JPH06203781A - Ion source - Google Patents
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Landscapes
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、イオンビームによる表
面分析装置、計測装置あるいは薄膜製造装置におけるイ
オンビームを生成するイオン源に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ion source for producing an ion beam in a surface analyzer, measuring instrument or thin film manufacturing apparatus using an ion beam.
【０００２】[0002]
【従来の技術】表面分析や各種計測等の測定装置、ある
いは薄膜製造装置や加工手段などとしてイオンビームを
利用したものがある。イオンビームを分析に使用する例
としては、例えばイオンビームを固体表面や固体内部で
散乱させてその散乱を利用するイオン散乱分光法（以
下、ＩＳＳ（Ｉｏｎ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ Ｓｐｅｃ
ｔｒｏｓｃｏｐｙ）という）や、入射イオンによって反
跳をうけた粒子を計測する弾性反跳粒子計測法や、２次
イオンを分析する２次イオン質量分析法（以下、ＳＩＭ
Ｓ（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ＩｏｎＭａｓｓ Ｓｐｅｃｔ
ｒｏｓｃｏｐｙ）という）や、中性スパッタ粒子質量分
析法ＳＮＭＳ（Ｓｐｕｔｔｅｒｅｄ Ｎｅｕｔｒａｌ
Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）等が知られてお
り、また、薄膜製造装置においてはイオン注入やイオン
エッチング、さらに加工手段において微細加工等の用途
が知られている。2. Description of the Related Art There is a measuring device for surface analysis or various measurements, or a device using an ion beam as a thin film manufacturing device or processing means. As an example of using an ion beam for analysis, for example, an ion scattering spectroscopy method (hereinafter, ISS (Ion Scattering Spec
)), an elastic recoil particle measurement method that measures particles recoiled by incident ions, and a secondary ion mass spectrometry method (hereinafter, SIM) that analyzes secondary ions.
S (Secondary IonMass Spec)
ROSMS) and neutral sputtered particle mass spectrometry SNMS (Sputtered Neutral)
Mass Spectroscopy) and the like are known, and applications such as ion implantation and ion etching in a thin film manufacturing apparatus, and fine processing in a processing means are known.
【０００３】前記イオンビームとして一定のビームが発
生する連続ビームと、断続したビームが発生するパルス
イオンビームがあり、このパルスイオンビームは、ＩＳ
ＳやＳＩＭＳ等の表面分析装置において飛行時間型（Ｔ
ＯＦ）型アナライザを用いる場合に使用されるものであ
る。従来、このパルス化イオンビームを作る装置とし
て、パルス電圧が印加されるチョッピング電極等の偏向
装置と、その下流のチョッピングアパーチャとの組合わ
せによって、イオン源から発生する連続イオンビームを
断続的に偏向してブランキングするものが知られてい
る。As the ion beam, there are a continuous beam for generating a constant beam and a pulsed ion beam for generating an intermittent beam. The pulsed ion beam is an IS beam.
Time-of-flight type (T
It is used when an OF) type analyzer is used. Conventionally, as a device for producing this pulsed ion beam, a continuous ion beam generated from an ion source is intermittently deflected by a combination of a deflecting device such as a chopping electrode to which a pulse voltage is applied and a chopping aperture downstream thereof. It is known to do blanking.
【０００４】図７は、イオン源の第１の従来例の構成図
である。図７において、１はイオン化室、６は引出し電
極、７はチョッピング用電極、８はチョッピング用アパ
ーチャ、９はパルス発生装置、１４は加速電圧源、ｄは
パルス化イオンビーム、ｃ，ｅはイオンビームである。
イオン化室１はイオン粒子を生成する部分であり、例え
ば、電子−ガス衝突電離を利用する電子衝撃型、高周波
エネルギーを利用する高周波放電型、アーク放電による
イオン化を利用するディオプラズマトロン、電磁直交場
における電子の旋回運動によるイオン化を利用するＰＩ
Ｇ型等の電子の衝撃電離を利用する気体放電型や、金属
の仕事関数と吸着イオン源物質のイオン化の差を利用す
る背面供給型あるいは表面供給型、電子線を加熱する電
子衝撃型等の表面電離型や、その他電界放出型がある。FIG. 7 is a block diagram of a first conventional example of an ion source. In FIG. 7, 1 is an ionization chamber, 6 is an extraction electrode, 7 is a chopping electrode, 8 is a chopping aperture, 9 is a pulse generator, 14 is an accelerating voltage source, d is a pulsed ion beam, and c and e are ions. The beam.
The ionization chamber 1 is a part that generates ion particles, and includes, for example, an electron impact type that uses electron-gas collision ionization, a high-frequency discharge type that uses high-frequency energy, a Dioplasmatron that uses ionization by arc discharge, and an electromagnetic orthogonal field. PI using ionization due to swirling motion of electrons in
G-type and other gas discharge types that utilize the impact ionization of electrons, back-side or surface-type that uses the difference between the work function of metal and the ionization of the adsorbed ion source material, electron-impact type that heats the electron beam, etc. There are surface ionization type and other field emission type.
【０００５】前記のイオン化室１において生成されたイ
オン粒子は、加速電圧源１４の電圧ＶACC と接地された
引出し電極６との間の電位差によって前記のイオン化室
１から引き出され、イオンビームｃとなる。そして、引
き出されたイオンビームｃは、チョッピング用電極７及
びチョッピング用アパーチャ８によりパルス化される。The ion particles produced in the ionization chamber 1 are extracted from the ionization chamber 1 by the potential difference between the voltage V ACC of the accelerating voltage source 14 and the extraction electrode 6 which is grounded. Become. Then, the extracted ion beam c is pulsed by the chopping electrode 7 and the chopping aperture 8.
【０００６】チョッピング用電極７は接地された電極と
パルス発生装置９に接続された電極からなり、引出し電
極６の下流に配置されている。さらに、このチョッピン
グ用電極７の下流側にチョッピング用アパーチャ８が配
置されている。そして、イオン化室１の放出口と、引出
し電極６及びチョッピング用電極７の電極位置と、チョ
ッピング用アパーチャ８の孔の位置は、イオンビームが
照射位置に正しく合う様に軸調整されている。The chopping electrode 7 is composed of a grounded electrode and an electrode connected to the pulse generator 9, and is arranged downstream of the extraction electrode 6. Further, a chopping aperture 8 is arranged on the downstream side of the chopping electrode 7. The emission port of the ionization chamber 1, the electrode positions of the extraction electrode 6 and the chopping electrode 7, and the positions of the holes of the chopping aperture 8 are axially adjusted so that the ion beam is correctly aligned with the irradiation position.
【０００７】チョッピングパルスの電位が０ボルトのと
きには、チョッピング用電極７の接地電極とパルス発生
装置９が接続された電極との間の電位差は０ボルトであ
るため、イオン化室１から引き出されたイオンビームｃ
はチョッピング用電極７によって偏向されず、そのまま
直進してチョッピング用アパーチャ８を通過してイオン
ビームｄとして放出される。When the potential of the chopping pulse is 0 volt, the potential difference between the ground electrode of the chopping electrode 7 and the electrode to which the pulse generator 9 is connected is 0 volt, so that the ions extracted from the ionization chamber 1 are Beam c
Is not deflected by the chopping electrode 7, goes straight, passes through the chopping aperture 8, and is emitted as an ion beam d.
【０００８】一方、パルス発生装置９からチョッピング
パルスが印加されると、チョッピング用電極７の接地電
極とパルス発生装置９が接続された電極との間に電位差
Ｖボルトが生じ、イオン化室１から引き出されたイオン
ビームｃはチョッピング用電極７によって偏向される。
偏向されたイオンビームｅは、チョッピング用アパーチ
ャ８を構成する電極を通してアースされ、チョッピング
用アパーチャ８を通過することはできない。On the other hand, when the chopping pulse is applied from the pulse generator 9, a potential difference V volt is generated between the ground electrode of the chopping electrode 7 and the electrode to which the pulse generator 9 is connected, and the chopping pulse is extracted from the ionization chamber 1. The generated ion beam c is deflected by the chopping electrode 7.
The deflected ion beam e is grounded through the electrodes forming the chopping aperture 8 and cannot pass through the chopping aperture 8.
【０００９】したがって、チョッピング用アパーチャ８
から放出されるイオンビームは、チョッピングパルスの
タイミングに応じて断続され、パルス化イオンビームｄ
として放出される。また、図８はイオン源の第２の従来
例の構成図である。図８において、１はイオン化室、１
４は加速電圧源、１５は引出し電極、１６はパルス発生
装置である。Therefore, the chopping aperture 8
The ion beam emitted from the pulsed ion beam d is interrupted according to the timing of the chopping pulse.
Is released as. FIG. 8 is a configuration diagram of a second conventional example of the ion source. In FIG. 8, 1 is an ionization chamber, 1
Reference numeral 4 is an accelerating voltage source, 15 is an extraction electrode, and 16 is a pulse generator.
【００１０】イオン化室１は、前記第１の従来と同様に
イオン粒子を生成する部分であり、加速電圧源１４が接
続されている。そして、このイオン化室１の下流側には
引出し電極１５が配置され、この引出し電極１５を接地
することによってイオン化室１のイオン粒子を引き出し
ている。この第２の従来のイオン源において、イオンビ
ームのパルス化は、パルス発生装置１６から前記引出し
電極１５にパルス電位を印加することにより行われる。The ionization chamber 1 is a part for producing ion particles as in the first conventional case, and is connected with an accelerating voltage source 14. An extraction electrode 15 is arranged on the downstream side of the ionization chamber 1, and the extraction electrode 15 is grounded to extract the ion particles in the ionization chamber 1. In the second conventional ion source, pulsing of the ion beam is performed by applying a pulse potential from the pulse generator 16 to the extraction electrode 15.
【００１１】このパルス電位が０ボルトの電位の場合に
は、イオンビームは引出し電極１５により引き出され、
引出し電極１５の孔を通過してイオンビームｆとなる。
一方、パルス電位の印加により引出し電極１５の電位が
加速電圧源１４の電位ＶACCよりもある電位Ｖだけ高く
なると、イオン化室１から放出されるイオンビームは引
出し電極１５の孔を通過することができず、イオンビー
ムｆとならない。これによってイオンビームの断続が行
われる。When the pulse potential is 0 volt, the ion beam is extracted by the extraction electrode 15,
The ion beam f passes through the hole of the extraction electrode 15 and becomes the ion beam f.
On the other hand, when the potential of the extraction electrode 15 becomes higher than the potential V ACC of the accelerating voltage source 14 by a certain potential V due to the application of the pulse potential, the ion beam emitted from the ionization chamber 1 can pass through the hole of the extraction electrode 15. It cannot be done and the ion beam f is not obtained. This causes the ion beam to be intermittent.
【００１２】[0012]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
従来のイオン源においては、以下の問題点を有してい
る。 （１）パルス化イオンビームを得るために、ビームをチ
ョッピングする場合には、（ａ）チョッピング用電極で
ビームを偏向させているため、偏向中においてビームの
軌跡が変化して非点収差を生じ、ビーム形状が変形して
歪みが生じる。However, the above-mentioned conventional ion source has the following problems. (1) When chopping a beam to obtain a pulsed ion beam, (a) since the beam is deflected by the chopping electrode, the trajectory of the beam is changed during the deflection to cause astigmatism. , The beam shape is deformed and distortion occurs.
【００１３】（ｂ）ビームをパルス化した場合とパルス
化しない場合とでは、ビームの偏向によって生じるビー
ムの履歴状態が異なり、ビーム軌道にずれが生じて試料
上におけるビームの照射位置が変化し、位置ずれが生じ
る。（ｃ）イオン源の内部でイオン化されなかった中性
粒子が常に放出され、このる中性粒子はパルスイオンビ
ームのバックグランドとなり、分析の際の障害になる場
合がある。 （２）パルス化イオンビームを得るために、引出し電圧
を直接パルス化する場合には、（ｄ）引出し電圧と同じ
電圧を持ったパルス高圧電源を必要となる。このパルス
高圧電源としては、通常パルス電圧が数ｋＶ、周波数が
十ｋＨｚ〜数百ｋＨｚ、またパルス幅が数ｎＡ〜数十ｎ
Ａのものが必要であるが、このようなパルス電源の作成
は非常に困難である。(B) The history state of the beam generated by the deflection of the beam is different between the case where the beam is pulsed and the case where the beam is not pulsed, and the beam trajectory is deviated to change the irradiation position of the beam on the sample. Misalignment occurs. (C) Neutral particles that have not been ionized inside the ion source are always emitted, and these neutral particles may become the background of the pulsed ion beam, which may be an obstacle to analysis. (2) When the extraction voltage is directly pulsed to obtain a pulsed ion beam, (d) a pulse high voltage power supply having the same voltage as the extraction voltage is required. As this pulse high voltage power supply, a pulse voltage is usually several kV, a frequency is tens to hundreds of kHz, and a pulse width is several nA to tens of n.
Although the A power supply is required, it is very difficult to make such a pulse power supply.
【００１４】（ｅ）また、イオン化室の近傍に高圧の電
位部分を形成するため、この高圧電位の電圧変動はイオ
ン化室のプラズマに大きな擾乱を与え、一定電流のイオ
ンビームを得るのが困難である。（ｆ）また、イオン化
室のプラズマの不安定を生み、安定したビームを得るこ
とができない。(E) Further, since a high-voltage potential portion is formed in the vicinity of the ionization chamber, the voltage fluctuation of this high-voltage potential causes a large disturbance in the plasma in the ionization chamber, making it difficult to obtain an ion beam with a constant current. is there. (F) Further, the plasma in the ionization chamber is unstable, and a stable beam cannot be obtained.
【００１５】本発明は前記の従来の問題点を除去し、ビ
ーム形状の歪みやビームの照射位置の位置ずれがなく、
また中性粒子によるパルスイオンビームのバックグラン
ドを減少させるとともに、イオン化室のプラズマを安定
させて、安定したパルス化イオンビームを発生すること
のできるイオン源を比較的に低電圧のパルス電源によっ
て実現することを目的とする。The present invention eliminates the above-mentioned conventional problems and eliminates the beam shape distortion and the beam irradiation position displacement.
In addition, the background of the pulsed ion beam due to neutral particles is reduced and the plasma in the ionization chamber is stabilized, and an ion source capable of generating a stable pulsed ion beam is realized with a relatively low-voltage pulse power supply. The purpose is to do.
【００１６】[0016]
【課題を解決するための手段】本発明は、前記の目的を
解決するために、パルス化されたイオンビームを生成す
るイオン源において、イオンを発生するイオン化室と、
イオン化室の下流側に設置される第１電極と第２電極か
らなるイオン源の引出し電極と、イオン化室の下流側に
設置されるイオン化装置とにより構成し、この第１電極
にはイオン化室より低い定電圧を印加し、また第２電極
には第１電極の定電圧より高いピーク電圧のパルス電圧
を印加するものである。In order to solve the above-mentioned object, the present invention provides an ionization chamber for producing ions in an ion source for producing a pulsed ion beam,
The extraction electrode of the ion source including the first electrode and the second electrode installed on the downstream side of the ionization chamber, and the ionization device installed on the downstream side of the ionization chamber. A low constant voltage is applied, and a pulse voltage having a peak voltage higher than the constant voltage of the first electrode is applied to the second electrode.
【００１７】[0017]
【作用】本発明によれば、イオン化室の出口にある第１
電極とは別個に、独立した第２電極を設け、第１電極に
定電圧を与えるとともに、第１電極の下流側の第２電極
に比較的に低電圧のパルス電圧を与えてビームをパルス
することにより、イオン化室内のプラズマを擾乱させる
ことなく、安定にパルスビームを取り出すことができ
る。また、イオン化室の下流側にイオン化装置を設ける
ことにより中性粒子をイオン化させることができる。According to the present invention, the first at the exit of the ionization chamber
An independent second electrode is provided separately from the electrode, and a constant voltage is applied to the first electrode, and a pulse voltage of a relatively low voltage is applied to the second electrode downstream of the first electrode to pulse the beam. Thus, the pulse beam can be stably extracted without disturbing the plasma in the ionization chamber. Further, neutral particles can be ionized by providing an ionization device on the downstream side of the ionization chamber.
【００１８】また、第２電極にエネルギーフィルタの機
能を持たせることによって、エネルギーの広がりを抑え
ることができる。したがって、表面分析面からパルス化
ビームに要請されるパルス化ビームの空間的広がりや、
エネルギーの広がりをできるだけ抑え、かつ不純物粒子
が少ないビームを得ることができる。Further, the spread of energy can be suppressed by providing the second electrode with the function of an energy filter. Therefore, the spatial spread of the pulsed beam required for the pulsed beam from the surface analysis surface,
It is possible to obtain a beam in which the spread of energy is suppressed as much as possible and the number of impurity particles is small.
【００１９】[0019]
【実施例】以下、本発明の実施例について図を参照しな
がら詳細に説明する。図１は本発明のイオン源の第１の
実施例の構成図である。図１において、１はイオン化
室、２は第１電極、３は第２電極、４はイオン化装置、
１１はフィラメント、１２はグリッド、１３はコレク
タ、１４は加速電圧源、２１は定電圧源、３１は第１フ
ィルタ電極、３２は第２フィルタ電極、３３はパルス化
電極、３４は設定電源、３５はパルス化電源、４１はイ
オン化用電源、４２はフィラメント、４３はグリッドで
ある。Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram of the first embodiment of the ion source of the present invention. In FIG. 1, 1 is an ionization chamber, 2 is a first electrode, 3 is a second electrode, 4 is an ionizer,
11 is a filament, 12 is a grid, 13 is a collector, 14 is an accelerating voltage source, 21 is a constant voltage source, 31 is a first filter electrode, 32 is a second filter electrode, 33 is a pulsed electrode, 34 is a set power source, 35 Is a pulsed power supply, 41 is an ionization power supply, 42 is a filament, and 43 is a grid.
【００２０】図１において、本発明のイオン源はイオン
化室１と、第１電極２と、第２電極３と、イオン化装置
４とから構成され、イオン化室１の下流に第１電極２と
第２電極３が配置され、さらに第１電極２と第２電極３
との間にイオン化装置４を設けてなるものである。以
下、各構成要素について説明する。 Ａ：イオン化室について はじめにイオン化室１について説明する。イオン化室１
としては、例えば電子衝撃型イオン源がある。この電子
衝撃型イオン源は、基本的にはフィラメント１１、グリ
ッド１２及びコレクタ１３で構成され、コレクタ１３に
は加速電圧源１４が接続されている。イオン化室１から
イオンビームを放出するには、イオン化室１内にイオン
種に相当するガスを導入し、フィラメント１１から電子
を放出して放電を励起させてプラズマを生成させ、ガス
をイオン化することによって行われる。In FIG. 1, the ion source of the present invention comprises an ionization chamber 1, a first electrode 2, a second electrode 3 and an ionization device 4, and a first electrode 2 and a first electrode 2 are provided downstream of the ionization chamber 1. Two electrodes 3 are arranged, and further the first electrode 2 and the second electrode 3 are arranged.
And an ionization device 4 is provided between and. Hereinafter, each component will be described. A: Ionization Chamber First, the ionization chamber 1 will be described. Ionization room 1
For example, there is an electron impact type ion source. This electron impact ion source is basically composed of a filament 11, a grid 12 and a collector 13, and an accelerating voltage source 14 is connected to the collector 13. To emit an ion beam from the ionization chamber 1, a gas corresponding to an ion species is introduced into the ionization chamber 1, electrons are emitted from the filament 11 to excite discharge, plasma is generated, and the gas is ionized. Done by
【００２１】なお、このときコレクタ１３は電子にとっ
てはコレクタの役割をするが、イオンにとってはリペラ
ーの役割をすることになる。 Ｂ：第１電極について 次に、第１電極２について説明する。第１電極２は、イ
オン化室１の下流に設けられ、定電圧源２１により一定
電圧が印加されている。この定電圧源２１の電位は前記
イオン化室１に印加されている加速電圧源１４より低い
電圧に設定されており、イオン化室１からのイオンビー
ムの引出し電極としての機能を有している。At this time, the collector 13 acts as a collector for electrons but acts as a repeller for ions. B: First Electrode Next, the first electrode 2 will be described. The first electrode 2 is provided downstream of the ionization chamber 1, and a constant voltage is applied by the constant voltage source 21. The potential of the constant voltage source 21 is set to a voltage lower than that of the accelerating voltage source 14 applied to the ionization chamber 1, and has a function as an extraction electrode for the ion beam from the ionization chamber 1.
【００２２】また、この第１電極２は、前記の引出し電
極としての機能の他に、イオン化室１内のプラズマの安
定化を図る機能をも有している。このプラズマ安定化機
能は、イオン化室１内のプラズマの近傍を一定の電圧に
保持することによって、外部の電位変動に対してイオン
化室１内の電位を安定させることによって行われる。し
たがって、この第１電極２を設けて定電圧を印加するこ
とによって、外部環境の変化にかかわらず、イオン化室
１内から一定電流のイオンビームを引き出すことができ
る。 Ｃ：第２電極について 次に、第２電極３について説明する。第２電極３は、前
記第１電極２のさらに下流側に設置されるものであり、
第１フィルタ電極３１、第２フィルタ電極３２及びパル
ス化電極３３から構成されている。第１フィルタ電極３
１、第２フィルタ電極３２及びパルス化電極３３はこの
順にイオンビームの下流方向に配置されており、第１フ
ィルタ電極３１は接地されてアース電位に保持され、第
２フィルタ電極３２には設定電源３４が接続され、ある
設定電位が印加され、またパルス化電極３３には設定電
源３４及びパルス化電源３５が接続されてある設定電位
をバイアス電位としたパルス電圧が印加される。The first electrode 2 also has a function of stabilizing the plasma in the ionization chamber 1 in addition to the function of the extraction electrode. This plasma stabilization function is performed by stabilizing the potential in the ionization chamber 1 against external potential fluctuations by maintaining a constant voltage near the plasma in the ionization chamber 1. Therefore, by providing the first electrode 2 and applying a constant voltage, an ion beam having a constant current can be extracted from the ionization chamber 1 regardless of changes in the external environment. C: Regarding Second Electrode Next, the second electrode 3 will be described. The second electrode 3 is installed further downstream of the first electrode 2,
It is composed of a first filter electrode 31, a second filter electrode 32 and a pulsed electrode 33. First filter electrode 3
The first, second filter electrode 32 and pulsed electrode 33 are arranged in this order in the downstream direction of the ion beam, the first filter electrode 31 is grounded and held at the ground potential, and the second filter electrode 32 has a set power source. 34 is connected, a certain set potential is applied, and the pulsed electrode 33 is connected with the set power source 34 and the pulsed power source 35, and a pulse voltage having the set potential as a bias potential is applied.
【００２３】そして、第２電極３は引出し電極としての
機能の他に、パルス化電極３３はイオンビームを断続す
るパルス化機能を有し、また第１フィルタ電極３１及び
第２フィルタ電極３２はイオンビームのエネルギー選択
の機能を有している。 ａ：パルス化電極３３の機能について はじめにパルス化電極３３の機能について図２及び図３
によって説明する。In addition to the function of the extraction electrode as the second electrode 3, the pulsed electrode 33 has a pulsed function of interrupting the ion beam, and the first filter electrode 31 and the second filter electrode 32 have the function of the ion. It has the function of beam energy selection. a: Function of pulsed electrode 33 First, function of pulsed electrode 33: FIG. 2 and FIG.
Explained by.
【００２４】図２は図１の本発明のイオン源の第１の実
施例の一部構成図であり、図３は本発明のイオン源の電
位分布及びイオンビームの速度分布図である。同図にお
いて、説明を容易にするためにイオン化装置４と第１フ
ィルタ電極３１、第２フィルタ電極３２、設定電源３４
を省略している。なお、符号は図１と同様である。図２
において、イオン化室１内から放出されたイオンビーム
は、加速電圧源１４と定電圧源２１との電位差により引
き出されて第１電極２の孔を通過して、パルス化電極３
３に進む。このパルス化電極３３には、パルス化電源３
５が接続されており電圧Ｖ35ボルトのパルス電圧が印加
される。この電圧Ｖ35ボルトは、定電圧源２１の定電圧
Ｖ21ボルトより若干高い電圧である。。FIG. 2 is a partial configuration diagram of the first embodiment of the ion source of the present invention in FIG. 1, and FIG. 3 is a potential distribution diagram of the ion source of the present invention and an ion beam velocity distribution diagram. In the figure, for ease of explanation, the ionization device 4, the first filter electrode 31, the second filter electrode 32, and the set power source 34 are shown.
Is omitted. The reference numerals are the same as in FIG. Figure 2
In the ionization chamber 1, the ion beam is extracted by the potential difference between the accelerating voltage source 14 and the constant voltage source 21, passes through the hole of the first electrode 2, and the pulsed electrode 3
Go to 3. The pulsed power supply 3 is connected to the pulsed electrode 33.
5 is connected and a pulse voltage of voltage V 35 V is applied. The voltage V 35 V is slightly higher than the constant voltage V 21 V of the constant voltage source 21. .
【００２５】図３において、（ａ）と（ｂ）はパルス化
電極３３に印加されるパルス電圧が０ボルトの場合の電
位分布とイオンビームの速度分布を示している。この場
合には、パルス化電極３３の電位は第１電極２の電位よ
りも低いため、イオンビームはこの電位勾配による電界
により引かれ、パルス化電極３３の孔を通過する。一
方、図３において、（ｃ）と（ｄ）はパルス化電極３３
に印加されるパルス電圧が電圧Ｖ35ボルトの場合の電位
分布とイオンビームの速度分布を示している。この場合
には、パルス化電極３３の電位は第１電極２の電位より
も若干高いため、イオンビームはこの電位勾配による電
界により反発され、パルス化電極３３の孔を通過するこ
とはできない。In FIGS. 3A and 3B, (a) and (b) show the potential distribution and the ion beam velocity distribution when the pulse voltage applied to the pulsed electrode 33 is 0 volt. In this case, since the potential of the pulsed electrode 33 is lower than the potential of the first electrode 2, the ion beam is drawn by the electric field due to this potential gradient and passes through the hole of the pulsed electrode 33. On the other hand, in FIG. 3, (c) and (d) are pulsed electrodes 33.
2 shows the potential distribution and the ion beam velocity distribution when the pulse voltage applied to the device is V 35 V. In this case, since the potential of the pulsed electrode 33 is slightly higher than that of the first electrode 2, the ion beam is repelled by the electric field due to this potential gradient and cannot pass through the hole of the pulsed electrode 33.
【００２６】したがって、イオンビームはパルス化電極
３３に印加されるパルス電圧により断続され、パルス化
イオンビームが形成される。なお、このパルス電圧の電
圧Ｖ35ボルトは、定電圧源２１の定電圧Ｖ21ボルトより
若干高い電圧であれば十分であり、また、この定電圧Ｖ
21ボルトも引出し機能及びプラズマ安定化機能を果たす
ためには低電圧で十分であるため、従来のパルス電圧よ
り低い電圧とすることができ、通常のパルス電圧を用い
て実現することができる。Therefore, the ion beam is interrupted by the pulse voltage applied to the pulsed electrode 33 to form a pulsed ion beam. It is sufficient that the voltage V 35 V of the pulse voltage is slightly higher than the constant voltage V 21 V of the constant voltage source 21.
Since a low voltage of 21 V is sufficient to perform the extraction function and the plasma stabilization function, the voltage can be lower than the conventional pulse voltage and can be realized by using the normal pulse voltage.
【００２７】例えば、イオン化室１の電圧が２ｋＶ、第
１電極２の電圧が０．４ｋＶ程度であれば、パルス化電
極３３のパルス電圧は０．５ｋＶで十分である。また、
このパルス化電極３３を第１電極２より若干電圧を高く
することによる副次的な効果として、第１電極２から放
出される定電流をパルス化電極３３によって発散させて
パルス化電極３３への流れ込みを防止し、最終的なパル
スビームの質を向上させることができる。For example, if the voltage of the ionization chamber 1 is 2 kV and the voltage of the first electrode 2 is about 0.4 kV, the pulse voltage of the pulsed electrode 33 is 0.5 kV. Also,
As a secondary effect of slightly increasing the voltage of the pulsed electrode 33 above the first electrode 2, the constant current emitted from the first electrode 2 is diverged by the pulsed electrode 33 to the pulsed electrode 33. Inflow can be prevented and the quality of the final pulsed beam can be improved.
【００２８】ｂ：イオンビームのエネルギーの選択機能
について 次に、第１フィルタ電極３１及び第２フィルタ電極３２
によるイオンビームのエネルギーの選択について説明す
る。図４は本発明のイオンビームのエネルギーの選択の
ための構成図であり、（ａ）は第１フィルタ電極及び第
２フィルタ電極のフィルタ構成を示し、（ｂ）は通過ビ
ームのエネルギー状態図を示している。B: Function of selecting energy of ion beam Next, the first filter electrode 31 and the second filter electrode 32
The selection of the energy of the ion beam by means of will be described. FIG. 4 is a configuration diagram for selecting the energy of the ion beam of the present invention, (a) shows the filter configuration of the first filter electrode and the second filter electrode, and (b) shows the energy state diagram of the passing beam. Shows.
【００２９】図４において、ある設定エネルギーＥ以上
のイオンビームを通過させるフィルタ構成は、第１フィ
ルタ電極３１と下流側の第２フィルタ電極３２よりな
り、この第１フィルタ電極３１は接地され、第２フィル
タ電極３２には設定電源３４の電圧Ｖ34が印加されてい
る。この第１フィルタ電極３１と第２フィルタ電極３２
の電位差や、入射されるイオンビームの粒子の質量等の
関係から、第２フィルタ電極３２の孔を通過するイオン
ビームのエネルギーを選別することができ、（ｂ）に示
すようにエネルギーＥ以上のイオンビームを通過させる
ハイパスフィルタとして機能させることができる。In FIG. 4, a filter structure for passing an ion beam having a certain energy E or higher is composed of a first filter electrode 31 and a second filter electrode 32 on the downstream side, and the first filter electrode 31 is grounded and The voltage V 34 of the setting power source 34 is applied to the 2 filter electrode 32. The first filter electrode 31 and the second filter electrode 32
The energy of the ion beam passing through the hole of the second filter electrode 32 can be selected from the relationship between the potential difference between the two and the mass of the particle of the incident ion beam, and as shown in FIG. It can function as a high-pass filter that allows the ion beam to pass.
【００３０】したがって、このエネルギーＥの値は、イ
オンビームの粒子の質量に応じて設定電源３４の電圧Ｖ
34を調整することによって設定することができる。 Ｄ：イオン化装置について 再び図１において、このイオン化装置４はイオン化室１
と第１電極２の間に配置されるものであり、イオン化室
１から放出される中性粒子に電子を照射することによっ
てイオン化を行うものである。イオン化装置４は、イオ
ン化用電源４１により印加されるフィラメント４２とそ
の前方に配置される設置されたグリッド４３とから構成
され、このフィラメント４２とグリッド４３は中性粒子
が通過する部分を囲むように配置されている。Therefore, the value of this energy E depends on the voltage V of the set power source 34 according to the mass of the particles of the ion beam.
It can be set by adjusting 34 . D: Ionizer Referring again to FIG. 1, the ionizer 4 is an ionization chamber 1
It is arranged between the first electrode 2 and the first electrode 2, and ionizes by irradiating the neutral particles emitted from the ionization chamber 1 with electrons. The ionization device 4 is composed of a filament 42 applied by an ionization power source 41 and a grid 43 arranged in front of the filament 42. The filament 42 and the grid 43 surround a portion through which neutral particles pass. It is arranged.
【００３１】そして、フィラメント４２から放出された
電子は、グリッド４３によって加速されてグリッド４３
を通過し、反対側において対向するフィラメント４２に
向けて進む。この電子は反対側のフィラメント４２に接
近するとその電位により減速され、逆の方向に加速され
て元の方向に戻される。このようにして中性粒子が通過
する部分には電子が多数存在することになり，中性粒子
のイオン化の確率が高くなる。Then, the electrons emitted from the filament 42 are accelerated by the grid 43 and
And travel toward the opposite filament 42 on the opposite side. When the electrons approach the filament 42 on the opposite side, they are decelerated by the potential, accelerated in the opposite direction, and returned to the original direction. In this way, there are many electrons in the area where the neutral particles pass, and the probability of ionization of the neutral particles increases.
【００３２】また、このイオン化装置の他に、レーザー
ビームの照射による中性粒子のイオン化も可能である。
次に、イオン源がパルスビームを発生しない場合（以
下、オフパルス時という）に漏れ出る低エネルギーのイ
オンビームの除去について説明する。なお、これに対し
てイオン源がパルスビームを発生する場合をオンパルス
時という。In addition to this ionizer, it is also possible to ionize neutral particles by irradiation with a laser beam.
Next, the removal of the low-energy ion beam leaking when the ion source does not generate a pulse beam (hereinafter referred to as off-pulse) will be described. On the other hand, the case where the ion source generates a pulse beam is referred to as an on-pulse.
【００３３】図５は本発明のイオン源のオンパルス時の
状態図であり、図６は本発明のイオン源のオフパルス時
の状態図である。図５及び図６において、５は偏向器、
５１は偏向電極、５２は偏向電極電源、ａ，ｂはイオン
ビームである。偏向器５はイオンビームの下流側に設置
され、偏向電極５１に偏向電極電源５２を接続すること
によって構成される。FIG. 5 is a state diagram when the ion source of the present invention is on-pulse, and FIG. 6 is a state diagram when the ion source of the present invention is off-pulse. 5 and 6, 5 is a deflector,
Reference numeral 51 is a deflection electrode, 52 is a deflection electrode power source, and a and b are ion beams. The deflector 5 is installed on the downstream side of the ion beam, and is configured by connecting a deflection electrode power source 52 to the deflection electrode 51.
【００３４】図５のイオン源のオンパルス時において
は、偏向電極５１に電圧は印加されておらず、イオン室
からのイオンビームａはそのまま図示されない照射位置
に向けて放出される。一方、図６のイオン源のオフパル
ス時においては、偏向電極５１に電圧を印加してイオン
室からのイオンビームｂを偏向させ、図示されない照射
位置に対してイオンビームｂが照射しないようにするこ
とができる。When the ion source in FIG. 5 is on-pulse, no voltage is applied to the deflection electrode 51, and the ion beam a from the ion chamber is emitted as it is toward an irradiation position (not shown). On the other hand, at the time of off-pulse of the ion source in FIG. 6, a voltage is applied to the deflection electrode 51 to deflect the ion beam b from the ion chamber so that the ion beam b is not irradiated to the irradiation position (not shown). You can
【００３５】これによって、オフパルス時において漏れ
出る低エネルギーのビームをビーム上から除いて、バッ
クグランドの低減を図ることができる。なお、前記偏向
器５に代えて集束器を用いることもできる。なお、本発
明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣
旨に基づき種々の変形が可能であり、それらを本発明の
範囲から排除するものではない。This makes it possible to remove the low-energy beam leaking at the time of off-pulse from the beam and reduce the background. A concentrator may be used instead of the deflector 5. It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made based on the spirit of the present invention, and they are not excluded from the scope of the present invention.
【００３６】[0036]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、 （１）イオン化室のプラズマの擾乱を抑え、安定したイ
オンビームを得ることができる。 （２）パルス電源を比較的低電圧とすることができる。 （３）歪みがなく空間的広がりの少ないビーム形状のパ
ルスイオンビームを得ることができる。 （４）ビーム照射位置の位置ずれを防ぐことができる。 （５）中性粒子によるパルスイオンビームのバックグラ
ンドを除くことができる。 （６）イオンビームのエネルギー選別によりエネルギー
の広がりを抑えることができる。 等の効果があり、ＩＳＳ、ＳＩＭＳ／ＳＮＭＳ等の表面
分析装置等のパルスイオンビームにおいて、制御系が比
較的容易になるとともにパルスビームの質を向上させる
ことができる。As described above, according to the present invention, (1) the disturbance of plasma in the ionization chamber can be suppressed and a stable ion beam can be obtained. (2) The pulse power supply can be set to a relatively low voltage. (3) It is possible to obtain a pulsed ion beam having a beam shape with no distortion and a small spatial spread. (4) It is possible to prevent positional deviation of the beam irradiation position. (5) The background of the pulsed ion beam due to neutral particles can be eliminated. (6) The spread of energy can be suppressed by selecting the energy of the ion beam. In the pulse ion beam of the surface analyzer such as ISS or SIMS / SNMS, the control system becomes relatively easy and the quality of the pulse beam can be improved.
【図１】本発明のイオン源の第１の実施例の構成図であ
る。FIG. 1 is a configuration diagram of a first embodiment of an ion source of the present invention.
【図２】本発明のイオン源の第１の実施例の一部構成図
である。FIG. 2 is a partial configuration diagram of a first embodiment of the ion source of the present invention.
【図３】本発明のイオン源の電位分布及びイオンビーム
の速度分布図である。FIG. 3 is a potential distribution diagram of an ion source and an ion beam velocity distribution diagram of the present invention.
【図４】本発明のイオンビームのエネルギーの選択のた
めの構成図である。FIG. 4 is a configuration diagram for selecting energy of an ion beam according to the present invention.
【図５】本発明のイオン源のオンパルス時の状態図であ
る。FIG. 5 is a state diagram of the ion source of the present invention during on-pulse.
【図６】本発明のイオン源のオフパルス時の状態図であ
る。FIG. 6 is a state diagram of the ion source of the present invention during an off pulse.
【図７】イオン源の第１の従来例の構成図である。FIG. 7 is a configuration diagram of a first conventional example of an ion source.
【図８】イオン源の第２の従来例の構成図である。FIG. 8 is a configuration diagram of a second conventional example of the ion source.
１…イオン化室、２…第１電極、３…第２電極、４…イ
オン化装置、１１，４２…フィラメント、１２，４３…
グリッド、１３…コレクタ、１４…加速電圧源、２１…
定電圧源、３１…第１フィルタ電極、３２…第２フィル
タ電極、３３…パルス化電極、３４…設定電源、３５…
パルス化電源、４１…イオン化用電源DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Ionization chamber, 2 ... 1st electrode, 3 ... 2nd electrode, 4 ... Ionizer, 11, 42 ... Filament, 12, 43 ...
Grid, 13 ... Collector, 14 ... Accelerating voltage source, 21 ...
Constant voltage source, 31 ... First filter electrode, 32 ... Second filter electrode, 33 ... Pulsed electrode, 34 ... Setting power supply, 35 ...
Pulsed power supply, 41 ... Ionization power supply
Claims (1)
イオン源において、（ａ）イオンを発生するイオン化室
と、（ｂ）前記イオン化室の下流側に設置される第１電
極と第２電極からなる引出し電極と、（ｃ）前記イオン
化室の下流側に設置されるイオン化装置とからなり、
（ｄ）前記第１電極には前記イオン化室より低い定電圧
を印加し、前記第２電極には前記定電圧より高いピーク
電圧のパルス電圧を印加することを特徴とするイオン
源。1. An ion source for generating a pulsed ion beam, comprising: (a) an ionization chamber for generating ions; and (b) a first electrode and a second electrode installed on the downstream side of the ionization chamber. And (c) an ionizer installed downstream of the ionization chamber,
(D) An ion source, wherein a constant voltage lower than that in the ionization chamber is applied to the first electrode, and a pulse voltage having a peak voltage higher than the constant voltage is applied to the second electrode.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4347801A JPH06203781A (en) | 1992-12-28 | 1992-12-28 | Ion source |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4347801A JPH06203781A (en) | 1992-12-28 | 1992-12-28 | Ion source |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06203781A true JPH06203781A (en) | 1994-07-22 |
Family
ID=18392680
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4347801A Pending JPH06203781A (en) | 1992-12-28 | 1992-12-28 | Ion source |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06203781A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011228069A (en) * | 2010-04-16 | 2011-11-10 | Ulvac Japan Ltd | Time-of-flight secondary ion mass spectrometer using gas cluster ion beam |
-
1992
- 1992-12-28 JP JP4347801A patent/JPH06203781A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011228069A (en) * | 2010-04-16 | 2011-11-10 | Ulvac Japan Ltd | Time-of-flight secondary ion mass spectrometer using gas cluster ion beam |
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