JP2021018984A - Ion gun and ion beam sputtering apparatus - Google Patents
Ion gun and ion beam sputtering apparatus Download PDFInfo
- Publication number
- JP2021018984A JP2021018984A JP2020100703A JP2020100703A JP2021018984A JP 2021018984 A JP2021018984 A JP 2021018984A JP 2020100703 A JP2020100703 A JP 2020100703A JP 2020100703 A JP2020100703 A JP 2020100703A JP 2021018984 A JP2021018984 A JP 2021018984A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- grid
- ion
- ion gun
- ions
- target
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000001659 ion-beam spectroscopy Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims abstract description 141
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims abstract description 25
- 239000013077 target material Substances 0.000 abstract description 2
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000013076 target substance Substances 0.000 description 16
- 239000010408 film Substances 0.000 description 14
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 10
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 7
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 7
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 7
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 7
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 6
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 5
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 4
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- BPUBBGLMJRNUCC-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);tantalum(5+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ta+5].[Ta+5] BPUBBGLMJRNUCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 3
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 3
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 3
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 3
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- PBCFLUZVCVVTBY-UHFFFAOYSA-N tantalum pentoxide Inorganic materials O=[Ta](=O)O[Ta](=O)=O PBCFLUZVCVVTBY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- -1 oxygen ions Chemical class 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 2
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 235000021185 dessert Nutrition 0.000 description 1
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 238000000992 sputter etching Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
- Plasma Technology (AREA)
Abstract
Description
本発明は、イオンガン及びイオンビームスパッタリング装置に関するものである。 The present invention relates to an ion gun and an ion beam sputtering apparatus.
従来のイオンガンの概略図（断面図）を図５に示す。イオンガンＩＧは、グリッドＧ１乃至Ｇ３からなるイオン引き出しグリッド群ＥＧと、イオンガン本体ＭＢから構成されている。 FIG. 5 shows a schematic view (cross-sectional view) of the conventional ion gun. The ion gun IG is composed of an ion extraction grid group EG composed of grids G1 to G3 and an ion gun main body MB.
グリッドＧ１乃至Ｇ３は、多数の細孔が開けられている。それぞれの細孔は最表面のグリッド上の細孔とグリッド面上の位置がそろって開けられていて、これらのグリッドで加速されるイオンがグリッドの細孔に妨げられることが無く通過できるように加工されている。 The grids G1 to G3 have a large number of pores. Each pore is opened so that the pores on the outermost grid and the positions on the grid surface are aligned so that ions accelerated by these grids can pass through without being obstructed by the pores of the grid. It has been processed.
イオンガン本体ＭＢは、ＲＦ（高周波）コイル５と、放電チャンバ７とを備えている。ＲＦコイル５は、マッチングボックス９と電気的に接続され、マッチングボックス９は、ＲＦ電源１１と電気的に接続されている。放電チャンバ７は、通常、石英等の絶縁物で出来ている。マッチングボックス９は、放電チャンバ７内のプラズマとのインピーダンスの整合を取る役割を果たす。
The ion gun main body MB includes an RF (radio frequency)
グリッドＧ１，Ｇ２は、直流の高圧電源１３，１５に接続されている。通常、高圧電源１３は、プラスの電圧、高圧電源１５は、マイナスの電圧を発生する。
The grids G1 and G2 are connected to DC high-
放電チャンバ７にＡｒ（アルゴン）ガスを導入し、ＲＦ電源１１により発生させた高周波電力をマッチングボックス９を介してＲＦコイル５に給電する。給電されたＲＦ電力により放電チャンバ７内にＡｒガスのプラズマが発生する。この時、グリッドＧ１（スクリーングリッドと呼ばれる）にはプラスの高電圧が印加され、グリッドＧ２（アクセルグリッドと呼ばれる）にはマイナスの高電圧が印加される。またグリッドＧ３（ディセラレートグリッドと呼ばれる）はグランドに接続される。プラズマに発生したＡｒイオンはプラスに帯電しているので、これら３枚のグリッドで形成される電場により加速され、模式的に図示したように、イオンガンＩＧより空間に放出される。
Ar (argon) gas is introduced into the
イオン引き出しグリッド群に含まれるグリッドの枚数は、用途等によって異なり、２枚のこともある。特許第５６７５０９９号公報（特許文献１）には、イオン引き出しグリッド群が、４枚のグリッド（グリッド１６，１７，１８，１９）からなるイオンガンの例が示されている。 The number of grids included in the ion extraction grid group varies depending on the application and the like, and may be two. Japanese Patent No. 5675099 (Patent Document 1) shows an example of an ion gun in which the ion extraction grid group consists of four grids (grids 16, 17, 18, 19).
次に図６に示したイオンビームスパッタリング装置ＩＢＳを用いて成膜が行われる過程を説明する。イオンビームスパッタリング装置ＩＢＳは、イオンガンＩＧと、ターゲット部１９と、真空チャンバ２１と、真空ポンプ２３と、基板ホルダ２５と、ニュートライザ２７から構成されている。
Next, the process of forming a film using the ion beam sputtering apparatus IBS shown in FIG. 6 will be described. The ion beam sputtering apparatus IBS is composed of an ion gun IG, a
ターゲット部１９は、第１のターゲット１９Ａと第２のターゲット１９Ｂの異なる物質が両面に取り付けられている。回転軸２０を中心にして回転することにより、第１のターゲット１９Ａと第２のターゲット１９Ｂを回転させることができる。
In the
ニュートライザ２７は、成膜物質が絶縁体の場合、成膜物質が帯電し、イオンがターゲット表面で減速されるのを防ぐ効果がある。
When the film-forming substance is an insulator, the
イオンガンＩＧの内部で発生させられたＡｒイオンはイオン引き出しグリッド群ＥＧにより加速され、ターゲット部１９に照射される。ターゲット部１９に照射されたＡｒイオンはターゲット物質（第１のターゲット１９Ａまたは第２のターゲット１９Ｂ）をスパッタし、ターゲット物質は粒子として真空チャンバ２１内に飛散する。
Ar ions generated inside the ion gun IG are accelerated by the ion extraction grid group EG and irradiated to the
飛散したターゲット物質は、基板ホルダ２５上に配置された基板Ｓの表面に堆積し薄膜を形成する。光学フィルタの様に異なる光学特性を持つ薄膜を交互に形成し所望の光学特性を得ようとする場合は、第１のターゲット１９Ａと第２のターゲット１９Ｂを回転軸２０の周りに回転させ交互に薄膜を形成する。
The scattered target substance is deposited on the surface of the substrate S arranged on the
この時、飛散したターゲット物質は基板Ｓと同時にイオン引き出しグリッド群ＥＧの最前段（最表面）のグリッド（図５に示した例では、グリッドＧ３）上に堆積する。積層数が少ない積層膜を製造する場合には大きな問題とはならないが、２００層を超えるような高多層積層膜（以下、「高多層積層膜」）を製造するために長時間（例えば、数日間）連続してスパッタリングを行うと、堆積物によって生じる応力によって、最前段のグリッドに時間の経過と共に歪みが生じてしまう。グリッドが歪むと、イオン引き出しグリッド群の電界に変化が生じ、スパッタリングによって製造する積層膜の歩留まり率が低くなってしまうことがわかった。 At this time, the scattered target substance is deposited on the grid (grid G3 in the example shown in FIG. 5) at the front stage (outermost surface) of the ion extraction grid group EG at the same time as the substrate S. It is not a big problem when manufacturing a laminated film having a small number of layers, but it takes a long time (for example, a number) to produce a high-multilayer laminated film having more than 200 layers (hereinafter, "high-multilayer laminated film"). When sputtering is performed continuously (for days), the stress generated by the deposit causes the front grid to be distorted over time. It was found that when the grid is distorted, the electric field of the ion extraction grid group changes, and the yield rate of the laminated film produced by sputtering decreases.
そこで、最前段のグリッドにターゲット物質が付着することを防ぐ目的で、最前段のグリッドと並んで配置する防着用グリッドを設けることが考えられる（例えば、特開平１０−３１７１３８号公報（特許文献２）のフェイスプレート１２３）。 Therefore, in order to prevent the target substance from adhering to the front-stage grid, it is conceivable to provide an anti-wearing grid arranged side by side with the front-stage grid (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-317138 (Patent Document 2). ) Face plate 123).
特許文献２に記載のフェイスプレート１２３は、イオン引き出しグリッド群の最前段のグリッドに形成された複数のイオン通過孔を囲う開口部を有した絶縁物質からなるリング状のプレート部材である。 The face plate 123 described in Patent Document 2 is a ring-shaped plate member made of an insulating material having openings surrounding a plurality of ion passage holes formed in the frontmost grid of the ion extraction grid group.
特許文献２に記載の防着用グリッド（フェイスプレート１２３）は、イオン引き出しグリッド群の周縁部近傍に配置されている電気的接触部にターゲット物質が付着して絶縁不良を生じないようにするためのものであり、複数のイオン通過孔を囲う開口部を有している。そのため、ターゲット物質は、防着用グリッド（フェイスプレート１２３）だけでなく、開口部を通って、最前段のグリッドにも堆積してしまう。したがって、特許文献２に記載の防着用グリッド（フェイスプレート１２３）を用いても、高多層積層膜を製造する際の上述の課題を解決することはできない。 The wear-proof grid (face plate 123) described in Patent Document 2 is for preventing the target substance from adhering to the electrical contact portion arranged near the peripheral edge portion of the ion extraction grid group and causing insulation failure. It has an opening that surrounds a plurality of ion passage holes. Therefore, the target substance is deposited not only on the wear-proof grid (face plate 123) but also on the frontmost grid through the opening. Therefore, even if the wear-proof grid (face plate 123) described in Patent Document 2 is used, the above-mentioned problems in producing a high-multilayer laminated film cannot be solved.
本発明の目的は、イオン引き出しグリット群の最前段のグリッドにターゲット物質が堆積することがないイオンガン、及び、該イオンガンを備えたイオンビームスパッタリング装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide an ion gun in which a target substance does not deposit on the grid at the front stage of the ion extraction grit group, and an ion beam sputtering apparatus equipped with the ion gun.
本発明は、プラズマを発生させるチャンバを有するイオンガン本体と、チャンバからイオンを引き出すために複数枚のグリッドが間隔をあけて配置されてなるイオン引き出しグリット群と、イオン引き出しグリッド群に含まれる複数枚のグリッドのうち、イオンを放射する最前段のグリッドと並んで配置され、ターゲットと対向する防着用グリッドとを有するイオンガンを改良の対象としている。 The present invention includes an ion gun body having a chamber for generating plasma, an ion extraction grit group in which a plurality of grids are arranged at intervals to extract ions from the chamber, and a plurality of ions included in the ion extraction grid group. Of the grids in the above, the ion gun, which is arranged side by side with the frontmost grid that emits ions and has an anti-wearing grid facing the target, is targeted for improvement.
本発明のイオンガンは、防着用グリッドには、最前段のグリッドに形成されたイオンを通過させる複数のイオン通過孔と整合する位置に形成され、イオンが通過する複数のイオン通過孔が形成されており、防着用グリッドと最前段のグリッドが同電位である。防着用グリッドと最前段のグリッドが同電位であるため、防着用グリッドにターゲットよりスパッタされたターゲット物質が堆積して同物質とグリッドとの間に発生する応力で防着用グリッドが変形しても、２枚のグリッド間の電界分布は変化しない。すなわち、図５に示した従来の例では、グリッドＧ３（ディセラレートグリッド）の変形によりグリッドＧ２（アクセルグリッド）との間の電界の空間分布が変化し、結果としてグリッド全体で加速減速されるイオンの分布が経時的に変化していたが、本発明のイオンガンでは、グリッドＧ３に相当するグリッド（最前段のグリッド）の変形が、同電位のグリッド（防着用グリッド）により防がれる。そのため、本発明のイオンガンを設置したイオンビームスパッタリング装置は、成膜中のグリッドの変形による膜厚分布の経時変化を防ぐことが出来る。結果として、積層品質及び歩留まり（生産した製品の全数量の中に占める所定の性能を発揮する良品の比率）を向上させることができる。 In the ion gun of the present invention, the wear-proof grid is formed at a position consistent with a plurality of ion passage holes formed in the frontmost grid through which ions pass, and a plurality of ion passage holes through which the ions pass are formed. The wearable grid and the front grid have the same potential. Since the protective grid and the frontmost grid have the same potential, even if the target substance sputtered from the target is deposited on the protective grid and the stress generated between the material and the grid deforms the protective grid. The electric field distribution between the two grids does not change. That is, in the conventional example shown in FIG. 5, the spatial distribution of the electric field between the grid G3 (decelerate grid) and the grid G2 (accelerator grid) changes due to the deformation of the grid G3 (decelerate grid), and as a result, the entire grid is accelerated and decelerated. Although the distribution of ions changed over time, in the ion gun of the present invention, deformation of the grid corresponding to the grid G3 (the grid in the foremost stage) is prevented by the grid having the same potential (wearing grid). Therefore, the ion beam sputtering apparatus equipped with the ion gun of the present invention can prevent the film thickness distribution from changing with time due to the deformation of the grid during film formation. As a result, the lamination quality and the yield (the ratio of non-defective products exhibiting predetermined performance to the total quantity of produced products) can be improved.
なお、本発明における「同電位」は、電位が完全に一致する場合のみならず、本発明の効果を奏する範囲での電位差がある場合も含む概念である。 In addition, the "same potential" in the present invention is a concept including not only the case where the potentials completely match but also the case where there is a potential difference within the range in which the effect of the present invention is exhibited.
防着用グリッドと最前段グリッドの電位は、同電位であればよいため、電圧が印加されていてもよいが、アース準位であることが好ましい。 Since the potentials of the protective grid and the front grid may be the same potential, a voltage may be applied, but the ground level is preferable.
防着用グリッドと最前段のグリッドの間の間隔は、防着用グリッドの変形の影響を最前段グリッドが受けないように定められていることが好ましい。 The distance between the wearable grid and the front grid is preferably set so that the front grid is not affected by the deformation of the wear grid.
本発明のイオンガンは、具体的には、プラズマを発生させるチャンバを有するイオンガン本体と、イオンガン本体のチャンバの出口と対向する位置に配置されて正電圧に保持されるスクリーングリッドと、スクリーングリッドと間隔を開けて対向する位置に配置されて負電位に保持されるアクセルグリッドと、アクセルグリッドと間隔を開けて対向する位置に配置されてアース準位に保持されるディセラレートグリッドとを含むイオン引き出しグリッド群と、ディセラレートグリッドと並んで配置され、ターゲットと対向する防着用グリッドとを有するイオンガンであって、防着用グリッドには、ディセラレートグリッドに形成されたイオンを通過させる複数のイオン通過孔と整合する位置に形成され、イオンが通過する複数のイオン通過孔が形成されており、防着用グリッドとディセラレートグリッドが同電位であると特定することもできる。 Specifically, the ion gun of the present invention includes an ion gun main body having a chamber for generating plasma, a screen grid arranged at a position facing the outlet of the chamber of the ion gun main body and held at a positive voltage, and an interval between the screen grid and the screen grid. Ion extraction including an accelerator grid that is placed at the opposite position and held at a negative potential, and a deseralate grid that is placed at a position facing the accelerator grid and held at the ground level. It is an ion gun having a grid group and an anti-wear grid arranged side by side with the descerate grid and facing the target. The anti-wear grid has a plurality of ions through which ions formed on the descerate grid pass. A plurality of ion passage holes are formed at positions consistent with the passage holes, and a plurality of ion passage holes through which ions pass are formed, and it can be specified that the wearable grid and the deseralate grid have the same potential.
防着用グリッドとディセラレートグリッドの間の間隔は、防着用グリッドの変形の影響をディセラレートグリッドが受けないように定められてことが好ましい。 It is preferable that the distance between the wear-proof grid and the decay rate grid is set so that the decay-proof grid is not affected by the deformation of the wear-proof grid.
本発明は、上述のイオンガンを備えたイオンビームスパッタリング装置としても捉えることができる。 The present invention can also be regarded as an ion beam sputtering apparatus equipped with the above-mentioned ion gun.
以下、図面を参照して本発明のイオンガン及びイオンビームスパッタリング装置の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本実施の形態のイオンガンの概略図（断面図）であり、図２は、グリッド群に含まれるグリッドの正面図である。 Hereinafter, embodiments of the ion gun and ion beam sputtering apparatus of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic view (cross-sectional view) of the ion gun of the present embodiment, and FIG. 2 is a front view of the grid included in the grid group.
＜イオンガン＞
本実施の形態のイオンガンＩＧは、グリッド群Ｇと、イオンガン本体ＭＢから構成されている。
<Ion gun>
The ion gun IG of the present embodiment is composed of a grid group G and an ion gun main body MB.
イオンガン本体ＭＢは、ＲＦ（高周波）コイル５と、放電チャンバ７とを備えている。ＲＦコイル５は、マッチングボックス９と電気的に接続され、マッチングボックス９は、ＲＦ電源１１と電気的に接続されている。放電チャンバ７は、通常、石英等の絶縁物で出来ている。マッチングボックス９は、放電チャンバ７内のプラズマとのインピーダンスの整合を取る役割を果たす。
The ion gun main body MB includes an RF (radio frequency)
グリッド群Ｇは、イオン引き出しグリッド群ＥＧと、防着用グリッドＧ４からなる。イオン引き出しグリッド群ＥＧは、イオンガン本体ＭＢの放電チャンバ７の出口と対向する位置に配置されて正電圧に保持されるスクリーングリッドＧ１（グリッドＧ１）と、スクリーングリッドＧ１と間隔を開けて対向する位置に配置されて負電位に保持されるアクセルグリッドＧ２（グリッドＧ２）と、アクセルグリッドＧ２と間隔を開けて対向する位置に配置されてアース準位に保持されるディセラレートグリッドＧ３（グリッドＧ３）とからなる。防着用グリッドＧ４は、ディセラレートグリッドＧ３と間隔をあけて対向する位置に配置されてアース準位に保持される。本実施の形態では、ディセラレートグリッドＧ３と防着用グリッドＧ４は同電位になるように結線若しくは接合されている。本実施の形態では、グリッドＧ１乃至Ｇ４は、モリブデン製であるが、これに限らず、用途等に応じて、導電性のある他の材料からなっていてもよい。
The grid group G includes an ion extraction grid group EG and a wear-proof grid G4. The ion extraction grid group EG is arranged at a position facing the outlet of the
スクリーングリッドＧ１は高圧電源１３と接続されることで正電位に保持されている。アクセルグリッドＧ２は高圧電源１５と接続されることで負電位に保持されている。本実施の形態の例では、高圧電源１３は１２５０Ｖに保持され、高圧電源１５は−２５０Ｖに保持されている。ディセラレートグリッドＧ３及び防着用グリッドＧ４は同電位（完全に一致する場合のみならず、本発明の効果を奏する範囲での電位差を含む）になるように接続されている。本実施の形態では、ディセラレートグリッドＧ３と防着用グリッドＧ４は、グランド（アース準位）（０Ｖ）に接続されている。
The screen grid G1 is held at a positive potential by being connected to the high
図２は、グリッド群Ｇに含まれるグリッドＧ１乃至Ｇ４の正面図である。本実施の形態では、グリッドＧ１乃至Ｇ４は、同形・同大のものである。グリッドＧ１乃至Ｇ４には、多数の細孔であるイオン通過孔Ｈが開けられている。イオン通過孔Ｈのそれぞれは最表面のグリッドＧ４上のイオン通過孔ＨとグリッドＧ１乃至Ｇ３面上の位置がそろって開けられていて、これらのグリッドで加速されるイオンがグリッドＧ１乃至Ｇ４のイオン通過孔Ｈに妨げられることが無く通過できるように加工されている。グリッドの直径寸法Ｄ１、イオン通過孔Ｈの密集部の直径寸法Ｄ２、イオン通過孔Ｈの孔径寸法Ｄ３、及び、各グリッドの厚み寸法は、用途等に応じて任意に変更可能であり、例えば、Ｄ１は２８ｃｍ〜３０ｃｍ程度、Ｄ２は１６ｃｍ〜１８ｃｍ程度、Ｄ３は１ｍｍ〜２ｍｍ程度、各グリッドの厚み寸法は０．４ｍｍ〜０．５ｍｍ程度である。各グリッドは、０．５ｍｍ〜２ｍｍ程度の所定の間隔をあけて配置されている。防着用グリッドＧ４とディセラレートグリッドＧ３の間の間隔は、防着用グリッドＧ４の変形の影響をディセラレートグリッドＧ３が受けないようにするための距離にもなっている。 FIG. 2 is a front view of the grids G1 to G4 included in the grid group G. In the present embodiment, the grids G1 to G4 have the same shape and the same size. The grids G1 to G4 are provided with a large number of ion passage holes H. Each of the ion passage holes H has the ion passage holes H on the outermost grid G4 aligned with the positions on the grids G1 to G3, and the ions accelerated by these grids are the ions of the grids G1 to G4. It is processed so that it can pass through without being obstructed by the passage hole H. The diameter dimension D1 of the grid, the diameter dimension D2 of the dense portion of the ion passage holes H, the hole diameter dimension D3 of the ion passage holes H, and the thickness dimension of each grid can be arbitrarily changed according to the application, for example. D1 is about 28 cm to 30 cm, D2 is about 16 cm to 18 cm, D3 is about 1 mm to 2 mm, and the thickness of each grid is about 0.4 mm to 0.5 mm. Each grid is arranged at a predetermined interval of about 0.5 mm to 2 mm. The distance between the wearable grid G4 and the decay grid G3 is also a distance for preventing the decorate grid G3 from being affected by the deformation of the wearable grid G4.
イオン通過孔Ｈの孔径寸法Ｄ３は、必ずしも同径である必要はなく、加速されたイオンのエッチング効果により孔の内径が変化を起こす現象が生じるため、同現象を配慮してそれぞれのグリッドのイオン通過孔Ｈの孔径寸法を調整してもよい。また、ターゲット（第１のターゲット１９Ａ及び第２のターゲット１９Ｂ）からスパッタされる原子が防着用グリッドＧ４のイオン通過孔を通過してグリッドＧ３〜Ｇ１のイオン通過孔Ｈ周辺に堆積するのを軽減するように、各グリッドのイオン通過孔Ｈの孔径寸法を調整してもよい。
The hole diameter dimension D3 of the ion passage hole H does not necessarily have to be the same diameter, and a phenomenon occurs in which the inner diameter of the hole changes due to the accelerated ion etching effect. Therefore, in consideration of this phenomenon, the ions of each grid The hole diameter dimension of the passage hole H may be adjusted. Further, it is possible to reduce the amount of atoms sputtered from the targets (
グリッドＧ１乃至Ｇ４は、剛性を向上させるために同心円状に加工し断面が波型になる等の様々な工夫をしても良い。また剛性の高い材料で構成する等の工夫が有っても良い。また特に変形が予測される部分には補強を施しても良い。 The grids G1 to G4 may be processed into concentric circles in order to improve the rigidity, and the cross section may be corrugated. In addition, it may be devised such as being made of a highly rigid material. Further, the portion where deformation is predicted may be reinforced.
イオンを発生させる際には、放電チャンバ７内にＡｒガス（Ａｒガスは一例であり、用途等に応じて、他のガスでもよいのはもちろんである）を導入し、ＲＦコイル５で高周波電力を給電する。給電されたＲＦ電力により、放電チャンバ７内にＡｒガスのプラズマが発生する。プラズマ中に発生したＡｒイオンはプラスに帯電しているので、図１に模式的に図示したように、Ａｒイオンはイオン引き出しグリッド群ＥＧで形成される電場により加速され空間に放出される。
When generating ions, Ar gas (Ar gas is an example, and of course, other gas may be used depending on the application) is introduced into the
＜イオンビームスパッタリング装置＞
図３は、本実施の形態のイオンガンＩＧをイオンビームスパッタリング装置ＩＢＳに適用した例を示すものである。イオンビームスパッタリング装置ＩＢＳは、イオンガンＩＧと、ターゲット部１９と、真空チャンバ２１と、真空ポンプ２３と、基板ホルダ２５と、ニュートライザ２７から構成されている。
<Ion beam sputtering equipment>
FIG. 3 shows an example in which the ion gun IG of the present embodiment is applied to the ion beam sputtering apparatus IBS. The ion beam sputtering apparatus IBS is composed of an ion gun IG, a
ターゲット部１９には、第１のターゲット１９Ａと第２のターゲット１９Ｂの異なる物質が両面に取り付けられている。ターゲット部１９は、回転軸２０を中心にして回転し、第１のターゲット１９Ａと第２のターゲット１９Ｂを回転させることができる。
Different substances of the
ニュートライザ２７は、成膜物質が絶縁体の場合、成膜物質が帯電しイオンがターゲット表面で減速されるのを防ぐ効果がある。
When the film-forming substance is an insulator, the
イオンガンＩＧの内部で発生させられたＡｒイオンはイオン引き出しグリッド群ＥＧにより加速され、防着用グリッドＧ４を通過して、ターゲット部１９に照射される。ターゲット部１９に照射されたＡｒイオンはターゲット物質（第１のターゲット１９Ａまたは第２のターゲット１９Ｂ）をスパッタし、ターゲット物質は粒子として真空チャンバ２１内に飛散する。
Ar ions generated inside the ion gun IG are accelerated by the ion extraction grid group EG, pass through the wear-proof grid G4, and irradiate the
飛散したターゲット物質は、基板ホルダ２５上に配置された基板Ｓの表面に堆積し薄膜を形成する。光学フィルタの様に異なる光学特性を持つ薄膜を交互に形成し所望の光学特性を得ようとする場合は、第１のターゲット１９Ａと第２のターゲット１９Ｂを回転軸２０の周りに回転させ交互に薄膜を形成する。ターゲット物質は用途によって任意に選択可能であるが、例えば、第１のターゲット１９Ａとしては二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）、第２のターゲット１９Ｂとしては五酸化タンタル（Ｔａ2０5）の組み合わせを採用可能である。これにより、基板Ｓ上に二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）と五酸化タンタル（Ｔａ2０5）が積層された高多層積層膜が得られる。この際、真空チャンバ２１に酸素ガスを導入し、同酸化膜の化学量論値を改善する事も可能である。
The scattered target substance is deposited on the surface of the substrate S arranged on the
飛散したターゲット物質は基板Ｓ上に堆積するのと同時に防着用グリッドＧ４上にも堆積する。２００層を超えるような高多層積層膜を製造するために長時間（例えば、数日間）連続してスパッタリングを行うと、堆積物によって生じる応力によって、防着用グリッドＧ４に時間の経過と共に歪みが生じるが、ディセラレートグリッドＧ３とアクセルグリッドＧ２の間の電界分布は変化しない。すなわち、防着用グリッドＧ４にターゲット物質が堆積し、ディセラレートグリッドＧ３にはターゲット物質が実質的に堆積しないため、ディセラレートグリッドＧ３とアクセルグリッドＧ２の間の電界の空間分布が変化することがない。そのため、本発明のイオンガンＩＧを設置したイオンビームスパッタリング装置ＩＢＳは、成膜中のグリッドの変形による膜厚分布の経時変化を防ぐことが出来る。 The scattered target substance is deposited on the substrate S and at the same time on the protective grid G4. When sputtering is continuously performed for a long time (for example, several days) to produce a high-multilayer laminated film having more than 200 layers, the stress generated by the deposit causes the wearable grid G4 to be distorted over time. However, the electric field distribution between the decay rate grid G3 and the accelerator grid G2 does not change. That is, since the target substance is deposited on the protective grid G4 and the target substance is not substantially deposited on the deseralate grid G3, the spatial distribution of the electric field between the decelerate grid G3 and the accelerator grid G2 changes. There is no. Therefore, the ion beam sputtering apparatus IBS equipped with the ion gun IG of the present invention can prevent the film thickness distribution from changing with time due to the deformation of the grid during film formation.
図４は、アシストイオンガンＡＩＧを備えているイオンビームスパッタリング装置ＩＢＳを示す実施の形態である。この例のイオンビームスパッタリング装置ＩＢＳは、アシストイオンガンＡＩＧを備えていること、また、第１のターゲット１９Ａがシリコン（Ｓｉ）、第２のターゲット１９Ｂがタンタル（Ｔａ）の組み合わせであること以外は、上記例と同様のものであるため、同じ符号を付して説明を省略する。アシストイオンガンＡＩＧは、イオンガンＩＧと同様の構成で、放電チャンバ７内に導入される酸素（Ｏ2）ガスに基づいて酸素イオンを空間に放出するものである。
FIG. 4 is an embodiment showing an ion beam sputtering apparatus IBS including an assist ion gun AIG. The ion beam sputtering apparatus IBS of this example is provided with an assist ion gun AIG, and the
イオンガンＩＧによって第１のターゲット１９Ａ（シリコン（Ｓｉ））、第２のターゲット１９Ｂ（タンタル（Ｔａ））がスパッタされる際に、アシストイオンガンＡＩＧは真空チャンバ２１内に酸素イオンを放出する。これにより、スパッタされたシリコン（Ｓｉ）とタンタル（Ｔａ）が酸化され、上記例と同様に、基板Ｓ上に二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）と五酸化タンタル（Ｔａ2０5）が積層された高多層積層膜が得られる。
When the
本発明によれば、イオン引き出しグリット群の最前段のグリッドにターゲット物質が堆積することがないイオンガン、及び、該イオンガンを備えたイオンビームスパッタリング装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an ion gun in which a target substance does not accumulate on the grid at the front stage of the ion extraction grit group, and an ion beam sputtering apparatus provided with the ion gun.
Ｇ グリッド群
ＥＧ イオン引き出しグリッド群
Ｇ１ スクリーングリッド
Ｇ２ アクセルグリッド
Ｇ３ ディセラレートグリッド
Ｇ４ 防着用グリッド
Ｈ イオン通過孔
ＩＧ イオンガン
ＭＢ イオンガン本体
５ ＲＦコイル
７ 放電チャンバ
９ マッチングボックス
１１ ＲＦ電源
１３，１５ 高圧電源
１９ ターゲット部
１９Ａ 第１のターゲット
１９Ｂ 第２のターゲット
２０ 回転軸
２１ 真空チャンバ
２３ 真空ポンプ
２５ 基板ホルダ
２７ ニュートライザ
ＡＩＧ アシストイオンガン
G Grid group EG Ion extraction grid group G1 Screen grid G2 Accelerator grid G3 Declarate grid G4 Wearing grid H Ion passage hole IG Ion gun MB
Claims (6)
前記チャンバからイオンを引き出すために複数枚のグリッドが間隔をあけて配置されてなるイオン引き出しグリッド群と、
前記イオン引き出しグリッド群に含まれる前記複数枚のグリッドのうち、前記イオンを放射する最前段のグリッドと並んで配置され、ターゲットと対向する防着用グリッドとを有するイオンガンであって、
前記防着用グリッドには、前記最前段のグリッドに形成された前記イオンを通過させる複数のイオン通過孔と整合する位置に形成され、前記イオンが通過する複数のイオン通過孔が形成されており、
前記防着用グリッドと前記最前段のグリッドが同電位であることを特徴とするイオンガン。 An ion gun body with a chamber that generates plasma,
A group of ion extraction grids in which a plurality of grids are arranged at intervals to extract ions from the chamber, and
Among the plurality of grids included in the ion extraction grid group, the ion gun is an ion gun that is arranged side by side with the frontmost grid that radiates the ions and has an anti-wear grid that faces the target.
The wear-proof grid is formed at a position consistent with a plurality of ion passage holes formed in the frontmost grid through which the ions pass, and a plurality of ion passage holes through which the ions pass are formed.
An ion gun characterized in that the wear-proof grid and the frontmost grid have the same potential.
前記イオンガン本体の前記チャンバの出口と対向する位置に配置されて正電圧に保持されるスクリーングリッドと、前記スクリーングリッドと間隔を開けて対向する位置に配置されて負電位に保持されるアクセルグリッドと、前記アクセルグリッドと間隔を開けて対向する位置に配置されてアース準位に保持されるディセラレートグリッドとを含むイオン引き出しグリッド群と、
前記ディセラレートグリッドと並んで配置され、ターゲットと対向する防着用グリッドとを有するイオンガンであって、
前記防着用グリッドには、前記ディセラレートグリッドに形成された前記イオンを通過させる複数のイオン通過孔と整合する位置に形成され、前記イオンが通過する複数のイオン通過孔が形成されており、
前記防着用グリッドと前記ディセラレートグリッドが同電位であることを特徴とするイオンガン。 An ion gun body with a chamber that generates plasma,
A screen grid arranged at a position facing the outlet of the chamber of the ion gun body and held at a positive voltage, and an accelerator grid arranged at a position facing the screen grid and held at a negative potential. , A group of ion extraction grids including a decay rate grid arranged at a position facing the accelerator grid at a distance and held at the ground level.
An ion gun that is arranged side by side with the decelerate grid and has an anti-wearing grid that faces the target.
The wear-proof grid is formed at a position consistent with a plurality of ion passage holes formed in the deseralate grid through which the ions pass, and a plurality of ion passage holes through which the ions pass are formed.
An ion gun characterized in that the wear-proof grid and the deseralate grid have the same potential.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2019132483 | 2019-07-18 | ||
| JP2019132483 | 2019-07-18 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2021018984A true JP2021018984A (en) | 2021-02-15 |
| JP2021018984A5 JP2021018984A5 (en) | 2023-04-17 |
| JP7488555B2 JP7488555B2 (en) | 2024-05-22 |
Family
ID=74563222
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2020100703A Active JP7488555B2 (en) | 2019-07-18 | 2020-06-10 | Ion gun and ion beam sputtering device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP7488555B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20220351939A1 (en) * | 2021-04-30 | 2022-11-03 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Grid structures of ion beam etching (ibe) systems |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3622593B2 (en) | 1999-10-13 | 2005-02-23 | 日本航空電子工業株式会社 | Grid gap variable type ion gun |
| JP2006344527A (en) | 2005-06-09 | 2006-12-21 | Tdk Corp | Ion source |
| JP5754579B2 (en) | 2010-08-06 | 2015-07-29 | 国立大学法人名古屋大学 | Ion source |
| JP6330785B2 (en) | 2015-11-11 | 2018-05-30 | 日新イオン機器株式会社 | Insulating spacer, electrode body, charged particle source, and charged particle beam irradiation apparatus |
-
2020
- 2020-06-10 JP JP2020100703A patent/JP7488555B2/en active Active
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20220351939A1 (en) * | 2021-04-30 | 2022-11-03 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Grid structures of ion beam etching (ibe) systems |
| US11961706B2 (en) * | 2021-04-30 | 2024-04-16 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Grid structures of ion beam etching (IBE) systems |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP7488555B2 (en) | 2024-05-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10704139B2 (en) | Plasma chamber target for reducing defects in workpiece during dielectric sputtering | |
| US9412569B2 (en) | Remote arc discharge plasma assisted processes | |
| EP1184483B1 (en) | Thin-film formation system and thin-film formation process | |
| US20160326635A1 (en) | Remote Arc Discharge Plasma Assisted Processes | |
| JP2000073168A (en) | Multilayer pvd film forming apparatus for substrate and method therefor | |
| EP3091560A1 (en) | Remote arc discharge plasma assisted system | |
| WO2000026430A1 (en) | Sputtering apparatus | |
| JP2007277708A (en) | Film deposition apparatus and method of film deposition | |
| EP3644343B1 (en) | A coating system for high volume pe-cvd processing | |
| US20220181129A1 (en) | Magnetron plasma apparatus | |
| JP5550565B2 (en) | Sputtering apparatus and sputtering method | |
| WO2009157439A1 (en) | Sputtering apparatus and sputtering method | |
| JP2021018984A (en) | Ion gun and ion beam sputtering apparatus | |
| JP2021018984A5 (en) | ||
| US6843891B2 (en) | Apparatus for sputter deposition | |
| JP2007197840A (en) | Ionized sputtering apparatus | |
| JP4531599B2 (en) | Sputtering source, sputtering equipment | |
| CN108779548B (en) | Film forming apparatus and platen ring | |
| US20140110248A1 (en) | Chamber pasting method in a pvd chamber for reactive re-sputtering dielectric material | |
| US20170178875A1 (en) | Insulator target | |
| JP6509553B2 (en) | Sputtering device | |
| JP7102260B2 (en) | Opposed target type sputtering film deposition equipment | |
| CA3047917C (en) | Pvd system with remote arc discharge plasma assisted process | |
| US11227751B1 (en) | Plasma chamber target for reducing defects in workpiece during dielectric sputtering | |
| JPS63307272A (en) | Ion beam sputtering device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20230406 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20230406 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20231129 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20231205 |
|
| RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20231214 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20240201 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20240402 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20240501 |