(57)【要約】【課題】  イオンミリングにおいて、イオンビームの強度分布を任意に変更して、被加工物の所望の加工形状を達成できるようにする。【解決手段】  イオンミリング装置のイオンガンと被加工物の間に、加速電極と減速電極からなる引き出し電極と、補正電極１０が配置されている。補正電極１０は、分割された３つの電極片１０ａ〜１０ｃからなり、各電極片１０ａ〜１０ｃには、電圧印加手段２０からそれぞれ独立して直流電圧が印加される。各電極片１０ａ〜１０ｃに印加される電圧を変化させることによって、引き出し電極によって引き出されるイオンビームの強度分布を変更することができる。所望の強度分布のイオンビームを被加工物に照射し、各電極片１０ａ〜１０ｃに印加される電圧を適宜変化させることによって、異なる強度分布のイオンビームを被加工物に照射させることができ、所望のミリング形状が得られる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物が搭載されるステージと、プラズマからイオンを引き出してイオンビームを前記ステージ上の被加工物に照射するイオンガンとを有するイオンミリング装置において、
前記イオンガンと前記ステージの間に、加速電極と減速電極からなりイオンビームを引き出すための引き出し電極と、分割された複数の電極片からなる補正電極とが配置されており、
前記補正電極の前記各電極片にそれぞれ独立して直流電圧を印加し、イオンビームの強度分布を変更することができる電圧印加手段を有することを特徴とするイオンミリング装置。
【請求項２】
前記電圧印加手段は、前記補正電極の前記各電極片にそれぞれ異なる直流電圧を印加させることができ、かつ、前記補正電極の前記各電極片に印加する直流電圧を変化させることによってイオンビームの強度分布を変更することができる、請求項１に記載のイオンミリング装置。
【請求項３】
前記加速電極は、分割された複数の電極片からなり、
前記電圧印加手段は、前記加速電極の前記各電極片にもそれぞれ独立して直流電圧を印加し、イオンビームの強度分布を変更することができる、請求項１または２に記載のイオンミリング装置。
【請求項４】
前記補正電極は、中心部にくり抜き部を有しており、前記くり抜き部の周囲に前記各電極片が配置されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載のイオンミリング装置。
【請求項５】
前記補正電極と前記ステージの間に絶縁物からなる補正筒が設けられており、該補正筒は、前記補正電極の前記各電極片毎にイオンビームの照射領域を隔離するように配置されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載のイオンミリング装置。
【請求項６】
前記補正筒は、ガラス、石英ガラス、セラミックのうちの少なくとも１つからなる、請求項５に記載のイオンミリング装置。
【請求項７】
前記ステージを内蔵する処理室内に反応性ガスを供給するガス供給手段を有する、請求項１〜６のいずれか１項に記載のイオンミリング装置。
【請求項８】
前記反応性ガスは前記処理室外で活性化され、長寿命ラジカルを含んだ状態で前記処理室内に供給される、請求項７に記載のイオンミリング装置。
【請求項９】
イオンガンと、前記イオンガンとステージの間に配置されている加速電極と減速電極からなる引き出し電極によって、プラズマからイオンを引き出してイオンビームをステージ上の被加工物に照射するイオンミリング方法において、
前記イオンガンと前記ステージの間に配置されている、分割された複数の電極片からなる補正電極の前記各電極片にそれぞれ異なる直流電圧を独立して印加することによって、所望の強度分布を有するイオンビームを照射することを特徴とするイオンミリング方法。
【請求項１０】
前記補正電極の前記各電極片に印加する直流電圧を適宜に変化させて、異なる強度分布を有する２種類以上のイオンビームを前記被加工物に照射することによって、所望のミリング形状を得る、請求項９に記載のイオンミリング方法。
【請求項１１】
前記加速電極を、分割された複数の電極片から構成し、前記加速電極の前記各電極片にもそれぞれ異なる直流電圧を独立して印加する、請求項９または１０に記載のイオンミリング方法。
【請求項１２】
前記ステージを内蔵する処理室内に反応性ガスを供給する、請求項９〜１１のいずれか１項に記載のイオンミリング方法。
【請求項１３】
前記反応性ガスを、前記処理室外で活性化し、長寿命ラジカルを含んだ状態で前記処理室内に供給する、請求項１２に記載のイオンミリング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はイオンミリング装置およびイオンミリング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に開示されているような通常のイオンミリング装置（図１４参照）は、ステージ１０１を内蔵する真空容器１０２の天井にイオンガン１０３が装着されており、イオンガン１０３内部に発生したイオンが、引き出し電極１３１に設けられた多数の孔１３２を通して真空容器１０２内に放射される。被加工物１０４は、イオンガン１０３の正面に配置された引き出し電極１３１と対向するステージ１０１に搭載されており、イオンガン１０３から真空容器１０２内に放射されたイオンを被加工物１０４に衝突させることによって被加工物１０４の表面を加工する。図１５にこのイオンミリング装置の引き出し電極１３１とイオンビームの強度分布が示されている。引き出し電極１３１が、図１５（ａ）に示すように平坦でしかも孔１３２が均等に設けられていると、被加工物１０４の表面でのイオンビームの強度分布は、図１５（ｂ）に示すように、中心部が最大で周辺部に向かって漸減する傾向にある。一方、図１５（ｃ）に示すように、引き出し電極１３１に凹凸がつけられていると、イオンビームの強度分布は図１５（ｄ）に示すように中心部から周縁部に向かって比較的広い範囲で強度が均一になる。
【０００３】
特許文献２に記載のイオン源は、図１６に示すように、引き出し電極１３１に、中心からの距離に依って開口面積の割合が変化するように孔１３２が設けられている。また、引き出し電極１３１とは絶縁されたもう１つの電極が設けられ、その電極に、中心からの距離に依って開口面積の割合が変化するように孔が設けられている構成も提案されている。
【０００４】
特許文献３には、図１７に示すように、複数個（図示する例では４個）の電極片１４２ａ〜１４２ｄから構成されている、同一面上で複数に分割された形態の引き出し電極１４２を有し、電極片１４２ａ〜１４２ｄの各々に異なる電位を与えるようにして、少なくとも１つのイオン引き出し電極１４２によってプラズマから引き出されるイオンビームの面密度とエネルギー分布の偏りを解消することができるイオン源が提案されている。なお、図１７には、引き出し電極１４２に形成されている孔１４１のうちの一部のみが示されている。
【０００５】
一方、特許文献４には、励起された反応性粒子とイオンビームとの相互効果による物質の変化を利用して基板に所望のパターンを形成する方法が開示されている。
【特許文献１】特開平８−８２３０号公報
【特許文献２】特開平８−１２９９８２号公報
【特許文献３】特開平５−２０５６８１号公報
【特許文献４】特開昭６０−２３６２３３号公報
【非特許文献１】マイクロ加工技術編集委員会、「マイクロ加工技術」、日刊工業新聞社、昭和５２年発行、第４４項
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１および特許文献２の構成を採用しても、イオンビームの強度分布は物理的に決定されるため、強度分布を自由に変更することができない。
【０００７】
また、特許文献３の構成では、イオンビームの面密度とエネルギー分布の偏りを改善することはできるが、イオンビームの強度分布を大きく変更できるものではない。すなわち、図１８（ａ）に示すように、支持絶縁板１４３に支持されている引き出し電極１４２の中心部から外周部に向かって順次電位が高くなるように、電源１４４から各電極片に異なる電位を印加すると、引き出し電極１４２と金属電極１４６の間には図示するような等電位面１４５が形成される。この場合、中心部の加速電位は低いためイオンビーム強度は弱く、外周部は加速電位が高いためイオンビーム強度は強くなる。そして、荷電粒子の運動方向は、等電位面１４５に垂直な電気力線の方向に力を受けるために、引き出し電極１４２の中心に垂直な方向へと変化する。従って、外周部の強く加速されたイオンビームは中心部方向に集められる。従って、均一なイオンビーム分布となる。しかし、イオンビームの強度を中心部の強度が強く外周部の強度が弱い分布になるように、イオンビーム分布を大きく変えようとする場合には、この構成では適応できない。すなわち、中心部のイオンビーム強度を強めるためには、図１８（ｂ）に示すように、複数に分割された引き出し電極１４２の中心部の電極片に高いプラス電極を印加し、外側になるほど電極片に順次低いプラス電位を印加することになる。しかし、この場合、中心部のイオンビームは外側に発散してしまい、外周部のイオンビーム強度を十分に低減できない。従って、中心部のイオンビーム強度を強めるビーム強度分布と、外周部のイオンビーム強度を弱める強度分布とを、イオンビームの発散を防止しながら同時に達成することはできない。
【０００８】
このように、各特許文献に提案されているイオンビームガンを用いてイオンミリングを行うと、比較的広い面積に均一にイオンミリングを行うことは可能であるが、以下の要求を満たすイオンガンを実現することはできなかった。すなわち、非特許文献１に掲載されているイオンビームを用いたＢＫ−７ガラスの加工法のように、イオンビームの強度分布を利用して被加工物の形状を作りこむようにイオンミリングする場合には、イオンビームの強度分布が均一でなくガウス分布に近い分布が必要であり、加工速度を向上させるためには中心部のイオン強度を強くする必要がある。さらに、複雑な形状を作りこむためには、単一のイオンビーム強度分布を有するイオンビームだけでは難しく、異なるイオンビーム強度分布を持つ少なくとも２つ以上のイオンビームを用いてイオンミリングを行う必要がある。しかも、イオンミリング範囲も変更可能であることが望ましい。例えば、広い面積で全体的に強度が強いイオンビームと、狭い面積でガウス分布に近いイオンビーム強度分布を有するイオンビームとが必要である。このような２種類以上のイオンビームを用いてイオンミリングを行うことによってはじめて、複雑で精巧なイオンミリング形状を形成することが可能になる。
【０００９】
そこで本発明の目的は、イオンビームの強度分布を任意に変更することができ、被加工物の所望の加工形状に合わせて、任意の処理速度および処理形状を達成することができるイオンミリング装置およびイオンミリング方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の特徴は、被加工物が搭載されるステージと、プラズマからイオンを引き出してイオンビームをステージ上の被加工物に照射するイオンガンとを有するイオンミリング装置において、イオンガンとステージの間に、加速電極と減速電極からなりイオンビームを引き出すための引き出し電極と、分割された複数の電極片からなる補正電極とが配置されており、補正電極の各電極片にそれぞれ独立して直流電圧を印加し、イオンビームの強度分布を変更することができる電圧印加手段を有するところにある。
【００１１】
さらに、電圧印加手段は、補正電極の各電極片にそれぞれ異なる直流電圧を印加させることができ、かつ、補正電極の各電極片に印加する直流電圧を変化させることによってイオンビームの強度分布を変更することができる。
【００１２】
このように、補正電極を構成する複数の分割片に異なる直流電圧を独立して印加することによって、イオンビームの強度分布を任意に変更することが可能であり、それに伴って加工形状を任意に変更して、任意の処理速度および加工形状を達成することができる。
【００１３】
加速電極は、分割された複数の電極片からなり、電圧印加手段は、加速電極の各電極片にもそれぞれ独立して直流電圧を印加し、イオンビームの強度分布を変更することができる構成であってもよい。
【００１４】
補正電極は、中心部にくり抜き部を有しており、くり抜き部の周囲に各電極片が配置されていてもよい。
【００１５】
補正電極とステージの間に絶縁物からなる補正筒が設けられており、補正筒は、補正電極の各電極片毎にイオンビームの照射領域を隔離するように配置されていてもよい。その場合、補正筒は、ガラス、石英ガラス、セラミックのうちの少なくとも１つからなることが好ましい。
【００１６】
ステージを内蔵する処理室内に反応性ガスを供給するガス供給手段を有していてもよい。そして、反応性ガスは処理室外で活性化され、長寿命ラジカルを含んだ状態で処理室内に供給されてもよい。この場合、反応性ガスとイオンビームとの相互効果によって、イオンビーム強度分布を反映したミリング形状を変えることなく、処理速度を速くすることができる。
【００１７】
本発明のもう１つの特徴は、イオンガンと、イオンガンとステージの間に配置されている加速電極と減速電極からなる引き出し電極によって、プラズマからイオンを引き出してイオンビームをステージ上の被加工物に照射するイオンミリング方法において、イオンガンとステージの間に配置されている、分割された複数の電極片からなる補正電極の各電極片にそれぞれ異なる直流電圧を独立して印加することによって、所望の強度分布を有するイオンビームを照射するところにある。
【００１８】
補正電極の各電極片に印加する直流電圧を適宜に変化させて、異なる強度分布を有する２種類以上のイオンビームを被加工物に照射することによって、所望のミリング形状を得ることが好ましい。２種類以上のイオンビームを用いてイオンミリングを行うことによってはじめて、複雑かつ精巧なミリング形状を達成することができる。
【００１９】
さらに、加速電極を、分割された複数の電極片から構成し、加速電極の各電極片にもそれぞれ異なる直流電圧を独立して印加してもよい。
【００２０】
ステージを内蔵する処理室内に反応性ガスを供給してもよい。そして、反応性ガスを、処理室外で活性化し、長寿命ラジカルを含んだ状態で処理室内に供給してもよい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、補正電極が、分割された複数の電極片から構成されており、電極片毎に異なる電位を独立して印加することによって、プラズマから引き出されるイオンビームの面分布とエネルギー分布を制御できる。そして、補正電極の各電極片に印加する電位を変えることにより、異なる面分布およびエネルギー分布をもつイオンビームを得ることができるため、所望のイオンミリングの加工形状を得ることができる。特に、異なる面分布およびエネルギー分布をもつ２種類以上のイオンビームを用いてイオンミリングを行うと、複雑かつ精緻な加工形状が容易に得られる。異種のイオンビームに変更することは、補正電極の各電極片に印加する電位を変更することによって、イオンミリングプロセス中に容易に行えるため、非常に効率がよい。
【００２２】
処理室内に反応性ガスを供給する構成にすると、加工形状を変えることなく、加工速度を速くすることができる。特に、反応性ガスをマイクロ波等で励起して活性種を発生させ、この活性種を処理室内に供給するようにすると、加工速度を速くする効果が大きい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２４】
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態のイオンミリング装置が図１に示されている。このイオンミリング装置は、真空排気可能な処理室１に、イオンガン２と、ＸＹ方向に移動可能で、回転可能で、かつ角度調整可能なステージ３が配置されており、ステージ３上に被加工物４が配置される構成である。また、図示していないが、処理室１には真空排気系が接続されている。図２に示すイオンガン２は公知の構成であり、ＲＦアンテナ５とマグネット６とを有し、プラズマ７が生成される。図１，２に示すように、イオンガン２と被加工物４の間には、加速電極８と減速電極９からなる、イオンビームを引き出すための引き出し電極と、補正電極１０とが設けられている。補正電極１０は、図３に示すように、同心円状に複数個（図示する例では３個）に分割された電極片１０ａ〜１０ｃから構成されている。そして、図１，２に示すように、加速電極８、減速電極９、および補正電極１０はいずれも、全面に多数の細穴が設けられている。電圧印加手段２０によって、加速電極８には＋電位、減速電極９には−電位が印加され、補正電極１０には任意の電圧が印加される。なお、図面には概略的に示しているが、電圧印加手段２０は、加速電極８、減速電極９、補正電圧１０にそれぞれ対応して設けられた複数の装置の集合体であってもよいし、単一の装置で加速電極８、減速電極９、補正電圧１０の全てに電位を独立して印加可能なものであってもよい。その詳細な構成は特に限定されない。
【００２５】
図１に示すイオンミリング装置を用い、ＳｉＯ2膜を被加工物４としてイオンミリングを行ったところ、各イオンビーム強度分布に対応したミリング形状が得られた。それらの例について具体的に説明する。
【００２６】
電圧印加手段２０から補正電極１０の各電極片１０ａ〜１０ｃに等しい電位（アース電位）を印加した場合には、図４（ａ）に示すようなイオンビームの強度分布が得られる。これは、一般に処理室１（プラズマ室）内のプラズマ分布は中心ほどプラズマ密度が大きく、引き出されるイオンビームは、このプラズマ分布を反映して中心ほど密度（強度）が高い分布となるからである。そして、図４（ａ）に示す強度分布を持つイオンビームでイオンミリングを行ったところ、図４（ｂ）に示すように、広い面積でイオンビーム強度分布に対応したミリング形状が得られた。
【００２７】
また、電圧印加手段２０から、補正電極１０の中心部の電極片１０ｃには減速電極９と同じマイナス電位を印加し、アース電位が印加される最外部の電極片１０ａに至るまで、外側に向かって順次マイナス電位が小さくなるように、電極片１０ａ〜１０ｃに電位を印加してイオンミリングを行った。このように各電極片１０ａ〜１０ｃに異なる電位を印加した場合の等電位面１２と荷電粒子の運動方向１３が、図５に示されている。そして、この場合に引き出されるイオンビームは、中心部のイオンビームは減速されず、外周部のビームほど減速されて強度が低下し、図６（ａ）に示すように外周部の強度が低下したイオンビーム分布が得られる。そして、図６（ｂ）に示すように、狭い面積でイオンビーム強度分布に対応したミリング形状が得られた。
【００２８】
さらに、電圧印加手段２０から、補正電極１０の最外部の電極片１０ａには減速電極９と同じマイナス電位を印加し、アース電位が印加される中心部の電極片１０ｃに至るまで、内側に向かって順次マイナス電位が小さくなるように、電極片１０ａ〜１０ｃに電位を印加してイオンミリングを行った。この場合に引き出されるイオンビームは、外周部のイオンビームは減速されず、中心部のイオンビームほど減速されて強度が低下し、図７（ａ）に示すように外周部の強度が低下したイオンビーム強度分布が得られる。そして、図７（ｂ）に示すように、狭い面積でイオンビーム強度分布に対応したミリング形状が得られた。
【００２９】
このように、本実施形態のイオンミリング装置では、電圧印加手段２０から補正電極１０の各電極片１０ａ〜１０ｃに印加する電位を変えることによって、様々なイオンビーム強度分布を得ることができ、ひいては様々なミリング形状を得ることができる。そこで、このようにそれぞれ異なるイオンビーム強度分布を有する２種類以上のイオンビームによりイオンミリングを行うことによって、被加工物に任意の形状を作りこむことが可能となった。すなわち、図４（ｂ）、図６（ｂ）、図７（ｂ）に示されているような加工量がそれぞれ得られるイオンミリング工程を適宜に組み合わせて行うことによって、任意の形状を作り込むことができる。なお、異なるイオンビーム強度分布を持つ２種類のイオンビームでイオンミリングを行ってもよいが、それぞれ異なるイオンビーム分布を持つ３種類以上のイオンビームによってイオンミリングを行うことも可能である。
【００３０】
本実施形態のイオンミリング装置では、電圧印加手段２０から補正電極１０の各電極片１０ａ〜１０ｃに印加する電圧を任意に変更することによりイオンビーム強度分布を変えることができるため、所望の加工形状を得るために最適なイオンビーム強度を得ることができる。さらに、異なるイオンビーム強度分布を持つ複数のイオンビームでイオンミリング加工を行うことができ、被加工物に複雑な形状を作り込むことが可能である。
【００３１】
なお、本発明では、同一プロセス中で、真空状態を保ったままイオンビーム強度分布を変更することができるため、作業効率が向上する。また、イオンビーム強度分布を変えたイオンビームでの加工が同一工程中で真空を保ったまま行えるため、真空状態を一旦解除することによって被加工物の表面が酸化してミリングレートが変わり所望のミリング形状が得られないという問題は発生しない。
【００３２】
補正電極１０を複数の電極片に分割する形態は、図３に示す例に限定されるわけではなく、いかなる形状の電極片により補正電極１０を構成しても構わない。また、補正電極１０の各電極片に印加する電位は、マイナスからプラスまで任意に設定可能であり、必ずしもアース電位にする必要がない。電圧印加手段２０から各電極片に印加される電位は、所望のミリング形状を得るためのイオンビーム強度分布になるように適宜に設定される。
【００３３】
なお、本実施形態では被加工物４としてＳｉＯ2膜を用いているが、ＳｉＯ2に限定されず、Ｓｉ3Ｎ4、多結晶Ｓｉ、ＳｉＣ、Ｓｉウエハ、Ｓｉバルク、石英、各種ガラス、Ａｌ、Ｎｂ、Ｗ、Ｍｏ等の金属膜、金属部材、誘電体、絶縁部材、これらの単体および積層部材等のイオンミリング可能なものであれば、いかなるものであっても被加工物４とすることができる。
【００３４】
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態について図８を参照して説明する。なお、第１の実施形態と同様の部分については説明を省略する。
【００３５】
図８（ａ）に、本発明の第２の実施形態のイオンガン２が示されている。本実施形態では、第１の実施形態と同様に加速電極１８と減速電極９からなる引き出し電極と、補正電極１０が設けられており、補正電極１０のみならず、加速電極１８も、図８（ｂ）に示すように、同心円状に複数個（図示する例では３個）に分割された電極片１８ａ〜１８ｃから構成されている。そして、図８（ａ）に示すように、加速電極１８、減速電極９、および補正電極１０はいずれも全面に多数の細穴が設けられている。電圧印加手段２０から、加速電極１８には＋電位、減速電極９には−電位が印加され、補正電極１０には任意の電圧が印加される。
【００３６】
このイオンミリング装置を用い、電圧印加手段２０から、加速電極１８の電極片１８ａ〜１８ｃには、最外部の電極片１８ａから中心部の電極片１８ｃに向かって順次プラス電位が大きくなるように各電極片１８ａ〜１８ｃに電位を印加し、かつ補正電極１０の中心部の電極片１０ｃには減速電極９と同じマイナス電位を印加し、アース電位が印加される最外部の電極片１０ａに至るまで、外側に向かって順次マイナス電位が小さくなるように、電極片１０ａ〜１０ｃに電位を印加してイオンミリングを行った。この場合、第１の実施形態よりも、外周部のイオンビームは加速電位が小さく、減速電位が大きいため、引き出されるイオンビームは、外側のイオンビームは相対的に大きく減速され、より強度が低下し、図８（ｃ）に示すように外側の強度が低下したイオンビーム強度分布が得られた。
【００３７】
本実施形態によると、電圧印加手段２０から、補正電極１０の各電極片１０ａ〜１０ｃに異なる電位を印加するだけでなく、加速電極１８の各電極片１８ａ〜１８ｃにも異なる電位を印加することができ、それによって、第１の実施形態よりもイオンビーム強度分布を広い範囲で変更することが可能になる。従って、補正電極１０の各電極片１０ａ〜１０ｃおよび加速電極１８の各電極片１８ａ〜１８ｃに印加する電位を様々に変更することによって、所望の被加工物形状が複雑であっても効率よく形成することができる。
【００３８】
［第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態について図９を参照して説明する。なお、第１，２の実施形態と同様の部分については説明を省略する。
【００３９】
本発明の第３の実施形態のイオンガン２には、第１，２の実施形態と同様に加速電極８と減速電極９からなる引き出し電極と、補正電極１９が設けられており、補正電極１９は、図９（ａ）に示すように中心がくり抜かれた構造となっており、中心のくり抜き部１９ｃの周囲に配置されている、同心円状に複数個（図示する例では２個）に分割された電極片１９ａ，１９ｂから構成されている。そして、加速電極８、減速電極９、および補正電極１９はいずれも、全面に多数の細穴が設けられている。電圧印加手段２０から、加速電極８には＋電位、減速電極９には−電位が印加され、補正電極１９には任意の電位が印加される。中心部のイオンビームは減速されず、さらに補正電極１９自体が存在しないため、補正電極１９にアース電位または＋電位を印加すると、第１の実施形態より中心部の強度は強くなり、図９（ｂ）に示すようにイオンビームの強度分布は中心部が格別に強い分布となる。さらに、外周部に配置された電極片１９ａ，１９ｂにより高電位のプラス電位を印加すると、外周部でのイオンビームの強度は著しく低下し、補正電極１９のくり抜き部１９ｃが位置する中心部に集中したイオンビーム強度分布が得られる。
【００４０】
一方、補正電極１９に減速電極９と同じ−電位を印加すると、図４（ａ）に示されているのと同様なイオンビーム強度分布が得られる。
【００４１】
本実施形態によると、電圧印加手段２０から補正電極１９の各電極片１９ａ，１９ｂに印加する電位を変えることによって、図４（ａ）に示すのと同様にイオンビーム面積が広く中心部のイオンビーム強度が強いイオンビーム強度分布と、図９（ａ）に示すようにイオンビーム面積が狭く中心部に強く集中したイオンビーム強度を選択的に得ることができる。従って、同一の構造で印加する電位を任意に変えることにより、広い面積でイオンミリングを行うことと、狭い面積でイオンミリングを行うことが可能である。それによって、複雑な被加工物形状を容易に効率よく形成することができる。
【００４２】
［第４の実施形態］
本発明の第４の実施形態について図１０を参照して説明する。なお、第１〜３の実施形態と同様の部分については説明を省略する。
【００４３】
本発明の第４の実施形態のイオンガン２には、第１の実施形態と同様に加速電極８と減速電極９からなる引き出し電極と、補正電極１０が設けられている。補正電極１０は、図１０（ｂ）に示すように、同心円状に複数個（図示する例では３個）に分割された電極片１０ａ〜１０ｃから構成されている。そして、図１０（ａ）に示すように、加速電極８、減速電極９、および補正電極１０はいずれも全面に多数の細穴が設けられている。電圧印加手段２０から、加速電極１８には＋電位、減速電極９には−電位が印加され、補正電極１０には任意の電圧が印加される。
【００４４】
さらに、本実施形態では、補正電極１０とステージ３の間に、補正筒１１である石英管が設置されている。図１０（ｃ）に示すように、補正筒（石英管）１１は、補正電極１０の電極片１０ａ〜１０ｃをそれぞれ隔離するように、３重の筒部１１ａ〜１１ｃから構成されている。この構成では、補正電極１０の各電極片１０ａ〜１０ｃにより制御されたイオンビームが、補正筒１１の筒部１１ａ〜１１ｃによって、互いに混ざり合うことなく被加工物に照射されるため、イオンビーム強度分布をより確実かつ正確に制御することができる。特に、最外周領域のイオンビーム強度を低く抑えることが可能である。
【００４５】
本実施形態のイオンミリング装置を用いて、石英部材を被加工物４としてイオンミリングを行ったところ、第１の実施形態と同様に、電圧印加手段２０から補正電極１０の各電極片１０ａ〜１０ｃに印加する電位を変えることによって、様々なイオンビーム強度分布を得ることができ、各イオンビーム強度分布に対応するミリング形状を得ることができる。そこで、このようにそれぞれ異なるイオンビーム強度分布を有する２種類以上のイオンビームによりイオンミリングを行うことによって、被加工物に任意の形状を作りこむことが可能になった。異なるイオンビーム強度分布で異なるミリング形状がそれぞれ得られるイオンミリング工程を適宜に組み合わせて行うことによって、任意の形状を作り込むことができる。なお、異なるイオンビーム強度分布を持つ２種類のイオンビームでミリングを行ってもよいが、それぞれ異なるイオンビーム分布を持つ３種類以上のイオンビームによってイオンミリングを行うことも可能である。そして、電圧印加手段２０から補正電極１０の各電極片１０ａ〜１０ｃに印加する電圧を任意に変更することによりイオンビーム強度分布を変えることができるため、所望の加工形状を得るために最適なイオンビーム強度を得ることができる。従って、異なるイオンビーム強度分布を持つ複数のイオンビームでイオンミリング加工を行うことができ、被加工物に複雑な形状を作り込むことが可能である。
【００４６】
なお、本実施形態では石英からなる補正筒１１を用いているが、補正筒１１の材料は石英に限定されず、絶縁物であれば良い。補正筒１１の材料としては、例えば、ガラス、セラミック等が考えられるが、これらに限定されるものではない。また、本実施形態は、第１の実施形態の構成に補正筒１１を追加した構成であるが、第２の実施形態や第３の実施形態の構成に補正筒１１を追加した構成にすることもできる。
【００４７】
［第５の実施形態］
本発明の第５の実施形態について図１１，１２を参照して説明する。なお、第１〜４の実施形態と同様の部分については説明を省略する。
【００４８】
本発明の第５の実施形態のイオンミリング装置は、第１の実施形態の構成に、処理室１内に反応性ガスを供給するためのガス供給源１７およびガス供給管１４を付加したものである。本実施形態において処理室１に供給される反応性ガスの一部は、イオンビームにより励起されて活性なラジカル（活性種）に乖離され、さらに、被加工物４の表面でラジカルとイオンビームの相乗効果でイオンミリングが加速される。
【００４９】
本実施形態のイオンミリング装置を用い、反応性ガスとしてＣＦ4を用いて、被加工物４であるＳｉＯ2膜のイオンミリングを行った。その結果、反応性ガスを導入しない場合に比較して、２〜１０倍の速さの加工速度（ミリング速度）が得られた。しかも、前記した各実施形態と同様に、各イオンビーム強度分布に対応したミリング形状が得られた。図１２の線ｂが、ＣＦ4ガス流量とミリング速度の関係を示している。なお、図１２の点ａは、対比のために、反応性ガスを導入しない場合（ガス流量が０の場合）のミリング速度を示している。このように、ラジカルとイオンビームの相乗効果によって、前期各実施形態で説明したようなイオンビーム強度分布を反映したミリング形状を変えることなく、ミリング速度を向上することが可能になった。
【００５０】
反応性ガスとしてはハロゲン系ガスが用いられ、ＣＦ4、Ｃ2Ｆ6、Ｃ3Ｆ8、Ｆ2、ＮＦ3、ＳｉＦ4、ＳＦ6、Ｃｌ2、ＣＣｌ4、ＢＣｌ3、ＣＦＣｌ3、Ｂｒ2、ＳｉＣｌ4、ＢＣｌ3等が用いられる。例えば、反応性ガスとしてＣＣｌ4およびＢＣｌ3を用い、被加工物４であるＡｌ膜をイオンミリングした場合にも、反応性ガスを導入しない場合に比べて速い加工速度が得られた。
【００５１】
本実施形態では、被加工物４がＳｉＯ2膜やＡｌ膜であるイオンミリングについて説明したが、ＳｉＯ2膜およびＡｌ膜に限定されず、被加工物４は、Ｓｉ3Ｎ4、多結晶Ｓｉ、ＳｉＣ、Ｓｉウエハ、Ｓｉバルク、石英、各種ガラス、Ａｌ、Ｎｂ、Ｗ、Ｍｏ等の金属膜、金属部材、誘電体、絶縁部材、これらの単体および積層部材等のミリング可能な部材であればいかなるものであってもよい。
【００５２】
［第６の実施形態］
本発明の第６の実施形態について図１３を参照して説明する。なお、第１〜５の実施形態と同様の部分については説明を省略する。
【００５３】
本発明の第６の実施形態のイオンミリング装置は、第１の実施形態の構成に、処理室１内に反応性ガスを供給するためのガス供給源１７および石英輸送管１５と、処理室１の外で反応性ガスを活性なラジカルに乖離するための導波管１６を付加したものである。具体的には、導波管１６は、マグネトロン発振によって発生された２．４５ＧＨｚのマイクロ波が導入されるものであり、この導波管１６の一部に石英輸送管１５が挿入されている。例えば、ガス供給源１７から石英輸送管１５にＣＦ4＋Ｏ2の混合ガス（反応性ガス）を１３Ｐａ程度導入し、導波管１６に導入されたマイクロ波を用いて、放電で生じた超寿命の活性種（ラジカル）を石英輸送管１５から処理室１内に導入する構成である。
【００５４】
本実施形態のイオンミリング装置を用いて被加工物４のイオンミリングを行ったところ、反応性ガスを導入しない場合と比較して、１０〜５０倍の速さの加工速度（ミリング速度）が得られた。しかも、前記した各実施形態と同様に、各イオンビーム強度分布に対応したミリング形状が得られた。図１２の線ｃが、本実施形態における反応性ガス流量とミリング速度の関係を示している。このように、ラジカルとイオンビームの相乗効果によって、前期各実施形態で説明したようなイオンビーム強度分布を反映したミリング形状を変えることなく、ミリング速度を向上することが可能になった。
【００５５】
なお、処理室１内に反応性ガスのラジカル（活性種）を導入する方法は、本実施形態の方法に限定されるものでなく、ＥＣＲ放電により活性種を発生させる方法や、光励起反応により活性種を発生させる方法等が考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の第１の実施形態のイオンミリング装置を示す概略断面図である。
【図２】図１に示すイオンミリング装置のイオンガンと電極の構造を示す概略断面図である。
【図３】図１に示すイオンミリング装置の補正電極を示す平面図である。
【図４】（ａ）はイオンビーム強度分布の一例を示すグラフ、（ｂ）はそのイオンビームによる加工量を示すグラフである。
【図５】図１に示すイオンミリング装置の等電位面とビーム方向を示す説明図である。
【図６】（ａ）はイオンビーム強度分布の他の例を示すグラフ、（ｂ）はそのイオンビームによる加工量を示すグラフである。
【図７】（ａ）はイオンビーム強度分布の他の例を示すグラフ、（ｂ）はそのイオンビームによる加工量を示すグラフである。
【図８】（ａ）は本発明の第２の実施形態のイオンミリング装置のイオンガンと電極の構造を示す概略断面図、（ｂ）はそのイオンミリング装置の加速電極を示す平面図、（ｃ）はそのイオンミリング装置によるイオンビーム強度分布の一例を示すグラフである。
【図９】（ａ）は本発明の第３の実施形態のイオンミリング装置の補正電極を示す平面図、（ｂ）はそのイオンミリング装置によるイオンビーム強度分布の一例を示すグラフである。
【図１０】（ａ）は本発明の第４の実施形態のイオンミリング装置の概略断面図、（ｂ）はそのイオンミリング装置の補正電極を示す平面図、（ｃ）はそのイオンミリング装置の補正筒を示す斜視図である。
【図１１】本発明の第５の実施形態のイオンミリング装置を示す概略断面図である。
【図１２】本発明の第５，６の実施形態のイオンミリング装置による反応性ガスの流量とイオンミリング速度の関係を示すグラフである。
【図１３】本発明の第６の実施形態のイオンミリング装置を示す概略断面図である。
【図１４】従来のイオンミリング装置の一例を示す概略断面図である。
【図１５】（ａ）は図１４に示すイオンミリング装置の引き出し電極の一例を示す断面図、（ｂ）はそのイオンビーム強度分布を示すグラフ、（ｃ）は図１４に示すイオンミリング装置の引き出し電極の他の例を示す断面図、（ｄ）はそのイオンビーム強度分布を示すグラフである。
【図１６】従来のイオンミリング装置の引き出し電極の他の例を示す平面図である。
【図１７】従来のイオンミリング装置の引き出し電極の他の例を示す平面図である。
【図１８】（ａ）は図１７に示すイオンミリング装置の等電位面を示す説明図、（ｂ）はそのイオンミリング装置の等電位面とビーム方向の他の例を示す説明図である。である。
【符号の説明】
【００５７】
１      処理室
２      イオンガン
３      ステージ
４      被加工物
５      ＲＦアンテナ
６      マグネット
７      プラズマ
８      加速電極
９      減速電極
１０    補正電極
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ  電極片
１１    補正筒
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ  筒部
１２    等電位面
１３    イオンビームの方向
１４    ガス供給管
１５    石英輸送管
１６    導波管
１７    ガス供給源
１８    加速電極
１８ａ，１８ｂ，１８ｃ  電極片
１９    補正電極
１９ａ，１９ｂ  電極片
２０    電圧印加手段
【図１】
2005116865.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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