JPH0441459B2 - - Google Patents

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JPH0441459B2
JPH0441459B2 JP59066897A JP6689784A JPH0441459B2 JP H0441459 B2 JPH0441459 B2 JP H0441459B2 JP 59066897 A JP59066897 A JP 59066897A JP 6689784 A JP6689784 A JP 6689784A JP H0441459 B2 JPH0441459 B2 JP H0441459B2
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substance
state
laser
ion beam
laser beam
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JP59066897A
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Yoshihiro Ueda
Koichi Ono
Tatsuo Oomori
Shigeto Fujita
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J27/00Ion beam tubes
    • H01J27/02Ion sources; Ion guns
    • H01J27/24Ion sources; Ion guns using photo-ionisation, e.g. using laser beam
    • 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
    • H01J37/02Details
    • H01J37/04Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement or ion-optical arrangement
    • H01J37/08Ion sources; Ion guns

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  • Optics & Photonics (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、半導体加工装置をはじめ材料改質、
材料合成等に使われるイオンビーム発生装置に関
するものである。
[Detailed Description of the Invention] [Technical Field of the Invention] The present invention relates to semiconductor processing equipment, material modification,
This relates to ion beam generators used for materials synthesis, etc.

〔従来技術〕[Prior art]

従来、イオンビーム発生装置によるイオン発生
方法としては、種々の手法が考えられ実用化され
て来た。その大部分は放電を利用したものであつ
たが、近年レーザ光を使つたイオン源が考え出さ
れて来ている。このレーザ光等の光を使つた方式
には2つあり、1つはレーザ光を金属等の固体に
照射してそのプラズマをイオン源として使つた
り、レーザ光を集光して気体、液体に照射してプ
ラズマを作り、これをイオン源としたりするもの
であり、他の1つは波長の可変な光源を使い、レ
ーザ光等の単一波長を対象とするイオン化される
べき物質のエネルギ準位に共鳴させて該物質をイ
オン化させるものであり、本発明は後者に関する
ものである。
Conventionally, various methods have been considered and put into practical use as ion generation methods using ion beam generators. Most of them used electric discharge, but in recent years ion sources using laser light have been devised. There are two methods of using light such as laser light. One is to irradiate a solid such as a metal with laser light and use the resulting plasma as an ion source, and the other is to focus laser light to release gas or liquid. The other method uses a wavelength-tunable light source, which targets the energy of the substance to be ionized with a single wavelength such as a laser beam, and uses it as an ion source. The substance is ionized by resonance with the level, and the present invention relates to the latter.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明は、上記共鳴光励起、イオン化方式のイ
オンビーム発生装置において、イオン化させる物
質の共鳴光励起にてイオン化させる直前の状態と
して、該物質の自動電離状態
(Autoionizationlevel)を使うことにより、従来
の共鳴光励起、イオン化方式に比べ入力光エネル
ギに対するイオン化効率を2桁以上向上でき、か
つ選択イオン化における選択性に優れたイオンビ
ーム発生装置を提供することを目的としている。
The present invention uses the autoionization level of a substance to be ionized as the state immediately before ionizing the substance by resonant light excitation in the above-mentioned resonant light excitation and ionization type ion beam generation apparatus. It is an object of the present invention to provide an ion beam generator that can improve the ionization efficiency with respect to input light energy by two orders of magnitude or more compared to the ionization method, and has excellent selectivity in selective ionization.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

まず本発明装置におけるイオン化方法をベリリ
ウムイオンビームを発生する場合を例にとつて従
来の方法と比較しつつ説明する。第1図はベリリ
ウム中性原子のエネルギ準位図である。
First, the ionization method used in the apparatus of the present invention will be explained, taking as an example the case of generating a beryllium ion beam, and comparing it with a conventional method. FIG. 1 is an energy level diagram of beryllium neutral atoms.

従来のイオン化方法は、例えば波長が2349Å、
3000Åの2本のレーザビームB1,B2をイオン
化させたいベリリウム蒸気に照射する方法であ
り、即ち基底状態2s(1S)にあるベリリウム原子
をまず2349ÅのレーザビームB1により励起状態
2p(1P0)に共鳴励起し、その後3000Åのレーザビ
ームB2によりイオン化させるものである。
Conventional ionization methods, for example, have a wavelength of 2349 Å,
This is a method of irradiating the beryllium vapor to be ionized with two 3000 Å laser beams B1 and B2. In other words, beryllium atoms in the ground state 2s ( 1 S) are first brought to an excited state by the 2349 Å laser beam B1.
2p ( 1 P 0 ) is resonantly excited and then ionized by a 3000 Å laser beam B2.

本発明装置におけるイオン化方法が上記従来の
イオン化方法と異なる点は、ベリリウム蒸気をガ
ス放電により比較的下位の、例えば準安定状態
2p(3P0)に励起させ、さらにレーザビームの照射
により自動電離状態1s22p3p(3S)に共鳴励起さ
せ、この励起状態において所定の遷移確率で自動
電離される過程を有する点と、上記各励起過程は
全て共鳴によれなされている点である。
The ionization method in the device of the present invention differs from the conventional ionization method described above in that beryllium vapor is brought to a relatively low level, for example, a metastable state, by gas discharge.
2p ( 3 P 0 ), further resonantly excited to an auto-ionization state 1s 2 2p3p ( 3 S) by laser beam irradiation, and auto-ionizing in this excited state with a predetermined transition probability; The point is that all of the above excitation processes are performed by resonance.

この発明装置におけるイオン化方法の場合、波
長3865Åのレーザ光による2電子励起状態1S 22P2P
3D)から自動電離状態1S 22P3P3S)への光励起
断面積はσi=1.0×10-15cm2であり、従つてその励
起速度はレーザ光強度をIとするとW=1.95×
103I(W/cm2)sec-1となる。このような自動電離
状態は、1012sec-1以上の速い速度で自発的にイ
オンと電子とに分離するため、この励起速度Wを
2電子励起状態1S 22P2P3D)の波長3865Åのレー
ザ光による自動電離状態1S 22P3P3S)を経由して
の電離速度とすることができる。一方、従来のイ
オン化方法に従う一例である該2電子励起状態1S
22P2P3D)から直接に光イオン化する場合、その
光電離断面積は、σi=7.92×10-29[λ2(Å)]3cm2

あり、従つてその電離速度はW=3.99×10-14[λ2
(Å)]4I(W/cm2)sec-1となる。ここで、レーザ
光波長λ2は、電離限界を越えるためλ2<6453Åで
ある必要がある。第5図はこの電離速度Wをレー
ザ光波長λ2の関数として色々なレーザ光強度Iに
対して示す。図示のようにある一定のレーザ光強
度において波長λ2を変化させると電離速度Wは連
続的に変化するが、λ2が2電子励起状態1S 22P2P
3D)と自動電離状態1S 22P3P3S)との間の共鳴
波長3865Åの個所では不連続的に2桁以上高くな
る。従つて、この発明におけるイオン化方法の場
合、従来の共鳴光励起、イオン化方式に比べ、入
力光エネルギーに対するイオン化効率が2桁以上
高くなり、しかも完全に共鳴のみを使うためレー
ザビームの波長を不純物原子のエネルギ準位と一
致しないように選択すればイオン化させたい物質
のみをイオン化でき、しかも純度の高いものがで
きる。
In the case of the ionization method in this inventive device, a two-electron excited state 1 S 2 2 P 2 P is generated by laser light with a wavelength of 3865 Å.
( 3D ) to the autoionized state 1S22P3P ( 3S ) is σi = 1.0× 10-15 cm2 , and therefore the excitation rate is determined by changing the laser light intensity to I. Then W=1.95×
10 3 I (W/cm 2 ) sec -1 . Since such an autoionization state spontaneously separates into ions and electrons at a fast rate of 10 12 sec -1 or more, this excitation rate W can be reduced to a two-electron excited state 1 S 2 2 P 2 P ( 3 D) The ionization rate can be achieved via the automatic ionization state 1 S 2 2 P 3 P ( 3 S) by laser light with a wavelength of 3865 Å. On the other hand, the two-electron excited state 1 S is an example of following the conventional ionization method.
When photoionizing directly from 2 2 P 2 P ( 3D ), the photoionization cross section is σ i =7.92×10 -292 (Å)] 3 cm 2
Therefore, the ionization rate is W=3.99×10 -142
(Å)] 4 I (W/cm 2 )sec -1 . Here, since the laser light wavelength λ 2 exceeds the ionization limit, it is necessary that λ 2 <6453 Å. FIG. 5 shows this ionization rate W as a function of the laser light wavelength λ 2 for various laser light intensities I. As shown in the figure, when the wavelength λ 2 is changed at a certain laser light intensity, the ionization rate W changes continuously, but λ 2 is in the two-electron excited state 1 S 2 2 P 2 P
( 3 D) and the autoionization state 1 S 2 2 P 3 P ( 3 S), at the resonance wavelength of 3865 Å, it becomes discontinuously higher by more than two orders of magnitude. Therefore, in the case of the ionization method of the present invention, the ionization efficiency with respect to the input light energy is more than two orders of magnitude higher than that of the conventional resonant optical excitation and ionization method.Moreover, since only resonance is used, the wavelength of the laser beam is adjusted to the wavelength of the impurity atoms. If the energy level is selected so that it does not match the energy level, only the desired substance can be ionized, and the substance can be highly purified.

また上記レーザビームの波長を変えることによ
り、容易に他種の物質のイオンビームを発生する
ことができ、この場合イオン化される多種の物質
を前もつてイオンビーム発生容器内に導入してお
いても良い。このように発生するイオンビームの
種類を容易に変えることができる本発明の手法は
従来の方法にないものであり、イオンビームで処
理するイオン種の異なるような2つ以上の行程を
連続して行なうことができる利点がある。
In addition, by changing the wavelength of the laser beam, ion beams of other types of substances can be easily generated.In this case, various types of substances to be ionized can be introduced into the ion beam generation container in advance. Also good. The method of the present invention, which can easily change the type of ion beam generated in this way, is unlike any conventional method. There are advantages to doing so.

次にこの発明の実施例を図について説明する。 Next, embodiments of the invention will be described with reference to the drawings.

第2図は本発明の第1の実施例を示す。図にお
いて、1はイオン化されるべき物質が導入される
容器、1aは上記物質を該容器1内に導入するた
めのガス導入孔、1bはガス排出孔、3a,3b
は図示しないレーザビーム発生部からのレーザビ
ームB3,B4を上記容器1内に導入する窓であ
り、該容器1内のレーザビームB3,B4が交差
する空間はイオン生成空間4となつている。な
お、上記レーザビーム発生部としては、波長可変
レーザ又は自由電子レーザ等のレーザが用いられ
る。
FIG. 2 shows a first embodiment of the invention. In the figure, 1 is a container into which a substance to be ionized is introduced, 1a is a gas introduction hole for introducing the substance into the container 1, 1b is a gas discharge hole, 3a, 3b
is a window through which laser beams B3 and B4 from a laser beam generating section (not shown) are introduced into the container 1, and the space in the container 1 where the laser beams B3 and B4 intersect is an ion generation space 4. Note that as the laser beam generating section, a laser such as a wavelength tunable laser or a free electron laser is used.

5,6は上記イオン生成空間4を挟んで配置さ
れた電極、5a,6aは上記電極5,6に電圧を
印加する端子であり、これらは上記イオン生成空
間4に励起用高周波ガス放電を生ぜしめるガス放
電発生部15を構成している。なお、上記イオン
化されるべき物質が化合物又は分子状態のガスと
して上記容器1に導入される場合は、上記励起用
ガス放電が上記物質を中性元素状態にするための
ガス放電を兼ねるようにしてもよい。
Reference numerals 5 and 6 are electrodes placed across the ion generation space 4, and 5a and 6a are terminals for applying voltage to the electrodes 5 and 6, which generate excitation high-frequency gas discharge in the ion generation space 4. This constitutes a gas discharge generating section 15 that closes the gap. Note that when the substance to be ionized is introduced into the container 1 as a gas in a compound or molecular state, the excitation gas discharge also serves as a gas discharge to bring the substance into a neutral element state. Good too.

8は試料、8aは該試料8を保持する試料台で
あり、該試料台8aと上記電極6との間には直流
電圧が印加され、これによりイオン化された物質
をイオンビームとして引き出すための引き出し電
界が発生される。
8 is a sample, and 8a is a sample stand that holds the sample 8. A direct current voltage is applied between the sample stand 8a and the electrode 6, and a drawer is used to extract the ionized substance as an ion beam. An electric field is generated.

次に動作について説明する。 Next, the operation will be explained.

本実施例装置により、ベリリウムのイオンビー
ムを発生する場合を考える。まず容器1にガス導
入孔1aよりベリリウム蒸気10を導入する。そ
して上記電極5と電極6の各々の端子5a,6a
からの電圧が印加され、これにより、ベリリウム
蒸気10にガス放電により電子が衝突し、その結
果ベリリウム蒸気10はその基底状態から準安定
状態2p(3P0)に共鳴励起される。また上記電圧印
加と時間的に同期して上記レーザビーム発生部が
発振し、これにより波長2651ÅのレーザビームB
3が窓3aを介して上記容器1に導入され、また
3865ÅのレーザビームB4が窓3bを介して同様
に導入され、両ビームB3,B4が容器1内のイ
オン生成空間4において交差し、これにより上記
準安定状態2p(3P0)にあるベリリウム蒸気10
は、2651ÅのレーザビームB3により励起状態
1s22p23D)に共鳴励起され、さらに3865Åのレ
ーザビームB4により上記励起状態2p(3D)から
自動電離状態1s22p3p(3S)に段階状に共鳴励起さ
れ、該励起蒸気は所定の遷移確率でもつてイオン
状態になる。また上記電極6と試料台8aとの間
には直流電圧が印加されており、これにより上記
イオン化されたベリリウム蒸気10はベリリウム
のイオンのみからなるイオンビーム9として引き
出され、該イオンビーム9は上記試料8に照射さ
れる。
Let us consider the case where a beryllium ion beam is generated by the apparatus of this embodiment. First, beryllium vapor 10 is introduced into the container 1 through the gas introduction hole 1a. and terminals 5a and 6a of the electrodes 5 and 6, respectively.
, which causes electrons to collide with the beryllium vapor 10 due to the gas discharge, so that the beryllium vapor 10 is resonantly excited from its ground state to the metastable state 2p ( 3 P 0 ). In addition, the laser beam generating section oscillates in time synchronization with the voltage application, thereby causing a laser beam B with a wavelength of 2651 Å.
3 is introduced into the container 1 through the window 3a, and
A laser beam B4 of 3865 Å is similarly introduced through the window 3b, and both beams B3 and B4 intersect in the ion production space 4 in the container 1, thereby causing the beryllium vapor in the above-mentioned metastable state 2p ( 3 P 0 ) 10
is excited by the 2651 Å laser beam B3.
It is resonantly excited to 1s 2 2p 2 ( 3D ), and further resonantly excited stepwise from the excited state 2p ( 3D ) to the autoionization state 1s 2 2p3p ( 3S ) by laser beam B4 of 3865 Å, and the excited vapor is becomes an ionic state even with a predetermined transition probability. Further, a DC voltage is applied between the electrode 6 and the sample stage 8a, whereby the ionized beryllium vapor 10 is extracted as an ion beam 9 consisting only of beryllium ions. The sample 8 is irradiated.

以上の動作説明における本実施例の特徴を示す
と、まず第1に本実施例は完全に共鳴のみを用い
て選択イオン化を行なうものであるので、上記容
器1内にイオン化されるべき物質、この場合ベリ
リウム、以外の不純物、酸素、窒素、炭素、水素
等が含まれていて、しかもその量がベリリウムよ
り多くても、レーザビームの波長を不純物原子の
エレルギ準位と一致させないようにして希望の元
素、この場合はベリリウム、のみがイオン化され
た純粋なベリリウムイオンビームが得られる。
The features of this embodiment in the above operation description are as follows: First of all, this embodiment performs selective ionization completely using only resonance, so the substance to be ionized and this In the case that impurities other than beryllium, such as oxygen, nitrogen, carbon, and hydrogen, are included, and even if the amount is larger than beryllium, the desired wavelength can be avoided by making the wavelength of the laser beam do not match the energy level of the impurity atoms. A pure beryllium ion beam is obtained in which only the element, in this case beryllium, is ionized.

第2に本実施例は上述のとおり、選択イオン化
を行なうものであり、かつ共鳴光励起によるイオ
ン化を行なうものであるので、電子や他の元素が
励起されたり、エネルギ吸収により温度上昇した
りすることはなく、その結果イオンビームを照射
する対象試料8、例えば半導体の場合は基板、の
温度を上昇させることはなく、低温処理ができ
る。
Second, as mentioned above, this embodiment performs selective ionization and ionization by resonant optical excitation, so there is no possibility that electrons or other elements will be excited or that the temperature will rise due to energy absorption. As a result, low-temperature processing can be performed without increasing the temperature of the target sample 8 to be irradiated with the ion beam, such as a substrate in the case of a semiconductor.

第3にイオンビームの種類や特性を変える場合
はレーザビームの波長を変えれば良く、従来のよ
うな試料を取り出したり、イオン源部を交換する
ために容器を開閉したりする必要はなく、従つ
て、イオン注入とアニーリング等の連続動作が容
易にできる。
Third, if you want to change the type or characteristics of the ion beam, you can simply change the wavelength of the laser beam, and there is no need to take out the sample or open and close the container to replace the ion source, as in the case of conventional methods. Therefore, continuous operations such as ion implantation and annealing can be easily performed.

第3図は本発明の第2の実施例を示す。図にお
いて、第2図と同一符号は同一又は相当部分を示
し、13はイオン化されるべき物質12を収容す
るオーブン、13aは上記オーブン13の外周に
設けられたヒータ、11はイオン化されたベリリ
ウム蒸気10を容器1の軸心に集束せしめるマグ
ネツト、14は上記集束されたベリリウム蒸気1
0をイオンビーム9として引き出す引き出し電極
である。
FIG. 3 shows a second embodiment of the invention. In the figure, the same reference numerals as in FIG. 2 indicate the same or equivalent parts, 13 is an oven containing the substance 12 to be ionized, 13a is a heater provided on the outer periphery of the oven 13, and 11 is ionized beryllium vapor. A magnet 10 focuses the focused beryllium vapor 1 on the axis of the container 1, and 14 the focused beryllium vapor 1.
This is an extraction electrode that extracts 0 as an ion beam 9.

次に動作について説明する。 Next, the operation will be explained.

オーブン13内にイオン化される物質であるベ
リリウム12を入れ、ヒータ13aによりオーブ
ン13を加熱すると上記ベリリウム12が溶融、
気化してベリリウム蒸気10が発生し、該蒸気1
0はガス導入孔1aを通つて容器1内に導入され
る。そして電極5,6に電圧が印加されて上記蒸
気10にガス放電の電子が衝突され、またこれと
時間的に同期して2651ÅのレーザビームB3と
3865ÅのレーザビームB4が各々窓3a,3bを
介して上記容器1内に導入されて上記蒸気10に
照射される。するとこれにより蒸気10は準安定
状態2p(3P0)から励起状態2p(3D)を経て自動電
離状態1s22p3p(3S)の階段状に励起され、さらに
該励起蒸気は所定の遷移確率でイオン状態とな
り、これによりイオン生成空間4にベリリウムイ
オンが生成され、該ベリリウムイオンはマグネツ
ト11により軸心に集束された後、引き出し電極
14によつてイオンビーム9として放出される。
When beryllium 12, which is an ionized substance, is placed in the oven 13 and the oven 13 is heated by the heater 13a, the beryllium 12 melts.
The vaporization generates beryllium vapor 10, and the vapor 1
0 is introduced into the container 1 through the gas introduction hole 1a. Then, a voltage is applied to the electrodes 5 and 6, and the vapor 10 is bombarded with electrons from the gas discharge, and in time synchronization with this, a laser beam B3 of 2651 Å is generated.
A laser beam B4 of 3865 Å is introduced into the container 1 through the windows 3a and 3b, and irradiates the vapor 10. As a result, the vapor 10 is excited stepwise from the metastable state 2p ( 3 P 0 ) to the excited state 2p ( 3 D) to the autoionization state 1s 2 2p 3p ( 3 S), and furthermore, the excited vapor undergoes a predetermined transition. It becomes an ion state with probability, and as a result, beryllium ions are generated in the ion generation space 4, and after being focused to the axis by the magnet 11, the beryllium ions are emitted as an ion beam 9 by the extraction electrode 14.

第4図は本発明の第3の実施例によるイオンビ
ーム発生装置におけるレーザ発振装置の構成例で
ある。
FIG. 4 shows an example of the configuration of a laser oscillation device in an ion beam generator according to a third embodiment of the present invention.

本発明におけるイオン生成のためのレーザビー
ムとガス放電とは時間的に同期される必要があ
り、また階段状に元素を励起させるためには複数
の各々特定周波数のレーザビームが必要であり、
該複数のレーザビームももちろん同期させる必要
がある訳であるが、第4図はその同期方法の一例
を示すものである。
In the present invention, the laser beam and gas discharge for ion generation need to be synchronized in time, and in order to excite the elements in a stepwise manner, a plurality of laser beams each having a specific frequency are required.
Of course, it is necessary to synchronize the plurality of laser beams, and FIG. 4 shows an example of a synchronization method.

本レーザ発振装置20は、3台の波長可変のダ
イレーザ22,23,24と、該各ダイレーザ2
2〜24を励起するための励起源レーザ21と、
ハーフミラー25,26、全反射ミラー27とか
ら構成されている。このように励起源を1台のレ
ーザ21で構成したことにより、発振するレーザ
ビームω1,ω2,ω3は時間的に同期されたも
のとなる。そして蒸気励起源レーザ21の発振
と、上記電極5,6への電圧印加を同時に行なう
ことにより、レーザビームとガス放電とを時間的
に同期できることとなる。
This laser oscillation device 20 includes three wavelength-tunable dye lasers 22, 23, and 24, and each dye laser 2.
an excitation source laser 21 for exciting 2 to 24;
It is composed of half mirrors 25 and 26 and a total reflection mirror 27. By configuring the excitation source with one laser 21 in this manner, the oscillated laser beams ω1, ω2, and ω3 are temporally synchronized. By simultaneously oscillating the vapor excitation source laser 21 and applying voltage to the electrodes 5 and 6, the laser beam and the gas discharge can be synchronized in time.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

このように、本発明に係るイオンビーム発生装
置によれば、イオン化されるべき物質をガス放電
によりそのエネルギ準位の基底状態から比較的下
位な励起状態に起し、さらに上記物質をレーザビ
ームの照射により該励起状態から自動電離状態に
するようにしたので、イオンの選択性に優れ、か
つ従来の共鳴光励起、イオン化方式に比べ、入力
エネルギーに対するイオン化効率を2桁以上向上
できる効果がある。
As described above, according to the ion beam generator of the present invention, the substance to be ionized is raised from the ground state of its energy level to a relatively lower excited state by gas discharge, and the substance is further ionized by the laser beam. Since the excited state is changed to an auto-ionization state by irradiation, it has excellent ion selectivity and has the effect of improving ionization efficiency with respect to input energy by more than two orders of magnitude compared to conventional resonance optical excitation and ionization methods.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図はベリリウム中性原子のエネルギ状態
図、第2図は本発明の第1の実施例によるシヤワ
ー型イオンビーム発生装置の概略構成図、第3図
は本発明の第2の実施例による集束型イオンビー
ム発生装置の概略構成図、第4図は本発明の第3
の実施例によるイオンビーム発生装置のレーザビ
ーム発振器のブロツク図、第5図はベリリウム中
性原子の励起状態1S 22P2P3D)における光電離速
度の波長依存性を示す状態図である。 1……容器、15……ガス放電発生部、20…
…レーザビーム発生部、B1〜B4……レーザビ
ーム。なお図中同一符号は同一又は相当部分を示
す。
FIG. 1 is an energy phase diagram of beryllium neutral atoms, FIG. 2 is a schematic diagram of the shower type ion beam generator according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a diagram according to the second embodiment of the present invention. A schematic configuration diagram of a focused ion beam generator, FIG. 4 is the third embodiment of the present invention.
A block diagram of a laser beam oscillator of an ion beam generator according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a phase diagram showing the wavelength dependence of the photoionization rate in the excited state 1 S 2 2 P 2 P ( 3D ) of beryllium neutral atoms. It is. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Container, 15... Gas discharge generating part, 20...
...Laser beam generating section, B1 to B4...Laser beam. Note that the same reference numerals in the figures indicate the same or equivalent parts.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 イオン化されるべき物質を収容する容器と、
該容器内の上記物質にレーザビームを照射するレ
ーザビーム発生部と、上記容器内の上記物質雰囲
気中でレーザビームと交差するガス放電を発生す
るガス放電発生部とを備え、上記物質のイオンビ
ームを発生する装置において、上記ガス放電発生
部はガス放電により上記物質をエネルギ準位の基
底状態から比較的下位の励起状態に励起するもの
であり、上記レーザビーム発生部は上記物質を上
記励起状態から自動電離状態に共鳴光励起するよ
うな波長を有するレーザビームを発生するもので
あることを特徴とするイオンビーム発生装置。 2 上記レーザビーム発生部は、上記物質を上記
比較的下位の励起状態から中間状態を経て上記自
動電離状態に段階状に共鳴光励起するような波長
の異なる複数のレーザビームを発生するものであ
ることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
イオンビーム発生装置。 3 上記比較的下位の励起状態が上記物質のエネ
ルギ準位の準安定状態であることを特徴とする特
許請求の範囲第1項又は第2項記載のイオンビー
ム発生装置。 4 上記レーザビーム発生部として、波長可変レ
ーザを用いたことを特徴とする特許請求の範囲第
1項ないし第3項のいずれかに記載のイオンビー
ム発生装置。 5 上記レーザビーム発生部として、自由電子レ
ーザを用いたことを特徴とする特許請求の範囲第
1項ないし第3項のいずれかに記載のイオンビー
ム発生装置。 6 上記レーザビーム発生部は、1つの励起源レ
ーザと、該励起源レーザからのレーザビームで励
起される交互に時間同期可能な複数の色素レーザ
とからなることを特徴とする特許請求の範囲第2
項又は第3項記載のイオンビーム発生装置。 7 上記ガス放電発生部は、高周波放電を生ぜし
めるものであることをわ特徴とする特許請求の範
囲第1項ないし第6項のいずれかに記載のイオン
ビーム発生装置。 8 上記物質は、化合物又は分子状態のガスとし
て上記容器内に導入され、上記ガス放電は、上記
容器内に導入された物質を中性元素状態にするた
めのガス放電を兼ねていることを特徴とする特許
請求の範囲第1項ないし第7項のいずれかに記載
のイオンビーム発生装置。
[Claims] 1. A container containing a substance to be ionized;
A laser beam generating section that irradiates the substance in the container with a laser beam, and a gas discharge generating section that generates a gas discharge that intersects with the laser beam in the atmosphere of the substance in the container, the ion beam of the substance In the device for generating , the gas discharge generating section excites the substance from the ground state of the energy level to a relatively lower excited state by gas discharge, and the laser beam generating section excites the substance from the ground state of the energy level to the excited state. An ion beam generator, characterized in that it generates a laser beam having a wavelength that causes resonant optical excitation from an ion beam to an auto-ionization state. 2. The laser beam generating unit generates a plurality of laser beams with different wavelengths to resonantly excite the substance in a stepwise manner from the relatively lower excited state to the intermediate state and then to the autoionization state. An ion beam generator according to claim 1, characterized in that: 3. The ion beam generator according to claim 1 or 2, wherein the relatively lower excited state is a metastable state of the energy level of the substance. 4. The ion beam generator according to any one of claims 1 to 3, characterized in that a wavelength tunable laser is used as the laser beam generator. 5. The ion beam generator according to any one of claims 1 to 3, characterized in that a free electron laser is used as the laser beam generator. 6. Claim 6, characterized in that the laser beam generating section comprises one excitation source laser and a plurality of dye lasers that are excited by the laser beam from the excitation source laser and can be alternately time-synchronized. 2
The ion beam generator according to item 1 or 3. 7. The ion beam generator according to any one of claims 1 to 6, wherein the gas discharge generating section generates a high-frequency discharge. 8. The substance is introduced into the container as a gas in a compound or molecular state, and the gas discharge also serves as a gas discharge to bring the substance introduced into the container into a neutral element state. An ion beam generator according to any one of claims 1 to 7.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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