(57)【要約】【要  約】【課題】イオン照射装置の異常放電を防止する。【解決手段】イオン化室１１内で生成されたイオンは、電極装置１６によりイオン化室１１から反応室３１に放出される。電極装置１６は、第一〜第三の電極板１７〜１９と、第一〜第三の電極板１７〜１９を貫通しイオンを通過させる複数のイオン通過路１２を有している。第一〜第三の電極板１７〜１９は、イオン通過路１２が配置された通過領域ｄと、イオン通過路１２が配置されない無効領域ｅに区分けされる。第一〜第三の電極板１７〜１９のそれぞれの間の無効領域ｅに絶縁性のスペーサ６を配置し、第一〜第三の電極板１７〜１９の間隔を一定に保つと、異常放電が防止される。【選択図】図１
2010062056.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン化室と、
前記イオン化室内に導入された処理ガスをイオン化するイオン生成装置と、
前記生成されたイオンを前記イオン化室内部から外部に放出させる電極装置とを有し、
前記イオン化室外部に配置された処理対象物に対して、前記イオン化室内で生成された前記イオンを照射するイオン照射装置であって、
前記電極装置は、前記イオン化室内の前記イオンのエネルギーを決める電圧が印加される第一の電極と、
前記イオンを吸引する極性の電圧が印加される第二の電極と、
前記第一、第二の電極を貫通し前記イオン化室の外部に前記イオンを通過させる複数のイオン通過路とを有し、
前記イオン通過路は前記第一、第二の電極の一部領域に配置され、
前記第一、第二の電極は、前記イオン通過路が配置された通過領域と、前記イオン通過路が配置されていない無効領域とに区分けされ、
前記第一、第二の電極間の前記無効領域には絶縁性のスペーサが配置されたイオン照射装置。
【請求項２】
前記スペーサは、前記通過領域の外周に沿って配置された請求項１記載のイオン照射装置。
【請求項３】
内部に前記処理対象物が配置される反応室と、前記反応室に接続された請求項１又は請求項２のいずれか１項記載のイオン照射装置とを有し、
前記イオン通過路を通過した前記イオンは、前記反応室の内部に照射される真空処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は表面処理やエッチング等に用いられるイオン照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、エッチングや表面分析にはイオン照射装置が用いられている。
図５の符号１００は、従来技術のイオン照射装置の一例を示している。イオン照射装置１００は、イオン化室１１１を有している。イオン化室１１１には、開口部が形成されていて、開口部には、電極装置１１６が配置されている。
【０００３】
イオン化室１１１は、ガス導入装置１０９が接続されており、ガス導入装置１０９を動作し、イオン化室１１１内に処理ガスを導入する。イオン化室１１１には、高周波コイル１１３が取り付けられている。高周波コイル１１３に交流電圧を印加すると、イオン化室１１１内部でプラズマが発生し、処理ガスのイオンが生成される。
【０００４】
電極装置１１６は、電極板１１７を１又は複数枚有している。電極板１１７には孔１２０が複数形成され、電極板１１７は孔１２０が重なるように配置されている。電極板１１７には、不図示の電源から加速電圧が印加され、イオン化室１１１内で生成されたイオンは、孔１２０を通る際に加速され、イオン化室１１１外に照射される。
【特許文献１】特開２００５−２６８２３５号公報
【特許文献２】特開２００７−１６５１０７号公報
【特許文献３】特開平６−２５１７３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
イオンは加速エネルギーを持って電極板１１７に引き付けられるため、一部が電極板１１７の孔１２０の周囲に衝突し、電極板１１７が加熱される。
所望形状のイオンビームを引き出すために、孔１２０を一部領域に集中して配置することがあるが、そのような場合には電極板１１７内で温度差が生じ、電極板１１７が撓みやすい。電極板１１７が撓み、電極板１１７同士が接近すると異常放電が起こってしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために本発明は、イオン化室と、前記イオン化室内に導入された処理ガスをイオン化するイオン生成装置と、前記生成されたイオンを前記イオン化室内部から外部に放出させる電極装置とを有し、前記イオン化室外部に配置された処理対象物に対して、前記イオン化室内で生成された前記イオンを照射するイオン照射装置であって、前記電極装置は、前記イオン化室内の前記イオンのエネルギーを決める電圧が印加される第一の電極と、前記イオンを吸引する極性の電圧が印加される第二の電極と、前記第一、第二の電極を貫通し前記イオン化室の外部に前記イオンを通過させる複数のイオン通過路とを有し、前記イオン通過路は前記第一、第二の電極の一部領域に配置され、前記第一、第二の電極は、前記イオン通過路が配置された通過領域と、前記イオン通過路が配置されていない無効領域とに区分けされ、前記第一、第二の電極間の前記無効領域には絶縁性のスペーサが配置されたイオン照射装置である。
本発明はイオン照射装置であって、前記スペーサは、前記通過領域の外周に沿って配置されたイオン照射装置である。
本発明は真空処理装置であって、内部に前記処理対象物が配置される反応室と、前記反応室に接続された前記イオン照射装置とを有し、前記イオン通過路を通過した前記イオンは、前記反応室の内部に照射される真空処理装置である。
【発明の効果】
【０００７】
スペーサによって電極板間の距離が一定に保たれ、異常放電が防止される。異常放電が起き難いから電極装置の寿命が長く、イオンビーム形状も安定する。スペーサは無効領域に配置されるため、イオンの通過に影響を与えない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１の符号５０は、本発明の真空処理装置の一例を示している。
この真空処理装置５０は、反応室３１と、反応室３１に接続された本発明のイオン照射装置１０とを有している。
【０００９】
イオン照射装置１０は、イオン化室１１を有している。イオン化室１１と、反応室３１にはそれぞれ開口が形成されている。イオン化室１１は反応室３１の上方に位置し、イオン化室１１の開口と、反応室３１の開口が気密に連通するように、反応室３１に取り付けられている。
【００１０】
イオン化室１１の開口には、電極装置１６が配置されている。電極装置１６には後述するイオン通過路１２が複数形成され、イオン通過路１２を介してイオン化室１１の内部空間が反応室３１の内部空間に接続されている。
【００１１】
イオン化室１１と反応室３１のいずれか一方又は両方には真空排気系７、８が接続され、イオン化室１１には、処理ガスが配置されたガス導入系９が接続されている。真空排気系７、８を動作させ、イオン化室１１と反応室３１を真空雰囲気にした後、ガス導入系９を動作し、イオン化室１１内にＡｒガス等の処理ガスを導入すると、イオン化室１１内に処理ガスを含む処理ガス雰囲気が形成される。
【００１２】
イオン化室１１は石英、アルミナ、窒化アルミニウム等の誘電体で構成されており、その周囲にはイオン生成装置である高周波コイル１３が巻き回されている。高周波コイル１３には、高周波電源１５が接続されている。
【００１３】
イオン化室１１内部に処理ガス雰囲気を形成し、高周波電源１５を起動して高周波コイル１３に交流電圧を印加すると、イオン化室１１内部に交番磁界が形成されてプラズマが発生し、処理ガスイオンが生成される。
【００１４】
電極装置１６は複数の電極板を有している。各電極板１７〜１９は、互いに平行にされた状態で、不図示の絶縁性接着剤によって、イオン化室１１の開口の内壁面、又は開口内に挿通した絶縁性の支持軸に取り付けられている。
【００１５】
電極板１７〜１９は、イオン化室１１から反応室３１に向かって並べられており、イオン化室１１の内部空間と対面するものを第一の電極板１７、第一の電極板１７と隣接するものを第二の電極板１８、反応室３１の内部空間と対面するものを第三の電極板１９とする。
【００１６】
第一の電極板１７には、イオン通過路１２の入口となる貫通孔（入口孔２０）がイオン通過路１２と同数形成されている。この入口孔２０の中心を通り、第一の電極板１７と垂直な線分を孔中心軸線とすると、他の電極板１８、１９の孔中心軸線が交差する場所には、それぞれ貫通孔が形成され、同一の孔中心軸線上に位置する電極板１７〜１９の貫通孔によってイオン通過路１２が構成されている。
【００１７】
従って、イオン化室１１内で発生したイオンは、入口孔２０に入り込むと、イオン通過路１２内を飛行して、第二、第三の電極板１８、１９を通過する。
隣接する電極板１７〜１９間には、後述するスペーサ６が配置されており、第一〜第三の電極板１７〜１９はスペーサ６によって離間し、互いに絶縁されおり、各電極板１７〜１９には電圧を個別に印加できる。
【００１８】
ここでは、第一の電極板１７と第二の電極板１８に正電圧電源５と負電圧電源３がそれぞれ接続されている。第三の電極板１９はイオン化室１１及び反応室３１と同じ接地電位に接続されている。イオン化室１１で生成されるイオンは正のイオンである（例えばＡｒ+）。
【００１９】
第一の電極板１７は、正電圧電源５により接地電位に対して正の電圧が印加され、イオン化室１１内部のイオンは第一の電極板１７から反発力を受け、イオン化室１１内部に充満する。
第二の電極板１８には負電圧電源３により接地電位に対して負の電圧が印加されており、第一、第二の電極板１７、１８間には、イオンを加速させる電位差が生じる。
【００２０】
イオン化室１１で生成されたイオンは、拡散により、第一の電極板１７の入口孔２０を通って、イオン化室１１から第二の電極板１８側へ漏洩すると、第一、第二の電極板１７、１８の電位差により加速され、イオン通過路１２を通過して反応室３１に導入される。尚、第三の電極板１９は、第二の電極板１８が作る電界が反応室３１に漏洩するのを防ぐ役割をしている。
【００２１】
イオン化室１１内部のイオン（プラズマ）のエネルギーは数十ｅＶであるが、イオン通過路１２を通ったイオンは加速され、第二、第三の電極板１８、１９の貫通孔（イオン通過路１２）の内壁面及びその周囲に衝突すると、第二、第三の電極板１８、１９に数ｋｅＶの高エネルギーを与える。
従って、電極板１７〜１９、特に二枚目以降の電極板１８、１９は、イオン通過路１２周囲の部分が高温になる。
【００２２】
図２はイオン通過路１２の配置を説明するための電極板１７〜１９の平面図である。イオンのビーム形状や照射位置を制御するため、イオン通過路１２は電極板１７〜１９の一部である通過領域ｄに集中して配置され、通過領域ｄ周囲の無効領域ｅには形成されていない。
従って、無効領域ｅにはイオンの衝突による加熱が起こらず、通過領域ｄと無効領域ｅの間に温度差が生じ、電極板１７〜１９が撓む原因となる。
【００２３】
本発明では、互いに隣接する電極板１７〜１９間の無効領域ｅに絶縁性のスペーサ６が配置されている。隣接する電極板１７〜１９間の距離は決まっており、スペーサ６の厚みは、隣接する電極板１７〜１９間の距離と同じか、それよりもやや小さくなっている。例えば、第一、第二の電極板１７、１８間の距離と、第二、第三の電極板１８、１９間の距離が１．５ｍｍ〜３ｍｍの場合、各スペーサ６の厚みは１ｍｍ〜２．５ｍｍである。
【００２４】
温度差により、電極板１７〜１９が撓むような熱応力がかかっても、電極板１７〜１９はスペーサ６に支持されるから、隣接する電極板１７〜１９間の距離はスペーサ６の厚み未満にはならない。従って、隣接する電極板１７〜１９間の距離は常にスペーサ６の厚み以上に維持される。
【００２５】
スペーサ６の厚みにより決定される電極板１７〜１９間の最低距離は、異常放電が起こらない値に設定されているから、この電極装置１６では異常放電が起こり難く、イオンを安定して放出することができる。
【００２６】
尚、イオン化室１１の内部の、交番磁界が形成される領域に誘電体からなる邪魔板２５を設けてもよい。邪魔板２５は第一の電極板１７と平行になるよう、イオン化室１１の中央に設けることが望ましい。
【００２７】
反応室１１の構造は特に限定されない。一例を述べると、反応室３１内部の底面には試料ホルダー３２が配置されており、試料ホルダー３２の一面（載置面）に、一又は複数の処理対象物３３が配置される。
【００２８】
処理対象物３３は例えば板状であって、載置面は第一〜第三の電極板１７〜１９と平行な平面内に位置し、処理対象物３３は第一〜第三の電極板１７〜１９に対して平行に保持される。
【００２９】
試料ホルダー３２は反応室３１外部に配置された回転装置３５に接続され、回転装置３５により、載置面を垂直に通る回転軸線２４を中心として回転できるように構成されている。従って、試料ホルダー３２と処理対象物３３は、第一〜第三の電極板１７〜１９と平行な平面内で回転軸線２４を中心として回転する。ここでは、回転軸線２４は処理対象物３３と試料ホルダー３２の中心を通る。
【００３０】
処理対象物３３は、回転移動により一部又は全部が、通過領域ｄと対面し、対面した部分にイオンがビーム上に照射され、表面処理される。通過領域ｄの形状は目的とするイオンビーム形状や、処理対象物３３の種類や大きさにより変化させるものであって、特に限定されないが、以下にその一例を示す。
【００３１】
図３は第一の電極板１７の通過領域ｄと回転軸線２４の関係の一例を示す平面図である。同図の符号ｂ1とｂ2は第一の電極板１７が位置する平面内で回転軸線２４で交差する二直線を示す。入口孔２０はその二直線ｂ1、ｂ2が１８０°未満、より望ましくは、４５°以下の角度で交差した領域（中央領域ｄ1）内に配置され、中央領域ｄ1の両側の端部領域ｅ1、ｅ2には配置されていない。従って、通過領域ｄは中央領域ｄ1内にある。
【００３２】
各入口孔２０は同じ形状同じ大きさであり、入口孔２０の中心間の距離を一定にして配置されている。従って、隣接する入口孔２０の中心間は、互いに等距離になっている。
【００３３】
入口孔２０の大きさが無視できる程小さい場合、回転軸線２４を中心とする同心円と交差する入口孔２０の個数は、半径が小さい同心円上の個数よりも半径が大きな同心円上の個数が多くなるように設定されており、入口孔２０の大きさが、同心円の半径と比べて無視できない程の大きさの場合、少なくとも、入口孔２０の大きさの２倍以上離れた同心円間では、半径が小さい同心円上の個数よりも半径が大きな同心円上の個数が多くなるように設定されている。
【００３４】
その結果、回転軸線２４を中心にイオン化室１１と処理対象物３３とが相対的に回転した場合、処理対象物３３表面上に垂直もしくは垂直に近い角度で入射するイオンが、処理対象物３３のどの位置でも、略同じ時間だけ照射され、その結果、処理対象物３３表面に均一にイオンが照射されるようになる。
【００３５】
イオン通過路１２を通過したイオンのうち、処理対象物３３に大きな角度で斜め入射するイオンが多いと、処理対象物３３表面のうちの回転軸線２４から離間した位置では、断続的にイオンが照射されるのに対し、回転軸線２４付近の場所では、回転軸線２４を中間にして、反対位置にあるイオン通過路１２からもイオンが照射されるため、大きな斜め角度で入射するイオンは途切れることなく照射される。従って、回転軸線２４に近い場所では、垂直又は垂直に近い角度で入射するイオンと、大きな角度で斜め入射するイオンの両方が照射されてしまう。
【００３６】
ここでは、第一の電極板１７上の入口孔２０は、第一の電極板１７の位置する平面内にあって、回転軸線２４を中心とする２つの円ａ1、ａ2の間の中間領域ｄ2に配置されている。円ａ1、ａ2のうち、直径が大きい方を大円ａ2、小さい方を小円ａ1として区別すると、小円ａ1よりも内側の中心領域には、入口孔２０は配置されておらず、通過領域ｄは、中央領域ｄ1であって且つ中間領域ｄ2に配置されている。
【００３７】
その結果、回転軸線２４付近の場所では、垂直又は垂直に近い角度で入射するイオンは到達せず、大きな角度で斜め入射するイオンだけが照射されるようになっている。
【００３８】
図３に示す第一の電極板１７を用いる場合、邪魔板２５で通過領域ｄ2の回転軸線２４に近い側を覆えば、回転軸線２４に近い側のイオン通過路１２のイオン放出量を抑制できる。
尚、入口孔２０は、処理対象物３３の回転軸線２４付近の面内分布のばらつきが問題にならない程度であれば、小円ａ1の内側の中心領域にも配置してもよい。
【００３９】
電極板１７〜１９の形状も特に限定されず、楕円又は真円の円盤、矩形の板等である。電極板１７〜１９の枚数は２枚以上であれば特に限定されない。また、入口孔２０の平面形状は特に限定されず、円形（真円、楕円含む）であってもよいし、多角形であってもよい。
【００４０】
通過領域ｄの形状は、図３に示すものに限定されず、細長であってもよいし、第一〜第三の電極板１７〜１９よりも小径の円（真円、楕円を含む）であってもよいし、多角形であってもよい。
【００４１】
第一の電極板１７には通過領域ｄの外にも入口孔２０を形成してもよいが、この場合、第一の電極板１７表面上に一又は複数枚マスク２９を配置し、通過領域ｄ以外の入口孔２０をマスク２９で覆う（図４）。第一の電極板１７のマスク２９で覆われた部分が無効領域ｅとなり、その無効領域ｅにスペーサ６を配置する。
【００４２】
スペーサ６は各電極板１７〜１９の間に設置する必要は無いが、イオン化室１１に最も近い電極板（第一の電極板１７）よりも、二枚目以降の電極板（第二、第三の電極板１８、１９）の方が高温に加熱されるから、少なくとも第二、第三の電極板１８、１９間に設置が必要である。
【００４３】
スペーサ６の取付け方法は特に限定されない。スペーサ６は、例えば、第一〜第三の電極板１７〜１９に絶縁性接着剤を介して固定してもよい。また、第一〜第三の電極板１７〜１９に挟まれることでスペーサ６が固定されるならば絶縁性接着剤は不要である。
【００４４】
しかし、スペーサ６を上下二枚の電極板１７、１９に絶縁性接着剤で固定すれば、電極板１７〜１９間の距離が常に一定に維持され、スペーサ６の位置ずれも起こらないから、異常放電がより確実に防止される。スペーサ６を絶縁性接着剤で固定する場合は、スペーサ６の厚みと、絶縁性接着剤の厚みの合計が、予め決めた電極板１７〜１９間の距離になるように設定する。
【００４５】
特に、最下方の電極板（第三の電極板１９）は、下方にスペーサ６等を配置する事が困難なので、第三の電極板１９の撓み防止のため、その上方で隣接する第二の電極板１８の間のスペーサ６を、絶縁性接着剤で固定することが望ましい。
【００４６】
スペーサ６や、第一〜第三の電極板１７〜１９の取り付けに用いる絶縁性接着剤は、例えば絶縁性無機粒子（アルミナ等のセラミック）を含有するペースト状であって、乾燥により固化するセラミック系接着剤である。
【００４７】
スペーサ６の厚みは特に限定されないが、例えば電極板１７〜１９への印加電圧が３ｋＶの場合、電極板１７〜１９間の距離が１．８ｍｍから１．５ｍｍに減少するだけで異常放電が起こるので、この場合はスペーサ６の厚みを１．５ｍｍを超える値にして異常放電を防止する。
【００４８】
通過領域ｄ内のイオン通過路１２の間にスペーサ６を設けてもよいが、イオンビームの照射効率を高めるため、通常、イオン通過路１２の間隔は狭くされており、イオン通過路１２にスペーサ６が露出しないようにスペーサ６を配置するのは困難である。
【００４９】
ここでは、イオン通過路１２の間隔、即ち入口孔２０の中心間の距離は、イオン通過路１２（入口孔２０）の直径の１倍超え、かつ、２倍未満である。より具体的には、入口孔２０の直径が２ｍｍの場合、入口孔２０の間隔は２．３ｍｍ〜２．５ｍｍ程度と非常に狭い。無効領域ｅにスペーサ６を配置すれば、スペーサ６がイオン通過路１２に露出せず、イオンの通過の妨げにならない。
【００５０】
スペーサ６は通過領域ｄの外周に沿って複数個配置することが望ましい。通過領域ｄの外周が多角形の場合、通過領域ｄの各辺に１個以上ずつスペーサ６を配置することが望ましいが、電極板１７〜１９を固定する支持部材（イオン化室１１開口内壁面、内壁面との間の碍子、開口に挿通した支持軸等）近傍では、支持部材によって電極板１７〜１９の間隔が固定されるので不要である。
【００５１】
スペーサ６は通過領域ｄの外周の各辺に沿って複数個を並べて配置してもよいし、細長のスペーサ６を各辺に沿って延設してもよい。また、スペーサ６の個数は複数に限定されず１個でもよい。具体的には、１個のリング状のスペーサ６を、通過領域ｄの外周を取り囲むように配置する。
【００５２】
スペーサ６の材質は特に限定されないが、アルミナ、石英、窒化アルミニウム等、高温で変形しない無機系絶縁物で構成することが望ましい。電極板１７〜１９の材質も特に限定されないが、一例を述べるとＭｏである。
【００５３】
イオン生成方法も特に限定されず、イオン生成装置として、イオン化室１１内部にフィラメントを配置し、フィラメントに通電してプラズマを発生させてもよい。処理ガスの種類は特に限定されず、Ａｒ、Ｘｅ、Ｎｅ等種々のものを用いることができる。
【００５４】
本発明のイオン照射装置１０は、エッチング、表面クリーニング処理、表面分析等種々の用途に用いることができる。例えば、処理ガスがＡｒであり、処理対象物３３表面にＣｕ、ＳｉＯ2等が露出する場合は、処理対象物３３表面がエッチングされる。
【００５５】
イオン照射条件の一例を述べると、例えば、処理対象物３３が直径３００ｍｍの円盤状基板の場合、基板中心からイオン源（イオン化室１１）中心のオフセット量７０〜１００ｍｍ、邪魔板２５の直径が８０〜１００ｍｍ、邪魔板２５中心からイオン化室１１中心までの距離が−２０〜２０ｍｍ、邪魔板２５と第一の電極板１７との距離がＯ〜４０ｍｍである。
【００５６】
イオン化室１１内部に邪魔板２５以外の誘電体の板（円盤）を配置する場合、その円盤の直径は２０〜４０ｍｍ、円盤中心からイオン化室１１中心までの距離は−７０〜−５０ｍｍ、円盤と第一の電極板１７との距離は０〜１０ｍｍである。イオン照射装置１０から処理対象物３３までの距離（Ｔ／Ｓ）は２５０〜３００ｍｍである。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の真空処理装置の一例を示す断面図
【図２】第一の電極板の一例を示す平面図
【図３】通過領域と回転軸線の関係を示す平面図
【図４】第一の電極板の他の例を示す平面図
【図５】従来技術のイオン照射装置を示す断面図
【符号の説明】
【００５８】
６……スペーサ    １０……イオン照射装置    １１……イオン化室    １２……イオン通過路    １３……イオン生成装置    １６……電極装置    １７……第一の電極板    １８……第二の電極板    ２０……入口孔    ５０……真空処理装置    ｄ……通過領域    ｅ……無効領域
【図１】
2010062056.tif 000003
【図２】
2010062056.tif 000004
【図３】
2010062056.tif 000005
【図４】
2010062056.tif 000006
【図５】
2010062056.tif 000007