JP2666143B2 - Ion neutralizer - Google Patents

Ion neutralizer

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JP2666143B2
JP2666143B2 JP63034029A JP3402988A JP2666143B2 JP 2666143 B2 JP2666143 B2 JP 2666143B2 JP 63034029 A JP63034029 A JP 63034029A JP 3402988 A JP3402988 A JP 3402988A JP 2666143 B2 JP2666143 B2 JP 2666143B2
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ion
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power supply
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一敏 長井
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、低エネルギーから高エネルギーにわたる
広範囲の高速原子線の発生に適用されるイオン中和器に
関するものである。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an ion neutralizer applied to the generation of a wide range of fast atomic beams from low energy to high energy.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

第2図はこの種のイオン中和器の一例を示す概略構成
図である。同図において、1は中央部分が太くなつた円
筒形の外囲器、2は熱電子放出用の円形フイラメント、
3はイオンビーム、4は高速電子線、5はフイラメント
2を加熱するための電源、6は直流バイアス電源であ
る。なお、フイラメント2は外囲器1の中心軸の周りに
張られており、かつ外囲器1の中央の太くなつた部分に
収められ、電源5,6以外の構成要素を真空容器に収めら
れている。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing an example of this type of ion neutralizer. In the figure, 1 is a cylindrical envelope having a thick central portion, 2 is a circular filament for emitting thermoelectrons,
Reference numeral 3 denotes an ion beam, 4 denotes a high-speed electron beam, 5 denotes a power supply for heating the filament 2, and 6 denotes a DC bias power supply. The filament 2 is stretched around the central axis of the envelope 1 and is housed in a thick central portion of the envelope 1, and the components other than the power supplies 5 and 6 are housed in a vacuum container. ing.

このような構成において、電源5によつて円形フイラ
メント2を加熱し、多量の熱電子を放出させる。外囲器
1は直流電源6によつて、フイラメント2よりも数V低
い電位にバイアスされている。したがつてフイラメント
2から放出した熱電子は外囲器1の器壁が反発を受けて
外囲器1の中心軸付近に集中し、そこに高密度の電子雲
を形成する。この電子雲にイオンビーム3を入射させる
と、イオン・電子の衝突,再結合が起きてイオンビーム
3は高速原子線4に変換される。電子再結合の際のイオ
ン・電子衝突においては、電子の質量がイオンよりも遥
かに小さいためにイオンの運動エネルギーは殆ど損失す
ることなく、そのまま原子に受け継がれて高速原子線4
が誕生する。
In such a configuration, the circular filament 2 is heated by the power source 5 to emit a large amount of thermoelectrons. The envelope 1 is biased by a DC power supply 6 to a potential several volts lower than the filament 2. Accordingly, the thermoelectrons emitted from the filament 2 are repelled by the wall of the envelope 1 and concentrated near the central axis of the envelope 1, forming a high-density electron cloud there. When the ion beam 3 is incident on the electron cloud, ion-electron collision and recombination occur, and the ion beam 3 is converted into a fast atomic beam 4. In ion-electron collision at the time of electron recombination, the mass of the electron is much smaller than that of the ion.
Is born.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

しかしながら、このイオン中和器においては、フイラ
メント2の両端に加熱電源5の出力電圧が印加されてい
るために入射するイオンの運動エネルギーが低い場合に
は、イオンがこの電界の影響を受けて(1)イオンの軌
道が曲り、高速原子の発生効率が低下する、(2)イオ
ンの収束条件が崩れるために収束性の高速原子線が得ら
れないなどの問題があつた。
However, in this ion neutralizer, when the kinetic energy of incident ions is low because the output voltage of the heating power supply 5 is applied to both ends of the filament 2, the ions are affected by this electric field ( There are the following problems: 1) the ion trajectory is bent and the generation efficiency of high-speed atoms is reduced; and 2) the convergence condition of ions is broken, so that a convergent high-speed atomic beam cannot be obtained.

したがつて本発明は、前述した従来の問題に鑑みてな
されたものであり、その目的は、熱電子雲を形成する方
法として高融点金属スリーブの電子衝撃傍熱加熱を採用
することによつてエネルギーの低いイオンに対しても効
率よく高速原子線を発生させ得るイオン中和器を提供す
ることにある。
Accordingly, the present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and an object thereof is to employ electron impact indirect heating of a refractory metal sleeve as a method of forming a thermoelectron cloud. An object of the present invention is to provide an ion neutralizer capable of efficiently generating a high-speed atomic beam even for ions having low energy.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

本発明のイオン中和器は、イオンの電荷を中和するた
めの電子雲を熱電子放出により内部に発生させる高融点
金属スリーブと、このスリーブの外周に巻設されたスリ
ーブの加熱用熱電子を発生させるフイラメントと、フイ
ラメントを加熱させる電源と、フイラメントから発生し
た加熱用熱電子を電界で加速して衝撃によりスリーブを
加熱するためのスリーブとフイラメントとの間に接続さ
れた直流高圧電源とから構成される。
The ion neutralizer according to the present invention includes a refractory metal sleeve that internally generates an electron cloud for neutralizing the charge of ions by thermionic emission, and a heating thermoelectron of a sleeve wound around the outer periphery of the sleeve. From a filament that generates heat, a power supply that heats the filament, and a DC high-voltage power supply that is connected between the sleeve and the filament for heating the thermoelectrons for heating generated from the filament by an electric field and heating the sleeve by impact. Be composed.

〔作用〕[Action]

本発明においては、高融点金属スリーブの電子衝撃傍
熱加熱を採用しているために電子雲中にイオンに取つて
有害な電界が発生することなく、エネルギーの低いイオ
ンに対して効率よく高速原子線を発生させ、低エネルギ
ーの収束性イオンビームに対して収束条件を崩すことな
く、高速原子線に変換される。
In the present invention, since high-melting-point metal sleeve adopts electron-impact indirect heating, no harmful electric field is generated for ions in the electron cloud, and high-speed atomic atoms are efficiently applied to low-energy ions. A beam is generated and converted to a high-speed atomic beam without breaking the convergence condition for a low-energy convergent ion beam.

〔実施例〕〔Example〕

第1図は、本発明によるイオン中和器の一実施例を示
す一部破断構成図であり、前述の図と同一部分には同符
号を付してある。同図において、21は熱電子発生用の高
融点金属スリーブ、22は外囲器、23はフイラメント、24
は電子加速用直流電源であり、電源5,24以外の構成要素
は真空容器内に収納されている。
FIG. 1 is a partially cutaway configuration view showing an embodiment of an ion neutralizer according to the present invention, and the same parts as those in the above-mentioned figures are denoted by the same reference numerals. In the figure, 21 is a high melting point metal sleeve for generating thermoelectrons, 22 is an envelope, 23 is a filament, 24
Is a DC power supply for electron acceleration, and components other than the power supplies 5 and 24 are housed in a vacuum vessel.

このような構成において、電源5によつてフイラメン
ト23を加熱し、多量の熱電子を発生させる。熱電子放出
用の高融点金属スリーブ21は、直流電源24によつてフイ
ラメント23,外囲器22よりも数100V高い電位に保たれて
いる。したがつてフイラメント23から発生した熱電子
は、この高電位によつて加速され、スリーブ21を衝撃し
てこれを高温に加熱する。高温に加熱されたスリーブ21
の壁面からは大量の熱電子が放出し、スリーブ21の内側
に高密度の電子雲を形成する。この電子雲にイオンビー
ム3を入射させると、イオン・電子の衝突,再結合が起
きてイオンビーム3は高速原子線4に変換される。電子
再結合の際のイオン・電子衝突においては、電子の質量
がイオンよりも遥かに小さいためにイオンの運動エネル
ギーは殆ど損失することなく、そのまま原子に受け継が
れて高速原子線4が誕生する。イオンビーム3を電磁レ
ンズによつてあらかじめ絞つておけば、収束した高速原
子線4が得られることになる。
In such a configuration, the filament 23 is heated by the power source 5 to generate a large amount of thermoelectrons. The refractory metal sleeve 21 for emitting thermoelectrons is maintained at a potential several hundred volts higher than the filament 23 and the envelope 22 by a DC power supply 24. Therefore, the thermoelectrons generated from the filament 23 are accelerated by the high potential and impact the sleeve 21 to heat it to a high temperature. Sleeve 21 heated to high temperature
A large amount of thermoelectrons are emitted from the wall surface of, and a high-density electron cloud is formed inside the sleeve. When the ion beam 3 is incident on the electron cloud, ion-electron collision and recombination occur, and the ion beam 3 is converted into a fast atomic beam 4. In the ion-electron collision at the time of electron recombination, the mass of the electron is much smaller than that of the ion, and the kinetic energy of the ion is hardly lost. If the ion beam 3 is previously focused by an electromagnetic lens, a converged high-speed atomic beam 4 can be obtained.

このように構成されるイオン中和器においては、高速
原子線4が発生する空間(スリーブ21の内側の空間)に
従来装置に見られるようなイオンに取つては有害な電界
が存在しないから、低エネルギーのイオンビームが入射
しても、(1)軌道が偏向して高速原子の発生効率が低
下したり、(2)収束条件が崩れて高速原子線の収束状
態が劣化するなどの問題がない。したがつて、低エネル
ギーから高エネルギーにわたる広範囲の高速原子線発生
に適用性のあるイオン中和器となる。
In the ion neutralizer configured as described above, there is no harmful electric field for ions as in the conventional apparatus in the space where the fast atom beam 4 is generated (the space inside the sleeve 21). Even if a low-energy ion beam is incident, there are problems such as (1) the orbit is deflected and the generation efficiency of fast atoms is reduced, and (2) the convergence condition is broken and the convergence state of fast atom beams is deteriorated. Absent. Thus, the ion neutralizer is applicable to a wide range of fast atom beam generation from low energy to high energy.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明したように本発明によれば、低エネルギーか
ら高エネルギーにわたる広範囲の収束した高速原子線が
得られるので、高速のイオンビームと同様にスパツタ蒸
着による薄膜形成,スパツタエツチングによる微細パタ
ーン加工,二次イオン質量分析による材料評価に利用す
ることができる。特に高速原子線は非荷電性であるため
に金属,半導体のみならず、イオンビーム法が不得意と
するプラスチツクス,セラミツクスなどの絶縁物を対象
とする場合にも極めて有効である。また、特にエネルギ
ーの低い高速原子線は、絶縁物の分析評価に有効な武器
と成り得る。その意味において低エネルギーの高速原子
を生成するイオン中和器が得られることは、加工,分析
の能率向上に極めて有効である。
As described above, according to the present invention, a wide range of converged fast atomic beams from low energy to high energy can be obtained, so that thin film formation by sputter deposition, fine pattern processing by sputter etching, It can be used for material evaluation by secondary ion mass spectrometry. In particular, the fast atomic beam is non-chargeable, and is extremely effective not only for metals and semiconductors but also for insulators such as plastics and ceramics, which are not good at the ion beam method. In particular, fast atomic beams with low energy can be an effective weapon for analyzing and evaluating insulators. In that sense, obtaining an ion neutralizer that generates low-energy, high-speed atoms is extremely effective for improving the efficiency of processing and analysis.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の一実施例によるイオン中和器の構成を
示す図、第2図は従来のイオン中和器の構成を示す図で
ある。 3……イオンビーム、4……高速原子線、5……フイラ
メント加熱用電源、21……熱電子発生用の高融点金属ス
リーブ、22……外囲器、23……フイラメント、24……電
子加速用直流電源。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an ion neutralizer according to one embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a conventional ion neutralizer. 3 ... Ion beam, 4 ... High speed atomic beam, 5 ... Power supply for heating filament, 21 ... High melting point metal sleeve for generating thermoelectrons, 22 ... Envelope, 23 ... Filament, 24 ... Electron DC power supply for acceleration.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】イオンビームを電子雲中に入射させること
によりイオンの電荷を中和し高速原子線を発生させるイ
オン中和器において、前記イオンの電荷を中和するため
の電子雲を熱電子放出により内部に発生させる高融点金
属スリーブと、前記スリーブの外周に巻設された前記ス
リーブの加熱用熱電子を発生させるフイラメントと、前
記フイラメントを加熱させる電源と、前記フイラメント
から発生した加熱用熱電子を電界で加速して衝撃により
前記スリーブを加熱するための前記スリーブとフイラメ
ントとの間に接続された直流高圧電源とを備えたことを
特徴とするイオン中和器。
1. An ion neutralizer for neutralizing the charge of an ion by injecting an ion beam into an electron cloud to generate a high-speed atomic beam. A high-melting-point metal sleeve internally generated by the emission, a filament for generating thermoelectrons for heating the sleeve wound around the outer periphery of the sleeve, a power supply for heating the filament, and heating heat generated from the filament An ion neutralizer comprising a DC high-voltage power supply connected between the sleeve and a filament for accelerating electrons by an electric field and heating the sleeve by impact.
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