KR101886587B1 - 원자선원 - Google Patents

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다카요시 아카오
도모키 나가에
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Abstract

원자선원(10)은, 원자선을 방출 가능한 방출구(32)가 형성된 방출부(30)를 갖는 통형상의 음극(20)과, 음극(20)의 내부에 설치된 막대형상의 제1 양극(40)과, 음극(20)의 내부에 제1 양극(40)과 이격되어 설치된 막대형상의 제2 양극(50)을 갖추고, 음극(20)의 형상, 제1 양극(40)의 형상, 제2 양극(50)의 형상, 및, 음극(20)과 제1 양극(40)과 상기 제2 양극(50)의 위치 관계로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1 이상을 미리 정해진 구성으로 함으로써, 제1 양극(40)과 제2 양극(50) 사이에서의 플라즈마에 의해 생긴 양이온이 음극(20), 제1 양극(40) 및 제2 양극(50) 중 적어도 하나와 충돌하여 발생하는 스퍼터 입자의 방출을 억제하는 것이다.

Description

원자선원{ATOMIC BEAM SOURCE}
본 발명은 원자선원에 관한 것이다.
종래, 이 종류의 원자선원으로는, 음극인 통형상체의 내부에 배치되는 양극을 변위시켜, 방전 공간 내의 전자 밀도를 제어하는 것이 제안되어 있다(특허문헌 1 참조). 특허문헌 1의 원자선원에서는, 저가로 단시간에 원하는 단위시간당 방출 원자 밀도 분포를 얻을 수 있고, 표면 개질 장치에 있어서는 양호한 표면 처리가 가능해진다고 하고 있다.
그런데, 특허문헌 1의 원자선원에서는, 방전 공간 내에서 생성된 이온 등에 의해 음극이나 양극이 스퍼터되어 탈락하고, 탈락한 입자가 원자선원으로부터 출사되어 버리는 경우가 있었다. 따라서, 음극이 되는 케이스와, 케이스 내에 설치되어 전계를 발생시키는 양극이 되는 전극체를 갖추고, 케이스나 전극체의 적어도 일부에, 전계에서 생성하는 이온에 의해 스퍼터되어 어려운 재료를 적용한 것이 제안되어 있는 (특허문헌 2 참조). 특허문헌 2의 원자선원에서는, 불필요한 입자의 출사를 억제할 수 있다고 한다.
특허문헌 1 : 일본 특허 공개 제2007-317650호 공보 특허문헌 2 : 일본 특허 공개 제2014-86400호 공보
그러나, 특허문헌 2의 원자선원에서는, 스퍼터되기 어려운 재료를 적용함으로써 불필요한 입자의 방출을 억제할 수 있지만, 아직 불필요한 입자가 방출되는 경우가 있어, 불필요한 입자의 방출을 보다 억제하는 것이 요구되었다.
본 발명은 이러한 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 불필요한 입자의 방출을 보다 억제할 수 있는 원자선원을 제공하는 것을 주목적으로 한다.
본 발명의 원자선원은, 전술한 주목적을 달성하기 위해 이하의 수단을 채택했다.
본 발명의 원자선원은,
원자선을 방출 가능한 방출구가 형성된 방출부를 갖는 통형상의 음극과,
상기 음극의 내부에 설치된 막대형상의 제1 양극과,
상기 음극의 내부에 상기 제1 양극과 이격되어 설치된 막대형상의 제2 양극
을 포함하고, 상기 음극의 형상, 상기 제1 양극의 형상, 상기 제2 양극의 형상, 및, 상기 음극과 상기 제1 양극과 상기 제2 양극의 위치 관계로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1 이상을 미리 정해진 구성으로 함으로써, 상기 제1 양극과 상기 제2 양극 사이에서의 플라즈마에 의해 생긴 양이온이 상기 음극, 상기 제1 양극 및 상기 제2 양극 중 적어도 하나와 충돌하여 발생하는 스퍼터 입자의 방출을 억제하는 것이다.
본 발명의 원자선원에서는, 불필요한 입자의 방출을 보다 억제할 수 있다. 이러한 효과를 얻을 수 있는 이유는 이하와 같이 추찰된다. 즉, 음극의 형상이나 각 양극의 형상, 음극과 제1 양극과 제2 양극의 위치 관계 등을 미리 정해진 것으로 함으로써, 스퍼터 입자의 발생 그 자체를 억제하거나, 스퍼터 입자의 퇴적을 억제하거나, 발생한 스퍼터 입자의 음극이나 양극으로부터의 탈락이나 비산을 억제하거나, 탈락이나 비산한 스퍼터 입자의 방출을 억제하거나 할 수 있기 때문이라고 추찰된다.
도 1은 제1 실시형태의 일례인 원자선원(10)의 구성의 개략을 나타내는 사시도.
도 2는 도 1의 A-A 단면도.
도 3은 원자선원(10)의 사용 상태를 나타내는 설명도.
도 4는 제2 실시형태의 일례인 원자선원(110)에 있어서의 도 2에 해당하는 단면도.
도 5는 제2 실시형태의 일례인 원자선원(210)에 있어서의 도 2에 해당하는 단면도.
도 6은 제3 실시형태의 일례인 원자선원(310)에 있어서의 도 2에 해당하는 단면도.
도 7은 제4 실시형태의 일례인 원자선원(410)에 있어서의 도 2에 해당하는 단면도.
도 8은 제5 실시형태의 일례인 원자선원(510)에 있어서의 도 2에 해당하는 단면도.
도 9는 제6 실시형태의 일례인 원자선원(610)에 있어서의 도 2에 해당하는 단면도.
도 10은 원자선원(610)의 방출구(632)의 사시도.
도 11은 일반적인 원자선원의 사용후의 내부 상태를 나타내는 모식도.
도 12는 일반적인 원자선원의 모서리부에서의 퇴적물의 모습을 나타내는 모식도.
도 13은 R면을 형성한 원자선원의 모서리부에서의 퇴적물의 모습을 나타내는 모식도.
[제1 실시형태]
도 1은, 제1 실시형태의 일례인 원자선원(10)의 구성의 개략을 나타내는 사시도이다. 도 2는, 도 1의 A-A 단면도이다. 도 3은, 원자선원(10)의 사용 상태를 나타내는 설명도이다.
원자선원(10)은, 도 1, 2에 나타낸 바와 같이, 양끝이 폐쇄된 통형상의 음극(20)과, 음극(20)의 내부에 설치된 막대형상의 제1 양극(40)과, 음극(20)의 내부에 제1 양극(40)과 이격되어 설치된 막대형상의 제2 양극(50)을 갖추고 있다. 음극(20)은, 통형상의 면 중의 일부에, 원자선을 방출 가능한 복수의 방출구(32)가 형성된 방출부(30)를 갖고 있고, 이 방출부(30)에 대응하는 부분이 개구된 케이스(60)의 내부에 배치되어 있다. 또한, 음극(20)은, 방출부(30)와는 반대쪽의 면에, 원료 가스(예컨대 Ar 가스)를 공급하는 공급부(36)를 갖고 있다. 제1 양극(40) 및 제2 양극(50)은, 모두 그 양끝이 음극(20)의 일단 및 타단에, 절연 부재(62)를 통해 고정되어 있다. 또, 도 1에 있어서, 케이스(60)와 음극(20)의 경계선을 이점쇄선으로 나타내고, 음극(20)의 내면을 그물모양으로 나타냈다.
원자선원(10)은, 사용시에는, 예컨대 10-2 Pa 이하, 바람직하게는 10-3 Pa 이하의 감압 분위기하에 배치되고, 도 3에 나타낸 바와 같이, 음극(20)에 직류 전원의 부극이, 제1 양극(40) 및 제2 양극(50)에 각각 직류 전원의 정극이 접속되고, 예컨대 0.1 kV∼10 kV 정도의 고전압이 인가된다. 이렇게 해서 생긴 전계에 의해, 공급부(36)로부터 공급되는 원료 가스가 전리되어 제1 양극(40)과 제2 양극(50) 사이에 플라즈마가 생성된다. 플라즈마에 의해 생긴 양이온(예컨대 Ar+)은, 방출부(30)에 끌어 당겨져 방출구(32)를 통과하고, 음극(20)으로부터 전자를 수취하여 원자선(예컨대 Ar 빔)으로서 외부로 방출된다. 이렇게 하여 원자선원으로서 기능한다.
원자선원(10)에서는, 제1 양극(40) 및 제2 양극(50)은, 방출부(30)에 평행한 미리 정해진 배치면(P) 상에 중심축(C1, C2)이 위치하도록 서로 평행하게 배치되어 있다. 또한, 제1 양극(40) 및 제2 양극(50)은, 중심축(C1, C2) 사이의 거리를 L로 하고, 배치면(P)과 방출부(30)의 거리를 H로 했을 때에, (H+L)×H2/L의 값이 750 이상 1670 이하의 범위 내가 되도록 배치되어 있다. (H+L)×H2/L의 값은, 750 이상이 바람직하고, 800 이상이 보다 바람직하고, 850 이상이 더욱 바람직하다. 또한, (H+L)×H2/L의 값은, 1670 이하가 바람직하고, 1050 이하가 보다 바람직하고, 1000 이하가 더욱 바람직하다. 중심축(C1, C2) 사이의 거리 L은, 예컨대 10mm 이상 50 mm 이하가 바람직하고, 12 mm 이상 40 mm 이하가 보다 바람직하고, 12 mm 이상 35 mm 이하가 더욱 바람직하다. 또한, 배치면(P)과 방출부(30)의 거리 H는, 예컨대 10mm 이상 50 mm 이하가 바람직하고, 15 mm 이상 45 mm 이하가 보다 바람직하고, 20 mm 이상 30 mm 이하가 더욱 바람직하다. 또, 제1 양극(40) 및 제2 양극(50)은, 중심축 C1과 C2가 음극(20)의 축방향에 평행해지도록 배치되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 중심축 C1과 C2의 중간 위치가 음극(20)의 폭 방향의 중심 위치와 일치하도록 배치되어 있는 것이 바람직하고, 그 차는 ±5 mm 이내인 것이 보다 바람직하다.
음극(20)의 형상은, 음극(20)의 축방향에 수직인 단면을 보았을 때에, 단면이 원이나 타원이어도 좋고, 삼각형, 사각형, 오각형, 육각형 등의 다각형이어도 좋고, 그 밖의 형상이어도 좋다. 음극(20)은, 내측과 외측의 단면형상이 동일해도 좋고 상이해도 좋다. 음극의 치수는, 예컨대 그 내측의 치수가, 높이 방향에서 20 mm 이상 100 mm 이하, 폭 방향에서 20 mm 이상 100 mm 이하, 길이 방향에서 50 mm 이상 300 mm 이하 등으로 해도 좋다. 또, 높이 방향은 방출부(30)가 형성된 면에 수직인 방향, 폭 방향은 세로방향에 수직이고 또한 축방향에 수직인 방향, 길이 방향은 음극(20)의 축방향에 평행한 방향으로 한다(이하 동일). 음극(20)의 두께는, 0.5 mm 이상 10 mm 이하 등으로 해도 좋다.
음극(20)의 재질은, 흑연, 유리형 카본 등의 탄소 재료로 할 수 있다. 탄소 재료는, 전자 방출성이 좋고, 저가이며 가공성도 양호하므로 적합하다. 음극(20)의 재질은, 그 밖에, 예컨대 텅스텐, 몰리브덴, 티탄, 니켈이나, 이들의 합금, 이들의 화합물 등으로 해도 좋다.
방출부(30)는, 미리 정해진 폭으로 길이 방향으로 신장되는 영역에 형성되어 있어도 좋다. 예컨대, 음극(20)의 내측의 단면이 다각형인 경우에는 그 한 면에 형성되어 있어도 좋다. 방출부(30)의 치수는, 폭이 5 mm 이상 90 mm 이하, 길이가 5 mm 이상 90 mm 이하 등으로 해도 좋다. 이 방출부(30)는, 복수로 분할되어 있어도 좋다. 방출구(32)의 형상은, 원이나 타원이어도 좋고, 삼각형, 사각형, 오각형, 육각형 등의 다각형이어도 좋고, 그 밖의 형상이어도 좋다. 방출구(32)의 치수는, 폭 방향 및 길이 방향(원의 경우에는 직경)에서 각각, 0.05 mm 이상 5 mm 이하 등으로 해도 좋다. 또한, 방출구(32)는, 폭 0.05 mm 이상 5 mm 이하의 슬릿형상이어도 좋다. 방출부(30)의 두께는, 0.5 mm 이상 10 mm 이하 등으로 해도 좋고, 음극(20)의 다른 부분의 두께와 동일해도 좋고 상이해도 좋다. 방출부(30)의 재질은, 음극(20)에서 예시한 것 등으로 할 수 있고, 방출부(30)와 동일한 것으로 해도 좋고 상이한 것으로 해도 좋다.
공급부(36)에는, 원료 가스를 공급하는 도시하지 않은 공급 장치가 접속된다. 공급부(36)의 위치나 치수, 형상 등은 특별히 한정되지 않고, 플라즈마가 안정되도록 적절하게 설정하면 된다.
케이스(60)는, 음극(20) 중 방출부(30) 이외를 덮는 것이면 되지만, 음극(20) 중 방출부(30)나 공급부(36) 이외의 모든 부분을 덮는 것인 것이 바람직하다. 케이스(60)의 재질은, 알루미늄 합금, 구리 합금, 스테인레스 등으로 할 수 있다.
제1 양극(40) 및 제2 양극(50)의 형상은, 음극(20)의 축방향에 수직인 단면을 보았을 때에, 단면이 원이나 타원이어도 좋고, 삼각형, 사각형, 오각형, 육각형 등의 다각형이어도 좋고, 그 밖의 형상이어도 좋다. 제1 양극(40) 및 제2 양극(50)의 치수 특별히 한정되지 않지만, 예컨대 높이 방향 및 폭 방향(원의 경우는 직경)에서 각각 1 mm 이상 20 mm 이하, 길이 방향에서 50 mm 이상 400 mm 이하로 해도 좋다. 또, 제1 양극(40) 및 제2 양극(50)의 형상이나 치수는 동일해도 좋고 상이해도 좋다.
제1 양극(40) 및 제2 양극(50)의 재질은, 흑연, 유리형 카본 등의 탄소 재료로 할 수 있다. 탄소 재료는, 전자 방출성이 좋고, 저가이며 가공성도 양호하므로 적합하다. 제1 양극(40) 및 제2 양극(50)의 재질은, 그 밖에, 예컨대 텅스텐, 몰리브덴, 티탄, 니켈이나, 이들의 합금, 이들의 화합물 등으로 해도 좋다.
이 원자선원(10)에서는, 감압 분위기의 처리실 내에 있어서, 이 처리실 내에 배치된 피처리재에 원자선을 조사하여 피처리재에 원하는 처리를 실시할 수 있다. 처리실은, 10-2 Pa 이하로 설정되어 있는 것이 바람직하고, 10-3 Pa 이하가 보다 바람직하다. 피처리재로는, 예컨대 Si나, LiTaO3, LiNbO3, SiC, SiO2, Al2O3, GaN, GaAs, GaP 등의 화합물이나 금속 등을 들 수 있다. 원자선원(10)에서는, 원자선 조사에 의해, 피처리재 표면의 산화물이나 흡착 분자를 제거하거나, 피처리재 표면을 활성화하거나 할 수 있다. 예컨대, 2개의 피처리재의 표면을, 원자선 조사에 의해 산화물이나 흡착 분자를 제거하여 활성화시키고, 원자선 조사면끼리 대향시켜 서로 겹치고, 필요에 따라서 가압함으로써, 2개의 피처리재를 직접 접합할 수 있다. 원자선원(10)은, 소위 고속 원자선(FAB)원으로서 이용할 수 있다.
이상 설명한 원자선원(10)에서는, 음극(20)과 제1 양극(40)과 제2 양극(50)의 위치 관계가 미리 정해진 구성이며, 구체적으로는 (H+L)×H2/L의 값이 750 이상 1670 이하이다. 이와 같이, (H+L)×H2/L의 값이 750 이상 1670 이하로 하면, 원자선의 취출 효율이 향상되기 때문에, 원하는 원자선의 취출 효율을 얻는 데 필요한 직류 전원의 출력을 작게 할 수 있다. 이에 따라, 음극(20)의 방출부(30) 이외의 부분에 충돌하는 양이온의 비율이 적어지고, 직류 전원의 출력을 작게 하면 충돌하는 양이온의 수도 적어지기 때문에, 원자선원(10)에서는 원자선의 취출 효율을 유지한 채 스퍼터 입자의 발생을 억제할 수 있다. 결과적으로, 불필요한 입자의 방출을 보다 억제할 수 있다.
[제2 실시형태]
도 4는, 제2 실시형태의 일례인 원자선원(110)에 있어서의 도 2에 해당하는 단면도이다. 또, 원자선원(10)의 구성과 동일한 구성에 관해서는 동일한 부호를 붙이고, 상세한 설명을 생략한다. 또한, 도 4에 나타나지 않은 구성은 원자선원(10)의 구성과 동일하므로 사시도를 생략하고, 원자선원의 사용 방법이나 그것을 이용한 피처리재의 처리 방법은 원자선원(10)과 동일하므로 설명을 생략한다(이하 각 실시형태에 있어서 동일).
원자선원(110)은, 도 4에 나타낸 바와 같이, 양끝이 폐쇄된 통형상의 음극(120)과, 음극(120)의 내부에 설치된 막대형상의 제1 양극(140)과, 음극(120)의 내부에 제1 양극(140)과 이격되어 설치된 막대형상의 제2 양극(150)을 갖추고 있다. 음극(120)은, 통형상의 면 중의 일부에, 원자선을 방출 가능한 복수의 방출구(32)가 형성된 방출부(30)를 갖고 있고, 이 방출부(30)에 대응하는 부분이 개구된 케이스(60)의 내부에 배치되어 있다. 또한, 음극(120)은, 방출부(30)와는 반대쪽의 면에 공급부(36)를 갖고 있다. 제1 양극(140) 및 제2 양극(150)은 모두, 그 양끝이 음극(120)의 일단 및 타단에 절연 부재(62)를 통해 고정되어 있다. 원자선원(110)에서는, (H+L)×H2/L의 값은, 원자선원(10)과 동일해도 좋고 상이해도 좋다. 예컨대, 500 이상 4000 이하 등의 범위에서 적절하게 설정해도 좋다.
원자선원(110)에서는, 음극(120)이, 음극(120)의 축방향에 수직인 단면을 보았을 때에 내측이 사각형이고, 사각형의 각 모서리가 모따기 형상, 구체적으로는 R면이다. 이 사각형는 정방형 또는 장방형인 것이 바람직하다. R면은, 반경이 1 mm 이상인 것이 바람직하고, 5 mm 이상이 보다 바람직하고, 10 mm 이상이 더욱 바람직하다. 또한, R면은, 반경이 50 mm 이하로 해도 좋고, 30 mm 이하로 해도 좋고, 20 mm 이하로 해도 좋다. 음극(120)은, 음극(120)의 축방향에 수직인 단면을 보았을 때에, 중심(O)으로부터 내측까지의 거리의 최소값 Xmin과 중심(O)으로부터 내측까지의 거리의 최대값 Xmax가 0.5≤Xmin/Xmax≤1을 만족하는 것이 바람직하다. 이러한 것에서는, 불필요한 입자의 방출을 보다 억제할 수 있다. 중심(O)은, 음극(120)의 축방향에 수직인 단면을 보았을 때의 내측의 사각형의 무게 중심의 위치로 할 수 있다. Xmin/Xmax의 값은, 0.68 이상이 바람직하고, 0.7 이상이 보다 바람직하다. 음극(120)의 치수는, 예컨대 그 내측의 치수가, 높이 방향에서 20 mm 이상 100 mm 이하, 폭 방향에서 20 mm 이상 100 mm 이하, 길이 방향에서 50 mm 이상 300 mm 이하 등으로 해도 좋다.
음극(120)은, 음극(120)의 축방향에 수직인 단면을 보았을 때에 외측의 형상이, 원이나 타원이어도 좋고, 삼각형, 사각형, 오각형, 육각형 등의 다각형이어도 좋고, 그 밖의 형상이어도 좋다. 음극(120)은, 내측과 외측의 단면형상이 동일해도 좋고 상이해도 좋다. 음극(20)의 두께는, 0.5 mm 이상 10 mm 이하 등으로 해도 좋다. 음극(120)의 재질은, 음극(20)에서 예시한 것을 이용할 수 있다.
제1 양극(140) 및 제2 양극(150)은, 방출부(30)에 평행한 미리 정해진 배치면 상에 각 중심축이 위치하도록 서로 평행하게 배치되어 있어도 좋다. 또한, 중심축의 적어도 한쪽이 예컨대 배치면(P)에 대하여 세로방향으로 기울어져 배치되어 있어도 좋고, 중심축의 적어도 한쪽이 예컨대 폭 방향에 수직인 면에 대하여 폭 방향으로 기울어져 배치되어 있어도 좋고, 이들 양쪽으로 해도 좋다. 배치면(P)에 대한 중심축의 기울기는, 예컨대 0° 이상 10° 이하로 해도 좋다. 또한, 폭 방향에 수직인 면에 대한 중심축의 기울기는, 예컨대 0° 이상 10° 이하로 해도 좋다. 제1 양극(140) 및 제2 양극(150)의 형상이나 치수, 재질은, 제1 양극(40) 및 제2 양극(50)과 동일하게 할 수 있다.
이상 설명한 원자선원(110)에서는, 음극(120)의 형상이 미리 정해진 구성이며, 구체적으로는, 음극(120)이 모따기 형상의 모서리부를 갖는다. 모서리부는 스퍼터 입자가 퇴적되기 쉬운 경향이 있지만, 음극(120)에서는 모따기 형상의 모서리부를 갖기 때문에, 스퍼터 입자의 모서리부에 대한 퇴적의 집중을 억제할 수 있다. 이 때문에, 음극(120) 내에 퇴적되는 스퍼터 입자의 퇴적층의 두께가 보다 균일해지고, 왜곡에 의한 균열의 발생이 억제되고, 퇴적물의 낙하나 비산을 억제할 수 있다. 또한, 플라즈마에 가까운 부분(예컨대 음극의 모서리부 이외의 부분)은 양이온의 충돌에 의해 마모되기 쉬운 경향이 있지만, 음극(120)의 모따기 형상의 모서리부는 모따기 형상이 아닌 경우보다 플라즈마에 가까워지고, 음극(120)의 플라즈마와의 거리가 균일화되기 때문에, 마모량이 보다 균일해진다. 이와 같이, 원자선원(110)에서는, 음극(120)에 대한 퇴적물의 퇴적량이나, 양이온의 충돌에 의한 음극(120)의 마모량이 보다 균일해지고, 낙하나 비산의 우려가 있는 퇴적물의 성장 그 자체를 억제할 수 있다. 결과적으로, 불필요한 입자의 방출을 억제할 수 있다.
또, 원자선원(110)은, 음극(120)이, 음극(120)의 축방향에 수직인 단면을 보았을 때에 내측이 사각형이고, 사각형의 각 모서리가 R면인 것으로 했지만, 각 모서리의 형상은 챔퍼(chamfer)면이어도 좋다. 이렇게 하더라도, 원자선원(110)과 동일한 효과를 얻을 수 있다. 도 5는, 제2 실시형태의 일례인 원자선원(210)에 있어서의 도 2에 해당하는 단면도이다. 원자선원(110)의 구성과 동일한 구성에 관해서는 동일한 부호를 붙이고, 상세한 설명을 생략한다. 원자선원(210)에 있어서 챔퍼면은, 높이 h와 폭 w가 각각 10 mm보다 큰 것이 바람직하고, 15 mm 이상이 보다 바람직하다. 챔퍼면의 높이 h와 폭 w는 각각 50 mm 이하로 해도 좋고, 30 mm 이하로 해도 좋고, 20 mm 이하로 해도 좋다. 원자선원(210)에 있어서도, 사각형은 정방형 또는 장방형인 것이 바람직하다. 또한, 음극(220)은, 음극(220)의 축방향에 수직인 단면을 보았을 때에, 중심(O)으로부터 내측까지의 거리의 최소값 Xmin과 중심(O)으로부터 내측까지의 거리의 최대값 Xmax가 0.5≤Xmin/Xmax≤1을 만족하는 것이 바람직하다. Xmin/Xmax의 값은, 0.68 이상으로 해도 좋고, 0.7 이상으로 해도 좋지만, 0.75보다 큰 것이 바람직하고, 0.77 이상이 바람직하고, 0.79 이상이 보다 바람직하다.
또한, 원자선원(110)이나 원자선원(210)은, 음극이, 음극의 축방향에 수직인 단면을 보았을 때에 내측이 사각형이고, 사각형의 각 모서리가 모따기 형상인 것으로 했지만, 음극은, 예컨대 음극의 축방향에 수직인 단면을 보았을 때에 내측이 원형 또는 타원형인 것으로 해도 좋다. 이렇게 하더라도, 원자선원(110)이나 원자선원(210)과 동일한 효과를 얻을 수 있다. 이 경우도, 음극의 축방향에 수직인 단면을 보았을 때에, 중심(O)으로부터 내측까지의 거리의 최소값 Xmin과 중심(O)으로부터 내측까지의 거리의 최대값 Xmax가 0.5≤Xmin/Xmax≤1을 만족하는 것이 바람직하다. Xmin/Xmax의 값은, 0.68 이상으로 해도 좋고, 0.7 이상으로 해도 좋다. 또, 이 경우, 중심(O)의 위치는, 음극의 축방향에 수직인 단면을 보았을 때의 내측의 원 또는 타원의 중심의 위치로 할 수 있다.
[제3 실시형태]
도 6은, 제3 실시형태의 일례인 원자선원(310)에 있어서의 도 2에 해당하는 단면도이다. 또, 원자선원(10)이나 원자선원(110)의 구성과 동일한 구성에 관해서는 동일한 부호를 붙이고, 상세한 설명을 생략한다.
원자선원(310)은, 도 6에 나타낸 바와 같이, 양끝이 폐쇄된 통형상의 음극(320)과, 음극(320)의 내부에 설치된 막대형상의 제1 양극(140)과, 음극(320)의 내부에 제1 양극(140)과 이격되어 설치된 막대형상의 제2 양극(150)을 갖추고 있다. 음극(320)은, 통형상의 면 중의 일부에, 원자선을 방출 가능한 복수의 방출구(332)가 형성된 방출부(330)를 갖고 있고, 이 방출부(330)에 대응하는 부분이 개구된 케이스(60)의 내부에 배치되어 있다. 또한, 음극(320)은, 방출부(330)와는 반대쪽의 면에 공급부(36)를 갖고 있다. 제1 양극(140) 및 제2 양극(150)은 모두, 그 양끝이 음극(320)의 일단 및 타단에 절연 부재(62)를 통해 고정되어 있다.
원자선원(310)에서는, 음극(320)의 방출부(330)에 형성된 방출구(332)가, 음극(320)의 외면으로부터 내면으로 갈수록 개구 면적이 작아지는 경향으로 형성되어 있다. 방출구는, 외면과 내면을 연결하는 직선의 방출부(330)에 수직인 방향에 대한 기울기 S가 0°보다 크면 되지만, 4° 이상이 바람직하고, 6° 이상이 보다 바람직하다. 이와 같이, 기울기 S가 0°보다 크면, 기울기 S가 예컨대 0°인 경우보다 내면측의 개구 면적을 작게, 외면측의 개구 면적을 크게 할 수 있다. 이에 따라, 원자선원(310)에서는, 내면측에서 스퍼터 입자의 방출을 억제할 수 있고, 외면측의 개구가 내면측의 개구보다 커서 양이온이나 원자가 방출구(332)에 충돌하기 어렵기 때문에, 원자선의 취출 효율의 저하를 억제할 수 있다. 또한, 기울기 S는 20° 이하가 바람직하고, 15° 이하가 보다 바람직하고, 10° 이하가 더욱 바람직하다. 기울기 S가 20° 이하이면, 내면측의 개구가 지나치게 작아지지 않아, 인접하는 구멍과 관통하는 것을 방지할 수 있다. 음극(320)의 외면으로부터 내면으로 갈수록 개구 면적이 작아지는 경향은, 예컨대 외면으로부터 내면으로 갈수록 직선형으로 일정한 각도로 작아지는 것으로 해도 좋고, 각도를 바꾸면서 곡선형으로 작아지는 것으로 해도 좋고, 계단형으로 작아지는 것으로 해도 좋다. 기울기 S는, 방출구(332)의 전체 둘레에 걸쳐 일정해도 좋고, 일정하지 않아도 좋다.
방출구(332)의 형상은, 원이나 타원이어도 좋고, 삼각형, 사각형, 오각형, 육각형 등의 다각형이어도 좋고, 그 밖의 형상이어도 좋다. 방출구(332)의 치수는, 음극(320)의 내면에 있어서, 폭 방향 및 길이 방향(원의 경우에는 직경)에서 각각, 0.05 mm 이상 5 mm 이하 등으로 해도 좋다. 또한, 방출구(32)는 슬릿형상이어도 좋다. 슬릿형상의 경우, 음극(320)의 내면에 있어서, 폭 0.05 mm 이상 5 mm 이하의 슬릿인 것이 바람직하다. 슬릿이 신장되는 방향은 특별히 한정되지 않는다.
방출부(330)의 형상이나 치수, 재질, 형성 부위는, 방출구(332) 이외에 관해서는 방출부(30)와 동일하게 할 수 있다. 또한, 음극(320)의 형상이나 치수, 재질 등은, 방출부(330) 및 방출구(332) 이외에 관해서는 음극(20)과 동일하게 할 수 있다.
이상 설명한 원자선원(310)에서는, 음극(320)의 형상이 미리 정해진 구성이며, 구체적으로는 음극(320)의 방출부(330)에 형성된 방출구(332)가, 음극(320)의 외면으로부터 내면으로 갈수록 개구 면적이 작아지는 경향으로 형성되어 있다. 이와 같이, 원자선원(310)에서는, 내면측의 개구 면적이 작기 때문에 내면측에서 스퍼터 입자의 방출을 억제할 수 있고, 외면측의 개구가 내면측의 개구보다 커서 양이온이나 원자가 방출구(332)에 충돌하기 어렵기 때문에, 원자선의 취출 효율의 저하를 억제할 수 있다. 결과적으로, 불필요한 입자의 방출을 억제할 수 있다.
[제4 실시형태]
도 7은, 제4 실시형태의 일례인 원자선원(410)에 있어서의 도 2에 해당하는 단면도이다. 또, 원자선원(10)이나 원자선원(110)의 구성과 동일한 구성에 관해서는 동일한 부호를 붙이고, 상세한 설명을 생략한다.
원자선원(410)은, 도 7에 나타낸 바와 같이, 양끝이 폐쇄된 통형상의 음극(420)과, 음극(420)의 내부에 설치된 막대형상의 제1 양극(140)과, 음극(420)의 내부에 제1 양극(140)과 이격되어 설치된 막대형상의 제2 양극(150)을 갖추고 있다. 음극(420)은, 통형상의 면 중의 일부에, 원자선을 방출 가능한 복수의 방출구(32)가 형성된 방출부(30)를 갖고 있고, 이 방출부(30)에 대응하는 부분이 개구된 케이스(60)의 내부에 배치되어 있다. 또한, 음극(420)은, 방출부(30)와는 반대쪽의 면에 공급부(36)를 갖고 있다. 제1 양극(140) 및 제2 양극(150)은 모두, 그 양끝이 음극(420)의 일단 및 타단에 절연 부재(62)를 통해 고정되어 있다.
원자선원(410)에서는, 음극(420)이, 스퍼터 입자를 포집하는 포집부(422)와, 포집부(422)에 접속되어 스퍼터 입자를 외부로 배출하는 배출부(424)를 갖추고 있다. 원자선원(410)의 사용시에는, 배출부(424)에는 배출관 등이 접속되어, 예컨대 처리실 밖 등의 적절한 장소에 스퍼터 입자가 배출된다. 배출부(424)에는, 직접 또는 배출관 등을 통해 흡인 장치 등을 접속해도 좋지만, 음극(420)의 내부의 기압이 배출부(424)를 통한 외부의 기압보다 높은 경우에는, 흡인 장치 등이 없더라도 배출부(424)로부터 스퍼터 입자를 외부로 배출할 수 있다.
포집부(422)는, 스퍼터 입자가 퇴적되기 쉬운 부분, 예컨대, 음극(420)의 축방향에 수직인 단면을 보았을 때에 내측이 모서리부를 갖는 형상(다각형 등)인 경우에, 모서리부에 설치되어 있는 것이 바람직하다. 포집부(422)는, 음극(420)의 내부로부터 스퍼터 입자가 들어가는 입구가, 포집부(422)의 내부보다 좁게 되어 있는 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 포집부(422)에 포집된 스퍼터 입자가 음극(420)의 내부에 탈락되거나 비산되는 것을 보다 억제할 수 있다.
포집부(422)의 형상은, 음극(420)의 축방향에 수직인 단면을 보았을 때에, 일부가 개구된 원이나 타원이어도 좋고, 삼각형, 사각형, 오각형, 육각형 등의 다각형이어도 좋고, 그 밖의 형상이어도 좋다. 개구는, 상기 단면의 각 형상(개구되지 않은 것)의 중심과 개구부를 연결하는 2개의 직선이 이루는 각 θ이 90° 이상 180° 이하인 것이 바람직하다. 포집부(422)의 치수는, 높이 방향 및 폭 방향(원의 경우에는 직경)에서 각각, 5 mm 이상이 바람직하고, 10 mm 이상이 보다 바람직하고, 15 mm 이상이 더욱 바람직하다. 또한, 이 치수는, 70 mm 이하로 해도 좋고, 35 mm 이하가 바람직하고, 30 mm 이하가 보다 바람직하고, 25 mm 이하가 더욱 바람직하다. 예컨대, 포집부(422)의 단면이, 일부가 개구된 원인 경우, 이 원의 직경 D는, 10mm 이상 70 mm 이하가 바람직하고, 이 원의 반경 r은, 5 mm 이상 35 mm 이하가 바람직하다. 포집부(422)는, 길이 방향으로, 단면형상이 일정 또는 단면형상이 변화하면서 연속적으로 형성되어 있어도 좋고, 단속적으로 형성되어 있어도 좋고, 일부에 형성되어 있어도 좋다.
음극(420)은, 포집부(422) 및 배출부(424)를 갖추고 있는 점 외에는, 음극(20)과 동일하게 할 수 있다.
이상 설명한 원자선원(410)에서는, 음극(420)의 형상이 미리 정해진 구성이며, 구체적으로는 포집부(422)와 배출부(424)를 갖추고 있다. 이 때문에, 스퍼터 입자를 포집부(422)에 모아서 배출부(424)로부터 적절하게 배출함으로써, 스퍼터 입자의 퇴적이나, 퇴적된 스퍼터 입자의 낙하나 비산을 억제할 수 있다. 결과적으로, 불필요한 입자의 방출을 억제할 수 있다.
[제5 실시형태]
도 8은, 제5 실시형태의 일례인 원자선원(510)에 있어서의 도 2에 해당하는 단면도이다. 또, 원자선원(10)과 동일한 구성에 관해서는 동일한 부호를 붙이고, 상세한 설명을 생략한다.
원자선원(510)은, 도 8에 나타낸 바와 같이, 양끝이 폐쇄된 통형상의 음극(20)과, 음극(20)의 내부에 설치된 막대형상의 제1 양극(540)과, 음극(20)의 내부에 제1 양극(540)과 이격되어 설치된 막대형상의 제2 양극(550)을 갖추고 있다. 음극(20)은, 통형상의 면 중의 일부에, 원자선을 방출 가능한 복수의 방출구(32)가 형성된 방출부(30)를 갖고 있고, 이 방출부(30)에 대응하는 부분이 개구된 케이스(60)의 내부에 배치되어 있다. 또한, 음극(20)은, 방출부(30)와는 반대쪽의 면에 공급부(36)를 갖고 있다. 제1 양극(540) 및 제2 양극(550)은 모두, 그 양끝이 음극(20)의 일단 및 타단에 절연 부재(62)를 통해 고정되어 있다.
원자선원(510)에서는, 제1 양극(540) 및 제2 양극(550)이, 본체(542, 552)의 서로가 대향하는 쪽의 반대쪽에 돌기(544, 554)를 갖추고 있다. 본체(542, 552)의 형상이나 치수, 재질, 배치는, 제1 양극(40) 및 제2 양극(50)과 동일하게 할 수 있다. 돌기(544, 554)의 형상은, 선단이 뾰족한 형상이어도 좋고, 선단이 둥근 형상이어도 좋고, 선단이 평면과 같은 형상이어도 좋다. 또한, 돌기(544, 554)는, 길이 방향으로, 단면형상이 일정 또는 단면형상이 변화하면서 연속적으로 형성되어 있어도 좋고, 단속적으로 형성되어 있어도 좋다. 또한, 돌기(544, 554)는, 길이 방향 전체에 걸쳐 형성되어 있어도 좋고, 일부에 형성되어 있어도 좋다. 돌기(544, 554)는, 그 선단과 음극(20)의 거리 P가 0.5 mm 이상 5 mm 이하가 되도록 형성되어 있는 것이 바람직하고, 0.5 mm 이상 3 mm 이하가 보다 바람직하고, 0.5 mm 이상 2 mm 이하가 더욱 바람직하다. 돌기(544, 554)의 높이는, 0.5 mm 이상 3 mm 이하가 바람직하고, 1 mm 이상 3 mm 이하가 보다 바람직하고, 2 mm 이상 3 mm 이하가 더욱 바람직하다.
제1 양극(540) 및 제2 양극(550)은, 방출부(30)에 평행한 미리 정해진 배치면 상에 본체(542 및 552)의 각 중심축이 위치하도록 서로 평행하게 배치되어 있어도 좋다. 또한, 중심축의 적어도 한쪽이 예컨대 배치면(P)에 대하여 세로방향으로 기울어져 배치되어 있어도 좋고, 중심축의 적어도 한쪽이 예컨대 폭 방향에 수직인 면에 대하여 폭 방향으로 기울어져 배치되어 있어도 좋고, 이들 양쪽으로 해도 좋다. 배치면(P)에 대한 중심축의 기울기는, 예컨대 0° 이상 10° 이하로 해도 좋다. 또한, 폭 방향에 수직인 면에 대한 중심축의 기울기는, 예컨대 0° 이상 10° 이하로 해도 좋다.
이상 설명한 원자선원(510)에서는, 제1 양극(540) 및 제2 양극(550)의 형상이 미리 정해진 구성이며, 구체적으로는, 제1 양극(540) 및 제2 양극(550)이 상호 대향하는 쪽의 반대쪽에 돌기(544, 554)를 갖추고 있다. 이러한, 원자선원(510)에서는, 전계 집중에 의해, 돌기(544, 554)가 없는 경우에 비하여 낮은 전압에서 플라즈마가 발생하여 원자선을 방출할 수 있다. 전압이 낮으면 양이온의 이동 속도가 느려지기 때문에, 양이온이 음극(20)이나 제1 양극(540), 제2 양극(550)에 충돌하더라도 스퍼터 입자가 생기기 어려워, 스퍼터 입자의 발생 그 자체를 억제할 수 있다. 결과적으로, 불필요한 입자의 방출을 억제할 수 있다.
[제6 실시형태]
도 9는, 제6 실시형태의 일례인 원자선원(610)에 있어서의 도 2에 해당하는 단면도이다. 또한, 도 10은, 원자선원(610)의 방출구(632)의 사시도이다. 도 10에 있어서, 이점쇄선은, 방출부(630) 본체 부분과의 가상 경계선이다. 또, 원자선원(10, 110)과 동일한 구성에 관해서는 동일한 부호를 붙이고, 상세한 설명을 생략한다.
원자선원(610)은, 도 9에 나타낸 바와 같이, 양끝이 폐쇄된 통형상의 음극(620)과, 음극(620)의 내부에 설치된 막대형상의 제1 양극(140)과, 음극(620)의 내부에 제1 양극(140)과 이격되어 설치된 막대형상의 제2 양극(150)을 갖추고 있다. 음극(620)은, 통형상의 면 중의 일부에, 원자선을 방출 가능한 복수의 방출구(632)가 형성된 방출부(630)를 갖고 있고, 이 방출부(630)에 대응하는 부분이 개구된 케이스(60)의 내부에 배치되어 있다. 또한, 음극(620)은, 방출부(630)와는 반대쪽의 면에 공급부(36)를 갖고 있다. 제1 양극(140) 및 제2 양극(150)은 모두, 그 양끝이 음극(620)의 일단 및 타단에 절연 부재(62)를 통해 고정되어 있다.
원자선원(610)에서는, 제3 실시형태의 원자선원(310)과 마찬가지로, 음극(620)의 방출부(630)에 형성된 방출구(632)가, 음극(620)의 외면으로부터 내면으로 갈수록 개구 면적이 작아지는 경향으로 형성되어 있다. 단, 방출구(632)는, 음극(620)의 내면측에 필터부가 설치됨으로써, 음극(620)의 외면으로부터 내면으로 갈수록 개구 면적이 작아지는 경향으로 형성되어 있는 점에서 원자선원(310)과는 상이하다. 원자선원(610)에서는, 음극(620)의 방출부(630)에 형성된 방출구(632) 중 음극(620)의 내면측에, 도 10에 나타낸 바와 같이 필터부(634)가 설치되어 있다. 이 필터부(634)는, 방출구(632)보다 개구 면적이 작은 개구(636)를 2개 이상 갖고 있다. 필터부(634)의 개구(636)의 형상은, 원이나 타원이어도 좋고, 삼각형, 사각형, 오각형, 육각형 등의 다각형이어도 좋고, 그 밖의 형상이어도 좋다. 필터부(634)의 개구(636)의 치수는, 폭 방향 및 길이 방향(원의 경우에는 직경)에서 각각, 0.01 mm 이상 0.1 mm 이하가 바람직하고, 0.01 mm 이상 0.08 mm 이하가 보다 바람직하고, 0.03 mm 이상 0.06 mm 이하가 더욱 바람직하다. 필터부(634)의 개구(636)는 슬릿형상이어도 좋다. 슬릿형상의 경우, 폭 1.01 mm 이상 0.1 mm 이하의 슬릿인 것이 바람직하다. 슬릿이 신장되는 방향은 특별히 한정되지 않는다. 필터부(634)의 두께는 방출부(630)의 두께 미만이면 되지만, 0.1 mm 이상 3 mm 이하가 바람직하고, 0.3 mm 이상 2 mm 이하가 보다 바람직하고, 0.5 mm 이상 1 mm 이하가 더욱 바람직하다. 필터부(634)의 재질은, 음극(20)에서 예시한 것 등으로 할 수 있고, 방출부(630)와 동일한 것으로 해도 좋고 상이한 것으로 해도 좋다. 필터부(634)는, 방출부(630)와 일체 형성되어 있는 것이 바람직하다.
방출구(632)의 필터부(634) 이외의 형상은, 방출구(32)와 동일하게 할 수 있다. 방출부(630)의 형상이나 치수, 형성 부위는, 방출구(632) 이외에 관해서는 방출부(30)와 동일하게 할 수 있다. 또한, 음극(620)의 형상이나 치수, 재질 등은, 방출부(630) 및 방출구(632) 이외에 관해서는 음극(20)과 동일하게 할 수 있다.
이상 설명한 원자선원(610)에서는, 음극(620)의 형상이 미리 정해진 구성이며, 구체적으로는, 음극(620)의 방출부(630)에 형성된 방출구(632)가, 음극(620)의 내면측에 필터부(634)를 갖추고 있다. 이에 따라, 원자선원(610)에서는, 내면측에서 필터부(634)에 의해 스퍼터 입자의 방출을 억제할 수 있고, 외면측에는 필터부(634)가 없어 양이온이나 원자가 방출구(632)에 충돌하기 어렵기 때문에, 원자선의 취출 효율의 저하를 억제할 수 있다. 결과적으로, 불필요한 입자의 방출을 억제할 수 있다.
또, 본 발명은 전술한 실시형태에 전혀 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 범위에 속하는 한 여러가지 양태로 실시할 수 있는 것은 물론이다.
예컨대, 전술한 실시형태에서는 제1∼제6 실시형태를 별개로 설명했지만, 제1∼제6 실시형태 중의 2개 이상을 조합해도 좋다. 전술한 실시형태에서는, 원자선원(10∼610)은 케이스(60)를 갖는 것으로 했지만, 케이스(60)를 생략해도 좋다. 전술한 실시형태에서는, 음극(20∼620)은, 양끝이 폐쇄된 통형상인 것으로 했지만, 일단이 폐쇄되고 일단이 개구된 통형상이어도 좋고, 양끝이 개구된 통형상이어도 좋다. 이 경우에는, 케이스(60)에 의해 음극(20∼620)의 개구가 막힌다. 전술한 실시형태에서는, 제1 양극(40∼540) 및 제2 양극(50∼550)은 모두, 그 양끝이 음극(20∼620)의 일단 및 타단에 절연 부재(62)를 통해 고정되어 있는 것으로 했지만, 이러한 것에 한정되지 않는다. 제1 양극(40∼540) 및 제2 양극(50∼550)의 적어도 한쪽은, 음극(20∼620)의 일단에만 절연 부재(62)를 통해 고정되어 있어도 좋고, 그 밖의 방법으로 고정되어 있어도 좋다. 전술한 실시형태에서는, 원료 가스로서 Ar 가스를 예시했지만, 예컨대, He, Ne, Kr, Xe, O2, H2, N2 등으로 해도 좋다. 또한, 원료 가스는, 공급부(36)로부터 공급되는 것으로 했지만, 미리 음극(20∼620)의 내부에 존재하는 것으로 해도 좋다. 이 경우, 공급부(36)를 생략할 수 있다.
실시예
이하에는, 본 발명의 원자선원을 이용하여 원자선을 발생시킨 경우에 관해, 실험예로서 설명한다. 또, 실험예 1-2, 1-5, 1-8, 1-11, 1-12, 2-2∼2-7, 3-2∼3-5, 4-2, 4-3, 5-1, 5-2가 본 발명의 실시예에 해당하고, 실험예 1-1, 1-3, 1-4, 1-6, 1-7, 1-9, 1-10, 2-1, 3-1, 4-1, 5-3, 5-4가 비교예에 해당한다.
[실험예 1-1∼1-12]
실험예 1-1∼1-12에서는, 도 1∼3에 나타내는 원자선원(10)을 이용했다. 음극(20)에는, 음극(20)의 축방향에 수직인 단면을 보았을 때에, 단면이 사각형이고, 내측의 치수가 높이 60 mm, 폭 50 mm, 길이 100 mm이고, 두께가 5 mm인, 양끝이 폐쇄된 통형상의 탄소 음극을 이용했다. 방출부(30)에는, 직경 2 mm의 방출구(32)를 폭 방향으로 10개, 길이 방향으로 15개 형성했다. 제1 양극(40) 및 제2 양극(50)에는, 직경 10 mm이고 길이 120 mm인 막대형상의 탄소 전극을 이용했다. 제1 양극(40)과 제2 양극(50)의 중심 사이의 거리 L, 배치면(P)과 방출부(30)의 거리 H 및 (H+L)×H2/L의 값은, 표 1에 나타내는 것으로 했다. 이 원자선원(10)을, 10-6 Pa의 진공으로 유지된 처리실 내에 배치하고, 처리 대상이 되는 Si 기판에 원자선을 조사했다. 조사시에는, 음극(20)과 제1 양극(40) 및 제2 양극(50)에 접속된 고압 직류 전원을, 전류 100 mA로 전압 1000 V의 전압을 인가했다. 또한, 공급부(36)로부터 원료 가스로서의 Ar 가스를 30 cc/min로 공급했다.
Figure 112017015014913-pct00001
표 1에, 기판 표면을 확인했을 때의 불필요한 입자(카본 입자, 이하 파티클이라고도 함)의 평가 결과와, 빔(원자선) 조사의 평가 결과를 나타냈다. 또, 파티클의 평가는, 기판 표면을 파티클 카운터로 확인하여, 현행품(예컨대 실험예 1-1)과 파티클량을 비교함으로써 행했다. 파티클이 현행품보다 매우 적은 것을 「A」, 파티클이 현행품보다 적은 것을 「B」, 파티클이 현행품과 동등한 것을 「C」, 파티클이 현행품보다 많은 것을 「D」로서 평가했다. 또한, 빔 조사의 평가는, 에칭률을 막두께 측정계에 의해 측정하여, 현행품과 에칭률을 비교함으로써 행했다. 표에서는, 에칭률이 현행품보다 매우 높은 것을 「A」, 에칭률이 현행품보다 높은 것을 「B」, 에칭률이 현행품과 동등한 것을 「C」, 에칭률이 현행품보다 낮은 것을 「D」로 평가했다. 표 1에 나타낸 바와 같이, (H+L)×H2/L이 750 이상 1670 이하인 실험예 1-2, 1-5, 1-8, 1-11, 1-12에서는, 빔 조사 및 파티클의 평가 결과가 현행품보다 양호했다. 이것으로부터, 제1 실시형태의 양태에서는, 불필요한 입자의 방출을 억제할 수 있다는 것을 알았다. 또한, (H+L)×H2/L의 값은, 750 이상이 바람직하고, 800 이상이 보다 바람직하고, 850 이상이 더욱 바람직하다는 것을 알았다. 또한, (H+L)×H2/L의 값은, 1670 이하가 바람직하고, 1050 이하가 보다 바람직하고, 1000 이하가 더욱 바람직하다는 것을 알았다.
[실험예 2-1∼2-7]
실험예 2-1은 실험예 1-1과 동일하게 했다. 실험예 2-2∼2-4에서는, 도 4에 나타내는 원자선원(110)을 이용했다. 실험예 2-5∼2-7에서는, 도 5에 나타내는 원자선원(210)을 이용했다. 음극(120 및 220)에서는, 실험예 2-1의 음극(20)의 모서리부를 표 2에 나타내는 형상으로 했다. 그 이외의 조건은, 실험예 2-1과 동일하게 하여 실험을 행했다. 또, 표 2의 R5는 반경 5 mm의 R면인 것을 나타내고, C5는 높이와 폭이 5 mm인 챔퍼면인 것을 나타낸다.
Figure 112017015014913-pct00002
표 2에, 기판 표면을 확인했을 때의 파티클의 평가 결과를 나타냈다. 표 2에 나타낸 바와 같이 모서리부가 모따기 형상인 경우에는, 파티클의 평가 결과가 양호했기 때문에, 불필요한 입자의 방출을 억제할 수 있다는 것을 알았다. 따라서, 제2 실시형태의 양태에서는, 불필요한 입자의 방출을 억제할 수 있다는 것을 알았다. 또한, R면은 반경 5 mm 이상인 것이 바람직하고, 챔퍼면은 높이 및 폭이 각각 15 mm 이상인 것이 바람직하다는 것을 알았다. 또, 실험예 2-5, 2-6에서는 파티클의 평가 결과는 C였지만, 파티클이 실험예 2-1보다 약간 적고, 일정한 효과를 얻을 수 있다는 것을 알았다.
도 11에, 일반적인 원자선원의 사용후의 내부 상태의 모식도를 나타낸다. 도 12에, 일반적인 원자선원의 모서리부에서의 퇴적물(스퍼터 입자)의 모습의 모식도를 나타낸다. 또한, 도 13에, R면을 형성했을 때의 모서리부에서의 퇴적물의 모습의 모식도를 나타낸다. 도 11에 있어서, 일점쇄선으로 둘러싼 부분은 카본 입자가 많이 퇴적되는 부분을 나타내고, 파선으로 둘러싼 부분은 음극(20)이 많이 마모되는 부분을 나타낸다. 도 11이나 도 12에 나타낸 바와 같이, 모서리부는 스퍼터 입자가 퇴적되기 쉬운 경향이 있지만, 실험예 2-2∼2-7에서는 각 모서리가 모따기 형상이므로, 도 13에 나타낸 바와 같이 스퍼터 입자의 모서리부에 대한 퇴적의 집중을 억제할 수 있었다고 추찰되었다. 또한, 도 11에 나타낸 바와 같이, 플라즈마에 가까운 부분(예컨대 음극의 모서리부 이외의 부분)은 양이온의 충돌에 의해 마모되기 쉬운 경향이 있지만, 실험예 2-2∼2-7에서는, 각 모서리가 모따기 형상이며 음극(120)의 플라즈마와의 거리가 균일화되기 때문에, 마모량이 보다 균일해졌다고 추찰되었다. 이러한 관점, 즉 스퍼터 입자의 모서리부에 대한 퇴적의 집중을 억제하거나 음극의 플라즈마와의 거리를 균일화하거나 하는 관점에서, 음극은, 음극의 축방향에 수직인 단면을 보았을 때에 내측이 원형 또는 타원형이어도 좋다고 추찰되었다.
또한, 음극은, 플라즈마의 중심에 가까운 위치라고 생각되는 음극의 중심으로부터, 음극의 내측까지의 거리가 가능한 한 균일한 것이 바람직하고, 예컨대 전술한 Xmin/Xmax의 값이 0.5≤Xmin/Xmax≤1을 만족하는 것이 바람직하다는 것을 알았다. Xmin/Xmax의 값은, 0.68 이상이 바람직하고, 0.7 이상이 보다 바람직하다는 것을 알았다. 모따기 형상이 챔퍼면인 경우에는, Xmin/Xmax의 값이 0.75보다 큰 것이 바람직하고, 0.77 이상이 보다 바람직하고, 0.79 이상이 더욱 바람직하다는 것을 알았다.
[실험예 3-1∼3-5]
실험예 3-1∼3-5에서는, 도 6에 나타내는 원자선원(310)을 이용했다. 음극(320)에서는, 방출구(332)의 각도 S를 표 3에 나타내는 값으로 하고, 내면측의 개구의 직경을 0.05 mm로 했다. 그 이외의 조건은, 실험예 1-1과 동일하게 하여 실험을 행했다.
Figure 112017015014913-pct00003
표 3에, 기판 표면을 확인했을 때의 파티클의 평가 결과와, 빔 조사의 평가 결과를 나타냈다. 표 3에 나타낸 바와 같이, 각도 S가 4° 이상인 실험예 3-3∼3-5에서는, 빔 조사의 평가 결과가 현행품과 동등하고 파티클의 평가 결과가 매우 양호했다. 각도 S가 3°인 실험예 3-2에서는, 빔 조사의 평가 결과가 현행품보다 낮았지만, 파티클의 평가 결과는 매우 양호했기 때문에, 방출 구경이나 출력을 조정하거나 하여 빔 조사를 양호하게 하더라도, 파티클의 평가 결과는 양호해진다고 추찰되었다. 따라서, 제3 실시형태의 양태에서는, 적합하게 불필요한 입자의 방출을 억제할 수 있다는 것을 알았다. 또한, 각도 S는 4° 이상 20° 이하인 것이 바람직하다는 것을 알았다. 또한, 도 9에 나타내는 원자선원(610)에서도, 원자선원(310)과 마찬가지로, 음극(620)의 방출부(630)에 형성된 방출구(632)가, 음극(620)의 외면으로부터 내면으로 갈수록 개구 면적이 작아지는 경향으로 형성되어 있기 때문에, 원자선원(310)과 동일한 효과를 얻을 수 있다고 추찰되었다.
[실험예 4-1∼4-3]
실험예 4-1∼4-3에서는, 도 7에 나타내는 원자선원(410)을 이용했다. 음극(420)에서는, 포집부(422)를, 표 1에 나타내는 반경 r의 원형에서 일부가 이지러진 형상으로 했다. 각도 θ는 90°로 했다. 그 이외의 조건은, 실험예 1-1과 동일하게 하여 실험을 행했다.
Figure 112017015014913-pct00004
표 4에, 기판 표면을 확인했을 때의 파티클의 평가 결과를 나타냈다. 표 4에 나타낸 바와 같이, 포집부(422) 및 배출부(423)를 갖춘 실험예 4-2, 4-3에서는, 모두 파티클의 평가 결과가 양호했기 때문에, 불필요한 입자의 방출을 억제할 수 있다는 것을 알았다. 따라서, 제4 실시형태의 양태에서는, 불필요한 입자의 방출을 억제할 수 있다는 것을 알았다.
[실험예 5-1∼5-4]
실험예 5-1∼5-4에서는, 도 8에 나타내는 원자선원(510)을 이용했다. 양극(540, 550)으로는, 직경 10 mm의 막대형상의 본체로부터, 돌기 선단과 음극 사이의 거리가 표 5에 나타내는 거리 P가 되도록 표 5에 나타내는 높이의 돌기를 양극의 길이 방향 전체에 걸쳐 연속적으로 설치한 탄소 전극을 이용했다. 또한, 인가 전압을 800 V로 했다. 그 이외의 조건은, 실험예 1-1과 동일하게 하여 실험을 행했다.
Figure 112017015014913-pct00005
표 5에, 기판 표면을 확인했을 때의 파티클의 평가 결과와, 빔 조사의 평가 결과를 나타냈다. 표 5에 나타낸 바와 같이, 돌기를 형성한 실험예 5-1∼5-2에서는 모두, 파티클의 평가 결과 및 빔 조사의 평가 결과가 모두 양호했다. 따라서, 제5 실시형태의 양태에서는, 불필요한 입자의 방출을 억제할 수 있다는 것을 알았다. 또한, 돌기를 형성하지 않고 거리 P만을 변화시킨 실험예 5-3, 5-4에서는, 빔 조사의 평가 결과 및 파티클의 평가 결과가 현행품과 동등했기 때문에, 실험예 5-1, 5-2에서 빔 조사의 평가 결과나 파티클의 평가 결과가 양호해진 것은, 돌기의 존재에 의한 효과라고 추찰되었다.
또, 본 발명은 전술한 실험예에 전혀 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 범위에 속하는 한 여러가지 양태로 실시할 수 있는 것은 물론이다.
본 출원은, 2015년 8월 28일에 출원된 일본 특허 출원 제2015-168429호를 우선권 주장의 기초로 하고 있고, 인용에 의해 그 내용이 모두 본 명세서에 포함된다.
본 발명은 원자선을 이용하는 기술 분야에 이용 가능하다.
10 : 원자선원 20 : 음극
30 : 방출부 32 : 방출구
36 : 공급부 40 : 제1 양극
50 : 제2 양극 60 : 케이스
62 : 절연 부재 110 : 원자선원
120 : 음극 140 : 제1 양극
150 : 제2 양극 210 : 원자선원
220 : 음극 310 : 원자선원
320 : 음극 330 : 방출부
332 : 방출구 410 : 원자선원
420 : 음극 422 : 포집부
424 : 배출부 510 : 원자선원
540 : 제1 양극 542 : 본체
544 : 돌기 550 : 제2 양극
552 : 본체 554 : 돌기
610 : 원자선원 620 : 음극
630 : 방출부 632 : 방출구
634 : 필터부 636 : 개구

Claims (11)

  1. 원자선을 방출 가능한 방출구가 형성된 방출부를 갖는 통형상의 음극과,
    상기 음극의 내부에 설치된 막대형상의 제1 양극과,
    상기 음극의 내부에 상기 제1 양극과 이격되어 설치된 막대형상의 제2 양극
    을 포함하고, 상기 음극의 형상, 상기 제1 양극의 형상, 상기 제2 양극의 형상, 및, 상기 음극과 상기 제1 양극과 상기 제2 양극의 위치 관계로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1 이상을 미리 정해진 구성으로 함으로써, 상기 제1 양극과 상기 제2 양극 사이에서의 플라즈마에 의해 생긴 양이온이 상기 음극, 상기 제1 양극 및 상기 제2 양극 중 적어도 하나와 충돌하여 발생하는 스퍼터 입자의 방출을 억제하는 것인 원자선원.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 양극 및 상기 제2 양극은, 상기 방출부에 평행한 배치면 상에 중심축이 위치하도록 서로 평행하게 배치되고, 상기 제1 양극과 상기 제2 양극의 중심축 사이의 거리를 L로 하고, 상기 배치면과 상기 방출부의 거리를 H로 했을 때에, (H+L)×H2/L의 값이 750 ㎟ 이상 1670 ㎟ 이하의 범위 내인 것인 원자선원.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 음극은, 상기 음극의 축방향에 수직인 단면을 보았을 때에 내측이 사각형이고, 상기 사각형의 1 이상의 모서리가 모따기 형상이거나, 상기 단면을 보았을 때에 내측이 원형 또는 타원형인 것인 원자선원.
  4. 제3항에 있어서, 상기 모따기 형상은, 반경 5 mm 이상의 R면 및 높이와 폭이 각각 15 mm 이상인 챔퍼면 중 어느 하나인 것인 원자선원.
  5. 제3항에 있어서, 상기 음극은, 상기 단면을 보았을 때에, 중심으로부터 상기 내측까지의 거리의 최소값 Xmin과 중심으로부터 상기 내측까지의 거리의 최대값 Xmax가 0.5≤Xmin/Xmax≤1을 만족하는 것인 원자선원.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 방출구는, 상기 음극의 외면으로부터 내면으로 갈수록 개구 면적이 작아지는 경향으로 형성되는 것인 원자선원.
  7. 제6항에 있어서, 상기 방출구는, 상기 외면과 상기 내면을 연결하는 직선의 상기 방출부에 수직인 방향에 대한 기울기가 4° 이상 20° 이하인 것인 원자선원.
  8. 제6항에 있어서, 상기 방출구는, 상기 음극의 내면측에 필터부가 설치됨으로써, 상기 음극의 외면으로부터 내면으로 갈수록 개구 면적이 작아지는 경향으로 형성되는 것인 원자선원.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 음극은, 상기 스퍼터 입자를 포집하는 포집부와, 상기 포집부에 접속되고 상기 스퍼터 입자를 외부로 배출하는 배출부를 포함하는 것인 원자선원.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 양극 및 상기 제2 양극은, 서로가 대향하는 쪽의 반대쪽에 돌기를 포함하는 것인 원자선원.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 음극은, 상기 음극의 축방향에 수직인 단면을 보았을 때에 내측이 사각형이고, 상기 사각형의 1 이상의 모서리가 모따기 형상이거나, 상기 단면을 보았을 때에 내측이 원형 또는 타원형이며,
    상기 모따기 형상은, 반경 5 mm 이상의 R면 및 높이와 폭이 각각 15 mm 이상인 챔퍼면 중 어느 하나이고,
    상기 음극은, 상기 단면을 보았을 때에, 중심으로부터 상기 내측까지의 거리의 최소값 Xmin과 중심으로부터 상기 내측까지의 거리의 최대값 Xmax가 0.5≤Xmin/Xmax≤1을 만족하며,
    상기 방출구는, 상기 음극의 외면으로부터 내면으로 갈수록 개구 면적이 작아지는 경향으로 형성되고,
    상기 방출구는, 상기 외면과 상기 내면을 연결하는 직선의 상기 방출부에 수직인 방향에 대한 기울기가 4° 이상 20° 이하이며,
    상기 방출구는, 상기 음극의 내면측에 필터부가 설치됨으로써, 상기 음극의 외면으로부터 내면으로 갈수록 개구 면적이 작아지는 경향으로 형성되고,
    상기 음극은, 상기 스퍼터 입자를 포집하는 포집부와, 상기 포집부에 접속되고 상기 스퍼터 입자를 외부로 배출하는 배출부를 포함하며,
    상기 제1 양극 및 상기 제2 양극은, 서로가 대향하는 쪽의 반대쪽에 돌기를 포함하는 것인 원자선원.
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