KR20080048433A - 하전 입자 조사 장치, 하전 입자 제어 방법 및 주파수 조정장치 - Google Patents

하전 입자 조사 장치, 하전 입자 제어 방법 및 주파수 조정장치 Download PDF

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KR20080048433A
KR20080048433A KR1020070122184A KR20070122184A KR20080048433A KR 20080048433 A KR20080048433 A KR 20080048433A KR 1020070122184 A KR1020070122184 A KR 1020070122184A KR 20070122184 A KR20070122184 A KR 20070122184A KR 20080048433 A KR20080048433 A KR 20080048433A
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타다히사 쉬오노
유타카 야베
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Abstract

[과제] 복수의 이온 빔을 독립하여 온·오프 가능하게 한다.
[해결 수단] 이온 건(51)은, 가스 도입부(114)에 의해 Ar 가스를 본체(111) 안으로 도입하고, 필라멘트(113)와 어노드 (112) 사이에 직류 열 음극 방전을 일으켜서, Ar의 플라스마를 생성한다. 다음으로, 2개의 분할된 구성을 갖는 분할 가속 그리드(516a, 516b)에 이온을 사출하는 방향으로 전압 구배를 부여하여 이온을 사출시킨다. 가속 제어 스위치(121a, 121b)를 독립하여 온·오프 함으로써, 분할 가속 그리드(516a, 516b)의 전위를 독립하여 제어하고, Ia 또는 Ib의 어느쪽이든 한쪽의 이온 빔을 정지한다.
Figure P1020070122184
이온 빔, 가속 그리드, 차폐 그리드, 감속 그리드, 독립 제어

Description

하전 입자 조사 장치, 하전 입자 제어 방법 및 주파수 조정 장치{CHARGED PARTICLE BEAM APPARATUS, METHOD FOR CONTROLLING CHARGED PARTICLE, AND FREQUENCY ADJUSTMENT APPARATUS}
본 발명은, 이온 등의 하전 입자를 조사하는 하전 입자 조사 장치에 관한 것으로서, 특히, 복수의 하전 입자 빔을 독립하여 제어할 수 있는 하전 입자 조사 장치 및 방법에 관한 것이다.
대표적인 압전 소자인 수정 진동자의 공진 주파수는, 수정편의 두께와 그 표면에 형성된 금속 전극의 막 두께에 의해 결정된다. 종래에 있어서는, 수정 진동자의 소망하는 공진 주파수를 얻기 위해서, i) 수정편을 규정의 두께로 잘라 내고, ii) 표면을 연마하여 그 표면에 스퍼터 증착 등에 의해 베이스가 되는 금속막 전극을 형성하고, iii) 공진 주파수를 측정하면서, 금속 전극막의 두께를 조정하는 것과 같은 처리를 수행하고 있다. 금속 전극막의 두께를 조정하는 방법으로서, 이온 건으로 이온 빔을 조사하여 금속 전극막을 에칭함으로써 얇게 하는 방법이 알려 져 있다. 이온 빔 에칭에 의한 주파수 조정 수법은, 예를 들면, 특허 문헌 1이나 특허 문헌 2에 개시되어 있다.
종래의 주파수 조정용의 이온 건은, 도 12에 나타낸 바와 같이, 본체(811)와, 어노드(812)와, 필라멘트(813)와, 가스 도입부(814)와, 차폐 그리드(815)와, 가속 그리드(816)와, 복수의 직류 전원으로 구성된다.
이러한 구성에 의해, 가스 도입부(814)로부터, 방전용 가스로서 예를 들면 Ar 가스를 본체(811)내에 도입하고, 필라멘트(813)를 통전 가열하여 필라멘트(813)와 어노드(812) 사이의 직류 열 음극 방전에 의해 Ar 플라스마를 생성하고, 고압 전원에 의해 가속 그리드(816)에 고전압을 인가함으로써, 이온을 가속하는 방향으로 전위 구배를 생성하여 Ar의 정(正)이온을 인출하여 이온 빔으로서 출사하고 거치대(822)에 거치된 수정 진동자(821)로 조사한다.
차폐 그리드(815)와 가속 그리드(816)에는, 복수의 빔 구멍(인출구)으로 된 빔 구멍 군(群)이 형성된다. 도 13에 나타낸 바와 같은 패턴으로 1군의 빔 구멍 군을 형성한 경우, 도 14에 나타낸 바와 같이 중심이 제일 강하고, 그로부터 주변을 향해 서서히 약해지는 것과 같은 이온 전류 밀도 분포를 갖는 1개의 이온 빔이 형성된다. 도 14는 에칭 대상인 기판 위치에 있어서의 이온 전류 밀도를 나타내며, 이온 건의 중심과 대향하는 위치를 원점으로 하여 원점으로부터의 거리를 나타낸다.
최근, 장치의 공간 절약화, 처리 시간의 단축을 목적으로 하여, 1개의 이온 건으로 도 17에 나타낸 것과 같은 이온 전류 밀도 분포를 가지는 복수의 이온 빔을 복수의 압전 소자에 조사함으로써, 한 번에 복수의 수정 진동자를 처리하는 것이 행해지고 있다. 도 17은 에칭 대상인 기판 위치에 있어서의 이온 전류 밀도를 나타내며, 이온 건의 중심과 대향하는 위치를 원점으로 하여 원점으로부터의 거리를 나타낸다.
복수의 이온 빔을 조사하는 이온 건의 기본 구성은, 도 15에 나타낸 바와 같이, 도 12에 나타낸 1 이온 빔용의 이온 건과 동일하다. 다만, 복수의 이온 빔을 생성하기 위해, 도 16에 나타낸 바와 같이 복수의 빔 구멍 군(도면에서는 2군)이 형성된 차폐 그리드(815)와 가속 그리드(816)가 배치된다.
[특허 문헌 1] 특개 2000­323442호 공보
[특허 문헌 2] 특개 2003­298374호 공보
주파수 조정에 걸리는 시간은 목표 주파수에 대한 수정 진동자의 주파수의 편차에 의해 결정되며, 조정 대상의 수정 진동자(821)마다 다르다. 이 때문에, 2개의 수정 진동자(821)를 병행하여 조정하는 경우에는, 주파수 조정은 서로 다른 타이밍에 종료한다. 이 때문에, 먼저 주파수 조정이 끝난 수정 진동자(821)의 전극에 빔이 닿지 않도록 하지 않으면 안된다. 그러나, 종래에는 한쪽의 이온 빔만을 정지시키는 등의 제어를 할 수 없다. 이 때문에, 기계 셔터(823)을 배치하고, 기계 셔터(823)에 의해 조정이 종료된 수정 진동자(821)로의 이온 빔을 차단하고 있다.
그러나, 이러한 구성에서는, 차단된 이온 빔에 의해 기계 셔터(823)가 스퍼터되어 파티클로서 진공조 안에 퇴적하며, 셔터가 소모되어 이들의 정기적인 교환 작업이나 파티클을 제거하는 작업이 필요하므로 작업자를 번거롭게 하고 있다.
또한, 조 안을 부유하는 파티클이 소자에 부착됨으로써, 수정진동자의 품질 저하를 초래하고 있었다.
이와 같은 문제는, 수정 진동자의 금속 전극을 이온 빔에 의해 연마하는 경우에 한정되지 않고, 복수의 하전 입자 빔을 이용하여 처리 대상물을 가공하는 경우에 공통적으로 발생한다.
또한, 종래의 구성에서는, 복수의 이온 빔의 강도는 공통이어서, 바리에이션(variation)이 풍부한 가공이 곤란했다.
본 발명은, 상기한 바와 같은 실정을 감안한 것으로서, 복수의 하전 입자 빔을 독립하여 제어할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 제1의 관점에 관한 하전 입자 조사 장치는,
하전 입자를 조사하는 하전 입자 조사 장치에 있어서,
하전 입자를 생성하는 하전 입자 생성 수단과,
상기 하전 입자 생성 수단에서 생성된 하전 입자를 인출하여 하전 입자 빔을 출력하는 복수로 분할된 가속 그리드와,
상기 복수로 분할된 가속 그리드의 전위를 개별적으로 제어함으로써, 대응하는 하전 입자 빔의 강도를 독립하여 제어하는 제어 수단과,
상기 하전 입자 생성 수단과 상기 가속 그리드 사이에 설치된 차폐 그리드를 구비하며,
상기 가속 그리드는, 적어도 1개의 가속 그리드 빔 구멍이 형성되어 있고,
상기 차폐 그리드는, 적어도 1개의 차폐 그리드 빔 구멍이 형성되어 있으며,
상기 가속 그리드 빔 구멍의 면적이, 상기 차폐 그리드 빔 구멍의 면적보다 작게 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 가속 그리드의 상기 가속 그리드 빔 구멍의 면적이, 상기 차폐 그리드의 상기 차폐 그리드 빔 구멍의 면적의 0.2~0.8배로 형성되어도 좋다.
상기 가속 그리드의 상기 하전 입자 빔의 출력측에 배치된 감속 그리드를 더 구비하는 것도 바람직하다.
상기 감속 그리드에는, 적어도 1개의 감속 그리드 빔 구멍이 형성되어 있고,
상기 감속 그리드 빔 구멍의 직경은, 상기 차폐 그리드 빔 구멍의 직경과 거의 동일하게 형성되어도 좋다.
상기 감속 그리드가 접지 전위이어도 무방하다.
상기 하전 입자 빔을 조사하여 가공하는 피가공물을 배치하는 배치 수단을 더 구비하며,
상기 가속 그리드에 복수의 빔 구멍으로 된 빔 구멍 군이 형성되고 또한 가속 그리드에 배치되는 상기 빔 구멍 군의 간격은, 상기 배치 수단에 의해 배치된 피가공물의 배치 간격에 대하여 0.5배~1.0배로 형성되어 있어도 무방하다.
상기 제어 수단은, 상기 분할 가속 그리드를 독립하여 플로팅 전위로 제어함으로써, 대응하는 하전 입자 빔을 차단해도 좋다.
상기 제어 수단은, 각 상기 분할 가속 그리드와 전원과의 사이에 개별적으로 설치된 스위치 회로와, 상기 스위치 회로를 개별적으로 온·오프 하는 수단을 구비하는 것도 바람직하다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 제2의 관점에 관한 하전 입자 조사 방법은,
소정의 용기에 플라스마를 생성하고,
상기 플라스마에 인접하여 적어도 1개의 차폐 그리드 빔 구멍이 형성된 복수 의 차폐 그리드를 배치하고,
상기 차폐 그리드 빔 구멍의 면적보다 작은, 적어도 1개의 가속 그리드 빔 구멍이 형성된 복수의 가속 그리드를 배치하고,
각 가속 그리드에, 전압을 인가하여 하전 입자를 인출할 방향으로 전압 구배를 형성하여, 상기 플라스마 중의 하전 입자를 사출시키고,
상기 복수의 가속 그리드의 전압을 독립하여 제어함으로써, 사출시킨 하전 입자의 전류 밀도 분포를 제어하는 것을 특징으로 한다.
적어도 1개의 감속 그리드 빔 구멍이 형성되고, 상기 복수의 가속 그리드 사이에 발생하는 전계를 차폐하기 위한 도전성의 감속 그리드가 배치되어도 좋다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 제3의 관점에 관한 주파수 조정 장치는,
청구항 1에 기재된 하전 입자 조사 장치로 구성되는 이온 건과,
압전 디바이스를 복수개 배치하는 배치 수단과,
상기 배치 수단에 의해 배치된 복수의 압전 디바이스의 공진 주파수를 판별하는 공진 주파수 판별 수단을 구비하며,
상기 공진 주파수 판별 수단에 의해 상기 배치 수단에 의해 배치된 복수의 압전 디바이스의 공진 주파수를 모니터하면서, 병행하여 상기 복수의 압전 디바이스로 이온 빔을 조사하여 각 압전 디바이스의 적어도 일부를 에칭함으로써, 복수의 상기 압전 디바이스의 공진 주파수를 조정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 분할된 각 가속 그리드에 부여되는 전압을 제어함으로써 하전 입자 빔을 제어할 수 있다.
이하, 본 발명의 각 실시 형태와 관련되는 하전 입자 조사 장치를, 수정 진동자의 금속 전극을 에칭함으로써 공진 주파수를 조정하는 주파수 조정 장치에 적용한 경우를 예로써 설명한다.
본 발명의 실시 형태와 관련되는 주파수 조정 장치를 도 1 및 도 2에 나타낸다. 본 실시 형태의 주파수 조정 장치는, 이온 건(51)과, 가공 대상인 수정 진동자를 거치하는 거치부(12)와, 수정 진동자의 공진 주파수를 검출하는 공진 주파수 측정부(13)와, 제어부(14)와, 셔터(15)로 구성된다.
도 1에 나타낸 거치부(12)는, 가공 대상인 2개의 수정 진동자(201a, 201b)를 일정 거리를 두고 배치한다.
공진 주파수 측정부(13)는, 거치부(12)에 거치된 수정 진동자(201a, 201b)에 접속되어 그 공진 주파수를 측정한다.
제어부(14)는, 마이크로프로세서 또는 시퀸서 등으로 구성되어 각 부의 동작을 제어한다. 특히 본 실시 형태에 있어서는, 공진 주파수 측정부(13)로부터의 검출 결과에 따라, 가속 제어 스위치(121a, 121b)를 온·오프 제어한다. 또한, 셔터(15)를 개폐 제어한다. 제어부(14)를 공진 주파수 측정부(13)에 포함시켜 구성하 는 것도 가능하다.
셔터(15)는, 수정 진동자(201a)의 앞에 배치된 셔터(15a)와 수정 진동자 (201b)의 앞에 배치된 셔터(15b)를 구비하며, 각각 이온 빔(Ia, Ib)을 차폐한다.
또한, 도 1 및 도 2에 나타낸 각 부는 진공조 안에 배치되어 있다.
이온 건(51)은, 2개의 이온 빔(Ia, Ib)을 생성하는 장치이며, 본체(챔버)(111)와, 어노드(전극)(112)와, 필라멘트(113)와, 가스 도입부(114)와, 차폐 그리드(515)와, 가속 그리드(516)(516a, 516b)와, 감속 그리드(517)와, 필라멘트 전원(131)과, 방전 전원(132)과, 빔 전원(133)과, 가속 전원(134)과, 뉴트럴라이져(125)와, 가속 제어 스위치(121a, 121b)와, 빔 스위치(122, 123)를 구비한다.
본체(111)는, 표면이 코팅된 원통형의 금속 케이스 등으로 구성되어 처리 공간을 정의한다. 본체(111)는 필라멘트 전원(131)의 부극(負極)과 동전위로 유지되어 있다.
어노드(112)는, 본체(111)의 측벽에 근접하여 원통 띠 모양으로 배치되어 직류 방전의 양극으로서 기능한다.
필라멘트(113)는, 직류 방전의 열 음극을 구성한다.
가스 도입부(114)는, Ar 등의 방전 가스를 본체(111) 내로 도입한다.
도 1, 도 2에 있어서, 가속 제어 스위치(121a)는, 가속 전원(134)의 부극과 분할 가속 그리드(516a)와의 사이에 접속되어 제어부(14)로부터의 제어 신호에 의해 온·오프된다. 가속 제어 스위치(121b)는, 가속 전원 (134)의 부극과 분할 가속 그리드(516b)와의 사이에 접속되어 제어부(14)로부터의 제어 신호에 의해 온·오프 된다. 이에 의하여, 이온 빔(Ia, Ib)의 조사를 억제할 수 있다.
또한, 빔 스위치(122, 123)들은, 어노드(112)와 가속 그리드(516)와의 사이에 전위차를 부여한다.
필라멘트 전원(131)은, 직류 전원으로 구성되며 필라멘트(113)로 통전하여 이것을 가열한다.
방전 전원(132)은, 어노드(112)와, 본체(111) 및 필라멘트 전원(131)과의 사이에 방전용의 직류 전압을 인가한다.
빔 전원(133)은, 이온 빔 조사시에, 본체(111) 내의 플라스마의 전압을 높인다.
가속 전원(134)은, 분할 가속 그리드(516a, 516b)에 부(負)전압을 인가한다.
뉴트럴라이져(125)는, 이온 빔(Ia, Ib)에 전자를 공급하여 이온이 가지는 전하의 중화를 수행하고, 압전 디바이스로의 전하의 충전(charge)을 방지한다.
차폐 그리드(515)는, 본체(111)의 이온 사출면(射出面)에 배치되어 빔 구멍(빔 인출 구멍) 부분을 제외하고 이온을 챔버 안에서 봉입한다.
이온 건(51)은, 2 빔을 출력하는 것으로서, 그 그리드 패턴은, 도 3(a)에 나타낸 바와 같은, 2 빔용의 구성을 가진다. 이 그리드 패턴은, 거리(d2)를 두고, 빔 구멍 군(61)이 2개 형성된 구성을 가진다. 또한, 빔 구멍 군(61)의 피치를 피가공물의 배치 간격, 즉 필요로 하는 빔 폭에 대해, 0.5~1배의 값으로 설정함으로써, 적절한 폭의 이온 빔을 얻을 수 있다.
가속 그리드(516)는, 본체(111)의 이온 사출면에 차폐 그리드(515)로부터 소 정 거리를 두고 거의 평행하게 배치되어 있다. 가속 그리드(516)는, 도 3(b)에 나타낸 바와 같이, 원판이 2 분할된 형상을 가진다. 바꾸어 말하면, 가속 그리드(516)는, 반원 판 모양의 분할 가속 그리드(516a, 516b)가 2매 조합된 구조를 가진다. 가속 그리드(516)에는, 도 3(b)에 나타낸 바와 같이, 차폐 그리드(515)에 형성된 빔 구멍(611)과 겹치는 위치에 빔 구멍(612)이 형성되어 있다. 가속 그리드(516)의 빔 구멍(612)의 면적은, 차폐 그리드(515)의 빔 구멍(611)의 면적보다 작게 형성된다. 또한, 1개의 분할 가속 그리드(516a, 516b)에 1 빔 출력용의 빔 구멍군이 배치된다. 또한, 가속 제어 스위치(121a, 121b)를 독립하여 온·오프 함으로써, 분할 가속 그리드(516a, 516b)의 전위를 독립적으로 제어하고, 이온 빔(Ia) 또는 이온 빔(Ib)을 정지시킬 수 있다.
감속 그리드(517)는, 본체(111)의 이온 사출면에 가속 그리드(516)에 근접하는 한편 이간하여 거의 평행하게 배치되어 있다. 감속 그리드(517)는, 도 3(a)에 나타낸 바와 같이, 차폐 그리드(515)와 동일한 구성을 가진다. 본 실시 형태에서는, 감속 그리드(517)의 빔 구멍(613)의 면적은, 차폐 그리드(515)의 빔 구멍(611)의 면적과 거의 동일하게 형성된다. 감속 그리드(517)는, 어스(earth)에 접속되어 있으며 분할 가속 그리드(516a)와 분할 가속 그리드(516b)와의 사이의 전위차에 의해 양 분할 가속 그리드 사이에 발생하는 공간의 전계(이온 빔 직교 방향의 전계)를 차폐하고, 분할 가속 그리드(516a, 516b) 사이의 상호작용을 줄이는 기능을 가진다.
또, 본 실시 형태에 있어서는, 차폐 그리드(515)와, 가속 그리드(516)와, 감 속 그리드(517)는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 거의 평행하게 각각 이간하여 배치되어 있다. 차폐 그리드(515)와 가속 그리드(516) 사이의 이간 거리와, 가속 그리드(516)와 감속 그리드(517) 사이의 이간 거리는 거의 동일하며, 구체적으로 본 실시 형태에 있어서는, 빔 구멍의 직경과 거의 동일한 이간 거리로서 배치되어 있다. 또한, 특히 본 실시 형태에서는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 차폐 그리드(515)에 설치된 빔 구멍(611)의 면적과 감속 그리드(517)에 설치된 빔 구멍(613)의 면적은, 거의 동일한 크기로 형성되지만, 가속 그리드(516)에 설치된 빔 구멍(612)의 면적은, 빔 구멍(611)의 면적보다 작게 형성된다.
다음으로, 상기 구성의 주파수 조정 장치의 동작을 설명한다.
우선, 거치부(12)에, 가공 대상인 수정 진동자(201a, 201b)를 거치하고, 진공조 안을 감압한다.
가스 도입부(114)로부터 방전용 가스로서 예를 들면 Ar 가스를 본체(111) 안으로 도입하고, 필라멘트 전원(131)으로부터 필라멘트(113)로 통전하여 가열하고, 또한 필라멘트(113)와 어노드(112)와의 사이에 직류 전압을 인가함으로써, 직류 열 음극 방전을 일으켜서 Ar 플라스마를 생성한다.
계속하여, 빔 스위치(122, 123)를 온 하고(이 시점에서는, 가속 제어 스위치(121a, 121b)는 온 상태에 있다), 어노드(112)와 가속 그리드(516) 사이에 고전압을 인가한다. 이에 의하여, 본체(111) 내의 플라스마에 의해 생성된 이온을 가속하는 방향으로 전위 구배를 생성하고, Ar의 정이온을 인출하여 빔 구멍에서 이온 빔(Ia, Ib)으로서 출사한다.
조사된 2개의 이온 빔(Ia, Ib)에 의해, 거치부(12)에 거치된 제1 수정 진동자(201a) 위에 형성된 금속 전극과 제2 수정 진동자(201b) 위에 형성된 금속 전극을 에칭하여, 각각의 공진 주파수를 조정한다.
이 사이, 공진 주파수 측정 회로(13)는, 각 제1 수정 진동자와 제2의 수정 진동자의 공진 주파수를 각각 측정하여, 측정 결과를 제어부(14)로 출력한다.
제어부(14)는, 가공 처리 개시 후, 도 5에 도시한 처리를 반복한다. 또한, 도 5에서는, 이해를 용이하게 하기 위해, 제1 수정 진동자(201a)에 관한 제어와 제2 수정 진동자(201b)에 관한 제어를 순차적으로 실시하고 있지만, 양 제어는 병행하여 수행하는 것이 바람직하다.
우선, 제1 수정 진동자(201a)에 관한 주파수 조정이 종료되었는지 아닌지를 판별한다(단계 S11). 처음에는, 가속 제어 스위치(121a)를 열어 기계 셔터(15a)를 닫아 둔다. 주파수 조정이 종료되어 있지 않으면(단계 S11；NO), 가속 제어 스위치(121a)를 닫고(단계 S12), 기계 셔터(15a)를 열어서(단계 S13), 수정 진동자(201a)의 주파수 조정을 개시한다. 공진 주파수 측정부(13)가 검출한 제1 수정 진동자(201a)의 공진 주파수가 목표 주파수에 일치하는지 아닌지를 판별한다(단계 S14).
목표 주파수에 일치하고 있으면(단계 S14；Yes), 가속 제어 스위치(121a)를 연다(단계 S15). 가속 제어 스위치(121a)를 여는 것에 의하여, 분할 가속 그리드(516a)가 전기적으로 플로팅 상태로 된다. 이에 의하여, 분할 가속 그리드(516b)로부터 조사되고 있는 이온 빔(Ib)의 강도에 영향을 거의 주지 않으며, 분 할 가속 그리드(516a)로부터 조사하고 있는 이온 빔(Ia)이 매우 약해진다.
또한, 솔레노이드를 구동하여, 셔터(15a)를 닫아 제1 수정진동자(201a)로의 이온 빔(Ia)의 조사를 완전하게 차단한다(단계 S16).
한편, 단계 S14에서, 공진 주파수 측정부(13)가 검출한 제1 수정 진동자 (201a)의 공진 주파수가 목표 주파수에 일치하고 있지 않은 것으로 판별되면(단계 S14；No), 그대로 처리를 계속하여 가공을 계속한다. 또한, 단계 S11에서, 제1 수정 진동자(201a)의 주파수 조정 처리가 종료되어 있는 것으로 판별되면(단계 S11；Yes), 단계 S12~S16를 생략한다.
다음으로, 제어부(14)는, 제2 수정 진동자(201b)에 관한 주파수 조정이 종료했는지 아닌지를 판별한다(단계 S17). 처음에는, 가속 제어 스위치(121b)를 열어 기계 셔터(15b)를 닫아 둔다. 주파수 조정이 종료되어 있지 않으면(단계 S17；NO), 가속 제어 스위치(121b)를 닫고(단계 S18), 기계 셔터(15b)를 열어(단계 S19), 수정 진동자(201b)의 주파수 조정을 개시한다. 공진 주파수 측정부(13)가 검출한 제2 수정 진동자(201b)의 공진 주파수가 목표 주파수에 일치했는지 아닌지를 판별한다(단계 S20).
목표 주파수에 일치하고 있으면(단계 S20；Yes), 가속 제어 스위치(121b)를 연다(단계 S21). 가속 제어 스위치(121b)를 여는 것에 의하여, 분할 가속 그리드(516b)가 전기적으로 플로팅 상태로 된다. 이에 의하여, 분할 가속 그리드(516a)로부터 조사되고 있는 이온 빔(Ia)의 강도에 영향을 거의 주지 않고, 분할 가속 그리드(516b)로부터 조사하고 있는 이온 빔(Ib)이 매우 약해진다. 또한, 솔레노이드 를 구동하여 셔터(15b)를 닫아 제2 수정진동자(201b)로의 이온 빔(Ib)의 조사를 완전히 차단한다(단계 S22).
한편, 단계 S20에서, 공진 주파수 측정부(13)가 검출한 제2 수정진동자 (201b)의 공진 주파수가 목표 주파수에 일치하고 있지 않은 것으로 판별되면(단계 S20；No), 그대로 처리를 계속하여 가공을 계속한다. 또한, 단계 S17에서, 제2 수정진동자(201b)의 주파수 조정 처리가 종료하고 있는 것으로 판별되면(단계 S17；Yes), 단계 S18~S22를 생략한다.
마지막으로, 제1 수정 진동자(201a)의 가공과 제2 수정 진동자(201b)의 가공이 모두 종료했는지의 여부를 판별하여(단계 S23), 종료하고 있으면(단계 S23；Yes), 가공 처리를 종료하고, 반출 등의 처리로 옮기고, 종료하고 있지 않으면(단계 S23；No), 단계 S11로 돌아가서 금속 전극의 에칭 처리를 계속한다.
이와 같이 함으로써, 이온 건(51)으로부터 조사되는 이온 빔(Ia, Ib)의 강도를, 가속 제어 스위치(121a, 121b)의 온·오프에 의해 제어하여, 각 수정 진동자의 가공을 적절한 타이밍에 종료할 수 있다.
본 실시 형태에서는, 가속 그리드(516)의 빔 구멍(612)의 면적은, 이하에 상세하게 설명하는 바와 같이, 차폐 그리드(515)의 빔 구멍(611)의 면적에 대해 0.2~0.8배로 형성된다. 이와 같이, 가속 그리드(516)의 빔 구멍(612)을, 차폐 그리드(515)의 빔 구멍(611)과 비교해 작게 형성함으로써, 분할 가속 그리드(516a, 516b)의 어느 쪽이든 한 쪽이 오프 되어 있을 때, 다른 쪽의 분할 가속 그리드로부터의 빔의 누설을 양호하게 억제할 수 있다.
도 6에 빔 전원의 전압을 900 V, 방전 전원의 전류를 650 mA로 하고, 차폐 그리드(515) 및 감속 그리드(517)의 각 빔 구멍(611, 613)의 직경을 f1.1 mm의 원형으로 하고, 가속 그리드의 각 빔 구멍의 직경을 f1.1 mm, f1.0 mm, f0.8 mm, f0.6 mm, f0.4 mm의 원형으로 한 경우의 이온 전류 밀도의 분포를 나타내었다. 이온 빔은, Ia를 온, Ib를 오프로 했다. 또한, 도 6에 나타낸 가로축은, 이온 건의 중심과 대향하는 위치를 원점으로 했을 때의 원점으로부터의 거리를 나타낸 것이고, 세로축은 각 가속 그리드의 구멍 직경에 있어서 얻어지는 이온 전류 밀도 분포의 최대값에 대한 강도를 퍼센트로 나타낸 것이다.
이와 같이 빔 전압이 높은 경우, 플라스마와 감속 그리드간의 전위차에 의해 발생하는 전계에 의해, 이온 빔(Ib)이 완전하게 제로로 되지 않고, 누설하는 빔이 발생한다. 예를 들면, 도 6에 나타낸 바와 같이, 가속 그리드의 빔 구멍과 차폐 그리드의 빔 구멍이 같은 f1.1 mm인 경우, 이온 빔(Ia)에 대해, Ib는 40% 정도이며, 누설하는 빔이 발생하고 있다는 것을 알 수 있다. 그러나, 가속 그리드의 내경을 f1.0 mm, f0.8 mm, f0.6 mm, f0.4 mm로 작게 해 나가면, 서서히 이온 빔의 누설이 감소하여, f0.6 mm와 f0.4 mm에서는, 5% 정도까지 감소하는 것을 알 수 있다. 따라서, 도 6으로부터 명확하게 된 바와 같이, 가속 그리드의 빔 구멍을 차폐 그리드의 빔 구멍과 비교하여 작게 형성하면 플라스마와 감속 그리드간의 전위차에 의해 발생하는 전계가 경감되어 이온 빔의 누설을 감소시킬 수 있다.
다음으로, 도 6과 마찬가지로, 빔 전원의 전압 900 V, 방전 전원의 전류 650 mA의 조건 하에서, 차폐 그리드(515) 및 감속 그리드(517)의 각 빔 구멍(611, 613) 의 직경을 f1.1 mm의 원형으로 하고, 가속 그리드의 각 빔 구멍의 직경을 f1.1 mm, f1.0 mm, f0.8 mm, f0.6 mm, f0.4 mm의 원형으로 한 경우의 이온 빔 Ia와 Ib의 이온 전류 밀도의 비를 도 7에 나타내었다. 또한, 이온 빔(Ib)은 오프 상태이다. 도 7에서는, 가로축을 차폐 그리드의 빔 구멍 면적에 대한 가속 그리드의 빔 구멍 면적을 빔 구멍 면적비로 하며, 세로축을 이온 전류 밀도 Ia에 대한 Ib의 비(Ib/Ia)로서 나타낸 것이다.
도 7로부터는, 차폐 그리드의 빔 구멍 면적에 대한 가속 그리드의 빔 구멍 면적의 비가 30% 이하에서는 거의 Ib/Ia는 5%정도의 가로방향 이동이며, 30%를 넘으면 서서히 Ib/Ia가 거의 직선적으로 증가하여, 100%에 도달하면 Ib/Ia는 40% 정도에 도달함을 알 수 있다. 본 실시 형태와 같이 수정 진동자를 가공하는 경우 등, 이온 빔이 오프되어 있는 측의 가공 대상물에 영향을 미치지 않도록, 오프측 이온 빔의 전류 밀도의 온측 전류 밀도에 대한 비는, 25% 이하인 것이 바람직하다. 따라서, 도 7에 나타낸 그래프로부터 차폐 그리드의 빔 구멍 면적에 대해, 가속 그리드의 빔 구멍 직경은 80% 이하로 설정하는 것이 바람직하다는 것을 알 수 있다.
다음으로, 도 8은, 도 7에 나타낸 그래프와 동일한 조건 아래에서, 이온 빔(Ia, Ib)를 모두 온 상태로 했을 때의 전류 밀도를 나타내는 그래프이다. 도 8에서는, 가로축을 빔 구멍의 면적비로 하고, 세로축은 Ia, Ib를 함께 온 상태로 했을 때의 이온 전류 밀도를 나타내고 있다.
도 8로부터, 빔 구멍의 면적비가 30%까지는 이온 전류 밀도는 8 mA/cm2 이상 을 유지하고 있지만, 20% 이하가 되면 이온 전류 밀도가 현저하게 저하해 버리는 것을 알 수 있다. 특히, 빔 전원의 전압 900 V의 조건에서는, 실용상 이온 전류 밀도는 6 mA/cm2 이상이 필요한데, 빔 구멍의 면적비가 너무 작으면, 그 값을 하회해 버려서 장치의 처리 속도에 지연이 발생한다. 따라서, 이온 빔의 충분한 강도를 얻기 위해서는, 빔 구멍의 면적비를 20% 이상으로 하는 것이 필요하다고 할 수 있다.
이와 같이, 이온 빔의 누설을 억제하는 효과를 얻기 위해서는 가속 그리드의 빔 구멍을 작게 형성하는 것이 바람직하지만, 빔 구멍을 너무 작게 형성하면 온 상태의 이온 빔의 강도를 약하게 하는 결과가 된다. 따라서, 오프 상태의 누설을 억제하고, 또한 온 상태의 전류 강도를 확보하기 위해서는, 각 빔 구멍의 면적비를 0.2~0.8배로 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 본 실시 형태내에서는, 빔 전원 전압 900 V의 경우를 예로서 나타내고 있지만, 이외의 전원 전압에서도 마찬가지로 빔의 누설을 억제하는 한편 이온 빔의 강도를 확보하기 위해서는 빔 구멍의 면적비를 0.2~0.8배로 하는 것이 바람직하다.
이와 같이 본 실시 형태의 주파수 조정 장치에서는, 가속 그리드의 빔 구멍을 차폐 그리드의 빔 구멍에 대해 작게 형성함으로써, 온측인 이온 전류 밀도의 강도를 손상시키지 않으면서, 오프측인 이온 빔의 누설을 억제할 수 있기 때문에, 이온 빔의 양호한 온·오프 특성을 얻을 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 의한 주파수 조정 장치에 의하면, 이온 건(51)으로부 터 복수의 이온 빔을 조사하여, 복수의 수정 진동자 (201a, 201b)를 병행하여 가공할 수 있다. 또한, 먼저 가공(조정)이 종료된 수정 진동자(201a, 201b)에 조사하고 있는 이온 빔(Ia, Ib)를 독립하여 온·오프 할 수 있다. 따라서, 셔터(15a, 15b)의 소모를 저감하는 것이 가능하게 되므로, 파티클의 발생을 줄일 수 있다.
또한, 높은 주파수 조정 정밀도를 얻기 위해서 셔터(15)를 고속으로 할 필요가 없어지므로, 셔터 구조를 솔레노이드식이 아니라 에어 구동으로 하는 것도 가능하다. 이 경우, 셔터(15)의 기계적인 연결 부분의 마찰이나 솔레노이드 코일에 의한 발열이 없어지므로, 셔터 구조 및 주변의 냉각 구조의 간소화가 가능해져서, 장치의 공간 효율을 이룰 수 있으므로 장치의 공간 절약화를 기대할 수 있다.
본 발명은, 상기 실시 형태에 한정되지 않으며, 여러 가지의 변경 및 응용이 가능하다.
예를 들면, 본 실시 형태에서는, 2개의 이온 빔(Ia, Ib)을 생성 조사하는 이온 건(51)을 예로 들었지만, 이온 건이 조사하는 이온 빔의 개수는 임의이다. 예를 들면, 도 9에 나타낸 바와 같이, 빔수를 4로 하고, 동시에 가공하는 수정 진동자의 개수를 4개로 해도 좋다. 이 경우에는, 예컨대, 충분한 이온을 생성하기 위해서, 필라멘트 개수를 도 1의 구성보다 증가시켜, 가속 그리드(516)를, 예컨대 4 분할하고 각각에 빔 구멍 군을 형성한다. 또한, 각 분할 가속 그리드(516a~516d)를, 가속 제어 스위치(121a~121d)를 통해 가속 전원에 접속시킨다. 이러한 구성으로 한다면, 4개의 이온 빔을 생성하여, 수정 진동자(201a~201d)를 병행하여 가공하고, 또한 가공이 종료한 이온 빔으로부터 차례로, 대응하는 가속 제어 스위치를 오 프함으로써, 그 조사를 정지할 수 있다.
또한, 이온 빔의 수는, 2, 4개에 한정되지 않으며, 임의이며, 홀수라도 좋다. 이러한 경우에, 가속 그리드는, 예컨대, 도 10(a)~(c)에 예시한 바와 같이, 임의의 패턴으로 분할된다.
또한, 본 실시 형태에서는, 분할 가속 그리드에 인가하는 전압을 온·오프함으로써, 이온 빔을 온·오프 하는 경우에 한정되지 않고, 각 분할 가속 그리드에 인가하는 전압을 제어함으로써, 각 이온 빔의 강도를 연속적 또는 단계적으로 변화시키도록 해도 좋다. 이 경우, 예를 들면, 도 11에 나타낸 바와 같이, 스위치군을 대신하여, 각 분할 가속 그리드에 임의의 전압을 인가하는 전압 제어부(141)를 배치하고, 그 출력전압을 마이크로 컴퓨터 등으로 제어하도록 하여도 좋다. 이러한 구성에 의하면, 이온 빔의 온·오프 뿐만이 아니라, 다른 빔 강도에서의 가공 등도 가능해진다.
또한, 동일한 이온 건으로 복수의 소자를 동시 조정하는 경우에, 소자마다 주파수 조정 레이트를 변경할 수 있다.
본 실시 형태에서는, 가속 그리드에 형성된 빔 구멍 군이, 차폐 그리드에 형성된 빔 구멍 군에 대응하여, 가속 그리드의 빔 구멍이 모두 대응하는 차폐 그리드의 빔 구멍보다 작은 것으로 하였지만, 가속 그리드의 빔 구멍의 적어도 1개가 대응하는 차폐 그리드의 빔 구멍보다 작아도 좋다. 예를 들면, 빔 구멍 군의 중심부만 가속 그리드의 빔 구멍이 차폐 그리드의 빔 구멍보다 작고, 빔 구멍 군의 주변부는 가속 그리드와 차폐 그리드와 동일한 크기로 하는 것도 생각해 볼 수 있다.
또한, 상기 실시 형태에 있어서는, 수정 진동자의 금속 전극을 에칭함으로써, 그 공진 주파수를 조정(변경)하는 조정 장치를 예로 하여 본 발명을 설명하였지만, 에칭 및 조정의 대상은 임의이다. 예를 들면, 수정 진동자 이외의 압전 디바이스의 전극을 에칭하는 경우에 적용 가능하다. 또한, 에칭의 대상물이나 그 재질은 임의이며, 예를 들면, 금속, 반도체, 수지 등을 에칭할 수 있다.
또한, 상기 실시 형태에 있어서는, 스퍼터용의 이온으로서 Ar 이온을 사용하였지만, 다른 이온을 사용하는 것도 당연히 가능하다. 또한, 이온에 한정되지 않으며, 전자에도 적용할 수 있다.
또한, 상술한 각 실시 형태에서는, 각 빔 구멍의 군이 다공으로 구성되는 예만을 나타내었지만, 단공에서도 실시 가능하다. 또한, 각 빔 구멍의 평면 형상은 원경에 한정되지 않으며, 타원형, 다각형이어도 좋다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 주파수 조정 장치의 전체 구성도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 주파수 조정 장치의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시 형태에 관한 그리드의 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는 도 3에 나타낸 그리드의 XX－XX선 단면도이다.
도 5는 제어부의 동작을 설명하기 위한 플로우 차트이다.
도 6은 가속 그리드의 직경을 변화시켰을 때의 전류 밀도의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 7은 빔 구멍의 면적비에 대한 이온 빔의 강도의 비(Ib/Ia)의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 8은 빔 광의 면적비에 대한 이온 빔 강도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 9는 이온 빔의 개수를 4로 했을 때의 장치 구성의 예를 나타내는 도면이다.
도 10은 가속 그리드의 패턴의 예를 나타내는 도면이다.
도 11은 이온 빔의 강도를 가변할 수 있는 구성으로 했을 때의 장치 구성의 예를 나타내는 도면이다.
도 12는 종래의 1빔 형의 주파수 조정 장치의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 13은 도 12의 장치에서 사용하는 가속 그리드의 패턴의 예를 나타내는 도면이다.
도 14는 도 12의 장치에서 조사되는 이온 빔의 전류 밀도의 예를 나타내는 그래프이다.
도 15는 종래의 2빔 형의 주파수 조정 장치의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 16은 도 15의 장치에서 사용하는 차폐 그리드와 가속 그리드의 패턴의 예를 나타내는 도면이다.
도 17은 도 15의 장치에서 조사되는 이온 빔의 전류 밀도의 예를 나타내는 그래프이다.
<도면 주요 부분의 부호에 대한 설명>
51　이온 건
12　거치부
13　공진 주파수 측정부
14　제어부
15　셔터
15a, 15b　셔터
61　빔 구멍 군
111　본체(챔버)
112　어노드(전극)
113　필라멘트
114　가스 도입부
515　차폐 그리드
516　가속 그리드
516a~516d　분할 가속 그리드
517　감속 그리드
121a~121d　가속 제어 스위치
122, 123 빔 스위치
125　뉴트럴라이져
131　필라멘트 전원
132　방전 전원
133　빔 전원
134　가속 전원
201a~201d　수정 진동자
611　빔 구멍
Ia, Ib　이온 빔

Claims (11)

  1. 하전 입자를 조사하는 하전 입자 조사 장치에 있어서,
    하전 입자를 생성하는 하전 입자 생성 수단과,
    상기 하전 입자 생성 수단에서 생성된 하전 입자를 인출하여 하전 입자 빔을 출력하는 복수로 분할된 가속 그리드와,
    상기 복수로 분할된 가속 그리드의 전위를 개별적으로 제어함으로써, 대응하는 하전 입자 빔의 강도를 독립적으로 제어하는 제어 수단과,
    상기 하전 입자 생성 수단과 상기 가속 그리드 사이에 설치된 차폐 그리드
    를 구비하며,
    상기 가속 그리드는, 적어도 1개의 가속 그리드 빔 구멍이 형성되어 있고,
    상기 차폐 그리드는, 적어도 1개의 차폐 그리드 빔 구멍이 형성되어 있고,
    상기 가속 그리드 빔 구멍의 면적이 상기 차폐 그리드 빔 구멍의 면적보다 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 하전 입자 조사 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가속 그리드의 상기 가속 그리드 빔 구멍의 면적이, 상기 차폐 그리드의 상기 차폐 그리드 빔 구멍의 면적의 0.2~0.8배로 형성되는 것을 특징으로 하는 하전 입자 조사 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 가속 그리드의 상기 하전 입자 빔의 출력측에 배치된 감속 그리드를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 하전 입자 조사 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 감속 그리드에는 적어도 1개의 감속 그리드 빔 구멍이 형성되어 있고,
    상기 감속 그리드 빔 구멍의 직경은, 상기 차폐 그리드 빔 구멍의 직경과 거의 동일하게 형성되는 것을 특징으로 하는 하전 입자 조사 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 감속 그리드가 접지 전위인 것을 특징으로 하는 하전 입자 조사 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 하전 입자 빔을 조사하여 가공하는 피가공물을 배치하는 배치 수단을 더 구비하며,
    상기 가속 그리드에 복수의 빔 구멍으로 된 빔 구멍 군이 형성되고, 또한 가속 그리드에 배치되는 상기 빔 구멍 군의 간격은, 상기 배치 수단에 의해 배치된 피가공물의 배치 간격에 대해 0.5배~1.0배로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 하전 입자 조사 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어 수단은, 상기 분할 가속 그리드를 독립하여 플로팅 전위로 제어함으로써 대응하는 하전 입자 빔을 차단하는 것을 특징으로 하는 하전 입자 조사 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어 수단은, 상기 각 분할 가속 그리드와 전원 사이에 개별적으로 설치된 스위치 회로와, 상기 스위치 회로를 개별적으로 온·오프하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 하전 입자 조사 장치.
  9. 소정의 용기에 플라스마를 생성하고,
    상기 플라스마에 인접하여 적어도 1개의 차폐 그리드 빔 구멍이 형성된 복수 의 차폐 그리드를 배치하고,
    상기 차폐 그리드 빔 구멍의 면적보다 작은 적어도 1개의 가속 그리드 빔 구멍이 형성된 복수의 가속 그리드를 배치하고,
    각 가속 그리드에, 전압을 인가하여 하전 입자를 인출하는 방향으로 전압 구배를 형성하여 상기 플라스마중의 하전 입자를 사출시키고,
    상기 복수의 가속 그리드의 전압을 독립하여 제어함으로써 사출시킨 하전 입자의 전류 밀도 분포를 제어하는 것
    을 특징으로 하는 하전 입자 제어 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    적어도 1개의 감속 그리드 빔 구멍이 형성되고, 상기 복수의 가속 그리드 사이에 발생하는 전계를 차폐하기 위한 도전성의 감속 그리드가 배치된 것을 특징으로 하는 하전 입자 제어 방법.
  11. 청구항 1에 기재된 하전 입자 조사 장치로 구성되는 이온 건과,
    압전 디바이스를 복수개 배치한 배치 수단과,
    상기 배치 수단에 의해 배치된 복수의 압전 디바이스의 공진 주파수를 판별하는 공진 주파수 판별 수단
    을 구비하며,
    상기 공진 주파수 판별 수단에 의해, 상기 배치 수단에 의해 배치된 복수의 압전 디바이스의 공진 주파수를 모니터하면서 이와 병행하여 복수의 압전 디바이스에 이온 빔을 조사하여 각 압전 디바이스의 적어도 일부를 에칭함으로써 복수의 압전 디바이스의 공진 주파수를 조정하는 것을 특징으로 하는 주파수 조정 장치.
KR1020070122184A 2006-11-28 2007-11-28 하전 입자 조사 장치, 하전 입자 제어 방법 및 주파수 조정장치 KR20080048433A (ko)

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