(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
塊状原子集団または分子集団であるクラスターに電子を照射して生成させたクラスターイオンビームの照射において、ノズルからガスを噴出させて形成したクラスタービームの放射軸上に可動式の電離真空計を配置し、電離真空計でクラスタービームの圧力を測定し、その圧力からクラスタービーム強度を計測することを特徴とするクラスターイオンビームのクラスタービーム強度計測方法。
【請求項２】
塊状原子集団または分子集団であるクラスターに電子を照射して生成させたクラスターイオンビームの照射において、ビームの放射軸上に、メッシュ状減速電界電極とファラデーカップとを配置して、メッシュ状の減速電界電極の電位を変化させて様々なクラスターサイズを所定のサイズ範囲のものに分離し、ファラデーカップによってクラスターイオンビーム中のイオン数を計測し、クラスタービーム中のクラスターサイズを測定することを特徴とするクラスターイオンビームのクラスターサイズ測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、クラスターイオンビーム（ＩＣＢ）照射装置内におけるガスクラスタービームの強度とクラスターサイズ分布の計測方法に関するものである。さらに詳しくは、この発明は、半導体、その他電子デバイス等の表面清浄化や、イオン注入による表面改質等に有用な、クラスターイオンビームのビームの強度とクラスターサイズ分布の計測を簡便、かつ正確に可能とする新しい計測方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
従来より、クラスターイオンビーム（ＩＣＢ）装置の動作を確認するためにはクラスタービームの強度とクラスターサイズの計測が必要であると考えられてきたが、実際上は、クラスターイオンビームを固体表面に照射しながらこれらの特性等を計測することはできなかった。これがクラスターイオンビームを用いてイオン注入による表面改質プロセス等にとって大きな課題となっていた。
【０００３】
すなわち、イオン注入による表面改質等においては、安定したイオンビームの照射が表面改質の優劣を決定づけることから、クラスタービームの発生をその強度として簡単に随時確認できることと、クラスターのサイズ分布の観測を簡単に随時測定することのできる方法が必要とされていた。
この発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされたものであり、イオンビーム照射中にクラスタービームの強度とそのクラスターサイズの計測を簡便、かつ正確に随時行うことのできる新しい測定方法を提供することを目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記の課題を解決するものとして、塊状原子集団または分子集団であるクラスターに電子を照射して生成させたクラスターイオンビームの照射において、ノズルからガスを噴出させて形成したクラスタービームの放射軸上に可動式の電離真空計を配置し、電離真空計でクラスタービームの圧力を測定し、その圧力からクラスタービーム強度を計測することを特徴とするクラスターイオンビームのクラスタービーム強度計測方法を提供する。
【０００５】
また、この発明は、塊状原子集団または分子集団であるクラスターに電子を照射して生成させたクラスターイオンビームの照射において、ビームの放射軸上に、メッシュ状減速電界電極とファラデーカップとを配置して、メッシュ状の減速電界電極の電位を変化させて様々なクラスターサイズを所定のサイズ範囲のものに分離し、ファラデーカップによってクラスターイオンビーム中のイオン数を計測し、クラスタービーム中のクラスターサイズを測定することを特徴とするクラスターイオンビームのクラスターサイズ測定方法をも提供する。
【０００６】
【作用】
この発明においては、ビーム状のクラスターについて、その進行方向の軸上に電離真空計を配置し、この電離真空計によってクラスタービームの強度を測定する。また、その進行方向の軸上にメッシュ状の減速電界電極とファラデーカップとを配置することで、クラスターサイズを測定する。
【０００７】
そして特にこの発明では、クラスタービームとしては、この発明の発明者が新たに提案した常温で気体状の物質からなるガスクラスターの強度とそのサイズの測定が精度良く、簡便な手段によって可能となる。
この場合の気体状物質としては、Ａｒ（アルゴン）、Ｈｅ（ヘリウム）等の希ガス、ＣＯ２  、Ｎ２  等のガス、あるいは炭化水素やその化合物、ハロゲンあるいはその化合物等の各種のものが対象となる。通常は、これらのガスによるクラスタービームは、ノズルから断熱膨張によりクラスターを生成させ、スキマーによって整形してビーム状とすることにより生成させることができる。
【０００８】
以下、実施例を示してさらに詳しくこの発明のクラスタービームの強度及びクラスターサイズ分布の測定方法について説明する。
【０００９】
【実施例】
添付した図面の図１は、ガスクラスターイオンビーム照射装置におけるクラスタービームの強度とクラスターサイズ分布の測定のための構成について示した概略図である。この図に沿ってこの発明のクラスタービームの強度測定方法について説明すると、まず常温で気体状のガスをボンベ等のガスソースより導入部（１）を通して所要のガス圧で導入する。導入したガスは導入部（１）の先端に設けられたノズル（２）から噴射する。この時断熱膨張したガスは一部がクラスターとなり、スキマー（３）によって塊状のクラスターからなるビームとなる。
【００１０】
このガスクラスタービームの進行方向の軸上には、電離真空計（４）を設置し、導体線によって外部の計測器と接続する。これによりクラスタービームの強度の変化を計測する。また、可動機構（５）としては伸縮式のステンレス製蛇腹を使用し、クラスタービーム強度を計測しない時には、ビームの軸上から電離真空計（４）を移動することができる。この可動機構（５）は、回転式など他の方法によっても実現できる。さらに、可動機構（５）を遠隔操作によって自動的に作動する機能を持たせることも可能である。
【００１１】
ノズル（２）から噴射され、熱膨張によって生成したクラスタービームはイオン化部（６）によって電子照射されて加速されガスクラスターイオンビームになり、メッシュ状の減速電界電極（７）によってクラスターサイズが所定のサイズ範囲のものに分離され、ファラデーカップ（８）によってクラスターイオンビーム中のイオン数を計測する。
【００１２】
また、クラスターイオンがファラデーカップ（８）に衝突することにより発生する２次電子の飛び出しを防ぎ測定精度を向上させるために、減速電界電極（７）とファラデーカップ（８）の間に、２次電子抑制電極（９）を配置する。減速電界電極（７）、ファラデーカップ（８）、２次電子抑制電極（９）は導体線によって真空装置外部の計測器または電源と接続されている。ファラデーカップ（８）には可動機構（１０）を設けており、これは伸縮式のステンレス製蛇腹を使用している。この可動機構（１０）によって、ファラデーカップ（８）は、イオンビームを計測しない時には、ビームの軸上から計測器を移動することができる。この可動機構（１０）は、回転式など他の方法によっても実現できる。さらに、この可動機構（１０）を遠隔操作によって自動的に作動する機能を持たせることも可能である。
【００１３】
図２および図３は、以上のガスクラスターイオンビームの強度とクラスターサイズの測定装置を用いて、測定した結果を例示したものである。まず図２は、ガス供給圧力を０気圧から５．０気圧まで変化させて測定したＡｒ（アルゴン）ガスクラスタービームの強度分布を示している。ノズルとしては、内径０．１８ｍｍ、発散部の長さ３２ｍｍを用いた場合、ガス供給圧力が２．０気圧以上でクラスタービームの強度に急激な増加が見られ、クラスタービームが形成されていることがわかる。Ａｒガス圧が約３．５気圧の時に、最大値として、約４．３×１０-4Ｔｏｒｒのゲージ圧、すなわち、１．４×１０7（ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ／ｃｍ2・ｓ）のクラスタービーム強度が得られていることがわかる。
【００１４】
図３は、ＣＯ２  のクラスターイオンのサイズを測定した減速電界スペクトルの結果を示したものである。ここでは、ＣＯ２  のガス供給圧力を４気圧、イオン化電子電圧Ｖｅを１００Ｖとし、加速電極電圧Ｖａを１ｋＶと１０ｋＶにした場合で計測している。図３の横軸は加速電極電位と減速電極電位との電位差を表わしており、縦軸は、イオン電流密度を示している。減速電極電位を増加させることによって、イオン電流密度が減少し、電位差０Ｖの点で単分子イオンのカットオフ点がみられる。ＣＯ２  イオンの場合、１分子あたりのエネルギーは０．０９５ｅＶであるから、電位差をこの値で除することによりクラスターサイズを測定することができる。
【００１５】
【発明の効果】
この発明により、以上詳しく説明したとおり、クラスターイオンビーム照射装置内で、クラスターイオンビームを固体表面に照射中であっても、クラスタービームの強度とそのクラスターサイズを随時簡便に、かつ精度良く監視、測定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のクラスタービームの強度とクラスターサイズ分布の測定のための装置構成を例示した断面構成図である。
【図２】実施例としてのクラスタービームの強度分布図である。
【図３】実施例としてのイオンの減速電界スペクトル図である。
【符号の説明】
１  ガス導入部
２  ノズル
３  スキマー
４  電離真空計
５  可動機構
６  イオン化部
７  メッシュ状減速電界電極
８  ファラデーカップ
９  ２次電子抑制電極
１０  可動機構
【図１】
0003569323.tif 000002
【図２】
0003569323.tif 000003
【図３】
0003569323.tif 000004