(57)【要約】      （修正有）【課題】安価な構成で大口径のビームを被処理物に照射することができるビーム源を提供する。【解決手段】プラズマ生成室１６と、プラズマ生成室１６の内部にプラズマ２４を生成するプラズマ生成部２０，２２と、プラズマ生成室１６内に配置された第１の電極４０と、プラズマ生成室１６内に第１の電極４０と対向するように配置された第２の電極５０と、第１の電極４０と第２の電極５０との間に電圧を印加することで、プラズマ生成室１６内に生成されたプラズマ２４から粒子を引き出す電圧印加部５２とを備える。第１の電極４０は、多数の細孔が形成された複数の部分電極に分割されている。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ生成室と、
前記プラズマ生成室の内部にプラズマを生成するプラズマ生成部と、
前記プラズマ生成室内に配置された第１の電極と、
前記プラズマ生成室内に前記第１の電極と対向するように配置された第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧を印加することで、前記プラズマ生成室内に生成されたプラズマから粒子を引き出す電圧印加部とを備え、
前記第１の電極は、多数の細孔が形成された複数の部分電極に分割されていることを特徴とするビーム源。
【請求項２】
前記複数の部分電極は、該電極の厚さ方向に分割された複数の電極層を有することを特徴とする請求項１に記載のビーム源。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のビーム源と、
前記ビーム源の第１の電極に隣接する位置に被処理物を保持する保持部とを備えたことを特徴とするビーム処理装置。
【請求項４】
前記保持部は、前記ビーム源の第１の電極に対して相対的に移動可能に構成されていることを特徴とする請求項３に記載のビーム処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体集積回路の製造工程などに用いられるビーム源に係り、特に高密度プラズマから高指向性でかつ高密度の正イオン、負イオン、中性粒子等の各種のビームを生成するビーム源に関するものである。また、本発明は、かかるビーム源を用いて被処理物を加工するビーム処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体集積回路、ハードディスク等の情報記憶媒体、あるいはマイクロマシーン等の分野において、その加工パターンが著しく微細化されている。かかる分野の加工においては、直進性が高く（高指向性であり）、且つ比較的大口径で高密度のイオンビーム等のエネルギービームを照射して被処理物の成膜又はエッチングなどを施す技術が注目されている。
【０００３】
このようなエネルギービームのビーム源としては、正イオン、負イオン、中性粒子等の各種のビームを生成するものが知られている（例えば、特許文献１から特許文献６参照）。このような正イオン、負イオン、中性粒子等のビームをビーム源から被処理物の任意の部位に照射することで、被処理物の局所的な成膜やエッチング、表面改質、接合、接着などを行うことができる。また、プラズマを利用した類似のビーム源（例えば、特許文献７から特許文献１５参照）や、中性粒子ビームを生成するその他のビーム源（例えば、特許文献１６参照）も知られている。
【０００４】
図１は、従来のビーム源を用いたビーム処理装置の全体構成を示す概念図である。図１に示すビーム処理装置は、プラズマ生成室５００と、被処理物Ｘの加工を行う処理室５０２とを有する真空チャンバ５０４を備えている。プラズマ生成室５００の外周には誘導結合型のコイル状のアンテナ５０６が配置されており、このアンテナ５０６は高周波電源５０８に接続されている。この高周波電源５０８によって高周波電圧がアンテナ５０６に印加されるようになっている。
【０００５】
プラズマ生成室５００の下端には、グラファイトなどの導電体で形成された第１の電極５１０が配置され、この第１の電極５１０に対向する位置には、同様に導電体で形成された第２の電極５１２が配置されている。図１に示す例では、第２の電極５１２に電源５１４が接続されており、第１の電極５１０と第２の電極５１２との間に所定の電圧を印加できるようになっている。
【０００６】
このような構成において、アンテナ５０６に高周波電流を流すことで誘導磁場を生じさせ、磁界の時間変化が電界を誘導し、その電界で電子が加速される。ガス供給源５１６からプラズマ生成室５００に導入されたガスは、加速された電子により電離され、プラズマ生成室５００内に高密度プラズマが生成される。そして、第１の電極５１０と第２の電極５１２との間に適切な電圧を印加することにより、正イオン、負イオン、中性粒子等の各種のビームを生成し、このビームを処理室５０２内の被処理物Ｘに照射する。
【０００７】
ここで、第１の電極５１０には、高アスペクト比（１０程度）、直径１ｍｍ程度の多数の細孔５１０ａが形成されている。例えば、プラズマ生成室５００から電場によって加速された正イオン又は負イオンを、この第１の電極５１０の細孔５１０ａを通過させるときに電荷の交換により中性化することが可能である。このようにして中性化された原子を処理室５０２内の被加工物Ｘに照射し、エッチングなどのプロセスを行うことができる。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００２−２８９３９９号公報
【特許文献２】
特開２００２−２８９５８１号公報
【特許文献３】
特開２００２−２８９５８２号公報
【特許文献４】
特開２００２−２８９５８３号公報
【特許文献５】
特開２００２−２８９５８４号公報
【特許文献６】
特開２００２−２８９５８５号公報
【特許文献７】
特開平１０−１２５４９７号公報
【特許文献８】
特許第３１１４８７３号公報
【特許文献９】
特表２００１−５１１９４５号公報
【特許文献１０】
特表２００１−５０７０８１号公報
【特許文献１１】
特開平８−８３６９６号公報
【特許文献１２】
特開平９−８２６９２号公報
【特許文献１３】
特開２００１−３５６９７号公報
【特許文献１４】
特許第３０１７９４４号公報
【特許文献１５】
特許第３３１８６３８号公報
【特許文献１６】
米国特許第６３３１７０１号明細書
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来のビーム源のビーム直径は１００ｍｍ程度であるが、最近では半導体ウェハをはじめとする被加工物の大型化に伴って、更に大きな直径、例えば３００ｍｍ以上の直径のビームが必要とされている。この場合には、上述した第１の電極５１０の直径を３００ｍｍ以上とし、この大きな直径の第１の電極５１０に多くの細孔５１０ａを形成する必要が生じる。しかしながら、多数の細孔が形成された大きな電極を作製することは困難であり、作製できたとしても極めてコストの高い電極となってしまう。
【００１０】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、安価な構成で大口径のビームを被処理物に照射することができるビーム源及びかかるビーム源を備えたビーム処理装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
このような従来技術における問題点を解決するために、本発明の第１の態様は、プラズマ生成室と、上記プラズマ生成室の内部にプラズマを生成するプラズマ生成部と、上記プラズマ生成室内に配置された第１の電極と、上記プラズマ生成室内に上記第１の電極と対向するように配置された第２の電極と、上記第１の電極と上記第２の電極との間に電圧を印加することで、上記プラズマ生成室内に生成されたプラズマから粒子を引き出す電圧印加部とを備え、上記第１の電極は、多数の細孔が形成された複数の部分電極に分割されていることを特徴とするビーム源である。
【００１２】
このように、第１の電極を複数の部分電極に分割することによって、細孔を形成すべき電極の寸法を小さくすることができる。すなわち、本発明によれば、第１の電極の直径が大きくなっても、分割された（比較的小さな）部分電極に多数の細孔を形成すればよいので、容易かつ安価に大きな直径の第１の電極を製造することができる。したがって、安価な構成で大口径のビームを被処理物に照射することが可能となる。
【００１３】
本発明の好ましい一態様は、上記複数の部分電極は、それぞれ扇形形状を有し、全体として円形状の第１の電極を形成することを特徴としている。
【００１４】
本発明の好ましい一態様は、上記複数の部分電極は、上記第１の電極の中心部に位置する円形状の第１の部分電極と、上記第１の部分電極の周囲に配置された略扇形形状を有する複数の第２の部分電極とからなり、上記第１の部分電極と上記第２の部分電極が全体として円形状の第１の電極を形成することを特徴としている。このような構成により、各部分電極において細孔の配列が不均一になることを防止することができるので、ビームを均一な強度で被処理物に照射することができる。
【００１５】
本発明の好ましい一態様は、上記複数の部分電極は、それぞれ平行に配置される短冊形状を有し、全体として円形状の第１の電極を形成することを特徴としている。
【００１６】
本発明の好ましい一態様は、上記複数の部分電極は、多角形形状を有し、全体として略円形状の第１の電極を形成することを特徴としている。この多角形形状としては好ましくは六角形が使用される。
【００１７】
本発明の好ましい一態様は、上記複数の部分電極が、複数の略扇形形状を有する第１の部分電極と、上記第１の電極の中心部に位置する小円部と該小円部の外側の扇形部とから構成される第２の部分電極とからなり、上記第１の部分電極と上記第２の部分電極が全体として円形状の第１の電極を形成することを特徴としている。このような構成により、各部分電極において細孔の配列が不均一になることを防止することができるので、ビームを均一な強度で被処理物に照射することができる。
【００１８】
ここで、上記複数の部分電極は、該電極の厚さ方向に分割された複数の電極層を有していてもよい。
【００１９】
本発明の第２の態様は、上記ビーム源と、上記ビーム源の第１の電極に隣接する位置に被処理物を保持する保持部とを備えたことを特徴とするビーム処理装置である。
【００２０】
この場合において、上記保持部を、上記ビーム源の第１の電極に対して相対的に移動可能に構成することが好ましい。このように、上記保持部をビーム源の第１の電極に対して相対的に移動可能とすれば、第１の電極の細孔を通過するビームの強度が局所的に不均一になった場合であっても、保持部を適切に移動させることで被処理物への照射ビームの強度を平均化することが可能となる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るビーム源及びこのビーム源を組み込んだビーム処理装置の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００２２】
図２は、本発明の第１の実施形態におけるビーム処理装置の全体構成を示す概念図である。図２に示すように、ビーム処理装置は、高密度プラズマから正イオン、負イオン、中性粒子等の各種のビームを生成するビーム源１０と、このビーム源１０に隣接して配置される処理室１２とを備えている。処理室１２内には、半導体基板、ガラス、有機物、セラミックスなどの被処理物Ｘを保持する保持部１４が配置されており、保持部１４の上面に載置された被処理物Ｘがビーム源１０からのビームにより加工されるようになっている。保持部１４は、前後左右、或いは回転方向に移動可能となっている。
【００２３】
ビーム源１０は、内部にプラズマを生成するプラズマ生成室１６を備えている。このプラズマ生成室１６と処理室１２とは円筒状の真空チャンバ１８により構成されており、この真空チャンバ１８は、石英ガラス、セラミック、又は金属などの材質から形成される。なお、真空チャンバ１８は、円筒形状だけでなく直方体形状など種々の形状をとることができる。また、プラズマ生成室１６側と処理室１２側とで異なる形状の真空チャンバ１８を用いることができる。このような場合にも本発明を適用できることは言うまでもない。
【００２４】
プラズマ生成室１６の外周には、プラズマ生成室１６内にプラズマを生成するために誘導磁界を生じさせるためのアンテナ２０が配置されている。このアンテナ２０は高周波電源２２に接続されており、高周波電源２２により高周波電圧がアンテナ２０に印加される。アンテナ２０に高周波電流を流すことでプラズマ生成室１６に誘導磁界が生じ、磁界の時間変化が電界を誘導し、その電界で電子が加速されてプラズマ２４が生成される。このように、アンテナ２０と高周波電源２２とによってプラズマ生成室１６内にプラズマを生成するプラズマ生成部が構成されている。
【００２５】
プラズマ生成室１６の上部には、プラズマ生成室１６内にガスを導入するガス導入ポート２６が設けられており、このガス導入ポート２６はガス供給配管２８を介してガス供給源３０に接続されている。このガス供給源３０からはＳＦ６，ＣＨＦ３，ＣＦ４，Ｃｌ２，Ａｒ，Ｏ２，Ｎ２，Ｃ４Ｆ８等などのガスがプラズマ生成室１６内に供給される。
【００２６】
プラズマ生成室１６の下端には、導電体で形成された第１の電極４０が配置されており、この第１の電極４０は接地電位とされる。また、プラズマ生成室１６の上端には、同様に導電体で形成された第２の電極５０が第１の電極４０に対向するように配置されている。この第２の電極５０は直流電源（電圧印加部）５２に接続されている。なお、第１の電極４０は、プラズマ生成室１６の内に生成されたプラズマ２４から粒子を引き出すだけでなく、ビームを構成する粒子を中性化する手段としても機能する。
【００２７】
ビーム源１０は、上述した第１の電極４０を介して処理室１２に接続されている。処理室１２にはガスを排出するためのガス排出ポート５４が設けられており、このガス排出ポート５４はガス排出配管５６を介して真空ポンプ５８に接続されている。この真空ポンプ５８によって処理室１２は所定の圧力に維持される。プラズマ生成室１６内の圧力は、主としてこの処理室１２に接続された真空ポンプ５８の排気量と、第１の電極４０に形成された細孔のコンダクタンス、及びガス供給源３０から供給されるガスの流量によって決まる。
【００２８】
次に、上述したビーム源１０の第１の電極４０についてより詳細に説明する。図３は、第１の電極４０を示す平面図である。図３に示すように、本実施形態における第１の電極４０は、複数（図３では６個）の扇形形状の部分電極４２から構成されており、複数の扇形形状の部分電極４２が組み合わされることによって全体として円形状の第１の電極４０が形成されている。各部分電極４２には多数の細孔４２ａが形成されている。
【００２９】
このように、第１の電極４０を複数の扇形の部分電極４２に分割することによって、細孔を形成すべき電極の寸法を小さくすることができる。すなわち、本実施形態によれば、第１の電極４０の直径が大きくなっても、分割された（比較的小さな）部分電極４２に多数の細孔４２ａを形成すればよいので、容易かつ安価に大きな直径の第１の電極４０を製造することができる。したがって、安価な構成で大口径のビームを被処理物Ｘに照射することが可能となる。
【００３０】
なお、各部分電極４２の材質としては、Ｍｏ，Ａｌ，Ｎｉ，Ｔａ，Ｗ，ステンレス，銅，銀，金，白金などの金属材料、グラファイト，パイロリティックグラファイト，シリコンなどの四族材料，ＴｉＮ，ＴｉＣ，ＷＣ，ＳｉＣ，ＳｉＮ，ＢＮなどの化合物材料などを用いることができる。また、各部分電極４２を装置に取り付ける際には、各部分電極４２の周縁部を支持するサポート金具（図示せず）を配置して各部分電極４２を一体化することができる。
【００３１】
ここで、図２に示すように、被処理物Ｘを保持する保持部１４は、回転可能かつ水平面内で移動可能となっており、ビーム源１０の第１の電極４０に対して相対的に移動可能となっている。図３に示した本実施形態のように、第１の電極４０を複数の部分電極４２に分割した場合、部分電極４２間の境界付近の細孔４２ａの配列が不均一になる場合がある。被処理物Ｘは通常第１の電極４０に隣接して配置されるため、このような場合には被処理物Ｘへのビーム照射強度が不均一になってしまうおそれがある。本実施形態では、上述したように、被処理物Ｘを保持する保持部１４を第１の電極４０に対して相対的に移動可能に構成しているので、第１の電極４０の細孔４２ａを通過するビームの強度が局所的に不均一になった場合であっても、保持部１４及び被処理部Ｘ（図２参照）を適切に回転又は移動させることにより、被処理物Ｘへの照射ビームの強度を平均化することが可能となっている。
【００３２】
図４は、本発明の第２の実施形態におけるビーム源の第１の電極１４０を示す平面図である。本実施形態における第１の電極１４０は、第１の電極１４０の中心部に位置する円形状の第１の部分電極１４２と、第１の部分電極１４２の周囲に配置された扇形形状を有する複数の第２の部分電極１４４とから構成されている。これらの第１の部分電極１４２と第２の部分電極１４４とが組み合わされることによって全体として円形状の第１の電極１４０が形成されている。すなわち、円形状の第１の電極１４０のうち、中心部の円形部分を第１の部分電極１４２とし、第１の部分電極１４２の周囲のドーナツ状の部分を放射状に複数に分割して第２の部分電極１４４としている。第１の部分電極１４２及び第２の部分電極１４４には、それぞれ多数の細孔１４２ａ，１４４ａが形成されている。
【００３３】
上述した第１の実施形態における第１の電極４０においては、図３に示すように、各部分電極４２の扇形の先端部（第１の電極４０の中心部分）付近の幅が狭くなっており、これらの部分に均一に細孔４２ａを形成することは困難である。したがって、これらの部分における細孔４２ａの配列が不均一になりやすく、上述したように被処理物Ｘへのビームの照射強度が不均一となってしまうことが考えられる。そこで、本実施形態では、図４に示すように、中心部分の小円状の第１の部分電極１４２と、第１の部分電極１４２の周囲のドーナツ状部分を放射状に複数に分割した第２の部分電極１４４とにより第１の電極１４０を構成することで、ビームの照射強度が不均一になることを防止している。
【００３４】
図５は、本発明の第３の実施形態におけるビーム源の第１の電極２４０を示す平面図である。本実施形態における第１の電極２４０は、短冊形状の複数の部分電極２４２から構成されている。これらの短冊状の部分電極２４２がそれぞれ平行に配置されることによって、全体として円形状の第１の電極２４０が形成されている。各部分電極２４２には、多数の細孔２４２ａが形成されている。
【００３５】
図６（ａ）は本発明の第４の実施形態におけるビーム源の第１の電極３４０を示す平面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）の第１の電極３４０中の部分電極３４２を示す平面図である。本実施形態における第１の電極３４０は、図６（ａ）に示すように、複数の六角形形状を有する複数の部分電極３４２と、外側のフレーム３４４とから構成されている。これらの部分電極３４２とフレーム３４４とが組み合わされることによって全体として円形状の第１の電極３４０が形成されている。図６（ｂ）に示すように、各部分電極３４２には、多数の細孔３４２ａが形成されている。なお、本実施形態では、部分電極３４２が六角形形状を有する場合について説明したが、部分電極３４２をその他の多角形（四角形、八角形など）の形状、あるいは異なった複数の多角形を組み合わせた形状にすることもできる。
【００３６】
図７は、本発明の第５の実施形態におけるビーム源の第１の電極４４０を示す平面図である。本実施形態における第１の電極４４０は、複数の扇形形状を有する第１の部分電極４４２と、第１の部分電極４４２の半径方向内側（第１の電極４４０の中心部）に位置する小円部４４４ａと小円部４４４ａの外側に位置する扇形部４４４ｂとから構成される第２の部分電極４４４とから構成されている。これらの第１の部分電極４４２と第２の部分電極４４４とが組み合わされることによって全体として円形状の第１の電極４４０が形成されている。第１の部分電極４４２及び第２の部分電極４４４には、それぞれ多数の細孔４４２ａ，４４４ｃが形成されている。本実施形態の第１の電極４４０は、上述した第２の実施形態の第１の電極１４０と同様に、ビームの照射強度が不均一になることを防止する場合に効果的なものである。
【００３７】
上述した各実施形態においては、ビーム源の第１の電極を部分電極に分割する場合について説明したが、第１の電極だけではなく第２の電極についても、第１の電極と同様に部分電極に分割してもよい。また、上述した実施形態においては、第１の電極が単層構造を有する場合について述べたが、第１の電極を厚さ方向に複数層に分割して、各層の電極を上述した方法により適宜分割してもよい。更に、上述した例では、第１の電極の全体形状が円形である場合について述べたが、これに限られるものではない。例えば、正方形や多角形など任意の形状の電極を使用することができ、この電極を上述したように適宜分割して加工が容易になるようにすることができる。
【００３８】
これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。
【００３９】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、第１の電極を複数の部分電極に分割することによって、細孔を形成すべき電極の寸法を小さくすることができる。すなわち、本発明によれば、第１の電極の直径が大きくなっても、分割された（比較的小さな）部分電極に多数の細孔を形成すればよいので、容易かつ安価に大きな直径の第１の電極を製造することができる。したがって、安価な構成で大口径のビームを被処理物に照射することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のビーム源を用いたビーム処理装置の全体構成を示す概念図である。
【図２】本発明の第１の実施形態におけるビーム処理装置の全体構成を示す概念図である。
【図３】図２のビーム処理装置におけるビーム源の第１の電極を示す平面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態におけるビーム源の第１の電極を示す平面図である。
【図５】本発明の第３の実施形態におけるビーム源の第１の電極を示す平面図である。
【図６】図６（ａ）は本発明の第４の実施形態におけるビーム源の第１の電極を示す平面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）の第１の電極中の部分電極を示す平面図である。
【図７】本発明の第５の実施形態におけるビーム源の第１の電極を示す平面図である。
【符号の説明】
１０    ビーム源
１２    処理室
１４    保持部
１６    プラズマ生成室
１８    真空チャンバ
２０    アンテナ
２２    高周波電源
２４    プラズマ
２６    ガス導入ポート
２８    ガス供給配管
３０    ガス供給源
４０，１４０，２４０，３４０，４４０    第１の電極
４２，１４２，１４４，２４２，３４２，４４２，４４４    部分電極
４２ａ，１４２ａ，１４４ａ，２４２ａ，３４２ａ，４４２ａ，４４４ｃ    細孔
５０    第２の電極
５２    直流電源
５４    ガス排出ポート
５６    ガス排出配管
５８    真空ポンプ
３４４    フレーム
４４４ａ  小円部
４４４ｂ  扇形部
Ｘ    被処理物
【図１】
2004281228.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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