固体表面の加工方法及びその装置
【課題】加工速度の向上を図る。
【解決手段】レンズで集束されるガスクラスターイオンビームを用いて固体表面を加工する方法において、ガスクラスターイオンビームの、照射軸に垂直な面内方向の電流密度分布の、照射軸方向の座標に対する変化のデータを実測によって取得し、その電流密度分布のデータから定められるガスクラスターイオンビームの焦点距離よりも短い照射軸方向の範囲において取得した加工対象領域の面積毎のエッチング加工速度の、照射軸方向の座標に対する変化のデータに基づいて、加工対象の固体表面を設置する照射軸方向の座標を、加工対象領域の面積毎に決定する。
【解決手段】レンズで集束されるガスクラスターイオンビームを用いて固体表面を加工する方法において、ガスクラスターイオンビームの、照射軸に垂直な面内方向の電流密度分布の、照射軸方向の座標に対する変化のデータを実測によって取得し、その電流密度分布のデータから定められるガスクラスターイオンビームの焦点距離よりも短い照射軸方向の範囲において取得した加工対象領域の面積毎のエッチング加工速度の、照射軸方向の座標に対する変化のデータに基づいて、加工対象の固体表面を設置する照射軸方向の座標を、加工対象領域の面積毎に決定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は例えば半導体、その他電子デバイス用材料の表面のエッチングや平坦化、また各種デバイス表面、パターン表面、さらには金型などの複雑な構造体表面のエッチングや平坦化に用いることができ、ガスクラスターイオンビーム照射により固体表面を加工する方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ガスクラスターイオンビームを用いた固体表面の加工方法が、表面損傷が少なく、かつ表面粗さを非常に小さくすることができる点で注目を集めている。ガスクラスターイオンビームを用いた加工では、一般的にビームサイズはφ数十ｍｍ程度が用いられることが多く、このようなビームサイズのビームを走査することにより例えばφ１００ｍｍ程度以上のウエハなどの平坦化が行われている。これに対し、加工領域が上記のようなビームサイズより小さい場合に対応するため、レンズを用いてビームを収束させるといったことも行われている。
【０００３】
特許文献１にはこのようなガスクラスターイオンビームを用いた加工を行う加工装置の構成が記載されている。主要な構成要素として、ノズルから発生させた中性クラスターをイオン化するためのイオナイザー、クラスターイオンを加速するための電極、加速されたクラスターイオンを焦点に集めるためのレンズ、モノマーイオンを除去するための永久磁石ビームフィルタ及びクラスターイオンをワークピースに照射するための走査プレートを備えている。ここで、レンズはワークピース標的において小さなビームスポットを可能とするため、長い焦点距離（１．５メートルまで）を達成することができるようになっている。
【０００４】
一方、特許文献２にはガスクラスターイオンビームを用いた窒化物の形成方法が開示されており、静電レンズを用いてガスクラスターイオンビームを微小面積に収束させることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００３−５２１８１２号公報
【特許文献２】特開２０００−８７２２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１及び特許文献２ではガスクラスターイオンビームに焦点を結ばせる目的でレンズを使用し、これにより加工対象物表面において小さなビームスポットサイズを可能としている。このようなレンズの使用方法により、加工対象となる微小な領域だけを加工することができる効果を期待しているものと考えられる。また、ビーム収束によりビーム電流密度を向上させ、微小領域での加工速度を向上させるという効果についても期待している可能性があるが、明確には記述されていない。
【０００７】
ところで、ガスクラスターイオンビームは幅広いサイズ分布を有するクラスターから構成されているため、サイズによって収束の状況は異なり、モノマーイオンのようにビームが焦点を結んでいる位置（ビームサイズが最も小さくなる位置）において加工速度が最も向上するとは限らない。即ち、従来のレンズの使用目的は目的の微小領域のみを加工するためのビームサイズ調整が主な目的であって、加工速度を向上させる観点でのガスクラスターイオンビームに対するレンズ及びそれを用いた加工方法（装置）の最適設計については明らかではなかった。
【０００８】
ビーム電流が一定であるとすると、レンズを用いてビームを収束すると、照射領域での電流密度が高まる。通常、レンズを用いることによる加工速度の向上は電流密度の向上、即ち単位時間内に照射されるイオン数が増加した結果、単位時間にスパッタされる原子数が増加する効果のことを意味する。
【０００９】
一方、加工速度を向上させるにはスパッタ率を向上させる方法もある。スパッタ率はatoms／ionで定義され、１クラスターイオンあたり固体表面の構成原子をいくつスパッタできるかを示す量である。スパッタ率は例えばクラスターサイズによって異なり、サイズが大きいクラスターイオンでは小さいことが知られている。
【００１０】
以上より、ガスクラスターイオンビームを用いて加工する方法（装置）において、電流密度を向上させることと、スパッタ率を向上させることの２つの観点で最適な照射条件を見いだすことができれば、加工速度を従来技術よりも向上させることができる。しかしながら、このような観点での加工方法（装置）はこれまで明らかにされていなかった。
【００１１】
この発明の目的はこのような状況に鑑み、従来よりも加工速度を向上させることができる固体表面の加工方法及びその装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１の発明によれば、レンズで集束されるガスクラスターイオンビームを用いて固体表面を加工する方法は、ガスクラスターイオンビームの、照射軸に垂直な面内方向の電流密度分布の、照射軸方向の座標に対する変化のデータを実測によって取得し、その電流密度分布のデータから定められるガスクラスターイオンビームの焦点距離よりも短い照射軸方向の範囲において取得した加工対象領域の面積毎のエッチング加工速度の、照射軸方向の座標に対する変化のデータに基づいて、加工対象の固体表面を設置する照射軸方向の座標を、加工対象領域の面積毎に決定する。
【００１３】
請求項２の発明では請求項１の発明において、固体表面を加工する前に、前記電流密度分布のデータを再実測し、固体表面を設置する照射軸方向の座標を、その再実測の結果に基づいて補正する。
【００１４】
請求項３の発明によれば、レンズで集束されるガスクラスターイオンビームを用いて固体表面を加工する方法は、ガスクラスターイオンビームの、照射軸に垂直な面内方向の電流密度分布の、照射軸方向の座標に対する変化のデータを実測して、ガスクラスターイオンビームの焦点距離と、その焦点距離の位置においてその電流密度の最大値の半値で規定されるビームサイズの断面積とを定め、加工対象領域の面積が前記ビームサイズの断面積よりも小さい場合には、加工対象の固体表面を設置する照射軸方向の座標を、前記焦点距離の６０％〜７０％の範囲に選んで加工を行う。
【００１５】
請求項４の発明によれば、ガスクラスターイオンビームを用い、固体表面を加工する装置は、ガスクラスターイオンビームを出射するガスクラスターイオンビーム発生装置と、ガスクラスターイオンビームを収束するためのレンズと、加工対象の固体表面をガスクラスターイオンビームの照射軸方向及びその照射軸に垂直な直交２方向に移動可能な３軸ステージと、その３軸ステージに搭載されたビーム電流検出器とを具備し、ビーム電流検出器によって検出されたガスクラスターイオンビームの、照射軸に垂直な面内方向の電流密度分布の、照射軸方向の座標に対する変化のデータと、その電流密度分布のデータから定められるガスクラスターイオンビームの焦点距離よりも短い照射軸方向の範囲において取得された加工対象領域の面積毎のエッチング加工速度の、照射軸方向の座標に対する変化のデータとを含むデータベースを有し、データベースを参照して加工対象の固体表面を設置する照射軸方向の座標を、加工対象領域の面積毎に算出し、３軸ステージの位置決めを行う構成とされる。
【００１６】
[作用]
ガスクラスターイオンビームにはサイズが異なるクラスターイオンが含まれている。一般に平均クラスターサイズが２０００個といった場合は２０００個をピークとし、数個から数万個までのクラスターサイズを含む。それぞれのサイズによって、同じ加速エネルギーであってもクラスターを構成する１原子あたりのエネルギーが異なり、スパッタ能力も異なってくる。スパッタへ最も寄与するサイズは１００個程度であるとされている。これは、１クラスターイオンあたり、多数の原子を含む方がスパッタに寄与する原子数が多くなるという点でスパッタ率が高くなるものの、１原子あたりのエネルギーは小さくなるため、この点ではスパッタ率は小さくなり、両者のバランスからこの領域のサイズが最もスパッタ率が高くなるものと考えられる。
【００１７】
従って、微小領域（ビームサイズよりも小さい領域、なおビームサイズはビーム電流密度がピーク位置の半分となる位置で定義する）の加工速度を高めるには、スパッタ率が最大となるサイズのクラスターイオンを上記微小領域に収束させること及び他のサイズのクラスターイオンのスパッタへの寄与も高めることができる条件（これらのサイズのエネルギーの損失が小さくなる条件）で加工することが望ましい。
【００１８】
このような条件で加工するため、ビームの収束及びレンズ・加工対象物間距離とスパッタ率との関係を調べた（図２参照）。レンズと加工対象物との距離方向（ビームの照射軸方向）をＺ方向とし、Ｚ方向におけるレンズからの距離をｚとし、ビームサイズが最も小さくなる（収束する）距離（焦点距離）をｚ＝ｚｆとすると、ｚｆよりも短い距離においてビームの中心付近のスパッタ率が高くなることがわかった。これは、スパッタ率が高いサイズ１００個程度のクラスターイオンについてはｚｆよりも短い距離で収束されると考えられること、またレンズと加工対象物との距離をｚｆよりも近づけることで、それ以外のサイズのクラスターイオンについてもエネルギーの損失が少なくなるという２つの観点で、スパッタ率がｚ＝ｚｆの位置よりも大きくなったものと考えられる。なお、レンズからの距離ｚが大きくなると、エネルギーが小さくなるのは、残留ガスとの衝突によりクラスターが分解してサイズ（質量）が小さくなるために運動エネルギーが小さくなるためである。
【００１９】
一方、ビーム全体の電流値（トータルビーム電流値）はレンズからの距離ｚが大きくなると共に、小さくなることが知られている。これは残留ガスとの衝突によりクラスターイオンが散乱されるためである。そのため、トータルビーム電流値の観点からはレンズからできるだけ近い位置で加工することが加工速度向上のためには有利である。
【００２０】
以上のように、微小領域を加工する場合、即ちレンズで収束されたビームの中心付近のみを用いる場合にはスパッタ率が高くなる照射位置付近でｚを選択し、加工領域が大きい場合、即ちビームの中心部分だけでなく全体を利用する場合にはトータルビーム電流値が高くなる位置でｚを選択することが加工速度を向上させるために必要であると考えられる。いずれの場合においても加工位置はビームの焦点距離よりも小さくすればよいことがわかる。
【００２１】
上記は加工対象物がどのような材料であっても成り立つ。即ち、材料によらず、１原子あたりのエネルギーが高くなるとスパッタ率が高くなり、ビーム電流値が大きいほどスパッタ速度が大きいといった共通の関係が知られていることから、図２で示されるスパッタ率とｚとの関係はスパッタ率の絶対値は異なるものの、どの材料においても同様のカーブを示す。従って、どのような材料を加工する場合においても加工位置はビームの焦点距離より小さく設定できる。
【発明の効果】
【００２２】
この発明によれば、加工対象領域の大きさによって最も高速に加工できる位置を選択して加工することができ、よって従来よりも加工速度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】この発明の固体表面の加工方法を実現するガスクラスターイオンビーム加工装置の基本構成を示す図。
【図２】レンズからの距離とビームサイズ、スパッタ率との関係を示すグラフ。
【図３】レンズからの距離とトータルビーム電流値、加工速度との関係を示す表。
【図４】レンズからの距離と加工速度との関係を示すグラフ。
【図５】５０ｍｍ角の領域をエッチングする場合のスキャン方法の一例を説明するための図。
【図６】ビームプロファイルデータの一例を示す図。
【図７】加工対象物の形状の一例及び加工領域を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、この発明の実施形態を説明する。
図１はこの発明によるガスクラスターイオンビームを用いる固体表面の加工装置の基本構成を示したものであり、まず、加工装置の基本構成を図１を参照して説明する。
【００２５】
原料ガスをノズル１１から真空のクラスター生成室１２内に噴出させて、ガス分子を凝集させ、クラスターを生成する。そのクラスターをスキマー１３を通してガスクラスタービームとしてイオン化室１４へ導く。イオン化室１４ではイオナイザー１５から電子線、例えば熱電子を照射して中性クラスターをイオン化する。このイオン化されたガスクラスターイオンビームは加速電極１６によって加速される。加速されたガスクラスターイオンビームはビーム収束用のレンズ１７により焦点距離を調整され、プロセス室１８に入射される。
【００２６】
ビーム収束用のレンズ１７にはアインチェルレンズを用いた。アインチェルレンズは収束機能を持たせるための基本構成を２段重ねた構成とした。１段目と２段目のレンズ印加電圧（Ｅ１，Ｅ２）を調節することにより、収束性能を制御することができる。
【００２７】
プロセス室１８内には加工対象物１９の照射軸に垂直な面内方向の位置ｘ，ｙとレンズ１７からの距離ｚを制御するための３軸ステージ２１が設けられている。この３軸ステージ２１上の支持台２２に加工対象物１９が取り付けられ、入射されたガスクラスターイオンビーム２３が加工対象物１９の表面に照射される。電気的絶縁体の加工対象物１９の表面を加工する場合にはガスクラスターイオンを電子により予め中性化する場合もある。また、支持台２２上にはビーム電流検出器２４が取り付けられ、ビーム電流検出器２４は３軸ステージ２１の移動によりガスクラスターイオンビーム２３に対する相対位置を変化させることができる。
【００２８】
ここで、レンズ１７の収束特性を明らかにするため、レンズ１７からの距離ｚとビームサイズの関係を調べた。ビームの条件として、２０ｋＶに加速したＡｒクラスターを用い、レンズ１７の印加電圧は１段目Ｅ１＝１８ｋＶ、２段目Ｅ２＝１５ｋＶとした。ビーム電流検出器２４としてファラデーカップを用い、ファラデーカップの入口に１ｍｍ角の開口部をもつアパーチャーを取り付け、ファラデーカップをＸ−Ｙスキャンすることにより、ビームの電流密度分布をマッピングした。これにより、ビームプロファイルがわかる。最もビーム電流密度が大きくなる部分（中心部）の半分の電流密度になる位置間の距離（半値幅）をビームサイズとした。
【００２９】
次に、加工対象物１９をシリコンとし、レンズ１７からの距離ｚとシリコンのスパッタ率の関係を調べた。スパッタ率は、電流密度と単位面積あたりの平均加工深さとの関係から求めることができる。スパッタ率はビームの中心付近の１ｍｍ角の領域について調べた。得られたレンズ１７からの距離ｚとビームサイズ及びスパッタ率との関係を図２に示す。焦点距離はｚ＝５０ｍｍであった。
【００３０】
次に、ｚが焦点距離より小さい領域であるｚ＝１０ｍｍから５０ｍｍの範囲で、ビームの中心部の１ｍｍ角の領域での加工速度、即ち単位ビーム照射時間あたりの平均加工深さを調べた。また、開口径５０ｍｍのファラデーカップで、ビーム電流密度が最も大きくなる点を中心にφ５０ｍｍの領域内のトータルビーム電流値を測定した。結果を図３の表１に示す。ｚ＝３５ｍｍで加工速度が最も大きくなった。
【００３１】
次に、ｚ＝１０ｍｍから５０ｍｍの範囲で、５０ｍｍ角の領域での加工速度を調べた。５０ｍｍ角の領域を均一の深さでエッチング（スパッタ）するため、５０ｍｍ角の領域を含む領域をＸ−Ｙスキャンした。図５はこの様子を示したものであり、１００ｍｍ×１００ｍｍのスキャン領域３１をビームの中心が一定速度でスキャンされるように３軸ステージ２１を制御した。図５中、３２は５０ｍｍ角の領域を示し、３３はガスクラスターイオンビームのビームスポットを示す。
【００３２】
図５中に矢印で示したように、地点ａからｂに至るスキャンを行い、地点ｂに到達後は地点ａに向かって逆方向にスキャンした。これを繰り返すことにより、ビームの強度分布に関わらず、５０ｍｍ角の領域３２内をほぼ均一にエッチングすることができる。Ｘ軸方向の３軸ステージ２１の移動速度は５０ｍｍ／ｓとし、Ｙ軸方向に１ｍｍずつずらしながら１００ｍｍ×１００ｍｍのスキャン領域３１をスキャンした。結果を図３の表１に示す。ｚ＝１０ｍｍで加工速度が最も大きくなった。
【００３３】
また、同様の方法で２０ｍｍ角の領域についても４０ｍｍ×４０ｍｍの領域をスキャンし、ｚと加工速度の関係を調べた。結果を図３の表１に示す。ｚ＝２０ｍｍで加工速度が最も大きくなった。
【実施例】
【００３４】
レンズ１７からの距離ｚとビームプロファイル（ビーム電流密度のマッピングデータ：図６に例示）の関係を各クラスターイオンビームの発生条件について調べ、データベースを作成した。ビームの発生条件としては、ガスの種類、導入圧力Ｐ、中性クラスターのイオン化条件（イオン化に用いる熱電子の加速電圧Ｖｅ及びアノードで検出される熱電子の電流Ｉｅ）及び加速電圧Ｖａをパラメータとした。ビームの発生条件によりクラスターイオンのサイズ分布が変化するため、レンズ１７のパラメータが同じであったとしてもビームの収束状態は変化する。そのため、各ビームの発生条件において、上記関係をデータベース化しておくことが望ましい。
【００３５】
次に、レンズの焦点距離より短いｚの領域で、種々の加工領域サイズについて、ｚと加工速度の関係を調べ、データベース化した。材料としてはシリコンを用いた。加工領域サイズが１ｍｍ角と５０ｍｍ角の場合のデータを図４に示す。
【００３６】
ファラデーカップとサンプルの相対位置を予め正確に把握しておくことにより、ビームプロファイルと加工速度とを正確に対応付けることができる。
【００３７】
次に、加工対象材料であるＳＫＤ１１（ダイス鋼）のサンプルチップに対し、加工領域が１ｍｍ角の場合のｚ＝３５ｍｍにおける加工速度を調べた。その結果、加工速度は２８ｎｍ／ｍｉｎ.であった。シリコンとの加工速度比は０．６７であり、この数値をデータベースに登録した。
【００３８】
なお、ビームプロファイルをｚの値に対して測定することにより、ｚとビームサイズの関係、ｚとトータルビーム電流値の関係を得ることができる。これら２次的に得られる関係もデータベースに格納する。図２に示したｚとビームサイズの関係のグラフと、図３の表１に示したｚとトータルビーム電流値の関係はこのようなデータベース作成の過程で得られたもので、ビームの発生条件はガス種Ａｒ，Ｐ＝０．６Ｍｐａ，Ｖａ＝２０ｋＶ，Ｅ１＝１８ｋＶ，Ｅ２＝１５ｋＶ，Ｖｅ＝３００Ｖ，Ｉｅ＝３００ｍＡである。
【００３９】
図７に示す形状の加工対象物１９に対し、以下の手順で加工を行った。加工対象物１９の構成材料はＳＫＤ１１（ダイス鋼）とした。加工対象物１９の領域Ａと領域Ｂを平均１００ｎｍの深さだけエッチング加工し、平坦化する。領域Ａの大きさは５０ｍｍ角であり、領域Ｂの大きさは１ｍｍ角である。
【００４０】
（１）データベースを参照し、領域Ａの平均加工速度が最も大きくなる距離ｚを、ｚと加工速度分布のデータから算出する。結果としてｚ＝１０ｍｍを得る。同様に、領域Ｂについても算出し、結果としてｚ＝３５ｍｍを得る。
（２）データベースを参照し、ｚ＝１０ｍｍの位置（領域Ａの加工位置）において、１００ｎｍエッチングするために必要な時間を、ｚと加工速度分布のデータ及びシリコンとＳＫＤ１１の加工速度の比から算出する。結果として照射時間として２０．０分を得る。同様に、ｚ＝３５ｍｍの位置（領域Ｂの加工位置）についても算出し、結果として３．６３分を得る。なお、ｚ＝１０ｍｍ，３５ｍｍにおける現在のビーム電流値をモニタし、データベース上のｚとトータルビーム電流値のデータ値との間にずれがあれば、比例計算により照射時間を補正する。
（３）続いて、ｚ＝１０ｍｍの位置に領域Ａの中心が位置するように３軸ステージ２１を移動する。
（４）ガスクラスターイオンビームを２０．０分間照射する。
（５）次に、ｚ＝３５ｍｍの位置に領域Ｂの中心が位置するように３軸ステージ２１を移動する。
（６）ガスクラスターイオンビームを３．６３分間照射する。
以上により、加工が完了する。
【００４１】
図３の表１を参照すると、ビームの中心部１ｍｍ角の領域の加工速度はｚ＝３５ｍｍの場合に最も短くなっていることがわかる。加工速度はスパッタ率の大きさと共にビーム電流値にも依存するが、測定したｚの範囲ではビーム電流値の変化はスパッタ率の違いよりも小さく、結果的にスパッタ率が最も大きくなるｚ＝３５ｍｍ（図２参照）において加工時間が最も短くなったと考えられる。
【００４２】
一方、５０ｍｍ角の領域を均一な深さでエッチング加工する場合には、ｚ＝１０ｍｍの位置が最も加工速度が大きくなる。これは照射領域がビームサイズよりも大きいため、ビームの中心位置でのスパッタ率の高さよりも照射領域全体のビーム電流値（トータルビーム電流値）が最も大きい距離において最も加工速度が大きくなったと考えられる。
【００４３】
２０ｍｍ角の領域を加工する場合は１ｍｍ角と５０ｍｍ角の場合の中間となり、ｚ＝２０ｍｍで加工速度が最大になったと考えられる。
【００４４】
以上のように、照射領域の大きさによって、最も加工速度が大きくなるｚの位置が異なっていることがわかる。即ち、照射領域の大きさによってｚの位置を調整することにより、加工速度を最大化できる。
【００４５】
さらに、図４を参照すると、加工領域が１ｍｍ角程度とビームサイズよりも小さい場合には、ビームの焦点距離５０ｍｍに対してｚ＝３０〜３５ｍｍの範囲で加工速度が最も大きくなり、かつその変化が比較的小さいことがわかる。即ち、焦点距離の６０％から７０％の範囲で照射位置を選んで加工を行うことにより、加工速度を大きくすることができることがわかる。
【００４６】
以上、説明したように、この発明では、レンズで集束されるガスクラスターイオンビームの、照射軸に垂直な面内方向の電流密度分布の、照射軸方向の座標に対する変化のデータを実測によって取得し、その電流密度分布のデータから定められるガスクラスターイオンビームの焦点距離よりも短い照射軸方向の範囲において取得した加工対象領域の面積毎のエッチング加工速度の、照射軸方向の座標に対する変化のデータに基づいて、加工対象の固体表面を設置する照射軸方向の座標を、加工対象領域の面積毎に決定するものとなっており、これにより加工対象領域の大きさに応じて最も高速に加工できる照射位置を選択して加工することができ、よって従来よりも加工速度を向上させることができる。
【００４７】
また、固体表面を加工する前に、前記電流密度分布のデータを再実測し、固体表面を設置する照射軸方向の座標を、その再実測の結果に基づいて補正するようにすれば、より正確に加工最適位置を求めることができる。
【００４８】
一方、上記のような方法に対し、さらに簡便に加工を行うべく、電流密度分布の、照射軸方向の座標に対する変化のデータのみを実測して、ガスクラスターイオンビームの焦点距離と、その焦点距離の位置におけるビームサイズの断面積とを求め、加工対象領域の面積がビームサイズの断面積よりも小さい場合には加工対象の固体表面を設置する照射軸方向の座標を焦点距離の６０％〜７０％の範囲に選んで加工を行うようにしてもよい。
【００４９】
以上、加工の具体例としてエッチング深さの分布を測定する例で説明してきた。加工後の評価指標としてはエッチング深さだけでなく、表面粗さ分布や表面損傷深さなどを測定し、データベース化することもできる。これにより、加工対象領域の平均表面粗さや加工損傷深さを最適値にするため、加工速度が最も大きくなる照射位置を設定する場合にも適用可能である。
【００５０】
また、データベースには加工対象として考えられる材料について、ある加工領域サイズに対し、特定のｚでのみ加工速度を調べ、シリコンの加工速度との比をデータベースに登録することにより、どのような材料についてもデータベースを参照することによって加工速度が最大となる照射位置を決定することができる。
【技術分野】
【０００１】
この発明は例えば半導体、その他電子デバイス用材料の表面のエッチングや平坦化、また各種デバイス表面、パターン表面、さらには金型などの複雑な構造体表面のエッチングや平坦化に用いることができ、ガスクラスターイオンビーム照射により固体表面を加工する方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ガスクラスターイオンビームを用いた固体表面の加工方法が、表面損傷が少なく、かつ表面粗さを非常に小さくすることができる点で注目を集めている。ガスクラスターイオンビームを用いた加工では、一般的にビームサイズはφ数十ｍｍ程度が用いられることが多く、このようなビームサイズのビームを走査することにより例えばφ１００ｍｍ程度以上のウエハなどの平坦化が行われている。これに対し、加工領域が上記のようなビームサイズより小さい場合に対応するため、レンズを用いてビームを収束させるといったことも行われている。
【０００３】
特許文献１にはこのようなガスクラスターイオンビームを用いた加工を行う加工装置の構成が記載されている。主要な構成要素として、ノズルから発生させた中性クラスターをイオン化するためのイオナイザー、クラスターイオンを加速するための電極、加速されたクラスターイオンを焦点に集めるためのレンズ、モノマーイオンを除去するための永久磁石ビームフィルタ及びクラスターイオンをワークピースに照射するための走査プレートを備えている。ここで、レンズはワークピース標的において小さなビームスポットを可能とするため、長い焦点距離（１．５メートルまで）を達成することができるようになっている。
【０００４】
一方、特許文献２にはガスクラスターイオンビームを用いた窒化物の形成方法が開示されており、静電レンズを用いてガスクラスターイオンビームを微小面積に収束させることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００３−５２１８１２号公報
【特許文献２】特開２０００−８７２２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１及び特許文献２ではガスクラスターイオンビームに焦点を結ばせる目的でレンズを使用し、これにより加工対象物表面において小さなビームスポットサイズを可能としている。このようなレンズの使用方法により、加工対象となる微小な領域だけを加工することができる効果を期待しているものと考えられる。また、ビーム収束によりビーム電流密度を向上させ、微小領域での加工速度を向上させるという効果についても期待している可能性があるが、明確には記述されていない。
【０００７】
ところで、ガスクラスターイオンビームは幅広いサイズ分布を有するクラスターから構成されているため、サイズによって収束の状況は異なり、モノマーイオンのようにビームが焦点を結んでいる位置（ビームサイズが最も小さくなる位置）において加工速度が最も向上するとは限らない。即ち、従来のレンズの使用目的は目的の微小領域のみを加工するためのビームサイズ調整が主な目的であって、加工速度を向上させる観点でのガスクラスターイオンビームに対するレンズ及びそれを用いた加工方法（装置）の最適設計については明らかではなかった。
【０００８】
ビーム電流が一定であるとすると、レンズを用いてビームを収束すると、照射領域での電流密度が高まる。通常、レンズを用いることによる加工速度の向上は電流密度の向上、即ち単位時間内に照射されるイオン数が増加した結果、単位時間にスパッタされる原子数が増加する効果のことを意味する。
【０００９】
一方、加工速度を向上させるにはスパッタ率を向上させる方法もある。スパッタ率はatoms／ionで定義され、１クラスターイオンあたり固体表面の構成原子をいくつスパッタできるかを示す量である。スパッタ率は例えばクラスターサイズによって異なり、サイズが大きいクラスターイオンでは小さいことが知られている。
【００１０】
以上より、ガスクラスターイオンビームを用いて加工する方法（装置）において、電流密度を向上させることと、スパッタ率を向上させることの２つの観点で最適な照射条件を見いだすことができれば、加工速度を従来技術よりも向上させることができる。しかしながら、このような観点での加工方法（装置）はこれまで明らかにされていなかった。
【００１１】
この発明の目的はこのような状況に鑑み、従来よりも加工速度を向上させることができる固体表面の加工方法及びその装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１の発明によれば、レンズで集束されるガスクラスターイオンビームを用いて固体表面を加工する方法は、ガスクラスターイオンビームの、照射軸に垂直な面内方向の電流密度分布の、照射軸方向の座標に対する変化のデータを実測によって取得し、その電流密度分布のデータから定められるガスクラスターイオンビームの焦点距離よりも短い照射軸方向の範囲において取得した加工対象領域の面積毎のエッチング加工速度の、照射軸方向の座標に対する変化のデータに基づいて、加工対象の固体表面を設置する照射軸方向の座標を、加工対象領域の面積毎に決定する。
【００１３】
請求項２の発明では請求項１の発明において、固体表面を加工する前に、前記電流密度分布のデータを再実測し、固体表面を設置する照射軸方向の座標を、その再実測の結果に基づいて補正する。
【００１４】
請求項３の発明によれば、レンズで集束されるガスクラスターイオンビームを用いて固体表面を加工する方法は、ガスクラスターイオンビームの、照射軸に垂直な面内方向の電流密度分布の、照射軸方向の座標に対する変化のデータを実測して、ガスクラスターイオンビームの焦点距離と、その焦点距離の位置においてその電流密度の最大値の半値で規定されるビームサイズの断面積とを定め、加工対象領域の面積が前記ビームサイズの断面積よりも小さい場合には、加工対象の固体表面を設置する照射軸方向の座標を、前記焦点距離の６０％〜７０％の範囲に選んで加工を行う。
【００１５】
請求項４の発明によれば、ガスクラスターイオンビームを用い、固体表面を加工する装置は、ガスクラスターイオンビームを出射するガスクラスターイオンビーム発生装置と、ガスクラスターイオンビームを収束するためのレンズと、加工対象の固体表面をガスクラスターイオンビームの照射軸方向及びその照射軸に垂直な直交２方向に移動可能な３軸ステージと、その３軸ステージに搭載されたビーム電流検出器とを具備し、ビーム電流検出器によって検出されたガスクラスターイオンビームの、照射軸に垂直な面内方向の電流密度分布の、照射軸方向の座標に対する変化のデータと、その電流密度分布のデータから定められるガスクラスターイオンビームの焦点距離よりも短い照射軸方向の範囲において取得された加工対象領域の面積毎のエッチング加工速度の、照射軸方向の座標に対する変化のデータとを含むデータベースを有し、データベースを参照して加工対象の固体表面を設置する照射軸方向の座標を、加工対象領域の面積毎に算出し、３軸ステージの位置決めを行う構成とされる。
【００１６】
[作用]
ガスクラスターイオンビームにはサイズが異なるクラスターイオンが含まれている。一般に平均クラスターサイズが２０００個といった場合は２０００個をピークとし、数個から数万個までのクラスターサイズを含む。それぞれのサイズによって、同じ加速エネルギーであってもクラスターを構成する１原子あたりのエネルギーが異なり、スパッタ能力も異なってくる。スパッタへ最も寄与するサイズは１００個程度であるとされている。これは、１クラスターイオンあたり、多数の原子を含む方がスパッタに寄与する原子数が多くなるという点でスパッタ率が高くなるものの、１原子あたりのエネルギーは小さくなるため、この点ではスパッタ率は小さくなり、両者のバランスからこの領域のサイズが最もスパッタ率が高くなるものと考えられる。
【００１７】
従って、微小領域（ビームサイズよりも小さい領域、なおビームサイズはビーム電流密度がピーク位置の半分となる位置で定義する）の加工速度を高めるには、スパッタ率が最大となるサイズのクラスターイオンを上記微小領域に収束させること及び他のサイズのクラスターイオンのスパッタへの寄与も高めることができる条件（これらのサイズのエネルギーの損失が小さくなる条件）で加工することが望ましい。
【００１８】
このような条件で加工するため、ビームの収束及びレンズ・加工対象物間距離とスパッタ率との関係を調べた（図２参照）。レンズと加工対象物との距離方向（ビームの照射軸方向）をＺ方向とし、Ｚ方向におけるレンズからの距離をｚとし、ビームサイズが最も小さくなる（収束する）距離（焦点距離）をｚ＝ｚｆとすると、ｚｆよりも短い距離においてビームの中心付近のスパッタ率が高くなることがわかった。これは、スパッタ率が高いサイズ１００個程度のクラスターイオンについてはｚｆよりも短い距離で収束されると考えられること、またレンズと加工対象物との距離をｚｆよりも近づけることで、それ以外のサイズのクラスターイオンについてもエネルギーの損失が少なくなるという２つの観点で、スパッタ率がｚ＝ｚｆの位置よりも大きくなったものと考えられる。なお、レンズからの距離ｚが大きくなると、エネルギーが小さくなるのは、残留ガスとの衝突によりクラスターが分解してサイズ（質量）が小さくなるために運動エネルギーが小さくなるためである。
【００１９】
一方、ビーム全体の電流値（トータルビーム電流値）はレンズからの距離ｚが大きくなると共に、小さくなることが知られている。これは残留ガスとの衝突によりクラスターイオンが散乱されるためである。そのため、トータルビーム電流値の観点からはレンズからできるだけ近い位置で加工することが加工速度向上のためには有利である。
【００２０】
以上のように、微小領域を加工する場合、即ちレンズで収束されたビームの中心付近のみを用いる場合にはスパッタ率が高くなる照射位置付近でｚを選択し、加工領域が大きい場合、即ちビームの中心部分だけでなく全体を利用する場合にはトータルビーム電流値が高くなる位置でｚを選択することが加工速度を向上させるために必要であると考えられる。いずれの場合においても加工位置はビームの焦点距離よりも小さくすればよいことがわかる。
【００２１】
上記は加工対象物がどのような材料であっても成り立つ。即ち、材料によらず、１原子あたりのエネルギーが高くなるとスパッタ率が高くなり、ビーム電流値が大きいほどスパッタ速度が大きいといった共通の関係が知られていることから、図２で示されるスパッタ率とｚとの関係はスパッタ率の絶対値は異なるものの、どの材料においても同様のカーブを示す。従って、どのような材料を加工する場合においても加工位置はビームの焦点距離より小さく設定できる。
【発明の効果】
【００２２】
この発明によれば、加工対象領域の大きさによって最も高速に加工できる位置を選択して加工することができ、よって従来よりも加工速度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】この発明の固体表面の加工方法を実現するガスクラスターイオンビーム加工装置の基本構成を示す図。
【図２】レンズからの距離とビームサイズ、スパッタ率との関係を示すグラフ。
【図３】レンズからの距離とトータルビーム電流値、加工速度との関係を示す表。
【図４】レンズからの距離と加工速度との関係を示すグラフ。
【図５】５０ｍｍ角の領域をエッチングする場合のスキャン方法の一例を説明するための図。
【図６】ビームプロファイルデータの一例を示す図。
【図７】加工対象物の形状の一例及び加工領域を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、この発明の実施形態を説明する。
図１はこの発明によるガスクラスターイオンビームを用いる固体表面の加工装置の基本構成を示したものであり、まず、加工装置の基本構成を図１を参照して説明する。
【００２５】
原料ガスをノズル１１から真空のクラスター生成室１２内に噴出させて、ガス分子を凝集させ、クラスターを生成する。そのクラスターをスキマー１３を通してガスクラスタービームとしてイオン化室１４へ導く。イオン化室１４ではイオナイザー１５から電子線、例えば熱電子を照射して中性クラスターをイオン化する。このイオン化されたガスクラスターイオンビームは加速電極１６によって加速される。加速されたガスクラスターイオンビームはビーム収束用のレンズ１７により焦点距離を調整され、プロセス室１８に入射される。
【００２６】
ビーム収束用のレンズ１７にはアインチェルレンズを用いた。アインチェルレンズは収束機能を持たせるための基本構成を２段重ねた構成とした。１段目と２段目のレンズ印加電圧（Ｅ１，Ｅ２）を調節することにより、収束性能を制御することができる。
【００２７】
プロセス室１８内には加工対象物１９の照射軸に垂直な面内方向の位置ｘ，ｙとレンズ１７からの距離ｚを制御するための３軸ステージ２１が設けられている。この３軸ステージ２１上の支持台２２に加工対象物１９が取り付けられ、入射されたガスクラスターイオンビーム２３が加工対象物１９の表面に照射される。電気的絶縁体の加工対象物１９の表面を加工する場合にはガスクラスターイオンを電子により予め中性化する場合もある。また、支持台２２上にはビーム電流検出器２４が取り付けられ、ビーム電流検出器２４は３軸ステージ２１の移動によりガスクラスターイオンビーム２３に対する相対位置を変化させることができる。
【００２８】
ここで、レンズ１７の収束特性を明らかにするため、レンズ１７からの距離ｚとビームサイズの関係を調べた。ビームの条件として、２０ｋＶに加速したＡｒクラスターを用い、レンズ１７の印加電圧は１段目Ｅ１＝１８ｋＶ、２段目Ｅ２＝１５ｋＶとした。ビーム電流検出器２４としてファラデーカップを用い、ファラデーカップの入口に１ｍｍ角の開口部をもつアパーチャーを取り付け、ファラデーカップをＸ−Ｙスキャンすることにより、ビームの電流密度分布をマッピングした。これにより、ビームプロファイルがわかる。最もビーム電流密度が大きくなる部分（中心部）の半分の電流密度になる位置間の距離（半値幅）をビームサイズとした。
【００２９】
次に、加工対象物１９をシリコンとし、レンズ１７からの距離ｚとシリコンのスパッタ率の関係を調べた。スパッタ率は、電流密度と単位面積あたりの平均加工深さとの関係から求めることができる。スパッタ率はビームの中心付近の１ｍｍ角の領域について調べた。得られたレンズ１７からの距離ｚとビームサイズ及びスパッタ率との関係を図２に示す。焦点距離はｚ＝５０ｍｍであった。
【００３０】
次に、ｚが焦点距離より小さい領域であるｚ＝１０ｍｍから５０ｍｍの範囲で、ビームの中心部の１ｍｍ角の領域での加工速度、即ち単位ビーム照射時間あたりの平均加工深さを調べた。また、開口径５０ｍｍのファラデーカップで、ビーム電流密度が最も大きくなる点を中心にφ５０ｍｍの領域内のトータルビーム電流値を測定した。結果を図３の表１に示す。ｚ＝３５ｍｍで加工速度が最も大きくなった。
【００３１】
次に、ｚ＝１０ｍｍから５０ｍｍの範囲で、５０ｍｍ角の領域での加工速度を調べた。５０ｍｍ角の領域を均一の深さでエッチング（スパッタ）するため、５０ｍｍ角の領域を含む領域をＸ−Ｙスキャンした。図５はこの様子を示したものであり、１００ｍｍ×１００ｍｍのスキャン領域３１をビームの中心が一定速度でスキャンされるように３軸ステージ２１を制御した。図５中、３２は５０ｍｍ角の領域を示し、３３はガスクラスターイオンビームのビームスポットを示す。
【００３２】
図５中に矢印で示したように、地点ａからｂに至るスキャンを行い、地点ｂに到達後は地点ａに向かって逆方向にスキャンした。これを繰り返すことにより、ビームの強度分布に関わらず、５０ｍｍ角の領域３２内をほぼ均一にエッチングすることができる。Ｘ軸方向の３軸ステージ２１の移動速度は５０ｍｍ／ｓとし、Ｙ軸方向に１ｍｍずつずらしながら１００ｍｍ×１００ｍｍのスキャン領域３１をスキャンした。結果を図３の表１に示す。ｚ＝１０ｍｍで加工速度が最も大きくなった。
【００３３】
また、同様の方法で２０ｍｍ角の領域についても４０ｍｍ×４０ｍｍの領域をスキャンし、ｚと加工速度の関係を調べた。結果を図３の表１に示す。ｚ＝２０ｍｍで加工速度が最も大きくなった。
【実施例】
【００３４】
レンズ１７からの距離ｚとビームプロファイル（ビーム電流密度のマッピングデータ：図６に例示）の関係を各クラスターイオンビームの発生条件について調べ、データベースを作成した。ビームの発生条件としては、ガスの種類、導入圧力Ｐ、中性クラスターのイオン化条件（イオン化に用いる熱電子の加速電圧Ｖｅ及びアノードで検出される熱電子の電流Ｉｅ）及び加速電圧Ｖａをパラメータとした。ビームの発生条件によりクラスターイオンのサイズ分布が変化するため、レンズ１７のパラメータが同じであったとしてもビームの収束状態は変化する。そのため、各ビームの発生条件において、上記関係をデータベース化しておくことが望ましい。
【００３５】
次に、レンズの焦点距離より短いｚの領域で、種々の加工領域サイズについて、ｚと加工速度の関係を調べ、データベース化した。材料としてはシリコンを用いた。加工領域サイズが１ｍｍ角と５０ｍｍ角の場合のデータを図４に示す。
【００３６】
ファラデーカップとサンプルの相対位置を予め正確に把握しておくことにより、ビームプロファイルと加工速度とを正確に対応付けることができる。
【００３７】
次に、加工対象材料であるＳＫＤ１１（ダイス鋼）のサンプルチップに対し、加工領域が１ｍｍ角の場合のｚ＝３５ｍｍにおける加工速度を調べた。その結果、加工速度は２８ｎｍ／ｍｉｎ.であった。シリコンとの加工速度比は０．６７であり、この数値をデータベースに登録した。
【００３８】
なお、ビームプロファイルをｚの値に対して測定することにより、ｚとビームサイズの関係、ｚとトータルビーム電流値の関係を得ることができる。これら２次的に得られる関係もデータベースに格納する。図２に示したｚとビームサイズの関係のグラフと、図３の表１に示したｚとトータルビーム電流値の関係はこのようなデータベース作成の過程で得られたもので、ビームの発生条件はガス種Ａｒ，Ｐ＝０．６Ｍｐａ，Ｖａ＝２０ｋＶ，Ｅ１＝１８ｋＶ，Ｅ２＝１５ｋＶ，Ｖｅ＝３００Ｖ，Ｉｅ＝３００ｍＡである。
【００３９】
図７に示す形状の加工対象物１９に対し、以下の手順で加工を行った。加工対象物１９の構成材料はＳＫＤ１１（ダイス鋼）とした。加工対象物１９の領域Ａと領域Ｂを平均１００ｎｍの深さだけエッチング加工し、平坦化する。領域Ａの大きさは５０ｍｍ角であり、領域Ｂの大きさは１ｍｍ角である。
【００４０】
（１）データベースを参照し、領域Ａの平均加工速度が最も大きくなる距離ｚを、ｚと加工速度分布のデータから算出する。結果としてｚ＝１０ｍｍを得る。同様に、領域Ｂについても算出し、結果としてｚ＝３５ｍｍを得る。
（２）データベースを参照し、ｚ＝１０ｍｍの位置（領域Ａの加工位置）において、１００ｎｍエッチングするために必要な時間を、ｚと加工速度分布のデータ及びシリコンとＳＫＤ１１の加工速度の比から算出する。結果として照射時間として２０．０分を得る。同様に、ｚ＝３５ｍｍの位置（領域Ｂの加工位置）についても算出し、結果として３．６３分を得る。なお、ｚ＝１０ｍｍ，３５ｍｍにおける現在のビーム電流値をモニタし、データベース上のｚとトータルビーム電流値のデータ値との間にずれがあれば、比例計算により照射時間を補正する。
（３）続いて、ｚ＝１０ｍｍの位置に領域Ａの中心が位置するように３軸ステージ２１を移動する。
（４）ガスクラスターイオンビームを２０．０分間照射する。
（５）次に、ｚ＝３５ｍｍの位置に領域Ｂの中心が位置するように３軸ステージ２１を移動する。
（６）ガスクラスターイオンビームを３．６３分間照射する。
以上により、加工が完了する。
【００４１】
図３の表１を参照すると、ビームの中心部１ｍｍ角の領域の加工速度はｚ＝３５ｍｍの場合に最も短くなっていることがわかる。加工速度はスパッタ率の大きさと共にビーム電流値にも依存するが、測定したｚの範囲ではビーム電流値の変化はスパッタ率の違いよりも小さく、結果的にスパッタ率が最も大きくなるｚ＝３５ｍｍ（図２参照）において加工時間が最も短くなったと考えられる。
【００４２】
一方、５０ｍｍ角の領域を均一な深さでエッチング加工する場合には、ｚ＝１０ｍｍの位置が最も加工速度が大きくなる。これは照射領域がビームサイズよりも大きいため、ビームの中心位置でのスパッタ率の高さよりも照射領域全体のビーム電流値（トータルビーム電流値）が最も大きい距離において最も加工速度が大きくなったと考えられる。
【００４３】
２０ｍｍ角の領域を加工する場合は１ｍｍ角と５０ｍｍ角の場合の中間となり、ｚ＝２０ｍｍで加工速度が最大になったと考えられる。
【００４４】
以上のように、照射領域の大きさによって、最も加工速度が大きくなるｚの位置が異なっていることがわかる。即ち、照射領域の大きさによってｚの位置を調整することにより、加工速度を最大化できる。
【００４５】
さらに、図４を参照すると、加工領域が１ｍｍ角程度とビームサイズよりも小さい場合には、ビームの焦点距離５０ｍｍに対してｚ＝３０〜３５ｍｍの範囲で加工速度が最も大きくなり、かつその変化が比較的小さいことがわかる。即ち、焦点距離の６０％から７０％の範囲で照射位置を選んで加工を行うことにより、加工速度を大きくすることができることがわかる。
【００４６】
以上、説明したように、この発明では、レンズで集束されるガスクラスターイオンビームの、照射軸に垂直な面内方向の電流密度分布の、照射軸方向の座標に対する変化のデータを実測によって取得し、その電流密度分布のデータから定められるガスクラスターイオンビームの焦点距離よりも短い照射軸方向の範囲において取得した加工対象領域の面積毎のエッチング加工速度の、照射軸方向の座標に対する変化のデータに基づいて、加工対象の固体表面を設置する照射軸方向の座標を、加工対象領域の面積毎に決定するものとなっており、これにより加工対象領域の大きさに応じて最も高速に加工できる照射位置を選択して加工することができ、よって従来よりも加工速度を向上させることができる。
【００４７】
また、固体表面を加工する前に、前記電流密度分布のデータを再実測し、固体表面を設置する照射軸方向の座標を、その再実測の結果に基づいて補正するようにすれば、より正確に加工最適位置を求めることができる。
【００４８】
一方、上記のような方法に対し、さらに簡便に加工を行うべく、電流密度分布の、照射軸方向の座標に対する変化のデータのみを実測して、ガスクラスターイオンビームの焦点距離と、その焦点距離の位置におけるビームサイズの断面積とを求め、加工対象領域の面積がビームサイズの断面積よりも小さい場合には加工対象の固体表面を設置する照射軸方向の座標を焦点距離の６０％〜７０％の範囲に選んで加工を行うようにしてもよい。
【００４９】
以上、加工の具体例としてエッチング深さの分布を測定する例で説明してきた。加工後の評価指標としてはエッチング深さだけでなく、表面粗さ分布や表面損傷深さなどを測定し、データベース化することもできる。これにより、加工対象領域の平均表面粗さや加工損傷深さを最適値にするため、加工速度が最も大きくなる照射位置を設定する場合にも適用可能である。
【００５０】
また、データベースには加工対象として考えられる材料について、ある加工領域サイズに対し、特定のｚでのみ加工速度を調べ、シリコンの加工速度との比をデータベースに登録することにより、どのような材料についてもデータベースを参照することによって加工速度が最大となる照射位置を決定することができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レンズで集束されるガスクラスターイオンビームを用いて固体表面を加工する方法であって、
前記ガスクラスターイオンビームの、照射軸に垂直な面内方向の電流密度分布の、照射軸方向の座標に対する変化のデータを実測によって取得し、
前記電流密度分布のデータから定められる前記ガスクラスターイオンビームの焦点距離よりも短い照射軸方向の範囲において取得した加工対象領域の面積毎のエッチング加工速度の、照射軸方向の座標に対する変化のデータに基づいて、加工対象の固体表面を設置する照射軸方向の座標を、加工対象領域の面積毎に決定することを特徴とする固体表面の加工方法。
【請求項２】
請求項１記載の固体表面の加工方法において、
前記固体表面を加工する前に、前記電流密度分布のデータを再実測し、前記固体表面を設置する照射軸方向の座標を、その再実測の結果に基づいて補正することを特徴とする固体表面の加工方法。
【請求項３】
レンズで集束されるガスクラスターイオンビームを用いて固体表面を加工する方法であって、
前記ガスクラスターイオンビームの、照射軸に垂直な面内方向の電流密度分布の、照射軸方向の座標に対する変化のデータを実測して、前記ガスクラスターイオンビームの焦点距離と、その焦点距離の位置においてその電流密度の最大値の半値で規定されるビームサイズの断面積とを定め、
加工対象領域の面積が前記ビームサイズの断面積よりも小さい場合には、加工対象の固体表面を設置する照射軸方向の座標を、前記焦点距離の６０％〜７０％の範囲に選んで加工を行うことを特徴とする固体表面の加工方法。
【請求項４】
ガスクラスターイオンビームを用い、固体表面を加工する装置であって、
ガスクラスターイオンビームを出射するガスクラスターイオンビーム発生装置と、
前記ガスクラスターイオンビームを収束するためのレンズと、
加工対象の固体表面を前記ガスクラスターイオンビームの照射軸方向及びその照射軸に垂直な直交２方向に移動可能な３軸ステージと、
その３軸ステージに搭載されたビーム電流検出器とを具備し、
前記ビーム電流検出器によって検出された前記ガスクラスターイオンビームの、照射軸に垂直な面内方向の電流密度分布の、照射軸方向の座標に対する変化のデータと、前記電流密度分布のデータから定められる前期ガスクラスターイオンビームの焦点距離よりも短い照射軸方向の範囲において取得された加工対象領域の面積毎のエッチング加工速度の、照射軸方向の座標に対する変化のデータとを含むデータベースを有し、
前記データベースを参照して前記加工対象の固体表面を設置する照射軸方向の座標を、加工対象領域の面積毎に算出し、前記３軸ステージの位置決めを行う構成とされている
ことを特徴とする固体表面の加工装置。
【請求項１】
レンズで集束されるガスクラスターイオンビームを用いて固体表面を加工する方法であって、
前記ガスクラスターイオンビームの、照射軸に垂直な面内方向の電流密度分布の、照射軸方向の座標に対する変化のデータを実測によって取得し、
前記電流密度分布のデータから定められる前記ガスクラスターイオンビームの焦点距離よりも短い照射軸方向の範囲において取得した加工対象領域の面積毎のエッチング加工速度の、照射軸方向の座標に対する変化のデータに基づいて、加工対象の固体表面を設置する照射軸方向の座標を、加工対象領域の面積毎に決定することを特徴とする固体表面の加工方法。
【請求項２】
請求項１記載の固体表面の加工方法において、
前記固体表面を加工する前に、前記電流密度分布のデータを再実測し、前記固体表面を設置する照射軸方向の座標を、その再実測の結果に基づいて補正することを特徴とする固体表面の加工方法。
【請求項３】
レンズで集束されるガスクラスターイオンビームを用いて固体表面を加工する方法であって、
前記ガスクラスターイオンビームの、照射軸に垂直な面内方向の電流密度分布の、照射軸方向の座標に対する変化のデータを実測して、前記ガスクラスターイオンビームの焦点距離と、その焦点距離の位置においてその電流密度の最大値の半値で規定されるビームサイズの断面積とを定め、
加工対象領域の面積が前記ビームサイズの断面積よりも小さい場合には、加工対象の固体表面を設置する照射軸方向の座標を、前記焦点距離の６０％〜７０％の範囲に選んで加工を行うことを特徴とする固体表面の加工方法。
【請求項４】
ガスクラスターイオンビームを用い、固体表面を加工する装置であって、
ガスクラスターイオンビームを出射するガスクラスターイオンビーム発生装置と、
前記ガスクラスターイオンビームを収束するためのレンズと、
加工対象の固体表面を前記ガスクラスターイオンビームの照射軸方向及びその照射軸に垂直な直交２方向に移動可能な３軸ステージと、
その３軸ステージに搭載されたビーム電流検出器とを具備し、
前記ビーム電流検出器によって検出された前記ガスクラスターイオンビームの、照射軸に垂直な面内方向の電流密度分布の、照射軸方向の座標に対する変化のデータと、前記電流密度分布のデータから定められる前期ガスクラスターイオンビームの焦点距離よりも短い照射軸方向の範囲において取得された加工対象領域の面積毎のエッチング加工速度の、照射軸方向の座標に対する変化のデータとを含むデータベースを有し、
前記データベースを参照して前記加工対象の固体表面を設置する照射軸方向の座標を、加工対象領域の面積毎に算出し、前記３軸ステージの位置決めを行う構成とされている
ことを特徴とする固体表面の加工装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−２５１１３１（Ｐ２０１０−２５１１３１Ａ）
【公開日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−９９５４２（Ｐ２００９−９９５４２）
【出願日】平成２１年４月１６日（２００９．４．１６）
【出願人】（０００２３１０７３）日本航空電子工業株式会社 (1,081)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月１６日（２００９．４．１６）
【出願人】（０００２３１０７３）日本航空電子工業株式会社 (1,081)
【Ｆターム（参考）】
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