JPH0695452B2 - マイクロ高速原子線源装置 - Google Patents
マイクロ高速原子線源装置Info
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- JPH0695452B2 JPH0695452B2 JP61022152A JP2215286A JPH0695452B2 JP H0695452 B2 JPH0695452 B2 JP H0695452B2 JP 61022152 A JP61022152 A JP 61022152A JP 2215286 A JP2215286 A JP 2215286A JP H0695452 B2 JPH0695452 B2 JP H0695452B2
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- Japan
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- anode
- cathode
- source device
- cathodes
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- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、効率良く簡便に収束性高速原子線を得るマイ
クロ高速原子線源装置に関する。
クロ高速原子線源装置に関する。
〈従来の技術〉 収束性高速原子線を得る従来の装置としては、第３図の
ように構成されていた。図において１はイオンソース,2
は静電レンズ,3はイオンビーム,4は電荷交換器、５はガ
ス導入口,6は収束性の高速原子線であり、イオンソース
1,静電レンズ2,電荷交換器４は，真空容器７内にて列状
に配されている。８は真空容器７用の真空ポンプであ
る。この装置の動作は、以下のとおりである。まず真空
容器７を真空ポンプ８によって充分に排気する。イオン
ソース１で高速のイオンビーム３を発生させ、これを静
電レンズ２に導いて所望のビーム径に収束する。これを
さらに電荷交換器４に導く。電荷交換器４にはガス導入
口５よりH2,He,N2,Ar等のガスを導入する。電荷交換器
４の内部では、イオンビーム３とガス分子との衝突によ
って次のような電荷交換反応が進行する。イオンビーム
３に含まれるイオンをM+，ガス分子をＡであらわす。
ように構成されていた。図において１はイオンソース,2
は静電レンズ,3はイオンビーム,4は電荷交換器、５はガ
ス導入口,6は収束性の高速原子線であり、イオンソース
1,静電レンズ2,電荷交換器４は，真空容器７内にて列状
に配されている。８は真空容器７用の真空ポンプであ
る。この装置の動作は、以下のとおりである。まず真空
容器７を真空ポンプ８によって充分に排気する。イオン
ソース１で高速のイオンビーム３を発生させ、これを静
電レンズ２に導いて所望のビーム径に収束する。これを
さらに電荷交換器４に導く。電荷交換器４にはガス導入
口５よりH2,He,N2,Ar等のガスを導入する。電荷交換器
４の内部では、イオンビーム３とガス分子との衝突によ
って次のような電荷交換反応が進行する。イオンビーム
３に含まれるイオンをM+，ガス分子をＡであらわす。
M+＋Ａ→Ｍ＋A+ ……（１） A+＋電荷交換器の器壁→Ａ ……（２） この反応によって、イオンは電荷を失って原子線６とな
り、電荷交換器４から射出する。イオンが負イオンの場
合は、（１），（２）式中のM+をM-とおきかえた反応が
進み、同様に原子線６が生ずる。ただし、この場合、ガ
ス分子としてはF2,O2,Cl2等の電子親和力の大きなもの
を用いる。
り、電荷交換器４から射出する。イオンが負イオンの場
合は、（１），（２）式中のM+をM-とおきかえた反応が
進み、同様に原子線６が生ずる。ただし、この場合、ガ
ス分子としてはF2,O2,Cl2等の電子親和力の大きなもの
を用いる。
〈発明が解決しようとする問題点〉 上記従来装置には、次のような問題がある。イオンは
質量の大きなガス分子と衝突するために運動エネルギー
の損失が大きい。質量の大きなガス分子との衝突によ
ってイオンの運動方向が大幅に乱れ、原子線の収束性が
低下する。電荷交換器にガスを導入するために真空容
器内を高真空あるいは超高真空に保つことが困難であ
る。レンズ、電荷交換器およびこれを動作させる電源
が必要であり高価である。
質量の大きなガス分子と衝突するために運動エネルギー
の損失が大きい。質量の大きなガス分子との衝突によ
ってイオンの運動方向が大幅に乱れ、原子線の収束性が
低下する。電荷交換器にガスを導入するために真空容
器内を高真空あるいは超高真空に保つことが困難であ
る。レンズ、電荷交換器およびこれを動作させる電源
が必要であり高価である。
本発明の目的は、上記の諸問題を解決し、安価で簡便な
マイクロ高速原子線源装置を提供することにある。
マイクロ高速原子線源装置を提供することにある。
〈問題点を解決するための手段〉 斯かる目的を達成する本発明の構成は、アノードの両側
にカソードを配置して該カソードに対してアノードを高
電位に保持することにより、前記アノードと前記カソー
ド間にグロー放電を生起すると共に前記アノードを中心
として両カソード間で電子を振動させて原子線を発生さ
せる原子線発生装置において、前記カソードの一部に前
記アノードに対して凸球面状をなす凸球面状部を設け、
該凸球面状部に多数の穴を形成して粒子線引き出し口と
したことを特徴とする。
にカソードを配置して該カソードに対してアノードを高
電位に保持することにより、前記アノードと前記カソー
ド間にグロー放電を生起すると共に前記アノードを中心
として両カソード間で電子を振動させて原子線を発生さ
せる原子線発生装置において、前記カソードの一部に前
記アノードに対して凸球面状をなす凸球面状部を設け、
該凸球面状部に多数の穴を形成して粒子線引き出し口と
したことを特徴とする。
〈作用〉 両カソードに対してアノードを高電位に保持すると、ア
ノード、両カソード間でグロー放電が生起され、各カソ
ードの近傍にプラズマシースができる。同時に、各カソ
ードから放出された電子がアノードへ向けて加速し、ア
ノードを通り越して反対側のカソードへ達して速度を失
い、更にアノードへ向けて加速されて上述した振舞を繰
り返す。いわゆるバルクハウゼン−クルスの振動と名づ
けられる高周波振動がアノードを中心として両カソード
間で起る。振動する粒子はガス分子と衝突してプラズマ
が形成され、プラズマ中のプラスイオンはカソード近傍
のプラズマシース内で主として加速される。プラズマシ
ースはカソードの一部に形成された凸球面状部に沿って
形成されており、このプラズマシースに対してプラスイ
オンはほぼ垂直に突中する。従って、このプラスイオン
は、凸球面状に対し垂直に進むので、凸球面の曲率に応
じて収束するように飛行する。また、カソード付近はバ
ルクハウゼン−クルツの振動を行っている電子の速度が
０となる所であるから、電子とプラスイオンの衝突確率
が非常に大きくなり、ほとんどのプラスイオンが中和し
て高速原子線となる。この高速原子線は、凸球面状部に
形成された粒子線引き出し口から出射した後、一点に収
束することとなる。
ノード、両カソード間でグロー放電が生起され、各カソ
ードの近傍にプラズマシースができる。同時に、各カソ
ードから放出された電子がアノードへ向けて加速し、ア
ノードを通り越して反対側のカソードへ達して速度を失
い、更にアノードへ向けて加速されて上述した振舞を繰
り返す。いわゆるバルクハウゼン−クルスの振動と名づ
けられる高周波振動がアノードを中心として両カソード
間で起る。振動する粒子はガス分子と衝突してプラズマ
が形成され、プラズマ中のプラスイオンはカソード近傍
のプラズマシース内で主として加速される。プラズマシ
ースはカソードの一部に形成された凸球面状部に沿って
形成されており、このプラズマシースに対してプラスイ
オンはほぼ垂直に突中する。従って、このプラスイオン
は、凸球面状に対し垂直に進むので、凸球面の曲率に応
じて収束するように飛行する。また、カソード付近はバ
ルクハウゼン−クルツの振動を行っている電子の速度が
０となる所であるから、電子とプラスイオンの衝突確率
が非常に大きくなり、ほとんどのプラスイオンが中和し
て高速原子線となる。この高速原子線は、凸球面状部に
形成された粒子線引き出し口から出射した後、一点に収
束することとなる。
〈実施例〉 以下、本発明の一実施例について図面を参照して詳細に
説明する。
説明する。
第１図に、本発明の一実施例に係る収束性原子線源装置
を示す。第２図は第１図Ａ−Ａ′断面を示す。同図に示
されるように、中空な直方体であるカソードケースの両
端面がカソード11,12となると共にこのカソード11,12が
接地される一方、カソード11,12にはガス導入口９が設
けられている。カソードケースの内部には、その中央に
おける上方及び下方に各々丸棒状をなすアノード10が配
置され、外部に設けられた電源13に接続している。一
方、カソード11の中央は、表面形状がアノード側から見
て（カソードケース内部に対し）凸球面状をなしてお
り、凸球面状部に垂直に穿設された多数の粒子線引き出
し口14があり、その各穴の中心線が一点で交わってい
る。
を示す。第２図は第１図Ａ−Ａ′断面を示す。同図に示
されるように、中空な直方体であるカソードケースの両
端面がカソード11,12となると共にこのカソード11,12が
接地される一方、カソード11,12にはガス導入口９が設
けられている。カソードケースの内部には、その中央に
おける上方及び下方に各々丸棒状をなすアノード10が配
置され、外部に設けられた電源13に接続している。一
方、カソード11の中央は、表面形状がアノード側から見
て（カソードケース内部に対し）凸球面状をなしてお
り、凸球面状部に垂直に穿設された多数の粒子線引き出
し口14があり、その各穴の中心線が一点で交わってい
る。
上記構成を有する本実施例の収束性高速原子線源装置
は、次のように使用する。
は、次のように使用する。
まず、ガス導入口９からカソードケース内に不活性ガス
又は活性ガスを導入して10-1Torr〜10-3Torr程度とし、
カソード11,12に対してアノード10を数100vから数kvの
高電位に保持する。すると、アノード10,カソード11,12
間でグロー放電が生起されカソード11,12の近傍にプラ
ズマシース15ができる。一方、この時カソード11,12か
ら放出された電子がアノード10へ向けて加速し、２本の
アノード10の中間を通り越して反対側のカソード12,11
へ達して速度を失い、更にアノード10へ向けて加速され
て上述した振舞を繰り返す。いわゆるバルクハウゼン−
クルツの振動と名づけられる高周波振動がアノード10を
中心としてカソード11,12間で行われることとなり、こ
のように振動する電子がガス分子と衝突して、効果的に
プラズマが形成されることとなる。形成されるプラズマ
中のプラスイオンは、カソード近傍に形成されるプラズ
マシース15内で主として加速され、粒子線引き出し口14
を通って高速原子線源装置外へ放射される。
又は活性ガスを導入して10-1Torr〜10-3Torr程度とし、
カソード11,12に対してアノード10を数100vから数kvの
高電位に保持する。すると、アノード10,カソード11,12
間でグロー放電が生起されカソード11,12の近傍にプラ
ズマシース15ができる。一方、この時カソード11,12か
ら放出された電子がアノード10へ向けて加速し、２本の
アノード10の中間を通り越して反対側のカソード12,11
へ達して速度を失い、更にアノード10へ向けて加速され
て上述した振舞を繰り返す。いわゆるバルクハウゼン−
クルツの振動と名づけられる高周波振動がアノード10を
中心としてカソード11,12間で行われることとなり、こ
のように振動する電子がガス分子と衝突して、効果的に
プラズマが形成されることとなる。形成されるプラズマ
中のプラスイオンは、カソード近傍に形成されるプラズ
マシース15内で主として加速され、粒子線引き出し口14
を通って高速原子線源装置外へ放射される。
ところでプラスイオンは、プラズマシースにほぼ垂直に
突入するような運動を行なう。本発明のように高速原子
線内に凸状の表面形状を持つカソードに設けられた粒子
線引き出し口近辺のプラズマシースは、ほぼこの表面形
状にならって形成されると考えられ、このプラズマシー
スを横切って粒子線引き出し口に向かうプラスイオン
は、この凸状表面形状に直角に進むので凸面形状の曲率
に応じてある一点で収束されることになる。ここでカソ
ード付近は、バルクハウゼン−クルツの振動を行ってい
る電子の速度が０となる所であり、この近くで電子とプ
ラスイオンの衝突確率が非常に大きくなり、プラスイオ
ンを中和して高速原子を作ることになる。このような主
なメカニズムにより、イオン線が高速原子線となって収
束されて粒子線引き出し口から真空中へ放射される。
突入するような運動を行なう。本発明のように高速原子
線内に凸状の表面形状を持つカソードに設けられた粒子
線引き出し口近辺のプラズマシースは、ほぼこの表面形
状にならって形成されると考えられ、このプラズマシー
スを横切って粒子線引き出し口に向かうプラスイオン
は、この凸状表面形状に直角に進むので凸面形状の曲率
に応じてある一点で収束されることになる。ここでカソ
ード付近は、バルクハウゼン−クルツの振動を行ってい
る電子の速度が０となる所であり、この近くで電子とプ
ラスイオンの衝突確率が非常に大きくなり、プラスイオ
ンを中和して高速原子を作ることになる。このような主
なメカニズムにより、イオン線が高速原子線となって収
束されて粒子線引き出し口から真空中へ放射される。
また本実施例では、アノード10として２本の棒状のもの
を使用したが、バルクハウゼン−クルツの振動をする原
子やカソード11に向って加速するイオンの障害とならな
ければ、円環状その他の形状のものを使用することがで
きる。更に、本実施例では、粒子線引き出し口14はカソ
ード11のみに設けられていたが、これに限らず双方のカ
ソード11,12に設けてもよい。
を使用したが、バルクハウゼン−クルツの振動をする原
子やカソード11に向って加速するイオンの障害とならな
ければ、円環状その他の形状のものを使用することがで
きる。更に、本実施例では、粒子線引き出し口14はカソ
ード11のみに設けられていたが、これに限らず双方のカ
ソード11,12に設けてもよい。
本発明によるマイクロ高速原子線源装置では、Arガスを
用いて動作させた場合粒子線引き出し口から引き出され
る全ビームのうち90％以上が高速原子線であり、残りの
10％弱は、イオン線であることが実測された。
用いて動作させた場合粒子線引き出し口から引き出され
る全ビームのうち90％以上が高速原子線であり、残りの
10％弱は、イオン線であることが実測された。
〈発明の効果〉 以上、実施例に基づいて具体的に説明したように、本発
明は、カソードの凸球面状部に沿ってプラズマシースを
形成してこのプラズマシースを垂直に横切るようにプラ
スイオンを加速したので、安価かつ簡便に収束性原子線
を引き出すことができる。即ち、イオン線を電磁界レン
ズにより収束させて、さらに電荷交換器を用いてマイク
ロ高速原子線を得る従来の技術に比べ、電磁界レンズ及
び電荷交換器が必要ないのである。しかも、プラスイオ
ンを電子により中和するので粒子の運動エネルギの損失
を小さくすることができ、効率的に収束性原子線を得る
ことができる。この高速原子線は電荷を持たないので、
これを絶縁性の試料に照射した場合、表面帯電など表面
電位の影響を受けることなく、エッチング・スパッタリ
ング・イオン注入などの加工が局所的に可能となる利点
がある。半導体試料に照射した場合でもイオン線などの
場合に問題となる界面電荷密度の上昇を伴なう表面損傷
を生じにくい利点がある。
明は、カソードの凸球面状部に沿ってプラズマシースを
形成してこのプラズマシースを垂直に横切るようにプラ
スイオンを加速したので、安価かつ簡便に収束性原子線
を引き出すことができる。即ち、イオン線を電磁界レン
ズにより収束させて、さらに電荷交換器を用いてマイク
ロ高速原子線を得る従来の技術に比べ、電磁界レンズ及
び電荷交換器が必要ないのである。しかも、プラスイオ
ンを電子により中和するので粒子の運動エネルギの損失
を小さくすることができ、効率的に収束性原子線を得る
ことができる。この高速原子線は電荷を持たないので、
これを絶縁性の試料に照射した場合、表面帯電など表面
電位の影響を受けることなく、エッチング・スパッタリ
ング・イオン注入などの加工が局所的に可能となる利点
がある。半導体試料に照射した場合でもイオン線などの
場合に問題となる界面電荷密度の上昇を伴なう表面損傷
を生じにくい利点がある。
第１図は本発明の一実施例に係るマイクロ高速原子線源
装置の断面図、第２図は第１図中のＡ−Ａ′線矢視図、
第３図は、マイクロ高速原子線を得る従来のマイクロ高
速原子線装置の概略図である。 図面中、 １はイオンソース、２は静電レンズ、３はイオンビー
ム、４は電荷交換器、５はガス導入口、６は収束性高速
原子線、７は真空容器、８は真空ポンプ、９はガス導入
口、10はアノード、11,12はカソード、13は高圧電源、1
4は粒子線引き出し口、15はプラズマシース、16は収束
性高速原子線である。
装置の断面図、第２図は第１図中のＡ−Ａ′線矢視図、
第３図は、マイクロ高速原子線を得る従来のマイクロ高
速原子線装置の概略図である。 図面中、 １はイオンソース、２は静電レンズ、３はイオンビー
ム、４は電荷交換器、５はガス導入口、６は収束性高速
原子線、７は真空容器、８は真空ポンプ、９はガス導入
口、10はアノード、11,12はカソード、13は高圧電源、1
4は粒子線引き出し口、15はプラズマシース、16は収束
性高速原子線である。
Claims (1)
- 【請求項１】アノードの両側にカソードを配置して該カ
ソードに対してアノードを高電位に保持することによ
り、前記アノードと前記カソード間にグロー放電を生起
すると共に前記アノードを中心として両カソード間で電
子を振動させて原子線を発生させる原子線発生装置にお
いて、前記カソードの一部に前記アノードに対して凸球
面状をなす凸球面状部を設け、該凸球面状部に多数の穴
を形成して粒子線引き出し口としたことを特徴とするマ
イクロ高速原子線源装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61022152A JPH0695452B2 (ja) | 1986-02-05 | 1986-02-05 | マイクロ高速原子線源装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61022152A JPH0695452B2 (ja) | 1986-02-05 | 1986-02-05 | マイクロ高速原子線源装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62180935A JPS62180935A (ja) | 1987-08-08 |
| JPH0695452B2 true JPH0695452B2 (ja) | 1994-11-24 |
Family
ID=12074875
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61022152A Expired - Lifetime JPH0695452B2 (ja) | 1986-02-05 | 1986-02-05 | マイクロ高速原子線源装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0695452B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4818977B2 (ja) * | 2006-04-27 | 2011-11-16 | パナソニック株式会社 | 高速原子線源および高速原子線放出方法ならびに表面改質装置 |
| JP6103919B2 (ja) * | 2012-12-18 | 2017-03-29 | 三菱重工工作機械株式会社 | 高速原子ビーム源、常温接合装置および常温接合方法 |
| CN118888422A (zh) * | 2024-09-30 | 2024-11-01 | 天津中科晶禾电子科技有限责任公司 | 一种晶圆表面处理装置和方法 |
-
1986
- 1986-02-05 JP JP61022152A patent/JPH0695452B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62180935A (ja) | 1987-08-08 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |