JPH10140348A - イオンビーム加工装置 - Google Patents
イオンビーム加工装置Info
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- JPH10140348A JPH10140348A JP8301796A JP30179696A JPH10140348A JP H10140348 A JPH10140348 A JP H10140348A JP 8301796 A JP8301796 A JP 8301796A JP 30179696 A JP30179696 A JP 30179696A JP H10140348 A JPH10140348 A JP H10140348A
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Abstract
て簡単かつ確実に終点検出すること。 【解決手段】 観察時、イオンビーム20の照射を遮断
すると共に、プローブ21が基板13側に向くことによ
り、基板13の表面を撮像するので、基板13のミリン
グ状態を表示器24により直接目視することができ、し
かもその際、例えミリング不足状態となっていても、プ
ローブ21及びシャッタ25が元の位置に戻ることによ
り、ミリングを速やか続行することができるので、終点
検出を正確に行うことができる。
Description
いて微細加工を行うイオンビーム加工装置に係り、特に
試料の表面状態を観察するのに好適なイオンビーム加工
装置に関するものである。
内部に配置した試料ホルダに試料を設置し、真空チャン
バ内をアルゴン等のような不活性ガスの雰囲気の状態で
プラズマ化すると共に、該プラズマを引出し電極から運
動エネルギをもったイオンビームとして引出し、該イオ
ンビームを試料である基板面に照射することにより、基
板表面を微細加工する装置である。
しては、例えば半導体分野で用いられるシリコンウエ
ハ、薄膜磁気ヘッドの基板となるセラミックス系材料、
液晶表示用のガラス基板等がある。このような試料は、
加工に際し図4及び図5に示すように、予め、基板3の
表面に種類の異なる薄膜31,32が設けられると共
に、その薄膜32上にこれを所望形状に形成するための
パターンをもったマスク33が設けられている。そし
て、不活性ガス雰囲気中の真空チャンバ内で基板3に向
かい、図5(a)に示す矢印の如くイオンビーム7を照
射すると、上層の薄膜32においてマスク33で覆われ
ていない部分がイオンビーム7によって削られていき、
その加工処理が時間の経過に伴って進むと、同図(b)
に示すように二層目の薄膜31が現れてくる。
い、ある部材が全て削られることをジャストエッチと云
い、材料の削れる速度をミリングレートと云う。そし
て、ミリングレートが判る場合、薄膜の膜厚をミリング
レートで割った一定時間でミリングを終了すれば、ジャ
ストエッチさせることができる。
て更に薄膜31をも若干削り込むオーバーエッチを行う
ことにより、種々のデバイスを所望形状に作成する。薄
膜31,32の厚さは、必要にして充分な寸法であるた
め、デバイス作成上ジャストエッチの判断(これを終点
検出とも呼ぶ)を精度良く行わせることが重要になって
きている。
従来技術を図6に示す。同図において、真空チャンバ1
の内部に試料ホルダ2が配置され、該試料ホルダ2に固
定された基板3に対し、イオン源4で生成されたプラズ
マの中からイオンビーム20を引出すことにより、ビー
ムを基板3に照射させてミリングを行う。この場合、真
空チャンバ1に透明材料からなる観察窓5が組み込まれ
ており、オペレータがこの観察窓5を通して基板3の表
面を観察し、材質による色の変化を見て終点検出を判断
するようにしている。
線にて示すように、真空チャンバ1の内部に観察用のプ
ローブ6が配置され、真空チャンバ1の外部からプロー
ブ6を通し、基板加工中に発生する材料固有の発光スペ
クトルを観察し、材料が上層から二層目に加工されるこ
とによって発生する発光スペクトルの強度変化を電気信
号として取り込むことにより、終点検出するようにした
ものがある。なお、終点検出については、「真空」19
88年度 第31巻 第4号(253〜358P)にお
いて論じられている。
従来技術のものは、以下の点について配慮されていな
い。即ち、第一の従来技術においては、真空チャンバ1
に観察窓5を設けているものの、観察窓5では基板3を
斜め方向から見ているので、良好な観察を行うことがで
きず、また加工中にスパッタが飛散するが、そのスパッ
タが観察窓5に付着して内部が見にくくなる等の問題が
ある。
している場合、終点検出を判断し難いと、ミリングを中
止して真空チャンバ内を大気に一度開放し、大気中で基
板を目視すれば良くわかるが、そのようにした場合、ミ
リング不足のときには真空チャンバ内部を再度真空に排
気した後、また新たに不活性ガス雰囲気にしてから追加
ミリングを行わなければならないので、手間がかかるば
かりでなく、それだけ時間のロスを招く問題もある。
材料が発する発光スペクトルの強度の変化に基づいて終
点検出しているものの、材料の種類によってはスペクト
ルの強度比が明確にならないものがあると共に、信号強
度が弱い場合にはノイズが入ってしまう結果、発光スペ
クトルの強度に基づいて判定するのでは全ての材料に適
用が難しいと云う問題がある。
ミリング時間を決める方法のものがあるが、そのような
方法では、基板毎に膜厚にばらつきがあると、その分誤
差を生じると云う問題がある。
鑑み、材料の種類や膜厚のばらつきに拘わらず、極めて
簡単かつ確実に終点検出することができるイオンビーム
加工装置を提供することにある。
する試料ホルダを有する真空チャンバと、該真空チャン
バ内の試料に向かってイオンビームを照射するイオンビ
ーム源と、試料のミリング状態を観察する観察機構とを
備えたイオンビーム加工装置において、前記観察機構
は、真空チャンバ内の試料の表面状態を撮像する撮像手
段と、該撮像された画像を表示する表示手段と、観察
時、撮像手段による撮像を可能状態に開ける一方、観察
の不要時、撮像手段による撮像を不可能状態に閉じるシ
ャッタ手段とを有することを特徴とするものである。
3により説明する。図1は本発明によるイオン加工装置
の第一の実施例を示している。この実施例のイオンビー
ム加工装置は、図1に示すように、真空チャンバ11
と、これに取付けられたイオン源14とを備えて構成さ
れている。
試料である基板13の加工に際し、内部を真空引きする
ための真空排気系(図示せず)に接続されている。この
真空チャンバ11の内部には、基板13を設置するため
の試料ホルダ12が配置されている。本例で取り扱う基
板13は、半導体分野で用いられるシリコンウエハであ
り、ミリングされる際の構造は図4及び図5にて述べた
のでここではその説明を省略する。
aと、該ホルダステージ12aを出力軸に連結する駆動
源12bとを有し、該駆動源12bの駆動でホルダステ
ージ12aが矢印の如く回転する。ホルダステージ12
aは図示していないが、内部に冷却水が循環するように
構成され、その冷却水の循環によりホルダステージ12
aを介し基板13を冷却するようにしている。
隣接する位置に引出し電極15を介し取付けられてい
る。このイオン源14にはガス供給源16に接続された
ガス供給口17が設けられると共に、そのガス供給口1
7の周囲にフィラメント18が配置されている。ガス供
給源16は、本例ではアルゴンガスを供給するものであ
るが、それに限らず、イオンビームに必要なものであれ
ば他の不活性ガスであってもよい。
バ11及びイオン源14の内部が高真空状態に排気され
た後、これらにガス供給源16によりガスが供給される
ことにより、真空チャンバ11の内圧を所望オーダー
(例えば、ガスを1分間に10ccといった一定量供給
して10-2Paにする)のガス雰囲気とする。
メント18に所定の電流を印加し、アーク放電を起こす
ことによりプラズマを発生させ、該発生したプラズマが
引出し電極15から、運動エネルギをもったイオンビー
ム20として引き出され、基板13に向かって照射され
ることによりミリングを行う。
し斜め方向から照射しているが、これは通常の材料で
は、ビームの垂直入射よりもある程度の角度をつけた方
が、ミリングレートが速く、しかもミリング後の断面形
状も綺麗なことに起因する。ビームが斜め方向から入射
しても、ホルダステージ12aが自転することで、基板
表面は全体として均一にミリングされる。
よる生成だけでなく、高周波(RF)あるいはマイクロ
波を用いることによって生成する手段でもよい。引出し
電極15は、二枚あるいは三枚の電極で構成されてお
り、本例の如き二枚構成の場合には、イオン源14側の
電極に正の電位を、かつ基板側の電極に負の電位を付与
し、また三枚構成の場合には、イオン源側から基板側に
至るに従い、正電位,負電位,接地電位が付与される。
観察が必要なとき、基板13の表面を撮像し得る観察機
構を備えている。
プローブ21が設置されている。このプローブ21は、
フレキシブルな細い筒状をなしており、その先端部にビ
デオカメラ等の撮像部22を内蔵している。これらプロ
ーブ21と撮像部22とにより撮像手段を構成する。撮
像部22は、真空チャンバ11の外部に設けられている
増幅器23を介しCRT等の表示器24に接続され、撮
像信号が増幅器23で増幅されることにより、表示器2
4に画像として表示される。
21の先端部が図1(a)に示すように、イオンビーム
20を避けるように伏臥姿勢をとり、観察時、同図
(b)に示すように先端部が基板13側を向くように起
立姿勢をとり、撮像部22によって基板表面の加工状態
を観察するようにしている。そのため、プローブ21
は、オペレータの外部からの操作により、先端部がイオ
ンビーム20の照射方向に沿うように退避する位置と、
基板13側を向く起立姿勢位置とに移動するよう、真空
チャンバ11内に取付けられている。
に照射されるイオンビーム20を遮断するシャッタ25
が設けられ、観察が不要なときは、図1(a)に示す如
く下降し、観察が必要なときは、同図(b)に示す如く
シャッタ25が引出し電極15と対向する位置に移動す
るようにしている。
13の表面に向かう照明手段(図示せず)が設けられて
いる。該照明手段としては、例えば一般的な照明ラン
プ,発光ダイオード,あるいは光源に接続された光ファ
イバ等の何れでもよく、要は照明光を基板表面に向かい
照射することで基板表面を明確に照明できるようにして
いる。従って、この観察機構は、プローブ21と、撮像
部22と、表示器24と、照明手段とを有して構成され
ている。
如き構成よりなるので、その動作について述べる。今、
図1(a)に示す如く、イオンビーム20が照射状態に
あって、観察機構のシャッタ25が下降した位置にある
と、イオンビーム20が基板13に照射され、基板13
をミリングしている。この場合、プローブ21は先端部
がイオンビーム20の照射方向に沿う伏臥姿勢をとって
いるので、プローブ21はビームに曝されて削られるお
それがない。
が経過したときに、オペレータが基板13を観察する。
このとき、ビームの照射状態のままでシャッタ25を引
出し電極15側に昇降させ、またプローブ21を起立さ
せて該プローブ21の先端部を基板13側に向かせる。
これにより、プローブ21に装着された撮像部22が基
板13の表面を撮像し、その撮像画面が表示器24に表
示されるので、オペレータは基板13の表面を観察する
ことができる。この場合、オペレータは、基板表面の色
の変化を見ることで、図5(b)に示した如く薄膜31
が現れたかどうかを判断し、そのとき薄膜32が未だ残
っていると、図1(a)に示すミリング状態と、同図
(b)に示す観察状態とを繰り返す。なお、試料ホルダ
12は、ビームの照射中であってかつ遅い速度で回転し
ているので、その遅い速度の回転のままで観察してもよ
いが、基板13を停止させた状態で観察する方がより好
ましい。
ビーム20の照射を遮断すると共に、プローブ21が基
板13側に向くことにより、基板13の表面を撮像する
ので、基板13のミリング状態を表示器24により直接
目視することができ、しかもその際、例えミリング不足
状態となっていても、プローブ21及びシャッタ25が
元の位置に戻ることにより、ミリングを速やか続行する
ことができるので、終点検出を正確に行うことができ
る。
にイオンビームの照射を停止することがなく、また例え
ミリング不足であったとしても、大気すると云う手間を
省略することができる。
るので、発光スペクトルの強度に基づいて終点検出を行
う第二の従来技術に比較し、材質の種類に拘わることな
く終点検出を確実に判断することができる。
視して終点検出するので、他の従来技術に比較し、基板
の膜厚にばらつきがある場合や材料が種々異なっていて
も、それに拘わることなく容易にかつ確実に判断するこ
とができる。
しない照明手段が設けられ、該照明手段からの照明光で
基板表面を明確に照明するので、シャッタ25によって
イオンビームが遮断され、真空チャンバ11内でイオン
ビームによる光源がなくなることによって暗くなって
も、終点検出を確実に行うことができる。この照明手段
は、シャッタ25がイオンビーム20を遮断したときに
連動して点灯するようにすれば、点灯操作の手間を省略
することもできる。
間行った後で観察するようにした例を示したが、観察に
際しては、各種材質のミリングレートが予め判っている
ので、例えば、予測終了時間の90%まではミリングを
実行し、残り10%の時間で観察とミリングとを繰り返
すこともできる。
施例では、真空チャンバ11内にプローブ21が取付け
られ、該プローブ21の先端部がイオンビーム20の照
射方向にほぼ沿うように配置され、しかも基板13の表
面側に可吸的に近づくように配置されている。このプロ
ーブ21の先端部には拡大レンズ22aを装着したビデ
オカメラ等の撮像部22が内蔵され、さらに基板表面に
向かい光を照射する照明手段(図示せず)が設けられて
いる。なお、撮像部22には前記第一の実施例と同様に
増幅器23を介し表示器24が接続されている。以上の
構成は、基本的には第一の実施例とほぼ同様である。
と異なるのは、プローブ21の先端部の前方位置にシャ
ッタ26が取付けられ、シャッタ26の開閉動作によ
り、ミリング時には撮像部22を閉じると共に、観察時
には撮像部22を開けるようにしている。即ち、シャッ
タ26は、ミリング時では閉じているが、観察時では開
くことにより、基板13の表面を撮像画像として見るこ
とができるようにしている。
6を開けることによって基板13を撮像でき、しかもそ
の撮像画像をオペレータが直接目視することにより、終
点検出を判断するように構成したので、基本的には前記
第一の実施例と同様の効果を得ることができる。
の効果もある。即ち、ミリング中であっても、基板13
の表面を必要に応じ随時撮像して観察でき、ミリング工
程を中断する必要がないので、ミリング工程を遅滞なく
行うことができる。また、ミリング中に飛散するスパッ
タを考慮すれば、基板13の表面近傍に撮像部22を配
置させることができにくく、距離をできるだけ置いた方
が望ましいが、上述の如く、プローブ21の先端部がイ
オンビーム20の照射方向にほぼ沿うように配置される
と共に、撮像部22が拡大レンズ22aを装着している
ので、基板13の観察をより明確に行うことができる。
さらに、プローブ21の前方位置にシャッタ26が配置
され、プローブ21内の撮像部22を開閉するだけであ
るので、観察時以外では、撮像部22にスパッタが付着
するのを確実に防止でき、しかも、シャッタ25が引出
し電極15を開閉する第一実施例に比較し、シャッタ2
6の開閉距離を小さくできるので、シャッタ25の設置
が容易となる。
とによって撮像するが、その撮像時間を短時間(例えば
1秒間だけ)で行うと共に、その短時間で撮像した画像
を静止画像として表示することができる。これは、撮像
部22からの撮像信号を撮像部22内のメモリに格納
し、あるいは撮像部22からの撮像信号を表示器24内
のメモリに格納し、何れかで格納した画像を静止画像と
してモニタ表示することにより実現できる。このように
して静止画像を表示すれば、シャッタの開いている時間
を短時間で済ませることができ、これによってスパッタ
の付着防止効果をいっそう高めることができると共に、
拡大レンズ22aの汚れを取り除くクリーニングの周期
を大幅に延ばすことができ、保守管理上の簡素化を図り
得る。
述べた各実施例では、プローブ21が何れも真空チャン
バ11内に取付けられた例を示したが、本実施例では、
真空チャンバ11の外部に取付けられたものである。
ンバ11を画成する外壁に内方に向かって凹ませた筒状
の凹部11aが形成されると共に、その凹部11aの底
部に透明な材質によって形成された透明窓11bが設け
られている。該透明窓11bである凹部11aは、イオ
ンビーム20の照射方向にほぼ沿いかつ基板13の表面
に向くように配置されている。この窓11bの前方に
は、該窓11bを開閉するシャッタ27が取付けられて
いる。
が設置されている。該プローブ21の先端部には第一,
第二の実施例と同様にビデオカメラ等からなる撮像部2
2が内蔵され、その撮像部22に増幅器23を介し表示
器24が接続されている。この場合、プローブ21を用
いず、撮像部22が直接設置されてもよい。従って、本
例の撮像手段としては、透明窓11bを設けた凹部11
aと、プローブ21と、撮像部22と、照明手段とを具
えて構成されているが、プローブ21を用いず、撮像部
22を直接凹部11内に設置してもよい。
ることによって基板13を撮像でき、しかもその撮像画
像をオペレータが直接目視することにより、終点検出を
判断するように構成したので、基本的には前記第一,第
二の実施例とほぼ同様の効果を得ることができる。ま
た、この実施例においても第二の実施例と同様ミリング
時でも観察できると共に、シャッタ27の開いている時
間を短時間で済ませることができるので、第二の実施例
と同様の効果を得ることができる。
真空チャンバ11の外部に設置されているので、真空チ
ャンバ11の製作を極めて容易に行うことができる。即
ち、真空チャンバ11を構成する外壁の一部に凹部11
aを設けると共に、その真空チャンバ11の凹部11a
にプローブ21を設置するので、真空チャンバ内を複雑
な構造にする必要がなく、また外部に設置されるプロー
ブ21ではその先端部の位置を回動自在に容易に設置す
ることができる。そのため、プローブ21の角度を任意
に変えることにより、オペレータの操作性を良好にでき
ると共に、良好な角度を得ることによって終点検出を個
々のオペレータに拘わることなく観察することができ
る。
4によれば、観察時、試料のミリング状態を表示手段に
より直接目視することができるように構成したので、板
の膜厚にばらつきがある場合や材料が種々異なっていて
も、それに拘わることなく容易にかつ確実に終点位置を
判断することができる効果がある。
でも確実に観察できるので、ミリング加工を中断する必
要がなく、加工時間の迅速化を図ることができる効果が
あり、また撮像部にスパッタ粒子が付着するのを抑え、
クリーニング周期を長くすることができる効果がある。
請求項5によれば、試料の表面側を照明する照明手段を
有するので、真空チャンバ内が暗くても、試料表面を的
確に観察できる効果がある。
施例を示すミリング時の説明図(a)及び観察時の説明
図。
施例を示す説明図。
例を示す説明図。
図(a)及びミリングした状態を示す説明図(b。)
明図。
料ホルダ、3,13…試料としての基板、4,14…イ
オン源、21…プローブ、22…撮像部、22a…拡大
レンズ、23…増幅器、24…表示器、25〜27…シ
ャッタ。
Claims (5)
- 【請求項1】 試料を搭載する試料ホルダを有する真空
チャンバと、該真空チャンバ内の試料に向かってイオン
ビームを照射するイオンビーム源と、試料のミリング状
態を観察する観察機構とを備えたイオンビーム加工装置
において、前記観察機構は、真空チャンバ内の試料の表
面状態を撮像する撮像手段と、該撮像された画像を表示
する表示手段と、観察時、撮像手段による撮像を可能状
態に開ける一方、観察の不要時、撮像手段による撮像を
不可能状態に閉じるシャッタ手段とを有することを特徴
とするイオンビーム加工装置。 - 【請求項2】 試料を搭載する試料ホルダを有する真空
チャンバと、該真空チャンバ内の試料に向かってイオン
ビームを照射するイオンビーム源と、試料のミリング状
態を観察する観察手段とを備えたイオンビーム加工装置
において、前記観察手段は、真空チャンバ内の試料の表
面状態を撮像する撮像手段と、該撮像された画像を表示
する表示手段と、観察時、撮像手段による撮像を可能状
態に開ける一方、観察の不要時、撮像手段による撮像を
不可能状態に閉じるシャッタ手段とを有し、前記撮像手
段は、真空チャンバ内に先端部がイオンビームの照射方
向にほぼ沿う伏臥位置と試料の表面側に向かう起立位置
とに変更可能に取付けられたプローブと、該プローブの
先端部に内蔵された撮像部とを具え、前記シャッタ手段
は、真空チャンバ及びイオンビーム源間に開閉可能に取
付けられることを特徴とするイオンビーム加工装置。 - 【請求項3】 試料を搭載する試料ホルダを有する真空
チャンバと、該真空チャンバ内の試料に向かってイオン
ビームを照射するイオンビーム源と、試料のミリング状
態を観察する観察手段とを備えたイオンビーム加工装置
において、前記観察手段は、真空チャンバ内の試料の表
面状態を撮像する撮像手段と、該撮像された画像を表示
する表示手段と、観察時、撮像手段による撮像を可能状
態に開ける一方、観察の不要時、撮像手段による撮像を
不可能状態に閉じるシャッタ手段とを有し、前記撮像手
段は、真空チャンバ内に取付けられ、先端部がイオンビ
ームの照射方向にほぼ沿いながらかつ試料の表面側に向
かって配置されたプローブと、該プローブの先端部に内
蔵された撮像部とを具え、前記シャッタ手段は、真空チ
ャンバ内におけるプローブ先端部及び試料間に開閉可能
に取付けられていることを特徴とするイオンビーム加工
装置。 - 【請求項4】 試料を搭載する試料ホルダを有する真空
チャンバと、該真空チャンバ内の試料に向かってイオン
ビームを照射するイオンビーム源と、試料のミリング状
態を観察する観察手段とを備えたイオンビーム加工装置
において、前記観察手段は、真空チャンバ内の試料の表
面状態を撮像する撮像手段と、該撮像された画像を表示
する表示手段と、観察時、撮像手段による撮像を可能状
態に開ける一方、観察の不要時、撮像手段による撮像を
不可能状態に閉じるシャッタ手段とを有し、前記撮像手
段は、真空チャンバの外壁に凹んで形成され、かつ該凹
み部分の底部がイオンビームの照射方向にほぼ沿って配
置されると共に透明窓を有する凹部と、該凹部内に配置
された撮像部とを具え、前記シャッタ手段は、真空チャ
ンバ内における凹部の透明窓及び試料間に開閉可能に取
付けられていることを特徴とするイオンビーム加工装
置。 - 【請求項5】 前記撮像部は、試料の表面側を照明する
照明手段を有することを特徴とする請求項2〜4の何れ
か一項に記載のイオンビーム加工装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8301796A JPH10140348A (ja) | 1996-11-13 | 1996-11-13 | イオンビーム加工装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8301796A JPH10140348A (ja) | 1996-11-13 | 1996-11-13 | イオンビーム加工装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10140348A true JPH10140348A (ja) | 1998-05-26 |
Family
ID=17901284
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP8301796A Pending JPH10140348A (ja) | 1996-11-13 | 1996-11-13 | イオンビーム加工装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH10140348A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007083262A (ja) * | 2005-09-21 | 2007-04-05 | Hitachi High-Technologies Corp | イオンミリング加工方法、及びイオンミリング加工装置 |
-
1996
- 1996-11-13 JP JP8301796A patent/JPH10140348A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007083262A (ja) * | 2005-09-21 | 2007-04-05 | Hitachi High-Technologies Corp | イオンミリング加工方法、及びイオンミリング加工装置 |
JP4695951B2 (ja) * | 2005-09-21 | 2011-06-08 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | イオンミリング加工方法、及びイオンミリング加工装置 |
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