JPH01296545A - イオンビーム中性化装置 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は原子もしくは分子イオンビームの電荷を中性
化するイオンビーム中性化装置に関するものである。

〔従来の技術〕

第２図は例えば特願昭６２−５５３０３号明細書図面に
示された先行技術になるイオンビームを中和する装置（
以後、中和器と呼ぶ）の構成断面図であり、図において
、（１）は熱電子放出源としてのフィラメントであり、
第１電源（２）で加熱され、第２を源（３）により所定
の電位が与えられる。

（４）はフィラメント（１）から放電された熱電子が外
周部に拡散するのを、防止する遮蔽手段としての電子シ
ールド電極であり、イオンビーム（１ｏ）の上流側（１
０ａ）に配設された第１の開口部（４Ａ）、下流側に配
設された第２の開口部（４Ｂ）を有している。このシー
ルド電極（４）には第３電源（５）Ｋより負電位が与え
られる。（６）はイオンビーム軸道内で電子が試料（７
）とは逆方向に拡散するのを防止するシールド電極であ
り、第４電源（８）により負電位が与えられる。（９）
は試料台、（１ｏ）はイオンピームチする。（１１）は
試料表面におけるイオンの電荷を中和する中和器である
。（１２）はイオンビーム用アパーチャである。

次に動作について説明する。中和器（１１）に入射した
イオンビーム（１０）は極く近接して設けられたフィラ
メント（１）から放出された電子を、両者の電位差が零
になるまでイオンビーム（１０’）内に引き込み、中和
器（１１）近傍のイオンビーム（１０）は中性化される
。この場合の中性化とは、イオンビーム（１０）内の個
々のイオンが電子と結合し完全な中性粒子になっている
ことではない。イオンビーム（１０）内でのイオン密度
と電子密度が等しい状態にあり、イオンビームとして動
作し、電子は電子として動作しながら、電子はイオンビ
ーム自身が形成する正電場中で捕獲さ牙１だ状態（以後
、プラズマ状態と呼ぶ）を言う。

内部がプラズマ状態にある中和器（１１）に第２電源（
３）で負電位を与えると、試料（７）との間に）［位勾
配が生じ、プラズマ内の電子は試料（７）方向に移動す
る。今、イオンビーム（１０）内のイオン密度と電子密
度が等しいので、試料（７）への電子の移動速度とイオ
ンビームの入射速度を同じになるように第２暇源（３）
で電子の移動速度をコントロールすれば、試料（７）　
Ｋ到達するイオンとは子の数が等しくなり、試料（７）
表面で中和される。この現象を数式で簡単に表わすと、
中和に必要な電子の移動エネルギーＥｅ、電子の質量ｍ
、電子の移動速度Ｖｅ、イオンの入射エネルギーＥ１、
イオンの質ｊｔＭ。

イオンの入射速度ｖ１とすルト、Ｅｅ　＝　女ｍｖ；、
Ｅｉ−壺ＭＶｉ　　であり、Ｖｅ　−Ｖｉ　ｆ７）条件
からＥｅ−冑Ｅ　ｌが成立つ。即ち入射イオン糧が変っ
ても上式の関係が成立つため、中和が可能である。

又、イオン照射に伴なう試料（７）からの２次電子放出
で生ずる試料（７）の正帯電も、電子の移動エネルギー
を高くし、放出される２次電子量と同量の電子を中和器
（１１）から供給することにより解消され、試料（７）
表面の中和が保たれる。

更に、試料（７）に正帯電による電位変動が生じた場合
、電位変動に応じて電子の移動エネルギーも変化し、常
に自動的ＫＷ子量が調整される。

なお、電子シールド電極（４）は、フィラメント（１）
に対し負電位を印加しているので、電子が外周囲へ拡散
することを防止し、効率良くイオンビーム（１０）へ電
子を供給するととも１（、試料（７）へ直接電子が入射
することを防止する。そしてシールド電極（６）はイオ
ンビーム（１０）内の電子がイオン源（１０ａ）方向に
移動するのを防止するとともに、イオンビーム（１０）
内の電子を効率良く試料（７）方向へ供給する役目を持
つ。

（１２）はイオンビームが中和器に直接当らないように
さえぎるアパーチャである。

〔発明が解決しようとする課題〕

先行発明のイオンビーム中性化装置は以上のように構成
されているのでイオンビームの中性化しか行えずイオン
ビームの電流量は中和器の前段に配置したファラデーカ
ップか、あるいはターゲット上に配置したファラデーカ
ップ（何れも図示省略）を用いて計測しなければならず
、装置の構成が大きく複雑になるという問題点があった
。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、イオンビームの中性化をできるとともに、イ
オンビーム覗流量の計測も行える構成が簡単で小形のイ
オンビーム中性化装置を得ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係るイオンビーム中性化装置は、遮蔽手段に
おけるイオンビームの出口部である第２の開口部弁Ｈ庁
もしくはその近傍に設けられたイオンビームを流断し得
る遮蔽部材を備えたものである。

〔作　用〕

この発明における遮蔽部材は、第２の開口部を閉じるこ
とによりイオンビームをイオンビーム中性化装置の内に
とじ込め、ファラデーカップとして作用する。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図において、（１３）は電子シールド電極（４）と試料
（７）の闇にイオンビーム（１０）をさえぎるように出
し入れ可能に電子シールド電極（４）に電気的に同電位
に取り付けられた１枚の板状体からなる遮蔽部材、（１
４）は第２電極（３）のアース側に接続された電流計で
ある。

なお、上記遮蔽部材（１３）の移動機構は、特別なもの
ではなく、公知の従来技術は何れも用いることができる
ものであるので、その詳細は図示を省略している。

−“　　　　第１図にお いて遮蔽部材（１３）が、イオンビーム（１０）ヲ遮断
する位置にあるとき、第１電源（２）、第２覗源（３）
、第３電源（５）は、切られ、第４電源（８）はイオン
ビーム（１０）のエネルギーに対応するように負の電位
を、シールド電極（６）に印加する。

イオンビーム（１ｏ）は遮蔽部材（１３）に衝突し、２
次電子を発生するがシールド電極（６）の電位により中
和器（１１）の外部へは拡散しない。

遮蔽部材（１２）は電気的に電子シールド電極（４）と
接続されているため、この遮蔽部材（１３）から発生し
た２次電子は再びフィラメント（１）及び電子シールド
電極（４）を通って遮蔽部材（１３）にもどる。

遮蔽部材（１３）に衝突したイオンビーム（１ｏ）は、
電子シールド電極（４）を介してアースに流れるため、
電流計（１４）によって、イオンビーム（１ｏ）の電流
値が計測できる。

なお上記実施例では、遮蔽部材（１３）を−枚の板状体
によって構成すると共に出し入れできる構造のものを示
したが、これに限定されるものではない。例えば複数枚
の板状体によってカメラのシャッター状に形成したしば
り構造としてもよい。

また、遮蔽部材（１３）の設置位置も実施例のものに限
定されるものではなく、第２の開口部（４Ａ）に接して
設け、もしくはその近傍に設けることができる。さらに
、熱電子放出源（１）としてフィラメントを用いたが、
これに限定されるものではない。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば遮蔽手段の第２の開口
部もしくはその近傍に設けられたイオンビームを遮断し
得る遮蔽部材を備えるように構成したので、中和器自体
をファラデーカップとして用いることができ、簡単な構
成で、小形のイオンビーム中性化装置が得られる効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例によるイオンビーム中性化
装置の要部を示す構成図、第２図は先行発明のイオンビ
ーム中性化装置の要部を示す構成図である。 図中、（１）は熱電子放出源（フィラメント）、（４）
は遮蔽手段（電子シールド電極）、（４Ａ）は第２の開
口部、（１３）は遮蔽部材である。 なお図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。 心１図 Ｌ賽外電達放出グ猷（フィラメント） ４：置市（午投（電子シールド電極り ４Ａ：第２の開ば部 １３：」緊請筺濱ｐ卑↑

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. イオンビームの流れに対向するように配設された熱電子
   放出源と、この熱電子放出源のまわりを包囲すると共に
   、上記イオンビームの通過を許す上記イオンビームの上
   流側に配設された第１の開口部及び下流側に配設された
   第２の開口部を有する遮蔽手段とを備えたイオンビーム
   中性化装置において、上記遮蔽手段の第２の開口部もし
   くはその近傍に設けられ、上記イオンビームを遮断し得
   る遮蔽部材を備えたことを特徴とするイオンビーム中性
   化装置。