JP2003505867A - 表面平滑加工用適応ｇｃｉｂ - Google Patents
表面平滑加工用適応ｇｃｉｂInfo
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Abstract
(57)【要約】
表面粗度の低下性能を改善させるために固体対象物体の表面の処理時にイオンビームの物性を適応させるＧＣＩＢを利用した方法と装置とが開示されている。本願発明は所定の深度にまでエッチングして表面汚染物を除去するエッチングと組み合わせた表面平滑性能を提供する。本願発明の利点は、処理時間が短いことと、仕上がり表面の残留粗度が小さいことと、望む表面平滑性を得るために除去する表面材料の量を減少させることである。
Description
【０００１】
本願発明は表面の気体クラスタイオンビーム（ＧＣＩＢ：gas cluster ion be
am）平滑加工(smoothing of surfaces)分野に関する。
am）平滑加工(smoothing of surfaces)分野に関する。
【０００２】
本願は１９９９年７月１９日出願の米国仮特許願第６０/１４４５２４号と１
９９９年１０月５日出願の米国特許願第０９/４１２９４９号の優先権を主張す
る。
９９９年１０月５日出願の米国特許願第０９/４１２９４９号の優先権を主張す
る。
【０００３】
半導体、誘電体及び金属（基板上の薄フィルムを含む）等の微小電子物体(mic
roelectronic materials)は蒸着加工、結晶成長加工、エッチング処理等々によ
る加工後に平滑化が必要である。多層体あるいは相互作用/相互接続サブコンポ
ーネントとしての微小電子コンポーネントの高密度アレンジには高品質の表面処
理が要求される。
roelectronic materials)は蒸着加工、結晶成長加工、エッチング処理等々によ
る加工後に平滑化が必要である。多層体あるいは相互作用/相互接続サブコンポ
ーネントとしての微小電子コンポーネントの高密度アレンジには高品質の表面処
理が要求される。
【０００４】
平滑化方法は機械的平滑化処理と化学的平滑化処理の２つに大きく分類される
。これらは湿潤環境または真空チャンバー環境内で実施される。イオンビームは
伝統的なラッピング（浸潤処理）、グラインディング、サンディング、酸/塩基
エッチング加工等よりもいくつかの重要な点で勝る。特に、イオンビーム装置の
真空環境は湿潤または空気環境での方法では達成できない処理対象表面(標的表
面)の汚染物制御を提供する。イオンビームは標的表面に対して（乾燥）エッチ
ング処理すなわちスパッタリング処理を行い、対象表面の当初の粗さ（粗度）を
減少させる。
。これらは湿潤環境または真空チャンバー環境内で実施される。イオンビームは
伝統的なラッピング（浸潤処理）、グラインディング、サンディング、酸/塩基
エッチング加工等よりもいくつかの重要な点で勝る。特に、イオンビーム装置の
真空環境は湿潤または空気環境での方法では達成できない処理対象表面(標的表
面)の汚染物制御を提供する。イオンビームは標的表面に対して（乾燥）エッチ
ング処理すなわちスパッタリング処理を行い、対象表面の当初の粗さ（粗度）を
減少させる。
【０００５】
表面が材料の原子寸法にまで表面の平滑性が達成されると、イオンビーム平滑
化性能はその本質的限界に達する。すなわち平滑性の漸近値に達する。この粗度
の限界は固体表面とイオンとの本質的な相互作用の性質によって決定される。残
念ながら、従来のイオンビームエッチング法による表面粗度の限界は次世代の微
小電子物質及び光子物質に対する必要性を満たすことができない。
化性能はその本質的限界に達する。すなわち平滑性の漸近値に達する。この粗度
の限界は固体表面とイオンとの本質的な相互作用の性質によって決定される。残
念ながら、従来のイオンビームエッチング法による表面粗度の限界は次世代の微
小電子物質及び光子物質に対する必要性を満たすことができない。
【０００６】
対象表面のイオンビーム処理に関わる専門家は、それぞれ１００個から１００
００個の原子で硬性される気体（ガス）原子クラスタで成るビームは単独でイオ
ン化が可能であり、加速できて対象表面との衝突によって多様な物質の表面を滑
らかにすることを認めている。これはＧＣＩＢ法によるエッチング処理と平滑化
処理である。この方法の効率は望む程度にまで表面の粗度を減少させるのに要す
るイオン照射量の上限によって制約を受ける。イオンクラスタビームは様々な気
体により提供が可能である。それぞれの気体は独自のエッチング能力と平滑化能
力を具えている。アルゴン等の貴ガスイオンビームは物理的に物質表面と相互作
用（スパッタエッチング）し、酸素等の他のガスのビームは物理的及び化学（反
応）的に物体表面と相互作用する。
００個の原子で硬性される気体（ガス）原子クラスタで成るビームは単独でイオ
ン化が可能であり、加速できて対象表面との衝突によって多様な物質の表面を滑
らかにすることを認めている。これはＧＣＩＢ法によるエッチング処理と平滑化
処理である。この方法の効率は望む程度にまで表面の粗度を減少させるのに要す
るイオン照射量の上限によって制約を受ける。イオンクラスタビームは様々な気
体により提供が可能である。それぞれの気体は独自のエッチング能力と平滑化能
力を具えている。アルゴン等の貴ガスイオンビームは物理的に物質表面と相互作
用（スパッタエッチング）し、酸素等の他のガスのビームは物理的及び化学（反
応）的に物体表面と相互作用する。
【０００７】
化学的イオンエッチング処理は一般的に他の方法よりも迅速なエッチングを提
供するが、対象表面の物質の種類に左右される。対象物質の種類にさほど影響を
受けない機械的イオンエッチング処理は低残留粗度の表面を提供する。すなわち
、随意の長時間露出（多照射量イオン処理）後には表面の粗度が低くなる。大型
クラスタは最高級の仕上げ面を提供するが、ＧＣＩＢ装置における大型クラスタ
の形成は非効率である。
供するが、対象表面の物質の種類に左右される。対象物質の種類にさほど影響を
受けない機械的イオンエッチング処理は低残留粗度の表面を提供する。すなわち
、随意の長時間露出（多照射量イオン処理）後には表面の粗度が低くなる。大型
クラスタは最高級の仕上げ面を提供するが、ＧＣＩＢ装置における大型クラスタ
の形成は非効率である。
【０００８】
さらに高いエネルギーのビームはさらに高い加速ポテンシャル(accelerating
potential)の使用の結果であり、さらに迅速にエッチング処理を行うが、同じク
ラスタサイズまたはサイズ配分では仕上げ面の残留粗度が高くなる。さらに高い
残留粗度は（浅い）着床現象とイオンミクシング効果によるものであり、イオン
ビームは（浅い）表面領域の材料のみをエッチング処理する。さらに高いビーム
（電）流（対象表面に照射されるクラスタ束）もさらに迅速なエッチングを提供
するものの、表面エッチングの物理的現象及び確率的現象の非線形現象（非比例
現象）の結果としてビーム電流の低減を招き、残留粗度を高くする。
potential)の使用の結果であり、さらに迅速にエッチング処理を行うが、同じク
ラスタサイズまたはサイズ配分では仕上げ面の残留粗度が高くなる。さらに高い
残留粗度は（浅い）着床現象とイオンミクシング効果によるものであり、イオン
ビームは（浅い）表面領域の材料のみをエッチング処理する。さらに高いビーム
（電）流（対象表面に照射されるクラスタ束）もさらに迅速なエッチングを提供
するものの、表面エッチングの物理的現象及び確率的現象の非線形現象（非比例
現象）の結果としてビーム電流の低減を招き、残留粗度を高くする。
【０００９】
本願発明は固体対象物体の表面処理時にＧＣＩＢを利用してイオンビームの特
性を適応させ、表面粗度の減少程度を向上させる方法並びに装置を提供する。加
えて、本願発明は所定の深度に対象表面をエッチングし、表面汚染物を除去する
技術と組み合わせた表面平滑処理を提供する。本願発明の利点は処理時間が短い
ことと、仕上げ表面の優れた平滑性と、望む平滑度を得るために除去が必要な表
面物質の除去量を減少させることである。
性を適応させ、表面粗度の減少程度を向上させる方法並びに装置を提供する。加
えて、本願発明は所定の深度に対象表面をエッチングし、表面汚染物を除去する
技術と組み合わせた表面平滑処理を提供する。本願発明の利点は処理時間が短い
ことと、仕上げ表面の優れた平滑性と、望む平滑度を得るために除去が必要な表
面物質の除去量を減少させることである。
【００１０】
ＧＣＩＢを利用した微小電子部材適用部位表面の平滑処理のための最良仕上げ
面は低加速電圧と弱ビーム電流でのアルゴンビームにより達成できる。この最良
表面を得るのに要する時間は別種のビーム選択が為される場合にはずっと長くな
る。本願発明はＧＣＩＢのハイブリッド処理あるいは適応処理を利用する。例え
ば、当初のＧＣＩＢ平滑処理は高エネルギー（高加速）ビームを使用して粗度が
高い当初標的表面を可能な限り迅速に除去（エッチング）することで達成される
。このエッチング処理最中に対象表面の粗度がそのビームエネルギーに対する残
留粗度限界に接近するに従い、ＧＣＩＢ装置を微調整してビームを低エネルギー
とし、エッチング処理を新たな低残留粗度限界に達するまで継続させる。
面は低加速電圧と弱ビーム電流でのアルゴンビームにより達成できる。この最良
表面を得るのに要する時間は別種のビーム選択が為される場合にはずっと長くな
る。本願発明はＧＣＩＢのハイブリッド処理あるいは適応処理を利用する。例え
ば、当初のＧＣＩＢ平滑処理は高エネルギー（高加速）ビームを使用して粗度が
高い当初標的表面を可能な限り迅速に除去（エッチング）することで達成される
。このエッチング処理最中に対象表面の粗度がそのビームエネルギーに対する残
留粗度限界に接近するに従い、ＧＣＩＢ装置を微調整してビームを低エネルギー
とし、エッチング処理を新たな低残留粗度限界に達するまで継続させる。
【００１１】
図１は本願発明の適応クラスタビーム平滑化装置の概略ブロック図である。ガ
ス流路とクラスタビームとは実線で示されており、制御通路は破線で示されてい
る。それぞれの矢印はガス流方向、クラスタ方向あるいは情報方向を示す。真空
システムはそれぞれのポンプ（図示せず）を具えた複数のチャンバー（部屋）に
分割されている。表面粗度の検査のための光通路は太線と矢印で示されている。
ス流路とクラスタビームとは実線で示されており、制御通路は破線で示されてい
る。それぞれの矢印はガス流方向、クラスタ方向あるいは情報方向を示す。真空
システムはそれぞれのポンプ（図示せず）を具えた複数のチャンバー（部屋）に
分割されている。表面粗度の検査のための光通路は太線と矢印で示されている。
【００１２】
図１の装置１００はガスクラスタイオンビームを発生させるための真空構造体
１０２を含んでいる。第１ガス、例えばアルゴンはガス瓶１２０内に高圧で保存
されている。そのガスは物質流コントローラ（ＭＦＣ：mass-flow controller）
１１８を介して提供される。ＭＦＣ１１８は隔膜レギュレータ(diaphragm)と流
体測定センサー及びそのレギュレータへ流体情報をフィードバックする手段で構
成されている。これは典型的には電子装置であり、システムオペレータやインス
トラクションプランに従って作動するコンピュータによって調整できる。このガ
スは次に予備冷却装置１１４に送られる。この予備冷却装置は熱交換装置を含ん
でいる。この熱交換装置は極低温手段、例えば液体窒素を循環させる手段や、閉
鎖回路（再循環）冷蔵システムで冷却される。少なくとも１種の追加ガスをガス
瓶１２０からのガスと混合することができる。ガス瓶１２４からの第２ガスはガ
ス瓶１２０からのガスとの混合に先立ってＭＦＣ１２２と予備冷却装置１１５を
通過するであろう。このガスは典型的には約１０気圧で小径管を介してノズル１
１２へと送られる。
１０２を含んでいる。第１ガス、例えばアルゴンはガス瓶１２０内に高圧で保存
されている。そのガスは物質流コントローラ（ＭＦＣ：mass-flow controller）
１１８を介して提供される。ＭＦＣ１１８は隔膜レギュレータ(diaphragm)と流
体測定センサー及びそのレギュレータへ流体情報をフィードバックする手段で構
成されている。これは典型的には電子装置であり、システムオペレータやインス
トラクションプランに従って作動するコンピュータによって調整できる。このガ
スは次に予備冷却装置１１４に送られる。この予備冷却装置は熱交換装置を含ん
でいる。この熱交換装置は極低温手段、例えば液体窒素を循環させる手段や、閉
鎖回路（再循環）冷蔵システムで冷却される。少なくとも１種の追加ガスをガス
瓶１２０からのガスと混合することができる。ガス瓶１２４からの第２ガスはガ
ス瓶１２０からのガスとの混合に先立ってＭＦＣ１２２と予備冷却装置１１５を
通過するであろう。このガスは典型的には約１０気圧で小径管を介してノズル１
１２へと送られる。
【００１３】
ノズル１１２は典型的には５０から１００μｍの直径を有しており、約１０°
の立体角を具えた錐形排出口を有している。好適には、ノズルの錐形排出口の形
状はラバル(Laval)ノズルの形状である。このガスは超音速ジェット流を形成し
、ノズルを通過して構造体１０２の第１真空チャンバー（室）内に膨張進入する
ことで断熱的に冷却される。もしガス密度が排出口への提供時に充分にゆっくり
と低下するなら、冷却されて過飽和状態の蒸気が滴核となって凝集することで小
液滴に成長し、それぞれ数千個のガス原子またはガス分子で構成される大型クラ
スタに成長する充分な時間が提供される。このクラスタと残留ガスのジェット流
は第１真空チャンバー壁の小開口部と最大クラスタ密度を有したジェット流芯部
で方向付けられ、第２真空チャンバー内に導入される。第１チャンバーは真空ポ
ンプで約１０から１００ｍトールの圧力に維持され、第２チャンバーは第２ポン
プで１０-5トール以下に維持される。
の立体角を具えた錐形排出口を有している。好適には、ノズルの錐形排出口の形
状はラバル(Laval)ノズルの形状である。このガスは超音速ジェット流を形成し
、ノズルを通過して構造体１０２の第１真空チャンバー（室）内に膨張進入する
ことで断熱的に冷却される。もしガス密度が排出口への提供時に充分にゆっくり
と低下するなら、冷却されて過飽和状態の蒸気が滴核となって凝集することで小
液滴に成長し、それぞれ数千個のガス原子またはガス分子で構成される大型クラ
スタに成長する充分な時間が提供される。このクラスタと残留ガスのジェット流
は第１真空チャンバー壁の小開口部と最大クラスタ密度を有したジェット流芯部
で方向付けられ、第２真空チャンバー内に導入される。第１チャンバーは真空ポ
ンプで約１０から１００ｍトールの圧力に維持され、第２チャンバーは第２ポン
プで１０-5トール以下に維持される。
【００１４】
第２チャンバーに入ったクラスタジェット流はイオン化装置１１０に導入され
、典型的には１００Ｖである低エネルギー電子ビームの陽極であるワイヤメッシ
ュケージの芯部に導入される。これら電子はクラスタに衝突してクラスタから電
子を放出させ、クラスタをイオン化させる（典型的には１正ユニット電荷）。イ
オン化されたクラスタは加速器１０８の第１電極要素によってイオン化装置１１
０から抽出される。
、典型的には１００Ｖである低エネルギー電子ビームの陽極であるワイヤメッシ
ュケージの芯部に導入される。これら電子はクラスタに衝突してクラスタから電
子を放出させ、クラスタをイオン化させる（典型的には１正ユニット電荷）。イ
オン化されたクラスタは加速器１０８の第１電極要素によってイオン化装置１１
０から抽出される。
【００１５】
加速器の第２コンポーネントとして、抽出電極のものと較べて大きな負ポテン
シャルまたは電圧を具えた電極が存在する。その電圧差は加速ポテンシャルであ
る。加速器１０８の第３コンポーネントとして、収束レンズの役目を果たす、典
型的には３体の電極セットが提供される。このレンズはクラスタイオンビームを
ビーム通路の所定の下流点で焦点させる。ビーム軸のその焦点に対象物体１０４
がビームに垂直に配置される。ビーム近辺でビームと平行状態で、加速器１０８
の最終電極と対象物体１０４との間に固定されたプレート体１０６のペアが提供
される。これらプレート体はプレート体間の電圧差を利用してビームを静電気的
にスキャニングする。１プレート体ペアは偏向されると水平面でのビームの偏向
を引き起こし、第２ペアを垂直面で偏向する。
シャルまたは電圧を具えた電極が存在する。その電圧差は加速ポテンシャルであ
る。加速器１０８の第３コンポーネントとして、収束レンズの役目を果たす、典
型的には３体の電極セットが提供される。このレンズはクラスタイオンビームを
ビーム通路の所定の下流点で焦点させる。ビーム軸のその焦点に対象物体１０４
がビームに垂直に配置される。ビーム近辺でビームと平行状態で、加速器１０８
の最終電極と対象物体１０４との間に固定されたプレート体１０６のペアが提供
される。これらプレート体はプレート体間の電圧差を利用してビームを静電気的
にスキャニングする。１プレート体ペアは偏向されると水平面でのビームの偏向
を引き起こし、第２ペアを垂直面で偏向する。
【００１６】
真空構造体１０２外部の電源１３４は真空チャンバー内でイオン化装置１１０
、加速器１０８及びスキャナー１０６の電極に偏向(bias)電圧と電流を提供する
。典型的には各電極に対して個別の電源セットが使用され、電圧制御アクチュエ
ータ１３２によりそれぞれ個別に制御されるであろう。必要な電圧を分割するた
めに抵抗格子ネットワークを具えた１体の電源のごとき単純な形態も利用が可能
である。しかし、本願発明では好適には少なくとも１つの電極電圧を適応方法に
従って個別に調整可能とする。複数の電源を利用する様々な中間構造を活用し、
電気的な利点を提供することができる。全ての電極を並列あるいは直列またはそ
の組み合わせで接続された電源セットによって作動させることもできる。あるい
は、抵抗デバイダーを介して作動される少なくとも２つの電極と共に接続するこ
ともできる。電源の一部は電子手段でセット電圧または電流に内部的に自動調整
される。このセット値はアクチュエータ１３２によって提供され、好適には光フ
ァイバーリレーと電子手段で伝達される。光リンクリレー(optical-link relay)
は好適である。なぜなら接続形態によっては電源１３４の一部は接地部(ground)
あるいはシステム共通ポテンシャルよりもずっと高い電圧で操作されるからであ
る。
、加速器１０８及びスキャナー１０６の電極に偏向(bias)電圧と電流を提供する
。典型的には各電極に対して個別の電源セットが使用され、電圧制御アクチュエ
ータ１３２によりそれぞれ個別に制御されるであろう。必要な電圧を分割するた
めに抵抗格子ネットワークを具えた１体の電源のごとき単純な形態も利用が可能
である。しかし、本願発明では好適には少なくとも１つの電極電圧を適応方法に
従って個別に調整可能とする。複数の電源を利用する様々な中間構造を活用し、
電気的な利点を提供することができる。全ての電極を並列あるいは直列またはそ
の組み合わせで接続された電源セットによって作動させることもできる。あるい
は、抵抗デバイダーを介して作動される少なくとも２つの電極と共に接続するこ
ともできる。電源の一部は電子手段でセット電圧または電流に内部的に自動調整
される。このセット値はアクチュエータ１３２によって提供され、好適には光フ
ァイバーリレーと電子手段で伝達される。光リンクリレー(optical-link relay)
は好適である。なぜなら接続形態によっては電源１３４の一部は接地部(ground)
あるいはシステム共通ポテンシャルよりもずっと高い電圧で操作されるからであ
る。
【００１７】
制限時間内に予期されるＧＣＩＢによる加工の達成度を標的表面処理中にリア
ルタイムで表示するように対象物表面の検査とモニタリングを行うことが好まし
い。本願発明はその手段を光学粗度モニター(optical roughness monitor)１３
６で提供する。そこでは光学測定手法が利用される。この測定方法は有利である
。なぜなら、加工用のクラスタビームが必要とする直角入射角から大きく離れた
角度で機能することができ、その標的表面と非接触であり、加工を妨害せずに機
能するからである。対象表面で分散したレーザー光ビームの強度測定値は表面粗
度の有効な尺度である。非常に微小な粗度の測定には短波光、例えば紫外線を必
要とするであろう。真空構造体１０２内へのアクセスは利用される波長で透明で
ある物質で成る窓によって提供される。スキャニングされた光の密度または他の
光学的パラメータはモニター１３６内の光検出器で測定され、その電気出力は中
央コンピュータ装置１３０に提供される。
ルタイムで表示するように対象物表面の検査とモニタリングを行うことが好まし
い。本願発明はその手段を光学粗度モニター(optical roughness monitor)１３
６で提供する。そこでは光学測定手法が利用される。この測定方法は有利である
。なぜなら、加工用のクラスタビームが必要とする直角入射角から大きく離れた
角度で機能することができ、その標的表面と非接触であり、加工を妨害せずに機
能するからである。対象表面で分散したレーザー光ビームの強度測定値は表面粗
度の有効な尺度である。非常に微小な粗度の測定には短波光、例えば紫外線を必
要とするであろう。真空構造体１０２内へのアクセスは利用される波長で透明で
ある物質で成る窓によって提供される。スキャニングされた光の密度または他の
光学的パラメータはモニター１３６内の光検出器で測定され、その電気出力は中
央コンピュータ装置１３０に提供される。
【００１８】
モニター１３６からの信号情報を利用して中央コンピュータ装置１３０は論理
的決定(logical determination)を行う。この論理的決定内容はデジタル信号あ
るいはアナログ信号にコード化され、信号接続（コンピュータ装置１３０から温
度アクチュエータ１１６、流体アクチュエータ１２６、１２８及び電圧制御アク
チュエータ１３２へ通じる破線）を介して種々なアクチュエータに搬送され、Ｇ
ＣＩＢ装置のための制御ループ構造を提供する。流体アクチュエータ１２６、１
２８はコンピュータ装置からの信号を物質流コントローラ１１８と１２２のそれ
ぞれに対するセットポイントを調整する物理的な動作に変換する手段を提供する
。温度アクチュエータ１１６はコンピュータ装置からの信号をガス予備冷却装置
１１４と１１５のセットポイントを調整する動作に変換する手段を提供する。さ
らに、電圧制御アクチュエータ１３２は構造体１３４の全電源に対するセットポ
イントを電子的に調整する手段を提供する。
的決定(logical determination)を行う。この論理的決定内容はデジタル信号あ
るいはアナログ信号にコード化され、信号接続（コンピュータ装置１３０から温
度アクチュエータ１１６、流体アクチュエータ１２６、１２８及び電圧制御アク
チュエータ１３２へ通じる破線）を介して種々なアクチュエータに搬送され、Ｇ
ＣＩＢ装置のための制御ループ構造を提供する。流体アクチュエータ１２６、１
２８はコンピュータ装置からの信号を物質流コントローラ１１８と１２２のそれ
ぞれに対するセットポイントを調整する物理的な動作に変換する手段を提供する
。温度アクチュエータ１１６はコンピュータ装置からの信号をガス予備冷却装置
１１４と１１５のセットポイントを調整する動作に変換する手段を提供する。さ
らに、電圧制御アクチュエータ１３２は構造体１３４の全電源に対するセットポ
イントを電子的に調整する手段を提供する。
【００１９】
コンピュータ装置１３０はそれぞれの対象物の処理中にＧＣＩＢ装置を適応さ
せる論理決定に到達するために種々な手法を利用することができる。最も単純な
手法は処理開始後に特定時間間隔で電圧変更を指示する時間チャートを利用する
ことである。好適なアルゴリズムは、光学モニター１３６により提供される処理
時情報と、図３の曲線形状の詳細な理論モデル（または近似モデル等々）との組
み合わせを利用した数学計算を利用するものであろう。この数学計算は、指数関
数的に漸近線に衰微した後の粗度の減少を示す図３の曲線３００と３０２を利用
する。
せる論理決定に到達するために種々な手法を利用することができる。最も単純な
手法は処理開始後に特定時間間隔で電圧変更を指示する時間チャートを利用する
ことである。好適なアルゴリズムは、光学モニター１３６により提供される処理
時情報と、図３の曲線形状の詳細な理論モデル（または近似モデル等々）との組
み合わせを利用した数学計算を利用するものであろう。この数学計算は、指数関
数的に漸近線に衰微した後の粗度の減少を示す図３の曲線３００と３０２を利用
する。
【００２０】
一般的に、（１）当初粗度、（２）衰微速度、及び（３）漸近値の３パラメー
タのみがそれぞれの曲線（３００等）の特徴付けに必要である。固定操作条件下
の装置のキャリブレーション処理で、それぞれの速度と漸近値が加速電圧、クラ
スタサイズ、ガスタイプ、予備冷却等のＧＣＩＢパラメータに対してどのように
関わるかの詳細な知識が得られる。標的対象物のそれぞれの組成及びタイプに対
して測定が必要であるこの情報を利用することで、最低表面粗度を残す最良仕上
げ漸近値に到達する最速手法を提供するＧＣＩＢ装置のユニークな調整または適
応手順が提供されるであろう。本願発明の説明に供する１実施例では、コンピュ
ータ装置１３０はそれぞれの対象物に対するエッチング速度と漸近値のパラメー
タから始めて、計算によって最速セットのＧＣＩＢ処理パラメータの適応または
手順を発見し、この手順を実行に移し、同時に処理モニター情報を利用してそれ
ぞれの対象物に対する微調整を行う。
タのみがそれぞれの曲線（３００等）の特徴付けに必要である。固定操作条件下
の装置のキャリブレーション処理で、それぞれの速度と漸近値が加速電圧、クラ
スタサイズ、ガスタイプ、予備冷却等のＧＣＩＢパラメータに対してどのように
関わるかの詳細な知識が得られる。標的対象物のそれぞれの組成及びタイプに対
して測定が必要であるこの情報を利用することで、最低表面粗度を残す最良仕上
げ漸近値に到達する最速手法を提供するＧＣＩＢ装置のユニークな調整または適
応手順が提供されるであろう。本願発明の説明に供する１実施例では、コンピュ
ータ装置１３０はそれぞれの対象物に対するエッチング速度と漸近値のパラメー
タから始めて、計算によって最速セットのＧＣＩＢ処理パラメータの適応または
手順を発見し、この手順を実行に移し、同時に処理モニター情報を利用してそれ
ぞれの対象物に対する微調整を行う。
【００２１】
望む高表面品質をさらに迅速に提供するビームエネルギーを求めるためのさら
に複雑な調整手法が望まれる。本願発明が提供するビームエネルギーは加工時に
常時調整され、それぞれのエッチング段階で可能な最高速度で望む仕上げ面（標
的物体のエッチング深度と表面粗度の両方）を常に提供する。
に複雑な調整手法が望まれる。本願発明が提供するビームエネルギーは加工時に
常時調整され、それぞれのエッチング段階で可能な最高速度で望む仕上げ面（標
的物体のエッチング深度と表面粗度の両方）を常に提供する。
【００２２】
標的表面のそれぞれの構成物はビームによっては幾分異なる相互作用を発生さ
せる。よって、処理の加工装置の経時的最良調整は平滑化処理されている対象物
体材料のタイプによって異なる。例えば、柔軟な金箔はアルミナのごとき脆くて
硬質なセラミックとは原子レベルで異なるスパッタリングメカニズムのためにＧ
ＣＩＢのもとで幾分かは異なる物理的イオンエッチング現象を引き起こす。本願
発明はそれぞれの表面構成物及びそれぞれの当初表面粗度に対してＧＣＩＢを最
良化させることができる方法と装置を提供する。
せる。よって、処理の加工装置の経時的最良調整は平滑化処理されている対象物
体材料のタイプによって異なる。例えば、柔軟な金箔はアルミナのごとき脆くて
硬質なセラミックとは原子レベルで異なるスパッタリングメカニズムのためにＧ
ＣＩＢのもとで幾分かは異なる物理的イオンエッチング現象を引き起こす。本願
発明はそれぞれの表面構成物及びそれぞれの当初表面粗度に対してＧＣＩＢを最
良化させることができる方法と装置を提供する。
【００２３】
標的表面に対するＧＣＩＢ効果のさらなる特徴は表面汚染物の除去である。処
理中の対象表面に対する“しきい値”以下の加速電圧では表面に衝突するクラス
タイオンは表面をあまりエッチング加工しないが、表面の汚染物を浮き上がらせ
て除去する。強力な固体物質同士の結合力と較べて汚染物の固体面に対する結合
力は弱いため、表面を傷つけることなく汚染物を除去するようにイオンエネルギ
ーを選択することは可能である。本願発明は操作条件に適応できるＧＣＩＢ装置
を提供するが、まず対象表面をクリーニング処理し、続いてエッチング処理する
ように適応させることができる。この適応手順がそれぞれの対象物体に応用され
、対象物体の仕上げ面を清浄にし、望む表面深度にまでエッチング処理し、可能
な限り低粗度である表面を提供することが望ましい。
理中の対象表面に対する“しきい値”以下の加速電圧では表面に衝突するクラス
タイオンは表面をあまりエッチング加工しないが、表面の汚染物を浮き上がらせ
て除去する。強力な固体物質同士の結合力と較べて汚染物の固体面に対する結合
力は弱いため、表面を傷つけることなく汚染物を除去するようにイオンエネルギ
ーを選択することは可能である。本願発明は操作条件に適応できるＧＣＩＢ装置
を提供するが、まず対象表面をクリーニング処理し、続いてエッチング処理する
ように適応させることができる。この適応手順がそれぞれの対象物体に応用され
、対象物体の仕上げ面を清浄にし、望む表面深度にまでエッチング処理し、可能
な限り低粗度である表面を提供することが望ましい。
【００２４】
イオンエッチングを利用した従来のＧＣＩＢ平滑処理は本願発明の適応技術に
より改良が可能である。クラスタイオンビームを使用すると、エッチング速度と
対象物体残留粗度の安定状態レベルは多くの要因によって影響を受ける略独立パ
ラメータとなる。ＧＣＩＢ平滑化処理の実用性は、これら要因のパラメータ効果
が理解されれば、適正な処理方法と装置の形態化によって大きく改善されるであ
ろう。例えば、最良の平滑状態（最低の残留粗度）の提供に要する時間は、ビー
ムが処理工程中に適応されるならさらに短くなるであろう。これは、サンドペー
パの粗度を段階的に変更しながら木材の表面を滑らかにする作業に類似している
。別実用形態例としては、望む最終膜厚を得るために積層を徐々に薄くするよう
に、可能な最大速度で対象表面から所定の厚さの材料をイオンビームエッチング
処理することができる。望むエッチング深度の達成後に最終表面を可能な限り滑
らかにすることには付加的な価値があろう。
より改良が可能である。クラスタイオンビームを使用すると、エッチング速度と
対象物体残留粗度の安定状態レベルは多くの要因によって影響を受ける略独立パ
ラメータとなる。ＧＣＩＢ平滑化処理の実用性は、これら要因のパラメータ効果
が理解されれば、適正な処理方法と装置の形態化によって大きく改善されるであ
ろう。例えば、最良の平滑状態（最低の残留粗度）の提供に要する時間は、ビー
ムが処理工程中に適応されるならさらに短くなるであろう。これは、サンドペー
パの粗度を段階的に変更しながら木材の表面を滑らかにする作業に類似している
。別実用形態例としては、望む最終膜厚を得るために積層を徐々に薄くするよう
に、可能な最大速度で対象表面から所定の厚さの材料をイオンビームエッチング
処理することができる。望むエッチング深度の達成後に最終表面を可能な限り滑
らかにすることには付加的な価値があろう。
【００２５】
表面材料（膜あるいは露出の場合には塊体）の各タイプ（化学組成及び構造）
はそれぞれ独自のエッチング開始しきい値、エッチング速度及び安定状態残留粗
度を有するであろう。図２はＶ番目＜Ｖ1＜Ｖ2で示される様々な加速電圧に対す
るクラスタイオンビームの概略エッチング速度を示す従来技術のグラフである。
領域２００においては標的表面は低エネルギービームで洗浄される。Ｖ番目とは
さほど離れていない上方の領域２０２においては線形エッチング速度となる。領
域２０３では高エネルギー（電圧）へ急激に上昇して増幅されたエッチング加工
が発生するが、標的表面は平滑化されないであろう。
はそれぞれ独自のエッチング開始しきい値、エッチング速度及び安定状態残留粗
度を有するであろう。図２はＶ番目＜Ｖ1＜Ｖ2で示される様々な加速電圧に対す
るクラスタイオンビームの概略エッチング速度を示す従来技術のグラフである。
領域２００においては標的表面は低エネルギービームで洗浄される。Ｖ番目とは
さほど離れていない上方の領域２０２においては線形エッチング速度となる。領
域２０３では高エネルギー（電圧）へ急激に上昇して増幅されたエッチング加工
が発生するが、標的表面は平滑化されないであろう。
【００２６】
これらのエッチング特性はイオンビームと標的材料の独特な物性との相互作用
の結果である。このイオンは原子でも分子でも、それらのクラスタであっても同
じである。イオンビームの運動エネルギーに加えて、クラスタサイズ（構成原子
数または分子数）及び標的表面に衝突するときのクラスタ凝縮状態は表面とのビ
ーム相互作用に影響を及ぼす。入射クラスタの運動量は、クラスタのサイズとエ
ネルギー、衝突による最大圧力と最大温度、クラスタの応力-ひずみ反応並びに
塑性変形の程度、クラスタ破壊強度に対してクラスタ内で発生する音波強度、ク
ラスタと表面の弾性変形の程度のごときクラスタと表面の物性により影響を受け
るいくつかの形態で保たれる。すなわち、入射クラスタエネルギーは保存される
。
の結果である。このイオンは原子でも分子でも、それらのクラスタであっても同
じである。イオンビームの運動エネルギーに加えて、クラスタサイズ（構成原子
数または分子数）及び標的表面に衝突するときのクラスタ凝縮状態は表面とのビ
ーム相互作用に影響を及ぼす。入射クラスタの運動量は、クラスタのサイズとエ
ネルギー、衝突による最大圧力と最大温度、クラスタの応力-ひずみ反応並びに
塑性変形の程度、クラスタ破壊強度に対してクラスタ内で発生する音波強度、ク
ラスタと表面の弾性変形の程度のごときクラスタと表面の物性により影響を受け
るいくつかの形態で保たれる。すなわち、入射クラスタエネルギーは保存される
。
【００２７】
純粋元素金属のモノマーイオンによるスパッタリングは、典型的にはそれら金
属の純化熱にほぼ比例するしきい値イオンエネルギー以上のイオンのみをエッチ
ングすることが確認されている。アルゴンクラスタによる金属のエッチング速度
は、典型的には約５から７ｋＶであるしきい値以上の加速電圧とほぼ線形的に増
加することが報告されている。図２はこのしきい値と、そのしきい値以上の加速
電圧で線状に増加するエッチング速度を示す。また、金箔はアルゴンクラスタビ
ームからの追加照射量が堆積するのに従って表面粗度（平均粗度Ｒaまたは平方
根平均平方粗度Ｒrmsとして測定）をますます低下させるようにエッチングされ
ることも報告されている。この状況は図３に図示されており、ＲaとＲrmsは可能
な最低値に指数関数的に接近する。
属の純化熱にほぼ比例するしきい値イオンエネルギー以上のイオンのみをエッチ
ングすることが確認されている。アルゴンクラスタによる金属のエッチング速度
は、典型的には約５から７ｋＶであるしきい値以上の加速電圧とほぼ線形的に増
加することが報告されている。図２はこのしきい値と、そのしきい値以上の加速
電圧で線状に増加するエッチング速度を示す。また、金箔はアルゴンクラスタビ
ームからの追加照射量が堆積するのに従って表面粗度（平均粗度Ｒaまたは平方
根平均平方粗度Ｒrmsとして測定）をますます低下させるようにエッチングされ
ることも報告されている。この状況は図３に図示されており、ＲaとＲrmsは可能
な最低値に指数関数的に接近する。
【００２８】
図３はクラスタイオンビームの一定加速電圧におけるクラスタ照射量での粗度
低下の進行を示すグラフである。３本のエッチング曲線が図示されており、１曲
線３００はＶ1で実行され、他方の曲線３０２はＶ2で実行された（Ｖ1＜Ｖ2）。
曲線３０３は高電圧Ｖ3で実行され（Ｖ3＞＞Ｖ2）、表面は粗く処理される。こ
れら曲線は本願発明の説明のために直線的に図示されているが実際には滑らかな
曲線である。曲線３０２はＶ2で最も急激に降下しているが、Ｖ1で実行される曲
線よりも高いＲaで漸近線を有している。後者は傾斜が緩やかであるが、照射量
が多量になると最低のＲaを有する。
低下の進行を示すグラフである。３本のエッチング曲線が図示されており、１曲
線３００はＶ1で実行され、他方の曲線３０２はＶ2で実行された（Ｖ1＜Ｖ2）。
曲線３０３は高電圧Ｖ3で実行され（Ｖ3＞＞Ｖ2）、表面は粗く処理される。こ
れら曲線は本願発明の説明のために直線的に図示されているが実際には滑らかな
曲線である。曲線３０２はＶ2で最も急激に降下しているが、Ｖ1で実行される曲
線よりも高いＲaで漸近線を有している。後者は傾斜が緩やかであるが、照射量
が多量になると最低のＲaを有する。
【００２９】
数学モデルがそのモデルを使用したクラスタエッチング処理のコンピュータシ
ミュレーションと共に報告されている。シミュレーションされたエッチング処理
は加速電圧あるいはエネルギーに影響を受け、エネルギーが増加するとエッチン
グ速度が増大するが、エネルギー増加に伴って低下する漸近粗度を有する。本願
発明はこのようなことは現実的なイオンエッチング処理条件では発生しないこと
を証明する。長時間にわたるイオンエッチング処理（多量照射）後に残る残留粗
度は、対象物体表面に衝突するクラスタが表面内に浸透し、表面直下の物質をス
パッタ放出させる程度に影響を受ける。これは図３において概略的に図示されて
いる。低電圧（Ｖ1；Ｖ1＜Ｖ2）の漸近（多照射量）粗度（ＲaとＲrms）はそれ
自体さらに小さい。
ミュレーションと共に報告されている。シミュレーションされたエッチング処理
は加速電圧あるいはエネルギーに影響を受け、エネルギーが増加するとエッチン
グ速度が増大するが、エネルギー増加に伴って低下する漸近粗度を有する。本願
発明はこのようなことは現実的なイオンエッチング処理条件では発生しないこと
を証明する。長時間にわたるイオンエッチング処理（多量照射）後に残る残留粗
度は、対象物体表面に衝突するクラスタが表面内に浸透し、表面直下の物質をス
パッタ放出させる程度に影響を受ける。これは図３において概略的に図示されて
いる。低電圧（Ｖ1；Ｖ1＜Ｖ2）の漸近（多照射量）粗度（ＲaとＲrms）はそれ
自体さらに小さい。
【００３０】
原子、分子及びクラスタイオンの衝突とエッチングの従来方式による測定はイ
オンエネルギーが減少すると、そのエネルギーがエッチング処理に必要な最低ま
たはしきい値に到達するまで浸透深度と活性が減少することを示す。対象物体表
面下の入射イオン密度の測定深度特性はこの傾向を明瞭に示す。本願発明はクラ
スタエッチングにおいて、多照射量での漸近粗度をエッチングのしきい値を超え
てすぐのエネルギーに加速されたクラスタイオンビームで最低とする。このしき
い値エネルギーは各タイプの対象材料及び各構成物、クラスタビームの熱力学状
態並びに加速状態に対して実験的に決定できる。
オンエネルギーが減少すると、そのエネルギーがエッチング処理に必要な最低ま
たはしきい値に到達するまで浸透深度と活性が減少することを示す。対象物体表
面下の入射イオン密度の測定深度特性はこの傾向を明瞭に示す。本願発明はクラ
スタエッチングにおいて、多照射量での漸近粗度をエッチングのしきい値を超え
てすぐのエネルギーに加速されたクラスタイオンビームで最低とする。このしき
い値エネルギーは各タイプの対象材料及び各構成物、クラスタビームの熱力学状
態並びに加速状態に対して実験的に決定できる。
【００３１】
本願発明に従った適応ＧＣＩＢエッチングプロセズは図４に図示されている。
図４は本願発明の適応ＧＣＩＢ法によるクラスタ照射量の調整で表面粗度が進行
的に減少する様子を示すグラフである。エッチングは一定のＶ2のクラスタの曲
線４００で開始し、垂直矢印が示す照射量箇所で曲線４０２に乗り換える。両方
の曲線４００と４０２はドット曲線で交差した交差点前後で延びている。エッチ
ングは一定値Ｖ1（Ｖ1＜Ｖ2）で曲線４０２に沿って継続される。組み合わされ
たエッチング曲線（実線のみ）が適応方法に関わるものである。Ｖ1とＶ2でのエ
ッチングのための漸近値は水平破線で示されている。
図４は本願発明の適応ＧＣＩＢ法によるクラスタ照射量の調整で表面粗度が進行
的に減少する様子を示すグラフである。エッチングは一定のＶ2のクラスタの曲
線４００で開始し、垂直矢印が示す照射量箇所で曲線４０２に乗り換える。両方
の曲線４００と４０２はドット曲線で交差した交差点前後で延びている。エッチ
ングは一定値Ｖ1（Ｖ1＜Ｖ2）で曲線４０２に沿って継続される。組み合わされ
たエッチング曲線（実線のみ）が適応方法に関わるものである。Ｖ1とＶ2でのエ
ッチングのための漸近値は水平破線で示されている。
【００３２】
エッチングは約２０ｋＶから６０ｋＶの大きな加速電圧Ｖ2で開始され、比較
的に迅速なエッチング速度を提供し、対象物への照射量はＲaまたはＲrmsが大き
く減少するまで堆積される。この加速電圧は約５ｋVから７ｋVであるV1に低下さ
れ（エッチング曲線の変形部として図示）、露出は充分な照射量が堆積して指数
関数曲線が漸近値に充分に接近するまで継続する。１本のエッチング曲線は２本
の曲線の組み合わせとして示される。この２段階適応プロセスは、対象表面が粗
いときには迅速な粗度減少を提供するが、高エネルギー値では望む漸近粗度が提
供されないためにその後に低電圧へと適応されることが重要なポイントである。
本願発明の別適応方法として、複数適応段階で加速電圧を段階的、継続的に変更
させることができる。こうすればエッチングの効率と表面処理の程度がさらに向
上する。
的に迅速なエッチング速度を提供し、対象物への照射量はＲaまたはＲrmsが大き
く減少するまで堆積される。この加速電圧は約５ｋVから７ｋVであるV1に低下さ
れ（エッチング曲線の変形部として図示）、露出は充分な照射量が堆積して指数
関数曲線が漸近値に充分に接近するまで継続する。１本のエッチング曲線は２本
の曲線の組み合わせとして示される。この２段階適応プロセスは、対象表面が粗
いときには迅速な粗度減少を提供するが、高エネルギー値では望む漸近粗度が提
供されないためにその後に低電圧へと適応されることが重要なポイントである。
本願発明の別適応方法として、複数適応段階で加速電圧を段階的、継続的に変更
させることができる。こうすればエッチングの効率と表面処理の程度がさらに向
上する。
【００３３】
適応ＧＣＩＢの１例として一連のシステム作動条件を公知のエッチングパラメ
ータ及び望む最終エッチング深度並びに最大表面粗度に基いて解説する。トヨダ
他は“研究及び産業での加速器の適用”学会の機関誌（ダガン及びモーガン編集
：米国協会、物理プレス、ニューヨーク、１９９７年）４８３ページで「銅箔ウ
ェハーのアルゴンクラスタイオンビームエッチング処理はしきい値が約（Ｖ番目
＝）６０００Ｖであり、Ｖ番目を超えるクラスタ加速電圧Ｖに対して１次比例す
るスパッタリング産物(yield)Ｙは、 Ｙ＝（４.２ｘ１０-3）（Ｖ-Ｖ番目）（入射イオン当たりのスパッタリング原
子単位）である」ことを報告した。このＹからエッチング深度ｄは次の式で計算
できる。 ｄ＝（ＤＹ）/ρa（ｃｍ単位） Ｄはクラスタイオン照射密度 Ｄ＝Ｊｔ/e Ｊはイオンビーム電流密度（Ａ/
ｃｍ2）、ｔは露出時間、eは元素電荷 e＝１.６ｘ１０-19クーロン、ｐaは固体
の原子密度（原子数/ｃｍ3） よって、 ｄ＝（４.２ｘ１０5）（Ｖ−Ｖ番目）Ｄ/ρa Å単位 例えば、固体銅中の原子密度はρa＝８.５ｘ１０22原子数/ｃｍ3 である。も
しこの例のイオンビームがＪ＝１０μＡ/ｃｍ2とＶ＝２７ｋＶであれば、ｔ＝１
秒の露出でエッチング深度は約ｄ＝６.５Åとなる。あるいは、ｔ＝１時間程度
の露出でｄ＝２.３μｍとなる。
ータ及び望む最終エッチング深度並びに最大表面粗度に基いて解説する。トヨダ
他は“研究及び産業での加速器の適用”学会の機関誌（ダガン及びモーガン編集
：米国協会、物理プレス、ニューヨーク、１９９７年）４８３ページで「銅箔ウ
ェハーのアルゴンクラスタイオンビームエッチング処理はしきい値が約（Ｖ番目
＝）６０００Ｖであり、Ｖ番目を超えるクラスタ加速電圧Ｖに対して１次比例す
るスパッタリング産物(yield)Ｙは、 Ｙ＝（４.２ｘ１０-3）（Ｖ-Ｖ番目）（入射イオン当たりのスパッタリング原
子単位）である」ことを報告した。このＹからエッチング深度ｄは次の式で計算
できる。 ｄ＝（ＤＹ）/ρa（ｃｍ単位） Ｄはクラスタイオン照射密度 Ｄ＝Ｊｔ/e Ｊはイオンビーム電流密度（Ａ/
ｃｍ2）、ｔは露出時間、eは元素電荷 e＝１.６ｘ１０-19クーロン、ｐaは固体
の原子密度（原子数/ｃｍ3） よって、 ｄ＝（４.２ｘ１０5）（Ｖ−Ｖ番目）Ｄ/ρa Å単位 例えば、固体銅中の原子密度はρa＝８.５ｘ１０22原子数/ｃｍ3 である。も
しこの例のイオンビームがＪ＝１０μＡ/ｃｍ2とＶ＝２７ｋＶであれば、ｔ＝１
秒の露出でエッチング深度は約ｄ＝６.５Åとなる。あるいは、ｔ＝１時間程度
の露出でｄ＝２.３μｍとなる。
【００３４】
ここで計算されたエッチング深度は理論的な２平面間の深度、あるいは２粗面
間の平均深度である。言うまでもなく、測定値ｄは、上下表面の平均粗度Ｒaが
両方ともｄよりもずっと小さい場合、すなわち、Ｒa＜＜ｄの場合に統計的な意
味を有する。クラスタイオンが直角入射で表面に衝突すると表面粗度（Ｒa）を
最も効率よく減少させることはＧＣＩＢ処理の一般的な特徴である。ヤマダ他は
“真空科学と技術”（第Ａ１４巻、７８１ページ、１９９６年）で粗度減少処理
に関して研究報告した。Ｒaの減少は照射密度Ｄで次のように指数関数的に発生
することが報告されている。 Ｒa＝（Ｒi−Ｒo）指数（-Ｄ/Δ）＋Ｒo Ｒiは表面の当初粗度であり、Ｒoは随意の露出後に達成された漸近または限界
粗度であり、Δは粗度減少のための指数関数的照射量特性である。（この指数関
数は図３で曲線３００と３０２として図示されている。）シリコンウェハー上に
成層された銅箔に対して、２０ｋＶの加速電圧のアルゴンクラスタイオンビーム
は、量(Ｒi-Ｒo)の１/e(＝３７％)に到達させるには約１ｘ１０15イオン数/ｃｍ 2 の照射量を必要として、当初粗度Ｒi＝５８ÅのフィルムをＲo＝１２Åまで平
滑化させると報告された。よって、Δ＝１ｘ１０15イオン数/ｃｍ2である。
間の平均深度である。言うまでもなく、測定値ｄは、上下表面の平均粗度Ｒaが
両方ともｄよりもずっと小さい場合、すなわち、Ｒa＜＜ｄの場合に統計的な意
味を有する。クラスタイオンが直角入射で表面に衝突すると表面粗度（Ｒa）を
最も効率よく減少させることはＧＣＩＢ処理の一般的な特徴である。ヤマダ他は
“真空科学と技術”（第Ａ１４巻、７８１ページ、１９９６年）で粗度減少処理
に関して研究報告した。Ｒaの減少は照射密度Ｄで次のように指数関数的に発生
することが報告されている。 Ｒa＝（Ｒi−Ｒo）指数（-Ｄ/Δ）＋Ｒo Ｒiは表面の当初粗度であり、Ｒoは随意の露出後に達成された漸近または限界
粗度であり、Δは粗度減少のための指数関数的照射量特性である。（この指数関
数は図３で曲線３００と３０２として図示されている。）シリコンウェハー上に
成層された銅箔に対して、２０ｋＶの加速電圧のアルゴンクラスタイオンビーム
は、量(Ｒi-Ｒo)の１/e(＝３７％)に到達させるには約１ｘ１０15イオン数/ｃｍ 2 の照射量を必要として、当初粗度Ｒi＝５８ÅのフィルムをＲo＝１２Åまで平
滑化させると報告された。よって、Δ＝１ｘ１０15イオン数/ｃｍ2である。
【００３５】
さらに、Ｒo＝α（Ｖ−Ｖ番目）と想定する。α＝（約）１ｘ１０-3Å/Ｖであ
り、Δ＝β/（Ｖ−Ｖ番目）であり、β＝（約）１.４ｘ１０19イオン数/ｃｍ2で
ある。これら１次関係は加速電圧ＶがＶ番目よりも大きいが、図抜けて大きいこ
とはないこと、すなわち、ＶはＶ番目よりも大きく、約１００ｋＶよりも小さい
ことを想定している。ＶがＶ番目に接近すると、残留粗度（Ｒo）と平滑速度（
１/Δ）及びエッチング速度（ｄ/ｔ）はゼロに接近する。これは本願発明の適応
ＧＣＩＢの主要な動機付けである。この例はクラスタビームに混合ガスを適用す
ることにまで応用される。特に、純粋アルゴンガスがアルゴンと酸素ガスの混合
ガス（８０：２０）で置換される場合にまで応用される。このため、銅箔のエッ
チング処理は３倍に加速する。よって、Ｙm＝３Ｙ、Δm＝Δ/３となるが、漸近
粗度（長時間の露出後）は２倍になり、Ｒom＝２Ｒoとなる。Ｙ、Δ、Ｒoは前記
のように計算された純粋アルゴンガスの値である。
り、Δ＝β/（Ｖ−Ｖ番目）であり、β＝（約）１.４ｘ１０19イオン数/ｃｍ2で
ある。これら１次関係は加速電圧ＶがＶ番目よりも大きいが、図抜けて大きいこ
とはないこと、すなわち、ＶはＶ番目よりも大きく、約１００ｋＶよりも小さい
ことを想定している。ＶがＶ番目に接近すると、残留粗度（Ｒo）と平滑速度（
１/Δ）及びエッチング速度（ｄ/ｔ）はゼロに接近する。これは本願発明の適応
ＧＣＩＢの主要な動機付けである。この例はクラスタビームに混合ガスを適用す
ることにまで応用される。特に、純粋アルゴンガスがアルゴンと酸素ガスの混合
ガス（８０：２０）で置換される場合にまで応用される。このため、銅箔のエッ
チング処理は３倍に加速する。よって、Ｙm＝３Ｙ、Δm＝Δ/３となるが、漸近
粗度（長時間の露出後）は２倍になり、Ｒom＝２Ｒoとなる。Ｙ、Δ、Ｒoは前記
のように計算された純粋アルゴンガスの値である。
【００３６】
薄膜表面を平滑化してエッチング処理する適応ＧＣＩＢ処理の可能な手順は以
下に記載する装置操作パラメータによって解説されている。本例の対象物体は当
初表面粗度Ｒi＝１００Åを有する銅箔で成り、表１に示される種々なパラメー
タと数値に従ってＧＣＩＢに対応する。この銅フィルムは４段階のＧＣＩＢ露出
工程で処理される。それぞれの段階でフィルム粗度が減少し、所定の厚みが表面
からエッチング除去される。４セットの操作条件とフィルム粗度及びエッチング
深度は以下の表２において提供されている。
下に記載する装置操作パラメータによって解説されている。本例の対象物体は当
初表面粗度Ｒi＝１００Åを有する銅箔で成り、表１に示される種々なパラメー
タと数値に従ってＧＣＩＢに対応する。この銅フィルムは４段階のＧＣＩＢ露出
工程で処理される。それぞれの段階でフィルム粗度が減少し、所定の厚みが表面
からエッチング除去される。４セットの操作条件とフィルム粗度及びエッチング
深度は以下の表２において提供されている。
【００３７】
ステップ１はガス混合物と高加速電圧での侵略的なエッチング処理と、続く現
場での表面粗度の再測定（レーザー光スキャニング利用）とを含んでいる。ステ
ップ２はその高電圧での純粋アルゴンエッチング処理を含んでおり、ステップ３
は電圧を低下させることを含んでおり、ステップ４は純粋アルゴンでのしきい値
エネルギーのものより少々高い加速電圧でのエッチング処理を含んでいる。
場での表面粗度の再測定（レーザー光スキャニング利用）とを含んでいる。ステ
ップ２はその高電圧での純粋アルゴンエッチング処理を含んでおり、ステップ３
は電圧を低下させることを含んでおり、ステップ４は純粋アルゴンでのしきい値
エネルギーのものより少々高い加速電圧でのエッチング処理を含んでいる。
【００３８】
それぞれの場合の現場測定Ｒaは各ステップでのＧＣＩＢ露出後に達成され、
次の露出ステップの予期される効果を計算する基礎として使用される。この例で
は、装置は全てのステップの一定クラスタイオンビーム電流（Ｊ）で操作される
。よって、露出時間（ｔ）は各ステップに対して示される適用照射量（Ｄ）から
計算できる。 表１ 適応ＧＣＩＢプロセスの例示パラメータ パラメータ 記号 数値 膜密度 ρa ８.５ｘ１０22 原子数/ｃｍ3 当初粗度 Ｒi １００Å しきい値エネルギー Ｖ番目 ６０００Ｖ 表２ 適応プロセス時の膜内の操作条件と段階的変化 操作 当初 ステッフ゜1 ステッフ゜2 ステッフ゜3 ステッフ゜4 クラスタイオンヒ゛ーム - Ar+O2 Ar Ar Ar 形成カ゛ス 加速電圧Ｖ - 30 kV 30 kV 20 kV 10 kVスハ゜ッタ 産量Ｙ - 300 100 60 17 照射量特性Δ （イオン数/cm２） - 2x1015 6x1014 1x1015 3.5x1015 照射量Ｄ - 1x1014 5x1014 1x1015 5x1015 本ステッフ゜（イオン数/cm２） 漸近値Ｒa（Å） - 50 25 15 5 計算フ゜ロセスＲa - 80 47 27 10 （Å） 現場測定Ｒa 100 75 - - 11 （Å）エッチンク゛ 深度ｄ 本ステッフ゜（Å） 0 36 59 69 100エッチンク゛ 深度 0 36 95 164 264 堆積（Å） この適応プロセスの利点を説明するためにこれら４ステップの利点を説明する
。これら４ステップのうちでステップ４のみが表２に示す最終粗度Ｒaに到達す
ることができる。もし１プロセスのみが比較として使用されるなら、照射量を除
いて操作条件はステップ４のものであり、多量の照射量９.７ｘ１０15イオン数/
ｃｍ2が必要となろう。この１プロセス照射量は表２に示される４ステッププロ
セスのものの１．５倍である。もしＧＣＩＢ装置が本例の全てのプロセスに対し
てクラスタイオンビーム電流Ｊ＝１０μＡ/ｃｍ2で作動すれば、適応プロセスは
全露出時間１０６秒を必要とし、前記の１プロセスの露出時間は１５５秒となる
。よって、本願発明の適応プロセスの利点が理解されよう。
次の露出ステップの予期される効果を計算する基礎として使用される。この例で
は、装置は全てのステップの一定クラスタイオンビーム電流（Ｊ）で操作される
。よって、露出時間（ｔ）は各ステップに対して示される適用照射量（Ｄ）から
計算できる。 表１ 適応ＧＣＩＢプロセスの例示パラメータ パラメータ 記号 数値 膜密度 ρa ８.５ｘ１０22 原子数/ｃｍ3 当初粗度 Ｒi １００Å しきい値エネルギー Ｖ番目 ６０００Ｖ 表２ 適応プロセス時の膜内の操作条件と段階的変化 操作 当初 ステッフ゜1 ステッフ゜2 ステッフ゜3 ステッフ゜4 クラスタイオンヒ゛ーム - Ar+O2 Ar Ar Ar 形成カ゛ス 加速電圧Ｖ - 30 kV 30 kV 20 kV 10 kVスハ゜ッタ 産量Ｙ - 300 100 60 17 照射量特性Δ （イオン数/cm２） - 2x1015 6x1014 1x1015 3.5x1015 照射量Ｄ - 1x1014 5x1014 1x1015 5x1015 本ステッフ゜（イオン数/cm２） 漸近値Ｒa（Å） - 50 25 15 5 計算フ゜ロセスＲa - 80 47 27 10 （Å） 現場測定Ｒa 100 75 - - 11 （Å）エッチンク゛ 深度ｄ 本ステッフ゜（Å） 0 36 59 69 100エッチンク゛ 深度 0 36 95 164 264 堆積（Å） この適応プロセスの利点を説明するためにこれら４ステップの利点を説明する
。これら４ステップのうちでステップ４のみが表２に示す最終粗度Ｒaに到達す
ることができる。もし１プロセスのみが比較として使用されるなら、照射量を除
いて操作条件はステップ４のものであり、多量の照射量９.７ｘ１０15イオン数/
ｃｍ2が必要となろう。この１プロセス照射量は表２に示される４ステッププロ
セスのものの１．５倍である。もしＧＣＩＢ装置が本例の全てのプロセスに対し
てクラスタイオンビーム電流Ｊ＝１０μＡ/ｃｍ2で作動すれば、適応プロセスは
全露出時間１０６秒を必要とし、前記の１プロセスの露出時間は１５５秒となる
。よって、本願発明の適応プロセスの利点が理解されよう。
【００３９】
エッチングしきい値の重要性の例として次の条件を提示する。高弾性条件で対
象表面に照射されるクラスタビーム入射エネルギーにおいては弱い逆行不可現象
のみが介在し、クラスタは表面をエッチング加工することなく弾性的に反射する
であろう。別例では、大型クラスタはアルゴン等のガスを、極低温法等で予備冷
却し、または、水素あるいはヘリウム等の軽ガスの高濃度ガスに混合することで
形成される。この軽ガスはクラスタ衝突に先立って真空チャンバー内にてポンプ
処理される。同じイオンクラスタ加速電圧では、発生する全ての単独チャージさ
れたクラスタは同じ運動エネルギーを有するであろう。しかし、この例の大型ク
ラスタは低運動量と低速度であり、構成原子当たりに低平均運動エネルギーを有
するであろう。これらパラメータの組み合わせは標的表面との衝突の特性に影響
を及ぼし、エッチングに影響を及ぼすであろう。
象表面に照射されるクラスタビーム入射エネルギーにおいては弱い逆行不可現象
のみが介在し、クラスタは表面をエッチング加工することなく弾性的に反射する
であろう。別例では、大型クラスタはアルゴン等のガスを、極低温法等で予備冷
却し、または、水素あるいはヘリウム等の軽ガスの高濃度ガスに混合することで
形成される。この軽ガスはクラスタ衝突に先立って真空チャンバー内にてポンプ
処理される。同じイオンクラスタ加速電圧では、発生する全ての単独チャージさ
れたクラスタは同じ運動エネルギーを有するであろう。しかし、この例の大型ク
ラスタは低運動量と低速度であり、構成原子当たりに低平均運動エネルギーを有
するであろう。これらパラメータの組み合わせは標的表面との衝突の特性に影響
を及ぼし、エッチングに影響を及ぼすであろう。
【００４０】
比較的に高いクラスタインパクト速度（毎秒のクラスタ衝突回数）すなわちエ
ッチング速度では、衝突、スパッタリング及びエッチングプロセスは非線形にな
り、低速度の場合よりも非線型になるであろう。その結果、高ビーム流でのエッ
チング（毎秒のイオン数、それぞれのイオンは本質的には１クラスタ）は非線形
的に増加する。本願発明によれば、高エッチング速度は対象物の表面を迅速に滑
らかにするためのエッチングの当初段階では有用であるが、表面の最終残留粗度
は、ビーム電流がエッチングプロセスの最終段階に向かってエッチングメカニズ
ムがさらに線形となるところまで減少するならば好ましい影響を受けるであろう
。
ッチング速度では、衝突、スパッタリング及びエッチングプロセスは非線形にな
り、低速度の場合よりも非線型になるであろう。その結果、高ビーム流でのエッ
チング（毎秒のイオン数、それぞれのイオンは本質的には１クラスタ）は非線形
的に増加する。本願発明によれば、高エッチング速度は対象物の表面を迅速に滑
らかにするためのエッチングの当初段階では有用であるが、表面の最終残留粗度
は、ビーム電流がエッチングプロセスの最終段階に向かってエッチングメカニズ
ムがさらに線形となるところまで減少するならば好ましい影響を受けるであろう
。
【００４１】
物理的に高密度の微小物体であるクラスタは熱力学作用状態であり、液体ある
いは多様な状態の固体であり、ある温度を有している。真空チャンバを通じたノ
ズル装置内での形成から標的表面との衝突に至るまでにクラスタは周囲の真空と
熱力学的に均衡するように材料の一部を蒸発させるであろう。この蒸発は気化熱
を奪い、クラスタ温度を低下させる。
いは多様な状態の固体であり、ある温度を有している。真空チャンバを通じたノ
ズル装置内での形成から標的表面との衝突に至るまでにクラスタは周囲の真空と
熱力学的に均衡するように材料の一部を蒸発させるであろう。この蒸発は気化熱
を奪い、クラスタ温度を低下させる。
【００４２】
例としてのアルゴンにおいては固化温度は液化温度よりほんの少々低いだけで
ある。よって、大抵の条件下ではアルゴンクラスタは固体状態で標的表面に衝突
する。固体の粘性流及び弾性特性は分裂強度を含んで、結合強度、結晶物体の存
在並びに結晶欠陥性または多結晶性及び温度等の多くのパラメータに影響を受け
る。液体及び固体アルゴンはファン・デル・ワールス力によって結合される。フ
ァン・デル・ワールス力は非常に弱い引力と非常に強力な反発力を特徴とする。
ある。よって、大抵の条件下ではアルゴンクラスタは固体状態で標的表面に衝突
する。固体の粘性流及び弾性特性は分裂強度を含んで、結合強度、結晶物体の存
在並びに結晶欠陥性または多結晶性及び温度等の多くのパラメータに影響を受け
る。液体及び固体アルゴンはファン・デル・ワールス力によって結合される。フ
ァン・デル・ワールス力は非常に弱い引力と非常に強力な反発力を特徴とする。
【００４３】
しきい値をさほど超えない加速に対しては、極低温ガスクラスタビームの衝突
のエッチング効果は、ほぼ溶解した（軟弱）固体クラスタまたは液体状態のクラ
スタより大きいであろう。このことは水ジェット流と較べて氷結晶ジェット流の
標的表面に対する大幅に向上した磨耗と侵食の効果により証明される。しかし、
氷は固体アルゴンよりもずっと強力に結合している。一般的にＧＣＩＢ平滑プロ
セスは、異なる状態と温度でクラスタを創出できる装置並びに、それらの特徴を
利用し、平滑処理の実用的適用を改善させる方法とによって補強される。
のエッチング効果は、ほぼ溶解した（軟弱）固体クラスタまたは液体状態のクラ
スタより大きいであろう。このことは水ジェット流と較べて氷結晶ジェット流の
標的表面に対する大幅に向上した磨耗と侵食の効果により証明される。しかし、
氷は固体アルゴンよりもずっと強力に結合している。一般的にＧＣＩＢ平滑プロ
セスは、異なる状態と温度でクラスタを創出できる装置並びに、それらの特徴を
利用し、平滑処理の実用的適用を改善させる方法とによって補強される。
【００４４】
真空ベースの、イオンビームでの乾燥エッチングは、例えばシリコンの大型ウ
ェハー上でのバッチ処理による微小電子回路製造に特に適している。この場合に
はエッチング対象の表面も平坦にされなければならない。フィルムの場合には薄
くされて表面が平坦化されなければならない。ＧＣＩＢの使用はこのような適用
に特に好適である。なぜなら、ＧＣＩＢは従来のイオンエッチング法に勝る利点
を具えているからである。イオンエッチングの全ての方法において、対象表面の
それぞれの構成物質は他の構成物質とは異なる独自のエッチング速度を有してい
る。
ェハー上でのバッチ処理による微小電子回路製造に特に適している。この場合に
はエッチング対象の表面も平坦にされなければならない。フィルムの場合には薄
くされて表面が平坦化されなければならない。ＧＣＩＢの使用はこのような適用
に特に好適である。なぜなら、ＧＣＩＢは従来のイオンエッチング法に勝る利点
を具えているからである。イオンエッチングの全ての方法において、対象表面の
それぞれの構成物質は他の構成物質とは異なる独自のエッチング速度を有してい
る。
【００４５】
例えば、対象表面はＶＬＳＩ用の回路配線用として、またはハードディスクメ
モリヘッドの鉄磁石センサー用としてリトグラフ模様の金属フィルムを含んでい
よう。それらはケイ素-酸化物またはアルミニウム-酸化物化合物のごとき誘電フ
ィルム材料によって模様に沿って分離されている。これら２成分で成る表面、す
なわち金属と酸化物フィルムをそれらの高さや厚みに差を設けないようにしなが
ら薄くエッチングすることが望まれる。または、もし両者の高さの相違が既に存
在するなら、そのそれらの差を減少させるか排除することが望まれる。すなわち
表面を平坦化することが望まれる。エッチング速度のコントロールによって平滑
化エッチング処理を改善させることが可能であるが、この利点を実用化するには
エッチング装置をそれぞれの物質とプロセスの段階とに対して適応させることが
不可欠であろう。
モリヘッドの鉄磁石センサー用としてリトグラフ模様の金属フィルムを含んでい
よう。それらはケイ素-酸化物またはアルミニウム-酸化物化合物のごとき誘電フ
ィルム材料によって模様に沿って分離されている。これら２成分で成る表面、す
なわち金属と酸化物フィルムをそれらの高さや厚みに差を設けないようにしなが
ら薄くエッチングすることが望まれる。または、もし両者の高さの相違が既に存
在するなら、そのそれらの差を減少させるか排除することが望まれる。すなわち
表面を平坦化することが望まれる。エッチング速度のコントロールによって平滑
化エッチング処理を改善させることが可能であるが、この利点を実用化するには
エッチング装置をそれぞれの物質とプロセスの段階とに対して適応させることが
不可欠であろう。
【００４６】
どのような２種類の物質に対するエッチング速度も一般的にそれらの物理的及
び化学的エッチングまたはスパッタリング速度に影響を受ける。それらの速度は
そのプロセスに使用するイオンの構成とエネルギー定理に影響を受ける。例えば
、不活性ガスとしてのアルゴンは物理的手段でのみエッチング加工を行うが、酸
化可能な金属面に照射される酸化イオンはイオンエネルギー及び他のパラメータ
によっては物理的及び化学的にエッチング加工することができる。高エネルギー
においては全てのイオンは物理的スパッタリングが主であるが、しきい値エネル
ギーを超えたばかりのところでは化学効果が主である。イオンによる表面の乾燥
化学エッチングの様々な方法は反応イオンエッチング（ＲＩＥ：reactive-ion e
tching）と呼称されることが多い。ハロゲンとハロゲンを含んだ気体相の化合物
も、対象物体によっては選択的に高いエッチング速度を提供することが知られて
いる。
び化学的エッチングまたはスパッタリング速度に影響を受ける。それらの速度は
そのプロセスに使用するイオンの構成とエネルギー定理に影響を受ける。例えば
、不活性ガスとしてのアルゴンは物理的手段でのみエッチング加工を行うが、酸
化可能な金属面に照射される酸化イオンはイオンエネルギー及び他のパラメータ
によっては物理的及び化学的にエッチング加工することができる。高エネルギー
においては全てのイオンは物理的スパッタリングが主であるが、しきい値エネル
ギーを超えたばかりのところでは化学効果が主である。イオンによる表面の乾燥
化学エッチングの様々な方法は反応イオンエッチング（ＲＩＥ：reactive-ion e
tching）と呼称されることが多い。ハロゲンとハロゲンを含んだ気体相の化合物
も、対象物体によっては選択的に高いエッチング速度を提供することが知られて
いる。
【００４７】
ガスクラスタイオンビームは通常のモノマーイオンビームと同様に物理的及び
化学的手段によるエッチング特性を有している。本願発明はＧＣＩＢ平滑化プロ
セスの追加的な結果として２成分表面の平滑化をも改善する。クラスタ自体は、
例えば数％の酸素または塩素とのアルゴンの混合ガス溶媒化合された組成物内で
形成できる。もしノズルに供給されたガス源がアルゴンと酸素（酸素が２０％以
上）で成るなら、これらガスはそれぞれクラスタを形成するが、それらクラスタ
ー内では主として１タイプガスのみとなる。
化学的手段によるエッチング特性を有している。本願発明はＧＣＩＢ平滑化プロ
セスの追加的な結果として２成分表面の平滑化をも改善する。クラスタ自体は、
例えば数％の酸素または塩素とのアルゴンの混合ガス溶媒化合された組成物内で
形成できる。もしノズルに供給されたガス源がアルゴンと酸素（酸素が２０％以
上）で成るなら、これらガスはそれぞれクラスタを形成するが、それらクラスタ
ー内では主として１タイプガスのみとなる。
【００４８】
溶媒化合混合クラスタまたは異なるクラスタの混合によるＧＣＩＢは２成分表
面に対して利用が可能であり、適当な条件下ではそれら２成分表面を平坦で非常
に滑らかにする。さらに、純粋アルゴンでのＧＣＩＢは対象表面近辺で酸素また
は塩素のごとき化学反応性ガスの小気流を注入することで化学的に効果を増大さ
せることができる。このことは、例えば化合物-半導体レーザーダイオード上の
結晶面鏡に使用される化学増強イオンビームエッチング法（ＣＡＩＢＥ：chemic
ally-assisted ion-beam etching）の改善である。
面に対して利用が可能であり、適当な条件下ではそれら２成分表面を平坦で非常
に滑らかにする。さらに、純粋アルゴンでのＧＣＩＢは対象表面近辺で酸素また
は塩素のごとき化学反応性ガスの小気流を注入することで化学的に効果を増大さ
せることができる。このことは、例えば化合物-半導体レーザーダイオード上の
結晶面鏡に使用される化学増強イオンビームエッチング法（ＣＡＩＢＥ：chemic
ally-assisted ion-beam etching）の改善である。
【００４９】
この装置の最良プロセスと調整は、表面平滑化プロセスが進行しているときに
装置のビームパラメータを変更することで可能であり、さらに、標的表面の残留
粗度とエッチング深度のリアルタイム計測でさらに性能を高めることができる。
よって本願発明においては、イオンビーム処理中に標的物体面の粗度とエッチン
グ深度に関する直接的でリアルタイムの情報を提供する機器すなわち現場モニタ
ー機器を利用することが望ましい。
装置のビームパラメータを変更することで可能であり、さらに、標的表面の残留
粗度とエッチング深度のリアルタイム計測でさらに性能を高めることができる。
よって本願発明においては、イオンビーム処理中に標的物体面の粗度とエッチン
グ深度に関する直接的でリアルタイムの情報を提供する機器すなわち現場モニタ
ー機器を利用することが望ましい。
【００５０】
さらに、処理プロセス中にイオンビームの特徴を変更する装置は平滑化プロセ
スの実行中にそのプロセスを適応させるのことが必須である。加えて、現場プロ
セスモニターにより提供される情報に基いて決定アルゴリズムを適用させ、イオ
ンビーム形成装置の電気機械アクチュエータに指示を提供できる自動計算メカニ
ズムが閉鎖ループプロセス制御を提供し、好適な適応平滑処理を可能にするであ
ろう。これらの特徴は図１の装置１００に関して本文中にて説明されている。
スの実行中にそのプロセスを適応させるのことが必須である。加えて、現場プロ
セスモニターにより提供される情報に基いて決定アルゴリズムを適用させ、イオ
ンビーム形成装置の電気機械アクチュエータに指示を提供できる自動計算メカニ
ズムが閉鎖ループプロセス制御を提供し、好適な適応平滑処理を可能にするであ
ろう。これらの特徴は図１の装置１００に関して本文中にて説明されている。
【００５１】
表面処理には様々な方法と装置が利用可能である。これらの多くは真空チャン
バ内での対象物体の現場プロセスモニターに適していることが証明されている。
光学技術は特に適している。光の波長は真空チャンバ内でガスを通じて効率的に
拡散するように選択されなければならない。また、各プロセスでモニターされる
表面特性の測定に最適なものでなければならない。例えば、レーザービームの斜
角入射は対象表面で反射し、斑点模様を発生させる。すなわち、数波長分から波
長の一部までの長さで表面の粗度に対して感度が高い浅角拡散現象を励起する。
もし、入射光ビームが極性化され、反射ビームの極性が分析されれば、表面粗度
はパラメータΨとΔで表される。電子ビーム機器も適しており、反射高エネルギ
ー電子回析（ＲＨＥＥＤ：reflection high-energy electron diffraction）は
表面結晶性の特徴付けのために幅広い用途があり、表面粗度の判定においても利
用性が高い。Ｘ線ビームも有効利用が可能である。
バ内での対象物体の現場プロセスモニターに適していることが証明されている。
光学技術は特に適している。光の波長は真空チャンバ内でガスを通じて効率的に
拡散するように選択されなければならない。また、各プロセスでモニターされる
表面特性の測定に最適なものでなければならない。例えば、レーザービームの斜
角入射は対象表面で反射し、斑点模様を発生させる。すなわち、数波長分から波
長の一部までの長さで表面の粗度に対して感度が高い浅角拡散現象を励起する。
もし、入射光ビームが極性化され、反射ビームの極性が分析されれば、表面粗度
はパラメータΨとΔで表される。電子ビーム機器も適しており、反射高エネルギ
ー電子回析（ＲＨＥＥＤ：reflection high-energy electron diffraction）は
表面結晶性の特徴付けのために幅広い用途があり、表面粗度の判定においても利
用性が高い。Ｘ線ビームも有効利用が可能である。
【００５２】
クラスタビーム加速器は真空チャンバ内の電極間の高電位差（電圧）で作動す
る。このポテンシャルは真空チャンバ外部の電源により提供される。低レベルリ
レーポテンシャル(relay potential)により加速ポテンシャル(電圧)強度を制御
する手段を提供する電源は特に好ましい。このリレーポテンシャルは遠隔的に供
給され、ＧＣＩＢ装置のオペレータにより調整され、あるいは好適にはデジタル
計算装置の直接的なアナログ出力によって調整される。電気機械ガス流バルブ、
ガス圧レギュレータ及び熱交換器を有した極低温冷却装置を利用してクラスタサ
イズも同様に制御と調整が可能である。最初の２手段はクラスタ形成用の主要ガ
ス源（アルゴン等）の調整と第２の軽ガスの混合に利用され、ノズル内でのクラ
スタ作用の増強に使用される。
る。このポテンシャルは真空チャンバ外部の電源により提供される。低レベルリ
レーポテンシャル(relay potential)により加速ポテンシャル(電圧)強度を制御
する手段を提供する電源は特に好ましい。このリレーポテンシャルは遠隔的に供
給され、ＧＣＩＢ装置のオペレータにより調整され、あるいは好適にはデジタル
計算装置の直接的なアナログ出力によって調整される。電気機械ガス流バルブ、
ガス圧レギュレータ及び熱交換器を有した極低温冷却装置を利用してクラスタサ
イズも同様に制御と調整が可能である。最初の２手段はクラスタ形成用の主要ガ
ス源（アルゴン等）の調整と第２の軽ガスの混合に利用され、ノズル内でのクラ
スタ作用の増強に使用される。
【００５３】
極低温冷却システムは典型的には熱交換器を活用したクラスタガス源（アルゴ
ン等）に作用する液体窒素等の極低温流体（アルゴン液化温度）のコントロール
を利用する。ガスの冷却は制御されなければならない。なぜなら、ノズル内での
そのガスの凝縮熱力学現象はガスが液化温度に接近するように予備冷却されると
急激に変化するからである。しばしば電子温度レギュレータが採用される。さら
に迅速な反応と温度調整条件の微調整を行うには熱交換器領域に電気加熱要素を
提供することが好ましい。レギュレータの温度セットポイントは電子的に制御し
て適応制御電子機器に採用することが最良であり、クラスタサイズをエッチング
処理工程中に好適に適応させることができる。
ン等）に作用する液体窒素等の極低温流体（アルゴン液化温度）のコントロール
を利用する。ガスの冷却は制御されなければならない。なぜなら、ノズル内での
そのガスの凝縮熱力学現象はガスが液化温度に接近するように予備冷却されると
急激に変化するからである。しばしば電子温度レギュレータが採用される。さら
に迅速な反応と温度調整条件の微調整を行うには熱交換器領域に電気加熱要素を
提供することが好ましい。レギュレータの温度セットポイントは電子的に制御し
て適応制御電子機器に採用することが最良であり、クラスタサイズをエッチング
処理工程中に好適に適応させることができる。
【００５４】
本願発明はいくつかの実施例を利用して説明されているが、本願発明の範囲内
でそれらの多様な変更は可能であろう。
でそれらの多様な変更は可能であろう。
【図１】 図１は本願発明の適応クラスタビーム平滑化装置の概略ブロック図
である。
である。
【図２】 図２は加速電圧（Ｖ番目＜Ｖ1＜Ｖ2）に対するクラスタイオンビー
ムの概略エッチング速度（実線）を示す従来グラフである。
ムの概略エッチング速度（実線）を示す従来グラフである。
【図３】 図３は定加速電圧でのクラスタービームのクラスタ照射量に対する
漸減粗度を示す従来グラフである。
漸減粗度を示す従来グラフである。
【図４】 図４は本願発明の適応ＧＣＩＢ法によるクラスタービームのクラス
タ照射量に対する漸減粗度を示すグラフである。
タ照射量に対する漸減粗度を示すグラフである。
【手続補正書】
【提出日】平成１４年４月３日（２００２．４．３）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，
ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ
Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＪＰ
Ｆターム(参考） 4K057 DA01 DA04 DD04 DE01 DE06
DE14 DE20 DG13 DG14 DG15
DG17 DG20 DN01 WB01 WB06
5C034 BB09
5F004 AA11 AA14 BA11 BA17 CA01
CA02 CA03 CB09 DA04 DA23
DA26 DA30
Claims (32)
- 【請求項１】 対象物体表面の処理中にガスクラスタイオンビームを活用する
方法であって、 該イオンビームに関連するパラメータと特徴とをセットするステップと、 前記対象物体表面を該イオンビームに対して露出するステップと、 前記対象表面の処理中に操作条件に対応して前記パラメータと特徴とを適応
させるステップと、 を含んでいることを特徴とする方法。 - 【請求項２】 対象物体表面の処理は該表面のクリーニングを含んでいること
を特徴とする請求項１記載の方法。 - 【請求項３】 対象物体表面の処理は該表面の平滑化を含んでいることを特徴
とする請求項１記載の方法。 - 【請求項４】 対象物体表面の処理は該表面のエッチングを含んでいることを
特徴とする請求項１記載の方法。 - 【請求項５】 イオンビームのパラメータと特徴との適応ステップは該イオン
ビームのイオン加速ポテンシャルの調整を含んでいることを特徴とする請求項１
記載の方法。 - 【請求項６】 イオンビームのパラメータと特徴との適応ステップは該イオン
ビームのイオンビーム電流の調整を含んでいることを特徴とする請求項１記載の
方法。 - 【請求項７】 イオンビームのパラメータと特徴との適応ステップは該イオン
ビームの複数のイオン化されたクラスタの調整を含んでいることを特徴とする請
求項１記載の方法。 - 【請求項８】 イオンビームのパラメータと特徴との適応ステップは該イオン
ビームのクラスタサイズ分布を変更するためのガス源圧力または温度の調整を含
んでいることを特徴とする請求項１記載の方法。 - 【請求項９】 イオンビームのパラメータと特徴との適応ステップは該イオン
ビームのビームガス源の組成の調整を含んでいることを特徴とする請求項１記載
の方法。 - 【請求項１０】 ビームガス源はアルゴン、酸素、窒素、六弗化硫黄、酸化窒
素及び二酸化炭素並びにそれらの選択的混合物または水素及びヘリウム等の他の
ガスとの混合物を選択的に含んでいることを特徴とする請求項９記載の方法。 - 【請求項１１】 イオンビームのパラメータと特徴とは、アルゴンガスに５０
０個から５０００個の原子数の基本サイズを有した幅広いクラスタサイズ分布の
ビームを形成させ、対象物体表面のエッチング処理のための当初ビーム加速電圧
が１５０００Ｖを超えるようにすることを特徴とする請求項１記載の方法。 - 【請求項１２】 適応ステップはビーム加速電圧を５０００Ｖまでの低い電圧
に低下させるステップを含んでいることを特徴とする請求項１１記載の方法。 - 【請求項１３】 ビーム加速電圧は当初は３００００Ｖから５００００Ｖであ
り、処理中に５０００Ｖから７０００Ｖに低下されることを特徴とする請求項１
２記載の方法。 - 【請求項１４】 イオンビームのパラメータと特徴とは、所定のエッチングし
きい値以下であって該しきい値の半分以上である電圧にて、対象物体表面から汚
染物質を除去するのに充分な時間をかけてイオンビームを加速させるものである
ことを特徴とする請求項１記載の方法。 - 【請求項１５】 適応ステップは対象物体表面のエッチング処理のためにしき
い値以上で１５０００Ｖ以上の加速電圧にてイオンビームを調整し、続いて５０
００Ｖを下回らない電圧に低下させるステップを含んでいることを特徴とする請
求項１４記載の方法。 - 【請求項１６】 イオンビームのパラメータと特徴とは、アルゴンガスでイオ
ンビームを形成させ、７０００Ｖから３００００Ｖの範囲で選択された固定電圧
にて該イオンビームを加速させ、該イオンビームに１００個から１０００個の原
子数の基本サイズの幅広いクラスタサイズ分布を提供し、対象物体表面をエッチ
ングさせるものであることを特徴とする請求項１記載の方法。 - 【請求項１７】 適応ステップはクラスタサイズ分布を５０００個から５００
００個の原子数の基本サイズに増加させることを特徴とする請求項１６記載の方
法。 - 【請求項１８】 イオンビームのパラメータと特徴とは、対象物体表面のエッ
チング処理のためにアルゴンガスを使用し、５００個から５０００個の原子数の
基本サイズを有した幅広いクラスタサイズ分布で、ビーム電流密度が１０μＡ/
ｃｍ2を下回らない高当初値のイオンビームを形成させるものであることを特徴
とする請求項１記載の方法。 - 【請求項１９】 適応ステップはビーム電流密度を１μＡ/ｃｍ2を超えない低
電流値に低下させるステップを含んでいることを特徴とする請求項１８記載の方
法。 - 【請求項２０】 イオンビームのパラメータと特徴とは、該イオンビームを当
初はイオンビームガス源の凍結点と比較して相対的に低温であるクラスタで提供
するものであることを特徴とする請求項１記載の方法。 - 【請求項２１】 適応ステップはクラスタの温度を、最終温度がビームガス源
の凝縮液化温度を超えないように上昇させるステップを含んでいることを特徴と
する請求項２０記載の方法。 - 【請求項２２】 イオンビームのパラメータと特徴とは、酸素、ハロゲンまた
はハロゲン含有化合物をアルゴンガスと混合させて該イオンビームを形成させ、
当初においては、２物質以上で成る対象表面と適応するエッチング速度とするよ
うにエッチング処理に利用されることを特徴とする請求項１記載の方法。 - 【請求項２３】 適応ステップは、対象物体表面を平坦で平滑とするエッチン
グ処理が進行中にガス混合物内の酸素またはハロゲンの含有割合を徐々に低下さ
せるようにイオンビームを調整するステップを含んでいることを特徴とする請求
項２２記載の方法。 - 【請求項２４】 適応ステップは対象表面のエッチング処理中に、複数のガス
構成物質、クラスタサイズ、加速ポテンシャルまたはビーム電流を調整するステ
ップを含んでいることを特徴とする請求項１記載の方法。 - 【請求項２５】 適応性ガスクラスタイオンビームを利用して対象物体表面を
処理する装置であって、当初は高速であるイオンビームをエッチング処理中に低
速に変更し、処理終了時における前記対象物体表面の残留粗度を低下させること
を特徴とする装置。 - 【請求項２６】 対象物体表面はエッチング処理に先立って当初に汚染物除去
処理されることを特徴とする請求項２５記載の装置。 - 【請求項２７】 対象物体表面へのイオンビームの照射時間と条件とを予め決
定しておく手段と、エッチング速度を当初の高速から、前記対象物体表面の残留
粗度を低下させる低速に移行させる手段とをさらに含んでいることを特徴とする
請求項２５記載の装置。 - 【請求項２８】 イオンビームの変更を実施させるために対象物体表面のエッ
チング速度または表面粗度を測定するモニターをさらに含んでおり、該対象物体
表面に望むエッチング深度と平滑性とを提供することを特徴とする請求項２５記
載の装置。 - 【請求項２９】 当初は高電圧で高速エッチング性能を具えたイオンビームを
、最終的には低電圧で低速エッチング性能を具えたイオンビームとして対象物体
表面の残留粗度を低下させる適応処理を提供する電圧値に従って種々なイオンビ
ーム加速電圧を発生させる電源をさらに含んでおり、該電圧値は、予め決定した
時間設定での照射に対応し、またはイオンビーム照射時の前記対象物体表面の直
接的なモニター計測による該対象物体表面の表面特性に従って決定されているこ
とを特徴とする請求項２５記載の装置。 - 【請求項３０】 当初の低クラスタ温度の高速エッチング性能のものから、望
む表面エッチング深度と残留表面粗度とを提供するようにイオンビームを相対的
に高温に変更させる値に従って、前記イオンビームが対象物体表面に照射される
過程で変更される温度を有したクラスタにより該イオンビームを形成させる手段
をさらに含んでおり、前記値は、予め決定した時間設定の照射スケジュールに従
い、またはイオンビーム照射時の前記対象物体表面の直接的なモニター計測によ
る該対象物体表面の表面特性に従って決定されていることを特徴とする請求項２
５記載の装置。 - 【請求項３１】 当初には高速エッチング性能を有しているイオンビームを、
最終的には望む表面エッチング深度と残留表面粗度とを提供させる値に従ってイ
オンビームの対象物体表面への照射時に含有割合が変更されるガス混合物を含ん
だクラスタにより形成させる手段をさらに含んでおり、該値は、予め決定した時
間設定の照射スケジュールに従い、またはイオンビーム照射時の前記対象物体表
面の直接的なモニター計測による該対象物体表面の表面特性に従って決定されて
いることを特徴とする請求項２５記載の装置。 - 【請求項３２】 複数の表面構成物質で成る対象物体を最小のエッチング速度
の相違でエッチング処理し、対象物体表面を物質の相違に関わらず平滑にさせる
値に従ってイオンビームを、該イオンビームが該対象物体表面に照射される過程
で変動する組成のガス混合物を有したクラスタで形成させる手段をさらに含んで
おり、該値は、予め決定した時間設定の照射スケジュールに従い、またはイオン
ビーム照射時の前記対象物体表面の直接的なモニター計測による該対象物体表面
の表面特性に従って決定されていることを特徴とする請求項２５記載の装置。
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US14452499P | 1999-07-19 | 1999-07-19 | |
| US60/144,524 | 1999-07-19 | ||
| US09/412,949 | 1999-10-05 | ||
| US09/412,949 US6375790B1 (en) | 1999-07-19 | 1999-10-05 | Adaptive GCIB for smoothing surfaces |
| PCT/US2000/019249 WO2001006538A1 (en) | 1999-07-19 | 2000-07-14 | Adaptive gcib for smoothing surfaces |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003505867A true JP2003505867A (ja) | 2003-02-12 |
| JP4799787B2 JP4799787B2 (ja) | 2011-10-26 |
Family
ID=26842080
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001511710A Expired - Lifetime JP4799787B2 (ja) | 1999-07-19 | 2000-07-14 | 表面平滑加工用適応ｇｃｉｂを活用した処理方法及び処理装置 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US6375790B1 (ja) |
| EP (1) | EP1200980B8 (ja) |
| JP (1) | JP4799787B2 (ja) |
| AT (1) | ATE355606T1 (ja) |
| DE (1) | DE60033664T2 (ja) |
| WO (1) | WO2001006538A1 (ja) |
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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