JPH06203781A - Ion source - Google Patents

Ion source

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JPH06203781A
JPH06203781A JP4347801A JP34780192A JPH06203781A JP H06203781 A JPH06203781 A JP H06203781A JP 4347801 A JP4347801 A JP 4347801A JP 34780192 A JP34780192 A JP 34780192A JP H06203781 A JPH06203781 A JP H06203781A
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JP
Japan
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electrode
ion
ion beam
pulse
voltage
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JP4347801A
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Japanese (ja)
Inventor
Shigeki Hayashi
茂樹 林
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Shimadzu Corp
Original Assignee
Shimadzu Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To realize an ion source, wherein beam shape distortion and beam irradiation position displacement are eliminated to reduce a back ground of a pulse ion beam by a neutral particle to also stabilize plasma in an ion chamber, and a stable pulsed ion beam can be generated, by a pulse power supply of relatively low voltage. CONSTITUTION:In an ion source for producing a pulsed ion beam, the ion source is constituted of an ionizing chamber 1 for generating an ion, first/second electrodes 2, 3 set up in the downstream of the ionizing chamber 1 having a function of draw out electrode and an ionizing device 4 set up in the downstream of the ionizing chamber 1. Constant voltage lower than the ionizing chamber 1 is applied to this first electrode 2, and pulse voltage of peak voltage higher than the constant voltage of the first electrode 2 is applied to the second electrode 3.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【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
21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.

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

【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.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

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)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 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、(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.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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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