JP3349642B2 - イオンビーム加工装置の点検方法 - Google Patents

Description

【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の運動
エネルギーを利用して微細加工等を行うイオンビーム加
工装置に関し、特にイオンビーム加工装置の保守、点検
の技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図７に、イオンビーム加工装置の構成の
概略を示す。

【０００３】このような構成において、電源部１００よ
り、各部に電電力を供給すると、イオン源アーク室１内
において、フィラメント４からは熱電子が放出される。
また、イオン源アーク室１の壁とフィラメント３との間
でアーク放電が生じ、放出された熱電子はイオン源アー
ク室１の外周上に配置された磁石（図示は省略してい
る）の磁界により、らせん運動を行う。そして、このよ
うな状態のイオン源アーク室１にガス導入口１４からガ
スを導入すると、ガス分子は熱電子と衝突し、プラズマ
化する。

【０００４】プラズマ中のイオンは、イオン源アーク室
１の真空チャンバ６側に設置された２枚のイオン源電極
２による電位差により、真空チャンバ６内に引き出され
る。引き出されたイオンビームは、ニュートラライザフ
ィラメント１５によって電気的に中和調整される。シャ
ッタ５を開口すると、イオンビームは、試料ホルダ１０
に保持された試料２２に照射され、試料２２を加工す
る。

【０００５】なお、このようなイオンビーム加工装置と
しては、たとえば、特開平１−１３２０３３号公報（特
願昭６２−２９０３４５号）や特開平１−２６７９４３
号公報（特願昭６３−９４５１７号）記載の装置が知ら
れている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このようなイオンビー
ム加工装置では、イオンビーム照射に伴ない発生するス
パッタ物が、イオン源や真空チャンバを構成するすべて
の部品に付着する。このスパッタ物が、はがれを生ずる
と、イオン源電極（加速電極と減速電極）間の、いわゆ
るブレーク・ダウンと呼ばれる短絡現象を生じることが
ある。なお、一般的には、電源部は、このようなブレー
ク・ダウン（短絡）時には、電力の供給を一時ＯＦＦす
る機能を有している。

【０００７】このようなブレークダウンの発生を考慮す
ると、長時間連続使用したイオンビーム加工装置は、日
常点検としてイオン源電極などの各電極や各絶縁物の導
通や絶縁対抗のチェックをする必要がある。

【０００８】従来は、このような導通や絶縁対抗のチェ
ックは、各電極の端子を取外すか、又は、真空チャンバ
をリークしてイオン源電極を取り外して行っていた。こ
のため、このようなチェック作業は時間のかかる負担の
重いものでった。また、端子取外し作業の際に作業ミス
により端子を破損し、たとえば、イオンビーム加工装置
に、たとえば、真空リークを起こしてしまうような重大
な損傷を与えてしまうこともあった。

【０００９】そこで、本発明は、イオン源電極などの導
通チェックや絶縁抵抗の測定を、簡便に行うことのでき
るイオンビーム加工装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記目的達成のために、
本発明は、イオンを生成するイオン源室と、試料を収容
する真空チャンバと、イオン源室から試料に向かってイ
オンを引き出すイオン源電極と、前記イオン源電極に電
力を供給する、イオン源室及び真空チャンバの外部に設
けられたイオン源電源部とを備えたイオンビーム加工装
置において、前記イオン源室及び真空チャンバの外部の
前記イオン源電極とイオン源電源部との間に、前記イオ
ン源電極とイオン源電源部との間の電気的な接続／切断
を切替る第１の切替端子を備えたものである。

【００１１】このようなイオンビーム加工装置によれ
ば、日常点検などは、たとえば、次のような手順で行う
ことができる。

【００１２】すなわち、この第１の切替端子を、接続状
態にしてイオンビーム加工装置を運転する。イオンビー
ムを試料に照射した時、スパッタされた加工物がイオン
源アーク室内及び真空チャンバ内全部に付着する。これ
を長時間連続して運転した場合、上記イオン源アーク室
や真空チャンバ内に付着したスパッタ物がはがれる。す
るとイオン源内に設置されたイオン源電極にはイオンビ
ームを引き出すための電圧が印加されているため、ブレ
ーク・ダウン（短絡）現象が頻発してくる。このような
状態になると、イオンビーム加工装置が連続運転できず
に中断する場合もある。このため装置を運転停止して日
常点検に入ることになるが、装置を停止したくない場合
は、第１の切替端子を切断して第１の切替端子を測定端
子として用い、イオン源電極の導通などを調べ、どのよ
うな状態を生じているかチェックする。

【００１３】このような手順で点検を行う場合、イオン
ビーム加工装置の真空リークを実施したり、イオン源電
極の端子やイオン源電極を取り外したりせずに、簡便に
点検を行うことができる。イオン源電源部と切り離した
状態で、イオン源電極のチェックを行うことができ、ま
た、逆に、イオン源電極と切り離した状態でイオン源電
源のチェックを行うことができるので、不具合が生じて
いる部位も容易に推測することができ、その後の作業時
間や負荷を大幅に短縮することが可能となる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るイオンビーム
加工装置の一実施形態について説明する。

【００１５】図１に本実施形態に係るイオンビーム加工
装置の模式的構成を示し、図２にイオンビーム加工装置
の後述する真空チャンバのイオン源アーク室扉側からみ
た外形を示し、図３にイオンビーム加工装置の上面から
みた各部の配置を模式的に示す。

【００１６】図１に示すイオンビーム加工装置におい
て、イオン源アーク室１と真空チャンバ６は、その間に
２枚のイオン源電極２Ａ、２Ｂを配置した状態で配置さ
れている。また、真空チャンバ６とイオン源電極２Ｂ、
イオン源電極２Ｂとイオン源電極２Ａ、イオン源電極２
Ａとイオン源アーク室１は、各々主としてテフロン板で
形成したスペーサを介して電気的に絶縁した状態で連結
されている。

【００１７】イオン源アーク室１と真空チャンバ６は、
一つの気密室を構成しており、この気密室は、イオンビ
ームを用いて加工を行う際には、真空ポンプ９によって
主ゲート弁６を介して真空化される。また、イオン源ア
ーク室１は図３の上部にヒンジ機構によって開閉可能な
イオン源アーク室扉を備え、真空チャンバ６は図３の下
部にヒンジ機構によって開閉可能な真空チャンバ扉を備
えている。また、イオン源アーク室１は、イオン源アー
ク室１と電気的に絶縁された保護カバー１９によって囲
まれており、保護カバー１９のイオン源アーク室扉を覆
う部分が、イオン源アーク室扉とは独立にヒンジ機構に
よって開閉するように構成されている。

【００１８】ここで、本実施形態に係るイオンビーム加
工装置は、イオン源アーク室１２内でプラズマを発生さ
せるための熱電子放出型イオン源（バケット型イオン
源）を備えている。すなわち、イオン源アーク室１２内
において、電源部１００からフィラメント端子３を介し
てフィラメント４に電力を供給すると、フィラメント４
が点灯し熱電子が放出される。また、イオン源アーク室
１の壁とフィラメント３との間に電源部１００から電圧
を印加すると（Ｖａｒｃ）その間でアーク放電が生じ、
放出された熱電子はイオン源アーク室１の外周上に配置
された磁石（図示は省略している）の磁界により、らせ
ん運動を行う。そして、このような状態のイオン源アー
ク室１にガス導入口１４からガスを導入すると、ガス分
子は熱電子と衝突し、プラズマ化される。

【００１９】さて、このようにして生成されたプラズマ
中イオンは、イオン源アーク室１の真空チャンバ６側に
設置された２枚のイオン源電極２に電源部１００から印
加される電圧（Ｖａｃｃ、Ｖｄｅｃ）による電位差によ
り、真空チャンバ６内に引き出される。引き出されたイ
オンビームは、電気的に中和調整される。これはイオン
源電極２Ｂとシャッタ５間に設置されたニュートラライ
ザフィラメント１５を電源部１００から電力を供給し通
電加熱し電子を放出させてイオンビームの＋とをキャン
セルすることにより実現される。

【００２０】ここで、シャッタ５を開口すると、イオン
ビームは、試料ホルダ１０に保持された試料上２２に照
射され加工を開始する。

【００２１】試料ホルダ１０は、イオンビームによる試
料２２の加工均一性を保ち、効率を向上させるため、自
公転機構や傾斜機構を備えている。図３に示すように、
これらの機構自体は、収納容器１２で密閉され真空チャ
ンバ６内の圧力とは隔離して大気圧下に設けられてい
る。傾斜駆動機構１３は、試料の取出口となる真空チャ
ンバ扉７を介して真空チャンバ６の外部に設けられ、こ
の傾斜駆動機構１３に連接して試料ホルダ１０の駆動用
モータ１１を含む回転駆動機構を収納する収納容器１２
が、真空チャンバ６内部に設置される。また、この回転
駆動機構に対する電源の供給及び試料ホルダ１０に対す
る冷却水あるいはガスの供給は、傾斜駆動機構１３を介
して行われる。

【００２２】このような構成において、本実施形態で
は、ニュートラライザフィラメント１６に、電圧Vneut
から電圧を印可するための端子１６、フィラメント４に
電圧Vfilを供給するためのフィラメント端子３、イオン
源電極２に電圧（Ｖａｃｃ、Ｖｄｅｃ）を印可するため
の端子１１０、１１１、アーク電圧Varcをイオン源アー
ク室の壁に供給するための端子１１２と、電源側の間
に、電源部１００と各端子の接続／切断を切替る切替端
子１８a〜１８eを設けている。

【００２３】さて、この切替端子１８a〜１８eは、図４
に示すように、イオン源アーク室１の直ぐ下の、イオン
源アーク室扉を覆う保護カバー１９の部分１９Aを開い
て操作できる保護カバー１９の内部の位置に一列状に設
置されている。

【００２４】個々の切替端子１８A〜１８Eは、レバー式
断路端子台であり、図５に示すように、ケーブルを接続
する２つの固定子１８１、１８２と、固定子１８１、１
８２間を橋渡す接触子２１と、接触子２１に連結し、開
閉するレバー２０を備えており、レバー２０を開閉する
ことにより、接触子２１が固定より切離される構造とな
っている。

【００２５】ここで、図６に示すように、接触子２１は
両端の板状の部位が、固定子１８１、１８２に設けられ
た挟持部１８６、１８７に挟み込まれた状態で固定子１
８１、１８２に連結される。また、レバー２０の鍵部１
８４は、固定子１８１、１８２に対して固定されている
突起部１８５に掛かり合い、接触子２０を、固定子１８
１、１８２に連結した状態に保持する役割を担う。

【００２６】また、接触子２１が連結していない状態に
おいて、外部より各種測定器のプローブを各固定子１８
１、１８２に接触させることができるように設置されて
いる。

【００２７】さて、前述したように、イオンビーム加工
装置において、イオンビーム加工処理をした場合、加工
されたスパッタ物はイオン源アーク室１や真空チャンバ
６全域に渡って付着形成される。そして、長時間、連続
運転したときにはイオン源電極２Ａ、２Ｂにもこれらス
パッタ物が付着し、ブレーク・ダウン（短絡）の要因と
なる。つまりスパッタ物の付着が厚くなり、内部応力が
大きくなるとはがれが生じ、イオン源電極２Ａ、２Ｂ間
及び接地間にそれらが橋渡しをする状態（デッドショー
ト）となる。

【００２８】そこで、イオンビーム加工装置では、日常
的にフィラメント４や、イオン源電極２Ａ、２Ｂや、ニ
ュートラライザフィラメント１６の導通や、これらの間
の絶縁や、これらとイオン源アーク室１の壁との間の絶
縁などをチェックする必要がある。

【００２９】このような場合、本実施形態に係るイオン
ビーム加工装置によれば、従来のように、イオン源電極
２A、２Bを取り外したり、各端子（例えばフィラメント
端子３やニュートラライザ端子１６）を取り外さずと
も、各切替端子１８A〜１８Eの接触子２１を固定子１８
１、１８２から切り離し、フィラメント４や、イオン源
電極２Ａ、２Ｂや、ニュートラライザフィラメント１６
やイオン源アーク室１の壁側の固定子を測定点として用
いて、必要な導通や絶縁抵抗のチェックを行うことがで
きる。

【００３０】また、イオンビーム加工装置の動作に不具
合が生じた時、この原因は、イオン源アーク室１や真空
チャンバ６内の、フィラメント４や、イオン源電極２
Ａ、２Ｂや、ニュートラライザフィラメント１６やイオ
ン源アーク室１の壁等ではなく、電源部１００側にある
場合もある。

【００３１】これに対して、本実施形態に係るイオンビ
ーム加工装置によれば、各切替端子１８A〜１８Eの接触
子２１を固定子１８１、１８２から切り離し、各々必要
な導通のチェックや絶縁抵抗の測定を行うことにより、
不具合の原因が、電源部１００側かイオン源アーク室１
や真空チャンバ６内にあるのかを簡単に切り分け必要な
作業を行うことができる。

【００３２】また、これらの導通チェックや絶縁抵抗の
測定は、保護カバー１９内にまとめて一列状に配置した
切替端子１８A〜１８Eにより全数チェックできるため効
率的に行うことができる。

【００３３】具体的には、本実施形態に係るイオンビー
ム加工装置の場合、作業に要する時間が従来に比較し１
/４〜１/６以下に短縮できるようになった。

【００３４】以上説明したように、本実施形態に係るイ
オンビーム加工装置によれば、イオン源アーク室や真空
チャンバ内の各部のチェックを、イオン源電極２A、２B
を取り外したり、各端子（例えばフィラメント端子３や
ニュートラライザ端子１６）を取り外さずとも行うこと
ができ、作業が効率化されると共に、真空のリーク等の
重大な障害を生じるような端子の破損等を作業のミスに
より引き起こしてしまうことを避けることができる。

【００３５】

【発明の効果】以上のように、本実施形態に係るイオン
ビーム加工装置によれば、イオン源電極などの導通チェ
ックや絶縁抵抗の測定を、簡便に行うことのできるイオ
ンビーム加工装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】イオンビーム加工装置の構成を模式的に示した
図である。

【図２】イオンビーム加工装置の外形を示す図である。

【図３】イオンビーム加工装置の各部の配置を示した図
である。

【図４】切替端子の配置を示した図である。

【図５】切替端子の正面図である。

【図６】切替端子の側面図である。

【図７】従来のイオンビーム加工装置の概略構成を示し
た図である。

【符号の説明】

１：イオン源アーク室 ２：イオン源電極 ３：フィラ
メント端子 ４：フィラメント ５：シャッタ ６：真
空チャンバ ７：真空チャンバ扉 ８：主ゲート弁
９：真空ポンプ １０：試料ホルダ １１：駆動用モー
タ １２：収納容器 １３：傾斜駆動機構 １４：ガス導入口 １５：ニュー
トラライザ １６：ニュートラライザ端子 １７：絶縁
スペーサ １８：切替端子 １９：保護カバー ２０：レバー ２１：接触子 ２２：基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−207859（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−119896（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−132033（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−43579（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−24241（ＪＰ，Ａ) 実開 昭55−128357（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01J 37/248 H01J 37/08 H01J 27/08 H01L 21/3065

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】イオンを生成するイオン源室と、試料を収
   容する真空チャンバと、前記イオン源室から前記試料に
   向かってイオンを引き出すイオン源電極と、前記イオン
   源電極に電力を供給する、前記イオン源室及び前記真空
   チャンバの外部に設けられたイオン源電源部とを備えた
   イオンビーム加工装置の点検方法であって、前記イオンビーム加工装置に、前記 イオン源電極と前記
   イオン源電源部との間に、前記イオン源電極と前記イオ
   ン源電源部との間の電気的な接続／切断を切替る第１の
   切替端子を設け、前記イオンビーム加工装置の真空リー
   クを実施することなく、前記第１の切替端子による前記
   イオン源電極と前記イオン源電源部との間の電気的な接
   続を切断し、切断された前記イオン源電極側の前記第１
   の切替端子を測定端子として用い前記イオン源電極の導
   通を調べることを特徴とするイオンビーム加工装置の点
   検方法。
2. 【請求項２】請求項１記載のイオンビーム加工装置の点
   検方法であって、前記イオンビーム加工装置に、 熱電子を放出するフィラ
   メントと、前記フィラメントと前記イオン源室の壁との
   間でアーク放電を生じさせるために、前記フィラメント
   と前記イオン源室の壁との間に電位差を与えるアーク放
   電電源部と、前記イオン源室の壁と前記アーク放電電源
   部との間に配置した、前記イオン源室の壁と前記アーク
   放電電源部との間の電気的な接続／切断を切替る第２の
   切替端子とを設け、前記第２の切替端子による前記イオ
   ン源室の壁と前記アーク放電電源部との間の電気的な接
   続を切断し、切断された前記イオン源室の壁側の前記第
   ２の切替端子を測定端子として用い前記イオン源室の壁
   の絶縁を調べることを特徴とするイオンビーム加工装置
   の点検方法。
3. 【請求項３】請求項２記載のイオンビーム加工装置の点
   検方法であって、 前記第１の切替端子及び第２の切替端子として、レバー
   式断路端子台を用いたことを特徴とするイオンビーム加
   工装置の点検方法。
4. 【請求項４】請求項２記載のイオンビーム加工装置の点
   検方法であって、前記イオンビーム加工装置に、 前記イオン源室を覆う、
   開閉扉を有し、前記イオン源室と電気的に絶縁されたカ
   バーを有し、 前記第１の切替端子および第２の切替端子は、前記カバ
   ー内の、前記開閉扉周辺に配置されていることを特徴と
   するイオンビーム加工装置の点検方法。