JPS60200448A - イオン化及び中和の方法とその装置 - Google Patents

イオン化及び中和の方法とその装置

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JPS60200448A
JPS60200448A JP59054264A JP5426484A JPS60200448A JP S60200448 A JPS60200448 A JP S60200448A JP 59054264 A JP59054264 A JP 59054264A JP 5426484 A JP5426484 A JP 5426484A JP S60200448 A JPS60200448 A JP S60200448A
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electrons
shower
electron
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cluster beam
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JP59054264A
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English (en)
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Satoshi Haraichi
聡 原市
Akira Shimase
朗 嶋瀬
Hiroshi Yamaguchi
博司 山口
Takeoki Miyauchi
宮内 建興
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J27/00Ion beam tubes
    • H01J27/02Ion sources; Ion guns
    • H01J27/20Ion sources; Ion guns using particle beam bombardment, e.g. ionisers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02Details
    • H01J37/04Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement or ion-optical arrangement
    • H01J37/08Ion sources; Ion guns

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Electron Sources, Ion Sources (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明はクラスタビームをイオン化する方法、及びその
装置、並びに上記の方法を応用してイオンビーム全中和
する方法及びその装置、並びに中性ビーム着しくに中性
粒子全イオン化する方法及びその装置に関するものであ
る。
[発明の背景〕 近年基礎技術開発がすすめられているイオンクラスタビ
ーム照射装置の概要全第1図に示す。
るつは1に入れられた蒸着物質2Sは、ヒータ3からの
熱電子により加熱され蒸気となりノズル4から噴出され
る。噴出後断熱膨張による過冷却現象によってクラスタ
になった蒸着物質は、一部がイオン化された後加速ざね
ターゲットである基板5の上に照射される。ここでクラ
スタ全イオン化する方法として従来のクラスタビームイ
オン化装置では、クラスタビームをイオン化するための
電子シャワーはそれが引き出された際の初速度全利用し
てそのままクラスタビームに照射される方式が用いらね
ていた。即ち、第1図に示す様にソース電極6と引き出
1−1!極7との間に電源8から与えられた電位差によ
って引き出された電子9Fi、引き出し電極7を通過後
はその初速度のみによってクラスタ10に照射され、こ
の電子照射によってクラスタ10のイオン化が行われて
いた。しかし、この方法では、電子シャワー源において
引き出された電子の初速度(速さ、方向)のばらつきが
、その1まの状態でクラメタビームに照射されることに
なり、高速で通過するクラスタをイオン化する際ニ光分
なイオン化効率を得ることは困難であった。
実際クラスタのイオン化効率は数パーセントと低く、は
と°んどのクラスタが中性クラスタの状・ 3 ・ 態でターゲットに照射されるため照射全制御することが
難しく、ターゲット基板5上に均一で良質な薄膜全形成
する上で不利な要因となっていた。
〔発明の目的〕
本発明は上述の事情に鑑みて為され、クラスタビームの
イオン化率を向上せしめ得るクラスタビームのイオン化
方法及びその装置全提供して薄膜形成技術の進歩に寄与
し、併せて上記の方法及び装置全応用して中性ビーム若
しくは中性粒子のイオン化方法及び同装置、並びにイオ
ンビーム若しくはイオンの中和方法及び同装置全提供し
ようとするものである。
〔発明の概要〕
本発明のクラスタビームのイオン化方法はクラスタビー
ム全イオン化するための電子シャワーにおいて、JRL
場を用いてクラスタビームに電子を集中させ、かつ、磁
場を用いて上記の電子の軌道を曲げることを特徴とする
また本発明のクラスタビームイオン化装置は、・ 4 
・ 電子シャワー源、電子シャワー集中用電極、磁場生成コ
イル、並びに上記構成機器用の電源を設け、電子シャワ
ー源と電子シャワー集中用電極との間に電位差會与えて
電子シャワー全目標物に集中せしめ、かつ、磁場生成コ
イルによって電子シャワー内の電子の軌道を曲げて電子
が目標物領域内を通過する距離を長くしたことを特徴と
する。
[発明の実施例] 次に、本発明のイオン化方法並びにイオン化装置につい
て、第2図全参照しつつその基本罪理を説明する。第2
図に示す様にクラスタビームの通過軌道の中心軸上に棒
状電極11ヲ設け、引き出し電極7との間に電源12か
ら電位差を与えることにより、引き出し電極7と棒状電
極11との間に電場圧全生成させる。さらにクラスタビ
ームイオン化用電極の外部にコイル13を設は電流全流
すことにより、クラスタビームの軌道方向即ち垂直方向
に磁場IB′ft生成させる。これらの電場E及び磁場
Bは、クラスタビームの通過軌道内においては一様と考
えてよい。また実際は棒状電極11ヲ中心軸とする円柱
座標で記述すべきであるが、中心軸を含む平面の近傍で
考えるという意味において旧交座標により以下記述する
。中心軸上にX軸、中心軸から引き出し電極に向かって
y軸、それらに垂直にX軸をとると、第3図に示す様に
電場E及び磁場Eはy軸方向の一様電場E−,<a、x
o、口)Eo〉0及び、X軸方向の一様磁場B=(0,
O,−BO)Bo〉0 とおくことができる。この領域
内にy軸の正の方向から入射した電子の運動について次
に考える。一様な電場E及び磁場Bが存在する空間内で
の電子の運動方程式は一般に/F=−α=−g(E−1
xFB) である。まず一様電場E=CO,Eo、 O)による運
動を考える。f、+上式に代入してFz =o 、 F
 y =a x6 、 F 、 == 1電子の初速度
がν(、=(0,−v6,0) 110>0であるから
、電子は初速度の方向、言い換えれば引き出し電極から
中心軸に向かって−EoO力で加速されることになる。
次に、一様磁場B=(o。
0*−BO)による運動を考える。B及び電子の初速度
y。全上式に代入して、 F、=mvI)Bo、 Fy=Q、 P’、=0電子に
加わる力σF、すなわち葛に垂面な力のみであるから、
電子の速さは不変でその方向がxy平面内で回転するこ
とになる。ぞね以後もr=−s77xlより電子に加わ
る力は常にV、Bに垂面であり、結局磁場Bによって電
子はay平面内で円運動することになる。E、Bが同時
に存在する領域では上記の二つの運動の重ね合せを考え
ればよく、結局電子は第3図に示す様な並進回転運動を
することになる。実際は棒状電極11全中心として引き
出し電極7が円筒状に配置されていることから、電子は
上記の並進回転運動全しながらクラスタビームの通過軌
道中心軸に向かって集中していき、従ってクラスタビー
ムのイオン化効率は従来方法より向上する。
次に第2の実施例について説明する。第4図に示す様に
、第1・の実施例r(おける中心軸上の棒状電極11を
、球状電極11′に変更したものが第2の実施例である
。中心軸上の電極?I−球状にすることによって半径方
向のみならず軸方向、即ちクラスタビームの軌道方向に
も電子シャワーの集中が得られ、イオン化効率が向上す
る。
次に第3の実施例について説明する。第5図に示す様に
第1の実施例における磁場生成コイル130代すに、ク
ラスタビームイオン化用電極の上部と下部に、二つの磁
場生成コイル14.14’を設けたものが第3の実施例
である。これら二つのコイルに同じ向きに電流を流すこ
とによって、クラスタビームイオン化装置内部に、より
一様な軸方向磁場を生成することが可能であり、イオン
化効率が向上する。
次に、第4の実施例を第6図について説明する。この実
施例は第5図に示した第3の実施例における中心軸上の
棒状電極11i取り除いた構成を母体とし、2つの磁場
生成コイル14.14’にそれぞれ逆向きに電流を流す
ことによって、中心軸の近傍に第7図に示す様な磁気的
に閉じた領域を生成する。その領域に電子を送り込み電
子密度會あげることによって、クラスタビームのイオン
化効率が向上する。さらにその、領域内の電子密度を一
様かつ一定に調節でき、空間的に一様にイオン化された
イオンクラスタビームが得られる。
以上の実施例により得られた高イオン化率イオンクラス
タビームに対して、加速電圧の制御を行うことによって
、良質な薄膜形成が可能となる。さらにイオンクラスタ
ビームのイオン化率が向上すれば、電場あるいは磁場を
用いてイオン化されたクラスタのみを選択する場合、そ
の効率が向上し、はとんどすべてのクラスタがイオン化
されしかも大きさも均一な、良質なイオンクラスタビー
ムを得ることが可能である。
以上第1乃至第4の実施例においては、本発明の装置を
用い本発明の方法によってクラスタビームをイオン化す
る例について述べたが、同様の原理を適用すると、中性
ビーム及び中性粒子のいずれか一方をイオン化するだめ
の電子シャワーにおいて、電場を用いて電子全中性ビー
ム又は中性粒子に集中させ、かつ、磁場を用いて電子の
軌道を曲げることによって効率良く中性ビーム又は中性
子をイオン化することもできる。
また、前記の原理全適用して、イオンビーム又はイオン
を中和するための電子シャワーにおいて、電場音用いて
電子をイオンビーム又はイオンに集中せしめ、かつ、磁
場を用いて電子の軌道を曲げることにより、効率良くイ
オンビーム又はイオンを中和することもできる。
更に、前述のクラスタビームイオン化装置の原理全適用
して電子シャワー源、電子シャワー集中用電極、磁場生
成コイル、並びに上記構成機器用の電源?設け、電子シ
ャワー源と電子シャワー集中用電極との間に電位差を与
えて電子シャワー全目標物に集中せしめ、かつ、磁場生
成コイルによって電子シャワー内の電子の軌道全曲げて
電子が目標物領域内全通過する距離を長くすると、中性
ビーム又は中性粒子を効率良くイオン化する装置を構成
することもでき、又、同様にしてイオンビーム又はイオ
ン全効率良く中和する装置全構成することもできる。
〔発明の効果〕
以上詳述したように本発明方法によれば、クラスタビー
ムのイオン化率を向上させて良質の薄膜を形成すること
ができ、本発明装置によれば上記の発明方法全容易に実
施してその効果を充分に発揮させることができる。史に
、上記のイオン化方法及びイオン化装置の原理を応用し
て中性ビーム若しくは中性粒子のイオン化を効率良く行
うことができ、またイオンビーム若しくはイオンの中和
全効率良く行うこともできる。
【図面の簡単な説明】
第1図はイオンクラスタビーム照射装置の概要および従
来技術によるクラスタビームイオン化装置の説明(2)
、第2図は本発明の1実施例の構成図、第3図は本発明
の基本的原理の説明図。 第4図乃至第6GF!それぞれ上記と異なる実施例の構
成図、第7図は第6図の実施例め作用原、11 。 理の説明図である。゛ 6・・・ソース電極 7・・・引き出し電極8・・・引
き出し用電源 11・・・棒状電極11′・・・球状電
極 12・・・電子シャワー集中用電源 13、14.14’ ・・・磁場生成コイル、12゜ 第 2 図 第 3 目 $ 4 図 第 5 国 ト → 0−一−−−−−フ

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 t クラスタビーム全イオン化するための電子シャワー
    において、電場を用いてクラスタビームに電子全集中さ
    せ、かつ、磁場を用いて上記の電子の軌道を曲げること
    を特徴とするクラスタビームのイオン化方法。 2 前記のクラスタビームの通過軌道と電子シャワー源
    との間に電位差を与えることを特徴とする特許請求の範
    囲第1項に記載のクラスタビームのイオン化方法。 3、 前記電子シャワーの電子軌道内に磁場を設けて電
    子軌道を曲げ、電子がクラスタビーム内を通過する距離
    を長くすることを特徴とする特許請求の範囲第1項に記
    載のクラスタビームのイオン化方法。 4、 中性ビーム及び中性粒子のいずれか一方全イオン
    化するための電子シャワーにおいて、電場音用いて電子
    全中性ビーム又は中性粒子に集中させ、かつ、磁場を用
    いて電子の軌道を曲げることを・特徴とする中性ビーム
    又は中性粒子のイオン仕方法。 5、 イオンビーム及びイオンのいずれか一方會中和す
    るための電子シャワーにおいて、電場を用いて電子を′
    イオンビーム又はイオンに集中せしめ、かつ、磁場音用
    いて電子の軌道全曲げることを特徴とするイオンビーム
    又はイオンの中和方法。 6、 電子シャワー源、電子シャワー集中用電極、磁場
    生成コイル、並びに上記構成機器用の電源金膜け、電子
    シャワー源と電子シャワー集中用電極との間に電位差を
    与えて電子シャワー1−目標物に集中せしめ、かつ、磁
    場生成コイルによっ°て電子シャワー内の電子の軌道を
    曲げて電子が目標物領域内全通過する距離を長くしたこ
    とを特徴とするイオン化装置。 Z 電子シャワー源、電子シャワー集中用電極、磁場生
    成コイル、並びに上記構成機器用の電源を設け、電子シ
    ャワー源と電子シャワー集中用電極との間に電位差を与
    えて電子シャワー’を目標物に集中せしめ、かつ、磁場
    生成コイルによって電子シャワー内の電子の軌道を曲げ
    て電子が目標物領域内を通過する距離を長くしたことを
    特徴とする中和装置。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1667198A2 (en) 2004-12-03 2006-06-07 Canon Kabushiki Kaisha Gas cluster ion beam emitting apparatus and method for ionization of gas cluster

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1667198A2 (en) 2004-12-03 2006-06-07 Canon Kabushiki Kaisha Gas cluster ion beam emitting apparatus and method for ionization of gas cluster
EP1667198A3 (en) * 2004-12-03 2008-12-03 Canon Kabushiki Kaisha Gas cluster ion beam emitting apparatus and method for ionization of gas cluster
US7855374B2 (en) 2004-12-03 2010-12-21 Canon Kabushiki Kaisha Gas cluster ion beam emitting apparatus and method for ionization of gas cluster

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