(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電体から成る筒状のコレクター電極及び前記コレクター電極に巻装された高周波誘導コイルを備え、
前記コレクター電極は側面に開口部を有し、前記開口部が前記高周波誘導コイルの高圧側端部に対応して配置された電子ビーム照射装置。
【請求項２】
請求項１の電子ビーム照射装置において、
前記開口部が長手方向に延在する第１の部分及び第２の部分からなり、前記第１の部分が前記高周波誘導コイルの高圧側端部に対応して配置され、前記第１の部分の平均開口幅が前記第２の部分の平均開口幅より大きい電子ビーム照射装置。
【請求項３】
請求項２の電子ビーム照射装置において、
前記第１の部分の最大幅が前記第２の部分の最大幅より大きい電子ビーム照射装置。
【請求項４】
請求項１の電子ビーム照射装置において、
前記開口部の面積がコレクター電極の面積に対して５％以上２０％以下である電子ビーム照射装置。
【請求項５】
高周波誘導コイル内側に配置され、導電体からなる筒状の電子ビーム照射装置用コレクター電極であって、
側面に開口部を有し、前記開口部が前記高周波誘導コイルの高圧側端部に対応して配置される電子ビーム照射装置用コレクター電極。
【請求項６】
請求項５のコレクター電極であって、
前記開口部が長手方向に延在する第１の部分及び第２の部分からなり、前記第１の部分が前記高周波誘導コイルの高圧側端部に対応して配置され、前記第１の部分の平均開口幅が前記第２の部分の平均開口幅より大きいコレクター電極。
【請求項７】
請求項６のコレクター電極において、
前記第１の部分の最大幅が前記第２の部分の最大幅より大きいコレクター電極。
【請求項８】
請求項５のコレクター電極において、
前記開口部の面積がコレクター電極の面積に対して５％以上２０％以下であるコレクター電極。
【請求項９】
内部を真空に維持する真空チャンバー、
前記真空チャンバー内で基板を保持する基板保持手段、
前記基板を照射する電子ビーム照射装置を備え、
前記電子ビーム照射装置は、請求項１乃至４のいずれか１つに記載の電子ビーム照射装
置である電子ビーム照射処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子ビーム照射装置、これを用いる電子ビーム照射処理装置、及びこれらに用いるコレクター電極に関し、より具体的には、高周波イオンソース用ニュートラライザのイオンコレクター電極に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置及び光学素子を製造するための成膜技術として、コイル状のアンテナに電流を流してその誘導電界でプラズマを生成し、電子ビームを引き出して照射する装置が用いられている。
【０００３】
イオンアシスト成膜蒸着装置において、イオンソースからターゲットとなる基板にイオンを照射し続けると、正に帯電された基板によってイオンが膜に到達せずアシストできなくなる。また、電位が許容を超えると、正に帯電された基板と他の部材との間で異常放電が発生し、膜欠陥の要因となる。このため、電子ビーム照射装置（ニュートラライザ）から電子を基板に照射して基板を中和させる必要がある。
【０００４】
従来の技術として、図３Ａに示すような電子ビーム照射装置が広く用いられている。電子ビーム照射装置１は、ガス導入口２、高周波誘導コイル３、チャンバー４、コレクター電極５（カソード電極）、ナット６、チャンバープレート７、及びキーパー電極８（アノード電極）で構成されている。また、プラズマの着火性改善、特に初期放電のためにコレクター電極内にトリガー電極（図示せず）が設置される場合もある。
【０００５】
ニュートラライザとして電子ビーム照射装置を使用する場合、ガス導入口２を通じてチャンバー４の内部にガスを導入した状態で、高周波電源から高周波誘導コイルに高周波電流を流すと、チャンバー４の内部に高周波誘導電界が生じて、プラズマが発生する。プラズマが発生して、コレクター電極５よりも正電位になるようにキーパー電極８に電圧を印加すると、コレクター電極５とキーパー電極８の間の電位差によってプラズマ中の電子はキーパー電極８側へ引き寄せられる。引き寄せられた電子は、キーパー電極８に形成された孔から電子ビームとして引き出され、正に帯電された基板に照射される。
【０００６】
図３Ａの電子ビーム照射装置において、絶縁体からなるチャンバー４の内側に設置されたコレクター電極５が誘導電界に対してシールドとして作用することにより、プラズマの着火性は著しく悪化する。高周波イオンソースにおける問題の多くは電子ビーム照射装置が着火しないことにある。プラズマを着火させるためには、高電圧を高周波誘導コイルに給電する必要があり、高周波電源の電流容量を大きくする必要がある他、アーク放電等の絶縁破壊及び電源故障を誘発する等の問題がある。
【０００７】
特許文献１の電子ビーム照射装置は、（１）チャンバー内に収納され、プラズマを集束させるための空間を有し、側面に複数のスリットが形成された中空略円筒体の導電体からなるコレクター電極、及び（２）初期放電のために高電圧を印加する、コレクター電極内に接続されているトリガー電極を有することに特徴がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−２４２９１７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、特許文献１のようにコレクター電極に複数のスリット状の開口部を設ける場合であっても、トリガー電極からの高電圧の供給がないとプラズマの着火性が充分に確保できない。また、トリガー電極を設置すると、コレクター電極及びキーパー電極とは異なる新たな電極と電源が必要となり、装置構成が複雑になると共にコストが増大する。さらに、複数のスリット状の開口部を形成するために、コレクター電極が変形し易くなる問題も生じる。
【００１０】
そして、プラズマの着火性を向上させるために複数の開口部を設けた場合、コレクター電極に流れるエミッション電流が減少することになる。エミッション電流は電子の放出量を表すものであり、コレクター電極の表面積に依存し、表面積が多いと得られるエミッション電流は大きい。従って、複数の開口部は電子の放出量を減少させることになる。
【００１１】
そこで、本発明は、プラズマの着火性を高めることによって着火に必要な高周波電力を大幅に低下させることを目的とする。さらに、得られるエミッション電流が損なわれないコレクター電極の構造、これを備えた電子ビーム照射装置及び電子ビーム処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の第１の側面は、電子ビーム照射装置であって、導電体から成る筒状のコレクター電極及びコレクター電極に巻装された高周波誘導コイルを備え、コレクター電極は側面に開口部を有し、開口部が前記高周波誘導コイルの高圧側端部に対応して配置された電子ビーム照射装置である。
【００１３】
本発明の第２の側面は、高周波誘導コイル内側に配置され、導電体からなる筒状の電子ビーム照射装置用コレクター電極であって、側面に開口部を有し、開口部が高周波誘導コイルの高圧側端部に対応して配置される電子ビーム照射装置用コレクター電極である。
【００１４】
本発明の第３の側面は、第１及び第２の側面において、開口部が長手方向に延在する第１の部分及び第２の部分からなり、第１の部分が高周波誘導コイルの高圧側端部に対応して配置され、第１の部分の平均開口幅が第２の部分の平均開口幅より大きくなるように構成した。
また、第１の部分の最大幅が前記第２の部分の最大幅より大きくなるように構成しても良く、開口部の面積がコレクター電極の面積に対して５％以上２０％以下であるように構成することが好ましい。
【００１５】
本発明の第４の側面は、内部を真空に維持する真空チャンバー、真空チャンバー内で基板を保持する基板保持手段、第１及び第３の側面における電子ビーム照射装置を備える電子ビーム照射処理装置である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１Ａ】本発明の実施例の電子ビーム照射装置を示す図である。
【図１Ｂ】図１Ａにおけるコレクター電極及び高周波誘導コイルの構成を示す図である。
【図１Ｃ】図１Ａにおけるコレクター電極を示す図である。
【図１Ｄ】図１Ａにおけるコレクター電極の変形例を示す図である。
【図１Ｅ】図１Ａにおけるコレクター電極の変形例を示す図である。
【図２】本発明の電子ビーム照射装置を含む電子ビーム照射処理装置を示す図である。
【図３Ａ】従来の電子ビーム照射装置を示す図である。
【図３Ｂ】図３Ａにおけるコレクター電極を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。なお、以下に説明する実施例は本発明の最も好適な例であり、本発明の趣旨の範囲内で種々に改変することが可能である。
【００１８】
実施例．
図１Ａは本発明の実施例の電子ビーム照射装置を示す図であり、図１Ｂは図１Ａのコレクター電極及び高周波誘導コイルの構成を示す図である。また、図１Ｃは図１Ａのコレクター電極を示す図であり、図１Ｄ及び図１Ｅは図１Ａのコレクター電極の変形例を示す図である。コレクター電極の形状を除いて、図１Ａと図３Ａは同じである。
【００１９】
図１Ａに示すように、電子ビーム照射装置１１は、ガス導入口１２、高周波誘導コイル１３、チャンバー１４、コレクター電極１５（カソード電極）、ナット１６、チャンバープレート１７、及びキーパー電極１８（アノード電極）で構成されている。
電子ビームの照射原理は、ガス導入口１２を通じてチャンバー１４の内部にガスを導入した状態で、高周波電源から高周波誘導コイルに高周波電流を流すと、チャンバー１４の内部に高周波誘導電界が生じて、プラズマが発生する。プラズマが発生し、コレクター電極１５よりも正電位になるようにキーパー電極１８に電圧を印加すると、コレクター電極１５とキーパー電極１８の間の電位差によってプラズマ中の電子はキーパー電極１８側へ引き寄せられる。引き寄せられた電子は、キーパー電極１８に形成された孔から電子ビームとして引き出される。
【００２０】
ガス導入口１２は、チャンバー１４内にプラズマ発生用のガスを導入するものである。プラズマ発生用のガスとして、例えばアルゴン（Ａｒ）ガスが用いられる。
【００２１】
チャンバー１４は、高周波誘導コイル１３とコレクター電極１５を離隔させて絶縁するものであれば良く、必ずしも高周波誘導コイル１３とコレクター電極１５に接触している必要はない。
【００２２】
キーパー電極１８は、電圧が印加されてコレクター電極１５内のプラズマから電子を引き出すために用いられ、電極に用いられる公知の素材から形成される。ナット１６でガス導入口をコレクター電極１５内に固定し、チャンバープレート１７でチャンバー１４と連結することで全体を固定する。
【００２３】
高周波誘導コイル１３は、高周波電波の放射器であり、チャンバー１４を介してコレクター電極１５に巻装されている。図１Ｂに示すように、高周波誘導コイル１３の高圧側端部は高周波電源１９に接続され、高周波誘導コイル１３の低圧側端部は接地されている。高周波誘導コイル１３を制御する装置、及び容量等がこれらの間に接続されても良い。
【００２４】
コレクター電極１５は、発生したプラズマを集束させ、電子ビームの量を制御して電子ビームを引き出すものであり、電極に用いられる公知の素材から形成される。例えば、公知の素材としてニッケル（Ｎｉ）が用いられる。コレクター電極１５は側面に開口部を有し、図１Ｂの点線部分に示すように、開口部が高周波誘導コイル１３の高圧側端部に対応して配置される。コレクター電極１５は内部に空間を有するのであれば、その形状は必ずしも円筒状である必要はない（例えば、多角柱等）。
【００２５】
高周波誘導コイル１３の低圧側端部は接地されているため、高周波誘導コイル１３の高圧側端部の電界が最も高くなる。つまり、高周波誘導コイル１３に投入される電圧が最も高い位置に対応するコレクター電極１５の下部のみを適度に広く開けることで、高周波誘導電界の容量結合を強くすることが可能となるので、プラズマの着火性が向上し、かつ、得られるエミッション電流量が減らないようにできる。
【００２６】
本構成のような誘導結合プラズマにおいて、着火〜低プラズマ密度領域ではコイル電界による容量結合が支配的であり、その後密度の上昇に伴って誘導結合モードに移行するモードジャンプが存在する。
つまり、このようなプラズマ発生装置の着火は、コイル電界の容量結合が生じるため、高周波誘導コイルの高圧側端部とコレクター電極の開口部を合わせることで、プラズマの着火性が向上し、更に開口部の幅を広げることで確実に着火させることが可能となる。
【００２７】
以下の３つのコレクター電極について、コレクター電極の開口部及び高周波誘導コイルの位置におけるプラズマの着火性を検証する実験を行った。以下の条件で着火が可能となる電力を測定及び比較した。
（１）開口部を形成しない場合（図３Ｂのコレクター電極を図１Ｂのように構成した場合）、（２）開口部を高周波誘導コイルの低圧側端部に対応するように形成した場合（図１Ｂのコレクター電極を上下反転して構成した場合）、及び（３）開口部を高周波誘導コイルの高圧側端部に対応するように形成した場合（図１Ｂのように構成した場合）で、アルゴンガスの流量を２０ｓｃｃｍで一定とした。結果を表１に示す。
【００２８】
表１に示すように、（３）の場合で少ない電力で着火することが認められた。つまり、コレクター電極の開口部を高周波誘導コイルの高圧側端部に対応させることで、プラズマの着火性が大幅に向上されることが分かった。
【表１】
0005636931.tif 000002
【００２９】
開口部の面積はコレクター電極の面積の５％以上２０％以下であれば、十分なプラズマの着火性の向上がみられた。また、コレクター電極の開口部を高周波誘導コイルの高圧側端部に対応させるのであれば、開口部の形状は限定されるものではなく、例えば、図１Ｅのように、開口部の形状が円形であっても同様の効果が得られる。
【００３０】
そして、コレクター電極は十分なプラズマの着火性を有することになるので、コレクター電極内にトリガー電極を必要とせずに電子ビーム照射装置を動作することが出来る。したがって、高電圧供給に伴う絶縁破壊等の問題を防止し、装置構成が簡易になると共にコスト削減に繋がる。
【００３１】
また、コレクター電極の開口部を高周波誘導コイルの高圧側端部に対応させることで、複数のスリットをコレクター電極に形成してコレクター電極の表面積を少なくすることによって生じるエミッション電流の低下を押さえることが出来る。つまり、効率良くプラズマの着火性を向上させるのみならず、エミッション電流の減少を防止することが出来る。
【００３２】
本発明の他の側面は、図１Ｂの点線部分に示すように、コレクター電極側面に長手方向に延在する第１の部分及び第２の部分からなる開口部を有し、開口部の第１の部分が高周波誘導コイルの高圧側端部に対応して配置され、第１の部分の平均開口幅が第２の部分の平均開口幅より大きい。
【００３３】
上述のように、高周波誘導コイル１３に投入される電圧が最も高い位置に対応するコレクター電極１５の下部を適度に広く開けることで、高周波誘導電界の容量結合を強くすることが可能となるので、プラズマの着火性が向上する。つまり、第１の部分に相当する開口部を形成することで、プラズマの着火性が向上する。
【００３４】
ただし、第２の部分に相当する開口部をスリット状に複数形成してしまうと、エミッション電流量が大幅に低下してしまうので、第２の部分の平均開口幅が第１の部分の平均開口幅より小さく形成し、エミッション電流量の低下を抑えることが望ましい。
【００３５】
コレクター電極の開口部の第１の部分を高周波誘導コイルの高圧側端部に対応させるのであれば、開口部の第１の部分及び第２の部分の形状は限定されるものではなく、例えば、図１Ｄ及び１Ｅのような、開口部の形状であっても同様の効果が得られる。
【００３６】
そして、コレクター電極は十分なプラズマの着火性を有することから、コレクター電極内にトリガー電極を必要とせずに電子ビーム照射装置を動作することが出来る。
【００３７】
また、コレクター電極の開口部の第１の部分を高周波誘導コイルの高圧側端部に集中させて、電子ビームが引き出される方向と異なる方向からコレクター電極内に電界を十分導入するように第２の部分を形成することで、複数のスリットをコレクター電極に形成してコレクター電極の表面積を少なくすることによって生じるエミッション電流の低下を押さえると共に、プラズマの着火性をより向上させることが出来る。
【００３８】
図２は、本発明の電子ビーム照射装置を有する電子ビーム照射処理装置を示す図である。電子ビーム照射処理装置２１には、真空チャンバー２２、基板保持手段２３、電子ビーム照射装置２４、及び荷電粒子照射装置２５等が設置されている。
【００３９】
図２に示すように、電子ビーム照射装置２４は、基板等のターゲット２６に照射するように設置されており、本発明の電子ビーム照射装置に相当する。荷電粒子照射装置２５も基板等のターゲット２６に照射するように設置されており、電子ビーム照射装置２４により荷電粒子を中和する。真空チャンバー２２は真空ポンプ（図示せず）に接続され、真空チャンバー２２内が排気されるように構成されている。そして、基板保持手段２３は、真空チャンバー内でターゲット２６を保持するものであり、独立して形成しても良いし、制御部２７を介して荷電粒子照射装置及び電子ビーム照射装置と連動しても良い。
【００４０】
このような電子ビーム照射処理装置を使って、本発明の電子ビーム照射装置が有する利益を確保しつつ金属等のサンプル加熱、不純物の除去、及びニュートラライズ等を実施することが可能である。
【符号の説明】
【００４１】
１、１１．電子ビーム照射装置
２、１２．ガス導入口
３、１３．高周波誘導コイル
４、１４．チャンバー
５、１５．コレクター電極
６、１６．ナット
７、１７．チャンバープレート
８、１８．キーパー電極
１９．高周波電源
２１．電子ビーム照射処理装置
２２．真空チャンバー
２３．基板保持手段
２４．電子ビーム照射装置
２５．荷電粒子照射装置
２６．ターゲット
２７．制御部
【図１Ａ】
0005636931.tif 000003
【図１Ｂ】
0005636931.tif 000004
【図１Ｃ】
0005636931.tif 000005
【図１Ｄ】
0005636931.tif 000006
【図１Ｅ】
0005636931.tif 000007
【図２】
0005636931.tif 000008
【図３Ａ】
0005636931.tif 000009
【図３Ｂ】
0005636931.tif 000010