JPH02253599A - 高速原子線源装置 - 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） 本発明は成膜、エツチング等の材料加工に用いる高速原
子線源装置に関するものである。

（従来の技術） 第３図は、従来例の高速原子線源装置の一部切欠斜視図
である。従来例に用いられていた気体原子の高速原子線
を発生する高速原子線源装置のうち、運動エネルギーが
０．５〜ｌ０ＫＶのアルゴン原子を放射する高速原子線
源装置の一例を示すものである。

図中符号１はそれぞれ陰極を形成する端面１ａ。

ｔｂ（以下単に端面１ａ、ｌｂという）を有し中央に放
電室Ｃを具えた円筒形カソード、２は前記カソード１の
放電室Ｃのほぼ中心部に設けたリング状アノードであり
、これらはグラファイト等の導電性、耐熱性にすぐれた
材料で作製されている。３は前記カソードｌとアノード
２との間に高電圧例えば０．５〜ｌ０ＫＶの直流高圧を
印加する高圧電源、４は円筒形カソード１の一端面に穿
設したガス導入孔、５は導入孔４より放電室Ｃ内に供給
した不活性のアルゴンガス、６は後述するグロー放電に
より放電室内に形成したプラズマ、７は円筒形カソード
１の他端面に穿設した高速原子線放出孔、８は前記放出
孔７より外部へ放出した高速原子線、９は高速原子線源
装置外部から不活性アルゴンガス５をカソードのガス導
入孔４に導くための導入管でステンレス等よりなる。

以上の構成部材のうち、直流高圧電源３以外の部材を真
空容器（図示せず）に収納し、高真空状態に保持する。

このような高速原子線源装置にガス導入管９からアルゴ
ンガス５を供給して、ガス導入孔４を経て円筒形カソー
ド１の放電室Ｃの内部へ供給する。

次にカソード１とアノード２との間に直流高圧電源３に
より高電圧を印加すると、カソード１の放電室Ｃ内でグ
ロー放電が発生し、プラズマが形成され、ガス導入孔４
から導入された不活性ガス例えばアルゴンガス５はイオ
ン化されて、カソード１及びアノード２間に印加された
静電界により、カソード１の端面１ａ、ｌｂに向けて加
速され、そのうち前記端面１ａ側に向けて加速された放
電プラズマ６のイオンはカソード１の端面１ａに設けた
高速電子線放出孔７付近で電子と結合することにより高
速中性原子となり前記放出孔７から放出されて、高速原
子線８が得られる。

以上は高速電子線発生の原理であるが、以下更にその詳
細に渉って説明する。

円筒形カソード１の放電室Ｃ内でのアルゴンガス５の流
れは、円筒形カソードｌと真空容器との圧力差による差
動排気をうけ、高速原子線放出孔７から外部方向へ向か
う、真空容器内の圧力が例えば１０　−１０　　（Ｔｏ
ｒｒ）である場合のアルゴンガス５のｆｆ１ｌにおいて
、アルゴンガス５は、前記放電室Ｃに平行に移動する層
流に近い挙動を示す。

この状態において、リング状アノード２が正電位となる
ように、直流高圧電源３から直流高電圧を印加すると、
円筒形カソード１の放電室Ｃとリング状アノード２との
間でグロー放電が生じ、はぼつづみ状のプラズマ６が形
成されて、アルゴンイオンと電子が生成される。

前記グロー放電において１円筒形カソード１の放電室Ｃ
内で生成された電子は、リング状アノード２の中央孔を
通過する際に、減速されながら円筒形カソード１の端面
に向かい、この端面の近傍に達したとき速度を失い、速
度の方向を変えてあらてめてリング状アノード２に向か
って加速される。

以上のような電子の挙動によって、発生するプラズマ６
は、リング状アノード２の中央孔と円筒形カソード１の
両端面１ａ、ｌｂとの中央部付近で形成される。

また、プラズマ６中で生成されたアルゴンイオンは円筒
形カソード１の放電室Ｃの壁面に向かって加速され、円
筒形カソード１の一端面１ａに穿設した高速原子線放出
孔７付近に達したアルゴンイオンは、その近傍に存在す
る電子と再結合することによって高速のアルゴン中性原
子となり、アルゴン高速原子線８として高速原子線散出
孔７から放出される。

（発明が解決しようとする課題） 本発明が解決しようとする問題点を第３図に基づいて説
明する。

前記従来例の高速原子線源装置では、グロー放電により
円筒形カソード１の放電室Ｃ内で形成されるプラズマ６
は、円筒形カソード１の両端面の中央部付近に達する。

そのため、円筒形カソード１の一端面１ｂの中央部に設
けられたガス導入孔４にプラズマが到達して、ガス導入
孔４からプラズマ６が漏洩することがある。

しかるに、プラズマ６の中心部は非常に高温度のため、
プラズマ６に直接接触するガス導入孔４やこれに連結す
るガス導入管９も高温となり、その結果前記部材４，９
に熱変形をもたらし、円筒形カソード１の放電室Ｃ内へ
導入されるガス流量に変化を生じるため、グロー放電状
態が変化するという問題点があった。

また、グロー放電の際に円筒形カソード１の放電室Ｃ内
に導入するガス粒子の流れは、円筒形カソード１の放電
室Ｃ内を一直線上を直進する層流に近い状態であるため
、ガス粒子の実質的な飛程は短くあり、従ってガス粒子
と電子との衝突確率が低くなり、放電室Ｃ内へ導入され
たアルゴンガス５のイオン化率が低いという問題点があ
った。

本発明は前述の問題点を解決することを目的とするもの
である。

（課題を解決するための手段） 前記目的を達成するために、以下記載する手段を提供す
る。

すなわち、両端面を有する導電性の円筒形カソードと、
前記カソードの一端面に穿設したビーム取り出し用高速
原子線放出孔と、前記カソードの他端面に穿設したガス
導入孔と、このガス導入孔に外部よりガスを供給するガ
ス導入管と、前記カソードの中心部に配設された導電性
のリング状アノードと、前記カソードとアノードとに直
流高電圧を印加丈る直流高圧電源とを具備する構成にお
いて、前記カソードとアノードとガス導入孔と高速原子
線放出孔とをそれぞれの中心軸が同一直線上に位置する
ように配設すると共に前記ガス導入孔とアノードとの間
にし帝へい板を設けたことを特徴とする高速原子線源装
置を提供する。

（作　用） 本発明によれば、円筒形カソードのガス導入孔とアノー
ドとの間にし牛へい板を設けることにより、円筒形カソ
ード放電室内に発生するプラズマが従来例のようにガス
導入孔やガス導入管に直接接触しない構成としたから、
ガス導入孔や導入管に熱的変形をもたらさない。

更に円筒形カソードの放電室でのガス粒子の流れが乱流
となり、電子との衝突確率が高く、放電室へ導入された
ガスのイオン化率を高めるものである。

（実施例） 以下添付図面を参照して本発明に係る実施例を説明する
。第１図、第２図はそれぞれ本発明の実施例の斜視図、
縦断面図である。

内部に放電室Ｃを設けた円筒形カソードｌの中心と前記
カソードの放電室の中央部に設けたリング状アノード２
の中心と前記円筒形カソード１の一端面１ａに穿設した
高速原子線放出孔７の中心と円筒形カソードｌの他端面
１ｂに穿設したガス導入孔４との中心とが同一直線上に
位置するように関係部材を配設する。

リング状アノード２には、直流高圧電源３から高電圧例
えば０．５〜ｌ０ＫＶ程度の高圧の直流正電圧が印加さ
れるようになっており、又円筒形カソード１は電気的に
接地されている。前記リング状アノード２とカソードｌ
の端面１ｂに穿設したガス導入孔４との間に円筒形しヤ
へい板ｌＯを設ける。

前記し帝へい板ｌＯは、アノード２側に設けた面板１１
とこの面板をカソードｌの端面１ｂ上で支持する脚部１
２を有する。従って面板１１とカソードｌの端面１ｂと
の間にすきまを形成する。

前記の構成部材のうち、直流高圧電源３以外のものを真
空容器内に収納して高真空状態に保持した後、外部より
ガス導入管９から不活性ガスを供給する。ここでは導入
するガスとして例えばアルゴンガス５を用いる。導入す
るガス流量が真空容器内で、圧力１０〜ｌ　Ｏ（Ｔｏｒ
ｒ）となる状態ではガスの流れは、−船釣に粘性流とな
る。

供給後、ガス導入孔４から噴出したアルゴンガス５はし
やへい板１０の面板１１に衝突して、しゃへい板ｌＯの
面板１１とカソードｌの端面１ｂとのすきまに沿って流
れて、放電室Ｃ内を高速原子線放出孔７に向って移動す
る。

し帝へい板ｌＯの存在により、アルゴンガス５はルやへ
い板１０の直前で拡散されるから、カソード１の放電室
Ｃ内を移動中、しゃへい板１０と高速原子線放出孔７と
の間では、不規則に混合しながら移動しいわゆる乱流状
態となる。

前記の状態において、直流高圧電源３からリング状アノ
ード２に直流正電圧を印加すると、円筒形カソードｌの
放電室Ｃ内に存在するわずかな電子が、円筒形カソード
ｌの放電室Ｃ内に形成された静電場によって加速され、
リング状アノード２の中央孔を通過して、高速原子線放
出孔７を穿設した円筒形カソード１の端面１ａとしやへ
い板ｌＯとの間で高周波振動を起こす。

電子はこのような挙動を行う間に、円筒形カソードｌの
放電室Ｃ内に導入されたアルゴンガス５と衝突を繰り返
し、アルゴンガス５を電離させて、アルゴンイオンと電
子とを生成し、いわゆるグロー放電を惹起する。この過
程によって生成された電子は再び前述のようにアルゴン
ガス５の電離に作用し、この過程を繰り返すことにより
グロー放電は安定的に維持される。

前記グロー放電により円筒形カソード１の放電室Ｃ内に
プラズマ６が形成されるが、このプラズマ６は、リング
状アノード２の中央孔と円筒形カソード１の高速原子線
放出孔７を穿設した一端面１ａとしやへい板ｌＯとの間
で形成されている。

前記プラズマ６中で生成されたアルゴンイオンは、円筒
形カソードｌの放電室Ｃ内に形成された静電場によりカ
ソード１の端面１ａ、ｌｂに向けて加速され、その間カ
ソード１の端面に穿設した高速原子線放出孔７付近で電
子との再結合によりアルゴンの高速原子線８となり、高
速原子線放出孔７から外部へ放出される。

（発明の効果） 本発明においては、ガス導入孔４とアノード２との間に
じゃへい板１０を配設したことにより、ガス導入孔４や
ガス導入管９に、円筒形カソードｌの放電室Ｃ内に形成
されるプラズマ６が直接接触しないので、ガス導入孔４
やガス導入管９のプラズマ６による熱変形を減少させて
、円筒形カソードｌの放電室Ｃ内に導入されるガス流量
の変動を抑えることができ、グロー放電開始当初設定し
たビームエネルギーやビーム量を、長時間にわたって維
持することができる。

また、ガス導入孔４に近接してしやへい板ｌＯを設ける
ことにより、円筒形カソードｌの放電室Ｃ内に導入され
たガスの流れを容易に乱流にすることができるので、ガ
ス粒子の実効的な飛程を増し、高周波振動している電子
との衝突確率が増加し、導入ガスのイオン化効率を向上
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る高速原子線源装置の一実施例の一
部切欠斜視図。 第２図は第１図の縦断面図。 第３図は従来例の高速原子線源装置の一部切欠斜視図。 Ｃ・・・放電室、ｌ・・・円筒形カソード、２・・・リ
ング状アノード、３・・・直流高圧電源、４・・・ガス
導入孔、５・・・アルゴンガス、６・・・プラズマ、７
・・・高速原子線放出孔、８・・・高速原子線、９・・
・ガス導入管、１０・・・し壺へい板、１１・・・しゃ
へい板面板、１２・・・し壱へい板脚部。 第　　１　　図 ３・・・１紀１島圧看；唐、 第２図 出　　願　　人　　コパル電子株式会社代理人　弁理士
　　小　　林　　　　榮１０・・・し々へ、１ネ呆 １１・・ル々Δ・・滌ｉ抜 １２・・・Ｌ々八・・方灰り午キア

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、導電性材料よりなり内部に放電室を有する円筒形カ
   ソードと、前記カソードの一端面に穿設したビーム取り
   出し用高速原子線放出孔と、前記カソードの他端面に穿
   設したガス導入孔と、前記ガス導入孔に外部よりガスを
   供給する導入管と、前記カソードの放電室内に設置され
   たリング状アノードと、前記カソードとアノードとに直
   流高電圧を印加する直流高圧電源とを具備する構成にお
   いて、前記カソードとアノードとガス導入孔と高速原子
   線放出孔とをそれぞれの中心軸が同一直線上にあるよう
   に配設すると共に前記ガス導入孔とアノードとの間にし
   やへい板を設けたことを特徴とする高速原子線源装置。 ２、前記しゃへい板はアノード側に配設した面板と前記
   面板をカソードの端面で支持する脚部とを具えた請求項
   １記載の高速原子線源装置。