WO2014136158A1 - イオンビーム処理方法、およびイオンビーム処理装置 - Google Patents

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WO2014136158A1
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electrode
plasma
shutter
substrate
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保志 神谷
洋 赤坂
優太 昆野
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キヤノンアネルバ株式会社
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    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32422—Arrangement for selecting ions or species in the plasma

Definitions

  • the present invention relates to an ion beam processing method and an ion beam processing apparatus, and relates to an ion beam processing method and ion beam processing capable of reducing the occurrence of electrostatic damage (Electro Static Damage; ESD) to a substrate to be processed by the ion beam. It relates to the device.
  • ESD Electro Static Damage
  • IBE ion beam etching
  • a substrate placed on a substrate holder is irradiated with positive ions (ion beams) for etching.
  • the IBE apparatus includes an ion source (ion beam generation source) that extracts positive ions from plasma by an extraction electrode, and a substrate holder that is positioned directly opposite the ion source and holds the substrate in a vacuum.
  • an electron source neutralizer or neutralizer
  • a shutter device that shields the ion beam between the ion source and the substrate holder
  • an exhaust device for exhausting the processing chamber to a vacuum
  • the substrate is etched by the extracted ion beam. At this time, a positive potential is generated on the substrate by the positively charged ion beam.
  • This positive potential may damage the insulating film formed on the substrate. In general, this damage to the substrate element is called electrostatic damage (ESD).
  • ESD electrostatic damage
  • an element having an insulating film of several nm such as a TMR (Tonnel Magneto-Resistance) element may be subjected to electrostatic damage, it is desirable that fluctuations in the substrate potential be suppressed in the process of these elements. .
  • the fluctuation of the substrate potential during the etching process is suppressed by emitting electrons that neutralize the positive potential between the extraction electrode and the substrate. Electrons for this neutralization are emitted from a neutralizer disposed near the extraction electrode of the ion source. The amount of electrons emitted is adjusted so that the substrate potential becomes a desired value.
  • the start and end of the etching process are controlled by opening and closing the shutter of the shutter device. During the operation of the shutter, the amount of ion beam and the amount of electrons incident on the substrate vary depending on the opening of the shutter. At this time, if the balance between the amount of ion beam incident on the substrate and the amount of electrons is lost, the substrate potential varies.
  • Patent Documents 1 and 2 A technique for suppressing fluctuations in the substrate potential due to the operating state of a shutter for shielding an ion beam emitted from an ion source is known (see Patent Documents 1 and 2).
  • Patent Document 1 discloses a technique for reducing the fluctuation of the substrate potential by controlling the output of the ion source during the shutter opening operation. Specifically, in the cited document 1, in order to solve the shortage of neutralization of the substrate potential when the shutter is opened, it is shown that the emission amount of the ion beam or the acceleration voltage of the ion beam is controlled to be reduced when the shutter is opened / closed. Yes. Patent Document 2 shows that by adjusting the amount of electrons (neutralization current) emitted from the neutralizer in accordance with the opening / closing operation of the shutter, the fluctuation of the substrate potential that occurs during the opening / closing operation of the shutter is suppressed. Yes.
  • the substrate potential fluctuates even when the shutter is not opened or closed.
  • the plasma diffuses into the processing space through the opening of the extraction electrode.
  • electrons reach the substrate first due to the difference in mobility between electrons and ions, and the substrate is charged to a negative voltage until the positive ions reach the substrate.
  • the substrate potential fluctuates due to the influence of electrons in the plasma leaked from the ion source.
  • the apparatus applied in Patent Document 1 has a configuration in which the ion beam and electrons can be completely shielded from the space on the substrate side by the shutter device in principle, so that the ion source and the shutter are sealed when the shutter is closed.
  • An ion beam and electrons that is, plasma
  • a negative potential is hardly generated in the substrate when the shutter is closed.
  • Such charge-up of the substrate may cause dielectric breakdown of the elements formed on the substrate.
  • these negative potentials have not been a major problem, but as the miniaturization of elements has progressed, it has become necessary to suppress the negative potential.
  • the present invention has been made with the above-described problem as an opportunity, and in ion beam processing using a shutter, an ion beam processing method capable of reducing fluctuations in a substrate potential due to plasma in ion beam generation, and an ion beam
  • An object is to provide a processing apparatus.
  • a first aspect of the present invention is a process in which an ion beam extracted and formed from a plasma generated in a plasma generation chamber having an internal space is connected to the plasma generation chamber.
  • an ion beam processing apparatus comprising: a plasma generation chamber having an internal space; a processing chamber connected to the plasma generation chamber; and a plasma generator for generating plasma in the internal space And a first electrode having a plurality of ion passage holes for extracting ions from the plasma, and having a plurality of ion passage holes for allowing the ions to pass from the internal space to the processing chamber.
  • the first electrode is provided closest to the plasma generation chamber, and the second electrode is provided in the processing chamber, with a lead portion provided closer to the processing chamber than the first electrode.
  • a substrate holding portion having a substrate holding surface for holding the substrate, the substrate holding portion provided so that an ion beam formed by being drawn from the drawing portion is incident thereon, and the drawing
  • a first position that is provided between the extraction unit and the substrate holding unit and shields the ion beam from the substrate holding surface; and a second position that does not shield the ion beam from the substrate holding surface.
  • a positive voltage across the first electrode with the shutter positioned at the first position before generating the plasma and before forming the ion beam. Applying a positive voltage to the first electrode and applying a negative voltage to the second electrode when forming the ion beam.
  • a plasma generating chamber having an internal space, a processing chamber connected to the plasma generating chamber, a plasma generating unit for generating plasma in the internal space, and the processing from the internal space.
  • a first electrode having a plurality of ion passage holes for allowing the ions to pass therethrough, and a second electrode; The electrode is provided closest to the plasma generation chamber, and the second electrode is provided in the processing chamber with respect to the first electrode, and the extraction chamber is provided in the processing chamber for holding the substrate.
  • a substrate holding portion having a substrate holding surface, the substrate holding portion provided so that an ion beam formed by being drawn from the extraction portion is incident, and between the extraction portion and the substrate holding portion A shutter that moves between a first position that shields the ion beam from the substrate holding surface and a second position that does not shield the ion beam from the substrate holding surface;
  • a control device of an ion beam processing apparatus comprising a voltage supply unit that applies a predetermined voltage to one electrode and the second electrode, before generating the plasma and before forming the ion beam, Means for controlling the voltage supply unit so that a positive voltage is applied to the first electrode in a state where the shutter is positioned at the first position; and at the time of forming the ion beam, And a means for controlling the voltage supply section so that a positive voltage is applied to one electrode and a negative voltage is applied to the second electrode.
  • FIG. 1 is a schematic view of an ion beam etching apparatus according to an embodiment of the present invention. It is the II sectional view taken on the line of FIG. It is the schematic of the ion source which concerns on one Embodiment of this invention. It is the schematic of the neutralizer which concerns on one Embodiment of this invention. It is a figure which shows the flowchart of the control process performed in the conventional ion beam etching apparatus. It is a figure which shows the flowchart of the control process performed in the ion beam etching apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. It is a figure which shows the time chart of the control element performed in the ion beam etching apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. It is a figure showing a measurement result of substrate potential in the whole control process concerning one embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic view of an ion beam etching apparatus according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II of FIG. 1
  • FIG. 3 is a schematic view of the ion source of
  • FIG. 4 is a schematic diagram of the neutralizer of FIG. 1
  • FIG. 5B is a diagram showing a flowchart of control steps executed in one embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram showing a time chart of control elements executed in one embodiment of the present invention
  • FIG. 7 is a measurement result of the substrate potential in the entire control process when one embodiment of the present invention is implemented.
  • FIG. In order to prevent complication of the drawings, the apparatus configuration diagram is omitted except for a part.
  • the ion beam etching apparatus is an apparatus that draws ions from plasma generated in a plasma generation chamber to form an ion beam.
  • the ion beam etching apparatus according to this embodiment includes a vacuum chamber 1 as a processing chamber, an ion source 2 that extracts positive ions (ion beam 2b) from plasma by an extraction electrode 2a, and electrons for neutralizing a substrate potential. And 3a (neutralizing electrons).
  • the ion beam etching apparatus has a substrate holder 4 that holds the substrate 4a at a position where the ion beam 2b from the ion source 2 can be irradiated, and an ion beam 2b that is intermediate between the ion source 2 and the substrate holder 4 by the shutter 5.
  • a shutter device 6 for shielding and an exhaust device 8 for evacuating the inside of the vacuum vessel 1 are provided.
  • the neutralizer 3, each part of the ion source 2, the substrate holder 4, the shutter device 6 and the like are controlled via a controller 7.
  • An ion etching process can be performed in which the ion beam 2b extracted from the plasma is emitted toward the substrate 4a disposed in the substrate holder 4 to etch the substrate.
  • the ion source 2 has an internal space 300 and is connected to the vacuum container 1, and an ion source container 301 as a plasma generation chamber capable of generating plasma in the internal space 300, and an ion source container 301.
  • a gas introduction device 302 that introduces Ar gas into the inside (inside the interior space), a loop antenna 303 as a plasma generation unit for generating plasma inside the ion source container 301 via a dielectric, and a high frequency to the loop antenna 303 And a high frequency power source 304 for supplying power.
  • the ion source 2 includes an electromagnet coil 305 that adjusts the plasma density distribution inside the ion source 2, an electromagnet power source 306 that supplies a predetermined current to the electromagnet coil 305, and positive ions from plasma in the ion source container 301.
  • An extraction electrode 2 a that can be extracted and a permanent magnet 312 are provided.
  • the extraction electrode 2a as the extraction portion is provided at the connection portion between the vacuum vessel 1 and the ion source vessel 301, and is provided in order from the ion source vessel 301 toward the substrate holder 4.
  • a first electrode 307, a second electrode 308, and a third electrode 309 are provided.
  • Each of the first electrode 307, the second electrode 308, and the third electrode 309 has many ion passage holes for allowing ions to pass therethrough.
  • the first electrode 307 is provided closest to the ion source container 301 side (plasma generation chamber side). That is, the first electrode 307 is an electrode provided facing the internal space 300.
  • the second electrode 308 is provided closer to the vacuum vessel 1 (processing chamber side) than the first electrode 307, and the third electrode 309 is provided closest to the vacuum vessel 1 side.
  • a power source 310 is connected to the first electrode 307, and the power source 310 applies a positive voltage to the first electrode 307 under the control of the controller 7.
  • a power source 311 is connected to the second electrode 308, and the power source 311 applies a negative voltage to the second electrode 308 under the control of the controller 7.
  • the power sources 310 and 311 are voltage supply units that apply a predetermined voltage to the first electrode 307 and the second electrode 308.
  • the third electrode 309 is grounded.
  • the neutralizer 3 is disposed at a position where the ion beam 2b from the ion source 2 toward the substrate 4 can be irradiated with electrons 3a.
  • the neutralizer 3 is an electron generator installed to neutralize the electric charge generated by the ion beam in the ion beam processing apparatus.
  • a hollow cathode type neutralizer 3 is employed.
  • a hollow cathode type neutralizer has a longer life than a neutralizer using a filament, and a large current density and efficiency can be obtained with a small plasma volume.
  • various types of generating methods such as filaments and microwaves other than the hollow cathode type can be adopted as the neutralizer.
  • reference numeral 401 denotes an anode (anode)
  • reference numeral 402 denotes a cathode (cathode)
  • reference numeral 403 denotes an insulator for insulating the anode 401 and the cathode 402.
  • the cathode 402 has a cylindrical shape, and one end of the cathode 402 is open and the other end is closed. An opening formed at one end of the cathode 402 faces the anode 401.
  • the cathode 402 has a hollow portion 407 in which plasma is formed.
  • the cross-sectional shape of the hollow portion of the cathode 402 is generally circular, but it is sufficient that there is a space where plasma can be formed, such as a regular octagon or a regular hexagon.
  • the anode 401 and the cathode 402 are connected to a power source 406 in order to apply a predetermined voltage to each.
  • Reference numeral 404 denotes a gas introduction path for introducing a discharge gas into the neutralizer
  • reference numeral 405 denotes a gas introduction control unit for controlling the flow rate and pressure of the discharge gas introduced into the gas introduction path 404. Yes, connected to a gas source (not shown).
  • Plasma is formed in the hollow portion 407 by introducing a discharge gas into the neutralizer through the gas introduction path 404 and applying a negative voltage to the cathode 402 by the power source 406. Further, by applying a positive voltage to the anode 401 by the power source 406, electrons are extracted from the plasma from the opening of the anode 401 facing the hollow portion 407, and the ion beam is neutralized.
  • the anode 401 and the cathode 402 for example, titanium or molybdenum is preferably used in consideration of sputtering resistance or discharge efficiency. Electrons drawn from the opening of the anode 401 can be examined by detecting a current flowing through the anode 401.
  • the substrate holder 4 as a substrate holding unit has a substrate holding surface for holding the substrate 4a, and includes an electrically floating floating electrode 4b in the vicinity of the substrate holding surface for monitoring the surface potential. .
  • the substrate holder 4 is attached to the vacuum vessel 1 via a revolution shaft 4c so as to be inclined (revolved) and rotated.
  • the revolution shaft 4c has a rotation drive shaft that transmits a rotational force for rotation to the substrate holder 4 and a power supply path that is supplied to the substrate holder 4 (both not shown).
  • the angle of the ion beam incident on the substrate 4a can be adjusted by tilting the substrate holder 4 by rotating the revolution shaft 4c.
  • the revolution shaft 4 c is rotationally controlled by a holder driving device 4 d attached to the vacuum vessel 1.
  • the shutter device 6 is a device that can continuously move and control the shutter 5 from the closed position 5a to the open position 5b by the shutter driving device 6a, and includes the shutter 5 and the shutter driving device 6a.
  • the closed position 5a is a first position where the ion beam 2b is shielded from the substrate holder 4 (substrate holding surface), and the open position 5b is a second position where the ion beam 2b is not shielded from the substrate holder 4. It is.
  • the shutter 5 is a plate-like member curved in an arc shape in cross section.
  • the substrate holder 4 is disposed on the curved inner side, and can be moved around the substrate holder 4 by the shutter driving device 6a.
  • the width of the shutter 5 is wider than the width of the ion beam 2b emitted from the ion source 2 toward the substrate.
  • a shutter device that rotates a flat shutter plate may be used instead of the arcuately curved shutter 5.
  • the shutter plate used in place of the shutter 5 is changed to the shutter 5 of the present embodiment as long as the shutter plate has a configuration that does not shield the plasma from flowing into the substrate side even when the shutter is closed (when the ion beam is shielded).
  • the arcuately curved shape of the shutter 5 is less likely to interfere with the structure in the vacuum vessel 1 than the flat plate shape, and the position where the shutter 5 is moved to the back side of the substrate holder 4 is open. This is advantageous because it does not require a space for retracting the shutter plate. For this reason, the vacuum vessel 1 (ion beam etching apparatus) can be reduced in size.
  • the rotation axis of the shutter 5 is arranged in parallel with the rotation axis of the revolution axis 4c, but is arranged so that the rotation axis of the shutter 5 and the rotation axis of the revolution axis 4c intersect. May be.
  • the ion beam etching apparatus does not have a structure in which the ion source 2, the neutralizer 3, and the shutter plate 5 are hermetically sealed even at the closed position 5 a of the shutter 5.
  • the plasma referred to here is one in which the plasma inside the ion source 2 has passed through the hole (ion passage hole) of the extraction electrode 2a by diffusion.
  • the diffused electrons 3a and plasma generate a negative potential in the substrate 4a when reaching the substrate 4a through the gap even when the shutter 5 is in the closed position 5a.
  • the controller 7 is a control device that can control at least the neutralizer 3, the ion source 2, and the shutter device 6, and includes a program logic controller (PLC) connected to a computer, the neutralizer 3, the shutter device 6, and the like.
  • PLC program logic controller
  • a device driver connected to control each device and a recording medium on which a program recipe (program) is recorded. Further, the controller 7 can be configured so that a signal indicating the opening / closing position of the shutter 5 (opening information) and operation signals (output information) of the neutralizer 3 and the ion source 2 are appropriately input.
  • the opening degree of the shutter 5 is a value corresponding to the moving amount of the shutter 5, and the opening degree information of the shutter 5 can be calculated based on, for example, a measurement value of an encoder of a motor provided in the shutter device.
  • the output information of the neutralizer 3 and the ion source 2 is based on the value of the output applied to these devices.
  • the floating electrode 4b is a sensor for monitoring the potential of the substrate surface (surface to be processed).
  • the monitor voltage measured by the floating electrode 4b is a positive potential, it varies depending on the actual substrate potential, but tends to shift to the negative potential side by about several volts from the substrate 4a.
  • the ion source 2 is designed so that the ion beam etching apparatus makes the irradiation amount of the ion beam 2b uniform on the surface to be processed of the substrate 4a, but the irradiation amount in the region outside the surface to be processed of the substrate 4a. Indicates that it is decreasing.
  • the neutralization current (output of the neutralizer 3) can be appropriately adjusted so that the monitor voltage becomes a desired value while monitoring the monitor voltage of the floating electrode 4b.
  • the output of the neutralizer 3 can be set in consideration of this potential difference.
  • the voltage measured by the floating electrode 4b becomes a negative potential.
  • the monitor voltage measured by the floating electrode 4b is substantially equal to the substrate potential. That is, the plasma and the electrons 3 a from the ion source 2 are diffused over a wide range in the vacuum container 1, so that the amount of the electrons 3 a is uniform on the substrate holder 4.
  • the open position 5b is a position where the ion beam 2b emitted from the ion source 2 toward the substrate is not shielded.
  • the end of the shutter 5 on the ion source 2 side (P1 in FIG. 1) is retracted above the upper end of the irradiation range of the ion beam 2b and reaches the ion beam 2b and the substrate.
  • the shielding of the electrons 3a by the shutter 5 is not performed at all.
  • the irradiation range of the ion beam 2b is a range of a cross section (a plane orthogonal to the traveling direction of the ion beam) of the ion beam 2b extracted from the ion source 2.
  • the ion beam 2b is extracted by the extraction electrode 2a, the area 2c irradiated with the ion beam 2b between the electrode and the substrate by the space charge effect is about several tens of percent larger than the diameter of the extraction electrode 2a.
  • the closed position 5a is a position where the ion beam 2b emitted from the ion source 2 toward the substrate is shielded.
  • the vertical ends (P2 and P3 in FIGS. 1 and 2) of the shutter 5 are positioned so as to protrude above and below the irradiation range of the ion beam 2b and are larger than the irradiation range of the ion beam 2b.
  • the ion beam 2b is shielded by closing the range.
  • the distance (gap) between the end of the shutter 5 (P2 in FIG. 1) and the inner surface of the vacuum vessel 1 is small, so that the electrons 3a that reach the substrate 4a than the semi-closed position 5c during the shutter operation. The amount can be reduced.
  • the semi-closed position 5c (during shutter operation) is a position between the closed position 5a and the open position 5b, and the end of the shutter 5 (P4 in FIG. 1) is substantially the end of the irradiation range of the ion beam 2b. It is a matching position.
  • the amount of electrons 3a that reach the substrate 4a is larger than that in the closed position 5a.
  • the moving speed of the shutter 5 is set to be constant, and the opening / closing operation (movement) of the shutter 5 by the shutter device takes 1 to 2 seconds.
  • the ion beam etching method uses the above-described ion beam etching apparatus to irradiate the substrate 4a disposed on the substrate holder 4 with the ion beam 2b extracted from the plasma generated in the ion source 2 to form a substrate. Is a processing step of performing etching.
  • the ion beam etching method according to the present embodiment can suppress the substrate potential fluctuation before and after the shutter is opened and closed. The operation of the control element executed below will be described.
  • FIG. 5A and 6 show a flowchart of a control process executed in conventional ion beam etching and a time chart of control elements.
  • the etching process can be roughly divided into three processes. (Excluding substrate loading and unloading and rotation and revolution of the substrate holder) A discharge start step 10a before opening the shutter, an etching step 20a for opening and closing the shutter, and a discharge stop step 30a after closing the shutter.
  • process gas refers to a plasma generating gas introduced into the ion source 2 by the gas introduction device 302
  • high frequency power refers to the loop antenna 303 by the high frequency power supply 304.
  • the high frequency power supplied is indicated, and “coil current” indicates the current supplied to the electromagnetic coil 305 by the electromagnet power source 306.
  • grid voltage 1 is a voltage supplied to the first electrode 307 by the power supply 310
  • grid voltage 2 is a voltage supplied to the second electrode 308 by the power supply 311.
  • the grid voltage 2 is a negative voltage
  • FIG. 6 is a time chart showing the ON / OFF state of the voltage, the time chart is formed by the absolute value of the grid voltage 2.
  • Shutter refers to the shutter 5
  • neutralization current refers to the current supplied to the neutralizer 3 by the power source 406.
  • step 10a gas is introduced into the internal space where the plasma of the ion source 2 is generated (step 11a), and after the pressure in the vacuum chamber is stabilized, the electromagnetic coil current and plasma generation of the ion source 2 are generated.
  • the supply of the high-frequency power and the neutralization current from the neutralizer 3 are started at the same time, and plasma discharge is started (step 12a).
  • the gas flow rate and the high frequency power are set to a higher supply amount than the etching step 20 in order to stably start plasma discharge. However, the gas flow rate is reduced to the supply amount used in the etching step 20 after the start of discharge.
  • step 13 In the next extraction of positive ions (step 13), first, a voltage is simultaneously supplied to the first electrode 307 and the second electrode 308. At this time, a current corresponding to the extracted positive ions flows through the first electrode 307.
  • a current flowing through the first electrode 307 is referred to as a beam current, and this beam current is automatically adjusted by increasing or decreasing the high-frequency power so as to be constant at a value used in the etching process.
  • the neutralization current is also automatically increased or decreased so that the potential of the floating electrode 4b becomes constant.
  • the process proceeds to the next etching step 20a.
  • the start and end of etching are controlled by the opening process 21a and the closing process 23a of the shutter 5, and the etching amount is determined by the time of the shutter opening process 22.
  • the opening / closing operation of the shutter 5 takes about 2 seconds, and as described with reference to FIGS. 1 and 2, the amount of electrons diffusing around the substrate 4a and the amount of ions irradiated to the substrate 4a varies depending on the degree of opening / closing the shutter. For this reason, the substrate potential fluctuates, but in the etching step 20, the neutralization current is automatically increased or decreased so that the potential of the floating electrode 4b is always constant, thereby suppressing the fluctuation of the substrate potential.
  • step 31a the plasma discharge is stopped by shutting off the extraction electrode voltage, neutralization current, high frequency power and coil current simultaneously.
  • step 32a the gas introduction is stopped and the series of etching treatment steps is completed.
  • FIG. 7 the measurement result of the floating electrode potential by the conventional ion beam etching described above is shown by a broken line. That is, each of the broken lines in FIG. 7 is two examples (conventional 1 and 2) of the measurement results of the substrate potential in the conventional ion beam etching process shown in FIGS. 5A and 6. As can be seen from FIG. 7, in the prior art, potential fluctuations occur in the discharge start process (12a), the shutter opening / closing process (21a, 23a), and the discharge stop process (31a).
  • the negative potential exceeding ⁇ 8 V generated in the discharge start process (12a) is due to the plasma that cannot be shielded by the shutter 5 flowing around the substrate 4a and leaked from the ion source 2. This is caused by the electrons in the plasma and the neutralization current supplied from the neutralizer 3. That is, even if the shutter 5 is closed, electrons in the plasma generated in the internal space 300 leak into the processing chamber through the ion passage holes formed in the extraction electrode 2a, and the leaked electrons As the substrate reaches the substrate 4a, the substrate potential fluctuates.
  • the potential fluctuation generated in the shutter opening process (21a) has a fluctuation range of about several volts, but may be both positive and negative, and is diffused to the positive ions and the substrate 4a side during the shutter opening operation. It reflects the balance with electronics. In particular, the plasma that wraps around the substrate 4a during the shutter opening operation is unstable.
  • the shutter closing step (23a) unlike the case of opening the shutter, positive ions are shielded first by the shutter 5, and a negative potential is generated by the plasma that wraps around the substrate 4a.
  • the potential fluctuation in the discharge stop step (31a) reflects that the positive ions and the neutralization current are not lost at the same time even if the extraction electrode voltage, neutralization current, high-frequency power and coil current are cut off at the same time. is doing. In particular, since the disappearance of the plasma discharge and the extraction electrode voltage is slower than the neutralization current, there is a tendency of variation variation on the plus side.
  • ion beam etching according to the present embodiment as a countermeasure against potential fluctuation in the conventional ion beam etching will be described.
  • FIG. 5B and FIG. 6 the flowchart of the control process performed in the ion beam etching apparatus which concerns on this embodiment, and the time chart of a control element are shown.
  • the part according to the present embodiment is shown in bold.
  • the etching process according to this embodiment can be roughly divided into three processes. (Excluding loading and unloading of the substrate 4a and rotation and revolution of the substrate holder 4)
  • a discharge start step 10b before opening the shutter 5 an etching step 20b for opening and closing the shutter 5, and a discharge stop step after closing the shutter 5. 30b.
  • the discharge start process 10b is performed in a first state where the ion beam 2b is not irradiated onto the substrate 4a by the shutter 5. That is, in the discharge start process 10 b before opening the shutter 5, the controller 7 controls the gas introduction device 302 to introduce Ar gas as a plasma generation gas into the internal space 300, and the power supply 310 and the electromagnet power supply 306 are turned on. By controlling, a positive voltage to the first electrode 307 and a current to the electromagnet coil 305 are simultaneously supplied at the time of gas introduction (step 11b).
  • the positive voltage applied to the first electrode 307 in this step is a voltage for extracting ions to the vacuum chamber 1 serving as a processing chamber, and is intended to form an ion beam 2b used for ion beam etching processing. It is not a thing.
  • the positive voltage to the first electrode 307 is set higher than that during the etching step 20b, and the coil current value to the electromagnetic coil 305 is set higher than that during the etching step 20b.
  • the controller 7 controls the high frequency power supply 304 and the power supply 406 to supply the high frequency power to the loop antenna 303 and apply a predetermined voltage to each of the anode 401 and the cathode 402. To do.
  • step 12b supply of plasma generating high frequency power and neutralization current from the neutralization source is started simultaneously, and plasma discharge is started (step 12b).
  • the gas flow rate and the high frequency power are set to a higher supply amount than the etching step in order to start plasma discharge stably.
  • the gas flow rate is reduced to the supply amount used in the etching step 20b after the start of discharge.
  • a second state is formed in which a predetermined positive voltage is applied to the first electrode 307 and a predetermined negative voltage is applied to the second electrode 308.
  • the controller 7 controls the power supply 310 to make the positive voltage applied to the first electrode 307 smaller than the value applied from the step 11b, and simultaneously controls the power supply 311 to A negative voltage is supplied to the second electrode 308.
  • the said 2nd state is established and the ion beam 2b is produced
  • a current (not shown) corresponding to the extracted positive ions flows through the first electrode 307.
  • a current flowing through the first electrode 307 is referred to as a beam current, and this beam current is automatically adjusted by increasing or decreasing the high-frequency power so as to be constant at a value used in the etching step 20b.
  • the neutralization current is also automatically increased or decreased so that the potential of the floating electrode 4b becomes constant.
  • the process proceeds to the next etching step 20b.
  • the controller 7 controls the shutter driving device 6a to rotate and move the shutter 5 located at the closed position 5a to the open position 5b so that the ion beam 2b is irradiated onto the substrate 4a.
  • the controller 7 controls the electromagnet power source 306 to continuously reduce the coil current set higher in step 11b toward the desired value in the etching step 22. .
  • the ratio of changing the value of the coil current is automatically calculated from the set current before and after opening and closing of the shutter 5 and the set shutter opening and closing time.
  • the coil current applied to the electromagnetic coil 305 is changed by being inclined, so that the ratio of electrons to ions in the vacuum vessel 1 is rapidly changed. Can be reduced.
  • the start and end of etching are controlled by the opening process 21b and the closing process 23b of the shutter 5, and the etching amount is determined by the time during which the shutter 5 is located at the open position 5b.
  • the controller 7 drives the shutter driving device 6a to close the shutter 5 in step 23b after the time for realizing the desired etching amount has elapsed after opening the shutter 5 in step 21b. That is, the controller 7 controls the etching by managing the time from the opening operation of the shutter 5 in step 21b (step 22).
  • the opening / closing operation of the shutter 5 takes about 2 seconds, and as described with reference to FIGS. 1 and 2, the electrons diffused around the substrate 4a and the amount of ions irradiated on the substrate 4a are the shutter.
  • the substrate potential fluctuates, but in the etching step 20, the neutralization current is automatically increased or decreased so that the potential of the floating electrode 4b is always constant, thereby suppressing the fluctuation of the substrate potential.
  • the controller 7 controls the shutter driving device 6a to rotate and move the shutter 5 located at the open position 5b to the closed position 5a, thereby forming a state in which the ion beam 2b is not irradiated onto the substrate 4a. To do.
  • the controller 7 controls the electromagnet power source 306 to continuously increase the coil current set lower in step 21b toward a desired value. The ratio of changing the value of the coil current is automatically calculated from the set current before and after opening and closing of the shutter 5 and the set shutter opening and closing time.
  • the controller 7 controls the power supply 406 to gradually reduce the neutralization current to be turned off, and controls the high frequency power supply 304 so that the high frequency power becomes a value smaller than the currently set value. Decrease gradually (step 33). In this step, the neutralization current is reduced to zero, that is, the neutralizer 3 is stopped.
  • the controller 7 controls the power supply 311 and the high frequency power supply 304 to stop the supply of the negative voltage and the high frequency power applied to the second electrode 308 (step 31b). Further, in this step, the controller 7 controls the power supply 310 to set the value of the positive voltage applied to the first electrode 307 to a value smaller than the current value, with respect to the first electrode 307.
  • the controller 7 controls the gas introduction device 302 to stop the gas introduction, and at the same time, controls the power source 310 and the electromagnet power source 306 to apply a positive voltage to the first electrode 307, and Application of the coil current to the electromagnetic coil 305 is stopped (step 32b). Thereby, a series of discharge stop process 30b is complete
  • the power supply is not stopped at once from the process conditions, but the power supply is stopped after continuously changing to a supply amount lower than the process conditions.
  • the ratio for changing the supply amount is automatically calculated from the difference between the time setting and the supply amount.
  • the controller 7 has a function of continuously increasing the coil current while the shutter 5 moves from the closed position 5a to the open position 5b, or the coil current while the shutter 5 moves from the open position 5b to the closed position 5a. You may comprise so that it may have the function to reduce continuously.
  • the measurement result of the floating electrode potential in the present embodiment is shown by a solid line. That is, the solid line in FIG. 7 is a measurement result of the substrate potential of the ion beam etching process shown in FIGS. 5B and 6. As can be seen from comparison with the conventional ion beam etching process shown by the broken line in FIG. 7, according to this embodiment, the discharge start process (12b), the shutter opening / closing process (21b, 23b), and the discharge stop process (30b). ) Can be suppressed.
  • step 11b a positive potential was supplied to the first electrode 307 of the lead portion 2a in the first state in which the shutter 5 was closed before plasma generation. This is a result of an increase in the supply amount of positive ions from the ion source 2 into the vacuum chamber 1 as a processing chamber.
  • the coil current is applied to the electromagnetic coil 305 in the first state in which the shutter 5 is closed before plasma generation (preferably, the coil current is set higher than that during etching). It is possible to increase the supply amount of positive ions from the ion source 2 into the vacuum vessel 1 and further accelerate the positive ions.
  • the coil magnetic field generated by applying the coil current applied before the plasma generation also has an effect of suppressing diffusion of plasma and neutralization current.
  • the internal space 300 of the extraction electrode 2a in the first state where the shutter 5 is closed (when the shutter 5 is in the closed position 5a) before the plasma generation is started 12b.
  • a positive voltage for extracting positive ions from plasma generated in the plasma space 300 to the processing chamber side is applied to the first electrode 307 that is the electrode facing the electrode (the electrode closest to the internal space 300). Accordingly, when plasma is generated later in the process 12b, positive ions in the plasma space 300 are caused to flow into the ion diffusion holes formed in each electrode of the extraction electrode 2a by the positive voltage applied to the first electrode 307. Can be diffused to the processing chamber side.
  • the diffused positive ions are accelerated by a positive voltage applied to the first electrode 307. Therefore, even if electrons leak from the plasma generated in step 12b through the ion diffusion hole before step 13 which is an ion beam generation step, before the leaked ions reach the substrate 4a, The leaked electrons can be neutralized by positive ions diffused by applying a positive voltage to the first electrode 307. Even if plasma is generated in the internal space 300 by applying a positive voltage to the first electrode 307 before the step 12b in which plasma generation is started, ions are generated through the ion passage holes.
  • the plasma is generated in the internal space 300 by applying a positive voltage to the first electrode 307 before the step 12b in which the generation of plasma is started and the step 13 in which the ion beam is generated. While reducing leakage of electrons from the plasma into the processing chamber, positive ions can be diffused from the plasma into the processing chamber in an accelerated state.
  • a magnetic field is formed in the processing chamber by the electromagnetic coil 305 for the purpose different from the purpose of adjusting the plasma density distribution inside the ion source 2. is doing.
  • the plasma diffused from the internal space 300 to the processing chamber electrons with particularly high mobility are trapped by the magnetic field.
  • the electrons trapped in the magnetic field are directly incident on the chamber side wall at the ground potential along the magnetic field.
  • the magnetic field is not necessarily formed.
  • step 12b which is a plasma generation step
  • positive voltage application for extracting positive ions to the processing chamber side is at least the first electrode that is the electrode on the most plasma side.
  • Application to 307 is essential. For example, when a voltage is applied only to the second electrode 308, an electric field is generated between the first electrode 307 and the movement of positive ions toward the treatment chamber is suppressed. Conversely, the movement of positive ions from the plasma generated in the internal space 300 to the processing chamber side is prevented (for example, the first electrode 308 and the third electrode 309). (A voltage smaller than the voltage applied to the first electrode 307) may be applied.
  • the repeatability can be improved.
  • the potential fluctuation at the time of discharge interruption (step 31b) can be suppressed by the neutralization current and the high-frequency power reduction control (step 33). This effect is due to the increase in the amount of positive ions supplied and the suppression of diffusion of plasma and neutralization current due to the supply of the positive potential and the coil current to the first electrode 307 when the discharge is interrupted (step 31b). It is.
  • ion beam etching has been described as the ion beam treatment.
  • the present invention can be applied to any form as long as the treatment uses an ion beam such as ion implantation.
  • the controller 7 may be configured by a computer.
  • the computer program having steps 10b, 20b, and 30b of FIG. 5B is stored in the memory unit included in the computer, and the CPU included in the computer reads the control program stored in the memory unit, The processes shown in the above steps 10b, 20b, and 30b are executed.
  • a processing method in which a program for operating the configuration of the above-described embodiment so as to realize the function of the above-described embodiment is stored in a storage medium, the program stored in the storage medium is read as a code, and executed on a computer. It is included in the category of the above-mentioned embodiment. That is, a computer-readable storage medium is also included in the scope of the embodiments. In addition to the storage medium storing the computer program, the computer program itself is included in the above-described embodiment.
  • a storage medium for example, a floppy (registered trademark) disk, a hard disk, an optical disk, a magneto-optical disk, a CD-ROM, a magnetic tape, a nonvolatile memory card, and a ROM can be used.
  • the processing is not limited to the single program stored in the above-described storage medium, but operates on the OS in cooperation with other software and expansion board functions to execute the operations of the above-described embodiments. This is also included in the category of the embodiment described above.

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Abstract

本発明の一実施形態に係るイオンビームエッチング方法は、シャッター（５）によりイオンビーム（２ｂ）が基板（４ａ）に照射されない第１の状態において、第１の電極（３０７）に、真空容器（１）にイオンを引き出すための正の電圧を印加する工程（１１ｂ）と、第１の状態において、内部空間内にプラズマを発生させる工程（１２ｂ）と、第１の状態において、第１の電極（３０７）には正の電圧が印加され、第２の電極（３０８）には負の電圧が印加された第２の状態を形成することにより、イオンビーム（２ｂ）を形成する工程（１３）と、シャッター（５）を移動させ、イオンビーム（２ｂ）を基板（４ａ）に照射して、該基板を処理する工程（２０ｂ）とを有する。

Description

イオンビーム処理方法、およびイオンビーム処理装置
　本発明は、イオンビーム処理方法、およびイオンビーム処理装置に関し、イオンビームの処理対象の基板への静電ダメージ（Ｅｌｅｃｔｒｏ　Ｓｔａｔｉｃ　Ｄａｍａｇｅ；ＥＳＤ）の発生を低減可能なイオンビーム処理方法、およびイオンビーム処理装置に関するものである。
　イオンビーム処理方法の一つとして、基板ホルダーに配置された基板に正イオン（イオンビーム）を照射してエッチングするイオンビームエッチング（以下ＩＢＥともいう）処理が広く用いられている。ＩＢＥ装置は、プラズマ中から引き出し電極によって正イオンを引き出すイオン源（イオンビームの発生源）と、イオン源に正対した位置にあって真空中で基板を保持する基板ホルダーとを備えている。一般的にはさらに、イオン源から引き出された正イオンに対して電子を放出する電子源（中和器あるいはニュートラライザ）と、イオン源と基板ホルダーの中間にあってイオンビームを遮蔽するシャッター装置と、処理室を真空に排気する排気装置とを備えている（特許文献１参照）。
　引き出されたイオンビームによって基板はエッチングされるが、その際、正電荷のイオンビームによって基板に正電位が発生する。この正電位によって基板上に形成されている絶縁膜が損傷を受けることがある。一般的に、この基板素子の損傷は静電ダメージ（Ｅｌｅｃｔｒｏ　Ｓｔａｔｉｃ　Ｄａｍａｇｅ；ＥＳＤ）と呼ばれている。特に、ＴＭＲ（Ｔｏｎｎｅｌ　Ｍａｇｎｅｔｏ－Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子などの数ｎｍの絶縁膜を有する素子は、静電ダメージを受けるおそれがあるため、それらの素子の加工工程では基板電位の変動が抑制されることが望ましい。
　エッチング処理中の基板電位の変動は、引き出し電極と基板の間に正電位を中和する電子を放出することで抑制している。この中和のための電子は、イオン源の引き出し電極付近に配置されている中和器から放出される。放出される電子の量は、基板電位が所望の値になるように調整される。エッチング処理の開始と終了は、上記シャッター装置のシャッターの開閉によって制御されるが、シャッターの動作中はシャッター開度によって、基板に入射するイオンビーム量と電子量とがそれぞれ変動する。このとき、基板に入射するイオンビーム量と電子量のバランスが崩れると基板電位が変動する。
　イオン源から出射されたイオンビームを遮蔽するためのシャッターの動作状態による基板電位の変動を抑制する技術が知られている（特許文献１、２参照）。
　特許文献１には、シャッター開動作時にイオン源の出力を制御することで基板電位の変動を下げる技術が開示されている。具体的には、引用文献１には、シャッター開時の基板電位の中和不足を解決するために、シャッター開閉時にイオンビームの放出量またはイオンビームの加速電圧を減量制御することが示されている。
　特許文献２には、シャッターの開閉動作に合わせて中和器から放出される電子量（中和電流）を調整することでシャッター開閉動作中に生じる基板電位の変動を抑制することが示されている。
米国特許出願公開第２００２／０１７５２９６号明細書 特開２０１２－１２９２２４号公報
　しかしながら、シャッター開閉動作中以外でも基板電位の変動は発生する。シャッターを閉じた状態において、イオン源にてプラズマを形成した場合、プラズマは引き出し電極の開口を通して処理空間に拡散する。その際、電子とイオンによる移動度の差から基板には電子が先に到達し、正イオンが基板に到達するまでの間に基板は負の電圧に帯電してゆく。このように、シャッターが閉まっていても、イオン源から漏れ出たプラズマにおける電子の影響で、基板電位は変動してしまう。
　これらの基板電位の変動は、シャッターによって基板とイオン源とが完全に遮蔽されていないことに起因する。例えば、特許文献１において適用される装置は、シャッター装置によってイオンビームと電子とを原理的には基板側の空間から完全に遮蔽できる構成であるため、シャッター閉時にはイオン源とシャッター間の密閉された狭い空間にイオンビームと電子（すなわちプラズマ）が閉じ込められる。この場合、上述のように、イオン源が基板に対して完全に遮蔽されているので、シャッター閉時において、基板におけるマイナス電位が生じにくい。しかし、現実には可動シャッターとチャンバーとの間の隙間を無くせないため、イオン源側からの電子が該隙間を介して基板側に放出されてしまうことがあり、マイナス電位の発生を無くすことは難しい。またこのような、可動シャッターによりイオン源と基板との隔離がなされない装置では、イオン源から漏れ出たプラズマはシャッターとチャンバーの内壁との間の隙間を介して基板側に放出されるので、シャッターによってイオン源から基板までの電子およびイオンの移動距離が長くなる。このため、イオン源から漏れ出たプラズマのうちのイオンが基板に到達するまでの時間と、該プラズマのうちの電子が基板に到達するまでの時間にさらに差が生じてしまう。よって、基板電位の不安定化という問題がより一層顕著となりうる。
　また、特許文献２のようにシャッター閉時においても基板側の空間とプラズマが生じる空間とを遮蔽しないシャッター装置、言い換えるとシャッター閉時においてもプラズマの基板への回り込みを遮蔽しないシャッター装置においても、上記と同様に、マイナスの基板電位の発生を抑制できないという問題があった。
　このような基板のチャージアップは、基板に形成された素子等の絶縁破壊を招く恐れがある。従来、これらのマイナス電位は大きな問題にならなかったが、素子の微細化が進むに伴いマイナス電位の抑制が必要になった。
　本発明は上述した課題を契機として為されたものであり、シャッターを用いたイオンビーム処理において、イオンビーム生成におけるプラズマによる基板電位の変動を低減することが可能なイオンビーム処理方法、およびイオンビーム処理装置を提供することを目的とする。
　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、内部空間を有するプラズマ発生室内にて発生されたプラズマから引き出されて形成されたイオンビームを前記プラズマ発生室と連結した処理室内に配置された基板に照射して該基板を処理するイオンビーム処理方法であって、シャッターにより前記イオンビームが前記基板に照射されない第１の状態において、前記プラズマ発生室と前記処理室との連結部において、前記内部空間に面して設けられた第１の電極に、前記処理室にイオンを引き出すための正の電圧を印加する工程と、前記第１の状態において、前記内部空間内に前記プラズマを発生させる工程と、前記第１の状態において、前記第１の電極には正の電圧が印加され、前記連結部において前記第１の電極よりも前記処理室側に設けられた第２の電極には負の電圧が印加された第２の状態を形成することにより、前記イオンビームを形成する工程と、前記シャッターを移動させ、前記イオンビームを前記基板に照射して、該基板を処理する工程とを有することを特徴とする。
　本発明の第２の態様は、イオンビーム処理装置であって、内部空間を有するプラズマ発生室と、前記プラズマ発生室に連結した処理室と、前記内部空間にプラズマを発生させるためのプラズマ発生部と、前記内部空間から前記処理室へと、前記プラズマからイオンを引き出すための引き出し部であって、前記イオンを通過させるための多数のイオン通過孔を有する第１の電極、および第２の電極を有し、該第１の電極は最も前記プラズマ発生室側に設けられ、前記第２の電極は該第１の電極よりも前記処理室側に設けられた引き出し部と、前記処理室内に設けられ、基板を保持するための基板保持面を有する基板保持部であって、前記引き出し部から引き出されて形成されたイオンビームが入射するように設けられた基板保持部と、前記引き出し部と前記基板保持部との間に設けられ、前記イオンビームを前記基板保持面に対して遮蔽する第１の位置と、前記イオンビームを前記基板保持面に対して遮蔽しない第２の位置との間を移動するシャッターと、前記プラズマを発生させる前、かつ前記イオンビームの形成の前に、前記シャッターが前記第１の位置に位置する状態で、前記第１の電極に正の電圧を印加する手段とを備え、前記イオンビームの形成時においては、前記第１の電極に正の電圧が印加され、前記第２の電極には負の電圧が印加されることを特徴とする。
　本発明の第３の態様は、内部空間を有するプラズマ発生室と、前記プラズマ発生室に連結した処理室と、前記内部空間にプラズマを発生させるためのプラズマ発生部と、前記内部空間から前記処理室へと、前記プラズマからイオンを引き出すための引き出し部であって、前記イオンを通過させるための多数のイオン通過孔を有する第１の電極、および第２の電極を有し、該第１の電極は最も前記プラズマ発生室側に設けられ、前記第２の電極は該第１の電極よりも前記処理室側に設けられた引き出し部と、前記処理室内に設けられ、基板を保持するための基板保持面を有する基板保持部であって、前記引き出し部から引き出されて形成されたイオンビームが入射するように設けられた基板保持部と、前記引き出し部と前記基板保持部との間に設けられ、前記イオンビームを前記基板保持面に対して遮蔽する第１の位置と、前記イオンビームを前記基板保持面に対して遮蔽しない第２の位置との間を移動するシャッターと、前記第１の電極および前記第２の電極に所定の電圧を印加する電圧供給部とを備えるイオンビーム処理装置の制御装置であって、前記プラズマを発生させる前、かつ前記イオンビームの形成の前に、前記シャッターが前記第１の位置に位置する状態で、前記第１の電極に正の電圧が印加されるように前記電圧供給部を制御する手段と、前記イオンビームの形成時においては、前記第１の電極に正の電圧が印加され、前記第２の電極には負の電圧が印加されるように前記電圧供給部を制御する手段とを備えることを特徴とする。
　本発明によれば、シャッターの形状に関わらず、基板電位の変動を低減し、ＥＳＤの発生を低減することができる。従って、基板上に形成された素子の品質を安定させることができる。
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概略図である。 図１のＩ－Ｉ線矢視断面図である。 本発明の一実施形態に係るイオン源の概略図である。 本発明の一実施形態に係る中和器の概略図である。 従来のイオンビームエッチング装置において、実行される制御工程のフローチャートを示す図である。 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において、実行される制御工程のフローチャートを示す図である。 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において、実行される制御要素のタイムチャートを示す図である。 本発明の一実施形態に係る制御工程全体における基板電位の測定結果を示す図である。
　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。
　図１乃至７は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又はイオンビームエッチング方法について説明した図である。図１は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概略図であり、図２は図１のＩ－Ｉ線矢視断面図であり、図３は、図１のイオン源の概略図であり、図４は、図１の中和器の概略図であり、図５Ｂは本発明の一実施形態で実行される制御工程のフローチャートを示す図である。また、図６は本発明の一実施形態にて実行される制御要素のタイムチャートを示す図であり、図７は本発明の一実施形態を実施したときの制御工程全体における基板電位の測定結果を示す図である。なお、図面の煩雑化を防ぐため一部を除いて装置構成図は省略されている。
　まず、図１～３に基づいて、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概略構成を説明する。なお、図２ではシャッター５の裏側にある基板ホルダー４などは破線で示す。イオンビームエッチング装置は、プラズマ発生室内にて発生されたプラズマからイオンを引き出してイオンビームとする装置である。本実施形態に係るイオンビームエッチング装置は、処理室としての真空容器１と、引き出し電極２ａによってプラズマ中から正イオン（イオンビーム２ｂ）を引き出すイオン源２と、基板電位を中和するための電子３ａ（中和電子）を放出する中和器３とを備える。また、イオンビームエッチング装置は、イオン源２からのイオンビーム２ｂを照射できる位置で基板４ａを保持する基板ホルダー４と、イオン源２と基板ホルダー４との中間にあってイオンビーム２ｂをシャッター５によって遮蔽するシャッター装置６と、真空容器１内を真空排気する排気装置８とを備えている。また、中和器３、イオン源２の各部、基板ホルダー４、シャッター装置６などはコントローラ７を介して制御されている。プラズマ中から引き出されたイオンビーム２ｂを基板ホルダー４に配置された基板４ａに向けて放出して、基板をエッチングするイオンエッチング処理を行うことができる。
　図３において、イオン源２は、内部空間３００を有し、真空容器１に連結され、該内部空間３００においてプラズマを発生させることができるプラズマ発生室としてのイオン源容器３０１と、イオン源容器３０１内（内部空間内）にＡｒガスを導入するガス導入装置３０２と、誘電体を介してイオン源容器３０１内部にプラズマを生成するためのプラズマ発生部としてのループアンテナ３０３と、ループアンテナ３０３に高周波電力を供給する高周波電源３０４とを備えている。また、イオン源２は、イオン源２内部のプラズマ密度分布を調整する電磁石コイル３０５と、該電磁石コイル３０５に所定の電流を供給する電磁石電源３０６と、イオン源容器３０１内のプラズマから正イオンを引き出すことができる引き出し電極２ａと、永久磁石３１２とを備えている。
　本発明の実施形態において、引き出し部としての引き出し電極２ａは、真空容器１とイオン源容器３０１との連結部において設けられており、イオン源容器３０１から基板ホルダー４に向かって順に設けられた、第１の電極３０７と、第２の電極３０８と、第３の電極３０９とを備えている。第１の電極３０７、第２の電極３０８、および第３の電極３０９はそれぞれ、イオンを通過させるためのイオン通過孔を多数有している。上記第１の電極３０７は、最もイオン源容器３０１側（プラズマ発生室側）に設けられている。すなわち、第１の電極３０７は、内部空間３００に面して設けられた電極である。第２の電極３０８は、第１の電極３０７よりも真空容器１側（処理室側）に設けられており、第３の電極３０９は、最も真空容器１側に設けられている。第１の電極３０７には電源３１０が接続されており、コントローラ７の制御により該電源３１０は、第１の電極３０７に正の電圧を印加する。また、第２の電極３０８には電源３１１が接続されており、コントローラ７の制御により該電源３１１は、第２の電極３０８に負の電圧を印加する。このように、電源３１０、３１１は、第１の電極３０７および第２の電極３０８に所定の電圧を印加する電圧供給部である。第３の電極３０９は接地されている。それぞれの電極に所定の電圧を印加することで、イオン源容器３０１にて生成されたプラズマに含まれる正イオンを加速してイオンビーム２ｂを取り出すことができる。
　中和器３は、イオン源２から基板４に向かうイオンビーム２ｂに対して電子３ａを照射できる位置に配置されている。中和器３とは、イオンビーム処理装置内のイオンビームによる電荷を中和するために設置される電子発生装置であり、本実施形態ではホローカソードタイプの中和器３が採用されている。ホローカソードタイプの中和器はフィラメントを用いた中和器と比べて寿命が長く、小さなプラズマ体積で大きな電流密度及び効率が得られる。もちろん、中和器としてホローカソードタイプ以外にも、フィラメント、マイクロ波など発生方法の異なる各種形式を採用することができる。
　図４において、符号４０１はアノード（陽極）、符号４０２はカソード（陰極）、符号４０３はアノード４０１とカソード４０２を絶縁するための絶縁体である。カソード４０２は筒形であり、カソード４０２の一端が開口しており、他端は閉塞している。上記カソード４０２の一端に形成された開口部は、アノード４０１に対向している。カソード４０２は内部にプラズマが形成される中空部４０７を有する。カソード４０２の中空部の断面形状は一般に円状であるが、正八角形や正六角形など、プラズマが形成できる空間が存在すれば良い。アノード４０１及びカソード４０２は各々に所定の電圧を印加するために電源４０６に接続されている。符号４０４は中和器内に放電用ガスを導入するためのガス導入路であり、符号４０５はガス導入路４０４に導入される放電用ガスの流量や圧力を制御するためのガス導入制御部であり、不図示のガス源に接続される。
　中和器内にガス導入路４０４を介して放電用ガスを導入し、電源４０６によりカソード４０２に負の電圧を印加することで、中空部４０７にプラズマが形成される。さらに電源４０６によりアノード４０１に正の電圧を印加することで、中空部４０７に対向したアノード４０１の開口部より上記プラズマから電子が引き出され、イオンビームの中和が行われる。アノード４０１およびカソード４０２には、例えば、耐スパッタ性あるいは放電効率等を考慮してチタンやモリブデン等が好適に用いられる。アノード４０１の開口部より引き出された電子は、アノード４０１に流れる電流を検出することで調べることが可能となっている。
　基板保持部としての基板ホルダー４は、基板４ａを保持するための基板保持面を有し、基板保持面の近傍にあって表面電位をモニターする電気的に浮いたフローティング電極４ｂとを備えている。また、基板ホルダー４は公転軸４ｃを介して真空容器１に対して傾斜（公転）と自転が可能に取り付けられている。公転軸４ｃは、内部に自転のための回転力を基板ホルダー４に伝達する自転駆動軸や基板ホルダー４に供給される電力供給経路を有している（いずれも不図示）。なお、公転軸４ｃを回転させることで基板ホルダー４を傾斜させて基板４ａに入射するイオンビームの角度を調整できる。公転軸４ｃは真空容器１に取り付けられたホルダー駆動装置４ｄによって回転制御される。
　シャッター装置６は、シャッター駆動装置６ａによりシャッター５を閉位置５ａから開位置５ｂまで連続的に移動制御することができる装置であり、シャッター５とシャッター駆動装置６ａとを有してなる。閉位置５ａは、イオンビーム２ｂを基板ホルダー４（基板保持面）に対して遮蔽する第１の位置であり、開位置５ｂは、イオンビーム２ｂを基板ホルダー４に対して遮蔽しない第２の位置である。シャッター５は断面円弧状に湾曲した板状部材である。湾曲した内側に基板ホルダー４が配置されており、シャッター駆動装置６ａによって基板ホルダー４の周りを移動させることができる。シャッター５の幅は、イオン源２から基板に向かって放出されるイオンビーム２ｂの幅よりも広く構成されている。
　なお、円弧状に湾曲したシャッター５に替えて平板状のシャッター板を回転させるシャッター装置を用いてもよい。ただし、シャッター５に替えて用いるシャッター板は、シャッター閉時（イオンビーム遮蔽時）においても基板側へのプラズマの回り込みを遮蔽しない構成のシャッター板であれば、本実施形態のシャッター５に変えて用いることができる。ただし、シャッター５の形状として円弧状に湾曲した形状は、平板状に比べて真空容器１内の構造物に干渉しにくいという利点と、シャッター５を基板ホルダー４の裏側に移動させた位置が開いた状態なのでシャッター板の退避スペースを必要としないという利点がある。このため、真空容器１（イオンビームエッチング装置）を小型化できる。また、本実施形態のイオンビームエッチング装置ではシャッター５の回転軸は公転軸４ｃの回転軸と平行に配設されているが、シャッター５の回転軸と公転軸４ｃの回転軸が交わるように配置してもよい。
　本実施形態におけるイオンビームエッチング装置は、シャッター５の閉位置５ａにおいても、イオン源２と中和器３とシャッター板５の間を密閉する構造ではなく、イオン源２の正面にあってイオンビーム２ｂが放出されない方向には空間（シャッター５と真空容器１の壁面との隙間）がある構造となっている。このため、閉位置５ａではイオン源２とシャッター５の間の空間にイオンビーム２ｂと電子３ａとプラズマが混在し、プラズマと電子３ａの一部は拡散により閉位置５ａのシャッター５の裏側にある基板ホルダー４まで到達することができる。ここでいうプラズマは、イオン源２内部のプラズマが拡散によって引き出し電極２ａの穴（イオン通過孔）を通過したものである。拡散した電子３ａとプラズマは、シャッター５が閉位置５ａであっても、上記隙間を介して基板４ａに到達すると該基板４ａに負電位を発生させる。
　コントローラ７は、中和器３、イオン源２、シャッター装置６を少なくとも制御することができる制御装置であり、コンピュータと接続されたプログラムロジックコントローラ（ＰＬＣ）と、中和器３やシャッター装置６などの各装置を制御するために接続された装置ドライバとプログラムレシピ（プログラム）を記録した記録媒体とを備えている。また、コントローラ７は、シャッター５の開閉位置を示す信号（開度情報）、中和器３及びイオン源２の運転信号（出力情報）が適宜入力されるように構成することができる。シャッター５の開度とは、シャッター５の移動量に応じた値であり、シャッター５の開度情報は、例えば、シャッター装置に備えられているモータのエンコーダの測定値に基づいて算出することができ、中和器３及びイオン源２の出力情報は、これらの装置に印加される出力の値に基づいている。
　フローティング電極４ｂは、基板表面（被処理面）の電位をモニターするためのセンサーである。フローティング電極４ｂにより測定されるモニター電圧が正電位である場合は、実際の基板電位に応じて変動するが、基板４ａよりも数Ｖ程度負電位側にシフトする傾向がある。これは、イオンビームエッチング装置が基板４ａの被処理面においてイオンビーム２ｂの照射量が均一になるようにイオン源２の設計がなされているが、基板４ａの被処理面の外側領域で照射量が低下していることを示している。
　エッチング処理中は、フローティング電極４ｂのモニター電圧をモニターしながらモニター電圧が所望の値になるように適宜中和電流（中和器３の出力）を調整することもできる。このとき、エッチング処理中のモニター電圧は、上述したとおり基板４ａとフローティング電極４ｂとの電位差が生じているため、この電位差を考慮して中和器３の出力が設定されうる。
　一方、シャッター５が閉位置５ａに在り、基板４ａにイオンビーム２ｂが照射されない場合、フローティング電極４ｂにより測定される電圧は負電位となる。この場合は、フローティング電極４ｂにより測定されるモニター電圧は基板電位とほぼ等しくなる。すなわち、イオン源２からのプラズマと電子３ａが真空容器１内で広範囲に拡散するため、電子３ａの量は基板ホルダー４上で均一である。
　ここで、シャッター５の移動する位置について図１を参照しつつ説明する。
　開位置５ｂはイオン源２から基板に向かって放出されたイオンビーム２ｂを遮蔽しない位置である。開位置５ｂでは、シャッター５のイオン源２側の端部（図１中でＰ１）がイオンビーム２ｂの照射範囲の上端よりも上側に退避している状態であり、イオンビーム２ｂと基板に到達する電子３ａのシャッター５による遮蔽が全く行われない。イオンビーム２ｂの照射範囲とは、イオン源２から引き出されたイオンビーム２ｂの断面（イオンビームの進行方向と直交する面）の範囲である。イオンビーム２ｂは引き出し電極２ａによって引き出されるが、電極と基板間で空間電荷効果によってイオンビーム２ｂが照射されるエリア２ｃは引き出し電極２ａの直径よりも数１０％程度大きくなる。
　閉位置５ａは、イオン源２から基板に向かって放出されたイオンビーム２ｂを遮蔽する位置である。閉位置５ａでは、シャッター５の上下方向の端部（図１，２中でＰ２，Ｐ３）がイオンビーム２ｂの照射範囲よりも上下側に張り出して位置し、イオンビーム２ｂの照射範囲よりも大きな範囲を塞ぐことでイオンビーム２ｂを遮蔽している状態である。閉位置５ａでは、シャッター５端部（図１中でＰ２）と真空容器１内面との距離（隙間）が小さくなるため、シャッター動作中の半閉位置５ｃよりも基板４ａに到達する電子３ａの量を減少させることができる。
　半閉位置５ｃ（シャッター動作中）は、閉位置５ａと開位置５ｂの間の位置であり、シャッター５の端部（図１中でＰ４）がイオンビーム２ｂの照射範囲の端と実質的に一致する位置である。半閉位置５ｃでは、閉位置５ａよりも基板４ａに到達する電子３ａの量が増加する。なお、本実施形態においては、シャッター５の移動速度は一定に設定されており、シャッター装置によるシャッター５の開閉動作（移動）には１～２秒を要する。
　ここで、上述のイオンビームエッチング装置を用いたイオンビームエッチング方法について説明する。イオンビームエッチング方法は、上述のイオンビームエッチング装置を用いて、イオン源２内にて生成されたプラズマ中から引き出されたイオンビーム２ｂを基板ホルダー４に配置された基板４ａに照射して、基板をエッチング処理する処理工程である。本実施形態に係るイオンビームエッチング方法は、シャッター開閉前後の基板電位変動を抑制することができる。以下に実行される制御要素の動作について説明する。
　図５Ａと図６において、従来のイオンビームエッチングにおいて実行される制御工程のフローチャートと制御要素のタイムチャートを示す。エッチング処理工程は、大きく３つの工程に分けることができる。（基板の搬入と搬出および基板ホルダーの回転と公転動作を除く）シャッターを開ける前の放電開始工程１０ａ、シャッターを開閉するエッチング工程２０ａ、とシャッターを閉じた後の放電停止工程３０ａである。
　なお、図６において、「プロセスガス」とは、ガス導入装置３０２によりイオン源２の内部に導入されるプラズマ生成用のガスを示し、「高周波電力」とは、高周波電源３０４によりループアンテナ３０３に供給される高周波電力を示し、「コイル電流」とは、電磁石電源３０６により電磁コイル３０５に供給される電流を示す。また、「グリッド電圧１」とは、電源３１０により第１の電極３０７に供給される電圧であり、「グリッド電圧２」とは、電源３１１により第２の電極３０８に供給される電圧である。なお、グリッド電圧２は負の電圧であるが、図６は、電圧のＯＮ／ＯＦＦの状況を示すタイムチャートであるので、グリッド電圧２の絶対値によりタイムチャートを形成している。「シャッター」とは、シャッター５を示し、「中和電流」とは、電源４０６により中和器３に供給される電流を示す。
　まず、図５Ａを用いて、従来のイオンビームエッチングの制御フローについて説明する。シャッターを開ける前の放電開始工程１０ａにおいて、イオン源２のプラズマが生成される内部空間にガス導入（工程１１ａ）し、真空室内の圧力が安定した後に、イオン源２の電磁石コイル電流およびプラズマ発生用高周波電力、ならびに中和器３からの中和電流の供給を同時に開始して、プラズマ放電を開始（工程１２ａ）する。特に高周波電力と中和電流とは、安定してプラズマ放電を開始させるために同時に供給を開始することが好ましい。また、ガス流量と高周波電力は、安定してプラズマ放電を開始させるためにエッチング工程２０よりも高い供給量に設定される。ただし、ガス流量は放電開始後にエッチング工程２０で使用する供給量に減量される。
　次の正イオンの引き出し（工程１３）では、まず、第１の電極３０７と第２の電極３０８とに同時に電圧が供給される。この時点で第１の電極３０７には引き出された正イオンに相当する電流が流れる。第１の電極３０７に流れる電流をビーム電流と呼ぶが、このビーム電流はエッチング工程で使用する値で一定になるよう高周波電力を増減することによって自動的に調整される。また、この工程ではフローティング電極４ｂの電位も一定になるよう中和電流も自動的に増減される。
　ビーム電流とフローティング電極４ｂの電位が安定に制御されている状態で、次のエッチング工程２０ａに移行する。この工程では、シャッター５の開工程２１ａと閉工程２３ａによりエッチングの開始と終了を制御し、シャッター開工程２２の時間によってエッチング量が決まる。シャッター５の開閉動作には２秒前後を要し、図１と図２で説明したように基板４ａ周辺に拡散する電子と基板４ａに照射されるイオンの量がシャッター開閉度合いによって変化する。このため基板電位に変動が生じるが、エッチング工程２０では常にフローティング電極４ｂの電位が一定になるよう中和電流を自動的に増減して基板電位の変動を抑制している。
　シャッター閉工程２３ａ後に放電停止工程３０ａに移行する。シャッター動作が完了すればエッチングが進行することはないため、引出電極電圧・中和電流・高周波電力とコイル電流を同時に遮断してプラズマ放電を停止（工程３１ａ）する。最後に工程３２ａでガス導入を停止して一連のエッチング処置工程を終了する。
　図７において、上述した従来のイオンビームエッチングによるフローティング電極電位の測定結果を破線で示す。すなわち、図７の破線の各々は、図５Ａと図６とで示した従来のイオンビームエッチング処理工程の基板電位の測定結果の２例（従来１、２）である。図７から分かるように、従来では、放電開始工程（１２ａ）、シャッター開閉工程（２１ａ、２３ａ）、および放電停止工程（３１ａ）で電位変動が発生している。
　各工程で発生している電位変動の要因について順次説明する。
　まず、放電開始工程（１２ａ）では発生している－８Ｖを超えるマイナス電位は、シャッター５で遮蔽しきれないプラズマが基板４ａ周辺に回り込んでいることによるもので、イオン源２から漏れ出たプラズマ中の電子と中和器３から供給される中和電流によって生じるものである。すなわち、シャッター５が閉じていても、内部空間３００内にて生成されたプラズマ中の電子が、引き出し電極２ａに形成されたイオン通過孔を介して処理室中に漏れ出し、該漏れ出した電子が基板４ａに到達することにより基板電位が変動してしまう。シャッター開工程（２１ａ）で発生している電位変動は、変動幅は数Ｖ程度であるがプラスとマイナスの両方の場合があり、シャッター開動作途中での正イオンと基板４ａ側に拡散される電子とのバランスを反映したものである。特に、シャッター開動作途中で基板４ａ側に回り込むプラズマが不安定である。シャッター閉工程（２３ａ）では、シャッター開の場合とは異なり、シャッター５によって正イオンが先に遮蔽され、基板４ａに回りこんでいるプラズマによりマイナス電位が発生している。最後に、放電停止工程（３１ａ）での電位変動は、引出電極電圧・中和電流・高周波電力とコイル電流を同時に遮断しても、正イオンと中和電流が同時に消失していないことを反映している。特にプラズマ放電と引出電極電圧の消失が中和電流よりも遅いため、プラス側に変異変動する傾向が見られる。
　なお、これらの電位変動は０．５秒以下の短い時間で発生しており、フローティング電極４ｂの電位によって中和電流をフィードバック制御しても、電位変動を抑制することはできない。特に、複数の制御要素の供給と停止を同時に行う場合には、制御系の遅延時間やプラズマ負荷の動作遅延などにより供給開始と停止のタイミングに差異が生じる場合があるため、制御要素の供給と停止を個別に行うことが望ましい。
　以降では、上記従来のイオンビームエッチングにおける電位変動に対する対策としての、本実施形態に係るイオンビームエッチングについて説明する。
　図５Ｂと図６に基づいて、本実施形態に係るイオンビームエッチング装置において、実行される制御工程のフローチャートと制御要素のタイムチャートを示す。なお、図６において、本実施形態に係る部分は、太字で現している。本実施形態に係るエッチング処理工程は、大きく３つの工程に分けることができる。（基板４ａの搬入と搬出および基板ホルダー４の回転と公転動作を除く）シャッター５を開ける前の放電開始工程１０ｂ、シャッター５を開閉するエッチング工程２０ｂ、およびシャッター５を閉じた後の放電停止工程３０ｂである。
　本実施形態では、シャッター５によりイオンビーム２ｂが基板４ａに照射されない第１の状態において、放電開始工程１０ｂを行う。すなわち、シャッター５を開ける前の放電開始工程１０ｂにおいて、コントローラ７は、ガス導入装置３０２を制御して内部空間３００内にプラズマ生成用のガスとしてＡｒガスを導入し、電源３１０および電磁石電源３０６を制御して、ガス導入時に第１の電極３０７への正電圧と電磁石コイル３０５への電流を同時に供給する（工程１１ｂ）。本工程において第１の電極３０７に印加される正の電圧は、処理室としての真空容器１にイオンを引き出すための電圧であり、イオンビームエッチング処理に用いられるイオンビーム２ｂの形成を目的とするものでは無い。このとき、第１の電極３０７への正電圧を、エッチング工程２０ｂ中のそれよりも高く設定し、また、電磁コイル３０５へのコイル電流値を、エッチング工程２０ｂ中のそれよりも高く設定する。イオン源容器３０１内の圧力が安定した後に、コントローラ７は、高周波電源３０４および電源４０６を制御して、高周波電力をループアンテナ３０３に供給し、アノード４０１およびカソード４０２の各々に所定の電圧を印加する。このようにして、プラズマ発生用高周波電力と中和源からの中和電流の供給を同時に開始して、プラズマ放電を開始する（工程１２ｂ）。特に高周波電力と中和電流は、安定してプラズマ放電を開始させるために同時に供給を開始することが好ましい。
　また、ガス流量と高周波電力とは、安定してプラズマ放電を開始させるためにエッチング工程よりも高い供給量に設定される。ただし、ガス流量は放電開始後にエッチング工程２０ｂで使用する供給量に減量される。
　イオンビーム２ｂの形成時においては、第１の電極３０７には所定の正の電圧が印加され、第２の電極３０８には所定の負の電圧が印加された第２の状態を形成する。このように第２の状態を形成することにより、イオンビーム２ｂは形成される。すなわち、コントローラ７は、電源３１０を制御して、第１の電極３０７に印加されている正の電圧を工程１１ｂから印加している値よりも小さくし、かつ同時に電源３１１を制御して、第２の電極３０８に負の電圧を供給する。このようにすることで、上記第２の状態が確立され、イオンビーム２ｂが生成される。この時点で第１の電極３０７には引き出された正イオンに相当する電流（不図示）が流れる。第１の電極３０７に流れる電流をビーム電流と呼ぶが、このビーム電流はエッチング工程２０ｂで使用する値で一定になるよう高周波電力を増減することによって自動的に調整される。また、この工程ではフローティング電極４ｂの電位も一定になるよう中和電流も自動的に増減される。
　ビーム電流とフローティング電極４ｂの電位が安定に制御されている状態で、次のエッチング工程２０ｂに移行する。シャッター５の開工程２１ｂでは、コントローラ７は、シャッター駆動装置６ａを制御して、閉位置５ａに位置するシャッター５を開位置５ｂに回転移動させ、イオンビーム２ｂが基板４ａに照射される状態を形成する。本工程では、このシャッター５の移動中に、コントローラ７は、電磁石電源３０６を制御して、工程１１ｂで高めに設定したコイル電流をエッチング工程２２の所望の値に向けて連続的に減量制御する。コイル電流の値を変化させる割合は、シャッター５の開閉前後の設定電流と設定されたシャッター開閉時間から自動的に計算される。コイル電流を急激に変化させると、処理空間を有する真空容器１内の電子とイオンの割合が急に変動してしまう。これに対して、本実施形態では、上述のように、電磁コイル３０５に印加されるコイル電流を傾斜させて変化させているので、上記真空容器１内の電子とイオンとの割合の急な変動を低減することができる。
　シャッター５の開工程２１ｂと閉工程２３ｂとにより、エッチングの開始と終了を制御し、シャッター５が開位置５ｂに位置している時間によってエッチング量が決まる。コントローラ７は、工程２１ｂにてシャッター５を開けてから、所望のエッチング量が実現される時間が経過してから工程２３ｂにて、シャッター駆動装置６ａを駆動してシャッター５を閉じさせる。すなわち、コントローラ７は、工程２１ｂにおけるシャッター５の開動作からの時間を管理して、エッチングを制御している（工程２２）。本実施形態では、シャッター５の開閉動作には２秒前後を要し、図１と図２で説明したように基板４ａ周辺に拡散する電子と、基板４ａに照射されるイオンの量とがシャッター開閉度合いによって変化する。このため基板電位に変動が生じるが、エッチング工程２０では常にフローティング電極４ｂの電位が一定になるよう中和電流を自動的に増減して基板電位の変動を抑制している。
　シャッター５の開工程２１ｂでは、コントローラ７は、シャッター駆動装置６ａを制御して、開位置５ｂに位置するシャッター５を閉位置５ａに回転移動させ、イオンビーム２ｂが基板４ａに照射されない状態を形成する。本工程では、これと同時に、コントローラ７は、電磁石電源３０６を制御して、工程２１ｂで低めに設定したコイル電流を所望の値に向けて連続的に増量制御する。コイル電流の値を変化させる割合は、シャッター５の開閉前後の設定電流と設定されたシャッター開閉時間から自動的に計算される。
　シャッター閉工程２３ｂ後に放電停止工程３０ｂに移行する。まず、コントローラ７は、電源４０６を制御して中和電流を徐々に減少してオフさせ、高周波電源３０４を制御して、高周波電力を、現在設定されている値よりも小さい値になるように徐々に減少させる（工程３３）。この工程で中和電流をゼロまで減量する、すなわち中和器３の駆動を停止する。次に、コントローラ７は、電源３１１および高周波電源３０４を制御して、第２の電極３０８に印加される負の電圧と高周波電力との供給を停止させる（工程３１ｂ）。また、本工程では、コントローラ７は、電源３１０を制御して、第１の電極３０７に印加される正の電圧の値を現在の値よりも小さい値に設定し、該第１の電極３０７に対する正の電圧の供給を維持する。次いで、コントローラ７は、ガス導入装置３０２を制御して、ガス導入を停止させ、これと同時に、電源３１０および電磁石電源３０６を制御して、第１の電極３０７への正の電圧の印加、および電磁コイル３０５へのコイル電流の印加を停止させる（工程３２ｂ）。これにより、一連の放電停止工程３０ｂを終了する。このように、本工程では、プラズマ放電を停止する際にプロセス条件から一気に電力供給を停止するのではなく、プロセス条件よりも低い供給量に連続的に変化させた後に電力供給を停止する。なお、供給量を変化させる割合は、該割合は、時間設定と供給量の差から自動的に計算される。
　なお、コントローラ７が、シャッター５が閉位置５ａから開位置５ｂに移動する間はコイル電流を連続的に増加させる機能、またはシャッター５が前記開位置５ｂから閉位置５ａに移動する間はコイル電流を連続的に減少させる機能を有するように構成しても良い。
　図７において、本実施形態におけるフローティング電極電位の測定結果を実線で示す。すなわち、図７における実線は、図５Ｂと図６とで示したイオンビームエッチング処理の基板電位の測定結果である。図７の破線で示した従来のイオンビームエッチング処理と比較して分かるように、本実施形態によれば、放電開始工程（１２ｂ）、シャッター開閉工程（２１ｂ，２３ｂ）、および放電停止工程（３０ｂ）における電位変動を抑制できる。
　各工程での電位変動を抑制できた要因について順次説明する。
　まず、放電開始工程（１２ｂ）については、工程１１ｂにおいて、プラズマ生成の前にシャッター５を閉じた第１の状態で引き出し部２ａの第１の電極３０７に正電位を供給したため、放電開始時において、イオン源２から処理室としての真空容器１内への正イオンの供給量が増加した結果である。また、工程１１ｂにおいて、プラズマ生成の前にシャッター５を閉じた第１の状態で電磁コイル３０５にコイル電流を印加（好ましくは、該コイル電流をエッチング時よりも高く設定する）したことにより、上記イオン源２から真空容器１内への正イオンの供給量の増加や、該正イオンをさらに加速させることができる。また、該プラズマ生成よりも前に印加されたコイル電流印加により生成されたコイル磁界によりプラズマおよび中和電流の拡散抑制の効果もある。
　すなわち、本実施形態では、プラズマの生成が開始される工程１２ｂの前に、シャッター５が閉じている第１の状態（閉位置５ａに位置する場合）で、引き出し電極２ａのうち、内部空間３００に面する電極（最も内部空間３００側の電極）である第１の電極３０７に、プラズマ空間３００内で生じたプラズマから正イオンを処理室側に引き出すための正の電圧を印加している。従って、後に工程１２ｂにおいてプラズマが生成された際、上記第１の電極３０７に印加された正の電圧により、プラズマ空間３００内の正イオンを、引き出し電極２ａの各電極に形成されたイオン拡散孔を介して処理室側に拡散させることができる。すなわち、イオンビーム生成工程である工程１３の前段階で、イオン源２から処理室側に引き出される正イオンの供給量を増加させることができる。さらに、この拡散された正イオンは、上記第１の電極３０７に印加された正の電圧により加速される。よって、イオンビーム生成工程である工程１３の前に、工程１２ｂにより生成されたプラズマから上記イオン拡散孔を介して電子が漏れ出しても、該漏れ出したイオンが基板４ａに到達する前に、該漏れ出した電子を、上記第１の電極３０７への正の電圧印加により拡散された正イオンにより中和することができる。また、プラズマの生成が開始される工程１２ｂの前に、第１の電極３０７に正の電圧を印加することによって、内部空間３００内においてプラズマが生成されても、上記イオン通過孔を介してイオン源２から処理室としての真空容器１側に電子が漏れるのを低減することができる。また、上記第１の電極３０７に印加された正の電圧により正のイオンは加速されるので、該正のイオンが閉じられたシャッター５を回り込んで基板４ａに到達する時間を小さくすることができ、基板４ａに到着する際の、漏れ出た電子とのタイムラグを小さくすることができる。
　このように、プラズマの生成が開始される工程１２ｂ、イオンビームが生成される工程１３の前に、第１の電極３０７に正の電圧を印加することにより、内部空間３００内にて生成されたプラズマから処理室内への電子の漏れ出しを低減しつつ、該プラズマから処理室内へと正イオンを加速した状態で拡散させることができる。
　さらに、本実施形態では、プラズマの生成が開始される工程１２ｂの前に、イオン源２内部のプラズマ密度分布を調整するという目的とは違う目的で、電磁コイル３０５により、処理室内に磁場を形成している。該磁場により、内部空間３００から処理室へ拡散したプラズマのうち、特に移動度の高い電子がトラップされる。該磁場にトラップされた電子はそのまま磁場に沿って接地電位であるチャンバー側壁に入射する。この結果、内部空間３００から漏れ出たプラズマ中の電子が基板４ａに到達することを抑制できる。なお、引き出し電極２ａに形成された開口の径や第１の電極３０７に印加する電圧によっては処理室に拡散する電子を十分に低減することができるため、該磁場は必ずしも形成しなくてよい。
　このように、本実施形態では、イオン源２内にプラズマを生成する前に、イオンビーム生成を目的とするものではなく、イオン源２から処理室（真空容器１）側に正イオンを積極的に引き出すことが重要である。よって、プラズマ生成工程である工程１２ｂの前において、イオンビーム生成が目的では無く、処理室側に正のイオンを引き出すための正の電圧印加は、少なくとも最もプラズマ側の電極である第１の電極３０７に印加されることが必須である。例えば、第２の電極３０８のみに電圧が印加されると、第１の電極３０７との間で電界が生じ、処理室側への正のイオンの移動が抑制されてしまう。逆に言えば、第２の電極３０８、第３の電極３０９に対しても、内部空間３００にて生成されたプラズマから処理室側への正のイオンの移動を妨げない程度に（例えば、第１の電極３０７への印加電圧よりも小さい電圧）正の電圧を印加しても良い。
　次に、シャッター開閉工程（２１ｂ、２３ｂ）も、コイル磁界によりシャッター開閉動作中のプラズマおよび中和電流の拡散を抑制できるので、繰り返し再現性も向上させることができる。最後の放電停止工程（３０ｂ）は、中和電流と高周波電力を減量制御（工程３３）により放電遮断時（工程３１ｂ）の電位変動を抑制できる。この効果は、放電遮断時（工程３１ｂ）に第１の電極３０７への正電位とコイル電流を供給したことによる、正イオンの供給量の増加と、プラズマおよび中和電流の拡散抑制とによる効果である。
　（その他の実施形態）
　上記実施形態では、イオンビーム処理として、イオンビームエッチングについて説明したが、本発明は、イオン注入といったイオンビームを用いた処理であれば、いずれの形態にも適用できる。
　（さらにその他の実施形態）
　本発明の一実施形態では、コントローラ７をコンピュータにより構成しても良い。この場合は、図５Ｂの工程１０ｂ、２０ｂ、および３０ｂを有するコンピュータプログラムを上記コンピュータが備えるメモリ部に格納しておき、該コンピュータが備えるＣＰＵが、該メモリ部に格納された制御プログラムを読み出し、上記工程１０ｂ、２０ｂ、３０ｂに示す処理を実行する。
　また、前述した実施形態の機能を実現するように前述した実施形態の構成を動作させるプログラムを記憶媒体に記憶させ、該記憶媒体に記憶されたプログラムをコードとして読み出し、コンピュータにおいて実行する処理方法も上述の実施形態の範疇に含まれる。即ちコンピュータ読み取り可能な記憶媒体も実施例の範囲に含まれる。また、前述のコンピュータプログラムが記憶された記憶媒体はもちろんそのコンピュータプログラム自体も上述の実施形態に含まれる。
　かかる記憶媒体としてはたとえばフロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ―ＲＯＭ、磁気テープ、不揮発性メモリカード、ＲＯＭを用いることができる。また前述の記憶媒体に記憶されたプログラム単体で処理を実行しているものに限らず、他のソフトウエア、拡張ボードの機能と共同して、ＯＳ上で動作し前述の実施形態の動作を実行するものも前述した実施形態の範疇に含まれる。
１　　真空容器
２　　イオン源
２ａ　　引き出し電極
２ｂ　　イオンビーム
３　　中和器
３ａ　　電子（中和電子）
４　　基板ホルダー
４ａ　　基板
５　　シャッター
６　　シャッター装置
６ａ　　シャッター駆動装置
７　　コントローラ
３０３　　ループアンテナ
３０４　　高周波電源
３０５　　電磁コイル
３０６　　電磁石電源
３０７　　第１の電極
３０８　　第２の電極
３０９　　第３の電極
３１０、３１１　　電源

Claims (13)

  1. 　内部空間を有するプラズマ発生室内にて発生されたプラズマから引き出されて形成されたイオンビームを前記プラズマ発生室と連結した処理室内に配置された基板に照射して該基板を処理するイオンビーム処理方法であって、
    　シャッターにより前記イオンビームが前記基板に照射されない第１の状態において、前記プラズマ発生室と前記処理室との連結部において、前記内部空間に面して設けられた第１の電極に、前記処理室にイオンを引き出すための正の電圧を印加する工程と、
    　前記第１の状態において、前記内部空間内に前記プラズマを発生させる工程と、
    　前記第１の状態において、前記第１の電極には正の電圧が印加され、前記連結部において前記第１の電極よりも前記処理室側に設けられた第２の電極には負の電圧が印加された第２の状態を形成することにより、前記イオンビームを形成する工程と、
    　前記シャッターを移動させ、前記イオンビームを前記基板に照射して、該基板を処理する工程と
    　を有することを特徴とするイオンビーム処理方法。
  2. 　前記発生させる工程の前に、前記第１の状態において、電磁石により前記プラズマ発生室内に磁場を形成する工程をさらに有することを特徴とする請求項１に記載のイオンビーム処理方法。
  3. 　前記プラズマが形成されている間において前記電磁石により前記プラズマ発生室内に磁場が形成されており、
    　前記磁場を形成する工程における前記電磁石に供給される電流は、前記プラズマが形成されている間における前記電磁石に供給される電流よりも高く設定さ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処理方法。
  4. 　前記処理する工程は、前記シャッターの移動中に、前記電磁石に供給される電流を連続的に小さくすることを特徴とする請求項３に記載のイオンビーム処理方法。
  5. 　前記印加する工程において、前記第１の電極に前記処理室にイオンを引き出すための正の電圧が印加され、前記第１の電極には前記印加する工程、前記発生させる工程および前記形成する工程において連続して正の電圧が印加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処理方法。
  6. 　前記印加する工程において前記第１の電極に印加される正の電圧は、前記形成する工程において前記第１の電極に印加される正の電圧よりも大きいことを特徴とする請求項５に記載のイオンビーム処理方法。
  7. 　内部空間を有するプラズマ発生室と、
    　前記プラズマ発生室に連結した処理室と、
    　前記内部空間にプラズマを発生させるためのプラズマ発生部と、
    　前記内部空間から前記処理室へと、前記プラズマからイオンを引き出すための引き出し部であって、前記イオンを通過させるための多数のイオン通過孔を有する第１の電極、および第２の電極を有し、該第１の電極は最も前記プラズマ発生室側に設けられ、前記第２の電極は該第１の電極よりも前記処理室側に設けられた引き出し部と、
    　前記処理室内に設けられ、基板を保持するための基板保持面を有する基板保持部であって、前記引き出し部から引き出されて形成されたイオンビームが入射するように設けられた基板保持部と、
    　前記引き出し部と前記基板保持部との間に設けられ、前記イオンビームを前記基板保持面に対して遮蔽する第１の位置と、前記イオンビームを前記基板保持面に対して遮蔽しない第２の位置との間を移動するシャッターと、
    　前記プラズマを発生させる前、かつ前記イオンビームの形成の前に、前記シャッターが前記第１の位置に位置する状態で、前記第１の電極に正の電圧を印加する手段とを備え、
    　前記イオンビームの形成時においては、前記第１の電極に正の電圧が印加され、前記第２の電極には負の電圧が印加されることを特徴とするイオンビーム処理装置。
  8. 　前記プラズマ発生室内に磁場を発生させる電磁石と、
    　前記プラズマを発生させる前、かつ前記イオンビームの形成の前に、前記電磁石に電流を供給して前記プラズマ発生室内に磁場を発生させる手段と
    　をさらに備えることを特徴とする請求項７に記載のイオンビーム処理装置。
  9. 　前記プラズマが形成されている間において前記電磁石に電流を供給して前記プラズマ発生室内に磁場を発生させる手段をさらに備え、
    　前記プラズマを発生させる前、かつ前記イオンビームの形成の前に前記電磁石に供給される電流は、前記プラズマが形成されている間における前記電磁石に供給される電流よりも高く設定されていることを特徴とする請求項８に記載のイオンビーム処理装置。
  10. 　前記電磁石に供給する電流を制御する手段であって、前記シャッターが前記第１の位置から前記第２の位置に移動する間は前記電流を連続的に増加させる機能、および前記シャッターが前記第２の位置から前記第１の位置に移動する間は前記電流を連続的に減少させる機能の少なくとも一方を有する手段をさらに備えることを特徴とする請求項８に記載のイオンビーム処理装置。
  11. 　内部空間を有するプラズマ発生室と、前記プラズマ発生室に連結した処理室と、前記内部空間にプラズマを発生させるためのプラズマ発生部と、前記内部空間から前記処理室へと、前記プラズマからイオンを引き出すための引き出し部であって、前記イオンを通過させるための多数のイオン通過孔を有する第１の電極、および第２の電極を有し、該第１の電極は最も前記プラズマ発生室側に設けられ、前記第２の電極は該第１の電極よりも前記処理室側に設けられた引き出し部と、前記処理室内に設けられ、基板を保持するための基板保持面を有する基板保持部であって、前記引き出し部から引き出されて形成されたイオンビームが入射するように設けられた基板保持部と、前記引き出し部と前記基板保持部との間に設けられ、前記イオンビームを前記基板保持面に対して遮蔽する第１の位置と、前記イオンビームを前記基板保持面に対して遮蔽しない第２の位置との間を移動するシャッターと、前記第１の電極および前記第２の電極に所定の電圧を印加する電圧供給部とを備えるイオンビーム処理装置の制御装置であって、
    　前記プラズマを発生させる前、かつ前記イオンビームの形成の前に、前記シャッターが前記第１の位置に位置する状態で、前記第１の電極に正の電圧が印加されるように前記電圧供給部を制御する手段と、
    　前記イオンビームの形成時においては、前記第１の電極に正の電圧が印加され、前記第２の電極には負の電圧が印加されるように前記電圧供給部を制御する手段と
    　を備えることを特徴とする制御装置。
  12. 　コンピュータを請求項１１に記載の制御装置として機能させることを特徴とするコンピュータプログラム。
  13. 　コンピュータにより読み出し可能なプログラムを格納した記憶媒体であって、請求項１２に記載のコンピュータプログラムを格納したことを特徴とする記憶媒体。
     
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