JP5606002B2

JP5606002B2 - ガスクラスターイオンビーム照射装置及びガスクラスターイオンビーム照射方法

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Publication number: JP5606002B2
Application number: JP2009072103A
Authority: JP
Inventors: 耕治木谷; 中村　　聡; 嘉則杉浦; 洋一福宮; 哲郎齊藤; 辰美庄司
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Priority date: 2009-03-24
Filing date: 2009-03-24
Publication date: 2014-10-15
Anticipated expiration: 2029-03-24
Also published as: JP2010225442A

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及びガスクラスターイオンビーム照射方法に関するものである。

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。

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。

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。

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。

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）。

米国特許第６４８６４７８号明細書

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。

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。

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及びガスクラスターイオンビーム照射方法を提供することにある。

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、開口部を有する第１の真空容器と、前記第１の真空容器とは別体に形成され、前記イオン化部が内部に配置され、開口部を有する第２の真空容器とを有し、前記第１の真空容器の開口部と前記第２の真空容器の開口部とが接続された真空チャンバーと、前記第１の真空容器の内部に配置され、前記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、前記ノズルから生成された前記クラスターを前記第２の真空容器の開口部に向かわせるスキマーと、前記第２の真空容器内の圧力を測定する真空計と、前記真空計の測定結果に基づいて前記スキマーを移動可能な調整機構と、を備えたことを特徴とするものである。
また、本発明は、クラスターを生成するノズルと、前記クラスターをイオン化して加速するイオン化部と、前記ノズルが内部に配置され、開口部を有する第１の真空容器、及び前記第１の真空容器とは別体に形成され、前記イオン化部が内部に配置され、開口部を有する第２の真空容器を有し、前記第１の真空容器の開口部と前記第２の真空容器の開口部とが接続された真空チャンバーと、前記ノズルに対向して配置され、前記ノズルから生成された前記クラスターを前記第２の真空容器の開口部に向かわせるスキマーと、を備えたガスクラスターイオンビーム照射装置を用いて、ターゲットに前記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方法において、前記第２の真空容器内の圧力を測定する測定工程と、前記測定工程による測定結果に基づいて前記スキマーの位置を調整する調整工程と、を備えたことを特徴とするものである。

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。

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。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。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。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。

以下、本発明を実施するための形態を図面を参照しながら詳細に説明する。

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係るガスクラスターイオンビーム照射装置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。

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_２，Ｏ_２，Ｎ_２，ＮＯ，ＮＯ_２，ＮＨ_３，ＳＦ_６，ＣＦ_４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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

［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。

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。

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。

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。

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。

［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。

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。

［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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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４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４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。

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。

また、上記第４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。

また、上記第１〜第３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４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。

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

Claims

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、
開口部を有する第１の真空容器と、前記第１の真空容器とは別体に形成され、前記イオン化部が内部に配置され、開口部を有する第２の真空容器とを有し、前記第１の真空容器の開口部と前記第２の真空容器の開口部とが接続された真空チャンバーと、
前記第１の真空容器の内部に配置され、前記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、前記ノズルから生成された前記クラスターを前記第２の真空容器の開口部に向かわせるスキマーと、
前記第２の真空容器内の圧力を測定する真空計と、
前記真空計の測定結果に基づいて前記スキマーを移動可能な調整機構と、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。
前記調整機構は、前記スキマーを固定したプレートと、前記プレートを支持するステージと、前記ステージを移動させるマイクロメータと、を有することを特徴とする請求項１に記載のガスクラスターイオンビーム照射装置。
前記マイクロメータが手動式であることを特徴とする請求項２に記載のガスクラスターイオンビーム照射装置。
前記マイクロメータの操作量を制御する制御装置を備え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。
前記第１の真空容器の開口部と前記第２の真空容器の開口部とを接続するためのベローズを備えたことを特徴とする請求項１乃至４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。
前記真空計は、ダイヤフラム型圧力計又はピエゾゲージである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。
クラスターを生成するノズルと、前記クラスターをイオン化して加速するイオン化部と、前記ノズルが内部に配置され、開口部を有する第１の真空容器、及び前記第１の真空容器とは別体に形成され、前記イオン化部が内部に配置され、開口部を有する第２の真空容器を有し、前記第１の真空容器の開口部と前記第２の真空容器の開口部とが接続された真空チャンバーと、前記ノズルに対向して配置され、前記ノズルから生成された前記クラスターを前記第２の真空容器の開口部に向かわせるスキマーと、を備えたガスクラスターイオンビーム照射装置を用いて、ターゲットに前記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方法において、
前記第２の真空容器内の圧力を測定する測定工程と、
前記測定工程による測定結果に基づいて前記スキマーの位置を調整する調整工程と、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方法。
前記スキマーは、プレートに固定され、
前記調整工程では、前記プレートを移動して前記スキマーの位置を調整することを特徴とする請求項７に記載のガスクラスターイオンビーム照射方法。
前記調整工程では、前記圧力が最も高くなるように前記スキマーの位置を調整することを特徴とする請求項７または８に記載のガスクラスターイオンビーム照射方法。