(57)【要約】【課題】被露光材にイオンビームを照射する際の被露光材の表面変形を低減させることができるイオンビーム加工方法およびイオンビーム加工装置を提供する。【解決手段】露光面積よりも加工面積の大きな被露光材Ｗを加工するときに、イオンビームを加工対象部分において１方向に所定距離相対移動させた後におよび／または被露光材の加工対象部分において１方向と異なる方向に所定距離相対移動させた後にイオンビームの照射を所定時間行い、イオンビームの相対移動を、照射されたイオンビームの複数の中心を頂点とする多角形の図心がイオンビームのイオン数の分布の半値幅径内に含まれるように行う。【選択図】    図１３
2007258273.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオンビームの露光面積よりも加工面積の大きな被露光材に前記イオンビームを照射する加工方法であって、
前記イオンビームを前記被露光材の加工対象部分において１方向に所定距離相対移動させた後におよび／または前記イオンビームを前記被露光材の加工対象部分において前記１方向と異なる方向に所定距離相対移動させた後に前記イオンビームの照射を所定時間行い、
前記イオンビームの前記１方向への相対移動および前記１方向と異なる方向への相対移動を前記加工対象部分において交互にまたはそれぞれ個別に繰り返して行い、
いずれの前記相対移動も、照射された前記イオンビームの複数の中心を頂点とする多角形の図心が前記イオンビームのイオン数の分布の半値幅径内に含まれるように行う
ことを特徴とするイオンビーム加工方法。
【請求項２】
前記イオンビームの照射を、
前記被露光材の同一部分に対して前記イオンビームのイオン数の分布および前記被露光材の加工に必要なドーズ量に基づいて決定された所定時間行う
請求項１に記載のイオンビーム加工方法。
【請求項３】
前記イオンビームの照射を、
前記被露光材の同一部分に対して前記所定時間になるまで複数回に分けて行う
請求項１または請求項２に記載のイオンビーム加工方法。
【請求項４】
イオンビームを照射して被露光材を加工するイオンビーム加工装置であって、
前記イオンビームの照射を前記被露光材の同一部分に所定時間照射する照射手段と、
前記イオンビームの照射位置と前記被露光材との相対位置を前記イオンビームに直交する面上で１方向に所定距離ごとに繰り返し変更するための第１の位置変更手段と、
前記イオンビームの照射位置と前記被露光材との相対位置を前記イオンビームに直交する面上で前記１方向に直交する方向に所定距離ごとに繰り返し変更するための第２の位置変更手段と、を有し、
前記照射手段は前記イオンビームの照射位置と前記被露光材との相対位置が変更されるごとに前記イオンビームの照射が可能に構成され、
前記第１の位置変更手段および前記第２の位置変更手段は、
照射された前記イオンビームの複数の中心を頂点とする多角形の図心が前記イオンビームのイオン数の分布の半値幅径内に含まれるようにいずれかまたはいずれもが前記イオンビームの照射位置と前記被露光材との相対位置を変更するように構成されてなる
ことを特徴とするイオンビーム加工装置。
【請求項５】
前記照射手段は、
前記イオンビームの照射を前記被露光材の同一部分に対して前記イオンビームのイオン数の分布および前記被露光材の加工に必要なドーズ量に基づいて決定された所定時間行うように構成されてなる
請求項４に記載のイオンビーム加工装置。
【請求項６】
前記照射手段は、
前記イオンビームの前記所定時間の照射を複数回に分けて行うように構成されてなる
請求項４または請求項５に記載のイオンビーム加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被露光材にイオンビームを照射し被露光材に所望する微細構造を形成するイオンビーム加工方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ナノインプリント等の微細加工装置に使用される金型の製作に、ＬＩＧＡ（Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｉｅ，Ｇａｌｖａｎｏｆｏｒｍｕｎｇ  ｕｎｄ  Ａｂｆｏｒｍｕｎｇ）と称されるプロセスが利用されるようになっている。ＬＩＧＡプロセスは、アスペクト比（加工幅に対する加工深さの比）を大きくすることができるという特徴を有する（非特許文献１，２）。
【０００３】
一方、ＬＩＧＡプロセスは、近接Ｘ線マスクを使用してパターンをレジスト層（ポリメチルメタクリレート：ＰＭＭＡ）に転写するため、近接Ｘ線マスクを別途製作しなければならず、そのためのコストを見込まなければならないという問題がある。また、Ｘ線を使用することにより設備費が増加し、稼働の際には厳格な安全管理が求められるという問題もある。
【０００４】
これらの問題に対して、マスクを使用しないで、水素イオン、ヘリウムイオン、またはリチウムイオン等の軽イオンのビームによって直接レジスト層にパターンを露光する技術が開示されている（特許文献１）。
【非特許文献１】インターネット、            http://www.ritsumei.ac.jp/se/~sugiyama/research/re_5.1.html
【非特許文献２】インターネット、            http://staff.aist.go.jp/k.awazu/Japanese-folder/nanoimprint1021.htm
【特許文献１】特表２００１−５０３５６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
軽イオンのビームによりレジスト層にパターンを露光する方法は、電子ビームを照射する方法に比べて被露光材の内部での散乱が少ないので大きなアスペクト比が得られ、ガリウム等の重イオンのビームを用いる方法に比べて被露光材の深部の加工が可能であるという点で優れている。
しかしながら、照射されたイオンは、被露光材、例えばＰＭＭＡの内部での架橋構造変化を生じさせるだけでなく、被露光材表面で解離を生じさせて、ドーズ量の分布に応じた表面変形（窪み）を発生させる。イオンビーム照射後（露光後）の被露光材の表面変形は、図１４に示されるようにドーズ量の分布に依存した形状、すなわちビーム軸中心ではより変形が大きく、ビーム軸周辺部ではより変形が小さい。イオンビームの照射過程で表面が徐々に変形して窪み、イオンの浸透深さは窪んだ表面が起点となるため、表面の窪みの進行とともにイオンの浸透深さも徐々に深くなり、現像液による現像後には、加工部分の底部に表面と同様の窪みが生じる。そのため、例えば、イオンビームを照射しながら走査してイオンビームの径よりも大きな幅を有する溝を被露光材Ｗに加工する場合には、図１５に示されるように溝８１の底に窪みが連なった筋状の模様が生じ、レジストの加工精度を悪化させる要因となっている。
【０００６】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたもので、被露光材にイオンビームを照射する際の被露光材の表面変形を低減させることができるイオンビーム加工方法およびイオンビーム加工装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
すなわち、本発明に係るイオンビーム加工方法は、イオンビームの露光面積よりも加工面積の大きな被露光材に前記イオンビームを照射する加工方法であって、前記イオンビームを前記被露光材の加工対象部分において１方向に所定距離相対移動させた後におよび／または前記イオンビームを前記被露光材の加工対象部分において前記１方向と異なる方向に所定距離相対移動させた後に前記イオンビームの照射を所定時間行い、前記イオンビームの前記１方向への相対移動および前記１方向と異なる方向への相対移動を前記加工対象部分において交互にまたはそれぞれ個別に繰り返して行い、いずれの前記相対移動も、照射された前記イオンビームの複数の中心を頂点とする多角形の図心が前記イオンビームのイオン数の分布の半値幅径内に含まれるように行う。
【０００８】
ここで、「前記１方向への相対移動および前記１方向と異なる方向への相対移動を…交互にまたはそれぞれ個別に繰り返して行い」とは、前記１方向および前記１方向と異なる方向への相対移動を交互に繰り返す場合の他、前記１方向への相対移動を繰り返した後に前記１方向と異なる方向への相対移動を１回または複数回繰り返し再び前記１方向への相対移動を繰り返す場合をも含む意である。
【０００９】
また、「半値幅径内に含まれる」とは、図心とイオンビームの中心との距離が当該イオンビームにおける中心と図心とを結ぶ方向の半値幅境界と当該中心との距離以下であることを意味するものである。
本発明によれば、イオンビームの露光面積よりも加工面積の大きな被露光材にイオンビームを照射する加工において被露光材の表面変形を低減させることができる。
【００１０】
好ましくは、前記イオンビームの照射は、前記被露光材の同一部分に対して前記イオンビームのイオン数の分布および前記被露光材の加工に必要なドーズ量に基づいて決定された所定時間行われる。
このようにすることにより、同一部分に必要時間以上にイオンビームが照射することを防止でき、被露光材の表面変形を低減させることができる。
【００１１】
前記イオンビームの照射を、前記被露光材の同一部分に対して前記所定時間になるまで複数回に分けて行うことができる。
ここでいう「所定時間になるまで複数回に分けて行う」とは、各回の照射時間の合計が所定時間になるまで複数回行われるの意である。
本発明に係るイオンビーム加工装置は、イオンビームを照射して被露光材を加工するイオンビーム加工装置であって、前記イオンビームの照射を前記被露光材の同一部分に所定時間照射する照射手段と、前記イオンビームの照射位置と前記被露光材との相対位置を前記イオンビームに直交する面上で１方向に所定距離ごとに繰り返し変更するための第１の位置変更手段と、前記イオンビームの照射位置と前記被露光材との相対位置を前記イオンビームに直交する面上で前記１方向に直交する方向に所定距離ごとに繰り返し変更するための第２の位置変更手段と、を有し、前記照射手段は前記イオンビームの照射位置と前記被露光材との相対位置が変更されるごとに前記イオンビームの照射が可能に構成され、前記第１の位置変更手段および前記第２の位置変更手段は、照射された前記イオンビームの複数の中心を頂点とする多角形の図心が前記イオンビームのイオン数の分布の半値幅径内に含まれるようにいずれかまたはいずれもが前記イオンビームの照射位置と前記被露光材との相対位置を変更するように構成されてなる。
【００１２】
本発明によれば、例えばイオンビームの露光面積よりも加工面積の大きな被露光材にイオンビームを照射する加工において被露光材の表面変形を低減させることができる。
好ましくは、前記照射手段は、前記イオンビームの照射を前記被露光材の同一部分に対して前記イオンビームのイオン数の分布および前記被露光材の加工に必要なドーズ量に基づいて決定された所定時間行うように構成されてなる。
【００１３】
本発明では、同一部分に必要時間以上にイオンビームが照射することを防止でき、被露光材の表面変形を低減させることができる。
前記照射手段を、前記イオンビームの前記所定時間の照射を複数回に分けて行うように構成してもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によると、イオンビームを照射する際の被露光材の表面変形を低減させることができるイオンビーム加工方法およびイオンビーム加工装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は本発明に係るイオンビーム加工装置１の構成図、図２は演算器２の構成を示す図、図３は電流計測プローブ６の測定時の走査の様子を示す図である。
以下の説明において、図１における上下方向をＺ方向という。
図１において、イオンビーム加工装置１は、イオンビーム照射装置３、イオンビーム制御器４、被露光材支持ステージ５、電流計測プローブ６、ファラデーカップ７、演算器２、チャンバー８、および真空制御器９等からなる。
【００１６】
イオンビーム照射装置３は、イオン源１０、加速器１１、および集束機器１２等によって構成される。
イオン源１０は、水素雰囲気下で金属の鋭利な先端と周囲との間に電圧を印加してプロトンイオンを発生させる。なお、イオン源１０は上述した構成そのものに限らず、電子衝突型、高周波放電型、デュオプラズマトロン型およびＰＩＧ型など種々のものを採用しうる。
【００１７】
加速器１１は、複数に積層された引き出し電極１３を含み、イオン源１０で発生したイオンを一定の方向に引き出して加速する。
集束機器１２は、拡大レンズ１４、偏向器１５、および集束レンズ１６からなる。集束機器１２は、通電されて所定の電磁界を形成し、イオン源１０から引き出され加速されたイオンを集束させて、被露光材Ｗの所定の位置に照射させるためのものである。拡大レンズ１４は、静電界発生板または磁界発生コイルで形成されており、中央を通過するプロトンイオンを引き寄せて半径方向に拡大させる。偏向器１５は、互いに９０度ずらした２組の平行電極板で構成されており、所望するビームの偏向度合いに応じた直流電圧を各組の電極板に印加することにより、イオンビームの軸心を移動させて偏向させる。集束レンズ１６は、静電界発生板または磁界発生コイルで形成されており、中央の空隙を通過するプロトンイオンをビーム中心軸側に押し戻して集束させる。
【００１８】
イオンビーム制御器４は、集束機器１２(拡大レンズ１４、偏向器１５、集束レンズ１６)に印加する電圧等を調整して、集束機器１２が形成するイオンビームの集束の程度および照射位置を制御する働きを行う。
被露光材支持ステージ５は、イオンビーム加工装置１により加工される被露光材Ｗを載置するためのものである。被露光材支持ステージ５は、被露光材Ｗが直接載置される小ステージ１７とその小ステージ１７を支える大ステージ１８とからなっている。小ステージ１７は、図示しない駆動装置により大ステージ１８上のＺ軸に直交する面上の直交する２方向（以下、これらを「Ｘ方向」および「Ｙ方向」ということがある）を自由にかつ微小な単位で移動できるよう構成されている。また、大ステージ１８は、図示しない駆動装置によって被露光材Ｗがイオンビームに露光される位置と露光されない位置との間で移動可能なように構成されている。
【００１９】
電流計測プローブ６は、イオンビームを形成するイオンが有する電荷を電流値として計測するためのもので、イオンビーム照射装置３側に検出面１９を向けて配置されている。また、電流計測プローブ６は、図１に示されるように、検出面１９が小ステージ１７に載置された被露光材Ｗの露光面とＺ方向においてほぼ同じ位置になるよう配されている。電流計測プローブ６は、大ステージ１８を被露光材Ｗがイオンビームに露光される露光位置（図１の右方向）に移動したときに、被露光材Ｗまたは被露光材支持ステージ５との接触を防止するため、図示しない駆動装置によって電流計測プローブ６全体が退避位置（図１の左方向）に移動可能に構成されている。
【００２０】
また、電流計測プローブ６は、図３に示されるように、検出面１９がＺ方向に略直交する面上で直交する２方向（Ｘ方向、Ｙ方向）にイオンビームの照射範囲を走査可能に構成されている。この２方向における走査は、電流計測プローブ６に結合された互いに直交する方向に伸縮する図示しないピエゾ素子などを備える駆動装置によって行われる。電流計測プローブ６は、Ｘ方向に走査される過程で電流値の測定を一定間隔ごとに行い、Ｘ方向への走査が終了すると、Ｙ方向に一定距離移動する。また、測定前にはイオンビームの照射範囲が不明であるため、電流計測プローブ６は、予測されるイオンビームの照射範囲よりも大きい範囲を走査できるように構成される。
【００２１】
電流計測プローブ６は、検出面１９における走査方向の先端縁が、図１に示されるようにナイフエッジ状となっており、電流計測プローブ６によるイオンビームの検出部分の端における回折を防止し電流測定の精度を高めるように配慮されている。以下、この走査方向の一方をＸ方向、Ｘ方向に直交する他方の方向をＹ方向という。
電流計測プローブ６の測定結果を送信する信号線は、後に説明する演算器２に接続されている。
【００２２】
ファラデーカップ７は、Ｚ軸に直交する断面におけるイオンビームのイオン全てを受け、イオンの数に応じた電流を出力する。ファラデーカップ７は、駆動装置２０によってイオンビームを受光する位置（以下、「受光位置」ということがある）およびイオンビームを受光しない位置（以下、「待避位置」ということがある）の間を移動可能に構成されている。ファラデーカップ７には、公知のものが使用される。
【００２３】
また、イオンビーム加工装置１には、電流計測プローブ６のＸ方向およびＹ方向についての絶対位置（イオンビーム加工装置１において一義的に定まる位置、以下、単に「位置」という）を測定するための図１に図示しないプローブ位置測定装置３１、および被露光材Ｗを載置する小ステージ１７のＸ方向およびＹ方向についての位置を測定するための図１に図示しない被露光材位置測定装置３２が設けられている。被露光材位置測定装置３２およびプローブ位置測定装置３１には、例えばレーザ干渉を利用した公知の距離計が、それぞれにＸ方向およびＹ方向について１基ずつ備えられている。被露光材Ｗおよび電流計測プローブ６についてのＸ方向の位置の測定を１つの計測装置で行い、Ｙ方向の位置の測定を１つの計測装置で行ってもよい。
【００２４】
演算器２は、プローブ走査部２１、プローブ位置検出部２２、電流検出部２３、ファラデーカップ管理部２４、ステージ駆動部２５、ビーム概要算出部２６、被露光材位置検出部２７、露光部２８、記憶部２９、および制御部３０などからなる。
プローブ走査部２１は、電流計測プローブ６の走査の制御を行い、また、電流計測プローブ６についてのイオンビームの電荷を計測する位置（以下、「計測位置」ということがある）と待避位置との間の移動を管理する。
【００２５】
プローブ位置検出部２２は、プローブ位置測定装置３１が測定した電流計測プローブ６の位置情報を受信し、電流計測プローブ６の基準点の位置を算出する。基準点は、図３における検出面１９の右下端に設定されている。
以下、イオンビーム加工装置１におけるＸ方向およびＹ方向についての位置を、それぞれ「Ｘ座標」および「Ｙ座標」というものとする。
【００２６】
電流検出部２３は、電流計測プローブ６が測定した電流値を取り込み数値化する。また、電流検出部２３は、電流値と測定時の電流計測プローブ６の基準点のＸ座標およびＹ座標とを関連づけ、関連づけられたこれらの情報は記憶部２９に記憶される。
ファラデーカップ管理部２４は、ファラデーカップ７のイオンビームを受光する位置とイオンビームを受光しない位置との間の移動を制御し、また、ファラデーカップ７が測定した電流値を受信して記憶部２９に記憶させる。
【００２７】
ステージ駆動部２５は、被露光材Ｗを加工するための露光処理における小ステージ１７の微小な移動を制御し、および大ステージ１８について被露光材Ｗがイオンビームに露光される位置と露光されない位置との間の移動を指示する。また、ステージ駆動部２５は、プローブ走査部２１と協働して電流計測プローブ６と被露光材Ｗまたは大ステージ１８とが接触することがないように管理する。
【００２８】
ビーム概要算出部２６は、電流計測プローブ６が測定しＸ座標とＹ座標とに関連づけられた電流値から、照射面におけるイオンビームの中心位置、イオンビームの範囲、および電流値（イオン数）の分布を算出する。
なお、「照射面」とは、被露光材Ｗにイオンビームが照射されたときの被露光材Ｗの表面における露光される部分をいい、「照射範囲」とは、照射面の範囲をいうものとする。
【００２９】
被露光材位置検出部２７は、イオンビーム加工装置１が被露光材Ｗにイオンビームを照射する工程において、被露光材位置測定装置３２が測定した被露光材Ｗの位置情報を受け取り、被露光材Ｗの基準となる部分のＸ座標およびＹ座標を算出する。被露光材Ｗの位置については、被露光材Ｗと小ステージ１７との位置関係が既知であることから、実際には小ステージ１７の特定の位置が測定される。算出された被露光材ＷのＸ座標およびＹ座標は、露光部２８による制御のために利用される。
【００３０】
露光部２８は、イオンビーム加工装置１が被露光材Ｗにイオンビームを照射して加工するときに、予め設定された被露光材Ｗの加工内容に応じて集束機器１２および小ステージ１７の駆動装置を適切に動作させる。
記憶部２９は、Ｘ座標とＹ座標とに関連づけられた電流値、ファラデーカップ７が測定した電流値、イオンビームの中心位置、電流値（イオン数）の分布、および被露光材Ｗの加工内容に応じた集束機器１２の動作条件等を記憶し、制御部３０の要求に応じて呼び出す。
【００３１】
制御部３０は、上に説明した演算器２を構成する要素全ての動作を制御する。また、制御部３０は、電流計測プローブ６の位置、被露光材Ｗの位置、およびイオンビームが被露光材Ｗに照射されたときのイオンビームの中心位置等を１つのＸ，Ｙ座標軸上に配置して、これらの位置を管理する。
演算器２は、ＣＰＵ（マイクロコンピュータ）、ＲＡＭ、ハードディスクなどの外部記憶装置、制御プログラム、Ａ／Ｄ変換機能またはＤ／Ａ変換機能を有するインタフェース等により実現される。
【００３２】
チャンバー８は、イオンビーム照射装置３、被露光材支持ステージ５、電流計測プローブ６、およびファラデーカップ７を収容する圧力容器である。チャンバー８には真空計３３が取り付けられており、荒引き用の図示しないロータリーポンプおよび中真空域での真空引き用の図示しないターボ分子ポンプ等で構成された真空装置によって、大気圧域から真空域までチャンバー８の内部圧力を調節できるよう構成されている。
【００３３】
真空制御器９は、真空計３３による測定値に基づいて真空装置に接続された自動弁３４またはリーク用の自動弁３５の開閉を行うことにより、イオンビームによる被露光材Ｗの加工処理におけるチャンバー８内の真空度を適切に維持する。
次に、イオンビーム加工装置１におけるドーズ量の分布の求め方について説明する。
図４はイオンビーム加工装置１におけるイオンビームの電流値測定の手順を示すフローチャート、図５は電流計測プローブ６による測定結果の例を示す図である。
【００３４】
電流計測プローブ６を走査させて行うイオンビームの電流値の測定の前に、イオンビーム照射装置３の動作チェックが行われる。
動作チェックにおいて、プローブ走査部２１は、電流計測プローブ６を待避位置に移動させ（＃１２）、ファラデーカップ管理部２４はファラデーカップ７を受光位置に移動させる（＃１３）。イオンビーム制御器４はイオン源１０を励起し、また、拡大レンズ１４、偏向器１５、および集束レンズ１６に通電して所定の電磁界を形成させ、集束イオンビームをファラデーカップ７に向けて照射させる（＃１４）。ファラデーカップ管理部２４は、受信した電流値が所定の値以上かどうかを判断し（＃１５）、例えば、被露光材Ｗ表面の予測される照射面積を考慮したイオンビームの電流密度が１０μＡ／ｃｍ2以上を得られない場合（＃１５でＮｏ）には、イオンビームの集束がなされていないと判断して、イオンビームの照射を中止する（＃１７）。このような場合には、イオンビーム照射装置３の点検を行うか、イオンビーム制御器４における集束機器１２の制御値を変更する。
【００３５】
ファラデーカップ７にて所定の電流値が計測されていることが制御部３０により確認されたら（＃１５でＹｅｓ）、ファラデーカップ管理部２４は、照射されたイオンの数に応じたファラデーカップ７からの測定電流値を受信し記憶部２９に記憶する。
ファラデーカップ管理部２４はファラデーカップ７を退避位置に移動させ、プローブ走査部２１は駆動装置を制御して電流計測プローブ６を計測位置に移動させる（＃１６）。
【００３６】
計測位置に移動後の電流計測プローブ６の基準点は、走査原点Ｐ（図３における（Ｘ１，Ｙ１））に位置する。走査原点Ｐは、イオンビームの照射範囲から外れており、かつ、電流計測プローブ６を走査原点ＰからＸ方向に走査させおよび走査原点ＰからＹ方向に移動させても検出面１９で電流が検出されない位置を設定するのが好ましい。例えば、図３における走査原点Ｐは、イオンビーム照射範囲の左端よりさらに左側であって、かつイオンビーム照射範囲の上端よりさらに上側の位置が選択される。
【００３７】
電流計測プローブ６の基準点の位置は、電流値の測定ごとにプローブ位置測定装置３１により測定される。
電流計測プローブ６は、Ｘ方向に一定間隔走査されるごとに、例えば図３に示されるように検出面１９のＸ方向長さの４分の１移動するごとに、電流値を測定する（＃１８）。電流計測プローブ６は、Ｘ方向への走査終了点（Ｘ＝Ｘｆ）における測定が終了すると、Ｙ方向に所定距離（Ｙ２−Ｙ１）移動する（＃２０）。
【００３８】
電流計測プローブ６により測定された電流値は、測定時の基準点のＸ座標およびＹ座標とともに記憶部２９に記憶される。上記の電流計測プローブ６のＸ方向への走査、およびＹ方向への所定の距離の移動は、Ｙ方向の移動終了（Ｙ＝Ｙｆ）まで繰り返し行われる（＃１９）。
ビーム概要算出部２６は、記憶部２９に記憶されたＸ座標、Ｙ座標、および電流値に基づいて、ビーム概要算出部２６が被露光材Ｗの照射面におけるイオンビームの中心位置および電流値の分布（以下、「イオンビームの概要」ということがある）を算出する（＃２１）。
【００３９】
なお、イオンビーム照射装置３が稼働している間は、真空制御器９は真空装置に接続された自動弁およびリーク用の自動弁を制御し、チャンバー８内を真空状態（例えば、１×１０-5Ｐａ以下）に保持する。
続いて、被露光材Ｗの照射面におけるイオンビームの概要の算出について説明する。
図６はイオンビーム照射面における幅ｗ２のＸ方向に延びた帯状部分の電流値の分布である。
【００４０】
なお、以下において「電流値の分布」と記載することがあり、または「イオン数の分布」と記載することがあるが、イオン数は、測定された電流値をプロトンイオン１つの有する電荷で除することにより求められるので、上記２つの表現を厳密に区別せずに前後の記載に応じて適宜選択するものとする。
図３に示されるような長さｗ１、幅ｗ２の検出面１９を有する電流計測プローブ６による測定では、図６におけるｍ回目の測定位置（Ｘm，Ｙn）での電流値Ａmは、Ｘ＝Ｘm-3からＸ＝Ｘmまでの面積Ａmで表される。
【００４１】
Ａm＝ａm-3＋ａm-2＋ａm-1＋ａm         …  （１）
ここで、ａm-3，ａm-2，ａm-1，ａmは、検出面１９の４分の１（以下、「最小単位面」ということがある）の面積に相当する部分で検出される電流値を表す。「ｍ−１」回目に測定された電流値Ａm-1は、
Ａm-1＝ａm-4＋ａm-3＋ａm-2＋ａm-1     …  （２）
で表現されるので、測定位置（Ｘm，Ｙn）において検出面１９の先端側４分の１で検出された電流値ａmは、
ａm＝Ａm−Ａm-1＋ａm-4                …  （３）
として求められる。
【００４２】
なお、電流計測プローブ６のＸ方向への走査において初めに有意な電流値が検出されてから４回目までの最小単位面の電流値ａ2，ａ3，ａ4は、
ａ2＝Ａ2−ａ1
ａ3＝Ａ3−Ａ2
ａ4＝Ａ4−Ａ3
で求められる。電流値ａ2，ａ3，ａ4と（４）式とから、Ｙ＝Ｙnにおける最小単位面の電流値が順次算出される。
【００４３】
なお、「有意な電流値」とは、ノイズではなく明らかに電流計測プローブ６で電流が検出されたと判断される程度の電流値をいう。
電流値ａmは、座標（Ｘm−ｗ１÷８，Ｙn−ｗ２÷２）を中心とする最小単位面の面積（ｗ１×ｗ２÷４）に照射されるイオン数によりもたらされるものであるので、座標（Ｘm−ｗ１÷８，Ｙn−ｗ２÷２）における単位面積当たりの電流値Ｅmは、
Ｅm＝ａm÷（ｗ１×ｗ２÷４）        …  （４）
となる。
【００４４】
同様にして、基準点のＹ座標をＹnとして測定した各電流値Ａ1，…，ＡfからＹ座標がＹn−ｗ２÷２におけるＸ方向の電流値Ｅm（１≦ｍ≦Ｘf）の分布、すなわちイオン数の分布が求められる。
また、Ｙ＝Ｙn−ｗ２÷２における図３の左側のイオンビーム照射範囲は、ａmが有意な電流値となるＸ座標を抽出し、図３の右側のイオンビーム照射範囲は、ａmが無視できる程度に小さくなるＸ座標を抽出して求める。
【００４５】
以上の処理を、各Ｙ座標においてＸ方向に走査して得た電流値について行い、それぞれのＹ座標におけるＸ方向の電流値Ｅの分布を算出し、同時にイオンビームの照射範囲を抽出する。このような処理により、イオンビームの照射範囲における電流値Ｅは、最小単位面ごとに求められ、イオンビームの照射範囲における電流値Ｅのマップ、つまり、照射されるイオン数の分布が得られる。イオン数の分布は、Ｘ，Ｙ座標を中心とする単位面積当たりのイオン数Ｉ（Ｘ，Ｙ）として記憶部２９に記憶される。
【００４６】
イオンビームの中心の位置は、イオン数Ｉ（Ｘ，Ｙ）の分布が平滑化され補間されて、最も大きなイオン数Ｉ（Ｘ，Ｙ）を示す最小単位面のＸ，Ｙ座標が抽出されることにより決定される。決定されたＸ，Ｙ座標は記憶部２９に記憶される。
上記方法によれば、Ｘ方向への走査における電流値の測定間隔を検出面１９の走査方向の長さｗ１より小さくすることで、検出面１９よりも小さな最小単位面ごとの電流値Ｅを求めることができ、精度の高いイオン数Ｉ（Ｘ，Ｙ）の分布を得ることが可能となる。よりイオン数Ｉ（Ｘ，Ｙ）の分布の精度を高めるには、例えば電流値の測定を検出面１９のＸ方向の長さの８分の１ごとに行えばよい。そうすれば、イオンビームの照射範囲における最小単位面（ｗ１×ｗ２÷８）の数は２倍に細分化され、より精度の高いイオン数Ｉ（Ｘ，Ｙ）の分布が求められる。また、電流計測プローブ６のＹ方向への移動量（＃２０）をより小さくすることにより、Ｙ方向についても一層高い精度のイオン数Ｉ（Ｘ，Ｙ）の分布を得ることが可能である。
【００４７】
次に、イオンビームの照射面積よりも大きな幅を有する溝を加工する場合の被露光材Ｗの表面変形の低減化について、上に求めたイオン数Ｉ（Ｘ，Ｙ）の分布を利用するイオンビームの照射方法について説明する。
本方法は、被露光材Ｗの加工部分に一定間隔ごとに走査を停止させて所定時間イオンビームを照射し、かつ異なる部分に照射されたイオンビームの一部が互いに重複するようにイオンビームを走査させることによって、ドーズ量分布に起因する加工部分の表面変形を平均化して減少させ、現像後の溝の底に生ずる凹凸の程度の低減を図ろうとするものである。
【００４８】
図７はイオンビームの照射範囲におけるイオン数Ｉ（Ｘ，Ｙ）を表す配列の概念図である。任意の位置（Ｘ，Ｙ）についてのイオン数Ｉ（Ｘ，Ｙ）は、記憶部２９に記憶された図７の配列に基づいて平滑化および補間により求められる。
ところで、図１４に示されるように、イオンビームの照射によって被露光材Ｗの内部に化学変化を生じさせ現像液で現像可能な状態にするためには、一定以上のドーズ量が必要である。ドーズ量は、被露光材Ｗに注入される単位面積あたりのイオンの個数をいい、イオンビームの強度（密度）とは無関係に決まる値である。
【００４９】
図８はＸ方向についてイオンビームの照射幅の３分の２が重複するように照射した場合（図８（ａ））のドーズ量（図８（ｂ））を示す図である。図８からは、イオンビームを重ね合わせることにより、照射されるビーム量が平均化されていることが理解される。
イオンビームの照射面積よりも大きな幅を有する溝を加工する場合に、例えばＸ方向にイオンビームの照射幅の３分の２が重複するように露光させたときは、通常はイオンビームをＹ方向においても照射幅の３分の２が重複するように露光させるのが、表面変形を平均化するために好ましい。
【００５０】
以下に、照射幅の３分の２が重複するように露光させたときを例に、被露光材Ｗに照射されるイオン数Ｉｓ（Ｘ，Ｙ）の分布の求め方を説明する。
図９は照射幅の３分の２が重複するように露光させたときの重複の様子を示す図、図１０は図９の領域ＡＢＣＤ（繰り返し単位）に個別に照射されるイオンビーム（Ｂ１１，…，Ｂ３３）のイオン数Ｉ（Ｘ，Ｙ）の構成を示す図である。
【００５１】
図９に示されるように、領域ＡＢＣＤは９回のイオンビームの照射（Ｂ１１，…，Ｂ３３）を受ける。被露光材Ｗの加工対象部分は、領域ＡＢＣＤを１単位として照射を受けると考えられるので、領域ＡＢＣＤの全てに被露光材Ｗの内部に変化を生じさせるイオンの数が照射されるように、つまり領域ＡＢＣＤの中でイオンの数が最も少ない部分においても必要ドーズ量Ｄｑを満たすように、各イオンビームの照射（Ｂ１１，…，Ｂ３３）の時間と強度とが設定される。
【００５２】
図７のイオン数Ｉ（Ｘ，Ｙ）の分布を、図９のイオンビームの各照射Ｂ１１〜Ｂ３３における領域ＡＢＣＤに当てはめて、重ね合わされた領域ＡＢＣＤのイオン数Ｉｓ（Ｘｉ，Ｙｊ）（ただし、Ｘｉ≦Ｘｅ÷３，Ｙｊ≦Ｙｅ÷３）の分布を考察すると、領域ＡＢＣＤの任意の位置（Ｘｉ，Ｙｊ）におけるイオン数Ｉｓ（Ｘｉ，Ｙｊ）は、各照射Ｂ１１〜Ｂ３３における以下に示す各位置のイオンの数の総和となる。
【００５３】
照射Ｂ１１：位置（２×Ｘｅ÷３＋Ｘｉ，２×Ｙｅ÷３＋Ｙｊ）
照射Ｂ１２：位置（２×Ｘｅ÷３＋Ｘｉ，Ｙｅ÷３＋Ｙｊ）
照射Ｂ１３：位置（２×Ｘｅ÷３＋Ｘｉ，Ｙｊ）
照射Ｂ２１：位置（Ｘｅ÷３＋Ｘｉ，２×Ｙｅ÷３＋Ｙｊ）
照射Ｂ２２：位置（Ｘｅ÷３＋Ｘｉ，Ｙｅ÷３＋Ｙｊ）
照射Ｂ２３：位置（Ｘｅ÷３＋Ｘｉ，Ｙｊ）
照射Ｂ３１：位置（Ｘｉ，２×Ｙｅ÷３＋Ｙｊ）
照射Ｂ３２：位置（Ｘｉ，Ｙｅ÷３＋Ｙｊ）
照射Ｂ３３：位置（Ｘｉ，Ｙｊ）
各照射Ｂ１１〜Ｂ３３における上記各位置におけるイオン数Ｉ（Ｘ，Ｙ）は、記憶部２９から呼び出され、または周囲の複数の位置におけるイオン数Ｉ（Ｘ，Ｙ）から補間することにより求められる。図１０に各照射範囲Ｂ１１〜Ｂ３３における上記各位置におけるイオン数Ｉ（Ｘ，Ｙ）を示す。
【００５４】
ビーム概要算出部２６は、領域ＡＢＣＤについて（５）式により各位置（Ｘ，Ｙ）におけるイオンの数の総和Ｉｓ（Ｘｉ，Ｙｊ）を求め、その中から最も小さなイオンの数の総和Ｉminを抽出する。
Ｉｓ（Ｘｉ，Ｙｊ）＝  Ｉ（２×Ｘｅ÷３＋Ｘｉ，２×Ｙｅ÷３＋Ｙｊ）
＋Ｉ（２×Ｘｅ÷３＋Ｘｉ，Ｙｅ÷３＋Ｙｊ）
＋Ｉ（２×Ｘｅ÷３＋Ｘｉ，Ｙｊ）
＋Ｉ（Ｘｅ÷３＋Ｘｉ，２×Ｙｅ÷３＋Ｙｊ）
＋Ｉ（Ｘｅ÷３＋Ｘｉ，Ｙｅ÷３＋Ｙｊ）
＋Ｉ（Ｘｅ÷３＋Ｘｉ，Ｙｊ）
＋Ｉ（Ｘｉ，２×Ｙｅ÷３＋Ｙｊ）
＋Ｉ（Ｘｉ，Ｙｅ÷３＋Ｙｊ）
＋Ｉ（Ｘｉ，Ｙｊ）                            …（５）
被露光材Ｗを加工するために必要なドーズ量Ｄｑ（単位面積あたりのイオンの個数、以下、「必要ドーズ量Ｄｑ」ということがある）は被露光材Ｗの種類により決まっているので、求められたイオンの数の総和Ｉｓ（Ｘｉ，Ｙｊ）の中で最も小さなイオンの数の総和Ｉminと必要なドーズ量Ｄｐとから、イオンビームの照射（Ｂ１１，…，Ｂ３３）の時間と強度とを求めることができる。例えば、イオンビームの照射時間Ｔは、
Ｔ＝Ｄｑ÷Ｉmin                  …（６）
となる。
【００５５】
また、イオンビームの照射強度を考慮した場合の各イオンビームの照射時間Ｔは、実際に加工に用いるイオンビームの照射強度とイオン数Ｉ（Ｘ，Ｙ）を求めたときのイオンビームの照射強度との比をＲとすると、
Ｔ＝Ｄｑ÷Ｉmin÷Ｒ              …（７）
で求めることができる。
【００５６】
上記例は、イオンビームのＸ方向およびＹ方向へのビームスキャン・ピッチ（照射間隔）Ｐｘ（＝Ｘｅ÷３），Ｐｙ（＝Ｙｅ÷３）をイオンビームのそれぞれの方向の幅Ｄｘ（＝Ｘｅ），Ｄｙ（＝Ｙｅ）の３分の１で行った場合であるが、ビームスキャン・ピッチＰｘ，Ｐｙが上記例と異なる場合、例えば、ビームスキャン・ピッチＰｘ，Ｐｙをイオンビームのそれぞれの方向の幅Ｄｘ，Ｄｙの４分の１で行う場合にも、上記例と同様にしてイオンビームの照射時間Ｔと照射強度とを設定することができる。
【００５７】
図１１はイオンビームの照射幅の４分の３が重複するように露光させたときの重複の様子を示す図、図１２は図１１の領域ＡＢＣＤ（繰り返し単位）に照射される個別に照射されるイオン数の構成を示す図である。図１１と図１２とを比較すれば判るように、重複する回数が増加するにしたがい、繰り返し単位に照射されるイオンの構成を示す配列の数が増加し、行および列の数すなわち重複回数が、例えば図１２におけるＢ１１のＸ座標およびＹ座標の第１項の分母に反映される。
【００５８】
被露光材の加工は、必要ドーズ量Ｄｑが満たされたときになされるものであるから、同一部分に対するイオンビームの照射を複数回行い、各照射時間の合計が被露光材Ｗを加工するために必要なドーズ量Ｄｑとなるようにしてもよい。
イオンビームのＸ方向およびＹ方向へのビームスキャン・ピッチＰｘ，Ｐｙは、通常イオンビームの有効径として用いられることが多い半値幅を基準として、被露光材Ｗの加工対象部分が半値幅を径とする照射面で覆われるように設定されるのが好ましい。
【００５９】
図１３は半値幅を基準とするイオンビームの重ね合わせを示す図である。Ｘ方向およびＹ方向へのビームスキャン・ピッチＰｘ，Ｐｙが等しい図１３（ａ）では、ビームスキャン・ピッチＰｘ，Ｐｙは、それぞれのイオンビームの半値幅の外周がイオンビームの中心が形成する正方形の中心を通るように設定され、被露光材Ｗの加工対象部分における繰り返し単位ＡＢＣＤが半値幅を径とする照射面で覆われている。また、図１３（ｂ）では、ビームスキャン・ピッチＰｘ，Ｐｙ’は、それぞれのイオンビームの半値幅の外周がイオンビームの中心が形成する正三角形の中心を通るように設定され、被露光材Ｗの加工対象部分おける繰り返し単位ＥＦＧが半値幅を径とする照射面で覆われている。
【００６０】
ビームスキャン・ピッチＰｘ，Ｐｙ，Ｐｙ’をこのように設定することにより、被露光材Ｗの加工対象部分は、イオンビームにおける比較的イオンの数の多い部分の照射を確実に受けることができ、被露光材の表面変形すなわち加工溝の凹凸が低減し平均化される。
他のイオンビームの重ね合わせ方においても、図１３と同様に、半値幅の外周が、イオンビームの中心が形成する多角形の図心を通過するようにビームスキャン・ピッチを設定することにより、被露光材Ｗの加工対象部分の全てが半値幅内のイオンの照射を受け、加工溝の凹凸が低減し平均化される。各イオンビームの半値幅の領域が重複するようにビームスキャン・ピッチを設定することによっても、加工溝の凹凸が低減し平均化される。
【００６１】
上述の実施形態において、図９、図１１および図１３は、イオンビームの照射範囲が真円となっているが、楕円または長円でも上記方法でイオンビームの照射時間と強度とを設定することができる。照射範囲が楕円または長円であって長径と短径との差が大きいときは、Ｘ方向およびＹ方向におけるイオンビームの重複回数を異ならせて、イオンビームの中心の間隔をＸ方向およびＹ方向で大きく異ならないように調整してもよい。
【００６２】
Ｘ方向およびＹ方向またはＸ方向から一定角度傾斜する方向におけるイオンビームの重複回数を異ならせる場合にも、図１０、図１２および図１３に示される繰り返し単位（領域ＡＢＣＤ，領域ＥＦＧ）に照射されるイオンの数を求める配列の行と列との構成数をそれぞれの重複回数にすれば、上記方法でイオンビームの照射時間と強度とを設定することができる。
【００６３】
上記した方法は、イオンビームの中心が矩形の頂点となるようにＸ方向およびＹ方向に一定距離間隔を有して照射し、またはイオンビームの中心が矩形の頂点となるようにＸ方向およびＸ方向から一定角度傾斜する方向に一定距離間隔を有して照射するが、イオンビームの中心が５角形以上の多角形の頂点となるようにしてもよい。
イオン数Ｉ（Ｘ，Ｙ）の分布の精度を高めるため、イオンビームの照射範囲におけるイオン数Ｉ（Ｘ，Ｙ）を積算し、ファラデーカップ７により測定された電流値に相当するイオンの数との比を求めて、求めた比によりイオン数Ｉ（Ｘ，Ｙ）を修正してもよい。
【００６４】
イオンビーム照射装置３、イオンビーム制御器４、被露光材支持ステージ５、電流計測プローブ６、ファラデーカップ７、演算器２、チャンバー８、および真空制御器９等は、種々のものを使用することができる。その他、イオンビーム加工装置１、およびイオンビーム加工装置１の各構成または全体の構造、形状、寸法、個数、材質などは、本発明の趣旨に沿って適宜変更することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明は、被露光材にイオンビームを照射し被露光材に所望する微細構造を形成する産業に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明に係るイオンビーム加工装置の構成図である。
【図２】演算器の構成を示す図である。
【図３】電流計測プローブの測定時の走査の様子を示す図である。
【図４】イオンビーム加工装置におけるイオンビームの電流値測定の手順を示すフローチャートである。
【図５】電流計測プローブによる測定結果の例を示す図である。
【図６】イオンビーム照射面における幅の帯状部分の電流値の分布を示す図である。
【図７】イオンビームの照射範囲におけるイオンの数を表す配列の概念図である。
【図８】イオンビームの照射幅の３分の２が重複するように照射したときのドーズ量を示す図である。
【図９】照射幅の３分の２が重複するように露光させたときの重複の様子を示す図である。
【図１０】図９の領域ＡＢＣＤに個別に照射されるイオン数の構成を示す図である。
【図１１】イオンビームの照射幅の４分の３が重複するように露光させたときの重複の様子を示す図である。
【図１２】図１１の領域ＡＢＣＤに個別に照射されるイオン数の構成を示す図である。
【図１３】半値幅を基準とするイオンビームの重ね合わせを示す図である。
【図１４】イオンビーム照射による被露光材の変形を示す図である。
【図１５】加工溝の底に生ずる筋状の模様の斜視図である。
【符号の説明】
【００６７】
１  イオンビーム加工装置
３  照射手段（イオンビーム照射装置）
Ｄｑ  必要なドーズ量（必要ドーズ量）
Ｉ（Ｘ，Ｙ）  イオン数
Ｔ  所定時間（照射時間）
Ｗ  被露光材
【図１】
2007258273.tif 000003
【図２】
2007258273.tif 000004
【図３】
2007258273.tif 000005
【図４】
2007258273.tif 000006
【図５】
2007258273.tif 000007
【図６】
2007258273.tif 000008
【図７】
2007258273.tif 000009
【図８】
2007258273.tif 000010
【図９】
2007258273.tif 000011
【図１０】
2007258273.tif 000012
【図１１】
2007258273.tif 000013
【図１２】
2007258273.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2007258273.tif 000017