JP2010003955A - Processing device for solid surface - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a processing device having a compact stage structure that can irradiate respective surfaces of an object to be processed which has a three-dimensional structure with a gas cluster ion beam and can measure a beam current value and a beam current distribution at an irradiation position on a surface of the object to be processed even during the process. <P>SOLUTION: The processing device includes a parallel link 20 that controls the position/angle of the object to be processed relative to the gas cluster ion beam with three degrees of freedom in a translational direction and three degrees of freedom in a rotational direction, i.e. six degrees of freedom in total, and is provided with a beam detector on the reverse surface of a movable table of the parallel link 20 on the opposite side from a top surface side where the object to be processed is mounted, the movable table being enabled to be turned upside down. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

この発明は例えば半導体、その他電子デバイス用材料の表面のエッチングや平坦化、また各種デバイス表面、パターン表面、さらには金型などの複雑な構造体表面のエッチングや平坦化に用いることができ、ガスクラスターイオンビーム照射により固体表面を加工する装置に関する。   The present invention can be used, for example, for etching and planarizing the surface of semiconductors and other electronic device materials, and for etching and planarizing various device surfaces, pattern surfaces, and complex structure surfaces such as molds. The present invention relates to an apparatus for processing a solid surface by irradiation with a cluster ion beam.

近年、ガスクラスターイオンビームを用いた固体表面の加工方法が、表面損傷が少なく、かつ表面粗さを非常に小さくすることができることから注目を集めている。加工対象物の大きさや形状、種類によって、ガスクラスターイオンビームと加工対象物の相対配置をどのように制御するかがガスクラスターイオンビーム加工装置として重要な要素となる。また、加工対象物への照射量を正確に制御するため、ビーム電流やビーム電流分布を計測することができるファラデーカップなどのビーム検出器を、加工対象物に対してどのように配置するかも重要な要素である。   In recent years, solid surface processing methods using a gas cluster ion beam have attracted attention because they have little surface damage and a very small surface roughness. How to control the relative arrangement of the gas cluster ion beam and the object to be processed depending on the size, shape and type of the object to be processed is an important element for the gas cluster ion beam processing apparatus. It is also important how to place a beam detector such as a Faraday cup that can measure the beam current and beam current distribution with respect to the workpiece in order to accurately control the dose to the workpiece. Element.

これまでに、ガスクラスターイオンビームを用いた固体表面の加工装置に関して、加工対象物とガスクラスターイオンビームとの相対位置・角度を制御するための機構について、いくつかの提案がなされている。例えば、特許文献1ではウエハなどの加工対象物の表面全面にビームをスキャンするため、ガスクラスターイオンビームの進行方向に対して垂直な面内で加工対象物の位置を移動させることができる機構として、X−Y位置決定テーブル(XYステージ)を用いることが記載されている。また、ビーム検出器の配置については、加工物保持面そのものを利用する方法、すなわち、ステージ上の加工物保持表面を導電性とすることにより、電気的リードを通じてビームの電流値を測定する方法が提案されている。別の方法として別途ファラデーカップを用いる方法も提案されている。   To date, several proposals have been made on mechanisms for controlling the relative position and angle between a workpiece and a gas cluster ion beam with respect to a solid surface processing apparatus using a gas cluster ion beam. For example, in Patent Document 1, since a beam is scanned over the entire surface of a workpiece such as a wafer, the mechanism can move the position of the workpiece in a plane perpendicular to the traveling direction of the gas cluster ion beam. The use of an XY position determination table (XY stage) is described. As for the arrangement of the beam detector, there is a method of using the workpiece holding surface itself, that is, a method of measuring the beam current value through the electrical lead by making the workpiece holding surface on the stage conductive. Proposed. Another method that uses a Faraday cup has been proposed.

特許文献2ではガスクラスターイオンビームに対する被加工物の姿勢制御のため、XYZステージに傾斜角度および回転角度が変更自在の回転ステージを組み合わせ、6軸ステージの機能を持たせたガスクラスターイオンビーム加工装置が記載されている。ステージとビーム検出器との位置関係については述べられていないが、ビーム検出器をステージ上に設置するか、ステージと連動しない位置に独立に設置していると考えられる。
特表2004−503064号公報 特開2007−330992号公報
Patent Document 2 discloses a gas cluster ion beam processing apparatus which combines a XYZ stage with a rotary stage whose tilt angle and rotation angle can be changed, and has a function of a six-axis stage, in order to control the posture of the workpiece with respect to the gas cluster ion beam. Is described. Although the positional relationship between the stage and the beam detector is not described, it is considered that the beam detector is installed on the stage or independently at a position not interlocked with the stage.
Japanese translation of PCT publication No. 2004-503064 JP 2007-330992 A

特許文献1に記載されている加工対象物とガスクラスターイオンビームの相対位置制御機構では、ガスクラスターイオンビームの進行方向(Z方向とする)に対して垂直な面内(XY面内)で加工対象物とビームの相対位置を変化させることはできるが、例えば加工対象物に対するビームの照射角度を制御することはできない。このため、ウエハ表面などのガスクラスターイオンビームの進行方向に対して垂直な平面については加工できるが、例えばウエハ上に形成されたパターンや構造体、溝、段差などのウエハ表面に対して垂直な側壁面にはガスクラスターイオンビームを実質的に照射することはできず、エッチングや平坦化をすることができないという問題がある。また、ビーム電流値やビーム電流分布検出を加工物保持面で行うとすると、加工物を取り外した状態でビーム検出を行う必要があるため、プロセス中のビームモニタができないという問題があった。この問題を回避するため、ビーム検出器としてファラデーカップを独立に用意する場合、加工物の照射位置での正確なビーム電流値やビーム電流分布を計測するためには、ファラデーカップの位置を制御する別のステージが必要となり、装置が大型化するという問題があった。あるいは、ファラデーカップをステージ上に取り付けたとすると、XYスキャンできる領域をビーム検出器の分だけ大きくしなければならず、ステージが大型化するという問題があった。   In the relative position control mechanism between the object to be processed and the gas cluster ion beam described in Patent Document 1, the processing is performed in a plane perpendicular to the traveling direction of the gas cluster ion beam (Z direction) (in the XY plane). Although the relative position of the object and the beam can be changed, for example, the irradiation angle of the beam with respect to the object to be processed cannot be controlled. For this reason, a plane perpendicular to the traveling direction of the gas cluster ion beam, such as the wafer surface, can be processed, but for example, a pattern, structure, groove, step, etc. formed on the wafer is perpendicular to the wafer surface. There is a problem that the side wall surface cannot be substantially irradiated with the gas cluster ion beam and cannot be etched or flattened. Further, if the beam current value and the beam current distribution are detected on the workpiece holding surface, it is necessary to perform the beam detection with the workpiece removed, so that there is a problem that beam monitoring during the process cannot be performed. In order to avoid this problem, when a Faraday cup is prepared independently as a beam detector, the position of the Faraday cup is controlled in order to measure an accurate beam current value and beam current distribution at the irradiation position of the workpiece. Another stage was required, and there was a problem that the apparatus was enlarged. Alternatively, if the Faraday cup is mounted on the stage, the area capable of XY scanning must be increased by the amount of the beam detector, and there is a problem that the stage is enlarged.

また、特許文献2では、XYZステージに傾斜・回転ステージを重ねることにより3軸以上の多軸(この場合X,Y,Zと、各軸周りの回転軸であるθ,θ,θの計6軸)のステージ機構を実現している。このため、例えばサンプルに対してクラスターイオンビームの照射角度を制御することができる。特に6軸ステージであれば、3次元形状のサンプルの各面への照射位置や照射角度を制御することができ、自由度の高い加工が可能となる。ステージとビーム検出器との関係については述べられていないが、ビーム検出器をステージ上に設置すれば、加工対象物の照射位置でのビーム電流値やビーム電流分布を正確に計測することができる。しかしながら、このステージは各軸のステージをシリアルに重ねた構造であるため、軸数の増加分だけステージが大型化し、またビーム検出器は加工対象物の支持台上に並べる形で設置するしかなく、ビーム検出器の分だけさらにステージが大型化するという問題があった。 In Patent Document 2, a tilting / rotating stage is overlapped on an XYZ stage so that three or more axes (in this case, X, Y, Z and θ X , θ Y , θ Z which are rotation axes around the respective axes) are disclosed. (Total 6 axes) stage mechanism. For this reason, for example, the irradiation angle of the cluster ion beam can be controlled with respect to the sample. In particular, in the case of a 6-axis stage, the irradiation position and irradiation angle of each surface of a three-dimensional sample can be controlled, and processing with a high degree of freedom is possible. The relationship between the stage and the beam detector is not described, but if the beam detector is installed on the stage, the beam current value and beam current distribution at the irradiation position of the workpiece can be accurately measured. . However, since this stage has a structure in which the stages of each axis are serially stacked, the size of the stage increases as the number of axes increases, and the beam detector can only be installed on the work table. There was a problem that the stage further increased in size by the beam detector.

この発明の目的は上記の問題に鑑み、3次元構造をもつ加工対象物の各面にガスクラスターイオンビームを照射することができ、かつ各加工対象面の照射位置におけるビーム電流値やビーム電流分布をプロセス中にも計測可能なコンパクトなステージ構造を有する固体表面の加工装置を提供することにある。   In view of the above problems, an object of the present invention is to irradiate each surface of a workpiece having a three-dimensional structure with a gas cluster ion beam, and to determine the beam current value and beam current distribution at the irradiation position of each workpiece surface. An object of the present invention is to provide a solid surface processing apparatus having a compact stage structure that can be measured even during the process.

請求項1の発明によれば、ガスクラスターイオンビームを用い、固体表面を加工する装置は、パラレルリンク構造のステージを具備し、そのパラレルリンクで囲まれた空間にビーム検出器を有する。   According to the first aspect of the present invention, an apparatus for processing a solid surface using a gas cluster ion beam includes a stage having a parallel link structure, and a beam detector in a space surrounded by the parallel link.

請求項2の発明では請求項1の発明において、パラレルリンクはガスクラスターイオンビームに対する加工対象物の位置・角度を並進方向3自由度、回転方向3自由度の計6自由度で制御可能とされ、そのパラレルリンクの可動テーブルの、加工対象物が搭載される上面側と反対の下面にビーム検出器が設置され、可動テーブルが上下反転可能とされる。   In the invention of claim 2, in the invention of claim 1, the parallel link can control the position / angle of the workpiece with respect to the gas cluster ion beam with a total of 6 degrees of freedom, 3 degrees of freedom in the translational direction and 3 degrees of freedom in the rotational direction. The beam detector is installed on the lower surface of the movable table of the parallel link opposite to the upper surface side on which the workpiece is mounted, so that the movable table can be turned upside down.

請求項3の発明では請求項1の発明において、パラレルリンクはガスクラスターイオンビームに対する加工対象物の位置・角度を並進方向3自由度、回転方向3自由度の計6自由度で制御可能とされ、そのパラレルリンクの可動テーブルの、加工対象物が搭載される上面側と反対の下面にビーム検出器が設置され、そのビーム検出器に入射するガスクラスターイオンビームが通過する貫通孔が可動テーブルに設けられているものとされる。   In the invention of claim 3, in the invention of claim 1, the parallel link can control the position and angle of the workpiece relative to the gas cluster ion beam with a total of 6 degrees of freedom, 3 degrees of freedom in the translational direction and 3 degrees of freedom in the rotational direction. A beam detector is installed on the lower surface of the movable table of the parallel link opposite to the upper surface side on which the workpiece is mounted, and a through hole through which the gas cluster ion beam incident on the beam detector passes is formed on the movable table. It is assumed that it is provided.

請求項4の発明では請求項1乃至3のいずれかの発明において、パラレルリンクが2軸もしくは3軸のリニアステージ上に設置されているものとされる。   According to a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, the parallel link is installed on a two-axis or three-axis linear stage.

請求項5の発明では請求項1乃至4のいずれかの発明において、パラレルリンクが予め複数個設定された加工対象物へのガスクラスターイオンビームの照射位置・照射角度・照射量に基づき、順次駆動制御されるものとされる。   According to a fifth aspect of the present invention, in any of the first to fourth aspects of the present invention, the plurality of parallel links are sequentially driven based on the irradiation position, irradiation angle, and irradiation amount of the gas cluster ion beam to the workpiece on which a plurality of parallel links are set in advance. To be controlled.

[作用]
パラレルリンクステージは、3軸以上の多軸制御が可能なステージであって、リンクで囲まれた部分(可動面の裏側)に空間があるため、可動面の表側にサンプルを、裏側の空間にビーム検出器を設置することができる。図10に3軸のパラレルリンク1と、サンプル保持面の表にサンプル2を、裏にビーム検出器3を設置したステージの例を示す。3軸のパラレルリンクでは、Z軸方向の直線運動と、X,Y軸周りの傾斜角θ,θを制御することができる。ビーム検出器にビームを入射させる機構、例えば、サンプル支持台を180度反転する機構(後述の図2参照)を設けることにより、必要な時に支持台を反転させてビームの状態をモニタすることができる。ビーム検出器はパラレルリンクステージに取り付けられているため、その位置や姿勢制御はサンプルと同様に行うことができ、サンプルの照射位置と同等の位置でのビームの状態をモニタすることも可能となる。
[Action]
The parallel link stage is a stage capable of multi-axis control of 3 or more axes. Since there is a space in the part surrounded by the link (the back side of the movable surface), the sample is placed on the front side of the movable surface and the space on the back side. A beam detector can be installed. FIG. 10 shows an example of a three-axis parallel link 1 and a stage in which a sample 2 is placed on the front of the sample holding surface and a beam detector 3 is placed on the back. In the three-axis parallel link, linear motion in the Z-axis direction and inclination angles θ X and θ Y around the X and Y axes can be controlled. By providing a mechanism for injecting the beam into the beam detector, for example, a mechanism for reversing the sample support 180 degrees (see FIG. 2 described later), the support can be reversed when necessary to monitor the state of the beam. it can. Since the beam detector is attached to the parallel link stage, the position and orientation of the beam detector can be controlled in the same manner as the sample, and the beam state at the position equivalent to the irradiation position of the sample can be monitored. .

ここで、ビームの状態をモニタするためのビーム検出器として、クラスターイオンビームのイオン電流検出器、クラスターサイズ検出器、ビームエネルギー検出器、クラスターイオンビームを中性化するためのニュートラライザからの電子電流検出器などを設置することができる。サンプルの加工プロセスの前後、あるいは加工プロセス中の適当な段階で、ビームの状態をモニタすることが可能となる。サンプルとビーム検出器を表裏の位置関係で設置する方法は、ビーム検出器のために新たに設置スペースを設ける必要がなく、パラレルリンクステージの構造上の特徴をうまく利用するものであり、本発明で初めて提案するものである。   Here, as a beam detector for monitoring the state of the beam, an ion current detector of a cluster ion beam, a cluster size detector, a beam energy detector, and an electron from a neutralizer for neutralizing the cluster ion beam A current detector or the like can be installed. It is possible to monitor the state of the beam before and after the sample processing process or at an appropriate stage during the processing process. The method of installing the sample and the beam detector in the front and back positional relationship does not require a new installation space for the beam detector, and makes good use of the structural features of the parallel link stage. This is the first proposal.

この発明によれば、ビーム検出器をパラレルリンクで囲まれた空間に設置することにより、ビーム検出器の位置制御を可能とするコンパクトなステージを実現することができる。   According to this invention, the compact stage which enables position control of a beam detector is realizable by installing a beam detector in the space enclosed by the parallel link.

また、この発明によれば、3次元構造を有する加工対象物の複数の平面を一つのプロセス(一連のプロセス)で順次加工でき、その際、所望の照射位置・照射角度・照射量でガスクラスターイオンビームを照射することができる。   Further, according to the present invention, a plurality of planes of a workpiece having a three-dimensional structure can be sequentially processed by one process (a series of processes), and at that time, gas clusters can be formed at a desired irradiation position, irradiation angle, and irradiation amount. An ion beam can be irradiated.

以下、この発明の実施形態を説明する。
図1はこの発明によるガスクラスターイオンビームを用いる固体表面の加工装置の基本構成を示したものであり、まず、加工装置の基本構成を図1を参照して説明する。
Embodiments of the present invention will be described below.
FIG. 1 shows the basic configuration of a solid surface processing apparatus using a gas cluster ion beam according to the present invention. First, the basic configuration of the processing apparatus will be described with reference to FIG.

原料ガスをノズル11から真空のクラスター生成室12内に噴出させてガス分子を凝集させ、クラスターを生成する。そのクラスターをスキマー13を通してガスクラスタービームとしてイオン化室14に導く。イオン化室14ではイオナイザー15から電子線、例えば熱電子を照射して中性クラスターをイオン化する。このイオン化されたガスクラスタービームは加速電極16によって加速され、ガスクラスターイオンビームがプロセス室17に入射される。プロセス室17内に設けられたパラレルリンク20には加工対象物30が取り付けられており、入射されたガスクラスターイオンビーム40がアパーチャー18により所定のビーム径とされて加工対象物30の表面に照射される。電気的絶縁体の加工対象物30の表面を平坦化する場合などには、ガスクラスターイオンを電子により予め中性化する場合もある。   The source gas is ejected from the nozzle 11 into the vacuum cluster generation chamber 12 to aggregate the gas molecules and generate clusters. The cluster is guided to the ionization chamber 14 through the skimmer 13 as a gas cluster beam. In the ionization chamber 14, the neutral cluster is ionized by irradiating an electron beam, for example, thermal electrons, from the ionizer 15. The ionized gas cluster beam is accelerated by the acceleration electrode 16, and the gas cluster ion beam is incident on the process chamber 17. A workpiece 30 is attached to the parallel link 20 provided in the process chamber 17, and an incident gas cluster ion beam 40 is irradiated to the surface of the workpiece 30 with a predetermined beam diameter by the aperture 18. Is done. When the surface of the electrical insulator 30 is flattened, the gas cluster ions may be neutralized by electrons in advance.

図2Aは図1におけるパラレルリンク20の構成概要を示したものであり、図中、21は固定ベースを示し、22はリンク機構を示す。また、23は可動テーブルを示し、可動テーブル23は伸縮可能な(直動機構を備えた)6本のリンク機構22により連結支持されて並進方向3自由度(X,Y,Z)、回転方向3自由度(θ,θ,θ)の計6自由度で駆動されるものとなっている。 2A shows an outline of the configuration of the parallel link 20 in FIG. 1, in which 21 indicates a fixed base and 22 indicates a link mechanism. Reference numeral 23 denotes a movable table. The movable table 23 is connected and supported by six link mechanisms 22 that can be expanded and contracted (equipped with a linear motion mechanism), and has three degrees of freedom in the translation direction (X, Y, Z), and the rotation direction. It is driven with a total of 6 degrees of freedom, 3 degrees of freedom (θ X , θ Y , θ Z ).

可動テーブル23はこの例ではリング状をなす枠体23aと、その枠体23a内に位置する円板状の載置台23bとよりなり、載置台23bには一対の軸23cが突設されている。載置台23bはその一対の軸23cが枠体23aに軸支されることにより、回転(上下反転)可能とされている。6本のリンク機構22は枠体23aに連結されている。なお、軸23cを回転させ、載置台23bを上下反転させる機構(例えば、モータ等)の図示は省略している。   In this example, the movable table 23 includes a ring-shaped frame body 23a and a disk-shaped mounting table 23b positioned in the frame body 23a, and a pair of shafts 23c project from the mounting table 23b. . The mounting table 23b can be rotated (inverted vertically) by the pair of shafts 23c being pivotally supported by the frame body 23a. The six link mechanisms 22 are connected to the frame body 23a. Note that a mechanism (for example, a motor or the like) that rotates the shaft 23c and reverses the mounting table 23b is omitted.

可動テーブル23の載置台23bの上面には図2Bに示したように、加工対象物30が設置される。一方、載置台23bの下面側にはこの例ではイオン電流検出器50が取り付けられている。イオン電流検出器50は例えばファラデーカップとされる。   As shown in FIG. 2B, the workpiece 30 is placed on the upper surface of the mounting table 23 b of the movable table 23. On the other hand, an ion current detector 50 is attached to the lower surface side of the mounting table 23b in this example. The ion current detector 50 is, for example, a Faraday cup.

ガスクラスターイオンビームは輸送距離が長くなると、残留ガス分子との衝突によりクラスターが分解し、平坦化効果やエッチング効果の低下が起こる。そのため、ガスクラスターイオンビームの発生源から加工対象物30までの距離はできるだけ短かくするのが望ましい。この例ではイオン化室14の出口から150mmビームの中心が進行した地点Aでビームサイズが直径20mmになるようにアパーチャー18を用いて調整した。この距離150mmの近辺で加工対象物30に対するガスクラスターイオンビームの照射位置・角度を制御できるように、パラレルリンク20の原点位置を地点Aに一致させてパラレルリンク20を配置した。   When the transport distance of the gas cluster ion beam is increased, the cluster is decomposed by collision with residual gas molecules, and the planarization effect and the etching effect are reduced. Therefore, it is desirable to make the distance from the gas cluster ion beam source to the workpiece 30 as short as possible. In this example, the aperture 18 was used to adjust the beam size to a diameter of 20 mm at the point A where the center of the 150 mm beam traveled from the exit of the ionization chamber 14. The parallel link 20 was arranged with the origin position of the parallel link 20 aligned with the point A so that the irradiation position and angle of the gas cluster ion beam with respect to the workpiece 30 could be controlled in the vicinity of the distance of 150 mm.

図3は以下に示す実施例1で使用した加工対象物30の形状及び加工対象物30の座標定義について示したものである。円板状の載置台23bの上面の中心を原点とし、照射対象となる加工対象物30の各位置は原点からの(X,Y,Z)座標で表現する。なお、図3Bでは加工対象物30の底面の中心点が原点と一致するように加工対象物30を設置している。   FIG. 3 shows the shape of the workpiece 30 and the coordinate definition of the workpiece 30 used in Example 1 shown below. The center of the upper surface of the disk-shaped mounting table 23b is set as the origin, and each position of the workpiece 30 to be irradiated is expressed by (X, Y, Z) coordinates from the origin. In FIG. 3B, the processing object 30 is installed so that the center point of the bottom surface of the processing object 30 coincides with the origin.

ガスクラスターイオンビームと加工対象物30との相対位置・角度の制御、即ちパラレルリンク20の駆動制御はパラレルリンク20の駆動制御部(図示せず)に加工対象物30の形状データ及び載置台23bへの加工対象物30の配置データを入力し、さらに以下の情報を入力することにより、所要の駆動を実現することができる。この情報とは、照射面(照射対象面)、照射の中心位置及び照射面に対する照射方向であり、照射面は加工対象物30の3個の座標もしくは照射面の法線ベクトルで表され、照射中心位置は1個の座標で表される。また、照射方向は1個の3次元ベクトル座標で表される。   The control of the relative position and angle between the gas cluster ion beam and the workpiece 30, that is, the drive control of the parallel link 20 is performed by the drive controller (not shown) of the parallel link 20 and the shape data of the workpiece 30 and the mounting table 23 b. The required drive can be realized by inputting the arrangement data of the processing object 30 to and further inputting the following information. This information is an irradiation surface (irradiation target surface), an irradiation center position, and an irradiation direction with respect to the irradiation surface, and the irradiation surface is expressed by three coordinates of the workpiece 30 or a normal vector of the irradiation surface. The center position is represented by one coordinate. Further, the irradiation direction is represented by one three-dimensional vector coordinate.

原料ガスとしてArを用い、Arクラスターイオンビームを生成し、Arクラスターイオンを20kVに加速して加工対象物30に照射した。加工対象物30は図3Aに示した形状とし、図3Bに示したようにパラレルリンク20の可動テーブル23の載置台23b上に設置した。加工対象物30の構成材料はこの例ではSKD材(ダイス鋼)とした。   Ar was used as a source gas, an Ar cluster ion beam was generated, the Ar cluster ions were accelerated to 20 kV, and the workpiece 30 was irradiated. The workpiece 30 was shaped as shown in FIG. 3A, and was placed on the mounting table 23b of the movable table 23 of the parallel link 20 as shown in FIG. 3B. The constituent material of the workpiece 30 is an SKD material (die steel) in this example.

加工対象物30は直方体を2段重ねた形状であり、これら直方体の表面のうち、図3A及び下記に示すように6つの表面を表面a〜fと定義した。
表面a:上の直方体の左側面
表面b:下の直方体の左側面
表面c:上の直方体の右側面
表面d:上の直方体の背面
表面e:上の直方体の上面
表面f:下の直方体の上面
各面への加工に先立ち、まず、地点Aにおけるクラスターイオンビームの電流値を計測した。パラレルリンク20の可動テーブル23の載置台23bの下面に取り付けられているイオン電流検出器50を180°反転させ、検出面の中心位置が地点Aにくるようステージで位置調整を行った。クラスターイオンビームを発生させ、ビーム電流値を計測したところ、50μAであった。測定後、クラスターイオンビームの発生を一旦停止した。
The processing object 30 has a shape in which two rectangular parallelepipeds are stacked, and among these surfaces, six surfaces are defined as surfaces a to f as shown in FIG. 3A and below.
Surface a: Left side of upper rectangular parallelepiped Surface b: Left side of lower rectangular parallelepiped Surface c: Right side of upper rectangular parallelepiped Surface d: Rear side of upper rectangular parallelepiped Surface e: Upper surface of upper rectangular parallelepiped Surface f: Lower rectangular parallelepiped Prior to processing on each surface, first, the current value of the cluster ion beam at point A was measured. The ion current detector 50 attached to the lower surface of the mounting table 23b of the movable table 23 of the parallel link 20 was inverted 180 °, and the position was adjusted on the stage so that the center position of the detection surface was at the point A. When a cluster ion beam was generated and the beam current value was measured, it was 50 μA. After the measurement, generation of the cluster ion beam was temporarily stopped.

続いて、加工対象物30の表面aの一部をガスクラスターイオンビームを照射角度82度で照射して平坦化するため、パラレルリンク20の可動テーブル23を図5(a)に示すように移動させた。パラレルリンク20をこのように駆動制御するためにパラレルリンク20の駆動制御部に入力される情報、即ち照射面の法線ベクトル、照射中心位置(座標)、照射方向(3次元ベクトル座標)を図4に示した表1の(a)に示す。   Subsequently, the movable table 23 of the parallel link 20 is moved as shown in FIG. 5A in order to flatten a part of the surface a of the workpiece 30 by irradiation with a gas cluster ion beam at an irradiation angle of 82 degrees. I let you. In order to drive and control the parallel link 20 in this way, information input to the drive control unit of the parallel link 20, that is, the normal vector of the irradiation surface, the irradiation center position (coordinates), and the irradiation direction (three-dimensional vector coordinates) are illustrated. It is shown in (a) of Table 1 shown in FIG.

表1(a)の情報を入力することによりパラレルリンク20の駆動制御部は所要の移動量を計算し、その計算値に従い、図5(a)に示したように可動テーブル23を移動させる。この状態でガスクラスターイオンビームを再び発生させた。照射実効ドーズ量が7×1016ions/cmとなる時間だけ照射を行い、その後クラスターイオンビームの発生を停止した。 By inputting the information in Table 1 (a), the drive control unit of the parallel link 20 calculates a required movement amount, and moves the movable table 23 as shown in FIG. 5 (a) according to the calculated value. In this state, a gas cluster ion beam was generated again. Irradiation was performed only for a time when the effective irradiation dose was 7 × 10 16 ions / cm 2, and then generation of the cluster ion beam was stopped.

次に、再び各面への加工に先立ち、まず、地点Aにおけるクラスターイオンビームの電流置を計測した。パラレルリンク20の可動テーブル23の載置台23bの下面に取り付けられているイオン電流検出器50を180°反転させ、検出面の中心位置が地点Aにくるようにステージで位置調整を行った。クラスターイオンビームを発生させ、ビーム電流値を測定したところ、49μAであった。測定後、クラスターイオンビームの発生を一旦停止した。   Next, prior to processing on each surface again, first, the current position of the cluster ion beam at the point A was measured. The ion current detector 50 attached to the lower surface of the mounting table 23 b of the movable table 23 of the parallel link 20 was inverted 180 °, and the position was adjusted on the stage so that the center position of the detection surface was at the point A. When a cluster ion beam was generated and the beam current value was measured, it was 49 μA. After the measurement, generation of the cluster ion beam was temporarily stopped.

続いて、表面bの一部を平坦化するため、表1(b)の情報を入力し、パラレルリンク20の可動テーブル23を図5(b)に示すように移動させ、照射実効ドーズ量を同じく7×1016ions/cmとしてガスクラスターイオンビームを照射した。以下、同様に地点Aでのビーム電流値を計測後、表1(c)〜(f)の情報を与えることによりパラレルリンク20の可動テーブル23を図5(c)〜(f)に示すように順次移動させ、ガスクラスターイオンビームを順次、同じドーズ量だけ表面c〜fの一部に照射した。 Subsequently, in order to flatten a part of the surface b, the information of Table 1 (b) is input, the movable table 23 of the parallel link 20 is moved as shown in FIG. 5 (b), and the effective irradiation dose is set. Similarly, the gas cluster ion beam was irradiated at 7 × 10 16 ions / cm 2 . Similarly, after measuring the beam current value at the point A, the movable table 23 of the parallel link 20 is shown in FIGS. 5C to 5F by giving the information in Tables 1C to 1F. Then, the gas cluster ion beam was sequentially irradiated onto a part of the surfaces cf by the same dose amount.

照射前後の加工対象物30の表面粗さを原子間力顕微鏡(AFM)を用いて測定した。ビーム照射前の表面粗さRaはいずれも約0.20μmであったが、照射後の表面粗さRaはいずれも約0.14μmとなった。   The surface roughness of the workpiece 30 before and after irradiation was measured using an atomic force microscope (AFM). The surface roughness Ra before the beam irradiation was about 0.20 μm, but the surface roughness Ra after the irradiation was about 0.14 μm.

このように、この例では加工対象物30を6自由度のパラレルリンク20上に設置したことにより、加工対象物30の一つの平面上にない複数の表面a〜fを一つのプロセスで順次、平坦化することができ、かつその際、所望の照射角度(この例では82度)を選択して平坦化することができる。照射角度は加工面の法線とガスクラスターイオンビームがなす角度であって、この例では82度としているが、60度以上とすることで極めて優れた表面平坦化効果を得ることができる。   Thus, in this example, by setting the workpiece 30 on the parallel link 20 with six degrees of freedom, a plurality of surfaces a to f that are not on one plane of the workpiece 30 are sequentially processed in one process. In this case, a desired irradiation angle (82 degrees in this example) can be selected and flattened. The irradiation angle is an angle formed by the normal of the processed surface and the gas cluster ion beam. In this example, the angle is 82 degrees. However, when the angle is 60 degrees or more, an extremely excellent surface flattening effect can be obtained.

なお、この例ではイオン電流検出器50がパラレルリンク20の可動テーブル23の載置台23bの下面に取り付けられているため、このイオン電流検出器50によってプロセス中に照射位置でのビーム電流値をモニタすることができ、これにより必要な照射量だけ照射することができる。   In this example, since the ion current detector 50 is attached to the lower surface of the mounting table 23b of the movable table 23 of the parallel link 20, the ion current detector 50 monitors the beam current value at the irradiation position during the process. Thus, it is possible to irradiate only a necessary dose.

即ち、ガスクラスターイオンビームを加工面に照射する前に、載置台23bを上下反転させてイオン電流検出器50でビーム電流値をモニタすることにより、ビーム電流値から照射ドーズ量に対応する照射時間を求めることができ、載置台23bを反転させて、その求めた照射時間だけ照射することで、加工面に必要な照射量の照射を行うことができる。これにより、加工対象物30の複数の加工面、さらには複数の加工対象物30を均一に加工することができる。ビーム電流値のモニタはプロセス時間が短く、ビーム電流値をモニタした場所に常に加工面を位置させることができる場合には、プロセス開始前に一度行うだけでもよい。   That is, before irradiating the processing surface with the gas cluster ion beam, the mounting table 23b is turned upside down and the beam current value is monitored by the ion current detector 50, whereby the irradiation time corresponding to the irradiation dose amount from the beam current value. By inverting the mounting table 23b and irradiating it for the determined irradiation time, it is possible to irradiate the processing surface with a necessary irradiation amount. Thereby, a plurality of processing surfaces of processing object 30, and a plurality of processing objects 30 can be processed uniformly. The monitoring of the beam current value may be performed only once before starting the process if the process time is short and the processing surface can always be positioned at the place where the beam current value is monitored.

なお、この例では平坦化加工の例を示したが、各面を所望の量だけエッチングする用途についても同様の手順で行うことができる。   In addition, although the example of the planarization process was shown in this example, it can carry out in the same procedure also about the use which etches each surface by desired amount.

パラレルリンク20を図6に示したようにステージ60上に搭載した。ステージ60は図6では簡略化して示しているが、X,Y,Z3軸のリニアステージとした。この例では並進方向の3自由度(X,Y,Z)をステージ60によって担うものとし、回転方向の3自由度(θ,θ,θ)をパラレルリンク20が担うものとした。 The parallel link 20 was mounted on the stage 60 as shown in FIG. Although the stage 60 is shown in a simplified manner in FIG. 6, it is a linear stage with X, Y, and Z axes. In this example, it is assumed that three degrees of freedom (X, Y, Z) in the translation direction is assumed by the stage 60, and three degrees of freedom (θ X , θ Y , θ Z ) in the rotation direction are assumed by the parallel link 20.

図7に示した加工対象物30’をパラレルリンク20の載置台23b上に設置した。この加工対象物30’は実施例1における加工対象物30が4個連結された形状となっている。   The workpiece 30 ′ shown in FIG. 7 was placed on the mounting table 23 b of the parallel link 20. This workpiece 30 'has a shape in which four workpieces 30 in the first embodiment are connected.

この加工対象物30’の(1)〜(4)の各部分にある表面a〜f(図3A参照)をステージ60及びパラレルリンク20を駆動制御し、実施例1と同様にガスクラスターイオンビームを順次、照射して平坦化した。   The surface a to f (see FIG. 3A) on each part (1) to (4) of the workpiece 30 ′ is driven and controlled by the stage 60 and the parallel link 20, and the gas cluster ion beam is applied as in the first embodiment. Were sequentially irradiated and flattened.

照射前後の加工対象物30’の表面粗さを原子間力顕微鏡(AFM)を用いて測定した。ビーム照射前の表面粗さRaは(1)〜(4)の各部分の各表面a〜fでいずれも約0.23μmであったが、照射後の表面粗さRaはいずれも約0.15μmとなった。   The surface roughness of the workpiece 30 ′ before and after irradiation was measured using an atomic force microscope (AFM). The surface roughness Ra before the beam irradiation was about 0.23 μm for each of the surfaces a to f of the portions (1) to (4), but the surface roughness Ra after the irradiation was about 0. It was 15 μm.

このように加工対象物30’の形状や大きさによってはパラレルリンク20とステージ60とを組み合わせて使用することにより、一つのプロセスで複数の加工面を良好に加工することができる。なお、ステージ60はX,Y,Z3軸のリニアステージに限らず、用途に応じて例えばX,Y2軸のリニアステージとすることもできる。   As described above, depending on the shape and size of the workpiece 30 ′, a combination of the parallel link 20 and the stage 60 can be used to satisfactorily machine a plurality of machining surfaces in one process. The stage 60 is not limited to an X, Y, and Z axis linear stage, and may be an X, Y axis linear stage, for example, depending on the application.

実施例2においてもイオン電流検出器50によりプロセス中に適宜、ビーム電流値をモニタし、ビーム電流値から照射ドーズ量に対応する照射時間を求めて照射するようにすれば、必要な照射量だけ照射を行うことができ、加工対象物30’の各加工面を均一に加工することができる。   Also in the second embodiment, if the ion current detector 50 appropriately monitors the beam current value during the process, and the irradiation time corresponding to the irradiation dose amount is obtained from the beam current value and irradiated, only the necessary irradiation amount is obtained. Irradiation can be performed, and each processed surface of the processing target 30 ′ can be processed uniformly.

なお、この例では平坦化加工の例を示したが、各面を所望の量だけエッチングする用途についても同様の手順で行うことができる。   In addition, although the example of the planarization process was shown in this example, it can carry out in the same procedure also about the use which etches each surface by desired amount.

上述した実施例ではパラレルリンク20の可動テーブル23を枠体23aと上下反転可能な載置台23bとよりなるものとして、載置台23bの下面側にイオン電流検出器50を設置し、載置台23bを適宜、反転させることによってビーム電流値をモニタ可能としているが、これに替え、例えば図8に示したような構成を採用することもできる。   In the embodiment described above, the movable table 23 of the parallel link 20 is composed of the frame body 23a and the mounting table 23b that can be turned upside down. The beam current value can be monitored by appropriately inverting it, but instead, for example, a configuration as shown in FIG. 8 can be adopted.

図8ではパラレルリンク20’の可動テーブル23’の下面にイオン電流検出器50を取り付け、このイオン電流検出器50に入射するガスクラスターイオンビームが通過する貫通孔23dを可動テーブル23’に設けたものとなっており、このような構成を採用すれば可動テーブル23’を反転させることなく、ビーム電流値をモニタすることができる。貫通孔23dはわずかな大きさがあればよく、例えば直径1mm程度以上の大きさがあればよい。この貫通孔23dをパラレルリンク20’あるいはリニアステージを移動することによってスキャンする方法により、ビーム電流値およびビーム電流分布を知ることができる。なお、図8Bでは可動テーブル23’上に貫通孔23dの位置を避け、2つの加工対象物30が設置された状態を示している。   In FIG. 8, an ion current detector 50 is attached to the lower surface of the movable table 23 ′ of the parallel link 20 ′, and a through hole 23d through which a gas cluster ion beam incident on the ion current detector 50 passes is provided in the movable table 23 ′. By adopting such a configuration, the beam current value can be monitored without inverting the movable table 23 '. The through-hole 23d only needs to have a slight size, for example, a diameter of about 1 mm or more is sufficient. The beam current value and the beam current distribution can be known by a method of scanning the through hole 23d by moving the parallel link 20 'or the linear stage. FIG. 8B shows a state in which two workpieces 30 are installed on the movable table 23 ′, avoiding the position of the through hole 23 d.

加工対象物30(30’)は上述した実施例ではパラレルリンク20(20’)の可動テーブル23(23’)上に直接、設置するものとしているが、例えばパラレルリンクとは別に加工対象物を設置・支持する支持台を用意し、この支持台を介して加工対象物をパラレルリンク上に設置するようにしてもよい。   In the above-described embodiment, the workpiece 30 (30 ′) is directly installed on the movable table 23 (23 ′) of the parallel link 20 (20 ′). For example, the workpiece 30 is separated from the parallel link. A support base to be installed / supported may be prepared, and the object to be processed may be installed on the parallel link via the support base.

図9は前述した実施例1における加工対象物30の複数の表面を順次平坦化する加工を自動的に行う場合の手順をフローチャートで示したものであり、図1に示した加工装置に全体を制御する制御手段を設け、その制御手段の制御ソフトウエアのプログラムを用いることにより、複数の表面を自動的に加工することができる。以下、手順を説明する。   FIG. 9 is a flowchart showing a procedure in the case of automatically performing the process of sequentially flattening a plurality of surfaces of the workpiece 30 in the first embodiment described above, and the entire processing apparatus shown in FIG. By providing a control means for controlling and using a control software program of the control means, a plurality of surfaces can be processed automatically. The procedure will be described below.

まず、プログラムに加工対象物の形状データと、パラレルリンクに対する加工対象物の配置データを入力する(ステップS1,S2)。次に、ガスクラスターイオンビームを照射する面、照射の中心位置、照射方向及び照射ドーズ量のデータセットを平坦化が必要な照射条件(照射面)の数だけ(N個)指定する(ステップS3)。この指定された各条件により加工対象物にガスクラスターイオンビームを照射するために必要なパラレルリンクの駆動量がそれぞれ計算される(ステップS4)。   First, the shape data of the workpiece and the arrangement data of the workpiece relative to the parallel link are input to the program (steps S1 and S2). Next, a data set of the irradiation surface, irradiation center position, irradiation direction, and irradiation dose amount for the gas cluster ion beam is designated by the number of irradiation conditions (irradiation surfaces) that need to be flattened (N) (step S3). ). The drive amount of the parallel link necessary for irradiating the object to be processed with the gas cluster ion beam is calculated according to each specified condition (step S4).

n=1とし(ステップS5)、ビーム電流値In(n=1)をパラレルリンク可動テーブル下面の電流検出器で測定する(ステップS6)。次に、n=1番目のデータセットの照射条件での照射時間tn(n=1)を、測定したビーム電流値In(n=1)から計算する(ステップS7)。n=1番目のデータセットに対応してパラレルリンクを駆動し、tn(n=1)の時間だけ姿勢を保持させる(ステップS8)。直ちにガスクラスターイオンビームをONにし、指定のドーズ量に相当する時間、即ちtだけビームの照射が行われる(ステップS9)。続いて、n=n+1とされ(ステップS11)、n=2番目のデータセットに対応してパラレルリンクが駆動され、ビーム電流値を測定し、指定のドーズ量に相当する時間、tだけビームの照射が行われる。 n = 1 is set (step S5), and the beam current value In (n = 1) is measured by the current detector on the lower surface of the parallel link movable table (step S6). Next, the irradiation time tn (n = 1) under the irradiation condition of the n = 1st data set is calculated from the measured beam current value In (n = 1) (step S7). The parallel link is driven corresponding to the n = 1st data set, and the posture is held for the time of tn (n = 1) (step S8). Immediately after the gas cluster ion beam is turned on, the beam is irradiated for a time corresponding to the designated dose, ie, t 1 (step S9). Then, set to n = n + 1 (step S11), the parallel link corresponding to n = 2 th data set is driven, the time to measure the beam current value, corresponding to a dose of specified, only t 2 beams Irradiation is performed.

以下、同様に3番目、4番目、…のデータセットに対応してパラレルリンクが順次、駆動され、指定のドーズ量に相当する時間だけ、順次ビームの照射が行われる。最後に入力されたデータセット(n=N)の条件での照射を終えると(ステップS10)、ガスクラスターイオンビームをOFFにし、ビームの照射を終了する。   Similarly, the parallel links are sequentially driven corresponding to the third, fourth,... Data sets, and beam irradiation is sequentially performed for a time corresponding to the designated dose amount. When the irradiation under the condition of the last input data set (n = N) is completed (step S10), the gas cluster ion beam is turned off and the beam irradiation is ended.

上記におけるビームのON/OFFは例えばビームと加工対象物との間に設置したシャッタのON/OFFあるいはガスクラスターイオンビームの加速電圧を20kV(ON)と0kV(OFF)にする制御により行うことができる。   The ON / OFF of the beam in the above is performed, for example, by controlling ON / OFF of a shutter installed between the beam and the workpiece or controlling the acceleration voltage of the gas cluster ion beam to 20 kV (ON) and 0 kV (OFF). it can.

また、ビーム電流値の測定はn=1の場合のみ行い、n>1の場合のビーム電流値InはIと同じとしてプロセス時間を短縮するフローも実施可能である。 Further, the measurement of the beam current value is performed only when n = 1, and the beam current value In when n> 1 is the same as I 1, and a flow for shortening the process time can be performed.

この発明によるガスクラスターイオンビームを用いた固体表面の加工装置の一実施例の構成を説明するための図。The figure for demonstrating the structure of one Example of the processing apparatus of the solid surface using the gas cluster ion beam by this invention. Aは図1におけるパラレルリンクの構成概要を示す斜視図、BはAに示したパラレルリンクの載置台に加工対象物及びイオン電流検出器が設置された状態を示す正面図。1A is a perspective view illustrating a configuration outline of a parallel link in FIG. 1, and FIG. 2B is a front view illustrating a state in which a workpiece and an ion current detector are installed on a mounting table for the parallel link illustrated in FIG. Aは実施例1で用いた加工対象物の形状を示す斜視図、BはAに示した加工対象物の座標(座標定義)を示す斜視図。A is a perspective view showing the shape of the workpiece used in Example 1, and B is a perspective view showing the coordinates (coordinate definition) of the workpiece shown in A. FIG. 図3Aに示した加工対象物の各表面a〜fにガスクラスターイオンビームを照射するためにパラレルリンクに与えられる制御情報を示す表。The table | surface which shows the control information given to a parallel link in order to irradiate each surface af of the workpiece shown to FIG. 3A to a gas cluster ion beam. 図3Aに示した加工対象物の各表面a〜fにガスクラスターイオンビームを照射する際のパラレルリンクの駆動状態(可動テーブルの移動状態)を示す図。The figure which shows the drive state (movement state of a movable table) at the time of irradiating each surface af of the workpiece shown to FIG. 3A with a gas cluster ion beam. この発明によるガスクラスターイオンビームを用いた固体表面の加工装置の他の実施例の構成を説明するための図。The figure for demonstrating the structure of the other Example of the processing apparatus of the solid surface using the gas cluster ion beam by this invention. 実施例2で用いた加工対象物の形状を示す斜視図。The perspective view which shows the shape of the workpiece used in Example 2. FIG. Aはパラレルリンクの他の構成例を示す斜視図、BはAに示したパラレルリンクの可動テーブルに加工対象物及びイオン電流検出器が設置された状態を示す正面図。A is a perspective view showing another configuration example of the parallel link, and B is a front view showing a state in which the workpiece and the ion current detector are installed on the movable table of the parallel link shown in A. FIG. 加工対象物の複数の表面を順次自動的に加工する場合の手順を示すフローチャート。The flowchart which shows the procedure in the case of processing automatically the several surface of a process target object sequentially. 3軸のパラレルリンクにサンプル及びビーム検出器が設置された状態を示す斜視図。The perspective view which shows the state in which the sample and the beam detector were installed in the 3-axis parallel link.

Claims (5)

ガスクラスターイオンビームを用い、固体表面を加工する装置であって、
パラレルリンク構造のステージを具備し、
そのパラレルリンクで囲まれた空間にビーム検出器を有することを特徴とする固体表面の加工装置。
An apparatus for processing a solid surface using a gas cluster ion beam,
It has a stage with a parallel link structure,
A solid surface processing apparatus comprising a beam detector in a space surrounded by the parallel links.
請求項1記載の固体表面の加工装置において、
前記パラレルリンクは前記ガスクラスターイオンビームに対する加工対象物の位置・角度を並進方向3自由度、回転方向3自由度の計6自由度で制御可能とされ、
前記パラレルリンクの可動テーブルの、前記加工対象物が搭載される上面側と反対の下面に前記ビーム検出器が設置され、
前記可動テーブルが上下反転可能とされていることを特徴とする固体表面の加工装置。
In the processing apparatus of the solid surface of Claim 1,
The parallel link can control the position / angle of the workpiece with respect to the gas cluster ion beam with a total of 6 degrees of freedom, 3 degrees of freedom in the translation direction and 3 degrees of freedom in the rotation direction,
The beam detector is installed on the lower surface of the movable table of the parallel link opposite to the upper surface side on which the workpiece is mounted,
An apparatus for processing a solid surface, wherein the movable table can be turned upside down.
請求項1記載の固体表面の加工装置において、
前記パラレルリンクは前記ガスクラスターイオンビームに対する加工対象物の位置・角度を並進方向3自由度、回転方向3自由度の計6自由度で制御可能とされ、
前記パラレルリンクの可動テーブルの、前記加工対象物が搭載される上面側と反対の下面に前記ビーム検出器が設置され、
前記ビーム検出器に入射するガスクラスターイオンビームが通過する貫通孔が前記可動テーブルに設けられていることを特徴とする固体表面の加工装置。
In the processing apparatus of the solid surface of Claim 1,
The parallel link can control the position / angle of the workpiece with respect to the gas cluster ion beam with a total of 6 degrees of freedom, 3 degrees of freedom in the translation direction and 3 degrees of freedom in the rotation direction,
The beam detector is installed on the lower surface of the movable table of the parallel link opposite to the upper surface side on which the workpiece is mounted,
An apparatus for processing a solid surface, wherein a through-hole through which a gas cluster ion beam incident on the beam detector passes is provided in the movable table.
請求項1乃至3記載のいずれかの固体表面の加工装置において、
前記パラレルリンクが2軸もしくは3軸のリニアステージ上に設置されていることを特徴とする固体表面の加工装置。
In the processing apparatus of the solid surface in any one of Claims 1 thru | or 3,
A solid surface processing apparatus, wherein the parallel link is installed on a two-axis or three-axis linear stage.
請求項1乃至4記載のいずれかの固体表面の加工装置において、
前記パラレルリンクが予め複数個設定された前記加工対象物への前記ガスクラスターイオンビームの照射位置・照射角度・照射量に基づき、順次駆動制御されることを特徴とする固体表面の加工装置。
In the processing apparatus of the solid surface in any one of Claims 1 thru | or 4,
An apparatus for processing a solid surface, which is sequentially driven and controlled on the basis of an irradiation position, an irradiation angle, and an irradiation amount of the gas cluster ion beam to the object to be processed in which a plurality of the parallel links are set in advance.
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