(57)【要約】  可動マウント（１１２、１１４）に取り付けられた少なくとも１つの電極（１０２、１０４、１０６）を備える、イオンビーム加速装置（１００）。
2010519681.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動マウントに取り付けられた少なくとも１つの電極を備える、イオンビーム加速装置。
【請求項２】
複数の電極を備え、該電極の少なくとも１つが可動マウントに支持されている、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
少なくとも１つの開口を有する第１の電極と、
前記第１の電極に隣接するとともに該第１の電極から間隔をあけて配置され、少なくとも１つの開口を有する第２の電極と、
前記第２の電極に隣接するとともに該第２の電極から間隔をあけて配置され、少なくとも１つの開口を有する第３の電極と、を備え、
各電極の前記少なくとも１つの開口は、他の電極の対応する開口に対して一列に並んでおり、かつ、前記第１の電極、第２の電極、および第３の電極のうち少なくとも１つの電極が可動マウントに取り付けられている、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
各電極が可動マウントに取り付けられている、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記可動マウントが、前記各開口のアライメントに利用できるように構成されている、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記マウントが熱的に分離されているマウントである、請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】
前記マウントがラジアルキネマチックマウントである、請求項１〜６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
胴体部をさらに備え、
前記可動マウントが該胴体部に取り付けられ、かつ、そこから熱的に分離されている、請求項１〜７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項９】
プラズマチャンバ、
該プラズマチャンバ内で、第１の極性の粒子と第２の極性の逆の帯電粒子とを含むプラズマを発生する手段、
前記プラズマチャンバ内で前記第１の極性の粒子を抑制する手段、および、
請求項１〜９のいずれか１項に記載の前記加速機を含み、
前記第１の電極が前記プラズマと接触している、帯電粒子ビーム生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオンビーム加速装置に関する。より具体的には、例えば、スパッタリングのようなイオンビーム技術に用いられる、ビーム電圧の低い装置に関する。さらに、本発明は、帯電粒子ビーム発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
イオンビームは、長年、マイクロエレクトロニクス産業における部品や、記憶媒体産業における磁性薄膜デバイスの製造に使われてきた。特に、イオンビームはハードディスクのための薄膜形成で使われている。記憶媒体産業で使われる薄膜磁性センサーの製造においては、層界面の品質が重要である。
【０００３】
イオンビームは、スパッタデポジション、スパッタエッチング、ミリングまたは表面平滑化等の多くの方法によって、薄膜構造を修正することができる。このような状況において、グリッドされた広範囲イオンビーム源が、有用性のある単色のイオンビーム光束を与える非グリッドイオンビーム源よりも、より適切であると考えられている。
【０００４】
半導体、薄膜および材料産業において、イオン注入はよく知られた技術であり、材料の電気特性を変えるために結晶格子内にイオンを埋め込むのに使用される。製造されたミクロおよびナノデバイスの多くは、高効率で作動するために薄膜界面の精密な性質に依存している。したがって、原子レベルで平滑な表面を作る能力がデバイスおよび薄膜加工技術で重要な役割を果たすことを理解することができる。
【０００５】
例えば、ハードディスクドライブ読取りヘッドのような薄膜磁性センサーの製造で用いられる製造方法は、２つの明確なフェーズによって一般に定義されている。第１のフェーズは一般にウエハー加工と呼ばれ、平らなウエハー上でのセンサー形成に関係している。このフェーズはまたフロントエンド工程として知られ、円形または正方形のウエハー上で、連続塗布および薄膜パターニングの周囲を回転する。このフロントエンド工程では、プレーナエピタキシアルまたはデポジション技術を使って、活性デバイスとなるナノ構造を組み立てる。プレーナ技術がこのナノ構造を組み立てる。ウエハーのサイズは異なるが、最も大きなものは一般的に直径約２００ｍｍである。
【０００６】
ウエハー上にアレイ状にデバイスが形成されると、このウエハーが切断され、スライダ加工またはバックエンド工程と呼ぶことができる第２のフェーズが始まる。ここでは、ウエハーはローバーと呼ばれるストリップに切断され、プラテン上に組み立てられる。このバックエンド工程により、ウエハー面に対して垂直な表面がナノ機械加工される。フロントエンド工程およびバックエンド工程は、ともに、低電力および高電力のイオンミリングの適用を必要とする。
【０００７】
典型的なイオンビーム源（またはイオン銃）では、気体または蒸気を低圧力の放電チャンバに導くことによってプラズマが生成される。直流源の場合、このチャンバは加熱されたカソードおよびアノードを含んでおり、これらは、プラズマから電子を除去し、正に帯電した余剰のイオンを与える役割を果たし、このイオンは、スクリーングリッド（１つまたは複数）を通り、放電チャンバよりも低い圧力にポンピングされたターゲットチャンバに進む。電子衝突のイオン化によって放電チャンバ内でイオンが形成され、このイオンは、ランダムな熱運動によってイオン銃の本体内で動く。
【０００８】
最近のイオン源は、広く一般的に、アークによる以外に高周波放電を使って励起される。広く一般的には約１３ＭＨｚ〜約６０ＭＨｚの範囲の無線周波数が採用されうるが、約５００ｋＨｚ〜約６０ＭＨｚの範囲の無線周波数が採用される。また、マイクロ波の励起を利用するデバイスもある。
【０００９】
プラズマは、したがって正のプラズマ電位を示し、これは、プラズマが接触する任意の表面の電位よりも高い。電極の様々な配置が使用可能であり、電極の電位は個々に制御される。マルチグリッドシステムでは、イオンが衝突する第１の電極は、通常、正にバイアスをかけられ、第２の電極は負にバイアスをかけられている。ほぼ均一なエネルギーを有する一直線のイオンビームが得られるように、イオン源から現れるイオンを減速する追加のグリッドを使ってもよい。イオンスパッタリングでは、ターゲットにイオンビームが通常は斜角でぶつかるように、ターゲットがターゲットチャンバ内に配置され、スパッタされた材料が基体に衝突しうる位置に、材料がスパッタされるべき基体が配置される。スパッタエッチング、ミリングまたは表面平滑化を行う場合、イオンビームの進路に基体が配置される。
【００１０】
したがって、典型的なイオン銃では、マルチ開口抽出グリッドのアセンブリに到達するイオンは、まず正にバイアスをかけた電極にぶつかる。そのグリッドに関連付けられているのはプラズマシースである。プラズマとグリッドとの電位の差は、このシースを越えて低下する。この加速電位は、シース内のイオンを第１のグリッドに引きつける。この第１のグリッドの開口を通って移動し、正のバイアスをかけられた第１のグリッドと負にバイアスをかけられた第２のグリッドとの間の空間に入るすべてのイオンは、極めて強い電場によって強力に加速される。イオンが第２のグリッドの開口を通過し、接地された導電性ターゲットへ飛ぶとき、それは減速場を通って移動する。次いで、イオンは接地されたターゲット（第１の正グリッドの電位とシース電位の和に等しいエネルギーをもつ）に到達する。
【００１１】
したがって、通常のイオン銃は、一対のグリッドの間に作られる外部から印加された電場によって加速される帯電粒子源を含んでいる。従来は、低エネルギーのイオンビームを製造するために、３つのグリッドが使用され(もっと多くのグリッドを使うことができるが)、この第１のグリッドを正電位で保ち、最良の発散を与えるように調節された第２のグリッドを負電位で保ち、第３のグリッドを使う場合には、第３のグリッドを接地電位、すなわち、ビームが生成されるチャンバの電位で保つ。
【００１２】
薄膜磁性デバイスの製造に関して、工程の制限は限定された回折であり、それにより、必要なイオンビームサイズを達成することが困難になる。薄膜磁性デバイスがより小さくなるにつれて、工程の制限はより厳しくなり、良質の低エネルギーイオンビームを達成することは困難である。大きなウエハー面積にわたって比較的高い電力レベルを必要とする工程に関しては、技術的課題を示す多くの問題がある。１つの課題は、このような用途が、高い集積ビーム電流と比較的低いビーム電圧とを必要とすることである。他の課題は、非常に良好なビームの発散特性が必要なことである。これら２つの特性は、１０００Ｖより低いビームエネルギーで達成することは困難であるが、英国特許出願０６１２９１５．９および０６２２７８８．８（本明細書中で参考として援用される）に記載された技術を使ってうまくいくことが立証されている。
【００１３】
低いビームエネルギーで高いミリング速度を要求する方法に関しては、加速器が古くなるにつれてビーム均一性が低下することが知られている。この均一性低下の１つの有意な理由は、加速器内のグリッドの運動により、加速器が物理的に不安定になることである。イオン加速器グリッドを含むグリッドは、特定の用途のために最適化されている様々なパラメータを有する。これらのパラメータの１つが電極間分離であり、他のパラメータが開口の配向である。電極間分離および／または開口配向で生じるあらゆる変形または不整合は、次いで結果として、ビーム均一性の顕著な摂動を引き起こすと考えられ、この摂動はビームコリメーションの損失となる。この摂動は、最終的に、高い電力および低い電力の両方を実行するイオン加速器の性能に負の影響を与えうる。
【００１４】
グリッド寸法または取付け位置の変形は、熱応力から生じる。加速器には非常に大きな熱負荷がかかっているわけではないが、それは本質的には真空環境下に隔てられている。第１のグリッドを、その周辺を取り囲む固定マウントによって配置することは比較的容易である。第２、第３のグリッドは真空内の熱的に隔てられた環境に配置され、したがって、ただ輻射によって熱を放散することができる。グリッドの不整合または変形が起きた場合にも、グリッドを再配置できるように、加工を中断する必要があり、その結果、短い平均時間から数日のメンテナンスとなり、それにより、プロセス装置の停止時間が長くなる。
【００１５】
参照を簡単にするために、以下、グリッドを電極と呼ぶ。
【００１６】
電極からの熱を放散して変形を最小にし、それによりメンテナンスまでの平均時間を長くする１つの提案が公知であり、この提案では、電極内に流路が設けられ、これらの流路に流体を流すことで電極を積極的に冷却することができる。この装置によって問題に対処可能であるが、多くの適用には経費があまりにも掛かり過ぎる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明は、先行技術が関連する問題を克服し、ビームの発散（これは電極のミスアライメントにつながる電極の熱応力の結果である）が小さいイオンビームを、経費的に有効な方法で生成するシステムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の第１の態様によれば、可動マウントに取り付けられた少なくとも１つの電極を備えるイオンビーム加速装置が提供される。
好ましい装置は、複数の電極を備え、このうち少なくとも１個が可動マウントに取り付けられている。
【００１９】
さらに好ましい装置では、当該装置は、
少なくとも１つの開口を有する第１の電極と、
前記第１の電極に隣接するとともに該第１の電極から間隔をあけて配置され、少なくとも１つの開口を有する第２の電極と、
前記第２の電極に隣接するとともに該第２の電極から間隔をあけて配置され、少なくとも１つの開口を有する第３の電極と、を備え、
各電極の前記少なくとも１つの開口は、他の電極の対応する開口に対して一列に並んでおり、かつ、前記第１の電極、第２の電極、および第３の電極のうち少なくとも１つの電極が可動マウントに取り付けられている。
【００２０】
「可動マウント」とは、併進移動可能であり、すなわち、アセンブリ内のマウントの位置（ひいては電極の位置）がアセンブリに対して移動可能であり、および／または、動きが半径方向（つまり外側へ広がる）であり、これにより、電極内のあらゆる広がりに適応し、それによって電極のゆがみ（バックリング）を予防できることを意味する。
【００２１】
複数の電極が存在する場合、可動マウントは、各電極が独立に動くことを可能にするものであってもよい。
【００２２】
複数の可動マウントが存在する場合、いくつかまたは全ての電極に対して可動マウントを使うことにより、装置で発生した熱応力の影響下でも、一定のビーム安定性と改善されたビーム均一性を達成することができる。これにより、最終的に、メンテナンスまでの平均時間が長くなり、加速器の停止時間（経費が掛かる）が短くなる。
【００２３】
複数の電極が存在する場合、前記各開口のアライメントを保つために前記可動マウントが構成され、これにより、開口のアライメントおよび電極間分離の安定性が改善される。
【００２４】
任意の適した可動マウントを使うことができる。１つの装置では、それは熱的に分離されたマウントであってもよい。好ましい装置では、マウントはラジアルキネマチックマウント（ｒａｄｉａｌ
ｋｉｎｅｍａｔｉｃ ｍｏｕｎｔ）である。このようなマウントは、光学的な用途で公知である。電極が、上述の第１、第２および第３の電極である場合、第１の電極がビーム形成電極、第２の電極が抽出電極、第３の電極が接地電極であってもよい。追加または代替として、第１の電極が発散静電レンズ、第３の電極がフォーカス静電レンズであってもよい。この装置では、発散およびフォーカス静電レンズが設けられているので、良好に平行なビームがもたらされる。
【００２５】
本発明の加速器は、帯電粒子ビーム生成装置で使うことができ、したがって、本発明の第２の態様によれば、
プラズマチャンバ、
該プラズマチャンバ内で、第１の極性の粒子および第２の極性の逆帯電粒子を含むプラズマを発生する手段、
前記プラズマチャンバ内で、前記第１の極性の粒子を抑制する手段、および、
前記加速機を含み、
前記第１の電極が前記プラズマと接触する、帯電粒子ビーム生成装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の電極配置の横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明について以下さらに添付図面を参照して単なる例示として説明する。
【００２８】
図１に示されているように、本発明は、三極管の形態のイオン加速器１００を提供する。三極管装置は、第１のビーム形成電極１０２と、第２の抽出電極１０４と、接地電極として知られる第３の電極１０６とを含んでいる。すべての電極は、該電極を貫通する開口を有し、各開口は、平面状であり、開口中心の周りに円状の対称性または回転対称性を有している。これらの電極は、それらの開口がほぼ一列に揃うように順番に配置されている。電極１０２、１０４、１０６は、加速器１００の胴体部１０８に取に付けられている。
【００２９】
加速器内で生じる熱応力に対して安定性を与えるために、各電極は、マウント１１２、１１３、１１４を用いて加速器１００の胴体部１０８に取り付けられている。マウント１１２、１１３または１１４は、各電極を、加速器１００の胴体部１０８から熱的に分離するように配置されている。抽出電極１０４および接地電極１０６は、真空チャンバ１１０のような真空環境に配置されていてもよく、これらは、ビーム形成電極１０２から熱的に分離される。または、３つすべての電極が真空環境に配置されていてもよい。
【００３０】
電極１０２、１０４、１０６および胴体部が高温となった場合、各電極は、互いに、かつ、加速器１００の胴体１０８に対して半径方向に動くことができるように、マウント１１２、１１３、１１４が設けられている。この点、マウントは２つの自由度を有する。このようなマウントは、一般的には、ラジアルキネマチックマウントとして知られている。電極および加速器が熱くなるにつれて、マウントは電極の半径方向の広がりを可能にし、これにより、熱的に誘発された応力の影響による電極のゆがみが防止される。
【００３１】
電極（各電極）は、任意の適当な幾何学的形状であってもよく、ＧＢ０６１２９１５．９およびＧＢ０６２２７８８．７（これらは本明細書中で参考として援用される）に記載された構造であってもよい。電極は、面取りされた切取り部または面取りされていない開口形状を含んでいてもよい。この開口は、円形のような任意の適当な形状であってもよい。
【００３２】
本発明の好ましい装置では、加速器１００から抽出された最終のビームエネルギーは、ビーム形成電極１０２と接地電極１０６との電位の差によって定められ、また、ビーム電流は、ビーム形成電極１０２と抽出電極１０４との電位の差によって定められる。接地電極１０６が接地電位に決まると、ビーム形成電極１０２の電位も決まる。したがって、抽出電極１０４の電位は、ビームコリメーションの要求の制約範囲内で、任意の所望値に決めることができる。このタイプの加速器は、加速−減速加速器と呼ばれ、ビームは最初強く加速され、次いで、同様に強く遅らせられる（減速される）。
【図１】
2010519681.tif 000003
【国際調査報告】
2010519681.tif 000004
2010519681.tif 000005
2010519681.tif 000006