CN102203856B - 离子注入装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及离子注入装置。本发明的离子注入装置（10）具有配置在照射离子的照射范围（5）内的测定对象物（31）。在通过向处理对象物（40）照射处理气体离子和所述处理气体离子中性化的中性化粒子，由此，向所述处理对象物（40）注入原子时，向测定对象物（31）也照射所述处理气体离子和所述中性化粒子，所以，所述测定对象物（31）的温度上升。并且，控制装置（34）根据所计测的所述测定对象物（31）的温度求出所述处理对象物（40）的原子注入量。由此，能够提供正确测定原子注入量的离子注入装置。

Description

离子注入装置
技术领域
本发明涉及离子注入装置。
背景技术
作为硬盘磁记录介质，公知有DTR（Discrete Track Recording media）或BPM（Bit Patterned Media），特别是，期待多个磁性膜呈坑状分散的BPM作为下一代的高密度记录介质。
迄今为止，这种磁记录介质的磁性膜通过构图来形成。对于磁记录介质来说，为了记录再现时磁头在磁记录介质的表面浮起，要求的表面平滑性。因此，在构图后，需要用非磁性材料对磁性膜间进行填埋的平滑化工序。
为了去掉平滑化的工序而使工序简化，公知有向在磁性膜上配置有抗蚀剂层的处理对象物照射利用加速装置加速后的处理气体离子（离子束）的方法（参照下述专利文献1、2）。
磁性膜的被抗蚀剂层覆盖的部分受到保护，未被非磁性化，但是，在未配置抗蚀剂层或者抗蚀剂层覆盖得薄的处理部，处理气体的构成原子即目的原子注入到磁性膜中，被非磁性化。因此，在磁性膜上，沿着抗蚀剂层的开口图案形成有被非磁性化的部分。残留有磁性的部分（磁性部）由被非磁性化的部分分离，分离的磁性部成为进行信息的存储/读出的记录区域。
专利文献1：日本特开2002-288813号公报。
专利文献2：日本特开2008-77756号公报。
发明内容
发明要解决的课题
当过剩地注入离子时，被照射物的温度上升，磁性特性恶化，应残留磁性的存储区域也被非磁性化。因此，一边测量离子注入量一边进行非磁性化处理，如果注入量达到了预先设定的量，则结束非磁性化处理。
以往，在离子注入量的测定中采用法拉第杯。法拉第杯是被电绝缘的导电性的容器，将容器开口朝向离子照射装置配置。
由于离子是带正电或带负电的电荷粒子，所以，当离子向容器入射时，在法拉第杯中流过电流。测定在法拉第杯中流动的电流，若求出该测定值和离子注入量的关系，则能够根据电流计的电流值计算出离子注入量。
但是，根据法拉第杯的电流值计算出的离子注入量比实际向处理对象物注入的离子注入量小，产生根据法拉第杯的电流值的注入量进行注入的过剩注入（过量）。
用于解决课题的手段
离子照射在真空环境中进行，但是，当含有从离子照射装置注入的物质的处理气体的离子照射到处理对象物时，放出气体从处理对象物放出，使法拉第杯周围的压力变高。
当压力变高时，处理气体的离子与放出气体或其他离子碰撞，使一部分中性化。由于处理气体的离子在被中性化之前被加速装置加速，所以，处理气体的离子中性化后的中性化粒子以具有某种程度的加速能量的状态照射到处理对象物，注入了处理气体的构成原子。
因此，对处理对象物不仅注入处理气体离子的构成原子，而且注入中性化粒子的构成原子。但是，即使中性化粒子入射到法拉第杯，也不会在法拉第杯中流过电流，所以，根据法拉第杯的电流值计算出的离子注入量比实际向处理对象物注入的离子注入量小，成为过剩注入（过量）的原因。
为了解决上述课题，本发明提供一种离子注入装置，具有：真空槽；离子照射装置，向所述真空槽内部照射离子；基板架，在所述真空槽内部的照射离子的照射范围内保持处理对象物；测定对象物，配置在所述真空槽内部的所述照射范围内；温度测定装置，测定所述测定对象物的温度。
本发明的离子注入装置具有连接在所述温度测定装置上的控制装置，在所述控制装置中存储有所述测定对象物的温度和向所述处理对象物注入的原子数的关系。
本发明以如上所述的方式构成，在本发明中使用的处理对象物例如是板状，两面都为应注入原子的处理面。
当基板架或传感器等其他构件与处理面接触时，成为污染的原因，所以，在这样的处理对象物中，仅限于侧面等的部分能够与其他构件接触，安装传感器是困难的。
测定对象物以不与处理对象物接触的方式配置，处理对象物的处理面不被污染。测定对象物和处理对象物这二者都配置在离子的照射范围内，所以，在向处理对象物照射离子时，向处理对象物和测定对象物都入射离子和中性粒子而使其升温。
因此，若求出测定对象物的温度和向处理对象物注入的原子数的关系，则对测定对象物的温度进行测定，从而能够求出向处理对象物注入离子的构成原子的量。
发明效果
能够正确地求出针对处理对象物的离子注入量。能够正确地控制非磁性化，所以，能够正确地进行磁性膜的分离，得到可靠性高的磁存储介质。无需在处理对象物上安装传感器等，所以，处理对象物不会被污染。
附图说明
图1是示出本发明的离子注入装置的一例的剖视图。
图2（a）~（c）是示出磁记录介质的制造工序的剖视图。
其中，附图标记说明如下：
10  离子注入装置
11  真空槽
12  离子照射装置
15  离子发生装置
20  加速装置
30  温度测定装置
31  测定对象物
34  控制装置
40  处理对象物。
具体实施方式
图1的附图标记10表示本发明的离子注入装置的一例。
离子注入装置10具有真空槽11和离子照射装置12。
离子照射装置12具有离子发生装置15，对于离子发生装置15来说，内部空间经由未图示的放出口连接到真空槽11的内部空间。在真空槽11上连接有真空排气系统19。当利用真空排气系统19对真空槽11内部进行真空排气时，离子发生装置15内部也被真空排气。
在离子发生装置15上连接有气体供给系统16，气体供给系统16将N2气体这样的处理气体供给至离子发生装置15内。
在离子发生装置15外部设置高频天线17，当对其通电时，在离子发生装置15内，处理气体进行离子化，从放出口放出到真空槽11内。
在真空槽11内部的与放出口相面对的部位配置有加速装置20。加速装置20具有一个或多个加速电极21a~21d，加速电极21a~21d沿着放出处理气体离子的方向排列。
在加速电极21a~21d上分别形成有贯通孔，处理气体离子在加速装置20的内部（各加速电极21a~21d的贯通孔和加速电极21a~21d间的空间）飞行。即，处理气体离子在加速装置20的内部飞行之后，放出到真空槽11的内部。
加速电极21a~21d连接在加速电源25上。加速电源25施加使加速电极21a~21d间产生电位差的电压作为加速电压，在加速装置20内形成加速电场。
由于处理气体离子带电，所以，当形成加速电场时，从离子发生装置15中被引出，在加速装置20的内部飞行的期间被加速，被加速的处理气体离子照射在真空槽11内部的预定范围内。
图1的附图标记5表示照射了被加速的处理气体离子的区域即照射范围。在维持真空环境不变的状态下，将处理对象物40搬入到真空槽11内部并且保持在基板架18上，在该状态下，在照射范围5静止或通过照射范围5。
如图2（a）所示，处理对象物40具有基板41和在基板41的表面以及背面配置的磁性膜44a、44b，整体的形成为板状。此外，也可以在基板41和磁性膜44a、44b之间设置基底膜。
对于该处理对象物40来说，两面都是处理面，在各磁性膜44a、44b上直接或者隔着保护膜46a、46b等其他膜配置有抗蚀剂膜49a、49b。
对于处理对象物40来说，侧面与基板架18接触，并且，配置有抗蚀剂膜49a、49b的处理面露出。处理对象物40的至少单面在照射范围5朝向离子照射装置12的加速装置20。
在照射范围5，与基板架18、处理对象物40分离地配置有测定对象物31。测定对象物31是如碳等导热性材料的板，并且表面朝向离子照射装置12。
对于处理对象物40和测定对象物31来说，一方不位于遮挡向另一方入射的离子的部位，从离子照射装置12照射的处理气体离子入射到处理对象物40和测定对象物31。
利用处理气体离子的照射，对于照射范围5来说，由于来自处理对象物的放出气体，压力比真空槽11内的其他区域高，引起处理气体离子与放出气体的碰撞或处理气体离子与未被离子化的处理气体的碰撞，使处理气体离子的一部分中性化。
因此，向处理对象物40和测定对象物31入射处理气体离子和使处理气体离子中性化后的中性化粒子，注入处理气体离子的构成原子和中性化粒子的构成原子。
对于测定对象物31来说，当注入构成原子时进行升温。在测定对象物31上连接有温度测定装置30。
温度测定装置30具有传感器33和温度检测装置32。传感器33埋设在测定对象物31中，并且与测定对象物31相接触。
传感器33连接在温度检测装置32上，传感器33向温度检测装置32传送测定对象物31的温度作为电信号，温度检测装置32基于该电信号求出测定对象物31的温度。温度检测装置32连接在控制装置34上，测定对象物31的温度信息被传送到控制装置34。
当注入到处理对象物40的原子数较多时，注入到测定对象物31的原子数也变较多，测定对象物31变为高温。另外，当施加在加速装置20上的加速电压变大、加速能量变高时，即使注入到测定对象物31的原子数相同，测定对象物31也变为高温。
在照射范围5配置有导电性的容器（法拉第杯35），法拉第杯35连接在电流计36上。针对各加速装置20的加速电压，求出测定对象物31的温度、法拉第杯35的电流、向处理对象物40注入的注入原子数的关系。
在控制装置34中设定实际使用的加速电压与该加速电压下的温度和注入原子数的关系。控制装置34将温度测定装置30所测定的温度与所设定的温度和注入原子数的关系对照，求出向处理对象物40注入的原子数（例如，每单位面积的原子数）。
应注入到处理对象物40的原子数预先决定。例如，在图2（a）的处理对象物40中，应注入的原子数为如下的原子数：使磁性膜44a、44b中的抗蚀剂膜49a、49b的薄膜部48a、48b所位于的部分非磁性化，并且，厚膜部47a、47b所位于的部分的磁性残留。
在控制装置34中设定所决定的原子数，如果测定对象物31的温度求出的原子数达到了所决定的原子数，则控制装置34停止加速电源25或关闭未图示的闸门，停止向处理对象物40和测定对象物31照射处理气体离子。
向处理对象物40注入的原子数成为所决定的量，没有引起过剩注入，所以，磁性膜44a的配置有薄膜部48a的部分被非磁性化，成为非磁性部52a，但是，配置有厚膜部47a的部分未被非磁性化，磁性残留，被非磁性部52a分离成多个而成为存储区域51a（图2（b））。
接着，在相同的真空槽11内部改变处理对象物40的朝向或将处理对象物40搬入具有与图1相同结构的其他离子注入装置中，使处理对象物40的与非磁性化处理结束的面的相反侧的面朝向离子照射装置12。
与先前进行的非磁性化同样，根据测定对象物31的温度求出向处理对象物40注入的原子数，如果达到所决定的原子数，则停止照射处理气体离子时，如图2（c）所示，在配置有厚膜部47b和薄膜部48b的部分，分别形成存储区域51b和非磁性部52b。
其中，图2（c）表示在使处理对象物40的两面的非磁性化结束之后将抗蚀剂膜49a、49b剥离的磁记录介质50。
在非磁性化处理时没有引起过剩注入，所以，存储区域51a、51b不变窄，磁记录介质50的可靠性高。
以上，说明了一个面一个面地对处理对象物40进行原子注入的情况，但是，本发明并不限于此。
也可以在真空槽11上连接多个离子照射装置12，向相同的照射范围照射处理气体离子，向处理对象物40的两面照射处理气体离子。处理气体离子的照射既可以一个面一个面地进行，也可以两面同时进行。
在该情况下，可以根据相同的测定对象物31的温度测定结果求出处理对象物40两面的注入原子数，也可以对处理对象物40分别设置表面用和背面用的测定对象物31，根据表面用的测定对象物31求出处理对象物40表面的离子注入量，根据背面用的测定对象物31求出处理对象物40背面的离子注入量。
处理气体的种类并不特别限定，其构成原子优选是从例如O、N、B、P、F、H、C、Kr、Ar、Xe的组中选择的任意一种以上，更优选是从O、N、B、P、Si、F、H、C的组中选择的任意一种以上，或者是从Si、In、Ge、Bi、Kr、Xe、W的组中选择的任意一种以上，更优选是Si或Kr。另外，这些原子可以注入两种以上。也可以在处理对象物40的表面和背面改变非磁性化的处理气体的种类。
磁性膜44并不特别限定，但是，能够使用Fe、Co、Ni等的磁性材料。具体地说，能够使用Co/Pd、Co/Pt、Fe/Pd、Fe/Pt等的人造晶格膜或CoCrPt合金等。
保护膜46并不特别限定，但是，能够由从例如DLC（类金刚石）等的碳、氢化碳、氮化碳、碳化硅（SiC）、SiO2、Zr2O3、TiN构成的组中选择的任意一种以上的保护材料构成。
抗蚀剂膜49a、49b并不特别限定，若举一例，则是树脂等的有机物，利用压模（stamper）等的模具或光刻法形成预定形状的厚膜部47a、47b和薄膜部48a、48b。
对于基板41来说，若是非磁性基板，则并不特别限定，例如，使用玻璃基板、树脂基板、陶瓷基板、铝基板等。
本发明的离子注入装置10能够广泛适用于使磁性膜的一部分非磁性化并使多个磁性部分离的磁记录介质的制造方法，更具体地说，能够用于 DTR（Discrete Track Recording Media）或BPM（Bit Patterned Media）等各种磁记录介质的制造。
但是，本发明的离子注入装置10的用途并不仅限于磁记录介质50的制造。能够用于灰化、离子注入、刻蚀等各种离子处理，特别是，适用于对两面进行离子处理并且仅侧面等窄的范围能与基板架18等其他构件接触的情况。
测定对象物31的形状或材质并不特别限定，若由碳等导热性物质由构成，则由于测定对象物31整体升温，所以，即使将传感器设置在没有直接照射处理气体离子的位置，也能够正确地测定对象物31的温度。若传感器没有被处理气体离子直接照射，则使传感器的寿命变长。
既可以对测定对象物31和处理对象物40同时照射处理气体离子，也可以使处理气体离子束的照射位置移动，交替或依次对测定对象物31和处理对象物40照射处理气体离子。
为了使入射到测定对象物31的处理气体离子和中性化粒子的比率与入射到处理对象物40的处理气体离子和中性化粒子的比率相等，若使测定对象物31接近处理对象物40，则根据测定对象物31的温度所检测的处理对象物40的注入原子数和实际所注入的注入原子数之间的测定误差变小。

Claims (1)

1.一种离子注入装置，具有：
真空槽；
离子照射装置，向所述真空槽内部照射离子；
基板架，在所述真空槽内部的照射离子的照射范围内保持处理对象物；
测定对象物，配置在所述真空槽内部的所述照射范围内；
温度测定装置，对所述离子照射于所述测定对象物和所述处理对象物的期间的所述测定对象物的温度进行测定；以及
控制装置，与所述温度测定装置连接，
所述测定对象物从所述处理对象物分离地配置，
所述温度测定装置具有与所述测定对象物接触的传感器，所述测定对象物的温度由所述传感器检测，
其特征在于，
所述处理对象物和所述测定对象物位于所述照射范围并且所述离子照射到所述处理对象物时，所述离子以及所述离子中性化后的中性化粒子照射到所述处理对象物和所述测定对象物而温度上升，
在所述控制装置中存储有所述测定对象物的温度和向所述处理对象物注入的原子数的关系，
所述控制装置根据所述测定对象物的温度求出注入到所述处理对象物的原子数，当求出的原子数达到所决定的原子数时，停止向所述处理对象物和所述测定对象物照射所述离子。
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