(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオンビームを被加工物に走査させて前記被加工物を加工するためのイオンビームを用いた加工装置であって、前記イオンビーム及び前記被加工物を相対的に移動させるための前記被加工物を搭載したステージと、
前記ステージ上に配置され、前記イオンビームのビーム径より小さい開口部を有する加工用電流検出器と、
前記ステージ上に配置され、前記イオンビームのビーム径より小さい開口部を有する校正用電流検出器と、を有することを特徴とするイオンビームを用いた加工装置。
【請求項２】
真空チャンバー内に収容されていることを特徴とする請求項１記載のイオンビームを用いた加工装置。
【請求項３】
前記加工用電流検出器は、ファラデーカップであることを特徴とする請求項１または２記載のイオンビームを用いた加工装置。
【請求項４】
前記校正用電流検出器は、ファラデーカップであることを特徴とする請求項１乃至３記載のイオンビームを用いた加工装置。
【請求項５】
請求項１に記載の加工装置の調整方法であって、
前記加工用電流検出器を交換した後に、前記加工用電流検出器を交換する前に前記校正用電流検出器によって検出した校正用イオン粒子分布密度と、前記加工用電流検出器を交換した後に前記校正用電流検出器によって検出した校正用イオン粒子分布密度とを比較し、イオンビームを調整することを特徴とするイオンビームを用いた加工装置の調整方法。
【請求項６】
請求項１に記載の加工装置を用いてイオンビームを被加工物に走査させて前記被加工物を加工するためのイオンビームを用いた加工方法であって、
前記イオンビームのビーム径より小さい開口部を有する加工用電流検出器に前記イオンビームを走査させて、加工用イオン粒子密度分布を測定する工程と、
前記イオンビームのビーム径より小さい開口部を有する校正用電流検出器に前記イオンビームを走査させて、校正用イオン粒子密度分布を測定する工程と、
前記加工用イオン粒子密度分布と前記校正用イオン粒子密度分布から、前記加工用イオン粒子密度分布を補正する工程と、
前記補正した加工用イオン粒子密度分布から前記イオンビームの前記被加工物への照射位置及び照射時間を決定する工程と、
前記決定した照射位置及び照射時間によって前記イオンビームを前記被加工物に走査して前記被加工物を加工することを特徴とするイオンビームを用いた加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオンビームを用いた加工装置およびイオンビームを用いた被加工物の加工方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
イオンビーム加工装置は、真空環境下でイオンビームを被加工物に照射し、被加工物表面をスパッタ除去する加工装置である。イオンビームは、イオン源でガス等をイオン化し、それを電気的に加速することで引き出される。さらに静電集束レンズ等により成形して被加工物に照射される。被加工物表面には、照射されたイオンビームのイオン粒子数分布、すなわちイオン粒子密度分布に応じた加工痕が形成される。そのため、イオンビームのイオン粒子密度分布を正確に把握する手段は、イオンビーム加工装置において所望の加工形状を得るための重要な要素となる。また、イオンビームを被加工物表面の所望の位置に正確に照射することが求められる場合、イオンビームの位置を正確に把握する手段も重要な要素となる。
【０００３】
イオンビームはイオン粒子線であるため、そのイオン粒子密度分布および位置を把握するためには、電流検出器が用いられる。電流検出器の開口部（イオン粒子取り込み口）を、測定対象となるイオン粒子線の径よりも十分小さいものとし、その電流検出器をイオン粒子線を横切る方向に走査する。走査ライン上の複数の点で、電流検出器の電流検出量と、そのときの位置情報を記録する。記録された電流検出量と位置情報をプロットすることにより、イオン粒子線のイオン粒子密度分布およびイオン粒子線の位置を把握することができる（特許文献１）。さらに電流検出器と被加工物の相対位置を予備加工により予め把握しておくことにより、電流検出器で測定されたイオン粒子線の位置からその相対位置分だけイオン粒子線照射位置を移動させれば、被加工物の所望の位置にイオン粒子線を照射することができる。
【０００４】
ところで、電流検出器の開口部の開口径は、部品製作精度によりばらつきを持っている。すなわち同一規格により製作された開口部であっても、電流検出器に取り込まれるイオン粒子数は、一つ一つの開口部ごとに差異がある。この製作精度に起因する電流検出器の電流検出量の差異を校正するため、通常は新規の開口部を設置する度に、測定されるイオン粒子密度分布と、被加工物に形成される加工痕の関係を、予備加工により把握するという作業を行う。
【０００５】
さらに、開口部の開口位置も、部品製作精度によりばらつきを持っている。すなわち同一規格により製作された開口部であっても、電流検出器に取り込まれるイオン粒子線の位置は、一つ一つの開口部ごとに差異がある。この製作精度に起因する電流検出器の開口位置の差異を校正するため、通常は新規の開口部を設置する度に、その開口部を使用して測定されるイオン粒子線位置と、被加工物に形成される加工痕位置の関係を把握する。すなわち両者の相対位置を予備加工により把握するという作業を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２７７１４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、イオン粒子線が照射対象物をスパッタ除去するものの場合、当然電流検出器の開口部もスパッタ除去され、繰り返しの使用の中で消耗していく。消耗した開口部は交換する必要がある。上記従来例では、消耗した電流検出器の開口部を交換するたびに、開口部の開口径および開口位置を校正するための予備加工が必要となる。予備加工では、交換したプレートの開口部を用いてイオンビームのイオン粒子密度分布を測定し、次にイオンビームを被加工物に照射し被加工物に加工痕を形成させる。さらに被加工物をイオンビーム加工装置から取り出して、別の測定機に移し、形成された加工痕形状と加工痕位置を測定するという作業を行う。この作業には通常数日間という時間を要する。
【０００８】
イオンビームのイオン粒子密度分布の測定が頻繁に行われる装置であれば、電流検出器の開口部の消耗も早く、上記予備加工が頻繁に必要となる。開口部交換後は、予備加工終了までは通常の加工を行うことができなくなるため、生産性の面で非効率的であるという課題があった。
【０００９】
従って、本発明は、これらの課題に対しての対策を講じるものであり、その目的は、電流検出器の開口部交換時にも予備加工を必要とせず、生産性の面で効率的なイオンビーム加工装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
以上のような課題を解決し、上記目的を達成するために、本出願のイオンビームを用いた加工装置は、イオンビームを被加工物に走査させて前記被加工物を加工するためのイオンビームを用いた加工装置であって、前記イオンビーム及び前記被加工物を相対的に移動させるための前記被加工物を搭載したステージと、前記ステージ上に配置され、前記イオンビームのビーム径より小さい開口部を有する加工用電流検出器と、前記ステージ上に配置され、前記イオンビームのビーム径より小さい開口部を有する校正用電流検出器と、を有することを特徴とする。
また、本出願のイオンビームを用いた加工装置の調整方法は、上記加工装置の調整方法であって、前記加工用電流検出器を交換した後に、前記加工用電流検出器を交換する前に前記校正用電流検出器によって検出した校正用イオン粒子分布密度と、前記加工用電流検出器を交換した後に前記校正用電流検出器によって検出した校正用イオン粒子分布密度とを比較し、イオンビームを調整することを特徴とする。
また、本出願のイオンビームを用いた加工方法は、上記加工装置を用いてイオンビームを被加工物に走査させて前記被加工物を加工するためのイオンビームを用いた加工方法であって、前記イオンビームのビーム径より小さい開口部を有する加工用電流検出器に前記イオンビームを走査させて、加工用イオン粒子密度分布を測定する工程と、前記イオンビームのビーム径より小さい開口部を有する校正用電流検出器に前記イオンビームを走査させて、校正用イオン粒子密度分布を測定する工程と、前記加工用イオン粒子密度分布と前記校正用イオン粒子密度分布から、前記加工用イオン粒子密度分布を補正する工程と、前記補正した加工用イオン粒子密度分布から前記イオンビームの前記被加工物への照射位置及び照射時間を決定する工程と、前記決定した照射位置及び照射時間によって前記イオンビームを前記被加工物に走査して前記被加工物を加工することを特徴とするイオンビームを用いた加工方法。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように、校正のための予備加工を必要としないため、通常の加工を停止する期間が短くなり、効率的なイオンビーム加工装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係る、イオンビーム加工装置を表す概略図である。
【図２】本発明の実施形態に係る、イオンビーム加工装置を表す概略図である。
【図３】本発明の実施形態に係る、電流検出器を表す概略図である。
【図４】本発明の実施形態に係る、電流検出器の断面を表す概略図である。
【図５】本発明の実施形態に係る、イオンビームのイオン粒子密度分布および位置の測定方法を表す概略図である。
【図６】本発明の実施形態に係る、イオンビームのイオン粒子密度分布と、被加工物に形成される加工形状の関係を表す概略図である。
【図７】本発明の実施形態に係る、電流検出器の開口部と被加工物の基準位置の関係を表す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための一実施形態について、図１から図８を参照して説明する。
【００１５】
図１および図２は、本発明を適用できるイオンビーム加工装置に関する説明図である。図１および図２において、イオン源１には図示されていないガス等供給部からイオンの素となるガス等が供給される。供給されたガス等はイオン源１内にてイオン化され、そこから引き出し電極８によりイオンビーム２として引き出される。さらにイオンビーム２は静電集束レンズ９にて所望の大きさのビームに成形され、イオンビーム発生装置１０外に照射される。イオンビーム発生装置１０と対向する位置には、被加工物保持台４に保持された被加工物３、電流検出器５および校正用電流検出器６が配置される。電流検出器５および校正用電流検出器６は、例えばファラデーカップのようなものである。また、図１、図２では加工用電流検出器５および校正用電流検出器６は一個ずつ配置されているが、複数個としても良い。被加工物とイオンビームは相対的に移動するようにステージ上に搭載される。本実施形態においては、被加工物３、加工用電流検出器５および校正用電流検出器６は駆動ステージ１１上に搭載されている。駆動ステージ１１を駆動させることで、イオンビーム２が照射される位置を移動することができる。図１はイオンビーム２を加工用電流検出器５に照射している場合、図２はイオンビーム２を被加工物３に照射している場合である。また図１、図２では、被加工物３、加工用電流検出器５および校正用電流検出器６を駆動ステージ１１上に配置しているが、イオンビーム発生装置１０側に駆動ステージを用意し、イオンビーム２の照射位置を移動する形態としても良い。さらに駆動ステージを使用せず、ビーム偏向レンズ等でイオンビーム２が照射される位置を移動する形態としても良い。加工環境は真空チャンバー７によって真空状態に保たれている。
【００１６】
被加工物３の所望の位置に所望の加工形状を形成するためには、加工前にイオンビーム２のイオン粒子密度分布および位置を把握する必要がある。イオンビーム２のイオン粒子密度分布および位置は、加工用電流検出器５または校正用電流検出器６にて測定することができる。図３は加工用電流検出器５および校正用電流検出器６を模式的に表したものであり、図４はその断面である。加工用電流検出器５および校正用電流検出器６には、開口プレート１２が配置されている。開口プレート１２には、イオンビーム２のビーム径よりも十分小さい開口部１３が設けてあり、開口部１３を通過したイオンビーム２が加工用電流検出器５または校正用電流検出器６に入る。イオンビーム２のイオン粒子密度分布および位置を測定するためには、加工用電流検出器５または校正用電流検出器６を、イオンビーム２を横切る方向に走査する。図５は、そのときの開口部１３の走査軌跡の一例を表したものである。走査軌跡上の複数の点で、加工用電流検出器５または校正用電流検出器６で測定される電流検出量と、そのときの位置を記録する。位置とは、例えば図５ではＸ、Ｙ座標である。そして記録された電流検出量を、同じく記録された位置に従いプロットすれば、イオンビーム２のイオン粒子密度分布および位置が把握できる。
【００１７】
把握されたイオンビーム２のイオン粒子密度分布は、イオンビーム２を被加工物３に照射したときに、被加工物３に形成される加工形状に換算される。この加工形状からイオンビームの被加工物への照射位置及び照射時間を決定する。把握されたイオンビーム２の位置から、被加工物３の所望の位置にイオンビーム２を照射するための、駆動ステージ１１の移動量が計算される。ここで、イオンビーム２のイオン粒子密度分布と、イオンビーム２を被加工物３に照射したときに、被加工物３に形成される加工形状の関係式は、事前の予備加工により把握されている。また、加工用電流検出器５および校正用電流検出器６の開口部１３と、被加工物３の相対位置も、事前の予備加工により把握されている。
【００１８】
ところで、加工用電流検出器５または校正用電流検出器６の開口プレート１２は、イオンビーム２の照射を受けるため、繰り返しの使用の中で消耗し、薄くなっていく。消耗した開口プレート１２は交換する必要がある。しかし開口部１３の開口径、開口位置は、部品製作精度によりばらつきを持っている。よって、開口プレート１２を交換した場合には、加工用電流検出器５または校正用電流検出器６に入るイオンの数と位置が、交換前と比べ変わってしまう。
【００１９】
図７は、加工用電流検出器５の開口プレート１２を交換した場合の、交換前後のイオンビームのイオン粒子密度分布と、被加工物に形成される加工形状の関係を模式的に表したものである。加工用電流検出器５の開口プレート１２を交換する前、イオンビームのイオン粒子密度分布を加工用電流検出器５で測定した結果が、加工用イオン粒子密度分布５０である。また、同じイオンビームを校正用電流検出器６で測定した結果が、校正用イオン粒子密度分布６０である。加工用イオン粒子密度分布５０と校正用イオン粒子密度分布６０は、同一のイオンビームを測定したものであるが、加工用電流検出器５と校正用電流検出器６では開口部１３の大きさに差異があるため、結果は異なる。さらに同じイオンビームを被加工物３に照射したときに、加工形状３０が被加工物３には形成される。
【００２０】
加工用電流検出器５の開口プレート１２を交換した後は、イオンビームの状態が開口プレート１２を交換する前と全く同じと仮定しても、加工用電流検出器５で測定した加工用イオン粒子密度分布は、イオン粒子密度分布５０’のように変わってしまう。ただし、校正用イオン粒子密度分布６０と、加工形状３０は変わらない。
【００２１】
図６では、簡単のために、加工用電流検出器５の開口プレート１２交換前後のイオンビームを全く同じと仮定しているが、実際の交換作業では、加工環境を一度大気開放する必要があるため、全く同じイオンビームが照射される可能性は低い。従って、校正用電流検出器６が無かった従来のイオンビーム加工装置では、加工用電流検出器５の開口プレート１２を交換した後は、加工用イオン粒子密度分布５０’と加工形状３０の関係を把握しなおすための予備加工が必要であった。
【００２２】
本発明のイオンビームを用いた加工装置では、校正用電流検出器６が備わっている。まず、大気解放後、加工環境下に戻す。その後、再加工前に、校正用電流検出器６で測定した校正用イオン粒子密度分布６０と大気開放する前の基準となるイオン粒子密度分布とを比較し、校正用イオン密度分布が基準となるイオン粒子密度分布と同じ密度分布になるまでイオンビームを調整する。そして調整したイオンビームを用いて、開口プレート１２を交換した加工用電流検出器５で測定した加工用イオン粒子密度分布５０’と、校正用電流検出器６で測定したイオン粒子密度分布６０を比較する。そして、前記校正用電流検出器で測定したイオン粒子密度分布と加工用電流検出器で測定した加工用イオン粒子密度分布が等しくなるように前記加工用イオン粒子密度分布５０’の値を補正する。補正した加工用イオン粒子密度分布の値から加工形状を作成する。このようにすると、校正用イオン粒子密度分布６０と加工形状３０の関係には変化が無いため、加工用イオン粒子密度分布５０’と校正用イオン粒子密度分布６０を比較するだけで、加工用イオン粒子密度分布５０’と加工形状３０の関係が明らかとなる。
【００２３】
このように本発明を適用できるイオンビーム加工装置は、加工用電流検出器５の開口プレート１２を交換した場合でも、加工用イオン粒子密度分布５０’と加工形状３０の関係を把握しなおすための予備加工を必要とせず、生産性の面で効率的である。
図７は、加工用電流検出器５の開口プレート１２を交換した場合の、交換前後の加工用電流検出器５の開口部１３と、校正用電流検出器６の開口部１３と、被加工物３の基準位置３００の関係を模式的に表したものである。加工用電流検出器５の開口プレート１２を交換する前の、被加工物３の基準位置３００から、加工用電流検出器５の開口部１３までの相対位置が距離５００である。また、被加工物３の基準位置３００から、校正用電流検出器６の開口部１３までの相対位置が距離６００である。さらに加工用電流検出器５の開口部１３から、校正用電流検出器６の開口部１３までの相対位置が距離７００である。距離５００と距離６００と距離７００には、（距離５００）＝（距離６００）−（距離７００）という関係式が成り立っている。
【００２４】
加工用電流検出器５の開口プレート１２を交換した後は、被加工物３の基準位置３００から、加工用電流検出器５の開口部１３’までの相対位置が距離５００’に変わる。また加工用電流検出器５の開口部１３’から、校正用電流検出器６の開口部１３までの相対位置も距離７００’に変わる。ただし被加工物３の基準位置３００から、加工用電流検出器６の開口部１３までの相対位置は距離６００で変わらない。
【００２５】
校正用電流検出器６が無かった従来のイオンビーム加工装置では、被加工物３の基準位置３００から、加工用電流検出器５の開口部１３’までの相対位置を把握しなおすための予備加工が必要であった。
【００２６】
本発明のイオンビーム加工装置では、校正用電流検出器６が備わっているため、開口プレート１２を交換した後は、加工用電流検出器５の開口部１３’から、校正用電流検出器６の開口部１３までの相対位置、距離７００’を測定する。これは加工用電流検出器５、校正用電流検出器６それぞれで測定された、イオンビームのイオン粒子密度分布の位置の差から求める。被加工物３の基準位置３００から、校正用電流検出器６の開口部１３までの相対位置、距離６００には変化が無い。そのため、距離７００’を測定するだけで、被加工物３の基準位置３００から、加工用電流検出器５の開口部１３’までの相対位置、距離５００’が明らかとなる。計算式は（距離５００’）＝（距離６００）−（距離７００’）である。
【００２７】
このように本発明を適用できるイオンビーム加工装置は、加工用電流検出器５の開口プレート１２を交換した場合でも、被加工物３の基準位置３００から、加工用電流検出器５の開口部１３’までの相対位置、距離５００’を把握しなおすための予備加工が不要となる。よって生産性の面で効率的である。
【００２８】
さらに本発明の請求項２に記載のイオンビーム加工装置では、通常の加工においては、イオンビームのイオン粒子密度分布と位置は加工用電流検出器５を使用して把握される。校正用電流検出器６は、加工用電流検出器５の開口プレート１２を交換したときのみの使用となるため、校正用電流検出器６の開口プレート１２の消耗は遅く、より生産性の面で効率的である。
【符号の説明】
【００２９】
１  イオン源
２  イオンビーム
３  被加工物
４  被加工物保持台
５  電流検出器
６  校正用電流検出器
７  真空チャンバー
８  引き出し電極
９  静電集束レンズ
１０  イオンビーム発生装置
１１  駆動ステージ
１２  開口プレート
１３  開口部
【図１】
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【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】
0005500955.tif 000008