JP2007258272A - Ion beam processing method and apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、被露光材にイオンビームを照射し被露光材に所望する微細構造を形成するイオンビーム加工方法及びイオンビーム加工装置に関する。 The present invention relates to an ion beam processing method and an ion beam processing apparatus for irradiating an exposed material with an ion beam to form a desired microstructure on the exposed material.
近年、ナノインプリント等の微細加工装置に使用される金型の製作に、LIGA(Lithographie,Galvanoformung und Abformung)と称されるプロセスが利用されるようになっている。LIGAプロセスは、アスペクト比(加工幅に対する加工深さの比)を大きくすることができるという優れた特徴を有する(非特許文献1,2)。 2. Description of the Related Art In recent years, a process called LIGA (Lithographie, Galvanoforming and Abforming) has been used for the production of molds used in microfabrication apparatuses such as nanoimprints. The LIGA process has an excellent feature that an aspect ratio (ratio of processing depth to processing width) can be increased (Non-Patent Documents 1 and 2).
このLIGAプロセスは、近接X線マスクを使用してパターンをレジスト層(ポリメチルメタクリレート:PMMA)に転写するため、近接X線マスクを別途製作しなければならず、そのためのコストを見込まなければならないという問題を有している。また、X線を使用することにより設備費が増加し、稼働の際には厳格な安全管理が求められる。
これらの問題に対して、マスクを使用しないで、水素イオン(プロトン)、ヘリウムイオン、またはリチウムイオン等の軽イオンのビームによって直接レジスト層にパターンを露光するイオンビーム加工装置が開示されている(特許文献1)。
In order to solve these problems, an ion beam processing apparatus is disclosed in which a pattern is directly exposed on a resist layer by a beam of light ions such as hydrogen ions (protons), helium ions, or lithium ions without using a mask ( Patent Document 1).
しかしながら、特許文献1に開示された軽イオンを用いたイオンビーム加工装置においては、次のような問題が発生していた。
すなわち、被露光材に対してイオンビームを照射し図2(a)のような加工パターンを形成する場合、実際には、図2(b)のように幅方向縁部が波打つ(規則的に変動した形状となる)ことが明らかとなった。この現象に関して、本願発明者らは研究・検討を重ねた結果、照射されるイオンビームの電流値が周期的に変動(脈動と呼ぶこともある)することが原因であることを突き止めるに至った。かかるイオンビームの電流値の脈動は、イオンビーム加工装置、特にイオンビームを発生させるイオンビーム照射装置に供給される商用交流電源の周波数(50Hz又は60Hz)と略同一の周波数を有している場合が多いことがわかった。
However, the ion beam machining apparatus using light ions disclosed in Patent Document 1 has the following problems.
That is, when an ion beam is irradiated to a material to be exposed to form a processing pattern as shown in FIG. 2A, the edge in the width direction actually undulates (regularly as shown in FIG. 2B). It became clear that the shape changed. As a result of repeated studies and examinations on this phenomenon, the inventors of the present application have determined that the cause is that the current value of the irradiated ion beam fluctuates periodically (sometimes referred to as pulsation). . When the pulsation of the current value of the ion beam has substantially the same frequency as the frequency (50 Hz or 60 Hz) of the commercial AC power supply supplied to the ion beam processing apparatus, particularly the ion beam irradiation apparatus that generates the ion beam. I found that there are many.
電気・電子分野においては、装置の出力に商用交流電源に起因する周期的ノイズが発生することは間々あることで、「ハム」若しくは「ハムノイズ」などと呼ばれている。つまり、従来からのイオンビーム加工装置においては、照射されるイオンビームにハムノイズに起因する脈動が生じていたのである。
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたもので、被露光材に照射するイオンビームに変動があった場合であっても、被露光材上に波打った形状を有さず所望とするパターンを形成することが可能なイオンビーム加工方法及びイオンビーム加工装置を提供することを目的とする。
In the electric / electronic field, periodic noise due to commercial AC power is often generated at the output of the apparatus, and is called “hum” or “hum noise”. That is, in the conventional ion beam processing apparatus, pulsation caused by hum noise is generated in the irradiated ion beam.
The present invention has been made in view of the above-described problems, and even if there is a change in the ion beam irradiated to the material to be exposed, it is desired to have no wavy shape on the material to be exposed. An object is to provide an ion beam processing method and an ion beam processing apparatus capable of forming a pattern.
前記目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
すなわち、本発明にかかる技術的手段は、被露光材の同一箇所にイオンビームを複数回照射することで前記被露光材上に所定のパターンを形成するイオンビーム加工方法において、前記イオンビームの電流値が周期的に変動する場合に、前記変動の周期Tを求め、
前回照射したイオンビームに対して、前記周期Tから算出された位相δだけ位相がシフトしたイオンビームを用意し、前記位相がシフトしたイオンビームを前記被露光材上の同一箇所に再度照射し、所定のパターンを形成することを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention takes the following technical means.
That is, the technical means according to the present invention provides an ion beam processing method in which a predetermined pattern is formed on the exposed material by irradiating the same portion of the exposed material with the ion beam a plurality of times. When the value fluctuates periodically, the period T of the fluctuation is obtained,
Prepare an ion beam whose phase is shifted by the phase δ calculated from the period T with respect to the previously irradiated ion beam, and again irradiate the ion beam whose phase is shifted to the same location on the exposed material, A predetermined pattern is formed.
この技術的手段により、前回のイオンビーム照射により波状となった被露光材のパターンに対し、変動の周期Tから算出された位相δだけ位相がシフトした(すなわち、波形の山谷の位置がずれた)イオンビームを照射し、照射後のパターンの波状形状を均一化させることが可能となる。
好ましくは、前記被露光材にn回のイオンビーム照射を行って前記パターンを形成するに際し、前記位相δをδ=T/nとするとよい。
By this technical means, the phase is shifted by the phase δ calculated from the fluctuation period T with respect to the pattern of the material to be exposed which has been waved by the previous ion beam irradiation (that is, the position of the peaks and valleys of the waveform is shifted). ) Irradiation with an ion beam makes it possible to make the wavy shape of the pattern after irradiation uniform.
Preferably, the phase δ is set to δ = T / n when the pattern is formed by irradiating the material to be exposed n times.
こうすることで、毎回照射されるイオンビームの位相がδ=T/nずつシフトするようになり、例えば、前回照射されたイオンビームにおいて変動の谷部が対応した位置に、今回又は次回以降に照射されるイオンビームの山部が対応するようになって、最終的に、パターンに波形状が発生することを防止できる。
また、本発明の技術的手段は、被露光材の同一箇所にイオンビームを複数回照射することで前記被露光材上に所定のパターンを形成するイオンビーム加工方法において、前記イオンビームの電流値が周期的に変動する場合に、前記変動の周期Tを求め、前記周期Tで周期的に変動する基準ビーム波を設定し、前記基準ビーム波に対して、周期Tから算出された位相δだけ位相がシフトしたイオンビームを用意し、前記位相がシフトしたイオンビームを前記被露光材上の同一箇所に再度照射し、所定のパターンを形成することを特徴とする。
By doing so, the phase of the ion beam irradiated each time is shifted by δ = T / n. For example, the position of the valley of fluctuation in the previously irradiated ion beam corresponds to the position corresponding to the current or next time. The peak of the ion beam to be irradiated comes to correspond, and finally it is possible to prevent the waveform from being generated in the pattern.
Further, the technical means of the present invention is an ion beam processing method in which a predetermined pattern is formed on the exposed material by irradiating the same position of the exposed material multiple times with the ion beam. Is periodically changed, the period T of the fluctuation is obtained, a reference beam wave that periodically fluctuates in the period T is set, and only the phase δ calculated from the period T is set for the reference beam wave. An ion beam having a phase shift is prepared, and the ion beam having a phase shift is irradiated again on the same portion on the exposed material to form a predetermined pattern.
この技術的手段により、前回のイオンビーム照射により波状となった被露光材のパターンに対し、変動の周期Tから算出された位相δだけ位相がシフトした(すなわち、波形の山谷の位置がずれた)イオンビームを照射し、照射後のパターンの波状形状を均一化させることが可能となる。
なお好ましくは、前記被露光材にn回のイオンビームの照射を行って前記パターンを形成するに際し、m回目(m≦n)のイオンビームの照射の場合、前記基準ビーム波に対して、位相δ=(T/n)×(m−1)だけシフトしたイオンビームを用意し、前記位相がシフトしたイオンビームを、被露光材上の同一箇所に照射するとよい。
By this technical means, the phase is shifted by the phase δ calculated from the fluctuation period T with respect to the pattern of the material to be exposed which has been waved by the previous ion beam irradiation (that is, the position of the peaks and valleys of the waveform is shifted). ) Irradiation with an ion beam makes it possible to make the wavy shape of the pattern after irradiation uniform.
Preferably, when forming the pattern by irradiating the material to be exposed n times with respect to the reference beam wave, the pattern is formed with respect to the reference beam wave. An ion beam shifted by δ = (T / n) × (m−1) is prepared, and the ion beam whose phase is shifted may be irradiated to the same portion on the exposed material.
こうすることで、毎回照射されるイオンビームの位相がδ=T/nずつシフトするようになり、例えば、前回照射されたイオンビームにおいて変動の谷部が対応した位置に、今回又は次回以降に照射されるイオンビームの山部が対応するようになって、最終的に、加工パターンに波形状が発生することを防止できる。
また、本発明にかかる技術的手段は、被露光材の同一箇所にイオンビームを複数回照射することで前記被露光材上に所定のパターンを形成するイオンビーム加工装置において、前記イオンビームの電流値が周期的に変動する場合に、前記変動の周期Tを求める脈動検出手段と、前回照射したイオンビームに対して、前記周期Tから算出された位相δだけ位相がシフトしたイオンビームを用意すると共に、前記位相がシフトしたイオンビームを前記被露光材上の同一箇所に再度照射するように制御するスキャン制御手段と、を備えていることを特徴とする。
By doing so, the phase of the ion beam irradiated each time is shifted by δ = T / n. For example, the position of the valley of fluctuation in the previously irradiated ion beam corresponds to the position corresponding to the current or next time. The peak of the ion beam to be irradiated corresponds, and finally, it can be prevented that the processing pattern has a wave shape.
Further, the technical means according to the present invention is an ion beam processing apparatus for forming a predetermined pattern on the exposed material by irradiating the same position of the exposed material with the ion beam a plurality of times. When the value fluctuates periodically, pulsation detecting means for obtaining the fluctuation period T and an ion beam whose phase is shifted by the phase δ calculated from the period T with respect to the ion beam previously irradiated are prepared. And a scan control means for controlling to irradiate the same position on the exposed material again with the ion beam whose phase is shifted.
前述のイオンビーム加工装置は、前記イオンビームの電流値が周期的に変動する場合に、前記変動の周期Tを求める脈動検出手段と、前記周期Tで周期的に変動する基準ビーム波を設定する基準ビーム波設定手段と、前記基準ビーム波に対して、周期Tから算出された位相δだけ位相がシフトしたイオンビームを用意すると共に、前記位相がシフトしたイオンビームを前記被露光材上の同一箇所に再度照射するように制御するスキャン制御手段と、を備えていてもよい。 The ion beam processing apparatus described above sets pulsation detecting means for obtaining the fluctuation period T when the current value of the ion beam fluctuates periodically, and a reference beam wave that fluctuates periodically in the period T. A reference beam wave setting unit and an ion beam whose phase is shifted by a phase δ calculated from a period T with respect to the reference beam wave are prepared, and the ion beam whose phase is shifted is the same on the material to be exposed. Scan control means for controlling to irradiate the spot again.
本発明にかかるイオンビーム加工方法及びイオンビーム加工装置を用いることで、被露光材に波打った形状を有さず所望通りの加工パターンを形成することが可能となる。 By using the ion beam processing method and the ion beam processing apparatus according to the present invention, it is possible to form a desired processing pattern without having a corrugated shape on the material to be exposed.
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づき説明する。
図1は、本発明にかかるイオンビーム加工装置1を示したものである。この図における上下方向を装置の上下方向とし、図の左右方向を左右方向、図を貫通する方向を前後方向と呼ぶ。
イオンビーム加工装置1は、イオンビーム照射装置3、イオンビーム制御器4、被露光材支持ステージ5、電流計測プローブ6、ファラデーカップ7、演算器2、チャンバー8、真空制御器9を備えている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows an ion beam processing apparatus 1 according to the present invention. The vertical direction in this figure is the vertical direction of the apparatus, the horizontal direction in the figure is called the horizontal direction, and the direction penetrating the figure is called the front-back direction.
The ion beam processing apparatus 1 includes an ion beam irradiation apparatus 3, an ion beam controller 4, an exposed
イオンビーム照射装置3は、チャンバー8内の上部側に配置されたイオン源10、加速器11、および集束機器12から構成されている。
イオン源10は、水素雰囲気下で金属の鋭利な先端と周囲との間に電圧を印加して軽イオンであるプロトンイオン(H+)を発生させる。イオン源10の下方側に配置された加速器11は、複数に積層された引き出し電極13を含み、イオン源10で発生したイオンを一定の方向(下方)に引き出して加速する働きを行う。
The ion beam irradiation apparatus 3 includes an
The
加速器11の下方側には、通電されて所定の電磁界を形成し、イオン源10から引き出され加速されたプロトンイオンを集束させ、被露光材Wの所定の位置に照射させる集束機器12が配備されており、この集束機器12は、拡大レンズ14、偏向器15、および集束レンズ16から構成されている。
拡大レンズ14、集束レンズ16のいずれも巻回された電磁コイルから構成されており、それぞれの磁界分布や磁界強度により、中央を通過するプロトンイオンを引き寄せて半径方向に拡大させたり、イオンビーム中心軸側に押し戻して集束させたりできるようになっている。偏向器15は、互いに90度ずらした2組の平行電極板で構成されており、所望するビームの偏向度合いに応じた直流電圧を各組の電極板に印加することにより、イオンビームの軸心を移動させて偏向させる。
Below the
Each of the magnifying lens 14 and the focusing
イオンビーム制御器4は、チャンバー8外に設けられるものであって、集束機器12(拡大レンズ14、偏向器15、集束レンズ16)に印加する電圧等を調整して、集束機器12が形成するイオンビームの集束度合いおよび照射位置を制御する働きを行う。
被露光材支持ステージ5はチャンバー8内に設けられているものであって、イオンビーム加工装置1により加工される被露光材Wを載置するためのものである。被露光材支持ステージ5は、被露光材が直接載置される小ステージ17とそれを支える大ステージ18とからなっている。小ステージ17は、図示しない駆動装置により大ステージ18上を前後左右方向を自由にかつ微小な単位(例えば10nmオーダー)で移動できるよう構成されている。また、大ステージ18は、図示しない駆動装置によって被露光材Wがイオンビームに露光される位置と露光されない位置との間で大きく移動可能なように構成されている。
The ion beam controller 4 is provided outside the
The exposed
前述した被露光材支持ステージ5の上方側であって、集束機器12の下方側には、ファラデーカップ7が配置可能となっている。
ファラデーカップ7は、イオンビームの全てを受け止め、イオンビームにおける全イオンの数を電流値として測定する。ファラデーカップ7は、駆動装置20によってイオンビームを受光する位置(受光位置)と、イオンビームを受光しない位置(待避位置)との間を移動可能に構成されている。ファラデーカップ7には、公知のものが使用される。
A Faraday cup 7 can be arranged on the upper side of the above-described exposed
The Faraday cup 7 receives all of the ion beam and measures the number of all ions in the ion beam as a current value. The Faraday cup 7 is configured to be movable between a position where the driving
本実施形態のイオンビーム加工装置1は、前述した被露光材支持ステージ5が待避位置に位置する際に、被露光材支持ステージ5の受光位置辺りに、電流計測プローブ6が挿入可能となっている。
電流計測プローブ6は、イオンビームを形成するイオンが有する電荷を電流値として計測するためのもので、イオンビーム照射装置3側に検出面を向けて配置されている。また、電流計測プローブ6は、水平面上の直交する2方向(前後方向、左右方向)において検出面がイオンビーム内を走査可能に構成され、この2方向における走査は、電流計測プローブ6に結合された互いに直交する方向に伸縮する図示しないピエゾ素子や送り機構などを備える駆動装置によって行われる。
In the ion beam processing apparatus 1 of the present embodiment, the current measuring probe 6 can be inserted around the light receiving position of the exposed
The current measuring probe 6 is for measuring the charge of ions forming the ion beam as a current value, and is arranged with the detection surface facing the ion beam irradiation device 3 side. The current measurement probe 6 is configured such that the detection surface can scan the inside of the ion beam in two orthogonal directions (front-rear direction and left-right direction) on the horizontal plane, and scanning in these two directions is coupled to the current measurement probe 6. Further, it is performed by a driving device including a piezo element (not shown), a feed mechanism, and the like that extend and contract in directions orthogonal to each other.
図1に示されるように、電流計測プローブ6は、検出面が小ステージ17に載置された被露光材Wの露光面と上下方向において略同じ位置になるよう配されている。また、電流計測プローブ6は、大ステージ18を被露光材Wが露光位置に移動したときに、被露光材Wまたは被露光材支持ステージ5と接触することがないように、図示しない駆動装置によって電流計測プローブ6全体が退避位置に移動するように構成されている。
As shown in FIG. 1, the current measuring probe 6 is arranged so that the detection surface is substantially at the same position in the vertical direction as the exposure surface of the material to be exposed W placed on the
演算器2は、被露光材支持ステージ5(小ステージ17や大ステージ18)の移動、電流計測プローブ6の走査、ファラデーカップ7の移動に関する制御を行ったり、ファラデーカップ7や電流計測プローブ6が受けた電流値を記憶したり、それら電流値や積算値から、集束したイオンビームの中心位置、イオンビームの範囲、およびイオン数の分布を算出する機能を有している。
The
さらに、本実施形態のイオンビーム加工装置1は、イオンビームの電流値の周期的な変動(脈動と呼ぶこともある)を検出すると共に、この脈動の周期Tを求める脈動検出手段40を演算器2内に備えている。この脈動検出手段40は、デジタル又はアナログのFFT処理回路から構成されており、ファラデーカップ7で計測されたイオンビームの電流値が、前述のFFT処理回路に入力され、周波数解析の後、脈動の周期Tが得られるものとなっている。 Further, the ion beam processing apparatus 1 according to the present embodiment detects a periodic fluctuation (sometimes referred to as pulsation) of the current value of the ion beam and also includes a pulsation detecting means 40 for obtaining the pulsation period T. 2 is provided. This pulsation detecting means 40 is composed of a digital or analog FFT processing circuit, and the current value of the ion beam measured by the Faraday cup 7 is input to the above-described FFT processing circuit, and after the frequency analysis, The period T is obtained.
イオンビーム制御器4には、被露光材Wに複数回イオンビームを照射する場合に、前回照射したイオンビームの脈動に対して、この脈動の周期Tから算出された位相δだけ位相がシフトしたイオンビームを用意すると共に、このイオンビームを被露光材W上の同一箇所に再度照射できるように、イオンビーム照射装置3及び被露光材支持ステージ5(小ステージ17)を制御するスキャン制御手段41が設けられている。 In the ion beam controller 4, when the material to be exposed W is irradiated with the ion beam a plurality of times, the phase is shifted by the phase δ calculated from the pulsation period T with respect to the pulsation of the ion beam irradiated last time. While preparing an ion beam, a scan control means 41 for controlling the ion beam irradiation device 3 and the exposed material support stage 5 (small stage 17) so that the same spot on the exposed material W can be irradiated again. Is provided.
加えて、前述の脈動の周期Tで変動する基準ビーム波を設定し記憶しておく基準ビーム波設定手段42も備えられている。
演算器2は、パーソナルコンピュータやワークステーション、それらの上で実行される制御プログラム、A/D又はD/A変換機能を有するインタフェース等により実現される。
In addition, reference beam wave setting means 42 for setting and storing a reference beam wave that fluctuates in the above-described pulsation period T is also provided.
The
チャンバー8は、前述したイオンビーム照射装置3、被露光材支持ステージ5、電流計測プローブ6、およびファラデーカップ7を収容する圧力容器である。チャンバー8には真空計33が取り付けられており、粗引き用のロータリーポンプおよび中真空域での真空引き用のターボ分子ポンプ等で構成された真空装置によって大気圧域から真空域までチャンバー8の内部圧力を調節できるよう構成されている。
The
真空制御器9は、真空計33による測定値に基づいて真空装置に接続された自動弁34またはリーク用の自動弁35の開閉を行うことにより、イオンビームによる被露光材Wの加工処理におけるチャンバー8内の真空度を適切に維持する。
以上述べたイオンビーム加工装置1を用いて、被露光材Wに所定の加工パターンを形成する場合を考える。
The
Consider a case where a predetermined processing pattern is formed on the material to be exposed W using the ion beam processing apparatus 1 described above.
まず加工前の準備として、真空制御器9により、真空装置に接続された自動弁34およびリーク用の自動弁35を制御し、チャンバー8内を真空状態(例えば、1×10-5Pa以下)に保持する。
その後、ファラデーカップ7によるイオンビームの電流値の測定を行う。その際は、電流計測プローブ6を待避位置に移動させ、その後にファラデーカップ7を受光位置に移動させる。そして、イオンビーム制御器4はイオン源10を励起し、また、拡大レンズ14、偏向器15、および集束レンズ16に通電して所定の電磁界を形成させ、集束イオンビームをファラデーカップ7に向けて照射させる。
First, as a preparation before processing, the
Thereafter, the current value of the ion beam by the Faraday cup 7 is measured. At that time, the current measuring probe 6 is moved to the retracted position, and then the Faraday cup 7 is moved to the light receiving position. The ion beam controller 4 excites the
演算器2では、照射されたイオンの数に応じたファラデーカップ7からの測定電流値を検知し、その電流値が所定の値以上かどうかを判断して、例えば、被露光材表面の予測される照射面積を考慮したイオンビームの電流密度が10μA/cm2以上となった場合に、イオンビームの集束されていると判断する。
なお、イオンビーム集束後、ビーム集束位置において電流計測プローブ6を走査することで、イオンビームの中心位置およびイオン数の分布を求めるようにすることは非常に好ましい。
The
It is very preferable to obtain the center position of the ion beam and the distribution of the number of ions by scanning the current measuring probe 6 at the beam focusing position after the ion beam focusing.
かかる条件出し終了後は、被露光材Wにイオンビームを照射して被露光材Wの加工作業を行う。
加工作業は、先ず、電流計測プローブ6をファラデーカップ7と接触しないように待避位置に退避させ、代わってファラデーカップ7をイオンビームを受光する位置に移動させ、一時的にイオンビームを遮断する。
After the completion of setting the conditions, the workpiece W is processed by irradiating the workpiece W with an ion beam.
First, the current measuring probe 6 is retracted to the retracted position so as not to come into contact with the Faraday cup 7, and instead, the Faraday cup 7 is moved to a position for receiving the ion beam to temporarily block the ion beam.
次いで、小ステージ17に載置された被露光材Wがイオンビームに照射される位置まで、大ステージ18を駆動装置により移動させる。そして、算出済みのイオンビームの中心の位置情報に基づき、小ステージ17を駆動装置により移動させ、小ステージ17に載置された被露光材Wの所望の位置にイオンビームをの中心が当たるように調整する。
小ステージ17の位置の調整が終わると、ファラデーカップ7をイオンビームを受光しない位置に退避させ、イオンビームを被露光材上に照射した状態で小ステージ17を移動させることでイオンビームをスキャンさせ、所望とする加工パターンを形成する。露光時間又はイオンビームのスキャン速度(小ステージ17の移動速度)は、スキャン制御手段によりコントロールされるものとなっている。
Next, the
When the adjustment of the position of the
ここで、図2(a)のように、被露光材Wに線状のパターン(細長い長方形状のパターン)を形成する場合を考える。
本実施形態の場合、ファラデーカップ7等で計測したイオンビームの電流値は、イオンビーム加工装置1に供給される商用交流電源の周波数等の影響を受け、図3(a)のように時間と共に脈動するものとなっている。したがって、脈動するイオンビームの時間平均電流値を所定値とし、1回だけ被露光材上をイオンビームでスキャンした場合、その加工幅は図2(b),図3(b)の如く、周期的に変動するものとなってしまう。同時に加工深さも図3(c)の如く変動するものとなる。加工幅ならびに加工深さの変動はイオンビームの電流値変動に起因するものであるため、その周期は、イオンビームの電流値の変動周期Tと略同一となっている。
Here, consider a case where a linear pattern (elongated rectangular pattern) is formed on the material to be exposed W as shown in FIG.
In the case of the present embodiment, the current value of the ion beam measured by the Faraday cup 7 or the like is affected by the frequency of the commercial AC power supplied to the ion beam processing apparatus 1, and with time as shown in FIG. It has become pulsating. Therefore, when the time average current value of the pulsating ion beam is set to a predetermined value and the material to be exposed is scanned only once with the ion beam, the processing width is a period as shown in FIGS. 2 (b) and 3 (b). Will fluctuate. At the same time, the machining depth also varies as shown in FIG. Since the fluctuations in the machining width and the machining depth are caused by fluctuations in the current value of the ion beam, the cycle is substantially the same as the fluctuation cycle T of the current value in the ion beam.
このような不都合を回避すべく、本実施形態の場合、図5に示す手順で加工を行うものとなっている。
まず、加工前の準備の一環として、脈動検出手段40により、ファラデーカップ7で捕捉されたイオンビームの脈動の周期Tを求める。変動は商用交流電源の周波数に起因するものであるため、西日本の場合、周期T≒1/60(sec)となることが想定される。[S51,S52]
その後、イオンビームの電流値と、被露光材Wの加工に必要とされるドーズ量との関係から、加工パターンの繰り返し描画回数(スキャン回数)nを計算する。[S53]
具体的には、
(i) 被露光材の加工パターンの最端部H(図2,図6参照)の電流値が最も小さいと考えられるため、そこでのイオン電流値の時間平均値をI(A)とする。
In order to avoid such inconvenience, in the case of the present embodiment, the processing is performed according to the procedure shown in FIG.
First, as part of preparation before processing, the pulsation detecting means 40 calculates the pulsation period T of the ion beam captured by the Faraday cup 7. Since the fluctuation is caused by the frequency of the commercial AC power supply, in the case of Western Japan, it is assumed that the cycle T≈ 1/60 (sec). [S51, S52]
Thereafter, the number of times of repeated drawing (scanning times) n of the processing pattern is calculated from the relationship between the current value of the ion beam and the dose required for processing the exposed material W. [S53]
In particular,
(i) Since it is considered that the current value at the extreme end H (see FIGS. 2 and 6) of the processing pattern of the material to be exposed is the smallest, the time average value of the ion current value there is I (A).
(ii) 所望のパターンを形成するために必要な最低ドーズ量Dminを算出する。
すなわち、加工パターンの加工幅をd(m)、イオンビームの最大スキャン速度をV(m/s)とすると、加工面積はd×V(m2/sec)となる。かかる加工面での電流値は(i)で算出したように少なくともI(A)あるので、最低ドーズ量Dminは、Dmin=I/(d×V)(C/m2)となる。
(ii) The minimum dose amount Dmin necessary for forming a desired pattern is calculated.
That is, assuming that the processing width of the processing pattern is d (m) and the maximum scanning speed of the ion beam is V (m / s), the processing area is d × V (m 2 / sec). Since the current value on the processed surface is at least I (A) as calculated in (i), the minimum dose amount D min is D min = I / (d × V) (C / m 2 ).
(iii) 加工に必要なスキャン回数nを算出する。
すなわち、総ドーズ量Dと最低ドーズ量Dminとから、
n=D/Dmin=D/(I/(d×V)) ・・・(1)
となる。
次に、(iii)で求めた繰り返しスキャン回数nとイオンビームの電流値の変動周期Tとから、イオンビームをシフトさせる際のシフト量(位相)δを、
δ=T/n (sec) ・・・(2)
で算出する。[S54]
(iii) The number of scans n required for processing is calculated.
That is, from the total dose D and the minimum dose D min ,
n = D / D min = D / (I / (d × V)) (1)
It becomes.
Next, the shift amount (phase) δ when shifting the ion beam is calculated from the number of repeated scans n obtained in (iii) and the fluctuation period T of the current value of the ion beam.
δ = T / n (sec) (2)
Calculate with [S54]
以上の計算を行った後、繰り返しスキャン回数nだけ、図2(a)のような加工パターンに沿って、例えば、左から右へイオンビームを最大スキャン速度Vでスキャンするようにする(言い換えれば、被露光材Wが直接載置される小ステージ17を右から左へ最大速度Vで移動させる)。この際、1回目(前回)のイオンビームスキャンに対して、2回目(今回)のイオンビームスキャンは、被露光材上の同一箇所(例えば左縁端H)に着目すると、波形の位相がδだけシフトしたものとする。[S55]
例えば、総スキャン回数を4回とすると、1回目のイオンビームに対して、2回目は位相がT/4だけシフトしたイオンビームを照射し、3回目は、2回目のイオンビームに対して位相がT/4だけシフトしたイオンビームを照射する。4回目は、3回目のイオンビームに対して位相がT/4だけシフトしたイオンビームを照射するようにするとよい。
After performing the above calculation, the ion beam is scanned at the maximum scanning speed V from the left to the right, for example, along the processing pattern as shown in FIG. The
For example, if the total number of scans is 4, the first ion beam is irradiated with an ion beam whose phase is shifted by T / 4, and the third time is a phase with respect to the second ion beam. Is irradiated with an ion beam shifted by T / 4. The fourth time may be irradiated with an ion beam whose phase is shifted by T / 4 with respect to the third ion beam.
イオンビームの脈動の周波数は、商用交流電源の周波数に起因するため略一定と考えて差し支えない。ゆえに、脈動の周波数が60Hzの場合、位相δ=(1/60)×(1/4)≒4.17msecとなる。したがって、1回目のイオンビームに対して4.17msecだけ時間遅れしたイオンビームを2回目に照射すればよい。2回目のイオンビームに対して4.17msecだけ時間遅れしたイオンビームを3回目に照射すればよく、以降同じである。 Since the frequency of the pulsation of the ion beam is caused by the frequency of the commercial AC power supply, it can be considered to be substantially constant. Therefore, when the frequency of pulsation is 60 Hz, phase δ = (1/60) × (1/4) ≈4.17 msec. Therefore, the ion beam delayed by 4.17 msec with respect to the first ion beam may be irradiated for the second time. An ion beam delayed by 4.17 msec from the second ion beam may be irradiated for the third time, and so on.
また、結果的に同じことになるが、1回目のイオンビームを基準ビーム波と考え、2回目は基準ビーム波に対して位相が(T/4)×1だけシフトしたイオンビームを照射し、3回目は位相が(T/4)×2だけシフトしたイオンビームを照射する。4回目は、基準ビーム波に対して位相が(T/4)×3だけシフトしたイオンビームを照射するようにしてもよい。換言すれば、被露光材にn回のイオンビームの照射を行って前記パターンを形成するに際し、m回目(m≦n)のイオンビームの照射の場合、基準ビーム波に対して、位相δ=(T/n)×(m−1)だけシフトしたイオンビームを照射するとよい。 As a result, the first ion beam is regarded as a reference beam wave, and the second time is irradiated with an ion beam whose phase is shifted by (T / 4) × 1 with respect to the reference beam wave. The third time is irradiation with an ion beam whose phase is shifted by (T / 4) × 2. For the fourth time, an ion beam whose phase is shifted by (T / 4) × 3 with respect to the reference beam wave may be irradiated. In other words, when forming the pattern by irradiating the material to be exposed n times, in the case of m-th (m ≦ n) ion beam irradiation, the phase δ = An ion beam shifted by (T / n) × (m−1) may be irradiated.
なお、イオンビームの電流値の脈動は商用交流電源に起因する場合が多いため、正弦波で近似可能であって、脈動波形の位相δを、
δ=2π/n (rad) ・・・(3)
で算出することもできる。
Since the pulsation of the current value of the ion beam is often caused by a commercial AC power supply, it can be approximated by a sine wave, and the phase δ of the pulsation waveform is
δ = 2π / n (rad) (3)
It can also be calculated by
その場合、例えば総スキャン回数を4回とすると、1回目のイオンビームに対して、2回目は位相がπ/2だけシフトしたイオンビームを照射し、3回目は、2回目のイオンビームに対して位相がπ/2だけシフトしたイオンビームを照射する。4回目は、3回目のイオンビームに対して位相がπ/2だけシフトしたイオンビームを照射するようにするとよい。 In this case, for example, if the total number of scans is 4, the second ion beam is irradiated with a phase shifted by π / 2 the third time, and the third ion beam is irradiated with the second ion beam. Then, an ion beam whose phase is shifted by π / 2 is irradiated. The fourth time may be irradiated with an ion beam whose phase is shifted by π / 2 with respect to the third ion beam.
1回目のイオンビームを基準ビーム波とし、基準ビーム波に対して、2回目は位相が(π/2)×1だけシフトしたイオンビームを照射し、3回目は位相が(π/2)×2だけシフトしたイオンビームを照射する。4回目は位相が(π/2)×3だけシフトしたイオンビームを照射するようにしてもよい。
こうすることで、前回のイオンビーム照射により波状となった加工パターンに対し、脈動の周期Tから算出された位相δだけ位相がシフトした、すなわち波形の山谷の位置がずれたイオンビームを照射し、加工パターンの波状形状を均一化することができるようになる。
The first ion beam is used as a reference beam wave. The ion beam whose phase is shifted by (π / 2) × 1 is irradiated the second time with respect to the reference beam wave, and the phase is (π / 2) × for the third time. An ion beam shifted by 2 is irradiated. The fourth time may be irradiated with an ion beam whose phase is shifted by (π / 2) × 3.
By doing so, the ion beam whose phase is shifted by the phase δ calculated from the pulsation period T, that is, the position of the peaks and valleys of the waveform is shifted, is irradiated to the processing pattern that has become wavy by the previous ion beam irradiation. Thus, the wavy shape of the processing pattern can be made uniform.
以上述べた技術を確実なものとするためには、被露光材上の同一箇所に、位相がδずつずれたイオンビームを順に照射する必要がある。
そのためには、例えば、加工パターンの左縁部Hに着目するようにする。1回目に照射するイオンビームは、左縁部Hにおいて、その電流値が中間値((最大値+最小値)/2、位相δ=0)をとるものとする。2回目に照射するイオンビームは、スキャン制御手段41を用いて、左縁部Hにおいて電流値が最小値(谷部、位相δ=π/2)となるようにタイミングを合わせ、加工パターンの左から右へと照射を行う。3回目に照射するイオンビームは、スキャン制御手段41を用いて、左縁部Hにおいて電流値が中間値((最大値+最小値)/2、位相δ=π)となるようにタイミングを合わせ、加工パターンの左から右へと照射を行う。4回目に照射するイオンビームは、スキャン制御手段41を用いて、左縁部Hにおいて電流値が最大値(山部、位相δ=3π/2)となるようにタイミングを合わせ、加工パターンの左から右へと照射を行う。
In order to ensure the technique described above, it is necessary to sequentially irradiate the same spot on the material to be exposed with an ion beam whose phase is shifted by δ.
For this purpose, for example, attention is paid to the left edge H of the processing pattern. The ion beam irradiated for the first time has an intermediate current value ((maximum value + minimum value) / 2, phase δ = 0) at the left edge H. The ion beam to be irradiated for the second time is timed so that the current value at the left edge H becomes the minimum value (valley, phase δ = π / 2) using the scan control means 41, and the left of the machining pattern. Irradiate from right to left. The timing of the ion beam irradiated for the third time is adjusted by using the scan control means 41 so that the current value becomes an intermediate value ((maximum value + minimum value) / 2, phase δ = π) at the left edge H. The irradiation is performed from the left to the right of the processing pattern. For the ion beam irradiated for the fourth time, the scan control means 41 is used to adjust the timing so that the current value becomes the maximum value (peak portion, phase δ = 3π / 2) at the left edge portion H, and the left of the machining pattern. Irradiate from right to left.
図6には、以上述べた方法でイオンビームが順次照射した状況を示している。この図からわかるように、イオンビームの電流値が脈動していて、1回のスキャンでは加工幅等が波打つようになったとしても、複数回(4回)のスキャンにより加工幅dの加工パターンが確実に形成される。
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。
FIG. 6 shows a situation in which ion beams are sequentially irradiated by the method described above. As can be seen from this figure, even if the current value of the ion beam pulsates and the processing width or the like undulates in one scan, the processing pattern of the processing width d is obtained by a plurality of scans (four times). Is reliably formed.
The present invention is not limited to the above embodiment.
イオンビームのスキャン方向を左から右へと説明したが、右から左であってもよいし、1回目は左→右、2回目は右→左と交互にスキャンするようにしてもよい。いずれの場合であっても、脈動の周期Tに基づく位相δだけシフトしたイオンビームを被露光材W上の同一箇所に照射できるように、スキャン制御手段41でイオンビーム照射装置3及び被露光材支持ステージ5を制御するとよい。
Although the scanning direction of the ion beam has been described from left to right, it may be from right to left, or may be alternately scanned from left to right in the first time and from right to left in the second time. In any case, the ion beam irradiation device 3 and the exposed material are scanned by the scan control means 41 so that the ion beam shifted by the phase δ based on the pulsation period T can be irradiated to the same location on the exposed material W. The
加工パターンを形成するためにの総スキャン数は、何回であってもよく、4回に限定されるものではない。
また、例えば、イオンビーム照射装置3、イオンビーム制御器4、被露光材支持ステージ5、電流計測プローブ6、ファラデーカップ7、演算器2、チャンバー8、および真空制御器9などは、本発明の趣旨に沿って適宜変更することができる。
The total number of scans for forming the processing pattern may be any number, and is not limited to four.
Further, for example, the ion beam irradiation device 3, the ion beam controller 4, the exposed
本発明は、被露光材にイオンビームを照射し被露光材に所望する微細構造を形成するイオンビーム加工装置に利用することができる。 The present invention can be used in an ion beam processing apparatus that irradiates a material to be exposed with an ion beam to form a desired microstructure on the material to be exposed.
1 イオンビーム加工装置
2 演算器
3 イオンビーム照射装置
4 イオンビーム制御器
5 被露光材支持ステージ
6 電流計測プローブ
7 ファラデーカップ
8 チャンバー
9 真空制御器
10 イオン源
11 加速器
12 集束機器
17 小ステージ
18 大ステージ
40 脈動検出手段
41 スキャン制御手段
42 基準ビーム波設定手段
W 被露光材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ion
Claims (6)
前記イオンビームの電流値が周期的に変動する場合に、前記変動の周期Tを求め、
前回照射したイオンビームに対して、前記周期Tから算出された位相δだけ位相がシフトしたイオンビームを用意し、
前記位相がシフトしたイオンビームを前記被露光材上の同一箇所に再度照射し、所定のパターンを形成することを特徴とするイオンビーム加工方法。 In the ion beam processing method for forming a predetermined pattern on the material to be exposed by irradiating the same location of the material to be exposed multiple times with the ion beam,
When the current value of the ion beam fluctuates periodically, the fluctuation period T is obtained,
Prepare an ion beam whose phase is shifted by the phase δ calculated from the period T with respect to the previously irradiated ion beam,
An ion beam processing method, wherein a predetermined pattern is formed by irradiating the same portion of the material to be exposed again with the ion beam whose phase is shifted.
前記イオンビームの電流値が周期的に変動する場合に、前記変動の周期Tを求め、
前記周期Tで周期的に変動する基準ビーム波を設定し、
前記基準ビーム波に対して、周期Tから算出された位相δだけ位相がシフトしたイオンビームを用意し、
前記位相がシフトしたイオンビームを前記被露光材上の同一箇所に再度照射し、所定のパターンを形成することを特徴とするイオンビーム加工方法。 In the ion beam processing method for forming a predetermined pattern on the material to be exposed by irradiating the same location of the material to be exposed multiple times with the ion beam,
When the current value of the ion beam fluctuates periodically, the fluctuation period T is obtained,
Setting a reference beam wave that periodically varies in the period T;
An ion beam whose phase is shifted by a phase δ calculated from the period T with respect to the reference beam wave is prepared,
An ion beam processing method, wherein a predetermined pattern is formed by irradiating the same portion of the material to be exposed again with the ion beam whose phase is shifted.
m回目(m≦n)のイオンビームの照射の場合、前記基準ビーム波に対して、位相δ=(T/n)×(m−1)だけシフトしたイオンビームを用意し、
前記位相がシフトしたイオンビームを、被露光材上の同一箇所に照射することを特徴とする請求項3に記載のイオンビーム加工方法。 In forming the pattern by irradiating the material to be exposed n times with an ion beam,
In the case of the m-th (m ≦ n) ion beam irradiation, an ion beam shifted by a phase δ = (T / n) × (m−1) with respect to the reference beam wave is prepared,
The ion beam processing method according to claim 3, wherein the ion beam whose phase is shifted is irradiated to the same location on the material to be exposed.
前記イオンビームの電流値が周期的に変動する場合に、前記変動の周期Tを求める脈動検出手段と、
前回照射したイオンビームに対して、前記周期Tから算出された位相δだけ位相がシフトしたイオンビームを用意すると共に、前記位相がシフトしたイオンビームを前記被露光材上の同一箇所に再度照射するように制御するスキャン制御手段と、
を備えていることを特徴とするイオンビーム加工装置。 In the ion beam processing apparatus for forming a predetermined pattern on the material to be exposed by irradiating the same position of the material to be exposed multiple times with the ion beam,
When the current value of the ion beam periodically varies, pulsation detecting means for obtaining the variation period T;
An ion beam whose phase is shifted by the phase δ calculated from the period T with respect to the previously irradiated ion beam is prepared, and the ion beam whose phase is shifted is irradiated again on the same portion on the exposed material. Scan control means for controlling
An ion beam processing apparatus comprising:
前記イオンビームの電流値が周期的に変動する場合に、前記変動の周期Tを求める脈動検出手段と、
前記周期Tで周期的に変動する基準ビーム波を設定する基準ビーム波設定手段と、
前記基準ビーム波に対して、周期Tから算出された位相δだけ位相がシフトしたイオンビームを用意すると共に、前記位相がシフトしたイオンビームを前記被露光材上の同一箇所に再度照射するように制御するスキャン制御手段と、
を備えていることを特徴とするイオンビーム加工装置。 In the ion beam processing apparatus for forming a predetermined pattern on the material to be exposed by irradiating the same position of the material to be exposed multiple times with the ion beam,
When the current value of the ion beam periodically varies, pulsation detecting means for obtaining the variation period T;
Reference beam wave setting means for setting a reference beam wave that periodically varies in the period T;
An ion beam whose phase is shifted by a phase δ calculated from the period T with respect to the reference beam wave is prepared, and the ion beam whose phase is shifted is again irradiated to the same portion on the exposure object. Scan control means to control;
An ion beam processing apparatus comprising:
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---|---|---|---|---|
JP2013197467A (en) * | 2012-03-22 | 2013-09-30 | Nuflare Technology Inc | Multi-charged particle beam lithography apparatus and multi-charged particle beam lithography method |
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- 2006-03-20 JP JP2006077643A patent/JP2007258272A/en active Pending
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