CN106664790B - 原子束源 - Google Patents

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Abstract

原子束源(10)具备：筒状的阴极(20)，其具有设置有能够射出原子束的射出口(32)的射出部(30)；设置在阴极20的内部的棒状的第一阳极40；以及与第一阳极(40)分开设置在所述阴极(20)的内部的棒状的第二阳极(50)；通过将从阴极(20)的形状、第一阳极(40)的形状、第二阳极(50)的形状、以及阴极(20)与第一阳极(40)和所述第二阳极(50)的位置关系组成的组中选择的至少一个设为预定的构成，从而抑制溅射粒子的射出，该溅射粒子是由第一阳极(40)与第二阳极(50)之间的等离子体生成的阳离子与阴极(20)、第一阳极(40)及第二阳极(50)中的至少一个发生碰撞而产生的。

Description

原子束源
技术领域
本发明涉及原子束源。
背景技术
以往，作为这种原子束源，提出了使配置于作为阴极的筒状体内部的阳极位移，控制放电空间内的电子密度的原子束源(参照专利文献1)。专利文献1的原子束源，可以以低价且在短时间内获得所期望的每单位时间的发射原子密度分布，对于表面改性装置，能够进行良好的表面处理。
然而，专利文献1的原子束源，有时会因在放电空间内生成的离子等致使阴极或阳极被溅射而发生脱落，导致脱落的粒子从原子束源射出。因此，提出了一种电子束源，其具备成为阴极的框体、设置在框体内并成为使电场产生的阳极的电极体，在框体、电极体的至少一部分应用了难以被电场内生成的离子溅射的材料(参照专利文献2)。专利文献2的原子束源能够抑制不必要的粒子的射出。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2007-317650号公报
专利文献2：日本特开2014-86400号公报
发明内容
本发明所要解决的问题
然而，专利文献2的电子束源虽然通过应用难以被溅射的材料，从而能够抑制不必要的粒子的射出，但是有时仍然会有不必要的粒子射出，期望进一步抑制不必要的粒子的射出。
本发明是为了解决上述问题而提出的，其主要目的在于提供一种能够更加抑制不必要的粒子的射出的原子束源。
用于解决问题的方法
本发明的原子束源，为了实现上述主要目的而采取以下方法。
本发明的原子束源具备：
筒状的阴极，其具有设置了能够射出原子束的射出口的射出部；
设置在所述阴极的内部的棒状的第一阳极；以及
与第一阳极分开设置在所述阴极的内部的棒状的第二阳极；
通过将从所述阴极的形状、所述第一阳极的形状、所述第二阳极的形状、以及所述阴极与所述第一阳极和所述第二阳极的位置关系组成的组中选择的至少一个设为预定的构成，从而抑制溅射粒子的射出，其中溅射粒子是由所述第一阳极与所述第二阳极之间的等离子体生成的阳离子与所述阴极、所述第一阳极及所述第二阳极中的至少一个发生碰撞而产生的。
本发明的原子束源能够更加抑制不必要的粒子的射出。能够获得这样的效果的原因推测如下。即，可推测为：通过将阴极的形状、各阳极的形状、阴极与第一阳极和第二阳极的位置关系等设为预定的构成，从而能够抑制溅射粒子本身的产生，或抑制溅射粒子的堆积，或抑制所产生的溅射粒子从阴极、阳极脱落、飞散，或抑制脱落、飞散的溅射粒子的射出。
附图说明
图1为表示第一实施方式的一个例子即原子束源10的构成概要的立体图。
图2为图1的A-A截面图。
图3为表示原子束源10的使用状态的说明图。
图4为第二实施方式的一个例子即原子束源110的相当于图2的截面图。
图5为第二实施方式的一个例子即原子束源210的相当于图2的截面图。
图6为第三实施方式的一个例子即原子束源310的相当于图2的截面图。
图7为第四实施方式的一个例子即原子束源410的相当于图2的截面图。
图8为第五实施方式的一个例子即原子束源510的相当于图2的截面图。
图9为第六实施方式的一个例子即原子束源610的相当于图2的截面图。
图10为原子束源610的射出口632的立体图。
图11为表示通常的原子束源在使用后的内部状态的示意图。
图12为表示通常的原子束源在角部的堆积物的情况的示意图。
图13为表示设置有R面的原子束源在角部的堆积物的情况的示意图。
具体实施方式
[第一实施方式]
图1为表示第一实施方式的一个例子即原子束源10的构成概要的立体图。图2为图1的A-A截面图。图3为表示原子束源10的使用状态的说明图。
如图1、图2所示，原子束源10具备：两端封闭的筒状的阴极20、设置在阴极20的内部的棒状的第一阳极40、以及与第一阳极40分开设置在阴极20的内部的棒状的第二阳极50。阴极20在筒状的面中的一部分具有设置了能够射出原子束的多个射出口32的射出部30，并配置在框体60的内部，所述框体60的与该射出部30对应的部分为开口。另外，阴极20在与射出部30相反一侧的面上具有供给原料气体(例如Ar气体)的供给部36。第一阳极40及第二阳极50的两端均通过绝缘部件62固定在阴极20的一端及另一端。另外，在图1中，用双点划线表示框体60与阴极20的边界线，用网点表示阴极20的内部。
原子束源10在使用时，配置在例如10-2Pa以下的减压气氛下，优选配置在10-3Pa以下，并且如图3所示，阴极20与直流电源的负极连接，第一阳极40及第二阳极50分别与直流电源的正极连接，施加例如0.1kV～10kV左右的高电压。通过这样产生的电场，从而由供给部36供给的原料气体发生电离，在第一阳极40与第二阳极50之间生成等离子体。由等离子体产生的阳离子(例如Ar+)被吸引至射出部30而通过射出口32，并从阴极20接受电子而作为原子束(例如Ar束)射出至外部。这样作为原子束源而发挥作用。
在原子束源10中，第一阳极40及第二阳极50以中心轴C1、C2位于与射出部30平行的预定配置面P上的方式相互平行地配置。另外，对于第一阳极40及第二阳极50，将中心轴C1、C2之间的距离设为L，并将配置面P与射出部30之间的距离设为H时，以使(H+L)×H2/L的值成为750以上1670以下的范围内的方式配置。(H+L)×H2/L的值优选750以上，更优选800以上，进一步优选850以上。另外，(H+L)×H2/L的值优选1670以下，更优选1050以下，进一步优选1000以下。中心轴C1、C2之间的距离L优选例如10mm以上50mm以下，更优选12mm以上40mm以下，进一步优选12mm以上35mm以下。另外，配置面P与射出部30之间的距离H优选例如10mm以上50mm以下，更优选15mm以上45mm以下，进一步优选20mm以上30mm以下。另外，第一阳极40与第二阳极50优选以中心轴C1和C2在阴极20的轴方向上平行的方式配置。另外，优选以中心轴C1和C2的中间的位置与阴极20的宽度方向的中心位置一致的方式配置，更优选其差为±5mm以内。
对于阴极20的形状，当观察与阴极20的轴方向垂直的截面时，截面可以为圆形、椭圆形，也可以为三角形、四边形、五边形、六边形等多边形，也可以为其他形状。阴极20的内侧与外侧的截面形状既可以相同也可以不同。阴极的尺寸可以设为：例如其内侧尺寸在高度方向上为20mm以上100mm以下、在宽度方向上为20mm以上100mm以下、在长度方向上为50mm以上300mm以下等。另外，高度方向为与形成有射出部30的面垂直的方向，宽度方向为与纵方向垂直且与轴方向垂直的方向，长度方向为与阴极20的轴方向平行的方向(以下相同)。阴极20的厚度可以设为0.5mm以上10mm以下等。
阴极20的材质可以是石墨、玻璃状碳等碳材料。碳材料的电子发射性良好，其价格低且加工性良好，因此合适。除此之外，阴极20的材质还可以设为例如钨、钼、钛、镍、它们的合金，它们的化合物等。
射出部30可以以预定的宽度形成于在长度方向上延伸的区域。例如，阴极20的内侧截面为多边形的情况下，可以形成在其一面上。射出部30的尺寸可以设为宽度5mm以上90mm以下，长度5mm以上90mm以下等。该射出部30也可以分割成多个。射出口32的形状可以为圆形、椭圆形，也可以为三角形、四边形、五边形、六边形等多边形，也可以为其他形状。射出口32的尺寸可以设为宽度方向及长度方向(圆形的情况下为直径)分别为0.05mm以上5mm以下等。另外，射出口32也可以是宽度0.05mm以上5mm以下的狭缝形状。射出部30的厚度可以设为0.5mm以上10mm以下等，可以与阴极20的其他部分的厚度相同也可以不同。射出部30的材质可以是在阴极20中所例示的材质等，可以与阴极20相同也可以不同。
供给部36与未图示的供给原料气体的供给装置连接。供给部36的位置、尺寸、形状等没有特别限定，进行适宜设定使等离子体稳定即可。
框体60覆盖阴极20中除射出部30以外的部分即可，优选覆盖阴极20中除射出部30、供给部36以外的所有部分。框体60的材质可设为铝合金、铜合金、不锈钢等。
对于第一阳极40及第二阳极50的形状，当观察与阴极20的轴方向垂直的截面时，截面可以是圆形、椭圆形，也可以是三角形、四边形、五边形、六边形等多边形，也可以是其他形状。第一阳极40及第二阳极50的尺寸没有特别限定，可以设为例如在高度方向及宽度方向(圆形的情况下为直径)上分别为1mm以上20mm以下，在长度方向上为50mm以上400mm以下。另外，第一阳极40与第二阳极50的形状、尺寸可以相同也可以不同。
第一阳极40及第二阳极50的材质可以是石墨、玻璃状碳等碳材料。碳材料的电子发射性良好，其价格低且加工性良好，因此合适。除此之外，第一阳极40及第二阳极50的材质还可以设为例如钨、钼、钛、镍、它们的合金、它们的化合物等。
该原子束源10，可以在减压气氛的处理室内，对配置在该处理室内的被处理材料照射原子束，从而对被处理材料实施所期望的处理。处理室优选设定为10-2Pa以下，更优选设定为10-3Pa以下。作为被处理材料，可例举如Si、LiTaO3、LiNbO3、SiC、SiO2、Al2O3、GaN、GaAs、GaP等化合物、金属等。原子束源10可通过原子束照射来除去被处理材料表面的氧化物、吸附分子，也可以使被处理材料表面活化。例如，通过对两个被处理材料的表面，利用原子束照射除去氧化物、吸附分子而使其活化，使原子束照射面彼此相对而进行叠加，并根据需要进行加压，从而能够将两个被处理材料直接接合。原子束源10可以用作所谓的高速原子束(FAB)源。
在以上说明的原子束源10中，阴极20与第一阳极40和第二阳极50的位置关系为预定的构成，具体地，(H+L)×H2/L的值为750以上1670以下。这样，若(H+L)×H2/L的值为750以上1670以下，则原子束的提取效率(取り出し効率)得到提高，因此能够减小用于获得所期望的原子束提取效率所需要的直流电源的输出功率。由此，与阴极20的除射出部30以外的部分碰撞的阳离子的比例减少，并且如果减少直流电源的输出，则碰撞的阳离子的数量也会减少，因此原子束源10能够在维持原子束的提取效率的情况下抑制溅射粒子的产生。结果，能够更加抑制不必要的粒子的射出。
[第二实施方式]
图4表示第二实施方式的一个例子即原子束源110的相当于图2的截面图。另外，对于与原子束源10的构成相同的构成，赋予相同的符号，省略详细的说明。另外，由于在图4中未呈现的构成与原子束源10的构成相同，因此省略立体图，由于原子束源的使用方法、使用其的被处理材料的处理方法与原子束源10相同，因此省略说明(以下在各实施方式中相同)。
如图4所示，原子束源110具备：两端封闭的筒状的阴极120、设置在阴极120的内部的棒状的第一阳极140、以及与第一阳极140分开设置在阴极120的内部的棒状的第二阳极150。阴极120在筒状的面中的一部分具有设置有能够射出原子束的多个射出口32的射出部30，并配置在框体60的内部，该框体60的与该射出部30对应的部分为开口。另外，阴极120在与射出部30相反一侧的面上具有供给部36。第一阳极140及第二阳极150的两端均通过绝缘部件62固定在阴极120的一端及另一端。在原子束源110中，(H+L)×H2/L的值可以与原子束源10相同也可以不同。例如可以适宜设定为500以上4000以下等范围。
在原子束源110中，当观察与阴极120的轴方向垂直的截面时，阴极120的内侧为四边形且四边形的各角为倒角形状，具体为R面。该四边形优选为正方形或长方形。R面的半径优选为1mm以上，更优选为5mm以上，进一步优选为10mm以上。另外，R面的半径可以为50mm以下，也可以为30mm以下，也可以为20mm以下。当观察与阴极120的轴方向垂直的截面时，阴极120从中心O至内侧为止的距离的最小值Xmin与从中心O至内侧为止的距离的最大值Xmax优选满足0.5≤Xmin/Xmax≤1。这样的构成能够进一步抑制不必要的粒子的射出。中心O可以设为观察与阴极120的轴方向垂直的截面时的内侧的四边形的重心位置。Xmin/Xmax的值优选0.68以上，更优选0.7以上。阴极120的尺寸可以设为：例如其内侧尺寸在高度方向上为20mm以上100mm以下，在宽度方向上为20mm以上100mm以下，在长度方向上为50mm以上300mm以下等。
当观察与阴极120的轴方向垂直的截面时，阴极120的外侧形状可以是圆形、椭圆形，也可以是三角形、四边形、五边形、六边形等多边形，也可以是其他形状。阴极120的内侧与外侧的截面形状可以相同也可以不同。阴极120的厚度可以设为0.5mm以上10mm以下等。阴极120的材质可以使用在阴极20中例示的材料。
第一阳极140及第二阳极150可以以各中心轴位于与射出部30平行的预定配置面上的方式相互平行地配置。另外，中心轴中的至少一个可以例如相对于配置面P向纵方向倾斜地配置，中心轴中的至少一个也可以例如相对于与宽度方向垂直的面向宽度方向倾斜地配置，也可以设为这两种方式。中心轴相对于配置面P的倾斜度可设为例如0°以上10°以下。另外，中心轴相对于与宽度方向垂直的面的倾斜度可设为例如0°以上10°以下。第一阳极140及第二阳极150的形状、尺寸、材质可以与第一阳极40及第二阳极50同样。
在如上所说明的原子束源110中，阴极120的形状为预定的构成，具体地，阴极120具有倒角形状的角部。角部存在溅射粒子容易堆积的倾向，但在阴极120中，由于具有倒角形状的角部，因此能够抑制溅射粒子向角部的堆积集中。因此，在阴极120内堆积的溅射粒子的堆积层厚度变得更加均匀，能够抑制因变形导致的龟裂的发生，能够抑制堆积物的掉落、飞散。另外，靠近等离子体的部分(例如阴极的角部以外的部分)存在因阳离子的碰撞而容易磨耗的倾向，但阴极120的倒角形状的角部与非倒角形状的情况相比更靠近等离子体，使得阴极120与等离子体之间的距离均匀化，因而磨耗量变得更加均匀。这样，在原子束源110中，堆积物在阴极120的堆积量、因阳离子的碰撞导致的阴极120的磨耗量变得更加均匀，能够抑制有可能发生掉落、飞散的堆积物的生长本身。结果，能够抑制不必要的粒子的射出。
另外，原子束源110中，当观察与阴极120的轴方向垂直的截面时，阴极120的内侧为四边形且四边形的各角为R面，但各角的形状也可以为切角(chamfer)面。如此也可以获得与原子束源110同样的效果。图5为第二实施方式的一个例子即原子束源210的相当于图2的截面图。对于与原子束源110的构成相同的构成赋予相同的符号，省略详细的说明。在原子束源210中，切角面的高度h和宽度w优选分别大于10mm，更优选15mm以上。切角面的高度h和宽度w分别可以为50mm以下，也可以为30mm以下，也可以为20mm以下。在原子束源210中，四边形也优选正方形或长方形。另外，当观察与阴极220的轴方向垂直的截面时，阴极220从中心O至内侧为止的距离的最小值Xmin与从中心O至内侧为止的距离的最大值Xmax优选满足0.5≤Xmin/Xmax≤1。Xmin/Xmax的值，可以为0.68以上，也可以为0.7以上，优选大于0.75，优选0.77以上，更优选0.79以上。
另外，对于原子束源110、原子束源210，当观察与阴极的轴方向垂直的截面时，阴极内侧为四边形且四边形的各角为倒角形状，但例如观察与阴极的轴方向垂直的截面时，阴极内侧也可以为圆形或椭圆形。这样也能获得与原子束源110、原子束源210同样的效果。这种情况下，观察与阴极的轴方向垂直的截面时，从中心O至内侧为止的距离的最小值Xmin与从中心O至内侧为止的距离的最大值Xmax优选满足0.5≤Xmin/Xmax≤1。Xmin/Xmax的值可设为0.68以上，也可设为0.7以上。另外，此时，中心O的位置可以是观察与阴极的轴方向垂直的截面时的内侧的圆或椭圆的中心位置。
[第三实施方式]
图6为第三实施方式的一个例子即原子束源310的相当于图2的截面图。另外，对于与原子束源10、原子束源110的构成相同的构成赋予相同的符号，省略详细的说明。
如图6所示，原子束源310具备：两端封闭的筒状的阴极320、设置在阴极320的内部的棒状的第一阳极140、以及与第一阳极140分开设置在阴极320的内部的棒状的第二阳极150。阴极320在筒状的面中的一部分具有设置有能够射出原子束的多个射出口332的射出部330，并配置在框体60的内部，该框体60的与该射出部30对应的部分为开口。另外，阴极320在与射出部330相反一侧的面上具有供给部36。第一阳极140及第二阳极150，它们的两端均通过绝缘部件62固定在阴极320的一端及另一端。
在原子束源310中，在阴极320的射出部330设置的射出口332形成为开口面积从阴极320的外表面朝向内表面减小的倾向。对于射出口，将外表面与内表面连接的直线相对于与射出部330垂直的方向的倾斜度S大于0°即可，优选4°以上，更优选6°以上。这样，如果倾斜度S大于0°，则例如与倾斜度S为0°时相比，内表面侧的开口面积减小，外表面侧的开口面积增大。由此，在原子束源310中，在内表面侧能够抑制溅射粒子的射出，并且由于外表面侧的开口比内表面侧的开口大，阳离子、原子不易碰撞开口部332，因此能够抑制原子束的提取效率的降低。另外，倾斜度S优选20°以下，进一步优选15°以下，更加优选10°以下。如果倾斜度S为20°以下，则内表面侧的开口不会变得过小，能够防止与相邻孔洞的贯通。开口面积从阴极320的外表面朝向内表面减小的倾向，例如可以从外表面朝向内表面以直线状按照固定的角度减小，也可以不断改变角度以曲线状减小，也可以阶梯性地减小。倾斜度S可以在射出口332的整周是固定的，也可以是不固定的。
射出口332的形状可以是圆形、椭圆形，也可以是三角形、四边形、五边形、六边形等多边形，也可以是其他形状。射出口332的尺寸，在阴极320的内表面中，在宽度方向及长度方向(圆形的情况下为直径)上分别可以设为0.05mm以上5mm以下等。另外，射出口32也可以为狭缝形状。狭缝形状的情况下，优选在阴极320的内表面中为宽度0.05mm以上5mm以下的狭缝。狭缝的延伸方向没有特别限定。
除了射出口332以外，射出部330的形状、尺寸、材质、形成部位可以与射出部30同样。另外，除了射出部330及射出口332以外，阴极320的形状、尺寸、材质等可以与阴极20同样。
以上说明的原子束源310中，阴极320的形状为预定的构成，具体地，在阴极320的射出部330设置的射出口332，形成为开口面积从阴极320的外表面朝向内表面减小的倾向。这样，在原子束源310中，由于内表面侧的开口面积小，因此在内表面侧能够抑制溅射粒子的射出，并且外表面侧的开口比内表面侧的开口大，阳离子、原子不易与射出口332碰撞，因此能够抑制原子束的提取效率降低。结果，能够抑制不必要的粒子的射出。
[第四实施方式]
图7为第四实施方式的一个例子即原子束源410的相当于图2的截面图。另外，对于与原子束源10、原子束源110的构成相同的构成赋予相同的符号，省略详细的说明。
如图7所示，原子束源410具备：两端封闭的筒状的阴极420、设置在阴极420的内部的棒状的第一阳极140、以及与第一阳极140分开设置在阴极420的内部的棒状的第二阳极150。阴极420在筒状的面中的一部分具有设置了能够射出原子束的多个射出口32的射出部30，并配置在框体60的内部，该框体60的与该射出部30对应的部分为开口。另外，阴极420在与射出部30相反一侧的面上具有供给部36。第一阳极140及第二阳极150，它们的两端均通过绝缘部件62固定在阴极420的一端及另一端。
在原子束源410中，阴极420具备：捕集溅射粒子的捕集部422、以及与捕集部422连接并将溅射粒子排出至外部的排出部424。使用原子束源410时，在排出部424处连接排出管等，例如将溅射粒子排出至处理室外等适当的位置。排出部424可以直接或介由排出管等与吸引装置等连接，但在阴极420的内部气压比介由排出部424的外部的气压高的情况下，即使没有吸引装置等，也能够从排出部424将溅射粒子排出至外部。
捕集部422优选设置在溅射粒子易于堆积的部分，例如，当观察与阴极420的轴方向垂直的截面时内侧为具有角部的形状(多边形等)的情况下，优选设置在角部。关于捕集部422，优选溅射粒子从阴极420的内部进入的入口比捕集部422的内部窄。这样，能够更加抑制在捕集部422捕集的溅射粒子向阴极420内部脱落、飞散。
捕集部422的形状，可以是在观察与阴极420的轴方向垂直的截面时一部分开口的圆形、椭圆形，也可以是三角形、四边形、五边形、六边形等多边形，也可以是其他形状。开口优选为将上述截面的各形状(未开口的)的中心与开口部连接的两根直线所形成的角θ为90°以上180°以下。捕集部422的尺寸在高度方向及宽度方向(圆形的情况下为直径)上分别优选5mm以上，更优选10mm以上，进一步优选15mm以上。另外，该尺寸可设为70mm以下，优选35mm以下，更优选30mm以下，进一步优选25mm以下。例如，捕集部422的截面为一部分开口的圆形的情况下，该圆形的直径D优选10mm以上70mm以下，该圆形的半径r优选5mm以上35mm以下。捕集部422，可以沿着长度方向，以截面形状固定的方式或以截面形状不断变化的方式连续地形成，也可以断续地形成，也可以在一部分形成。
阴极420除了具备捕集部422及排出口424这点以外，可以设为与阴极20同样。
以上说明的原子束源410中，阴极420的形状为预定的构成，具体地，具备捕集部422及排出口424。因此，通过将溅射粒子聚集于捕集部422中并从排出部424适当地排出，从而能够抑制溅射粒子的堆积或所堆积的溅射粒子的掉落、飞散。结果，能够抑制不必要的粒子的射出。
[第五实施方式]
图8为第五实施方式的一个例子即原子束源510的相当于图2的截面图。另外，对于与原子束源10相同的构成赋予相同的符号，省略详细的说明。
如图8所示，原子束源510具备：两端封闭的筒状的阴极20、设置在阴极20的内部的棒状的第一阳极540、以及与第一阳极540分开设置在阴极20的内部的棒状的第二阳极550。阴极20在筒状的面中的一部分具有设置有能够射出原子束的多个射出口32的射出部30，并配置在框体60的内部，该框体60的与该射出部30对应的部分为开口。另外，阴极20在与射出部30相反一侧的面上具有供给部36。第一阳极540及第二阳极550的两端均通过绝缘部件62固定在阴极20的一端及另一端。
在原子束源510中，第一阳极540及第二阳极550在主体542、552的相互相对一侧的相反侧具有突起544、554。主体542、552的形状、尺寸、材质、配置可以与第一阳极40及第二阳极50同样。突起544、554的形状可以是前端为尖锐的形状，也可以是前端为圆角的形状，也可以是如前端成为平面那样的形状。另外，突起544、554可以沿着长度方向以截面形状固定的方式或以截面形状不断变化的方式连续地形成，也可以断续地形成。另外，突起544、554可以在整个长度方向上形成，也可以在一部分形成。突起544、554，优选以其前端与阴极20的距离P为0.5mm以上5mm以下的方式形成，更优选0.5mm以上3mm以下，进一步优选0.5mm以上2mm以下。突起544、554的高度优选0.5mm以上3mm以下，更优选1mm以上3mm以下，进一步优选2mm以上3mm以下。
第一阳极540及第二阳极550可以以主体542及主体552的各中心轴位于与射出部30平行的预定配置面上的方式相互平行地配置。另外，中心轴中的至少一个可以例如相对于配置面P向纵方向倾斜地配置，中心轴中的至少一个也可以例如相对于与宽度方向垂直的面向宽度方向倾斜地配置，也可以设为这两种方式。中心轴相对于配置面P的倾斜度可以为例如0°以上10°以下。另外，中心轴相对于与宽度方向垂直的面的倾斜度可以为例如0°以上10°以下。
以上说明的原子束源510中，第一阳极540及第二阳极550的形状为预定的构成，具体地，第一阳极540及第二阳极550在相互相对一侧的相反侧具有突起544、554。对于这样的原子束源510，通过电场集中，与没有突起544、554时相比，能够在低电压下产生等离子体，射出原子束。若电压低，则阳离子的移动速度减慢，因此即使阳离子与阴极20、第一阳极540、第二阳极550碰撞，也难以产生溅射粒子，能够抑制溅射粒子的产生本身。结果，能够抑制不必要的粒子的射出。
[第六实施方式]
图9为第六实施方式的一个例子即原子束源610的相当于图2的截面图。此外，图10为原子束源610的射出口632的立体图。在图10中，双点划线为与射出部630主体部分之间的虚拟边界线。另外，对于与原子束源10、110相同的构成赋予相同的符号，省略详细的说明。
如图9所示，原子束源610具备：两端封闭的筒状的阴极620、设置在阴极620的内部的棒状的第一阳极140、以及与第一阳极140分开设置在阴极620的内部的棒状的第二阳极150。阴极620在筒状的面中的一部分具有设置了能够射出原子束的多个射出口632的射出部630，并配置在框体60的内部，该框体60的与该射出部630对应的部分为开口。另外，阴极620在与射出部630相反一侧的面上具有供给部36。第一阳极140及第二阳极150的两端均通过绝缘部件62固定在阴极620的一端及另一端。
对于原子束源610，与第三实施方式的原子束源310同样地，在阴极620的射出部630设置的射出口632形成为开口面积从阴极620的外表面朝向内表面减小的倾向。然而，通过在阴极620的内表面侧设置过滤器部从而射出口632形成为开口面积从阴极620的外表面朝向内表面减小的倾向，在这一点上，与原子束源310不同。原子束源610中，在阴极620的射出部630设置的射出口632中，在阴极620的内表面侧如图10所示设有过滤器部634。该过滤器部634具有开口面积比射出口632小的2个以上的开口636。过滤器部634的开口636的形状可以是圆形、椭圆形，也可以是三角形、四边形、五边形、六边形等多边形，也可以是其他形状。过滤器部634的开口636的尺寸在宽度方向及长度方向(在圆形的情况下为直径)上分别优选0.01mm以上0.1mm以下，更优选0.01mm以上0.08mm以下，进一步优选0.03mm以上0.06mm以下。过滤器部634的开口636也可以为狭缝状。在狭缝状的情况下，优选宽度为0.01mm以上0.1mm以下的狭缝。狭缝的延伸方向没有特别限定。过滤器部634的厚度只要是小于射出部630的厚度即可，优选0.1mm以上3mm以下，更优选0.3mm以上2mm以下，进一步优选0.5mm以上1mm以下。过滤器部634的材质可以设为如在阴极20中所例示的材质等，可以与射出部630相同也可以不同。过滤器部634优选与射出部630一体形成。
射出口632的除了过滤器部634以外的形状，可以与射出口32同样。除了射出口632以外，射出部630的形状、尺寸、形成部位，可以与射出部30同样。另外，除了射出部630及射出口632以外，阴极620的形状、尺寸、材质等可以与阴极20同样。
以上说明的原子束源610中，阴极620的形状为预定的构成，具体地，在阴极620的射出部630设置的射出口632在阴极620的内表面侧具备过滤器部634。由此，原子束源610中，在内表面侧能够通过过滤器部634来抑制溅射粒子的射出，而且在外表面侧由于没有过滤器部634，阳离子、原子不易与射出口632碰撞，因此能够抑制原子束的提取效率的降低。结果，能够抑制不必要的粒子的射出。
另外，本发明并不限定于上述实施方式，不言而喻，只要属于本发明的技术范围内就可以以各种方式实施。
例如，在上述的实施方式中，对第一实施方式～第六实施方式分别进行了说明，但也可以将第一实施方式～第六实施方式中的两个以上进行组合。在上述实施方式中，原子束源10～原子束源610具有框体60，但也可以省略框体60。在上述实施方式中，阴极20～阴极620为两端封闭的筒状，但也可以为一端封闭一端开口的筒状，也可以为两端开口的筒状。在这种情况下，通过框体60来封闭阴极20～阴极620的开口。在上述实施方式中，第一阳极40～第一阳极540及第二阳极50～第二阳极550的两端均通过绝缘部件62固定在阴极20～阴极620的一端及另一端，但并不限于此。第一阳极40～第一阳极540及第二阳极50～第二阳极550中的至少一个也可以通过绝缘部件62仅固定在阴极20～阴极620的一端，也可以以其他方法进行固定。在上述的实施方式中，作为原料气体例示了Ar气体，但也可以是例如He、Ne、Kr、Xe、O2、H2、N2等。另外，原料气体是由供给部36供给的，但也可以预先存在于阴极20～阴极620的内部。这种情况下，可以省略供给部36。
[实施例]
以下，对于使用本发明的原子束源产生原子束的情况，作为实验例进行说明。另外，实验例1-2、1-5、1-8、1-11、1-12、2-2～2-7、3-2～3-5、4-2、4-3、5-1、5-2相当于本发明的实施例，实验例1-1、1-3、1-4、1-6、1-7、1-9、1-10、2-1、3-1、4-1、5-3、5-4相当于比较例。
[实验例1-1～1-12]
在实验例1-1～1-12中，使用了图1～3所示的原子束源10。阴极20使用了如下两端封闭的筒状的碳阴极，其在观察与阴极20的轴方向垂直的截面时，截面为四边形，且内侧尺寸为高度60mm、宽度50mm、长度100mm，厚度为5mm。在射出部30中，将直径2mm的射出口32在宽度方向上设置10个，在长度方向上设置15个。第一阳极40及第二阳极50使用了直径10mm、长度120mm的棒状的碳电极。第一阳极40与第二阳极50的中心之间的距离L、配置面P与射出部30的距离H及(H+L)×H2/L的值如表1所示。将该原子束源10配置在保持于10-6Pa真空的处理室内，对作为处理对象的Si基板照射原子束。照射时，通过连接于阴极20与第一阳极40以及第二阳极50的高压直流电源，以100mA的电流施加1000V的电压。另外，从供给部36以30cc/min供给作为原料气体的Ar气体。
[表1]
※“A”为优、“B”为良、“C”为一般(与现有产品同等水平)、“D”为差、“-”为未评价
在表1中，示出了确认基板表面时的不必要的粒子(碳粒子，以下也称为颗粒)的评价结果和射束(原子束)照射的评价结果。另外，通过利用颗粒计数器确认基板表面，并将颗粒量与现有产品(例如实验例1-1)进行比较，从而进行颗粒的评价。将颗粒远少于现有产品的情况评价为“A”，将颗粒少于现有产品的情况评价为“B”，将颗粒为与现有产品同等水平的情况评价为“C”，将颗粒多于现有产品的情况评价为“D”。另外，通过膜厚仪测定蚀刻率，并将蚀刻率与现有产品进行比较，从而进行射束照射的评价。在表中，将蚀刻率远高于现有产品的情况评价为“A”，将蚀刻率高于现有产品的情况评价为“B”，将蚀刻率为与现有产品同等水平的情况评价为“C”，将蚀刻率低于现有产品的情况评价为“D”。如表1所示，(H+L)×H2/L为750以上1670以下的实验例1-2、1-5、1-8、1-11、1-12的射束照射和颗粒的评价结果比现有产品好。由此可知第一实施方式的形态能够抑制不必要的粒子的射出。另外，可知(H+L)×H2/L的值优选750以上，更优选800以上，进一步优选850以上。并且可知(H+L)×H2/L的值优选1670以下，更加优选1050以下，进一步优选1000以下。
[实验例2-1～2-7]
实验例2-1与实验例1-1同样。在实验例2-2～2-4中，使用了如图4所示的原子束源110。在实验例2-5～2-7中，使用了图5所示的原子束源210。在阴极120及阴极220中，将实验例2-1的阴极20的角部设为表2所示的形状。除此之外的条件，设为与实验例2-1同样，进行了实验。另外，表2的R5表示半径5mm的R面，C5表示高度和宽度为5mm的切角面。
[表2]
※“A”为优、“B”为良、“C”为一般(与现有产品同等水平)、“D”为差
在表2中示出了确认基板表面时的颗粒的评价结果。如表2所示，在角部为倒角形状的情况下，颗粒的评价结果为良好，由此可知能够抑制不必要的粒子的射出。据此可知，第二实施方式的形态能够抑制不必要的粒子的射出。另外可知，R面优选半径5mm以上，切角面的高度及宽度优选分别为15mm以上。另外，在实验例2-5、2-6中，颗粒的评价结果为C，但颗粒与实验例2-1相比稍少，可知也获得了一定的效果。
图11表示通常的原子束源在使用后的内部状态的示意图。图12表示通常的原子束源在角部处的堆积物(溅射粒子)的情况的示意图。另外，图13表示设置R面时在角部处的堆积物的情况的示意图。在图11中，用一点划线围绕的部分表示碳粒子大量堆积的部分，用虚线围绕的部分表示阴极20大量磨耗的部分。如图11、图12所示，角部存在溅射粒子容易堆积的倾向，但在实验例2-2～2-7中，由于各角为倒角形状，因此可以推测如图13所示，能够抑制溅射粒子向角部处的堆积集中。另外，如图11所示，靠近等离子体的部分(例如阴极的角部以外的部分)，存在因阳离子的碰撞而容易磨耗的倾向，但在实验例2-2～2-7中，由于各角为倒角形状，使得阴极120与等离子体的距离均匀化，因此可以推测磨耗量变得更加均匀。从该观点、即从抑制溅射粒子向角部处的堆积集中，或将阴极与等离子体的距离均匀化的观点出发，可以推测阴极在观察与阴极的轴方向垂直的截面时内侧也可以为圆形或椭圆形。
另外可知，对于阴极，优选从认为靠近等离子体中心的位置的阴极中心至阴极的内侧为止的距离尽可能均匀，例如上述的Xmin/Xmax的值优选满足0.5≤Xmin/Xmax≤1。可知Xmin/Xmax的值优选0.68以上，更优选0.7以上。可知倒角形状为切角面的情况下，Xmin/Xmax的值优选大于0.75，更优选0.77以上，进一步优选0.79以上。
[实验例3-1～3-5]
实验例3-1～3-5中使用了图6所示的原子束源310。对于阴极320，将射出口332的角度S设为如表3所示的值，并将内表面侧的开口的直径设为0.05mm。除此之外的条件，设为与实验例1-1同样，进行了实验。
[表3]
※“A”为优、“B”为良、“C”为一般(与现有产品同等水平)、“D”为差
表3中示出了确认基板表面时的颗粒的评价结果和射束照射的评价结果。如表3所示，在角度S为4°以上的实验例3-3～3-5中，射束照射的评价结果与现有产品为同等水平，颗粒的评价结果非常好。在角度S为3°的实验例3-2中，虽然射束照射的评价结果比现有产品差，但颗粒的评价结果非常好，因此可推测即使调整射出口直径、输出功率等而使射束照射良好，颗粒的评价结果也会良好。据此可知，第三实施方式的形态能够合适地抑制不必要的粒子的射出。另外，可知角度S优选4°以上20°以下。另外，图9所示的原子束源610，也与原子束源310同样地，在阴极620的射出部630设置的射出口632形成为开口面积从阴极620的外表面朝向内表面减小的倾向，因此可推测能够获得与原子束源310同样的效果。
[实验例4-1～4-3]
实验例4-1～4-3中，使用了图7所示的原子束源410。对于阴极420，将捕集部422设为表1所示的半径r的圆形且一部分欠缺的形状。角度θ设为90°。除此之外的条件，设为与实验例1-1同样，进行了实验。
[表4]
※“A”为优、“B”为良、“C”为一般(与现有产品同等水平)、“D”为差
表4中示出了确认基板表面时的颗粒的评价结果。如表4所示，具备捕集部422及排出部423的实验例4-2、4-3的颗粒的评价结果均良好，由此可知能够抑制不必要的粒子的射出。由此可知，第四实施方式的形态能够抑制不必要的粒子的射出。
[实验例5-1～5-4]
在实验例5-1～5-4中，使用了图8所示的原子束源510。作为阳极540、550，使用了如下碳电极，其在直径10mm的棒状主体上沿着阳极的整个长度方向连续设置有图5所示高度的突起，以使得突起前端与阴极之间的距离为表5所示的距离P。另外，将施加电压设为800V。除此之外，设为与实验例1-1同样，进行了实验。
[表5]
※“A”为优、“B”为良、“C”为一般(与现有产品同等水平)、“D”为差
表5中示出了确认表面基板时的颗粒的评价结果和射束照射的评价结果。如图5所示，在设置有突起的实验例5-1～5-2中，颗粒的评价结果及射束照射的评价结果双方均良好。据此可知，第五实施方式的形态能够抑制不必要的粒子的射出。此外，作为未设置突起而仅改变距离P的实验例5-3、5-4，射束照射的评价结果及颗粒的评价结果与现有产品为同等水平，因此可以推测实验例5-1、5-2中射束照射的评价结果、颗粒的评价结果良好是突起的存在所带来的效果。
另外，本发明不受上述实验例的任何限定，不言而喻，只要属于本发明的技术范围，就能够以各种方式实施。
本申请以2015年8月28日申请的日本专利申请第2015-168429号为优先权主张的基础，并通过引用将其内容全部涵括在本说明书中。
产业上的可利用性
本发明可应用于利用原子束的技术领域中。
符号说明
10原子束源、20阴极、30射出部、32射出口、36供给部、40第一阳极、50第二阳极、60框体、62绝缘部件、110原子束源、120阴极、140第一阳极、150第二阳极、210原子束源、220阴极、310原子束源、320阴极、330射出部、332射出口、410原子束源、420阴极、422捕集部、424排出部、510原子束源、540第一阳极、542主体、544突起、550第二阳极、552主体、554突起、610原子束源、620阴极、630射出部、632射出口、634过滤器部、636开口。

Claims (13)

1.一种原子束源，其具备：
筒状的阴极，其具有设置了能够射出原子束的射出口的射出部；
设置在所述阴极的内部的棒状的第一阳极；以及
与所述第一阳极分开设置在所述阴极的内部的棒状的第二阳极；
通过将从所述阴极的形状、所述第一阳极的形状、所述第二阳极的形状、以及所述阴极与所述第一阳极和所述第二阳极的位置关系组成的组中选择的至少一个设为预定的构成，从而抑制溅射粒子的射出，其中所述溅射粒子是由所述第一阳极与所述第二阳极之间的等离子体生成的阳离子与所述阴极、所述第一阳极及所述第二阳极中的至少一个发生碰撞而产生的。
2.根据权利要求1所述的原子束源，所述第一阳极及所述第二阳极以各自的中心轴位于与所述射出部平行的配置面上的方式相互平行地配置，将所述第一阳极与所述第二阳极之间的中心轴间的距离设为L，并将所述配置面与所述射出部之间的距离设为H时，(H+L)×H2/L的值为750以上1670以下的范围内。
3.根据权利要求1或2所述的原子束源，对于所述阴极，当观察与该阴极的轴方向垂直的截面时，该阴极的内侧为四边形且该四边形的一个以上的角为倒角形状，或者观察所述截面时，该阴极的内侧为圆形或椭圆形。
4.根据权利要求3所述的原子束源，所述倒角形状为半径5mm以上的R面以及高度和宽度分别为15mm以上的切角面中的任一种。
5.根据权利要求3所述的原子束源，当观察所述截面时，所述阴极从中心至所述内侧为止的距离的最小值Xmin与从中心至所述内侧为止的距离的最大值Xmax满足0.5≤Xmin/Xmax≤1。
6.根据权利要求4所述的原子束源，当观察所述截面时，所述阴极从中心至所述内侧为止的距离的最小值Xmin与从中心至所述内侧为止的距离的最大值Xmax满足0.5≤Xmin/Xmax≤1。
7.根据权利要求1或2所述的原子束源，所述射出口形成为开口面积从所述阴极的外表面朝向内表面减小的倾向。
8.根据权利要求7所述的原子束源，对于所述射出口，将所述外表面与所述内表面连接的直线相对于与所述射出部垂直的方向的倾斜度为4°以上20°以下。
9.根据权利要求7所述的原子束源，通过在所述阴极的内表面侧设置过滤器部，从而所述射出口形成为开口面积从所述阴极的外表面朝向内表面减小的倾向。
10.根据权利要求8所述的原子束源，通过在所述阴极的内表面侧设置过滤器部，从而所述射出口形成为开口面积从所述阴极的外表面朝向内表面减小的倾向。
11.根据权利要求1或2所述的原子束源，所述阴极具备：捕集溅射成分的捕集部、以及连接于所述捕集部并将所述溅射成分排出至外部的排出部。
12.根据权利要求1或2所述的原子束源，所述第一阳极及所述第二阳极在相互相对一侧的相反侧具有突起。
13.根据权利要求6所述的原子束源，通过在所述阴极的内表面侧设置过滤器部，从而所述射出口形成为开口面积从所述阴极的外表面朝向内表面减小的倾向，
对于所述射出口，将所述外表面与所述内表面连接的直线相对于与所述射出部垂直的方向的倾斜度为4°以上20°以下，
所述阴极具备：捕集溅射成分的捕集部、以及连接于所述捕集部并将所述溅射成分排出至外部的排出部，
所述第一阳极及所述第二阳极在相互相对一侧的相反侧具有突起。
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