(57)【要約】【課題】磁気ディスク記録装置の記録密度向上に伴い、ヘッド浮上量及び加工損傷深さの低減が求められている。しかしながら、従来から用いられている研磨加工やモノマーイオンビームの斜め照射等では、加工損傷深さを１ｎｍ程度まで低減するのは困難である。【解決手段】ワークの加工面の法線に対する角度（照射角）を５０°以上９０°以下に調整するための照射角調整機構と、イオンの運動エネルギーを所望の値に調整するためのイオン加速機構と、ワークの加工面の法線方向を回転軸としてワークを回転させるためのワーク回転機構を有するガスクラスターイオンビーム照射装置を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
クラスター発生機構、前記クラスター発生機構で発生させたクラスターのイオン化機構、前記イオン化機構でイオン化させたクラスターイオンの加速機構を備えたガスクラスターイオンビーム照射装置であって、ワーク加工面の法線に対する角度（照射角）を５０°以上９０°以下に調整するための照射角調整機構と、イオンの運動エネルギーを所望の値に調整するためのイオン加速機構と、ワークの加工面の法線方向を回転軸としてワークを回転させるためのワーク回転機構を有するガスクラスターイオンビーム照射装置。
【請求項２】
クラスター発生機構、前記クラスター発生機構で発生させたクラスターのイオン化機構、前記イオン化機構でイオン化させたクラスターイオンの加速機構を備えたガスクラスターイオンビーム照射装置であって、照射するガスクラスターイオンのサイズ（Ｎ）と照射エネルギー（Ｅａ）とワーク加工面の法線に対する角度（照射角：θ°）の関係が、０．０２ｅＶ≦（Ｅａ／Ｎ）×ｃｏｓ２θ≦０．５ｅＶであるガスクラスターイオンビーム照射装置。
【請求項３】
少なくともクラスターサイズ、照射エネルギー及び照射角を、真空を破らずに外部から制御するための制御装置を有する請求項１または２に記載のガスクラスターイオンビーム照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスクラスターイオンビームを照射して表面加工を行う装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の配線微細化や磁気記録装置の記録密度向上に伴い、半導体装置や磁気ヘッドの製造方法としてガスクラスターイオンビームが注目されるようになってきた。ガスクラスターは、気体原子または分子（以後、モノマーという）が数百〜数千個の塊になったものである。ガスクラスターを構成する多数の気体原子又は分子は、互いに化学結合を形成せず、単に凝集して一つの塊をなすにすぎない。その発生方法は、特許文献１に述べられている。イオン化されたガスクラスターイオンは加速電圧により加速され、ワークに照射される。ガスクラスターイオンがワークに衝突すると、入射エネルギーはガスクラスターイオンを構成する個々の原子に分配されるので、モノマーイオンビームに比べて高密度、低エネルギーでの照射が可能となる。
【０００３】
上記のようにして発生させたガスクラスターイオンビームは、従来のモノマーイオンビームとは異なった特徴を持つことが非特許文献１に示されている。例えば、従来のモノマーイオンビームをワーク表面に垂直に照射すると表面荒れが発生するのに対し、ガスクラスターイオンビームをワーク表面に垂直に照射するとラテラルスパッタ効果により、凹凸面の平坦化が可能である。ガスクラスターイオンビームを用いると、平均表面粗さを１ｎｍ以下まで低減することが容易である。また、ガスクラスターイオンは大きな質量を持つため、同じ加速電圧を与えてもモノマーイオンに比べ、低速での照射が可能である。そのため、モノマーイオンを用いるプロセスに比べて、加工損傷深さを小さくすることができる。さらに、ガスクラスターイオンを構成する原子が多重衝突することに起因する非線形効果により、モノマーイオンビームプロセスに比べて約１桁高いスパッタ率が得られる。
【０００４】
平坦化技術としては、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）等の研磨技術の他、イオンビームを用いる方法として特許文献２で述べられているように、従来のモノマーイオンビームを斜めから照射する方法が知られている。特許文献２の方法によれば、モノマーイオンを斜めから照射することにより、突起を選択的にエッチングできるとされている。
【０００５】
【特許文献１】特開平４−３５４８６５号公報
【特許文献２】特開平１０−２００１６９号公報
【非特許文献１】Ｉ．Ｙａｍａｄａ，ｅｔ ａｌ，Ｍａｔｅｒ．Ｓｃｉ．Ｅｎｇ．，Ｒ．３４，（２００１）ｐｐ．２３１−２９５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
磁気ディスク記録装置（ＨＤＤ）の記録密度は、年率６０〜１００％で増加しており、今後もその傾向は続くとされている。それに伴い、磁気ヘッド浮上面と磁気ディスク間の距離（ヘッド浮上量）は小さくなってきており、磁気ヘッド浮上面の表面粗さと加工損傷深さの低減が必須である。将来的には、表面粗さや加工損傷深さは１ｎｍ程度までに抑制する必要がある。
【０００７】
現在、磁気ヘッド浮上面の平坦化加工プロセスで用いられている研磨では、加工損傷が発生する。スラリーや砥粒径、研磨方法等の改善により、加工損傷深さは低減されてきたものの、その値は一般に５〜１０ｎｍ程度と推定されている。
【０００８】
モノマーイオンビームを用いて加工を行った場合も、加工損傷は発生する。モノマーイオンビームを用いて高いスパッタレートで加工するには、高エネルギーのイオンを照射する必要がある。これにより、１次イオンの打ち込み（侵入）が発生する。モノマーイオンビームの斜め照射によって１次イオン侵入深さは多少低減できるが、衝突カスケード現象（ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ  ｃａｓｃａｄｅ  ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ）によってスパッタリングが進行するため、１次イオンの侵入を防止することは不可能である。例えば、材料表面に照射されたイオンの挙動を求めるシミュレーション（ＴＲＩＭ，ｃｏｐｙｒｉｇｈｔｅｄ  ｂｙ  ＩＢＭ）によれば、Ａｒイオンビームを４００ｅＶでＮｉＦｅに照射する場合、表面に対して垂直に照射すると、最大で深さ約３０ｎｍまで打ち込まれる。同じイオンビームをＮｉＦｅ表面の法線方向に対して８５°の方向から照射した場合でも、約２１ｎｍまで打ち込まれるものもあり、照射角の効果は限定的である。
さらに、モノマーイオンビームを用いたスパッタの問題点として、被スパッタ材料原子のミキシングがある。照射するイオンのエネルギーを低減したり、斜め照射を行うことで、ミキシング層深さを低減することができる。照射表面の法線に対して６０°の方向から、１次イオンを５００ｅＶで照射した場合のミキシング層深さは２〜５ｎｍ程度と推定される。
ミキシングは、ガスクラスターイオンビームを用いても防止することはできない。クラスターサイズ２，０００程度のＡｒガスクラスターイオンビームを１０ｋｅＶで照射した場合、ミキシング層の厚さは約１０ｎｍとなることが実験的に確認された。
【０００９】
さらに、磁気ヘッド浮上面をモノマーイオンビームの斜め照射で加工する場合に特有の水平方向のミキシングがある。磁気ヘッド浮上面には金属や金属酸化物等の極薄膜で構成された多層積層膜の断面が露出している。モノマーイオンビームを斜めから照射した場合は、衝突カスケードによってノックオン原子（ｋｎｏｃｋ  ｏｎ  ａｔｏｍ，反跳原子）が隣り合った層に移動して、水平方向のミキシングが起こる。これによって、最表面層では、所望の磁気特性を失うことになり、磁気ヘッド製造上の課題である。
上述のいかなる方法を用いても、加工損傷層深さを１ｎｍ程度に抑制するのは困難である。モノマーイオンビームであっても、ガスクラスターイオンビームであっても、照射するイオンビームのエネルギーを低下させることによって、加工損傷深さをある程度まで小さくすることは可能である。しかし、モノマーイオンビームの場合には、数１０ｅＶ程度の低エネルギー且つ大電流のモノマーイオンビームを得ることは、空間電荷効果により技術的に困難である。一方、数千個の原子の集合体をイオン化したガスクラスターイオンビームでは、原子１個あたりのエネルギーを数１０ｅＶ程度にすることは容易であるが、２〜１０ｎｍ程度の加工損傷が形成される。すなわち、従来の研磨技術やイオンビーム技術では、加工損傷深さが１ｎｍレベルに抑制された磁気ヘッド浮上面を得るのは困難である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明では、ワークの加工面の法線に対する角度（照射角）を５０°以上９０°以下に調整するための照射角調整機構と、イオンの運動エネルギーを所望の値に調整するためのイオン加速機構と、ワークの加工面の法線方向を回転軸としてワークを回転させるためのワーク回転機構を有するガスクラスターイオンビーム照射装置を提供する。
また、ワークの加工面の法線に対する角度（照射角：θ°）を調整するための照射角調整機構と、イオンの運動エネルギー（Ｅａ）を所望の値に調整するためのイオン加速機構とクラスターサイズ（Ｎ）の調整機構とワークの加工面の法線方向を回転軸としてワークを回転させるためのワーク回転機構を有するガスクラスターイオンビーム照射装置であって、前記、θ、Ｅａ、Ｎの関係が０．０２ｅＶ≦（Ｅａ／Ｎ）×ｃｏｓ２θ≦０．５ｅＶとなるように制御する装置である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明により、従来のモノマーイオンビームと比べて１桁高いスパッタ率が得られるというガスクラスターイオンビームの特長を生かしつつ、ワーク加工面に対して垂直方向へのエネルギー成分を低減することで、モノマーイオンビームでは実現し得ない低損傷での平坦化加工が可能となる。具体的には、従来のモノマーイオンビームでは斜めから照射しても、１次イオンの侵入が避けられなかったが、ガスクラスターイオンビームでは本質的に１次イオンの侵入を抑制することができる。さらに、ガスクラスターイオンビームのスパッタリングは、衝突カスケードやノックオン現象（イオン照射された物質における反跳ミキシング）によらず、ガスクラスターイオンの衝突地点が局所的に高温高圧になることに起因しているため、斜めからガスクラスターイオンを入射させることにより、高温領域が浅くなるため、ミキシング深さを低減することができる。さらに、本発明によれば、ガスクラスターイオンビームの照射角を適正値にすることにより、水平方向のミキシングも防止することができる。また、ワーク加工面に存在する突起に対しては、ワーク加工面に対する場合よりは小さな照射角となり、スパッタ率が大きくなるため、従来のモノマーイオンビームに比べて高いスパッタ率で、突起部を選択的に平坦化することができる。また、ガスクラスターイオンビームをワーク加工面の法線方向に対して斜め方向から照射しながら、ワークをワーク加工面の法線方向を回転軸として回転させることによって、ある突起が別な突起の陰になることにより加工が進まない現象を防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を用いて実施例を示す。
【実施例１】
【００１３】
図１は、本発明の第１の実施例の説明図である。配管１に接続されたノズル２から高圧のＡｒガスをクラスター発生チャンバー３に噴出させると、電荷を持たない中性のガスクラスタービームが発生する。クラスター発生チャンバー３は、図示されていない真空ポンプにより、クラスターが生成する圧力以下に排気されている。さらにスキマー４によりガスクラスタービームの中心部分が抽出され、イオン化チャンバー５に導入される。イオン化チャンバーも、図示されていない真空ポンプにより、イオン化及びイオンビームの輸送に支障がない圧力以下に排気されている。この圧力は、ガスクラスターイオンのサイズとエネルギーに依存するが、サイズ２０００のガスクラスターイオンを２０ｋｅＶで照射する場合、２．５×１０−５Ｔｏｒｒ（≒３．３×１０−３Ｐａ）以下である。イオン化チャンバー５に設置されたイオン源６（ＥＩイオン源として知られる）中に入ったクラスターは、フィラメント７から発生する熱電子との衝突により電離して１価のガスクラスターイオンとなり、更に電極８、９、１０でイオン源６からガスクラスターイオンビーム１７として引き出される。ガスクラスターイオンは、上記電極８、９、１０からなるイオン加速機構により、所定の運動エネルギーを持つように加速される。加速されたガスクラスターイオンは、照射チャンバー１３まで輸送され、ワークホルダー１４に固定されたワーク１５に照射される。図示されていないが、ワークホルダー１４は、加工表面の法線１６に対する角度（照射角：θ）を５０°以上９０°以下の所望の角度に調整するための照射角調整機構と、前記法線を中心軸として回転させるための回転機構を備えている。
【００１４】
上記イオン源６では、図示していない電源によりフィラメント７が赤熱する程度の電流を流し、そこで発生した熱電子にＡｒの電離電圧（１５．７ｅＶ）以上に加速して中性のガスクラスターに衝突させることで、ガスクラスターイオンを発生させる。
【００１５】
また、上記イオン加速機構は、電極８、９、１０で構成されている。電極８はイオン源６と等電位であり、正の高電圧、例えば２０ｋＶが印加され、電極９には負の高電圧、例えば−２０ｋＶが印加され、電極１０は接地電極となっている。この場合、電極８に印加する電圧がガスクラスターイオンの加速電圧となる。このような構成とすることにより、２０ｋｅＶの照射エネルギーを持つガスクラスターイオンビームを得ることができる。
【００１６】
ガスクラスターイオンビームの軌道上に、ビームに対して垂直な磁界を発生させる磁石１１を設置する。この磁界を通過するときに、ビーム中に含まれるモノマーイオンは、ローレンツ力の影響を強く受け、初期の軌道から逸れる。このモノマーイオンは、ガスクラスターをイオン化した際などに発生したものである。ガスクラスターイオンもローレンツ力の影響を受けるが、質量電荷比（ｍ／ｚ，ｍは質量数，ｚは電荷数）が大きいため、その影響は軽微である。即ち、磁石１１はアルファフィルタ（ａｌｆａ  ｆｉｌｔｅｒ）等として知られるエネルギーフィルタとして働き、ワーク１５（被加工物）の質量電荷比の小さい（加速され易い）モノマーイオンによる照射を防ぐが、所望される１価のガスクラスターイオンの質量電荷比付近（例えば、ｍ／ｚ≧１，０００）におけるそのエネルギー分解能を下げることにより、ワーク１５を１価のガスクラスターイオンで照射させる。従って、イオン化チャンバー５と照射チャンバー１３の間に適切な穴径を持つアパーチャーを設けると、ガスクラスターイオンのみがアパーチャーを通過し、モノマーイオンがワークに照射されることが防止される。
【００１７】
さらに、イオン源６からワーク１５に至るガスクラスターイオンビーム１７の軌道付近には、ニュートラライザー１２が設置される。このニュートラライザー１２は、ワーク１５及びワークホルダー１４が正電荷を有するガスクラスターイオンビーム１７で照射されて正に帯電することにより、それ以降、ガスクラスターイオンビーム１７が帯電したワーク１５に到達し難くなる問題を解決するものである。ニュートラライザー１２は、図示されていない電源を接続したフィラメントに、これが赤熱する程度の電流を流し、このフィラメントから発生した熱電子（負電荷）でワーク１５及びワークホルダー１４を照射することにより、これらが正に帯電することを防止する。ニュートラライザー１２から発生した熱電子は概ねガスクラスターイオンビーム１７と同様な軌道に沿ってワーク１５に到達する。
【００１８】
図２は、照射チャンバー１３で、照射角調整機構及び回転機構を有するワークホルダー１４に固定されたワーク１５を、ワーク表面の法線１６を軸として回転させながら、照射角θを５０°以上９０°以下に調整して、ガスクラスターイオンビーム１７を照射している状態の拡大図を示す。図２において、ワークホルダー１４の回転機構、及び照射角調整機構は図示されていない。さらに、図３には、ワーク１５の照射表面１８付近の拡大図を示す。図３に示すように、本発明によるガスクラスターイオンビーム照射装置で照射することによって、ワーク表面１８上に点在する突起１９の表面への照射角（θ'）は、ワーク表面１８への照射角（θ）より小さくなる。この照射角θ，θ'は、ワーク１５及びその突起１９の夫々の表面に対する法線１６，２０に対するガスクラスターイオンビーム１７の入射方向のずれとして定義され、その値が小さいほど、ガスクラスターイオンビーム１７は当該表面に垂直に近い状態で入射する。そのため、突起１９の表面がガスクラスターイオンビーム１７によりエッチングされる度合い（エッチレート）は、ワーク表面１８のエッチレートよりも大きくなる。そのため、突起１９は選択的にエッチングされて除去され、その結果、ワーク表面１８の平坦化が進行する。また、ワークホルダー１４をワーク表面１８の法線１６を回転軸として回転させているため、ワーク表面１８に対してガスクラスターイオンビーム１７の入射方向を固定している（ワーク表面１８を回転させない）ときには、ガスクラスターイオンビーム１７の入射方向から見て突起１９の陰になり、エッチングが進まない他の突起（図示されず）もエッチングすることができ、ワーク表面１８全域の平坦化の進行を速めることができる。
【００１９】
図４には、膜厚５０ｎｍのＮｉＦｅ膜が形成された試料における元素の含有量を、二次イオン質量分析計（以下、ＳＩＭＳと記す）を用いて、ＮｉＦｅ膜の表面からの深さ方向に沿って測定した結果が示される。ＳＩＭＳは、ＮｉＦｅ膜をその表面に照射される一次イオン（ガリウム（Ｇａ）やセシウム（Ｃｓ）等が用いられる）で掘りながら、掘削された深さに存在する元素をイオン化し、これを二次イオンとして同定する。図４（ａ）は上記ＮｉＦｅ膜をＡｒ（アルゴン）のガスクラスターイオンビームで、図４（ｂ）は上記ＮｉＦｅ膜をＡｒのモノマーイオンビームで、照射エネルギー２０ｋｅＶ、ドーズ量（イオンビームの進行方向に直交する単位断面積当たりのイオン量）５×１０１５ｉｏｎｓ／ｃｍ２の条件で夫々照射した試料におけるＮｉ、Ｆｅ、Ａｒの各元素の含有量（任意単位）を、当該ＮｉＦｅ膜の表面からの深さ方向に沿って測定した所謂「深さプロファイル」として示す。一方、図４（ｃ）は、斯様なイオンビームのいずれにも照射されない上記ＮｉＦｅ膜におけるＮｉ、Ｆｅ、Ａｒの各々の深さプロファイルを示す。Ａｒのガスクラスターイオンにもモノマーイオンにも照射されないＮｉＦｅ膜の深さプロファイル（図４（ｃ））にて、その深さ（厚さ：０〜５０ｎｍ）の全域に亘り検出されたＡｒは、ニッケル（Ｎｉ）及び鉄（Ｆｅ）を含むスパッタリング・ターゲットをＡｒのイオンでスパッタしながらＮｉ原子やＦｅ原子を試料表面に堆積する工程（ＮｉＦｅ膜の形成工程）で、このＮｉＦｅ膜に取り込まれたものである。
【００２０】
Ａｒのモノマーイオンビームで照射されたＮｉＦｅ膜では、図４（ｂ）に示すように、その厚さ（５０ｎｍ）全域に亘り、任意単位にして５，０００〜５０，０００のＡｒイオンが検出されたが、Ａｒのガスクラスターイオンビームで照射されたＮｉＦｅ膜では、図４（ａ）に示すように、任意単位にして最大でも１００程度のＡｒイオンが検出されたに過ぎず、その値は図４（ｃ）に示されたＡｒイオンと略同程度である。従って、Ａｒのモノマーイオンビームで照射されたＮｉＦｅ膜では、図４（ｂ）に示されるように、その厚さ（５０ｎｍ）全体に亘りＡｒが打ち込まれているのに対し、Ａｒのガスクラスターイオンビームで照射されたＮｉＦｅ膜では、図４（ａ）に示されるように、Ａｒの侵入がほぼ抑制されている。
【００２１】
図５の（ａ）及び（ｂ）には、照射エネルギー２０ｋｅＶ、ドーズ量１×１０１５ｉｏｎｓ／ｃｍ２でアルゴン原子のガスクラスターイオンビームが照射された膜厚５０ｎｍのＮｉＦｅ膜におけるＮｉ、Ｆｅ、Ｏの深さプロファイルが示される。図５（ａ）の深さプロファイルを示すＮｉＦｅ膜には照射角０°で、図５（ｂ）の深さプロファイルを示すＮｉＦｅ膜には照射角６０°で、ガスクラスターイオンビームが夫々照射されている。図５（ｃ）にはガスクラスターイオンビーム照射前のＮｉＦｅ膜のＮｉ、Ｆｅ、Ｏの深さプロファイルを示す。図５（ｃ）に示すように、照射前の膜には自然酸化膜２４が形成されている。図５（ａ）に示すように照射角０°で照射した場合は、表面の自然酸化膜とＮｉＦｅ膜のミキシング層２２が形成され、組成ずれも見られる。このミキシング層は表面の自然酸化膜に含まれる酸素原子や表面に吸着している水分子等の酸素原子が、ガスクラスターイオンの衝突に伴って、ＮｉＦｅ膜中に侵入したものである。それに対し、図５（ｂ）に示すように照射角６０°で照射した場合は、図５（ｃ）と比較して、ミキシングによる酸化膜厚の増加もなく、組成ずれも抑制されており、加工損傷が１ｎｍ以下で加工することができた。図５（ｂ）の酸化膜２３（膜厚は約１ｎｍ）は自然酸化膜である。また、図５（ｂ）のサンプルの表面粗さＲａは、照射前が０．５ｎｍであったが、加工後は０．３ｎｍに低減することができた。
照射角が５０°より小さい場合、０°から照射角を増加させるのに従って、加工面の表面粗さが増加し、及び図５（ａ）に示したものと同様の加工損傷深さが増加する。
同様の加工は、照射するガスクラスターイオンのサイズ（Ｎ）と照射エネルギー（Ｅａ）と照射角（θ）の関係は、０．０２ｅＶ≦（Ｅａ／Ｎ）×ｃｏｓ２θ≦０．５ｅＶとすることによっても、実現できる。ここで、ガスクラスターイオンの照射エネルギーＥａとは、加速電圧に電荷素量を乗じたものである。クラスターサイズは、図１に示す装置の場合、ノズル２の１次側の圧力、フィラメント７に流す電流及びフィラメント７から発せられた熱電子のエネルギーによって決まる。（Ｅａ／Ｎ）×ｃｏｓ２θの値がこれより小さいと、ガスクラスターイオンの照射エネルギーが小さすぎて、加工が進まない。また、これより大きいと、高いエッチレートが得られるものの、図５（ａ）に示したものと同様に、膜表面に２〜１０ｎｍ程度の加工損傷が残る。
ところで、実際のビームに含まれるガスクラスターイオンのサイズは、単分散ではなく、分布を持っている。その場合のサイズＮは、平均値や最頻値等、その分布の特徴的な数値とする。
このように、本発明のガスクラスターイオンビーム照射装置を用いると、１次イオンの侵入を防止でき、ミキシングや組成ずれ等の加工損傷が生じる深さを１ｎｍ以下の加工面を得ることができる。
上記実施例のガスクラスターイオンビーム照射装置において、クラスターサイズ、加速電圧（照射エネルギー）、照射角及びワークホルダー１４の回転速度等は、真空を破らずに外部から制御できるようにすることで、加工プロセスを複数のステップで構成することが可能である。すなわち、加工前の表面粗さが大きい場合や、加工量が多い場合などは、照射エネルギーや照射角等を上記範囲にこだわらずに、例えばサイズ２０００のクラスターイオンを照射エネルギー２０ｋｅＶ、照射角４５°で照射することなどにより、粗加工を行い、表面粗さＲａが１ｎｍ以下、または残加工量が１０ｎｍ以下までになってから、上記範囲の照射エネルギー、照射角等に調整して仕上げ加工を行う機能を有するガスクラスターイオンビーム照射装置である。粗加工から仕上げ加工にいたるまでに、加速電圧や照射角等の調整をきめ細かく行い、ステップ数を３つ以上にする機能を有していてもよい。
ところで、上記実施例では、クラスター発生チャンバー７、イオン化チャンバー５、照射チャンバー１３の３つのチャンバーからなるシステムを示したが、クラスター発生機構、イオン化機構、イオン加速機構を備えていれば、チャンバーの構成は他の形態であっても構わない。クラスターの発生機構も、ノズル２を通じて高圧のＡｒガスを真空中に噴出するものとしたが、他の方法で発生させても良い。使用するガスもＡｒに限定するものではない。特に、Ｃｌ２やＳＦ６等で構成されるガスクラスターイオンを、これらのガスとの反応性を持つ材料に照射した場合は、化学反応による加工速度の増加が期待できる。また、ガスクラスターのイオン化は、フィラメントから発せられる熱電子の衝撃によって起こるとしたが、真空紫外光やＸ線等による光電離等であっても良い。電子付着等によって負イオンを発生させても構わない。イオン加速機構も、上記以外の構成（電極の枚数や印加する高電圧の極性等）であっても構わない。また、ガスクラスターイオンビーム中に含まれるモノマーイオンが十分少ない等の場合には、磁石１１を設置しなくても良い。さらに、ニュートラライザー１２は、フィラメントから電子を供給するタイプのものを示したが、プラズマを電子源とするもの等、方式は問わない。また、ワークが接地されていたり、帯電量がビームのエネルギーに比べて十分小さい等、ガスクラスターイオンビームを照射したことによる帯電が問題にならない場合にはニュートラライザー１２そのものを備えていなくても構わない。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明は、加工損傷をナノメートルレベルに低減することを目的としている。半導体デバイスや磁気ヘッド、磁気ディスク等の磁性デバイス、また液晶ディスプレイをはじめとする表示デバイス、光デバイスの高性能化に伴って、低加工損傷で加工する必要が増加する。これらのデバイスにおいて、加工損傷を抑制しつつ、平坦化を行う工程に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】ビームの照射角調整機構及びワークホルダーの回転機構を有するガスクラスターイオンビーム照射装置の概略図
【図２】照射角調整機構及び回転機構を有するワークホルダーの概略図
【図３】ガスクラスターイオンビーム照射中のワーク表面の説明図
【図４】ＳＩＭＳにより測定したＮｉ、Ｆｅ、Ａｒの深さプロファイル
【図５】ＳＩＭＳにより測定したＮｉ、Ｆｅ、Ｏの深さプロファイル
【符号の説明】
【００２４】
１…ガス配管、２…ノズル、３…クラスター発生チャンバー、４…スキマー、  ５…イオン化チャンバー、６…イオン源、７…フィラメント、８，９，１０…電極、１１…磁石、１２…ニュートラライザー、１３…照射チャンバー、１４…ワークホルダー、１５…ワーク、１６…ワーク表面の法線、１７…ガスクラスターイオンビーム、１８…ワーク表面、１９…ワーク表面の突起、２０…ワーク表面に生じた突起の表面の法線、２２…ミキシング層、２３，２４…自然酸化膜。
【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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