JPH04277459A - 低エネルギ−イオン照射装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はビ−ム輸送系を高エネ
ルギ−ビ−ム（例えば３０ｋｅＶ以上）の状態で走行し
試料の直前で減速して（例えば１００ｅＶ程度）試料に
照射させる装置に於いてビ−ムの発散を防止し効率良く
試料へビ−ムを照射できるようにした装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図２によって従来例に係る低エネルギ−
イオン照射装置の概要を説明する。真空に引かれた容器
の中にこれらの装置が並んでいるが真空容器や真空排気
装置の図示は省略する。イオン源１、質量分析器２、ビ
−ムレンズ系３、ビ−ム走査系４、減速管５、絶縁リン
グ６、試料チャンバ７、試料８がビ−ムの飛行するライ
ンに沿って設置されている。イオン源１はガス、蒸気を
励起してイオンとする。質量分析器２は電磁石のコアを
対向させたもので、イオンの軌跡を曲げることにより質
量の異なるイオンを排除し所望のイオンだけを選び出す
作用がある。

【０００３】電圧の分布を図の下に示している。これは
イオン源１から質量分析器２の間で加速し、高速にして
からビ−ムラインを飛行させ試料の直前で減速している
。試料に入射するときのエネルギ−は低い。例えば１０
０ｅＶ〜２００ｅＶ程度である。試料は接地するのでイ
オン源の電位がこの電位になる。中間の電位をマイナス
の高電圧（例えば３０ｋｅＶ）にするので中間部での飛
行速度が速くなる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】減速管と試料の間には
負の電界が生じるのでこれはイオンを押し戻そうとする
。これで減速されるのであるが、それとともに急激な収
束作用を受ける。これは等電位面が試料面に平行ではな
くて、減速管の出口の近傍で試料側へ凸状に歪んでいる
からである。等電位面の歪みによりイオンビ−ムは急激
に収束する。イオンが収束するとこれ以後は発散に向か
うわけであるから、試料面に到達した時は大きく発散し
ている。ビ−ムが発散すると試料面から逸脱することが
ありビ−ムの損失が大きくなる。このように急激な減速
には、いつも急収束、急発散の問題がある。この他にイ
オンビ−ム密度が高いと空間電荷の影響を受けて拡がり
やすくなる。本発明は高速のイオンを試料の直前で減速
して試料に入射するようにした装置に於いてイオンビ−
ムが発散することなく有効に試料内へ照射されるように
した装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明のイオン照射装置
は、試料直前での急速な発散を避けるために減速管と試
料との間に軸方向の磁界を加えることにする。すなわち
本発明の低エネルギ−イオン照射装置は導入された原料
ガス、原料蒸気を加熱励起してイオンにするイオン源と
、イオン源から出たイオンを加速する加速部と、加速さ
れたイオン或は加速する前のイオンを質量分析する質量
分析器と、イオンを減速する減速部と、試料を保持する
試料台とを含み、イオンビ−ムを真空中で加速して飛行
させ試料の直前で減速して低エネルギ−にしてから試料
へ照射するようにした装置に於いて減速部から試料に至
る空間のまわりに軸方向に磁界を生ずるコイルを設けて
イオンビ−ムの発散を防ぐようにした事を特徴とする。

【０００６】

【作用】磁力線が存在すると荷電粒子は磁力線のまわり
をサイクロトロン運動する。すなわち磁界の強さに比例
した角周波数で粒子は回転運動する。もしも磁界と直交
する方向の速度ｖを持てば、これをサイクロトロン角周
波数ｑＢ／Ｍで割った半径Ｒで磁力線のまわりに回転す
る。ここでＭはイオンの質量、ｑは電荷、Ｂは磁束密度
である。もともとイオンは軸方向には大きい速度を持つ
が、軸と直角な方向にはあまり速度成分を持っていない
。すると、サイクロトロン運動の半径すなわちラーモア
半径ｖＭ／ｑＢは十分に小さい。従ってイオンは軸方向
の磁界の中で拡がることなく進行することができる。 試料面近くで発散するということがなく収束しながら試
料に入射する。イオンの一部が無駄になるという事が無
い。

【０００７】

【実施例】図１は本発明の実施例に係る低エネルギ−イ
オン照射装置の概略構成図である。イオン源１、質量分
析器２、ビ−ムレンズ系３、ビ−ム走査系４、減速管５
、絶縁リング６、試料チャンバ７、試料８がビ−ムライ
ンに沿って並んでいる。また減速管５と試料８の間の空
間を囲むように磁場コイル９が設けられている。イオン
源１は常温で気体のガスや予め高温に加熱して蒸気とな
った高融点材料の気体が導入される。これをア−ク放電
、高周波放電、マイクロ波放電などの作用によってプラ
ズマとしイオンを引き出してビ−ム状とするものである
。

【０００８】質量分析器２はイオンビ−ムの中で一定の
質量を持つ荷電粒子を選択するものである。イオン源１
から質量分析器２に至るまでにここでは約３０ｋｅＶに
加速されている。質量分析器２を出た後で加速するよう
にしてもよい。質量分析器２は磁界を加えて円弧軌跡を
描かせ適当な位置にあるスリットを通らせることによっ
てイオンを選択する。または磁界と電界との作用によっ
てイオンを選択することもある。ビ−ムレンズ系３は加
速されたイオンのビ−ムライン中にあってビ−ムを拡大
したり縮小したりあるいは収束、発散させるものである
。これも磁界、電界の作用でなされる。Ｑレンズ、アイ
ンツエルレンズなどが用いられる。ビ−ム走査系４はビ
−ムを縦横に振って試料の全面へ均等にイオンビ−ムを
当てるものである。減速管５はこれまでのビ−ムライン
と同じように負の高電圧である。筒状の部分が前に延び
ているがこの先まで負の高電圧としている。絶縁リング
６があるのはこれ以後のチャンバ壁が接地電位だから、
絶縁する必要があるためである。

【０００９】試料チャンバ７には試料８があり、試料チ
ャンバ７の中で減速管５の前端と試料８との間の短い距
離に於いて急速に減速される。これはこの図に対応させ
て書いた電位図の通りである。減速管５と試料８との間
の短い空間を囲むように筒状の磁場コイル９がありこれ
が軸方向の磁場を生じている。このためイオンは磁力線
に捕らえられ、磁力線のまわりをサイクロトロン運動す
る。特にエネルギ−が低いイオンの場合は、サイクロト
ロン運動の半径が小さいのでほぼ軸方向に直進するとい
うことができる。図１でコイルの作る磁力線を破線で示
し、実線でイオンの軌跡の例を示す。エネルギ−が低い
イオンは空間電荷の影響で拡散しやすいものであるが、
磁場が存在すると磁場の影響を受けやすくほぼ軸方向に
直進し拡散するということがない。

【００１０】例えば減速して１００ｅＶ程度の低速のイ
オンになると他のイオンとの間のクーロン斥力によって
進行方向と直角な方向へ拡散しようとする。直角方向の
クーロン斥力のために拡散してしまう理由は２つある。 高速で飛行している時に比べて低速で進行する時はその
速度に反比例して密度が高くなるのでクーロン斥力が高
くなるということである。もうひとつは軸方向へ進む速
度が遅く同じ距離を進のに何倍もの時間がかかるから直
角方向の拡散がより大きく進むということである。

【００１１】ところが電場Ｅと直角な方向に磁場Ｂが存
在すると荷電粒子は電場Ｅの方向には進まなくなり電場
によって加速されなくなる。これはよく知られたことで
ある。そうではなくて、電場Ｅにも磁場Ｂにも直交する
方向へ進んでゆく。初速がいかなるものであってもそう
なるのである。クーロン斥力による電場はもちろん放射
状に半径方向外側を向き磁場は軸方向に向いているから
、イオンは軸のまわりを回ることになる。

【００１２】

【発明の効果】ビ−ムラインを走行する時は高速のイオ
ンとし、試料の直前で減速して低エネルギ−イオンとし
て試料に照射する場合、減速時に急収束、急発散するの
がふつうであるが本発明に於いては軸方向に磁場を存在
させたのでビ−ムは発散しない。従って試料の外部へ逸
脱するということはなく、有効にイオン照射することが
できる。大電流のイオンを低速で試料に照射しようとす
るときに有用な発明である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の低エネルギ−イオン照射装置の概略構
成図。

【図２】従来例に係る低エネルギ−イオン照射装置の概
略構成図。

【符号の説明】

１　　イオン源 ２　　質量分析器 ３　　ビ−ムレンズ系 ４　　ビ−ム走査系 ５　　減速管 ６　　絶縁リング ７　　試料チャンバ ８　　試料 ９　　磁場コイル

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　導入された原料ガス、原料蒸気を加熱
   励起してイオンにするイオン源と、イオン源から出たイ
   オンを加速する加速部と、加速されたイオン或は加速す
   る前のイオンを質量分析する質量分析器と、イオンを減
   速する減速部と、試料を保持する試料台とを含み、イオ
   ンビ−ムを真空中で加速して飛行させ試料の直前で減速
   して低エネルギ−にしてから試料へ照射するようにした
   装置に於いて減速部から試料に至る空間のまわりに軸方
   向に磁界を生ずるコイルを設けてイオンビ−ムの発散を
   防ぐようにした事を特徴とする低エネルギ−イオン照射
   装置。