離子束輻照裝置和用于該裝置的絕緣隔離物的制作方法

專利名稱：離子束輻照裝置和用于該裝置的絕緣隔離物的制作方法
技術領域：
本發明涉及離子束輻照裝置，用于通過在其上施加有預定電壓以向預定方向發射離子束的柵格，從室中產生的等離子體中抽取離子束。更具體地說，本發明涉及，例如，使用抽取的離子束處理將被處理的物品表面的離子銑削裝置，使用抽取的離子束將離子注入薄膜的離子注入裝置，形成薄膜的離子束淀積裝置，以及在這些裝置中用作隔離物以固定柵格的絕緣構件。
背景技術：
例如，利用離子束的銑削裝置使用在室中產生的等離子體作為離子源。該裝置利用在其上施加有DC電壓以在預定方向上加速離子的多個柵格從離子源抽取離子，并使用加速離子進行銑削。通常，每個柵格具有一個孔部分或多個孔部分(小孔)，并為了優化抽取離子的能量或者優化離子的分布，在柵格上施加了不同的DC電壓。這里，術語“銑削”指這樣的處理，其中產生加速的離子以轟擊將被處理的物品表面以產生濺射，從而在表面上得到精細處理(參見例如日本專利申請公開No.2000-113849)。
在柵格之間，為了防止柵格的相互接觸并保持它們恒定的間隔，提供通常由絕緣材料構成的絕緣隔離物。當例如使用抽取的離子束進行銑削時，通過離子束濺射將被處理的物品表面。當通過柵格從室中抽取離子時，不是所有的被柵格加速的離子都到達室的外部，而是撞擊在柵格或者其它部件上的一部分離子產生濺射。因此從將被處理的物品表面或者柵格等濺射的材料將附著在裝置內部的一些部分中。
例如，如果附著材料是導電的，絕緣隔離物的絕緣性能會隨著附著材料的增加而惡化，這最終會導致柵格的短路。為了避免這種情形發生，有必要當附著在絕緣隔離物上的材料發展到一定程度時進行去除附著材料的操作，或用新絕緣隔離物來代替絕緣隔離物。因此，例如在通過銑削操作來處理金屬薄膜的情況下，附著金屬快速惡化了絕緣性能，因此有必要在非常短的周期內進行用于防止短路的操作。作為延長這種操作周期的解決方法，日本專利申請公開No.2000-301353公開了一種絕緣隔離物，具有通過提供錐形橫截面的環形凸起而實現的擴大的表面區域。
去除附著薄膜的操作通常通過噴砂工藝或化學工藝例如酸清洗進行。在這些操作中，當去除附著薄膜時，絕緣隔離物本身的表面受到處理，并且會破壞或部分去除表面。因此，絕緣隔離物的外部形狀將會變小。因此，認為上述處理會減小絕緣隔離物的厚度，并且柵格之間的間隔會變小。
在日本專利申請公開No.2000-301353中公開的絕緣隔離物在減小隔離物的替換頻率上很有效。然而，提供環形凸起導致了隔離物外徑的增加。因此，環形凸起的尺寸局限于對柵格中孔部分不產生影響的尺寸。在上述文件中，其中使用絕緣隔離物的區域是與柵格的孔部分隔開的區域。在離子束輻照裝置中，有必要保持多個柵格的間隔基本恒定。因此，如果可能，優選設置在柵格之間插入并固定以保持它們的間隔的絕緣隔離物，不管是否存在孔部分。
在離子束輻照裝置中，眾所周知當裝置運行時離子輻照條件會隨著時間而改變。這是因為由于等離子體的熱量或其它因素柵格間隔隨著時間改變，以及抽取離子的能量隨著離子束輻照根據柵格間隔的持續而改變。通常，上述改變能回到初始狀態，但是不能恢復的小改變將隨著設備運行次數的增加而積累。因此，在離子束中的離子能量分布隨著時間改變。因此，操作例如銑削存在不能適當進行的風險，除非持續監控離子束的狀態以便通過反饋控制能量分布。
通常，從等離子體抽取的離子繼承了等離子體中的離子分布(或者離子密度)，因此依賴于抽取的位置，抽取的離子數量是不均勻的。因此，當銑削將被處理的物品時，需要使抽取離子的能量或數量的分布均勻。在裝置中很容易改變的參數，包括柵格之間的距離，柵格和將被處理的物品之間的距離，以及形成在柵格上的小孔的直徑。通過調節這些參數，可以使抽取離子的分布或能量均勻到一定程度。另外，認為能通過改善作為離子源的等離子體的條件而使抽取離子的分布或能量均勻。
然而，柵格間隔或柵格與將被處理的物品之間距離的改變不會導致基本分布的改善。另外，到目前為止，因為很難監控，并沒有積極地嘗試等離子體條件的改變。因此，如在日本專利申請公開No.8-129982中公開了為了滿足上述需求，在很多例子中使用了在柵格上形成的為了使離子通過的小孔的密度根據離子密度而改變的方法。特別地，使與等離子體中離子密度高的部分對應的柵格區域中的小孔數量變小，以減少從這個區域抽取的離子數量，并使與等離子體中離子密度低的部分對應的區域中的小孔數量變大，以使得通過柵格的離子數量均勻。
換句話說，在上述解決方法中，標準化了在離子密度低的等離子體中的部分，在離子密度高的部分中，只抽取部分離子以使抽取的離子數量均勻。因此，大量的離子被柵格阻擋而不能為銑削或其它操作做出貢獻。因此，需要改善裝置的操作效率。另外，被柵格阻擋的離子濺射柵格表面，這可能是離子束中包含雜質的原因。
在上述方法中，通過根據位置抽取適當數量的離子而得到抽取離子的均勻化，而在等離子體中的離子密度分布上基本不需要任何改進。因此，在由于某些情況比如氣體類型或者放電壓力，離子密度分布極度不均勻的情況下，認為可能會發生這樣的情況，本身很難得到均勻化，或者用于均勻化的標準化部分的抽取的離子數量太小以至于不能實際使用。因此，可能離子的抽取只在有限的情況下有效，并且這種裝置的多功能性受到限制。

發明內容
考慮到上述和其它需求形成了本發明。本發明的一個目的是提供一種絕緣隔離物。
為了實現上述目的，根據本發明，提供了一種離子束輻照裝置，包括等離子體產生室，在其內部產生等離子體；處理室，與等離子體產生室連接；多個柵格，設置在等離子體產生室和處理室之間，用于從等離子體產生室中抽取等離子體中的離子到處理室，每個柵格具有多個小孔；以及絕緣隔離物，設置在柵格之間，用于防止柵格彼此電接觸；其中沿著絕緣隔離物的整個周圍，在絕緣隔離物的與鄰接柵格的表面不同的表面上形成溝槽部分，該溝槽部分在沿著絕緣隔離物的軸線方向的橫截面中表現為在與離子束抽取方向不同的方向上形成的凹陷。
在上述離子束輻照裝置中，優選溝槽部分在絕緣隔離物的橫截面中表現為在與離子束抽取方向垂直的方向上形成的凹陷。關于這個，更優選將限定凹陷的開口的溝槽部分的邊緣部分倒角(斜切)。進一步，優選絕緣隔離物具有圓柱形狀，以及溝槽部分形成于圓柱形狀的側面上。更進一步，優選凹陷的開口與凹陷的深度的比率等于或者大于1。
如果例如要構造離子銑削裝置，優選上述離子束輻照裝置包括在其中引入從離子束輻照裝置中抽取的離子的處理室，以及設置在處理室中的夾具，用于在利用抽取離子進行輻照的位置夾持將被處理的物品。
為了實現上述目的，根據本發明，提供了在離子束輻照裝置中使用的絕緣隔離物，該離子束輻照裝置包括等離子體產生室，在其內部產生等離子體；處理室，與等離子體產生室連接；以及多個柵格，設置在等離子體產生室和處理室之間，用于抽取等離子體中的離子，每個柵格具有多個小孔；絕緣隔離物，設置在多個柵格之間，用于防止柵格彼此電接觸；其中沿著絕緣隔離物的整個周圍，在絕緣隔離物的與鄰接柵格的表面不同的表面上形成溝槽部分，該溝槽部分在沿著絕緣隔離物的軸線方向的橫截面中表現為在與離子束抽取方向不同的方向上形成的凹陷。
在上述絕緣隔離物中，優選溝槽部分在絕緣隔離物的橫截面中表現為在與離子束抽取方向垂直的方向上形成的凹陷。關于這個，更優選將限定凹陷的開口的溝槽部分的邊緣部分倒角。進一步，優選絕緣隔離物具有圓柱形狀，以及溝槽部分形成于圓柱形狀的側面上。更進一步，優選凹陷的開口與凹陷的深度的比率等于或者大于1。
根據本發明，溝槽部分以環繞側面的方式設置在具有基本圓柱狀形狀的絕緣隔離物的側面上。眾所周知，在真空中的薄膜形成工藝例如濺射中，在溝槽內部通常很難形成薄膜。特別地，在銑削工藝中，為了表面處理濺射將被處理的物品的表面，以及濺射的材料會大量地附著在絕緣隔離物上。通過使得上述溝槽部分的寬度小于一定寬度以及使得它的深度大于一定深度，可以在絕緣隔離物上形成薄膜很難附著的區域。即使在例如由于絕緣隔離物的強度溝槽部分寬度的減小和溝槽部分深度的擴展受到限制的情況下，由于溝槽部分的存在絕緣隔離物的替換頻率與傳統隔離物相比顯著減小了。
本發明能僅僅通過在隔離物的側面上形成連續的溝槽部分來實現。因此，除了溝槽部分，垂直于絕緣隔離物軸線的橫截面區域基本上不變。因此，與專利文件2中公開的絕緣隔離物相比，如果可以減小具有恒定橫截面部分的外徑，就因此可以減小絕緣隔離物對離子束影響的可能性。另外，即使在其中形成有小孔的柵格上的區域中，如果在小孔之間存在與上述橫截面區域一樣大的區域，不論是否設置絕緣隔離物都可以相同地抽取的離子。因此，本發明的絕緣隔離物可以設置在柵格的任何部分上以保持柵格間隔恒定。
當在真空中存在具有不同電位的構件時，如果存在于它們之間的絕緣構件的表面的絕緣性能惡化，例如由于薄膜的附著，有時候會發生稱作表面放電的現象，即在絕緣構件的表面發生放電并導致構件的短路。由于設置上述溝槽部分，可以減小所謂的表面放電的發生以便防止由于表面放電而造成的短路。
另一方面，考慮到上述和其它需要形成了本發明，本發明的一個目的是提供一種即使在進行例如去除附著薄膜的操作時也能保持柵格間隔恒定的絕緣隔離物。另外，本發明的另一個目的是提供離子束輻照裝置，其中通過使用上述絕緣隔離物，減小了由絕緣隔離物的替換或其它原因引起的裝置的操作條件的改變。
為了實現上述目的，根據本發明，提供了一種離子束輻照裝置，包括等離子體產生室，在其內部產生等離子體；處理室，與等離子體產生室連接；多個柵格，設置在等離子體產生室和處理室之間，用于從等離子體產生室中抽取等離子體中的離子到處理室，每個柵格具有多個小孔；以及絕緣隔離物，設置在柵格之間，用于防止柵格彼此電接觸；其中絕緣隔離物具有圓盤形狀，該圓盤形狀具有上表面和下表面以及穿過上表面和下表面的通孔，該通孔具有等于或稍大于柵格的小孔的內徑，以及圓盤形狀的外徑具有這樣的尺寸，以至于絕緣隔離物不會影響穿過與在其上固定有絕緣隔離物的小孔鄰近的小孔的離子。
在上述絕緣隔離物中，優選沿著絕緣隔離物的整個側面形成溝槽部分，該溝槽部分在沿著絕緣隔離物的軸線方向的橫截面中表現為在與離子束抽取方向垂直的方向上形成的凹陷。
如果例如要構造離子銑削裝置，優選上述離子束輻照裝置包括在其中引入從離子束輻照裝置中抽取的離子的處理室，以及設置在處理室中的夾具，用于在利用抽取離子進行輻照的位置夾持將被處理的物品。
為了實現上述目的，根據本發明，提供了在離子束輻照裝置中使用絕緣隔離物，該離子束輻照裝置包括等離子體產生室，在其內部產生等離子體；處理室，與等離子體產生室連接；以及多個柵格，設置在等離子體產生室和處理室之間，用于抽取等離子體中的離子，每個柵格具有多個小孔；絕緣隔離物，設置在多個柵格之間，用于防止柵格彼此電接觸；其中絕緣隔離物具有圓盤形狀，該圓盤形狀具有上表面和下表面以及穿過上表面和下表面的通孔，該通孔具有等于或稍大于柵格的小孔的內徑，以及圓盤形狀的外徑具有這樣的尺寸，以至于絕緣隔離物不會影響穿過與在其上固定有絕緣隔離物的小孔鄰近的小孔的離子。
在該絕緣隔離物中，優選沿著絕緣隔離物的整個側面形成溝槽部分，該溝槽部分在沿著絕緣隔離物的軸線方向的橫截面中表現為在與離子束抽取方向垂直的方向上形成的凹陷。
根據本發明，絕緣隔離物具有在它的兩個端面上都與柵格接觸的圓盤形狀，并且薄膜會附著在它的側面。通過使端面平坦并彼此平行，可以保持柵格的間隔恒定。另外，使絕緣隔離物的側面與端面的比率大。當通過例如噴砂工藝去除附著薄膜時，在需要經受噴砂工藝的端面上的區域是附著有薄膜的外部的周圍區域，在中心區域上沒有必要進行噴砂工藝。因此，在根據本發明的絕緣隔離物中，沒有必要在端面的大部分區域上進行噴砂工藝，并且即使去除了附著在側面上的薄膜，去除操作也不會影響端面。
根據本發明的絕緣隔離物可以通過固定裝置利用形成在柵格上的小孔中的一個固定在柵格之間，而不影響它周圍的小孔。因此，它可以固定在柵格的任何部分上。換句話說，可以將絕緣隔離物設置在抽取離子的柵格上的區域中的任何需要的位置，以保持柵格間隔的恒定。進一步，當利用離子束進行銑削時，絕緣隔離物可以根據銑削率的分布設置在柵格上的適當位置，以容易地使銑削率或抽取離子束的加速度恒定。
在不同的方面，考慮到上述情況形成了本發明，以及本發明的另一方面提供了一種離子束輻照裝置，其中增大了離子數量均勻的區域并且能夠一直有效地利用等離子體中的離子。
根據本發明，提供了一種離子束輻照裝置，適合通過在多個柵格上形成的小孔來抽取包含在等離子體產生室中產生的等離子體中的離子以產生離子束，包括絕緣構件，設置在多個柵格之間或鄰近等離子體產生室的柵格的等離子體產生室側面上，以及設置在與抽取輻照離子束的區域對應的柵格的部分上；其中小孔以對準預定方向的方式設置在多個柵格上，以及絕緣構件具有這樣的形狀，當設置絕緣構件時不會影響小孔的對準。
在上述離子束輻照裝置中，優選設置在柵格之間的絕緣構件包括具有與柵格的小孔對準的小孔的薄片狀構件，以及通過絕緣構件將多個柵格之間的電容量調節到預定值。可選地，在上述離子束輻照裝置中，優選設置在鄰近等離子體產生室的柵格的等離子體產生室側面上的絕緣構件，是具有與柵格上的小孔對準的小孔的薄片狀構件，以及絕緣構件通過自偏置形成平坦的離子層。在這些配置中，優選絕緣構件具有與柵格對應的基本上圓盤的形狀。在上述離子束輻照裝置中，優選設置在鄰近等離子體產生室的柵格的等離子體產生室側面上的絕緣構件，設置在與這樣的區域對應的位置上，在該區域中在沒有設置絕緣構件的情況下抽取的離子束中離子數量小。
如果例如要構造離子銑削裝置，優選上述離子束輻照裝置包括在其中引入從離子束輻照裝置中抽取的離子的處理室，以及設置在處理室中的夾具，用于在利用抽取離子進行輻照的位置夾持將被處理的物品。
根據本發明，絕緣構件設置在鄰近等離子體的柵格的表面上，以產生自偏置效應，因此形成離子層以積極地控制等離子體產生條件，以便在放電空間中的離子密度能變得均勻。因此，即使離子從所有產生的等離子體中均勻地抽取，在離子抽取區域上得到的離子數量基本上均勻。換句話說，與上述現有技術相比，被柵格擋住的離子數量顯著減少了，從而能夠提高離子的利用效率。另外，被柵格阻擋的離子數量或者濺射柵格的離子數量減小了，以至于顯著減小了從柵格進入離子束的雜質元素的含量。
根據本發明，在柵格之間局部地插入由絕緣材料形成的構件，以局部地使柵格之間的電容量產生差別。通過適當地選擇絕緣材料或改變該構件的厚度以更精確地控制柵格之間的距離，可以部分地改變離子的能量(或者速度)。通過該效應，例如可以進一步校正取決于抽取的離子數量的銑削率，以得到更均勻的銑削率。
眾所周知，通常在上述類型的離子束抽取裝置中，柵格間隔等隨著裝置內部溫度的增加或者操作的其它條件而改變，因此直到經過很長一段時間，抽取的離子數量、其分布和其它因素才會變得穩定。如本發明所述，通過在柵格之間插入由絕緣材料形成的構件，柵格間隔可以一直保持恒定，并且可以刪去在傳統裝置中需要的用于穩定裝置的預先操作。


圖1示意性地示出了離子束輻照裝置的結構，其中使用了根據本發明的第一實施例的絕緣構件。
圖2示出了在圖1中所示的離子束輻照裝置中使用的柵格的正面圖。
圖3示出了使用了根據本發明的第一實施例的絕緣構件(隔離物)的固定裝置的結構的截面圖。
圖4A示出了根據第一實施例的絕緣構件的修改。
圖4B示出了根據第一實施例的絕緣構件的修改。
圖4C示出了根據第一實施例的絕緣構件的修改。
圖5A示出了根據第一實施例的絕緣構件的修改中的溝槽部分的形狀的截面圖。
圖5B示出了根據第一實施例的絕緣構件的修改中的溝槽部分的形狀的截面圖。
圖6示出了與蝕刻材料附著到溝槽部分的底部有關的入射角θ和溝槽部分的開口率之間的關系。
圖7示意性地示出了其中使用根據本發明的第二實施例的絕緣隔離物的固定裝置的結構的截面圖。
圖8示出了在設置了如圖7所示的固定裝置的情況下，固定裝置和柵格的小孔之間的關系。
圖9示出了根據第三實施例在固定裝置中的第一絕緣構件的修改。
圖10示出了根據第三實施例在固定裝置中的第一絕緣構件的修改。
圖11示出了施加了本發明的實施例的設置和用于比較的傳統設置的銑削率的變化。
具體實施例方式
在下文中，將參考附圖描述本發明的實施例。圖1示意性地示出了離子銑削裝置1的結構，該離子銑削裝置裝配有例如離子源的具有根據本發明的第一實施例的絕緣隔離物的離子束輻照裝置。裝置1由兩個室構成，即等離子體產生室3和處理室5。在該實施例中的等離子體產生室3中，例如氬氣通過氣體供應系統7供應到等離子體產生室中作為產生等離子體的氣體。產生等離子體具有多種方法，例如Kuafmann型、桶型、ICP型和ECR型，并可以采用這些方法的任何一種。在該實施例中，等離子體通過IPC型系統產生，其中離子束中包含雜質元素的可能相對較低且裝置的結構簡單。處理室5連接到排氣系統9，該排氣系統排出包含在其內部的氣體等以使得等離子體產生室3的內部空間和處理室5保持在預定的操作壓強。
在處理室5的內部，提供有用于夾持將被處理的物品13的夾具11。在圖中，將被處理的物品13以與等離子體產生室相對的形式被夾持，但是夾具11相對于等離子體產生室3的方向能夠改變。在等離子體產生室3和處理室5之間，從等離子體產生室3的一側以所述順序提供有第一、第二和第三柵格15、16和17。圖2中示出了從第一柵格15的正面看的第一柵格15。柵格15通過在圓盤狀構件15a上形成多個小孔15b而形成。第二和第三柵格具有同樣的結構。這些柵格以在柵格上的小孔沿著從等離子體產生室3到處理室5的方向對準的方式而設置。
對于第一和第三柵格15和17，施加了用作加速電壓的正電壓。對于第二柵格16，施加了用作減速電壓的負電壓。在等離子體產生室3中產生的等離子體中包括的氬離子穿過在柵格中形成的并將離子束導向將被處理的物品13表面的小孔。另外，在第三柵格17的下游(關于離子束的方向)，設置中和器(未示出)以中和離子束。
圖3示出了用于以預定間隔固定第一到第三柵格15、16、17并在柵格之間固定絕緣隔離物的固定裝置。固定裝置20包括絕緣隔離物21、絕緣構件23、絕緣帽25、螺絲桿27和溝槽墊圈29。絕緣隔離物21是由絕緣材料如氧化鋁形成的圓盤狀構件。絕緣隔離物21具有預定直徑的通孔21a，和都沿著它的側面形成的溝槽部分21b，其中通孔21a從絕緣隔離物21的上表面穿到下表面。圓盤的厚度與柵格之間的距離相應。絕緣構件23是基本上圓柱形的構件，包括能穿過絕緣隔離物21的通孔21a的具有外徑的軸部分23a，以及在其一端形成的具有增大直徑的增大直徑部分23b。絕緣構件23具有沿著軸線方向穿過的穿孔23c。在該實施例中，絕緣隔離物21也設置在柵格15的等離子體產生室側上(也就是，在不同于面對柵格16的表面的柵格15的表面)。然而，如果固定裝置需要小型化隔離物21可以刪去。
在第一到第三柵格15、16和17中，分別形成直徑基本上等于絕緣隔離物中的通孔21a的直徑的孔15c、16c和17c。當固定柵格時，柵格和多個隔離物交替設置，并且絕緣構件23穿過通孔21a和孔15c、16c和17c插入，以便定位這些部件。另外，絕緣隔離物21也設置在鄰近等離子體產生室3的第一柵格15的等離子體產生室側面上。螺絲桿27通過絕緣構件23的穿孔23c插入，且絕緣帽25利用之間的溝槽墊圈固定在螺絲桿27的兩端部分。因此，保持并固定了柵格和多個絕緣隔離物。與此相關，雖然在本實施例中絕緣帽25的表面暴露在減壓的空間中，可以附加地在其表面上設置金屬帽以保護絕緣帽和其它構件不受通過濺射導電薄膜的附著，以便進一步防止絕緣失效發生。通過使用上述固定裝置，絕緣構件能夠夾在柵格之間。另外，根據需要可以通過改變絕緣隔離物的厚度來改變柵格的間隔。此外，除了控制柵格的間隔，還可以根據需要通過從具有不同介電常數的如下材料中選擇絕緣隔離物21的材料來調節柵格之間的電容量例如石英、可加工陶瓷、碳氟化合物樹脂和聚酰亞胺樹脂。
在該實施例中，絕緣隔離物21是具有單個溝槽部分21b的圓柱型構件。溝槽部分21b具有絕緣隔離物21的大約三分之一的厚度和隔離物壁的半徑厚度的大約一半的深度。然而，絕緣構件21的形狀不局限與此。例如，如圖4A中的橫截面所示，溝槽部分的寬度和深度可以減小。即使減小了溝槽的深度，通過降低溝槽部分的寬度，可以降低在它底部上附著薄膜的形成率。
具體地說，認為通過使溝槽部分的寬度和深度的比率等于或者大于1，可以促進附著薄膜的形成速度的減小。換句話說，絕緣隔離物總體上通過形成具有這樣的底部的溝槽部分來防止其變成導體，在該底部上可能附著到絕緣隔離物上的材料很難以彼此重合的起點和終點附著到絕緣隔離物上。因此，能顯著減小絕緣隔離物的替換頻率，該絕緣隔離物用于避免由在絕緣隔離物21的表面上的附著薄膜引起的柵格短路。
這里，將描述為什么需要使上述溝槽部分的寬度和深度的比等于或者大于1的原因。例如在離子銑削裝置的情況下，如果假定夾持角α為0°(離子束的入射角＝90°)，離子束從垂直方向入射到濺射材料上。如果假定通過離子束的完全反射而得到濺射材料，則濺射材料垂直入射在電極上并以相同的角度(入射角θ＝90°)入射到絕緣隔離物的溝槽部分的底部。在此情況下，上述開口率可以小于0.5。
如果夾具的夾持角α在0°＜α＜20°(絕對值)))范圍內，則入射角θ在50°＜α＜90°的范圍內，并如果開口率等于或大于0.85將不會發生蝕刻材料掉落在絕緣隔離物底部的情況。如果夾具的夾持角α在20°＜α＜50°(絕對值)的范圍內，則入射角θ在0°＜α＜50°的范圍內，并且完全被夾具反射的離子束并沒有直接入射到電極上，但是它會頻繁地轟擊處理室的內壁或其它部分。雖然轟擊處理室的內壁或其它部分的離子束被進一步反射并入射到電極上，但是由于離子束的能量被顯著地減小，因此掉落的濺射材料很小。入射角在這個情況或45°的夾持角下變得最小。在這種情況下，完全反射的離子束由于從垂直方向轟擊處理室的內壁或其它部分，因此幾乎不反射到電極上，并且落到絕緣隔離物上的數量也很小。因此，認為與1一樣小的開口率是可接受的。
如果夾具的夾持角α在45°＜α＜90°(絕對值)的范圍內，則入射角θ在0°＜α＜90°的范圍內，并且由于處理室的內壁或者其它部分上離子束轟擊的位置和電極之間的距離變大，實際落到絕緣隔離物上的量比夾持角α在0°＜α＜45°(絕對值)的范圍內的情況下估計要更小。因此如果夾具的夾持角α在0°＜α＜90°(絕對值)的范圍內，能減小進入絕緣隔離物的溝槽部分底部的濺射材料的量，并且能通過根據使用的夾具的夾持角改變開口率來延長放電維持間隔。
在圖6中，示出了入射角(見圖6中的角度θ)的絕對值和開口率(即溝槽部分的寬度和深度的比率)之間的關系。本專利申請的發明者發現了如果滿足圖6中陰影區域表示的情況，就可以防止濺射或者蝕刻材料附著到溝槽部分的底部上。
盡管在該實施例中，通過例子的形式描述了僅形成一個溝槽部分21b的配置，但是溝槽部分的數量和溝槽部分形成的位置并不局限于那些已經說明的模型。例如，溝槽部分可以具有如圖4B或圖4C中示出的形狀。圖4B示出了溝槽部分21b形成在兩端部分上的情形。在絕緣隔離物21夾在柵格之間的情形下，這些在兩端部分上的溝槽部分實際上用作在柵格表面和絕緣隔離物21的非溝槽部分之間限定的溝槽。圖4C示出了在絕緣隔離物21的側面上形成多個溝槽部分的情況。由于在絕緣隔離物上存在多個溝槽部分，能避免在溝槽部分上的薄膜的附著，即使附著薄膜形成在絕緣隔離物的表面，以及能防止通過絕緣隔離物的短路。另外，如圖5A或5B的截面圖所示，可以在溝槽部分的開口部分的邊緣處形成平坦或彎曲的斜面。通過形成這樣的斜面，可以避免絕緣隔離物的破壞。
雖然在該實施例中的絕緣隔離物具有基本上圓柱形的外部形狀，但是根據本發明的絕緣隔離物的形狀并不局限于圓柱形狀。絕緣隔離物可以具有各種形狀如正方形或具有增大直徑部分的形狀。雖然在該實施例中，溝槽部分具有在絕緣隔離物的軸線橫截面上的正方形狀，這并不重要。也可以采用其它類型的溝槽部分，該溝槽部分沿著絕緣隔離物的整個周圍在它的與面對柵格的表面不同的表面上形成，并在橫截面中具有沿著與離子束抽取方向不同的方向形成的溝槽。通過溝槽部分都以起點和終點重合的形式沿著絕緣隔離物的周圍形成，可以可靠地防止彼此相對的溝槽的上表面和下表面之間的表面附著薄膜的接觸。
接著，將描述根據本發明的第二實施例的絕緣隔離物。根據該實施例的使用絕緣隔離物的離子束裝置的結構和第一實施例中描述的相同，因此省略其描述。在下面的描述中，與第一實施例有關的那些描述相同的部分將用同樣的標號表示。
圖7示意性地示出了固定裝置的結構，該固定裝置用于以預定間隔固定第一到第三柵格15、16、17，并根據第二實施例固定柵格之間的絕緣隔離物。該固定裝置120包括絕緣隔離物121、絕緣構件23、絕緣帽25、螺絲桿27和溝槽墊圈29。絕緣隔離物121是具有平行端面的圓盤狀構件，并由絕緣材料如氧化鋁形成。絕緣隔離物121具有具備預定直徑的通孔121a，該通孔穿過其上表面和下表面并形成在其中心。圓盤的厚度與柵格之間的距離相應。絕緣構件23是基本圓柱形的構件，包括具有能夠穿過絕緣隔離物121的通孔121a的外徑的軸部分23a和具有在其一端形成的增大直徑的增大直徑部分23b。絕緣構件23具有沿著軸線方向穿過其的穿孔23c。在該實施例中，絕緣隔離物121同樣提供在柵格15的等離子體產生室側上(也就是，在不同于面對柵格16的表面的柵格15的表面)。然而，如果需要小型化固定裝置，可以刪去這個隔離物121。
在第一到第三柵格15、16、17上，分別形成直徑基本上等于絕緣隔離物中的通孔121a的直徑的孔15c、16c和17c。當固定柵格時，柵格和多個隔離物交替排列，絕緣構件23通過通孔21a和孔15c、16c和17c插入，以便定位這些部分。另外，絕緣隔離物121也設置在鄰近等離子體產生室3的第一柵格15的等離子體產生室側面上。在這種情況下螺絲桿27通過絕緣構件23的穿孔23c插入，并且絕緣帽25利用之間的溝槽墊圈29固定在螺絲桿27的兩端。因此，保持并固定了柵格和多個絕緣隔離物。與此有關，雖然在該實施例中絕緣帽25的表面暴露在減壓空間中，但是可以附加地在其表面設置金屬帽以保護絕緣帽和其它構件不受通過濺射的導電薄膜的附著，從而進一步避免發生絕緣失效。通過使用上述固定裝置，絕緣構件可以夾在柵格之間。另外，柵格間隔可以根據需要通過改變絕緣隔離物的厚度而改變。此外，除了控制柵格的間隔，還可以根據需要通過從具有不同介電常數的如下材料中選擇絕緣隔離物21的材料來調節柵格之間的電容量例如石英、可加工陶瓷、碳氟化合物樹脂和聚酰亞胺樹脂。
在該實施例中，通過絕緣隔離物圓盤121的上表面和下表面的通孔的預定直徑設計成基本上等于或者稍小于柵格的小孔的直徑。具有這些特征，絕緣隔離物121能夠很容易地通過絕緣構件23固定。圓盤的上表面和下表面的尺寸比柵格的小孔的尺寸更大，并且圓盤設置在與鄰近的小孔的邊緣隔開預定距離的位置上，以使得它不會對通過鄰近的小孔抽取的離子束施加任何影響。在圖8中示出從離子抽取方向上看的柵格。在圖8中，固定構件連接在中心小孔15b1上。溝槽墊圈29和絕緣隔離物121以它們的邊緣和小孔15b2的周圍隔開預定距離L的方式設置。因此，固定裝置和絕緣隔離物可以在通過固定裝置形成小孔的任何位置設置。
絕緣隔離物121的上表面和下表面(即，圓盤的端面)是彼此平行的平坦表面，并可以通過將固定裝置以每個柵格與平坦表面彼此靠近接觸的方式固定到柵格上，保持柵格之間的距離始終恒定。這些平坦表面與圓盤的側面相比具有充足的區域，并當通過噴砂工藝或者其它工藝去除附著在側面上的薄膜時，可以應用該工藝且不會導致例如平坦表面變形的破壞。因此，即使當實施去除附著薄膜的操作時，在去除操作前后，柵格之間的距離都能保持恒定。
如有關第一實施例的描述，溝槽部分可以沿著絕緣隔離物121的整個周圍形成在它的側面上。很難發生溝槽部分的底部上的薄膜附著。因此，通過采用上述結構，延長了由于附著薄膜而引起的絕緣隔離物的絕緣性能的惡化所需的時間。這導致了附著薄膜去除操作的頻率減小或絕緣隔離物的替換頻率減小的有益效果。
在該實施例中，已經描述了一種固定裝置，其適合于利用絕緣構件23、螺絲桿27、絕緣帽25和溝槽墊圈29來固定絕緣隔離物121和柵格15至17。然而，本發明并不局限于該具體實施例，還可以例如利用具有在其末端的螺絲桿和螺帽等、由接合在其上的絕緣材料形成的絕緣構件23固定該絕緣隔離物。
接著，將描述根據本發明的第三實施例的絕緣隔離物。使用了根據該實施例的絕緣隔離物的離子束裝置的結構和第二個實施例中描述的部分相同，在此將省略其描述。在下面的描述中，與有關第一實施例的那些描述相同的部分將用相同的標號來表示。
雖然在第二實施例中，使用了圓盤狀第一絕緣構件121并將它局部地夾在柵格之間，這個特征對于本發明不是很重要。例如，可以刪去夾在柵格之間的第一絕緣構件，或者第一絕緣構件可以制造成具有與多個小孔15b對應的小孔221c′的板狀構件。并且，第一絕緣材料可以構造成基本上圓盤狀的構件，該構件具有基本上等于柵格的直徑并具有與柵格的小孔對應的小孔。本發明的第三實施例具有該結構。圖9示出了在已裝配狀態下的柵格和絕緣構件的側視圖。由于第一絕緣構件221′具有所示結構，可以更加精確地控制柵格之間的電容量。絕緣構件221′構成了與等離子體相對的由絕緣材料形成的平坦表面。因此，等離子體通過由絕緣表面形成的層變形為平板形狀。因此，認為能夠得到在與絕緣構件221′對應的區域上離子基本均勻的等離子體。
進一步，如圖10中所示，在其中心部分處形成有小孔221c的第一絕緣構件221可以分別設置在鄰近的柵格之間和與等離子體面對的柵格的表面上。在這種情況下，小孔221c的尺寸設計成基本上等于小孔15c的尺寸。另外，在這種情況下，第一絕緣構件221通過例如利用粘合劑固定在預定的位置上。如上所述，通過局部設置第一絕緣層221，可以在加寬的范圍內信賴地并更精確地進行柵格之間的電容量的控制和通過形成特定層的等離子體的形狀的控制。
在該實施例中，使用利用例如由不銹鋼制成的螺絲桿的固定裝置，以及本發明的主要特征在于利用第二絕緣構件定位柵格和第一絕緣構件并附加固定這些構件以便固定柵格和第一絕緣構件的結構。因此，優選修改螺絲桿等用于固定這些構件。雖然該實施例的結構包括三個柵格，但所用柵格的數量并不局限與此，該結構可以包括兩個或多于三個的柵格。
接著，將描述利用使用離子束輻照裝置的銑削裝置進行試驗的結果，在離子束輻照裝置中使用了上述絕緣構件，特別是根據第二實施例的絕緣隔離物。除了上述結構，銑削裝置基本上包括如用于傳送將被處理的物品的傳送系統的配置。然而，附加的結構并沒有直接涉及到本發明，涉及到本發明的裝置的主要結構基本上和上述相同。因此，將省略其描述。在這個例子中，將被處理的物品13是形成在具有6英寸直徑的硅晶片上的氧化鋁薄膜。銑削的結果可以通過利用光學干涉測量裝置測量銑削前后的氧化鋁薄膜的差別而得到。
在銑削處理中，將被處理的物品13相對于離子束以0°角度設置，也就是說以離子束垂直入射到其上的方式取向將被處理的物品13。在銑削上的處理壓強為1.33-2Pa。作為等離子體源，氬氣以10到20sccm的流速引入等離子體產生室中，并且氣體通過ICP方法進行放電。對于用于加速的柵格，施加700V的電壓以便流過1100mA的加速電流，對于用于減速的中間柵格，施加-400V的電壓。
在這個例子中，在沒有使用根據本發明的固定裝置的情況下，首先觀察通過離子銑削去除之后氧化鋁的情況。結果，觀察到在6英寸的處理區域中銑削率變化了4.0-6.0％。隨后，將固定裝置(絕緣隔離物)設置在與處理區域中的部分對應的柵格的部分上，在該區域中銑削率很低以便于校正和穩定柵格的間隔。
在此之后，在這樣的狀態下再次利用裝置進行離子銑削，并測量銑削率的變化。結果，發現銑削率的變化已經被改善到1.0-3.0％。銑削率的平均值在設置固定裝置前后基本上相同。在傳統的減小變化的方法中，銑削率變為最低銑削率，并且它遇到銑削率的顯著降低。相比較，可以證實根據本發明，改善了銑削率的變化，而沒有造成銑削率的降低，并且在等離子體中的離子被有效地用于銑削。
下表1和圖11示出了在傳統結構的情況下和在應用了本發明的情況下，通過使用光學干涉儀得到的離子銑削率的分布的具體測量結果，用于施加在150mm的硅晶片上形成的氧化鋁薄膜上的銑削過程。
表1


表1中的數字表示對于任意的十五個測量點，在預定時間的銑削操作后，通過光學干涉儀測量的以埃為單位的銑削量。在圖11中，增加了測量點，并且用等高線表示銑削量的不同。可以從圖11理解，通過實施本發明，晶片的中心部分中的奇異點消失了。同樣也可以看到銑削量的變化減小了。
下面的表2表示在現有技術配置的情況下和應用了本發明的情況下，銑削率以及它們變化的程度相對于與離子束輻照方向有關的夾具的夾持角的關系。
表2

從表2可以理解，通過實施本發明，不論夾持角是否改變，都可以使得銑削量更均勻。另外，可以證實當實施本發明時，銑削率基本上等于現有技術中的銑削率。
在上述實施例中，本發明應用到離子銑削裝置中。然而，本發明的應用不局限于這種類型的裝置。本發明也可以應用于使用真空的不同裝置例如離子注入裝置、離子束淀積裝置、離子束濺射裝置或者CVD裝置。另外，雖然在上述實施例中將被處理的物品是氧化鋁薄膜，也能處理不同的薄膜例如陶瓷薄膜、金屬薄膜或有機薄膜。
權利要求
1.一種離子束輻照裝置，包括等離子體產生室，在其內部產生等離子體；處理室，與所述等離子體產生室連接；多個柵格，設置在所述等離子體產生室和所述處理室之間，用于從所述等離子體產生室中抽取所述等離子體中的離子到所述處理室，每個所述柵格具有多個小孔；以及絕緣隔離物，設置在所述柵格之間，用于防止所述柵格彼此電接觸；其中沿著所述絕緣隔離物的整個周圍，在所述絕緣隔離物的與鄰接所述柵格的表面不同的表面上形成溝槽部分，所述溝槽部分在沿著所述絕緣隔離物的軸線方向的橫截面中表現為在與所述離子束抽取方向不同的方向上形成的凹陷。
2.根據權利要求1的離子束輻照裝置，其中所述溝槽部分在所述絕緣隔離物的橫截面中表現為在與所述離子束抽取方向垂直的方向上形成的凹陷。
3.根據權利要求2的離子束輻照裝置，其中將限定所述凹陷的開口的所述溝槽部分的邊緣部分倒角。
4.根據權利要求1的離子束輻照裝置，其中所述絕緣隔離物具有圓柱形狀，以及所述溝槽部分形成于所述圓柱形狀的側面上。
5.根據權利要求1的離子束輻照裝置，其中所述凹陷的開口與所述凹陷的深度的比率等于或者大于1。
6.一種離子銑削裝置，包括根據權利要求1至5中任何一個的離子束輻照裝置；以及夾具，設置在所述處理室中，用于在利用所述抽取離子進行輻照的位置夾住將被處理的物品。
7.一種在離子束輻照裝置中使用的絕緣隔離物，該離子束輻照裝置包括等離子體產生室，在其內部產生等離子體；處理室，與所述等離子體產生室連接；以及多個柵格，設置在所述等離子體產生室和所述處理室之間，用于抽取所述等離子體中的離子，每個所述柵格具有多個小孔；所述絕緣隔離物，設置在所述多個柵格之間，用于防止所述柵格彼此電接觸；其中沿著所述絕緣隔離物的整個周圍，在所述絕緣隔離物的與鄰接所述柵格的表面不同的表面上形成溝槽部分，所述溝槽部分在沿著所述絕緣隔離物的軸線方向的橫截面中表現為在與所述離子束抽取方向不同的方向上形成的凹陷。
8.根據權利要求7的絕緣隔離物，其中所述溝槽部分在所述絕緣隔離物的橫截面中表現為在與所述離子束抽取方向垂直的方向上形成的凹陷。
9.根據權利要求8的絕緣隔離物，其中將限定所述凹陷的開口的所述溝槽部分的邊緣部分倒角。
10.根據權利要求7的絕緣隔離物，其中所述絕緣隔離物具有圓柱形狀，以及所述溝槽部分形成于所述圓柱形狀的側面上。
11.根據權利要求7的絕緣隔離物，其中所述凹陷的開口與所述凹陷的深度的比率等于或者大于1。
12.一種離子束輻照裝置，包括等離子體產生室，在其內部產生等離子體；處理室，與所述等離子體產生室連接；多個柵格，設置在所述等離子體產生室和所述處理室之間，用于從所述等離子體產生室中抽取所述等離子體中的離子到所述處理室，每個所述柵格具有多個小孔；以及絕緣隔離物，設置在所述柵格之間，用于防止所述柵格彼此電接觸；其中所述絕緣隔離物具有圓盤形狀，所述圓盤形狀具有上表面和下表面以及穿過所述上表面和下表面的通孔，所述通孔具有等于或稍大于所述柵格的小孔的內徑，以及所述圓盤形狀的外徑具有這樣的尺寸，以至于所述絕緣隔離物不會影響穿過與在其上固定有所述絕緣隔離物的小孔鄰近的小孔的離子。
13.根據權利要求12的離子束輻照裝置，其中沿著所述絕緣隔離物的整個側面形成溝槽部分，所述溝槽部分在沿著所述絕緣隔離物的軸線方向的橫截面中表現為在與所述離子束抽取方向垂直的方向上形成的凹陷。
14.一種離子銑削裝置，包括根據權利要求12或13的離子束輻照裝置；處理室，在其中引入從所述離子束輻照裝置中抽取的離子；以及夾具，設置在所述處理室中，用于在利用所述抽取離子進行輻照的位置夾持將被處理的物品。
15.一種在離子束輻照裝置中使用的絕緣隔離物，該離子束輻照裝置包括等離子體產生室，在其內部產生等離子體；處理室，與所述等離子體產生室連接；以及多個柵格，設置在所述等離子體產生室和所述處理室之間，用于抽取所述等離子體中的離子，每個所述柵格具有多個小孔；所述絕緣隔離物，設置在所述多個柵格之間，用于防止所述柵格彼此電接觸；其中所述絕緣隔離物具有圓盤形狀，所述圓盤形狀具有上表面和下表面以及穿過所述上表面和下表面的通孔，所述通孔具有等于或稍大于所述柵格的小孔的內徑，以及所述圓盤形狀的外徑具有這樣的尺寸，以至于所述絕緣隔離物不會影響穿過與在其上固定有所述絕緣隔離物的小孔鄰近的小孔的離子。
16.根據權利要求15的用于離子束輻照裝置的絕緣隔離物，其中沿著所述絕緣隔離物的整個側面形成溝槽部分，所述溝槽部分在沿著所述絕緣隔離物的軸線方向的橫截面中表現為在與所述離子束抽取方向垂直的方向上形成的凹陷。
17.一種離子束輻照裝置，適合通過在多個柵格上形成的小孔來抽取包含在等離子體產生室中產生的等離子體中的離子以產生離子束，包括絕緣構件，設置在所述多個柵格之間或鄰近所述等離子體產生室的柵格的等離子體產生室側面上，以及設置在與抽取所述輻照離子束的區域對應的部分柵格上；其中所述小孔以對準預定方向的方式設置在所述多個柵格上，以及所述絕緣構件具有這樣的形狀，當設置所述絕緣構件時不會影響所述小孔的對準。
18.根據權利要求17的離子束輻照裝置，其中所述設置在所述柵格之間的絕緣構件包括具有與所述柵格的小孔對準的小孔的薄片狀構件，以及通過所述絕緣構件將所述多個柵格之間的電容量調節到預定值。
19.根據權利要求18的離子束輻照裝置，其中所述絕緣構件具有與所述柵格對應的基本上圓盤的形狀。
20.根據權利要求17的離子束輻照裝置，其中所述設置在鄰近所述等離子體產生室的所述柵格的所述等離子體產生室側面上的絕緣構件，包括具有與所述柵格上的小孔對準的小孔的薄片狀構件，以及所述絕緣構件通過自偏置形成平坦的離子層。
21.根據權利要求20的離子束輻照裝置，其中所述絕緣構件具有與所述柵格對應的基本上圓盤的形狀。
22.根據權利要求17的離子束輻照裝置，其中所述設置在鄰近所述等離子體產生室的所述柵格的所述等離子體產生室側面上的絕緣構件，設置在與這樣的區域對應的位置上，在該區域中在沒有設置所述絕緣構件的情況下抽取的離子束中離子數量小。
23.一種離子銑削裝置，包括根據權利要求17至22的任何一個的離子束輻照裝置；處理室，在其中引入從所述離子束輻照裝置中抽取的離子；以及夾具，設置在所述處理室中，用于在利用所述抽取離子進行輻照的位置夾持將被處理的物品。
全文摘要
設置在離子束輻照裝置的柵格之間的絕緣隔離物的替換頻率將被減小。另外，在離子束輻照裝置中的多個柵格的間隔將被保持恒定。為了得到這些目的，在用于保持柵格之間絕緣的所謂絕緣隔離物中，在絕緣隔離物的側面的中心部分上沿著其整個周圍提供具有濺射材料很難附著的底部的溝槽部分。
文檔編號H01J37/30GK1661762SQ200510008459
公開日2005年8月31日 申請日期2005年2月21日 優先權日2004年2月26日
發明者伊東克己, 前川和也, 武內悅雄, 矢島信男, 佐藤順一 申請人:Tdk株式會社