JP5982113B2 - Method for processing substrate by ion beam and ion beam apparatus for processing substrate - Google Patents
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Description
本発明は、イオンビーム装置のイオンビーム源によって発生し、基板を加工すべく基板の表面を向いたイオンビームにより基板を加工するための方法に関しており、イオンビームは、少なくとも部分的に炭素含有材料から形成されたオリフィス板によって導かれる。 The present invention relates to a method for processing a substrate with an ion beam generated by an ion beam source of an ion beam device and directed to the surface of the substrate to process the substrate, the ion beam comprising at least partly a carbon-containing material. Is guided by an orifice plate formed from
本発明は更に、イオンビームを発生するためのイオンビーム源と、イオンビーム源と基板との間に配置されイオンビームの断面を調整するための少なくとも１枚のオリフィス板とを備えており、イオンビームにより基板を加工するためのイオンビーム装置に関しており、該イオンビーム装置では、イオンビームはオリフィス板によって導かれることが可能であり、オリフィス板は炭素含有材料から形成されている。 The present invention further comprises an ion beam source for generating an ion beam, and at least one orifice plate disposed between the ion beam source and the substrate for adjusting the cross section of the ion beam, The present invention relates to an ion beam apparatus for processing a substrate with a beam, in which the ion beam can be guided by an orifice plate, and the orifice plate is made of a carbon-containing material.
先行技術から、特にはいわゆるマイクロテクノジー及びナノテクノロジーに関して基板の表面が精確に加工されることが一般的に知られている。薄膜技術によるいわゆる薄層化により意図的に予め決定可能な層厚の層を製造し、単原子厚の個々の層を削磨することにより意図的に厚く除去するだけでなく、いわゆる高品質表面のナノならい削りもイオンビームによって行われている。 From the prior art it is generally known that the surface of a substrate is precisely processed, in particular with respect to so-called microtechnology and nanotechnology. In addition to producing intentionally pre-determined layer thicknesses by so-called thinning by thin film technology and removing intentionally thicker by grinding individual layers of monoatomic thickness, so-called high quality surfaces Nano-cutting is also performed by ion beams.
マイクロテクノロジー及びナノテクノロジーでは、削磨処理又はコーティングによって基板の表面トポグラフィを幾何学的に変化させることに加えて、表面の特性を局所的に変化させることが更に重要であることが知られている。イオンビームを用いた成膜方法では、基板上のコーティング中にイオンが同時に届くことにより、成膜される層の特性が変わる。従って、成膜される層の密度が可変的に予め決定されることが可能であり、非結晶状態から結晶状態への層の成長が変えられ得る。層の化学量論組成が同様に変えられ得る。 In microtechnology and nanotechnology, in addition to geometrically changing the surface topography of the substrate by a grinding process or coating, it is known that it is more important to change the surface properties locally. . In the film forming method using an ion beam, the characteristics of the layer to be formed are changed by the simultaneous arrival of ions during coating on the substrate. Accordingly, the density of the deposited layer can be variably determined in advance, and the growth of the layer from the amorphous state to the crystalline state can be changed. The stoichiometric composition of the layers can be varied as well.
先行技術から、イオンビームにより基板を加工するための方法、及び基板を加工するためのイオンビーム装置が一般的に知られている。イオンビーム装置は、イオンビームを発生するためのイオンビーム源を備えており、基板を加工するためにイオンビームは基板の少なくとも一表面上に導かれる。表面を加工する際、定められた表面構造が組み込まれるか、又は、表面が一部若しくは完全に平滑化されるか、又は表面形状の偏りが局所削磨によって低減される。用語「定められた表面構造」は、表面トポグラフィに加えて、表面の定められた二次元領域に関する全ての物理的特性及び化学的特性を意味すると理解される。表面上におけるイオンビームの位置及び大きさを精確に決めてイオンビームの断面を調整するために、オリフィス板が設けられており、イオンビーム源と基板との間に配置されている。 From the prior art, a method for processing a substrate with an ion beam and an ion beam apparatus for processing a substrate are generally known. The ion beam apparatus includes an ion beam source for generating an ion beam, and the ion beam is guided onto at least one surface of the substrate to process the substrate. In machining the surface, a defined surface structure is incorporated, or the surface is partially or completely smoothed, or surface shape deviations are reduced by local grinding. The term “defined surface structure” is understood to mean all physical and chemical properties relating to a defined two-dimensional region of the surface, in addition to surface topography. In order to accurately determine the position and size of the ion beam on the surface and adjust the cross section of the ion beam, an orifice plate is provided and is disposed between the ion beam source and the substrate.
このような基板の表面を加工するイオンビームのための一方法及び一装置が、欧州特許第1680800 号明細書に開示されており、そこでは、基板が、イオンビーム源によって発生したイオンビームに対向して配置されている。基板の表面の特性の既知のパターンが、特性の新たに技術的に定められたパターンが組み込まれるようにイオンビームによって部分的に加工される。基板の表面にイオンビームの作用により加工される実際の幾何学的パターンが、イオンビームの特性の変更及び／又はイオンビームの脈動によって、特性の既知のパターン及び特性の新たに技術的に定められたパターンの相関的要素として、更に方法の進捗の相関的要素としても調整される。イオンビームを用いて表面を加工する際に材料が削磨される体積が、イオンビームのドウェル時間、電流フロー及びイオンビームのエネルギー分布によって決定される。 One method and apparatus for an ion beam for processing the surface of such a substrate is disclosed in EP 1680800, in which the substrate faces an ion beam generated by an ion beam source. Are arranged. A known pattern of properties of the surface of the substrate is partially processed by the ion beam so that a newly technically defined pattern of properties is incorporated. The actual geometric pattern to be processed on the surface of the substrate by the action of the ion beam is a new technical definition of the known pattern and properties of the properties by changing the properties of the ion beam and / or pulsation of the ion beam. It is also adjusted as a correlation element of the pattern, and as a correlation element of the progress of the method. The volume at which material is ablated when machining a surface with an ion beam is determined by the ion beam dwell time, current flow, and ion beam energy distribution.
独国特許出願公開第4108404 号明細書は、ブロードビームイオン源を使用して、固体状表面を加工するイオンビームを制御するための方法を開示している。ブロードビームイオン源と加工されるべき固体状表面との間に配置されたシステムが、互いに無関係に直線に沿って移動可能な少なくとも３枚のオリフィス板を備えている。前記システムは、シミュレーション加工方法を用いたデジタルコンピュータ及びアクチュエータシステムによる帯状及び局所表面加工のための位置決め時間、形成時間及び開き時間の点から、本発明に従って時間が最適化される方法で補正データ及び周辺状態の両方に基づいて変えられる。そのため、精度のための要件に応じて、任意の表面加工が行われ得る。 German Offenlegungsschrift 4 108 404 discloses a method for controlling an ion beam for processing a solid surface using a broad beam ion source. A system disposed between the broad beam ion source and the solid surface to be processed comprises at least three orifice plates that are movable along a straight line independently of each other. The system includes a correction data and a method in which the time is optimized according to the present invention in terms of positioning time, formation time and opening time for strip and local surface processing by a digital computer and actuator system using a simulation processing method. Can be changed based on both ambient conditions. Therefore, any surface processing can be performed according to the requirements for accuracy.
欧州特許出願公開第2026373 号明細書は、オリフィス板をイオン注入システムのイオンビーム内に位置決めするための位置決め装置について述べている。位置決め装置は、少なくとも１つの位置決めドライブによって互いに対して調整可能な２つの部品を備えており、２つの部品の内の一方が、イオンビーム源に対して固定して設けられた接点に接続可能か又は接続されており、他方が、オリフィス板に接続可能か又は接続されている。第２の部品は、接地板、電極板、及び前記部品に配置されたオリフィス板と共に、電気的な位置決めドライブによってイオンビームに対して空間内で３方向に位置付けられ得る。オリフィス板は、イオンビームを通さない黒鉛を含有している。 EP 2026373 describes a positioning device for positioning an orifice plate in an ion beam of an ion implantation system. The positioning device comprises two parts that are adjustable relative to each other by at least one positioning drive, and one of the two parts can be connected to a fixed contact with respect to the ion beam source Or the other is connectable or connected to the orifice plate. The second component, along with the ground plate, electrode plate, and orifice plate disposed on the component, can be positioned in three directions in space relative to the ion beam by an electrical positioning drive. The orifice plate contains graphite that is impermeable to the ion beam.
特開昭62−018030号公報から、イオンビームエッチング装置の作動を改善するための方法が知られており、該方法では、エッチング領域が、連続的なエッチング処理の合間に汚れを落とすためにクリーニング用プラズマに周期的にさらされる。クリーニング用プラズマとして酸素含有ガスが使用されており、イオンビームを発生するイオン源とイオンビームによって加工されるべき基板との間のエッチング領域に導かれる。エッチング領域に成膜された炭素が酸素含有ガスで酸化し、そのため、二酸化炭素又は一酸化炭素が生成され、吸込抽出口を通って運ばれる。 JP-A 62-018030 discloses a method for improving the operation of an ion beam etching apparatus, in which the etching area is cleaned to remove dirt between successive etching processes. Periodic exposure to plasma. An oxygen-containing gas is used as the cleaning plasma and is guided to an etching region between an ion source generating an ion beam and a substrate to be processed by the ion beam. The carbon deposited in the etching region is oxidized with the oxygen-containing gas, so that carbon dioxide or carbon monoxide is generated and conveyed through the suction extraction port.
米国特許第6394109 号明細書から、炭素汚染物質を除去するための装置及び方法が更に知られている。炭素汚染物質は、マスク上の荷電粒子を含むリソグラフィ処理による半導体ウエハの製造中、又は該製造を行なうための加工チャンバに生じる。炭素汚染物質は、オキシダントによりマスク又は加工チャンバから取り除かれる。荷電粒子の発生源が加工チャンバに配置されており、オキシダントは加工チャンバに無方向性で導入される。オキシダントには、酸素、オゾン、一酸化二窒素、水蒸気、ドープされた酸素化合物及びアルコールの化合物が含まれる。 Further known from US Pat. No. 6,394,109 is an apparatus and method for removing carbon contaminants. Carbon contaminants are produced during the manufacture of semiconductor wafers by lithographic processing including charged particles on the mask or in a processing chamber for performing the manufacture. Carbon contaminants are removed from the mask or processing chamber by an oxidant. A source of charged particles is disposed in the processing chamber, and the oxidant is introduced non-directionally into the processing chamber. Oxidants include oxygen, ozone, dinitrogen monoxide, water vapor, doped oxygen compounds and alcohol compounds.
本発明は、先行技術に対して改善されたイオンビーム装置を作動するための方法、及び基板を加工するための改善されたイオンビーム装置を開示することを目的とする。 The present invention seeks to disclose a method for operating an improved ion beam apparatus relative to the prior art, and an improved ion beam apparatus for processing a substrate.
本方法に関して、前記目的は請求項１に述べられた特徴によって本発明に従って達成し、本イオンビーム装置に関して、前記目的は請求項11に述べられた特徴によって本発明に従って達成する。
With respect to the method, the object is achieved according to the invention by the features set forth in
本発明の有利な実施形態は従属クレームの主題である。 Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
イオンビームにより基板を加工する方法では、イオンビームは、イオンビーム装置のイオンビーム源によって発生し、基板を加工するために基板の表面に向けられる。イオンビームは、少なくとも一部分が炭素含有材料から形成されたオリフィス板によって導かれる。 In a method of processing a substrate with an ion beam, the ion beam is generated by an ion beam source of an ion beam device and directed to the surface of the substrate for processing the substrate. The ion beam is guided by an orifice plate formed at least in part from a carbon-containing material.
本発明によれば、炭素と反応する遊離体が、イオンビームによりオリフィス板から放出された炭素が酸化するように方向性のある流れでオリフィス板と基板との間に導かれる。結果として、イオンビームによってオリフィス板から分離した炭素を酸化することが可能になり、従って、基板の表面への炭素の浸透又は基板の表面への炭素の成膜を回避するか、又は少なくとも低減することが可能になる。そのため、特に表面が高品質である基板が製造され得ることが有利である。特にレンズのような光学的基板は、とりわけ高い表面品質及び材料の純度を必要とし、これは、本発明の方法の使用によって基板の表面が特に平滑化されるか及び／又は形状補正されることにより特に簡単、精確且つ効率的に保証され得る。 According to the present invention, the educt that reacts with the carbon is guided between the orifice plate and the substrate in a directional flow so that the carbon emitted from the orifice plate is oxidized by the ion beam. As a result, it becomes possible to oxidize the carbon separated from the orifice plate by the ion beam, thus avoiding or at least reducing carbon penetration into the surface of the substrate or deposition of carbon on the surface of the substrate. It becomes possible. It is therefore advantageous that a substrate with a particularly high quality surface can be produced. In particular, optical substrates such as lenses require a particularly high surface quality and material purity, which means that the surface of the substrate is particularly smoothed and / or shape corrected by the use of the method of the invention. Can be guaranteed in a particularly simple, precise and efficient manner.
オリフィス板に含まれる炭素と遊離体との反応、及びその後のオリフィス板に対する破損を回避すべく、遊離体は、オリフィス板を非接触で通過して移動することが更に好ましい。そのためには、遊離体は、オリフィス板と基板との間に方向性のある流れで導かれ、従ってイオンビームによりオリフィス板から放出された炭素が酸化する。 In order to avoid the reaction between carbon contained in the orifice plate and the free body, and subsequent damage to the orifice plate, it is more preferable that the free body moves through the orifice plate in a non-contact manner. For this purpose, the educt is guided in a directional flow between the orifice plate and the substrate, so that the carbon released from the orifice plate by the ion beam is oxidized.
特に有利な実施形態では、酸化した炭素が遊離体の流れで運ばれ、そのため、酸化した炭素が基板の表面に衝突することが防止される。その結果、表面の加工及び基板の表面品質が最適化される。 In a particularly advantageous embodiment, the oxidized carbon is carried in a free stream, thus preventing the oxidized carbon from colliding with the surface of the substrate. As a result, surface processing and substrate surface quality are optimized.
遊離体として、プラズマ又はガスが特に使用され、各々の場合でオリフィス板と基板との間の空間に簡単且つ非常に精確に導かれ得る。 As an educt, plasma or gas is used in particular, and in each case can be easily and very accurately led to the space between the orifice plate and the substrate.
炭素の実現し得る最も完全な酸化を達成するために、一実施形態では、酸素、オゾン、一酸化二窒素、水蒸気及び／又は酸素含有化合物及び／又は酸素含有プラズマがガスとして使用される。 In order to achieve the most complete oxidation of carbon that can be achieved, in one embodiment, oxygen, ozone, dinitrogen monoxide, water vapor and / or oxygen-containing compounds and / or oxygen-containing plasmas are used as the gas.
基板が加工された後、基板の表面に浸透したあらゆる炭素及び／又は基板の表面に成膜されたあらゆる炭素を除去するために、具体的な実施形態では、酸素含有プラズマ、例えば酸素プラズマが基板の表面に導かれる。その結果、酸化していない炭素又は部分的にのみ酸化した炭素が表面から放出され、従って基板の表面品質が更に改善される。 In order to remove any carbon that has penetrated the surface of the substrate and / or any carbon that has been deposited on the surface of the substrate after the substrate has been processed, in a specific embodiment, an oxygen-containing plasma, such as an oxygen plasma, is applied to the substrate. Led to the surface. As a result, non-oxidized carbon or only partially oxidized carbon is released from the surface, thus further improving the surface quality of the substrate.
残留炭素を表面から除去するために酸素含有プラズマを使用する特定の利点は、炭素が既に成膜されており、従って炭素自体があまり反応しない場合は常に、炭素が特に効果的に酸化することである。そのため基本的には、削磨される炭素、及び基板の表面の材料の更なる削磨も最小限度に抑えられる。 A particular advantage of using an oxygen-containing plasma to remove residual carbon from the surface is that the carbon is particularly effectively oxidized whenever the carbon is already deposited and therefore the carbon itself does not react very well. is there. Basically, therefore, further grinding of the carbon to be ground and the material of the surface of the substrate is minimized.
代わりに又は加えて、イオンビームにより表面を加工した後、オリフィス板は外され、無炭素イオンビームが基板の表面に導かれる。そのため、表面を加工した後、基板の表面に浸透したあらゆる炭素及び／又は基板の表面に成膜されたあらゆる炭素が除去され得る。 Alternatively or additionally, after processing the surface with an ion beam, the orifice plate is removed and a carbon-free ion beam is directed to the surface of the substrate. Thus, after processing the surface, any carbon that has penetrated the surface of the substrate and / or any carbon deposited on the surface of the substrate can be removed.
イオンビームにより基板を加工するためのイオンビーム装置は、イオンビームを発生するためのイオンビーム源と、イオンビーム源と基板との間に配置され、イオンビームの断面を調整するための少なくとも１枚のオリフィス板とを備えており、イオンビームはオリフィス板によって導かれることが可能であり、オリフィス板は炭素含有材料から形成されている。 An ion beam apparatus for processing a substrate with an ion beam is disposed between an ion beam source for generating an ion beam and the ion beam source and the substrate, and at least one for adjusting a cross section of the ion beam. The ion beam can be guided by the orifice plate, and the orifice plate is made of a carbon-containing material.
本発明によれば、炭素と反応する遊離体を送るための送出ユニットが設けられており、イオンビームによりオリフィス板から放出される炭素を酸化すべく、送出ユニットは、遊離体がオリフィス板と基板との間に方向性のある流れで導かれ得るように配置されている。送出ユニットは、材料、組立て及び経費の点で低コストで一体化されることが可能であり、そのため、特には労力及び費用をほとんどかけずに基板の表面を簡単、精確且つ効率的に加工することが可能であり、同時に、基板の表面への炭素のあらゆる浸透又は基板の表面上の炭素のあらゆる削磨を回避するか又は少なくとも低減することが可能である。 According to the present invention, a delivery unit is provided for sending a free substance that reacts with carbon, and in order to oxidize carbon released from the orifice plate by an ion beam, the delivery unit is provided with a free body that is an orifice plate and a substrate. It is arrange | positioned so that it may be guide | induced with a directional flow between. The delivery unit can be integrated at a low cost in terms of material, assembly and cost, so that the surface of the substrate is processed easily, accurately and efficiently, especially with little effort and cost. It is possible to avoid or at least reduce any penetration of carbon into the surface of the substrate or any abrasion of carbon on the surface of the substrate at the same time.
本発明のイオンビーム装置の改良に関して、オリフィス板は外されるか及び／又はイオンビームの伝搬範囲の完全に外側まで回転させられることが可能である。従って、一方では、様々なオリフィス板がイオンビーム源と基板との間に簡単に配置されることが可能であり、そのため、様々なイオンビームが発生させられることが可能であり、基板に対する様々な表面加工処理が可能である。他方では、オリフィス板を外すこと及び／又は回転させることを可能にするために、このオリフィス板は、基板の表面上にイオンビームを適用するために、イオンビーム源と基板との間の領域の完全な外側に位置付けられ得ることが利点である。 With respect to the improvement of the ion beam device of the present invention, the orifice plate can be removed and / or rotated completely outside the propagation range of the ion beam. Thus, on the one hand, different orifice plates can be easily placed between the ion beam source and the substrate, so that different ion beams can be generated and different for the substrate. Surface processing is possible. On the other hand, in order to allow the orifice plate to be removed and / or rotated, this orifice plate is used in the region between the ion beam source and the substrate to apply the ion beam onto the surface of the substrate. It is an advantage that it can be positioned completely outside.
本発明のイオンビーム装置の特に有利な実施形態では、複数のオリフィス板が、イオンビーム源と基板との間に近接して旋回可能に配置されており、好ましくは回転可能に配置されている。その結果、基板に対する様々な表面加工処理のためにオリフィス板を交換する際の労力及び費用が低減される。 In a particularly advantageous embodiment of the ion beam device according to the invention, the plurality of orifice plates are arranged pivotably close to the ion beam source and the substrate, preferably arranged so as to be rotatable. As a result, the effort and cost of changing the orifice plate for various surface treatments on the substrate is reduced.
酸化した炭素を除去するために、本発明のイオンビーム装置の一実施形態では、吸込抽出ユニットが設けられている。その結果、酸化した炭素を効果的且つ完全に除去することが可能になり、特に遊離体との炭素の反応で生成された反応生成物を除去するために、反応生成物をフィルタ及び／又は触媒ユニットに意図的に送ることが可能になる。 In order to remove the oxidized carbon, in one embodiment of the ion beam apparatus of the present invention, a suction extraction unit is provided. As a result, it is possible to effectively and completely remove oxidized carbon, and in particular to remove reaction products produced by the reaction of carbon with educts, the reaction products are filtered and / or catalyst. It can be sent intentionally to the unit.
本発明の特定の実施形態では、炭素を含有するオリフィス板が冷却器によって冷却される。その結果、イオンビームによってオリフィス板の内面から放出される炭素の割合が低減される。更に、基板からオリフィス板の外側にスパッタリングで戻される材料がオリフィス板に効果的に付着し、そのため、基板上の汚染度が効果的に低減される。 In a particular embodiment of the invention, the carbon containing orifice plate is cooled by a cooler. As a result, the proportion of carbon emitted from the inner surface of the orifice plate by the ion beam is reduced. In addition, the material sputtered back from the substrate to the outside of the orifice plate effectively adheres to the orifice plate, thus effectively reducing the degree of contamination on the substrate.
遊離体は、焦点を合わせるイオンビームの焦点の近く及び／又はイオンビームによって加工されるべき基板上の位置の近くに送られることが特に好ましい。 It is particularly preferred that the free body is sent near the focal point of the focused ion beam and / or near the position on the substrate to be processed by the ion beam.
速度が300 eV乃至1300eVであり、特には600 eV乃至1000eV又は700 eV乃至900eVである
イオンを有するイオンビームが使用されることが好ましい。その結果、エネルギー入力が、一方では効果的な表面加工を可能にすべく十分高く、他方では基板の表面を深く破壊することを防止すべく十分低い。イオンの速度は、イオンビームI のエネルギーを決定し、焦点調整ユニット1.1.2 の格子に印加される加速電圧の大きさによって調整され得る。
It is preferable to use an ion beam having ions with a velocity of 300 eV to 1300 eV, in particular 600 eV to 1000 eV or 700 eV to 900 eV. As a result, the energy input is high enough to enable effective surface processing on the one hand and low enough to prevent deep destruction of the substrate surface on the other hand. The velocity of the ions determines the energy of the ion beam I 1 and can be adjusted by the magnitude of the acceleration voltage applied to the grating of the focusing unit 1.1.2.
本発明の例示的な実施形態を、図面に関連して以下に更に詳細に説明する。 Exemplary embodiments of the invention are described in more detail below with reference to the drawings.
図１には、イオンビームI により基板2 を加工するための本発明に係るイオンビーム装置1 の１つの例示的な実施形態が示されている。
FIG. 1 shows an exemplary embodiment of an
基板2 は、光学レンズ、ミラー等として具体化された加工品であり、イオンビームI によって、定められた構造がレンズの表面2.1に形成されるか、又は表面2.1 が平滑化され
るか及び／若しくは形状補正される。
The
イオンビームI を発生させるために、イオンビーム装置1はイオンビーム源1.1 を備え
ており、イオンビーム源1.1 にアルゴンガスG が送られる。アルゴンガスG は、特には３scm3/s（標準立方センチメートル毎秒）乃至５scm3/sの流量で送られる。他のガスを代わりに使用することも可能である。或いは、他の流量も可能であり、流量は好ましくは個々に調整され得る。
In order to generate the ion beam I 1, the
イオンビームI は、アルゴンガスG のイオンを加速することによって発生させられる。プラズマをポット1.1.3 内で発生させるために、電気コイル1.1.1 が設けられており、交番電界を発生させる。好ましくは３つの別々に帯電した湾曲状の格子により形成された焦点調整ユニット1.1.2によって、炭素のイオンがプラズマから抽出され、加工されるべき
基板2 の方向に加速されることによりイオンビームI が形成される。
The ion beam I is generated by accelerating the argon gas G ions. In order to generate plasma in the pot 1.1.3, an electrical coil 1.1.1 is provided to generate an alternating electric field. By means of a focusing unit 1.1.2, preferably formed by three separately charged curved gratings, carbon ions are extracted from the plasma and accelerated in the direction of the
イオンビーム装置1 内に、いわゆる高真空が存在する。イオンビーム源1.1 及び基板2 は、更に詳細な図示はないが、高真空が生成される最大空間に配置されている。
A so-called high vacuum exists in the
イオンビームI が基板2 の表面2.1 に衝突するとき、パルスが、イオンビームI内に存
在する高エネルギーイオンから基板2 に伝達され、そのため、分子及び／又は原子が基板2 の表面2.1 から抽出され、このようにして削磨によって除去される。この処理は、スパッタリングとして知られている。
When the ion beam I impinges on the surface 2.1 of the
焦点調整ユニット1.1.2 の下流側でありイオンビームI の出口方向に、螺旋状に巻かれたフィラメント1.2 が更に設けられており、フィラメント1.2 により低エネルギーの電子が発生させられる。これらの電子は、表面2.1 に衝突した後、イオンビームI のアルゴンイオンと表面2.1 上で再結合する。このため、アルゴンイオンと表面2.1 との衝撃に起因する基板2 の表面2.1 の正帯電が防止される。これは、基板2 が電気的に中性のままであることを意味する。
A filament 1.2 wound in a spiral shape is further provided on the downstream side of the focus adjustment unit 1.1.2 and in the direction of the exit of the ion beam I. Low energy electrons are generated by the filament 1.2. After these electrons collide with the surface 2.1, they recombine with the argon ions of the ion beam I on the surface 2.1. For this reason, the positive charging of the surface 2.1 of the
イオンビームI を方向性を有して導き、イオンビームI の断面を調整するために、特には基板2 の表面2.1 におけるイオンビームI の断面を調整するために、イオンビーム装置1 はオリフィス板1.3 を備えている。そのため、イオンビームI を表面2.1 上の定められた位置に導くことが可能になる。
In order to guide the ion beam I with directionality and to adjust the cross section of the ion beam I 1, in particular to adjust the cross section of the ion beam I 1 at the surface 2.1 of the
オリフィス板1.3 はイオンビーム源1.1 と基板2 との間に配置されており、定められた直径をオリフィス板1.3 の出口に有している。オリフィス板1.3 によりイオンビームI のパワーの低減、特にはイオンビームI の加工径が予め決定されることができ、従って、表面2.1 からの削磨が調整され得る。オリフィス板1.3 の出口開口部の直径は、例えば、アルゴンイオンの50%、90%又は99%が遮断されるか又はイオンビームI に接しないように選
択される。
The orifice plate 1.3 is arranged between the ion beam source 1.1 and the
オリフィス板1.3 は、基板2 の表面2.1 の前に６mmの間隔を置いて配置されていることが好ましい。代わりに、他の間隔も可能であり、基板2 はオリフィス板1.3 に対して可変的に配置されることが可能であり、オリフィス板1.3 は基板2 に対して可変的に配置されることが可能であり、及び／又はオリフィス板1.3 はイオンビーム源1.1 に対して可変的に配置されることが可能である。オリフィス板1.3 と表面2.1 との間の間隔は、特には２mm乃至10mmである。更にイオンビーム源1.1 と基板2 との間の間隔は可変的に調整され得ることが好ましい。イオンビーム源1.1 とオリフィス板1.3 との間の間隔も、同様に可変的に調整され得ることが好ましい。
The orifice plate 1.3 is preferably arranged in front of the surface 2.1 of the
更に詳細には示されていないが、例示的な実施形態では、イオンビーム装置1 は、回転可能に配置された複数のオリフィス板1.3 を有している。オリフィス板1.3 は、様々な断面のイオンビームI を発生させるために、様々な大きさの出口開口部を、特には様々な直径及び／又は形状の出口開口部を有している。
Although not shown in more detail, in the exemplary embodiment, the
オリフィス板1.3 は、イオンビーム源1.1 の前に回転可能に又は旋回可能に配置されており、そのため、タレットの簡単な回転と、基板2 の表面2.1 とイオンビーム源1.1 との間の夫々のオリフィス板1.3 の確実な位置決めとによって、イオンビームI の所望の特性が予め決定され得る。このような１つのタレットは、出口開口部の直径が異なることによって特徴付けられる４枚のオリフィス板1.3 を有している。直径は、３mm、1.5 mm、１mm及び0.5 mmとなる。代わりに、異なる数のオリフィス板1.3 及び／又は異なる直径のオリフィス板を有するタレットが可能である。オリフィス板がイオンビームI に全く影響を及ぼさない、特にはイオンビームI を減少させる位置が設定され得ることが好ましい。
The orifice plate 1.3 is arranged in a rotatable or pivotable manner before the ion beam source 1.1, so that a simple rotation of the turret and the respective orifice between the surface 2.1 of the
アルゴンイオンの遮断又は非接触を可能にするために、オリフィス板1.3 は、イオンビームI を通さない材料を含有することが必要である。黒鉛、すなわち炭素が、低スパッター速度を有するのでこのために特に適切である。しかしながら、炭素は、イオンビームI によってオリフィス板1.3 の固体組成物から放出され、基板2 の表面2.1 の方向にイオンビームI と共に部分的に運ばれる。
In order to be able to block or non-contact argon ions, the orifice plate 1.3 needs to contain a material that is impermeable to the ion beam I. Graphite, ie carbon, is particularly suitable for this because it has a low sputter rate. However, the carbon is released from the solid composition of the orifice plate 1.3 by the ion beam I and is partially carried along with the ion beam I in the direction of the surface 2.1 of the
オリフィス板1.3 から放出された炭素が約10eVの比較的低いエネルギーを有するので、炭素は、基板2 の表面2.1 に特によく付着する。炭素が付着することにより、基板2 の表面品質が悪化し、特にはレンズの透過性が悪化し、とりわけレンズの伝達性能が悪化する。従って、基板2 の表面2.1 への炭素の付着及び基板2 への炭素の浸透を回避するか又は少なくとも低減することが必要である。
Carbon adheres particularly well to the surface 2.1 of the
そのために、イオンビーム装置1 は送出ユニット1.4 を備えており、送出ユニット1.4 によって、炭素と反応する遊離体E が、基板2 の加工されるべき表面2.1 とオリフィス板1.3 との間に方向性のある流れで導かれる。遊離体E は、酸素含有ガスであり、炭素との化学反応で以下の式に従って炭素を酸化させる。
2C + O2 → 2CO [1]
For this purpose, the
2C + O 2 → 2CO [1]
一酸化炭素が反応生成物として生じる。 Carbon monoxide is produced as a reaction product.
代わりに又は加えて、炭素が以下の式に従って酸化されて、二酸化炭素になる。
C + O2 → CO2 [2]
Alternatively or additionally, the carbon is oxidized according to the following formula to carbon dioxide.
C + O 2 → CO 2 [2]
炭素、酸素、オゾン、一酸化二窒素、水蒸気及び／又は他の酸素含有化合物が、遊離体E として、言い換えればガスとして使用され、オリフィス板1.3 と基板2 の表面2.1 との間で方向性のある流れで送出ユニット1.4 によって導かれる。オリフィス板1.3 の破損又は破壊を回避するために、遊離体E はオリフィス板1.3 を非接触で通過して移動させられる。
Carbon, oxygen, ozone, dinitrogen monoxide, water vapor and / or other oxygen-containing compounds are used as educt E, in other words as gas, and are directional between the orifice plate 1.3 and the surface 2.1 of the
特に、遊離体E は、0.3cm3/s乃至0.5cm3/sの流量で送られる。代わりに、他の流量も可能であり、流量は個々に調整され得ることが好ましい。有利には遊離体E の流量は、導入されるアルゴンガスの流量の５%乃至15%になり、好ましくは10%になる。 In particular, the free form E is delivered at a flow rate of 0.3 cm 3 / s to 0.5 cm 3 / s. Alternatively, other flow rates are possible and preferably the flow rates can be adjusted individually. Advantageously, the flow rate of the educt E is between 5% and 15% of the flow rate of the introduced argon gas, preferably 10%.
基板2 の表面2.1 に成膜された酸化されていない炭素を基板2 から取り除くために、基板2 の表面2.1 をイオンビームI によって加工した後、酸素含有プラズマが基板2 の表面2.1 に導かれる。酸素含有プラズマによって炭素が酸化され、削磨によって表面2.1 から除去される。基板2 の表面2.1 自体は、処理中変わらないか、又は極僅かしか変わらない。
In order to remove the non-oxidized carbon deposited on the surface 2.1 of the
このために代わりに又は加えて、イオンビームI により表面2.1 を加工した後、オリフィス板1.3 が外されるか又はイオンビームの伝搬範囲の完全に外側まで回転させられる。代わりに、基板2 が、酸素含有プラズマを放出する第２源に移動させられる。
For this purpose, alternatively or additionally, after processing the surface 2.1 with the ion beam I, the orifice plate 1.3 is removed or rotated completely outside the propagation range of the ion beam. Instead, the
更に代わりに又は加えて、イオンビームI により基板2 の表面2.1 を加工した後、無炭素イオンビームI 又は少なくとも低炭素イオンビームI が導かれ、それによって、炭素は削磨によって表面2.1 から除去される。少なくとも低炭素イオンビームI は、炭素を含有するオリフィス板を使用せずに発生され得る。このようなイオンビームI は、焦点調整ユニット1.1.2 の炭素格子から抽出された炭素を僅かしか有していない。
Additionally or alternatively, after processing the surface 2.1 of the
基板2 の表面2.1 に成膜された酸化されていない炭素を除去するために、焦点調整ユニット1.1.2を備えているがオリフィス板1.3 を備えていないイオンビーム装置を使用し、
送出ユニット1.4 により遊離体E を送ることが特に有効である。
In order to remove non-oxidized carbon deposited on the surface 2.1 of the
It is particularly effective to send the educt E by means of the delivery unit 1.4.
図２には、複数の送出ユニット1.4 がオリフィス板1.3 の近くに配置されている例示的な実施形態が示されている。 FIG. 2 shows an exemplary embodiment in which a plurality of delivery units 1.4 are arranged near the orifice plate 1.3.
図３は、特定のオリフィス板1.3 の例示的な実施形態を示しており、基板2の方を向い
たオリフィス板1.3 の外側領域は開口部の近くで傾斜しており、そのため、オリフィス板1.3 の開口部の外側領域が円錐台形状である。その結果、基板2 によって反射されオリフィス板1.3 に外側から衝突するイオンが、抽出されるとしても基板2 の方向ではない方向にのみ同一の炭素から抽出されるので、驚くほど加工されるべき基板2 上での炭素の成膜が更に低減される。
FIG. 3 shows an exemplary embodiment of a particular orifice plate 1.3, with the outer region of the orifice plate 1.3 facing the
本発明の更に独立した実施形態では、オリフィス板1.3 の内部に、イオンビームI に略垂直に延びる部分が複数設けられている。すなわち、それらの部分の垂直線は、イオンビームI の方向に対して30°未満の傾斜度、特に好ましくは20°未満の傾斜度を有している。そのため、オリフィス板1.3 のこれらの部分に衝突するイオンは、基本的には同様に基板2 の方向ではない方向に同一の炭素から抽出される。
In a further independent embodiment of the present invention, a plurality of portions extending substantially perpendicular to the ion beam I are provided inside the orifice plate 1.3. That is, the vertical lines of these portions have an inclination of less than 30 °, particularly preferably an inclination of less than 20 ° with respect to the direction of the
1 イオンビーム装置
1.1 イオンビーム源
1.1.1 コイル
1.1.2 焦点調整ユニット
1.1.3 ポット
1.2 螺旋状に巻かれたフィラメント
1.3 オリフィス板
1.4 送出ユニット
2 基板
2.1 表面
E 遊離体
G アルゴンガス
I イオンビーム
1 Ion beam equipment
1.1 Ion beam source
1.1.1 Coil
1.1.2 Focus adjustment unit
1.1.3 Pot
1.2 Spiral wound filament
1.3 Orifice plate
1.4 Sending unit
2 Board
2.1 Surface
E educt
G Argon gas
I ion beam
Claims (10)
炭素と反応する遊離体を送るための送出ユニットが設けられており、
イオンビームによって前記オリフィス板から放出される炭素を酸化すべく、前記送出ユニットは、遊離体が前記オリフィス板と前記基板との間に方向性のある流れで導かれ得るように配置されており、
前記基板に向けられた前記オリフィス板の外側領域は円錐台形状をなしており、
前記オリフィス板がイオンビームの方向に対してしだいに細くなる直径を有するように、前記オリフィス板の内部領域は漏斗状をなしている
ことを特徴とするイオンビーム装置。 An ion beam source for generating an ion beam, and at least one orifice plate disposed between the ion beam source and the substrate for adjusting a cross section of the ion beam, wherein the ion beam is the orifice In an ion beam apparatus for processing the substrate with an ion beam, wherein the orifice plate is formed from a carbon-containing material,
A delivery unit is provided to send free bodies that react with carbon,
In order to oxidize the carbon released from the orifice plate by an ion beam, the delivery unit is arranged such that a free body can be guided in a directional flow between the orifice plate and the substrate ;
The outer region of the orifice plate directed to the substrate has a frustoconical shape;
The ion beam apparatus according to claim 1, wherein an inner region of the orifice plate has a funnel shape so that the orifice plate has a diameter that gradually decreases with respect to a direction of the ion beam.
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