(57)【要約】      （修正有）【課題】イオンビームの径と強度を制御できるイオンビーム照射装置を提供する。【解決手段】イオンビームが通過する絞り開口５１が設けられた絞り装置２０を有するイオンビーム照射装置５であって、絞り装置２０は、絞り開口５１内に位置する一の配置中心を中心とした円の円周に沿って並べられている。三個以上の遮蔽羽根２２と、絞り開口５１を取り囲む枠体２１と、枠体２１に対して位置が固定された回転軸とを有している。絞り開口５１の外周は、各遮蔽羽根２２の一辺であって配置中心に対面する辺である縁取り辺の一部によって構成されている。絞り開口５１の外周と枠体２１の間は遮蔽羽根２２で遮蔽され、遮蔽羽根２２は回転軸を中心に所定角度回転可能に構成され、遮蔽羽根２２を同角度回転させ、絞り開口５１の大きさを変更させる制御部を有するイオンビーム照射装置５である。【選択図】図１
2011065968.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオンを発生させるイオン発生部と、前記イオン発生部内で発生したイオンを引き出してイオンビームにする引出電極と、前記発生部と前記引出電極の間に配置され、前記イオンビームが通過する絞り開口が設けられた絞り装置とを有するイオンビーム照射装置であって、
前記絞り装置は、前記絞り開口内に位置する一の配置中心を中心とした円の円周に沿って並べられ、前記配置中心から離間した位置で互いに部分的に重なりあって配置された三個以上の遮蔽羽根と、
前記絞り開口を取り囲む枠体と、
前記枠体に対して位置が固定された回転軸と、
を有し、
前記絞り開口の外周は、各前記遮蔽羽根の一辺であって前記配置中心に対面する辺である縁取り辺の一部によって構成され、
前記絞り開口の外周と前記枠体の間は前記遮蔽羽根で遮蔽され、
前記遮蔽羽根は前記回転軸を中心に所定角度回転可能に構成され、
前記遮蔽羽根を同角度回転させ、前記絞り開口の大きさを変更させる制御部を有するイオンビーム照射装置。
【請求項２】
前記縁取り辺は前記配置中心を中心とした開口が位置する平面内で、前記配置中心から遠ざかる方向に向けて湾曲して形成された請求項１記載のイオンビーム照射装置。
【請求項３】
前記引出電極に対して正電圧が印加されるイオン閉じ込め電極を有し、前記遮蔽羽根は前記イオン閉じ込め電極の表面に密着して前記イオン発生部内に配置された請求項１又は請求項２のいずれか一項記載のイオンビーム照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオンビーム照射装置に係り特にイオンのビーム径と強度を制御する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
図８の符号５００は従来のイオンビーム照射装置である。イオンビーム照射装置５００はイオン発生室５１１を有しており、ガス導入装置５１３によりイオン発生室５１１内にガスを導入し、イオン発生室５１１の周りに配置されたコイル５３６によって交番磁界を形成しガスをプラズマ化し、引出電極５３２に負電圧電源５３５によって負電圧を印加して、プラズマ電極５３１の開口５１５から筺体５１８内へイオンを引き出し加速させる。加速したイオンを、引出電極５３２の引き出し開口５１６と負電界遮蔽電極５３３の遮蔽電極開口５１７を通過させてイオンビームとし、レンズ機構５４０内に入射させて処理対象物に照射する。
【０００３】
筺体５１８内の負電界遮蔽電極５３３とレンズ機構５４０の間には、絞り板５２０が配置されている。絞り板５２０は円板であり、負電界遮蔽電極５３３とレンズ機構５４０とそれぞれが平行に配置されている。
ここでは絞り板５２０には、絞り板５２０の中心の周りに大きさの異なる複数の絞り開口（ここでは絞り開口５５１1〜５５１6）が形成されている。
図９に示すように、絞り板５２０は、絞り板５２０の中心５６０を中心軸として回転できるようにされており、絞り開口５５１1〜５５１6のうちの一つの開口をイオンの飛行経路上に位置させて静止することができるように構成されている。
【０００４】
イオンビームの径を変更するときには、絞り板５２０を回転し、イオンビームの飛行経路上に現在と異なる大きさの絞り開口を位置させて、イオンが飛行経路上に並んだ絞り開口を通過するようにする。  
絞り開口の大きさを変更する他の出願には下記のものがある。
【０００５】
従来ではイオンビームの強度はイオン発生室５１１内の放電パワーのみでは制御できなかった。加速したイオンビームにより絞り開口５５１1〜５５１6の外周部分の絞り板５２０がスパッタされるという問題があった。また、スパッタ粒子によって処理対象物が汚染されるという問題があった。さらに絞り開口５５１1〜５５１6の開口径を連続的に変化することができず最適な大きさのイオンビーム径にすることができないという問題もあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−９７１２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記従来技術の不都合を解決するために創作されたものであり、その目的は、イオン照射装置のイオンのビーム径と強度を制御する技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は、イオンを発生させるイオン発生部と、前記イオン発生部内で発生したイオンを引き出してイオンビームにする引出電極と、前記発生部と前記引出電極の間に配置され、前記イオンビームが通過する絞り開口が設けられた絞り装置とを有するイオンビーム照射装置であって、前記絞り装置は、前記絞り開口内に位置する一の配置中心を中心とした円の円周に沿って並べられ、前記配置中心から離間した位置で互いに部分的に重なりあって配置された三個以上の遮蔽羽根と、前記絞り開口を取り囲む枠体と、前記枠体に対して位置が固定された回転軸と、を有し、前記絞り開口の外周は、各前記遮蔽羽根の一辺であって前記配置中心に対面する辺である縁取り辺の一部によって構成され、前記絞り開口の外周と前記枠体の間は前記遮蔽羽根で遮蔽され、前記遮蔽羽根は前記回転軸を中心に所定角度回転可能に構成され、前記遮蔽羽根を同角度回転させ、前記絞り開口の大きさを変更させる制御部を有するイオンビーム照射装置である。
また、本発明は、前記縁取り辺は前記配置中心を中心とした開口が位置する平面内で、前記配置中心から遠ざかる方向に向けて湾曲して形成された上記イオンビーム照射装置である。
また、本発明は、前記引出電極に対して正電圧が印加されるイオン閉じ込め電極を有し、前記遮蔽羽根は前記イオン閉じ込め電極の表面に密着して前記イオン発生部内に配置された上記のいずれかのイオンビーム照射装置である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、イオンのビーム径を連続的に変えることができ、イオンの強度を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明のイオンビーム照射装置が用いられる真空処理装置の断面図
【図２】絞り開口が最大の時の各遮蔽羽根の状態を示す図
【図３】本発明のイオンビーム照射装置に用いられる絞り装置
【図４】絞り開口が最小の時の各遮蔽羽根の状態を示す図
【図５】絞り装置が有する枠体を示す図
【図６】絞り装置が有する遮蔽羽根を示す図
【図７】絞り開口が円形に近くに形成された各遮蔽羽根の状態を示す図
【図８】従来のイオンビーム照射装置の断面図
【図９】従来の絞り板の平面図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１の符号１は真空処理装置であり、真空処理装置１はイオンビーム照射装置５と表面処理室６とを有している。
イオンビーム照射装置５は、イオンを発生させるイオン発生部１０と、発生したイオンをビームにして引き出す引出電極３０と、引き出されたイオンのビームを収束させるレンズ部５０と、を有している。
表面処理室６は真空槽９を有しており、当該真空槽９の天井には装置取り付け孔９０が形成されている。
レンズ部５０は筺体１８を有している。当該筺体１８は金属で片側が有底の筒であり、筒の底部には接続孔８８が形成され、筒の底部と反対側の開口はイオンのビームが放出されるイオン放出孔８９とされている。
筺体１８のイオン放出孔８９が形成された側の端部は、装置取り付け孔９０に挿入されイオン放出孔８９が真空槽９の内部に位置するようにされており、真空槽９と筺体１８壁面は気密に接続されている。真空槽９の内部雰囲気と筺体１８の内部雰囲気はイオン放出孔８９によって接続されている。
【００１２】
イオン発生部１０は、イオン生成室１１を有しており、当該イオン生成室１１は片側が有底の筒であり、底とは反対側の筒の開口は、電極取り付け孔９４とされている。
イオン生成室１１の電極取り付け孔９４が形成された端部が筺体１８の接続孔８８に挿入され、電極取り付け孔９４が筺体１８の内部に位置するようにされており、イオン生成室１１と筺体１８壁面は気密に接続されている。
イオン生成室１１の電極取り付け孔９４には、電極取り付け孔９４を塞ぐようにプラズマ電極１６が配置され、プラズマ電極１６は、イオン生成室１１の壁面に固定されている。
【００１３】
プラズマ電極１６のイオン発生室１１側の面には、後述する第一例の絞り装置２０が配置されている。
プラズマ電極１６は、電極取り付け孔９４上に第一の電極開口８５を有しており、絞り装置２０は、電極取り付け孔９４と第一の電極開口８５と互いに連通する位置に絞り開口５１を有しており、イオン生成室１１の内部雰囲気と筺体１８の内部雰囲気は、絞り開口５１と、電極取り付け孔９４と、第一の電極開口８５によって接続されている。
【００１４】
イオン生成室１１と真空槽９は、それぞれ真空排気装置７２に接続されており、真空排気装置７２を動作させるとイオン生成室１１内部と筺体１８内部と真空槽９内部とを真空雰囲気にすることができる。
イオン生成室１１は石英などの誘電体であり、イオン生成室１１の外周側面にはコイル１５がイオン生成室１１の内部空間中の一点を中心にして巻回されている。コイル１５には、高周波電源１４が接続され、イオン生成室１１にはガス導入装置１２が接続されている。
【００１５】
まず真空排気装置７２を動作させてイオン生成室１１の内部と筺体１８内部と真空槽９内部を真空雰囲気にした後でガス導入装置１２を動作させてイオン生成室１１の内部に処理ガスを導入し、高周波電源１４を起動しコイル１５に電流を流して、イオン生成室１１内部に交番磁界を形成すると、交番磁界によって処理ガスのプラズマが生成される。
プラズマ電極１６には正電圧電源３４が接続され、筺体１８と真空槽９は接地されている。イオン生成室１１内でプラズマを生成する前にプラズマ電極１６に正電圧電源３４が出力する正電圧を印加してイオン生成室１１内に生成されるプラズマ中の正電荷のイオンが第一の電極開口８５から筺体１８内へ流出しないようにしておく。
【００１６】
引出電極３０は、板状であり、筺体１８内のプラズマ電極１６と離間した位置に平行に配置されている。
引出電極３０には負電圧電源３５が接続されており、イオン生成室１１内でプラズマを生成後に、負電圧電源３５を起動し、引出電極３０にプラズマ電極１６より低い電圧を印加する。
ここでは引出電極３０には、筺体１８に対して負の電圧を印加して、引出電極３０がイオン生成室１１内に侵入する負の電位勾配である負電界を形成して、イオン生成室１１内のイオンをこの電界に従って走行させ、絞り開口５１と、電極取り付け孔９４と、第一の電極開口８５を通過させてイオン生成室１１内から筺体１８内へイオンを引き出す。
ここではプラズマ電極１６の第一の電極開口８５の内周面は傾斜面であり、イオン発生室１１側の開口が小さく、真空槽９側の開口が大きくなっており、引出電極３０が形成する電界がイオン生成室１１の内部に侵入し易くなっている。
【００１７】
引出電極３０は第二の電極開口８６を有している。絞り開口５１の中心と第一、第二の電極開口８５、８６の中心は各開口５１、８５、８６が位置する平面と垂直な一直線上に並んでおり、筺体１８内に引き出されたイオンは、ビームとなって第二の電極開口８６を通過する。
筺体１８内の引出電極３０よりも真空槽９側には、板状の負電界遮蔽電極１７が引出電極３０と離間した位置に平行に配置されている。
【００１８】
負電界遮蔽電極１７は、引出電極３０より高い電圧が印加されており、負電界が筺体１８内の負電界遮蔽電極１７よりも真空槽９側では形成されないようにされている。ここでは負電界遮蔽電極１７は接地となっている。
負電界遮蔽電極１７は第三の電極開口８７を有している。第二、三の電極の開口８６、８７の中心は、第二、三の電極の開口８６、８７が位置する平面と垂直な一直線上に並んでおり、第二の電極開口８６を通過したイオンビームは第三の電極開口８７を通過する。
筺体１８内の負電界遮蔽電極１７よりも真空槽９側には、レンズ機構４０が配置されている。
第三の電極開口８７を通過したイオンビームはレンズ機構４０内に入射し、レンズ機構４０によってイオンビームは収束される。
【００１９】
真空槽９内にはイオンビームの進行方向に基板ステージ１９が配置されている。基板ステージ１９の上には処理対象物５５が配置されており、収束されたイオンビームは処理対象物５５上に照射される。照射されたイオンビームによって処理対象物５５の表面の凸部が平坦化される。
ここでは、レンズ機構４０は、第一〜第三の電極４１〜４３から構成されたアインツェルレンズである。
第一〜第三のレンズ電極４１〜４３はそれぞれ開口９１〜９３が形成され、各開口９１〜９３の中心は一直線上に並んでいる。第一の電極４１と第三の電極４３は接地され、第二の電極４２には正電圧又は負電圧電源３７が接続され、正電圧又は負電圧が印加されている。
絞り装置２０について説明すると、図３の符号２０は絞り装置であり、絞り装置２０は、枠体２１と、複数(三個以上)の遮蔽羽根２２とを有している。
【００２０】
図５に示す枠体２１は、イオンビーム照射装置５内では、プラズマ電極１６やイオン生成室１１の端部に取り付けられており、枠体２１の内側には、円形の開口５２が配置されている。
枠体２１には、図６に示す遮蔽羽根２２と同個数の回転軸２６が開口５２と垂直な方向に立設されている。遮蔽羽根２２は、それぞれ孔２５が形成されており、遮蔽羽根２２の孔２５には回転軸２６が挿入され、遮蔽羽根２２は枠体２１に対して回転可能に構成されている。ここでは枠体２１に回転軸２６が立設され遮蔽羽根２２に孔２５が形成されているが、遮蔽羽根２２に回転軸２６が立設され、枠体２１に孔２５が形成されてもよい。
【００２１】
ここでは遮蔽羽根２２は回転軸２６に固定されており、各回転軸２６は、不図示の回転装置によって、所定範囲内で所望角度回転するように構成されており、回転軸２６が回転することで、遮蔽羽根２２が回転軸２６と同一角度回転するようにされている。ただし、各遮蔽羽根２２は、回転装置によって回転軸２６を中心として回転すればよく、回転軸２６の回転の有無によらず、回転装置によって直接回転移動されるように構成しても良い。
【００２２】
各回転軸２６は、回転軸２６の個数と同数の頂点を有する正多角形の頂点の位置に配置されており、各遮蔽羽根２２は正多角形の中心位置を配置中心５３とすると、配置中心５３を中心とする円の円周に沿って配置されている。
各遮蔽羽根２２は、配置中心５３から離間した位置に配置されている。各遮蔽羽根２２は同一の平面形状に成形されており、各遮蔽羽根２２は、配置中心５３と対面する辺である縁取り辺２７を有している。
各遮蔽羽根２２の縁取り辺２７の一部は、配置中心５３を囲んで、配置中心５３を中心とする開口である絞り開口の縁６０を構成しており、絞り開口の縁６０と、枠体２１の開口の縁との間は、各遮蔽羽根２２が部分的に重なり合って、開口を有さない遮蔽部を構成させている。
【００２３】
回転軸２６を回転させ、遮蔽羽根２２を回転させると、重なり部分の面積が変化し、その結果、絞り開口５１の大きさが変化する。
縁取り辺２７の枠体２１の開口５２内に出た部分は、枠体２１の半径より大きく、その先端は隣接する遮蔽羽根２２と重なり、開口５２側の縁取り辺２７は反対側に隣接する遮蔽羽根２２と重なっている。
【００２４】
引出電極３０側から見ると、ここでは、遮蔽羽根２２の縁取り辺２７の枠体２１が隣接する縁取り辺２７の上に位置し、縁取り辺２７の先端側が反対側に隣接する縁取り辺２７の下に潜り込んでいるが、縁取り辺２７の枠側が隣接する縁取り辺２７の下に潜り込み、縁取り辺２７の先端側が反対側に隣接する縁取り辺２７の上に位置するように遮蔽羽根２２を配置してもよい。
【００２５】
図２は、絞り開口５１が最大の時の各遮蔽羽根２２の状態を示す図であり、図４は、絞り開口５１が最小の時の各遮蔽羽根２２の状態を示す図である。
各遮蔽羽根２２は、配置された円周に沿った同一方向に向けられており、絞り開口５１が最大のときの各遮蔽羽根２２をゼロ度の傾きとすると、絞り開口５１が最小のときの各遮蔽羽根２２は、最大の時に比べて同一の最大角度θmax回転した状態である。
各遮蔽羽根２２を回転させる回転装置は制御装置によって制御され、各遮蔽羽根２２を所望の同一角度回転させるように構成されている。
【００２６】
制御回路が、各遮蔽羽根２２を、ゼロ度の状態から最大角度θmax以下の同一角度θ(０≦θ≦θmax)回転させると、最大の絞り開口５１の大きさと、最小の絞り開口５１の大きさの間の範囲の大きさの絞り開口５１を形成することができる。
プラズマ電極１６に形成されたイオン生成室１１内部側の開口と最大の絞り開口の大きさは略等しくされている。
【００２７】
このように大きさが変化する絞り開口５１は、配置中心５３を中心とし、遮蔽羽根２２の枚数と同一個数の頂点を有している。各遮蔽羽根２２の縁取り辺２７は、配置中心５３を中心とした開口が位置する平面内で、配置中心５３から遠ざかる方向(中心から開口の外周に向く方向)に湾曲されている。
従って、絞り開口５１の縁は、中心から開口の外周に向く方向に向けて膨らむように湾曲しており、縁取り辺２７のうち、絞り開口５１を形成する部分は円周に近くなり、図７の第二例の絞り装置１２０に示すように、遮蔽羽根２２の枚数が多くなると絞り開口５１の形状は一層円形に近くなる。
ここでは縁取り辺２７は湾曲していたが、縁取り辺２７は湾曲せず直線であっても、遮蔽羽根２２の枚数が多くなると絞り開口５１の形状は円形に近くなる。
【００２８】
このように、円形の絞り開口５１を通過して形成されたイオンビームの断面形状は円形であり、イオンビームの強度は、断面の中心が最も高く、外側が徐々に低くなっており、イオンビームの強度はイオンビームの断面の中心から等距離の場所では等しくなっており、等方的と言える。
円形のビームの中心部分を四角形等の多角形の開口を通して、多角形に成形して照射対象物に照射すると、イオンビームは等方的ではなくなり、イオンビーム中心から等距離の位置でもイオンビーム強度は変わってしまい、高精度の照射を行うことができなくなってしまうのに対し、等方的な本発明のイオンビームでは、処理対象物に対して高精度の照射を行うことができる。
【００２９】
また、本発明の絞り装置２０は、絞り開口５１の大きさを変更してイオンビーム径を変更し、照射範囲の面積を変更する場合でも、イオンビームの断面形状は円形を維持し、等方的であるから、高精度の照射を行うことができる。
また、絞り開口５１の大きさは連続的に変化させることができるので、レンズ機構４０のイオンレンズの収束率を一定にしても、イオンビームの照射範囲の面積を連続的に変更させることができる。
また、従来では、イオンビーム強度を連続的に低くする場合には、イオン生成室１１内への投入電力を小さくしてイオン生成室１１内で発生するプラズマ密度が低くなるようにしていたが、投入電力を小さくしすぎるとプラズマを維持できずにプラズマが消滅してしまう場合があった。
本発明では、イオン生成室１１内のプラズマ密度を小さくしなくても絞り開口５１を小さくすればイオンビーム強度は低くなるので、イオン生成室１１内のプラズマを維持しながら、イオンビームの強度を連続的に低くすることもできる。
【００３０】
また、図８に示すような従来のイオンビーム照射装置では、引出電極５３２によって加速されたイオンビームは、絞り開口５５１1〜５５１6を通過する際に絞り板５２０をスパッタリングしていたが、本発明では、遮蔽羽根２２は、イオン生成室１１内でプラズマと接触しても、引出電極３０によって加速されたイオンビームとは接触しないので、イオンビームによる遮蔽羽根２２のスパッタリングは発生せず、スパッタ粒子によって処理対象物５５が汚染されることもない。
上述したイオンを生成する装置はＩＣＰプラズマ源であるが、イオンを生成する装置は、イオン生成室１１内にフィラメントを配置したプラズマ生成装置やイオン生成室１１内に電極を配置したＲＦプラズマ生成装置などでもよく、ＩＣＰプラズマ源に限定されない。
【符号の説明】
【００３１】
１……真空処理装置
５……イオンビーム照射装置
６……表面処理室
１０……イオン発生部
２０、１２０……絞り装置
２１……枠体
２２……遮蔽羽根
２５……孔
２６……回転軸
２７……縁取り辺
５１……絞り開口
５３……配置中心
【図１】
2011065968.tif 000003
【図２】
2011065968.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2011065968.tif 000008
【図７】
2011065968.tif 000009
【図８】
2011065968.tif 000010
【図９】
2011065968.tif 000011