施蝕刻等的既定的處理。
使用基於第1實施方式的離子槍10而構成真空處理裝置100，從而可將均勻性高的離子束52照射於被處理基板132，可提高處理品質。此外，由於可減低往磁極板20A、20B的離子束52的衝撞，使得可延長維護週期。據此，可改善生產成本，並提升被處理基板132的處理能力。此外，可抑制真空室110的內部、被處理基板132被因透過離子束52使磁極板20A、20B被濺鍍而產生的顆粒汙染。
[變形實施方式]
本發明不限於上述實施方式而可進行各種的變形。
例如，將任一個實施方式的一部分的構成追加於其他實施方式之例、與其他實施方式的一部分的構成進行置換之例皆為本發明的實施方式。此外，實施方式中無特別的說明、圖示的部分方面，可酌情適用該技術領域中的周知技術、眾知技術。
此外，在上述實施方式，雖於射出口22的直線部22a將磁鐵32配置於射出口22的剖面中心線24上，惟只要為磁場相於射出口22的剖面中心線24成為對稱的位置，則未必需要配置在剖面中心線24上。
此外，在上述實施方式，雖在放電用的氣體方面例示氬氣，惟放電用的氣體不限定於氬等的稀有氣體，亦可為氧氣、氮氣為代表的反應性氣體。放電用的氣體可依離子槍10的使用目的等而酌情選擇。
10:離子槍
20A,20B:磁極板
22:射出口
22a:直線部
22b:曲線部
24:剖面中心線
30:構造體
32:磁鐵
34:軛
36:凹部
38:氣體導入孔
40:陽極
42:磁性板
50:電漿
52:離子束
60:磁力線
62:底部
64:磁鏡力
66:與剖面中心線正交之面
100:真空處理裝置
110:真空室
120:真空泵
130:保持器
132:被處理基板
140:離子槍
[圖1]圖1為就本發明的基於第1實施方式的離子槍的構造進行繪示的透視圖。 [圖2]圖2為就本發明的基於第1實施方式的離子槍的構造進行繪示的平面圖。 [圖3A]圖3A為就本發明的基於第1實施方式的離子槍的構造進行繪示的示意剖面圖(其1)。 [圖3B]圖3B為就本發明的基於第1實施方式的離子槍的構造進行繪示的示意剖面圖(其2)。 [圖4]圖4為就本發明的基於第1實施方式的離子槍的射出口的附近的構造進行繪示的放大示意剖面圖。 [圖5A]圖5A為說明本發明的基於第1實施方式的離子槍的動作的圖(其1)。 [圖5B]圖5B為說明本發明的基於第1實施方式的離子槍的動作的圖(其2)。 [圖6]圖6為說明因鏡磁場而產生的磁鏡力的示意圖。 [圖7A]圖7A為就基於參考例的離子槍的構造及動作進行繪示的圖(其1)。 [圖7B]圖7B為就基於參考例的離子槍的構造及動作進行繪示的圖(其2)。 [圖8]圖8為說明產生於射出口的曲線部的磁鏡力的示意圖。 [圖9]圖9為就在射出口的曲線部之電漿與陽極及磁極板的電性上的關係進行繪示的示意圖。 [圖10]圖10為說明在射出口的剖面中心線上的磁場向量的方向的示意圖。 [圖11]圖11為說明磁極板與陽極之間的空間中的電子的動作的示意圖。 [圖12]圖12為就針對改變磁力線的底部的位置時的磁極板的削去量進行了模擬的結果進行繪示的圖形。 [圖13]圖13為就磁鐵下的距離與磁力線的底部位置的關係透過模擬而求出的結果進行繪示的圖形。 [圖14]為就將在射出口的剖面中心線上的和陽極相距的距離與磁力線的傾斜角度的關係透過模擬而求出的結果進行繪示的圖形。 [圖15]就本發明的基於第2實施方式的真空處理裝置進行繪示的示意圖。
20A,20B:磁極板
22:射出口
24:剖面中心線
32:磁鐵
34:軛
36:凹部
38:氣體導入孔
40:陽極
50:電漿
52:離子束
60:磁力線
62:底部

Claims (18)

  1. 一種離子槍，其具有： 陽極； 陰極，其具有與前述陽極相向的第1部分及第2部分；以及 磁鐵，其在前述第1部分與前述第2部分之間形成空間磁場； 在前述陰極的前述第1部分與前述第2部分之間設有包含直線部與曲線部的環狀之間隙， 前述磁鐵在前述曲線部的前述第1部分與前述第2部分之間形成在比前述間隙的剖面中心線靠內側具有底部的磁力線。
  2. 如請求項1的離子槍，其中，前述磁鐵在前述直線部的前述第1部分與前述第2部分之間形成相對於前述間隙的剖面中心線之底部的位置比前述曲線部靠外側的磁力線。
  3. 如請求項2的離子槍，其中，前述磁鐵在前述直線部的前述第1部分與前述第2部分之間形成在前述剖面中心線之上具有底部的磁力線。
  4. 如請求項1至3中任一項的離子槍，其中，將電場施加於前述陽極與前述陰極之間，從而在前述底部的位置生成電漿。
  5. 如請求項1至3中任一項的離子槍，其中，前述底部為從前述陽極的表面起算1mm的高度。
  6. 如請求項1至3中任一項的離子槍，其中，前述剖面中心線與前述底部之間的距離為0.1mm至0.4mm的範圍。
  7. 一種離子槍，其具有： 陽極； 陰極，其具有與前述陽極相向的第1部分及第2部分；以及 磁鐵，其在前述第1部分與前述第2部分之間形成空間磁場； 在前述陰極的前述第1部分與前述第2部分之間設有包含直線部與曲線部的環狀之間隙， 前述第1部分配置於相對於前述間隙靠內側，前述第2部分配置於相對於前述間隙靠外側， 前述磁鐵在前述第1部分及前述第2部分與前述陽極之間的空間形成從前述第2部分朝往前述第1部分的方向的磁力線， 於前述曲線部，前述磁力線與前述間隙的剖面中心線交叉的點的磁場向量方面，相對於與前述剖面中心線正交之面，以朝前述第1部分及前述第2部分之側比1.5度小、朝前述陽極之側比0度大的第1角度而傾斜。
  8. 如請求項7的離子槍，其中，於前述直線部，前述磁力線與前述間隙的剖面中心線交叉的點的磁場向量相對於與前述剖面中心線正交之面形成比在前述陽極之側之前述第1角度小的第2角度。
  9. 如請求項7或8的離子槍，其中，前述第1角度為朝前述陽極之側0度至3.5度的範圍。
  10. 如請求項7或8的離子槍，其中，於前述曲線部，前述磁力線的磁場向量與和前述剖面中心線正交之面成為平行之點位於比前述剖面中心線靠前述第2部分之側，與前述剖面中心線的距離為0.1mm至0.4mm的範圍。
  11. 如請求項1、2、3、7及8中任一項的離子槍，其中，前述磁鐵在前述曲線部配置於比前述間隙的前述剖面中心線靠外側。
  12. 如請求項1、2、3、7及8中任一項的離子槍，其中，前述磁鐵在前述直線部配置於前述間隙的剖面中心線之上。
  13. 如請求項1、2、3、7及8中任一項的離子槍，其中，前述第2部分與前述磁鐵之間的磁路的厚度比前述第1部分與前述磁鐵之間的磁路的厚度小。
  14. 如請求項1、2、3、7及8中任一項的離子槍，其中，前述間隙為用於射出離子束的射出口。
  15. 如請求項1、2、3、7及8中任一項的離子槍，其中， 前述磁鐵與將前述磁鐵和前述第1部分及前述第2部分磁耦合的軛一起構成設有收容前述陽極的環狀的凹部的構造體， 前述陰極的前述第1部分及前述第2部分以沿著前述環狀的凹部而前述間隙位於其上的方式而接合於前述構造體的設有前述環狀的凹部的面之上。
  16. 一種真空處理裝置，其具有： 可維持真空狀態的處理室、 配置於前述處理室之中並保持被處理物的保持器、及 配置於前述處理室之中並用於使用離子束對前述被處理物實施既定的處理的如請求項1至15中任一項的離子槍。
  17. 一種離子束之調整方法，其為在設有環狀之間隙的離子槍中調整從前述間隙射出的離子束者，前述離子槍具有陽極、具有與前述陽極相向的第1部分及第2部分的陰極及在前述第1部分與前述第2部分之間形成空間磁場的磁鐵，前述環狀之間隙設於前述陰極的前述第1部分與前述第2部分之間，並包含直線部與曲線部， 使形成於前述曲線部的前述第1部分與前述第2部分之間的磁力線的底部的位置比前述間隙的剖面中心線朝內側方向偏移，從而調整從前述間隙射出的離子束之中心位置。
  18. 一種離子束之調整方法，其為在設有環狀之間隙的離子槍中調整從前述間隙射出的離子束者，前述離子槍具有陽極、具有與前述陽極相向的第1部分及第2部分的陰極及在前述第1部分與前述第2部分之間形成空間磁場的磁鐵，前述環狀之間隙設於前述陰極的前述第1部分與前述第2部分之間，並包含直線部與曲線部，前述第1部分配置於相對於前述間隙靠內側，前述第2部分配置於相對於前述間隙靠外側，前述磁鐵在前述第1部分及前述第2部分與前述陽極之間的空間形成從前述第2部分朝往前述第1部分的方向的磁力線， 於前述曲線部，使前述磁力線與前述間隙的剖面中心線交叉的點的磁場向量相對於與前述剖面中心線正交之面朝前述陽極之側傾斜，從而調整從前述間隙射出的離子束之中心位置。
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