(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオンビームの進行通路上に中性化固体板をその板面が上記イオンビームの進行方向とほぼ平行に近い姿勢で配置し、上記イオンビームを上記中性化固体板の板面に対して可及的に衝撃が小さい状態で接触させ、この接触によって上記中性化固体板から固体表面原子をたたき出す率を下げ、入射したイオンは上記中性化固体板に電荷を放電させ、その大部分を中性原子、中性分子として真空中に再放出させるイオンビーム中性化方法において、
上記中性化用固体板の表面を冷却し、この冷却状態で中性化用固体板の周縁に上記イオンビームと同種の元素から成る気体を注入し、上記中性化用固体板の表面にイオンビームを構成する元素と同種の元素を凝集固化させることを特徴とするイオンビーム中性化方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は各種の薄膜の蒸着等に利用されるイオンビーム加工装置において、特にイオンビームが持つ電荷を中性化し、絶縁体への加工も可能にするイオンビーム中性化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりイオンビームを真空中で金属板等に照射させ、この金属板から金属元素をたたき出し、この金属元素を目的とする材料の表面に被着させ、材料の表面に蒸着膜を形成する等の技術が広く実用されている。
図３はその様子を示す。図中１０は内部を真空にすることができるチャンバを示す。チャンバ１０の内部にはイオンビーム発生器１１が設けられ、イオンビーム１２をターゲット１３に向って出射する。イオンビーム発生器１１とターゲット１３との間には例えば１ｋＶ程度の加速電圧Ｖが印加され、この加速電圧Ｖによってイオンビーム１２は加速されてターゲット１３に照射される。
【０００３】
ターゲット１３の表面には被加工体１５の表面に蒸着したい薄膜用の材料が配置され、ターゲット１３にイオンビーム１２を照射することによりターゲット１３からその材料の原子、分子１４を飛散させ、その飛散された原子、分子１４が被加工体１５に被着してその表面に薄膜を形成する。
以上の説明はターゲット１３が導電性を持つ材料の場合である。つまり、ターゲット１３の表面が導電材料であれば、正電荷を持つイオンビーム１２が照射されても、その表面が帯電されることがなく、従ってターゲット１３の表面には加速電圧Ｖの印加状態が維持される。
【０００４】
ところで例えば図４に示すようにターゲット１３の表面に絶縁層１６で覆われた半導体基板１７を配置し、絶縁層１６の表面にマスク１８を施し、この面にイオンビーム１２を照射してマスク１８が除去されている部分の絶縁層１６に孔を形成しようとするような加工を行なう場合には、絶縁層１６にイオンビーム１２が搬送する正電荷が蓄積され、絶縁層１６が正電位に帯電される。この結果、ターゲット１３が接地電位に接続されているにも係わらず絶縁層１６に正電荷が帯電されたことにより、イオンビーム１２を加工対象位置に照射できない現象が生じる。
【０００５】
従って、ターゲット１３に絶縁材料を配置する場合にはイオンビーム１２を中性化し、電荷がターゲット１３に搬送されない状態でイオンビーム１２をターゲット１３に照射させる必要がある。
イオンビーム１２を中性化する試みが各種考えられている。その一つに正電荷を持つイオンと負電荷を持つ電子を同時にターゲット１３に照射する方法が考えられているが、この方法はイオンと電子の供給量を正確に制御しなければならないから装置が複雑になる欠点がある。
【０００６】
これに対し、イオンを中性原子に衝突させて電荷変換を行ない、高速原子、分子線をして用いる方法も提案されている。この方法は現実には一般にガス中にイオンを通してイオンをガス原子に衝突させる方法が採られる。この方法を採る場合、イオンを相当な距離走らせるか、或は高濃度のガス中を通さないと完全には中性化できないため効率が悪い、また高真空の装置には使えない等の欠点があった。
【０００７】
イオンビームを中性化する他の方法としてイオンビームを中性化用固体板に滑るように接触させ、この接触によって中性化用固体板の表面原子とイオンビームとの間で電荷交換を行なわせ、この電荷交換によりイオンを中性化させる方法がある。
【０００８】
イオンビームと中性化用固体板との接触条件としてはイオンビームを中性化用固体板の板面に９０°より充分小さい角度で入射させ、衝撃を可及的に小さくする条件、つまり、イオンビームを板面に対して滑らせるように接触させる。この接触により中性化固体板にイオンビームが持つ正電荷を放出させ電荷交換を行なわせることができる。然もイオンビームは滑るように中性化用固体板に接触するから、中性化用固体板から原子、分子等がたたき出される率が少ない。よって不純物が少ない中性化された中性原子、中性分子ビームを得ることができる。
【０００９】
図１を用いてそのイオンビーム中性化方法を説明する。図３と対応する部分には同一符号を付し重複説明は省略する。
【００１０】
イオンビーム発生器１１から出射されたイオンビーム１２の通過路上にイオンビームの進行方向と平行する姿勢に近い姿勢で中性化用固体板２０を配置する。図１に示す例では中性化用固体板２０を所定の間隔でイオンビーム１２の通路のほぼ全域にわたって中性化用固体板２０を配置した場合を示す。この構造を採ることによりイオンビーム発生器１１から出射されたイオンビーム１２の全てを中性化用固体板２０に接触させることができる。
【００１１】
中性化用固体板２０の板面をイオンビーム１２の進行方向と平行する姿勢に近づけ、イオンビーム１２を中性化用固体板２０の板面に対して滑るように入射させることにより、イオンビーム１２を中性化用固体板２０に対して衝撃を可及的に小さい状態で接触させることができる。中性化用固体板２０を導電材料とし、これを接地電位に接続することによりイオンビーム１２から正電荷を取り込んでその正電荷を接地電位に流すことができる。
【００１２】
この結果、中性化用固体板２０の表面ではイオンビーム１２は自己が持つ正電荷を中性化用固体板２０に電荷交換することができる。従って中性化用固体板２０の板面からは中性化された中性原子・中性分子ビーム２１を再放出させることができ、この中性原子・中性分子ビーム２１をターゲット１３に向って照射させることができる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
図１を用いて説明したイオンビーム中性化方法によれば中性化用固体板２０の表面ではイオンビーム１２が中性化用固体板２０の板面に対して滑るようにして衝撃を与えないから中性化用固体板２０の表面から中性化用固体板２０を構成する原子、分子がたたき出される率を小さくすることができる。然し乍ら中性化用固体板２０を構成する原子、分子がたたき出される率を必ずしもゼロにすることはできないため、蒸着膜の純度を高純度にすることができない欠点がある。
【００１４】
このため、中性化用固体板２０をイオンビーム１２のイオンと同種の元素を持つ材料で構成すれば仮に中性化用固体板２０から原子、分子がたたき出されたとしても、これが不純物として作用しないから都合がよいが、然し乍ら固体でイオンビーム１２のイオンと同種の元素を持つ材料が得られない場合が多い。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
この発明では中性化用固体板の表面を冷却し、この冷却状態で中性化用固体板の周縁にイオンビームと同種の元素から成る気体を注入し、中性化用固体板の表面にイオンビームを構成する元素と同種の元素を凝集固化させる点を特徴とするものである。
［作用］
この発明によれば中性化用固体板の表面を冷却し、この冷却面にイオンビームと同種の元素の気体を接触させ、中性化用固体板の表面に気体の元素を凝集固化させるから、この結果、中性化用固体板をイオンビームと同種の元素の材料で形成したのと同じ作用効果を得ることができ、不純物の混入が極めて低い純度の高い蒸着膜を得ることができる。
【実施例】
図２にこの発明で提案するイオンビーム中性化方法の実施例を示す。この発明では、中性化用固体板２０を冷却する冷却器２２と、ガス導入器２３を付加する。真空状態にあるチャンバ１０内で冷却器２２で中性化用固体板２０を冷却すると同時にチャンバ１０内にガス導入器２３を通じてイオン用元素例えばアルゴンガスを導入する。これにより中性化用固体板２０の表面にガスが凝集固化する。その後再び真空引きすることにより、中性化用固体板２０の表面がガス元素で覆われ、この状態でイオンビーム１２を照射すれば、中性化用固体板２０自体をアルゴンによって構成したと同様の作用効果を得ることができる。
【００１６】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば簡素な構成でイオンビームを中性化することができる。この結果絶縁材料に対してもイオンビームで加工を施すことができ、用途を拡大することができる利点が得られる。
また、この発明では中性化用固体板２０と冷却器２２及びガス導入器２３を設けるだけの構造でイオンビームを中性化できるから、従来から使われているイオンビーム加工装置にもこの発明を適用することができ、従来のイオンビーム加工装置の用途も拡大できる利点も得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の基礎となるイオンビーム中性化方法の一例を説明するための図。
【図２】この発明によるイオンビーム中性化方法の実施例を説明するための図。
【図３】従来の技術を説明するための図。
【図４】従来の技術の他の例を説明するための図。
【符号の説明】
１０    チャンバ
１１    イオンビーム発生器
１２    イオンビーム
１３    ターゲット
２０    中性化用固体板
２１    中性原子・中性分子ビーム
２２    冷却器
２３    ガス導入器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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