JPH0734360B2 - Ion milling equipment - Google Patents

Ion milling equipment

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JPH0734360B2
JPH0734360B2 JP5060826A JP6082693A JPH0734360B2 JP H0734360 B2 JPH0734360 B2 JP H0734360B2 JP 5060826 A JP5060826 A JP 5060826A JP 6082693 A JP6082693 A JP 6082693A JP H0734360 B2 JPH0734360 B2 JP H0734360B2
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JP
Japan
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ion
target
ion beam
plasma
plasma generation
Prior art date
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JP5060826A
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Japanese (ja)
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JPH0628996A (en
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重隆 藤原
忠 佐藤
巴 黒沢
勝 桧垣
橋本  勲
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はイオンミリング装置に係
り、特に、イオン源から引き出されたイオンビームをタ
ーゲットに照射してターゲット表面を微細加工するに好
適なイオンミリング装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ion milling apparatus, and more particularly to an ion milling apparatus suitable for irradiating a target with an ion beam extracted from an ion source to finely process the target surface.

【0002】[0002]

【従来の技術】プラズマ生成室から引き出される200
〜5000V程度のエネルギーを持つ幅広のイオンビー
ムをターゲットに照射し、ターゲットをスパッタするこ
とでターゲット表面の微細加工を行うイオンミリング装
置は、従来図3に示す構成のものが使用されている。こ
のイオンミリング装置は、幅広のイオンビームを引き出
すイオン源1と、表面の微細加工に供されるターゲット
2と、このターゲット2の保持及び冷却を行うターゲッ
トホルダー3と、ターゲット2及びターゲットホルダー
3を収納する真空容器4と、この真空容器4内を真空に
する真空ポンプ5と、イオンビームを電気的に中和する
ための熱電子を供給する中性化用フィラメント6とから
概略構成されている。
2. Description of the Related Art 200 drawn out from a plasma generation chamber
Conventionally, an ion milling apparatus having a configuration shown in FIG. 3 has been used as an ion milling apparatus that irradiates a wide ion beam having an energy of about 5000 V to a target and sputters the target to perform fine processing on the target surface. This ion milling apparatus includes an ion source 1 that draws out a wide ion beam, a target 2 that is used for fine processing of the surface, a target holder 3 that holds and cools the target 2, a target 2 and a target holder 3. A vacuum container 4 to be housed, a vacuum pump 5 for evacuating the inside of the vacuum container 4, and a neutralizing filament 6 for supplying thermoelectrons for electrically neutralizing an ion beam. .

【0003】イオンミリング装置の構成を更に詳しく説
明する。イオン源1を構成するプラズマ発生容器11に
設けられているガス導入口9から導入されるアルゴンガ
ス等の中性ガス10は、プラズマ発生容器11の壁面で
形成されるアノード8とカソード7との間に直流電圧を
印加することによって電離してプラズマをプラズマ発生
容器11内に形成し、多数のアパチャー(イオンビーム
を引き出すための小孔)を設けた引き出し電極12,1
3(図4参照)によってプラズマをイオンビームとして
引き出し、真空容器4内に導く。真空容器4内に導かれ
たイオンビームは、中性化用フィラメント6により電気
的に中和するための熱電子が供給され、回転しているタ
ーゲットホルダー3に固定したターゲット2に照射さ
れ、ターゲット2を微細加工する。
The configuration of the ion milling device will be described in more detail. A neutral gas 10 such as argon gas introduced from a gas introduction port 9 provided in the plasma generation container 11 which constitutes the ion source 1 serves as an anode 8 and a cathode 7 formed on the wall surface of the plasma generation container 11. Extraction electrodes 12 and 1 provided with a large number of apertures (small holes for extracting an ion beam) by forming a plasma in the plasma generation container 11 by ionizing by applying a DC voltage therebetween.
Plasma is extracted as an ion beam by means of 3 (see FIG. 4) and guided into the vacuum container 4. The ion beam guided into the vacuum container 4 is supplied with thermoelectrons for electrically neutralizing by the neutralizing filament 6, and is irradiated to the target 2 fixed to the rotating target holder 3 to thereby obtain the target. 2 is finely processed.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記の多数
のターゲット2を処理するイオンミリング装置では、イ
オン源の均一なビームを利用するために、ターゲットホ
ルダー3に同心円状にターゲット2を配置する。このと
きの前記イオンミリング装置では、ターゲット2の加工
に使用する周辺部のイオンが本来必要としない中心部分
を走るイオンのクーロン反発力(これを空間電荷効果と
いう)により曲げられ、ターゲット2に入射する時点で
は、外径方向に大きく曲ったビームとなる。このため、
加工精度を著しく低下させる欠点があり、しかも、上記
の空間電荷効果は、イオン源のビーム径が大きくなる
程、顕著になる特性がある(IONICS1978年1
1月号、p27,28参照)。
By the way, in the above-described ion milling apparatus for processing a large number of targets 2, the targets 2 are arranged concentrically in the target holder 3 in order to utilize a uniform beam of the ion source. In the ion milling device at this time, the peripheral ions used for processing the target 2 are bent by the Coulomb repulsive force (which is called the space charge effect) of the ions running in the central portion which is not originally required, and are incident on the target 2. At that time, the beam becomes a beam largely curved in the outer diameter direction. For this reason,
There is a drawback that the processing accuracy is significantly lowered, and the space charge effect described above becomes more remarkable as the beam diameter of the ion source increases (IONICS 1978 1
See the January issue, p27, 28).

【0005】本発明は、上述の点に鑑み成されたもので
その目的とするところは、空間電荷効果を低下せしめて
イオンビームの発散を抑制し、多数のターゲットがター
ゲットホルダーに配置されている場合であっても、加工
精度の良好なイオンミリング装置を提供することにあ
る。
The present invention has been made in view of the above points, and it is an object of the present invention to reduce the space charge effect, suppress the divergence of an ion beam, and dispose a large number of targets on a target holder. Even in the case, it is to provide an ion milling device with good processing accuracy.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記目的は、プラズマ生
成室を形成しているプラズマ発生容器、前記プラズマ生
成室内に導入した中性ガスをアーク放電により電離させ
てプラズマ化するフィラメント、前記プラズマ生成室内
のイオンをイオンビームとして引き出す引き出し電極で
構成されるイオン源と、該イオン源に隣接して設けた真
空容器と、該真空容器内にターゲットを保持し、冷却す
るターゲットホルダーとを備えたイオンミリング装置に
おいて、前記引き出し電極はイオンビームの通過を遮蔽
するほぼ円形のビームシールドが中央部に形成されてい
ると共に、外周部にイオンビームが通過して前記真空容
器内に引き出されるイオン引き出し孔が複数個設けら
れ、かつ、前記ビームシールドとイオン引き出し孔は一
体の部材で構成されていることにより達成される。
Means for Solving the Problems The above-mentioned object is to provide a plasma generating container forming a plasma generating chamber, a filament for ionizing a neutral gas introduced into the plasma generating chamber by arc discharge to generate plasma, and the plasma generating chamber. Ions provided with an ion source composed of an extraction electrode for extracting ions in the room as an ion beam, a vacuum container provided adjacent to the ion source, and a target holder for holding and cooling a target in the vacuum container. In the milling device, the extraction electrode is provided with a substantially circular beam shield that blocks passage of an ion beam in the central portion, and has an ion extraction hole that is extracted into the vacuum container by passing the ion beam in the outer peripheral portion. A plurality of beam shields and ion extraction holes are provided as an integral member. It is achieved by there.

【0007】[0007]

【作用】一度に大量のターゲットを加工し、生産速度を
向上させるには、イオン源を大口径化する必要がある
が、前記空間電荷効果により、イオンビームが最も利用
価値の高い外周部で、著しく発散するため、従来、口径
25cm程度が実用されている限度となっていたところ
を、本発明者らは、前記空間電荷効果の寄与の程度を正
確に定量化するのは困難ではあるが、中央部分のイオン
ビームがビームの発散に最も大きな影響を与える点に着
目し、円形のビームシールドなどを用いて、中央部分の
イオンビームを除去することにより、最も効果的にイオ
ンビームの発散を低減し、加工精度を向上できる発明を
なし得た。
In order to process a large amount of targets at one time and improve the production speed, it is necessary to increase the diameter of the ion source, but due to the space charge effect, the ion beam is the most useful in the outer peripheral portion, Due to the remarkable divergence, the conventional practice has been that the diameter of about 25 cm has been practically used, but it is difficult for the present inventors to accurately quantify the degree of contribution of the space charge effect. Focusing on the point that the ion beam in the central part has the greatest effect on the beam divergence, the ion beam divergence is most effectively reduced by removing the central ion beam using a circular beam shield. However, an invention capable of improving processing accuracy has been achieved.

【0008】[0008]

【実施例】以下、図示した実施例に基づいて本発明のイ
オンミリング装置を説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The ion milling device of the present invention will be described below based on the illustrated embodiments.

【0009】図1及び図2は本発明のイオンミリング装
置の一実施例を示したもので、その基本的な構成は従来
とほぼ同様であるから説明を省略する。
FIGS. 1 and 2 show an embodiment of the ion milling device of the present invention. Since the basic structure is almost the same as the conventional one, the description thereof will be omitted.

【0010】図1及び図2に示す本実施例では、プラズ
マ発生容器11内に発生したプラズマからイオンをイオ
ンビームとして引き出す引き出し電極21、22には、
イオンビームの通過を遮蔽するほぼ円形のビームシール
ド20が中央部に形成されていると共に、真空容器4内
に収納されているターゲット2だけにイオンビームが照
射される範囲にイオンビームを引き出すように、図2に
示す如く外周部にイオン引き出し孔23が複数個設けら
れている。そしてこのビームシールド20とイオン引き
出し孔23とは一体の部材で形成され引き出し電極2
1、22を構成している。
In the present embodiment shown in FIGS. 1 and 2, the extraction electrodes 21 and 22 for extracting ions as an ion beam from the plasma generated in the plasma generation chamber 11 are
A substantially circular beam shield 20 for blocking passage of the ion beam is formed in the central portion, and the ion beam is extracted in a range in which only the target 2 accommodated in the vacuum container 4 is irradiated with the ion beam. As shown in FIG. 2, a plurality of ion extraction holes 23 are provided in the outer peripheral portion. The beam shield 20 and the ion extraction hole 23 are formed as an integral member, and the extraction electrode 2
1 and 22 are configured.

【0011】本実施例では、プラズマ発生容器11内に
設置したカソード7及びアノード8の間で直流アーク放
電を行わせてプラズマを生成し、図2に示す引き出し電
極21、22によりイオンビームを引き出すものである
が、プラズマ発生容器11内全域にプラズマを生成する
ことが出来、イオンビームとしては引き出し電極21の
中央部近傍のビームシールド20で遮蔽されて部分の周
辺からのみ引き出し、ターゲットホルダー3の上に同心
円状に固定されたターゲット2に照射することが出来
る。プラズマ発生容器11内全域でプラズマを生成する
ことはカソード7からの電子(フィラメントから放出す
る熱電子)がアノード8に到達する迄の飛行距離が長く
なることによってプラズマ発生容器11内の中性ガス分
子と衝突する確率が高くなり、高密度プラズマを生成す
る上で有利となる。
In this embodiment, DC arc discharge is performed between the cathode 7 and the anode 8 installed in the plasma generating container 11 to generate plasma, and the ion beam is extracted by the extraction electrodes 21 and 22 shown in FIG. However, plasma can be generated in the entire plasma generation container 11, and the ion beam is shielded by the beam shield 20 in the vicinity of the central portion of the extraction electrode 21 and is extracted only from the periphery of the portion, and the target holder 3 It is possible to irradiate the target 2 which is fixed concentrically above. Generating plasma in the entire plasma generation container 11 is a neutral gas in the plasma generation container 11 because the flight distance of electrons from the cathode 7 (thermoelectrons emitted from the filament) to reach the anode 8 becomes long. This increases the probability of collision with molecules, which is advantageous in generating high-density plasma.

【0012】また、引き出し電極の中央部にビームシー
ルド20が形成されていることによって、プラズマ生成
室に導入されるアルゴン等の中性ガスを減らすことがで
きるため、真空容器内を真空にする真空ポンプを小容量
化できる。
Further, since the beam shield 20 is formed in the central portion of the extraction electrode, it is possible to reduce the amount of neutral gas such as argon introduced into the plasma generation chamber. The capacity of the pump can be reduced.

【0013】更に、アルゴンガス等の中性ガスを電離し
てできるプラズマからイオンビームを引き出す引き出し
電極21の範囲を、ターゲットに照射する電極の周縁外
周部のみとすることによって、ターゲットホルダーのイ
オンビームを照射する面積が小さくなるため、ターゲッ
トにスパッタする不要物の量を減らすことができ、アル
ゴンガス等の中性ガスを電離してできるプラズマからイ
オンビームを引き出す引き出し電極のイオン引き出し孔
の範囲を、イオンビームがターゲット付近に照射される
ようにすることによって、ターゲットホルダーのイオン
ビームを照射する面積が小さくなるため、ターゲットホ
ルダーの冷却装置を小容量化することができる。
Further, the range of the extraction electrode 21 for extracting the ion beam from the plasma formed by ionizing a neutral gas such as argon gas is limited to only the outer peripheral portion of the peripheral edge of the electrode for irradiating the target. Since the area for irradiating the target is reduced, the amount of unnecessary substances sputtered on the target can be reduced, and the range of the ion extraction hole of the extraction electrode for extracting the ion beam from the plasma formed by ionizing neutral gas such as argon gas can be reduced. By irradiating the ion beam in the vicinity of the target, the area of the target holder irradiated with the ion beam becomes small, so that the cooling device of the target holder can be downsized.

【0014】[0014]

【発明の効果】本発明によれば、ビームの発散に最も影
響の大きい中央部分のイオンビームを除き得るので、イ
オン相互の発撥力を低下させ、ビームの発散を極めて小
さくでき、したがって、加工精度が顕著に向上できるも
のであり、また特にターゲットを広い面積に多数配置し
た場合でも、各ターゲットとも同様の効果にて加工でき
る等々、その奏する効果は非常に大きいものである。
According to the present invention, since the central ion beam, which has the greatest influence on the beam divergence, can be eliminated, the repulsive force between the ions can be reduced and the beam divergence can be made extremely small. The accuracy can be remarkably improved, and even when a large number of targets are arranged in a wide area, each target can be processed with the same effect, and the effect to be achieved is very large.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施例に係るイオンミリング装置のイ
オン源を示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing an ion source of an ion milling apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施例に係る引き出し電極の正面図で
ある。
FIG. 2 is a front view of the extraction electrode according to the embodiment of the present invention.

【図3】従来のイオンミリング装置の断面図である。FIG. 3 is a sectional view of a conventional ion milling device.

【図4】従来の引き出し電極の正面図である。FIG. 4 is a front view of a conventional extraction electrode.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 イオン源 2 ターゲット 3 ターゲットホルダー 4 真空容器 5 真空ポンプ 6 中性化用フィラメント 7 カソード 8 アノード 9 ガス導入口 10 中性ガス 11 プラズマ発生容器 14 ソレノイドコイル 20 ビームシールド 21 引き出し電極 22 引き出し電極 23 イオン引き出し孔 1 Ion Source 2 Target 3 Target Holder 4 Vacuum Container 5 Vacuum Pump 6 Neutralizing Filament 7 Cathode 8 Anode 9 Gas Inlet 10 Neutral Gas 11 Plasma Generator Vessel 14 Solenoid Coil 20 Beam Shield 21 Extractor Electrode 22 Extractor Electrode 23 Ion Drawer hole

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 桧垣 勝 茨城県日立市幸町3丁目1番1号 株式会 社 日立製作所 日立研究所内 (72)発明者 橋本 勲 茨城県日立市国分町1丁目1番1号 株式 会社 日立製作所 国分工場内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Masaru Higaki 3-1-1, Saiwaicho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Hitachi Ltd. Hitachi Research Laboratory (72) Inventor Isao Hashimoto 1-1, Kokubuncho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture No. 1 Stock company Hitachi Ltd. Kokubun factory

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 プラズマ生成室を形成しているプラズマ
発生容器、前記プラズマ生成室内に導入した中性ガスを
アーク放電により電離させてプラズマ化するフィラメン
ト、前記プラズマ生成室内のイオンをイオンビームとし
て引き出す引き出し電極で構成されるイオン源と、該イ
オン源に隣接して設けた真空容器と、該真空容器内にタ
ーゲットを保持し、冷却するターゲットホルダーとを備
えたイオンミリング装置において、 前記引き出し電極はイオンビームの通過を遮蔽するほぼ
円形のビームシールドが中央部に形成されていると共
に、外周部にイオンビームが通過して前記真空容器内に
引き出されるイオン引き出し孔が複数個設けられ、か
つ、前記ビームシールドとイオン引き出し孔は一体の部
材で構成されていることを特徴とするイオンミリング装
置。
1. A plasma generation container forming a plasma generation chamber, a filament that ionizes a neutral gas introduced into the plasma generation chamber by arc discharge to generate plasma, and ions in the plasma generation chamber are extracted as an ion beam. In an ion milling device provided with an ion source composed of an extraction electrode, a vacuum container provided adjacent to the ion source, and a target holder that holds a target in the vacuum container and cools the extraction electrode, A substantially circular beam shield for blocking the passage of the ion beam is formed in the central portion, and a plurality of ion extraction holes through which the ion beam passes and is extracted into the vacuum container are provided in the outer peripheral portion, and The beam shield and the ion extraction hole are composed of an integral member, Milling apparatus.
JP5060826A 1993-03-22 1993-03-22 Ion milling equipment Expired - Lifetime JPH0734360B2 (en)

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