(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一部が開口され、陰極として作用して、原子を放出可能な放出部を有し、かつ内部にプラズマを発生させる筒状体と、
前記筒状体の内部に配置された複数の棒状の陽極と、
前記陽極に電気的に接続されて前記陽極に電圧を印加して、前記筒状体内に前記プラズマを発生させて、前記放出部から原子を放出させる電源と、
前記筒状体の内部で前記放出部に対して前記陽極を変位させる陽極駆動部と、
前記陽極駆動部を制御して、前記放出部に対して前記陽極を所定周期毎に接近し又は離れるように変位させる制御部とを備えて、
前記複数の棒状の陽極の長手軸方向はそれぞれ前記放出部に大略平行な状態で、かつ、前記放出部が、前記原子を放出する対象の対象物の面に対して傾斜した状態で、前記筒状体の内部で前記プラズマを発生させて前記放出部から前記原子を放出するとともに、前記複数の棒状の陽極のうち、少なくとも前記対象物に近い側の前記陽極を前記放出部に対して変位させる原子線源。
【請求項２】
前記陽極の前記変位に関連して、前記電源から前記陽極に印加される前記電圧を制御する制御装置をさらに備える請求項１に記載の原子線源。
【請求項３】
筒状体を陰極とし、前記筒状体の内部に設けられた陽極に電圧を印加して前記筒状体の内部でプラズマを発生させて前記筒状体の一部が開口されて陰極として作用して、原子を放出可能な放出部から原子を放出するとともに、前記筒状体の内部で前記放出部に対して前記陽極を陽極駆動部により変位させるとともに、
前記陽極として複数の棒状の陽極が配置されており、前記複数の棒状の陽極の長手軸方向はそれぞれ前記放出部に大略平行な状態で、かつ、前記放出部が、前記原子を放出する対象の対象物の面に対して傾斜した状態で、前記筒状体の内部で前記プラズマを発生させて前記放出部から前記原子を放出するとともに、前記複数の棒状の陽極のうち、少なくとも前記対象物に近い側の前記陽極を前記放出部に対して変位させる、原子線放出方法。
【請求項４】
前記陽極駆動部を制御して、前記放出部に対して前記陽極を所定周期毎に変位させつつ、前記筒状体の内部で前記プラズマを発生させて前記放出部から前記原子を放出する、請求項３に記載の原子線放出方法。
【請求項５】
前記陽極の前記変位に関連して、前記電源から前記陽極に印加される前記電圧を制御しながら、前記筒状体の内部でプラズマを発生させて前記開口部から原子を放出する、請求項３又は４に記載の原子線放出方法。
【請求項６】
筒状体内部にプラズマを発生させた原子線源から原子を対象物に放出して前記対象物の表面改質をする表面改質装置において、
載置台に載置された前記対象物の平面に垂直な軸に対し、前記原子線源における原子を放出する放出中心軸を傾斜して設置されるとともに、
前記原子線源として、請求項１又は２に記載の原子線源により構成する表面改質装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマを発生させて原子を放出する高速原子線源［FAB (Fast Atom Bombardment)又はSaddle Field Source］、および高速原子線放出方法、ならびに高速原子線源を搭載する表面処理装置（例えば表面改質装置）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
常温の大気中に存在する原子、分子よりはるかに大きな運動エネルギで、かつ方向性を持っているものは高速原子線と呼ばれ、また、その高速原子線を発生させるものは高速原子線源と呼ばれる。
【０００３】
高速原子線源は、主に半導体製造プロセスで使用される加工工程などに利用されている。高速原子線源は、イオンビームに比べ加工対象を帯電させないことが特徴であって、帯電による対象物へのダメージや、対象物の特性により帯電すると所望の処理精度が確保できないような場合でも使用することができる。
【０００４】
しかし、従来の高速原子線源においては、放出される原子線の密度が均一になり難いという課題がある。この課題を解決するため、高速原子線源において放出される原子の分布を面均一にするようにした技術が特許文献１に記載されている。
【０００５】
特許文献１には、プラズマを生成する放電容器に複数の孔を有する放出電極あるいはガス導入電極を設け、前記孔の長さあるいは径を位置によって異なるように設定し、放出される原子の分布の均一化を図るようにした構成の高速原子線源が記載されている。
【０００６】
【特許文献１】特許第３３６３０４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、処理される対象物の形状、また、例えばウエハのようなチップに比べて大きなもの、またはエッチングレートを向上させる場合、あるいは設備の構成によっては、原子線源と対象物との距離が不均一になる場合があり、このような場合に高速原子を照射すると、対象物に衝突する原子密度が均一にならず、対象物の構造が設計と不一致となり、不良を発生させてしまう。
【０００８】
また、処理の量や対象物が変われば、従来法では原子線源の構造を変更しなければならず、経済的ではない。
【０００９】
本発明は、前記従来の課題を解決するものであって、安価に短時間で所望の単位時間当たりの放出原子密度分布にすることを可能にした高速原子線源および高速原子線放出方法ならびに表面改質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】
【００１０】
前記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。
【００１１】
本発明の第１態様によれば、一部が開口され、陰極として作用して、原子を放出可能な放出部を有し、かつ内部にプラズマを発生させる筒状体と、
前記筒状体の内部に配置された複数の棒状の陽極と、
前記陽極に電気的に接続されて前記陽極に電圧を印加して、前記筒状体内に前記プラズマを発生させて、前記放出部から原子を放出させる電源と、
前記筒状体の内部で前記放出部に対して前記陽極を変位させる陽極駆動部と、
前記陽極駆動部を制御して、前記放出部に対して前記陽極を所定周期毎に接近し又は離れるように変位させる制御部とを備えて、
前記複数の棒状の陽極の長手軸方向はそれぞれ前記放出部に大略平行な状態で、かつ、前記放出部が、前記原子を放出する対象の対象物の面に対して傾斜した状態で、前記筒状体の内部で前記プラズマを発生させて前記放出部から前記原子を放出するとともに、前記複数の棒状の陽極のうち、少なくとも前記対象物に近い側の前記陽極を前記放出部に対して変位させる原子線源を提供する。
【００１４】
本発明の第２態様によれば、前記陽極の前記変位に関連して、前記電源から前記陽極に印加される前記電圧を制御する制御装置をさらに備える第１の態様に記載の原子線源を提供する。
【００１５】
本発明の第３態様によれば、筒状体を陰極とし、前記筒状体の内部に設けられた陽極に電圧を印加して前記筒状体の内部でプラズマを発生させて前記筒状体の一部が開口されて陰極として作用して、原子を放出可能な放出部から原子を放出するとともに、前記筒状体の内部で前記放出部に対して前記陽極を陽極駆動部により変位させるとともに、
前記陽極として複数の棒状の陽極が配置されており、前記複数の棒状の陽極の長手軸方向はそれぞれ前記放出部に大略平行な状態で、かつ、前記放出部が、前記原子を放出する対象の対象物の面に対して傾斜した状態で、前記筒状体の内部で前記プラズマを発生させて前記放出部から前記原子を放出するとともに、前記複数の棒状の陽極のうち、少なくとも前記対象物に近い側の前記陽極を前記放出部に対して変位させる、原子線放出方法を提供する。
本発明の第４態様によれば、前記陽極駆動部を制御して、前記放出部に対して前記陽極を所定周期毎に変位させつつ、前記筒状体の内部で前記プラズマを発生させて前記放出部から前記原子を放出する、第３の態様に記載の原子線放出方法を提供する。
【００１７】
本発明の第５態様によれば、前記陽極の前記変位に関連して、前記電源から前記陽極に印加される前記電圧を制御しながら、前記筒状体の内部でプラズマを発生させて前記開口部から原子を放出する、第３又は４の態様に記載の原子線放出方法を提供する。
【００１８】
本発明の第６態様によれば、筒状体内部にプラズマを発生させた原子線源から原子を対象物に放出して前記対象物の表面改質をする表面改質装置において、
載置台に載置された前記対象物の平面に垂直な軸に対し、前記原子線源における原子を放出する放出中心軸を傾斜して設置されるとともに、
前記原子線源として、第１又は２の態様に記載の原子線源により構成する表面改質装置を提供する。
【００１９】
前記構成により、内部にプラズマを発生させて原子を放出する陰極の筒状体内部に棒状の陽極を配置し、この陽極を変位可能にして、対象物に対して最適な単位時間当たりの放出原子密度分布となるように、筒状体内の陽極を変位させ、放電空間内の電子密度を制御することにより、所望の処理能力を確保することが可能になる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、陰極である筒状体内部の陽極を変位させ、放電空間内の電子密度を制御することにより、安価に短時間で所望の単位時間当たりの放出原子密度分布を得ることができ、表面改質装置においては、良好な表面処理が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２２】
図１は、本発明の第１実施形態に係る高速原子線源を説明するための高速原子線源の一部を破断して示す斜視図であり、１は高速原子線源の外枠（筒状体の一例、図１では直方体形状の筒状体で示す。）、２は外枠１の内部に互いに平行に配置された複数の棒状の陽極、３は外枠１の外部に配置された直流高圧電源、４は外枠１の内部の放電空間、５は外枠１の一面に配置されて外枠１の外部と放電空間４を繋ぐ原子放出部、６は外枠１の一面に配置されたガス導入部、７は放出される原子線を示す。
【００２３】
図１において、高速原子線源の外枠１は、絶縁体またはアースと接続された導電体で構成されており、内部に設けられた複数の陽極２には直流高圧電源３が接続されて、例えば２ｋＶ〜３ｋＶの電圧を複数の陽極２のそれぞれに印加する。また、外枠１の一部（少なくとも、陽極２の軸方向と平行な方向沿いの面、図１では上面と下面）には、外部と放電空間４を繋ぐ開口である原子放出部５が設けられている。原子放出部５は、外枠１の導電体部分と導通が取れており、共に陰極として作用する。原子放出部１の形状は、無数の貫通孔がある導電性の板体とするものが一般的である。原子放出部５は、図１では、上下に２つの面を設けているが、高速原子線を効率良く発生させるためには、上下いずれか１つの面とするのが好ましい。複数の陽極２は、一例として、それぞれ、上下の原子放出部５に対して同一距離だけ離れて互いに大略平行に配置されている。
【００２４】
さらに、外枠１の一部（図１では、原子放出部５が配置された上面と直交する左側の側面）には、外枠１の外部から放電用のガスを導入するためのガス導入部６が設けられている。ガス導入部６は、この配置に限らず、外枠１の形状、および陽極２の形状と位置に応じて、プラズマが安定する最適な場所へ配置することが望ましい。ガス導入部６には、ガス供給装置７０が連結されて、制御装置１００の制御の下に、ガス供給装置７０から、プラズマを形成するのに必要なガスがガス導入部６を通して外枠１の内部の放電空間４に供給されるようにしている。
【００２５】
なお、所望の原子線７の密度が得られるものであれば、外枠１の形状は任意に設計できる。また、原子放出部５の配置は、所望の原子線７の密度が得られる場所であれば、設置個数、方向、場所を任意に設定することができる。第１実施形態における図１に示す原子放出部５の位置は、放出原子密度の比較的高い位置に配置した例である。
【００２６】
ガス供給装置７０により、ガス導入部６からプラズマを形成するガス、例えばＡｒ、Ｎ２、Ｈｅ、Ｈ、Ｏ２、Ｈ２Ｏなどを放電空間４内に導入し、減圧装置７１により放電空間４の圧力を約１００Ｐａ以下にし、直流高圧電源３により陽極２に直流電圧を印加することによって、放電空間４にプラズマが形成される。制御装置１００は、ガス供給装置７０と、減圧装置７１と、直流高圧電源３と、陽極駆動装置３１に接続された制御部３２とをそれぞれ動作制御して、放電空間４にプラズマを形成するようにする。
【００２７】
図２Ａは、本発明の前記第１実施形態に係る高速原子線源を搭載した表面処理装置の一例としての表面改質装置を示す概略構成図であり、１１は反応容器により構成される反応室、１２は処理対象物である一方の基板であって一例としてＳｉ（シリコン）からなり、１３は処理対象物である他方の基板であって一例としてＳｉ（シリコン）からなる。制御装置１００は、ガス供給装置７０と、減圧装置７１と、直流高圧電源３と、陽極駆動装置３１に接続された制御部３２とをそれぞれ有する高速原子線源１９，２０と、ベローズ駆動装置７４などとを動作制御するとともに、質量分析器２８，３０からの分析結果情報が入力されて、放電空間４にプラズマを形成して基板の表面改質を行なうようにする。
【００２８】
一方の基板１２は下部基板台１４の上に載置され、他方の基板１３は上部基板台１５に固定される。上部基板台１５には静電チャック１６が埋め込まれ、静電チャック１６に電圧印加装置７３により電圧を印加することにより、他方の基板１３は静電チャック１６に静電吸着される。上部基板台１５は、ベローズ１７に取り付けられて、反応室１１に対して昇降可能としている。すなわち、ベローズ１７は、その下端が、反応室１１の上面に固定されたリング状固定板１７ｃに固定され、ベローズ１７の上端には固定板１７ｂが固定されている。固定板１７ｂを貫通して固定板１７ｂに支持棒１７ａが固定されている。支持棒１７ａの下部は反応室１１を貫通して、下端に上部基板台１５が固定されている。ベローズ１７は、エアーポンプなどのベローズ駆動装置７４に連結されて、ベローズ駆動装置７４が駆動されることにより、ベローズ１７が伸縮して、固定板１７ｂよって支持棒１７ａが昇降し、上部基板台１５を昇降させることができる。すなわち、このベローズ１７を上下することにより、ベローズ１７に連結された上部基板台１５を上下動することができて、対向する面が互いに表面改質された他方の基板１３を、一方の基板１２に圧着させることができる。
【００２９】
１８は反応室１１の真空排気口、７１は反応室１１内を真空吸引して減圧にする減圧装置、１９は一方の基板１２を改質するための高速原子線７を放出する第１の高速原子線源（例えば、図１の高速原子線源）、２０は他方の基板１３を改質するための高速原子線７を放出する第２の高速原子線源（例えば、図１の高速原子線源）、両高速原子線源１９、２０には、それぞれ、ガス供給配管２１、２２と、陽極２への電圧印加用の電力供給配線２３、２４が接続されている。ガス供給配管２１、２２と電力供給配線２３、２４は、供給コネクタ２５、２６により、反応室１１の真空度を保つことができるようにしている。また、支持棒１７ａも、シール１７ｄにより反応室１１の真空度を保つことができるようにしている。
【００３０】
２７は、一方の基板１２の基板表面を第１の高速原子線源１９から照射された高速原子線７により洗浄する際、該一方の基板１２の表面から放出された元素を取り込むための質量分析口、２８は質量分析口２７に連結された質量分析器である。また、２９は、他方の基板１３の基板表面を第２の高速原子線源２０から照射された高速原子線により洗浄する際、該他方の基板１３の表面から放出された元素を取り込むための質量分析口、３０は質量分析口２９に連結された質量分析器である。質量分析器２９，３０により質量分析をそれぞれの基板１２，１３に対して行ない、その分析結果の情報を基に制御装置１００で洗浄動作を制御することにより、それぞれの基板１２，１３に対して所望の洗浄が行えるようにしている。
【００３１】
前記構成の高速原子線源および表面改質装置における動作中、プラズマ内の加速されたイオンが他のイオン、原子、電子、および放電空間４の外枠内壁、陽極２などに衝突した際に中性化された原子が、原子放出部５を通過して原子線７を形成する。原子線７の原子の密度は、放電空間４における原子放出部５と陽極２との間の電子密度に大きく影響を受ける。
【００３２】
図３Ａ及び図３Ｂに示すように、原子放出部５に対して同一距離だけ離れて複数の陽極２がそれぞれ配置され、外枠１に対して上側にのみ配置された原子放出部５の表面と基板１２、１３とが大略平行に配置されておれば、基板１２、１３の表面のそれぞれの点と陽極２との距離が一定であるため、通常、図１に示す高速原子線源１９，２０の放出原子密度、従って、基板１２、１３の表面に衝突する原子密度は均一で一定になるように構成されている。図３Ｂの４５は２つの陽極２の中間部に形成されたプラズマを概略的に示している。しかしながら、図５に示すように、従来のように、陽極２の位置を外枠１内で固定したまま、単に、斜め方向から処理対象物である基板１２、１３に高速原子線７を高速原子線源１９，２０から照射する場合には、基板１２、１３の表面のそれぞれの点と陽極２との距離が一定ではないため、実際に、基板１２、１３の表面に衝突する原子密度が不均一となる。図５では、高速原子線源１９，２０の斜め右下側に位置する陽極２と基板１２、１３の表面との距離が最も近く、単位時間当たりの原子密度が高くなる一方、高速原子線源１９，２０の斜め左上側に位置する陽極２と基板１２、１３の表面との距離が最も大きく、単位時間当たりの原子密度が低くなるので、基板１２、１３の表面に衝突する原子密度が不均一となっている。
【００３３】
そこで、図４Ａに示すように、放電空間４の内部の陽極２の位置を陰極である外枠１側へ近付けると（例えば、陽極２の長手方向の一端部（図４Ａの右端部）を支点として他端部（図４Ａの左端部）を陰極である外枠１側へ近付けると）、陽極２から陰極へ引っ張られるイオンの運動エネルギが減少する。図４Ｂは、２つの陽極２のうちの左側の陽極２のみを図４Ａのように変位させたときに、２つの陽極２の中間部に右側に傾斜して形成されたプラズマ４５を概略的に示している。図４Ｃは、２つの陽極２のうちの左側の陽極２のみを図４Ａとは逆方向に陰極から遠ざかるように変位させたときに、２つの陽極２の中間部に左側に傾斜して形成されたプラズマ４５を概略的に示している。また、陽極２の周りを周期運動している電子は、陽極２と陰極の距離が近くなることによって、外枠１の壁への衝突が増加し電子の密度が減少する。その結果、衝突によって中性化された原子の数が減少し、放出原子密度が減少する。
【００３４】
よって、後述するように陽極２の位置を変えるように制御（陽極２が変位するように制御）することにより、所望の単位時間当たりの放出原子密度にするように陽極２に勾配を付けることが可能となる。すなわち、図６に示すように、斜め方向から基板１２、１３に高速原子線７を高速原子線源１９，２０から照射し、基板１２、１３に衝突する原子密度を均一にするように陽極２の位置を変更させる、すなわち陽極２を変位させるように制御することにより、原子線７による均一処理が可能となる。
【００３５】
具体的には、一例として、複数の棒状の陽極２が配置されており、前記複数の棒状の陽極２の長手軸方向はそれぞれ前記放出部５に大略平行な状態で、かつ、前記放出部５が、前記原子を放出する対象の対象物の一例としての基板１２，１３の面に対して傾斜した状態で、前記外枠１の内部で前記プラズマを発生させて前記放出部５から前記原子を放出するとともに、前記複数の棒状の陽極２のうち、少なくとも前記基板１２，１３に遠い側の前記陽極２（図６では左上側の陽極２）を前記放出部５に対して変位（例えば接近）させれば、図３Ｂような大略均一なプラズマ４５を陽極２，２間に形成することできて、高速原子線７による基板１２、１３の表面に衝突する原子密度を大略均一にすることができる。
【００３６】
図７〜図９は第１実施形態における陽極の配置例、その変位動作などに係る説明図である。
【００３７】
図７において、３１ａは、棒状の陽極２を、該陽極２の中心を回動軸として反復回動可能にすることにより、陽極２と前記原子放出部５との距離を変える、陽極駆動部３１の一例としての陽極駆動部、３２ａは、陽極２の変位により所望の原子密度分布を得るように設定された入力データを受けて、陽極２を変位させるための駆動制御信号を陽極駆動部３１ａのモータ８１に出力する、制御部３２の一例としての制御部である。
【００３８】
陽極２の変位動作としては、陽極２の中心を支点として揺動するのではなく、左右に平行移動させてもよく、また、陽極２の変位動作は、プラズマ放電を妨げないような動作であるなら、どのような動作でもよい。例えば、陽極２の変位は、前記原子放出部５に対して単純に遠ざかる運動、単純に近づく運動、プラズマ発生位置を中心として前記原子放出部５に対して接離する運動などが挙げられる。前記原子放出部５に対して単純に遠ざかる運動又は単純に近づく運動は、運動が単純であるため制御しやすく、原子密度分布を全体的に増減させることができる。これに対して、プラズマ発生位置を中心として前記原子放出部５に対して接離する運動の場合には、陽極２の長手方向の一方の端部側の原子密度分布に対して他方の端部側の原子密度分布を相対的に増減させることができ、部分的に原子密度分布を増減させることができる。
【００３９】
陽極駆動部３１ａは、具体的に図示しないが、モータ、シリンダ、又は電磁石などの陽極駆動源とその駆動力伝達機構とにより構成されている。具体的には、図２Ｂ及び図２Ｃに示すように、陽極駆動部３１ａは、反応室１１の外部の駆動源から磁石を利用して回転駆動力を反応室１１内に伝達し、反応室１１内の高速原子線源１９，２０の近傍でカム機構により陽極２の変位を行なうようにしている。一例として、図２Ｂに示すように、反応室１１の外部には駆動源の一例としてのモータ８１を配置している。モータ８１の回転軸８１ａにはカップリング８２が連結されている。カップリング８２により、モータ８１の回転軸８１ａと連結された駆動軸８３は、反応室１１の壁１１ｗを貫通して、壁１１ｗに対して軸受け９０により回転自在に支持されるように配置されている。なお、９１は反応室１１の減圧状態を維持するためのシールである。駆動軸８３の外枠１の内側端部の円柱部には、Ｎ極とＳ極の駆動側磁石８４ｎ，８４ｓが固定されている。Ｎ極とＳ極の駆動側磁石８４ｎ，８４ｓの周囲には、Ｎ極とＳ極の駆動側磁石８４ｎ，８４ｓと隙間を空けてかつ磁気的に吸引するＳ極とＮ極の従動側磁石８５ｓ，８５ｎが従動軸８６の外側端部の円筒部に固定されて、駆動側磁石８４ｎ，８４ｓの回転に対応して従動側磁石８５ｓ，８５ｎが同時的に回転されることにより、非接触で、モータ８１からの回転力を従動軸８６に伝達できるようにしている。図２Ｃに示すように、従動軸８６の内側端部には偏心カム８７を固定し、従動軸８６の回転により偏心カム８７が従動軸８６の回転軸８６ｒ周りに偏心回転するようにしている（図２Ｄ参照）。この偏心カム８７には、外枠１の枠壁１ｗの長孔１ｐ（図２Ｅ参照）を貫通して陽極２に連結されたカムフォロワ８８がバネ８９の付勢力により常時接触するように付勢されている。カムフォロワ８８は、従動軸８６の回転軸と直交する案内軸８９ｇ沿いに直線的に昇降移動する。一方、各陽極２は、その長手方向の中央部が絶縁体支持部材７９で揺動可能に外枠１に支持されており、各陽極２の一端が、自在継ぎ手や球面軸受けなどの連結部８８ａを介してカムフォロワ８８と連結されて、カムフォロワ８８の移動に対して陽極２が絶縁体支持部材７９を支点として揺動可能としている。この結果、カムフォロワ８８の昇降運動により、絶縁体支持部材７９を支点として陽極２が図７に示すように揺動することになる。絶縁体支持部材７９による陽極２の支持箇所をプラズマ発生位置の中心にすれば、プラズマ発生位置の中心回りに陽極２が揺動することになる。
【００４０】
また、陽極駆動部３１ａに接続された制御部３２ａによって、陽極駆動部３１ａを陽極変位駆動中に停止したり、駆動速度を変更したりするなどの動作制御を行なって、陽極２における各姿勢の滞在時間などを変更することにより、単位時間あたりの原子密度を変化させることができる。
【００４１】
図７のような陽極の揺動動作を行なうことにより、陰極の軸方向の原子放出部の中心付近の、原子密度を一定として、原子放出部端部の原子密度を上下させることができる。
【００４２】
次に、図８に示す別の例では、図７の揺動運動に代えて、陽極２と前記原子放出部５との平行状態を保ったまま、陽極２と前記原子放出部５との距離を増減するように、陽極２を図８の上下方向（陽極２の直径方向でかつ前記原子放出部５の表面とは直交する方向）沿いに変位させることにより、原子密度を可変にしている。図７に示す例と同様に、陽極駆動部３１の一例としての陽極駆動部３１ｂは駆動源の一例としてモータ、シリンダ、又は電磁石などで構成することができ、陽極駆動部３１ｂと同様な構成とすることができる。図７とは異なり、陽極２は単に上下方向に移動するため、陽極２の揺動を許容するような自在継ぎ手や球面軸受けなどの連結部８８ａは不要となり、単に、カムフォロワ８８の一端を陽極２に連結固定するだけでよく、連結構造を簡単なものとすることができる。図７の制御部３２ａと同様に、陽極２を変位させるための駆動制御信号を陽極駆動部３１ｂに出力する、制御部３２の一例としての制御部３２ｂによって、上下方向に移動の移動動作中に停止したり、動作速度を変更したりするなどの動作制御を行なって、陽極２の各姿勢の滞在時間を変更することにより、単位時間あたりの原子密度を変化させるようにしてもよい。
【００４３】
図８のような陽極２の平行移動を行なうことにより、均一勾配の密度の原子線放出を行なうことができる。より具体的には、原子放出部の固定の電極を基準として、可動側へ、なだらかな勾配の密度を有する原子線放出を行なうことができる。
【００４４】
次に、図９に示すさらに別の例では、陽極２と前記原子放出部５との距離を一定に保ったまま、陽極２を横方向沿い（陽極２の直径方向でかつ前記原子放出部５の表面沿い）に変位させることにより、原子密度を可変にしている。図７、図８に示す例と同様に、陽極駆動部３１の一例としての陽極駆動部３１ｃは駆動源の一例としてモータ、シリンダ、又は電磁石などで構成することができ、陽極駆動部３１ｂと同様な構成とすることができる。図７とは異なり、陽極２は単に横方向に移動するため、陽極２の揺動を許容するような自在継ぎ手や球面軸受けなどの連結部８８ａは不要となり、単に、カムフォロワ８８の一端を陽極２に連結固定するだけでよく、連結構造を簡単なものとすることができる。図７の制御部３２ａと同様に、陽極２を変位させるための駆動制御信号を陽極駆動部３１ｃに出力する、制御部３２の一例としての制御部３２ｃによって、横方向の移動動作中に停止したり、動作速度を変更したりして、陽極２の各姿勢の滞在時間を変更することにより、単位時間あたりの原子密度を変化させるようにしてもよい。
【００４５】
図９のような陽極２の横方向の移動動作を行なうことにより、均一勾配の密度の原子線放出を行なうことができる。より具体的には、全体はほぼ均一に、原子放出部の端部（可動電極側）のみの密度の急な増減の原子線放出を行なうことができる。
【００４６】
次に、図１０は、図１に示す第１実施形態の変形例にかかる高速原子線源４０Ａにおける一部を破断して示す斜視図であり、図１に示す高速原子線源の外枠１が矩形状であるのに対して、この変形例では外枠１Ａを円筒状にし、原子放出部５Ａを円筒状の外枠１Ａの軸方向の１つの円形端面の中央部の円形部分とし、ガス導入部６Ａを円筒状の外枠１Ａの湾曲した周面に形成することが異なる。
【００４７】
図１０のような、高速原子線源によれば、対象物に対して、原子線放出密度が高くかつ狭い範囲で原子線放出を行なうことができる。
【００４８】
また、図１１は、本発明の第２実施形態に係る高速原子線源４０Ｂを説明するための高速原子線源４０Ｂの外枠１Ａの一部を破断して示す斜視図である。なお、以下の説明において、前記第１実施形態などにて説明した部材に対応する部材には同一符号を付して詳しい説明は省略する。
【００４９】
第２実施形態は、高速原子線源４０Ｂの外枠１Ａを円筒状にし、内部に設置する陽極２Ｂとしてリング状のものを使用し、リング状の陽極２Ｂに対応して原子放出部５Ｂを図１０の原子放出部５Ａよりも大きい円板にして外枠１Ａの軸方向の両側の端面に配置した点が第１実施形態と異なる。
【００５０】
図１１のような、高速原子線源によれば、図１０の高速原子線源よりも広い範囲に原子線放出を行なうことができる。
【００５１】
さらに、図１２Ａ〜図１４は第２実施形態における陽極２Ｂの配置例、その変位動作などに係る説明図である。
【００５２】
図１２Ａは陽極２Ｂの正面図、図１２Ｂは図１２Ａにおける陽極２Ｂと駆動制御系を示す側面図であって、３１ｄは、リング状の陽極２Ｂの中線を軸として一点鎖線で示すように反復回動可能にすることにより、陽極２Ｂと図１１の原子放出部５Ｂとの距離を変える、陽極駆動部３１の一例としての陽極駆動部、３２ｄは陽極２Ｂを変位させるための駆動制御信号を陽極駆動部３１ｄに出力する、制御部３２の一例としての制御部である。
【００５３】
制御部３２ｄによって、陽極駆動部３１ｄを駆動中に停止したり、駆動速度を変更したりして、陽極２Ｂにおける各姿勢の滞在時間などを変更することにより、単位時間あたりの原子密度を変化させることができる。
【００５４】
図１２Ａ，図１２Ｂの陽極２の変位を行なうことにより、原子放出部の中心（円陽極の中心）の密度を中心として対称な密度を有する原子線放出を行なうことができる。
【００５５】
また、図１３に示す例では、陽極２Ｂと前記原子放出部５Ｂとの平行状態を保ったまま、陽極駆動部３１の一例としての陽極駆動部３１ｅにより陽極２Ｂを横方向（図１３の左右方向、図１１の外枠１Ａの軸方向と直交する方向）に変位させることにより、原子密度を可変にしている。図１２に示す例と同様に、陽極駆動部３１ｅを、陽極２Ｂを変位させるための駆動制御信号を陽極駆動部３１ｅに出力する、制御部３２の一例としての制御部３２ｅによって、変位動作中に停止したり、変位動作速度を変更したりして、陽極２Ｂの各姿勢の滞在時間を変更することにより、単位時間あたりの原子密度を変化させるようにしてもよい。
【００５６】
図１３の陽極の変位を行なうことにより、外枠（陰極）に陽極が近い箇所の密度を上げた状態の、原子線放出を行なうことができる。
【００５７】
図１４に示す例では、陽極２Ｂと前記原子放出部５との距離を一定に保ったまま、陽極駆動部３１の一例としての陽極駆動部３１ｆにより陽極２Ｂを図１４の上下方向、横方向、斜め方向に変位させることにより、原子密度を可変させている。この例においても、図１２に示す例と同様に、陽極駆動部３１ｆを、陽極２Ｂを変位させるための駆動制御信号を陽極駆動部３１ｆに出力する制御部３２ｆによって、陽極２Ｂを、変位動作中に停止したり、速度を変更したりして、陽極２Ｂの各姿勢の滞在時間を変更することによって、単位時間あたりの原子密度を変化させてもよい。
【００５８】
図１４の陽極の変位を行なうことにより、原子放出部（外枠（陰極））に対して陽極２が小さい場合には、原子線の密度の高い原子線放出を局所的に行なうことができる。従って、対象物の照射面に選択的に原子線放出をしたい場合に好適なものとなる。
【００５９】
なお、図８〜図１４までの前記実施形態及び前記変形例において、それぞれの駆動部は、図７の駆動部３１ａと同様な構造を有し、それぞれの例において、駆動力の伝達方向の変換が必要な場合には、適宜、公知の機構を使用すればよい。
【００６０】
本発明は、前記した実施形態や変形例に限らず、種々の態様で実施することができる。
【００６１】
例えば、前記実施形態及び前記変形例の他の、陽極２，２Ｂの変位の例として、陽極２，２Ｂの変位開始直前に、陽極２，２Ｂに印加する電圧を上げたのち、陽極２，２Ｂの変位を行なうことも可能である。このように電圧を上げてから、陽極２，２Ｂの変位を行なうことにより、電圧印加開始時の初期プラズマ発生時のプラズマを安定させることができる。また、陽極２，２Ｂの変位動作中に、陽極２，２Ｂに印加する電圧を上下させながら変位を行なうことも可能である。このように、陽極２，２Ｂの変位動作中に電圧を上下させると、複数の陽極２，２Ｂ間の間隔を広げるときは電圧を上げ、複数の陽極２，２Ｂ間の間隔を狭めるときは電圧を下げるようにすれば、陽極変位前に放出していた単位面積当たりの原子線の密度と、陽極変位中及び陽極変位後の単位面積当たりの原子線の密度をほぼ一定に保つことができる。
【００６２】
また、図２Ａでは、高速原子線源１９，２０が２つ配置されているが、１つの高速原子線源１９だけ配置するようにしてもよい。例えば、図２Ｆに示すように、基板１２の表面のクリーニングなどの表面処理を行なう場合に最適なものとすることができる。
【００６３】
図２Ｆのようにすれば、１つの対象物の片面を洗浄したいときに、簡単な装置構成にすることができる。
【００６４】
また、陽極２，２Ｂの変形例として、複数の陽極２，２Ｂのうち、基板側に近い側の陽極を、一旦基板側から遠ざけたのち、そのまま遠ざけたままであると、プラズマが消える可能性がある。そこで、再び、元の位置又はその元の位置よりも基板に近い位置まで陽極２，２Ｂを移動させるのが好ましい。よって、このような陽極２，２Ｂの往復移動を所定周期毎に行なうことが好ましい。位置の変位は、せいぜい１ｃｍ程度が好ましい。
【００６５】
原子放出部（外枠（陰極））と陽極の大きさにもよるが、１ｃｍ未満であれば、プラズマの強度が強くなりすぎて、陽極や陰極が損傷する可能性があるため、前記したように１ｃｍ程度が好ましい。
【００６６】
なお、対象物の基板１２，１３は、ウェハレベルで、４〜１２インチのウェハに適用することができる。例えば、６インチのウェハの場合には、高速原子線源は例えば１９０ｍｍ×２８０ｍｍ×１００ｍｍの大きさのものが使用できる。この場合の原子放出部５は２０ｃｍ×２０ｃｍ程度が好ましい。
【００６７】
また、複数の陽極２，２Ｂに１つの電源から同じ電圧を印加するものの他、図１５Ａ，図１５Ｂに変形例として示すように、複数の陽極２，２Ｂ毎に直流高圧電源３ａ，３ｂを備えて、それぞれ独立して直流高圧電源３ａ，３ｂからそれぞれの陽極２に電圧を印加可能とするようにしてもよい。この場合には、陽極２，２Ｂ毎に異なる電圧を印加することも可能である。図１５Ａにおいて、右側の陽極２に対して、左側の陽極２よりも低い電圧を直流高圧電源３ｂから印加するように制御装置１００で制御する。すると、最初は、図１５Ａに示すように、左側の陽極２よりも右側の陽極２に近寄った位置にプラズマ４５が形成され、その後、図１５Ｂに示すように、左側の陽極２から右側の陽極２に向けてプラズマ４５が形成されるようになる。これにより、右側の陽極２に近い側で、原子線７が多く放出されるようにすることができる。
【００６８】
図１５Ａ，１５Ｂのように変化させることで、プラズマを安定した状態で陽極２側に移動させることができる。
【００６９】
なお、本明細書において原子を放出するとして説明したが、外枠内に発生したプラズマからイオンを放出することも可能である。
【００７０】
なお、上記様々な実施形態及び変形例のうちの任意の実施形態又は変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明は、半導体製造プロセス、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）、常温接合分野などにおいて、スパッタ、蒸着、エッチング、表面クリーニング、デポジッションなどの材料加工、ナノ加工分野などの構成、製作、加工の用途に用いられる高速原子線源装置および高速原子線放出方法ならびに表面改質装置として適用され、特に、加工面積が広い対象物や、装置構成または加工特性上、加工面と高速原子線源との距離を一定にすることができない場合に有効である。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る高速原子線源を説明するための高速原子線源の一部を破断して示す斜視図
【図２Ａ】本発明の第１実施形態に係る高速原子線源を搭載した表面改質装置を示す概略構成図
【図２Ｂ】前記表面改質装置の陽極駆動部の一例の部分概略構成図
【図２Ｃ】前記表面改質装置の陽極駆動部の一例の部分概略構成図
【図２Ｄ】図２Ｃにおいて矢印Ａの方向から見た図であって、前記表面改質装置の陽極駆動部の一例のカム部分の概略構成図
【図２Ｅ】図２Ｃにおいて矢印Ｂの方向から見た図であって、前記表面改質装置の陽極駆動部の一例の長孔部分の概略構成図
【図２Ｆ】本発明の第１実施形態に係る高速原子線源を搭載した表面処理装置において、高速原子線源を１つだけ配置した例を示す概略構成図
【図３Ａ】高速原子線源の放出原子密度分布の説明図（より詳しくは、上側の図は原子放出部の位置に対する放出原子密度の分布のグラフ、下側の図は高速原子線源の側面図）
【図３Ｂ】図３Ａにおける、高速原子線源の放出原子密度分布の平面的な説明図
【図４Ａ】陽極を変位させる場合の本発明の第１実施形態における高速原子線源の放出原子密度分布の説明図（より詳しくは、上側の図は原子放出部の位置に対する放出原子密度の分布のグラフ、下側の図は高速原子線源の側面図）
【図４Ｂ】図４Ａの高速原子線源において、２つの陽極のうちの左側の陽極のみを図４Ａのように変位させたときに、２つの陽極の中間部に右側に傾斜して形成されたプラズマを概略的に示す、高速原子線源の放出原子密度分布の平面的な説明図
【図４Ｃ】２つの陽極のうちの左側の陽極のみを図４Ａとは逆方向に陰極から遠ざかるように変位させたときに、２つの陽極の中間部に左側に傾斜して形成されたプラズマを概略的に示す、高速原子線源の放出原子密度分布の平面的な説明図
【図５】従来の配置のように、高速原子線源を斜め方向から照射したときの対象物への衝突原子密度分布の説明図（より詳しくは、上側の図は高速原子線源で対象物を照射する状態の側面図、下側の図は原子放出部の位置に対する放出原子密度の分布のグラフ）
【図６】本第１実施形態における高速原子線源を斜め方向から照射したときの対象物への衝突原子密度分布の説明図（より詳しくは、上側の図は高速原子線源で対象物を照射する状態の側面図、下側の図は原子放出部の位置に対する放出原子密度の分布のグラフ）
【図７】第１実施形態における陽極の配置例、その変位動作などに係る説明図
【図８】第１実施形態における陽極の別の配置例、その変位動作などに係る説明図
【図９】第１実施形態における陽極のさらに別の配置例、その変位動作などに係る説明図
【図１０】図１に示す第１実施形態の変形例における高速原子線源を一部を破断して示す斜視図
【図１１】本発明の第２実施形態に係る高速原子線源を説明するための高速原子線源の一部を破断して示す斜視図
【図１２Ａ】第２実施形態における陽極の配置例、その変位動作などに係る説明図
【図１２Ｂ】第２実施形態における陽極などの配置例、その変位動作などに係る説明図
【図１３】第２実施形態における陽極などの配置例、その変位動作などに係る説明図
【図１４】第２実施形態における陽極などの配置例、その変位動作などに係る説明図
【図１５Ａ】本発明の第１実施形態のさらに変形例における、高速原子線源の放出原子密度分布の平面的な説明図
【図１５Ｂ】本発明の第１実施形態のさらに変形例における、高速原子線源の放出原子密度分布の平面的な説明図
【符号の説明】
【００７３】
１  高速原子線源の外枠（筒状体の一例） 
２  陽極
３  直流高圧電源
４  放電空間
５  原子放出部
６  ガス導入部
７  原子線
１１  反応室
１２、１３  基板（処理対象物） 
１４  下部基板台
１５  上部基板台
１９、２０  高速原子線源
３１，３１ａ〜３１ｆ  陽極駆動部
３２，３２ａ〜３２ｆ  制御部
７０  ガス供給装置
７１  減圧装置
７３  電圧印加装置
７４  ベローズ駆動装置
１００  制御装置
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図２Ｆ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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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１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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