JP5675099B2 - イオンソース - Google Patents

Description

本発明はイオンソースに関し、特に、しかし、非排他的に、ブロードイオンビームを発生するためのソースに関する。

イオンビームを発生する方法が、ある１つの領域内でプラズマを生じさせることと、何らかの形態のアクセラレータグリッド構成を使用してその領域からイオン流を引き出すことであるということが、この１世紀間に知られてきた。この研究の多くは三極真空管の分野で行われてきたが、その後の数十年間にイオンガンが開発され、このイオンガンは４グリッドも使用されたが、主として３グリッド構成を使用した。これらの異なる形状構成の目的が特許文献１に説明されており、この明細書は３電極構成と４電極構成の両方を例示している。

特許文献１で説明されているタイプのイオンガンは、特に、ビームがその意図された標的に達する前に０．５メートルまでの距離を移動することが必要とされることが多いイオンビーム処理装置上で使用するように設計されている。この場合に、ビームの発散が重大な問題となり、および、既存の装置では、特に、グリッドの正確な支持と、グリッドの相互間に維持されることが可能な絶縁と、逆スパッタリング（ｒｅｖｅｒｓｅ ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）の悪影響と、プラズマの均一性の欠如とを原因とする様々な問題が生じる。

米国特許第６３４６７６８号明細書

本発明の様々な実施態様が、これらの問題の一部または全部に対処しようとする。

したがって、本発明は、一側面では、プラズマを収容するためのかつイオンのための出口を有するチャンバと、プラズマからイオン流を引き出しかつある特定の方向のビームの形にイオンを形成するための、チャンバ出口に取り付けられているアクセラレータとを含むイオンソースにあり、このアクセラレータは、４つの互いに間隔が開けられた概ね互いに平行なグリッドを含み、および、その特定の方向において順序付けられた第２から第４のグリッドが２つの組の支持物によって配置されており、および、一方の組が第２および第４のグリッドを支持しかつ他方の組が第３のグリッドを支持する。

一般的な従来技術の構成では、第２のグリッドは第１のグリッド上に支持されており、かつ、この第２のグリッドは一方では第３のグリッドを支持し、この第３のグリッドは第４のグリッドを支持する。このことが、特に、第１および第２のグリッドの間に配置されることが可能な絶縁体の長さを著しく制限し、したがって、通常は主加速電圧を保つ第２のグリッドに印加されることが可能な電圧を制限する。

本出願人の構成においては、第２のグリッドが第１のグリッド上に支持される必要がないが、この代わりに、その支持物が、チャンバ壁またはその延長部分と係合するために第１のグリッドの穴を通り抜けることが可能であり、かつ、実際には、この壁または延長部分の凹みの中に入り込むことが可能である。したがって絶縁体の長さは大きく延長されることが可能である。同様に、第３のグリッドのための支持物が第１のグリッドを通り抜けることが可能である。

好ましい実施態様では、第１の組の支持物の少なくとも１つが、第２のグリッドから第４のグリッドに延びる絶縁体を含み、および、これに加えて、または、この代わりに、第２のグリッドの支持物の少なくとも１つが、出口またはこの出口の延長部分を画定するチャンバの壁から第３のグリッドに延びる絶縁体を含む。採用随意に、他方の組の支持物の少なくとも１つが、第３のグリッドから第４のグリッドに延びる絶縁体を含んでもよい。上述の絶縁体がそれぞれの支持体のすべての上に存在していることが特に好ましい。

さらに、絶縁体の少なくとも幾つかが、その絶縁体の全長にわたる導電路を生じさせる逆スパッタリングを防止するために、スパッタシャドウ（ｓｐｕｔｔｅｒ ｓｈａｄｏｗ）を生じさせる形成物（ｆｏｒｍａｔｉｏｎ）を含むことも好ましい。こうした形成物は、さらに、絶縁体の表面上のトラッキング長さ（ｔｒａｃｋｉｎｇ ｌｅｎｇｔｈ）を増大させるように形成されることも可能である。

上述のいずれの場合にも、第１のグリッドは、１つの軸線を中心としてその方向に凸状または凹状のプロファイルを有するように機械的にプレストレスを与えられるだろう。第１のグリッドが平らに作られている場合には、プラズマによって生じさせられた熱を受けてこの第１のグリッドが歪むことが多く、このことがアクセラレータの設計設定を無効にし、したがってビームの品質を低下させることが現在では発見されており、または、特許文献１の場合のように、凹状湾曲がそのグリッドに前もって形成され、および、このグリッドはこの形状構成を固定するために熱処理される。本出願人は、機械的なプレストレスの付与が、熱によって歪むことがなくかつ高コストの予熱処理を必要としない正確な設計上の形状構成が実現されることを可能にすると理解している。プレストレスの付与がその１つの寸法なので、第１のグリッドが上に締め付け固定されることになるチャンバ壁または他の構成要素の中にそれが機械加工されることが可能であり、したがって高コストの熱処理を不要にする。凸状の湾曲部が望ましいという特許文献１に教示されていることとは対照的に、プレストレス付与時には、第１のグリッドが、この第１のグリッドが位置するように設計されている場所に留まるので、これがある程度はプラズマの不均一性に対処するか、または、特定の設計形状構成に対してプラズマ密度が適合させられることを可能にするので、さらに本出願人は理解している。凹状プロファイルが「中空」のビームを提供するために使用されることが可能である。

このグリッドは概ね長方形であり、軸線が縦軸線である。

グリッドの周縁部に近接したそのグリッドの開口部の少なくとも幾つかが、中央領域に位置したグリッド開口部よりも横断面が小さいだろう。プラズマ密度が減少させられるプラズマチャンバの壁の付近の電流の流れを増大させるために、外側の穴または開口部がより大きくなければならないということが以前には教示されていた。本発明者は、驚くべきことにこれが誤ったアプローチであり、かつ、本発明者の提案が、発散が減少したビームをもたらすだろうということを理解している。一般的に、その開口部の横断面は、予想される局所プラズマ密度に比例しているだろう。そのソースは、複数のプラズマ発生器を含むだろうし、および、そのソースが長方形または細長い時には、これらのプラズマ発生器がそのソースの長さに沿って互いに間隔を置かれていることが可能である。

本発明は、別の側面において、イオンアクセラレータのための概ね長方形のグリッドにあり、このグリッドは、その寸法においてその一方向に凸状または凹状のプロファイルを有するように機械的にプリストレスを付与されている。

ある特定の実施態様では、このプロファイルは、そのグリッドがアセンブリ中にプリストレスを付与される時に生じる。

本発明は、別の側面において、イオンアクセラレータのためのグリッドにあり、このグリッドの周縁部に近接したこのグリッドの開口部の少なくとも幾つかが、このグリッドの中央区域内に配置されている開口部よりも横断面が小さい。

本発明が上記において定義されているが、本発明が上述の説明または後述の説明に示されている特徴の任意の発明性のある組合せを含むということが理解されなければならない。

本発明は様々な形で実施されてよく、および、以下では、特定の具体例が、添付図面を参照しながら例示的に説明されるだろう。

イオンガンの略図である。 図１のイオンガンのアクセラレータグリッドの拡大略図である。 図１のイオンガンと共に使用するためのグリッドアセンブリの正面と１つの側面とからの図である。 図１のイオンガンと共に使用するための第１のグリッドの平面図である。 湾曲が強調されている、線Ａ−Ａに沿った図４のグリッドの断面図である。 図４のグリッドの端面図である。 第１の組の支持物の１つを示すアクセラレータグリッドの断面図である。 第２の組の支持物の１つの図８の対応する図である。 別の実施形態に関して図７に相当する。 別の実施形態に関して図８に相当する。 マルチアンテナソースの略図である。

イオンガン１０が図１に概略的に示されている。このイオンガン１０は、ＲＦソース１２によって駆動されるプラズマ発生器１１と、アクセラレータグリッド１５が横断する形で取り付けられている出口１４を有するプラズマまたはソースチャンバ１３とを備える。アクセラレータグリッド１５は４つの個別のグリッドを備える。出口１４に最も近い第１のグリッド１６が、直流源１６ａによって正電圧に維持され、および、第２のグリッド１７が直流源１７ａによって高い負電圧に維持される。第３のグリッド１８が、直流源１８ａによって、第２のグリッド１７の負電圧よりも著しく低い負電圧に維持され、および、第４のグリッド１９が接地させられている。

後述する理由によって、本出願人は、約−２０００Ｖ以上で第２のグリッド１７を駆動することが可能である。これは、プレート１６とプレート１７との間に適切な電気レンズ（ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｌｅｎｓ）を形成することの二重の効果である。この結果が、イオンビーム２０がプレート１７とプレート１６との間に集束させられている図２に示されている。さらに、グリッド１７上の高い負電圧がビーム２０中のイオンを大きく加速し、および、したがってイオンビーム２０の照射距離の動作長さ全体にわたって横集束力の発散発生効果を減少させる。

グリッド１８は、ビーム２０の大きな発散を生じさせることなしに、グリッド１９の接地電圧が２つの減速段階で実現されることを可能にする、著しくより小さい負電圧にある。

グリッドの正、負、負、接地構成が、さらに、電圧の低下と不安定性との原因となる可能性がある逆電子流の発生可能性を著しく低下させる。

図３はグリッドアセンブリを示す。グリッド１４−１９は、フレームアセンブリ２１を介してチャンバ１３に取り付けられることが可能であり、および、後述するようにそれ自体がフレーム２２に連結されている。図４から図６を参照すると、グリッド１６内の開口部２３が、上述した理由によって、中央部においてよりも周縁部付近においてより小さいということが最初に言及されなければならない。第２に、図７に示されているように、グリッド１６が、上述した熱効果を克服するために、図面では誇張されている僅かな縦方向の凸状の湾曲の形になるように機械的にプリストレスを付与されている。見えにくいかもしれないこの湾曲が、都合の良いことに、第１のグリッドが上に締め付け固定されるチャンバ壁に機械加工されてよく、したがって高コストの熱処理を不要にする。あるいは、この代わりに、その湾曲が凹状であってもよく、この湾曲は中空ビームを生じさせることが可能である。

支持物が中を通り抜けかつ図３に番号２４で示されている電圧接続部が中に取り付けられることが可能である開口部２３がフレーム２２内に存在するということが指摘されるだろう。

図７と図８とに見てとれるように、２つの異なる形態の支持物が使用されるべきであるということが提案される。各々の支持物が、ソースチャンバ１３の壁２５内に支持物が配置されることを可能にする中央コアを含む。各々の場合に、この中央コアは、ねじ２６と、座金２７と、スリーブ２８と、フレーム２２であってもよいクランプ２９とを含む。当業者には適切に理解されるように、この構成は、グリッド１６−１９を圧縮状態に維持するために、および、こうしてこれらのグリッドをグリッド相互間の相互連結を受ける形に垂直方向および横方向に配置するために使用されることが可能である。

上述の第１の組を構成する支持物の１つが番号３０で示されている。これは、さらに、２つの環状の絶縁体３１、３２を含む。絶縁体３１が、壁２５内の凹み３３の中に収まるようにグリッド１６を通り抜けることが可能であるということが理解されるだろう。その次に、絶縁体３１は第２のグリッド１７内の開口部３４を上方に通り抜けて第３のグリッド１８を支持する。一方、絶縁体３２はグリッド１９を支持するためにグリッド１８上に載る。これは、第２のグリッドを第３のグリッドから効果的に機械的に分離すると同時に、チャンバ２５と第３のグリッド１８との間に長い絶縁体３３を提供する。

第２の組の支持物の１つが図８に番号３５で示されている。この図では、下方の環状絶縁体３６が第２のグリッド１７を支持し、および、一方、上方の環状絶縁体３７が第４のグリッド１９を支持する。このようにして、壁２５と第４のグリッド１９に対して寸法的に参照されるように第２および第３のグリッドの両方、しかし、互いに係合することなしに。このことが、凹み３３の利点がもう一度得られることが可能であるように、第１のグリッド１６上に載ることではなく第１のグリッドを通り抜けることを可能にし、および、さらには、他のグリッドの位置決めにおける精度を失うことなしに凸状の湾曲がグリッド１６に導入されることを可能にする。

図９と図１０は、第４のグリッド１９が第３のグリッド１８上に支持されておらずかつスリーブ２８が第３のグリッド１８を締め付け固定するための肩部３８を備えている別の構成を示す。

グリッド１６−１９は、グリッド１６の湾曲にも係わらず概ね平行であると説明されている。そのグリッドが概ね平らな形状構成なので、この表現は当業者によって適切に理解されるだろう。

図１１では、単一の大きな（例えば１５０ｍｍ×９００ｍｍ）チャンバ１３が３つのプラズマ発生器１１によって供給されている。図示されているように、プラズマ発生器１１は、Ａｖｉｚａ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｃ．によって供給されるＭＯＲＩ^TMソースであるが、任意の適切な発生器が使用されてよい。アクセラレータグリッドが番号１５で示されている。このタイプの多重発生器ソースは、例えばフラットスクリーンディスプレイのような大きな基板を処理するためのブロードビームを提供するために使用されることが可能である。

上述したように、本発明のイオンソースはブロードイオンビーム蒸着装置において使用可能であり、および、実現されるビームの低い発散の故に、この目的に特に適している。

Claims (15)

1. プラズマを収容するためのかつイオンのための出口を有するチャンバと、プラズマからイオン流を引き出しかつある特定の方向のビームの形にイオンを形成するための、前記出口に取り付けられているアクセラレータとを含むイオンソースであって、
   前記アクセラレータは、互いに間隔が開けられた概ね互いに平行な、前記方向において順序付けられた第１、第２、第３及び第４グリッドを含み、
   前記第２のグリッドから前記第４のグリッドが第１及び第２の組の支持物によって配置されており、
   前記第２の組の支持物が前記第２のグリッドおよび第４のグリッドを支持しかつ前記第１の組の支持物が前記第３のグリッドを支持する、
   イオンソース。
2. 前記第１の組の支持物は前記第３のグリッドおよび第４のグリッドを支持する請求項１に記載のソース。
3. 前記第２の組の前記支持物の少なくとも１つは、前記出口またはその延長部分を画定するチャンバの壁から前記第２のグリッドに延びる絶縁体を含む請求項１または２に記載のソース。
4. 前記第２の組の前記支持物の少なくとも１つは、前記第２のグリッドから前記第４のグリッドに延びる絶縁体を含む請求項１から３のいずれか一項に記載のソース。
5. 前記第１の組の前記支持物の少なくとも１つは、前記出口またはその延長部分を画定するチャンバの壁から前記第３のグリッドに延びる絶縁体を含む請求項１から４のいずれか一項に記載のソース。
6. 前記第１の組の前記支持物の少なくとも１つは、前記第３のグリッドから前記第４のグリッドに延びる絶縁体を含む請求項１から５のいずれか一項に記載のソース。
7. 前記絶縁体はスパッタシャドウを生じさせるための形成物を含む請求項３から６のいずれか一項に記載のソース。
8. 前記出口またはその延長部分を画定するチャンバの壁またはその延長部分は絶縁体を受け入れるための少なくとも１つの凹みを含む請求項３から７のいずれか一項に記載のソース。
9. 前記第１のグリッドは、１つの軸線を中心とした方向に凹状または凸状のプロファイルを有するように機械的にプレストレスが付与されている請求項１から８のいずれか一項に記載のソース。
10. 前記第１のグリッドは概ね長方形であり、かつ、前記１つの軸線は前記長方形の縦軸線である請求項９に記載のソース。
11. 前記グリッドは前記縦軸線の付近において凹状または凸状である請求項９に記載のソース。
12. 前記グリッドの周縁部に近接した前記グリッドの開口部の少なくとも幾つかが、前記グリッドの中央区域内に配置されている前記開口部よりも開口面積が小さい請求項１から１１のいずれか一項に記載のソース。
13. 前記グリッドの開口部の開口面積は、プラズマ体積内の設計された局所プラズマ密度に比例している請求項１から１１のいずれか一項に記載のソース。
14. 複数のプラズマ発生器を含む請求項１から１３のいずれか一項に記載のソース。
15. 前記チャンバは細長く、かつ、前記プラズマ発生器は前記チャンバの長さに沿って配置されている請求項１４に記載のソース。

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