(57)【要約】【課題】  コンパクト化を図ったガスクラスタービーム装置を提供する。【解決手段】  実施形態のガスクラスタービーム装置は、生成部、イオン化部、加速部、第１〜第３の電極、磁石、電源、および照射部を備える。生成部、イオン化部、および加速部によって、ガスクラスターが生成、イオン化、加速され、ガスクラスターイオンを含むビームが出射される。第１の電極は、前記ビームが通過する略円柱状の内部空間を有する。磁石は、前記内部空間内に磁場を印加する。第２、第３の電極は、前記第１の電極の入口側、出口側にそれぞれ離間して配置され、前記ビームが通過する略円形の貫通孔をそれぞれ有する。電源は、前記第１の電極と前記第２、第３の電極の間に直流電圧を印加する。照射部には、前記第１〜第３の電極を通過したビームが照射される対象が配置される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスクラスターを生成する生成部と、
前記ガスクラスターをイオン化して、ガスクラスターイオンを生成するイオン化部と、
前記ガスクラスターイオンを加速して、ガスクラスターイオンを含むビームを出射する加速部と、
前記ビームが通過する略円柱状の内部空間を有する第1の電極と、
前記内部空間内に磁場を印加する磁石と、
前記第1の電極の入口側、出口側にそれぞれ離間して配置され、前記ビームが通過する略円形の貫通孔をそれぞれ有する、第２、第３の電極と、
前記第1の電極と前記第２、第３の電極の間に直流電圧を印加する電源と、
前記第１〜第３の電極を通過したビームが照射される対象が配置される照射部と、
を具備するガスクラスタービーム装置。
【請求項２】
前記第１の電極が、略円筒形状の円筒電極を有し、
前記磁石が、前記円筒電極の外周に配置される複数の永久磁石を有する、
請求項１記載のガスクラスタービーム装置。
【請求項３】
前記第１の電極が、略円筒形状の円筒電極を有し、
前記磁石が、前記円筒電極をその外周から挟む第1、第２の端部を有するヨークと、前記第１、第２の端部それぞれに磁界を印加する第１、第２のコイルと、前記第１、第２のコイルを励磁する電源と、を有する、
請求項１記載のガスクラスタービーム装置。
【請求項４】
前記第1の電極がその一部を構成する真空容器をさらに具備する
請求項２または３に記載のガスクラスタービーム装置。
【請求項５】
前記ビームが、ガスクラスターイオンが解離して生成された中性粒子を含み、
前記円筒電極に印加する電圧を前記加速部での加速電圧より大きくして、前記ガスクラスターイオンの前記円筒電極の通過を阻害し、前記対象に前記中性粒子のビームを照射する、
請求項１乃至４のいずれか１項に記載のガスクラスタービーム装置。
【請求項６】
加速されたガスクラスターイオンとガス分子を衝突させて、前記中性粒子を生成する中性粒子生成部をさらに具備する
請求項５に記載のガスクラスタービーム装置。
【請求項７】
前記ビームまたは前記対象に向かって電子を照射する電子照射部
をさらに具備する
請求項１乃至６のいずれか１項に記載のガスクラスタービーム装置。
【請求項８】
前記電子照射部が、
前記ビームが通過する内部空間を有するメッシュ状の第４の電極と、
前記第４の電極の外部に配置され、熱電子を放出する発熱体と、
前記発熱体と前記第４の電極との間に電圧を印加し、前記熱電子を前記内部空間に向かって加速する第２の電源と、を有する、
請求項７に記載のガスクラスタービーム装置。
【請求項９】
前記第３の電極に接続され、前記ビームが通過する略円柱状の内部空間を有する第５の電極をさらに具備する
請求項７または８に記載のガスクラスタービーム装置。
【請求項１０】
前記第３の電極と対向して配置され、前記ビームが通過する略円柱状の内部空間を有する第６の電極と、
前記第５の電極と対向して配置され、前記ビームが通過する略円形の貫通孔を有する、第７の電極と、
前記第６の電極と前記第３，第７の電極の間に直流電圧を印加する電源と、
をさらに具備する請求項９に記載のガスクラスタービーム装置。
【請求項１１】
前記第１の電極は正電位であり、前記第２、第３の電極は負電位である、
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のガスクラスタービーム装置。
【請求項１２】
前記第１の電極は正電位であり、前記第２の電極は負電位であり、前記第３の電極は接地電位である
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のガスクラスタービーム装置。
【請求項１３】
前記第２、第３の電極が、軟磁性材料を有する
請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のガスクラスタービーム装置。
【請求項１４】
前記第２、第３の電極が、前記軟磁性材料を覆う耐食性コーティングをさらに有する
請求項１３に記載のガスクラスタービーム装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスクラスタービーム装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスクラスタービーム装置は、ガスクラスター（気体の原子・分子の集合体）のビーム（ガスクラスタービーム、以下、「ＧＣＢ」と略す）を処理対象（基板、金型等）に照射する装置である。処理対象にＧＣＢを照射することによって、処理対象の表面を平滑化できる。
【０００３】
ガスクラスターは、一般に、イオン化され、ガスクラスターイオン（ＧＣＩ）となり、加速されて、ガスクラスターイオンビーム（以下、「ＧＣIＢ」と略す）として処理対象に照射される。
ここで、ＧＣＩの生成時には、モノマーイオン（気体の原子・分子がクラスター化されず、そのままイオン化したもの）も生成されるのが通例である。すなわち、ＧＣＩとモノマーイオンの混合体が生成される。このため、この混合体からモノマーイオンを除外する（逆に言えば、ＧＣＩを選択する）必要がある。処理対象にモノマーイオンが照射されると、その表面及び表面深さ方向の浅い領域に多量の欠陥（結晶欠陥等）が発生し、その表面品質が低下する。
【０００４】
また、ＧＣＩＢは、一般に、イオンビームに比べてビーム空間電荷量が大きく、発散し易い。このため、処理効率を向上するために、ビームを収束することが好ましい。
この結果、ガスクラスタービーム装置では、一般に、モノマーイオン除外（ＧＣＩ選択）のための機構やビーム収束のための機構およびビーム走査のための機構等が直列に配置され、そのコンパクト化は必ずしも容易ではない。特に、１００μＡを越える大電流のＧＣＩＢを照射できるコンパクトなガスクラスタービーム装置の実現は困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３５８２８８５号明細書
【特許文献２】特許第３７７０９７０号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２０１２／００４５６１５Ａ１号明細書
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】山田  公  編著「クラスターイオンビーム  基礎と応用」日刊工業新聞社  ２００６年１０月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、モノマーイオンの除去とビームの収束の双方を実行できる機構を設けることでコンパクト化を図ったガスクラスタービーム装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
実施形態のガスクラスタービーム装置は、生成部、イオン化部、加速部、第1〜第３の電極、磁石、電源、および照射部を備える。生成部は、ガスクラスターを生成する。イオン化部は、前記ガスクラスターをイオン化して、ガスクラスターイオンを生成する。加速部は、ガスクラスターイオンを加速して、ガスクラスターイオンを含むビームを出射する。第1の電極は、前記ビームが通過する略円柱状の内部空間を有する。磁石は、前記内部空間内に磁場を印加する。第２、第３の電極は、前記第1の電極の入口側、出口側にそれぞれ離間して配置され、前記ビームが通過する略円形の貫通孔をそれぞれ有する。電源は、前記第1の電極と前記第２、第３の電極の間に直流電圧を印加する。照射部には、前記第１〜第３の電極を通過したビームが照射される対象が配置される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ガスクラスタービーム装置のコンパクト化が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施形態に係るガスクラスタービーム装置１０を表す模式図である。
【図２】磁場フィルター５１の近傍を表す側面図および断面図である。
【図３】第２の実施形態に係るガスクラスタービーム装置１０ａを表す模式図である。
【図４】第３の実施形態に係るガスクラスタービーム装置１０ｂを表す模式図である。
【図５】第４の実施形態に係るガスクラスタービーム装置１０ｃを表す模式図である。
【図６】電磁石９３の近傍を表す側面図および断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下，図１〜６を参照して実施形態を説明する。ただし、これらの図は、種々の実施形態を模式的に示しており、必ずしも寸法通りに描かれてはいない。
【００１２】
（第１の実施形態）
図１は，第１の実施形態に係るガスクラスタービーム装置１０を示す。ガスクラスタービーム装置１０は、ガスクラスター生成部２０，イオン化部３０、加速部４０，選択・収束部５０，照射部６０を有する。
【００１３】
ガスクラスタービーム装置１０は、真空容器１１（１１ａ〜１１ｃ）を有し、ガスクラスター生成部２０等は、真空容器１１内に配置される。具体的には、ガスクラスター生成部２０，イオン化部３０，加速部４０が、ガスクラスター生成・イオン化用の真空容器１１ａに配置される。選択・収束部５０が、ビーム輸送用の真空容器１１ｂに配置される。照射部６０が、ビーム照射用の真空容器１１ｃに配置される。
【００１４】
ガスクラスタービーム装置１０は、真空容器１１（１１ａ〜１１ｃ）内を排気する真空排気系１２（１２ａ〜１２ｂ）、例えば、油拡散ポンプ、ターボ分子ポンプを有する。真空容器１１ａ、１１ｃ内はそれぞれ、真空排気系１２ａ、１２ｂによって排気され、真空状態となる。真空容器１１ｂには、真空排気系は直接接続されてはいないが、真空容器１１ａ、１１ｃに接続されているため、真空排気系１２ａ、１２ｂによって間接的に排気され、真空状態となる。
【００１５】
ガスクラスター生成部２０は、ノズル２１，スキマー２２を有し、ガスクラスターを生成し、イオン化部３０に送り出す。ガスクラスター生成部２０は、ガスクラスターを生成する生成部として機能する。
ノズル２１には、圧力調整弁２６，ガス配管２７を介して、高圧ガスボンベ２５が接続される。
【００１６】
高圧ガスボンベ２５には、例えば、希ガス（Ａｒ、Ｎｅ、Ｈｅ、Ｋｒ等）、通常ガス（Ｎ２、Ｏ２、ＣＯ２等）、混合ガス（フッ素（Ｆ）を含むガス）が充填される。混合ガスは、例えば、フッ素（Ｆ）を含むガスを希ガス（Ａｒ、Ｎｅ、Ｈｅ、Ｋｒ）で希釈したものである。フッ素（Ｆ）を含むガスとして、例えば、ＳＦ６、ＮＦ３、ＣＨＦ３、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６が挙げられる。処理対象の基板Ｓおよび処理内容に応じて、適宜のガス種が選択される。
圧力調整弁２６は、ノズル２１でのガス圧を調節し、例えば、１気圧以上とできる。
【００１７】
高圧ガスボンベ２５から供給されたガス分子（または原子）が、ノズル２１を通過することで、その一部がクラスター化する。ガス分子は、ノズル２１から真空中に噴出することで、断熱膨張により冷却され、ガスクラスターとなる。この結果、ガスクラスターとガス分子の双方を含む流体が噴出する。
ガスクラスターは、数１００〜数１０００個のガス分子（または原子）の集合体であり、単分子の質量に集合分子数（クラスターサイズ）を乗じた全質量を有する。
【００１８】
スキマー２２は、ノズル２１の先端と対向して配置され、生成されたガスクラスターをイオン化部３０に送り出す。ノズル２１から噴出する流体の中心付近にガスクラスターが多く含まれる。このため、スキマー２２によって、噴出する流体の中心付近のみを通過させることによって、ガスクラスターを効率的に送り出せる。
【００１９】
イオン化部３０は、熱フィラメント３１、円筒陽極３２を有し、ガスクラスターをイオン化して、ガスクラスターイオン（ＧＣＩ）を生成する。
【００２０】
熱フィラメント３１は、電源３５からの電力（電圧Ｖｆ）によって発熱し、熱電子を放出する。熱フィラメント３１は、第４の電極の外部に配置され、熱電子を放出する発熱体として機能する。
円筒陽極３２は、熱フィラメント３１からの熱電子を加速して、ガスクラスター生成部２０から出射されるガスクラスターと衝突させる。円筒陽極３２は、例えば、メッシュ（網）状の円筒導体から構成できる。円筒陽極３２の内部（イオン化室）をガスクラスターが通過する。円筒陽極３２の外部に熱フィラメント３１が配置される。円筒陽極３２は、ビームが通過する内部空間を有するメッシュ状の第４の電極として機能する。
【００２１】
円筒陽極３２と熱フィラメント３１の間に、電源３６からの電圧Ｖｉが印加される。この電圧Ｖｉ（電界）によって、熱電子が加速され、円筒陽極３２の網の間を通過して、ガスクラスターと衝突する。ガスクラスターは、電子と衝突することによって、イオン化され、ＧＣＩとなる。
ここで、イオン化部３０には、ガスクラスター以外にガス分子も存在するため、このガス分子もイオン化され、モノマーイオンとなる。
【００２２】
加速部４０は、加速電極４１、引出電極４２を有し、イオン化部３０で生成されたＧＣＩを加速して、ビーム１５（ガスクラスターイオンビーム：ＧＣＩＢ）として、選択・収束部５０に出射する。加速部４０は、ガスクラスターイオンを加速して、ガスクラスターイオンを含むビームを出射する加速部として機能する。
ここで、加速部４０には、ＧＣＩ以外に、モノマーイオンも存在するため、このモノマーイオンも加速される。後述のように、このモノマーイオンは、選択・収束部５０で除去される。
【００２３】
加速電極４１は、円筒陽極３２と電気的に接続され、加速電源４３の一端からの正の高電圧（加速電圧ＶＡ）が印加される。引出電極４２は接地される。加速電圧ＶＡは、例えば、数ｋＶ〜数１０ｋＶ（一例として、２０ｋＶ〜４０ｋＶ）である。
加速電極４１と引出電極４２間の電界によって、ＧＣＩが加速され、引出電極４２の開口からビーム１５として引き出される。
【００２４】
加速部４０には、閉止弁４６、圧力調節弁４７、流量調節器４８を介して、配管によってガスボンベ４５からのガスを供給できる。この結果、加速されたＧＣＩとガスを衝突させて、中性粒子を発生させることができる。なお、この詳細は後述する。
【００２５】
ガスボンベ４５には、高圧ガスボンベ２５と同様、例えば、希ガス（Ａｒ、Ｎｅ、Ｈｅ、Ｋｒ等）、通常ガス（Ｎ２、Ｏ２、ＣＯ２等）、混合ガス（フッ素（Ｆ）を含むガス）が充填される。混合ガスは、例えば、フッ素（Ｆ）を含むガスを希ガス（Ａｒ、Ｎｅ、Ｈｅ、Ｋｒ）で希釈したものである。フッ素（Ｆ）を含むガスとして、例えば、ＳＦ６、ＮＦ３、ＣＨＦ３、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６が挙げられる。
【００２６】
このガスは、高圧ガスボンベ２５中のガスと同一とできるが、異ならせることも可能である。例えば、高圧ガスボンベ２５のガスを所定の希ガスを含む混合ガスとして、ガスボンベ４５のガスをその所定の希ガスとすることができる。
なお、ガスボンベ４５と高圧ガスボンベ２５のガス種を同一とする場合、ガスボンベ４５を省略して、高圧ガスボンベ２５をノズル２１と加速部４０の双方へのガスの供給に利用できる。
【００２７】
閉止弁４６は、必要に応じて、ガスボンベ４５から加速部４０へのガスの流入を開始、停止できる。
圧力調節弁４７および流量調節器４８は、加速部４０に供給するガスの圧力、流量を調節する。一般に、加速部４０に供給するガス量は、ノズル２１に供給するガス量と比べて小さい。ガスのクラスター化に必要なガスの圧力、流量に比べて、ＧＣＩとの衝突に必要なガスの圧力、流量は小さいからである。
【００２８】
既述のように、加速部４０では、基本的には、ＧＣＩ（およびモノマイオン）を加速している。
このとき、ガスボンベ４５からのガスの供給によって、加速部４０内でのガスの圧力（ＧＣＩに対するガスの割合（個数比））が大きくなると、加速されたＧＣＩがガス分子と衝突して、解離し、電荷を持たない中性粒子（中性の原子や分子のガス粒子（以下、「中性原子・分子」という）およびガスクラスター（ＧＣ）粒子（以下、「中性ＧＣ」という））が発生する。
この中性粒子は、例えば、ＧＣＩを構成するガス分子（中性原子・分子、例えば、モノマー分子）や細分化されたガスクラスター（中性ＧＣ）である。
【００２９】
元のＧＣＩが加速されていることから、これからできた中性粒子（中性原子・分子および中性ＧＣ）もある程度の運動量（エネルギー）を有し、通常のモノマー分子やガスクラスターと比べて、高速である。詳しくは、中性原子・分子のエネルギーは、室温での原子、分子の持つエネルギーより大きく、元のＧＣＩが加速によって得た加速エネルギーより小さい。また、中性ＧＣのエネルギーも、ガスクラスター生成部２０で形成された室温でのガスクラスター（ＧＣ）の持つエネルギーより大きく、元のＧＣＩが加速によって得た加速エネルギーより小さい。
【００３０】
ここで、中性ＧＣと中性原子・分子のエネルギーを比較すると、前者が後者よりも大きい。これは、何れの中性粒子も解離前のＧＣＩとほぼ同一の速度ｖを有する一方、前者の質量ｍ（原子・分子の個数）が後者よりも大きいからである（一般に、運動エネルギーＥは、「（ｍ＊ｖ２）／２」で表される）。
このため、基板Ｓに衝突した場合、中性ＧＣは、中性原子・分子より、基板Ｓの表面との相互作用が大きい。
【００３１】
この中性粒子は、加速されたＧＣＩ（および加速されたモノマーイオン）と共にビーム１５として、引出電極４２の開口から引き出される。
【００３２】
ここで、中性粒子のエネルギーは、加速されたモノマーイオンに比べて、小さい。モノマーイオンは、質量電荷比（質量ｍ、電荷量ｑの比：ｍ／ｑ）が、小さいため、加速後にガス分子一個当たりで大きなエネルギーを有する。これに対して、ＧＣＩは、質量電荷比が大きいため、加速後でのガス分子一個当たりでのエネルギーは小さい。中性粒子は、加速されたＧＣＩから生成されることから、ガス分子一個当たりでのエネルギーは、加速されたＧＣＩに対応し、加速されたモノマーイオンと比べて、小さい。
【００３３】
このように、加速部４０では、ＧＣＩの加速の他に、加速されたＧＣＩからの中性粒子の生成が行われ、加速されたガスクラスターイオンとガス分子を衝突させて、中性粒子を生成する中性粒子生成部として機能する。
【００３４】
この中性粒子の生成は、ガスボンベ４５からのガスの供給の有無（加速部４０内でのガス圧）によって、制御できる。
ガスボンベ４５からガスを供給しなければ、加速されたＧＣＩとガスの衝突の確率は低く、生成される中性粒子は極めて少ない可能性がある。
一方、ガスボンベ４５からのガスの供給量が多ければ、加速されたＧＣＩとガスの衝突の確率が非常に高くなり、加速されたＧＣＩの大部分がガス分子と衝突し、大量の中性粒子が生成される可能性がある。
以上のように、ガスボンベ４５からのガスの供給によって、加速部４０での中性粒子の生成の有無（および生成量）を切り替えることができる。
【００３５】
ここでは、加速部４０内のガス圧を大きくすることで、中性粒子を生成している。これに替えて、あるいはこれと共に、加速部４０以降のビーム１５の経路上において、加速したＧＣＩをガスと衝突させて、中性粒子を生成してもよい。例えば、ビーム１５の経路上にガス室（ガスが供給される空間）を配置して、その中をビーム１５が通過すれば、ガス室内で中性粒子が生成される。この場合、ガス室は、加速されたガスクラスターイオンとガス分子を衝突させて、中性粒子を生成する中性粒子生成部として機能する。
【００３６】
選択・収束部５０は、加速部４０から出射されるビーム１５中のモノマーイオンを除去する（ＧＣＩを選択する）と共に、ビーム１５を収束する。なお、この詳細は後述する。
【００３７】
照射部６０は、ステージ移動機構６１、アパーチャ電極６２を有し、第１〜第３の電極を通過したビームが照射される対象が配置される照射部として機能する。
ステージ移動機構６１は、基板Ｓ（例えば、半導体基板）を載置するステージ、およびそのステージを２次元方向（Ｘ，Ｙ方向）に機械的に移動する駆動機構を有する。ステージに載置された基板Ｓに収束したビーム１５を照射し、ステージ（基板Ｓ）を２次元的に移動することで、基板Ｓ全面にビーム１５を均一に照射できる。
【００３８】
アパーチャ電極６２は、選択・収束部５０から出射されるビーム１５からモノマーイオンをさらに除去し、基板Ｓに照射されるビーム１５の均一性をより向上するためのものである。なお、この詳細は後述する。
【００３９】
ビーム１５は、加速電圧ＶＡ（例えば、数ｋＶ〜数１０ｋＶ）に相当するエネルギー（例えば、１ｋｅＶ〜４０ｋｅＶ）で基板Ｓに照射される。ビーム１５は、多数のガス分子（または原子）を含むクラスターの状態で基板Ｓの表面に衝突する。このクラスターは基板Ｓの表面で砕け、分散した分子が基板Ｓに作用する。このとき、分子一個当たりのエネルギーは、加速電圧ＶＡをクラスターサイズの数で除した小さな値となる。
【００４０】
エネルギーの小さな多数の分子が表面と相互作用することで、欠陥の極めて少ない表面加工が可能となる。また、分散したガス分子は表面に沿って表面原子を叩き、凸である部分を除去するいわゆるラテラルスパッタリング作用を持つ。すなわち、基板ＳにＧＣＩ（ビーム１５）を照射することで、ナノメータレベルで欠陥の少ない表面の平滑化、平坦化が可能となる。
【００４１】
（１）ビーム１５中のモノマーイオン除去（ＧＣＩ選択）の必要性
以下、ビーム１５からモノマーイオン（ガス分子（または原子）自体のイオン）を除去する必要性を説明する。
既述のように、加速部４０から引き出されたビーム１５には、ガスクラスターイオン以外にモノマーイオンが含まれるのが通例である。
【００４２】
基板Ｓに照射されるビーム１５に、ＧＣＩ以外にモノマーイオンが含まれると、加工の品質は低下する。モノマーイオンは、一個当たりのエネルギーが高く、高速で基板Ｓに衝突して、多数の欠陥（表面荒れ、内部の結晶欠陥等）を発生させる。また、モノマーイオンは基板Ｓに残留して不純物ともなる。
以上のように、ビーム１５による加工品質を向上するためには、ビーム１５中に含まれるモノマーイオンを除去することが好ましい。
【００４３】
既述のように、加速部４０にガスボンベ４５からのガスを供給した場合、ビーム１５にＧＣＩが解離してできた中性粒子が含まれる可能性がある。この中性粒子は、加速されたＧＣＩに対応するエネルギーを有することから（モノマーイオンと比べて、ガス分子一個当たりのエネルギーが小さい）、ＧＣＩと同様、基板Ｓの表面の平滑化、平坦化に寄与する。すなわち、ビーム１５中の中性粒子を除去する必要はない。
【００４４】
（２）ビーム１５の収束の必要性
以下、ビーム１５を収束する必要性を説明する。
荷電体（ＧＣＩ、イオン）のビームは、互いの電荷により反発、発散する（ビームが広がる）。特に、ＧＣＩのビームは、イオンビームに比べて、発散し易い。
【００４５】
これは、ＧＣＩの質量ｍ、電荷量ｑの比（質量電荷比：ｍ／ｑ）が、イオン（モノマーイオン）に比べて、遥かに大きいことに起因する。すなわち、同一の加速電圧を印加したときに、イオンに比べて、ＧＣＩの速度は小さくなる。この結果、電流量が比較的小さい場合（例えば、１０μA程度）であっても、ビーム空間電荷量（荷電体による電流値をその速度で除した量であり、ビームの発散の程度を規定する）は大きくなり、ビーム１５が発散する可能性がある。
【００４６】
このため、ビーム１５を収束しないと、基板Ｓの位置でのビーム径は大きくなり、アパーチャ電極６２を通るガスクラスターイオンの量は小さくなり、処理効率が低下する。
【００４７】
アパーチャ電極６２を取り除き、大口径のビーム１５を基板Ｓにそのまま照射することも理論上は可能である。しかし、基板Ｓ全体にビーム１５を均一に照射するためには、ビーム１５の径に応じて、基板Ｓの移動範囲を広くしなければならない。このため、ステージ移動機構６１および真空容器１１ｃが大型化する。
また、大口径のビーム１５を照射すると、基板Ｓ以外への照射量が大きくなり、ビームの利用効率は下がる（照射処理能力（スループット）低下）。
【００４８】
以上のように、処理効率を向上するために、基板Ｓに照射されるビーム１５を収束することが好ましい。
なお、ビーム１５中にＧＣＩが解離してできた中性粒子が含まれていても、この中性粒子は、ビームの発散の原因となる電荷自体を有しないことから、収束の必要性はない。
【００４９】
（選択・収束部５０の詳細）
以下、選択・収束部５０の詳細を説明する。
選択・収束部５０は、磁場フィルター５１、エンドガード電極５５ａ，５５ｂ、絶縁碍子５６ａ，５６ｂを有し、ビーム１５中のモノマーイオンを除去する（ＧＣＩを選択する）と共に、ビーム１５を収束する。
【００５０】
エンドガード電極５５ａ，５５ｂは、絶縁碍子５６ａ，５６ｂにより、磁場フィルター５１に取り付けられている。
【００５１】
エンドガード電極５５ａ，５５ｂは、薄い中空円板状の導電部材であり、円形の貫通孔を有し、第1の電極の入口側、出口側にそれぞれ離間して配置され、前記ビームが通過する略円形の貫通孔をそれぞれ有する、第２、第３の電極として機能する。
【００５２】
エンドガード電極５５ａ，５５ｂには、高透磁率の材料（強磁性材料、特に、軟磁性材料、例えば、純鉄や軟鉄）を用いることが好ましい。
これは、磁場フィルター５１からの磁場をシールドするためである。磁場フィルター５１から磁場が漏れると、他の箇所（例えば、イオン化部３０、後述の中和部７０）での動作（電子の軌道）に影響を与え、機能を低下させる可能性がある。例えば、イオン化部３０に磁場が漏れると、クラスタービームのイオン化の効率や引出し電流量に影響を与える可能性がある。
【００５３】
なお、フッ素を含むガス（混合ガス）を使用する場合、エンドガード電極５５ａ、５５ｂに、耐食性コーティング（例えば、耐食性のある金属薄膜、一例としてＮｉ膜）を形成し、フッ素を含むガスによる腐食を防止することが好ましい。
絶縁碍子５６ａ，５６ｂには、磁器材料（例えば、アルミナ磁器）を使用できる。
【００５４】
図２は、磁場フィルター５１の構造を模式的に示す。図２の（Ａ）は、エンドガード電極５５ａ，５５ｂを含めた磁場フィルター５１の正面図である。図２の（Ｂ）は、その中心部（Ａ−Ａ）の断面図である。
【００５５】
磁場フィルター５１は、永久磁石５２、内筒５３、外筒５４を有し、ビームが通過する略円柱状の内部空間を有する第1の電極として機能する。
外筒５４内に内筒５３が配置され、その両側が一対の円孔付きの円板で閉じられ、全体として、略円筒形状の容器を構成する。この容器中に複数の永久磁石５２が配置される。内筒５３の内周の径は、円板の円孔と対応する。内筒５３および外筒５４は、これら一対の円板にネジ等により機械的に取付け固定される。
【００５６】
内筒５３は、薄い円筒状導電部材であり、略円筒形状の円筒電極として機能する。この導電部材は、永久磁石５２が作る磁場形状や強度を乱さないために、非磁性材料（例えば、非磁性のステンレススチール）であることが好ましい。
なお、略円筒形状の容器を構成する外筒５４および円板は、非磁性材料であることが好ましいが、永久磁石５２の磁場への影響が比較的小さいため、磁性材料も使用できる。
内筒５３の中心軸は、エンドガード電極５５ａ，５５ｂの貫通孔の中心と一致していることが好ましい。
内筒５３の内径は、エンドガード電極５５ａ，５５ｂの貫通孔の径と対応し、例えば、略同一とできる。
内筒５３の内径をエンドガード電極５５ａ，５５ｂの貫通孔の径より大きくしてもよい。ビーム１５の有効な利用が図れる。すなわち、ＧＣＩが内筒５３の内壁に衝突して、基板Ｓに照射されなくなることが防止される。
内筒５３の内周内をビーム１５が通過する。
【００５７】
複数の永久磁石５２が内筒５３の外周上に配置され、内部空間内に磁場を印加する磁石として機能する。これらの永久磁石５２はいわゆるダイポールリング型磁気回路を構成する。永久磁石５２は、円周状に配置され、その磁化方向Ｍが適宜ずらされ、３６０°で２回転し、内筒５３内に一軸方向の磁場（Ｎ極、Ｓ極のダイポール（２極）磁場）を形成する。
【００５８】
磁場フィルター５１は、ビーム１５に磁場を印加することによって、ビーム１５からモノマーイオンを除去する（ＧＣＩを選択的に通過させる）。
【００５９】
一般に、荷電体（モノマーイオンおよびガスクラスターイオン）は、その質量ｍ、電荷量ｑの比（質量電荷比：ｍ／ｑ）、エネルギー、磁場強度に応じて、磁場内で偏向（回転）する。この偏向半径は、質量電荷比およびエネルギーが小さく、磁場強度が大きくなるにつれて、小さくなる（偏向が大きくなる）。
【００６０】
モノマーイオンの質量電荷比は、ガスクラスターイオンの質量電荷比より遥かに小さいため、モノマーイオンの偏向半径は、ガスクラスターイオンの偏向半径よりも遥かに小さい（大きく曲がる）。
この結果、モノマーイオンは、磁場フィルター５１（内筒５３）内で曲げられ、その内壁に衝突し、中性化してガスとして排気される。一方、ＧＣＩは、内筒５３内での偏向が少なく、ほぼ直進運動し、内筒５３を通過する。
【００６１】
ここで、モノマーイオンのエネルギー（速度）が大きい場合（加速電圧ＶＡが大きい場合）、その偏向半径は大きくなり（偏向が小さくなる）、モノマーイオンが磁場フィルター５１（円筒部内）を通過する可能性がある。
【００６２】
アパーチャ電極６２は、このようにして内筒５３を通過したモノマーイオンを除去し、基板Ｓへの照射を防止する。モノマーイオンは、内筒５３からの出射後に直進運動して、ビーム１５の中心から遠ざかってゆくため、事実上、アパーチャ電極６２の開口を通過しない。
なお、モノマーイオンのエネルギーに対応して、磁場フィルター５１の磁場強度を大きくすることによって、偏向半径を小さくし、円筒５３内でモノマーイオンを除去してもよい。このようにすると、アパーチャ電極６２は不要となる。
【００６３】
ビーム１５の進行方向に沿って、内筒５３内に十分に均一かつ十分な強度の磁場が形成されることが好ましい。モノマーイオンが内筒５３の内壁に衝突するか、出射後の直進でアパーチャ電極６２の開口から十分に離れるようにして、基板Ｓへの入射を防止できる。
また、内筒５３の長さは、その内径以上であることが好ましい。モノマーイオンの効率的な除去が可能となる。
【００６４】
エンドガード電極５５ａ，５５ｂは、磁場フィルター５１（特に、内筒５３）と共に、いわゆるアインツエルレンズとして機能し、ビーム１５を収束する。
【００６５】
既述のように、内筒５３は、薄い円筒状導電部材であり、エンドガード電極５５ａ，５５ｂは、薄い中空円板状導電部材である。このような円筒状導電部材、一対の中空円板状導電部材に電圧を印加することによって、ビームを収束できる。
【００６６】
例えば、内筒５３（磁場フィルター５１）を正電位とし（正電圧印加）、エンドガード電極５５ａ，５５ｂを接地電位とすることによって、ビームを収束できる。
【００６７】
ここでは、内筒５３（磁場フィルター５１）を正電位とし（高電圧正電源５８からの正の電圧ＶＰ印加）、エンドガード電極５５ａ，５５ｂを負電位とする（高電圧負電源５７からの負の電圧ＶＮ印加）。この場合、引出電極４２と入口側のエンドガード電極５５ａの間で、ＧＣＩのビーム１５は加速され、その結果、収束される。加速電界は、一般に収束作用を持つためである。
【００６８】
このとき、エンドガード電極５５ａを接地電位とする場合と比べ、内筒５３に入るビーム１５の径を小さくできる。その後、ビーム１５は、アインツエルレンズによりさらに収束され、出口側のエンドガード電極５５ｂでは、径がより小さくなる。
この結果、アパーチャ電極６２を通過するビーム１５の電流量は大きくなる。例えば、ビーム電流が１００μＡを超える、小孔径のビーム１５を基板Ｓに照射できる。このとき、アパーチャ電極６２を不使用とできる。
【００６９】
ここで、内筒５３（磁場フィルター５１）に印加する正の電圧ＶＰの大きさを調節することによって、ＧＣＩ（イオン化ガスクラスター）と実質的にイオン化されないガスクラスター（非イオン化ガスクラスター）を切り替えて、基板Ｓに照射できる。
【００７０】
既述のように、ＧＣＩは加速電極４１、引出電極４２間に印加された加速電圧ＶＡによって加速される。
電圧ＶＰを加速電圧ＶＡより小さくすると、ＧＣＩが照射される。加速電極４１の電位が内筒５３（磁場フィルター５１）の電位よりも小さいため、加速電圧ＶＡで加速されたＧＣＩは、内筒５３を通過し、基板Ｓに到達する。
【００７１】
一方、電圧ＶＰを加速電圧ＶＡより大きくすると、中性粒子（前述のように、ＧＣＩが加速部４０内でガス分子と衝突してできるガス分子（中性原子・分子）またはガスクラスター（中性ＧＣ））を照射できる。この場合、加速電圧ＶＡで加速されたＧＣＩは、内筒５３を通過せず、基板Ｓに到達しない。しかし、ビーム１５中に含まれる中性粒子は基板Ｓに到達する。
【００７２】
以上のように、加速電圧ＶＡに対して、電圧ＶＰを調節することで、ビーム１５中のイオン化ガスクラスター（ＧＣＩ）、中性粒子を選択できる。
【００７３】
以上のように、本実施形態によれば、磁場フィルター５１は、ビーム１５中のモノマーイオンを除去すると共に、ビーム１５を収束するアインツエルレンズの一部としても機能する。この結果、選択・収束部５０、ひいてはガスクラスタービーム装置１０のコンパクト化が図られる。
【００７４】
（第２の実施形態）
図３は，第２の実施形態に係るガスクラスタービーム装置１０ａを示す。ガスクラスタービーム装置１０ａは、ガスクラスター生成部２０，イオン化部３０、加速部４０，選択・収束部５０，照射部６０、中和部７０を有する。
【００７５】
中和部７０は、選択・収束部５０と照射部６０の間に配置され、ビームまたは対象に向かって電子を照射する電子照射部として機能する。また、出口側のエンドガード電極５５ｂに電子抑制電極７３が付加される。
【００７６】
基板Ｓの電気的絶縁性が高い場合がある。例えば、基板Ｓの表面の大部分が、ＳｉＯ２（２酸化シリコン）等の絶縁物で占められることがある。このような絶縁性の高い基板Ｓにビーム１５を照射すると、帯電する。帯電量が大きいと、基板Ｓに形成されるデバイスが絶縁破壊する可能性がある。また帯電によって、ＧＣＩのビーム１５が、基板Ｓに届きにくくなり、照射電流が著しく減る可能性もある。
【００７７】
中和部７０は、熱フィラメント７１、円筒陽極７２、電子抑制電極７３を有し、ビーム１５ひいては基板Ｓに電子を供給することによって、基板Ｓの帯電を低減する。
【００７８】
熱フィラメント７１は、電源７５からの電力（電圧Ｖｆ２）によって発熱し、熱電子を放出するものであり、第４の電極の外部に配置され、熱電子を放出する発熱体として機能する。
【００７９】
円筒陽極７２は、熱フィラメント７１からの熱電子を加速して、ビーム１５に照射する。円筒陽極７２は、例えば、メッシュ（網）状の円筒導体から構成できる。円筒陽極７２の内部（中和室）をビーム１５が通過する。円筒陽極７２の外部に熱フィラメント７１が配置される。円筒陽極７２は、ビームが通過する内部空間を有するメッシュ状の第４の電極として機能する。
【００８０】
円筒陽極７２と熱フィラメント７１の間に、電源７６からの電圧Ｖｃが印加される。この電圧Ｖｃ（電界）によって、熱電子が加速され、円筒陽極７２の網の間を通過して、ビーム１５に照射される。
【００８１】
但し、この電圧Ｖｃは、イオン化部３０での電圧Ｖｉより、一般にかなり小さい。電圧Ｖｉは、ガスクラスターのイオン化を目的とするため、ある程度大きい。これに対して、電圧Ｖｃは、ビーム１５に電子を供給すれば足りるからである。
【００８２】
基板Ｓの帯電に応じて電子を供給することによって、基板Ｓの帯電が抑えられ、基板Ｓを中性に保つことができる。これにより、１００μＡを超える大電流のＧＣＩのビーム１５を基板Ｓに安定的に照射できる。
【００８３】
基板Ｓの帯電は直接的な測定も可能であるが、照射電流を測定することによって、基板Ｓの帯電を間接的に測定しても良い。すなわち、絶縁性の基板Ｓであっても、ビーム１５による電流と熱電子による電流が打ち消し合って照射電流がゼロに近くなれば、基板Ｓの帯電を防止できる。例えば、中和部７０を未作動状態として、ビーム１５を照射し、基板Ｓでの電流を測定することで、ＧＣＩの照射を確認できる。実際には、アパーチャ６２と基板Ｓの間に電流測定用のファラデーカップ（図示せず）を挿入して電流値を確認する。この状態で、中和部７０を動作させ、ファラデーカップ電流値がゼロになるように、中和部７０の動作状態（電圧Ｖｆ２，Ｖｃ）を調節する。その後、ファラデーカップを移動し、ビームが基板Sに達するようにする。このようにすることで、大電流のＧＣＩのビーム１５を照射し、かつ基板Ｓの帯電を防止できる。
【００８４】
電子抑制電極７３は、略円筒形状の導電体であり、略円柱形状の内部空間を有し、ビームが通過する略円柱状の内部空間を有する第５の電極として機能する。電子抑制電極７３は、出口エンドガード電極に取り付けられ、中和部７０からの中和用の電子が正高電圧の内筒５３内に吸い込まれることを防止する。
【００８５】
電子抑制電極７３が無い場合、基板Ｓに電子が流れなくなる可能性がある。すなわち、出口側のエンドガード電極５５ｂの負電圧の絶対値が小さければ、中和用の電子がエンドガード電極５５ｂを通過して、内筒５３内に吸い込まれる。
電子抑制電極７３によって、十分に長い負電位領域を形成することによって、中和部７０の電子が内筒５３内に流れ込むことを防止できる。
【００８６】
電子抑制電極７３（内部空間）の長さは、その内径と同等以上であることが好ましい。このようにすることで、電子抑制電極７３の内部に入ってきた熱電子を中和部７０に戻し、基板Ｓの帯電防止に利用できる。
【００８７】
本実施形態では、選択・収束部５０のコンパクト化に加えて、中和部７０によって、ＧＣＩのビーム１５による基板Ｓの帯電を防止できる。
ここでは、中和部７０をビーム１５の輸送経路上に配置しているため、その分、ガスクラスタービーム装置１０ａが大型化する可能性はある。これを防止するために、中和部７０をビーム１５の輸送経路外に配置してもよい。例えば、基板Ｓの横に中和部７０を配置し、熱電子を基板Ｓに直接照射する。アパーチャ電極６２と基板Ｓ間の距離を大きくしたり、アパーチャ電極６２を取り除いたりすることで、このような配置が可能となる。
【００８８】
（第３の実施形態）
図４は，第３の実施形態に係るガスクラスタービーム装置１０ｂを示す。ガスクラスタービーム装置１０ｂは、ガスクラスター生成部２０，イオン化部３０、加速部４０，選択・収束部５０，照射部６０、収束部８０を有する。
【００８９】
収束部８０は、選択・収束部５０の後段に配置され、アインツエルレンズ円筒８１，アース電極８２を有する。
アインツエルレンズ円筒８１は、薄い円筒状導電部材（略円筒形状の円筒電極）であり、第３の電極と対向して配置され、前記ビームが通過する略円柱状の内部空間を有する第６の電極として機能する。
アース電極８２は、薄い中空円板状の導電部材であり、円形の貫通孔を有し、第５の電極と対向して配置され、前記ビームが通過する略円形の貫通孔を有する、第７の電極として機能する。
【００９０】
収束部８０は、選択・収束部５０の出口側のエンドガード電極５５ｂと共に、２段目のアインツエルレンズとして機能する。
１段目のアインツエルレンズは、エンドガード電極５５ａ，５５ｂ、内筒５３から構成され、２段目のアインツエルレンズは、エンドガード電極５５ｂ、アインツエルレンズ円筒８１、アース電極８２から構成される。エンドガード電極５５ｂは、第１段、第２段のアインツエルレンズで共用される。
【００９１】
例えば、内筒５３（磁場フィルター５１）、アインツエルレンズ円筒８１を正電位とし（正電圧印加）、エンドガード電極５５ａ，５５ｂ、アース電極８２を接地電位とすることによって、第１段、第２段のアインツエルレンズでビームを収束できる。
【００９２】
また、第１の実施形態に準じて、内筒５３（磁場フィルター５１）およびアインツエルレンズ円筒８１を正電位とし、エンドガード電極５５ａ，５５ｂ、アース電極８２を負電位（負電圧印加）としてもよい。このようにすることで、引出電極４２とエンドガード電極５５ａとの間の加速電界によるビーム収束作用も併用できる。
【００９３】
ここでは、内筒５３（磁場フィルター５１）およびアインツエルレンズ円筒８１を正電位（高電圧正電源５８、８５からの正の電圧Ｖｐ、ＶＰ２をそれぞれ印加）、エンドガード電極５５ａを負電位（高電圧負電源５７からの負の電圧ＶＮを印加）とするが、エンドガード電極５５ｂおよびアース電極８２は接地電位としている。
この場合、第1段目のアインツエルレンズ、特に、内筒５３とエンドガード電極５５ｂの間での収束作用は、エンドガード電極５５ｂを負電位とする場合に比べて、やや低減する。
しかし、２段のアインツエルレンズによって、十分な収束作用が得られる。また、この構成では、アインツエルレンズ用の電源の個数の低減が可能となり、よりコンパクトな構成となる。
【００９４】
磁場フィルター５１を通過したビーム１５は、磁場の偏向作用によって、一般に通過前より広がる。特に、クラスターサイズの小さいＧＣＩは、磁場による偏向が大きい。２段のアインツエルレンズによって、ビーム１５をより絞り、大電流、小口径とできる。この結果、アパーチャ電極６２を不要にできる。なお、このような小口径になったビーム１５を局所的に照射することで、例えば、金型の表面を局所的に（特定の箇所のみを）効率的に平坦化できる。
【００９５】
アインツエルレンズ円筒８１の内径は、内筒５３の内径と同様、あるいはより大きくすることができる。アインツエルレンズ円筒８１の内径を内筒５３の内径より大きくすると、磁場フィルター５１を通過して広がったビーム１５を余すことなく収束して効率的に利用できる。
以上のように、本実施形態では、選択・収束部５０のコンパクト化に加えて、収束部８０によって、ＧＣＩのビーム１５をさらに絞り、処理効率を向上できる。
【００９６】
なお、収束部８０と照射部６０の間に中和部７０を配置してもよい。基板Ｓが絶縁性の場合、中和用の電子を基板Ｓに供給できる。既述のように、中和部７０をビーム１５の輸送経路外に配置してもよい。
中和部７０を設置する場合、アース電極８２に電子抑制電極７３（と同様の部材）を配置し、アース電位とせず、これに負の高電圧を印加することが好ましい。中和部７０からの中和用の電子が正高電圧のアインツエルレンズ円筒８１内に吸い込まれることを防止できる。このとき、電子抑制電極７３と同様、アース電極８２に負の高電圧を印加してよい。
【００９７】
（第４の実施形態）
図５は，第４の実施形態に係るガスクラスタービーム装置１０ｃを示す。ガスクラスタービーム装置１０ｃは、ガスクラスター生成部２０，イオン化部３０、選択・収束部９０、照射部６０を有する。
【００９８】
ガスクラスタービーム装置１０ｃは、選択・収束部５０に代えて、選択・収束部９０を有し、また真空容器１１ｂに代えて、真空容器１１ｄを有する。
【００９９】
選択・収束部９０は、磁場フィルター９１、エンドガード電極５５ａ，５５ｂを有し、ビーム１５中のモノマーイオンを除去する（ＧＣＩを選択する）と共に、ビーム１５を収束する。
【０１００】
真空容器１１ｄは、絶縁部材１１１〜１１４、導電部材９２、エンドガード電極５５ａ，５５ｂから構成され、真空排気系１２（１２ａ〜１２ｂ）によって、その内部が真空に保持される。
【０１０１】
絶縁部材１１１〜１１４は、略円筒形状の絶縁部材である。
導電部材９２は、円筒部（略円筒形状の導電部材であり、略円筒形状の円筒電極として機能する）と、その両側に配置される一対の円板部（略円板形状の導電部材）を有する。円板部は、円筒部の内径に対応する円孔を有する。
【０１０２】
絶縁部材１１１，１１２および絶縁部材１１３，１１４の間にそれぞれ、エンドガード電極５５ａ，５５ｂが配置される。エンドガード電極５５ａ，５５ｂの外側は、大気中なので、高電圧負電源５７からの負の電圧ＶＮを直接印加できる。
導電部材９２は、絶縁部材１１２，１１３間に、配置される。
【０１０３】
図６は磁場フィルター９１の概略構造を示す。（Ａ）は正面図、（Ｂ）はＡ−Ａでの断面図である。
磁場フィルター９１は、電磁石９３、導電部材９２（特に、円筒部（略円筒形状の導電部材））を有し、ビームが通過する略円柱状の内部空間を有する第1の電極として機能する。
導電部材９２は、真空容器１１ｄ、磁場フィルター９１で共用される。導電部材９２は、電磁石９３からの磁場を乱さないために、非磁性材料（例えば、非磁性のステンレススチール）であることが好ましい。
【０１０４】
電磁石９３は、ヨーク９４、一対の空芯コイル９５ａ，９５ｂを備え、導電部材９２の円筒部の外部（大気中）に配置される。
ヨーク９４は、高透磁率材料（特に、軟磁性材料、例えば、純鉄あるいは軟鉄）からなり、導電部材９２の円筒部を挟んで、互いに対向する一対の端部を有する。
一対の空芯コイル９５ａ，９５ｂが、ヨーク９４の端部を包むように配置される。空芯コイル９５ａ，９５ｂに電流を流して励磁することにより、ヨーク９４の両端にＮ極、Ｓ極の磁場を発生し、導電部材９２の円筒部内にダイポール磁場を形成できる。このダイポール磁場により、モノマーイオンは偏向し、導電部材９２の円筒部の内壁に衝突し除去される。
【０１０５】
例えば、導電部材９２に高電圧正電源５８からの正の高電圧Ｖｐが印加され、エンドガード電極５５ａ，５５ｂに高電圧負電源５７からの負の高電圧ＶＮが印加される。この結果、導電部材９２等がアインツエルレンズとして機能する。
【０１０６】
選択・収束部９０では、空芯コイル９５ａ，９５ｂに流す電流値（直流）によって磁場強度を調節し、ビーム１５のエネルギーの変更に対応できる。この結果、モノマーイオンの除去率、照射されるクラスターサイズの一定化が容易となる。
これに対して、第1の実施形態のような選択・収束部５０では、永久磁石５２を用いているため、設計時の設定より低いエネルギーのビーム１５に対しては、モノマーイオン、クラスターイオン共に、過度に偏向を受け、ビーム損失を起こすことがあり得る。
【０１０７】
以上のように、本実施形態によれば、磁場フィルター９１は、ビーム１５中のモノマーイオンを除去すると共に、ビーム１５を収束するアインツエルレンズの一部としても機能する。この結果、選択・収束部９０、ひいてはガスクラスタービーム装置１０ｃのコンパクト化が図られる。さらに、磁場強度を調節し、ビーム１５のエネルギーの変更に対応できる。
【０１０８】
なお、ガスクラスタービーム装置１０ｃは、第２、第３の実施形態のように、中和部７０や収束部８０を有してもよい。
【実施例】
【０１０９】
（第１の実施形態に対する実施例）
第１の実施形態に対する実施例を述べる。
装置寸法として、イオン発生部側の真空容器１１ａとビーム輸送部側の真空容器１１ｂを合わせた長さを１ｍ以下とした。
【０１１０】
ビーム１５の加速電圧ＶＡが２０ｋＶ〜４０ｋＶの場合、引出電極４２から出射直後のビーム１５の径（直径）は、数ｃｍであった。ビーム１５の全電流（ＧＣＩおよびモノマーイオン双方の電流）は数１００μＡ以上であった。
【０１１１】
内筒５３内での磁場強度は、２０ｋＶの加速電圧ＶＡのとき、０．１〜０．４Ｔ（テスラー）程度とした。
この結果、磁場フィルター５１によって、モノマーイオンが除去され、基板Ｓに到達しないことを確認できた。具体的には、飛行時間型質量分析計（図示せず）によって、磁場フィルター５１がある場合、無い場合それぞれのクラスターサイズの分布を測定した。磁場フィルター５１を設置すると、低サイズの荷電粒子が著しく低減し、事実上、モノマーイオンが除去されることを確認できた。
【０１１２】
エンドガード電極５５ａ、５５ｂや磁場フィルター５１に印加する電圧を調整することで、照射電流を１００μＡ以上で安定化できた。なお、電流値はファラデーカップ（図示せず）で測定した。
【０１１３】
モノマーイオンの除去、１００μＡ以上の電流は、希ガス、混合ガス（例えば、希ガスで希釈されたＳＦ６のガス）のいずれでも可能であった。
【０１１４】
（第２の実施形態に対する実施例）
第２の実施形態に対する実施例を説明する。
エンドガード電極５５ｂおよび電子抑制電極７３に負の電圧ＶＮを印加し、円筒陽極７２に正の電圧Ｖｃを印加する。この結果、基板Ｓに熱フィラメント７１からの電子を効率的に供給できた。
【０１１５】
基板Ｓでの電流は、電圧ＶＮ、Ｖｃ、熱フィラメント７１の電流によって調整できた。具体的には、中和部７０の非動作時での基板Ｓの電流が１００μＡ以上のときに、中和部７０を動作させることで、基板Ｓの電流を実質的にゼロとできた。
【０１１６】
（第３の実施形態に対する実施例）
第３の実施形態に対する実施形態に対する実施例を説明する。
アインツエルレンズ円筒８１の内径は磁場フィルター５１の内径より大きくした。また、エンドガード電極５５ｂを接地電位とした。
選択・収束部５０、収束部８０により２段のアインツエルレンズとしたことから、電流が１００μＡ以上で、基板Ｓでのビーム１５の径を１ｃｍ以下とできた。
【０１１７】
（第４の実施形態に対する実施例）
第４の実施形態に対する実施例を説明する。
ビーム１５の加速エネルギーに応じて、励磁する空芯コイル９５ａ，９５ｂの電流を変化させた。すなわち、モノマーイオンの除去に必要で、クラスターイオンを過度に偏向させない磁場強度を選択した。この結果、１０ｋＶ以下の低エネルギーで、数１０〜１００μＡの大電流のビーム１５を基板Ｓに照射できた。
【０１１８】
また、希ガス（Ａｒ、Ｎｅ、Ｈｅ、Ｋｒ等）、通常ガス（Ｎ２、Ｏ２、ＣＯ２等）、混合ガス（フッ素（Ｆ）を含むガス）のいずれでも、モノマーイオンを除去し、かつビーム１５を大電流化できることを確認できた。
【符号の説明】
【０１１９】
１０：  ガスクラスタービーム装置、１１（１１ａ〜１１ｄ）：  真空容器、１１１〜１１４：  絶縁部材、１２（１２ａ，１２ｂ）：  真空排気系、１５：  ビーム、２０：  ガスクラスター生成部、２１：  ノズル、２２：  スキマー、２５：  高圧ガスボンベ、２６：  圧力調整弁、２７：  ガス配管、３０：  イオン化部、３１：  熱フィラメント、３２：  円筒陽極、３５：  電源、３６：  電源、４０：  加速部、４１：  加速電極、４２：  引出電極、４３：  加速電源、５０：  選択・収束部、５１：  磁場フィルター、５２：  永久磁石、５３：  内筒、５４：  外筒、５５ａ，５５ｂ：  エンドガード電極、５６ａ，５６ｂ：  絶縁碍子、５７：  高電圧負電源、５８、８５：  高電圧正電源、６０：  照射部、６１：  ステージ移動機構、６２：  アパーチャ電極、７０：  中和部、７１：  熱フィラメント、７２：  円筒陽極、７３：  電子抑制電極、７５：  電源、７６：  電源、８０：  収束部、８１：  アインツエルレンズ円筒、８２：  アース電極、９０：  選択・収束部、９１：  磁場フィルター、９２：  導電部材、９３：  電磁石、９４：  ヨーク、９５ａ，９５ｂ：  空芯コイル
【図１】
2018005978.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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