(57)【要約】【課題】フランジのイオン等のスパッタリングによる消耗、劣化を軽減し、電位の異なる部材間での絶縁性が向上されたイオン源を提供する。【解決手段】イオン源は、空間を隔てて配置された電位の異なる第１、第２の部材と、各部材に連結された支持部材と、イオンビームの引出方向において空間を覆うフランジと、を備え、第１の部材の支持部材に連結し、第２の部材の支持部材から離間していて、イオンビームの引出方向においてフランジと略平行な方向に延出されたシールドを有している。【選択図】  図１
2016100056.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空間を隔てて配置された電位の異なる第１、第２の部材と、
各部材に連結された支持部材と、
イオンビームの引出方向において前記空間を覆うフランジと、を備え、
前記第１の部材の支持部材に連結し、前記第２の部材の支持部材から離間していて、イオンビームの引出方向において前記フランジと略平行な方向に延出されたシールドを有するイオン源。 
【請求項２】
前記第１の部材と前記第２の部材はイオンビーム引出用の電極である請求項１記載のイオン源。
【請求項３】
前記シールドは前記支持部材に対して着脱可能である請求項１又は２記載のイオン源。
【請求項４】
イオンビームの引出方向に沿って前記支持部材の上流側又は下流側に前記シールドが連結されている請求項１乃至３のいずれか１項に記載のイオン源。
【請求項５】
イオン源の重力方向で前記フランジの一部と対向する位置に前記シールドが配置されている請求項１乃至４のいずれか１項に記載のイオン源。
【請求項６】
前記支持部材は前記シールド側に向けて傾斜した傾斜部を有している請求項５記載のイオン源。
【請求項７】
前記シールドは凹部を有している請求項５又は６記載のイオン源。
【請求項８】
イオンビームの引出方向に向けて前記支持部材が屈曲していて、前記フランジ側に配置される前記支持部材に前記フランジ側から前記シールドが取り付けられている請求項５乃至７のいずれか１項に記載のイオン源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はイオンビーム引出方向で空間を隔てて配置された電位の異なる部材と同方向で当該空間を覆うフランジを有するイオン源に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造装置で使用されるイオン源はイオンビーム引出用に複数枚の電極から構成される引出電極系を備えており、当該引出電極系の周囲はイオン源内部の雰囲気を真空雰囲気に保つためのフランジによって覆われている。引出電極系を構成する各電極の電位は互いに異なっており、あるイオン源では各電極を電気的に離間させる為に前記フランジを性の部材で構成し、この絶縁フランジ上に各電極を支持する構成が使用されている。
【０００３】
引出電極系の電極間で引出されるイオンや引き出されたイオンが電極に衝突することでスパッタリングされた電極のスパッタ粒子は絶縁フランジ側に飛来して、絶縁フランジをスパッタリングする。スパッタリングによって絶縁フランジが消耗、劣化すると絶縁フランジの交換が必要となるが、絶縁フランジが高価な部材である為、出来るだけ部材交換の頻度を低くしたいという要望がある。
【０００４】
この点を鑑み、特許文献１では、絶縁フランジの内側に絶縁性又は導電性の内部筒体を配置し、絶縁フランジの交換に代えて比較的価格の安い内部筒体を交換することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−３０２６５８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の構成では絶縁フランジ上に絶縁部材を介して絶縁性又は導電性の内部筒体が設けられている。この内部筒体は、引出電極系を構成する電位の異なる個々の電極に連結された給電板間に小さな間隙を空けて配置されている。
そして、各給電板と内部筒体との間に形成された小さな間隙を足し合わせた寸法をイオンが引き出される電極間の間隙の寸法よりも大きくすることで、電位の異なる部材間での空間絶縁が確保されている。
【０００７】
特許文献１の段落００２３で述べられているように絶縁性の内部筒体の表面には電極のスパッタ粒子やイオンが付着することによって金属膜が形成される。
内部筒体の表面に形成された金属膜はイオン源の稼働時間の経過に伴って厚みが増加する。この金属膜に電極間で引出されるイオンや電極のスパッタ粒子が衝突すると、内部筒体から当該金属膜が剥離されてしまう。
内部筒体と各給電板との間に形成される個々の間隙の寸法は非常に小さいので、剥離された金属膜が小さなものであってもこの間隙が埋められてしまう。その結果、電位の異なる電極間が短絡されて、両電極間で異常放電等の不具合が発生する。
また、イオンが引き出される電極にも電極のスパッタ粒子やイオンが付着する。時間の経過とともに付着物の厚みが増し、これが剥離されて内部筒体側に飛来すると、内部筒体と各給電板との間に形成された小さな間隙を埋め、異常放電等の不具合が発生してしまう。
【０００８】
また、上述した絶縁フランジは一つの大きなフランジとして、あるいは、複数の小さなフランジの連結により構成されたフランジとして、引出電極系が配置される場所以外にプラズマ生成室側にも延出されている場合もある。複数のフランジを連結してフランジを構成する場合には一部のフランジを導電性のフランジで構成する場合もある。特許文献１では絶縁フランジの消耗、劣化が課題とされていたが、導電性のフランジを絶縁フランジの場所に配置した場合、当該フランジにも消耗、劣化の問題が発生する。絶縁フランジに比べて導電性のフランジの材料費は安価ではあるものの、当該フランジは大きな部材である為に、交換に時間を要すること、別の場所に使用される同じ材料の小さな部材に比べてフランジは面積が大きいので価格的に高価となることから、導電性のフランジについてもできるだけ部材交換の頻度を低くしたいという要望がある。
【０００９】
一方、イオン源の構成によってはプラズマ生成室とプラズマ生成室側に配置された電極の電位は異なっている。特許文献１には開示されていないが、プラズマ生成室とプラズマ生成室側に配置された電極との間でもフランジの消耗、劣化を軽減する為に、特許文献１で述べられる内部筒体を使用することが考えられるが、上述した異常放電等の問題が発生するので好ましくはない。
【００１０】
そこで本発明ではフランジのイオン等のスパッタリングによる消耗、劣化を軽減し、電位の異なる部材間での絶縁性が向上されたイオン源を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係るイオン源は、空間を隔てて対向配置された電位の異なる第１、第２の部材と、各部材に連結された支持部材と、イオンビームの引出方向において前記空間を覆うフランジと、を備え、前記第１の部材の支持部材に連結し、前記第２の部材の支持部材から離間していて、イオンビームの引出方向において前記フランジと略平行な方向に延出されたシールドを有している。 
【００１２】
シールドを一方の支持部材側に寄せて配置しているので、シールドと他方の支持部材との間に形成される間隙を従来の構成に比べて大きくすることが可能となる。
これにより、当該間隙に金属膜の剥離物が飛来したとしても大きな剥離物でない限り、電位の異なる部材間での電気的な短絡を防止することが可能となり、両部材間での絶縁性が向上される。
また、シールドはイオンビームの引出方向においてフランジと略平行な方向に延出されているので、フランジ側に飛来するイオンや電極のスパッタ粒子を遮蔽して、フランジの消耗、劣化を軽減することが可能となる。
【００１３】
前記第１の部材と前記第２の部材はイオンビーム引出用の電極であることが望ましい。
【００１４】
また、前記シールドは前記支持部材に対して着脱可能であることが望ましい。
【００１５】
このような構成であれば、シールドの劣化に伴う部品交換を簡便に行うことが可能となる。
【００１６】
イオンビームの引出方向に沿って前記支持部材の上流側又は下流側に前記シールドが連結されていればよい。
【００１７】
イオン源の重力方向で前記フランジと対向する位置に前記シールドが配置されていることが望ましい。
【００１８】
イオンビーム引出用の電極やイオン源を構成する他の部材にイオン等の付着物が堆積する。イオン源の稼働時間の経過に伴って、この付着物は電極を通過するイオンや電極のスパッタ粒子等と衝突して剥離される。この剥離物が飛来する方向はおおよそ重力方向となるので、上述した位置にシールドを配置しておくことでこのような剥離物をシールド上に集積させることが可能となる。
イオン源のメンテナンス時、フランジに剥離物が散乱していると当該フランジの清掃に時間を要してしまう。しかしながら、フランジ側に飛来する剥離物をシールド上に集積できるように構成しておけば、メンテナンス時にシールドを取り外して剥離物を一挙に除去することが可能となる。その結果、フランジの清掃が簡単で済む。
【００１９】
その上、前記支持部材は前記シールド側に向けて傾斜した傾斜部を有していることが望ましい。
【００２０】
また、前記シールドは凹部を有していることが望ましい。
【００２１】
さらに、イオンビームの引出方向に向けて前記支持部材が屈曲していて、前記フランジ側に配置される前記支持部材に前記フランジ側から前記シールドが取り付けられる構成を用いることが望ましい。
【００２２】
フランジ側からシールドが取り付けられている場合、支持部材やこれに取り付けられている部材等を分解せずにシールドを取り外すことが可能となる。その結果、シールドの着脱に係る利便性が向上する。
【発明の効果】
【００２３】
シールドを一方の支持部材側に寄せて配置しているので、シールドと他方の支持部材との間に形成される間隙を従来の構成に比べて大きくすることが可能となる。
これにより、当該間隙に金属膜の剥離物が飛来したとしても大きな剥離物でない限り、電位の異なる部材間での電気的な短絡を防止することが可能となることから、両部材間での絶縁性が向上される。
また、シールドはイオンビームの引出方向においてフランジと略平行な方向に延出されているので、フランジ側に飛来するイオンや電極のスパッタ粒子を遮蔽して、フランジの消耗、劣化を軽減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係る一のイオン源を示す模式図である。
【図２】本発明に係る別のイオン源で引出電極部位を拡大した模式図である。
【図３】本発明に係る更に別のイオン源を示す模式図である。
【図４】本発明に係る他のイオン源を示す模式図である。
【図５】図４のイオン源でシールド部位を変形した構成を示す模式図である。
【図６】図５のイオン源で支持部材に傾斜部を備えた構成を示す模式図である。
【図７】本発明に係る更に他のイオン源で引出電極部位を拡大した模式図である。
【図８】図７のイオン源でシールドの取り付け方の変形例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。
【００２６】
図１には本発明に係る一のイオン源を示す模式図が描かれている。このイオン源ＩＳはプラズマ生成室１の外周に図示されない永久磁石を備えたバケット型イオン源で、ガスポート３からプラズマ生成室１内に導入されたイオン化ガスがフィラメント２の熱電子により電離されることでプラズマ生成室１内にプラズマが生成される。なお、図１及び後述する他の図面にはイオン源ＩＳの断面が描かれている。
【００２７】
プラズマ生成室１内に生成されたプラズマは複数枚の電極から構成される引出電極系を通してイオンビームＩＢとして図示される矢印の方向に引き出される。引出電極系を構成する加速電極７、引出電極８、抑制電極９、接地電極１０はいずれも電位が異なる電極で、各電極を個別に支持する導電性の支持部材６によってフランジ４に支持されている。各電極への電圧の印加については、例えばこの支持部材６を通して行われる。
【００２８】
上述したフランジ４は一つの大きなフランジとして、あるいは、複数の小さなフランジの連結により構成されたフランジであり、導電性あるいは絶縁性の部材である。
例えば、各支持部材６とフランジ４との連結部位に絶縁体が用いられるのであれば、フランジ４を導電性の部材で構成しておいてもよい。また、フランジ４を複数の小さなフランジで構成する場合、電位の異なる電極の１つを支持する支持部材６を導電性のフランジに連結させておき、他の電極を支持する支持部材６を絶縁性のフランジに連結させるような構成でもよい。
【００２９】
また、フランジ４は図１に描かれているように引出電極系が配置される場所以外にプラズマ生成室１側にも延出されている。図１に描かれるイオン源ＩＳでは、プラズマ生成室１とプラズマ生成室１側に配置された加速電極７の電位は異なっていて、加速電極７の支持部材６が連結されるフランジ４のプラズマ生成室１側を絶縁性の部材で構成している。
【００３０】
図１及び後述する他の図面に描かれているイオン源ＩＳはいずれもバケット型のイオン源が想定されているが、本発明が適用されるイオン源はこの種のイオン源に限定される訳ではなく、イオンビーム引出方向（図１に矢印で記載のイオンビームＩＢの方向）で空間を隔てて配置された電位の異なる部材と同方向で当該空間を覆うフランジを有するイオン源であればどのようなイオン源であってもいい。
【００３１】
電極を支持する支持部材６にはシールド５が取り付けられている。例えば、シールド５はモリブデンやタングステン等の耐熱性材料からなる導電性の部材である。このシールド５は対向配置された一方の電極の支持部材６に連結し、他方の電極の支持部材６から離間していて、イオンビームＩＢの引出方向において各電極が対向配置された空間を覆うフランジ４と略平行な方向に延出されている。
【００３２】
本実施形態と特許文献１との大きな違いは、シールド５を一方の支持部材６側に寄せて配置している点にある。このような構成を用いることで、特許文献１の構成に比べて、シールド５とシールド５から離間配置される支持部材６との間に大きな間隙を確保することが可能となる。このような大きな間隙が形成されることによって、当該間隙に金属膜の剥離物が飛来したとしても大きな剥離物でない限り、電位の異なる部材間での電気的な接続を防止することが可能となる。その結果、両部材間での絶縁性が向上される。
また、シールド５はイオンビームＩＢの引出方向においてフランジ４と略平行な方向に延出されているので、フランジ４側に飛来するイオンや電極のスパッタ粒子を遮蔽して、フランジ４の消耗、劣化を軽減することが可能となる。
なお、略平行とはイオンビームＩＢの引出方向においてシールド５とフランジ４の両者が平行な関係であるだけでなく、平行な関係から若干ずれたものも包含される。このようなものであっても、シールド５によってフランジ４のスパッタリングを軽減することができる。
【００３３】
フランジ４の構成として絶縁性の部材を用いた場合、導電性の剥離物がフランジ４上に堆積することで、引出電極系を構成する電極等から当該堆積物に向かって放電が発生して絶縁性のフランジ４が消耗してしまう。しかしながら、上述したようにシールド５がイオンビームＩＢの引出方向においてフランジ４と略平行な方向に延出されているので、絶縁性のフランジ４上への剥離物の飛来が抑制され、ひいては絶縁性のフランジの放電による消耗を防止することも可能となる。
【００３４】
一例を挙げると、シールド５とシールド５から離間配置された支持部材６との間に形成される間隙は次のように設定しておく。加速電極７と引出電極８のイオン引出部の空間距離をｄｘ、シールド５とシールド５から離間配置された支持部材６との間に形成される間隙をｄａとし、ｄａがｄｘよりも大きくなるように設定する。同様に、抑制電極９と接地電極１０のイオン引出部の空間距離をｄｙ、両電極間に設けられたシールド５とシールド５から離間配置された支持部材６との間に形成される間隙をｄｃとし、ｄｃがｄｙよりも大きくなるように設定する。さらに、引出電極８と抑制電極９のイオン引出部の距離は十分に広いので、引出電極８の支持部材６に取り付けられたシールド５と抑制電極９の支持部材６との距離（間隙）ｄｂを空間絶縁が保たれる程度の距離に設定しておく。
【００３５】
シールド５の構成としては、図２に描かれるようにイオンビームＩＢの引出方向において、支持部材６の上流側と下流側の両方に取り付けておいてもいい。このような構成にすればフランジ４への電極のスパッタ粒子やイオンの飛来をさらに抑制することが可能となる。
ただし、このような構成は必須ではなく、イオンビームＩＢの引出方向において、支持部材６の上流側又は下流側にシールド５を取り付けるようにしておけば、フランジ４のスパッタリング軽減に係る効果を奏することができる。また、イオンビームＩＢの引出用に複数枚の電極が用いられているが、これらの電極間の全てにシールド５を取り付けておく必要はなく、フランジ４の消耗、劣化が大きい場所に適宜配置するようにしてもよい。
【００３６】
図３には本発明の別のイオン源に係る模式図が描かれている。図１、図２の実施形態との違いは、シールド５の取付け位置にある。イオン源ＩＳにおいて、イオンビームＩＢの引出方向で空間を隔てて対向配置された電位の異なる部材は、引出電極系を構成する電極に限られない。図１の実施形態の説明で述べたように、プラズマ生成室１と加速電極７の電位も異なっている。イオンビームＩＢの引出方向において当該部材間の空間を覆うようにフランジ４が配置されているので、このような場所に上述したシールド５を配置してもよい。
【００３７】
具体的な構成を述べると、図３の構成において、プラズマ生成室１の支持部材はフランジ４となる。この例において、シールド５は加速電極７の支持部材６に連結されている。この場合でも、図１の実施形態で述べた本発明の効果と同等の効果を奏することが可能となる。また、接地電極１０の下流側に電位の異なる部材が配置されている場合には、図３に描かれているように接地電極１０の支持部材６にシールド５を設けるようにしてもいい。
【００３８】
シールド５は、特許文献１と同様にフランジ４の内側を囲むような筒状の部材であってもいいし、電極からのスパッタ粒子やイオンがよく飛来する場所に限って局所的に設けられるような部材であっても構わない。一方で、次のようにしてシールド５を配置しておくことが考えられる。
【００３９】
電極の付着物が剥離すると重力方向に飛来する傾向にある。そこで、図４に描かれているようにイオン源ＩＳの重力方向Ｇで支持部材６にシールド５を取り付けておけば、シールド５上に電極からの剥離物を効果的に集積させることができる。
【００４０】
シールド５による剥離物の集積効果を更に高めるには、図５に描かれているようにシールド５に凹部１２を形成しておくことが考えられる。このような構成を用いると、集められた剥離物がシールド５から脱落することを防止できる。
【００４１】
また、電極から剥離された剥離物がシールド５上に飛来する過程で、支持部材６の構成によっては支持部材６にひっかかってしまうことが考えられる。このような場合を想定して、図６に描かれているように支持部材６に傾斜部１１を形成しておく。傾斜部１１は支持部材６からシールド５側に向けて延出された傾斜面を有する部材で、このような傾斜部１１を設けておくことで電極からの剥離物をシールド５側へスムーズに移動させることが可能となる。
【００４２】
図７には本発明に係る更に他のイオン源に係る模式図が描かれている。図７において、抑制電極９と接地電極１０の各々を支持する支持部材６はフランジ４が延出されるイオンビームＩＢの引出方向に向けて屈曲している。なお、図７及び後述する図８において、抑制電極９の支持部材６は実線でハッチングされている部材で、接地電極１０の支持部材６は一点鎖線でハッチングされている部材である。個々の支持部材６は複数の部材が組み合わされて構成されていて、各部の連結には図示されないボルトが使用されている。
【００４３】
図７の実施形態において、シールド５は抑制電極９の支持部材６に形成された溝や凹みに沿って図７の紙面手前側から奥側に向けてスライドにより取り付けられ、その一部が抜け落ち防止の為にボルトＶによって抑制電極９の支持部材６に固定されている。ボルトＶによるシールド５の固定位置は様々な場所が考えられるが、図７に示されるようにフランジ４側の支持部材６の表面よりボルトＶでシールド５を固定しておけば、イオン源ＩＳのメンテナンス時に抑制電極９や支持部材６を分解せずともシールド５だけを取り外すことが可能となる。その結果、部材交換や剥離物の除去に係るメンテナンス作業の利便性が向上する。
【００４４】
一方で、図８に描かれているようにフランジ４と反対側にある支持部材６の表面からボルトＶでシールド５を固定してもいい。ただし、この構成の場合、ボルトＶを外す際に支持部材６等の分解が必要となることからメンテナンス作業の効率は低下する。
【００４５】
図７、図８には抑制電極９と接地電極１０を支持する支持部材６を例に挙げて説明したが、本発明が適用される支持部材６の組み合わせはこれに限定されない。例えば、加速電極７と引出電極８を支持する支持部材６の構成に図７や図８に示される構成を適用してもいい。同様に、引出電極８と抑制電極９を支持する支持部材６の構成に図７や図８に示される構成を適用してもいい。
【００４６】
＜その他の変形例＞
上述した実施形態では、４枚電極を用いてイオンビームＩＢの引出を行うイオン源ＩＳを例に挙げて説明したが、イオンビームＩＢの引出に用いられる電極の枚数はこれに限られない。例えば、３枚電極であってもよい。各電極間での電位はそれぞれ異なっているので、空間を隔てて配置された各電極の一方の支持部材に連結し、他方の支持部材から離間したシールドを、イオンビームＩＢの引出方向において当該空間を覆うフランジと略平行な方向に延出させておけば、上述した４枚電極のイオン源の実施形態で説明した本発明の効果と同等の効果を奏することが可能となる。また、３枚電極のイオン源であっても、電極以外に空間を隔てて配置された電位の異なる部材があり、イオンビームＩＢの引出方向で同空間を覆うフランジが設けられている場所があれば、当該場所に本発明のシールドを適用してもいい。
【００４７】
図７、図８の実施形態では、シールド５を一方向に向けてスライドさせた後、ボルトＶを用いて支持部材６にシールド５を固定する構成を用いていたが、シールド５の取付ける際にシールド５をスライドさせることは必須ではない。ただし、シールド５をスライドさせた場合、シールド５の取付け時の位置調整が簡便となる。
また、支持部材６にシールドを嵌合するような構成を用いてもよい。例えば、図７や図８に描かれているようにシールド５の端部に鍔を設け、この鍔の一部に孔を形成しておく。その上で、当該孔に嵌め込まれる突起を支持部材６側に設けておくことで両部材を嵌合により固定するようにしてもよい。
さらに、シールド５の端部と支持部材６の一部にネジを切っておき、両部材を螺合により固定させるような構成を用いてもよい。
【００４８】
その他、図１乃至図８に描かれる電極の構成では、イオンビームＩＢの引出用に複数の孔又は複数のスリットが形成された電極が想定されているが、単一の孔又は単一のスリットが形成される電極であってもよい。
【００４９】
上述した実施形態ではプラズマ生成室とプラズマ生成室側に配置されたイオンビーム引出用の電極の電位とが異なる構成のイオン源を例に挙げて説明したが、両部材の電位が同じイオン源であっても、引出電極系で使用される各電極の電位は異なっているのでこれらの電極間にシールドを配置する等して本発明の構成を適用することは可能である。
【００５０】
前述した以外に、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良および変更を行ってもよいのはもちろんである。
【符号の説明】
【００５１】
１      プラズマ生成室
４      フランジ
５      シールド
６      支持部材
７      加速電極
８      引出電極
９      抑制電極
１０    接地電極
１１    傾斜部
１２    凹部
ＩＳ    イオン源
Ｇ      重力方向
【図１】
2016100056.tif 000003
【図２】
2016100056.tif 000004
【図３】
2016100056.tif 000005
【図４】
2016100056.tif 000006
【図５】
2016100056.tif 000007
【図６】
2016100056.tif 000008
【図７】
2016100056.tif 000009
【図８】
2016100056.tif 000010