JP5903864B2 - Ion milling equipment - Google Patents
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Description
本発明は、被加工物にイオンビームを照射して被加工物をエッチング加工するイオンミリング装置に関する。 The present invention relates to an ion milling apparatus that etches a workpiece by irradiating the workpiece with an ion beam.
イオンミリング加工として、基板などの被加工物にイオンビームを照射して表面をイオンミリング加工する技術が知られ、この加工にはイオンミリング装置が用いられている。
イオンミリング装置は、プラズマ生成室でプラズマを生成し、プラズマ生成室から引き出し電極を用いてイオンビームを被加工物が配置される処理室に引き出す構造を有している(例えば、特許文献1参照)。
As ion milling processing, a technique is known in which a workpiece such as a substrate is irradiated with an ion beam to ion-mill the surface, and an ion milling apparatus is used for this processing.
The ion milling apparatus has a structure in which plasma is generated in a plasma generation chamber, and an ion beam is extracted from the plasma generation chamber to a processing chamber in which a workpiece is disposed using an extraction electrode (see, for example, Patent Document 1). ).
従来のイオンミリング装置では、被加工物の材質、加工後の表面状態などに対応してイオンビーム強度を適正に制御して加工が行われる。一般に、イオンビーム強度の設定には引き出し電極のイオンビームを引き出す引き出し穴の開口率の調整などで行われている。
このように、イオンミリング加工ではそれぞれの被加工物の加工に適した引き出し電極を採用する必要がある。
しかしながら、引き出し電極を製作後においては、放出されるイオンビーム強度や面内均一性などの加工プロファイルの微調整が困難であり、また、製作された引き出し電極には汎用性がないという課題がある。
In a conventional ion milling apparatus, processing is performed by appropriately controlling the ion beam intensity in accordance with the material of the workpiece, the surface state after processing, and the like. In general, the ion beam intensity is set by adjusting the aperture ratio of the extraction hole for extracting the ion beam of the extraction electrode.
Thus, in the ion milling process, it is necessary to employ a lead electrode suitable for processing each workpiece.
However, after the extraction electrode is manufactured, it is difficult to finely adjust the processing profile such as the intensity of emitted ion beam and in-plane uniformity, and the manufactured extraction electrode has a problem that it is not versatile. .
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and can be realized as the following forms or application examples.
[適用例1]本適用例にかかるイオンミリング装置は、イオン源として熱電子を放出するフィラメントと、前記フィラメントを有しプラズマを生成するプラズマ生成室と、前記プラズマ生成室の外面に複数配置された磁石と、前記フィラメントを前記磁石に対して近づく方向または遠ざかる方向に移動させるフィラメント移動手段と、前記プラズマ生成室に連通する処理室と、前記プラズマ生成室から前記処理室へイオンビームを引き出す引き出し電極と、を備えたことを特徴とする。 [Application Example 1] An ion milling apparatus according to this application example is provided with a filament that emits thermoelectrons as an ion source, a plasma generation chamber that has the filament and generates plasma, and a plurality of devices are arranged on the outer surface of the plasma generation chamber. A magnet, filament moving means for moving the filament toward or away from the magnet, a processing chamber communicating with the plasma generation chamber, and a drawer for extracting an ion beam from the plasma generation chamber to the processing chamber And an electrode.
この構成によれば、プラズマ生成室の外面に複数配置された多極の磁石に対して、近づく方向または遠ざかる方向にフィラメントを移動させるフィラメント移動手段を備えている。
フィラメントから放出された熱電子などの荷電粒子は多極の磁石で形成された磁場中でローレンツ力を受けて円運動(サイクロトロン運動)を行う。フィラメント位置を変更することでサイクロトロン運動を利用し荷電粒子を任意の場所に集めることが可能となる。
このことから、プラズマ生成室で生成されるプラズマのプラズマ分布を制御することができ、同じ引き出し電極を用いてもイオンビームの強度やイオンビームによる加工プロファイルを容易に調整することができる。
According to this configuration, the filament moving means for moving the filament in a direction approaching or moving away from the multipolar magnets arranged on the outer surface of the plasma generation chamber is provided.
Charged particles such as thermoelectrons emitted from the filament undergo a circular motion (cyclotron motion) under the Lorentz force in a magnetic field formed by a multipolar magnet. By changing the filament position, it becomes possible to collect charged particles at an arbitrary location using cyclotron motion.
Thus, the plasma distribution of the plasma generated in the plasma generation chamber can be controlled, and the ion beam intensity and the processing profile by the ion beam can be easily adjusted even if the same extraction electrode is used.
[適用例2]上記適用例にかかるイオンミリング装置において、前記磁石は少なくとも前記イオンビームが引き出される方向に対して直交する前記プラズマ生成室の外面に配置されていることが好ましい。 Application Example 2 In the ion milling apparatus according to the application example described above, it is preferable that the magnet is disposed at least on the outer surface of the plasma generation chamber orthogonal to the direction in which the ion beam is extracted.
この構成によれば、磁石はイオンビームが引き出される方向に対して直交するプラズマ生成室の外面に配置されている。
このように磁石を配置することで、イオンビームが引き出される方向に磁場を形成することができ、荷電粒子を任意の場所に集めることが容易になる。
According to this configuration, the magnet is disposed on the outer surface of the plasma generation chamber orthogonal to the direction in which the ion beam is extracted.
By arranging the magnets in this way, a magnetic field can be formed in the direction in which the ion beam is extracted, and it becomes easy to collect charged particles at an arbitrary location.
[適用例3]上記適用例にかかるイオンミリング装置において、前記磁石は棒状に形成され、前記プラズマ生成室の前記外面の中央部から外周部に向かって配置されていることが好ましい。 Application Example 3 In the ion milling apparatus according to the application example described above, it is preferable that the magnet is formed in a rod shape and is arranged from a central portion of the outer surface of the plasma generation chamber toward an outer peripheral portion.
この構成によれば、複数の磁石は棒状に形成され、プラズマ生成室の外面の中央部から外周部に向かって配置されている。
このように磁石を配置することで、プラズマ生成室のイオンビームが引き出される方向に対して直交する面において、中央部方向または外周部方向に荷電粒子を集めることが可能である。
According to this configuration, the plurality of magnets are formed in a rod shape, and are arranged from the central portion of the outer surface of the plasma generation chamber toward the outer peripheral portion.
By arranging the magnets in this way, it is possible to collect charged particles in the central direction or the outer peripheral direction on the surface orthogonal to the direction in which the ion beam in the plasma generation chamber is drawn.
[適用例4]上記適用例にかかるイオンミリング装置において、前記フィラメントは前記イオンビームが引き出される方向および、前記イオンビームが引き出される方向に対して交差する方向に移動可能であることが好ましい。 Application Example 4 In the ion milling apparatus according to the application example described above, it is preferable that the filament is movable in a direction in which the ion beam is extracted and a direction intersecting the direction in which the ion beam is extracted.
この構成によれば、フィラメントはイオンビームが引き出される方向、つまりプラズマ生成室のイオンビームが引き出される方向に対して直交する面に対して、近づく方向および遠ざかる方向に移動できる。さらに、フィラメントはイオンビームが引き出される方向に対して交差する方向、つまりプラズマ生成室の外周面に近づく方向および遠ざかる方向に移動できる。
このことから、フィラメントが磁石により形成される磁場の中を任意に移動できる。このことから、荷電粒子の移動を精度よく制御することができる。
According to this configuration, the filament can move in a direction toward and away from a direction perpendicular to the direction in which the ion beam is extracted, that is, the direction in which the ion beam is extracted from the plasma generation chamber. Furthermore, the filament can move in a direction that intersects the direction in which the ion beam is extracted, that is, a direction that approaches or moves away from the outer peripheral surface of the plasma generation chamber.
From this, the filament can be arbitrarily moved in the magnetic field formed by the magnet. Thus, the movement of charged particles can be controlled with high accuracy.
[適用例5]上記適用例にかかるイオンミリング装置において、前記フィラメントは複数配置され、それぞれの前記フィラメントは前記フィラメント移動手段により独立して移動可能であることが好ましい。 Application Example 5 In the ion milling apparatus according to the application example described above, it is preferable that a plurality of the filaments are arranged, and each of the filaments can be moved independently by the filament moving means.
この構成によれば、フィラメントは複数配置され、それぞれのフィラメントはフィラメント移動手段により独立して移動可能である。
このことから、複数のフィラメントを任意の位置にそれぞれ配置でき、荷電粒子の移動を精度よく制御することができる。
According to this configuration, a plurality of filaments are arranged, and each filament can be moved independently by the filament moving means.
From this, a plurality of filaments can be respectively arranged at arbitrary positions, and the movement of charged particles can be controlled with high accuracy.
以下、本発明を具体化した実施形態について図面に従って説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の寸法の割合を適宜変更している。
(第1実施形態)
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the invention will be described with reference to the drawings. In the drawings used for the following description, the ratio of dimensions of each member is appropriately changed so that each member has a recognizable size.
(First embodiment)
<イオンミリング装置の構成>
図1はイオンミリング装置の構成を示す模式図である。
なお、以下の説明では直交座標を用い、装置の平面の一方向をX軸方向とし、X軸に直交する平面方向をZ軸方向、X軸およびZ軸に直交する装置の高さ方向をY軸方向と呼び、位置関係を説明する。
<Configuration of ion milling device>
FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of an ion milling apparatus.
In the following description, Cartesian coordinates are used, one direction of the plane of the apparatus is defined as the X-axis direction, the plane direction orthogonal to the X-axis is defined as the Z-axis direction, Called the axial direction, the positional relationship will be described.
イオンミリング装置1は、プラズマを生成するプラズマ生成室10と、プラズマ生成室10からイオンビームを引き出す引き出し電極30と、引き出されたイオンビームが導入される処理室40と、プラズマ生成室10を覆いフィラメント移動機構25を配置する機構配置室24と、を備えている。
プラズマ生成室10は、円筒状に形成され、円筒胴部12がX軸方向に延設されるように配置されている。プラズマ生成室10のX軸方向と直交する一方の面は開放されて処理室40と連通している。そして、プラズマ生成室10のX軸方向と直交する他方の面には円筒平面部11が形成されている。
また、プラズマ生成室10は、外部よりアルゴン(Ar)などの放電ガスが供給されるガス導入口16を備えている。
The ion milling apparatus 1 covers a
The
Further, the
プラズマ生成室10の内部には、イオン源として複数のフィラメント20が設けられている。フィラメント20は、例えばタングステン(W)などからなり、フィラメント20に電圧を印加することで、プラズマ生成室10内に熱電子(荷電粒子)を放出する。
フィラメント20は、フィラメント20をプラズマ生成室10内で移動可能とするフィラメント移動機構25に接続されている。
Inside the
The
フィラメント移動機構25は、プラズマ生成室10を覆って形成された機構配置室24に配置され、第1リニアステッピングモーター26と第2リニアステッピングモーター28とを備えている。
第1リニアステッピングモーター26のモーター軸26aはY軸方向に往復運動可能であり、その先端には第2リニアステッピングモーター28が固定されている。このため、第1リニアステッピングモーター26の作動により第2リニアステッピングモーター28はY軸方向に移動可能である。
第2リニアステッピングモーター28のモーター軸28aはX軸方向に往復運動可能であり、その先端にはフィラメント取り付け板21に固定されたフィラメント20が配置されている。このため、第2リニアステッピングモーター28の作動によりフィラメント20はX軸方向に移動可能である。
なお、第2リニアステッピングモーター28のモーター軸28aは、機構配置室24からプラズマ生成室10の円筒平面部11の溝部15を介してプラズマ生成室10内にモーター軸28aの先端が配置されるように構成されている。
The
The
The
The
このようなフィラメント移動機構25を用いることで、第1リニアステッピングモーター26を作動させてフィラメント20をプラズマ生成室10内でY軸方向に移動でき、また、第2リニアステッピングモーター28を作動させてフィラメント20をプラズマ生成室10内でX軸方向に移動できる。
そして、各フィラメント20は各フィラメント移動機構25により、独立して任意の位置に移動させることが可能である。
By using such a
Each
また、プラズマ生成室10の円筒平面部11および円筒胴部12の外周には、多極の磁石13,14が配置されている。
図2はプラズマ生成室の磁石配置状態を示す模式平面図であり、図1のP矢視方向(X軸方向)から見た図である。図3は図2のA−A断線に沿う模式断面図である。
なお、図中の磁石に示した矢印は磁石内で磁力の向かう方向を示している。
In addition,
FIG. 2 is a schematic plan view showing a magnet arrangement state in the plasma generation chamber, as viewed from the direction of arrow P (X-axis direction) in FIG. 3 is a schematic cross-sectional view taken along the line AA in FIG.
In addition, the arrow shown to the magnet in a figure has shown the direction where magnetic force goes within a magnet.
図2に示すように、プラズマ生成室10の円筒平面部11には多数の磁石13a、13b、13c、13dが配置されている。
磁石13a、13b、13c、13dは棒状に形成され、4種類の長さのものが用意されている。以下、各磁石の説明は長さの長い磁石の順に行う。
磁石13aは、円筒平面部11の中央部から外周部に向かうように配置されている。そして、磁石13aは4つ備えられ、Y軸方向およびZ軸方向に円筒平面部11の中心から90度間隔で配置されている。また、この磁石13aの表面に現れた極性はS極となるように構成されている。
As shown in FIG. 2, a large number of
The
The
磁石13bは、一つの磁石13aに対して両側からほぼ平行に挟み、円筒平面部11の中央部から外周部に向かうように配置されている。
そして、この8つの磁石13bの表面に現れた極性は、隣の磁石13aとは反対の極性となるN極となるように構成されている。
The
And the polarity which appeared on the surface of these eight
磁石13cは、一つの磁石13aに対して両側から挟んだ磁石13bのさらに外側からほぼ平行に挟んで配置されている。
そして、この8つの磁石13cの表面に現れた極性は、隣の磁石13bとは反対の極性となるS極となるように構成されている。
The
And the polarity which appeared on the surface of these eight
磁石13dは、一つの磁石13aに対して両側から挟んだ2つの磁石13b、および2つの磁石13cをさらに外側からほぼ平行に挟んで配置されている。
そして、この8つの磁石13dの表面に現れた極性は、隣の磁石13cとは反対の極性となるN極となるように構成されている。
このように、隣り合う磁石13a、13b、13c、13dは反対の極となるように配置されている。また、磁石13a、13b、13c、13dは円筒平面部11の中心に対して点対称となる配置である。
The
And the polarity which appeared on the surface of these eight
Thus, the
また、プラズマ生成室10の円筒胴部12の外周には多数の磁石14が配置されている。
磁石14は棒状に形成され、X軸方向に表面に同じ極が現れるように配置され(図3参照)、円周方向において隣の磁石は極性が反対となるように配置される。
A large number of
The
これらの磁石13a、13b、13c、13d,14は、磁力線によりプラズマをプラズマ生成室10内に閉じ込めるとともに、放電領域に磁界をかけてイオンの飛程距離を長くしてイオン化率を増大させる機能を有する。
These
そして、上記の図2に示す平面視において、磁石13aと磁石13bの間にフィラメント20が配置される。なお、フィラメント20はプラズマ生成室10の円筒平面部11に形成した溝部を介してプラズマ生成室10内に配置されるが、図2では溝部は省略して示している。
フィラメント20は、図3に示すように、X軸方向に移動可能であり、プラズマ生成室10の円筒平面部11の内面からの高さ寸法hを変更でき、円筒平面部11の内面に近づく方向および遠ざかる方向に移動できる。
また、フィラメント20はY軸方向にも移動可能であり、プラズマ生成室10の円筒胴部12に近づく方向および遠ざかる方向に移動できる。
And the
As shown in FIG. 3, the
The
フィラメント20はフィラメント電源(図示せず)に接続され、このフィラメント電源から所定の電圧が印加される。またプラズマ生成室10にはアーク電源(図示せず)の正極側が接続され、負極側はフィラメント電源の正極側に接続されて、アーク電圧が印加される。
そして、フィラメント20のマイナス端子とプラズマ生成室10のアノードとなる内壁との間の放電によって、供給されたArなどの放電ガスがイオン化されるように構成されている。
The
The discharge gas such as Ar supplied is ionized by the discharge between the negative terminal of the
図1に戻り、プラズマ生成室10と処理室40との間には引き出し電極30が配置されている。
引き出し電極30は、加速電極30a、減速電極30b、接地電極30cの3枚の電極から構成されている。プラズマ生成室10に近い方から加速電極30a、減速電極30b、接地電極30cの順に配置され、電極取り付け板31に固定されている。各電極は円板状に形成され、モリブデンなどの高融点材料が用いられている。そして、各電極の円板内にイオンビームが通過する多数の引き出し穴32a,32b,32cが設けられている。
Returning to FIG. 1, the
The
加速電極30aには加速電源(図示せず)の正極が接続されて正電圧が印加される。また、加速電源の正極側は抵抗を介してアーク電源の正極側に接続されており、負極側は接地されている。
減速電極30bには減速電源(図示せず)の負極が接続されて負電圧が印加され、減速電源の正極側は接地されている。
接地電極30cは接地、または接地に対して−100V未満の電圧が印加されている。
これらの加速電極30aおよび減速電極30bに印加する電圧を調整することによって、引き出し電極30から照射されるイオンビームのエネルギーを調整することができる。
A positive voltage of an acceleration power source (not shown) is connected to the
A negative electrode of a deceleration power source (not shown) is connected to the
The
The energy of the ion beam irradiated from the
そして、処理室40にはマイクロ波プラズマニュートライザー50が配置されている。
マイクロ波プラズマニュートライザー50は、引き出し電極30の下流にマイクロ波放電によるプラズマを生成する。この、マイクロ波放電によるプラズマは、基板などの被加工物の表面にイオンビームが照射されて帯電するのを防止するための電子供給源として用いられる。
A
The
処理室40には、排気装置(図示せず)が接続され、処理室40およびそれに連結されるプラズマ生成室10、機構配置室24を減圧状態に保つことが可能である。
そして、処理室40には被加工物の基板などの被加工物を保持する基板ホルダー41が設置されている。基板ホルダー41は円板状に形成され、基板ホルダー41の中心部に軸が設けられて軸を中心に回転可能に形成されている。また、基板ホルダー41は、被処理物の加工速度に合わせ、照射されるイオンビームに対して傾いて配置されている。
An exhaust device (not shown) is connected to the
The
さらに、引き出し電極30と基板ホルダー41との間に、シャッター52を設けても良い。
シャッター52はシャッター駆動装置53により開閉し、基板ホルダー41に保持された被加工物に対してイオンビームを照射するときにはシャッター52を開き、イオンビームを照射しないときにはシャッター52を閉じてイオンビームの照射を制御することができる。
なお、処理室40はイオンビームの導入の安定性を確保するために電気的に接地された状態となっている。
Further, a
The
The
<イオンミリング装置の動作>
次に、上記のイオンミリング装置1の動作について説明する。
排気装置により、処理室40、プラズマ生成室10、機構配置室24が排気され、その後、一定流量の放電ガスがプラズマ生成室10に供給される。
フィラメント20のマイナス端子とプラズマ生成室10のアノードとなる内壁との間の放電によって、プラズマ生成室10内にプラズマが発生する。生成されたプラズマのイオンは、引き出し電極30により、プラズマ生成室10から処理室40に引き出される。
次にシャッター駆動装置53が作動してシャッター52が開き、処理室40に導入されたイオンビームは、回転する基板ホルダー41に保持された被加工物に照射してイオンミリング加工が行われる。
<Operation of ion milling device>
Next, operation | movement of said ion milling apparatus 1 is demonstrated.
The
Plasma is generated in the
Next, the shutter driving device 53 is actuated to open the
ここで、本実施形態で特徴的なプラズマ生成室の中でフィラメント20の位置を変更することの作用、効果について説明する。
図4は、磁場のもとで荷電粒子の動作を説明する模式図である。
Here, the effect | action and effect of changing the position of the
FIG. 4 is a schematic diagram illustrating the operation of charged particles under a magnetic field.
図4(a)に示すように、磁場Bが一様で、かつ荷電粒子e-が磁場Bからの力以外の外力を受けていない場合、荷電粒子e-は磁場Bからローレンツ力を受けて磁場Bと垂直な面内で、半径rの円運動を行う。このような磁場のなかでの荷電粒子の円運動をサイクロトロン運動という。このようにして、プラズマを構成している個々の荷電粒子は磁場中でサイクロトロン運動を行う。
しかし、荷電粒子e-に磁場B以外の外力が加わる場合や、磁場Bが一様でない場合には、円運動の中心が磁場Bと垂直な方向にも動くようになり、荷電粒子がらせん運動を行う。この現象をドリフトという。
As shown in FIG. 4A, when the magnetic field B is uniform and the charged particle e − is not subjected to an external force other than the force from the magnetic field B, the charged particle e − receives the Lorentz force from the magnetic field B. A circular motion with a radius r is performed in a plane perpendicular to the magnetic field B. Such circular motion of charged particles in a magnetic field is called cyclotron motion. In this way, the individual charged particles that make up the plasma perform a cyclotron motion in a magnetic field.
However, when an external force other than the magnetic field B is applied to the charged particle e − or when the magnetic field B is not uniform, the center of the circular motion also moves in a direction perpendicular to the magnetic field B, and the charged particle moves in a spiral motion. I do. This phenomenon is called drift.
また、異極となる磁石を互いに間隔をあけて配置した場合、図4(b)に示すような磁場Bが形成される。
このとき、磁石から遠い部分の領域Fでは磁場Bの密度は粗であり、サイクロトロン運動の半径rは大きくなる。これに対して磁石に近い部分の領域Gでは磁場Bの密度は密であり、サイクロトロン運動の半径rは小さくなる。
Further, when magnets having different polarities are arranged at intervals, a magnetic field B as shown in FIG. 4B is formed.
At this time, in the region F far from the magnet, the density of the magnetic field B is coarse, and the radius r of the cyclotron motion increases. On the other hand, in the region G near the magnet, the density of the magnetic field B is dense and the radius r of the cyclotron motion is small.
このような、磁場と荷電粒子の間の現象(ドリフト)を利用して、荷電粒子を制御することが可能である。
例えば、図4(c)に示すように、3本の磁石13a,13b1,13b2を互いに平行に平板上に並べた場合について考察する。
磁石13b1と磁石13b2は上面がN極となるように配置され、磁石13b1と磁石13b2に挟まれる磁石13aは上面がS極となるように配置されている。
このような磁石の配置において、磁場BはN極からS極に向かって形成される。磁場Bは図4(b)で示したように磁石に近い場所から、磁力の届く範囲まで磁場Bが形成される。
Using such a phenomenon (drift) between a magnetic field and charged particles, it is possible to control charged particles.
For example, consider the case where three
In such a magnet arrangement, the magnetic field B is formed from the north pole to the south pole. As shown in FIG. 4B, the magnetic field B is formed from a location close to the magnet to a range where the magnetic force reaches.
ここで、磁石13b1と磁石13aから比較的近い磁場Bに荷電粒子e-が飛び込んできたとき、荷電粒子e-は磁場Bからの力と外力を受けて図面の手前側(矢印17の方向)にらせん運動して移動する。
また、磁石13aと磁石13b2から比較的近い磁場Bに荷電粒子e-が飛び込んできたとき、荷電粒子e-は磁場Bからの力と外力を受けて図面の奥側(矢印18の方向)にらせん運動して移動する。
このように、荷電粒子e-がドリフトすることで任意の場所に荷電粒子e-を集めることが可能である。このような荷電粒子e-の挙動を促すために、フィラメント20の位置を変更して、磁場Bと荷電粒子の位置関係を変更させればよい。
Here, the charged particles e relatively close magnetic field B from the
Also, charged particles e relatively close magnetic field B from the
As described above, the charged particles e − can be collected at an arbitrary place by the drift of the charged particles e − . In order to promote the behavior of such charged particles e − , the position of the
次に、プラズマ生成室内におけるフィラメント位置によるプラズマ分布のシミュレーション結果の一例を示す。このシミュレーションには電子軌道シミュレーション装置を用いて行った。本シミュレーションではプラズマ生成室の円筒平面部の内面からフィラメントまでの高さ寸法hのみを変更している。
図5はプラズマ生成室の円筒平面部の内面からの高さ寸法hを100mmとしたときのプラズマ分布を示す。図6はプラズマ生成室の円筒平面部の内面からの高さ寸法hを40mmとしたときのプラズマ分布を示す。
Next, an example of the simulation result of the plasma distribution according to the filament position in the plasma generation chamber is shown. This simulation was performed using an electronic orbit simulation apparatus. In this simulation, only the height dimension h from the inner surface of the cylindrical plane portion of the plasma generation chamber to the filament is changed.
FIG. 5 shows the plasma distribution when the height h from the inner surface of the cylindrical flat portion of the plasma generation chamber is 100 mm. FIG. 6 shows the plasma distribution when the height dimension h from the inner surface of the cylindrical flat portion of the plasma generation chamber is 40 mm.
図5、図6で、(a)はプラズマ生成室の断面を見た図であり図3に相当し、(b)はプラズマ生成室を処理室側から見た図である。
そして、図中で白く見えるところがプラズマ(荷電粒子)の密な部分である。
5 and 6, (a) is a view of the cross section of the plasma generation chamber, corresponding to FIG. 3, and (b) is a view of the plasma generation chamber as viewed from the processing chamber side.
And what appears white in the figure is a dense part of plasma (charged particles).
図5に示すように、プラズマ生成室の円筒平面部の内面からの高さ寸法hを100mmとしたときには、プラズマはほぼ全体に均等に分布しているのが分かる。つまり、フィラメントから放出された熱電子や放電ガスから電離した荷電粒子がプラズマ生成室の高さ寸法h方向および平面方向にほぼ均等に分布している。 As shown in FIG. 5, when the height dimension h from the inner surface of the cylindrical plane portion of the plasma generation chamber is 100 mm, it can be seen that the plasma is distributed almost uniformly. That is, the thermoelectrons emitted from the filament and the charged particles ionized from the discharge gas are distributed substantially uniformly in the height dimension h direction and the plane direction of the plasma generation chamber.
これに対して、図6に示すように、プラズマ生成室の円筒平面部の内面からの高さ寸法hを40mmとしたときには、プラズマは移動して局所に閉じ込められるのが分かる。つまり、高さ寸法h方向ではプラズマ生成室の円筒平面部に近い部分に分布し、平面方向では図4(c)で示したように磁石の配列に沿って円筒平面部の中央部側および外周部側にプラズマが分布している。
なお、上記の高さ寸法hの変更だけでなく、フィラメントをプラズマ生成室の中央部または外周部へ移動させてもプラズマ分布を変えることが可能である。
このように、磁石の配置およびフィラメントの位置を適宜選択することで、プラズマ分布を制御できる。
On the other hand, as shown in FIG. 6, when the height dimension h from the inner surface of the cylindrical plane portion of the plasma generation chamber is 40 mm, it can be seen that the plasma moves and is confined locally. That is, in the height dimension h direction, it is distributed in a portion close to the cylindrical plane portion of the plasma generation chamber, and in the plane direction, as shown in FIG. Plasma is distributed on the part side.
It is possible to change the plasma distribution not only by changing the height dimension h, but also by moving the filament to the center or outer periphery of the plasma generation chamber.
Thus, the plasma distribution can be controlled by appropriately selecting the arrangement of the magnet and the position of the filament.
以上、本実施形態のイオンミリング装置1は、プラズマ生成室10の外面に複数配置された多極の磁石13a〜13dに対して、近づく方向または遠ざかる方向にフィラメント20を移動させるフィラメント移動機構25を備えている。
フィラメント20の位置を変更することで荷電粒子のドリフトを利用し荷電粒子を任意の場所に集めることが可能となる。
このことから、プラズマ生成室10で生成されるプラズマの分布を制御することができ、イオンビームの強度やイオンビームによる加工プロファイルを調整することが可能となる。
例えば、イオンビームを引き出す引き出し電極30を交換することなくフィラメント20の位置を変更することで、被加工物にあったイオンビーム強度の調整や加工プロファイルを得ることが可能である。
As described above, the ion milling apparatus 1 of the present embodiment includes the
By changing the position of the
Thus, the distribution of plasma generated in the
For example, by changing the position of the
また、磁石13a〜13dはイオンビームが引き出される方向に対して直交するプラズマ生成室10の円筒平面部11に配置されている。さらに、複数の磁石13a〜13dは棒状に形成され、プラズマ生成室10の円筒平面部11の中央部から外周部に向かって配置されている。
このように磁石13a〜13dを配置することで、イオンビームが引き出される方向に磁場を形成することができ、荷電粒子を任意の場所に集めることが容易になる。また、プラズマ生成室10のイオンビームが引き出される方向に対して直交する面において、中央部または外周部に荷電粒子を集めることが可能である。
Further, the
By arranging the
また、フィラメント20はイオンビームが引き出される方向、つまりプラズマ生成室10のイオンビームが引き出される方向に対して直交する面に対して、近づく方向および遠ざかる方向に移動できる。さらに、フィラメント20はイオンビームが引き出される方向に対して交差する方向、つまりプラズマ生成室10の外周面に近づく方向および遠ざかる方向に移動できる。
このことから、フィラメント20が磁石により形成される磁場の中を任意に移動でき、荷電粒子の移動を精度よく制御することができる。
Further, the
From this, the
さらに、フィラメント20は複数配置され、それぞれのフィラメント20はフィラメント移動機構25により独立して移動可能である。
このことから、複数のフィラメント20を任意の位置に配置でき、荷電粒子の移動を精度よく制御することができる。
Further, a plurality of
Thus, the plurality of
なお、本実施形態のイオンミリング装置では、加工条件などは被加工物を加工して合わせこむ方法をとるが、基板ホルダーに設けた荷電粒子を検出するファラデーカップで電流密度を計測してフィードバックする方法をとっても良い。
イオンビームの電流密度を計測するファラデーカップは、基板ホルダーに狭いピッチで複数配置することで、加工精度、信頼性を向上させることができる。
フィードバック制御では、イオンビーム電流密度とイオンミリングレートの関係、フィラメント電流と磁場の関係などをあらかじめ計測したデータにより関連つけて制御システムを構築すればよい。
In the ion milling apparatus according to the present embodiment, the processing conditions and the like are obtained by processing and matching the workpiece. However, the current density is measured and fed back by the Faraday cup provided on the substrate holder for detecting charged particles. You may take a method.
By arranging a plurality of Faraday cups that measure the current density of the ion beam at a narrow pitch on the substrate holder, it is possible to improve processing accuracy and reliability.
In feedback control, a control system may be constructed by associating the relationship between the ion beam current density and the ion milling rate, the relationship between the filament current and the magnetic field, and the like based on data measured in advance.
また、第1実施形態ではイオンミリング加工を行う実施形態を説明したが、このイオンミリング装置1を用いて基板表面の親水処理や撥水処理などの表面処理を行うことも可能である。
このように、第1実施形態で説明したイオンミリング装置1は、具体的には基板をイオンミリング加工して基板を平坦化する装置、表面処理装置、圧電素子の周波数調整装置などとして利用することができる。
Moreover, although embodiment which performs ion milling was described in 1st Embodiment, it is also possible to perform surface treatments, such as a hydrophilic process of a substrate surface, and a water repellent process, using this ion milling apparatus 1. FIG.
As described above, the ion milling apparatus 1 described in the first embodiment is specifically used as an apparatus for planarizing a substrate by ion milling the substrate, a surface treatment apparatus, a frequency adjustment apparatus for a piezoelectric element, and the like. Can do.
本発明は以上説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の実施の際の具体的な構造および手順は、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造などに適宜変更することができる。そして、多くの変形が本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識を有するものにより可能である。 The present invention is not limited to the embodiment described above, and the specific structure and procedure for carrying out the present invention can be appropriately changed to other structures and the like as long as the object of the present invention can be achieved. it can. Many modifications can be made by those skilled in the art within the technical idea of the present invention.
1…イオンミリング装置、10…プラズマ生成室、11…円筒平面部、12…円筒胴部、13…磁石、14…磁石、15…溝部、16…ガス導入口、20…フィラメント、21…フィラメント取り付け板、24…機構配置室、25…フィラメント移動手段としてのフィラメント移動機構、26…第1リニアステッピングモーター、26a…モーター軸、28…第2リニアステッピングモーター、28a…モーター軸、30…引き出し電極、30a…加速電極、30b…減速電極、30c…接地電極、31…電極取り付け板、32a,32b,32c…引き出し穴、40…処理室、41…基板ホルダー、50…マイクロ波プラズマニュートライザー、52…シャッター、53…シャッター駆動装置。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Ion milling apparatus, 10 ... Plasma generation chamber, 11 ... Cylindrical plane part, 12 ... Cylindrical trunk | drum, 13 ... Magnet, 14 ... Magnet, 15 ... Groove part, 16 ... Gas inlet, 20 ... Filament, 21 ...
Claims (4)
前記フィラメントを有しプラズマを生成するプラズマ生成室と、
前記プラズマ生成室の外面に複数配置された磁石と、
前記フィラメントを前記磁石に対して近づく方向または遠ざかる方向に移動させるフィ
ラメント移動手段と、
前記プラズマ生成室に連通する処理室と、
前記プラズマ生成室から前記処理室へイオンビームを引き出す引き出し電極と、
を備え、
前記フィラメントは前記イオンビームが引き出される方向および、前記イオンビームが
引き出される方向に対して交差する方向に移動可能である
ことを特徴とするイオンミリング装置。 A filament that emits thermoelectrons as an ion source;
A plasma generation chamber having the filament and generating plasma;
A plurality of magnets disposed on the outer surface of the plasma generation chamber;
Filament moving means for moving the filament in a direction approaching or moving away from the magnet;
A processing chamber communicating with the plasma generation chamber;
An extraction electrode for extracting an ion beam from the plasma generation chamber to the processing chamber;
Equipped with a,
The filament has a direction in which the ion beam is drawn, and the ion beam
An ion milling apparatus, characterized in that the ion milling apparatus is movable in a direction intersecting with a direction of being drawn out .
前記磁石は少なくとも前記イオンビームが引き出される方向に対して直交する前記プラ
ズマ生成室の外面に配置されている
ことを特徴とするイオンミリング装置。 In the ion milling device according to claim 1,
The ion milling apparatus, wherein the magnet is disposed at least on an outer surface of the plasma generation chamber orthogonal to a direction in which the ion beam is extracted.
前記磁石は棒状に形成され、前記プラズマ生成室の前記外面の中央部から外周部に向か
って配置されている
ことを特徴とするイオンミリング装置。 In the ion milling device according to claim 2,
The ion milling apparatus, wherein the magnet is formed in a rod shape and is arranged from a central portion of the outer surface of the plasma generation chamber toward an outer peripheral portion.
前記フィラメントは複数配置され、それぞれの前記フィラメントは前記フィラメント移
動手段により独立して移動可能である
ことを特徴とするイオンミリング装置。 In the ion milling device according to any one of claims 1 to 3 ,
An ion milling apparatus, wherein a plurality of the filaments are arranged, and each of the filaments can be moved independently by the filament moving means.
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