JPH04277500A - 高速原子線源 - Google Patents

高速原子線源

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JPH04277500A
JPH04277500A JP3038607A JP3860791A JPH04277500A JP H04277500 A JPH04277500 A JP H04277500A JP 3038607 A JP3038607 A JP 3038607A JP 3860791 A JP3860791 A JP 3860791A JP H04277500 A JPH04277500 A JP H04277500A
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雅規 畠山
Kazutoshi Nagai
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    • H05H3/00Production or acceleration of neutral particle beams, e.g. molecular or atomic beams
    • H05H3/02Molecular or atomic beam generation
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
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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】本発明は高速原子線源に関し、特
に、低い放電電圧で効率良く高速原子線を放出する高速
原子線源に関する。
【0002】
【従来の技術】常温の大気中で熱運動している原子は、
概ね0.05eV前後の運動エネルギーを有している。 これに比べて遙かに大きな運動エネルギーで飛翔する原
子を「高速原子」と呼び、それが一方向にビーム状に流
れる場合に「高速原子線」と呼ばれているのは周知のと
おりである。図2は、従来発表されている、気体原子の
高速原子線を発生する高速原子線源のうち、運動エネル
ギーが0.5〜10 keVのアルゴン原子を放射する
高速原子線源の一例を示している。図中、1は外囲器を
兼ねた円筒形の陰極、2はドーナッツ状の陽極、3は直
流高圧電源、4はガスノズル、5はアルゴンガス、6は
プラズマ、7は高速原子線の放出孔、8は高速原子線を
示している。
【0003】前記構成要素を含んで構成されたこの高速
原子線源は、以下の通り動作する。直流高圧電源3を除
く各構成要素は、図示しない真空容器に内蔵されており
、前記真空容器が充分に排気された後、アルゴンガス5
がガスノズル4から円筒形陰極1の内部に注入される。 一方、直流高電圧が直流高圧電源3により、陽極2が正
電位、陰極1が負電位となるように両電極間に印加され
る。
【0004】以上のプロセスが実施されることにより、
陰極1および陽極2間に放電が起きてプラズマ6が発生
し、アルゴンイオンと電子とが生成される。その際、円
筒形陰極1の一端側内壁面から放出された電子は陽極2
に向かって加速され、陽極2の中央の孔を通過して前記
陰極1の他端側内壁面に到達する。他端側内壁面に達し
た電子は、ここで速度を失って反転し、あらためて陽極
2に向かって加速され、再び陽極2の孔を通過して陰極
1の一端側内壁面に到達する。このような電子の繰り返
し運動が、陽極2を介した円筒形陰極1両端面間におけ
る高周波振動となり、その運動の間にアルゴンガスと衝
突して多数のアルゴンイオンを生成する。こうして発生
されたアルゴンイオンは、円筒形陰極1の端面に向かっ
て加速され、充分な運動エネルギーを得る。このとき得
られる運動エネルギーは、直流高圧電源3による放電維
持電圧が、例えば1kVのときは1keV 程度の値と
なる。 即ち、円筒形陰極1の端面近傍の空間は高周波振動する
電子の折り返し点であって、低エネルギーの電子が多数
存在する領域である。この領域に入射したアルゴンイオ
ンは、電子と衝突・再結合してアルゴン原子に戻る。イ
オンと電子の衝突において、電子の質量がアルゴンイオ
ンに比べて無視できる程に小さいため、アルゴンイオン
の運動エネルギーは殆ど損失せずにそのまま原子に受け
継がれて高速原子となる。従って、この場合の高速原子
の運動エネルギーは、1keV 程度となる。この高速
原子は円筒形陰極1の他端面に穿設した放出孔7を通っ
て外部に高速原子線8となって放出される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来形高速原子線源において、高速原子線の放出量の増
加を図るためには、上記のプロセスからも推量されるよ
うに「放電電圧を上げる」、「磁石を併用する」、「導
入するアルゴンガスの圧力を増す」などの方法しか無か
った。その結果、「高速原子線のエネルギーの増加を招
く」、「装置が大型化する」、「高速原子線のエネルギ
ー幅が広がってしまう」など、使用上の問題点が多く、
使い難さを伴った。本発明は、上記実情に基づいてなさ
れたもので、低い放電電圧で高速原子線を効率良く放出
でき、しかも装置の小型化も同時に達成できる高速原子
線源を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明の上記
目的は、表面に多数の高速原子放出孔を有する板状陰極
と、該板状陰極と所定間隔を有して対向対置された板状
陽極と、該板状陽極および前記板状陰極間に配置される
フィラメントと、両電極および前記フィラメントを内蔵
する真空容器と、前記板状陽極に連通して真空容器内に
加熱電離が生じ易い反応ガスを導入するためのガスノズ
ルと、該ガスノズルを介して導入されるハロゲンあるい
はハロゲン化合物を含有する反応ガスと、前記板状陰極
および前記板状陽極間に接続されて両電極間に放電を起
こす直流高圧電源と、前記フィラメンを加熱する加熱用
電源とを含んで構成されることを特徴とする高速原子線
源により達成される。
【0007】
【作用】真空容器内に導入する反応ガスは、加熱電離し
易い反応ガス例えばハロゲンまたはハロゲン化合物を混
入することにより、放電効率が向上できる。また、板状
陽極側から反応ガスを容器内に導入し、電極間に発生し
たガスイオンを、表面に多数の高速原子放出孔を有する
板状陰極により加速して前記放出孔から放出するように
構成したことにより、装置を簡素化して小型化できる。
【0008】
【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を詳説
する。図1は、本発明の一実施例を示す高速原子線源の
概略構成図である。なお、本実施例では、先の図2によ
って述べた従来例と同一機能・動作を有する構成要素に
ついては同一符号を用いている。図において、所定間隔
に隔てられた板状陰極21および板状陽極22が、一点
鎖線で示した真空容器内に配置され、かつ真空容器外部
に配置した直流高圧電源3と接続されている。前記板状
陰極21および板状陽極22間には白金からなる熱フィ
ラメント23が配置されており、該熱フィラメント23
が、同じく容器外部に配置した加熱用電源25と接続さ
れている。ガスノズル4は、前記板状陽極22に固着さ
れかつ真空容器外部より該容器内に反応ガス24を導入
するため連通されている。一方、前記板状電極21は表
面に複数の高速原子線放出孔7が穿設され、高速原子線
8を出射可能に構成している。本発明の特長の一つは、
前記反応ガス24として、加熱電離が生じ易いハロゲン
またはハロゲン化合物を含有して構成されている。
【0009】次に、上記の如く構成した高速原子線源の
動作について説明する。真空容器内を充分に真空排気し
た後、前記板状陽極22および板状陰極21間に前記ガ
スノズル4を介して前記反応ガス24を導入する。反応
ガス24の導入と同時に、前記フィラメント23を加熱
して熱電子を放出させる。更に、前記陽極22および前
記陰極21間に直流高電圧を印加して両電極間に放電を
起こす。上記プロセスにより、プラズマが発生して反応
ガス24のガスイオンと熱電子とが生成される。生成さ
れたガスイオンは、陰極21に向かって加速されて大き
なエネルギーを得る。然るに、このガスイオンは、陰極
21近傍の領域に残留しているガス分子と衝突して電荷
を消失するか、或いは電子との再結合によって電荷を失
い、高速原子に変換される。そして、この高速原子は、
高速原子線放出孔7から高速原子線8として外部に放射
される。
【0010】処で、このように構成しかつ動作される高
速原子線源では、既述したとおり、反応ガスは加熱電離
を起こし易いハロゲンまたはハロゲン化合物が混入され
ているため、熱フィラメント23に接触することにより
直ちに電離して大量のイオンと電子とを発生する。従っ
て、反応ガス24は、電源電圧が低くても容易に放電を
維持して高速原子線8が放出できる。即ち、低エネルギ
ーの高速原子線を得ることができる。反面、熱フィラメ
ント23は高温に加熱されているため、導入するガス2
4が反応性に富む場合にこのガスと反応し易く、劣化ま
たは切断を生じることがある。このような障害を回避す
るため、本実施例では、前記熱フィラメント23に不活
性な金属である白金を用いている。
【0011】
【発明の効果】以上記載したとおり、本発明の高速原子
線源によれば、反応ガスとして加熱電離が生じ易いガス
を用いたことにより、低い放電電圧で放電が維持され、
従って、低エネルギーの高速原子線を得ることができる
。また、陽極側から反応ガスを導入し、かつ陰極に設け
られた放出孔から高速原子線を放出させる構成により、
装置を簡単化して小型化できる。また,本願発明により
得られる低エネルギーの粒子線は、固体に衝突された際
にこの固体に大きなダメージを与えることなく固体表面
を削り、或いは変性させることができるので、半導体の
微細加工や、分析等に重用される。特に、高速原子線は
電気的に中性であるため、金属、半導体分野への適用に
限らず、従来イオンビーム法が不得意としていたプラス
チック、セラミックスなどの絶縁物を対象とした場合に
も威力を発揮できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明の一実施例による高速原子線源の
概略構成図である。
【図2】図2は従来例による高速原子線源の概略構成図
である。
【符号の説明】
1  円筒形陰極 2  ドーナッツ状陽極 3  直流高圧電源 4  ガス導入ノズル 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 21  板状陰極 22  板状陽極 23  フィラメント 24  反応ガス 25  加熱用電源

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  表面に多数の高速原子放出孔を有する
    板状陰極と、該板状陰極と所定間隔を有して対向対置さ
    れた板状陽極と、該板状陽極および前記板状陰極間に配
    置されるフィラメントと、両電極および前記フィラメン
    トを内蔵する真空容器と、前記板状陽極に連通して真空
    容器内に加熱電離が生じ易い反応ガスを導入するための
    ガスノズルと、前記板状陰極および前記板状陽極間に接
    続されて両電極間に放電を起こす直流高圧電源と、前記
    フィラメンを加熱する加熱用電源とからなることを特徴
    とする高速原子線源。
  2. 【請求項2】  反応ガスとしてハロゲンまたはハロゲ
    ン化合物を含有することを特徴とする請求項1に記載の
    高速原子線源。
  3. 【請求項3】  フィラメントに白金を用いることを特
    徴とする請求項1に記載の高速原子線源。
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