(57)【要約】【課題】グリッド・アセンブリ内の熱ひずみが小さいイオンビーム発生器を提供すること。【解決手段】放電チャンバの側壁（１Ａ）、取付けプラットホーム（４０）および抽出グリッド電極アセンブリ（２０）の熱膨張係数αＰ、αＭおよびαＧが、αＰ＞αＭ≧αＧの関係を有するように選択される。たとえば、放電チャンバ側壁の材料はステンレス鋼またはアルミニウムであり、グリッドの材料はＭｏ、ＷまたはＣであり、また、プラットホームの材料はＴｉまたはＭｏである。【選択図】図５
2011129270.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ放電チャンバ、
前記プラズマ放電チャンバ内に生成されるプラズマ中のイオンを抽出してイオンビームを生成する抽出電極アセンブリ、
前記プラズマ放電チャンバと前記抽出電極アセンブリとの間に配置された、前記プラズマ放電チャンバに前記抽出電極アセンブリを取り付けるための取付けプラットホームと
からなるイオンビーム発生器であって、
前記プラズマ放電チャンバの側壁のうちの少なくとも前記取付けプラットホームと接触している部分が熱膨張係数ＴＥＣ＝αＰを有し、前記取付けプラットホームが熱膨張係数ＴＥＣ＝αＭを有し、また、前記抽出電極アセンブリが熱膨張係数ＴＥＣ＝αＧを有しているとすると、αＰ、αＭおよびαＧが式αＰ＞αＭ≧αＧを満足するイオンビーム発生器。
【請求項２】
前記抽出電極アセンブリが、前記取付けプラットホームに取り付けられたスクリーン・グリッド、前記スクリーン・グリッドとの間に絶縁体を介在させることによって前記スクリーン・グリッドに取り付けられた加速グリッド、および前記加速グリッドとの間に絶縁体を介在させることによって前記加速グリッドの上に取り付けられた減速器グリッドとからなる、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記プラズマ放電チャンバの前記側壁の材料が、ステンレス鋼およびアルミニウムからなるグループから選択される、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記取付けプラットホームの材料が、ＴｉおよびＭｏからなるグループから選択される、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記グリッドの材料が、Ｍｏ、ＷおよびＣからなるグループから選択される、請求項２に記載の装置。
【請求項６】
前記グリッドの厚さが２ｍｍ以上である、請求項２に記載の装置。
【請求項７】
前記取付けプラットホームが、前記スクリーン・グリッドと接触している第１の環状リングを備えた、請求項２に記載の装置。
【請求項８】
前記スクリーン・グリッドが前記イオンビームが通過する複数のイオンビーム開口を有し、個々のイオンビーム開口が、直線的に穿たれた、直径が異なる第１および第２の孔を有し、前記孔がテーパ孔で結合され、直径が大きい方の孔が前記加速グリッドに面している側にある、請求項２に記載の装置。
【請求項９】
プラズマ放電チャンバ、
前記プラズマ放電チャンバの環状側壁に取り付けられた、第１のリング部材および第２のリング部材を備えたリング状付けプラットホーム、及び
前記取付けプラットホームの前記第１のリング部材と第２のリング部材の間に取り付けられた円板状抽出電極アセンブリとボルトとからなるイオンビーム発生器であって、
前記取付けプラットホームの前記第１、第２のリング部材および前記抽出電極アセンブリの各々がその周辺領域にボルト開口を有し、前記絶縁体によって取り囲まれたボルトが前記ボルト開口を通って貫通し、貫通した前記ボルトが前記抽出電極アセンブリを前記第１のリング部材と第２のリング部材の間に固定し、
前記抽出電極アセンブリ内の前記ボルト開口の内側面が前記ボルトを取り囲んでいる前記絶縁体の外部表面と緊密に接触し、前記第１および第２のリング部材中の前記ボルト開口が半径方向に細長くなっており、それにより前記第１および第２のリング部材中の前記ボルト開口の前記内側面と、前記ボルトを取り囲んでいる前記絶縁体の前記外部表面との間に空間が存在しているイオンビーム発生器。
【請求項１０】
前記プラズマ放電チャンバの前記側壁が熱膨張係数ＴＥＣ＝αＰを有し、前記取付けプラットホームが熱膨張係数ＴＥＣ＝αＭを有し、また、前記抽出電極アセンブリが熱膨張係数ＴＥＣ＝αＧを有し、αＰ、αＭおよびαＧが式αＰ＞αＭ≧αＧを満足する、請求項９に記載のイオンビーム発生器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はイオンビーム発生器に関し、詳細にはグリッド中の熱ひずみを小さくするための構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
特表２００５−５０６６５６号に従来のイオンビーム発生器の１つが開示されている。スパッタリング・システムまたはエッチング・システムにイオンビーム発生器を使用する場合、アルゴンなどの適切なガスがガス導入手段を介して放電チャンバに導入される。プラズマは、このガスにｒｆ電力を印加することによって生成される。通常、生成されたプラズマは、放電チャンバ内に閉じ込められる。プラズマの一部は、個々のファセット内のイオンビーム抽出ユニットの近傍に存在している。イオンビーム抽出ユニットの各々には、放電チャンバからイオンをその中に抽出し、イオンをそれによって加速するグリッドのアセンブリが設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００５−５０６６５６号：ＰＣＴ／ＧＢ２００２／００２５４４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような従来のイオンビーム発生器は、動作中、ビーム抽出ユニットが熱によって膨張し、そのためにユニットのグリッドがひずむ、という技術的な問題を抱えている。したがってビーム抽出効率が低下し、延いてはエッチング性能あるいはスパッタリング性能が悪くなっている。したがって本発明の目的は、プロセス品質において改善されたイオンビーム発生器を提供するために、抽出ユニット内の熱ひずみを防止する（小さくする）ことである。熱ひずみのこのような低減により、長期間にわたる安定した性能が得られるだけでなく、イオンビーム発生器のスタートアップ時間が短縮される。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によれば、プラズマ放電チャンバと、プラズマ放電チャンバ内に生成されるプラズマ中のイオンを抽出してイオンビームを生成する抽出電極アセンブリと、プラズマ放電チャンバと抽出電極アセンブリの間に配置された、プラズマ放電チャンバに抽出電極アセンブリを取り付けるための取付けプラットホームとを備えたイオンビーム発生器であって、プラズマ放電チャンバの側壁のうちの少なくとも取付けプラットホームと接触している部分が熱膨張係数ＴＥＣ＝αＰを有し、取付けプラットホームが熱膨張係数ＴＥＣ＝αＭを有し、また、抽出電極アセンブリが熱膨張係数ＴＥＣ＝αＧを有しているとすると、αＰ、αＭ、αＧが式αＰ＞αＭ≧αＧを満足するイオンビーム発生器が提供される。
実施形態では、抽出電極アセンブリは、スクリーン・グリッド、加速器グリッドおよび減速器グリッドを備えている。プラズマ放電チャンバの側壁は、ステンレス鋼またはアルミニウムでできている。取付けプラットホームは、ＴｉまたはＭｏでできている。これらのグリッドは、Ｍｏ、ＷまたはＣでできている。個々のグリッドの厚さは２ｍｍ以上である。スクリーン・グリッドは、イオンビームが通過する複数の開口を有しており、個々の開口は、直線的に穿たれた、直径が異なる第１および第２の孔を有している。これらの孔はテーパ孔で結合されており、直径が大きい方の孔が加速器グリッドに面している。
本発明の他の態様によれば、プラズマ放電チャンバと、プラズマ放電チャンバの環状側壁に取り付けられた、第１のリング部材および第２のリング部材を備えたリング様取付けプラットホームと、取付けプラットホームの第１のリング部材と第２のリング部材の間に取り付けられた円板様抽出電極アセンブリと、絶縁体によって取り囲まれたボルトとを備えたイオンビーム発生器であって、
取付けプラットホームの第１、第２のリング部材および抽出電極アセンブリの各々がその周辺縁領域にボルト開口を有し、絶縁体によって取り囲まれたボルトがこのボルト開口を通って貫通し、貫通したこのボルトが抽出電極アセンブリを第１のリング部材と第２のリング部材の間に固定し、また、
抽出電極アセンブリ内のボルト開口の内側面がボルトを取り囲んでいる絶縁体の外部表面と緊密に接触し、第１および第２のリング部材中のボルト開口が半径方向に細長くなっており、したがって第１および第２のリング部材中のボルト開口の内側面と、ボルトを取り囲んでいる絶縁体の外部表面との間に空間が存在しているイオンビーム発生器が提供される。この態様の場合、上記熱膨張係数は、式αＰ＞αＭ≧αＧで表される関係を有している。
【発明の効果】
【０００６】
本発明のイオンビーム発生器によれば、グリッド中のひずみが抑制され、したがって高品質イオンビームが生成される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明によるイオンビーム発生器を備えた基板処理装置の略図である。
【図２】この実施形態によるイオンビーム発生器の第１の実施形態の横断面図である。
【図３】本発明によるイオンビーム発生器内のグリッドの平面図である。
【図４】本発明によるイオンビーム発生器内のグリッド・アセンブリの横断面図である。
【図５】本発明によるイオンビーム発生器の第２の実施形態の横断面図である。
【図６】図２のイオンビーム発生器の第１の実施形態における熱膨張した第１のリングを示す図である。
【図７】図５のイオンビーム発生器の第２の実施形態における熱膨張した第１のリングを示す図である。
【図８】イオンビーム発生器内のステンレス鋼製取付けプラットホームに対するエッチング速度および一様性の時間依存性を示すグラフである。
【図９】イオンビーム発生器内のチタン製取付けプラットホームに対する速度および一様性の時間依存性の改善を示すグラフである。
【図１０】本発明によるイオンビーム発生器を備えた成膜用イオンビームスパッタリング装置の略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。しかしながら、本発明は、これらの実施形態に限定されない。
【０００９】
本発明の一実施形態による、たとえばエッチング装置などの基板処理装置について、図１を参照して説明する。図１は、基板エッチング装置の構成を示したものである。図１に示されている基板処理装置１００は、基板処理チャンバ２、基板（ウェーハ）１０を保持するように構成されたホルダ１１、基板ホルダ１１をサポートする回転可能ステージ１２、イオンビームを生成するためのイオンビーム発生器２００およびチャンバ２の内部の大気を排気するための真空ポンプ３を備えている。イオンビーム発生器２００の中には、プラズマ放電チャンバ１の前側表面に、プラズマ中のイオンを抽出するための抽出電極アセンブリ２０が配置されている。基板ホルダ１１は、イオンビームＢが移動する方向に対して、選択された角度で傾斜するように構成されている。入射するイオンビームに対するウェーハ表面の角度は、ステージ１２をパンすることによって変更することができる。基板は、スリットＳを介してイオンビーム・エッチング・チャンバの中へ輸送され、また、イオンビーム・エッチング・チャンバから搬出される。
【００１０】
図２は、イオンビーム発生器２００の第１の実施形態の横断面図である。抽出電極アセンブリ２０は、３つの円板状グリッド２１、２２および２３からなっており、これらのグリッドの開口は整列している。抽出電極アセンブリ２０は、環状またはリング状取付けプラットホーム４０を介してプラズマ放電チャンバ１の環状側壁１Ａに取り付けられている。円板状グリッド２１〜２３の環状周辺領域をプラズマ放電チャンバ１の上に取り付けるための取付けプラットホーム４０は、キャップ・リング４１ならびに第１および第２のリング４２および４３を備えている。キャップ・リング４１は、チャンバ１の側壁１Ａに取り付けられている。第１のリング４２は、キャップ・リング４１と接触している。第１のリング４２の下部表面は、スクリーン・グリッド２１と接触している。グリッド２１、２２および２３は、第１のリング４２と第２のリング４３の間に配置されており、これらは、すべて、アセンブリ２０をリング４２と４３の間にはさんで一体にボルト締めされている。金属固定ボルト２８が第２のリング４３にねじ込まれており、抽出電極アセンブリ２０を取付けプラットホーム−第１のリング４２の上に確実に取り付けている。金属固定ボルト２８は、円筒状アライメント絶縁体３０によってスクリーン・グリッド２１、加速グリッド２２および減速グリッド２３から絶縁されている。金属固定ボルト２８は、さらに、絶縁ボルト・キャップ２７によってキャップ・リング４１から絶縁されている。固定ボルト２８の頂部はキャップ・リング４１で蓋がされているが、絶縁ボルト・キャップ２７は、キャップ・リング４１によって所定の位置に保持されている。円筒状絶縁体３０は、グリッド２１、２２および２３のグリッド開口のためのアライメント・フィクスチャとして機能している。グリッド２１、２２および２３の各々の開口３６の内部表面は、絶縁体３０の外部表面と緊密に接触している。グリッド２１、２２および２３は、円筒状絶縁体３０に固定されている。つまり、固定ボルト２８は、第１および第２のリング４２および４３ならびに抽出電極アセンブリ２０の開口すなわちボルト孔に挿入された円筒状アライメント絶縁体３０によって覆われており、したがって抽出電極アセンブリ２０のすべてのグリッドは、それぞれの位置で正確に整列している。第２のリング４３の上部表面は減速グリッド２３と接触している。スペーサ絶縁体２９Ａは、スクリーン・グリッド２１と加速グリッド２２の間に配置されている。スペーサ絶縁体２９Ｂは、加速グリッド２２と減速グリッド２３の間に配置されている。電極アセンブリは、サイズに応じて、電極縁の周囲に一様に分散した２０個を超えるボルト開口を、それに付随する円筒状絶縁体、スペーサおよび絶縁キャップと共に有することができる。抽出電極アセンブリ２０をプラズマ・チャンバ１の側壁１Ａに取り付けるための他の手段を取付けプラットホーム４０内に提供することができる。たとえば、上で言及した、第１のリング４２をチャンバ１の側壁１Ａにボルト締めするための孔と孔の間に、貫通孔すなわち開口を提供することができる。また、スクリーン・グリッド２１を第１のリングおよびキャップ・リングと共にチャンバ１の側壁１Ａにボルト締めすることも可能である。グリッド２１、２２および２３は、プラズマ放電チャンバ１の側壁１Ａから電気的に分離されている。
【００１１】
図１および２の実施形態では、チャンバ１の側壁１Ａに使用されている共通の材料は、ＡｌまたはＳＵＳである。チャンバ内へ外部磁界または電界を与える誘導的に結合された電力ソースの場合、プラズマ・チャンバ１のいくつかの部分には、通常、アルミナまたは水晶などの誘電材料が利用されている。誘電材料は、通常、ＳＵＳまたはＡｌなどの剛直材料によって所定の位置に保持され、かつ、サポートされている。さらに、取付けプラットホーム４０が取り付けられる部分は、強く、かつ、剛直でなければならず、同じくＡｌまたはＳＵＳのいずれかでできている。プラズマ放電チャンバ２は、空気または水による強制冷却することができる。グリッド２１、２２および２３は、通常、熱膨張係数が小さく、また、高温での強度が高いため、ＭｏまたはＣでできている。取付けプラットホームに対してはその剛直性に重点が置かれてきた。Ｍｏグリッド上の取付け孔を（熱）膨張方向に沿って細長くすることも可能であるが、これらのグリッドの相互の整列が重要であり、妥協があってはならない。
放電チャンバ１の側壁１Ａは、プラズマが放電チャンバ１内で点火されると温かくなる。また、電極グリッド２１、２２および２３も同じく加熱されるが、これらのグリッドの熱容量は放電チャンバ１の熱容量より小さいため、グリッド２１、２２および２３は著しく加熱されることになる。さらに、加速器電圧が高い場合、加速器グリッド２２は、材料をスパッタリングするだけの十分なエネルギーでイオンを引き付けることができる。また、高エネルギー・イオンは加熱にも寄与している。冷却は、通常は取付けプラットホームおよび放電チャンバ壁と接触しているグリッド縁に対する放射および伝導によって実行される。高い温度および温度勾配は、エッチングの一様性、安定性およびグリッド調整時間に影響を及ぼすグリッドの変形あるいはグリッド開口の不整列の原因になっている。特定の実施形態の場合、プラズマ放電チャンバ１および抽出電極アセンブリ２０を備えたイオンビーム発生器２００が動作している間、プラズマ放電チャンバ１の側壁１Ａの温度は約７５℃まで上昇し、また、グリッド２１、２２および２３の温度は約２００℃まで上昇する。ここでは、グリッド温度として与えられるグリッドの温度は一様ではなく、つまり、グリッドの温度は中心部分が最も熱く、また、縁部分が最も冷たい。グリッド２１、２２および２３を固着し、かつ、取り付けるために、取付けプラットホーム４０は、プラズマ放電チャンバ１と抽出電極アセンブリ２０の間に配置されている。動作時の熱ひずみを小さくするためには、次の関係を満足するようにそれらの間の熱膨張係数を選択しなければならない。
αＰ＞αＭ≧αＧ
上式で、取付けプラットホーム４０と接触するプラズマ放電チャンバ１の側壁１Ａの熱膨張係数はαＰであり、取付けプラットホーム４０の熱膨張係数はαＭであり、また、抽出電極アセンブリ２０の熱膨張係数はαＧである。
【００１２】
実施形態のように、側壁１Ａの材料は、ステンレス鋼（ＳＵＳ）およびアルミニウムのグループから選択される。取付けプラットホーム４０の材料は、ＴｉおよびＭｏのグループから選択される。グリッド２１、２２および２３の材料は、Ｍｏ、ＷおよびＣのグループから選択される。グリッドに使用されるＭｏの熱膨張係数は５×１０−６Ｋ−１であり、取付けプラットホーム４０に使用されるＴｉの膨張係数は８．７×１０−６Ｋ−１であり、また、側壁１Ａに使用されるＡｌの熱膨張係数は２３×１０−６Ｋ−１である。これらの材料の上記組合せは、（αＰ＞αＭ≧αＧ）の関係を満足している。
【００１３】
Ａｌ製のプラズマ放電側壁１Ａおよび直径＝４００ｍｍのＭｏグリッドからなる円形ビーム抽出電極アセンブリ２０は、一例と見なされている。とりわけスクリーン・グリッドの熱ひずみに対するステンレス鋼（ＳＵＳ）製取付けプラットホームの効果とＴｉ製取付けプラットホームの効果が比較されている。縁の近くに一様に分散した、スクリーン・グリッド２１および取付けプラットホーム４０をプラズマ放電チャンバ側壁１Ａに固着するためのボルト用の８個のボルト開口３６が提供されている。これらの開口は、互いに１４９ｍｍの間隔を隔てて配置されている。イオンビーム発生器が動作している間、プラズマ放電チャンバ１の側壁１Ａの温度が室温から約７５℃まで上昇し、取付けプラットホームの温度が約１４０℃まで上昇し、また、平均グリッド温度が約２００℃まで上昇する。Ｍｏグリッド開口の位置は、グリッドの半径方向にΔＲ＝０．１６ｍｍの熱膨張のため、図２および図５の半径方向Ｒに沿ってシフトする。グリッド開口とグリッド開口の間の距離は、円周に沿ってΔＣ＝０．１３ｍｍだけ長くなる。Ａｌ製側壁１Ａ−開口位置は、半径方向にΔＲ＝０．２０ｍｍだけシフトし、また、開口間距離は、ΔＣ＝０．１５ｍｍだけ長くなる。ＳＵＳ製取付けプラットホーム４０（α＝１５×１０−６Ｋ−１）の場合、ΔＲ＝０．３１ｍｍであり、また、ΔＣは０．２５ｍｍである。Ｔｉ製取付けプラットホーム（α＝５×１０−６Ｋ−１）の場合、ΔＲ＝０．１８ｍｍであり、また、ΔＣは０．１４ｍｍである。これらの値は、Ａｌ製チャンバ側壁１Ａ、Ｔｉ製プラットホーム４０およびＭｏ製スクリーン・グリッドの場合の値に極めて近い。スクリーン・グリッド、取付けプラットホームおよび側壁の０．１ｍｍの相対開口位置のシフトは、ビーム抽出電極全体の直径と比較すると小さく、スタートアップ性能を改善するためには十分である。
【００１４】
図３は、本発明によるイオンビーム発生器のグリッドの一実施形態を示したものである。グリッド２１、２２および２３の各々は、中央開口領域６および中央開口領域６を取り囲んでいる外部領域７を備えている。中央開口領域６は、多くのマイクロイオンビーム開口６Ａを有している。プラズマ放電チャンバ１から抽出されたイオンビームは、中央開口領域６のイオンビーム開口６Ａを通過する。外部領域７は、８個（またはそれ以上）のボルト２８を挿入するように構成された８個（またはそれ以上）のボルト開口３６を有することができ、ボルトの各々は、円筒状アライメント絶縁体３０によって封入されている。
【００１５】
図４は、本発明によるイオンビーム発生器内の抽出電極アセンブリ２０のグリッドのビーム抽出電極の断面を示したものである。ボルト２８を個々のグリッドのボルト開口３６に挿入することにより、図４に示されているように、スクリーン・グリッド２１の中央開口領域６の開口６Ａ、加速グリッド２２の中央開口領域６の開口６Ａ、および減速グリッド２３の中央開口領域６の開口６Ａが空間的に順序付けられ、整列する。この実施形態では、スクリーン・グリッド２１の厚さＤＳは３ｍｍ、加速グリッド２２の厚さＤＡも３ｍｍ、減速グリッド２３の厚さＤＤは２ｍｍである。スクリーン・グリッド２１と加速グリッド２２の間の間隔ＤＳＡは２ｍｍであり、加速グリッド２２と減速グリッド２３の間の間隔ＤＡＤも２ｍｍである。グリッドの厚さをより分厚くすることによってひずみを小さくすることができる。これは、開口領域におけるボルト締めが望ましくない場合にとりわけ有用である。グリッドがより分厚い場合（＞２ｍｍ）、スクリーン・グリッドは、テーパが付けられていることが好ましい。厚さが増すと加速器電圧Ｖ２の要求事項が高くなり、良好なビームの直進性を達成するためには１０００Ｖを超える電圧になるからである。
スクリーン・グリッド２１では、イオンビーム開口は、その深さＤＴに及ぶ上部分は直径Ｌｓ１を有しており、また、その下部部分はＬｓ１より大きい直径Ｌｓ２を有している。加速グリッド２２の個々の開口の直径ＬＡは、減速グリッド２３のそれの直径ＬＤより小さい。この構成の開口を使用することにより、良好に平行化された、発散の小さいイオンビームが得られる。スクリーン・グリッド２１の個々の開口は、図４に示されているように、直線的に穿たれた、直径が異なる第１および第２の孔を有している。これらの孔はテーパ孔で結合されており、直径が大きい方の孔が加速グリッド２２に面している。
【００１６】
抽出グリッド２１、２２および２３は、通常、プラズマ・チャンバ上への取付けに先立って一体化される。この方法によれば、電極すなわちグリッドの整列および間隔をより容易にチェックすることができる。グリッド２１、２２および２３は、スペーサ２９Ａおよび２９Ｂ（図２）をより分厚くすることができるよう、その縁部分を薄くトリムすることができる。トリムすることによって短絡およびアークの発生が少なくなる。縁をトリムする代わりに、グリッド・アライメントのためのボルト開口３６の周囲に凹所領域を提供することも可能である。さらに、リング４２およびリング４３の内部表面にテーパを施し（テーパー角度＜０．５°）、グリッドのうちのとりわけスクリーン・グリッド２１および減速グリッド２３を同心状に湾曲させることができる（皿形にすることができる）。リング４２または４３の内部表面は、極めて浅い円錐の一部を形成している。グリッドの外部領域がこのような表面に押し付けられると、同心状に歪曲する、つまりグリッドが皿形になることが想定される。グリッドが皿形になることによって構造的な安定性が改善される。最後に、第１のリング４２を介したボルトによって抽出電極アセンブリ２０がプラズマ放電チャンバ側壁１Ａに取り付けられる。
【００１７】
図５は、本発明によるイオンビーム発生器２００のグリッド・アセンブリ２０の第２の実施形態を示したものである。図５のイオンビーム発生器２００は、基本的には図２の構成と同じ構成を有している。同じ部材には同じ参照数表示が割り当てられており、したがって詳細な説明は省略する。
【００１８】
図２の構成と異なっている特徴は、円筒状アライメント絶縁体３０の内径が大きくなっており、また、取付けリング４２および４３内のボルト開口３６が広くなっていることである。即ち、グリッド２１、２２及び２３のボルト開口３６の内側面はボルト２８を囲む絶縁体３０の外部表面と緊密に接触しているが、リング４２と４３のボルト開口３６の内側面は絶縁体３０の外部表面との間に空間がある。グリッドの熱膨張と比較すると、取付けリング４２、４３の方が熱膨張が若干大きいため、ボルト２８は、円筒状スペーサの中心から外方向へシフトする（半径方向に外側に向かって）。開口３６に挿入された絶縁体３０で囲まれたボルト２８は、これらの広い開口により取付けリング４２、４３の外方向シフトを許容し、グリッドを大きく外方向に引張ることなく円筒状取付けリングを自由に膨張させることができる。
【００１９】
異なる熱膨張にさらに適応するために、半径方向Ｒに細長くなった細長い開口３６を第１および第２のリング４２および４３の中に配置することができる。これらの開口３６は半径方向に沿って細長くなっており、したがってグリッドからの熱によって抽出電極アセンブリ全体が温かくなってもグリッド構成（皿状構成、等々）が著しくひずむことはない。したがって安定したエッチング速度および一様性が短時間で達成される。
【００２０】
次に、本発明による基板処理装置１００の動作について、図１を参照して説明する。プラズマ放電チャンバ１の圧力は、通常、約１０−４Ｐａ（１０−５ミリバール）ないし約１０−２Ｐａ（１０−３ミリバール）の範囲に維持されている。不活性ガス（Ａｒ、ＸｅまたはＫｒ）などの処理ガスがガス導入手段（図示せず）によってプラズマ放電チャンバ１に供給される。たとえば、ガス導入手段によってＡｒがプラズマ放電チャンバ１に供給され、また、ＲＦ電力がＲＦコイル手段（図示せず）に印加され、それによりプラズマが生成される。放電チャンバ１内に閉じ込められたプラズマ中のイオンがイオン抽出電極アセンブリ２０によって抽出され、基板１０に対するエッチングが実施される。
【００２１】
図１に示されている実施形態では、スクリーン・グリッド２１の電位ＶＳは、１００Ｖないし１０００Ｖなどのプラス電位に設定されており、加速器グリッド２２の電位ＶＡは、−１０００Ｖないし−３０００Ｖの間のマイナス電位の範囲に設定されている。また、減速グリッド２３の電位は接地に設定されている。好ましい一例として、スクリーン・グリッド２１および加速グリッド２２の厚さが３ｍｍであり、減速グリッドの厚さが２ｍｍないし３ｍｍであり、また、グリッド間隔が２ｍｍである場合、ＶＳ＜３００ＶおよびＶＡ＜−１５００Ｖの条件下において５°未満のビーム発散θが得られる。
【００２２】
図６は、８個の開口３６に、円筒状絶縁体３０によって取り囲まれたボルト２８が挿入された第１の取付けリング４２に対する熱膨張の効果を示したものである。これらの開口は、グリッドを取付けプラットホーム４０に固定するために必要な開口に対応していてもよい（図２参照）。第１の取付けリング４２は、開口部分でボルト２８によって剛直に保持され、平らな表面（リングおよびグリッドに平行の）に取り付けられる。シミュレーションによれば、ボルト締めされない領域（ボルトによって固定される位置を除く領域）は、（平面）半径方向に沿って膨張し、かつ、スクリーン・グリッド２１に向かう方向に隆起する（平面外）ことが分かる。後者の運動によってスクリーン・グリッド２１が変形し、そのためにエッチング速度が局部的に変化し、したがって一様性が損なわれる。プラズマ・チャンバ側壁１Ａも、第１の取付けリング４２、グリッド２１、２２および２３の同じような熱膨張があると上記変形が抑制される。グリッドからプラズマ・チャンバへの温度勾配が存在するため（ＴＰ＜ＴＭ＜ＴＧ）、（αＰ＞αＭ≧αＧ）の関係であることが好ましい。図７は、プラズマ・チャンバ側壁１Ａと第１の取付けリング２２の間の相対運動を許容する第１の取付けリング４２に対する熱膨張の効果を示したものである。これは、半径方向に沿って細長くなったボルト開口３６を提供することによって達成されたものである。第１のリング４２は、同じく半径方向に膨張するが、平面外成分の変形が最小化されている。取付けリング４２および４３を熱膨張係数が小さいＭｏグリッドよりさらに膨張させることを許容する、図５に示されている構成に対して、同様の微小ひずみ効果が期待される。
【００２３】
図８は、関係（αＰ＞αＭ≧αＧ）を満足しない取付けリング・プラットホーム４０に対するエッチング速度および一様性の時間依存性を示したものである。ここでは、取付けリングはステンレス鋼でできている。複数のウェーハが同じ条件でエッチングされた。これは、通常、ツールの「ウェーハ間」（Ｗａｆｅｒ−ｔｏ−Ｗａｆｅｒ:ＷｔＷ）性能安定性を決定するために実施される。この場合、ツールはコールド・スタートからのものであり、つまりツールを温めるための事前条件付けは一切なされなかった。コールド・スタートからのＷｔＷによって、製造ウェーハを処理することができるようになるまでの間にどの程度の事前条件付けが必要であるかについての知見が得られる。取付けリングがＳＵＳでできている場合、安定したエッチング速度および一様性を得るためには１００分を超える時間が必要である。安定した速度または一様性を得るためのこの長い待ち時間または条件付け時間のため、ツールの総合的な利用が制限されている。また、保守以外の他の理由でツールが停止する時間が存在することになるが、長い事前条件付け手順のため、さらに、総ツール・アップタイムが短縮され、また、運転コストが増加する。
【００２４】
図９は、本発明によるチタン製取付けプラットホーム４０（αＰ＞αＭ≧αＧを満足する）に対する速度および一様性の時間依存性の改善を示したものである。コールド・スタートから安定した速度および一様性を得るまでに要する時間は約１５分ないし２０分である。事前条件付け継続期間が短いため、総ツール・アップタイムが長くなり、また、所与の数のウェーハに対する総合運転コストが低減される。取付けプラットホームにチタンを使用し、かつ、熱ひずみを解放する手段を提供することにより、グリッド・アセンブリは、従来のステンレス鋼プラットホームを使用した場合よりも速く安定した構成を達成する。チタンは、その膨張係数がステンレス鋼の膨張係数の約１／２であり、したがってＭｏおよびＣなどの共通グリッドすなわち共通電極材料の微小熱係数とのより良好な整合を提供する。尚、図９の条件付け（調整）時間データは図５の構成によったものである。
【００２５】
図１０は、基板１０の上に膜を形成するためのスパッタリング装置１００’の中にイオンビーム発生器２００が取り付けられた他の実施形態を示したものである。この実施形態には、図２に示されているイオンビーム発生器と同じイオンビーム発生器が使用されている。したがってイオンビーム発生器２００についての詳細な説明は省略する。イオンビーム発生器２００は、陰極５の上に取り付けられているターゲット１５に斜めに入射する（たとえばＸ度＜９０°などで）イオンビームを放出するようになされている。ターゲット・マウント５は、最大６個のターゲットを保持するための６個の取付けファセットを有している。このターゲットは、選択された１つのターゲットがイオンビームによって照射されるように配置されるよう、平らな面に直角の軸Ａの周りに回転コンベヤのように回転させることができる。基板１０を保持している基板ホルダ１１は、照射されたターゲットからのスパッタ粒子を一様に付着させることができる位置に、それが可能な角度で配置されている。基板ホルダ１１は、保持されている基板の表面に直角の軸Ｂの周りに回転させることができる。また、前記ホルダ１１は、基板１０の表面に平行で、かつ、軸Ａに平行の軸に沿ってパンさせることも可能である。パニングによってターゲットから入射する粒子の入射角が制御される。
【符号の説明】
【００２６】
２００  イオンビーム発生器
１  プラズマ放電チャンバ
２  処理チャンバ
２０  抽出電極アセンブリ
１００  エッチング装置／基板処理装置
３  真空ポンプ
１０  基板（ウェーハ）
１１  基板ホルダ
１２  回転可能陰極
Ｓ  スリット
１Ａ  放電チャンバ１の側壁
４０  取付けプラットホーム
４１  キャップ・リング
４２  第１のリング
４３  第２のリング
２１  スクリーン・グリッド
２２  加速グリッド
２３  減速グリッド
２７  キャップ絶縁体
２８  固定ボルト
２９  スペーサ絶縁体
３０  円筒状アライメント絶縁体
３１  タップ
６  中央開口領域
７  外部領域
３６  ボルト開口
１００’  スパッタリング装置
５  回転式ターゲット・マウント
１５  ターゲット
【図１】
2011129270.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2011129270.tif 000012
【外国語明細書】
Title of the Invention
ION BEAM GENERATOR 
Technical Field
[0001] 
The present invention relates to an ion beam generator, particularly a structure for reducing thermal distortion in grids.
Background Arts
[0002]
One conventional ion beam generator is disclosed in patent publication 2005-506656A. When the ion beam generator is used in a sputtering or etching system, an appropriate gas such as argon is introduced into a discharge chamber through gas introducing means. A plasma is generated by applying a rf power to the gas. Normally, the generated plasma is confined within the discharge chamber. Part of the plasma is in the vicinity of ion beam extraction units in respective facets. An assembly of grids which extract ions from the discharge chamber thereinto and accelerate ions therethrough are provided in each of the ion beam extraction units.
Prior Art References
Patent References
[0003]
Patent Reference 1:   Patent Publication 2005-506656A: PCT/GB2002/002544
Objective to be solved by the Invention
[0004]
In such conventional ion beam generator, there is a technical problem that, during operation, the beam extraction unit is thermally expanded so that grids of the unit are distorted. Consequently, beam extraction efficiency deteriorates and thus the etching or sputtering performance is degraded. Accordingly, the objective of the invention is to prevent (reduce) the thermal distortion in the extraction unit for the purpose of providing the ion beam generator with an improved process quality. Such reduction in thermal distortion not only helps in the long term stability performance but also reduces the start-up time of the ion beam generator.
Summary of the Invention
[0005]
According to the present invention, there is provided an ion beam generator comprising a plasma discharge chamber attached to a sidewall of the plasma discharge chamber; an extraction electrode assembly, which extracts ions in the plasma generated in the plasma discharge chamber and generates an ion beam; a mounting platform disposed between the plasma discharge chamber and the extraction electrode assembly for mounting the extraction electrode assembly onto the plasma discharge chamber, wherein at least part of the sidewall of the plasma discharge chamber which contacts the mounting platform has thermal expansion coefficient TEC = αP, the mounting platform has thermal expansion coefficient TEC =αM and the extraction electrode assembly has thermal expansion coefficient TEC =αG where the αP , αM , αG satisfy the formula: αP  > αM  ≧ αG.
In the embodiment, the extraction electrode assembly comprises a screen grid, accelerator grid and decelerator grid. The sidewall of the plasma discharge chamber is made of stainless steel or aluminum. The mounting platform is made of Ti or Mo. The grids are made of Mo, W or C. The thickness of each grid is equal to or larger than 2mm. The screen grid has apertures through which the ion beam passes, each aperture having a first and second straightly bored holes with different diameters joined by tapered hole, wherein the larger diameter hole is on the side facing the accelerator grid.
According to another aspect of the present invention, there is provided an ion beam generator comprising a plasma discharge chamber, a ring-like mounting platform attached to an annular sidewall of the plasma discharge chamber and comprising a first ring member and second ring member, a disc-like extraction electrode assembly mounted between the first and second ring members of the mounting platform and a bolt surrounded by an insulator, 
wherein each of the first, the second ring members of the mounting platform and the extraction electrode assembly has the bolt apertures at the edge peripheral region thereof through which the bolt surrounded by the insulator penetrates and the penetrated bolts fix the extract electrode assembly between the first and second ring members, and
wherein the inner surfaces of the bolt apertures in the extraction electrode assembly tightly contact with the outer surface of the insulator surrounding the bolt and the bolt aperture in the first and second ring members are elongated in a radical direction so that there is a spacing between the inner surfaces of the bolts apertures in the first and second ring members and the outer surface of the insulator surrounding the bolt. In this aspect, the above thermal expansion coefficients have the relation represented by the formula: αP  > αM  ≧ αG.
Technical Effects
[0006]
In the ion beam generator of the invention, distortions in the grids are suppressed so that a high quality ion beam is produced.
Brief Description of the Drawings
[0007]
Fig. 1 is a schematic view of substrate processing apparatus which includes an ion beam generator according to the present invention.
Fig. 2 is a cross-sectional view of a first embodiment of ion beam generator according to the present embodiment.
Fig.3 is a plane view of a grid in an ion beam generator according to the present invention.
Fig. 4 is a cross sectional view of a grid assembly in an ion beam generator according to the present invention.
Fig.5 is a cross sectional view of a second embodiment of ion beam generator according to the present invention.
Fig. 6 illustrate a thermally expanded first ring in the first embodiment of ion beam generator of Fig. 2.
Fig. 7 illustrates a thermally expanded first ring in the second embodiment of the ion beam generator of Fig. 5.
Fig. 8 shows the etching rate and uniformity dependence with time for a mounting platform made of stainless steel in the ion beam generator.
Fig. 9 shows the improvement in rate and uniformity dependency with time for a mounting platform made of titanium in the ion beam generator.
Fig. 10 is a schematic view of film deposit sputtering apparatus which includes the ion beam generator according to the present invention.
Detailed Description of the Embodiments
[0008]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention will not be limited to the present embodiments.
[0009]
A substrate processing apparatus, such as etching apparatus, according to an embodiment of the present invention will be described with reference to Fig. 1.  Fig. 1 illustrates the configuration of the substrate etching apparatus. A substrate processing apparatus 100 as illustrated in Fig. 1 comprises a substrate processing chamber 2, holder 11 configured to hold a substrate (wafer) 10, rotatable stage 12 which supports the substrate holder 11, ion beam generator 200 for generating an ion beam, and a vacuum pump 3 for evacuating an atmosphere inside the chamber 2. In ion beam generator 200, extraction electrode assembly 20 for extracting ions in the plasma is disposed on the front surface of plasma discharge chamber 1. The substrate holder 11 is configured so as to be inclined at a selected angle to the traveling direction of ion beam B. The angle of the wafer surface relative to the incident ion beam can be changed by panning cathode 12. The substrates are transported into and out of the ion beam etching chamber through slit S.
[0010]
Fig. 2 is a cross-sectional view of first embodiment of ion beam generator 200.
The extraction electrode assembly 20 comprises of three disc-like grids 21, 22 and 23 with aligned apertures. The extraction electrode assembly 20 is mounted on an annular sidewall 1A of the plasma discharge chamber 1 via annular or ring-like mounting platform 40. The mounting platform 40 for mounting the annular peripheral regions of the disc-like grids 21-23 onto the plasma discharge chamber 1 comprises cap ring 41 and first and second ring 42 and 43. The cap ring 41 is attached to the sidewall 1A of the chamber 2. The first ring 42 is in contact with the cap ring 41. The lower surface of the first ring 42 is in contact with the screen grid 21. The grids 21, 22 and 23 are disposed between the first ring 42 and the second ring 43 that are bolted together by sandwiching the assembly 20 between the rings 42 and 43. The metal fixing bolt 28 is screwed into the second ring 43 to fixedly mount the extraction electrode assembly 20 onto the mounting platform-first ring 42. The metal fixing bolt 28 is insulated from the screen grid 21, accelerator grid 22, and decelerator grid 23 by the cylindrical alignment insulator 30. The metal fixing bolt 28 is further isolated from cap ring 41 by an insulating bolt cap 27. While the top of the fixing bolt 28 is capped with the cap ring 41, the insulating bolt cap 27 is held in place by the cap ring 41. The cylindrical insulator 30 serves as an alignment fixture for the grid apertures of the grids 21, 22 and 23. The inner surface of the aperture 36 in each of grids 21, 22 and 23 tightly contact with the outer surface of the insulator 30. The grids 21, 22 and 23 are rigidly fixed to the cylindrical insulator 30. Namely, the fixing bolt 28 is covered by the cylindrical alignment insulator 30 which is inserted into apertures or bolt holes of the first and second rings 42 and 43 and extraction electrode assembly 20 so that all the grids of the extraction electrode assembly 20 are exactly aligned in their positioning. The upper surface of the second ring 43 is in contact with the decelerator grid 23. A spacer insulator 29A is disposed between the screen grid 21 and the accelerator grid 22. A spacer insulator 29B is disposed between the accelerator grid 22 and the decelerator grid 23. Depending on size, an electrode assembly may have more than 20 bolt apertures uniformly distributed around the electrode edge with the accompanying cylindrical insulators, spacers, and insulating caps. For mounting the extraction electrode assembly 20 to sidewall 1A of the plasma chamber 1, another means may be provided in the mounting platform 40. For example, through holes or openings may be provided between the above-mentioned holes for bolting the first ring 42 to the sidewall 1A of the chamber 1. The screen grid 21 may also be bolted together with the first and cap rings to the sidewall 1A of the chamber 1. The grids 21, 22 and 23 are electrically isolated from the sidewall 1A of the plasma discharge chamber 1. 
[0011] 
In the embodiment of Figs. 1 and 2, common materials being employed are Al or SUS for the sidewall 1A of the chamber 1. Dielectric materials such as alumina or quartz are typically utilized for some parts of the plasma chamber 1 in the case inductively-coupled sources to allow external magnetic or electric fields into the chamber. The dielectric material is usually held in place and supported by rigid materials such as SUS or Al. Moreover, the portion where the mounting platform 40 is mounted must be strong and rigid and is also made of either Al or SUS. The plasma discharge chamber 2 may be cooled by forced air or water. The grids 21, 2 and 23 are typically made of Mo or C due to their low thermal expansion coefficients and strength at high temperatures. The emphasis on mounting platforms has been on rigidity. The mounting holes on Mo grids may also be elongated along the (thermal) expansion direction but the alignment of the grids to each other is critical and must not be compromised. 
The sidewall 1A of the discharge chamber 1 warms when plasma is ignited in the discharge chamber 1. The electrode grids 21, 22 and 23 are also heated up and since they have less thermal mass than the discharge chamber 1, the grids 21, 22 and 23 tend to significantly heat up. Furthermore, for high accelerator voltages, the accelerator grid 22 may attract ions with enough energy to sputter the material. The high energy ions further contribute to heating. Cooling is performed by radiation and conduction to the grid edge which is usually in contact with the mounting platform and the discharge chamber walls. The high temperatures and temperature gradients result in grid deformation or grid aperture misalignment that influence etching uniformity, stability, and grid conditioning time. For a specific embodiment, during the operation of the ion beam generator 200 comprising the plasma discharge chamber 1 and extraction electrode assembly 20, the temperature of sidewall 1A of the plasma discharge chamber 1 rises to approximately 75℃ and the temperature of grids 21, 22 and 23 rise to approximately 200℃. Here, the average temperature of the grids given as the grid temperature is not uniform, namely it is hottest in the center and coolest at the edge. To fasten and mount grids 21, 22 and 23, a mounting platform 40 is disposed between the plasma discharge chamber 1 and the extraction electrode assembly 20. To reduce thermal distortion upon operation, the thermal expansion coefficients among them should be selected to satisfy the following relation,
αP  > αM  ≧ αG,
where the thermal expansion coefficient of sidewall 1A of plasma discharge chamber 1 which contacts the mounting platform 40 is αP, the thermal expansion coefficient of mounting platform 40 is αM, and the thermal expansion coefficient of the extraction electrode assembly 20 is αG.
[0012]
As embodiments, the material of the sidewall 1A is selected from the group of stainless steel (SUS) and aluminum. The material of the mounting platform 40 is selected from the group of Ti and Mo. The materials of the grids 21, 22 and 23 are selected from the group of Mo, W and C. The thermal expansion coefficient of Mo used for the grids is 5×10-6 K-1, the expansion coefficient of Ti used for the mounting platform 40 is 8.7×10-6 K-1 and the thermal expansion coefficient of Al used for the sidewall 1A is 23×10-6 K-1. The above combination of materials satisfy the relation (αP  > αM  ≧ αG).
[0013]   
In this section, a plasma discharge sidewall 1A made of Al and a circular beam extraction electrode assembly 20 comprising of Mo grids of diameter = 400 mm are considered as an example. Comparison will be made between the effect of a stainless steel (SUS) mounting platform and a Ti mounting platform especially on the screen grid thermal distortion. Eight bolt apertures 36 uniformly distributed near the edge are provided for bolts to fasten the screen grid 21 and mounting platform 40 to plasma discharge chamber sidewall 1A. The apertures are disposed apart from each other by 149 mm. During operation of the ion beam generator, the temperature of the sidewall 1A of the plasma discharge chamber 1 rises to about 75℃ from room temperature, the mounting platform temperature rises to about 140℃, and the average grid temperature rises to about 200℃. Along the radial direction R in Fig. 2 and Fig. 5, the Mo grid aperture locations shift due to radical direction thermal expansion of the grid by ΔR = 0.16 mm. Along the circumference, the distance between the grid apertures expands by ΔC = 0.13 mm. The Al sidewall 1A-apeture positions shift radially by ΔR = 0.20 mm and the aperture distances expand by ΔC = 0.15. For a SUS mounting platform 40 (α = 15×10-6 K-1), ΔR = 0.31 mm and ΔC is 0.25 mm. For a Ti mounting platform (α = 5×10-6 K-1), ΔR = 0.18 mm and ΔC is 0.14 mm. These values are very close in the values for the Al chamber sidewall 1A, Ti platform 40 and Mo screen grid. A 0.1 mm shift in the relative aperture positions for the screen grid, the mounting platform, and the sidewall is small, as compared to the overall beam extraction electrode diameter, and sufficient to improve start-up performance.
[0014]
Fig. 3 shows an embodiment of grids in an ion beam generator according to the present invention. Each of grids 21, 22 and 23 comprises a central aperture region 6 and outer region 7 surrounding the central aperture region 6. The central aperture region 6 has many small ion beam apertures 6A. The ion beam extracted from the plasma discharge chamber 1 passes through ion beam apertures 6A in the central aperture region 6. The outer region 7 may have eight (or more) bolt apertures 36 configured to insert eight (or more) bolts 28 each of which is enveloped by a cylindrical alignment insulator 30.
[0015]
Fig. 4 shows the extraction electrode assembly 20 in an ion beam generator according to the present invention. By inserting the bolt 28 into the bolt aperture 36 of each grids, as shown in Fig. 4, the apertures 6A in the central aperture region 6 of screen grid 21, the apertures 6A in the central aperture region 6 of accelerator grid 22, and the ion beam apertures 6A in the central aperture region 6 of the decelerator grid 23 are spatially-ordered or aligned. In this embodiment, the thickness DS of screen grid 21 is 3mm, the thickness DA of accelerator grid 22 is 3mm, the thickness DD of decelerator grid 23 is 2mm. The spacing DSA between screen grid 21 and accelerator grid 22 is 2mm, the spacing DAD between accelerator grid 22 and decelerator grid 23 is 2mm. Grids can be made thicker to reduce warping. This is especially useful when bolting in the ion beam aperture area is not desired. For thicker grids ( > 2mm), the screen grid is preferably tapered. The increased thickness raises the accelerator voltage V2 requirements to > 1000V to achieve good beam collimation.
In the screen grid 23, each ion beam aperture has a diameter Ls1 at the upper portion of depth DT and a diameter Ls2 larger than Ls1 at the lower portion. The diameter LA of each ion beam aperture of the acceleration grid 22 is smaller than the diameter LD of the deceleration grid 23. With this configuration of aperture, a well-collimated low-divergence ion beam can be obtained. Each ion beam aperture of the screen grid 21, as illustrated in Fig. 4, has a first and second straightly bored holes with different diameters joined by a tapered hole, wherein the larger diameter hole is on the side facing the accelerator grid 22.
[0016] 
Extraction grids 21, 22 and 23 are usually put together before mounting onto the plasma chamber. This way, it is easier to check electrode or grid alignment and spacings. The grids 21, 22 and 23 may be trimmed at the edge to allow for thicker spacers 29A and 29B (Fig.2). Trimming reduces the incidence of shorting and arcing . Instead of edge trimming, recessed areas can also be provided around the grid alignment holes. The inner surfaces of ring 42 and ring 43 may further be tapered (< 0.5°) to concentrically warp (dish-shaped) the grids, especially the screen grid 21 and decelerator grid 23 grids. The inner surface of rings 42 or 43 form a portion of a very shallow cone. When the outer region of a grid is pressed against such surface, it assumes a concentric warp, that is, the grid is dished. Grid dishing improves structural stability. The extraction electrode assembly 20 is finally mounted onto the plasma discharge chamber sidewall 1A by bolts through the first ring 42. 
[0017]
Fig. 5 illustrates a second embodiment of grid assembly 20 in an ion beam generation 200 according to the present invention. The ion beam generator 200 of Fig. 5 has fundamentally the same configuration as that of Fig. 2. The same member are assigned with the same references numerals and a detailed description is omitted.
[0018]
As a different feature from the configuration of Fig. 2, the inner diameter of the cylindrical alignment insulator 30 is enlarged and the apertures 36, in the mounting rings 42 and 43 are expanded. Due to the slightly larger thermal expansion of the mounting rings 42, 43 compared to the grids, the bolt 28 is shifted (radially outward) from the cylindrical spacer center. The enlarge apertures frees the cylindrical mounting ring to expand without unduly stretching the grids. 
[0019]
To further accommodate for different thermal expansions, elongated apertures 36 which are elongated in a radical direction R may be disposed in the first and second rings 42 and 43. The apertures 36 are elongated along the radial direction so that when the whole extraction electrode assembly warms up due to heat from the grids, the grid configuration (dishing etc.) is not significantly distorted. Thus, stable etching rate and uniformity are achieved in a short time.
[0020]
Next, an operation of the substrate processing apparatus 100 according to the present invention will be described with reference to Fig. 1 and Fig. 2. The pressure of the plasma discharge chamber 1 is ordinarily maintained in the range of approximately 10-4 Pa (10-5 millibars) to approximately 10-2 Pa (10-3 millibars). A processing gas such as inert gas (Ar, Xe or Kr) is supplied into the plasma discharge chamber 1 by gas introduction means (not illustrated). For example, Ar is supplied into the plasma discharge chamber 1 by the gas introduction means, and RF power is applied to RF coil means (not illustrated), thereby generating a plasma. Ions in the plasma confined in the discharge chamber 1 are extracted by the ion extraction electrode assembly 20 to perform etching on the substrate 10.
[0021]
In the illustrated embodiment, the potential VS of screen grid 21 is set to a plus potential such as 100V to 1000V, the potential VA of accelerator grid 22 is set to a minus potential between the range −1000V to −3000V, and the potential of decelerator grid 23 is set to ground. As one preferable example, VS < 300V and VA < −1500V are selected where the thickness of screen grid 21 and acceleration grid 22 are 3mm, the thickness of decelerator grid is 2mm to 3mm and the grid spacing is 2mm so that the resulting beam divergence θ is less than 5°.
[0022]
Figure 6 shows the effect of thermal expansion on a first mounting ring 42 with 8 apertures 50 through which bolts 28 surrounded by the cylindrical insulator 30 are inserted. The apertures may correspond to apertures needed for fixing the grids to the mounting platform 40 (see Fig. 2). The first mounting ring 42 is held rigidly at the apertures by the bolts 28 and mounted on a flat surface (parallel to ring and grids). Simulations reveal that the unbolted regions (regions except for positions fixed by the bolts) expand along the (planar) radial direction as well as rise (out-of-plane) in the direction toward the screen grid 21. The latter movement deforms the screen grid 21 that results in local changes in etching rate and therefore poor uniformity. Similar amounts of thermal expansion of the plasma chamber sidewall 1A, the first mounting ring 42, and the grids 21, 22 and 23 reduce the above effects. As a temperature gradient exists from the grids to the plasma chamber (TP  < TM < TG), the relation (αP  > αM  ≧ αG) is preferred. Figure 7 shows the effect of thermal expansion on the first mounting ring 22 that allows relative motion between the plasma chamber sidewall 1A and the first mounting ring 22. This is achieved by providing apertures 36 elongated along the radial direction. The first ring 42 still expands in the radial direction but the out-of-plane component is minimized. A similar low-distortion effect is expected for the configuration shown in Fig. 5 where the mounting rings 42 and 43 can expand more than low thermal expansion coefficient Mo grids.
[0023] 
Fig. 8 shows the etching rate and uniformity dependencies with time for a mounting ring platform 40 that does not satisfy the relation (αP  > αM  ≧ αG). Here, the mounting ring is made of stainless steel. Several wafers were cycled through the module and etched with the same recipe. This is usually performed to determine the ”wafer-to-wafer” (WtW) performance stability of a tool.  For this case, the tool was from a cold start, that is, no preconditioning was made to warm up the tool. WtW from a cold start provides a measure on how much preconditioning is necessary before production wafers could be processed. For SUS mounting ring, the etching rate and uniformity take more than 100 minutes to stabilize. The long wait or preconditioning time to obtain a stable rate or uniformity reduces overall tool utilization. There will also be times when the tool is down due reasons other than maintenance but a long preconditioning procedure will further reduce total tool up-time and increase cost of operation.
[0024]
Fig. 9 shows the improvement in rate and uniformity dependency with time for a mounting platform 40 made of titanium according to the present invention (αP  ＞ αM  ≧ αG is satisfied). From a cold start, it takes about 15 to 20 minutes to achieve a stable rate and uniformity. A short preconditioning duration increases total tool up-time and reduces overall cost of operation for a given number of wafers. By employing titanium for the mounting platform and providing a means of releasing thermal strain, the grid assembly achieves a stable configuration faster than when using traditional stainless steel platforms. Titanium has about half the expansion coefficient of stainless steel and provides a better match to the small thermal coefficient of common grid or electrode materials such as Mo and C.
[0025]
Fig. 10 shows another embodiment wherein the ion beam generator 200 is mounted in sputtering apparatus 100' for forming a film on a substrate 10. In this embodiment, the same ion beam generator is used as that in Fig. 2. Accordingly, the detailed explanation of ion beam generator 200 is omitted. The ion beam generator 200 is arranged to emit the ion beam obliquely incident onto target 15 mounted on cathode 5, such as Xdeg < 90°. Target mount 5 has six mounting facets for holding up to 6 targets. It is rotatable about axis A, which is perpendicular to the plane face, like a carousel, such that one selected target is disposed to be irradiated by the ion beam. Substrate holder 11, which holds substrate 10, is disposed at a position and angle where sputter particles from the irradiated target can be deposited uniformly. Substrate holder 11 is rotatable about axis B which is perpendicular to the held substrate surface. Said holder 11 can also be panned along an axis parallel to the substrate 10 surface and parallel to axis A. Panning controls the incidence angle of  incoming particles from the target. 
[0026]
Reference Numerals
２００  Ion Beam Generator
１      Plasma Discharge Chamber
２      Processing Chamber
２０    Extraction Electrode Assembly
１００  Etching Apparatus / Substrate Processing Apparatus
３      Vacuum Pump
１０    Substrate (Wafer)
１１    Substrate Holder
１２    Rotatable Cathode
Ｓ      Slit
１Ａ    Sidewall of Discharge Chamber 1
４０    Mounting Platform
４１    Cap Ring
４２    First Ring
４３    Second Ring
２１    Screen Grid 
２２    Accelerator Grid
２３    Decelerator Grid 
２７    Insulating Bolt
２８    Bolt
２９    Spacer Insulators 
３０    Cylindrical Alignment Insulator 
３１    Taped Port
６      Central Aperture Region
７      Outer Region
８      Opening
２８    Fixing Bolt
３６    Space
１００'  Sputtering Apparatus
５      Carousel Cathode
１５    Target
1.      Ion beam generator comprising 
a plasma discharge chamber,
an extraction electrode assembly, which extracts ions in the plasma generated in the plasma discharge chamber and generates an ion beam;
a mounting platform disposed between the plasma discharge chamber and the extraction electrode assembly for mounting the extraction electrode assembly onto the plasma discharge chamber;
wherein at least part of the sidewall of the plasma discharge chamber which contacts the mounting platform has thermal expansion coefficient TEC = αP, the mounting platform has thermal expansion coefficient TEC =αM and the extraction electrode assembly has thermal expansion coefficient TEC =αG where the αP , αM and , αG satisfy the formula: αP  > αM ≧ αG.
2.      The apparatus according to claim 1, wherein the extraction electrode assembly comprises a screen grid mounted on the mounting platform, a accelerator grid mounted on the screen grid by interposing an insulator therebetween, and a decelerator grid mounted on the accelerator grid by interposing an insulator therebtween.
3.      The apparatus according to claim 1, the material of the sidewall of the plasma discharge chamber is selected from the group consisting of stainless steel and aluminum.
4.      The apparatus according to claim 1 wherein the material of the mounting platform is selected from the group consisting of Ti and Mo.
5.      The apparatus according to claim 2 wherein the material of the grids are selected from the group consisting of Mo, W, and C.
6.      The apparatus according to claim 2 wherein the thickness of the grid ≧ 2 mm.
7.      The apparatus according to claim 2 wherein the mounting platform comprises a first annular ring in contact with the screen grid.
8.      The apparatus according to claim 2 wherein the screen grid has apertures through which the ion beam passes, each aperture having a first and second straightly bored holes with different diameters joined by a tapered hole, wherein the larger diameter hole is on the side facing the accelerator grid.
9.      An ion beam generator comprising:
a plasma discharge chamber;
a ring-like mounting platform attached to an annular sidewall of the plasma discharge chamber and comprising a first ring member and second ring member;
a disc-like extraction electrode assembly mounted between the first and second ring members of the mounting platform; and
a bolt surrounded by an insulator, 
wherein each of the first, the second ring members of the mounting platform and the extraction electrode assembly has the bolt apertures at the peripheral region thereof through which the bolt surrounded by the insulator penetrates and the penetrated bolts fix the extract electrode assembly between the first and second ring members, and
wherein the inner surfaces of the bolt apertures in the extraction electrode assembly tightly contact with the outer surface of the insulator surrounding the bolt and the bolt aperture in the first and second ring members are elongated in a radical direction so that there is a spacing between the inner surfaces of the bolts apertures in the first and second ring members and the outer surface of the insulator surrounding the bolt.
10.      The ion beam generator according to claim 9, wherein the sidewall of the plasma discharge chamber has thermal expansion coefficient TEC = αP, the mounting platform has thermal expansion coefficient TEC = αM and the extraction electrode assembly has thermal expansion coefficient TEC = αG where the αP ,αM and , αG satisfy the formula: αP  > αM  ≧ αG.
[Objective of the invention]
An ion beam generator, a thermal distortion in a grid assembly is reduced.
[Structure to solve the objective]
Thermal expansion coefficients αP , αM and αG, for a sidewall (1A) of a discharge chamber, mounting platform (40) and extraction grid electrode assembly (20) are selected to have a relation: αP  > αM  ≧ αG.  For example, the material of discharge chamber sidewall is stainless steel o aluminum, the material of grids is Mo, W or C and the material of platform is Ti or Mo.
Selection Drawing:  Fig. 5
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