JP2016192534A - 処理装置および処理方法、ならびにガスクラスター発生装置および発生方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】装置構成が複雑化および大型化することなく、ガスクラスターの量が不十分にならず、残渣等が発生せずにガスクラスターを用いた処理を行う。【解決手段】被処理体Ｓが配置され、真空に保持される処理容器１と、処理容器１内を排気する排気機構６と、ガスクラスターを生成するためのクラスター生成ガスを含むガスを供給するためのガス供給部１２と、処理容器１内に設けられ、ガス供給部１２から供給されたクラスター生成ガスをその内部で断熱膨張させてガスクラスターを生成させ、生成されたガスクラスターを含むガス成分を処理容器１内に噴射するクラスターノズル１１と、クラスターノズル１１部分にプラズマを生成するプラズマ生成機構２２とを具備し、クラスターノズル部分で生成されたプラズマによりガスクラスターがイオン化され、イオン化したガスクラスターがクラスターノズル１１から噴射され、被処理体Ｓに照射して所定の処理を行われる。【選択図】 図１

Description

本発明は、ガスクラスターを用いた処理装置および処理方法、ならびにガスクラスター発生装置および発生方法に関する。
近時、被処理体表面にガスクラスターを照射して被処理体の洗浄や加工を行うガスクラスター技術が、選択性の高い加工や洗浄を可能にする技術として注目されている。
ガスクラスターの物理力を用いて基板等の被処理体表面の洗浄等の処理を行う場合、処理によってはガスクラスター自体の物理的作用では処理が不十分になる可能性がある。
そこで、ガスクラスターを用いて被処理体の洗浄や加工の処理能力を高める技術として、ガスクラスターを生成した後、ガスクラスターをイオン化し、電界や磁界により加速したクラスターイオンビームを被処理体に衝突させる技術が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。
また、ガスクラスターをイオン化させることなく化学反応性の高いガスを使用してガスクラスターを生成して処理能力を高める技術も提案されている（特許文献３）。特許文献３には、反応ガスであるＣｌＦ３ガスと、それよりも低沸点のガスであるＡｒガスとの混合ガスを、液化しない範囲の圧力で噴出部から断熱膨張させながら真空処理室内に噴出させ、反応性クラスターを生成し、その反応性クラスターを真空処理室内の試料に噴射して加工することが記載されている。
特開平４−３５４８６５号公報 特開２０１１−８６４７１号公報 国際公開第２０１０／０２１２６５号パンフレット
ところで、上記特許文献１や特許文献２の技術では、クラスター生成部とイオン化部とが別々に設けられており、装置構成が複雑化および大型化する。また、イオン化部はフィラメントから熱電子を放出させてガスクラスターと衝突させているため、１０−３Ｐａ程度の低圧の真空環境が求められる。このため導入ガス量が制限され、発生するガスクラスターイオン量が少なく、洗浄等の処理に長時間を要してしまう可能性がある。
また、上記特許文献３の技術では、被処理体に非反応物質が存在する場合に残渣が発生する可能性があり、例えば洗浄処理を行う場合に洗浄が不十分になってしまう。
したがって、本発明は、装置構成が複雑化および大型化することなく、ガスクラスターの量が不十分にならず、残渣等が発生せずに処理を行うことができる、ガスクラスターを用いた処理装置および処理方法を提供すること、ならびに、それに用いるガスクラスター発生装置および発生方法を提供することを課題とする。
上記課題を解決するため、本発明の第１の観点は、ガスクラスターを用いて被処理体に対して処理を行う処理装置であって、被処理体が配置され、真空に保持される処理容器と、前記処理容器内を排気する排気機構と、ガスクラスターを生成するためのクラスター生成ガスを含むガスを供給するためのガス供給部と、前記処理容器内に設けられ、前記ガス供給部から供給されたクラスター生成ガスをその内部で断熱膨張させてガスクラスターを生成させ、生成されたガスクラスターを含むガス成分を前記処理容器内に噴射するクラスターノズルと、前記クラスターノズル部分にプラズマを生成するプラズマ生成機構とを具備し、前記クラスターノズル部分で生成されたプラズマにより前記ガスクラスターがイオン化され、イオン化したガスクラスターが前記クラスターノズルから噴射され、被処理体に照射して所定の処理を行うことを特徴とするガスクラスターを用いた処理装置を提供する。
前記クラスターノズルから噴射された前記イオン化したガスクラスターを前記被処理体に向けて加速させる加速手段をさらに具備することが好ましい。また、前記クラスターノズルは金属製であり、前記プラズマ生成機構は、前記クラスターノズルに直流電圧を印加する直流電源を有し、前記直流電源により前記クラスターノズルと前記被処理体との間に電位差を生じさせ、ＤＣ放電により前記クラスターノズル部分にプラズマを生成させる構成とすることができる。この場合に、前記直流電源は、前記クラスターノズルと前記被処理体との間に電位差を生じさせる機能により前記加速手段としても機能させることができる。
前記プラズマ生成機構として、前記クラスターノズル部分に誘導結合プラズマを生成するものを用いることができる。前記クラスターノズルは誘電体で構成されており、前記プラズマ生成機構は、前記クラスターノズルの周囲に設けられた誘導コイルと、前記誘導コイルに高周波電力を供給する高周波電源とを有するものとすることができる。
前記ガス供給部から供給されたガスのうち、前記クラスターノズル部分でクラスター化されかったものは、前記プラズマにより励起されてモノマーイオンまたはラジカルとなって、前記被処理体の表面に存在する物質に化学的作用を及ぼすようにしてもよい。
前記ガス供給部は、前記クラスター生成ガスと反応性ガスとを供給し、前記反応性ガスは、前記クラスターノズル部分で前記プラズマにより励起されてモノマーイオンまたはラジカルとなって前記処理容器に供給されるか、または前記クラスターノズルを介さずに直接前記処理容器に供給されて、前記被処理体の表面に存在する物質に化学的作用を及ぼすようにしてもよい。
前記クラスターノズルのガス噴射領域に磁界を発生させる磁石をさらに具備し、前記磁界に電子やイオンのような荷電成分がトラップされ、前記荷電成分がトラップされた部分にプラズマ生成領域が規定されることが好ましい。前記磁石の磁場強度が最大となる位置と、前記クラスターノズルの出口の位置が同位置、または磁場強度が最大となる位置よりも前記クラスターノズルの出口が被処理体側になるように、前記磁石が設置されることが好ましい。
本発明の第２の観点は、ガスクラスターを用いて被処理体に対して処理を行う処理方法であって、処理容器内に被処理体を配置し、その中を真空に保持することと、前記処理容器内にクラスターノズルを設け、クラスター生成ガスを含むガスを前記クラスターノズルに供給して、前記クラスターノズルの内部で断熱膨張させてガスクラスターを生成させることと、前記クラスターノズル部分にプラズマを生成させて、前記プラズマにより前記ガスクラスターをイオン化させ、イオン化したガスクラスターを前記クラスターノズルから噴射させることと、前記イオン化したガスクラスターを含む励起成分を前記被処理体に照射して所定の処理を行うこととを有することを特徴とするガスクラスターを用いた処理方法を提供する。
前記クラスターノズルから噴射された前記イオン化したガスクラスターを前記被処理体に向けて加速させることが好ましい。また、前記クラスターノズルに直流電圧を印加し、前記クラスターノズルと前記被処理体との間に電位差を生じさせ、ＤＣ放電により前記クラスターノズル部分にプラズマを生成させることができる。前記クラスターノズル部分に生成されるプラズマは誘導結合プラズマであってもよい。
前記イオン化したガスクラスターを前記被処理体に照射することにより、前記被処理体の表面に付着したパーティクルを除去することができる。
前記ガス供給部から供給されたガスのうち、前記クラスターノズル部分でクラスター化されなかったものは、前記プラズマにより励起されてモノマーイオンまたはラジカルとなって、被処理体に化学的作用を及ぼすようにしてもよい。
前記クラスター生成ガスを含むガスは、前記クラスター生成ガスと反応性ガスとを有し、前記反応性ガスは、前記クラスターノズル部分で前記プラズマにより励起されてモノマーイオンまたはラジカルとなって前記処理容器に供給されるか、または前記クラスターノズルを介さずに直接前記処理容器に供給されて、前記被処理体に化学的作用を及ぼすようにしてもよい。
上記第２の観点の処理方法において、磁石により前記クラスターノズルのガス噴射領域に磁界を発生させ、前記磁界にイオンや電子のような荷電成分をトラップさせ、前記荷電成分がトラップされた部分にプラズマ生成領域を規定することをさらに有することが好ましい。前記磁石の磁場強度が最大となる位置と、前記クラスターノズルの出口の位置が同位置、または磁場強度が最大となる位置よりも前記クラスターノズルの出口が被処理体側になるように、前記磁石が設置することが好ましい。
本発明の第３の観点は、真空に保持された処理容器内にイオン化したガスクラスターを発生させるガスクラスター発生装置であって、ガスクラスターを生成するためのクラスター生成ガスを含むガスを供給するためのガス供給部と、前記処理容器内に設けられ、前記ガス供給部から供給されたクラスター生成ガスをその内部で断熱膨張させてガスクラスターを生成させ、生成されたガスクラスターを含むガス成分を前記処理容器内に噴射するクラスターノズルと、前記クラスターノズル部分にプラズマを生成するプラズマ生成機構とを具備し、前記クラスターノズル部分で生成されたプラズマにより前記ガスクラスターがイオン化され、イオン化したガスクラスターが前記クラスターノズルから噴射されることを特徴とするガスクラスター発生装置を提供する。
上記第３の観点のガスクラスター発生装置は、前記クラスターノズルのガス噴射領域に磁界を発生させる磁石をさらに具備し、前記磁界にイオンや電子のような荷電成分がトラップされ、前記荷電成分がトラップされた部分にプラズマ生成領域が規定されることが好ましい。
本発明の第４の観点は、真空に保持された処理容器内にイオン化したガスクラスターを発生させるガスクラスター発生方法であって、前記処理容器内にクラスターノズルを設け、クラスター生成ガスを含むガスを前記クラスターノズルに供給して、前記クラスターノズルの内部で断熱膨張させてガスクラスターを生成させることと、前記クラスターノズル部分にプラズマを生成させて、前記プラズマにより前記ガスクラスターをイオン化させ、イオン化したガスクラスターを前記クラスターノズルから噴射させることとを有することを特徴とするガスクラスター発生方法を提供する。
上記第４の観点のガスクラスター発生方法において、磁石により前記クラスターノズルのガス噴射領域に磁界を発生させ、前記磁界にイオンや電子のような荷電成分をトラップさせ、前記荷電成分がトラップされた部分にプラズマ生成領域を規定することをさらに有することが好ましい。
本発明では、クラスターノズル内で断熱膨張によりガスクラスターを生成し、かつプラズマ生成機構によりクラスターノズル部分でプラズマを生成する。これにより、クラスターノズル内でガスクラスターの生成およびガスクラスターのイオン化の両方を行うことができる。このため、装置構成が複雑化および大型化することなく、ガスクラスターの量が不十分にならず、反応性のガスによりガスクラスターを生成する場合のように残渣等が発生せずに処理を行うことができる。
また、クラスターノズルのガス噴射領域に磁界を発生させる磁石を設け、磁石から発生された磁界にイオンや電子のような荷電成分をトラップさせ、荷電成分がトラップされた部分にプラズマ生成領域を規定することにより、異常放電を抑制してクラスターノズルと被処理体との間に確実にかつ安定的にプラズマを生成することができる。
本発明の第１の実施形態に係る処理装置を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る処理装置におけるガス供給部の一例を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る処理装置におけるガス供給部の他の例を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る処理装置におけるガス供給部のさらに他の例を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る処理装置により基板上のパーティクルを除去する様子を説明するための模式図である。 本発明の第１の実施形態に係る処理装置により基板上の有機材料と無機材料との複合物を除去する様子を説明するための模式図である。 本発明の第１の実施形態に係る処理装置により基板上の分子状ハロゲン残渣を除去する様子を説明するための模式図である。 本発明の第１の実施形態に係る処理装置により基板上のハイドーズイオン注入後のレジスト層を除去する様子を説明するための模式図である。 クラスターノズル内に実際にＤＣ放電させた際の状況をクラスターノズルの下方から見た状態を示す図である。 クラスターノズル内に実際にＤＣ放電させた際の状況をクラスターノズルの側方から見た状態を示す図である。 プラズマ生成に用いる直流電圧をパルス状にした例を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る処理装置におけるクラスターノズルの好ましい形態を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る処理装置における接地形態を説明するための模式図である。 接地形態の他の例を説明するための模式図である。 本発明の第２の実施形態に係る処理装置を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る処理装置におけるクラスターノズルの好ましい形態を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る処理装置においてクラスターノズルと誘導コイルとの間にファラデーシールドを設けた例を示す模式図である。 クラスターノズルとファラデーシールドを一体化した例を示す斜視図である。 本発明の第３の実施形態に係る処理装置を示す断面図である。 磁石の配置位置の他の例を示す図である。 磁石から発生する磁力線を示す図である。 クラスターノズルから基板側に離れた位置に磁石を設けた場合に生じるミラー効果を説明するための図である。 ミラー効果を抑制して磁石の出口付近でプラズマを発火させることができる磁石の配置を示す図である。 磁石をクラスターノズル側から基板側に向かって直列に複数設置した例を示す図である。 磁石から基板に向けて管状のヨークを設けた例を示す図である。
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
＜第１の実施形態＞
まず、第１の実施形態について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る処理装置を示す断面図である。
処理装置１００は、被処理体である基板の表面にガスクラスターを照射して基板表面の洗浄処理を行うためのものである。
この処理装置１００は、洗浄処理を行うための処理室を区画する処理容器１を有している。処理容器１内には被処理体としての基板Ｓを載置する基板載置台２が設けられている。基板Ｓとしては、半導体ウエハや、フラットパネルディスプレイ用のガラス基板等、種々のものを挙げることができ、付着したパーティクルを除去する必要があるものであれば特に限定されない。基板載置台２は駆動機構３により駆動されるようになっている。
処理容器１の側壁下部には排気口４が設けられており、排気口４には排気配管５が接続されている。排気配管５には、真空ポンプ６が設けられており、この真空ポンプ６により処理容器１内が真空排気されるようになっている。このときの真空度は排気配管５に設けられた圧力制御バルブ７により制御可能となっている。これらにより排気機構が構成され、これにより処理容器１内が所定の真空度に保持される。
処理容器１の側面には、被処理基板Ｓの搬入出を行うための搬入出口（図示せず）が設けられており、この搬入出口を介して真空搬送室（図示せず）に接続されている。搬入出口はゲートバルブ(図示せず)により開閉可能となっており、真空搬送室内の基板搬送装置により、処理容器１に対する基板Ｓの搬入出が行われる。
基板載置台２の上方には、基板Ｓに洗浄用のガスクラスターを照射するガスクラスター照射機構１０が配置されている。ガスクラスター照射機構１０は、処理容器１内の上部に基板載置台２に対向して設けられたクラスターノズル１１と、処理容器１外に設けられた、クラスターノズル１１にクラスターを生成するためのガスを含むガスを供給するガス供給部１２と、供給部１２からのガスをクラスターノズル１１へ導くガス供給配管１３とを有している。ガス供給配管１３には、上流側から、圧力調整器１４、圧力計１５、流量制御器１６、および開閉バルブ１７が設けられている。
クラスターノズル１１は金属製であり、碍子（絶縁部材）２１を介して処理容器１の天壁中央に設けられている。クラスターノズル１１は、基端部１１ａと先端部１１ｂとを有しており、先端部１１ｂが末広がり状をなすコニカルノズルとして構成されている。クラスターノズル１１の基端部１１ａには直流高圧電源２２が接続されており、クラスターノズル１１に高圧の直流電圧が供給されるようになっている。クラスターノズル１１は、碍子２１を介してガス供給配管１３および処理容器１から絶縁されており、電気的にフローティング状態となっている。なお、処理容器１および基板載置台２は接地されている。なお、ノズルの形状は限定されない。また、クラスターノズル１１の直流電圧印加位置も限定されない。
ガス供給部１２は、図２に示すように、ガス供給源としてクラスター生成ガス供給源１２ａのみを有していてもよいし、図３に示すように、クラスター生成ガスを供給するクラスター生成ガス供給源１２ａと、励起されて反応種として機能する反応ガスを供給する反応ガス供給源１２ｂとを有するものとし、これらがガス供給配管１３に接続されるようなものであってもよい。また、図４に示すように、反応ガス供給源１２ｂに、処理容器１に至るガス供給配管１３ａを接続し、反応ガスをクラスターノズル１１を介さずに直接処理容器１に供給するようにしてもよい。
ガス供給部１２からクラスター生成ガスを含むガスを供給する際には、圧力計１５により計測された圧力に基づいて圧力調整器１４によりその供給圧力が昇圧され、例えば０．１〜５ＭＰａ程度の高圧にされる。処理容器１内は真空に保持されているため、ガス供給部１２から供給された高圧のクラスター生成ガスは、クラスターノズル１１内で断熱膨張し、ガスの原子または分子の一部がファンデルワールス力により数個から約１０７個凝集し、ガスクラスターが生成される。このとき、クラスターノズル１１には直流高圧電源２２から高圧の直流電圧が印加され、基板Ｓは基板載置台２を介して接地されているので、これらの間にＤＣ放電が生じ、クラスターノズル１１の先端部分でプラズマＰが生成される。このプラズマＰにより、クラスターノズル１１内で生成されたガスクラスターがイオン化されてイオン化ガスクラスターＣｉとなってクラスターノズル１１から処理容器１（処理室）内に噴射され、クラスターノズル１１と基板Ｓとの電位差により基板Ｓに向けて加速され、基板Ｓに照射される。すなわち、直流高圧電源２２は、プラズマ生成機構としての機能およびイオン化ガスクラスターを加速させる加速手段としての機能の両方を有する。
それと同時に、クラスターノズル１１内を流れるクラスター化されなかったガス分子（原子）もプラズマＰにより励起されてモノマーイオンｍｉを生成し、モノマーイオンｍｉもクラスターノズル１１と基板Ｓとの電位差により加速されて基板Ｓに照射される。また、クラスター化されなかったガス分子（原子）がプラズマＰにより励起されることによりラジカルｍｒも生成し、基板Ｓへ到達する。
なお、モノマーイオンｍｉが過剰なイオンダメージを与える可能性がある場合には、スキマーを設けてモノマーイオンが基板Ｓに照射されないようにしておいてもよい。また、クラスターノズル１１と基板Ｓとの間に加速用電極を設けてイオン化ガスクラスターＣｉをさらに加速してもよい。
クラスター生成ガスは特に限定されないが、ＣＯ２ガス、Ａｒガス、Ｎ２ガス、ＳＦ６ガス、ＮＦ３ガス、ＣＨ４ガスのようなＣｘＨｙ（ハイドロカーボン）ガス、ＣＦ４ガスのようなＣｘＨｙ（フルオロカーボン）ガス等が例示される。これらは単独でも、混合したものでも適用可能である。
生成されたガスクラスターを破壊させずに被処理基板Ｓに噴射させるためには、処理容器１内の圧力は低いほうがよく、例えば、クラスターノズル１１に供給するガスの供給圧力が０．１〜５ＭＰａでは３００Ｐａ以下であることが好ましい。ただし、フィラメントから熱電子を放出させてガスクラスターをイオン化する技術のような１０−３Ｐａレベルの低圧は不要である。
また、クラスターノズル１１部分でプラズマを生成するためには、直流高圧電源２２からの直流電圧は０．５〜２０ｋＶ程度、処理容器１内の圧力は３００Ｐａ以下が好ましい。また、このように処理容器１内の圧力が３００Ｐａ以下であれば、ガスクラスターを破壊させずに噴射させ、かつ有効にプラズマを生成することができる。
反応ガスも特に限定されないが、Ｏ２ガス、Ｈ２ガスが例示される。また、クラスター生成ガスに例示した、ＳＦ６、ＣＦ４、ＮＦ３などのガス単体では不活性であるフッ素含有ガスや、Ｈ２Ｏガスを用いてもよい。また、これらのガスは、上述したように（図４参照）、クラスターノズル１１を介さずに、ガス供給配管１３ａを介して処理容器１へ供給することができるが、この場合は、プラズマ中の励起種により導入したガスが活性化される。なお、このような反応ガスは、イオン化クラスターの物理力では除去できない物質の除去に用いられる。
駆動機構３は、クラスターノズル１１から噴射されたイオン化ガスクラスターＣｉを含む励起成分が被処理基板Ｓの全面に照射されるように基板載置台２を一平面内で移動させるものであり、例えばＸＹテーブルからなっている。なお、このように駆動機構３により基板載置台２を介して被処理基板Ｓを平面移動させる代わりに、クラスターノズル１１を平面移動させてもよく、また、基板載置台２とクラスターノズル１１との両方を平面移動させてもよい。また、基板載置台２を回転させて、クラスターノズルを移動させてもよい。また、基板載置台２を回転させてかつ平行移動させてもよい。
処理装置１００は、制御部３０を有している。制御部３０は、処理装置１００のガスの供給（圧力調整器１４、流量制御器１６、および開閉バルブ１７）、ガスの排気（圧力制御バルブ７）、駆動機構３による基板載置台２の駆動、直流高圧電源２２の電圧等を制御する、マイクロプロセッサ（コンピュータ）を備えたコントローラを有している。コントローラには、オペレータが処理装置１００を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、処理装置１００の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等が接続されている。また、コントローラには、処理装置１００における処理をコントローラの制御にて実現するための制御プログラムや処理条件に応じて処理装置１００の各構成部に所定の処理を実行させるための制御プログラムである処理レシピや、各種データベース等が格納された記憶部が接続されている。レシピは記憶部の中の適宜の記憶媒体に記憶されている。そして、必要に応じて、任意のレシピを記憶部から呼び出してコントローラに実行させることで、コントローラの制御下で、処理装置１００での所望の処理が行われる。
次に、以上のような処理装置１００を用いた処理方法について説明する。
まず、ゲートバルブを開けて搬入出口を介して被処理基板Ｓを搬入し、基板載置台２上に載置し、処理容器１内を真空ポンプ６により真空引きして所定圧力の真空状態とするとともに、ガス供給部１２からＣＯ２ガス等のクラスター生成ガス、または必要に応じてさらに反応性ガスを、所定流量で供給する。クラスター生成ガスは、圧力調整器１４により調圧され、所定の供給圧力でクラスターノズル１１に供給される。このとき、ガス供給部１２に、またはガス供給部１２と圧力調整器１４の間に、昇圧機を設けてもよい。ガス供給部と高圧のクラスター生成ガスは、真空状態のクラスターノズル１１内で断熱膨張し、その一部が凝集してガスクラスターを生成する。このとき、クラスターノズル１１には直流高圧電源２２から高圧の直流電圧が印加され、基板Ｓは基板載置台２を介して接地されているので、これらの間にＤＣ放電が生じ、クラスターノズル１１部分でプラズマＰが生成される。このプラズマＰにより、クラスターノズル１１内で生成されたガスクラスターがイオン化されてイオン化ガスクラスターＣｉとなってクラスターノズル１１から処理容器１（処理室）内に噴射され、クラスターノズル１１と基板Ｓとの電位差により加速されて基板Ｓに照射される。
イオン化ガスクラスターＣｉは、電位差を与えることにより加速させることができるので、ガスクラスター自体の物理的エネルギーが増加する。このため、イオン化ガスクラスターＣｉは、中性のガスクラスターよりも高エネルギーで基板Ｓに衝突させることができ、基板Ｓの表面の洗浄効果を高めることができる。
例えば、図５に示すように、基板Ｓ上にパーティクルＰａが存在する場合に、物理的エネルギーの高いイオン化ガスクラスターＣｉを基板Ｓに照射するので、パーティクルＰａが除去しづらい形態のものであっても、有効に除去することができ、パーティクルの除去率を高くすることができる。
また、このようにクラスターノズル１１内およびクラスターノズル１１先端部近傍で、ガスクラスターの生成およびガスクラスターのイオン化の両方を行うので、上記特許文献１、２に記載されたクラスター生成部およびイオン化部が別々に設けられている装置のように装置の大型化や複雑化を生じることはない。また、クラスターノズル１１部分にプラズマを生成してガスクラスターをイオン化するので、フィラメントから熱電子を放出させる手法のような低圧環境を要求されず、導入ガス量の制限によってガスクラスターの量が不十分になることがない。さらに、特許文献３の技術のように、反応性ガスをクラスター化しガスクラスターの反応性を利用するものではないので、被処理体に非反応物質がある場合に残渣が発生することもない。
一方、ガス供給部１２から供給されるクラスター生成ガスのうちクラスター化されるのは一部であるため、クラスター化されないクラスター生成ガスもクラスターノズル１１を流れる。また、ほとんどクラスター化しない反応ガスを供給する場合には、クラスターノズル１１に供給されても大部分はそのままクラスターノズル１１を流れる。そして、これらのガス分子（原子）もクラスターノズル１１部分のプラズマＰにより励起されてモノマーイオンｍｉやラジカルｍｒとなり、このようなモノマーイオンｍｉやラジカルｍｒが基板Ｓに照射される。また、反応性ガスとしてクラスター化しやすいものを用いる場合には、図４のように、ガス供給配管１３ａを介して直接処理容器１内に反応ガスを供給し、プラズマ中の励起種により反応ガスが活性化されてモノマーイオンｍｉやラジカルｍｒが生成され、基板Ｓに照射される。
これらのモノマーイオンｍｉやラジカルｍｒは、基板Ｓにこれらと反応する物質が存在する場合は、基板Ｓの処理に有効に作用させることができる。すなわち、基板Ｓ上の反応性の物質は、励起されたガス分子（原子）（すなわちモノマーイオンｍｉやラジカルｍｒ）により分解（除去）され、非反応物や蒸気圧の低い反応生成物はイオン化ガスクラスターＣｉの物理力により除去される。
例えば、基板Ｓ上にＥＵＶレジストのような有機材料２０１と無機材料２０２との複合物２０３が存在している場合、ＣＯ２ガスのようなクラスター生成ガスに加えて、反応性ガスとしてＯ２ガスを供給し、図６（ａ）に示すように、クラスターノズル１１内で励起されたＯ２ガス（酸素ラジカル（Ｏ＊））を有機材料２０１と反応させて有機材料２０１を分解除去し、図６（ｂ）に示すように、残留した無機材料２０２をイオン化ガスクラスターＣｉで物理的に除去する。なお、ここでの反応性ガスはＯ２ガスに限られるものではなく、例えばＨ２ガス等、有機材料、無機材料ともに反応性があるものでもよい。
また、基板Ｓ上にハロゲン系付着物、例えば分子状ハロゲン残渣が存在している場合、ＣＯ２ガスのようなクラスター生成ガスに加えて、反応性ガスとしてＨ２ガスを供給し、図７（ａ）に示すように、クラスターノズル１１内で励起されたＨ２ガス（水素ラジカル（Ｈ＊））を分子状ハロゲン残渣２０４と反応させて揮発性成分（例えばＨＦ）に変換して除去し、図７（ｂ）に示すように、その他の不揮発性成分（粒子状）２０５はイオン化ガスクラスターＣｉの物理力で除去する。なお、ここでの反応性ガスは、Ｈ２ガスに限られるものではなく、例えばＨ２Ｏガス等、ハロゲン残渣と反応性があるものを用いることができる。
さらに、ハイドーズイオン注入後のレジスト層には表面にクラスト層（強固なカーボン層）が形成されているが、基板Ｓ上にハイドーズイオン注入後のレジスト層を除去する場合、同じくクラスター生成ガスに加えて、反応性ガスとしてＨ２ガスを供給し、図８（ａ）に示すように、水素ラジカル（Ｈ＊）をクラスト層２０７と反応させて分解除去し、図８（ｂ）に示すように、残留した通常のレジスト層２０６は水素ラジカルによる分解とイオン化ガスクラスターＣｉの物理力との組み合わせで高効率に除去することができる。ここでの反応ガスは、Ｈ２ガスに限られるものではなく、例えばＯ２ガス等、有機材料と反応性があるものであってもよい。
なお、クラスター生成ガスとしてＮＦ３ガスのような励起されることにより反応性を有するものを用いることにより、クラスター生成ガスのみで、イオン化ガスクラスターの物理力と励起された分子の化学反応の両方を基板Ｓ上の物質に作用させることができる。
モノマーイオンｍｉが過剰なイオンダメージを与える可能性がある場合には、スキマーを設けることにより基板Ｓに対するモノマーイオンｍｉの照射を軽減することができる。スキマーを用いてもイオン除去が不十分である場合にはニュートライザーを用いてイオンダメージを与える可能性のあるモノマーイオンｍｉを直接除電してもよい。
また、クラスターノズル１１と基板Ｓとの間に加速用電極を設けることにより、イオン化ガスクラスターＣｉがさらに加速され、イオン化ガスクラスターＣｉの物理力を増加させることができる。
次に、クラスターノズル１１内に実際にＤＣ放電させた際の状況について説明する。図９は、クラスター生成ガスとしてＣＯ２ガスを用い、ＣＯ２ガス圧力を変化させた場合の放電状況をクラスターノズル１１の下方から見た状態を示す図である。ここでは、処理容器内の圧力を０．８Ｐａ以下、直流高圧電源から印加される電圧を最大５ｋＶとし、ＣＯ２ガス供給圧力を０．３５ＭＰａ、０．４８ＭＰａ、０．７ＭＰａと変化させた。図９に示すように、供給圧力の増加にともない、プラズマ生成部分（明るい部分）の輝度が高くなり、かつプラズマ生成部分の大きさも増加し、プラズマ生成部分がノズル内径より大きくなって、外径側へ広がっている。供給圧力の増加により、クラスターノズルを通過するＣＯ２ガス流量を増加することから、図９の結果は、ＣＯ２ガス流量の増加により、プラズマ生成部分（明るい部分）の輝度が高くなり、かつプラズマ生成部分の大きさも増加することを示している。また、プラズマ生成部分がノズル内径より大きくなって、外径側へ広がっていることから、クラスターノズル出口付近にもプラズマが生成していることを示唆している。図１０は、供給圧力０．４８ＭＰａの条件でクラスターノズル内に実際にＤＣ放電させた際の状況をクラスターノズルの側方から見た状態を示す図であるが、プラズマはクラスターノズル先端部分から出口側に広がっていることがわかる。また、直流電源の供給電力が一定の条件において、供給ガス流量が増加すると、それにともなって電流値が増加している。このことから、ＣＯ２ガス流量の増加により、プラズマ内のイオン化成分が増大し、電流値が増加したと推測される。
プラズマ生成に用いる直流高圧電源２２は、直流電圧を連続的に印加するものであってもよいが、図１１に示すようにパルス状に印加してもよい。パルス状に印加することにより、電圧印加時におけるアーキング電圧上昇をキャンセルして異常放電発生を抑制することができる。また、直流電圧を連続して印加する場合には、プラズマ状態が過剰となってクラスター生成が妨げられることが想定されるが、直流電圧をパルス状に印加することにより、ガスクラスターを高効率に生成することが可能となる。
また、図１２に示すように、クラスターノズル１１の形状を長くして、クラスター生成領域を拡大するようにすることが好ましい。クラスターノズル１１に直流電圧を印加してＤＣ放電させる場合には、クラスターノズル１１の先端の出口付近でプラズマが生成する。このため、クラスターノズル１１を長くすることにより、クラスターノズル１１の入り口からプラズマ生成領域までの間のクラスター生成領域Ｒの距離をガスクラスターを生成するのに十分な長さとすることができる。この結果、ガスクラスター生成量を増加させることが可能となる。
なお、図１の例では、基板Ｓおよび処理容器１をいずれも接地して、図１３に示すように、基板Ｓおよび処理容器１とクラスターノズル１１との間で電位差を形成するシンプルな構造としたが、図１４に示すように、基板Ｓのみを接地するようにすることもできる。その場合は、基板の電位と、基板Ｓを除く処理容器１等の周辺の構成部分の電位とを分けることができる。
＜第２の実施形態＞
次に、第２の実施形態について説明する。
図１５は、本発明の第２の実施形態に係る処理装置を示す断面図である。
本実施形態の処理装置１０１は、第１の実施形態のクラスターノズル１１に代えてクラスターノズル４１を設けたガスクラスター照射機構４０を有し、プラズマ生成方式を誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ）方式に変えたものである。
クラスターノズル４１は、石英やセラミックス（アルミナ等）の誘電体からなり、基端部４１ａと先端部４１ｂとを有しており、基端部４１ａが処理容器１の天壁中央に取り付けられ、先端部４１ｂが末広がり状をなすコニカルノズルとして構成されている。クラスターノズル４１の先端部４１ｂの周囲には誘導コイル４２が巻回されており、誘導コイル４２には高周波電源４３が接続されている。ただし、ノズルの形状は限定されない。また、基板載置台２には直流電源４４が接続されている。その他の構成は図１の処理装置１００と同じであるから詳細な説明は省略する。
第１の実施形態と同様、ガス供給部１２からクラスター生成ガスを含むガスを供給する際には、圧力計１５により計測された圧力に基づいて圧力調整器１４によりその供給圧力が昇圧され、例えば０．１〜５ＭＰａ程度の高圧にされる。処理容器１内は真空に保持されているため、ガス供給部１２から供給された高圧のクラスター生成ガスは、クラスターノズル４１内で断熱膨張し、ガスクラスターが生成される。このとき、クラスターノズル４１の先端部４１ｂの周囲に巻回された誘導コイル４２に高周波電源４３から高周波電力が供給されることにより、クラスターノズル４１内部の誘導コイル４２が巻回されている部分には誘導電磁界が生じ、それによりクラスターノズル４１部分にプラズマＰが生成される。このプラズマＰにより、クラスターノズル４１内で生成されたガスクラスターがイオン化されてイオン化ガスクラスターＣｉとなってクラスターノズル４１から処理容器１（処理室）内に噴射される。一方、基板載置台２には直流電源４４が接続されているから、クラスターノズル４１と基板Ｓとの間に電位差が生じ、その電位差によりイオン化ガスクラスターＣｉが加速されて基板Ｓに照射される。すなわち、直流電源４４はイオン化ガスクラスターを加速する加速手段として機能する。
クラスターノズル４１内を流れるクラスター化されなかったガス分子（原子）もプラズマＰにより励起されてモノマーイオンｍｉを生成し、モノマーイオンｍｉもクラスターノズル４１と基板Ｓとの電位差により加速されて基板Ｓに照射される。また、クラスター化されなかったガス分子（原子）がプラズマＰにより励起されることによりラジカルｍｒも生成し、基板Ｓへ到達する。
第１の実施形態と同様、クラスター生成ガスは特に限定されないが、ＣＯ２ガス、Ａｒガス、Ｎ２ガス、ＳＦ６ガス、ＣＦ４ガス、ＮＦ３ガス等が例示され、これらは単独でも、混合したものでも適用可能である。また、第１の実施形態と同様、処理容器１内の圧力は低いほうがよく、例えば、クラスターノズル１１に供給するガスの供給圧力が０．１〜５ＭＰａでは３００Ｐａ以下であることが好ましいが、フィラメントから熱電子を放出させてガスクラスターをイオン化する技術のような１０−３Ｐａレベルの低圧は不要である。第１の実施形態と同様、反応ガスも特に限定されないが、Ｏ２ガス、Ｈ２ガスが例示される。反応ガスは、イオン化クラスターの物理力では除去できない物質の除去に用いられる。
クラスターノズル４１部分で誘導結合プラズマを生成するためには、高周波電源４３の周波数は１〜３００ＭＨｚ程度、パワーは１〜１０００Ｗ程度、処理容器内の圧力は０．０１〜３００Ｐａ程度が好ましい。また、このように処理容器１内の圧力が３００Ｐａ以下であれば、ガスクラスターを破壊させずに噴射させ、かつ有効にプラズマを生成することができる。
本実施形態の処理装置１０１においても、まず、ゲートバルブを開けて搬入出口を介して被処理基板Ｓを搬入し、基板載置台２上に載置し、処理容器１内を真空ポンプ６により真空引きして所定圧力の真空状態とするとともに、ガス供給部１２からＣＯ２ガス等のクラスター生成ガス、または必要に応じてさらに反応性ガスを、所定流量で供給する。クラスター生成ガスは、圧力調整器１４により昇圧され、所定の供給圧力でクラスターノズル４１に供給される。高圧のクラスター生成ガスは、真空状態のクラスターノズル４１内で断熱膨張し、その一部が凝集してガスクラスターを生成する。このとき、クラスターノズル４１部分には誘導コイル４２に高周波電源４３から高周波電力が供給されることにより誘導結合プラズマＰが生成される。このプラズマＰにより、クラスターノズル４１内で生成されたガスクラスターがイオン化されてイオン化ガスクラスターＣｉとなってクラスターノズル４１から処理容器１（処理室）内に噴射され、直流電源４４から印加された直流電圧によって生じたクラスターノズル４１と基板Ｓとの電位差により加速されて基板Ｓに照射される。
本実施形態においても、第１の実施形態と同様、イオン化ガスクラスターＣｉを電位差により加速させて、ガスクラスター自体の物理的エネルギーを増加させることにより、中性のガスクラスターよりも高エネルギーで基板Ｓに衝突させることができ、基板Ｓの表面の洗浄効果を高めることができる。このため、基板Ｓ上に除去しづらい形態のパーティクルＰａが存在する場合にも、有効に除去することができる。また、第１の実施形態と同様、上記特許文献１、２、３の技術における不都合は生じない。
一方、第１の実施形態と同様、クラスター化されないクラスター生成ガスもクラスターノズル４１を流れ、また、反応性ガスを供給する場合には、ほとんどクラスター化しないものを用いるため、反応性ガスの大部分はそのままクラスターノズル４１を流れる。そして、これらのガス分子（原子）もクラスターノズル４１部分のプラズマＰにより励起されてモノマーイオンｍｉやラジカルｍｒとなり、このようなモノマーイオンｍｉやラジカルｍｒが基板Ｓに照射される。
これらのモノマーイオンｍｉやラジカルｍｒは、第１の実施形態と同様、基板Ｓにこれらと反応する物質が存在する場合は、基板Ｓの処理に有効に作用させることができる。すなわち、基板Ｓ上の反応性の物質は、励起されたガス分子（原子）（すなわちモノマーイオンｍｉやラジカルｍｒ）により分解（除去）され、非反応物や蒸気圧の低い反応生成物はイオン化ガスクラスターＣｉの物理力により除去される。したがって、本実施形態においても第１の実施形態で例示したような図５〜８のアプリケーションが適用可能である。
本実施形態においても、モノマーイオンｍｉが基板Ｓに過剰なイオンダメージを与える可能性がある場合には、スキマーを設けることにより基板Ｓに対するモノマーイオンｍｉの照射を軽減することができる。スキマーを用いてもイオン除去が不十分である場合にはニュートライザーを用いてイオンダメージを与える可能性のあるモノマーイオンｍｉを直接除電してもよい。また、基板載置台２に直流電源４４を接続して基板Ｓに直流電圧を印加することに代えて、または、直流電圧を印加することに加えて、クラスターノズル４１と基板Ｓとの間に加速用電極を設けてイオン化ガスクラスターＣｉをさらに加速してもよい。
図１６に示すように、本実施形態のクラスターノズル４１においても、第１の実施形態のクラスターノズル１１と同様、形状を長くしてクラスター生成領域を拡大するようにすることが好ましい。すなわち、誘導結合プラズマは、誘導コイル４２を巻回している領域に形成されるので、誘導コイル４２をクラスターノズル４１の先端部分に巻回し、クラスターノズル４１の入り口から、誘導コイル４２の巻回領域までの間のクラスター生成領域Ｒをガスクラスターを生成するのに十分な長さとすることにより、ガスクラスター生成量を増加させることが可能となる。
図１７に示すように、クラスターノズル４１内壁への電気的ダメージを抑制する観点から、誘導コイル４２とクラスターノズル４１の先端部４１ｂとの間に金属製の円錐状をなすファラデーシールド４５を設けてもよい。また、図１８に示すように、クラスターノズル４１の代わりに、ファラデーシールド一体型のクラスターノズル５１を設けてもよい。このクラスターノズル５１は、ファラデーシールドを兼ねたノズル本体５２にスリット５３を設け、そのスリット５３内を埋めるように石英等の誘電体５４を設置して絶縁したものである。
＜第３の実施形態＞
次に、第３の実施形態について説明する。
図１９は、本発明の第３の実施形態に係る処理装置を示す断面図である。
本実施形態の処理装置１０２は、第１の実施形態の処理装置に磁石６０を加えたものである。他の構成は第１の実施形態と同じであるから説明を省略する。
磁石６０は、クラスターノズル１１のガス噴射領域に磁界を発生させるものであり、発生した磁界によりイオンや電子のような荷電成分をトラップし、荷電成分がトラップされた部分にプラズマ生成領域を規定するものである。磁石６０は、例えばサマリウムコバルト磁石等の永久磁石で構成されている。
本例では、磁石６０はリング状をなし、クラスターノズル１１を囲繞するように設けられている。ただし、磁石６０の配置位置は、クラスターノズル１１のガス噴射領域に磁界を発生させ、発生した磁界によりイオンや電子等の荷電成分をトラップし、トラップされた部分にプラズマ生成領域を規定することができれば、配置位置には制限がなく図２０に示すように、クラスターノズル１１からのガス成分噴射領域を囲繞するように設けられていてもよい。
クラスターノズル１１には直流高圧電源２０から高圧の直流電圧が供給され、被処理体である基板Ｓは接地されているため、処理容器１内の圧力が低ければ、磁石６０を設けなくてもクラスターノズル１１と基板Ｓとの間にＤＣ放電が生じ、ガスクラスターノズル１１の先端部分でプラズマが生成される。しかし、クラスターノズル１１から供給されるガスにより処理容器１内の圧力が上昇すると、磁石６０が存在しない場合には、クラスターノズル１１と例えば処理容器１の壁部との間に異常放電が生じることがあり、その場合はクラスターノズル１１と基板Ｓとの間に持続的なプラズマ生成が困難となる。
これに対し、磁石６０を設けることにより、クラスターノズル１１から噴射されたガス中のうち直流高圧電源により励起されて生成した荷電成分、すなわちイオンや電子が、磁石６０から発生した磁界にトラップされる。このため、イオンや電子がトラップされた部分においてイオンや電子の密度が上昇する。これにより、その部分で確実にかつ安定的にプラズマ生成領域を規定することができる。このため、処理容器内の圧力が上昇してもクラスターノズル１１部分に持続的にプラズマを維持することができる。
磁石６０から発生する磁界（磁場）は、図２１に示すように、磁力線６１で表すことができる。磁力線６１は磁石のＮ極６２からＳ極６３に向かう曲線であり、磁力線の密度が高いほど磁場強度が高くなる。イオンや電子のような荷電成分は、磁力線６１のまわりを回転し、これにより磁界にトラップされることとなる。
磁力線６１が収束しているロート状の領域６４に荷電成分が近づくと、荷電成分が斥力を受けてプラズマが跳ね返されることがある。これをミラー効果という。具体的には、上述の図２０のようにクラスターノズル１１から基板Ｓ側に離れた位置に磁石６０を設けた場合は、図２２に示すように、ミラー効果によりプラズマがクラスターノズル１１の上方に跳ね返される可能性がある。これに対し、図２３に示すように、磁石６０を、クラスターノズル１１の出口の位置が磁場強度が最大となる位置６５と同位置、またはクラスターノズル１１の出口が磁場強度が最大となる位置６５よりも被処理体側になるように設置することにより、ミラー効果によるプラズマの跳ね返りを抑制して、磁石６０の出口付近でプラズマを生成させることができると考えられる。
磁石６０は、クラスターノズル１１部分に持続的にプラズマを維持するとともに、プラズマを基板Ｓに導く効果を有することが好ましい。そのためには、磁石６０の上下方向の長さは長い方が好ましい。また、このような観点から、図２４に示すように、磁石６０をクラスターノズル１１側から基板Ｓ側に向かって直列に複数設置してもよい。このように複数の磁石６０を直列に設置することにより、クラススターノズル１１の出口部分から基板Ｓ近傍部分まで磁界を途切れさせずに形成することができ、プラズマをクラスターノズル１１部分から基板Ｓ側へガイドすることができる。このとき、隣接する磁石６０間の隙間が空きすぎるとミラー効果が生じ、プラズマを閉じ込める効果が小さくなる可能性があるので、隣接する磁石６０間の隙間を極力小さくすることが好ましい。
また、図２５に示すように、磁石６０から基板Ｓに向けて鉄材やステンレス鋼（ＳＵＳ）材等の軟磁性体からなる管状のヨーク６７を設けてもよい。磁石６０から発生した磁界は、ヨーク６７によって基板Ｓ近傍まで達し、これによりプラズマをクラスターノズル１１部分から基板Ｓ側へガイドすることができる。
本実施形態においては、磁石６０から発生した磁界により荷電成分をトラップするので、モノマーイオンｍｉ等をトラップ減速させることができ、モノマーイオンｍｉが基板Ｓに過剰なイオンダメージを与える可能性を小さくすることができる。一方で、ガスクラスターノズル１１から噴射されるガスクラスターもプラズマ中でイオン化されるが、モノマーイオンと比較すると質量が非常に重いため、この磁界領域においてトラップ等の影響をほぼ受けずに基板Ｓに向けて飛行する。もちろん、それでもなおモノマーイオンｍｉが基板Ｓに過剰なイオンダメージを与える可能性はあり、その場合には、従前の実施形態と同様、スキマーやニュートライザーを用いて基板Ｓに対するモノマーイオンの照射を軽減するようにしてもよい。また、クラスターノズル４１と基板Ｓとの間に加速用電極を設けてイオン化ガスクラスターＣｉをさらに加速してもよい。
以上は、第１の実施形態の処理装置に磁石６０を加えた例について説明したが、本実施形態ではこれに限らず、第２の実施形態の処理装置に磁石を加えた装置であってもよい。この場合にも同様の効果を得ることができる。また、磁石の配置についても同様であり、図２４、２５の例も同様に適用することができる。
本実施形態は、磁石を用いることにより荷電成分を所望の部分にトラップして所望の領域にプラズマを生成する効果を第１の実施形態および第２の実施形態に付加するものであり、基本的な処理は第１および第２の実施形態と同様である。すなわち、イオン化ガスクラスターＣｉを電位差により加速させて、ガスクラスター自体の物理的エネルギーを増加させることにより、中性のガスクラスターよりも高エネルギーで基板Ｓに衝突させることができ、基板Ｓの表面の洗浄効果を高めることができる。また、クラスターノズルを通ってクラスター化されずに流れるクラスター生成ガスや、反応性ガスはプラズマにより励起されてモノマーイオンｍｉやラジカルｍｒとなり、基板Ｓに存在するこれらに反応する物質に有効に作用させることができる。したがって、本実施形態においても第１の実施形態で例示したような図５〜８のアプリケーションが適用可能であることはいうまでもない。
なお、本実施形態では、磁石６０としてリング状磁石を設けた例を示したが、これに限らず、クラスターノズルのガス噴射領域に磁界を発生させ、磁界に荷電成分がトラップされ、荷電成分がトラップされた部分にプラズマ生成領域が規定されれば、リング状に限らず、例えば二枚の平板状の磁石であってもよい。
＜他の適用＞
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されることなく種々変形可能である。例えば、上記実施形態ではクラスターノズル部分にプラズマを生成する方式としてＤＣ放電方式およびＩＣＰ方式を例示したが、これに限定されるものではない。
また、上記実施形態ではイオン化ガスクラスターを加速して被処理体である基板Ｓに照射する例を示したが、モノマーイオンやラジカルによる処理を主体にする場合等では、イオン化ガスクラスターの加速は必須ではない。
さらに、上記実施形態では、本発明を基板の洗浄処理に適用した例について示したが、被処理体は基板に限るものではなく、また、適用される処理も洗浄に限らず、例えば加工等の他の処理に適用することができる。
１；処理容器
２；基板載置台
３；駆動機構
４；排気口
５；排気配管
６；真空ポンプ
７；圧力制御バルブ
１０，４０；ガスクラスター照射機構
１１，４１，５１；クラスターノズル
１２；ガス供給部
１２ａ；クラスター生成ガス供給源
１２ｂ；反応ガス供給源
２１；碍子
２２；直流高圧電源
３０；制御部
４２；誘導コイル
４３；高周波電源
４４；直流電源
６０；磁石
６１；磁力線
６７；ヨーク
１００，１０１，１０２；処理装置
２０１；有機材料
２０２；無機材料
２０３；複合物
２０４；ハロゲン残渣
２０５；不揮発性成分
２０６；レジスト層
２０７；クラスト層
Ｃｉ；イオン化ガスクラスター
ｍｉ；モノマーイオン
ｍｒ；ラジカル
Ｓ；基板

Claims (23)

  1. ガスクラスターを用いて被処理体に対して処理を行う処理装置であって、
    被処理体が配置され、真空に保持される処理容器と、
    前記処理容器内を排気する排気機構と、
    ガスクラスターを生成するためのクラスター生成ガスを含むガスを供給するためのガス供給部と、
    前記処理容器内に設けられ、前記ガス供給部から供給されたクラスター生成ガスをその内部で断熱膨張させてガスクラスターを生成させ、生成されたガスクラスターを含むガス成分を前記処理容器内に噴射するクラスターノズルと、
    前記クラスターノズル部分にプラズマを生成するプラズマ生成機構と
    を具備し、
    前記クラスターノズル部分で生成されたプラズマにより前記ガスクラスターがイオン化され、イオン化したガスクラスターが前記クラスターノズルから噴射され、被処理体に照射されて所定の処理が行われることを特徴とするガスクラスターを用いた処理装置。
  2. 前記クラスターノズルから噴射された前記イオン化したガスクラスターを前記被処理体に向けて加速させる加速手段をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の処理装置。
  3. 前記クラスターノズルは金属製であり、前記プラズマ生成機構は、前記クラスターノズルに直流電圧を印加する直流電源を有し、前記直流電源により前記クラスターノズルと前記被処理体との間に電位差を生じさせ、ＤＣ放電により前記クラスターノズル部分にプラズマを生成させることを特徴とする請求項２に記載のガスクラスターを用いた処理装置。
  4. 前記直流電源は、前記クラスターノズルと前記被処理体との間に電位差を生じさせる機能により前記加速手段としても機能することを特徴とする請求項３に記載のガスクラスターを用いた処理装置。
  5. 前記プラズマ生成機構は、前記クラスターノズル部分に誘導結合プラズマを生成することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガスクラスターを用いた処理装置。
  6. 前記クラスターノズルは誘電体で構成されており、前記プラズマ生成機構は、前記クラスターノズルの周囲に設けられた誘導コイルと、前記誘導コイルに高周波電力を供給する高周波電源とを有することを特徴とする請求項５に記載のガスクラスターを用いた処理装置。
  7. 前記ガス供給部から供給されたガスのうち、前記クラスターノズル部分でクラスター化されなかった成分は、前記プラズマにより励起されてモノマーイオンまたはラジカルとなって、前記被処理体の表面に存在する物質に化学的作用を及ぼすことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のガスクラスターを用いた処理装置。
  8. 前記ガス供給部は、前記クラスター生成ガスと反応性ガスとを供給し、前記反応性ガスは、前記クラスターノズル部分で前記プラズマにより励起されてモノマーイオンまたはラジカルとなって前記処理容器に供給されるか、または前記クラスターノズルを介さずに直接前記処理容器に供給されて、前記被処理体の表面に存在する物質に化学的作用を及ぼすことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のガスクラスターを用いた処理装置。
  9. 前記クラスターノズルのガス噴射領域に磁界を発生させる磁石をさらに具備し、前記磁界に電子やイオンのような荷電成分がトラップされ、前記荷電成分がトラップされた部分にプラズマ生成領域が規定されることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のガスクラスターを用いた処理装置。
  10. 前記磁石の磁場強度が最大となる位置と、前記クラスターノズルの出口の位置が同位置、または磁場強度が最大となる位置よりも前記クラスターノズルの出口が被処理体側になるように、前記磁石が設置されることを特徴とする請求項９に記載のガスクラスターを用いた処理装置。
  11. ガスクラスターを用いて被処理体に対して処理を行う処理方法であって、
    処理容器内に被処理体を配置し、その中を真空に保持することと、
    前記処理容器内にクラスターノズルを設け、クラスター生成ガスを含むガスを前記クラスターノズルに供給して、前記クラスターノズルの内部で断熱膨張させてガスクラスターを生成させることと、
    前記クラスターノズル部分にプラズマを生成させて、前記プラズマにより前記ガスクラスターをイオン化させ、イオン化したガスクラスターを前記クラスターノズルから噴射させることと、
    前記イオン化したガスクラスターを含む励起成分を前記被処理体に照射して所定の処理を行うことと
    を有することを特徴とするガスクラスターを用いた処理方法。
  12. 前記クラスターノズルから噴射された前記イオン化したガスクラスターを前記被処理体に向けて加速させることを特徴とする請求項１１に記載のガスクラスターを用いた処理方法。
  13. 前記クラスターノズルに直流電圧を印加し、前記クラスターノズルと前記被処理体との間に電位差を生じさせ、ＤＣ放電により前記クラスターノズル部分にプラズマを生成させることを特徴とする請求項１２に記載のガスクラスターを用いた処理方法。
  14. 前記クラスターノズル部分に生成されるプラズマは誘導結合プラズマであることを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載のガスクラスターを用いた処理方法。
  15. 前記イオン化したガスクラスターを前記被処理体に照射することにより、前記被処理体の表面に付着したパーティクルを除去することを特徴とする請求項１１から請求項１４のいずれか１項に記載のガスクラスターを用いた処理方法。
  16. 前記ガス供給部から供給されたガスのうち、前記クラスターノズル部分でクラスター化されなかった成分は、前記プラズマにより励起されてモノマーイオンまたはラジカルとなって、被処理体に化学的作用を及ぼすことを特徴とする請求項１１から請求項１５のいずれか１項に記載のガスクラスターを用いた処理方法。
  17. 前記クラスター生成ガスを含むガスは、前記クラスター生成ガスと反応性ガスとを有し、前記反応性ガスは、前記クラスターノズル部分で前記プラズマにより励起されてモノマーイオンまたはラジカルとなって前記処理容器に供給されるか、または前記クラスターノズルを介さずに直接前記処理容器に供給されて、前記被処理体に化学的作用を及ぼすことを特徴とする請求項１１から請求項１５のいずれか１項に記載のガスクラスターを用いた処理方法。
  18. 磁石により前記クラスターノズルのガス噴射領域に磁界を発生させ、前記磁界に電子やイオンのような荷電成分をトラップさせ、前記荷電成分がトラップされた部分にプラズマ生成領域を規定することをさらに有することを特徴とする請求項１１から請求項１７のいずれか１項に記載のガスクラスターを用いた処理方法。
  19. 前記磁石の磁場強度が最大となる位置と、前記クラスターノズルの出口の位置が同位置、または磁場強度が最大となる位置よりも前記クラスターノズルの出口が被処理体側になるように、前記磁石が設置することを特徴とする請求項１８に記載のガスクラスターを用いた処理方法。
  20. 真空に保持された処理容器内にイオン化したガスクラスターを発生させるガスクラスター発生装置であって、
    ガスクラスターを生成するためのクラスター生成ガスを含むガスを供給するためのガス供給部と、
    前記処理容器内に設けられ、前記ガス供給部から供給されたクラスター生成ガスをその内部で断熱膨張させてガスクラスターを生成させ、生成されたガスクラスターを含むガス成分を前記処理容器内に噴射するクラスターノズルと、
    前記クラスターノズル部分にプラズマを生成するプラズマ生成機構と
    を具備し、
    前記クラスターノズル部分で生成されたプラズマにより前記ガスクラスターがイオン化され、イオン化したガスクラスターが前記クラスターノズルから噴射されることを特徴とするガスクラスター発生装置。
  21. 前記クラスターノズルのガス噴射領域に磁界を発生させる磁石をさらに具備し、前記磁界に電子やイオンのような荷電成分がトラップされ、前記荷電成分がトラップされた部分にプラズマ生成領域が規定されることを特徴とする請求項２０に記載のガスクラスター発生装置。
  22. 真空に保持された処理容器内にイオン化したガスクラスターを発生させるガスクラスター発生方法であって、
    前記処理容器内にクラスターノズルを設け、クラスター生成ガスを含むガスを前記クラスターノズルに供給して、前記クラスターノズルの内部で断熱膨張させてガスクラスターを生成させることと、
    前記クラスターノズル部分にプラズマを生成させて、前記プラズマにより前記ガスクラスターをイオン化させ、イオン化したガスクラスターを前記クラスターノズルから噴射させることと
    を有することを特徴とするガスクラスター発生方法。
  23. 磁石により前記クラスターノズルのガス噴射領域に磁界を発生させ、前記磁界に電子やイオンのような荷電成分をトラップさせ、前記荷電成分がトラップされた部分にプラズマ生成領域を規定することをさらに有することを特徴とする請求項２２に記載のガスクラスター発生方法。
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