JP3432545B2 - 高速原子線を用いる加工装置 - Google Patents

高速原子線を用いる加工装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は大きな運動エネルギーで
飛翔する原子又は分子からなる高速原子線の照射と光エ
ネルギーやラジカル粒子の照射を併用して被加工物を加
工する高速原子線を用いる加工装置に関するものであ
る。
【0002】
【従来技術】従来の高速原子線を用いる加工装置の概念
図を図3に示す。図示するように、従来の加工装置は、
真空容器2と該真空容器2の中に高速原子線3を放出す
る高速原子線源1とを具備し、真空容器2内に配置され
た回転テーブル5の上に載置された被加工物に高速原子
線3を照射する。真空容器2内はターボ分子ポンプ7等
により真空排気されている。
【0003】上記構成の加工装置において、通常、加工
速度を上げるため、高速原子線3として用いられるガス
6は被加工物4と反応性の高いガスが用いられ、例え
ば、GaAsの加工には塩素ガスが用いられる。また、
加工の均一性をよくするために回転テーブル5を回転さ
せながら、被加工物4に高速原子線3を照射する。
【0004】高速原子線を用いた加工方法の特徴として
は、 1)高速原子線ビームの指向性が良いこと、 2)高真空条件下での加工が可能であること、 3)非電荷性の粒子線であるため導電性材料ばかりでな
く、イオンビームの不得意とする絶縁物を対象とした材
料の加工が可能であること、 等が上げられる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
成の従来の高速原子線を用いる加工装置においては、プ
ラズマ加工技術に比べて、表面吸着ラジカル粒子やイオ
ンラジカル量が少ないため加工速度が遅いという欠点が
ある。
【0006】本発明は上述の点に鑑みてなされたもの
で、高速原子線を用いた加工装置において、光エネルギ
ー、レーザー光、ラジカル粒子等を被加工物の加工表面
に供給することにより、高速で効率的に加工ができる高
速原子線を用いる加工装置を提供することを目的とす
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
請求項1に記載の発明は、真空容器と、該真空容器内に
大きな運動エネルギーで飛翔する原子又は分子からなる
高速原子線を放出する高速原子線源と、該真空容器内に
イオン粒子を放出するイオン源とを具備し、真空容器内
に配置された被加工物に高速原子線源から高速原子線を
照射すると共に、イオン源からイオン粒子を照射し、該
被加工物を加工することを特徴とする。また、請求項2
に記載の発明は、真空容器と、該真空容器内に大きな運
動エネルギーで飛翔する原子又は分子からなる高速原子
線を放出する高速原子線源と、該真空容器内に光エネル
ギーを放出する光エネルギー源、レーザー光を放出する
レーザー光源、電子線を放出する電子線源、X線を放出
するX線源、放射線(α線、β線、γ線)を放出する放
射線源、イオン粒子を放出するイオン源の2つ以上を組
み合わせた源とを具備し、真空容器内に配置された被加
工物に高速原子線源から高速原子線を照射すると共に
2つ以上を組み合わせた源から光エネルギー、レーザー
光、電子線、X線、放射線、イオン粒子の2以上を組み
合わせて照射し、該被加工物を加工することを特徴とす
る。また、請求項3に記載の発明は、真空容器と、該真
空容器内に大きな運動エネルギーで飛翔する原子又は分
子からなる高速原子線を放出する高速原子線源と、該真
空容器内に光エネルギーを放出する光エネルギー源とを
具備し、真空容器内に配置された被加工物に高速原子線
から高速原子線を照射すると共に、光エネルギー源か
ら光エネルギーを照射し、該被加工物を加工することを
特徴とする。また、請求項4に記載の発明は、真空容器
と、該真空容器内に大きな運動エネルギーで飛翔する原
子又は分子からなる高速原子線を放出する高速原子線源
と、該真空容器内にラジカル粒子を放出するラジカル源
とを具備し、真空容器内に配置された被加工物に高速原
子線源から高速原子線を照射すると共に、ラジカル源か
らラジカル粒子を照射し、該被加工物を加工することを
特徴とする。また、請求項5に記載の発明は、真空容器
と、該真空容器内に大きな運動エネルギーで飛翔する原
子又は分子からなる高速原子線を放出する高速原子線源
と、該真空容器内に電子線を放出する電子源とを具備
し、真空容器内に配置された被加工物に高速原子線源
ら高速原子線を照射すると共に、電子源から電子線を照
射し、該被加工物を加工することを特徴とする。
【0008】
【作用】常温の大気中で熱運動している原子・分子は、
概ね0.05eV前後の運動エネルギーを有している。
これに比べてはるかに大きな運動エネルギーで飛翔する
原子・分子を”高速原子”と呼び、それが一方向にビー
ム状に流れる場合に”高速原子線”という。この高速原
子線を用いた加工においては、高速原子線が、電気的に
中性であるため、金属、半導体ばかりでなく、荷電粒子
を用いた加工技術が不得意とするプラスチック、セラミ
ックなどの絶縁物を加工対象とする場合に威力を発揮す
る。
【0009】本発明は上記構成を採用することにより、
高速原子線を照射すると共に、光エネルギー、レーザー
光、電子線、X線源又は放射線、イオン粒子の1つ又は
2つ以上を組み合わせて照射し、被加工物を加工するの
で、被加工物の加工表面に表面吸着ラジカル粒子やイオ
ンラジカル量が多くなり、高速で効率的に加工を行なう
ことができる。
【0010】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図1は本発明の高速原子線を用いる加工装置の概
略構成を示す図である。同図において、図3と同一符号
を付した部分は同一又は相当部分を示す。以下他の図面
においても同様とする。
【0011】図1において、高速原子線源1より真空容
器2内に高速原子線3が放出され、該高速原子線3が回
転テーブル5の上に載置された被加工物4の表面に照射
される。真空容器2内はターボ分子ポンプ7等により真
空排気されている。被加工物4は均一に加工されるよう
に回転テーブル5は回転している。
【0012】被加工物表面における化学反応性を高め加
工速度を上げるために、ラジカル粒子9を放射するラジ
カル源8を設け、該ラジカル源8よりラジカル粒子9を
被加工物4の加工表面に供給する。なお、図1におい
て、ラジカル粒子よりも反応性の高い低エネルギーのイ
オンラジカルを被加工物4の加工表面に吸着させること
により、加工速度を高めることができる。
【0013】図2は本発明の高速原子線を用いる加工装
置の他の概略構成を示す図である。図2の加工装置にお
いては、被加工物4の加工表面において吸着粒子の活性
化を行ない化学反応を高め加工速度を上げるため、光エ
ネルギー源10より放射された光エネルギー11を被加
工物4の加工表面に照射している。この光エネルギー源
10は、その放射する光の波長が被加工物4の表面にお
ける吸着粒子の吸収波長帯の波長を含む光を放射するも
のである。光エネルギーの代わりに、吸収波長選択性の
良いレーザー光を用いることもある。
【0014】被加工物4の表面吸着粒子を活性化させ、
反応速度の向上によって加工速度を高めるだけでなく、
被加工物4を構成する原子の結合を分離又はゆるめたり
するため、光エネルギー源10に替え光エネルギーより
もエネルギーの高いX線又は放射線(α線、β線、γ
線)を放射するX線源又は放射線源を設け、該X線源又
は放射線源から被加工物4の加工表面にX線又は放射線
を照射し、加工速度を高めることができる。
【0015】高速原子線3は高速原子線源1内の放電部
に生成されたプラズマ中に存在するイオンが電界により
加速され、高速原子線源1の出口側に設置されている電
極の原子放出孔中において、該加速されたイオンが電荷
交換を行ない高速原子線3となって放出される。その
際、中性化率の良い高速原子線3を得ようとすると、放
電によって生成されたラジカル粒子も残留ガス粒子や原
子放出孔中の壁面との衝突割合が増加し、そのため生成
されたラジカル粒子は失活し被加工物4の加工表面にお
けるラジカル粒子の吸着量が減少する。よって、プラズ
マ中における加工手法等に比べ、加工速度は劣ってい
る。
【0016】上記実施例では、中性化率の高い高速原子
線を用いた場合でも、加工速度を上げるため、被加工物
4の加工表面にラジカル粒子9や光エネルギー11の供
給を行ない吸着粒子の活性化を行なっている。例えば、
高速原子線源1に供給するガス6に塩素ガスを用い、被
加工物4としてGaAsを加工する場合、ラジカル粒子
9の供給により、高速原子線3のみを用いた加工結果に
比べ2倍以上の加工速度が得られる。また、ガス6にS
6ガスを用い、被加工物4としてSiを加工する場
合、光エネルギー源10として重水素ランプから紫外光
を被加工物4であるSiの表面に照射した場合、高速原
子線の加工の場合に比べて10倍以上の加工速度が得ら
れた。
【0017】また、図2の光エネルギー源10に替え
て、電子線を放出する電子線源を設け、該電子線源から
電子線を被加工物4の加工表面に照射するようにしても
よい。
【0018】また、図2の光エネルギー源10に替え
て、該真空容器内に光エネルギーを放出する光エネルギ
ー源、レーザー光を放出するレーザー光源、電子線を放
出する電子線源、X線を放出するX線源、放射線を放出
する放射線源、イオン粒子を放出するイオン源の2つ以
上を組み合わせた源を用い、該2つ以上を組み合わせた
源から光エネルギー、レーザー光、電子線、X線、放射
線、イオン粒子の2以上を組み合わせて被加工物4の被
加工面に照射するようにしてもよい。
【0019】また、上記実施例では真空容器2を用い、
真空中の被加工物4の加工表面に高速原子線と光エネル
ギーやラジカル粒子等を照射する例を示したが、真空容
器2を用いることなく、真空外に配置した被加工物4の
加工表面に高速原子線と光エネルギーやラジカル粒子等
を照射するようにしてもよい。
【0020】
【発明の効果】従来の高速原子線のみを用いた加工方法
では、中性化率を高めるとラジカル粒子やイオンラジカ
ル粒子の被加工表面吸着量が減少するため速い加工速度
は望めなかったが、本発明によれば高速原子線とラジカ
ル粒子、光エネルギー、レーザー光等の併用によるの
で、加工速度を向上させることができるだけでなく、高
速原子線と被加工物表面吸着ラジカル量を独自に制御で
きるから、加工形状や加工速度の制御性を向上させるこ
とが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の高速原子線を用いる加工装置の概略構
成を示す図である。
【図2】本発明の高速原子線を用いる加工装置の概略構
成を示す図である。
【図3】従来の高速原子線を用いる加工装置の概略構成
を示す図である。
【符号の説明】
1 高速原子線源 2 真空容器 3 高速原子線 4 被加工物 5 回転テーブル 6 ガス 7 ターボ分子ポンプ 8 ラジカル源 9 ラジカル粒子 10 光エネルギー源 11 光エネルギー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B23K 17/00 B23K 15/00 - 15/08 B23K 28/02 H01L 21/302

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 真空容器と、該真空容器内に大きな運動
    エネルギーで飛翔する原子又は分子からなる高速原子線
    を放出する高速原子線源と、該真空容器内にイオン粒子
    を放出するイオン源とを具備し、 前記真空容器内に配置された被加工物に前記高速原子線
    から高速原子線を照射すると共に、前記イオン源から
    イオン粒子を照射し、該被加工物を加工することを特徴
    とする高速原子線を用いる加工装置。
  2. 【請求項2】 真空容器と、該真空容器内に大きな運動
    エネルギーで飛翔する原子又は分子からなる高速原子線
    を放出する高速原子線源と、該真空容器内に光エネルギ
    ーを放出する光エネルギー源、レーザー光を放出するレ
    ーザー光源、電子線を放出する電子線源、X線を放出す
    るX線源、放射線(α線、β線、γ線)を放出する放射
    線源、イオン粒子を放出するイオン源の2つ以上を組み
    合わせた源とを具備し、 前記真空容器内に配置された被加工物に高速原子線源か
    ら高速原子線を照射すると共に、前記2つ以上を組み合
    わせた源から光エネルギー、レーザー光、電子線、X
    線、放射線、イオン粒子の2以上を組み合わせて照射
    し、該被加工物を加工することを特徴とする高速原子線
    を用いる加工装置。
  3. 【請求項3】 真空容器と、該真空容器内に大きな運動
    エネルギーで飛翔する原子又は分子からなる高速原子線
    を放出する高速原子線源と、該真空容器内に光エネルギ
    ーを放出する光エネルギー源とを具備し、 前記真空容器内に配置された被加工物に前記高速原子線
    から高速原子線を照射すると共に、前記光エネルギー
    源から光エネルギーを照射し、該被加工物を加工するこ
    とを特徴とする高速原子線を用いる加工装置。
  4. 【請求項4】 真空容器と、該真空容器内に大きな運動
    エネルギーで飛翔する原子又は分子からなる高速原子線
    を放出する高速原子線源と、該真空容器内にラジカル粒
    子を放出するラジカル源とを具備し、 前記真空容器内に配置された被加工物に前記高速原子線
    から高速原子線を照射すると共に、前記ラジカル源か
    らラジカル粒子を照射し、該被加工物を加工することを
    特徴とする高速原子線を用いる加工装置。
  5. 【請求項5】 真空容器と、該真空容器内に大きな運動
    エネルギーで飛翔する原子又は分子からなる高速原子線
    を放出する高速原子線源と、該真空容器内に電子線を放
    出する電子源とを具備し、 前記真空容器内に配置された被加工物に前記高速原子線
    から高速原子線を照射すると共に、前記電子源から電
    子線を照射し、該被加工物を加工することを特徴とする
    高速原子線を用いる加工装置。
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