JP2010118290A - Ion milling apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、イオンミリング装置に係り、特に、イオン源として高周波イオン源を備えたものに用いるに好適なイオンミリング装置に関する。 The present invention relates to an ion milling apparatus, and more particularly to an ion milling apparatus suitable for use in an apparatus equipped with a high-frequency ion source as an ion source.
イオンミリング装置のイオンビームとしては、近年、CH4(パーフルオロカーボン(PFC)といわれる)やCHF3、Cl2(塩素ガス)、02(酸素ガス)等の放電ガスからのイオンビームが用いられる。そのためのイオン源としては、高周波放電を使ってガスをプラズマ化し、このプラズマからイオンビームを引き出す高周波イオン源が用いられている(例えば、特許文献1、特許文献2、非特許文献1、非特許文献2参照)。
As an ion beam of an ion milling apparatus, an ion beam from a discharge gas such as CH 4 (referred to as perfluorocarbon (PFC)), CHF 3 , Cl 2 (chlorine gas), or 0 2 (oxygen gas) is used in recent years. . As an ion source for that purpose, a high-frequency ion source that converts a gas into a plasma using high-frequency discharge and extracts an ion beam from the plasma is used (for example, Patent Document 1,
一方、イオンミリング装置では試料基板の微細加工にあたって、基板の均一加工を得るために、イオンビームの均一照射が重要である。均一加工を行うことで基板に作られる複数の素子の歩留まりが向上する。 On the other hand, in the ion milling apparatus, uniform irradiation of an ion beam is important in order to obtain uniform processing of a substrate when performing microfabrication of a sample substrate. By performing uniform processing, the yield of a plurality of elements formed on the substrate is improved.
そこで、均一照射を行うためにイオンビームを引き出す多孔型引出電極間の間隔を調整したり、孔の大きさを変えたりすることが知られている(例えば、特許文献3参照)。 Therefore, it is known to adjust the interval between the porous extraction electrodes for extracting the ion beam and to change the size of the holes in order to perform uniform irradiation (see, for example, Patent Document 3).
しかしながら、従来の多孔型引出電極によるビームの均一照射においては、電極間隔や引き出し孔径の調整で得られる均一ビームの条件は、特定のプラズマ分布に対して成り立つため、イオンビーム電流やイオン引出電圧等を変えると均一照射が行えないという問題があった。 However, in the conventional uniform beam irradiation by the porous extraction electrode, the condition of the uniform beam obtained by adjusting the electrode interval and the extraction hole diameter is satisfied for a specific plasma distribution, so that the ion beam current, the ion extraction voltage, etc. However, there was a problem that uniform irradiation could not be performed.
本発明の目的は、イオン源の条件を変えた場合でも、均一ビーム照射が可能なイオンミリング装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an ion milling apparatus capable of uniform beam irradiation even when the conditions of the ion source are changed.
(1)上記目的を達成するために、本発明は、真空に引かれた石英円筒管の大気側外周に高周波電流を流すためのコイルを巻き、石英円筒室にガスを流すことによりプラズマを生成し、かつこの石英円筒管の大気側の周方向に永久磁石を多極にして配置せしめて高密度プラズマを生成し、このプラズマから電圧印加された多孔型引出電極を使ってイオンビームを引出す高周波イオン源と、該高周波イオン源から引き出されたイオンビームを基板に照射せしめることによりイオンビームによる基板の微細加工を行わせるイオンミリング装置であって、複数の試料基板を乗せた円板状試料台の半径方向に一列に並べて配置され、イオンビーム電流を測定する複数のファラデーカップと、各ファラデーカップの電流値を時間的に積算する電流積算器と、該電流積算器により算出された電流積算値を表示する表示装置と、前記高周波イオン源のコイルに高周波電力を供給するとともに、その高周波電力値が可変な高周波電源とを備えるようにしたものである。
かかる構成により、イオン源の条件を変えた場合でも、均一ビーム照射が可能となる。
(1) In order to achieve the above object, the present invention generates plasma by winding a coil for flowing a high-frequency current around the atmosphere side of a quartz tube that has been evacuated and flowing gas into the quartz chamber. In addition, a high-density plasma is generated by arranging multiple permanent magnets in the circumferential direction on the atmosphere side of the quartz cylindrical tube to generate a high-density plasma, and an ion beam is extracted from the plasma using a porous extraction electrode to which a voltage is applied. An ion mill and an ion milling device for performing microfabrication of a substrate by an ion beam by irradiating the substrate with an ion beam extracted from the high-frequency ion source, and a disk-like sample stage on which a plurality of sample substrates are placed A plurality of Faraday cups that measure the ion beam current, and a current accumulator that integrates the current values of each Faraday cup in time. , A display device that displays the current integrated value calculated by the current integrator, and a high-frequency power source that supplies high-frequency power to the coil of the high-frequency ion source and has a variable high-frequency power value. is there.
With this configuration, even when the ion source conditions are changed, uniform beam irradiation is possible.
(2)上記(1)において、好ましくは、前記高周波イオン源は、前記石英円筒管に直結して配置されるとともに、永久磁石を周方向に多極に配置したプラズマ拡張室を備える構造であり、前記石英円筒管内に生成したプラズマを前記プラズマ拡張室に導入し、かつ前記引出電極が、前記プラズマ拡張室に設けられてイオンビームを引き出すものである。 (2) In the above (1), preferably, the high-frequency ion source has a structure including a plasma expansion chamber in which permanent magnets are arranged in multiple poles in the circumferential direction and are arranged directly connected to the quartz cylindrical tube. The plasma generated in the quartz cylindrical tube is introduced into the plasma expansion chamber, and the extraction electrode is provided in the plasma expansion chamber to extract an ion beam.
(3)上記(1)において、好ましくは、前記高周波イオン源は、前記石英円筒に入る放電ガス導入口に、前記石英円筒の内径よりわずかに小さい直径を持つ石英円板を備えるようにしたものである。 (3) In the above (1), preferably, the high-frequency ion source is provided with a quartz disk having a diameter slightly smaller than an inner diameter of the quartz cylinder at a discharge gas inlet into the quartz cylinder. It is.
(4)上記(1)において、好ましくは、前記試料基板は回転可能である。 (4) In the above (1), preferably, the sample substrate is rotatable.
(5)また、上記目的を達成するために、本発明は、真空に引かれた石英円筒管の大気側外周に高周波電流を流すためのコイルを巻き、石英円筒室にガスを流すことによりプラズマを生成し、かつこの石英円筒管の大気側の周方向に永久磁石を多極にして配置せしめて高密度プラズマを生成し、このプラズマから電圧印加された多孔型引出電極を使ってイオンビームを引出す高周波イオン源と、
該高周波イオン源から引き出されたイオンビームを基板に照射せしめることによりイオンビームによる基板の微細加工を行わせるイオンミリング装置であって、複数の試料基板を乗せた円板状試料台の半径方向に一列に並べて配置され、イオンビーム電流を測定する複数のファラデーカップと、各ファラデーカップの電流値を時間的に積算する電流積算器と、前記高周波イオン源のコイルに高周波電力を供給するとともに、その高周波電力値が可変な高周波電源と、前記複数のファラデーカップを2つの群の領域に分け、かつそれぞれの群の積算値の平均値の差に基づいて前記高周波電源から前記コイルに供給する高周波電力を調整する調整器を備えるようにしたものである。
かかる構成により、イオン源の条件を変えた場合でも、均一ビーム照射が可能となる。
(5) Further, in order to achieve the above object, the present invention provides a plasma by winding a coil for flowing a high-frequency current around the atmosphere-side outer periphery of a quartz cylindrical tube that is evacuated, and flowing a gas into the quartz cylindrical chamber. A high-density plasma is generated by arranging multi-pole permanent magnets in the circumferential direction on the atmosphere side of the quartz cylindrical tube, and an ion beam is generated using a porous extraction electrode to which voltage is applied from this plasma. A high-frequency ion source to be extracted;
An ion milling apparatus that performs fine processing of a substrate by an ion beam by irradiating the substrate with an ion beam extracted from the high-frequency ion source, and is arranged in a radial direction of a disk-like sample stage on which a plurality of sample substrates are placed. A plurality of Faraday cups that are arranged in a line and measure the ion beam current, a current integrator that temporally integrates the current value of each Faraday cup, and a high-frequency power to the coil of the high-frequency ion source, A high-frequency power source having a variable high-frequency power value, and the high-frequency power supplied to the coil from the high-frequency power source based on the difference between the average values of the integrated values of the two groups divided into the two Faraday cups. It is made to provide the adjuster which adjusts.
With this configuration, even when the ion source conditions are changed, uniform beam irradiation is possible.
(6)上記(5)において、好ましくは、前記複数のファラデーカップの全ての積算電流平均値が、予め設定された予測積算電流値になると、前記高周波電源をオフする停止制御器を備えるようにしたものである。 (6) In the above (5), preferably, a stop controller is provided to turn off the high-frequency power source when all the integrated current average values of the plurality of Faraday cups are set to a predicted integrated current value. It is a thing.
(7)上記(5)において、好ましくは、前記高周波イオン源は、前記石英円筒管に直結して配置されるとともに、永久磁石を周方向に多極に配置したプラズマ拡張室を備える構造であり、前記石英円筒管内に生成したプラズマを前記プラズマ拡張室に導入し、かつ前記引出電極が、前記プラズマ拡張室に設けられてイオンビームを引き出すものである。 (7) In the above (5), preferably, the high-frequency ion source has a structure including a plasma expansion chamber in which permanent magnets are arranged in multiple poles in the circumferential direction and are arranged directly connected to the quartz cylindrical tube. The plasma generated in the quartz cylindrical tube is introduced into the plasma expansion chamber, and the extraction electrode is provided in the plasma expansion chamber to extract an ion beam.
(8)上記(5)において、好ましくは、前記高周波イオン源は、前記石英円筒に入る放電ガス導入口に、前記石英円筒の内径よりわずかに小さい直径を持つ石英円板を備えるようにしたものである。 (8) In the above (5), preferably, the high-frequency ion source includes a quartz disk having a diameter slightly smaller than an inner diameter of the quartz cylinder at a discharge gas inlet into the quartz cylinder. It is.
(9)上記(5)において、好ましくは、前記試料基板は回転可能である。 (9) In the above (5), preferably, the sample substrate is rotatable.
本発明によれば、イオン源の条件を変えた場合でも、均一ビーム照射が可能となる。 According to the present invention, uniform beam irradiation is possible even when the conditions of the ion source are changed.
以下、図1〜図4を用いて、本発明の第1の実施形態によるイオンミリング装置の構成及び動作について説明する。
最初に、図1及び図2を用いて、本実施形態によるイオンミリング装置の全体構成について説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態によるイオンミリング装置の全体構成図である。図2は、図1のC−C’断面図である。
Hereinafter, the configuration and operation of the ion milling apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
First, the overall configuration of the ion milling apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
FIG. 1 is an overall configuration diagram of an ion milling apparatus according to a first embodiment of the present invention. 2 is a cross-sectional view taken along the line CC ′ of FIG.
最初に、本実施形態によるイオンミリング装置の基本構成について説明する。 First, the basic configuration of the ion milling apparatus according to the present embodiment will be described.
高周波イオン源のプラズマ室は、高周波(RF)プラズマ室1と、これに直結するプラズマ拡張室3で構成される。高周波(RF)プラズマ室1は、真空に引かれた石英円筒管2の外周にコイル4が巻回されている。高周波(RF)プラズマ室1には、外部から放電ガスが供給される。高周波(RF)プラズマ室1に供給される放電ガスの流量は、ガス流量調整器6によって調整される。また、コイル4には、高周波電源5から高周波電力が供給される。高周波電力の周波数は、例えば、2MHzである。高周波電源5からコイル4に供給する高周波電力は、可変である。以上の構成の高周波(RF)プラズマ室1において、コイル4に高周波電流を供給することでガスを放電させてプラズマを生成する。ガスは、例えば、アルゴンを用いる。拡張室3の外周には、図2に示すように、多極の永久磁石7が配置されている。
The plasma chamber of the radio frequency ion source includes a radio frequency (RF) plasma chamber 1 and a plasma expansion chamber 3 directly connected thereto. In the radio frequency (RF) plasma chamber 1, a
拡張室3から、多孔型引き出し電極8を用い、イオンビーム9が引き出され、処理室14に導かれる。引き出し電極8は、加速一減速方式の3枚電極で、第1,第2,第3電極から構成される。各電極には、円板内に多数の小孔が設けられている。電極の材質は、モリブデンである。第1電極には、加速電源が接続される。第2電極には、減速電源が接続される。第3電極は、接地もしくは接地に対して−100V未満の電圧が印加されている。引出電圧(加速電圧)は500〜2000V、減速電圧は一100〜一500Vの間としている。
An ion beam 9 is extracted from the expansion chamber 3 using the porous extraction electrode 8 and guided to the
引出し電極8の下流には、マイクロ波プラズマニュートライザー15が配置されている。マイクロ波プラズマニュートライザー15は、引出し電極8の下流に、マイクロ波放電によるプラズマを生成する。このプラズマは、試料12にイオンビーム9が当り帯電するのを防止するための電子供給源として用いられる。
A microwave plasma neutralizer 15 is disposed downstream of the extraction electrode 8. The microwave plasma neutralizer 15 generates plasma by microwave discharge downstream of the extraction electrode 8. This plasma is used as an electron supply source for preventing the ion beam 9 from hitting the
処理室14は、真空排気装置10により、真空排気されている。処理室14には、円板状の試料ホルダ11が回転可能に設置されている。なお、試料ホルダ11は、静止状態で用いることもできる。試料ホルダ11には、複数の試料12が装着されている。
The
さらに、本実施形態においては、試料ホルダ14には、半径方向に沿って一列に、複数のイオンビーム電流測定用の小孔ファラデーカップ20が配置されている。
Furthermore, in the present embodiment, the
ここで、図3を用いて、本実施形態によるイオンミリング装置に配置するファラデーカップ20の構成について説明する。
図3は、本発明の第1の実施形態によるイオンミリング装置に配置するファラデーカップの構成を示す断面図である。なお、図3において、図1と同一符号は、同一部分を示している。
Here, the configuration of the
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a configuration of a Faraday cup arranged in the ion milling apparatus according to the first embodiment of the present invention. 3, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same parts.
試料ホルダ11には、複数の穴が形成されている。試料ホルダ11の背面側(イオン源1から見て背面側)には、穴の位置に対応して、複数のファラデーカップ20が配置されている。また、試料ホルダ11とファラデーカップ20の間には、小孔の設けられたサプレッサー電極21が配置されている。サプレッサー電極21には、負の電圧が印加される。ここで、マイクロ波ニュートラライザー15には、ニュートラライザー15からのプラズマ電子を試料基板の帯電防止のために効率良く流入させる負電圧が一般に印加される。この場合、ニュートラライザー15は、前述の第3電極と電気的に接続させて、第3電極と同電位の負電圧が印加された状態としても良い。サプレッサー電極21に印加される負の電圧は、ニュートラライザー15に印加される負の電圧以上の大きさの負電圧(好ましくは一20Vから一100V)が印加される。これにより、ファラデーカップ20には、プラズマ電子は入らずイオンビームのみが流入するので、正しい電流測定が可能となる。
A plurality of holes are formed in the
ファラデーカップ20の外周は、カバー23により覆われている。また、ファラデーカップ20からの電流検出信号は、電流導入端子22を介して、図1に示すように、試料ホルダ11の回転軸から、電流積算器16に接続されている。また、電流積算器16の出力である電流積算値は、表示装置17に表示可能となっている。
The outer periphery of the
なお、図1には、電力調整器19及び停止制御器18が図示されているが、これらは、第2の実施形態に用いるものであり、これらについては、後述する。
In FIG. 1, the
次に、図4及び図5を用いて、本実施形態によるイオンミリング装置において、均一ビーム照射を可能とするための原理について説明する。
図4は、本発明の第1の実施形態によるイオンミリング装置におけるイオンビームの半径方向分布の説明図である。図5は、本発明の第1の実施形態によるイオンミリング装置における均一ビーム照射の原理説明図である。
Next, the principle for enabling uniform beam irradiation in the ion milling apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
FIG. 4 is an explanatory diagram of the radial distribution of the ion beam in the ion milling apparatus according to the first embodiment of the present invention. FIG. 5 is a diagram for explaining the principle of uniform beam irradiation in the ion milling apparatus according to the first embodiment of the present invention.
ここで、プラズマ生成室周辺に多極の永久磁石を配置したプラズマ源からイオンビームを引き出す構造のイオン源である場合、通常の多孔型引出電極を使い、イオンビームを引き出すと均一なビーム領域は中央部分に限られる。 Here, in the case of an ion source having a structure in which an ion beam is extracted from a plasma source in which a multipolar permanent magnet is arranged around the plasma generation chamber, a uniform beam region is obtained by extracting an ion beam using a normal porous extraction electrode. Limited to the central part.
それに対して、本願発明者らは、引出し試験を行った結果、引出したビームの半径方向分布が高周波電力により変化することを見出した。 On the other hand, the inventors of the present application have found that the radial distribution of the extracted beam varies depending on the high frequency power as a result of the extraction test.
図4は、高周波コイルに供給する高周波電力と、引き出されたイオンビームの半径方向の電流分布の関係を示している。 FIG. 4 shows the relationship between the high frequency power supplied to the high frequency coil and the current distribution in the radial direction of the extracted ion beam.
図4において、横軸は中心からの距離を示し、縦軸はビーム電流値を示している。 In FIG. 4, the horizontal axis indicates the distance from the center, and the vertical axis indicates the beam current value.
前述したように、電極間隔や引き出し孔径を調整することで、実線Aで示すように、ほぼ均一な電流分布を得ることができる。なお、この場合でも、実線Aに示すように、均一なビーム領域は中央部分に限られ、外周側では、わずかにビーム電流値が低下する。 As described above, a substantially uniform current distribution can be obtained as indicated by the solid line A by adjusting the electrode spacing and the lead-out hole diameter. Even in this case, as shown by the solid line A, the uniform beam region is limited to the central portion, and the beam current value slightly decreases on the outer peripheral side.
この状態で、高周波コイル4に加える高周波電力を変えると、引出したビームの半径方向分布が変化することが本願発明者の引出し試験により見出された。例えば、実線Aで示される場合の高周波電力値を1kWとすると、これよりも、高周波電力値を低くすると、実線Bで示すように、外周側におけるビーム電流値がさらに低下し、ビーム電流値の半径方向分布は均一な状態ではなくなる。
In this state, when the high frequency power applied to the
また、高周波電力値を高くすると、実線Cで示すように、外周側におけるビーム電流値が高くなり、ビーム電流値の半径方向分布は均一な状態ではなくなる。 Further, when the high-frequency power value is increased, as indicated by the solid line C, the beam current value on the outer peripheral side is increased, and the radial distribution of the beam current value is not uniform.
いずれにしても、高周波コイル4に加える高周波電力を変えると、引出したビームの半径方向分布が変化することが見出された。
In any case, it has been found that when the high frequency power applied to the
なお、図4に実線Aで示したように、中央部分は比較的均一であるものの、周辺領域は一様度が悪いことが分かる。したがって、試料12のイオンビーム加工の量は、試料ホルダーを回転させない加工では、加工均一性が悪かった。また試料ホルダーを回転させた場合でも、均一なイオンビーム加工が行える試料サイズは直径150mm程度の小さいものに限られていた。
As shown by a solid line A in FIG. 4, it can be seen that although the central portion is relatively uniform, the peripheral region has poor uniformity. Therefore, the amount of ion beam processing of the
最近試料の大きさの大型化が検討されており、直径200mmや、300mmの試料が検討されている。このような大型試料に対しては、図4に実線Aで示すような均一度のビームでは、加工精度を高めることはできないものである。 Recently, increasing the size of the sample has been studied, and samples having a diameter of 200 mm or 300 mm have been studied. For such a large sample, the processing accuracy cannot be increased with a beam having uniformity as shown by the solid line A in FIG.
このような問題を解決するため、本実施形態では、小孔ファラデーカップ20と、電流積算器16と、表示装置17とを備えるとともに、コイル4に供給する高周波電力の電力値を可変できる高周波電力源5を備えている。
In order to solve such a problem, in the present embodiment, a high-frequency power that includes a small-
図1及び図2に示した複数のイオンビーム電流測定用の小孔ファラデーカップ20は、試料ホルダ11の半径方向に沿って一列に配置されている。イオンミリングの操作中のファラデーカップに流入する各電流値は、複数のファラデーカップ20によりそれぞれ測定される。電流積算器16は、イオンミリングの操作中のファラデーカップに流入する各電流値を、各ファラデーカップ毎に積算する。積算された電流値は、半径方向の電流分布として、表示装置17に表示される。表示装置17に表示された積算電流分布を見ながら、手動にて高周波電源5の出力を調整することで、イオンミリング加工終了時の積算電流分布を一様化できる。
The plurality of small hole Faraday cups 20 for measuring the ion beam current shown in FIGS. 1 and 2 are arranged in a line along the radial direction of the
ここで、図5を用いて、本実施形態によるイオンミリング装置における均一ビーム照射の原理について説明する。 Here, the principle of uniform beam irradiation in the ion milling apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
図5において、横軸は中心からの距離を示し、縦軸は積算電流値を示している。 In FIG. 5, the horizontal axis indicates the distance from the center, and the vertical axis indicates the integrated current value.
図5において、実線Aは、イオンミリング加工終了時の積算電流分布を示している。積算電流値Xは既定値であり、積算電流分布は半径方向に均一に加工されたことを示している。 In FIG. 5, the solid line A indicates the integrated current distribution at the end of the ion milling process. The accumulated current value X is a predetermined value, and the accumulated current distribution indicates that it has been processed uniformly in the radial direction.
ここで、イオンミリング加工を開始して、時間t経過した時点における積算電流値が、実線Bのように、表示装置17に表示されている場合は、均一に加工が継続しているので問題はない。しかしながら、破線Cで示すように、外周側での積算電流値が中央部よりも低い場合には、高周波電力源5の出力電力を手動で高くして、コイル4に供給する高周波電力値を高くする。これにより、ビーム電流値は、図4に実線Cで示すように、外周側で高くなるため、この状態で、イオンミリング加工を継続すると、外周側での積算電流値を矢印C’方向に大きくでき、最終的には、実線Aで示すイオンミリング加工終了時の積算電流分布のように、半径方向に均一に加工できる。なお、実線Aは説明のため直線で示したが、実際のイオンミリングでは実線Aは、±3%程度の凹凸が含まれても均一なミリングとみなされて実用に供されている。
Here, when the integrated current value at the time when the time t has elapsed since the ion milling process is started is displayed on the
また、破線Dで示すように、外周側での積算電流値が中央部よりも高い場合には、高周波電力源5の出力電力を手動で低くして、コイル4に供給する高周波電力値を低くする。これにより、ビーム電流値は、図4に実線Bで示すように、外周側で低くなるため、この状態で、イオンミリング加工を継続すると、外周側での積算電流値を矢印D’方向に小さくでき、最終的には、実線Aで示すイオンミリング加工終了時の積算電流分布のように、半径方向に均一に加工できる。
Further, as indicated by a broken line D, when the integrated current value on the outer peripheral side is higher than the central portion, the output power of the high-frequency power source 5 is manually lowered to reduce the high-frequency power value supplied to the
従来は±3%以上の加工不均一性が試料に見られたが、手動操作によっても±3%以下に改善することができた。 Conventionally, the processing non-uniformity of ± 3% or more was seen in the sample, but it could be improved to ± 3% or less by manual operation.
以上説明したように、本実施形態によれば、高周波イオン源からの引出しビーム分布が高周波電力により変わることを利用して、試料基板半径方向の照射電流積算値分布を均一化させるので、極めて均一なイオンビーム加工が可能となる。 As described above, according to the present embodiment, the distribution of the integrated value of the irradiation current in the radial direction of the sample substrate is made uniform by utilizing the fact that the extracted beam distribution from the high-frequency ion source is changed by the high-frequency power. Ion beam processing becomes possible.
次に、図1を用いて、本発明の第2の実施形態によるイオンミリング装置の構成及び動作について説明する。 Next, the configuration and operation of an ion milling apparatus according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
本実施形態では、図1に示した電力調整器19及び停止制御器18を用いて、自動で、加工均一性を向上できるようにしたものである。なお、本実施形態において、表示装置17は必ずしも必要ではないが、加工の均一性の途中経過を監視するためには必要なものである。
In this embodiment, the processing uniformity can be automatically improved by using the
本実施形態では、ファラデーカップ20を、図1及び図3に示すように、外周側のA群と、内周側のB群に分ける。積算器16は、A群のファラデーカップ20の積算電流の平均値と、B群のファラデーカップ20積算電流の平均値とをそれぞれ算出し、出力する。
In this embodiment, as shown in FIGS. 1 and 3, the
電力調整器19は、コンパレータ19Aと、電力指令器19Bとを備えている。コンパレータ19Aは、A群のファラデーカップ20の積算電流の平均値と、B群のファラデーカップ20積算電流の平均値との差を出力する。電力指令器19Bは、A群のファラデーカップ20の積算電流の平均値と、B群のファラデーカップ20積算電流の平均値との差に応じて、高周波電力値を上下する。具体的には、A群のファラデーカップ20の積算電流の平均値が、B群のファラデーカップ20積算電流の平均値よりも大きい場合には、高周波電力値を下げるように指令値を変えると共に、その際、A群とB群の差分が大きいほど、高周波電力値を下げる割合を大きくする。また、A群のファラデーカップ20の積算電流の平均値が、B群のファラデーカップ20積算電流の平均値よりも小さい場合には、高周波電力値を上げるように指令値を変えると共に、その際、A群とB群の差分が大きいほど、高周波電力値を上げる割合を大きくする。
The
このように、自動的に高周波電力値を可変することで、A群、B群での積算電流値が一様になるように調整可能となり、直径150mm以上の,例えば、直径200mmや、300mmの大型な試料に対しても、試料の面内均一性で±3%以下の値が安定に得られた。その結果、加工精度を高めることができる。 Thus, by automatically changing the high frequency power value, it becomes possible to adjust the integrated current value in the A group and the B group to be uniform and have a diameter of 150 mm or more, for example, a diameter of 200 mm or 300 mm. Even for a large sample, a value of ± 3% or less was stably obtained in the in-plane uniformity of the sample. As a result, processing accuracy can be increased.
停止制御器18は、イオンビーム加工の終了を自動的に判定し、高周波電力のコイルへの供給を停止するものである。所定の加工を得るためのイオンビーム加工時間は、電流値や基板材料により異なるものの、その積算電流値により決まる。したがって、電力調整器19からの出力で高周波電力を変えると、分布だけでなく引き出されるイオンビーム電流値も変わる。イオンビーム電流値の変化に応じて加工時間を調整するか、若しくは、高周波電力の変化に応じてイオンビーム電流値を調整することで、制御が簡単で容易となる。
The
一般にイオンビーム加工される試料は量産時には大量となるため、この試料に所定の加工を行うための積算電流値は、経験的に事前に決めておくことができる。停止制御器18は、この予測積算電流値Xと実測される全ファラデーカップ積算電流平均値Yを比較し、Y値がX値に達すれば、高周波電源5にオフ信号を出力して、高周波電源5がオフされてプラズマが消え、加工処理が終了する。
In general, since a sample to be ion beam processed becomes large in mass production, an integrated current value for performing predetermined processing on the sample can be determined in advance empirically. The
以上説明したように、本実施形態によれば、高周波イオン源からの引出しビーム分布が高周波電力により変わることを利用して、自動的に、試料基板半径方向の照射電流積算値分布を均一化させるので、極めて均一なイオンビーム加工が可能となる。 As described above, according to this embodiment, the distribution of the integrated value of the irradiation current in the radial direction of the sample substrate is automatically made uniform by utilizing the fact that the extracted beam distribution from the high-frequency ion source is changed by the high-frequency power. Therefore, extremely uniform ion beam processing becomes possible.
次に、図6を用いて、本発明の第3の実施形態によるイオンミリング装置の構成及び動作について説明する。
図6は、本発明の第3の実施形態によるイオンミリング装置の全体構成図である。なお、図1と同一符号は、同一部分を示している。
Next, the configuration and operation of an ion milling apparatus according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 6 is an overall configuration diagram of an ion milling apparatus according to a third embodiment of the present invention. The same reference numerals as those in FIG. 1 indicate the same parts.
本実施形態では、図1に示した実施形態とは、イオン源の構成が異なるものである。高周波電力は、石英円筒管2の外に巻かれ、かつ高周波プラズマ室1に永久磁石7が設けられている。その磁石配置に関する断面形状は、図2と同じである。
The present embodiment is different from the embodiment shown in FIG. 1 in the configuration of the ion source. The high frequency power is wound outside the quartz
本実施形態においても、第1の実施形態と同様に、ファラデーカップ20の積算電流値を表示装置17に表示し、手動にて、高周波電源5の出力電力を調整することで、同等の試料均一加工が行える。また、第2の実施形態と同様に、ファラデーカップ20の積算電流値を用いて、電力調整器19と、停止制御器18により、自動にて、高周波電源5の出力電力を調整することで、同等の試料均一加工が行える。
Also in the present embodiment, as in the first embodiment, the integrated current value of the
以上説明したように、本実施形態によれば、高周波イオン源からの引出しビーム分布が高周波電力により変わることを利用して、自動的に、試料基板半径方向の照射電流積算値分布を均一化させるので、極めて均一なイオンビーム加工が可能となる。 As described above, according to this embodiment, the distribution of the integrated value of the irradiation current in the radial direction of the sample substrate is automatically made uniform by utilizing the fact that the extracted beam distribution from the high-frequency ion source is changed by the high-frequency power. Therefore, extremely uniform ion beam processing becomes possible.
次に、図7を用いて、本発明の第4の実施形態によるイオンミリング装置の構成及び動作について説明する。
図7は、本発明の第4の実施形態によるイオンミリング装置に用いるイオン源の構成図である。なお、本実施形態によるイオンミリング装置の全体構成は、図1と同様である。また、図1と同一符号は、同一部分を示している。
Next, the configuration and operation of an ion milling apparatus according to the fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 7 is a configuration diagram of an ion source used in an ion milling apparatus according to the fourth embodiment of the present invention. The overall configuration of the ion milling apparatus according to the present embodiment is the same as that shown in FIG. The same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same parts.
本実施形態では、図1に示した実施形態とは、イオン源の構成が異なるものである。高周波(RF)プラズマ室1へのガスの導入にあたり、ガス導入口に図に示すように円筒石英管2の内径よりも1〜2mm程度口径の小さい石英円板24を設けている。本実施形態により、ガスは円筒石英管の周辺から内部に流入する結果、周辺プラズマが高密度になり易く、図3において周辺で引出し電流分布がピークを示すイオン源動作圧力範囲が広がった。また、周辺にピークを示す高周波電力の値もそれまでは1000W以上であったが、600W程度以上でもピークを持つようになった。これにより電流積算値の一様化の制御が容易になると共に制御可能な運転範囲が広がった。
The present embodiment is different from the embodiment shown in FIG. 1 in the configuration of the ion source. In introducing the gas into the radio frequency (RF) plasma chamber 1, a
本実施形態においても、第1の実施形態と同様に、ファラデーカップ20の積算電流値を表示装置17に表示し、手動にて、高周波電源5の出力電力を調整することで、同等の試料均一加工が行える。また、第2の実施形態と同様に、ファラデーカップ20の積算電流値を用いて、電力調整器19と、停止制御器18により、自動にて、高周波電源5の出力電力を調整することで、同等の試料均一加工が行える。
Also in the present embodiment, as in the first embodiment, the integrated current value of the
また、図7に示した実施例と同様な石英円板を図6に示したイオン源に適用しても同様な効果が得られることは明らかである。 It is obvious that the same effect can be obtained even if a quartz disk similar to that of the embodiment shown in FIG. 7 is applied to the ion source shown in FIG.
以上説明したように、本実施形態によれば、高周波イオン源からの引出しビーム分布が高周波電力により変わることを利用して、自動的に、試料基板半径方向の照射電流積算値分布を均一化させるので、極めて均一なイオンビーム加工が可能となる。 As described above, according to this embodiment, the distribution of the integrated value of the irradiation current in the radial direction of the sample substrate is automatically made uniform by utilizing the fact that the extracted beam distribution from the high-frequency ion source is changed by the high-frequency power. Therefore, extremely uniform ion beam processing becomes possible.
なお、以上の各実施形態では、ガスとしては主にアルゴンガスを使い、アルゴンイオンビームにより効果が確かめられたが、発明の本質からして別のガス種(CF4、CHF3、02等)でも同様な均一イオンビーム加工が可能になる。
In each embodiment described above, as the gas mainly use argon gas, the effect was confirmed by the argon ion beam, separate gas species from the essence of the
また、試料ホルダー11に取り付けるファラデーカップ20は、半径方向に一列に並べたが、周方向に分散させて配置しても良いことは発明の本質からして明らかである。
In addition, although the Faraday cups 20 attached to the
以上、本発明に基づく試料ホルダーの半径方向に設けたファラデーカップ列によりイオンビーム加工時の電流積算値を測定、表示すると共にその積算分布に応じて高周波電力を制御すれば、イオンビームのミリング加工終了時に試料面内で極めて均一な微細加工が可能となる。イオンビームを使った材料の微細加工を行う産業分野に対し実用に供しその効果は著しく大である。
As described above, if the current integrated value at the time of ion beam processing is measured and displayed by the Faraday cup array provided in the radial direction of the sample holder according to the present invention, and the high frequency power is controlled according to the integrated distribution, the ion beam milling processing At the end, extremely uniform microfabrication can be performed within the sample surface. The effect is remarkably great for industrial fields in which fine processing of materials using ion beams is performed.
1…高周波(RF)プラズマ室
2…円筒石英管
3…プラズマ拡張室
4…高周波コイル
5…高周波電源
6…ガス流量調整器
7…永久磁石
8…多孔型引出し電極系
9…イオンビーム
10…真空排気装置
11…試料ホルダー
12…試料
14…処理室
15…マイクロ波プラズマニュートラライザー
16…積算器
17…表示装置
18…停止制御器
19…電力調整器
20…ファラデーカップ
21…サプレッサー電極
22…電流導入端子
23…カバー
24…石英円板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... High frequency (RF)
Claims (9)
該高周波イオン源から引き出されたイオンビームを基板に照射せしめることによりイオンビームによる基板の微細加工を行わせるイオンミリング装置であって、
複数の試料基板を乗せた円板状試料台の半径方向に一列に並べて配置され、イオンビーム電流を測定する複数のファラデーカップと、
各ファラデーカップの電流値を時間的に積算する電流積算器と、
該電流積算器により算出された電流積算値を表示する表示装置と、
前記高周波イオン源のコイルに高周波電力を供給するとともに、その高周波電力値が可変な高周波電源とを備えることを特徴とするイオンミリング装置。 A coil for flowing a high-frequency current is wound around the outer periphery of the quartz cylindrical tube that has been evacuated, and plasma is generated by flowing a gas into the quartz cylindrical chamber. A high-frequency ion source that generates a high-density plasma by arranging magnets in multiple poles and extracts an ion beam using a porous extraction electrode to which a voltage is applied from the plasma;
An ion milling apparatus that performs fine processing of a substrate with an ion beam by irradiating the substrate with an ion beam extracted from the high-frequency ion source,
A plurality of Faraday cups arranged in a row in the radial direction of a disk-shaped sample table on which a plurality of sample substrates are placed, and for measuring an ion beam current;
A current integrator that integrates the current value of each Faraday cup over time;
A display device for displaying the current integrated value calculated by the current integrator;
An ion milling apparatus comprising: a high-frequency power source that supplies high-frequency power to a coil of the high-frequency ion source, and whose high-frequency power value is variable.
前記高周波イオン源は、前記石英円筒管に直結して配置されるとともに、永久磁石を周方向に多極に配置したプラズマ拡張室を備える構造であり、
前記石英円筒管内に生成したプラズマを前記プラズマ拡張室に導入し、かつ前記引出電極が、前記プラズマ拡張室に設けられてイオンビームを引き出すものであることを特徴とするイオンミリング装置。 In the ion milling device according to claim 1,
The high-frequency ion source is arranged directly connected to the quartz cylindrical tube, and has a structure including a plasma expansion chamber in which permanent magnets are arranged in multiple poles in the circumferential direction,
An ion milling apparatus, wherein plasma generated in the quartz cylindrical tube is introduced into the plasma expansion chamber, and the extraction electrode is provided in the plasma expansion chamber to extract an ion beam.
前記高周波イオン源は、前記石英円筒に入る放電ガス導入口に、前記石英円筒の内径よりわずかに小さい直径を持つ石英円板を備えることを特徴とするイオンミリング装置。 In the ion milling device according to claim 1,
The high-frequency ion source includes a quartz disk having a diameter slightly smaller than an inner diameter of the quartz cylinder at a discharge gas introduction port that enters the quartz cylinder.
前記試料基板は回転可能であることを特徴とするイオンミリング装置。 In the ion milling device according to claim 1,
An ion milling apparatus, wherein the sample substrate is rotatable.
該高周波イオン源から引き出されたイオンビームを基板に照射せしめることによりイオンビームによる基板の微細加工を行わせるイオンミリング装置であって、
複数の試料基板を乗せた円板状試料台の半径方向に一列に並べて配置され、イオンビーム電流を測定する複数のファラデーカップと、
各ファラデーカップの電流値を時間的に積算する電流積算器と、
前記高周波イオン源のコイルに高周波電力を供給するとともに、その高周波電力値が可変な高周波電源と、
前記複数のファラデーカップを2つの群の領域に分け、かつそれぞれの群の積算値の平均値の差に基づいて前記高周波電源から前記コイルに供給する高周波電力を調整する調整器を備えることを特徴とするイオンミリング装置。 A coil for flowing a high-frequency current is wound around the outer periphery of the quartz cylindrical tube that has been evacuated, and plasma is generated by flowing a gas into the quartz cylindrical chamber. A high-frequency ion source that generates a high-density plasma by arranging magnets in multiple poles and extracts an ion beam using a porous extraction electrode to which a voltage is applied from the plasma;
An ion milling apparatus that performs fine processing of a substrate with an ion beam by irradiating the substrate with an ion beam extracted from the high-frequency ion source,
A plurality of Faraday cups arranged in a row in the radial direction of a disk-shaped sample table on which a plurality of sample substrates are placed, and for measuring an ion beam current;
A current integrator that integrates the current value of each Faraday cup over time;
While supplying high frequency power to the coil of the high frequency ion source, a high frequency power source whose variable high frequency power value is variable,
The Faraday cup is divided into two groups, and an adjuster is provided for adjusting high-frequency power supplied from the high-frequency power source to the coil based on a difference between average values of integrated values of the groups. Ion milling equipment.
前記複数のファラデーカップの全ての積算電流平均値が、予め設定された予測積算電流値になると、前記高周波電源をオフする停止制御器を備えることを特徴とするイオンミリング装置。 In the ion milling device according to claim 5,
An ion milling apparatus comprising: a stop controller that turns off the high-frequency power supply when all the integrated current average values of the plurality of Faraday cups are set to a predicted integrated current value set in advance.
前記高周波イオン源は、前記石英円筒管に直結して配置されるとともに、永久磁石を周方向に多極に配置したプラズマ拡張室を備える構造であり、
前記石英円筒管内に生成したプラズマを前記プラズマ拡張室に導入し、かつ前記引出電極が、前記プラズマ拡張室に設けられてイオンビームを引き出すものであることを特徴とするイオンミリング装置。 In the ion milling device according to claim 5,
The high-frequency ion source is arranged directly connected to the quartz cylindrical tube, and has a structure including a plasma expansion chamber in which permanent magnets are arranged in multiple poles in the circumferential direction,
An ion milling apparatus, wherein plasma generated in the quartz cylindrical tube is introduced into the plasma expansion chamber, and the extraction electrode is provided in the plasma expansion chamber to extract an ion beam.
前記高周波イオン源は、前記石英円筒に入る放電ガス導入口に、前記石英円筒の内径よりわずかに小さい直径を持つ石英円板を備えることを特徴とするイオンミリング装置。 In the ion milling device according to claim 5,
The high-frequency ion source includes a quartz disk having a diameter slightly smaller than an inner diameter of the quartz cylinder at a discharge gas introduction port that enters the quartz cylinder.
前記試料基板は回転可能であることを特徴とするイオンミリング装置。 In the ion milling device according to claim 5,
An ion milling apparatus, wherein the sample substrate is rotatable.
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-
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