荷電粒子照射装置、これを用いた周波数調整装置及び荷電粒子制御方法
【課題】オフされているグリッドからのビームの漏洩を抑制し、更にニュートラライザが良好な中和効果を有する荷電粒子照射装置、これを用いた周波数調整装置及び荷電粒子制御方法を提供する。
【解決手段】イオンガン１１は、ガス導入部１１４よりＡｒガスを本体１１１内に導入し、フィラメント１１３とアノード１１２との間で直流熱陰極放電をおこし、Ａｒのプラズマを生成する。次に、２つ分割された構成を有する、分割加速グリッド１１６ａ、１１６ｂに、イオンを射出する方向に電圧勾配を与えて、イオンを射出させる。イオンビームをオフする側の分割加速グリッドに正電圧を印加し、更に減速グリッド１１７に負電圧を印加する。これにより、停止している側のグリッドからのイオンビームの漏洩を抑制し、更にニュートラライザの中和効果を良好とすることができる。
【解決手段】イオンガン１１は、ガス導入部１１４よりＡｒガスを本体１１１内に導入し、フィラメント１１３とアノード１１２との間で直流熱陰極放電をおこし、Ａｒのプラズマを生成する。次に、２つ分割された構成を有する、分割加速グリッド１１６ａ、１１６ｂに、イオンを射出する方向に電圧勾配を与えて、イオンを射出させる。イオンビームをオフする側の分割加速グリッドに正電圧を印加し、更に減速グリッド１１７に負電圧を印加する。これにより、停止している側のグリッドからのイオンビームの漏洩を抑制し、更にニュートラライザの中和効果を良好とすることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン等の荷電粒子を照射する荷電粒子照射装置、これを用いた周波数調整装置及び荷電粒子制御方法に関し、特に、複数の荷電粒子ビームを独立して制御可能な荷電粒子照射装置、これを用いた周波数調整装置及び荷電粒子制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
代表的な圧電素子である水晶振動子の共振周波数は、水晶片の厚みとその表面に形成された金属電極の膜厚によって決定される。従来においては、水晶振動子の所望の共振周波数を得るために、i)水晶片を規定の厚みで切り出し、ii）表面を研磨し、その表面にスパッタ蒸着等によってベースとなる金属膜電極を形成し、iii）共振周波数を測定しながら、金属電極膜の厚みを調整する、といった処理を行っている。金属電極膜の厚みを調整する方法として、イオンガンからイオンビームを照射して、金属電極膜をエッチングして薄くする方法が知られている。
【０００３】
また、近年、装置の省スペース化、処理時間の短縮をねらいとして、例えば特許文献１に示すように１つのイオンガンから複数のイオンビームを複数の圧電素子に照射することにより、一度に複数の水晶振動子を処理することが行われている。
【０００４】
周波数調整装置に用いられる荷電粒子照射装置は、ガス導入部から、放電用ガスとして例えばＡｒガスを本体内に導入し、フィラメントを通電加熱し、フィラメントとアノードとの間の直流熱陰極放電によってＡｒプラズマを生成し、高圧電源によって加速グリッドに高電圧を印加することによって、イオンを加速する向きに電位勾配を生成し、Ａｒの正イオンを引き出しイオンビームとして出射し、載置台に載置された水晶振動子に照射する。
【０００５】
なお、特許文献１に開示された荷電粒子照射装置では、複数のイオンビームを生成するため、複数のビーム孔群が形成された遮蔽グリッドと分割された加速グリッドと減速グリッドとが配置される。また、この荷電粒子照射装置では、減速グリッドをアースに接続し、更にオン側の分割加速グリッドをマイナスにし、オフ側の分割加速グリッドをフローティングとすることによって、イオンビームのオン・オフの制御を行っている。
【特許文献１】特開２００７−２５０５２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、従来の荷電粒子照射装置では、被処理体への荷電のチャージを防止するためのニュートラライザが設けられている。このニュートラライザによって電子を供給することにより、イオンビームの中和を図ることが可能である。
【０００７】
しかし、上述したように一方の分割加速グリッドをオフしフローティング状態とすると、ニュートラライザのエミッション電流値によっては、ニュートラライザから供給された電子が分割加速グリッドの電荷を中和してしまい、イオンビームの漏洩が生ずる場合があった。また、ニュートラライザによって供給される電子が分割加速グリッドに流れると、イオンビームの中和効果が低下する問題がある。
【０００８】
なお、同様の問題は、水晶振動子の金属電極をイオンビームにより研磨する場合に限らず、複数の荷電粒子ビームを用いて、処理対象物を加工する場合に共通に発生する。
【０００９】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、複数の荷電粒子ビームを独立して制御する際に、オフされているグリッドからの漏洩を抑制することが可能な荷電粒子照射装置、これを用いた周波数調整装置及び荷電粒子制御方法を提供することを目的とする。
また、本発明はニュートラライザが良好な中和効果を有する荷電粒子照射装置、これを用いた周波数調整装置及び荷電粒子制御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】
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る荷電粒子照射装置は、
荷電粒子を照射する荷電粒子照射装置であって、
荷電粒子を生成する荷電粒子生成手段と、
前記荷電粒子生成手段で生成された荷電粒子を引き出して荷電粒子ビームを出力する複数に分割された分割グリッドを有する加速グリッドと、
前記複数に分割された該加速グリッドの電位を個々に制御する制御手段と、を備え、
前記荷電粒子ビームを遮断する際、前記荷電粒子ビームを遮断する前記分割グリッドは、前記荷電粒子照射装置が配置される真空槽の電位より高い第１の電位とされることを特徴とする。
【００１１】
前記荷電粒子生成手段と前記加速グリッドとの間に遮蔽グリッドを備え、
前記第１の電位は、前記遮蔽グリッドの電位と同じ、又はこれより高くてもよい。
【００１２】
前記第１の電位を付与する第１の電源を備えてもよい。
【００１３】
前記加速グリッドの前記荷電粒子ビーム出力側に減速グリッドを備え、
前記減速グリッドは、前記真空槽の電位より低い第２の電位とされてもよい。
【００１４】
前記加速グリッドの前記荷電粒子ビーム出力側に減速グリッドを備え、
前記減速グリッドの外側に設置されたリフレクタを備えてもよい。
【００１５】
前記リフレクタは、前記真空槽の電位より低い第２の電位とされてもよい。
【００１６】
前記荷電粒子ビームの電荷を中和するニュートラライザを更に備え、
前記第２の電位は、前記ニュートラライザの負極側と同じ、又はこれより低くてもよい。
【００１７】
前記第２の電位を付与する第２の電源を備えてもよい。
【００１８】
前記荷電粒子ビームの電荷を中和するニュートラライザを更に備えてもよい。
【００１９】
前記制御手段は、各前記分割グリッドと前記第１の電源との間に個々に設置されたスイッチ回路と、前記スイッチ回路を個別にオン・オフする手段とを備えてもよい。
【００２０】
上記目的を達成するため、本発明の第２の観点に係る周波数調整装置は、
上記第１の観点に係る荷電粒子照射装置から構成されるイオンガンと、
圧電デバイスを複数個配置する配置手段と、
前記配置手段により配置された複数の圧電デバイスの共振周波数を判別する共振周波数判別手段と、
を備え、
前記共振周波数判別手段により、前記配置手段により配置された複数の該圧電デバイスの共振周波数をモニタしながら、並行して該複数の該圧電デバイスにイオンビームを照射して各圧電デバイスの少なくとも一部をエッチングすることにより複数の該圧電デバイスの共振周波数を調整する、ことを特徴とする。
【００２１】
上記目的を達成するため、本発明の第３の観点に係る荷電粒子制御方法は、
真空槽内部に配置された所定の容器に荷電粒子生成手段によって荷電粒子を生成し、
前記荷電粒子生成手段で生成された荷電粒子を引き出して荷電粒子ビームを出力する複数に分割された分割グリッドを有する加速グリッドを配置し、
各加速グリッドに、電圧を印加して荷電粒子を引き出す方向に電圧勾配を形成して、前記プラズマ中の荷電粒子を荷電粒子ビームとして射出させ、
前記複数に分割された該加速グリッドの電位を個々に制御し、
前記加速グリッドを前記真空槽の電位より高い第１の電位とすることによって、前記荷電粒子ビームの射出を遮蔽する、ことを特徴とする。
【００２２】
前記荷電粒子生成手段と前記加速グリッドとの間に遮蔽グリッドを備え、
前記第１の電位は、前記遮蔽グリッドの電位と同じ、又はこれより高くしてもよい。
【００２３】
前記加速グリッドの外側に減速グリッドを配置し、
前記減速グリッドを前記真空槽の電位より低い第２の電位としてもよい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、分割された各加速グリッドの電位を制御することにより、照射を停止しているグリッドからの漏洩を抑制し、更にニュートラライザが良好な中和効果を有する荷電粒子照射装置、これを用いた周波数調整装置及び荷電粒子制御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】
【００２５】
以下、本発明の各実施の形態に係る荷電粒子照射装置を、水晶振動子の金属電極をエッチングすることにより共振周波数を調整する周波数調整装置に適用した場合を例に説明する。
【００２６】
（第１の実施の形態）
本実施の形態に係る周波数調整装置の構成例を図１に示す。また、図２に、図１に示す周波数調整装置の分解斜視図を示す。周波数調整装置は、イオンガン１１と、加工対象の水晶振動子を載置する載置部１２と、水晶振動子の共振周波数を検出する共振周波数測定部１３と、制御部１４と、シャッター１５と、から構成される。
【００２７】
イオンガン１１は、２つのイオンビームＩａとＩｂとを生成する装置であり、本体（チャンバ）１１１と、アノード（電極）１１２と、フィラメント１１３と、ガス導入部１１４と、遮蔽グリッド１１５と、加速グリッド１１６（分割加速グリッド１１６ａ，１１６ｂ）と、減速グリッド１１７と、ニュートラライザ１２５と、フィラメント電源１３１と、放電電源１３２と、ビーム電源１３３と、加速電源１３４と、加速グリッド制御スイッチ１４１ａ，１４１ｂと、加速グリッドオフ用スイッチ１４２と、加速グリッドオン用スイッチ１４３と、減速グリッド制御スイッチ１４４と、ビーム電源スイッチ１４５と、を備える。
【００２８】
図１に示す載置部１２は、加工対象の２つの水晶振動子２０１ａと２０１ｂとを一定距離離間して配置する。
共振周波数測定部１３は、載置部１２に載置された水晶振動子２０１ａと２０１ｂに接続され、その共振周波数を測定する。
【００２９】
制御部１４は、マイクロプロセッサまたはシーケンサー等から構成され、各部の動作を制御する。特に本実施の形態においては、共振周波数測定部１３からの検出結果に従って、加速グリッド制御スイッチ１４１ａと１４１ｂを制御する。また、シャッター１５を開閉制御する。制御部１４を共振周波数測定部１３に組み込む構成とすることも可能である。
【００３０】
シャッター１５は、水晶振動子２０１ａの前に配置されたシャッター１５ａと、水晶振動子２０１ｂの前に配置されたシャッター１５ｂとを備え、それぞれ、イオンビームＩａとＩｂを遮蔽する。
【００３１】
なお、図１及び図２に示す各部は、真空槽内に配置されている。
【００３２】
本体１１１は、表面がコートされた円筒状の金属筐体などから構成され、処理空間を定義する。本体１１１はフィラメント電源１３１の負極と同電位に維持されている。
アノード１１２は、本体１１１の側壁に近接して円筒帯状に配置され、直流放電の陽極として機能する。
フィラメント１１３は、直流放電の熱陰極を構成する。
ガス導入部１１４は、Ａｒ等の放電ガスを本体１１１内に導入する。
【００３３】
フィラメント電源１３１は、直流電源から構成され、フィラメント１１３に通電してこれを加熱する。
放電電源１３２は、アノード１１２と、本体１１１及びフィラメント電源１３１との間に放電用の直流電圧を印加する。
【００３４】
ビーム電源１３３は、イオンビーム照射時に、本体１１１内のプラズマの電圧を高める。また、ビーム電源１３３の正極側には、加速グリッドオフ用スイッチ１４２が接続されており、更に加速グリッド制御スイッチ１４１ａ，１４１ｂと、が接続される。この加速グリッドオフ用スイッチ１４２をオンし、更にイオンビームをオフするグリッドの、加速グリッド制御スイッチ１４１ａ又は／及び１４１ｂを加速グリッドオフ用スイッチ１４２に接続することによって、分割加速グリッド１１６ａ又は／及び１１６ｂに正電圧を印加する。
【００３５】
加速電源１３４は、分割加速グリッド１１６ａ，１１６ｂと、減速グリッド１１７と、に負電圧を印加する。また、加速電源１３４の負極側は、加速グリッド制御スイッチ１４１ａ，１４１ｂに接続されており、この加速グリッド制御スイッチ１４１ａ，１４１ｂを適宜接続することにより、イオンビームをオンする側の分割加速グリッド１１６ａ，１１６ｂに負電圧を印加することができる。また、加速電源１３４の負極側は、減速グリッド制御スイッチ１４４に接続されており、このスイッチによって減速グリッド１１７に加速電源の負電圧が印加される。
【００３６】
ニュートラライザ１２５は、イオンビームＩａとＩｂに電子を供給しイオンの持つ電荷の中和を行い、圧電デバイスへの電荷のチャージを防ぐ。
【００３７】
遮蔽グリッド１１５は、本体１１１のイオン射出面に配置され、ビーム孔（ビーム引き出し孔）部分を除いてイオンをチャンバ内に封じ込める。イオンガン１１は、２ビームを出力するものであり、そのグリッドパターンは、図３（ａ）に示すような、２ビーム用の構成を有する。このグリッドパターンは、距離ｄ２をおいて、ビーム孔群６１が２つ形成された構成を有する。また、遮蔽グリッド１１５は本体１１１と同電位とされている。
【００３８】
加速グリッド１１６は、本体１１１のイオン射出面に遮蔽グリッド１１５から所定距離離間してほぼ平行に配置されている。加速グリッド１１６は、図３（ｂ）に示すように、円板が２分割された形状を有する。換言すれば、加速グリッド１１６は、半円板状の分割加速グリッド１１６ａ，１１６ｂが２枚組み合わされた構造を有する。加速グリッド１１６には、図３（ｂ）に示すように、遮蔽グリッド１１５に形成されたビーム孔６１１と重なる位置にビーム孔６１２が形成されている。加速グリッド１１６のビーム孔６１２の面積は、遮蔽グリッド１１５のビーム孔６１１の面積より小さく、例えば０．２〜０．８倍に形成される。また、１つの分割加速グリッド１１６ａ、１１６ｂに１ビーム出力用のビーム孔群が配置される。本実施の形態では、加速グリッドに形成されたビーム孔の面積が、遮蔽グリッドに形成されたビーム孔よりも小さいものとするが、ビーム孔の大きさはこれに限らず、同面積としてもよい。或いは加速グリッドのビーム孔の少なくとも一つが対応する遮蔽グリッドのビーム孔より小さい構成としてもよい。
【００３９】
分割加速グリッド１１６ａは、イオンビームＩａをオフする際には、加速グリッドオフ用スイッチ１４２と、加速グリッド制御スイッチ１４１ａとによって、ビーム電源１３３の正極側に接続され、ビーム電源１３３の正電圧が印加される。また、分割加速グリッド１１６ａは、イオンビームＩａをオンする際には、加速グリッドオン用スイッチ１４３と、加速グリッド制御スイッチ１４１ａとによって、加速電源１３４の負極側に接続され、加速電源１３４の負電圧が印加される。
【００４０】
同様に、分割加速グリッド１１６ｂは、イオンビームＩｂをオフする際には、加速グリッドオフ用スイッチ１４２と、加速グリッド制御スイッチ１４１ｂとによって、ビーム電源１３３の正極側に接続され、ビーム電源１３３の正電圧が印加される。また、分割加速グリッド１１６ｂは、イオンビームＩｂをオンする際には、加速グリッドオン用スイッチ１４３と、加速グリッド制御スイッチ１４１ｂとによって、加速電源１３４の負極側に接続され、加速電源１３４の負電圧が印加される。
【００４１】
本実施形態では特に、このようにイオンビームをオフする分割加速グリッド１１６ａ，１１６ｂを、正電位とすることによって、フローティング状態とした場合と比較し、より良好にイオンビームの漏れを抑制することができる。また、後述するように、本実施形態では減速グリッド１１７が負電位とされていることからニュートラライザから供給される電子がオフ側の分割加速グリッドに吸い寄せられることを抑制することができるため、オフ時には良好な遮蔽効果を得ることができる。なお、それぞれの加速グリッド制御スイッチ１４１ａ，１４１ｂは、制御部１４からの制御信号により切り替えられる。
【００４２】
減速グリッド１１７は、本体１１１のイオン射出面に加速グリッド１１６に近接してかつ離間してほぼ平行に配置されている。減速グリッド１１７は、図３（ａ）に示すように、遮蔽グリッド１１５と同一の構成を有する。本実施の形態では、減速グリッド１１７のビーム孔６１３の面積は、遮蔽グリッド１１５のビーム孔６１１の面積とほぼ同じに形成される。本実施形態で、減速グリッド１１７は、減速グリッド制御スイッチ１４４をオンすることにより、加速電源１３４の負電圧が印加される。このように減速グリッド１１７に負電圧を印加することにより、ニュートラライザ１２５から発せられる電子が減速グリッド１１７近傍に集まることを防ぐことができ、更には加速グリッド１１６に付着することを防ぐことができる。このような効果は、減速グリッド１１７の電位を、真空槽の電位よりも低い電位とすることで得られる。一般にニュートラライザにはそれを配置する真空槽よりも低い電圧が印加され、真空槽との電位差を利用して電子が放出される。本発明において、イオンビームを停止させる分割加速グリッドは正電位となるため、ニュートラライザから供給される電子を引き込み易い。分割加速グリッドが電子を吸引すると、ニュートラライザによるイオンビーム中和の効果が薄れるため、被照射物が帯電してしまう。図１０にて後述するように、被照射物が帯電するとレートが低下してしまうという問題が生じる。これを回避するには、電子にグリッド方向でなく、被照射物方向の指向性を持たせればよい。本発明は、ニュートラライザと加速グリッドとの間に配置される電極（減速グリッド１１７）に、少なくとも周辺電位（真空槽）よりも低い電圧を印加することで、被照射物方向に向かう電子の量を増加させ、中和効果を得るものである。減速グリッド１１７をニュートラライザ１２５の負極側と同電位もしくは、これより低い電位とすれば、更に良好な効果が得られる。
【００４３】
なお、本実施の形態では、遮蔽グリッド１１５と加速グリッド１１６と減速グリッド１１７とは、図４に示すように、ほぼ平行に配置されており、それぞれほぼ同じ距離だけ離間して配置されている。
【００４４】
次に、上記構成の周波数調整装置の動作を説明する。
まず、載置部１２に、加工対象の水晶振動子２０１ａ、２０１ｂを載置し、真空槽内を減圧する。
【００４５】
ガス導入部１１４から、放電用ガスとして例えばＡｒガスを本体１１１内に導入し、フィラメント電源１３１からフィラメント１１３に通電して加熱し、さらに、フィラメント１１３とアノード１１２との間に直流電圧を印加することにより、直流熱陰極放電をおこし、Ａｒプラズマを生成する。
【００４６】
続いて、ビーム電源スイッチ１４５をオンし、更に加速グリッドオン用スイッチ１４３をオンし、分割加速グリッド制御スイッチ１４１ａ，１４１ｂを加速グリッドオン用スイッチ１４３側に接続し、加速電源の負電圧と同電位とする。このように放電電源１３２によってアノード１１２と加速グリッド１１６間に高電圧を印加する。これにより、本体１１１内のプラズマにより生成されたイオンを加速する向きに電位勾配を生成し、Ａｒの正イオンを引き出しビーム孔よりイオンビームＩａ、Ｉｂとして出射する。なお、この際減速グリッド制御スイッチ１４４はオンされており、減速グリッド１１７も同様に加速電源の負電圧と同電位である。
【００４７】
照射された２本のイオンビームＩａとＩｂにより、載置部１２に載置された第１の水晶振動子２０１ａ上に形成された金属電極と第２の水晶振動子２０１ｂ上に形成された金属電極とをエッチングし、それぞれの共振周波数を調整する。
【００４８】
この間、共振周波数測定回路１３は、各第１の水晶振動子と第２の水晶振動子の共振周波数をそれぞれ測定し、測定結果を制御部１４に出力する。
【００４９】
制御部１４は、加工処理開始後、図５に示す処理を繰り返す。なお、図５では、理解を容易にするため、第１の水晶振動子２０１ａに関する制御と、第２の水晶振動子２０１ｂに関する制御を順番に実施しているが、両制御は並行して行うことが望ましい。
【００５０】
まず、第１の水晶振動子２０１ａに関する周波数調整が終了したか否かを判別する（ステップＳ１１）。当初は、加速グリッドオフ用スイッチ１４２をオンした上で、分割加速グリッド制御スイッチ１４１ａを加速グリッドオフ用スイッチ１４２側に接続し、イオンビームＩａを停止し、更にシャッター１５ａを閉じておく。周波数調整が終了していなければ（ステップＳ１１；ＮＯ）、分割加速グリッド制御スイッチ１４１ａを加速グリッドオン用スイッチ１４３側に接続し（ステップＳ１２）、シャッター１５ａを開いて（ステップＳ１３）、水晶振動子２０１ａの周波数調整を開始する。
【００５１】
共振周波数測定部１３が検出した第１の水晶振動子２０１ａの共振周波数が目標周波数に一致したか否かを判別する（ステップＳ１４）。
【００５２】
目標周波数に一致していれば（ステップＳ１４；Ｙｅｓ）、加速グリッドオフ用スイッチ１４２をオンした上で、分割加速グリッド制御スイッチ１４１ａを加速グリッドオフ用スイッチ１４２に接続する（ステップＳ１５）。加速グリッド制御スイッチ１４１ａを加速グリッドオフ用スイッチ１４２側に接続することにより、分割加速グリッド１１６ａをビーム電源１３３の正電位とすることができ、遮蔽グリッド１１５と同電位とすることができる。これにより、分割加速グリッド１１６ｂから照射されているイオンビームＩｂの強度に影響を殆ど与えることなく、分割加速グリッド１１６ａから照射しているイオンビームＩａを非常に弱くすることができる。
【００５３】
更に、本実施形態では、減速グリッドをニュートラライザの負電圧と同電位としている。これにより、ニュートラライザから供給される電子が分割加速グリッドに供給されることを防ぐことができ、ニュートラライザの中和効果を減じさせないことが可能である。
【００５４】
さらに、ソレノイドを駆動して、シャッター１５ａを閉じ、第１の水晶振動子２０１ａへのイオンビームＩａの照射を完全に遮断する（ステップＳ１６）。
【００５５】
一方、ステップＳ１４で、共振周波数測定部１３が検出した第１の水晶振動子２０１ａの共振周波数が目標周波数に一致していないと判別されれば（ステップＳ１４；Ｎｏ）、そのまま処理を継続して、加工を続ける。また、ステップＳ１１で、第１の水晶振動子２０１ａの周波数調整処理が終了していると判別されれば（ステップＳ１１；Ｙｅｓ）、ステップＳ１２〜Ｓ１６をスキップする。
【００５６】
次に、制御部１４は、第２の水晶振動子２０１ｂに関する周波数調整が終了したか否かを判別する（ステップＳ１７）。この際、加速グリッドオフ用スイッチ１４２をオンした上で、分割加速グリッド制御スイッチ１４１ｂを加速グリッドオフ用スイッチ側１４２に接続し、更にシャッター１５ｂを閉じておく。周波数調整が終了していなければ（ステップＳ１７；ＮＯ）、分割加速グリッド制御スイッチ１４１ｂを加速グリッドオン側スイッチ１４３側に接続し（ステップＳ１８）、シャッター１５ｂを開いて（ステップＳ１９）、水晶振動子２０１ｂの周波数調整を開始する。共振周波数測定部１３が検出した第２の水晶振動子２０１ｂの共振周波数が目標周波数に一致したか否かを判別する（ステップＳ２０）。
【００５７】
目標周波数に一致していれば（ステップＳ２０；Ｙｅｓ）、加速グリッド制御スイッチ１４１ｂを加速グリッドオフ用スイッチ側１４２に接続する（ステップＳ２１）。これにより、分割加速グリッド１１６ｂはビーム電源１３３の正電圧と同電位となり、遮蔽グリッド１１５と同電位となる。このようにして分割加速グリッド１１６ｂから照射しているイオンビームＩｂが非常に弱くなる。さらに、ソレノイドを駆動して、シャッター１５ｂを閉じ、第２の水晶振動子２０１ｂへのイオンビームＩｂの照射を完全に遮断する（ステップＳ２２）。
【００５８】
一方、ステップＳ２０で、共振周波数測定部１３が検出した第２の水晶振動子２０１ｂの共振周波数が目標周波数に一致していないと判別されれば（ステップＳ２０；Ｎｏ）、そのまま処理を継続して、加工を続ける。また、ステップＳ１７で、第２の水晶振動子２０１ｂの周波数調整処理が終了していると判別されれば（ステップＳ１７；Ｙｅｓ）、ステップＳ１８〜Ｓ２２をスキップする。
【００５９】
最後に、第１の水晶振動子２０１ａの加工と第２の水晶振動子２０１ｂの加工が共に終了したか否かを判別し（ステップＳ２３）、終了していれば（ステップＳ２３；Ｙｅｓ）、加工処理を終了して、搬出等の処理に移り、終了していなければ（ステップＳ２３；Ｎｏ）、ステップＳ１１に戻って金属電極のエッチング処理を継続する。
【００６０】
このようにして、イオンガン１１から照射されるイオンビームＩａとＩｂの強度を、加速グリッド制御スイッチ１４１ａ，１４１ｂを適宜切り替えることにより、各水晶振動子の加工を適切なタイミングで終了することができる。
【００６１】
本実施形態では、上述したように減速グリッドに負電圧を印加し、更にオフする分割加速グリッドに正電圧を印加することにより、オンされている側のイオンビームに影響を与えることなく、ビームの漏洩を抑制することが可能である。
【００６２】
図６に示す構成の装置によって、コレクタ電流とコレクタ電圧との関係を測定した結果を図７に示す。図６に示す装置では、本実施形態のイオンガン及びニュートラライザを用い、マスクに対して絶縁体を介してコレクタ電極を設置し、所定のコレクタ電圧を印加した際のコレクタ電流の変化を測定した。コレクタ電極はイオンビームの照射対象位置（図１において水晶振動子２０１が配置される位置）に設置した。また、図７に示すように、減速グリッドに対して負のバイアス電圧を印加し、更に両ビームをオンした場合、片側のみをオンした場合、減速グリッドをグラウンドに接続し、両ビームをオンした場合、片側のみをオンした場合でコレクタ電流を測定した。片側のみをオンする場合、オフ側の分割加速グリッドには正のバイアス電圧を印加した。
【００６３】
図７から明らかなように、減速グリッドにバイアス電圧を印加した場合は、イオンビームを両方ともオンした場合、片側をオフした場合ともに、コレクタ電圧０Ｖ近傍でコレクタ電流の正負が切り替わる。つまり、イオンコレクタに照射される荷電粒子と、ニュートラライザから供給される電子とで電荷が中和されていることがわかる。これに対し、減速グリッドをグラウンドに接続した場合、両側をオンしている場合は、減速グリッドにバイアス電圧を印加した場合とほぼ同じように変化する。しかし、片側のみをオンした場合、コレクタ電圧の正負にかかわらず正の電流が流れており、荷電粒子と、ニュートラライザから供給される電子とで電荷が中和されていないことが明らかである。このように本発明の荷電粒子照射装置によれば、一方のイオンビームをオフした場合でも、良好な中和効果を得られると言える。
【００６４】
次に、図８を参照に、オフ側の分割加速グリッドをフローティング電位とした場合と、正電位とした場合とで、ビーム漏れを比較する。図８は、図１に示すイオンガン及びニュートラライザを用い、一方の分割加速グリッド１１６ａを加速電位とした状態で、他方の分割加速グリッド１１６ｂをフローティング電位とした場合（スイッチ１４１ｂをいずれにも接続させず切り離した状態）、本体電位とした場合（スイッチ１４１ｂをスイッチ１４２側に接続した状態）、加速電位とした場合（スイッチ１４１ｂをスイッチ１４３側に接続した状態）における、水晶振動子２０１ｂの周波数変化ΔＦを測定した結果である。測定にはＡＴカット２５ＭＨｚ基本波、励振電極Ａｇの水晶振動子を用い、ビーム電圧を１０００Ｖ、放電電流を５００ｍＡ、ニュートラライザエミッション電流を３０ｍＡとした。分割加速グリッド１１６ｂをフローティング電位とした場合、水晶振動子２０１ｂの周波数変化が目立ち、イオンビームの漏れが生じていることがわかる。これを、分割加速グリッド１１６ｂを加速電位とした場合（即ち両ビームをオンした場合）の周波数変化と比較すると、周波数変化ΔＦは４５％程度であり、漏れが大きいことがわかる。これに対して、分割加速グリッド１１６ｂを本体電位とした場合、周波数変化はほとんどない。両ビームをオンした場合の周波数変化と比較すると、周波数変化ΔＦは５％程度であり、イオンビームが良好に遮断され、オフ側のイオンビーム漏れを抑制していることがわかる。
【００６５】
ここで、図８に示した測定において分割加速グリッド１１６ｂをフローティング電位とした際、ニュートラライザエミッション電流値を変化させて、分割加速グリッド１１６ｂの電位を測定した結果を図９に示す。図より、ニュートラライザエミッション電流値がある値（図では２０ｍＡ前後）よりも上がると、オフ側の分割加速グリッドの電位が真空槽の電位（グラウンド電位）まで急峻に降下することがわかる。即ち、ニュートラライザの電流値が小さい場合、フローティング電位とすることでイオンビームを良好に遮断することができるが、ニュートラライザの電流値が大きいとオフ側の分割加速グリッドの電位が真空槽の電位まで下がってしまい、ビームの漏れを抑えることができない。図８の測定では、ニュートラライザの電流値が大きく、オフ側の分割加速グリッドの電位が真空槽の電位となっていたため、ビーム漏れが生じていた。
【００６６】
なお、必要なニュートラライザの電流値、即ちイオンビームの中和に必要な電子の供給量は種々である。例えば、イオンビーム電流密度が大きいほど中和に必要な電子量は多くなる。イオンビーム電流密度はグリッドに穿設される孔の数が多いほど大きい。
【００６７】
また、例えば、イオンビームの照射対象である水晶振動子を図１１（ａ）に示すように測定器に接続する場合と、図１１（ｂ）に示すように測定器に接続する場合とでは、図１１（ｂ）に示す場合の方が必要な中和電子量が多くなる。これは、負荷容量の存在により、照射対象面がフローティング状態となり帯電するためである。図１１（ａ）に示す場合であっても抵抗値が大きければ照射対象面からグラウンドに流れる電荷が少なくなり、抵抗値が小さい場合よりも中和電子量が必要になる。或いは照射対象面がグラウンドに接続されていても、照射領域を画定するマスクが誘電体等である場合には、中和電子が必要になる。
【００６８】
以上より、装置構成その他によって必要なニュートラライザの電流値が変わってくるが、オフ側の分割加速グリッドを真空槽の電位よりも高くすれば、ニュートラライザの電流値を大きくする必要がある場合であっても、フローティング電位とするより、ビーム漏れを抑制することができる。より好ましくは、オフ側の分割加速グリッドの電位を遮蔽グリッドの電位と同じか、それよりも高くすれば、ニュートラライザの電流値によらず、ビームの漏洩を抑えることができる。例えば、図９では、２０ｍＡ前後でオフ側分割加速グリッドの電位が降下しているが、この値はイオンガンの形状や各種設定電圧等により異なるため、ニュートラライザの電流値によらずビームの漏洩を抑止できることは有効である。オフ側の分割加速グリッドの電位を、遮蔽グリッドの電位と同じか、それよりも高くすることにより、加速グリッドの本来の役割であるイオンビームの引出しに必要な電位勾配が生じず、漏洩を抑止する。
【００６９】
本実施形態のイオンガン及びニュートラライザを用い、減速グリッドに負電圧を印加した上で、水晶振動子を加工対象として、その周波数変化ΔＦを測定した結果を図１０（ａ）に示す。同図には、イオンビームを２つオンした場合と、イオンビームの一方をオフした場合のオン側のイオンビーム（図１に示す装置でＩａ及びＩｂをオンした場合のＩａと、Ｉｂをオフした場合のＩａに相当する）に対応する水晶振動子の周波数変化ΔＦを示す。測定にはＡＴカット２５ＭＨｚ基本波、励振電極Ａｇの水晶振動子を用い、ビーム電圧を６００Ｖ、放電電流を３００ｍＡとした。分割加速グリッドのオフ時、ビーム電源の正極側の電位を与えた。減速グリッドに負電圧を印加した上で、イオンビームの一方をオフした場合、イオンビームを２つオンした場合に比較して周波数変化ΔＦが５％以内であった。
これに対し、本実施形態のイオンガン及びニュートラライザを用い、減速グリッドをグラウンドに接続した上で、水晶振動子を加工対象として、その周波数変化ΔＦを測定した結果を図１０（ｂ）に示す。減速グリッドの電位の他測定条件は図１０（ａ）に同じである。イオンビームを２つともオンした場合と、イオンビームの一方をオフした場合とでは、周波数変化ΔＦに２０％の差が生じた。この結果は、減速グリッドをグラウンドに接続した状態では、イオンビームの中和効果が薄れ、水晶振動子が帯電していることを意味する。ニュートラライザから供給された電子は、オフ側分割加速グリッドの正電位に引き寄せられ、水晶振動子位置における電子が不足し、水晶振動子がプラスに帯電したことに起因して、レートが低下している。これに対し、図１０（ａ）では、ニュートラライザとオフ側分割加速グリッドとの間に配置される減速グリッドに負電圧を印加することにより、水晶振動子方向に向かう電子の量を増加させ、水晶振動子の帯電を防ぎ、レートを維持している。この点からも、本実施形態の荷電粒子照射装置では、オンしている側のイオンビームに与える影響が低いことがわかる。
【００７０】
このように本実施の形態の荷電粒子照射装置では、減速グリッドをニュートラライザの負電圧と同じ電位とし、オフ側の分割加速グリッドを遮蔽グリッドの電位と同じ電位とすることにより、オン側のイオン電流密度の強度を損なうことなく、オフ側のイオンビームの漏れを抑制することができるため、イオンビームの良好なオン・オフ特性を得ることができる。更に、ニュートラライザによるイオンビームの中和効果を減じさせない。
【００７１】
なお、この発明は、上記実施の形態に限定されず、種々の変更及び応用が可能である。例えば、上述した実施形態では減速グリッド１１７に負電圧を印加する構成であったが、これに限られず、図１２及び図１３に示すようにイオンガン５１のイオン射出面近傍にリフレクタ１５１を設けることも可能である。この場合、リフレクタ１５１は、図１３に示すようにイオンビームＩａ，Ｉｂを遮らないように形成された孔１５１ａを備える。このようなリフレクタ１５１を設置し、更にリフレクタ１５１を、減速グリッド１１７と同様にニュートラライザの負電圧と同じもしくはそれより低い電圧が印加する。これによりニュートラライザから供給される電子がイオンガン５１側に引き寄せられることを防ぐことが可能である。
【００７２】
また、図１では、ビーム電源の正電圧を分割加速グリッド１１６ａ，１１６ｂに印加する構成を例に挙げて説明したがこれに限られない。例えば、図１４に示すように、ビーム電源の正極側に別電源を介して分割加速グリッド１１６ａ，１１６ｂを接続してもよい。また、図１５に示すようにビーム電源の正極側に抵抗を介して分割加速グリッド１１６ａ，１１６ｂを接続してもよい。図１４及び図１５に示す構成により、分割加速グリッド１１６ａ，１１６ｂの電位は遮蔽グリッドの電位より高くなり、イオンビーム漏洩を抑止する効果が更に高まる。或いは、図１６に示すように別電源を設けて分割加速グリッド１１６ａ，１１６ｂに電圧印加してもよい。更に、図１では、加速電源の負電圧を減速グリッド１１７に印加する場合を例に挙げて説明したが、図１７に示すように、別途電源を設けて減速グリッド１１７に負電圧を印加する構成であっても良い。また、イオンビームを停止させる分割加速グリッドを放電電源の正極側に接続して、アノードと同電位とさせてもよい。
【００７３】
また、図１、図１４〜図１６に、減速グリッド１１７に負電圧を、分割加速グリッド１１６ａ，１１６ｂに正電圧を印加する例を説明したが、電源の接続その他は図示の例に限られず、適宜選択すればよい。
【００７４】
上記実施の形態では、２本のイオンビームＩａ，Ｉｂを生成照射するイオンガン１１とそれを用いた周波数調整装置について説明したが、イオンガンが照射するイオンビームの数は任意である。例えば、ビーム数を４とし、同時に加工する水晶振動子の数を４個としてもよい。
【００７５】
この場合には、例えば、十分なイオンを生成するために、フィラメント数を図１の構成よりも増加し、加速グリッド１１６を、例えば、図１７（ａ）〜（ｃ）に例示するように、任意のパターンで４分割し、それぞれに、ビーム孔群を形成する。また、各分割加速グリッドそれぞれに、分割加速グリッド制御スイッチを接続させる。このような構成とすれば、４つのイオンビームを生成して、４つの水晶振動子を並行して加工し、さらに、加工が終了したイオンビームから順番に、その照射を停止することができる。
【００７６】
上記実施の形態においては、水晶振動子の金属電極をエッチングすることにより、その共振周波数を調整（変更）する調整装置を例にこの発明を説明したが、エッチング及び調整の対象は任意である。例えば、水晶振動子以外の圧電デバイスの電極をエッチングする場合に適用可能である。また、エッチングの対象物やその材質は任意であり、例えば、金属、半導体、樹脂等をエッチングすることができる。
【００７７】
また、上記実施の形態においては、スパッタ用のイオンとしてＡｒイオンを使用したが、他のイオンを使用することも当然可能である。
【００７８】
また、上述した各実施の形態では、各ビーム孔の群が多孔で構成される例のみを示したが、単孔でも実施可能である。また、各ビーム孔の平面形状は円径に限られず、楕円形、多角形であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る周波数調整装置の全体構成図である。
【図２】図１に示す周波数調整装置の分解斜視図である。
【図３】グリッドの構成を示す図である。
【図４】図３に示すグリッドのＸＸ−ＸＸ線断面図である。
【図５】制御部の動作を説明するためのフローチャートである。
【図６】コレクタ電流の測定を行った装置の構成例を示す図である。
【図７】コレクタ電圧とコレクタ電流との関係を示す図である。
【図８】ニュートラライザの電流値が大きく、オフ側の分割加速グリッドの電位が真空槽の電位となっている場合のビーム漏れを測定した結果を示す図である。
【図９】オフ側の分割加速グリッドをフローティング電位とし、ニュートラライザエミッション電流値を変化させて、オフ側の分割加速グリッドの電位を測定した結果を示す図である。
【図１０】（ａ）は、減速グリッドに負電圧を印加した上で両方のビームをオンした場合と、片方をオフした場合とで、水晶振動子の周波数変化ΔＦを測定した結果を示す図であり、（ｂ）は減速グリッドをグラウンドに接続した上で両方のビームをオンした場合と、片方をオフした場合とで、水晶振動子の周波数変化ΔＦを測定した結果を示す図である。
【図１１】（ａ）及び（ｂ）は、イオンビームの照射対象である水晶振動子を測定器に接続する例を示す図である。
【図１２】本発明の変形例を示す図である。
【図１３】図１２に示すリフレクタを示す図である。
【図１４】本発明の変形例を示す図である。
【図１５】本発明の変形例を示す図である。
【図１６】本発明の変形例を示す図である。
【図１７】加速グリッドのパターンの変形例を示す図である。
【符号の説明】
【００８０】
１１，５１ イオンガン
１２ 載置部
１３ 共振周波数測定部
１４ 制御部
１５ シャッター
１５ａ、１５ｂ シャッター
２１ ビーム孔群
１１１ 本体（チャンバ）
１１２ アノード（電極）
１１３ フィラメント
１１４ ガス導入部
１１５ 遮蔽グリッド
１１６ 加速グリッド
１１６ａ〜１１６ｄ 分割加速グリッド
１１７ 減速グリッド
１２５ ニュートラライザ
１３１ フィラメント電源
１３２ 放電電源
１３３ ビーム電源
１３４ 加速電源
１４１ａ，１４１ｂ 加速グリッド制御スイッチ
１４２ 加速グリッドオフ用スイッチ
１４３ 加速グリッドオン用スイッチ
１４４ 減速グリッド制御スイッチ
１４５ ビーム電源スイッチ
２０１ａ〜２０１ｂ 水晶振動子
６１１〜６１３ ビーム孔
Ｉａ，Ｉｂ イオンビーム
１５１ リフレクタ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン等の荷電粒子を照射する荷電粒子照射装置、これを用いた周波数調整装置及び荷電粒子制御方法に関し、特に、複数の荷電粒子ビームを独立して制御可能な荷電粒子照射装置、これを用いた周波数調整装置及び荷電粒子制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
代表的な圧電素子である水晶振動子の共振周波数は、水晶片の厚みとその表面に形成された金属電極の膜厚によって決定される。従来においては、水晶振動子の所望の共振周波数を得るために、i)水晶片を規定の厚みで切り出し、ii）表面を研磨し、その表面にスパッタ蒸着等によってベースとなる金属膜電極を形成し、iii）共振周波数を測定しながら、金属電極膜の厚みを調整する、といった処理を行っている。金属電極膜の厚みを調整する方法として、イオンガンからイオンビームを照射して、金属電極膜をエッチングして薄くする方法が知られている。
【０００３】
また、近年、装置の省スペース化、処理時間の短縮をねらいとして、例えば特許文献１に示すように１つのイオンガンから複数のイオンビームを複数の圧電素子に照射することにより、一度に複数の水晶振動子を処理することが行われている。
【０００４】
周波数調整装置に用いられる荷電粒子照射装置は、ガス導入部から、放電用ガスとして例えばＡｒガスを本体内に導入し、フィラメントを通電加熱し、フィラメントとアノードとの間の直流熱陰極放電によってＡｒプラズマを生成し、高圧電源によって加速グリッドに高電圧を印加することによって、イオンを加速する向きに電位勾配を生成し、Ａｒの正イオンを引き出しイオンビームとして出射し、載置台に載置された水晶振動子に照射する。
【０００５】
なお、特許文献１に開示された荷電粒子照射装置では、複数のイオンビームを生成するため、複数のビーム孔群が形成された遮蔽グリッドと分割された加速グリッドと減速グリッドとが配置される。また、この荷電粒子照射装置では、減速グリッドをアースに接続し、更にオン側の分割加速グリッドをマイナスにし、オフ側の分割加速グリッドをフローティングとすることによって、イオンビームのオン・オフの制御を行っている。
【特許文献１】特開２００７−２５０５２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、従来の荷電粒子照射装置では、被処理体への荷電のチャージを防止するためのニュートラライザが設けられている。このニュートラライザによって電子を供給することにより、イオンビームの中和を図ることが可能である。
【０００７】
しかし、上述したように一方の分割加速グリッドをオフしフローティング状態とすると、ニュートラライザのエミッション電流値によっては、ニュートラライザから供給された電子が分割加速グリッドの電荷を中和してしまい、イオンビームの漏洩が生ずる場合があった。また、ニュートラライザによって供給される電子が分割加速グリッドに流れると、イオンビームの中和効果が低下する問題がある。
【０００８】
なお、同様の問題は、水晶振動子の金属電極をイオンビームにより研磨する場合に限らず、複数の荷電粒子ビームを用いて、処理対象物を加工する場合に共通に発生する。
【０００９】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、複数の荷電粒子ビームを独立して制御する際に、オフされているグリッドからの漏洩を抑制することが可能な荷電粒子照射装置、これを用いた周波数調整装置及び荷電粒子制御方法を提供することを目的とする。
また、本発明はニュートラライザが良好な中和効果を有する荷電粒子照射装置、これを用いた周波数調整装置及び荷電粒子制御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】
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る荷電粒子照射装置は、
荷電粒子を照射する荷電粒子照射装置であって、
荷電粒子を生成する荷電粒子生成手段と、
前記荷電粒子生成手段で生成された荷電粒子を引き出して荷電粒子ビームを出力する複数に分割された分割グリッドを有する加速グリッドと、
前記複数に分割された該加速グリッドの電位を個々に制御する制御手段と、を備え、
前記荷電粒子ビームを遮断する際、前記荷電粒子ビームを遮断する前記分割グリッドは、前記荷電粒子照射装置が配置される真空槽の電位より高い第１の電位とされることを特徴とする。
【００１１】
前記荷電粒子生成手段と前記加速グリッドとの間に遮蔽グリッドを備え、
前記第１の電位は、前記遮蔽グリッドの電位と同じ、又はこれより高くてもよい。
【００１２】
前記第１の電位を付与する第１の電源を備えてもよい。
【００１３】
前記加速グリッドの前記荷電粒子ビーム出力側に減速グリッドを備え、
前記減速グリッドは、前記真空槽の電位より低い第２の電位とされてもよい。
【００１４】
前記加速グリッドの前記荷電粒子ビーム出力側に減速グリッドを備え、
前記減速グリッドの外側に設置されたリフレクタを備えてもよい。
【００１５】
前記リフレクタは、前記真空槽の電位より低い第２の電位とされてもよい。
【００１６】
前記荷電粒子ビームの電荷を中和するニュートラライザを更に備え、
前記第２の電位は、前記ニュートラライザの負極側と同じ、又はこれより低くてもよい。
【００１７】
前記第２の電位を付与する第２の電源を備えてもよい。
【００１８】
前記荷電粒子ビームの電荷を中和するニュートラライザを更に備えてもよい。
【００１９】
前記制御手段は、各前記分割グリッドと前記第１の電源との間に個々に設置されたスイッチ回路と、前記スイッチ回路を個別にオン・オフする手段とを備えてもよい。
【００２０】
上記目的を達成するため、本発明の第２の観点に係る周波数調整装置は、
上記第１の観点に係る荷電粒子照射装置から構成されるイオンガンと、
圧電デバイスを複数個配置する配置手段と、
前記配置手段により配置された複数の圧電デバイスの共振周波数を判別する共振周波数判別手段と、
を備え、
前記共振周波数判別手段により、前記配置手段により配置された複数の該圧電デバイスの共振周波数をモニタしながら、並行して該複数の該圧電デバイスにイオンビームを照射して各圧電デバイスの少なくとも一部をエッチングすることにより複数の該圧電デバイスの共振周波数を調整する、ことを特徴とする。
【００２１】
上記目的を達成するため、本発明の第３の観点に係る荷電粒子制御方法は、
真空槽内部に配置された所定の容器に荷電粒子生成手段によって荷電粒子を生成し、
前記荷電粒子生成手段で生成された荷電粒子を引き出して荷電粒子ビームを出力する複数に分割された分割グリッドを有する加速グリッドを配置し、
各加速グリッドに、電圧を印加して荷電粒子を引き出す方向に電圧勾配を形成して、前記プラズマ中の荷電粒子を荷電粒子ビームとして射出させ、
前記複数に分割された該加速グリッドの電位を個々に制御し、
前記加速グリッドを前記真空槽の電位より高い第１の電位とすることによって、前記荷電粒子ビームの射出を遮蔽する、ことを特徴とする。
【００２２】
前記荷電粒子生成手段と前記加速グリッドとの間に遮蔽グリッドを備え、
前記第１の電位は、前記遮蔽グリッドの電位と同じ、又はこれより高くしてもよい。
【００２３】
前記加速グリッドの外側に減速グリッドを配置し、
前記減速グリッドを前記真空槽の電位より低い第２の電位としてもよい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、分割された各加速グリッドの電位を制御することにより、照射を停止しているグリッドからの漏洩を抑制し、更にニュートラライザが良好な中和効果を有する荷電粒子照射装置、これを用いた周波数調整装置及び荷電粒子制御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】
【００２５】
以下、本発明の各実施の形態に係る荷電粒子照射装置を、水晶振動子の金属電極をエッチングすることにより共振周波数を調整する周波数調整装置に適用した場合を例に説明する。
【００２６】
（第１の実施の形態）
本実施の形態に係る周波数調整装置の構成例を図１に示す。また、図２に、図１に示す周波数調整装置の分解斜視図を示す。周波数調整装置は、イオンガン１１と、加工対象の水晶振動子を載置する載置部１２と、水晶振動子の共振周波数を検出する共振周波数測定部１３と、制御部１４と、シャッター１５と、から構成される。
【００２７】
イオンガン１１は、２つのイオンビームＩａとＩｂとを生成する装置であり、本体（チャンバ）１１１と、アノード（電極）１１２と、フィラメント１１３と、ガス導入部１１４と、遮蔽グリッド１１５と、加速グリッド１１６（分割加速グリッド１１６ａ，１１６ｂ）と、減速グリッド１１７と、ニュートラライザ１２５と、フィラメント電源１３１と、放電電源１３２と、ビーム電源１３３と、加速電源１３４と、加速グリッド制御スイッチ１４１ａ，１４１ｂと、加速グリッドオフ用スイッチ１４２と、加速グリッドオン用スイッチ１４３と、減速グリッド制御スイッチ１４４と、ビーム電源スイッチ１４５と、を備える。
【００２８】
図１に示す載置部１２は、加工対象の２つの水晶振動子２０１ａと２０１ｂとを一定距離離間して配置する。
共振周波数測定部１３は、載置部１２に載置された水晶振動子２０１ａと２０１ｂに接続され、その共振周波数を測定する。
【００２９】
制御部１４は、マイクロプロセッサまたはシーケンサー等から構成され、各部の動作を制御する。特に本実施の形態においては、共振周波数測定部１３からの検出結果に従って、加速グリッド制御スイッチ１４１ａと１４１ｂを制御する。また、シャッター１５を開閉制御する。制御部１４を共振周波数測定部１３に組み込む構成とすることも可能である。
【００３０】
シャッター１５は、水晶振動子２０１ａの前に配置されたシャッター１５ａと、水晶振動子２０１ｂの前に配置されたシャッター１５ｂとを備え、それぞれ、イオンビームＩａとＩｂを遮蔽する。
【００３１】
なお、図１及び図２に示す各部は、真空槽内に配置されている。
【００３２】
本体１１１は、表面がコートされた円筒状の金属筐体などから構成され、処理空間を定義する。本体１１１はフィラメント電源１３１の負極と同電位に維持されている。
アノード１１２は、本体１１１の側壁に近接して円筒帯状に配置され、直流放電の陽極として機能する。
フィラメント１１３は、直流放電の熱陰極を構成する。
ガス導入部１１４は、Ａｒ等の放電ガスを本体１１１内に導入する。
【００３３】
フィラメント電源１３１は、直流電源から構成され、フィラメント１１３に通電してこれを加熱する。
放電電源１３２は、アノード１１２と、本体１１１及びフィラメント電源１３１との間に放電用の直流電圧を印加する。
【００３４】
ビーム電源１３３は、イオンビーム照射時に、本体１１１内のプラズマの電圧を高める。また、ビーム電源１３３の正極側には、加速グリッドオフ用スイッチ１４２が接続されており、更に加速グリッド制御スイッチ１４１ａ，１４１ｂと、が接続される。この加速グリッドオフ用スイッチ１４２をオンし、更にイオンビームをオフするグリッドの、加速グリッド制御スイッチ１４１ａ又は／及び１４１ｂを加速グリッドオフ用スイッチ１４２に接続することによって、分割加速グリッド１１６ａ又は／及び１１６ｂに正電圧を印加する。
【００３５】
加速電源１３４は、分割加速グリッド１１６ａ，１１６ｂと、減速グリッド１１７と、に負電圧を印加する。また、加速電源１３４の負極側は、加速グリッド制御スイッチ１４１ａ，１４１ｂに接続されており、この加速グリッド制御スイッチ１４１ａ，１４１ｂを適宜接続することにより、イオンビームをオンする側の分割加速グリッド１１６ａ，１１６ｂに負電圧を印加することができる。また、加速電源１３４の負極側は、減速グリッド制御スイッチ１４４に接続されており、このスイッチによって減速グリッド１１７に加速電源の負電圧が印加される。
【００３６】
ニュートラライザ１２５は、イオンビームＩａとＩｂに電子を供給しイオンの持つ電荷の中和を行い、圧電デバイスへの電荷のチャージを防ぐ。
【００３７】
遮蔽グリッド１１５は、本体１１１のイオン射出面に配置され、ビーム孔（ビーム引き出し孔）部分を除いてイオンをチャンバ内に封じ込める。イオンガン１１は、２ビームを出力するものであり、そのグリッドパターンは、図３（ａ）に示すような、２ビーム用の構成を有する。このグリッドパターンは、距離ｄ２をおいて、ビーム孔群６１が２つ形成された構成を有する。また、遮蔽グリッド１１５は本体１１１と同電位とされている。
【００３８】
加速グリッド１１６は、本体１１１のイオン射出面に遮蔽グリッド１１５から所定距離離間してほぼ平行に配置されている。加速グリッド１１６は、図３（ｂ）に示すように、円板が２分割された形状を有する。換言すれば、加速グリッド１１６は、半円板状の分割加速グリッド１１６ａ，１１６ｂが２枚組み合わされた構造を有する。加速グリッド１１６には、図３（ｂ）に示すように、遮蔽グリッド１１５に形成されたビーム孔６１１と重なる位置にビーム孔６１２が形成されている。加速グリッド１１６のビーム孔６１２の面積は、遮蔽グリッド１１５のビーム孔６１１の面積より小さく、例えば０．２〜０．８倍に形成される。また、１つの分割加速グリッド１１６ａ、１１６ｂに１ビーム出力用のビーム孔群が配置される。本実施の形態では、加速グリッドに形成されたビーム孔の面積が、遮蔽グリッドに形成されたビーム孔よりも小さいものとするが、ビーム孔の大きさはこれに限らず、同面積としてもよい。或いは加速グリッドのビーム孔の少なくとも一つが対応する遮蔽グリッドのビーム孔より小さい構成としてもよい。
【００３９】
分割加速グリッド１１６ａは、イオンビームＩａをオフする際には、加速グリッドオフ用スイッチ１４２と、加速グリッド制御スイッチ１４１ａとによって、ビーム電源１３３の正極側に接続され、ビーム電源１３３の正電圧が印加される。また、分割加速グリッド１１６ａは、イオンビームＩａをオンする際には、加速グリッドオン用スイッチ１４３と、加速グリッド制御スイッチ１４１ａとによって、加速電源１３４の負極側に接続され、加速電源１３４の負電圧が印加される。
【００４０】
同様に、分割加速グリッド１１６ｂは、イオンビームＩｂをオフする際には、加速グリッドオフ用スイッチ１４２と、加速グリッド制御スイッチ１４１ｂとによって、ビーム電源１３３の正極側に接続され、ビーム電源１３３の正電圧が印加される。また、分割加速グリッド１１６ｂは、イオンビームＩｂをオンする際には、加速グリッドオン用スイッチ１４３と、加速グリッド制御スイッチ１４１ｂとによって、加速電源１３４の負極側に接続され、加速電源１３４の負電圧が印加される。
【００４１】
本実施形態では特に、このようにイオンビームをオフする分割加速グリッド１１６ａ，１１６ｂを、正電位とすることによって、フローティング状態とした場合と比較し、より良好にイオンビームの漏れを抑制することができる。また、後述するように、本実施形態では減速グリッド１１７が負電位とされていることからニュートラライザから供給される電子がオフ側の分割加速グリッドに吸い寄せられることを抑制することができるため、オフ時には良好な遮蔽効果を得ることができる。なお、それぞれの加速グリッド制御スイッチ１４１ａ，１４１ｂは、制御部１４からの制御信号により切り替えられる。
【００４２】
減速グリッド１１７は、本体１１１のイオン射出面に加速グリッド１１６に近接してかつ離間してほぼ平行に配置されている。減速グリッド１１７は、図３（ａ）に示すように、遮蔽グリッド１１５と同一の構成を有する。本実施の形態では、減速グリッド１１７のビーム孔６１３の面積は、遮蔽グリッド１１５のビーム孔６１１の面積とほぼ同じに形成される。本実施形態で、減速グリッド１１７は、減速グリッド制御スイッチ１４４をオンすることにより、加速電源１３４の負電圧が印加される。このように減速グリッド１１７に負電圧を印加することにより、ニュートラライザ１２５から発せられる電子が減速グリッド１１７近傍に集まることを防ぐことができ、更には加速グリッド１１６に付着することを防ぐことができる。このような効果は、減速グリッド１１７の電位を、真空槽の電位よりも低い電位とすることで得られる。一般にニュートラライザにはそれを配置する真空槽よりも低い電圧が印加され、真空槽との電位差を利用して電子が放出される。本発明において、イオンビームを停止させる分割加速グリッドは正電位となるため、ニュートラライザから供給される電子を引き込み易い。分割加速グリッドが電子を吸引すると、ニュートラライザによるイオンビーム中和の効果が薄れるため、被照射物が帯電してしまう。図１０にて後述するように、被照射物が帯電するとレートが低下してしまうという問題が生じる。これを回避するには、電子にグリッド方向でなく、被照射物方向の指向性を持たせればよい。本発明は、ニュートラライザと加速グリッドとの間に配置される電極（減速グリッド１１７）に、少なくとも周辺電位（真空槽）よりも低い電圧を印加することで、被照射物方向に向かう電子の量を増加させ、中和効果を得るものである。減速グリッド１１７をニュートラライザ１２５の負極側と同電位もしくは、これより低い電位とすれば、更に良好な効果が得られる。
【００４３】
なお、本実施の形態では、遮蔽グリッド１１５と加速グリッド１１６と減速グリッド１１７とは、図４に示すように、ほぼ平行に配置されており、それぞれほぼ同じ距離だけ離間して配置されている。
【００４４】
次に、上記構成の周波数調整装置の動作を説明する。
まず、載置部１２に、加工対象の水晶振動子２０１ａ、２０１ｂを載置し、真空槽内を減圧する。
【００４５】
ガス導入部１１４から、放電用ガスとして例えばＡｒガスを本体１１１内に導入し、フィラメント電源１３１からフィラメント１１３に通電して加熱し、さらに、フィラメント１１３とアノード１１２との間に直流電圧を印加することにより、直流熱陰極放電をおこし、Ａｒプラズマを生成する。
【００４６】
続いて、ビーム電源スイッチ１４５をオンし、更に加速グリッドオン用スイッチ１４３をオンし、分割加速グリッド制御スイッチ１４１ａ，１４１ｂを加速グリッドオン用スイッチ１４３側に接続し、加速電源の負電圧と同電位とする。このように放電電源１３２によってアノード１１２と加速グリッド１１６間に高電圧を印加する。これにより、本体１１１内のプラズマにより生成されたイオンを加速する向きに電位勾配を生成し、Ａｒの正イオンを引き出しビーム孔よりイオンビームＩａ、Ｉｂとして出射する。なお、この際減速グリッド制御スイッチ１４４はオンされており、減速グリッド１１７も同様に加速電源の負電圧と同電位である。
【００４７】
照射された２本のイオンビームＩａとＩｂにより、載置部１２に載置された第１の水晶振動子２０１ａ上に形成された金属電極と第２の水晶振動子２０１ｂ上に形成された金属電極とをエッチングし、それぞれの共振周波数を調整する。
【００４８】
この間、共振周波数測定回路１３は、各第１の水晶振動子と第２の水晶振動子の共振周波数をそれぞれ測定し、測定結果を制御部１４に出力する。
【００４９】
制御部１４は、加工処理開始後、図５に示す処理を繰り返す。なお、図５では、理解を容易にするため、第１の水晶振動子２０１ａに関する制御と、第２の水晶振動子２０１ｂに関する制御を順番に実施しているが、両制御は並行して行うことが望ましい。
【００５０】
まず、第１の水晶振動子２０１ａに関する周波数調整が終了したか否かを判別する（ステップＳ１１）。当初は、加速グリッドオフ用スイッチ１４２をオンした上で、分割加速グリッド制御スイッチ１４１ａを加速グリッドオフ用スイッチ１４２側に接続し、イオンビームＩａを停止し、更にシャッター１５ａを閉じておく。周波数調整が終了していなければ（ステップＳ１１；ＮＯ）、分割加速グリッド制御スイッチ１４１ａを加速グリッドオン用スイッチ１４３側に接続し（ステップＳ１２）、シャッター１５ａを開いて（ステップＳ１３）、水晶振動子２０１ａの周波数調整を開始する。
【００５１】
共振周波数測定部１３が検出した第１の水晶振動子２０１ａの共振周波数が目標周波数に一致したか否かを判別する（ステップＳ１４）。
【００５２】
目標周波数に一致していれば（ステップＳ１４；Ｙｅｓ）、加速グリッドオフ用スイッチ１４２をオンした上で、分割加速グリッド制御スイッチ１４１ａを加速グリッドオフ用スイッチ１４２に接続する（ステップＳ１５）。加速グリッド制御スイッチ１４１ａを加速グリッドオフ用スイッチ１４２側に接続することにより、分割加速グリッド１１６ａをビーム電源１３３の正電位とすることができ、遮蔽グリッド１１５と同電位とすることができる。これにより、分割加速グリッド１１６ｂから照射されているイオンビームＩｂの強度に影響を殆ど与えることなく、分割加速グリッド１１６ａから照射しているイオンビームＩａを非常に弱くすることができる。
【００５３】
更に、本実施形態では、減速グリッドをニュートラライザの負電圧と同電位としている。これにより、ニュートラライザから供給される電子が分割加速グリッドに供給されることを防ぐことができ、ニュートラライザの中和効果を減じさせないことが可能である。
【００５４】
さらに、ソレノイドを駆動して、シャッター１５ａを閉じ、第１の水晶振動子２０１ａへのイオンビームＩａの照射を完全に遮断する（ステップＳ１６）。
【００５５】
一方、ステップＳ１４で、共振周波数測定部１３が検出した第１の水晶振動子２０１ａの共振周波数が目標周波数に一致していないと判別されれば（ステップＳ１４；Ｎｏ）、そのまま処理を継続して、加工を続ける。また、ステップＳ１１で、第１の水晶振動子２０１ａの周波数調整処理が終了していると判別されれば（ステップＳ１１；Ｙｅｓ）、ステップＳ１２〜Ｓ１６をスキップする。
【００５６】
次に、制御部１４は、第２の水晶振動子２０１ｂに関する周波数調整が終了したか否かを判別する（ステップＳ１７）。この際、加速グリッドオフ用スイッチ１４２をオンした上で、分割加速グリッド制御スイッチ１４１ｂを加速グリッドオフ用スイッチ側１４２に接続し、更にシャッター１５ｂを閉じておく。周波数調整が終了していなければ（ステップＳ１７；ＮＯ）、分割加速グリッド制御スイッチ１４１ｂを加速グリッドオン側スイッチ１４３側に接続し（ステップＳ１８）、シャッター１５ｂを開いて（ステップＳ１９）、水晶振動子２０１ｂの周波数調整を開始する。共振周波数測定部１３が検出した第２の水晶振動子２０１ｂの共振周波数が目標周波数に一致したか否かを判別する（ステップＳ２０）。
【００５７】
目標周波数に一致していれば（ステップＳ２０；Ｙｅｓ）、加速グリッド制御スイッチ１４１ｂを加速グリッドオフ用スイッチ側１４２に接続する（ステップＳ２１）。これにより、分割加速グリッド１１６ｂはビーム電源１３３の正電圧と同電位となり、遮蔽グリッド１１５と同電位となる。このようにして分割加速グリッド１１６ｂから照射しているイオンビームＩｂが非常に弱くなる。さらに、ソレノイドを駆動して、シャッター１５ｂを閉じ、第２の水晶振動子２０１ｂへのイオンビームＩｂの照射を完全に遮断する（ステップＳ２２）。
【００５８】
一方、ステップＳ２０で、共振周波数測定部１３が検出した第２の水晶振動子２０１ｂの共振周波数が目標周波数に一致していないと判別されれば（ステップＳ２０；Ｎｏ）、そのまま処理を継続して、加工を続ける。また、ステップＳ１７で、第２の水晶振動子２０１ｂの周波数調整処理が終了していると判別されれば（ステップＳ１７；Ｙｅｓ）、ステップＳ１８〜Ｓ２２をスキップする。
【００５９】
最後に、第１の水晶振動子２０１ａの加工と第２の水晶振動子２０１ｂの加工が共に終了したか否かを判別し（ステップＳ２３）、終了していれば（ステップＳ２３；Ｙｅｓ）、加工処理を終了して、搬出等の処理に移り、終了していなければ（ステップＳ２３；Ｎｏ）、ステップＳ１１に戻って金属電極のエッチング処理を継続する。
【００６０】
このようにして、イオンガン１１から照射されるイオンビームＩａとＩｂの強度を、加速グリッド制御スイッチ１４１ａ，１４１ｂを適宜切り替えることにより、各水晶振動子の加工を適切なタイミングで終了することができる。
【００６１】
本実施形態では、上述したように減速グリッドに負電圧を印加し、更にオフする分割加速グリッドに正電圧を印加することにより、オンされている側のイオンビームに影響を与えることなく、ビームの漏洩を抑制することが可能である。
【００６２】
図６に示す構成の装置によって、コレクタ電流とコレクタ電圧との関係を測定した結果を図７に示す。図６に示す装置では、本実施形態のイオンガン及びニュートラライザを用い、マスクに対して絶縁体を介してコレクタ電極を設置し、所定のコレクタ電圧を印加した際のコレクタ電流の変化を測定した。コレクタ電極はイオンビームの照射対象位置（図１において水晶振動子２０１が配置される位置）に設置した。また、図７に示すように、減速グリッドに対して負のバイアス電圧を印加し、更に両ビームをオンした場合、片側のみをオンした場合、減速グリッドをグラウンドに接続し、両ビームをオンした場合、片側のみをオンした場合でコレクタ電流を測定した。片側のみをオンする場合、オフ側の分割加速グリッドには正のバイアス電圧を印加した。
【００６３】
図７から明らかなように、減速グリッドにバイアス電圧を印加した場合は、イオンビームを両方ともオンした場合、片側をオフした場合ともに、コレクタ電圧０Ｖ近傍でコレクタ電流の正負が切り替わる。つまり、イオンコレクタに照射される荷電粒子と、ニュートラライザから供給される電子とで電荷が中和されていることがわかる。これに対し、減速グリッドをグラウンドに接続した場合、両側をオンしている場合は、減速グリッドにバイアス電圧を印加した場合とほぼ同じように変化する。しかし、片側のみをオンした場合、コレクタ電圧の正負にかかわらず正の電流が流れており、荷電粒子と、ニュートラライザから供給される電子とで電荷が中和されていないことが明らかである。このように本発明の荷電粒子照射装置によれば、一方のイオンビームをオフした場合でも、良好な中和効果を得られると言える。
【００６４】
次に、図８を参照に、オフ側の分割加速グリッドをフローティング電位とした場合と、正電位とした場合とで、ビーム漏れを比較する。図８は、図１に示すイオンガン及びニュートラライザを用い、一方の分割加速グリッド１１６ａを加速電位とした状態で、他方の分割加速グリッド１１６ｂをフローティング電位とした場合（スイッチ１４１ｂをいずれにも接続させず切り離した状態）、本体電位とした場合（スイッチ１４１ｂをスイッチ１４２側に接続した状態）、加速電位とした場合（スイッチ１４１ｂをスイッチ１４３側に接続した状態）における、水晶振動子２０１ｂの周波数変化ΔＦを測定した結果である。測定にはＡＴカット２５ＭＨｚ基本波、励振電極Ａｇの水晶振動子を用い、ビーム電圧を１０００Ｖ、放電電流を５００ｍＡ、ニュートラライザエミッション電流を３０ｍＡとした。分割加速グリッド１１６ｂをフローティング電位とした場合、水晶振動子２０１ｂの周波数変化が目立ち、イオンビームの漏れが生じていることがわかる。これを、分割加速グリッド１１６ｂを加速電位とした場合（即ち両ビームをオンした場合）の周波数変化と比較すると、周波数変化ΔＦは４５％程度であり、漏れが大きいことがわかる。これに対して、分割加速グリッド１１６ｂを本体電位とした場合、周波数変化はほとんどない。両ビームをオンした場合の周波数変化と比較すると、周波数変化ΔＦは５％程度であり、イオンビームが良好に遮断され、オフ側のイオンビーム漏れを抑制していることがわかる。
【００６５】
ここで、図８に示した測定において分割加速グリッド１１６ｂをフローティング電位とした際、ニュートラライザエミッション電流値を変化させて、分割加速グリッド１１６ｂの電位を測定した結果を図９に示す。図より、ニュートラライザエミッション電流値がある値（図では２０ｍＡ前後）よりも上がると、オフ側の分割加速グリッドの電位が真空槽の電位（グラウンド電位）まで急峻に降下することがわかる。即ち、ニュートラライザの電流値が小さい場合、フローティング電位とすることでイオンビームを良好に遮断することができるが、ニュートラライザの電流値が大きいとオフ側の分割加速グリッドの電位が真空槽の電位まで下がってしまい、ビームの漏れを抑えることができない。図８の測定では、ニュートラライザの電流値が大きく、オフ側の分割加速グリッドの電位が真空槽の電位となっていたため、ビーム漏れが生じていた。
【００６６】
なお、必要なニュートラライザの電流値、即ちイオンビームの中和に必要な電子の供給量は種々である。例えば、イオンビーム電流密度が大きいほど中和に必要な電子量は多くなる。イオンビーム電流密度はグリッドに穿設される孔の数が多いほど大きい。
【００６７】
また、例えば、イオンビームの照射対象である水晶振動子を図１１（ａ）に示すように測定器に接続する場合と、図１１（ｂ）に示すように測定器に接続する場合とでは、図１１（ｂ）に示す場合の方が必要な中和電子量が多くなる。これは、負荷容量の存在により、照射対象面がフローティング状態となり帯電するためである。図１１（ａ）に示す場合であっても抵抗値が大きければ照射対象面からグラウンドに流れる電荷が少なくなり、抵抗値が小さい場合よりも中和電子量が必要になる。或いは照射対象面がグラウンドに接続されていても、照射領域を画定するマスクが誘電体等である場合には、中和電子が必要になる。
【００６８】
以上より、装置構成その他によって必要なニュートラライザの電流値が変わってくるが、オフ側の分割加速グリッドを真空槽の電位よりも高くすれば、ニュートラライザの電流値を大きくする必要がある場合であっても、フローティング電位とするより、ビーム漏れを抑制することができる。より好ましくは、オフ側の分割加速グリッドの電位を遮蔽グリッドの電位と同じか、それよりも高くすれば、ニュートラライザの電流値によらず、ビームの漏洩を抑えることができる。例えば、図９では、２０ｍＡ前後でオフ側分割加速グリッドの電位が降下しているが、この値はイオンガンの形状や各種設定電圧等により異なるため、ニュートラライザの電流値によらずビームの漏洩を抑止できることは有効である。オフ側の分割加速グリッドの電位を、遮蔽グリッドの電位と同じか、それよりも高くすることにより、加速グリッドの本来の役割であるイオンビームの引出しに必要な電位勾配が生じず、漏洩を抑止する。
【００６９】
本実施形態のイオンガン及びニュートラライザを用い、減速グリッドに負電圧を印加した上で、水晶振動子を加工対象として、その周波数変化ΔＦを測定した結果を図１０（ａ）に示す。同図には、イオンビームを２つオンした場合と、イオンビームの一方をオフした場合のオン側のイオンビーム（図１に示す装置でＩａ及びＩｂをオンした場合のＩａと、Ｉｂをオフした場合のＩａに相当する）に対応する水晶振動子の周波数変化ΔＦを示す。測定にはＡＴカット２５ＭＨｚ基本波、励振電極Ａｇの水晶振動子を用い、ビーム電圧を６００Ｖ、放電電流を３００ｍＡとした。分割加速グリッドのオフ時、ビーム電源の正極側の電位を与えた。減速グリッドに負電圧を印加した上で、イオンビームの一方をオフした場合、イオンビームを２つオンした場合に比較して周波数変化ΔＦが５％以内であった。
これに対し、本実施形態のイオンガン及びニュートラライザを用い、減速グリッドをグラウンドに接続した上で、水晶振動子を加工対象として、その周波数変化ΔＦを測定した結果を図１０（ｂ）に示す。減速グリッドの電位の他測定条件は図１０（ａ）に同じである。イオンビームを２つともオンした場合と、イオンビームの一方をオフした場合とでは、周波数変化ΔＦに２０％の差が生じた。この結果は、減速グリッドをグラウンドに接続した状態では、イオンビームの中和効果が薄れ、水晶振動子が帯電していることを意味する。ニュートラライザから供給された電子は、オフ側分割加速グリッドの正電位に引き寄せられ、水晶振動子位置における電子が不足し、水晶振動子がプラスに帯電したことに起因して、レートが低下している。これに対し、図１０（ａ）では、ニュートラライザとオフ側分割加速グリッドとの間に配置される減速グリッドに負電圧を印加することにより、水晶振動子方向に向かう電子の量を増加させ、水晶振動子の帯電を防ぎ、レートを維持している。この点からも、本実施形態の荷電粒子照射装置では、オンしている側のイオンビームに与える影響が低いことがわかる。
【００７０】
このように本実施の形態の荷電粒子照射装置では、減速グリッドをニュートラライザの負電圧と同じ電位とし、オフ側の分割加速グリッドを遮蔽グリッドの電位と同じ電位とすることにより、オン側のイオン電流密度の強度を損なうことなく、オフ側のイオンビームの漏れを抑制することができるため、イオンビームの良好なオン・オフ特性を得ることができる。更に、ニュートラライザによるイオンビームの中和効果を減じさせない。
【００７１】
なお、この発明は、上記実施の形態に限定されず、種々の変更及び応用が可能である。例えば、上述した実施形態では減速グリッド１１７に負電圧を印加する構成であったが、これに限られず、図１２及び図１３に示すようにイオンガン５１のイオン射出面近傍にリフレクタ１５１を設けることも可能である。この場合、リフレクタ１５１は、図１３に示すようにイオンビームＩａ，Ｉｂを遮らないように形成された孔１５１ａを備える。このようなリフレクタ１５１を設置し、更にリフレクタ１５１を、減速グリッド１１７と同様にニュートラライザの負電圧と同じもしくはそれより低い電圧が印加する。これによりニュートラライザから供給される電子がイオンガン５１側に引き寄せられることを防ぐことが可能である。
【００７２】
また、図１では、ビーム電源の正電圧を分割加速グリッド１１６ａ，１１６ｂに印加する構成を例に挙げて説明したがこれに限られない。例えば、図１４に示すように、ビーム電源の正極側に別電源を介して分割加速グリッド１１６ａ，１１６ｂを接続してもよい。また、図１５に示すようにビーム電源の正極側に抵抗を介して分割加速グリッド１１６ａ，１１６ｂを接続してもよい。図１４及び図１５に示す構成により、分割加速グリッド１１６ａ，１１６ｂの電位は遮蔽グリッドの電位より高くなり、イオンビーム漏洩を抑止する効果が更に高まる。或いは、図１６に示すように別電源を設けて分割加速グリッド１１６ａ，１１６ｂに電圧印加してもよい。更に、図１では、加速電源の負電圧を減速グリッド１１７に印加する場合を例に挙げて説明したが、図１７に示すように、別途電源を設けて減速グリッド１１７に負電圧を印加する構成であっても良い。また、イオンビームを停止させる分割加速グリッドを放電電源の正極側に接続して、アノードと同電位とさせてもよい。
【００７３】
また、図１、図１４〜図１６に、減速グリッド１１７に負電圧を、分割加速グリッド１１６ａ，１１６ｂに正電圧を印加する例を説明したが、電源の接続その他は図示の例に限られず、適宜選択すればよい。
【００７４】
上記実施の形態では、２本のイオンビームＩａ，Ｉｂを生成照射するイオンガン１１とそれを用いた周波数調整装置について説明したが、イオンガンが照射するイオンビームの数は任意である。例えば、ビーム数を４とし、同時に加工する水晶振動子の数を４個としてもよい。
【００７５】
この場合には、例えば、十分なイオンを生成するために、フィラメント数を図１の構成よりも増加し、加速グリッド１１６を、例えば、図１７（ａ）〜（ｃ）に例示するように、任意のパターンで４分割し、それぞれに、ビーム孔群を形成する。また、各分割加速グリッドそれぞれに、分割加速グリッド制御スイッチを接続させる。このような構成とすれば、４つのイオンビームを生成して、４つの水晶振動子を並行して加工し、さらに、加工が終了したイオンビームから順番に、その照射を停止することができる。
【００７６】
上記実施の形態においては、水晶振動子の金属電極をエッチングすることにより、その共振周波数を調整（変更）する調整装置を例にこの発明を説明したが、エッチング及び調整の対象は任意である。例えば、水晶振動子以外の圧電デバイスの電極をエッチングする場合に適用可能である。また、エッチングの対象物やその材質は任意であり、例えば、金属、半導体、樹脂等をエッチングすることができる。
【００７７】
また、上記実施の形態においては、スパッタ用のイオンとしてＡｒイオンを使用したが、他のイオンを使用することも当然可能である。
【００７８】
また、上述した各実施の形態では、各ビーム孔の群が多孔で構成される例のみを示したが、単孔でも実施可能である。また、各ビーム孔の平面形状は円径に限られず、楕円形、多角形であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る周波数調整装置の全体構成図である。
【図２】図１に示す周波数調整装置の分解斜視図である。
【図３】グリッドの構成を示す図である。
【図４】図３に示すグリッドのＸＸ−ＸＸ線断面図である。
【図５】制御部の動作を説明するためのフローチャートである。
【図６】コレクタ電流の測定を行った装置の構成例を示す図である。
【図７】コレクタ電圧とコレクタ電流との関係を示す図である。
【図８】ニュートラライザの電流値が大きく、オフ側の分割加速グリッドの電位が真空槽の電位となっている場合のビーム漏れを測定した結果を示す図である。
【図９】オフ側の分割加速グリッドをフローティング電位とし、ニュートラライザエミッション電流値を変化させて、オフ側の分割加速グリッドの電位を測定した結果を示す図である。
【図１０】（ａ）は、減速グリッドに負電圧を印加した上で両方のビームをオンした場合と、片方をオフした場合とで、水晶振動子の周波数変化ΔＦを測定した結果を示す図であり、（ｂ）は減速グリッドをグラウンドに接続した上で両方のビームをオンした場合と、片方をオフした場合とで、水晶振動子の周波数変化ΔＦを測定した結果を示す図である。
【図１１】（ａ）及び（ｂ）は、イオンビームの照射対象である水晶振動子を測定器に接続する例を示す図である。
【図１２】本発明の変形例を示す図である。
【図１３】図１２に示すリフレクタを示す図である。
【図１４】本発明の変形例を示す図である。
【図１５】本発明の変形例を示す図である。
【図１６】本発明の変形例を示す図である。
【図１７】加速グリッドのパターンの変形例を示す図である。
【符号の説明】
【００８０】
１１，５１ イオンガン
１２ 載置部
１３ 共振周波数測定部
１４ 制御部
１５ シャッター
１５ａ、１５ｂ シャッター
２１ ビーム孔群
１１１ 本体（チャンバ）
１１２ アノード（電極）
１１３ フィラメント
１１４ ガス導入部
１１５ 遮蔽グリッド
１１６ 加速グリッド
１１６ａ〜１１６ｄ 分割加速グリッド
１１７ 減速グリッド
１２５ ニュートラライザ
１３１ フィラメント電源
１３２ 放電電源
１３３ ビーム電源
１３４ 加速電源
１４１ａ，１４１ｂ 加速グリッド制御スイッチ
１４２ 加速グリッドオフ用スイッチ
１４３ 加速グリッドオン用スイッチ
１４４ 減速グリッド制御スイッチ
１４５ ビーム電源スイッチ
２０１ａ〜２０１ｂ 水晶振動子
６１１〜６１３ ビーム孔
Ｉａ，Ｉｂ イオンビーム
１５１ リフレクタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子を照射する荷電粒子照射装置であって、
荷電粒子を生成する荷電粒子生成手段と、
前記荷電粒子生成手段で生成された荷電粒子を引き出して荷電粒子ビームを出力する複数に分割された分割グリッドを有する加速グリッドと、
前記複数に分割された該加速グリッドの電位を個々に制御する制御手段と、を備え、
前記荷電粒子ビームを遮断する際、前記荷電粒子ビームを遮断する前記分割グリッドは、前記荷電粒子照射装置が配置される真空槽の電位より高い第１の電位とされることを特徴とする荷電粒子照射装置。
【請求項２】
前記荷電粒子生成手段と前記加速グリッドとの間に遮蔽グリッドを備え、
前記第１の電位は、前記遮蔽グリッドの電位と同じ、又はこれより高いことを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子照射装置。
【請求項３】
前記第１の電位を付与する第１の電源を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の荷電粒子照射装置。
【請求項４】
前記加速グリッドの前記荷電粒子ビーム出力側に減速グリッドを備え、
前記減速グリッドは、前記真空槽の電位より低い第２の電位とされることを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子照射装置。
【請求項５】
前記加速グリッドの前記荷電粒子ビーム出力側に減速グリッドを備え、
前記減速グリッドの外側に設置されたリフレクタを備えることを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子照射装置。
【請求項６】
前記リフレクタは、前記真空槽の電位より低い第２の電位とされることを特徴とする請求項５に記載の荷電粒子照射装置。
【請求項７】
前記荷電粒子ビームの電荷を中和するニュートラライザを更に備え、
前記第２の電位は、前記ニュートラライザの負極側と同じ、又はこれより低いことを特徴とする請求項４又は６に記載の荷電粒子照射装置。
【請求項８】
前記第２の電位を付与する第２の電源を備えることを特徴とする請求項４又は６に記載の荷電粒子照射装置。
【請求項９】
前記荷電粒子ビームの電荷を中和するニュートラライザを更に備えることを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子照射装置。
【請求項１０】
前記制御手段は、各前記分割グリッドと前記第１の電源との間に個々に設置されたスイッチ回路と、前記スイッチ回路を個別にオン・オフする手段とを備えることを特徴とする請求項３に記載の荷電粒子照射装置。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の荷電粒子照射装置から構成されるイオンガンと、
圧電デバイスを複数個配置する配置手段と、
前記配置手段により配置された複数の圧電デバイスの共振周波数を判別する共振周波数判別手段と、
を備え、
前記共振周波数判別手段により、前記配置手段により配置された複数の該圧電デバイスの共振周波数をモニタしながら、並行して該複数の該圧電デバイスにイオンビームを照射して各圧電デバイスの少なくとも一部をエッチングすることにより複数の該圧電デバイスの共振周波数を調整する、ことを特徴とする周波数調整装置。
【請求項１２】
真空槽内部に配置された所定の容器に荷電粒子生成手段によって荷電粒子を生成し、
前記荷電粒子生成手段で生成された荷電粒子を引き出して荷電粒子ビームを出力する複数に分割された分割グリッドを有する加速グリッドを配置し、
各加速グリッドに、電圧を印加して荷電粒子を引き出す方向に電圧勾配を形成して、前記プラズマ中の荷電粒子を荷電粒子ビームとして射出させ、
前記複数に分割された該加速グリッドの電位を個々に制御し、
前記加速グリッドを前記真空槽の電位より高い第１の電位とすることによって、前記荷電粒子ビームの射出を遮蔽する、ことを特徴とする荷電粒子制御方法。
【請求項１３】
前記荷電粒子生成手段と前記加速グリッドとの間に遮蔽グリッドを備え、
前記第１の電位は、前記遮蔽グリッドの電位と同じ、又はこれより高くすることを特徴とする請求項１２に記載の荷電粒子制御方法。
【請求項１４】
前記加速グリッドの外側に減速グリッドを配置し、
前記減速グリッドを前記真空槽の電位より低い第２の電位とすることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の荷電粒子制御方法。
【請求項１】
荷電粒子を照射する荷電粒子照射装置であって、
荷電粒子を生成する荷電粒子生成手段と、
前記荷電粒子生成手段で生成された荷電粒子を引き出して荷電粒子ビームを出力する複数に分割された分割グリッドを有する加速グリッドと、
前記複数に分割された該加速グリッドの電位を個々に制御する制御手段と、を備え、
前記荷電粒子ビームを遮断する際、前記荷電粒子ビームを遮断する前記分割グリッドは、前記荷電粒子照射装置が配置される真空槽の電位より高い第１の電位とされることを特徴とする荷電粒子照射装置。
【請求項２】
前記荷電粒子生成手段と前記加速グリッドとの間に遮蔽グリッドを備え、
前記第１の電位は、前記遮蔽グリッドの電位と同じ、又はこれより高いことを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子照射装置。
【請求項３】
前記第１の電位を付与する第１の電源を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の荷電粒子照射装置。
【請求項４】
前記加速グリッドの前記荷電粒子ビーム出力側に減速グリッドを備え、
前記減速グリッドは、前記真空槽の電位より低い第２の電位とされることを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子照射装置。
【請求項５】
前記加速グリッドの前記荷電粒子ビーム出力側に減速グリッドを備え、
前記減速グリッドの外側に設置されたリフレクタを備えることを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子照射装置。
【請求項６】
前記リフレクタは、前記真空槽の電位より低い第２の電位とされることを特徴とする請求項５に記載の荷電粒子照射装置。
【請求項７】
前記荷電粒子ビームの電荷を中和するニュートラライザを更に備え、
前記第２の電位は、前記ニュートラライザの負極側と同じ、又はこれより低いことを特徴とする請求項４又は６に記載の荷電粒子照射装置。
【請求項８】
前記第２の電位を付与する第２の電源を備えることを特徴とする請求項４又は６に記載の荷電粒子照射装置。
【請求項９】
前記荷電粒子ビームの電荷を中和するニュートラライザを更に備えることを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子照射装置。
【請求項１０】
前記制御手段は、各前記分割グリッドと前記第１の電源との間に個々に設置されたスイッチ回路と、前記スイッチ回路を個別にオン・オフする手段とを備えることを特徴とする請求項３に記載の荷電粒子照射装置。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の荷電粒子照射装置から構成されるイオンガンと、
圧電デバイスを複数個配置する配置手段と、
前記配置手段により配置された複数の圧電デバイスの共振周波数を判別する共振周波数判別手段と、
を備え、
前記共振周波数判別手段により、前記配置手段により配置された複数の該圧電デバイスの共振周波数をモニタしながら、並行して該複数の該圧電デバイスにイオンビームを照射して各圧電デバイスの少なくとも一部をエッチングすることにより複数の該圧電デバイスの共振周波数を調整する、ことを特徴とする周波数調整装置。
【請求項１２】
真空槽内部に配置された所定の容器に荷電粒子生成手段によって荷電粒子を生成し、
前記荷電粒子生成手段で生成された荷電粒子を引き出して荷電粒子ビームを出力する複数に分割された分割グリッドを有する加速グリッドを配置し、
各加速グリッドに、電圧を印加して荷電粒子を引き出す方向に電圧勾配を形成して、前記プラズマ中の荷電粒子を荷電粒子ビームとして射出させ、
前記複数に分割された該加速グリッドの電位を個々に制御し、
前記加速グリッドを前記真空槽の電位より高い第１の電位とすることによって、前記荷電粒子ビームの射出を遮蔽する、ことを特徴とする荷電粒子制御方法。
【請求項１３】
前記荷電粒子生成手段と前記加速グリッドとの間に遮蔽グリッドを備え、
前記第１の電位は、前記遮蔽グリッドの電位と同じ、又はこれより高くすることを特徴とする請求項１２に記載の荷電粒子制御方法。
【請求項１４】
前記加速グリッドの外側に減速グリッドを配置し、
前記減速グリッドを前記真空槽の電位より低い第２の電位とすることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の荷電粒子制御方法。
【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１５】
【図１６】
【図１７】
【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１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２００９−２１１９５５（Ｐ２００９−２１１９５５Ａ）
【公開日】平成２１年９月１７日（２００９．９．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−５４１３７（Ｐ２００８−５４１３７）
【出願日】平成２０年３月４日（２００８．３．４）
【出願人】（０００１４６００９）株式会社昭和真空 (72)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年９月１７日（２００９．９．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月４日（２００８．３．４）
【出願人】（０００１４６００９）株式会社昭和真空 (72)
【Ｆターム（参考）】
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