(57)【要約】      （修正有）【課題】被処理物に均一な密度の中性粒子ビームを照射することができる中性粒子ビーム処理装置を提供する。【解決手段】中性粒子ビーム処理装置は、複数の孔４０が形成された構造体４２と複数の中性粒子ビーム生成機構５０とを有する中性粒子ビーム源を備えている。各中性粒子ビーム生成機構５０は、孔４０の内部のプラズマ領域Ｐにマイクロプラズマを発生させるマイクロプラズマ生成部５１と、マイクロプラズマ中のイオン１０２を中性化領域Ｎに引き出すイオン引出部５２と、引き出されたイオン１０２を中性化して中性粒子ビーム１０４を生成する中性化部５３とを有している。マイクロプラズマ生成部５１とイオン引出部５２と中性化部５３とは構造体４２に一体に形成されている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの孔が形成された構造体と、
前記構造体の孔の内部のプラズマ領域にマイクロプラズマを発生させるマイクロプラズマ生成部と、
前記マイクロプラズマ中のイオンを前記構造体の孔の内部の中性化領域に引き出すイオン引出部と、
前記イオン引出部により引き出されたイオンを前記中性化領域で中性化して中性粒子ビームを生成する中性化部と、
を備えたことを特徴とする中性粒子ビーム源。
【請求項２】
複数の孔が形成された構造体と、
前記構造体の複数の孔の少なくとも一部に対応して設けられた複数の中性粒子ビーム生成機構とを備え、
前記複数の中性粒子ビーム生成機構は、それぞれ、
前記構造体中の対応する孔の内部のプラズマ領域にマイクロプラズマを発生させるマイクロプラズマ生成部と、
前記マイクロプラズマ中のイオンを前記対応する孔の内部の中性化領域に引き出すイオン引出部と、
前記イオン引出部により引き出されたイオンを前記中性化領域で中性化して中性粒子ビームを生成する中性化部と、
を有することを特徴とする中性粒子ビーム源。
【請求項３】
前記マイクロプラズマ生成部は、それぞれ異なる種類のプロセスガスからマイクロプラズマを生成することを特徴とする請求項２に記載の中性粒子ビーム源。
【請求項４】
前記マイクロプラズマ生成部は、
前記対応する孔の内面に設けられた一対のプラズマ電極と、
前記一対のプラズマ電極に電圧を印加する電源と、
を有することを特徴とする請求項２または３に記載の中性粒子ビーム源。
【請求項５】
前記電源は、少なくとも１つのマイクロプラズマ生成部に対してそれぞれ個別に制御された電圧を印加することを特徴とする請求項４に記載の中性粒子ビーム源。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載の中性粒子ビーム源と、
前記中性粒子ビームが照射される被処理物を保持する保持台と、
前記中性粒子ビーム源と前記保持台とを内部に収容した容器と、
を備えたことを特徴とする中性粒子ビーム処理装置。
【請求項７】
前記中性粒子ビーム源で生成された中性粒子ビーム中に残留する荷電粒子を除去する荷電粒子除去手段をさらに備えたことを特徴とする請求項６に記載の中性粒子ビーム処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中性粒子ビーム源および中性粒子ビーム処理装置に係り、特に中性粒子ビームを生成し、該中性粒子ビームを被処理物に照射してエッチングなどの処理を行う中性粒子ビーム源および中性粒子ビーム処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、中性粒子ビームを利用して、膜の堆積やドーピング、エッチングなどの処理が行われている。例えば、特許文献１には、高フラックスの中性粒子ビーム（Ｎｅビーム）を生成する方法が開示されている。中性粒子ビームとは、進行方向の揃った原子や分子などの電荷を持たない粒子の集団をいう。このような中性粒子ビームを利用した処理によれば、荷電粒子を被処理物に照射しないで処理を行うことができるので、被処理物のチャージアップを避けることができ、被処理物上に形成されたデバイスのチャージアップによる破壊を避けることができる。
【０００３】
ここで、チャージアップとは、被処理物の表面における帯電現象であり、電荷が蓄積する被処理物の表面に電荷が蓄積した状態をいう。チャージアップなどにより被処理物の表面に電場が生じた場合でも、中性粒子ビームを利用すれば、軌道が変化せず直進性に優れたビームにより被処理物を加工することができる。したがって、例えば、中性粒子ビームを用いたエッチングは、アスペクト比の大きいトレンチ構造を形成するために垂直にエッチングする必要がある場合に好適である。
【０００４】
例えば、中性粒子ビームを利用してエッチングを行う従来の中性粒子ビーム処理装置は、図１に示すように、内部にイオンを生成するプラズマ生成室５００と被処理物５０２の加工を行う処理室５０４とが形成された真空容器５０６を有している。プラズマ生成室５００の上部には、真空容器５０６内にプロセスガスを導入するガス供給ポート５０８が設けられており、このガス供給ポート５０８はガス供給配管５１０を介してガス供給源５１２に接続されている。ガス供給配管５１０には、真空容器５０６に供給するプロセスガスの流量を制御する流量制御装置５１４が設けられている。
【０００５】
プラズマ生成室５００の外周には、真空容器５０６の外部にプラズマを発生する誘導結合型のコイル５１６が配置されている。このコイル５１６は、マッチングボックス５１８および高周波電源５２０に接続されている。また、プラズマ生成室５００の内部の上流側には、導電体で形成された上流電極５２２が配置されている。また、プラズマ生成室５００と処理室５０４との間には、多数の孔が形成された多孔電極５２４が配置されている。上流電極５２２と多孔電極５２４とはバイアス電源５２６に接続されている。処理室５０４内には、被処理物５０２を保持する保持台５２８が配置されており、この保持台５２８の上面に被処理物５０２が載置される。処理室５０４にはガスを排出するためのガス排出ポート５３０が設けられており、このガス排出ポート５３０はガス排出配管５３２を介して真空ポンプ５３４に接続されている。この真空ポンプ５３４によって処理室５０４は所定の圧力に維持される。
【０００６】
このような従来の中性粒子ビーム処理装置においては、まず、処理室５０４内の保持台５２８の上に被処理物５０２を載置する。そして、真空ポンプ５３４を作動させることにより、真空容器５０６内を真空排気し、真空容器５０６内を所定の圧力にする。これにより、ガス供給源５１２からプロセスガスを真空容器５０６の内部に導入する。そして、高周波電源５２０によって高周波電圧をコイル５１６に印加し、プラズマ生成室５００内に高周波電界を形成する。真空容器５０６内に導入されたプロセスガスは、加速された電子により電離され、プラズマ生成室５００内に高密度プラズマ５３６が生成される。
【０００７】
このとき、バイアス電源５２６によって上流電極５２２と多孔電極５２４との間にバイアス電圧を印加し、プラズマ５３６中に電場を形成する。これにより、プラズマ５３６中で発生したイオンは、この電場によってイオンビーム５３８として引き出される。このイオンビーム５３８は、多孔電極５２４を通過する際に、電極５２４中の孔壁と接触したり、孔中の残留ガスと衝突したりすることにより、電荷を失い中性化され、中性粒子ビーム５４０として処理室５０４の内部に放射される。この中性粒子ビーム５４０は、処理室５０４の内部を直進して保持台５２８に載置された被処理物５０２に照射され、この中性粒子ビームによって被処理物５０２の表面のエッチングが行われる。
【０００８】
しかしながら、従来の中性粒子ビーム処理装置は、プラズマを生成するための機構を１つしか備えていないので、プラズマ生成室５００内でのプラズマ密度を均一に制御することが困難であった。したがって、引き出すイオンビーム５３８の密度をイオンビームの進行方向に対して垂直な面上で均一にすることができなかった。このため、被処理物５０２に照射される中性粒子ビーム５４０が位置によって不均一になり、大きな面積を有する被処理物５０２の表面に対して均一な処理を行うことが困難であった。
【０００９】
また、１つのプラズマ生成機構によりプラズマを生成するので、被処理物５０２に対する処理のために複数種類のプロセスガスが必要とされる場合に、それぞれのプロセスガスごとにプラズマの生成条件を制御することができなかった。すなわち、それぞれのプロセスガスがプラズマ化されることによって生成されるイオン種やラジカル種などの活性種の密度やエネルギーを、それぞれの活性種ごとに個別に制御することができなかった。このため、被処理物５０２と活性種との反応を制御することが困難となり、被処理物５０２の表面を処理するのに最適な条件を実現することが困難であった。
【００１０】
【特許文献１】特開昭６３−３１８０５８号公報
【特許文献２】特開２００４−２２０９３５号公報
【特許文献３】特開２００４−２３５４０７号公報
【特許文献４】特開２００１−２９６３９８号公報
【特許文献５】特開平８−２４１８７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、被処理物に大口径で均一な密度の中性粒子ビームを照射することができる中性粒子ビーム源および中性粒子ビーム処理装置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】
【００１２】
本発明の第１の態様によれば、被処理物に均一な密度の中性粒子ビームを照射することができる中性粒子ビーム源が提供される。この中性粒子ビーム源は、少なくとも１つの孔が形成された構造体と、上記構造体の孔の内部のプラズマ領域にマイクロプラズマを発生させるマイクロプラズマ生成部とを備えている。さらに、中性粒子ビーム源は、上記マイクロプラズマ中のイオンを上記構造体の孔の内部の中性化領域に引き出すイオン引出部と、上記イオン引出部により引き出されたイオンを上記中性化領域で中性化して中性粒子ビームを生成する中性化部とを備えている。上記マイクロプラズマ生成部と上記イオン引出部と上記中性化部とは構造体に一体に形成されている。
【００１３】
従来の中性粒子ビーム源を用いた場合には、中性粒子ビームの密度が被処理物の表面上の位置によって異なるために、大きな面積を有する被処理物に対して均一な処理を行うことが困難であった。しかしながら、上述した本発明の第１の態様によれば、中性粒子ビーム源を微小化することができるので、被処理物に対する加工を行うために最適な場所に中性粒子ビーム源を配置することができ、被処理物に均一な密度の中性粒子ビームを照射することができる。
【００１４】
本発明の第２の態様によれば、被処理物に均一な密度の中性粒子ビームを照射することができる中性粒子ビーム源が提供される。この中性粒子ビーム源は、複数の孔が形成された構造体と、上記構造体の複数の孔の少なくとも一部に対応して設けられた複数の中性粒子ビーム生成機構とを備えている。それぞれの中性粒子ビーム生成機構は、上記構造体中の対応する孔の内部のプラズマ領域にマイクロプラズマを発生させるマイクロプラズマ生成部と、上記マイクロプラズマ中のイオンを上記対応する孔の内部の中性化領域に引き出すイオン引出部と、上記イオン引出部により引き出されたイオンを上記中性化領域で中性化して中性粒子ビームを生成する中性化部とを有している。
【００１５】
このように、中性粒子ビーム源に微小化された複数の中性粒子ビーム生成機構を設けることができるので、複数の中性粒子ビーム源を配置する際の自由度が大きくなる。また、中性粒子ビーム生成機構を被処理物の被処理面に対して多数配置することができるので、被処理面の面積が大きい場合であっても、中性粒子ビーム生成機構の数を増やすことで処理面積を増やすことができる。すなわち、大きな面積を有する被処理物に均一な密度の中性粒子ビームを照射することができる。また、複数の中性粒子ビーム生成機構を有しているため、異なる種類のプロセスガスからマイクロプラズマによって活性化された活性種ごとの密度やエネルギーの制御を行うことができ、加工精度を向上させることができる。この結果、被処理物の表面に対して方向選択性の高い加工を行うことができる。
【００１６】
また、マイクロプラズマ生成部は、それぞれ異なる種類のプロセスガスからマイクロプラズマを生成することができる。この場合には、互いに異なる種類のプロセスガスを、それ別々のマイクロプラズマ生成部に導入することで、プラズマ中での複数種類のプロセスガスの相互作用による不要な活性種を抑制することができるので、被処理物の表面と必要な活性種との反応の制御がより容易になる。加えて、各種類のプロセスガスに最適なプラズマ生成電圧の供給が可能になるから、この点からも前記反応の制御を好ましく行うことができる。
【００１７】
上記マイクロプラズマ生成部は、上記対応する孔の内面に設けられた一対のプラズマ電極と、上記一対のプラズマ電極に電圧を印加する電源とを有していてもよい。また、１つの孔に対して一対のプラズマ電極が設けられた場合において、複数対のプラズマ電極に１つの電源から電圧を印加してもよい。このときは電源の総数を減らすことができ、構造の簡素化や低コスト化が可能となる。これらの場合において、上記電源により、少なくとも１つのマイクロプラズマ生成部に対してそれぞれ個別に制御された電圧を印加してもよい。このような構成により、中性粒子ビームの密度の一様性を厳格に維持する必要がある場合にも対応することができる。
【００１８】
本発明の第３の態様によれば、被処理物に均一な密度の中性粒子ビームを照射することができる中性粒子ビーム処理装置が提供される。この中性粒子ビーム処理装置は、上述した中性粒子ビーム源と、上記中性粒子ビームが照射される被処理物を保持する保持台と、上記中性粒子ビーム源と上記保持台とを内部に収容した容器とを備えている。
【００１９】
さらに、中性粒子ビーム処理装置は、上記中性粒子ビーム源で生成された中性粒子ビーム中に残留する荷電粒子を除去する荷電粒子除去手段を備えていてもよい。このような荷電粒子除去手段により、被処理物の表面のわずかなチャージアップをも避けることができるので、わずかな帯電によっても破壊されてしまうデバイス素子を処理することが可能となる。
【００２０】
例えば、特許文献２には、互いに隣接した多数の同一種類のマイクロプラズマにおいて、１つ１つのマイクロプラズマを各々独立した微小な状態に保持することを可能としたマイクロプラズマ生成装置が開示されている。このマイクロプラズマ生成装置は、多数のマイクロプラズマを利用するものではあるが、本発明とは全く趣旨を異にする発明であり、目的、構成、作用および効果のいずれの点においても本発明とは異なるものである。
【００２１】
また、特許文献３には、１つのマイクロプラズマ源におけるプラズマ発生領域を制御するマイクロプラズマ発生装置が開示されているが、このマイクロプラズマ発生装置は、本発明とは本質的に異なるものであり、マイクロプラズマの利用という点からしても本発明に対する記載や示唆は全くない。
【００２２】
特許文献４には、中性ビームの大口径化および大容量化を実現する中性ビーム処理装置が開示されているが、この中性ビーム処理装置のプラズマ生成機構は１つである。また、特許文献５には、幅広い種類の中性ビームを高密度で形成する中性ビーム発生装置が開示されているが、この中性ビーム発生装置のプラズマ生成機構も１つである。したがって、これらの文献に記載された発明と本発明とは本質的に異なるものであり、その原理、構成、作用および効果のいずれの点においても本発明とは全く異なるものである。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係る中性粒子ビーム源および中性粒子ビーム処理装置によれば、被処理物に均一な密度の中性粒子ビームを照射することができる。また、中性粒子ビーム生成機構を複数備えることで、中性粒子ビームを大口径かつ大面積の被処理物に均一に照射することができ、被処理物に対してより高精度な処理が可能となる。この結果、例えば半導体デバイス等に対する微細で高精度かつ高アスペクト比の加工を、チャージアップによって素子にダメージを与えることなく実現することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明に係る中性粒子ビーム処理装置の実施形態について図２から図１０を参照して詳細に説明する。なお、図２から図１０において、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
【００２５】
図２は、本発明の第１の実施形態における中性粒子ビーム処理装置１０の全体構成を示す模式図である。図２に示すように、中性粒子ビーム処理装置１０は、真空ポンプ１２が接続された真空容器１４を備えている。この真空容器１４の内部には、プロセスガスから中性粒子ビームを生成する中性粒子ビーム源１６が配置されている。この中性粒子ビーム源１６の下方には、半導体基板、ガラス、有機物、セラミックスなどの被処理物１８を保持する保持台２０が配置されており、この保持台２０の上面に被処理物１８が載置されている。なお、必要に応じて、被処理物１８の表面のうち処理を行わない部分をレジストなどによって被覆することにより、所望の部分だけを加工することができる。
【００２６】
真空容器１４の上部には、真空容器１４内にプロセスガスを導入するガス供給ポート２２が設けられており、このガス供給ポート２２はガス供給配管２４を介してガス供給源２６に接続されている。ガス供給配管２４には、真空容器１４に供給するプロセスガスの流量を制御する流量制御装置２８が設けられている。
【００２７】
使用するプロセスガスの種類は、被処理物１８に対して行う加工の種類によって異なるが、例えば、エッチング加工を行う場合には、ＳＦ６，ＣＨＦ３，ＣＦ４，Ｃｌ２，Ａｒ，Ｏ２，Ｎ２，Ｃ４Ｆ８などのプロセスガスが真空容器１４内に供給される。なお、必要に応じて、ガス供給源２６を複数設け、複数種類のプロセスガスを同時に真空容器１４に供給するような構成にしてもよい。この場合には、プロセスガスの種類ごとに流量制御装置を設け、その下流側で複数のプロセスガスを合流させてから真空容器に導入することができる。
【００２８】
図２に示すように、被処理物１８が配置された処理室３０には、ガスを排出するためのガス排出ポート３２が設けられており、このガス排出ポート３２はガス排出配管３４を介して真空ポンプ１２に接続されている。この真空ポンプ１２によって処理室３０は所定の圧力に維持される。ここで、処理室３０は、中性粒子ビーム源１６から照射される中性粒子ビームが残留ガスに衝突することで方向性を変えないように、被処理物１８と中性粒子ビーム源１６との距離よりも気体粒子の平均自由行程の方が長くなるような真空度まで真空排気される。
【００２９】
ここで、処理室３０内の保持台２０に被処理物１８を載置すると、被処理物１８の表面が、中性粒子ビーム源１６から照射される中性粒子ビームの入射方向に対して垂直になるように構成されている。これにより、中性粒子ビームによる被処理物１８の表面の垂直加工が可能となる。なお、保持台２０は回転機構を備えていることが好ましい。このような回転機構により保持台２０を回転させることで、位置によって中性粒子ビーム源１６による中性粒子ビームの被処理物１８への照射が不均一になる場合であっても、中性粒子ビームの照射を平均化することができ、被処理物１８の表面全体をほぼ均一に加工することができる。また、保持台２０が、中性粒子ビームの入射方向と垂直な平面上で直線運動または円運動を行う機構を備えていても、回転機構と同様の効果を得ることができる。
【００３０】
なお、被処理物１８を処理室３０に導入する際に予備排気を行う予備排気室（図示せず）を処理室３０に隣接して設け、処理室３０と予備排気室とゲートバルブを介して接続してもよい。このような構成にすれば、真空容器１４内を大気圧に戻すことなく、被処理物１８を保持台２０に配置することができる。したがって、真空排気に要する時間が極めて短くなるので、プロセスタイムを短縮することができる。
【００３１】
図３は、図２の中性粒子ビーム源１６の拡大図である。図３に示すように、中性粒子ビーム源１６は、多数の細孔４０が形成された平板状の構造体４２を備えている。この構造体４２は、中性化電極４４と、その上部に配置された絶縁体４６とから構成されるものである。それぞれの細孔４０に対応して、マイクロプラズマから中性粒子ビームを生成する中性粒子ビーム生成機構５０が形成されている。
【００３２】
図４は、１つの中性粒子ビーム生成機構５０を拡大して示す模式図である。図４に示すように、中性粒子ビーム生成機構５０は、上述したガス供給ポート２２から導入されたプロセスガス１００をプラズマ化してマイクロプラズマを生成するマイクロプラズマ生成部５１と、マイクロプラズマ中のイオン１０２を引き出すイオン引出部５２と、引き出されたイオン１０２を中性化して中性粒子ビーム１０４を生成する中性化部５３とを備えており、これらのマイクロプラズマ生成部５１、イオン引出部５２、および中性化部５３が、対応する細孔４０の内部にその長手方向に沿ってこの順番で配置されている。
【００３３】
図４に示すように、マイクロプラズマ生成部５１は、高周波電源５４と、高周波電源５４に接続される一対のプラズマ電極５６，５６とを備えている。一対のプラズマ電極５６，５６は、絶縁体４６中の細孔４０の内面に互いに対向するように配置されている。高周波電源５４によりプラズマ電極５６，５６間に高周波電圧を印加すると、プラズマ電極５６，５６間のプラズマ領域Ｐにプラズマ（マイクロプラズマ）が生成される。
【００３４】
プラズマを発生させるためには、細孔４０の形状や寸法、プロセスガス１００の種類や圧力、高周波電源５４により印加する電圧や電力が所定の範囲内にあるように調整する必要がある。例えば、プラズマ電極が平行平板型で直流を印加することによりプラズマを発生する方法においては、プラズマの発生開始電圧に関してパッシェンの法則が経験的に知られている。細孔４０の寸法やプロセスガス１００の流量は、プロセスガス１００の種類によって異なるものの、例えばアルゴンガスをプロセスガス１００として使用する場合には、プラズマ電極５６，５６間の距離を２ｍｍ程度にし、プラズマ領域Ｐの圧力を１００Ｐａ程度にするのがよい。
【００３５】
なお、図３では、中性粒子ビーム生成機構５０がそれぞれ個別に高周波電源５４を備えた例を示しているが、例えば複数対のプラズマ電極５６,５６に対して１つの高周波電源５４から給電してもよい。また、それぞれの高周波電源５４は個別にその電圧を制御できるようにすることで、一層好ましく中性粒子ビーム１０４の均一化を達成することができる。
【００３６】
イオン引出部５２は、第１のバイアス電源５８と、第１のバイアス電源５８に接続されるイオン引出電極６０と、絶縁体４６の下方に配置された中性化電極４４とによって構成されている。イオン引出電極６０は、絶縁体４６中の細孔４０の内面のプラズマ電極５６の下方に配置されている。
【００３７】
第１バイアス電源５８によりイオン引出電極６０と中性化電極４４との間に電圧を印加することにより、マイクロプラズマ中のイオン１０２をマイクロプラズマ生成部５１とは反対方向に、すなわちイオン引出電極６０から中性化電極４４に向かう方向に加速し、マイクロプラズマ中のイオン１０２を中性化電極４４の細孔４０の内部の中性化領域Ｎに引き出すようになっている。図４に示す例では、マイクロプラズマ中の正イオンを引き出すために、イオン引出電極６０を基準として中性化電極４４に対して負の電圧を印加している。なお、第１バイアス電源５８による電圧の極性を反転させることにより、マイクロプラズマ中から負イオンを引き出すこともできる。
【００３８】
第１のバイアス電源５８により印加する電圧は処理の種類によって異なるが、被処理物１８のエッチングを行う場合には、例えば１００Ｖから５００Ｖ程度の電圧をイオン引出電極６０と中性化電極４４との間に印加することによって、イオン１０２を加速して被処理物の表面にエッチングをすることができる。
【００３９】
中性化電極４４は、中性粒子ビーム源１６の処理室３０側に配置されており、中性化領域Ｎに引き出されたイオン１０２を中性化する中性化部５３として機能する。すなわち、プラズマ領域Ｐから中性化領域Ｎに引き出されたイオン１０２は、中性化電極４４中の細孔４０を通過する際に電荷を失って中性化される。一般に、オリフィス状の細孔をイオンが通過するときに、細孔の壁と接触したり、細孔中の残留ガスと衝突したりすることにより、イオンが電荷を失うことが知られている（例えば、特開平９−２２３５９８号公報参照）。例えば、加速されたイオンが細孔の壁とほぼ平行に接触する場合には、イオンはその運動エネルギーをほとんど失わずに電荷交換により電荷だけを失う。したがって、本実施形態の中性化電極４４中の細孔４０にイオン１０２を通過させるだけで、イオン１０２を中性粒子とし中性粒子ビーム１０４を生成することができる。
【００４０】
なお、一般的には、中性化領域Ｎでイオン１０２が中性化されずに、中性粒子ビーム１０４の中にイオン１０２が残留してしまう場合がある。中性粒子ビーム１０４中に荷電粒子が残留することが許されない場合には、中性粒子ビーム１０４中に残留するイオン１０２を除去するための荷電粒子除去手段を必要に応じて設けてもよい。例えば、残留イオンを中性化するために微量の中性化ガスを中性化領域Ｎに導入してもよい。また、残留イオンが正イオンである場合には、残留イオンに電子を照射する微小な手段を付加して電子の照射により中性化を行ってもよい。さらに、残留イオンが負イオンである場合には、光を照射する手段などの何らかの形でエネルギーを残留イオンに与えて電子を解離することで中性化を行ってもよい。このような付加手段により残留イオンの中性化を促進して、イオン１０２の残留量を減少させることができる。
【００４１】
本実施形態では、図２および図３に示すように、中性粒子ビーム源１６と被処理物１８との間に、中性化領域Ｎで中性化されなかったイオンや電子、すなわち中性粒子ビーム中に残留する荷電粒子が処理室３０に入射することを防止するメッシュ電極６２が配置されている。図３に示すように、メッシュ電極６２および中性化電極４４は第２のバイアス電源６４に接続されている。メッシュ電極６２が正電位、中性化電極４４が負電位になるように第２のバイアス電源６４によって電場を印加することにより、中性粒子ビーム中に残留した正イオンの被処理物への照射を妨げることができるようになっている。なお、負イオンを除去する場合には、第２のバイアス電源６４により印加する電圧の極性を反転させればよい。
【００４２】
次に、本実施形態における中性粒子ビーム処理装置１０の動作について説明する。まず、処理室３０内の保持台２０の上に被処理物１８を載置する。そして、処理室３０に接続されている真空ポンプ１２を作動させることにより、真空容器１４内を真空排気し、真空容器１４内を例えば１Ｐａ以下の真空にする。このとき、残留ガスが不純物となって被処理物１８の処理に対して悪影響を与えるのを避けるために、真空容器１４内を１×１０−３Ｐａ以下の高真空にすることが好ましい。なお、上述したように処理室３０に隣接して予備排気室を設けた場合には、真空ポンプ１２を作動させた状態で被処理物１８を真空容器１４内に導入する。
【００４３】
そして、ガス供給源２６からＳＦ６，ＣＨＦ３，ＣＦ４，Ｃｌ２，Ａｒ，Ｏ２，Ｎ２，Ｃ４Ｆ８等などのプロセスガス１００を真空容器１４の内部に導入する。このとき、流量制御装置２８によりプロセスガス１００の流量が制御され、プロセスガス１００の流量がガスの種類や被処理物の種類などを考慮した最適な値に調整される。このプロセスガス１００は、真空容器１４内の中性粒子ビーム源１６のそれぞれの中性粒子ビーム生成機構５０のプラズマ領域Ｐに導入される。
【００４４】
そして、各プラズマ領域Ｐに導入されたプロセスガス１００は、マイクロプラズマ生成部５１によってプラズマ化される。すなわち、高周波電源５４によって高周波電圧をプラズマ電極５６，５６間に印加する。この高周波電圧の印加によってプラズマ領域Ｐには高周波電界が形成される。プロセスガス１００は、加速された電子により電離され、プラズマ領域Ｐ内に高密度のイオンと電子からなるマイクロプラズマが生成される。
【００４５】
次に、第１のバイアス電源５８によってイオン引出電極６０と中性化電極４４との間にバイアス電圧を印加し、この電場によってマイクロプラズマ中のイオン１０２を中性化領域Ｎの方向に加速する。図３および図４に示す例では、イオン引出電極６０に正電位、中性化電極４４に負電位を与えているため、正イオンが中性化領域Ｎに向かって加速され中性化領域Ｎに引き出される。第１のバイアス電源５８の極性を反転させれば、負イオンを中性化領域Ｎに引き出すことができる。
【００４６】
マイクロプラズマから引き出されたイオン１０２は、中性化電極４４中の細孔４０を通過する際に、細孔４０の壁と接触したり、細孔４０中の残留ガスと衝突したりすることにより、電荷を失い中性化される。このように、イオン１０２を細孔４０の中を通過させるだけで中性粒子ビーム１０４とすることができる。そして、第２のバイアス電源６４によって中性化電極４４とメッシュ電極６２との間にバイアス電圧を印加して電場を形成し、中性粒子ビーム１０４中に残留したイオン１０２が被処理物に照射されることを防止する。図３に示す例では、メッシュ電極６２に正電位、中性化電極４４に負電位を与えているため、中性粒子ビーム１０４中に残留した正イオンが除去される。第２のバイアス電源６４の極性を反転させれば、中性粒子ビーム１０４中に残留した負イオンを除去することができる。
【００４７】
このように、残留イオンが除去された中性粒子ビーム１０４は、処理室３０の内部を直進して保持台２０に載置された被処理物１８に照射される。被処理物１８の表面は、中性粒子ビーム１０４の入射方向に対して垂直になるように配置されているので、中性粒子ビーム１０４により被処理物１８の表面の垂直加工を行うことができる。また、必要に応じてレジストなどにより処理が不要な部分を事前に被覆しておけば、所望の部分だけ加工を行うことができる。
【００４８】
細孔４０内のプラズマ領域Ｐにマイクロプラズマを生成する手段としては、上述したプラズマ電極５６，５６と高周波電源５４との組み合わせに限られるものではなく、例えば、直流電源によりプラズマ電極５６，５６間に直流電圧を印加してもよい。あるいは、容量結合型プラズマ発生法、マイクロ波プラズマ発生法、ＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance）プラズマ発生法などのプラズマ発生法を用いてマイクロプラズマを生成してもよい。また、プラズマを発生させずにイオンを得る方法として、例えば、マイクロ電子線発生機構から電子線を照射し、原子または分子に電子を付着させることで負イオンを生成する方法がある。
【００４９】
また、細孔４０中のプラズマ電極５６，５６の構造はマイクロプラズマ生成部５１に応じて変更することができる。また、プラズマの発生は連続的でなくてもよく、高周波電源５４をパルス電源に代えてパルス状のプラズマを発生することとしてもよい。また、被処理物１８の表面の面積が微小な場合には、中性粒子ビーム源１６を１つだけ備えた中性粒子ビーム処理装置であってもよい。
【００５０】
なお、中性粒子ビーム１０４の強度はプラズマ密度と正の相関があるので、プラズマ領域Ｐのプラズマ密度を制御することで、イオン引出部５２により引き出すことのできるイオン１０２のビーム密度を制御することができる。これにより、中性粒子ビーム源１６から照射することができる中性粒子ビーム１０４の密度を制御することが可能となる。プラズマ領域Ｐのプラズマ密度は、プロセスガス１００の圧力および高周波電源５４によりプラズマ電極５６，５６に印加される電圧などにより制御することができる。プロセスガス１００の圧力は、流量制御装置２８によりプロセスガス１００の流量を調整することにより制御することができる。
【００５１】
同一構造の複数の中性粒子ビーム生成機構５０において、同一の条件、すなわち同一のプロセスガス１００を同一の流量で供給し、プラズマ電極５６，５６に同一の高周波電圧を印加させると、同じ強度の中性粒子ビーム１０４を生成することができる。したがって、同一構造の複数の中性粒子ビーム生成機構５０を被処理物１８の表面の上に配置して、各中性粒子ビーム生成機構５０を同一の条件で運転することにより、被処理物１８のすべての位置に同じ強度の中性粒子ビーム１０４を照射できるため、被処理面の全面にわたって均一な処理を行うことができる。
【００５２】
一方、被処理物１８に対して行う処理の種類によっては、中性粒子ビーム１０４の密度を位置によって異なるようにした方がよい場合や、中性粒子ビーム１０４の密度の一様性を厳格に維持するために、位置によってビームの密度を微調整する必要が生じる場合もある。このような場合には、各中性粒子ビーム生成機構５０に導入するプロセスガス１００の流量とプラズマ電極に印加する電圧とを個別に調整する必要があり、複数の中性粒子ビーム生成機構５０のそれぞれに対して流量制御装置と高周波電源を独立に設けることによって、それぞれの中性粒子ビーム生成機構５０を独立に制御して最適なビーム照射分布を得ることができる。なお、複数の中性粒子ビーム生成機構５０をいくつかのグループに分けて、各グループに対して１つの高周波電源を設けてもよいし、さらには流量制御装置をも共用するために１つの流量制御装置と高周波電源とを設けるようにしてもよい。この場合には、流量制御装置や高周波電源の数を減らすことができるので、上述した高精度の制御を簡単な構成で低コストに行うことができる。
【００５３】
一般的に、プラズマ放電を開始する閾値となる電圧は、放電用気体の圧力と電圧を印加する電極間の距離との積に対してある極小値をとる。したがって、放電空間が微小となり電極間の距離が小さくなると、なるべく低い電圧で放電させるために、放電用気体の圧力を高くする必要がある。したがって、プラズマ電極５６，５６間の距離が小さいマイクロプラズマ生成部５１においては、放電用気体の圧力を高く維持する必要が生じる。図５は、本発明の第２の実施形態における中性粒子ビーム源の中性粒子ビーム生成機構１５０を示す模式図であり、放電用気体の圧力を高く維持することができるものである。
【００５４】
図５に示す例では、絶縁体１４６を中性化電極４４に対して細くし、イオン引出電極１６０を絶縁体１４６に対して太く形成している。このように、プラズマ領域Ｐから中性化領域Ｎに至る通路１７０がイオン引出電極１６０により狭くなっているので、プラズマ領域Ｐの圧力を処理室３０の圧力よりも高く維持することができる。したがって、プラズマ生成用電源、例えば高周波電源５４により印加する電圧が低くてもプラズマ領域Ｐにプラズマを生成することができる。
【００５５】
例えば、このような中性粒子ビーム生成機構１５０において、プラズマ領域Ｐの圧力を約１００Ｐａに維持するためには、イオン引出電極１６０により形成される通路１７０（オリフィス）の内径を１ｍｍ程度、長さ２ｍｍ程度とし、アルゴンガスの流量を１つのマイクロプラズマ生成部に対して０．５ｓｃｃｍ程度とすればよい。ここで、１ｓｃｃｍは、気体が０℃、１気圧のときの、毎分１ｃｃの体積流量を意味する。このとき処理室３０が約１Ｐａ以下の圧力になるような実効排気速度を有する真空ポンプを処理室３０に接続する。なお、通路１７０の寸法やアルゴンの流量は上述した例に限られず、アルゴンの流量に対して所定のコンダクタンスを有し、処理室３０が十分高真空に真空排気されるようなものであればよい。
【００５６】
図６は本発明の第３の実施形態における中性粒子ビーム処理装置２１０を示す模式図、図７は図６の中性粒子ビーム源２１６を示す模式図である。この実施形態では、複数種類（図６および図７に示す例では２種類）のプロセスガスを、異なる中性粒子ビーム生成機構２５０のプラズマ領域Ｐに導入している。すなわち、中性粒子ビーム処理装置２１０は、２つのガス供給源１２６ａ，１２６ｂと、２つの流量制御装置１２８ａ，１２８ｂとを備えており、それぞれのガス供給源１２６ａ，１２６ｂは、ガス供給配管１２４ａ，１２４ｂを介してそれぞれ異なる中性粒子ビーム生成機構２５０に接続されている。このように、それぞれの中性粒子ビーム生成機構２５０のプラズマ領域Ｐに導入されるプロセスガスの種類に応じて、異なるプラズマ密度のプラズマを生成することができるようになっている。
【００５７】
このような構成においては、プラズマ発生条件などをそれぞれのプロセスガスに応じて選択することで、処理に必要なイオン種やラジカル種などの活性種をそれぞれの中性粒子ビーム生成機構２５０で発生させることができる。このため、被処理物１８に対する処理条件をより高精度に制御することができ、高精度の加工を実現することができる。
【００５８】
ここで、図６および図７に示す例では、プロセスガスの系統ごとに流量制御装置１２８ａ，１２８ｂを設けているが、中性粒子ビーム生成機構２５０ごとに流量制御装置を設けてもよい。この場合には、それぞれの中性粒子ビーム生成機構２５０のプラズマ領域Ｐに導入されるプロセスガスの量を個別に制御することができるので、マイクロプラズマの制御をより一層精度よく行うことができる。また、高周波電源５４は、中性粒子ビーム生成機構２５０ごとに個別に設けてもよいし、同様のプラズマ発生条件になる数種類のガスについて共通に設けてもよい。
【００５９】
なお、図６および図７に示す例では２種類のプロセスガスを用いる場合について図示しているが、３種類以上のプロセスガスを用いてもよい。この場合には、それぞれのプロセスガスの系統ごとにガス配管や流量制御装置を設けることができる。
【００６０】
上述した中性粒子ビーム生成機構を形成する構造体４２は、所定の厚さの平板に、その面に対して垂直方向に延びる細孔４０を形成したものであることが好ましい。このような構造体４２は、例えば、以下に述べる方法により作製することができる。
【００６１】
まず、図８（ａ）に示すように、絶縁体３００の両面にその長手方向に延びる溝３０２を多数形成する。これらの溝３０２の寸法は、例えば、幅Ｗが２ｍｍ程度、深さＤが１ｍｍ程度である。また、絶縁体３００の厚さ（すなわち紙面に垂直方向の寸法）は５ｍｍ程度である。次に、図８（ｂ）に示すように、それぞれの溝３０２の底部に導電体からなるプラズマ電極３０４を形成する。そして、図８（ｃ）に示すように、溝３０２が形成された複数の絶縁体３００をそれぞれの溝３０２が互いに対向するように配置し、一体化する。この一体化は、例えば絶縁体３００を相互に接着したり、複数の絶縁体３００の組立体の外周をバンドで締め付けることによって圧着するなどによって行う。なお、一体化の方法はこれらに限られるものではない。
【００６２】
あるいは、図９（ａ）から図９（ｃ）に示すように、直方体状の絶縁体３１０の両側面に、プラズマ電極３１２、イオン引出電極３１４、および中性化電極３１６を取り付けた組立体３１８を用いてもよい。プラズマ電極３１２、イオン引出電極３１４、および中性化電極３１６はすべて導電体からなる。この組立体３１８を、図１０に示すように、それぞれの電極３１２，３１４，３１６が互いに対向し、かつ、隣接する４つの組立体３１８により細孔３２０が形成されるように配置し、組立体３１８を一体化する。例えば、平行平板型の電極間距離を２ｍｍとし、その他の条件を適切に設定することで、多数の細孔３２０の中に平行平板型の電極３１２，３１４，３１６を有する構造体を作製することができる。
【００６３】
なお、図９（ａ）および図９（ｂ）では、イオン引出電極３１４に接続されたリード線３２２が図示されているが、実際には、このリード線３２２の構造は、イオン引出電極３１４を第１のバイアス電源５８（図３等参照）に接続するために最適な構造とされる。また、それぞれの電極３１２，３１４，３１６の配置は図示したものに限られず、絶縁体３１０の構造などに応じて様々な電極配置を採用することができる。
【００６４】
また、図９（ａ）から図９（ｃ）に示す例では、プラズマ電極３１２、イオン引出電極３１４、および中性化電極３１６を１つの絶縁体３１０上に形成しているが、例えば、プラズマ電極３１２、イオン引出電極３１４、および中性化電極３１６をそれぞれ別の絶縁体上に形成した後に、これらを組み合わせてもよい。また、図５に示すような構造体を上述した方法により作製する場合には、イオン引出電極１６０と中性化電極４４とを絶縁体１４６上に配置するのではなく、イオン引出電極１６０と中性化電極４４との間に絶縁体１４６を挟む構造としてもよい。
【００６５】
また、上述のいずれの方法においても、絶縁体上に配置される導電体はカーボンや金属などから形成される。この場合において、絶縁体上に導電性の薄膜を貼り付けてもよい。また、スパッタリングや蒸着、めっきなどの方法により、導電体を絶縁体上に直接形成してもよい。
【００６６】
これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】従来の中性粒子ビーム処理装置の全体構成を示す模式図である。
【図２】本発明の第１の実施形態における中性粒子ビーム処理装置の全体構成を示す模式図である。
【図３】図２の中性粒子ビーム処理装置における中性粒子ビーム源を示す拡大図である。
【図４】図３の中性粒子ビーム源における１つの中性粒子ビーム生成機構を拡大して示す模式図である。
【図５】本発明の第２の実施形態における中性粒子ビーム源の中性粒子ビーム生成機構を示す模式図である。
【図６】本発明の第３の実施形態における中性粒子ビーム処理装置の全体構成を示す模式図である。
【図７】図６の中性粒子ビーム処理装置における中性粒子ビーム源を示す拡大図である。
【図８】図８（ａ）から図８（ｃ）は、本発明に係る中性粒子ビーム源を作製する第１の方法を示す断面図である。
【図９】図９（ａ）から図９（ｃ）は、本発明に係る中性粒子ビーム源を作製する第２の方法を示す図であり、図９（ａ）は側面図、図９（ｂ）は図９（ａ）のＢ−Ｂ線断面図、図９（ｃ）は図９（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。
【図１０】本発明に係る中性粒子ビーム源を作製する第２の方法を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６８】
１０，２１０    中性粒子ビーム処理装置
１２    真空ポンプ
１４    真空容器
１６，２１６    中性粒子ビーム源
１８    被処理物
２０    保持台
２６，１２６ａ，１２６ｂ    ガス供給源
３０    処理室
４０    細孔
４２    構造体
４４    中性化電極
４６，１４６    絶縁体
５０，１５０    中性粒子ビーム生成機構
５１    マイクロプラズマ生成部
５２    イオン引出部
５３    中性化部
５４    高周波電源
５６    プラズマ電極
５８，６４    バイアス電源
６０，１６０    引出電極
１００    プロセスガス
１０２    イオン
１０４    中性粒子ビーム
Ｐ    プラズマ領域
Ｎ    中性化領域
【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】
2006236772.tif 000008
【図７】
2006236772.tif 000009
【図８】
2006236772.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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