WO2013011657A1 - イオンビーム発生装置、およびイオンビームプラズマ処理装置 - Google Patents

イオンビーム発生装置、およびイオンビームプラズマ処理装置 Download PDF

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WO2013011657A1
WO2013011657A1 PCT/JP2012/004450 JP2012004450W WO2013011657A1 WO 2013011657 A1 WO2013011657 A1 WO 2013011657A1 JP 2012004450 W JP2012004450 W JP 2012004450W WO 2013011657 A1 WO2013011657 A1 WO 2013011657A1
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WO
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ion beam
plug
chamber
side wall
plasma
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PCT/JP2012/004450
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English (en)
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アインシタイン ノエル アバラ
保志 神谷
優太 昆野
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キヤノンアネルバ株式会社
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Publication date
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering
    • C23C14/46—Sputtering by ion beam produced by an external ion source
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32412—Plasma immersion ion implantation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/06—Sources
    • H01J2237/08—Ion sources

Definitions

  • the present invention relates to an ion beam generator and an ion beam plasma processing apparatus using the same.
  • Ion beam etching is used in various applications such as etching of magnetic read sensors, magnetic writers and sliders for disk drive data storage, and sputtering of targets for film formation.
  • the uniform broad ion beam can be achieved by controlling the plasma density profile near the perforated electrode (grid) for ion extraction and by zoning the grid.
  • the plasma density profile refers to a change in charge density of plasma across the plasma chamber in the vicinity of the bottom wall of the plasma chamber (for example, an ion beam source).
  • the plasma density profile is measured near the bottom wall and along the diameter on the bottom wall.
  • Zoning refers to adjusting the diameter of individual holes (also called apertures) in the grid to compensate for plasma non-uniformities. This zoning is effective, but its effect is limited to a specific grid.
  • the plasma density profile has a uniformity equivalent to the required etching uniformity.
  • An electromagnet concentric with the ion beam source chamber can be used to improve or control the plasma density in the plasma chamber.
  • the magnetic field generated at the center of the electromagnet is formed along the axial direction of a typical cylindrical plasma chamber.
  • An electromagnet may be arranged around the upper wall or side wall of the plasma chamber (see Patent Document 1).
  • Another way to control the plasma density profile is to use a plug or concave container that can be moved to the top wall.
  • the plasma density is the highest in the middle of the chamber, and by disposing the plug from the vicinity of the center of the upper wall into the plasma chamber, the plasma portion is displaced and the plasma density profile becomes more uniform. Moving the plug is useful for controlling the plasma density profile for various process conditions.
  • An electromagnet or permanent magnet may further be placed inside the plug to control the plasma density profile below the plug or to limit the plasma around the plug to near the bottom edge of the plug.
  • the plasma shaping method described above is effective in compensating for component tolerances, long-term use, and slight variations in the grid after regeneration for cleaning. For workpieces that require multiple tools or processes for compensation, the ability to control the plasma density profile can be very helpful in obtaining specific etch profiles that calibrate non-uniformities due to previous processes, for example. .
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a conventional ion beam source disclosed in Patent Document 2.
  • a plug 2 is inserted into the plasma chamber 1 through an opening formed in the upper wall of a cylindrical plasma chamber 1.
  • a grid assembly 4 is provided at the bottom of the plasma chamber 1
  • an RF coil 5 is provided around the side wall of the plasma chamber 1
  • a gas inlet 6 is provided at the upper wall of the plasma chamber 1. Yes.
  • an O-ring 3 is provided between the wall surface of the opening formed on the upper wall of the plasma chamber 1 and the plug 2 inserted into the opening, and the plug 2 extends along the arrow direction in FIG. It is configured to be movable. Furthermore, the bottom surface 2a of the plug 2 is provided with an extended portion 7 having a predetermined shape for fine adjustment of the plasma distribution.
  • FIG. 1 when an inert gas (argon, xenon, krypton, etc.) is introduced into the plasma chamber 1 from the gas inlet 6 and high frequency power is applied to the RF coil 5, plasma is generated in the plasma chamber 1. . Ions are extracted from the plasma by the grid assembly 4 as an extraction electrode to which a predetermined voltage is applied, and are irradiated to the member to be processed (substrate) as an ion beam.
  • an inert gas argon, xenon, krypton, etc.
  • the grid assembly 4 includes, in order from the inside of the plasma chamber 1, a first electrode (screen grid) 4a, a second electrode (accelerator grid) 4b, and a third electrode (dexel grid) 4c.
  • the first electrode 4a, the second electrode 4b, and the third electrode 4c are perforated plate electrodes having a grid structure having a plurality of holes. From the viewpoint of extending the life and durability, molybdenum or carbon having a low sputtering rate is used as the constituent member (grid material).
  • the first electrode 4a is connected to a first power source (not shown) and maintained at a positive potential
  • the second electrode 4b is connected to a second power source (not shown) and set to a negative potential.
  • the third electrode 4c is connected to ground.
  • a predetermined electrode (first electrode 4a) included in the grid assembly is used. And deposits may accumulate on the third electrode 4c).
  • first electrode 4a a predetermined electrode included in the grid assembly.
  • deposits may accumulate on the third electrode 4c).
  • the principle of depositing an adhesion film on the first electrode 4a and the third electrode 4c will be described with reference to FIG. Since a negative voltage is applied to the second electrode 4b, ions having a positive charge may be attracted to the second electrode 4b, whereby the electrode material of the second electrode 4b is sputtered.
  • the electrode material of the second electrode 4b thus sputtered adheres as adhesion films 21a and 21b on the side of the first electrode 4a and the third electrode 4c facing the second electrode 4b.
  • the neutral gas (indicated as “n” in FIG. 2) introduced into the plasma chamber 1 is ionized by charge exchange reaction with the extracted ions 23 between the electrodes, and the slow ions Some become (+ L).
  • the charge exchange reaction is a phenomenon in which only charges are exchanged while preserving the momentum of each particle.
  • the ion beam 24 is referred to as fast ions (+ H) for distinction.
  • the fast ions are accelerated and deflected by an electrostatic field (not shown) due to the voltage of each electrode, and do not collide with the third electrode 4c.
  • some of the sputtered particles 25 fly into the plasma chamber 1.
  • the second side 4b is attached to the side wall 2b.
  • the adhesion film 26 including the material of the electrode 4b is formed.
  • the movement of the plug 2 is realized by sliding the side wall portion 2 b, which is the movable region of the plug 2, and the O-ring 3.
  • the adhesion film 26 formed on the side wall 2b which is the movable region of the plug 2 as described above, may hinder good sliding between the side wall 2b and the O-ring 3. Further, when the sputtered particles 25 further adhere to the side wall portion, the adhesion film 26 increases accordingly, and in the worst case, the plug 2 cannot move due to the increased adhesion film 26.
  • Another object of the present invention is to provide an ion beam generator capable of moving the movable member satisfactorily even if the electrode of the grid assembly is sputtered and sputtered particles are generated due to the sputtering. And providing an ion beam plasma processing apparatus.
  • a first aspect of the present invention is an ion beam generator, comprising a chamber, means for generating plasma in the chamber, a predetermined wall of the chamber, An extraction means provided oppositely to extract ions from the plasma; and a member for adjusting the plasma density in the chamber, the first means going from the wall to the extraction means in the chamber A member movable along a direction and a second direction from the pull-out means toward the wall, and a seal member for sealing between the wall and a side wall of the member, and sliding with the member A seal member that is in a relationship, and a shield that covers at least a part of a portion where the side wall of the member and the seal member slide by movement of the member, Characterized in that it comprises a shield having at least a portion extending toward the stage.
  • the second aspect of the present invention is an ion beam plasma processing apparatus, comprising the ion beam generator according to the first aspect.
  • a third aspect of the present invention is an ion beam generator, comprising a chamber, means for generating plasma in the chamber, and a predetermined wall of the chamber, the plasma being provided.
  • Extraction means for extracting ions from the chamber; and a member for adjusting the plasma density in the chamber, wherein the chamber has a first direction from the wall toward the extraction means, and from the extraction means.
  • the movable member in an ion beam generator provided with a movable member (for example, a plug), the movable member can be favorably moved even if the electrode of the grid assembly is sputtered.
  • FIG. 12 is a top view of the two plugs shown in FIGS. 6 and 9-11. It is sectional drawing of the ion beam generator which concerns on one Embodiment of this invention. It is sectional drawing seen from the upper surface of the permanent magnet assembly based on one Embodiment of this invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a permanent magnet assembly disposed near the bottom surface of an inner plug, according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. It is the figure which looked at the permanent magnet assembly shown to FIG. 16A from the bottom.
  • FIG. 3 is a view for explaining an ion beam etching (IBE) apparatus 500a as an ion beam plasma processing apparatus according to the present embodiment.
  • the IBE apparatus 500 a includes a processing chamber 501 having a space 513, a pump 502 that exhausts gas in the processing chamber 501, an ion beam source (ion beam generator) 200, and a substrate holder 504.
  • the space 513 is an external space for the ion beam source 200, and in this specification, the space inside the ion beam source is referred to as an internal space (reference numeral 209 in the present embodiment). This is called “external space 513”.
  • the ion beam source 200 has a high frequency inductively coupled plasma (RF ICP) discharge chamber, and a grid assembly 203 as an extraction means for extracting ions is provided on one side of the RF ICP discharge chamber.
  • a gas is introduced into the ion beam source 200 through an introduction tube 208 provided in the ion beam source 200.
  • An antenna 206 that is connected to the matching network 207 and generates a radio frequency (RF) field is disposed around the ion beam source 200 so as to generate a plasma discharge in the internal space 209. Ions are extracted by the grid assembly 203 from the plasma discharge generated in the internal space 209 and become ion beamlets (beam flow) 509 in the external space 513.
  • the ion beamlet 509 forms a broad ion beam 509 a toward the workpiece 511 placed on the stage 504 b on the substrate holder 504.
  • the workpiece 511 is inserted into the processing chamber 501 through a slit 512 formed in one of the walls of the processing chamber 501.
  • the angle of the ion beam 509a with respect to the workpiece 511 can be changed by tilting (tilting or panning) the substrate holder 504.
  • the workpiece 511 can be loaded into the processing chamber 501 at a horizontal position where the substrate holder 504 is not inclined, and the workpiece 511 can be unloaded from the processing chamber 501.
  • the workpiece 511 may be rotated about an axis 504a that is perpendicular to the surface of the workpiece 511 held by the stage 504b (ie, the surface of the stage 504b).
  • the stage 504b may be configured to be rotatable about the shaft 504a.
  • a neutralizer 510 that generates electrons is provided to reduce the voltage in the broad ion beam 509a.
  • FIG. 4 is a diagram showing an ion beam source according to the present embodiment.
  • the ion beam source 200 includes a top wall 201 that is one of inner walls of the discharge chamber (a predetermined wall of the discharge chamber), a cylindrical side wall 202, and a grid assembly 203 that also functions as a bottom wall of the ion beam source 200.
  • a discharge chamber is provided.
  • the upper wall 201 has a flat and fixed disc 201a.
  • a member that is movable along the arrow direction 212 in the opening of the disc 201a (a member that is movable in the normal direction of the ion emission surface of the grid assembly 203 in the discharge chamber of the ion beam source 200).
  • the plug 205 is inserted.
  • the cylindrical plug 205 has a circular bottom surface 205a and a side wall 205b, and moves along an arrow direction 212 that is perpendicular to the surface of the grid assembly 203 that functions as an ion extraction surface (ion emission surface). can do. That is, the plug 205 can move along a first direction from the upper wall 201 toward the grid assembly 203 and a second direction from the grid assembly 203 toward the upper wall 201.
  • the plug 205 is connected to a plug drive mechanism 220 such as an actuator.
  • the plug drive mechanism 220 is driven by a drive command from a control device (not shown), so that the plug 205 appropriately moves along an arrow direction 212. .
  • a control device not shown
  • the plug 205 By moving the plug 205 in this way, the plasma density profile can be controlled. That is, the plug 205 functions as a member for adjusting the plasma density in the discharge chamber.
  • the shape of the plug 205 is not limited to a cylindrical shape, and may be a regular polygonal shape or a rectangular shape, for example.
  • a grid assembly 203 is provided on the opposite side (opposite side) of the upper wall 201 of the discharge chamber via an electrode mounting ring 204.
  • the grid assembly 203 includes a first electrode 203a, a second electrode 203b, and a third electrode 203c.
  • the first electrode 203a, the second electrode 203b, and the third electrode 203c are perforated plate electrodes having a grid structure having a plurality of holes.
  • the constituent members (grid materials) ) Is preferably molybdenum or carbon having a low sputtering rate.
  • the first electrode 203a is connected to a first power source (not shown) and maintained at a positive potential
  • the second electrode 7b is connected to a second power source (not shown) and maintained at a negative potential
  • the third electrode 203c is connected to the ground.
  • the potentials of the first to third electrodes 203a to 203c are controlled independently.
  • the first electrode 203a has a positive potential (for example, 100 to 1000V)
  • the second electrode 203b has a negative potential (for example, ⁇ 1000 to ⁇ 3000V)
  • the third electrode 203c has a ground potential. It is maintained to be.
  • the potential difference between the first electrode 203a and the second electrode 203b causes a difference in the plasma. Only ions are extracted by electrostatic acceleration. The ions extracted from the plasma (positive potential ions) are decelerated reversely by the potential difference between the second electrode 203a and the third electrode 203c, so that the ions passing through the third electrode 203c are the first electrode 203a. It is ejected as an ion beam having the energy of the potential. The ion beam extracted from the third electrode 203c is deflected by an electrostatic field (not shown) due to the voltage of each electrode.
  • an O-ring 211 that is in a sliding relationship with the side wall 205b and seals between the disk 201a and the plug 205.
  • a groove (not shown) is formed in the inner peripheral side wall 201d of the annular plate 201a, and the O-ring 211 is fixed to the groove.
  • the O-ring 211 is configured so that the plug 205 can move in the arrow direction 212.
  • the O-ring 211 and the side wall 205b are configured so that the O-ring 211 fixed to the annular plate 201a can slide on the side wall 205b that is the movable range of the plug 205.
  • a movable plug 205 is provided, and even when the plug 205 is moved, the ion beam source 200 from the internal space 209 that is also a discharge space of the ion beam source 200.
  • gas leakage to the outer region 210 of the processing chamber 501 can be reduced, and contamination of impurities from the outer region 210 to the inner space 209 can be reduced.
  • the annular plate 201a and the plug 205 may be preferably made of aluminum or stainless steel, and are set to the same potential as the first electrode 203a.
  • a configuration in which the ion beam source 200 is cooled by providing the cooling means 202a on the side wall 202 and providing the cooling means 201b on the disc 201a may be used.
  • the cooling means 202a may be provided inside the plug 205.
  • a shield 201c extending from the inner edge to the grid assembly 203 side on the inner space 209 side of the inner edge of the disc 201a and provided so as to surround at least a part of the side wall 205b of the plug 205 is provided. Is formed.
  • the shield 201c is a cylinder configured to surround the plug 205, and one end of the cylinder is connected to the inner space 209 side of the disc 201a.
  • the shield 201c can prevent or reduce film accumulation from the grid assembly 203 or the workpiece 511 being processed (for example, a wafer) to the sidewall 205b of the plug 205.
  • the shield 201c Adhesion of sputtered particles to the side wall 205b can be reduced. Therefore, even if sputtered particles due to the second electrode 203b of the grid assembly 203 are generated, the plug 205 can be moved smoothly.
  • the shield 201c extends from the inner edge (the edge of the opening) of the disc 201a to the grid assembly 203 side along the side wall 205b of the plug 205, the distance between the shield 201c and the side wall 205b is reduced.
  • the conductance in this region can be reduced. That is, since the shield is located at the inner edge, the distance between the shield 201a and the side wall 205b can be set to the size of the O-ring 211, and the conductance can be minimized. Therefore, it is possible to make it difficult for the sputtered particles to flow between the shield 201c and the side wall 205b, thereby further reducing the formation of an adhesion film on the side wall 205b.
  • the arrangement position of the shield 201c is not limited to the inner edge portion of the annular plate 201c, and may be, for example, a position away from the inner edge portion by a predetermined distance. .
  • the conductance can be minimized as long as it is at or near the inner edge of the annular plate 201a, which is a preferable position for the shield 201c.
  • the interval between the shield 201c and the side wall 205b is preferably equal to or less than the Debye length so that plasma does not enter between the shield 201c and the side wall 205b.
  • the shield 201c on the upper wall 201 so as to extend along the side wall 205b of the plug 205 from the upper wall 201 facing the grid assembly 203 to the grid assembly 203 side. This is because with such an arrangement, the shield 201c does not block the spread of the plasma toward the upper wall 201 on the side wall 202 side.
  • the shield 201c is provided on the upper wall 201 so as to extend from the upper wall 201 to the grid assembly 203 side, the adhesion of sputtered particles due to the second electrode 203b to the side wall 205b of the plug 205 can be reduced. And ensuring a wide space on the side wall 202 side in the discharge chamber of the ion beam source 200 can be realized at the same time.
  • the direction from the upper wall 201 of the shield 201c to the grid assembly 203 is parallel to the direction from the upper wall 201 of the side wall 205b to the grid assembly 203, but these are not parallel. Also good.
  • the shield 201c extending from the upper wall 201 to the electrode grid assembly 203 side can simultaneously reduce adhesion of the sputtered particles to the side wall 205b and secure the wide space, the two directions are It does not matter whether or not they are parallel, and the shape of the shield 201c may be a shape that expands from the upper wall 201 toward the grid assembly 203 or a shape that is tapered.
  • the shield 201c is preferably set to the same potential as the first electrode 203a or a floating potential so that plasma is stably formed in the internal space 209.
  • the shield 201c when the first electrode 203a and the same potential as the material of the shield 201c, Mo, Ti, thermal expansion coefficient, such as SiO 2 is less material is suitable.
  • the material of the shield 201c is an insulator such as quartz or alumina. In this case, as shown in FIG. 22, it is desirable to make a notch 17 in a portion of the shield 201c between the upper wall 201 of the discharge chamber.
  • the length L of the shield 201c is preferably such that the shield 201c does not interfere with the formation of the plasma density profile in the internal space 209. In other words, the length of the shield 201c is preferably equal to or shorter than the length at which the plug 205 reaches the maximum movable range.
  • the ion beam source is provided with components that break symmetry, such as an RF antenna.
  • RF antenna In such an RF antenna, asymmetry decreases due to a plurality of turns, but the coil inductance of the antenna increases.
  • the plasma density profile along the diameter of the chamber tends to be slightly asymmetric even for carefully designed ion beam sources.
  • the plasma density profile may be a profile that is flat at the radial center of the plasma chamber and is not symmetrical near the sidewall, but is not flat near the tilted sidewall at the radial center.
  • Asymmetry is generally best said at a certain diameter and for the other directions the plasma density profile is more symmetric. Changing some process conditions, such as gas pressure or RF antenna power, may change the direction in which asymmetry is greatest.
  • the asymmetry of the plasma density profile may not be a significant problem for an etching process in which the workpiece is rotated about the normal of the workpiece processing surface.
  • static conditions eg, when the workpiece is not rotated
  • the plasma density profile is controlled by displacing the plasma in the ion beam chamber with a movable plug to narrow the space in the central region of the ion beam chamber.
  • the controllability is limited by the size (diameter) and shape of the plug.
  • one of the objects is to realize an ion beam source that can easily cope with changes in conditions and can change the plasma density profile over a wider range.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the IBE device 500b according to the present embodiment.
  • the IBE apparatus 500b includes a processing chamber 501 having a space 513, a pump 502 that exhausts gas in the processing chamber 501, an ion beam source 300, and a substrate holder 504.
  • the ion beam source 300 has an RF ICP discharge chamber, and a grid assembly 303 for extracting ions is provided on one side of the RF ICP discharge chamber.
  • a gas is introduced into the ion beam source 300 through an orifice 308 provided in the ion beam source 300.
  • An antenna 306 connected to the matching network 307 for generating a radio frequency (RF) field is disposed around the ion beam source 300 so as to generate a plasma discharge in the internal space 309. Ions are extracted by the grid assembly 303 from the plasma discharge generated in the internal space 309 and become ion beamlets 509 in the external space 513.
  • RF radio frequency
  • FIG. 6 is a diagram showing an ion beam source according to this embodiment.
  • the ion beam source 300 includes a discharge chamber that includes a top wall 301, a cylindrical side wall 302, and a grid assembly 303 that also functions as a bottom wall of the ion beam source 300.
  • the grid assembly 303 includes a first electrode 303a, a second electrode 303b, and a third electrode 303c.
  • the first electrode 303a, the second electrode 303b, and the third electrode 303c are respectively 4 corresponds to the first electrode 203a, the second electrode 203b, and the third electrode 203c described in FIG.
  • the upper wall 301 has an annular plate 301a that is flat and fixed.
  • At least two independently movable members that is, in this embodiment, an inner plug (first plug) 305 and an outer plug (second plug) 313 are provided.
  • the inner plug 305 and the outer plug 313 may be provided concentrically at the center between the side walls 302.
  • the inner plug 305 has a bottom surface 305a and a side wall 305b, and can move along an arrow direction 312 that is perpendicular to the surface of the grid assembly 303 that also functions as an ion extraction surface. That is, the inner plug 305 can move along a first direction from the upper wall 301 toward the grid assembly 303 and a second direction from the grid assembly 303 toward the upper wall 301.
  • the inner plug 305 is connected to an inner plug drive mechanism 320 that is an actuator or the like, and the inner plug 305 is driven in the direction of the arrow 312 when the inner plug drive mechanism 320 is driven by a drive command from a control device (not shown). Move accordingly.
  • an outer plug 313 as a second member provided outside the inner plug 305 has an annular bottom surface 313a, an outer side wall 313b, and an inner side wall 313c, and an arrow direction 314 that is parallel to the arrow direction 312 described above.
  • the outer plug 313 can move along a first direction from the upper wall 301 toward the grid assembly 303 and a second direction from the grid assembly 303 toward the upper wall 301.
  • the outer plug 313 is connected to an outer plug drive mechanism 321 that is an actuator or the like, and the outer plug 313 is driven in the direction of the arrow 314 when the outer plug drive mechanism 321 is driven by a drive command from a control device (not shown). Move accordingly.
  • An O-ring 311 is provided between the annular plate 301a and the outer side wall 313b, and an O-ring 315 is provided between the two plugs, that is, between the side wall 305b of the inner plug 305 and the inner side wall 313c of the outer plug 313.
  • a groove (not shown) is formed on the inner peripheral side wall 301d of the annular plate 301a, and the O-ring 311 is fixed to the groove.
  • a groove (not shown) is preferably formed in the side wall 305b of the inner plug 305 along the circumferential direction, and the O-ring 315 is fixed to the groove. Needless to say, the groove for fixing the O-ring 315 may be formed in the inner side wall 313c of the outer plug 313.
  • the O-rings 311 and 315 are configured so that the plug can operate.
  • the O-ring 311 and the outer side wall 313b are configured so that the O-ring 311 fixed to the annular plate 301a can slide with the outer side wall 313b.
  • the O-ring 315 and the inner side wall 313c are configured so that the O-ring 315 fixed to the side wall 305b can slide with the inner side wall 313c.
  • two plugs that can be moved independently are provided, and even when at least one of the two plugs is moved, the discharge space of the ion beam source 300 is discharged.
  • leakage of gas from the internal space 309 to the ion beam source 300 and the external region 310 of the processing chamber 501 can be reduced, and contamination of impurities from the external region 310 to the internal space 309 can be reduced.
  • the annular plate 301a, the inner plug 305, and the outer plug 313 may be preferably formed of aluminum or stainless steel, and are set to the same potential as the grid 303a.
  • a configuration in which the ion beam source 300 is cooled by providing the cooling means 302a on the side wall 302 and providing the cooling means 301b on the annular plate 301a may be used.
  • the cooling means 302a may be provided in at least one of the inner plug 305 and the outer plug 313.
  • the action of plasma shaping can be expanded to a wider range, that is, the plasma shaping can be performed in a wider range.
  • the plasma density in the region outside the outer plug 313 can be changed immediately.
  • the plasma density under the bottom surface 313a can be changed (increased) by positioning the bottom surface 313a relatively above the bottom surface 305a.
  • the plasma density under the bottom surface 305 and in the vicinity of the grid can be changed.
  • the relative positioning of the inner plug 305 and the outer plug 313 may be dynamically changed during an operation for obtaining an optimum ion beam etching profile.
  • the inner plug 305 and the outer plug 313 can be relatively positioned without exhausting the ion beam chamber.
  • the conventional ion beam chamber shown in FIG. 1 it is necessary to replace the expansion portion 7 when each condition is changed, and it is necessary to evacuate the ion beam chamber when the expansion portion 7 suitable for each condition is replaced. Furthermore, it is necessary to separately provide an opening in the ion beam chamber for inserting the expansion portion 7 into the ion beam chamber.
  • the plasma density profile can be controlled only by changing the relative positions of the inner plug 305 and the outer plug 313 without providing the expansion portion 7.
  • the apparatus can be simplified.
  • the plasma density profile can be controlled by using two plugs of the inner plug 305 and the outer plug 313 and controlling the relative positional relationship between the bottom surfaces of the two plugs. .
  • the space in the central region of the discharge chamber is narrowed to try to make the amount of ions emitted from the grid assembly uniform.
  • the plasma density in the center region is high. That is, since the volume of the plasma is reduced below the plug, the plasma density is increased below the plug. Therefore, the plasma generated on the lower side of the plug may diverge to the side wall side of the discharge chamber. As a result, it is difficult to adjust the plasma density under the plug. That is, the plug has a plasma density changing action from the space below the plug to the outside space, but it can hardly be said to have a plasma density changing action in the space below the plug. is there.
  • another movable plug is provided adjacent to one movable plug in order to adjust the amount of plasma divergence on the lower side of the plug. Therefore, the effect of changing the plasma density by one plug can be applied to the region under the other plug. Therefore, when attention is paid to one plug, the plasma density changing effect of the one plug cannot be applied to the region below itself, but the plasma density changing effect of the other plug extends to the region below the one plug. It is. As a result, the amount of plasma divergence in the lower space of each plug included in the ion beam source can be adjusted. Therefore, the plasma density profile can be better adjusted along a certain diameter direction, and the plasma density profile can be finely adjusted.
  • the inner plug 305 is cylindrical
  • the outer plug 313 is annular
  • the inner plug 305 and the outer plug 313 are concentric at the center of the upper surface of the ion beam source 300 and the annular outer side.
  • the plug 313 is disposed so as to surround the cylindrical inner plug 305. Therefore, the plasma density compensation effect caused by the relative positional relationship between the inner plug 305 and the outer plug 313 can be similarly reflected in any diameter direction of the ion beam source 300.
  • the form using two plugs of the inner plug 305 and the outer plug 313 has been described, but the number of plugs is not limited to two and may be three or more.
  • a plug configured to surround the outer plug 313 may be further provided outside the outer plug 313.
  • the cylindrical inner plug 305 and the annular outer plug 313 configured to surround the inner plug 305 are used as two adjacent plugs, but the present invention is not limited to these. In the present embodiment, it is important to arrange two plugs that can be moved independently, and the plug may have any shape as long as such a configuration is adopted.
  • the outer plug 313 functions as a shield that prevents or reduces the adhesion film on the side wall of the inner plug 305b.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a plug that is movably provided in the ion beam source 300 according to the present embodiment.
  • an annular plate 350 in which openings 351a and 351b are formed is provided outside the annular plate 301a so that the openings 351a and 351b overlap with the openings formed in the annular plate 301a.
  • a support column 356 is inserted into the opening 351 a, a plug 354 is connected to one end of the support column 356, and the plug drive mechanism 358 is connected to the other end.
  • An O-ring 352 is provided between the inner wall of the opening 351a and the support column 356, and the O-ring 352 and the support column 356 are slidable.
  • the O-ring 352 is fixed in a groove formed on the inner wall of the opening 351a.
  • a support column 357 is inserted into the opening 351b, a plug 355 is connected to one end of the support column 357, and a plug driving mechanism 359 is connected to the other end.
  • An O-ring 353 is provided between the inner wall of the opening 351b and the support column 357, and the O-ring 353 and the support column 357 are slidable.
  • the O-ring 353 is fixed in a groove formed on the inner wall of the opening 351b.
  • Each of the plugs 354 and 355 is a rectangular parallelepiped, and is provided in the discharge chamber (inside the internal space 309) of the ion beam source 300.
  • the gap between the plug 354 and the plug 355 is set so as to be narrow enough to prevent plasma from entering and not longer than the Debye length (for example, 1 mm or less).
  • the plug 354 and the chamber wall 31 and the plug 355 and the chamber wall 31 are also set so as to be narrow enough to prevent plasma from entering and not longer than the Debye length (for example, 1 mm or less).
  • the plug drive mechanisms 358 and 359 are driven by a drive command from a control device (not shown), the plugs 354 and 355 can be appropriately moved independently from each other along the arrow directions 360 and 361, respectively.
  • an asymmetric plasma can be formed.
  • the shape of the plugs 354 and 355 is not limited to a rectangular parallelepiped, and may be a column or a semi-cylindrical shape.
  • FIG. 8 is a top view when the plugs 354 and 355 are semicylindrical plugs.
  • FIG. 9 is a diagram showing an ion beam source 300 according to the present embodiment.
  • the diameter of the annular bottom surface 313a is slightly larger than the diameter of the outer side wall 313b of the outer plug 313. That is, the outer plug 313 is configured such that the bottom surface 313a of the outer plug 313 protrudes from the outer side wall 313b.
  • a shield 301c extending from the inner edge to the grid assembly 303 side on the inner space 309 side of the inner edge of the annular plate 301a and surrounding the outer side wall 313b along the outer periphery of the outer side wall 313b of the outer plug 313.
  • the shield 301c provided in the is formed.
  • the shield 301c is a cylinder configured to surround the outer plug 313, and one end of the cylinder is connected to the inner space 309 side of the annular plate 301a.
  • the shield 301c can prevent or reduce film accumulation from the grid assembly 303 or the wafer being processed to the outer side wall 313b of the outer plug 313.
  • the bottom surface 313a protrudes from the outer side wall 313b, accumulation of the film on the outer side wall 313b can be further reduced. Thereby, the outer side plug 313 can be operated smoothly.
  • the diameter of the bottom surface 305a of the inner plug 305 is slightly larger than the diameter of the cylindrical portion of the inner plug 305. That is, the inner plug 305 is configured such that the bottom surface 305a of the inner plug 305 protrudes from the side wall 305b. In addition, a step is formed on the inner side wall 313c of the outer plug 313. Therefore, even if the diameter of the bottom surface 305a is larger than the diameter of the cylindrical portion of the inner plug 305, a step is formed in the region where the bottom surface 305a passes through the inner side wall 313c. The inner plug 305 can be moved favorably without being caught by.
  • the O-ring 315 is fixed to a groove formed in the inner side wall 313c of the outer plug 313.
  • the inner side wall 313c in which the step is formed and the larger bottom surface 305a can prevent or reduce film accumulation on the side wall 305b of the inner plug 305, and the inner plug 305 can be moved smoothly. Effect can be produced at the same time.
  • FIG. 10 is a diagram showing another example of the ion beam source 300 according to the present embodiment. Since the ion beam source 300 shown in FIG. 10 is basically the same as the configuration shown in FIG. 9, only different points will be described. In the configuration shown in FIG. 10, the sealing property of the ion beam source 300 is ensured by using an elastic member (for example, bellows) instead of the O-ring.
  • an elastic member for example, bellows
  • the diameter of the upper wall 305c of the inner plug 305 is slightly larger than the diameter of the cylindrical portion of the inner plug 305, and a cylindrical shape is formed between the upper wall 305c and the upper end of the inner side wall 313c of the outer plug 313.
  • a bellows 315d is provided. That is, one end of the bellows 315d is connected to a portion protruding from the side wall 305 of the upper wall 305c, and the other end of the bellows 315d is connected to the upper end of the inner side wall 313c.
  • the movable range in the arrow direction 312 of the inner plug 305 is secured by the stretchability of the bellows 315d, and between the upper wall 305c and the upper end of the inner side wall 313d.
  • the sealing property can be ensured by the presence of the cylindrical bellows 315d.
  • the diameter of the annular upper wall 313e of the outer plug 313 is slightly larger than the diameter of the outer side wall 313b of the outer plug 313, and the upper wall 313e is opposite to the grid assembly 303 with respect to the annular plate 301a.
  • a bellows 313d is provided between the upper wall 313e and the annular plate 301a. That is, one end of the bellows 313d is connected to the upper wall 313e, and the other end of the bellows 315d is connected to the annular plate 301a.
  • the upper wall 301 of the discharge chamber and the outer plug 313 are connected by the bellows 315d, and the outer plug 313 and the inner plug 305 are connected by the bellows 315d, so that the inner plug 305 and the outer plug 313 are connected.
  • the region between the discharge chamber, the inner plug 305, and the outer plug 313 can be sealed while relatively moving. Further, when the inner plug 305 and the outer plug 313 are moved, there is no sliding between the sealing member such as an O-ring and the side wall of the plug, so that generation of particles from the side wall of the plug generated when the plug is moved. Can be suppressed.
  • FIG. 11 is a diagram showing still another example of the ion beam source 300 according to the present embodiment.
  • the diameter of the bottom surface 305 a of the inner plug 305 is slightly larger than the diameter of the cylindrical portion of the inner plug 305, and a step is formed on the inner side wall 313 c of the outer plug 313.
  • a shield 301c is provided on the inner space 309 side of the inner edge of the annular plate 301a.
  • FIG. 12 is a schematic view of the inner plug 305 and the outer plug 313 according to the present embodiment as viewed from the grid assembly 303 side. As shown in FIG. 12, an annular outer plug 313 is provided around a cylindrical inner plug 305.
  • Permanent magnets and electromagnets are effective in controlling the plasma density profile in the plasma chamber, and further, the asymmetry of the plasma density profile can be reduced by slightly tilting or offsetting the electromagnet.
  • the magnetic fields from electromagnets and scattered permanent magnets simply spread out of the ion beam source and into the ion beam chamber. This magnetic field leakage tends to adversely affect beam neutralization.
  • the area between the grid and the substrate is preferably an area without a magnetic field.
  • One of the objects of the present embodiment is to provide an ion beam source in which magnetic field leakage to the outside of the ion beam source is reduced.
  • FIG. 13 is a diagram showing an ion beam source according to the present embodiment.
  • the ion beam source 300 ⁇ / b> B is further provided in the inner plug 305 and the first annular electromagnet 316 a provided in the outer plug 313 with respect to the ion beam source 300 according to the second embodiment.
  • a second annular electromagnet 316b, and an annular permanent magnet assembly 317 provided on the side wall 302 above the electrode mounting ring 304, that is, between the grid assembly 303 and the antenna 306.
  • the electromagnets 316a and 316b preferably have circular wiring (not shown) substantially parallel to the annular plate 301a and electromagnet cooling means (not shown).
  • the electromagnet 316a may be attached to the outer plug 313 and moved together with the outer plug 313 along the arrow direction 314.
  • the electromagnet 316b may also be attached to the inner plug 305 and moved together with the inner plug 305 along the arrow direction 312.
  • at least one of the electromagnet 316a and the electromagnet 316b may be installed at a position fixed to the annular plate 301a.
  • the direction of the current flowing through one of the electromagnets 316a and 316b is preferable to be opposite to the direction of the current flowing through the other electromagnet.
  • the direction of the current flowing through the electromagnet 316a and the electromagnet 316b leakage of the magnetic field to the external space 513, particularly near the center of the third electrode 303c, can be reduced.
  • the permanent magnet assembly 317 is configured such that the lines of magnetic force from the electromagnets 316a and 316b reach the permanent magnet assembly 317, and the leakage of the magnetic field to the external space 513 is minimized. Since the magnet assembly 317 includes a permanent magnet, it is possible to fix the preferred direction of the current flowing through both the electromagnets 316a and 316b.
  • the electromagnets 316a and 316b are arranged concentrically with the side wall 302, but may be offset from the center position in order to correct plasma asymmetry. Instead of this, or in addition to this, the electromagnets 316 a and 316 b may be inclined with respect to the upper wall 301.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view seen from the upper surface for explaining the permanent magnet assembly 317 according to the present embodiment.
  • a permanent magnet assembly 317 is provided in the ion beam source 300B together with electromagnets 316a and 316b.
  • the permanent magnet assembly 317 includes a plurality of permanent magnets 317a arranged around the side wall 302 (shown in FIG. 14 for explanation) of the ion beam source 300B.
  • One pole 317b of each permanent magnet 317a faces toward the side wall 302 (inside the internal space 309), and the other pole 317c faces away from the side wall 302 (outside area 310 side).
  • the first permeable ring 317d and the second permeable ring 317e may be provided to make the magnetic field in the internal space 309 more uniform and to mechanically support the permanent magnet 317a.
  • the electromagnet since the direction of the pole of the permanent magnet 317a is fixed, the electromagnet can be operated only with one current polarity, and leakage of a large magnetic field to the external space 513 can be prevented or reduced.
  • the shield 301c may be provided.
  • FIG. 15 is a diagram showing an ion beam source according to the present embodiment.
  • the ion beam source 300C is further provided in the outer plug 313 with respect to the ion beam source 300 according to the second embodiment, and includes a first permanent magnet assembly 330 as a magnetic field applying means, and an inner plug. 305 and a second permanent magnet assembly 340 as a magnetic field applying means.
  • the first permanent magnet assembly 330 is configured to form a multicusp magnetic field pattern that contacts the outside of the outer side wall 313 b of the outer plug 313 in the inner space 309.
  • the first permanent magnet assembly 330 can reduce plasma loss in the outer side wall 313b.
  • the second permanent magnet assembly 340 is configured to form a multicusp magnetic field pattern that contacts the outside of the bottom surface 305 a of the inner plug 305 in the inner space 309.
  • the second permanent magnet assembly 340 can reduce plasma loss at the bottom surface 305a. Since the multicusp magnetic field attenuates rapidly at a distance from the first and second permanent magnet assemblies 330 and 340, the leakage of the magnetic field to the external space 513 can be made extremely small.
  • FIG. 16A is a cross-sectional view of the second permanent magnet assembly 340 disposed near the bottom surface of the inner plug according to the present embodiment, and FIG. 16B shows the second permanent magnet assembly 340 shown in FIG. 16A from below.
  • FIG. 16A and 16B a cylindrical first magnet 341a disposed in the center, an annular second magnet 341b provided so as to surround the first magnet 341a, and a second magnet 341b are surrounded.
  • An annular third magnet 341 c provided in this manner is provided concentrically on the circular plate 342.
  • the first magnet 341a to the third magnet 341c are arranged so that the polarity of the magnet appearing on the grid assembly 303 side (indicated by symbols S and N in FIG. 16A) changes between adjacent magnets. Is done.
  • the second magnet 341b and the third magnet 341c may use a plurality of magnets so as to form an annular magnet.
  • the number of magnets included in the second permanent magnet assembly 340 is not limited to three, and the number of magnets necessary for forming a multicusp magnetic field pattern (for example, three or more) may be used according to the size of the inner plug 305. It ’s fine. Furthermore, the multicusp magnetic field pattern may not be uniform.
  • a rod 343 is connected to the circular plate 342 for positioning the second permanent magnet assembly 340 in the inner plug 305. Further, a cooling means 344 may be provided in the second permanent magnet assembly 340 so that the first magnet 341a to the third magnet 341c are not excessively heated by radiation or conduction from the bottom surface 305a.
  • the shaft 345 may be disposed slightly away from the center of the bottom surface 305a of the inner plug 305 in order to compensate for the asymmetry of the plasma density profile.
  • the second permanent magnet assembly 340 may be raised or lowered with respect to the bottom surface 305a. Thereby, the plasma density under the bottom surface 305a can be adjusted more favorably.
  • plasma has a large plasma loss on the side wall of the chamber facing the plasma.
  • the inner plug 305 and the outer plug 313 are provided, in addition to the side wall of the discharge chamber, the outer side wall 313b and the inner side wall 313c of the outer plug 313 and the bottom surface 305a of the inner plug are also provided in the discharge chamber. It will face the plasma. Therefore, since the side wall part facing the plasma increases, the plasma loss at the side wall may increase.
  • the first permanent magnet assembly 330 configured to form a cusp magnetic field is provided on the side wall surface of the outer plug 313, and the cusp magnetic field is formed on the surface of the bottom surface 305a of the inner plug 305. Since the configured second permanent magnet assembly 340 is provided, the increased plasma loss at the side wall can be reduced.
  • the cusp magnetic field can be formed in at least a part (side wall or bottom surface) of the plug region in contact with plasma in the internal space 309, the increased plasma loss of the side wall portion described above can be reduced. Can do. Therefore, it is preferable to configure the first permanent magnet assembly 330 and the second permanent magnet assembly 340 so that a cusp magnetic field is formed on at least one of the side wall side and the bottom surface side of the plug.
  • the shield 301c may be provided.
  • FIG. 17 is a diagram showing an ion beam source according to the present embodiment. Since the ion beam source 300 shown in FIG. 17 is basically the same as the configuration shown in FIG. 10, only different points will be described.
  • a cylindrical bellows 315d is provided toward the grid assembly 303 from the inner side (the inner space 309 side) of the annular plate 301a.
  • a cylindrical plug 305 is provided toward the grid assembly 303 at the annular tip of the cylindrical bellows 315d. That is, the space between the upper wall 301 and the end of the cylindrical side wall 305b of the cylindrical plug 305 opposite to the bottom surface 305a is sealed, and can be expanded and contracted along the arrow direction 12 that is the moving direction of the plug 305.
  • a bellows 315d is provided.
  • the bellows 315 d provided in this way has a function of ensuring the sealing property of the internal space 309 and a function of moving the plug 305 along the arrow direction 312. Therefore, the plug 305 can be moved while ensuring the sealing of the internal space 309 without using an O-ring for sealing the internal space 309.
  • the plug 305 when the plug 305 is moved, there is no member that slides with the side wall 305b of the plug 305. Therefore, even if an adhering matter is formed on the side wall 305b, the adhering matter causes the plug 305 to move in the arrow direction 312. Movement along is not disturbed. Therefore, even if sputtered particles due to the grid assembly 303 are generated, the plug 305 can be moved well. Moreover, even if a film adheres to the bellows 315d, the plug 305 can continue to move. Furthermore, the generation of particles generated when an O-ring is used as the seal member can be prevented or reduced.
  • FIG. 18 is a diagram showing another ion beam source according to the present embodiment. Since the ion beam source 300 shown in FIG. 18 is basically the same as the configuration shown in FIG. 17, only the differences will be described.
  • a shield 301c that prevents or reduces film adhesion to the bellows 315d is provided around the cylindrical bellows 315d. Thereby, it can prevent or reduce that a film
  • FIG. 19 is a diagram showing still another ion beam source according to the present embodiment. Since the ion beam source 300 shown in FIG. 19 is basically the same as the configuration shown in FIG. 17, only the differences will be described.
  • a cylindrical bellows 315 d is provided from the outside of the annular plate 301 a toward the side opposite to the grid assembly 303.
  • a disk member 305d is provided at the annular tip of the cylindrical bellows 315d.
  • a cylindrical plug 305a having a diameter smaller than that of the cylindrical bellows 315d is provided from the inside of the disk member 305d toward the grid assembly 303. With such a configuration, it is possible to prevent or reduce the adhesion of the film directly to the bellows 315d, and it is possible to prevent or reduce the generation of particles.
  • FIG. 20 is a diagram showing still another ion beam source according to the present embodiment. Since the ion beam source 300 shown in FIG. 20 is basically the same as the configuration shown in FIG. 10, only different points will be described. In the configuration shown in FIG. 20, the outer plug 313 is not used. Further, a step is formed on the inner side wall of the shield 301c. Therefore, even if the diameter of the bottom surface 305a of the plug 305 is larger than the diameter of the cylindrical portion of the inner plug 305, a step is formed in the region passing through the bottom surface of the inner side wall of the shield 301c. The inner plug 305 can be favorably moved without being caught by the inner side wall of the shield 301c.
  • the inner side wall of the shield 301c formed with the step and the larger bottom surface 305a can prevent or reduce film accumulation on the side wall 305b of the inner plug 305, and the inner plug 305 can be moved smoothly.
  • the effect to make it possible can be played simultaneously.
  • FIG. 21 is a diagram showing still another ion beam source according to the present embodiment. Since the ion beam source 300 shown in FIG. 21 is basically the same as the configuration shown in FIG. 17, only the differences will be described. In the configuration shown in FIG. 21, the shield 301c extends from the side wall 302 of the discharge chamber toward the plug 305, and bends toward the grid assembly 203 along the plug 305a.
  • the shield 301c it is important to configure the shield 301c so as to reduce the spatter particles caused by the grid assembly flying from the grid assembly from adhering to the side wall of the plug.
  • it extends from the upper wall (201, 301) facing the grid assembly (203, 303) toward the grid assembly (203, 303) (along the direction in which the grids 205, 305 move). It is comprised so that it may have at least the part to do.
  • the shield 201c can cover at least a part of the portion where the side wall 205b and the O-ring 211 slide by moving the plug 205 along the arrow direction 212.
  • the shield 201 c needs to have at least a portion extending from the upper wall 201 toward the grid assembly 203.
  • the object shielded from the sputtered particles caused by the grid assembly by the shield is the side wall of the plug, and the side wall is the wall of the plug along the direction of movement of the plug. Therefore, if the shield has at least a region extending along the moving direction, it is possible to reduce the spatter particles caused by the grid assembly from adhering to the side wall due to the region.
  • the plug moves in the first direction from the upper wall toward the grid assembly opposite to the upper wall and in the second direction opposite to the first direction. The direction from the wall to the grid assembly coincides.
  • the ion beam generator of the present invention can be configured by combining any feature described in each embodiment.

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Abstract

　本発明は、移動可能な部材（例えば、プラグ（２０５））を備えるイオンビーム発生装置において、グリッドアセンブリ（２０３）が有する電極がスパッタされても、上記部材の側壁（２０５ｂ）への付着膜の形成を低減可能なイオンビーム発生装置、およびイオンビームプラズマ処理装置を提供する。本発明の一実施形態に係るイオンビーム発生装置は、上壁（２０１）と対向して設けられたグリッドアセンブリ（２０３）と、上壁（２０１）からグリッドアセンブリ（２０３）に向かう第１の方向、およびグリッドアセンブリ（２０３）から上壁（２０１）に向かう第２の方向に沿って移動可能なプラグ（２０５）と、プラグの側壁（２０５ｂ）を遮蔽するシールド（２０１C）とを備える。

Description

イオンビーム発生装置、およびイオンビームプラズマ処理装置
　本発明は、イオンビーム発生装置、およびそれを用いたイオンビームプラズマ処理装置に関するものである。
　イオンビームエッチングは、例えば、ディスクドライブデータストレージ用の磁気リードセンサ、磁気ライタ、およびスライダ等のエッチング、ならびに成膜用のターゲットのスパッタリング等、様々な応用に用いられている。
　エッチングの均一性を良好にするためには、均一なブロードイオンビームが必要である。例えば、イオン引き出しのための多孔付電極（グリッド）近くのプラズマ密度プロファイルを制御することにより、またグリッドをゾーニング（ｚｏｎｉｎｇ）することにより上記均一なブロードイオンビームを達成することができる。ここで、プラズマ密度プロファイルとは、プラズマチャンバ（例えば、イオンビーム源など）の底壁近傍における該プラズマチャンバを横切る、プラズマの電荷密度の変化を指す。円筒状プラズマチャンバの場合、プラズマ密度プロファイルは、上記底壁の近くでありかつ該底壁上の直径に沿って測定される。ゾーニングとは、プラズマの不均一性を補償するために、グリッドの個々の穴（アパーチャとも呼ばれる）の直径を調節することを指す。このゾーニングは有効ではあるが、その効果は特定のグリッドに限られている。
　要求されるエッチングの均一性と同等の均一性をプラズマ密度プロファイルに持たせることが好ましい。プラズマチャンバ内のプラズマ密度を改善または制御するために、イオンビーム源チャンバと同心の電磁石を用いることができる。一般的に、電磁石の中心で発生した磁場は、典型的な円筒状のプラズマチャンバの軸方向に沿って形成される。電磁石を、プラズマチャンバの上壁または側壁の周囲に配置しても良い（特許文献１参照）。
　プラズマ密度プロファイルを制御する他の方法は、上記上壁に移動可能な、プラグまたは凹状の容器を用いることである。一般に、プラズマ密度は、チャンバの中間で最も高く、上壁の中央付近からプラズマチャンバ内へとプラグを配置することによりプラズマ部は変位し、プラズマ密度プロファイルがより均一になる。上記プラグを移動させることは、様々なプロセス条件について、プラズマ密度プロファイルを制御するのに有用である。プラグの下方のプラズマ密度プロファイルを制御するため、またはプラグ周囲のプラズマをプラグの底面の縁の近くに制限するために、電磁石または永久磁石をプラグの内部にさらに配置しても良い。上述のプラズマシェイピングの方法は、構成部品の公差や、長時間の使用や、クリーニングのための再生処理後のグリッドにおけるわずかな変動を補償するのに効果的である。補償のために複数のツールやプロセスが必要なワークピースについて、プラズマ密度プロファイルを制御する能力は、例えば以前のプロセスによる不均一性を校正する特定のエッチングプロファイルを得るのに非常に役立つことができる。
　一方、特許文献２に開示されたプラズマ密度プロファイルを制御するため、移動可能なプラグでイオンビームチャンバ中のプラズマを変位させることができる。
　図１は、特許文献２に開示された従来のイオンビーム源の断面図である。図１において、円筒状のプラズマチャンバ１の上壁に形成された開口から該プラズマチャンバ１内にプラグ２が挿入されている。プラズマチャンバ１の底部にはグリッドアセンブリ４が設けられており、プラズマチャンバ１の側壁の周囲にはＲＦコイル５が設けられており、プラズマチャンバ１の上壁にはガス導入口６が設けられている。また、プラズマチャンバ１の上壁に形成された開口の壁面と該開口に挿入されたプラグ２との間にはＯリング３が設けられており、プラグ２は図２内の矢印方向に沿って移動可能に構成されている。さらには、プラグ２の底面２ａには、プラズマ分布の細かい調整を行うための所定形状の拡張部７が設けられている。
　図１において、ガス導入口６からプラズマチャンバ１内に不活性ガス（アルゴン、キセノン、クリプトンなど）が導入され、ＲＦコイル５に高周波電力が印加されると、プラズマチャンバ１内にプラズマが発生する。このプラズマ中からイオンは、所定の電圧が印加された引き出し電極としてのグリッドアセンブリ４により引き出され、イオンビームとなって被処理部材（基板）に照射される。
　グリッドアセンブリ４は、プラズマチャンバ１の内側から順に、第１の電極（スクリーングリッド）４ａ、第２の電極（アクセルグリッド）４ｂ、及び第３の電極（デクセルグリッド）４ｃを有している。第１の電極４ａ、第２の電極４ｂ、及び第３の電極４ｃは、複数の孔を有するグリッド構造を有した多孔板電極である。長寿命化や耐久性の観点から、構成部材（グリッド材）としてはスパッタリング率が低いモリブデンやカーボンが用いられる。図に示すように、第１の電極４ａは、第１電源（不図示）と接続されて正電位に維持され、第２の電極４ｂは第２電源（不図示）と接続されて負電位に維持され、第３の電極４ｃはアースに接続されている。
　このような構成により、プラズマチャンバ１内にプラズマを発生させ、第１の電極４ａに正電圧、第２の電極４ｂに負電圧をそれぞれ印加すると、第１の電極４ａと第２の電極４ｂの電位差によってプラズマチャンバ１内のプラズマ中のイオンのみがグリッドアセンブリ４の静電加速によって引き出され、イオンビーム源から図２におけるイオンビーム２４が放出される。なお、第３の電極４ｃから引き出されたイオンビーム２４の孔の中心軸に対する偏向角度をビームの発散角θという。このとき、特許文献２に開示された技術では、プラグ２を図１中の矢印方向に移動させて、プラズマ密度プロファイルを調節している。
特表２０１０－５１９７１０号公報 米国特許第７、１８３、７１６号明細書
　さて、特許文献２のように、移動可能に設けられたプラグおよびグリッドアセンブリを備えるプラズマチャンバからイオンを引き出してイオンビームを形成する技術では、上記グリッドアセンブリが有する所定の電極（第１の電極４ａおよび第３の電極４ｃ）に付着物が堆積することがある。
　以下で、第１の電極４ａおよび第３の電極４ｃに付着膜が堆積する原理を図２にて説明する。
　第２の電極４ｂには負の電圧が印加されているので、プラスの電荷を有するイオンが第２の電極４ｂに引き寄せられることがあり、これにより第２の電極４ｂの電極材料がスパッタされることがある。このようにスパッタされた第２の電極４ｂの電極材料は、第１の電極４ａと第３の電極４ｃの第２の電極４ｂに面する側に付着膜２１ａ，２１ｂとして付着する。具体的には、プラズマチャンバ１に導入された中性ガス（図２では、「ｎ」と表記）の中には、電極間において、引き出されるイオン２３との電荷交換反応によりイオン化し、低速イオン（＋Ｌ）になるものがある。電荷交換反応とは、それぞれの粒子の運動量を保存したまま電荷だけが交換される現象である。区別するために上述のイオンビーム２４を高速イオン（＋Ｈ）と呼ぶが、高速イオンは各電極の電圧による静電界（不図示）によって加速・偏向され、電極に衝突せずに第３の電極４ｃから噴射される。一方、加速されていない低速イオン（＋Ｌ）は第２の電極４ｂの負電位によって加速され第２の電極４ｂに衝突し、スパッタリングを起こす。スパッタされた第２の電極４ｂの材料は、スパッタ粒子２５となる。該スパッタ粒子２５の一部は、第１の電極４ａと第３の電極４ｃに付着し、付着膜２１ａ，２１ｂを形成する。
　一方、上記スパッタ粒子２５の中には、プラズマチャンバ１内に飛来するものもある。このように、プラズマチャンバ１内に到達してしまった第２の電極４ｂ起因のスパッタ粒子２５がプラグ２の可動領域であるプラグ２の側壁部２ｂに付着すると、該側壁部２ｂに第２の電極４ｂの材料を含む付着膜２６が形成されてしまう。図１からも分かるように、従来では、プラグ２の可動領域である側壁部２ｂとＯリング３とを摺動させることによって、プラグ２の移動が実現される。従って、上述のようにプラグ２の可動領域である側壁部２ｂに形成された付着膜２６が、側壁部２ｂとＯリング３との良好な摺動を阻害する恐れがある。また、上記スパッタ粒子２５がさらに側壁部に付着するとそれに応じて付着膜２６が大きくなり、最悪の場合、該大きくなった付着膜２６によりプラグ２が動けなくなってしまう。
　本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、移動可能な部材（例えば、プラグ）を備えるイオンビーム発生装置において、グリッドアセンブリが有する電極がスパッタされても、上記部材の側壁への付着膜の形成を低減可能なイオンビーム発生装置、およびイオンビームプラズマ処理装置を提供することにある。
　また、本発明の他の目的は、グリッドアセンブリが有する電極がスパッタされ該スパッタにより該電極起因のスパッタ粒子が発生しても、上記移動可能な部材を良好に移動させることができるイオンビーム発生装置、およびイオンビームプラズマ処理装置を提供することにある。
　このような目的を達成するために、本発明の第１の態様は、イオンビーム発生装置であって、チャンバと、前記チャンバ内にプラズマを発生させるための手段と、前記チャンバの所定の壁と対向して設けられ、該プラズマからイオンを引き出すための引出し手段と、前記チャンバ内のプラズマ密度を調整するための部材であって、前記チャンバ内で、前記壁から前記引出し手段に向かう第１の方向、および前記引出し手段から前記壁に向かう第２の方向に沿って移動可能な部材と、前記壁と前記部材の側壁との間をシールするためのシール部材であって、前記部材と摺動関係にあるシール部材と、前記部材の移動によって前記部材の側壁と前記シール部材とが摺動する部分の少なくとも一部を覆うシールドであって、前記壁から前記引出し手段に向かって延在する部分を少なくとも有するシールドとを備えることを特徴とする。
　また、本発明の第２の態様は、イオンビームプラズマ処理装置であって、上記第１の態様に係るイオンビーム発生装置を備えることを特徴とする。
　さらに、本発明の第３の態様は、イオンビーム発生装置であって、チャンバと、前記チャンバ内にプラズマを発生させるための手段と、前記チャンバの所定の壁と対向して設けられ、該プラズマからイオンを引出すための引出し手段と、前記チャンバ内のプラズマ密度を調整するための部材であって、前記チャンバ内で、前記壁から前記引出し手段に向かう第１の方向、および前記引出し手段から前記壁に向かう第２の方向に沿って移動可能な部材と、前記壁と前記部材の側壁との間をシールするための伸縮部材であって、前記第１および第２の方向に沿って伸縮可能な伸縮部材とを備えることを特徴とする。
　本発明では、移動可能な部材（例えば、プラグ）を備えるイオンビーム発生装置において、グリッドアセンブリが有する電極がスパッタされても、移動可能な部材を良好に移動させることができる。
従来のイオンビーム源の断面図である。 従来のグリッドアセンブリが有する電極に付着膜が形成される原理を説明するための図である。 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断面図である。 本発明の一実施形態に係るイオンビーム発生装置の断面図である。 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断面図である。 本発明の一実施形態に係るイオンビーム発生装置の断面図である。 本発明の一実施形態に係るイオンビーム発生装置内で移動可能に設けられる部材の一例を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係るイオンビーム発生装置内で移動可能に設けられる部材の上面図である。 本発明の一実施形態に係るイオンビーム発生装置の断面図である。 本発明の一実施形態に係るイオンビーム発生装置の断面図である。 本発明の一実施形態に係るイオンビーム発生装置の断面図である。 図６、９～１１に示す２つのプラグの上面図である。 本発明の一実施形態に係るイオンビーム発生装置の断面図である。 本発明の一実施形態に係る、永久磁石アセンブリの上面から見た断面図である。 本発明の一実施形態に係るイオンビーム発生装置の断面図である。 本発明の一実施形態に係る、内側プラグの底面近くに配置された永久磁石アセンブリの断面図である。 図１６Ａに示す永久磁石アセンブリを下から見た図である。 本発明の一実施形態に係るイオンビーム発生装置の断面図である。 本発明の一実施形態に係るイオンビーム発生装置の断面図である。 本発明の一実施形態に係るイオンビーム発生装置の断面図である。 本発明の一実施形態に係るイオンビーム発生装置の断面図である。 本発明の一実施形態に係るイオンビーム発生装置の断面図である。 本発明の一実施形態に係る、シールドの断面図である。
　以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明するが、本発明は本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３は、本実施形態に係るイオンビームプラズマ処理装置としてのイオンビームエッチング（ＩＢＥ）装置５００ａを説明するための図である。ＩＢＥ装置５００ａは、空間５１３を有する処理チャンバ５０１、処理チャンバ５０１内のガスを排気するポンプ５０２、イオンビーム源（イオンビーム発生装置）２００、および基板ホルダ５０４を備えている。なお、空間５１３はイオンビーム源２００にとっては外部空間と言え、本明細書ではイオンビーム源内の空間を内部空間（本実施形態では、符号２０９）と称することから、以下では、空間５１３を便宜上「外部空間５１３」と呼ぶ。
　イオンビーム源２００は、高周波誘導結合プラズマ（ＲＦ　ＩＣＰ）放電チャンバを有しており、該ＲＦ　ＩＣＰ放電チャンバの一方側にはイオンを引き出すための引出し手段としてのグリッドアセンブリ２０３が設けられている。イオンビーム源２００に設けられた導入管２０８を通してイオンビーム源２００にガスを導入する。マッチングネットワーク２０７に接続され、高周波（ＲＦ）場を生成するためのアンテナ２０６を、内部空間２０９にプラズマ放電を生成するようにイオンビーム源２００の周囲に配置する。イオンは、内部空間２０９内にて生成されたプラズマ放電からグリッドアセンブリ２０３によって引き出され、外部空間５１３においてイオンビームレット（ビーム流）５０９となる。イオンビームレット５０９は、基板ホルダ５０４上のステージ５０４ｂに載置されたワークピース５１１に向かうブロードイオンビーム５０９ａを形成する。
　ワークピース５１１は、処理チャンバ５０１の壁の１つに形成されたスリット５１２を介して処理チャンバ５０１内に挿入される。基板ホルダ５０４を傾斜（チルトもしくはパン）してワークピース５１１に対するイオンビーム５０９ａの角度を変えることができる。また、基板ホルダ５０４を傾斜させない水平位置で処理チャンバ５０１にワークピース５１１をロードすることができ、処理チャンバ５０１から該ワークピース５１１をアンロードすることができる。ワークピース５１１を、ステージ５０４ｂに保持されたワークピース５１１の表面（すなわち、ステージ５０４ｂの表面）と直角である軸５０４ａの周りを回転するようにしても良い。この場合は、例えば、軸５０４ａを中心にステージ５０４ｂを回転可能に構成すれば良い。ワークピース５１１の帯電を防止ないしは該帯電を低減するために、ブロードイオンビーム５０９ａ内の電圧を低減するように電子を生成する中和器５１０が設けられている。
　図４は、本実施形態に係るイオンビーム源を示す図である。以下では、既存のイオンビーム源における問題を解決する構成要素に主に焦点を当てて説明する。イオンビーム源２００は、放電チャンバの内壁の１つ（放電チャンバの所定の壁）である上壁２０１、円筒状の側壁２０２、およびイオンビーム源２００の底壁としても機能するグリッドアセンブリ２０３を含む放電チャンバを備える。上壁２０１は、平坦であり固定された円板２０１ａを有している。該円板２０１ａの開口部には、矢印方向２１２に沿って移動可能な部材（イオンビーム源２００の放電チャンバ内でグリッドアセンブリ２０３のイオン放出面の法線方向に移動可能に設けられた部材）としてのプラグ２０５が挿入されている。円筒状のプラグ２０５は、円状の底面２０５ａと側壁２０５ｂとを有し、イオン引き出し面として機能するグリッドアセンブリ２０３の面（イオン放出面）に対して直角方向である矢印方向２１２に沿って移動することができる。すなわち、プラグ２０５は、上壁２０１からグリッドアセンブリ２０３に向かう第１の方向、およびグリッドアセンブリ２０３から上壁２０１に向かう第２の方向に沿って移動することができる。プラグ２０５はアクチュエータ等であるプラグ駆動機構２２０に接続されており、不図示の制御装置からの駆動コマンドによりプラグ駆動機構２２０が駆動することにより、プラグ２０５は、矢印方向２１２に沿って適宜移動する。このようにプラグ２０５を移動させることにより、プラズマ密度プロファイルを制御することができる。すなわち、プラグ２０５は、放電チャンバ内のプラズマ密度を調整するための部材として機能する。なお、プラグ２０５の形状は、円筒状に限定されるものではなく、例えば、正多角形状や矩形状であってもよい。
　放電チャンバの上壁２０１と反対側（対向する側）には、電極載置用リング２０４を介して、グリッドアセンブリ２０３が設けられている。該グリッドアセンブリ２０３は、第１の電極２０３ａ、第２の電極２０３ｂ、および第３の電極２０３ｃを有している。第１の電極２０３ａ、第２の電極２０３ｂ、第３の電極２０３ｃは、複数の孔を有するグリッド構造を有した多孔板電極であり、長寿命化や耐久性の観点から、構成部材（グリッド材）としてはスパッタリング率が低いモリブデンやカーボンを用いることが好ましい。本実施形態では、第１の電極２０３ａは、第１電源（不図示）と接続されて正電位に維持され、第２の電極７ｂは第２電源（不図示）と接続されて負電位に維持され、第３の電極２０３ｃはアースと接続されている。このように、第１～第３の電極２０３ａ～２０３ｃの各電位はそれぞれ独立して制御されている。本例においては、第１の電極２０３ａは正電位（例えば、１００～１０００Ｖ）となり、第２の電極２０３ｂは負電位（例えば、－１０００～－３０００Ｖ）となり、第３の電極２０３ｃは接地電位になるように維持されている。
　イオンビーム源２００内にプラズマを発生させ、第１の電極２０３ａに正電圧、第２の電極２０３ｂに負電圧をそれぞれ印加すると、第１の電極２０３ａと第２の電極２０３ｂの電位差によってプラズマ中のイオンのみが静電加速によって引き出される。プラズマから引き出されたイオン（正電位のイオン）は、第２の電極２０３ａと第３の電極２０３ｃの電位差によって逆に減速されるため、第３の電極２０３ｃを通過するイオンは第１の電極２０３ａの電位分のエネルギーを持ったイオンビームとして噴射される。第３の電極２０３ｃから引き出されるイオンビームは、各電極の電圧による静電界（不図示）によって偏向されている。
　円板２０１ａとプラグ２０５の側壁２０５ｂとの間には、該側壁２０５ｂと摺動関係にあり、該円板２０１ａとプラグ２０５との間をシールするためのＯリング２１１が設けられている。環状板２０１ａの内周側の側壁２０１ｄには溝（不図示）が形成されており、Ｏリング２１１は該溝に固定されている。Ｏリング２１１は、プラグ２０５が矢印方向２１２に移動できるように構成されている。例えば、環状板２０１ａに固定されたＯリング２１１が、プラグ２０５の可動域である側壁２０５ｂと摺動できるように、Ｏリング２１１と側壁２０５ｂとは構成されている。本実施形態では、Ｏリング２１１を設けることにより、移動可能なプラグ２０５を設け、該プラグ２０５を移動させる場合であっても、イオンビーム源２００の放電空間でもある内部空間２０９からイオンビーム源２００および処理チャンバ５０１の外部領域２１０へのガスの漏洩を低減することができ、また外部領域２１０から内部空間２０９への不純物の混入を低減することができる。
　本実施形態では、環状板２０１ａ、およびプラグ２０５は、好ましくはアルミニウムまたはステンレス鋼によって形成しても良く、第１の電極２０３ａと同一の電位に設定される。
　なお、本実施形態では、側壁２０２に冷却手段２０２ａを設け、円板２０１ａに冷却手段２０１ｂを設けることにより、イオンビーム源２００を冷却する構成を用いても良い。冷却手段２０２ａを、プラグ２０５の内部に設けても良い。
　また、円板２０１ａの内縁の内部空間２０９側に、該内縁からグリッドアセンブリ２０３側に延在するシールド２０１ｃであって、プラグ２０５の側壁２０５ｂの少なくとも一部を囲むように設けられたシールド２０１ｃが形成されている。本実施形態では、シールド２０１ｃは、プラグ２０５を囲むように構成された円筒であり、該円筒の一方端が円板２０１ａの内部空間２０９側に接続されている。
　本実施形態では、該シールド２０１ｃにより、グリッドアセンブリ２０３や処理中のワークピース５１１（例えば、ウエハ）からプラグ２０５の側壁２０５ｂへの膜の蓄積を防止ないしは低減することができる。特に、図２において説明したように、第２の電極２０３ｂの材料からなるスパッタ粒子が第２の電極２０３ｂから発生し、イオンビーム源２００の放電チャンバ内に進入しても、上記シールド２０１ｃにより上記スパッタ粒子の側壁２０５ｂへの付着を低減することができる。従って、グリッドアセンブリ２０３の第２の電極２０３ｂ起因のスパッタ粒子が発生しても、プラグ２０５を滑らかに動かすことができる。
　また、シールド２０１ｃは、円板２０１ａの内縁（開口部の縁）からプラグ２０５の側壁２０５ｂに沿ってグリッドアセンブリ２０３側に延在しているので、シールド２０１ｃと側壁２０５ｂとの間の間隔を小さくすることができ、この領域のコンダクタンスを小さくすることができる。すなわち、上記内縁部にシールドが位置しているので、シールド２０１ａと側壁２０５ｂとの間の間隔をＯリング２１１のサイズ分にすることができ、上記コンダクタンスを極力小さくすることができる。従って、シールド２０１ｃと側壁２０５ｂとの間に上記スパッタ粒子が流れ込みにくくすることができ、側壁２０５ｂへの付着膜の形成をさらに低減することができる。このように、本実施形態では、シールド２１０ｃと側壁２０５ｂとの間の領域のコンダクタンスを小さくすることにより、側壁２０５ｂへの、第２の電極２０３ｂ起因のスパッタ粒子の付着を低減できる効果を奏することができる。よって、上記コンダクタンスを極力小さくすることができるのであれば、シールド２０１ｃの配置位置は、環状板２０１ｃの内縁部に限らず、例えば、該内縁部から所定の距離だけ離れた位置であっても良い。すなわち、上記環状板２０１ａの内縁部または該内縁部の近傍であれば、上記コンダクタンスを極力小さくすることができるので、シールド２０１ｃの配置位置として好ましい位置である。シールド２０１ｃと側壁２０５ｂとの間にプラズマが入りこまないように、シールド２０１ｃと側壁２０５ｂとの間の間隔は、デバイ長以下とするのがよい。
　また、プラグ２０５の移動によりプラズマ密度プロファイルを均一にすることを考慮すると、イオンビーム源２００の中央側よりも側壁２０２側に広い空間を確保することが好ましい。この点を考慮すると、グリッドアセンブリ２０３と対向する上壁２０１からグリッドアセンブリ２０３側に、プラグ２０５の側壁２０５ｂに沿って延在するように、シールド２０１ｃを上記上壁２０１に設けることが好ましい。何故ならば、このような配置により、シールド２０１ｃが、側壁２０２側における上壁２０１側へのプラズマの拡がりを遮ることが無いからである。このように、シールド２０１ｃを上壁２０１からグリッドアセンブリ２０３側に伸びるように上壁２０１に設けているので、第２の電極２０３ｂ起因のスパッタ粒子のプラグ２０５の側壁２０５ｂへの付着を低減することと、イオンビーム源２００の放電チャンバ内において側壁２０２側に広い空間を確保することとを同時に実現することができる。なお、本実施形態では、シールド２０１ｃの上壁２０１からグリッドアセンブリ２０３へと向かう方向と、側壁２０５ｂの上壁２０１からグリッドアセンブリ２０３へと向かう方向とは平行であるが、これらは平行ではなくても良い。すなわち、上壁２０１から電極格子アセンブリ２０３側に延在するシールド２０１ｃにより、上記スパッタ粒子の側壁２０５ｂへの付着の低減、および上記広い空間の確保を同時に実現できるのであれば、上記２つの方向が平行であるか否かは問題では無く、シールド２０１ｃの形状は、上壁２０１からグリッドアセンブリ２０３に向かって拡がる形状、または先細りとなる形状であっても良い。
　また、シールド２０１ｃは、内部空間２０９内にプラズマが安定に形成されるように、第１の電極２０３ａと同電位、またはフローティング電位とすることが好ましい。シールド２０１ｃを第１の電極２０３ａと同電位にする場合には、シールド２０１ｃの材質としては、Ｍｏ、Ｔｉ、ＳｉＯ２などの熱膨張率が低い物質が好適である。また、シールド２０１ｃをフローティング電位とする場合には、シールド２０１ｃの材質としては、石英、アルミナなどの絶縁物とする。この場合、図２２に示すように、シールド２０１ｃの、放電チャンバの上壁２０１との間の部分に、切り欠き１７を入れることが望ましい。こうすることで、グリッドからＭｏ等の付着物がシールド２０１ｃに付着しても、この付着物とチャンバの上壁とが完全に接続されてしまうことを防止することができ、安定したプラズマを維持することができる。
　さらに、シールド２０１ｃの長さＬは、シールド２０１ｃが内部空間２０９内におけるプラズマ密度プロファイルの形成に干渉しないような長さであることが好ましい。すなわち、シールド２０１ｃの長さは、プラグ２０５が最大可動域に達した長さ以下とすることが好ましい。
　（第２の実施形態）　
　従来では、円筒状イオンビーム源を可能な限り物理的に対称となるように設けることが一般的である。しかしながら、イオンビーム源には、例えばＲＦアンテナのような、対称を壊す構成要素が設けられる。このようなＲＦアンテナにおいては、複数の旋回により、非対称は減少するが、アンテナのコイルインダクタンスは増加する。従って、チャンバの直径に沿ったプラズマ密度プロファイルは、入念に設計されたイオンビーム源に対してさえわずかに非対称になる傾向がある。プラズマ密度プロファイルは、プラズマチャンバの径方向の中央で平らでありかつ側壁近くで対称となるプロファイルではなく、上記径方向の中央で傾き側壁近くで平らではないようなプロファイルになるかもしれない。非対称は一般的に、ある特定の直径において最も言われるものであり、他の方向については、プラズマ密度プロファイルはより対称的である。ガス圧力やＲＦアンテナパワーのようなプロセス条件を幾つか変えると、非対称が最も大きくなる方向は変わることもある。プラズマ密度プロファイルの非対称は、ワークピースを該ワークピースの処理面の法線を中心に回転して行うエッチング処理にとって重大な問題では無いかもしれない。しかしながら、静的な条件（例えば、上記ワークピースの回転を行わない場合など）に対しては、特により大きなワークピースやウエハ（８インチ以上）について、良好な一様性を達成するのは困難である。ワークピース上でこのようなプロファイルの非対称を減少させるために、イオンビームチャンバをより大きくすることが挙げられるが、これはコスト増に繋がる。
　一方、特許文献２に開示された技術では、移動可能なプラグでイオンビームチャンバ中のプラズマを変位させてイオンビームチャンバの中心領域の空間を狭めることにより、プラズマ密度プロファイルを制御している。しかしながら、その制御性は、プラグのサイズ（直径）や形状によって制限される。
　さらに、特許文献２に開示されたような従来のプラグを用いてプラズマ密度を制御する技術においては、プラグ領域の外側（プラグの底面直下の空間に対して外側）のプラズマ密度プロファイルは、プラグを動作させることにより直ちに変更されるが、プラグの下の空間のプラズマ密度プロファイルはほとんど変更されない。そこで、図１に示すように、従来では、プラグ２に拡大部７を設けるなどの様々な方法が利用される。しかしながら、このような方法では、条件が変わる都度、該条件に応じた拡大部を設ける必要があり、異なる処理条件に柔軟に対処することができない。
　本実施形態では、条件を変更してもそれに簡単に対応でき、より広い範囲に亘ってプラズマ密度プロファイルを変更できるイオンビーム源を実現することを目的の１つとしている。
　図５は、本実施形態に係るＩＢＥ装置５００ｂを説明するための図である。ＩＢＥ装置５００ｂは、空間５１３を有する処理チャンバ５０１、処理チャンバ５０１内のガスを排気するポンプ５０２、イオンビーム源３００、および基板ホルダ５０４を備えている。
　イオンビーム源３００は、ＲＦ　ＩＣＰ放電チャンバを有しており、該ＲＦ　ＩＣＰ放電チャンバの一方側にはイオンを引き出すためのグリッドアセンブリ３０３が設けられている。イオンビーム源３００に設けられたオリフィス３０８を介してイオンビーム源３００にガスを導入する。マッチングネットワーク３０７に接続され、高周波（ＲＦ）場を生成するためのアンテナ３０６を、内部空間３０９にプラズマ放電を生成するようにイオンビーム源３００の周囲に配置する。イオンは、内部空間３０９内にて生成されたプラズマ放電からグリッドアセンブリ３０３によって引き出され、外部空間５１３においてイオンビームレット５０９となる。
　図６は、本実施形態に係るイオンビーム源を示す図である。イオンビーム源３００は、上壁３０１、円筒状の側壁３０２、およびイオンビーム源３００の底壁としても機能するグリッドアセンブリ３０３を含む放電チャンバを備える。なお、グリッドアセンブリ３０３は第１の電極３０３ａ、第２の電極３０３ｂ、および第３の電極３０３ｃを有しており、第１の電極３０３ａ、第２の電極３０３ｂ、および第３の電極３０３ｃはそれぞれ、図４にて説明した第１の電極２０３ａ、第２の電極２０３ｂ、および第３の電極２０３ｃに対応する。上壁３０１は、平坦であり固定された環状板３０１ａを有している。該環状板３０１ａの開口部には、少なくとも２つの、独立して移動可能な部材（プラグ）、すなわち本実施形態では、内側プラグ（第１のプラグ）３０５および外側プラグ（第２のプラグ）３１３が挿入されている。これら、内側プラグ３０５および外側プラグ３１３は、側壁３０２の間の中心部において同心で設けられても良い。内側プラグ３０５は、底面３０５ａと側壁３０５ｂとを有し、イオン引き出し面としても機能するグリッドアセンブリ３０３の面に対して直角方向である矢印方向３１２に沿って移動することができる。すなわち、内側プラグ３０５は、上壁３０１からグリッドアセンブリ３０３に向かう第１の方向、およびグリッドアセンブリ３０３から上壁３０１に向かう第２の方向に沿って移動することができる。内側プラグ３０５はアクチュエータ等である内側プラグ駆動機構３２０に接続されており、不図示の制御装置からの駆動コマンドにより内側プラグ駆動機構３２０が駆動することにより、内側プラグ３０５は、矢印方向３１２に沿って適宜移動する。
　一方、内側プラグ３０５の外側に設けられた第２の部材としての外側プラグ３１３は、環状の底面３１３ａと外側側壁３１３ｂと内側側壁３１３ｃとを有し、上記矢印方向３１２と平行である矢印方向３１４に沿って移動することができる。すなわち、外側プラグ３１３は、上壁３０１からグリッドアセンブリ３０３に向かう第１の方向、およびグリッドアセンブリ３０３から上壁３０１に向かう第２の方向に沿って移動することができる。外側プラグ３１３はアクチュエータ等である外側プラグ駆動機構３２１に接続されており、不図示の制御装置からの駆動コマンドにより外側プラグ駆動機構３２１が駆動することにより、外側プラグ３１３は、矢印方向３１４に沿って適宜移動する。
　環状板３０１ａと外側側壁３１３ｂとの間にはＯリング３１１が設けられており、２つのプラグ間、すなわち、内側プラグ３０５の側壁３０５ｂと外側プラグ３１３の内側側壁３１３ｃとの間にはＯリング３１５が設けられている。環状板３０１ａの内周側の側壁３０１ｄには溝（不図示）が形成されており、Ｏリング３１１は該溝に固定されている。また、好ましくは内側プラグ３０５の側壁３０５ｂに円周方向に沿って溝（不図示）が形成されており、Ｏリング３１５は該溝に固定されている。なお、Ｏリング３１５を固定するための溝は、外側プラグ３１３の内側側壁３１３ｃに形成されても良いことは言うまでも無い。Ｏリング３１１、３１５は、プラグが動作できるように構成されている。例えば、環状板３０１ａに固定されたＯリング３１１が外側側壁３１３ｂと摺動できるように、Ｏリング３１１と外側側壁３１３ｂとは構成されている。同様に、側壁３０５ｂに固定されたＯリング３１５が内側側壁３１３ｃと摺動できるように、Ｏリング３１５と内側側壁３１３ｃとは構成されている。本実施形態では、Ｏリング３１１、３１５を設けることにより、独立して移動可能な２つのプラグを設け、該２つのプラグの少なくとも一方を移動させる場合であっても、イオンビーム源３００の放電空間でもある内部空間３０９からイオンビーム源３００および処理チャンバ５０１の外部領域３１０へのガスの漏洩を低減することができ、また外部領域３１０から内部空間３０９への不純物の混入を低減することができる。
　本実施形態では、環状板３０１ａ、内側プラグ３０５、および外側プラグ３１３は、好ましくはアルミニウムまたはステンレス鋼によって形成しても良く、グリッド３０３ａと同一の電位に設定される。
　なお、本実施形態では、側壁３０２に冷却手段３０２ａを設け、環状板３０１ａに冷却手段３０１ｂを設けることにより、イオンビーム源３００を冷却する構成を用いても良い。冷却手段３０２ａを、内側プラグ３０５および外側プラグ３１３の少なくとも一方の内部に設けても良い。
　このような構成において、内側プラグ３０５および外側プラグ３１３を独立に移動させることにより、プラズマシェイピングの作用をより広い範囲に拡大する、すなわちプラズマシェイピングをより広い範囲で行うことができる。例えば、底面３０５ａと底面３１３ａとを同じレベルに位置させることにより、外側プラグ３１３の外側の領域のプラズマ密度を直ちに変更することができる。また、底面３１３ａを底面３０５ａよりも相対的に上方に位置させることにより、底面３１３ａの下のプラズマ密度を変更する（上昇させる）ことができる。底面３０５ａを底面３１３ａよりも相対的に上方に位置させることにより、底面３０５の下でかつグリッド近傍のプラズマ密度を変えることができる。なお、内側プラグ３０５と外側プラグ３１３の相対的な位置決めを、最適なイオンビームエッチングプロファイルを得るための動作中に動的に変更しても良い。
　また、本実施形態では、イオンビームチャンバを排気する事無しに、内側プラグ３０５と外側プラグ３１３の相対的な位置決めを行うことができる。図１に示す従来のイオンビームチャンバでは、各条件を変えると拡張部７を取り替える必要があり、各条件に適合した拡張部７の取替え時において、イオンビームチャンバを排気する必要があった。さらには、上記拡張部７をイオンビームチャンバ内に入れるための開口部を該イオンビームチャンバに別途設ける必要があった。しかしながら、本実施形態では、拡張部７を設けなくても内側プラグ３０５および外側プラグ３１３の相対位置を変化させるだけで、プラズマ密度プロファイルを制御することができる。従って、プラズマ密度プロファイルを制御する際に放電チャンバを排気する必要が無く、所望のイオンビームエッチングプロファイルを得るためのプラズマの最適化を著しく速めることができる。また、プラズマ密度プロファイルを制御するための部材（例えば、拡張部７）を放電チャンバ内に導入するための開口部を該放電チャンバに設ける必要が無いので、装置を簡略化することができる。
　このように、本実施形態では、内側プラグ３０５および外側プラグ３１３の２つのプラグを用い、該２つのプラグの底面の相対的な位置関係を制御することによって、プラズマ密度プロファイルを制御することができる。
　従来では、プラグの下のプラズマ密度を変更することは困難であった。すなわち、従来のようにプラグを１つ設ける形態は、放電チャンバの中心領域の空間を狭めることで、グリッドアセンブリから放出されるイオン量を均一にしようとするものであるが、依然として、放電チャンバの中心領域のプラズマ密度が高い。すなわち、プラグの下側ではプラズマの体積が小さくなるため、該プラグの下側ではプラズマ密度が高くなる。よって、プラグの下側に生じたプラズマは、放電チャンバの側壁側に発散してしまうことがある。その結果、プラグの下側のプラズマ密度を調整することが困難となるのである。すなわち、プラグは、該プラグの下側の空間から外の空間に対してはプラズマ密度の変更作用を有するが、自身の下側の空間においてはプラズマ密度の変更作用をほとんど持っていないと言えるのである。
　これに対して、本実施形態では、プラグの下側のプラズマの発散量を調節するために、移動可能な１つのプラグに隣接して別の移動可能なプラグを設けている。よって、一方のプラグによるプラズマ密度の変更効果を他方のプラグの下の領域に作用させることができる。よって、一方のプラグに着目すると該一方のプラグのプラズマ密度変更効果を自身の下の領域に作用させることができないが、他方のプラグのプラズマ密度変更効果が上記一方のプラグの下の領域に及んでいる。その結果、イオンビーム源が備えるプラグの各々について、その下側の空間のプラズマ発散量を調節することができる。従って、ある直径方向に沿って、プラズマ密度プロファイルをより良好に調節することができ、該プラズマ密度プロファイルの微調整を行うことができる。
　また、本実施形態では、内側プラグ３０５を円筒状にし、外側プラグ３１３を環状にし、イオンビーム源３００の上面の中央部において内側プラグ３０５および外側プラグ３１３が同心となるように、かつ環状の外側プラグ３１３により円筒状の内側プラグ３０５を囲むように配置している。従って、イオンビーム源３００のどの直径方向に対しても、内側プラグ３０５および外側プラグ３１３の相対的な位置関係により生じるプラズマ密度の補償効果を同様に反映させることができる。
　なお、本実施形態では、内側プラグ３０５および外側プラグ３１３の２つのプラグを用いる形態について説明したが、プラグの数は２つに限らず、３つ以上であっても良い。例えば、外側プラグ３１３の外側に、該外側プラグ３１３を囲むように構成されたプラグをさらに設けても良い。
　また、本実施形態では、隣接する２つのプラグとして、円筒状の内側プラグ３０５と、該内側プラグ３０５を囲むように構成された環状の外側プラグ３１３を用いているが、これらに限定されない。本実施形態では、独立に移動可能な２つのプラグを隣接して配置することが重要であり、このような構成を採るものであればプラグの形状はいずれの形状であっても良い。
　なお、本実施形態では、外側プラグ３１３が、内側プラグ３０５ｂの側壁への付着膜を防止ないしは低減するシールドとして機能する。
　図７は、本実施形態に係るイオンビーム源３００内で移動可能に設けられるプラグの一例を示す図である。
　図７において、開口部３５１ａおよび開口部３５１ｂが形成された環状板３５０が、開口部３５１ａ、３５１ｂと環状板３０１ａに形成された開口部とが重なるように、環状板３０１ａの外側に設けられている。開口部３５１ａには支柱３５６が挿入されており、該支柱３５６の一方端にはプラグ３５４が接続されており、他方端にはプラグ駆動機構３５８に接続されている。開口部３５１ａの内壁と支柱３５６との間にはＯリング３５２が設けられており、該Ｏリング３５２と支柱３５６とは摺動可能である。なお、Ｏリング３５２は開口部３５１ａの内壁に形成された溝に固定されている。同様に、開口部３５１ｂには支柱３５７が挿入されており、該支柱３５７の一方端にはプラグ３５５が接続されており、他方端にはプラグ駆動機構３５９に接続されている。開口部３５１ｂの内壁と支柱３５７との間にはＯリング３５３が設けられており、該Ｏリング３５３と支柱３５７とは摺動可能である。なお、Ｏリング３５３は開口部３５１ｂの内壁に形成された溝に固定されている。
　プラグ３５４、３５５はそれぞれ直方体であり、イオンビーム源３００の放電チャンバ内（内部空間３０９内）に設けられている。また、プラグ３５４とプラグ３５５との間は、プラズマが入り込まない程度に狭く、デバイ長以下（例えば１ｍｍ以下）になるように設定されている。また、プラグ３５４とチャンバ壁３１及びプラグ３５５とチャンバ壁３１との間も、プラズマが入り込まない程度に狭く、デバイ長以下（例えば１ｍｍ以下）になるように設定されている。よって、不図示の制御装置からの駆動コマンドによりプラグ駆動機構３５８、３５９が駆動することにより、プラグ３５４、３５５はそれぞれ、矢印方向３６０、３６１に沿って互いに独立して適宜移動することができる。図７に示すイオンビーム源３００では、非対称なプラズマを形成することができる。
　なお、プラグ３５４、３５５の形状は直方体に限らず、円柱であっても良いし、半円筒状であっても良い。図８は、プラグ３５４、３５５を半円筒状のプラグにした場合の上面図である。
　（第３の実施形態）　
　第１の実施形態では、プラグの側壁部へのスパッタ粒子の付着を低減するためのシールドを設ける形態を説明し、第２の実施形態では、プラズマ密度プロファイルをより広範囲で制御するために複数のプラグを用いる形態について説明したが、これら実施形態で開示した技術思想を組み合わせても良いことは言うまでも無い。本実施形態では、上記シールドを設ける形態に対して、２つのプラグを用いることを適用する場合について説明する。
　図９は、本実施形態に係るイオンビーム源３００を示す図である。
　本実施形態では、環状の底面３１３ａの直径が、外側プラグ３１３の外側側壁３１３ｂの直径よりもわずかに大きい。すなわち、外側プラグ３１３の底面３１３ａが外側側壁３１３ｂから突き出るように外側プラグ３１３を構成している。また、環状板３０１ａの内縁の内部空間３０９側に、該内縁からグリッドアセンブリ３０３側に延在するシールド３０１ｃであって、外側プラグ３１３の外側側壁３１３ｂの外周に沿って該外側側壁３１３ｂを囲むように設けられたシールド３０１ｃが形成されている。すなわち、シールド３０１ｃは、外側プラグ３１３を囲むように構成された円筒であり、該円筒の一方端が環状板３０１ａの内部空間３０９側に接続されている。本実施形態では、該シールド３０１ｃにより、グリッドアセンブリ３０３や処理中のウエハから外側プラグ３１３の外側側壁３１３ｂへの膜の蓄積を防止ないしは低減することができる。さらに、本実施形態では、底面３１３ａが外側側壁３１３ｂから突き出ているので、上記外側側壁３１３ｂへの膜の蓄積をさらに低減することができる。これにより、外側プラグ３１３を滑らかに動作させることができる。
　内側プラグ３０５の底面３０５ａの直径は、内側プラグ３０５の円筒部分の直径よりもわずかに大きい。すなわち、内側プラグ３０５の底面３０５ａが側壁３０５ｂから突き出るように内側プラグ３０５を構成している。また、外側プラグ３１３の内側側壁３１３ｃには段差が形成されている。従って、上記底面３０５ａの直径が内側プラグ３０５の円筒部分の直径よりも大きくても、内側側壁３１３ｃの、底面３０５ａが通過する領域には段差が形成されているので、該底面３０５ａは内側側壁３１３ｃに引っかかることなく、内側プラグ３０５を良好に移動させることができる。ここで、Ｏリング３１５は、外側プラグ３１３の内側側壁３１３ｃに形成された溝に固定されている。本実施形態では、上記段差が形成された内側側壁３１３ｃと、より大きな底面３０５ａとにより、内側プラグ３０５の側壁３０５ｂへの膜の蓄積を防止ないしは低減する効果と、内側プラグ３０５を滑らかに移動可能にする効果とを同時に奏することができる。
　図１０は、本実施形態に係るイオンビーム源３００の他の例を示す図である。図１０に示すイオンビーム源３００は図９に示す構成と基本的には同一であるので異なる点のみ説明する。図１０に示す構成では、Ｏリングではなく伸縮部材（例えば、ベローズ）を用いてイオンビーム源３００の密閉性を確保している。
　図１０において、内側プラグ３０５の上壁３０５ｃの直径は、内側プラグ３０５の円筒部分の直径よりもわずかに大きく、上壁３０５ｃと外側プラグ３１３の内側側壁３１３ｃの上端との間には円筒状のベローズ３１５ｄが設けられている。すなわち、ベローズ３１５ｄの一方端は上壁３０５ｃの側壁３０５から突出した部分に接続され、ベローズ３１５ｄの他方端は内側側壁３１３ｃの上端に接続されている。従って、内側プラグ３０５を矢印方向３１２に沿って移動させても、ベローズ３１５ｄの伸縮性により内側プラグ３０５の矢印方向３１２における可動範囲が確保され、かつ上壁３０５ｃと内側側壁３１３ｄの上端との間における円筒状のベローズ３１５ｄの存在により密閉性を確保することができる。
　同様に、外側プラグ３１３の環状の上壁３１３ｅの直径は、外側プラグ３１３の外側側壁３１３ｂの直径よりもわずかに大きく、かつ上壁３１３ｅは、環状板３０１ａに対してグリッドアセンブリ３０３と反対側に設けられている。このような構成において、上壁３１３ｅと環状板３０１ａとの間にベローズ３１３ｄが設けられている。すなわち、ベローズ３１３ｄの一方端は上壁３１３ｅに接続され、ベローズ３１５ｄの他方端は環状板３０１ａに接続されている。従って、外側プラグ３１３を矢印方向３１４に沿って移動させても、ベローズ３１３ｄおよびベローズ３１５ｄの伸縮性により外側プラグ３１３の矢印方向３１４における可動範囲が確保され、かつ上壁３１３ｅと環状板３０１ａとの間における円筒状のベローズ３１３ｄの存在により密閉性を確保することができる。
　このように、ベローズ３１５ｄにより放電チャンバの上壁３０１と外側プラグ３１３とを接続し、かつベローズ３１５ｄにより外側プラグ３１３と内側プラグ３０５とを接続しているので、内側プラグ３０５と外側プラグ３１３とを相対的に移動させつつ、放電チャンバと内側プラグ３０５と外側プラグ３１３との間の領域を密閉することができる。さらに、内側プラグ３０５や外側プラグ３１３の移動の際には、Ｏリングといった密閉用の部材とプラグの側壁との摺動が無いので、プラグの移動の際に生じるプラグの側壁からのパーティクルの発生を抑制することができる。
　図１１は、本実施形態に係るイオンビーム源３００のさらに他の例を示す図である。　
　図１１において、内側プラグ３０５の底面３０５ａの直径は、内側プラグ３０５の円筒部分の直径よりもわずかに大きく、外側プラグ３１３の内側側壁３１３ｃには段差が形成されている。また、環状板３０１ａの内縁の内部空間３０９側に、シールド３０１ｃが設けられている。
　図１２は、本実施形態に係る内側プラグ３０５と外側プラグ３１３とをグリッドアセンブリ３０３側から見た模式図である。図１２に示されるように、円筒状の内側プラグ３０５の周りに、環状の外側プラグ３１３が設けられている。
　（第４の実施形態）　
　永久磁石や電磁石は、プラズマチャンバにてプラズマ密度プロファイルを制御する点で有効であり、さらに、電磁石をわずかに傾けたりオフセットすることにより、プラズマ密度プロファイルの非対称を減少することができる。しかしながら、電磁石および散在的に分布した永久磁石からの磁場は、イオンビーム源の外およびイオンビームチャンバ内へと簡単に広がる。この磁場漏洩は、ビーム中和に悪影響を及ぼす傾向にある。グリッドと基板との間の領域は、好ましくは磁場が無い領域である。本実施形態の目的の１つは、イオンビーム源の外側への磁場漏洩が低減されるようなイオンビーム源を提供することである。
　図１３は、本実施形態に係るイオンビーム源を示す図である。
　図１３において、イオンビーム源３００Ｂは、第２の実施形態に係るイオンビーム源３００に対してさらに、外側プラグ３１３の内部に設けられた第１の環状電磁石３１６ａと、内側プラグ３０５の内部に設けられた第２の環状電磁石３１６ｂと、側壁３０２の、電極載置用リング３０４の上方、すなわちグリッドアセンブリ３０３とアンテナ３０６との間に設けられた環状の永久磁石アセンブリ３１７とを備えている。電磁石３１６ａ、３１６ｂは好ましくは、環状板３０１ａに略平行な円形の配線（不図示）と、電磁石冷却手段（不図示）とを有している。電磁石３１６ａを外側プラグ３１３に取り付け、矢印方向３１４に沿って外側プラグ３１３と一緒に移動させても良い。電磁石３１６ｂも内側プラグ３０５に取り付け、矢印方向３１２に沿って内側プラグ３０５と一緒に移動させても良い。一方、電磁石３１６ａおよび電磁石３１６ｂの少なくとも一方を、環状板３０１ａに対して固定した位置に設置しても良い。
　また、電磁石３１６ａおよび電磁石３１６ｂの一方の電磁石に流れる電流の方向を、他方の電磁石に流れる電流の方向と反対方向に設定することが好ましい。このように電磁石３１６ａおよび電磁石３１６ｂに流れる電流の方向を設定することにより、外部空間５１３、特に第３の電極３０３ｃの中央付近への磁場の漏洩を低減することができる。
　永久磁石アセンブリ３１７は、電磁石３１６ａ、３１６ｂからの磁力線が永久磁石アセンブリ３１７に至り、外部空間５１３への磁場の漏洩が最小となるように構成されている。磁石アセンブリ３１７は永久磁石を備えているので、電磁石３１６ａ、３１６ｂの双方に流れる電流の好ましい方向を固定することができる。
　電磁石３１６ａ、３１６ｂは、側壁３０２と同心で配置されているが、プラズマの非対称性を補正するために中心位置からオフセットしても良い。これに代えて、あるいはこれに加えて、電磁石３１６ａ、３１６ｂを、上壁３０１に対して傾けても良い。
　図１４は、本実施形態に係る、永久磁石アセンブリ３１７を説明するための上面から見た断面図である。本実施形態では、図１３に示すように、イオンビーム源３００Ｂに、電磁石３１６ａ、３１６ｂと共に永久磁石アセンブリ３１７を設けている。永久磁石アセンブリ３１７は、イオンビーム源３００Ｂの側壁３０２（図１４では、説明のために示している）の周囲に配列された複数の永久磁石３１７ａを有している。各永久磁石３１７ａの一方の極３１７ｂは側壁３０２（内部空間３０９側）の方に向いており、他方の極３１７ｃは側壁３０２から離れる方（外部領域３１０側）に向いている。全ての永久磁石３１７ａについて、同じ極が側壁３０２の方に向いていることが好ましい。第１の透過性リング３１７ｄと第２の透過性リング３１７ｅとを、内部空間３０９内の磁場をより均一にさせるために、かつ永久磁石３１７ａを機械的に支持するために設けても良い。本実施形態では、永久磁石３１７ａの極の方向を固定しているので、電磁石を１つの電流極性のみで動作させて、外部空間５１３への大きな磁場の漏洩を防止、ないしは低減することができる。
　なお、本実施形態では、シールド３０１ｃを設けても良いことは言うまでも無い。
　（第５の実施形態）　
　図１５は、本実施形態に係るイオンビーム源を示す図である。
　図１５において、イオンビーム源３００Ｃは、第２の実施形態に係るイオンビーム源３００に対してさらに、外側プラグ３１３内に設けられ、磁場印加手段としての第１の永久磁石アセンブリ３３０と、内側プラグ３０５内に設けられ、磁場印加手段としての第２の永久磁石アセンブリ３４０とを備えている。
　第１の永久磁石アセンブリ３３０は、内部空間３０９において、外側プラグ３１３の外側側壁３１３ｂの外側に接するようなマルチカスプ磁場パターンを形成するように構成されている。該第１の永久磁石アセンブリ３３０により、外側側壁３１３ｂにおけるプラズマロスを低減することができる。
　第２の永久磁石アセンブリ３４０は、内部空間３０９において、内側プラグ３０５の底面３０５ａの外側に接するようなマルチカスプ磁場パターンを形成するように構成されている。該第２の永久磁石アセンブリ３４０により、底面３０５ａにおけるプラズマロスを低減することができる。マルチカスプ磁場は、第１および第２の永久磁石アセンブリ３３０、３４０からの距離で急速に減衰するので、外部空間５１３への磁場の漏洩を非常に小さくすることができる。
　図１６Ａは、本実施形態に係る、内側プラグの底面近くに配置された第２の永久磁石アセンブリ３４０の断面図であり、図１６Ｂは、図１６Ａに示す第２の永久磁石アセンブリ３４０を下から見た図である。図１６Ａ、１６Ｂにおいて、中央に配置された円柱状の第１の磁石３４１ａと、該第１の磁石３４１ａを囲むように設けられた環状の第２の磁石３４１ｂと、第２の磁石３４１ｂを囲むように設けられた環状の第３の磁石３４１ｃとが、円形板３４２上に同心に設けられている。
　図１６Ａにおいて、グリッドアセンブリ３０３側に現れる磁石の極性（図１６Ａでは、シンボルＳ、Ｎにて表示）は、隣の磁石間で変わるように、第１の磁石３４１ａ～第３の磁石３４１ｃが配置される。上記第２の磁石３４１ｂおよび第３の磁石３４１ｃは、環状の磁石を形成するように複数の磁石を用いても良い。なお、第２の永久磁石アセンブリ３４０が備える磁石は３つに限らず、内側プラグ３０５のサイズに応じて、マルチカスプ磁場パターンを形成するのに必要な数（例えば、３つ以上）の磁石を用いれば良い。さらに、マルチカスプ磁場パターンは均一でなくでも良い。また、内側プラグ３０５内における第２の永久磁石アセンブリ３４０の位置決めのためにロッド３４３が円形板３４２に接続されている。また、底面３０５ａからの放射または伝導により第１の磁石３４１ａ～第３の磁石３４１ｃが過度に加熱されないようにするために、冷却手段３４４を第２の永久磁石アセンブリ３４０に設けても良い。
　本実施形態では、第２の永久磁石アセンブリ３４０が有する第１の磁石３４１ａ～第３の磁石３４１ｃを同心に配置しているので、軸３４５を中心に第２の永久磁石アセンブリ３４０を回転する必要が無い。ただし、プラズマ密度プロファイルの非対称を補償するために、軸３４５を内側プラグ３０５の底面３０５ａの中心からわずかに離して配置しても良い。さらに、第２の永久磁石アセンブリ３４０を、底面３０５ａに対して上昇又は下降させても良い。これにより、底面３０５ａの下のプラズマ密度をさらに良好に調節することができる。
　通常、プラズマは該プラズマに面するチャンバの側壁などではプラズマ損失が大きくなる。本実施形態では、内側プラグ３０５および外側プラグ３１３を設けているので、放電チャンバの側壁に加えて、外側プラグ３１３の外側側壁３１３ｂおよび内側側壁３１３ｃ、ならびに内側プラグの底面３０５ａも、放電チャンバ内においてプラズマと面することになる。よって、プラズマに面する側壁部が増加するので、該側壁でのプラズマ損失が増加するかもしれない。しかしながら、本実施形態では、外側プラグ３１３の側壁表面にカスプ磁場を形成するように構成された第１の永久磁石アセンブリ３３０を設け、かつ内側プラグ３０５の底面３０５ａ表面にカスプ磁場を形成するように構成された第２の永久磁石アセンブリ３４０を設けているので、増加された側壁部でのプラズマ損失を低減することができる。
　なお、本実施形態では、内部空間３０９においてプラズマと接するプラグの領域の少なくとも一部（側壁や底面）にカスプ磁場を形成することができれば、上述した増加された側壁部のプラズマ損失を低減することができる。よって、プラグの側壁側および底面側の少なくとも一方にカスプ磁場が形成されるように第１の永久磁石アセンブリ３３０および第２の永久磁石アセンブリ３４０を構成することが好ましい。
　また、本実施形態では、シールド３０１ｃを設けても良いことは言うまでも無い。
　（第６の実施形態）　
　図１７は、本実施形態に係るイオンビーム源を示す図である。
　図１７に示すイオンビーム源３００は図１０に示す構成と基本的には同一であるので異なる点のみ説明する。環状板３０１ａの内側（内部空間３０９側）から円筒状のベローズ３１５ｄがグリッドアセンブリ３０３に向かって設けられている。さらに、円筒状のベローズ３１５ｄの環状先端部には、円筒状プラグ３０５がグリッドアセンブリ３０３に向かって設けられている。すなわち、上壁３０１と、円筒状プラグ３０５の円筒状の側壁３０５ｂの、底面３０５ａと反対側の端部との間をシールし、プラグ３０５の移動方向である矢印方向１２に沿って伸縮可能にべローズ３１５ｄが設けられている。このように設けられたベローズ３１５ｄは、内部空間３０９の密閉性を確保する機能と、プラグ３０５を矢印方向３１２に沿って可動させるための機能とを有している。よって、内部空間３０９の密閉性のためのＯリングを用いなくても、内部空間３０９の密閉性を確保しつつ、プラグ３０５を移動させることができる。
　本実施形態では、プラグ３０５を移動させる際に該プラグ３０５の側壁３０５ｂと摺動する部材が無いので、該側壁３０５ｂに付着物が形成されても、該付着物によりプラグ３０５の矢印方向３１２に沿った移動は阻害されない。従って、グリッドアセンブリ３０３起因のスパッタ粒子が発生しても、プラグ３０５を良好に動かすことができる。また、ベローズ３１５ｄに膜が付着しても、プラグ３０５を可動し続けることができる。さらに、シール部材としてＯリングを用いる場合に生じるパーティクルの発生を防止ないしは低減することもできる。
　図１８は、本実施形態に係る、他のイオンビーム源を示す図である。図１８に示すイオンビーム源３００は図１７に示す構成と基本的には同一であるので異なる点のみ説明する。本例では、円筒状のベローズ３１５ｄの周囲に、ベローズ３１５ｄへの膜付着を防止ないしは低減するシールド３０１ｃが設けられている。これにより、ベローズ３１５ｄへ膜が付着して、パーティクルが発生してしまうことを防止ないしは低減することができる。
　図１９は、本実施形態に係る、さらに他のイオンビーム源を示す図である。図１９に示すイオンビーム源３００は図１７に示す構成と基本的には同一であるので異なる点のみ説明する。本例では、環状板３０１ａの外側から円筒状のベローズ３１５ｄがグリッドアセンブリ３０３とは反対側に向かって設けられている。さらに、円筒状のベローズ３１５ｄの環状先端部には、円盤部材３０５ｄが設けられている。該円盤部材３０５ｄの内側から、円筒状のベローズ３１５ｄより径の小さい円筒状プラグ３０５ａがグリッドアセンブリ３０３に向かって設けられている。　
　このような構成であれば、ベローズ３１５ｄへ直接膜が付着することを防止ないしは低減でき、パーティクルが発生することも防止ないしは低減することができる。
　図２０は、本実施形態に係る、さらに他のイオンビーム源を示す図である。図２０に示すイオンビーム源３００は図１０に示す構成と基本的には同一であるので異なる点のみ説明する。図２０に示す構成では、外側プラグ３１３を用いていない。またシールド３０１ｃの内側側壁には、段差が形成されている。したがって、プラグ３０５の底面３０５ａの直径が内側プラグ３０５の円筒部分の直径よりも大きくても、シールド３０１ｃの内側側壁の、底面より通過する領域には段差が形成されているので、該底面３０５ａがシールド３０１ｃの内側側壁に引っかかることなく、内側プラグ３０５を良好に移動させることができる。この構成により、上記段差が形成されたシールド３０１ｃの内側側壁と、より大きな底面３０５ａとにより、内側プラグ３０５の側壁３０５ｂへの膜の蓄積を防止ないしは低減する効果と、内側プラグ３０５を滑らかに移動可能にする効果とを同時に奏することができる。
　（第７の実施形態）　
　図２１は、本実施形態に係る、さらに他のイオンビーム源を示す図である。図２１に示すイオンビーム源３００は図１７に示す構成と基本的には同一であるので異なる点のみ説明する。図２１に示す構成では、シールド３０１ｃは、放電チャンバの側壁３０２からプラグ３０５に向かって延び、さらに該プラグ３０５ａに沿ってグリッドアセンブリ２０３に向かって屈曲している。
　本発明においては、グリッドアセンブリから飛来したグリッドアセンブリ起因のスパッタ粒子がプラグの側壁に付着することを低減するようにシールド３０１ｃを構成することが重要であり、そのために、シールドは、図４や図２１に示すように、グリッドアセンブリ（２０３、３０３）と対向する上壁（２０１、３０１）から該グリッドアセンブリ（２０３、３０３）に向かって（グリッド２０５、３０５が移動する方向に沿って）延在する部分を少なくとも有するように構成されている。例えば、図４に示す構成では、シールド２０１ｃにより、プラグ２０５の矢印方向２１２に沿った移動によって側壁２０５ｂとＯリング２１１とが摺動する部分の少なくとも一部を覆うことが出来れば良く、そのために、シールド２０１ｃが、上壁２０１からグリッドアセンブリ２０３に向かって延在する部分を少なくとも有することが必要となる。
　本発明では、シールドによってグリッドアセンブリ起因のスパッタ粒子から遮蔽する対象はプラグの側壁であるが、該側壁は、プラグの、該プラグの移動方向に沿った壁である。従って、該移動方向に沿って伸びる領域をシールドが少なくとも有していれば、該領域により、上記グリッドアセンブリ起因のスパッタ粒子が側壁に付着することを低減できるのである。　
　なお、本発明では、上記上壁から該上壁に対向するグリッドアセンブリに向かう第１の方向およびそれとは逆方向である第２の方向にプラグは移動するので、プラグの移動方向と、上記上壁からグリッドアセンブリに向かう方向とは一致する。
　本発明のイオンビーム発生装置は、各実施形態で述べられたいかなる特徴をも組み合わせることによって構成することができる。
 

 

Claims (8)

  1. 　チャンバと、
    　前記チャンバ内にプラズマを発生させるための手段と、
    　前記チャンバの所定の壁と対向して設けられ、該プラズマからイオンを引き出すための引出し手段と、
    　前記チャンバ内のプラズマ密度を調整するための部材であって、前記チャンバ内で、前記壁から前記引出し手段に向かう第１の方向、および前記引出し手段から前記壁に向かう第２の方向に沿って移動可能な部材と、
    　前記壁と前記部材の側壁との間をシールするためのシール部材であって、前記部材と摺動関係にあるシール部材と、
    　前記部材の移動によって前記部材の側壁と前記シール部材とが摺動する部分の少なくとも一部を覆うシールドであって、前記壁から前記引出し手段に向かって延在する部分を少なくとも有するシールドと
    　を備えることを特徴とするイオンビーム発生装置。
  2. 　前記チャンバ内のプラズマ密度を調整するための第２の部材であって、前記部材と隣接して設けられ、前記チャンバ内で、前記第１の方向および前記第２の方向に沿って、前記部材と独立して移動可能な第２の部材をさらに備えることを特徴とするイオンビーム発生装置。
  3. 　前記部材は、円筒状の部材であり、
    　前記第２の部材は、前記円筒状の部材を囲むように設けられた環状の部材であり、
    　前記部材と前記第２の部材とは同心で設けられていることを特徴とする請求項２に記載のイオンビーム発生装置。
  4. 　前記部材と前記第２の部材の内部にはそれぞれ電磁石が設けられており、
    　前記部材の内部に設けられた電磁石に流れる電流の方向と前記第２の部材の内部に設けられた電磁石に流れる電流の方向とは反対方向に設定されていることを特徴とする請求項３に記載のイオンビーム発生装置。
  5. 　前記部材は、前記側壁と底面とを有し、
    　前記底面の一部は前記側壁から突き出ていることを特徴とする請求項１に記載のイオンビーム発生装置。
  6. 　前記部材の内部に設けられ、該部材の側壁側および底面側にカスプ磁場を形成するように構成された磁場印加手段をさらに備えることを特徴とする請求項５に記載のイオンビーム発生装置。
  7. 　請求項１に記載のイオンビーム発生装置を備えることを特徴とするイオンビームプラズマ処理装置。
  8. 　チャンバと、
    　前記チャンバ内にプラズマを発生させるための手段と、
    　前記チャンバの所定の壁と対向して設けられ、該プラズマからイオンを引き出すための引出し手段と、
    　前記チャンバ内のプラズマ密度を調整するための部材であって、前記チャンバ内で、前記壁から前記引出し手段に向かう第１の方向、および前記引出し手段から前記壁に向かう第２の方向に沿って移動可能な部材と、
    　前記壁と前記部材の側壁との間をシールするための伸縮部材であって、前記第１および第２の方向に沿って伸縮可能な伸縮部材と
    　を備えることを特徴とするイオンビーム発生装置。
     

     
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