(57)【要約】【課題】  放出されるイオンが高出力、かつ安定した出力となるようなイオン源を提供すること。【解決手段】  イオン源において、微粒子及び／又は前記微粒子を含有する液体を供給する供給部と、供給された前記微粒子及び／又は前記液体を流すキャピラリと、キャピラリから前記微粒子及び／又は前記液体を吐出させる駆動部と、吐出させた前記微粒子及び／又は前記液体を荷電させる荷電手段と、を有する構成とした。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
微粒子及び／又は前記微粒子を含有する液体を供給する供給部と、供給された前記微粒子及び／又は前記液体を流すキャピラリと、キャピラリから前記微粒子及び／又は前記液体を吐出させる駆動部と、吐出させた前記微粒子及び／又は前記液体を荷電させる荷電手段と、を有することを特徴とするイオン源。
【請求項２】
駆動部は、電気熱変換体による膜沸騰を越える加熱によって生ずる気泡の成長により前記微粒子及び／又は前記液体を吐出させる駆動手段、もしくはピエゾの駆動により微粒子及び／又は前記液体を吐出させる駆動手段の内、少なくともいずれか一方の駆動手段を有することを特徴とする請求項１に記載のイオン源。
【請求項３】
前記荷電手段は、電界内で前記微粒子を荷電する電極を有することを特徴とする請求項１に記載のイオン源。
【請求項４】
前記荷電手段は、紫外線、Ｘ線やマイクロ波などの電磁波、あるいは電子線やイオンビームの内、少なくともいずれか一種類の高エネルギを放出させる高エネルギ発生源を有することを特徴とする請求項１に記載のイオン源。
【請求項５】
前記駆動部は、前記微粒子及び／又は前記液体の吐出量を制御する第一の制御部を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のイオン源。
【請求項６】
前記荷電手段は、電極間の電界の強度を制御する第二の制御部を有することを特徴とする請求項１又は３に記載のイオン源。
【請求項７】
前記荷電手段は、高エネルギ発生源から放出する高エネルギ量を制御する第三の制御部を有することを特徴とする請求項１又は４に記載のイオン源。
【請求項８】
イオンの出力強度を測定する測定手段を更に有し、第一の制御部と、第二の制御部と、第三の制御部の少なくともいずれか一つの制御部は測定手段の測定結果に応じて制御を行う工程を有することを特徴とする請求項１，５〜７のいずれか一項に記載のイオン源。
【請求項９】
前記液体は、前記微粒子を溶解及び／又は撹拌する工程を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のイオン源。
【請求項１０】
前記キャピラリは、ヒータを有することを特徴とする請求項１に記載のイオン源。
【請求項１１】
前記キャピラリは、微粒子及び／又は前記微粒子を含有する液体が流れる流路に渦巻き型溝を有することを特徴とする請求項１に記載のイオン源。
【請求項１２】
前記キャピラリは、キャピラリの内部もしくは外部の少なくともいずれか一方に、キャピラリを加振させる加振部を有することを特徴とする請求項１に記載のイオン源。
【請求項１３】
前記キャピラリは、キャピラリの内部もしくは外部の少なくともいずれか一方に、超音波照射部を有することを特徴とする請求項１に記載のイオン源。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか一項に記載のイオン源を有することを特徴とする加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造など微細加工のため、イオンを用いるリソグラフィ、イオン注入、スパッタリング、ミリング、蒸着、成膜、質量分析、あるいは所望の位置に微粒子を配置する、いわゆるナノ加工を行うためのイオン源およびこれを用いた加工装置と加工方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ナノ加工の一つであるクラスタイオンを用いた蒸着、成膜の技術が提案されており（特許文献１参照。）、それを図４に示す。
【０００３】
図４において、ガス管１０１の内部は水素、酸素、窒素などからなるキャリアガスに超微粒子を混合した混合ガス１０２が流れ、先端部の孔からるつぼ１０３内へ流出する。その流量を制御するために可変流量調節弁１０４が設けられている。
【０００４】
混合ガス１０２を荷電するための電極として、ガス管１０１を陰極に、るつぼ１０３を陽極としている。
【０００５】
るつぼ１０３の外周にはヒータ１０５が設けられており、混合ガス１０２を加熱する。
【０００６】
るつぼ１０３からのノズル（引き出し口）１０６の断面積を制御するため、断面積可変手段１０７が設けられている。
【０００７】
ノズル１０４から引き出されたクラスタイオンは基板１０８へ向けて、加速電極（陽極）１０９ａと加速電極（陰極）１０８ｂによって加速され、基板１０８上に蒸着する。
【特許文献１】特開平４−１２０２７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記従来例では以下のような課題があった。
【０００９】
微粒子をキャリアガスに混合した混合ガスでは微粒子の濃度にむらができるため、安定した微粒子の供給が困難になる。すなわち放出されるイオンの出力が安定しない。また、混合ガスからのイオンの引き出しはその出力が小さいため、加工に用いた場合、十分な加工速度が得られず、その生産性が低下する。本発明はこのような従来技術の問題点に鑑み発明したものであり、本発明の例示的な目的は、放出されるイオンが高出力、かつ安定した出力となるようなイオン源を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の一側面としてのイオン源は、微粒子及び／又は前記微粒子を含有する液体を供給する供給部と、供給された前記微粒子及び／又は前記液体を流すキャピラリと、キャピラリから前記微粒子及び／又は前記液体を吐出させる駆動部と、吐出させた前記微粒子及び／又は前記液体を荷電させる荷電手段と、を有することを特徴とする。
【００１１】
本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下、添付の図面を参照して説明される好ましい実施例等によって明らかにされるであろう。
【発明の効果】
【００１２】
従来よりも、性能の良いイオン源を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１は本実施例における全体の構成を表している。図１において、混合液１は後にイオンとして引き出される微粒子を液体に溶解及び／又は撹拌したものである。キャピラリ２は混合液１を吐出するための駆動部を有する。キャピラリ２に入った混合液１はキャピラリ２先端まで流され、その先端部より吐出される。吐出の駆動方法はいわゆるインクジェット方式が好ましく、例えば、電気熱変換体による膜沸騰を越える加熱によって生ずる気泡の成長により混合液１を吐出する方式や、ピエゾの駆動によって混合液１を吐出する方式などがある。
【００１５】
次に、吐出された混合液１は陽極３ａと陰極３ｂからなる電極３間が形成する電界内に入ると、微粒子がイオン化され、陰極３ｂから微粒子イオン４を引き出すことができる。装置内の雰囲気は真空にしてあるため、微粒子を溶解及び／又は撹拌した液体は蒸発し、微粒子イオン４のみを引き出すことができる。
【００１６】
図２は電極３の構造が図１とは異なり、キャピラリ２自身を電極３（陰極３ａ）とするものである。図２では引き出し電極となる陰極３ｂをキャピラリ２の先端近傍に配置する。以下、図１と図２を共通の説明図として第一の実施の形態を述べる。
【００１７】
図１および図２ではキャピラリ２を一組図示したがこれに限定されず、さらなる大出力化のため、キャピラリ２を複数本並べるようなアレイ構造にすることが好ましい。
【００１８】
微粒子イオン４の出力を制御するのは、キャピラリ２から混合液１の吐出量や吐出液滴数を制御する方法、あるいは電極３間の電界を制御する方法が有効である。さらに、その制御のためにイオンの出力強度を測定する測定手段があり、測定手段の測定結果に基づき制御を行うことが望ましいが、図１および図２では不図示とした。
【００１９】
また、混合液１の溶解を促進させるため、キャピラリ２の外周にヒータを設けるとなお良い。さらに、混合液１の撹拌を促進させるため、キャピラリ２を加振させる加振部や超音波の照射部の少なくとも一方を有するのも有効である。あるいは混合液１が撹拌しながらキャピラリ２先端まで流れるように、キャピラリ２の内部に渦巻き溝を設ける方法も有効である。
【００２０】
さらに、イオン化するための荷電方法は電界を強めに設定し、放電環境内で行っても良い。
【００２１】
ここまで、イオン源となる微粒子を混合液１に含有させた方法について述べてきたが、これに限定されず、微粒子を直接吐出させて、電界の中でイオン化し、陰極３ｂから微粒子イオン４を引き出す方法でも有効である。
【００２２】
微粒子は主に原子、分子、クラスタを意味するがこれに限定されない。いわゆるナノパーティクルと呼ばれるような微小なパルク状のものでも適用できる。ただし、荷電前において固体であることが好ましい。
【００２３】
微粒子が荷電されイオン化したあと、不図示の加速電極で微粒子イオン４を加速し、静電レンズ、質量分離器や偏向器を経て、被加工基板上に微粒子イオン４を照射し、加工を行う。微粒子イオン４の輸送は加工の用途に応じて調整すれば良い。加工はリソグラフィ、イオン注入、スパッタリング、ミリング、蒸着、成膜、質量分析などに限られず、所望の位置に微粒子を配置することも適用できる。例えば、所望の位置に配置した微粒子を触媒にした加工を行う場合には、本発明による工程を経てから行えば有効である。
【実施例２】
【００２４】
実施例１では、微粒子のイオン化を電界内で行う方法について述べた。本実施例では高エネルギを照射して微粒子イオンを放出させる方法について説明する。
【００２５】
図３は本実施例における全体の構成を表している。実施例１と同様に、混合液１は後にイオンとして引き出される微粒子を液体に溶解及び／又は撹拌したものである。キャピラリ２は混合液１を吐出するための駆動部を有する。キャピラリ２に入った混合液１はキャピラリ２先端まで流され、その先端部より吐出される。吐出の駆動方法はいわゆるインクジェット方式が好ましく、例えば、電気熱変換体による膜沸騰を越える加熱によって生ずる気泡の成長により混合液１を吐出する方式や、ピエゾの駆動によって混合液１を吐出する方式などがある。
【００２６】
次に、吐出された混合液１に向けて、高エネルギ発生源５から高エネルギ６を照射する。キャピラリ２の吐出口、先端近傍に高エネルギ発生源５を設け、発生した高エネルギ６を吐出した混合液１に照射する。実施例１でも説明した通り、装置内の雰囲気は真空にしてあるため、液体は蒸発し、微粒子のみをイオン化することができる。さらに高エネルギ６照射によって液体の蒸発を早めることができる。高エネルギ６として、紫外線、Ｘ線やマイクロ波などの電磁波、あるいは電子線やイオンビームを用いる方法が有効である。
【００２７】
図３ではキャピラリ２を一組図示したがこれに限定されず、さらなる大出力化のため、キャピラリ２を複数本並べるようなアレイ構造にすることが好ましい。
【００２８】
微粒子イオン４の出力を制御するのは、キャピラリ２から混合液１の吐出量を制御する方法、あるいは高エネルギ発生源５が照射する高エネルギ６の出力を制御する方法が有効である。さらに、その制御のためにイオンの出力強度を測定する測定手段があり、測定手段の測定結果に基づき制御を行うことが望ましいが、図３では不図示とした。
【００２９】
また、混合液１の溶解を促進させるため、キャピラリ２の外周にヒータを設けるとなお良い。さらに、混合液１の撹拌を促進させるため、キャピラリ２を加振させる加振部や超音波の照射部の少なくとも一方を有するのも有効である。あるいは混合液１が撹拌しながらキャピラリ２先端まで流れるように、キャピラリ２の内部に渦巻き溝を設ける方法も有効である。
【００３０】
ここまで、イオン源となる微粒子を混合液１に含有させた方法について述べてきたが、これに限定されず、微粒子を直接吐出させて、電界の中でイオン化し、陰極３ｂから微粒子イオン４を引き出す方法でも有効である。
【００３１】
微粒子は主に原子、分子、クラスタを意味するがこれに限定されない。いわゆるナノパーティクルと呼ばれるような微小なパルク状のものでも適用できる。ただし、荷電前において固体であることが好ましい。
【００３２】
微粒子が荷電されイオン化したあと、不図示の加速電極で微粒子イオン４を加速し、静電レンズ、質量分離器や偏向器を経て、被加工基板上に微粒子イオン４を照射し、加工を行う。微粒子イオン４の輸送は加工の用途に応じて調整すれば良い。加工はリソグラフィ、イオン注入、スパッタリング、ミリング、蒸着、成膜、質量分析などに限られず、所望の位置に微粒子を配置することも適用できる。例えば、所望の位置に配置した微粒子を触媒にした加工を行う場合には、本発明による工程を経てから行えば有効である。
【００３３】
以上の実施例によれば、微粒子を液体に溶解及び／又は撹拌した液体、または微粒子をそのまま使用することによって、微粒子の濃度が均一となり、微粒子を液体に溶解及び／又は撹拌した液体、または微粒子を電極間や高エネルギ発生源へ向けて、安定した供給ができる。そのため放出されるイオンの出力が安定する。また、微粒子を液体に溶解及び／又は撹拌した液体、または微粒子をそのまま使用するため、イオンの大出力が得られる。したがって、本発明によるイオン源を加工に用いた場合、イオンの安定した大きな出力が得られるため、加工速度と加工精度が向上し、すなわち生産性の高い加工装置を提供することができる。さらに、比較的簡単な構成でイオン源が得られ、そのイオン源から得られるイオン種は多種に渡り、加工用途に応じた装置開発を軽減できるため、安価な加工装置と加工方法を提供することができる。
【００３４】
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施例１の装置構成を説明する図である。
【図２】本発明の実施例１の装置構成を説明する図で、図１とは電極の構成が異なる図である。
【図３】本発明の実施例２の装置構成を説明する図である。
【図４】従来の技術の説明する図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  混合液・微粒子
２  キャピラリ
３  電極
３ａ  陽極
３ｂ  陰極
４  微粒子イオン
５  高エネルギ発生源
６  高エネルギ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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