專利名稱：電荷粒子分選裝置以及電荷粒子照射裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電荷粒子分選裝置以及電荷粒子照射裝置。
背景技術(shù)：
由多個原子等凝聚而成的氣體團(tuán)簇表示出特別的物理化學(xué)特性，而且這種氣體團(tuán) 簇在較廣領(lǐng)域中的用途當(dāng)前也正在討論。即，由氣體團(tuán)簇構(gòu)成的團(tuán)簇離子束適用于以往難 度較大的、在距固體表面深幾納米的區(qū)域進(jìn)行離子注入、表面加工以及薄膜形成的處理中。在氣體團(tuán)簇產(chǎn)生裝置中，通過接受加壓氣體的施加，可產(chǎn)生原子數(shù)目為幾百到幾 千的團(tuán)簇。在氣體團(tuán)簇產(chǎn)生裝置中，所產(chǎn)生的團(tuán)簇中的原子數(shù)目是隨機(jī)的，因此氣體團(tuán)簇的 質(zhì)量偏差大，從而實際應(yīng)用時需要基于氣體團(tuán)簇的質(zhì)量來進(jìn)行分選。因此，已提出將產(chǎn)生的團(tuán)簇離子化并基于質(zhì)量進(jìn)行分選的方法。專利文獻(xiàn)1 日本專利文獻(xiàn)特開2005-71642號公報。

發(fā)明內(nèi)容
但是，不僅按質(zhì)量分選離子化的團(tuán)簇，而且還希望按離子化的價數(shù)來進(jìn)行分選。這 是因為根據(jù)被離子化的氣體團(tuán)簇的價數(shù)而其用途等存在很大的差別，通過僅分選出期望價 數(shù)的氣體團(tuán)簇來使用，能夠以更高的效率進(jìn)行更精細(xì)的加工等。即，進(jìn)行實驗等的結(jié)果，在 比表面上所限定的區(qū)域更深的部分發(fā)現(xiàn)了離子痕跡，經(jīng)研究確認(rèn)了這是由于多價離子共存 而引起的。因此，為了在距固體表面深幾納米的區(qū)域穩(wěn)定地進(jìn)行離子注入、表面加工、薄膜 形成的處理，需要去除多價離子的氣體團(tuán)簇。另一方面，在氣體團(tuán)簇的用途中，有時從總處 理能力等方面來說優(yōu)選使用多價離子的氣體團(tuán)簇。并且，如果還能夠去除在生成氣體團(tuán)簇 時所產(chǎn)生的高速中性束則更佳。本發(fā)明就是鑒于上述問題而完成的，其目的在于，提供一種可按價數(shù)分選離子化 的團(tuán)簇的電荷粒子分選裝置以及電荷粒子照射裝置。本發(fā)明是一種用于分選離子化的氣體團(tuán)簇的電荷粒子分選裝置，其特征在于，包 括三個以上電場施加部，所述三個以上電場施加部沿所述氣體團(tuán)簇的前進(jìn)方向排列，用于 施加電場；以及狹縫，用于分選所述氣體團(tuán)簇；其中，所述電場施加部由兩片電極構(gòu)成，并 通過向所述電極施加交流電壓來使離子化的氣體團(tuán)簇發(fā)生偏轉(zhuǎn)，相鄰的所述電場施加部被 施加不同相位的交流電壓，所述狹縫在所述氣體團(tuán)簇入射的方向的延長線上具有開口部。另外，本發(fā)明是一種用于分選離子化的氣體團(tuán)簇的電荷粒子分選裝置，其特征在 于，包括三個以上電場施加部，所述三個以上電場施加部沿所述氣體團(tuán)簇的前進(jìn)方向排 列，用于施加電場；以及狹縫，用于分選所述氣體團(tuán)簇；其中，所述電場施加部由兩片電極 構(gòu)成，并通過向所述電極施加交流電壓來使離子化的氣體團(tuán)簇發(fā)生偏轉(zhuǎn)，相鄰的所述電場 施加部被施加不同相位的交流電壓，所述狹縫具有使得經(jīng)所述電場施加部偏轉(zhuǎn)后的所述氣 體團(tuán)簇通過的開口部。另外，本發(fā)明是一種用于分選離子化的氣體團(tuán)簇的電荷粒子分選裝置，其特征在于，包括電場施加部，所述電場施加部沿所述氣體團(tuán)簇的前進(jìn)方向排列，用于施加電場； 以及狹縫，用于分選所述氣體團(tuán)簇；其中，所述電場施加部由兩片電極構(gòu)成，并且，所述電場 施加部具有交流電場施加部和直流電場施加部，并通過向所述電極施加在直流電壓上疊加 交流電壓而得的電壓來使離子化的氣體團(tuán)簇發(fā)生偏轉(zhuǎn)，所述直流電壓是在所述直流電場施 加部中產(chǎn)生的，所述交流電壓是在所述交流電場施加部中產(chǎn)生的，相鄰的所述電場施加部 被施加不同相位的交流電壓，所述狹縫具有使得經(jīng)所述電場施加部偏轉(zhuǎn)后的所述氣體團(tuán)簇 通過的開口部。另外，本發(fā)明的特征在于，所述交流電壓具有以下頻率，所述頻率僅使得構(gòu)成所述 氣體團(tuán)簇的原子數(shù)相同的氣體團(tuán)簇中的預(yù)定價數(shù)的所述氣體團(tuán)簇通過所述狹縫的開口部。另外，本發(fā)明的特征在于，所述預(yù)定的價數(shù)是1價。另外，本發(fā)明的特征在于，相鄰的所述電場施加部的電極被施加相位彼此相差 180°的電壓。另外，本發(fā)明的特征在于，所述電場施加部的數(shù)目是3或4。另外，本發(fā)明的特征在于，包括氣體團(tuán)簇生成部，其生成氣體團(tuán)簇；離子化電極， 其將所述氣體團(tuán)簇離子化；加速電極，用于加速所述離子化了的氣體團(tuán)簇；以及上述的電 荷粒子分選裝置，用于在所述加速了的離子化的氣體團(tuán)簇中分選出預(yù)定價數(shù)的離子化的氣 體團(tuán)簇；并且，本發(fā)明向部件照射從所述電荷粒子分選裝置射出的離子化的氣體團(tuán)簇。根據(jù)本發(fā)明，能夠提供可按價數(shù)分選離子化的團(tuán)簇的電荷粒子分選裝置以及電荷 粒子照射裝置。


圖1是本發(fā)明中的電荷粒子照射裝置的結(jié)構(gòu)圖；圖2是第一實施方式中的電荷粒子分選裝置的結(jié)構(gòu)圖；圖3是電場施加部為一個時的θ工與離子化的團(tuán)簇的偏轉(zhuǎn)角的相關(guān)圖；圖4是電場施加部為兩個時的θ工與離子化的團(tuán)簇的偏轉(zhuǎn)角的相關(guān)圖；圖5是電場施加部為三個時的θ工與離子化的團(tuán)簇的偏轉(zhuǎn)角的相關(guān)圖；圖6是第二實施方式中的電荷粒子分選裝置的結(jié)構(gòu)圖；圖7是第三實施方式中的電荷粒子分選裝置的結(jié)構(gòu)圖；圖8是為電場施加部為四個時的θ工與離子化的團(tuán)簇的偏轉(zhuǎn)角的相關(guān)圖；圖9是第四實施方式中的電荷粒子分選裝置的結(jié)構(gòu)圖；圖10是第五實施方式中的電荷粒子分選裝置的結(jié)構(gòu)圖；圖11是第六實施方式中的電荷粒子分選裝置的結(jié)構(gòu)圖；圖12是第七實施方式中的電荷粒子分選裝置的結(jié)構(gòu)圖；圖13是第八實施方式中的電荷粒子分選裝置的結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式下面對用于實施本發(fā)明的方式進(jìn)行說明。[第一實施方式](電荷粒子分選裝置以及電荷粒子照射裝置)
對第一實施方式進(jìn)行說明。本實施方式涉及對產(chǎn)生的氣體團(tuán)簇進(jìn)行分選的電荷粒 子分選裝置以及將通過電荷粒子分選裝置分選出的電荷粒子照射到基板等上的電荷粒子 照射裝置。基于圖1，對本實施方式的電荷粒子照射裝置進(jìn)行說明。本實施方式中的電荷粒子照射裝置包括生成氣體團(tuán)簇的噴嘴部11、離子化電極 12、加速電極13、以及團(tuán)簇分選部14。另外，團(tuán)簇分選部14相當(dāng)于本實施方式的電荷粒子 分選裝置。在噴嘴部11中通過被壓縮的氣體而生成氣體團(tuán)簇。具體地說，以高壓狀態(tài)被提供 到噴嘴部11中的氣體從噴嘴部11噴出，由此生成氣體團(tuán)簇。此時所使用的氣體是氧氣和 氦氣等氣體，優(yōu)選常溫下呈氣體狀態(tài)的氣體。如此，通過提供氦氣等而生成氦氣的氣體團(tuán)簇，但生成的氣體團(tuán)簇中的原子數(shù)不 是固定的，可生成各種原子數(shù)目的氣體團(tuán)簇。在離子化電極12中對生成的氣體團(tuán)簇進(jìn)行離子化。由此，生成的氣體團(tuán)簇被離子 化，但是，被離子化的價數(shù)不是固定的，可生成被離子化成1價、2價、3價等的氣體團(tuán)簇。接著，離子化的氣體團(tuán)簇通過加速電極13而被加速。此時，氣體團(tuán)簇以與構(gòu)成氣 體團(tuán)簇的原子數(shù)目的平方根、即質(zhì)量的平方根成反比的速度被加速。并且以與離子化后的 價數(shù)的平方根成正比的速度被加速。接著，在團(tuán)簇分選部14中根據(jù)氣體團(tuán)簇被離子化的價數(shù)而分選氣體團(tuán)簇。在本實 施方式中，能夠僅分選出1價的離子化的氣體團(tuán)簇15?；趫D2，對團(tuán)簇分選部14進(jìn)行說明。圖2是本實施方式中的團(tuán)簇分選部14的結(jié) 構(gòu)圖。本實施方式的團(tuán)簇分選部14具有3組電場施加部21、22和23、狹縫24以及電源 25。電場施加部21由電極21a和21b構(gòu)成，通過在電極21a和電極21b之間施加電壓 而產(chǎn)生電場。電場施加部22由電極22a和電極22b構(gòu)成，通過在電極22a和電極22b之間 施加電壓而產(chǎn)生電場。電場施加部23由電極23a和電極23b構(gòu)成，通過在電極23a和電極 23b之間施加電壓而產(chǎn)生電場。由電源25進(jìn)行電壓的施加，交流電壓被施加到各個電極上。電極21a、22b以及 23a被電連接，并且電極21b、22a以及23b被電連接。相對于電極21a、22b以及23a，電極 21b、22a以及23b被施加相位反轉(zhuǎn)了 180°的反相電壓。施加的電壓的頻率以及電壓值可 通過電源25來調(diào)節(jié)。另外，狹縫24具有開口部24a，開口部24a可使通過了 3組電場施加部21、22和 23的粒子中沿直線前進(jìn)方向行進(jìn)的粒子通過，在3組電場施加部21、22和23中發(fā)生偏轉(zhuǎn)的 粒子如虛線箭頭所示那樣由于無法通過狹縫24的開口部24a而可被阻擋。由此，在團(tuán)簇分 選部14中能夠只分選并獲得如實線箭頭所示那樣沿直線前進(jìn)方向行進(jìn)的氣體團(tuán)簇。如上所述，在本實施方式中，通過向電極21a、22b以及23a與電極21b、22a以及 23b之間施加預(yù)定頻率的電壓，來分選期望價數(shù)的氣體團(tuán)簇。(氣體團(tuán)簇的偏轉(zhuǎn))接著，對被離子化的氣體團(tuán)簇的偏轉(zhuǎn)進(jìn)行說明。
具體地說，在假定式(1)的情況下，對θ工與氣體團(tuán)簇的偏轉(zhuǎn)角進(jìn)行說明。其中， ω是由電源25施加的電壓的角頻率，被施加的電壓的頻率f為式(2)所示。θ i = ω 1/νο ......(1)f = ω/2 π......(2)另外，1是偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的長度、即電極的長度，是沿氣體團(tuán)簇的前進(jìn)方向的方向上的 各個電極的長度之和。另外，νο是氣體團(tuán)簇的速度。圖3 圖5中示出了在電場施加部為1組、2組、3組的情況下的θ 與氣體團(tuán)簇 的偏轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系。其中示出了 1為0. lm、氣體團(tuán)簇的團(tuán)簇大小為1000原子/團(tuán)簇、并 且以IOkV對氣體團(tuán)簇進(jìn)行加速后的情況。另外，構(gòu)成氣體團(tuán)簇的原子是氦。圖3示出了電場施加部為1組、即在1組電極情況下的θ工與氣體團(tuán)簇的偏轉(zhuǎn)角 之間的關(guān)系。如圖所示，1價、2價、3價的氣體團(tuán)簇各自的偏轉(zhuǎn)角不同。但是，在電場施加部 為1組的情況下，各個價數(shù)下氣體團(tuán)簇的偏轉(zhuǎn)角穩(wěn)定的θ工范圍很窄，即使改變施加的頻率 也難以利用偏轉(zhuǎn)角完全分離1價、2價、3價的氣體團(tuán)簇。接著，圖4示出了電場施加部為2組、即在2組電極情況下的θ工與氣體團(tuán)簇的偏 轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系。2組電場施加部通過電源等被施加相位彼此相差180°的反相電壓。在 電場施加部為2組的情況下，雖然存在各個價數(shù)下氣體團(tuán)簇的偏轉(zhuǎn)角穩(wěn)定的θ工范圍，但每 個θ工范圍是不重疊的區(qū)域，即使改變頻率也難以利用偏轉(zhuǎn)角分離1價、2價、3價的氣體團(tuán) 簇用于實際應(yīng)用。在θ i為12 13左右、即大約130 140kHz的頻率下，1價的氣體團(tuán)簇的偏轉(zhuǎn) 角大約是0，但是2價、3價的氣體團(tuán)簇的偏轉(zhuǎn)角不穩(wěn)定，存在與1價的偏轉(zhuǎn)角之差較小的區(qū) 域。如上所述，與電場施加部為1組的情況相比，在電場施加部為2組的情況下雖然提高了 離子化的團(tuán)簇的按價數(shù)分解的分解性能，但仍存在難以實際應(yīng)用的問題。接著，圖5示出了電場施加部為3組、即在3組電極情況下的θ工與氣體團(tuán)簇的偏 轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系。該結(jié)構(gòu)是本實施方式中的氣體團(tuán)簇分選部14中的結(jié)構(gòu)，彼此相鄰的電場 施加部通過電源等被施加相位彼此相差180°的反相電壓。在電場施加部為3組的情況下， 各個價數(shù)下氣體團(tuán)簇的偏轉(zhuǎn)角穩(wěn)定的Q1范圍寬，并且每個θ工范圍存在重疊的區(qū)域。例如，在θ工為16左右、即大約170kHz的頻率下，1價的氣體團(tuán)簇的偏轉(zhuǎn)角大致是 0，而2價、3價的氣體團(tuán)簇發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，因此1價的氣體團(tuán)簇可利用偏轉(zhuǎn)角分離出。并且， 2價、3價的氣體偏轉(zhuǎn)角比較大。另外，Q1范圍也較大，能夠基本完全分離出1價的氣體團(tuán) 簇。如上所述，與電場施加部是1組的情況、是2組的情況相比，在電場施加部為3組的情 況下，進(jìn)一步提高了離子化的團(tuán)簇按價數(shù)分解的分解性能，從而提高了實用性。如上所述，在本實施方式中，通過電源25施加以使Q1成為16左右的頻率的電壓， 能夠使1價的氣體團(tuán)簇直線前進(jìn)，并使2價、3價的氣體團(tuán)簇發(fā)生偏轉(zhuǎn)。由此，在狹縫24中， 能夠僅使直線前進(jìn)的粒子通過，并使發(fā)生了偏轉(zhuǎn)的2價、3價的氣體團(tuán)簇被狹縫24阻擋。由 此，能夠僅分選并獲得1價的氣體團(tuán)簇。另外，在本實施方式中，對分選1價的氣體團(tuán)簇的情況進(jìn)行了說明，但是在電源25 中，通過改變所施加的電壓的頻率，也能夠根據(jù)用途來分選出2價的氣體團(tuán)簇或3價的氣體團(tuán)簇。[第二實施方式]
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接著，對第二實施方式進(jìn)行說明。本實施方式與第一實施方式同樣地具有3組電 場施加部。本實施方式是能夠僅分選出1價的離子化的氣體團(tuán)簇的電荷粒子分選裝置?；趫D6，對本實施方式中的團(tuán)簇分選部進(jìn)行說明。本實施方式中的團(tuán)簇分選部具有3組電源施加部31、32以及33、狹縫34以及電源 35。電場施加部31由電極31a和31b構(gòu)成，通過在電極31a和電極31b之間施加電壓 來產(chǎn)生電場。電場施加部32由電極32a和32b構(gòu)成，通過在電極32a和電極32b之間施加 電壓來產(chǎn)生電場。電場施加部33由電極33a和電極33b構(gòu)成，通過在電極33a和電極33b 之間施加電壓來產(chǎn)生電場。由電源35進(jìn)行電壓的施加，交流電壓被施加到各個電極上。電極31a、32b以及 33a被電連接，并且電極31b、32a以及33b被電連接。相對于電極31a、32b以及33a，電極 31b、32a以及33b被施加相位反轉(zhuǎn)了 180°的反相電壓。施加的電壓的頻率以及電壓值可 通過電源35來調(diào)節(jié)。另外，狹縫34具有開口部34a，開口部24a可使通過了 3組電場施加部31、32、以 及33的粒子中以預(yù)定的偏轉(zhuǎn)角偏轉(zhuǎn)了的粒子通過，在3組電場施加部31、32、以及33中沒 有以預(yù)定的偏轉(zhuǎn)角偏轉(zhuǎn)的粒子由于無法通過狹縫34的開口部34a而被阻擋。由此，在團(tuán)簇 分選部中能夠只分選并獲得以預(yù)定的偏轉(zhuǎn)角偏轉(zhuǎn)了的氣體團(tuán)簇。S卩，在本實施方式中，如圖5所示，通過電源35施加以使Q1成為8左右的頻率的 電壓，由此能夠使1價的氣體團(tuán)簇以大角度發(fā)生偏轉(zhuǎn)，并盡量使2價、3價的氣體團(tuán)簇不發(fā)生 偏轉(zhuǎn)。由此，將狹縫34配置在僅能夠使以預(yù)定大小的角度發(fā)生偏轉(zhuǎn)的粒子通過的位置，從 而能夠使實線箭頭所示的偏轉(zhuǎn)角大的1價的氣體團(tuán)簇通過狹縫34，并使虛線箭頭所示的偏 轉(zhuǎn)角小的2價、3價的氣體團(tuán)簇不通過狹縫34而被阻擋。由此，能夠僅分選出1價的氣體團(tuán) 簇。另外，在本實施方式中，由于直線前進(jìn)的粒子全都無法通過狹縫34，因此即使沒被離子 化的中性粒子也能夠通過狹縫34來阻擋。由此能夠防止中性粒子的混入，從而能夠僅得到 不包含中性粒子的離子化的1價的氣體團(tuán)簇。在本實施方式中，對分選1價的氣體團(tuán)簇的情況進(jìn)行了說明，但是在電源35中，通 過改變所施加的電壓的頻率，也能夠根據(jù)用途來分選出2價的氣體團(tuán)簇或3價的氣體團(tuán)簇。另外，本實施方式中的上述以外的內(nèi)容與第一實施方式的內(nèi)容相同，通過使用本 實施方式的電荷粒子分選裝置，能夠得到與第一實施方式所示的電荷粒子照射裝置同樣的 電荷粒子照射裝置。[第三實施方式]接著，對第三實施方式進(jìn)行說明。本實施方式具有4組電場施加部。本實施方式 是能夠僅分選出1價的離子化的氣體團(tuán)簇的電荷粒子分選裝置?；趫D7，對本實施方式中的團(tuán)簇分選部進(jìn)行說明。本實施方式中的團(tuán)簇分選部具 有4組電場施加部41、42、43和44、狹縫45以及電源46。電場施加部41由電極41a和41b構(gòu)成，通過在電極41a和電極41b之間施加電壓 來產(chǎn)生電場。電場施加部42由電極42a和電極42b構(gòu)成，通過在電極42a和電極42b之間 施加電壓來產(chǎn)生電場。電場施加部43由電極43a和43b構(gòu)成，通過在電極43a和電極43b 之間施加電壓來產(chǎn)生電場。電場施加部44由電極44a和44b構(gòu)成，通過在電極44a和電極
844b之間施加電壓來產(chǎn)生電場。由電源46進(jìn)行電壓的施加，交流電壓被施加在各個電極上。電極41a、42b、43a以 及44b被電連接，并且電極41b、42a、43b以及44b被電連接。相對于電極41a、42b、43a以 及44b，電極41b、42a、43b以及44a被施加相位反轉(zhuǎn)了 180°的反相電壓。施加的電壓的頻 率以及電壓值可通過電源46來調(diào)節(jié)。圖8示出了電場施加部為4組的情況下Q1與氣體團(tuán)簇的偏轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系。其 中示出了 1為0. lm、氣體團(tuán)簇的團(tuán)簇大小為1000原子/團(tuán)簇、并且用IOkV對氣體團(tuán)簇進(jìn)行 加速后的情況。另外，構(gòu)成氣體團(tuán)簇的原子是氦。該結(jié)構(gòu)是本實施方式中的氣體團(tuán)簇分選 部中的結(jié)構(gòu)，彼此相鄰的電場施加部通過電源等被施加相位相反的電壓。在電場施加部為4組的情況下，在θ i為18. 5左右、即在大約200kHz的頻率下， 1價的氣體團(tuán)簇的偏轉(zhuǎn)角大致為0，2價、3價的氣體團(tuán)簇發(fā)生偏轉(zhuǎn)，因此1價的氣體團(tuán)簇能 夠利用偏轉(zhuǎn)角而分離。如此，與電場施加部是3組的情況相比，在電場施加部為4組的情況 下，提高了離子化的團(tuán)簇按價數(shù)分解的分解性能。本實施方式是基于上述結(jié)果得出的，在本實施方式中，通過電源45施加以使Q1 成為18. 5左右的頻率的電壓，由此使1價的氣體團(tuán)簇直線前進(jìn)，并使2價、3價的氣體團(tuán)簇 發(fā)生偏轉(zhuǎn)。狹縫45具有開口部45a，開口部45a可使通過了 4組電場施加部41、42、43以及 44的粒子中沿直線前進(jìn)方向行進(jìn)的粒子通過，在4組電場施加部41、42、43以及44中發(fā)生 了偏轉(zhuǎn)的粒子由于無法通過狹縫45的開口部45a而被阻擋。由此，在狹縫45中，能夠僅使 如實線所示的直線前進(jìn)方向上的粒子通過，而阻擋如虛線箭頭所示發(fā)生了偏轉(zhuǎn)的2價、3價 的氣體團(tuán)簇。由此，能夠僅分選得到1價的氣體團(tuán)簇。在本實施方式中，對分選1價的氣體團(tuán)簇的情況進(jìn)行了說明，但是在電源46中，通 過改變要施加的電壓的頻率，也能夠根據(jù)用途來分選出2價的氣體團(tuán)簇或3價的氣體團(tuán)簇。另外，本實施方式中的上述以外的內(nèi)容與第一實施方式的內(nèi)容相同，通過使用本 實施方式的電荷粒子分選裝置，能夠得到與第一實施方式所示的電荷粒子照射裝置同樣的 電荷粒子照射裝置。[第四實施方式]接著，對第四實施方式進(jìn)行說明。本實施方式與第三實施方式同樣具有4組電場 施加部。本實施方式是能夠僅分選出1價的離子化的氣體團(tuán)簇的電荷粒子分選裝置?；趫D9，對本實施方式中的團(tuán)簇分選部進(jìn)行說明。本實施方式中的團(tuán)簇分選部具 有4組電場施加部51、52、53以及54、狹縫55以及電源56。電場施加部51由電極5Ia以及5Ib構(gòu)成，通過在電極5Ia和電極5Ib之間施加電 壓而產(chǎn)生電場。電場施加部52由電極52a和電極52b構(gòu)成，通過在電極52a和電極52b之 間施加電壓而產(chǎn)生電場。電極施加部53由電極3a和電極53b構(gòu)成，通過在電極53a和電 極53b之間施加電壓而產(chǎn)生電場。電場施加部54由電極54a和電極54b構(gòu)成，通過在電極 54a和電極54b之間施加電壓而產(chǎn)生電場。由電源56進(jìn)行電壓的施加，交流電壓被施加到各個電極上。電極51a、52b、53a以 及54b被電連接，并且電極51b、52a、53b以及54a被電連接。相對于電極51a、52b、53a以 及54b，電極51b、52a、53b以及54a被施加相位反轉(zhuǎn)了 180°的反相電壓。施加的電壓的頻
9率和電壓值可通過電源56來調(diào)節(jié)。另外，狹縫55具有開口部55a，開口部55a可使通過了 4組電場施加部51、52、53 以及54的粒子中以預(yù)定的偏轉(zhuǎn)角發(fā)生了偏轉(zhuǎn)的粒子通過，在4組電場施加部51、52、53以 及54中沒有以預(yù)定的偏轉(zhuǎn)角發(fā)生偏轉(zhuǎn)的粒子無法通過狹縫55的開口部55a而被阻擋。由 此，在團(tuán)簇分選部中，能夠僅分選得到以預(yù)定的偏轉(zhuǎn)角發(fā)生了偏轉(zhuǎn)的氣體團(tuán)簇。S卩，本實施方式如下構(gòu)成如圖8所示，通過電源56施加以使Q1成為11. 5左右 的頻率的電壓，由此能夠使1價的氣體團(tuán)簇以大角度發(fā)生偏轉(zhuǎn)，并盡量使2價、3價的氣體團(tuán) 簇不發(fā)生偏轉(zhuǎn)。由此，將狹縫55配置在僅能夠使以預(yù)定大小的角度發(fā)生偏轉(zhuǎn)的粒子通過的 位置，從而能夠使實線箭頭所示的偏轉(zhuǎn)角大的1價的氣體團(tuán)簇通過狹縫55，并使虛線箭頭 所示的偏轉(zhuǎn)角小的2價、3價的氣體團(tuán)簇不通過狹縫55而被阻擋。由此，能夠僅分選得到1 價的氣體團(tuán)簇。另外，在本實施方式中，由于直線前進(jìn)的粒子全都無法通過狹縫55，因此即 使沒被離子化的中性粒子也能夠通過狹縫55來阻擋。由此能夠防止中性粒子的混入，從而 能夠僅得到不包含中性粒子的離子化的1價的氣體團(tuán)簇。在本實施方式中，對分選1價的氣體團(tuán)簇的情況進(jìn)行了說明，但是在電源56中，通 過改變所施加的電壓的頻率，也能夠根據(jù)用途來分選出2價的氣體團(tuán)簇或3價的氣體團(tuán)簇。另外，本實施方式的上述以外的內(nèi)容與第一或第三實施方式的內(nèi)容相同，通過使 用本實施方式的電荷粒子分選裝置，能夠得到與第一實施方式所示的電荷粒子照射裝置同 樣的電荷粒子照射裝置。如上所述，通過設(shè)置三個以上的電場施加部，能夠按價數(shù)高效地分選離子化的氣 體團(tuán)簇。另外，通過增加電場施加部的數(shù)目，能夠提高離子化的氣體團(tuán)簇按價數(shù)分解的分解 性能。[第五實施方式]接著，對第五實施方式進(jìn)行說明。本實施方式是具有電源中還添加了直流偏置電 源的結(jié)構(gòu)的電荷粒子分選裝置?；趫D10，對本實施方式的團(tuán)簇分選部進(jìn)行說明。本實施方式中的團(tuán)簇分選部具有1組電場施加部61、狹縫65、交流電源66以及直 流電源67。電場施加部61由電極61a和61b構(gòu)成，通過在電極61a和電極61b之間施加電壓 來產(chǎn)生電場。由交流電源66和直流電源67進(jìn)行電壓的施加，通過直流電源67施加了偏置的交 流電壓被施加在各個電極上。相對于電極61a，電極61b被施加相位反轉(zhuǎn)了 180°的反相電 壓。施加的電壓的頻率和電壓值能夠可通過交流電源66和直流電源67來調(diào)節(jié)。另外，狹縫65具有開口部65a，開口部65a可使通過了 1組電場施加部61的粒子 中以預(yù)定的偏轉(zhuǎn)角發(fā)生了偏轉(zhuǎn)的粒子通過，在1組電場施加部61中沒有以預(yù)定的偏轉(zhuǎn)角發(fā) 生偏轉(zhuǎn)的粒子由于無法通過狹縫65的開口部65a而被阻擋。因此，在團(tuán)簇分選部中，能夠 僅分選出以預(yù)定的偏轉(zhuǎn)角發(fā)生了偏轉(zhuǎn)的氣體團(tuán)簇。S卩，在本實施方式中，如圖3所示，通過交流電源66施加Q1* 6.3左右、即頻率 大約為70kHz的電壓，并通過直流電源67施加預(yù)定的偏置電壓，能夠使1價的氣體團(tuán)簇偏 轉(zhuǎn)期望的角度，并能夠通過狹縫65阻擋沒被離子化的中性粒子。由此能夠防止中性粒子的 混入，從而能夠僅得到不包含中性粒子的被離子化的1價的氣體團(tuán)簇。
在本實施方式中，對分選1價的氣體團(tuán)簇的情況進(jìn)行了說明，但是在交流電源66 和直流電源67中，通過改變所施加的電壓的頻率，也能夠根據(jù)用途來分選出2價的氣體團(tuán) 簇或3價的氣體團(tuán)簇。另外，本實施方式中的上述以外的內(nèi)容與第一實施方式的內(nèi)容相同，通過使用本 實施方式中的電荷粒子分選裝置，能夠得到與第一實施方式所示的電荷粒子照射裝置同樣 的電荷粒子照射裝置。[第六實施方式]接著，對第六實施方式進(jìn)行說明。本實施方式是具有電源中還添加了直流偏置電 源的結(jié)構(gòu)的電荷粒子分選裝置?；趫D11，對本實施方式中的團(tuán)簇分選部進(jìn)行說明。本實施方式中的團(tuán)簇分選部具有2組電場施加部71和72、狹縫75、交流電源76 以及直流電源77。電場施加部71由電極71a和71b構(gòu)成，通過在電極71a和電極71b之間施加電壓 而產(chǎn)生電場。電場施加部72由電極72a和72b構(gòu)成，通過在電極72a和電極72b之間施加 電壓而產(chǎn)生電場。由交流電源76和直流電源77進(jìn)行電壓的施加，通過直流電源77施加了偏置的交 流電壓被施加到各個電極上。電極71a和72b被電連接，并且電極71b和72a被電連接。相 對于電極71a和72b，電極71b和72a被施加相位反轉(zhuǎn)了 180°的反相電壓。施加的電壓的 頻率和電壓值能夠可通過交流電源76和直流電源77來調(diào)節(jié)。另外，狹縫75具有開口部75a，開口部75a可使通過了 2組電場施加部71和72的 粒子中以預(yù)定的偏轉(zhuǎn)角發(fā)生了偏轉(zhuǎn)的粒子通過，在2組電場施加部71和72中沒有以預(yù)定 的偏轉(zhuǎn)角發(fā)生偏轉(zhuǎn)的粒子由于無法通過狹縫65的開口部65a而被阻擋。因此，在團(tuán)簇分選 部中，能夠僅分選出以預(yù)定的偏轉(zhuǎn)角發(fā)生了偏轉(zhuǎn)的氣體團(tuán)簇。S卩，在本實施方式中，如圖4所示，通過交流電源76施加Q1* 12 13左右、即 頻率大約為130 140kHz的電壓，并通過直流電源87施加預(yù)定的偏置電壓，由此能夠使1 價的氣體團(tuán)簇偏轉(zhuǎn)期望的角度，并能夠通過狹縫75阻擋沒被離子化的中性粒子。由此，能 夠防止中性粒子的混入，并能夠僅得到不包含中性粒子的被離子化的1價的氣體團(tuán)簇。在本實施方式中，對分選1價的氣體團(tuán)簇的情況進(jìn)行了說明，但是在交流電源76 和直流電源77中，通過改變所施加的電壓的頻率，也能夠根據(jù)用途來分選出2價的氣體團(tuán) 簇或3價的氣體團(tuán)簇。另外，本實施方式中的上述以外的內(nèi)容與第一實施方式的內(nèi)容相同，通過使用本 實施方式中的電荷粒子分選裝置，能夠得到與第一實施方式所示的電荷粒子照射裝置同樣 的電荷粒子照射裝置。[第七實施方式]接著，對第七實施方式進(jìn)行說明。本實施方式是具有電源中還添加了直流偏置電 源的結(jié)構(gòu)的電荷粒子分選裝置。基于圖12，對本實施方式中的團(tuán)簇分選部進(jìn)行說明。本實施方式中的團(tuán)簇分選部具有3組電場施加部81、82和83、狹縫85、交流電源 86以及直流電源87。電場施加部81由電極81a和81b構(gòu)成，通過在電極81a和電極81b之間施加電壓 而產(chǎn)生電場。電場施加部82由電極82a和82b構(gòu)成，通過在電極82a和電極82b之間施加電壓而產(chǎn)生電場。電場施加部83由電極83a和83b構(gòu)成，通過在電極83a和電極83b之間 施加電壓而產(chǎn)生電場。由交流電源86和直流電源87進(jìn)行電壓的施加，通過直流電源87施加了偏置的交 流電壓被施加到各個電極上。電極8la、82b和83a被電連接，并且電極8lb、82a和83b被 電連接。相對于電極81a、82b和83a，電極81b、82a和83b被施加相位反轉(zhuǎn)了 180°的反相 電壓。施加的電壓的頻率和電壓值可通過交流電源86和直流電源87來調(diào)節(jié)。另外，狹縫85具有開口部85a，開口部85a可使通過了 3組電場施加部81、82和 83的粒子中以預(yù)定的偏轉(zhuǎn)角發(fā)生了偏轉(zhuǎn)的粒子通過，在3組電場施加部81、82和83中沒有 以預(yù)定的偏轉(zhuǎn)角發(fā)生偏轉(zhuǎn)的粒子由于無法通過狹縫85的開口部85a而被阻擋。因此，在團(tuán) 簇分選部中，能夠僅分選出以預(yù)定的偏轉(zhuǎn)角發(fā)生了偏轉(zhuǎn)的氣體團(tuán)簇。S卩，在本實施方式中，如圖5所示，通過交流電源86施加Q1* 16左右、即頻率大 約為170kHz的電壓，并通過直流電源87施加預(yù)定的偏置電壓，由此能夠使1價的氣體團(tuán)簇 偏轉(zhuǎn)期望的角度，并能夠通過狹縫85阻擋沒被離子化的中性粒子。由此，能夠防止中性粒 子的混入，并能夠僅得到不包含中性粒子的被離子化的1價的氣體團(tuán)簇。在本實施方式中，對分選1價的氣體團(tuán)簇的情況進(jìn)行了說明，但是在交流電源86 和直流電源87中，通過改變所施加的電壓的頻率，也能夠根據(jù)用途來分選出2價的氣體團(tuán) 簇或3價的氣體團(tuán)簇。另外，本實施方式中的上述以外的內(nèi)容與第一實施方式的內(nèi)容相同，通過使用本 實施方式中的電荷粒子分選裝置，能夠得到與第一實施方式所示的電荷粒子照射裝置同樣 的電荷粒子照射裝置。[第八實施方式]接著，對第八實施方式進(jìn)行說明。本實施方式是具有電源中還添加了直流偏置電 源的結(jié)構(gòu)的電荷粒子分選裝置。基于圖13，對本實施方式中的團(tuán)簇分選部進(jìn)行說明。本實施方式中的團(tuán)簇分選部具有4組電場施加部91、92、93和94、狹縫95、交流電 源96以及直流電源97。電場施加部91由電極91a和91b構(gòu)成，通過在電極91a和電極91b之間施加電壓 而產(chǎn)生電場。電場施加部92由電極92a和92b構(gòu)成，通過在電極92a和電極92b之間施加 電壓而產(chǎn)生電場。電場施加部93由電極93a和93b構(gòu)成，通過在電極93a和電極93b之間 施加電壓而產(chǎn)生電場。電場施加部94由電極94a和94b構(gòu)成，通過在電極94a和電極94b 之間施加電壓而產(chǎn)生電場。由交流電源96和直流電源97進(jìn)行電壓的施加，通過直流電源97被施加了偏置的 交流電壓被施加到各個電極上。電極91a、92b、93a和94b被電連接，并且電極91b、92a、93a 和94a被電連接。相對于電極9la、92b、93a和94b，電極9lb、92a、93a和94a被施加相位反 轉(zhuǎn)了 180°的反相電壓。施加的電壓的頻率和電壓值可通過交流電源96和直流電源97來調(diào)節(jié)。另外，狹縫95具有開口部95a，開口部95a可使通過了 4組電場施加部91、92、93 和94的粒子中以預(yù)定的偏轉(zhuǎn)角發(fā)生了偏轉(zhuǎn)的粒子通過，在4組電場施加部91、92、93和94 中沒有以預(yù)定的偏轉(zhuǎn)角發(fā)生偏轉(zhuǎn)的粒子由于無法通過狹縫95的開口部95a而被阻擋。因 此，在團(tuán)簇分選部中，能夠僅分選出以預(yù)定的偏轉(zhuǎn)角發(fā)生了偏轉(zhuǎn)的氣體團(tuán)簇。
12
S卩，在本實施方式中，如圖8所示，通過交流電源96施加Q1* 18. 5左右、即頻率 大約為200kHz的電壓，并通過直流電源97施加預(yù)定的偏置電壓，由此能夠使1價的氣體團(tuán) 簇偏轉(zhuǎn)期望的角度，并能夠通過狹縫95阻擋沒被離子化的中性粒子。由此，能夠防止中性 粒子的混入，并能夠僅得到不包含中性粒子的被離子化的1價的氣體團(tuán)簇。在本實施方式中，對分選1價的氣體團(tuán)簇的情況進(jìn)行了說明，但是在交流電源96 和直流電源97中，通過改變所施加的電壓的頻率，也能夠根據(jù)用途來分選出2價的氣體團(tuán) 簇或3價的氣體團(tuán)簇。本實施方式中的上述以外的內(nèi)容與第一實施方式的內(nèi)容相同，通過使用本實施方 式中的電荷粒子分選裝置，能夠得到與第一實施方式所示的電荷粒子照射裝置同樣的電荷 粒子照射裝置。以上對本發(fā)明的實施方式進(jìn)行了說明，但上述內(nèi)容不是用來限定發(fā)明的內(nèi)容的。
權(quán)利要求
一種電荷粒子分選裝置，用于分選離子化的氣體團(tuán)簇，其特征在于，包括三個以上電場施加部，所述三個以上電場施加部沿所述氣體團(tuán)簇的前進(jìn)方向排列，用于施加電場；以及狹縫，用于分選所述氣體團(tuán)簇，其中，所述電場施加部由兩片電極構(gòu)成，并通過向所述電極施加交流電壓來使離子化的氣體團(tuán)簇發(fā)生偏轉(zhuǎn)，相鄰的所述電場施加部被施加不同相位的交流電壓，所述狹縫在所述氣體團(tuán)簇入射的方向的延長線上具有開口部。
2.一種電荷粒子分選裝置，用于分選離子化的氣體團(tuán)簇，其特征在于，包括三個以上電場施加部，所述三個以上電場施加部沿所述氣體團(tuán)簇的前進(jìn)方向排列，用 于施加電場；以及狹縫，用于分選所述氣體團(tuán)簇，其中，所述電場施加部由兩片電極構(gòu)成，并通過向所述電極施加交流電壓來使離子化 的氣體團(tuán)簇發(fā)生偏轉(zhuǎn)，相鄰的所述電場施加部被施加不同相位的交流電壓，所述狹縫具有使得經(jīng)所述電場施加部偏轉(zhuǎn)后的所述氣體團(tuán)簇通過的開口部。
3.一種電荷粒子分選裝置，用于分選離子化的氣體團(tuán)簇，其特征在于，包括電場施加部，所述電場施加部沿所述氣體團(tuán)簇的前進(jìn)方向排列，用于施加電場；以及 狹縫，用于分選所述氣體團(tuán)簇，其中，所述電場施加部由兩片電極構(gòu)成，并且，所述電場施加部具有交流電場施加部和 直流電場施加部，并通過向所述電極施加在直流電壓上疊加交流電壓而得的電壓來使離子 化的氣體團(tuán)簇發(fā)生偏轉(zhuǎn)，所述直流電壓是在所述直流電場施加部中產(chǎn)生的，所述交流電壓 是在所述交流電場施加部中產(chǎn)生的，相鄰的所述電場施加部被施加不同相位的交流電壓，所述狹縫具有使得經(jīng)所述電場施加部偏轉(zhuǎn)后的所述氣體團(tuán)簇通過的開口部。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項所述的電荷粒子分選裝置，其特征在于，所述交流電壓具 有以下頻率，所述頻率僅使得構(gòu)成所述氣體團(tuán)簇的原子數(shù)相同的氣體團(tuán)簇中的預(yù)定價數(shù)的 所述氣體團(tuán)簇通過所述狹縫的開口部。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項所述的電荷粒子分選裝置，其特征在于，所述預(yù)定的價數(shù) 是1價。
6.如權(quán)利要求1至5中任一項所述的電荷粒子分選裝置，其特征在于，相鄰的所述電場 施加部的電極被施加相位彼此相差180°的電壓。
7.如權(quán)利要求1至6中任一項所述的電荷粒子分選裝置，其特征在于，所述電場施加部 的數(shù)目是3或4。
8.一種電荷粒子照射裝置，其特征在于，包括 氣體團(tuán)簇生成部，其生成氣體團(tuán)簇；離子化電極，其將所述氣體團(tuán)簇離子化； 加速電極，用于加速所述離子化了的氣體團(tuán)簇；以及權(quán)利要求1至7中任一項所述的電荷粒子分選裝置，用于在所述加速了的離子化的氣體團(tuán)簇中分選出預(yù)定價數(shù)的離子化的氣體團(tuán)簇，并且，所述電荷粒子照射裝置向部件照射從所述電荷粒子分選裝置射出的離子化的氣 體團(tuán)簇。
全文摘要
本發(fā)明要解決的問題是提供按價數(shù)分選氣體團(tuán)簇的電荷粒子分選裝置以及電荷粒子照射裝置。本發(fā)明通過提供下述用于分選離子化的氣體團(tuán)簇的電荷粒子分選裝置來解決上述問題。該電荷粒子分選裝置包括三個以上電場施加部，所述三個以上電場施加部沿所述氣體團(tuán)簇的前進(jìn)方向排列，用于施加電場；以及狹縫，用于分選所述氣體團(tuán)簇；其中，所述電場施加部由兩片電極構(gòu)成，并通過向所述電極施加交流電壓來使離子化的氣體團(tuán)簇發(fā)生偏轉(zhuǎn)，相鄰的所述電場施加部被施加不同相位的交流電壓，所述狹縫在所述氣體團(tuán)簇入射的方向的延長線上具有開口部。
文檔編號B07C5/34GK101930894SQ20101021087
公開日2010年12月29日 申請日期2010年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月19日
發(fā)明者豐田紀(jì)章, 山田公, 成島正樹, 森晃一 申請人:東京毅力科創(chuàng)株式會社;兵庫縣