JP2007258273A - 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および装置に関する。 The present invention relates to an ion beam processing method and 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 a feature that an aspect ratio (ratio of processing depth to processing width) can be increased (Non-Patent
一方、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がある。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という問題もある。 On the other hand, since the LIGA process uses a proximity X-ray mask to transfer a pattern to a resist layer (polymethyl methacrylate: PMMA), the proximity X-ray mask must be manufactured separately, and the cost for that must be estimated. There is a problem of not becoming. Further, the use of X-rays increases the equipment cost, and there is a problem that strict safety management is required during operation.
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、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技術が開示されている(特許文献1)。
軽イオンのビームによりレジスト層にパターンを露光する方法は、電子ビームを照射する方法に比べて被露光材の内部での散乱が少ないので大きなアスペクト比が得られ、ガリウム等の重イオンのビームを用いる方法に比べて被露光材の深部の加工が可能であるという点で優れている。
しかしながら、照射されたイオンは、被露光材、例えばPMMAの内部での架橋構造変化を生じさせるだけでなく、被露光材表面で解離を生じさせて、ドーズ量の分布に応じた表面変形(窪み)を発生させる。イオンビーム照射後(露光後)の被露光材の表面変形は、図14に示されるようにドーズ量の分布に依存した形状、すなわちビーム軸中心ではより変形が大きく、ビーム軸周辺部ではより変形が小さい。イオンビームの照射過程で表面が徐々に変形して窪み、イオンの浸透深さは窪んだ表面が起点となるため、表面の窪みの進行とともにイオンの浸透深さも徐々に深くなり、現像液による現像後には、加工部分の底部に表面と同様の窪みが生じる。そのため、例えば、イオンビームを照射しながら走査してイオンビームの径よりも大きな幅を有する溝を被露光材Wに加工する場合には、図15に示されるように溝81の底に窪みが連なった筋状の模様が生じ、レジストの加工精度を悪化させる要因となっている。
The method of exposing a pattern to a resist layer with a light ion beam has a large aspect ratio because there is less scattering inside the exposed material than the method of irradiating an electron beam, and a beam of heavy ions such as gallium is used. Compared to the method used, this method is superior in that the deep portion of the exposed material can be processed.
However, the irradiated ions not only cause changes in the cross-linking structure inside the exposed material, for example, PMMA, but also cause dissociation on the exposed material surface, resulting in surface deformation (dents corresponding to the dose distribution). ). As shown in FIG. 14, the surface deformation of the exposed material after ion beam irradiation (after exposure) has a shape that depends on the dose distribution, that is, the deformation is larger at the center of the beam axis and more deformed at the periphery of the beam axis. Is small. During ion beam irradiation, the surface gradually deforms and dents, and the ion penetration depth starts from the recessed surface, so the ion penetration depth gradually increases with the progress of the surface depression, and development with a developer Later, a recess similar to the surface is formed at the bottom of the processed portion. Therefore, for example, when a groove having a width larger than the diameter of the ion beam is processed into the exposed material W by scanning while irradiating the ion beam, a recess is formed at the bottom of the groove 81 as shown in FIG. A continuous streak pattern is generated, which is a factor that deteriorates the processing accuracy of the resist.
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたもので、被露光材にイオンビームを照射する際の被露光材の表面変形を低減させることができるイオンビーム加工方法およびイオンビーム加工装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and provides an ion beam processing method and an ion beam processing apparatus capable of reducing surface deformation of a material to be exposed when the material to be exposed is irradiated with an ion beam. For the purpose.
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、本発明に係るイオンビーム加工方法は、イオンビームの露光面積よりも加工面積の大きな被露光材に前記イオンビームを照射する加工方法であって、前記イオンビームを前記被露光材の加工対象部分において1方向に所定距離相対移動させた後におよび/または前記イオンビームを前記被露光材の加工対象部分において前記1方向と異なる方向に所定距離相対移動させた後に前記イオンビームの照射を所定時間行い、前記イオンビームの前記1方向への相対移動および前記1方向と異なる方向への相対移動を前記加工対象部分において交互にまたはそれぞれ個別に繰り返して行い、いずれの前記相対移動も、照射された前記イオンビームの複数の中心を頂点とする多角形の図心が前記イオンビームのイオン数の分布の半値幅径内に含まれるように行う。
In order to achieve the above object, the present invention takes the following technical means.
In other words, the ion beam processing method according to the present invention is a processing method for irradiating the material to be exposed having a processing area larger than the exposure area of the ion beam, with the ion beam being processed on the material to be exposed. Irradiation of the ion beam for a predetermined time after the relative movement in one direction in the portion and / or relative movement of the ion beam in a direction different from the one direction in the processing target portion of the exposed material The relative movement in the one direction of the ion beam and the relative movement in a direction different from the one direction were repeated alternately or individually in the portion to be processed, and each of the relative movements was irradiated. A polygonal centroid having a plurality of centers of the ion beam as vertices is within a half-value width of the ion number distribution of the ion beam. It performed as Murrell.
ここで、「前記1方向への相対移動および前記1方向と異なる方向への相対移動を…交互にまたはそれぞれ個別に繰り返して行い」とは、前記1方向および前記1方向と異なる方向への相対移動を交互に繰り返す場合の他、前記1方向への相対移動を繰り返した後に前記1方向と異なる方向への相対移動を1回または複数回繰り返し再び前記1方向への相対移動を繰り返す場合をも含む意である。 Here, “relative movement in the one direction and relative movement in the direction different from the one direction... Alternately or individually and repeatedly” means relative to the one direction and the direction different from the one direction. In addition to repeating the movement alternately, the relative movement in the direction different from the one direction may be repeated one or more times after the relative movement in the one direction is repeated, and the relative movement in the one direction may be repeated again. It is meant to include.
また、「半値幅径内に含まれる」とは、図心とイオンビームの中心との距離が当該イオンビームにおける中心と図心とを結ぶ方向の半値幅境界と当該中心との距離以下であることを意味するものである。
本発明によれば、イオンビームの露光面積よりも加工面積の大きな被露光材にイオンビームを照射する加工において被露光材の表面変形を低減させることができる。
In addition, “included within the half-width diameter” means that the distance between the centroid and the center of the ion beam is equal to or less than the distance between the half-width boundary in the direction connecting the center and the centroid in the ion beam and the center. It means that.
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the surface deformation | transformation of a to-be-exposed material can be reduced in the process which irradiates an ion to the to-be-exposed material with a process area larger than the exposure area of an ion beam.
好ましくは、前記イオンビームの照射は、前記被露光材の同一部分に対して前記イオンビームのイオン数の分布および前記被露光材の加工に必要なドーズ量に基づいて決定された所定時間行われる。
このようにすることにより、同一部分に必要時間以上にイオンビームが照射することを防止でき、被露光材の表面変形を低減させることができる。
Preferably, the irradiation of the ion beam is performed for a predetermined time determined based on a distribution of the number of ions of the ion beam and a dose necessary for processing the exposed material with respect to the same portion of the exposed material. .
By doing in this way, it can prevent that an ion beam is irradiated to the same part more than required time, and can reduce the surface deformation of a to-be-exposed material.
前記イオンビームの照射を、前記被露光材の同一部分に対して前記所定時間になるまで複数回に分けて行うことができる。
ここでいう「所定時間になるまで複数回に分けて行う」とは、各回の照射時間の合計が所定時間になるまで複数回行われるの意である。
本発明に係るイオンビーム加工装置は、イオンビームを照射して被露光材を加工するイオンビーム加工装置であって、前記イオンビームの照射を前記被露光材の同一部分に所定時間照射する照射手段と、前記イオンビームの照射位置と前記被露光材との相対位置を前記イオンビームに直交する面上で1方向に所定距離ごとに繰り返し変更するための第1の位置変更手段と、前記イオンビームの照射位置と前記被露光材との相対位置を前記イオンビームに直交する面上で前記1方向に直交する方向に所定距離ごとに繰り返し変更するための第2の位置変更手段と、を有し、前記照射手段は前記イオンビームの照射位置と前記被露光材との相対位置が変更されるごとに前記イオンビームの照射が可能に構成され、前記第1の位置変更手段および前記第2の位置変更手段は、照射された前記イオンビームの複数の中心を頂点とする多角形の図心が前記イオンビームのイオン数の分布の半値幅径内に含まれるようにいずれかまたはいずれもが前記イオンビームの照射位置と前記被露光材との相対位置を変更するように構成されてなる。
Irradiation of the ion beam can be performed in multiple times for the same portion of the material to be exposed until the predetermined time is reached.
Here, “performed in a plurality of times until a predetermined time is reached” means that it is performed a plurality of times until the total irradiation time of each time reaches a predetermined time.
An ion beam processing apparatus according to the present invention is an ion beam processing apparatus that processes an exposed material by irradiating an ion beam, and irradiating means that irradiates the same portion of the exposed material with the ion beam for a predetermined time. A first position changing means for repeatedly changing a relative position between the irradiation position of the ion beam and the material to be exposed in one direction on a surface orthogonal to the ion beam at a predetermined distance; and the ion beam Second position changing means for repeatedly changing the relative position between the irradiation position and the material to be exposed at a predetermined distance in a direction orthogonal to the one direction on a surface orthogonal to the ion beam. The irradiating means is configured to be able to irradiate the ion beam each time the relative position between the irradiation position of the ion beam and the material to be exposed is changed. The second position changing means may be either or any of such that a polygonal centroid having apexes at a plurality of centers of the irradiated ion beam is included within a half-value width diameter of the ion number distribution of the ion beam. It is configured to change the relative position between the irradiation position of the ion beam and the material to be exposed.
本発明によれば、例えばイオンビームの露光面積よりも加工面積の大きな被露光材にイオンビームを照射する加工において被露光材の表面変形を低減させることができる。
好ましくは、前記照射手段は、前記イオンビームの照射を前記被露光材の同一部分に対して前記イオンビームのイオン数の分布および前記被露光材の加工に必要なドーズ量に基づいて決定された所定時間行うように構成されてなる。
According to the present invention, for example, surface deformation of a material to be exposed can be reduced in processing of irradiating a material to be exposed having a processing area larger than the exposure area of the ion beam.
Preferably, the irradiation unit determines the irradiation of the ion beam based on a distribution of the number of ions of the ion beam and a dose necessary for processing the exposed material with respect to the same portion of the exposed material. It is configured to perform for a predetermined time.
本発明では、同一部分に必要時間以上にイオンビームが照射することを防止でき、被露光材の表面変形を低減させることができる。
前記照射手段を、前記イオンビームの前記所定時間の照射を複数回に分けて行うように構成してもよい。
In the present invention, it is possible to prevent the same part from being irradiated with an ion beam for more than a necessary time, and to reduce surface deformation of the exposed material.
The irradiation unit may be configured to perform irradiation of the ion beam for the predetermined time in a plurality of times.
本発明によると、イオンビームを照射する際の被露光材の表面変形を低減させることができるイオンビーム加工方法およびイオンビーム加工装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the ion beam processing method and ion beam processing apparatus which can reduce the surface deformation | transformation of the to-be-exposed material at the time of ion beam irradiation can be provided.
図1は本発明に係るイオンビーム加工装置1の構成図、図2は演算器2の構成を示す図、図3は電流計測プローブ6の測定時の走査の様子を示す図である。
以下の説明において、図1における上下方向をZ方向という。
図1において、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、および真空制御器9等からなる。
FIG. 1 is a configuration diagram of an ion
In the following description, the vertical direction in FIG. 1 is referred to as the Z direction.
In FIG. 1, an ion
イオンビーム照射装置3は、イオン源10、加速器11、および集束機器12等によって構成される。
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プロトンイオンを発生させる。なお、イオン源10は上述した構成そのものに限らず、電子衝突型、高周波放電型、デュオプラズマトロン型およびPIG型など種々のものを採用しうる。
The ion
The
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に引き出して加速する。
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からなる。集束機器12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イオンを集束させて、被露光材Wの所定の位置に照射させるためのものである。拡大レンズ14は、静電界発生板または磁界発生コイルで形成されており、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。集束レンズ16は、静電界発生板または磁界発生コイルで形成されており、中央の空隙を通過するプロトンイオンをビーム中心軸側に押し戻して集束させる。
The
The focusing
イオンビーム制御器4は、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の程度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、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Wが直接載置される小ステージ17とその小ステージ17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上のZ軸に直交する面上の直交する2方向(以下、これらを「X方向」および「Y方向」ということがある)を自由にかつ微小な単位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移動可能なように構成されている。
The
The exposed
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19を向けて配置されている。また、電流計測プローブ6は、図1に示されるように、検出面19が小ステージ17に載置された被露光材Wの露光面とZ方向においてほぼ同じ位置になるよう配されている。電流計測プローブ6は、大ステージ18を被露光材Wがイオンビームに露光される露光位置(図1の右方向)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との接触を防止するため、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(図1の左方向)に移動可能に構成されている。
The current measuring probe 6 is for measuring the electric charge of ions forming the ion beam as a current value, and is arranged with the
また、電流計測プローブ6は、図3に示されるように、検出面19がZ方向に略直交する面上で直交する2方向(X方向、Y方向)にイオンビームの照射範囲を走査可能に構成されている。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などを備える駆動装置によって行われる。電流計測プローブ6は、X方向に走査される過程で電流値の測定を一定間隔ごとに行い、X方向への走査が終了すると、Y方向に一定距離移動する。また、測定前にはイオンビームの照射範囲が不明であるため、電流計測プローブ6は、予測されるイオンビームの照射範囲よりも大きい範囲を走査できるように構成される。
Further, as shown in FIG. 3, the current measuring probe 6 can scan the irradiation range of the ion beam in two directions (X direction and Y direction) orthogonal to each other on a surface where the
電流計測プローブ6は、検出面19における走査方向の先端縁が、図1に示されるようにナイフエッジ状となっており、電流計測プローブ6によるイオンビームの検出部分の端における回折を防止し電流測定の精度を高めるように配慮されている。以下、この走査方向の一方をX方向、X方向に直交する他方の方向をY方向という。
電流計測プローブ6の測定結果を送信する信号線は、後に説明する演算器2に接続されている。
In the current measuring probe 6, the front end edge in the scanning direction on the
A signal line for transmitting the measurement result of the current measuring probe 6 is connected to the
ファラデーカップ7は、Z軸に直交する断面におけるイオンビームのイオン全てを受け、イオンの数に応じた電流を出力する。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(以下、「受光位置」ということがある)およびイオンビームを受光しない位置(以下、「待避位置」ということがある)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。
The
また、イオンビーム加工装置1には、電流計測プローブ6のX方向およびY方向についての絶対位置(イオンビーム加工装置1において一義的に定まる位置、以下、単に「位置」という)を測定するための図1に図示しないプローブ位置測定装置31、および被露光材Wを載置する小ステージ17のX方向およびY方向についての位置を測定するための図1に図示しない被露光材位置測定装置32が設けられている。被露光材位置測定装置32およびプローブ位置測定装置31には、例えばレーザ干渉を利用した公知の距離計が、それぞれにX方向およびY方向について1基ずつ備えられている。被露光材Wおよび電流計測プローブ6についてのX方向の位置の測定を1つの計測装置で行い、Y方向の位置の測定を1つの計測装置で行ってもよい。
Further, the ion
演算器2は、プローブ走査部21、プローブ位置検出部22、電流検出部23、ファラデーカップ管理部24、ステージ駆動部25、ビーム概要算出部26、被露光材位置検出部27、露光部28、記憶部29、および制御部30などからなる。
プローブ走査部21は、電流計測プローブ6の走査の制御を行い、また、電流計測プローブ6についてのイオンビームの電荷を計測する位置(以下、「計測位置」ということがある)と待避位置との間の移動を管理する。
The
The
プローブ位置検出部22は、プローブ位置測定装置31が測定した電流計測プローブ6の位置情報を受信し、電流計測プローブ6の基準点の位置を算出する。基準点は、図3における検出面19の右下端に設定されている。
以下、イオンビーム加工装置1におけるX方向およびY方向についての位置を、それぞれ「X座標」および「Y座標」というものとする。
The
Hereinafter, the positions in the X direction and the Y direction in the ion
電流検出部23は、電流計測プローブ6が測定した電流値を取り込み数値化する。また、電流検出部23は、電流値と測定時の電流計測プローブ6の基準点のX座標およびY座標とを関連づけ、関連づけられたこれらの情報は記憶部29に記憶される。
ファラデーカップ管理部24は、ファラデーカップ7のイオンビームを受光する位置とイオンビームを受光しない位置との間の移動を制御し、また、ファラデーカップ7が測定した電流値を受信して記憶部29に記憶させる。
The
The Faraday
ステージ駆動部25は、被露光材Wを加工するための露光処理における小ステージ17の微小な移動を制御し、および大ステージ18について被露光材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の移動を指示する。また、ステージ駆動部25は、プローブ走査部21と協働して電流計測プローブ6と被露光材Wまたは大ステージ18とが接触することがないように管理する。
The
ビーム概要算出部26は、電流計測プローブ6が測定しX座標とY座標とに関連づけられた電流値から、照射面におけるイオンビームの中心位置、イオンビームの範囲、および電流値(イオン数)の分布を算出する。
なお、「照射面」とは、被露光材Wにイオンビームが照射されたときの被露光材Wの表面における露光される部分をいい、「照射範囲」とは、照射面の範囲をいうものとする。
The
The “irradiated surface” refers to the exposed portion of the surface of the material to be exposed W when the material to be exposed W is irradiated with the ion beam, and the “irradiated range” refers to the range of the irradiated surface. And
被露光材位置検出部27は、イオンビーム加工装置1が被露光材Wにイオンビームを照射する工程において、被露光材位置測定装置32が測定した被露光材Wの位置情報を受け取り、被露光材Wの基準となる部分のX座標およびY座標を算出する。被露光材Wの位置については、被露光材Wと小ステージ17との位置関係が既知であることから、実際には小ステージ17の特定の位置が測定される。算出された被露光材WのX座標およびY座標は、露光部28による制御のために利用される。
The exposed
露光部28は、イオンビーム加工装置1が被露光材Wにイオンビームを照射して加工するときに、予め設定された被露光材Wの加工内容に応じて集束機器12および小ステージ17の駆動装置を適切に動作させる。
記憶部29は、X座標とY座標とに関連づけられた電流値、ファラデーカップ7が測定した電流値、イオンビームの中心位置、電流値(イオン数)の分布、および被露光材Wの加工内容に応じた集束機器12の動作条件等を記憶し、制御部30の要求に応じて呼び出す。
The
The
制御部30は、上に説明した演算器2を構成する要素全ての動作を制御する。また、制御部30は、電流計測プローブ6の位置、被露光材Wの位置、およびイオンビームが被露光材Wに照射されたときのイオンビームの中心位置等を1つのX,Y座標軸上に配置して、これらの位置を管理する。
演算器2は、CPU(マイクロコンピュータ)、RAM、ハードディスクなどの外部記憶装置、制御プログラム、A/D変換機能または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。
The
The
チャンバー8は、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、荒引き用の図示しないロータリーポンプおよび中真空域での真空引き用の図示しない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。
次に、イオンビーム加工装置1におけるドーズ量の分布の求め方について説明する。
図4はイオンビーム加工装置1におけるイオンビームの電流値測定の手順を示すフローチャート、図5は電流計測プローブ6による測定結果の例を示す図である。
The vacuum controller 9 opens and closes the
Next, how to obtain the dose distribution in the ion
FIG. 4 is a flowchart showing a procedure for measuring the current value of the ion beam in the ion
電流計測プローブ6を走査させて行うイオンビームの電流値の測定の前に、イオンビーム照射装置3の動作チェックが行われる。
動作チェックにおいて、プローブ走査部21は、電流計測プローブ6を待避位置に移動させ(#12)、ファラデーカップ管理部24はファラデーカップ7を受光位置に移動させる(#13)。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(#14)。ファラデーカップ管理部24は、受信した電流値が所定の値以上かどうかを判断し(#15)、例えば、被露光材W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以上を得られない場合(#15でNo)には、イオンビームの集束がなされていないと判断して、イオンビームの照射を中止する(#17)。このような場合には、イオンビーム照射装置3の点検を行うか、イオンビーム制御器4における集束機器12の制御値を変更する。
Before the measurement of the current value of the ion beam performed by scanning the current measurement probe 6, an operation check of the ion
In the operation check, the
ファラデーカップ7にて所定の電流値が計測されていることが制御部30により確認されたら(#15でYes)、ファラデーカップ管理部24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受信し記憶部29に記憶する。
ファラデーカップ管理部24はファラデーカップ7を退避位置に移動させ、プローブ走査部21は駆動装置を制御して電流計測プローブ6を計測位置に移動させる(#16)。
When the
The Faraday
計測位置に移動後の電流計測プローブ6の基準点は、走査原点P(図3における(X1,Y1))に位置する。走査原点Pは、イオンビームの照射範囲から外れており、かつ、電流計測プローブ6を走査原点PからX方向に走査させおよび走査原点PからY方向に移動させても検出面19で電流が検出されない位置を設定するのが好ましい。例えば、図3における走査原点Pは、イオンビーム照射範囲の左端よりさらに左側であって、かつイオンビーム照射範囲の上端よりさらに上側の位置が選択される。
The reference point of the current measurement probe 6 after moving to the measurement position is located at the scanning origin P ((X1, Y1) in FIG. 3). The scanning origin P is out of the ion beam irradiation range, and the current is detected on the
電流計測プローブ6の基準点の位置は、電流値の測定ごとにプローブ位置測定装置31により測定される。
電流計測プローブ6は、X方向に一定間隔走査されるごとに、例えば図3に示されるように検出面19のX方向長さの4分の1移動するごとに、電流値を測定する(#18)。電流計測プローブ6は、X方向への走査終了点(X=Xf)における測定が終了すると、Y方向に所定距離(Y2−Y1)移動する(#20)。
The position of the reference point of the current measuring probe 6 is measured by the probe
The current measurement probe 6 measures the current value every time it is scanned at a constant interval in the X direction, for example, every time it moves a quarter of the length of the
電流計測プローブ6により測定された電流値は、測定時の基準点のX座標およびY座標とともに記憶部29に記憶される。上記の電流計測プローブ6のX方向への走査、およびY方向への所定の距離の移動は、Y方向の移動終了(Y=Yf)まで繰り返し行われる(#19)。
ビーム概要算出部26は、記憶部29に記憶されたX座標、Y座標、および電流値に基づいて、ビーム概要算出部26が被露光材Wの照射面におけるイオンビームの中心位置および電流値の分布(以下、「イオンビームの概要」ということがある)を算出する(#21)。
The current value measured by the current measuring probe 6 is stored in the
Based on the X coordinate, the Y coordinate, and the current value stored in the
なお、イオンビーム照射装置3が稼働している間は、真空制御器9は真空装置に接続された自動弁およびリーク用の自動弁を制御し、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。
続いて、被露光材Wの照射面におけるイオンビームの概要の算出について説明する。
図6はイオンビーム照射面における幅w2のX方向に延びた帯状部分の電流値の分布である。
While the ion
Next, calculation of the outline of the ion beam on the irradiation surface of the material to be exposed W will be described.
FIG. 6 is a current value distribution of a band-like portion extending in the X direction having a width w2 on the ion beam irradiation surface.
なお、以下において「電流値の分布」と記載することがあり、または「イオン数の分布」と記載することがあるが、イオン数は、測定された電流値をプロトンイオン1つの有する電荷で除することにより求められるので、上記2つの表現を厳密に区別せずに前後の記載に応じて適宜選択するものとする。
図3に示されるような長さw1、幅w2の検出面19を有する電流計測プローブ6による測定では、図6におけるm回目の測定位置(Xm,Yn)での電流値Amは、X=Xm-3からX=Xmまでの面積Amで表される。
In the following description, it may be referred to as “current value distribution” or “ion number distribution”, but the ion number is obtained by dividing the measured current value by the charge of one proton ion. Therefore, the above two expressions are appropriately selected according to the preceding and following descriptions without strictly distinguishing the two expressions.
Length w1 as shown in FIG. 3, in the measurement by the current measuring probe 6 having a
Am=am-3+am-2+am-1+am … (1)
ここで、am-3,am-2,am-1,amは、検出面19の4分の1(以下、「最小単位面」ということがある)の面積に相当する部分で検出される電流値を表す。「m−1」回目に測定された電流値Am-1は、
Am-1=am-4+am-3+am-2+am-1 … (2)
で表現されるので、測定位置(Xm,Yn)において検出面19の先端側4分の1で検出された電流値amは、
am=Am−Am-1+am-4 … (3)
として求められる。
A m = a m−3 + a m−2 + a m−1 + a m (1)
Here, a m−3 , a m−2 , a m−1 and a m are portions corresponding to an area of a quarter of the detection surface 19 (hereinafter sometimes referred to as “minimum unit surface”). Represents the detected current value. The current value Am-1 measured at the "m-1" th time is
A m-1 = a m-4 + a m-3 + a m-2 + a m-1 (2)
In so expressed, the measurement position (X m, Y n) current value a m detected by the front end side quarter of the
a m = A m −A m−1 + a m−4 (3)
As required.
なお、電流計測プローブ6のX方向への走査において初めに有意な電流値が検出されてから4回目までの最小単位面の電流値a2,a3,a4は、
a2=A2−a1
a3=A3−A2
a4=A4−A3
で求められる。電流値a2,a3,a4と(4)式とから、Y=Ynにおける最小単位面の電流値が順次算出される。
It should be noted that the current values a 2 , a 3 , and a 4 on the minimum unit surface from the first significant current value detected in the X direction scan of the current measuring probe 6 to the fourth time are
a 2 = A 2 −a 1
a 3 = A 3 −A 2
a 4 = A 4 −A 3
Is required. From the current values a 2 , a 3 , a 4 and the equation (4), the current value of the minimum unit surface at Y = Y n is sequentially calculated.
なお、「有意な電流値」とは、ノイズではなく明らかに電流計測プローブ6で電流が検出されたと判断される程度の電流値をいう。
電流値amは、座標(Xm−w1÷8,Yn−w2÷2)を中心とする最小単位面の面積(w1×w2÷4)に照射されるイオン数によりもたらされるものであるので、座標(Xm−w1÷8,Yn−w2÷2)における単位面積当たりの電流値Emは、
Em=am÷(w1×w2÷4) … (4)
となる。
The “significant current value” means not a noise but a current value at which it is determined that a current is clearly detected by the current measuring probe 6.
The current value a m is obtained by the number of ions irradiated on the area (w1 × w2 ÷ 4) of the minimum unit surface centered on the coordinates (X m −w1 ÷ 8, Y n −w2 ÷ 2). since, the current value E m per unit area in the coordinate (X m -w1 ÷ 8, Y n -w2 ÷ 2),
E m = a m ÷ (w1 × w2 ÷ 4) (4)
It becomes.
同様にして、基準点のY座標をYnとして測定した各電流値A1,…,AfからY座標がYn−w2÷2におけるX方向の電流値Em(1≦m≦Xf)の分布、すなわちイオン数の分布が求められる。
また、Y=Yn−w2÷2における図3の左側のイオンビーム照射範囲は、amが有意な電流値となるX座標を抽出し、図3の右側のイオンビーム照射範囲は、amが無視できる程度に小さくなるX座標を抽出して求める。
Similarly, the current value E m (1 ≦ m ≦ X f) in the X direction when the Y coordinate is Y n −
Further, Y = Y n -w2 left ion beam irradiation range of FIG. 3 in ÷ 2 extracts the X coordinate a m becomes significant current values, the right of the ion beam irradiation range of 3, a m Is obtained by extracting an X coordinate that is small enough to be ignored.
以上の処理を、各Y座標においてX方向に走査して得た電流値について行い、それぞれのY座標におけるX方向の電流値Eの分布を算出し、同時にイオンビームの照射範囲を抽出する。このような処理により、イオンビームの照射範囲における電流値Eは、最小単位面ごとに求められ、イオンビームの照射範囲における電流値Eのマップ、つまり、照射されるイオン数の分布が得られる。イオン数の分布は、X,Y座標を中心とする単位面積当たりのイオン数I(X,Y)として記憶部29に記憶される。
The above processing is performed for the current value obtained by scanning in the X direction at each Y coordinate, the distribution of the current value E in the X direction at each Y coordinate is calculated, and the irradiation range of the ion beam is extracted at the same time. By such processing, the current value E in the ion beam irradiation range is obtained for each minimum unit surface, and a map of the current value E in the ion beam irradiation range, that is, the distribution of the number of irradiated ions is obtained. The distribution of the number of ions is stored in the
イオンビームの中心の位置は、イオン数I(X,Y)の分布が平滑化され補間されて、最も大きなイオン数I(X,Y)を示す最小単位面のX,Y座標が抽出されることにより決定される。決定されたX,Y座標は記憶部29に記憶される。
上記方法によれば、X方向への走査における電流値の測定間隔を検出面19の走査方向の長さw1より小さくすることで、検出面19よりも小さな最小単位面ごとの電流値Eを求めることができ、精度の高いイオン数I(X,Y)の分布を得ることが可能となる。よりイオン数I(X,Y)の分布の精度を高めるには、例えば電流値の測定を検出面19のX方向の長さの8分の1ごとに行えばよい。そうすれば、イオンビームの照射範囲における最小単位面(w1×w2÷8)の数は2倍に細分化され、より精度の高いイオン数I(X,Y)の分布が求められる。また、電流計測プローブ6のY方向への移動量(#20)をより小さくすることにより、Y方向についても一層高い精度のイオン数I(X,Y)の分布を得ることが可能である。
At the center position of the ion beam, the distribution of the number of ions I (X, Y) is smoothed and interpolated to extract the X and Y coordinates of the smallest unit surface showing the largest number of ions I (X, Y). Is determined by The determined X and Y coordinates are stored in the
According to the above method, the current value E for each minimum unit surface smaller than the
次に、イオンビームの照射面積よりも大きな幅を有する溝を加工する場合の被露光材Wの表面変形の低減化について、上に求めたイオン数I(X,Y)の分布を利用するイオンビームの照射方法について説明する。
本方法は、被露光材Wの加工部分に一定間隔ごとに走査を停止させて所定時間イオンビームを照射し、かつ異なる部分に照射されたイオンビームの一部が互いに重複するようにイオンビームを走査させることによって、ドーズ量分布に起因する加工部分の表面変形を平均化して減少させ、現像後の溝の底に生ずる凹凸の程度の低減を図ろうとするものである。
Next, for reducing the surface deformation of the material to be exposed W when processing a groove having a width larger than the irradiation area of the ion beam, ions using the distribution of the number of ions I (X, Y) obtained above are used. A beam irradiation method will be described.
In this method, the processed portion of the material to be exposed W is stopped scanning at regular intervals and irradiated with an ion beam for a predetermined time, and the ion beam is applied so that a part of the ion beams irradiated to different portions overlap each other. By scanning, the surface deformation of the processed portion due to the dose distribution is averaged and reduced to reduce the degree of unevenness generated at the bottom of the groove after development.
図7はイオンビームの照射範囲におけるイオン数I(X,Y)を表す配列の概念図である。任意の位置(X,Y)についてのイオン数I(X,Y)は、記憶部29に記憶された図7の配列に基づいて平滑化および補間により求められる。
ところで、図14に示されるように、イオンビームの照射によって被露光材Wの内部に化学変化を生じさせ現像液で現像可能な状態にするためには、一定以上のドーズ量が必要である。ドーズ量は、被露光材Wに注入される単位面積あたりのイオンの個数をいい、イオンビームの強度(密度)とは無関係に決まる値である。
FIG. 7 is a conceptual diagram of an array representing the number of ions I (X, Y) in the ion beam irradiation range. The number of ions I (X, Y) for an arbitrary position (X, Y) is obtained by smoothing and interpolation based on the array of FIG. 7 stored in the
Incidentally, as shown in FIG. 14, in order to cause a chemical change in the material to be exposed W by irradiation with an ion beam so as to make it developable with a developer, a certain amount of dose is required. The dose amount refers to the number of ions per unit area implanted into the material to be exposed W, and is a value determined regardless of the intensity (density) of the ion beam.
図8はX方向についてイオンビームの照射幅の3分の2が重複するように照射した場合(図8(a))のドーズ量(図8(b))を示す図である。図8からは、イオンビームを重ね合わせることにより、照射されるビーム量が平均化されていることが理解される。
イオンビームの照射面積よりも大きな幅を有する溝を加工する場合に、例えばX方向にイオンビームの照射幅の3分の2が重複するように露光させたときは、通常はイオンビームをY方向においても照射幅の3分の2が重複するように露光させるのが、表面変形を平均化するために好ましい。
FIG. 8 is a diagram showing the dose amount (FIG. 8B) when irradiation is performed so that two-thirds of the irradiation width of the ion beam overlap in the X direction (FIG. 8A). From FIG. 8, it is understood that the amount of irradiated beam is averaged by superimposing the ion beams.
When a groove having a width larger than the ion beam irradiation area is processed, for example, when exposure is performed so that two-thirds of the ion beam irradiation width overlaps in the X direction, the ion beam is usually moved in the Y direction. In order to average the surface deformation, it is preferable to perform exposure so that two-thirds of the irradiation width overlap.
以下に、照射幅の3分の2が重複するように露光させたときを例に、被露光材Wに照射されるイオン数Is(X,Y)の分布の求め方を説明する。
図9は照射幅の3分の2が重複するように露光させたときの重複の様子を示す図、図10は図9の領域ABCD(繰り返し単位)に個別に照射されるイオンビーム(B11,…,B33)のイオン数I(X,Y)の構成を示す図である。
Hereinafter, a method of obtaining the distribution of the number of ions Is (X, Y) irradiated to the material to be exposed W will be described by taking as an example a case where exposure is performed so that two-thirds of the irradiation width overlap.
FIG. 9 is a diagram showing a state of overlapping when exposure is performed so that two-thirds of the irradiation width overlap, and FIG. 10 is an ion beam (B11, B11, which is individually irradiated to the region ABCD (repeating unit) in FIG. ..., B33) is a diagram showing the configuration of the number of ions I (X, Y).
図9に示されるように、領域ABCDは9回のイオンビームの照射(B11,…,B33)を受ける。被露光材Wの加工対象部分は、領域ABCDを1単位として照射を受けると考えられるので、領域ABCDの全てに被露光材Wの内部に変化を生じさせるイオンの数が照射されるように、つまり領域ABCDの中でイオンの数が最も少ない部分においても必要ドーズ量Dqを満たすように、各イオンビームの照射(B11,…,B33)の時間と強度とが設定される。 As shown in FIG. 9, the region ABCD is subjected to nine ion beam irradiations (B11,..., B33). Since the processing target portion of the material to be exposed W is considered to be irradiated with the region ABCD as one unit, all the regions ABCD are irradiated with the number of ions that cause a change in the material to be exposed W. That is, the time and intensity of each ion beam irradiation (B11,..., B33) are set so that the required dose amount Dq is satisfied even in the portion where the number of ions is the smallest in the region ABCD.
図7のイオン数I(X,Y)の分布を、図9のイオンビームの各照射B11〜B33における領域ABCDに当てはめて、重ね合わされた領域ABCDのイオン数Is(Xi,Yj)(ただし、Xi≦Xe÷3,Yj≦Ye÷3)の分布を考察すると、領域ABCDの任意の位置(Xi,Yj)におけるイオン数Is(Xi,Yj)は、各照射B11〜B33における以下に示す各位置のイオンの数の総和となる。 The distribution of the number of ions I (X, Y) in FIG. 7 is applied to the region ABCD in each of the ion beam irradiations B11 to B33 in FIG. 9, and the number of ions Is (Xi, Yj) in the superimposed region ABCD (where, Considering the distribution of Xi ≦ Xe ÷ 3, Yj ≦ Ye ÷ 3), the number of ions Is (Xi, Yj) at an arbitrary position (Xi, Yj) in the region ABCD is as follows for each irradiation B11 to B33. The total number of ions at the position.
照射B11:位置(2×Xe÷3+Xi,2×Ye÷3+Yj)
照射B12:位置(2×Xe÷3+Xi,Ye÷3+Yj)
照射B13:位置(2×Xe÷3+Xi,Yj)
照射B21:位置(Xe÷3+Xi,2×Ye÷3+Yj)
照射B22:位置(Xe÷3+Xi,Ye÷3+Yj)
照射B23:位置(Xe÷3+Xi,Yj)
照射B31:位置(Xi,2×Ye÷3+Yj)
照射B32:位置(Xi,Ye÷3+Yj)
照射B33:位置(Xi,Yj)
各照射B11〜B33における上記各位置におけるイオン数I(X,Y)は、記憶部29から呼び出され、または周囲の複数の位置におけるイオン数I(X,Y)から補間することにより求められる。図10に各照射範囲B11〜B33における上記各位置におけるイオン数I(X,Y)を示す。
Irradiation B11: Position (2 × Xe ÷ 3 + Xi, 2 × Ye ÷ 3 + Yj)
Irradiation B12: Position (2 × Xe ÷ 3 + Xi, Ye ÷ 3 + Yj)
Irradiation B13: Position (2 × Xe ÷ 3 + Xi, Yj)
Irradiation B21: Position (Xe ÷ 3 + Xi, 2 × Ye ÷ 3 + Yj)
Irradiation B22: Position (Xe ÷ 3 + Xi, Ye ÷ 3 + Yj)
Irradiation B23: Position (Xe ÷ 3 + Xi, Yj)
Irradiation B31: Position (Xi, 2 × Ye / 3 + Yj)
Irradiation B32: Position (Xi, Ye ÷ 3 + Yj)
Irradiation B33: Position (Xi, Yj)
The number of ions I (X, Y) at each position in the irradiations B11 to B33 is obtained from the
ビーム概要算出部26は、領域ABCDについて(5)式により各位置(X,Y)におけるイオンの数の総和Is(Xi,Yj)を求め、その中から最も小さなイオンの数の総和Iminを抽出する。
Is(Xi,Yj)= I(2×Xe÷3+Xi,2×Ye÷3+Yj)
+I(2×Xe÷3+Xi,Ye÷3+Yj)
+I(2×Xe÷3+Xi,Yj)
+I(Xe÷3+Xi,2×Ye÷3+Yj)
+I(Xe÷3+Xi,Ye÷3+Yj)
+I(Xe÷3+Xi,Yj)
+I(Xi,2×Ye÷3+Yj)
+I(Xi,Ye÷3+Yj)
+I(Xi,Yj) …(5)
被露光材Wを加工するために必要なドーズ量Dq(単位面積あたりのイオンの個数、以下、「必要ドーズ量Dq」ということがある)は被露光材Wの種類により決まっているので、求められたイオンの数の総和Is(Xi,Yj)の中で最も小さなイオンの数の総和Iminと必要なドーズ量Dpとから、イオンビームの照射(B11,…,B33)の時間と強度とを求めることができる。例えば、イオンビームの照射時間Tは、
T=Dq÷Imin …(6)
となる。
The beam
Is (Xi, Yj) = I (2 × Xe ÷ 3 + Xi, 2 × Ye / 3 + Yj)
+ I (2 × Xe ÷ 3 + Xi, Ye ÷ 3 + Yj)
+ I (2 × Xe ÷ 3 + Xi, Yj)
+ I (Xe ÷ 3 + Xi, 2 × Ye ÷ 3 + Yj)
+ I (Xe ÷ 3 + Xi, Ye ÷ 3 + Yj)
+ I (Xe ÷ 3 + Xi, Yj)
+ I (Xi, 2 × Ye ÷ 3 + Yj)
+ I (Xi, Ye ÷ 3 + Yj)
+ I (Xi, Yj) (5)
Since the dose amount Dq (the number of ions per unit area, hereinafter sometimes referred to as “required dose amount Dq”) necessary for processing the material to be exposed W is determined by the type of the material to be exposed W, it is obtained. The time and intensity of ion beam irradiation (B11,..., B33) from the sum I min of the smallest number of ions in the total number of ions Is (Xi, Yj) and the required dose Dp Can be requested. For example, the irradiation time T of the ion beam is
T = Dq ÷ I min (6)
It becomes.
また、イオンビームの照射強度を考慮した場合の各イオンビームの照射時間Tは、実際に加工に用いるイオンビームの照射強度とイオン数I(X,Y)を求めたときのイオンビームの照射強度との比をRとすると、
T=Dq÷Imin÷R …(7)
で求めることができる。
Further, the irradiation time T of each ion beam when the ion beam irradiation intensity is taken into consideration is the ion beam irradiation intensity when the ion beam irradiation intensity and the number of ions I (X, Y) actually used for processing are obtained. If the ratio to is R,
T = Dq ÷ I min ÷ R (7)
Can be obtained.
上記例は、イオンビームのX方向およびY方向へのビームスキャン・ピッチ(照射間隔)Px(=Xe÷3),Py(=Ye÷3)をイオンビームのそれぞれの方向の幅Dx(=Xe),Dy(=Ye)の3分の1で行った場合であるが、ビームスキャン・ピッチPx,Pyが上記例と異なる場合、例えば、ビームスキャン・ピッチPx,Pyをイオンビームのそれぞれの方向の幅Dx,Dyの4分の1で行う場合にも、上記例と同様にしてイオンビームの照射時間Tと照射強度とを設定することができる。 In the above example, the beam scan pitch (irradiation interval) Px (= Xe ÷ 3), Py (= Ye ÷ 3) in the X direction and Y direction of the ion beam is set to the width Dx (= Xe) of each direction of the ion beam. ), Dy (= Ye), but when the beam scan pitches Px and Py are different from the above example, for example, the beam scan pitches Px and Py are set in the respective directions of the ion beam. In the case where the widths Dx and Dy are 1/4, the ion beam irradiation time T and irradiation intensity can be set in the same manner as in the above example.
図11はイオンビームの照射幅の4分の3が重複するように露光させたときの重複の様子を示す図、図12は図11の領域ABCD(繰り返し単位)に照射される個別に照射されるイオン数の構成を示す図である。図11と図12とを比較すれば判るように、重複する回数が増加するにしたがい、繰り返し単位に照射されるイオンの構成を示す配列の数が増加し、行および列の数すなわち重複回数が、例えば図12におけるB11のX座標およびY座標の第1項の分母に反映される。 FIG. 11 is a diagram showing a state of overlapping when exposure is performed so that three-quarters of the irradiation width of the ion beam overlap, and FIG. 12 is individually irradiated to the area ABCD (repetition unit) of FIG. FIG. As can be seen from a comparison between FIG. 11 and FIG. 12, as the number of overlaps increases, the number of arrays indicating the configuration of ions irradiated to the repeating unit increases, and the number of rows and columns, that is, the number of overlaps increases. For example, it is reflected in the denominator of the first term of the X coordinate and Y coordinate of B11 in FIG.
被露光材の加工は、必要ドーズ量Dqが満たされたときになされるものであるから、同一部分に対するイオンビームの照射を複数回行い、各照射時間の合計が被露光材Wを加工するために必要なドーズ量Dqとなるようにしてもよい。
イオンビームのX方向およびY方向へのビームスキャン・ピッチPx,Pyは、通常イオンビームの有効径として用いられることが多い半値幅を基準として、被露光材Wの加工対象部分が半値幅を径とする照射面で覆われるように設定されるのが好ましい。
Since the processing of the material to be exposed is performed when the required dose amount Dq is satisfied, the same part is irradiated with the ion beam a plurality of times, and the total of each irradiation time processes the material to be exposed W. The dose amount Dq required for the above may be set.
The beam scan pitches Px and Py in the X direction and the Y direction of the ion beam are based on the half-value width that is often used as the effective diameter of the ion beam. It is preferable to set so that it may be covered with the irradiation surface.
図13は半値幅を基準とするイオンビームの重ね合わせを示す図である。X方向およびY方向へのビームスキャン・ピッチPx,Pyが等しい図13(a)では、ビームスキャン・ピッチPx,Pyは、それぞれのイオンビームの半値幅の外周がイオンビームの中心が形成する正方形の中心を通るように設定され、被露光材Wの加工対象部分における繰り返し単位ABCDが半値幅を径とする照射面で覆われている。また、図13(b)では、ビームスキャン・ピッチPx,Py’は、それぞれのイオンビームの半値幅の外周がイオンビームの中心が形成する正三角形の中心を通るように設定され、被露光材Wの加工対象部分おける繰り返し単位EFGが半値幅を径とする照射面で覆われている。 FIG. 13 is a diagram showing the superposition of ion beams based on the half width. In FIG. 13A in which the beam scan pitches Px and Py in the X direction and the Y direction are equal, the beam scan pitches Px and Py are squares in which the outer circumference of the half width of each ion beam is formed by the center of the ion beam. The repeating unit ABCD in the processing target portion of the material to be exposed W is covered with an irradiation surface having a half-value width as a diameter. In FIG. 13B, the beam scan pitches Px and Py ′ are set so that the outer peripheries of the half widths of the respective ion beams pass through the center of an equilateral triangle formed by the center of the ion beam. The repeating unit EFG in the portion to be processed of W is covered with an irradiation surface having a half-value width as a diameter.
ビームスキャン・ピッチPx,Py,Py’をこのように設定することにより、被露光材Wの加工対象部分は、イオンビームにおける比較的イオンの数の多い部分の照射を確実に受けることができ、被露光材の表面変形すなわち加工溝の凹凸が低減し平均化される。
他のイオンビームの重ね合わせ方においても、図13と同様に、半値幅の外周が、イオンビームの中心が形成する多角形の図心を通過するようにビームスキャン・ピッチを設定することにより、被露光材Wの加工対象部分の全てが半値幅内のイオンの照射を受け、加工溝の凹凸が低減し平均化される。各イオンビームの半値幅の領域が重複するようにビームスキャン・ピッチを設定することによっても、加工溝の凹凸が低減し平均化される。
By setting the beam scan pitches Px, Py, and Py ′ in this way, the processing target portion of the material to be exposed W can surely receive irradiation of a relatively large number of ions in the ion beam, Surface deformation of the exposed material, that is, unevenness of the processed groove is reduced and averaged.
In other ion beam superposition methods, similarly to FIG. 13, by setting the beam scan pitch so that the outer circumference of the half width passes through the polygonal centroid formed by the center of the ion beam, All of the processing target portion of the material to be exposed W is irradiated with ions within the half width, and the unevenness of the processing groove is reduced and averaged. By setting the beam scan pitch so that the half-width regions of each ion beam overlap, the unevenness of the processed groove is reduced and averaged.
上述の実施形態において、図9、図11および図13は、イオンビームの照射範囲が真円となっているが、楕円または長円でも上記方法でイオンビームの照射時間と強度とを設定することができる。照射範囲が楕円または長円であって長径と短径との差が大きいときは、X方向およびY方向におけるイオンビームの重複回数を異ならせて、イオンビームの中心の間隔をX方向およびY方向で大きく異ならないように調整してもよい。 In the above-described embodiment, FIGS. 9, 11 and 13 show that the ion beam irradiation range is a perfect circle. Can do. When the irradiation range is an ellipse or an ellipse and the difference between the major axis and the minor axis is large, the number of overlaps of the ion beam in the X direction and the Y direction is made different so that the interval between the centers of the ion beams is set in the X direction and the Y direction. You may adjust so that it is not greatly different.
X方向およびY方向またはX方向から一定角度傾斜する方向におけるイオンビームの重複回数を異ならせる場合にも、図10、図12および図13に示される繰り返し単位(領域ABCD,領域EFG)に照射されるイオンの数を求める配列の行と列との構成数をそれぞれの重複回数にすれば、上記方法でイオンビームの照射時間と強度とを設定することができる。 Even when the number of times of overlap of ion beams in the X direction and the Y direction or in the direction inclined by a certain angle from the X direction is made different, the repetition unit (area ABCD, area EFG) shown in FIGS. 10, 12 and 13 is irradiated. If the number of constituents of the rows and columns of the array for obtaining the number of ions to be used is the number of overlaps, the ion beam irradiation time and intensity can be set by the above method.
上記した方法は、イオンビームの中心が矩形の頂点となるようにX方向およびY方向に一定距離間隔を有して照射し、またはイオンビームの中心が矩形の頂点となるようにX方向およびX方向から一定角度傾斜する方向に一定距離間隔を有して照射するが、イオンビームの中心が5角形以上の多角形の頂点となるようにしてもよい。
イオン数I(X,Y)の分布の精度を高めるため、イオンビームの照射範囲におけるイオン数I(X,Y)を積算し、ファラデーカップ7により測定された電流値に相当するイオンの数との比を求めて、求めた比によりイオン数I(X,Y)を修正してもよい。
In the above-described method, irradiation is performed with a certain distance interval in the X direction and the Y direction so that the center of the ion beam becomes a rectangular vertex, or the X direction and the X direction so that the center of the ion beam becomes a rectangular vertex. Irradiation is performed with a certain distance interval in a direction inclined by a certain angle from the direction, but the center of the ion beam may be a vertex of a polygon that is a pentagon or more.
In order to increase the accuracy of the distribution of the number of ions I (X, Y), the number of ions I (X, Y) in the ion beam irradiation range is integrated, and the number of ions corresponding to the current value measured by the
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等は、種々のものを使用することができる。その他、イオンビーム加工装置1、およびイオンビーム加工装置1の各構成または全体の構造、形状、寸法、個数、材質などは、本発明の趣旨に沿って適宜変更することができる。
The ion
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産業に利用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used in industries that irradiate an exposed material with an ion beam to form a desired microstructure on the exposed material.
1 イオンビーム加工装置
3 照射手段(イオンビーム照射装置)
Dq 必要なドーズ量(必要ドーズ量)
I(X,Y) イオン数
T 所定時間(照射時間)
W 被露光材
1 Ion
Dq Required dose (required dose)
I (X, Y) Number of ions T Predetermined time (irradiation time)
W Material to be exposed
Claims (6)
前記イオンビームを前記被露光材の加工対象部分において1方向に所定距離相対移動させた後におよび/または前記イオンビームを前記被露光材の加工対象部分において前記1方向と異なる方向に所定距離相対移動させた後に前記イオンビームの照射を所定時間行い、
前記イオンビームの前記1方向への相対移動および前記1方向と異なる方向への相対移動を前記加工対象部分において交互にまたはそれぞれ個別に繰り返して行い、
いずれの前記相対移動も、照射された前記イオンビームの複数の中心を頂点とする多角形の図心が前記イオンビームのイオン数の分布の半値幅径内に含まれるように行う
ことを特徴とするイオンビーム加工方法。 A processing method of irradiating the material to be exposed having a processing area larger than the exposure area of the ion beam with the ion beam,
Relative movement of the ion beam by a predetermined distance in one direction in the processing target portion of the exposed material and / or relative movement of the ion beam in a direction different from the one direction in the processing target portion of the exposed material The ion beam is irradiated for a predetermined time after
Performing the relative movement in the one direction of the ion beam and the relative movement in a direction different from the one direction alternately or individually in the processing target portion,
Any of the relative movements is performed such that a polygonal centroid having a plurality of centers of the irradiated ion beam as vertices is included within a half-value width of the ion number distribution of the ion beam. Ion beam processing method.
前記被露光材の同一部分に対して前記イオンビームのイオン数の分布および前記被露光材の加工に必要なドーズ量に基づいて決定された所定時間行う
請求項1に記載のイオンビーム加工方法。 Irradiation of the ion beam,
The ion beam processing method according to claim 1, wherein the ion beam processing method is performed for a predetermined time determined based on a distribution of the number of ions of the ion beam and a dose necessary for processing the material to be exposed on the same portion of the material to be exposed.
前記被露光材の同一部分に対して前記所定時間になるまで複数回に分けて行う
請求項1または請求項2に記載のイオンビーム加工方法。 Irradiation of the ion beam,
The ion beam processing method according to claim 1, wherein the ion beam machining method is performed in a plurality of times until the predetermined time is reached for the same portion of the material to be exposed.
前記イオンビームの照射を前記被露光材の同一部分に所定時間照射する照射手段と、
前記イオンビームの照射位置と前記被露光材との相対位置を前記イオンビームに直交する面上で1方向に所定距離ごとに繰り返し変更するための第1の位置変更手段と、
前記イオンビームの照射位置と前記被露光材との相対位置を前記イオンビームに直交する面上で前記1方向に直交する方向に所定距離ごとに繰り返し変更するための第2の位置変更手段と、を有し、
前記照射手段は前記イオンビームの照射位置と前記被露光材との相対位置が変更されるごとに前記イオンビームの照射が可能に構成され、
前記第1の位置変更手段および前記第2の位置変更手段は、
照射された前記イオンビームの複数の中心を頂点とする多角形の図心が前記イオンビームのイオン数の分布の半値幅径内に含まれるようにいずれかまたはいずれもが前記イオンビームの照射位置と前記被露光材との相対位置を変更するように構成されてなる
ことを特徴とするイオンビーム加工装置。 An ion beam processing apparatus that processes an exposed material by irradiating an ion beam,
Irradiation means for irradiating the same portion of the exposed material with the ion beam for a predetermined time;
First position changing means for repeatedly changing the relative position between the irradiation position of the ion beam and the material to be exposed in one direction on a surface orthogonal to the ion beam at predetermined distances;
Second position changing means for repeatedly changing a relative position between the irradiation position of the ion beam and the material to be exposed at a predetermined distance in a direction orthogonal to the one direction on a surface orthogonal to the ion beam; Have
The irradiation means is configured to be capable of irradiating the ion beam every time the relative position between the irradiation position of the ion beam and the exposed material is changed,
The first position changing means and the second position changing means are:
Either or both of the irradiation positions of the ion beam are such that polygonal centroids having apexes at the plurality of centers of the irradiated ion beam are included within the half-value width of the ion number distribution of the ion beam. The ion beam processing apparatus is configured to change a relative position between the exposure object and the exposed material.
前記イオンビームの照射を前記被露光材の同一部分に対して前記イオンビームのイオン数の分布および前記被露光材の加工に必要なドーズ量に基づいて決定された所定時間行うように構成されてなる
請求項4に記載のイオンビーム加工装置。 The irradiation means includes
The ion beam irradiation is performed for a predetermined time determined based on a distribution of the number of ions of the ion beam and a dose required for processing the exposed material with respect to the same portion of the exposed material. The ion beam processing apparatus according to claim 4.
前記イオンビームの前記所定時間の照射を複数回に分けて行うように構成されてなる
請求項4または請求項5に記載のイオンビーム加工装置。 The irradiation means includes
The ion beam processing apparatus according to claim 4, wherein the ion beam irradiation is performed in a plurality of times.
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JP2006077644A JP2007258273A (en) | 2006-03-20 | 2006-03-20 | Ion beam processing method and apparatus |
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