２００７年度修士学位論文要旨

「C₆₀ クラスタイオン銃の開発」

摂南大学大学院工学研究科電気電子工学専攻

表面物性工学研究室　入江優

　イオンビームスパッタエッチングを用いた高分解能3次元表面分析においてイオンビームの微細化とソフトスパッタリングの両立を可能にするという点でクラスタイオンビームの利用が有望視されている。従来, スパッタ深さ方向分析でのエッチングには希ガスイオンが使用されてきたが, 試料に希ガスイオンビームを照射するとアトミックミキシング(原子混合)により試料に与える損傷が激しく, 正しい分子結合状態を解析することは極めて困難であった。一方, 極浅イオン注入や機能薄膜形成のための新しい手法として開発が進められてきたクラスタイオンビーム技術はソフトスパッタエッチングに利用できることが以前より指摘されてきた。このクラスタイオンビームを物質表面に照射するとイオンの運動エネルギーがクラスタの構成原子に分配され,結果としてラテラルスパッタリングが引き起こされて,高効率のスパッタリングと超平坦面形成効果が活用でき, 金属・半導体材料さらにダイヤモンドなどの難加工材料の高速, 低損傷,微細加工に応用されはじめている。
　本研究では, C₆₀試料を昇華させることによってC₆₀巨大分子,すなわち炭素原子が60個集まったサイズの揃ったクラスタが容易に得られることに着目し, この現象を利用した表面分析の現場で利用可能な小型のC₆₀クラスタイオン銃を新たに設計・開発することを目的とした。このため, 電子衝撃型のクラスタイオン源,回転電場型の質量フィルタ(R otating F ield M ass F ilter：RFMF), およびそれらを動作させる制御コントローラを新たに設計・製作し,これらを組み合わせてC ₆₀クラスタイオン銃として特性評価を行い, システムとしての最適動作条件を決定することを目指した。
　研究は実験に用いる超高真空装置を整備し,立ち上げることから始まり, 本体組立て,制御回路の製作,装置の特性評価を順に行っていった。イオン源に関してはC₆₀を安定に昇華させるためのC₆₀リザーバ温度制御回路を設計・製作し,必要な仕様を満たしていることを確認した。回転電場型質量フィルタ (RFMF)に関しては加速電圧に対する通過周波数の数値計算を行い,Xe⁺イオンビームを用いた実験結果と比較・検討することにより x-y ディフレクタ,コンデンサレンズ,質量フィルタレンズの各最適パラメータを決定した。この実験結果を基にしてC₆₀⁺クラスタイオンビームを分離するための条件を推定することが可能になった。以上の準備の後,まずイオン源部のみを用いてC₆₀昇華実験を行った。リザーバ温度を変化させながら全イオン電流を測定したところ,350°C付近から昇華が始まり400°C以上で急激にイオン電流が増加することが確認された。ここで発生したイオンビームを回転電場型質量フィルタに通し,純粋なC₆₀⁺クラスタイオンビームを生成する実験は現在進行中である。

「C60 クラスタイオン銃の開発」

「C₆₀ クラスタイオン銃の開発」