JP2006236772A

JP2006236772A - Neutral particle beam source and neutral particle beam processing apparatus

Info

Publication number: JP2006236772A
Application number: JP2005049336A
Authority: JP
Inventors: Akio Shibata; 明夫柴田
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2005-02-24
Filing date: 2005-02-24
Publication date: 2006-09-07

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a neutral particle beam processing apparatus which is capable of irradiating a workpiece with uniformly dense neutral particle beams. <P>SOLUTION: This neutral particle beam processing apparatus has neutral particle beam sources which comprise a structure 42 having a plurality of holes 40 and a plurality of neutral particle beam generating mechanisms 50. Each of the neutral particle beam generating mechanisms 50 comprises a micro-plasma generator 51 for generating a micro plasm in a plasma region P inside of a hole 40, and an ion take-out 52 for taking out ions 102 in a micro plasma to a neutralization region N, and a neutralizer 53 for generating neutral particle beams 104 by neutralizing the extracted ions 102. The micro-plasma generator 51, the ion take-out 52, and the neutralizer 53 are integrally formed in the structure 42. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、中性粒子ビーム源および中性粒子ビーム処理装置に係り、特に中性粒子ビームを生成し、該中性粒子ビームを被処理物に照射してエッチングなどの処理を行う中性粒子ビーム源および中性粒子ビーム処理装置に関するものである。 The present invention relates to a neutral particle beam source and a neutral particle beam processing apparatus, and more particularly to neutral particles that generate a neutral particle beam and perform processing such as etching by irradiating an object to be processed with the neutral particle beam. The present invention relates to a beam source and a neutral particle beam processing apparatus.

従来から、中性粒子ビームを利用して、膜の堆積やドーピング、エッチングなどの処理が行われている。例えば、特許文献１には、高フラックスの中性粒子ビーム（Ｎｅビーム）を生成する方法が開示されている。中性粒子ビームとは、進行方向の揃った原子や分子などの電荷を持たない粒子の集団をいう。このような中性粒子ビームを利用した処理によれば、荷電粒子を被処理物に照射しないで処理を行うことができるので、被処理物のチャージアップを避けることができ、被処理物上に形成されたデバイスのチャージアップによる破壊を避けることができる。 Conventionally, processes such as film deposition, doping, and etching have been performed using a neutral particle beam. For example, Patent Document 1 discloses a method for generating a high-flux neutral particle beam (Ne beam). A neutral particle beam refers to a group of particles having no charge, such as atoms and molecules with a uniform traveling direction. According to the processing using such a neutral particle beam, since processing can be performed without irradiating the workpiece with charged particles, it is possible to avoid charge-up of the workpiece, Destruction due to charge-up of the formed device can be avoided.

ここで、チャージアップとは、被処理物の表面における帯電現象であり、電荷が蓄積する被処理物の表面に電荷が蓄積した状態をいう。チャージアップなどにより被処理物の表面に電場が生じた場合でも、中性粒子ビームを利用すれば、軌道が変化せず直進性に優れたビームにより被処理物を加工することができる。したがって、例えば、中性粒子ビームを用いたエッチングは、アスペクト比の大きいトレンチ構造を形成するために垂直にエッチングする必要がある場合に好適である。 Here, the charge-up is a charging phenomenon on the surface of the object to be processed, and means a state in which charges are accumulated on the surface of the object to be processed where charges are accumulated. Even when an electric field is generated on the surface of the object to be processed due to charge-up or the like, if the neutral particle beam is used, the object to be processed can be processed with a beam that does not change its trajectory and has excellent straightness. Therefore, for example, etching using a neutral particle beam is suitable when it is necessary to perform vertical etching in order to form a trench structure having a large aspect ratio.

例えば、中性粒子ビームを利用してエッチングを行う従来の中性粒子ビーム処理装置は、図１に示すように、内部にイオンを生成するプラズマ生成室５００と被処理物５０２の加工を行う処理室５０４とが形成された真空容器５０６を有している。プラズマ生成室５００の上部には、真空容器５０６内にプロセスガスを導入するガス供給ポート５０８が設けられており、このガス供給ポート５０８はガス供給配管５１０を介してガス供給源５１２に接続されている。ガス供給配管５１０には、真空容器５０６に供給するプロセスガスの流量を制御する流量制御装置５１４が設けられている。 For example, as shown in FIG. 1, a conventional neutral particle beam processing apparatus that performs etching using a neutral particle beam is a process that processes a plasma generation chamber 500 that generates ions therein and an object 502 to be processed. A vacuum vessel 506 having a chamber 504 is formed. A gas supply port 508 for introducing a process gas into the vacuum vessel 506 is provided in the upper part of the plasma generation chamber 500, and this gas supply port 508 is connected to a gas supply source 512 via a gas supply pipe 510. Yes. The gas supply pipe 510 is provided with a flow rate control device 514 that controls the flow rate of the process gas supplied to the vacuum vessel 506.

プラズマ生成室５００の外周には、真空容器５０６の外部にプラズマを発生する誘導結合型のコイル５１６が配置されている。このコイル５１６は、マッチングボックス５１８および高周波電源５２０に接続されている。また、プラズマ生成室５００の内部の上流側には、導電体で形成された上流電極５２２が配置されている。また、プラズマ生成室５００と処理室５０４との間には、多数の孔が形成された多孔電極５２４が配置されている。上流電極５２２と多孔電極５２４とはバイアス電源５２６に接続されている。処理室５０４内には、被処理物５０２を保持する保持台５２８が配置されており、この保持台５２８の上面に被処理物５０２が載置される。処理室５０４にはガスを排出するためのガス排出ポート５３０が設けられており、このガス排出ポート５３０はガス排出配管５３２を介して真空ポンプ５３４に接続されている。この真空ポンプ５３４によって処理室５０４は所定の圧力に維持される。 An inductively coupled coil 516 that generates plasma outside the vacuum vessel 506 is disposed on the outer periphery of the plasma generation chamber 500. The coil 516 is connected to the matching box 518 and the high frequency power source 520. Further, an upstream electrode 522 made of a conductor is disposed on the upstream side in the plasma generation chamber 500. Further, a porous electrode 524 having a large number of holes is disposed between the plasma generation chamber 500 and the processing chamber 504. The upstream electrode 522 and the porous electrode 524 are connected to a bias power source 526. A holding table 528 that holds the object to be processed 502 is disposed in the processing chamber 504, and the object to be processed 502 is placed on the upper surface of the holding table 528. The processing chamber 504 is provided with a gas discharge port 530 for discharging gas, and the gas discharge port 530 is connected to a vacuum pump 534 through a gas discharge pipe 532. The processing chamber 504 is maintained at a predetermined pressure by the vacuum pump 534.

このような従来の中性粒子ビーム処理装置においては、まず、処理室５０４内の保持台５２８の上に被処理物５０２を載置する。そして、真空ポンプ５３４を作動させることにより、真空容器５０６内を真空排気し、真空容器５０６内を所定の圧力にする。これにより、ガス供給源５１２からプロセスガスを真空容器５０６の内部に導入する。そして、高周波電源５２０によって高周波電圧をコイル５１６に印加し、プラズマ生成室５００内に高周波電界を形成する。真空容器５０６内に導入されたプロセスガスは、加速された電子により電離され、プラズマ生成室５００内に高密度プラズマ５３６が生成される。 In such a conventional neutral particle beam processing apparatus, first, the workpiece 502 is placed on the holding table 528 in the processing chamber 504. Then, by operating the vacuum pump 534, the inside of the vacuum vessel 506 is evacuated, and the inside of the vacuum vessel 506 is brought to a predetermined pressure. As a result, the process gas is introduced into the vacuum vessel 506 from the gas supply source 512. A high frequency voltage is applied to the coil 516 by the high frequency power source 520 to form a high frequency electric field in the plasma generation chamber 500. The process gas introduced into the vacuum vessel 506 is ionized by the accelerated electrons, and high-density plasma 536 is generated in the plasma generation chamber 500.

このとき、バイアス電源５２６によって上流電極５２２と多孔電極５２４との間にバイアス電圧を印加し、プラズマ５３６中に電場を形成する。これにより、プラズマ５３６中で発生したイオンは、この電場によってイオンビーム５３８として引き出される。このイオンビーム５３８は、多孔電極５２４を通過する際に、電極５２４中の孔壁と接触したり、孔中の残留ガスと衝突したりすることにより、電荷を失い中性化され、中性粒子ビーム５４０として処理室５０４の内部に放射される。この中性粒子ビーム５４０は、処理室５０４の内部を直進して保持台５２８に載置された被処理物５０２に照射され、この中性粒子ビームによって被処理物５０２の表面のエッチングが行われる。 At this time, a bias voltage is applied between the upstream electrode 522 and the porous electrode 524 by the bias power source 526 to form an electric field in the plasma 536. Thereby, ions generated in the plasma 536 are extracted as an ion beam 538 by this electric field. When the ion beam 538 passes through the porous electrode 524, the ion beam 538 loses electric charge by being brought into contact with the wall of the hole in the electrode 524 or colliding with the residual gas in the hole, and is neutralized. A beam 540 is emitted into the processing chamber 504. The neutral particle beam 540 travels straight inside the processing chamber 504 to irradiate the workpiece 502 placed on the holding table 528, and the surface of the workpiece 502 is etched by the neutral particle beam. .

しかしながら、従来の中性粒子ビーム処理装置は、プラズマを生成するための機構を１つしか備えていないので、プラズマ生成室５００内でのプラズマ密度を均一に制御することが困難であった。したがって、引き出すイオンビーム５３８の密度をイオンビームの進行方向に対して垂直な面上で均一にすることができなかった。このため、被処理物５０２に照射される中性粒子ビーム５４０が位置によって不均一になり、大きな面積を有する被処理物５０２の表面に対して均一な処理を行うことが困難であった。 However, since the conventional neutral particle beam processing apparatus includes only one mechanism for generating plasma, it has been difficult to uniformly control the plasma density in the plasma generation chamber 500. Therefore, the density of the ion beam 538 to be extracted cannot be made uniform on a plane perpendicular to the traveling direction of the ion beam. For this reason, the neutral particle beam 540 irradiated on the workpiece 502 becomes non-uniform depending on the position, and it is difficult to perform uniform processing on the surface of the workpiece 502 having a large area.

また、１つのプラズマ生成機構によりプラズマを生成するので、被処理物５０２に対する処理のために複数種類のプロセスガスが必要とされる場合に、それぞれのプロセスガスごとにプラズマの生成条件を制御することができなかった。すなわち、それぞれのプロセスガスがプラズマ化されることによって生成されるイオン種やラジカル種などの活性種の密度やエネルギーを、それぞれの活性種ごとに個別に制御することができなかった。このため、被処理物５０２と活性種との反応を制御することが困難となり、被処理物５０２の表面を処理するのに最適な条件を実現することが困難であった。 In addition, since plasma is generated by one plasma generation mechanism, when multiple types of process gases are required for processing the workpiece 502, the plasma generation conditions are controlled for each process gas. I could not. That is, the density and energy of active species such as ion species and radical species generated by converting each process gas into plasma cannot be controlled individually for each active species. For this reason, it is difficult to control the reaction between the object to be processed 502 and the active species, and it is difficult to realize an optimum condition for processing the surface of the object to be processed 502.

特開昭６３−３１８０５８号公報JP-A-63-318058 特開２００４−２２０９３５号公報JP 2004-220935 A 特開２００４−２３５４０７号公報JP 2004-235407 A 特開２００１−２９６３９８号公報JP 2001-296398 A 特開平８−２４１８７７号公報JP-A-8-241877

本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、被処理物に大口径で均一な密度の中性粒子ビームを照射することができる中性粒子ビーム源および中性粒子ビーム処理装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems of the prior art, and a neutral particle beam source and neutral particles capable of irradiating an object to be processed with a neutral particle beam having a large diameter and a uniform density. An object is to provide a beam processing apparatus.

本発明の第１の態様によれば、被処理物に均一な密度の中性粒子ビームを照射することができる中性粒子ビーム源が提供される。この中性粒子ビーム源は、少なくとも１つの孔が形成された構造体と、上記構造体の孔の内部のプラズマ領域にマイクロプラズマを発生させるマイクロプラズマ生成部とを備えている。さらに、中性粒子ビーム源は、上記マイクロプラズマ中のイオンを上記構造体の孔の内部の中性化領域に引き出すイオン引出部と、上記イオン引出部により引き出されたイオンを上記中性化領域で中性化して中性粒子ビームを生成する中性化部とを備えている。上記マイクロプラズマ生成部と上記イオン引出部と上記中性化部とは構造体に一体に形成されている。 According to the first aspect of the present invention, a neutral particle beam source capable of irradiating a workpiece with a neutral particle beam having a uniform density is provided. The neutral particle beam source includes a structure in which at least one hole is formed, and a microplasma generator that generates microplasma in a plasma region inside the hole of the structure. Furthermore, the neutral particle beam source includes an ion extraction unit that extracts ions in the microplasma into a neutralization region inside the hole of the structure, and ions extracted by the ion extraction unit. And a neutralizing section that neutralizes and generates a neutral particle beam. The microplasma generating unit, the ion extracting unit, and the neutralizing unit are integrally formed in the structure.

従来の中性粒子ビーム源を用いた場合には、中性粒子ビームの密度が被処理物の表面上の位置によって異なるために、大きな面積を有する被処理物に対して均一な処理を行うことが困難であった。しかしながら、上述した本発明の第１の態様によれば、中性粒子ビーム源を微小化することができるので、被処理物に対する加工を行うために最適な場所に中性粒子ビーム源を配置することができ、被処理物に均一な密度の中性粒子ビームを照射することができる。 When a conventional neutral particle beam source is used, the density of the neutral particle beam differs depending on the position on the surface of the object to be processed, so that the object having a large area can be processed uniformly. It was difficult. However, according to the first aspect of the present invention described above, the neutral particle beam source can be miniaturized, and therefore, the neutral particle beam source is disposed at an optimum place for processing the workpiece. Thus, a neutral particle beam having a uniform density can be irradiated onto the object to be processed.

本発明の第２の態様によれば、被処理物に均一な密度の中性粒子ビームを照射することができる中性粒子ビーム源が提供される。この中性粒子ビーム源は、複数の孔が形成された構造体と、上記構造体の複数の孔の少なくとも一部に対応して設けられた複数の中性粒子ビーム生成機構とを備えている。それぞれの中性粒子ビーム生成機構は、上記構造体中の対応する孔の内部のプラズマ領域にマイクロプラズマを発生させるマイクロプラズマ生成部と、上記マイクロプラズマ中のイオンを上記対応する孔の内部の中性化領域に引き出すイオン引出部と、上記イオン引出部により引き出されたイオンを上記中性化領域で中性化して中性粒子ビームを生成する中性化部とを有している。 According to the 2nd aspect of this invention, the neutral particle beam source which can irradiate the neutral particle beam of uniform density to a to-be-processed object is provided. The neutral particle beam source includes a structure in which a plurality of holes are formed, and a plurality of neutral particle beam generation mechanisms provided corresponding to at least a part of the plurality of holes in the structure. . Each neutral particle beam generating mechanism includes a microplasma generating unit that generates a microplasma in a plasma region inside the corresponding hole in the structure, and ions in the microplasma inside the corresponding hole. An ion extraction unit that extracts the neutralization region; and a neutralization unit that neutralizes ions extracted by the ion extraction unit in the neutralization region to generate a neutral particle beam.

このように、中性粒子ビーム源に微小化された複数の中性粒子ビーム生成機構を設けることができるので、複数の中性粒子ビーム源を配置する際の自由度が大きくなる。また、中性粒子ビーム生成機構を被処理物の被処理面に対して多数配置することができるので、被処理面の面積が大きい場合であっても、中性粒子ビーム生成機構の数を増やすことで処理面積を増やすことができる。すなわち、大きな面積を有する被処理物に均一な密度の中性粒子ビームを照射することができる。また、複数の中性粒子ビーム生成機構を有しているため、異なる種類のプロセスガスからマイクロプラズマによって活性化された活性種ごとの密度やエネルギーの制御を行うことができ、加工精度を向上させることができる。この結果、被処理物の表面に対して方向選択性の高い加工を行うことができる。 As described above, since a plurality of miniaturized neutral particle beam generation mechanisms can be provided in the neutral particle beam source, the degree of freedom in arranging the plurality of neutral particle beam sources is increased. Further, since a large number of neutral particle beam generating mechanisms can be arranged with respect to the surface to be processed, the number of neutral particle beam generating mechanisms is increased even when the area of the surface to be processed is large. Thus, the processing area can be increased. That is, a neutral particle beam having a uniform density can be irradiated onto a workpiece having a large area. In addition, since it has a plurality of neutral particle beam generation mechanisms, it is possible to control the density and energy of each activated species activated by microplasma from different types of process gases, thereby improving processing accuracy. be able to. As a result, processing with high direction selectivity can be performed on the surface of the workpiece.

また、マイクロプラズマ生成部は、それぞれ異なる種類のプロセスガスからマイクロプラズマを生成することができる。この場合には、互いに異なる種類のプロセスガスを、それ別々のマイクロプラズマ生成部に導入することで、プラズマ中での複数種類のプロセスガスの相互作用による不要な活性種を抑制することができるので、被処理物の表面と必要な活性種との反応の制御がより容易になる。加えて、各種類のプロセスガスに最適なプラズマ生成電圧の供給が可能になるから、この点からも前記反応の制御を好ましく行うことができる。 In addition, the microplasma generator can generate microplasma from different types of process gases. In this case, since different types of process gases are introduced into different microplasma generators, unnecessary active species due to the interaction of multiple types of process gases in the plasma can be suppressed. Control of the reaction between the surface of the object to be processed and the necessary active species becomes easier. In addition, since it is possible to supply an optimum plasma generation voltage to each type of process gas, the reaction can be preferably controlled also from this point.

上記マイクロプラズマ生成部は、上記対応する孔の内面に設けられた一対のプラズマ電極と、上記一対のプラズマ電極に電圧を印加する電源とを有していてもよい。また、１つの孔に対して一対のプラズマ電極が設けられた場合において、複数対のプラズマ電極に１つの電源から電圧を印加してもよい。このときは電源の総数を減らすことができ、構造の簡素化や低コスト化が可能となる。これらの場合において、上記電源により、少なくとも１つのマイクロプラズマ生成部に対してそれぞれ個別に制御された電圧を印加してもよい。このような構成により、中性粒子ビームの密度の一様性を厳格に維持する必要がある場合にも対応することができる。 The microplasma generator may include a pair of plasma electrodes provided on the inner surface of the corresponding hole, and a power source that applies a voltage to the pair of plasma electrodes. Further, when a pair of plasma electrodes is provided for one hole, a voltage may be applied from a single power source to a plurality of pairs of plasma electrodes. At this time, the total number of power supplies can be reduced, and the structure can be simplified and the cost can be reduced. In these cases, individually controlled voltages may be applied to at least one microplasma generator by the power source. With such a configuration, it is possible to cope with a case where it is necessary to strictly maintain the uniformity of the density of the neutral particle beam.

本発明の第３の態様によれば、被処理物に均一な密度の中性粒子ビームを照射することができる中性粒子ビーム処理装置が提供される。この中性粒子ビーム処理装置は、上述した中性粒子ビーム源と、上記中性粒子ビームが照射される被処理物を保持する保持台と、上記中性粒子ビーム源と上記保持台とを内部に収容した容器とを備えている。 According to the 3rd aspect of this invention, the neutral particle beam processing apparatus which can irradiate the neutral particle beam of a uniform density to a to-be-processed object is provided. The neutral particle beam processing apparatus includes the above-described neutral particle beam source, a holding table for holding an object to be irradiated with the neutral particle beam, and the neutral particle beam source and the holding table inside. And a container accommodated in the container.

さらに、中性粒子ビーム処理装置は、上記中性粒子ビーム源で生成された中性粒子ビーム中に残留する荷電粒子を除去する荷電粒子除去手段を備えていてもよい。このような荷電粒子除去手段により、被処理物の表面のわずかなチャージアップをも避けることができるので、わずかな帯電によっても破壊されてしまうデバイス素子を処理することが可能となる。 Further, the neutral particle beam processing apparatus may include a charged particle removing unit that removes charged particles remaining in the neutral particle beam generated by the neutral particle beam source. Such a charged particle removing means can avoid a slight charge-up on the surface of the object to be processed, so that it is possible to process a device element that is destroyed even by a slight charge.

例えば、特許文献２には、互いに隣接した多数の同一種類のマイクロプラズマにおいて、１つ１つのマイクロプラズマを各々独立した微小な状態に保持することを可能としたマイクロプラズマ生成装置が開示されている。このマイクロプラズマ生成装置は、多数のマイクロプラズマを利用するものではあるが、本発明とは全く趣旨を異にする発明であり、目的、構成、作用および効果のいずれの点においても本発明とは異なるものである。 For example, Patent Document 2 discloses a microplasma generating apparatus that enables each microplasma to be maintained in an independent minute state in a large number of microplasmas adjacent to each other. . Although this microplasma generator uses a large number of microplasmas, it is an invention that is completely different from the present invention, and is different from the present invention in any of the purposes, configurations, functions, and effects. Is different.

また、特許文献３には、１つのマイクロプラズマ源におけるプラズマ発生領域を制御するマイクロプラズマ発生装置が開示されているが、このマイクロプラズマ発生装置は、本発明とは本質的に異なるものであり、マイクロプラズマの利用という点からしても本発明に対する記載や示唆は全くない。 Further, Patent Document 3 discloses a microplasma generator that controls a plasma generation region in one microplasma source, but this microplasma generator is essentially different from the present invention, There is no description or suggestion for the present invention even in terms of the use of microplasma.

特許文献４には、中性ビームの大口径化および大容量化を実現する中性ビーム処理装置が開示されているが、この中性ビーム処理装置のプラズマ生成機構は１つである。また、特許文献５には、幅広い種類の中性ビームを高密度で形成する中性ビーム発生装置が開示されているが、この中性ビーム発生装置のプラズマ生成機構も１つである。したがって、これらの文献に記載された発明と本発明とは本質的に異なるものであり、その原理、構成、作用および効果のいずれの点においても本発明とは全く異なるものである。 Patent Document 4 discloses a neutral beam processing apparatus that realizes an increase in the diameter and capacity of a neutral beam. The neutral beam processing apparatus has one plasma generation mechanism. Patent Document 5 discloses a neutral beam generator that forms a wide variety of neutral beams at a high density. However, the neutral beam generator has only one plasma generation mechanism. Therefore, the invention described in these documents and the present invention are essentially different from each other, and are completely different from the present invention in any of the principles, configurations, operations, and effects.

本発明に係る中性粒子ビーム源および中性粒子ビーム処理装置によれば、被処理物に均一な密度の中性粒子ビームを照射することができる。また、中性粒子ビーム生成機構を複数備えることで、中性粒子ビームを大口径かつ大面積の被処理物に均一に照射することができ、被処理物に対してより高精度な処理が可能となる。この結果、例えば半導体デバイス等に対する微細で高精度かつ高アスペクト比の加工を、チャージアップによって素子にダメージを与えることなく実現することが可能となる。 According to the neutral particle beam source and the neutral particle beam processing apparatus according to the present invention, it is possible to irradiate an object to be processed with a neutral particle beam having a uniform density. In addition, by providing multiple neutral particle beam generation mechanisms, it is possible to uniformly irradiate a large-diameter and large-area workpiece with a neutral particle beam, enabling more precise processing of the workpiece. It becomes. As a result, it is possible to realize fine, high-precision, high-aspect-ratio processing of, for example, semiconductor devices and the like without damaging the elements due to charge-up.

以下、本発明に係る中性粒子ビーム処理装置の実施形態について図２から図１０を参照して詳細に説明する。なお、図２から図１０において、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the neutral particle beam processing apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 2 to 10, the same or corresponding components are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

図２は、本発明の第１の実施形態における中性粒子ビーム処理装置１０の全体構成を示す模式図である。図２に示すように、中性粒子ビーム処理装置１０は、真空ポンプ１２が接続された真空容器１４を備えている。この真空容器１４の内部には、プロセスガスから中性粒子ビームを生成する中性粒子ビーム源１６が配置されている。この中性粒子ビーム源１６の下方には、半導体基板、ガラス、有機物、セラミックスなどの被処理物１８を保持する保持台２０が配置されており、この保持台２０の上面に被処理物１８が載置されている。なお、必要に応じて、被処理物１８の表面のうち処理を行わない部分をレジストなどによって被覆することにより、所望の部分だけを加工することができる。 FIG. 2 is a schematic diagram showing an overall configuration of the neutral particle beam processing apparatus 10 according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the neutral particle beam processing apparatus 10 includes a vacuum container 14 to which a vacuum pump 12 is connected. A neutral particle beam source 16 that generates a neutral particle beam from the process gas is disposed inside the vacuum vessel 14. Below the neutral particle beam source 16, a holding table 20 that holds an object to be processed 18 such as a semiconductor substrate, glass, organic matter, or ceramics is disposed. It is placed. In addition, as needed, only the desired part can be processed by coat | covering the part which does not process among the surfaces of the to-be-processed object 18 with a resist.

真空容器１４の上部には、真空容器１４内にプロセスガスを導入するガス供給ポート２２が設けられており、このガス供給ポート２２はガス供給配管２４を介してガス供給源２６に接続されている。ガス供給配管２４には、真空容器１４に供給するプロセスガスの流量を制御する流量制御装置２８が設けられている。 A gas supply port 22 for introducing a process gas into the vacuum container 14 is provided above the vacuum container 14. The gas supply port 22 is connected to a gas supply source 26 via a gas supply pipe 24. . The gas supply pipe 24 is provided with a flow rate control device 28 that controls the flow rate of the process gas supplied to the vacuum vessel 14.

使用するプロセスガスの種類は、被処理物１８に対して行う加工の種類によって異なるが、例えば、エッチング加工を行う場合には、ＳＦ_６，ＣＨＦ_３，ＣＦ_４，Ｃｌ_２，Ａｒ，Ｏ_２，Ｎ_２，Ｃ_４Ｆ_８などのプロセスガスが真空容器１４内に供給される。なお、必要に応じて、ガス供給源２６を複数設け、複数種類のプロセスガスを同時に真空容器１４に供給するような構成にしてもよい。この場合には、プロセスガスの種類ごとに流量制御装置を設け、その下流側で複数のプロセスガスを合流させてから真空容器に導入することができる。 The type of process gas to be used differs depending on the type of processing performed on the workpiece 18. For example, when performing etching processing, SF ₆ , CHF ₃ , CF ₄ , Cl ₂ , Ar, O ₂ , A process gas such as N ₂ or C ₄ F ₈ is supplied into the vacuum vessel 14. If necessary, a plurality of gas supply sources 26 may be provided to supply a plurality of types of process gases to the vacuum vessel 14 at the same time. In this case, a flow rate control device can be provided for each type of process gas, and a plurality of process gases can be merged on the downstream side before being introduced into the vacuum vessel.

図２に示すように、被処理物１８が配置された処理室３０には、ガスを排出するためのガス排出ポート３２が設けられており、このガス排出ポート３２はガス排出配管３４を介して真空ポンプ１２に接続されている。この真空ポンプ１２によって処理室３０は所定の圧力に維持される。ここで、処理室３０は、中性粒子ビーム源１６から照射される中性粒子ビームが残留ガスに衝突することで方向性を変えないように、被処理物１８と中性粒子ビーム源１６との距離よりも気体粒子の平均自由行程の方が長くなるような真空度まで真空排気される。 As shown in FIG. 2, the processing chamber 30 in which the workpiece 18 is disposed is provided with a gas discharge port 32 for discharging gas, and the gas discharge port 32 is connected via a gas discharge pipe 34. Connected to the vacuum pump 12. The processing chamber 30 is maintained at a predetermined pressure by the vacuum pump 12. Here, in the processing chamber 30, the object to be processed 18, the neutral particle beam source 16, and the neutral particle beam source 16 are arranged so that the neutral particle beam irradiated from the neutral particle beam source 16 does not change its direction by colliding with the residual gas. It is evacuated to such a degree of vacuum that the mean free path of the gas particles becomes longer than the distance.

ここで、処理室３０内の保持台２０に被処理物１８を載置すると、被処理物１８の表面が、中性粒子ビーム源１６から照射される中性粒子ビームの入射方向に対して垂直になるように構成されている。これにより、中性粒子ビームによる被処理物１８の表面の垂直加工が可能となる。なお、保持台２０は回転機構を備えていることが好ましい。このような回転機構により保持台２０を回転させることで、位置によって中性粒子ビーム源１６による中性粒子ビームの被処理物１８への照射が不均一になる場合であっても、中性粒子ビームの照射を平均化することができ、被処理物１８の表面全体をほぼ均一に加工することができる。また、保持台２０が、中性粒子ビームの入射方向と垂直な平面上で直線運動または円運動を行う機構を備えていても、回転機構と同様の効果を得ることができる。 Here, when the workpiece 18 is placed on the holding table 20 in the processing chamber 30, the surface of the workpiece 18 is perpendicular to the incident direction of the neutral particle beam emitted from the neutral particle beam source 16. It is configured to be. Thereby, the vertical processing of the surface of the workpiece 18 by the neutral particle beam becomes possible. In addition, it is preferable that the holding stand 20 includes a rotation mechanism. Even when the neutral particle beam source 16 irradiates the object 18 with the neutral particle beam 16 in a non-uniform manner depending on the position by rotating the holding table 20 by such a rotation mechanism, the neutral particle Beam irradiation can be averaged, and the entire surface of the workpiece 18 can be processed almost uniformly. Further, even if the holding table 20 includes a mechanism that performs linear motion or circular motion on a plane perpendicular to the incident direction of the neutral particle beam, the same effect as the rotation mechanism can be obtained.

なお、被処理物１８を処理室３０に導入する際に予備排気を行う予備排気室（図示せず）を処理室３０に隣接して設け、処理室３０と予備排気室とゲートバルブを介して接続してもよい。このような構成にすれば、真空容器１４内を大気圧に戻すことなく、被処理物１８を保持台２０に配置することができる。したがって、真空排気に要する時間が極めて短くなるので、プロセスタイムを短縮することができる。 A preliminary exhaust chamber (not shown) for performing preliminary exhaust when the workpiece 18 is introduced into the processing chamber 30 is provided adjacent to the processing chamber 30, and the processing chamber 30, the preliminary exhaust chamber, and the gate valve are provided. You may connect. With such a configuration, the workpiece 18 can be placed on the holding table 20 without returning the inside of the vacuum vessel 14 to atmospheric pressure. Accordingly, since the time required for evacuation is extremely shortened, the process time can be shortened.

図３は、図２の中性粒子ビーム源１６の拡大図である。図３に示すように、中性粒子ビーム源１６は、多数の細孔４０が形成された平板状の構造体４２を備えている。この構造体４２は、中性化電極４４と、その上部に配置された絶縁体４６とから構成されるものである。それぞれの細孔４０に対応して、マイクロプラズマから中性粒子ビームを生成する中性粒子ビーム生成機構５０が形成されている。 FIG. 3 is an enlarged view of the neutral particle beam source 16 of FIG. As shown in FIG. 3, the neutral particle beam source 16 includes a flat structure 42 in which a large number of pores 40 are formed. The structure 42 includes a neutralization electrode 44 and an insulator 46 disposed on the neutralization electrode 44. A neutral particle beam generation mechanism 50 that generates a neutral particle beam from microplasma is formed corresponding to each pore 40.

図４は、１つの中性粒子ビーム生成機構５０を拡大して示す模式図である。図４に示すように、中性粒子ビーム生成機構５０は、上述したガス供給ポート２２から導入されたプロセスガス１００をプラズマ化してマイクロプラズマを生成するマイクロプラズマ生成部５１と、マイクロプラズマ中のイオン１０２を引き出すイオン引出部５２と、引き出されたイオン１０２を中性化して中性粒子ビーム１０４を生成する中性化部５３とを備えており、これらのマイクロプラズマ生成部５１、イオン引出部５２、および中性化部５３が、対応する細孔４０の内部にその長手方向に沿ってこの順番で配置されている。 FIG. 4 is an enlarged schematic diagram showing one neutral particle beam generating mechanism 50. As shown in FIG. 4, the neutral particle beam generating mechanism 50 includes a microplasma generating unit 51 that generates a microplasma by converting the process gas 100 introduced from the gas supply port 22 into plasma, and ions in the microplasma. An ion extraction unit 52 for extracting the ion 102 and a neutralization unit 53 for generating the neutral particle beam 104 by neutralizing the extracted ions 102 are provided. The microplasma generation unit 51 and the ion extraction unit 52 are provided. , And the neutralizing portion 53 are arranged in this order along the longitudinal direction inside the corresponding pore 40.

図４に示すように、マイクロプラズマ生成部５１は、高周波電源５４と、高周波電源５４に接続される一対のプラズマ電極５６，５６とを備えている。一対のプラズマ電極５６，５６は、絶縁体４６中の細孔４０の内面に互いに対向するように配置されている。高周波電源５４によりプラズマ電極５６，５６間に高周波電圧を印加すると、プラズマ電極５６，５６間のプラズマ領域Ｐにプラズマ（マイクロプラズマ）が生成される。 As shown in FIG. 4, the microplasma generator 51 includes a high-frequency power source 54 and a pair of plasma electrodes 56 and 56 connected to the high-frequency power source 54. The pair of plasma electrodes 56, 56 are arranged so as to face each other on the inner surface of the pore 40 in the insulator 46. When a high frequency voltage is applied between the plasma electrodes 56 and 56 by the high frequency power supply 54, plasma (microplasma) is generated in the plasma region P between the plasma electrodes 56 and 56.

プラズマを発生させるためには、細孔４０の形状や寸法、プロセスガス１００の種類や圧力、高周波電源５４により印加する電圧や電力が所定の範囲内にあるように調整する必要がある。例えば、プラズマ電極が平行平板型で直流を印加することによりプラズマを発生する方法においては、プラズマの発生開始電圧に関してパッシェンの法則が経験的に知られている。細孔４０の寸法やプロセスガス１００の流量は、プロセスガス１００の種類によって異なるものの、例えばアルゴンガスをプロセスガス１００として使用する場合には、プラズマ電極５６，５６間の距離を２ｍｍ程度にし、プラズマ領域Ｐの圧力を１００Ｐａ程度にするのがよい。 In order to generate plasma, it is necessary to adjust the shape and size of the pores 40, the type and pressure of the process gas 100, and the voltage and power applied by the high-frequency power source 54 to be within a predetermined range. For example, in a method of generating plasma by applying a direct current with a plasma plate having a parallel plate type, Paschen's law is empirically known with respect to plasma generation start voltage. Although the size of the pores 40 and the flow rate of the process gas 100 vary depending on the type of the process gas 100, for example, when argon gas is used as the process gas 100, the distance between the plasma electrodes 56 and 56 is set to about 2 mm, and the plasma The pressure in the region P is preferably about 100 Pa.

なお、図３では、中性粒子ビーム生成機構５０がそれぞれ個別に高周波電源５４を備えた例を示しているが、例えば複数対のプラズマ電極５６,５６に対して１つの高周波電源５４から給電してもよい。また、それぞれの高周波電源５４は個別にその電圧を制御できるようにすることで、一層好ましく中性粒子ビーム１０４の均一化を達成することができる。 FIG. 3 shows an example in which the neutral particle beam generation mechanism 50 is individually provided with a high-frequency power source 54. For example, power is supplied from a single high-frequency power source 54 to a plurality of pairs of plasma electrodes 56 and 56. May be. Further, each high-frequency power source 54 can individually control the voltage, so that neutralization of the neutral particle beam 104 can be achieved more preferably.

イオン引出部５２は、第１のバイアス電源５８と、第１のバイアス電源５８に接続されるイオン引出電極６０と、絶縁体４６の下方に配置された中性化電極４４とによって構成されている。イオン引出電極６０は、絶縁体４６中の細孔４０の内面のプラズマ電極５６の下方に配置されている。 The ion extraction unit 52 includes a first bias power supply 58, an ion extraction electrode 60 connected to the first bias power supply 58, and a neutralization electrode 44 disposed below the insulator 46. . The ion extraction electrode 60 is disposed below the plasma electrode 56 on the inner surface of the pore 40 in the insulator 46.

第１バイアス電源５８によりイオン引出電極６０と中性化電極４４との間に電圧を印加することにより、マイクロプラズマ中のイオン１０２をマイクロプラズマ生成部５１とは反対方向に、すなわちイオン引出電極６０から中性化電極４４に向かう方向に加速し、マイクロプラズマ中のイオン１０２を中性化電極４４の細孔４０の内部の中性化領域Ｎに引き出すようになっている。図４に示す例では、マイクロプラズマ中の正イオンを引き出すために、イオン引出電極６０を基準として中性化電極４４に対して負の電圧を印加している。なお、第１バイアス電源５８による電圧の極性を反転させることにより、マイクロプラズマ中から負イオンを引き出すこともできる。 By applying a voltage between the ion extraction electrode 60 and the neutralization electrode 44 by the first bias power source 58, the ions 102 in the microplasma are moved in the opposite direction to the microplasma generation unit 51, that is, the ion extraction electrode 60. The ion 102 in the microplasma is accelerated toward the neutralization electrode 44 to be extracted to the neutralization region N inside the pore 40 of the neutralization electrode 44. In the example shown in FIG. 4, a negative voltage is applied to the neutralization electrode 44 with reference to the ion extraction electrode 60 in order to extract positive ions in the microplasma. It should be noted that negative ions can be extracted from the microplasma by reversing the polarity of the voltage from the first bias power supply 58.

第１のバイアス電源５８により印加する電圧は処理の種類によって異なるが、被処理物１８のエッチングを行う場合には、例えば１００Ｖから５００Ｖ程度の電圧をイオン引出電極６０と中性化電極４４との間に印加することによって、イオン１０２を加速して被処理物の表面にエッチングをすることができる。 Although the voltage applied by the first bias power supply 58 varies depending on the type of processing, when etching the workpiece 18, for example, a voltage of about 100 V to 500 V is applied between the ion extraction electrode 60 and the neutralization electrode 44. By applying the voltage in between, the ions 102 can be accelerated and the surface of the object to be processed can be etched.

中性化電極４４は、中性粒子ビーム源１６の処理室３０側に配置されており、中性化領域Ｎに引き出されたイオン１０２を中性化する中性化部５３として機能する。すなわち、プラズマ領域Ｐから中性化領域Ｎに引き出されたイオン１０２は、中性化電極４４中の細孔４０を通過する際に電荷を失って中性化される。一般に、オリフィス状の細孔をイオンが通過するときに、細孔の壁と接触したり、細孔中の残留ガスと衝突したりすることにより、イオンが電荷を失うことが知られている（例えば、特開平９−２２３５９８号公報参照）。例えば、加速されたイオンが細孔の壁とほぼ平行に接触する場合には、イオンはその運動エネルギーをほとんど失わずに電荷交換により電荷だけを失う。したがって、本実施形態の中性化電極４４中の細孔４０にイオン１０２を通過させるだけで、イオン１０２を中性粒子とし中性粒子ビーム１０４を生成することができる。 The neutralization electrode 44 is disposed on the processing chamber 30 side of the neutral particle beam source 16 and functions as a neutralization portion 53 that neutralizes the ions 102 extracted to the neutralization region N. That is, the ions 102 drawn from the plasma region P to the neutralization region N lose their charge and are neutralized when passing through the pores 40 in the neutralization electrode 44. In general, when ions pass through an orifice-like pore, it is known that the ion loses electric charge by contacting with the wall of the pore or colliding with a residual gas in the pore ( For example, see JP-A-9-223598. For example, if the accelerated ions are in contact with the pore walls almost parallel, the ions lose only their charge due to charge exchange with little loss of their kinetic energy. Therefore, the neutral particle beam 104 can be generated using the ions 102 as neutral particles simply by passing the ions 102 through the pores 40 in the neutralization electrode 44 of the present embodiment.

なお、一般的には、中性化領域Ｎでイオン１０２が中性化されずに、中性粒子ビーム１０４の中にイオン１０２が残留してしまう場合がある。中性粒子ビーム１０４中に荷電粒子が残留することが許されない場合には、中性粒子ビーム１０４中に残留するイオン１０２を除去するための荷電粒子除去手段を必要に応じて設けてもよい。例えば、残留イオンを中性化するために微量の中性化ガスを中性化領域Ｎに導入してもよい。また、残留イオンが正イオンである場合には、残留イオンに電子を照射する微小な手段を付加して電子の照射により中性化を行ってもよい。さらに、残留イオンが負イオンである場合には、光を照射する手段などの何らかの形でエネルギーを残留イオンに与えて電子を解離することで中性化を行ってもよい。このような付加手段により残留イオンの中性化を促進して、イオン１０２の残留量を減少させることができる。 In general, there is a case where the ions 102 remain in the neutral particle beam 104 without being neutralized in the neutralization region N. When charged particles are not allowed to remain in the neutral particle beam 104, a charged particle removing unit for removing the ions 102 remaining in the neutral particle beam 104 may be provided as necessary. For example, a small amount of neutralization gas may be introduced into the neutralization region N in order to neutralize residual ions. In addition, when the residual ions are positive ions, neutralization may be performed by irradiating electrons by adding a minute means for irradiating the residual ions with electrons. Furthermore, when the residual ions are negative ions, neutralization may be performed by dissociating electrons by applying energy to the residual ions in some form such as a means for irradiating light. Such additional means can promote the neutralization of residual ions and reduce the residual amount of ions 102.

本実施形態では、図２および図３に示すように、中性粒子ビーム源１６と被処理物１８との間に、中性化領域Ｎで中性化されなかったイオンや電子、すなわち中性粒子ビーム中に残留する荷電粒子が処理室３０に入射することを防止するメッシュ電極６２が配置されている。図３に示すように、メッシュ電極６２および中性化電極４４は第２のバイアス電源６４に接続されている。メッシュ電極６２が正電位、中性化電極４４が負電位になるように第２のバイアス電源６４によって電場を印加することにより、中性粒子ビーム中に残留した正イオンの被処理物への照射を妨げることができるようになっている。なお、負イオンを除去する場合には、第２のバイアス電源６４により印加する電圧の極性を反転させればよい。 In this embodiment, as shown in FIGS. 2 and 3, ions and electrons that have not been neutralized in the neutralization region N, that is, neutral, between the neutral beam source 16 and the workpiece 18. A mesh electrode 62 for preventing charged particles remaining in the particle beam from entering the processing chamber 30 is disposed. As shown in FIG. 3, the mesh electrode 62 and the neutralization electrode 44 are connected to the second bias power source 64. By applying an electric field by the second bias power supply 64 so that the mesh electrode 62 is at a positive potential and the neutralization electrode 44 is at a negative potential, irradiation of the object to be processed with positive ions remaining in the neutral particle beam is performed. Can be prevented. In order to remove negative ions, the polarity of the voltage applied by the second bias power supply 64 may be reversed.

次に、本実施形態における中性粒子ビーム処理装置１０の動作について説明する。まず、処理室３０内の保持台２０の上に被処理物１８を載置する。そして、処理室３０に接続されている真空ポンプ１２を作動させることにより、真空容器１４内を真空排気し、真空容器１４内を例えば１Ｐａ以下の真空にする。このとき、残留ガスが不純物となって被処理物１８の処理に対して悪影響を与えるのを避けるために、真空容器１４内を１×１０^−３Ｐａ以下の高真空にすることが好ましい。なお、上述したように処理室３０に隣接して予備排気室を設けた場合には、真空ポンプ１２を作動させた状態で被処理物１８を真空容器１４内に導入する。 Next, operation | movement of the neutral particle beam processing apparatus 10 in this embodiment is demonstrated. First, the workpiece 18 is placed on the holding table 20 in the processing chamber 30. Then, by operating the vacuum pump 12 connected to the processing chamber 30, the inside of the vacuum vessel 14 is evacuated, and the inside of the vacuum vessel 14 is evacuated to, for example, 1 Pa or less. At this time, in order to avoid the residual gas from becoming an impurity and adversely affecting the processing of the workpiece 18, the inside of the vacuum container 14 is preferably set to a high vacuum of 1 × 10 ⁻³ Pa or less. As described above, when the preliminary exhaust chamber is provided adjacent to the processing chamber 30, the workpiece 18 is introduced into the vacuum container 14 while the vacuum pump 12 is operated.

そして、ガス供給源２６からＳＦ_６，ＣＨＦ_３，ＣＦ_４，Ｃｌ_２，Ａｒ，Ｏ_２，Ｎ_２，Ｃ_４Ｆ_８等などのプロセスガス１００を真空容器１４の内部に導入する。このとき、流量制御装置２８によりプロセスガス１００の流量が制御され、プロセスガス１００の流量がガスの種類や被処理物の種類などを考慮した最適な値に調整される。このプロセスガス１００は、真空容器１４内の中性粒子ビーム源１６のそれぞれの中性粒子ビーム生成機構５０のプラズマ領域Ｐに導入される。 Then, a process gas 100 such as SF ₆ , CHF ₃ , CF ₄ , Cl ₂ , Ar, O ₂ , N ₂ , C ₄ F ₈ or the like is introduced into the vacuum vessel 14 from the gas supply source 26. At this time, the flow rate of the process gas 100 is controlled by the flow rate control device 28, and the flow rate of the process gas 100 is adjusted to an optimum value in consideration of the type of gas, the type of object to be processed, and the like. The process gas 100 is introduced into the plasma region P of each neutral particle beam generation mechanism 50 of the neutral particle beam source 16 in the vacuum vessel 14.

そして、各プラズマ領域Ｐに導入されたプロセスガス１００は、マイクロプラズマ生成部５１によってプラズマ化される。すなわち、高周波電源５４によって高周波電圧をプラズマ電極５６，５６間に印加する。この高周波電圧の印加によってプラズマ領域Ｐには高周波電界が形成される。プロセスガス１００は、加速された電子により電離され、プラズマ領域Ｐ内に高密度のイオンと電子からなるマイクロプラズマが生成される。 Then, the process gas 100 introduced into each plasma region P is turned into plasma by the microplasma generator 51. That is, a high frequency voltage is applied between the plasma electrodes 56 and 56 by the high frequency power source 54. By applying this high frequency voltage, a high frequency electric field is formed in the plasma region P. The process gas 100 is ionized by the accelerated electrons, and microplasma composed of high-density ions and electrons is generated in the plasma region P.

次に、第１のバイアス電源５８によってイオン引出電極６０と中性化電極４４との間にバイアス電圧を印加し、この電場によってマイクロプラズマ中のイオン１０２を中性化領域Ｎの方向に加速する。図３および図４に示す例では、イオン引出電極６０に正電位、中性化電極４４に負電位を与えているため、正イオンが中性化領域Ｎに向かって加速され中性化領域Ｎに引き出される。第１のバイアス電源５８の極性を反転させれば、負イオンを中性化領域Ｎに引き出すことができる。 Next, a bias voltage is applied between the ion extraction electrode 60 and the neutralization electrode 44 by the first bias power source 58, and the ions 102 in the microplasma are accelerated in the direction of the neutralization region N by this electric field. . In the example shown in FIGS. 3 and 4, since a positive potential is applied to the ion extraction electrode 60 and a negative potential is applied to the neutralization electrode 44, positive ions are accelerated toward the neutralization region N. Drawn out. If the polarity of the first bias power supply 58 is reversed, negative ions can be extracted to the neutralization region N.

マイクロプラズマから引き出されたイオン１０２は、中性化電極４４中の細孔４０を通過する際に、細孔４０の壁と接触したり、細孔４０中の残留ガスと衝突したりすることにより、電荷を失い中性化される。このように、イオン１０２を細孔４０の中を通過させるだけで中性粒子ビーム１０４とすることができる。そして、第２のバイアス電源６４によって中性化電極４４とメッシュ電極６２との間にバイアス電圧を印加して電場を形成し、中性粒子ビーム１０４中に残留したイオン１０２が被処理物に照射されることを防止する。図３に示す例では、メッシュ電極６２に正電位、中性化電極４４に負電位を与えているため、中性粒子ビーム１０４中に残留した正イオンが除去される。第２のバイアス電源６４の極性を反転させれば、中性粒子ビーム１０４中に残留した負イオンを除去することができる。 When ions 102 extracted from the microplasma pass through the pores 40 in the neutralization electrode 44, they come into contact with the walls of the pores 40 or collide with residual gas in the pores 40. , Loses charge and is neutralized. In this way, the neutral particle beam 104 can be obtained simply by passing the ions 102 through the pores 40. Then, a bias voltage is applied between the neutralization electrode 44 and the mesh electrode 62 by the second bias power source 64 to form an electric field, and the ions 102 remaining in the neutral particle beam 104 are irradiated to the object to be processed. To prevent it. In the example shown in FIG. 3, since a positive potential is applied to the mesh electrode 62 and a negative potential is applied to the neutralization electrode 44, positive ions remaining in the neutral particle beam 104 are removed. If the polarity of the second bias power supply 64 is reversed, the negative ions remaining in the neutral particle beam 104 can be removed.

このように、残留イオンが除去された中性粒子ビーム１０４は、処理室３０の内部を直進して保持台２０に載置された被処理物１８に照射される。被処理物１８の表面は、中性粒子ビーム１０４の入射方向に対して垂直になるように配置されているので、中性粒子ビーム１０４により被処理物１８の表面の垂直加工を行うことができる。また、必要に応じてレジストなどにより処理が不要な部分を事前に被覆しておけば、所望の部分だけ加工を行うことができる。 In this way, the neutral particle beam 104 from which the residual ions have been removed travels straight inside the processing chamber 30 and is irradiated onto the object 18 to be processed placed on the holding table 20. Since the surface of the workpiece 18 is disposed so as to be perpendicular to the incident direction of the neutral particle beam 104, the surface of the workpiece 18 can be vertically processed by the neutral particle beam 104. . Further, if a portion that does not need to be processed is coated in advance with a resist or the like as required, only a desired portion can be processed.

細孔４０内のプラズマ領域Ｐにマイクロプラズマを生成する手段としては、上述したプラズマ電極５６，５６と高周波電源５４との組み合わせに限られるものではなく、例えば、直流電源によりプラズマ電極５６，５６間に直流電圧を印加してもよい。あるいは、容量結合型プラズマ発生法、マイクロ波プラズマ発生法、ＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance）プラズマ発生法などのプラズマ発生法を用いてマイクロプラズマを生成してもよい。また、プラズマを発生させずにイオンを得る方法として、例えば、マイクロ電子線発生機構から電子線を照射し、原子または分子に電子を付着させることで負イオンを生成する方法がある。 Means for generating microplasma in the plasma region P in the pore 40 is not limited to the combination of the plasma electrodes 56 and 56 and the high-frequency power source 54 described above. A DC voltage may be applied to the. Alternatively, the microplasma may be generated using a plasma generation method such as a capacitively coupled plasma generation method, a microwave plasma generation method, or an ECR (Electron Cyclotron Resonance) plasma generation method. Moreover, as a method of obtaining ions without generating plasma, for example, there is a method of generating negative ions by irradiating an electron beam from a micro electron beam generation mechanism and attaching electrons to atoms or molecules.

また、細孔４０中のプラズマ電極５６，５６の構造はマイクロプラズマ生成部５１に応じて変更することができる。また、プラズマの発生は連続的でなくてもよく、高周波電源５４をパルス電源に代えてパルス状のプラズマを発生することとしてもよい。また、被処理物１８の表面の面積が微小な場合には、中性粒子ビーム源１６を１つだけ備えた中性粒子ビーム処理装置であってもよい。 In addition, the structure of the plasma electrodes 56 and 56 in the pore 40 can be changed according to the microplasma generator 51. The generation of plasma may not be continuous, and pulsed plasma may be generated by replacing the high-frequency power supply 54 with a pulse power supply. Further, when the surface area of the workpiece 18 is very small, a neutral particle beam processing apparatus including only one neutral particle beam source 16 may be used.

なお、中性粒子ビーム１０４の強度はプラズマ密度と正の相関があるので、プラズマ領域Ｐのプラズマ密度を制御することで、イオン引出部５２により引き出すことのできるイオン１０２のビーム密度を制御することができる。これにより、中性粒子ビーム源１６から照射することができる中性粒子ビーム１０４の密度を制御することが可能となる。プラズマ領域Ｐのプラズマ密度は、プロセスガス１００の圧力および高周波電源５４によりプラズマ電極５６，５６に印加される電圧などにより制御することができる。プロセスガス１００の圧力は、流量制御装置２８によりプロセスガス１００の流量を調整することにより制御することができる。 Since the intensity of the neutral particle beam 104 has a positive correlation with the plasma density, the beam density of the ions 102 that can be extracted by the ion extraction unit 52 is controlled by controlling the plasma density in the plasma region P. Can do. Thereby, the density of the neutral particle beam 104 that can be irradiated from the neutral particle beam source 16 can be controlled. The plasma density in the plasma region P can be controlled by the pressure of the process gas 100 and the voltage applied to the plasma electrodes 56 and 56 by the high frequency power source 54. The pressure of the process gas 100 can be controlled by adjusting the flow rate of the process gas 100 by the flow rate control device 28.

同一構造の複数の中性粒子ビーム生成機構５０において、同一の条件、すなわち同一のプロセスガス１００を同一の流量で供給し、プラズマ電極５６，５６に同一の高周波電圧を印加させると、同じ強度の中性粒子ビーム１０４を生成することができる。したがって、同一構造の複数の中性粒子ビーム生成機構５０を被処理物１８の表面の上に配置して、各中性粒子ビーム生成機構５０を同一の条件で運転することにより、被処理物１８のすべての位置に同じ強度の中性粒子ビーム１０４を照射できるため、被処理面の全面にわたって均一な処理を行うことができる。 In the plurality of neutral particle beam generation mechanisms 50 having the same structure, when the same conditions, that is, the same process gas 100 is supplied at the same flow rate and the same high frequency voltage is applied to the plasma electrodes 56 and 56, the same intensity is obtained. A neutral particle beam 104 can be generated. Therefore, a plurality of neutral particle beam generating mechanisms 50 having the same structure are arranged on the surface of the object to be processed 18, and each neutral particle beam generating mechanism 50 is operated under the same conditions, whereby the object to be processed 18 is processed. Since the neutral particle beam 104 having the same intensity can be irradiated to all of the positions, uniform processing can be performed over the entire surface to be processed.

一方、被処理物１８に対して行う処理の種類によっては、中性粒子ビーム１０４の密度を位置によって異なるようにした方がよい場合や、中性粒子ビーム１０４の密度の一様性を厳格に維持するために、位置によってビームの密度を微調整する必要が生じる場合もある。このような場合には、各中性粒子ビーム生成機構５０に導入するプロセスガス１００の流量とプラズマ電極に印加する電圧とを個別に調整する必要があり、複数の中性粒子ビーム生成機構５０のそれぞれに対して流量制御装置と高周波電源を独立に設けることによって、それぞれの中性粒子ビーム生成機構５０を独立に制御して最適なビーム照射分布を得ることができる。なお、複数の中性粒子ビーム生成機構５０をいくつかのグループに分けて、各グループに対して１つの高周波電源を設けてもよいし、さらには流量制御装置をも共用するために１つの流量制御装置と高周波電源とを設けるようにしてもよい。この場合には、流量制御装置や高周波電源の数を減らすことができるので、上述した高精度の制御を簡単な構成で低コストに行うことができる。 On the other hand, depending on the type of processing to be performed on the workpiece 18, it is preferable to change the density of the neutral particle beam 104 depending on the position, or the density uniformity of the neutral particle beam 104 is strictly set. To maintain, it may be necessary to fine tune the beam density depending on the position. In such a case, it is necessary to individually adjust the flow rate of the process gas 100 introduced into each neutral particle beam generating mechanism 50 and the voltage applied to the plasma electrode. By providing the flow rate control device and the high-frequency power source independently for each, it is possible to independently control each neutral particle beam generation mechanism 50 to obtain an optimum beam irradiation distribution. A plurality of neutral particle beam generation mechanisms 50 may be divided into several groups, and one high frequency power supply may be provided for each group. Furthermore, one flow rate is used in order to share a flow rate control device. A control device and a high frequency power supply may be provided. In this case, since the number of flow control devices and high frequency power supplies can be reduced, the above-described highly accurate control can be performed with a simple configuration at low cost.

一般的に、プラズマ放電を開始する閾値となる電圧は、放電用気体の圧力と電圧を印加する電極間の距離との積に対してある極小値をとる。したがって、放電空間が微小となり電極間の距離が小さくなると、なるべく低い電圧で放電させるために、放電用気体の圧力を高くする必要がある。したがって、プラズマ電極５６，５６間の距離が小さいマイクロプラズマ生成部５１においては、放電用気体の圧力を高く維持する必要が生じる。図５は、本発明の第２の実施形態における中性粒子ビーム源の中性粒子ビーム生成機構１５０を示す模式図であり、放電用気体の圧力を高く維持することができるものである。 In general, the threshold voltage for starting plasma discharge takes a certain minimum value with respect to the product of the pressure of the discharge gas and the distance between the electrodes to which the voltage is applied. Therefore, when the discharge space is small and the distance between the electrodes is small, it is necessary to increase the pressure of the discharge gas in order to discharge with a voltage as low as possible. Therefore, in the microplasma generator 51 having a small distance between the plasma electrodes 56 and 56, it is necessary to maintain the pressure of the discharge gas high. FIG. 5 is a schematic diagram showing a neutral particle beam generation mechanism 150 of the neutral particle beam source according to the second embodiment of the present invention, which can maintain a high pressure of the discharge gas.

図５に示す例では、絶縁体１４６を中性化電極４４に対して細くし、イオン引出電極１６０を絶縁体１４６に対して太く形成している。このように、プラズマ領域Ｐから中性化領域Ｎに至る通路１７０がイオン引出電極１６０により狭くなっているので、プラズマ領域Ｐの圧力を処理室３０の圧力よりも高く維持することができる。したがって、プラズマ生成用電源、例えば高周波電源５４により印加する電圧が低くてもプラズマ領域Ｐにプラズマを生成することができる。 In the example shown in FIG. 5, the insulator 146 is thinner than the neutralization electrode 44, and the ion extraction electrode 160 is thicker than the insulator 146. Thus, since the passage 170 from the plasma region P to the neutralization region N is narrowed by the ion extraction electrode 160, the pressure in the plasma region P can be maintained higher than the pressure in the processing chamber 30. Therefore, plasma can be generated in the plasma region P even when the voltage applied by the plasma generation power source, for example, the high frequency power source 54 is low.

例えば、このような中性粒子ビーム生成機構１５０において、プラズマ領域Ｐの圧力を約１００Ｐａに維持するためには、イオン引出電極１６０により形成される通路１７０（オリフィス）の内径を１ｍｍ程度、長さ２ｍｍ程度とし、アルゴンガスの流量を１つのマイクロプラズマ生成部に対して０．５ｓｃｃｍ程度とすればよい。ここで、１ｓｃｃｍは、気体が０℃、１気圧のときの、毎分１ｃｃの体積流量を意味する。このとき処理室３０が約１Ｐａ以下の圧力になるような実効排気速度を有する真空ポンプを処理室３０に接続する。なお、通路１７０の寸法やアルゴンの流量は上述した例に限られず、アルゴンの流量に対して所定のコンダクタンスを有し、処理室３０が十分高真空に真空排気されるようなものであればよい。 For example, in such a neutral particle beam generation mechanism 150, in order to maintain the pressure in the plasma region P at about 100 Pa, the inner diameter of the passage 170 (orifice) formed by the ion extraction electrode 160 is about 1 mm long. The flow rate of argon gas may be about 0.5 sccm for one microplasma generator. Here, 1 sccm means a volume flow rate of 1 cc per minute when the gas is at 0 ° C. and 1 atm. At this time, a vacuum pump having an effective exhaust speed such that the processing chamber 30 has a pressure of about 1 Pa or less is connected to the processing chamber 30. Note that the dimensions of the passage 170 and the argon flow rate are not limited to the above-described example, and may be any as long as they have a predetermined conductance with respect to the argon flow rate and the processing chamber 30 is evacuated to a sufficiently high vacuum. .

図６は本発明の第３の実施形態における中性粒子ビーム処理装置２１０を示す模式図、図７は図６の中性粒子ビーム源２１６を示す模式図である。この実施形態では、複数種類（図６および図７に示す例では２種類）のプロセスガスを、異なる中性粒子ビーム生成機構２５０のプラズマ領域Ｐに導入している。すなわち、中性粒子ビーム処理装置２１０は、２つのガス供給源１２６ａ，１２６ｂと、２つの流量制御装置１２８ａ，１２８ｂとを備えており、それぞれのガス供給源１２６ａ，１２６ｂは、ガス供給配管１２４ａ，１２４ｂを介してそれぞれ異なる中性粒子ビーム生成機構２５０に接続されている。このように、それぞれの中性粒子ビーム生成機構２５０のプラズマ領域Ｐに導入されるプロセスガスの種類に応じて、異なるプラズマ密度のプラズマを生成することができるようになっている。 FIG. 6 is a schematic diagram showing a neutral particle beam processing apparatus 210 according to the third embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a schematic diagram showing a neutral particle beam source 216 in FIG. In this embodiment, a plurality of types of process gases (two types in the examples shown in FIGS. 6 and 7) are introduced into the plasma regions P of different neutral particle beam generation mechanisms 250. That is, the neutral particle beam processing apparatus 210 includes two gas supply sources 126a and 126b and two flow rate control devices 128a and 128b. The gas supply sources 126a and 126b are respectively connected to gas supply pipes 124a and 126a. They are connected to different neutral particle beam generation mechanisms 250 through 124b. As described above, plasmas having different plasma densities can be generated according to the type of process gas introduced into the plasma region P of each neutral particle beam generation mechanism 250.

このような構成においては、プラズマ発生条件などをそれぞれのプロセスガスに応じて選択することで、処理に必要なイオン種やラジカル種などの活性種をそれぞれの中性粒子ビーム生成機構２５０で発生させることができる。このため、被処理物１８に対する処理条件をより高精度に制御することができ、高精度の加工を実現することができる。 In such a configuration, active species such as ion species and radical species necessary for processing are generated by each neutral particle beam generation mechanism 250 by selecting plasma generation conditions and the like according to each process gas. be able to. For this reason, the processing conditions for the workpiece 18 can be controlled with higher accuracy, and high-accuracy machining can be realized.

ここで、図６および図７に示す例では、プロセスガスの系統ごとに流量制御装置１２８ａ，１２８ｂを設けているが、中性粒子ビーム生成機構２５０ごとに流量制御装置を設けてもよい。この場合には、それぞれの中性粒子ビーム生成機構２５０のプラズマ領域Ｐに導入されるプロセスガスの量を個別に制御することができるので、マイクロプラズマの制御をより一層精度よく行うことができる。また、高周波電源５４は、中性粒子ビーム生成機構２５０ごとに個別に設けてもよいし、同様のプラズマ発生条件になる数種類のガスについて共通に設けてもよい。 Here, in the example shown in FIGS. 6 and 7, the flow rate control devices 128 a and 128 b are provided for each process gas system, but a flow rate control device may be provided for each neutral particle beam generation mechanism 250. In this case, the amount of process gas introduced into the plasma region P of each neutral particle beam generation mechanism 250 can be individually controlled, so that the microplasma can be controlled with higher accuracy. Further, the high-frequency power source 54 may be provided individually for each neutral particle beam generation mechanism 250, or may be provided in common for several types of gases that have similar plasma generation conditions.

なお、図６および図７に示す例では２種類のプロセスガスを用いる場合について図示しているが、３種類以上のプロセスガスを用いてもよい。この場合には、それぞれのプロセスガスの系統ごとにガス配管や流量制御装置を設けることができる。 In the example shown in FIGS. 6 and 7, the case where two types of process gases are used is illustrated, but three or more types of process gases may be used. In this case, a gas pipe and a flow rate control device can be provided for each process gas system.

上述した中性粒子ビーム生成機構を形成する構造体４２は、所定の厚さの平板に、その面に対して垂直方向に延びる細孔４０を形成したものであることが好ましい。このような構造体４２は、例えば、以下に述べる方法により作製することができる。 The structure 42 that forms the neutral particle beam generation mechanism described above is preferably a flat plate having a predetermined thickness, with the pores 40 extending in the direction perpendicular to the surface. Such a structure 42 can be produced, for example, by the method described below.

まず、図８（ａ）に示すように、絶縁体３００の両面にその長手方向に延びる溝３０２を多数形成する。これらの溝３０２の寸法は、例えば、幅Ｗが２ｍｍ程度、深さＤが１ｍｍ程度である。また、絶縁体３００の厚さ（すなわち紙面に垂直方向の寸法）は５ｍｍ程度である。次に、図８（ｂ）に示すように、それぞれの溝３０２の底部に導電体からなるプラズマ電極３０４を形成する。そして、図８（ｃ）に示すように、溝３０２が形成された複数の絶縁体３００をそれぞれの溝３０２が互いに対向するように配置し、一体化する。この一体化は、例えば絶縁体３００を相互に接着したり、複数の絶縁体３００の組立体の外周をバンドで締め付けることによって圧着するなどによって行う。なお、一体化の方法はこれらに限られるものではない。 First, as shown in FIG. 8A, a large number of grooves 302 extending in the longitudinal direction are formed on both surfaces of the insulator 300. The dimensions of the grooves 302 are, for example, a width W of about 2 mm and a depth D of about 1 mm. The thickness of the insulator 300 (that is, the dimension in the direction perpendicular to the paper surface) is about 5 mm. Next, as shown in FIG. 8B, a plasma electrode 304 made of a conductor is formed at the bottom of each groove 302. Then, as shown in FIG. 8C, the plurality of insulators 300 in which the grooves 302 are formed are arranged so that the grooves 302 face each other, and are integrated. This integration is performed, for example, by bonding the insulators 300 to each other or by pressing the outer periphery of the assembly of the plurality of insulators 300 with a band. The integration method is not limited to these.

あるいは、図９（ａ）から図９（ｃ）に示すように、直方体状の絶縁体３１０の両側面に、プラズマ電極３１２、イオン引出電極３１４、および中性化電極３１６を取り付けた組立体３１８を用いてもよい。プラズマ電極３１２、イオン引出電極３１４、および中性化電極３１６はすべて導電体からなる。この組立体３１８を、図１０に示すように、それぞれの電極３１２，３１４，３１６が互いに対向し、かつ、隣接する４つの組立体３１８により細孔３２０が形成されるように配置し、組立体３１８を一体化する。例えば、平行平板型の電極間距離を２ｍｍとし、その他の条件を適切に設定することで、多数の細孔３２０の中に平行平板型の電極３１２，３１４，３１６を有する構造体を作製することができる。 Alternatively, as shown in FIGS. 9A to 9C, an assembly 318 in which a plasma electrode 312, an ion extraction electrode 314, and a neutralization electrode 316 are attached to both side surfaces of a rectangular parallelepiped insulator 310. May be used. The plasma electrode 312, the ion extraction electrode 314, and the neutralization electrode 316 are all made of a conductor. As shown in FIG. 10, the assembly 318 is arranged so that the respective electrodes 312, 314, 316 are opposed to each other and the pores 320 are formed by the four adjacent assemblies 318. 318 is integrated. For example, a structure having parallel plate-type electrodes 312, 314, 316 in a large number of pores 320 is prepared by setting the distance between parallel plate-type electrodes to 2 mm and appropriately setting other conditions. Can do.

なお、図９（ａ）および図９（ｂ）では、イオン引出電極３１４に接続されたリード線３２２が図示されているが、実際には、このリード線３２２の構造は、イオン引出電極３１４を第１のバイアス電源５８（図３等参照）に接続するために最適な構造とされる。また、それぞれの電極３１２，３１４，３１６の配置は図示したものに限られず、絶縁体３１０の構造などに応じて様々な電極配置を採用することができる。 In FIGS. 9A and 9B, the lead wire 322 connected to the ion extraction electrode 314 is illustrated. However, in actuality, the structure of the lead wire 322 includes the ion extraction electrode 314. The structure is optimal for connection to the first bias power supply 58 (see FIG. 3 and the like). In addition, the arrangement of the electrodes 312, 314, and 316 is not limited to the illustrated one, and various electrode arrangements can be adopted depending on the structure of the insulator 310.

また、図９（ａ）から図９（ｃ）に示す例では、プラズマ電極３１２、イオン引出電極３１４、および中性化電極３１６を１つの絶縁体３１０上に形成しているが、例えば、プラズマ電極３１２、イオン引出電極３１４、および中性化電極３１６をそれぞれ別の絶縁体上に形成した後に、これらを組み合わせてもよい。また、図５に示すような構造体を上述した方法により作製する場合には、イオン引出電極１６０と中性化電極４４とを絶縁体１４６上に配置するのではなく、イオン引出電極１６０と中性化電極４４との間に絶縁体１４６を挟む構造としてもよい。 In the example shown in FIGS. 9A to 9C, the plasma electrode 312, the ion extraction electrode 314, and the neutralization electrode 316 are formed on one insulator 310. The electrodes 312, the ion extraction electrode 314, and the neutralization electrode 316 may be combined after being formed on separate insulators. When the structure as shown in FIG. 5 is manufactured by the above-described method, the ion extraction electrode 160 and the neutralization electrode 44 are not disposed on the insulator 146, but the ion extraction electrode 160 and the middle. The insulator 146 may be sandwiched between the oxidization electrode 44.

また、上述のいずれの方法においても、絶縁体上に配置される導電体はカーボンや金属などから形成される。この場合において、絶縁体上に導電性の薄膜を貼り付けてもよい。また、スパッタリングや蒸着、めっきなどの方法により、導電体を絶縁体上に直接形成してもよい。 In any of the above-described methods, the conductor disposed on the insulator is formed of carbon, metal, or the like. In this case, a conductive thin film may be attached to the insulator. Further, the conductor may be directly formed on the insulator by a method such as sputtering, vapor deposition, or plating.

これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。 Although one embodiment of the present invention has been described so far, it is needless to say that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and may be implemented in various forms within the scope of the technical idea.

従来の中性粒子ビーム処理装置の全体構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the whole structure of the conventional neutral particle beam processing apparatus. 本発明の第１の実施形態における中性粒子ビーム処理装置の全体構成を示す模式図である。1 is a schematic diagram illustrating an overall configuration of a neutral particle beam processing apparatus according to a first embodiment of the present invention. 図２の中性粒子ビーム処理装置における中性粒子ビーム源を示す拡大図である。It is an enlarged view which shows the neutral particle beam source in the neutral particle beam processing apparatus of FIG. 図３の中性粒子ビーム源における１つの中性粒子ビーム生成機構を拡大して示す模式図である。FIG. 4 is an enlarged schematic diagram showing one neutral particle beam generation mechanism in the neutral particle beam source of FIG. 3. 本発明の第２の実施形態における中性粒子ビーム源の中性粒子ビーム生成機構を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the neutral particle beam production | generation mechanism of the neutral particle beam source in the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第３の実施形態における中性粒子ビーム処理装置の全体構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the whole structure of the neutral particle beam processing apparatus in the 3rd Embodiment of this invention. 図６の中性粒子ビーム処理装置における中性粒子ビーム源を示す拡大図である。It is an enlarged view which shows the neutral particle beam source in the neutral particle beam processing apparatus of FIG. 図８（ａ）から図８（ｃ）は、本発明に係る中性粒子ビーム源を作製する第１の方法を示す断面図である。8 (a) to 8 (c) are cross-sectional views showing a first method for producing a neutral particle beam source according to the present invention. 図９（ａ）から図９（ｃ）は、本発明に係る中性粒子ビーム源を作製する第２の方法を示す図であり、図９（ａ）は側面図、図９（ｂ）は図９（ａ）のＢ−Ｂ線断面図、図９（ｃ）は図９（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。9 (a) to 9 (c) are diagrams showing a second method for producing a neutral particle beam source according to the present invention, FIG. 9 (a) is a side view, and FIG. 9 (b) is a side view. 9A is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 9A, and FIG. 9C is a cross-sectional view taken along line CC in FIG. 9A. 本発明に係る中性粒子ビーム源を作製する第２の方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 2nd method of producing the neutral particle beam source concerning this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１０，２１０中性粒子ビーム処理装置
１２真空ポンプ
１４真空容器
１６，２１６中性粒子ビーム源
１８被処理物
２０保持台
２６，１２６ａ，１２６ｂガス供給源
３０処理室
４０細孔
４２構造体
４４中性化電極
４６，１４６絶縁体
５０，１５０中性粒子ビーム生成機構
５１マイクロプラズマ生成部
５２イオン引出部
５３中性化部
５４高周波電源
５６プラズマ電極
５８，６４バイアス電源
６０，１６０引出電極
１００プロセスガス
１０２イオン
１０４中性粒子ビーム
Ｐプラズマ領域
Ｎ中性化領域 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10,210 Neutral particle beam processing apparatus 12 Vacuum pump 14 Vacuum container 16,216 Neutral particle beam source 18 Processed object 20 Holding stand 26, 126a, 126b Gas supply source 30 Processing chamber 40 Fine pore 42 Structure 44 Neutral Electrode 46,146 Insulator 50,150 Neutral particle beam generating mechanism 51 Microplasma generator 52 Ion extractor 53 Neutralizer 54 High frequency power supply 56 Plasma electrode 58,64 Bias power supply 60,160 Extraction electrode 100 Process gas 102 Ion 104 Neutral particle beam P Plasma region N Neutralization region

Claims

少なくとも１つの孔が形成された構造体と、
前記構造体の孔の内部のプラズマ領域にマイクロプラズマを発生させるマイクロプラズマ生成部と、
前記マイクロプラズマ中のイオンを前記構造体の孔の内部の中性化領域に引き出すイオン引出部と、
前記イオン引出部により引き出されたイオンを前記中性化領域で中性化して中性粒子ビームを生成する中性化部と、
を備えたことを特徴とする中性粒子ビーム源。 A structure in which at least one hole is formed;
A microplasma generator for generating microplasma in a plasma region inside the hole of the structure;
An ion extraction part for extracting ions in the microplasma into a neutralized region inside the pores of the structure;
A neutralization unit that neutralizes ions extracted by the ion extraction unit in the neutralization region to generate a neutral particle beam;
A neutral particle beam source comprising:

複数の孔が形成された構造体と、
前記構造体の複数の孔の少なくとも一部に対応して設けられた複数の中性粒子ビーム生成機構とを備え、
前記複数の中性粒子ビーム生成機構は、それぞれ、
前記構造体中の対応する孔の内部のプラズマ領域にマイクロプラズマを発生させるマイクロプラズマ生成部と、
前記マイクロプラズマ中のイオンを前記対応する孔の内部の中性化領域に引き出すイオン引出部と、
前記イオン引出部により引き出されたイオンを前記中性化領域で中性化して中性粒子ビームを生成する中性化部と、
を有することを特徴とする中性粒子ビーム源。 A structure in which a plurality of holes are formed;
A plurality of neutral particle beam generating mechanisms provided corresponding to at least some of the plurality of holes of the structure,
Each of the plurality of neutral beam generation mechanisms is
A microplasma generator for generating microplasma in a plasma region inside a corresponding hole in the structure;
An ion extraction part for extracting ions in the microplasma to a neutralized region inside the corresponding hole;
A neutralization unit that neutralizes ions extracted by the ion extraction unit in the neutralization region to generate a neutral particle beam;
A neutral particle beam source.

前記マイクロプラズマ生成部は、それぞれ異なる種類のプロセスガスからマイクロプラズマを生成することを特徴とする請求項２に記載の中性粒子ビーム源。 The neutral particle beam source according to claim 2, wherein the microplasma generator generates microplasma from different types of process gases.

前記マイクロプラズマ生成部は、
前記対応する孔の内面に設けられた一対のプラズマ電極と、
前記一対のプラズマ電極に電圧を印加する電源と、
を有することを特徴とする請求項２または３に記載の中性粒子ビーム源。 The microplasma generator is
A pair of plasma electrodes provided on the inner surface of the corresponding hole;
A power source for applying a voltage to the pair of plasma electrodes;
The neutral particle beam source according to claim 2 or 3, characterized by comprising:

前記電源は、少なくとも１つのマイクロプラズマ生成部に対してそれぞれ個別に制御された電圧を印加することを特徴とする請求項４に記載の中性粒子ビーム源。 The neutral particle beam source according to claim 4, wherein the power supply applies individually controlled voltages to at least one microplasma generator.

請求項１から５のいずれか一項に記載の中性粒子ビーム源と、
前記中性粒子ビームが照射される被処理物を保持する保持台と、
前記中性粒子ビーム源と前記保持台とを内部に収容した容器と、
を備えたことを特徴とする中性粒子ビーム処理装置。 Neutral particle beam source according to any one of claims 1 to 5;
A holding table for holding an object to be irradiated with the neutral particle beam;
A container containing therein the neutral particle beam source and the holding table;
A neutral particle beam processing apparatus comprising:

前記中性粒子ビーム源で生成された中性粒子ビーム中に残留する荷電粒子を除去する荷電粒子除去手段をさらに備えたことを特徴とする請求項６に記載の中性粒子ビーム処理装置。 The neutral particle beam processing apparatus according to claim 6, further comprising charged particle removing means for removing charged particles remaining in the neutral particle beam generated by the neutral particle beam source.