JP2010218901A - ガスクラスターイオンビーム照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置の複雑化及び真空チャンバー内の真空度の低下を防ぎ、クラスターの崩壊を抑える。
【解決手段】ガスを噴出して断熱膨張させクラスターを生成するノズル５を、スキマー４で仕切られたクラスター生成室２に配置し、生成したクラスターをイオン化装置２０にてイオン化させる。イオン化装置２０は、ノズル５から噴出してクラスター生成室２に滞留するガスを用いて、プラズマ１０を発生させるプラズマ発生部２１を有する。そして、ノズル５により生成されたクラスターとプラズマ発生部２１により発生させたプラズマ１０とを衝突させてクラスターをイオン化させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガスからクラスターを生成してクラスターをイオン化させるガスクラスターイオンビーム照射装置に関する。

従来、常温常圧で気体状の物質をノズルから噴出させ、高速で断熱膨張させることにより原子又は分子が数個から１万個程度集まったクラスターを生成するガスクラスターイオンビーム照射装置が知られている。このガスクラスターイオンビーム照射装置では、噴出されたクラスターを含むガス流のうち一部がスキマーを通過し、スキマーを通過したクラスターがイオン化装置によってクラスターイオンとなる。

ここで、イオン化装置としては、電子線を照射するものが知られており、特に赤熱したフィラメントから放出される熱電子を照射する方法が広く使われている（特許文献１参照）。この方法では、まずフィラメントとそれに対向する電極を用意し、フィラメントには大電流を流して温度を上昇させ熱電子を放出しやすくする。ここで電極の電位をフィラメントに対して高くするとフィラメントから電極に向かって電子が放出される。この電子をクラスターに照射すると電子衝撃により電子が弾き出され、クラスターは正イオンとなる。こうしてできたクラスターイオンは電場により加速され、ターゲットに照射される。

また、フィラメントを用いずに電子を照射するものとして、プラズマを発生させ、プラズマから電子を引き出す装置が知られている（特許文献２参照）。これは誘電体製のプラズマ生成室に放電アンテナで放電させてプラズマを生成し、引き出し電極に電圧を印加して生じさせた電場の勾配によって電子を引き出すものである。このプラズマから引き出した電子をクラスターに照射すれば熱電子を用いる方法と同様に電子衝撃によってクラスターをイオン化することが可能である。

特開平８−１６８９６１号公報 特開２００３−２４２９１７号公報

しかしながら、フィラメントから放出される熱電子によりガスクラスターをイオン化する方法では、熱電子を供給するフィラメントが経時変化により劣化する。また酸素やハロゲンなどの反応性があるガスを用いる場合には、高温のフィラメントとガスが反応し、より早くフィラメントが劣化する。このフィラメントの劣化により熱電子の放出量が変動するため、フィラメントを定期的に交換する必要があった。また、熱電子の放出量が変化することにより、クラスターをイオン化する効率も変動するため、イオンビーム電流値の精密な制御は困難であった。

これに対し、放電アンテナで放電させてプラズマを生成し、このプラズマから引き出した電子によりガスクラスターをイオン化する方法では、フィラメントを用いていないため、上述したような問題は発生しない。しかしながら、この方法では、クラスターの材料となるガス以外にプラズマを生成するための別のガスを導入する必要がある。そのため、装置が複雑化するという問題があった。また、プラズマを生成するためにクラスターの材料となるガス以外の別のガスを真空チャンバー内に導入することにより、クラスターの材料となるガスのみを導入する場合に比べて、真空チャンバー内の真空度が低下する。このように真空度が低下すると、クラスターとガス分子との衝突頻度が増え、クラスターの崩壊が増加するという問題があった。

そこで、本発明は、装置の複雑化及び真空チャンバー内の真空度の低下を防ぎ、クラスターの崩壊を抑えたガスクラスターイオンビーム照射装置を提供することを目的とするものである。

本発明は、ガスを噴出して断熱膨張させクラスターを生成するノズルと、前記ノズルが設けられ、スキマーで仕切られた部屋を有する真空チャンバーと、生成したクラスターをイオン化させるイオン化装置と、を備えたガスクラスターイオンビーム照射装置であって、前記イオン化装置は、前記ノズルから噴出して前記部屋に滞留するガスを用いて、プラズマを発生させるプラズマ発生手段を有し、前記ノズルにより生成されたクラスターと前記プラズマ発生手段により発生させたプラズマとを衝突させて前記クラスターをイオン化させることを特徴とするものである。

本発明によれば、ノズルから噴出したガスのうち、スキマーを通過せずにスキマーで仕切られた部屋に滞留するガスを用いてプラズマを発生させるため、クラスター材料以外のガスを真空チャンバー内に導入する必要がなくなり装置の複雑化を抑えることができる。さらに真空チャンバー内の真空度の低下を防ぐことができるため、ガス分子とクラスターとの衝突頻度が減り、クラスターの崩壊を減少させることができる。

本発明の第１実施形態に係るガスクラスターイオンビーム照射装置の概略構成を示す説明図である。 ガスクラスターイオンビームを生成する流れを示すフローチャートである。 Ａｒ原子について電子衝撃と電荷交換それぞれのイオン化断面積のエネルギー依存性についての実験結果を示すグラフである。 本発明の第２実施形態に係るガスクラスターイオンビーム照射装置の概略構成を示す説明図である。

以下、本発明を実施するための形態を図面を参照しながら詳細に説明する。

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係るガスクラスターイオンビーム照射装置１００の概略構成を示す説明図である。ガスクラスターイオンビーム照射装置１００は、真空チャンバー１を備えており、真空チャンバー１の内部は、部屋としてのクラスター生成室２と、照射室３とに分かれている。具体的には、クラスター生成室２と照射室３とは、スキマー４の壁により仕切られており、スキマー４のアパーチャーによって、クラスター生成室２と照射室３とが連通している。各部屋２，３はそれぞれ不図示の真空ポンプにより常に排気されている。

クラスター生成室２を構成する真空チャンバー１の壁には、クラスター材料となるガスを噴出する噴出口５ａを有するノズル５が設けられている。ノズル５の噴出口５ａからは、常温常圧のガスが噴出され、そのガスが断熱膨張してクラスターが生成される。クラスターは、塊状原子集団又は塊状分子集団であり、複数の原子又は複数の分子がファンデルワールス力で結合されて構成されている。

また、ガスクラスターイオンビーム照射装置１００は、生成したクラスターをイオン化させるイオン化装置２０を備えている。ノズル５の噴出口５ａには、クラスター進行方向にスキマー４のアパーチャーが対向しており、イオン化装置２０でイオン化されたクラスター（クラスターイオン）は、スキマー４のアパーチャーを介して照射室３に導かれる。

照射室３の内部には、任意の電圧を印加できる電極群１４と、質量分離磁石１５と、ターゲット１６とが配置されている。照射室３に導かれた多数のクラスターイオンは、電極群１４を通過し、質量分離磁石１５でモノマー及び小サイズのクラスター等の高速に通過するイオンの軌道が曲げられる。これにより、適正なサイズのクラスターイオンがターゲット１６に照射される。

ここで、クラスター生成室２内には、ノズル５から噴出されたガスのうち、スキマー４を通過せずに滞留するガスが存在する。そこで、本第１実施形態では、イオン化装置２０は、ノズル５から噴出してクラスター生成室２に滞留するガスを用いて、プラズマを発生させるプラズマ発生手段としてのプラズマ発生部２１を有している。

このプラズマ発生部２１は、不図示のマイクロ波発振器と、マイクロ波発振器により出力されたマイクロ波をクラスター生成室２に導く導波管８とを有し、導波管８のマイクロ波出力端８ａがクラスター生成室２に誘電体からなる窓９を介して接続されている。本第１実施形態では、導波管８は、ノズル５が設けられる真空チャンバー１の壁と直交する壁に設けられている。

また、プラズマ発生部２１は、クラスター生成室２の内部に配置され、マイクロ波によって規定される電子サイクロトロン共鳴条件（ＥＣＲ条件）を満たす磁場を発生させる磁場発生手段としての磁場発生部６を備えている。この磁場発生部６は、クラスターの移動経路から離間した位置に配置されている。磁場発生部６は、一対の永久磁石６ａ，６ｂからなる。

具体的に説明すると、マイクロ波の周波数ｆとＥＣＲ条件を満たす磁場の強さＢとは、２πｆ＝ｅＢ／ｍの関係にある。このときｅは素電荷、ｍは電子の質量である。例えば工業用に一般的に用いられる２．４５［ＧＨｚ］のマイクロ波の場合、ＥＣＲ条件を満たす磁場の強さは８７５［Ｇ（ガウス）］となる。なお、磁場発生手段として、永久磁石６ａ，６ｂの代わりに電磁石を用いても構わない。一対の永久磁石６ａ，６ｂは、環状に形成されている。そして、一対の永久磁石６ａ，６ｂは、マイクロ波の進行方向に沿って互いに所定間隔を空けて配置されている。また、一対の永久磁石６ａ，６ｂは、導波管８のマイクロ波出力端８ａ近傍に配置されている。これにより、導波管８を伝搬してきたマイクロ波が、一対の永久磁石６ａ，６ｂのうち、導波管８に近い方の一方の永久磁石６ａの環状内側を通じて一対の永久磁石６ａ，６ｂの間の空間に放射される。ここで、図１に示すような磁力線７の分布をなすように、一対の永久磁石６ａ，６ｂが配置されている。そして、一対の永久磁石６ａ，６ｂにより、いわゆるミラー磁場を形成している。

以上、プラズマ発生部２１の構成により、一対の永久磁石６ａ，６ｂの間には導波管８に導かれたマイクロ波が放射される。そして、一対の永久磁石６ａ，６ｂの間にはＥＣＲ条件を満たす磁場が発生しており、マイクロ波の放射により一対の永久磁石６ａ，６ｂの間に存在するガスが電離し、プラズマ１０が発生する。このようにして発生したプラズマ１０は、一対の永久磁石６ａ，６ｂで形成されるミラー磁場により保持され、プラズマ１０の拡散を抑制している。一対の永久磁石６ａ，６ｂのうち、導波管８から遠い方の他方の永久磁石６ｂの近傍、即ち、プラズマ１０の近傍には、引き出し電極１１ａ，１１ｂが配置されている。この引き出し電極１１ａ，１１ｂにより、永久磁石６ｂの環状内側からプラズマ中の荷電粒子である正イオン又は電子が引き出される。

また、ノズル５の近傍であって、引き出し電極１１ｂの近傍にはイオン化室１２が配置されている。イオン化室１２には、クラスターを導入するクラスター導入口１２ａと、クラスター導入口１２ａに対向し、イオン化したクラスターを導出するクラスターイオン導出口１２ｂと、が形成されている。また、イオン化室１２には、クラスターの進行方向と直交し、引き出し電極１１ｂから引き出されたプラズマ１０（正イオン又は電子）を導入するプラズマ導入口１２ｃが形成されている。引き出し電極１１ａと引き出し電極１１ｂとの間、及び引き出し電極１１ｂとイオン化室１２との間には電源装置１３が接続されており、任意の電圧を印加して電場の勾配を発生させることができる。これにより、イオン化室１２には、ノズル５により生成されたクラスターが導かれ、このクラスターの進行方向と直交する方向から、プラズマ１０中の荷電粒子（正イオン又は電子）が引き出し電極１１ａ，１１ｂによって導かれる。つまり、引き出し電極１１ａを基準に引き出し電極１１ｂに正電位を印加すればプラズマ中の電子が引き出され、引き出し電極１１ａを基準に引き出し電極１１ｂに負電位を印加すればプラズマ中の正イオンが引き出される。

そして、引き出し電極１１ａ，１１ｂにより電子を引き出した場合には、イオン化室１２内を進行するクラスターに電子が衝突し、電子衝撃により正イオンのクラスターが生成される。また、引き出し電極１１ａ，１１ｂにより正イオンを引き出した場合には、イオン化室１２内を進行するクラスターに正イオンが衝突し、電荷交換により正イオンのクラスターが生成される。以上、一対の永久磁石６ａ，６ｂ、導波管８、窓９、引き出し電極１１ａ，１１ｂ、及びイオン化室１２によりイオン化装置２０が構成されている。

次に本第１実施形態によるガスクラスターイオンビーム照射装置１００のガスクラスターイオンビーム発生方法について説明する。図２において、まず、ノズル５からクラスター生成室２にクラスターの材料となるガス（原料ガス）、例えばＡｒガスを噴出する（Ｓ１０１）。このとき、ノズル５から噴出させるガスの圧力は、常圧、例えば０．１［ＭＰａ］〜１０［ＭＰａ］とすることが望ましい。

次いで、ノズル５を噴出したガスは、急速に断熱膨張し、Ａｒクラスターが生成される（Ｓ１０２）。これと並行して、クラスター生成室２の内部の一対の永久磁石６ａ，６ｂにより形成されたミラー磁場にマイクロ波を導くことで、一対の永久磁石６ａ，６ｂの間に滞留するガスからプラズマが発生する（Ｓ１０３）。このとき、磁場がＥＣＲ条件を満たしているところでは、ＥＣＲにより効率よくプラズマが発生する。そして、発生したプラズマは、ミラー磁場により閉じ込められている。ここで、クラスター生成室２は、不図示の真空ポンプにより排気されており、クラスター生成室２内の圧力を０．１［Ｐａ］〜１０［Ｐａ］程度に下げることで、プラズマを発生させることができる。

次に、プラズマ１０から正イオン又は電子を引き出す（Ｓ１０４）。すなわち、電源装置１３により引き出し電極１１ｂを負電位又は正電位に印加することにより電場の勾配が生じ、プラズマから正イオン又は電子が引き出される。次に、工程Ｓ１０４にて正イオンを引き出した場合、イオン化室１２において正イオンを工程Ｓ１０２により生成したクラスターを含むガス流に照射すると、正イオンとクラスターの間で電荷交換が起こり、クラスターイオンが生成される（Ｓ１０５）。また、工程Ｓ１０４にて電子を引き出した場合、イオン化室１２において電子を工程Ｓ１０２により生成したクラスターを含むガス流に照射すると、電子衝撃によりクラスターイオンが生成される（Ｓ１０５）。このクラスターイオンは正イオンである。このとき、イオン化室１２と引き出し電極１１ｂとの間に生じさせた電位差により、任意の加速エネルギーを持った正イオン又は電子をクラスターに照射することができる。

次に、クラスターイオンを含むガス流は、一部がスキマー４を通過して照射室３に導入される（Ｓ１０６）。次に、クラスターイオンは任意に配置された電極群１４によって加速・減速・集束し、任意の加速エネルギー及びプロファイルのビームを形成する。さらに質量分離磁石１５によって質量分離が行われる（Ｓ１０７）。最後に、クラスターイオンがターゲット１６に照射される（Ｓ１０８）。なお、所望する加速エネルギー及びサイズのクラスターをターゲット１６に照射できれば他の方法でも構わない。

以上、本第１実施形態では、ノズル５から噴出したガスのうち、スキマー４を通過せずにスキマー４で仕切られたクラスター生成室２に滞留するガスを用いてプラズマ１０を発生させている。したがって、クラスター材料以外のガスを真空チャンバー１内に導入する必要がなくなり、装置を簡略化することができ、装置の複雑化を抑えることができる。

さらに、クラスター材料以外のガスを真空チャンバー１内に導入する必要がなくなるので、真空チャンバー１内の真空度の低下を防ぐことができる。したがって、ガス分子とクラスターとの衝突頻度が減り、クラスターの崩壊を減少させることができる。

また、クラスター生成室２内に配置した一対の永久磁石６ａ，６ｂの間に存在するガスにマイクロ波を照射することにより、ＥＣＲが生じてプラズマ１０が効率よく生成される。また、別途、プラズマを生成する部屋を設ける必要がないので、装置がコンパクトとなる。

また、一対の永久磁石６ａ，６ｂにより生成されたミラー磁場にプラズマ１０が保持されるので、プラズマ１０の拡散を抑制できる。そして、このように保持されたプラズマ１０の近傍に引き出し電極１１ａ，１１ｂが配置されており、効率よくプラズマ１０から荷電粒子である電子又は正イオンを引き出すことができる。また、イオン化装置２０は、フィラメントのような定期的に交換が必要な部品を備えていないので、保守点検が容易となる。

ところで、プラズマ中の正イオンを原子（又は分子）に衝突させた際の電荷交換によるイオン化断面積は、プラズマ中の電子を原子（又は分子）に衝突させた際の電子衝撃によるイオン化断面積よりも高い。以下具体例を挙げて説明する。図３に示すＡｒ原子について電子衝撃と電荷交換それぞれのイオン化断面積のエネルギー依存性についての実験結果を示すグラフは、２つの文献に記載されている数値に基づいて作成したものである。２つの文献のうち、一方の文献は、「“Ｊ．Ｃｈｅｍ Ｐｈｙｓ．” ４３．１４６４（１９６５） Ｄ．Ｒａｐｐ ａｎｄ Ｐ．Ｅｎｇｌａｎｄｅｒ−Ｇｏｌｄｅｎ」である。他方の文献は、「“Ａｔｏｍｉｃ ｄａｔａ ａｎｄ ｎｕｃｌ． ｄａｔａ ｔａｂｌｅｓ” ４９，２５７−３１４ Ｓ．Ｓａｋａｂｅ ａｎｄ Ｙ．Ｉｚａｗａ」である。

この図３を参照すると、Ａｒ原子の電子衝撃のイオン化断面積は、１００［ｅＶ］程度で最大となり、数十［ｅＶ］以下では急激に小さくなる。また１００［ｅＶ］より高いエネルギーでは緩やかに減少していく。これに対してＡｒ原子の電荷交換によるイオン化断面積は、電子衝撃の場合の最大値より常に１桁程度大きい。しかも、エネルギーが変化してもイオン化断面積の変動が小さい。

このように、一原子（又は一分子）に対しては、電荷交換によるイオン化の方が電子衝撃によるイオン化よりも効率よくイオン化することができる。したがって、原子（又は分子）がファンデルワールス力等によりクラスター化したものについても、電子衝撃によるイオン化に比べて、電荷交換の方が低エネルギーでも効率よくイオン化することができる場合がある。この場合、正イオンの加速エネルギーを低くすることができるので、クラスターの崩壊をより効果的に抑制することができる。

しかし、正イオン又は電子の加速エネルギーが小さいほど、クラスターの崩壊を防ぐことができるが、正イオン又は電子の加速エネルギーが小さいほど、空間電荷効果によりプラズマ１０から引き出した正イオンビーム又は電子ビームが発散してしまう。そのため、イオン化室１２に到達する電流値に制限が生じるため注意が必要である。特に、正イオンの照射による電荷交換を用いたイオン化は、電子衝撃に比べてイオン化の効率が高いが、正イオンは電子に比べて質量が大きいため、空間電荷による発散が起こりやすい。

これにより、クラスターの崩壊を抑制するために正イオンの加速エネルギーを低くしてしまうと、クラスターに照射できる正イオンの数が少なくなるため、発散の程度によっては電子を照射する場合よりイオン化の効率が低くなる場合もある。したがって、ガスの種類に応じて、電荷交換と電子衝撃によるイオン化を選択する必要がある。例えば、ガス種がＡｒの場合は、電荷交換によるイオン化を選択するとよい。

なお、電子衝撃によるイオン化の場合、電子によって与えられるエネルギーが少なくともクラスターを構成する原子の第一イオン化エネルギーを超える必要があるため、電子の加速エネルギーは少なくともこの第一イオン化エネルギー以上とする必要がある。ここで例えばＡｒの第一イオン化エネルギーは約１５．８［ｅＶ］であり、Ａｒクラスターに電子を照射する場合、前述のようにイオン化断面積は電子のエネルギーが１００［ｅＶ］程度で最大となりそれ以上では減少する。つまり１００［ｅＶ］以上の電子を照射してもクラスターの崩壊を増加させるだけでイオン化効率を上げる効果はない。よって引き出した電子の加速電圧は１００［Ｖ］以下とすることが好ましい。

また、工程Ｓ１０５において、電子の加速エネルギーをイオン化エネルギーより小さくすることで電子付着により負イオンクラスターを生成することが可能である。ただし、ガスの種類は、ハロゲンやハロゲン化物などの電子付着性の高いものに限られる。この方法では、照射する電子のエネルギーが低いため、先に示した電子衝撃によるイオン化に比べてクラスターの崩壊を低減することができる。

［第２実施形態］
次に第２実施形態のガスクラスターイオンビーム照射装置について説明する。なお、本第２実施形態において、上記第１実施形態と同一の構成については、同一符号を付して説明を省略する。図４は、本発明の第２実施形態に係るガスクラスターイオンビーム照射装置１００Ａの概略構成を示す説明図である。ガスクラスターイオンビーム照射装置１００Ａは、生成したクラスターをイオン化させるイオン化装置２０’を備えている。照射室３の内部には任意の電圧を印加できる電極群１４と、ターゲット１６とが配置されている。

ここで、クラスター生成室２内には、ノズル５から噴出されたガスのうち、スキマー４を通過せずに滞留するガスが存在する。そこで、本第２実施形態では、イオン化装置２０’は、ノズル５から噴出してクラスター生成室２に滞留するガスを用いて、プラズマを発生させるプラズマ発生手段としてのプラズマ発生部２１’を有している。

このプラズマ発生部２１’は、不図示のマイクロ波発振器と、マイクロ波発振器により出力されたマイクロ波をクラスター生成室２に導く導波管８とを有し、導波管８のマイクロ波出力端８ａがクラスター生成室２に誘電体からなる窓９を介して接続されている。また、プラズマ発生部２１’は、クラスター生成室２の内部に配置され、マイクロ波によって規定されるＥＣＲ条件を満たす磁場を発生させる磁場発生手段としての磁場発生部６’を備えている。磁場発生部６’は、一対の永久磁石６ａ’，６ｂ’からなる。なお、磁場発生手段として、永久磁石６ａ’，６ｂ’の代わりに電磁石を用いても構わない。

一対の永久磁石６ａ’，６ｂ’は、環状に形成されている。そして、一対の永久磁石６ａ’，６ｂ’は、マイクロ波の進行方向に沿って互いに所定間隔を空けて配置されている。また、一対の永久磁石６ａ’，６ｂ’は、導波管８のマイクロ波出力端８ａ近傍に配置されている。これにより、導波管８を伝搬してきたマイクロ波が、一対の永久磁石６ａ’，６ｂ’のうち、導波管８に近い方の一方の永久磁石６ａ’の環状内側を通じて一対の永久磁石６ａ’，６ｂ’の間の空間に放射される。また、一対の永久磁石６ａ’，６ｂ’により、いわゆるミラー磁場を形成している。

以上、プラズマ発生部２１’の構成により、一対の永久磁石６ａ’，６ｂ’の間には導波管８に導かれたマイクロ波が放射される。そして、一対の永久磁石６ａ’，６ｂ’の間にはＥＣＲ条件を満たす磁場が発生しており、マイクロ波の放射により一対の永久磁石６ａ’，６ｂ’の間に存在するガスが電離し、プラズマ１０’が発生する。このようにして発生したプラズマ１０’は、一対の永久磁石６ａ’，６ｂ’で形成されるミラー磁場により保持され、プラズマ１０’の拡散を抑制している。

本第２実施形態では、プラズマ発生部２１’は、プラズマ１０’をクラスターの移動経路上に発生させている。具体的に説明すると、一対の永久磁石６ａ’，６ｂ’が、ノズル５の噴出口５ａからスキマー４に至るクラスターの移動経路を挟んで互いに対向して配置されている。一対の永久磁石６ａ’，６ｂ’の間には発生したプラズマ１０’がミラー磁場により保持されている。すなわち、クラスターの移動経路にプラズマ１０’が発生し、発生したプラズマ１０’がミラー磁場で保持されている。

ノズル５の噴出口５ａからスキマー４のアパーチャーに向かって移動するクラスターは、プラズマ１０’中を通過し、荷電粒子である正イオン及び電子と衝突することとなる。そして、プラズマ１０’中の正イオン及び電子の運動エネルギー（速度）が大きく、クラスターが正イオンとの電荷交換、及び電子衝撃によりイオン化される。なお、一対の永久磁石６ａ’，６ｂ’の近傍には、引き出し・集束電極群１７が配置され、引き出し・集束電極群１７の下流に質量分離用永久磁石１８を配置されている。これにより、一対の永久磁石６ａ’，６ｂ’を通過したクラスターのうち、モノマー及び小サイズのクラスターが除去される。

以上、本第２実施形態では、上記第１実施形態と同様の効果を奏し、さらに、プラズマ中の電子又は正イオンを引き出す引き出し電極が必要なくなるため、装置構成を簡略化できるという効果を奏する。

１ 真空チャンバー
２ クラスター生成室（部屋）
４ スキマー
５ ノズル
８ 導波管
２０，２０’ イオン化装置
２１，２１’ プラズマ発生部（プラズマ発生手段）
１００，１００Ａ ガスクラスターイオンビーム照射装置

Claims (6)

1. ガスを噴出して断熱膨張させクラスターを生成するノズルと、前記ノズルが設けられ、スキマーで仕切られた部屋を有する真空チャンバーと、生成したクラスターをイオン化させるイオン化装置と、を備えたガスクラスターイオンビーム照射装置であって、
   前記イオン化装置は、前記ノズルから噴出して前記部屋に滞留するガスを用いて、プラズマを発生させるプラズマ発生手段を有し、
   前記ノズルにより生成されたクラスターと前記プラズマ発生手段により発生させたプラズマの荷電粒子とを衝突させて前記クラスターをイオン化させることを特徴とするガスクラスターイオンビーム照射装置。
2. 前記プラズマ発生手段は、前記部屋にマイクロ波を導く導波管と、前記部屋に配置され、前記マイクロ波によって規定される電子サイクロトロン共鳴条件を満たす磁場を発生させる磁場発生手段と、を有することを特徴とする請求項１に記載のガスクラスターイオンビーム照射装置。
3. 前記磁場発生手段によりミラー磁場を形成し、前記ミラー磁場により前記プラズマを保持することを特徴とする請求項２に記載のガスクラスターイオンビーム照射装置。
4. 前記イオン化装置は、前記プラズマ中のイオンを引き出して前記クラスターに衝突させる引き出し電極を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のガスクラスターイオンビーム照射装置。
5. 前記イオン化装置は、前記プラズマ中の電子を引き出して前記クラスターに衝突させる引き出し電極を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のガスクラスターイオンビーム照射装置。
6. 前記プラズマ発生手段は、前記プラズマを前記クラスターの移動経路上に発生させ、
   前記プラズマ中のイオン及び電子と移動する前記クラスターとを衝突させることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のガスクラスターイオンビーム照射装置。

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