JP2004281230A

JP2004281230A - ビーム源及びビーム処理装置

Info

Publication number: JP2004281230A
Application number: JP2003071071A
Authority: JP
Inventors: Akira Fukuda; 明福田; Akio Shibata; 明夫柴田; Hirokuni Hiyama; 浩国檜山; Katsunori Ichiki; 克則一木; Kazuo Yamauchi; 和雄山内; Seiji Sagawa; 誠二寒川
Original assignee: Tohoku University NUC; Ebara Corp
Current assignee: Tohoku University NUC; Ebara Corp
Priority date: 2003-03-14
Filing date: 2003-03-14
Publication date: 2004-10-07
Also published as: US7078862B2; US20040221815A1

Abstract

【課題】正イオン、負イオン、中性粒子等の各種のビームを大口径で均一に被処理物に照射することができると共に、チャージフリー且つダメージフリーを実現するビーム源及びビーム処理装置を提供する。
【解決手段】プラズマ生成室内にプラズマを生成するアンテナと、プラズマ生成室内に配置された第１電極と、プラズマ生成室内に第１電極に対向して配置された第２電極と、第１電極と第２電極との間に電圧を印加することで、アンテナにより生成されたプラズマから粒子を引き出す電圧印加部とを備えたビーム源において、アンテナと第２電極とを共に第１電極に対向して配置した。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体集積回路製造工程などに用いて好適なビーム源及びビーム処理装置に係り、特に高密度プラズマから高指向性で且つ高密度の正イオン、負イオン、中性イオン等の各種のビームを生成するビーム源及びビーム処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体集積回路、ハードディスク等の情報記憶媒体、あるいはマイクロマシーン等の分野において、その加工パターンが著しく微細化されている。かかる分野の加工においては、直進性が高く（高指向性であり）、且つ比較的大口径で高密度のイオンビーム等のエネルギービームを照射して、被処理物の成膜またはエッチングなどを施す技術が注目されている。
【０００３】
このようなエネルギービームのビーム源としては、正イオン、負イオン、中性粒子等の各種のビームを生成するものが知られている。このような正イオン、負イオン、中性粒子等のビームをビーム源から被処理物の任意の部位に照射することで、被処理物の局所的な成膜やエッチング、表面改質、接合、接着などを行うことができる。
【０００４】
正イオン、負イオン、中性粒子等の各種のビームを生成する装置、即ちビーム源、およびそのビーム源を用いたビーム処理装置については、例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５、特許文献６などに開示されている。
【０００５】
これらの文献に開示されている装置の基本的な構成の概略および方法は次の通りである。図１１に示すように、ビーム生成室４０の外周に誘導結合型のコイル２０が配置されている。ビーム生成室４０の下端には、グラファイトなどの導電体で形成された第１電極１０が配置され、この第１電極１０の上方に同じく導電体で形成された第２電極５０が配置されている。前記コイル２０に高周波電流を流すことで誘導磁場を生じさせ、磁界の時間変化が電界を誘導し、その電界で電子が加速されてビーム生成室４０にプラズマが生成される。前記第１電極１０と前記第２電極５０の間に適切に電圧を印加することにより、正イオン、負イオン、中性粒子等の各種のビームを生成して被処理物Ｘに照射することができる。
【０００６】
また、プラズマを利用したプラズマ発生源またはプラズマ処理装置として、特許文献７、特許文献８、特許文献９、特許文献１０、特許文献１１、特許文献１２、特許文献１３、特許文献１４、特許文献１５、などが開示されている。さらに、中性粒子ビームを生成する他の装置が、特許文献１６によって開示されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−２８９３９９号公報
【特許文献２】
特開２００２−２８９５８１号公報
【特許文献３】
特開２００２−２８９５８２号公報
【特許文献４】
特開２００２−２８９５８３号公報
【特許文献５】
特開２００２−２８９５８４号公報
【特許文献６】
特開２００２−２８９５８５号公報
【特許文献７】
特開平１０−１２５４９７号公報
【特許文献８】
特許第３１１４８７３号公報
【特許文献９】
特表２００１−５１１９４５号公報
【特許文献１０】
特表２００１−５０７０８１号公報
【特許文献１１】
特開平８−８３６９６号公報
【特許文献１２】
特開平９−８２６９２号公報
【特許文献１３】
特開２００１−３５６９７号公報
【特許文献１４】
特許第３０１７９４４号公報
【特許文献１５】
特許第３３１８６３８号公報
【特許文献１６】
米国特許第６３３１７０１号明細書
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
半導体集積回路などの量産化やコストダウン等のためには、半導体集積回路製造装置の大口径化が必須であるが、従来のビーム源を大口径化し、正イオン、負イオン、中性粒子等の各種のビームを生成しようとすると、次のような問題点があった。
【０００９】
まず、大面積で均一なビームを得るには、ビームの素となるプラズマの密度がビーム生成室の半径および周方向ともに均一に分布していることが望ましい。特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５、特許文献６などによって開示されている装置によると、ビーム生成室の外周に誘導結合型のコイルが配置されているので、コイルから供給されるエネルギーが周囲で大、中央で小となるため、生成されるプラズマの密度も周囲が密、中央が疎のように、半径方向に不均一が生じやすい傾向があった。口径がφ１００ｍｍ程度と小さい場合には、ビーム生成室の中央部にもコイルから十分なエネルギーが供給されるので、プラズマ密度の不均一がほとんど生じなかった。しかし、大口径化のためにビーム生成室を大きくすると、ビーム生成室の中央部にコイルから十分なエネルギーが供給されなくなり、プラズマ密度が半径方向に不均一となって、均一なビームを引き出すことが困難であった。
【００１０】
大口径で均一なビームを引き出すには、大口径で均一なプラズマを生成する必要がある。大口径で均一なプラズマを得るには、特許文献７、特許文献８、特許文献９、特許文献１０、特許文献１１、特許文献１２などにより開示されているように、誘導結合型のコイルを被処理物に対向させて配置する構成をとることが知られている。
【００１１】
これらの装置では、適切な中性化手段を設けなければ、正イオンや負イオンなどの荷電粒子を被処理物に照射することとなる。正イオンや負イオンなどの荷電粒子を被処理物に照射するビーム源においては、被処理物に電荷が蓄積するため絶縁物を処理することができない（チャージアップ現象）。また、空間電荷効果でイオンビームが発散してしまうため微細な加工をすることが困難である。
これを防ぐためにイオンビームに電子を注ぎ込むことで電荷を中和することも考えられている。しかしながら、この方法では全体的な電荷のバランスは取れるものの、局所的には電荷のアンバランスが生じており、やはり微細な加工をすることが困難である。
【００１２】
また、プラズマ源からイオンを引き出して被処理物に照射する場合において、プラズマから発生する紫外線などの放射光が被処理物に照射されると被処理物に悪影響を与えることとなるので、プラズマから放出される紫外線などの放射光を遮蔽する必要がある。
【００１３】
上記の問題を回避するために、正イオン、負イオン、中性粒子等の各種のビームを任意に均一に生成できる大口径のビーム源が望まれていた。中性粒子ビーム生成装置としては、均一なプラズマを得るために誘導結合型のコイルを被処理物に対向して配置し、かつ、適切な中性化手段を持ち、さらには、被処理物に照射される放射光を遮る構成を持った装置が特許文献１６に開示されている。この中性ビーム生成装置は、図１２に示すように、インピーダンス整合器９２を介してＲＦ電源９１に接続されたＲＦインダクタ９３と、ＲＦインダクタ９３に隣接して配置されたＲＦウインドウ９４と、ＲＦ加速回路９６に接続されＲＦインダクタに対向して配置されたＲＦ加速手段９７と、ＲＦ加速手段９７に対向して配置され接地電位にされたサブ−デバイ中性化グリッド１１２から構成されている。
ＲＦインダクタ９３によりＲＦ電力を供給することによりプラズマ９５、９９が生成される。ＲＦ加速手段９７とサブ−デバイ中性化グリッド１１２の間に生じる電位差によりプラズマ９９からサブ−デバイ中性化グリッド１１２に向かって正イオンが加速される。サブ−デバイ中性化グリッド１１２にはグリッド穴１１７が開口されており、加速された正イオンがグリッド穴１１７を通過する際に中性化される。
【００１４】
しかし、中性化効率の高いコリメートされたビームを放出するためには、サブ−デバイ中性化グリッド１１２のグリッド穴がプラズマ９９とサブ−デバイ中性化グリッド１１２の間に形成されるシース１１１の厚さより小さい径で、かつ、１０前後の高いアスペクト比である必要があり、このために製造コストが上がり、製造できる材料も限られるという問題がある。そこで上記ビーム生成装置ではアルミを採用しているが、アルミは熱変形が大きいため、１０インチ程度の大きな口径のビーム源には不向きな材料である（第４欄第４５−４８行）。したがって、特許文献１６に開示の技術を利用して大口径で均一なビームを得ることは困難である。
【００１５】
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、正イオン、負イオン、中性粒子等の各種のビームを大口径で均一に被処理物に照射することができるビーム源及びこれらのビーム源を用いて被処理物を処理するビーム処理装置を提供することを目的する。特に、被処理物に対しチャージアップ現象を引き起こさず（チャージフリー）、且つプラズマからの放射光を遮蔽することができる、ダメージフリーなビーム源及びこれらのビーム源を用いて被処理物を処理するビーム処理装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
このような従来技術における問題点を解決するために、本発明の一態様は、プラズマ生成室内にプラズマを生成するアンテナと、前記プラズマ生成室内に配置された第１電極と、前記プラズマ生成室内に前記第１電極に対向して配置された第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加することで、前記アンテナにより生成されたプラズマから粒子を引き出す電圧印加部とを備えたビーム源において、前記アンテナと前記第２電極とを共に第１電極に対向して配置したことを特徴とするビーム源である。このような構成により、正イオン、負イオン、中性粒子等の各種のビームを大口径で均一に生成することができる。
【００１７】
この場合において、前記アンテナをプラズマ生成室の外側に配置し、その内側に円盤状の第２電極を配置してもよい。また、前記アンテナをらせん状に形成し、同じくらせん状に形成した第２電極とを互に組み込むように配置してもよい。さらに、前記アンテナ、および、前記第２電極が各々複数個で構成されていてもよい。
【００１８】
本発明の他の一様態は、プラズマ生成室内にプラズマを生成するアンテナと、前記プラズマ生成室内に前記アンテナと対向して配置された第１電極と、前記アンテナと前記プラズマ生成室内の前記第１電極との間に配置された第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加することで、前記アンテナにより生成されたプラズマから粒子を引き出す電圧印加部とを備えたビーム源において、前記第２電極がプラズマ生成室を囲うリング状を形成していることを特徴とするビーム源である。このような構成により、正イオン、負イオン、中性粒子等の各種のビームを大口径で均一に生成することができる。この場合において、前記第２電極がプラズマ生成室の壁を兼ねてもよい。このような構成により、装置の簡略化や低コスト化が実現できる。
【００１９】
また、本発明の他の一態様は、第１電極が粒子の中性化手段であることを特徴とするビーム源である。このような構成により、プラズマから正イオン、または、負イオンを引き出し、これらを中性化して、大きな運動エネルギーを持ち、かつ、方向の揃った中性粒子ビームを大口径で均一に引き出すことが可能となる。
【００２０】
また、本発明の他の一態様は、ビーム源を用いて被処理物を処理するビーム処理装置であって、請求項１から７のいずれかのビーム源と、該ビーム源の第１電極に対面するように被処理物を支持するステージとを備えたことを特徴とするビーム処理装置である。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るビーム源の第１の実施形態について図１を参照して説明する。なお、各図中、同一の作用または機能を有する部材または要素には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００２２】
図１（ａ）に示すように、ビーム源は、円筒状のプラズマ生成室４と、前記プラズマ生成室４下端に配置された第１電極１と、前記プラズマ生成室４内にプラズマを生成する前記プラズマ生成室４内に配置されたアンテナ２と、前記プラズマ生成室４内に前記第１電極１に対向して配置された第２電極５とを備えている。
【００２３】
前記プラズマ生成室４は、石英ガラスまたはセラミック、金属などから選択された材料によりその容器７が構成される。例えば、石英ガラスはフルオロカーボンを含んだプラズマに曝されると酸素を放出するので、ビーム中に酸素が不純物として混入し、意図した組成のビームを生成することができない。したがって、フルオロカーボンが発生する場合には、プラズマ生成室４の容器７をフルオロカーボンに曝されても酸素を放出しないアルミナなどで構成する必要がある。
【００２４】
このプラズマ生成室４には、プラズマ生成室４内にガスを導入する図示しないガス導入ポートが設けられており、このガス導入ポートは図示しないガス供給配管と図示しないガス供給源とともにガス供給手段を構成している。このガス供給手段からはＳＦ_６，ＣＨＦ_３，ＣＦ_４，Ｃｌ_２，Ａｒ，Ｏ_２，Ｎ_２，Ｃ_４Ｆ_８などのガスがプラズマ生成室４内に供給される。
【００２５】
第１電極１は、グラファイトなどの導電体で形成された多数の開口を備えたオリフィス板（オリフィス電極）であり、このオリフィス電極は接地電位とされる。このオリフィス電極は第１電極として機能する他、ビームを構成する粒子の中性化手段としても機能するものである。
ここで、このビーム源は、第１電極（オリフィス電極）１を介して図示しない真空チャンバに接続されており、該真空チャンバは、これに接続された真空ポンプにより減圧されている。プラズマ生成室４内の圧力は、主としてこの真空チャンバに接続された真空ポンプの排気量と、オリフィス電極のコンダクタンス、供給されるガスの種類とその流量によって決まる。
【００２６】
アンテナ２は、例えば一つ以上のコの字形、あるいは円弧形等の種々の形状の線状導体で構成される。このアンテナ２は、図示しないマッチングボックスを介して高周波電源３に接続されており、例えば、１３．５６ＭＨｚの高周波電圧がこれらのアンテナ２に印加される。これらのアンテナ２、マッチングボックス、高周波電源３によってプラズマ生成手段が構成されている。即ち、アンテナ２に高周波電流を流すことで誘導磁場を生じさせ、磁界の時間変化が電界を誘導し、その電界で電子が加速されてプラズマが生成される。
【００２７】
ここで、高周波電源３から供給される高周波電圧を図１（ｂ）に示すように連続的にアンテナに印加したときに形成されるプラズマは、主として正イオンと加熱された電子とからなるプラズマである。一方、例えば高周波電源３から供給される高周波電圧を図１（ｃ）に示すように１０μ秒間アンテナに印加した後に、１００μ秒間停止するといった一連の操作を交互に繰り返すと、負イオンを効率よく且つ継続して生成することができ、正イオンと負イオンが共存したプラズマを生成することができる。ここで、負イオンは、高周波電圧の印加中に正イオン化せずに中性を保持していた粒子に、高周波電圧の印加中に加熱された電子が高周波電圧の印加を停止している間に衝突し、主に解離性付着を起こすことによって生成される。
このように、高周波電源３からの高周波電圧の供給方法により、主として正イオンと加熱された電子とからなるプラズマと、正イオンと負イオンが共存したプラズマの、二種類のプラズマを生成することができる。
【００２８】
ここで、図１（ａ）に示したアンテナ２は、プラズマ生成室４内部に設置されているので、一般に内部アンテナ２と呼ばれている。なお、アンテナ２の形態は、自身の冷却のために水冷パイプの形態をもつものであってもよい。また、アンテナ２は、導体表面が真空に曝されていてもよいが、静電結合の増加を抑制するために導体表面が全て絶縁体で被覆されていてもよい。
【００２９】
第２電極５は、グラファイトなどの導電体で形成されており、バイアス電源６に接続されている。このバイアス電源６により、前記第１電極１と第２電極５の間にバイアス電圧が印加され、アンテナ２によって生成されたプラズマからビームを引き出すことが出来る。
例えば、第１電極（オリフィス電極）１の電位が第２電極５の電位より低いときは、プラズマ中の正イオンがこの電位差によってオリフィス電極に向けて加速され、オリフィス電極に形成されたオリフィスに入っていく。オリフィス電極のオリフィスの内部を通過する正イオンは、主として、オリフィスの周壁の固体表面近傍において電子を与えられて中性化されるか、オリフィス電極の表面から放出された電子と衝突して再結合することで中性化されるか、あるいは、オリフィスの内部に残留しているガスとの電荷交換によって中性化されて中性粒子となり、中性粒子ビームを引き出すことが出来る。
【００３０】
同様に、第１電極（オリフィス電極）１の電位が第２電極５の電位より高いときは、プラズマ中の負イオンがこの電位差によってオリフィス電極に向けて加速され、オリフィス電極に形成されたオリフィスに入っていく。オリフィス電極のオリフィスの内部を通過する負イオンは、主として、オリフィスの周壁の固体表面近傍において電子を奪われて中性化され、あるいは、オリフィスの内部に残留しているガスとの電荷交換によって中性化され、中性粒子ビームを引き出すことが出来る。
なお、前記アンテナ２と第２電極５は、互いに電気的に絶縁されていて、共に第１電極１に対向して配置されている。このように、アンテナ２と第２電極５が共に第１電極１に対向して配置されているため、大口径で均一なプラズマの生成と、プラズマからの中性粒子ビームの引き出しの両方が実現可能となる。
このようにして、中性粒子ビームを引き出すことができるので、被処理物に対しチャージアップ現象を引き起こさないチャージフリーなビーム源を実現でき、且つプラズマからの放射光を第１電極（オリフィス電極）で遮蔽することのできるビーム源を実現できる。即ち、チャージアップ現象に起因する損傷や放射光による損傷のないダメージフリーなビーム源が実現可能となった。
【００３１】
次に、本発明に係るビーム源の第２の実施形態について図２を参照して説明する。なお、上述の第１の実施形態における部材または要素と同一の作用または機能を有する部材または要素には同一の符号を付し、特に説明しない部分については第１の実施形態と同様である。
図２に示すように、ビーム源は、截頭円錐と円筒との組み合わせ形状のプラズマ生成室４と、前記プラズマ生成室４下端に配置された第１電極１と、前記プラズマ生成室４内にプラズマを生成する前記プラズマ生成室４外に配置されたアンテナ２１と、前記プラズマ生成室４内に前記第１電極１に対向して配置された第２電極５１とを備えている。
プラズマ生成室４は、石英ガラスまたはセラミック、金属などから選択された材料の容器７内に構成される。例えば、石英ガラスはフルオロカーボンを含んだプラズマに曝されると酸素を放出するので、ビーム中に酸素が不純物として混入し、意図した組成のビームを生成することができない。したがって、フルオロカーボンが発生する場合には、プラズマ生成室４の容器７をフルオロカーボンに曝されても酸素を放出しないアルミナなどで構成する必要がある。なお、容器７の一部は、アンテナに高周波電流を流すことによってプラズマ生成室内にプラズマを生成するために誘電体で構成される。
【００３２】
このプラズマ生成室４には、プラズマ生成室４内にガスを導入する図示しないガス導入ポートが設けられており、このガス導入ポートは図示しないガス供給配管と図示しないガス供給源とともにガス供給手段を構成している。このガス供給手段からはＳＦ_６，ＣＨＦ_３，ＣＦ_４，Ｃｌ_２，Ａｒ，Ｏ_２，Ｎ_２，Ｃ_４Ｆ_８などのガスがプラズマ生成室４内に供給される。
前記第１電極１は、グラファイトなどの導電体で形成されたオリフィス板（オリフィス電極）であり、このオリフィス電極は接地電位とされる。このオリフィス電極は第１電極として機能する他、ビームを構成する粒子の中性化手段としても機能するものである。
ここで、このビーム源は、第１電極（オリフィス電極）１を介して図示しない真空チャンバに接続されており、該真空チャンバは、これに接続された真空ポンプにより減圧されている。プラズマ生成室４内の圧力は、主としてこの真空チャンバに接続された真空ポンプの排気量と、オリフィス電極のコンダクタンス、供給されるガスの種類とその流量によって決まる。
【００３３】
前記アンテナ２１は、例えば単数のループ状の線状導体で構成され、あるいは、複数のループ状の線状導体を並列に接続して構成される。このアンテナ２１は、図示しないマッチングボックスを介して高周波電源３に接続されており、例えば、１３．５６ＭＨｚの高周波電圧がアンテナ２１に印加される。これらのアンテナ２１、マッチングボックス、高周波電源３によってプラズマ生成手段が構成されている。即ち、アンテナ２１に高周波電流を流すことで誘導磁場を生じさせ、磁界の時間変化が電界を誘導し、その電界で電子が加速されてプラズマが生成される。このときに形成されるプラズマは、主として正イオンと加熱された電子とからなるプラズマである。
【００３４】
ここで、例えば高周波電源３から供給される高周波電圧を１０μ秒間アンテナ２１に印加した後に、高周波電源３から供給される高周波電圧の印加を１００μ秒間停止するといった一連の操作を交互に繰り返すと、高周波電圧の印加を停止している間に負イオンを効率よく且つ継続して生成することができ、正イオンと負イオンが共存したプラズマを生成することができる。
このように、高周波電源３からの高周波電圧の供給方法により、主として正イオンと加熱された電子とからなるプラズマと、正イオンと負イオンが共存したプラズマとを生成することができる。ここで、このアンテナ２１の形態は、自身の冷却のために水冷パイプの形態をもつものであってもよい。
【００３５】
前記第２電極５１は、グラファイトなどの導電体で形成されており、バイアス電源６に接続されている。このバイアス電源６により、前記第１電極１と第２電極５の間にバイアス電圧が印加され、アンテナ２１によって生成したプラズマからビームを引き出すことが出来る。
例えば、第１電極（オリフィス電極）１の電位が第２電極５１の電位より低いときは、プラズマ中の正イオンがこの電位差によってオリフィス電極に向けて加速され、オリフィス電極に形成されたオリフィスに入っていく。オリフィス電極のオリフィスの内部を通過する正イオンは、主として、オリフィスの周壁の固体表面近傍において電子を与えられて中性化されるか、オリフィス電極の表面から放出された電子と衝突して再結合することで中性化されるか、あるいは、オリフィスの内部に残留しているガスとの電荷交換によって中性化されて中性粒子となり、中性粒子ビームを引き出すことが出来る。
【００３６】
同様に、第１電極（オリフィス電極）１の電位が第２電極５１の電位より高いときは、プラズマ中の負イオンがこの電位差によってオリフィス電極に向けて加速され、オリフィス電極に形成されたオリフィスに入っていく。オリフィス電極のオリフィスの内部を通過する負イオンは、主として、オリフィスの周壁の固体表面近傍において電子を奪われて中性化され、あるいは、オリフィスの内部に残留しているガスとの電荷交換によって中性化され、中性粒子ビームを引き出すことが出来る。
【００３７】
なお、アンテナ２１からプラズマにパワーを供給できるように、前記第２電極５１は前記アンテナ２１の内側に互いに電気的に絶縁されて配置されている。また、前記第２電極５と前記アンテナ２１は、共に第１電極１に対向して配置されている。このように、アンテナ２１と第２電極５１が共に第１電極１に対向して配置されているため、大口径で均一なプラズマの生成と、プラズマからの中性粒子ビームの引き出しの両方が実現可能となった。
このようにして、中性粒子ビームを引き出すことができるので、被処理物に対しチャージアップ現象を引き起こさないチャージフリーなビーム源を実現でき、且つプラズマからの放射光を第１電極（オリフィス電極）で遮蔽することのできるビーム源を実現できる。即ち、チャージアップ現象に起因する損傷や放射光による損傷のないダメージフリーなビーム源が実現可能となった。
ここで、図２において第２電極５１は円盤状に図示してあるが、四角形や三角形、その他の多角形、楕円形など、任意の形状であっても差し支えない。さらには、アンテナ２１からプラズマに効率よくパワーを伝えるために、第２電極５１に生じる渦電流を抑えるように第２電極５１を分割してもよい。
【００３８】
次に、本発明に係るビーム源の第３の実施形態について図３を参照して詳細に説明する。なお、上述の第１の実施形態における部材または要素と同一の作用または機能を有する部材または要素には同一の符号を付し、特に説明しない部分については第１の実施形態と同様である。
図３に示すように、ビーム源は、円筒形状のプラズマ生成室４と、前記プラズマ生成室４下端に配置された第１電極１と、前記プラズマ生成室４内にプラズマを生成するために前記プラズマ生成室４上部に配置されたアンテナ２２と、前記プラズマ生成室４内に前記第１電極１に対向して配置された第２電極５２とを備えている。
【００３９】
プラズマ生成室４を形成する容器７は、石英ガラスまたはセラミック、金属などから選択されて構成される。例えば、石英ガラスはフルオロカーボンを含んだプラズマに曝されると酸素を放出するので、ビーム中に酸素が不純物として混入し、意図した組成のビームを生成することができない。したがって、フルオロカーボンが発生する場合には、プラズマ生成室４をフルオロカーボンに曝されても酸素を放出しないアルミナなどで構成する必要がある。なお、容器７の一部は、アンテナに高周波電流を流すことによってプラズマ生成室内にプラズマを生成するために誘電体で構成される。
このプラズマ生成室４には、プラズマ生成室４内にガスを導入する図示しないガス導入ポートが設けられており、このガス導入ポートは図示しないガス供給配管と図示しないガス供給源とともにガス供給手段を構成している。このガス供給手段からはＳＦ_６，ＣＨＦ_３，ＣＦ_４，Ｃｌ_２，Ａｒ，Ｏ_２，Ｎ_２，Ｃ_４Ｆ_８などのガスがプラズマ生成室４内に供給される。
【００４０】
前記第１電極１は、グラファイトなどの導電体で形成された多数の開口を備えたオリフィス板（オリフィス電極）であり、このオリフィス電極は接地電位とされる。このオリフィス電極は第１電極として機能する他、ビームを構成する粒子の中性化手段としても機能するものである。
ここで、このビーム源は、第１電極（オリフィス電極）１を介して図示しない真空チャンバに接続されており、該真空チャンバは、これに接続された真空ポンプにより減圧されている。プラズマ生成室４内の圧力は、主としてこの真空チャンバに接続された真空ポンプの排気量と、オリフィス電極のコンダクタンス、供給されるガスの種類とその流量によって決まる。
【００４１】
アンテナ２２は、らせん状の線状導体で構成される。このアンテナ２２は、図示しないマッチングボックスを介して高周波電源３に接続されており、例えば、１３．５６ＭＨｚの高周波電圧がアンテナ２２に印加される。これらのアンテナ２２、マッチングボックス、高周波電源３によってプラズマ生成手段が構成されている。即ち、アンテナ２２に高周波電流を流すことで誘導磁場を生じさせ、磁界の時間変化が電界を誘導し、その電界で電子が加速されてプラズマが生成される。このときに形成されるプラズマは、主として正イオンと加熱された電子とからなるプラズマである。
【００４２】
ここで、例えば高周波電源３から供給される高周波電圧を１０μ秒間アンテナ２２に印加した後に、高周波電源３から供給される高周波電圧の印加を１００μ秒間停止するといった一連の操作を交互に繰り返すと、高周波電圧の印加を停止している間に負イオンを効率よく且つ継続して生成することができ、正イオンと負イオンが共存したプラズマを生成することができる。
このように、高周波電源３からの高周波電圧の供給方法により、主として正イオンと加熱された電子とからなるプラズマと、正イオンと負イオンが共存したプラズマとを生成することができる。ここで、このアンテナ２２の形態は、自身の冷却のために水冷パイプの形態をもつものであってもよい。
【００４３】
前記第２電極５２は、グラファイトなどの導電体で形成されており、バイアス電源６に接続されている。このバイアス電源６により、前記第１電極１と第２電極５２の間にバイアス電圧が印加され、アンテナ２２によって生成したプラズマからビームを引き出すことが出来る。
例えば、第１電極（オリフィス電極）１の電位が第２電極５２の電位より低いときは、プラズマ中の正イオンがこの電位差によってオリフィス電極に向けて加速され、オリフィス電極に形成されたオリフィスに入っていく。オリフィス電極のオリフィスの内部を通過する正イオンは、主として、オリフィスの周壁の固体表面近傍において電子を与えられて中性化されるか、オリフィス電極の表面から放出された電子と衝突して再結合することで中性化されるか、あるいは、オリフィスの内部に残留しているガスとの電荷交換によって中性化されて中性粒子となり、中性粒子ビームを引き出すことが出来る。
【００４４】
同様に、第１電極（オリフィス電極）１の電位が第２電極５２の電位より高いときは、プラズマ中の負イオンがこの電位差によってオリフィス電極に向けて加速され、オリフィス電極に形成されたオリフィスに入っていく。オリフィス電極のオリフィスの内部を通過する負イオンは、主として、オリフィスの周壁の固体表面近傍において電子を奪われて中性化され、あるいは、オリフィスの内部に残留しているガスとの電荷交換によって中性化され、中性粒子ビームを引き出すことが出来る。
【００４５】
なお、前記第２電極５は図３（ｂ）に示すようにアンテナ２２からプラズマにパワーを供給できるように、前記アンテナ２２のらせんの間を埋めるらせん形状をしている。また、第２電極５２は、図３（ｃ）に示すように円盤状電極にらせん状の開口部を設けた形状でもよい。また、前記第２電極５２と前記アンテナ２２は、共に第１電極１に対向して配置されている。このように、アンテナ２２と第２電極５２が共に第１電極１に対向して配置されているため、大口径で均一なプラズマの生成と、プラズマからの中性粒子ビームの引き出しの両方が実現可能となる。
このようにして、中性粒子ビームを引き出すことができるので、被処理物に対しチャージアップ現象を引き起こさないチャージフリーなビーム源を実現でき、且つプラズマからの放射光を第１電極（オリフィス電極）で遮蔽することのできるビーム源を実現できる。即ち、チャージアップ現象に起因する損傷や放射光による損傷のないダメージフリーなビーム源が実現可能となった。
【００４６】
次に、本発明に係るビーム源の第４の実施形態について図４を参照して詳細に説明する。なお、上述の第１の実施形態における部材または要素と同一の作用または機能を有する部材または要素には同一の符号を付し、特に説明しない部分については第１の実施形態と同様である。
図４（ａ）は、この実施形態をプラズマ生成室の上部から見た図で、ビーム源は図１および図３で示した円筒形を基本とするが、図２で示した截頭円錐と円筒との組み合わせや、円錐と円筒との組み合わせ形状のプラズマ生成室であっても構わない。また、ビーム源が前記プラズマ生成室４と、下端に配置された第１電極と、前記プラズマ生成室４内にプラズマを生成するために前記プラズマ生成室４上部に配置されたアンテナ２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄと、前記プラズマ生成室４内に前記第１電極１に対向して配置された第２電極５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄとを備えていることは、これまで図１〜図３で示した実施形態と同様である。
【００４７】
図４（ａ）に示すように、複数のアンテナ２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄはらせん状で、アンテナ２で発生するプラズマがプラズマ室内でなるべく均一になるように、この場合は等間隔に４箇所設置されている。また、複数の扇状の第２電極５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄがアンテナ２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄの間に互いに間挿して位置するようにプラズマ生成室４ａ内部に第１電極１と対向するように設置されている。
前記プラズマ生成室４の容器は、石英ガラスまたはセラミック、金属などから選択されて構成される。例えば、石英ガラスはフルオロカーボンを含んだプラズマに曝されると酸素を放出するので、ビーム中に酸素が不純物として混入し、意図した組成のビームを生成することができない。したがって、フルオロカーボンが発生する場合には、プラズマ生成室４の容器をフルオロカーボンに曝されても酸素を放出しないアルミナなどで構成する必要がある。なお、容器７の一部は、アンテナに高周波電流を流すことによってプラズマ生成室内にプラズマを生成するために誘電体で構成される。
【００４８】
このプラズマ生成室４には、プラズマ生成室４内にガスを導入する図示しないガス導入ポートが設けられており、このガス導入ポートは図示しないガス供給配管と図示しないガス供給源とともにガス供給手段を構成している。このガス供給手段からはＳＦ_６，ＣＨＦ_３，ＣＦ_４，Ｃｌ_２，Ａｒ，Ｏ_２，Ｎ_２，Ｃ_４Ｆ_８などのガスがプラズマ生成室４内に供給される。
第１電極１は、グラファイトなどの導電体で形成されたオリフィス板（オリフィス電極）であり、このオリフィス電極は接地電位とされる。このオリフィス電極は第１電極として機能する他、ビームを構成する粒子の中性化手段としても機能するものである。
【００４９】
ここで、このビーム源は、第１電極（オリフィス電極）１を介して図示しない真空チャンバに接続されており、該真空チャンバは、これに接続された真空ポンプにより減圧されている。プラズマ生成室４内の圧力は、主としてこの真空チャンバに接続された真空ポンプの排気量と、オリフィス電極のコンダクタンス、供給されるガスの種類とその流量によって決まる。
【００５０】
アンテナ２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄは、例えば二つ以上のらせん状の線状導体を並列に接続して構成される。このアンテナ２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄは、図示しないマッチングボックスを介して高周波電源３に接続されており、例えば、１３．５６ＭＨｚの高周波電圧がアンテナ２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄに印加される。これらのアンテナ２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ、マッチングボックス、高周波電源３によってプラズマ生成手段が構成されている。即ち、アンテナ２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄに高周波電流を流すことで誘導磁場を生じさせ、磁界の時間変化が電界を誘導し、その電界で電子が加速されてプラズマが生成される。このときに形成されるプラズマは、主として正イオンと加熱された電子とからなるプラズマである。
【００５１】
ここで、例えば高周波電源３から供給される高周波電圧を１０μ秒間アンテナ２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄに印加した後に、高周波電源３から供給される高周波電圧の印加を１００μ秒間停止するといった一連の操作を交互に繰り返すと、高周波電圧の印加を停止している間に負イオンを効率よく且つ継続して生成することができ、正イオンと負イオンが共存したプラズマを生成することができる。
このように、高周波電源３からの高周波電圧の供給方法により、主として正イオンと加熱された電子とからなるプラズマと、正イオンと負イオンが共存したプラズマとを生成することができる。ここで、このアンテナ２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄの形態は、自身の冷却のために水冷パイプの形態をもつものであってもよい。
【００５２】
前記第２電極５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄは、グラファイトなどの導電体で形成されており、バイアス電源６に接続されていることはこれまで図１〜図３で示したものと同様である。このバイアス電源６により、前記第１電極１と第２電極５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄの間にバイアス電圧が印加され、アンテナ２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄによって生成したプラズマからビームを引き出すことが出来る。
例えば、第１電極（オリフィス電極）１の電位が第２電極５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄの電位より低いときは、プラズマ中の正イオンがこの電位差によってオリフィス電極に向けて加速され、オリフィス電極に形成されたオリフィスに入っていく。オリフィス電極のオリフィスの内部を通過する正イオンは、主として、オリフィスの周壁の固体表面近傍において電子を与えられて中性化されるか、オリフィス電極の表面から放出された電子と衝突して再結合することで中性化されるか、あるいは、オリフィスの内部に残留しているガスとの電荷交換によって中性化されて中性粒子となり、中性粒子ビームを引き出すことが出来る。
【００５３】
同様に、第１電極（オリフィス電極）１の電位が第２電極５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄの電位より高いときは、プラズマ中の負イオンがこの電位差によってオリフィス電極に向けて加速され、オリフィス電極に形成されたオリフィスに入っていく。オリフィス電極のオリフィスの内部を通過する負イオンは、主として、オリフィスの周壁の固体表面近傍において電子を奪われて中性化され、あるいは、オリフィスの内部に残留しているガスとの電荷交換によって中性化され、中性粒子ビームを引き出すことが出来る。
【００５４】
なお、前記第２電極５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄと前記アンテナ２は、共に第１電極１に対向して配置されている。このように、アンテナ２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄと第２電極５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄが共に第１電極１に対向して配置されているため、大口径で均一なプラズマの生成と、プラズマからの中性粒子ビームの引き出しの両方が実現可能となる。さらに、個々のアンテナ２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄの形状を小型にできるので、アンテナ２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄのインピーダンスを小さくすることができるので、マッチングボックスに加わる負荷を小さくすることができる。また、発生するプラズマを均一化するために、図４（ｂ）または図４（ｃ）のように第２電極とアンテナとを配置してもよい。すなわち、図４（ｂ）に示す実施形態では、矩形状の電極５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄを図示するように配置し、これらの第２電極間に間挿するようにアンテナ２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄを配置している。また、各第２電極に囲まれた中央部にアンテナ２４ｅを配置している。また、図４（ｃ）に示す実施形態では、平行に分割した第２電極５５ａ，５５ｂ，５５ｃを配置し、その電極間に間挿するようにアンテナ２５ａ，２５ｂを配置している。
【００５５】
次に、本発明に係るビーム源の第５の実施形態について図５を参照して説明する。なお、上述の第１の実施形態における部材または要素と同一の作用または機能を有する部材または要素には同一の符号を付し、特に説明しない部分については第１の実施形態と同様である。
図５に示すように、ビーム源は、ドームと円筒との組み合わせ形状の容器７の内部に形成されたプラズマ生成室４と、前記プラズマ生成室４下端に配置された第１電極１と、前記プラズマ生成室４内にプラズマを生成する前記プラズマ生成室４外に配置されたアンテナ２６と、前記プラズマ生成室４内に前記第１電極１に対向して配置された第２電極５６とを備えている。
前記プラズマ生成室４を形成する容器７は、石英ガラスまたはセラミック、金属などから選択されて構成される。例えば、石英ガラスはフルオロカーボンを含んだプラズマに曝されると酸素を放出するので、ビーム中に酸素が不純物として混入し、意図した組成のビームを生成することができない。したがって、フルオロカーボンが発生する場合には、プラズマ生成室４をフルオロカーボンに曝されても酸素を放出しないアルミナなどで構成する必要がある。なお、容器７の一部は、アンテナに高周波電流を流すことによってプラズマ生成室内にプラズマを生成するために誘電体で構成される。
【００５６】
このプラズマ生成室４には、プラズマ生成室４内にガスを導入する図示しないガス導入ポートが設けられており、このガス導入ポートは図示しないガス供給配管と図示しないガス供給源とともにガス供給手段を構成している。このガス供給手段からはＳＦ_６，ＣＨＦ_３，ＣＦ_４，Ｃｌ_２，Ａｒ，Ｏ_２，Ｎ_２，Ｃ_４Ｆ_８などのガスがプラズマ生成室４内に供給される。
前記第１電極１は、グラファイトなどの導電体で形成されたオリフィス板（オリフィス電極）であり、このオリフィス電極は接地電位とされる。このオリフィス電極は第１電極として機能する他、ビームを構成する粒子の中性化手段としても機能するものである。
ここで、このビーム源は、第１電極（オリフィス電極）１を介して図示しない真空チャンバに接続されており、該真空チャンバは、これに接続された真空ポンプにより減圧されている。プラズマ生成室４内の圧力は、主としてこの真空チャンバに接続された真空ポンプの排気量と、オリフィス電極のコンダクタンス、供給されるガスの種類とその流量によって決まる。
【００５７】
前記アンテナ２６は、例えば一つのスパイラル状の線状導体から構成され、あるいは、二つ以上のスパイラル状の線状導体を並列に接続して構成される。このアンテナ２６は、図示しないマッチングボックスを介して高周波電源３に接続されており、例えば、１３．５６ＭＨｚの高周波電圧がアンテナ２６に印加される。これらのアンテナ２６、マッチングボックス、高周波電源３によってプラズマ生成手段が構成されている。即ち、アンテナ２６に高周波電流を流すことで誘導磁場を生じさせ、磁界の時間変化が電界を誘導し、その電界で電子が加速されてプラズマが生成される。このときに形成されるプラズマは、主として正イオンと加熱された電子とからなるプラズマである。
【００５８】
ここで、例えば高周波電源３から供給される高周波電圧を１０μ秒間アンテナ２６に印加した後に、高周波電源３から供給される高周波電圧の印加を１００μ秒間停止するといった一連の操作を交互に繰り返すと、高周波電圧の印加を停止している間に負イオンを効率よく且つ継続して生成することができ、正イオンと負イオンが共存したプラズマを生成することができる。このように、高周波電源３からの高周波電圧の供給方法により、主として正イオンと加熱された電子とからなるプラズマと、正イオンと負イオンが共存したプラズマとを生成することができる。ここで、このアンテナ２６の形態は、自身の冷却のために水冷パイプの形態をもつものであってもよい。
【００５９】
第２電極５６は、グラファイトなどの導電体で形成されており、バイアス電源６に接続されている。このバイアス電源６により、前記第１電極１と第２電極５６の間にバイアス電圧が印加され、アンテナ２６によって生成したプラズマからビームを引き出すことが出来る。
【００６０】
例えば、第１電極（オリフィス電極）１の電位が第２電極５６の電位より低いときは、プラズマ中の正イオンがこの電位差によってオリフィス電極に向けて加速され、オリフィス電極に形成されたオリフィスに入っていく。オリフィス電極のオリフィスの内部を通過する正イオンは、主として、オリフィスの周壁の固体表面近傍において電子を与えられて中性化されるか、オリフィス電極の表面から放出された電子と衝突して再結合することで中性化されるか、あるいは、オリフィスの内部に残留しているガスとの電荷交換によって中性化されて中性粒子となり、中性粒子ビームを引き出すことが出来る。
【００６１】
同様に、第１電極（オリフィス電極）１の電位が第２電極５６の電位より高いときは、プラズマ中の負イオンがこの電位差によってオリフィス電極に向けて加速され、オリフィス電極に形成されたオリフィスに入っていく。オリフィス電極のオリフィスの内部を通過する負イオンは、主として、オリフィスの周壁の固体表面近傍において電子を奪われて中性化され、あるいは、オリフィスの内部に残留しているガスとの電荷交換によって中性化され、中性粒子ビームを引き出すことが出来る。
【００６２】
ここで、前記第２電極５６の形態は、プラズマ生成室を側面から取り囲むように配置したリング状でアンテナ２６からの電界と磁界を遮蔽しない様になっており、一様で高密度なプラズマを発生しやすい。特に、プラズマが主として正イオンと加熱された電子とからなる正イオンプラズマであり、かつ、プラズマ密度が１０^１１個／ｃｍ^３以上の高密度プラズマでは、プラズマ内の電位分布はほぼ一様となり、電圧降下は第１電極１とプラズマとの間に形成されたシース部分で起こるため、イオンはシース内で加速される。したがって、第２電極５６がリング状でもイオンを一様に引き出す事が可能となる。このように、第２電極５６をリング状にしてアンテナ２６からプラズマへのパワーの供給を遮蔽しない様にする事で、大口径で均一な高密度プラズマの生成と、プラズマからの中性粒子ビームの引き出しの両方が実現可能となった。
【００６３】
このようにして、中性粒子ビームを引き出すことができるので、被処理物に対しチャージアップ現象を引き起こさないチャージフリーなビーム源を実現でき、且つプラズマからの放射光を第１電極（オリフィス電極）で遮蔽することのできるビーム源を実現できる。即ち、チャージアップ現象に起因する損傷や放射光による損傷のないダメージフリーなビーム源が実現可能となった。また、アンテナ２６からプラズマに効率よくパワーを伝えるために、リング状の第２電極５６に生じる渦電流を抑えるようにリング状の第２電極５６を図５（ｃ）のようにスリット５６ａを入れてもよい。
【００６４】
次に、本発明に係るビーム源の第６の実施形態について図６を参照して説明する。なお、上述の第５の実施形態における部材または要素と同一の作用または機能を有する部材または要素には同一の符号を付し、特に説明しない部分については第１の実施形態と同様である。
図６に示すように、ビーム源は、円筒形状のプラズマ生成室４と、前記プラズマ生成室４の下端に配置された第１電極１と、前記プラズマ生成室４内にプラズマを生成する前記プラズマ生成室４外に配置されたアンテナ２７とを備え、前記プラズマ生成室４の円筒壁７の一部が前記第１電極１に対向して配置された第２電極５７となっている。
【００６５】
前記プラズマ生成室４は、円筒壁の一部をグラファイトや金属などの導電体で例えばリング状に形成し、第１電極との間の円筒壁面部は絶縁体材料で構成して、この導電壁部分を第２電極として用いるようになっている。なお、容器７の一部は、アンテナに高周波電流を流すことによってプラズマ生成室内にプラズマを生成するために誘電体で構成される。このプラズマ生成室４には、プラズマ生成室４内にガスを導入する図示しないガス導入ポートが設けられており、このガス導入ポートは図示しないガス供給配管と図示しないガス供給源とともにガス供給手段を構成している。このガス供給手段からはＳＦ_６，ＣＨＦ_３，ＣＦ_４，Ｃｌ_２，Ａｒ，Ｏ_２，Ｎ_２，Ｃ_４Ｆ_８などのガスがプラズマ生成室４内に供給される。
【００６６】
前記第１電極１は、グラファイトなどの導電体で形成されたオリフィス板（オリフィス電極）であり、このオリフィス電極は接地電位とされる。このオリフィス電極は第１電極として機能する他、ビームを構成する粒子の中性化手段としても機能するものである。ここで、このビーム源は、第１電極（オリフィス電極）１を介して図示しない真空チャンバに接続されており、該真空チャンバは、これに接続された真空ポンプにより減圧されている。プラズマ生成室４内の圧力は、主としてこの真空チャンバに接続された真空ポンプの排気量と、オリフィス電極のコンダクタンス、供給されるガスの種類とその流量によって決まる。
【００６７】
前記アンテナ２７は、例えばループ状やらせん状、スパイラル状の線状導体から構成される。このアンテナ２７は、図示しないマッチングボックスを介して高周波電源３に接続されており、例えば、１３．５６ＭＨｚの高周波電圧がアンテナ２７に印加される。これらのアンテナ２７、マッチングボックス、高周波電源３によってプラズマ生成手段が構成されている。即ち、アンテナ２７に高周波電流を流すことで誘電体窓８を介してプラズマ生成室内に誘導磁場を生じさせ、磁界の時間変化が電界を誘導し、その電界で電子が加速されてプラズマが生成される。上述のように、高周波電源３からの高周波電圧の供給方法により、主として正イオンと加熱された電子とからなるプラズマと、正イオンと負イオンが共存したプラズマとを生成することができる。ここで、このアンテナ２７の形態は、自身の冷却のために水冷パイプの形態をもつものであってもよい。
【００６８】
前記第２電極５７は、バイアス電源６に接続されている。このバイアス電源６により、前記第１電極１と第２電極５７の間にバイアス電圧が印加され、アンテナ２７によって生成したプラズマからビームを引き出すことが出来る。正イオンあるいは負イオンが加速され中性粒子ビームとなって引き出される過程は、前述と同様である。さらに、リング状の前記第２電極５７によって、大口径で均一な高密度プラズマの生成と、プラズマからの中性粒子ビームの引き出しの両方が実現可能となることは、図５に示す第５の実施形態ですでに説明した通りである。
【００６９】
次に、本発明に係るビーム源の他の実施形態について図７を参照して説明する。なお、上述の第５の実施形態における部材または要素と同一の作用または機能を有する部材または要素には同一の符号を付し、特に説明しない部分については第５の実施形態と同様である。
図７（ａ）に示すように、ビーム源は、複数の径の異なる円筒を階段状に組み合わせた形状のプラズマ生成室４と、前記プラズマ生成室４下端に配置された第１電極１と、前記プラズマ生成室４内にプラズマを生成する前記プラズマ生成室４外に配置されたアンテナ２８と、前記プラズマ生成室４内に第１電極１に対向して配置された複数の第２電極５８とを備えている。
【００７０】
前記プラズマ生成室４を形成する容器の素材や、ガス導入方法、供給ガスの種類などは上述の通りである。第１電極１の素材、電位、機能についても前述と同様で、ビーム源の減圧方法や内部圧力の決定要因も前述の通りである。アンテナ２８は、例えば一つ以上のループ状の線状導体を並列に接続して構成される。
【００７１】
前記第２電極５８は、グラファイトなどの導電体で形成されており、図７（ａ）に示す例では複数のリング状の平板で構成されアンテナ２８のない部分に、アンテナ２８に対して間挿するようにプラズマ生成室天井部に配置されている。前記第２電極５８と前記第１電極の間にバイアス電圧が印加され、アンテナ２８によって生成したプラズマからビームを引き出すことが出来る。プラズマの生成方法は先述の通りである。正イオンあるいは負イオンが加速され中性粒子ビームとなって引き出される過程は、これまでの例と同様である。このように、アンテナ２８と第２電極５８が共に第１電極１に対向して配置されているため、大口径で均一なプラズマの生成と、プラズマからの中性粒子ビームの引き出しの両方が実現可能となる。
【００７２】
このようにして、中性粒子ビームを引き出すことができるので、被処理物に対しチャージアップ現象を引き起こさないチャージフリーなビーム源を実現でき、且つプラズマからの放射光を第１電極（オリフィス電極）で遮蔽することのできるビーム源を実現できる。即ち、チャージアップ現象に起因する損傷や放射光による損傷のないダメージフリーなビーム源が実現可能となる。
【００７３】
ここで、図７（ｂ）のようにプラズマ生成室４の形状をドーム状と円筒状容器の組み合わせの形状としてもよい。プラズマ生成室４の形状をドーム状とすると、プラズマ生成室４を階段状にする場合に比べて圧力に対する強度が増すので、壁の厚さを薄くすることができる。壁の厚さが薄くなると製造コストが抑制されるほか、アンテナ２８からプラズマに供給されるパワーの損失が小さくなり、プラズマ生成の効率がよくなって、高効率でビームを引き出すことが可能となる。
【００７４】
また、これまで説明した実施形態では、正イオン、または、負イオンを引き出し、これを中性化して中性粒子ビームとした例を説明したが、第１電極１にオリフィス電極の代わりに例えばグラファイトなどの導電体で形成された薄板グリッド状のグリッド電極を用いることによって、正イオン、または、負イオンを引き出し、これを中性化せずにそのまま正イオンビームまたは負イオンビームとして引き出すこともできる。
【００７５】
以上に挙げた構成の他にも、アンテナの形状や配置場所、プラズマ生成室の形状、第２電極の形状などの組み合わせにより、正イオン、負イオン、中性粒子等の各種のビームを大口径で均一に生成することが可能なビーム源が多種類存在し、ビーム源に要求される性能、製造コスト、運転コストなどに応じて任意に選択可能である。
例えば、図７（ｃ）（ｄ）は、アンテナ２８にらせん状アンテナ、プラズマ生成室４に截頭円錐と円筒との組み合わせ形状、第２電極５８に板状電極を組み合わせたプラズマ源の一形態である。
【００７６】
例えば、図８（ａ）（ｂ）は、アンテナとして内部アンテナ２８ａ、プラズマ生成室４に截頭円錐と円筒との組み合わせ形状、第２電極として板状電極５８ａを組み合わせたプラズマ源の一形態である。また、図８（ｃ）（ｄ）は、アンテナとして複数のらせん状アンテナ２８ｂ、プラズマ生成室４に截頭円錐と円筒との組み合わせ形状、第２電極として板状電極５８ｂを組み合わせたプラズマ源の一形態である。また、図９（ａ）（ｂ）としてリング状の第２電極を有する場合において、アンテナとしてらせん状アンテナ２８ｃと、プラズマ生成室４に円筒形状を組み合わせたプラズマ源としてもよい。また、図９（ｃ）に示すように、図７（ｃ）（ｄ）に示す実施形態に、さらにリング状の第２電極５８ｄを追加して、低プラズマ密度における、引き出しビームの均一性を改善するようにしてもよい。
【００７７】
次に、本発明に係るビーム処理装置の実施形態について図１０を参照して説明する。この図において、ビーム処理装置のビーム源としては、第１の実施の形態において説明したビーム源を用いた場合を示している。
【００７８】
すなわち、ビーム源は第１電極１、アンテナ２、高周波電源３、プラズマ生成室４、第２電極５、バイアス電源６を備え、さらに、図示しないプラズマ生成室４にガスを導入するためのガス導入ポート、ガス供給管、ガス供給源等を備えて構成される。
【００７９】
また、第１電極１の下部には、これに隣接して真空チャンバ３０が配置されており、該真空チャンバは、これに接続された真空ポンプ３１により減圧されている。プラズマ生成室４内の圧力は、主としてこの真空チャンバ３０に接続された真空ポンプ３１の排気量と、第１電極１のコンダクタンス、ガス供給源から供給されるガスの種類やその流量によって決まる。
また、前記真空チャンバ３０内には、ステージ３２が備えられ、ここに被処理物３３を固定する。これにより、ビーム源から大口径で均一なビームを被処理物に照射することができるビーム処理装置を実現できる。
【００８０】
また、前記ビームを中性粒子ビームとすることにより、被処理物３３をチャージフリーに加工することができるから、例えば微細配線に生じる静電気由来の絶縁破壊等のチャージアップ現象に由来する欠陥の発生を最小限に抑えることができ、被処理物の歩留まりを格段に向上させることができる。さらに、被処理物３３に対するプラズマからの放射光を第１電極１で遮蔽することができるので、放射光に由来する欠陥の発生を最小限に抑えることができ、被処理物の歩留まりを格段に向上させることができる。
【００８１】
ここで、ステージ３２は、第１電極１との相対運動が、例えば回転運動や直進運動ができるように構成してもよい。ビーム源から大口径で均一なビームを照射しつつ、ステージ３２を第１電極１に対し適切に相対運動させることにより、被処理物３３を被処理面全体にわたって均一に迅速に処理することができる。
このように、本発明のビーム処理装置によれば、正イオン、負イオン、中性粒子等の各種のビームを大口径で均一に被処理物に照射することができる。また、被処理物に対しチャージアップ現象を引き起こさず（チャージフリー）、且つプラズマからの放射光を遮蔽することのできる、ダメージフリーなビーム処理装置を実現できる。
【００８２】
これまで本発明のビーム源及びビーム処理装置に関する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。
【００８３】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、正イオン、負イオン、中性粒子等の各種のビームを大口径で均一に被処理物に照射することができると共に、チャージフリー且つダメージフリーな処理を実現するビーム源及びビーム処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態におけるビーム源の全体構成を示す図であり、（ａ）は縦断面図および平面図であり、（ｂ）（ｃ）はアンテナへの電圧印加の波形図である。
【図２】本発明の第２の実施形態におけるビーム源の全体構成を示す図であり、（ａ）は縦断面図であり、（ｂ）は平面図である。
【図３】本発明の第３の実施形態におけるビーム源の全体構成を示す図であり、（ａ）は縦断面図であり、（ｂ）は平面図であり、（ｃ）は第２電極の構成パターン例を示す図である。
【図４】本発明の第４の実施形態におけるアンテナと第２電極の配置例を示す図であり、（ａ）は扇状にアンテナと第２電極を互いに間挿するように配置した例であり、（ｂ）は格子状に配置した例であり、（ｃ）は平行に配置した例である。
【図５】本発明の第５の実施形態におけるビーム源の全体構成を示す図であり、（ａ）は縦断面図であり、（ｂ）は平面図であり、（ｃ）は第２電極に切り欠きを設けた場合を示す図である。
【図６】本発明の第６の実施形態におけるビーム源の全体構成を示す縦断面図である。
【図７】上記実施形態におけるアンテナと第２電極の配置の変形例を示す図である。
【図８】上記実施形態のさらに他の変形例を示す図である。
【図９】上記実施形態のさらに他の変形例を示す図である。
【図１０】本発明の実施形態におけるビーム処理装置の全体構成を示す図である。
【図１１】従来のビーム源の全体構成を示す図である。
【図１２】従来のビーム源の他の構成例を示す図である。
【符号の説明】
１第１電極（オリフィス電極）
２，２１，２２，２３，２４，２５，２６，２７，２８アンテナ
３高周波電源
４プラズマ生成室
５，５１，５２，５３，５４，５５，５６，５７，５８第２電極
６バイアス電源
７容器（プラズマ生成室外壁）

Claims

プラズマ生成室内にプラズマを生成するアンテナと、前記プラズマ生成室内に配置された第１電極と、前記プラズマ生成室内に前記第１電極に対向して配置された第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加することで、前記アンテナにより生成されたプラズマから粒子を引き出す電圧印加部とを備えたビーム源において、前記アンテナと前記第２電極とを共に第１電極に対向して配置したことを特徴とするビーム源。
前記アンテナをプラズマ生成室の外側に配置し、その内側に前記第２電極を配置したことを特徴とする請求項１に記載のビーム源。
前記アンテナはらせん状に形成されていて、同じくらせん状に形成された第２電極と前記アンテナとが互いに間挿配置されたことを特徴とする請求項１に記載のビーム源。
前記アンテナは複数に分割配置され、同じく前記第２電極も複数の領域に分割配置され、前記アンテナと前記第２電極とが互いに間挿配置されたことを特徴とする請求項１に記載のビーム源。
前記第１電極が多数の開口を備えたオリフィス板であり、前記プラズマから引き出された粒子を前記開口にて中性化することを特徴とする請求項１記載のビーム源。
プラズマ生成室内にプラズマを生成するアンテナと、前記プラズマ生成室内に前記アンテナと対向して配置された第１電極と、前記アンテナと前記プラズマ生成室内の前記第１電極との間に配置された第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加することで、前記アンテナにより生成されたプラズマから粒子を引き出す電圧印加部とを備え、前記第２電極がプラズマ生成室を囲むようにリング状をなしていることを特徴とするビーム源。
前記第２電極が前記プラズマ生成室の壁面を構成していることを特徴とする請求項６に記載のビーム源。
前記第１電極が多数の開口を備えたオリフィス板であり、前記プラズマから引き出された粒子を前記開口にて中性化することを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のビーム源。
ビーム源を用いて被処理物を処理するビーム処理装置であって、請求項１から８のいずれかのビーム源と、該ビーム源の第１電極に対面するように被処理物を支持するステージとを備えたことを特徴とするビーム処理装置。