(57)【要約】【課題】長時間に渡りグリッド近傍においてグリッドの面に沿ったプラズマ密度の二次元分布を測定することができるイオン源の提供。【解決手段】イオンが引出される方向における引出電極２５の上流側であって引出電極近傍の位置には、略棒状をなすプローブ２３が設けられている。プローブ２３は８本設けられ、各プローブ２３は、その軸方向が略円筒形状をなす放電容器２１の軸心方向に垂直の方向、即ちイオンが引出される方向に垂直の方向に指向し、放電容器２１の周方向に等間隔で配置されている。プローブ２３の先端部をなすコレクタの先端部２３Ｄは、略円筒形状をなす放電容器２１の半径方向においてそれぞれ異なる位置に配置され、基板１００１の表面をなす円の半径方向において、中心から周縁に至るまで１２ｍｍ刻みで等間隔で固定配置されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口が形成された放電容器と、
該放電容器外に設けられ該放電容器内にプラズマを生成させるための高周波コイルと、
該高周波コイルに高周波電力を供給する高周波電源と、
該放電容器内に生成された該プラズマ中のイオンを該開口から該放電容器外へと引出してイオンビームを発生させる引出電極と、
芯線をなすコレクタと該コレクタの先端部以外の部分を覆う絶縁部材とを有して略棒状をなし、該イオンが引出される方向における該引出電極の上流側であって該引出電極の近傍に該引出電極から離間して配置された複数のプローブとを備え、
該複数のプローブの該コレクタの先端部は、該イオンが引出される方向に垂直の方向において異なる位置に固定配置され、該先端部は、該プローブの軸方向において該先端部に対向する方向へ少なくとも開口するカバーによって覆われていることを特徴とするイオン源。
【請求項２】
該カバーは、該プローブの軸心と同軸的に配置された略円筒状をなすことを特徴とする請求項１記載のイオン源。
【請求項３】
該カバーは、該プローブの軸心と同軸的に配置された略半円筒状をなすことを特徴とする請求項１記載のイオン源。
【請求項４】
各該コレクタの先端部は該引出電極から５ｃｍ以内の位置に配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一記載のイオン源。
【請求項５】
該コレクタと該引出電極とは、該プラズマを介して電気的に接続されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一記載のイオン源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はイオンビームを出射するためのイオン源に関する。
【背景技術】
【０００２】
放電容器内に生成されたプラズマからイオン粒子を引出してイオンビームを出射するイオン源が知られている。イオン源は、開口が形成され内部でプラズマが生成される反応容器（放電容器）を有しており、開口近傍位置には、反応容器内で生成されたプラズマからイオンを反応容器外部へと取出すための引出電極（グリッド）が設けられている。
【０００３】
このようなイオン源は、イオンビームエッチング装置（イオンミリング装置ともいう）等のイオンビーム処理装置に用いられる。イオンビームエッチング装置を用いて、イオン源から出射されたイオンビームを基板の表面に照射することにより、その基板をエッチングすることができる。このようなイオンビーム処理装置では、イオンビームの強度が均一であることが要求され、このため、放電容器内のプラズマにおけるイオン電流を測定する必要がある。
【０００４】
特開２０００−２６８９９３号公報（特許文献１）には、ファラデーカップを改良して構成されたプラズマ計測用プローブが、プラズマを生成する反応容器の内部と連通するように、反応容器を構成する壁に埋め込まれているプラズマ生成装置が記載されている。プラズマ計測用プローブは、反応容器内に配置された円盤状電極と対向する当該壁に複数設けられ、この複数のプラズマ計測用プローブで反応容器内の異なる位置においてイオン電流を測定する。
【特許文献１】特開２０００−２６８９９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来のイオン源では、前述のようにプラズマ計測用プローブが反応容器を構成する壁に埋め込まれる構成を採る必要があり、プローブをグリッド近傍に配置することが困難である。仮に、グリッド近傍にプローブを配置させたとしても、その位置は、グリッド近傍に位置する反応容器の壁の位置となり、グリッドの外周縁近傍のみに配置されることになる。このため、略平面状をなすグリッドの面に沿ったプラズマ密度の二次元分布を測定することはできない。
【０００６】
また、イオンは、グリッドの面を通して反応容器内から反応容器外へと取出されてイオンビームとして照射される。従って、グリッドの面に沿ったプラズマ密度の二次元分布を測定することができないと、イオンビームが引き出されるプラズマの位置におけるプラズマ密度分布を直接把握することができないことになる。すると、プラズマ密度の二次元分布に起因する実際のイオンビームの強度分布は、基板をエッチングする等、加工してみなければ分からない。
【０００７】
また、ミリング装置で使用されるイオン源の場合には、イオンビームで加工された被加工物の飛散物がイオン源の反応容器内部へ侵入し内部に付着する。イオン源の内部にプラズマ計測用プローブを配置した場合には、プローブのコレクタ（芯線）にも飛散物が付着する。コレクタに飛散物が付着するとコレクタの露出表面積が変化してしまい、仮に反応容器内部に複数のプローブを設けて、プラズマにおいて異なる位置でイオン密度を測定したとしても、各プローブにおける計測条件が時間の経過とともに同一でなくなり、各プローブの測定値を比較することが無意味になる。
【０００８】
そこで、本発明は、長時間に渡りグリッド近傍においてグリッドの面に沿ったプラズマ密度の二次元分布を測定することができるイオン源を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために本発明は、開口が形成された放電容器と、該放電容器外に設けられ該放電容器内にプラズマを生成させるための高周波コイルと、該高周波コイルに高周波電力を供給する高周波電源と、該放電容器内に生成された該プラズマ中のイオンを該開口から該放電容器外へと引出してイオンビームを発生させる引出電極と、芯線をなすコレクタと該コレクタの先端部以外の部分を覆う絶縁部材とを有して略棒状をなし、該イオンが引出される方向における該引出電極の上流側であって該引出電極の近傍に該引出電極から離間して配置された複数のプローブとを備え、該複数のプローブの該コレクタの先端部は、該イオンが引出される方向に垂直の方向において異なる位置に固定配置され、該先端部は、該プローブの軸方向において該先端部に対向する方向へ少なくとも開口するカバーによって覆われているイオン源を提供している。
【００１０】
イオンが引出される方向における引出電極の上流側であって引出電極の近傍に引出電極から離間して配置された複数のプローブを備え、複数のプローブのコレクタの先端部は、イオンが引出される方向に垂直の方向において異なる位置に固定配置されているため、複数のコレクタにおいてプラズマに対する相対的な電流値を検出することができ、イオン源のグリッド近傍におけるプラズマ密度の二次元分布を把握することができる。このため、実際にイオンビームによって加工した加工量からではなく、イオン源のプラズマ密度の二次元分布からイオンビームの強度分布を把握することができる。従って、イオンビームの照射のＯＮ／ＯＦＦに依存せずに、イオンビームの強度分布を把握することができる。
【００１１】
また、先端部は、プローブの軸方向において先端部に対向する方向へ少なくとも開口するカバーによって覆われているため、各プローブのコレクタの先端に、イオンビームによって加工される被加工物の飛散物が付着することを防止し、各プローブにおいてプラズマに対して露出しているコレクタの部分の表面積を長時間同一の値に保つことができる。このため、各プローブの測定値を比較した相対値である比の値からプラズマ密度の二次元分布を把握できる。従って、各プローブにおけるイオン電流の絶対値を測定せずにプラズマ密度の二次元分布を把握できる。
【００１２】
ここでカバーは、該プローブの軸心と同軸的に配置された略円筒状をなすことが好ましい。カバーは、プローブの軸心と同軸的に配置された略円筒状をなすため、コレクタの先端部を環装した状態とすることができ、イオンビームによって加工される被加工物の飛散物が付着することを効果的に防止することができる。
【００１３】
また、カバーは、該プローブの軸心と同軸的に配置された略半円筒状をなすことが好ましい。カバーは、プローブの軸心と同軸的に配置された略半円筒状をなすため、イオンビームによって加工される被加工物からの飛散物が主として飛散してくる方向において、飛散物が付着することを効果的に防止することができ、且つカバーにかかる費用を低減することができる。
【００１４】
また、各該コレクタの先端部は該引出電極から５ｃｍ以内の位置に配置されていることが好ましい。各コレクタの先端部は引出電極から５ｃｍ以内の位置に配置されているため、出射される直前のイオンが引出されるプラズマの位置におけるプラズマ密度の二次元分布を把握することができ、より正確なイオンビームの強度を把握することができる。
【００１５】
また、該コレクタと該引出電極とは、該プラズマを介して電気的に接続されていることが好ましい。コレクタと引出電極とは、プラズマを介して電気的に接続されているため、プローブの電圧をプラズマに印加される高い電圧と整合（マッチング）させずに済み、プローブ側にバイアス電源を設けずに済み、構成を簡単にすることができる。
【発明の効果】
【００１６】
以上により、本発明は、長時間に渡りグリッド近傍においてグリッドの面に沿ったプラズマ密度の二次元分布を測定することができるイオン源を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の実施の形態に係るイオン源について、図１乃至図５に基づき説明する。イオン源は、図１に示されるようにイオンビームエッチング装置１に設けられており、イオンビームエッチング装置１は、イオンビームＢを発生させる当該イオン源２と、イオンビームＢが照射される基板１００１を収容するチャンバ３とを備える。イオン源２には、プラズマＰ（図２）を生成するためのアルゴンガスを供給するガス供給源４が接続されている。イオンビームＢはチャンバ３内を進行し基板１００１をエッチングする。基板１００１としては、例えば、薄膜磁気ヘッド等が挙げられ、この場合、薄膜磁気ヘッドのスライダ等がエッチングの対象となる。基板１００１は、接地された基板ホルダ３１によって支持されている。
【００１８】
チャンバ３内には、イオンビームＢを中和するためのニュートライザ３２が設置されている。例えばイオンビームＢがＡｒ＋等の陽イオンの場合には、ニュートライザ３２から電子が放出され、チャンバ３内の空間電荷が中和される。また、チャンバ３には、チャンバ３内を所定の圧力に維持するための真空ポンプ３３が接続されている。
【００１９】
イオン源２は、図２に示されるように、略円筒形状をなす真空容器２０と、略円筒形状をなす放電容器２１と、放電容器２１外に設けられ放電容器２１内にプラズマＰを発生させるためのコイル２２と、コイル２２に高周波電力を供給する後述の高周波電源６１と、放電容器２１内に生成されたプラズマＰ中のイオンを放電容器２１の後述する開口２１ａから引出してイオンビームＢを発生させる引出電極２５とを備えている。真空容器２０はステンレス等によって構成されており、チャンバ３（図３）を介して真空ポンプ３３と接続されている。コイル２２は高周波コイルに相当する。
【００２０】
放電容器２１は真空容器２０内に真空容器２０と同軸的に配置されている。放電容器２１は、石英やアルミニウム酸化物等の誘電体材料を主成分として構成され、図２に示されるように、図の下方に開口部２１ａが配置された円筒状に形成されている。図２における放電容器２１の上面には、ガス供給装置４から放電容器２１内へとガスを供給する供給管４１が接続される供給口２ｂが形成されている。
【００２１】
コイル２２は、真空容器２０内であって放電容器２１外に設けられている。コイル２２は、放電容器２１内にその軸心が位置するように設けられている。コイル２２には、高周波整合器６２を介して高周波電源６１が接続されている。高周波電源６１は、例えば高周波電源又は高周波アンプである。高周波電源６１の周波数は、数ＭＨｚ〜十数ＭＨｚ（例えば、２〜１３．５ＭＨｚ）であって、本実施の形態では、約４ＭＨｚである。高周波電源６１は、放電容器２１の容量及び形状に応じて、例えば２００〜２０００Ｗの電力をコイル２２に印加している。上記の構成により、高周波電源６１は、高周波整合器６２によって、コイル２２に所定の高周波電力を供給することができる。
【００２２】
引出電極２５は、スクリーングリッド２６、加速グリッド２７及び減速グリッド２８を有する。スクリーングリッド２６、加速グリッド２７及び減速グリッド２８は、放電容器２１の内側から外側に向けて順に配置される。スクリーングリッド２６、加速グリッド２７及び減速グリッド２８は、それぞれ複数の穴が形成された金属板からなる。
【００２３】
スクリーングリッド２６は、プラズマＰと加速グリッド２７とを分離している。スクリーングリッド２６には、例えば、プラズマＰの高電圧を連続的に印加するための直流電源６５が接続されている。スクリーングリッド２６に印加される電圧は、例えば４００〜１５００Ｖである。スクリーングリッド２６に印加される電圧は、イオンビームＢのイオンビームエネルギーを決定する。
【００２４】
加速グリッド２７には、マイナスの高電圧を連続的に印加するための直流電源６６が接続されている。加速グリッド２７に印加される電圧は、例えば−２００〜−１０００Ｖである。また、減速グリッド２８は接地されている。放電容器２１内においてプラズマＰから引出されたイオンは、スクリーングリッド２６、加速グリッド２７、減速グリッド２８にそれぞれ形成された穴を通して放電容器２１外へ放射されイオンビームＢとなる。引出電極２５は、加速グリッド２７と減速グリッド２８との電位差を調整することにより、レンズ効果を用いて、イオンビームＢのイオンビーム径を所定の数値範囲内に制御することができる。
【００２５】
イオンが引出される方向、即ち図２の上方から下方へ向かう方向における引出電極２５の上流側、即ち図２の上側であって、引出電極２５近傍の位置には略棒状をなすプローブ２３が設けられている。プローブ２３は８本設けられており、図３（ａ）に示されるように各プローブ２３は、その軸方向が略円筒形状をなす放電容器２１の軸心方向に垂直の方向、即ちイオンが引出される方向に垂直の方向に指向し、放電容器２１の周方向に等間隔で配置されている。なお、図２においては説明の便宜上プローブ２３は２本のみ現れている。
【００２６】
プローブ２３の一端部たる先端部をなす後述のコレクタ２３Ａの先端部２３Ｄは、略円筒形状をなす放電容器２１の半径方向においてそれぞれ異なる位置に配置されている。より具体的には、８つのコレクタ２３Ａの先端部２３Ｄは、図３（ｂ）に示されるように、表面が円形状をなす被加工物たる基板１００１に対して、当該基板１００１の表面をなす円において異なる位置に配置され、図３（ｃ）に示されるように、当該基板１００１の表面をなす円の半径方向において、中心から周縁に至るまで１２ｍｍ刻みで等間隔で固定配置されている。
【００２７】
なお、図３（ｃ）では、説明の便宜のため縦軸及び横軸を図示しており、縦軸上に８本のプローブ２３のコレクタ２３Ａの先端部２３Ｄの位置をドットで表示している。また、図３（ａ）〜図３（ｃ）では、説明の便宜のためプローブ２３においてカバー２３Ｃを省略して図示しており、このため、コレクタ２３Ａの先端部２３Ｄは絶縁筒２３Ｂが突出して露出しているように示されている。
【００２８】
プローブ２３は、図４、図５に示されるように、芯線をなしタングステンからなるコレクタ２３Ａと、絶縁筒２３Ｂと、カバー２３Ｃとを備えており、絶縁筒２３Ｂは略円柱状をなしその軸心位置にコレクタ２３Ａが配置されている。コレクタ２３Ａの先端部２３Ｄは、図５に示されるように、プローブ２３の先端近傍において絶縁筒２３Ｂの先端から突出しており、カバー２３Ｃは当該先端部２３Ｄを覆うようにして設けられている。カバー２３Ｃは円筒形状をなしており、その軸心位置にコレクタ２３Ａの先端部２３Ｄが配置されている。カバー２３Ｃの軸方向において、コレクタ２３Ａの先端の位置はカバー２３Ｃの先端の位置に一致する。コレクタ２３Ａの先端部２３Ｄは、イオンが引出される方向においてスクリーングリッド２６からの距離が５ｃｍ以内の位置に配置されている。
【００２９】
プローブ２３の他端側においてコレクタ２３Ａは、図２に示されるように、それぞれ電流検出装置６７に電気的に接続されている。電流検出装置６７は接地されている。このため、各コレクタ２３Ａと引出電極２５とは、放電容器２１内のプラズマＰを介して電気的に接続されており、電流測定のための電源を備えてはいない。全ての電流検出装置６７は図示せぬ演算装置に接続されており、図示せぬ演算装置は、各プローブ２３の電流値の比を演算してプラズマ密度分布を出力可能である。なお、図２においては、説明の便宜のため図の左方に示されているプローブ２３のコレクタ２３Ａにのみ電流検出装置６７を電気的に接続して図示している。
【００３０】
イオンが引出される方向における引出電極２５の上流側であって引出電極２５の近傍に、引出電極２５から離間して配置された８本のプローブ２３を備え、各プローブ２３のコレクタ２３Ａの先端部２３Ｄは、略円筒形状をなす放電容器２１の半径方向及び周方向において等間隔で固定配置されているため、電流検出装置６７及び図示せぬ演算装置から得られる結果により、イオン源２の引出電極２５近傍におけるプラズマ密度の二次元分布を把握することができる。このため、実際にイオンビームＢによって加工した加工量からではなく、イオン源２のプラズマ密度の二次元分布からイオンビームＢの強度分布を把握することができる。従って、イオンビームＢの照射のＯＮ／ＯＦＦに依存せずに、イオンビームＢの強度分布を把握することができる。
【００３１】
また、コレクタ２３Ａの先端部２３Ｄはカバー２３Ｃによって覆われているため、各プローブ２３のコレクタ２３Ａの先端部２３Ｄに、イオンビームＢによって加工される被加工物の飛散物が付着することを防止し、各プローブ２３においてプラズマＰに対して露出しているコレクタ２３Ａの部分の表面積を長時間にわたって同一に保つことができる。このため、各プローブ２３の測定値を比較した相対値である比の値からプラズマ密度の二次元分布を把握できる。従って、各プローブ２３におけるイオン電流の絶対値を測定せずにプラズマ密度の二次元分布を把握できる。
【００３２】
また、カバー２３Ｃは、プローブ２３の軸心と同軸的に配置された円筒状をなすため、コレクタ２３Ａの先端部２３Ｄを環装した状態とすることができ、イオンビームＢによって加工される被加工物の飛散物がコレクタ２３Ａの先端部２３Ｄに付着することを効果的に防止することができる。また、各コレクタ２３Ａの先端部２３Ｄは、引出電極２５を構成するスクリーングリッド２６から離間し且つスクリーングリッド２６から５ｃｍ以内の位置に固定配置されているため、出射される直前のイオンが引出されるプラズマＰの位置におけるプラズマ密度の二次元分布を把握することができ、より正確なイオンビームＢの強度を把握することができる。
【００３３】
また、イオン源２の場合にはプラズマＰ自体に高い電圧が印加されるので、測定用プローブ自体が電源に接続される構成を採る場合には、アースに対する当該電源の基準電圧をプラズマに印加される電圧と整合（マッチング）させる必要があり、バイアス電源が必要となる。しかし、コレクタ２３Ａと引出電極２５とは、上述のようにプラズマＰを介して電気的に接続されているため、プローブ２３のコレクタ２３Ａに対して、プラズマＰに印加される高い電圧と整合させる電圧を印加させずに済み、プローブ２３側にバイアス電源を設けずに済み、構成を簡単にすることができる。
【００３４】
イオンビームＢは、次のようにしてイオン源２から出射される。まず、真空ポンプ３３によって、放電容器２１内を約１０−５Ｐａ程度の圧力に減圧し、ガス供給源４からＡｒガス等のガスを放電容器２１内に導入する。続いて、高周波電源６１からコイル２２に高周波電力を供給することによって、放電容器２１内に電磁界を発生させ、放電容器２１内にプラズマＰを生成させる。このプラズマＰ中のＡｒ＋等のイオンを、引出電極２５によりイオンビームＢとして引出す。
【００３５】
このとき、放電容器２１内の引出電極２５近傍のプラズマＰに対して、８本のプローブ２３のコレクタ２３Ａにそれぞれ接続された電流検出装置６７により相対的な電流値を検出し、電流検出装置６７に接続された図示せぬ演算装置により各プローブ２３のコレクタ２３Ａにおける電流値の比を演算してプラズマ密度分布を出力し、これに基づき引出電極２５近傍におけるプラズマ密度の二次元分布を把握する。このことにより、前述のようにイオンビームＢの強度分布を把握する。
【００３６】
本発明によるイオン源は、上述した実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載した範囲で種々の変形や改良が可能である。例えば、カバーやコレクタの先端の形状は、上述の実施の形態による形状に限定されない。例えば、図６に示されるように、プローブ１２３のコレクタ１２３Ａの先端を球形状として、当該球形状の先端をカバー１２３Ｃで覆うようにしてもよい。また、図７に示されるようにプローブ２２３のカバー２２３Ｃの形状を、円筒をその軸方向へ半分に割った半円筒状のものの一方を、コレクタ２３Ａをその軸心位置に配置するようにして用いてもよい。この場合には、イオンビームＢで加工された被加工物たる基板１００１（図１等）からの飛散物は、イオンが引出される方向に対して反対の方向へ飛来してくるため、イオンが引出される方向におけるコレクタ２３Ａの先端部２３Ｄより下流側に主としてカバー２２３Ｃを配置されるようにすることが好ましい。
【００３７】
カバー２２３Ｃは、コレクタ２３Ａを軸心として配置された略半円筒状をなすため、イオンビームＢによって加工される被加工物からの飛散物が主として飛散してくる方向において、飛散物が付着することを効果的に防止することができ、且つカバー２２３Ｃにかかる費用を低減することができる。
【００３８】
また、本実施の形態では、カバー２３Ｃの軸方向においてコレクタ２３Ａの先端の位置はカバー２３Ｃの先端の位置に一致していたが、一致していなくてもよい。例えば、図８に示されるように、プローブ３２３のカバー３２３Ｃの軸方向においてカバー３２３Ｃよりもコレクタ３２３Ａの先端部３２３Ｄが突出していてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は、エッチング装置やスパッタリング装置等のイオンビーム照射装置に好適に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施の形態に係るイオン源を備えたイオンビームエッチング装置を示す説明図
【図２】本発明の実施の形態によるイオン源を示す説明図。
【図３】本発明の実施の形態によるイオン源の８本のプローブの位置関係を示す説明図であり、（ａ）は真空容器、コイル、放電容器との位置関係を示す図、（ｂ）は被加工物たる基板との位置関係を示す図、（ｃ）は基板の半径方向におけるプローブのコレクタの先端部の位置関係を示す図。
【図４】本発明の実施の形態によるイオン源のプローブの先端部分を示す斜視図。
【図５】本発明の実施の形態によるイオン源のプローブの構成を示す断面図。
【図６】本発明の実施の形態によるイオン源のプローブの変形例の構成を示す断面図。
【図７】本発明の実施の形態によるイオン源のプローブの先端部分の変形例の構成を示す斜視図。
【図８】本発明の実施の形態によるイオン源のプローブの変形例の構成を示す説明図。
【符号の説明】
【００４１】
２          イオン源
２１        放電容器
２２        コイル
２３、１２３、２２３、３２３        プローブ
２３Ａ、１２３Ａ      コレクタ
２３Ｃ      カバー
２３Ｄ、３２３Ｄ      先端部
２５        引出電極
６１        高周波電源
【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】
2009129615.tif 000007
【図６】
2009129615.tif 000008
【図７】
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【図８】
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