JPH08134668A - イオンビームミリング方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 所定のイオン源のビーム引き出し口径で、さ
らに基板寸法を大きくしてもほぼ均一にエッチング加工
が可能なイオンビームミリング方法および装置を提供す
る。 【構成】 基板ホルダ７に基板６を配置した後、イオン
源１からイオンビーム５を照射しながら、回転装置９に
よって基板６および基板ホルダ７を回転させると共に、
駆動装置８を作動させて基板６および基板ホルダ７をイ
オンビーム５に対してほぼ垂直な方向に駆動し、端部位
置６ａと端部位置６ｂ間で直線的な往復動作をさせる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はイオンビームミリング装
置に係り、より詳細には基板を自転あるいは公転させな
がらエッチングするイオンビームミリング方法および装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のイオンビームミリング装置におい
ては、１枚の基板を自転させてエッチングする場合、そ
の基板の寸法はイオン源から照射されるイオンビームの
均一分布範囲以下にしなければ所定の精度が得られず、
また、複数枚の基板をエッチング処理する場合には、基
板を自転および公転させてエッチングの均一性を確保す
るようにしているが、基板の取付範囲はイオン源のビー
ム引き出し口径より少し大きい程度に制限しなければ所
定の精度を得ることができず、所定のビーム引き出し口
径に対して適用可能な基板寸法の限界があった。

【０００３】このような従来のイオンビームミリング装
置は、例えばカタログ「日立イオンビームイミリング装
置」１９９２．７等で紹介されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年に
おいて基板の寸法が大きくなり、特に、液晶用基板では
５００ｍｍ×４００ｍｍなどと大型化してきている。こ
のように基板寸法が大きくなると、複数枚の基板を配置
して自転および公転させる大型のイオンビームミリング
装置でも、イオンビームの有効範囲を越えるためにエッ
チング分布が均一でなくなってしまう。

【０００５】これに対して、イオン源のビーム引き出し
口径をさらに大口径化することが考えられるが、電極の
熱ひずみ等が顕著となって均一なイオンビーム密度を得
ることが困難となり、また経済的に折り合わなくなって
しまう。また、イオンビームを発散させて広範囲の面積
についてエッチングを行なうようにすることも考えられ
るが、基板に当るビームの入射角度が大きくなり、エッ
チングレートの低下、場合によってはエッチング形状が
良好でなくなってしまう危険がある。従って、所定のイ
オン源のビーム引き出し口径で、さらに基板寸法を大き
くすることができなかった。

【０００６】本発明の目的は、所定のイオン源のビーム
引き出し口径で、さらに基板寸法を大きくしてもほぼ均
一にエッチング加工が可能なイオンビームミリング方法
および装置を提供するにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、真空容器に取付けたイオン源からのイオン
ビームが照射される位置に基板を配置し、この基板をイ
オンビームにてエッチングするイオンビームミリング方
法において、上記イオンビームを照射しながら、上記基
板を回転すると共に上記基板を上記イオンビームとほぼ
垂直方向に往復動作させるようにしたことを特徴とす
る。

【０００８】また本発明は上記目的を達成するために、
真空容器に取付けたイオン源からのイオンビームが照射
される位置に配置した基板と、この基板を回転する回転
装置とを備えたイオンビームミリング装置において、上
記基板を上記イオンビームとほぼ垂直方向に往復動作さ
せる駆動装置を設けたことを特徴とする。

【０００９】

【作用】一般に、イオン源から照射されるイオンビーム
は半径方向に拡散する分布を有し、中心部はビーム密度
が高く、周囲になるに従って密度が低くなるが、本発明
によるイオンビームミリング方法は、上述のようにイオ
ンビームを照射しながら、基板を回転させると共に、基
板をイオンビームに対してほぼ垂直方向に往復運動させ
るようにしたため、一定時間内で往復運動させた範囲内
での基板の各位置に対するイオンビームの照射量をほぼ
均一にすると共に、許容するイオンビーム密度のほぼ均
一な領域を拡大することができ、従って、所定のイオン
源のビーム引き出し口径で、さらに基板寸法を大きくし
てもほぼ均一にエッチング加工が可能となる。

【００１０】また本発明によるイオンビームミリング装
置は、基板をイオンビームとほぼ垂直方向に往復動作さ
せる駆動装置を設けたため、簡単な構成で、一定時間内
で往復運動させた範囲内での基板の各部に対するイオン
ビームの照射量をほぼ均一にすると共に、許容するイオ
ンビーム密度のほぼ均一な領域を拡大するように基板を
駆動することができ、所定のイオン源のビーム引き出し
口径で、さらに基板寸法を大きくしてもほぼ均一にエッ
チング加工が可能となる。

【００１１】

【実施例】以下、図面を参照し、本発明の実施例につい
て説明する。図１は本発明の一実施例によるイオンビー
ムミリング装置の要部を示す概略構成図である。同図に
おいて、真空容器２には弁装置４を介して真空排気装置
３が接続されて、その内部が所定の真空度に成されると
共に、イオン源１が設けられている。真空容器２内にお
けるイオン源１から照射されたイオンビーム５の当る位
置には基板ホルダ７が配設され、この基板ホルダ７に基
板６が取り付けられている。基板ホルダ７には回転装置
９が連結されており、この回転装置９によって基板ホル
ダ７を回転駆動して基板６を自転させるようにしてい
る。また真空容器２内には気密保持部材１２を介して駆
動軸１１が導入され、その導入側で基板ホルダ７および
回転装置９を支持しており、また駆動軸１１の導出側に
は駆動装置８が設けられている。この駆動装置８は駆動
軸１１を介して基板ホルダ７を駆動することができ、し
かもイオンビーム５に対してほぼ垂直な方向に往復動
作、例えば図示の端部位置６ａと端部位置６ｂ間で直線
的な往復動作を基板ホルダ７に与えることができる。

【００１２】基板６へのエッチング加工に際しては、基
板ホルダ７に基板６を配置した後、イオン源１からイオ
ンビーム５を照射しながら回転装置９によって基板６お
よび基板ホルダ７を回転させると共に、駆動装置８を作
動させて基板６および基板ホルダ７をイオンビーム５に
対してほぼ垂直な方向に駆動し、端部位置６ａと端部位
置６ｂ間で直線的な往復動作をさせる。このときの基板
６の直線的な移動は、イオンビーム５の照射の全時間に
比べて充分短かい時間内で往復動作するように設定され
ている。

【００１３】例えば、図５のビーム引き出し口の径の大
きさに対し、基板６が３倍程度と想定したときのエッチ
ング分布と基板６の動作（回転／揺動）の関係から分か
るように、駆動装置８によって基板６が１往復動作する
間に、回転装置９による基板６の回転数を６回転以上に
すれば、エッチング分布は実用に供することができる均
一さを確実に保証できる。このようにイオンビーム５を
照射しながら基板ホルダ７に回転と直線的な往復動作を
させることによって、基板６へのエッチングは従来より
も均一化される。

【００１４】これを図３および図４を用いて説明する。
図３は図１に示したイオンビームミリング装置における
基板６の配置図と共にイオンビーム照射量分布図を示
し、また図４は従来のイオンビームミリング装置におけ
る基板６の配置図と共にイオンビーム照射量分布図を示
している。この場合、横軸はイオン源１の半径方向に対
応し、縦軸はイオンビーム５のビーム密度を示してい
る。

【００１５】図４に示した従来のイオンビームミリング
装置では、イオン源１の中心部におけるイオンビーム５
の照射量が多いが、イオン源１の外周部では少なくな
り、特に、イオン源１のビーム引き出し口径Ｄを外れる
と照射量はさらに少なくなる。これに対して図３に示し
たイオンビームミリング装置および方法では、基板６お
よび基板ホルダ７が図１の実線で示す位置にあるときの
イオンビーム５の照射量は実線のようになり、また基板
６および基板ホルダ７が図１の端部位置６ａと端部位置
６ｂにあるときのイオンビーム５の照射量は、ちょうど
イオン源１を移動させた場合と同じになり点線のように
なる。従って、往復動作した基板６におけるイオンビー
ム５の平均ビーム密度は、二点鎖線で示すように全体的
に均一化され、従来の許容できる均一範囲がビーム引き
出し口径Ｄに対応する部分であったのに対し、許容でき
る均一な領域を拡大することになる。

【００１６】このように平均ビーム密度が均一化されて
許容できる均一な領域を拡大するため、従来のイオンビ
ームミリング装置では図４の（１）に示すようにビーム
引き出し口径Ｄよりも小さい径の１枚の基板６を用いる
よう制限されていたのに対し、図３の（１）に示すよう
にビーム引き出し口径Ｄよりも大きな径の１枚の基板６
を用いることができる。つまり、所定のビーム引き出し
口径Ｄに対して均一なエッチングが可能な基板６の径を
大きくすることができる。

【００１７】図２は本発明の他の実施例によるイオンビ
ームミリング装置の要部を示す概略構成図である。

【００１８】真空容器２内には公転基板ホルダ７ａが配
置され、この公転基板ホルダ７ａに可回転的に支持した
複数の自転基板ホルダ７ｂが配置され、この自転基板ホ
ルダ７ｂに複数の基板６がそれぞれ配置されている。公
転基板ホルダ７ａには回転装置９が連結されており、こ
の回転装置９によって公転基板ホルダ７ａを回転駆動し
て基板６を公転させるようにし、また自転基板ホルダ７
ｂにも回転装置９を連結し、この回転装置９によって自
転基板ホルダ７ｂを回転駆動して基板６を自転させるよ
うにしている。また真空容器２内には気密保持部材１２
を介して駆動軸１１が導入され、その導入側で自転基板
ホルダ７ｂ、公転基板ホルダ７ａおよび回転装置９を支
持し、また駆動軸１１の導出側には駆動装置８が設けら
れている。この駆動装置８は駆動軸１１を介して自転基
板ホルダ７ｂ、公転基板ホルダ７ａおよび回転装置９を
駆動することができ、しかもイオンビーム５に対してほ
ぼ垂直な方向に往復動作、例えば図示の端部位置６ａ，
６ｂ間で直線的な往復動作を公転基板ホルダ７ａおよび
自転基板ホルダ７ｂに与えることができる。

【００１９】エッチング加工に際しては、自転基板ホル
ダ７ｂに複数枚の基板６をそれぞれ配置した後、イオン
源１からイオンビーム５を照射しながら回転装置９によ
って自転基板ホルダ７ｂを回転駆動して各基板６をそれ
ぞれ自転させると共に、回転装置９によって公転基板ホ
ルダ７ａを回転駆動して各基板６を公転させる。さら
に、駆動装置８を作動させて駆動軸１１をその軸方向に
往復動作させると、基板ホルダ７および自転基板ホルダ
７ｂはイオンビーム５に対してほぼ垂直な方向に駆動さ
れて端部位置６ａと端部位置６ｂ間で直線的な往復動作
をすることになる。

【００２０】このようにイオンビーム５を照射しながら
基板６に自公転と直線的な往復動作を与えることによっ
て、基板６へのエッチングは従来よりも均一化される。
これは、上述したように図３に示すように往復動作した
基板６におけるイオンビーム５の平均ビーム密度が二点
鎖線で示すように全体的に均一化され、従来の許容でき
る均一範囲がビーム引き出し口径Ｄに対応する部分であ
ったのに対し、許容できる均一な領域を拡大することに
なるからである。このように平均ビーム密度が均一化さ
れて許容できる均一な領域を拡大するため、従来のイオ
ンビームミリング装置では図４の（２）に示すようにビ
ーム引き出し口径Ｄに対応するように小さい径の複数枚
の基板６を用いるよう制限されていたのに対し、本実施
例によるイオンビームミリング装置および方法では、図
３の（２）に示すようにビーム引き出し口径Ｄよりも大
きな径の領域で複数枚の基板６を用いることができる。
つまり、所定のビーム引き出し口径Ｄに対して均一なエ
ッチングが可能な基板６の径を大きくすることができ
る。

【００２１】尚、上述した各実施例においては、基板６
や基板ホルダ７の移動範囲を端部位置６ａと端部位置６
ｂ間にしたが、さらにこの移動範囲を大きくすれば、良
好なエッチング処理ができる基板６の径をさらに大きく
することができる。また、基板６の移動範囲内の中心の
狭い部分で高いイオンビーム密度をもつ分布のイオンビ
ームミリング装置とすると、基板６の移動を等速度とし
てもかなり均一の照射量を得られるが、中心部の広い範
囲で平坦で、かつ端部で少なくなるイオンビーム密度分
布をもつイオンビームミリング装置の場合、図１の端部
位置６ａと端部位置６ｂの付近では、中間位置よりも移
動速度を低下させたり、または短時間停止させることに
よって、時間平均のイオンビーム密度分布を更に改善し
て、基板６のエッチング均一性を高めることができる。
このとき細かく速度制御をすれば、更にイオンビーム密
度分布を改善することができる。また基板６等はイオン
ビーム５に対してほぼ垂直な方向に往復動作させれば良
く、駆動軸１１の軸方向に限定するものではない。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように本発明のイオンビー
ムミリング装置によれば、基板を回転させる回転装置
と、基板をイオンビームに対してほぼ垂直な方向に往復
動作させる駆動装置を設けたため、この駆動装置によっ
てイオンビーム密度分布に従って基板を移動させること
ができ、これによって基板に対する時間平均のイオンビ
ーム密度を平均化して、ほぼ均一なイオンビーム密度と
なる領域を拡大することができるので、所定のイオン源
のビーム引き出し口径で、基板の径を拡大してもほぼ均
一なエッチングが可能となる。

【００２３】また本発明のイオンビームミリング方法
は、イオン源から基板に対してイオンビームを照射しな
がら、基板を回転させると共にイオンビームに対してほ
ぼ垂直な方向に往復動作させるようにしたため、イオン
ビーム密度分布特性が異なる場合でも、基板に対する時
間平均のイオンビーム密度を平均化して、ほぼ均一なイ
オンビーム密度となる領域を拡大することができるの
で、所定のイオン源のビーム引き出し口径で、基板の径
を拡大してもほぼ均一なエッチングが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の一実施例によるイオンビームミ
リング装置の要部を示す構成図である。

【図２】図２は本発明の他の実施例によるイオンビーム
ミリング装置の要部を示す構成図である。

【図３】図１に示したイオンビームミリング装置および
方法によるイオンビーム密度の分布を基板と共に併記し
た特性図である。

【図４】従来のイオンビームミリング装置および方法に
よるイオンビーム密度の分布を基板と共に併記した特性
図である。

【図５】図１に示したイオンビームミリング装置および
方法による基板の移動と回転の関係を示す特性図であ
る。

【符号の説明】

１ イオン源 ２ 真空容器 ５ イオンビーム ６ 基板 ７ 基板ホルダ ７ａ 自転基板ホルダ ７ｂ 公転基板ホルダ ８ 駆動機構

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空容器に取付けたイオン源からのイオ
   ンビームが照射される位置に基板を配置し、この基板を
   イオンビームにてエッチングするイオンビームミリング
   方法において、上記イオンビームを照射しながら、上記
   基板を回転すると共に上記基板を上記イオンビームとほ
   ぼ垂直方向に往復動作させるようにしたことを特徴とす
   るイオンビームミリング方法。
2. 【請求項２】 真空容器に取付けたイオン源からのイオ
   ンビームが照射される位置に配置した基板と、この基板
   を回転させる回転装置とを備えたイオンビームミリング
   装置において、上記基板を上記イオンビームとほぼ垂直
   な方向に往復動作させる駆動装置を設けたことを特徴と
   するイオンビームミリング装置。
3. 【請求項３】 上記回転装置は、上記基板を自転させる
   ように構成されていることを特徴とする請求項２記載の
   イオンビームミリング装置。
4. 【請求項４】 上記基板は複数枚から成り、上記回転装
   置は、上記各基板をそれぞれ自転させると共に上記基板
   全体を公転させるように構成されていることを特徴とす
   る請求項２記載のイオンビームミリング装置。