JP2011124035A - イオンビーム照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】プラズマ源から放射される光が被加工物に照射されるのを抑制し、被加工物の加工点を安定して撮像する。
【解決手段】カメラ４は、イオンビームＩが照射される被加工物Ｗの加工点Ｐを撮像する。イオン銃２は、プラズマを生成するプラズマ源２１と、プラズマ源２１からイオンビームＩを引き出す引き出し電極２２を有する。更にイオン銃２は、プラズマ源２１から引き出し電極２２に引き出されたイオンビームＩ、及びプラズマ源２１からイオンビームＩと共に放射された光のうち、イオンビームＩを被加工物Ｗの方向に偏向するイオン偏向部２３を有する。イオン偏向部２３は、プラズマ源２１から放射された光を遮光し、ハウジング２７から光が洩れるのを抑制する。
【選択図】図１

Description

本発明は、被加工物にイオンビーム照射して被加工物の表面を加工するイオンビーム照射装置に関するものである。

一般に、イオン銃により細く絞ったイオンビームを被加工物に照射し、表面除去加工或いは表面改質等を選択的に行うイオンビーム照射装置が知られている。被加工物が絶縁体である場合、イオンビームを被加工物に照射すると被加工物表面が帯電し、帯電後に照射されるイオンビームが被加工物に到達しなくなることがある。したがって、加工するためのイオンと反対の電位を持つ電子を電子銃により被加工物の加工部周辺に供給することが行われている。

この種のイオンビーム照射装置では、被加工物のイオンビーム照射位置を確認するために加工点の発光を目視或いはカメラ等でモニターしている。イオン銃は、プラズマを生成するプラズマ源を有し、プラズマ源により生成されたプラズマからイオンが導出され、被加工物表面に照射される。このようなイオン銃として、イオン粒子と中性粒子を分離する例が知られている（特許文献１，２参照）。

特開昭６３−０１３２５０号公報 特表２００２−５２５８２０号公報

しかしながら、プラズマ源からはプラズマの発光による光も同時に放射される。上述した従来のものでは、イオン粒子と中性粒子とを分離する技術であるため、プラズマ源から放射される光をイオンビームから分離するものではない。したがって、プラズマ源から放射される光が被加工物に照射されてしまうと、カメラにより加工点の発光を確認することが困難となる。

そこで、本発明は、プラズマ源から放射される光が被加工物に照射されるのを抑制し、被加工物の加工点を安定して撮像することができるイオンビーム照射装置を提供することを目的とするものである。

本発明は、イオン銃により被加工物にイオンビームを照射して被加工物の表面の加工を行うイオンビーム照射装置において、イオンビームが照射される被加工物の加工点を撮像する撮像手段を備え、前記イオン銃は、プラズマを生成するプラズマ源と、前記プラズマ源からイオンビームを引き出す引き出し電極と、前記プラズマ源から前記引き出し電極に引き出されたイオンビーム、及び前記プラズマ源からイオンビームと共に放射された光のうち、イオンビームを被加工物の方向に偏向し、且つ前記プラズマ源から放射された光を遮光するイオン偏向部と、を有することを特徴とするものである。

本発明によれば、プラズマ源から引き出されるイオンビームを偏向して、プラズマ源から放射される光を遮光するので、被加工物にプラズマ源の光が照射されるのを抑制することができる。したがって、被加工物の加工点を撮像手段により安定して撮像することができる。

本発明の第１実施形態に係るイオンビーム照射装置の概略構成を示す説明図である。（ａ）は、イオンビーム照射装置全体の構成を示す図、（ｂ）は、イオン銃のイオン偏向部を拡大した図である。 本発明の第２実施形態に係るイオンビーム照射装置の概略構成を示す説明図である。

以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係るイオンビーム照射装置の概略構成を示す説明図である。図１（ａ）に示すイオンビーム照射装置１００は、被加工物Ｗが配置される真空チャンバー１と、被加工物Ｗに正イオンビームＩを照射するイオン銃２と、被加工物Ｗに負の電位を持つ電子ビームＥを照射して被加工物Ｗの中性化を行う電子銃３と、を備えている。また、イオンビーム照射装置１００は、イオンビームＩが照射される被加工物Ｗの加工点Ｐを撮像する撮像手段としてのカメラ４を備えている。

真空チャンバー１には、不図示の真空ポンプが接続され、真空チャンバー１の内部が例えば１×１０^−２Ｐａ程度の真空に保たれている。被加工物Ｗは、例えば石英等の絶縁体であり、不図示のＸＹステージ上に搭載され、必要に応じ移動できる。カメラ４は、真空チャンバー１の外部に配置され、イオンビームＩが照射されたときの被加工物Ｗの加工点Ｐの発光光を、ビューイングポート５を通じて撮像する。

イオン銃２は、大別して、プラズマ源２１、引き出し電極２２、イオン偏向部２３及びアインツェルレンズ２４，２５，２６を有しており、これらがハウジング２７に収納されて構成されている。プラズマ源２１は、不図示のＲＦ電源や不図示の高圧電源により電圧が印加され、不図示の配管により供給されたガスからプラズマを生成する。このプラズマ源２１にて生成されるプラズマは、例えばＡｒのプラズマであり、プラズマ源２１のイオン導出口２１ａからは、Ａｒ^＋の正イオンビームが引き出される。引き出し電極２２は、プラズマ源２１のイオン導出口２１ａ近傍に配置され、プラズマ源２１のイオン導出口２１ａから正イオンビームを引き出して加速する。この引き出し電極２２のイオン導出方向下流には、イオン偏向部２３及びアインツェルレンズ２４，２５，２６が順次配置されており、これらを通過したイオンビームＩがハウジング２７のイオン照射口２７ａから被加工物Ｗに向けて照射される。アインツェルレンズ２４，２５，２６はイオンビームＩを集束する集束レンズ電極である。

ここで、プラズマ源２１の内部では、生成されたプラズマが発光し、その発光光がプラズマ源２１のイオン導出口２１ａからイオンビームＩと共に放射される。本第１実施形態では、イオン偏向部２３は、プラズマ源２１から放射されるイオンビームＩ及び光のうち、イオンビームＩのみを被加工物Ｗの方向に偏向させると共に、プラズマ源２１から直進する光を遮光している。

具体的に説明すると、まず、プラズマ源２１にて発生した光が直接ハウジング２７のイオン照射口２７ａから放射しないように、プラズマ源２１のイオン導出口２１ａを被加工物Ｗに対して傾けて配置している。さらに、引き出し電極２２を、被加工物Ｗのある方向とは異なる方向にイオンビームＩを引き出すように被加工物Ｗに対して傾けて配置している。換言すると、プラズマ源２１のイオン導出口２１ａとハウジング２７のイオン照射口２７ａとが同一直線上とならないように、プラズマ源２１を配置している。

イオン偏向部２３は、対向して配置された一対の偏向電極２３ａ，２３ｂを有しており、各偏向電極２３ａ，２３ｂは、イオンビームＩを偏向する方向（被加工物Ｗのある方向）に湾曲して形成されている。つまり、一方の偏向電極２３ａは、凹状（例えば球面状）に湾曲して形成され、他方の偏向電極２３ｂは、凸状（例えば球面状）に湾曲して形成されている。引き出し電極２２により引き出されたイオンビームＩは、一対の偏向電極２３ａ，２３ｂの間を通過し、その際に一対の偏向電極２３ａ，２３ｂにより被加工物Ｗの方向に偏向される。

これに対し、プラズマ源２１のイオン導出口２１ａから放射される光は、イオン偏向部２３では偏向されずにそのまま直進する。したがって、本第１実施形態では、一方の偏向電極２３ａをプラズマ源２１から放射される光の放射方向の延長上に配置し、プラズマ源２１のイオン導出口２１ａから放射される光の大部分が一方の偏向電極２３ａの凹面に照射されるようにしている。これによって、プラズマ源２１のイオン導出口２１ａから放射された光は一方の偏向電極２３ａにより遮光され、光がハウジング２７のイオン照射口２７ａから洩れるのを抑制している。

ここで、引き出し電極２２、一対の偏向電極２３ａ，２３ｂ、アインツェルレンズ２４，２５，２６は、ＳＵＳ３０４等の導電性金属で形成されている。そして、一対の偏向電極２３ａ，２３ｂは、表面に光吸収部材としての黒色皮膜２８が施され、この黒色皮膜２８により、プラズマ源２１から照射された光を吸収させている。特に、一方の偏向電極２３ａに黒色皮膜２８を施すと効果的である。従って、一対の偏向電極２３ａ，２３ｂ、特に、一方の偏向電極２３ａに照射された光は、黒色皮膜２８により吸収されてほとんど反射せず、黒色皮膜２８が低反射部材として機能し、ハウジング２７のイオン照射口２７ａから外に洩れるのを効果的に抑制している。

この黒色皮膜２８としては、黒色ニッケルメッキ、黒色銅メッキ、黒色亜鉛メッキ、黒色化学ニッケルメッキ、ＬＤ処理（登録商標）による皮膜、黒色クロメートフリー皮膜、ハイブラック（黒色クロム系皮膜）等を使用するのが好適である。また、偏向電極２３ａ，２３ｂを黒色部材で形成してもよい。この黒色部材としては、カーボンが好適である。

さらに、引き出し電極２２、アインツェルレンズ２４，２５，２６及びハウジング２７の内面の少なくとも１つに黒色皮膜を設けてもよい。または、引き出し電極２２、アインツェルレンズ２４，２５，２６及びハウジング２７の内面の少なくとも１つを黒色部材で形成してもよい。これにより、光がハウジング２７のイオン照射口２７ａから洩れるのをより効果的に抑制することができる。

以上の構成により、イオン銃２のプラズマ源２１から放射される光がハウジング２７から洩れるのを抑制することができるので、プラズマの光が被加工物Ｗに照射されるのを抑制することができる。したがって、イオン銃２による被加工物Ｗの加工点Ｐの発光をカメラ４により安定して撮像することができる。

次に、本第１実施形態では、被加工物Ｗが絶縁体であるので、ニュートラライザとしての電子銃３を動作させる必要がある。電子銃３は、電子源として電子を放射するフィラメント３１と、フィラメント３１を囲うように配置されたウェーネルト電極３２と、引き出し電極３３と、を有している。そして、電極３３，３４，３５で集束レンズとなるアインツェルレンズを構成している。フィラメント３１は、通電により加熱されて熱電子を放出する。ウェーネルト電極３２は、高圧電源に接続され、−１ｋＶのマイナスの電圧が印加される。引き出し電極３３は、アース電位となっている。電極３４には、＋５００Ｖのプラスの電圧が印加される。電極３５は、アース電位となっている。

また、電子銃３は、電極３５の下流に配置された電子偏向部３６を有している。電子偏向部３６は、対向して配置された一対の偏向電極３６ａ，３６ｂを有しており、各偏向電極３６ａ，３６ｂは、電子を偏向する方向（被加工物Ｗのある方向）に湾曲して形成されている。つまり、一方の偏向電極３６ａは、凹状（例えば球面状）に湾曲して形成され、他方の偏向電極３６ｂは、凸状（例えば球面状）に湾曲して形成されている。電極３５を通過した電子は、一対の偏向電極３６ａ，３６ｂの間を通過し、その際に一対の偏向電極３６ａ，３６ｂにより被加工物Ｗの方向に偏向される。一方の偏向電極３６ａは、アース電位とし、球形の一部の形状をしており、中心の角度は６０°である。他方の偏向電極３６ｂは、一方の偏向電極３６ａと同一中心の球形の一部の形状をしており、中心の角度は６０°である。他方の偏向電極３６ｂには、＋９５０Ｖのプラスの電圧が印加される。

また、電子銃３は、電子偏向部３６の下流に配置された集束レンズ電極３７，３８，３９を有し、集束レンズ電極３７，３９をアース電位とし、中間の集束レンズ電極３８に＋５００Ｖのプラスの電圧を印加し、電子ビームＥを制御している。これら電極は、ＳＵＳ３０４等の導電性金属で形成されている。

本第１実施形態では、電子偏向部３６は、フィラメント３１から放射される電子ビームＥ及び光のうち、電子ビームＥのみを被加工物Ｗの方向に偏向させる。電子偏向部３６の一方の偏向電極３６ａの背面側には、導電体からなる遮光板４０が設けられ、フィラメント３１からの光洩れと、電極からの電位が外部に洩れるのを防いでいる。

電極３３〜３９及び遮光板４０の内側は、表面に光吸収部材としての黒色皮膜を施している。これにより、光の反射が抑制され、電子銃３の出口から光が洩れるのを抑制している。この黒色皮膜としては、黒色ニッケルメッキ、黒色銅メッキ、黒色亜鉛メッキ、黒色化学ニッケルメッキ、ＬＤ処理（登録商標）による皮膜、黒色クロメートフリー皮膜、ハイブラック（黒色クロム系皮膜）等を使用するのが好適である。また、電極を黒色部材で形成してもよい。この黒色部材としては、カーボンが好適である。

以上の構成により、電子銃３のフィラメント３１から放射される光が電子銃３から洩れるのを抑制することができるので、フィラメント３１から発する光が被加工物Ｗに照射されるのを抑制することができる。このように、イオン銃２及び電子銃３から光が洩れるのを抑制することができるので、被加工物Ｗの加工点Ｐの発光をカメラ４により安定して撮像することができる。

ここで、偏向電極３６ａ及び遮光板４０には、真空チャンバー１の壁まで延出されるヒートパイプ４１が接続され、偏向電極３６ａ及び遮光板４０の熱を真空チャンバー１の壁に効率よく逃がすことができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係るイオンビーム照射装置について、図２を参照しながら説明する。なお、上記第１実施形態と同様の構成については、同一符号を付してその説明を省略する。

本第２実施形態のイオンビーム照射装置１００Ａでは、電子銃３Ａの構造が上記第１実施形態と異なる。電子銃３Ａは、電子偏向部３６Ａを有している。この電子偏向部３６Ａは、一対の扇型の磁石３６ｃ，３６ｄを有しており、電子ビームＥを挟んで紙面に直交する方向に並んで配置されている。これら磁石３６ｃ，３６ｄの表面には上記第１実施形態で説明した黒色皮膜と同様の黒色皮膜を施している。遮光板４０には、真空チャンバー１の壁まで延出されるヒートパイプ４１Ａが接続され、遮光板４０及びその近傍の熱を真空チャンバー１の壁に効率よく逃がすことができる。

以上の構成により、電子銃３Ａのフィラメント３１から放射される光が電子銃３Ａから洩れるのを抑制することができるので、フィラメント３１から発する光が被加工物Ｗに照射されるのを抑制することができる。このように、イオン銃２及び電子銃３Ａから光が洩れるのを抑制することができるので、被加工物Ｗの加工点Ｐの発光をカメラ４により安定して撮像することができる。

なお、上記実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。被加工物Ｗが絶縁体ではなく、例えば導電体である場合には、被加工物Ｗを接地すればよいので、電子銃を動作させる必要はない。この場合には、電子銃を備えていなくてもよい。

２ イオン銃
３，３Ａ 電子銃
２１ プラズマ源
２２ 引き出し電極
２３ イオン偏向部
２３ａ，２３ｂ 偏向電極
２８ 黒色皮膜（光吸収部材）
３１ フィラメント（電子源）
３６，３６Ａ 電子偏向部
１００，１００Ａ イオンビーム照射装置

Claims (5)

1. イオン銃により被加工物にイオンビームを照射して被加工物の表面の加工を行うイオンビーム照射装置において、
   イオンビームが照射される被加工物の加工点を撮像する撮像手段を備え、
   前記イオン銃は、
   プラズマを生成するプラズマ源と、
   前記プラズマ源からイオンビームを引き出す引き出し電極と、
   前記プラズマ源から前記引き出し電極に引き出されたイオンビーム、及び前記プラズマ源からイオンビームと共に放射された光のうち、イオンビームを被加工物の方向に偏向し、且つ前記プラズマ源から放射された光を遮光するイオン偏向部と、を有することを特徴とするイオンビーム照射装置。
2. 前記イオン偏向部は、イオンビームを偏向する方向に湾曲して形成された一対の偏向電極を有し、
   前記一対の偏向電極のうち、一方の偏向電極を、前記プラズマ源から放射される光の放射方向の延長上に配置したことを特徴とする請求項１に記載のイオンビーム照射装置。
3. 前記イオン偏向部に光を吸収する光吸収部材を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載のイオンビーム照射装置。
4. 前記イオン偏向部を、光を吸収する光吸収部材で形成したことを特徴とする請求項１又は２に記載のイオンビーム照射装置。
5. 被加工物に電子ビームを照射して被加工物の中性化を行う電子銃を備え、
   前記電子銃は、
   電子と共に光が放出される電子源と、
   前記電子源から放出された電子及び光のうち、電子を被加工物の方向に偏向する電子偏向部と、を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のイオンビーム照射装置。

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