JP2017033920A - Ion beam irradiation method and ion beam irradiation device - Google Patents

Ion beam irradiation method and ion beam irradiation device Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To perform ion beam irradiation with high uniformity by accurately determining the number of scans and rotations of a substrate capable of performing ion beam irradiation with high uniformity in a device having such current density distribution that an ion beam is pulsated and using both scans and rotations of the substrate.SOLUTION: An ion beam irradiation method includes: calculating current density distribution of an ion beam 28 in an X direction at a position of a substrate 6 on the basis of a beam current density distribution measured by a beam measuring instrument 52; using the current density distribution and a scan waveform of the substrate 6 to change a combination of the number of scans rotations of the substrate 6 among a plurality of combinations; and calculating an irradiation amount density of an ion beam 28 at a plurality of points on the substrate 6 for each combination. The ion beam irradiation method also includes: calculating uniformity of the beam irradiation amount density on the substrate 6 on the basis of the irradiation amount density; determining the number of scans and rotations of the substrate 6 for obtaining desired uniformity based on the uniformity; and irradiating the substrate 6 with the ion beam 28 with the determined number of scan and rotation.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

この発明は、例えばイオンミリング装置、イオン注入装置等のイオンビーム照射装置において、真空容器内の基板にイオンビームを照射して処理を施すイオンビーム照射方法おらびイオンビーム照射装置に関し、より具体的には、基板のスキャン数および回転数を的確に決定して均一性の良いイオンビーム照射等を行う方法および装置に関する。   The present invention relates to an ion beam irradiation method and an ion beam irradiation apparatus for performing processing by irradiating a substrate in a vacuum vessel with an ion beam in an ion beam irradiation apparatus such as an ion milling apparatus and an ion implantation apparatus. The present invention relates to a method and an apparatus for performing ion beam irradiation with good uniformity by accurately determining the number of scans and the number of rotations of a substrate.

特許文献1には、イオンビーム引出し口径が基板寸法よりも小さいイオン源を使用し、かつ基板の回転(自転)および往復直線駆動(スキャン)を併用して、基板の全面にイオンビームを照射することによって、ビーム密度を基板上で平均化してビーム照射量(エッチング)を均一化するイオンビーム照射方法(イオンビームミリング方法)および装置が記載されている。   In Patent Document 1, an ion source having an ion beam extraction aperture smaller than the substrate size is used, and the entire surface of the substrate is irradiated with the ion beam by using both rotation (autorotation) and reciprocating linear drive (scanning) of the substrate. Thus, an ion beam irradiation method (ion beam milling method) and an apparatus are described in which the beam density is averaged on a substrate to uniformize the beam irradiation amount (etching).

特許文献2には、複数のスリットを並設したマルチスリット電極を有しているイオン源から引き出したイオンビームを基板に照射する際に、基板を、マルチスリット電極のスリット配置ピッチ程度の振動幅で振動させることによって、マルチスリット電極に起因するビーム強度の脈動分布を基板上で平均化してビーム照射量(イオン注入量)を均一化するイオンビーム照射方法を採用しているイオン注入装置が記載されている。   In Patent Document 2, when irradiating a substrate with an ion beam extracted from an ion source having a multi-slit electrode in which a plurality of slits are arranged in parallel, the substrate has a vibration width about the slit arrangement pitch of the multi-slit electrode. Describes an ion implantation apparatus that employs an ion beam irradiation method that equalizes the beam irradiation amount (ion implantation amount) by averaging the pulsation distribution of the beam intensity caused by the multi-slit electrode on the substrate by vibrating the substrate Has been.

特開平8−134668号公報(段落0011−0016、図1、図3)JP-A-8-134668 (paragraphs 0011-0016, FIGS. 1 and 3) 特開平8−287863号公報(段落0010−0013、図1)JP-A-8-287863 (paragraphs 0010-0013, FIG. 1)

特許文献1に記載の技術では、基板のスキャンおよび回転を併用することによって、基板上でのビーム照射量の均一性をある程度は向上させることができると考えられるけれども、ビーム照射量の良好な均一性を得るために、基板のスキャン数と回転数とをどのようにして決定すれば良いかについては、上記特許文献1には記載されていない。   In the technique described in Patent Document 1, it is considered that the uniformity of the beam irradiation amount on the substrate can be improved to some extent by using both the scanning and the rotation of the substrate. Patent Document 1 does not describe how to determine the number of scans and the number of rotations of the substrate in order to obtain performance.

これを詳述すると、特許文献1には例えば「基板6の移動範囲内の中心の狭い部分で高いイオンビーム密度をもつ分布のイオンビームミリング装置とすると、基板6の移動を等速度としてもかなり均一の照射量を得られる」と記載されているけれども(段落0021)、基板は1次元ではなく2次元のものであるから、単に基板のスキャンおよび回転を等速度で行うだけでは、基板上のビーム照射量分布はあまり均一にはならない。ビーム照射量分布は、基板のスキャン数および回転数の組み合わせによって大きく変わるからである。   To describe this in detail, Patent Document 1 describes, for example, “If the ion beam milling apparatus has a distribution with a high ion beam density in a narrow portion in the center of the movement range of the substrate 6, the movement of the substrate 6 is considerably constant. Although it is described that “a uniform irradiation dose can be obtained” (paragraph 0021), since the substrate is two-dimensional instead of one-dimensional, simply scanning and rotating the substrate at a constant speed can be performed on the substrate. The beam dose distribution is not very uniform. This is because the beam dose distribution varies greatly depending on the combination of the number of scans and the number of rotations of the substrate.

その一例を図1、図2を参照して説明する。図1は、基板6のスキャンおよび回転が共に等速度であり、かつ基板6のスキャン数と回転数が1対1(即ち、1スキャンの間に1回転する)の場合の基板6上の円形のビーム照射領域3a〜3iの時間変化の例を示す概略平面図である。(A)→(B)→(C)→・・・→(H)→(I)へと時間が経過している。   An example of this will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows a circular shape on the substrate 6 when the scanning and rotation of the substrate 6 are both at the same speed, and the number of scans and the number of rotations of the substrate 6 is 1: 1 (that is, one rotation during one scan). It is a schematic plan view which shows the example of the time change of beam irradiation area | regions 3a-3i. Time has elapsed from (A) → (B) → (C) →... → (H) → (I).

この図では、基板6の回転位置を分かりやすくするために、基板6がノッチ(切り欠き)7を有するものとしている。(A)を初期状態とし、(B)以降の各状態は、基板6を矢印C方向に1/8回転(45度回転)および矢印D方向に1/8スキャンずつ変化させており、(I)で(A)と同じ初期状態に戻っている。イオンビームの位置は変わらないので、ビーム照射領域3a〜3iの絶対的な位置は変わらないが、基板6のスキャンに伴って基板上での相対的な位置が変化している。   In this figure, the substrate 6 is assumed to have a notch (notch) 7 so that the rotational position of the substrate 6 can be easily understood. (A) is an initial state, and in each state after (B), the substrate 6 is changed by 1/8 rotation (45 degrees rotation) in the direction of arrow C and 1/8 scan in the direction of arrow D. (I ) To return to the same initial state as (A). Since the position of the ion beam does not change, the absolute position of the beam irradiation regions 3a to 3i does not change, but the relative position on the substrate changes as the substrate 6 is scanned.

図2に、図1中の(B)〜(I)の状態による基板6上のビーム照射領域3b〜3iを重ね合わせたものを拡大して示す。この図からも分かるように、基板6上のビーム照射領域3b〜3iは大きく偏っており、この場合は基板6上のビーム照射量分布は均一にはならない。   FIG. 2 shows an enlarged view of the overlapped beam irradiation regions 3b to 3i on the substrate 6 in the states (B) to (I) in FIG. As can be seen from this figure, the beam irradiation regions 3b to 3i on the substrate 6 are greatly deviated. In this case, the beam irradiation amount distribution on the substrate 6 is not uniform.

一方、特許文献2に記載の技術は、イオン源から引き出されるイオンビームが脈動する電流密度分布を有しているので、基板を振動させない場合に比べて、基板を振動させることによって基板上のビーム照射量の均一性をある程度は向上させることができるけれども、基板の回転を併用するものではないので、ビーム照射量の均一性の向上には限りがある。   On the other hand, since the technique described in Patent Document 2 has a current density distribution in which the ion beam extracted from the ion source pulsates, the beam on the substrate is made by vibrating the substrate as compared with the case where the substrate is not vibrated. Although the uniformity of the irradiation amount can be improved to some extent, the improvement of the uniformity of the beam irradiation amount is limited because the rotation of the substrate is not used together.

そこでこの発明は、イオン源から引き出されるイオンビームが脈動する電流密度分布を有しており、かつ基板のスキャンおよび回転を併用する装置において、基板に対して均一性の良いイオンビーム照射を行うことができる基板のスキャン数および回転数を的確に決定して、均一性の良いイオンビーム照射を行うことができる方法および装置を提供することを一つの目的としている。   Therefore, the present invention performs ion beam irradiation with good uniformity on a substrate in an apparatus that has a current density distribution in which an ion beam extracted from an ion source pulsates and uses both scanning and rotation of the substrate. An object of the present invention is to provide a method and an apparatus capable of accurately determining the number of scans and the number of rotations of the substrate that can be performed and performing ion beam irradiation with good uniformity.

この発明に係るイオンビーム照射方法の一つは、
真空に排気される真空容器と、
前記真空容器内に収納されていて基板を保持するホルダと、
前記ホルダおよびそれに保持された基板を当該基板の中心部周りに回転させる回転機構と、
プラズマを生成するプラズマ生成部および当該プラズマから電界の作用でイオンビームを引き出す引出し電極系を有していて、引き出したイオンビームを前記ホルダに保持された基板に照射するイオン源であって、前記引出し電極系は、イオンビームが引き出される領域とイオンビームが引き出されない領域とをX方向に所定の周期で交互に配列しており、かつ前記イオンビームが引き出される領域から、前記基板の位置において、前記X方向と実質的に直交するY方向において前記基板の寸法以上の範囲で実質的に均一な電流密度分布のイオンビームを引き出すイオン源と、
前記ホルダ、それに保持された基板および前記回転機構を、所定のスキャン波形で実質的に前記X方向に機械的に往復でスキャンするスキャン機構と、
前記X方向における前記イオンビームの電流密度分布を測定するビーム測定器とを備えているイオンビーム照射装置において、
前記ビーム測定器で測定した前記電流密度分布に基づいて、前記基板の位置での前記イオンビームの前記X方向における電流密度分布を求め、
前記求めた電流密度分布および前記基板のスキャン波形を用いて、かつ前記基板のスキャン数および回転数の組み合わせを複数の組み合わせで変えて、各組み合わせについて、前記基板上の複数点におけるイオンビームの照射量密度を計算し、かつ当該照射量密度に基づいて前記基板上でのビーム照射量密度の均一性を計算し、
前記計算した均一性に基づいて、所望の均一性が得られる前記基板のスキャン数および回転数の組み合わせを決定し、
前記決定したスキャン数および回転数の組み合わせで前記基板にイオンビームを照射することを特徴としている。
One of the ion beam irradiation methods according to this invention is
A vacuum vessel that is evacuated to vacuum,
A holder that is housed in the vacuum vessel and holds a substrate;
A rotation mechanism for rotating the holder and the substrate held by the holder around the center of the substrate;
An ion source that has a plasma generation unit that generates plasma and an extraction electrode system that extracts an ion beam from the plasma by the action of an electric field, and irradiates the extracted ion beam onto a substrate held by the holder, In the extraction electrode system, a region where the ion beam is extracted and a region where the ion beam is not extracted are alternately arranged in the X direction at a predetermined period, and the region where the ion beam is extracted from the region where the ion beam is extracted An ion source for extracting an ion beam having a substantially uniform current density distribution in a range equal to or larger than the dimension of the substrate in a Y direction substantially orthogonal to the X direction;
A scanning mechanism for mechanically reciprocatingly scanning the holder, the substrate held by the holder, and the rotating mechanism substantially in the X direction with a predetermined scanning waveform;
An ion beam irradiation apparatus comprising: a beam measuring device that measures a current density distribution of the ion beam in the X direction;
Based on the current density distribution measured by the beam measuring device, obtain a current density distribution in the X direction of the ion beam at the position of the substrate,
Irradiation of an ion beam at a plurality of points on the substrate for each combination by using the obtained current density distribution and the scan waveform of the substrate and changing the combination of the scan number and the rotation number of the substrate by a plurality of combinations. Calculating the dose density, and calculating the uniformity of the beam dose density on the substrate based on the dose density;
Based on the calculated uniformity, determine the combination of the number of scans and the number of rotations of the substrate that achieves the desired uniformity,
The substrate is irradiated with an ion beam with a combination of the determined scan number and rotation number.

このイオンビーム照射方法によれば、基板のスキャン数および回転数の組み合わせを複数の組み合わせで変えて、各組み合わせについて、基板上の複数点におけるイオンビームの照射量密度を計算し、かつ当該照射量密度に基づいて基板上でのビーム照射量密度の均一性を計算し、当該計算した均一性に基づいて、所望の均一性が得られる基板のスキャン数および回転数の組み合わせを決定し、当該決定したスキャン数および回転数の組み合わせで基板にイオンビームを照射するので、基板に対して均一性の良いイオンビーム照射を行うことができる基板のスキャン数および回転数を的確に決定して、基板に対して均一性の良いイオンビーム照射を行うことができる。   According to this ion beam irradiation method, the combination of the number of scans and the number of rotations of the substrate is changed into a plurality of combinations, and for each combination, the ion beam irradiation density at a plurality of points on the substrate is calculated, and the irradiation amount is calculated. Calculate the uniformity of the beam dose density on the substrate based on the density, and determine the combination of the number of scans and the number of rotations of the substrate that achieves the desired uniformity based on the calculated uniformity. Since the substrate is irradiated with an ion beam with a combination of the scan number and the rotation number, the substrate scan number and rotation number that can perform ion beam irradiation with good uniformity on the substrate are determined accurately, and the substrate is irradiated. On the other hand, ion beam irradiation with good uniformity can be performed.

この発明に係るイオンビーム照射装置の一つは、少なくとも前記回転機構および前記スキャン機構を制御する機能を有している制御装置を備えていて、当該制御装置は、
(a)前記ビーム測定器で測定した前記電流密度分布に基づいて、前記基板の位置での前記イオンビームの前記X方向における電流密度分布を求める電流密度分布演算手段と、
(b)前記求めた電流密度分布および前記基板のスキャン波形を用いて、かつ前記基板のスキャン数および回転数の組み合わせを複数の組み合わせで変えて、各組み合わせについて、前記基板上の複数点におけるイオンビームの照射量密度を計算し、かつ当該照射量密度に基づいて前記基板上でのビーム照射量密度の均一性を計算して、前記基板のスキャン数および回転数の各組み合わせ時の前記ビーム照射量密度の均一性を出力する均一性演算手段と、
(c)前記ビーム照射量密度の均一性が出力された後、前記基板のスキャン数および回転数の複数の組み合わせの内の所定の組み合わせを選択する入力を受けて、当該選択された組み合わせを記憶する組み合わせ記憶手段と、
(d)前記基板へのイオンビーム照射時に、前記組み合わせ記憶手段に記憶している前記基板のスキャン数および回転数の組み合わせになるように、前記スキャン機構および前記回転機構を制御する駆動制御手段とを有している。
One of the ion beam irradiation apparatuses according to the present invention includes a control device having a function of controlling at least the rotation mechanism and the scan mechanism, and the control device includes:
(A) current density distribution calculating means for obtaining a current density distribution in the X direction of the ion beam at the position of the substrate based on the current density distribution measured by the beam measuring device;
(B) Using the obtained current density distribution and the scan waveform of the substrate, and changing the number of scans and rotations of the substrate in a plurality of combinations, for each combination, ions at a plurality of points on the substrate The beam irradiation density at the time of each combination of the number of scans and the number of rotations of the substrate is calculated by calculating the beam irradiation density and calculating the uniformity of the beam irradiation density on the substrate based on the irradiation density. Uniformity calculation means for outputting the uniformity of quantity density,
(C) After the uniformity of the beam irradiation dose density is output, the selected combination is received from among a plurality of combinations of the scan number and the rotation number of the substrate, and the selected combination is stored. Combination storage means to
(D) drive control means for controlling the scanning mechanism and the rotation mechanism so that the combination of the number of scans and the number of rotations of the substrate stored in the combination storage means when irradiating the ion beam to the substrate; have.

この発明に係るイオンビーム照射方法の一つは、
真空に排気される真空容器と、
前記真空容器内に収納されていて基板を保持するホルダと、
前記ホルダおよびそれに保持された基板であってその上に複数の円柱状体が並べて形成されている基板を当該基板の中心部周りに回転させる回転機構と、
プラズマを生成するプラズマ生成部および当該プラズマから電界の作用でイオンビームを引き出す引出し電極系を有していて、引き出したイオンビームを前記ホルダに保持された基板に照射するイオン源であって、前記引出し電極系は、イオンビームが引き出される領域とイオンビームが引き出されない領域とをX方向に所定の周期で交互に配列しており、かつ前記イオンビームが引き出される領域から、前記基板の位置において、前記X方向と実質的に直交するY方向において前記基板の寸法以上の範囲で実質的に均一な電流密度分布のイオンビームを引き出すイオン源と、
前記ホルダおよびそれに保持された基板を傾けて、前記基板の垂線と前記イオンビームの進行方向との成す角度である基板傾斜角を0度以上にすることのできる基板傾斜機構と、
前記ホルダ、それに保持された基板、前記回転機構および前記基板傾斜機構を、所定のスキャン波形で実質的に前記X方向に機械的に往復でスキャンするスキャン機構と、
前記X方向における前記イオンビームの電流密度分布を測定するビーム測定器とを備えているイオンビーム照射装置において、
前記基板傾斜機構を用いて前記基板傾斜角を0度を除く所定の角度に設定し、
前記ビーム測定器で測定した前記電流密度分布に基づいて、前記基板の位置での前記イオンビームの前記X方向における電流密度分布を求め、
前記求めた電流密度分布、前記基板のスキャン波形および前記所定の基板傾斜角を用いて、かつ前記基板のスキャン数および回転数の組み合わせを複数の組み合わせで変えて、各組み合わせについて、前記複数の円柱状体のそれぞれの全側面に対する前記イオンビームによる処理量を計算し、かつ当該処理量に基づいて、前記複数の円柱状体の側面に対する処理量均一性を計算し、
前記計算した処理量均一性に基づいて、所望の処理量均一性が得られる前記基板のスキャン数および回転数の組み合わせを決定し、
前記決定したスキャン数および回転数の組み合わせで前記基板にイオンビームを照射することを特徴としている。
One of the ion beam irradiation methods according to this invention is
A vacuum vessel that is evacuated to vacuum,
A holder that is housed in the vacuum vessel and holds a substrate;
A rotating mechanism for rotating the holder and a substrate held by the holder around a central portion of the substrate on which a plurality of columnar bodies are arranged; and
An ion source that has a plasma generation unit that generates plasma and an extraction electrode system that extracts an ion beam from the plasma by the action of an electric field, and irradiates the extracted ion beam onto a substrate held by the holder, In the extraction electrode system, a region where the ion beam is extracted and a region where the ion beam is not extracted are alternately arranged in the X direction at a predetermined period, and the region where the ion beam is extracted from the region where the ion beam is extracted An ion source for extracting an ion beam having a substantially uniform current density distribution in a range equal to or larger than the dimension of the substrate in a Y direction substantially orthogonal to the X direction;
A substrate tilting mechanism capable of tilting the holder and the substrate held by the holder so that a substrate tilting angle, which is an angle formed between the normal of the substrate and the traveling direction of the ion beam, is 0 degree or more;
A scanning mechanism for mechanically reciprocally scanning the holder, the substrate held thereon, the rotating mechanism, and the substrate tilting mechanism substantially in the X direction with a predetermined scanning waveform;
An ion beam irradiation apparatus comprising: a beam measuring device that measures a current density distribution of the ion beam in the X direction;
Using the substrate tilt mechanism, the substrate tilt angle is set to a predetermined angle excluding 0 degrees,
Based on the current density distribution measured by the beam measuring device, obtain a current density distribution in the X direction of the ion beam at the position of the substrate,
Using the obtained current density distribution, the scan waveform of the substrate and the predetermined substrate tilt angle, and changing the combination of the scan number and the rotation number of the substrate in a plurality of combinations, the plurality of circles for each combination Calculate the throughput by the ion beam for each side surface of each columnar body, and calculate the throughput uniformity for the side surfaces of the plurality of columnar bodies based on the throughput amount,
Based on the calculated throughput uniformity, determine a combination of the number of scans and the number of rotations of the substrate that provides the desired throughput uniformity;
The substrate is irradiated with an ion beam with a combination of the determined scan number and rotation number.

このイオンビーム照射方法によれば、基板のスキャン数および回転数の組み合わせを複数の組み合わせで変えて、各組み合わせについて、基板上の複数の円柱状体のそれぞれの全側面に対するイオンビームによる処理量を計算し、かつ当該処理量に基づいて、前記複数の円柱状体の側面に対する処理量均一性を計算し、当該計算した処理量均一性に基づいて、所望の処理量均一性が得られる基板のスキャン数および回転数の組み合わせを決定し、当該決定したスキャン数および回転数の組み合わせで基板にイオンビームを照射するので、基板上の円柱状体の側面に対して均一性の良い処理を施すことができる基板のスキャン数および回転数を的確に決定して、基板上の円柱状体の側面に対して均一性の良い処理を施すことができる。   According to this ion beam irradiation method, the combination of the number of scans and the number of rotations of the substrate is changed by a plurality of combinations, and for each combination, the amount of processing by the ion beam on each side surface of each of the plurality of cylindrical bodies on the substrate is changed. Calculate the processing amount uniformity for the side surfaces of the plurality of cylindrical bodies based on the processing amount, and calculate the processing amount uniformity of the substrate from which the desired processing amount uniformity is obtained based on the calculated processing amount uniformity The combination of the number of scans and the number of rotations is determined, and the substrate is irradiated with the ion beam with the determined combination of the number of scans and the number of rotations. Therefore, a uniform process is performed on the side surface of the cylindrical body on the substrate. It is possible to accurately determine the number of scans and the number of rotations of the substrate that can be performed and to perform processing with good uniformity on the side surface of the cylindrical body on the substrate.

この発明に係るイオンビーム照射装置の他の一つは、少なくとも前記回転機構、前記スキャン機構および前記基板傾斜機構を制御する機能を有している制御装置を備えていて、当該制御装置は、
(a)前記基板傾斜機構を制御して、前記基板傾斜角を0度を除く所定の角度に制御する基板傾斜角制御手段と、
(b)前記ビーム測定器で測定した前記電流密度分布に基づいて、前記基板の位置での前記イオンビームの前記X方向における電流密度分布を求める電流密度分布演算手段と、
(c)前記求めた電流密度分布、前記基板のスキャン波形および前記所定の基板傾斜角を用いて、かつ前記基板のスキャン数および回転数の組み合わせを複数の組み合わせで変えて、各組み合わせについて、前記複数の円柱状体のそれぞれの全側面に対する前記イオンビームによる処理量を計算し、かつ当該処理量に基づいて、前記複数の円柱状体の側面に対する処理量均一性を計算して、前記基板のスキャン数および回転数の各組み合わせ時の前記処理量均一性を出力する均一性演算手段と、
(d)前記処理量均一性が出力された後、前記基板のスキャン数および回転数の複数の組み合わせの内の所定の組み合わせを選択する入力を受けて、当該選択された組み合わせを記憶する組み合わせ記憶手段と、
(e)前記基板へのイオンビーム照射時に、前記組み合わせ記憶手段に記憶している前記基板のスキャン数および回転数の組み合わせになるように、前記スキャン機構および前記回転機構を制御する駆動制御手段とを有している。
Another one of the ion beam irradiation apparatuses according to the present invention includes a control device having a function of controlling at least the rotation mechanism, the scan mechanism, and the substrate tilting mechanism,
(A) substrate tilt angle control means for controlling the substrate tilt mechanism to control the substrate tilt angle to a predetermined angle excluding 0 degrees;
(B) current density distribution calculating means for obtaining a current density distribution in the X direction of the ion beam at the position of the substrate based on the current density distribution measured by the beam measuring device;
(C) Using the obtained current density distribution, the scan waveform of the substrate and the predetermined substrate tilt angle, and changing the combination of the scan number and the rotation number of the substrate in a plurality of combinations, The processing amount by the ion beam for each side surface of each of the plurality of cylindrical bodies is calculated, and the processing amount uniformity for the side surfaces of the plurality of cylindrical bodies is calculated based on the processing amount, Uniformity calculation means for outputting the processing amount uniformity at each combination of scan number and rotation number;
(D) A combination memory that receives an input for selecting a predetermined combination among a plurality of combinations of the number of scans and the number of rotations of the substrate after the processing amount uniformity is output, and stores the selected combination Means,
(E) drive control means for controlling the scanning mechanism and the rotation mechanism so that the combination of the number of scans and the number of rotations of the substrate stored in the combination storage means at the time of ion beam irradiation on the substrate; have.

前記ビーム測定器を設ける代わりに、予め実験等で測定したX方向におけるビーム電流密度分布を記憶手段に記憶しておいて、当該記憶しているビーム電流密度分布に基づいて、前記基板の位置でのイオンビームのX方向における電流密度分布を求めてそれを使用するようにしても良い。   Instead of providing the beam measuring device, the beam current density distribution in the X direction measured in advance by experiments or the like is stored in the storage means, and the position of the substrate is determined based on the stored beam current density distribution. The current density distribution in the X direction of the ion beam may be obtained and used.

前記イオン源は、前記ホルダに保持された基板に対して、当該基板の位置における寸法が、当該基板および当該基板がスキャンされる領域を包含する大きさよりも大きい寸法のイオンビームを照射するものであっても良い。   The ion source irradiates the substrate held by the holder with an ion beam having a dimension at a position of the substrate larger than a size including the substrate and a region where the substrate is scanned. There may be.

その他の変形例を採用しても良い。   Other modifications may be adopted.

請求項1または2に記載の発明によれば、基板のスキャン数および回転数の組み合わせを複数の組み合わせで変えて、各組み合わせについて、基板上の複数点におけるイオンビームの照射量密度を計算し、かつ当該照射量密度に基づいて基板上でのビーム照射量密度の均一性を計算し、当該計算した均一性に基づいて、所望の均一性が得られる基板のスキャン数および回転数の組み合わせを決定し、当該決定したスキャン数および回転数の組み合わせで基板にイオンビームを照射するので、基板に対して均一性の良いイオンビーム照射を行うことができる基板のスキャン数および回転数を的確に決定して、基板に対して均一性の良いイオンビーム照射を行うことができる。   According to the invention described in claim 1 or 2, the combination of the number of scans and the number of rotations of the substrate is changed by a plurality of combinations, and for each combination, the ion beam irradiation density at a plurality of points on the substrate is calculated, In addition, the uniformity of the beam dose density on the substrate is calculated based on the dose density, and the combination of the number of scans and the number of rotations of the substrate that obtains the desired uniformity is determined based on the calculated uniformity. Since the substrate is irradiated with the ion beam with the combination of the determined scan number and rotation number, the substrate scan number and rotation number capable of performing ion beam irradiation with good uniformity on the substrate are accurately determined. Thus, ion beam irradiation with good uniformity can be performed on the substrate.

請求項3に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、基板のスキャン波形が実質的に三角波の場合、基板のスキャン数および回転数が互いに同じである組み合わせでは均一性は良くないことが計算結果で確かめられているので、この組み合わせを予め除外しておくことによって、不要な計算をしなくて済み、前記イオンビームの照射量密度および均一性の計算を簡単にすることができる。   According to invention of Claim 3, there exists the following further effect. That is, when the scan waveform of the substrate is substantially a triangular wave, the calculation results confirm that the combination with the same number of scans and the same number of rotations of the substrate is not good, so this combination is excluded in advance. By doing so, unnecessary calculations are not required, and the calculation of the irradiation dose density and uniformity of the ion beam can be simplified.

請求項4または5に記載の発明によれば、基板のスキャン数および回転数の各組み合わせについて、基板上でのビーム照射量密度の均一性を計算して出力する均一性演算手段等を有する制御装置を備えているので、基板に対して均一性の良いイオンビーム照射を行うことができる基板のスキャン数および回転数を的確に決定することが容易になる。その結果、基板に対して均一性の良いイオンビーム照射を行うことが容易になる。   According to invention of Claim 4 or 5, the control which has the uniformity calculation means etc. which calculate and output the uniformity of the beam irradiation amount density on a board | substrate about each combination of the scanning number of a board | substrate and the rotation speed Since the apparatus is provided, it becomes easy to accurately determine the number of scans and the number of rotations of the substrate that can perform ion beam irradiation with good uniformity on the substrate. As a result, it becomes easy to perform ion beam irradiation with good uniformity on the substrate.

請求項6または7に記載の発明によれば、基板のスキャン数および回転数の組み合わせを複数の組み合わせで変えて、各組み合わせについて、基板上の複数の円柱状体のそれぞれの全側面に対するイオンビームによる処理量を計算し、かつ当該処理量に基づいて、前記複数の円柱状体の側面に対する処理量均一性を計算し、当該計算した処理量均一性に基づいて、所望の処理量均一性が得られる基板のスキャン数および回転数の組み合わせを決定し、当該決定したスキャン数および回転数の組み合わせで基板にイオンビームを照射するので、基板上の円柱状体の側面に対して均一性の良い処理を施すことができる基板のスキャン数および回転数を的確に決定して、基板上の円柱状体の側面に対して均一性の良い処理を施すことができる。   According to the invention described in claim 6 or 7, the combination of the number of scans and the number of rotations of the substrate is changed by a plurality of combinations, and for each combination, the ion beam is applied to all side surfaces of the plurality of cylindrical bodies on the substrate. And the processing amount uniformity for the side surfaces of the plurality of cylindrical bodies is calculated based on the processing amount, and the desired processing amount uniformity is calculated based on the calculated processing amount uniformity. Since the combination of the number of scans and the number of rotations of the substrate to be obtained is determined and the substrate is irradiated with the ion beam with the combination of the determined number of scans and rotations, the uniformity of the side surface of the cylindrical body on the substrate is good. By accurately determining the number of scans and the number of rotations of the substrate that can be processed, it is possible to perform processing with good uniformity on the side surfaces of the cylindrical body on the substrate.

請求項8に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、イオン源は、基板の位置における寸法が、当該基板および当該基板がスキャンされる領域を包含する大きさよりも大きい寸法のイオンビームを照射するものであるので、基板のスキャン幅を大きくしなくても、基板の全面にイオンビームを照射して、均一性の良いイオンビーム照射を行うことができる。その結果、基板のスキャン時間を短縮して、基板処理に要する時間を短縮することができ、それによって基板の処理効率を向上させることができる。   The invention according to claim 8 has the following further effect. That is, the ion source irradiates an ion beam having a size larger than the size including the substrate and the region to be scanned, so that the scan width of the substrate is not increased. However, ion beam irradiation with good uniformity can be performed by irradiating the entire surface of the substrate with an ion beam. As a result, the time required for substrate processing can be shortened by reducing the substrate scanning time, thereby improving the substrate processing efficiency.

請求項9または10に記載の発明によれば、基板のスキャン数および回転数の各組み合わせについて、基板上の複数の円柱状体の側面に対する処理量均一性を計算して出力する均一性演算手段等を有する制御装置を備えているので、基板上の円柱状体の側面に対して均一性の良い処理を施すことができる基板のスキャン数および回転数を的確に決定することが容易になる。その結果、基板上の円柱状体の側面に対して均一性の良い処理を施すことが容易になる。   According to the invention described in claim 9 or 10, uniformity calculation means for calculating and outputting the processing amount uniformity for the side surfaces of the plurality of cylindrical bodies on the substrate for each combination of the scan number and the rotation number of the substrate. Therefore, it is easy to accurately determine the number of scans and the number of rotations of the substrate that can perform processing with good uniformity on the side surface of the cylindrical body on the substrate. As a result, it becomes easy to perform processing with good uniformity on the side surface of the cylindrical body on the substrate.

基板のスキャンおよび回転が共に等速度であり、かつ基板のスキャン数と回転数が1対1の場合の基板上のビーム照射領域の時間変化の例を示す概略平面図であり、(A)→(B)→(C)→・・・→(H)→(I)へと時間が経過している。It is a schematic plan view showing an example of a time change of a beam irradiation region on a substrate when the scanning and rotation of the substrate are both at the same speed and the scanning number and the rotation number of the substrate are 1: 1, (A) → Time has elapsed from (B) → (C) →... → (H) → (I). 図1中の(B)〜(I)の状態による基板上のビーム照射領域を重ね合わせたものを拡大して示す概略平面図である。It is a schematic plan view which expands and shows what overlapped the beam irradiation area | region on the board | substrate by the state of (B)-(I) in FIG. この発明に係るイオンビーム照射方法を実施するイオンビーム照射装置の一実施形態を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows one Embodiment of the ion beam irradiation apparatus which enforces the ion beam irradiation method concerning this invention. 基板の位置におけるイオンビームの寸法の一例を示す概略平面図である。It is a schematic plan view which shows an example of the dimension of the ion beam in the position of a board | substrate. イオン源の一例を拡大して示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which expands and shows an example of an ion source. 図5に示す引出し電極系を構成するプラズマ電極のイオンビーム引出し領域部分の一例を示す概略平面図である。It is a schematic plan view which shows an example of the ion beam extraction area | region part of the plasma electrode which comprises the extraction electrode system shown in FIG. 図5に示す引出し電極系を構成するプラズマ電極のイオンビーム引出し領域部分の他の例を示す概略平面図である。FIG. 6 is a schematic plan view showing another example of an ion beam extraction region portion of a plasma electrode constituting the extraction electrode system shown in FIG. 5. 基板の位置におけるイオンビームの電流密度分布の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the current density distribution of the ion beam in the position of a board | substrate. 基板の位置におけるイオンビームの電流密度分布を単純化した例を示す概略図である。It is the schematic which shows the example which simplified the current density distribution of the ion beam in the position of a board | substrate. 基板のスキャンと回転を簡略化して示す概略図である。It is the schematic which shows the scanning and rotation of a board | substrate simplified. 三角波のスキャン波形の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the scan waveform of a triangular wave. 規格化したビーム電流密度分布の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the normalized beam current density distribution. この発明に係るイオンビーム照射方法の一実施形態を示す工程図である。It is process drawing which shows one Embodiment of the ion beam irradiation method which concerns on this invention. 図3に示すイオンビーム照射装置を構成する制御装置の構成の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of a structure of the control apparatus which comprises the ion beam irradiation apparatus shown in FIG. イオンビーム照射装置を構成する制御装置の構成の他の例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the other example of a structure of the control apparatus which comprises an ion beam irradiation apparatus. 基板を傾けた場合の当該基板上の角柱側面の、基板スキャンおよび基板回転に伴う方向の変化とイオンビーム分布との関係の例を示す概略図であり、(A)はイオンビーム分布を示し、(B)は基板スキャンの時間経過を示し、(C)は基板回転の時間経過を示す。It is the schematic which shows the example of the relationship between the change of the direction accompanying a board | substrate scan and board | substrate rotation, and ion beam distribution of the prism side surface on the said board | substrate at the time of inclining a board | substrate, (A) shows ion beam distribution, (B) shows the passage of time for substrate scanning, and (C) shows the passage of time for substrate rotation. この発明に係るイオンビーム照射方法を実施するイオンビーム照射装置の他の実施形態を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows other embodiment of the ion beam irradiation apparatus which enforces the ion beam irradiation method concerning this invention. この発明に係るイオンビーム照射方法の他の実施形態を示す工程図である。It is process drawing which shows other embodiment of the ion beam irradiation method which concerns on this invention. 基板を角度θ傾けた場合の当該基板の回転とスキャンを簡略化して示す概略図であり、(A)は基板面における平面図、(B)は側面図である。It is the schematic which shows the rotation and scanning of the said board | substrate at the time of inclining a board | substrate by the angle (theta) simplified, (A) is a top view in a substrate surface, (B) is a side view. 入射角αの場合のイオン照射によるターゲット材料のスパッタ率を、公開ソフトSRIMで計算した結果の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the result of having calculated the sputtering rate of the target material by ion irradiation in the case of incident angle (alpha) by public software SRIM. 角度θ傾けた基板上の角柱側面に対するビーム入射角β等を示す概略図である。It is the schematic which shows beam incident angle (beta) etc. with respect to the prism side surface on the board | substrate inclined by angle (theta). (X,Y,Z)座標系の基本ベクトル(i,j,k)と、角度θ傾けた基板上の座標系(X’,Y’,Z’)の基本ベクトル(i’,j’,k’)との関係を示す概略図である。The basic vector (i, j, k) of the (X, Y, Z) coordinate system and the basic vector (i ′, j ′, k) of the coordinate system (X ′, Y ′, Z ′) on the substrate inclined by the angle θ. It is the schematic which shows the relationship with k '). 基板上の多角柱の側面番号Sn および初期角ηp 等を示す概略図である。It is a schematic diagram showing a side number S n and the initial angle eta p such polygonal prism on the substrate. 角度θ傾けた基板上の円柱状体の側面に対するビーム入射角β等を示す概略図である。It is the schematic which shows beam incident angle (beta) etc. with respect to the side surface of the cylindrical body on the board | substrate inclined by angle (theta). 規格化したビーム電流密度分布の他の例を示す概略図である。It is the schematic which shows the other example of the normalized beam current density distribution. スキャン数が1回の場合に、基板回転数を変えて円柱状体側面のミリング均一性を計算した結果の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the result of having calculated the milling uniformity of the cylindrical body side surface by changing the number of rotations of the substrate when the number of scans is one. 図17に示すイオンビーム照射装置を構成する制御装置の構成の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of a structure of the control apparatus which comprises the ion beam irradiation apparatus shown in FIG. イオンビーム照射装置を構成する制御装置の構成の他の例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the other example of a structure of the control apparatus which comprises an ion beam irradiation apparatus.

(1)イオンビーム照射装置の一実施形態
図3に、この発明に係るイオンビーム照射方法を実施するイオンビーム照射装置の一実施形態を示す。方向の理解を容易にするために、各図中に、1点で互いに直交するX方向、Y方向およびZ方向を図示している。例えば、Y方向およびZ方向は水平方向であり、X方向は垂直方向である。イオンビーム28は、この例では−Z方向(即ちZ方向と反対方向)に進行する。
(1) One Embodiment of Ion Beam Irradiation Apparatus FIG. 3 shows one embodiment of an ion beam irradiation apparatus for carrying out the ion beam irradiation method according to the present invention. In order to facilitate understanding of the directions, the X direction, the Y direction, and the Z direction that are orthogonal to each other at one point are illustrated in each drawing. For example, the Y direction and the Z direction are horizontal directions, and the X direction is a vertical direction. In this example, the ion beam 28 travels in the −Z direction (that is, the direction opposite to the Z direction).

このイオンビーム照射装置は、真空雰囲気中で基板6にイオンビーム28を照射する装置であり、図示しない真空排気装置によって真空に排気される真空容器4と、この真空容器4内に収納されていて処理しようとする基板6を保持するホルダ8と、ホルダ8およびそれに保持された基板6を当該基板6の中心部6a周りに回転させる回転機構10とを備えている。基板6等の回転方向Cの一例を図中に示すが、これと逆方向でも良い。当該回転は、連続回転でも良いし、所定の角度ごとのステップ回転でも良い。   This ion beam irradiation apparatus is an apparatus that irradiates the substrate 6 with the ion beam 28 in a vacuum atmosphere. The ion container 28 is evacuated to a vacuum by a vacuum evacuation apparatus (not shown) and is housed in the vacuum container 4. A holder 8 for holding the substrate 6 to be processed and a rotation mechanism 10 for rotating the holder 8 and the substrate 6 held by the holder 8 around the central portion 6a of the substrate 6 are provided. An example of the rotation direction C of the substrate 6 or the like is shown in the figure, but it may be in the opposite direction. The rotation may be continuous rotation or step rotation for each predetermined angle.

基板6は、例えばシリコンウェーハ等の半導体基板、半導体基板の表面に磁性体膜等の膜が形成された基板等であるが、これに限られるものではない。   The substrate 6 is, for example, a semiconductor substrate such as a silicon wafer, or a substrate in which a film such as a magnetic film is formed on the surface of the semiconductor substrate, but is not limited thereto.

基板6の形状は、例えば円形(円周の一部分にオリエンテーションフラットやノッチを有するものもこれに含むものとする)であるが、これに限られるものではない。   The shape of the substrate 6 is, for example, a circle (including an orientation flat or a notch in a part of the circumference), but is not limited thereto.

イオンビーム照射装置は、この例のように、ホルダ8、それに保持された基板6等を矢印Eで示すように回転させることによってそれらを傾けて、基板6の垂線とイオンビーム28の進行方向との成す角度である基板傾斜角(図17中の基板傾斜角θ参照)を0度以上にすることのできる基板傾斜機構12を備えていても良い。これについては後で更に説明する。   As shown in this example, the ion beam irradiation apparatus tilts the holder 8 and the substrate 6 held by the holder 8 by rotating the holder 8 and the like as indicated by the arrow E, so that the perpendicular of the substrate 6 and the traveling direction of the ion beam 28 are determined. There may be provided a substrate tilting mechanism 12 capable of setting the substrate tilting angle (see the substrate tilting angle θ in FIG. 17) to 0 ° or more. This will be further described later.

このイオンビーム照射装置は、更に、プラズマ23を生成するプラズマ生成部22および当該プラズマ23から電界の作用でイオンビーム28を引き出す引出し電極系24を有していて、引き出したイオンビーム28をホルダ8に保持された基板6に照射するイオン源20を備えている。引出し電極系24は、例えば図6、図7に示す例のように、イオンビーム28が引き出される領域A1 とイオンビーム28が引き出されない領域B1 とをX方向に所定の周期P1 で交互に配列した構成を有しており、かつイオンビームが引き出される領域A1 から、基板6の位置において、X方向と実質的に直交するY方向において基板6の寸法以上の範囲で実質的に均一な電流密度分布のイオンビーム28を引き出すものである。この引出し電極系24については後で更に説明する。 The ion beam irradiation apparatus further includes a plasma generation unit 22 that generates the plasma 23 and an extraction electrode system 24 that extracts the ion beam 28 from the plasma 23 by the action of an electric field. The ion beam 28 is extracted from the holder 8. An ion source 20 for irradiating the substrate 6 held on the substrate is provided. Extraction electrode system 24, for example 6, as in the example shown in FIG. 7, the ion beam 28 is the area A 1 and the ion beam 28 is not pulled out region B 1 and a predetermined period P 1 in the X direction drawn It has a configuration in which the ion beams are extracted and from the region A 1 where the ion beam is extracted, at a position of the substrate 6, substantially in a range equal to or larger than the size of the substrate 6 in the Y direction substantially orthogonal to the X direction. The ion beam 28 having a uniform current density distribution is extracted. The extraction electrode system 24 will be further described later.

このイオンビーム照射装置は、更に、軸16を介して、ホルダ8、それに保持された基板6および回転機構10を、更にこの例では基板傾斜機構12を、矢印Dで示すように、所定のスキャン波形で実質的にX方向に機械的に往復でスキャン(即ち、機械的往復走査)するスキャン機構14を備えている。この出願では、例えば1スキャンは1往復走査のことを言う。スキャン機構14は、この例では真空容器4外に設けているが、これに限られるものではない。   This ion beam irradiation apparatus further includes a holder 8, a substrate 6 held on the shaft 16, a rotating mechanism 10, and a substrate tilting mechanism 12 in this example via a shaft 16. A scanning mechanism 14 that scans mechanically in a reciprocating manner in the X direction with a waveform (that is, mechanical reciprocating scanning) is provided. In this application, for example, one scan refers to one reciprocating scan. The scanning mechanism 14 is provided outside the vacuum container 4 in this example, but is not limited thereto.

このイオンビーム照射装置は、更に、X方向におけるイオンビーム28の電流密度分布を測定するビーム測定器を備えている。当該ビーム測定器は、例えば、多数のビーム電流検出器(例えばファラデーカップ。以下同様)をX方向に配列した多点式のビーム測定器でも良いし、一つのビーム電流検出器をX方向に移動させる移動式のビーム測定器でも良い。図3中に示すビーム測定器52は、前者の場合の例である。   The ion beam irradiation apparatus further includes a beam measuring device that measures the current density distribution of the ion beam 28 in the X direction. The beam measuring device may be, for example, a multi-point beam measuring device in which a large number of beam current detectors (for example, Faraday cups, and so on) are arranged in the X direction, or one beam current detector is moved in the X direction. A movable beam measuring device may be used. A beam measuring device 52 shown in FIG. 3 is an example of the former case.

また、上記ビーム測定器は、基板6の位置に、基板6と干渉しないように基板6と入れ替わりに移動させる移動式のものでも良いし、基板6の上流側または下流側の位置に設けられたものでも良い。図3中のビーム測定器52は、基板6の下流側に設けた例を示す。基板6の上流側に設ける場合は、基板6へのイオンビーム28の照射時は、それの邪魔にならない位置に移動させれば良い。   The beam measuring device may be a movable type that moves to the position of the substrate 6 so as not to interfere with the substrate 6, and is provided at a position upstream or downstream of the substrate 6. Things can be used. The beam measuring device 52 in FIG. 3 shows an example provided on the downstream side of the substrate 6. When provided on the upstream side of the substrate 6, the substrate 6 may be moved to a position that does not interfere with the irradiation of the ion beam 28 on the substrate 6.

イオン源20は、ホルダ8に保持された基板6に対して、図4に示す例のように、当該基板6の位置における寸法が、基板6および当該基板6がスキャンされる領域を包含する大きさよりも大きい寸法のイオンビーム28を照射するものが好ましい。図4中に、基板6のスキャン方向Dおよびスキャン幅WS の例も示している。即ち、図4中に破線で示す基板6はスキャンの一方端に位置し、2点鎖線で示す基板6はスキャンの他方端に位置している場合の例を示している。このようなイオン源20にすると、基板6のスキャン幅WS を大きくしなくても、基板6の全面にイオンビーム28を照射して、均一性の良いイオンビーム照射を行うことができる。その結果、基板6のスキャン時間を短縮して、基板処理に要する時間を短縮することができ、それによって基板6の処理効率を向上させることができる。 In the ion source 20, the size at the position of the substrate 6 with respect to the substrate 6 held by the holder 8 includes the substrate 6 and a region where the substrate 6 is scanned, as in the example illustrated in FIG. 4. What irradiates the ion beam 28 of a size larger than this is preferable. In Figure 4, also shows an example of a scan direction D and the scan width W S of the substrate 6. 4 shows an example in which the substrate 6 indicated by a broken line in FIG. 4 is located at one end of the scan, and the substrate 6 indicated by a two-dot chain line is located at the other end of the scan. With such an ion source 20, without increasing the scan width W S of the substrate 6, the entire surface of the substrate 6 by irradiating the ion beam 28, it is possible to perform good uniformity ion beam irradiation. As a result, the scan time of the substrate 6 can be shortened, and the time required for the substrate processing can be shortened, thereby improving the processing efficiency of the substrate 6.

イオン源20の種類は特定のものに限定されない。例えば、イオン源20は、(a)多極磁界(カスプ磁界)を用いてプラズマ23の閉じ込め等を行う、いわゆるバケット型イオン源(多極磁界型イオン源とも呼ばれる)でも良いし、(b)高周波放電によってプラズマ23を生成する高周波イオン源でも良いし、(c)陰極と反射電極とを対向させ、かつ両者を結ぶ軸に沿う方向に磁界を印加してプラズマ23を生成する、いわゆるバーナス型イオン源でも良い。引出し電極系24を構成する電極の数も、特定のものに限定されない。   The kind of ion source 20 is not limited to a specific type. For example, the ion source 20 may be a so-called bucket type ion source (also called a multipole magnetic field type ion source) that performs confinement of the plasma 23 using a multipolar magnetic field (cusp magnetic field), or (b) A high-frequency ion source that generates plasma 23 by high-frequency discharge may be used. (C) A so-called Bernas type in which plasma 23 is generated by applying a magnetic field in a direction along an axis connecting the cathode and the reflective electrode. An ion source may be used. The number of electrodes constituting the extraction electrode system 24 is not limited to a specific one.

図3に示す例のイオン源20のより詳細例を、図5等を参照して更に説明する。プラズマ23を生成するプラズマ生成部22は、例えば、前述したバケット型イオン源、高周波イオン源、バーナス型イオン源等を構成する公知のプラズマ生成部であり、図5では簡略化して図示している。   A more detailed example of the ion source 20 of the example shown in FIG. 3 will be further described with reference to FIG. The plasma generation unit 22 that generates the plasma 23 is a known plasma generation unit that constitutes, for example, the above-described bucket ion source, high-frequency ion source, or Bernas ion source, and is simplified in FIG. .

図5に示す例のイオン源20は、上記引出し電極系24を構成するものとして複数枚(この例では3枚)の電極31〜33を有している。この出願では、当該3枚の電極の内、最もプラズマ23側の電極をプラズマ電極31と呼び、その下流側(イオンビーム28の進行方向における下流側。以下同様)の電極を引出し電極32と呼び、その下流側の電極を接地電極33と呼ぶ。例えば、プラズマ電極31には、図示しない直流電源から、正の加速電圧が印加される。引出し電極32には、図示しない直流電源から、負の引出し電圧が印加される。接地電極33は電気的に接地される。   The ion source 20 of the example shown in FIG. 5 has a plurality of (three in this example) electrodes 31 to 33 as a component of the extraction electrode system 24. In this application, of the three electrodes, the electrode closest to the plasma 23 is referred to as the plasma electrode 31, and the electrode on the downstream side (downstream in the traveling direction of the ion beam 28, hereinafter the same) is referred to as the extraction electrode 32. The downstream electrode is called a ground electrode 33. For example, a positive acceleration voltage is applied to the plasma electrode 31 from a DC power source (not shown). A negative extraction voltage is applied to the extraction electrode 32 from a DC power source (not shown). The ground electrode 33 is electrically grounded.

引出し電極系24は、より具体的にはその各電極31〜33は、この例では、基板6および当該基板6がスキャンされる領域を包含する大きさよりも大きい寸法のイオンビーム引出し領域26(図6、図7参照)を有している。イオンビーム引出し領域26は、イオンビーム28を引き出す孔、スリット等の多数の開口(イオン引出し開口)を有している領域である。例えば、図6に示すイオンビーム引出し領域26は、多数の孔34を有しており、図7に示すイオンビーム引出し領域26は、多数のスリット37を有している。寸法の一例を挙げると、基板6の直径が300mm、そのスキャン幅WS が80mmの場合、イオンビーム引出し領域26の縦横の寸法は400mm×400mmである。但しこれに限られるものではない。 The extraction electrode system 24, more specifically, each of the electrodes 31 to 33 in this example is an ion beam extraction region 26 (see FIG. 5) having a size larger than the size including the substrate 6 and the region in which the substrate 6 is scanned. 6 and FIG. 7). The ion beam extraction region 26 is a region having a number of openings (ion extraction openings) such as holes and slits through which the ion beam 28 is extracted. For example, the ion beam extraction region 26 shown in FIG. 6 has a large number of holes 34, and the ion beam extraction region 26 shown in FIG. 7 has a large number of slits 37. As an example of dimensions, if the diameter of the substrate 6 is 300 mm, the scan width W S is 80 mm, height and width of the ion beam extraction region 26 is 400 mm × 400 mm. However, it is not limited to this.

上記3枚の電極31〜33は、この例では、冷却パイプ40、41の部分を除いて、ほぼ同様の構成をしているので、プラズマ電極31で代表して、そのイオンビーム引出し領域26部分の平面図を図6または図7に示している。   In this example, the three electrodes 31 to 33 have substantially the same configuration except for the cooling pipes 40 and 41. Therefore, the plasma electrode 31 represents the ion beam extraction region 26 portion. The plan view is shown in FIG. 6 or FIG.

各電極31〜33は、図5、図6に示す例のように、イオンビーム28引き出し用の多数の孔34を有していても良いし、図7に示す例のように、イオンビーム28引き出し用の多数のスリット37を有していても良い。   Each of the electrodes 31 to 33 may have a large number of holes 34 for extracting the ion beam 28 as in the examples shown in FIGS. 5 and 6, or the ion beam 28 as in the example shown in FIG. 7. You may have many slits 37 for drawer | drawing-out.

引出し電極系24を構成する電極に、例えば少なくともプラズマ電極31に、当該電極を冷却する冷却パイプを設けておいても良い。この例では、プラズマ電極31に複数の冷却パイプ40をX方向に一定のピッチで配置している。冷却パイプ40内には、例えば冷却水等の冷媒が流される。冷却パイプ40を設けた部分からイオンビーム28は引き出されないので、図6、図7に示す例のように、引出し電極系24は、複数の孔34(図6参照)または複数のスリット37(図7参照)を有していてイオンビーム28が引き出される領域A1 と、冷却パイプ40が設けられていてイオンビーム28が引き出されない領域B1 とが、X方向に所定の周期P1 で交互に配列された構造を有している。 For example, at least the plasma electrode 31 may be provided with a cooling pipe for cooling the electrode in the electrode constituting the extraction electrode system 24. In this example, a plurality of cooling pipes 40 are arranged on the plasma electrode 31 at a constant pitch in the X direction. In the cooling pipe 40, for example, a coolant such as cooling water flows. Since the ion beam 28 is not extracted from the portion where the cooling pipe 40 is provided, the extraction electrode system 24 has a plurality of holes 34 (see FIG. 6) or a plurality of slits 37 (see FIG. 6) as in the examples shown in FIGS. see FIG. 7) have a region a 1 in which the ion beam 28 is drawn out, has cooling pipe 40 is provided and the region B 1 is not drawn out ion beam 28, at a predetermined period P 1 in the X direction It has an alternately arranged structure.

プラズマ電極31よりも下流側の電極にも、必要に応じて、当該電極を冷却する冷却パイプを設けても良い。図5に示す例では、引出し電極32にも複数の冷却パイプ41を設けている。各冷却パイプ41は、この例では各冷却パイプ40の位置に対応させて配置している。冷却パイプ41内には、例えば冷却水等の冷媒が流される。   You may provide the cooling pipe which cools the said electrode also in the electrode downstream from the plasma electrode 31 as needed. In the example shown in FIG. 5, the extraction electrode 32 is also provided with a plurality of cooling pipes 41. Each cooling pipe 41 is arranged corresponding to the position of each cooling pipe 40 in this example. In the cooling pipe 41, for example, a coolant such as cooling water flows.

上記のような2種類の領域A1 、B1 を有する引出し電極系24を備えているイオン源20から引き出されるイオンビーム28の、基板6の位置における電流密度分布の一例を図8に示す。この電流密度分布は、一定の周期P2 で脈動している。山部分A2 は引出し電極系24のイオンビームが引き出される領域A1 に対応する部分であり、谷部分B2 は引出し電極系24のイオンビームが引き出されない領域B1 に対応する部分である。この周期P2 と引出し電極系24の上記周期P1 との関係は、特別な場合(例えばイオンビーム28の発散が大きい場合)を除いて、P1 ≒P2 と考えることができる場合が多い。 An example of the current density distribution at the position of the substrate 6 of the ion beam 28 extracted from the ion source 20 having the extraction electrode system 24 having the two types of regions A 1 and B 1 as described above is shown in FIG. The current density distribution is pulsating at a constant period P 2. The peak portion A 2 is a portion corresponding to the region A 1 where the ion beam of the extraction electrode system 24 is extracted, and the valley portion B 2 is a portion corresponding to the region B 1 where the ion beam of the extraction electrode system 24 is not extracted. . The relationship between the period P 2 and the period P 1 of the extraction electrode system 24 can often be considered as P 1 ≈P 2 except in special cases (for example, when the divergence of the ion beam 28 is large). .

上記図8に示す電流密度分布はほんの一例であり、引出し電極系24の上記二つの領域A1 、B1 の幅の大小関係や、各領域A1 の各孔やスリットから引き出されるイオンビームの発散角の大小等によって、より脈動の小さい電流密度分布、より脈動の大きい電流密度分布、更にはその他の電流密度分布を実現することもできる。例えば後述する図12参照。 The current density distribution shown in FIG. 8 is only an example, and the relationship between the widths of the two regions A 1 and B 1 of the extraction electrode system 24 and the ion beam extracted from each hole and slit in each region A 1 . A current density distribution with smaller pulsation, a current density distribution with larger pulsation, and other current density distributions can be realized depending on the divergence angle. For example, see FIG.

プラズマ電極31はプラズマ生成部22からの熱入力が最も大きいので、それの冷却能力をより高めるために、上記各イオンビームが引き出される領域A1 の中間部に、冷却パイプ40と平行に、冷却パイプ40よりも細い冷却パイプを更に配置しても良い。そのようにしても、大きくとらえた上記領域A1 の基本となる周期は依然としてP1 であると言うことができる。また、上記の付加的な冷却パイプを配置すると、当該冷却パイプ部分からイオンビームが引き出されなくなるので、イオンビーム28の電流密度分布の各山部分、例えば図8に示した電流密度分布の各山部分A2 が二山になるけれども、ビーム電流密度分布の基本となる(即ち大きくとらえた)周期は依然としてP2 であると言うことができる。 Since the plasma electrode 31 has the largest heat input from the plasma generation unit 22, in order to further increase the cooling capacity thereof, the plasma electrode 31 is cooled in parallel with the cooling pipe 40 in the middle of the region A 1 from which each ion beam is extracted. A cooling pipe thinner than the pipe 40 may be further arranged. Even in such a case, it can be said that the basic period of the area A 1 that is regarded as large is still P 1 . Further, when the additional cooling pipe is arranged, the ion beam is not drawn from the cooling pipe portion. Therefore, each mountain portion of the current density distribution of the ion beam 28, for example, each mountain of the current density distribution shown in FIG. Although the portion A 2 has two peaks, it can be said that the basic (ie, greatly regarded) period of the beam current density distribution is still P 2 .

イオン源20の引出し電極系24は、それを構成する電極の内の少なくとも1枚に、分割構造の電極を有していても良い。ここで言う分割構造の電極は、多数のイオン引出し開口(例えば前記孔34またはスリット37に相当する開口)をそれぞれ有している複数枚の電極片であって、所定の方向(例えば図6等に示すY方向)に伸びる接続部をそれぞれ有している電極片を、X方向に所定の周期で並べて接続して1枚の電極を構成したものである。各接続部はイオン引出し開口を有していないので、当該接続部からイオンビームは引き出されない。従って引出し電極系24がこのような分割構造の電極を有している場合も、当該引出し電極系24は、イオンビーム28が引き出される領域(上記領域A1 に相当)とイオンビーム28が引き出されない領域(上記領域B1 に相当)とが所定の方向に所定の周期(上記周期P1 に相当)で交互に配列された構造を有している。 The extraction electrode system 24 of the ion source 20 may have a split structure electrode on at least one of the electrodes constituting the extraction electrode system 24. The electrode having a divided structure referred to here is a plurality of electrode pieces each having a number of ion extraction openings (for example, openings corresponding to the holes 34 or the slits 37), and in a predetermined direction (for example, FIG. 6). Electrode pieces each having a connecting portion extending in the Y direction) are arranged in a predetermined cycle in the X direction and connected to form one electrode. Since each connection portion does not have an ion extraction opening, the ion beam is not extracted from the connection portion. Therefore, even if the extraction electrode system 24 has an electrode having such a divided structure, the extraction electrode system 24 (corresponding to the region A 1) area the ion beam 28 is drawn out and pull out the ion beam 28 The region (corresponding to the region B 1 ) that is not performed is alternately arranged in a predetermined direction at a predetermined period (corresponding to the period P 1 ).

再び図3を参照して、このイオンビーム照射装置は、更に、前記スキャン機構14を制御して、前記イオンビーム28の照射領域内で基板6を、所定のスキャン波形に従ってスキャンして、基板6の全面にイオンビーム28を照射する機能を有している制御装置50を備えている。   Referring to FIG. 3 again, the ion beam irradiation apparatus further controls the scanning mechanism 14 to scan the substrate 6 within the irradiation region of the ion beam 28 according to a predetermined scan waveform. Is provided with a control device 50 having a function of irradiating the entire surface with the ion beam 28.

基板6のスキャン波形は、例えば、実質的に三角波、実質的に正弦波等である。実質的に三角波とは、三角波、および三角波が幾分鈍っている鈍化三角波を含む意味である。実質的に正弦波とは、正弦波、および正弦波が幾分歪んでいる歪み正弦波を含む意味である。   For example, the scan waveform of the substrate 6 is substantially a triangular wave, substantially a sine wave, or the like. A substantially triangular wave is meant to include a triangular wave and a blunted triangular wave in which the triangular wave is somewhat dull. Substantially sine wave is meant to include sine waves and distorted sine waves that are somewhat distorted.

従ってこのイオンビーム照射装置によれば、ホルダ8に保持された基板6の全面にイオンビーム28を照射して、当該基板6に処理を施すことができる。例えば、基板6にその表面を削る等のイオンミリング加工を施すことができる。また、基板6にイオン注入を行うこともできる。イオンビーム28の種類は、基板6に施す処理内容に応じて選定すれば良い。例えば、イオンミリングを行う場合は、イオンビーム28として、例えばアルゴンイオンビームのような不活性ガスイオンビーム等を用いれば良い。イオン注入を行う場合は、イオンビーム28として、所望のドーパントを含むイオンビームを用いれば良い。   Therefore, according to the ion beam irradiation apparatus, the substrate 6 can be processed by irradiating the entire surface of the substrate 6 held by the holder 8 with the ion beam 28. For example, the substrate 6 can be subjected to ion milling such as cutting its surface. Also, ion implantation can be performed on the substrate 6. The type of the ion beam 28 may be selected according to the processing content to be applied to the substrate 6. For example, when ion milling is performed, an inert gas ion beam such as an argon ion beam may be used as the ion beam 28. When ion implantation is performed, an ion beam containing a desired dopant may be used as the ion beam 28.

制御装置50は、この例では更に、前記回転機構10および基板傾斜機構12を制御する機能を有している。この制御装置50には、この例では、前記ビーム測定器(例えばビーム測定器52)からそれによる測定データ、即ちX方向におけるイオンビーム28の電流密度分布の測定データが与えられる。制御装置50は、この例では、当該測定データ等を記憶する記憶装置(記憶手段)を有している。この制御装置50の構成のより具体的な例は後述する。   In this example, the control device 50 further has a function of controlling the rotating mechanism 10 and the substrate tilting mechanism 12. In this example, the control device 50 is given measurement data from the beam measuring device (for example, the beam measuring device 52), that is, measurement data of the current density distribution of the ion beam 28 in the X direction. In this example, the control device 50 includes a storage device (storage means) that stores the measurement data and the like. A more specific example of the configuration of the control device 50 will be described later.

(2)イオンビーム照射方法の一実施形態
次に、上記のようなイオンビーム照射装置におけるイオンビーム照射方法の実施形態を説明する。このイオンビーム照射方法の要点は次のとおりである。なお、この実施形態では、図3に示すように、基板6はイオンビーム28に対して傾けていない(即ち基板傾斜角θ=0度である)。
(2) One Embodiment of Ion Beam Irradiation Method Next, an embodiment of an ion beam irradiation method in the ion beam irradiation apparatus as described above will be described. The main points of this ion beam irradiation method are as follows. In this embodiment, as shown in FIG. 3, the substrate 6 is not inclined with respect to the ion beam 28 (that is, the substrate inclination angle θ = 0 degrees).

(a)上記ビーム測定器(例えばビーム測定器52)で測定した上記電流密度分布に基づいて、基板6の位置でのイオンビーム28のX方向における電流密度分布を求める。この工程を、図13中に示すように、電流密度分布を求める工程101と呼ぶことにする。   (A) Based on the current density distribution measured by the beam measuring device (for example, the beam measuring device 52), the current density distribution in the X direction of the ion beam 28 at the position of the substrate 6 is obtained. This step is referred to as a step 101 for obtaining a current density distribution as shown in FIG.

(b)上記求めた電流密度分布および基板6のスキャン波形を用いて、かつ基板6のスキャン数および回転数の組み合わせを複数の組み合わせで変えて、各組み合わせについて、基板6上の複数点におけるイオンビーム28の照射量密度を計算し、かつ当該照射量密度に基づいて基板6上でのビーム照射量密度の均一性を計算する。この工程を、図13に示すように、均一性計算工程102と呼ぶ。   (B) Using the obtained current density distribution and the scan waveform of the substrate 6 and changing the combination of the number of scans and the number of rotations of the substrate 6 to a plurality of combinations, for each combination, ions at a plurality of points on the substrate 6 The dose density of the beam 28 is calculated, and the uniformity of the beam dose density on the substrate 6 is calculated based on the dose density. This step is called a uniformity calculation step 102 as shown in FIG.

(c)上記計算した均一性に基づいて、所望の均一性が得られる基板6のスキャン数および回転数の組み合わせを決定する。この工程を、図13中に示すように、組み合わせ決定工程103と呼ぶことにする。   (C) Based on the calculated uniformity, the combination of the number of scans and the number of rotations of the substrate 6 that obtains the desired uniformity is determined. This step will be referred to as a combination determination step 103 as shown in FIG.

(d)前記決定したスキャン数および回転数の組み合わせで基板6にイオンビーム28を照射する。この工程を、図13中に示すように、イオンビーム照射工程104と呼ぶことにする。   (D) The ion beam 28 is irradiated onto the substrate 6 with the combination of the determined scan number and rotation number. This step is referred to as an ion beam irradiation step 104 as shown in FIG.

なお、上記(a)〜(c)の工程は、処理する基板6の1枚ごとに行っても良いし、複数枚の基板6ごとに、例えば1ロットごとに行っても良い。後述する他の実施形態においても同様である。   The steps (a) to (c) may be performed for each of the substrates 6 to be processed, or may be performed for each of a plurality of substrates 6, for example, for each lot. The same applies to other embodiments described later.

上記(a)〜(d)の各工程を以下に詳述する。   Each process of said (a)-(d) is explained in full detail below.

(a)電流密度分布を求める工程101
まず、上記ビーム測定器(例えばビーム測定器52)で測定した上記電流密度分布に基づいて、基板6の位置でのイオンビーム28のX方向における電流密度分布を求める。
(A) Step 101 for obtaining a current density distribution
First, the current density distribution in the X direction of the ion beam 28 at the position of the substrate 6 is obtained based on the current density distribution measured by the beam measuring device (for example, the beam measuring device 52).

例えば、基板6の位置でのイオンビーム28のX方向におけるビーム電流密度分布を構成する各山部分の電流密度分布I(x)を表す式、山部分の周期P2 および山部分の数を求めて、後述する数9に示すビーム電流密度分布f(x)に相当する分布を求める。上記各山部分の電流密度分布I(x)は、後述する例ではガウス分布の式で表されるものとしているが、それに限られるものではない。 For example, an equation representing the current density distribution I (x) of each peak portion constituting the beam current density distribution in the X direction of the ion beam 28 at the position of the substrate 6, the peak period P 2 and the number of peak portions are obtained. Thus, a distribution corresponding to a beam current density distribution f (x) shown in Equation 9 described later is obtained. The current density distribution I (x) at each peak is expressed by a Gaussian distribution formula in the example described later, but is not limited thereto.

なお、上記ビーム測定器を基板6の位置に設ける場合は、当該ビーム測定器で測定したビーム電流密度分布を、そのまま、基板6の位置でのビーム電流密度分布とすれば良い。   When the beam measuring device is provided at the position of the substrate 6, the beam current density distribution measured by the beam measuring device may be directly used as the beam current density distribution at the position of the substrate 6.

上記ビーム測定器を基板6の位置に設けない場合は、当該ビーム測定器の位置と基板6の位置との幾何学的配置関係およびイオンビーム28の発散状況等を用いた計算を行うことによって、基板6の位置でのビーム電流密度分布を求めれば良い。   When the beam measuring device is not provided at the position of the substrate 6, by performing calculation using the geometrical arrangement relationship between the position of the beam measuring device and the position of the substrate 6, the divergence state of the ion beam 28, and the like, The beam current density distribution at the position of the substrate 6 may be obtained.

基板6上でのビーム電流密度分布f(x)の概略例を図9に示す。この図は、以下の説明を分かりやすくするため、分布波形を非常に単純化すると共に谷部分B2 の電流密度を0にしている。実際のビーム電流密度分布は、通常は、例えば図8、図12等に示す例のように滑らかに脈動する分布を有している場合が多い。 A schematic example of the beam current density distribution f (x) on the substrate 6 is shown in FIG. In this figure, for easy understanding of the following description, the distribution waveform is greatly simplified and the current density of the valley portion B 2 is set to zero. The actual beam current density distribution usually has a smooth pulsating distribution as in the examples shown in FIGS.

(b)均一性計算工程102
次に、上記求めたビーム電流密度分布および基板6のスキャン波形を用いて、かつ基板6のスキャン数および回転数の組み合わせを複数の組み合わせで変えて、各組み合わせについて、基板6上の複数点におけるイオンビーム28の照射量密度を計算し、かつ当該照射量密度に基づいて基板6上でのビーム照射量密度の均一性を計算する。これを以下に詳述する。なおこの出願において、基板6のスキャン数は、基板6の機械的な往復走査数と同じ意味であり、例えば1スキャンは1往復走査のことである。
(B) Uniformity calculation step 102
Next, using the obtained beam current density distribution and the scan waveform of the substrate 6 and changing the combination of the number of scans and the number of rotations of the substrate 6 in a plurality of combinations, each combination is obtained at a plurality of points on the substrate 6. The dose density of the ion beam 28 is calculated, and the uniformity of the beam dose density on the substrate 6 is calculated based on the dose density. This will be described in detail below. In this application, the number of scans of the substrate 6 has the same meaning as the number of mechanical reciprocal scans of the substrate 6. For example, one scan is one reciprocal scan.

図10に簡略化して示すように、この例では、基板6の回転方向は矢印C方向であり、基板6のスキャン方向DはX方向であり、そのスキャンの時間周期をTS とする。また、時間t=0のときの基板6の中心点の時間変化x(t)を次式とする。ここで、g(t)は時間についての周期関数である。 As shown in a simplified manner in FIG. 10, in this example, the rotation direction of the substrate 6 is the arrow C direction, the scan direction D of the substrate 6 is the X direction, and the time period of the scan is T S. Further, the time change x (t) of the center point of the substrate 6 at time t = 0 is expressed by the following equation. Here, g (t) is a periodic function with respect to time.

[数1]
x(t)=g(t)
[Equation 1]
x (t) = g (t)

以下では、一例として、上記周期関数g(t)を、図11に示すような、振幅がP2 /2、周期がTS の三角波とする。この場合、基板6のスキャン幅WS は、上記周期P2 と等しくなる。 In the following, as an example, the periodic function g (t), as shown in FIG. 11, the amplitude P 2/2, the period is a triangular wave of T S. In this case, the scanning width W S of the substrate 6 is equal to the period P 2.

再び図10を参照して、基板6を回転だけさせる場合、基板6上の点Q(x,y)の時間的移動のX、Y座標上の位置x(t)、y(t)は、基板6上の初期位置(R,φ)を用いて表すと次式となる。ここで、Rは初期位置の半径、φは初期角(即ちスキャン方向であるX軸に対する時刻t=0での角度)、ωは基板回転の角速度である。   Referring to FIG. 10 again, when the substrate 6 is only rotated, the positions x (t) and y (t) on the X and Y coordinates of the temporal movement of the point Q (x, y) on the substrate 6 are When expressed using the initial position (R, φ) on the substrate 6, the following expression is obtained. Here, R is the radius of the initial position, φ is the initial angle (that is, the angle at time t = 0 with respect to the X axis that is the scanning direction), and ω is the angular velocity of the substrate rotation.

[数2]
x(t)=R・cos(ωt+φ)
y(t)=R・sin(ωt+φ)
[Equation 2]
x (t) = R · cos (ωt + φ)
y (t) = R · sin (ωt + φ)

従って、基板6をスキャンおよび回転させる場合の基板6上の点Q(x,y)の軌道は、上記スキャンの式である数1を加味して、次式で表される。   Therefore, the trajectory of the point Q (x, y) on the substrate 6 when the substrate 6 is scanned and rotated is expressed by the following equation, taking into account the equation 1 given above.

[数3]
x(t)=g(t)+R・cos(ωt+φ)
y(t)=R・sin(ωt+φ)
[Equation 3]
x (t) = g (t) + R · cos (ωt + φ)
y (t) = R · sin (ωt + φ)

前述したように、イオン源20から引き出されるイオンビーム28のY方向における電流密度分布は、基板6の寸法以上の範囲で実質的に均一であるので、基板6上の各点のビーム照射量密度の均一性の評価に必要なのはx位置である。   As described above, since the current density distribution in the Y direction of the ion beam 28 extracted from the ion source 20 is substantially uniform in a range equal to or larger than the dimension of the substrate 6, the beam dose density at each point on the substrate 6. The x position is necessary for evaluating the uniformity of the.

基板6をスキャンおよび回転させる場合の、スキャン1回(即ち1往復走査)分のビーム照射量密度Wは次式で表される。   The beam dose density W for one scan (that is, one reciprocal scan) when the substrate 6 is scanned and rotated is expressed by the following equation.

上記式に、基板6のスキャン数NS および回転数NR (NS 、NR は1以上の整数)を加味すると次のようになる。即ち、NS スキャンの時間t=NS ・TS において基板6はNR 回転しているとする。この場合、次式の関係が成立する。 When the number of scans N S and the number of rotations N R (N S , N R are integers of 1 or more) of the substrate 6 are added to the above formula, the following results. That is, it is assumed that the substrate 6 rotates N R at the time of N S scan t = N S · T S. In this case, the following relationship is established.

[数5]
ω(NS ・TS )=2π・NR
∴ω=2π(NR /NS )(1/TS
[Equation 5]
ω (N S · T S ) = 2π · N R
∴ω = 2π (N R / N S ) (1 / T S )

これを上記数4に代入すると共に、積分の範囲を0〜NS ・TS にすることによって次式が得られる。これが、基板6をNS 回スキャンおよびNR 回回転させる場合のビーム照射量密度Wである。 By substituting this into the above equation 4 and setting the range of integration to 0 to N S · T S , the following equation is obtained. This is the beam dose density W in the case that the substrate 6 is rotated N S scans and N R times.

基板6上におけるビーム照射量密度の均一性を計算するために、上記ビーム照射量密度を、上記半径Rおよび初期角φを所定の刻みで変化させて、基板6上の全面について計算する。この刻みの一例は次式であるが、これに限られるものではない。   In order to calculate the uniformity of the beam dose density on the substrate 6, the beam dose density is calculated over the entire surface of the substrate 6 by changing the radius R and the initial angle φ in predetermined increments. An example of this step is the following equation, but is not limited to this.

[数7]
ΔR=R/20(即ち半径を20等分)
Δφ=2π/72(即ち1周を72等分)
[Equation 7]
ΔR = R / 20 (ie, the radius is divided into 20 equal parts)
Δφ = 2π / 72 (ie, one round is divided into 72 equal parts)

なおかつ、基板6のスキャン数NS および回転数NR の組み合わせを複数の組み合わせで変えて(例えば、後述する表1、表2参照)、各組み合わせについて上記ビーム照射量密度Wの計算を行う。 Yet, by changing the combination of the scan number N S and the rotational speed N R of the substrate 6 by a plurality of combinations (e.g., see Table 1, Table 2 to be described later), the calculation of the beam dose density W for each combination.

なお、基板6上のビーム照射量密度Wの簡単な評価を行う場合は、例えば、初期角φを0(X軸上)またはπ/2(Y軸上)の二つに固定して、半径Rだけを変化させて計算を行っても良い。   For simple evaluation of the beam dose density W on the substrate 6, for example, the initial angle φ is fixed to two of 0 (on the X axis) or π / 2 (on the Y axis), and the radius Calculation may be performed by changing only R.

基板6の位置でのイオンビーム28のX方向における各山部分の電流密度分布I(x)は、ここでは一例として、次式で表されるガウス分布であるとする(実際は、前記ビーム測定器52を用いる等して測定した電流密度分布I(x)を使用すれば良い)。ここで、xは基板6上のX方向の位置、I0 はピーク強度、dはピーク強度が1/eとなる幅(これを1/e幅と呼ぶことにする。eは自然対数であり、e=2.718)である。 Here, as an example, the current density distribution I (x) of each peak portion in the X direction of the ion beam 28 at the position of the substrate 6 is assumed to be a Gaussian distribution represented by the following equation (actually, the beam measuring device). The current density distribution I (x) measured using 52 or the like may be used. Here, x is a position in the X direction on the substrate 6, I 0 is a peak intensity, d is a width at which the peak intensity is 1 / e (this will be referred to as 1 / e width. E is a natural logarithm). E = 2.718).

[数8]
I(x)=I0 ・exp(−x2 /d2
[Equation 8]
I (x) = I 0 · exp (−x 2 / d 2 )

なお、以下では、計算を単純化する等のために、上記式のビーム電流密度分布をI0 で規格化した(即ちI0 で割ってピーク強度を1とした)規格化ビーム電流密度分布を用いる。図12はそれを用いて図示している。なお、I0 で規格化することを行わないのであれば、下記数9の右辺全体を括弧に入れてその先頭にI0 を付ければ良い。 In the following, in order to simplify the calculation, the normalized beam current density distribution obtained by normalizing the beam current density distribution of the above equation by I 0 (ie, dividing by I 0 and setting the peak intensity to 1) is shown below. Use. FIG. 12 is illustrated using this. If normalization with I 0 is not performed, the entire right side of the following formula 9 may be put in parentheses and I 0 may be added to the head.

基板6上のスキャン方向におけるビーム電流密度分布の周期をP2 とし、距離の単位をP2 /2とする。図12に示すビーム電流密度分布は、基板6上における山部分が五つで、上記距離の単位での各中心がx=−4,−2,0,2,4にそれぞれある場合の例である。 The period of the beam current density distribution in the scanning direction on the substrate 6 and P 2, the distance units and P 2/2. The beam current density distribution shown in FIG. 12 is an example in which there are five crests on the substrate 6 and the centers in the unit of distance are x = −4, −2, 0, 2, and 4, respectively. is there.

各山部分の1/e幅(=d)は、d=1/3,2/3,4/5の3条件で計算を行った。これらは、イオン源20の引出し電極系24の各イオンビームが引き出される領域A1 から引き出されるイオンビームの発散角が、それぞれ小、中、大の場合の例を示している。 The 1 / e width (= d) of each peak was calculated under three conditions: d = 1/3, 2/3, and 4/5. These show examples in which the divergence angles of the ion beams extracted from the region A 1 from which each ion beam of the extraction electrode system 24 of the ion source 20 is extracted are small, medium, and large, respectively.

上記五つの山部分を有するイオンビーム28全体の基板6上でのビーム電流密度分布f(x)は次式で表すことができる。   The beam current density distribution f (x) on the substrate 6 of the entire ion beam 28 having the five peak portions can be expressed by the following equation.

[数9]
f(x)=exp{−(x+4)2 /d2 }+exp{−(x+2)2 /d2
+exp{−x2 /d2 }+exp{−(x−2)2 /d2
+exp{−(x−4)2 /d2
[Equation 9]
f (x) = exp {− (x + 4) 2 / d 2 } + exp {− (x + 2) 2 / d 2 }
+ Exp {−x 2 / d 2 } + exp {− (x−2) 2 / d 2 }
+ Exp {− (x−4) 2 / d 2 }

上記数9で表されるビーム電流密度分布f(x)を、上記各1/e幅についてグラフ化したものを図12にまとめて示している。   FIG. 12 shows the beam current density distribution f (x) expressed by the above equation 9 in a graph for each 1 / e width.

基板6のスキャン波形が前述した三角波で、基板6上におけるビーム電流密度分布が図12に示した3種類の場合について、基板6のスキャン数NS および回転数NR の組み合わせを複数の組み合わせで変えて、各組み合わせについて、基板6上の複数点におけるイオンビームの上記照射量密度Wを計算し、かつ当該照射量密度Wに基づいて基板6上でのビーム照射量密度の均一性Uを計算した結果の例を以下に説明する。 In triangular scan waveform of the substrate 6 has been described above, the case where the beam current density distribution on the substrate 6 is of three kinds shown in FIG. 12, a combination of the scan number N S and the rotational speed N R of the substrate 6 by a plurality of combinations Instead, for each combination, the ion dose density W of the ion beam at a plurality of points on the substrate 6 is calculated, and the uniformity U of the beam dose density on the substrate 6 is calculated based on the dose density W. An example of the results will be described below.

基板6上でのビーム照射量密度の均一性Uは、次式で表されるものである。ここで、Wmax はビーム照射量密度Wの最大値、Wmin はビーム照射量密度Wの最小値である。 The uniformity U of the beam dose density on the substrate 6 is expressed by the following equation. Here, W max is the maximum value of the beam irradiation density W, and W min is the minimum value of the beam irradiation density W.

[数10]
U=(Wmax −Wmin )/(Wmax +Wmin
[Equation 10]
U = (W max −W min ) / (W max + W min )

均一性Uの計算は、この例では0≦R≦4として行った。この4は、上述したように距離の単位をP2 /2としたときのものであり、実際の寸法は(P2 /2)×4=2P2 である。 The calculation of the uniformity U was performed with 0 ≦ R ≦ 4 in this example. This 4 are those when the unit of distance as described above was P 2/2, the actual dimensions are (P 2/2) × 4 = 2P 2.

スキャン数NS と回転数NR の各組み合わせ時のビーム照射量密度の均一性Uの計算結果を表1および表2に示す。表1は1/e幅=1/3の場合(簡単に言えば、イオンビーム28の各山部分が鋭い場合)、表2は1/e幅=4/5の場合(簡単に言えば、イオンビーム28の各山部分がなだらかな場合)である。ここでは、スキャン数NS は1〜7回の範囲、回転数NR は1〜10回の範囲で計算している。 Tables 1 and 2 show the calculation results of the uniformity U of the beam dose density at each combination of the scan number N S and the rotation number N R. Table 1 shows the case of 1 / e width = 1/3 (in simple terms, each peak portion of the ion beam 28 is sharp), and Table 2 shows the case of 1 / e width = 4/5 (in simple terms, This is a case where each peak portion of the ion beam 28 is gentle. Here, the scan number N S 1 to 7 times in the range, the rotational speed N R is calculated in a range of 1 to 10 times.

上記表1、表2中に、均一性Uが±0%〜±1%で特に良好な場合を、灰色に着色して他と区別しやすくしている。   In Tables 1 and 2, the case where the uniformity U is ± 0% to ± 1% and particularly good is colored gray so that it can be easily distinguished from others.

上記表1、表2から、イオンビーム28の各山部分がなだらかになる場合(即ち1/e幅が大きくなる)と、均一性Uの良い組み合わせが多くなることが分かる。1/e幅=2/3の場合は、表1と表2の中間程度になるので、ここでは表を省略している。   From Table 1 and Table 2 above, it can be seen that when the peak portions of the ion beam 28 become gentle (that is, the 1 / e width increases), the number of good combinations of uniformity U increases. In the case of 1 / e width = 2/3, since it is about the middle of Table 1 and Table 2, the table is omitted here.

(c)組み合わせ決定工程103
そして、上記のようにして計算した均一性Uに基づいて、所望の均一性Uが得られる基板6のスキャン数NS および回転数NR の組み合わせを決定する。
(C) Combination determining step 103
Then, based on the uniformity U was calculated as described above, we determine a combination of the scan number N S and the rotational speed N R of the substrate 6 which desired uniformity U is obtained.

(d)イオンビーム照射工程104
そして、前記決定したスキャン数NS および回転数NR の組み合わせで基板6にイオンビーム28を照射する。
(D) Ion beam irradiation step 104
Then, the ion beam 28 to the substrate 6 by a combination of number of scans N S and the rotational speed N R of the determined.

例えば、上記灰色に着色した均一性Uが得られるスキャン数NS および回転数NR の組み合わせの中から所望の組み合わせを決定し、当該決定したスキャン数NS および回転数NR の組み合わせで基板6にイオンビーム28を照射する。 For example, a desired combination is determined from the combination of the scan number N S and the rotation number N R that provide the gray-colored uniformity U, and the substrate is determined based on the determined combination of the scan number N S and the rotation number N R. 6 is irradiated with an ion beam 28.

以上のようにこのイオンビーム照射方法によれば、基板6のスキャン数NS および回転数NR の組み合わせを複数の組み合わせで変えて、各組み合わせについて、基板6上の複数点におけるイオンビームの照射量密度Wを計算し、かつ当該照射量密度Wに基づいて基板6上でのビーム照射量密度の均一性Uを計算し、当該計算した均一性Uに基づいて、所望の均一性Uが得られる基板6のスキャン数NS および回転数NR の組み合わせを決定し、当該決定したスキャン数NS および回転数NR の組み合わせで基板6にイオンビーム28を照射するので、基板6に対して均一性の良いイオンビーム照射を行うことができる基板6のスキャン数NS および回転数NR を的確に決定して、基板6に対して均一性の良いイオンビーム照射を行うことができる。 As described above, according to this ion beam irradiation method, the combination of the scan number N S and the rotation number N R of the substrate 6 is changed to a plurality of combinations, and the ion beam irradiation is performed at a plurality of points on the substrate 6 for each combination. The dose density W is calculated, and the uniformity U of the beam dose density on the substrate 6 is calculated based on the dose density W, and the desired uniformity U is obtained based on the calculated uniformity U. and determines a combination of the scan number N S and the rotational speed N R of the substrate 6 to be, since the ion beam 28 to the substrate 6 by a combination of the determined number of scans N S and the rotational speed N R, relative to the substrate 6 It is possible to accurately determine the number of scans N S and the number of rotations N R of the substrate 6 that can perform ion beam irradiation with good uniformity, and to perform ion beam irradiation with good uniformity on the substrate 6. .

次に、イオンビーム照射方法の他の実施形態を幾つか説明する。以下においては、上記実施形態との相違点を主に説明する。   Next, some other embodiments of the ion beam irradiation method will be described. In the following, differences from the above embodiment will be mainly described.

上記ビーム測定器(例えばビーム測定器52)を設ける代わりに、例えば上記イオンビーム照射装置と同等のイオンビーム照射装置を用いる等して、予め実験等で測定したX方向における上記ビーム電流密度分布を測定して、その結果を記憶手段、例えば制御装置50内の記憶装置に記憶しておき、上記電流密度分布を求める工程101において、当該記憶しているビーム電流密度分布に基づいて、上記基板6の位置でのイオンビーム28のX方向における電流密度分布f(x)を求めてそれを使用するようにしても良い。後述する他の実施形態においても同様である。   Instead of providing the beam measuring device (for example, the beam measuring device 52), the beam current density distribution in the X direction measured in advance by experiments or the like is used, for example, by using an ion beam irradiation device equivalent to the ion beam irradiation device. The measurement result is stored in a storage means, for example, a storage device in the control device 50, and in the step 101 for obtaining the current density distribution, the substrate 6 is based on the stored beam current density distribution. The current density distribution f (x) in the X direction of the ion beam 28 at the position may be obtained and used. The same applies to other embodiments described later.

また、イオンビーム28のエネルギー、電流値、イオン種等の各種条件(これはレシピと呼ばれる)を変化させて基板6へのイオンビーム照射処理が行われる場合は、レシピによって上記ビーム電流密度分布が変化することもあり得るので、その場合は、各レシピについて予め実験的に上記ビーム電流密度分布を測定して記憶しておいて、均一性Uの計算時には、レシピに応じたビーム電流密度分布を使用することにしても良い。後述する他の実施形態においても同様である。   In addition, when the ion beam irradiation process is performed on the substrate 6 by changing various conditions (this is called a recipe) such as the energy, current value, and ion type of the ion beam 28, the beam current density distribution is changed depending on the recipe. In this case, the beam current density distribution is experimentally measured and stored in advance for each recipe, and when calculating the uniformity U, the beam current density distribution corresponding to the recipe is calculated. You may decide to use it. The same applies to other embodiments described later.

上記のようにして基板6の位置でのイオンビーム28のX方向における電流密度分布を求めた後は、上記実施形態の場合と同様である。   After obtaining the current density distribution in the X direction of the ion beam 28 at the position of the substrate 6 as described above, it is the same as in the case of the above embodiment.

上記のようにすることによって、ビーム電流密度分布を測定するビーム測定器を実際のイオンビーム照射装置に設けなくて済むので、イオンビーム照射装置の構成の簡素化を図ることができる。後述する他の実施形態においても同様である。   By doing as described above, it is not necessary to provide a beam measuring device for measuring the beam current density distribution in the actual ion beam irradiation apparatus, so that the configuration of the ion beam irradiation apparatus can be simplified. The same applies to other embodiments described later.

また、前述したように、イオン源20は、基板6の位置における寸法が、当該基板6および当該基板6がスキャンされる領域を包含する大きさよりも大きい寸法のイオンビーム28を照射するもの(例えば図4参照)が好ましい。そのようにすると、基板6のスキャン幅WS を大きくしなくても、基板6の全面にイオンビーム28を照射して、均一性の良いイオンビーム照射を行うことができる。その結果、基板6のスキャン時間を短縮して、基板処理に要する時間を短縮することができ、それによって基板6の処理効率を向上させることができる。後述する他の実施形態においても同様である。 Further, as described above, the ion source 20 irradiates the ion beam 28 having a size larger than the size including the substrate 6 and the region where the substrate 6 is scanned (for example, the size at the position of the substrate 6). (See FIG. 4). In so doing, without increasing the scan width W S of the substrate 6, the entire surface of the substrate 6 by irradiating the ion beam 28, it is possible to perform good uniformity ion beam irradiation. As a result, the scan time of the substrate 6 can be shortened, and the time required for the substrate processing can be shortened, thereby improving the processing efficiency of the substrate 6. The same applies to other embodiments described later.

基板6のスキャン波形が実質的に三角波の場合、上記表1、表2に示すように、基板6のスキャン数NS および回転数NR が互いに同じである組み合わせでは均一性Uは良くないことが計算結果で確かめられているので、上記イオンビーム照射量密度Wおよび均一性Uの計算をする際に、このNS =NR の組み合わせを予め除外しておいても良い。そのようにすることによって、不要な計算をしなくて済み、上記イオンビームの照射量密度Wおよび均一性Uの計算を簡単にすることができる。 When the scan waveform of the substrate 6 is substantially a triangular wave, as shown in Tables 1 and 2, the uniformity U is not good in the combination in which the scan number N S and the rotation number N R of the substrate 6 are the same. Therefore, when calculating the ion beam irradiation density W and the uniformity U, the combination of N S = N R may be excluded in advance. By doing so, unnecessary calculations are not required, and the calculation of the ion beam irradiation density W and uniformity U can be simplified.

(3)制御装置50のより具体例
上記制御装置50は、上記(2)のイオンビーム照射方法を実施する機能を有していても良い。その場合の制御装置50の構成の例を以下に説明する。なお、以下に説明する制御装置50は、コンピュータを用いて構成しても良い。また、以下に説明する機能以外に、当該イオンビーム照射装置全体を制御する機能を有していても良い。後述する他の実施形態においても同様である。
(3) More specific example of control device 50 The control device 50 may have a function of performing the ion beam irradiation method of (2). An example of the configuration of the control device 50 in that case will be described below. In addition, you may comprise the control apparatus 50 demonstrated below using a computer. In addition to the functions described below, the ion beam irradiation apparatus as a whole may be controlled. The same applies to other embodiments described later.

図14に示す制御装置50は、電流密度分布演算部62(電流密度分布演算手段)、均一性演算部64(均一性演算手段)、組み合わせ記憶部66(組み合わせ記憶手段)および駆動制御部68(駆動制御手段)を有している。これらの演算部、記憶部等は、例えばバス60を経由して互いに信号をやり取りする。   14 includes a current density distribution calculation unit 62 (current density distribution calculation unit), a uniformity calculation unit 64 (uniformity calculation unit), a combination storage unit 66 (combination storage unit), and a drive control unit 68 ( Drive control means). These arithmetic units, storage units, and the like exchange signals with each other via a bus 60, for example.

電流密度分布演算部62は、前記ビーム測定器(例えばビーム測定器52)で測定した前記電流密度分布に基づいて、基板6の位置でのイオンビーム28のX方向における電流密度分布f(x)を求める。そのより具体的な内容は、図13中の電流密度分布を求める工程101について先に説明した内容と実質的に同じである。   Based on the current density distribution measured by the beam measuring device (for example, the beam measuring device 52), the current density distribution calculating unit 62 determines the current density distribution f (x) in the X direction of the ion beam 28 at the position of the substrate 6. Ask for. More specific contents are substantially the same as the contents described above for the step 101 for obtaining the current density distribution in FIG.

均一性演算部64は、前記求めた電流密度分布f(x)および基板6のスキャン波形を用いて、かつ基板6のスキャン数NS および回転数NR の組み合わせを複数の組み合わせで変えて、各組み合わせについて、基板6上の複数点におけるイオンビームの前記照射量密度Wを計算し、かつ当該照射量密度Wに基づいて基板6上でのビーム照射量密度の均一性Uを計算して、基板6のスキャン数NS および回転数NR の各組み合わせ時のビーム照射量密度の均一性Uを出力する。そのより具体的な内容は、図13中の均一性計算工程102について先に説明した内容と実質的に同じである。 The uniformity calculation unit 64 uses the obtained current density distribution f (x) and the scan waveform of the substrate 6 and changes the combination of the scan number N S and the rotation number N R of the substrate 6 in a plurality of combinations, For each combination, calculate the dose density W of the ion beam at a plurality of points on the substrate 6 and calculate the uniformity U of the beam dose density on the substrate 6 based on the dose density W. The uniformity U of the beam dose density at each combination of the scan number N S and the rotation number N R of the substrate 6 is output. The more specific contents are substantially the same as those described above for the uniformity calculation step 102 in FIG.

均一性演算部64からの出力は、例えば、ディスプレイに表示させる信号でも良いし、プリンタに印刷させる信号等でも良い。出力データの形式は、例えば、前記表1、表2に示したような表形式でも良いし、後述する図26のようなグラフ形式でも良いし、その他の形式でも良い。制御装置50は、上記出力を表示する表示装置を有していても良い。   The output from the uniformity calculation unit 64 may be, for example, a signal to be displayed on a display or a signal to be printed by a printer. The format of the output data may be, for example, a table format as shown in Tables 1 and 2 above, a graph format as shown in FIG. 26 described later, or other formats. The control device 50 may have a display device that displays the output.

組み合わせ記憶部66は、均一性演算部64から前記ビーム照射量密度の均一性Uが出力された後、基板6のスキャン数NS および回転数NR の複数の組み合わせの内の所定の組み合わせを選択する入力を受けて、当該選択された組み合わせを記憶する。例えば、基板6のスキャン数NS および回転数NR の複数の組み合わせの中から、所望の均一性が得られる組み合わせをオペレータが選択して、その選択した組み合わせを組み合わせ記憶部66に入力すれば良い。当該入力は、例えば、キーボード、タッチパネル等によって行っても良い。制御装置50は、このような入力装置を有していても良い。 The combination storage unit 66 outputs a predetermined combination of a plurality of combinations of the scan number N S and the rotation number N R of the substrate 6 after the uniformity U of the beam irradiation density is output from the uniformity calculation unit 64. In response to an input to be selected, the selected combination is stored. For example, if the operator selects a combination that provides a desired uniformity from a plurality of combinations of the scan number N S and the rotation number N R of the substrate 6 and inputs the selected combination to the combination storage unit 66. good. For example, the input may be performed by a keyboard, a touch panel, or the like. The control device 50 may have such an input device.

駆動制御部68は、基板6へのイオンビーム28の照射時に、組み合わせ記憶部66に記憶している上記基板6のスキャン数NS および回転数NR の組み合わせになるように、前記スキャン機構14および回転機構10を制御する。 The drive control unit 68 is configured so that when the ion beam 28 is irradiated onto the substrate 6, the scan mechanism 14 is configured to have a combination of the scan number N S and the rotation number N R of the substrate 6 stored in the combination storage unit 66. And the rotation mechanism 10 is controlled.

なお、上記電流密度分布演算部62、均一性演算部64および組み合わせ記憶部66における演算等の処理は、処理する基板6の1枚ごとに行っても良いし、複数枚の基板6ごとに、例えば1ロットごとに行っても良い。後述する他の実施形態においても同様である。   Note that the processing such as the calculation in the current density distribution calculation unit 62, the uniformity calculation unit 64, and the combination storage unit 66 may be performed for each of the substrates 6 to be processed, or for each of the plurality of substrates 6. For example, it may be performed for each lot. The same applies to other embodiments described later.

上記のような制御装置50を備えているイオンビーム照射装置によれば、基板6に対して均一性の良いイオンビーム照射を行うことができる基板のスキャン数NS および回転数NR を的確に決定することが容易になる。その結果、基板6に対して均一性の良いイオンビーム照射を行うことが容易になる。 According to the ion beam irradiation apparatus has a control device 50 as described above, accurately scan number N S and the rotational speed N R of the substrate can be performed with good uniformity ion beam irradiating the substrate 6 It becomes easier to decide. As a result, it becomes easy to perform ion beam irradiation with good uniformity on the substrate 6.

図15に示す例のように、制御装置50が電流密度分布記憶部70(電流密度分布記憶手段)を有していても良い。即ち、上記ビーム測定器(例えばビーム測定器52)を設ける代わりに、例えば上記イオンビーム照射装置と同等のイオンビーム照射装置を用いる等して、予め実験等で測定したX方向における上記ビーム電流密度分布を測定して、その結果を電流密度分布記憶部70に記憶しておいて、当該記憶しているビーム電流密度分布に基づいて、電流密度分布演算部62において、基板6の位置でのイオンビーム28のX方向における電流密度分布f(x)を求めてそれを使用するようにしても良い。   As in the example illustrated in FIG. 15, the control device 50 may include a current density distribution storage unit 70 (current density distribution storage unit). That is, instead of providing the beam measuring device (for example, the beam measuring device 52), the beam current density in the X direction measured in advance by an experiment or the like by using an ion beam irradiation device equivalent to the ion beam irradiation device, for example. The distribution is measured, and the result is stored in the current density distribution storage unit 70. Based on the stored beam current density distribution, the current density distribution calculation unit 62 determines the ions at the position of the substrate 6. The current density distribution f (x) in the X direction of the beam 28 may be obtained and used.

この場合も、前述したように、例えば各レシピについて予め実験的に上記ビーム電流密度分布を測定してそれを電流密度分布記憶部70に記憶しておいて、均一性Uの計算時には、レシピに応じたビーム電流密度分布を使用することにしても良い。   Also in this case, as described above, for example, the beam current density distribution is experimentally measured for each recipe in advance and stored in the current density distribution storage unit 70. A corresponding beam current density distribution may be used.

制御装置50のその他の部分は、図14に示した例と同様である。   The other parts of the control device 50 are the same as the example shown in FIG.

上記のようにすることによって、ビーム電流密度分布を測定するビーム測定器を実際のイオンビーム照射装置に設けなくて済むので、イオンビーム照射装置の構成の簡素化を図ることができる。   By doing as described above, it is not necessary to provide a beam measuring device for measuring the beam current density distribution in the actual ion beam irradiation apparatus, so that the configuration of the ion beam irradiation apparatus can be simplified.

なお、上記組み合わせ記憶部66および電流密度分布記憶部70の両方を、一つの記憶装置によって構成しても良い。換言すれば、一つの記憶装置を組み合わせ記憶部66と電流密度分布記憶部70とに共用しても良い。後述する他の実施形態においても同様である。   Note that both the combination storage unit 66 and the current density distribution storage unit 70 may be configured by a single storage device. In other words, one storage device may be shared by the combination storage unit 66 and the current density distribution storage unit 70. The same applies to other embodiments described later.

(4)イオンビーム照射方法およびイオンビーム照射装置の他の実施形態に至る背景技術
当該他の実施形態に至る背景技術を以下に説明する。前記基板6として、基板上に複数の円柱状素子が並べて形成された基板を用いて、イオンビーム28の照射によって、各円柱状素子の側面にミリング等の処理を施す場合がある。
(4) Background Art Leading to Other Embodiments of Ion Beam Irradiation Method and Ion Beam Irradiation Apparatus Background arts leading to other embodiments will be described below. As the substrate 6, a substrate in which a plurality of columnar elements are formed side by side on the substrate may be used, and a process such as milling may be performed on the side surface of each columnar element by irradiation with the ion beam 28.

例えば、次の特許文献3、4には、MRAM(磁気ランダムアクセスメモリ)等の磁気抵抗効果素子の製造において、基板上の円柱状素子の一例であるMTJ素子(磁気トンネル接合素子)の側面にイオンビームを照射して処理を施す技術が記載されている。   For example, in the following Patent Documents 3 and 4, in manufacturing a magnetoresistive effect element such as an MRAM (Magnetic Random Access Memory), the side surface of an MTJ element (magnetic tunnel junction element) which is an example of a columnar element on a substrate is described. A technique for performing treatment by irradiating an ion beam is described.

特許文献3:特開2005−44848
特許文献4:特開2011−166157
Patent Document 3: JP-A-2005-44848
Patent Document 4: JP2011-166157A

より具体的には、特許文献3には、斜め入射によるイオンエッチングを用いることで、エッチングによって飛散された物質のMTJ素子側面への付着を抑制して、MTJ素子の不良率軽減を図る技術が記載されている(例えばその段落0095、0098、図7、図16参照)。   More specifically, Patent Document 3 discloses a technique for reducing the defect rate of MTJ elements by using ion etching by oblique incidence to suppress adhesion of substances scattered by etching to the side surfaces of the MTJ elements. (See paragraphs 0095 and 0098, FIGS. 7 and 16, for example).

特許文献4には、斜め入射によって、MTJ素子の側壁のトリミングと残渣除去とにより、小型かつ特性の良いMTJ素子を形成する技術が記載されている(例えば、その請求項1、段落0006、0036、図2、図4参照)。   Patent Document 4 describes a technique for forming a small and excellent MTJ element by obliquely incident and trimming the side wall of the MTJ element and removing a residue (for example, claim 1, paragraphs 0006 and 0036). FIG. 2 and FIG. 4).

これらの応用においては、基板上の円柱状素子側面に対するビーム入射角を変化させるために、基板を傾けた状態で(即ち、前述した基板傾斜角θに相当する角度を0度以外にした状態で)イオンビーム照射が行われる。かつ、円柱状素子側面の全周に均一性良くイオンビームを照射するために、基板を回転させる。   In these applications, in order to change the beam incident angle with respect to the side surface of the cylindrical element on the substrate, the substrate is tilted (that is, with the angle corresponding to the substrate tilt angle θ described above being other than 0 degrees). ) Ion beam irradiation is performed. In addition, the substrate is rotated in order to irradiate the ion beam to the entire circumference of the side surface of the cylindrical element with good uniformity.

円柱状素子側面のミリング等の処理は、基板上の実質的に全面に分散配置されている円柱状素子に対して均一性良く行う必要がある。仮に円柱状素子側面の処理が均一でないならば、処理後の素子形状が当該素子の中心軸に対して非対称となり、素子性能が低下する。また、基板上の実質的に全面に配置された複数の円柱状素子に対する処理が均一でないならば、素子性能にばらつきが生じることになり、デバイス生産に重大な悪影響を与えることになる。従って、これらの応用においては、円柱状素子の側面に均一性の良い処理を施すことが重要である。   Processing such as milling of the side surfaces of the columnar elements needs to be performed with good uniformity on the columnar elements distributed and disposed on substantially the entire surface of the substrate. If the process on the side surface of the cylindrical element is not uniform, the element shape after the process becomes asymmetric with respect to the central axis of the element, and the element performance deteriorates. In addition, if the processing for a plurality of columnar elements arranged on substantially the entire surface of the substrate is not uniform, the element performance will vary, which will have a serious adverse effect on device production. Therefore, in these applications, it is important to perform processing with good uniformity on the side surface of the cylindrical element.

このような応用において、本発明の前述した実施形態のイオンビーム照射方法またはイオンビーム照射装置をそのまま用いると、次のような課題が生じる場合がある。   In such an application, if the ion beam irradiation method or ion beam irradiation apparatus of the above-described embodiment of the present invention is used as it is, the following problems may occur.

例えば、前記表2において、基板のスキャン数NS が1回、基板の回転数NR が2回の組み合わせの場合に均一性Uが±0%になって良好な均一性が得られているが、この均一性Uは、前述したように、基板6の表面でのビーム照射量密度の均一性である。基板上の円柱状素子側面の処理に上記組み合わせを採用しても、ミリング等の処理が不均一になることを図16を参照して説明する。 For example, in Table 2, when the number of substrate scans NS is one and the number of substrate rotations NR is two, the uniformity U is ± 0% and good uniformity is obtained. However, this uniformity U is the uniformity of the beam irradiation density on the surface of the substrate 6 as described above. With reference to FIG. 16, it will be described that even if the above combination is adopted for the processing of the side surface of the cylindrical element on the substrate, processing such as milling becomes non-uniform.

図16(A)は、前記図12中の1/e幅=4/5の場合のイオンビーム28の分布であり、表2の条件に対応している。図16(B)は、傾けた基板6の矢印D方向のスキャンの時間経過を示すものであり、(a)から(e)まで1/4スキャンごとになっており、全部で1スキャンとしている。説明を簡略化するために、円柱状素子の代わりに、基板6上の中心に角柱(より具体的には四角柱)56が設けられている場合を模式的に示している。図を見やすくするために、角柱56の一つの側面56aを太線で示し、その反対側の側面56bを破線で示している。図16(C)は、基板6のC方向の回転の時間経過を示すものであり、1/4スキャンごとの基板回転位置を示し、全部で2回転としている。回転に伴う基板6の方向が分るように、ノッチ7を付けている。   FIG. 16A shows the distribution of the ion beam 28 in the case of 1 / e width = 4/5 in FIG. 12, and corresponds to the conditions shown in Table 2. FIG. 16B shows the time lapse of the scan of the tilted substrate 6 in the direction of arrow D, and is performed every ¼ scan from (a) to (e), and one scan is made in total. . In order to simplify the description, a case where a prism (more specifically, a quadratic prism) 56 is provided at the center on the substrate 6 instead of the cylindrical element is schematically shown. In order to make the drawing easier to see, one side surface 56a of the prism 56 is shown by a thick line, and the opposite side surface 56b is shown by a broken line. FIG. 16C shows the time elapse of the rotation of the substrate 6 in the C direction, showing the substrate rotation position for every 1/4 scan, and is a total of 2 rotations. A notch 7 is provided so that the direction of the substrate 6 accompanying the rotation is known.

(a)の0スキャン時は、角柱56の側面56aはイオンビーム28の照射を受け、その反対側の側面56bはイオンビーム28が当たらない陰になっている。この時、側面56aに照射されるイオンビーム分布は(A)に示すように山部分であり、イオンビーム強度(即ち、ビーム電流密度。以下同様)が大きい。   At the time of 0 scan of (a), the side surface 56a of the prism 56 is irradiated with the ion beam 28, and the opposite side surface 56b is shaded so that the ion beam 28 does not hit. At this time, the distribution of the ion beam applied to the side surface 56a is a peak as shown in FIG. 5A, and the ion beam intensity (that is, the beam current density, the same applies hereinafter) is large.

(b)の1/4スキャン時は、角柱56の側面56bはイオンビーム28の照射を受けるけれども、この時、側面56bに照射されるイオンビーム分布は(A)に示すように谷部分であり、イオンビーム強度は小さい。   At the time of 1/4 scan of (b), the side surface 56b of the prism 56 is irradiated with the ion beam 28. At this time, the ion beam distribution irradiated to the side surface 56b is a valley portion as shown in (A). The ion beam intensity is small.

(c)の2/4スキャン時は、(a)の場合と同じであり、側面56aが再びイオンビーム28の照射を受け、かつそのイオンビーム強度は大きい。   The 2/4 scan of (c) is the same as that of (a), the side surface 56a is again irradiated with the ion beam 28, and the ion beam intensity is high.

(d)の3/4スキャン時は、角柱56の側面56bが再びイオンビーム28の照射を受けるけれども、この時、側面56bに照射されるイオンビーム分布は(A)に示すように谷部分であり、イオンビーム強度は小さい。   In the 3/4 scan of (d), the side surface 56b of the prism 56 is again irradiated with the ion beam 28. At this time, the ion beam distribution irradiated to the side surface 56b is a valley portion as shown in (A). Yes, the ion beam intensity is small.

(e)の4/4スキャン時は、(a)の状態に戻っており、側面56aが再びイオンビーム28の照射を受け、かつそのイオンビーム強度は大きい。   At the time of 4/4 scan of (e), the state is returned to the state of (a), the side surface 56a is again irradiated with the ion beam 28, and the ion beam intensity is high.

以上のように、図16に示す例では、基板6上の角柱56の側面56aは、イオンビーム28の照射を受ける方向に来る度にイオンビーム強度が大きく、反対側の側面56bは、イオンビーム28の照射を受ける方向に来る度にイオンビーム強度が小さい。従って、基板6上の角柱56の側面に対するイオンビーム照射強度は均一にはならず、従ってミリング等の処理も均一にはならない。以上は説明を簡略化するために角柱56を用いて説明したが、基板6上に円柱状素子が設けられている場合も上記と同様の結果になる。   As described above, in the example shown in FIG. 16, the side surface 56a of the prism 56 on the substrate 6 has a large ion beam intensity every time it comes in the direction of receiving the ion beam 28, and the opposite side surface 56b The ion beam intensity is small every time it is in the direction of receiving 28 irradiation. Therefore, the ion beam irradiation intensity on the side surfaces of the prisms 56 on the substrate 6 is not uniform, and therefore processing such as milling is not uniform. Although the above description has been made using the prism 56 for the sake of simplification of explanation, the same result as described above is obtained when a cylindrical element is provided on the substrate 6.

従って、基板6上の円柱状素子の側面を均一に処理するためには、更なる工夫が必要である。   Therefore, in order to uniformly process the side surface of the cylindrical element on the substrate 6, further contrivance is necessary.

また、基板上には円柱状素子がまだ形成されておらず、基板上(即ち、基板の表面または当該表面に形成された膜(例えば多層膜)上。以下同様)に、円柱状素子を形成するための円柱状マスク(例えば円柱状メタルまたは円柱状レジストマスク)が形成されていて、当該円柱状マスクを用いて、イオンミリング等によって円柱状マスクの下の基板上に円柱状素子を形成する場合もあり、この場合も、当該円柱状マスクの形状が、その下に形成される円柱状素子の形状に影響するため、円柱状マスクの側面を、更にはその下の形成途上にある円柱状素子の側面を、均一に処理することが重要である。   In addition, the cylindrical element is not yet formed on the substrate, and the cylindrical element is formed on the substrate (that is, on the surface of the substrate or a film (for example, a multilayer film) formed on the surface). A columnar mask (for example, a columnar metal or a columnar resist mask) is formed, and a columnar element is formed on the substrate under the columnar mask by ion milling or the like using the columnar mask. In this case as well, the shape of the columnar mask affects the shape of the columnar element formed thereunder, so that the side surface of the columnar mask is further formed and the columnar shape that is still under formation It is important to treat the side surfaces of the element uniformly.

上記のような(a)円柱状素子、(b)円柱状マスク、(c)円柱状マスクとその下の形成途上にある円柱状素子との組み合わせ、の三つを包含する上位概念の用語として、以下では円柱状体を用いる。   As terms of high-level concepts including three of (a) a cylindrical element, (b) a cylindrical mask, and (c) a combination of a cylindrical mask and a cylindrical element under formation as described above. In the following, a cylindrical body is used.

そして以下に、基板上の複数の円柱状体の側面に均一性の良い処理を施すことのできるイオンビーム照射方法およびイオンビーム照射装置の実施形態を説明する。なお、以下においては、先の実施形態と同一または相当する部分には同一符号を付し、先の実施形態との相違点を主に説明する。   In the following, an embodiment of an ion beam irradiation method and an ion beam irradiation apparatus capable of performing processing with good uniformity on the side surfaces of a plurality of cylindrical bodies on a substrate will be described. In the following description, the same or corresponding parts as those of the previous embodiment are denoted by the same reference numerals, and differences from the previous embodiment will be mainly described.

(5)イオンビーム照射装置の他の実施形態
図17は、この発明に係るイオンビーム照射方法を実施するイオンビーム照射装置の他の実施形態を示す概略断面図であり、図3に対応している。
(5) Other Embodiments of Ion Beam Irradiation Apparatus FIG. 17 is a schematic sectional view showing another embodiment of an ion beam irradiation apparatus for carrying out the ion beam irradiation method according to the present invention, and corresponds to FIG. Yes.

以下の実施形態では、ホルダ8に保持される基板6として、基板上に、例えば基板上の実質的に全面に、複数の円柱状体54(図19参照)が並べて形成されている基板6を扱う。但し図19では、説明を分かりやすくするために、円柱状体54を拡大して1個のみを表している。   In the following embodiment, as the substrate 6 held by the holder 8, the substrate 6 in which a plurality of cylindrical bodies 54 (see FIG. 19) are formed side by side on the substrate, for example, on substantially the entire surface of the substrate. deal with. However, in FIG. 19, in order to make the explanation easy to understand, the cylindrical body 54 is enlarged to show only one.

円柱状体54は、基板6の表面に形成されていても良いし、基板6の表面に形成された膜(例えば多層膜)上に形成されていても良い。また円柱状体54は、上述したように、(a)円柱状素子でも良いし、(b)円柱状素子を形成するための円柱状マスク(例えば円柱状メタルまたは円柱状レジストマスク)でも良いし、(c)円柱状マスクとその下の形成途上にある円柱状素子との組み合わせでも良い。円柱状素子は、単層の素子でも良いし、複数層の素子でも良い。またこの出願において、「円柱状体」は、円柱、円錐台およびそれらに近い形状をしている素子を包含する意味で用いている。   The columnar body 54 may be formed on the surface of the substrate 6 or may be formed on a film (for example, a multilayer film) formed on the surface of the substrate 6. As described above, the columnar body 54 may be (a) a columnar element, or (b) a columnar mask (for example, a columnar metal or a columnar resist mask) for forming the columnar element. (C) A combination of a cylindrical mask and a cylindrical element under the formation may be used. The columnar element may be a single-layer element or a multi-layer element. Further, in this application, the “columnar body” is used to include a column, a truncated cone, and an element having a shape close thereto.

図17に示すイオンビーム照射装置も、回転機構10、ホルダ8およびそれに保持された基板6を矢印Eで示すように回転させることによって、ホルダ8およびそれに保持された基板6を傾けて、基板6の垂線とイオンビーム28の進行方向との成す角度である基板傾斜角θを0度以上にすることのできる基板傾斜機構12等を備えている。   The ion beam irradiation apparatus shown in FIG. 17 also tilts the holder 8 and the substrate 6 held by the rotation mechanism 10, the holder 8, and the substrate 6 held by the rotation mechanism 10 as shown by the arrow E, thereby tilting the substrate 6. The substrate tilting mechanism 12 and the like that can make the substrate tilting angle θ, which is an angle formed by the vertical line of the ion beam 28 and the traveling direction of the ion beam 28, 0 ° or more.

基板傾斜機構12は、例えば、基板傾斜角θを0°≦θ≦90°の範囲で変化させることができるものであるが、これに限られるものではない。例えば、角度θの可変範囲が0°≦θ≦60°程度のものでも良い。   For example, the substrate tilting mechanism 12 can change the substrate tilt angle θ in the range of 0 ° ≦ θ ≦ 90 °, but is not limited thereto. For example, the variable range of the angle θ may be about 0 ° ≦ θ ≦ 60 °.

このイオンビーム照射装置のその他の構成等は、例えばイオン源20の構成、イオンビーム28の寸法・電流密度分布、スキャン機構14、基板6のスキャン波形、ビーム測定器52等の例は、先に図3以降を参照して説明したものと実質的に同じである。但し制御装置50には違いがある。その相違点については後述する。   Other configurations of the ion beam irradiation apparatus include, for example, the configuration of the ion source 20, the size / current density distribution of the ion beam 28, the scan mechanism 14, the scan waveform of the substrate 6, the beam measuring instrument 52, etc. This is substantially the same as that described with reference to FIG. However, the control device 50 is different. The difference will be described later.

(6)イオンビーム照射方法の他の実施形態
次に、上記のようなイオンビーム照射装置におけるイオンビーム照射方法の実施形態を説明する。このイオンビーム照射方法の要点は次のとおりである。
(6) Other Embodiments of Ion Beam Irradiation Method Next, embodiments of the ion beam irradiation method in the ion beam irradiation apparatus as described above will be described. The main points of this ion beam irradiation method are as follows.

(a)前記基板傾斜機構12を用いて前記基板傾斜角θを0度を除く所定の角度に設定する。この工程を、図18中に示すように、基板傾斜角設定工程100と呼ぶことにする。
(b)前記ビーム測定器(例えばビーム測定器52)で測定した前記電流密度分布に基づいて、基板6の位置でのイオンビーム28のX方向における電流密度分布f(x)を求める。この工程を、図18中に示すように、電流密度分布を求める工程101と呼ぶことにする。
(c)前記求めた電流密度分布f(x)、基板6のスキャン波形および前記所定の基板傾斜角θを用いて、かつ基板6の前記スキャン数NS および回転数NR の組み合わせを複数の組み合わせで変えて、各組み合わせについて、基板6上の前記複数の円柱状体54のそれぞれの全側面に対するイオンビーム28による処理量を計算し、かつ当該処理量に基づいて、複数の円柱状体54の側面に対する処理量均一性を計算する。この工程を、図18中に示すように、均一性計算工程102aと呼ぶことにする。
(d)前記計算した処理量均一性に基づいて、所望の処理量均一性が得られる基板6のスキャン数NS および回転数NR の組み合わせを決定する。この工程を、図18中に示すように、組み合わせ決定工程103と呼ぶことにする。
(e)前記決定したスキャン数NS および回転数NR の組み合わせで基板6にイオンビーム28を照射する。この工程を、図18中に示すように、イオンビーム照射工程104と呼ぶことにする。
(A) Using the substrate tilting mechanism 12, the substrate tilt angle θ is set to a predetermined angle excluding 0 degrees. This step will be referred to as a substrate tilt angle setting step 100 as shown in FIG.
(B) Based on the current density distribution measured by the beam measuring device (for example, the beam measuring device 52), the current density distribution f (x) in the X direction of the ion beam 28 at the position of the substrate 6 is obtained. This step is referred to as a step 101 for obtaining a current density distribution as shown in FIG.
(C) the determined current density distribution f (x), using the scan waveform and the predetermined substrate inclination angle θ of the substrate 6, and combining a plurality of said number of scans N S and the rotational speed N R of the substrate 6 For each combination, the amount of treatment by the ion beam 28 for each side surface of each of the plurality of columnar bodies 54 on the substrate 6 is calculated, and the plurality of columnar bodies 54 are calculated based on the amount of treatment. Calculate the throughput uniformity for the side of This step is called a uniformity calculation step 102a as shown in FIG.
(D) Based on the calculated processing amount uniformity, a combination of the scan number N S and the rotation number N R of the substrate 6 that obtains the desired processing amount uniformity is determined. This step is called a combination determination step 103 as shown in FIG.
(E) The substrate 6 is irradiated with the ion beam 28 by a combination of the determined scan number N S and rotation number N R. This step is referred to as an ion beam irradiation step 104 as shown in FIG.

上記(a)〜(e)の工程の内、基板傾斜角設定工程100は更なる説明を要しないであろう。電流密度分布を求める工程101、組み合わせ決定工程103およびイオンビーム照射工程104は、先に説明した図13中の対応する工程とそれぞれ実質的に同じであるので、ここでは重複説明を省略する。均一性計算工程102aは、先に説明した図13中の均一性計算工程102とは異なるので、これを以下に詳述する。   Of the steps (a) to (e), the substrate tilt angle setting step 100 will not require further explanation. The step 101 for obtaining the current density distribution, the combination determining step 103, and the ion beam irradiation step 104 are substantially the same as the corresponding steps in FIG. The uniformity calculation step 102a is different from the uniformity calculation step 102 in FIG. 13 described above, and will be described in detail below.

(6−1)基板6の回転およびスキャンについて
前記基板傾斜機構12、回転機構10およびスキャン機構14によって、図19に示すように、基板6を基板傾斜角θに傾けた状態で、例えば矢印C方向に回転および矢印D方向にスキャンすることができる。
(6-1) Rotation and Scan of Substrate 6 As shown in FIG. 19, the substrate tilt mechanism 12, the rotation mechanism 10 and the scan mechanism 14 tilt the substrate 6 to the substrate tilt angle θ, for example, the arrow C Rotate in direction and scan in arrow D direction.

図19に簡略化して示すように、基板6の回転方向は矢印C方向であり、基板6のスキャン方向DはX方向であり、そのスキャンの時間周期をTS とする。また、時間t=0のときの基板6の中心点の時間変化x(t)を次式とする。これは先の数1と同じ式である。ここで、g(t)は時間についての周期関数である。 As shown in a simplified manner in FIG. 19, the rotation direction of the substrate 6 is the arrow C direction, the scan direction D of the substrate 6 is the X direction, and the time period of the scan is T S. Further, the time change x (t) of the center point of the substrate 6 at time t = 0 is expressed by the following equation. This is the same formula as the previous equation (1). Here, g (t) is a periodic function with respect to time.

[数11]
x(t)=g(t)
[Equation 11]
x (t) = g (t)

以下でも、一例として、上記周期関数g(t)を、図11に示したような、振幅がP2 /2、周期がTS の三角波とする。この場合、基板6のスキャン幅WS は、上記周期P2 と等しくなる。 Even below, as an example, the periodic function g (t), as shown in FIG. 11, the amplitude P 2/2, the period is a triangular wave of T S. In this case, the scanning width W S of the substrate 6 is equal to the period P 2.

(6−2)傾けた基板6の回転およびスキャンについて
基板6を回転だけさせる場合、基板6上の点Q(x,y)の、基板平面にとった座標系(X’,Y’,Z’)における時間移動(X'(t) ,Y'(t) )は、基板6上の初期位置(R,φ)を用いて表すと次式となる。ここで、Rは初期位置の半径、φは初期角(即ちスキャン方向であるX軸に対する時刻t=0での角度)、ωは基板回転の角速度である。
(6-2) Rotation and scanning of tilted substrate 6 When only the substrate 6 is rotated, the coordinate system (X ′, Y ′, Z) of the point Q (x, y) on the substrate 6 taken on the substrate plane The time movement (X ′ (t), Y ′ (t)) in “) is expressed by the following equation using the initial position (R, φ) on the substrate 6. Here, R is the radius of the initial position, φ is the initial angle (that is, the angle at time t = 0 with respect to the X axis that is the scanning direction), and ω is the angular velocity of the substrate rotation.

[数12]
x'(t)=R・cos(ωt+φ)
y'(t)=R・sin(ωt+φ)
[Equation 12]
x ′ (t) = R · cos (ωt + φ)
y ′ (t) = R · sin (ωt + φ)

次に、図19(B)に示すように、基板6を基板傾斜角θに傾けた場合、傾ける前の座標系を(X,Y,Z)とすると、この座標系(X,Y,Z)に対する基板6上の点Qの時間変化(x(t),y(t))は次式で表される。   Next, as shown in FIG. 19B, when the substrate 6 is tilted to the substrate tilt angle θ, if the coordinate system before tilting is (X, Y, Z), this coordinate system (X, Y, Z ) With respect to the time point (x (t), y (t)) of the point Q on the substrate 6 is expressed by the following equation.

[数13]
x(t)=R・cos(ωt+φ)・cos(θ)
y(t)=R・sin(ωt+φ)
[Equation 13]
x (t) = R · cos (ωt + φ) · cos (θ)
y (t) = R · sin (ωt + φ)

従って、基板6をスキャンおよび回転させる場合の基板6上の点Q(x,y)の軌道は、上記スキャンの式である数11を加味して、次式で表される。   Therefore, the trajectory of the point Q (x, y) on the substrate 6 when the substrate 6 is scanned and rotated is expressed by the following equation, taking into account the equation 11 that is the scan equation.

[数14]
x(t)=g(t)+R・cos(ωt+φ)・cos(θ)
y(t)=R・sin(ωt+φ)
[Formula 14]
x (t) = g (t) + R · cos (ωt + φ) · cos (θ)
y (t) = R · sin (ωt + φ)

前述したように、イオン源20から引き出されるイオンビーム28のY方向における電流密度分布は、基板6の寸法以上の範囲で実質的に均一であるので、基板6上の各点のビーム照射量密度の均一性の評価に必要なのはx位置である。   As described above, since the current density distribution in the Y direction of the ion beam 28 extracted from the ion source 20 is substantially uniform in a range equal to or larger than the dimension of the substrate 6, the beam dose density at each point on the substrate 6. The x position is necessary for evaluating the uniformity of the.

(6−3)イオンビーム照射時の処理速度について
傾けた基板6上の円柱状体54の側面にイオンビーム28を照射して処理を施す場合、当該側面に対するビーム入射角によって処理速度が異なるので、これについて以下に説明する。以下では、処理の例としてイオンミリングを取り上げている。
(6-3) Processing speed at the time of ion beam irradiation When processing is performed by irradiating the side surface of the cylindrical body 54 on the tilted substrate 6 with the ion beam 28, the processing speed varies depending on the beam incident angle with respect to the side surface. This will be described below. In the following, ion milling is taken up as an example of processing.

イオン照射によるターゲット材料のスパッタ率Yi は、公開ソフトSRIM(The Stopping and Range of Ions in Matter) 等によって、計算によって求めることができる。即ち、イオンの種類(例えばAr+ 、Ne+ 、He+ 、Kr+ 等)、イオンのエネルギー[eV]、ターゲット材料の種類(例えばCo 、Fe 、Ta 、Mg 等)に応じて、所定の入射角α[度]の場合のスパッタ率Yi を求めることができるのでそれを行う。 The sputtering rate Y i of the target material by ion irradiation can be obtained by calculation using public software SRIM (The Stopping and Range of Ions in Matter) or the like. That is, a predetermined incidence depends on the type of ion (eg, Ar + , Ne + , He + , Kr +, etc.), ion energy [eV], and the type of target material (eg, Co, Fe, Ta, Mg, etc.). Since the sputtering rate Y i in the case of the angle α [degree] can be obtained, it is performed.

例えば、ターゲット材料がCo (コバルト)、イオンがAr+ 、そのエネルギーが500eVの場合の各入射角αにおけるスパッタ率Yi をSRIMで計算した結果の一例を図20に示す。入射角αによってスパッタ率Yi が変化していることが分る。 For example, FIG. 20 shows an example of the result of calculating the sputtering rate Y i at each incident angle α by SRIM when the target material is Co (cobalt), the ion is Ar + , and the energy is 500 eV. It can be seen that the sputtering rate Y i varies with the incident angle α.

上記のようにして求めたスパッタ率Yi を用いて、イオンによるミリングレートRm を次式に従って計算する。ここで、ρはターゲット材料の密度、mi はターゲット材料原子の質量、Iはイオンビーム電流密度、eは素電荷である。 Using the sputtering rate Y i obtained as described above, the milling rate R m by ions is calculated according to the following equation. Here, [rho is the density of the target material, the m i mass of the target material atoms, I is an ion beam current density, e is the elementary charge.

このように、基板6上の円柱状体54の側面に対するミリングレートRm の計算には、当該側面に対するイオンビームの入射角が必要であり、当該入射角の計算について次に説明する。なお、計算を簡略化するために、円柱状体54を正多角柱(例えば正20角柱)で近似しても良く、以下ではそのようにしている。 Thus, the calculation of the milling rate R m for the side surface of the cylindrical body 54 on the substrate 6 requires the incident angle of the ion beam with respect to the side surface, and the calculation of the incident angle will be described next. In order to simplify the calculation, the cylindrical body 54 may be approximated by a regular polygonal column (for example, a regular 20-sided prism).

(6−4)円柱状体側面に対するビーム入射角βについて
角度θ傾けた基板6上の角柱(より具体的には四角柱)56の側面に対するビーム入射角βを図21に示す。ここでは、関係が見やすいように、前記円柱状体54の代わりに角柱56を使用している。ビーム入射角βは、当該角柱56の側面の面法線i'p とイオンビーム28の進行方向との成す角度である。pは側面番号である。円柱状体54の場合は、ビーム入射角βは、当該円柱状体54の側面の面法線i'p とイオンビーム28の進行方向との成す角度である。
(6-4) Beam incident angle β with respect to the side surface of the cylindrical body FIG. 21 shows the beam incident angle β with respect to the side surface of the prism (more specifically, quadrangular column) 56 on the substrate 6 inclined by the angle θ. Here, a prism 56 is used instead of the cylindrical body 54 so that the relationship can be easily seen. The beam incident angle β is an angle formed by the surface normal i ′ p of the side surface of the prism 56 and the traveling direction of the ion beam 28. p is a side number. In the case of the cylindrical body 54, the beam incident angle β is an angle formed by the surface normal line i ′ p of the side surface of the cylindrical body 54 and the traveling direction of the ion beam 28.

基板6が回転する時(矢印C参照)、角柱56はZ’軸の周りに回転するので、面法線i'p は3次元的にその方向を変える。例えば、時刻tの時の面法線ベクトルをi'p (ωt)とすると、Δt時間経過後の面法線ベクトルはi'p{ω(t+Δt)}となり、ビーム入射角βも変化する。そこで、面法線を3次元のベクトルで表して、ビーム入射角βを計算によって求める。これを以下に説明する。 When the substrate 6 rotates (see arrow C), the prism 56 rotates around the Z ′ axis, so that the surface normal i ′ p changes its direction three-dimensionally. For example, if the surface normal vector at time t is i ′ p (ωt), the surface normal vector after Δt time is i ′ p {ω (t + Δt)}, and the beam incident angle β also changes. Therefore, the surface normal is represented by a three-dimensional vector, and the beam incident angle β is obtained by calculation. This will be described below.

図22に示すように、(X,Y,Z)座標系の基本ベクトル(i,j,k)と、傾けた基板6上の基本ベクトル(i’,j’,k’)とを取る。符号80は単位円である。基板傾斜角がθのとき、両基本ベクトル(i,j,k)と(i’,j’,k’)の関係は次式となる。   As shown in FIG. 22, the basic vector (i, j, k) of the (X, Y, Z) coordinate system and the basic vector (i ′, j ′, k ′) on the tilted substrate 6 are taken. Reference numeral 80 denotes a unit circle. When the substrate tilt angle is θ, the relationship between both basic vectors (i, j, k) and (i ′, j ′, k ′) is as follows.

[数16]
i' =i・cos(θ)+k・sin(θ)
j' =j
[Equation 16]
i ′ = i · cos (θ) + k · sin (θ)
j '= j

基板6が角速度ωで回転するとき、基板6上の基本ベクトルi’の時間tによる変化を(X,Y,Z)座標系の基本ベクトルで表すと次式となる。   When the substrate 6 rotates at the angular velocity ω, the change of the basic vector i ′ on the substrate 6 with time t is expressed by the following equation in the (X, Y, Z) coordinate system.

[数17]
i'(ωt)=i' ・cos(ωt)+j' ・sin(ωt)
=i・cos(θ)・cos(ωt)+k・sin(θ)・
cos(ωt)+j・sin(ωt)
[Equation 17]
i ′ (ωt) = i ′ · cos (ωt) + j ′ · sin (ωt)
= I · cos (θ) · cos (ωt) + k · sin (θ) ·
cos (ωt) + j · sin (ωt)

円柱状体54や角柱の別の側面の面法線ベクトルは、上記ベクトルi'(ωt)の位相をずらせば得られる。これを図23を参照して説明すると、円柱状体54を多角柱で近似した場合、その側面番号をp(pは1≦p≦nの整数、nは3以上の整数)とすると、側面Sp の面法線単位ベクトルi'p(ωt)は次式で表される。ηp は、側面pの初期角(即ちスキャン方向であるX軸に対する時刻t=0での角度)である。この例では側面S1 の初期角η1 を0度にしている。 A surface normal vector of another side surface of the cylindrical body 54 or the prism can be obtained by shifting the phase of the vector i ′ (ωt). This will be described with reference to FIG. 23. When the cylindrical body 54 is approximated by a polygonal column, when the side surface number is p (p is an integer of 1 ≦ p ≦ n and n is an integer of 3 or more), the side surface The surface normal unit vector i ′ p (ωt) of S p is expressed by the following equation. η p is the initial angle of the side surface p (that is, the angle at time t = 0 with respect to the X axis that is the scanning direction). In this example, the initial angle η 1 of the side surface S 1 is set to 0 degree.

[数18]
i'p(ωt)=i・cos(θ)・cos(ωt+ηp )+k・sin(θ)・
cos(ωt+ηp )+j・sin(ωt+ηp
[Equation 18]
i ′ p (ωt) = i · cos (θ) · cos (ωt + η p ) + k · sin (θ) ·
cos (ωt + η p ) + j · sin (ωt + η p )

一方、イオンビーム28は前述したようにこの実施形態では−Z方向に進むので、図22、図24に示すように、イオンビーム28の進行方向単位ベクトルは−kである(ここでは、イオンビーム28の発散角は小さいとして無視している)。   On the other hand, since the ion beam 28 travels in the −Z direction in this embodiment as described above, the unit vector in the traveling direction of the ion beam 28 is −k as shown in FIGS. 22 and 24 (here, the ion beam). The divergence angle of 28 is ignored because it is small).

従って、イオンビーム28のSp 側面に対するビーム入射角βp については、上記面法線単位ベクトルi'p(ωt)とビーム進行方向単位ベクトル−kの内積から、途中の計算は省略するが、次式の関係が得られる。 Therefore, regarding the beam incident angle β p with respect to the S p side surface of the ion beam 28, calculation in the middle is omitted from the inner product of the surface normal unit vector i ′ p (ωt) and the beam traveling direction unit vector −k. The following relationship is obtained.

[数19]
cos(βp )=sin(θ)・cos(ωt+ηp
[Equation 19]
cos (β p ) = sin (θ) · cos (ωt + η p )

従って、上記式から、イオンビーム28のSp 側面に対するビーム入射角βp は、次式によって求めることができる。ここで、符号は、イオンビーム28が側面の正面に入射する場合を+(プラス)、側面の裏面に入射する場合を−(マイナス)に取る。裏面の場合は、円柱状体54の陰になるので、ビーム入射は起こらないことになる。 Therefore, from the above equation, the beam incidence angle beta p for S p side of the ion beam 28 can be determined by the following equation. Here, the sign is + (plus) when the ion beam 28 is incident on the front surface of the side surface, and − (minus) when it is incident on the back surface of the side surface. In the case of the back surface, since it is behind the cylindrical body 54, beam incidence does not occur.

[数20]
βp =acos{sin(θ)・cos(ωt+ηp )}
[Equation 20]
β p = acos {sin (θ) · cos (ωt + η p )}

(6−5)ビーム入射角βによるビーム電流密度の変化について
次に、ビーム入射角βによるビーム電流密度の変化を計算する。イオンビーム28のビーム電流密度がIのとき、円柱状体54の、ビーム入射角がβp の側面に対するビーム電流密度I’は、図24を参照すれば分るように、次式で表される。
(6-5) Change in Beam Current Density with Beam Incident Angle β Next, the change in beam current density with the beam incident angle β is calculated. When the beam current density of the ion beam 28 is I, the beam current density I ′ of the cylindrical body 54 with respect to the side surface having the beam incident angle β p is expressed by the following equation as can be seen from FIG. The

[数21]
I' =I/{1/cos(βp )}
=I・cos(βp
[Equation 21]
I ′ = I / {1 / cos (β p )}
= I · cos (β p )

このように、円柱状体54の側面に対するビーム入射角βの変化は、(a)前述したスパッタ率Yi の変化と、(b)上記ビーム電流密度I’の変化とをもたらすので、円柱状体54の側面の処理量、例えばミリング厚の算出には、上記(a)、(b)を反映させる。 As described above, the change in the beam incident angle β with respect to the side surface of the cylindrical body 54 causes (a) the change in the sputtering rate Y i and (b) the change in the beam current density I ′. In calculating the processing amount of the side surface of the body 54, for example, the milling thickness, the above (a) and (b) are reflected.

即ち、傾けた基板6をスキャンおよび回転させる場合のスキャン1回(即ち1往復走査)分の基板6上の円柱状体54の側面Sp に対するミリング厚Dp は、上記数21中の電流密度Iとして、先に図9等を参照して説明したビーム電流密度分布f(x)等を用い、これと上記数15とを用いて、次式で表される。 That is, milling thickness D p for side S p of the cylindrical body 54 on the substrate 6 scanned once (i.e. one round trip lines) of the case where the substrate 6 scanned and rotated tilted, the current density in the number of 21 As I, the beam current density distribution f (x) described above with reference to FIG. 9 or the like is used, and this is expressed by the following equation using the above equation (15).

この式に上記数14のx(t)を代入すると、次式となる。これが、角度θ傾けた基板6をスキャンおよび回転させる場合のスキャン1回(即ち1往復走査)分の基板6上の円柱状体54の側面Sp に対するミリング厚Dp である。 Substituting x (t) in Equation 14 into this equation yields the following equation. This is milling thickness D p for side S p of the cylindrical body 54 scans once (i.e. one round trip lines) of the substrate 6 in case of scanning and rotating the substrate 6 inclined angle theta.

上記式に、基板6のスキャン数NS および回転数NR (NS 、NR は1以上の整数または半整数)を加味すると次のようになる。即ち、NS スキャンの時間t=NS ・TS において基板6はNR 回転しているとする。この場合、次式の関係が成立する。これは先の数5と同じ式である。 When the number of scans N S and the number of rotations N R (N S , N R are integers of one or more or half integers) of the substrate 6 are added to the above formula, the following is obtained. That is, it is assumed that the substrate 6 rotates N R at the time of N S scan t = N S · T S. In this case, the following relationship is established. This is the same formula as Equation 5 above.

[数24]
ω(NS ・TS )=2π・NR
∴ω=2π(NR /NS )(1/TS
[Equation 24]
ω (N S · T S ) = 2π · N R
∴ω = 2π (N R / N S ) (1 / T S )

これを上記数23に代入すると共に、積分の範囲を0〜NS ・TS にすることによって次式が得られる。これが、角度θ傾けた基板6をNS 回スキャンおよびNR 回転させる場合の基板6上の円柱状体54の側面Sp に対するミリング厚Dp である。 By substituting this into equation 23 and setting the range of integration to 0 to N S · T S , the following equation is obtained. This is a substrate 6 inclined angle theta N S scans and N R milling thickness D p for side S p of the cylindrical body 54 on the substrate 6 when rotating.

基板6上の複数の円柱状体54の側面に対する処理量の均一性、例えばミリング厚の均一性を計算するために、上記数25のミリング厚Dp を、上記側面番号p、半径Rおよび初期角φを所定の刻みで変化させて、基板6上に配置されている複数の円柱状体54の全部に対して、各円柱状体54の全側面について計算する。 In order to calculate the uniformity of the processing amount with respect to the side surfaces of the plurality of cylindrical bodies 54 on the substrate 6, for example, the uniformity of the milling thickness, the milling thickness D p of the equation 25 is set to the side number p, the radius R, and the initial value. The angle φ is changed in predetermined increments, and the calculation is performed for all side surfaces of each columnar body 54 with respect to all the plurality of columnar bodies 54 arranged on the substrate 6.

この刻みの一例を次式に示すが、これに限られるものではない。また、次式は同心状に複数個の円柱状体54を配置している例であるが、これに限られるものではなく、格子状に配置していても良い。   An example of this step is shown in the following equation, but is not limited to this. Further, the following formula is an example in which a plurality of columnar bodies 54 are concentrically arranged, but the present invention is not limited to this, and may be arranged in a lattice shape.

[数26]
p=20(即ち円柱を正20角柱で近似)
ΔR=R/20(即ち半径を20等分)
Δφ=2π/72(即ち1周を72等分)
[Equation 26]
p = 20 (that is, a cylinder is approximated by a regular 20 prism)
ΔR = R / 20 (ie, the radius is divided into 20 equal parts)
Δφ = 2π / 72 (ie, one round is divided into 72 equal parts)

なおかつ、基板6のスキャン数NS および回転数NR の組み合わせを複数の組み合わせで変えて、各組み合わせについて上記ミリング厚Dp の計算を行う。 Yet, by changing the combination of the scan number N S and the rotational speed N R of the substrate 6 by a plurality of combinations, the calculation of the milling thickness D p for each combination.

基板6上の複数の円柱状体54の側面に対する処理量均一性、例えばミリング均一性Usmは、次式に従って計算する。ここで、Dpmaxは、基板6上に配置されている全円柱状体54の側面のミリング厚の最大値、Dpminは当該全円柱状体54の側面のミリング厚の最小値である。 The processing amount uniformity for the side surfaces of the plurality of cylindrical bodies 54 on the substrate 6, for example, the milling uniformity U sm is calculated according to the following equation. Here, D pmax is the maximum value of the milling thickness on the side surface of the entire cylindrical body 54 disposed on the substrate 6, and D pmin is the minimum value of the milling thickness on the side surface of the entire cylindrical body 54.

[数27]
sm=(Dpmax−Dpmin)/(Dpmax+Dpmin
[Equation 27]
U sm = (D pmax −D pmin ) / (D pmax + D pmin )

ミリング厚以外の処理量均一性についても、上記と同様にして計算することができる。   The processing amount uniformity other than the milling thickness can be calculated in the same manner as described above.

以上が、図18中の均一性計算工程102aの詳細な例である。それ以降の工程103、104については前述したとおりであるので、ここでは重複説明を省略する。   The above is a detailed example of the uniformity calculation step 102a in FIG. Subsequent steps 103 and 104 are as described above, and thus a duplicate description is omitted here.

なお、細かく見ると、上記均一性計算工程102aによって求めた処理量均一性(例えばミリング均一性)は、イオンビーム照射に伴う飛散物質の円柱状体側面への再付着を考慮していないので、円柱状体側面の形状均一性とは必ずしも一致しない。   Note that when viewed closely, the processing amount uniformity obtained by the uniformity calculation step 102a (for example, milling uniformity) does not take into account the reattachment of scattered substances to the side of the cylindrical body accompanying ion beam irradiation. It does not necessarily match the shape uniformity of the cylindrical body side surface.

(6−6)ミリング均一性Usmの計算例について
次に、上記均一性計算工程102aに従ってミリング均一性Usmを計算したより具体例を説明する。
(6-6) Calculation Example of Milling Uniformity U sm Next, a specific example of calculating the milling uniformity U sm according to the uniformity calculation step 102a will be described.

ここでは一例として、イオンビーム28はエネルギーが500eVのAr+ イオン、円柱状体54の材質はCo (コバルト)、基板傾斜角θは45度とした。 Here, as an example, the ion beam 28 is Ar + ion having an energy of 500 eV, the material of the cylindrical body 54 is Co (cobalt), and the substrate tilt angle θ is 45 degrees.

基板6の位置でのイオンビーム28のX方向における各山部分の電流密度分布I(x)は、ここでは一例として、次式で表されるガウス分布とした(実際は、前記ビーム測定器52を用いる等して測定した電流密度分布I(x)を使用すれば良い)。ここで、xは基板6上のX方向の位置、I0 はピーク強度、dはピーク強度が1/eとなる幅(これを1/e幅と呼ぶことにする。eは自然対数であり、e=2.718)である。 As an example, the current density distribution I (x) of each peak portion in the X direction of the ion beam 28 at the position of the substrate 6 is a Gaussian distribution represented by the following equation (actually, the beam measuring device 52 is The current density distribution I (x) measured by using it may be used). Here, x is a position in the X direction on the substrate 6, I 0 is a peak intensity, d is a width at which the peak intensity is 1 / e (this will be referred to as 1 / e width. E is a natural logarithm). E = 2.718).

[数28]
I(x)=I0 ・exp(−x2 /d2
[Equation 28]
I (x) = I 0 · exp (−x 2 / d 2 )

なお、以下では、計算を単純化する等のために、上記式のビーム電流密度分布をI0 で規格化した(即ちI0 で割ってピーク強度を1とした)規格化ビーム電流密度分布を用いる。図25はそれを用いて図示している。なお、I0 で規格化することを行わないのであれば、下記数29の右辺全体を括弧に入れてその先頭にI0 を付ければ良い。 In the following, in order to simplify the calculation, the normalized beam current density distribution obtained by normalizing the beam current density distribution of the above equation by I 0 (ie, dividing by I 0 and setting the peak intensity to 1) is shown below. Use. FIG. 25 is illustrated using this. If normalization with I 0 is not performed, the entire right side of the following formula 29 may be put in parentheses and I 0 may be added to the head.

基板6上のスキャン方向におけるビーム電流密度分布の周期をP2 とし、距離の単位をP2 /2とする。図25に示すビーム電流密度分布は、基板6上における山部分が五つで、上記距離の単位での各中心がx=−4,−2,0,2,4にそれぞれある場合の例である。 The period of the beam current density distribution in the scanning direction on the substrate 6 and P 2, the distance units and P 2/2. The beam current density distribution shown in FIG. 25 is an example in which there are five crests on the substrate 6 and the respective centers in the unit of distance are x = −4, −2, 0, 2, 4 respectively. is there.

各山部分の1/e幅(=d)は、d=1/2,2/3,4/5の3条件で計算を行った。これらは、イオン源20の引出し電極系24の各イオンビームが引き出される領域A1 から引き出されるイオンビームの発散角が、それぞれ小、中、大の場合の例を示している。 The 1 / e width (= d) of each peak portion was calculated under three conditions of d = 1/2, 2/3, and 4/5. These show examples in which the divergence angles of the ion beams extracted from the region A 1 from which each ion beam of the extraction electrode system 24 of the ion source 20 is extracted are small, medium, and large, respectively.

上記五つの山部分を有するイオンビーム28全体の基板6上でのビーム電流密度分布f(x)は次式で表すことができる。   The beam current density distribution f (x) on the substrate 6 of the entire ion beam 28 having the five peak portions can be expressed by the following equation.

[数29]
f(x)=exp{−(x+4)2 /d2 }+exp{−(x+2)2 /d2
+exp{−x2 /d2 }+exp{−(x−2)2 /d2
+exp{−(x−4)2 /d2
[Equation 29]
f (x) = exp {− (x + 4) 2 / d 2 } + exp {− (x + 2) 2 / d 2 }
+ Exp {−x 2 / d 2 } + exp {− (x−2) 2 / d 2 }
+ Exp {− (x−4) 2 / d 2 }

上記数29で表されるビーム電流密度分布f(x)を、上記各1/e幅についてグラフ化したものを図25にまとめて示している。   FIG. 25 summarizes the beam current density distribution f (x) expressed by the above equation 29 with respect to each 1 / e width.

基板6のスキャン波形が前述した三角波で、基板6上におけるビーム電流密度分布が図25に示した3種類の場合について、基板6のスキャン数NS を1回として、基板6の回転数NR を2回から10回まで、中間の半整数回も含めて変えて、上記ミリング均一性Usmを計算した。その結果を図26に示す。 In triangular scan waveform of the substrate 6 has been described above, the case where the beam current density distribution on the substrate 6 is of three kinds shown in FIG. 25, as one scan number N S of the substrate 6, the rotational speed N R of the substrate 6 Was changed from 2 to 10 times, including the intermediate half-integer times, and the milling uniformity U sm was calculated. The result is shown in FIG.

この図から分るように、1/e幅が1/2以上のとき、基板6の回転数NR が6回以上の整数の場合に、ミリング均一性Usmは±10%以下であり、良好な結果が得られている。 As can be seen from this figure, when the 1 / e width is 1/2 or more, the milling uniformity U sm is ± 10% or less when the rotation speed N R of the substrate 6 is an integer of 6 or more, Good results have been obtained.

このように上記イオンビーム照射方法によれば、基板6上の円柱状体54の側面に対して均一性の良い処理を施すことができる基板のスキャン数NS および回転数NR を的確に決定して、基板6上の円柱状体54の側面に対して均一性の良い処理を施すことができる。 Thus, according to the ion beam irradiation method, accurately determine the number of scans N S and the rotational speed N R of the substrate which can be subjected to a good process uniformity with respect to the side surface of the cylindrical body 54 on the substrate 6 Thus, a process with good uniformity can be performed on the side surface of the cylindrical body 54 on the substrate 6.

なお、このイオンビーム照射方法の場合も、上記ビーム測定器(例えばビーム測定器52)を設ける代わりに、例えば上記イオンビーム照射装置と同等のイオンビーム照射装置を用いる等して、予め実験等で測定したX方向における上記ビーム電流密度分布を測定して、その結果を記憶手段、例えば制御装置50内の記憶装置に記憶しておき、上記電流密度分布を求める工程101において、当該記憶しているビーム電流密度分布に基づいて、上記基板6の位置でのイオンビーム28のX方向における電流密度分布f(x)を求めてそれを使用するようにしても良い。   Also in the case of this ion beam irradiation method, instead of providing the beam measuring device (for example, the beam measuring device 52), for example, by using an ion beam irradiation device equivalent to the ion beam irradiation device, etc. The beam current density distribution in the measured X direction is measured, and the result is stored in storage means, for example, a storage device in the control device 50, and stored in step 101 for obtaining the current density distribution. Based on the beam current density distribution, the current density distribution f (x) in the X direction of the ion beam 28 at the position of the substrate 6 may be obtained and used.

上記のようにすることによって、ビーム電流密度分布を測定するビーム測定器を実際のイオンビーム照射装置に設けなくて済むので、イオンビーム照射装置の構成の簡素化を図ることができる。   By doing as described above, it is not necessary to provide a beam measuring device for measuring the beam current density distribution in the actual ion beam irradiation apparatus, so that the configuration of the ion beam irradiation apparatus can be simplified.

(7)制御装置50の他のより具体例
上記制御装置50は、上記(6)のイオンビーム照射方法を実施する機能を有していても良い。その場合の制御装置50の構成の例を以下に説明する。以下においては、図14、図15に示した例と同一または相当する部分には同一符号を付し、図14、図15に示した例との相違点を主に説明する。
(7) Other More Specific Examples of Control Device 50 The control device 50 may have a function of performing the ion beam irradiation method of (6). An example of the configuration of the control device 50 in that case will be described below. In the following, the same or corresponding parts as those in the examples shown in FIGS. 14 and 15 are denoted by the same reference numerals, and differences from the examples shown in FIGS. 14 and 15 will be mainly described.

図27に示す制御装置50は、基板傾斜角制御部72(基板傾斜角制御手段)および均一性演算部64a(均一性演算手段)を有している。これら以外の構成は図14を参照して説明したものと同じであるので、ここでは重複説明を省略する。   The control device 50 shown in FIG. 27 includes a substrate tilt angle control unit 72 (substrate tilt angle control unit) and a uniformity calculation unit 64a (uniformity calculation unit). Since the configuration other than these is the same as that described with reference to FIG. 14, redundant description is omitted here.

基板傾斜角制御部72は、前記基板傾斜機構12を制御して、前記基板傾斜角θを0度を除く所定の角度に制御する。例えば、上記所定の基板傾斜角θをこの基板傾斜角制御部72に設定すれば良い。   The substrate tilt angle control unit 72 controls the substrate tilt mechanism 12 to control the substrate tilt angle θ to a predetermined angle excluding 0 degrees. For example, the predetermined substrate inclination angle θ may be set in the substrate inclination angle control unit 72.

均一性演算部64aは、前記のようにして求めた電流密度分布、基板6のスキャン波形および前記基板傾斜角θを用いて、かつ基板6の前記スキャン数NS および回転数NR の組み合わせを複数の組み合わせで変えて、各組み合わせについて、前記複数の円柱状体54のそれぞれの全側面に対するイオンビーム28による処理量を計算し、かつ当該処理量に基づいて、複数の円柱状体54の側面に対する処理量均一性を計算して、基板6のスキャン数NS および回転数NR の各組み合わせ時の処理量均一性を出力する。そのより具体的な内容は、図18中の均一性計算工程102aについて先に説明した内容と実質的に同じである。 Uniformity calculating unit 64a, a manner determined current density distribution as described above, by using the scan waveform and the substrate inclination angle θ of the substrate 6, and a combination of the scan number N S and the rotational speed N R of the substrate 6 For each combination, the amount of treatment by the ion beam 28 for each side surface of the plurality of cylindrical bodies 54 is calculated for each combination, and the side surfaces of the plurality of cylindrical bodies 54 are calculated based on the amount of treatment. The processing amount uniformity is calculated for each combination of the scan number N S and the rotation number N R of the substrate 6. More specific contents are substantially the same as those described above for the uniformity calculation step 102a in FIG.

上記のような制御装置50を備えているイオンビーム照射装置によれば、基板6上の円柱状体54の側面に対して均一性の良い処理を施すことができる基板のスキャン数NS および回転数NR を的確に決定することが容易になる。その結果、基板6上の円柱状体54の側面に対して均一性の良い処理を施すことが容易になる。 According to the ion beam irradiation apparatus including the control device 50 as described above, the number of scans NS and rotation of the substrate that can perform processing with good uniformity on the side surface of the cylindrical body 54 on the substrate 6. It becomes easy to accurately determine the number N R. As a result, it becomes easy to perform a process with good uniformity on the side surface of the cylindrical body 54 on the substrate 6.

図28に示す例のように、制御装置50が電流密度分布記憶部70(電流密度分布記憶手段)を有していても良い。この電流密度分布記憶部70は、図15中のものと同じであるので、それについての先の説明を参照するものとし、ここでは重複説明を省略する。   As in the example illustrated in FIG. 28, the control device 50 may include a current density distribution storage unit 70 (current density distribution storage unit). Since this current density distribution storage unit 70 is the same as that shown in FIG. 15, the previous description thereof will be referred to, and a duplicate description will be omitted here.

制御装置50のその他の部分は、図27に示した例と同様である。   Other parts of the control device 50 are the same as the example shown in FIG.

上記のようにすることによって、ビーム電流密度分布を測定するビーム測定器を実際のイオンビーム照射装置に設けなくて済むので、イオンビーム照射装置の構成の簡素化を図ることができる。   By doing as described above, it is not necessary to provide a beam measuring device for measuring the beam current density distribution in the actual ion beam irradiation apparatus, so that the configuration of the ion beam irradiation apparatus can be simplified.

4 真空容器
6 基板
8 ホルダ
10 回転機構
14 スキャン機構
20 イオン源
22 プラズマ生成部
24 引出し電極系
26 イオンビーム引出し領域
28 イオンビーム
50 制御装置
52 ビーム測定器
54 円柱状体
62 電流密度分布演算部
64、64a 均一性演算部
66 組み合わせ記憶部
68 駆動制御部
70 電流密度分布記憶部
72 基板傾斜角制御部
100 基板傾斜角設定工程
101 電流密度分布を求める工程
102、102a 均一性計算工程
103 組み合わせ決定工程
104 イオンビーム照射工程
1 イオンビームが引き出される領域
1 イオンビームが引き出されない領域
S 基板のスキャン数
R 基板の回転数
θ 基板傾斜角
DESCRIPTION OF SYMBOLS 4 Vacuum container 6 Substrate 8 Holder 10 Rotation mechanism 14 Scan mechanism 20 Ion source 22 Plasma generation part 24 Extraction electrode system 26 Ion beam extraction area 28 Ion beam 50 Controller 52 Beam measuring instrument 54 Cylindrical body 62 Current density distribution calculation part 64 64a Uniformity calculation unit 66 Combination storage unit 68 Drive control unit 70 Current density distribution storage unit 72 Substrate tilt angle control unit 100 Substrate tilt angle setting step 101 Step for obtaining current density distribution 102, 102a Uniformity calculation step 103 Combination determination step 104 Ion beam irradiation process A 1 Area where ion beam is extracted B 1 Area where ion beam is not extracted NS Number of scans of N S substrate Number of rotations of N R substrate θ Substrate tilt angle

Claims (10)

真空に排気される真空容器と、
前記真空容器内に収納されていて基板を保持するホルダと、
前記ホルダおよびそれに保持された基板を当該基板の中心部周りに回転させる回転機構と、
プラズマを生成するプラズマ生成部および当該プラズマから電界の作用でイオンビームを引き出す引出し電極系を有していて、引き出したイオンビームを前記ホルダに保持された基板に照射するイオン源であって、前記引出し電極系は、イオンビームが引き出される領域とイオンビームが引き出されない領域とをX方向に所定の周期で交互に配列しており、かつ前記イオンビームが引き出される領域から、前記基板の位置において、前記X方向と実質的に直交するY方向において前記基板の寸法以上の範囲で実質的に均一な電流密度分布のイオンビームを引き出すイオン源と、
前記ホルダ、それに保持された基板および前記回転機構を、所定のスキャン波形で実質的に前記X方向に機械的に往復でスキャンするスキャン機構と、
前記X方向における前記イオンビームの電流密度分布を測定するビーム測定器とを備えているイオンビーム照射装置において、
前記ビーム測定器で測定した前記電流密度分布に基づいて、前記基板の位置での前記イオンビームの前記X方向における電流密度分布を求め、
前記求めた電流密度分布および前記基板のスキャン波形を用いて、かつ前記基板のスキャン数および回転数の組み合わせを複数の組み合わせで変えて、各組み合わせについて、前記基板上の複数点におけるイオンビームの照射量密度を計算し、かつ当該照射量密度に基づいて前記基板上でのビーム照射量密度の均一性を計算し、
前記計算した均一性に基づいて、所望の均一性が得られる前記基板のスキャン数および回転数の組み合わせを決定し、
前記決定したスキャン数および回転数の組み合わせで前記基板にイオンビームを照射することを特徴とするイオンビーム照射方法。
A vacuum vessel that is evacuated to vacuum,
A holder that is housed in the vacuum vessel and holds a substrate;
A rotation mechanism for rotating the holder and the substrate held by the holder around the center of the substrate;
An ion source that has a plasma generation unit that generates plasma and an extraction electrode system that extracts an ion beam from the plasma by the action of an electric field, and irradiates the extracted ion beam onto a substrate held by the holder, In the extraction electrode system, a region where the ion beam is extracted and a region where the ion beam is not extracted are alternately arranged in the X direction at a predetermined period, and the region where the ion beam is extracted from the region where the ion beam is extracted An ion source for extracting an ion beam having a substantially uniform current density distribution in a range equal to or larger than the dimension of the substrate in a Y direction substantially orthogonal to the X direction;
A scanning mechanism for mechanically reciprocatingly scanning the holder, the substrate held by the holder, and the rotating mechanism substantially in the X direction with a predetermined scanning waveform;
An ion beam irradiation apparatus comprising: a beam measuring device that measures a current density distribution of the ion beam in the X direction;
Based on the current density distribution measured by the beam measuring device, obtain a current density distribution in the X direction of the ion beam at the position of the substrate,
Irradiation of an ion beam at a plurality of points on the substrate for each combination by using the obtained current density distribution and the scan waveform of the substrate and changing the combination of the scan number and the rotation number of the substrate by a plurality of combinations. Calculating the dose density, and calculating the uniformity of the beam dose density on the substrate based on the dose density;
Based on the calculated uniformity, determine the combination of the number of scans and the number of rotations of the substrate that achieves the desired uniformity,
An ion beam irradiation method comprising irradiating the substrate with an ion beam with a combination of the determined scan number and rotation number.
真空に排気される真空容器と、
前記真空容器内に収納されていて基板を保持するホルダと、
前記ホルダおよびそれに保持された基板を当該基板の中心部周りに回転させる回転機構と、
プラズマを生成するプラズマ生成部および当該プラズマから電界の作用でイオンビームを引き出す引出し電極系を有していて、引き出したイオンビームを前記ホルダに保持された基板に照射するイオン源であって、前記引出し電極系は、イオンビームが引き出される領域とイオンビームが引き出されない領域とをX方向に所定の周期で交互に配列しており、かつ前記イオンビームが引き出される領域から、前記基板の位置において、前記X方向と実質的に直交するY方向において前記基板の寸法以上の範囲で実質的に均一な電流密度分布のイオンビームを引き出すイオン源と、
前記ホルダ、それに保持された基板および前記回転機構を、所定のスキャン波形で実質的に前記X方向に機械的に往復でスキャンするスキャン機構と、
前記X方向における前記イオンビームの電流密度分布であって前記基板のスキャン数および回転数の決定に用いるものを記憶しておく記憶手段とを備えているイオンビーム照射装置において、
前記記憶している前記電流密度分布に基づいて、前記基板の位置での前記イオンビームの前記X方向における電流密度分布を求め、
前記求めた電流密度分布および前記基板のスキャン波形を用いて、かつ前記基板のスキャン数および回転数の組み合わせを複数の組み合わせで変えて、各組み合わせについて、前記基板上の複数点におけるイオンビームの照射量密度を計算し、かつ当該照射量密度に基づいて前記基板上でのビーム照射量密度の均一性を計算し、
前記計算した均一性に基づいて、所望の均一性が得られる前記基板のスキャン数および回転数の組み合わせを決定し、
前記決定したスキャン数および回転数の組み合わせで前記基板にイオンビームを照射することを特徴とするイオンビーム照射方法。
A vacuum vessel that is evacuated to vacuum,
A holder that is housed in the vacuum vessel and holds a substrate;
A rotation mechanism for rotating the holder and the substrate held by the holder around the center of the substrate;
An ion source that has a plasma generation unit that generates plasma and an extraction electrode system that extracts an ion beam from the plasma by the action of an electric field, and irradiates the extracted ion beam onto a substrate held by the holder, In the extraction electrode system, a region where the ion beam is extracted and a region where the ion beam is not extracted are alternately arranged in the X direction at a predetermined period, and the region where the ion beam is extracted from the region where the ion beam is extracted An ion source for extracting an ion beam having a substantially uniform current density distribution in a range equal to or larger than the dimension of the substrate in a Y direction substantially orthogonal to the X direction;
A scanning mechanism for mechanically reciprocatingly scanning the holder, the substrate held by the holder, and the rotating mechanism substantially in the X direction with a predetermined scanning waveform;
In an ion beam irradiation apparatus comprising a storage means for storing the current density distribution of the ion beam in the X direction and used for determining the number of scans and the number of rotations of the substrate,
Based on the stored current density distribution, a current density distribution in the X direction of the ion beam at the position of the substrate is obtained.
Irradiation of an ion beam at a plurality of points on the substrate for each combination by using the obtained current density distribution and the scan waveform of the substrate and changing the combination of the scan number and the rotation number of the substrate by a plurality of combinations. Calculating the dose density, and calculating the uniformity of the beam dose density on the substrate based on the dose density;
Based on the calculated uniformity, determine the combination of the number of scans and the number of rotations of the substrate that achieves the desired uniformity,
An ion beam irradiation method comprising irradiating the substrate with an ion beam with a combination of the determined scan number and rotation number.
前記基板のスキャン波形は実質的に三角波であり、
前記イオンビームの照射量密度および均一性の計算をする際に、前記基板のスキャン数および回転数が互いに同じである組み合わせを除外しておく請求項1または2記載のイオンビーム照射方法。
The scan waveform of the substrate is substantially a triangular wave;
3. The ion beam irradiation method according to claim 1, wherein a combination in which the number of scans and the number of rotations of the substrate are the same is excluded when calculating the dose density and uniformity of the ion beam.
(A)真空に排気される真空容器と、
(B)前記真空容器内に収納されていて基板を保持するホルダと、
(C)前記ホルダおよびそれに保持された基板を当該基板の中心部周りに回転させる回転機構と、
(D)プラズマを生成するプラズマ生成部および当該プラズマから電界の作用でイオンビームを引き出す引出し電極系を有していて、引き出したイオンビームを前記ホルダに保持された基板に照射するイオン源であって、前記引出し電極系は、イオンビームが引き出される領域とイオンビームが引き出されない領域とをX方向に所定の周期で交互に配列しており、かつ前記イオンビームが引き出される領域から、前記基板の位置において、前記X方向と実質的に直交するY方向において前記基板の寸法以上の範囲で実質的に均一な電流密度分布のイオンビームを引き出すイオン源と、
(E)前記ホルダ、それに保持された基板および前記回転機構を、所定のスキャン波形で実質的に前記X方向に機械的に往復でスキャンするスキャン機構と、
(F)前記X方向における前記イオンビームの電流密度分布を測定するビーム測定器と、
(G)少なくとも前記回転機構および前記スキャン機構を制御する機能を有している制御装置とを備えているイオンビーム照射装置であって、
前記制御装置は、
(a)前記ビーム測定器で測定した前記電流密度分布に基づいて、前記基板の位置での前記イオンビームの前記X方向における電流密度分布を求める電流密度分布演算手段と、
(b)前記求めた電流密度分布および前記基板のスキャン波形を用いて、かつ前記基板のスキャン数および回転数の組み合わせを複数の組み合わせで変えて、各組み合わせについて、前記基板上の複数点におけるイオンビームの照射量密度を計算し、かつ当該照射量密度に基づいて前記基板上でのビーム照射量密度の均一性を計算して、前記基板のスキャン数および回転数の各組み合わせ時の前記ビーム照射量密度の均一性を出力する均一性演算手段と、
(c)前記ビーム照射量密度の均一性が出力された後、前記基板のスキャン数および回転数の複数の組み合わせの内の所定の組み合わせを選択する入力を受けて、当該選択された組み合わせを記憶する組み合わせ記憶手段と、
(d)前記基板へのイオンビーム照射時に、前記組み合わせ記憶手段に記憶している前記基板のスキャン数および回転数の組み合わせになるように、前記スキャン機構および前記回転機構を制御する駆動制御手段とを有している、ことを特徴とするイオンビーム照射装置。
(A) a vacuum container that is evacuated to a vacuum;
(B) a holder that is housed in the vacuum vessel and holds the substrate;
(C) a rotation mechanism for rotating the holder and the substrate held by the holder around the center of the substrate;
(D) An ion source that has a plasma generation unit that generates plasma and an extraction electrode system that extracts an ion beam from the plasma by the action of an electric field, and that irradiates the extracted ion beam onto a substrate held by the holder. The extraction electrode system alternately arranges the region from which the ion beam is extracted and the region from which the ion beam is not extracted at a predetermined period in the X direction, and from the region from which the ion beam is extracted, An ion source for extracting an ion beam having a substantially uniform current density distribution in a range equal to or larger than the dimension of the substrate in the Y direction substantially perpendicular to the X direction at a position of
(E) a scanning mechanism for mechanically reciprocatingly scanning the holder, the substrate held by the holder, and the rotating mechanism substantially in the X direction with a predetermined scanning waveform;
(F) a beam measuring device for measuring a current density distribution of the ion beam in the X direction;
(G) an ion beam irradiation apparatus comprising at least a control device having a function of controlling the rotation mechanism and the scan mechanism,
The control device includes:
(A) current density distribution calculating means for obtaining a current density distribution in the X direction of the ion beam at the position of the substrate based on the current density distribution measured by the beam measuring device;
(B) Using the obtained current density distribution and the scan waveform of the substrate, and changing the number of scans and rotations of the substrate in a plurality of combinations, for each combination, ions at a plurality of points on the substrate The beam irradiation density at the time of each combination of the number of scans and the number of rotations of the substrate is calculated by calculating the beam irradiation density and calculating the uniformity of the beam irradiation density on the substrate based on the irradiation density. Uniformity calculation means for outputting the uniformity of quantity density,
(C) After the uniformity of the beam irradiation dose density is output, the selected combination is received from among a plurality of combinations of the scan number and the rotation number of the substrate, and the selected combination is stored. Combination storage means to
(D) drive control means for controlling the scanning mechanism and the rotation mechanism so that the combination of the number of scans and the number of rotations of the substrate stored in the combination storage means when irradiating the ion beam to the substrate; An ion beam irradiation apparatus characterized by comprising:
(A)真空に排気される真空容器と、
(B)前記真空容器内に収納されていて基板を保持するホルダと、
(C)前記ホルダおよびそれに保持された基板を当該基板の中心部周りに回転させる回転機構と、
(D)プラズマを生成するプラズマ生成部および当該プラズマから電界の作用でイオンビームを引き出す引出し電極系を有していて、引き出したイオンビームを前記ホルダに保持された基板に照射するイオン源であって、前記引出し電極系は、イオンビームが引き出される領域とイオンビームが引き出されない領域とをX方向に所定の周期で交互に配列しており、かつ前記イオンビームが引き出される領域から、前記基板の位置において、前記X方向と実質的に直交するY方向において前記基板の寸法以上の範囲で実質的に均一な電流密度分布のイオンビームを引き出すイオン源と、
(E)前記ホルダ、それに保持された基板および前記回転機構を、所定のスキャン波形で実質的に前記X方向に機械的に往復でスキャンするスキャン機構と、
(F)少なくとも前記回転機構および前記スキャン機構を制御する機能を有している制御装置とを備えているイオンビーム照射装置であって、
前記制御装置は、
(a)前記X方向における前記イオンビームの電流密度分布であって前記基板のスキャン数および回転数の決定に用いるものを記憶しておく電流密度分布記憶手段と、
(b)前記記憶している前記電流密度分布に基づいて、前記基板の位置での前記イオンビームの前記X方向における電流密度分布を求める電流密度分布演算手段と、
(c)前記求めた電流密度分布および前記基板のスキャン波形を用いて、かつ前記基板のスキャン数および回転数の組み合わせを複数の組み合わせで変えて、各組み合わせについて、前記基板上の複数点におけるイオンビームの照射量密度を計算し、かつ当該照射量密度に基づいて前記基板上でのビーム照射量密度の均一性を計算して、前記基板のスキャン数および回転数の各組み合わせ時の前記ビーム照射量密度の均一性を出力する均一性演算手段と、
(d)前記ビーム照射量密度の均一性が出力された後、前記基板のスキャン数および回転数の複数の組み合わせの内の所定の組み合わせを選択する入力を受けて、当該選択された組み合わせを記憶する組み合わせ記憶手段と、
(e)前記基板へのイオンビーム照射時に、前記組み合わせ記憶手段に記憶している前記基板のスキャン数および回転数の組み合わせになるように、前記スキャン機構および前記回転機構を制御する駆動制御手段とを有している、ことを特徴とするイオンビーム照射装置。
(A) a vacuum container that is evacuated to a vacuum;
(B) a holder that is housed in the vacuum vessel and holds the substrate;
(C) a rotation mechanism for rotating the holder and the substrate held by the holder around the center of the substrate;
(D) An ion source that has a plasma generation unit that generates plasma and an extraction electrode system that extracts an ion beam from the plasma by the action of an electric field, and that irradiates the extracted ion beam onto a substrate held by the holder. The extraction electrode system alternately arranges the region from which the ion beam is extracted and the region from which the ion beam is not extracted at a predetermined period in the X direction, and from the region from which the ion beam is extracted, An ion source for extracting an ion beam having a substantially uniform current density distribution in a range equal to or larger than the dimension of the substrate in the Y direction substantially perpendicular to the X direction at a position of
(E) a scanning mechanism for mechanically reciprocatingly scanning the holder, the substrate held by the holder, and the rotating mechanism substantially in the X direction with a predetermined scanning waveform;
(F) an ion beam irradiation apparatus including at least a control device having a function of controlling the rotation mechanism and the scan mechanism,
The control device includes:
(A) current density distribution storage means for storing a current density distribution of the ion beam in the X direction, which is used for determining the number of scans and the number of rotations of the substrate;
(B) current density distribution calculating means for obtaining a current density distribution in the X direction of the ion beam at the position of the substrate based on the stored current density distribution;
(C) Using the obtained current density distribution and the scan waveform of the substrate, and changing the combination of the scan number and the rotation number of the substrate in a plurality of combinations, for each combination, ions at a plurality of points on the substrate The beam irradiation density at the time of each combination of the number of scans and the number of rotations of the substrate is calculated by calculating the beam irradiation density and calculating the uniformity of the beam irradiation density on the substrate based on the irradiation density. Uniformity calculation means for outputting the uniformity of quantity density,
(D) After the uniformity of the beam irradiation density is output, an input for selecting a predetermined combination among a plurality of combinations of the scan number and the rotation number of the substrate is received, and the selected combination is stored. Combination storage means to
(E) drive control means for controlling the scanning mechanism and the rotation mechanism so that the combination of the number of scans and the number of rotations of the substrate stored in the combination storage means at the time of ion beam irradiation on the substrate; An ion beam irradiation apparatus characterized by comprising:
真空に排気される真空容器と、
前記真空容器内に収納されていて基板を保持するホルダと、
前記ホルダおよびそれに保持された基板であってその上に複数の円柱状体が並べて形成されている基板を当該基板の中心部周りに回転させる回転機構と、
プラズマを生成するプラズマ生成部および当該プラズマから電界の作用でイオンビームを引き出す引出し電極系を有していて、引き出したイオンビームを前記ホルダに保持された基板に照射するイオン源であって、前記引出し電極系は、イオンビームが引き出される領域とイオンビームが引き出されない領域とをX方向に所定の周期で交互に配列しており、かつ前記イオンビームが引き出される領域から、前記基板の位置において、前記X方向と実質的に直交するY方向において前記基板の寸法以上の範囲で実質的に均一な電流密度分布のイオンビームを引き出すイオン源と、
前記ホルダおよびそれに保持された基板を傾けて、前記基板の垂線と前記イオンビームの進行方向との成す角度である基板傾斜角を0度以上にすることのできる基板傾斜機構と、
前記ホルダ、それに保持された基板、前記回転機構および前記基板傾斜機構を、所定のスキャン波形で実質的に前記X方向に機械的に往復でスキャンするスキャン機構と、
前記X方向における前記イオンビームの電流密度分布を測定するビーム測定器とを備えているイオンビーム照射装置において、
前記基板傾斜機構を用いて前記基板傾斜角を0度を除く所定の角度に設定し、
前記ビーム測定器で測定した前記電流密度分布に基づいて、前記基板の位置での前記イオンビームの前記X方向における電流密度分布を求め、
前記求めた電流密度分布、前記基板のスキャン波形および前記所定の基板傾斜角を用いて、かつ前記基板のスキャン数および回転数の組み合わせを複数の組み合わせで変えて、各組み合わせについて、前記複数の円柱状体のそれぞれの全側面に対する前記イオンビームによる処理量を計算し、かつ当該処理量に基づいて、前記複数の円柱状体の側面に対する処理量均一性を計算し、
前記計算した処理量均一性に基づいて、所望の処理量均一性が得られる前記基板のスキャン数および回転数の組み合わせを決定し、
前記決定したスキャン数および回転数の組み合わせで前記基板にイオンビームを照射することを特徴とするイオンビーム照射方法。
A vacuum vessel that is evacuated to vacuum,
A holder that is housed in the vacuum vessel and holds a substrate;
A rotating mechanism for rotating the holder and a substrate held by the holder around a central portion of the substrate on which a plurality of columnar bodies are arranged; and
An ion source that has a plasma generation unit that generates plasma and an extraction electrode system that extracts an ion beam from the plasma by the action of an electric field, and irradiates the extracted ion beam onto a substrate held by the holder, In the extraction electrode system, a region where the ion beam is extracted and a region where the ion beam is not extracted are alternately arranged in the X direction at a predetermined period, and the region where the ion beam is extracted from the region where the ion beam is extracted An ion source for extracting an ion beam having a substantially uniform current density distribution in a range equal to or larger than the dimension of the substrate in a Y direction substantially orthogonal to the X direction;
A substrate tilting mechanism capable of tilting the holder and the substrate held by the holder so that a substrate tilting angle, which is an angle formed between the normal of the substrate and the traveling direction of the ion beam, is 0 degree or more;
A scanning mechanism for mechanically reciprocally scanning the holder, the substrate held thereon, the rotating mechanism, and the substrate tilting mechanism substantially in the X direction with a predetermined scanning waveform;
An ion beam irradiation apparatus comprising: a beam measuring device that measures a current density distribution of the ion beam in the X direction;
Using the substrate tilt mechanism, the substrate tilt angle is set to a predetermined angle excluding 0 degrees,
Based on the current density distribution measured by the beam measuring device, obtain a current density distribution in the X direction of the ion beam at the position of the substrate,
Using the obtained current density distribution, the scan waveform of the substrate and the predetermined substrate tilt angle, and changing the combination of the scan number and the rotation number of the substrate in a plurality of combinations, the plurality of circles for each combination Calculate the throughput by the ion beam for each side surface of each columnar body, and calculate the throughput uniformity for the side surfaces of the plurality of columnar bodies based on the throughput amount,
Based on the calculated throughput uniformity, determine a combination of the number of scans and the number of rotations of the substrate that provides the desired throughput uniformity;
An ion beam irradiation method comprising irradiating the substrate with an ion beam with a combination of the determined scan number and rotation number.
真空に排気される真空容器と、
前記真空容器内に収納されていて基板を保持するホルダと、
前記ホルダおよびそれに保持された基板であってその上に複数の円柱状体が並べて形成されている基板を当該基板の中心部周りに回転させる回転機構と、
プラズマを生成するプラズマ生成部および当該プラズマから電界の作用でイオンビームを引き出す引出し電極系を有していて、引き出したイオンビームを前記ホルダに保持された基板に照射するイオン源であって、前記引出し電極系は、イオンビームが引き出される領域とイオンビームが引き出されない領域とをX方向に所定の周期で交互に配列しており、かつ前記イオンビームが引き出される領域から、前記基板の位置において、前記X方向と実質的に直交するY方向において前記基板の寸法以上の範囲で実質的に均一な電流密度分布のイオンビームを引き出すイオン源と、
前記ホルダおよびそれに保持された基板を傾けて、前記基板の垂線と前記イオンビームの進行方向との成す角度である基板傾斜角を0度以上にすることのできる基板傾斜機構と、
前記ホルダ、それに保持された基板、前記回転機構および前記基板傾斜機構を、所定のスキャン波形で実質的に前記X方向に機械的に往復でスキャンするスキャン機構と、
前記X方向における前記イオンビームの電流密度分布であって前記基板のスキャン数および回転数の決定に用いるものを記憶しておく電流密度分布記憶手段とを備えているイオンビーム照射装置において、
前記基板傾斜機構を用いて前記基板傾斜角を0度を除く所定の角度に設定し、
前記記憶している前記電流密度分布に基づいて、前記基板の位置での前記イオンビームの前記X方向における電流密度分布を求め、
前記求めた電流密度分布、前記基板のスキャン波形および前記所定の基板傾斜角を用いて、かつ前記基板のスキャン数および回転数の組み合わせを複数の組み合わせで変えて、各組み合わせについて、前記複数の円柱状体のそれぞれの全側面に対する前記イオンビームによる処理量を計算し、かつ当該処理量に基づいて、前記複数の円柱状体の側面に対する処理量均一性を計算し、
前記計算した処理量均一性に基づいて、所望の処理量均一性が得られる前記基板のスキャン数および回転数の組み合わせを決定し、
前記決定したスキャン数および回転数の組み合わせで前記基板にイオンビームを照射することを特徴とするイオンビーム照射方法。
A vacuum vessel that is evacuated to vacuum,
A holder that is housed in the vacuum vessel and holds a substrate;
A rotating mechanism for rotating the holder and a substrate held by the holder around a central portion of the substrate on which a plurality of columnar bodies are arranged; and
An ion source that has a plasma generation unit that generates plasma and an extraction electrode system that extracts an ion beam from the plasma by the action of an electric field, and irradiates the extracted ion beam onto a substrate held by the holder, In the extraction electrode system, a region where the ion beam is extracted and a region where the ion beam is not extracted are alternately arranged in the X direction at a predetermined period, and the region where the ion beam is extracted from the region where the ion beam is extracted An ion source for extracting an ion beam having a substantially uniform current density distribution in a range equal to or larger than the dimension of the substrate in a Y direction substantially orthogonal to the X direction;
A substrate tilting mechanism capable of tilting the holder and the substrate held by the holder so that a substrate tilting angle, which is an angle formed between the normal of the substrate and the traveling direction of the ion beam, is 0 degree or more;
A scanning mechanism for mechanically reciprocally scanning the holder, the substrate held thereon, the rotating mechanism, and the substrate tilting mechanism substantially in the X direction with a predetermined scanning waveform;
In an ion beam irradiation apparatus comprising current density distribution storage means for storing a current density distribution of the ion beam in the X direction and used for determining the number of scans and the number of rotations of the substrate,
Using the substrate tilt mechanism, the substrate tilt angle is set to a predetermined angle excluding 0 degrees,
Based on the stored current density distribution, a current density distribution in the X direction of the ion beam at the position of the substrate is obtained.
Using the obtained current density distribution, the scan waveform of the substrate and the predetermined substrate tilt angle, and changing the combination of the scan number and the rotation number of the substrate in a plurality of combinations, the plurality of circles for each combination Calculate the throughput by the ion beam for each side surface of each columnar body, and calculate the throughput uniformity for the side surfaces of the plurality of columnar bodies based on the throughput amount,
Based on the calculated throughput uniformity, determine a combination of the number of scans and the number of rotations of the substrate that provides the desired throughput uniformity;
An ion beam irradiation method comprising irradiating the substrate with an ion beam with a combination of the determined scan number and rotation number.
前記イオン源は、前記ホルダに保持された基板に対して、当該基板の位置における寸法が、当該基板および当該基板がスキャンされる領域を包含する大きさよりも大きい寸法のイオンビームを照射するものである請求項1、2、3、6または7記載のイオンビーム照射方法。   The ion source irradiates the substrate held by the holder with an ion beam having a dimension at a position of the substrate larger than a size including the substrate and a region where the substrate is scanned. 8. The ion beam irradiation method according to claim 1, 2, 3, 6, or 7. (A)真空に排気される真空容器と、
(B)前記真空容器内に収納されていて基板を保持するホルダと、
(C)前記ホルダおよびそれに保持された基板であってその上に複数の円柱状体が並べて形成されている基板を当該基板の中心部周りに回転させる回転機構と、
(D)プラズマを生成するプラズマ生成部および当該プラズマから電界の作用でイオンビームを引き出す引出し電極系を有していて、引き出したイオンビームを前記ホルダに保持された基板に照射するイオン源であって、前記引出し電極系は、イオンビームが引き出される領域とイオンビームが引き出されない領域とをX方向に所定の周期で交互に配列しており、かつ前記イオンビームが引き出される領域から、前記基板の位置において、前記X方向と実質的に直交するY方向において前記基板の寸法以上の範囲で実質的に均一な電流密度分布のイオンビームを引き出すイオン源と、
(E)前記ホルダおよびそれに保持された基板を傾けて、前記基板の垂線と前記イオンビームの進行方向との成す角度である基板傾斜角を0度以上にすることのできる基板傾斜機構と、
(F)前記ホルダ、それに保持された基板、前記回転機構および前記基板傾斜機構を、所定のスキャン波形で実質的に前記X方向に機械的に往復でスキャンするスキャン機構と、
(G)前記X方向における前記イオンビームの電流密度分布を測定するビーム測定器と、
(H)少なくとも前記回転機構、前記スキャン機構および前記基板傾斜機構を制御する機能を有している制御装置とを備えているイオンビーム照射装置であって、
前記制御装置は、
(a)前記基板傾斜機構を制御して、前記基板傾斜角を0度を除く所定の角度に制御する基板傾斜角制御手段と、
(b)前記ビーム測定器で測定した前記電流密度分布に基づいて、前記基板の位置での前記イオンビームの前記X方向における電流密度分布を求める電流密度分布演算手段と、
(c)前記求めた電流密度分布、前記基板のスキャン波形および前記所定の基板傾斜角を用いて、かつ前記基板のスキャン数および回転数の組み合わせを複数の組み合わせで変えて、各組み合わせについて、前記複数の円柱状体のそれぞれの全側面に対する前記イオンビームによる処理量を計算し、かつ当該処理量に基づいて、前記複数の円柱状体の側面に対する処理量均一性を計算して、前記基板のスキャン数および回転数の各組み合わせ時の前記処理量均一性を出力する均一性演算手段と、
(d)前記処理量均一性が出力された後、前記基板のスキャン数および回転数の複数の組み合わせの内の所定の組み合わせを選択する入力を受けて、当該選択された組み合わせを記憶する組み合わせ記憶手段と、
(e)前記基板へのイオンビーム照射時に、前記組み合わせ記憶手段に記憶している前記基板のスキャン数および回転数の組み合わせになるように、前記スキャン機構および前記回転機構を制御する駆動制御手段とを有している、ことを特徴とするイオンビーム照射装置。
(A) a vacuum container that is evacuated to a vacuum;
(B) a holder that is housed in the vacuum vessel and holds the substrate;
(C) a rotating mechanism that rotates the holder and a substrate held by the holder around which a plurality of columnar bodies are arranged side by side around the center of the substrate;
(D) An ion source that has a plasma generation unit that generates plasma and an extraction electrode system that extracts an ion beam from the plasma by the action of an electric field, and that irradiates the extracted ion beam onto a substrate held by the holder. The extraction electrode system alternately arranges the region from which the ion beam is extracted and the region from which the ion beam is not extracted at a predetermined period in the X direction, and from the region from which the ion beam is extracted, An ion source for extracting an ion beam having a substantially uniform current density distribution in a range equal to or larger than the dimension of the substrate in the Y direction substantially perpendicular to the X direction at a position of
(E) a substrate tilting mechanism capable of tilting the holder and the substrate held by the holder so that a substrate tilting angle, which is an angle formed between a normal of the substrate and the traveling direction of the ion beam, is 0 ° or more;
(F) a scanning mechanism that mechanically reciprocally scans the holder, the substrate held by the substrate, the rotating mechanism, and the substrate tilting mechanism substantially in the X direction with a predetermined scanning waveform;
(G) a beam measuring device for measuring a current density distribution of the ion beam in the X direction;
(H) an ion beam irradiation apparatus comprising at least a control device having a function of controlling the rotation mechanism, the scanning mechanism, and the substrate tilting mechanism;
The control device includes:
(A) substrate tilt angle control means for controlling the substrate tilt mechanism to control the substrate tilt angle to a predetermined angle excluding 0 degrees;
(B) current density distribution calculating means for obtaining a current density distribution in the X direction of the ion beam at the position of the substrate based on the current density distribution measured by the beam measuring device;
(C) Using the obtained current density distribution, the scan waveform of the substrate and the predetermined substrate tilt angle, and changing the combination of the scan number and the rotation number of the substrate in a plurality of combinations, The processing amount by the ion beam for each side surface of each of the plurality of cylindrical bodies is calculated, and the processing amount uniformity for the side surfaces of the plurality of cylindrical bodies is calculated based on the processing amount, Uniformity calculation means for outputting the processing amount uniformity at each combination of scan number and rotation number;
(D) A combination memory that receives an input for selecting a predetermined combination among a plurality of combinations of the number of scans and the number of rotations of the substrate after the processing amount uniformity is output, and stores the selected combination Means,
(E) drive control means for controlling the scanning mechanism and the rotation mechanism so that the combination of the number of scans and the number of rotations of the substrate stored in the combination storage means at the time of ion beam irradiation on the substrate; An ion beam irradiation apparatus characterized by comprising:
(A)真空に排気される真空容器と、
(B)前記真空容器内に収納されていて基板を保持するホルダと、
(C)前記ホルダおよびそれに保持された基板であってその上に複数の円柱状体が並べて形成されている基板を当該基板の中心部周りに回転させる回転機構と、
(D)プラズマを生成するプラズマ生成部および当該プラズマから電界の作用でイオンビームを引き出す引出し電極系を有していて、引き出したイオンビームを前記ホルダに保持された基板に照射するイオン源であって、前記引出し電極系は、イオンビームが引き出される領域とイオンビームが引き出されない領域とをX方向に所定の周期で交互に配列しており、かつ前記イオンビームが引き出される領域から、前記基板の位置において、前記X方向と実質的に直交するY方向において前記基板の寸法以上の範囲で実質的に均一な電流密度分布のイオンビームを引き出すイオン源と、
(E)前記ホルダおよびそれに保持された基板を傾けて、前記基板の垂線と前記イオンビームの進行方向との成す角度である基板傾斜角を0度以上にすることのできる基板傾斜機構と、
(F)前記ホルダ、それに保持された基板、前記回転機構および前記基板傾斜機構を、所定のスキャン波形で実質的に前記X方向に機械的に往復でスキャンするスキャン機構と、
(G)少なくとも前記回転機構、前記スキャン機構および前記基板傾斜機構を制御する機能を有している制御装置とを備えているイオンビーム照射装置であって、
前記制御装置は、
(a)前記基板傾斜機構を制御して、前記基板傾斜角を0度を除く所定の角度に制御する基板傾斜角制御手段と、
(b)前記X方向における前記イオンビームの電流密度分布であって前記基板のスキャン数および回転数の決定に用いるものを記憶しておく電流密度分布記憶手段と、
(c)前記記憶している前記電流密度分布に基づいて、前記基板の位置での前記イオンビームの前記X方向における電流密度分布を求める電流密度分布演算手段と、
(d)前記求めた電流密度分布、前記基板のスキャン波形および前記所定の基板傾斜角を用いて、かつ前記基板のスキャン数および回転数の組み合わせを複数の組み合わせで変えて、各組み合わせについて、前記複数の円柱状体のそれぞれの全側面に対する前記イオンビームによる処理量を計算し、かつ当該処理量に基づいて、前記複数の円柱状体の側面に対する処理量均一性を計算して、前記基板のスキャン数および回転数の各組み合わせ時の前記処理量均一性を出力する均一性演算手段と、
(e)前記処理量均一性が出力された後、前記基板のスキャン数および回転数の複数の組み合わせの内の所定の組み合わせを選択する入力を受けて、当該選択された組み合わせを記憶する組み合わせ記憶手段と、
(f)前記基板へのイオンビーム照射時に、前記組み合わせ記憶手段に記憶している前記基板のスキャン数および回転数の組み合わせになるように、前記スキャン機構および前記回転機構を制御する駆動制御手段とを有している、ことを特徴とするイオンビーム照射装置。
(A) a vacuum container that is evacuated to a vacuum;
(B) a holder that is housed in the vacuum vessel and holds the substrate;
(C) a rotating mechanism that rotates the holder and a substrate held by the holder around which a plurality of columnar bodies are arranged side by side around the center of the substrate;
(D) An ion source that has a plasma generation unit that generates plasma and an extraction electrode system that extracts an ion beam from the plasma by the action of an electric field, and that irradiates the extracted ion beam onto a substrate held by the holder. The extraction electrode system alternately arranges the region from which the ion beam is extracted and the region from which the ion beam is not extracted at a predetermined period in the X direction, and from the region from which the ion beam is extracted, An ion source for extracting an ion beam having a substantially uniform current density distribution in a range equal to or larger than the dimension of the substrate in the Y direction substantially perpendicular to the X direction at a position of
(E) a substrate tilting mechanism capable of tilting the holder and the substrate held by the holder so that a substrate tilting angle, which is an angle formed between a normal of the substrate and the traveling direction of the ion beam, is 0 ° or more;
(F) a scanning mechanism that mechanically reciprocally scans the holder, the substrate held by the substrate, the rotating mechanism, and the substrate tilting mechanism substantially in the X direction with a predetermined scanning waveform;
(G) an ion beam irradiation apparatus comprising at least a control device having a function of controlling the rotation mechanism, the scanning mechanism, and the substrate tilting mechanism;
The control device includes:
(A) substrate tilt angle control means for controlling the substrate tilt mechanism to control the substrate tilt angle to a predetermined angle excluding 0 degrees;
(B) a current density distribution storage means for storing a current density distribution of the ion beam in the X direction, which is used to determine the number of scans and the number of rotations of the substrate;
(C) current density distribution calculating means for obtaining a current density distribution in the X direction of the ion beam at the position of the substrate based on the stored current density distribution;
(D) using the obtained current density distribution, the scan waveform of the substrate and the predetermined substrate tilt angle, and changing the combination of the scan number and the rotation number of the substrate in a plurality of combinations, The processing amount by the ion beam for each side surface of each of the plurality of cylindrical bodies is calculated, and the processing amount uniformity for the side surfaces of the plurality of cylindrical bodies is calculated based on the processing amount, Uniformity calculation means for outputting the processing amount uniformity at each combination of scan number and rotation number;
(E) A combination memory that receives an input for selecting a predetermined combination of a plurality of combinations of the scan number and the rotation number of the substrate after the processing amount uniformity is output, and stores the selected combination Means,
(F) drive control means for controlling the scanning mechanism and the rotation mechanism so that the combination of the number of scans and the number of rotations of the substrate stored in the combination storage means at the time of ion beam irradiation on the substrate; An ion beam irradiation apparatus characterized by comprising:
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