荷電粒子照射装置及び荷電粒子制御方法
【課題】複数のイオンビームを独立してオン・オフ可能とする。
【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。加速制御スイッチ１２１ａ、１２１ｂを独立してオン・オフすることにより、分割加速グリッド１１６ａ、１１６ｂの電位を独立に制御し、停止すべきイオンビームに対応する分割加速グリッド１１６ａ、１１６ｂの電位をフローティング状態にして、イオンビームを停止する。
【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。加速制御スイッチ１２１ａ、１２１ｂを独立してオン・オフすることにより、分割加速グリッド１１６ａ、１１６ｂの電位を独立に制御し、停止すべきイオンビームに対応する分割加速グリッド１１６ａ、１１６ｂの電位をフローティング状態にして、イオンビームを停止する。
【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及び方法に関する。
【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。イオンビームエッチングによる周波数調整手法は、例えば、特許文献１や特許文献２に開示されている。
【０００３】
従来の周波数調整用のイオンガンは、図１２に示されるように、本体８１１と、アノード８１２と、フィラメント８１３と、ガス導入部８１４と、遮蔽グリッド８１５と、加速グリッド８１６と、複数の直流電源と、で構成される。
【０００４】
このような構成により、ガス導入部８１４から、放電用ガスとして例えばＡｒガスを本体８１１内に導入し、フィラメント８１３を通電加熱し、フィラメント８１３とアノード８１２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８１６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８２２に載置された水晶振動子８２１に照射する。
【０００５】
遮蔽グリッド８１５と加速グリッド８１６には、複数のビーム孔（引き出し口）からなるビーム孔群が形成される。図１３に示すようなパターンで１群のビーム孔群を形成した場合、図１４に示すように、中心が一番強く、そこから周辺に向かって徐々に弱くなるようなイオン電流密度分布を有する１つのイオンビームが形成される。図１４はエッチング対象である基板位置におけるイオン電流密度を示し、イオンガンの中心と対向する位置を原点として原点からの距離を表す。
【０００６】
近時、装置の省スペース化、処理時間の短縮をねらいとして、１つのイオンガンから図１７に示すようなイオン電流密度分布を有する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。図１７はエッチング対象である基板位置におけるイオン電流密度を示し、イオンガンの中心と対向する位置を原点として原点からの距離を表す。
【０００７】
複数のイオンビームを照射するイオンガンの基本構成は、図１５に示すように、図１２に示す１イオンビーム用のイオンガンと同一である。ただし、複数のイオンビームを生成するため、図１６に示すように、複数のビーム孔群（図では、２群）が形成された遮蔽グリッド８１５と加速グリッド８１６とが配置される。
【特許文献１】特開２０００‐３２３４４２号公報
【特許文献２】特開２００３‐２９８３７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
周波数調整にかかる時間は目標周波数に対する水晶振動子の周波数の偏差によって決まり、調整対象の水晶振動子８２１毎に異なる。このため、２つの水晶振動子８２１を並行して調整する場合には、周波数調整は別々のタイミングで終了する。このため、先に周波数調整が終わった水晶振動子８２１の電極にビームが当たらないようにしなければならない。しかし、従来では、一方のイオンビームのみを停止させる等の制御ができない。このため、機械シャッター８２３を配置し、機械シャッター８２３により、調整が終了した水晶振動子８２１へのイオンビームを遮断している。
【０００９】
しかしこのような構成では、遮断されたイオンビームにより機械シャッター２２３がスパッタされ、パーティクルとして真空槽内に堆積し、シャッターが消耗しそれらの定期的な交換作業や、パーティクルを除去する作業が必要となるのでオペレーターの手を煩わせていた。
【００１０】
また、槽内を浮遊するパーティクルが素子に付着することにより、水晶振動子の品質低下を招いていた。
【００１１】
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。
【００１２】
また、従来の構成では、複数のイオンビームの強度は共通であり、バリエーションに富んだ加工が困難であった。
【００１３】
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可能とすることを目的とする。
また、本発明は、操作及びメンテナンスが容易な荷電粒子ビーム照射装置を提供することを他の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するため、この発明の荷電粒子照射装置は、
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ことにより、対応する荷電粒子ビームの強度を独立に制御する制御手段と、
を備えることを特徴とした。
【００１５】
分割された加速グリッド間に生ずる電界を遮蔽するための導電性の遮蔽板を配置しても良い。この遮蔽板は、例えば、前記加速グリッドの外側に配置された減速グリッドから構成される。
【００１６】
前記加速グリッドの内側に配置された遮蔽グリッドと、前記加速グリッドを挟んで外側に配置された減速グリッドと、を更に配置し、遮蔽グリッド、加速グリッド、減速グリッドの３枚重ねのグリッド構成とすることが望ましい。
【００１７】
前記加速グリッドに形成された加速グリッドビーム孔の面積が、前記遮蔽グリッドに形成された遮蔽グリッドビーム孔の面積より小さく形成されてもよい。
【００１８】
前記加速グリッドの内側に配置された遮蔽グリッドを備え、該加速グリッド及び該遮蔽グリッドに複数のビーム孔からなるビーム孔群が形成され、該加速グリッドに形成された少なくとも一つのビーム孔の面積が、該遮蔽グリッドに形成された対応するビーム孔の面積より小さくてもよい。
【００１９】
前記加速グリッドの前記加速グリッドビーム孔の面積が、前記遮蔽グリッドの前記遮蔽グリッドビーム孔の面積の０．２〜０．８倍に形成されてもよい。
【００２０】
前記制御手段は、例えば、前記分割加速グリッドを独立してフローティング電位に制御することにより、対応する荷電粒子ビームを遮断する。
【００２１】
前記制御手段は、例えば、各前記分割加速グリッドと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・オフする手段とから構成される。
【００２２】
前記減速グリッドは真空槽と同電位に設定される。
【００２３】
前記荷電粒子ビームを照射して加工する被加工物を配置する手段を配置してもよい。この場合、前記加速グリッドに複数のビーム孔からなるビーム孔群が形成され、さらに加速グリッドに配される前記ビーム孔群の間隔は、前記配置手段により配置された被加工物の配置間隔に対し０．５倍〜１．０倍に形成される。
【００２４】
上記構成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、から、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周波数調整装置を構成してもよい。
【００２５】
また、この発明に係る荷電粒子の制御方法は、
所定の容器にプラズマを生成し、
該プラズマに隣接して複数の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射出させ、
前記複数の加速グリッドの電圧を独立して制御することにより、射出させた荷電粒子のイオン電流密度分布を制御する、
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、分割された各加速グリッドに与える電圧を制御することにより荷電粒子ビームを制御できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
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。
【００２８】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係る周波数調整装置を図１及び図２に示す。この周波数調整装置は、図示するように、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から構成される。
【００２９】
イオンガン１１は、２つのイオンビームＩａとＩｂ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（１１６ａ，１１６ｂ）と、減速グリッド１１７と、フィラメント電源１３１、放電電源１３２，ビーム電源１３３、加速電源１３４，ニュートラライザ１２５，加速制御スイッチ１２１ａ，１２１ｂ、ビームスイッチ１２２，１２３、を備える。
【００３０】
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。
【００３１】
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ｄをおいて、ビーム孔２１１のビーム孔群２１が２つ形成された構成を有する。
【００３２】
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、半円板状の加速グリッド１１６ａと１１６ｂが２枚組み合わされた構造を有する。なお、以下、分割された加速グリッド１１６ａと１１６ｂ全体を総称して、加速グリッド１１６と呼び，半円板状の個々のグリッドを、分割加速グリッド１１６ａ、１１６ｂと呼ぶこととする。
【００３３】
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２１１と重なる位置にビーム孔２１２が形成されている。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。
【００３４】
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。減速グリッド１１７は、アースに接続されている。分割加速グリッド１１６ａと分割加速グリッド１１６ｂとの間の電位差により両分割加速グリッド間に生ずる空間の電界（イオンビーム直交方向の電界）を遮蔽し、分割加速グリッド１１６ａと１１６ｂ間の相互作用を減ずる機能を有する。
【００３５】
図３（ｃ）に示すように、遮蔽グリッド１１５，加速グリッド１１６，減速グリッド１１７のビーム孔は、その位置が重なるように形成及び配置されている。
【００３６】
図１，図２において、加速制御スイッチ１２１ａは、加速電源１３４の負極と分割加速グリッド１１６ａとの間に接続され、制御部１４からの制御信号によりオン・オフする。加速制御スイッチ１２１ｂは、加速電源１３４の負極と分割加速グリッド１１６ｂとの間に接続され、制御部１４からの制御信号によりオン・オフする。
【００３７】
また、ビームスイッチ１２２と１２３とは、アノード１１２と加速グリッド１１６との間に電位差を与える。
【００３８】
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。
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。
加速電源１３４は、分割加速グリッド１１６ａと１１６ｂに負電圧を印加する。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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、加速制御スイッチ１２１ａと１２１ｂをオン・オフ制御する。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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【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、ビームスイッチ１２２と１２３とをオンして（この時点では、加速制御スイッチ１２１ａと１２１ｂとはオン状態にある）、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。
【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４に示す処理を繰り返す。なお、図４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、加速制御スイッチ１２１ａを開き機械シャッター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）、加速制御スイッチ１２１ａを閉じ（ステップＳ１２）、機械シャッター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。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）。
【００５１】
目標周波数に一致していれば（ステップＳ１４；Ｙｅｓ）、加速制御スイッチ１２１ａを開く（ステップＳ１５）。加速制御スイッチ１２１ａを開くことにより、分割加速グリッド１１６ａが電気的にフローティング状態となる。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が非常に弱くなる。
【００５２】
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）。
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。
【００５３】
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）。当初は、加速制御スイッチ１２１ｂを開き機械シャッター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）、加速制御スイッチ１２１ｂを閉じ（ステップＳ１８）、機械シャッター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）。
【００５４】
目標周波数に一致していれば（ステップＳ２０；Ｙｅｓ）、加速制御スイッチ１２１ｂを開く（ステップＳ２１）。加速制御スイッチ１２１ｂを開くことにより、分割加速グリッド１１６ｂが電気的にフローティング状態となる。これにより、分割加速グリッド１１６ａから照射されているイオンビームＩａの強度に影響を殆ど与えることなく、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）。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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、加速制御スイッチ１２１ａ，１２１ｂのオン・オフにより制御して、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。
【００５８】
次に、加速制御スイッチ１２１ａ、１２１ｂをオフすることにより、任意の一方のイオンビームＩａ又はＩｂの照射を抑えることができる点について、より詳細に説明する。
【００５９】
図５は、イオンガン１１により得られるビーム電源の電圧300V、放電電源の電流100mAの条件下でのイオンビームＩａとＩｂの電流密度分布を示す。本実施の形態では加工対象である水晶振動子２０１をイオンビームの引き出し口から25ｍｍ離間して配置するものとし、図５にはイオンビームの引き出し口から2ｍｍ離間した位置におけるイオン電流密度分布を示す。横軸にはイオンガンの中心と対向する位置を原点としたときの原点からの距離を示す。このグラフは2つある分割加速グリッド１１６ａと１１６ｂのうち片側の電位をビーム電圧の−20％程度、即ち、ビーム電圧300Vに対し-60V一定とし、もう片側の電位を直流安定化電源で加速電位-60Vから徐々に上げていくように変化させた場合のビーム強度の変化を表したものである。
【００６０】
図５から、片側のイオンビームのピークが加速電位の変化とともに下がっていることが分かる。更に、直流電源と切り離しフローティングとした時に最も良好なビームの遮断が行えた。
即ち、イオンガン１１は、分割加速グリッド１１６ａ又は１１６ｂがフローティングになるように制御することにより、イオンビームＩａとＩｂの照射と遮断とを独立に制御が可能であることがわかる。
【００６１】
図６は、ビーム電源の電圧300V、放電電源の電流100mAの条件で、減速グリッド１１７に直流安定化電源を繋ぎ、減速グリッド１１７の電位を変えていった場合のイオンビームの強度の変化を示す。イオン電流密度はイオンビームの引き出し口から2ｍｍ離間した位置において測定した。図の横軸にはイオンガンの中心と対向する位置を原点としたときの原点からの距離を示す。なお、一方の分割加速グリッド１１６ａの電位を-60V、もう一方の分割加速グリッド１１６ｂをフローティング、即ちイオンビームＩａをオン、Ｉｂをオフの状態とした。
【００６２】
その結果、イオン電流密度のピークは電位が0Vとなるところで最大の値を得た。また、オフとしたほうのビームの遮断特性は変わらない。従って、減速グリッド１１７をアースに繋ぐことで十分なビーム強度を得ることが出来ることが確認された。
【００６３】
図７は、減速グリッド１１７を取り付けた場合と取り外した場合のイオン電流密度の分布を示す。イオン電流密度はイオンビームの引き出し口から25ｍｍ離間した位置において測定した。図の横軸にはイオンガンの中心と対向する位置を原点としたときの原点からの距離を示す。図６と同様に、イオンビームＩａをオン、Ｉｂをオフの状態とした。その結果、減速グリッド１１７をつけない場合、2つの分割加速グリッド１１６ａと１１６ｂの電位差により生じる周辺の電界（イオンビームに直交する方向の電界）によってイオンビームＩａ，Ｉｂの直進性が損なわれてしまい、加工対象である水晶振動子２０１位置におけるイオン電流密度が1/100程度に落ち込んでしまうが、減速グリッド１１７をつけることで実用上問題のない程度まで緩和されることが確認された。
【００６４】
さらに、複数のビーム孔群２１を配置する場合に、そのピッチｄとビーム幅との関係を求めた。図８は、図３に示すグリッドパターンを配するピッチと図５に示すビーム幅の関係を示す。図８に示すように、ピッチｄとビーム幅とは線形の関係にあるといえる。ピッチとビーム幅の関係をこのような形で表せば容易であり、ビーム幅とピッチの関係は、イオンガンプラズマの発散角によっても変わるが、所望のビーム幅に対し、最適なピッチは0.5〜1倍の間の値である。
【００６５】
以上説明したように、この実施の形態にかかる周波数調整装置によれば、イオンガン１１から複数のイオンビームを照射して、複数の水晶振動子２０１ａ、２０１ｂを並行して加工することができる。また、先に加工（調整）が終了した水晶振動子２０１ａ、２０１ｂに照射しているイオンビームＩａ，Ｉｂを独立してオン・オフすることができる。従って、シャッター１５ａ、１５ｂの消耗を低減することが可能となり、パーティクルの発生を少なくすることができる。
【００６６】
さらに、必要とするビーム幅に対し、ビーム孔群２１のピッチを0.5〜1倍の値に設定することにより、適切な幅のイオンビームを得ることができる。
【００６７】
また、高い周波数調整精度を得るためにシャッター１５を高速とする必要がなくなり、シャッター構造をソレノイド式では無くエア駆動とすることも可能である。この場合、シャッター１５の機械的な連結部分の摩擦やソレノイドコイルによる発熱がなくなるので、シャッター構造及び周辺の冷却構造の簡素化が可能となり、装置の空間効率が稼げるので装置の省スペース化が期待できる。
【００６８】
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、図９に示すように、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。
【００６９】
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、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１１６ａ〜１１６ｄを、加速制御スイッチ１２１ａ〜１２１ｄを介して加速電源に接続する。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、水晶振動子２０１ａ〜２０１ｄ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、対応する加速制御スイッチをオフすることによって、その照射を停止することができる。
【００７０】
さらに、イオンビームの数は、２，４に限定されず、任意であり、奇数でもよい。これらの場合に、加速グリッドは、例えば、図１０（ａ）〜（ｃ）に例示するように、任意のパターンで分割される。
【００７１】
また、上記実施の形態においては、分割加速グリッドに印加する電圧をオン・オフ（フローティング）することにより、イオンビームをオン・オフする例を示したが、各分割加速グリッドに印加する電圧を制御することにより、各イオンビームの強度を連続的又は段階的に（図５，図６に示すように）変化させるようにしてもよい。この場合、例えば、図１１に示すように、スイッチ群に代えて、各分割加速グリッドに任意の電圧を印加する電圧制御部１４１を配置し、その出力電圧をマイクロコンピュータなどで制御するようにしてもよい。このような構成によれば、イオンビームのオン・オフだけでなく、異なったビーム強度での加工なども可能となる。
また、同一のイオンガンで複数の素子を同時調整するときに、素子毎に周波数調整レートを変えることができる。
【００７２】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係る周波数調整装置を図面を用いて説明する。本実施の形態の周波数調整装置が、第１の実施の形態の装置と異なる点は、周波数調整装置を構成するイオンガンの加速グリッドの面積が遮蔽グリッドの面積と比較し小さく形成される点にある。以下、第１の実施の形態と共通する部分については、同一の引用番号を付し、詳細な説明は省略する。
【００７３】
本実施の形態に係る周波数調整装置の構成例を図１８に示す。本実施の形態の周波数調整装置は、第１の実施の形態と同様に、イオンガン５１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。
【００７４】
イオンガン５１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５１５と、加速グリッド５１６（５１６ａ，５１６ｂ）と、減速グリッド５１７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、ニュートラライザ１２５と、加速制御スイッチ１２１ａ，１２１ｂと、ビームスイッチ１２２，１２３と、を備える。
【００７５】
遮蔽グリッド５１５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５１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１９（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。
【００７６】
加速グリッド５１６は、本体１１１のイオン射出面に遮蔽グリッド５１５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５１６は、図１９（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５１６は、第１の実施の形態と同様に半円板状の分割加速グリッド５１６ａ，５１６ｂが２枚組み合わされた構造を有する。加速グリッド５１６には、図１９（ｂ）に示すように、遮蔽グリッド５１５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５１６のビーム孔６１２の面積は、遮蔽グリッド５１５のビーム孔６１１の面積より小さく形成される。また、１つの分割加速グリッド５１６ａ、５１６ｂに１ビーム出力用のビーム孔群が配置される。
【００７７】
減速グリッド５１７は、本体１１１のイオン射出面に加速グリッド５１６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５１７は、図１９（ａ）に示すように、遮蔽グリッド５１５と同一の構成を有する。本実施の形態では、減速グリッド５１７のビーム孔６１３の面積は、遮蔽グリッド５１５のビーム孔６１１の面積とほぼ同じに形成される。減速グリッド５１７は、アースに接続されており、分割加速グリッド５１６ａと分割加速グリッド５１６ｂとの間の電位差により両分割加速グリッド間に生ずる空間の電界（イオンビーム直交方向の電界）を遮蔽し、分割加速グリッド５１６ａと５１６ｂ間の相互作用を減ずる機能を有する。
【００７８】
また、本実施の形態では、遮蔽グリッド５１５と加速グリッド５１６と減速グリッド５１７とは、図２０に示すように、ほぼ平行にそれぞれ離間して配置されている。遮蔽グリッド５１５と加速グリッド５１６との離間する距離と、加速グリッド５１６と減速グリッド５１７との離間する距離とは、ほぼ同じであり、具体的に本実施の形態では、ビーム孔の径とほぼ同じ距離離間して配置されている。また、特に本実施の形態では、図２０に示すように、遮蔽グリッド５１５に設けられたビーム孔６１１の面積と、減速グリッド５１７に設けられたビーム孔６１３の面積とは、ほぼ同じ大きさに形成されるが、加速グリッド５１６に設けられたビーム孔６１２の面積は、ビーム孔６１１の面積より小さく形成される。
【００７９】
本実施の形態では、加速グリッド５１６のビーム孔６１２の面積は、以下に詳細に説明するように、遮蔽グリッド５１５のビーム孔６１１の面積に対し０．２〜０．８倍に形成される。このように、加速グリッド５１６のビーム孔６１２を、遮蔽グリッド５１５のビーム孔６１１と比較し小さく形成することにより、分割加速グリッド５１６ａ，５１６ｂのいずれか一方がオフされているとき、他方の分割加速グリッドからのビームの漏れを良好に抑制することができる。
【００８０】
図２１にビーム電源の電圧を900V、放電電源の電流を650mAとし、遮蔽グリッド５１５及び減速グリッド５１７の各ビーム孔６１１，６１３の径をφ1.1mmの円形とし、加速グリッドの各ビーム孔の径をφ1.1ｍｍ、φ1.0ｍｍ、φ0.8ｍｍ、φ0.6ｍｍ、φ0.4ｍｍの円形とした場合のイオン電流密度の分布を示す。イオンビームは、図６と同様にＩａをオン、Ｉｂをオフとした。なお、図２１に示す横軸は、イオンガンの中心と対向する位置を原点としたときの原点からの距離を示し、縦軸は、各加速グリッドの孔径において得られるイオン電流密度分布の最大値に対する強度をパーセントで示したものである。
【００８１】
このようにビーム電圧が高い場合、プラズマと減速グリッド間の電位差により生ずる電界により、イオンビームＩｂが完全にゼロにならず、漏れのビームが生ずる。例えば、図２１に示すように加速グリッドのビーム孔と遮蔽グリッドのビーム孔が同じであるφ1.1ｍｍの場合、イオンビームＩａに対し、Ｉｂは４０％程度であり、漏れのビームが生じていることが分かる。しかし、加速グリッドの内径をφ1.0ｍｍ、φ0.8ｍｍ、φ0.6ｍｍ、φ0.4ｍｍと小さくしていくと、徐々にイオンビームの漏れが減少し、φ0.6ｍｍとφ0.4ｍｍでは、５％程度まで減少することがわかる。従って、図２１から明らかなように、加速グリッドのビーム孔を遮蔽グリッドのビーム孔と比較し、小さく形成するとプラズマと減速グリッド間の電位差により生ずる電界が軽減され、イオンビームの漏れを減少させることができる。
【００８２】
次に、図２１と同様にビーム電源の電圧900V、放電電源の電流650mAの条件下で、遮蔽グリッド５１５及び減速グリッド５１７の各ビーム孔６１１，６１３の径をφ1.1ｍｍの円形とし、加速グリッドの各ビーム孔の径をφ1.1ｍｍ、φ1.0ｍｍ、φ0.8mm、φ0.6
ｍｍ、φ0.4ｍｍの円形とした場合のイオンビームＩａとＩｂとのイオン電流密度の比を図２２に示す。なお、イオンビームＩｂはオフ状態である。図２２では、横軸を遮蔽グリッドのビーム孔面積に対する加速グリッドのビーム孔面積をビーム孔面積比とし、縦軸をイオン電流密度Ｉａに対するＩｂの比（Ｉｂ／Ｉａ）として示す。
【００８３】
図２２からは、遮蔽グリッドのビーム孔面積に対する加速グリッドのビーム孔面積の比が、３０％以下ではほぼＩｂ／Ｉａは５％程度の横ばいであり、３０％を超えると徐々にＩｂ／Ｉａがほぼ直線的に増加し、１００％に至るとＩｂ／Ｉａは４０％程度に至ることが分かる。本実施の形態のように水晶振動子を加工する場合等、イオンビームがオフされている側の加工対象物に影響を及ぼさないよう、オフ側のイオンビームの電流密度のオン側の電流密度に対する比は、２５％以下であることが好ましい。従って、図２２に示すグラフから遮蔽グリッドのビーム孔面積に対し、加速グリッドのビーム孔径は８０％以下に設定すれば良いことが分かる。
【００８４】
次に、図２３は、図２２に示すグラフと同一の条件の下で、イオンビームＩａ，Ｉｂともにオン状態とした際の電流密度を示すグラフである。図２３では、横軸にビーム孔の面積比をとり、縦軸として、Ｉａ、Ｉｂをともにオン状態としたときのイオン電流密度をとっている。
【００８５】
図２３から、ビーム孔の面積比が３０％まではイオン電流密度は８mA/cm2以上を維持しているが、２０％以下になるとイオン電流密度が著しく低下してしまうことがわかる。特に、ビーム電源の電圧900Vの条件では、実用上、イオン電流密度は６mA/cm2以上が必要であり、ビーム孔の面積比が小さすぎると、その値を下回ってしまい、装置の処理速度に遅れが生じる。従って、イオンビームの十分な強度を得るためには、ビーム孔の面積比を２０％以上にすることが必要であるといえる。
【００８６】
このように、イオンビームの漏れを抑制する効果を得るためには加速グリッドのビーム孔を小さく形成することが好ましいが、ビーム孔を小さく形成しすぎるとオン状態のイオンビームの強度を弱める結果となる。従って、オフ状態の漏れを抑制し、更にオン状態の電流強度を確保するためには、各ビーム孔の面積比を０．２〜０．８倍に設定するのが好ましい。なお、本実施の形態内では、ビーム電源電圧900Vの場合を例に示しているが、これ以外の電源電圧でも同様に、ビームの漏れを抑制し且つイオンビームの強度を確保するためにはビーム孔の面積比を０．２〜０．８倍とすることが好ましい。
【００８７】
このように本実施の形態の周波数調整装置では、加速グリッドのビーム孔を遮蔽グリッドのビーム孔に対し小さく形成することにより、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。
【００８８】
また、本実施の形態では、２本のイオンビームＩａ，Ｉｂを生成照射するイオンガン１１を例に挙げたが、イオンガンが照射するイオンビームの数は任意である。２，４に限定されず、任意であり、奇数でもよい。また、本実施の形態でも、分割加速グリッドに印加する電圧をオン・オフ（フローティング）することにより、イオンビームをオン・オフする場合に限られず、各分割加速グリッドに印加する電圧を制御することにより、各イオンビームの強度を連続的又は段階的に（図５，図６に示すように）変化させるようにしてもよい。また、同一のイオンガンで複数の素子を同時調整するときに、素子毎に周波数調整レートを変えることができる。
【００８９】
本実施の形態では、加速グリッドに形成されたビーム孔群が、遮蔽グリッドに形成されたビーム孔群に対応し、加速グリッドのビーム孔が全て、対応する遮蔽グリッドのビーム孔よりも小さいものとするが、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ければよい。例えば、ビーム孔群の中心部のみ加速グリッドのビーム孔が遮蔽グリッドのビーム孔よりも小さく、ビーム孔群の周縁部は加速グリッドと遮蔽グリッドと等しい大きさとすることも考えられる。
【００９０】
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。
【００９１】
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。また、イオンに限定されず、電子にも適用することができる。
【００９２】
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】
【００９３】
【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】本発明の第１の実施の形態に係るグリッドの構成を示す図である。
【図４】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５】分割加速グリッドに印加する電圧とイオンビーム強度との関係を示すグラフである。
【図６】減速グリッドに印加する電圧とイオンビーム強度との関係を示すグラフである。
【図７】減速グリッドの有無とイオンビーム強度との関係を示すグラフである。
【図８】グリッドピッチとイオンビームの幅との関係を示すグラフである。
【図９】イオンビームの数を４としたときの装置構成の例を示す図である。
【図１０】加速グリッドのパターンの例を示す図である。
【図１１】イオンビームの強度を可変できる構成としたときの装置構成の例を示す図である。
【図１２】従来の１ビーム型の周波数調整装置の構成例を示す図である。
【図１３】図１２の装置で使用する加速グリッドのパターンの例を示す図である。
【図１４】図１２の装置で照射されるイオンビームの電流密度の例を示すグラフである。
【図１５】従来の２ビーム型の周波数調整装置の構成例を示す図である。
【図１６】図１５の装置で使用する遮蔽グリッドと加速グリッドのパターンの例を示す図である。
【図１７】図１５の装置で照射されるイオンビームの電流密度の例を示すグラフである。
【図１８】本発明の第２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１９】本発明の第２の実施の形態に係るグリッドの構成を示す図である。
【図２０】図１９に示すグリッドのXX−XX線断面図である。
【図２１】加速グリッドの径を変化させた際の電流密度の変化を示すグラフである。
【図２２】ビーム孔の面積比に対するイオンビームの強度の比（Ｉｂ／Ｉａ）の関係を示すグラフである。
【図２３】ビーム孔の面積比に対するイオンビーム強度の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００９４】
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
２１，６１ 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
１１５，５１５ 遮蔽グリッド
１１６，５１６ 加速グリッド
１１６ａ〜１１６ｄ，５１６ａ，５１６ｂ 分割加速グリッド
１１７，５１７ 減速グリッド
１２１ａ〜１２１ｄ 加速制御スイッチ
１２２，１２３ ビームスイッチ
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
２０１ａ〜２０１ｄ 水晶振動子
２１１，６１１ ビーム孔
Ｉａ，Ｉｂ イオンビーム
【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及び方法に関する。
【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。イオンビームエッチングによる周波数調整手法は、例えば、特許文献１や特許文献２に開示されている。
【０００３】
従来の周波数調整用のイオンガンは、図１２に示されるように、本体８１１と、アノード８１２と、フィラメント８１３と、ガス導入部８１４と、遮蔽グリッド８１５と、加速グリッド８１６と、複数の直流電源と、で構成される。
【０００４】
このような構成により、ガス導入部８１４から、放電用ガスとして例えばＡｒガスを本体８１１内に導入し、フィラメント８１３を通電加熱し、フィラメント８１３とアノード８１２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８１６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８２２に載置された水晶振動子８２１に照射する。
【０００５】
遮蔽グリッド８１５と加速グリッド８１６には、複数のビーム孔（引き出し口）からなるビーム孔群が形成される。図１３に示すようなパターンで１群のビーム孔群を形成した場合、図１４に示すように、中心が一番強く、そこから周辺に向かって徐々に弱くなるようなイオン電流密度分布を有する１つのイオンビームが形成される。図１４はエッチング対象である基板位置におけるイオン電流密度を示し、イオンガンの中心と対向する位置を原点として原点からの距離を表す。
【０００６】
近時、装置の省スペース化、処理時間の短縮をねらいとして、１つのイオンガンから図１７に示すようなイオン電流密度分布を有する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。図１７はエッチング対象である基板位置におけるイオン電流密度を示し、イオンガンの中心と対向する位置を原点として原点からの距離を表す。
【０００７】
複数のイオンビームを照射するイオンガンの基本構成は、図１５に示すように、図１２に示す１イオンビーム用のイオンガンと同一である。ただし、複数のイオンビームを生成するため、図１６に示すように、複数のビーム孔群（図では、２群）が形成された遮蔽グリッド８１５と加速グリッド８１６とが配置される。
【特許文献１】特開２０００‐３２３４４２号公報
【特許文献２】特開２００３‐２９８３７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
周波数調整にかかる時間は目標周波数に対する水晶振動子の周波数の偏差によって決まり、調整対象の水晶振動子８２１毎に異なる。このため、２つの水晶振動子８２１を並行して調整する場合には、周波数調整は別々のタイミングで終了する。このため、先に周波数調整が終わった水晶振動子８２１の電極にビームが当たらないようにしなければならない。しかし、従来では、一方のイオンビームのみを停止させる等の制御ができない。このため、機械シャッター８２３を配置し、機械シャッター８２３により、調整が終了した水晶振動子８２１へのイオンビームを遮断している。
【０００９】
しかしこのような構成では、遮断されたイオンビームにより機械シャッター２２３がスパッタされ、パーティクルとして真空槽内に堆積し、シャッターが消耗しそれらの定期的な交換作業や、パーティクルを除去する作業が必要となるのでオペレーターの手を煩わせていた。
【００１０】
また、槽内を浮遊するパーティクルが素子に付着することにより、水晶振動子の品質低下を招いていた。
【００１１】
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。
【００１２】
また、従来の構成では、複数のイオンビームの強度は共通であり、バリエーションに富んだ加工が困難であった。
【００１３】
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可能とすることを目的とする。
また、本発明は、操作及びメンテナンスが容易な荷電粒子ビーム照射装置を提供することを他の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するため、この発明の荷電粒子照射装置は、
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ことにより、対応する荷電粒子ビームの強度を独立に制御する制御手段と、
を備えることを特徴とした。
【００１５】
分割された加速グリッド間に生ずる電界を遮蔽するための導電性の遮蔽板を配置しても良い。この遮蔽板は、例えば、前記加速グリッドの外側に配置された減速グリッドから構成される。
【００１６】
前記加速グリッドの内側に配置された遮蔽グリッドと、前記加速グリッドを挟んで外側に配置された減速グリッドと、を更に配置し、遮蔽グリッド、加速グリッド、減速グリッドの３枚重ねのグリッド構成とすることが望ましい。
【００１７】
前記加速グリッドに形成された加速グリッドビーム孔の面積が、前記遮蔽グリッドに形成された遮蔽グリッドビーム孔の面積より小さく形成されてもよい。
【００１８】
前記加速グリッドの内側に配置された遮蔽グリッドを備え、該加速グリッド及び該遮蔽グリッドに複数のビーム孔からなるビーム孔群が形成され、該加速グリッドに形成された少なくとも一つのビーム孔の面積が、該遮蔽グリッドに形成された対応するビーム孔の面積より小さくてもよい。
【００１９】
前記加速グリッドの前記加速グリッドビーム孔の面積が、前記遮蔽グリッドの前記遮蔽グリッドビーム孔の面積の０．２〜０．８倍に形成されてもよい。
【００２０】
前記制御手段は、例えば、前記分割加速グリッドを独立してフローティング電位に制御することにより、対応する荷電粒子ビームを遮断する。
【００２１】
前記制御手段は、例えば、各前記分割加速グリッドと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・オフする手段とから構成される。
【００２２】
前記減速グリッドは真空槽と同電位に設定される。
【００２３】
前記荷電粒子ビームを照射して加工する被加工物を配置する手段を配置してもよい。この場合、前記加速グリッドに複数のビーム孔からなるビーム孔群が形成され、さらに加速グリッドに配される前記ビーム孔群の間隔は、前記配置手段により配置された被加工物の配置間隔に対し０．５倍〜１．０倍に形成される。
【００２４】
上記構成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、から、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周波数調整装置を構成してもよい。
【００２５】
また、この発明に係る荷電粒子の制御方法は、
所定の容器にプラズマを生成し、
該プラズマに隣接して複数の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射出させ、
前記複数の加速グリッドの電圧を独立して制御することにより、射出させた荷電粒子のイオン電流密度分布を制御する、
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、分割された各加速グリッドに与える電圧を制御することにより荷電粒子ビームを制御できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
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。
【００２８】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係る周波数調整装置を図１及び図２に示す。この周波数調整装置は、図示するように、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から構成される。
【００２９】
イオンガン１１は、２つのイオンビームＩａとＩｂ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（１１６ａ，１１６ｂ）と、減速グリッド１１７と、フィラメント電源１３１、放電電源１３２，ビーム電源１３３、加速電源１３４，ニュートラライザ１２５，加速制御スイッチ１２１ａ，１２１ｂ、ビームスイッチ１２２，１２３、を備える。
【００３０】
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。
【００３１】
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ｄをおいて、ビーム孔２１１のビーム孔群２１が２つ形成された構成を有する。
【００３２】
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、半円板状の加速グリッド１１６ａと１１６ｂが２枚組み合わされた構造を有する。なお、以下、分割された加速グリッド１１６ａと１１６ｂ全体を総称して、加速グリッド１１６と呼び，半円板状の個々のグリッドを、分割加速グリッド１１６ａ、１１６ｂと呼ぶこととする。
【００３３】
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２１１と重なる位置にビーム孔２１２が形成されている。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。
【００３４】
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。減速グリッド１１７は、アースに接続されている。分割加速グリッド１１６ａと分割加速グリッド１１６ｂとの間の電位差により両分割加速グリッド間に生ずる空間の電界（イオンビーム直交方向の電界）を遮蔽し、分割加速グリッド１１６ａと１１６ｂ間の相互作用を減ずる機能を有する。
【００３５】
図３（ｃ）に示すように、遮蔽グリッド１１５，加速グリッド１１６，減速グリッド１１７のビーム孔は、その位置が重なるように形成及び配置されている。
【００３６】
図１，図２において、加速制御スイッチ１２１ａは、加速電源１３４の負極と分割加速グリッド１１６ａとの間に接続され、制御部１４からの制御信号によりオン・オフする。加速制御スイッチ１２１ｂは、加速電源１３４の負極と分割加速グリッド１１６ｂとの間に接続され、制御部１４からの制御信号によりオン・オフする。
【００３７】
また、ビームスイッチ１２２と１２３とは、アノード１１２と加速グリッド１１６との間に電位差を与える。
【００３８】
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。
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。
加速電源１３４は、分割加速グリッド１１６ａと１１６ｂに負電圧を印加する。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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、加速制御スイッチ１２１ａと１２１ｂをオン・オフ制御する。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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【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、ビームスイッチ１２２と１２３とをオンして（この時点では、加速制御スイッチ１２１ａと１２１ｂとはオン状態にある）、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。
【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４に示す処理を繰り返す。なお、図４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、加速制御スイッチ１２１ａを開き機械シャッター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）、加速制御スイッチ１２１ａを閉じ（ステップＳ１２）、機械シャッター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。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）。
【００５１】
目標周波数に一致していれば（ステップＳ１４；Ｙｅｓ）、加速制御スイッチ１２１ａを開く（ステップＳ１５）。加速制御スイッチ１２１ａを開くことにより、分割加速グリッド１１６ａが電気的にフローティング状態となる。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が非常に弱くなる。
【００５２】
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）。
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。
【００５３】
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）。当初は、加速制御スイッチ１２１ｂを開き機械シャッター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）、加速制御スイッチ１２１ｂを閉じ（ステップＳ１８）、機械シャッター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）。
【００５４】
目標周波数に一致していれば（ステップＳ２０；Ｙｅｓ）、加速制御スイッチ１２１ｂを開く（ステップＳ２１）。加速制御スイッチ１２１ｂを開くことにより、分割加速グリッド１１６ｂが電気的にフローティング状態となる。これにより、分割加速グリッド１１６ａから照射されているイオンビームＩａの強度に影響を殆ど与えることなく、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）。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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、加速制御スイッチ１２１ａ，１２１ｂのオン・オフにより制御して、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。
【００５８】
次に、加速制御スイッチ１２１ａ、１２１ｂをオフすることにより、任意の一方のイオンビームＩａ又はＩｂの照射を抑えることができる点について、より詳細に説明する。
【００５９】
図５は、イオンガン１１により得られるビーム電源の電圧300V、放電電源の電流100mAの条件下でのイオンビームＩａとＩｂの電流密度分布を示す。本実施の形態では加工対象である水晶振動子２０１をイオンビームの引き出し口から25ｍｍ離間して配置するものとし、図５にはイオンビームの引き出し口から2ｍｍ離間した位置におけるイオン電流密度分布を示す。横軸にはイオンガンの中心と対向する位置を原点としたときの原点からの距離を示す。このグラフは2つある分割加速グリッド１１６ａと１１６ｂのうち片側の電位をビーム電圧の−20％程度、即ち、ビーム電圧300Vに対し-60V一定とし、もう片側の電位を直流安定化電源で加速電位-60Vから徐々に上げていくように変化させた場合のビーム強度の変化を表したものである。
【００６０】
図５から、片側のイオンビームのピークが加速電位の変化とともに下がっていることが分かる。更に、直流電源と切り離しフローティングとした時に最も良好なビームの遮断が行えた。
即ち、イオンガン１１は、分割加速グリッド１１６ａ又は１１６ｂがフローティングになるように制御することにより、イオンビームＩａとＩｂの照射と遮断とを独立に制御が可能であることがわかる。
【００６１】
図６は、ビーム電源の電圧300V、放電電源の電流100mAの条件で、減速グリッド１１７に直流安定化電源を繋ぎ、減速グリッド１１７の電位を変えていった場合のイオンビームの強度の変化を示す。イオン電流密度はイオンビームの引き出し口から2ｍｍ離間した位置において測定した。図の横軸にはイオンガンの中心と対向する位置を原点としたときの原点からの距離を示す。なお、一方の分割加速グリッド１１６ａの電位を-60V、もう一方の分割加速グリッド１１６ｂをフローティング、即ちイオンビームＩａをオン、Ｉｂをオフの状態とした。
【００６２】
その結果、イオン電流密度のピークは電位が0Vとなるところで最大の値を得た。また、オフとしたほうのビームの遮断特性は変わらない。従って、減速グリッド１１７をアースに繋ぐことで十分なビーム強度を得ることが出来ることが確認された。
【００６３】
図７は、減速グリッド１１７を取り付けた場合と取り外した場合のイオン電流密度の分布を示す。イオン電流密度はイオンビームの引き出し口から25ｍｍ離間した位置において測定した。図の横軸にはイオンガンの中心と対向する位置を原点としたときの原点からの距離を示す。図６と同様に、イオンビームＩａをオン、Ｉｂをオフの状態とした。その結果、減速グリッド１１７をつけない場合、2つの分割加速グリッド１１６ａと１１６ｂの電位差により生じる周辺の電界（イオンビームに直交する方向の電界）によってイオンビームＩａ，Ｉｂの直進性が損なわれてしまい、加工対象である水晶振動子２０１位置におけるイオン電流密度が1/100程度に落ち込んでしまうが、減速グリッド１１７をつけることで実用上問題のない程度まで緩和されることが確認された。
【００６４】
さらに、複数のビーム孔群２１を配置する場合に、そのピッチｄとビーム幅との関係を求めた。図８は、図３に示すグリッドパターンを配するピッチと図５に示すビーム幅の関係を示す。図８に示すように、ピッチｄとビーム幅とは線形の関係にあるといえる。ピッチとビーム幅の関係をこのような形で表せば容易であり、ビーム幅とピッチの関係は、イオンガンプラズマの発散角によっても変わるが、所望のビーム幅に対し、最適なピッチは0.5〜1倍の間の値である。
【００６５】
以上説明したように、この実施の形態にかかる周波数調整装置によれば、イオンガン１１から複数のイオンビームを照射して、複数の水晶振動子２０１ａ、２０１ｂを並行して加工することができる。また、先に加工（調整）が終了した水晶振動子２０１ａ、２０１ｂに照射しているイオンビームＩａ，Ｉｂを独立してオン・オフすることができる。従って、シャッター１５ａ、１５ｂの消耗を低減することが可能となり、パーティクルの発生を少なくすることができる。
【００６６】
さらに、必要とするビーム幅に対し、ビーム孔群２１のピッチを0.5〜1倍の値に設定することにより、適切な幅のイオンビームを得ることができる。
【００６７】
また、高い周波数調整精度を得るためにシャッター１５を高速とする必要がなくなり、シャッター構造をソレノイド式では無くエア駆動とすることも可能である。この場合、シャッター１５の機械的な連結部分の摩擦やソレノイドコイルによる発熱がなくなるので、シャッター構造及び周辺の冷却構造の簡素化が可能となり、装置の空間効率が稼げるので装置の省スペース化が期待できる。
【００６８】
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、図９に示すように、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。
【００６９】
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、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１１６ａ〜１１６ｄを、加速制御スイッチ１２１ａ〜１２１ｄを介して加速電源に接続する。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、水晶振動子２０１ａ〜２０１ｄ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、対応する加速制御スイッチをオフすることによって、その照射を停止することができる。
【００７０】
さらに、イオンビームの数は、２，４に限定されず、任意であり、奇数でもよい。これらの場合に、加速グリッドは、例えば、図１０（ａ）〜（ｃ）に例示するように、任意のパターンで分割される。
【００７１】
また、上記実施の形態においては、分割加速グリッドに印加する電圧をオン・オフ（フローティング）することにより、イオンビームをオン・オフする例を示したが、各分割加速グリッドに印加する電圧を制御することにより、各イオンビームの強度を連続的又は段階的に（図５，図６に示すように）変化させるようにしてもよい。この場合、例えば、図１１に示すように、スイッチ群に代えて、各分割加速グリッドに任意の電圧を印加する電圧制御部１４１を配置し、その出力電圧をマイクロコンピュータなどで制御するようにしてもよい。このような構成によれば、イオンビームのオン・オフだけでなく、異なったビーム強度での加工なども可能となる。
また、同一のイオンガンで複数の素子を同時調整するときに、素子毎に周波数調整レートを変えることができる。
【００７２】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係る周波数調整装置を図面を用いて説明する。本実施の形態の周波数調整装置が、第１の実施の形態の装置と異なる点は、周波数調整装置を構成するイオンガンの加速グリッドの面積が遮蔽グリッドの面積と比較し小さく形成される点にある。以下、第１の実施の形態と共通する部分については、同一の引用番号を付し、詳細な説明は省略する。
【００７３】
本実施の形態に係る周波数調整装置の構成例を図１８に示す。本実施の形態の周波数調整装置は、第１の実施の形態と同様に、イオンガン５１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。
【００７４】
イオンガン５１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５１５と、加速グリッド５１６（５１６ａ，５１６ｂ）と、減速グリッド５１７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、ニュートラライザ１２５と、加速制御スイッチ１２１ａ，１２１ｂと、ビームスイッチ１２２，１２３と、を備える。
【００７５】
遮蔽グリッド５１５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５１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１９（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。
【００７６】
加速グリッド５１６は、本体１１１のイオン射出面に遮蔽グリッド５１５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５１６は、図１９（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５１６は、第１の実施の形態と同様に半円板状の分割加速グリッド５１６ａ，５１６ｂが２枚組み合わされた構造を有する。加速グリッド５１６には、図１９（ｂ）に示すように、遮蔽グリッド５１５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５１６のビーム孔６１２の面積は、遮蔽グリッド５１５のビーム孔６１１の面積より小さく形成される。また、１つの分割加速グリッド５１６ａ、５１６ｂに１ビーム出力用のビーム孔群が配置される。
【００７７】
減速グリッド５１７は、本体１１１のイオン射出面に加速グリッド５１６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５１７は、図１９（ａ）に示すように、遮蔽グリッド５１５と同一の構成を有する。本実施の形態では、減速グリッド５１７のビーム孔６１３の面積は、遮蔽グリッド５１５のビーム孔６１１の面積とほぼ同じに形成される。減速グリッド５１７は、アースに接続されており、分割加速グリッド５１６ａと分割加速グリッド５１６ｂとの間の電位差により両分割加速グリッド間に生ずる空間の電界（イオンビーム直交方向の電界）を遮蔽し、分割加速グリッド５１６ａと５１６ｂ間の相互作用を減ずる機能を有する。
【００７８】
また、本実施の形態では、遮蔽グリッド５１５と加速グリッド５１６と減速グリッド５１７とは、図２０に示すように、ほぼ平行にそれぞれ離間して配置されている。遮蔽グリッド５１５と加速グリッド５１６との離間する距離と、加速グリッド５１６と減速グリッド５１７との離間する距離とは、ほぼ同じであり、具体的に本実施の形態では、ビーム孔の径とほぼ同じ距離離間して配置されている。また、特に本実施の形態では、図２０に示すように、遮蔽グリッド５１５に設けられたビーム孔６１１の面積と、減速グリッド５１７に設けられたビーム孔６１３の面積とは、ほぼ同じ大きさに形成されるが、加速グリッド５１６に設けられたビーム孔６１２の面積は、ビーム孔６１１の面積より小さく形成される。
【００７９】
本実施の形態では、加速グリッド５１６のビーム孔６１２の面積は、以下に詳細に説明するように、遮蔽グリッド５１５のビーム孔６１１の面積に対し０．２〜０．８倍に形成される。このように、加速グリッド５１６のビーム孔６１２を、遮蔽グリッド５１５のビーム孔６１１と比較し小さく形成することにより、分割加速グリッド５１６ａ，５１６ｂのいずれか一方がオフされているとき、他方の分割加速グリッドからのビームの漏れを良好に抑制することができる。
【００８０】
図２１にビーム電源の電圧を900V、放電電源の電流を650mAとし、遮蔽グリッド５１５及び減速グリッド５１７の各ビーム孔６１１，６１３の径をφ1.1mmの円形とし、加速グリッドの各ビーム孔の径をφ1.1ｍｍ、φ1.0ｍｍ、φ0.8ｍｍ、φ0.6ｍｍ、φ0.4ｍｍの円形とした場合のイオン電流密度の分布を示す。イオンビームは、図６と同様にＩａをオン、Ｉｂをオフとした。なお、図２１に示す横軸は、イオンガンの中心と対向する位置を原点としたときの原点からの距離を示し、縦軸は、各加速グリッドの孔径において得られるイオン電流密度分布の最大値に対する強度をパーセントで示したものである。
【００８１】
このようにビーム電圧が高い場合、プラズマと減速グリッド間の電位差により生ずる電界により、イオンビームＩｂが完全にゼロにならず、漏れのビームが生ずる。例えば、図２１に示すように加速グリッドのビーム孔と遮蔽グリッドのビーム孔が同じであるφ1.1ｍｍの場合、イオンビームＩａに対し、Ｉｂは４０％程度であり、漏れのビームが生じていることが分かる。しかし、加速グリッドの内径をφ1.0ｍｍ、φ0.8ｍｍ、φ0.6ｍｍ、φ0.4ｍｍと小さくしていくと、徐々にイオンビームの漏れが減少し、φ0.6ｍｍとφ0.4ｍｍでは、５％程度まで減少することがわかる。従って、図２１から明らかなように、加速グリッドのビーム孔を遮蔽グリッドのビーム孔と比較し、小さく形成するとプラズマと減速グリッド間の電位差により生ずる電界が軽減され、イオンビームの漏れを減少させることができる。
【００８２】
次に、図２１と同様にビーム電源の電圧900V、放電電源の電流650mAの条件下で、遮蔽グリッド５１５及び減速グリッド５１７の各ビーム孔６１１，６１３の径をφ1.1ｍｍの円形とし、加速グリッドの各ビーム孔の径をφ1.1ｍｍ、φ1.0ｍｍ、φ0.8mm、φ0.6
ｍｍ、φ0.4ｍｍの円形とした場合のイオンビームＩａとＩｂとのイオン電流密度の比を図２２に示す。なお、イオンビームＩｂはオフ状態である。図２２では、横軸を遮蔽グリッドのビーム孔面積に対する加速グリッドのビーム孔面積をビーム孔面積比とし、縦軸をイオン電流密度Ｉａに対するＩｂの比（Ｉｂ／Ｉａ）として示す。
【００８３】
図２２からは、遮蔽グリッドのビーム孔面積に対する加速グリッドのビーム孔面積の比が、３０％以下ではほぼＩｂ／Ｉａは５％程度の横ばいであり、３０％を超えると徐々にＩｂ／Ｉａがほぼ直線的に増加し、１００％に至るとＩｂ／Ｉａは４０％程度に至ることが分かる。本実施の形態のように水晶振動子を加工する場合等、イオンビームがオフされている側の加工対象物に影響を及ぼさないよう、オフ側のイオンビームの電流密度のオン側の電流密度に対する比は、２５％以下であることが好ましい。従って、図２２に示すグラフから遮蔽グリッドのビーム孔面積に対し、加速グリッドのビーム孔径は８０％以下に設定すれば良いことが分かる。
【００８４】
次に、図２３は、図２２に示すグラフと同一の条件の下で、イオンビームＩａ，Ｉｂともにオン状態とした際の電流密度を示すグラフである。図２３では、横軸にビーム孔の面積比をとり、縦軸として、Ｉａ、Ｉｂをともにオン状態としたときのイオン電流密度をとっている。
【００８５】
図２３から、ビーム孔の面積比が３０％まではイオン電流密度は８mA/cm2以上を維持しているが、２０％以下になるとイオン電流密度が著しく低下してしまうことがわかる。特に、ビーム電源の電圧900Vの条件では、実用上、イオン電流密度は６mA/cm2以上が必要であり、ビーム孔の面積比が小さすぎると、その値を下回ってしまい、装置の処理速度に遅れが生じる。従って、イオンビームの十分な強度を得るためには、ビーム孔の面積比を２０％以上にすることが必要であるといえる。
【００８６】
このように、イオンビームの漏れを抑制する効果を得るためには加速グリッドのビーム孔を小さく形成することが好ましいが、ビーム孔を小さく形成しすぎるとオン状態のイオンビームの強度を弱める結果となる。従って、オフ状態の漏れを抑制し、更にオン状態の電流強度を確保するためには、各ビーム孔の面積比を０．２〜０．８倍に設定するのが好ましい。なお、本実施の形態内では、ビーム電源電圧900Vの場合を例に示しているが、これ以外の電源電圧でも同様に、ビームの漏れを抑制し且つイオンビームの強度を確保するためにはビーム孔の面積比を０．２〜０．８倍とすることが好ましい。
【００８７】
このように本実施の形態の周波数調整装置では、加速グリッドのビーム孔を遮蔽グリッドのビーム孔に対し小さく形成することにより、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。
【００８８】
また、本実施の形態では、２本のイオンビームＩａ，Ｉｂを生成照射するイオンガン１１を例に挙げたが、イオンガンが照射するイオンビームの数は任意である。２，４に限定されず、任意であり、奇数でもよい。また、本実施の形態でも、分割加速グリッドに印加する電圧をオン・オフ（フローティング）することにより、イオンビームをオン・オフする場合に限られず、各分割加速グリッドに印加する電圧を制御することにより、各イオンビームの強度を連続的又は段階的に（図５，図６に示すように）変化させるようにしてもよい。また、同一のイオンガンで複数の素子を同時調整するときに、素子毎に周波数調整レートを変えることができる。
【００８９】
本実施の形態では、加速グリッドに形成されたビーム孔群が、遮蔽グリッドに形成されたビーム孔群に対応し、加速グリッドのビーム孔が全て、対応する遮蔽グリッドのビーム孔よりも小さいものとするが、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ければよい。例えば、ビーム孔群の中心部のみ加速グリッドのビーム孔が遮蔽グリッドのビーム孔よりも小さく、ビーム孔群の周縁部は加速グリッドと遮蔽グリッドと等しい大きさとすることも考えられる。
【００９０】
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。
【００９１】
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。また、イオンに限定されず、電子にも適用することができる。
【００９２】
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】
【００９３】
【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】本発明の第１の実施の形態に係るグリッドの構成を示す図である。
【図４】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５】分割加速グリッドに印加する電圧とイオンビーム強度との関係を示すグラフである。
【図６】減速グリッドに印加する電圧とイオンビーム強度との関係を示すグラフである。
【図７】減速グリッドの有無とイオンビーム強度との関係を示すグラフである。
【図８】グリッドピッチとイオンビームの幅との関係を示すグラフである。
【図９】イオンビームの数を４としたときの装置構成の例を示す図である。
【図１０】加速グリッドのパターンの例を示す図である。
【図１１】イオンビームの強度を可変できる構成としたときの装置構成の例を示す図である。
【図１２】従来の１ビーム型の周波数調整装置の構成例を示す図である。
【図１３】図１２の装置で使用する加速グリッドのパターンの例を示す図である。
【図１４】図１２の装置で照射されるイオンビームの電流密度の例を示すグラフである。
【図１５】従来の２ビーム型の周波数調整装置の構成例を示す図である。
【図１６】図１５の装置で使用する遮蔽グリッドと加速グリッドのパターンの例を示す図である。
【図１７】図１５の装置で照射されるイオンビームの電流密度の例を示すグラフである。
【図１８】本発明の第２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１９】本発明の第２の実施の形態に係るグリッドの構成を示す図である。
【図２０】図１９に示すグリッドのXX−XX線断面図である。
【図２１】加速グリッドの径を変化させた際の電流密度の変化を示すグラフである。
【図２２】ビーム孔の面積比に対するイオンビームの強度の比（Ｉｂ／Ｉａ）の関係を示すグラフである。
【図２３】ビーム孔の面積比に対するイオンビーム強度の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００９４】
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
２１，６１ 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
１１５，５１５ 遮蔽グリッド
１１６，５１６ 加速グリッド
１１６ａ〜１１６ｄ，５１６ａ，５１６ｂ 分割加速グリッド
１１７，５１７ 減速グリッド
１２１ａ〜１２１ｄ 加速制御スイッチ
１２２，１２３ ビームスイッチ
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
２０１ａ〜２０１ｄ 水晶振動子
２１１，６１１ ビーム孔
Ｉａ，Ｉｂ イオンビーム
【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ことにより、対応する荷電粒子ビームの強度を独立に制御する制御手段と、
を備えることを特徴とした荷電粒子照射装置。
【請求項２】
請求項１に記載の荷電粒子照射装置であって、分割された該加速グリッド間に生ずる電界を遮蔽するための導電性の遮蔽板を備えることを特徴とする荷電粒子照射装置。
【請求項３】
請求項２に記載の荷電粒子照射装置であって、遮蔽板は、前記加速グリッドの外側に配置された減速グリッドから構成されることを特徴とする荷電粒子照射装置。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか１項に記載の荷電粒子照射装置であって、前記加速グリッドの内側に配置された遮蔽グリッドと、前記加速グリッドを挟んで外側に配置された減速グリッドと、を更に備え、遮蔽グリッド、加速グリッド、減速グリッドの３枚重ねのグリッド構成を備える、ことを特徴とする荷電粒子照射装置。
【請求項５】
請求項１乃至３の何れか１項に記載の荷電粒子照射装置であって、前記加速グリッドの内側に配置された遮蔽グリッドを備え、前記加速グリッドに形成された加速グリッドビーム孔の面積が、前記遮蔽グリッドに形成された遮蔽グリッドビーム孔の面積より小さく形成されることを特徴とする荷電粒子照射装置。
【請求項６】
請求項１乃至３の何れか１項に記載の荷電粒子照射装置であって、前記加速グリッドの内側に配置された遮蔽グリッドを備え、該加速グリッド及び該遮蔽グリッドに複数のビーム孔からなるビーム孔群が形成され、該加速グリッドに形成された少なくとも一つのビーム孔の面積が、該遮蔽グリッドに形成された対応するビーム孔の面積より小さいことを特徴とする荷電粒子照射装置。
【請求項７】
請求項５又は６に記載の荷電粒子照射装置であって、前記加速グリッドの前記加速グリッドビーム孔の面積が、前記遮蔽グリッドの前記遮蔽グリッドビーム孔の面積の０．２〜０．８倍に形成されることを特徴とする荷電粒子照射装置。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れか１項に記載の荷電粒子照射装置であって、前記制御手段は、前記分割加速グリッドを独立してフローティング電位に制御することにより、対応する荷電粒子ビームを遮断する、ことを特徴とした荷電粒子照射装置。
【請求項９】
請求項８に記載の荷電粒子照射装置であって、前記制御手段は、各前記分割加速グリッドと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荷電粒子照射装置。
【請求項１０】
請求項３又は４に記載の荷電粒子照射装置であって、前記減速グリッドが真空槽と同電位であることを特徴とした荷電粒子照射装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の荷電粒子照射装置であって、
前記荷電粒子ビームを照射して加工する被加工物を配置する配置手段を更に備え、
前記加速グリッドに複数のビーム孔からなるビーム孔群が形成され、さらに加速グリッドに配される前記ビーム孔群の間隔は、前記配置手段により配置された被加工物の配置間隔に対し０．５倍〜１．０倍に形成されている、ことを特徴とする荷電粒子照射装置。
【請求項１２】
請求項１乃至１１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１３】
所定の容器にプラズマを生成し、
該プラズマに隣接して複数の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射出させ、
前記複数の加速グリッドの電圧を独立して制御することにより、射出させた荷電粒子の電流密度分布を制御する、
ことを特徴とした荷電粒子制御方法。
【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ことにより、対応する荷電粒子ビームの強度を独立に制御する制御手段と、
を備えることを特徴とした荷電粒子照射装置。
【請求項２】
請求項１に記載の荷電粒子照射装置であって、分割された該加速グリッド間に生ずる電界を遮蔽するための導電性の遮蔽板を備えることを特徴とする荷電粒子照射装置。
【請求項３】
請求項２に記載の荷電粒子照射装置であって、遮蔽板は、前記加速グリッドの外側に配置された減速グリッドから構成されることを特徴とする荷電粒子照射装置。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか１項に記載の荷電粒子照射装置であって、前記加速グリッドの内側に配置された遮蔽グリッドと、前記加速グリッドを挟んで外側に配置された減速グリッドと、を更に備え、遮蔽グリッド、加速グリッド、減速グリッドの３枚重ねのグリッド構成を備える、ことを特徴とする荷電粒子照射装置。
【請求項５】
請求項１乃至３の何れか１項に記載の荷電粒子照射装置であって、前記加速グリッドの内側に配置された遮蔽グリッドを備え、前記加速グリッドに形成された加速グリッドビーム孔の面積が、前記遮蔽グリッドに形成された遮蔽グリッドビーム孔の面積より小さく形成されることを特徴とする荷電粒子照射装置。
【請求項６】
請求項１乃至３の何れか１項に記載の荷電粒子照射装置であって、前記加速グリッドの内側に配置された遮蔽グリッドを備え、該加速グリッド及び該遮蔽グリッドに複数のビーム孔からなるビーム孔群が形成され、該加速グリッドに形成された少なくとも一つのビーム孔の面積が、該遮蔽グリッドに形成された対応するビーム孔の面積より小さいことを特徴とする荷電粒子照射装置。
【請求項７】
請求項５又は６に記載の荷電粒子照射装置であって、前記加速グリッドの前記加速グリッドビーム孔の面積が、前記遮蔽グリッドの前記遮蔽グリッドビーム孔の面積の０．２〜０．８倍に形成されることを特徴とする荷電粒子照射装置。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れか１項に記載の荷電粒子照射装置であって、前記制御手段は、前記分割加速グリッドを独立してフローティング電位に制御することにより、対応する荷電粒子ビームを遮断する、ことを特徴とした荷電粒子照射装置。
【請求項９】
請求項８に記載の荷電粒子照射装置であって、前記制御手段は、各前記分割加速グリッドと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荷電粒子照射装置。
【請求項１０】
請求項３又は４に記載の荷電粒子照射装置であって、前記減速グリッドが真空槽と同電位であることを特徴とした荷電粒子照射装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の荷電粒子照射装置であって、
前記荷電粒子ビームを照射して加工する被加工物を配置する配置手段を更に備え、
前記加速グリッドに複数のビーム孔からなるビーム孔群が形成され、さらに加速グリッドに配される前記ビーム孔群の間隔は、前記配置手段により配置された被加工物の配置間隔に対し０．５倍〜１．０倍に形成されている、ことを特徴とする荷電粒子照射装置。
【請求項１２】
請求項１乃至１１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１３】
所定の容器にプラズマを生成し、
該プラズマに隣接して複数の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射出させ、
前記複数の加速グリッドの電圧を独立して制御することにより、射出させた荷電粒子の電流密度分布を制御する、
ことを特徴とした荷電粒子制御方法。
【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１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【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１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【公開番号】特開２００７−２５０５２３（Ｐ２００７−２５０５２３Ａ）
【公開日】平成１９年９月２７日（２００７．９．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３２０７６４（Ｐ２００６−３２０７６４）
【出願日】平成１８年１１月２８日（２００６．１１．２８）
【出願人】（０００１４６００９）株式会社昭和真空 (72)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年９月２７日（２００７．９．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１１月２８日（２００６．１１．２８）
【出願人】（０００１４６００９）株式会社昭和真空 (72)
【Ｆターム（参考）】
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