JP2010225442A - Gas cluster ion beam irradiation device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To adjust in a vacuum so as to restrain a nozzle from moving, to obtain cluster ion beams of a stable and appropriate size distribution, and take a plenty of cluster ion beam current. <P>SOLUTION: A skimmer 7 arranged between a cluster generating chamber 1 and a beam control part 2 is loaded through a plate 8 on an XY stage 10a, and a position of the skimmer 7 is adjusted with micrometers 10b, 10c. The micrometers 10b, 10c are arranged exposed outside a vacuum chamber 40, so that they 10b, 10c are operated with a vacuum degree of the vacuum chamber 40 retained. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、ガスクラスターイオンビームにより加工や表面形成を行うガスクラスターイオンビーム照射装置に関するものである。   The present invention relates to a gas cluster ion beam irradiation apparatus that performs processing and surface formation with a gas cluster ion beam.

近年、プラズマから引き出したイオンビームでは達成できない一原子当たり100eV以下のレベルの照射エネルギーを実現させるガスクラスターイオンビーム加工が注目されている。ガスクラスターイオンビームは、高圧の気体をノズルから真空下に断熱膨張させ、その際の過冷却によりクラスター化した粒子に電子を照射してイオン化させ、電場により加減速を行い得られるイオンビームである。   In recent years, attention has been focused on gas cluster ion beam processing that realizes irradiation energy at a level of 100 eV or less per atom, which cannot be achieved by an ion beam extracted from plasma. A gas cluster ion beam is an ion beam that is obtained by adiabatic expansion of high-pressure gas from a nozzle under vacuum, ionization by irradiating electrons to the clustered particles by supercooling, and acceleration / deceleration by an electric field. .

このイオンビームをターゲットに照射するガスクラスターイオンビーム照射装置は、真空チャンバーを備えており、真空チャンバーは、クラスター生成室、ビーム制御室及び照射室に分割されており、それぞれ真空ポンプで適切な真空度に減圧される。クラスター生成室には、ノズルが配置されており、ノズルからクラスター生成室に噴出されたガスが断熱膨張することによりクラスター流が生成される。真空チャンバー内には、スキマーが配設され、クラスター流の一部がビーム制御室にあるイオン化室に導かれる。イオン化室には、例えば熱電子を発生するフィラメントなどの電子源と、電子を引きつけるアノード電極とが配置されている。そして、電子源で発生した電子をクラスター流に衝突させ、クラスターを構成する一部の原子又は分子を電子衝撃により正イオン化し、クラスターイオン流を生成させる。そして、引き出し電極で引き出されたクラスターイオンビームは、電圧の異なる複数の環状の電極からなる電極群を通過し、この電極群によりビームの加速やビームの収束又は発散の制御が行われる。電極群を通過したクラスターイオンビームは、質量分離器で磁界によりモノマーイオン及びサイズの小さいクラスターイオンの軌道が曲げられる。そして、アパーチャーで適切なサイズのクラスターが選別され、照射室に配置した基板に照射される。   This gas cluster ion beam irradiation apparatus for irradiating a target with an ion beam includes a vacuum chamber, which is divided into a cluster generation chamber, a beam control chamber, and an irradiation chamber, each of which is appropriately vacuumed by a vacuum pump. Depressurized every time. Nozzles are arranged in the cluster generation chamber, and a cluster flow is generated by adiabatic expansion of gas ejected from the nozzles to the cluster generation chamber. A skimmer is disposed in the vacuum chamber, and a part of the cluster flow is guided to the ionization chamber in the beam control chamber. In the ionization chamber, for example, an electron source such as a filament that generates thermoelectrons and an anode electrode that attracts electrons are arranged. Then, electrons generated from the electron source collide with the cluster flow, and some atoms or molecules constituting the cluster are positively ionized by electron impact to generate a cluster ion flow. The cluster ion beam extracted by the extraction electrode passes through an electrode group composed of a plurality of annular electrodes having different voltages, and the acceleration of the beam and the convergence or divergence of the beam are controlled by this electrode group. The cluster ion beam that has passed through the electrode group is bent in the orbit of monomer ions and small cluster ions by a magnetic field by a mass separator. Then, an appropriately sized cluster is selected by the aperture and irradiated to the substrate placed in the irradiation chamber.

この種のガスクラスターイオンビーム照射装置では、エッチング、成膜、ドーピングなどの処理時間短縮のため、エッチングレート向上や成膜速度向上などの処理の高速化が求められている。この処理の速度は、照射されるクラスターイオンビームの量に比例するため、処理を高速化するには、ビームの量を増やす必要があり、クラスター生成の改善と有効利用が求められている。   In this type of gas cluster ion beam irradiation apparatus, in order to shorten the processing time for etching, film formation, doping, etc., it is required to increase the processing speed, such as improving the etching rate and film forming speed. Since the speed of this process is proportional to the amount of cluster ion beam to be irradiated, it is necessary to increase the amount of beam in order to speed up the process, and improvement and effective utilization of cluster generation is required.

ところで、ノズルからの断熱膨張により生成したクラスター流の三次元の速度分布は、クラスター流の中心部分が最も小さく、中心から離れるほど大きくなる。速度分布のうちの速度の低い原子(分子)はエネルギー差が少ないために衝突時に小さな力で結合しやすく、クラスター化しやすい。したがって、クラスター流の中心部分が最もクラスターの密度が高く、中心から離れるほど低くなる。また、密度が高い方が原子(分子)の衝突確率が高いため、クラスター流の中心部分がクラスターの量(すなわち、数)、サイズ共に大きくなる。そのため、クラスター流の中心とスキマーとの位置合わせは非常に重要である。   By the way, the three-dimensional velocity distribution of the cluster flow generated by the adiabatic expansion from the nozzle is the smallest at the central portion of the cluster flow and becomes larger as the distance from the center increases. Low-velocity atoms (molecules) in the velocity distribution have a small energy difference, so they are likely to bond with a small force during collision and cluster. Therefore, the central portion of the cluster flow has the highest cluster density, and becomes lower as the distance from the center increases. Further, since the higher the density, the higher the probability of collision of atoms (molecules), the center portion of the cluster flow becomes larger in both the amount (namely, number) and size of the clusters. Therefore, the alignment of the center of the cluster flow and the skimmer is very important.

しかし、クラスター流の中心は、機械的製作誤差により必ずしも機械的な中心とは一致しない場合が生じる。つまり、ノズルの噴出口の径方向の中心とスキマーのアパーチャーの径方向の中心とが一致するようにノズルとスキマーとを配置しても、ノズル又はスキマーの製作誤差により、ノズル又はスキマーの中心がクラスター流の中心と一致しない場合が生じる。そこで、生成したクラスターを効率的に使うために、ノズルに調節機構を設け、ノズルを、スキマーのアパーチャーにアライメントし、また、イオン化室開口部にアライメントする方法が提案されている(特許文献1参照)。   However, the center of the cluster flow may not always coincide with the mechanical center due to a mechanical manufacturing error. In other words, even if the nozzle and the skimmer are arranged so that the radial center of the nozzle outlet coincides with the radial center of the skimmer aperture, the nozzle or skimmer center may not be aligned due to the manufacturing error of the nozzle or skimmer. In some cases, it does not coincide with the center of the cluster flow. Therefore, in order to efficiently use the generated cluster, a method has been proposed in which an adjustment mechanism is provided in the nozzle, the nozzle is aligned with the aperture of the skimmer, and the ionization chamber opening is aligned (see Patent Document 1). ).

米国特許第6486478号明細書US Pat. No. 6,486,478

しかしながら、クラスター生成室には、クラスター生成のために多量のガスが導入されるので、高い排気能力が必要であり、排気経路のコンダクタンスの関係から排気口及び真空チャンバーのクラスター生成室を大きくしなければならない。そのため、上記従来の構成では、調節機構を含めたノズルは長尺となり、ノズルの径方向の剛性が弱い。このような構成でガスを流した際にガスの噴出方向がノズルの軸からずれていると、ノズルには径方向に力がかかり、ノズルが振動することがある。その振動でクラスター流が乱れ、スキマーを通るクラスターの密度が変動し、結果的にクラスターイオンビームのサイズ分布、電流などが変動する原因となっていた。   However, since a large amount of gas is introduced into the cluster generation chamber for cluster generation, a high exhaust capacity is required, and the cluster generation chamber of the exhaust port and the vacuum chamber must be enlarged due to the conductance of the exhaust path. I must. For this reason, in the conventional configuration, the nozzle including the adjusting mechanism is long, and the radial rigidity of the nozzle is weak. If the gas ejection direction is deviated from the nozzle axis when the gas is flowed in such a configuration, a force is applied to the nozzle in the radial direction, and the nozzle may vibrate. The vibration disturbed the cluster flow, and the density of the cluster passing through the skimmer fluctuated, resulting in fluctuations in the size distribution and current of the cluster ion beam.

また、上記従来の構成では、ノズルへのガスの供給圧力が高いため、ガス供給配管は固定するのが原則であり、ノズルの位置調整をすると、ガス供給配管との接続部も同時に動かす必要がある。したがって、たとえ応力を緩和する構成にしてもクリープ現象でノズルが動くことがあるという問題がある。   In the above conventional configuration, since the gas supply pressure to the nozzle is high, the gas supply pipe should be fixed in principle. When adjusting the position of the nozzle, it is necessary to move the connection part with the gas supply pipe at the same time. is there. Therefore, there is a problem that the nozzle may move due to a creep phenomenon even if the stress is relieved.

そこで、本発明の目的は、ノズルが動くのを抑制し、安定した適切なサイズ分布のクラスターイオンビームを得、かつクラスターイオンビーム電流を多く取れるように真空中で調整可能にするガスクラスターイオンビーム照射装置を提供することにある。   Therefore, an object of the present invention is to provide a gas cluster ion beam that can be adjusted in a vacuum so as to obtain a cluster ion beam having a stable and appropriate size distribution and to obtain a large amount of cluster ion beam current while suppressing the movement of the nozzle. It is to provide an irradiation apparatus.

本発明は、クラスターをイオン化部にてイオン化して加速し、ターゲットにクラスターを照射するガスクラスターイオンビーム照射装置において、真空チャンバー内に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、前記ノズルに対向して配置され、クラスター流を前記イオン化部に通過させるスキマーと、前記真空チャンバーを密閉状態で前記ノズルに対する前記スキマーの位置を調整する調整機構と、を備えたことを特徴とするものである。   The present invention is a gas cluster ion beam irradiation apparatus that ionizes and accelerates a cluster at an ionization unit, and irradiates the target with a cluster. A skimmer arranged opposite to the nozzle and passing a cluster flow to the ionization unit, and an adjustment mechanism for adjusting the position of the skimmer relative to the nozzle in a state where the vacuum chamber is sealed. Is.

本発明によれば、スキマーの位置を調整するようにしたので、ノズルを移動させる機構を設ける必要がなくなり、ノズルが動くのを抑制することができる。また、真空チャンバーの真空度を保持した状態でスキマーの位置を調整することで、クラスターの密度が最も高い部分をイオン化部に取り入れることができ、クラスターイオンビーム電流を増やすことができる。また、真空チャンバーの真空度を保持した状態でスキマーの位置を調整することで、照射に適切なクラスターサイズに調整することができる。さらに、スキマーの位置を調整する度に真空チャンバーを大気開放する必要がないので、スキマーの位置を調整する作業を短縮することができる。   According to the present invention, since the position of the skimmer is adjusted, it is not necessary to provide a mechanism for moving the nozzle, and the movement of the nozzle can be suppressed. Further, by adjusting the position of the skimmer while maintaining the degree of vacuum in the vacuum chamber, the portion having the highest cluster density can be taken into the ionization portion, and the cluster ion beam current can be increased. Further, by adjusting the position of the skimmer while maintaining the vacuum degree of the vacuum chamber, it is possible to adjust the cluster size suitable for irradiation. Furthermore, since it is not necessary to open the vacuum chamber to the atmosphere each time the position of the skimmer is adjusted, the work for adjusting the position of the skimmer can be shortened.

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。It is explanatory drawing which shows schematic structure of the gas cluster ion beam irradiation apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention. 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り、(a)は装置の要部を示す説明図、(b)は、調整機構の平行移動部を示す概略斜視図である。It is explanatory drawing which shows schematic structure of the gas cluster ion beam irradiation apparatus which concerns on 2nd Embodiment of this invention, (a) is explanatory drawing which shows the principal part of an apparatus, (b) is the parallel displacement part of an adjustment mechanism. It is a schematic perspective view shown. 本発明の第3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。It is explanatory drawing which shows schematic structure of the gas cluster ion beam irradiation apparatus which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4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。It is explanatory drawing which shows schematic structure of the gas cluster ion beam irradiation apparatus which concerns on 4th Embodiment of this invention.

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。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

[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、2つの真空容器41,42からなる真空チャンバー40を備えている。真空チャンバー40の2つの真空容器41,42のうち、第1の真空容器41には、クラスター生成室1が形成され、第1の真空容器41と別体の第2の真空容器42には、ビーム制御室2及び照射室3が分割して形成されている。各部屋1,2,3には、真空ポンプ4,5,6が接続され、適切な真空度に減圧される。
[First Embodiment]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a gas cluster ion beam irradiation apparatus according to the first embodiment of the present invention. The gas cluster ion beam irradiation apparatus 100 includes a vacuum chamber 40 including two vacuum vessels 41 and 42. Of the two vacuum vessels 41 and 42 of the vacuum chamber 40, the first vacuum vessel 41 is formed with the cluster generation chamber 1, and the first vacuum vessel 41 and the second vacuum vessel 42 are separated from each other. The beam control chamber 2 and the irradiation chamber 3 are formed separately. The vacuum pumps 4, 5, and 6 are connected to the chambers 1, 2, and 3, and the pressure is reduced to an appropriate degree of vacuum.

クラスター生成室1内には、コニカル型、ラヴァル型などの適切な形状のノズル14が固設されている。不図示の供給源から供給されるガス(例えば6気圧のArガス)は、不図示のレギュレータで圧力が制御され、ガス供給管12を介してよどみ室13へ供給され、ノズル14から真空チャンバー内であるクラスター生成室1内に噴出される。噴出したガスは、断熱膨張により同一方向に超音速で移動するガス原子又は分子からなる噴流となる。このガスの噴流からファンデルワールス力により数個〜数万個の原子又は分子からなるクラスターが生成される。原料ガスとしては、Ar以外にも、CO,O,N,NO,NO,NH,SF,CF等のガス、又はそれらのクラスター生成を容易にするためにHeを混合したガスが利用できる。ここで、加速電圧によって加速されているクラスターを「ビーム」、それ以外を「流」と表記して区別する。 In the cluster generation chamber 1, a nozzle 14 having an appropriate shape such as a conical type or a Laval type is fixed. A gas (for example, 6 atm Ar gas) supplied from a supply source (not shown) is controlled in pressure by a regulator (not shown), supplied to the stagnation chamber 13 via the gas supply pipe 12, and from the nozzle 14 into the vacuum chamber. Is ejected into the cluster generation chamber 1. The jetted gas becomes a jet composed of gas atoms or molecules that move at the supersonic speed in the same direction due to adiabatic expansion. From this gas jet, clusters of several to tens of thousands of atoms or molecules are generated by van der Waals force. As the source gas, in addition to Ar, gas such as CO 2 , O 2 , N 2 , NO, NO 2 , NH 3 , SF 6 , CF 4 , or He is mixed to facilitate the generation of clusters thereof. Gas is available. Here, the cluster accelerated by the acceleration voltage is expressed as “beam”, and the other is expressed as “flow”.

この噴流の三次元の速度分布は、ノズル14の噴出口14aから噴出されたガス流の中心部分が最も小さく、中心から径方向に離れるほど大きくなる。ガスの速度が低いほどガスの温度は低くなるので、中心に向かうほどクラスターの量(つまり、単位面積を単位時間当たりに通過するクラスターの数、換言すると密度)及びクラスターサイズ(個々のクラスターを構成する原子数又は分子数)が大きくなる。   The three-dimensional velocity distribution of this jet flow is the smallest at the central portion of the gas flow ejected from the jet outlet 14a of the nozzle 14, and becomes larger as the distance from the center is increased in the radial direction. The lower the gas velocity, the lower the temperature of the gas, so the closer to the center, the amount of clusters (that is, the number of clusters that pass through the unit area per unit time, in other words, density) and the cluster size (configures individual clusters). Number of atoms or molecules) to be increased.

また、クラスター生成室1内には、衝撃波を防止するために小径のアパーチャーが形成されたスキマー7がノズル14に対向して配置され、クラスター流の一部をビーム制御室2にあるイオン化部としてのイオン化室16に通過させる。イオン化室16には電圧が印加されており、例えば熱電子を発生するフィラメントなどの電子源及び電子を引きつけるアノード電極が配置されている。そして、電子源で発生した電子がクラスター流に効率よく衝突し、クラスターを構成する一部の原子又は分子を電子衝撃により正イオン化し、クラスターイオン流を生成させる。   Further, in the cluster generation chamber 1, a skimmer 7 having a small-diameter aperture formed in order to prevent a shock wave is disposed to face the nozzle 14, and a part of the cluster flow is used as an ionization unit in the beam control chamber 2. The ionization chamber 16 is passed through. A voltage is applied to the ionization chamber 16, and for example, an electron source such as a filament that generates thermoelectrons and an anode electrode that attracts electrons are disposed. Then, electrons generated from the electron source efficiently collide with the cluster flow, and some atoms or molecules constituting the cluster are positively ionized by electron impact to generate a cluster ion flow.

引き出し電極18は、イオン化室16の電位よりも低いアース電位に印加され、電位差で生じた電界によりクラスターイオンビームを引き出す。引き出し電極18で引き出されたクラスターイオンビームは、電圧の異なる複数の環状の電極からなる環状電極群19を通過するが、この環状電極群19によりビームの加速やビームの収束又は発散(ビーム径)の制御が行われる。   The extraction electrode 18 is applied to a ground potential lower than the potential of the ionization chamber 16 and extracts the cluster ion beam by an electric field generated by the potential difference. The cluster ion beam extracted by the extraction electrode 18 passes through an annular electrode group 19 composed of a plurality of annular electrodes having different voltages. The annular electrode group 19 accelerates the beam and converges or diverges the beam (beam diameter). Is controlled.

環状電極群19のクラスタービーム進行方向下流側には、質量分離器20及びアパーチャー21が配設されている。質量分離器20では、モノマーイオン及びサイズの小さいクラスターイオン等の質量の小さいモノマー及びクラスターの除去を行うために、磁界の発生により、これら質量の小さいモノマー及びクラスターのイオンの軌道が大きく曲げられる。アパーチャー21は、開口の大きさが調整されており、アパーチャー21で適切なサイズのクラスターが選別される。これら質量分離器20及びアパーチャー21により、適切なサイズ分布を持つクラスターイオンビームが照射室3に導かれる。照射室3には、XYZステージ26及びXYZステージ26に搭載されたターゲットである基板23が配置され、基板23にアパーチャー21を通過したクラスターイオンビームが照射される。   A mass separator 20 and an aperture 21 are disposed downstream of the annular electrode group 19 in the traveling direction of the cluster beam. In the mass separator 20, in order to remove monomers and clusters having a small mass such as monomer ions and cluster ions having a small size, the orbits of the ions of monomers and clusters having a small mass are greatly bent by the generation of a magnetic field. The aperture 21 is adjusted in opening size, and an appropriate size cluster is selected by the aperture 21. A cluster ion beam having an appropriate size distribution is guided to the irradiation chamber 3 by the mass separator 20 and the aperture 21. In the irradiation chamber 3, an XYZ stage 26 and a substrate 23 that is a target mounted on the XYZ stage 26 are disposed, and the substrate 23 is irradiated with a cluster ion beam that has passed through the aperture 21.

基板23が絶縁物であって電荷が溜まる場合は、適宜ニュートラライザー25を動作させることにより、クラスターを中性化し、反発力によるビーム軌道や照射エネルギーの変化を防ぐことができ、ビームを安定して基板23に照射することができる。なお、排気開始時、ベント時(大気開放時)等に生じる両室の圧力差によるスキマー破壊防止のため、両室の間には不図示のバイパス用の配管とバルブが設置されている。   When the substrate 23 is an insulator and charges are accumulated, by appropriately operating the neutralizer 25, the cluster can be neutralized to prevent changes in the beam trajectory and irradiation energy due to the repulsive force, thereby stabilizing the beam. Then, the substrate 23 can be irradiated. In order to prevent skimmer destruction due to a pressure difference between the two chambers that occurs at the start of exhaust, venting (when the atmosphere is open), etc., bypass pipes and valves (not shown) are installed between the two chambers.

ところで、本第1実施形態では、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40を密閉状態でノズル14に対するスキマー7の位置を調整する調整機構50を備えている。このように、ノズル14を真空チャンバー40(クラスター生成室1)に固定し、調整機構50でスキマー7の位置を調整するようにしたので、ノズル14を移動させる機構を設ける必要がなくなり、ノズル14が動くのを抑制することができる。   By the way, in this 1st Embodiment, the gas cluster ion beam irradiation apparatus 100 is provided with the adjustment mechanism 50 which adjusts the position of the skimmer 7 with respect to the nozzle 14 with the vacuum chamber 40 sealed. Thus, since the nozzle 14 is fixed to the vacuum chamber 40 (cluster generation chamber 1) and the position of the skimmer 7 is adjusted by the adjustment mechanism 50, it is not necessary to provide a mechanism for moving the nozzle 14, and the nozzle 14 Can be prevented from moving.

調整機構50は、スキマー7を、ノズル14から噴出したクラスター流の噴出方向(矢印Z方向)を法線方向とする面内(矢印XY方向)で移動させる面内移動部10を有している。面内移動部10は、スキマー7と一体に面内で移動可能にプレート8を介してスキマー7を支持するXYステージ10aと、XYステージ10aを移動操作するXYステージ操作部である2つのマイクロメータ10b,10cとからなる。   The adjusting mechanism 50 includes an in-plane moving unit 10 that moves the skimmer 7 in a plane (arrow XY direction) whose normal direction is the ejection direction (arrow Z direction) of the cluster flow ejected from the nozzle 14. . The in-plane moving unit 10 is an XY stage 10a that supports the skimmer 7 through the plate 8 so as to be movable in-plane with the skimmer 7 and two micrometers that are XY stage operating units that move the XY stage 10a. 10b and 10c.

具体的に説明すると、XYステージ10aには、ステージ中央に開口部が形成され、プレート8が固定されている。プレート8には、プレート中央に開口部が形成され、スキマー7が固定されている。第1の真空容器41の壁部41aには開口部が形成され、XYステージ10aは、第1の真空容器41の開口部にスキマー7を臨ませて第1の真空容器41の外面に固定されている。第2の真空容器42の壁部42aには、開口部が形成され、クラスター生成室1とビーム制御室2とが連通するように、第1の真空容器41の開口部と第2の真空容器42の開口部とがベローズ9で接続されている。XYステージ10aに固定されたプレート8は、スキマー7と共に、図中、奥行き方向(矢印X方向)と上下方向(矢印Y方向)の2軸でそれぞれ(例えば±5mm)移動可能である。つまり、スキマー7は、ノズル14の噴出口14aに対してクラスター流の噴出方向を法線方向とする面内で、矢印XY方向に移動させることができる。マイクロメータ10b,10cは、手動式のものであり、真空チャンバー40の外部に露出して配置されている。これにより、スキマー7の位置を調整する作業の際には、真空チャンバー40を大気開放することなく、密閉状態で行うことができる。   More specifically, the XY stage 10a has an opening at the center of the stage, and the plate 8 is fixed. In the plate 8, an opening is formed in the center of the plate and the skimmer 7 is fixed. An opening is formed in the wall 41 a of the first vacuum container 41, and the XY stage 10 a is fixed to the outer surface of the first vacuum container 41 with the skimmer 7 facing the opening of the first vacuum container 41. ing. An opening is formed in the wall portion 42a of the second vacuum vessel 42, and the opening of the first vacuum vessel 41 and the second vacuum vessel are connected so that the cluster generation chamber 1 and the beam control chamber 2 communicate with each other. The opening part of 42 is connected by the bellows 9. The plate 8 fixed to the XY stage 10a can move together with the skimmer 7 in each of two axes (for example, ± 5 mm) in the depth direction (arrow X direction) and the vertical direction (arrow Y direction) in the figure. That is, the skimmer 7 can be moved in the direction of the arrow XY within a plane in which the ejection direction of the cluster flow is the normal direction with respect to the ejection port 14a of the nozzle 14. The micrometers 10b and 10c are of a manual type and are exposed to the outside of the vacuum chamber 40. Thereby, in the operation | work which adjusts the position of the skimmer 7, it can carry out in the airtight state, without opening the vacuum chamber 40 to air | atmosphere.

また、本第1実施形態では、ガスクラスターイオンビーム照射装置100は、調整機構50にてスキマー7の位置を調整する際に用いる物理量を測定する測定装置(測定手段)30を備えている。   In the first embodiment, the gas cluster ion beam irradiation apparatus 100 includes a measuring device (measuring unit) 30 that measures a physical quantity used when the position of the skimmer 7 is adjusted by the adjusting mechanism 50.

ここで、スキマー7を通過したクラスター流15は密度分布があるために、スキマー7の位置によってビーム制御室2に入るクラスターの量が変化する。そして、スキマー7を通過したクラスターの量を直接測定することは困難であり、これに対応する物理量を測定する必要がある。   Here, since the cluster flow 15 that has passed through the skimmer 7 has a density distribution, the amount of clusters that enter the beam control chamber 2 varies depending on the position of the skimmer 7. It is difficult to directly measure the amount of clusters that have passed through the skimmer 7, and it is necessary to measure a physical quantity corresponding to this.

したがって、本第1実施形態の測定装置30は、スキマー7を通過したクラスターの量に対応する物理量を測定するクラスター量測定部として圧力を測定する真空計32を備えている。この真空計32は、真空封止のダイヤフラム型の圧力計又はピエゾゲージ等を有する力学的な圧力計であり、表示部が第2の真空容器42から露出するようにビーム制御室2に設けられている。なお、各部屋1,3には、真空計32と同じ構成の真空計31,33が設けられている。   Therefore, the measuring apparatus 30 of the first embodiment includes a vacuum gauge 32 that measures pressure as a cluster amount measuring unit that measures a physical quantity corresponding to the amount of clusters that have passed through the skimmer 7. The vacuum gauge 32 is a dynamic pressure gauge having a vacuum-sealed diaphragm type pressure gauge, a piezoelectric gauge, or the like, and is provided in the beam control chamber 2 so that the display unit is exposed from the second vacuum vessel 42. Yes. In each of the rooms 1 and 3, vacuum gauges 31 and 33 having the same configuration as the vacuum gauge 32 are provided.

ここで、スキマー7を通過したガスのほとんどはクラスターである。そして、ビーム制御室2の圧力(真空度)とクラスターの量とは、ノズル14からのガス供給量及び排気量一定の下で、相関がある。特に、一定の速度及び一定のクラスターサイズの下では、ビーム制御室2の圧力とクラスターの量とは比例関係にある。つまり、真空計32による圧力の測定では、直接クラスターの量を測定するよりも精度が低いが、真空計32を取り付けるだけの簡単な構成でよく、また、相対的にクラスターの量が多いか少ないかを評価できればスキマー7の位置調整は可能である。したがって、物理量として真空計32でビーム制御室2の圧力を測定することにより、クラスターの量を評価することができる。   Here, most of the gas that has passed through the skimmer 7 is a cluster. The pressure (degree of vacuum) in the beam control chamber 2 and the amount of clusters are correlated with each other under a constant gas supply amount and exhaust amount from the nozzle 14. In particular, under a constant speed and a constant cluster size, the pressure in the beam control chamber 2 and the amount of clusters are proportional. That is, the pressure measurement by the vacuum gauge 32 is less accurate than the direct measurement of the amount of clusters, but a simple configuration that only attaches the vacuum gauge 32 may be used, and the amount of clusters is relatively large or small. If it can be evaluated, the position of the skimmer 7 can be adjusted. Therefore, the amount of clusters can be evaluated by measuring the pressure of the beam control chamber 2 with the vacuum gauge 32 as a physical quantity.

そして、ビーム制御室2に設けた真空計32の圧力が最も高くなるようにXYステージ10aの位置を調整することで、ビーム制御室2に入るクラスターの量を最大にすることができる。これにより、ノズル14から噴出するクラスター流の中でクラスターの密度が最も高い部分をイオン化室16に取り入れることができる。このように、真空計32でクラスター量を評価することで、クラスター流全体の評価ができるため、スキマー7の位置をクラスター流が最もイオン化室16に入るように調整することができる。   The amount of clusters entering the beam control chamber 2 can be maximized by adjusting the position of the XY stage 10a so that the pressure of the vacuum gauge 32 provided in the beam control chamber 2 becomes the highest. As a result, a portion having the highest cluster density in the cluster flow ejected from the nozzle 14 can be taken into the ionization chamber 16. Thus, by evaluating the cluster amount with the vacuum gauge 32, the entire cluster flow can be evaluated, so that the position of the skimmer 7 can be adjusted so that the cluster flow enters the ionization chamber 16 most.

したがって、真空チャンバー40の真空度を保持した状態でスキマー7の位置を調整することで、クラスターの密度が最も高い部分をイオン化室16に取り入れることができ、クラスターイオンビーム電流を増やすことができる。また、クラスターの量が最大となるクラスター流の径方向の中心は、クラスターのサイズが最大となる部分でもある。したがって、スキマー7の位置をクラスターの量が最大となる位置に調整することで、照射に適切なクラスターサイズに調整することができる。さらに、スキマー7の位置を調整する度に真空チャンバー40を大気開放する必要がないので、スキマー7の位置を調整する作業を短縮することができる。   Therefore, by adjusting the position of the skimmer 7 with the vacuum degree of the vacuum chamber 40 maintained, a portion having the highest cluster density can be taken into the ionization chamber 16 and the cluster ion beam current can be increased. Further, the center in the radial direction of the cluster flow where the amount of the cluster is maximum is also the portion where the size of the cluster is maximum. Therefore, the cluster size suitable for irradiation can be adjusted by adjusting the position of the skimmer 7 to a position where the amount of clusters is maximized. Furthermore, since it is not necessary to open the vacuum chamber 40 to the atmosphere each time the position of the skimmer 7 is adjusted, the work of adjusting the position of the skimmer 7 can be shortened.

[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2(a)及び図2(b)に示すように、本第2実施形態の調整機構50Aは、面内移動部10と、スキマー4を、ノズル14から噴出したクラスター流の噴出方向に対して平行方向(矢印Z方向)に移動させる平行移動部11と、を備えている。平行移動部11は、スキマー7と一体に矢印Z方向に移動可能なZステージ11aと、Zステージ11aを移動操作するZステージ操作部としてZステージ11aに対角に配置された2つのマイクロメータ11bと、を有している。また、平行移動部11は、対角に配置された2つのリニアブッシュ11c及びリニアガイド11dを有している。
[Second Embodiment]
Next, the gas cluster ion beam irradiation apparatus of 2nd Embodiment is demonstrated. Note that in the second embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. As shown in FIGS. 2A and 2B, the adjustment mechanism 50 </ b> A of the second embodiment is configured so that the in-plane moving unit 10 and the skimmer 4 are ejected from the nozzle 14 with respect to the ejection direction of the cluster flow. And a parallel moving part 11 for moving in the parallel direction (arrow Z direction). The translation unit 11 includes a Z stage 11a that can move in the direction of arrow Z integrally with the skimmer 7, and two micrometers 11b that are arranged diagonally to the Z stage 11a as a Z stage operation unit that moves the Z stage 11a. And have. Moreover, the translation part 11 has the two linear bush 11c and the linear guide 11d which are arrange | positioned diagonally.

スキマー7はプレート8に固定されており、プレート8はXYステージ10aに固定されており、XYステージ10aは、Zステージ11aに固定されており、Zステージ11aは、クラスター生成室1が形成されている第1の真空容器41に固定されている。これによりクラスター流の噴出方向を含め3軸調整可能となっている。Zステージ11aは、矢印Z方向に例えば可動範囲±3mmで移動可能である。   The skimmer 7 is fixed to the plate 8, the plate 8 is fixed to the XY stage 10a, the XY stage 10a is fixed to the Z stage 11a, and the Z stage 11a has the cluster generation chamber 1 formed therein. The first vacuum vessel 41 is fixed. Thereby, it is possible to adjust the three axes including the ejection direction of the cluster flow. The Z stage 11a is movable in the arrow Z direction within a movable range of ± 3 mm, for example.

マイクロメータ11bは、手動式のものであり、真空チャンバー40の第1の真空容器41の外部に露出して配置されている。これにより、スキマー7の位置を調整する作業の際には、真空チャンバー40を大気開放することなく、密閉状態で行うことができる。ガス種、圧力に対してクラスター流の噴出方向に対する最適位置が異なるので、操作者は、ビーム制御室2の真空度(真空計32が示す圧力)を見ながらマイクロメータ10b,10c(図1参照)及びマイクロメータ11bを操作して3軸調整することができる。この操作によりクラスターを効率よくイオン化室16(図1)に導入することができる。なお、XYステージ10aとZステージ11aの組み付け順序はステージの搭載可能重量や、使い勝手により決めることができる。   The micrometer 11 b is of a manual type and is disposed so as to be exposed to the outside of the first vacuum container 41 of the vacuum chamber 40. Thereby, in the operation | work which adjusts the position of the skimmer 7, it can carry out in the airtight state, without opening the vacuum chamber 40 to air | atmosphere. Since the optimum position for the ejection direction of the cluster flow differs depending on the gas type and pressure, the operator looks at the micrometers 10b and 10c (see FIG. 1) while observing the degree of vacuum in the beam control chamber 2 (pressure indicated by the vacuum gauge 32). ) And the micrometer 11b can be operated to adjust the three axes. By this operation, the cluster can be efficiently introduced into the ionization chamber 16 (FIG. 1). The assembling order of the XY stage 10a and the Z stage 11a can be determined according to the stage mountable weight and usability.

ここで、ノズル14とスキマー7との間隔が広すぎる場合には、クラスターを含む粒子に、速度の異なる別の粒子が衝突することで衝撃波が発生してしまい、衝撃波によって多数のクラスター粒子が分解して、モノマーが大量に発生してしまう。逆に、ノズル14とスキマー7との間隔が狭すぎる場合には、クラスター流の中心から遠いモノマー或いは質量の小さいクラスター等の粒子(温度を上げる成分)がスキマー7を通過してしまい、その粒子がビーム制御室2に拡散して浮遊分子となってしまう。この浮遊分子にクラスターが衝突すると、クラスターの進行方向が変化してしまう。   Here, when the interval between the nozzle 14 and the skimmer 7 is too wide, a shock wave is generated when another particle having a different velocity collides with a particle including a cluster, and a large number of cluster particles are decomposed by the shock wave. As a result, a large amount of monomer is generated. On the other hand, when the distance between the nozzle 14 and the skimmer 7 is too narrow, particles (components that increase the temperature) such as monomers far from the center of the cluster flow or clusters having a small mass pass through the skimmer 7 and the particles. Diffuses into the beam control chamber 2 and becomes floating molecules. When a cluster collides with this floating molecule, the traveling direction of the cluster changes.

そこで、ノズル14から噴出したクラスター流と平行な矢印Z方向にスキマー7の位置を調整することで、衝撃波の発生を抑制することができ、温度を上げる成分をスキマー7で取り除くことができる。これにより、方向の揃ったクラスター流を多く取り出すことができ、クラスターイオンビームのサイズ分布、電流を向上させることができる。   Therefore, by adjusting the position of the skimmer 7 in the direction of the arrow Z parallel to the cluster flow ejected from the nozzle 14, it is possible to suppress the generation of shock waves, and the skimmer 7 can remove the component that raises the temperature. Thereby, many cluster flows with uniform directions can be taken out, and the size distribution and current of the cluster ion beam can be improved.

[第3実施形態]
次に第3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3実施形態において、上記第1及び第2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。上記第1及び第2実施形態では、真空計32が真空封止のダイヤフラム型圧力計、ピエゾゲージなどの力学的な圧力計である場合について説明したが、本第3実施形態では、真空計をイオンゲージとした場合について説明する。図3に示すイオンゲージ17は、クラスターをイオン化させてイオン電流を測定するものであり、例えば、電子が飛び出すフィラメント、グリッド、イオンを集めるコレクタより構成される。イオンゲージ17は、可動式であり、ビーム制御室2内におけるクラスターの経路と、経路から外れる位置とに移動可能に配置される。また、このイオンゲージ17は、スキマー7のクラスター流噴出方向下流側(スキマー7の直後)に配置され、イオン化していないクラスターが照射される。つまり、本第3実施形態では、イオンゲージ17はスキマー7を通過したクラスターの量に対応する物理量としての電流を測定する。そして、XYステージ10a、Zステージ11aを動かしてスキマー7の位置を調整することで、イオンゲージ17の出力が変化する。
[Third Embodiment]
Next, the gas cluster ion beam irradiation apparatus of 3rd Embodiment is demonstrated. Note that in the third embodiment, the same components as those in the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. In the first and second embodiments, the case where the vacuum gauge 32 is a mechanical pressure gauge such as a vacuum-sealed diaphragm type pressure gauge or a piezo gauge has been described. However, in the third embodiment, the vacuum gauge is an ion A case where a gauge is used will be described. The ion gauge 17 shown in FIG. 3 measures the ion current by ionizing the cluster, and includes, for example, a filament from which electrons jump out, a grid, and a collector that collects ions. The ion gauge 17 is movable, and is arranged so as to be movable between a cluster path in the beam control chamber 2 and a position deviating from the path. Further, the ion gauge 17 is arranged on the downstream side of the skimmer 7 in the cluster flow ejection direction (immediately after the skimmer 7), and the non-ionized cluster is irradiated. That is, in the third embodiment, the ion gauge 17 measures a current as a physical quantity corresponding to the amount of clusters that have passed through the skimmer 7. And the output of the ion gauge 17 changes by moving the XY stage 10a and the Z stage 11a and adjusting the position of the skimmer 7.

このように、イオンゲージ17には、直接クラスター流が当てられるので、上記真空計32(図1)よりも感度のよい測定ができ、スキマー7の位置調整の精度が向上する。また、イオンゲージ17をクラスター流の経路からはずすことで、基板23にクラスターを照射するときにイオンゲージ17にクラスターが衝突するのを防ぐことができるので、クラスターの破壊及びイオンゲージ17のコンタミネーションを防ぐことができる。   Thus, since the cluster flow is directly applied to the ion gauge 17, measurement with higher sensitivity than the vacuum gauge 32 (FIG. 1) can be performed, and the accuracy of position adjustment of the skimmer 7 is improved. Further, by removing the ion gauge 17 from the path of the cluster flow, it is possible to prevent the cluster from colliding with the ion gauge 17 when the substrate 23 is irradiated with the cluster, so that the cluster is destroyed and the ion gauge 17 is contaminated. Can be prevented.

[第4実施形態]
次に第4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4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。上記第1〜第3実施形態では、測定装置が、スキマーを通過したクラスターの量に対応する物理量を測定する真空計を備えた場合について説明した。これに対し、本第4実施形態では、図4に示すように、測定装置が、スキマーを通過したクラスターのサイズに対応する物理量を測定するクラスターサイズ測定部である測定器35を備える場合について説明する。
[Fourth Embodiment]
Next, the gas cluster ion beam irradiation apparatus of 4th Embodiment is demonstrated. Note that in the fourth embodiment, identical symbols are assigned to configurations identical to those in the first embodiment and descriptions thereof are omitted. In the first to third embodiments, the case has been described in which the measuring device includes a vacuum gauge that measures a physical quantity corresponding to the amount of clusters that have passed through the skimmer. On the other hand, in the fourth embodiment, as shown in FIG. 4, the case where the measuring apparatus includes a measuring device 35 that is a cluster size measuring unit that measures a physical quantity corresponding to the size of the cluster that has passed through the skimmer is described. To do.

測定器35は、チョッパー電極22及び電流を検出する検出器としてのファラデーカップ24とを有し、クラスターの飛行時間を測定するものである。チョッパー電極22は、ビーム制御室2内であって環状電極群19のクラスターの噴出方向下流側に設けられ、クラスタービームを偏向させ、パルス的に偏向を開放することで、パルス状の直進ビームを得ることができる。ファラデーカップ24は、照射室3内に設けられ、パルス状の直進ビームが照射される。   The measuring device 35 has a chopper electrode 22 and a Faraday cup 24 as a detector for detecting current, and measures the flight time of the cluster. The chopper electrode 22 is provided in the beam control chamber 2 on the downstream side in the ejection direction of the cluster of the annular electrode group 19, deflects the cluster beam, and releases the deflection in a pulse manner, so that a pulse-like straight beam is generated. Obtainable. The Faraday cup 24 is provided in the irradiation chamber 3 and is irradiated with a pulsed straight beam.

クラスターイオンビーム中の個々のクラスターイオン粒子は、イオン化室16の電位のエネルギーを運動エネルギーとして持っているため、クラスターの大きさにより速度が異なる。したがって、パルス状の直進ビームがチョッパー電極22からファラデーカップ24に到達する時間は、クラスターサイズが大きいほど長い。例えばチョッパー電極22とファラデーカップ24との間隔を40cmとし、イオン化室16の電位が20kVの場合、モノマーイオンで約18μsecである。これに対し、Ar100原子からなるクラスターで約183μsec、Ar1000原子からなるクラスターで約580μsecとなる。   Since individual cluster ion particles in the cluster ion beam have the energy of the potential of the ionization chamber 16 as kinetic energy, the speed varies depending on the size of the cluster. Therefore, the time for the pulsed straight beam to reach the Faraday cup 24 from the chopper electrode 22 is longer as the cluster size is larger. For example, when the distance between the chopper electrode 22 and the Faraday cup 24 is 40 cm and the potential of the ionization chamber 16 is 20 kV, the monomer ion is about 18 μsec. On the other hand, the cluster consisting of Ar100 atoms takes about 183 μsec, and the cluster consisting of Ar1000 atoms takes about 580 μsec.

そのため、ファラデーカップ24により検出されたイオン電流を、不図示のオシロスコープで観測することにより、クラスターサイズを評価することができる。このチョッパー電極22も可動式になっており、クラスターイオンビームの経路からはずすことができ、ビーム光路の妨げにならないようにしている。   Therefore, the cluster size can be evaluated by observing the ionic current detected by the Faraday cup 24 with an oscilloscope (not shown). The chopper electrode 22 is also movable and can be removed from the path of the cluster ion beam so as not to interfere with the beam optical path.

また、ファラデーカップ24をビームの進行方向を法線方向とする面内で移動させることにより、ファラデーカップ24の移動する面内でのクラスターサイズ分布が評価できる。したがって、アパーチャー21の位置及びファラデーカップ24の位置から基板23の位置及びXYZステージ26のスキャン範囲を幾何的に求めることで、照射するクラスターイオンビームのサイズ分布を所望のものにすることができる。   Further, by moving the Faraday cup 24 in a plane in which the beam traveling direction is a normal direction, the cluster size distribution in the plane in which the Faraday cup 24 moves can be evaluated. Therefore, by obtaining the position of the substrate 23 and the scanning range of the XYZ stage 26 from the position of the aperture 21 and the position of the Faraday cup 24, the size distribution of the cluster ion beam to be irradiated can be made desired.

ここで、クラスター流は径方向の中心から外側に離れるに連れ、クラスターサイズが小さくなっている。そこで、クラスターサイズを測定しながら、クラスター流を法線方向とする面内(矢印XY方向)でスキマー7を動かすと、クラスター流の径方向のクラスターサイズの分布がわかる。つまり、クラスター流は、径方向にクラスターサイズの分布を有し、スキマー7のアパーチャーの口径がクラスター流の径よりも小さいので、スキマー7を動かすと、それぞれの位置でクラスターサイズの分布を評価することができる。このように、スキマー通過後のクラスターサイズを評価することで、クラスターが良く生成しているところにスキマーを調整することができる。   Here, as the cluster flow moves away from the center in the radial direction, the cluster size decreases. Therefore, if the skimmer 7 is moved in the plane (in the direction of the arrow XY) with the cluster flow as the normal direction while measuring the cluster size, the cluster size distribution in the radial direction of the cluster flow can be found. That is, the cluster flow has a cluster size distribution in the radial direction, and the aperture diameter of the skimmer 7 is smaller than the diameter of the cluster flow. Therefore, when the skimmer 7 is moved, the cluster size distribution is evaluated at each position. be able to. Thus, by evaluating the cluster size after passing through the skimmer, the skimmer can be adjusted where the clusters are well generated.

また、必要なクラスターサイズの分布する領域を通過させる大きさのアパーチャーを持つスキマー7を選択でき、試行錯誤をする必要がなく、一回の真空チャンバー40の大気開放だけでスキマー7を配設することができる。この最適なスキマー7の選択と配設により、スキマー7を通過しイオン化室16に輸送できるクラスターは格段に増加し、その装置のクラスター生成能力を最大限に引き出すことができる。   Further, it is possible to select a skimmer 7 having an aperture that can pass through a region in which a necessary cluster size is distributed, and it is not necessary to perform trial and error, and the skimmer 7 is disposed only by opening the vacuum chamber 40 to the atmosphere once. be able to. By selecting and arranging the optimum skimmer 7, the number of clusters that can pass through the skimmer 7 and transport to the ionization chamber 16 is remarkably increased, and the cluster generation capability of the apparatus can be maximized.

また、クラスターイオンビームでは、1原子あたりのエネルギー量が照射作用程度の基本のパラメータになっている。そのため、加速電圧、ガス種、所望の作用により適切なサイズ分布を持ったクラスターイオンビームを効率よく得られるように、上記パラメータに加えスキマー7の位置を調整することでその装置の能力を最大限に引き出すことができる。   In the cluster ion beam, the energy amount per atom is a basic parameter of the irradiation effect. Therefore, in order to efficiently obtain a cluster ion beam having an appropriate size distribution according to the acceleration voltage, gas type, and desired action, the capacity of the apparatus is maximized by adjusting the position of the skimmer 7 in addition to the above parameters. Can be pulled out.

なお、イオンビーム粒子の評価手法として、タイムオブフライト法のほか、減速電極法などがあり、文献(“荷電粒子ビーム工学”石川順三著、コロナ社2001年発行)に詳しく記載されており、各方法によりクラスターサイズを評価することが可能である。中でも、上述したように、同じ運動エネルギーを与えた時の検出器までの飛行時間を測定して、質量を算出するいわゆるタイムオブフライト法を用いると、リアルタイムにクラスターサイズ分布が測定結果として得られ、調整の精度、時間共に非常に有効である。   In addition to the time-of-flight method, there is a decelerating electrode method as an ion beam particle evaluation method, which is described in detail in the literature ("Charged Particle Beam Engineering" written by Junzo Ishikawa, issued by Corona 2001) It is possible to evaluate the cluster size by each method. In particular, as described above, when using the so-called time-of-flight method that measures the flight time to the detector when the same kinetic energy is applied and calculates the mass, the cluster size distribution is obtained as a measurement result in real time. The adjustment accuracy and time are very effective.

なお、上記実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。上記第1〜第5実施形態では、XYステージを移動操作するマイクロメータを手動で操作する場合について説明したが、これに限定するものではなく、電動モータ等で操作する場合であってもよい。同様に、上記第2〜第5実施形態では、Zステージを移動操作するマイクロメータを手動で操作する場合について説明したが、これに限定するものではなく、電動モータ等で操作する場合であってもよい。つまり、クラスターの量、クラスターのサイズが最大となるように測定装置の測定結果に基づいて各マイクロメータの操作量を制御装置で制御すればよい。   In addition, although this invention was demonstrated based on the said embodiment, this invention is not limited to this. In the first to fifth embodiments, the case where the micrometer for moving the XY stage is manually operated has been described. However, the present invention is not limited to this, and the operation may be performed using an electric motor or the like. Similarly, in the second to fifth embodiments, the case where the micrometer for moving the Z stage is manually operated has been described. However, the present invention is not limited to this. Also good. That is, the operation amount of each micrometer may be controlled by the control device based on the measurement result of the measurement device so that the cluster amount and the cluster size are maximized.

また、上記第1実施形態では、測定装置が真空計32であり、真空計32を直読する場合について説明したが、測定装置がクラスターをイオン化してファラデーカップでイオン電流を測定する装置やレーザ干渉計によりイオン電流を測定する装置であってもよい。これによっても、クラスター量を評価することができる。   In the first embodiment, the measurement device is the vacuum gauge 32 and the vacuum gauge 32 is directly read. However, the measurement device ionizes the cluster and measures the ion current with the Faraday cup or the laser interference. A device that measures ion current with a meter may be used. Also by this, the cluster amount can be evaluated.

また、上記第5実施形態では、電流を検出する検出器がファラデーカップ24である場合について説明したが、これに限定するものではなく、検出器が電子増倍管、シンチレータ等であってもよく、イオン電流を検出できればいかなる検出器であってもよい。   In the fifth embodiment, the case where the detector for detecting current is the Faraday cup 24 has been described. However, the present invention is not limited to this, and the detector may be an electron multiplier, a scintillator, or the like. Any detector may be used as long as the ion current can be detected.

また、上記第1〜第4実施形態では、測定装置がクラスター量測定部としての真空計を有し、上記第5実施形態では、測定装置がクラスターサイズ測定部としての測定器を有する場合について説明したが、これに限定するものではない。測定装置が、クラスター量測定部及びクラスターサイズ測定部を有する場合であってもよい。   Moreover, in the said 1st-4th embodiment, a measuring apparatus has a vacuum gauge as a cluster amount measurement part, and the said 5th Embodiment demonstrates the case where a measuring apparatus has a measuring device as a cluster size measurement part. However, the present invention is not limited to this. The measurement apparatus may include a cluster amount measurement unit and a cluster size measurement unit.

7 スキマー
14 ノズル
16 イオン化室
40 真空チャンバー
50,50A 調整機構
100 ガスクラスターイオンビーム照射装置
7 Skimmer 14 Nozzle 16 Ionization chamber 40 Vacuum chamber 50, 50A Adjustment mechanism 100 Gas cluster ion beam irradiation device

Claims (10)

クラスターをイオン化部にてイオン化して加速し、ターゲットにクラスターを照射するガスクラスターイオンビーム照射装置において、
真空チャンバー内に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、
前記ノズルに対向して配置され、クラスター流を前記イオン化部に通過させるスキマーと、
前記真空チャンバーを密閉状態で前記ノズルに対する前記スキマーの位置を調整する調整機構と、を備えた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。
In a gas cluster ion beam irradiation device that ionizes and accelerates the cluster at the ionization unit and irradiates the target with the cluster,
A nozzle that injects gas into the vacuum chamber and adiabatically expands to generate clusters;
A skimmer disposed opposite the nozzle and passing a cluster stream through the ionization section;
A gas cluster ion beam irradiation apparatus comprising: an adjustment mechanism that adjusts a position of the skimmer with respect to the nozzle while the vacuum chamber is sealed.
前記調整機構は、前記スキマーを、前記ノズルから噴出したクラスター流の噴出方向を法線方向とする面内で移動させる面内移動部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。   2. The gas cluster ion according to claim 1, wherein the adjustment mechanism includes an in-plane moving unit that moves the skimmer in a plane whose normal direction is an ejection direction of the cluster flow ejected from the nozzle. Beam irradiation device. 前記面内移動部は、前記スキマーと一体に前記面内で移動可能なXYステージと、前記XYステージを移動操作するXYステージ操作部と、を有し、前記XYステージ操作部を前記真空チャンバーの外部に露出して配置した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。   The in-plane moving unit includes an XY stage that can move in the plane integrally with the skimmer, and an XY stage operating unit that moves the XY stage. The XY stage operating unit is connected to the vacuum chamber. The gas cluster ion beam irradiation apparatus according to claim 2, wherein the gas cluster ion beam irradiation apparatus is disposed so as to be exposed to the outside. 前記調整機構は、前記スキマーを、前記ノズルから噴出したクラスター流の噴出方向に対して平行方向に移動させる平行移動部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。   The said adjustment mechanism has a translation part which moves the said skimmer in the direction parallel to the ejection direction of the cluster flow ejected from the said nozzle, The Claim 1 characterized by the above-mentioned. Gas cluster ion beam irradiation device. 前記平行移動部は、前記スキマーと一体に前記平行方向に移動可能なZステージと、前記Zステージを移動操作するZステージ操作部と、を有し、前記Zステージ操作部を前記真空チャンバーの外部に露出して配置したことを特徴とする請求項4に記載のガスクラスターイオンビーム照射装置。   The parallel movement unit includes a Z stage that can move in the parallel direction integrally with the skimmer, and a Z stage operation unit that moves the Z stage, and the Z stage operation unit is located outside the vacuum chamber. The gas cluster ion beam irradiation apparatus according to claim 4, wherein the gas cluster ion beam irradiation apparatus is disposed so as to be exposed to the surface. 前記調整機構にて前記スキマーの位置を調整する際に用いる物理量を測定する測定手段を備えたことを特徴とする請求項1乃至5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。   The gas cluster ion beam irradiation apparatus according to claim 1, further comprising a measurement unit that measures a physical quantity used when adjusting the position of the skimmer by the adjustment mechanism. 前記測定手段は、前記スキマーを通過したクラスターの量に対応する物理量を測定するクラスター量測定部を有することを特徴とする請求項6に記載のガスクラスターイオンビーム照射装置。   The gas cluster ion beam irradiation apparatus according to claim 6, wherein the measurement unit includes a cluster amount measurement unit that measures a physical quantity corresponding to the amount of clusters that have passed through the skimmer. 前記クラスター量測定部が真空計であることを特徴とする請求項7記載のガスクラスターイオンビーム照射装置。   The gas cluster ion beam irradiation apparatus according to claim 7, wherein the cluster amount measuring unit is a vacuum gauge. 前記測定手段は、前記スキマーを通過したクラスターのサイズに対応する物理量を測定するクラスターサイズ測定部を有することを特徴とする請求項6乃至8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。   9. The gas cluster ion beam irradiation apparatus according to claim 6, wherein the measurement unit includes a cluster size measurement unit that measures a physical quantity corresponding to the size of the cluster that has passed through the skimmer. . 前記クラスターサイズ測定部がクラスターの飛行時間を測定する測定器である特徴とする請求項9に記載のガスクラスターイオンビーム照射装置。   The gas cluster ion beam irradiation apparatus according to claim 9, wherein the cluster size measuring unit is a measuring device that measures a flight time of the cluster.
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