JP4079033B2

JP4079033B2 - 電子ビーム加工装置

Info

Publication number: JP4079033B2
Application number: JP2003142432A
Authority: JP
Inventors: 知樹新鞍; 大作久郷
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2003-05-20
Filing date: 2003-05-20
Publication date: 2008-04-23
Anticipated expiration: 2023-05-20
Also published as: JP2004346347A

Description

【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、圧電セラミック発振子などの圧電部品の周波数調整において、電極をエッチングするためにイオンビームが用いられている。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は図１，図２に記載の通りである。
図において、１はプラズマ生成室、２は複数の細孔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、遮蔽マスク５、シャッタ６、シャッタ受け７、照射マスク８が順次配置され、照射マスク８の背後に被加工物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】
【発明が解決しようとする課題】
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。そのためには、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のサイズ拡大が必要となるが、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、図３に示すようにプラズマ熱により変形（主に厚み方向の変形）を起こすことが挙げられる。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、遮蔽グリッドの温度上昇および熱による歪みを抑制するシールド板を設けるとともに、遮蔽グリッドおよび加速グリッドにそれぞれ水冷ジャケットを取り付けた電子ビーム加工装置が提案されている。
しかしながら、遮蔽グリッドおよび加速グリッドの最も熱変形が大きな部分は多孔部であり、遮蔽グリッドおよび加速グリッドの周囲を水冷ジャケットで冷却しても、多孔部は高温のままであり、その部分の熱変形を効果的に抑制できない。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、遮蔽グリッドおよび加速グリッドの熱変形を抑制し、加工精度の悪化を防止できる電子ビーム加工装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、Ａｒ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に外周部が固定され、中央部に複数の細孔を有する１枚の金属板よりなる遮蔽グリッドと、遮蔽グリッドの前面に間隔をあけて配置され、外周部がプラズマ生成室に固定され、中央部に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１枚の金属板よりなる加速グリッドとを備えた電子ビーム加工装置において、上記遮蔽グリッドおよび加速グリッドの細孔を設けた領域の周囲であって、プラズマ生成領域より外側領域でかつ上記プラズマ生成室に固定された外周部より内周側に、スロット構造を持つ熱変形吸収部を設けたことを特徴とする電子ビーム加工装置を提供する。
【０００８】
遮蔽グリッドおよび加速グリッドの周囲は拘束されているので、細孔を設けた部分（多孔部）がプラズマ熱により加熱されると、その熱応力は厚み方向への変形として現れる。本発明では、多孔部の周囲にスロット構造を持つ熱変形吸収部を設けてある。このスロット部分は多孔部より強度が低く、熱応力を受けると、スロット部分が平面方向の変形を起こすので、多孔部は厚み方向の変形に至らない。その結果、グリッド間隔がほぼ一定に保たれ、＋イオンの引出状態が安定し、加工精度の悪化を防止できる。
加速グリッドはプラズマ熱により直接加熱される訳ではないが、遮蔽グリッドからの伝導熱を受けるため、熱変形を起こす。遮蔽グリッドと同様な熱変形吸収部を設けることで、厚み方向の変形を抑制できる。
なお、熱変形吸収部はプラズマ生成領域より外側領域に設ける必要がある。もし、プラズマ生成領域より内側領域に設けると、スロットを介して＋イオンが漏れるからである。
【０００９】
請求項２のように、熱変形吸収部は、多孔部を取り囲むように周回状に配列された複数本の第１スロットと、第１スロットの外周側に隣接して配列された複数本の第２スロットとを含み、第２スロットは第１スロットの切れ目の外側に配置されている構造としてもよい。
熱変形吸収部を、多孔部を取り囲むように周回状に配列された複数本の第１スロットのみで構成した場合、第１スロットの切れ目の部分では平面方向の変形ができないので、多孔部が厚み方向に多少変形する可能性がある。
これに対し、第１スロットとその外側に第２スロットを二重に配列し、第１スロットの切れ目を第２スロットで覆うようにすれば、第１スロットの切れ目における変形を第２スロットが吸収するので、多孔部の厚み方向の変形を一層効果的に抑制できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明にかかる電子ビーム加工装置の構成は、遮蔽グリッド１０および加速グリッド２０を除き、図１に示されたものと基本的に同じであるため、重複説明を省略する。
図４は遮蔽グリッドを示し、図５は加速グリッドを示す。
遮蔽グリッド１０および加速グリッド２０は共に、厚さ０．４ｍｍ程度の薄肉金属板で形成されている。
【００１１】
遮蔽グリッド１０の中央部には、多数の細孔１２を設けた多孔部１１が設けられている。細孔１２は、例えばφ０．８５ｍｍ、約１ｍｍピッチで千鳥状に配列されている。遮蔽グリッド１０には、多孔部１１を取り囲むように、周回状に配列された複数本の第１スロット１４と、第１スロット１４の外周側に隣接して配列された複数本の第２スロット１５とからなる熱変形吸収部１３が設けられている。第２スロット１５は隣合う第１スロット１４の間になる切れ目１４ａの外側をカバーするように配置されている。熱変形吸収部１３の強度は、多孔部１１に比べて低く設定されている。
この実施例では、第１スロット１４は、幅０．３〜０．７ｍｍ、長さ１０〜２０ｍｍの大きさで、かつ各第１スロット１４の切れ目１４ａの間隔は０．３〜０．７ｍｍに設定され、第２スロット１５は、幅０．３〜０．７ｍｍ、長さ７〜１５ｍｍの大きさに設定されている。
遮蔽グリッド１０の外周部には、プラズマ生成室に固定するためのねじ挿通孔１６と、加速グリッドベースをプラズマ生成室に固定するためのねじ挿通孔１７と、加速グリッド２０を加速グリッドベースに固定するためのねじ頭部の逃げ溝１８とが形成されている。ねじ挿通孔１７は、遮蔽グリッド１０の４つのコーナ部に形成されている。
【００１２】
加速グリッド２０の中央部には、多数の細孔２２を設けた多孔部２１が設けられている。細孔２２は、遮蔽グリッド１０の細孔１２と対応するように、同一配列、同一形状に形成されている。加速グリッド２０には、多孔部２１を取り囲むように、周回状に配列された複数本の第１スロット２４と、第１スロット２４の外周側に隣接して配列された複数本の第２スロット２５とからなる熱変形吸収部２３が設けられており、この熱変形吸収部２３の形状も遮蔽グリッド１０の熱変形吸収部１３と同一形状に形成されている。なお、遮蔽グリッド１０の熱変形吸収部１３と加速グリッド２０の熱変形吸収部２３とは必ずしも同一形状である必要はない。
加速グリッド２０の外周部には、加速グリッドベースに固定するためのねじ挿通孔２６と、加速グリッドベースをプラズマ生成室に固定するためのねじ挿通孔２７と、遮蔽グリッド１０をプラズマ生成室に固定するためのねじ頭部の逃げ溝２８とが形成されている。ねじ挿通孔２７は、加速グリッド２０の４つのコーナ部に形成されている。
この実施例では、ねじ挿通孔１６，２６および逃げ溝１８，２８を除き、加速グリッド２０と遮蔽グリッド１０とは全く同一形状としてある。
【００１３】
図６は遮蔽グリッド１０とプラズマ生成室１との分解図を示す。
遮蔽グリッド１０の多孔部１１はプラズマ生成室１の開口部１ａに対応しており、遮蔽グリッド１０の外周部はプラズマ生成室１にねじにより固定され、拘束されている。プラズマ熱を受けるのは、遮蔽グリッド１０の中心部である多孔部１１である。したがって、遮蔽グリッド１０の熱変形モードは、多孔部１１において厚み方向の変位が主となる。多孔部１１は＋イオンを引き出す上での重要部分であり、この厚み方向の変形を抑制することが安定したイオン引出しにおいて重要である。
本発明では、多孔部１１の周囲にスロット１４，１５からなる熱変形吸収部１３を設けてあり、このスロット部分は多孔部１１より強度が低い。熱ストレスを受けた場合、まずスロット１４，１５が平面方向の変形を起こすため、多孔部１１が厚み方向に変形しない。特に、第１スロット１４の切れ目１４ａの外側をカバーするように第２スロット１５が配置されているので、熱変形吸収部１３は全周に亘って平面方向に変形でき、多孔部１１に厚み方向の変形を発生させない。
一方、加速グリッド２０も遮蔽グリッド１０から伝導熱を受けるので、熱変形を起こすが、遮蔽グリッド１０と同様なスロット２４，２５を有するので、多孔部２１の変形を抑制することができる。
そのため、遮蔽グリッド１０と加速グリッド２０のサイズが拡大し、熱応力が大きくなっても、グリッド間隔が変動せず、＋イオンの直進性を維持できる。
なお、スロット１４，１５および２４，２５は、プラズマ生成領域より外側領域に設けてあるので、スロットを介して＋イオンが漏れるのを防止できる。
【００１４】
図７は遮蔽グリッド１０の他の例を示す。スロット１９以外の形状は、図４と同様であるため、同一部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
この例のスロット１９は、一端部１９ａがクランク状に屈曲しており、この一端部１９ａが直線状に延びる他端部１９ｂの外側に被さる形状となっている。この場合には、熱変形吸収部１３が周回状に配列された一種類のスロット１９で構成されているが、スロット１９の切れ目１９ｃをクランク部１９ａが覆うことで、切れ目１９ｃが平面方向に変形することができる。
この例の場合も、多孔部１１が熱ストレスを受けると、スロット１９が全周に亘って平面方向に変形できるので、多孔部１１の厚み方向の変形を確実に防止することができる。
【００１５】
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
本発明における遮蔽グリッドおよび加速グリッドのスロット形状は、図４，図５，図７に示されたものに限定されず、多孔部で発生する熱応力を平面方向の変位で吸収し、多孔部での厚み方向変形を抑制できるスロット形状であればよい。
また、遮蔽グリッドと加速グリッドのスロット形状は、必ずしも同一である必要はない。
さらに、図４，図５では第１スロットと第２スロットとを設けたが、その内側つまり多孔部１１との間の領域に第３スロット、第４スロットなどの複数列のスロットを設けてもよい。
【００１６】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、請求項１に記載の発明によれば、遮蔽グリッドおよび加速グリッドの多孔部の周囲であってプラズマ生成領域より外側領域に、スロット構造を持つ熱変形吸収部を設けたので、多孔部が熱応力を受けると、スロット部分が平面方向に変形し、多孔部の厚み方向の変形を抑制できる。その結果、グリッド間隔がほぼ一定に保たれ、＋イオンの引出状態が安定し、精度のよいイオンビームエッチングを実施できる。
【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】図１に示す電子ビーム加工装置の主要部の分解斜視図である。
【図３】図１に示すグリッドが熱変形したときの電子ビーム加工装置の構造図である。
【図４】本発明にかかる遮蔽グリッドの一例の平面図である。
【図５】本発明にかかる加速グリッドの一例の平面図である。
【図６】本発明にかかる電子ビーム加工装置の主要部の分解斜視図である。
【図７】本発明にかかる遮蔽グリッドの他の例の平面図である。
【符号の説明】
１プラズマ生成室
１０遮蔽グリッド
１１多孔部
１２細孔
１３熱変形吸収部
１４第１スロット
１５第２スロット
２０加速グリッド
２１多孔部
２２細孔
２３熱変形吸収部
２４第１スロット
２５第２スロット

Claims

Ａｒ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に外周部が固定され、中央部に複数の細孔を有する１枚の金属板よりなる遮蔽グリッドと、遮蔽グリッドの前面に間隔をあけて配置され、外周部がプラズマ生成室に固定され、中央部に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１枚の金属板よりなる加速グリッドとを備えた電子ビーム加工装置において、
上記遮蔽グリッドおよび加速グリッドの細孔を設けた領域の周囲であって、プラズマ生成領域より外側領域でかつ上記プラズマ生成室に固定された外周部より内周側に、スロット構造を持つ熱変形吸収部を設けたことを特徴とする電子ビーム加工装置。
上記熱変形吸収部は、上記細孔を設けた領域を取り囲むように周回状に配列された複数本の第１スロットと、第１スロットの外周側に隣接して配列された複数本の第２スロットとを含み、
第２スロットは第１スロットの切れ目の外側に配置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。