JPH10317172A - イオンビーム加工装置 - Google Patents

イオンビーム加工装置

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JPH10317172A
JPH10317172A JP13193997A JP13193997A JPH10317172A JP H10317172 A JPH10317172 A JP H10317172A JP 13193997 A JP13193997 A JP 13193997A JP 13193997 A JP13193997 A JP 13193997A JP H10317172 A JPH10317172 A JP H10317172A
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JP
Japan
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power
ion beam
etching
beam power
sample
Prior art date
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Pending
Application number
JP13193997A
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English (en)
Inventor
Yukio Nakagawa
由岐夫 中川
Seitaro Oishi
鉦太郎 大石
Shigeru Tanaka
田中  滋
Hisao Onuki
久生 大貫
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】高速加工にて精度の高い加工と、基板表面の粗
さの小さな加工が出来るイオンビーム加工装置の出現が
望まれていた。 【解決手段】基板100上に薄膜層102と厚膜層10
1とを被覆し、厚膜層101をビームパワーでエッチン
グ加工を厚膜層101に施している途中で薄膜層102
に変わったら、厚膜層時のビームパワーと異なるビーム
パワーで薄膜層102をエッチング加工をさせる出力電
源制御手段12を設けることにある。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はイオンビームを試料
に照射し、微細加工を行わせるイオンビーム加工装置に
係わり、特に試料に形成した多層膜中に膜に応じてビー
ムパワーを変るように制御する装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のイオンビーム加工装置は、加速電
圧とイオンビーム電流の積で決まるビームパワーが、加
工の初めから終わりまで一定条件で、即ち加工速度一定
条件の基で加工を行ってきた。イオンビーム加工装置
は、シリコン、ガラス、セラミック等の基板の上に薄膜
を形成し、図2に示すように膜101の上にパターニン
グしたマスク103で覆われてない部分の膜をエッチン
グ加工をする(削り取る)ものであるが、膜は高速で加
工するが、基板は出来るだけ削りたくないという高速加
工にて且つ加工精度の向上を狙った要求が出てきた。ビ
ームパワーが大きいと、膜を削ってからビーム停止まで
の時間tの間に、基板の削られる量が多くなるという問
題がある。
【0003】また最近は、異なる複数の膜から成る多層
膜を一度に削るという要求もある。図2は、2種類の膜
から成る多層膜をイオンビーム加工する例を示し、基板
100の上に、膜101、102があり、それぞれの膜
厚がa、bで、膜101の上には、マスク103がパタ
ーニングされている。イオンビーム20が、基板100
上の膜101、102を照射することで、マスク103
に覆われていない部分は、削られていく。マスク103
のパターン幅は小さなものでμmのオーダであることか
ら、微細加工を行うに本処理方法は適している。
【0004】従来は多層膜の場合も、単層膜の場合と同
様に、ビームパワーPa一定で膜101、102を削って
いたため、膜厚a、bがa>bなる場合、膜102を削
るに要する時間tbが膜101を削るに要する時間taより
も短く、薄い膜を高速で加工することになり、精度良い
加工をしにくいという問題があった。ビームパワーが大
きいと基板表面の粗さが大きくなるという問題もある。
ビームパワーを一定に制御する方法に関しては、特開平
1−294335号公報の引用公報の特開昭62−10
884号公報に記載されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来の技術では、(1)
ビームパワーが一定でかつ大きなパワーで微細加工を行
っていたため、膜を削ってから、ビームパワーの停止ま
での時間の間に基板が多く削れるという問題があった。
(2)多層膜を一定のビームパワーで削っていたため、厚
い膜の下に薄い膜がある場合、薄い膜は短時間で削れて
しまうため、精度の良い加工が困難であるという問題が
あった。(3)ビームパワーが大きいと基板の表面粗さ
が大きくなるという問題もあった。
【0006】本発明の目的は、基板に形成した膜をエッ
チング加工する時に基板表面を粗すことがない品質を向
上したイオンビーム加工装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】この目的を達するために
本発明のイオンビーム加工装置は、真空容器内のガスを
アーク電源でプラズマ化して引出電極を通過させ、プラ
ズマからイオンビームを引き出し、基板ホルダに配置さ
れた試料にイオンビームを照射し、エッチング加工を行
なう時に、上記試料にビームパワーでエッチング加工を
行い、エッチング加工の深さが試料の残り部分より進行
した時点で、最初のエッチング加工時のビームパワーよ
り小さいビームパワーに切替えて残り部分をエッチング
加工する出力電源制御装置を引出電極に接続することに
ある。
【0008】
【発明の実施の形態】本発明の一実施例を図1を用いて
説明する。図1はイオンビーム加工装置を示している。
真空容器1は配管2を通して図示しない真空排気系によ
り、内部を真空にしている。真空容器1はそれぞれイオ
ン源室1a、処理室1bとより成り立っている。イオン源
室1aの内部は、フィラメント3がイオン源室1aと電気
的絶縁を保って設けられる。フィラメント3はフィラメ
ント電源4に接続され、イオン源室1aの壁とフィラメン
ト3間にアーク電源5が接続される。イオン源室1aに
は、更にガス配管6が接続され、ガスボンベ7からのガ
スの供給を受ける。ガスは、不活性ガスであるAr(ア
ルゴン)が一般的に使用されるが、このガスに限定する
ものでなく他のガスを用いても良い。
【0009】イオン源室1aと処理室1bとの間には、加
速電極8、減速電極10がイオン源室1aと処理室1bと
に電気的に絶縁して配置されている。加速電極8、減速
電極10を合わせて引出電極と呼ぶ。加速電極8、減速
電極10には、加速電源9、減速電源11がそれぞれ接
続されている。フィラメント電源4、アーク電源5、加
速電源9、減速電源11はそれぞれ制御ケーブル4a、
5a、9a、11aで電源出力制御手段12と接続され、
ビームパワーが制御できる。
【0010】処理室1bの内部に基板ホルダ13が配置さ
れ、基板ホルダ13には基板100が固定保持される。
基板ホルダ13は、イオンビームに対して任意の角度が
とれると共に、基板ホルダの軸を中心に回転可能であ
る。又加速電極8、減速電極10と基板100との間の
処理室内には昇降可能なシャッターを設けている。
【0011】次に、イオン源室1aの動作を説明する。
真空容器1を10-4Pa程度の高真空に排気後、ボンベ
7からArガスを供給し、10-2Pa程度の真空中
で、フィラメント3にフィラメント電源4を供給し、フ
ィラメントを加熱し、該フィラメントと真空容器1aとの
壁の間にアーク電源5により電圧を印加することで、放
電を生じせしめ、Arのプラズマを発生させる。このこ
とで真空容器1a内は中性のArガスの外にArのイオ
ンと電子とが混在して存在する。
【0012】加速電極8、減速電極10に引出電源9、
11より電位を与えると、これらの電極を通してプラズ
マの中からArのプラスイオンがイオンビーム20とし
て引き出される。イオンビームの加速電圧と電流は出力
電源制御手段12によって設定した値に保持される。イ
オンは加速電源9で与えられる電位の運動エネルギーを
持って基板100を照射し、図2で示すように、マスク
103で覆われていない部分を鎖線104のように削り
取り、エッチング加工105を行う。図1では図示して
ないが、引出電極の近く処理室1bの内部にイオンビー
ムを中性化するためのニュートラライザを配置する。
【0013】多層膜の内で厚膜層a(101)と厚膜層
aより薄い薄膜層b(102)のビームパワー(加速電
圧×イオンビーム電流)に対する加工速度があらかじめ
分かっている場合は、ビームパワーPaで厚膜層aをエ
ッチング加工する加工時間taと、ビームパワーPbで薄
膜層bをエッチング加工する加工時間tbを求めておき、
ビームパワーPaで加工時間taにより厚膜層aを加工
した後、ビームパワーをPbに変化させつまりビームパ
ワーPaより小さくしたビームパワーPbで薄膜層bを
加工時間tbだけエッチング加工するように出力電源制
御手段12に指令を与えておく。つまり出力電源制御手
段12により引出電源9、11を制御して、加速電圧×
イオンビーム電流を変えて、ビームパワーPaを変え
る。
【0014】こうすることで、図4に示すように、薄膜
層bを加工する加工時間tは図3に示す薄膜層bの加工
時間tbよりも大きくできる。図3の加工時間tbが例
えば30秒という短い時間であっても、図4の加工時間
tbはビームパワーの取り方で2分にも3分にも長くす
ることが可能で、加工速度が遅くなることで、制御性の
良い高精度のエッチング加工105が出来ることにな
る。又厚膜層aから薄厚層bに切替わる時に、ビームパ
ワーPaより小さいビームパワーPbにすることによ
り、薄厚層bをエッチング加工104する際に薄厚層b
を突き抜けて他の層をエッチング加工することを防止出
来る。
【0015】この点に関して、図5では多層膜の中で少
なくとも薄膜層上に厚膜層aを形成し、厚膜層aにエッ
チング加工104を形成する時の厚膜層aの全厚みを1
とすれば、厚み4分3までは、薄膜層bにエッチング加
工を形成する時のビームパワーPbより大きいビームパ
ワーPaでエッチング加工を行う。厚膜層aの厚み4分
3から4分4の間で薄膜層bにエッチング加工104を
形成する時のビームパワーPbに近ずくように出力電源
制御装置12で制御をする。
【0016】この結果、厚膜層aから薄厚層bに切替わ
る時に、ビームパワーPaより小さいビームパワーPb
にすることにより、厚膜層aの残りの薄層及び薄厚層b
に正確なエッチング加工104例えば溝を施すことが出
来る。そして、厚膜層aの厚さ4分3から4分4との間
で曲線SのようにビームパワーPaをビームパワーPb
に近付ける。これは、4分3下でビームパワーを小さく
すると、エッチング加工スピードが遅すぎて作業能率が
悪く経済的でない。ビームパワーPaから曲線Sおよう
に滑らかにビームパワーPbに低下させることで、ビー
ムパワーPaは大きな変化をうけることなく、ビームパ
ワーPbに移行することが出来る。ビームパワーの変化
の途中でも、安定ビームパワーを得ることが出来るとい
う効果がある。
【0017】又厚膜層aの厚さ4分3から4分4との間
でビームパワーPaをビームパワーPbに変えるのが、
経済的であるばかりか、薄厚層bにを突き抜けて他の層
をエッチング加工する恐れが無くなり、品質を良くする
ことが出来る。
【0018】次にビームパワーに対する厚膜層aと薄膜
層bの加工速度がはっきりしない場合、基板ホルダ13
に取り付けた基板100を装置外部から見ることのでき
る観測窓(図示せず)から目視にて、厚膜層aが削れた
ことを確認した後、ビームパワーPaをPbに低下させて、
薄膜層bを加工していく方法がある。この場合も薄膜層
bの加工速度が従来例と比較して遅くなることで、精度
良いエッチング加工を行うことができる。薄膜層bをエ
ッチング加工後、イオンビームの照射を受ける基板表面
はビームパワーが小さくなっているので、ビームパワー
が大きい場合と比較して薄膜層bの表面粗さが小さな加
工ができるという効果がある。
【0019】更に他の実施例を図6に示す。本実施例で
は図1で示す構成に膜種検出装置200を設けたもの
で、膜種検出装置200は例えば材料固有の発光スペク
トルを発する。例えば膜101に光を照射し反射してき
た発光スペクトルと、膜102に光を照射し反射してき
た発光スペクトルが違うので、これらの発光スペクトル
に応じた信号を出力電源制御手段12にフィードバック
させて、膜101から102に変化したところで、ビー
ムパワーをPaからPbに低下させて加工を行い、膜102
が削れた時点で電源停止指令、あるいはイオンビーム2
0を遮るシャッター手段(図示せず)をイオンビーム2
0と基板100との間に挿入することで、加工を停止さ
せる。本実施例では、膜種検出装置200を用いること
により、膜厚が予想と異なっていてもビームパワーの変
化点を正確に示せるので、精度の良いエッチング加工を
行うことができる。
【0020】以上の実施例は、多層膜の加工について説
明したが、基板の上に1種類の膜がある単層膜の微細加
工つまりエッチング加工にも適用でき、単層膜の膜厚の
全厚の厚さ2分1まではビームパワーPaでエッチング
加工を行い。単層膜の厚み4分の3との間でビームパワ
ーPaをビームパワーPbに変え、エッチング加工を行
うことが出来る。この場合、全体の加工時間は大きく変
わることなく、基板表面は小さなビームパワーの照射と
なるため基板表面の粗れを小さくすることが出来るとい
う効果がある。
【0021】更に単層膜にビームパワーでエッチング加
工を行い、エッチング加工の深さが単層膜の残り部分よ
り進行した時点で、最初のエッチング加工時のビームパ
ワーより小さいビームパワーに切替えて残り部分をエッ
チング加工するように出力電源制御装置を制御しても良
い。この場合、出力電源制御装置には単層膜のエッチン
グ加工の深さ及び時間とビームパワーとの関係を予め格
納したマイクロコンピュータにより、単層膜のエッチン
グ加工の進行に応じてビームパワーを制御する。
【0022】
【発明の効果】本発明によれば、ビームパワーの大きな
ところで、膜の大部分をエッチング加工し、残りの膜及
び基板をビームパワーを小さくしてエッチング加工する
ので、基板表面の粗らさが小さいエッチング加工が行え
るという効果がある。また多層膜のイオンビーム加工に
おいて、膜の種類、厚さに応じてビームパワーを制御す
ることで、精度の良い加工が出来るという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例であるイオンビーム加工装置の
構成を示す概略説明図である。
【図2】図1に使用した基板の側断面図である。
【図3】図1に使用した基板の膜をエッチング加工する
時のビームパワーと加工時間との関係を示すグラフであ
る。
【図4】本発明の図1を説明するビームパワーと加工時
間との関係を示すグラフである。
【図5】本発明の他の実施例を説明するビームパワーと
加工時間との関係を示すグラフである。
【図6】本発明の他の実施例を説明するイオンビーム加
工装置の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
1…真空容器、8…加速電極、9…加速電源、10…減
速電極、11…減速電源、12…出力電源制御手段、1
3…基板ホルダ、20…イオンビーム、100…基板、
a(101)…厚膜層、b(102)…薄膜層、200
…膜種検出装置。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大貫 久生 茨城県日立市国分町一丁目1番1号 株式 会社日立製作所国分工場内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 真空容器内のガスをアーク電源でプラズ
    マ化して引出電極を通過させ、プラズマからイオンビー
    ムを引き出し、基板ホルダに配置された試料にイオンビ
    ームを照射し、エッチング加工を行なうイオンビーム加
    工装置において、上記試料にビームパワーでエッチング
    加工を行い、エッチング加工の深さが試料の残り部分よ
    り進行した時点で、最初のエッチング加工時のビームパ
    ワーより小さいビームパワーに切替えて残り部分をエッ
    チング加工する出力電源制御装置を引出電極に接続する
    ことを特徴とするイオンビーム加工装置。
  2. 【請求項2】 真空容器内のガスをアーク電源でプラズ
    マ化して引出電極を通過させ、プラズマからイオンビー
    ムを引き出し、基板ホルダに配置された試料にイオンビ
    ームを照射しエッチング加工を行なうイオンビーム加工
    装置において、上記試料の厚み全長を1とすれば、厚み
    が4分3になるまでをビームパワーでエッチング加工を
    行い、試料の深さが4分3から4分4との間で最初のビ
    ームパワーより小さいビームパワーに切替えて試料にエ
    ッチング加工を行う出力電源制御装置を引出電極に接続
    することを特徴とするイオンビーム加工装置。
  3. 【請求項3】 上記試料に形成した多層膜をビームパワ
    ーでエッチング加工を行う途中で膜の種類が変わった時
    点で、最初のビームパワーを他のビームパワーに出力電
    源制御装置で切替えることを特徴とする請求項1又2記
    載のイオンビーム加工装置。
  4. 【請求項4】 上記試料に形成した種類の異なる多層膜
    をビームパワーでエッチング加工を行う途中で膜に膜種
    検出装置からの光をに照射し、膜からの反射してきた発
    光スペクトルにより膜の種類を判断してビームパワーに
    出力電源制御手段で変えることを特徴とする請求項1又
    2記載のイオンビーム加工装置。
JP13193997A 1997-05-22 1997-05-22 イオンビーム加工装置 Pending JPH10317172A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010056336A (ja) * 2008-08-28 2010-03-11 Ulvac Japan Ltd イオン照射装置
KR20170002562A (ko) * 2014-05-09 2017-01-06 베리안 세미콘덕터 이큅먼트 어소시에이츠, 인크. 기판을 에칭하는 방법, 디바이스 구조체를 에칭하는 방법, 및 프로세싱 장치

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010056336A (ja) * 2008-08-28 2010-03-11 Ulvac Japan Ltd イオン照射装置
KR20170002562A (ko) * 2014-05-09 2017-01-06 베리안 세미콘덕터 이큅먼트 어소시에이츠, 인크. 기판을 에칭하는 방법, 디바이스 구조체를 에칭하는 방법, 및 프로세싱 장치
JP2017520909A (ja) * 2014-05-09 2017-07-27 ヴァリアン セミコンダクター イクイップメント アソシエイツ インコーポレイテッド 基板をエッチングする方法、デバイス構造をエッチングする方法及び処理装置

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