JP2015002132A - Gas cluster ion beam device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technology that improves the shape reproducibility and stability of a gas cluster ion beam and enables beam axis adjustment work to be easily conducted in a short time regardless of the skill levels of workers.SOLUTION: A gas cluster ion beam device includes a nozzle holding member which holds a nozzle member 60 having a nozzle 61 and has a guide surface extending in a direction perpendicular to a beam axis direction P of a gas cluster ion beam. The nozzle holding member 70, a skimmer 3, and an ionization chamber 4 are integrally assembled while being positioned by a positioning structure 10. The nozzle member 60 is moved along a guide surface of the nozzle holding member 70 thereby adjusting a position of the nozzle 61 with respect to a direction perpendicular to the beam axis direction P of the gas cluster ion beam.

Description

本発明は、ガスクラスターイオンビーム装置に関し、特に、ガスクラスターイオンビームの性能を向上させるための軸調整を容易に行うことができるクラスターイオンビーム装置に関する。   The present invention relates to a gas cluster ion beam apparatus, and more particularly to a cluster ion beam apparatus capable of easily adjusting an axis for improving the performance of a gas cluster ion beam.

図5は、従来技術のガスクラスターイオンビーム装置の構成を示す模式図である。
図5に示すように、従来のガスクラスターイオンビーム装置101は、第1及び第2の真空槽102、103を有している。
FIG. 5 is a schematic diagram showing a configuration of a conventional gas cluster ion beam apparatus.
As shown in FIG. 5, the conventional gas cluster ion beam apparatus 101 has first and second vacuum chambers 102 and 103.

第1の真空槽102内には、図示しないガス導入系に接続された円錐形状で超音速型のノズル104を有し、ガス導入系から導入された希ガスを、ノズルから数気圧以上の高い圧力で真空中に噴出させて希ガスクラスターを生成するように構成されている。   The first vacuum chamber 102 has a conical and supersonic type nozzle 104 connected to a gas introduction system (not shown), and the rare gas introduced from the gas introduction system has a high pressure of several atmospheres or more from the nozzle. It is configured to generate a rare gas cluster by being ejected into a vacuum under pressure.

ノズル104から噴出された希ガスの超音速噴流は、断熱膨張過程で熱運動が並進運動に変換されて温度が下がり、ガス原子(分子)はファンデルワールス力によって数百〜数千個の原子(分子)の集団の集まりになり、クラスタービームが生成される。   The supersonic jet of noble gas ejected from the nozzle 104 is converted into translational motion in the adiabatic expansion process and the temperature drops, and the gas atoms (molecules) are several hundred to several thousand atoms by van der Waals force. A cluster beam is generated as a group of (molecules).

第1の真空槽102内において、ノズル104のクラスタービームの進行方向下流側には、スキマー105が配置されている。
スキマー105は、生成されたクラスタービームの中心部分を切り出すもので、スキマー105によって切り出されたクラスタービームが、第2の真空槽103内のビーム進行方向下流側に設けられたイオン化室106に導かれる。
In the first vacuum chamber 102, a skimmer 105 is disposed on the downstream side of the nozzle 104 in the traveling direction of the cluster beam.
The skimmer 105 cuts out the central portion of the generated cluster beam, and the cluster beam cut out by the skimmer 105 is guided to the ionization chamber 106 provided downstream in the beam traveling direction in the second vacuum chamber 103. .

イオン化室106には熱フィラメント107が設けられ、この熱フィラメント107から放出された熱電子がアノードグリッド108によって数100Vに加速されてクラスタービームに照射され、これにより中性のクラスタービームが電子衝撃によってイオン化され、クラスターイオンビームが形成される。
第2の真空槽103内において、イオン化室106のビーム進行方向下流側には、クラスターイオンビームを加速・収束するための静電レンズ109が設けられている。
The ionization chamber 106 is provided with a hot filament 107, and the thermoelectrons emitted from the hot filament 107 are accelerated to several hundred volts by the anode grid 108 and irradiated to the cluster beam, whereby the neutral cluster beam is irradiated by electron impact. It is ionized to form a cluster ion beam.
In the second vacuum chamber 103, an electrostatic lens 109 for accelerating and converging the cluster ion beam is provided downstream of the ionization chamber 106 in the beam traveling direction.

このような構成を有する従来技術では、ガスクラスタービームのビーム軸と、ガスクラスターイオンビームのビーム軸を合わせるのが難しかった。
このため、従来技術では、構成部品の精度、組み立てを行う作業者の熟練度によりガスクラスターイオンビームの性能(形状再現性、安定性)のばらつきが大きかった。
In the prior art having such a configuration, it is difficult to match the beam axis of the gas cluster beam and the beam axis of the gas cluster ion beam.
For this reason, in the prior art, the performance (shape reproducibility and stability) of the gas cluster ion beam varies greatly depending on the accuracy of the component parts and the skill level of the worker performing the assembly.

また、従来技術では、構造体の機械精度が十分でなく手動調整に頼っていたため、作業者の熟練度によりガスクラスターイオンビームに対し所期の性能を出すための調整時間が異なり、長時間化するという問題があった。
これに対し、機械加工精度を向上させた部品でガスクラスターイオンビーム装置を構成することも考えられるが、機械加工精度を向上させた部品を組み立てただけでは、ガスクラスターイオンビームの再現性と安定性がそれほど向上しない。
In addition, in the conventional technology, the mechanical accuracy of the structure is not sufficient and relied on manual adjustment. Therefore, the adjustment time for obtaining the desired performance for the gas cluster ion beam differs depending on the skill level of the operator, and the time is increased. There was a problem to do.
On the other hand, it is conceivable to construct a gas cluster ion beam device with parts with improved machining accuracy, but the reproducibility and stability of the gas cluster ion beam can be achieved only by assembling the parts with improved machining precision. Sex does not improve so much.

この場合、精密位置決めステージを用いることも可能であるが、精密位置決めステージは高額であるためコストが高くなってしまい、また、調整機構が大がかりであるため、装置自体が大きくなってしまうというデメリットがあった。   In this case, it is possible to use a precision positioning stage, but the precision positioning stage is expensive, so the cost is high, and since the adjustment mechanism is large, the device itself becomes large. there were.

特開2006−294317号公報JP 2006-294317 A

本発明は、上記従来技術の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、ガスクラスターイオンビームの形状の再現性と安定性を向上させる技術を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、作業者の熟練度によらず、ビーム軸の調整作業を短時間で容易に行うことができる技術を提供することにある。
The present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a technique for improving the reproducibility and stability of the shape of a gas cluster ion beam.
Another object of the present invention is to provide a technique capable of easily adjusting the beam axis in a short time regardless of the skill level of the operator.

上記課題を解決するためになされた本発明は、ノズルから放出され、スキマーによって切り出されたガスクラスタービームをイオン化室内でイオン化して射出するガスクラスターイオンビーム装置であって、前記ノズルを有するノズル部材を保持するとともに、前記ガスクラスターイオンビームのビーム軸方向に対して直交する方向に延びるガイド面を有するノズル保持部材と、前記ノズル保持部材と、前記スキマーと、前記イオン化室とが所定の位置に位置決めされた状態で一体的に組み立てられる位置決め構造体とを有し、前記ノズル部材を前記ノズル保持部材のガイド面に沿って移動することにより、前記ガスクラスターイオンビームのビーム軸方向に対して直交する方向に関して前記ノズルの位置を調整するように構成されているものである。
本発明では、前記ノズル部材が弾性部材を介して前記ノズル保持部材に保持され、当該弾性部材の弾性力に抗して前記ノズル部材が移動するように構成されている場合にも効果的である。
本発明では、前記弾性部材が、エラストマーからなる場合にも効果的である。
本発明では、前記弾性部材が、Oリングによって構成されている場合にも効果的である。
The present invention made to solve the above problems is a gas cluster ion beam apparatus that ionizes and ejects a gas cluster beam emitted from a nozzle and cut out by a skimmer in an ionization chamber, the nozzle member having the nozzle And a nozzle holding member having a guide surface extending in a direction orthogonal to the beam axis direction of the gas cluster ion beam, the nozzle holding member, the skimmer, and the ionization chamber at predetermined positions. A positioning structure that is integrally assembled in a positioned state, and by moving the nozzle member along the guide surface of the nozzle holding member, it is orthogonal to the beam axis direction of the gas cluster ion beam. Also configured to adjust the position of the nozzle with respect to the direction to It is.
The present invention is also effective when the nozzle member is held by the nozzle holding member via an elastic member and the nozzle member moves against the elastic force of the elastic member. .
The present invention is also effective when the elastic member is made of an elastomer.
In the present invention, it is also effective when the elastic member is constituted by an O-ring.

本発明においては、ガスクラスターイオンビームの形状の再現性と安定性を向上させるとともに、作業者の熟練度によらず、ビーム軸の調整作業を短時間で容易に行うことができる。   In the present invention, the reproducibility and stability of the shape of the gas cluster ion beam can be improved, and the beam axis adjustment operation can be easily performed in a short time regardless of the skill level of the operator.

本発明に係るガスクラスターイオンビーム装置の実施の形態の構成を示す模式図The schematic diagram which shows the structure of embodiment of the gas cluster ion beam apparatus concerning this invention (a):ノズル部材を示す断面図(b):ノズル保持部材を示す断面図(c):ノズル部材をノズル保持部材に装着した状態を示す断面図(A): sectional view showing the nozzle member (b): sectional view showing the nozzle holding member (c): sectional view showing a state in which the nozzle member is mounted on the nozzle holding member 本実施の形態におけるノズルのビーム軸を調整する方法の例を示す説明図(その1)Explanatory drawing which shows the example of the method of adjusting the beam axis of the nozzle in this Embodiment (the 1) 本実施の形態におけるノズルのビーム軸を調整する方法の例を示す説明図(その2)Explanatory drawing which shows the example of the method of adjusting the beam axis of the nozzle in this Embodiment (the 2) 従来技術のガスクラスターイオンビーム装置の構成を示す模式図Schematic diagram showing the configuration of a conventional gas cluster ion beam device

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図1は、本発明に係るガスクラスターイオンビーム装置の実施の形態の構成を示す模式図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of an embodiment of a gas cluster ion beam apparatus according to the present invention.

図1に示すように、本実施の形態のガスクラスターイオンビーム装置1は、ノズル部材60と、ノズル保持部材70と、スキマー3と、イオン化室4とを有する一体型の位置決め構造体10を有している。
ここで、ノズル部材60とノズル保持部材70とスキマー3は、第1の真空排気系11に接続された第1の真空槽12内に配置され、イオン化室4は、第2の真空排気系13に接続された第2の真空槽14内に配置されている。
As shown in FIG. 1, the gas cluster ion beam apparatus 1 of the present embodiment has an integrated positioning structure 10 having a nozzle member 60, a nozzle holding member 70, a skimmer 3, and an ionization chamber 4. doing.
Here, the nozzle member 60, the nozzle holding member 70, and the skimmer 3 are arranged in the first vacuum chamber 12 connected to the first vacuum exhaust system 11, and the ionization chamber 4 is in the second vacuum exhaust system 13. It arrange | positions in the 2nd vacuum chamber 14 connected to.

ノズル部材60は、図示しないガス導入系に接続された円錐形状で超音速型のノズル61を有し、ガス導入系から導入された希ガスを、ノズル61から数気圧以上の圧力の高い圧力で真空中に噴出させて希ガスクラスターを生成するように構成されている。   The nozzle member 60 has a conical and supersonic type nozzle 61 connected to a gas introduction system (not shown). The noble gas introduced from the gas introduction system is discharged from the nozzle 61 at a high pressure of several atmospheric pressures or more. It is configured to generate a rare gas cluster by being ejected into a vacuum.

このノズル61から噴出された希ガスの超音速噴流は、断熱膨張過程で熱運動が並進運動に変換されて温度が下がり、ガス原子(分子)はファンデルワールス力によって数百〜数千個の原子(分子)の集団の集まりになり、ガスクラスタービームが生成される。   The supersonic jet of the rare gas ejected from the nozzle 61 is converted into a translational motion in the adiabatic expansion process and the temperature is lowered, and the gas atoms (molecules) are several hundred to several thousand by van der Waals force. A cluster of atoms (molecules) is formed, and a gas cluster beam is generated.

スキマー3は、希ガスのクラスタービームが進行する軸方向(以下、「ビーム軸方向P」という。)下流側に配置されている。
スキマー3は、生成されたガスクラスタービームの中心部分を切り出すもので、スキマー3によって切り出されたガスクラスタービームがビーム軸方向Pの下流側に設けられたイオン化室4に導かれる。
The skimmer 3 is arranged on the downstream side in the axial direction in which the noble gas cluster beam travels (hereinafter referred to as “beam axial direction P”).
The skimmer 3 cuts out the central portion of the generated gas cluster beam, and the gas cluster beam cut out by the skimmer 3 is guided to the ionization chamber 4 provided on the downstream side in the beam axis direction P.

イオン化室4には熱フィラメント40が設けられている。
熱フィラメント40からは熱電子が放出され、この熱電子がアノードグリッド41によって数100Vに加速されてガスクラスタービームに照射され、これにより中性のガスクラスタービームが電子衝撃によってイオン化され、ガスクラスターイオンビームが形成される。
A heat filament 40 is provided in the ionization chamber 4.
Thermoelectrons are emitted from the hot filament 40, and the thermoelectrons are accelerated to several hundred volts by the anode grid 41 and irradiated to the gas cluster beam. As a result, the neutral gas cluster beam is ionized by electron impact, and gas cluster ions are emitted. A beam is formed.

第2の真空槽14内において、イオン化室4のビーム軸方向Pの下流側には、静電レンズユニット5が設けられている。
静電レンズユニット5は、ガスクラスターイオンビームを加速・収束するためのもので、ここでは複数の静電レンズ50がビーム軸方向Pに沿って配置されている。
本発明では、静電レンズユニット5の代わりに引き出し電極(図示せず)を設けてガスクラスターイオンビームを取り出すように構成してもよい。
In the second vacuum chamber 14, the electrostatic lens unit 5 is provided downstream of the ionization chamber 4 in the beam axis direction P.
The electrostatic lens unit 5 is for accelerating and converging the gas cluster ion beam. Here, a plurality of electrostatic lenses 50 are arranged along the beam axis direction P.
In the present invention, an extraction electrode (not shown) may be provided instead of the electrostatic lens unit 5 to extract the gas cluster ion beam.

また、本実施の形態では、静電レンズユニット5の静電レンズ50のビーム軸方向Pの上流側には、アパーチャー51が設けられている。
このアパーチャー51は、その開口部52の中心部が静電レンズ50の中心部と一致するように配置構成されている。
In the present embodiment, an aperture 51 is provided on the upstream side in the beam axis direction P of the electrostatic lens 50 of the electrostatic lens unit 5.
The aperture 51 is arranged and configured so that the center of the opening 52 coincides with the center of the electrostatic lens 50.

本実施の形態の位置決め構造体10は、ノズル部材60を保持する後述するノズル保持部材70と、スキマー3と、イオン化室4が、所定の位置に位置決めされた状態で一体的に組み立てられるように構成されている。
具体的には、ノズル保持部材70と、スキマー3と、イオン化室4が、一般的な隙間はめ公差に基づいて、一体的に組み立てられるように構成されている。
The positioning structure 10 according to the present embodiment is configured so that a nozzle holding member 70 (to be described later) that holds the nozzle member 60, the skimmer 3, and the ionization chamber 4 are integrally assembled in a state where they are positioned at predetermined positions. It is configured.
Specifically, the nozzle holding member 70, the skimmer 3, and the ionization chamber 4 are configured to be integrally assembled based on a general clearance fit tolerance.

図2(a)は、ノズル部材を示す断面図、図2(b)は、ノズル保持部材を示す断面図、図2(c)は、ノズル部材をノズル保持部材に装着した状態を示す断面図である。
図2(a)に示すように、本実施の形態のノズル部材60は、外径dの細長円筒形状に形成されたノズル61を有し、このノズル61のガス導入側に一体的に設けられたフランジ部62を有している。
2A is a sectional view showing the nozzle member, FIG. 2B is a sectional view showing the nozzle holding member, and FIG. 2C is a sectional view showing a state in which the nozzle member is mounted on the nozzle holding member. It is.
As shown in FIG. 2A, the nozzle member 60 of the present embodiment has a nozzle 61 formed in an elongated cylindrical shape having an outer diameter d, and is provided integrally on the gas introduction side of the nozzle 61. A flange portion 62 is provided.

このフランジ部62のガス放出側には、ノズル61の中心軸即ちガスクラスタービームのビーム軸Mに対して直交する方向に延びる平面が形成された被ガイド面63が設けられている。
そして、ノズル部材60のフランジ部62には、ノズル61の中心軸Mと平行に延びる、ねじ孔64が複数設けられている。
On the gas discharge side of the flange portion 62, a guided surface 63 is provided in which a plane extending in a direction orthogonal to the central axis of the nozzle 61, that is, the beam axis M of the gas cluster beam is formed.
A plurality of screw holes 64 extending in parallel with the central axis M of the nozzle 61 are provided in the flange portion 62 of the nozzle member 60.

図2(b)に示すように、ノズル保持部材70は、上記ノズル61の外径dより若干(0.02〜0.4mm程度)径の大きな内径Dで形成された円筒形状の本体部71を有し、この本体部71の一方の端部にフランジ部72が設けられている。
ノズル保持部材70のフランジ部72の本体部71と反対側には、本体部71の円筒の中心軸Nに対して直交する方向に延びる平面が形成されたガイド面73が設けられている。
As shown in FIG. 2B, the nozzle holding member 70 is a cylindrical main body 71 formed with an inner diameter D slightly larger (about 0.02 to 0.4 mm) than the outer diameter d of the nozzle 61. A flange portion 72 is provided at one end portion of the main body portion 71.
On the opposite side of the flange portion 72 of the nozzle holding member 70 from the main body portion 71, a guide surface 73 having a plane extending in a direction orthogonal to the central axis N of the cylinder of the main body portion 71 is provided.

また、ノズル保持部材70のフランジ部72には、ノズル位置調整用の位置調整孔74が複数設けられている。これら位置調整孔74は、ノズル部材60の上記ねじ孔64と対応する数及びピッチで形成されている。
さらに、ノズル保持部材70には、本体部71のフランジ部72側の端部に、本体部71の内周面71aと連続するように例えば円形状の溝部75が設けられている。
The flange portion 72 of the nozzle holding member 70 is provided with a plurality of position adjustment holes 74 for adjusting the nozzle position. These position adjustment holes 74 are formed at a number and pitch corresponding to the screw holes 64 of the nozzle member 60.
Further, the nozzle holding member 70 is provided with, for example, a circular groove 75 at the end of the main body 71 on the flange 72 side so as to be continuous with the inner peripheral surface 71 a of the main body 71.

本実施の形態においては、ノズル保持部材70の溝部75に、弾性部材であるOリング76が装着されるようになっている。
本発明の場合、Oリング76としては、通常のエラストマーからなるものを用いることができる。
In the present embodiment, an O-ring 76 that is an elastic member is attached to the groove 75 of the nozzle holding member 70.
In the case of the present invention, the O-ring 76 may be made of a normal elastomer.

この場合、Oリング76がノズル保持部材70の溝部75に装着された状態において、位置ずれが生ずることがなく、その内径sが、ノズル保持部材70の本体部71の内径Dより小さく、かつ、ノズル部材60のノズル61の外径dより若干小さく当該ノズル61が挿(圧)入可能な寸法のものを用いる。   In this case, in a state where the O-ring 76 is mounted in the groove 75 of the nozzle holding member 70, no positional deviation occurs, the inner diameter s is smaller than the inner diameter D of the main body 71 of the nozzle holding member 70, and A nozzle member 60 having a size slightly smaller than the outer diameter d of the nozzle 61 and allowing the nozzle 61 to be inserted (pressed) is used.

一方、ノズル保持部材70の本体部71のフランジ部72に対して反対側には、本体部71と一体的に円筒形状の延長部77が設けられ、この延長部77の端部には、例えばリング状のスキマー支持部78が設けられている。   On the other hand, on the side opposite to the flange portion 72 of the main body portion 71 of the nozzle holding member 70, a cylindrical extension portion 77 is provided integrally with the main body portion 71. A ring-shaped skimmer support 78 is provided.

このスキマー支持部78には、上述したスキマー3が位置決めされた状態で取り付けられ、これによりスキマー3の中心部分、更には上述したイオン化室4の中心部分がノズル保持部材70の本体部71の中心軸N上に位置するようになっている。   The skimmer support 78 is attached in a state where the above-described skimmer 3 is positioned, whereby the central portion of the skimmer 3 and the central portion of the ionization chamber 4 described above are the center of the main body 71 of the nozzle holding member 70. It is located on the axis N.

図2(c)に示すように、本実施の形態では、ノズル保持部材70の溝部75にOリング76が装着され、このOリング76にノズル部材60のノズル61が挿入されて組み立てられる。   As shown in FIG. 2C, in the present embodiment, an O-ring 76 is attached to the groove 75 of the nozzle holding member 70, and the nozzle 61 of the nozzle member 60 is inserted into the O-ring 76 and assembled.

この状態では、ノズル部材60の被ガイド面63がノズル保持部材70のガイド面73に当接している。また、ノズル部材60のノズル61の外周面61aと、ノズル保持部材70の本体部71の内周面71aは、接触せずにこれらの間に隙間が設けられて静止するようになっている。   In this state, the guided surface 63 of the nozzle member 60 is in contact with the guide surface 73 of the nozzle holding member 70. In addition, the outer peripheral surface 61a of the nozzle 61 of the nozzle member 60 and the inner peripheral surface 71a of the main body 71 of the nozzle holding member 70 are brought into contact with each other without being in contact with each other and are stationary.

また、上述したように、ノズル部材60の被ガイド面63はノズル61の中心軸Mの直交方向に延びるとともに、ノズル保持部材70のガイド面73は本体部71の中心軸Nの直交方向に延びることから、ノズル部材60がノズル保持部材70に保持された状態において、ノズル部材60のノズル61の中心軸Mと、ノズル保持部材70の本体部71の中心軸Nは平行になっている。   Further, as described above, the guided surface 63 of the nozzle member 60 extends in a direction orthogonal to the central axis M of the nozzle 61, and the guide surface 73 of the nozzle holding member 70 extends in a direction orthogonal to the central axis N of the main body 71. Therefore, in a state where the nozzle member 60 is held by the nozzle holding member 70, the central axis M of the nozzle 61 of the nozzle member 60 and the central axis N of the main body 71 of the nozzle holding member 70 are parallel.

以上の構成により、本実施の形態では、ノズル保持部材70、スキマー3、イオン化室4を位置決め構造体10に組み付けた場合において、ノズル部材60のノズル61の中心軸Mとノズル保持部材70の本体部71の中心軸Nを平行に維持した状態で、ノズル部材60をノズル保持部材70の本体部71の中心軸N即ちビーム軸方向Pに対して直交する方向に移動することができる。   With the above configuration, in the present embodiment, when the nozzle holding member 70, the skimmer 3, and the ionization chamber 4 are assembled to the positioning structure 10, the central axis M of the nozzle 61 of the nozzle member 60 and the main body of the nozzle holding member 70. The nozzle member 60 can be moved in a direction orthogonal to the central axis N of the main body 71 of the nozzle holding member 70, that is, the beam axis direction P, while maintaining the central axis N of the portion 71 in parallel.

ここで、本実施の形態では、ノズル部材60とノズル保持部材70との間にOリング76が介在しているため、Oリング76の弾性力に抗してノズル部材60を移動させることになるが、ノズル部材60を移動させた後にノズル部材60に対して外力を解除すると、Oリング76の弾性力によってノズル部材60は元の位置に戻る。   Here, in the present embodiment, since the O-ring 76 is interposed between the nozzle member 60 and the nozzle holding member 70, the nozzle member 60 is moved against the elastic force of the O-ring 76. However, when the external force is released from the nozzle member 60 after the nozzle member 60 is moved, the nozzle member 60 returns to the original position by the elastic force of the O-ring 76.

なお、本実施の形態においては、ノズル部材60をビーム軸方向Pに対して直交する方向に移動させた場合に、ノズル部材60のフランジ部62のねじ孔64が、ノズル保持部材70のフランジ部72の位置調整孔74の範囲から外れないように、これらの位置及び寸法が設定されている。   In the present embodiment, when the nozzle member 60 is moved in a direction orthogonal to the beam axis direction P, the screw hole 64 of the flange portion 62 of the nozzle member 60 is replaced with the flange portion of the nozzle holding member 70. These positions and dimensions are set so as not to deviate from the range of the 72 position adjustment holes 74.

図3及び図4は、本実施の形態におけるノズルのビーム軸を調整する方法の例を示すものである。
上述した構成を有する本実施の形態においては、図3に示すように、ノズル部材60、ノズル保持部材70、スキマー3、イオン化室4を位置決め構造体10に組み付けた状態でノズル61のビーム軸の調整を行う。
3 and 4 show an example of a method for adjusting the beam axis of the nozzle in the present embodiment.
In the present embodiment having the above-described configuration, as shown in FIG. 3, the beam axis of the nozzle 61 is assembled with the nozzle member 60, the nozzle holding member 70, the skimmer 3, and the ionization chamber 4 assembled to the positioning structure 10. Make adjustments.

ここでは、ノズル部材60をノズル保持部材70に固定するためのボルト80を、締結されない状態でノズル部材60の上記ねじ孔64に装着しておく。
また、イオン化室4に対し、静電レンズユニット5のアパーチャー51の開口部52の中心部を、図示しない治具を用いて位置合わせをしておく。
Here, a bolt 80 for fixing the nozzle member 60 to the nozzle holding member 70 is mounted in the screw hole 64 of the nozzle member 60 without being fastened.
Further, the center of the opening 52 of the aperture 51 of the electrostatic lens unit 5 is aligned with the ionization chamber 4 using a jig (not shown).

上述したように、位置決め構造体10において、ノズル保持部材70、スキマー3及びイオン化室4は、位置決めされた状態で組み立てられるようになっていることから、イオン化室4と、静電レンズユニット5のアパーチャー51の開口部52の中心部との位置合わせを行うことにより、ノズル保持部材70、スキマー3、イオン化室4、静電レンズユニット5が相対的に位置決めされる。   As described above, in the positioning structure 10, the nozzle holding member 70, the skimmer 3, and the ionization chamber 4 are assembled in a positioned state, so that the ionization chamber 4 and the electrostatic lens unit 5 By performing alignment with the center of the opening 52 of the aperture 51, the nozzle holding member 70, the skimmer 3, the ionization chamber 4, and the electrostatic lens unit 5 are relatively positioned.

この状態において、ノズル部材60のビーム軸方向Pの上流側からレーザ光90を照射し、静電レンズユニット5に対してビーム軸方向Pの下流側に配置したCCDカメラ91によってこのレーザ光90を検出する。   In this state, the laser beam 90 is irradiated from the upstream side in the beam axis direction P of the nozzle member 60, and this laser beam 90 is irradiated by the CCD camera 91 disposed on the downstream side in the beam axis direction P with respect to the electrostatic lens unit 5. To detect.

この場合、レーザ光90の光軸の位置座標を予め記憶しておくことにより、CCDカメラ91によって検出されたレーザ光90の光軸が、この位置座標からビーム軸方向Pに対して直交する方向(ビーム軸直交方向)にどれだけずれているかを検出することができる。   In this case, by storing the position coordinates of the optical axis of the laser light 90 in advance, the optical axis of the laser light 90 detected by the CCD camera 91 is a direction orthogonal to the beam axis direction P from the position coordinates. It is possible to detect how much it is shifted in the direction perpendicular to the beam axis.

ここで、ノズル保持部材70、スキマー3、イオン化室4、静電レンズユニット5は既に位置決めされているから、レーザ光90のビーム軸直交方向についての位置ずれは、ノズル保持部材70に装着されたノズル部材60のビーム軸直交方向についての位置ずれに対応する。   Here, since the nozzle holding member 70, the skimmer 3, the ionization chamber 4, and the electrostatic lens unit 5 are already positioned, the positional deviation of the laser light 90 in the direction perpendicular to the beam axis is attached to the nozzle holding member 70. This corresponds to the displacement of the nozzle member 60 in the direction perpendicular to the beam axis.

そこで、例えば人手により、ノズル保持部材70のガイド面73に沿ってノズル部材60をビーム軸直交方向にOリング76の弾性力に抗して移動させる。そして、移動した位置でボルト80に対してナット81をある程度締結することにより、ノズル部材60をノズル保持部材70に対して仮に固定する(図4参照)。   Therefore, for example, the nozzle member 60 is moved along the guide surface 73 of the nozzle holding member 70 against the elastic force of the O-ring 76 in the direction orthogonal to the beam axis. Then, the nozzle member 60 is temporarily fixed to the nozzle holding member 70 by fastening the nut 81 to the bolt 80 to some extent at the moved position (see FIG. 4).

この状態で、ノズル部材60のビーム軸方向Pの上流側から再びレーザ光90を照射し、CCDカメラ91によってこのレーザ光90を検出する。
そして、CCDカメラ91によって検出されたレーザ光90の光軸のビーム軸直交方向についての位置ずれが予め定めた範囲内である場合には、ノズル部材60の位置決めが終了したものとしてボルト80とナット81を完全に締結し、ノズル部材60の位置調整作業を終了する。
In this state, the laser beam 90 is irradiated again from the upstream side of the nozzle member 60 in the beam axis direction P, and the laser beam 90 is detected by the CCD camera 91.
If the positional deviation of the optical axis of the laser beam 90 detected by the CCD camera 91 in the direction perpendicular to the beam axis is within a predetermined range, it is determined that the positioning of the nozzle member 60 has been completed and the bolt 80 and the nut 81 is completely fastened, and the position adjustment operation of the nozzle member 60 is completed.

一方、CCDカメラ91によって検出されたレーザ光90の光軸のビーム軸直交方向についての位置ずれが予め定めた範囲を超えている場合には、ボルト80とナット81を緩める。
これによりノズル部材60に対する外力が解除され、Oリング76の弾性力によってノズル部材60は元の位置に戻るから、この位置を基準としてノズル部材60を再度移動させる。そして、上述したように、ボルト80とナット81を仮締結し、レーザ光90の照射及び位置ずれの検出作業を行う。
この作業は、CCDカメラ91によって検出されたレーザ光90の光軸のビーム軸直交方向についての位置ずれが予め定めた範囲となるまで繰り返し行う。
On the other hand, when the positional deviation of the optical axis of the laser beam 90 detected by the CCD camera 91 in the direction perpendicular to the beam axis exceeds a predetermined range, the bolt 80 and the nut 81 are loosened.
As a result, the external force applied to the nozzle member 60 is released, and the nozzle member 60 returns to the original position by the elastic force of the O-ring 76. Therefore, the nozzle member 60 is moved again with reference to this position. And as above-mentioned, the bolt 80 and the nut 81 are temporarily fastened, and the irradiation operation | work of the laser beam 90 and the detection operation of a position shift are performed.
This operation is repeated until the positional deviation of the optical axis of the laser beam 90 detected by the CCD camera 91 in the direction perpendicular to the beam axis falls within a predetermined range.

以上述べたように本実施の形態においては、ノズル保持部材70と、スキマー3と、イオン化室4とが所定の位置に位置決めされた状態で一体的に組み立てられる位置決め構造体10とを有し、ノズル部材60をノズル保持部材70のガイド面73に沿って移動することにより、ガスクラスターイオンビームのビーム軸Pに対して直交する方向に関してノズル61の位置を調整するように構成されていることから、ソース側であるガスクラスタービームのビーム軸と、イオン輸送側であるガスクラスターイオンビームのビーム軸を精度良く合わせることができ、これによりガスクラスターイオンビームの形状の再現性と安定性を向上させることができる。   As described above, in the present embodiment, the nozzle holding member 70, the skimmer 3, and the positioning structure 10 that is integrally assembled in a state where the ionization chamber 4 is positioned at a predetermined position, Since the nozzle member 60 is moved along the guide surface 73 of the nozzle holding member 70, the position of the nozzle 61 is adjusted with respect to the direction orthogonal to the beam axis P of the gas cluster ion beam. The beam axis of the gas cluster beam on the source side can be accurately aligned with the beam axis of the gas cluster ion beam on the ion transport side, thereby improving the reproducibility and stability of the shape of the gas cluster ion beam. be able to.

また、本実施の形態によれば、作業者の熟練度によらず、ビーム軸の調整作業を短時間で容易に行うことができる。
特に本実施の形態では、ノズル部材60とノズル保持部材70との間に弾性部材であるOリング76が介在しているため、Oリング76の弾性力に抗してノズル部材60を移動させた後にノズル部材60に対して外力を解除することによりOリング76の弾性力によってノズル部材60は元の位置に戻る。
Further, according to the present embodiment, the beam axis adjustment operation can be easily performed in a short time regardless of the skill level of the operator.
In particular, in the present embodiment, since the O-ring 76 that is an elastic member is interposed between the nozzle member 60 and the nozzle holding member 70, the nozzle member 60 is moved against the elastic force of the O-ring 76. The nozzle member 60 is returned to the original position by the elastic force of the O-ring 76 by releasing the external force to the nozzle member 60 later.

その結果、この戻った位置からノズル部材60の位置を再度調整することができ、目的とする位置への移動調整を容易に行うことができる。
さらに、本実施の形態によれば、Oリング76を用いることにより、大がかりな調整機構を必要とせず、装置の小型化を達成することができる。
As a result, the position of the nozzle member 60 can be adjusted again from the returned position, and movement adjustment to the target position can be easily performed.
Furthermore, according to the present embodiment, by using the O-ring 76, it is possible to achieve downsizing of the apparatus without requiring a large adjustment mechanism.

なお、本発明は上述した実施の形態に限られず、種々の変更を行うことができる。
例えば、弾性部材としてOリングの他に種々の部材を用いることもできる。
ただし、Oリングを用いれば、既存の部品を用いて安定してノズル部材を保持することができ、またコスト的にも安価である。
また、ノズル部材及びノズル保持部材の形状についても上記実施の形態には限られず、種々の変更を行うこともできる。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various changes can be made.
For example, various members other than the O-ring can be used as the elastic member.
However, if an O-ring is used, the nozzle member can be stably held using existing parts, and the cost is low.
Further, the shapes of the nozzle member and the nozzle holding member are not limited to the above embodiment, and various changes can be made.

1……ガスクラスターイオンビーム装置
3……スキマー
4……イオン化室
5……静電レンズユニット
10……位置決め構造体
12……第1の真空槽
14……第2の真空槽
60……ノズル部材
61……ノズル
63……被ガイド面
70……ノズル保持部材
73……ガイド面
76……Oリング(弾性部材)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Gas cluster ion beam apparatus 3 ... Skimmer 4 ... Ionization chamber 5 ... Electrostatic lens unit 10 ... Positioning structure 12 ... 1st vacuum chamber 14 ... 2nd vacuum chamber 60 ... Nozzle Member 61 ... Nozzle 63 ... Guided surface 70 ... Nozzle holding member 73 ... Guide surface 76 ... O-ring (elastic member)

Claims (4)

ノズルから放出され、スキマーによって切り出されたガスクラスタービームをイオン化室内でイオン化して射出するガスクラスターイオンビーム装置であって、
前記ノズルを有するノズル部材を保持するとともに、前記ガスクラスターイオンビームのビーム軸方向に対して直交する方向に延びるガイド面を有するノズル保持部材と、
前記ノズル保持部材と、前記スキマーと、前記イオン化室とが所定の位置に位置決めされた状態で一体的に組み立てられる位置決め構造体とを有し、
前記ノズル部材を前記ノズル保持部材のガイド面に沿って移動することにより、前記ガスクラスターイオンビームのビーム軸方向に対して直交する方向に関して前記ノズルの位置を調整するように構成されているガスクラスターイオンビーム装置。
A gas cluster ion beam device that ionizes and ejects a gas cluster beam emitted from a nozzle and cut out by a skimmer in an ionization chamber,
A nozzle holding member having a guide surface that holds a nozzle member having the nozzle and extends in a direction orthogonal to a beam axis direction of the gas cluster ion beam;
The nozzle holding member, the skimmer, and a positioning structure that is integrally assembled in a state where the ionization chamber is positioned at a predetermined position;
A gas cluster configured to adjust the position of the nozzle with respect to a direction orthogonal to a beam axis direction of the gas cluster ion beam by moving the nozzle member along a guide surface of the nozzle holding member. Ion beam device.
前記ノズル部材が弾性部材を介して前記ノズル保持部材に保持され、当該弾性部材の弾性力に抗して前記ノズル部材が移動するように構成されている請求項1記載のガスクラスターイオンビーム装置。   The gas cluster ion beam apparatus according to claim 1, wherein the nozzle member is held by the nozzle holding member via an elastic member, and the nozzle member moves against an elastic force of the elastic member. 前記弾性部材が、エラストマーからなる請求項2記載のガスクラスターイオンビーム装置。   The gas cluster ion beam apparatus according to claim 2, wherein the elastic member is made of an elastomer. 前記弾性部材が、Oリングによって構成されている請求項3記載のガスクラスターイオンビーム装置。   The gas cluster ion beam apparatus according to claim 3, wherein the elastic member is configured by an O-ring.
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