特開 2015-88218 イオンビーム処理装置及び中和器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2015-88218(P2015-88218A)

(43)【公開日】2015年5月7日

(54)【発明の名称】イオンビーム処理装置及び中和器

(51)【国際特許分類】

   H01J 37/077 20060101AFI20150410BHJP

   H01J 37/30 20060101ALI20150410BHJP

   H01J 37/305 20060101ALI20150410BHJP

   H01J 27/08 20060101ALI20150410BHJP

【ＦＩ】

   H01J37/077

   H01J37/30 Z

   H01J37/305 A

   H01J27/08

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2011-287192(P2011-287192)

(22)【出願日】2011年12月28日

(71)【出願人】

【識別番号】000227294

【氏名又は名称】キヤノンアネルバ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100143395

【弁理士】

【氏名又は名称】岩田 今日文

(74)【代理人】

【識別番号】100173174

【弁理士】

【氏名又は名称】間野 日出男

(72)【発明者】

【氏名】深石 翼

(72)【発明者】

【氏名】中川 行人

(72)【発明者】

【氏名】辻山 公志

【テーマコード（参考）】

5C030

5C034

【Ｆターム（参考）】

5C030DE01

5C030DE03

5C030DG07

5C034AA01

5C034AA09

5C034BB09

5C034BB10

(57)【要約】

【課題】ホローカソードタイプの中和器を用いた場合、中和器内部に堆積物が生じる。イオンビームによって電子部品を製造する際に中和器を用いた場合、その堆積物が加工中に基板上に落下することでパーティクルが生じ、製品の不良が発生して歩留まりが低下する。
【解決手段】イオンビームを中和するために、イオンビーム処理装置に設けられたホローカソードタイプの中和器であって、該中和器のアノード及びカソードは同一の熱膨張率を有する材質から構成されている。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

内部空間を有するプラズマ形成室と、
前記プラズマ形成室に連結した処理室と、
前記プラズマ形成室にプラズマを形成するための電力供給手段と、
前記プラズマ形成室に形成されたプラズマからイオンを引き出し、前記処理室に向けてイオンビームを照射するための引き出し手段と、
を有するイオンビーム処理装置であって、
電子を放出する中和器を前記処理室に備え、
前記中和器は、
プラズマが形成される中空部を有するカソードと、
前記カソードと対向し、前記中空部に形成されるプラズマから電子を引き出すアノードと、
前記カソードに負の電圧を、前記アノードに正の電圧を印加するための電圧印加手段と、
前記中空部に放電用ガスを導入するためのガス導入部とを有し、
前記アノードと前記カソードが同一の熱膨張率を有する材質から構成されていることを特徴とするイオンビーム処理装置。

【請求項2】

前記アノードと前記カソードが同一の材質から構成され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処理装置。

【請求項3】

前記アノードと前記カソードはチタンから構成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装置。

【請求項4】

プラズマが形成される中空部を有するカソードと、
前記カソードと対向し、前記中空部に形成されるプラズマから電子を引き出すアノードと、
前記カソードに負の電圧を、前記アノードに正の電圧を印加するための電圧印加手段と、
前記中空部に放電用ガスを導入するためのガス導入部とを有し、
前記アノードと前記カソードが同一の熱膨張率を有する材質から構成されていることを特徴とする中和器。

【請求項5】

前記アノードと前記カソードが同一の材質から構成されていることを特徴とする請求項４に記載の中和器。

【請求項6】

前記アノードと前記カソードはチタンから構成されていることを特徴とする請求項５に記載の中和器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、イオンビーム処理装置及び中和器に関する。

【背景技術】

【0002】

電子部品等の製造において、イオンビームによる種々の処理が適用されている。特にイオンビームをエッチングに用いたイオンビームエッチングは、被処理基板の加工等に広く利用されている。

【0003】

イオンビームはプラズマ源から複数の電極を用いてイオンを引き出すことにより形成される。このとき被処理基板のチャージアップを防止するために、引き出したイオンビームの電荷量に等しい負の電荷を供給する必要がある。
イオンビームの中性化は、中和器を用いて電子をイオンビームに対して供給することにより行われる（特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平４−３５１８３８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

中和器とは、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、その構造としては、図３に示すようなホローカソードタイプのものを用いることが考えられる。ホローカソードタイプ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。なお、図３及び図４は本発明者が従来の中和器の課題を説明するために作成した図である。

【0006】

図３において、２０１はアノード（陽極）、２０２はカソード（陰極）、２０３はアノード２０１とカソード２０２を絶縁するための絶縁体である。カソード２０２は筒形であり、一端がアノード２０１に対向して開口しており、他端は閉塞している。カソード２０２は内部にプラズマを形成するための中空部２０７を有する。カソード２０２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２０１及びカソード２０２は各々に所定の電圧を印加するために電源２０６に接続されている。２０４は中和器内に放電用ガスを導入するためのガス導入路、２０５は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。

【0007】

中和器内に放電用ガスを導入し、カソード２０２に負の電圧を印加することで、中空部２０７にプラズマが形成される。さらにアノード２０１に正の電圧を印加することでアノード２０１の開口部より電子が引き出され、イオンビームの中和が行われる。
アノード２０１には、例えば、耐熱性を考慮してチタンが、カソード２０２には加工容易性およびコストを考慮してステンレスが好適に用いられる。

【0008】

上述したようなホローカソードタイプの中和器はカソード２０２の開口部付近がプラズマによって削られていく。削られたカソード２０２の材質は、図４に示すように、中和器内部のアノード２０１の開口部付近に堆積し、堆積物２０８が形成される。このためイオンビームを電子部品の製造に用いる場合、中和器内の堆積物２０８が加工中に基板上に落下することでパーティクルが生じ、製品の不良が発生して歩留まりが低下するという問題が生じる。

【0009】

本発明はこのような問題を解決するために成されたものであり、電子部品等の製造に適した中和器の提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明は、イオンビーム処理装置に備えられたホローカソードタイプの中和器において、アノードとカソードを同一の熱膨張率を有する材質もしくは同一の材質から構成することをその要旨とする。

【0011】

本発明の第１の側面は、内部空間を有するプラズマ形成室と、前記プラズマ形成室に連結した処理室と、前記プラズマ形成室にプラズマを形成するための電力供給手段と、前記プラズマ形成室に形成されたプラズマからイオンを引き出し、前記処理室に向けてイオンビームを照射するための引き出し手段と、を有するイオンビーム処理装置に係り、電子を放出する中和器を前記処理室に備え、前記中和器は、プラズマが形成される中空部を有するカソードと、前記カソードと対向し、前記中空部に形成されるプラズマから電子を引き出すアノードと、前記カソードに負の電圧を、前記アノードに正の電圧を印加するための電圧印加手段と、前記中空部に放電用ガスを導入するためのガス導入部とを有し、前記アノードと前記カソードが同一の熱膨張率を有する材質から構成されていることを特徴とする。

【0012】

本発明の第２の側面は、中和器に係り、プラズマが形成される中空部を有するカソードと、前記カソードと対向し、前記中空部に形成されるプラズマから電子を引き出すアノードと、前記カソードに負の電圧を、前記アノードに正の電圧を印加するための電圧印加手段と、前記中空部に放電用ガスを導入するためのガス導入部とを有し、前記アノードと前記カソードが同一の熱膨張率を有する材質から構成されていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0013】

本発明を用いることで、電子部品の加工にイオンビームを用いた場合にも、中和器からのパーティクル発生が抑制され、歩留まりが改善される。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明が適用可能なイオンビーム処理装置の一例を説明するための図である。

【図2】本発明の一実施形態に係る中和器を説明するための図である。

【図3】従来の中和器を説明するための図である。

【図4】従来の中和器の問題点を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。なお、本発明は本実施形態に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下で説明する図面において、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。

【0016】

本発明に係る中和器を用いたイオンビーム処理装置の一例としての、イオンビームエッチング装置の概略図を図１に示す。

【0017】

イオンビームエッチング装置１００は主にプラズマが形成されるプラズマ形成室１０２と、プラズマ形成室１０２と連結した処理室１０１で構成されている。
プラズマ形成室１０２にプラズマを形成するためのプラズマ形成手段として、放電容器としてのベルジャ１０４、ガス導入部１０５、ベルジャ１０４内に誘導磁界を発生するアンテナ１０６、アンテナ１０６に高周波電力（ソース電力）を供給する放電用電源１１２、放電用電源１１２とアンテナ１０６の間に設けられた整合器１０７、電磁コイル１０８が設置されており、処理室１０１との境界にはグリッド１０９が設置されている。放電用電源１１２から供給された高周波電力がアンテナ１０６に供給され、ベルジャ１０４内部のプラズマ形成室１０２にプラズマが形成されるようになっている。ベルジャ１０４はその内壁部にファラデーシールド１１８を備える。

【0018】

処理室１０１には排気ポンプ１０３が設置されている。また、処理室１０１内には基板ホルダ１１０があり、基板１１１は基板ホルダ１１０により固定される。
プラズマ形成室１０２にプラズマが形成された後、グリッド１０９に電圧を印加して、プラズマ形成室１０２内のイオンをビームとして引き出す。引き出されたイオンビームは、中和器１１３により電気的に中和されて、基板１１１に照射される。

【0019】

図２に本発明に係る中和器を示す。
基本的な構造は図３及び図４において示した、ホローカソードタイプの中和器と同様である。
本発明において、中和器のアノード２０１とカソード２０２は同一の熱膨張率を有する材質から構成される。
アノード２０１とカソード２０２が同一の熱膨張率を有する材質から構成される場合、アノード２０１と堆積物２０８との熱膨張率も等しくなる。このため、プラズマによってアノード２０１と堆積物２０８が熱されても互いの熱膨張量が等しく、アノード２０１と堆積物２０８との界面に発生する応力が大きく低減される。このためアノード２０１に堆積物２０８が堆積しても、基板上への落下が生じ難く、パーティクルを低減することが可能となる。
なお本発明においてパーティクルとは、金属あるいは金属を含む材質からなり、その直径が概ね０．０１ミクロン以上、１ミクロン以下の微粒子のことを言う。

【0020】

アノード２０１とカソード２０２が同一の材質から構成される場合はより一層のパーティクルの低減が可能となる。アノード２０１と堆積物２０８の材質が同一であることによって、アノード２０１と堆積物２０８との間の吸着性が向上するため、基板上への落下の危険性をより一層低減させることが可能となる。

【0021】

アノード２０１とカソード２０２を同一の材質とする場合は、チタンやモリブデン、タンタルなどが用いられる。特にチタンは加工容易性、低スパッタ率、高放電効率等の観点から見て好ましい。

【0022】

低スパッタ率の観点から、アノード２０１とカソード２０２の材質として導電性のセラミクスを用いることもできる。特に炭化シリコン、チタニア、ジルコニア等の材料は導電性の付与が比較的容易であり、アノードおよびカソードとして用いることができる。

【実施例1】

【0023】

本発明に係る中和器を用いて、イオンビームエッチングによって電子部品の加工を行う際の一例を以下に示す。

【0024】

まず排気ポンプ１０３によって処理室１０１及びプラズマ形成室１０２を排気する。次に基板１１１を基板ホルダ１１０に載置し、次にプラズマ形成室１０２に放電用ガスとしてのＡｒをガス導入部１０５から１０ｓｃｃｍで導入する。

【0025】

次に、アンテナ１０６に１ｋＷの電力を印加することで、プラズマ形成室１０２にプラズマを形成する。その後、グリッド１０９に電圧を印加する。グリッド１０９は３枚の電極から構成され、プラズマ形成室側から見て１枚目の電極には＋２００Ｖの電圧が、２枚目の電極には−８００Ｖの電圧が印加されており、３枚目の電極は接地されている。
グリッド１０９よりイオンビームが処理室１０１に引き出される。処理室１０１は排気ポンプ１０３により１．０×１０^−２Ｐａ程度に排気される。

【0026】

このとき、グリッド１０９より引き出されたイオンビームを中和すべく、中和器１１３より電子をイオンビームに対して供給する。
中和器１１３のカソード２０２及びアノード２０１は共にチタンから構成される。まず放電用ガスが、ガス導入制御部２０５を通してガス導入路２０４から５ｓｃｃｍで中和器１１３の内部に導入される。放電用ガスとしてはＡｒが用いられる。
中和器のカソード２０２にアノード２０１に対する電位差が−２００Ｖとなるように電圧を印加し、カソード２０２の中空部２０７にプラズマを形成する。アノードには接地電位に対して＋２４Ｖの電圧が印加され、中空部２０７に形成されたプラズマより電子が引き出され、処理室１０１に向かって放出される。該電子によってグリッド１０９から引き出されたイオンビームは中和される。

【0027】

上述した実施例ではイオンビームエッチング装置を用いて説明したが、本発明はこれ以外のイオンビーム装置、例えば表面改質装置、イオンビームスパッタ装置、などにも適用可能である。また本発明に係る中和器を用いたイオンビーム処理装置は種々の電子部品の微細加工に適用可能である。

【符号の説明】

【0028】

１００ イオンビームエッチング装置
１０１ 処理室
１０２ プラズマ形成室
１０３ 排気ポンプ
１０４ ベルジャ
１０５ ガス導入部
１０６ アンテナ
１０７ 整合器
１０８ 電磁コイル
１０９ グリッド
１１０ 基板ホルダ
１１１ 基板
１１２ 放電用電源
１１３ 中和器
１１８ ファラデーシールド
２０１ アノード
２０２ カソード
２０３ 絶縁体
２０４ ガス導入路
２０５ ガス導入制御部
２０６ 電源
２０８ 堆積物

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】