JP2834147B2 - Method of forming charged particle beam - Google Patents
Method of forming charged particle beamInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 (技術分野) この発明は、荷電粒子ビームの形成方法とその装置に
関するものである。さらに詳しくは、この発明は、これ
までは困難であった電子ビームの取出しをも可能とする
電子ビームおよび/またはイオンビームからなる荷電粒
子ビームの形成方法とそのための装置に関するものであ
る。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method and an apparatus for forming a charged particle beam. More specifically, the present invention relates to a method for forming a charged particle beam composed of an electron beam and / or an ion beam, which enables extraction of an electron beam, which has been difficult so far, and an apparatus therefor.
(背景技術) 近年、荷電粒子ビームの形成装置としては、荷電粒子
ビーム利用技術の進展に伴い、大電流の電子ビームある
いはイオンビームを安定的に供給できる超寿命のものが
要求されている。しかし、従来の荷電粒子ビームの形成
装置は荷電粒子源として金属フィラメントを使用するの
で、上記のような要請に応じることができなくなってい
る。(Background Art) In recent years, as a charged particle beam forming device has been developed, a technology that uses a charged particle beam and has a long life capable of stably supplying a large current electron beam or ion beam has been required. However, since the conventional charged particle beam forming apparatus uses a metal filament as a charged particle source, it is impossible to meet the above-mentioned demands.
これに対して、プラズマ陰極を用いるイオン源が提案
されている(東海大学紀要工学部、Vo1.26,No.2,p.115,
1986)。このイオン源は、イオン源容器内でプラズマ陰
極を用いてアーク放電させ、高電離、高密度のプラズマ
を形成し、そのプラズマを電圧の印加により引出すもの
である。On the other hand, an ion source using a plasma cathode has been proposed (Tokai University, Faculty of Engineering, Vo1.26, No.2, p.115,
1986). In this ion source, arc discharge is performed using a plasma cathode in an ion source container to form highly ionized and high-density plasma, and the plasma is extracted by applying a voltage.
このイオン源の提案は今後の荷電粒子ビーム技術にと
って重要なものであるが、このイオン源から引出せる荷
電粒子はイオンに限られており、電子を引出すことはで
きないという欠点がある。電子は磁界に強く捕えられて
いるため、単に引出し電圧を印加しただけでは引出すこ
とができないからである。Although the proposal of this ion source is important for the future charged particle beam technology, the charged particles that can be extracted from this ion source are limited to ions, and have the drawback that electrons cannot be extracted. This is because electrons are strongly captured by the magnetic field and cannot be extracted simply by applying an extraction voltage.
またこのイオン源の寿命は、従来の金属フィラメント
を使用するものに比べると長いものの、アーク放電によ
り高密度のプラズマを発生させるので、引出し電流20mA
/cm2の場合には90時間にすぎない。Although the service life of this ion source is longer than that using a conventional metal filament, a high-density plasma is generated by arc discharge.
In the case of / cm 2 it is only 90 hours.
このため、このイオン源は、電子ビーム形成装置とし
ては到底用いることができず、さらにイオンビーム形成
装置としても今後の要請に十分応えるだけの寿命を有し
ていない。For this reason, this ion source cannot be used as an electron beam forming device at all, and the ion source does not have a sufficient life to meet future demands.
(発明の目的) この発明は、以上の通りの事情を踏まえてなされたも
のであり、電子ビームの引出しを可能とし、かつ、大電
流の荷電粒子ビームを形成でき、しかも長寿命化するこ
とのできる新しい荷電粒子ビームの形成方法とそのため
の装置を提供することを目的としている。(Object of the Invention) The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and it is possible to extract an electron beam, form a high-current charged particle beam, and extend the life. It is an object of the present invention to provide a new method of forming a charged particle beam and a device therefor.
(発明の開示) この発明は、上記の目的を実現するため、電子サイク
ロトロン共鳴放電により多極磁界中にプラズマを発生さ
せ、多極電界を重畳させて電磁界ドリフトによりプラズ
マを放電空間外へ引出すことを特徴とする荷電粒子ビー
ムの形成方法を提供する。DISCLOSURE OF THE INVENTION In order to achieve the above object, the present invention generates plasma in a multipolar magnetic field by electron cyclotron resonance discharge, superimposes a multipolar electric field, and draws plasma out of a discharge space by an electromagnetic field drift. A method for forming a charged particle beam is provided.
また、この荷電粒子ビームの形成方法を実施する装置
として、電子サイクロトロン共鳴放電によりプラズマを
発生させる多極磁界とこの磁界に重畳する電界とを有
し、多極磁界中に発生させたプラズマを電磁界ドリフト
により放電空間外へ引出すことを特徴とする荷電粒子ビ
ームの形成装置を提供する。Further, as an apparatus for implementing the method of forming a charged particle beam, the apparatus has a multi-pole magnetic field for generating plasma by electron cyclotron resonance discharge and an electric field superimposed on this magnetic field, and converts the plasma generated in the multi-pole magnetic field to an electromagnetic field. Provided is a charged particle beam forming apparatus characterized in that the charged particle beam is drawn out of a discharge space by field drift.
この発明において採用している電子サイクロトロン共
鳴放電法は、無電極放電としてプラズマを形成する方法
である。すなわち、電子サイクロトロン共鳴条件 f=eB/2πm (式中、fは使用する電磁波の周波数、mは電子の質
量、eは電荷、Bは磁束密度を表す)を満たす磁場配位
の空間に周波数fの電磁波を送り、プラズマを発生させ
る。たとえば、 f=2.45GHz、B=875gauss のとき、この共鳴条件が満たされる。The electron cyclotron resonance discharge method employed in the present invention is a method of forming plasma as an electrodeless discharge. That is, in the space of the magnetic field configuration satisfying the electron cyclotron resonance condition f = eB / 2πm (where f is the frequency of the electromagnetic wave used, m is the mass of the electron, e is the electric charge, and B is the magnetic flux density), the frequency f To generate plasma. For example, when f = 2.45 GHz and B = 875 gauss, this resonance condition is satisfied.
この電子サイクロトロン共鳴放電によるプラズマは、
イオンビーム源としては既に半導体エッチング、表面処
理、多価イオン源など広報に利用されており、さらにそ
のイオンビーム源としての寿命は無限長であることも実
証されている。Plasma generated by this electron cyclotron resonance discharge is
Ion beam sources have already been used for publicity such as semiconductor etching, surface treatment, and multiply charged ion sources, and it has been demonstrated that the lifetime of the ion beam source is infinite.
この発明においてはこの電子サイクロトロン共鳴放電
によりプラズマを多極磁界中に発生させ、この磁界に多
極電界を重畳させることを特徴としている。The present invention is characterized in that plasma is generated in a multi-pole magnetic field by the electron cyclotron resonance discharge, and a multi-pole electric field is superimposed on the magnetic field.
たとえば、4極、6極等の多極磁界に多極電界を重畳
させる。For example, a multi-pole electric field is superimposed on a multi-pole magnetic field such as four poles or six poles.
第1図には、4極磁界の例について、磁界とプラズマ
との関係を示している。4極の磁界(1)に発生させた
プラズマ(2)内の電子は磁力線に強く捕捉され、通常
は引出すことができないが、これを可能とするために磁
界に電界を重畳させ、電磁界(E×B)ドリフト運動さ
せる。これにより、イオンだけでなく電子もE/Bの速さ
で同方向に引出すことができるようになる。FIG. 1 shows the relationship between the magnetic field and the plasma for an example of a quadrupole magnetic field. Electrons in the plasma (2) generated in the quadrupole magnetic field (1) are strongly captured by the lines of magnetic force and cannot be normally extracted, but in order to enable this, an electric field is superimposed on the magnetic field and the electromagnetic field ( E × B) Drift motion. As a result, not only ions but also electrons can be extracted in the same direction at the speed of E / B.
ドリフト速度を大きくするために、磁界に多極電界を
印加している。たとえば、第2図に示したように、4極
の磁界(1)に4極の電界(3)を直交させる。プラズ
マを構成する粒子は、紙面の裏から表へと紙面と垂直の
方向にドリフト運動する。To increase the drift speed, a multi-pole electric field is applied to the magnetic field. For example, as shown in FIG. 2, a quadrupole magnetic field (1) is made orthogonal to a quadrupole electric field (3). Particles constituting the plasma drift from the back of the paper to the front in a direction perpendicular to the paper.
以上のように、この発明においてはプラズアから電子
とイオンとを共に引出すが、引出した電子とイオンとは
その電荷および質量の差を利用して分離することができ
る。そこで、この発明においては、放電空間外へ引出し
た電子とイオンとが混在するプラズマに対して磁界また
は電界の印加手段を用いて電子ビームまたはイオンビー
ムを分離・形成することができる。第3図は、磁界印加
手段(4)を用いて電子ビーム(5)とイオンビーム
(6)とを分離・形成する例を示している。As described above, in the present invention, both electrons and ions are extracted from the plasma, and the extracted electrons and ions can be separated by utilizing the difference in charge and mass. Therefore, in the present invention, an electron beam or an ion beam can be separated and formed by using a magnetic field or an electric field applying means with respect to plasma in which electrons and ions drawn out of the discharge space are mixed. FIG. 3 shows an example in which an electron beam (5) and an ion beam (6) are separated and formed by using a magnetic field applying means (4).
たとえば第2図に示した4極磁界を有する電子サイク
ロトロン共鳴放電装置に4極電界を重畳させた装置を使
用して電子ビームを形成する場合、電子サイクロトロン
共鳴放電装置の作動条件として2.45GHzの磁界とマイク
ロ波を使用すると、電子密度2×1010cm-3、電子温度5e
V程度のプラズマを容易に発生させることができる。こ
の場合には100mA・cm-2の電子ビームが得られる。For example, when an electron beam is formed by using a device in which a quadrupole electric field is superimposed on the electron cyclotron resonance discharge device having a quadrupole magnetic field shown in FIG. 2, a magnetic field of 2.45 GHz is set as an operating condition of the electron cyclotron resonance discharge device. And microwave, electron density 2 × 10 10 cm -3 , electron temperature 5e
Plasma of about V can be easily generated. In this case, an electron beam of 100 mA · cm −2 is obtained.
5×109〜1×1012cm-3の範囲内の電子密度程度を容
易に実現することができる。An electron density of about 5 × 10 9 to 1 × 10 12 cm −3 can be easily realized.
(発明の効果) この発明によれば、電子サイクロトロン共鳴放電によ
り多極磁界中にプラズマを発生させ、そのプラズマを荷
電粒子ビーム源とするので高電離、高密度のプラズマを
発生させることができる。その発生寿命は極めて長期な
ものとなる。さらに、この発明によれば、発生させたプ
ラズマをE×Bドリフトにより放電空間の外へ引出すの
で、イオンだけでなく電子も引出すことができる。(Effects of the Invention) According to the present invention, plasma is generated in a multipole magnetic field by electron cyclotron resonance discharge, and the plasma is used as a charged particle beam source, so that highly ionized and high-density plasma can be generated. Its generation life is extremely long. Further, according to the present invention, the generated plasma is extracted to the outside of the discharge space by the E × B drift, so that not only ions but also electrons can be extracted.
第1図は、4極磁界とそこに発生するプラズマとの位置
関係を示す正面図である。 第2図は、重畳させた4極磁界と4極電界を示す正面図
である。 第3図は、電子ビームとイオンビームとを分離・形成す
る場合の斜視図である。 1…多極磁界、2…プラズマ 3…多極電界、4…磁界印加手段 5…電子ビーム、6…イオンビームFIG. 1 is a front view showing a positional relationship between a quadrupole magnetic field and plasma generated therein. FIG. 2 is a front view showing a superposed quadrupole magnetic field and quadrupole electric field. FIG. 3 is a perspective view when an electron beam and an ion beam are separated and formed. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Multi-pole magnetic field, 2 ... Plasma 3 ... Multi-pole electric field, 4 ... Magnetic field applying means 5 ... Electron beam, 6 ... Ion beam
Claims (2)
界中にプラズマを発生させ、多極電界を重畳させて電磁
界ドリフトによリプラズマを放電空間外へ引出すことを
特徴とする荷電粒子ビームの形成方法。1. A method for forming a charged particle beam, comprising generating plasma in a multi-pole magnetic field by electron cyclotron resonance discharge, superposing a multi-pole electric field, and extracting re-plasma out of a discharge space by an electromagnetic field drift. .
は電界を印加して電子ビームとイオンビームを分離・形
成する請求項(1)記載の荷電粒子ビームの形成方法。2. The method for forming a charged particle beam according to claim 1, wherein a magnetic field or an electric field is applied to the plasma drawn out of the discharge space to separate and form an electron beam and an ion beam.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP63200657A JP2834147B2 (en) | 1988-08-11 | 1988-08-11 | Method of forming charged particle beam |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP63200657A JP2834147B2 (en) | 1988-08-11 | 1988-08-11 | Method of forming charged particle beam |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0249334A JPH0249334A (en) | 1990-02-19 |
JP2834147B2 true JP2834147B2 (en) | 1998-12-09 |
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JP63200657A Expired - Lifetime JP2834147B2 (en) | 1988-08-11 | 1988-08-11 | Method of forming charged particle beam |
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Country | Link |
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Families Citing this family (1)
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FR2839242B1 (en) * | 2002-04-25 | 2004-10-15 | Rasar Holding N V | METHOD FOR GENERATING COLD PLASMA FOR STERILIZATION OF GASEOUS MEDIA AND DEVICE FOR CARRYING OUT SAID METHOD |
-
1988
- 1988-08-11 JP JP63200657A patent/JP2834147B2/en not_active Expired - Lifetime
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Publication number | Publication date |
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JPH0249334A (en) | 1990-02-19 |
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