(57)【要約】【課題】電気的なダメージを与えず、三次元的な複雑形状の加工ができるクラスタ噴射式加工方法を提供する。【解決手段】反応性ガスと上記反応性ガスより低沸点のガスとからなる混合ガスを供給する供給ステップと、  上記混合ガスを液化させない範囲の圧力で断熱膨張させながら真空処理室内に噴出させて、電気的に中性な反応性クラスタを生成するクラスタ生成ステップと、  上記反応性クラスタを上記真空処理室内の加工対象物に対して噴射して、上記加工対象物に化学的な反応による加工を行う加工ステップとを備え、  上記加工ステップは、  上記加工対象物に対する上記反応性クラスタ噴射方向が第１の角度となるよう噴射して上記加工対象物を加工する第１の加工と、  上記加工対象物に対する上記反応性クラスタ噴射方向が上記第１の角度と異なる第２の角度となるよう噴射して上記加工対象物を加工する第２の加工とを行う。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応性ガスと上記反応性ガスより低沸点のガスとからなる混合ガスを供給する供給ステップと、
上記混合ガスを液化させない範囲の圧力で断熱膨張させながら真空処理室内に噴出させて、電気的に中性な反応性クラスタを生成するクラスタ生成ステップと、
上記反応性クラスタを上記真空処理室内の加工対象物に対して噴射して、上記加工対象物に化学的な反応による加工を行う加工ステップとを備え、
上記加工ステップは、
上記加工対象物に対する上記反応性クラスタ噴射方向が第１の角度となるよう噴射して上記加工対象物を加工する第１の加工と、
上記加工対象物に対する上記反応性クラスタ噴射方向が上記第１の角度と異なる第２の角度となるよう噴射して上記加工対象物を加工する第２の加工とを行う、
ことを特徴とするクラスタ噴射式加工方法。
【請求項２】
上記第１の角度と上記第２の角度のうち少なくともいずれかは、上記加工対象物の表面に対して直角ではない角度である
請求項１記載のクラスタ噴射式加工方法。
【請求項３】
上記第１の加工によって加工された加工領域に対して、上記第２の加工による加工を行う
請求項１または２記載のクラスタ噴射式加工方法。
【請求項４】
上記第１の加工が進行中の領域と上記第２の加工が進行中の領域は重ならない
請求項１〜３のいずれか一項に記載のクラスタ噴射式加工方法。
【請求項５】
上記加工対象物の表面に、上記反応性ガスに対して耐性を持つ物質によるパターンを形成し、上記パターンをマスクとして上記加工対象物を加工する
請求項１〜４のいずれか一項に記載のクラスタ噴射式加工方法。
【請求項６】
上記反応性ガスに対して耐性を持つ物質は、金属材料、無機化合物、フォトレジストのうちいずれか一種以上である
請求項５記載のクラスタ噴射式加工方法。
【請求項７】
反応性ガスと上記反応性ガスより低沸点のガスとからなる混合ガスを供給する供給手段と、
上記混合ガスを液化させない範囲の圧力で断熱膨張させながら真空処理室内に噴出させて、電気的に中性な反応性クラスタを生成するクラスタ生成手段と、
上記反応性クラスタを上記真空処理室内の加工対象物に対して噴射して、上記加工対象物に化学的な反応による加工を行う加工手段とを備え、
上記加工手段は、
上記加工対象物に対する上記反応性クラスタ噴射方向が第１の角度となるよう噴射して上記加工対象物を加工する第１の加工と、
上記加工対象物に対する上記反応性クラスタ噴射方向が上記第１の角度と異なる第２の角度となるよう噴射して上記加工対象物を加工する第２の加工とを行う、
ことを特徴とするクラスタ噴射式加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反応性ガスによるクラスタを噴射することにより、Ｓｉウェハ等に立体的な構造を形成する製造するクラスタ噴射式加工方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
クラスタ噴射式の加工技術に関し、本出願人らは下記の先行技術文献を把握している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５５７５６４８号公報
【特許文献２】特許第５７８５８１８号公報
【特許文献３】特開２０１３−１９７４１９号公報
【０００４】
上記特許文献１には、つぎの記載がある。
［請求項１］
反応性ガスと、反応性ガスより低沸点のガスとからなる混合ガスを、液化しない範囲の圧力で噴出部から所定の方向に断熱膨張させながら噴出させ、電気的に中性な反応性クラスタを生成し、前記反応性クラスタを真空処理室内の試料に噴射して、試料表面に化学的な反応による加工を行う
ことを特徴とするクラスタ噴射式加工方法。
［請求項２］
前記反応性ガスがハロゲン間化合物ガス、又は、ハロゲン化水素ガスであることを特徴とする請求項１に記載のクラスタ噴射式加工方法。
［請求項３］
前記試料が半導体材料又は金属材料であることを特徴とする請求項１又は２に記載のクラスタ噴射式加工方法。
［請求項４］
前記試料表面に、フォトレジスト、酸化ケイ素膜、窒化ケイ素膜、又は、酸窒化ケイ素膜のいずれか一種以上を用いてパターンを形成し、前記パターンをマスクとして用いて、前記試料を加工することを特徴とする請求項１に記載のクラスタ噴射式加工方法。
［請求項５］
前記試料表面に前記反応性ガスに耐性を持つ金属材料を用いてパターンを形成し、前記パターンをマスクとして用いて前記試料を加工することを特徴とする請求項１に記載のクラスタ噴射式加工方法。
［請求項６］
前記反応性クラスタを前記試料表面に対し、斜めの方向から噴射することで、前記試料を斜めに加工することを特徴とする請求項１に記載のクラスタ噴射式加工方法。
［請求項７］
前記噴出部又は前記試料を移動することにより、前記試料表面を平坦化することを特徴とする請求項６に記載のクラスタ噴射式加工方法。
［請求項８］
前記噴出部又は前記試料を移動することにより、直線加工、曲線加工及び広面積加工を行うことを特徴とする請求項１に記載のクラスタ噴射式加工方法。
［請求項１１］
複数の前記噴出部から前記反応性ガスを同一方向に噴出して前記試料に反応性クラスタを噴出する加工方法、複数の前記噴出部から前記反応性ガスを異なる方向に噴出して前記試料に反応性クラスタを噴出する加工方法、又は、複数の前記噴出部の流量及び圧力を同一に若しくは個別に制御して前記試料に反応性クラスタを噴出する加工方法から選ばれる１種類若しくは２種類以上の加工方法を同時に行うことを特徴とする請求項１に記載のクラスタ噴射式加工方法。
［００３０］
なお、上述の装置では、混合ガスを噴出するための噴出部が１つ備えられた加工装置について説明したが、本発明の加工方法において、加工装置に備える噴出部の数は複数であってもよい。
複数の噴出部から同一方向にクラスタを噴出して試料の加工を行うことにより、単一の噴射部を用いた加工よりも広範囲の加工行うことができるとともに、試料の加工速度が向上する。
また、噴出方向が異なる噴出部を複数設けることにより、試料に対して、垂直方向からのクラスタの噴射と、斜め方向からのクラスタの噴射を同時に行うことが可能となる。また、複数の噴出部において混合ガス圧力や流量を同一に若しくは個別に制御することにより、試料の表面状態や加工速度を制御することが可能となる。
さらに、前記の加工方法を複数組み合わせることができ、従来と比較して複雑な形状がより早く、また一度の加工で行うことが可能となる。
［００６９］
次に、試料台を傾けることにより、クラスタの入射角度を試料表面に対して斜め方向として、試料表面の加工を行った。また、試料には、ケイ素単結晶を使用し、表面に１．２μｍの厚さのフォトレジスト層により、ライン・アンド・スペースのパターンを形成した。加工された試料表面付近の断面の写真を図６に示す。
【０００５】
上記特許文献２には、つぎの記載がある。
［請求項１］
反応性ガスと、前記反応性ガスと不活性であって前記反応性ガスより低沸点の添加ガスとからなり、反応性クラスタを生成するための一次圧力を有する混合ガスを、ノズル出口に至る混合ガス供給路で前記混合ガスの液化温度から液化温度よりも１０℃高い温度範囲まで、冷却源により冷却して前記ノズル出口から断熱膨張させながら真空処理室内に噴出させて、前記反応性クラスタを生成し、この反応性クラスタを真空処理室内の基板に噴射して基板表面を加工することを特徴とするクラスタによる加工方法。
［００１３］
請求項１に係る本発明のクラスタによる加工方法は、混合ガスを、ノズル出口に至る混合ガス供給路で前記混合ガスの液化温度から液化温度よりも１０℃高い温度範囲まで、冷却源により冷却して前記ノズル出口から断熱膨張させながら真空処理室内に噴出させるようにしたから、例えばエッチングレートなどの基板の加工性能を高くして、基板の損傷が少なく、かつ高速で基板の加工をできるようにしたのである。
【０００６】
上記特許文献３には、つぎの記載がある。
［請求項２］
複数種類の膜が積層された積層膜を下地領域上に形成する工程と、
前記積層膜上にマスクパターンを形成する工程と、
前記マスクパターンをマスクとして用いて少なくともクラスターイオンビームによって前記積層膜をエッチングする工程と、
を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
［請求項６］
前記マスクパターンは、Ａｌ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｆｅ及びＮｉから選択された金属元素、２以上の前記金属元素の組み合わせで構成された合金、前記金属元素の酸化物、前記金属元素の窒化物、ＤＬＣ（diamond-like carbon）、ＢＮ、ＳｉＢＮ、ＳｉＢＣＮ、またはＳｉＣを含む
ことを特徴とする請求項２乃至請求項５のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１には、クラスタ式噴射加工により、試料を斜めに加工したり、直線加工、曲線加工および広面積加工を行ったりすることが記載されている。また、噴出方向が異なる噴出部を複数設け、試料に対して垂直方向からのクラスタの噴射と斜め方向からのクラスタの噴射を同時に行い、複雑形状の加工を行うことが記載されている。
しかしながら、クラスタの噴射を同時に行うと、試料表面にできる反応生成物の除去がまにあわず、加工効率や加工精度が低下するおそれがある。
【０００８】
上記特許文献２には、反応性クラスタを用いることにより、基板の損傷を少なく、高速で基板を加工することが記載されている。
しかしながら、上記特許文献２には、複雑形状の加工を行うことについては、言及がない。
【０００９】
上記特許文献３では、クラスタでシリコンをエッチングする技術であり、クラスタをイオン化することにより、対象物を深くエッチングするものである。また、上記特許文献３では、マスクパターンを使用して二次元的なパターン加工を行うものである。
しかしながら、上記特許文献３の技術は、クラスタをイオン化するため、対象試料に電気的なダメージを与えてしまう。また、マスクパターンを使用した二次元的なパターン加工では、三次元的な複雑形状の加工はできない。
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明者はつぎの目的で本発明を完成した。
電気的なダメージを与えることなく、三次元的な複雑形状の加工を行うことができるクラスタ噴射式加工方法および装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、請求項１記載のクラスタ噴射式加工方法は、つぎの構成を採用した。
反応性ガスと上記反応性ガスより低沸点のガスとからなる混合ガスを供給する供給ステップと、
上記混合ガスを液化させない範囲の圧力で断熱膨張させながら真空処理室内に噴出させて、電気的に中性な反応性クラスタを生成するクラスタ生成ステップと、
上記反応性クラスタを上記真空処理室内の加工対象物に対して噴射して、上記加工対象物に化学的な反応による加工を行う加工ステップとを備え、
上記加工ステップは、
上記加工対象物に対する上記反応性クラスタ噴射方向が第１の角度となるよう噴射して上記加工対象物を加工する第１の加工と、
上記加工対象物に対する上記反応性クラスタ噴射方向が上記第１の角度と異なる第２の角度となるよう噴射して上記加工対象物を加工する第２の加工とを行う。
【００１２】
請求項２記載のクラスタ噴射式加工方法は、請求項１記載の構成に加え、つぎの構成を採用した。
上記第１の角度と上記第２の角度のうち少なくともいずれかは、上記加工対象物の表面に対して直角ではない角度である。
【００１３】
請求項３記載のクラスタ噴射式加工方法は、請求項１または２記載の構成に加え、つぎの構成を採用した。
上記第１の加工によって加工された加工領域に対して、上記第２の加工による加工を行う。
【００１４】
請求項４記載のクラスタ噴射式加工方法は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の構成に加え、つぎの構成を採用した。
上記第１の加工が進行中の領域と上記第２の加工が進行中の領域は重ならない。
【００１５】
請求項５記載のクラスタ噴射式加工方法は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の構成に加え、つぎの構成を採用した。
上記加工対象物の表面に、上記反応性ガスに対して耐性を持つ物質によるパターンを形成し、上記パターンをマスクとして上記加工対象物を加工する。
【００１６】
請求項６記載のクラスタ噴射式加工方法は、請求項５記載の構成に加え、つぎの構成を採用した。
上記反応性ガスに対して耐性を持つ物質は、金属材料、無機化合物、フォトレジストのうちいずれか一種以上である。
【００１７】
上記目的を達成するため、請求項７記載のクラスタ噴射式加工装置は、つぎの構成を採用した。
反応性ガスと上記反応性ガスより低沸点のガスとからなる混合ガスを供給する供給手段と、
上記混合ガスを液化させない範囲の圧力で断熱膨張させながら真空処理室内に噴出させて、電気的に中性な反応性クラスタを生成するクラスタ生成手段と、
上記反応性クラスタを上記真空処理室内の加工対象物に対して噴射して、上記加工対象物に化学的な反応による加工を行う加工手段とを備え、
上記加工手段は、
上記加工対象物に対する上記反応性クラスタ噴射方向が第１の角度となるよう噴射して上記加工対象物を加工する第１の加工と、
上記加工対象物に対する上記反応性クラスタ噴射方向が上記第１の角度と異なる第２の角度となるよう噴射して上記加工対象物を加工する第２の加工とを行う。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１記載の発明は、電気的に中性な反応性クラスタを噴射し、上記加工対象物に化学的な反応による加工を行う。このように、分子のイオン化をせずに加工するため、加工対象物に電気的なダメージを与えない。
また、請求項１記載の発明は、第１の加工と第２の加工を行い、上記第１の加工と第２の加工は、上記加工対象物に対する上記反応性クラスタ噴射方向が異なる。つまり、上記第１の加工では上記噴射方向を上記第１の角度で、上記第２の加工は上記噴射方向を上記第２の角度で行う。このように、反応性クラスタによる異方性のある第１の加工と第２の加工を、異なる角度で行うことにより、複雑な立体的な形状を形成する立体加工が可能になる。
【００１９】
請求項２記載の発明は、上記第１の角度と上記第２の角度のうち少なくともいずれかを、上記加工対象物の表面に対して直角ではない角度とする。このようにすることにより、反応性クラスタによる異方性のある第１の加工と第２の加工のうち少なくともいずれかにおいて、上記加工対象物の表面に対して斜め方向に加工を進めることができる。このようにすることにより、複雑な立体的な形状を形成する立体加工が可能になる。
【００２０】
請求項３記載の発明は、上記第１の加工によって加工された加工領域に対して、上記第２の加工による加工を行う。このように、上記加工対象物の表面の一定の領域に対し、角度が異なる第１の加工と第２の加工を重ねて行うことにより、複雑な立体的な形状を形成する立体加工が可能になる。
【００２１】
請求項４記載の発明は、上記第１の加工が進行中の領域と上記第２の加工が進行中の領域は重ならない。つまり、第１の加工における反応性クラスタの噴射と、第２の加工における反応性クラスタの噴射とを交錯させず、それぞれの噴射はお互いに影響を与えることなく、化学的な反応を進行させ、加工が行われる。したがって、第１の加工における反応性クラスタの噴射と、第２の加工における反応性クラスタの噴射とが、互いに干渉しあって加工性を低下させることがない。
【００２２】
請求項５記載の発明は、上記加工対象物の表面に、上記反応性ガスに対して耐性を持つ物質によるパターンを形成し、上記パターンをマスクとして上記加工対象物を加工する。このように、噴射角度が異なるうえに異方性のある第１の加工と第２の加工に、マスクパターンを併用することにより、複雑な立体的な形状を形成する立体加工が可能になる。
【００２３】
請求項６記載の発明は、上記反応性ガスに対して耐性を持つ物質は、金属材料、無機化合物、フォトレジストのうちいずれか一種以上である。このようにすることにより、反応性クラスタによる異方性のある加工に、確実なマスクパターンを併用し、複雑な立体的な形状を形成する立体加工が可能になる。
【００２４】
請求項７記載の発明は、電気的に中性な反応性クラスタを噴射し、上記加工対象物に化学的な反応による加工を行う。このように、分子のイオン化をせずに加工するため、加工対象物に電気的なダメージを与えない。
また、請求項７記載の発明は、第１の加工と第２の加工を行い、上記第１の加工と第２の加工は、上記加工対象物に対する上記反応性クラスタ噴射方向が異なる。つまり、上記第１の加工では上記噴射方向を上記第１の角度で、上記第２の加工は上記噴射方向を上記第２の角度で行う。このように、上記反応性クラスタの噴射方向が異なる第１の加工と第２の加工により、複雑な立体的な形状を形成する立体加工が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明のクラスタ噴射式加工装置の第１実施形態を示す図である。
【図２】噴射ノズルを示す斜視図である。
【図３】本発明のクラスタ噴射式加工方法の第１実施形態を説明する図である。
【図４】本実施形態による加工状態の一例を示す図である。
【図５】本実施形態によって加工されたカンチレバー構造の一例を示す図である。
【図６】金属材料によるマスクパターンを形成する方法の一例を説明する図である。
【図７】無機材料によるマスクパターンを形成する方法の一例を説明する図である。
【図８】本発明のクラスタ噴射式加工方法と装置の第２実施形態を説明する図である。
【図９】実施例のマスクパターンを示す図である。
【図１０】実施例１の第１の加工後の加工対象物を示す顕微鏡写真である。
【図１１】実施例１の第２の加工後の加工対象物を示す顕微鏡写真である。
【図１２】実施例１の第２の加工後の加工対象物を示す顕微鏡写真である。
【図１３】実施例２の第１の加工後の加工対象物を示す顕微鏡写真である。
【図１４】実施例２の第２の加工後の加工対象物を示す顕微鏡写真である。
【図１５】実施例２の第１の加工後（２回目）の加工対象物を示す顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
つぎに、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【００２７】
〔加工方法の概要〕
本実施形態のクラスタ噴射式加工方法は、供給ステップと、クラスタ生成ステップと、加工ステップとを備えている。
【００２８】
上記供給ステップは、反応性ガスと上記反応性ガスより低沸点のガスとからなる混合ガスを供給する。
上記クラスタ生成ステップは、上記混合ガスを液化させない範囲の圧力で断熱膨張させながら真空処理室内に噴出させて、電気的に中性な反応性クラスタを生成する。
上記加工ステップは、上記反応性クラスタを上記真空処理室内の加工対象物に対して噴射して、上記加工対象物に化学的な反応による加工を行う。
【００２９】
そして、上記加工ステップは、
上記加工対象物に対する上記反応性クラスタ噴射方向が第１の角度となるよう噴射して上記加工対象物を加工する第１の加工と、
上記加工対象物に対する上記反応性クラスタ噴射方向が上記第１の角度と異なる第２の角度となるよう噴射して上記加工対象物を加工する第２の加工とを行う。
【００３０】
〔加工装置の概要〕
図１は、本発明のクラスタ噴射式加工装置の第１実施形態を示す図である。
【００３１】
このクラスタ噴射式加工装置により、上記実施形態のクラスタ噴射式加工方法を実施することができる。
【００３２】
〔装置の全体構成〕
本実施形態のクラスタ噴射式加工装置は、供給手段１と、クラスタ生成手段２と、加工手段３とを備えている。
【００３３】
上記供給手段１は、混合ガス供給部１０と、供給弁１１と、流量調節装置１２とを含んで構成されている。上記供給手段１は、反応性ガスと上記反応性ガスより低沸点のガスとからなる混合ガスを供給する。
【００３４】
上記クラスタ生成手段２は、噴射ノズル１５を含んで構成されている。上記クラスタ生成手段２は、上記供給手段１から供給された混合ガスを、液化させない範囲の圧力で断熱膨張させながら真空処理室５内に噴射ノズル１５から噴出させて、電気的に中性な反応性クラスタを生成する。
【００３５】
上記供給弁１１は、開閉することにより混合ガスの導入と停止を行なう。上記流量調節装置１２は、噴射ノズル１５に導入する混合ガスの流量を調整する。
【００３６】
上記加工手段３は、上記真空処理室５内において加工対象物６を支持する支持装置１９を含んで構成されている。上記加工手段３は、上記反応性クラスタを上記真空処理室５内の上記加工対象物６に対して噴射して、上記加工対象物６に化学的な反応による加工を行う。
【００３７】
上記真空処理室５には、ターボ分子ポンプ２２およびドライポンプ２３が接続されている。上記真空処理室５の内部は、これらの２つのポンプを組み合わせて使用することにより、減圧される。符号２４は開閉弁である。
【００３８】
上記真空処理室５内には、噴射ノズル１５と、加工対象物６を支持する支持装置１９が設置されている。上記噴射ノズル１５と支持装置１９は、噴射ノズル１５から噴出した反応性クラスタが、上記加工対象物６の表面に対して噴射される位置関係で配置されている。
【００３９】
〔噴射ノズル１５〕
図２は、上記噴射ノズル１５の例を示す断面図である。
図２（Ａ）は金属製のコニカルノズルの一例である。
図２（Ｂ）はガラス製のラバルノズルの一例である。
【００４０】
図２（Ａ）に示すように、金属製のコニカルノズルは、先端側が徐々に狭くなる導入側の通路３１と、先端側が徐々に広くなる噴射側の通路３２とを有している。そして、上記導入側の通路３１と噴射側の通路３２の間にくびれ部３３が形成されている。
上記導入側の通路３１は、開口角度θ１をたとえば３０°に、長さａをたとえば５ｍｍに設定することができる。
上記噴射側の通路３２は、開口角度θ２をたとえば６°に、長さｂをたとえば３０ｍｍに設定することができる。
上記くびれ部３３の内径ｄ１は、たとえば０．１ｍｍに設定することができる。
【００４１】
図２（Ｂ）に示すように、ガラス製のラバルノズルは、先端側が徐々に狭くなる導入側の通路３１と、先端側が徐々に広くなる噴射側の通路３２とを有している。そして、上記導入側の通路３１と噴射側の通路３２の間にくびれ部３３が形成されている。
上記導入側の通路３１は、長さａをたとえば２０ｍｍに設定することができる。
上記噴射側の通路３２は、開口径ｄ２をたとえば３ｍｍに、長さｂをたとえば３０ｍｍに設定することができる。
上記くびれ部３３の内径ｄ１は、たとえば０．１ｍｍに設定することができる。
【００４２】
上記噴射ノズル１５の先端部には、上記混合ガスを断熱膨張させるための噴出部として開口１８が形成されている。上記噴出部としての開口１８は、真空処理室５内に配置される。
【００４３】
上記噴射ノズル１５に対し、上記混合ガス供給部１０を含む上記供給手段１により、反応性ガスと、反応性ガスと不活性であって反応性ガスより低沸点の添加ガスとの混合ガスが供給される。上記混合ガスの分子が、噴射ノズル５の開口１８から真空処理室５内に噴射されたときに、反応性クラスタが形成される。
【００４４】
〔混合ガス供給部１０〕
上記混合ガス供給部１０は第１の態様として、反応性ガスと、反応性ガスと不活性であって反応性ガスより低沸点の添加ガスとを予め定めた割合で混合した混合ガスを、所定の圧力で容器に収納して供給することができる。上記混合ガス供給部１０は第２の態様として、上記反応性ガスと上記添加ガスとを、別個の容器に収容しておき、予め定めた混合比率となるよう調整しながら混合ガスを供給することができる。
【００４５】
〔混合ガス〕
上記混合ガスは、反応性ガスと、上記反応性ガスと不活性であってかつ上記反応性ガスより低沸点な添加ガスとの混合ガスである。
【００４６】
上記反応性ガスは、加工対象物６である基板の表面と反応性が高いことが必要である。上記反応性ガスとしては、ハロゲン間化合物またはハロゲン化水素を用いることができる。
【００４７】
上記加工対象物６が珪素である場合、上記反応性ガスとして、珪素との反応性が高いハロゲン間化合物を用いることが好ましい。上記珪素としては、たとえば単結晶珪素、多結晶珪素、アモルファス珪素などをあげることができる。
上記ハロゲン間化合物としては、例えば、フッ化塩素（ＣｌＦ）、三フッ化塩素（ＣｌＦ３）、五フッ化塩素（ＣｌＦ５）、三フッ化臭素（ＢｒＦ３）、一塩化臭素（ＢｒＣｌ）、五フッ化ヨウ素（ＩＦ５）及び七フッ化ヨウ素（ＩＦ７）を用いることができる。
【００４８】
上記加工対象物６が金属材料または珪素以外の半導体材料である場合、上記反応性ガスとして、金属材料や半導体材料との反応性が高いハロゲン化水素を用いることが好ましい。上記半導体材料としては、たとえばヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）等をあげることはできる。
上記ハロゲン化水素としては、塩化水素（ＨＣｌ）、臭化水素（ＨＢｒ）、ヨウ化水素（ＨＩ）、フッ化水素（ＨＦ）等を用いることができる。
【００４９】
上記反応性クラスタを生成するためには、生成するガスに所定の圧力が必要である。上記反応性ガスは沸点が高く、圧力を高くすると凝縮（液化）してノズルでの断熱膨張ができない。このため、反応性ガスのみでは、反応性クラスタを生成するために必要な圧力を得られない。
【００５０】
そこで、反応性ガス（例えばハロゲン間化合物およびハロゲン化水素）に対し、そのガスより低沸点の添加ガスを混合し、上記反応性ガスの分圧を低下させ、反応性ガスの液化を防止しながら、反応性クラスタを生成するのに充分な一次圧力を得ることができるようにする。
【００５１】
上記添加ガスは、混合ガス供給部１０内および混合ガスの供給路内において、反応性ガスと不活性なものが選定される。その理由は、混合ガス供給部１０内や混合ガス供給路内で、反応性ガスと添加ガスが反応すると、反応性クラスタを安定して生成することができず、加工対象物６の加工が困難となる場合があるからである。
【００５２】
上記添加ガスとしては、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）等の希ガス、窒素（Ｎ２）、二酸化炭素（ＣＯ２）、酸素（Ｏ２）等の中から選定することができる。このとき、選定する添加ガスは、使用する反応性ガスとの関係で不活性であって、かつ反応性ガスより低沸点のものを選定する。
【００５３】
〔支持装置１９〕
上記加工手段３を構成する上記支持装置１９は、支持された加工対象物６の角度を変更する角度変更機構を備えている。上記支持装置１９の角度変更機構で上記加工対象物６の角度を変更することにより、噴射ノズル１５から噴出した反応性クラスタが、上記加工対象物６の表面に対して噴射される角度を変更しうるようになっている。
【００５４】
また、上記噴射ノズル１５は、支持アーム１６によって上記真空処理室５内に支持されている。上記支持アーム１６は、上記噴射ノズル１５の噴射角度および噴射位置を変更しうるようになっている。上記噴射ノズル１５の噴射角度および噴射位置を変更することにより、上記反応性クラスタを噴射する領域を変えたり、上記反応性クラスタの噴射角度（入射角度）を変更したりすることができるようになっている。
【００５５】
このような構成により、上記加工手段３は、つぎの第１の加工と第２の加工を行いうるようになっている。
上記第１の加工は、上記加工対象物６に対する上記反応性クラスタ噴射方向が第１の角度となるよう噴射して上記加工対象物６を加工する。
上記第２の加工は、上記加工対象物６に対する上記反応性クラスタ噴射方向が上記第１の角度と異なる第２の角度となるよう噴射して上記加工対象物６を加工する。
【００５６】
〔第１の加工と第２の加工〕
つぎに、上記第１の加工と上記第２の加工の一例について詳しく説明する。
【００５７】
図３は、本発明のクラスタ噴射式加工方法の第１実施形態を説明する図である。
図３（Ａ）（Ｂ）は第１の加工を説明する図である。図３（Ａ）は加工対象物６を側面から見た図であり、図３（Ｂ）は加工対象物６の加工面側を見た図である。
図３（Ｃ）（Ｄ）は第２の加工を説明する図である。図３（Ｃ）は加工対象物６の加工面側を見た図であり、図３（Ｄ）は加工対象物６を側面から見た図である。
【００５８】
図では上記加工対象物６が長方形の板状体である例を説明している。上記加工対象物６は、加工面（表面）を上にして上記支持装置１９に支持されている。上記噴射ノズル１５は、開口１８が形成された先端部を上記加工対象物６の加工面に向けるよう配置されている。
【００５９】
図示した例では、噴射ノズル１５は、先端部が鉛直下向きになるよう配置されている。したがって、噴射ノズル１５の先端部から噴射される反応性クラスタの噴射方向Ｘは鉛直下向きである。
【００６０】
図３（Ａ）（Ｂ）に示すように、第１の加工では、加工対象物６は、反応性クラスタの噴射方向Ｘに対して加工面が斜め４５度の角度（第１の角度α）となるよう配置される。
図３（Ｃ）（Ｄ）に示すように、第２の加工では、加工対象物６は、反応性クラスタの噴射方向Ｘに対して加工面が、上記第１の角度αと直交する斜め４５度の角度（第２の角度β）となるよう配置される。
【００６１】
すなわち、本実施形態では、上記第１の角度αと上記第２の角度βのうち少なくともいずれかは、上記加工対象物６の加工面（表面）に対して直角ではない角度である。この例では、上記第１の角度αと上記第２の角度βの双方が、上記加工対象物６の加工面（表面）に対して直角ではない角度である。
【００６２】
図３（Ａ）（Ｂ）に示すように、第１の加工において、加工対象物６の加工面に反応性クラスタが噴射され、加工領域Ａに化学的な反応による加工が行われる。上述したように、第１の加工では、加工対象物６の加工面に対して斜め４５度の角度（第１の角度α）で反応性クラスタを噴射した加工が行われる。
【００６３】
その後、支持装置１９の角度変更機構により、上記加工対象物６の角度を変更する。反応性クラスタの噴射方向Ｘに対し、加工対象物６の加工面を、上記第１の角度αと直交する斜め４５度の角度（第２の角度β）となるよう、加工対象物６の角度を変更する。
【００６４】
図３（Ｃ）（Ｄ）に示すように、第２の加工では、上記の状態で上記加工領域Ａに反応性クラスタが噴射され、化学的な反応による加工が行われる。上述したように、第２の加工では、加工対象物６の加工面に対して上記第１の角度αと直交する斜め４５度の角度（第２の角度β）で反応性クラスタを噴射した加工が行われる。
【００６５】
つまり、本実施形態では、上記第１の加工によって加工された加工領域Ａに対して、上記第２の加工による加工を行う。
【００６６】
また、上述したように、第１の加工において、加工対象物６の加工面に対して第１の角度αで上記加工領域Ａに対して反応性クラスタを噴射した加工を行う。その後、反応性クラスタの噴射方向Ｘに対する加工対象物の角度を変更する。そして、第２の加工において、加工対象物６の加工面に対して第２の角度βで上記加工領域Ａに対して反応性クラスタを噴射した加工を行う。このように、第１の加工における加工領域Ａに対する加工と、第２の加工における加工領域Ａに対する加工とは、時間差を隔てて行われる。
【００６７】
つまり、本実施形態では、上記第１の加工が進行中の領域と上記第２の加工が進行中の領域は重ならない。
【００６８】
〔加工状態の一例〕
図４は、本実施形態による加工状態の一例を示す断面図である。
図４（Ａ）は加工前の加工対象物６を示す。
図４（Ｂ）は第１の加工を行う状態を示す。
図４（Ｃ）は第２の加工を行う状態を示す。
図４（Ｄ）は加工後の加工対象物６を示す。
図５は、加工後の加工対象物６を示す斜視図である。
【００６９】
図４（Ａ）に示すように、まず、上記加工対象物６の表面（加工面）に、上記反応性ガスに対して耐性を持つ物質によるマスクパターン７を形成し、上記マスクパターン７をマスクとして上記加工対象物６を加工する。この例では、上記マスクパターン７としてフォトレジストを使用した。
【００７０】
図４（Ｂ）に示すように、第１の加工を行う。第１の加工では、加工対象物６の加工面に対して第１の角度αで反応性クラスタを噴射する。上記マスクパターン７にマスクされていない加工対象物６の加工面に反応性クラスタが噴射され、化学的な反応でエッチングされ、第１の加工部８Ａが形成される。上記反応性クラスタによるエッチングは、エッチングの直進性が高く、上記第１の角度αと等しい方向に向かって深堀された、高アスペクト比な異方性の高いエッチング加工が行われる。
【００７１】
図４（Ｃ）に示すように、第２の加工を行う。第２の加工では、加工対象物６の加工面に対して第２の角度βで反応性クラスタを噴射する。上記マスクパターン７にマスクされていない加工対象物６の加工面に反応性クラスタが噴射され、化学的な反応でエッチングされ、第２の加工部８Ｂが形成される。上記反応性クラスタによるエッチングは、エッチングの直進性が高く、上記第２の角度βと等しい方向に向かって深堀された、高アスペクト比な異方性の高いエッチング加工が行われる。
【００７２】
図４（Ｄ）および図５に示すように、マスクパターン７を除去すると、第１の加工による第１の加工部８Ａと、第２の加工による第２の加工部８Ｂのあいだで、マスクパターン７に覆われて加工されなかった部分に、カンチレバー部９が形成される。
【００７３】
〔マスクパターン〕
上記マスクパターン７に用いる、上記反応性ガスに対して耐性を持つ物質は、金属材料、無機化合物、フォトレジストのうちいずれか一種以上とすることができる。
【００７４】
図６は、金属材料によるマスクパターンを形成する方法の一例を説明する図である。
図６（Ａ）は加工対象物６である。
図６（Ｂ）に示すように、上記加工対象物６の加工面に対し、レジスト層２６によりマスクパターンを形成する。このレジスト層２６によるマスクパターンは、金属材料によって最終的に形成するマスクパターンの反転像である。
【００７５】
図６（Ｂ）に示すように、レジスト層２６によるマスクパターンが形成された加工対象物６の加工面に対し、蒸着層２７を形成する。上記蒸着層２７は、最終的に形成するマスクパターンの金属材料を蒸着したものである。上記蒸着層２７は、レジスト層２６の上にも堆積するし、レジスト層２６のない加工面（表面）にも堆積する。
【００７６】
図６（Ｂ）に示すように、レジスト層２６を溶解して除去する。このとき、レジスト層２６の上に形成されていた蒸着層２７も除去される。これにより、金属材料によるマスクパターン７が最終的に形成される。
【００７７】
このようにして金属材料によるマスクパターン７を形成した加工対象物に、上述した第１の加工と第２の加工を行うことができる。
【００７８】
図７は、無機化合物として酸化物層２８によるマスクパターンを形成する方法の一例を説明する図である。
図７（Ａ）は加工対象物６である。
図７（Ｂ）に示すように、上記加工対象物６の加工面の全面に対し酸化物層２８を形成する。
【００７９】
図７（Ｃ）に示すように、上記酸化物層２８の上に、レジスト層２６によりマスクパターンを形成する。このレジスト層２６によるマスクパターンは、最終的に形成するマスクパターンとおなじ像である。
【００８０】
図７（Ｄ）に示すように、レジスト層２６によるマスクパターンが形成された加工対象物６に対してエッチングを施し、マスクされていない部分の酸化物層２８を除去する。
図７（Ｅ）に示すように、レジスト層２６を除去すると、酸化物層２８によるマスクパターン７が最終的に形成される。
【００８１】
このようにして酸化物層２８によるマスクパターン７を形成した加工対象物に、上述した第１の加工と第２の加工を行うことができる。
【００８２】
〔第１実施形態の効果〕
上記第１実施形態では、つぎの作用効果を奏する。
【００８３】
上記第１実施形態は、電気的に中性な反応性クラスタを噴射し、上記加工対象物６に化学的な反応による加工を行う。このように、分子のイオン化をせずに加工するため、加工対象物６に電気的なダメージを与えない。
また、上記各実施形態は、第１の加工と第２の加工を行い、上記第１の加工と第２の加工は、上記加工対象物６に対する上記反応性クラスタ噴射方向が異なる。つまり、上記第１の加工では上記噴射方向を上記第１の角度αで、上記第２の加工は上記噴射方向を上記第２の角度βで行う。このように、反応性クラスタによる異方性のある第１の加工と第２の加工を、異なる角度で行うことにより、複雑な立体的な形状を形成する立体加工が可能になる。
【００８４】
上記第１実施形態は、上記第１の角度αと上記第２の角度βのうち少なくともいずれかを、上記加工対象物６の表面に対して直角ではない角度とする。このようにすることにより、反応性クラスタによる異方性のある第１の加工と第２の加工のうち少なくともいずれかにおいて、上記加工対象物６の表面に対して斜め方向に加工を進めることができる。このようにすることにより、複雑な立体的な形状を形成する立体加工が可能になる。
【００８５】
上記第１実施形態は、上記第１の加工によって加工された加工領域Ａに対して、上記第２の加工による加工を行う。このように、上記加工対象物６の表面の一定の領域に対し、角度が異なる第１の加工と第２の加工を重ねて行うことにより、複雑な立体的な形状を形成する立体加工が可能になる。
【００８６】
上記第１実施形態は、上記第１の加工が進行中の領域と上記第２の加工が進行中の領域は重ならない。つまり、第１の加工における反応性クラスタの噴射と、第２の加工における反応性クラスタの噴射とを交錯させず、それぞれの噴射はお互いに影響を与えることなく、化学的な反応を進行させ、加工が行われる。したがって、第１の加工における反応性クラスタの噴射と、第２の加工における反応性クラスタの噴射とが、互いに干渉しあって加工性を低下させることがない。
【００８７】
上記第１実施形態は、上記加工対象物６の表面に、上記反応性ガスに対して耐性を持つ物質によるパターンを形成し、上記パターンをマスクとして上記加工対象物を加工する。このように、噴射角度が異なるうえに異方性のある第１の加工と第２の加工に、マスクパターンを併用することにより、複雑な立体的な形状を形成する立体加工が可能になる。
【００８８】
上記第１実施形態は、上記反応性ガスに対して耐性を持つ物質は、金属材料、無機化合物、フォトレジストのうちいずれか一種以上である。このようにすることにより、反応性クラスタによる異方性のある加工に、確実なマスクパターンを併用し、複雑な立体的な形状を形成する立体加工が可能になる。
【００８９】
〔第２実施形態〕
図８は、本発明のクラスタ噴射式加工方法と装置の第２実施形態を説明する図である。この第２実施形態では、上記第１の加工と上記第２の加工は、加工時期の少なくとも一部が重複するように行われる。以下に詳しく説明する。
【００９０】
図８（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は第１工程を説明する図である。図８（Ａ）は加工対象物６を側面から見た図であり、図８（Ｂ）は加工対象物６を正面から見た図であり、図８（Ｃ）は加工対象物６を加工面から見た図である。
図８（Ｄ）（Ｅ）（Ｆ）は第２工程を説明する図である。図８（Ｄ）は加工対象物６を側面から見た図であり、図８（Ｅ）は加工対象物６を正面から見た図であり、図８（Ｆ）は加工対象物６を加工面から見た図である。
【００９１】
この実施形態では、ひとつの加工対象物６に対して複数の噴射ノズルを用いて第１の加工と第２の加工を行う。この例は、第１噴射ノズル１５Ａと第２噴射ノズル１５Ｂの２つの噴射ノズルを備えている。
【００９２】
上記第１噴射ノズル１５Ａで第１の加工を行い、上記第２噴射ノズル１５Ｂで第２の加工を行う。
第１噴射ノズル１５Ａは、加工対象物６の加工面（表面）に対して反応性クラスタの噴射方向が第１の角度αとなるように配置されている。
第２噴射ノズル１５Ｂは、加工対象物６の加工面（表面）に対して反応性クラスタの噴射方向が第２の角度βとなるように配置されている。
【００９３】
この例では、上記第１の角度αは斜め４５度であり、上記第２の角度βは上記第１の角度αと直交する斜め４５度である。
【００９４】
図８（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示す第１工程を行う。第１工程では、上記第１噴射ノズル１５Ａで加工対象物６の加工面に反応性クラスタを噴射し、第１の加工領域Ａ１に第１の加工を行う。また、第１工程では、上記第２噴射ノズル１５Ｂで加工対象物６の加工面に反応性クラスタを噴射し、第２の加工領域Ａ２に第２の加工を行う。
【００９５】
つぎに、支持装置１９により、加工対象物６の加工面を同一平面内に維持しながら、加工対象物６を１８０度反転させる。これにより、上記第１の加工領域Ａ１が第２噴射ノズルズル１５Ｂに対応する位置に、上記第２の加工領域Ａ２が第１噴射ノズル１５Ａに対応する位置に、それぞれ移動する。
【００９６】
図８（Ｄ）（Ｅ）（Ｆ）に示す第２工程を行う。第２工程では、上記第１噴射ノズル１５Ａで加工対象物６の加工面に反応性クラスタを噴射し、第２の加工領域Ａ２に第１の加工を行う。また、第２工程では、上記第２噴射ノズル１５Ｂで加工対象物６の加工面に反応性クラスタを噴射し、第２の加工領域Ａ２に第１の加工を行う。
【００９７】
このように、第１工程と第２工程を行うことにより、第１の加工領域Ａ１に対して第１の加工と第２の加工を順次行ない、第２の加工領域Ａ２に対して第２の加工と第１の加工を順次行なう。
【００９８】
この実施形態では、第１噴射ノズル１５Ａによる第１の加工と、第２噴射ノズル１５Ｂによる第２の加工は、加工時期が重複するように行われる。それ以外は、上記第１実施形態と同様であり、重複する説明は省略している。
【００９９】
〔第２実施形態の効果〕
上記第２実施形態は、上記第１の加工と上記第２の加工を、加工時期の少なくとも一部が重複するように行う。上記第１の加工と上記第２の加工を時間的に重複させて行うことで、複雑な立体的な形状を形成する立体加工に要する加工時間を短縮することができる。それ以外は、上記第１実施形態と同様の作用効果を奏する。
【実施例１】
【０１００】
図１に示す装置を用い、本発明のクラスタ噴射式加工方法を実施した。
【０１０１】
加工対象物６として単結晶Ｓｉ基板を用いた。反応性ガスとしてＣｌＦ３を、低沸点ガスとしてＡｒを用いた。Ａｒに対して３体積％のＣｌＦ３を混合して混合ガスとした。
【０１０２】
図９は、本実施例に用いたマスクパターンを示す図である。フォトレジストによるマスクパターンを形成した。
噴射ノズル１５は、直径０．０７ｍｍの円形の開口１８を有するニッケル製のノズルを使用した。
【０１０３】
第１の加工は、第１の角度αを斜め４５度とし、上記混合ガスを噴射ノズル１５から０．９ＭＰａで噴射して反応性クラスタによる加工を３８分行った。
第２の加工は、第２の角度βを逆斜め４５度とし、上記混合ガスを噴射ノズル１５から０．９ＭＰａで噴射して反応性クラスタによる加工を１５分行った。
【０１０４】
図１０、図１１、図１２は、実施例１の結果を示す。上記第１の加工と第２の加工により、単結晶シリコンによるカンチレバー構造が形成されていることがわかる。
【実施例２】
【０１０５】
図１に示す装置を用い、本発明のクラスタ噴射式加工方法を実施した。
【０１０６】
加工対象物６として単結晶Ｓｉ基板を用いた。反応性ガスとしてＣｌＦ３を、低沸点ガスとしてＡｒを用いた。Ａｒに対して３体積％のＣｌＦ３を混合して混合ガスとした。
【０１０７】
図９は、本実施例に用いたマスクパターンを示す図である。金属材料であるＡｌによるマスクパターンを形成した。
噴射ノズル１５は、直径０．１ｍｍの円形の開口１８を有するニッケル製のノズルを使用した。
【０１０８】
第１の加工は、第１の角度αを斜め４５度とし、上記混合ガスを噴射ノズル１５から０．９ＭＰａで噴射して反応性クラスタによる加工を４０分行った。
第２の加工は、第２の角度βを逆斜め４５度とし、上記混合ガスを噴射ノズル１５から０．９ＭＰａで噴射して反応性クラスタによる加工を４０分行った。
さらに２回目の第１の加工を行った。２回目の第１の加工は、第１の角度αを斜め４５度とし、上記混合ガスを噴射ノズル１５から０．９ＭＰａで噴射して反応性クラスタによる加工を１０分行った。
【０１０９】
図１３、図１４、図１５は、実施例２の結果を示す。上記第１の加工と第２の加工により、単結晶シリコンによる多数かつ多段のカンチレバー構造が形成されていることがわかる。
【０１１０】
このように、マスクパターンとして金属材料を用いることにより、より高アスペクト比のエッチング加工が行われ、より複雑な立体的形状を形成する立体加工が可能となる。
【０１１１】
〔変形例〕
以上は本発明の特に好ましい実施形態について説明したが、本発明は図示した実施形態に限定する趣旨ではなく、各種の態様に変形して実施することができ、本発明は各種の変形例を包含する趣旨である。
【符号の説明】
【０１１２】
１：供給手段
２：クラスタ生成手段
３：加工手段
５：真空処理室
６：加工対象物
７：マスクパターン
８Ａ：第１の加工部
８Ｂ：第２の加工部
９：カンチレバー部
１０：混合ガス供給部
１１：供給弁
１２：流量調節装置
１５：噴射ノズル
１５Ａ：第１噴射ノズル
１５Ｂ：第２噴射ノズル
１６：支持アーム
１８：開口
１９：支持装置
２２：ターボ分子ポンプ
２３：ドライポンプ
２４：開閉弁
２６：レジスト層
２７：蒸着層
２８：酸化物層
３１：導入側の通路
３２：噴射側の通路
３３：くびれ部
Ａ  加工領域
Ａ１  第１の加工領域
Ａ２  第２の加工領域
Ｘ  噴射方向
α  第１の角度
β  第２の角度
【図１】
2018037519.tif 000003
【図２】
2018037519.tif 000004
【図３】
2018037519.tif 000005
【図４】
2018037519.tif 000006
【図５】
2018037519.tif 000007
【図６】
2018037519.tif 000008
【図７】
2018037519.tif 000009
【図８】
2018037519.tif 000010
【図９】
2018037519.tif 000011
【図１０】
2018037519.tif 000012
【図１１】
2018037519.tif 000013
【図１２】
2018037519.tif 000014
【図１３】
2018037519.tif 000015
【図１４】
2018037519.tif 000016
【図１５】
2018037519.tif 000017