(57)【要約】      （修正有）【課題】イオンビーム照射時の大量のガス放出の影響を受けずにイオンビーム照射電流の計測が可能となり、正確な照射量が測定できるような高分子材料用イオンビーム照射装置を提供する。【解決手段】ターゲット真空チャンバーはイオンビーム注入口を有し、内部にはファラデイカップと、照射試料設置手段と、放出ガスブロック用隔壁とを設ける。前記ファラデイカップは前記イオンビーム注入口と前記照射試料設置手段との間に配置し、前記ファラデイカップと前記照射試料設置手段との間に前記放出ガスブロック用隔壁を配置する。これによりファラデイカップ設置部分と照射試料とが前記放出ガスブロック用隔壁によって隔てられ、イオンビーム照射によって照射試料から放出されるガスがファラデイカップに到達するのが防止される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオンビーム注入口を有するチャンバーにおいて、ファラデイカップと、照射試料設置手段と、放出ガスブロック用隔壁とが上記チャンバー内部に設けられており、上記イオンビーム注入口と上記照射試料設置手段との間に上記ファラデイカップが設けられており、上記ファラデイカップと上記照射試料設置手段との間に放出ガスブロック用隔壁が設けられているチャンバーからなる高分子材料用イオンビーム照射装置。
【請求項２】
ファラデイカップが、イオンビームの進行方向に対して垂直な平面上に２個以上設置されている、請求項１に記載の高分子材料用イオンビーム照射装置。
【請求項３】
ファラデイカップが、イオンビームの進行方向に対して垂直な平面上に４個設置され、上記４個のファラデイカップが四角形の頂点に存在するように設置されている、請求項１又は２に記載の高分子材料用イオンビーム照射装置。
【請求項４】
放出ガスブロック用障壁が、ファラデイカップ側開口と照射試料側開口とを有する筒状の障壁であり、ファラデイカップ側開口の大きさは、上記４個のファラデイカップが構成する四角平面より小さく、上記照射試料側開口は、ファラデイカップ側開口より大きいことを特徴とする、請求項３に記載の高分子材料用イオンビーム照射装置。
【請求項５】
更に、イオン源、イオン加速系、質量分離系、及びスキャナーを有する、請求項１から４の何れかに記載の高分子材料用イオンビーム照射装置。
【請求項６】
請求項１から５の何れかに記載の高分子材料用イオンビーム照射装置を用いて高分子材料にイオンビームを照射する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高分子材料にイオンビームを照射するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在まで半導体製造のためシリコンへのイオン注入あるいは摩擦摩耗特性の改善のため金属表面へのイオン注入が行われている。このようなイオン注入方法及びその装置としては、イオンの質量分析器以降から注入室部にかけてのイオンビーム経路中における圧力を制御しながら半導体基板にイオン注入するイオン注入方法及びその装置が知られている。例えば、特許文献１には、イオン質量分析器以降のイオンビーム経路におけるイオン注入時の圧力変動を抑えイオンドーズ量の精度をより高めたイオン注入方法およびその装置が記載されている。
【０００３】
半導体製造のためのシリコンウエファーへのイオン注入や摩擦・摩耗の改善のための金属へのイオン注入では、イオンビーム照射時に表面に付着した汚染層からのわずかなガス放出が生じるが、照射中の材料内部からのガス放出は軽度であり、イオンビーム電流の計測を妨げるほどのガスは放出されず、イオンビーム電流の計測にはほとんど影響がなかった。
【０００４】
近年、医療用材料の高機能化を目的に高分子材料へのイオン注入が行われ始めた。例えば、特許文献２には、高分子材料に対してイオンビームを照射することにより細胞接着性が発現し、照射部位が細胞接着面とされていることを特徴とする細胞接着性制御材料、並びに高分子材料に対し、加速エネルギー５０〜１５０ｋｅＶ、照射量１×１０15個／cm2 以上でイオンビームを照射することを特徴とする細胞接着性制御材料の製造方法が記載されている。また、特許文献３には、基材上にコーティングされた生体高分子材料に対してイオンビームを照射することにより細胞接着性が残存し、且つ血小板粘着性が抑制されることを特徴とする抗血栓材料、並びに基材上にコーティングされた生体高分子材料に対し、加速エネルギー５０〜１５０ｋｅＶ、照射量１×１０14〜１×１０17個／cm2 でイオンビームを照射することを特徴とする抗血栓材料の製造方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−２５８８４６号公報
【特許文献２】特開平５−４９６８９号公報
【特許文献３】特開平９−２９９４７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記したような高分子材料へのイオン注入の場合、研究レベルでの試作では照射面積が数センチ平方であることが多く、ガス放出は生じるもののイオンビーム照射電流の計測に影響するものではなかった。しかしながら、イオンビーム照射によって分解が生じやすい高分子材料の場合、量産化を目的にした大面積の高分子材料へのイオン注入においてはイオンが照射される面積も大きいため、高分子材料からのガス放出量も多くなりイオンビームが中性化し、ビーム電流計測が困難となるという問題があった。即ち、照射面積の増加に伴いガスの放出量は増加し、大面積のイオン注入では照射電流計測はガスとの衝突、あるいは中性化によって不可能となるという問題があった。
【０００７】
上記の通り、大面積の加工ができるイオン注入装置において、照射対象試料が高分子材料の場合、照射時に高分子材料からガスが大量に放出される。このガスにより、ファラデイカップと呼ばれる照射電流測定素子による電流計測が困難となる。本発明は、イオンビーム照射時の大量のガス放出の影響を受けずにイオンビーム照射電流の計測が可能となり、正確な照射量が測定できるような高分子材料用イオンビーム照射装置を提供することを解決すべき課題とした。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは上記課題を解決するために鋭意検討した結果、照射電流計測用のファラデイカップ設置部分と照射されるターゲット（高分子）部分を隔てる隔壁を設けることによって、イオン注入時に放出されるガス放出をブロックし、照射電流の計測が可能になることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
即ち、本発明によれば、イオンビーム注入口を有するチャンバーにおいて、ファラデイカップと、照射試料設置手段と、放出ガスブロック用隔壁とが上記チャンバー内部に設けられており、上記イオンビーム注入口と上記照射試料設置手段との間に上記ファラデイカップが設けられており、上記ファラデイカップと上記照射試料設置手段との間に放出ガスブロック用隔壁が設けられているチャンバーからなる高分子材料用イオンビーム照射装置が提供される。
【００１０】
好ましくは、ファラデイカップは、イオンビームの進行方向に対して垂直な平面上に２個以上設置されている。
好ましくは、ファラデイカップは、イオンビームの進行方向に対して垂直な平面上に４個設置され、上記４個のファラデイカップが四角形の頂点に存在するように設置されている。
【００１１】
好ましくは、放出ガスブロック用障壁が、ファラデイカップ側開口と照射試料側開口とを有する筒状の障壁であり、ファラデイカップ側開口の大きさは、上記４個のファラデイカップが構成する四角平面より小さく、上記照射試料側開口は、ファラデイカップ側開口より大きいことを特徴とする。
【００１２】
上記した本発明の高分子材料用イオンビーム照射装置は更に、イオン源、イオン加速系、質量分離系、及びスキャナーを有することができる。
【００１３】
更に本発明によれば、上記した本発明の高分子材料用イオンビーム照射装置を用いて高分子材料にイオンビームを照射する方法が提供される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明による高分子材料用イオンビーム照射装置によれば、イオンビーム照射時の大量のガス放出の影響を受けずにイオンビーム照射電流の計測が可能となり、正確な照射量が測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の高分子材料用イオンビーム照射装置の概略図を示す。
【図２】図２は、本発明の高分子材料用イオンビーム照射装置の概略図を示す。
【図３】図３は、イオン注入器のターゲットチャンバー部分に放出ガスブロック用隔壁を取り付ける前と取り付け後の写真を示す。なお、図３のAは図１におけるＡ方向から見た写真で、図３のBはＢ方向から見た写真である。隔壁の素材としてはアルミシートを用いたが、イオンビームの衝突によってガスを放出しにくいものであればよい。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明について更に詳細に説明する。
本発明は、イオンビーム注入口を有するチャンバーの内部にファラデイカップと照射試料設置手段が設けられている高分子材料用イオンビーム照射装置において、照射電流計測用のファラデイカップ設置部分と照射試料（高分子）部分との間に、放出ガスブロック用隔壁を設けることによって、イオン注入時に照射試料から放出されるガス放出をブロックし、ファラデイカップによる照射電流の計測を可能にしたものである。なお、ファラデイカップとは金属製（導電性）のカップで、帯電した粒子を真空中で捕捉する装置である
【００１７】
通常、イオンビーム照射量は次式で与えられる。
照射量＝（Ｉ×ｔ）／（Ａ×ｑ×ｅ）
Ｉ：ビーム電流
ｔ：注入時間
Ａ：注入エリア
ｑ：チャージ数
ｅ：電荷（１．６０２×１０-19Ｃ）
上記の通り、イオンビーム照射量はビーム電流を時間で積算して求めるものであるが、発生したガスによりイオンビームが中性化されると照射量の測定は不可能になる。本発明においては、発生したガスによりイオンビームの中性化を、放出ガスブロック用隔壁により防止するものである。
【００１８】
本発明の装置の概要を図１に示す。イオンビームに対して電流計測用ファラデイカップ４個が金属ボックス前面の四隅（四角形の四隅）に設置され、通過したイオンビームは照射試料に照射される。ファラデイカップが設置された金属ボックス内に通過したイオンビームを妨げない様にイオンビーム入射口から金属ボックス背面に渡って放出ガスブロック用隔壁を設置することで、ファラデイカップでの電流計測を可能にさせる。
【００１９】
ファラデイカップの個数は１個以上であればよく特に限定されないが、好ましくは２個以上、特に好ましくは４個設置することができる。ファラデイカップを２個以上設置する場合、好ましくは、イオンビームの進行方向に対して垂直な平面上に２個以上のファラデイカップを設置することができる。図１に示す態様では、ファラデイカップが、イオンビームの進行方向に対して垂直な平面上に４個設置され、上記４個のファラデイカップが四角形の頂点に存在するように設置されている。
【００２０】
放出ガスブロック用障壁の構成は特に限定されないが、例えば、ファァラデイカップ側開口と照射試料側開口とを有する筒状の障壁とすることができる。図１に示す態様おいては、ファラデイカップ側開口の大きさは、４個のファラデイカップが構成する四角平面より小さく、上記照射試料側開口は、ファラデイカップ側開口より大きい構成となっている。
【００２１】
図１に示した高分子材料用イオンビーム照射装置の上流側に更に、イオン源、イオン加速系、質量分離系、及びスキャナーを設けることによって高分子材料用イオンビーム照射装置を構成することができる。イオン源、イオン加速系、質量分離系、及びスキャナーを設けた高分子材料用イオンビーム照射装置の概略図を図２に示す。
【００２２】
図２に記載の高分子材料用イオンビーム照射装置は、目的のイオンをイオン化するイオン源、イオン加速系（イオン加速管）、目的のイオンだけを分離する質量分離系、スキャンするためのスキャナー、及び試料室（イオンビーム注入口を有するチャンバーであって、その内部に、ファラデイカップと、照射試料設置手段と、放出ガスブロック用隔壁とが設けられているチャンバー）から構成される。
【００２３】
上記イオン源は、オーブンやフィラメント（陰極）、陽極、コイルを備えてなるものであり、オーブンに入れられた適当な物質をガス化して、希望するイオンのイオンプラズマを発生する。上記加速系は、引き出し電極やフォーカス電極等から構成されるもので、この中を通過する間に、イオンビームは必要なエネルギーを与えられる。また、質量分離系は、イオンビームの向きを９０°変えるマグネットを備えてなるもので、質量の相違するイオン種の軌跡の相違を利用して不純イオン種を選別し除去するものである。
【００２４】
スキャナーは、質量分離系と試料室（イオンビーム注入口を有するチャンバー）の間には設置され、Ｙ−スキャナー（偏向電極）及びＸ−スキャナーを設置することができる。イオンビームを電気的にラスタ走査して試料室内に置かれた照射試料に対して均一なイオン注入を行うことが可能である。
【００２５】
このイオン注入装置を用いたイオン注入法の特徴としては、質量分離系を有するため、非常に純度の良い単一イオンビームが得られる点と、イオンの運動エネルギーが５０ｋｅＶ以上という高エネルギーである点である。
【００２６】
本発明によれば、上記した高分子材料用イオンビーム照射装置を用いて高分子材料にイオンビームを照射することができる。
【００２７】
照射試料としては、高分子材料であれば特に限定されないが、好ましくは生体適合性材料である。好ましい高分子材料としては、延伸ポリテトラフルオロエチエン（ePTFE）、または生分解性高分子（例えば、ポリ乳酸、又はポリグラクチンなど）などが挙げられ、特に延伸ポリテトラフルオロエチエン（ePTFE）が好ましい。また、ポリスチレンなどの基材上に、ゼラチン、コラーゲン、ファイブロネクチン、ラミニンまたはビトロネクチン等の生体高分子材料をコーティングしたものでもよい。
【００２８】
注入するイオン種としてはＨｅ+ ，Ｃ+ ，Ｎ+ ，Ｎｅ+ ，Ｎａ+ ，Ｋ+，Ｎ2+，Ｏ+，Ｏ2+ ，Ａｒ+，Ｋｒ+ 等が例示されるが、これらに特に限定されるものではない。
【００２９】
イオンビームの加速エネルギーとしては、実用的には数十〜数百ｋｅＶ程度の範囲で設定することができ、好ましくは５０〜１５０ｋｅＶ程度である。
照射量（ドース量φ）は、１×１０13〜１×１０17個／ｃｍ2、又は５×１０14〜１×１０17個／ｃｍ2の範囲であることが好ましい。
【００３０】
以下の実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は実施例によって限定されるものではない。
【実施例】
【００３１】
図１から図３に記載のイオン注入装置（放出ガスブロック用隔壁を装着しない状態の装置と、放出ガスブロック用隔壁を装着した状態の装置）を用いて、
放出ガスブロック用隔壁を装着しない状態でAr+イオンビームを加速エネルギー150keVで高分子素材(延伸ポリテトラフルオロエチレン)に照射した場合、大量のガスが発生し、イオンビーム電流のファラデイカップでの計測が不可能であった。それに対して隔壁を装着し、同条件でイオンビーム照射した結果、ファラデイカップで照射イオンビーム電流の測定が可能となった。
【図１】
2013229106.tif 000003
【図２】
2013229106.tif 000004
【図３】
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