(57)【要約】【目的】炭素製材料が焼結体の場合には、焼結前の形成が不要となり、一部の細部の形状のみが異なるが殆ど同一形状である炭素製材料にも対応することが可能で、作製後に僅かな形状の変更を施す必要が生じた場合にも対応することができるようにする。【構成】高周波型イオン源５００、イオンビーム加速整形器６００、及び加工用試料である炭素製材料２００が保持される試料室７００とを有しており、前記イオンビーム加速整形器６００からの酸素イオンビームＩＢの加速エネルギーは、０．５ｋｅＶ乃至５ｋｅＶである。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素製材料に酸素イオンビームを照射することにより、当該炭素製材料を化学的かつ物理的に反応せしめ、当該炭素製材料に微細加工を施すことを特徴とする酸素イオンビームによる炭素製材料の加工方法。
【請求項２】
前記炭素製材料に酸素イオンビームを真空中で照射することを特徴とする請求項１記載の酸素イオンビームによる炭素製材料の加工方法。
【請求項３】
前記酸素イオンビームの加速エネルギーは、０．５ｋｅＶ乃至５ｋｅＶであることを特徴とする請求項１又は２記載の酸素イオンビームによる炭素製材料の加工方法。
【請求項４】
前記炭素製材料は、焼結体であることを特徴とする請求項１〜３記載の酸素イオンビームによる炭素製材料の加工方法。
【請求項５】
少なくとも高周波型イオン源、イオンビーム加速整形器、及び加工用試料である炭素製材料が保持される試料室とを具備しており、前記イオンビーム加熱整形器からの酸素イオンビームを前記炭素製材料に対して照射可能なことを特徴とする酸素イオンビームによる炭素製材料の加工装置。
【請求項６】
前記酸素イオンビームを取り出すために前記試料室に開口するビームラインは、１又は複数であることを特徴とする請求項４記載の酸素イオンビームによる炭素製材料の加工装置。
【請求項７】
前記イオンビーム加速整形器からの酸素イオンビームの加速エネルギーは、０．５ｋｅＶ乃至５ｋｅＶであることを特徴とする請求項４又は５記載の酸素イオンビームによる炭素製材料の加工装置。
【請求項８】
前記炭素製材料は、焼結体であることを特徴とする請求項５〜７記載の酸素イオンビームによる炭素製材料の加工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造装置の部材等として使用される炭素製材料の加工方法及び加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、ＳｉＣ半導体基板を製造するために用いられる電気炉のチューブや、このチューブの内部で試料を支持する試料台には炭素製材料にＳｉＣをコーティングしたものが素材として用いられる。これらのチューブ等には、炭素粉末を金型によって焼き固めた焼結体が用いられるが、焼結した炭素製材料は脆いため、機械的に孔開けや彫り込み、切削等によって任意の形状に加工を施すことは困難であった。また、ＣＭＰ（化学機械研磨）を施すことは不可能であった。たとえ、焼結体以外の材料であっても、複雑な形状をしている場合なども同様の問題があった。
【０００３】
特開平７−３１２１９６号公報（特許文献１）には、集束イオンビーム照射方法、集束イオンビーム装置が記載されている。また、特開２００２−１５０９６０号公報（特許文献２）には、イオンビーム発生装置が記載されている。
【０００４】
特許文献１に記載された集束イオンビーム装置は、試料に集束イオンビームを照射することで微細加工を施し、試料の観察等を行うものである。
【０００５】
また、特許文献２に記載されたイオンビーム発生装置は、試料に集束イオンビームを照射することで微細加工を施すものである。
【０００６】
【特許文献１】
特開平７−３１２１９６号公報（第２−３頁  図１）
【特許文献２】
特開２００２−１５０９６０号公報（第９−１３頁  図１）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
かかる問題点を解消するために、焼結体においては焼結前に炭素製材料を予め所望の形状にして形成していた。また、焼結体を含む炭素製材料が一部の細部の形状のみが異なるが、殆ど同一形状である場合であってもそれぞれ別個に作製する必要があった。また、作製後に僅かな形状の変更を施す必要が生じても、かかる変更は不可能であった。
【０００８】
また、特許文献１に記載された集束イオンビーム装置及び特許文献２に記載されたイオンビーム発生装置は、イオンビームを試料に照射させて、試料とイオンとの間で化学的反応を生ぜしめることで、試料を加工するものであり、炭素製材料を試料とするものではない。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みて創案されたもので、焼結体である場合には、炭素製材料の焼結前の形成が不要となり、一部の細部の形状のみが異なるが殆ど同一形状である炭素製材料にも対応することが可能で、作製後に僅かな形状の変更を施す必要が生じた場合にも対応することが可能な酸素イオンビームによる炭素製材料の加工方法及びその製造装置を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る酸素イオンビームによる炭素製材料の加工方法は、炭素製材料に酸素イオンビームを照射することにより、当該炭素製材料を化学的かつ物理的に反応せしめ、当該材料に微細加工を施すものである。
【００１１】
また、本発明に係る酸素イオンビームによる炭素製材料の加工装置は、少なくとも高周波型イオン源、イオンビーム加速整形器、及び加工用試料である炭素製材料が保持される試料室とを備えており、前記イオンビーム加熱整形器からの酸素イオンビームを前記炭素製材料に対して照射可能としている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の形態に係る酸素イオンビームによる炭素製材料の加工装置の概略的構成図、図２は本発明の実施の形態に係る酸素イオンビームによる炭素製材料の加工装置によって塊状の炭素製材料を球状に加工する様子を示す概略的説明図、図３は本発明の実施の形態に係る酸素イオンビームによる炭素製材料の加工装置によって平板状の炭素製材料に階段状の段差形状を形成する様子を示す概略的説明図である。
【００１３】
本発明の実施の形態に係る酸素イオンビームによる炭素製材料の加工装置は、少なくとも高周波型イオン源５００、イオンビーム加速整形器６００、及び加工用試料である炭素製材料２００が保持される試料室７００とを有している。
【００１４】
前記高周波型イオン源５００のイオン材料は、酸素ガスであり、酸素イオンビームＩＢを照射することができるものである。この高周波型イオン源５００は、後述する試料室７００の上側に設けられており、イオンビーム加速整形装器６００を通過した酸素イオンビームＩＢを試料室７００に保持された炭素製材料２００に照射する。本発明の実施の形態に係る酸素イオンビームによる炭素製材料の加工装置においては、３つの高周波型イオン源５００が設けられている。なお、この高周波型イオン源５００は、フィラメントを持たないので、長寿命、高出力であるというメリットがある。
【００１５】
また、前記イオンビーム加速整形器６００は、酸素イオンビームＩＢの加速エネルギー、照射方向、酸素イオンビームＩＢの形状やその均一性を決定するものである。従って、前記高周波型イオン源５００から発せられた酸素イオンビームＩＢは、イオンビーム加速整形器６００によって、その加速エネルギー、照射方向、酸素イオンビームＩＢの形状やその均一性を決定されることになる。
【００１６】
前記酸素イオンビームＩＢは、ビームライン１００から炭素製材料２００に向かって照射される。
【００１７】
さらに、前記試料室７００は、例えばステンレス等からなり、底部に炭素製材料２００を保持する試料台３００が設けられている。また、この試料室７００には、底部近傍に排気口８００が設けられている。前記高周波型イオン源５００から発せられた酸素イオンビームＩＢは、前記イオンビーム加速整形器６００によってその照射方向等を制御されて、前記炭素製材料２００に照射される。
【００１８】
この試料室７００には、図示しない開閉扉が設けられており、この開閉扉を介して炭素製材料２００の搬入、搬出を行う。前記排気口８００は、図外のポンプ等からなる排気系に連結されており、試料室７００の内部を１０−５Ｐａ以下の真空度が得られるようになっている。
【００１９】
前記試料台３００は、保持した炭素製材料２００を回転させたり、Ｘ−Ｙ方向に移動させたりすることができるようになっている。
【００２０】
炭素製材料２００に照射された酸素イオンビームＩＢは、炭素製材料２００を構成する炭素原子に、Ｃ＋Ｏ→ＣＯないしＣ＋２Ｏ→ＣＯ２  の反応を生ぜしめ、一酸化炭素ガス、二酸化炭素ガスとして炭素製材料２００の表面から炭素原子を削り取ることになる。これが、化学的な反応である。また、酸素イオンビームＩＢの加速エネルギーを２ｋｅＶとすると、加速された酸素イオンが炭素製材料２００の表面の炭素原子に衝突して、これを弾き飛ばすミリング効果が発生する。このミリング効果による炭素原子の反応が物理的な反応である。
【００２１】
例えば、図２は、炭素製材料２００から直径が２ｍｍの球体を製造する様子を示している。かかる場合には、加速エネルギーが２ｋｅＶ、ビーム径が２ｍｍの３本の酸素イオンビームＩＢを塊状の炭素製材料２００にそれぞれ異なる方向から照射することで行う。この塊状の炭素製材料２００を保持する試料台３００は、炭素製材料２００を回転させることができるものを用いる。
【００２２】
照射された酸素イオンビームＩＢは、塊状の炭素製材料２００の表面の炭素原子と、Ｃ＋Ｏ→ＣＯないしＣ＋２Ｏ→ＣＯ２  の反応を起こして、表面の炭素原子をガスとして飛散させることで加工を行う。また、これと同時に、ミリング効果によって炭素製材料２００の表面から炭素原子が弾き飛ばされることで加工を行う。
【００２３】
なお、この加工に際しては、試料室７００の内部を真空にしておく。試料室７００の内部を真空にするのは、酸素イオンビームＩＢの酸素イオンが気体分子に衝突して消滅、減速、偏向したりすることを防止するためである。
【００２４】
また、例えば、図３は、平板状の炭素製材料２００に原子レベルの階段状の段差構造を形成する様子を示している。かかる場合には、加速エネルギーが２ｋｅＶ、ビーム径が０．５ｍｍの１本の酸素イオンビームＩＢを平板状の炭素製材料２００に対して横方向に走査することで行う。
【００２５】
なお、階段状の段差構造を有する炭素製材料２００は、各種の材料薄膜のグラフォエピタキシャル成長の核として使用することができる。
【００２６】
なお、上述した実施の形態においては、高周波型イオン源５００は、３つあるとしたが、１又は２つであっても、４つ以上であってもよいことはいうまでもない。
【００２７】
また、酸素イオンの加速エネルギーは、２ｋｅＶであるとしたが、０．５ｋｅＶ乃至５ｋｅＶであればよい。加速エネルギーが０．５ｋｅＶ乃至５ｋｅＶの範囲の酸素イオンは、炭素原子に衝突するときにミリング効果が高く、２ｋｅＶで最もミリング効果が高いことが確認されている。
【００２８】
【発明の効果】
本発明に係る酸素イオンビームによる炭素製材料の加工方法は、炭素製材料に酸素イオンビームを照射することにより、当該炭素製材料を化学的かつ物理的に反応せしめ、当該材料に微細加工を施すようになっている。
【００２９】
従って、機械的な孔開けや彫り込み、切削等の加工が困難な炭素製材料に対して、孔開け等の加工を施すことが可能になるので、焼結体の場合には、焼結前の形成が不要となり、一部の細部の形状のみが異なるが殆ど同一形状である炭素製材料にも対応することが可能で、作製後に僅かな形状の変更を施す必要が生じた場合にも対応することが可能となる。
【００３０】
また、真空中で炭素製材料に酸素イオンビームを照射するので、酸素イオンビームの酸素イオンが気体分子に衝突して消滅、減速、偏向したりすることがない。
【００３１】
また、前記酸素イオンビームの加速エネルギーは、０．５ｋｅＶ乃至５ｋｅＶであると、酸素イオンビームの炭素原子に衝突する際のミリング効果を高くすることができる。
【００３２】
一方、本発明に係る酸素イオンビームによる炭素製材料の加工装置は、少なくとも高周波型イオン源、イオンビーム加速整形器、及び加工用試料である炭素製材料が保持される試料室とを備えており、前記イオンビーム加熱整形器からの酸素イオンビームを前記炭素製材料に対して照射可能になっている。
【００３３】
従って、この酸素イオンビームによる炭素製材料の加工装置であると、機械的な孔開けや彫り込み、切削等の加工が困難な炭素製材料に対して、孔開け等の加工を施すことが可能になるので、焼結体の場合には、焼結前の形成が不要となり、一部の細部の形状のみが異なるが殆ど同一形状である炭素製材料にも対応することが可能で、作製後に僅かな形状の変更を施す必要が生じた場合にも対応することが可能となる。
【００３４】
また、酸素イオンビームを取り出すために前記試料室に開口するビームラインが１又は複数であると、炭素製材料を加工すべき形状に応じてビームラインを選択することができるというメリットがある。
【００３５】
さらに、前記イオンビーム加速整形器からの酸素イオンビームの加速エネルギーは、０．５ｋｅＶ乃至５ｋｅＶであると、酸素イオンビームの炭素原子に衝突する際のミリング効果を高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る酸素イオンビームによる炭素製材料の加工装置の概略的構成図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る酸素イオンビームによる炭素製材料の加工装置によって塊状の炭素製材料を球状に加工する様子を示す概略的説明図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る酸素イオンビームによる炭素製材料の加工装置によって平板状の炭素製材料に階段状の段差形状を形成する様子を示す概略的説明図である。
【符号の説明】
１００    ビームライン
２００    炭素製材料
３００    試料台
５００    高周波型イオン源
６００    イオンビーム加速整形器
ＩＢ      酸素イオンビーム
【図１】
2004178856.tif 000003
【図２】
2004178856.tif 000004
【図３】
2004178856.tif 000005