(57)【要約】【課題】イオン化したガスクラスターを適切に偏向することが可能な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、前記電極は、開口部又は間隙を有す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３
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【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、
前記電極は、開口部又は間隙を有することを特徴とする荷電粒子選別装置。
【請求項２】
前記電極における開口部又は間隙は、前記イオン化したガスクラスターの進行方向に対し、垂直方向に設けられたものであることを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子選別装置。
【請求項３】
前記電極は、前記イオン化したガスクラスターの進行方向と垂直方向に延びる複数の導体棒を、前記イオン化したガスクラスターの進行方向に沿って配列させたもの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】
前記電極を構成する導体棒のピッチをＰとし、前記電極間の間隔をＤとした場合に、Ｄ／Ｐの値は１以上であることを特徴とする請求項３に記載の荷電粒子電別装置。
【請求項５】
前記電極は、網目状に形成されているものであることを特徴とする請求項１または２に記載の荷電粒子電別装置。
【請求項６】
前記電界印加部は、複数設けられていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の荷電粒子電別装置。
【請求項７】
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６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、引用文献１に記載されているイオン化したクラスターの選別方法では、電極に電界を印加することにより、イオン化したクラスターを選別する方法であるが、通常このような電極は平板状の２枚の電極を対向して設置した構成のものである。
【０００７】
このような構成の電極は、排気系等が設けられていない場合には、問題はないものの、排気系等を有している場合には、排気に影響を与え、電極の設けられている領域の近傍と、電極の設けられていない領域の近傍において圧力差を生じ、イオン化したクラスターの特性が変化してしまう。
【０００８】
また、クラスターが、電極に衝突する場合があり、この場合、衝突したクラスターが分解し、電極間における圧力を上昇させ、イオン化したクラスターの円滑な選別に悪影響を与える場合がある。
【０００９】
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質量またはイオン化されている価数に応じて、良好に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】
【００１０】
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、前記電極は、開口部又は間隙を有することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、前記電極における開口部又は間隙は、前記イオン化したガスクラスターの進行方向に対し、垂直方向に設けられたものであることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、前記電極は、前記イオン化したガスクラスターの進行方向と垂直方向に延びる複数の導体棒を、前記イオン化したガスクラスターの進行方向に沿って配列させたものであることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、前記電極を構成する導体棒のピッチをＰとし、前記電極間の間隔をＤとした場合に、Ｄ／Ｐの値は１以上であることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、前記電極は、網目状に形成されているものであることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、前記電界印加部は、複数設けられていることを特徴とする。
【００１６】
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】
【００１７】
本発明によれば、イオン化したクラスターを質量またはイオン化されている価数に応じて、良好に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】
【００１８】
【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】第１の実施の形態における荷電粒子選別装置の電極の斜視図
【図４】第１の実施の形態における荷電粒子選別装置の電極の構成図
【図５】第１の実施の形態における電極による電界分布図（１）
【図６】第１の実施の形態における電極による電界分布図（２）
【図７】第１の実施の形態における電極による電界分布図（３）
【図８】第１の実施の形態における電極による電界分布図（４）
【図９】第２の実施の形態における荷電粒子選別装置の電極の斜視図
【図１０】第３の実施の形態における荷電粒子選別装置の構成図（１）
【図１１】第３の実施の形態における荷電粒子選別装置の構成図（２）
【図１２】第３の実施の形態における荷電粒子選別装置の構成図（３）
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明を実施するための形態について、以下に説明する。
【００２０】
〔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。
【００２１】
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。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。
【００２２】
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。
【００２３】
このように、アルゴン等を供給することにより、アルゴン等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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
尚、本実施の形態では、イオン化したガスクラスター１５について、価数に応じて選別する方法について説明するが、同様の装置構成によりイオン化したガスクラスター１５について質量数に応じて選別することも可能である。
【００２８】
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。
【００２９】
本実施の形態におけるクラスター選別部１４は、１組の電界印加部２１、スリット２４及び電源２５を有している。
【００３０】
電界印加部２１は、電極２２及び２３により構成されており、電極２２と電極２３との間に電圧を印加することにより電極２２と２３との間に電界を発生させる。
【００３１】
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２２に対し、電極２３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。
【００３２】
また、スリット２４は、電界印加部２１を通過した粒子のうち、電界印加部２１により偏向された粒子が通過することが可能な開口部２４ａを有しており、直進方向に進む粒子は、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られる。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、電界印加部２１により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。
【００３３】
図３に示すように、本実施の形態では、電界印加部２１を構成する電極２２及び２３が、金属等の導電性材料からなる導体棒を複数配列した構成となっている。図３は、電界印加部２１の斜視図であり、図４（ａ）は、電界印加部２１の側面図であり、図４（ｂ）は、電界印加部２１の上面図である。イオン化したクラスターは矢印Ａに示す方向に進行する。電界印加部２１を構成する電極２２及び２３は、複数の導体棒２２ａ及び２３ａが略平行に配列した構成となっている。導体棒２２ａは、導体棒２２ａの延びる方向が、イオン化したクラスターの進行方向である矢印Ａに示す方向と略垂直方向となるように配置されており、矢印Ａに示す方向に沿って配列されている。同様に、導体棒２３ａの延びる方向は、イオン化したクラスターの進行方向である矢印Ａに示す方向と略垂直方向となるように配置されており、矢印Ａに示す方向に沿って配列されている。このように導体棒２２ａ及び２３ａを配置することにより、所定の条件において、電極２２と電極２３との間における電界分布を略均一なものとすることができる。
【００３４】
ここで、導電棒２２ａ及び２３ａの配置と電界分布の関係について説明する。具体的には、図４に示すように、電極２２を構成する複数の導体棒２２ａが配列されているピッチをＰとし、電極２２と電極２３との間隔をＤとした場合における電界分布の状態を調べた結果について説明する。尚、電極２３を構成する複数の導体棒２３ａが配列されているピッチも電極２２と同じピッチＰで配列されている。
【００３５】
図５は、Ｄ／Ｐの値が０．５となるように、導電棒２２ａ及び２３ａを配列した構成の電極２２及び電極２３において、一方に正極、他方に負極の電圧を印加した場合における電界分布を示すものである。図に示されるように、電界分布は電極２２と電極２３との間で乱れており、イオン化したクラスターを、適切に偏向することは困難なものと考えられる。
【００３６】
図６は、Ｄ／Ｐの値が１となるように、導電棒２２ａ及び２３ａを配列した構成の電極２２及び電極２３において、一方に正極、他方に負極の電圧を印加した場合における電界分布を示すものである。この場合も図５と同様に、電界分布は電極２２と電極２３との間で乱れており、イオン化したクラスターを、適切に偏向することが可能であるものと考えられる。
【００３７】
図７は、Ｄ／Ｐの値が２となるように、導電棒２２ａ及び２３ａを配列した構成の電極２２及び電極２３において、一方に正極、他方に負極の電圧を印加した場合における電界分布を示すものである。図に示されるように、電界分布は電極２２と電極２３との間で略均一に分布しており、イオン化したクラスターを、適切に偏向することが可能であるものと考えられる。
【００３８】
図８は、Ｄ／Ｐの値が２．５となるように、導電棒２２ａ及び２３ａを配列した構成の電極２２及び電極２３において、一方に正極、他方に負極の電圧を印加した場合における電界分布を示すものである。図に示されるように、電界分布は電極２２と電極２３との間でより一層均一に分布しており、イオン化したクラスターを、適切に偏向することが可能であるものと考えられる。
【００３９】
以上の結果より、Ｄ／Ｐの値が１以上であれば、電極間における電界分布を均一にすることができ、イオン化したクラスターを適切に偏向することができるものと考えられる。
【００４０】
また、本実施の形態では、電極２２及び２３は、各々導体棒２２ａ及び２３ａを各々所定の間隔に配置した構成であることから、近傍に排気系を有していても、導体棒２２ａ間又は導体棒２３ａ間より気流が排出される。このため、電極２２及び２３を設けた場合においても、排気される気流に殆ど影響を与えることがなく、イオン化されたクラスターの偏向特性に悪影響を与えることはない。
【００４１】
〔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の実施の形態におけるクラスター選別部１４を構成する電界印加部の電極を網目状に形成したものである。
【００４２】
図９に、本実施の形態における電界印加部における電極の構成を示す。本実施の形態における電圧印加部は、細い銅線等を縦横に配列させた網目状の電極３２及び３３により構成されており、電極３２及び３３に電圧を印加することにより、電極３２及び３３の間に電界分布を生じさせる。
【００４３】
本実施の形態では、網目状に構成されている電極３２及び３３は開口部を有しており、電極３２及び３３の近傍に排気系等が存在していても、この開口部において気流を流すことができるため、排気等の気流を遮ることなく、イオン化したクラスターの偏向特性に悪影響を与えることはない。
【００４４】
本実施の形態における電界印加部は、第１の実施の形態における電界印加部２１と同様に用いることができ、これにより、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照射装置を得ることができる。
【００４５】
〔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、第１の実施の形態における電極又は第２の実施の形態における電極により構成される電界印加部を複数有する構成の荷電粒子選別装置及び荷電粒子照射装置である。
【００４６】
図１０に本実施の形態における荷電粒子選別装置の構成を示す。この荷電粒子装置は、２つの電界印加部４１、４２、スリット４３及び電源４４を有している。
【００４７】
電界印加部４１は、電極５１及び５２により構成されており、電極５１と電極５２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５３及び５４により構成されており、電極５３と電極５４との間に電圧を印加することにより電界を発生させる。
【００４８】
電圧の印加は電源４４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５１と５４とは電気的に接続されており、また、電極５２と５３とは電気的に接続されている。電極５１及び５４に対し、電極５２及び５３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る。印加される電圧の周波数及び電圧値は電源４４により調整可能である。また、スリット４３は、２組の電界印加部４１及び４２を通過した粒子のうち、直進方向に進行する粒子を通過することが可能な開口部４３ａを有している。
【００４９】
この荷電粒子選別装置において、電極５１、５２、５３及び５４は、第１の実施の形態における複数の導体棒を配列させた構成、または、第２の実施の形態における網目状に構成されている。
【００５０】
このような構成により、電界印加部４１及び４２により偏向された粒子は、破線の矢印で示すように、スリット４３の開口部４３ａを通過することができないため遮られる。よって、この荷電粒子装置では、実線の矢印で示されるような、直進方向に進行するガスクラスターのみを選別することができる。
【００５１】
次に、図１１に本実施の形態における荷電粒子選別装置の別の構成を示す。この荷電粒子装置は、３つの電界印加部６１、６２及び６３、スリット６４及び電源６５を有している。
【００５２】
電界印加部６１は、電極７１及び７２により構成されており、電極７１と電極７２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６２は、電極７３及び７４により構成されており、電極７３と電極７４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６３は、電極７５及び７６により構成されており、電極７５と電極７６との間に電圧を印加することにより電界を発生させる。
【００５３】
電圧の印加は電源６５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７１、７４及び７５は電気的に接続されており、また、電極７２、７３及び７６は電気的に接続されている。電極７１、７４及び７５に対し、電極７２、７３及び７６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る。印加される電圧の周波数及び電圧値は電源６５により調整可能である。また、スリット６４は、３組の電界印加部６１、６２及び６３を通過した粒子のうち、直進方向に進行する粒子を通過することが可能な開口部６４ａを有している。
【００５４】
この荷電粒子選別装置において、電極７１、７２、７３、７４、７５及び７６は、第１の実施の形態における複数の導体棒を配列させた構成、または、第２の実施の形態における網目状に構成されている。
【００５５】
このような構成により、電界印加部６１、６２及び６３により偏向された粒子は、破線の矢印で示すように、スリット６４の開口部６４ａを通過することができないため遮られる。よって、この荷電粒子装置では、実線の矢印で示されるような、直進方向に進行するガスクラスターのみを選別することができる。
【００５６】
次に、図１２に本実施の形態における荷電粒子選別装置の更に別の構成を示す。この荷電粒子装置は、４つの電界印加部８１、８２、８３、８４、スリット８５及び電源８６を有している。
【００５７】
電界印加部８１は、電極９１及び９２により構成されており、電極９１と電極９２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９３及び９４により構成されており、電極９３と電極９４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９５及び９６により構成されており、電極９５と電極９６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８４は、電極９７及び９８により構成されており、電極９７と電極９８との間に電圧を印加することにより電界を発生させる。
【００５８】
電圧の印加は電源８６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９１、９４、９５及び９８は電気的に接続されており、また、電極９２、９３、９６及び９７は電気的に接続されている。電極９１、９４、９５及び９８に対し、電極９２、９３、９６及び９７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る。印加される電圧の周波数及び電圧値は電源８６により調整可能である。また、スリット８５は、４組の電界印加部８１、８２、８３及び８４を通過した粒子のうち、直進方向に進行する粒子を通過することが可能な開口部８５ａを有している。
【００５９】
この荷電粒子選別装置において、電極９１、９２、９３、９４、９５、９６、９７及び９８は、第１の実施の形態における複数の導体棒を配列させた構成、または、第２の実施の形態における網目状に構成されている。
【００６０】
このような構成により、電界印加部８１、８２、８３及び８４により偏向された粒子は、破線の矢印で示すように、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、この荷電粒子装置では、実線の矢印で示されるような、直進方向に進行するガスクラスターのみを選別することができる。
【００６１】
本実施の形態においては、電界印加部が複数設けられた場合、即ち、形成される電極が多くなった場合においても、排気等の気流に影響を与えることなく、イオン化したクラスターを適切に偏向することができる。
【００６２】
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】
【００６３】
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
２２    電極
２２ａ  導体棒
２３    電極
２３ａ  導体棒
２４    スリット
２５    電源
【図１】
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【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
2011003458.tif 000011
【図１０】
2011003458.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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