电荷粒子分选装置以及电荷粒子照射装置

摘要

本发明要解决的问题是提供可使离子化的气体团簇适当地发生偏转的电荷粒子分选装置以及电荷粒子照射装置。本发明通过提供下述用于分选离子化的气体团簇的电荷粒子分选装置来解决上述问题。该电荷粒子分选装置包括：电场施加部，所述电场施加部沿所述气体团簇的前进方向排列，用于施加电场；以及狭缝，用于分选所述气体团簇；所述电场施加部由两片电极构成，通过向所述电极施加交流电压来使离子化的气体团簇发生偏转，其中所述电极具有开口部或间隙。

权利要求

1.一种电荷粒子分选装置，用于分选离子化的气体团簇，其特征在于，包括：电场施加部，所述电场施加部沿所述气体团簇的前进方向排列，用于施加电场；以及狭缝，用于分选所述气体团簇，所述电场施加部由两片电极构成，通过向所述电极施加交流电压来使离子化的气体团簇发生偏转，其中，所述电极具有开口部或间隙，

所述电极的开口部或间隙被设置在与所述离子化的气体团簇的前进方向垂直的方向上，所述电极通过沿所述离子化的气体团簇的前进方向排列多个导电棒而构成，所述导电棒沿着与所述离子化的气体团簇的前进方向垂直的方向延伸，在将构成所述电极的导体棒的间距设为P、将所述电极之间的间隔设为D的情况下，D/P的值大于1。

2.如权利要求1所述的电荷粒子分选装置，其特征在于，设置有多个所述电场施加部。

3.一种电荷粒子照射装置，其特征在于，包括：气体团簇生成部，其生成气体团簇；

离子化电极，其将所述气体团簇离子化；

加速电极，用于加速所述离子化了的气体团簇；以及权利要求1所述的电荷粒子分选装置，用于在所述加速了的离子化的气体团簇中分选出预定价数的离子化的气体团簇，并且，所述电荷粒子照射装置向部件照射从所述电荷粒子分选装置射出的离子化的气体团簇。

说明书

电荷粒子分选装置以及电荷粒子照射装置

技术领域

[0001] 本发明涉及电荷粒子分选装置以及电荷粒子照射装置。

背景技术

[0002] 由多个原子等凝聚而成的气体团簇表示出特别的物理化学特性，而且这种气体团簇在较广领域中的用途当前也正在讨论。即，由气体团簇构成的团簇离子束适用于以往难度较大的、在距固体表面深几纳米的区域进行离子注入、表面加工以及薄膜形成的处理中。

[0003] 在气体团簇产生装置中，通过接受加压气体的施加，可产生原子数目为几百到几千的团簇。在气体团簇产生装置中，所产生的团簇中的原子数目是随机的，因此气体团簇的质量偏差大，从而实际应用时需要基于气体团簇的质量来进行分选。

[0004] 因此，已提出将产生的团簇离子化并基于质量进行分选的方法。

[0005] 专利文献1：日本专利文献特开2005-71642号公报。

发明内容

[0006] 引用文献1中记载的离子化的团簇的分选方法是通过向电极施加电场来分选离子化的团簇的方法，但通常这样的电极是通过将两片平板状电极相向设置而构成的。

[0007] 如此构成的电极在没有设置排气系统等的情况下没有问题，但在具有排气系统等的情况下会对排气产生影响，从而在设置有电极的区域的附近和没有设置电极的区域的附近之间产生压力差，导致离子化的团簇的特性发生变化。

[0008] 另外，存在团簇撞击电极的情况，在此情况下，有时撞击后的团簇分解，导致电极间的压力上升，从而对离子化的团簇的顺利分选产生不良影响。

[0009] 本发明就是鉴于上述问题而完成的，其目的在于，提供一种可按质量或被离子化的价数来良好地分选离子化的团簇的电荷粒子分选装置以及电荷粒子照射装置。

[0010] 本发明是一种用于分选离子化的气体团簇的电荷粒子分选装置，其特征在于，包括：电场施加部，所述电场施加部沿所述气体团簇的前进方向排列，用于施加电场；以及狭缝，用于分选所述气体团簇，所述电场施加部由两片电极构成，通过向所述电极施加交流电压来使离子化的气体团簇发生偏转；其中，所述电极具有开口部或间隙。

[0011] 另外，本发明的特征在于，所述电极的开口部或间隙被设置在与所述离子化的气体团簇的前进方向垂直的方向上。

[0012] 另外，本发明的特征在于，所述电极通过沿所述离子化的气体团簇的前进方向排列多个导电棒而构成，所述导电棒沿着与所述离子化的气体团簇的前进方向垂直的方向延伸。

[0013] 另外，本发明的特征在于，在将构成所述电极的导体棒的间距设为P、将所述电极之间的间隔设为D的情况下，D/P的值大于或等于1。

[0014] 另外，本发明的特征在于，所述电极被形成为网孔状。

[0015] 另外，本发明的特征在于，设置有多个所述电场施加部。

[0016] 另外，本发明是一种电荷粒子照射装置，其特征在于，包括：气体团簇生成部，其生成气体团簇；离子化电极，其将所述气体团簇离子化；加速电极，用于加速所述离子化了的气体团簇；以及前面所述的电荷粒子分选装置，用于在所述加速了的离子化的气体团簇中分选出预定价数的离子化的气体团簇；并且，所述电荷粒子照射装置向部件照射从所述电荷粒子分选装置射出的离子化的气体团簇。

[0017] 根据本发明，能够提供可按质量或被离子化的价数来良好地分选离子化的团簇的电荷粒子分选装置以及电荷粒子照射装置。

附图说明

[0018] 图1是本发明的电荷粒子照射装置的结构图；

[0019] 图2是第一实施方式中的电荷粒子分选装置的结构图；

[0020] 图3是第一实施方式中的电荷粒子分选装置的电极的立体图；

[0021] 图4的(a)和(b)是第一实施方式中的电荷粒子分选装置的电极的结构图；

[0022] 图5是第一实施方式中的电极的电场分布图(1)；

[0023] 图6是第一实施方式中的电极的电场分布图(2)；

[0024] 图7是第一实施方式中的电极的电场分布图(3)；

[0025] 图8是第一实施方式中的电极的电场分布图(4)；

[0026] 图9是第二实施方式中的电荷粒子分选装置的电极的立体图；

[0027] 图10是第三实施方式中的电荷粒子分选装置的结构图(1)；

[0028] 图11是第三实施方式中的电荷粒子分选装置的结构图(2)；

[0029] 图12是第三实施方式中的电荷粒子分选装置的结构图(3)。

具体实施方式

[0030] 下面对用于实施本发明的方式进行说明。

[0031] [第一实施方式]

[0032] (电荷粒子分选装置以及电荷粒子照射装置)

[0033] 对第一实施方式进行说明。本实施方式涉及对产生的气体团簇进行分选的电荷粒子分选装置、以及将通过电荷粒子分选装置分选出的电荷粒子照射到基板等上的电荷粒子照射装置。

[0034] 基于图1，对本实施方式的电荷粒子照射装置进行说明。本实施方式中的电荷粒子照射装置包括：生成气体团簇的喷嘴部11、离子化电极12、加速电极13、以及团簇分选部14。另外，团簇分选部14相当于本实施方式的电荷粒子分选装置。

[0035] 在喷嘴部11中通过被压缩的气体而生成气体团簇。具体地说，以高压状态被提供到喷嘴部11中的气体从喷嘴部11喷出，由此生成气体团簇。此时所使用的气体是氧气和氦气等气体，优选常温下呈气体状态的气体。

[0036] 如此通过提供氦气等而生成氦气的气体团簇，但生成的气体团簇的原子数目不是固定的，可生成各种原子数目的气体团簇。

[0037] 在离子化电极12中对生成的气体团簇进行离子化。由此，生成的气体团簇被离子化，但是，被离子化的价数不是固定的，可生成被离子化成1价、2价、3价等的气体团簇。

[0038] 接着，离子化的气体团簇通过加速电极13而被加速。此时，气体团簇以与构成气体团簇的原子数目的平方根、即质量的平方根成反比的速度被加速。另外，以与被离子化的价数的平方根成正比的速度被加速。

[0039] 接着，在团簇分选部14中根据气体团簇被离子化的价数而分选气体团簇。在本实施方式中，能够仅分选出1价的离子化的气体团簇15。

[0040] 在本实施方式中，对按照价数分选离子化的气体团簇15的方法进行说明，但也可以利用同样的装置结构，按照质量对离子化的气体团簇15进行分选。

[0041] 基于图2，对团簇分选部14进行说明。图2是本实施方式中的团簇分选部14的结构图。

[0042] 本实施方式的团簇分选部14具有1组电场施加部21、狭缝24以及电源25。

[0043] 电场施加部21由电极22和23构成，通过在电极22和电极23之间施加电压而使电极22和23之间产生电场。

[0044] 由电源25进行电压的施加，交流电压被施加到各个电极上。相对于电极22，电极23被施加相位反转了180°的反相电压。施加的电压的频率以及电压值可通过电源25来调节。

[0045] 另外，狭缝24具有开口部24a，开口部24a可使通过了电场施加部21的粒子中通过电场施加部21发生了偏转的粒子通过，沿直线前进的粒子由于如虚线箭头所示无法通过狭缝24的开口部24a而被阻挡。因此，在团簇分选部14中能够仅分选出如实线箭头所示被电场施加部21偏转了的气体团簇。

[0046] 如图3所示，在本实施方式中，构成电场施加部21的电极22和23通过排列多个导体棒构成，导体棒由金属等导电性材料构成。图3是电场施加部21的立体图，图4的(a)是电场施加部21的侧面图，图4的(b)是电场施加部21的顶视图。离子化的团簇向箭头A所示的方向前进。构成电场施加部21的电极22和23被构成为多个导体棒22a和23a大致平行地排列的结构。导体棒22a被配置成导体棒22a的延伸方向与作为离子化的团簇的前进方向的箭头A所示的方向大致垂直，并沿着箭头A所示的方向排列。同样地，导体棒23a被配置成导体棒23a的延伸方向与作为离子化的团簇的前进方向的箭头A所示的方向大致垂直，并沿着箭头A所示的方向排列。通过如此配置导体棒22a和23a，能够在预定的条件下使电极22和电极23之间的电场分布基本均匀。

[0047] 这里，对导电棒22a和23a的配置和电场分布的关系进行说明。具体来说，如图4所示，对电场分布状态的调查结果进行说明，其中，将构成电极22的多个导体棒22a被排列的间隔设为P、将电极22和电极23的间隔设为D。构成电极23的多个导体棒23a被排列的间隔也为与电极22相同的间隔P。

[0048] 图5示出了在具有排列导电棒22a和23a以使D/P值为0.5的结构的电极22和电极23中向一个电极施加正极电压、并向另一电极施加负极电压的情况下的电场分布。如图所示，电场分布在电极22和电极23之间发生紊乱，难以使离子化的团簇适当地发生偏转。

[0049] 图6示出了在具有排列导电棒22a和23a以使D/P值为1的结构的电极22和电极23中向一个电极施加正极电压、并向另一电极施加负极电压情况下的电场分布。此时也与图5同样，电场分布在电极22和电极23之间发生紊乱，难以使离子化的团簇适当地发生偏转。

[0050] 图7示出了在具有排列导电棒22a和23a以使D/P值为2的结构的电极22和电极23中向一个电极施加正极电压、并向另一电极施加负极电压情况下的电场分布。如图所示，电场分布在电极22和电极23之间基本均匀地分布，能够使离子化的团簇适当地发生偏转。

[0051] 图8示出了在具有排列导电棒22a和23a以使D/P值为2.5的结构的电极22和电极23中向一个电极施加正极电压、并向另一电极施加负极电压情况下的电场分布。如图所示，电场分布在电极22和电极23之间更加均匀地分布，能够使离子化的团簇适当地发生偏转。

[0052] 从以上结果可知，如果D/P值大于或等于1，则能够使电极间的电场分布均匀，从而能够使离子化团簇适当地发生偏转。

[0053] 另外，在本实施方式中，由于电极22和23具有将各个导体棒22a和23a分别以预定的间隔配置的结构，因此即使在附近具有排气系统，气流也能够从导体棒22a之间或导体棒23a之间排出。因此，即使在设置有电极22和23的情况下，也几乎不影响被排出的气流，从而不会对离子化的团簇的偏转特性产生不良影响。

[0054] [第二实施方式]

[0055] 接着，对第二实施方式进行说明。在本实施方式中，将构成第一实施方式中的团簇分选部14的电场施加部的电极形成为网孔状。

[0056] 图9示出本实施方式的电场施加部中的电极的结构。本实施方式中的电场施加部由将细铜丝等纵横排列而成的网孔状电极32和33构成，通过向电极32和33施加电压而使电极32和33之间产生电场分布。

[0057] 在本实施方式中，构成为网孔状的电极32和33具有开口部，即使在电极32和33的附近具有排气系统等，也由于气流能够流过该开口部而不会阻挡排气等的气流，从而不会对离子化团簇的偏转特性产生不良影响。

[0058] 本实施方式中的电场施加部能够与第一实施方式中的电场施加部21同样地使用，由此能够获得分选气体团簇的电荷粒子分选装置以及电荷粒子照射装置。

[0059] [第三实施方式]

[0060] 接着，对第三实施方式进行说明。本实施方式是具有多个电场施加部的电荷粒子分选装置以及电荷粒子照射装置，其中，电场施加部由第一实施方式中的电极或者第二实施方式中的电极构成。

[0061] 图10示出了本实施方式中的电荷粒子分选装置的结构。该电荷粒子装置具有两个电场施加部41、42、狭缝43以及电源44。

[0062] 电场施加部41由电极51和52构成，通过在电极51和电极52之间施加电压而产生电场。电场施加部42由电极53和54构成，通过在电极53和电极54之间施加电压而产生电场。

[0063] 由电源44进行电压的施加，交流电压被施加到各个电极上。电极51和54被电连接，并且电极52和53被电连接。相对于电极51和54，电极52和53被施加相位反转了180°的反相电压。施加的电压的频率以及电压值可通过电源44来调节。另外，狭缝43具有开口部43a，开口部43a可使通过了2组电场施加部41、42的粒子中沿直线前进方向前进的粒子通过。

[0064] 在该电荷粒子分选装置中，电极51、52、53以及54被构成为第一实施方式中的排列了多个导体棒的结构、或者第二实施方式中的网孔状。

[0065] 通过这样的结构，被电场施加部41和42偏转了的粒子如虚线箭头所示由于无法通过狭缝43的开口部43a而被阻挡。因此，在该电荷粒子装置中，能够仅分选出如实线箭头所示沿直线前进方向前进的团簇。

[0066] 接着，图11示出了本实施方式中的电荷粒子分选装置的另一结构。该电荷粒子装置具有3个电场施加部61、62和63、狭缝64以及电源65。

[0067] 电场施加部61由电极71和72构成，通过在电极71和电极72之间施加电压而产生电场。电场施加部62由电极73和74构成，通过在电极73和电极74之间施加电压而产生电场。电场施加部63由电极75和76构成，通过在电极75和电极76之间施加电压而产生电场。

[0068] 由电源65进行电压的施加，交流电压被施加到各个电极上。电极71、74和75被电连接，并且电极72、73和76被电连接。相对于电极71、74和75，电极72、73和76被施加相位反转了180°的反相电压。施加的电压的频率以及电压值可通过电源65来调节。另外，狭缝64具有开口部64a，开口部64a可使通过了3组电场施加部61、62和63的粒子中沿直线前进方向前进的粒子通过。

[0069] 在该电荷粒子分选装置中，电极71、72、73、74、75以及76被构成为第一实施方式中的排列了多个导体棒的结构、或者第二实施方式中的网孔状。

[0070] 通过这样的结构，被电场施加部61、62和63偏转了的粒子如虚线箭头所示由于无法通过狭缝64的开口部64a而被阻挡。因此，在该电荷粒子装置中，能够仅分选出如实线箭头所示沿直线前进方向前进的团簇。

[0071] 接着，图12示出了本实施方式中的电荷粒子分选装置的又一结构。该电荷粒子装置具有4个电场施加部81、82、、83、84、狭缝84以及电源85。

[0072] 电场施加部81由电极91和92构成，通过在电极91和电极92之间施加电压而产生电场。电场施加部82由电极93和94构成，通过在电极93和电极94之间施加电压而产生电场。电场施加部83由电极95和96构成，通过在电极95和电极96之间施加电压而产生电场。电场施加部84由电极97和98构成，通过在电极97和电极98之间施加电压而产生电场。

[0073] 由电源86进行电压的施加，交流电压被施加到各个电极上。电极91、94、95和98被电连接，并且电极92、93、96和97被电连接。相对于电极91、94、95和98，电极92、93、96和97被施加相位反转了180°的反相电压。施加的电压的频率以及电压值可通过电源86来调节。另外，狭缝85具有开口部85a，开口部85a可使通过了4组电场施加部81、82、83和84的粒子中沿直线前进方向前进的粒子通过。

[0074] 在该电荷粒子分选装置中，电极91、92、93、94、95、96、97和98被构成为第一实施方式中的排列了多个导体棒的结构、或者第二实施方式中的网孔状。

[0075] 通过这样的结构，被电场施加部81、82、83和84偏转了的粒子如虚线箭头所示由于无法通过狭缝85的开口部85a而被阻挡。因此，在该电荷粒子装置中，能够仅分选出如实线箭头所示沿直线前进方向前进的团簇。

[0076] 在本实施方式中，即使在设置多个电场施加部、即形成了较多电极的情况下，也不会影响排气等的气流，从而能够使离子化的团簇适当地偏转。

[0077] 以上对本发明的实施方式进行了说明，但上述内容不是用来限定发明的内容的。