(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス流を発生させるガス源と、
基端部が前記ガス源に接続され、先端部がテーパー状に形成された管状部材と、
前記管状部材の側面を外側から囲むように設けられた板状電極と、
前記板状電極にパルス電圧を印加するパルス電圧源と、
荷電粒子ビームの照射対象のターゲットに負の直流バイアスを印加するバイアス電圧源と、を備え、
前記管状部材の側面には、前記管状部材の内部に形成されるガス流の一部を前記管状部材の外部に排出するように構成され、前記管状部材の前記先端部におけるガス圧を調整するための１以上の側孔が形成されており、
管状部材には、前記基端部から前記先端部にかけて、前記板状電極及び前記側孔がこの順で配置されている、
ことを特徴とする荷電粒子ビーム生成装置。
【請求項２】
前記管状部材は、直線状に延びる前記基端部と、テーパー状に形成された前記先端部と、前記基端部と前記先端部とを接続する中継部と、を有しており、
前記側孔は、前記中継部に形成されている、
ことを特徴とする請求項１記載の荷電粒子ビーム生成装置。
【請求項３】
前記板状電極は、前記管状部材の外側面を囲むような曲板形状を有する、
ことを特徴とする請求項１〜２のいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム生成装置。
【請求項４】
前記板状電極は、前記管状部材の中心軸に沿って並んで２枚設けられ、
前記パルス電圧源は、前記２枚の板状電極の間に接続されている、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム生成装置。
【請求項５】
前記側孔は、前記管状部材の中心軸の周りに等間隔に並ぶように複数配置されている、
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム生成装置。
【請求項６】
前記板状電極は前記ターゲットとの間に容量結合プラズマを生成する、
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム生成装置。
【請求項７】
先端部がテーパー状に形成され、基端部と先端部との間の側面に１以上の側孔が形成された管状部材を用意して、前記管状部材の前記基端部にガス源からガス流を流入させ、
前記管状部材の内部に形成されるガス流の一部を、前記１以上の側孔から前記管状部材の外部に排出することにより、前記管状部材の前記先端部におけるガス圧を調整し、
前記管状部材の側面の前記基端部と前記側孔との間を外側から囲むように設けられた板状電極にパルス電圧を印加し、
荷電粒子ビームの照射対象のターゲットに負の直流バイアスを印加する、
ことを特徴とする荷電粒子ビーム生成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子ビームを発生させる荷電粒子ビーム生成装置及び荷電粒子ビーム生成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、プラズマエッチングやプラズマＣＶＤ等の各種プロセスにおいてプラズマが用いられている。このようなプロセスにおいてはプラズマを生成するプラズマ発生装置が利用されている。例えば、下記特許文献１には、放電管とソレノイドアンテナと高周波電源から構成されている高周波誘導結合式のプラズマ発生装置が開示されている。また、下記特許文献２には、ガラスチューブとその先端部分の周囲に巻回された高周波コイルとを備え、ガラスチューブ内にＡｒガスを導入し、高周波コイルによって高周波電力を加えることによって誘導結合プラズマを生成するプラズマ発生装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１０９７７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した従来のプラズマ発生装置では、誘導結合プラズマを利用しているために細い荷電粒子ビームを安定して生成させるには限界が生じていた。
【０００５】
そこで、本発明は、かかる課題に鑑みて為されたものであり、細い荷電粒子ビームを安定して発生させることが可能な荷電粒子ビーム生成装置及び荷電粒子ビーム生成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】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明の一側面に係る荷電粒子ビーム生成装置は、ガス流を発生させるガス源と、基端部がガス源に接続され、先端部がテーパー状に形成された管状部材と、管状部材の側面を外側から囲むように設けられた板状電極と、板状電極にパルス電圧を印加するパルス電圧源と、荷電粒子ビームの照射対象のターゲットに負の直流バイアスを印加するバイアス電圧源と、を備え、管状部材の側面には、１以上の側孔が形成されており、管状部材には、基端部から先端部にかけて、板状電極及び側孔がこの順で配置されている。
【０００７】
或いは、本発明の一側面に係る荷電粒子ビーム生成方法は、先端部がテーパー状に形成され、基端部と先端部との間の側面に１以上の側孔が形成された管状部材を用意して、管状部材の基端部にガス源からガス流を流入させ、管状部材の側面の基端部と側孔との間を外側から囲むように設けられた板状電極にパルス電圧を印加し、荷電粒子ビームの照射対象のターゲットに負の直流バイアスを印加する。
【０００８】
なお、ここでいう「テーパー状」とは、直線状に細くなる断面形状には限定されず、先端に向かうほど管状部材の中心軸に対する傾斜が急になる形状（先端が丸まった形状）や、先端に向かうほど管状部材の中心軸に対する傾斜が緩やかになる形状（先端が尖った形状）等の曲線状に細くなる断面形状をも含む。
【０００９】
本発明の上記態様によれば、管状部材の内部において基端部から先端部に向けてガス流が均一に安定して形成される。さらに、このガス流に板状電極を介してパルス電圧が印加されると共にターゲットに負の直流バイアスが印加されることにより、管状部材の内部に変位電流に伴ったイオン流が断続的に形成され、そのイオン流がイオンビームとしてターゲットに向けて断続的に出射される。これにより、ターゲットに向かう細いイオンビームを安定して生成することができる。それと同時に、管状部材の先端部におけるガス圧を適切に調整することによって管状部材の破損を防止することもできる。
【００１０】
上記一側面に係る荷電粒子ビーム生成装置においては、管状部材は、直線状に延びる基端部と、テーパー状に形成された先端部と、基端部と先端部とを接続する中継部と、を有しており、側孔は、中継部に形成されている、ことが好適である。かかる構成を採れば、管状部材における側孔の加工が容易となる。
【００１１】
また、板状電極は、管状部材の外側面を囲むような曲板形状を有する、ことも好適である。かかる板状電極の形状によれば、管状部材の内部に形成されるイオン流の均一性が向上し、ターゲットに照射されるイオンビームの均一性をより向上させることができる。
【００１２】
さらに、板状電極は、管状部材の中心軸に沿って並んで２枚設けられ、パルス電圧源は、２枚の板状電極の間に接続されている、ことも好適である。この場合、ターゲットの位置に左右されずにターゲットに向けて安定してイオンビームを照射することができる。
【００１３】
またさらに、側孔は、管状部材の中心軸の周りに等間隔に並ぶように複数配置されている、ことが好適である。この場合、管状部材の内部においてガス流のゆらぎが低減され、ターゲットに向かうイオンビームの径をより小さくすることが可能になる。さらに、管状部材の先端部でのガス圧の調整が容易となる。
【００１４】
さらにまた、板状電極はターゲットとの間に容量結合プラズマを生成する、ことも好適である。こうすれば、ターゲットに向けて均一なイオンビームを断続的に照射することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、細い荷電粒子ビームを安定して発生させることが可能な荷電粒子ビーム生成装置及び荷電粒子ビーム生成方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の好適な一実施形態であるイオンビーム生成装置１を示す概略構成図である。
【図２】図１のキャピラリーチューブ９を拡大して示す側面図である。
【図３】図２のキャピラリーチューブ９のIII-III線に沿った断面図である。
【図４】図１のパルス電圧源１１によって印加されるパルス電圧の波形と、図１のキャピラリーチューブ９の先端２３から放出されるイオンビームの計測結果とを示すグラフである。
【図５】図４の一部を拡大して示すグラフである。
【図６】図１のキャピラリーチューブ９の先端２３から放出されるイオンビームの強度の位置依存性を示すグラフである。
【図７】図１のキャピラリーチューブ９の先端２３からの距離ｚとイオンの輸送時間ＴＴとの関係を示すグラフである。
【図８】図１のキャピラリーチューブ９の先端２３からの距離ｚとイオンの輸送時間ＴＴとの関係を示すグラフである。
【図９】図１のキャピラリーチューブ９の先端２３から放出される粒子の性質を測定する測定系の構成図である。
【図１０】図９の測定系によって計測された電流ＩＰのバイアス電圧ＶＢに対する依存性を示すグラフである。
【図１１】図１のキャピラリーチューブ９において観測される発光スペクトルの分光特性を示すグラフである。
【図１２】図１のイオンビーム生成装置１によってエッチング加工が施されたターゲットＴの撮影画像を示す図である。
【図１３】図１のイオンビーム生成装置１によってアッシング加工が施されたターゲットＴの顕微鏡による表面画像及び断面画像を示す図である。
【図１４】アッシング加工の微細化のためのイオンビーム生成装置１の構成を示す図である。
【図１５】図１４の構成のイオンビーム生成装置１によってアッシング加工が施されたターゲットＴの顕微鏡による表面画像及び断面画像を示す図である。
【図１６】シリコン基板に対して図１のイオンビーム生成装置１を用いてＣＶＤ加工を施した場合の表面画像を示す図である。
【図１７】ポリカーボネート基板に対して図１のイオンビーム生成装置１を用いてＣＶＤ加工を施した場合の表面画像を示す図である。
【図１８】図１のイオンビーム生成装置１によってアミノ基修飾加工が施された基板の表面を蛍光顕微鏡によって観察した画像を示す図である。
【図１９】本発明の変形例におけるキャピラリーチューブ９の径方向の断面図である。
【図２０】本発明の変形例にかかるイオンビーム生成装置１０１を示す概略構成図である。
【図２１】図２０のイオンビーム生成装置１０１によってアミノ基修飾加工が施された基板の表面を蛍光顕微鏡によって観察した画像を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面とともに本発明による荷電粒子ビーム生成装置及び荷電粒子ビーム生成方法の一形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、各図面は説明用のために作成されたものであり、説明の対象部位を特に強調するように描かれている。そのため、図面における各部材の寸法比率は、必ずしも実際のものとは一致しない。
【００１８】
（イオンビーム生成装置の構成）
図１は、本発明の好適な一実施形態であるイオンビーム生成装置１を示す概略構成図である。同図に示すイオンビーム生成装置１は、内部に大気圧非平衡プラズマを発生させることにより、外部に配置されたターゲットＴに向けて荷電粒子ビームであるイオンビームを照射する装置である。イオンビーム生成装置１は、主要な構成要素として、ガスボンベ３、レギュレータ４、及び流量制御部５を含むガス源７と、ガス源７からガスが供給されて内部にプラズマを発生させるキャピラリーチューブ（管状部材）９と、キャピラリーチューブ９に接続されたパルス電圧源１１と、イオンビームの照射対象であるターゲットＴに接続されたバイアス電圧源１３とを含んでいる。
【００１９】
ガスボンベ３は、レギュレータ４、流量制御部５、及びチューブ１５を介してキャピラリーチューブ９の基端１７に接続されており、ヘリウム（Ｈｅ）、メタン（ＣＨ４）、アンモニア（ＮＨ３）等のガスをキャピラリーチューブ９の内部に供給する。レギュレータ４は、ガスボンベ３からのガス流量を調整する調整弁であり、流量制御部５は、レギュレータ４を制御してガスボンベ３からキャピラリーチューブ９に導入されるガスの流量を調整するための装置であり、例えば、マスフローコントローラである。パルス電圧源１１は、キャピラリーチューブ９の外側に配置された板状電極１９に接続されて板状電極１９に周期的な矩形波であるパルス電圧を印加する電源である。バイアス電圧源１３は、ターゲットＴに接続されてターゲットＴに負の直流バイアス電圧を印加する電源である。
【００２０】
次に、図２及び図３を参照しながら、キャピラリーチューブ９の構成について詳細に説明する。図２は、図１のキャピラリーチューブ９を拡大して示す側面図、図３は、図２のキャピラリーチューブ９のIII-III線に沿った断面図である。
【００２１】
キャピラリーチューブ９は、基端１７から直線状に延びたガラス製チューブである基端部２１と、先端２３にかけてテーパー状に形成されたガラス製キャピラリーチューブである先端部２５と、基端部２１と先端部２５とを接続する樹脂製チューブである中継部２７とによって構成されている。ここで、キャピラリーチューブ９の材料は、ガラスには限定されず、プラスチックに代表される樹脂等の他の材料であってもよい。このような構成のキャピラリーチューブ９の内部には、基端１７から先端２３にかけてまっすぐ延びる空洞２９が形成されており、キャピラリーチューブ９は、ガス源７から発生したガス流を基端１７から先端２３まで繋がる空洞２９内に導くことができる。
【００２２】
詳細には、先端部２５は、中継部２７と接続される基端３１から先端２３に向かって外径及び内径が徐々に小さくなるようなテーパー状に形成されている。ここでは、先端部２５は、基端３１から先端２３にかけて径が急に小さくなり先端２３が非常に細長くなるように、その外側面３３が曲面形状に形成されている。先端部２５の大きさは、例えば、基端３１の外径が約１ｍｍ、先端２３の外径が１００ｎｍ〜１μｍである。このような先端部２５は、例えば、外径約１ｍｍ、内径０．６ｍｍのガラスチューブをマイクロピペットプラーによって加工することによって作製される。
【００２３】
また、中継部２７にはその外側面３６から内部の空洞２９に貫通する２つの側孔３７ａ，３７ｂが形成されている。この２つの側孔３７ａ，３７ｂは、キャピラリーチューブ９の中心軸の周りに外側面３６に沿って等間隔で並ぶように、すなわち、キャピラリーチューブ９の中心軸の垂直方向に互いに向かい合う位置に形成されている。
【００２４】
さらに、基端部２１の外側面３５の長手方向の中央部には、全体として円筒形状を有する金属製の板状電極１９が固定されている。この板状電極１９は、外側面３５に沿って基端部２１を外側から囲むように固定されている。なお、板状電極１９は、円筒状電極の一部が切欠かれたような断面Ｃ字状や、断面半円状の曲板形状であってもよい。
【００２５】
上記のような構成のキャピラリーチューブ９に対して、ガス源７からガス流が供給されると、基端３１から先端２３にかけて空洞２９内にガス流が形成され、一部のガス流は側孔３７ａ，３７ｂから外部に排出される。これにより、キャピラリーチューブ９の先端２３を細線化した場合であっても安定して空洞２９内にガス流が形成される。また、キャピラリーチューブ９の先端２３を細線化しても先端２３に過度のガス圧が加わることが防止され、キャピラリーチューブ９の耐久性も向上する。このように、キャピラリーチューブ９内にガス流が形成された状態で、パルス電圧源１１によって板状電極１９にパルス電圧が印加可能にされるとともに、キャピラリーチューブ９の中心軸の先端２３側の延長線上にターゲットＴを配置させた状態で、ターゲットＴにバイアス電圧源１３から直流バイアス電圧が印加可能にされる。これにより、板状電極１９とターゲットＴとが相対した電極のように作用し、キャピラリーチューブ９の空洞２９内に、大気圧の容量結合プラズマが周期的パルス電圧に同期して断続的に生成される。さらに、その結果空洞２９内に生じた容量結合プラズマに含まれるイオンは、空洞２９内の電界の作用で先端２３に向けて加速されることにより、先端２３から外部に断続的なイオンビームとして放出された後、負のバイアス電圧が印加されたターゲットＴに向けてさらに加速される。
【００２６】
（各種測定結果）
ここで、イオンビーム生成装置１によって生成されるイオンビームの評価結果について示す。図４及び図５には、パルス電圧源１１によって印加されるパルス電圧の波形と、キャピラリーチューブ９の先端２３から放出されるイオンビームの計測結果とを示している。図５には、図４における一部の時間範囲での計測結果を示している。ここでは、キャピラリーチューブ９の先端２３の前面にターゲットＴの代わりに微小電極である静電プローブを配置し、この静電プローブを流れる電流の検出信号ＳＰ１と、板状電極１９とパルス電圧源１１の間を流れる電流の検出信号ＳＰ２とを計測した。また、同グラフには、パルス電圧源１１によって印加されるパルス電圧の波形ＳＰ０も併せて示している。この検出信号ＳＰ１がイオンビームの強度変化を表すと考えられ、検出信号ＳＰ２がキャピラリーチューブ９の空洞２９内を流れる電流の大きさを表すと考えられる。この結果によれば、パルス電圧の立ち上がりに同期した時刻ＴＩで、検出信号ＳＰ２にピークが見られ、キャピラリーチューブ９の空洞２９内に変位電流が生じている。この変位電流の発生により空洞２９内に容量結合プラズマが生成され、このプラズマ生成に伴ってキャピラリーチューブ９から放出されるイオンビームが、時刻ＴＩの直後の時刻ＴＰで、検出信号ＳＰ１のピークとして検出されていることがわかる。このことから、パルス電圧源１１によって周期的なパルス電圧を印加した場合には、イオンビーム生成装置１によって断続的なパルス状のイオンビームが生成されることが理解される。
【００２７】
次に、イオンビーム生成装置１によって生成されるイオンビームの速度について評価した。図６には、キャピラリーチューブ９の先端２３から放出されるイオンビームの計測結果の位置依存性を示している。ここでは、キャピラリーチューブ９の先端２３の前面に静電プローブを配置し、静電プローブの先端２３からの距離ｚを様々変えながら、この静電プローブを流れる電流の検出信号ＳＰ１と、板状電極１９とパルス電圧源１１の間を流れる電流の検出信号ＳＰ２とを計測した。この計測結果から、キャピラリーチューブ９の先端２３からの距離がｚ＝1.5mm、2.5mm、3.5mm、4.5mmと離れるに従って、検出されるイオンビームのタイミングが徐々に遅れることがわかった。このことは、先端２３からキャピラリーチューブ９の長手方向に沿ってイオンビームが放出されていることを示している。そして、距離Zの差と検出信号ＳＰ１のピークのタイミング差を計算することによって、イオンビーム生成装置１によって生成されるイオンビームの進展速度を評価することができる。
【００２８】
例えば、図７及び図８には、距離ｚと輸送時間ＴＴとの関係を示している。輸送時間ＴＴは、検出信号ＳＰ２のピーク時間ＴＩと、それぞれの距離ｚにおける検出信号ＳＰ１のピーク時間ＴＰとから、
ＴＴ＝ＴＰ−ＴＩ
によって計算され、板状電極１９から静電プローブまでのイオンの輸送時間を示している。図７は、ガスとしてヘリウムを用い、キャピラリーチューブ９の先端２３の外径１μｍ、パルス電圧の大きさを±５ｋＶ、パルス電圧の周波数を５ｋＨｚとした場合、図８は、ガスとしてヘリウムを用い、キャピラリーチューブ９の先端２３の外径１００ｎｍ、パルス電圧の大きさを±５ｋＶ、パルス電圧の周波数を５ｋＨｚとした場合の計測結果である。図７の結果から、距離ｚが約1mm〜約3.5mmの範囲ではイオンビームの進展速度が約1.1×104m/sと見積もられ、距離ｚが約3.5mm〜約6.0mmの範囲ではイオンビームの進展速度が約0.5×104m/sと見積もられた。また、図８の結果から、距離ｚが0mm〜約0.7mmの範囲ではイオンビームの進展速度が約0.3×104m/sと見積もられ、距離ｚが約0.7mm〜約1.3mmの範囲ではイオンビームの進展速度が約530m/sと見積もられ、距離ｚが約1.3mm〜約1.5mmの範囲ではイオンビームの進展速度が約58m/sと見積もられた。これらの結果より、イオンビームが大気中を進むうちに速度が遅くなることが理解され、イオンビーム中の荷電粒子群は最初はイオン化フロントを維持しているが、大気中を進むにつれて荷電粒子群が再結合していることが予測される。
【００２９】
さらに、イオンビーム生成装置１のキャピラリーチューブ９の先端２３から放出される粒子の性質に関する測定結果を示す。このとき、図９に示すように、キャピラリーチューブ９の前面に静電プローブ３９を配置し、この静電プローブ３９にバイアス電源４１を接続して可変バイアス電圧ＶＢを印加すると共に、静電プローブ３９を流れる電流ＩＰを、静電プローブ３９に接続された直列抵抗４３と、直列抵抗４３の両端に接続されたオシロスコープ４５を用いて測定した。図１０には、このような測定系によって計測された電流ＩＰのバイアス電圧ＶＢに対する依存性を示す。この結果から、負のバイアス電圧ＶＢを印加した場合には電流ＩＰが大きくなり、バイアス電圧ＶＢを変えてもほとんど変化しない飽和状態であり、正のバイアス電圧ＶＢを印加した場合にはバイアス電圧ＶＢが大きくなるに従って電流ＩＰが減少することがわかる。このことは、キャピラリーチューブ９の先端２３から放出される粒子の大部分は窒素イオンやヘリウムイオン等の正イオンであることを示している。
【００３０】
次に、イオンビーム生成装置１のキャピラリーチューブ９において発生するプラズマの成分についての測定結果を示す。図１１には、キャピラリーチューブ９において観測される発光スペクトルの分光特性を示している。同図には、上から順に、キャピラリーチューブ９の板状電極１９の近傍での分光特性、キャピラリーチューブ９の中継部２７近傍での分光特性、及びキャピラリーチューブ９の先端２３近傍での分光特性を示している。この場合、供給ガスとしてヘリウムを使用した。この測定結果から、ヘリウムの発光スペクトル（587.6nm、706.5nm）のほか、ＯＨ分子の発光スペクトル（308.9nm）や酸素（Ｏ）の発光スペクトル（777.2nm）が観測されている。これにより、イオンビーム生成装置１をレジスト膜エッチング等の様々なプロセスに応用できることがわかる。
【００３１】
（応用例）
イオンビーム生成装置１の応用例としては、エッチング、アッシング、ＣＶＤ、表面修飾等の各種プロセスが上げられる。
【００３２】
例えば、ターゲットＴとして表面にフォトレジスト膜が形成された半導体基板を準備し、そのターゲットＴの表面にイオンビーム生成装置１を用いてイオンビームを照射することで、エッチング加工を実現できる。図１２には、イオンビーム生成装置１によってエッチング加工が施されたターゲットＴをＣＣＤカメラで撮影した画像を示している。この場合、ターゲットＴとして、シリコン基板上に膜厚650nm、平均表面粗さRa：1〜3nmのアクリル系樹脂をフォトレジスト膜としてコーティングされたものを用い、キャピラリーチューブ９の先端２３の外径を100nmに設定した。このとき、イオンビーム生成装置１によってターゲットＴに形成される微細パターンのサイズは、底部における幅約100nm、フォトレジスト膜の表面における幅500〜700nm、深さ30〜50nmで形成されていることが確認された。このように、イオンビーム生成装置１によれば、超微細大気圧イオンビームにより、ナノスケールのパターニングが実現される。
【００３３】
また、ターゲットＴとしてフォトレジスト膜が形成された半導体基板を対象に、ターゲットＴの表面にイオンビーム生成装置１を用いてイオンビームを照射することで、アッシング加工も実現できる。図１３には、イオンビーム生成装置１によってアッシング加工が施されたターゲットＴの顕微鏡による表面画像及び断面画像を示している。この場合、ターゲットＴとして、基板上にアクリル系樹脂をフォトレジスト膜としてコーティングされたものを用い、キャピラリーチューブ９の先端２３の外径を100nmに設定し、先端２３とターゲットＴとの距離を500μm以下に設定した。この場合、ターゲットＴに形成される除去パターンの大きさは4.0μmと評価された。また、ターゲットＴに形成される除去パターンを微細化したい場合には、図１４に示すように、キャピラリーチューブ９の先端の前面にターゲットＴを挟んで磁石を配置してもよい。図１４においては、ターゲットＴと、ターゲットＴを移動させるＸＹステージ４７との間に、ターゲットＴの表面においてキャピラリーチューブ９の中心軸に沿った磁場を発生させる例えばネオジウム磁石等の磁石４９が配置される。図１５には、図１４のような構成のイオンビーム生成装置１によってアッシング加工が施されたターゲットＴの顕微鏡による表面画像及び断面画像を示している。この場合、ターゲットＴに形成される除去パターンの大きさは1.75μmと評価された。このように、イオンビーム生成装置１によれば、超微細大気圧イオンビームにより、アッシング加工の超微細化が実現される。
【００３４】
さらに、イオンビーム生成装置１において供給ガスとしてヘリウムとメタンの混合ガスを用いて、ＣＶＤプロセスを実現することもできる。図１６には、シリコン基板に対してイオンビーム生成装置１を用いて３点のＣＶＤ加工を施した場合の表面画像を示す。この場合、キャピラリーチューブ９の先端２３の外径を100nmに設定した。また、図１７には、
ポリカーボネート基板上にＣＶＤ加工を施した場合の表面画像を示す。このように、直径6〜9μm、膜厚300〜400nmの範囲で微細加工が可能であることがわかった。また、ポリカーボネートのような熱可塑性基板に対するデポジションも可能であることが明らかになった。
【００３５】
また、イオンビーム生成装置１において供給ガスとしてヘリウム、酸素、アンモニアを用いて、表面修飾プロセスを実現することもできる。例えば、アンモニアを用いた場合には、アミノ基修飾を実現することができる。処理条件の一例としては、前処理として、イオンビーム生成装置１においてガス源７からヘリウムを供給してターゲットＴにイオンビームを照射する。この場合、キャピラリーチューブ９の先端２３の外径を1μm、印加するパルス電圧の大きさを±6.5kV、その電圧の周波数を5kHz、デューティ比を50％、直流バイアス電圧の大きさを-500V、先端２３とターゲットＴとの距離を250μmに設定し、処理時間を0.01秒〜0.1秒とする。その後、後処理として、イオンビーム生成装置１においてガス源７からヘリウムとアンモニアの混合ガスを供給してターゲットＴにイオンビームを照射する。この場合、処理時間を3.0秒とした以外は前処理と同じ条件とする。図１８には、イオンビーム生成装置１によってアミノ基修飾加工が施された基板の表面を蛍光顕微鏡によって観察した画像を示しており、（ａ）は前処理の処理時間を0.1秒に設定した場合、（ｂ）は前処理の処理時間を0.01秒に設定した場合を示している。これらの評価結果により、イオンビーム生成装置１によって微細な表面修飾加工が実現されることがわかった。
【００３６】
以上説明したイオンビーム生成装置１及びそれを用いたイオンビーム生成方法によれば、キャピラリーチューブ９の空洞２９内において基端部２１から先端部２５に向けてガス流が均一に安定して形成される。すなわち、基端部２１から側孔３７ａ，３７ｂに抜ける流路も設けることで空洞２９内での線速を大きくすることができる。さらに、この線速が大きくされたガス流に板状電極１９を介してパルス電圧が印加されると共にターゲットＴに負の直流バイアスが印加されることにより、キャピラリーチューブ９の空洞２９内に変位電流に伴ったイオン流が断続的に形成され、そのイオン流がイオンビームとしてターゲットＴに向けて断続的に出射される。これにより、ターゲットＴに向かう細いイオンビームを安定して生成することができる。それと同時に、キャピラリーチューブ９の先端部２５におけるガス圧を適切に調整することによってキャピラリーチューブ９の破損を防止することもできる。
【００３７】
また、イオンビーム生成装置１においては、２つの側孔３７ａ，３７ｂが、キャピラリーチューブ９の中心軸の周りに等間隔に並ぶように配置されている。これにより、キャピラリーチューブ９の内部においてガス流のゆらぎが低減され、ターゲットＴに向かうイオンビームの径をより小さくすることが可能になる。さらに、キャピラリーチューブ９の先端部２５でのガス圧の調整が容易となる。
【００３８】
また、キャピラリーチューブ９は、基端部２１と先端部２５とを繋ぐ中継部２７を有しており、２つの側孔３７ａ，３７ｂは中継部２７に形成されているので、キャピラリーチューブ９における側孔３７ａ，３７ｂの加工が容易となる。
【００３９】
さらに、板状電極１９は、キャピラリーチューブ９の外側面３５を囲むような円筒形状を有するので、キャピラリーチューブ９の空洞２９内に形成されるイオン流の均一性が向上し、ターゲットＴに照射されるイオンビームの均一性をより向上させることができる。
【００４０】
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。例えば、中継部２７に形成される側孔の数は１以上であれば特定数には限定されない。例えば、図１９に示すように、４つの側孔３７ａ〜３７ｄが、キャピラリーチューブ９の中心軸の周りに等間隔に並ぶように形成されてもよい。ただし、側孔の配置は必ずしも等間隔でなくてもよい。このように側孔の数を増加させることで、キャピラリーチューブ９から放出されるイオンビームの揺らぎが抑えられてターゲットＴに照射されるビームの径を小さくすることができる。
【００４１】
また、板状電極１９に印加するパルス電圧は矩形波には限定されず、正弦波のパルス電圧であってもよい。この場合も、キャピラリーチューブ９の空洞２９内に変位電流に伴ったイオン流が断続的に形成される。
【００４２】
また、図２０に示す本発明の変形例であるイオンビーム生成装置１０１のように、板状電極１９と同一形状を有する２つの板状電極１９ａ，１９ｂをキャピラリーチューブ９の基端部２１の中心軸に沿って並ぶように固定し、パルス電圧源１１を２つの板状電極１９ａ，１９ｂの間を接続するようにしてもよい。このような構成によっても、パルス電圧源１１によって２つの板状電極１９ａ，１９ｂの間にパルス電圧が印加されることにより、キャピラリーチューブ９の空洞２９内に変位電流に伴ったイオン流が断続的に形成される。図２１には、イオンビーム生成装置１０１によってアミノ基修飾加工が施された基板の表面を蛍光顕微鏡によって観察した画像を示している。この場合、図１８（ｂ）に示す観察結果が得られたときと処理条件を同一に設定した。この結果により、イオンビーム生成装置１０１を利用すれば、表面修飾加工の更なる微細化が実現されることがわかった。
【符号の説明】
【００４３】
１，１０１…イオンビーム生成装置、７…ガス源、９…キャピラリーチューブ（管状部材）、１１…パルス電圧源、１３…バイアス電圧源、１７…基端、１９，１９ａ，１９ｂ…板状電極、２１…基端部、２３…先端、２５…先端部、２７…中継部、２９…空洞、３３，３５，３６…外側面、３７ａ〜３７ｄ…側孔。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１４】
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【図１９】
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【図２０】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図２１】
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