JPH05312998A - Ion generator - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明はイオン発生装置に関する
ものである。特に、例えば大気圧ないしその程度のガス
雰囲気中において、当該雰囲気をイオン化するための装
置、または被照射薄膜に化学反応を起こさせるべく、イ
オンを発生させるための装置に適用される。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ion generator. In particular, it is applied to an apparatus for ionizing the atmosphere in a gas atmosphere of atmospheric pressure or the like or an apparatus for generating ions so as to cause a chemical reaction in a thin film to be irradiated.
【０００２】[0002]
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】従来
のイオン発生装置は、その目的によって種々のタイプの
装置が使用されるが、イオンを発生させるエネルギー源
としては、紫外線やＸ線マイクロ波が利用される。従
来、この種の目的には、例えば紫外線が使用されていた
が、雰囲気中のガス分子のイオン電圧は８ないし１５エ
レクトロンボルトの範囲にあるものが多く、紫外線では
充分の目的を果たすことができず、その効果は著しくな
かった。2. Description of the Related Art Although various types of conventional ion generators are used depending on the purpose, ultraviolet or X-ray microwave is used as an energy source for generating ions. Used. Conventionally, for example, ultraviolet rays have been used for this kind of purpose, but the ion voltage of gas molecules in the atmosphere is often in the range of 8 to 15 electron volts, and ultraviolet rays can serve a sufficient purpose. The effect was not remarkable.
【０００３】同様の目的に、ＳＯＲ（シンクロトロン放
射光）によるＸ線を利用することが試みられている。し
かし、ＳＯＲは巨大な装置で到底工業的に成立するもの
ではなく、本発明とは波長域は類似であっても比較でき
るものではない。一方、従来のイオン源の他の例では、
マイクロ波放電などが用いられていたが、大きな設備が
必要になり、エネルギーの均一性などの点で問題を有し
ていた。本発明は、このような問題点を解決することを
課題としている。For the same purpose, it has been attempted to use X-rays generated by SOR (synchrotron radiation). However, SOR cannot be industrially established with a huge device, and it cannot be compared with the present invention even if the wavelength range is similar. On the other hand, in another example of the conventional ion source,
Microwave discharge was used, but it required large facilities and had problems in terms of energy uniformity. An object of the present invention is to solve such a problem.
【０００４】[0004]
【課題を解決するための手段】本発明に係るイオン発生
装置は、Ｘ線の主要波長を１５ないし２オングストロー
ムの範囲に有し、ベリリウム（Ｂｅ）窓を有するＸ線管
を備え、このＢｅ窓からＸ線が照射される領域にイオン
化すべき元素を含ませることを特徴とする。The ion generator according to the present invention has an X-ray tube having a main wavelength of X-rays in the range of 15 to 2 Å and a beryllium (Be) window. It is characterized in that an element to be ionized is contained in a region irradiated with X-rays.
【０００５】[0005]
【作用】イオン発生のためのエネルギー源として、軟Ｘ
線を利用すること自体は、従来から試みられている。し
かし軟Ｘ線の波長のうち、どの程度の波長が有効である
かは従来明確でなかった。最近、Ｂｅ（ベリリウム）窓
を有するＸ線管の技術が確立したので、これを使用する
場合について考察すると、軟Ｘ線の波長が長いときに
は、Ｂｅによる吸収損失がＮ2 ，Ｏ2 など（大気圧雰囲
気での代表として示す）による吸収に比べて増加するよ
うになり、波長が約２０オングストローム以上のＸ線は
損失割合が急増するため不利であることがわかった。[Function] Soft X is used as an energy source for ion generation.
Utilization of lines has been attempted in the past. However, it has not been clear in the past how much of the soft X-ray wavelength is effective. Recently, the technology of an X-ray tube having a Be (beryllium) window has been established. Considering the use of this, when the soft X-ray wavelength is long, the absorption loss due to Be (such as N 2 and O 2) (large X-rays having a wavelength of about 20 Å or more have been found to be disadvantageous because the loss ratio increases sharply.
【０００６】一方、軟Ｘ線の波長が短くなり、２オング
ストローム以下になると、雰囲気などを含む目的の物質
による吸収が小さくなり、目的のイオン化に適しないこ
とがわかった。従って、イオン化のエネルギー源として
使用するのに適当な波長は、２ないし２０オングストロ
ームの範囲が有効である。On the other hand, it has been found that when the wavelength of the soft X-ray is shortened to 2 angstroms or less, the absorption by the target substance including the atmosphere becomes small, which is not suitable for the target ionization. Therefore, wavelengths suitable for use as an energy source for ionization are useful in the range of 2 to 20 Angstroms.
【０００７】この範囲の波長では、Ｂｅ窓での吸収損失
は比較的少なく、かつ大気圧程度の雰囲気中では比較的
短距離（例えば１０ｃｍ）を走行中にイオンを発生して
消失するため、少し離れれば人体に対する影響も全くな
く、安全である。すなわち、請求項２に言う限られた領
域とは、通常は１０〜２０ｃｍ程度以下を指し、１ｍ以
上のような長い距離範囲は、後述の工業的用途からして
考えない。At wavelengths in this range, the absorption loss in the Be window is relatively small, and ions are generated and disappear during traveling in a relatively short distance (for example, 10 cm) in an atmosphere of atmospheric pressure. There is no effect on the human body if it is far away, and it is safe. That is, the limited area referred to in claim 2 usually means about 10 to 20 cm or less, and a long distance range of 1 m or more is not considered from the industrial application described later.
【０００８】このイオン発生装置に使用されるＸ線管
は、例えばターゲット電圧５ｋＶ、ターゲット電流２０
μＡ程度でよく、電源容量も小さくてすみ、小型で扱い
易く、雑音を発生しない利点がある。An X-ray tube used in this ion generator is, for example, a target voltage of 5 kV and a target current of 20.
Only about μA is required, the power supply capacity is small, the size is small, the handling is easy, and no noise is generated.
【０００９】[0009]
【実施例】以下、本発明を更に具体的に説明する。本発
明のイオン発生装置は、Ｂｅ窓を有するＸ線管を備えて
おり、このＢｅ窓から出射されたＸ線をイオン化すべ元
素に照射する構成になっている。ここで、Ｘ線の波長は
２〜１５オングストロームであり、これにより、良好な
イオン発生装置を提供できる。The present invention will be described in more detail below. The ion generator of the present invention is provided with an X-ray tube having a Be window, and is configured to irradiate the X-rays emitted from the Be window to the elements to be ionized. Here, the wavelength of the X-ray is 2 to 15 angstroms, which makes it possible to provide a good ion generator.
【００１０】例えば、大気中でイオンを発生させるため
の健康装置においては、軟Ｘ線程度の波長のものを発射
してイオンを発生させることは、従来のイオナイザーな
どの放電機器が、雑音や高圧端子の露出などの点で不利
があったのに比べ、操作簡易で清潔であり、効率も高い
ことがわかった。[0010] For example, in a health device for generating ions in the atmosphere, it is necessary for a discharging device such as a conventional ionizer to emit noise or a high voltage because it emits ions having a wavelength of about soft X-rays. Compared with the disadvantages such as the exposed terminals, it was found to be easy to operate, clean, and highly efficient.
【００１１】このイオン発生装置の他の応用としては、
例えば静電式コピー機において、近傍にある物体に帯電
させるために、特定の限られた空間にイオンを発生させ
るために有効に使用することができる。すなわち、上記
の限られた空間にＢｅ窓からＸ線を照射することで、当
該空間の物質ないし雰囲気をイオン化できる。このよう
にイオンを発生させて、所定空間内にある所定物質を帯
電または除電できる。Another application of this ion generator is as follows:
For example, in an electrostatic copying machine, it can be effectively used to generate an ion in a specific limited space in order to charge a nearby object. That is, by irradiating the limited space with X-rays from the Be window, the substance or atmosphere in the space can be ionized. In this way, ions can be generated to charge or remove a predetermined substance in a predetermined space.
【００１２】また、ガス入り放電管の放電スタートの際
に、近傍にイオン発生装置を付設することによって、放
電スタートを容易にすることができる。更に、これを内
蔵することは、イオン化を限定範囲にとどめたりする点
で有利であり、余分の窓を介することのない有利さ、更
に安全の面でも有利である。この場合は、イオン発生空
間は必ずしも大気圧ではないこともあるが、ガス圧が大
気圧より低い場合でも、この波長はイオン化効率が高い
ので、有効に同様の効果を期待することができる。Further, at the time of starting the discharge of the gas-filled discharge tube, it is possible to facilitate the start of the discharge by providing an ion generator in the vicinity thereof. Further, the incorporation of this is advantageous in that the ionization is limited to a limited range, the advantage that no extra window is provided, and the safety is also advantageous. In this case, the ion generation space may not necessarily be atmospheric pressure, but even if the gas pressure is lower than atmospheric pressure, this wavelength has high ionization efficiency, so that the same effect can be expected effectively.
【００１３】更に、種々の化学反応を、イオン化装置に
よって促進制御することができる。例えば、シリコン基
板上に化学反応によってエピタキシャル膜ないし酸化膜
を生成・成長させるＣＶＤ法ないし、反応しやすくして
除去するドライエッチング法においても、近傍に上部イ
オン発生装置を設置することによって、当該反応ガスを
イオン化して反応を促進することができる。Further, various chemical reactions can be accelerated and controlled by the ionizer. For example, even in a CVD method of forming and growing an epitaxial film or an oxide film on a silicon substrate by a chemical reaction or a dry etching method of making it easy to react and removing it, by installing an upper ion generator in the vicinity, The gas can be ionized to promote the reaction.
【００１４】上記化学反応ガス圧力は、大気圧の場合
と、減圧状態の場合とがあるが、この区別はどちらでも
本質ではないので、本発明の場合も大気圧程度に限定さ
れることなく、使用目的に従って減圧下の場合も含む。The pressure of the chemical reaction gas may be atmospheric pressure or depressurized state, but since this distinction is not essential in either case, the present invention is not limited to atmospheric pressure. Including cases under reduced pressure depending on the purpose of use.
【００１５】また上記の気柤化学反応のほか、薄膜表面
反応にも応用できる。その一例は、プラスチックの表面
改質である。例えばポリビニリデン（ＰＶＦ）膜の表面
に、上部Ｘ線イオン化装置により軟Ｘ線を照射すること
によって表面層に雰囲気からイオンを供給することによ
り、表面の不安定不飽和結合を酸化し、安定被膜層に変
えることができる。この処理は大気圧中で行えるので簡
便有利である。あるいは、アルミニウム鋳造物表面を、
上記の処理により安定な保護膜層に変えることができ
る。従来は電解めっき法によって保護膜を生成せしめて
いたのに比べ、極めて簡便な方法となる。Further, in addition to the above-mentioned chemical vapor reaction, it can be applied to a thin film surface reaction. One example is the surface modification of plastics. For example, by irradiating the surface of a polyvinylidene (PVF) film with soft X-rays by an upper X-ray ionizer to supply ions from the atmosphere to the surface layer, unstable unsaturated bonds on the surface are oxidized and a stable film is formed. Can be turned into layers. This treatment is convenient because it can be performed at atmospheric pressure. Alternatively, the aluminum casting surface
A stable protective film layer can be converted by the above treatment. This is an extremely simple method as compared with the conventional method in which a protective film is formed by an electrolytic plating method.
【００１６】また、半導体加工においてはイオンビーム
による不純物注入、スパッタリング法などにおいてイオ
ンが用いられるが、これらのイオン発生源として効果的
である。即ち加工装置中において、イオン源となるべき
部分に本発明のイオン化装置を設置し、原料ガスを軟Ｘ
線で照射する。そして、生成したイオンをスリット等を
通して適当な電圧により加速し、真空室内に導入すれば
イオンビームが得られる。本発明によれば、マイクロ波
放電を利用していた従来例に比べて、小型有効にイオン
を発生させることができる。また、軟Ｘ線の吸収長や照
射方向などによって、必要とする限定された範囲内でイ
オンを発生することができる。In semiconductor processing, ions are used in impurity implantation by an ion beam, a sputtering method and the like, and they are effective as an ion generation source. That is, in the processing device, the ionization device of the present invention is installed in a portion to be an ion source, and the source gas is soft X
Irradiate with a line. Then, the generated ions are accelerated by an appropriate voltage through a slit or the like and introduced into the vacuum chamber, so that an ion beam can be obtained. According to the present invention, it is possible to effectively generate ions in a small size, as compared with the conventional example using microwave discharge. Ions can be generated within the limited range required depending on the absorption length of soft X-rays and the irradiation direction.
【００１７】また、更に半導体加工に用いられるいわゆ
るホトレジストに例示されるような光化学反応を薄膜固
相内で起こさせる場合でも、本発明による波長の軟Ｘ線
は、薄膜固相内でイオンを発生させるので、光照射によ
りホトエッチングを起こさせる代わりに、軟Ｘ線の照射
によって同様の効果を起こさせることができる。もちろ
ん、この場合には、雰囲気は真空とする必要がある。こ
の方法は、最近の光露光法において分解の関係で使用波
長が短くなり、適当な強力紫外光源がないため困難を生
じている現状に対して、有力な解決策を提示するもので
ある。Further, even when a photochemical reaction as exemplified by a so-called photoresist used for semiconductor processing is caused in the thin film solid phase, the soft X-ray having the wavelength according to the present invention generates ions in the thin film solid phase. Therefore, instead of causing photo-etching by light irradiation, the same effect can be caused by soft X-ray irradiation. Of course, in this case, the atmosphere needs to be a vacuum. This method presents a powerful solution to the current situation where the wavelength used is shortened due to decomposition in the recent light exposure method and there is no suitable strong ultraviolet light source, which causes difficulties.
【００１８】上記の露光は、いわゆるＸ線露光法と本質
は類似するが、その手段および装置において異なるもの
である。すなわち本発明は、その波長がＢｅ板との吸収
差によって選ばれているので、この場合も、更に別のＢ
ｅ板を設け、これを介して照射するのである。The above-mentioned exposure is essentially similar to the so-called X-ray exposure method, but differs in its means and apparatus. That is, in the present invention, since the wavelength is selected by the absorption difference with the Be plate, in this case also, another B
An e-plate is provided and irradiation is performed through this.
【００１９】このＢｅ板は、従来、Ｘ線露光で試みられ
たホトマスクと役割が類似しているが、使われた例はな
い。従来のマスク（支持膜）としてはＢＮ膜，ＳｉＮ膜
やポリイミド等が使用されているが、それらよりもＸ線
吸収が少し、かつマスクとして使用しうる程度の薄膜を
得ることもできるので、これと組合わせた本発明のＸ線
誘導イオンによる化学反応法は有効である。もちろん、
該Ｂｅ薄膜上にマスク材料パターンを載置してホトリソ
グラフィに応用することもできる。This Be plate has a role similar to that of a photomask conventionally tried in X-ray exposure, but it has never been used. BN film, SiN film, polyimide, etc. are used as conventional masks (support films), but X-ray absorption is smaller than those and a thin film that can be used as a mask can be obtained. The chemical reaction method using X-ray-induced ions of the present invention in combination with is effective. of course,
A mask material pattern can be placed on the Be thin film and applied to photolithography.
【００２０】Ｂｅ膜は、照射系と反応系とを仕切るも
の、あるいは仕切り窓としても有用であって、軟Ｘ線装
置において、Ｂｅを使用することが本発明に係るイオン
化装置の特徴の一つである。The Be film is also useful as a partition or a partition window for partitioning the irradiation system and the reaction system, and the use of Be in the soft X-ray apparatus is one of the features of the ionization apparatus according to the present invention. Is.
【００２１】次に、軟Ｘ線の波長の選択基準について述
べる。例えば大気をイオン化する場合には、Ｂｅ板にお
ける吸収損失に比べ、大気ガス（例えば窒素Ｎ）におけ
る吸収を大きくすることが必要で、この点から波長の上
限が定まり、この場合にはＮの特性波長端が上限とな
り、約３０オングストロームである。しかし、ＮとＢｅ
との損失比は、波長３．５オングストローム付近におい
て最小となり、短波長に向かって緩やかに低下する。短
波長に進むに従い、Ｎに対する吸収係数も低下するの
で、イオン化の効率も低下する。長波長に進むに従い、
Ｂｅにおける吸収によって効率は低下する。Next, the criteria for selecting the soft X-ray wavelength will be described. For example, when ionizing the atmosphere, it is necessary to increase the absorption in the atmospheric gas (for example, nitrogen N) compared to the absorption loss in the Be plate, and the upper limit of the wavelength is determined from this point. The upper limit is the wavelength end, which is about 30 Å. But N and Be
The loss ratio between and becomes the minimum near the wavelength of 3.5 angstroms, and gradually decreases toward shorter wavelengths. Since the absorption coefficient for N decreases as the wavelength becomes shorter, the ionization efficiency also decreases. As we go to longer wavelengths,
Efficiency is reduced by absorption in Be.
【００２２】ガスをイオン化するための吸収長から考え
て、あまり小さな吸収長は適用できないので、実用的な
長さ（例えば１０ｃｍ）においてイオン化吸収率が２０
％以下になる波長を下限とすれば、約２．５オングスト
ローム波長になる。従って、３０ないし２．５オングス
トロームの範囲が適当であるが、Ｘ線管ターゲット材料
として選択しうる材料の点から、上限は１２オングスト
ロームとされる。すなわち、この範囲で選択しうる材料
は、Ｎａ（ナトリウム），Ｍｇ（マグネシウム），Ａｌ
（アルミニウム），Ｓｉ（シリコン），Ｋ（カリウ
ム），Ｃａ（カルシウム），Ｔｉ（チタン），Ｖ（バナ
ジウム）などである。Considering the absorption length for ionizing the gas, a too small absorption length cannot be applied, so that the ionization absorption rate is 20 at a practical length (for example, 10 cm).
If the lower limit of the wavelength is less than or equal to%, the wavelength is about 2.5 Å. Therefore, the range of 30 to 2.5 angstrom is suitable, but the upper limit is set to 12 angstrom in view of the material that can be selected as the X-ray tube target material. That is, materials that can be selected within this range are Na (sodium), Mg (magnesium), and Al.
(Aluminum), Si (silicon), K (potassium), Ca (calcium), Ti (titanium), V (vanadium) and the like.
【００２３】Ｘ線によるＣＶＤエピタキシャル反応の場
合の例について述べれば、この場合の反応主成分はＳｉ
Ｈ4 のようなガスなので、ＢｅとＳｉとの吸収比較が問
題となる。すなわち、Ｓｉの特性端が７．１オングスト
ロームにあるので、これが上限となる。下限はＳｉ吸収
長できまり、同様にして２．５オングストロームであ
る。この間において、最小値は２．５オングストローム
の付近に存在する。最も好ましい波長は、上限が７オン
グストローム、下限が２．５オングストロームである。
従って、範囲は７〜２オングストローム程度と表現され
る。An example of a CVD epitaxial reaction using X-rays will be described. In this case, the main reaction component is Si.
Since it is a gas such as H 4 , absorption comparison between Be and Si becomes a problem. That is, since the characteristic edge of Si is 7.1 angstrom, this is the upper limit. The lower limit depends on the Si absorption length and is similarly 2.5 angstroms. During this time, the minimum lies near 2.5 Angstroms. The most preferable wavelength has an upper limit of 7 Å and a lower limit of 2.5 Å.
Therefore, the range is expressed as about 7 to 2 angstroms.
【００２４】Ｘ線による固相反応の例として、Ｘ線露光
ホトリソグラフィの例を述べれば、この場合の反応物は
Ｓｉ主体のホトレジストであれば上記と同じである。有
機高分子主体のホトレジストであれば、Ｃ（カーボン）
とＢｅとの比較であり、波長は上限、下限ともに、既述
の１５ないし２．５オングストロームでよいことがわか
る。ＡｌのＣＶＤについても、同じ値でよい。As an example of solid-state reaction by X-ray, an example of X-ray exposure photolithography will be described. In this case, the reactant is the same as above if the photoresist is mainly Si. If the photoresist is mainly organic polymer, C (carbon)
And Be, it can be seen that the upper and lower limits of the wavelength may be 15 to 2.5 angstroms as described above. The same value may be applied to Al CVD.
【００２５】イオンビームソースとして考える場合、Ｍ
ｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ（リン），Ａｒ（アルゴン）などの
イオン源ならばＳｉと同様でよい。有機金属ＣＶＤなど
の場合も、Ｓｉについて同様でよい。Ｇａ（ガリウム）
などの比較的原子量の大きなものについては、波長の下
限は２オングストローム程度でも、まだ効率はそれほど
低下しないが、やはり長波長ほど効率はなお高いので、
本発明の範囲としてはＳｉなどと同様である。Considering as an ion beam source, M
The ion source such as g, Al, Si, P (phosphorus), Ar (argon) may be the same as Si. The same applies to Si in the case of organometallic CVD. Ga (gallium)
For those with relatively large atomic weights such as, the efficiency does not decrease so much even if the lower limit of the wavelength is about 2 angstroms, but the efficiency is still higher for longer wavelengths.
The scope of the present invention is similar to that of Si and the like.
【００２６】[0026]
【発明の効果】本発明によれば、Ｂｅ窓を有するＸ線管
を利用するという簡便な手法により、極めて効率よくイ
オン化できる効果がある。このため、各種の工業分野に
おいて、極めて幅広く活用することが可能である。EFFECTS OF THE INVENTION According to the present invention, there is an effect that ionization can be performed very efficiently by a simple method of using an X-ray tube having a Be window. Therefore, it can be used extremely widely in various industrial fields.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/265 21/302 Ｚ 8518−4Ｍ ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification code Office reference number FI technical display location H01L 21/265 21/302 Z 8518-4M
Claims (3)
ムの範囲のＸ線を発生し、このＸ線をベリリウム窓から
出射するＸ線管を備え、前記ベリリウム窓から前記Ｘ線
が照射される領域にイオン化すべき物質を含ませること
を特徴とするイオン発生装置。1. An X-ray tube for generating X-rays having a main wavelength in the range of 15 to 2 Å and emitting the X-rays from a beryllium window, wherein the region irradiated with the X-rays from the beryllium window is ionized. An ion generator characterized in that it contains a substance to be contained.
元素を含む雰囲気中の限定された領域に設置し、その周
辺にイオンを発生させることを特徴とするイオン発生装
置。2. An ion generator, wherein the X-ray tube according to claim 1 is installed in a limited area in an atmosphere containing an element to be ionized, and ions are generated around the area.
２オングストロームの範囲にあるＸ線管を使用し、更に
別のベリリウム窓を介してＸ線を照射することにより、
被照射物にイオンを発生せしめることを特徴とする請求
項１記載のイオン発生装置。3. An X-ray tube having a wavelength in the range of 7 to 2 Å is used as the X-ray tube, and the X-ray is irradiated through another beryllium window.
The ion generator according to claim 1, wherein ions are generated in the object to be irradiated.
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1992
- 1992-05-13 JP JP4120507A patent/JP2951477B2/en not_active Expired - Lifetime
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