イオンビーム加工装置およびイオンビーム加工装置の操業方法
【課題】照射されるイオンビームの概要を明らかにして被露光材の加工を正確に効率よく行うことができるイオンビーム加工装置および操業方法を提供する。
【解決手段】イオンビームを発生させるビーム生成部３と、イオンビームのイオン数を測定するプローブ６と、プローブをイオンビームに直交する面内の１方向に走査させる第１の走査手段と、プローブを前記１方向に直交する方向に走査させる第２の走査手段と、プローブが走査して測定した結果に基づいて演算を行う演算手段２と、を有し、プローブは、走査する側のいずれの端縁も直線で構成されており、演算手段は、少なくとも被露光材Ｗの露光面における１方向のイオンビーム幅および１方向におけるイオンビームのイオン数の分布を演算するように構成されてなる。
【解決手段】イオンビームを発生させるビーム生成部３と、イオンビームのイオン数を測定するプローブ６と、プローブをイオンビームに直交する面内の１方向に走査させる第１の走査手段と、プローブを前記１方向に直交する方向に走査させる第２の走査手段と、プローブが走査して測定した結果に基づいて演算を行う演算手段２と、を有し、プローブは、走査する側のいずれの端縁も直線で構成されており、演算手段は、少なくとも被露光材Ｗの露光面における１方向のイオンビーム幅および１方向におけるイオンビームのイオン数の分布を演算するように構成されてなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被露光材にイオンビームを照射し被露光材に所望する微細構造を形成するイオンビーム加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ナノインプリント等の微細加工装置に使用される金型の製作に、ＬＩＧＡ（Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｉｅ，Ｇａｌｖａｎｏｆｏｒｍｕｎｇ ｕｎｄ Ａｂｆｏｒｍｕｎｇ）と称されるプロセスが利用されるようになっている。ＬＩＧＡプロセスは、アスペクト比（加工幅に対する加工深さの比）を大きくすることができるという優れた特徴を有する（非特許文献１，２）。
【０００３】
一方、ＬＩＧＡプロセスは、近接Ｘ線マスクを使用してパターンをレジスト層（ポリメチルメタクリレート：ＰＭＭＡ）に転写するため、近接Ｘ線マスクを別途製作しなければならず、そのためのコストを見込まなければならないという問題がある。また、Ｘ線を使用することにより設備費が増加し、稼働の際には厳格な安全管理が求められるという問題もある。
【０００４】
これらの問題に対して、マスクを使用しないで、水素イオン、ヘリウムイオン、またはリチウムイオン等の軽イオンのビームによって直接レジスト層にパターンを露光する技術が開示されている（特許文献１）。
ところで、被露光材に形成される加工線幅はイオンビームの径に関係することから、イオンビームを被露光材に照射して被露光材を加工する技術、例えば、近年注目されている特定の重イオンビームを半導体に照射してイオン注入を行う方法等において、イオンビームの径（範囲）および位置等を予め求めておくことの重要性が指摘されている。
【０００５】
このイオン注入による加工においてイオンビームの径（範囲）等を求めるために、ファラデーカップを直線状に等間隔で配置し、被露光材の全面を横切るように移動させて各ファラデーカップよりイオン強度を測定する技術（特許文献２）、マトリックス状にビーム通過孔が開けられた円板状のプレートをイオンビームに対して垂直に横切らせ、通過したビームをイオンコレクタで検出する技術（特許文献３）、および、ビームの走行方向と直交する面に沿って複数の導電板を等間隔に一方向に並べてイオンビームの広がりを検出する技術（特許文献４）等が開示されている。
【０００６】
上に述べた水素イオン等により直接レジスト層にパターンを露光する技術においても、被露光材に形成される加工線幅は照射ビームのビーム径に依存する点は変わらず、加工線幅を高精度で管理するためには、所望どおりにイオンビームの収束がなされているかを確認することが必要となる。
【非特許文献１】インターネット、 http://www.ritsumei.ac.jp/se/~sugiyama/research/re_5.1.html
【非特許文献２】インターネット、 http://staff.aist.go.jp/k.awazu/Japanese-folder/nanoimprint1021.htm
【特許文献１】特表２００１−５０３５６９号公報
【特許文献２】特開平９−３２０５０７号公報
【特許文献３】特開平１０−２２３１７３号公報
【特許文献４】特開２０００−８２４３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献２〜４に開示されたイオンビームの径を測定する方法では、測定に使用されるファラデーカップ、通過孔、または導電板の設置できる数に限りがあり、かつ計測されたビームの強度は、それぞれがある程度の間隔を有する離散的なものであるため、計測結果から推測されるイオンビームの径は、その精度に不安の残るものであった。
【０００８】
また、特許文献１には軽イオンのビームによって直接レジスト層にパターンを露光する技術が開示されているものの、照射されるイオンビームの径、または範囲等を測定する技術については、格別の開示がされていない。
一方で、イオンビームを照射して被露光材を加工する加工装置では、照射されるイオンビームの径、または範囲等の概要を精度良く知ることができれば、加工精度を高め、加工の効率化を図ることが可能となる。
【０００９】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたもので、被露光材に照射されるイオンビームの概要を明らかにして被露光材の加工を正確に効率よく行うことができるイオンビーム加工装置および加工装置の操業方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
すなわち、本発明に係るイオンビーム加工装置は、イオンビームを照射して被露光材を加工するイオンビーム加工装置であって、前記被露光材に照射するイオンビームを発生させるためのビーム生成部と、照射された前記イオンビーム全体のイオン数またはその代表値を測定可能なプローブと、前記プローブを前記イオンビームに略直交する面上で１方向に走査させるための第１の走査手段と、前記プローブを前記面上で前記１方向に直交する方向に走査させるための第２の走査手段と、前記プローブが前記１方向および前記１方向に直交する方向に走査して測定した結果に基づいて演算を行う演算手段と、を有し、前記プローブは、前記１方向に走査する側の端縁が前記１方向に直交する直線で構成されかつ前記１方向に直交する方向に走査する側の端縁が前記１方向に延びた直線で構成されており、前記演算手段は、少なくとも前記被露光材の露光面における前記１方向のイオンビーム幅および前記１方向におけるイオンビームのイオン数の分布を演算するように構成されてなる。
【００１１】
他の本発明に係るイオンビーム加工装置は、イオンビームを照射して被露光材を加工するイオンビーム加工装置であって、前記被露光材に照射するイオンビームを発生させるためのビーム生成部と、照射された前記イオンビームのイオン数またはその代表値を測定するためのプローブと、照射された前記イオンビーム全体のイオン数またはその代表値を測定するためのセンサと、前記プローブを前記イオンビームに略直交する面上で１方向に走査させるための走査手段と、前記プローブを前記イオンビームに略直交する面上で前記１方向に直交する方向に走査または移動させるための手段と、前記プローブが測定した結果と前記センサが測定した結果とに基づいて演算を行う演算手段と、を有し、前記演算手段は、少なくとも前記被露光材の露光面における前記１方向または前記１方向に直交する方向のいずれかのイオンビーム幅およびイオンビームのイオン数の分布を演算するように構成されてなる。
【００１２】
以上の発明によれば、イオンビームの照射範囲を精度よく求めることができるのに加えてイオンビームの概要を明らかにすることができるので、被露光材の加工を正確に効率よく行うことができる。
好ましくは、前記演算手段は、前記１方向および前記１方向に直交する方向の両方または一方の前記イオンビームの中心を求めるように構成されてなる。
【００１３】
本発明によれば、イオンビームの被露光材への露光位置の制御を精度良く行うことができる。
また、好ましくは、前記プローブは、前記１方向に走査する側の端縁が前記１方向に直交する直線もしくは前記１方向に直交する方向に走査または移動する側の端縁が前記１方向に延びた直線、または前記端縁のいずれもそれぞれの前記直線で構成されてなる。
【００１４】
本発明によれば、イオンビームのイオン数またはその代表値の測定位置の特定精度をより高めることができ、イオンビームの概要を精度よく推算することができる。
本発明に係るイオンビーム加工装置の操業方法は、イオンビームを照射して被露光材を加工するイオンビーム加工装置の操業方法であって、前記イオンビームに直交する面において直交する２つの直線からなる端縁を有し前記イオンビーム全体のイオン数またはその代表値の測定が可能なプローブを前記一方の端縁の直線方向に前記他方の端縁が前記イオンビーム外周に達するまで走査させて前記イオンビームのイオン数またはその代表値の測定を行い、前記プローブを前記他方の端縁の直線方向に前記一方の端縁が前記イオンビーム外周に達するまで走査させて前記イオンビームのイオン数またはその代表値の測定を行い、前記イオン数またはその代表値の測定結果から少なくとも前記被露光材の露光面における前記直交する２つの直線のいずれか一方の直線方向のイオンビーム幅およびイオンビームのイオン数の分布を求め、前記イオンビーム幅および前記イオン数の分布に基づいて操業を行う。
【００１５】
他の本発明に係るイオンビーム加工装置の操業方法は、イオンビームを照射して被露光材を加工するイオンビーム加工装置の操業方法であって、前記イオンビームに直交する面内の部分的なイオン数またはその代表値を計測するためのプローブを、前記直交する面において前記イオンビーム境界外から前記イオンビーム内を前記直交する面上で一方向に前記イオンビーム境界外に達するまで走査させて測定を行い、前記プローブによる測定を、前記プローブを前記直交する面上で前記一方向に直交する方向における一方の前記イオンビーム境界外を起点とし他方のイオンビーム境界外を終点として複数箇所において走査させて行い、前記イオンビーム全体のイオン数またはその代表値をセンサにより測定し、前記プローブによる測定結果および前記センサによる測定結果から少なくとも前記一方向または前記一方向に直交する方向のいずれかにおけるイオンビーム幅およびイオンビームのイオン数の分布を求め、前記イオンビーム幅および前記イオン数の分布に基づいて操業を行う。
【００１６】
これらの発明によれば、イオンビームの照射範囲を精度よく求めることができるのに加えてイオンビームの概要を明らかにすることができるので、イオンビーム加工装置の操業を適切に行うことができ、被露光材の加工を正確に効率よく行うことができる。
好ましくは、前記プローブによる測定結果から前記イオンビームの中心を求めて前記イオンビーム幅、前記イオン数の分布、およびイオンビームの前記中心に基づいて操業を行う。
【００１７】
本発明によれば、イオンビームの被露光材への露光位置の制御を精度良く行うことができる。
ここで「前記１方向におけるイオンビームのイオン数の分布」とは、前記１方向に単位幅を有し前記１方向に直交する方向に十分長い帯状領域におけるイオンの数についての前記１方向における分布を意味するものである。また、「イオン数の分布」とは、広くイオンの数に比例する他の単位による分布、例えばプローブが検出する代表値としての電流値の分布をも含むものとする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によると、被露光材に照射されるイオンビームの概要を明らかにすることができ被露光材の加工を正確に効率よく行うことができるイオンビーム加工装置および加工装置の操業方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１は本発明に係るイオンビーム加工装置１の構成図、図２は演算器２の構成を示す図である。
以下の説明において、図１における上下方向をＺ方向という。
図１において、イオンビーム加工装置１は、イオンビーム照射装置３、イオンビーム制御器４、被露光材支持ステージ５、電流計測プローブ６（６Ｂ，６Ｃ）、ファラデーカップ７、演算器２、チャンバー８、および真空制御器９等からなる。
【００２０】
イオンビーム照射装置３は、イオン源１０、加速器１１、および集束機器１２等によって構成される。
イオン源１０は、水素雰囲気下で金属の鋭利な先端と周囲との間に電圧を印加してプロトンイオンを発生させる。なお、イオン源１０は上述した構成そのものに限らず、電子衝突型、高周波放電型、デュオプラズマトロン型およびＰＩＧ型など種々のものを採用しうる。
【００２１】
加速器１１は、複数に積層された引き出し電極１３を含み、イオン源１０で発生したイオンを一定の方向に引き出して加速する働きを行う。
集束機器１２は、拡大レンズ１４、偏向器１５、および集束レンズ１６からなる。集束機器１２は、通電されて所定の電磁界を形成し、イオン源１０から引き出され加速されたイオンを集束させて、被露光材Ｗの所定の位置に照射させるためのものである。拡大レンズ１４は、静電界発生板または磁界発生コイルで形成されており、中央を通過するプロトンイオンを引き寄せて半径方向に拡大させる。偏向器１５は、互いに９０度ずらした２組の平行電極板で構成されており、所望するビームの偏向度合いに応じた直流電圧を各組の電極板に印加することにより、イオンビームの軸心を移動させて偏向させる。集束レンズ１６は、静電界発生板または磁界発生コイルで形成されており、中央の空隙を通過するプロトンイオンをビーム中心軸側に押し戻して集束させる。
【００２２】
イオンビーム制御器４は、集束機器１２(拡大レンズ１４、偏向器１５、集束レンズ１６)に印加する電圧等を調整して、集束機器１２が形成するイオンビームの集束の程度および照射位置を制御する働きを行う。
被露光材支持ステージ５は、イオンビーム加工装置１により加工される被露光材Ｗを載置するためのものである。被露光材支持ステージ５は、被露光材Ｗが直接載置される小ステージ１７とその小ステージ１７を支える大ステージ１８とからなっている。小ステージ１７は、図示しない駆動装置により大ステージ１８上のＺ軸に直交する面上の直交する２方向（以下、これらを「Ｘ方向」および「Ｙ方向」ということがある）を自由にかつ微小な単位で移動できるよう構成されている。また、大ステージ１８は、図示しない駆動装置によって被露光材Ｗがイオンビームに露光される位置と露光されない位置との間で移動可能なように構成されている。
【００２３】
電流計測プローブ６，６Ｂ，６Ｃは、イオンビームを形成するイオンが有する電荷を電流値として計測するためのもので、イオンビーム照射装置３側に検出面１９（１９Ｂ，１９Ｃ）を向けて配置されている。また、電流計測プローブ６，６Ｂ，６Ｃは、Ｚ方向に略直交する面上の直交する２方向（Ｘ方向、Ｙ方向）において検出面１９（１９Ｂ，１９Ｃ）がイオンビームの照射範囲を走査可能に構成され、この２方向における走査は、電流計測プローブ６，６Ｂ，６Ｃに結合された互いに直交する方向に伸縮する図示しないピエゾ素子などを備える駆動装置によって行われる。電流計測プローブ６，６Ｂ，６Ｃは、検出面１９（１９Ｂ，１９Ｃ）における走査方向の先端縁が、図１に示されるようにナイフエッジ状となっており、電流計測プローブ６，６Ｂ，６Ｃによるイオンビームの流れの乱れが電流測定に悪影響を与えることのないように配慮されている。以下、この走査方向の一方をＸ方向、Ｘ方向に直交する他方の方向をＹ方向という。
【００２４】
さて、電流計測プローブ６，６Ｂ，６Ｃは、図１に示されるように、検出面１９（１９Ｂ，１９Ｃ）が小ステージ１７に載置された被露光材Ｗの露光面とＺ方向においてほぼ同じ位置になるよう配されている。また、電流計測プローブ６，６Ｂ，６Ｃは、大ステージ１８を被露光材Ｗがイオンビームに露光される露光位置（図１の右方向）に移動したときに、被露光材Ｗまたは被露光材支持ステージ５と接触することがないように、図示しない駆動装置によって電流計測プローブ６，６Ｂ，６Ｃ全体が退避位置（図１の左方向）に移動するように構成されている。電流計測プローブ６，６Ｂ，６Ｃの測定結果を送信する信号線は、後に説明する演算器２に接続されている。
【００２５】
ファラデーカップ７は、Ｚ軸に直交する断面におけるイオンビームのイオン全てを受け入れ、イオンの数に応じた電流を出力するものである。ファラデーカップ７は、駆動装置２０によってイオンビームを受光する位置（以下、「受光位置」ということがある）およびイオンビームを受光しない位置（以下、「待避位置」ということがある）の間を移動可能に構成されている。ファラデーカップ７には、公知のものが使用される。
【００２６】
また、イオンビーム加工装置１には、電流計測プローブ６，６Ｂ，６ＣのＸ方向およびＹ方向についての絶対位置を測定するための図１に図示しないプローブ位置測定装置３１と、被露光材Ｗを載置する小ステージ１７のイオンビーム加工装置１におけるＸ方向およびＹ方向についての絶対位置を測定するための図１に図示しない被露光材位置測定装置３２と、が設けられている。被露光材位置測定装置３２およびプローブ位置測定装置３１は、例えばレーザ干渉を利用した公知の距離計が、それぞれにＸ方向およびＹ方向について１基ずつ備えられている。被露光材Ｗおよび電流計測プローブ６についてのＸ方向の絶対位置の測定を１つの計測装置で行い、Ｙ方向の絶対位置の測定を１つの計測装置で行ってもよい。
【００２７】
演算器２は、プローブ走査部２１、プローブ位置検出部２２、電流積算部２３、ファラデーカップ管理部２４、ステージ駆動部２５、ビーム概要算出部２６、被露光材位置検出部２７、露光部２８、記憶部２９、および制御部３０などからなる。
プローブ走査部２１は、電流計測プローブ６，６Ｂ，６Ｃの走査の制御を行い、また、電流計測プローブ６，６Ｂ，６Ｃについてのイオンビームの電荷を計測する位置（以下、「計測位置」ということがある）と待避位置との間の移動を管理する。
【００２８】
プローブ位置検出部２２は、プローブ位置測定装置３１が測定した電流計測プローブ６，６Ｂ，６Ｃの位置情報を受信し、電流計測プローブ６，６Ｂ，６Ｃの基準点（例えば、検出面１９の先端縁位置）のＸ方向およびＹ方向についての絶対座標を算出する。
以下、イオンビーム加工装置１におけるＸ方向およびＹ方向についての絶対座標を、それぞれ「Ｘ座標」および「Ｙ座標」というものとする。
【００２９】
電流積算部２３は、電流計測プローブ６，６Ｂ，６ＣがＸ方向に走査されて測定された電流値を順次積算する。また、電流積算部２３は、電流値および積算電流値と電流計測プローブ６，６Ｂ，６Ｃの基準点が測定時に位置したＸ座標およびＹ座標とを関連づけて記憶部２９に記憶させる。
ファラデーカップ管理部２４は、ファラデーカップ７のイオンビームを受光する位置とイオンビームを受光しない位置との間の移動を制御し、また、ファラデーカップ７が測定した電流値を受信して記憶部２９に記憶させる。
【００３０】
ステージ駆動部２５は、被露光材Ｗを加工するための露光処理における小ステージ１７の微小な移動を制御し、および大ステージ１８について被露光材Ｗがイオンビームに露光される位置と露光されない位置との間の移動を指示する。また、ステージ駆動部２５は、プローブ走査部２１と協働して電流計測プローブ６，６Ｂ，６Ｃと被露光材Ｗまたは大ステージ１８とが接触することがないように管理する。
【００３１】
ビーム概要算出部２６は、電流計測プローブ６，６Ｂ，６Ｃが測定しＸ座標とＹ座標とに関連づけられた電流値および積算電流値、ならびにファラデーカップ７が測定した電流値から、照射面におけるイオンビームの中心位置、イオンビームの範囲、およびイオン数の分布を算出する。
なお、「照射面」とは、被露光材Ｗにイオンビームが照射されたときの被露光材Ｗの表面における露光される部分をいい、「照射範囲」とは、照射面の範囲をいうものとする。
【００３２】
被露光材位置検出部２７は、被露光材位置測定装置３２が測定した被露光材Ｗの位置情報を受信し、被露光材Ｗの基準となる部分のＸ座標およびＹ座標を算出する。被露光材Ｗの位置は、実際には小ステージ１７の基準点の位置が測定される。露光加工時には、被露光材Ｗと小ステージ１７との既知の位置関係から被露光材Ｗの基準となる部分の位置が求められて露光部２８に利用される。
【００３３】
露光部２８は、被露光材Ｗにイオンビームを照射して加工するときに、被露光材Ｗの加工内容に応じて集束機器１２および小ステージ１７の駆動装置を適切に制御する。
記憶部２９は、Ｘ座標とＹ座標とに関連づけられた電流値および積算電流値、ファラデーカップ７が測定した電流値、イオンビームのイオン数の分布、ならびに被露光材Ｗの加工内容に応じた集束機器１２の動作条件等を記憶し、制御部３０の要求に応じて呼び出す。
【００３４】
制御部３０は、上に説明した演算器２を構成する要素全ての動作を制御する。また、制御部３０は、電流計測プローブ６，６Ｂ，６Ｃの位置、被露光材Ｗの位置、およびイオンビームが被露光材Ｗに照射されたときの照射位置を１つのＸ，Ｙ座標軸上に配置して、これらの絶対位置を管理する。
演算器２は、ＣＰＵ（マイクロコンピュータ）、ＲＡＭ、ハードディスクなどの外部記憶装置、制御プログラム、Ａ／Ｄ変換機能またはＤ／Ａ変換機能を有するインタフェース等により実現される。
【００３５】
チャンバー８は、イオンビーム照射装置３、被露光材支持ステージ５、電流計測プローブ６（６Ｂ，６Ｃ）、およびファラデーカップ７を収容する圧力容器である。チャンバー８には真空計３３が取り付けられており、荒引き用の図示しないロータリーポンプおよび中真空域での真空引き用の図示しないターボ分子ポンプ等で構成された真空装置によって、大気圧域から真空域までチャンバー８の内部圧力を調節できるよう構成されている。
【００３６】
真空制御器９は、真空計３３による測定値に基づいて真空装置に接続された自動弁３４またはリーク用の自動弁３５の開閉を行うことにより、イオンビームによる被露光材Ｗの加工処理におけるチャンバー８内の真空度を適切に維持する。
次に、イオンビーム加工装置１におけるイオンビームの概要の算出について説明する。
【実施例１】
【００３７】
図３はイオンビーム加工装置１におけるイオンビームの概要算出および加工走査のフローチャート、図４は電流計測プローブ６をＸ方向に走査させたときの積算電流値の推移を示す図である。
図３を参照して、電流計測プローブ６を走査させて行うイオンビームの電流値の測定において、まず、プローブ走査部２１は電流計測プローブ６を待避位置に移動させ（＃１２）、その後にファラデーカップ管理部２４がファラデーカップ７を受光位置に移動させる（＃１３）。
【００３８】
イオンビーム制御器４はイオン源１０を励起し、また、拡大レンズ１４、偏向器１５、および集束レンズ１６に通電して所定の電磁界を形成させ、集束イオンビームをファラデーカップ７に向けて照射させる（＃１４）。
ファラデーカップ管理部２４は、照射されたイオンの数に応じたファラデーカップ７からの測定電流値を受信し記憶部２９に記憶する。ファラデーカップ管理部２４は、受信した電流値が所定の値以上かどうかを判断し（＃１５）、例えば、被露光材Ｗ表面の予測される照射面積を考慮したイオンビームの電流密度が１０μＡ／ｃｍ2以上を得られない場合（＃１５でＮｏ）には、イオンビームの集束がなされていないと判断して、イオンビームの照射を中止する（＃１７）。このような場合には、イオンビーム照射装置３の点検を行うか、イオンビーム制御器４における集束機器１２の制御値を変更する。
【００３９】
ファラデーカップ７にて所定の電流値が計測されていることが制御部３０により確認されたら（＃１５でＹｅｓ）、ファラデーカップ管理部２４はファラデーカップ７を退避位置に移動させ、プローブ走査部２１は駆動装置を制御して電流計測プローブ６を計測位置に移動させる（＃１６）。計測位置に移動後の電流計測プローブ６の基準点は、走査原点Ｐ０（図４における（Ｘ０，Ｙ０））に位置する。走査原点Ｐ０は、検出面１９がイオンビームの照射範囲から外れているときにおける電流計測プローブ６の検出面１９のいずれかの位置を設定するのが好ましく、例えば、図４（ａ）における走査原点Ｐ０は、イオンビーム照射範囲の左端よりさらに左側にＸ０を、かつ上端よりさらに上側にＹ０の位置が選択される。
【００４０】
以下、電流計測プローブ６の絶対位置（以下、「絶対位置」を単に「位置」ということがある）を表す基準点を、図４における検出面１９の右下端として説明する。なお、電流計測プローブ６の基準点の位置は、電流計測プローブ６による電流値の測定ごとにプローブ位置測定装置３１により測定される。
電流計測プローブ６は、基準点のＹ座標をＹ０に維持したままＸ方向に走査される（＃１８）。走査において基準点のＸ座標が一定の値を超えかつ検出する電流値が無視できるほど小さくなったら、電流計測プローブ６は、Ｘ方向の走査を終了してＹ方向に所定の距離だけ移動される（＃２０）。ここで、「一定の値」には、予測されるイオンビームの半径またはそれより大きな値が採用され、このような制限を設けることにより、電流計測プローブ６がイオンビームの照射範囲に達しない前にＹ方向に移動するのを防止している。Ｘ方向の走査において、最初に有意な電流値が検出されたときのＸ座標およびＹ座標、ならびにその後の走査において電流値が無視できるほど小さくなったときのＸ座標およびＹ座標が、記憶部２９に記憶される。上記の電流計測プローブ６のＸ方向の走査、およびＹ方向への所定の距離の移動は、Ｘ方向を走査しても走査全域で有意な電流が検出されなくなるまで行われる（＃１９）。
【００４１】
なお、「有意な電流値」とは、ノイズではなく明らかに電流計測プローブ６で電流が検出されたと判断される程度の電流値をいう。以下における「有意な電流値」も同様である。
電流計測プローブ６で検出された電流値は、サンプリングごとに電流積算部２３で積算され、電流値、積算電流値、および測定時の基準点のＸ座標、Ｙ座標は記憶部２９に記憶される。
【００４２】
電流計測プローブ６をＹ方向へ移動後、Ｘ方向に走査しても有意な電流が検出されなくなったら（＃１９でＹｅｓ）、電流計測プローブ６による計測を終了する。
ビーム概要算出部２６は、Ｘ座標およびＹ座標と関連づけて記憶部２９に記憶された電流値および積算電流値に基づいて、ビーム概要算出部２６が被露光材Ｗの照射面におけるイオンビームの中心位置およびイオン数の分布（以下、「イオンビームの概要」ということがある）を算出する（＃２１）。
【００４３】
なお、イオンビーム照射装置３が稼働している間は、真空制御器９は真空装置に接続された自動弁およびリーク用の自動弁を制御し、チャンバー８内を真空状態（例えば、１×１０-5Ｐａ以下）に保持する。
続いて、被露光材Ｗの照射面におけるイオンビームの概要の算出について説明する。
図４は、上に説明した、電流計測プローブ６をＸ方向に走査させて測定したときの積算電流値の推移を示している。図４では、電流計測プローブ６の基準点がＹ０３よりも大きい場合の積算電流値の例が示されていないが、Ｙ０１およびＹ０２の場合に準じた変化をする。電流値を測定しながら行う電流計測プローブ６の実際の走査は、図４に示されるよりもＹ方向に密な間隔でより多くのＸ座標について行われる。
【００４４】
イオンビームの中心位置は次のようにして算出する。
図５は、電流計測プローブ６を有意な電流値が検出されなくなるまでＸ方向に走査して得たＸ座標と積算電流値との関係（図４（ｄ））から、積算電流値のＸについての近似微分値を、Ｘとの関係として図示したものである。近似微分値は、例えば、３次スプライン関数で対象データおよびその周辺データにおけるＸ座標と積算電流値との関係を平滑化後、得られた３次関数を微小Ｘについて差分することにより得られる。
【００４５】
ここで、電流計測プローブ６の基準点は図４における検出面１９の右下端であるので、各Ｙ座標Ｙ０１〜Ｙ０３等における現実の検出された電流値（イオン数）が最も大きいときの検出面１９の中心位置のＸ座標は、図５における微分値の最大におけるＸ座標から検出面１９のＸ方向長さｗ１の２分の１を差し引いたＸ座標となる。イオンビームの中心位置のＸ座標Ｘｍは、図５における各Ｙ座標Ｙ０１〜Ｙ０３等の微分値が最も大きくなるＸ座標からｗ１の２分の１を差し引いたＸ座標の平均値を算出することにより求めることができる。
【００４６】
図６は、図４（ｄ）のＸ方向の走査終了点（Ｘ＝Ｘ０４）における積算電流値（Ａ１〜Ａ３等）を測定時のＹ座標をパラメータにして図示したものである。図６からＹ座標についてのイオンビームの中心位置を求める場合についても、図５と同様に、電流計測プローブ６の基準点の位置の偏り分を考慮し、最も大きな積算電流値を得るＹ座標からｗ２の２分の１を差し引いた値をイオンビームの中心位置のＹ座標Ｙｍとする。
【００４７】
イオンビームの中心のＸ座標ＸｍおよびＹ座標Ｙｍは、上に説明した方法により、ビーム概要算出部２６によって求められる。
イオンビームの照射範囲は、記憶部２９に記憶された、Ｘ方向の走査における有意な電流値がはじめて検出されたときのＸ座標およびＹ座標、ならびに電流値が無視できるほど小さくなったときのＸ座標およびＹ座標に基づいてビーム概要算出部２６によって求められる。例えば、照射範囲の図４における左端は、各Ｙ座標におけるＸ方向の走査における有意な電流値がはじめて検出されたときの各Ｘ座標とそのときのＹ座標との関係から、補間法等によりイオンビームの中心のＹ座標ＹｍにおけるＸ座標を算出することで求められる。
【００４８】
次に、イオンビームの照射範囲における測定電流値（イオン数）の分布の概要算出について説明する。
なお、以下において「測定電流値の分布」と記載することがあり、または「イオン数の分布」と記載することがあるが、レーザビームを構成するイオンの数は、ファラデーカップ７により測定された電流値をプロトンイオン１つの有する電荷で除することにより求められるので、上記２つの表現を厳密に区別せずに前後の記載に応じて適宜選択するものとする。
【００４９】
はじめに、Ｙ方向についてのイオン数の分布の概要算出について説明する。
Ｙ方向についてのイオン数の分布の概要は、図６に示された結果とファラデーカップ７が測定した電流値とから、ビーム概要算出部２６によって次のようにして算出される。
ここで、「Ｙ方向についてのイオン数の分布」とは、Ｙ座標をパラメータとする、Ｙ方向について単位幅を有しＸ方向に延びた帯状領域（例えば、図４（ｄ）の領域ＨＩＪＫが幅＝１（単位幅）の場合）に照射されるイオン数の分布をいう。
【００５０】
図６は、図４（ｄ）に示されるＸ方向に走査したときの各Ｙ座標とその最終の積算電流値との関係を示している。そして、電流計測プローブ６で検出された電流値は検出面１９に照射されるイオンの数に比例していることから、図６の分布の形は、Ｙ方向についてのイオン数の分布に相似する。しかし、電流計測プローブ６による測定では、検出面１９はある程度の大きさの面積を有しサンプリングはＸ方向について所定の間隔を空けて行われるので、イオンビームの照射範囲における同一のＸ座標およびＹ座標の点についてサンプリングが重複して行われまたはサンプリングが全く行われない照射範囲における部分が存在する場合がある。したがって、図６における積算電流値は、原則として実際のイオン数を表す電流値とは異なるものとなる。
【００５１】
そこで、図６に示される最終の積算電流値の分布から実際のイオン数（に対応する電流値）の分布を求める補正を行う。
補正は、ファラデーカップ７により測定した電流値が用いられる。
つまり、ファラデーカップ７により測定された電流値は、イオンビームを形成する全イオン数に応じた値であるので、ファラデーカップ７による電流値を、図６の積算電流値を積分した値（図６における分布の面積）で除した値（以下、「第１補正係数」という）を用いて図６の積算電流値を補正（各積算電流値に第１補正係数を掛け合わせる）すれば、図７に示されるような、イオンビームの照射範囲におけるイオン数の分布に対応する積算電流値の分布が求められる。図６の積分は、記憶部２９に記憶された各Ｙ座標における最終の積算電流値（Ａ１〜Ａ３等）を用いてビーム概要算出部２６が近似積分（例えば、離散データより対象Ｙ座標近辺の回帰式を求めて補間し図積分相当の近似積分）を行うことにより算出する。また、ビーム概要算出部２６は、上記処理の中で、電流計測プローブ６の基準点のＸ座標およびＹ座標を、検出面１９の中心についてのＸ座標およびＹ座標に補正する。補正は、具体的には、各Ｘ座標およびＹ座標を、それぞれｗ１の２分の１およびｗ２の２分の１減じることにより行う。そうすることにより、図７（ａ）に示される、実用的なＹ方向についてのイオンビームのイオン数の分布を得ることができる。算出されたＹ座標とイオン数（電流値）との関係は、記憶部２９に記憶される。
【００５２】
次に、Ｘ方向についてのイオン数の分布の概要算出について説明する。
Ｘ方向についてのイオン数の分布の概要算出は、原則として、Ｙ方向についてのイオン数の分布の概要算出と同様にして行われる。
図８は、Ｘ座標をパラメータとするＹ方向における電流値の分布を示す図である。図８（ａ）〜（ｄ）における電流値のＹ方向の分布は、記憶部２９に記憶された電流値から、Ｘ座標が同一である電流値を抽出して作成される。Ｘ座標が同一である電流値を抽出できないときは、Ｘ座標が近似するＸ座標のデータが抽出され、Ｘ座標と電流値とから補間によって、各Ｙ座標の対比したいＸ座標における電流値が求められる。図８は、記憶部２９に記憶されたデータから、電流計測プローブ６をＸ座標を一定にしてＹ方向に走査したことを想定した場合の測定電流値または推定電流値を表したものといえる。図８（ａ）〜（ｄ）に代表される、Ｘ座標がＸ１０〜Ｘ０４における電流値の分布を積分した積分電流値Ｂ１〜Ｂ４は、図４におけるＡ１〜Ａ３に対応するものである。例えば、図８（ｂ）におけるＢ２は、Ｘ座標がＸ１２のときの走査を想定した領域ＬＭＮＱにおける最終の積算電流値である。
【００５３】
図９は、Ｘ座標をパラメータとする、Ｘ方向についてｗ２の幅を有しＹ方向に延びた領域における積算電流値（例えば、Ｘ＝Ｘ１２のときの領域ＬＭＮＱのＢ２等）を示している。そして、電流計測プローブ６で検出される電流値は検出面１９に照射されたイオンの数に比例していることから、図９の分布の形は、Ｘ方向に単位幅でかつＹ方向に十分長い帯状領域に照射されるイオン数のＸ方向についての分布に相似すると考えられる。ここで、電流計測プローブ６の検出面１９はある程度の大きさの面積を有するので、図９の積分電流値は、同一のＸ座標およびＹ座標における測定電流値が重複して含まれるか、または全くサンプリングされない座標点が含まれる可能性がある。したがって、図６からＹ方向についてのイオン数の分布を算出するときと同様に、ファラデーカップ７による電流値を図９の積分電流値をさらに積分した値（図９における分布の面積（図積分値））で除した値（以下、「第２補正係数」という）を用いて図９における各積分電流値を補正して（第２補正係数を掛け合わせる）、Ｘ方向についてのイオン数の分布を算出する。
【００５４】
図９の積分電流値の積分処理は、図６の場合と同様に近似積分により算出する。ビーム概要算出部２６は、上記処理の中で、各積分電流値と関連づけられた電流計測プローブ６の基準点についてのＸ座標およびＹ座標を、検出面１９の中心のＸ座標およびＹ座標に補正する。具体的には、記憶部２９に記憶された各電流値についてのＸ座標およびＹ座標を、それぞれｗ２の２分の１およびｗ１の２分の１差し引いた値に補正する。この補正は、上に述べたＹ方向についてのイオン数の分布の算出の場合と同様である。以上の処理により、図７（ｂ）に示されるように、Ｘ方向についてのイオンビームのイオン数の分布を表す積算電流値（Ｘ方向単位幅におけるＹ方向全域の電流値）の分布を得ることができる。算出されたＸ座標とＸ座標における積算電流値との関係は、記憶部２９に記憶される。
【００５５】
図７に示されるイオン数の分布の概要は、イオンビーム加工装置１により被露光材Ｗを加工するときの加工条件を設定する場合に極めて有用である。例えば、イオンビームを被露光材Ｗに対してＹ方向に相対移動させて被露光材Ｗを加工するときに、所望する幅Ｗｐの加工線を得たい場合を考察する。イオンビームの照射範囲における中心を含む幅Ｗｐの部分ＤＥＦＧのイオンの数は、Ｘ方向についてのイオンビームのイオン数の分布を表す図７（ｂ）のハンチングされた領域Ｉｎの面積で求められる。つまり、幅Ｗｐの部分ＤＥＦＧでは単位時間当たりＩｎの数のイオンが被露光材Ｗに照射される。被露光材Ｗを加工するために必要なドーズ量Ｄｑ（単位面積あたりのイオンの個数）は被露光材Ｗの種類により決まっているので、イオン数Ｉｎと必要なドーズ量Ｄｐとから被露光材Ｗにおいて幅Ｗｐの部分を加工しその他の部分を加工しないために必要なイオンビームの照射時間（Ｄｐ÷Ｉｎ）、すなわち、イオンビームと被露光材Ｗとの相対移動速度が求められる。イオンビームを被露光材Ｗに対してＸ方向に相対移動させて被露光材Ｗに所望する幅の加工線を得たい場合には、図７（ａ）について（ｂ）と同様にして演算することにより、イオンビームと被露光材Ｗとの相対移動速度を求めることができる。また、被露光材Ｗにおける加工線の幅Ｗｐを、イオンビームを照射する間に適宜変化させたい場合には、図７（ａ），（ｂ）に基づき、幅Ｗｐを大きくしたい部分ではイオンビームの中心と被露光材Ｗとの相対移動速度を遅く、幅Ｗｐを小さくしたい部分では相対移動速度を早くすればよい。
【００５６】
イオンビームのイオン数の分布を明確にすることにより、イオンビームと被露光材Ｗとの相対移動をＸ方向およびＹ方向の組み合わせで行わせる場合にも、所望する幅Ｗｐの加工線を得ることができる。
また、種々のイオンビームの照射強度について、被露光材Ｗの照射面におけるイオンビームの概要を記憶部２９に記憶しておくことにより、より複雑な加工線の組み合わせを得たい場合に対してイオンビーム加工装置１を適切に稼働させることができる。
【００５７】
図４および図８における電流計測プローブ６の検出面１９の形状は、イオンビームをＸ方向およびＹ方向に矩形状に区画でき算出されるイオンビームの概要の精度が良好な点で図示された矩形であることが好ましいが、楕円形、長円形その他の形状とすることができる。例えば、検出面１９の形状を楕円形とする場合には、長径または短径の一方をｗ１、他方をｗ２とすればよい。また、電流計測プローブ６のＸ方向への走査における電流値のサンプリングは、Ｘ座標について等間隔で行われるのが好ましく、電流計測プローブ６のＹ方向への移動も、Ｙ座標が等間隔となるように行われるのが好ましい。
【００５８】
電流計測プローブ６をＸ方向およびＹ方向の何れにも走査させてサンプリング可能に構成してもよい。また、Ｘ方向に走査する電流計測プローブ６に加え、さらにＹ方向に走査しＸ方向に移動可能な電流計測プローブを設けてもよい。これらの場合、Ｘ方向についてのイオン数の分布の概要は、Ｙ方向に走査して測定した電流値によって、上に説明したＹ方向についてのイオン数の分布の概算と同様にして算出することができる。
【００５９】
次に、イオンビーム加工装置１におけるイオンビームの概要の算出の第２の実施例について説明する。
【実施例２】
【００６０】
図１０は電流計測プローブ６をＸ方向に走査させたときの積算電流値の推移を示す図である。本実施例における電流計測プローブ６Ｂは、検出面１９Ｂがイオンビームの照射範囲の径（幅）に比べて十分に長い矩形状である。電流計測プローブ６Ｂの基準点は、図１０において検出面１９Ｂの右下の角である。本実施例における電流計測プローブ６Ｂをイオンビームの照射範囲に走査させて行う電流値の測定は、図３のフローチャートに示されるものと多くの共通点を有する。そこで、電流値の測定において本実施例が実施例１と異なる点について、以下に説明する。
【００６１】
実施例２では、電流計測プローブ６ＢのＹ方向への所定の距離の移動は、Ｘ方向の走査を終えて電流積算部２３で積算された最終の積算電流値が、電流計測プローブ６ＢをＹ方向に移動させてもそれ以前のＹ座標での最終の積算電流値と比べて有意な増加が認められなくなるまで、つまり、Ｙ座標が図１０におけるイオンビームの照射範囲の下方境界を越えるまで行われる。
【００６２】
最終の積算電流値が、以前のＹ座標での最終の積算電流値と比べて有意な増加が認められなくなったら、電流計測プローブ６Ｂによる計測を終了し、Ｘ座標およびＹ座標と関連づけて記憶部２９に記憶された電流値および積算電流値に基づいて、ビーム概要算出部２６が被露光材Ｗの照射面におけるイオンビームの中心位置およびイオン数の分布を算出する。
【００６３】
イオンビームのＸ方向における中心位置は、図１０（ｄ）に示される関係から求められる。
すなわち、イオンビームのＸ方向における中心位置は、電流計測プローブ６Ｂでの電流値の最後の測定におけるＸ座標と積算電流値との関係（図１０（ｄ））から、積算電流値の微小Ｘについての近似微分値（傾き）を算出して求める。微分値が最大となるＸ座標Ｘｗ３は、微分値が最大となるときに検出面１９Ｂの基準点が存在した位置であるから、イオンビームの中心のＸ座標は、微分値が最大となるＸ座標Ｘｗ３から検出面１９ＢのＸ方向幅ｗ３の半分を差し引いたＸ座標Ｘｍとして求められる。
【００６４】
イオンビームのＹ方向における中心位置は、各Ｙ方向位置（基準点のＹ座標がＹ２０〜Ｙ２５）において電流計測プローブ６Ｂの計測した電流値の最終の積算電流値（図１０におけるＣ１〜Ｃ４等）と各Ｙ座標との関係から求められる（図１１）。図１０における最終の積算電流値（Ｃ１〜Ｃ４等）は、電流計測プローブ６Ｂの検出面１９ＢがイオンビームのＹ方向における中心を含む場合に、その前後Ｙ座標位置でのＸ方向への走査における最終の積算電流値に対する増減が最も大きい。具体的には、図１０（ｂ）と図１０（ｃ）との間に、最終の積算電流値に対する増減が最も大きいＹ座標が存在する。
【００６５】
したがって、図１１に示されるＹ座標と最終の積算電流値との関係から、その微小Ｙについての近似微分値（傾き）を算出し、微分値が最大となるＹ座標を求めれば、それがイオンビームのＹ方向における中心のＹ座標Ｙｍである。
イオンビームの中心のＸ座標ＸｍおよびＹ座標Ｙｍは、上に説明した方法により、ビーム概要算出部２６によって求められ、記憶部２９に記憶される。
【００６６】
イオンビームの照射範囲は、Ｘ方向については、記憶部２９に記憶された電流計測プローブ６Ｂでの電流値の最後の測定におけるＸ座標と積算電流値との関係（図１０（ｄ））から、Ｘ方向の走査における有意な電流値がはじめて検出されたときのＸ座標とＹ座標、および電流値が無視できるほど小さくなったときのＸ座標およびＹ座標に基づいてビーム概要算出部２６によって求められ、記憶部２９に記憶される。Ｙ方向については、図１１に示される関係において、その近似微分値が走査原点側で略０になるＹ座標および走査原点から離れた側で略０になるＹ座標を抽出することにより求められる。
【００６７】
イオンビームの照射範囲におけるイオン数の分布の概要については、Ｘ方向のイオン数の分布を先に説明する。
Ｘ方向のイオン数の分布の概要は、電流計測プローブ６ＢをＸ方向に走査させて測定した最終の積算電流値が、電流計測プローブ６ＢをＹ方向に移動させても増加しなくなったときのＸ座標とその電流値との関係（図１２）から算出される。
【００６８】
なお、この関係は、図１０（ｄ）に示されるＸ座標と積算電流値とから、積算電流値の微小Ｘについての近似微分値（差分値）をＸとの関係として求めても得ることができる。
図１２の電流値の変化は、イオンビームの照射範囲におけるＸ方向についてのイオン数の分布に相似する。電流計測プローブ６Ｂは、検出面１９ＢがＸ方向にある程度の大きさを有することから、Ｘ方向の走査時に検出面１９Ｂが同一のＸ座標およびＹ座標について重複してサンプリングし、またはサンプリングされない部分の生じるおそれがあるので、図１２の電流値をファラデーカップ７により測定した電流値によって補正して、Ｘ方向についてのイオン数（電流値）の分布を求める。
【００６９】
補正は、ファラデーカップ７による電流値を図１２の電流値を積算した値（図１２における図積分値）で除した値（以下、「第３補正係数」という）を、図１２の各電流値に掛け合わせることにより行う。得られるＸ方向についての積分電流値の分布は、プロトンイオンが有する電荷で除することによりイオン数の分布に変換される。
なお、実際のイオン数の分布（Ｘ方向に単位幅でＹ方向に延びた帯状の範囲におけるイオン数の分布）は、電流計測プローブ６Ｂの基準点の位置を考慮して、図１２に示される分布全体を、Ｘ方向について走査原点側にｗ３の２分の１移動させたものとなる。
【００７０】
Ｙ方向のイオン数の分布の概要は、図１１に示されるＹ座標と積算電流値との関係から算出される。図１１は、上に説明したＸ方向のイオン数の分布の概要を求める際の図１０（ｄ）に相当するものである。したがって、図１１をＹについて近似微分して図１２に相当するＹ方向についての関係を求めて、Ｘ方向のイオン数の分布の概要を求めた処理と同様の処理により、Ｙ方向のイオン数の分布（Ｙ方向に単位幅でＸ方向に延びた帯状の範囲におけるイオン数の分布）の概要を得ることができる。ただし、Ｙ方向のイオン数の分布の概要を求める場合には、検出面１９ＢがＹ方向に十分長いため、電流計測プローブ６Ｂの基準点の位置を考慮した補正は不要である。
【００７１】
上に説明したＸ方向のイオン数の分布およびＸ方向のイオン数の分布は、ビーム概要算出部２６により算出され、記憶部２９に記憶される。また、求められたイオン数の分布の概要の効果は、実施例１におけるものと同じである。
続いて、イオンビーム加工装置１におけるイオンビームの概要の算出の第３の実施例について説明する。
【実施例３】
【００７２】
本実施例においては、イオンビームの照射範囲に対して検出面１９Ｃが矩形状であってかつ十分大きな電流計測プローブ６Ｃが使用される。本実施例における電流計測プローブ６Ｃをイオンビーム照射範囲に走査させて行う電流値の測定は、図３のフローチャートに示されるものと多くの共通点を有する。ただし、電流計測プローブ６ＣのＸ方向およびＹ方向の走査は、上記実施例１，２と異なり、いずれも最終的にイオンビームの照射範囲全てをカバーするようにしてそれぞれ１回行われる。
【００７３】
図１３は電流計測プローブ６ＣをＸ方向に走査したときの概要を示す図、図１４は電流計測プローブ６ＣをＸ方向に走査したときの概要を示す図である。
なお、電流計測プローブ６Ｃの基準点は、図１３（ａ）および図１４（ａ）における検出面１９Ｃの右下端、つまり、Ｘ方向への走査の先端縁であってかつＹ方向への走査の先端縁である。また、これらの先端縁はいずれもナイフエッジ状に形成されている。電流計測プローブ６Ｃの基準点の位置は、プローブ位置測定装置３１により電流値が測定される都度測定され記憶部２９に記憶される。
【００７４】
イオンビームの中心位置は、基準点のＸ座標またはＹ座標と計測された電流値との関係を示す図１３（ｂ）および図１４（ｂ）に基づいて求められる。Ｘ方向の中心位置では、電流計測プローブ６ＣのＸ方向への単位距離（微小距離）の走査による測定電流値の増分が最も大きいことから、記憶部２９に記憶されたＸ座標と電流値との関係（図１３（ｂ））から、近似微分（例えば、３次スプライン関数で周辺データを平滑化後微分する）して最大値を示すＸ座標ＸｍをＸ方向の中心位置とする。Ｙ方向の中心のＹ座標Ｙｍについても、記憶部２９に記憶されたＹ座標と電流値との関係（図１４（ｂ））から、Ｘ方向の場合と同様にして求められる。
【００７５】
イオンビームの中心のＸ座標ＸｍおよびＹ座標Ｙｍは、記憶部２９に記憶される。
イオンビームの照射範囲は、Ｘ方向については、電流計測プローブ６ＣをＸ方向に走査させたときに、最初に有意な電流値が測定されたときのＸ座標Ｘ３０と、測定された電流値が走査によっても増加しなくなったときのＸ座標Ｘ３５との間である。同様に、Ｙ方向のイオンビームの照射範囲は、電流計測プローブ６ＣをＹ方向に走査させたときに、最初に有意な電流値が測定されたときのＹ座標Ｙ３０と、測定された電流値が走査によっても増加しなくなったときのＹ座標Ｙ３５との間である。イオンビームの照射範囲は、記憶部２９に記憶された電流値の測定データに基づいて、ビーム概要算出部２６が算出する。
【００７６】
イオンビームの照射範囲におけるＸ方向のイオン数の分布（図１３（ｃ））は、図１３（ｂ）の電流値をＸについて微分して求められる。微分は、記憶部２９に記憶されたＸ座標と測定電流値とから、上に説明したと同様に近似微分法で行う。図１３（ｃ）では、例えば、イオンビームの中心を含み方向の幅Ｗｑの範囲ＵＲＳＴにおける単位時間当たりの照射されるイオンの数Ｉｍは、図１３（ｃ）における範囲ＵＲＳＴに対応する幅Ｗｑの部分の面積から求められる。
【００７７】
イオンビームの照射範囲におけるＹ方向のイオン数の分布は、Ｘ方向におけるイオン数の分布と同様にして求めることができ、図１４（ｃ）の解釈においても、図１３（ｃ）がＸ方向であるのに対しＹ方向である点を除き、図１３（ｃ）と同じである。
図１３（ｃ）および図１４（ｃ）に表されるＸ方向のイオン数の分布およびＸ方向のイオン数の分布は、ビーム概要算出部２６により算出され、記憶部２９に記憶される。求められたイオン数の分布の概要の効果は、実施例１におけるものと同じである。
【００７８】
さて、図３に戻って、上記実施例１〜３のようにして被露光材Ｗの照射面におけるイオンビームの中心位置、イオンビームの範囲、およびイオン量の分布等が明らかにされた後に、被露光材Ｗにイオンビームを照射して加工作業を行う（＃２２）。
加工作業（＃２２）は、先ず、電流計測プローブ６（６Ｂ，６Ｃ）をファラデーカップ７と接触しないように待避位置に退避させ、代わってファラデーカップ７をイオンビームを受光する位置に移動させる。
【００７９】
次いで、小ステージ１７に載置された被露光材Ｗがイオンビームに照射される位置まで、大ステージ１８を図示しない駆動装置により移動させる。そして、演算器２の記憶部２９に記憶されたイオンビームの中心の位置情報に基づき、小ステージ１７を図示しない駆動装置により移動させ、小ステージ１７に載置された被露光材Ｗの所望の位置にイオンビームの中心が当たるように調整する。
【００８０】
小ステージ１７の位置の調整が終わると、ファラデーカップ７をイオンビームを受光しない位置に退避させ、イオンビームを被露光材Ｗに照射して加工する。露光時間（またはイオンビームと被露光材Ｗとの相対速度）は、記憶部２９に記憶されたイオンビームの数（電流値）の分布に基づき、露光部２８により決定される。
上述の実施形態において、イオンビーム照射装置３、イオンビーム制御器４、被露光材支持ステージ５、電流計測プローブ６，６Ｂ，６Ｃ、ファラデーカップ７、演算器２、チャンバー８、および真空制御器９等は、種々のものを使用することができる。
【００８１】
その他、イオンビーム加工装置１、およびイオンビーム加工装置１の各構成または全体の構造、形状、寸法、個数、材質などは、本発明の趣旨に沿って適宜変更することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本発明は、被露光材にイオンビームを照射し被露光材に所望する微細構造を形成するイオンビーム加工装置に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明に係るイオンビーム加工装置の構成図である。
【図２】演算器の構成を示す図である。
【図３】イオンビーム加工装置におけるイオンビームの概要算出および加工のフローチャートである。
【図４】実施例１における電流計測プローブをＸ方向に走査させたときの積算電流値の推移を示す図である。
【図５】実施例１におけるＸ方向のビーム中心を求めるための概念図である。
【図６】実施例１におけるＹ方向のビーム中心を求めるための概念図である。
【図７】実施例１におけるイオン数の分布を求めるための概念図である。
【図８】電流計測プローブをＹ方向に移動させたときの電流値の推移を示す図である。
【図９】実施例１におけるＸ方向のイオン数の分布を求めるための概念図である。
【図１０】実施例２における電流計測プローブをＸ方向に走査させたときの積算電流値の推移を示す図である。
【図１１】実施例２におけるＹ方向のビーム中心を求めるための概念図である。
【図１２】実施例２におけるＸ方向のビーム中心を求めるための概念図である。
【図１３】実施例３におけるＸ方向のイオン数の分布を求めるための概念図である。
【図１４】実施例３におけるＹ方向のイオン数の分布を求めるための概念図である。
【符号の説明】
【００８４】
１ イオンビーム加工装置
２ 演算手段（演算器）
３ ビーム生成部（イオンビーム照射装置）
６，６Ｂ，６Ｃ プローブ（電流計測プローブ）
７ センサ（ファラデーカップ）
２６ 演算手段（ビーム概要算出部）
Ｘｍ イオンビームの中心（イオンビームのＸ方向における中心）
Ｙｍ イオンビームの中心（イオンビームのＹ方向における中心）
Ｗ 被露光材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被露光材にイオンビームを照射し被露光材に所望する微細構造を形成するイオンビーム加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ナノインプリント等の微細加工装置に使用される金型の製作に、ＬＩＧＡ（Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｉｅ，Ｇａｌｖａｎｏｆｏｒｍｕｎｇ ｕｎｄ Ａｂｆｏｒｍｕｎｇ）と称されるプロセスが利用されるようになっている。ＬＩＧＡプロセスは、アスペクト比（加工幅に対する加工深さの比）を大きくすることができるという優れた特徴を有する（非特許文献１，２）。
【０００３】
一方、ＬＩＧＡプロセスは、近接Ｘ線マスクを使用してパターンをレジスト層（ポリメチルメタクリレート：ＰＭＭＡ）に転写するため、近接Ｘ線マスクを別途製作しなければならず、そのためのコストを見込まなければならないという問題がある。また、Ｘ線を使用することにより設備費が増加し、稼働の際には厳格な安全管理が求められるという問題もある。
【０００４】
これらの問題に対して、マスクを使用しないで、水素イオン、ヘリウムイオン、またはリチウムイオン等の軽イオンのビームによって直接レジスト層にパターンを露光する技術が開示されている（特許文献１）。
ところで、被露光材に形成される加工線幅はイオンビームの径に関係することから、イオンビームを被露光材に照射して被露光材を加工する技術、例えば、近年注目されている特定の重イオンビームを半導体に照射してイオン注入を行う方法等において、イオンビームの径（範囲）および位置等を予め求めておくことの重要性が指摘されている。
【０００５】
このイオン注入による加工においてイオンビームの径（範囲）等を求めるために、ファラデーカップを直線状に等間隔で配置し、被露光材の全面を横切るように移動させて各ファラデーカップよりイオン強度を測定する技術（特許文献２）、マトリックス状にビーム通過孔が開けられた円板状のプレートをイオンビームに対して垂直に横切らせ、通過したビームをイオンコレクタで検出する技術（特許文献３）、および、ビームの走行方向と直交する面に沿って複数の導電板を等間隔に一方向に並べてイオンビームの広がりを検出する技術（特許文献４）等が開示されている。
【０００６】
上に述べた水素イオン等により直接レジスト層にパターンを露光する技術においても、被露光材に形成される加工線幅は照射ビームのビーム径に依存する点は変わらず、加工線幅を高精度で管理するためには、所望どおりにイオンビームの収束がなされているかを確認することが必要となる。
【非特許文献１】インターネット、 http://www.ritsumei.ac.jp/se/~sugiyama/research/re_5.1.html
【非特許文献２】インターネット、 http://staff.aist.go.jp/k.awazu/Japanese-folder/nanoimprint1021.htm
【特許文献１】特表２００１−５０３５６９号公報
【特許文献２】特開平９−３２０５０７号公報
【特許文献３】特開平１０−２２３１７３号公報
【特許文献４】特開２０００−８２４３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献２〜４に開示されたイオンビームの径を測定する方法では、測定に使用されるファラデーカップ、通過孔、または導電板の設置できる数に限りがあり、かつ計測されたビームの強度は、それぞれがある程度の間隔を有する離散的なものであるため、計測結果から推測されるイオンビームの径は、その精度に不安の残るものであった。
【０００８】
また、特許文献１には軽イオンのビームによって直接レジスト層にパターンを露光する技術が開示されているものの、照射されるイオンビームの径、または範囲等を測定する技術については、格別の開示がされていない。
一方で、イオンビームを照射して被露光材を加工する加工装置では、照射されるイオンビームの径、または範囲等の概要を精度良く知ることができれば、加工精度を高め、加工の効率化を図ることが可能となる。
【０００９】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたもので、被露光材に照射されるイオンビームの概要を明らかにして被露光材の加工を正確に効率よく行うことができるイオンビーム加工装置および加工装置の操業方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
すなわち、本発明に係るイオンビーム加工装置は、イオンビームを照射して被露光材を加工するイオンビーム加工装置であって、前記被露光材に照射するイオンビームを発生させるためのビーム生成部と、照射された前記イオンビーム全体のイオン数またはその代表値を測定可能なプローブと、前記プローブを前記イオンビームに略直交する面上で１方向に走査させるための第１の走査手段と、前記プローブを前記面上で前記１方向に直交する方向に走査させるための第２の走査手段と、前記プローブが前記１方向および前記１方向に直交する方向に走査して測定した結果に基づいて演算を行う演算手段と、を有し、前記プローブは、前記１方向に走査する側の端縁が前記１方向に直交する直線で構成されかつ前記１方向に直交する方向に走査する側の端縁が前記１方向に延びた直線で構成されており、前記演算手段は、少なくとも前記被露光材の露光面における前記１方向のイオンビーム幅および前記１方向におけるイオンビームのイオン数の分布を演算するように構成されてなる。
【００１１】
他の本発明に係るイオンビーム加工装置は、イオンビームを照射して被露光材を加工するイオンビーム加工装置であって、前記被露光材に照射するイオンビームを発生させるためのビーム生成部と、照射された前記イオンビームのイオン数またはその代表値を測定するためのプローブと、照射された前記イオンビーム全体のイオン数またはその代表値を測定するためのセンサと、前記プローブを前記イオンビームに略直交する面上で１方向に走査させるための走査手段と、前記プローブを前記イオンビームに略直交する面上で前記１方向に直交する方向に走査または移動させるための手段と、前記プローブが測定した結果と前記センサが測定した結果とに基づいて演算を行う演算手段と、を有し、前記演算手段は、少なくとも前記被露光材の露光面における前記１方向または前記１方向に直交する方向のいずれかのイオンビーム幅およびイオンビームのイオン数の分布を演算するように構成されてなる。
【００１２】
以上の発明によれば、イオンビームの照射範囲を精度よく求めることができるのに加えてイオンビームの概要を明らかにすることができるので、被露光材の加工を正確に効率よく行うことができる。
好ましくは、前記演算手段は、前記１方向および前記１方向に直交する方向の両方または一方の前記イオンビームの中心を求めるように構成されてなる。
【００１３】
本発明によれば、イオンビームの被露光材への露光位置の制御を精度良く行うことができる。
また、好ましくは、前記プローブは、前記１方向に走査する側の端縁が前記１方向に直交する直線もしくは前記１方向に直交する方向に走査または移動する側の端縁が前記１方向に延びた直線、または前記端縁のいずれもそれぞれの前記直線で構成されてなる。
【００１４】
本発明によれば、イオンビームのイオン数またはその代表値の測定位置の特定精度をより高めることができ、イオンビームの概要を精度よく推算することができる。
本発明に係るイオンビーム加工装置の操業方法は、イオンビームを照射して被露光材を加工するイオンビーム加工装置の操業方法であって、前記イオンビームに直交する面において直交する２つの直線からなる端縁を有し前記イオンビーム全体のイオン数またはその代表値の測定が可能なプローブを前記一方の端縁の直線方向に前記他方の端縁が前記イオンビーム外周に達するまで走査させて前記イオンビームのイオン数またはその代表値の測定を行い、前記プローブを前記他方の端縁の直線方向に前記一方の端縁が前記イオンビーム外周に達するまで走査させて前記イオンビームのイオン数またはその代表値の測定を行い、前記イオン数またはその代表値の測定結果から少なくとも前記被露光材の露光面における前記直交する２つの直線のいずれか一方の直線方向のイオンビーム幅およびイオンビームのイオン数の分布を求め、前記イオンビーム幅および前記イオン数の分布に基づいて操業を行う。
【００１５】
他の本発明に係るイオンビーム加工装置の操業方法は、イオンビームを照射して被露光材を加工するイオンビーム加工装置の操業方法であって、前記イオンビームに直交する面内の部分的なイオン数またはその代表値を計測するためのプローブを、前記直交する面において前記イオンビーム境界外から前記イオンビーム内を前記直交する面上で一方向に前記イオンビーム境界外に達するまで走査させて測定を行い、前記プローブによる測定を、前記プローブを前記直交する面上で前記一方向に直交する方向における一方の前記イオンビーム境界外を起点とし他方のイオンビーム境界外を終点として複数箇所において走査させて行い、前記イオンビーム全体のイオン数またはその代表値をセンサにより測定し、前記プローブによる測定結果および前記センサによる測定結果から少なくとも前記一方向または前記一方向に直交する方向のいずれかにおけるイオンビーム幅およびイオンビームのイオン数の分布を求め、前記イオンビーム幅および前記イオン数の分布に基づいて操業を行う。
【００１６】
これらの発明によれば、イオンビームの照射範囲を精度よく求めることができるのに加えてイオンビームの概要を明らかにすることができるので、イオンビーム加工装置の操業を適切に行うことができ、被露光材の加工を正確に効率よく行うことができる。
好ましくは、前記プローブによる測定結果から前記イオンビームの中心を求めて前記イオンビーム幅、前記イオン数の分布、およびイオンビームの前記中心に基づいて操業を行う。
【００１７】
本発明によれば、イオンビームの被露光材への露光位置の制御を精度良く行うことができる。
ここで「前記１方向におけるイオンビームのイオン数の分布」とは、前記１方向に単位幅を有し前記１方向に直交する方向に十分長い帯状領域におけるイオンの数についての前記１方向における分布を意味するものである。また、「イオン数の分布」とは、広くイオンの数に比例する他の単位による分布、例えばプローブが検出する代表値としての電流値の分布をも含むものとする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によると、被露光材に照射されるイオンビームの概要を明らかにすることができ被露光材の加工を正確に効率よく行うことができるイオンビーム加工装置および加工装置の操業方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１は本発明に係るイオンビーム加工装置１の構成図、図２は演算器２の構成を示す図である。
以下の説明において、図１における上下方向をＺ方向という。
図１において、イオンビーム加工装置１は、イオンビーム照射装置３、イオンビーム制御器４、被露光材支持ステージ５、電流計測プローブ６（６Ｂ，６Ｃ）、ファラデーカップ７、演算器２、チャンバー８、および真空制御器９等からなる。
【００２０】
イオンビーム照射装置３は、イオン源１０、加速器１１、および集束機器１２等によって構成される。
イオン源１０は、水素雰囲気下で金属の鋭利な先端と周囲との間に電圧を印加してプロトンイオンを発生させる。なお、イオン源１０は上述した構成そのものに限らず、電子衝突型、高周波放電型、デュオプラズマトロン型およびＰＩＧ型など種々のものを採用しうる。
【００２１】
加速器１１は、複数に積層された引き出し電極１３を含み、イオン源１０で発生したイオンを一定の方向に引き出して加速する働きを行う。
集束機器１２は、拡大レンズ１４、偏向器１５、および集束レンズ１６からなる。集束機器１２は、通電されて所定の電磁界を形成し、イオン源１０から引き出され加速されたイオンを集束させて、被露光材Ｗの所定の位置に照射させるためのものである。拡大レンズ１４は、静電界発生板または磁界発生コイルで形成されており、中央を通過するプロトンイオンを引き寄せて半径方向に拡大させる。偏向器１５は、互いに９０度ずらした２組の平行電極板で構成されており、所望するビームの偏向度合いに応じた直流電圧を各組の電極板に印加することにより、イオンビームの軸心を移動させて偏向させる。集束レンズ１６は、静電界発生板または磁界発生コイルで形成されており、中央の空隙を通過するプロトンイオンをビーム中心軸側に押し戻して集束させる。
【００２２】
イオンビーム制御器４は、集束機器１２(拡大レンズ１４、偏向器１５、集束レンズ１６)に印加する電圧等を調整して、集束機器１２が形成するイオンビームの集束の程度および照射位置を制御する働きを行う。
被露光材支持ステージ５は、イオンビーム加工装置１により加工される被露光材Ｗを載置するためのものである。被露光材支持ステージ５は、被露光材Ｗが直接載置される小ステージ１７とその小ステージ１７を支える大ステージ１８とからなっている。小ステージ１７は、図示しない駆動装置により大ステージ１８上のＺ軸に直交する面上の直交する２方向（以下、これらを「Ｘ方向」および「Ｙ方向」ということがある）を自由にかつ微小な単位で移動できるよう構成されている。また、大ステージ１８は、図示しない駆動装置によって被露光材Ｗがイオンビームに露光される位置と露光されない位置との間で移動可能なように構成されている。
【００２３】
電流計測プローブ６，６Ｂ，６Ｃは、イオンビームを形成するイオンが有する電荷を電流値として計測するためのもので、イオンビーム照射装置３側に検出面１９（１９Ｂ，１９Ｃ）を向けて配置されている。また、電流計測プローブ６，６Ｂ，６Ｃは、Ｚ方向に略直交する面上の直交する２方向（Ｘ方向、Ｙ方向）において検出面１９（１９Ｂ，１９Ｃ）がイオンビームの照射範囲を走査可能に構成され、この２方向における走査は、電流計測プローブ６，６Ｂ，６Ｃに結合された互いに直交する方向に伸縮する図示しないピエゾ素子などを備える駆動装置によって行われる。電流計測プローブ６，６Ｂ，６Ｃは、検出面１９（１９Ｂ，１９Ｃ）における走査方向の先端縁が、図１に示されるようにナイフエッジ状となっており、電流計測プローブ６，６Ｂ，６Ｃによるイオンビームの流れの乱れが電流測定に悪影響を与えることのないように配慮されている。以下、この走査方向の一方をＸ方向、Ｘ方向に直交する他方の方向をＹ方向という。
【００２４】
さて、電流計測プローブ６，６Ｂ，６Ｃは、図１に示されるように、検出面１９（１９Ｂ，１９Ｃ）が小ステージ１７に載置された被露光材Ｗの露光面とＺ方向においてほぼ同じ位置になるよう配されている。また、電流計測プローブ６，６Ｂ，６Ｃは、大ステージ１８を被露光材Ｗがイオンビームに露光される露光位置（図１の右方向）に移動したときに、被露光材Ｗまたは被露光材支持ステージ５と接触することがないように、図示しない駆動装置によって電流計測プローブ６，６Ｂ，６Ｃ全体が退避位置（図１の左方向）に移動するように構成されている。電流計測プローブ６，６Ｂ，６Ｃの測定結果を送信する信号線は、後に説明する演算器２に接続されている。
【００２５】
ファラデーカップ７は、Ｚ軸に直交する断面におけるイオンビームのイオン全てを受け入れ、イオンの数に応じた電流を出力するものである。ファラデーカップ７は、駆動装置２０によってイオンビームを受光する位置（以下、「受光位置」ということがある）およびイオンビームを受光しない位置（以下、「待避位置」ということがある）の間を移動可能に構成されている。ファラデーカップ７には、公知のものが使用される。
【００２６】
また、イオンビーム加工装置１には、電流計測プローブ６，６Ｂ，６ＣのＸ方向およびＹ方向についての絶対位置を測定するための図１に図示しないプローブ位置測定装置３１と、被露光材Ｗを載置する小ステージ１７のイオンビーム加工装置１におけるＸ方向およびＹ方向についての絶対位置を測定するための図１に図示しない被露光材位置測定装置３２と、が設けられている。被露光材位置測定装置３２およびプローブ位置測定装置３１は、例えばレーザ干渉を利用した公知の距離計が、それぞれにＸ方向およびＹ方向について１基ずつ備えられている。被露光材Ｗおよび電流計測プローブ６についてのＸ方向の絶対位置の測定を１つの計測装置で行い、Ｙ方向の絶対位置の測定を１つの計測装置で行ってもよい。
【００２７】
演算器２は、プローブ走査部２１、プローブ位置検出部２２、電流積算部２３、ファラデーカップ管理部２４、ステージ駆動部２５、ビーム概要算出部２６、被露光材位置検出部２７、露光部２８、記憶部２９、および制御部３０などからなる。
プローブ走査部２１は、電流計測プローブ６，６Ｂ，６Ｃの走査の制御を行い、また、電流計測プローブ６，６Ｂ，６Ｃについてのイオンビームの電荷を計測する位置（以下、「計測位置」ということがある）と待避位置との間の移動を管理する。
【００２８】
プローブ位置検出部２２は、プローブ位置測定装置３１が測定した電流計測プローブ６，６Ｂ，６Ｃの位置情報を受信し、電流計測プローブ６，６Ｂ，６Ｃの基準点（例えば、検出面１９の先端縁位置）のＸ方向およびＹ方向についての絶対座標を算出する。
以下、イオンビーム加工装置１におけるＸ方向およびＹ方向についての絶対座標を、それぞれ「Ｘ座標」および「Ｙ座標」というものとする。
【００２９】
電流積算部２３は、電流計測プローブ６，６Ｂ，６ＣがＸ方向に走査されて測定された電流値を順次積算する。また、電流積算部２３は、電流値および積算電流値と電流計測プローブ６，６Ｂ，６Ｃの基準点が測定時に位置したＸ座標およびＹ座標とを関連づけて記憶部２９に記憶させる。
ファラデーカップ管理部２４は、ファラデーカップ７のイオンビームを受光する位置とイオンビームを受光しない位置との間の移動を制御し、また、ファラデーカップ７が測定した電流値を受信して記憶部２９に記憶させる。
【００３０】
ステージ駆動部２５は、被露光材Ｗを加工するための露光処理における小ステージ１７の微小な移動を制御し、および大ステージ１８について被露光材Ｗがイオンビームに露光される位置と露光されない位置との間の移動を指示する。また、ステージ駆動部２５は、プローブ走査部２１と協働して電流計測プローブ６，６Ｂ，６Ｃと被露光材Ｗまたは大ステージ１８とが接触することがないように管理する。
【００３１】
ビーム概要算出部２６は、電流計測プローブ６，６Ｂ，６Ｃが測定しＸ座標とＹ座標とに関連づけられた電流値および積算電流値、ならびにファラデーカップ７が測定した電流値から、照射面におけるイオンビームの中心位置、イオンビームの範囲、およびイオン数の分布を算出する。
なお、「照射面」とは、被露光材Ｗにイオンビームが照射されたときの被露光材Ｗの表面における露光される部分をいい、「照射範囲」とは、照射面の範囲をいうものとする。
【００３２】
被露光材位置検出部２７は、被露光材位置測定装置３２が測定した被露光材Ｗの位置情報を受信し、被露光材Ｗの基準となる部分のＸ座標およびＹ座標を算出する。被露光材Ｗの位置は、実際には小ステージ１７の基準点の位置が測定される。露光加工時には、被露光材Ｗと小ステージ１７との既知の位置関係から被露光材Ｗの基準となる部分の位置が求められて露光部２８に利用される。
【００３３】
露光部２８は、被露光材Ｗにイオンビームを照射して加工するときに、被露光材Ｗの加工内容に応じて集束機器１２および小ステージ１７の駆動装置を適切に制御する。
記憶部２９は、Ｘ座標とＹ座標とに関連づけられた電流値および積算電流値、ファラデーカップ７が測定した電流値、イオンビームのイオン数の分布、ならびに被露光材Ｗの加工内容に応じた集束機器１２の動作条件等を記憶し、制御部３０の要求に応じて呼び出す。
【００３４】
制御部３０は、上に説明した演算器２を構成する要素全ての動作を制御する。また、制御部３０は、電流計測プローブ６，６Ｂ，６Ｃの位置、被露光材Ｗの位置、およびイオンビームが被露光材Ｗに照射されたときの照射位置を１つのＸ，Ｙ座標軸上に配置して、これらの絶対位置を管理する。
演算器２は、ＣＰＵ（マイクロコンピュータ）、ＲＡＭ、ハードディスクなどの外部記憶装置、制御プログラム、Ａ／Ｄ変換機能またはＤ／Ａ変換機能を有するインタフェース等により実現される。
【００３５】
チャンバー８は、イオンビーム照射装置３、被露光材支持ステージ５、電流計測プローブ６（６Ｂ，６Ｃ）、およびファラデーカップ７を収容する圧力容器である。チャンバー８には真空計３３が取り付けられており、荒引き用の図示しないロータリーポンプおよび中真空域での真空引き用の図示しないターボ分子ポンプ等で構成された真空装置によって、大気圧域から真空域までチャンバー８の内部圧力を調節できるよう構成されている。
【００３６】
真空制御器９は、真空計３３による測定値に基づいて真空装置に接続された自動弁３４またはリーク用の自動弁３５の開閉を行うことにより、イオンビームによる被露光材Ｗの加工処理におけるチャンバー８内の真空度を適切に維持する。
次に、イオンビーム加工装置１におけるイオンビームの概要の算出について説明する。
【実施例１】
【００３７】
図３はイオンビーム加工装置１におけるイオンビームの概要算出および加工走査のフローチャート、図４は電流計測プローブ６をＸ方向に走査させたときの積算電流値の推移を示す図である。
図３を参照して、電流計測プローブ６を走査させて行うイオンビームの電流値の測定において、まず、プローブ走査部２１は電流計測プローブ６を待避位置に移動させ（＃１２）、その後にファラデーカップ管理部２４がファラデーカップ７を受光位置に移動させる（＃１３）。
【００３８】
イオンビーム制御器４はイオン源１０を励起し、また、拡大レンズ１４、偏向器１５、および集束レンズ１６に通電して所定の電磁界を形成させ、集束イオンビームをファラデーカップ７に向けて照射させる（＃１４）。
ファラデーカップ管理部２４は、照射されたイオンの数に応じたファラデーカップ７からの測定電流値を受信し記憶部２９に記憶する。ファラデーカップ管理部２４は、受信した電流値が所定の値以上かどうかを判断し（＃１５）、例えば、被露光材Ｗ表面の予測される照射面積を考慮したイオンビームの電流密度が１０μＡ／ｃｍ2以上を得られない場合（＃１５でＮｏ）には、イオンビームの集束がなされていないと判断して、イオンビームの照射を中止する（＃１７）。このような場合には、イオンビーム照射装置３の点検を行うか、イオンビーム制御器４における集束機器１２の制御値を変更する。
【００３９】
ファラデーカップ７にて所定の電流値が計測されていることが制御部３０により確認されたら（＃１５でＹｅｓ）、ファラデーカップ管理部２４はファラデーカップ７を退避位置に移動させ、プローブ走査部２１は駆動装置を制御して電流計測プローブ６を計測位置に移動させる（＃１６）。計測位置に移動後の電流計測プローブ６の基準点は、走査原点Ｐ０（図４における（Ｘ０，Ｙ０））に位置する。走査原点Ｐ０は、検出面１９がイオンビームの照射範囲から外れているときにおける電流計測プローブ６の検出面１９のいずれかの位置を設定するのが好ましく、例えば、図４（ａ）における走査原点Ｐ０は、イオンビーム照射範囲の左端よりさらに左側にＸ０を、かつ上端よりさらに上側にＹ０の位置が選択される。
【００４０】
以下、電流計測プローブ６の絶対位置（以下、「絶対位置」を単に「位置」ということがある）を表す基準点を、図４における検出面１９の右下端として説明する。なお、電流計測プローブ６の基準点の位置は、電流計測プローブ６による電流値の測定ごとにプローブ位置測定装置３１により測定される。
電流計測プローブ６は、基準点のＹ座標をＹ０に維持したままＸ方向に走査される（＃１８）。走査において基準点のＸ座標が一定の値を超えかつ検出する電流値が無視できるほど小さくなったら、電流計測プローブ６は、Ｘ方向の走査を終了してＹ方向に所定の距離だけ移動される（＃２０）。ここで、「一定の値」には、予測されるイオンビームの半径またはそれより大きな値が採用され、このような制限を設けることにより、電流計測プローブ６がイオンビームの照射範囲に達しない前にＹ方向に移動するのを防止している。Ｘ方向の走査において、最初に有意な電流値が検出されたときのＸ座標およびＹ座標、ならびにその後の走査において電流値が無視できるほど小さくなったときのＸ座標およびＹ座標が、記憶部２９に記憶される。上記の電流計測プローブ６のＸ方向の走査、およびＹ方向への所定の距離の移動は、Ｘ方向を走査しても走査全域で有意な電流が検出されなくなるまで行われる（＃１９）。
【００４１】
なお、「有意な電流値」とは、ノイズではなく明らかに電流計測プローブ６で電流が検出されたと判断される程度の電流値をいう。以下における「有意な電流値」も同様である。
電流計測プローブ６で検出された電流値は、サンプリングごとに電流積算部２３で積算され、電流値、積算電流値、および測定時の基準点のＸ座標、Ｙ座標は記憶部２９に記憶される。
【００４２】
電流計測プローブ６をＹ方向へ移動後、Ｘ方向に走査しても有意な電流が検出されなくなったら（＃１９でＹｅｓ）、電流計測プローブ６による計測を終了する。
ビーム概要算出部２６は、Ｘ座標およびＹ座標と関連づけて記憶部２９に記憶された電流値および積算電流値に基づいて、ビーム概要算出部２６が被露光材Ｗの照射面におけるイオンビームの中心位置およびイオン数の分布（以下、「イオンビームの概要」ということがある）を算出する（＃２１）。
【００４３】
なお、イオンビーム照射装置３が稼働している間は、真空制御器９は真空装置に接続された自動弁およびリーク用の自動弁を制御し、チャンバー８内を真空状態（例えば、１×１０-5Ｐａ以下）に保持する。
続いて、被露光材Ｗの照射面におけるイオンビームの概要の算出について説明する。
図４は、上に説明した、電流計測プローブ６をＸ方向に走査させて測定したときの積算電流値の推移を示している。図４では、電流計測プローブ６の基準点がＹ０３よりも大きい場合の積算電流値の例が示されていないが、Ｙ０１およびＹ０２の場合に準じた変化をする。電流値を測定しながら行う電流計測プローブ６の実際の走査は、図４に示されるよりもＹ方向に密な間隔でより多くのＸ座標について行われる。
【００４４】
イオンビームの中心位置は次のようにして算出する。
図５は、電流計測プローブ６を有意な電流値が検出されなくなるまでＸ方向に走査して得たＸ座標と積算電流値との関係（図４（ｄ））から、積算電流値のＸについての近似微分値を、Ｘとの関係として図示したものである。近似微分値は、例えば、３次スプライン関数で対象データおよびその周辺データにおけるＸ座標と積算電流値との関係を平滑化後、得られた３次関数を微小Ｘについて差分することにより得られる。
【００４５】
ここで、電流計測プローブ６の基準点は図４における検出面１９の右下端であるので、各Ｙ座標Ｙ０１〜Ｙ０３等における現実の検出された電流値（イオン数）が最も大きいときの検出面１９の中心位置のＸ座標は、図５における微分値の最大におけるＸ座標から検出面１９のＸ方向長さｗ１の２分の１を差し引いたＸ座標となる。イオンビームの中心位置のＸ座標Ｘｍは、図５における各Ｙ座標Ｙ０１〜Ｙ０３等の微分値が最も大きくなるＸ座標からｗ１の２分の１を差し引いたＸ座標の平均値を算出することにより求めることができる。
【００４６】
図６は、図４（ｄ）のＸ方向の走査終了点（Ｘ＝Ｘ０４）における積算電流値（Ａ１〜Ａ３等）を測定時のＹ座標をパラメータにして図示したものである。図６からＹ座標についてのイオンビームの中心位置を求める場合についても、図５と同様に、電流計測プローブ６の基準点の位置の偏り分を考慮し、最も大きな積算電流値を得るＹ座標からｗ２の２分の１を差し引いた値をイオンビームの中心位置のＹ座標Ｙｍとする。
【００４７】
イオンビームの中心のＸ座標ＸｍおよびＹ座標Ｙｍは、上に説明した方法により、ビーム概要算出部２６によって求められる。
イオンビームの照射範囲は、記憶部２９に記憶された、Ｘ方向の走査における有意な電流値がはじめて検出されたときのＸ座標およびＹ座標、ならびに電流値が無視できるほど小さくなったときのＸ座標およびＹ座標に基づいてビーム概要算出部２６によって求められる。例えば、照射範囲の図４における左端は、各Ｙ座標におけるＸ方向の走査における有意な電流値がはじめて検出されたときの各Ｘ座標とそのときのＹ座標との関係から、補間法等によりイオンビームの中心のＹ座標ＹｍにおけるＸ座標を算出することで求められる。
【００４８】
次に、イオンビームの照射範囲における測定電流値（イオン数）の分布の概要算出について説明する。
なお、以下において「測定電流値の分布」と記載することがあり、または「イオン数の分布」と記載することがあるが、レーザビームを構成するイオンの数は、ファラデーカップ７により測定された電流値をプロトンイオン１つの有する電荷で除することにより求められるので、上記２つの表現を厳密に区別せずに前後の記載に応じて適宜選択するものとする。
【００４９】
はじめに、Ｙ方向についてのイオン数の分布の概要算出について説明する。
Ｙ方向についてのイオン数の分布の概要は、図６に示された結果とファラデーカップ７が測定した電流値とから、ビーム概要算出部２６によって次のようにして算出される。
ここで、「Ｙ方向についてのイオン数の分布」とは、Ｙ座標をパラメータとする、Ｙ方向について単位幅を有しＸ方向に延びた帯状領域（例えば、図４（ｄ）の領域ＨＩＪＫが幅＝１（単位幅）の場合）に照射されるイオン数の分布をいう。
【００５０】
図６は、図４（ｄ）に示されるＸ方向に走査したときの各Ｙ座標とその最終の積算電流値との関係を示している。そして、電流計測プローブ６で検出された電流値は検出面１９に照射されるイオンの数に比例していることから、図６の分布の形は、Ｙ方向についてのイオン数の分布に相似する。しかし、電流計測プローブ６による測定では、検出面１９はある程度の大きさの面積を有しサンプリングはＸ方向について所定の間隔を空けて行われるので、イオンビームの照射範囲における同一のＸ座標およびＹ座標の点についてサンプリングが重複して行われまたはサンプリングが全く行われない照射範囲における部分が存在する場合がある。したがって、図６における積算電流値は、原則として実際のイオン数を表す電流値とは異なるものとなる。
【００５１】
そこで、図６に示される最終の積算電流値の分布から実際のイオン数（に対応する電流値）の分布を求める補正を行う。
補正は、ファラデーカップ７により測定した電流値が用いられる。
つまり、ファラデーカップ７により測定された電流値は、イオンビームを形成する全イオン数に応じた値であるので、ファラデーカップ７による電流値を、図６の積算電流値を積分した値（図６における分布の面積）で除した値（以下、「第１補正係数」という）を用いて図６の積算電流値を補正（各積算電流値に第１補正係数を掛け合わせる）すれば、図７に示されるような、イオンビームの照射範囲におけるイオン数の分布に対応する積算電流値の分布が求められる。図６の積分は、記憶部２９に記憶された各Ｙ座標における最終の積算電流値（Ａ１〜Ａ３等）を用いてビーム概要算出部２６が近似積分（例えば、離散データより対象Ｙ座標近辺の回帰式を求めて補間し図積分相当の近似積分）を行うことにより算出する。また、ビーム概要算出部２６は、上記処理の中で、電流計測プローブ６の基準点のＸ座標およびＹ座標を、検出面１９の中心についてのＸ座標およびＹ座標に補正する。補正は、具体的には、各Ｘ座標およびＹ座標を、それぞれｗ１の２分の１およびｗ２の２分の１減じることにより行う。そうすることにより、図７（ａ）に示される、実用的なＹ方向についてのイオンビームのイオン数の分布を得ることができる。算出されたＹ座標とイオン数（電流値）との関係は、記憶部２９に記憶される。
【００５２】
次に、Ｘ方向についてのイオン数の分布の概要算出について説明する。
Ｘ方向についてのイオン数の分布の概要算出は、原則として、Ｙ方向についてのイオン数の分布の概要算出と同様にして行われる。
図８は、Ｘ座標をパラメータとするＹ方向における電流値の分布を示す図である。図８（ａ）〜（ｄ）における電流値のＹ方向の分布は、記憶部２９に記憶された電流値から、Ｘ座標が同一である電流値を抽出して作成される。Ｘ座標が同一である電流値を抽出できないときは、Ｘ座標が近似するＸ座標のデータが抽出され、Ｘ座標と電流値とから補間によって、各Ｙ座標の対比したいＸ座標における電流値が求められる。図８は、記憶部２９に記憶されたデータから、電流計測プローブ６をＸ座標を一定にしてＹ方向に走査したことを想定した場合の測定電流値または推定電流値を表したものといえる。図８（ａ）〜（ｄ）に代表される、Ｘ座標がＸ１０〜Ｘ０４における電流値の分布を積分した積分電流値Ｂ１〜Ｂ４は、図４におけるＡ１〜Ａ３に対応するものである。例えば、図８（ｂ）におけるＢ２は、Ｘ座標がＸ１２のときの走査を想定した領域ＬＭＮＱにおける最終の積算電流値である。
【００５３】
図９は、Ｘ座標をパラメータとする、Ｘ方向についてｗ２の幅を有しＹ方向に延びた領域における積算電流値（例えば、Ｘ＝Ｘ１２のときの領域ＬＭＮＱのＢ２等）を示している。そして、電流計測プローブ６で検出される電流値は検出面１９に照射されたイオンの数に比例していることから、図９の分布の形は、Ｘ方向に単位幅でかつＹ方向に十分長い帯状領域に照射されるイオン数のＸ方向についての分布に相似すると考えられる。ここで、電流計測プローブ６の検出面１９はある程度の大きさの面積を有するので、図９の積分電流値は、同一のＸ座標およびＹ座標における測定電流値が重複して含まれるか、または全くサンプリングされない座標点が含まれる可能性がある。したがって、図６からＹ方向についてのイオン数の分布を算出するときと同様に、ファラデーカップ７による電流値を図９の積分電流値をさらに積分した値（図９における分布の面積（図積分値））で除した値（以下、「第２補正係数」という）を用いて図９における各積分電流値を補正して（第２補正係数を掛け合わせる）、Ｘ方向についてのイオン数の分布を算出する。
【００５４】
図９の積分電流値の積分処理は、図６の場合と同様に近似積分により算出する。ビーム概要算出部２６は、上記処理の中で、各積分電流値と関連づけられた電流計測プローブ６の基準点についてのＸ座標およびＹ座標を、検出面１９の中心のＸ座標およびＹ座標に補正する。具体的には、記憶部２９に記憶された各電流値についてのＸ座標およびＹ座標を、それぞれｗ２の２分の１およびｗ１の２分の１差し引いた値に補正する。この補正は、上に述べたＹ方向についてのイオン数の分布の算出の場合と同様である。以上の処理により、図７（ｂ）に示されるように、Ｘ方向についてのイオンビームのイオン数の分布を表す積算電流値（Ｘ方向単位幅におけるＹ方向全域の電流値）の分布を得ることができる。算出されたＸ座標とＸ座標における積算電流値との関係は、記憶部２９に記憶される。
【００５５】
図７に示されるイオン数の分布の概要は、イオンビーム加工装置１により被露光材Ｗを加工するときの加工条件を設定する場合に極めて有用である。例えば、イオンビームを被露光材Ｗに対してＹ方向に相対移動させて被露光材Ｗを加工するときに、所望する幅Ｗｐの加工線を得たい場合を考察する。イオンビームの照射範囲における中心を含む幅Ｗｐの部分ＤＥＦＧのイオンの数は、Ｘ方向についてのイオンビームのイオン数の分布を表す図７（ｂ）のハンチングされた領域Ｉｎの面積で求められる。つまり、幅Ｗｐの部分ＤＥＦＧでは単位時間当たりＩｎの数のイオンが被露光材Ｗに照射される。被露光材Ｗを加工するために必要なドーズ量Ｄｑ（単位面積あたりのイオンの個数）は被露光材Ｗの種類により決まっているので、イオン数Ｉｎと必要なドーズ量Ｄｐとから被露光材Ｗにおいて幅Ｗｐの部分を加工しその他の部分を加工しないために必要なイオンビームの照射時間（Ｄｐ÷Ｉｎ）、すなわち、イオンビームと被露光材Ｗとの相対移動速度が求められる。イオンビームを被露光材Ｗに対してＸ方向に相対移動させて被露光材Ｗに所望する幅の加工線を得たい場合には、図７（ａ）について（ｂ）と同様にして演算することにより、イオンビームと被露光材Ｗとの相対移動速度を求めることができる。また、被露光材Ｗにおける加工線の幅Ｗｐを、イオンビームを照射する間に適宜変化させたい場合には、図７（ａ），（ｂ）に基づき、幅Ｗｐを大きくしたい部分ではイオンビームの中心と被露光材Ｗとの相対移動速度を遅く、幅Ｗｐを小さくしたい部分では相対移動速度を早くすればよい。
【００５６】
イオンビームのイオン数の分布を明確にすることにより、イオンビームと被露光材Ｗとの相対移動をＸ方向およびＹ方向の組み合わせで行わせる場合にも、所望する幅Ｗｐの加工線を得ることができる。
また、種々のイオンビームの照射強度について、被露光材Ｗの照射面におけるイオンビームの概要を記憶部２９に記憶しておくことにより、より複雑な加工線の組み合わせを得たい場合に対してイオンビーム加工装置１を適切に稼働させることができる。
【００５７】
図４および図８における電流計測プローブ６の検出面１９の形状は、イオンビームをＸ方向およびＹ方向に矩形状に区画でき算出されるイオンビームの概要の精度が良好な点で図示された矩形であることが好ましいが、楕円形、長円形その他の形状とすることができる。例えば、検出面１９の形状を楕円形とする場合には、長径または短径の一方をｗ１、他方をｗ２とすればよい。また、電流計測プローブ６のＸ方向への走査における電流値のサンプリングは、Ｘ座標について等間隔で行われるのが好ましく、電流計測プローブ６のＹ方向への移動も、Ｙ座標が等間隔となるように行われるのが好ましい。
【００５８】
電流計測プローブ６をＸ方向およびＹ方向の何れにも走査させてサンプリング可能に構成してもよい。また、Ｘ方向に走査する電流計測プローブ６に加え、さらにＹ方向に走査しＸ方向に移動可能な電流計測プローブを設けてもよい。これらの場合、Ｘ方向についてのイオン数の分布の概要は、Ｙ方向に走査して測定した電流値によって、上に説明したＹ方向についてのイオン数の分布の概算と同様にして算出することができる。
【００５９】
次に、イオンビーム加工装置１におけるイオンビームの概要の算出の第２の実施例について説明する。
【実施例２】
【００６０】
図１０は電流計測プローブ６をＸ方向に走査させたときの積算電流値の推移を示す図である。本実施例における電流計測プローブ６Ｂは、検出面１９Ｂがイオンビームの照射範囲の径（幅）に比べて十分に長い矩形状である。電流計測プローブ６Ｂの基準点は、図１０において検出面１９Ｂの右下の角である。本実施例における電流計測プローブ６Ｂをイオンビームの照射範囲に走査させて行う電流値の測定は、図３のフローチャートに示されるものと多くの共通点を有する。そこで、電流値の測定において本実施例が実施例１と異なる点について、以下に説明する。
【００６１】
実施例２では、電流計測プローブ６ＢのＹ方向への所定の距離の移動は、Ｘ方向の走査を終えて電流積算部２３で積算された最終の積算電流値が、電流計測プローブ６ＢをＹ方向に移動させてもそれ以前のＹ座標での最終の積算電流値と比べて有意な増加が認められなくなるまで、つまり、Ｙ座標が図１０におけるイオンビームの照射範囲の下方境界を越えるまで行われる。
【００６２】
最終の積算電流値が、以前のＹ座標での最終の積算電流値と比べて有意な増加が認められなくなったら、電流計測プローブ６Ｂによる計測を終了し、Ｘ座標およびＹ座標と関連づけて記憶部２９に記憶された電流値および積算電流値に基づいて、ビーム概要算出部２６が被露光材Ｗの照射面におけるイオンビームの中心位置およびイオン数の分布を算出する。
【００６３】
イオンビームのＸ方向における中心位置は、図１０（ｄ）に示される関係から求められる。
すなわち、イオンビームのＸ方向における中心位置は、電流計測プローブ６Ｂでの電流値の最後の測定におけるＸ座標と積算電流値との関係（図１０（ｄ））から、積算電流値の微小Ｘについての近似微分値（傾き）を算出して求める。微分値が最大となるＸ座標Ｘｗ３は、微分値が最大となるときに検出面１９Ｂの基準点が存在した位置であるから、イオンビームの中心のＸ座標は、微分値が最大となるＸ座標Ｘｗ３から検出面１９ＢのＸ方向幅ｗ３の半分を差し引いたＸ座標Ｘｍとして求められる。
【００６４】
イオンビームのＹ方向における中心位置は、各Ｙ方向位置（基準点のＹ座標がＹ２０〜Ｙ２５）において電流計測プローブ６Ｂの計測した電流値の最終の積算電流値（図１０におけるＣ１〜Ｃ４等）と各Ｙ座標との関係から求められる（図１１）。図１０における最終の積算電流値（Ｃ１〜Ｃ４等）は、電流計測プローブ６Ｂの検出面１９ＢがイオンビームのＹ方向における中心を含む場合に、その前後Ｙ座標位置でのＸ方向への走査における最終の積算電流値に対する増減が最も大きい。具体的には、図１０（ｂ）と図１０（ｃ）との間に、最終の積算電流値に対する増減が最も大きいＹ座標が存在する。
【００６５】
したがって、図１１に示されるＹ座標と最終の積算電流値との関係から、その微小Ｙについての近似微分値（傾き）を算出し、微分値が最大となるＹ座標を求めれば、それがイオンビームのＹ方向における中心のＹ座標Ｙｍである。
イオンビームの中心のＸ座標ＸｍおよびＹ座標Ｙｍは、上に説明した方法により、ビーム概要算出部２６によって求められ、記憶部２９に記憶される。
【００６６】
イオンビームの照射範囲は、Ｘ方向については、記憶部２９に記憶された電流計測プローブ６Ｂでの電流値の最後の測定におけるＸ座標と積算電流値との関係（図１０（ｄ））から、Ｘ方向の走査における有意な電流値がはじめて検出されたときのＸ座標とＹ座標、および電流値が無視できるほど小さくなったときのＸ座標およびＹ座標に基づいてビーム概要算出部２６によって求められ、記憶部２９に記憶される。Ｙ方向については、図１１に示される関係において、その近似微分値が走査原点側で略０になるＹ座標および走査原点から離れた側で略０になるＹ座標を抽出することにより求められる。
【００６７】
イオンビームの照射範囲におけるイオン数の分布の概要については、Ｘ方向のイオン数の分布を先に説明する。
Ｘ方向のイオン数の分布の概要は、電流計測プローブ６ＢをＸ方向に走査させて測定した最終の積算電流値が、電流計測プローブ６ＢをＹ方向に移動させても増加しなくなったときのＸ座標とその電流値との関係（図１２）から算出される。
【００６８】
なお、この関係は、図１０（ｄ）に示されるＸ座標と積算電流値とから、積算電流値の微小Ｘについての近似微分値（差分値）をＸとの関係として求めても得ることができる。
図１２の電流値の変化は、イオンビームの照射範囲におけるＸ方向についてのイオン数の分布に相似する。電流計測プローブ６Ｂは、検出面１９ＢがＸ方向にある程度の大きさを有することから、Ｘ方向の走査時に検出面１９Ｂが同一のＸ座標およびＹ座標について重複してサンプリングし、またはサンプリングされない部分の生じるおそれがあるので、図１２の電流値をファラデーカップ７により測定した電流値によって補正して、Ｘ方向についてのイオン数（電流値）の分布を求める。
【００６９】
補正は、ファラデーカップ７による電流値を図１２の電流値を積算した値（図１２における図積分値）で除した値（以下、「第３補正係数」という）を、図１２の各電流値に掛け合わせることにより行う。得られるＸ方向についての積分電流値の分布は、プロトンイオンが有する電荷で除することによりイオン数の分布に変換される。
なお、実際のイオン数の分布（Ｘ方向に単位幅でＹ方向に延びた帯状の範囲におけるイオン数の分布）は、電流計測プローブ６Ｂの基準点の位置を考慮して、図１２に示される分布全体を、Ｘ方向について走査原点側にｗ３の２分の１移動させたものとなる。
【００７０】
Ｙ方向のイオン数の分布の概要は、図１１に示されるＹ座標と積算電流値との関係から算出される。図１１は、上に説明したＸ方向のイオン数の分布の概要を求める際の図１０（ｄ）に相当するものである。したがって、図１１をＹについて近似微分して図１２に相当するＹ方向についての関係を求めて、Ｘ方向のイオン数の分布の概要を求めた処理と同様の処理により、Ｙ方向のイオン数の分布（Ｙ方向に単位幅でＸ方向に延びた帯状の範囲におけるイオン数の分布）の概要を得ることができる。ただし、Ｙ方向のイオン数の分布の概要を求める場合には、検出面１９ＢがＹ方向に十分長いため、電流計測プローブ６Ｂの基準点の位置を考慮した補正は不要である。
【００７１】
上に説明したＸ方向のイオン数の分布およびＸ方向のイオン数の分布は、ビーム概要算出部２６により算出され、記憶部２９に記憶される。また、求められたイオン数の分布の概要の効果は、実施例１におけるものと同じである。
続いて、イオンビーム加工装置１におけるイオンビームの概要の算出の第３の実施例について説明する。
【実施例３】
【００７２】
本実施例においては、イオンビームの照射範囲に対して検出面１９Ｃが矩形状であってかつ十分大きな電流計測プローブ６Ｃが使用される。本実施例における電流計測プローブ６Ｃをイオンビーム照射範囲に走査させて行う電流値の測定は、図３のフローチャートに示されるものと多くの共通点を有する。ただし、電流計測プローブ６ＣのＸ方向およびＹ方向の走査は、上記実施例１，２と異なり、いずれも最終的にイオンビームの照射範囲全てをカバーするようにしてそれぞれ１回行われる。
【００７３】
図１３は電流計測プローブ６ＣをＸ方向に走査したときの概要を示す図、図１４は電流計測プローブ６ＣをＸ方向に走査したときの概要を示す図である。
なお、電流計測プローブ６Ｃの基準点は、図１３（ａ）および図１４（ａ）における検出面１９Ｃの右下端、つまり、Ｘ方向への走査の先端縁であってかつＹ方向への走査の先端縁である。また、これらの先端縁はいずれもナイフエッジ状に形成されている。電流計測プローブ６Ｃの基準点の位置は、プローブ位置測定装置３１により電流値が測定される都度測定され記憶部２９に記憶される。
【００７４】
イオンビームの中心位置は、基準点のＸ座標またはＹ座標と計測された電流値との関係を示す図１３（ｂ）および図１４（ｂ）に基づいて求められる。Ｘ方向の中心位置では、電流計測プローブ６ＣのＸ方向への単位距離（微小距離）の走査による測定電流値の増分が最も大きいことから、記憶部２９に記憶されたＸ座標と電流値との関係（図１３（ｂ））から、近似微分（例えば、３次スプライン関数で周辺データを平滑化後微分する）して最大値を示すＸ座標ＸｍをＸ方向の中心位置とする。Ｙ方向の中心のＹ座標Ｙｍについても、記憶部２９に記憶されたＹ座標と電流値との関係（図１４（ｂ））から、Ｘ方向の場合と同様にして求められる。
【００７５】
イオンビームの中心のＸ座標ＸｍおよびＹ座標Ｙｍは、記憶部２９に記憶される。
イオンビームの照射範囲は、Ｘ方向については、電流計測プローブ６ＣをＸ方向に走査させたときに、最初に有意な電流値が測定されたときのＸ座標Ｘ３０と、測定された電流値が走査によっても増加しなくなったときのＸ座標Ｘ３５との間である。同様に、Ｙ方向のイオンビームの照射範囲は、電流計測プローブ６ＣをＹ方向に走査させたときに、最初に有意な電流値が測定されたときのＹ座標Ｙ３０と、測定された電流値が走査によっても増加しなくなったときのＹ座標Ｙ３５との間である。イオンビームの照射範囲は、記憶部２９に記憶された電流値の測定データに基づいて、ビーム概要算出部２６が算出する。
【００７６】
イオンビームの照射範囲におけるＸ方向のイオン数の分布（図１３（ｃ））は、図１３（ｂ）の電流値をＸについて微分して求められる。微分は、記憶部２９に記憶されたＸ座標と測定電流値とから、上に説明したと同様に近似微分法で行う。図１３（ｃ）では、例えば、イオンビームの中心を含み方向の幅Ｗｑの範囲ＵＲＳＴにおける単位時間当たりの照射されるイオンの数Ｉｍは、図１３（ｃ）における範囲ＵＲＳＴに対応する幅Ｗｑの部分の面積から求められる。
【００７７】
イオンビームの照射範囲におけるＹ方向のイオン数の分布は、Ｘ方向におけるイオン数の分布と同様にして求めることができ、図１４（ｃ）の解釈においても、図１３（ｃ）がＸ方向であるのに対しＹ方向である点を除き、図１３（ｃ）と同じである。
図１３（ｃ）および図１４（ｃ）に表されるＸ方向のイオン数の分布およびＸ方向のイオン数の分布は、ビーム概要算出部２６により算出され、記憶部２９に記憶される。求められたイオン数の分布の概要の効果は、実施例１におけるものと同じである。
【００７８】
さて、図３に戻って、上記実施例１〜３のようにして被露光材Ｗの照射面におけるイオンビームの中心位置、イオンビームの範囲、およびイオン量の分布等が明らかにされた後に、被露光材Ｗにイオンビームを照射して加工作業を行う（＃２２）。
加工作業（＃２２）は、先ず、電流計測プローブ６（６Ｂ，６Ｃ）をファラデーカップ７と接触しないように待避位置に退避させ、代わってファラデーカップ７をイオンビームを受光する位置に移動させる。
【００７９】
次いで、小ステージ１７に載置された被露光材Ｗがイオンビームに照射される位置まで、大ステージ１８を図示しない駆動装置により移動させる。そして、演算器２の記憶部２９に記憶されたイオンビームの中心の位置情報に基づき、小ステージ１７を図示しない駆動装置により移動させ、小ステージ１７に載置された被露光材Ｗの所望の位置にイオンビームの中心が当たるように調整する。
【００８０】
小ステージ１７の位置の調整が終わると、ファラデーカップ７をイオンビームを受光しない位置に退避させ、イオンビームを被露光材Ｗに照射して加工する。露光時間（またはイオンビームと被露光材Ｗとの相対速度）は、記憶部２９に記憶されたイオンビームの数（電流値）の分布に基づき、露光部２８により決定される。
上述の実施形態において、イオンビーム照射装置３、イオンビーム制御器４、被露光材支持ステージ５、電流計測プローブ６，６Ｂ，６Ｃ、ファラデーカップ７、演算器２、チャンバー８、および真空制御器９等は、種々のものを使用することができる。
【００８１】
その他、イオンビーム加工装置１、およびイオンビーム加工装置１の各構成または全体の構造、形状、寸法、個数、材質などは、本発明の趣旨に沿って適宜変更することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本発明は、被露光材にイオンビームを照射し被露光材に所望する微細構造を形成するイオンビーム加工装置に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明に係るイオンビーム加工装置の構成図である。
【図２】演算器の構成を示す図である。
【図３】イオンビーム加工装置におけるイオンビームの概要算出および加工のフローチャートである。
【図４】実施例１における電流計測プローブをＸ方向に走査させたときの積算電流値の推移を示す図である。
【図５】実施例１におけるＸ方向のビーム中心を求めるための概念図である。
【図６】実施例１におけるＹ方向のビーム中心を求めるための概念図である。
【図７】実施例１におけるイオン数の分布を求めるための概念図である。
【図８】電流計測プローブをＹ方向に移動させたときの電流値の推移を示す図である。
【図９】実施例１におけるＸ方向のイオン数の分布を求めるための概念図である。
【図１０】実施例２における電流計測プローブをＸ方向に走査させたときの積算電流値の推移を示す図である。
【図１１】実施例２におけるＹ方向のビーム中心を求めるための概念図である。
【図１２】実施例２におけるＸ方向のビーム中心を求めるための概念図である。
【図１３】実施例３におけるＸ方向のイオン数の分布を求めるための概念図である。
【図１４】実施例３におけるＹ方向のイオン数の分布を求めるための概念図である。
【符号の説明】
【００８４】
１ イオンビーム加工装置
２ 演算手段（演算器）
３ ビーム生成部（イオンビーム照射装置）
６，６Ｂ，６Ｃ プローブ（電流計測プローブ）
７ センサ（ファラデーカップ）
２６ 演算手段（ビーム概要算出部）
Ｘｍ イオンビームの中心（イオンビームのＸ方向における中心）
Ｙｍ イオンビームの中心（イオンビームのＹ方向における中心）
Ｗ 被露光材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオンビームを照射して被露光材を加工するイオンビーム加工装置であって、
前記被露光材に照射するイオンビームを発生させるためのビーム生成部と、
照射された前記イオンビーム全体のイオン数またはその代表値を測定可能なプローブと、
前記プローブを前記イオンビームに略直交する面上で１方向に走査させるための第１の走査手段と、
前記プローブを前記面上で前記１方向に直交する方向に走査させるための第２の走査手段と、
前記プローブが前記１方向および前記１方向に直交する方向に走査して測定した結果に基づいて演算を行う演算手段と、を有し、
前記プローブは、
前記１方向に走査する側の端縁が前記１方向に直交する直線で構成されかつ前記１方向に直交する方向に走査する側の端縁が前記１方向に延びた直線で構成されており、
前記演算手段は、
少なくとも前記被露光材の露光面における前記１方向のイオンビーム幅および前記１方向におけるイオンビームのイオン数の分布を演算するように構成されてなる
ことを特徴とするイオンビーム加工装置。
【請求項２】
イオンビームを照射して被露光材を加工するイオンビーム加工装置であって、
前記被露光材に照射するイオンビームを発生させるためのビーム生成部と、
照射された前記イオンビームのイオン数またはその代表値を測定するためのプローブと、
照射された前記イオンビーム全体のイオン数またはその代表値を測定するためのセンサと、
前記プローブを前記イオンビームに略直交する面上で１方向に走査させるための走査手段と、
前記プローブを前記イオンビームに略直交する面上で前記１方向に直交する方向に走査または移動させるための手段と、
前記プローブが測定した結果と前記センサが測定した結果とに基づいて演算を行う演算手段と、を有し、
前記演算手段は、
少なくとも前記被露光材の露光面における前記１方向または前記１方向に直交する方向のいずれかのイオンビーム幅およびイオンビームのイオン数の分布を演算するように構成されてなる
ことを特徴とするイオンビーム加工装置。
【請求項３】
前記演算手段は、前記１方向および前記１方向に直交する方向の両方または一方の前記イオンビームの中心を求めるように構成されてなる
請求項１または請求項２に記載のイオンビーム加工装置。
【請求項４】
前記プローブは、
前記１方向に走査する側の端縁が前記１方向に直交する直線もしくは前記１方向に直交する方向に走査または移動する側の端縁が前記１方向に延びた直線、または前記端縁のいずれもそれぞれの前記直線で構成されてなる
請求項２または請求項３に記載のイオンビーム加工装置。
【請求項５】
イオンビームを照射して被露光材を加工するイオンビーム加工装置の操業方法であって、
前記イオンビームに直交する面において直交する２つの直線からなる端縁を有し前記イオンビーム全体のイオン数またはその代表値の測定が可能なプローブを前記一方の端縁の直線方向に前記他方の端縁が前記イオンビーム外周に達するまで走査させて前記イオンビームのイオン数またはその代表値の測定を行い、
前記プローブを前記他方の端縁の直線方向に前記一方の端縁が前記イオンビーム外周に達するまで走査させて前記イオンビームのイオン数またはその代表値の測定を行い、
前記イオン数またはその代表値の測定結果から少なくとも前記被露光材の露光面における前記直交する２つの直線のいずれか一方の直線方向のイオンビーム幅およびイオンビームのイオン数の分布を求め、
前記イオンビーム幅および前記イオン数の分布に基づいて操業を行う
ことを特徴とするイオンビーム加工装置の操業方法。
【請求項６】
イオンビームを照射して被露光材を加工するイオンビーム加工装置の操業方法であって、
前記イオンビームに直交する面内の部分的なイオン数またはその代表値を計測するためのプローブを、前記直交する面において前記イオンビーム境界外から前記イオンビーム内を前記直交する面上の一方向に前記イオンビーム境界外に達するまで走査させて測定を行い、
前記プローブによる測定を、前記プローブを前記直交する面上の前記一方向に直交する方向における一方の前記イオンビーム境界外を起点とし他方のイオンビーム境界外を終点として複数箇所において走査させて行い、
前記イオンビーム全体のイオン数またはその代表値をセンサにより測定し、
前記プローブによる測定結果および前記センサによる測定結果から少なくとも前記一方向または前記一方向に直交する方向のいずれかにおけるイオンビーム幅およびイオンビームのイオン数の分布を求め、
前記イオンビーム幅および前記イオン数の分布に基づいて操業を行う
ことを特徴とするイオンビーム加工装置の操業方法。
【請求項７】
前記プローブによる測定結果から前記イオンビームの中心を求めて前記イオンビーム幅、前記イオン数の分布、およびイオンビームの前記中心に基づいて操業を行う
請求項５または請求項６に記載のイオンビーム加工装置の操業方法。
【請求項１】
イオンビームを照射して被露光材を加工するイオンビーム加工装置であって、
前記被露光材に照射するイオンビームを発生させるためのビーム生成部と、
照射された前記イオンビーム全体のイオン数またはその代表値を測定可能なプローブと、
前記プローブを前記イオンビームに略直交する面上で１方向に走査させるための第１の走査手段と、
前記プローブを前記面上で前記１方向に直交する方向に走査させるための第２の走査手段と、
前記プローブが前記１方向および前記１方向に直交する方向に走査して測定した結果に基づいて演算を行う演算手段と、を有し、
前記プローブは、
前記１方向に走査する側の端縁が前記１方向に直交する直線で構成されかつ前記１方向に直交する方向に走査する側の端縁が前記１方向に延びた直線で構成されており、
前記演算手段は、
少なくとも前記被露光材の露光面における前記１方向のイオンビーム幅および前記１方向におけるイオンビームのイオン数の分布を演算するように構成されてなる
ことを特徴とするイオンビーム加工装置。
【請求項２】
イオンビームを照射して被露光材を加工するイオンビーム加工装置であって、
前記被露光材に照射するイオンビームを発生させるためのビーム生成部と、
照射された前記イオンビームのイオン数またはその代表値を測定するためのプローブと、
照射された前記イオンビーム全体のイオン数またはその代表値を測定するためのセンサと、
前記プローブを前記イオンビームに略直交する面上で１方向に走査させるための走査手段と、
前記プローブを前記イオンビームに略直交する面上で前記１方向に直交する方向に走査または移動させるための手段と、
前記プローブが測定した結果と前記センサが測定した結果とに基づいて演算を行う演算手段と、を有し、
前記演算手段は、
少なくとも前記被露光材の露光面における前記１方向または前記１方向に直交する方向のいずれかのイオンビーム幅およびイオンビームのイオン数の分布を演算するように構成されてなる
ことを特徴とするイオンビーム加工装置。
【請求項３】
前記演算手段は、前記１方向および前記１方向に直交する方向の両方または一方の前記イオンビームの中心を求めるように構成されてなる
請求項１または請求項２に記載のイオンビーム加工装置。
【請求項４】
前記プローブは、
前記１方向に走査する側の端縁が前記１方向に直交する直線もしくは前記１方向に直交する方向に走査または移動する側の端縁が前記１方向に延びた直線、または前記端縁のいずれもそれぞれの前記直線で構成されてなる
請求項２または請求項３に記載のイオンビーム加工装置。
【請求項５】
イオンビームを照射して被露光材を加工するイオンビーム加工装置の操業方法であって、
前記イオンビームに直交する面において直交する２つの直線からなる端縁を有し前記イオンビーム全体のイオン数またはその代表値の測定が可能なプローブを前記一方の端縁の直線方向に前記他方の端縁が前記イオンビーム外周に達するまで走査させて前記イオンビームのイオン数またはその代表値の測定を行い、
前記プローブを前記他方の端縁の直線方向に前記一方の端縁が前記イオンビーム外周に達するまで走査させて前記イオンビームのイオン数またはその代表値の測定を行い、
前記イオン数またはその代表値の測定結果から少なくとも前記被露光材の露光面における前記直交する２つの直線のいずれか一方の直線方向のイオンビーム幅およびイオンビームのイオン数の分布を求め、
前記イオンビーム幅および前記イオン数の分布に基づいて操業を行う
ことを特徴とするイオンビーム加工装置の操業方法。
【請求項６】
イオンビームを照射して被露光材を加工するイオンビーム加工装置の操業方法であって、
前記イオンビームに直交する面内の部分的なイオン数またはその代表値を計測するためのプローブを、前記直交する面において前記イオンビーム境界外から前記イオンビーム内を前記直交する面上の一方向に前記イオンビーム境界外に達するまで走査させて測定を行い、
前記プローブによる測定を、前記プローブを前記直交する面上の前記一方向に直交する方向における一方の前記イオンビーム境界外を起点とし他方のイオンビーム境界外を終点として複数箇所において走査させて行い、
前記イオンビーム全体のイオン数またはその代表値をセンサにより測定し、
前記プローブによる測定結果および前記センサによる測定結果から少なくとも前記一方向または前記一方向に直交する方向のいずれかにおけるイオンビーム幅およびイオンビームのイオン数の分布を求め、
前記イオンビーム幅および前記イオン数の分布に基づいて操業を行う
ことを特徴とするイオンビーム加工装置の操業方法。
【請求項７】
前記プローブによる測定結果から前記イオンビームの中心を求めて前記イオンビーム幅、前記イオン数の分布、およびイオンビームの前記中心に基づいて操業を行う
請求項５または請求項６に記載のイオンビーム加工装置の操業方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００７−２５８２７１（Ｐ２００７−２５８２７１Ａ）
【公開日】平成１９年１０月４日（２００７．１０．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−７７６４２（Ｐ２００６−７７６４２）
【出願日】平成１８年３月２０日（２００６．３．２０）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１０月４日（２００７．１０．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月２０日（２００６．３．２０）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
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