(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
クラスターイオンビーム照射装置を用いるクラスターイオンビームスパッター方法において、クラスターサイズに応じたエネルギーを持つクラスターイオンビームに対して静電レンズにより色収差を生じさせ、特定のエネルギーを持つクラスターイオンをアパーチャー部に焦点を結ばせることによりクラスターイオンをサイズ選別し、選別したクラスターイオンによりスパッターを行うことを特徴とするクラスターイオンビームスパッター方法。
【請求項２】
クラスターイオンビーム装置として、常温で気体状物質からなるガスの供給部と、このガス噴出のためのノズル、このノズルから噴出されたガスクラスターをビームにするためのスキマーを備えたガスクラスターイオンビーム照射装置を用いることを特徴とする請求項１のクラスターイオンビームスパッター方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、クラスターイオンビームスパッター方法に関するものである。さらに詳しくは、スパッター加工に必要とされるサイズの大きなクラスターイオンを選別する手法を用いたクラスターイオンビームスパッター方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
従来より、薄膜形成を目的に各種の気相反応方法が開発され、その一つの方法として、塊状原子集団または分子集団からなるクラスターに電子照射してイオン化したクラスターイオンビーム照射法によるスパッター加工が実用化されている。
【０００３】
そして、この方法の場合には、大きいサイズのクラスターイオンを被加工物に照射することが必要であると考えられていることから、より大きいサイズのクラスターイオンを選別する方法がこのクラスターイオンビーム照射法によるスパッター加工にとって重要な課題となっていた。
【０００４】
すなわち、たとえば、サイズの大きいクラスターイオンは同じ電圧で加速してもサイズの小さいクラスターイオンよりエネルギーが低く、基板衝突時のラテラルスパッター効果が顕著であることが知られている。このため、スパッター加工ではサイズの小さいクラスターイオンと原子状イオンを取り除き、サイズの大きいクラスターイオンビームを選別することが重要であると考えられている。そこでクラスターサイズを選別する方法として、これまでにも磁界法、ＥｘＢ法、飛行時間とパルスチョップを組み合わせた方法、減速電界法などが提案されている。
【０００５】
しかしながら、これら従来の方法の場合には、磁界法やＥｘＢ法ではスパッター装置内に重量の重い磁石を組み込まなければならず、装置が複雑化するため適当でなく、また、飛行時間法も必要な装置が複雑であるため取り扱いが難しく、クラスターサイズを選別する方法としては難点がある。さらに、減速電界法は構造が簡単であり、クラスターサイズを選別するのは容易であるが、特定サイズのクラスターイオンを選別することが困難であった。
【０００６】
このため、クラスターイオンビーム照射法によるスパッター加工装置において、単原子やサイズの小さいクラスターイオンを除去し、スパッター加工に必要とされる大きいサイズのクラスターイオンを簡便に、効果的に選別することのできる改善された方法の実現が強く望まれていた。
【０００７】
この発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされたものであり、従来のクラスターイオン選別方法の欠点を解消し、スパッター加工に適したサイズのクラスターイオンのみを選別し、これを選択的に被加工物に照射するスパッター方法を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記の課題を解決するものとして、クラスターイオンビーム照射装置を用いるクラスターイオンビームスパッタ方法において、クラスターサイズに応じたエネルギーを持つクラスターイオンビームに対して静電レンズにより色収差を生じさせ、特定のエネルギーを持つクラスターイオンをアパーチャー部に焦点を結ばせることによりクラスターイオンをサイズ選別し、選別したクラスターイオンによりスパッターを行うことを特徴とするクラスターイオンビームスパッター方法を提供する。
【０００９】
【作用】
すなわち、この発明は、上記の通りの静電レンズとアパーチャーを組み合わせたクラスターサイズ選別手法を用いることにより、より大きいサイズのクラスターイオンだけを取り出し、被加工物に照射しスパッター加工することを可能としている。
【００１０】
より詳しく説明すると、静電レンズに入射するビームのエネルギーが違うと色収差が生じる。一方、クラスターイオンビームではサイズの違うクラスターを含むので、クラスターサイズに依存したエネルギーを持つビームとなる。このため、電界レンズを用いるとクラスターイオンのサイズに依存した色収差が生じる。そこで、エネルギーの違うクラスターイオンは焦点位置も違うので、焦点部分にアパーチャーを設置し、アパーチャー部に焦点を結ぶようにレンズ電圧を調整すれば、そのエネルギーのビームすなわち特定のクラスターサイズを持ったビームを選別することができる。
【００１１】
なお、クラスターサイズの選別は、この発明の発明者が提案した常温で気体状の物質からなるガスクラスターをイオン化して用いる場合に特に有効である。クラスターサイズによってそのエネルギーを制御し、ガスクラスターイオンビームの特性がより一層発揮されるからである。
【００１２】
このガスクラスターについては、スパッター薄膜形成に有効なＣＯ2 、Ｎ2 、Ｏ2 、それらの化合物、炭化水素、ケイ素化合物等の反応性のガスを用いることができる。
【００１３】
これらのガスクラスターは、ノズルより圧縮ガスを噴出させ、次いでスキマーを通すことによってビームとすることができる。
【００１４】
もちろん、ガスクラスターに限られずに、金属等の蒸発原子もしくは分子のクラスターについてもこの発明の方法は対象とすることができる。
【００１５】
以下、実施例を示してさらに詳しくこの発明のクラスターイオンビームスパッター方法について説明する。
【００１６】
【実施例】
添付した図面の図１および図２は、この発明の方法を適用したクラスターイオンビームスパッター装置の概略図である。そして、この図１および図２は、ガスクラスターイオンビームを用いるスパッター装置について説明したものであり、図２はより具体的な装置構成を示している。
【００１７】
たとえば図１に沿ってガスクラスターイオンビーム照射装置内に備えた静電レンズとアパーチャーを組み合わせたクラスターサイズ選別装置を持つ簡易型スパッター装置について説明すると、ノズル（１）から発生したクラスターイオンビームはスキマー（２）を通り、イオン化電極系（３）にはいる。イオン化されたイオンビームは、イオン化電極系（３）の引き出し電極が形成する電界によって引き出され、加速され、静電レンズ電極（４）に入る。
【００１８】
この場合、必ずしも引き出し電極によって引き出し、加速する必要はない。十分な電流が引き出されるならば引き出し電極に電圧をかけないほうがよい。クラスターイオンビームはイオンビーム形成時にすでに数ｅＶから数百ｅＶのエネルギーを持つので、比較的能率の良い引き出しが可能である。静電レンズ電極（４）を通過しているクラスターイオンビームは静電レンズ電極（４）が作る電界によって収束発散を受ける。収束発散はクラスターが持つ初速エネルギーに依存する。静電レンズ電極（４）を出たところにアパーチャー（５）を置いて、必要なクラスターサイズの持つビームのみをアパーチャー（５）の孔に収束させる。他のサイズのクラスターイオンビームは焦点を結ばないので電流密度は小さい。アパーチャー（５）を出たビームはその後の収束電極（６）によって適当に収束偏向して、被加工物（７）に照射されスパッター加工される。
【００１９】
図２についてより具体的に説明すると、ガスクラスター発生チャンバー（１０）内には、前記の通りのノズル（１）が位置調整自在に、かつ、スキマー（２）が配置され、イオン化チャンバー（１１）内には、イオン化電極系（３）と静電レンズ電極（４）およびアパーチャー（５）が、そして昇降自在に電離真空計（８）が配置される。この電離真空計（８）はクラスタービーム強度を測定するもので、測定する場合には、イオン化電極系（３）は動作させない。また、この電離真空計（８）は同様の目的のために、イオン化電極系（３）とスキマー（２）との間に設置することもある。照射チャンバー（１２）内には加速電極（２１）に続いて、高電圧チャンバー（１３）内として左右の偏向電極（２２）および上下の偏向電極（２３）、シャッター（２４）を置き、被加工物（７）にスパッターするようにしている。
【００２０】
高電圧チャンバー（１３）は、支持材（２５）によって支持されている。このような装置によって、実際に、被加工物としてのシリコン基板の表面に、ＣＯ2 ガスクラスターイオンのクラスターサイズを所定範囲のものに制御し、ＳｉＯ2 硬化膜をスパッター形成することが可能となる。
【００２１】
【発明の効果】
この発明により、以上詳しく説明したとおり、クラスターイオンビーム照射装置内に備えた静電レンズとアパーチャーを組み合わせたクラスターサイズ選別手法を利用した方法によって簡便に、効率よく高性能なスパッター加工が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ガスクラスターイオンビームスパッター装置の構成概略図である。
【図２】より具体的なガスクラスターイオンビームスパッター装置の構成断面図である。
【符号の説明】
１  ノズル
２  スキマー
３  イオン化電極系
４  静電レンズ電極
５  アパーチャー
６  収束電極
７  被加工物
８  電離真空計
１０  ガスクラスター発生チャンバー
１１  イオン化チャンバー
１２  照射チャンバー
１３  高電圧チャンバー
２１  加速電極
２２  左右偏向電極
２３  上下偏向電極
２４  シャッター
２５  支持材
【図１】
0003752259.tif 000002
【図２】
0003752259.tif 000003