(57)【要約】【課題】ガスクラスターをイオン化価数ごと選別する荷電粒子選別装置を提供する。【解決手段】イオン化したガスクラスターを選別するための荷電粒子選別装置において、前記ガスクラスターの進行方向に配列された電界を印加するための３つ以上の電界印加部と、前記ガスクラスターを選別するためのスリットと、を有し、前記電界印加部は２枚の電極から構成されており、前記電極に交流電圧を印加することにより、イオン化したガスクラスターを偏向させるものであって、隣接する前記電界印加部においては、異なる位相の交流電圧が印加されており、前記スリットは、前記電界印加部により偏向した前記ガスクラスターを通過する開口部を有するものであって、前記交流電圧は、前記ガスクラスターを構成する原子数が同じガスクラスターにおいて、所定の価数の前記ガスクラスターのみが、前記スリットの開口部を通過する周波数であることを特徴とする荷電粒子選別装置を提供することにより上記課題を解決する。【選択図】図６
2011171316.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン化したガスクラスターを選別するための荷電粒子選別装置において、
前記ガスクラスターの進行方向に配列された電界を印加するための３つ以上の電界印加部と、
前記ガスクラスターを選別するためのスリットと、を有し、
前記電界印加部は２枚の電極から構成されており、前記電極に交流電圧を印加することにより、イオン化したガスクラスターを偏向させるものであって、
隣接する前記電界印加部においては、異なる位相の交流電圧が印加されており、
前記スリットは、前記電界印加部により偏向した前記ガスクラスターを通過する開口部を有するものであって、
前記交流電圧は、前記ガスクラスターを構成する原子数が同じガスクラスターにおいて、所定の価数の前記ガスクラスターのみが、前記スリットの開口部を通過する周波数であることを特徴とする荷電粒子選別装置。
【請求項２】
イオン化したガスクラスターを選別するための荷電粒子選別装置において、
前記ガスクラスターの進行方向に配列された電界を印加するための電界印加部と、
前記ガスクラスターを選別するためのスリットと、を有し、
前記電界印加部は２枚の電極から構成されており、前記電界印加部は交流電界印加部と、直流電界印加部を有しており、前記電極に前記直流電界印加部において発生させた直流電圧に前記交流電界印加部において発生させた交流電圧を重畳させた電圧を印加することにより、イオン化したガスクラスターを偏向させるものであって、
隣接する前記電界印加部においては、異なる位相の交流電圧が印加されており、
前記スリットは、前記電界印加部により偏向した前記ガスクラスターを通過する開口部を有するものであって、
前記交流電圧は、前記ガスクラスターを構成する原子数が同じガスクラスターにおいて、所定の価数の前記ガスクラスターのみが、前記スリットの開口部を通過する周波数であることを特徴とする荷電粒子選別装置。
【請求項３】
前記所定の価数は、１価であることを特徴とする請求項１または２に記載の荷電粒子選別装置。
【請求項４】
隣接する前記電界印加部における電極には、相互に位相が１８０°異なる電圧が印加されるものであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の荷電粒子選別装置。
【請求項５】
前記電界印加部の数は、３又は４であることを特徴とする請求項１から４に記載の荷電粒子選別装置。
【請求項６】
ガスクラスターを生成するガスクラスター生成部と、
前記ガスクラスターをイオン化するイオン化電極と、
前記イオン化したガスクラスターを加速するための加速電極と、
前記加速したイオン化したガスクラスターにおいて、所定の価数のイオン化したガスクラスターを選別するための請求項１から５のいずれかに記載の荷電粒子選別装置と、を有し、
前記荷電粒子選別装置より射出されたイオン化したガスクラスターを部材に照射することを特徴とする荷電粒子照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子選別装置及び荷電粒子照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数個の原子等が凝集してできるガスクラスターは特異な物理化学的挙動を示し、広い分野における利用が検討されている。即ち、ガスクラスターからなるクラスターイオンビームは、従来困難であった固体表面から数ナノメートルの深さの領域で、イオン注入、表面加工、薄膜形成を行うプロセスに適している。
【０００３】
ガスクラスター発生装置においては、加圧ガスの供給を受けて原子の数が数１００〜数１０００となるクラスターを発生させることが可能である。ガスクラスター発生装置では、発生するクラスターにおける原子の数は確率的に存在し、ガスクラスターの質量には幅を有しており、実用的には、ガスクラスターの質量に基づいて選別する必要がある。
【０００４】
このため、発生したクラスターをイオン化し、質量に基づいて選別する方法がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−７１６４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、イオン化したクラスターは質量について選別するのみならず、イオン化されている価数に応じて選別することが望まれている。これは、イオン化されているガスクラスターの価数により用途等が大きく異なるためであり、所望の価数のガスクラスターのみを選別して使用することにより、より高効率で、より精細な加工等を行うことが可能となる。即ち、実験等の結果に基づくならば、表面の限られた領域より深い部分に、イオンの痕跡が確認され、検討の結果、これは多価イオンの混在に起因するものであることが確認された。従って、固体表面から数ナノメートルの深さの領域で、イオン注入、表面加工、薄膜形成を行うプロセスを安定的に行うためには、多価イオンのガスクラスターを除去することが必要となる。一方、用途においては、多価イオンのガスクラスターを用いる方がスループット等の点から好ましい場合がある。更に、ガスクラスターを生成する際に生じる高速中性ビームも除去することができればより好ましい。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、イオン化したクラスターを価数に応じて選別することが可能な荷電粒子選別装置及び荷電粒子照射装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、イオン化したガスクラスターを選別するための荷電粒子選別装置において、前記ガスクラスターの進行方向に配列された電界を印加するための３つ以上の電界印加部と、前記ガスクラスターを選別するためのスリットと、を有し、前記電界印加部は２枚の電極から構成されており、前記電極に交流電圧を印加することにより、イオン化したガスクラスターを偏向させるものであって、隣接する前記電界印加部においては、異なる位相の交流電圧が印加されており、前記スリットは、前記電界印加部により偏向した前記ガスクラスターを通過する開口部を有するものであって、前記交流電圧は、前記ガスクラスターを構成する原子数が同じガスクラスターにおいて、所定の価数の前記ガスクラスターのみが、前記スリットの開口部を通過する周波数であることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明は、イオン化したガスクラスターを選別するための荷電粒子選別装置において、前記ガスクラスターの進行方向に配列された電界を印加するための電界印加部と、前記ガスクラスターを選別するためのスリットと、を有し、前記電界印加部は２枚の電極から構成されており、前記電界印加部は交流電界印加部と、直流電界印加部を有しており、前記電極に前記直流電界印加部において発生させた直流電圧に前記交流電界印加部において発生させた交流電圧を重畳させた電圧を印加することにより、イオン化したガスクラスターを偏向させるものであって、隣接する前記電界印加部においては、異なる位相の交流電圧が印加されており、前記スリットは、前記電界印加部により偏向した前記ガスクラスターを通過する開口部を有するものであって、前記交流電圧は、前記ガスクラスターを構成する原子数が同じガスクラスターにおいて、所定の価数の前記ガスクラスターのみが、前記スリットの開口部を通過する周波数であることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、前記交流電圧は、前記ガスクラスターを構成する原子数が同じガスクラスターにおいて、所定の価数の前記ガスクラスターのみが、前記スリットの開口部を通過する周波数であることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、前記所定の価数は、１価であることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、隣接する前記電界印加部における電極には、相互に位相が１８０°異なる電圧が印加されるものであることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、前記電界印加部の数は、３又は４であることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、ガスクラスターを生成するガスクラスター生成部と、前記ガスクラスターをイオン化するイオン化電極と、前記イオン化したガスクラスターを加速するための加速電極と、前記加速したイオン化したガスクラスターにおいて、所定の価数のイオン化したガスクラスターを選別するための前記記載の荷電粒子選別装置と、を有し、前記荷電粒子選別装置より射出されたイオン化したガスクラスターを部材に照射することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、イオン化したクラスターを価数に応じて選別することが可能な荷電粒子選別装置及び荷電粒子照射装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明における荷電粒子照射装置の構成図
【図２】第１の実施の形態における荷電粒子選別装置の構成図
【図３】電界印加部が１つの場合のθｌとイオン化したクラスターの偏向角との相関図
【図４】電界印加部が２つの場合のθｌとイオン化したクラスターの偏向角との相関図
【図５】電界印加部が３つの場合のθｌとイオン化したクラスターの偏向角との相関図
【図６】第２の実施の形態における荷電粒子選別装置の構成図
【図７】第３の実施の形態における荷電粒子選別装置の構成図
【図８】電界印加部が４つの場合のθｌとイオン化したクラスターの偏向角との相関図
【図９】第４の実施の形態における荷電粒子選別装置の構成図
【図１０】第５の実施の形態における荷電粒子選別装置の構成図
【図１１】第６の実施の形態における荷電粒子選別装置の構成図
【図１２】第７の実施の形態における荷電粒子選別装置の構成図
【図１３】第８の実施の形態における荷電粒子選別装置の構成図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明を実施するための形態について、以下に説明する。
【００１８】
〔第１の実施の形態〕
（荷電粒子選別装置及び荷電粒子照射装置）
第１の実施の形態について説明する。本実施の形態は、発生したガスクラスターを選別する荷電粒子選別装置及び荷電粒子選別装置により選別された荷電粒子を基板等に照射する荷電粒子照射装置に関するものである。
【００１９】
図１に基づき、本実施の形態における荷電粒子照射装置について説明する。
【００２０】
本実施の形態における荷電粒子照射装置は、ガスクラスターを生成するノズル部１１、イオン化電極１２、加速電極１３、クラスター選別部１４を有している。尚、クラスター選別部１４は本実施の形態の荷電粒子選別装置に相当する。
【００２１】
ノズル部１１では、圧縮されたガスによりガスクラスターが生成される。具体的には、高圧状態でノズル部１１に供給されたガスが、ノズル部１１より噴出することにより、ガスクラスターが生成される。この際に用いられるガスは、酸素及びアルゴン等のガスであり、常温で気体状態を示すものが好ましい。
【００２２】
このように、アルゴン等を供給することにより、アルゴンのガスクラスターが生成されるが、生成されるガスクラスターの原子の数は一定ではなく、様々な原子の数のガスクラスターが生成される。
【００２３】
イオン化電極１２では、生成されたガスクラスターをイオン化する。これにより、生成されたガスクラスターがイオン化されるが、イオン化される価数は一定ではなく、１価、２価、３価等にイオン化されたガスクラスターが生成される。
【００２４】
次に、加速電極１３によりイオン化したガスクラスターが加速される。この際、ガスクラスターは、ガスクラスターを構成する原子の数の平方根、即ち、質量の平方根に反比例する速度で加速される。また、イオン化されている価数の平方根に比例する速度で加速される。
【００２５】
次に、クラスター選別部１４においてガスクラスターがイオン化されている価数に応じて選別される。本実施の形態では、１価のイオン化したガスクラスター１５のみを選別することができる。
【００２６】
クラスター選別部１４について、図２に基づき説明する。図２は、本実施の形態におけるクラスター選別部１４の構成図である。
【００２７】
本実施の形態におけるクラスター選別部１４は、３組の電界印加部２１、２２及び２３、スリット２４及び電源２５を有している。
【００２８】
電界印加部２１は、電極２１ａ及び２１ｂにより構成されており、電極２１ａと電極２１ｂとの間に電圧を印加することにより電界を発生させる。電界印加部２２は、電極２２ａ及び２２ｂにより構成されており、電極２２ａと電極２２ｂとの間に電圧を印加することにより電界を発生させる。電界印加部２３は、電極２３ａ及び２３ｂにより構成されており、電極２３ａと電極２３ｂとの間に電圧を印加することにより電界を発生させる。
【００２９】
電圧の印加は電源２５によってなされ、交流電圧が各々の電極に印加される。電極２１ａ、２２ｂ及び２３ａは電気的に接続されており、また、電極２１ｂ、２２ａ及び２３ｂは電気的に接続されている。電極２１ａ、２２ｂ及び２３ａに対し、電極２１ｂ、２２ａ及び２３ｂには、位相が１８０°反転したいわゆる逆位相の電圧が印加されている。印加される電圧の周波数及び電圧値は電源２５により調整可能である。
【００３０】
また、スリット２４は、３組の電界印加部２１、２２及び２３を通過した粒子のうち、直進方向に進む粒子が通過することが可能な開口部２４ａを有しており、３組の電界印加部２１、２２及び２３において偏向された粒子は、破線の矢印で示すように、スリット２４の開口部２４ａを通過することができないため遮ることができる。よって、クラスター選別部１４では、実線の矢印で示されるような、直進方向に進むガスクラスターのみを選別し得ることができる。
【００３１】
このようにして、本実施の形態では、電極２１ａ、２２ｂ及び２３ａと、電極２１ｂ、２２ａ及び２３ｂと間に所定の周波数の電圧を印加することにより、所望の価数のガスクラスターを選別するものである。
【００３２】
（ガスクラスターの偏向）
次に、イオン化されたガスクラスターの偏向について説明する。
【００３３】
具体的には、
θｌ＝ωｌ／ｖ０・・・・・・・（１）
とした場合、θｌとガスクラスターの偏向角について説明する。尚、ωは、電源２５より印加される電圧の角周波数であり、印加される電圧の周波数ｆは、
ｆ＝ω／２π・・・・・・・・（２）
となる。
【００３４】
また、ｌは偏向系の長さ、即ち、電極の長さであり、ガスクラスターの進行方向に沿った方向における各々の電極の長さの和である。また、ｖ０は、ガスクラスターの速度である。
【００３５】
図３〜図５に、電界印加部が、１組の場合、２組の場合、３組の場合について、θｌとガスクラスターの偏向角との関係を示す。尚、ｌは０．１ｍであって、ガスクラスターのクラスターサイズが１０００原子／クラスターであって、１０ｋＶでガスクラスターを加速した場合のものである。また、ガスクラスターを構成する原子はアルゴンである。
【００３６】
図３に電界印加部が１組、即ち、１組の電極の場合におけるθｌとガスクラスターの偏向角との関係を示す。図に示されるように、１価、２価、３価のガスクラスターにより、各々の偏向角は異なる。しかしながら、電界印加部が１組の場合では、各々の価数におけるガスクラスターの偏向角が安定するθｌ幅が狭く、印加する周波数を変えても偏向角を利用して、１価、２価、３価のガスクラスターを完全に分離することは困難である。
【００３７】
次に、図４に電界印加部が２組、即ち、２組の電極の場合におけるθｌとガスクラスターの偏向角との関係を示す。尚、２組の電界印加部には、電源等により相互に位相が１８０°異なる逆位相の電圧が印加されている。電界印加部が２組の場合では、各々の価数におけるガスクラスターの偏向角が安定するθｌ幅はあるものの、各々が重複しない領域であり、周波数を変えても偏向角を利用して、１価、２価、３価のガスクラスターを分離して実用的に用いることは困難である。
【００３８】
なお、θｌが１２〜１３前後、即ち、約１３０〜１４０ｋＨｚの周波数においては、１価のガスクラスターの偏向角は略０であるが、２価、３価のガスクラスターは、偏向角が安定しておらず、１価との差の少ない領域がある。このように、電界印加部が２組の場合では、イオン化したクラスターの価数ごとの分解性能は、電界印加部が１組の場合よりも向上するものの、実用的に用いることは困難を伴う。
【００３９】
次に、図５に電界印加部が３組、即ち、３組の電極の場合におけるθｌとガスクラスターの偏向角との関係を示す。この構成は、本実施の形態におけるガスクラスター選別部１４における構成であり、相互に隣接する電界印加部には、電源等により相互に位相が１８０°ことなるいわゆる逆位相の電圧が印加されている。電界印加部が３組の場合では、各々の価数におけるガスクラスターの偏向角が安定するθｌ幅が広く、各々が重複している領域が存在する。
【００４０】
例えば、θｌが１６前後、即ち、約１７０ｋＨｚの周波数においては、１価のガスクラスターの偏向角は略０であるが、２価、３価のガスクラスターは偏向しているため、１価のガスクラスターは偏向角を利用して分離することが可能である。そして、２価、３価のガスクラスターの偏向角は比較的大きい。またθｌ幅も広く１価のガスクラスターをほぼ完全に分離することが可能である。このように、電界印加部が３組の場合では、イオン化したクラスターの価数ごとの分解性能は、電界印加部が１組の場合、２組の場合よりも格段に向上し、実用性が高まる。
【００４１】
以上より、本実施の形態では、電源２５により、θｌが１６前後となるような周波数の電圧を印加することにより、１価のガスクラスターを直進させ、２価、３価のガスクラスターを偏向させることができる。これにより、スリット２４において、直進方向の粒子のみを通過させ、偏向されている２価、３価のガスクラスターは、スリット２４を遮蔽させることができる。よって、１価のガスクラスターのみを選別して得ることができる。
【００４２】
尚、本実施の形態では、１価のガスクラスターを選別する場合について説明したが、電源２５において、印加する電圧の周波数を変えることにより、用途に応じて２価のガスクラスター又は、３価のガスクラスターを選別することも可能である。
【００４３】
〔第２の実施の形態〕
次に、第２の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第１の実施の形態と同様に３組の電界印加部を有している。本実施の形態では、１価のイオン化したガスクラスターのみを選別することができる荷電粒子選別装置である。
【００４４】
本実施の形態におけるクラスター選別部について、図６に基づき説明する。
【００４５】
本実施の形態におけるクラスター選別部は、３組の電界印加部３１、３２及び３３、スリット３４及び電源３５を有している。
【００４６】
電界印加部３１は、電極３１ａ及び３１ｂにより構成されており、電極３１ａと電極３１ｂとの間に電圧を印加することにより電界を発生させる。電界印加部３２は、電極３２ａ及び３２ｂにより構成されており、電極３２ａと電極３２ｂとの間に電圧を印加することにより電界を発生させる。電界印加部３３は、電極３３ａ及び３３ｂにより構成されており、電極３３ａと電極３３ｂとの間に電圧を印加することにより電界を発生させる。
【００４７】
電圧の印加は電源３５によってなされ、交流電圧が各々の電極に印加される。電極３１ａ、３２ｂ及び３３ａは電気的に接続されており、また、電極３１ｂ、３２ａ及び３３ｂは電気的に接続されている。電極３１ａ、３２ｂ及び３３ａに対し、電極３１ｂ、３２ａ及び３３ｂには、位相が１８０°反転したいわゆる逆位相の電圧が印加されている。印加される電圧の周波数及び電圧値は電源３５により調整可能である。
【００４８】
また、スリット３４は、３組の電界印加部３１、３２及び３３を通過した粒子のうち、所定の偏向角で偏向された粒子が通過することが可能な開口部３４ａを有しており、３組の電界印加部３１、３２及び３３において所定の偏向角で偏向されていない粒子は、スリット３４の開口部３４ａを通過することができないため遮られる。よって、クラスター選別部では、所定の偏向角で偏向されたガスクラスターのみを選別することができる。
【００４９】
即ち、本実施の形態では、図５に示すように、電源３５により、θｌが８前後となるような周波数の電圧を印加することにより、１価のガスクラスターを大きな角度で偏向させ、２価、３価のガスクラスターをできるだけ偏向させないようにすることができる。これにより、スリット３４を所定の大きさの角度で偏向した粒子のみを通過させることが可能な位置に配置し、実線の矢印で示される偏向角の大きな１価のガスクラスターは、スリット３４を通過させ、破線の矢印で示す偏向角の小さな２価、３価のガスクラスターは、スリット３４を通過させることなく遮蔽させることができる。これにより、１価のガスクラスターのみを選別することができる。また、本実施の形態では、直進する粒子はすべてスリット３４を通過することができないため、イオン化されていない中性粒子についてもスリット３４によって遮ることができる。これにより中性粒子の混入を防ぐことができ、中性粒子が含まれないイオン化された１価のガスクラスターのみを得ることができる。
【００５０】
尚、本実施の形態では、１価のガスクラスターを選別する場合について説明したが、電源３５において、印加する電圧の周波数を変えることにより、用途に応じて２価のガスクラスター又は、３価のガスクラスターを選別することも可能である。
【００５１】
また、本実施の形態における上記以外の内容については、第１の実施の形態と同様であり、本実施の形態の荷電粒子選別装置を用いることにより、第１の実施の形態に示される荷電粒子照射装置と同様の荷電粒子照射装置を得ることができる。
【００５２】
〔第３の実施の形態〕
次に、第３の実施の形態について説明する。本実施の形態は、４組の電界印加部を有している。本実施の形態では、１価のイオン化したガスクラスターのみを選別することができる荷電粒子選別装置である。
【００５３】
本実施の形態におけるクラスター選別部について、図７に基づき説明する。本実施の形態におけるクラスター選別部は、４組の電界印加部４１、４２、４３及び４４、スリット４５及び電源４６を有している。
【００５４】
電界印加部４１は、電極４１ａ及び４１ｂにより構成されており、電極４１ａと電極４１ｂとの間に電圧を印加することにより電界を発生させる。電界印加部４２は、電極４２ａ及び４２ｂにより構成されており、電極４２ａと電極４２ｂとの間に電圧を印加することにより電界を発生させる。電界印加部４３は、電極４３ａ及び４３ｂにより構成されており、電極４３ａと電極４３ｂとの間に電圧を印加することにより電界を発生させる。電界印加部４４は、電極４４ａ及び４４ｂにより構成されており、電極４４ａと電極４４ｂとの間に電圧を印加することにより電界を発生させる。
【００５５】
電圧の印加は電源４６によってなされ、交流電圧が各々の電極に印加される。電極４１ａ、４２ｂ、４３ａ及び４４ｂは電気的に接続されており、また、電極４１ｂ、４２ａ、４３ｂ及び４４ａは電気的に接続されている。電極４１ａ、４２ｂ、４３ａ及び４４ｂに対し、電極４１ｂ、４２ａ、４３ｂ及び４４ａには、位相が１８０°反転したいわゆる逆位相の電圧が印加されている。印加される電圧の周波数及び電圧値は電源４６により調整可能である。
【００５６】
図８に、電界印加部が、４組の場合について、θｌとガスクラスターの偏向角との関係を示す。尚、ｌは０．１ｍであって、ガスクラスターのクラスターサイズが１０００原子／クラスターであって、１０ｋＶでガスクラスターを加速した場合のものである。また、ガスクラスターを構成する原子はアルゴンである。この構成は、本実施の形態におけるガスクラスター選別部における構成であり、相互に隣接する電界印加部には、電源等により逆位相の電圧が印加されている。
【００５７】
電界印加部が４組の場合では、θｌが１８．５前後、即ち、約２００ｋＨｚの周波数においては、１価のガスクラスターの偏向角は略０であり、２価、３価のガスクラスターは偏向しているため、１価のガスクラスターは偏向角を利用して分離することが可能である。このように、電界印加部が４組の場合では、イオン化したクラスターの価数ごとの分解性能は、電界印加部が３組の場合よりも向上する。
【００５８】
本実施の形態は、上記結果に基づくものであり、電源４５により、θｌが１８．５前後となるような周波数の電圧を印加することにより、１価のガスクラスターを直進させ、２価、３価のガスクラスターを偏向させたものである。
【００５９】
スリット４５は、４組の電界印加部４１、４２、４３及び４４を通過した粒子のうち、直進方向に進む粒子が通過することが可能な開口部４５ａを有しており、４組の電界印加部４１、４２、４３及び４４において偏向された粒子は、スリット４５の開口部４５ａを通過することができないため遮られる。これにより、スリット４５において、実線の矢印で示すような直進方向の粒子のみを通過させ、破線の矢印で示すような偏向されている２価、３価のガスクラスターは、遮蔽させることができる。よって、１価のガスクラスターのみを選別して得ることができる。
【００６０】
尚、本実施の形態では、１価のガスクラスターを選別する場合について説明したが、電源４６において、印加する電圧の周波数を変えることにより、用途に応じて２価のガスクラスター又は、３価のガスクラスターを選別することも可能である。
【００６１】
また、本実施の形態における上記以外の内容については、第１の実施の形態と同様であり、本実施の形態の荷電粒子選別装置を用いることにより、第１の実施の形態に示される荷電粒子照射装置と同様の荷電粒子照射装置を得ることができる。
【００６２】
〔第４の実施の形態〕
次に、第４の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第３の実施の形態と同様に４組の電界印加部を有している。本実施の形態では、１価のイオン化したガスクラスターのみを選別することができる荷電粒子選別装置である。
【００６３】
本実施の形態におけるクラスター選別部について、図９に基づき説明する。本実施の形態におけるクラスター選別部は、４組の電界印加部５１、５２、５３及び５４、スリット５５及び電源５６を有している。
【００６４】
電界印加部５１は、電極５１ａ及び５１ｂにより構成されており、電極５１ａと電極５１ｂとの間に電圧を印加することにより電界を発生させる。電界印加部５２は、電極５２ａ及び５２ｂにより構成されており、電極５２ａと電極５２ｂとの間に電圧を印加することにより電界を発生させる。電界印加部５３は、電極５３ａ及び５３ｂにより構成されており、電極５３ａと電極５３ｂとの間に電圧を印加することにより電界を発生させる。電界印加部５４は、電極５４ａ及び５４ｂにより構成されており、電極５４ａと電極５４ｂとの間に電圧を印加することにより電界を発生させる。
【００６５】
電圧の印加は電源５６によってなされ、交流電圧が各々の電極に印加される。電極５１ａ、５２ｂ、５３ａ及び５４ｂは電気的に接続されており、また、電極５１ｂ、５２ａ、５３ｂ及び５４ａは電気的に接続されている。電極５１ａ、５２ｂ、５３ａ及び５４ｂに対し、電極５１ｂ、５２ａ、５３ｂ及び５４ａには、位相が１８０°反転したいわゆる逆位相の電圧が印加されている。印加される電圧の周波数及び電圧値は電源５６により調整可能である。
【００６６】
また、スリット５５は、４組の電界印加部５１、５２、５３及び５４を通過した粒子のうち、所定の偏向角で偏向された粒子が通過することが可能な開口部５５ａを有しており、４組の電界印加部５１、５２、５３及び５４において所定の偏向角で偏向されていない粒子は、スリット５５の開口部５５ａを通過することができず遮られる。よって、クラスター選別部では、所定の偏向角で偏向されたガスクラスターのみを選別することができる。
【００６７】
即ち、本実施の形態では、図８に示すように、電源５６により、θｌが１１．５前後となるような周波数の電圧を印加することにより、１価のガスクラスターを大きな角度で偏向させ、２価、３価のガスクラスターをできるだけ偏向させないようにした構成のものである。これにより、スリット５５は所定の大きさの角度で偏向した粒子のみを通過させることが可能な位置に配置し、実線の矢印で示される偏向角の大きな１価のガスクラスターは、スリット５５を通過させ、破線の矢印で示す偏向角の小さな２価、３価のガスクラスターは、スリット５５を通過させることなく遮蔽させることができる。これにより、１価のガスクラスターのみを選別して得ることができる。また、本実施の形態では、直進する粒子はすべてスリット５５を通過することができないため、イオン化されていない中性粒子についてもスリット５５によって遮ることができる。これにより中性粒子の混入を防ぐことができ、中性粒子の含まれないイオン化された１価のガスクラスターのみを得ることができる。
【００６８】
尚、本実施の形態では、１価のガスクラスターを選別する場合について説明したが、電源５６において、印加する電圧の周波数を変えることにより、用途に応じて２価のガスクラスター又は、３価のガスクラスターを選別することも可能である。
【００６９】
また、本実施の形態における上記以外の内容については、第１又は第３の実施の形態と同様であり、本実施の形態の荷電粒子選別装置を用いることにより、第１の実施の形態に示される荷電粒子照射装置と同様の荷電粒子照射装置を得ることができる。
【００７０】
上述したように、電界印加部を３つ以上設けることにより、イオン化したガスクラスターを価数ごとに効率よく選別することができる。また、電界印加部の数を増やすことにより、イオン化したガスクラスターについて価数ごとの分解性能を向上させることができる。
【００７１】
〔第５の実施の形態〕
次に、第５の実施の形態について説明する。本実施の形態は、電源にさらに直流のバイアス電源を加えた構成の荷電粒子選別装置である。本実施の形態におけるクラスター選別部について、図１０に基づき説明する。
【００７２】
本実施の形態におけるクラスター選別部は、１組の電界印加部６１、スリット６５、交流電源６６及び直流電源６７を有している。
【００７３】
電界印加部６１は、電極６１ａ及び６１ｂにより構成されており、電極６１ａと電極６１ｂとの間に電圧を印加することにより電界を発生させる。
【００７４】
電圧の印加は交流電源６６及び直流電源６７によってなされ、直流電源６７によりバイアスのかかった交流電圧が各々の電極に印加される。電極６１ａに対し、電極６１ｂには、位相が１８０°反転したいわゆる逆位相の電圧が印加されている。印加される電圧の周波数及び電圧値は交流電源６６及び直流電源６７により調整可能である。
【００７５】
また、スリット６５は、１組の電界印加部６１を通過した粒子のうち、所定の偏向角で偏向された粒子が通過することが可能な開口部６５ａを有しており、１組の電界印加部６１において所定の偏向角で偏向されていない粒子は、スリット６５の開口部６５ａを通過することができないため遮られる。よって、クラスター選別部では、所定の偏向角で偏向されたガスクラスターのみを選別することができる。
【００７６】
即ち、本実施の形態では、図３に示すように、交流電源６６により、θｌが６．３前後、即ち、約７０ｋＨｚとなる周波数の電圧を印加し、直流電源６７に所定のバイアス電圧を印加することにより、１価のガスクラスターを所望の角度で偏向させ、イオン化されていない中性粒子をスリット６５によって遮ることができる。これにより中性粒子の混入を防ぐことができ、中性粒子が含まれないイオン化された１価のガスクラスターのみを得ることができる。
【００７７】
尚、本実施の形態では、１価のガスクラスターを選別する場合について説明したが、交流電源６６及び直流電源６７において、印加する電圧の周波数を変えることにより、用途に応じて２価のガスクラスター又は、３価のガスクラスターを選別することも可能である。
【００７８】
また、本実施の形態における上記以外の内容については、第１の実施の形態等と同様であり、本実施の形態の荷電粒子選別装置を用いることにより、第１の実施の形態に示される荷電粒子照射装置と同様の荷電粒子照射装置を得ることができる。
【００７９】
〔第６の実施の形態〕
次に、第６の実施の形態について説明する。本実施の形態は、電源にさらに直流のバイアス電源を加えた構成の荷電粒子選別装置である。本実施の形態におけるクラスター選別部について、図１１に基づき説明する。
【００８０】
本実施の形態におけるクラスター選別部は、２組の電界印加部７１及び７３、スリット７５、交流電源７６及び直流電源７７を有している。
【００８１】
電界印加部７１は、電極７１ａ及び７１ｂにより構成されており、電極７１ａと電極７１ｂとの間に電圧を印加することにより電界を発生させる。電界印加部７２は、電極７２ａ及び７２ｂにより構成されており、電極７２ａと電極７２ｂとの間に電圧を印加することにより電界を発生させる。
【００８２】
電圧の印加は交流電源７６及び直流電源７７によってなされ、直流電源７７によりバイアスのかかった交流電圧が各々の電極に印加される。電極７１ａ及び７２ｂは電気的に接続されており、また、電極７１ｂ及び７２ａは電気的に接続されている。電極７１ａ及び７２ｂに対し、電極７１ｂ及び７２ａには、位相が１８０°反転したいわゆる逆位相の電圧が印加されている。印加される電圧の周波数及び電圧値は交流電源７６及び直流電源７７により調整可能である。
【００８３】
また、スリット７５は、２組の電界印加部７１及び７２を通過した粒子のうち、所定の偏向角で偏向された粒子が通過することが可能な開口部７５ａを有しており、２組の電界印加部７１及び７２において所定の偏向角で偏向されていない粒子は、スリット７５の開口部７５ａを通過することができないため遮られる。よって、クラスター選別部では、所定の偏向角で偏向されたガスクラスターのみを選別することができる。
【００８４】
即ち、本実施の形態では、図４に示すように、交流電源７６により、θｌが１２〜１３前後、即ち、約１３０〜１４０ｋＨｚとなる周波数の電圧を印加し、直流電源８７に所定のバイアス電圧を印加することにより、１価のガスクラスターを所望の角度で偏向させ、イオン化されていない中性粒子をスリット７５によって遮ることができる。これにより中性粒子の混入を防ぐことができ、中性粒子が含まれないイオン化された１価のガスクラスターのみを得ることができる。
【００８５】
尚、本実施の形態では、１価のガスクラスターを選別する場合について説明したが、交流電源７６及び直流電源７７において、印加する電圧の周波数を変えることにより、用途に応じて２価のガスクラスター又は、３価のガスクラスターを選別することも可能である。
【００８６】
また、本実施の形態における上記以外の内容については、第１の実施の形態等と同様であり、本実施の形態の荷電粒子選別装置を用いることにより、第１の実施の形態に示される荷電粒子照射装置と同様の荷電粒子照射装置を得ることができる。
【００８７】
〔第７の実施の形態〕
次に、第７の実施の形態について説明する。本実施の形態は、電源にさらに直流のバイアス電源を加えた構成の荷電粒子選別装置である。本実施の形態におけるクラスター選別部について、図１２に基づき説明する。
【００８８】
本実施の形態におけるクラスター選別部は、３組の電界印加部８１、８２及び８３、スリット８５、交流電源８６及び直流電源８７を有している。
【００８９】
電界印加部８１は、電極８１ａ及び８１ｂにより構成されており、電極８１ａと電極８１ｂとの間に電圧を印加することにより電界を発生させる。電界印加部８２は、電極８２ａ及び８２ｂにより構成されており、電極８２ａと電極８２ｂとの間に電圧を印加することにより電界を発生させる。電界印加部８３は、電極８３ａ及び８３ｂにより構成されており、電極８３ａと電極８３ｂとの間に電圧を印加することにより電界を発生させる。
【００９０】
電圧の印加は交流電源８６及び直流電源８７によってなされ、直流電源８７によりバイアスのかかった交流電圧が各々の電極に印加される。電極８１ａ、８２ｂ及び８３ａは電気的に接続されており、また、電極８１ｂ、８２ａ及び８３ｂは電気的に接続されている。電極８１ａ、８２ｂ及び８３ａに対し、電極８１ｂ、８２ａ及び８３ｂには、位相が１８０°反転したいわゆる逆位相の電圧が印加されている。印加される電圧の周波数及び電圧値は交流電源８６及び直流電源８７により調整可能である。
【００９１】
また、スリット８５は、３組の電界印加部８１、８２及び８３を通過した粒子のうち、所定の偏向角で偏向された粒子が通過することが可能な開口部８５ａを有しており、３組の電界印加部８１、８２及び８３において所定の偏向角で偏向されていない粒子は、スリット８５の開口部８５ａを通過することができないため遮られる。よって、クラスター選別部では、所定の偏向角で偏向されたガスクラスターのみを選別することができる。
【００９２】
即ち、本実施の形態では、図５に示すように、交流電源８６により、θｌが１６前後、即ち、約１７０ｋＨｚとなる周波数の電圧を印加し、直流電源８７に所定のバイアス電圧を印加することにより、１価のガスクラスターを所望の角度で偏向させ、イオン化されていない中性粒子をスリット８５によって遮ることができる。これにより中性粒子の混入を防ぐことができ、中性粒子が含まれないイオン化された１価のガスクラスターのみを得ることができる。
【００９３】
尚、本実施の形態では、１価のガスクラスターを選別する場合について説明したが、交流電源８６及び直流電源８７において、印加する電圧の周波数を変えることにより、用途に応じて２価のガスクラスター又は、３価のガスクラスターを選別することも可能である。
【００９４】
また、本実施の形態における上記以外の内容については、第１の実施の形態等と同様であり、本実施の形態の荷電粒子選別装置を用いることにより、第１の実施の形態に示される荷電粒子照射装置と同様の荷電粒子照射装置を得ることができる。
【００９５】
〔第８の実施の形態〕
次に、第８の実施の形態について説明する。本実施の形態は、電源にさらに直流のバイアス電源を加えた構成の荷電粒子選別装置である。本実施の形態におけるクラスター選別部について、図１３に基づき説明する。
【００９６】
本実施の形態におけるクラスター選別部は、４組の電界印加部９１、９２、９３及び９４、スリット９５、交流電源９６及び直流電源９７を有している。
【００９７】
電界印加部９１は、電極９１ａ及び９１ｂにより構成されており、電極９１ａと電極９１ｂとの間に電圧を印加することにより電界を発生させる。電界印加部９２は、電極９２ａ及び９２ｂにより構成されており、電極９２ａと電極９２ｂとの間に電圧を印加することにより電界を発生させる。電界印加部９３は、電極９３ａ及び９３ｂにより構成されており、電極９３ａと電極９３ｂとの間に電圧を印加することにより電界を発生させる。電界印加部９４は、電極９４ａ及び９４ｂにより構成されており、電極９４ａと電極９４ｂとの間に電圧を印加することにより電界を発生させる。
【００９８】
電圧の印加は交流電源９６及び直流電源９７によってなされ、直流電源９７によりバイアスのかかった交流電圧が各々の電極に印加される。電極９１ａ、９２ｂ、９３ａ及び９４ｂは電気的に接続されており、また、電極９１ｂ、９２ａ、９３ｂ及び９４ａは電気的に接続されている。電極９１ａ、９２ｂ、９３ａ及び９４ｂに対し、電極９１ｂ、９２ａ、９３ｂ及び９４ａには、位相が１８０°反転したいわゆる逆位相の電圧が印加されている。印加される電圧の周波数及び電圧値は交流電源９６及び直流電源９７により調整可能である。
【００９９】
また、スリット９５は、４組の電界印加部９１、９２、９３及び９４を通過した粒子のうち、所定の偏向角で偏向された粒子が通過することが可能な開口部８５ａを有しており、４組の電界印加部９１、９２、９３及び９４において所定の偏向角で偏向されていない粒子は、スリット９５の開口部９５ａを通過することができないため遮られる。よって、クラスター選別部では、所定の偏向角で偏向されたガスクラスターのみを選別することができる。
【０１００】
即ち、本実施の形態では、図８に示すように、交流電源９６により、θｌが１８．５前後、即ち、約２００ｋＨｚとなる周波数の電圧を印加し、直流電源９７に所定のバイアス電圧を印加することにより、１価のガスクラスターを所望の角度で偏向させ、イオン化されていない中性粒子をスリット９５によって遮ることができる。これにより中性粒子の混入を防ぐことができ、中性粒子が含まれないイオン化された１価のガスクラスターのみを得ることができる。
【０１０１】
尚、本実施の形態では、１価のガスクラスターを選別する場合について説明したが、交流電源９６及び直流電源９７において、印加する電圧の周波数を変えることにより、用途に応じて２価のガスクラスター又は、３価のガスクラスターを選別することも可能である。
【０１０２】
また、本実施の形態における上記以外の内容については、第１の実施の形態等と同様であり、本実施の形態の荷電粒子選別装置を用いることにより、第１の実施の形態に示される荷電粒子照射装置と同様の荷電粒子照射装置を得ることができる。
【０１０３】
以上、本発明の実施に係る形態について説明したが、上記内容は、発明の内容を限定するものではない。
【符号の説明】
【０１０４】
１１    ノズル部
１２    イオン化電極
１３    加速電極
１４    クラスター選別部
２１    電界印加部
２１ａ  電極
２１ｂ  電極
２２    電界印加部
２２ａ  電極
２２ｂ  電極
２３    電界印加部
２３ａ  電極
２３ｂ  電極
２４    スリット
２５    電源
【図１】
2011171316.tif 000003
【図２】
2011171316.tif 000004
【図３】
2011171316.tif 000005
【図４】
2011171316.tif 000006
【図５】
2011171316.tif 000007
【図６】
2011171316.tif 000008
【図７】
2011171316.tif 000009
【図８】
2011171316.tif 000010
【図９】
2011171316.tif 000011
【図１０】
2011171316.tif 000012
【図１１】
2011171316.tif 000013
【図１２】
2011171316.tif 000014
【図１３】
2011171316.tif 000015