JP3647507B2 - Method for forming gas clusters and gas cluster ions - Google Patents

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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
この発明は、ガスクラスターおよびガスクラスターイオンの形成方法に関するものである。さらに詳しくは、この発明は、固体表面の平坦化や清浄化処理、あるいは薄膜の形成等に有用な、常温常圧で気体物質のクラスターと、そのイオン化によるガスクラスターイオンビームの形成方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術とその課題】
従来より、半導体等の電子デバイス等の基板表面の清浄化および平坦化、あるいは薄膜の形成などを目的に各種の気相反応方法が開発され、たとえばスパッタリング、真空蒸着、CVD、イオンビーム蒸着などの方法が実用化されてきている。
【0003】
しかしながら、これら従来の方法の場合には、対象とする基板表面の損傷、劣化等の好ましくない影響を避けることが難しく、高精度、高品質な電子デバイスの製造等にとって大きな課題となっていた。
すなわち、たとえば、基板表面を平坦化する方法としてAr(アルゴン)ガスなどの単原子または分子イオンを低角度で基板表面に照射し、スパッタリングすることによって平坦化する方法が知られている。しかしながら、この従来の方法の場合には、基板表面に存在した凸部が優先的に削られ、ある程度までは平坦化される一方で、スパッタリング前には存在しなかったさざ波状の起伏が新たに生じるため、イオンの入射角をある程度高角度にしてこれを抑制しなければならなかった。だが、このような入射角の抑制は、逆に凸部のスパッタリングの優先性を弱めるとともに、入射イオンにより基板表面の損傷を顕著なものとする。さらに、基板表面の損傷を抑えるためには入射エネルギーを100eV程度以下にする必要があるが、この場合にはイオン電流が極端に少なくなり、実用的なスパッタリング速度が得られなくなるという欠点があった。
【0004】
また、基板表面を清浄化する方法としてArなどの希ガス物質のイオンビームを基板表面に照射する乾式法や化学薬品に基板表面を侵食させる湿式法などが知られている。しかしながら、イオンビームを照射する方法では、入射エネルギーが100eV以下ではイオン電流が極端に少なくなるため、入射エネルギーを数KeVと高くしたイオンビームを利用しなければならなかった。そのため、基板表面には欠陥を発生させたり、あるいはArが表面に注入された不純物原子となるため、清浄な表面が得られない等の欠点があった。
【0005】
そして、基板表面への薄膜の形成に際しては、各種の元素や化合物を励起してイオン化し、この生成されたイオンビームによって薄膜を形成する方法が、イオンスパッタリング、クラスターイオンビーム蒸着、イオンプレーティング、プラズマCVD法等として知られている。しかしながら、これら方法の場合にも、イオン化励起にともなう大きなエネルギーのイオン粒子によって、基板表面の損傷や、薄膜の劣化等の不都合が避けられないという問題があった。
【0006】
このため、ULSI等の高度エレクトロニクスの発展へと向かうための基板技術として、イオンビームを用いながらも無損傷で基板表面を平坦化し、清浄化することのできる新しいイオンビーム技術の実現が強く望まれていた。
このような状況において、この発明の発明者は、これまでに知られていないイオンビームによる表面改質と薄膜形成のための新しい方法を提案した。
【0007】
この方法は、Ar(アルゴン)、CO2 等の常温常圧で気体状の物質から塊状の原子集団または分子集団であるガスクラスターを生成させ、このガスクラスターをイオン化した後に、生成したガスクラスターイオンを用いることを特徴としている。極めて低エネルギーのガスクラスターイオンによって、これまでに全く知られていない現象としての表面の平坦化や清浄化、さらには薄膜の形成をも可能としている。
【0008】
しかしながら、このようなガスクラスターイオンビームによる技術展開はいまだ端部を拓いたばかりであり、多くの未知の課題を残していた。このような課題の一つが、常温常圧で気体状の物質は、一般的にクラスターを生成するのが困難であって、実用的に、クラスターイオンとして利用するのには大きな限界があるということであった。
【0009】
そこでこの発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされたものであり、ガスクラスターイオンビーム技術をより発展させ、基板表面に欠陥を生じさせることのない無損傷表面平坦化や清浄化、さらには高品質薄膜の形成を実用的に可能とする、新しいガスクラスターの生成と、そのイオンビームの生成のための方法を提供することを目的としている。
【0010】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記の課題を解決するものとして、−30℃以下に冷却した膨張ノズル部において、常温常圧で気体状の物質と希ガスとを混合した加圧ガスを噴出させて、前記気体状物質の塊状原子集団または分子集団からなるガスクラスターを生成させることを特徴とするガスクラスターの形成方法を提供する。
【0011】
また、この発明は、上記方法によって形成させたガスクラスターをイオン化することを特徴とするガスクラスターイオンの形成方法をも提供する。
【0012】
【作用】
すなわち、この発明では、前記した通りの常温常圧で気体状の物質、たとえば酸化物、窒化物、炭化物、ハロゲン化物、およびそれらの適度な割合での混合気体状の物質などを用い、これら物質のガスクラスターを形成し、これをイオン化してガスクラスターイオンビームを形成することを可能としている。
【0013】
このガスクラスターの生成については、上記の通り、常温常圧において気体状の物質と希ガスとを混合した加圧ガスを膨張型ノズル部において噴出させて生成させること、さらにはノズルを冷却することがこの発明において提供される。この場合のノズル部としては、たとえば図1に例示した形状の膨張型のものが用いられ、その代表的な指標としては、縮小部前後の長さl1 、l2 について、
1 =10〜50mm
2 =5〜50mm
、また、その径については、
0 =0.02〜0.2mm
1 =5〜20mm
2 =1〜10mm
程度のものが例示される。
【0014】
もちろん、これらの寸法に限定されることはない。ただ、クラスターの生成量、クラスターサイズの分布に対してはl2 およびd0 が影響を及ぼすことから、d0 が小さいほど、またl2 が長いほど一般的にクラスターの生成量、およびそのサイズが大きくなるとの観点から、これらの大きさを決めることが望ましい。
このノズルについては、より好適には、冷媒等により冷却したものが使用される。
【0015】
常温常圧において気体状の物質としては各種のものが考慮されるが、たとえば、その一例としては、CO、CO2 、Nx y 、Cx y z 等の酸化物、N2 、NH3 等の窒化物、SF6 等のハロゲン化物、燐化合物、ほう素化合物、水素化物等が示される。これらは単独または複数で使用することができる。
これらの気体状の物質と混合される希ガスとしてはHe、Ne、Ar等が考慮される。その混合比率は、一般的には、少くとも10体積%以上とするのが好ましい。
【0016】
気体状の物質と希ガスとの混合物は、その種類によって混合比率と、圧力、ノズルを冷却する場合の冷却温度を適宜に設定することができる。
希ガスとしては、特にHeを用いることが好ましい。Heは、それ自身はクラスターを構成することがほとんどないからでもある。もちろん、クラスターを構成しやすいAr等を積極的に用いるようにしてもよい。
【0017】
このHeを例にすると、前記の気体状物質への混合比率は、たとえばN2 の場合には10〜50%、O2 の場合には20〜80%程度が好ましい範囲としてあり、さらにノズルを冷却する場合には、一般的には−30℃以下、さらには−50℃(203K)以下程度とするのが好ましい。
ノズルの冷却と、希ガスの混合による相乗的効果は極めて顕著であって、ガスクラスターの生成は効果的に行われる。
【0018】
上記方法により生成されたガスクラスターは、次いでイオン化されることで、ガスクラスターイオンが生成される。このイオン化は、電子線の照射等によって可能となる。
上記のガスクラスターは、通常数十〜数千個の原子または分子集団によって構成される。このため、たとえ加速電圧が10KeVでもそれぞれの原子または分子は、数十eV以下の超低速イオンビームとなる。従って、このイオンビームによって、極めて低損傷で固体表面を処理することができる。このガスクラスターイオンビームを固体表面に照射すると、クラスターイオンを構成する分子または原子種相互の、そしてそれらの固体表面の原子との多段階での衝突により、横方向の運動成分を持った反射分子または原子を生じるため、これにより基板表面の平坦化や清浄化が可能となる。
【0019】
そして、基板表面での反応を活性化させて基板表面に薄膜を形成することも可能とする。
なお、ガスクラスターのサイズの分布は、上記の通りのノズルの形状、大きさ、そして、希ガスの混合割合、ノズルの温度によって制御可能とされる。ノズルについては、その縮小部の径が小さいほどサイズが大きくなり、希ガスの混合比を適切とすることで、よりサイズが大きくなり、また、ノズル温度を低くすることでサイズはより大きくすることが可能となる。
【0020】
以下、実施例を示してさらに詳しくこの発明のガスクラスターイオンビームによる固体表面の平坦化方法について説明する。
【0021】
【実施例】
試験例
図1に例した膨張型ノズル(l1 =30mm、l2 =32mm、d0 =0.1mm、d1 =12mm、d2 =8mm)を用いて、常温常圧では気体状の物質のガスクラスターを生成させた。
【0022】
図2は、希ガスを混合せずに、室温における、各種ガスのクラスタービーム強度の供給圧力依存性を示したものである。ビーム強度は、図3に例示したシステムのスキマーを通った後の照射室に設けたイオンゲージを用いて測定した。縦軸は、ビームを直接イオンゲージに導入した場合の指示真空度からバックグラウンドの真空度を差し引いた値を示している。各ガスに対するイオンゲージの感度を補正した。N2 ガス、及びSF6 のビーム強度はArガスの1/6以下である。また、クラスターが生成されはじめる供給圧力は4気圧以上であり、大きなサイズのクラスターが得られないという問題がある。
実施例1
そこで、N2 ガスにHeを混合し、5atmおよび6atmの圧力で、試験例と同様の膨張型ノズルより噴出させてガスクラスターを生成させた。
【0023】
図4は、ノズル温度が300Kの場合のN2 /He混合ガスのN2 クラスタービーム強度のHe混合比率依存性を示したものである。Heガスの混合により、混合しない場合に比べて2倍のビーム強度の増大が認められる。
実施例2
図5は、ノズル温度が300Kの場合のSF6 /He混合ガスの場合のSF6 ガスクラスターのビーム強度の混合率依存性を示したものである。85%程度のHeガスの混合によりビーム強度は11×10-4Torrとなった。この値はHeを混合しない場合の70倍であり、強度が著しく増大している。
実施例3
図6は、ノズル温度を下げた場合の、N2 /He混合ガスのN2 クラスタービーム強度の混合率依存性を示している。Heガスの混合とノズルの冷却により3倍以上のビーム強度の増大が認められる。
実施例4
図7は、ノズル温度300Kの温度において、CO2 /He混合ガスの場合のCO2 ガスクラスターのビーム強度について混合率依存性を示したものである。
【0024】
15%程度のHeの混合によってビーム強度の増大が得られることがわかる。このCO2 ガスクラスターは電子線照射によるイオン化によってクラスターイオンとなった。
実施例5
図8は、実施例2で得られたSF6 ガスのクラスタービームを電子線照射によりイオン化して得られたクラスターイオンビームの減速電界スペクトルを示したものである。
【0025】
供給圧力は4000Torrであり、Heガスの混合率は5体積%とした。
正の減速電界においても、イオン電流が観察され、SF6 のクラスターイオンビームが発生していることがわかる。
図9は、図10に示した減速電界スペクトルを微分することにより得られたSF6 ガスクラスターイオンのサイズ分布を示している。クラスターサイズが1,500に極大値を持ち、最大サイズが5,500までの幅広い分布のクラスターイオンビームが得られていることがわかる。
【0026】
クラスターイオンのサイズは、ノズルの縮小部の直径(図1のd0 )を変更することにより制御した。つまり、より大きなサイズのクラスターを得るためにはノズル縮小部の直径を小さくし、小さいサイズのクラスターを得るためにはノズル縮小部の直径を大きくすることにより制御した。
このように、Heガスの混合により得られたSF6 ガスのクラスターイオンビームは、Heガスを混合しない場合には観察されないものであった。
【0027】
さらにノズル温度を−30℃に低下させることにより、室温の場合に比べて2倍以上のクラスターイオンビーム強度が得られた。
【0028】
【発明の効果】
以上詳しく説明した通り、この発明によって、これまで困難であった各種の常温常圧で気体状物質のガスクラスターの生成が効率的に可能となり、そのイオン化によるガスクラスターイオンビームの利用が実用的なものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】膨張型ノズルを例示した断面図である。
【図2】希ガスを混合しない場合での各種ガスの圧力と、クラスター生成のビーム強度の相関性を示した図である。
【図3】ガスクラスターとそのイオン化のシステムを例示したシステム構成図である。
【図4】ノズル温度300KにおけるN2 /He混合ガスにおけるN2 ガスクラスターのビーム強度の混合比率依存性を示した図である。
【図5】ノズル温度300KにおけるSF6 / Heの混合ガスにおけるSF6 ガスクラスターのビーム強度の混合比率依存性を示した図である。
【図6】ノズル温度120Kにおける図4と同様の図である。
【図7】ノズル温度300KにおけるCO2 /Heの混合ガスにおけるCO2 ガスクラスターのビーム強度の混合比率依存性を示した図である。
【図8】SF6 クラスターイオンビームの減速電界スペクトル図である。
【図9】SF6 ガスクラスターイオンのサイズ分布を示した図である。
[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a gas cluster and a method for forming gas cluster ions. More particularly, the present invention relates to a method for forming a gas cluster ion beam by ionization of a cluster of gaseous substances at normal temperature and pressure, which is useful for flattening and cleaning a solid surface, or forming a thin film. is there.
[0002]
[Prior art and its problems]
Conventionally, various gas phase reaction methods have been developed for the purpose of cleaning and planarizing the surface of a substrate such as an electronic device such as a semiconductor, or forming a thin film. For example, sputtering, vacuum deposition, CVD, ion beam deposition, etc. The method has been put into practical use.
[0003]
However, in the case of these conventional methods, it is difficult to avoid unfavorable effects such as damage and deterioration of the target substrate surface, which has been a big problem for manufacturing high-precision and high-quality electronic devices.
That is, for example, as a method of flattening the substrate surface, a method of flattening by irradiating the substrate surface with a single atom or molecular ion such as Ar (argon) gas at a low angle and performing sputtering is known. However, in the case of this conventional method, the convex portions present on the substrate surface are preferentially shaved and flattened to a certain extent, while rippled undulations that did not exist before sputtering are newly added. For this reason, the incident angle of ions had to be suppressed to a certain degree by increasing the incident angle. However, such suppression of the incident angle conversely weakens the priority of sputtering of the convex portion and makes the substrate surface significantly damaged by incident ions. Furthermore, in order to suppress damage to the substrate surface, it is necessary to reduce the incident energy to about 100 eV or less. In this case, however, there is a disadvantage that the ion current becomes extremely small and a practical sputtering rate cannot be obtained. .
[0004]
Further, as a method for cleaning the substrate surface, a dry method in which an ion beam of a rare gas substance such as Ar is irradiated on the substrate surface, a wet method in which a chemical agent erodes the substrate surface, and the like are known. However, in the method of irradiating the ion beam, the ion current becomes extremely small when the incident energy is 100 eV or less. Therefore, it is necessary to use an ion beam whose incident energy is increased to several KeV. For this reason, there are defects such that defects are generated on the substrate surface or Ar becomes impurity atoms implanted into the surface, so that a clean surface cannot be obtained.
[0005]
In forming a thin film on the substrate surface, various elements and compounds are excited and ionized, and a method of forming a thin film with the generated ion beam includes ion sputtering, cluster ion beam evaporation, ion plating, It is known as a plasma CVD method or the like. However, these methods also have a problem that inconveniences such as damage to the substrate surface and deterioration of the thin film are unavoidable due to high energy ion particles accompanying ionization excitation.
[0006]
Therefore, the realization of a new ion beam technology that can flatten and clean the substrate surface without damage while using an ion beam as a substrate technology for the development of advanced electronics such as ULSI is strongly desired. It was.
Under such circumstances, the inventor of the present invention has proposed a new method for surface modification and thin film formation by an ion beam which has not been known so far.
[0007]
In this method, a gas cluster which is a massive atomic group or molecular group is generated from a gaseous substance at normal temperature and pressure, such as Ar (argon), CO 2, etc., and the gas cluster ion generated after ionizing the gas cluster. It is characterized by using. The extremely low energy gas cluster ions make it possible to flatten and clean the surface as a phenomenon that has never been known before, and to form a thin film.
[0008]
However, the technological development using such a gas cluster ion beam has only just opened the edge, leaving many unknown problems. One of these issues is that gaseous substances at normal temperature and pressure are generally difficult to produce clusters, and there are practical limits to using them as cluster ions. Met.
[0009]
Therefore, the present invention has been made in view of the circumstances as described above, and further develops the gas cluster ion beam technology, flattening and cleaning damage-free surfaces without causing defects on the substrate surface, The object is to provide a method for generating a new gas cluster and its ion beam, which enable the formation of a high-quality thin film practically.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention is directed to the above-mentioned gas by ejecting a pressurized gas in which a gaseous substance and a rare gas are mixed at normal temperature and pressure in an expansion nozzle portion cooled to −30 ° C. or lower. There is provided a method for forming a gas cluster, characterized in that a gas cluster composed of a massive atomic group or a molecular group of a gaseous substance is generated.
[0011]
The present invention also provides a gas cluster ion forming method characterized by ionizing a gas cluster formed by the above method.
[0012]
[Action]
That is, in the present invention, gaseous substances at normal temperature and normal pressure as described above, such as oxides, nitrides, carbides, halides, and mixed gas substances at an appropriate ratio thereof are used. It is possible to form a gas cluster ion beam by ionizing this gas cluster.
[0013]
As to the generation of this gas cluster, as described above, a pressurized gas in which a gaseous substance and a rare gas are mixed at room temperature and normal pressure is generated by being ejected from the expansion type nozzle section, and further, the nozzle is cooled. Are provided in this invention. As the nozzle portion in this case, for example, an expansion type having the shape illustrated in FIG. 1 is used, and representative indexes thereof include lengths l 1 and l 2 before and after the reduction portion,
l 1 = 10-50mm
l 2 = 5-50mm
And about its diameter,
d 0 = 0.02 to 0.2 mm
d 1 = 5 to 20 mm
d 2 = 1 to 10 mm
The thing of a grade is illustrated.
[0014]
Of course, it is not limited to these dimensions. However, since l 2 and d 0 affect the cluster generation amount and cluster size distribution, the smaller the d 0 and the longer l 2 , the more generally the cluster generation amount and its size. It is desirable to determine these sizes from the viewpoint of increasing.
About this nozzle, what was cooled with the refrigerant | coolant etc. is used more suitably.
[0015]
Various substances are considered as gaseous substances at room temperature and normal pressure. For example, as examples, oxides such as CO, CO 2 , N x O y , C x H y O z , N 2 , Nitrides such as NH 3 , halides such as SF 6 , phosphorus compounds, boron compounds, hydrides and the like are shown. These can be used alone or in combination.
As the rare gas mixed with these gaseous substances, He, Ne, Ar, or the like is considered. In general, the mixing ratio is preferably at least 10% by volume or more.
[0016]
The mixture of the gaseous substance and the rare gas can appropriately set the mixing ratio, pressure, and cooling temperature when cooling the nozzle depending on the type.
As the rare gas, it is particularly preferable to use He. This is because He itself hardly forms a cluster. Of course, you may make it actively use Ar etc. which are easy to comprise a cluster.
[0017]
Taking this He as an example, the mixing ratio to the gaseous substance is preferably in the range of, for example, 10 to 50% in the case of N 2 and 20 to 80% in the case of O 2. In the case of cooling, it is generally preferable that the temperature is −30 ° C. or lower, more preferably about −50 ° C. (203 K) or lower.
The synergistic effect due to the cooling of the nozzle and the mixing of the rare gas is extremely remarkable, and the generation of gas clusters is performed effectively.
[0018]
The gas clusters generated by the above method are then ionized to generate gas cluster ions. This ionization is possible by electron beam irradiation or the like.
The gas cluster is usually composed of tens to thousands of atoms or molecular groups. Therefore, even if the acceleration voltage is 10 KeV, each atom or molecule becomes an ultra-slow ion beam of several tens eV or less. Therefore, the solid surface can be treated with this ion beam with extremely low damage. When this gas cluster ion beam is irradiated onto a solid surface, the molecules or atomic species that make up the cluster ions, and reflected molecules with lateral motion components due to multi-stage collisions with atoms on the solid surface. Or, since atoms are generated, the substrate surface can be planarized or cleaned.
[0019]
Then, it is possible to activate a reaction on the substrate surface to form a thin film on the substrate surface.
The distribution of the size of the gas cluster can be controlled by the shape and size of the nozzle as described above, the mixing ratio of the rare gas, and the nozzle temperature. As for the nozzle, the smaller the diameter of the reduced portion, the larger the size, and by increasing the mixing ratio of the rare gas, the size becomes larger, and the size becomes larger by lowering the nozzle temperature. Is possible.
[0020]
Hereinafter, the method for planarizing a solid surface by a gas cluster ion beam of the present invention will be described in more detail with reference to examples.
[0021]
【Example】
Test example Using the expansion type nozzle (l 1 = 30 mm, l 2 = 32 mm, d 0 = 0.1 mm, d 1 = 12 mm, d 2 = 8 mm) illustrated in FIG. A gas cluster of gaseous material was generated.
[0022]
FIG. 2 shows the supply pressure dependence of the cluster beam intensity of various gases at room temperature without mixing noble gases. The beam intensity was measured using an ion gauge provided in the irradiation chamber after passing through the skimmer of the system illustrated in FIG. The vertical axis represents a value obtained by subtracting the background vacuum degree from the indicated vacuum degree when the beam is directly introduced into the ion gauge. The sensitivity of the ion gauge for each gas was corrected. The beam intensity of N 2 gas and SF 6 is 1/6 or less of Ar gas. Further, the supply pressure at which clusters start to be generated is 4 atm or more, and there is a problem that large-sized clusters cannot be obtained.
Example 1
Therefore, He was mixed with N 2 gas and ejected from an expansion type nozzle similar to the test example at a pressure of 5 atm and 6 atm to generate a gas cluster.
[0023]
FIG. 4 shows the He mixture ratio dependence of the N 2 cluster beam intensity of the N 2 / He mixed gas when the nozzle temperature is 300K. By mixing the He gas, a two-fold increase in beam intensity is observed compared to the case without mixing.
Example 2
FIG. 5 shows the mixing rate dependence of the beam intensity of the SF 6 gas cluster in the case of the SF 6 / He mixed gas when the nozzle temperature is 300K. The beam intensity became 11 × 10 −4 Torr by mixing about 85% He gas. This value is 70 times that when He is not mixed, and the strength is remarkably increased.
Example 3
FIG. 6 shows the mixing rate dependence of the N 2 cluster beam intensity of the N 2 / He mixed gas when the nozzle temperature is lowered. A beam intensity increase of 3 times or more is observed by mixing He gas and cooling the nozzle.
Example 4
FIG. 7 shows the dependence of the CO 2 gas cluster beam intensity on the mixing ratio in the case of a CO 2 / He mixed gas at a nozzle temperature of 300K.
[0024]
It can be seen that an increase in beam intensity can be obtained by mixing about 15% of He. This CO 2 gas cluster became cluster ions by ionization by electron beam irradiation.
Example 5
FIG. 8 shows the decelerated electric field spectrum of the cluster ion beam obtained by ionizing the SF 6 gas cluster beam obtained in Example 2 by electron beam irradiation.
[0025]
The supply pressure was 4000 Torr, and the mixing ratio of He gas was 5% by volume.
Even in a positive deceleration electric field, an ion current is observed, and it can be seen that a cluster ion beam of SF 6 is generated.
FIG. 9 shows the size distribution of SF 6 gas cluster ions obtained by differentiating the deceleration electric field spectrum shown in FIG. It can be seen that a cluster ion beam having a wide distribution with a maximum size of 1,500 and a maximum size of 5,500 is obtained.
[0026]
The size of the cluster ions was controlled by changing the diameter of the reduced portion of the nozzle (d 0 in FIG. 1). That is, in order to obtain a larger size cluster, control was performed by reducing the diameter of the nozzle reduction portion, and in order to obtain a small size cluster, the diameter of the nozzle reduction portion was increased.
Thus, the SF 6 gas cluster ion beam obtained by mixing the He gas was not observed when the He gas was not mixed.
[0027]
Further, by lowering the nozzle temperature to −30 ° C., a cluster ion beam intensity more than twice that at room temperature was obtained.
[0028]
【The invention's effect】
As described above in detail, the present invention enables efficient generation of gas clusters of gaseous substances at various normal temperatures and pressures, which has been difficult until now, and the practical use of gas cluster ion beams by their ionization is possible. It will be a thing.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating an expansion type nozzle.
FIG. 2 is a diagram showing the correlation between the pressure of various gases and the beam intensity of cluster generation when no rare gas is mixed.
FIG. 3 is a system configuration diagram illustrating a gas cluster and its ionization system.
FIG. 4 is a diagram showing the mixing ratio dependence of the beam intensity of an N 2 gas cluster in an N 2 / He mixed gas at a nozzle temperature of 300K.
FIG. 5 is a diagram showing the mixing ratio dependence of the beam intensity of SF 6 gas clusters in an SF 6 / He mixed gas at a nozzle temperature of 300K.
6 is a view similar to FIG. 4 at a nozzle temperature of 120K. FIG.
FIG. 7 is a diagram showing the mixing ratio dependence of the beam intensity of CO 2 gas clusters in a CO 2 / He mixed gas at a nozzle temperature of 300K.
FIG. 8 is a decelerated electric field spectrum diagram of an SF 6 cluster ion beam.
FIG. 9 is a diagram showing the size distribution of SF 6 gas cluster ions.

Claims (5)

−30℃以下に冷却した膨張ノズル部において、常温常圧で気体状の物質と希ガスとを混合した加圧ガスを噴出させて、前記気体状物質の塊状原子集団または分子集団からなるガスクラスターを生成させることを特徴とするガスクラスターの形成方法。 In an expansion nozzle section cooled to −30 ° C. or less, a pressurized gas in which a gaseous substance and a rare gas are mixed at normal temperature and normal pressure is ejected to form a gas cluster composed of a massive atomic group or molecular group of the gaseous substance A method for forming a gas cluster, wherein 希ガスがHeである請求項1の方法。The method of claim 1 , wherein the noble gas is He. 気体状物質が2種類以上のものであって、これら複数種の物質のガスクラスターを生成させる請求項1または2の方法。The method according to claim 1 or 2 , wherein the gaseous substances are two or more kinds, and a gas cluster of these plural kinds of substances is generated. 請求項1ないし3のいずれかの方法により生成されたガスクラスターをイオン化することを特徴とするガスクラスターイオンの形成方法。A method for forming gas cluster ions, comprising ionizing a gas cluster generated by the method according to claim 1 . 電子線照射によりイオン化する請求項4の方法。The method according to claim 4 , wherein ionization is performed by electron beam irradiation.
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