(57)【要約】【課題】イオンビームの中央への偏りを防止するとともに、加速グリッドの冷却効果を維持できる電子ビーム加工装置を提供する。【解決手段】プラズマ生成室１と、プラズマ生成室の開口部の前面に取り付けられた遮蔽グリッド２と、遮蔽グリッドの前面に間隔をあけて配置された加速グリッド３と、加速グリッド３の前面に取り付けられ、加速グリッド３の細孔３ａを設けた範囲より広い開口部５ａを有する冷却ジャケット５とを備える。冷却ジャケット５の開口部５ａをイオンビームの進行方向に向かって漸次拡大した形状とすることで、等電位線が加速グリッド３に対してほぼ平行になり、イオンビームの中央への偏りが抑制されると同時に、加速グリッド３の冷却効果を維持できる。【選択図】        図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
不活性ガスの＋イオンを生成するプラズマ生成室と、プラズマ生成室の開口部の前面に取り付けられ、複数の細孔を有する遮蔽グリッドと、遮蔽グリッドの前面に間隔をあけて配置され、遮蔽グリッドの細孔と一致する形状の複数の細孔を有する加速グリッドと、加速グリッドの前面に取り付けられ、加速グリッドの細孔を設けた範囲より広い開口部を有する冷却ジャケットと、を備えた電子ビーム加工装置において、
上記冷却ジャケットの開口部は、＋イオンの進行方向に向かって漸次拡大した形状とされていることを特徴とする電子ビーム加工装置。
【請求項２】
上記加速グリッドの細孔は長方形状に分散配列されており、上記冷却ジャケットの開口部は加速グリッドの細孔の配列形状に対応した長方形状または長円形状に形成され、上記冷却ジャケットの開口部のうち、長辺に沿った２辺の内側面が＋イオンの進行方向に向かってテーパ状に拡大した形状とされていることを特徴とする請求項１に記載の電子ビーム加工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はイオンビームエッチングを行うための電子ビーム加工装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特開２００２−７５２３２号公報
従来、圧電共振子などの電子部品の上に形成された金属膜や酸化膜をイオンビームを用いてトリミングし、その電気特性の調整を行う電子ビーム加工装置が知られている。図１はイオンビームを発生する電子ビーム加工装置の基本原理を示す。
図において、１はプラズマ生成室、２は多数の細孔２ａを有する遮蔽グリッド、３は遮蔽グリッド２の細孔２ａに対応する多数の細孔３ａを有する加速グリッド、４は加速グリッド３を保持する加速グリッドベースである。遮蔽グリッド２の外周部はプラズマ生成室１に固定され、加速グリッド３の外周部は加速グリッドベース４に固定され、加速グリッドベース４はプラズマ生成室１に取り付けられている。加速グリッド３と遮蔽グリッド２との間には、一定の隙間Ｌ（例えば約０．４ｍｍ）が設けられている。加速グリッド３の下方には、グランド電位に接続された被加工物Ｗが配置されている。
【０００３】
プラズマ生成室１ではＡｒ等の不活性ガスを真空放電し、＋イオンを得る。この＋イオンは、加速グリッド３から電位エネルギーを受けることにより、プラズマ生成室１から引き出され、被加工物Ｗに衝突し、削り加工を行う。この際、加速グリッド３は＋イオン衝突による摩耗を避けるため、プラズマ生成室１と同電位の遮蔽グリッド２によりカバーされている。遮蔽グリッド２と加速グリッド３との間隔Ｌが適正であれば、＋イオンは被加工物Ｗに向かって直進し、高精度な加工を行うことができる。
【０００４】
昨今、電子ビーム加工装置の処理能力向上を目的として、電子ビームの照射エリアの拡大が求められている。そのため、プラズマ生成室１、遮蔽グリッド２および加速グリッド３のサイズを大きくし、照射エリアを拡大させたものが提案されているが、これに伴う弊害として、厚み０．４ｍｍ程度の低剛性部品である遮蔽グリッド２および加速グリッド３がプラズマ熱により変形（主に厚み方向の変形）を起こす問題がある。つまり、遮蔽グリッド２および加速グリッド３の周囲は拘束されているので、細孔２ａ，３ａを設けた部分（多孔部）がプラズマ熱により加熱されると、その熱応力によって平面方向に延びる結果、厚み方向に変形するからである。厚み方向の変形量は、グリッドサイズが拡大するほど大きくなる。これらの部品に変形が発生すると、グリッド間隔Ｌが変動し、＋イオンの直進性が失われてしまう。その結果、加工装置としての加工精度が悪化することにつながる。
【０００５】
特許文献１には、加速グリッドの温度上昇および熱による変形を抑制するために、遮蔽グリッドに冷却ジャケットを取り付けるとともに、加速グリッドに加速グリッドベース４として冷却ジャケットを取り付けた大口径の電子ビーム加工装置が開示されている。冷却ジャケットは加速グリッドに対してネジなどで密着され、電気的に等電位となるように設計されている。
しかしながら、この場合には、冷却ジャケットから受ける電界の影響を受けてイオンビームの直進性が妨げられるという問題が発生する。特に、冷却効果を高めるために、冷却ジャケットの開口部を加速グリッドの多孔部に近づけた場合に影響が大きい。
【０００６】
図２は冷却ジャケット５を備えた電子ビーム加工装置における等電位線を表したものである。イオンビームは矢印で示すように等電位線に対して直交方向に進行する。
図２に示すように、冷却ジャケット５から受ける電界の影響のため、加速グリッド３付近の等電位線は円弧状となり、イオンビームが中央に寄ってしまう。そのため、対象物Ｗに対して十分な照射領域を確保できなくなるばかりか、ビームの均一性も低下する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような加速グリッド３付近の等電位線の歪みを解消するため、図３に示すように冷却ジャケット５の開口部５ａを広げ、等電位線を加速グリッド３に対してほぼ平行にする方法もある。この場合には、イオンビームの中央への偏りが抑制され、十分な照射領域を確保できると共に、ビームの均一性が向上する。
しかし、この場合には、冷却ジャケット５と加速グリッド３との接触面積が減少してしまうため、加速グリッド３の冷却効果が十分に得られなくなるという欠点がある。特に、冷却ジャケット５の開口部内縁が最も高温になる加速グリッド３の多孔部３ａから離れるので、冷却効果が低下してしまう。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、イオンビームの中央への偏りを防止するとともに、加速グリッドの冷却効果を維持できる電子ビーム加工装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、請求項１に記載の発明によって達成される。
すなわち、請求項１に係る発明は、不活性ガスの＋イオンを生成するプラズマ生成室と、プラズマ生成室の開口部の前面に取り付けられ、複数の細孔を有する遮蔽グリッドと、遮蔽グリッドの前面に間隔をあけて配置され、遮蔽グリッドの細孔と一致する形状の複数の細孔を有する加速グリッドと、加速グリッドの前面に取り付けられ、加速グリッドの細孔を設けた範囲より広い開口部を有する冷却ジャケットと、を備えた電子ビーム加工装置において、上記冷却ジャケットの開口部は、＋イオンの進行方向に向かって漸次拡大した形状とされていることを特徴とする電子ビーム加工装置を提供する。
【００１０】
冷却ジャケットの開口部を拡大すれば、等電位線が加速グリッドに対してほぼ平行になり、イオンビームの中央への偏りが抑制される。しかし、開口部が拡大した分だけ冷却効果が低下する。
そこで、本発明では、冷却ジャケットの加速グリッドと接触している部分の開口部はできるだけ小さくし、加速グリッドから離れるに従い開口部を漸次拡大させたものである。つまり、冷却ジャケットの開口部の後面側（加速グリッド側）の開口面積を小さくして、加速グリッドの最も高温となる多孔部に近い位置に冷却ジャケットを接触させることができる。そして、イオンビームの直進性に影響を及ぼす冷却ジャケットから受ける電界の影響をできるだけ小さくするために、冷却ジャケットの開口部の前面側を拡大させたものである。そのため、加速グリッドの冷却効果を維持しながら、等電位線を加速グリッドに対してほぼ平行にでき、イオンビームの中央への偏りを防止することができる。
なお、冷却ジャケットの開口部を、イオンビームの進行方向に向かって漸次拡大した形状とする場合、開口部の内側面をテーパ状に形成してもよいし、湾曲した曲面形状としてもよいし、階段状に拡張した形状としてもよい。
【００１１】
請求項２のように、加速グリッドの細孔を長方形状に分散配列し、冷却ジャケットの開口部を加速グリッドの細孔の配列形状に対応した長方形状または長円形状に形成した場合に、冷却ジャケットの開口部のうち、長辺に沿った２辺の内側面を＋イオンの進行方向に向かってテーパ状に拡大した形状とするのがよい。
電子ビームの照射エリアを拡大するために、加速グリッドの多孔部を長方形状とし、冷却ジャケットの開口部も多孔部に対応して長方形状または長円形状に形成することが行われている。このような場合、短辺側の２辺においては、冷却ジャケットの開口部が多孔部に近くても、冷却ジャケットから電界の影響をあまり受けず、イオンビームが中央に寄ってしまう現象はない。これに対し、長辺側の２辺の等電位線は、図２に示すように冷却ジャケットから受ける電界の影響が大きく、イオンビームが中央に寄りやすい。
そこで、請求項２では、冷却ジャケットの開口部のうち、長辺に沿った２辺の内側面を＋イオンの進行方向に向かってテーパ状に拡大させることによって、冷却ジャケットから受ける電界の影響を小さくしつつ、加速グリッドに対する冷却効果を維持するようにしたものである。
なお、短辺側の内側面は必ずしもテーパ状とする必要はなく、加速グリッドに対して垂直な面であってもよいし、その他の形状であってもよい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を、実施例を参照して説明する。
図４，図５は本発明にかかる電子ビーム加工装置の一例を示す。図４において、図１と同一部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
この加工装置では、加速グリッド３の前面側に冷却ジャケット５がネジ等によって密着固定されている。冷却ジャケット５の内部には冷却水通路５ｂが形成されており、加速グリッド３から冷却ジャケット５に伝達される熱を吸収し、外部へ排出する役割を有する。
【００１３】
冷却ジャケット５には、加速グリッド３の細孔３ａを設けた範囲より広い開口部５ａが形成されている。この開口部５ａは、図５に示すように、長方形状に分散配列された加速グリッド３の細孔３ａと対応するように長円形状に形成されており、長辺側の２辺の内側面５ａ１は、＋イオンの進行方向に向かってテーパ状に拡大している。短辺側の２辺の内側面５ａ２については、内側面５ａ１と同様にテーパ状としてもよいが、電界の影響を殆ど受けないので、この実施例では加速グリッド３に対して略垂直な面となっている。
開口部５ａの前端側の開口幅Ｄおよびテーパ角は、後述するように加速グリッド３付近の等電位線が加速グリッド３に対してほぼ平行となるように設定する。
【００１４】
図６は本発明にかかる冷却ジャケット５を備えた電子ビーム加工装置における等電位線、特に開口部５ａの短辺方向の等電位線を表したものである。
開口部５ａがイオンビームの進行方向に向かってテーパ状に拡大しているため、冷却ジャケット５から受ける電界の影響が小さくなり、加速グリッド３付近の等電位線は加速グリッド３に対してほぼ平行になる。そのため、イオンビームの中央への偏りが抑制され、十分な照射領域を確保できると共に、ビームの均一性が向上する。
また、開口部５ａの後面側つまり加速グリッド３と密着する面側は、最も高温になる加速グリッド３の細孔３ａに近い位置にあるので、高い冷却効果を維持できる。そのため、加速グリッド３がプラズマ熱により加熱されたとき、その熱を冷却ジャケット５が効果的に吸収・除去し、加速グリッド３の熱変形を防止できる。この点からも、＋イオンの直進性を維持でき、良好なイオンビームエッチングを行うことができる。
【００１５】
上記実施例では、冷却ジャケット５の開口部５ａの断面形状をテーパ状としたが、例えば図７の（ａ）のように円弧状断面としてもよいし、（ｂ）のように階段状断面としてもよい。円弧状断面とした場合、開口部５ａの内側の等電位線に対応して、外側に凸となる曲面形状とするのがよい。
いずれの場合も、テーパ状の場合と同様の効果を発揮できる。また、上記以外の断面形状であってもよい。
【００１６】
上記実施例では、冷却ジャケット５の開口部５ａを加速グリッド３の多孔部３ａの形状に合わせて長円形状としたが、長方形状あるいはこれに近似した形状としてもよい。また、加速グリッド３の多孔部３ａが円形状の場合には、当然ながら冷却ジャケット５の開口部５ａも円形とすればよい。
【００１７】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項１に記載の発明によれば、冷却ジャケットの加速グリッドと接触している開口部の後端側はできるだけ加速グリッドの多孔部に近づけ、加速グリッドから離れるに従い開口部を拡大させたので、冷却ジャケットと加速グリッドとの接触面積を確保し、加速グリッドの冷却効果を維持できると同時に、加速グリッド近傍の等電位線を加速グリッドに対してほぼ平行にでき、イオンビームの中央への偏りを防止することができる。その結果、イオンビームの照射角度を均等にでき、対象物に照射されるイオンの単位時間当たりの照射量を安定化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電子ビーム加工装置の基本原理を示す図である。
【図２】冷却ジャケットを備えた電子ビーム加工装置における等電位線図である。
【図３】開口部が拡大された冷却ジャケットを備えた電子ビーム加工装置における等電位線図である。
【図４】本発明にかかる電子ビーム加工装置の一例の断面図である。
【図５】図４に示す電子ビーム加工装置の底面図である。
【図６】図５のＡ−Ａ断面における等電位線図である。
【図７】冷却ジャケットの他の実施例の断面図である。
【符号の説明】
１                プラズマ生成室
２        遮蔽グリッド
３        加速グリッド
３ａ      細孔（多孔部）
５        冷却ジャケット
５ａ      開口部
【図１】
2005044517.tif 000003
【図２】
2005044517.tif 000004
【図３】
2005044517.tif 000005
【図４】
2005044517.tif 000006
【図５】
2005044517.tif 000007
【図６】
2005044517.tif 000008
【図７】
2005044517.tif 000009