イオンビーム処理装置及びイオンビーム処理方法
【課題】安定したイオンビームを照射可能なイオンビーム処理装置及びイオンビーム処理方法の提供。
【解決手段】イオンビーム照射前の準備工程において、イオン源及び処理室に原料ガスを供給し（Ｓ１１）、待機室を真空排気し（Ｓ１２）、電子中和器によって処理室内に電子が放出される（Ｓ１３）。そして、コイルに電圧が印加され（Ｓ１４）、放電容器内にプラズマが生成される。放電容器内にプラズマを生成された状態で、スクリーングリッド及び加速グリッドに０Ｖ、減速グリッドにプラスの電圧を印加する（Ｓ１５）。このとき、電子中和器３２から放出された電子は減速グリッドに引寄せられ衝突し、減速グリッドを加熱する。一方、スクリーングリッドは、放電容器内のプラズマ中の電子が衝突し加熱されている。よって、イオンビーム照射前に、予めスクリーングリッド及び減速グリッドを加熱しておくことができる。
【解決手段】イオンビーム照射前の準備工程において、イオン源及び処理室に原料ガスを供給し（Ｓ１１）、待機室を真空排気し（Ｓ１２）、電子中和器によって処理室内に電子が放出される（Ｓ１３）。そして、コイルに電圧が印加され（Ｓ１４）、放電容器内にプラズマが生成される。放電容器内にプラズマを生成された状態で、スクリーングリッド及び加速グリッドに０Ｖ、減速グリッドにプラスの電圧を印加する（Ｓ１５）。このとき、電子中和器３２から放出された電子は減速グリッドに引寄せられ衝突し、減速グリッドを加熱する。一方、スクリーングリッドは、放電容器内のプラズマ中の電子が衝突し加熱されている。よって、イオンビーム照射前に、予めスクリーングリッド及び減速グリッドを加熱しておくことができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオンビーム処理装置及びイオンビーム処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
イオンビームを基板等の被加工物の表面に照射することにより、エッチング加工を行う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が知られている。このようなイオンビーム処理装置は、プラズマを生成するイオン源と、イオン源内のプラズマからイオン粒子を引出す引出電極とを備えている。
【０００３】
例えば、特許文献１に開示されるイオンビーム処理装置では、イオン源からイオン粒子を引出す引出電極を３枚の電極から構成している。この３枚の電極には貫通孔が形成されており、イオン粒子は、各電極の貫通孔を通過することによって、形状やビーム径を規定される。
【特許文献１】特開２００２−３５３１７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したような構成を有するイオンビーム処理装置では、イオンビームを照射する際に、最も放電容器側に位置する電極はプラズマ内の電子が衝突することにより加熱される。残り２枚の電極は、最も放電容器側に位置する電極からの熱輻射によって加熱されるが、放電容器から離れるほど加熱量は小さくなるため、３枚の電極間には熱勾配が生じる。よって、各電極は加熱量に応じて撓み、イオンビームを照射する際に３枚の電極に設けられた貫通孔の位置がずれてしまい、イオンビームの強度分布が変化し、安定したイオンビームが得られないという問題があった。
【０００５】
また、３枚の電極のうち最も放電容器から離れた電極は被加工物と対向するため、被加工物を加工した際に発生する飛散物が堆積してしまう。このような堆積物が剥離すると、電極間に異常放電を生じ、イオンビームエッチング装置の正常な動作を阻害するという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明は、安定したイオンビームを照射可能なイオンビーム処理装置及びイオンビーム処理方法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】
【０００７】
上述の課題を解決するため、本発明は、プラズマを発生させるイオン源と、正の電圧を印加されることにより、前記イオン源において発生した前記プラズマからイオン粒子を引出す第１グリッドと、負の電圧を印加されることにより、前記第１グリッドにより引出されたイオン粒子を加速させる第２グリッドと、前記第２グリッドと被加工物との間に設けられ、前記第２グリッドにより加速されたイオン粒子を被加工物へと放出する第３グリッドと、前記第３グリッドと前記被加工物との間に電子を放出可能な電子放出器と、前記イオン源の前記プラズマ中の前記イオン粒子を引出さない状態において、前記第３グリッドに正の電圧を印加し、前記電子放出器に前記電子を放出させる制御装置と、を備えるイオンビーム処理装置を提供している。
【０００８】
このようなイオンビーム処理装置によれば、イオン源のプラズマ中のイオン粒子を引出さない状態において、制御装置は、第３グリッドに正の電圧を印加すると共に、電子放出器に電子を放出させるので、電子放出器から放出された電子を第３グリッドに引寄せ衝突させることにより、第３グリッドを加熱することができる。一方、第１グリッドは、イオン源のプラズマ中の電子が衝突することにより加熱されるため、イオンビームを引出す前に、予め第１グリッド及び第３グリッドを加熱しておくことができる。よって、第１グリッドと第３グリッドとの間に位置する第２グリッドを、第１グリッドと第３グリッドとから輻射によって加熱し、第１グリッド、第２グリッド及び第３グリッドとの間に熱勾配が発生することを抑制することができる。つまり、予め第１グリッド、第２グリッド及び第３グリッドの熱変形を同程度にしておき、イオンビーム照射時に、急激な温度変化及び温度勾配の発生を抑制し、イオンビームの強度分布が変化することを抑制できる。これにより、経時変化することのない安定したイオンビームを照射することができる。
【０００９】
また、前記制御装置は、前記第１グリッドに印加される電圧がイオン粒子を引出す電圧に達していないときに、前記第３グリッドに正の電圧を印加し、前記電子放出器に電子を放出させることが好ましい。
【００１０】
このようなイオンビーム処理装置によれば、第１グリッドにイオン源からイオン粒子を引出す電圧に達していないときに第３グリッドに正の電圧を印加するので、第３グリッドに印加された正の電圧の影響で、イオン源のプラズマからイオン粒子が引出されることがない。よって、誤ってイオンビームを放出してしまうことがない。
【００１１】
また、前記制御装置は、前記イオン粒子が前記第１グリッドにより引出される時には、前記第３グリッドに、前記第２グリッドに印加される電圧よりも絶対値の小さな負の電圧を印加することが好ましい。
【００１２】
このようなイオンビーム処理装置によれば、イオン粒子が第１グリッドによって引出される時、第３グリッドには第２グリッドに印加される電圧よりも絶対値の小さな負の電圧が印加されるので、第３グリッドはイオン粒子を引出しつつ、周囲に浮遊しているイオン粒子を引寄せて衝突させ、第３グリッドの表面に堆積した堆積物をエッチングし除去することができる。この堆積物は、加工処理中に被加工物から飛散する金属屑等であって、各グリッド間の異常放電の原因となる。また、第３グリッドは、イオン粒子の衝突によって加熱される。よって、イオンビーム照射中の各グリッド間における熱勾配の発生を防止し、第１グリッド、第２グリッド及び第３グリッドの熱変形を同程度にし、各グリッドに形成された孔の中心がずれることを防止することができる。よって、イオンビーム照射時に、イオンビームの強度分布が変化することを抑制でき、経時変化することのない安定したイオンビームを照射することができる。
【００１３】
また、本発明は、上述のイオンビーム処理装置において、３枚の引出電極のうち最も被加工物側に位置する第３グリッドに正の電圧を印加し、電子放出器から放出される電子を衝突させることにより、前記第３グリッドを加熱する予備加熱工程と、前記イオン源からイオンビームを引出す引出工程と、前記イオン源から引出したイオンビームにより被加工物を加工する加工工程と、を備えることを特徴とするイオンビーム加工処理方法を提供している。
【００１４】
このようなイオンビーム加工処理方法によれば、予備加熱工程において、第３グリッドに正の電圧を印加すると共に、電子放出器から放出される電子を衝突させることにより第３グリッドを加熱させることができる。よって、予め第３グリッドを加熱しておくことで、引出工程においてイオンビームを照射する際に急激な温度変化を抑制することができる。よって、経時変化することのない安定したイオンビームを照射することができる。
【００１５】
また、前記予備加熱工程において、前記イオン源にプラズマを発生させることにより、前記引出電極のうち最もイオン源側に位置する第１グリッドを加熱することが好ましい。
【００１６】
このようなイオンビーム加工処理方法によれば、イオン源に発生したプラズマ中の電子が衝突することにより第１グリッドを加熱することができる。また、第１グリッドと第３グリッドとの間に位置するグリッドを輻射によって加熱することができる。つまり、引出電極全体を加熱しておくことにより、各グリッド間の熱勾配の発生を抑制することができる。よって、引出電極の各グリッドが不均一に膨張することを抑制し、安定したイオンビームを照射することができる。
【００１７】
また、前記引出工程において、前記第３グリッドに印加される電圧を負の電圧に切替えることが好ましい。
【００１８】
このようなイオンビーム加工処理方法によれば、引出工程において第３グリッドに印加される電圧を負の電圧に切替えるので、第３グリッドはイオン源からイオン粒子を引出しつつ、周囲のイオン粒子を引寄せ衝突させる。イオン粒子が衝突することによって、第３グリッドの表面に堆積した堆積物をエッチングし除去することができる。この堆積物は、加工処理中に被加工物から飛散する金属屑等であって、グリッド間の異常放電を防止することができる。また、第３グリッドは、イオン粒子が衝突することによって加熱される。よって、グリッド間の熱勾配の発生を抑制し、経時変化することのない安定したイオンビームを照射することができる。
【００１９】
また、前記予備加熱工程において、前記第１グリッド及び前記第２グリッドには、イオン粒子を引出さない程度の電圧が印加されることが好ましい。
【００２０】
このようなイオンビーム加工処理方法によれば、予備加熱工程において、第１グリッド及び第２グリッドにはイオン粒子を引出さない程度の電圧が印加されているため、第３グリッドに印加された正の電圧の影響で、イオン源のプラズマからイオン粒子が引出されることがない。よって、誤ってイオンビームを放出してしまうことがない。
【００２１】
また、前記予備加熱工程において、前記第１グリッド及び前記第２グリッドは接地されることが好ましい。
【００２２】
このようなイオンビーム加工処理方法によれば、予備加熱工程において、第１グリッド及び第２グリッドは接地されるため、第３グリッドによる電界がイオン源内のイオン粒子に作用しにくく、正の電圧が印加された第３グリッドからイオン粒子が引出されることがない。具体的には、第１グリッド及び第２グリッドは接地されているため、イオン源からイオン粒子が移動したとしても、第３グリッドに至る前に第１グリッド及び第２グリッドによって電荷が受け渡され中性となるため、イオン粒子が引出されることがない。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、安定したイオンビームを照射可能なイオンビーム処理装置及びイオンビーム処理方法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】
【００２４】
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６に基づき説明する。図２（ａ）に示されるイオンビームエッチング装置１は、イオンビームＢ（図１）によって基板５をエッチングする装置である。基板５としては、例えば、薄膜磁気ヘッド等の基板が挙げられ、この場合、薄膜磁気ヘッドのスライダ等をエッチングする。イオンビームエッチング装置１は、イオンビームＢを発生させるイオン源２と、イオンビームＢが照射される基板５を収容する処理室３と、処理前の基板５を待機させる待機室４とを備えている。イオン源２と処理室３とは、後述する引出電極２４を介して連通している。イオン源２及び引出電極２４については後述する。
【００２５】
処理室３内には、基板５を保持する基板ホルダ３１と、イオンビームＢを中和するための電子中和器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、電子中和器３２から電子が放出され、処理室３内の空間電荷が中和される。また、処理室３には、処理室３内を真空排気し、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。
【００２６】
待機室４には、処理前の基板５を保持する基板保持機構４１と、処理室３との間に開閉可能なゲートバルブ４２とが設けられている。基板保持機構４１は、図２（ａ）及び（ｃ）に示される待機位置と、図２（ｂ）に示される進出位置との間において、基板５を移動可能に保持している。図２（ｂ）に示されるように、基板５が進出位置に位置する際には、基板５は基板ホルダ３１近傍に位置している。このとき、ゲートバルブ４２は開放され、処理室３と待機室４とは連通されている。一方、図２（ａ）及び（ｃ）に示されるように、基板５が待機位置に位置する際には、ゲートバルブ４２は閉鎖され、処理室３と待機室４とは完全に独立した空間となる。なお、真空ポンプ３３は、待機室４にも接続され、待機室４内を所定の圧力に維持することができる。
【００２７】
図１に示されるイオン源２は、真空容器２０と、開口２１ａが形成された放電容器２１と、放電容器２１外に設けられたコイル２２と、コイル２２に高周波電力を供給する高周波電源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２４とを備えている。真空容器２０は、図２（ａ）に示されるように、処理室３を介して真空ポンプ３３と接続され、ステンレス等によって円筒状に形成されている。
【００２８】
図１に示されるように、放電容器２１は、真空容器２０内に配置されている。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によって、図の下方に開口部２１ａを有する円筒状に形成されている。図１における放電容器２１の上面には、原料ガス供給装置２３から放電容器２１内へと原料ガスを供給する供給口２１ｂが設けられている。なお、本実施の形態では、原料ガスとしてアルゴンガスを用いている。
【００２９】
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内に軸心が位置するように設けられている。コイル２２は、整合器６２を介して高周波電源６１に接続されている。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に印加する。
【００３０】
引出電極２４は、スクリーングリッド２５、加速グリッド２６及び減速グリッド２７を有する。スクリーングリッド２５、加速グリッド２６及び減速グリッド２７は、それぞれ複数の穴が形成された金属板である。スクリーングリッド２５、加速グリッド２６及び減速グリッド２７は、放電容器２１の内側から外側に向けて順に配置され、各グリッドは図示せぬスペーサを介して所定の間隔を保ちつつ、図示せぬネジによって一体的に固定されている。
【００３１】
スクリーングリッド２５は、放電容器２１の開口２１ａに設けられ、プラズマＰと加速グリッド２６とを分離している。スクリーングリッド２５は、イオン源２において発生したプラズマＰからイオン粒子を引出す電極である。スクリーングリッド２５には、プラスの高電圧を連続的に印加するための直流電源６３が接続され、例えば４００〜１５００Ｖの電圧が印加可能である。スクリーングリッド２５に印加される電圧によって、イオンビームＢのイオンビームエネルギーが決定される。
【００３２】
加速グリッド２６は、マイナスの電圧を印加されることにより、スクリーングリッド２５により引出されたイオン粒子を加速させる電極である。加速グリッド２６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６４が接続され、例えば−２００〜−１０００Ｖの電圧を印加可能である。
【００３３】
減速グリッド２７は、加速グリッド２６と基板ホルダ３１との間に設けられ、加速グリッド２６により加速されたイオン粒子を基板ホルダ３１上の基板５へと放出する電極である。減速グリッド２７は、プラス及びマイナスの電圧を印加可能なパイポーラ電源６５に接続されている。
【００３４】
引出電極２４は、加速グリッド２６と減速グリッド２７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。なお、上述した高周波電源６１、整合器６２、直流電源６３、直流電源６４及びパイポーラ電源６５等は、制御装置６によって制御されている。制御装置６は、さらに、原料ガス供給装置２３や電子中和器３２等を制御してビームエッチング装置１にエッチング処理（ミリング処理）を実行させる。
【００３５】
次に、上述したイオンビームエッチング装置１において実行されるエッチング処理について、図２（ａ）乃至（ｃ）の図面及び図３乃至６のフローチャートを参照して説明する。エッチング処理は、基板５をイオンビームＢによってエッチング加工する処理である。被処理対象である基板５が待機室４の基板保持機構４１に保持されるとエッチング処理が開始する。エッチング処理は、図３に示されるように、準備工程（Ｓ１）、基板配置工程（Ｓ２）、加工工程（Ｓ３）を実行し、基板取出（Ｓ４）を行い、終了する。
【００３６】
図４に示される準備工程では、まず、イオン源２及び処理室３に、プラズマＰ生成の材料となる原料ガスを供給する（Ｓ１１）。具体的には、原料ガス供給装置２３（図１）によって原料ガスがイオン源２の放電容器２１内に供給され、引出電極２４を介して処理室３内に供給される。原料ガスが供給されると、待機室４内は、真空ポンプ３３によって真空排気が開始され（Ｓ１２）、処理室３内には、電子中和器３２によって放電容器２１内にプラズマＰを容易に発生させるための電子が放出され始める（Ｓ１３）。続いて、コイル２２に高周波電源６１から電圧が印加される（Ｓ１４）。これにより、放電容器２１内にコイル２２による電磁界が発生し、放電容器２１内にプラズマＰが生成される。
【００３７】
放電容器２１内にプラズマＰが生成されると、引出電極２４の各グリッド２５〜２７に電圧を印加する（Ｓ１５）。具体的には、スクリーングリッド２５及び加速グリッド２６には、フローティング電圧を印加し、減速グリッド２７にはプラスの電圧を印加する。フローティング電圧とは、スクリーングリッド２５及び加速グリッド２６が放電容器２１内のプラズマＰからイオン粒子を引出さない程度の電圧である。本実施の形態では、スクリーングリッド２５及び加速グリッド２６は接地され、０Ｖとしている。つまり、Ｓ１５において、制御装置６は、スクリーングリッド２５及び加速グリッド２６を接地することによりイオン源２のプラズマＰ中のイオン粒子を引出さない状態において、減速グリッド２７にプラスの電圧を印加している。また、制御装置６によって、電子中和器３２は処理室３内に、具体的には、減速グリッド２７と基板ホルダ３１との間に電子を放出する。
【００３８】
このとき、電子中和器３２から放出された電子は減速グリッド２７に引寄せられ衝突する。電子が衝突することにより、減速グリッド２７は加熱される。一方、スクリーングリッド２５は、放電容器２１内のプラズマＰ中の電子が衝突することによって加熱されている。つまり、イオンビームＢを引出す前に、予めスクリーングリッド２５及び減速グリッド２７を加熱しておくことができる。スクリーングリッド２５と減速グリッド２７との間に位置する加速グリッド２６は、スクリーングリッド２５と減速グリッド２７とから輻射によって加熱されるため、スクリーングリッド２５、加速グリッド２６及び減速グリッド２７との間に熱勾配が発生することを抑制することができる。よって、予めスクリーングリッド２５、加速グリッド２６及び減速グリッド２７を加熱しておくことにより、各グリッド２５〜２７の熱変形を同程度にしておき、イオンビームを照射したときには、急激な温度変化を抑制することができる。イオンビーム照射時に、急激な温度変化及び温度勾配の発生を抑制し、イオンビームの強度分布が変化することを抑制できる。これにより、経時変化することのない安定したイオンビームを照射することができる。
【００３９】
また、スクリーングリッド２５及び加速グリッド２６がフローティング電位であるときに減速グリッド２７に正の電圧を印加しているので、イオン粒子が減速グリッド２７から放出されることがない。具体的には、スクリーングリッド２５及び加速グリッド２６は接地されているため、減速グリッド２７に印加されたプラスの電圧の影響で、イオン源のプラズマＰからイオン粒子が引出されることがない。よって、誤ってイオンビームを放出してしまうことがない。例えイオン粒子が移動したとしても、減速グリッド２７に至る前にスクリーングリッド２５及び加速グリッド２６によって電荷が受け渡され中和されるため、減速グリッド２７からイオン粒子が引出されることがない。
【００４０】
次に、待機室４の真空排気が完了したかを判断する（Ｓ１６）。まだ真空排気が完了していない場合には（Ｓ１６：ＮＯ）、引き続き各グリッド２５〜２７に電圧を印加する（Ｓ１５）。真空排気が完了した場合には（Ｓ１６：ＹＥＳ）、コイル２２への電圧の印加及び電子中和器３２の電子の放出を停止し（Ｓ１７）、減速グリッド２７へのプラスの電圧の印加を停止する（Ｓ１８）。そして、イオン源２及び処理室３への原料ガスの供給を停止する（Ｓ１９）。
【００４１】
図５に示される基板配置工程は、基板５をイオンビームによってエッチング可能な位置へ配置する工程である。まず、基板保持機構４１によって待機室４から処理室３へと基板５を搬送する（Ｓ２１）。具体的には、閉鎖されていたゲートバルブ４２を開放し、基板保持機構４１を待機位置（図２（ａ））から進出位置（図２（ｂ））へと移動させ、基板５を基板ホルダ３１に保持させる。まだ基板５の搬送が完了していない、つまり、基板５を基板ホルダ３１に保持させていないときには（Ｓ２２：ＮＯ）、引き続き基板５を搬送する（Ｓ２１）。基板５が基板ホルダ３１に保持されると、基板５の搬送が完了したと判断され（Ｓ２２：ＹＥＳ）、基板ホルダ３１は所定の角度傾けられ、角度を調整される（Ｓ２３）。
【００４２】
図６に示される加工工程は、イオン源から引出したイオンビームにより、基板５を加工する工程である。まず、イオン源２及び処理室３に原料ガスを供給し（Ｓ３１）、電子中和器３２から電子を放出する（Ｓ３２）。次に、コイル２２に高周波電源６１から電圧を印加し（Ｓ３３）、イオン源２の放電容器２１内においてプラズマＰを発生させる。プラズマＰを発生させた状態で、引出電極２４の各グリッドに電圧を印加する（Ｓ３４）。具体的には、上述したように、スクリーングリッド２５は直流電源６３からプラスの電圧を印加され、加速グリッド２６は直流電源６４からマイナスの電圧を印加される。減速グリッド２７は、パイポーラ電源６５からマイナスの電圧を印加される。減速グリッド２７に印加される電圧は、加速グリッド２６に印加される電圧よりも絶対値が小さく、ほぼゼロに等しいマイナスの電圧である。そして、イオンビームを出射し（Ｓ３５）、基板５に所定のエッチング加工を施す（Ｓ３６）。このとき、イオンビームは、電子中和器３２から放出される電子によって空間中和されている。加工工程が終了すると、加工を施された基板５は処理室３から取出され（図３、Ｓ４）、エッチング処理が終了する。
【００４３】
加工工程において、イオン粒子がスクリーングリッド２５によって引出される際には、減速グリッド２７には加速グリッド２６に印加される電圧よりも絶対値の小さなマイナスの電圧が印加されるので、イオン源２からイオン粒子を引出しつつ、処理室３内に浮遊しているイオン粒子を減速グリッド２７に引寄せ減速グリッド２７に衝突させることにより、減速グリッド２７の表面に堆積した堆積物をエッチングし除去することができる（図２（ｃ）参照）。この堆積物は、加工処理中に基板５から飛散する金属屑等であって、各グリッド間の異常放電の原因となる。また、減速グリッド２７は、イオン粒子が衝突することによって加熱される。よって、スクリーングリッド２５、加速グリッド２６及び減速グリッド２７間における熱勾配の発生を防止し、スクリーングリッド２５、加速グリッド２６及び減速グリッド２７の熱変形を同程度にし、各グリッド２５〜２７に形成された孔の中心がずれることを防止することができ、イオンビムーム照射時にイオンビームの強度分布が変化することを抑制することができる。よって、経時変化することのない安定したイオンビームを照射することができる。また、準備工程において、予めスクリーングリッド２５及び減速グリッド２７を加熱しておいたことにより、加工工程において、各グリッド２５〜２７の温度を定常化させるまでの時間を短縮することができる。
【００４４】
なお、Ｓ１５及びＳ３４において、減速グリッド２７に印加する電圧は、被加工物の材質や加工条件等に合わせ、最適な値を選択している。
【００４５】
本発明によるイオンビーム処理装置及びイオンビーム処理方法は、上述した実施の形態に限定されず、種々の変形や改良が可能である。例えば、上述した実施の形態では、基板５を一枚ずつ加工する場合を例として説明したが、複数枚の基板を同時に加工してもよい。
【００４６】
また、上述した実施の形態では、引出電極２４は、３枚のグリッド２５〜２７の外周を図示せぬネジによって固定したが、外周のみならず中央部に同様の構成を有してもよいし、外周を固定する枠体を設けてもよい。
【００４７】
また、上述した実施の形態では、準備工程のＳ１５（図４）において、スクリーン電極２５及び加速グリッド２６を接地したが、スクリーン電極２５及び加速グリッド２６に、放電容器２１内からイオン粒子を引出さない程度の電圧を印加してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
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】
【００４９】
【図１】本発明の実施の形態に係るイオンビームエッチング装置のイオン源を示す説明図。
【図２】本発明の実施の形態に係るイオンビームエッチング装置の動作を示す説明図であり、（ａ）は準備工程時、（ｂ）は基板配置工程時、（ｃ）は加工工程時を示す図である。
【図３】本発明のイオンビーム処理方法のエッチング処理を示すフローチャート。
【図４】本発明のイオンビーム処理方法のエッチング処理の準備工程を示すフローチャート。
【図５】本発明のイオンビーム処理方法のエッチング処理の基板配置工程を示すフローチャート。
【図６】本発明のイオンビーム処理方法のエッチング処理の加工工程を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００５０】
１ イオンビームエッチング装置
２ イオン源
３ 処理室
４ 待機室
５ 基板
６ 制御装置
２０ 真空容器
２１ 放電容器
２１ａ 開口
２１ｂ 供給口
２２ コイル
２３ イオンガス供給装置
２４ 引出電極
２５ スクリーングリッド
２６ 加速グリッド
２７ 減速グリッド
３１ 基板ホルダ
３２ 電子中和器
３３ 真空ポンプ
４１ 基板保持機構
４２ ゲートバルブ
６１ 高周波電源
６２ 整合器
６３、６４ 直流電源
６５ パイポーラ電源
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオンビーム処理装置及びイオンビーム処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
イオンビームを基板等の被加工物の表面に照射することにより、エッチング加工を行う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が知られている。このようなイオンビーム処理装置は、プラズマを生成するイオン源と、イオン源内のプラズマからイオン粒子を引出す引出電極とを備えている。
【０００３】
例えば、特許文献１に開示されるイオンビーム処理装置では、イオン源からイオン粒子を引出す引出電極を３枚の電極から構成している。この３枚の電極には貫通孔が形成されており、イオン粒子は、各電極の貫通孔を通過することによって、形状やビーム径を規定される。
【特許文献１】特開２００２−３５３１７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したような構成を有するイオンビーム処理装置では、イオンビームを照射する際に、最も放電容器側に位置する電極はプラズマ内の電子が衝突することにより加熱される。残り２枚の電極は、最も放電容器側に位置する電極からの熱輻射によって加熱されるが、放電容器から離れるほど加熱量は小さくなるため、３枚の電極間には熱勾配が生じる。よって、各電極は加熱量に応じて撓み、イオンビームを照射する際に３枚の電極に設けられた貫通孔の位置がずれてしまい、イオンビームの強度分布が変化し、安定したイオンビームが得られないという問題があった。
【０００５】
また、３枚の電極のうち最も放電容器から離れた電極は被加工物と対向するため、被加工物を加工した際に発生する飛散物が堆積してしまう。このような堆積物が剥離すると、電極間に異常放電を生じ、イオンビームエッチング装置の正常な動作を阻害するという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明は、安定したイオンビームを照射可能なイオンビーム処理装置及びイオンビーム処理方法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】
【０００７】
上述の課題を解決するため、本発明は、プラズマを発生させるイオン源と、正の電圧を印加されることにより、前記イオン源において発生した前記プラズマからイオン粒子を引出す第１グリッドと、負の電圧を印加されることにより、前記第１グリッドにより引出されたイオン粒子を加速させる第２グリッドと、前記第２グリッドと被加工物との間に設けられ、前記第２グリッドにより加速されたイオン粒子を被加工物へと放出する第３グリッドと、前記第３グリッドと前記被加工物との間に電子を放出可能な電子放出器と、前記イオン源の前記プラズマ中の前記イオン粒子を引出さない状態において、前記第３グリッドに正の電圧を印加し、前記電子放出器に前記電子を放出させる制御装置と、を備えるイオンビーム処理装置を提供している。
【０００８】
このようなイオンビーム処理装置によれば、イオン源のプラズマ中のイオン粒子を引出さない状態において、制御装置は、第３グリッドに正の電圧を印加すると共に、電子放出器に電子を放出させるので、電子放出器から放出された電子を第３グリッドに引寄せ衝突させることにより、第３グリッドを加熱することができる。一方、第１グリッドは、イオン源のプラズマ中の電子が衝突することにより加熱されるため、イオンビームを引出す前に、予め第１グリッド及び第３グリッドを加熱しておくことができる。よって、第１グリッドと第３グリッドとの間に位置する第２グリッドを、第１グリッドと第３グリッドとから輻射によって加熱し、第１グリッド、第２グリッド及び第３グリッドとの間に熱勾配が発生することを抑制することができる。つまり、予め第１グリッド、第２グリッド及び第３グリッドの熱変形を同程度にしておき、イオンビーム照射時に、急激な温度変化及び温度勾配の発生を抑制し、イオンビームの強度分布が変化することを抑制できる。これにより、経時変化することのない安定したイオンビームを照射することができる。
【０００９】
また、前記制御装置は、前記第１グリッドに印加される電圧がイオン粒子を引出す電圧に達していないときに、前記第３グリッドに正の電圧を印加し、前記電子放出器に電子を放出させることが好ましい。
【００１０】
このようなイオンビーム処理装置によれば、第１グリッドにイオン源からイオン粒子を引出す電圧に達していないときに第３グリッドに正の電圧を印加するので、第３グリッドに印加された正の電圧の影響で、イオン源のプラズマからイオン粒子が引出されることがない。よって、誤ってイオンビームを放出してしまうことがない。
【００１１】
また、前記制御装置は、前記イオン粒子が前記第１グリッドにより引出される時には、前記第３グリッドに、前記第２グリッドに印加される電圧よりも絶対値の小さな負の電圧を印加することが好ましい。
【００１２】
このようなイオンビーム処理装置によれば、イオン粒子が第１グリッドによって引出される時、第３グリッドには第２グリッドに印加される電圧よりも絶対値の小さな負の電圧が印加されるので、第３グリッドはイオン粒子を引出しつつ、周囲に浮遊しているイオン粒子を引寄せて衝突させ、第３グリッドの表面に堆積した堆積物をエッチングし除去することができる。この堆積物は、加工処理中に被加工物から飛散する金属屑等であって、各グリッド間の異常放電の原因となる。また、第３グリッドは、イオン粒子の衝突によって加熱される。よって、イオンビーム照射中の各グリッド間における熱勾配の発生を防止し、第１グリッド、第２グリッド及び第３グリッドの熱変形を同程度にし、各グリッドに形成された孔の中心がずれることを防止することができる。よって、イオンビーム照射時に、イオンビームの強度分布が変化することを抑制でき、経時変化することのない安定したイオンビームを照射することができる。
【００１３】
また、本発明は、上述のイオンビーム処理装置において、３枚の引出電極のうち最も被加工物側に位置する第３グリッドに正の電圧を印加し、電子放出器から放出される電子を衝突させることにより、前記第３グリッドを加熱する予備加熱工程と、前記イオン源からイオンビームを引出す引出工程と、前記イオン源から引出したイオンビームにより被加工物を加工する加工工程と、を備えることを特徴とするイオンビーム加工処理方法を提供している。
【００１４】
このようなイオンビーム加工処理方法によれば、予備加熱工程において、第３グリッドに正の電圧を印加すると共に、電子放出器から放出される電子を衝突させることにより第３グリッドを加熱させることができる。よって、予め第３グリッドを加熱しておくことで、引出工程においてイオンビームを照射する際に急激な温度変化を抑制することができる。よって、経時変化することのない安定したイオンビームを照射することができる。
【００１５】
また、前記予備加熱工程において、前記イオン源にプラズマを発生させることにより、前記引出電極のうち最もイオン源側に位置する第１グリッドを加熱することが好ましい。
【００１６】
このようなイオンビーム加工処理方法によれば、イオン源に発生したプラズマ中の電子が衝突することにより第１グリッドを加熱することができる。また、第１グリッドと第３グリッドとの間に位置するグリッドを輻射によって加熱することができる。つまり、引出電極全体を加熱しておくことにより、各グリッド間の熱勾配の発生を抑制することができる。よって、引出電極の各グリッドが不均一に膨張することを抑制し、安定したイオンビームを照射することができる。
【００１７】
また、前記引出工程において、前記第３グリッドに印加される電圧を負の電圧に切替えることが好ましい。
【００１８】
このようなイオンビーム加工処理方法によれば、引出工程において第３グリッドに印加される電圧を負の電圧に切替えるので、第３グリッドはイオン源からイオン粒子を引出しつつ、周囲のイオン粒子を引寄せ衝突させる。イオン粒子が衝突することによって、第３グリッドの表面に堆積した堆積物をエッチングし除去することができる。この堆積物は、加工処理中に被加工物から飛散する金属屑等であって、グリッド間の異常放電を防止することができる。また、第３グリッドは、イオン粒子が衝突することによって加熱される。よって、グリッド間の熱勾配の発生を抑制し、経時変化することのない安定したイオンビームを照射することができる。
【００１９】
また、前記予備加熱工程において、前記第１グリッド及び前記第２グリッドには、イオン粒子を引出さない程度の電圧が印加されることが好ましい。
【００２０】
このようなイオンビーム加工処理方法によれば、予備加熱工程において、第１グリッド及び第２グリッドにはイオン粒子を引出さない程度の電圧が印加されているため、第３グリッドに印加された正の電圧の影響で、イオン源のプラズマからイオン粒子が引出されることがない。よって、誤ってイオンビームを放出してしまうことがない。
【００２１】
また、前記予備加熱工程において、前記第１グリッド及び前記第２グリッドは接地されることが好ましい。
【００２２】
このようなイオンビーム加工処理方法によれば、予備加熱工程において、第１グリッド及び第２グリッドは接地されるため、第３グリッドによる電界がイオン源内のイオン粒子に作用しにくく、正の電圧が印加された第３グリッドからイオン粒子が引出されることがない。具体的には、第１グリッド及び第２グリッドは接地されているため、イオン源からイオン粒子が移動したとしても、第３グリッドに至る前に第１グリッド及び第２グリッドによって電荷が受け渡され中性となるため、イオン粒子が引出されることがない。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、安定したイオンビームを照射可能なイオンビーム処理装置及びイオンビーム処理方法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】
【００２４】
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６に基づき説明する。図２（ａ）に示されるイオンビームエッチング装置１は、イオンビームＢ（図１）によって基板５をエッチングする装置である。基板５としては、例えば、薄膜磁気ヘッド等の基板が挙げられ、この場合、薄膜磁気ヘッドのスライダ等をエッチングする。イオンビームエッチング装置１は、イオンビームＢを発生させるイオン源２と、イオンビームＢが照射される基板５を収容する処理室３と、処理前の基板５を待機させる待機室４とを備えている。イオン源２と処理室３とは、後述する引出電極２４を介して連通している。イオン源２及び引出電極２４については後述する。
【００２５】
処理室３内には、基板５を保持する基板ホルダ３１と、イオンビームＢを中和するための電子中和器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、電子中和器３２から電子が放出され、処理室３内の空間電荷が中和される。また、処理室３には、処理室３内を真空排気し、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。
【００２６】
待機室４には、処理前の基板５を保持する基板保持機構４１と、処理室３との間に開閉可能なゲートバルブ４２とが設けられている。基板保持機構４１は、図２（ａ）及び（ｃ）に示される待機位置と、図２（ｂ）に示される進出位置との間において、基板５を移動可能に保持している。図２（ｂ）に示されるように、基板５が進出位置に位置する際には、基板５は基板ホルダ３１近傍に位置している。このとき、ゲートバルブ４２は開放され、処理室３と待機室４とは連通されている。一方、図２（ａ）及び（ｃ）に示されるように、基板５が待機位置に位置する際には、ゲートバルブ４２は閉鎖され、処理室３と待機室４とは完全に独立した空間となる。なお、真空ポンプ３３は、待機室４にも接続され、待機室４内を所定の圧力に維持することができる。
【００２７】
図１に示されるイオン源２は、真空容器２０と、開口２１ａが形成された放電容器２１と、放電容器２１外に設けられたコイル２２と、コイル２２に高周波電力を供給する高周波電源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２４とを備えている。真空容器２０は、図２（ａ）に示されるように、処理室３を介して真空ポンプ３３と接続され、ステンレス等によって円筒状に形成されている。
【００２８】
図１に示されるように、放電容器２１は、真空容器２０内に配置されている。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によって、図の下方に開口部２１ａを有する円筒状に形成されている。図１における放電容器２１の上面には、原料ガス供給装置２３から放電容器２１内へと原料ガスを供給する供給口２１ｂが設けられている。なお、本実施の形態では、原料ガスとしてアルゴンガスを用いている。
【００２９】
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内に軸心が位置するように設けられている。コイル２２は、整合器６２を介して高周波電源６１に接続されている。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に印加する。
【００３０】
引出電極２４は、スクリーングリッド２５、加速グリッド２６及び減速グリッド２７を有する。スクリーングリッド２５、加速グリッド２６及び減速グリッド２７は、それぞれ複数の穴が形成された金属板である。スクリーングリッド２５、加速グリッド２６及び減速グリッド２７は、放電容器２１の内側から外側に向けて順に配置され、各グリッドは図示せぬスペーサを介して所定の間隔を保ちつつ、図示せぬネジによって一体的に固定されている。
【００３１】
スクリーングリッド２５は、放電容器２１の開口２１ａに設けられ、プラズマＰと加速グリッド２６とを分離している。スクリーングリッド２５は、イオン源２において発生したプラズマＰからイオン粒子を引出す電極である。スクリーングリッド２５には、プラスの高電圧を連続的に印加するための直流電源６３が接続され、例えば４００〜１５００Ｖの電圧が印加可能である。スクリーングリッド２５に印加される電圧によって、イオンビームＢのイオンビームエネルギーが決定される。
【００３２】
加速グリッド２６は、マイナスの電圧を印加されることにより、スクリーングリッド２５により引出されたイオン粒子を加速させる電極である。加速グリッド２６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６４が接続され、例えば−２００〜−１０００Ｖの電圧を印加可能である。
【００３３】
減速グリッド２７は、加速グリッド２６と基板ホルダ３１との間に設けられ、加速グリッド２６により加速されたイオン粒子を基板ホルダ３１上の基板５へと放出する電極である。減速グリッド２７は、プラス及びマイナスの電圧を印加可能なパイポーラ電源６５に接続されている。
【００３４】
引出電極２４は、加速グリッド２６と減速グリッド２７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。なお、上述した高周波電源６１、整合器６２、直流電源６３、直流電源６４及びパイポーラ電源６５等は、制御装置６によって制御されている。制御装置６は、さらに、原料ガス供給装置２３や電子中和器３２等を制御してビームエッチング装置１にエッチング処理（ミリング処理）を実行させる。
【００３５】
次に、上述したイオンビームエッチング装置１において実行されるエッチング処理について、図２（ａ）乃至（ｃ）の図面及び図３乃至６のフローチャートを参照して説明する。エッチング処理は、基板５をイオンビームＢによってエッチング加工する処理である。被処理対象である基板５が待機室４の基板保持機構４１に保持されるとエッチング処理が開始する。エッチング処理は、図３に示されるように、準備工程（Ｓ１）、基板配置工程（Ｓ２）、加工工程（Ｓ３）を実行し、基板取出（Ｓ４）を行い、終了する。
【００３６】
図４に示される準備工程では、まず、イオン源２及び処理室３に、プラズマＰ生成の材料となる原料ガスを供給する（Ｓ１１）。具体的には、原料ガス供給装置２３（図１）によって原料ガスがイオン源２の放電容器２１内に供給され、引出電極２４を介して処理室３内に供給される。原料ガスが供給されると、待機室４内は、真空ポンプ３３によって真空排気が開始され（Ｓ１２）、処理室３内には、電子中和器３２によって放電容器２１内にプラズマＰを容易に発生させるための電子が放出され始める（Ｓ１３）。続いて、コイル２２に高周波電源６１から電圧が印加される（Ｓ１４）。これにより、放電容器２１内にコイル２２による電磁界が発生し、放電容器２１内にプラズマＰが生成される。
【００３７】
放電容器２１内にプラズマＰが生成されると、引出電極２４の各グリッド２５〜２７に電圧を印加する（Ｓ１５）。具体的には、スクリーングリッド２５及び加速グリッド２６には、フローティング電圧を印加し、減速グリッド２７にはプラスの電圧を印加する。フローティング電圧とは、スクリーングリッド２５及び加速グリッド２６が放電容器２１内のプラズマＰからイオン粒子を引出さない程度の電圧である。本実施の形態では、スクリーングリッド２５及び加速グリッド２６は接地され、０Ｖとしている。つまり、Ｓ１５において、制御装置６は、スクリーングリッド２５及び加速グリッド２６を接地することによりイオン源２のプラズマＰ中のイオン粒子を引出さない状態において、減速グリッド２７にプラスの電圧を印加している。また、制御装置６によって、電子中和器３２は処理室３内に、具体的には、減速グリッド２７と基板ホルダ３１との間に電子を放出する。
【００３８】
このとき、電子中和器３２から放出された電子は減速グリッド２７に引寄せられ衝突する。電子が衝突することにより、減速グリッド２７は加熱される。一方、スクリーングリッド２５は、放電容器２１内のプラズマＰ中の電子が衝突することによって加熱されている。つまり、イオンビームＢを引出す前に、予めスクリーングリッド２５及び減速グリッド２７を加熱しておくことができる。スクリーングリッド２５と減速グリッド２７との間に位置する加速グリッド２６は、スクリーングリッド２５と減速グリッド２７とから輻射によって加熱されるため、スクリーングリッド２５、加速グリッド２６及び減速グリッド２７との間に熱勾配が発生することを抑制することができる。よって、予めスクリーングリッド２５、加速グリッド２６及び減速グリッド２７を加熱しておくことにより、各グリッド２５〜２７の熱変形を同程度にしておき、イオンビームを照射したときには、急激な温度変化を抑制することができる。イオンビーム照射時に、急激な温度変化及び温度勾配の発生を抑制し、イオンビームの強度分布が変化することを抑制できる。これにより、経時変化することのない安定したイオンビームを照射することができる。
【００３９】
また、スクリーングリッド２５及び加速グリッド２６がフローティング電位であるときに減速グリッド２７に正の電圧を印加しているので、イオン粒子が減速グリッド２７から放出されることがない。具体的には、スクリーングリッド２５及び加速グリッド２６は接地されているため、減速グリッド２７に印加されたプラスの電圧の影響で、イオン源のプラズマＰからイオン粒子が引出されることがない。よって、誤ってイオンビームを放出してしまうことがない。例えイオン粒子が移動したとしても、減速グリッド２７に至る前にスクリーングリッド２５及び加速グリッド２６によって電荷が受け渡され中和されるため、減速グリッド２７からイオン粒子が引出されることがない。
【００４０】
次に、待機室４の真空排気が完了したかを判断する（Ｓ１６）。まだ真空排気が完了していない場合には（Ｓ１６：ＮＯ）、引き続き各グリッド２５〜２７に電圧を印加する（Ｓ１５）。真空排気が完了した場合には（Ｓ１６：ＹＥＳ）、コイル２２への電圧の印加及び電子中和器３２の電子の放出を停止し（Ｓ１７）、減速グリッド２７へのプラスの電圧の印加を停止する（Ｓ１８）。そして、イオン源２及び処理室３への原料ガスの供給を停止する（Ｓ１９）。
【００４１】
図５に示される基板配置工程は、基板５をイオンビームによってエッチング可能な位置へ配置する工程である。まず、基板保持機構４１によって待機室４から処理室３へと基板５を搬送する（Ｓ２１）。具体的には、閉鎖されていたゲートバルブ４２を開放し、基板保持機構４１を待機位置（図２（ａ））から進出位置（図２（ｂ））へと移動させ、基板５を基板ホルダ３１に保持させる。まだ基板５の搬送が完了していない、つまり、基板５を基板ホルダ３１に保持させていないときには（Ｓ２２：ＮＯ）、引き続き基板５を搬送する（Ｓ２１）。基板５が基板ホルダ３１に保持されると、基板５の搬送が完了したと判断され（Ｓ２２：ＹＥＳ）、基板ホルダ３１は所定の角度傾けられ、角度を調整される（Ｓ２３）。
【００４２】
図６に示される加工工程は、イオン源から引出したイオンビームにより、基板５を加工する工程である。まず、イオン源２及び処理室３に原料ガスを供給し（Ｓ３１）、電子中和器３２から電子を放出する（Ｓ３２）。次に、コイル２２に高周波電源６１から電圧を印加し（Ｓ３３）、イオン源２の放電容器２１内においてプラズマＰを発生させる。プラズマＰを発生させた状態で、引出電極２４の各グリッドに電圧を印加する（Ｓ３４）。具体的には、上述したように、スクリーングリッド２５は直流電源６３からプラスの電圧を印加され、加速グリッド２６は直流電源６４からマイナスの電圧を印加される。減速グリッド２７は、パイポーラ電源６５からマイナスの電圧を印加される。減速グリッド２７に印加される電圧は、加速グリッド２６に印加される電圧よりも絶対値が小さく、ほぼゼロに等しいマイナスの電圧である。そして、イオンビームを出射し（Ｓ３５）、基板５に所定のエッチング加工を施す（Ｓ３６）。このとき、イオンビームは、電子中和器３２から放出される電子によって空間中和されている。加工工程が終了すると、加工を施された基板５は処理室３から取出され（図３、Ｓ４）、エッチング処理が終了する。
【００４３】
加工工程において、イオン粒子がスクリーングリッド２５によって引出される際には、減速グリッド２７には加速グリッド２６に印加される電圧よりも絶対値の小さなマイナスの電圧が印加されるので、イオン源２からイオン粒子を引出しつつ、処理室３内に浮遊しているイオン粒子を減速グリッド２７に引寄せ減速グリッド２７に衝突させることにより、減速グリッド２７の表面に堆積した堆積物をエッチングし除去することができる（図２（ｃ）参照）。この堆積物は、加工処理中に基板５から飛散する金属屑等であって、各グリッド間の異常放電の原因となる。また、減速グリッド２７は、イオン粒子が衝突することによって加熱される。よって、スクリーングリッド２５、加速グリッド２６及び減速グリッド２７間における熱勾配の発生を防止し、スクリーングリッド２５、加速グリッド２６及び減速グリッド２７の熱変形を同程度にし、各グリッド２５〜２７に形成された孔の中心がずれることを防止することができ、イオンビムーム照射時にイオンビームの強度分布が変化することを抑制することができる。よって、経時変化することのない安定したイオンビームを照射することができる。また、準備工程において、予めスクリーングリッド２５及び減速グリッド２７を加熱しておいたことにより、加工工程において、各グリッド２５〜２７の温度を定常化させるまでの時間を短縮することができる。
【００４４】
なお、Ｓ１５及びＳ３４において、減速グリッド２７に印加する電圧は、被加工物の材質や加工条件等に合わせ、最適な値を選択している。
【００４５】
本発明によるイオンビーム処理装置及びイオンビーム処理方法は、上述した実施の形態に限定されず、種々の変形や改良が可能である。例えば、上述した実施の形態では、基板５を一枚ずつ加工する場合を例として説明したが、複数枚の基板を同時に加工してもよい。
【００４６】
また、上述した実施の形態では、引出電極２４は、３枚のグリッド２５〜２７の外周を図示せぬネジによって固定したが、外周のみならず中央部に同様の構成を有してもよいし、外周を固定する枠体を設けてもよい。
【００４７】
また、上述した実施の形態では、準備工程のＳ１５（図４）において、スクリーン電極２５及び加速グリッド２６を接地したが、スクリーン電極２５及び加速グリッド２６に、放電容器２１内からイオン粒子を引出さない程度の電圧を印加してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
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】
【００４９】
【図１】本発明の実施の形態に係るイオンビームエッチング装置のイオン源を示す説明図。
【図２】本発明の実施の形態に係るイオンビームエッチング装置の動作を示す説明図であり、（ａ）は準備工程時、（ｂ）は基板配置工程時、（ｃ）は加工工程時を示す図である。
【図３】本発明のイオンビーム処理方法のエッチング処理を示すフローチャート。
【図４】本発明のイオンビーム処理方法のエッチング処理の準備工程を示すフローチャート。
【図５】本発明のイオンビーム処理方法のエッチング処理の基板配置工程を示すフローチャート。
【図６】本発明のイオンビーム処理方法のエッチング処理の加工工程を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００５０】
１ イオンビームエッチング装置
２ イオン源
３ 処理室
４ 待機室
５ 基板
６ 制御装置
２０ 真空容器
２１ 放電容器
２１ａ 開口
２１ｂ 供給口
２２ コイル
２３ イオンガス供給装置
２４ 引出電極
２５ スクリーングリッド
２６ 加速グリッド
２７ 減速グリッド
３１ 基板ホルダ
３２ 電子中和器
３３ 真空ポンプ
４１ 基板保持機構
４２ ゲートバルブ
６１ 高周波電源
６２ 整合器
６３、６４ 直流電源
６５ パイポーラ電源
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマを発生させるイオン源と、
正の電圧を印加されることにより、前記イオン源において発生した前記プラズマからイオン粒子を引出す第１グリッドと、
負の電圧を印加されることにより、前記第１グリッドにより引出されたイオン粒子を加速させる第２グリッドと、
前記第２グリッドと被加工物との間に設けられ、前記第２グリッドにより加速されたイオン粒子を被加工物へと放出する第３グリッドと、
前記第３グリッドと前記被加工物との間に電子を放出可能な電子放出器と、
前記イオン源の前記プラズマ中の前記イオン粒子を引出さない状態において、前記第３グリッドに正の電圧を印加し、前記電子放出器に前記電子を放出させる制御装置と、を備えるイオンビーム処理装置。
【請求項２】
前記制御装置は、前記第１グリッドに印加される電圧がイオン粒子を引出す電圧に達していないときに、前記第３グリッドに正の電圧を印加し、前記電子放出器に電子を放出させることを特徴とする請求項１に記載のイオンビーム処理装置。
【請求項３】
前記制御装置は、前記イオン粒子が前記第１グリッドにより引出される時には、前記第３グリッドに前記第２グリッドに印加される電圧よりも絶対値の小さな負の電圧を印加することを特徴とする請求項１又は２に記載のイオンビーム処理装置。
【請求項４】
請求項１に記載のイオンビーム処理装置において、
３枚の引出電極のうち最も被加工物側に位置する第３グリッドに正の電圧を印加し、電子放出器から放出される電子を衝突させることにより、前記第３グリッドを加熱する予備加熱工程と、
前記イオン源からイオンビームを引出す引出工程と、
前記イオン源から引出したイオンビームにより被加工物を加工する加工工程と、を備えることを特徴とするイオンビーム処理方法。
【請求項５】
前記予備加熱工程において、前記イオン源にプラズマを発生させることにより、前記引出電極のうち最もイオン源側に位置する第１グリッドを加熱することを特徴とする請求項４に記載のイオンビーム処理方法。
【請求項６】
前記引出工程において、前記第３グリッドに印加される電圧を負の電圧に切替えることを特徴とする請求項４又は５に記載のイオンビーム処理方法。
【請求項７】
前記予備加熱工程において、前記第１グリッド及び前記第１グリッドと前記第３グリッドとの間に位置する第２グリッドには、イオン粒子を引出さない程度の電圧が印加されることを特徴とする請求項４乃至６のうちいずれかに記載のイオンビーム処理方法。
【請求項８】
前記予備加熱工程において、前記第１グリッド及び前記第１グリッドと前記第３グリッドとの間に位置する第２グリッドは、接地されることを特徴とする請求項４乃至６のうちいずれかに記載のイオンビーム処理方法。
【請求項１】
プラズマを発生させるイオン源と、
正の電圧を印加されることにより、前記イオン源において発生した前記プラズマからイオン粒子を引出す第１グリッドと、
負の電圧を印加されることにより、前記第１グリッドにより引出されたイオン粒子を加速させる第２グリッドと、
前記第２グリッドと被加工物との間に設けられ、前記第２グリッドにより加速されたイオン粒子を被加工物へと放出する第３グリッドと、
前記第３グリッドと前記被加工物との間に電子を放出可能な電子放出器と、
前記イオン源の前記プラズマ中の前記イオン粒子を引出さない状態において、前記第３グリッドに正の電圧を印加し、前記電子放出器に前記電子を放出させる制御装置と、を備えるイオンビーム処理装置。
【請求項２】
前記制御装置は、前記第１グリッドに印加される電圧がイオン粒子を引出す電圧に達していないときに、前記第３グリッドに正の電圧を印加し、前記電子放出器に電子を放出させることを特徴とする請求項１に記載のイオンビーム処理装置。
【請求項３】
前記制御装置は、前記イオン粒子が前記第１グリッドにより引出される時には、前記第３グリッドに前記第２グリッドに印加される電圧よりも絶対値の小さな負の電圧を印加することを特徴とする請求項１又は２に記載のイオンビーム処理装置。
【請求項４】
請求項１に記載のイオンビーム処理装置において、
３枚の引出電極のうち最も被加工物側に位置する第３グリッドに正の電圧を印加し、電子放出器から放出される電子を衝突させることにより、前記第３グリッドを加熱する予備加熱工程と、
前記イオン源からイオンビームを引出す引出工程と、
前記イオン源から引出したイオンビームにより被加工物を加工する加工工程と、を備えることを特徴とするイオンビーム処理方法。
【請求項５】
前記予備加熱工程において、前記イオン源にプラズマを発生させることにより、前記引出電極のうち最もイオン源側に位置する第１グリッドを加熱することを特徴とする請求項４に記載のイオンビーム処理方法。
【請求項６】
前記引出工程において、前記第３グリッドに印加される電圧を負の電圧に切替えることを特徴とする請求項４又は５に記載のイオンビーム処理方法。
【請求項７】
前記予備加熱工程において、前記第１グリッド及び前記第１グリッドと前記第３グリッドとの間に位置する第２グリッドには、イオン粒子を引出さない程度の電圧が印加されることを特徴とする請求項４乃至６のうちいずれかに記載のイオンビーム処理方法。
【請求項８】
前記予備加熱工程において、前記第１グリッド及び前記第１グリッドと前記第３グリッドとの間に位置する第２グリッドは、接地されることを特徴とする請求項４乃至６のうちいずれかに記載のイオンビーム処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００９−１２９６１１（Ｐ２００９−１２９６１１Ａ）
【公開日】平成２１年６月１１日（２００９．６．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３０１３６５（Ｐ２００７−３０１３６５）
【出願日】平成１９年１１月２１日（２００７．１１．２１）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年６月１１日（２００９．６．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１１月２１日（２００７．１１．２１）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【Ｆターム（参考）】
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