(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
孔を有する板状のグリッドであって、
前記グリッドは、前記グリッドの面方向にランダムな向きに配置された炭素繊維を含むカーボン／カーボンコンポジットを材料とするものであり、
前記グリッドの孔は、前記炭素繊維を切断するように形成されていることを特徴とするグリッド。
【請求項２】
前記カーボン／カーボンコンポジットに含まれる炭素繊維はチョップド炭素繊維であることを特徴とする請求項１に記載のグリッド。
【請求項３】
前記グリッドは、カーボン／カーボンコンポジットとは異なる材料により、カーボン／カーボンコンポジットの少なくとも一部が被覆されていることを特徴とする請求項１に記載のグリッド。
【請求項４】
プラズマ発生手段と、
処理室と、
前記プラズマ発生手段で発生されたプラズマから前記処理室にイオンを引き出すための、請求項１に記載のグリッドを含むグリッドアセンブリと
を備えることを特徴とするイオンビーム処理装置。
【請求項５】
面方向にランダムな向きに配置された炭素繊維を含む、板状のカーボン／カーボンコンポジットを準備する工程と、
回転運動による切削加工を行う加工工具を用いて、前記炭素繊維を切断するように前記カーボン／カーボンコンポジットに孔を形成する工程と
を備えることを特徴とするグリッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、グリッド板及びその製造方法並びにイオンビーム処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子部品等の製造工程において、エッチング、イオン注入等のイオンビームによる処理が広く行われている。このような処理に用いられるイオンビーム処理装置には、プラズマからイオンを引き出すための複数の孔を有する薄板（以下グリッドと呼ぶ）が設けられていることがある。このようなイオンビーム処理装置においては、プラズマからグリッドの孔を通過することによりビーム状となったイオンが被処理物に照射されることにより、処理が行われる。【０００３】
特許文献１には、グリッドを備える粒子ビームエッチング装置が記載されている。当該粒子ビームエッチング装置には、炭素とシリコンとからなる積層膜又は炭素繊維によって構成されたメッシュ状のグリッドが用いられている。【０００４】
特許文献２には、カーボン／カーボンコンポジットを材料として用いたグリッドが記載されている。特許文献２のカーボン／カーボンコンポジットは、複数の孔が形成された炭素マトリクス（母材）中に、糸状の炭素繊維を複数本束ねた織物状の炭素繊維が埋め込まれた構造となっている。織物状の炭素繊維の配置の例として、６０°ずつ向きが異なる３軸に沿って配置させる例（特許文献２の図７）、孔を避けるように蛇行させる例（特許文献２の図８）、格子状に配置する例（特許文献２の図９）が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平４−１８０６２１号公報
【特許文献２】米国特許第５５４８９５３号明細書
【発明の概要】
【０００６】
特許文献１に記載されているグリッドは、炭素とシリコンの積層膜又は炭素繊維によって構成されており、母材を有しない。そのため剛性が低く、イオンビームソースの大口径化のためにグリッドを大型化した際に強度が不足するおそれがある。
【０００７】
特許文献２に記載のグリッドは、カーボン／カーボンコンポジットを材料として用いているので、剛性が高く、イオンビームソースの大口径化のためにグリッドを大型化した際に強度が不足するおそれはない。しかし、特許文献２に記載されているグリッドは、炭素マトリクス中に配置された織物状の炭素繊維を避けるように孔が形成されている。そのため、孔の加工時の位置決めが難しく、安定的な製造が難しい。
【０００８】
一方、特許文献２と異なり、炭素マトリクス中に配置された織物状の炭素繊維を避けるように孔が形成されていない場合、カーボン／カーボンコンポジットに孔を形成しなければならない。この場合、以下に示すような問題が生じるおそれがあることを本願発明者らは発見した。
【０００９】
なお、本明細書においては、縦横方向に規則的に編みこまれた織物状の炭素繊維を「クロス材」と呼ぶ。クロス材を用いたカーボン／カーボンコンポジットは、クロス材に熱硬化性樹脂等の炭素を含有するマトリクスの原料を含浸させ、加熱して炭化させることにより製造される。したがって、クロス材を用いたカーボン／カーボンコンポジットは互いに垂直な縦方向と横方向の２方向に伸びる炭素繊維を含んでいる。
【００１０】
図４及び図５はクロス材を用いたカーボン／カーボンコンポジットに孔を形成する際の炭素繊維と孔の位置関係を示す概念図である。図４は、炭素繊維４０１が孔２０２の形成箇所の中心に位置している場合の位置関係を示す概念図である。図５は、炭素繊維４０１が孔２０２の形成箇所の端部付近に位置している場合の位置関係を示す概念図である。上述のクロス材を用いたカーボン／カーボンコンポジットに対し、炭素繊維の配置に対して特に位置決めを行わずに孔を形成することによって、図４及び図５のいずれの位置関係となる場合があり得る。
【００１１】
図４のケースにおいて、ドリルで貫通加工を行う場合、ドリルビットは孔２０２の円周方向（図４の矢印Ａ又は矢印Ａ´の方向）に運動する。すなわち、ドリルビットの運動方向は炭素繊維４０１の繊維方向に対して垂直となる。繊維方向に対し垂直な方向に対する炭素繊維４０１の強度は他の方向と比べて弱いので、この場合、炭素繊維４０１は比較的容易に切断される。
【００１２】
図５のケースにおいて、ドリルビットは孔２０２の円周方向（図５の矢印Ｂの方向）に運動する。すなわち、ドリルビットの運動方向は炭素繊維４０１の繊維方向に対して平行となる。繊維方向に対し平行な方向に対する炭素繊維４０１の強度は他の方向と比べて強いので、この場合、炭素繊維４０１は切断されにくい。クロス材を用いたカーボン／カーボンコンポジットでは、炭素繊維４０１が縦横に編み込まれている。クロス材を用いたカーボン／カーボンコンポジットを回転運動するドリルビットによって円形に貫通加工した場合、ドリルビットの運動方向は９０°ごとに縦方向又は横方向の繊維と平行な方向と一致する。よって、クロス材を用いたカーボン／カーボンコンポジットの加工において、図５に示すような位置関係は高頻度で生じ得る。
【００１３】
図６は、孔２０２を形成した後のグリッド２００の上面拡大図である。図５のケースでは貫通加工時に炭素繊維４０１が切断されずに残ってしまう場合がある。このような場合、図６に示されるように孔の壁面に炭素繊維の突出部６０１が形成される場合がある。さらに、炭素繊維が回転運動するドリルビットにより引っ張られる等の原因により、図６の突出部６０２のように、突出した炭素繊維が孔２０２の壁面に沿うように折れ曲がってしまうこともある。このような状態になると突出した炭素繊維を除去することが困難となる。
【００１４】
なお、図７のように、炭素繊維４０１の繊維方向をカーボン／カーボンコンポジットの板厚方向の向きとなるようにすることも考えられる。この場合、貫通加工時にドリルビットは繊維方向に対して垂直に運動するので、炭素繊維４０１は比較的切断されやすい。よって、この場合は孔２０２の壁面からの炭素繊維の突出は起こりにくい。しかしながら、炭素繊維の繊維が水平方向を向いていないため、カーボン／カーボンコンポジットを用いることによる剛性強化の効果が弱まる。したがって、炭素繊維の繊維方向を板厚方向の向きとすることは好ましくない。
【００１５】
そのため、剛性が高いカーボン／カーボンコンポジットを材料として用いたグリッドを製造しようとすると、図６に示すように、孔の加工時に、孔の壁面に炭素繊維の突出部６０１が形成される場合がある。
【００１６】
本発明は、上述した技術的課題に鑑みて行われたものであり、加工が容易で、孔の加工時に孔の壁面に炭素繊維の突出部が形成されにくいグリッドを提供することを目的とする。
【００１７】
本発明の一態様は、孔を有する板状のグリッドであって、前記グリッドは、前記グリッドの面方向にランダムな向きに配置された炭素繊維を含むカーボン／カーボンコンポジットを材料とするものであり、前記グリッドの孔は、前記炭素繊維を切断するように形成されていることを特徴とする。
【００１８】
本発明によれば、加工が容易で、孔の加工時に、孔の壁面に炭素繊維の突出部が形成されにくいグリッドを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係るグリッドが用いられるイオンビームエッチング装置の構造図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るグリッドの構造図である。
【図３】カーボン／カーボンコンポジットを用いたグリッドの製造方法を示すフローチャートである。
【図４】炭素繊維が孔の形成箇所の中心に位置している場合の位置関係を示す概念図である。
【図５】炭素繊維が孔の形成箇所の端部付近に位置している場合の位置関係を示す概念図である。
【図６】孔を形成した後のグリッドの上面拡大図である。
【図７】炭素繊維の繊維方向をカーボン／カーボンコンポジットの板厚方向の向きとした状態を示す図である。
【図８Ａ】クロス材とチョップ材の繊維方向の違いを示す図である。
【図８Ｂ】クロス材とチョップ材の繊維方向の違いを示す図である。
【図９】クロス材の繊維方向を示す拡大図である。
【図１０Ａ】クロス材とチョップ材を用いて、グリッドの孔を形成した場合の概念図である。
【図１０Ｂ】クロス材とチョップ材を用いて、グリッドの孔を形成した場合の概念図である。
【図１１Ａ】カーボン／カーボンコンポジットを用いたグリッドの孔付近の第１の顕微鏡写真である。
【図１１Ｂ】カーボン／カーボンコンポジットを用いたグリッドの孔付近の第１の顕微鏡写真である。
【図１１Ｃ】カーボン／カーボンコンポジットを用いたグリッドの孔付近の第１の顕微鏡写真である。
【図１１Ｄ】カーボン／カーボンコンポジットを用いたグリッドの孔付近の第１の顕微鏡写真である。
【図１２Ａ】カーボン／カーボンコンポジットを用いたグリッドの孔付近の第２の顕微鏡写真である。
【図１２Ｂ】カーボン／カーボンコンポジットを用いたグリッドの孔付近の第２の顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明するが、本発明は本実施形態に限定されるものではない。なお、以下で説明する図面で、同機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略することもある。
【００２１】
（実施形態）
イオンビーム処理装置の一例として、本発明の一実施形態に係るグリッドが用いられるイオンビームエッチング装置の構造図を図１に示す。イオンビームエッチング装置１００は、プラズマを発生させるためのプラズマ発生室１０２とエッチング処理が行われる処理室１０１とを備える。プラズマ発生室１０２には、プラズマを形成するためのプラズマ形成手段として、ベルジャ（放電容器）１０４、ガス導入部１０５、アンテナ１０６及びファラデーシールド１１８が設置されている。ベルジャ１０４は、プラズマ発生室１０２の放電空間を画成するとともに内部を真空に保つチャンバ外壁の一部である。ガス導入部１０５はプラズマの発生に必要なアルゴン（Ａｒ）などのプロセスガスを導入する部分であり、不図示のボンベ等に接続される。アンテナ１０６は、導電性配線等により構成される電力印加手段であり、ベルジャ１０４内にプラズマを発生させるために用いられる。ファラデーシールド１１８は、ベルジャ１０４の内壁面に設置される金属製の格子状電極であり、アンテナから放射される高周波電場を均一化させる機能を有する。
【００２２】
ベルジャ１０４の外部にはアンテナ１０６に高周波電力（ソース電力）を供給する放電用電源１１２、放電用電源１１２とアンテナ１０６の間に設けられた整合器１０７及びベルジャ１０４内部に磁界を発生させる電磁コイル１０８が備えられている。放電用電源１１２から整合器１０７を介してアンテナ１０６に高周波電力が供給されることにより、ガス導入部１０５から導入されるプロセスガスが電離し、プラズマ発生室１０２の内部にプラズマが形成される。
【００２３】
処理室１０１はイオンビームを中和するニュートラライザー１１３と、処理の対象物である基板１１１を保持するための保持部である基板ホルダ１１０と、プラズマ発生室１０２と処理室１０１の内部を排気して真空に保つための排気ポンプ１０３とを備える。基板ホルダ１１０は、クランプチャック等の種々の基板固定部材を備える。また、基板ホルダ１１０は基板に入射されるイオンビームを所定の位置又は角度で照射させるための自公転機構等の駆動機構を備えていてもよい。
【００２４】
プラズマ発生室１０２と処理室１０１とを区分する境界にはイオンを引き出す孔を有するグリッドアセンブリ１０９が設置されている。グリッドアセンブリ１０９は１つ又は複数のグリッド２００を有する。プラズマ発生室１０２で発生したプラズマはグリッド２００の孔を通過して処理室１０１に引き出され、基板１１１に照射される。グリッド２００にはイオンの加速等のために不図示の電圧源により電圧が印加される。
【００２５】
イオンビームエッチング装置１００を用いたイオンビーム照射の動作を説明する。まず、ガス導入部１０５からプラズマ発生室１０２内にアルゴン（Ａｒ）等の不活性ガスを含むプロセスガスを導入する。次に、アンテナ１０６に放電用電源１１２から高周波電力を印加することによりプラズマ発生室１０２内のプロセスガスをイオン化し、イオンを含むプラズマを発生させる。プラズマ発生室１０２に形成されたプラズマに含まれるイオンは、グリッドアセンブリ１０９に設けられた孔を通過する際に、グリッド２００に与えられた電圧により加速される。このようにして、プラズマ発生室１０２から処理室１０１にイオンビームが引き出される。該イオンビームは処理室１０１に引き出された後、ニュートラライザー１１３により中和される。中和されたビームは基板１１１に照射され、基板表面のエッチング処理が行われる。
【００２６】
図１に示すように、グリッドアセンブリ１０９が複数のグリッド２００を重ねあわせた構造となっている場合、それぞれのグリッド２００は、グリッドアセンブリ１０９の面に対して垂直な方向からみて、孔の位置が重なるように配置されていることが好ましい。このように配置することにより、イオンビームをグリッドアセンブリ１０９に対して垂直、かつ均一に引き出すことができる。
【００２７】
なお、本実施形態では、本発明が適用される装置としてイオンビームエッチング装置を例示しているが、本発明はこれ以外の装置にも適用可能である。本発明は、例えば、イオン注入装置、イオンビームスパッタ装置など、プラズマからイオンを引き出すことにより加速粒子を生成するイオンビーム処理装置に広く適用することができる。また、イオンビーム処理装置以外であっても、複数の孔を有し、かつ強度を要する板状の部材を用いる用途に適用してもよい。
【００２８】
図２は、本発明の一実施形態に係るグリッドの構造図である。グリッド２００は、グリッド板２０１上に形成された複数の孔２０２を有する。グリッド板２０１は、カーボン／カーボンコンポジットを材料とする円盤状の部材である。本実施形態ではグリッド板２０１の形状を円形としているが、グリッド２００が適用されるイオンソースの形状にあわせて適宜変更可能である。孔２０２は、グリッド板２０１上に形成された円形の孔である。なお、孔２０２の形状は円形に限られず、多角形や楕円形等の円形以外の形状であってもよい。
【００２９】
上述のように、グリッドアセンブリ１０９はイオンビーム処理装置等の内部に設置される。近年、半導体基板の大口径化に伴い、イオンビーム処理装置も大型化しており、グリッドアセンブリ１０９にも大型化が求められている。グリッドアセンブリ１０９はイオンビーム処理装置内に水平、又は斜めに設置されることがある。この場合、グリッドアセンブリ１０９を構成するグリッド２００が自重でたわみ、それぞれのグリッド２００の孔２０２同士のギャップが変化してしまうことがある。それぞれのグリッド２００の孔２０２同士のギャップが変化する場合、イオンビームを垂直、かつ均一に引き出しにくくなる。本実施形態では強度が強く、軽量なカーボン／カーボンコンポジットを用いているためこのような問題が起こりにくい。また、カーボン／カーボンコンポジットは線膨張係数が小さいので、熱膨張に起因する孔２０２の位置ずれも起こりにくい。さらに、カーボン／カーボンコンポジットは主に炭素を原料としているので、イオンビーム処理装置を用いて電子部品等を製造する際にコンタミネーションが問題となりにくい。以上の観点により、グリッド板２０１の材料として、カーボン／カーボンコンポジットを用いることが好適である。
【００３０】
図３は、カーボン／カーボンコンポジットを用いたグリッドの製造方法を示すフローチャートである。ステップＳ３０１において、グリッド２００の材料となるグリッド板２０１を準備する。グリッド板２０１にはイオンビームエッチング装置１００の設計に応じて所定の厚さ、所定の大きさに加工されたカーボン／カーボンコンポジットの板が用いられる。詳細は後述するが、本ステップで用いられるカーボン／カーボンコンポジットは、チョップ材の炭素繊維を有する。
【００３１】
ステップＳ３０２において、グリッド板２０１に複数の孔２０２を形成する。孔２０２の配置、孔の大きさ等により、イオンビームエッチング装置１００のエッチングレートやビームの直進性等の性能が変化する。そのため、イオンビーム処理装置用のグリッド２００の加工において、多数の孔２０２を所定のピッチ、寸法で安定して形成できることが要求される。このような要求事項に鑑みて、安定的かつ安価に孔を形成するため、ドリルやエンドミル等の回転運動によって切削加工を行う加工工具を備えた装置を用いて孔を形成することが好適である。以下、ドリルを用いて孔２０２を形成するものとして説明する。
【００３２】
次にグリッド板２０１の材料として用いられるカーボン／カーボンコンポジットについて説明する。カーボン／カーボンコンポジットは、強化材である炭素繊維を支持材である炭素マトリクス（母材）中に配置した複合材料である。複数の材料を複合させることにより、剛性等の機械的強度を向上させることができる。特に、炭素繊維の繊維方向の強度がより向上する。
【００３３】
上記の通り、カーボン／カーボンコンポジットの製造に用いられる炭素繊維の一例として、クロス材とチョップ材とが挙げられる。クロス材は炭層繊維の束を縦横方向に規則的に編んで織物状としたものである。クロス材を用いたカーボン／カーボンコンポジットは、クロス材に熱硬化性樹脂等の炭素を含有するマトリクスの原料を含浸させ、加熱して炭化させることにより製造される。したがって、クロス材を用いたカーボン／カーボンコンポジットは互いに垂直な縦方向と横方向との２方向に伸びる炭素繊維を含んでいる。
【００３４】
これに対し、チョップ材（チョップド炭素繊維とも呼ばれる）は、糸状の炭素繊維を所定の長さにチョップする（みじん切り状に切断する）ことにより、短繊維化した材料である。チョップ材を用いたカーボン／カーボンコンポジットは、マット状に加工したチョップ材に樹脂を含浸させ、熱処理することによって製造される。このとき、チョップ材の繊維は特定の向きに揃っておらず、２次元方向（面方向）に対してランダム、又は３次元的にランダムな向きとなっている。したがって、チョップ材を用いたカーボン／カーボンコンポジットは面方向又は３次元的にランダムな向きの炭素繊維を含んでいる。ここで、「ランダムな向き」とは、グリッド内において、炭素繊維が全体として周期構造や対称性等の一定の秩序を有しない乱雑な状態であることを指す。例えば、部分的に炭素繊維が平行になっている領域が含まれているが、全体としては炭素繊維の向きに一定の秩序がないという状態も「ランダムな向き」の炭素繊維を含んでいる状態に含まれるものとする。
【００３５】
本実施形態においては、上述したクロス材ではなく、チョップ材を用いたカーボン／カーボンコンポジットをグリッド２００の材料として用いる。以下、チョップ材を用いることが好適である理由を、クロス材を用いた場合と比較しながら説明する。
【００３６】
上述したように、クロス材を用いたカーボン／カーボンコンポジットをイオンビームエッチング装置１００用のグリッド２００の材料として用いる場合、加工後に孔から炭素繊維が突出してしまうことがある。このようなグリッド２００をイオンビームエッチング装置１００に適用する場合、イオンビームエッチング装置１００の動作時に、炭素繊維の突出部６０１、６０２を起点とした異常放電が発生し得る。この問題を解決するには、グリッド２００の加工後に孔から突出した炭素繊維を除去することが考えられる。例えば、ドリルによる再加工、エージング処理による除去等が想定され得る。しかしながら、このような除去処理は高コストである。したがって、クロス材を用いたカーボン／カーボンコンポジットをイオンビームエッチング装置１００用のグリッド２００の材料として用いることは困難である。
【００３７】
図８Ａは、クロス材を用いたカーボン／カーボンコンポジットに形成される孔と炭素繊維の配置の関係を示す図である。図８Ｂは、チョップ材を用いたカーボン／カーボンコンポジットに形成される孔と炭素繊維の配置の関係を示す図である。これらの図では省略のため孔の下側のみに炭素繊維が存在しているように描かれているが、実際には孔の周囲全体に同様に炭素繊維が配置されている。図８Ａに示されるような、クロス材を用いたカーボン／カーボンコンポジットは、炭素繊維４０１の向きが図中の垂直方向及び水平方向に揃っている。よって、孔２０２の円周上に孔下端２０２ａのような炭素繊維４０１が切断されにくい箇所が存在する。そのため、孔２０２の壁面から炭素繊維が突出する第１の問題点が発生し得る。
【００３８】
一方、図８Ｂに示されるように、チョップ材を用いたカーボン／カーボンコンポジットは、炭素繊維４０１の向きがランダムであり、特定の方向に揃っていない。そのため、孔２０２の円周上の特定の箇所が特に切断しにくいということもない。したがって、チョップ材を用いたカーボン／カーボンコンポジットを用いることにより、上述のクロス材を用いたカーボン／カーボンコンポジットの加工における孔の壁面における炭素繊維の突出が抑制される。
【００３９】
次に、図８Ａのクロス材を用いて、孔を形成したグリッドをイオンビーム処理装置に用いた場合の第２の問題点を、図９及び図１０Ａ、図１０Ｂを用いて説明する。図９は、クロス材の繊維方向を示す拡大図である。図１０Ａは、クロス材を用いて、グリッドの孔を形成した場合の概念図、図１０Ｂは、チョップ材を用いて、グリッドの孔を形成した場合の概念図を示す。
【００４０】
図８Ａに示すような、クロス材を用いたカーボン／カーボンコンポジットは、炭素繊維４０１の向きが図中の垂直方向と水平方向に揃っている。図９に示すように、クロス材は、垂直方向の炭素繊維の束４０１ａと水平方向の炭素繊維の束４０１ｂとが、一定の間隔Ｗとなるように織られた構造となっている。そのため、間隔Ｗより小さな間隔でグリッド板２０１に左孔２０２ｂ及び右孔２０２ｃを形成した場合、図９のように左孔２０２ｂと右孔２０２ｃとの間に、垂直方向の炭素繊維の束４０１ａと水平方向の炭素繊維の４０１ｂとが織られた部分が無くなることがある。このような箇所では、孔２０２を加工した際、炭素繊維４０１の一部がまとまって脱離し、段差４０２が発生する場合がある。この場合、図１０Ａに示すように、左孔２０２ｂと右孔２０２ｃとの間のグリッド板２０１の表面の一部に段差４０２が発生して、この段差４０２により孔２０２の形状が変わるという第２の問題点が発生する可能性がある。
【００４１】
この第２の問題点について説明する。図１０Ａの左孔２０２ｂの中央右側及び右孔２０２ｃの中央左側以外の外周部においては、第１層の水平方向の炭素繊維の束４０１ｂが表面に残存しており、段差は発生しない。これに対し、例えば、図１０Ａの左孔２０２ｂの中央右側及び右孔２０２ｃの中央左側の間付近に位置する第１層の水平方向の炭素繊維の束４０１ｂは、孔の形成によって炭素繊維の束４０１ｃと４０１ｄとに切断される。左孔２０２ｂ及び右孔２０２ｃにより切断され孤立した第１層の水平方向の炭素繊維の束４０１ｄは、まとまって脱離する。これにより、第２層の垂直方向の炭素繊維の束４０１ａが表面に現れる。このようにして、左孔２０２ｂの右円周上と右孔２０２ｃの左円周上との間に段差４０２が発生する。この段差４０２により、左孔２０２ｂの中央右側及び右孔２０２ｃの中央左側付近が欠けて形状が変わるため、上記の第２の問題点が生じる。
【００４２】
イオンビーム処理装置において、グリッドの孔２０２の形状が変化する場合、イオンビームの形状がいびつになる。イオンビームの形状がいびつになることにより、イオンビームの飛散角に影響を及ぼし、加工精度（例えば、イオンビームエッチング装置ではエッチング断面形状、イオンビーム成膜装置では基板に成膜される成膜物質の膜厚分布）が低下するという問題が発生する。
【００４３】
これに対し、図８Ｂに示すように、チョップ材を用いたカーボン／カーボンコンポジットは、炭素繊維４０１の向きがランダムであり、特定の方向に揃っていない。そのため、図１０Ｂに示すように、孔２０２を加工した際、一部の炭素繊維４０１がまとまって脱離することが生じにくい。これにより、孔２０２の円周上が一部欠けて、孔２０２の形状が変わるという問題が生じにくくなる。
【００４４】
次に、図８Ａのクロス材を用いて、孔を形成したグリッドをイオンビーム処理装置に用いた場合の第３の問題点について説明する。
【００４５】
イオンビーム処理装置を用いてイオンビーム処理を行う際に、基板からグリッドに被処理物が飛来して付着する。図８Ａのクロス材を用いたグリッドの場合、グリッドに付着した処理物が、グリッドから剥離して基板に付着するという第３の問題点が生じることがある。一方、図８Ｂのチョップ材を用いたグリッドをイオンビーム処理装置に用いた場合、グリッドに付着した被処理物がグリッドから剥離して基板に付着するという第３の問題点を解決することが可能である。
【００４６】
図８Ｂのチョップ材を用いたグリッドをイオンビーム処理装置に使用した場合、グリッドに付着した被処理物が、グリッドから剥離しない理由について、技術的考察に基づいて説明する。
【００４７】
図８Ａのクロス材を用いたグリッドの場合、炭素繊維４０１の向きが図中の垂直方向と水平方向に揃っているので、グリッドの表面に形成される凹凸のパターンが規則性を有しており、かつ表面が平滑なため、付着物を保持する力が弱い。そのため、図８Ａのクロス材を用いたグリッドをイオンビーム処理装置に用いた場合、グリッドに付着した被処理物が、グリッドから剥離して基板に付着してしまうことがあり、第３の問題点を解決することはできない。
【００４８】
一方、図８Ｂのチョップ材の場合、グリッドの表面に形成される凹凸のパターンが不規則な形状を有し、かつ炭素繊維の末端が一部露出しているため、付着物を保持する力が強い。そのため、図８Ｂのクロス材を用いたグリッドをイオンビーム処理装置に用いた場合、グリッドに付着した被処理物は炭素繊維に保持されるので、第３の問題点を解決することができる。
【００４９】
（試作例１）
図１１Ａから図１１Ｄに、カーボン／カーボンコンポジットを用いたグリッドの孔付近の第１の顕微鏡写真を示す。図１１Ａは、クロス材を用いたカーボン／カーボンコンポジットの孔の顕微鏡写真である。図１１Ｂは、図１１Ａに図示された孔の１つを拡大したものである。特に図１１Ｂを参照すると、孔の壁面から複数の繊維状の突起が形成されているという第１の問題点があることが確認できる。
【００５０】
これに対し、図１１Ｃは、チョップ材を用いたカーボン／カーボンコンポジットを適用したグリッドの孔付近の顕微鏡写真である。図１１Ｄは、図１１Ｃに図示された孔の１つを拡大したものである。特に図１１Ｄを参照すると、図１１Ｂにみられるような繊維状の突起がないことが確認できる。したがって、チョップ材を用いたカーボン／カーボンコンポジットをグリッド板の材料として適用することにより、孔の壁面における炭素繊維の突出が抑制されることが確認された。
【００５１】
（試作例２）
図１２Ａ及び図１２Ｂに、カーボン／カーボンコンポジットを用いたグリッドの孔付近の第２の顕微鏡写真を示す。図１２Ａは、クロス材を用いたカーボン／カーボンコンポジットの孔の顕微鏡写真である。図１２Ａを参照すると、左側の孔の中央右側と右側の孔の中央左側において、第１層の炭素繊維が、孔の形成によって切断され、炭素繊維がまとまって脱離している。これにより、当該箇所では、第２層の炭素繊維が表面（図１２Ａの顕微鏡写真の場合は、中央部の白く見える部分）に現れており、左側の孔の右円周上と右側の孔の左円周上に段差が発生するというという第２の問題点があることが確認できる。
【００５２】
これに対し、図１２Ｂは、チョップ材を用いたカーボン／カーボンコンポジットを適用したグリッドの孔付近の顕微鏡写真である。図１２Ｂを参照すると、上述の第２の問題点は生じておらず、左側の孔と右側の孔の孔形状が変わることがないこと(図１２Ｂの顕微鏡写真の場合、中央部に白く見える部分が発生しない)が確認された。
【００５３】
上記実施形態及び試作例によれば、炭素繊維の材料としてチョップ材を採用することにより、剛性が高いカーボン／カーボンコンポジットを用いたイオンビームエッチング装置用のグリッドを作製することができる。炭素繊維はランダムに配置されているので、炭素繊維の位置に対する孔の形成部の位置決めは行わなくてもよい。また、孔における炭素繊維の突出が抑制されているので、イオンビームエッチング装置１００の動作時に、突出部から発生し得る異常放電が抑制される。よって、突出した炭素繊維を除去する工程を少なくすること、あるいは無くすことができる。これらの理由によりグリッドの製造が容易かつ低コストとなる。したがって、剛性が高く、加工が容易なグリッドを提供することができる。
【００５４】
（変形例）
本実施形態のグリッド２００には、少なくとも一部にカーボン／カーボンコンポジットの主成分である炭素とは異なる材料による被覆が施されていてもよい。例えば金属や気相成長炭素、ガラス状炭素等の炭素コート、または絶縁体を被覆材として用いることができる。孔２０２の形成後に被覆を行うことにより、炭素繊維の突出をより確実に抑制することができる。
【００５５】
本実施形態のグリッド２００は、図１に示すイオンビームエッチング装置だけでなく、イオンビーム成膜装置等のイオンビーム処理装置に用いることができる。なお、本実施形態のグリッド２００をイオンビーム成膜装置に使用する場合には、公知のイオンビーム成膜装置を使用する。
【要約】
加工が容易で、孔の加工時に孔の壁面に炭素繊維の突出部が形成されにくいグリッドを提供する。
孔（２０２）を有する板状のグリッド（２００）であって、前記グリッド（２００）は、前記グリッド（２００）の面方向にランダムな向きに配置された炭素繊維を含むカーボン／カーボンコンポジットを材料とするものであり、前記グリッド（２００）の孔（２０２）は、前記炭素繊維を切断するように形成されている。【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】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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