(57)【要約】【課題】均一性の高いプラズマを生成可能で、より均一な処理が可能なイオンビーム発生装置を提供する。【解決手段】放電槽３と、放電槽内にプラズマを発生させるためのプラズマ発生手段５と、放電槽の所定の壁と対向して設けられ、プラズマからイオンビームを引き出すための引出し電極７と、放電槽内に設けられ、かつ回転可能であって、該回転軸に対して非対称形状の部材４と、部材を回転させる駆動手段と、を備えたイオンビーム発生装置において、プラズマ発生手段および駆動手段を作動して、放電槽内にプラズマを発生させながら、部材を所定時間回転することにより、時間平均したプラズマ密度分布が均一化される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電槽と、
前記放電槽内にプラズマを発生させるためのプラズマ発生手段と、
前記放電槽の所定の壁と対向して設けられ、プラズマからイオンビームを引き出すための引出し電極と、
前記放電槽内に設けられ、かつ回転可能であって、回転軸に対して非対称形状の部材と、
前記部材を回転させる駆動手段と、を備え、
前記プラズマ発生手段および前記駆動手段を作動して、前記放電槽内にプラズマを発生させながら、前記部材を所定時間回転することにより、時間平均したプラズマ密度分布が均一化されることを特徴とするイオンビーム発生装置。
【請求項２】
前記非対称形状の部材は、前記引出し電極と非平行な傾斜面を有することを特徴とする請求項１に記載のイオンビーム発生装置。
【請求項３】
前記非対称形状の部材は、前記回転軸の付近に設けられた凸部を有することを特徴とする請求項１に記載のイオンビーム発生装置。
【請求項４】
前記部材の側壁を覆うためのシールドが設けられている請求項１に記載のイオンビーム発生装置。
【請求項５】
前記駆動手段は、前記非対称形状の部材を前記回転軸方向に移動させることができることを特徴とする請求項１に記載のイオンビーム発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオンビーム発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
イオンビーム装置は、例えば、ディスクドライブデータストレージ用の磁気リードセンサ、磁気ライタ、およびスライダ等のエッチング等、様々な分野で応用されている。
このイオンビーム装置で用いられるＩＣＰ(誘導結合プラズマ)方式では、アンテナ形状や、アンテナとベルジャーとの位置関係が、プラズマ密度分布に影響し、プラズマに偏りが生じてしまう。また、放電槽の中間部は、放電槽の内壁側に比べ、プラズマ密度が高くなる。そのため、完全に均一なプラズマを形成することは難しい。
【０００３】
こうした問題を解決するため、例えば、特許文献１には、イオンビーム発生装置の放電槽内に、プラズマ密度プロファイルを制御するために、移動可能なプラグを設けることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許７１８３７１６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来のイオンビーム発生装置では、プラズマの分布を調べ、その分布の偏りに合わせて、プラグの表面にエクステンションを配置しなければならない。また、プラグを移動したり、引出し電極への電圧を変化させたりした場合、プラズマ密度分布も変化してしまう恐れがあるので、それに合わせて、このエクステンションの位置も変える必要がある。真空処理装置においては、エクステンションの位置を変更する作業を行う度に、放電槽を大気開放した後、再度排気しなおさなければならず、大変な手間がかかってしまう。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、従来とは全く異なる構成で、均一なプラズマを生成可能で、処理分布を改善したイオンビーム発生装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決するため、本発明のイオンビーム発生装置は、放電槽と、前記放電槽内にプラズマを発生させるためのプラズマ発生手段と、前記放電槽の所定の壁と対向して設けられ、プラズマからイオンビームを引き出すための引出し電極と、前記放電槽内に設けられ、かつ回転可能であって、回転軸に対して非対称形状の部材と、前記部材を回転させる駆動手段と、を備え、前記プラズマ発生手段および前記駆動手段を作動して、前記放電槽内にプラズマを発生させながら、前記部材を所定時間回転することにより、時間平均したプラズマ密度分布が均一化されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、均一性の高いプラズマを生成可能で、より均一な処理が可能なイオンビーム発生装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に係るイオンビーム発生装置１の全体概略図である。
【図２】アンテナの形状を示す図である。
【図３】本発明の他の実施形態に係るイオンビーム発生装置１の全体概略図である。
【図４】本発明の実施形態のイオンビーム発生装置と比較例のイオンビーム発生装置を比較した場合の、グリッド側からみたプラズマ密度分布の違いを模式的に示した図である。
【図５】ブロックの変形例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明の代表的な実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るイオンビーム発生装置１の全体概略図である。
【００１１】
（第１実施形態）
図１に示すように、イオンビーム発生装置１は、プラズマを閉じ込める放電槽３を備えている。放電槽３は、円柱状の筐体であり、円状後壁３ａおよび円状前壁３ｃと、それらの間に設けられた円筒状の石英ベルジャー２及び側壁３ｂとから構成されている。放電槽３は、不図示の排気手段により、その内部圧力を、通常、約１×１０-4Ｐａから約１×１０-2Ｐａの範囲に維持することができる。放電槽３の外部には、誘電結合プラズマを発生させるプラズマ発生手段として、気体に高電圧をかけることによってプラズマを発生させるＲＦアンテナ５が設けられている。ＲＦアンテナ５は、高周波電源５０に接続されている。
不図示のガス導入手段から放電槽３内に、不活性ガス（アルゴンなど）が導入される。
高周波電源５０は、ＲＦアンテナ５に高周波電力を供給すると、石英ベルジャー（誘電体窓）２を介して放電槽３の不活性ガスに、高周波電磁界が導入され、放電槽３内にプラズマが生成する。なお、請求項に記載の放電槽内にプラズマを発生させるためのプラズマ生成手段は、アンテナ５、高周波電源５０、石英ベルジャー２に相当する。
【００１２】
図２に本例におけるアンテナ５の形状を示す。図２に示すように、アンテナ５は、完全な円形ではなく、整合器１５を介して高周波電源５０と接続するための入力端部と出力端部を有するため、非対称形状となっている。制御部７０は、イオンビーム発生装置１の各構成要素（高周波電源、排気手段、ガス導入手段、回転駆動手段など）を制御する。
なお、図示していないが、イオンビーム発生装置１は、基板ホルダーを備えた真空用チャンバに装着され、基板ホルダーに載せられた基板をエッチング処理可能になっている。
【００１３】
図１に示すように、放電槽３の前壁３ｃには、円状の開口部を有し、該開口部には、放電槽３内に形成されたプラズマからイオンを引出し、イオンビームの形で放電槽３から出てくるイオンを加速する引出し電極７が配置されている。引出し電極７は、通常、放電槽３側から、正電圧（例えば、１００〜１０００Ｖ）が印加された第１の電極、負電圧（例えば、−１０００〜−３０００）が印加された第２の電極、及び接地電位に維持された第３の電極から構成されている。引出し電極７は、イオンビームが照射される多数の微細孔が形成されたグリッド構造を備えている。引出し電極７によって引き出されたイオンビームは、基板に向かって照射され、エッチング処理を施すことができる。
【００１４】
次に本発明の特徴部分であるブロックについて説明する。
図１に示すように、放電槽３の内部には、ブロック（部材）４が配置されている。ブロック４は、引出し電極７に対向した放電槽３の後壁３ａを貫通して設けられたシャフト（回転軸）８により軸支されている。回転軸８は、後壁３ａ及び引出し電極７の表面に対して、垂直に配置されている。シャフト８は、回転駆動手段１１に接続され、ブロック４とともに回転可能に構成されている。図１（ｂ）に示すように、上面から見たブロック４は、回転軸９と同軸同心の円形である。しかしながら、図１（ａ）の断面図に示すように、ブロック４は、回転軸８に対して非対称な形状である。即ち、ブロック４は、引出し電極７のグリッド面に対して、非平行な傾斜面を有する。
ブロック４は、耐熱性のある材質であり、Ａｌなどの金属でもよいし、石英のような絶縁体でもよい。なお、ブロック４を絶縁体にすることにより、ブロック４をフローティング電位にすることができる。
【００１５】
本発明の動作原理を説明する。まず、制御部７０は、排気手段（不図示）を作動して、放電槽内部の圧力を約１×１０-4Ｐａから約１×１０-2Ｐａの範囲までに減圧する。次に、制御部７０は、ガス導入手段を作動して、放電槽内にアルゴンガスを供給する。続いて、制御部７０は、回転駆動手段１１を作動して、部材４を所定の回転速度（約８０〜２００ｒｐｍ）で回転する。こうした状態で、制御部は、引出し電極７に前述したように電圧を印加することで、放電槽内のプラズマからイオンビームが引き出される。
【００１６】
詳細は後述するが、このような非対称なブロック４を用いることで、ブロック４を静止した状態で、ＲＦアンテナ５に高周波電力を印加すると、放電槽３の内部に非対称なプラズマが発生する。続いて、回転駆動手段１１によりブロック４を所定の回転速度（約８０〜２００ｒｐｍ）で所定時間回転することで、所定時間（例えば、３０秒）における時間平均化したプラズマ密度分布を均一化することができる。結果的に、均一なイオンビームを生成することができ、基板に対して、均一性の高い処理を実現することができる。
なお、放電槽の容積、放電槽内の圧力などの条件によっては、３０秒以上でプラズマ密度分布が均一化することもあり、その場合は、３０〜７００秒間の任意の時間を採用することができる。
なお、本発明は、基板を回転できる機構を備えることができない基板処理装置において、特に有効である。
【００１７】
放電槽３の後壁３ａには、ブロック４の側壁に沿って延設された円筒状のシールド６が設けられている。シールド６は、石英やアルミナなどの絶縁体から構成されている。また、放電槽３内のプラズマ密度を均一化するために、シールド６も、回転軸８と同軸同心の円筒形状であることが好ましい。このシールド６は、イオンビームによって引出し電極７が叩かれて、発生したパーティクルがシャフト８等に付着するのを防止するためのものである。ブロック４とシールド６の間隔は、デバイ長以下（例えば、１ｍｍ以下）とすることが望ましい。
【００１８】
（第２実施形態）
図３に本実施形態のイオンビーム発生装置１の全体概略図である。
本実施形態のイオンビーム発生装置１は、図１に示したイオンビーム発生装置１と基本的には同様な構成であり、同一の構成部材には同一の参照番号を付して、その詳細な説明を省略する。
【００１９】
図３に示すように、本実施形態のイオンビーム発生装置１は、図１に示したイオンビーム発生装置１とは異なり、シャフト８が引出し電極７に向かって、伸縮可能になっており、ブロック４を回転軸方向に前後移動することができる。こうすることで、放電槽３内のプラズマ密度を調整することができる。
【００２０】
さらに、イオンビーム発生装置１は、放電槽３の後壁３ａの近傍で、かつ大気側に設けられた電磁石１２と、放電槽３の側壁３ｂの近傍で、かつ大気側に設けられた永久磁石１０を備えている。電磁石１２は、回転軸８と同軸同心の円形のコイルであり、ブロック４の径より大きな径を有する。つまり、ブロック４の外側と放電槽３の側壁３ｂとの間に、電磁石１２が設けられている。ＤＣ電源８０は、電磁石１２へ電流を供給することができる。さらに、制御部７０は、ＤＣ電源８０のＯＮとＯＦＦを制御することができる。
【００２１】
図３（ｂ）に示すように、電磁石１２から出た磁力線１２ａは、永久磁石１０に向かって閉じている。また、電磁石１２から出た磁力線１２ｂと、永久磁石１０からでた磁力線１０ａは任意の位置１３で磁場がゼロとなる。電磁石１２に流れる電流を調整する事で、ゼロ磁場が発生する位置１３を移動させる事ができ、放電槽の側壁付近のプラズマ密度を調整することができる。
【００２２】
図４は、本発明の実施形態のイオンビーム発生装置と比較例のイオンビーム発生装置を比較した場合の、グリッド側からみたプラズマ密度分布の違いを模式的に示した図である。なお、プラズマ密度は、基板におけるイオンエッチング分布に基づいて、放電槽内のプラズマ密度分布を推定することもできるが、放電槽内に直接、プローブを挿入して測定してもよい。
図４（Ａ）では、比較例として、放電槽内にブロックなどを何も設けていない、通常のイオンビーム発生装置を用いた。この場合、図４（ａ）に示すように、放電槽内のプラズマ密度は、放電槽の中央部で高くなる傾向がある。
図４（Ｂ）では、比較例として、放電槽３の内部に中央に、対称な円柱状ブロックを配置し、さらにブロックの内部にプラズマ調整用の電磁石１２を用いた。このようにブロック内部に設けた電磁石１２を用いて、プラズマ密度を均一にしようとしても、磁力線の形成により、図４（ｂ）に示すように、プラズマ密度が局所的に高くなる部分が存在してしまうことがある。また、ブロックの底面中央部では、プラズマが外側に発散してしまい、プラズマ密度が低くなってしまうことがある。そのため、比較例では、ある程度までしかプラズマ密度６０を均一化できない。
【００２３】
一方、図４（Ｃ）では、図３で示した実施形態のイオンビーム発生装置を用いた。傾斜部を有するブロック４を放電槽３の内部に配置することで、図４（ｃ）に示すように、ブロック４の傾斜部に沿って傾斜されたプラズマ密度分布を強制的に形成できる。
さらに、図４（Ｄ）に示すように、回転軸を中心にブロック４を所定時間回転することで、傾斜されたプラズマ密度分布が所定時間において平均化され、図４（ｄ）に示すように、均一なプラズマを形成できる。
【００２４】
（変形例）
図５に、ブロック４の変形例を示す。
図５に示す変形例では、図１に示したブロック４の中央部に、略半球体４ａが追加して設けられている。放電槽３の容積、放電槽内の圧力、ガスの種類などの条件によっては、図１で前述した傾斜ブロック４だけでは、中央部分に偏在する高いプラズマ密度を、フラットに傾斜したプラズマ密度にすることは困難な場合がある。具体的には誘電結合プラズマ（ＩＣＰ）装置では、放電槽内の圧力が低圧（１Ｐａ以下）のとき、電子が放電槽の中央部に向かって、加速し集中する傾向があり、放電槽の中央部においてプラズマが高くなることがある。この場合に、本変形例のように、ブロック４の回転軸に合わせて、引出し電極７に向けて、略半球体４ａなどの凸部を設けるようにすればよい。こうすることで、放電槽の中央部において、プラズマが発生する空間を減らすことにより、中央部分のプラズマ密度を低減し、プラズマを均一化することができる。
【００２５】
以上のように、実際に、エッチング分布から推定する方法や、放電槽内に直接、プローブを挿入する方法などによってプラズマ密度を測定し、その結果、プラズマ密度分布が高い部分に対応して、ブロック４の一部に適宜凸部を追加してもよい。凸部は、ブロック４と一体で設けてもよいし、別体として付加してもよい。また、逆にプラズマ密度分布が低い部分に対応して、ブロック４の一部に適宜凹部を形成したりしてもよい。
以上のように、非対称のブロックは、装置の仕様に応じて、その形状を適宜変更することができる。
【００２６】
以上、添付図面を参照して本願の好ましい実施形態、実施例を説明したが、本発明はかかる実施形態、実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載から把握される技術的範囲のおいて種々の形態に変更可能である。
【符号の説明】
【００２７】
１  イオンビーム発生装置
２  ベルジャー
３  放電槽
４  部材（ブロック）
５  プラズマ発生手段（アンテナ）
６  シールド
７  引出し電極
８  シャフト
９  回転シール機構
１０  永久磁石
１１  回転駆動手段
１２  電磁石
１３  磁場ゼロ位置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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