JP4299618B2 - Gas cluster ion beam system - Google Patents
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Description
本発明は、ガスクラスターイオンビーム装置に関する。 The present invention relates to a gas cluster ion beam apparatus.
従来より、ガスクラスターイオンビームを基板等の被加工物の表面に照射してその表面を研磨することによって平坦な面を得る加工方法が知られている(例えば、特許文献1参照。)。 2. Description of the Related Art Conventionally, there is known a processing method for obtaining a flat surface by irradiating a surface of a workpiece such as a substrate with a gas cluster ion beam and polishing the surface (see, for example, Patent Document 1).
図2は、ガスクラスターイオンビームを照射する一般的な従来のガスクラスターイオンビーム装置を示す概略構成図である。このガスクラスターイオンビーム装置は、中性のガスクラスターを生成するノズル室1と、このガスクラスターをイオン化して加速するためのイオン化室2とを有する真空容器3を備えており、ノズル室1とイオン化室2は、スキマー4が取付けられた隔壁5によって分離されている。ノズル室1とイオン化室2は、それぞれ真空ポンプ(不図示)によって真空に維持されている。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing a general conventional gas cluster ion beam apparatus that irradiates a gas cluster ion beam. The gas cluster ion beam apparatus includes a vacuum chamber 3 having a nozzle chamber 1 for generating a neutral gas cluster and an
ノズル室1は円錐形状のノズル6を有し、イオン化室2はイオン化部7と引き出し電極8を有している。イオン化部7は、カゴ形状のアノード9とその外周に同心状に配置したタングステンの細線からなるフィラメント10とで構成されている。引き出し電極8、アノード9、フィラメント10は、支持部材(不図示)によってイオン化室2内に支持されている。
The nozzle chamber 1 has a conical nozzle 6, and the
そして、ガスボンベ(不図示)より供給されたソースガスをノズル室1内のノズル6で超音速で噴出させることによって、断熱膨張によりガスクラスターを生成する。生成されたガスクラスターの一部はスキマー4を通過し、ビーム形状を整えてイオン化室2に供給される。
A source gas supplied from a gas cylinder (not shown) is ejected at supersonic speed by the nozzle 6 in the nozzle chamber 1 to generate a gas cluster by adiabatic expansion. Part of the generated gas cluster passes through the skimmer 4 and is supplied to the
このイオン化室2のイオン化部7では、フィラメント電源11aから電圧印加されて加熱状態のフィラメント10から放出された熱電子は、イオン化電源11bから電圧印加されたアノード9によって加速され、ガスクラスターと衝突しガスクラスタービームをイオン化する。イオン化されたガスクラスタービームは、加速電源12によりアノード9と引き出し電極8との間に形成される電界によって加速される。そして、加速されたガスクラスタービームを前方の基板等の被加工物13の表面に衝突させる。
In the
この際、クラスターの構成原子又は分子は、被加工物13の構成原子又は分子と多体衝突を生じる。その結果、被加工物13の構成原子は表面を横方向に運動する。これにより、被加工物13の表面の凸部が削られて原子サイズでの研磨が可能となり、平坦な面を得ることができる。
At this time, the constituent atoms or molecules of the cluster cause a multi-body collision with the constituent atoms or molecules of the
ところで、図2に示した従来のガスクラスターイオンビーム装置のイオン化室2では、イオン化されたガスクラスタービームを加速させるためにアノード9と引き出し電極8間に高電圧(数10kV)を印加する必要があるので、イオン化室2は真空ポンプ(不図示)によって真空に維持される。また、ノズル室1も中性のガスクラスターを生成するために、真空ポンプ(不図示)によって真空に維持されている。イオン化室2は、ノズル室1より低い圧力の真空に設定される。
Incidentally, in the
このため、中性のガスクラスターのみがスキマー4を通ってイオン化室2へ流入するように、スキマー4を中央に取付けた隔壁5によってノズル室1とイオン化室2が分離されている。ノズル室1とイオン化室2との間に設けられる隔壁5は、その縁部が真空容器3の外面にOリング(不図示)を介してボルト(不図示)で固定されている。
ところで、図2に示した従来のガスクラスターイオンビーム装置において、運転状況に応じて定期的にイオン化室2内のイオン化部(アノード9、フィラメント10)7と引き出し電極8の保守作業を行う必要がある。
By the way, in the conventional gas cluster ion beam apparatus shown in FIG. 2, it is necessary to periodically perform maintenance work on the ionization section (
このため、従来では、イオン化室2内のイオン化部7と引き出し電極8の保守作業を行う際には、ボルト止めされている隔壁5を外してノズル室1とイオン化室2を分離して取外した後に、イオン化室2内のイオン化部7と引き出し電極8を取外すことによって作業性が悪かった。
For this reason, conventionally, when performing the maintenance work of the
また、取外したイオン化部7と引き出し電極8を新しい物と交換する場合は、イオン化室2内で取付け作業を行うことによって取付け作業が煩雑化し、更に、組付けた後のノズル6、スキマー4、イオン化部7、及び引き出し電極8の芯だしにも手間を要した。
In addition, when replacing the removed
そこで本発明は、保守作業時にイオン化室内のイオン化部と引き出し電極の交換作業を容易に行えるようにし、更に、取外したイオン化部と引き出し電極を新しい物と交換した場合でも、ノズル、スキマー、イオン化部、及び引き出し電極の芯だしを容易に行うことができるガスクラスターイオンビーム装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention makes it possible to easily replace the ionization section and extraction electrode in the ionization chamber during maintenance work, and even when the removed ionization section and extraction electrode are replaced with new ones, the nozzle, skimmer, and ionization section Another object of the present invention is to provide a gas cluster ion beam apparatus that can easily center the extraction electrode.
上記目的を達成するために本発明は、導入されるガスをノズルから高速噴出させて中性のガスクラスターを生成するノズル室と、隔壁によって前記ノズル室と分離され、前記ガスクラスターが前記隔壁に設けたスキマーによってビーム形状に整えられて供給されるイオン化室とを設けた真空容器を備え、前記イオン化室に、前記ビーム形状に整えられたガスクラスターをイオン化するイオン化部と、該イオン化部でイオン化された前記ビーム形状に整えられたガスクラスターを加速させて被加工物の表面に照射させる加速電極系とを有するガスクラスターイオンビーム装置であって、前記ノズル室と、前記イオン化室とは、それぞれ個別に排気系に接続され、前記隔壁が前記真空容器内に摺動可能に設置されると共に、前記隔壁と対向して前記ノズルを設けた真空容器側板が前記真空容器に取外し自在に固着されており、前記イオン化部と前記加速電極系を前記隔壁に支持すると共に、該隔壁を前記真空容器側板に支持部材で支持し、更に、前記イオン化部への電力供給配線が、前記真空容器側板及び前記隔壁との電気的絶縁を保った状態で前記イオン化部に接続されていることを特徴としている。 In order to achieve the above object, the present invention separates the nozzle chamber from the nozzle chamber by generating a neutral gas cluster by ejecting the introduced gas from the nozzle at a high speed, and separating the nozzle into the partition. An ionization chamber provided with an ionization chamber that is supplied after being adjusted to a beam shape by a provided skimmer is provided, and an ionization unit that ionizes the gas cluster adjusted to the beam shape in the ionization chamber, and ionization by the ionization unit A gas cluster ion beam apparatus having an acceleration electrode system for accelerating the irradiated gas cluster arranged in the beam shape and irradiating the surface of the workpiece, wherein the nozzle chamber and the ionization chamber are respectively are individually connected to the exhaust system, the partition with is placed slidably in said vacuum chamber, said partition wall opposed to previous A vacuum vessel side plate provided with a nozzle is detachably fixed to the vacuum vessel, and supports the ionization part and the acceleration electrode system on the partition wall, and supports the partition wall on the vacuum vessel side plate with a support member, Furthermore, the power supply wiring to the ionization part is connected to the ionization part while maintaining electrical insulation between the vacuum vessel side plate and the partition wall.
また、前記隔壁は、前記真空容器の内周面と隙間を有して設置されることを特徴としている。なお、隔壁と真空容器の内周面との隙間は、隔壁の縁部の一部が真空容器の内周面に接していてもよく、隔壁の縁部全体が真空容器の内周面に接しないように設けてもよい。 In addition, the partition wall is installed with a gap from the inner peripheral surface of the vacuum vessel. The gap between the partition wall and the inner peripheral surface of the vacuum container may be such that part of the edge of the partition wall is in contact with the inner peripheral surface of the vacuum container, and the entire edge of the partition wall is in contact with the inner peripheral surface of the vacuum container. You may provide so that it may not.
また、前記隙間は、コンダクタンス値が10l/sec以下であることを特徴としている。 The gap has a conductance value of 10 l / sec or less.
本発明のガスクラスターイオンビーム装置によれば、真空容器側板を真空容器から取外す動作によって、隔壁と一体にイオン化部と引き出し電極を真空容器の外に取外すことができるので、イオン化部と引き出し電極を作業性よく容易に交換することが可能となり、保守作業を短時間で容易に行うことができる。 According to the gas cluster ion beam apparatus of the present invention, the ionization part and the extraction electrode can be detached from the vacuum container integrally with the partition wall by the operation of removing the vacuum container side plate from the vacuum container. It is possible to easily exchange with good workability, and maintenance work can be easily performed in a short time.
また、真空容器の外でイオン化部と引き出し電極を交換して新しい物に取り替える場合に一体で取外すことにより、保守作業後においてノズル、スキマー、イオン化部及び引き出し電極の芯だしを容易に行うことができる。 In addition, when the ionization part and the extraction electrode are exchanged outside the vacuum vessel and replaced with a new one, the nozzle, skimmer, ionization part and extraction electrode can be easily centered after maintenance work. it can.
また、イオン化部と引き出し電極を一体に引き出し可能に設置することにより、装置全体を小型化することができる。 Moreover, the entire apparatus can be reduced in size by installing the ionization part and the extraction electrode so as to be integrated.
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。 Hereinafter, the present invention will be described based on the illustrated embodiments.
図1は、本発明の実施の形態に係るガスクラスターイオンビーム装置を示す概略構成図である。なお、図2に示した従来のガスクラスターイオンビーム装置と同一機能を有する部材には同一符合を付して説明する。 FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a gas cluster ion beam apparatus according to an embodiment of the present invention. Note that members having the same functions as those of the conventional gas cluster ion beam apparatus shown in FIG.
本実施の形態に係るガスクラスターイオンビーム装置は、中性のガスクラスターを生成するノズル室1と、このガスクラスターをイオン化して加速するためのイオン化室2とを有する真空容器3を備えており、ノズル室1とイオン化室2は、真空容器3内に設置される隔壁5によって分離されている。隔壁5の中央部にはスキマー4が取付けられている。
The gas cluster ion beam apparatus according to the present embodiment includes a vacuum chamber 3 having a nozzle chamber 1 for generating a neutral gas cluster and an
隔壁5は、支持部材14によってノズル6を取付けた真空容器側板15の内壁に接続されている。なお、図では支持部材14が1つしか示されていないが、ノズル室1に複数の支持部材14を設置して、隔壁5を真空容器側板15の内壁に接続するようにしてもよい。真空容器側板15は、そのフランジ部15aをOリング(不図示)を介して真空容器3のフランジ部3aにボルト(不図示)で取外し自在に取付けられている。
The
隔壁5の縁部5aと真空容器3の内周面との間には、0.1mm程度の微小隙間が設けられており、ノズル室1とイオン化室2間のコンダクタンスを制限するようにしている。なお、この縁部5aのガスの流れ方向(図の左右方向)の幅は30mmである。本実施の形態における上記コンダクタンスの値は、10l/sec以下に設定され、好ましくは1l/sec以下である。
A minute gap of about 0.1 mm is provided between the
イオン化室2内に設置されるイオン化部7のカゴ形状のアノード9は絶縁材からなる支持部材16によって隔壁5に支持されており、引き出し電極8は絶縁材からなる支持部材17によってアノード9に支持されている。本実施の形態では、アノード9と引き出し電極8とで加速電極が構成されている。
The cage-
アノード9とフィラメント10に一端側が接続された各導線18a、18bは、隔壁5と真空容器側板15間に接続した絶縁パイプ19内を通して外部の加速電源12とフィラメント電源11a及びイオン化電源11bに接続されている。また、イオン化室2内に設置される引き出し電極8は、導線18cを介して隔壁5に接続されている。支持部材14は導体であり、隔壁5は支持部材14と真空容器側板15を介してアースされている。アノード9は支持部材16によって隔壁5に支持され、引き出し電極8は支持部材17によってアノード9に支持される。フィラメント10は固定手段(不図示)によって隔壁5に支持されている。
The conducting
そして、ガスボンベ(不図示)より供給されたソースガス(例えばArガス)をノズル室1内のノズル6で超音速で噴出させることによって、断熱膨張によりガスクラスターを生成する。この際、例えば、ノズル6のソースガスの圧力が6気圧のときに、ノズル6からのガス流量は約500sccmであり、ノズル室1の運転圧力は、実効排気速度が300l/sec程度の真空ポンプ(不図示)で排気しているときに2Pa程度であった。生成されたガスクラスターはスキマー4を通過し、ビーム形状を整えてイオン化室2に供給される。スキマー4はできるだけ気体の流れを乱さないように鋭く尖った形状に形成されている。
A source gas (for example, Ar gas) supplied from a gas cylinder (not shown) is ejected at supersonic speed by the nozzle 6 in the nozzle chamber 1 to generate a gas cluster by adiabatic expansion. At this time, for example, when the pressure of the source gas of the nozzle 6 is 6 atm, the gas flow rate from the nozzle 6 is about 500 sccm, and the operating pressure of the nozzle chamber 1 is the vacuum pump whose effective exhaust speed is about 300 l / sec. It was about 2 Pa when exhausting (not shown). The generated gas cluster passes through the skimmer 4 and is supplied to the
このイオン化室2のイオン化部7では、フィラメント電源11aから電圧印加されて加熱状態のフィラメント10から放出された熱電子は、イオン化電源11bから電圧印加されたアノード9によって100〜300Vに加速され、電子衝突によってガスクラスタービームをイオン化する。イオン化されたガスクラスタービームは、加速電源12からアノード9に高電圧(数10kV)を印加することによってアノード9と引き出し電極8との間に形成される電界により加速される。この際、イオン化室2の運転圧力は、実効排気速度が1000l/sec程度の真空ポンプ(不図示)で排気しているときに10-2Pa程度であった。
In the
そして、加速されたガスクラスタービームを前方の基板等の被加工物13の表面に対して垂直に照射し、被加工物13の表面原子を横方向にスパッタすることによって表面の凹凸が平坦化される。
Then, an accelerated gas cluster beam is irradiated perpendicularly to the surface of the
ところで、上記したガスクラスターイオンビーム装置を長期にわたって運転すると、イオン化室2内のイオン化部(アノード9、フィラメント10)7と引き出し電極8に劣化や汚れが生じ、初期の性能を維持することができなくなるので、交換等の保守作業を行う必要がある。
By the way, when the gas cluster ion beam apparatus described above is operated for a long period of time, the ionization section (
この保守作業を行う際には、先ず真空容器側板15のフランジ部15aを真空容器3のフランジ部3aに接続しているボルト(不図示)を外し、真空容器側板15を真空容器3から取外す。
When performing this maintenance work, first, a bolt (not shown) connecting the
そして、上記したようにアノード9、引き出し電極8、及びフィラメント10が隔壁5と一体に設置され、また、隔壁5の縁部5aと真空容器3の内壁面が摺動可能に構成されているので、取外した真空容器側板15を真空容器3の長手方向(図の左右方向)に対して被加工物13と反対側に移動させることによって、隔壁5と一体にアノード9、フィラメント10、引き出し電極8を真空容器3の外に取外すことができる。
As described above, the
この際、アノード9、フィラメント10の電力線である各導線18a、18bも、真空容器側板15と隔壁5間に接続されている絶縁パイプ19によって一体に移動することにより真空容器3の外に取外すことができる。
At this time, the
そして、真空容器3の外に取外した引き出し電極8、アノード9、フィラメント10を新しい物と交換した後、取外し動作の逆の手順で真空容器3内に組込み、真空容器側板15のフランジ部15aを真空容器3のフランジ部3aにボルト止めすることによって、直ぐに運転可能状態になる。
Then, after replacing the
このように、真空容器側板15を真空容器3から取外す動作によって、隔壁5と一体にアノード9、フィラメント10、引き出し電極8を真空容器3の外に取外すことができるので、アノード9、フィラメント10、引き出し電極8を作業性よく容易に交換することが可能となり、保守作業を短時間で容易に行うことができる。
Thus, the operation of removing the vacuum
また、真空容器3の外でアノード9、フィラメント10、引き出し電極8を交換して新しい物に取り替えることにより、保守作業後においてノズル6、スキマー4、アノード9、フィラメント10、及び引き出し電極8の芯だしを容易に行うことができる。
Further, by replacing the
更に、従来のように、保守作業時に真空容器3内でアノード9、フィラメント10、引き出し電極8を交換することがないので、真空容器3の小型化を図ることができる。
Furthermore, since the
1 ノズル室
2 イオン化室
3 真空容器
4 スキマー
5 隔壁
6 ノズル
7 イオン化部
8 引き出し電極
9 アノード
10 フィラメント
11a フィラメント電源
11b イオン化電源
12 加速電源
13 被加工物
14 支持部材
15 真空容器側板
15a フランジ部
19 絶縁パイプ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (3)
前記ノズル室と、前記イオン化室とは、それぞれ個別に排気系に接続され、
前記隔壁が前記真空容器内に摺動可能に設置されると共に、前記隔壁と対向して前記ノズルを設けた真空容器側板が前記真空容器に取外し自在に固着されており、
前記イオン化部と前記加速電極系を前記隔壁に支持すると共に、該隔壁を前記真空容器側板に支持部材で支持し、更に、前記イオン化部への電力供給配線が、前記真空容器側板及び前記隔壁との電気的絶縁を保った状態で前記イオン化部に接続されている、
ことを特徴とするガスクラスターイオンビーム装置。 A nozzle chamber for generating a neutral gas cluster by ejecting the introduced gas from the nozzle at a high speed and the nozzle chamber are separated by a partition, and the gas cluster is supplied in a beam shape by a skimmer provided in the partition An ionization chamber provided with an ionization chamber, an ionization unit ionizing the gas cluster arranged in the beam shape in the ionization chamber, and the gas cluster arranged in the beam shape ionized in the ionization unit A gas cluster ion beam apparatus having an accelerating electrode system for accelerating the irradiation and irradiating the surface of the workpiece,
The nozzle chamber and the ionization chamber are individually connected to an exhaust system,
The partition wall is slidably installed in the vacuum container, and a vacuum container side plate provided with the nozzle facing the partition wall is detachably fixed to the vacuum container,
The ionization unit and the acceleration electrode system are supported on the partition wall, the partition wall is supported on the vacuum vessel side plate by a support member, and a power supply wiring to the ionization unit includes the vacuum vessel side plate and the partition wall. Connected to the ionization part while maintaining electrical insulation of
A gas cluster ion beam apparatus.
ことを特徴とする請求項1に記載のガスクラスターイオンビーム装置。 The partition wall is installed with a gap with the inner peripheral surface of the vacuum vessel.
The gas cluster ion beam apparatus according to claim 1.
ことを特徴とする請求項2に記載のガスクラスターイオンビーム装置。 The gap has a conductance value of 10 l / sec or less.
The gas cluster ion beam apparatus according to claim 2.
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