JP2010199036A - Generating method of gas cluster ion beam, and processing method of solid surface using its method - Google Patents
Generating method of gas cluster ion beam, and processing method of solid surface using its method Download PDFInfo
- Publication number
- JP2010199036A JP2010199036A JP2009045865A JP2009045865A JP2010199036A JP 2010199036 A JP2010199036 A JP 2010199036A JP 2009045865 A JP2009045865 A JP 2009045865A JP 2009045865 A JP2009045865 A JP 2009045865A JP 2010199036 A JP2010199036 A JP 2010199036A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ion beam
- ionization
- gas cluster
- current
- electron
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
Abstract
Description
本発明は、固体表面を加工するためのガスクラスターイオンビームを発生する方法に関し、特に大電流ガスクラスターイオンビームを発生する方法に関する。 The present invention relates to a method for generating a gas cluster ion beam for processing a solid surface, and more particularly to a method for generating a high current gas cluster ion beam.
近年、ガスクラスターイオンビームを用いた固体表面の加工方法、例えばエッチングや平坦化、成膜、イオン注入が、モノマーイオンビームを用いた加工とは異なる特徴を有することから注目を集めている。 In recent years, solid surface processing methods using a gas cluster ion beam, such as etching, planarization, film formation, and ion implantation, have attracted attention because they have different characteristics from processing using a monomer ion beam.
ガスクラスターイオンビームを用いる典型的な加工装置が特許文献1に開示されている。特許文献1では高圧のガスをノズルから真空中に噴出させることにより中性クラスターを生成し、この中性クラスターのうち、スキマーを通過した中性ガスクラスタービームに対して電子衝撃でイオン化を行い、ガスクラスターイオンビームを発生させる。そして、加速電極によって数kVから数十kVに加速し、加工対象物に照射するものとなっている。 A typical processing apparatus using a gas cluster ion beam is disclosed in Patent Document 1. In Patent Document 1, a high-pressure gas is ejected from a nozzle into a vacuum to generate a neutral cluster. Among the neutral clusters, neutral gas cluster beams that have passed through a skimmer are ionized by electron impact, A gas cluster ion beam is generated. And it accelerates from several kV to several tens kV with an acceleration electrode, and irradiates a workpiece.
クラスターイオンを構成する原子1個あたりのエネルギーは同じ加速エネルギーのモノマーイオンと比べて非常に小さくなることから、ガスクラスターイオンビームを用いる加工は固体表面の損傷を小さくできる。また、クラスターと固体表面との相互作用により、表面原子がスパッタリングされるとともに表面を構成する物質の横移動が起こり、表面の凸部が削られ、凹部が埋まる効果により、表面を平坦化することができる。 Since the energy per atom constituting the cluster ion is much smaller than that of the monomer ion having the same acceleration energy, the processing using the gas cluster ion beam can reduce the damage on the solid surface. Also, due to the interaction between the cluster and the solid surface, surface atoms are sputtered and the material that constitutes the surface moves laterally, so that the convex portions of the surface are cut and the concave portions are filled to flatten the surface. Can do.
このように、ガスクラスターイオンビームにはスパッタリング(エッチング)作用や表面平坦化作用などがあるが、これらの作用は一般にガスクラスターイオンビームのイオンビーム電流が大きいほど高速に進行する。 As described above, the gas cluster ion beam has a sputtering (etching) action, a surface flattening action, and the like, but these actions generally proceed faster as the ion beam current of the gas cluster ion beam increases.
ガスクラスターイオンビームのイオンビーム電流を大きくするための要素としては、主にノズルから発生させる中性クラスターの大線量化、イオン化方法の最適化による大電流化、輸送中のイオンビーム電流の損失を防ぐための高真空化がある。ここでは、イオン化方法の最適化による大電流化に関する従来技術について説明する。 Factors for increasing the ion beam current of a gas cluster ion beam include increasing the dose of neutral clusters generated mainly from the nozzle, increasing the current by optimizing the ionization method, and loss of the ion beam current during transportation. There is a high vacuum to prevent it. Here, a conventional technique related to an increase in current by optimization of an ionization method will be described.
イオン化方法としては特許文献1に記載されているように、白熱したフィラメント(通常、タングステン)から放出される熱電子を中性クラスタービームに照射する電子衝撃法によって行われ、正にイオン化したクラスタービームが生成される。電子のエネルギーとしては特許文献2や特許文献3に記載されているように、通常60eV程度から数100eV程度が用いられている。また、イオン化電子電流Ieの電流値としては300mA程度以下が一般的に用いられている。非特許文献1によれば、イオン化電子電流Ieが10mAの場合、イオン化電子電圧(イオン化電子の加速電圧)Veが50V,100V,500Vと増加するに従って、イオンビーム電流(サイズ分布の積分値)Iiが増加する。また、Veが300Vの場合、Ieが10mA,100mA,300mAに増加すると、300mAではやや飽和する傾向が見られるものの、Ieの増加とともにイオンビーム電流Iiは増加する。そのため、イオンビーム電流Iiを大きくする条件として、例えばVe=300V,Ie=300mAの組み合わせがよく用いられる。
As described in Patent Document 1, the ionization method is performed by an electron impact method in which a neutral cluster beam is irradiated with thermoelectrons emitted from an incandescent filament (usually tungsten), and is a positively ionized cluster beam. Is generated. As described in
クラスターのイオン化では、イオン化の条件によってクラスターのサイズ分布(正確にはクラスターサイズ、すなわちクラスターを構成する原子あるいは分子数Nとイオンの価数qの比N/qの分布)が変化するが、イオン化電子電圧Veが50〜500V,イオン化電子電流Ieが10〜300mAの上記非特許文献1のイオン化条件では、N/qの分布ピークは約2000〜20000である。なお、1価に帯電したクラスターイオンだけでなく、2価以上に帯電したクラスターイオンが生成されることが知られている。 In the ionization of clusters, the cluster size distribution (to be exact, the cluster size, that is, the distribution of the number of atoms or molecules constituting the cluster N and the ratio of the valence q of the ions, N / q) changes. Under the ionization conditions of Non-Patent Document 1 in which the electron voltage V e is 50 to 500 V and the ionization electron current I e is 10 to 300 mA, the N / q distribution peak is about 2000 to 20000. It is known that not only monovalently charged cluster ions but also divalent or higher charged cluster ions are generated.
一方、クラスター化していないモノマーのイオン化については、次のことが知られている。 On the other hand, the following is known about the ionization of the non-clustered monomer.
即ち、モノマーのイオンビーム電流Iiは、モノマーガスの圧力Pとイオン化電子電流Ieに比例し、次の関係式で表される。 That is, the ion beam current I i of the monomer is proportional to the pressure P of the monomer gas and the ionization electron current I e and is expressed by the following relational expression.
Ii=S×Ie×P
ここで、Sは感度を示す係数である。この原理は電離真空計に用いられている。イオン化効率はイオン化電子エネルギーによって異なり、例えばアルゴンガスの場合、イオン化電子エネルギーが70eV程度の時に最も高くなることが知られている。従って、感度Sはイオン化電子エネルギーに依存する。そのため、イオン化電子電圧Veをパラメータにとると、イオンビーム電流Iiとイオン化電子電流(エミッション電流と呼ばれることもある)Ieはイオン化電子エネルギーごとに比例係数の異なる直線であらわされる。
I i = S × I e × P
Here, S is a coefficient indicating sensitivity. This principle is used in ionization gauges. The ionization efficiency varies depending on the ionization electron energy. For example, in the case of argon gas, it is known that the ionization efficiency becomes the highest when the ionization electron energy is about 70 eV. Therefore, the sensitivity S depends on the ionized electron energy. Therefore, when the ionization electron voltage V e is used as a parameter, the ion beam current I i and the ionization electron current (sometimes referred to as an emission current) I e are represented by straight lines having different proportional coefficients for each ionization electron energy.
特許文献1、2で開示されているイオン化方法で発生させるガスクラスターイオンビームでは、加工対象物として想定されているのは半導体デバイス用のウエハ等であり、そのため表面損傷を極めて小さくする必要があった。このためには価数qが小さく、クラスターサイズNが大きいクラスターイオンがプロセスには有効であると考えられてきた。なぜなら、加速電圧をVa(典型的には20kV)とすると、多価にイオン化されたクラスターにおいては、加速エネルギーがqVaとなり、1価にイオン化されたクラスターと比べて、q倍エネルギーが大きくなるため、表面損傷が大きくなり、表面平坦化効果も最大化できなくなる可能性があるためである。また、クラスターサイズNについても、Nが大きい方が1原子あたりのエネルギーが小さくなるため、同様の理由でプロセスには有利であると考えられてきた。このように、従来のイオン化方法では、平均のN/qが大きくなるようなイオン化方法、即ちN/qの分布のピークが2000程度以上で1原子あたりのエネルギーが10eV程度以下となるイオン化方法が用いられてきた。
In the gas cluster ion beam generated by the ionization method disclosed in
平均のN/qが大きくなるような具体的なイオン化条件として、イオン化電子エネルギーが60eV〜数100eV(イオン化電子電圧Veとして60〜数100V)、イオン化電子電流Ieが100mA〜300mAの範囲が一般的によく用いられてきた。
Specific ionic conditions such that the average of the N / q increases, ionization electron energy is 60eV~
しかしながら、対象物が半導体デバイス用ウエハのような損傷に極めて敏感であるものでない加工対象物に対しては、上記のイオン化条件が高速に平坦化あるいはエッチングを行うという課題に対して必ずしも最適であるとは言えず、このような加工対象物に対して高速に平坦化あるいはエッチングを行うための最適なイオン化条件についてはこれまで明らかではなかった。 However, for workpieces that are not very sensitive to damage, such as semiconductor device wafers, the above ionization conditions are not necessarily optimal for the problem of high-speed planarization or etching. However, the optimum ionization conditions for performing flattening or etching on such a workpiece at high speed have not been clarified so far.
本発明の目的はこのような状況に鑑み、従来より高速に平坦化やエッチングを行えるようにすべく、イオンビーム電流を大電流化することができるガスクラスターイオンビームの発生方法を提供することにある。 In view of such circumstances, an object of the present invention is to provide a method for generating a gas cluster ion beam capable of increasing the ion beam current so that planarization and etching can be performed at a higher speed than before. is there.
請求項1の発明によれば、中性のガスクラスターを電子衝撃により正にイオン化してガスクラスターイオンビームを発生する方法において、イオン化電子電流とイオンビーム電流の関係を示すカーブにおいてイオン化電子電圧が異なる2つのカーブが交差する交差点より大きいイオン化電子電流と、前記交差点より大きいイオン化電子電流領域でイオンビーム電流がより大きく増加するイオン化電子電圧の組み合わせを用いてイオン化する。 According to the first aspect of the present invention, in a method of generating a gas cluster ion beam by positively ionizing a neutral gas cluster by electron impact, an ionization electron voltage is expressed in a curve indicating a relationship between the ionization electron current and the ion beam current. Ionization is performed using a combination of an ionization electron current larger than an intersection at which two different curves intersect and an ionization electron voltage in which an ion beam current increases more greatly in an ionization electron current region larger than the intersection.
請求項2の発明では請求項1の発明において、イオン化電子電流を360mA以上とする。
According to the invention of
請求項3の発明では請求項1の発明において、イオン化電子エネルギーを50eV以上100eV未満とする。 In the invention of claim 3, in the invention of claim 1, the ionization electron energy is set to 50 eV or more and less than 100 eV.
請求項4の発明によれば、中性のガスクラスターを電子衝撃により正にイオン化してガスクラスターイオンビームを発生する方法において、ガスクラスターイオンの平均クラスターサイズをNa、平均価数をqaとした時、イオン化により、qa>0.008Na+1またはqa>5を満たすガスクラスターイオンを生成する。 According to the invention of claim 4, a method for generating positively ionized by the gas cluster ion beam neutral gas cluster by electron impact, the average cluster size N a gas cluster ions, the average valence q a In this case, gas cluster ions satisfying q a > 0.008N a +1 or q a > 5 are generated by ionization.
この発明によるガスクラスターイオンビームの発生方法によれば、ガスクラスターイオンビームのイオンビーム電流を従来より大電流化することができる。よって、この発明により発生させたガスクラスターイオンビームを固体表面の加工に用いれば、エッチングや平坦化の加工速度を従来より向上させることができる。 According to the method for generating a gas cluster ion beam according to the present invention, the ion beam current of the gas cluster ion beam can be increased as compared with the conventional method. Therefore, if the gas cluster ion beam generated by the present invention is used for processing of a solid surface, the processing speed of etching or planarization can be improved as compared with the prior art.
本発明では従来とは異なるイオン化条件でガスクラスターイオンビームの高いイオンビーム電流値が得られる条件を鋭意検討した結果、イオン化電子電流Ieが従来条件より大きい領域で、イオン化電子電流Ieとイオンビーム電流Iiとの間に特徴的な関係が見られることを見い出し、この領域で条件を選択することによりイオンビーム電流の大電流化を実現できることを見い出した。 The conditions under which high ion beam current value of the gas cluster ion beam is obtained a result of extensive studies, a large area than a conventional condition ionizing electron current I e with different ionization conditions from the conventional in the present invention, the ionization electron current I e and ion It has been found that there is a characteristic relationship with the beam current I i, and it has been found that the ion beam current can be increased by selecting conditions in this region.
以下、この発明の実施形態を実施例により説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described by way of examples.
まず、この発明のガスクラスターイオンビームの発生方法におけるイオン化方法を実現するためのイオン化部の構造を図1の模式図を参照して説明する。 First, the structure of an ionization part for realizing the ionization method in the gas cluster ion beam generation method of the present invention will be described with reference to the schematic diagram of FIG.
タングステン線からなるフィラメント11に電流を流すことにより、フィラメント11を加熱し、熱電子12を発生させる。熱電子12を引き出して中性クラスター20に照射させるため、アノード13に電圧を印加する。この電圧をイオン化電子電圧Veと呼ぶ。アノード13はメッシュ状のステンレスであり、加速された熱電子12のうち、アノード13を通過したものは中性クラスター20に照射され、中性クラスター20がイオン化される。1価にイオン化されるだけでなく、2価以上にイオン化される場合もある。熱電子12のうち、アノード13に到達したものは電流として観測される。この電流をイオン化電子電流Ieと呼ぶ。Ieはフィラメント11に流す電流を変化させることにより制御することができる。
By passing an electric current through the filament 11 made of a tungsten wire, the filament 11 is heated and
イオンビーム電流Iiはイオン化部出口から100mmの位置で、直径50mmのファラデーカップを用いて計測した。また、ガスクラスターイオンビーム照射によるエッチング速度を調べるため、イオン化部出口から100mmの位置に試料30を設置した。Arガスから生成された中性クラスターをイオン化し、20kVで加速して試料に照射した。φ50mmの領域の平均エッチング深さを計測した。
The ion beam current I i was measured using a Faraday cup having a diameter of 50 mm at a
イオン化電子電圧Veが50Vと200Vの場合において、イオン化電子電流Ieとイオンビーム電流Iiとの関係を調べた。結果を図2に示す。 When the ionization electron voltage V e was 50 V and 200 V, the relationship between the ionization electron current I e and the ion beam current I i was examined. The results are shown in FIG.
Ieが360mAのところで、Ve=50Vの場合のカーブとVe=200Vの場合のカーブが交差した。交差点であるIe=360mAよりIeが大きい領域と小さい領域でのイオン化条件で得られたArのクラスターイオンビームをシリコンに照射し、エッチング速度を調べた。結果を図3の表1に示す。また、イオンビーム電流Iiとエッチング速度との関係を図4に示す。 I e is at the 360mA, curve in the case of the curve and V e = 200V in the case of V e = 50V crosses. The etching rate was investigated by irradiating silicon with an Ar cluster ion beam obtained under ionization conditions in a region where I e is larger and smaller than I e = 360 mA, which is an intersection. The results are shown in Table 1 in FIG. FIG. 4 shows the relationship between the ion beam current I i and the etching rate.
イオン化電子電流Ieを一定にした場合の、イオン化電子電圧Veとイオンビーム電流Iiの関係を調べた。Ie=100,200,300,350,400,450,500,600,700,800mAのそれぞれの場合における、VeとIiの関係を図5に示す。 The relationship between the ionization electron voltage V e and the ion beam current I i when the ionization electron current I e was fixed was examined. FIG. 5 shows the relationship between V e and I i when I e = 100, 200, 300, 350, 400, 450, 500, 600, 700, and 800 mA.
次に、Ie=700mAの条件でVeを変化させた場合のArクラスターイオンビームを試料に照射し、Veと表面粗さとの関係を調べた。ビーム照射量は、いずれも1×1017ions/cm2とした。試料はステンレス系の金型等の材料であるSKD11とした。照射前の平均表面粗さRaは520nmであった。照射後の表面粗さは照射エリアの中心部を計測した。結果を図6に示す。 Then, by irradiating the Ar cluster ion beam in the case of changing the V e under the condition of I e = 700 mA in the sample was examined a relationship between V e and the surface roughness. Beam dose are both set to 1 × 10 17 ions / cm 2 . The sample was SKD11 which is a material such as a stainless steel mold. The average surface roughness Ra before irradiation was 520 nm. The surface roughness after irradiation was measured at the center of the irradiation area. The results are shown in FIG.
実施例1を参照すると、イオン化電子電圧Ve=50Vと200Vの場合で、いずれもIeの増加とともにIiも増加していく傾向が見られるが、図7に示したモノマーのイオン化におけるIeとIiの関係のような単調な比例直線ではない。即ち、Ieが360mA以下の領域では、Ve=200Vの場合の方がVe=50Vの場合よりイオンビーム電流値が大きいが、Ie=360mAを境にVe=50Vの場合の方がイオンビーム電流値が大きくなり、イオン化電子電流Ieの増加とともに、その差は拡大していく。つまり、イオン化電子電流Ieが360mAのところで、Ve=50VとVe=200VのIe−Iiカーブが交差するという特徴的な現象が見られるのである。これはクラスターのイオン化に特有の現象であると考えられる。このカーブが交差する点より大きいイオン化電子電流Ieを用い、イオンビーム電流Iiの増加率が高いイオン化電子電圧(図2ではVe=50V)を用いることにより、従来用いられてきた条件、Ve=200V,Ie=300mAの場合と比べてイオンビーム電流Iiの大電流化が可能になる。
Referring to Example 1, in the case of the ionization electron voltage V e = 50 V and 200 V, both I i tend to increase as I e increases, but I I in the monomer ionization shown in FIG. It is not a monotonous proportional line like the relationship between e and I i . That is, in the following areas I e is 360 mA, but towards the case of V e = 200V is large ion beam current value than in the case of V e = 50 V, towards the case of V e = 50 V the boundary of I e = 360 mA However, as the ion beam current value increases and the ionization electron current Ie increases, the difference increases. That is, when the ionization electron current I e is 360 mA, a characteristic phenomenon is seen in which the I e -I i curves of V e = 50 V and V e = 200 V intersect. This is considered to be a phenomenon peculiar to cluster ionization. With large ionization electron current I e from the point where the curve intersects, by using an ion beam current I i increase rate is higher ionizing electrons voltage (in FIG. 2
図2に示したようなIeとIiの関係は以下のように考えることができる。
モノマーのイオン化ではイオン化効率が低く、イオン化電子電流Ieの増加とともに1価にイオン化されるモノマーの数が単純に増加していくために、図7に示すようにイオン化電子電流Ieに比例してイオンビーム電流Iiが増加する。一方、クラスターのイオン化においてはイオン化電子電流Ie=100mA程度でイオン化率は80%以上に達し、それ以上のイオン化電子電流Ieではイオン化率は飽和する(「クラスターイオンビーム 基礎と応用」p.37)。図2においても、Ie=100mA程度でイオン化率として飽和領域に入っていると考えられる。実際、Ve=200VにおいてIe=100mAの場合のイオンビーム電流Iiは75μA、Ie=300mAの場合はIi=120μAであり、Ieが3倍大きくなってもIiは1.6倍にしか増加していない。Ve=50Vにおいても、Ie=100mAから300mAの範囲のIiの増加率はほぼ同様である。
The relationship between I e and I i as shown in FIG. 2 can be considered as follows.
The ionization of the monomer low ionization efficiency, because the number of monomers ionized monovalent with increasing ionizing electron current I e is gradually increased simply proportional to the ionizing electron current I e as shown in FIG. 7 As a result, the ion beam current I i increases. On the other hand, the ionization rate of about ionizing electron current I e = 100 mA in ionization clusters reaches 80% or more, the ionization rate in more ionizing electron current I e is saturated ( "Cluster Ion Beam Technology", p. 37). Also in FIG. 2, it is considered that the ionization rate is in the saturation region at about I e = 100 mA. Actually, when V e = 200 V and I e = 100 mA, the ion beam current I i is 75 μA, and when I e = 300 mA, I i = 120 μA. Even if I e increases three times, I i is 1. It has increased only 6 times. Even at V e = 50 V, the increase rate of I i in the range of I e = 100 mA to 300 mA is substantially the same.
一方、Ieが300mA以上の範囲、すなわち従来用いられてこなかったイオン化電子電流値以上の領域では様子が異なる。Ve=200Vの場合にはIeの増加分よりIiの増加分が小さい傾向が続くが、Ve=50Vの場合はIeの増加分よりIiの増加分が大きくなる。即ち、Ve=50Vと200Vの場合でIe−Iiカーブの傾きに大きな差が生じるようになる。この傾きの差によりIe=360mAで2つのカーブが交差する。イオン化率では飽和領域に入っているにもかかわらず、Ve=200Vの場合に比べてVe=50Vの場合にIeの増加と共にIiが大きく増加していくのはイオン化されずに残っていた中性クラスターがイオン化されたためではなく、クラスターのイオン化状態が変化しているためであると考えられる。
On the other hand, the situation is different in the range where Ie is 300 mA or more, that is, in the region where the ionization electron current value has not been conventionally used. When V e = 200 V, the increase in I i continues to be smaller than the increase in I e , but when V e = 50 V, the increase in I i is greater than the increase in I e . That is, as a large difference in the slope of I e -I i curve occurs in the case of V e = 50 V and 200V. Due to the difference in inclination, the two curves intersect at I e = 360 mA. Despite entering the saturation region in ionization rate, the I i is increases significantly with increasing I e in the case of
クラスターイオンビームのイオンビーム電流値が増加する要因としては、イオン化の過程でクラスターが分解し、平均クラスターサイズNaが小さくなり、クラスターイオンの数が増加する、または/加えてクラスターの平均価数qaが大きくなる、の2つが考えられる。即ち、平均のN/qが小さくなることにより、クラスターイオンのイオンビーム電流Iiが大きくなったと考えられる。 Factors that ion beam current value of the cluster ion beam increases, clusters are decomposed in the course of ionization, the average cluster size N a is reduced, the number of cluster ions is increased, or / addition average valence of clusters Two cases are possible in which q a increases. That is, by mean of N / q is smaller, the ion beam current I i of cluster ions is considered increased.
図2において、カーブの交差点以降でVe=50Vにおいてイオンビーム電流値がVe=200Vと比較して増大しているのは、このイオン化条件でN/qを小さくすることになっているためであると考えられる。特に、従来は損傷を増加させるとして積極的に利用されてこなかった多価のクラスターイオンが生成されていると推測される。 In FIG. 2, the reason why the ion beam current value increases after the intersection of the curves at V e = 50 V compared to V e = 200 V is that N / q is reduced under this ionization condition. It is thought that. In particular, it is presumed that multivalent cluster ions that have not been actively used to increase damage are generated.
ところで、クラスターイオンをTime-Of-Flight法などで質量分離することにより、クラスターイオンの質量(即ち、クラスターサイズN)と価数qの比であるN/qを調べることができる。クラスターサイズ分布として調べられている結果の多くはN/qの分布を測定したものであり、Nとqを独立に知ることは難しかった。最近、Nとqを分離して測定する手法が開発され、Nとqの関係が下記文献1及び2で実験的に得られている。
By the way, mass separation of cluster ions by the Time-Of-Flight method or the like makes it possible to examine N / q, which is the ratio of the cluster ion mass (that is, cluster size N) to the valence q. Many of the results examined as cluster size distributions were obtained by measuring the N / q distribution, and it was difficult to know N and q independently. Recently, a method for measuring N and q separately has been developed, and the relationship between N and q has been experimentally obtained in the following
文献1:「次世代量子ビーム利用ナノ加工プロセス技術」事後評価分科会 資料5-1 事業原簿(公開版)
(http://www.nedo.go.jp/iinkai/kenkyuu/bunkakai/19h/jigo/8/1/index.html)
文献2:D.R.Swenson, Nucl. Instr. Meth. B 222 (2004) 61
Reference 1: Subsequent Evaluation Subcommittee on “Next-Generation Quantum Beam Utilization Nanofabrication Process Technology”
(http://www.nedo.go.jp/iinkai/kenkyuu/bunkakai/19h/jigo/8/1/index.html)
Reference 2: DRSwenson, Nucl. Instr. Meth. B 222 (2004) 61
図8の横軸は平均クラスターサイズNaであり、縦軸は平均価数qaである。この図8によれば、Naが大きくなるほど、qaが大きくなり、それらの関係はほぼ1次直線で示すことができる。Naが大きいほど、クラスターの安定性が高いため、より高い価数の状態を保持できるのではないかと推測されている。 The horizontal axis of FIG. 8 is the average cluster size N a, the vertical axis represents the average valence q a. According to FIG. 8, q a increases as N a increases, and their relationship can be represented by a substantially linear line. More N a is large, high stability of the clusters has been speculated that it would be able to maintain the condition of higher valency.
図9は図8の結果(文献1)を再現するとともに、文献2で報告されているNaとqaの関係を合わせて示したグラフである。
FIG. 9 is a graph that reproduces the result of FIG. 8 (Document 1) and also shows the relationship between N a and q a reported in
文献2の実験結果は文献1とは異なる1次直線上にプロットされている。これは両者のクラスター生成条件が異なるためと考えられる。例えば、イオン化電子電圧Veとイオン化電子電流Ieをともに小さくすれば、平均のN/qが大きいクラスターが生成されるため(「クラスターイオンビーム 基礎と応用」p.50)、この場合の1次直線の比例係数は非常に小さくなる。文献2によれば、平均価数qaが5より大きいクラスターイオンビームは観測されていない。文献1で生成されたクラスターイオンビームについてもイオン化条件は明示されていないが、Na=5000でqa=5が観測されていることから、従来のイオン化条件の中では最も平均のN/qが小さくなる条件であると考えられる。
The experimental results of
即ち、従来のイオン化条件で生成されるクラスターイオンのNaとqaの関係は、図9の斜線部の領域にあり、この領域外のクラスターイオンを生成することはできなかった。本発明で見い出した従来のイオン化条件と比較した場合のイオンビーム電流Iiの増加は、図9の斜線部の領域より上の領域でクラスターイオンが生成され、斜線部の領域より平均のN/qが小さくなったために起こったと考えられる。この領域は、qa>0.008Na+1またはqa>5を満たす領域として定義することができる。 That is, the relationship between N a and q a of cluster ions generated under conventional ionization conditions lies in the shaded area in FIG. 9, and cluster ions outside this area could not be generated. The increase in the ion beam current I i when compared with the conventional ionization conditions found in the present invention is that cluster ions are generated in the region above the shaded region in FIG. It is thought that this occurred because q became smaller. This region can be defined as an area that satisfies q a> 0.008N a +1 or q a> 5.
上述したように、クラスターのイオン化の場合、イオン化条件によってクラスターの平均のN/qが変化するというクラスター特有の現象によって、イオンビーム電流Iiのイオン化電子電流Ie依存性は単調な直線とならないものと考えられる。イオン化電子電圧Veが低い場合のIe−Iiカーブにおいて、イオン化電子電圧Veが高いIe−Iiカーブと交差する点より大きいイオン化電子電流Ieを用いることにより、イオンビーム電流Iiを増大させることができるのである。 As described above, in the case of cluster ionization, the dependence of the ion beam current I i on the ionization electron current I e does not become a monotonous straight line due to a phenomenon peculiar to the cluster in which the average N / q of the cluster changes depending on the ionization conditions. It is considered a thing. In the I e -I i curve when the ionization electron voltage V e is low, the ion beam current I e is larger than the point where the ionization electron voltage V e intersects the high I e -I i curve. i can be increased.
以上のように、クラスターのイオン化において、従来とは異なるイオン化条件でイオンビーム電流Iiがイオン化電子電流Ieとともに大きく増加する現象を見い出し、これは平均のN/qの小さいクラスターイオン、即ち、qa>0.008Na+1またはqa>5を満たす領域のNaとqaを有するクラスターイオンを生成したためであると考えられる。 As described above, in the ionization of clusters, the phenomenon that the ion beam current I i greatly increases with the ionization electron current I e under ionization conditions different from the conventional ones is found, which is a cluster ion having a small average N / q, that is, This is probably because a cluster ion having N a and q a in a region satisfying q a > 0.008N a +1 or q a > 5 was generated.
実施例1を参照すると、異なるイオン化電子電圧VeでのIe−Iiカーブが交差する点であるIe=360mA以上の領域でのエッチング速度は、イオンビーム電流Iiの増加と共に大きくなっていることがわかる。即ち、交差点以上のイオン化電子電流(Ie>360mA)と、交差点以降でイオンビーム電流Iiの増加率が高いイオン化電子電圧(Ve=50V)の組み合わせのイオン化条件を用いることにより、従来より高速にエッチングできることがわかる。 Referring to Example 1, the etching rate in the region where I e = 360 mA or more, where I e -I i curves at different ionization electron voltages V e intersect, increases with increasing ion beam current I i. You can see that That is, by using an ionization condition of a combination of an ionization electron current at an intersection or higher (I e > 360 mA) and an ionization electron voltage (V e = 50 V) at which the increase rate of the ion beam current I i is higher after the intersection, It turns out that it can etch at high speed.
実施例2の図5を参照すると、Veが100〜500Vの領域では、どのIeの場合も、Veの変化に対するIiの変化は比較的小さく、Ve=50V以下では、Veの減少とともにIiが減少する傾向があることがわかった。一方、Veが50V以上100V程度以下の領域では、Veの低下と共にイオンビーム電流Iiが増加する関係が得られる場合と、横ばいか低下傾向を示す場合とがあることがわかった。その境界はIe=350mAにあり、これは図2における交差点の値とほぼ一致する。Ie>350mAのイオン化電子電流の領域では、Ve=50〜100V程度とVeが100V程度より大きい場合のイオンビーム電流Iiを比較すると、Ve=50〜100V程度におけるイオンビーム電流Iiの方がIeの増加と共に大きくなっており、図2の結果とも整合している。 Referring to FIG. 5 of Example 2, in any region where V e is 100 to 500 V, the change of I i with respect to the change of V e is relatively small in any I e , and when V e = 50 V or less, V e I i it was found that there is a tendency to decrease with the decrease. On the other hand, it was found that in the region where V e is 50 V or more and about 100 V or less, there is a case where a relationship in which the ion beam current I i increases with a decrease in V e is obtained, or there is a case where the relationship is flat or shows a decreasing tendency. Its boundary is at I e = 350 mA, which roughly matches the intersection value in FIG. I e> In the region of the ionization electron current 350mA, V e = the 50 to 100 degree and V e is compared with the ion beam current I i of greater than about 100 V, the ion beam current in the order of V e = 50 to 100 I i increases as I e increases, which is consistent with the results of FIG.
また、表面粗さの結果(図6)を参照すると、Veが100Vより小さく、50V以上の領域で表面粗さが小さくなっていることがわかる。Ieが350mAより大きい場合にVeの減少とともにIiが増加している領域と一致している。この領域のIiの増加は、平均のN/qが小さいクラスターイオンが生成されたためと考えられるが、これら平均のN/qが小さいクラスターイオンが表面平坦化効果に寄与したものと考えられる。特に、Naがそれほど小さくなく、qaが大きい状態のクラスターイオン、例えばqaが10以上になるような多価クラスターイオンが表面に照射された場合、エネルギーが高いため、エッチングが高速に進む効果とクラスター特有の平坦化効果(ラテラルスパッタ効果)を効率的に用いることができ、表面粗さが小さくなったものと考えられる。
Referring also to the surface roughness of the results (FIG. 6), V e is less than 100 V, it can be seen that
以上のように、イオン化電子電流Ieとイオンビーム電流Iiの関係を示すカーブにおいて、イオン化電子電圧Veが異なる2つのカーブが交差する交差点より大きいイオン化電子電流Ieと、交差点より大きいイオン化電子電流領域でイオンビーム電流Iiがより大きく増加するイオン化電子電圧Veの組み合わせを用いてイオン化することにより、従来より高いイオンビーム電流を得ることができる。これは、従来のイオン化方法で生成されたクラスターイオンと比べて、平均のN/qの小さいクラスターイオンが生成されたためであると考えられ、qa>0.008Na+1またはqa>5を満たす領域のNaとqaからなるクラスターイオンであると考えられる。 As described above, in the curve showing the relationship of the ionization electron current I e and the ion beam current I i, greater ionization electron current I e from the intersection ionizing electrons voltage V e is two curves different intersect, greater ionization than the intersection By performing ionization using a combination of the ionization electron voltage V e in which the ion beam current I i increases more greatly in the electron current region, a higher ion beam current can be obtained. This is considered to be due to the fact that cluster ions having an average N / q smaller than those generated by the conventional ionization method were generated, and q a > 0.008N a +1 or q a > 5. It is considered to be a cluster ion consisting of N a and q a in the region to be filled.
ガスクラスターイオンビームはArガスだけでなく、酸素ガスや窒素ガス、炭酸ガス、ハロゲン系ガスなどからも生成され、電子衝撃により基本的なイオン化のメカニズムは同様である。そのため、この原理は上記実施例で示したArクラスターのみならず、他の中性クラスターのイオン化においても成り立つと考えられる。また、上記実施例で示したフィラメントを加熱することにより発生する熱電子による電子衝撃だけでなく、RFイオン源など、他の電子源から電子を発生させてイオン化を行う場合においても同様である。 The gas cluster ion beam is generated not only from Ar gas but also from oxygen gas, nitrogen gas, carbon dioxide gas, halogen-based gas, etc., and the basic ionization mechanism by electron impact is the same. Therefore, this principle is considered to be valid not only in the Ar cluster shown in the above-described embodiment but also in the ionization of other neutral clusters. The same applies not only to the electron impact caused by thermionic electrons generated by heating the filament shown in the above embodiment, but also to the case where ionization is performed by generating electrons from another electron source such as an RF ion source.
Claims (5)
イオン化電子電流とイオンビーム電流の関係を示すカーブにおいてイオン化電子電圧が異なる2つのカーブが交差する交差点より大きいイオン化電子電流と、前記交差点より大きいイオン化電子電流領域でイオンビーム電流がより大きく増加するイオン化電子電圧の組み合わせを用いてイオン化することを特徴とするガスクラスターイオンビームの発生方法。 In a method of generating a gas cluster ion beam by positively ionizing neutral gas clusters by electron impact,
An ionization electron current larger than an intersection where two curves having different ionization electron voltages intersect in a curve indicating a relationship between an ionization electron current and an ion beam current, and an ionization in which an ion beam current increases more greatly in an ionization electron current region larger than the intersection. A method for generating a gas cluster ion beam, wherein ionization is performed using a combination of electron voltages.
イオン化電子電流を360mA以上とすることを特徴とするガスクラスターイオンビームの発生方法。 The method of generating a gas cluster ion beam according to claim 1,
A method for generating a gas cluster ion beam, wherein an ionization electron current is set to 360 mA or more.
イオン化電子エネルギーを50eV以上100eV未満とすることを特徴とするガスクラスターイオンビームの発生方法。 The method of generating a gas cluster ion beam according to claim 1,
A method for generating a gas cluster ion beam, wherein ionized electron energy is set to 50 eV or more and less than 100 eV.
ガスクラスターイオンの平均クラスターサイズをNa、平均価数をqaとした時、イオン化により、qa>0.008Na+1またはqa>5を満たすガスクラスターイオンを生成することを特徴とするガスクラスターイオンビームの発生方法。 In a method of generating a gas cluster ion beam by positively ionizing neutral gas clusters by electron impact,
Gas cluster ions satisfying q a > 0.008N a +1 or q a > 5 are generated by ionization when the average cluster size of gas cluster ions is N a and the average valence is q a Generation method of gas cluster ion beam.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009045865A JP5373431B2 (en) | 2009-02-27 | 2009-02-27 | Solid surface processing method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009045865A JP5373431B2 (en) | 2009-02-27 | 2009-02-27 | Solid surface processing method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010199036A true JP2010199036A (en) | 2010-09-09 |
JP5373431B2 JP5373431B2 (en) | 2013-12-18 |
Family
ID=42823544
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009045865A Active JP5373431B2 (en) | 2009-02-27 | 2009-02-27 | Solid surface processing method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5373431B2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113643950A (en) * | 2021-07-29 | 2021-11-12 | 宜昌后皇真空科技有限公司 | Device and method for generating coupled gas cluster ion beam doped with alkali metal or halogen |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04358060A (en) * | 1991-06-05 | 1992-12-11 | Mitsubishi Electric Corp | Method and apparatus for forming thin film |
JPH07232992A (en) * | 1994-02-17 | 1995-09-05 | Mitsubishi Electric Corp | Film forming device, its vaporization source crucible and formation of thin film of sublimable vaporization material |
WO2007108329A1 (en) * | 2006-03-20 | 2007-09-27 | Kyoto University | Method of producing biocompatible material |
JP2007317491A (en) * | 2006-05-25 | 2007-12-06 | Canon Inc | Method and apparatus for ionizing cluster |
-
2009
- 2009-02-27 JP JP2009045865A patent/JP5373431B2/en active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04358060A (en) * | 1991-06-05 | 1992-12-11 | Mitsubishi Electric Corp | Method and apparatus for forming thin film |
JPH07232992A (en) * | 1994-02-17 | 1995-09-05 | Mitsubishi Electric Corp | Film forming device, its vaporization source crucible and formation of thin film of sublimable vaporization material |
WO2007108329A1 (en) * | 2006-03-20 | 2007-09-27 | Kyoto University | Method of producing biocompatible material |
JP2007317491A (en) * | 2006-05-25 | 2007-12-06 | Canon Inc | Method and apparatus for ionizing cluster |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113643950A (en) * | 2021-07-29 | 2021-11-12 | 宜昌后皇真空科技有限公司 | Device and method for generating coupled gas cluster ion beam doped with alkali metal or halogen |
CN113643950B (en) * | 2021-07-29 | 2024-01-30 | 武汉纽飞格纳米科技有限公司 | Apparatus and method for generating alkali metal or halogen doped coupled gas cluster ion beam |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP5373431B2 (en) | 2013-12-18 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4805251B2 (en) | Improved processing method and apparatus for gas cluster ion beam | |
TWI520181B (en) | Method and system for modifying patterned photoresist using multi-step ion implantion | |
JP2004281232A (en) | Beam source and beam treatment device | |
JP5259035B2 (en) | Shaped, low-density focused ion beam | |
JP2001028244A (en) | Beam source | |
JP5551830B2 (en) | Particle source and manufacturing method thereof | |
WO2015017635A1 (en) | Improved lifetime ion source | |
US20130020496A1 (en) | Particle sources and apparatuses using the same | |
JP2004530268A (en) | Ion source filament and method | |
JP2003188156A (en) | Thin-film surface treatment system and method | |
JP5105729B2 (en) | Processing method with gas cluster ion beam | |
KR101188604B1 (en) | Ion beam generating device | |
JP5373431B2 (en) | Solid surface processing method | |
JP2012517688A (en) | Technology to improve the quality of ion beams extracted using highly transmissive electrodes | |
US20160093463A1 (en) | Focused ion beam systems and methods of operation | |
Seki et al. | Surface smoothing with large current cluster ion beam | |
TW201941240A (en) | Plasma bridge neutralizer for ion beam etching | |
EP2263248A1 (en) | Gas field ion source with coated tip | |
Phukan et al. | Mechanical variations of diffused plasma parameters in a double plasma device | |
Gui et al. | Study on discharge characteristics of anode layer ion source based on PIC-MCC simulation | |
Phukan et al. | Variation of plasma parameters in a modified mode of plasma production in a double plasma device | |
JP2022505881A (en) | GeH4 / Ar plasma chemistry to improve ion implantation productivity | |
JP2006156065A (en) | Gas cluster ion beam irradiation apparatus | |
Nightingale et al. | Negative hydrogen ion extraction and electron control in a multipole ion source | |
JP5513001B2 (en) | Solid surface processing method and apparatus |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20111116 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20130130 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20130326 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20130520 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20130618 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20130808 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20130910 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20130919 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5373431 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |