JPS6020440A - イオンビ−ム加工装置 - Google Patents
イオンビ−ム加工装置Info
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- JPS6020440A JPS6020440A JP58126848A JP12684883A JPS6020440A JP S6020440 A JPS6020440 A JP S6020440A JP 58126848 A JP58126848 A JP 58126848A JP 12684883 A JP12684883 A JP 12684883A JP S6020440 A JPS6020440 A JP S6020440A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/30—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects
- H01J37/305—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for casting, melting, evaporating, or etching
- H01J37/3053—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for casting, melting, evaporating, or etching for evaporating or etching
- H01J37/3056—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for casting, melting, evaporating, or etching for evaporating or etching for microworking, e. g. etching of gratings or trimming of electrical components
-
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- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
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- H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement or ion-optical arrangement
- H01J37/08—Ion sources; Ion guns
-
- H—ELECTRICITY
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
ン引き出しグリッドの改良に係り、更に詳しくは低い加
速電圧で高いビーム電流密度を得ることができるイオン
引き出しグリッドに関するものである。
速電圧で高いビーム電流密度を得ることができるイオン
引き出しグリッドに関するものである。
従来、集積回路の微細パターンの形成方法として反応性
エツチング方法が広く用いられていた。
エツチング方法が広く用いられていた。
しかし、集積回路の集積度を高めることが強く要請され
ており、反応性エツチング方法では微細パターンの形成
方法としては限界に達している。そこで、更により微細
なパターンや微細な形状の形成方法としてイオンビーム
加工法が開発されている。このイオンビーム加工法はイ
オン源から引き出された高エネルギ( 1 0 eV以
上)のビーム状のイオンを用いて微細パターンの形成、
薄膜形成又は表面の変質などに広く用いられ、粒子間の
相互作用を加工原理と ているから数1oJ程度の微細
パターンの形成が可能である。
ており、反応性エツチング方法では微細パターンの形成
方法としては限界に達している。そこで、更により微細
なパターンや微細な形状の形成方法としてイオンビーム
加工法が開発されている。このイオンビーム加工法はイ
オン源から引き出された高エネルギ( 1 0 eV以
上)のビーム状のイオンを用いて微細パターンの形成、
薄膜形成又は表面の変質などに広く用いられ、粒子間の
相互作用を加工原理と ているから数1oJ程度の微細
パターンの形成が可能である。
イオンビーム加工法で利用されるイオン源としては種々
のイオン源があげられるが、l OeV〜500eV程
度のエネルギー領域のイオンビームを放出でき薄膜形成
や微細パターンの形成などのスパッタリングに用いられ
るイオン源としてはカウフマン型イオン源がある。この
カウフマン型イオン源はスパッタリングに好適なエネル
ギー領域のイオンビームを簡単な制御装置を用いて取り
出すことができ、しかも加工のし易さ、再現性等におい
て種々の長所を有しているが、低い加速電圧で高いビー
ム電流密度が得られず長時間の加工時間を必要とする欠
点がある。一方加速電圧を高くして高いビーム電流を得
ようとすると、ビーム電流密度は増加するがイオンビー
ムのエネルギーが高(なりすぎてマスクの破損等の神々
の弊害が発生する欠点がある。このような欠点を除去す
るため、スパッタリングに好適なエネルギー領域のイオ
ンビームを引き出すことができ、しかも低い加速電圧で
高いビーム電流密度が得られるイオン源の開発が強く要
請されている。
のイオン源があげられるが、l OeV〜500eV程
度のエネルギー領域のイオンビームを放出でき薄膜形成
や微細パターンの形成などのスパッタリングに用いられ
るイオン源としてはカウフマン型イオン源がある。この
カウフマン型イオン源はスパッタリングに好適なエネル
ギー領域のイオンビームを簡単な制御装置を用いて取り
出すことができ、しかも加工のし易さ、再現性等におい
て種々の長所を有しているが、低い加速電圧で高いビー
ム電流密度が得られず長時間の加工時間を必要とする欠
点がある。一方加速電圧を高くして高いビーム電流を得
ようとすると、ビーム電流密度は増加するがイオンビー
ムのエネルギーが高(なりすぎてマスクの破損等の神々
の弊害が発生する欠点がある。このような欠点を除去す
るため、スパッタリングに好適なエネルギー領域のイオ
ンビームを引き出すことができ、しかも低い加速電圧で
高いビーム電流密度が得られるイオン源の開発が強く要
請されている。
第1図は従来のカウフマン型イオン源を用いたイオンビ
ーム加工装置の構成を示す断面図である。
ーム加工装置の構成を示す断面図である。
このイオン加工装置11?は大別してプラズマイオンを
発生させるプラズマ発生室11発生したイオンをイオン
ビームとして引き出すイオン引き出しグリッド2と被加
工物にイオンビームを照射する加工室8とから構成され
ている。プラズマ発生室lは陰極4を中心に 設した円
筒形をしたシール壁5でシールされていて、このシール
壁5の内側には円筒形をした陽極6が配置され、シール
壁うの外側には縦方向に磁界を発生させ陰極4から放射
される電子な゛す”イクロトロン運動させる電磁石7が
並置されている。陰極4と陽極6との間にはグロー放電
させるために40〜50Vのアノード電源8が陽極6側
が正極になるように接続されている。
発生させるプラズマ発生室11発生したイオンをイオン
ビームとして引き出すイオン引き出しグリッド2と被加
工物にイオンビームを照射する加工室8とから構成され
ている。プラズマ発生室lは陰極4を中心に 設した円
筒形をしたシール壁5でシールされていて、このシール
壁5の内側には円筒形をした陽極6が配置され、シール
壁うの外側には縦方向に磁界を発生させ陰極4から放射
される電子な゛す”イクロトロン運動させる電磁石7が
並置されている。陰極4と陽極6との間にはグロー放電
させるために40〜50Vのアノード電源8が陽極6側
が正極になるように接続されている。
イオン引き出しグリッド2は、多数の孔が形成されてい
て周囲壁5の電位と等しい電位にありプラズマ境界を形
成するためのスクリーングリッド9と、プラズマ境界か
ら熱運動妬より出てくるイオンを加速するための多′数
の孔が形成されている加速グリッド10とから構成され
ている。スクリーングリッド9と加速グリッド10は所
定の距離だけ離間して双方に形成されている孔が相互に
一致するように配置され、これらの間にはスクリーング
リッド9に対して加速グリッド1oが負極になる向きに
加速用電源11が接続されている。また、加速グリッド
10には加工室側からの電子の逆流を防止するためター
ゲット電位に対して加速グリッド10が負極になるよう
にサプレソザ電源12が接続されている。加工室8は試
料をホールドするためのターゲットホルダ18が配置さ
れてぃc1この上に試料14が載置され、試料14の上
にマスク15が載置されている。
て周囲壁5の電位と等しい電位にありプラズマ境界を形
成するためのスクリーングリッド9と、プラズマ境界か
ら熱運動妬より出てくるイオンを加速するための多′数
の孔が形成されている加速グリッド10とから構成され
ている。スクリーングリッド9と加速グリッド10は所
定の距離だけ離間して双方に形成されている孔が相互に
一致するように配置され、これらの間にはスクリーング
リッド9に対して加速グリッド1oが負極になる向きに
加速用電源11が接続されている。また、加速グリッド
10には加工室側からの電子の逆流を防止するためター
ゲット電位に対して加速グリッド10が負極になるよう
にサプレソザ電源12が接続されている。加工室8は試
料をホールドするためのターゲットホルダ18が配置さ
れてぃc1この上に試料14が載置され、試料14の上
にマスク15が載置されている。
次にプラズマを発生させ試料にイオンビームを照射する
プロセスについて説明する。−4tず、真空装置(図示
せず)により開口16を介して装置内部を10=〜]、
0−7Torrまで排気してから開口17を介してA
rカスを封入する。陰極鴫から熱電子放出された電子は
電磁石7の作る磁界によりサイクロトロン運動をおこし
ながら陽極に入射スる。その途中において陰極会と陽極
6との間の電界により加速され、A’r原子と衝突して
Ar イオンが電離され、グロー放電がおこり低電離プ
ラズマが発生する。発生したプラズマと周囲壁及びスク
リーングリッド9との間には薄いさやのようなイオンシ
ースが形成され、このイオンシースによりプラズマ境界
が形成される。プラズマ境界から熱運動により放出され
るイメンはプラズマ霜7位と加速グリッド電位の差であ
る総加速屯圧(実際にはプラズマ電位と加速電源電圧か
らザフレツサ電圧を引いた値)により加速されイオンビ
ームとして引き出される。そして、加工室B内の試料に
対してイオンシャワーのようにして照射され、マスク1
5により覆われていない部分は直接イオンビームが照射
されて試料自体がエツチングされマスク形状をした微細
パターンが形成される。
プロセスについて説明する。−4tず、真空装置(図示
せず)により開口16を介して装置内部を10=〜]、
0−7Torrまで排気してから開口17を介してA
rカスを封入する。陰極鴫から熱電子放出された電子は
電磁石7の作る磁界によりサイクロトロン運動をおこし
ながら陽極に入射スる。その途中において陰極会と陽極
6との間の電界により加速され、A’r原子と衝突して
Ar イオンが電離され、グロー放電がおこり低電離プ
ラズマが発生する。発生したプラズマと周囲壁及びスク
リーングリッド9との間には薄いさやのようなイオンシ
ースが形成され、このイオンシースによりプラズマ境界
が形成される。プラズマ境界から熱運動により放出され
るイメンはプラズマ霜7位と加速グリッド電位の差であ
る総加速屯圧(実際にはプラズマ電位と加速電源電圧か
らザフレツサ電圧を引いた値)により加速されイオンビ
ームとして引き出される。そして、加工室B内の試料に
対してイオンシャワーのようにして照射され、マスク1
5により覆われていない部分は直接イオンビームが照射
されて試料自体がエツチングされマスク形状をした微細
パターンが形成される。
このカウフマン型イオンビーム加工装置において得られ
る最大電流密度J(V側2)は下記の式で表わされる。
る最大電流密度J(V側2)は下記の式で表わされる。
ここで、nニゲリッドの孔の密度、
q:イオンの電荷
Ml:イオンのノロ量
dsニゲリッドの孔の径
■4.:最大加速電圧
Be : (Q+プ)%
2gニスクリーングリッドと加速グリ
ッドとの距離
(1)式より理解されるように、最大ビーム電流密度J
を大きくするには、まず第1に、グリッドの穴の密度(
単位面積当りの孔の個数)nを大きくする方法があげら
れる。しかし、グリッドは一定の機械的強度、耐熱性及
び放出されるイオンビームによりスパッタリングされブ
Zい耐久性を具えていなければならず、使用できる材料
はおのずと限定される。従来これらの特性を具えるもの
として炭素から造られているグリッドが用いられている
が、より小径の孔を多数形成して穴の密度を太きくする
ことは加工製作上より限界がある。特に2枚のグリッド
を用いて孔の位置が相互に一致するように配置している
から孔の径を小さくすることは非常に困難なものといわ
ざるを得ない。
を大きくするには、まず第1に、グリッドの穴の密度(
単位面積当りの孔の個数)nを大きくする方法があげら
れる。しかし、グリッドは一定の機械的強度、耐熱性及
び放出されるイオンビームによりスパッタリングされブ
Zい耐久性を具えていなければならず、使用できる材料
はおのずと限定される。従来これらの特性を具えるもの
として炭素から造られているグリッドが用いられている
が、より小径の孔を多数形成して穴の密度を太きくする
ことは加工製作上より限界がある。特に2枚のグリッド
を用いて孔の位置が相互に一致するように配置している
から孔の径を小さくすることは非常に困難なものといわ
ざるを得ない。
第2に、スクリーングリッド9と加速グリッド10との
間隔ggを小さくする方法が考えられるが、グリッド間
の絶縁破壊を防止するには一定の距離だけ離間して配置
しなげればならず限界がある。
間隔ggを小さくする方法が考えられるが、グリッド間
の絶縁破壊を防止するには一定の距離だけ離間して配置
しなげればならず限界がある。
第8の方法として加速電圧を大きくする方法があるが、
前述したようにイオンビームの加速エネルギーが高くな
りすぎマスク自体がスパッタリングされてしまい汚染等
の弊害が生じてしまう。
前述したようにイオンビームの加速エネルギーが高くな
りすぎマスク自体がスパッタリングされてしまい汚染等
の弊害が生じてしまう。
このように従来のカウフマン型イオン源において用いら
れているイオン引き出しグリッドでは高いビーム電流密
度を得ることができず、スパッタリング加工に長時間必
要となる欠点がある。まだ、2枚のグリッドを用いて孔
の位置が各々一致するように配設する構成になっている
から、部品加工上及び実装上高い精度が要求されるばか
りでなく、゛グリッドを構成する利料が限定される欠点
もある。
れているイオン引き出しグリッドでは高いビーム電流密
度を得ることができず、スパッタリング加工に長時間必
要となる欠点がある。まだ、2枚のグリッドを用いて孔
の位置が各々一致するように配設する構成になっている
から、部品加工上及び実装上高い精度が要求されるばか
りでなく、゛グリッドを構成する利料が限定される欠点
もある。
このような欠点を解消する方法としてスクリーングリッ
ドを取り除き加速グリッド1枚で構成されるイオン引き
出しグリッドが提案されているが、この方法ではビーム
の放散角が太き(なる欠点があるばかりでなく、グリッ
ド自体が加工されてしまいグリッドの寿命が短くなる欠
点があり、試料を汚染する間顕点も生ずる。
ドを取り除き加速グリッド1枚で構成されるイオン引き
出しグリッドが提案されているが、この方法ではビーム
の放散角が太き(なる欠点があるばかりでなく、グリッ
ド自体が加工されてしまいグリッドの寿命が短くなる欠
点があり、試料を汚染する間顕点も生ずる。
本発明の目的はスパッタリングに好適なエネルギー領域
のイオンビームを取り出ず際低い加速電圧でも高いビー
ム電流密度が得られると共に、イオンビームの放散角が
小さくイオンビームラ有効に被加工物に照射し得るイオ
ンビーム加工装色を提供することにある1、 本発明はプラズマイオンを発生するプラズマ発生室と、
発生したイオンをイオンビームどして引き出すイオン引
き出しグリッドと、引き出されたイオンビームを被加工
物に照射する加工室とを具エタイオンビーム加工装渦′
において、前記イオン引き出しグリッドを、前記プラズ
マ発生室側か絶・縁体より成り加工室側が導体より成り
、これら絶縁体及び導体を貫通して形成された多数の孔
を有する一体のグリッドで構成し、前記導体部をプラズ
マ電位に対して負の電位点に接続したことを特徴とする
ものでk〕る。
のイオンビームを取り出ず際低い加速電圧でも高いビー
ム電流密度が得られると共に、イオンビームの放散角が
小さくイオンビームラ有効に被加工物に照射し得るイオ
ンビーム加工装色を提供することにある1、 本発明はプラズマイオンを発生するプラズマ発生室と、
発生したイオンをイオンビームどして引き出すイオン引
き出しグリッドと、引き出されたイオンビームを被加工
物に照射する加工室とを具エタイオンビーム加工装渦′
において、前記イオン引き出しグリッドを、前記プラズ
マ発生室側か絶・縁体より成り加工室側が導体より成り
、これら絶縁体及び導体を貫通して形成された多数の孔
を有する一体のグリッドで構成し、前記導体部をプラズ
マ電位に対して負の電位点に接続したことを特徴とする
ものでk〕る。
以下添附図面について本発明の1を体重実施の態様を詳
、tlllに薄明する。第2し1は本発明に係るイオン
ビーム加工装置の一例の構成を示す断面図である。本発
明に係るイオンビーム加工装fはプラズマ発生室81、
イオン引き出しグリッド82及び加工室88から構成さ
れ、プラズマ発生室31とj111工宇88は9(t1
図で示した従来の装置をそのまま適用できるため説明は
省略しイオン引き出しグリッド22について詳Ivl1
1に酸1明する。尚、第1図に示す装置P+と同じ部分
には同じ負号を付けて示した。イオン引き出しグリッド
22はプラズマ発生室81側が厚さの厚い絶縁材料でで
きている絶縁体24と加工室2B側が薄い導電材料でで
きている導体層25とから一体的に構成され、これら絶
縁体および導体層を貫通して形成された多数の孔・26
が形成されている。絶縁体24はプラズマ境界の形状を
制御すると共に、イオンが直接導体層25に流入するの
を防止している。よって、第1図で説明したスクリーン
グリッドと同等の機能を果している。孔26の密度(単
位面積当りの孔の個数)は大きい程ビーム電流密度が大
きくなるので小さい径の孔を多数形成することが望まし
い。
、tlllに薄明する。第2し1は本発明に係るイオン
ビーム加工装置の一例の構成を示す断面図である。本発
明に係るイオンビーム加工装fはプラズマ発生室81、
イオン引き出しグリッド82及び加工室88から構成さ
れ、プラズマ発生室31とj111工宇88は9(t1
図で示した従来の装置をそのまま適用できるため説明は
省略しイオン引き出しグリッド22について詳Ivl1
1に酸1明する。尚、第1図に示す装置P+と同じ部分
には同じ負号を付けて示した。イオン引き出しグリッド
22はプラズマ発生室81側が厚さの厚い絶縁材料でで
きている絶縁体24と加工室2B側が薄い導電材料でで
きている導体層25とから一体的に構成され、これら絶
縁体および導体層を貫通して形成された多数の孔・26
が形成されている。絶縁体24はプラズマ境界の形状を
制御すると共に、イオンが直接導体層25に流入するの
を防止している。よって、第1図で説明したスクリーン
グリッドと同等の機能を果している。孔26の密度(単
位面積当りの孔の個数)は大きい程ビーム電流密度が大
きくなるので小さい径の孔を多数形成することが望まし
い。
また、この絶縁体24の材料は電気絶縁性を有していれ
ば多くのものを使用できるが、若干の発熱を伴なうため
耐熱性を有していて熱変形の小さい絶縁体が好適である
。導体層25はグリッド下部で加速電位を与えるための
ものであり、機械的強度は要求されず、また絶縁体24
によりイオンが直接に入射しないように構成されている
から、スパッタリングに対する耐久性も要求されず、導
電性を具えているだけで良いので種々の拐料を使用でき
る。第8図は引き出しグリッド近傍におけるプラズマ境
界27の形状を示す線図である。プラズマの発生に伴な
い絶縁体24の表面にはプラズマ源からイオンが入射し
、絶縁体24の表面ばほぼ陰極のフィラメント電位に等
しい電位になる。
ば多くのものを使用できるが、若干の発熱を伴なうため
耐熱性を有していて熱変形の小さい絶縁体が好適である
。導体層25はグリッド下部で加速電位を与えるための
ものであり、機械的強度は要求されず、また絶縁体24
によりイオンが直接に入射しないように構成されている
から、スパッタリングに対する耐久性も要求されず、導
電性を具えているだけで良いので種々の拐料を使用でき
る。第8図は引き出しグリッド近傍におけるプラズマ境
界27の形状を示す線図である。プラズマの発生に伴な
い絶縁体24の表面にはプラズマ源からイオンが入射し
、絶縁体24の表面ばほぼ陰極のフィラメント電位に等
しい電位になる。
これにより絶縁体24の上方のイオンシースのIJが孔
26の上方のイオンシースの巾より小さくなり、第8図
に示すように各孔26の上方において陰極方向に凹形を
したプラズマ境界が形成される。
26の上方のイオンシースの巾より小さくなり、第8図
に示すように各孔26の上方において陰極方向に凹形を
したプラズマ境界が形成される。
この凹形をしたプラズマ境界27は第1図で示した二枚
グリッドで形成されるプラズマ境界と同等の形状をして
いる。従って、絶縁体24を形成することによりスクリ
ーングリッドを2枚設ける場合と全(同一の効果を発揮
できる。これにより導体層25の側面を通りグリッドに
流入するイオン電流は減少し従来のイオン引き出しグリ
ッドに比べ総電流が同一であ〜つてもより大きいイオン
電流密度を得ることができ、また、グリッドのスパッタ
リングによる損耗が防げると共に、グリッド部における
発熱量も減少する。更に、絶縁体表面の電位がフィラメ
ント電位に等しいことは入射するイオンのエネルギーも
絶縁体24の表面電位、即ち陰極のフィラメント電位に
等しくなる。ここで、重要なことは導体層25の厚さと
絶縁体B4の厚・さである。導体層25の厚さが厚いと
その側面を・通してグリッドに流入する電流が太き(な
りグリッド部における発熱の原因になるばかりでな(、
引き出されるイオンビームの発散角を大きくする弊害も
生ずる。よって導体層の厚さは薄(することが望ましい
。また、絶縁体24の厚さが薄いと絶縁体24の内外に
おける電位分布が複雑になりビームの発散角が大きくな
る不都合を生じてしまう。よって絶縁体24はある程度
の厚さを有することが望ましい。絶縁体24が厚い場合
、孔26の側面にイオンが飛来して、JL 26の側面
も正極の表面電位と同電位となり静電レンズ効果により
引き出されるイオンビームが絞り込まれ、ビームの指向
性が一層改善される。この場合絶縁体24の厚さは孔z
6の径との関係より定められるべきであり、少なくとも
開口径の20%以上あることが望ましい。
グリッドで形成されるプラズマ境界と同等の形状をして
いる。従って、絶縁体24を形成することによりスクリ
ーングリッドを2枚設ける場合と全(同一の効果を発揮
できる。これにより導体層25の側面を通りグリッドに
流入するイオン電流は減少し従来のイオン引き出しグリ
ッドに比べ総電流が同一であ〜つてもより大きいイオン
電流密度を得ることができ、また、グリッドのスパッタ
リングによる損耗が防げると共に、グリッド部における
発熱量も減少する。更に、絶縁体表面の電位がフィラメ
ント電位に等しいことは入射するイオンのエネルギーも
絶縁体24の表面電位、即ち陰極のフィラメント電位に
等しくなる。ここで、重要なことは導体層25の厚さと
絶縁体B4の厚・さである。導体層25の厚さが厚いと
その側面を・通してグリッドに流入する電流が太き(な
りグリッド部における発熱の原因になるばかりでな(、
引き出されるイオンビームの発散角を大きくする弊害も
生ずる。よって導体層の厚さは薄(することが望ましい
。また、絶縁体24の厚さが薄いと絶縁体24の内外に
おける電位分布が複雑になりビームの発散角が大きくな
る不都合を生じてしまう。よって絶縁体24はある程度
の厚さを有することが望ましい。絶縁体24が厚い場合
、孔26の側面にイオンが飛来して、JL 26の側面
も正極の表面電位と同電位となり静電レンズ効果により
引き出されるイオンビームが絞り込まれ、ビームの指向
性が一層改善される。この場合絶縁体24の厚さは孔z
6の径との関係より定められるべきであり、少なくとも
開口径の20%以上あることが望ましい。
尚・充分なイオン電流を得るには、加工室側のプラズマ
電位を中和により充分下げる必要が生ずる場合もある。
電位を中和により充分下げる必要が生ずる場合もある。
この場合にはイオン引き出しグリ、ラドz2の下方の加
工室2B内に通常の熱線フィラメントを配置して熱電子
を充分放出することにより達成できる。
工室2B内に通常の熱線フィラメントを配置して熱電子
を充分放出することにより達成できる。
次にカウフマン型イオンビーム加工装置において本発明
に係るイオン引き出しグリッドを用いた場合の性能結果
について従来のイオン引き出しグリッドを使用した場合
と比較して説明する。尚、本発明と従来例との比較実験
は、イオン引き出しグリッド、加速電圧及びザブレツサ
電圧のみ相違し、これら以外は同一条件とした。
に係るイオン引き出しグリッドを用いた場合の性能結果
について従来のイオン引き出しグリッドを使用した場合
と比較して説明する。尚、本発明と従来例との比較実験
は、イオン引き出しグリッド、加速電圧及びザブレツサ
電圧のみ相違し、これら以外は同一条件とした。
(実験条件)
1)本発明に係るグリッド
J孔径 0..4mm
2孔ピツチ 0.6mm
8、絶縁体 アルミナ(kyocera A++’47
9 )t=0.25m、m 4、導体層 ニッケルメッキ t=0.01m、mII
)従来例(2枚グリッド方式)のグリッド】、孔径 1
.Omm 2、孔ピッチ 1.5mm 3.グリッド間隔 0.6mm (測定方法) 1)最大電流密度 プローブ径s mmのファラデイカツブを用いて測定し
た。測定位置は本発明の装置ではグリッドから8cIr
Lの位置で、従来の装置では加速グリッドからlOc+
++の位置で測定した。この位置の相違は理論的に従来
装置の方が約1.56倍小さく測定されるので比較する
場合は従来装置の数値を1.56倍して比較する。
9 )t=0.25m、m 4、導体層 ニッケルメッキ t=0.01m、mII
)従来例(2枚グリッド方式)のグリッド】、孔径 1
.Omm 2、孔ピッチ 1.5mm 3.グリッド間隔 0.6mm (測定方法) 1)最大電流密度 プローブ径s mmのファラデイカツブを用いて測定し
た。測定位置は本発明の装置ではグリッドから8cIr
Lの位置で、従来の装置では加速グリッドからlOc+
++の位置で測定した。この位置の相違は理論的に従来
装置の方が約1.56倍小さく測定されるので比較する
場合は従来装置の数値を1.56倍して比較する。
11)電流密度分布
ファラデイカツブを用いて中心及び横方向に各々2c1
rL、4cmの5点の電流密度を測定し、ビームプロフ
ィールをめた。
rL、4cmの5点の電流密度を測定し、ビームプロフ
ィールをめた。
Il+ )ビーム発散角
ビーム発散角αは次の(2)式よりめた。
a = tan−1((R,−Rβ)/ L :] ・
・・・ (2)Ra:全ビームの95%のビームが通る
半径 Rβ:イオン源の半径 L :イオン源からファラデイカツブまでの距離 lv)総iに流 総電流はビームプロフィールを積分することによりめた
。
・・・ (2)Ra:全ビームの95%のビームが通る
半径 Rβ:イオン源の半径 L :イオン源からファラデイカツブまでの距離 lv)総iに流 総電流はビームプロフィールを積分することによりめた
。
表1
表2
※註ニー熱線フィラメントを用いて熱電子を十分放射し
ている。
ている。
(実験結果)
表1に最大電流密度、総電流及びビーム発散半角に関す
る実験結果を、表2にグリッドを通過直後の位置におけ
る最大電流密度をそれぞれ示す。
る実験結果を、表2にグリッドを通過直後の位置におけ
る最大電流密度をそれぞれ示す。
尚、従来例で用いた加速電圧は本発明で用いた加速電圧
より高いためビーム発散半角を除き直接数値を比較でき
ないが、前述した(1)式に基けばビーム電、流は加速
電圧の4乗に比例することが明らかである。よって、(
1)式に基き補正した数値を用いて比較検討する。
より高いためビーム発散半角を除き直接数値を比較でき
ないが、前述した(1)式に基けばビーム電、流は加速
電圧の4乗に比例することが明らかである。よって、(
1)式に基き補正した数値を用いて比較検討する。
1)最大電流密度
正味の加速電圧vnが1fllO’Vの場合は、従来例
に比べほぼ4〜6倍増加しており、Vn=200Vの場
合では従来例に比べ2.6〜8.8倍増加している。又
、グリッドを通過した直後の最大電流密度も同様に本発
明に係るイオン引き出しグリッドを用いると、従来例に
比べVn−120vの場合は、はぼ4.5〜6.2倍増
加し、Vn=200■の場合には2.4〜8.8倍増加
している。
に比べほぼ4〜6倍増加しており、Vn=200Vの場
合では従来例に比べ2.6〜8.8倍増加している。又
、グリッドを通過した直後の最大電流密度も同様に本発
明に係るイオン引き出しグリッドを用いると、従来例に
比べVn−120vの場合は、はぼ4.5〜6.2倍増
加し、Vn=200■の場合には2.4〜8.8倍増加
している。
この結果は、v −120Vと比較的低い加速1
電圧の場合は(1)式に示す理論値とほぼ一致し、V−
2(IOVの場合は理論値より低い値になりている。
2(IOVの場合は理論値より低い値になりている。
lI)総電流
V =120Vの場合は従来例に比べ、2.8〜4倍増
加し、Vn−200Vの場合はl−2倍増加している。
加し、Vn−200Vの場合はl−2倍増加している。
In)発散半角
本発明に係るイオン引き出しグリッドを用いた場合ビー
ム電流の大小に拘わらすほば一定の値を示すが、従来例
においてはビーム電流が大きくなるに従い発散半角が大
きくなる傾向にある。そl−て、本発明によれば従来例
に比べて約8度程度改善することができる。この結果は
イオンビームの発散性を改善してイオンビームの指向性
を一層高めることができることを意味する。
ム電流の大小に拘わらすほば一定の値を示すが、従来例
においてはビーム電流が大きくなるに従い発散半角が大
きくなる傾向にある。そl−て、本発明によれば従来例
に比べて約8度程度改善することができる。この結果は
イオンビームの発散性を改善してイオンビームの指向性
を一層高めることができることを意味する。
lv)ビームフロフィール
第4図にビームプロフィールを示す。縦軸はビーム電流
密度を示し、横軸は中心からの距離を示す。実線Aで示
す従来例は正味の加速電圧が450V、ビーム雷、流が
44.6mAであり、破+M Bで示す本発明の装置で
は加メ1(電圧が200vビーム電流が44.9rnA
−である。グラフlより明らかなように本発明のビーム
箱、流密度分布は従来例に比べ急激な立ち上がりを示し
、発散性が小さく指向性に富んでいるのが理解できる。
密度を示し、横軸は中心からの距離を示す。実線Aで示
す従来例は正味の加速電圧が450V、ビーム雷、流が
44.6mAであり、破+M Bで示す本発明の装置で
は加メ1(電圧が200vビーム電流が44.9rnA
−である。グラフlより明らかなように本発明のビーム
箱、流密度分布は従来例に比べ急激な立ち上がりを示し
、発散性が小さく指向性に富んでいるのが理解できる。
この傾向はビーム電流及び加速電圧が変化しても同様で
ある。
ある。
′尚、本発明において正味の加速電圧vnが150Vの
場合には従来例に対する最大電流密度及び総電流の増加
率がほぼ理論と一致し−ているが、v=zoovの場合
に若干増加率が小さいことはプラズマ発生室からブリッ
ドにより引き出されるイオン量に対するプラズマイオン
の生成量が対応して生成されていないためこのような結
果になったものと推定される。
場合には従来例に対する最大電流密度及び総電流の増加
率がほぼ理論と一致し−ているが、v=zoovの場合
に若干増加率が小さいことはプラズマ発生室からブリッ
ドにより引き出されるイオン量に対するプラズマイオン
の生成量が対応して生成されていないためこのような結
果になったものと推定される。
第す図は本発明によるイオン引き出しグリッドの他の例
を示す断面図である。前例のグリッドは絶縁体板上に導
体層を被着して形成したが、本例では導体板上に絶縁体
層を破着して形成する。即ち、第5図に示すように、本
例のイオン引き出しグリッドBOは、例えば厚さ0.1
mmのステンレス板より成る導体81に直径が約0.2
gの孔62を従来例(直径1 mmの孔が形成されてい
る)に比ベロ、25倍の開口密度で形成した後、一方の
表面に例えば厚さ8μmのsio□より成る絶縁体層8
2を真空蒸着して形成した。このイオン引き出しグリッ
ド80を用いたところ、ビームプロファイルの平行度、
ビーム電流密度、寿命、ターゲットの汚染防止などの点
において従来のイオン引き出しグリッドに比べて著しい
効果の向上が見られた。即ち、ビームプロファイルは従
来のものに比べて急峻となると共に1ビ一ム電流密度も
V=120■において1.6mM−の値が得られた。た
だし、本例のように薄い絶縁体層を用いる場合には、そ
の耐久性が問題となる場合もあるので、CVDのような
比較的残留応力の少ない方法で絶縁体層を形成したり、
導体の熱膨張率に近い膨張率を有する絶[料を用いたり
、81基板を用いて一方の表面を熱酸化し、他方の表面
にB又はPをドープして応力剥離し、に(い構造とする
lIどの処理を講するのが好適であるー 以上説明したように本発明によれば、イオン引き出しグ
リッドに形成されている絶縁体がスクリーングリッドと
しての機能を果すから、スクリーングリッドと加速グリ
ッドとを一体的に形成したものと等価になる。これによ
りイオン引き出しグリノ・ドに形成すべき小孔の開口密
度を増加することができ、低電位プラズマを低い加電圧
で高いビ−ム電流密度のイオンビームとして取り出すこ
とが可能になり、マスク等に損傷を与えることなく加工
速度を高めることが可能になる。またイオン引き出しグ
リッドを一体物で構成できるから、絶縁体基板に加速グ
リッドを構成する導体層を蒸着、メッキ等の方法により
一体的に製作することが可能になり、イオン引き出しグ
リッド自体の製作及びその装着がより一層容易になる。
を示す断面図である。前例のグリッドは絶縁体板上に導
体層を被着して形成したが、本例では導体板上に絶縁体
層を破着して形成する。即ち、第5図に示すように、本
例のイオン引き出しグリッドBOは、例えば厚さ0.1
mmのステンレス板より成る導体81に直径が約0.2
gの孔62を従来例(直径1 mmの孔が形成されてい
る)に比ベロ、25倍の開口密度で形成した後、一方の
表面に例えば厚さ8μmのsio□より成る絶縁体層8
2を真空蒸着して形成した。このイオン引き出しグリッ
ド80を用いたところ、ビームプロファイルの平行度、
ビーム電流密度、寿命、ターゲットの汚染防止などの点
において従来のイオン引き出しグリッドに比べて著しい
効果の向上が見られた。即ち、ビームプロファイルは従
来のものに比べて急峻となると共に1ビ一ム電流密度も
V=120■において1.6mM−の値が得られた。た
だし、本例のように薄い絶縁体層を用いる場合には、そ
の耐久性が問題となる場合もあるので、CVDのような
比較的残留応力の少ない方法で絶縁体層を形成したり、
導体の熱膨張率に近い膨張率を有する絶[料を用いたり
、81基板を用いて一方の表面を熱酸化し、他方の表面
にB又はPをドープして応力剥離し、に(い構造とする
lIどの処理を講するのが好適であるー 以上説明したように本発明によれば、イオン引き出しグ
リッドに形成されている絶縁体がスクリーングリッドと
しての機能を果すから、スクリーングリッドと加速グリ
ッドとを一体的に形成したものと等価になる。これによ
りイオン引き出しグリノ・ドに形成すべき小孔の開口密
度を増加することができ、低電位プラズマを低い加電圧
で高いビ−ム電流密度のイオンビームとして取り出すこ
とが可能になり、マスク等に損傷を与えることなく加工
速度を高めることが可能になる。またイオン引き出しグ
リッドを一体物で構成できるから、絶縁体基板に加速グ
リッドを構成する導体層を蒸着、メッキ等の方法により
一体的に製作することが可能になり、イオン引き出しグ
リッド自体の製作及びその装着がより一層容易になる。
さらには、加速グリッドを構成する導体が直接プラズマ
イオンと接触しにくい構成になっているからイオン引き
出しグリッドを構成する材料の選択性の範囲が広くなる
。また、絶縁体層の厚さを大きくして孔の孔径に対して
少な(とも20%以上の厚さにすることにより引き出さ
れるイオンビームの指向性を一層高めることが可能にな
り、グリッドから被加工物までの距離を大きくとらなけ
ればならない加工室構造をした装置に使用しても効率よ
く被加工物にイオンビームを照射することができる。
イオンと接触しにくい構成になっているからイオン引き
出しグリッドを構成する材料の選択性の範囲が広くなる
。また、絶縁体層の厚さを大きくして孔の孔径に対して
少な(とも20%以上の厚さにすることにより引き出さ
れるイオンビームの指向性を一層高めることが可能にな
り、グリッドから被加工物までの距離を大きくとらなけ
ればならない加工室構造をした装置に使用しても効率よ
く被加工物にイオンビームを照射することができる。
尚、本発明を適用できるイオンビーム加工装置のイオン
源はカウフマン型イオン源に限定されず、矩形導波管と
マイクロ波を用いてプラズマを発生させるイオン源にも
適用でき、」゛1人ガスもAr等の不活性ガスに限定さ
れず活性ガスを用(・るリアクティブエツチングにも適
用できる。川に、本発明はエツチングだけでな(スノく
ツタデポジションによる薄膜や表面クリーニング装置等
にも適用でさることはいうまでもない。
源はカウフマン型イオン源に限定されず、矩形導波管と
マイクロ波を用いてプラズマを発生させるイオン源にも
適用でき、」゛1人ガスもAr等の不活性ガスに限定さ
れず活性ガスを用(・るリアクティブエツチングにも適
用できる。川に、本発明はエツチングだけでな(スノく
ツタデポジションによる薄膜や表面クリーニング装置等
にも適用でさることはいうまでもない。
第1図は従来のカウフマン型イオン源を用し・たイオン
ビーム加工装置の構成を示す断面図、第2図は本発明に
係るイオン引き出しグリッドを用いたイオンビーム加工
装置の一例の構成を示す断面図、 第8図は本発明に係る引き出しグリッド及びプラズマ境
界の形状を示す断面図、 第4図はビーム電流密度分布を示す線図である。 ■・・・プラズマ発生室 2・・・イオン引き出しグリッド 8・・・加工室 番・・・陰極 5パシール壁 6・・・陽極 ?・・・電磁石 8・・・アノード電源11・・・加速
用電源 1B・・・ターゲットホルダ14・・・試料
15・・・マスク 16 、17・・・開口 21・・・プラズマ発生室2
2・・・イオン引き出しグリッド 28・・・加工室 24・・・絶縁体 25・・・導体層 26・・・孔 27・・・プラズマ境界 lll0・・・イオン引き出しグリッド81・・・導体
82・・・絶縁体層 88・・・孔。 特許出願人 東 京 大 学 長 第3図 手続補正書 l11(和59年 3月221J 1、事件の表示 昭和58年 特 許 願第126848号2、発明の名
称 イオンビーム加工装置 3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 東 京 大 学 長 な説明」 「図面の簡単な説明」の欄及び図面7、補正
の内容(別紙の通り) の範囲を下記のとおりに訂正する。 「2特許請求の範囲 1 プラズマイオンを発生するプラズマ発生室と、発生
したイオンをイオンビームとして引き出すイオン引き出
しグリッドと、引き出きれたイオンビームを被加工物に
照射する加工室とを具えたイオンビーム加工装置におい
て、前記イオン引き出しグリッドを、前記プラズマ発生
室側が絶縁体より成り加工室側が導体より成り、これら
絶縁体及び導体を貫通して形成された多数の孔を有する
一体のグリッドで構成し、前記導体部をプラズマ電位に
対して負の電位点に接続したことを特徴とするイオンビ
ーム加工装置。 λ 前記グリッドの絶縁体の厚さを導体の厚さよりも厚
くしたことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載のイ
オンビーム加工装置。 & 前記グリッドの絶縁体の厚さをグリッドの孔径の2
0%以上の厚さにしたことを特徴とする特許請求の範囲
第1項又は第2項 1記載のイオンビーム加工装置。」 ( ( ( ( (2)明細書第2頁第20行の「加工原理と ているか
ら」を「加工原理としているから」に訂正する。 (3)同第4頁第9行の1中心に 設した」を1中心に
配設した」に訂正する。 (4)同第1O頁第10行、第11行および第16行〜
17行の1発生室81」を「発生室21」に訂正し1 同頁第10行の1グリツド32」を「グリッド22」に
訂正し、 同頁第11行および第12行の「加工室38」を「加工
室28」に訂正する。 5)同第11頁第6行の「は大きい」を1が大きい」に
訂正する。 6)同第12頁第1行の「陰極のフィラメント電位に等
しい」を「陰極4のフィラメント電位にほぼ等しい」に
訂正する。 ア)同第18頁第5行の「導体層」を「導体層25」に
訂正し、 同頁第19行の「中和により」を「中和して」に訂正す
る。 、(8)同第20頁第14行の「グラフ1」を「第4図
1に訂正する。 (9)同第24頁第14行〜16行を下記のとおりに訂
正する。 「 第3図は本発明に係るイオン引き出しグリッド及び
プラズマ境界の形状を示す断面図、第4図はビーム電流
密度分布を示す線図、第5図は本発明によるイオン引き
出しグリ・ノドの変形例の構1r%を示す断面図である
。」00)図面第5図を補充する。 第5図
ビーム加工装置の構成を示す断面図、第2図は本発明に
係るイオン引き出しグリッドを用いたイオンビーム加工
装置の一例の構成を示す断面図、 第8図は本発明に係る引き出しグリッド及びプラズマ境
界の形状を示す断面図、 第4図はビーム電流密度分布を示す線図である。 ■・・・プラズマ発生室 2・・・イオン引き出しグリッド 8・・・加工室 番・・・陰極 5パシール壁 6・・・陽極 ?・・・電磁石 8・・・アノード電源11・・・加速
用電源 1B・・・ターゲットホルダ14・・・試料
15・・・マスク 16 、17・・・開口 21・・・プラズマ発生室2
2・・・イオン引き出しグリッド 28・・・加工室 24・・・絶縁体 25・・・導体層 26・・・孔 27・・・プラズマ境界 lll0・・・イオン引き出しグリッド81・・・導体
82・・・絶縁体層 88・・・孔。 特許出願人 東 京 大 学 長 第3図 手続補正書 l11(和59年 3月221J 1、事件の表示 昭和58年 特 許 願第126848号2、発明の名
称 イオンビーム加工装置 3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 東 京 大 学 長 な説明」 「図面の簡単な説明」の欄及び図面7、補正
の内容(別紙の通り) の範囲を下記のとおりに訂正する。 「2特許請求の範囲 1 プラズマイオンを発生するプラズマ発生室と、発生
したイオンをイオンビームとして引き出すイオン引き出
しグリッドと、引き出きれたイオンビームを被加工物に
照射する加工室とを具えたイオンビーム加工装置におい
て、前記イオン引き出しグリッドを、前記プラズマ発生
室側が絶縁体より成り加工室側が導体より成り、これら
絶縁体及び導体を貫通して形成された多数の孔を有する
一体のグリッドで構成し、前記導体部をプラズマ電位に
対して負の電位点に接続したことを特徴とするイオンビ
ーム加工装置。 λ 前記グリッドの絶縁体の厚さを導体の厚さよりも厚
くしたことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載のイ
オンビーム加工装置。 & 前記グリッドの絶縁体の厚さをグリッドの孔径の2
0%以上の厚さにしたことを特徴とする特許請求の範囲
第1項又は第2項 1記載のイオンビーム加工装置。」 ( ( ( ( (2)明細書第2頁第20行の「加工原理と ているか
ら」を「加工原理としているから」に訂正する。 (3)同第4頁第9行の1中心に 設した」を1中心に
配設した」に訂正する。 (4)同第1O頁第10行、第11行および第16行〜
17行の1発生室81」を「発生室21」に訂正し1 同頁第10行の1グリツド32」を「グリッド22」に
訂正し、 同頁第11行および第12行の「加工室38」を「加工
室28」に訂正する。 5)同第11頁第6行の「は大きい」を1が大きい」に
訂正する。 6)同第12頁第1行の「陰極のフィラメント電位に等
しい」を「陰極4のフィラメント電位にほぼ等しい」に
訂正する。 ア)同第18頁第5行の「導体層」を「導体層25」に
訂正し、 同頁第19行の「中和により」を「中和して」に訂正す
る。 、(8)同第20頁第14行の「グラフ1」を「第4図
1に訂正する。 (9)同第24頁第14行〜16行を下記のとおりに訂
正する。 「 第3図は本発明に係るイオン引き出しグリッド及び
プラズマ境界の形状を示す断面図、第4図はビーム電流
密度分布を示す線図、第5図は本発明によるイオン引き
出しグリ・ノドの変形例の構1r%を示す断面図である
。」00)図面第5図を補充する。 第5図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 L プラズマイオンを発生するプラズマ発生室と、発生
したイオンをイオンビームとして引き出すイオン引き出
しグリッドと、引き出されたイオンビームを被加工物に
照射する加工室とを具えたイオンビーム加工装置におい
て、前記イオン引ぎ出しグリッドを、前記プラズマ発生
室側が絶縁体より成り加工室側が導体より成り、これら
絶縁体及び導体を貫通して形成された多数の孔を有する
一体のグリッドで構成し、前記導体部をプラズマ電位に
対して負の電位点に接続したことを特徴とするイオンビ
ーム加工装置。 艮 前記スクリーンの絶縁体の厚さを導体の厚さよりも
厚くしたことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
イオンビーム加工装置。 & 前記グリッドの絶縁体の厚さをグリッドの孔径の2
0%以上の厚さにしたことを特徴とする特許請求の範囲
第1項又は第2項記載のイオンビーム加工装置。
Priority Applications (5)
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