JPH0330297A - 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ｒ＆膜、エッ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２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〜ＩＯＫＶ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ｌはそれぞれ陰極を形戊する端面１　ａ，ｉｂ
（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、酎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〜ＩＯＫＶの直流高圧を印加
する高圧電源、４は円筒形カソードｌの一端面１ｂのほ
ぼ中心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１ａのほぼ中心に穿設した高速原
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１の端面１ｂに設けたガス導入孔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ｌ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ｌの放電室Ｃ内でグ
ロー放電が発生し、プラズマが形威され、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ｌ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
高速原子線放出孔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．以上は高速原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ｌ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ｔｏ　　−ｔｏ（〒ｏｒ
ｒ）である場合のアルゴンガス５の流量において、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ｌ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、ほぼつづみ状のプラズマ６が形
威されて、アルゴンイオンと電子が生或される。

前記グロー放電において、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た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中で生威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ｌ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として高速原子線放出
孔７から放出される． （発明が解決しようとする課８） 本発明が解決しようとする問題点を第２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ｌ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
状態が変化すると共に高速原子線放出孔７より引き出さ
れる原子線のエネルギー量、ビーム量にも変化をもたら
すという問題点があった． また、ガス導入孔４からプラズマ６が漏出し、そのため
ステンレス製ガス導入管９がプラズマ６の熱により損傷
をうける等の問題点もあった．又ガス導入孔４は円筒形
カソードｌの一端面ｌｂに一個のみ穿設してあり、ガス
導入管９からのガスをカソードの放電室Ｃ内へ供給する
場合に、ガスの分春が一様になるように均一的に供給す
ることはできない等の問題点もあった．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） 前記目的を達或するために、以下記載する手段を提供す
る． すなわち、内部に放電室を具えた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、このガス導入孔を介して外部よりガス
を放電室内へ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する直流高圧電
源とを具備する構威において、前記カソードとアノード
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をカソ
ード一端面の円周上に等間隔に複数個配設し、これらの
導入孔にそれぞれ導入管を連結するか又はカソード一端
面に、導入管を連結したガス室を設け、前記一端面の円
周上に等間隔に配設したガス導入孔を介してガス室と放
電室とを連通したことを＃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、ガス導入孔をカソードの一端面の円周
上に等間隔に穿設した構成である力）ら、ガス導入管又
はガス室よりガス導入孔を介して供給されたガスはカソ
ードの放電室内で均一に分布され、カソード内で形成さ
れるプラズマは前記ガス導入孔に接触しないから、プラ
ズマの高熱により前記ガス導入孔、導入管を破損するお
それはない。

（実施例） 以下添付図面を参照して本発明に係る高速原子線源装置
の実施例を説明する．第１図は本発明に係る高速原子線
源？ｔ置の一実施例の一部切欠斜視図である． 内部に放電室Ｃを設けた円筒形カソード１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ｌ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１の他端面
１ｂの中心Ｏ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〜ＩＯＫＶ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１
の端面１ｂの円周上に複数のガス導入孔４ａ，４ｂ，４
ｃ，４ｄを等間隔に穿設する．これらのガス導入孔４ａ
　，　４ｂ　，４ｃ　，４ｄにはそれぞれガス導入管９
ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ（９ｂは図示せず）を連結する．
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９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ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
ｌＯ〜１　０−’（Ｔｏｒｒ）となる状態ではガスの流
れは、一般的に粘性流となる． ガス導入管９ａ〜９ｄから供給されたガスは、ガス導入
孔４ａ〜４ｄから噴出し、均一状態で放電室Ｃ内へ送り
込まれ、放電室Ｃ内を高速原子線放出孔７に向って移動
する． 前記複数のガス導入管９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄよりガス
導入孔４ａ〜４ｄをへて供給されたガスは放電室Ｃ内で
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７ノ
一ド２に直流正電圧を印．加すると、円筒形カソード１
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１の放電室Ｃ内に形威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へと移
動する．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’ｔａ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が形戊されるが、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と複数の導入孔４ａ〜４
ｄを設けた他端面１ｂとの間で形成されている． 前記プラズマ６中で生威されたアルゴンイオンは、円筒
形カソードｌの放電室Ｃ内に形威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． 第２図は本発明に係る高速原子線源装置の別の実施例で
ある． カソード１の一端面１ｂの外側にガス室ｌＯを設け、こ
のガス室１０の外側中央部にガス導入管１１を配設する
．カソード１の一端面１ｂの円周上には、第１実施例と
同様に、等間隔に複数のガス導入孔９ａ〜９ｄを穿設す
る．従ってガス室ｌＯは前記ガス導入孔９ａ〜９ｂを介
して放電室Ｃと連通ずる．この第２実施真においても、
第１実施例と同一の原理にもとづき、高速原子線を生處
するものである． （発明の効果） 本発明においては、円筒形カソードの一端面の円周上に
等間隔に配設した複数のガス導入孔と導入管とをそれぞ
れ直接連結するか又は前記ガス導入孔を介して放電室と
ガス室とを連通した構成であるから、ガスは複数孔より
噴出して円筒形カソード放電室内へ円滑に移動するから
、円筒形カソード放電室内で形成されるプラズマは前記
ガス導入孔や、これにガスを供給する導入管に接しない
ので、前記ガス導入孔や導入管の熱膨張による変形が少
なくなり、その結果カソード内に導入されるガス流量変
化がなくなる．従って形戊された原子線エネルギー、量
等に変化をもたらさないので、放電開始当初に設定した
条件を長時間にわたって雑持する等の効果を有する． 又複数個のガス導入孔を円筒形カソード端面の円周上に
等間隔に穿設することにより、円筒形カソード放電室内
への導入ガスの分布を均一に保持することができ、導入
ガスのイオン化率の向上に役立つ等の効果がある．

【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２の実施例の一部切欠斜視図．第３図は従来
例の高速原子！ｉ源装置の一部切欠斜視図． Ｃ・・・放電室、Ｏ・・・円筒形カソード一端面の中心
、ｌ・・・円筒形カソード、２・・・リング状アノード
、３・・・直流高圧電源、４ａ〜４ｄ・・・ガス導入孔
、 ５・・・アルゴンガス、 ６・・・プラズマ、 ７　・・・ 第 １ 図 高速原子線放出孔、 ８・・・高速原子線、 ９　ａ　〜 ９ ｄ・・・ガス導入管、 １ Ｏ・・・ガス室、 ｌ １・・・ガス 導入管． 出 願 人 コパル電子株式会社

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、前記ガス導入孔を介して外部より
   放電室内へ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をカソードの一端
   面の円周上に等間隔に複数個配設し、前記ガス導入孔と
   導入管とをそれぞれ連結したことを特徴とする高速原子
   線源装置。 ２、導電性材料よりなり内側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、前記ガス導入孔を介して外部より
   放電室内へ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
   ように配設すすると共にカソードの一端面にガス室を設
   け、ガス室に導入管を連結し、前記一端面の円周上に等
   間隔に配設した複数のガス導入孔を介して放電室とガス
   室とを連通したことを特徴とする高速原子線源装置。