JPH0766763B2 - イオン中和器 - Google Patents
イオン中和器Info
- Publication number
- JPH0766763B2 JPH0766763B2 JP5358987A JP5358987A JPH0766763B2 JP H0766763 B2 JPH0766763 B2 JP H0766763B2 JP 5358987 A JP5358987 A JP 5358987A JP 5358987 A JP5358987 A JP 5358987A JP H0766763 B2 JPH0766763 B2 JP H0766763B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- grid anode
- ion
- grid
- needle
- anode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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- Particle Accelerators (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は、スパッタ蒸着による薄膜形成、スパッタエ
ッチングによる微細パターン加工、二次イオン質量分析
による材料評価等に利用される高速原子線を発生する装
置に係り、特に、イオンの電荷を効率よく中和させるこ
とにより、大量の高速原子を生成できるようにしたイオ
ン中和器に関するものである。
ッチングによる微細パターン加工、二次イオン質量分析
による材料評価等に利用される高速原子線を発生する装
置に係り、特に、イオンの電荷を効率よく中和させるこ
とにより、大量の高速原子を生成できるようにしたイオ
ン中和器に関するものである。
「従来の技術」 第２図は、これまでに発表されたイオン中和器の動作説
明図である。図中、１は中央部分が太くなった円筒形の
外囲器、２は熱電子放出用の円形フィラメント、３はイ
オンビーム、４は高速原子線、５はフィラメント２を加
熱するための電源、６は直流バイアス電源である。
明図である。図中、１は中央部分が太くなった円筒形の
外囲器、２は熱電子放出用の円形フィラメント、３はイ
オンビーム、４は高速原子線、５はフィラメント２を加
熱するための電源、６は直流バイアス電源である。
このイオン中和器の動作は、以下のとおりである。
フィラメント２は、外囲器１の中心軸の周りに張られて
おり、かつ外囲器１の中央の太くなった部分に収められ
ている。電源５、６以外の構成要素を真空容器に収め
る。電源５によって円形フィラメント２を加熱し、多量
の熱電子を放出させる。外囲器１は直流電流６によっ
て、フィラメント２よりも数Ｖ低い電位にバイアスされ
ている。したがって、フィラメント２から放出した熱電
子は、外囲器１の器壁から反発をうけて、外囲器１の中
心軸付近に集中し、そこに高密度の電子雲を形成する。
この電子雲にイオンビーム３を入射させると、イオン・
電子の衝突・再結合が起きてイオンビーム３は高速原子
線４に変換される。電子再結合の際のイオン・電子衝突
においては、電子の質量がイオンよりもはるかに小さい
ために、イオンの運動エネルギーは殆ど失われることな
く、そのまま原子に受け継がれて、高速原子線４が誕生
する。
おり、かつ外囲器１の中央の太くなった部分に収められ
ている。電源５、６以外の構成要素を真空容器に収め
る。電源５によって円形フィラメント２を加熱し、多量
の熱電子を放出させる。外囲器１は直流電流６によっ
て、フィラメント２よりも数Ｖ低い電位にバイアスされ
ている。したがって、フィラメント２から放出した熱電
子は、外囲器１の器壁から反発をうけて、外囲器１の中
心軸付近に集中し、そこに高密度の電子雲を形成する。
この電子雲にイオンビーム３を入射させると、イオン・
電子の衝突・再結合が起きてイオンビーム３は高速原子
線４に変換される。電子再結合の際のイオン・電子衝突
においては、電子の質量がイオンよりもはるかに小さい
ために、イオンの運動エネルギーは殆ど失われることな
く、そのまま原子に受け継がれて、高速原子線４が誕生
する。
「発明が解決しようとする問題点」 上述した従来形のイオン中和器においては、電子雲密度
の調節は、フィラメント２の加熱電源２とバイアス電源
６で行うわけであるが、十分な電子雲密度が得られず、
ひいては効率よく高速原子を発生させることが困難であ
った。
の調節は、フィラメント２の加熱電源２とバイアス電源
６で行うわけであるが、十分な電子雲密度が得られず、
ひいては効率よく高速原子を発生させることが困難であ
った。
この発明は、このような背景の下になされたもので、グ
ロー放電に磁界を印加することによって、高密度の電子
雲を形成し、効率よく高速原子線を発生させることので
きるイオン中和器を提供することを目的とする。
ロー放電に磁界を印加することによって、高密度の電子
雲を形成し、効率よく高速原子線を発生させることので
きるイオン中和器を提供することを目的とする。
「問題点を解決するための手段」 上記問題点を解決するために、この発明は、イオンビー
ムを電子雲中に入射させることにより、イオンの電荷を
中和して高速原子線を発生させるイオン中和器におい
て、円筒形のグリッド陽極と、このグリッド陽極の中心
軸に沿って設置された針状陰極と、前記グリッド陽極を
取り囲んで設置された円筒形のリターディング電極と、
前記グリッド陽極の中心軸に沿って磁力線を印加するよ
うに、前記リターディング電極の外側に設置された磁石
と、前記グリッド陽極と針状陰極との間に電圧を印加す
るための放電用直流高圧電源とを具備することを特徴と
する。
ムを電子雲中に入射させることにより、イオンの電荷を
中和して高速原子線を発生させるイオン中和器におい
て、円筒形のグリッド陽極と、このグリッド陽極の中心
軸に沿って設置された針状陰極と、前記グリッド陽極を
取り囲んで設置された円筒形のリターディング電極と、
前記グリッド陽極の中心軸に沿って磁力線を印加するよ
うに、前記リターディング電極の外側に設置された磁石
と、前記グリッド陽極と針状陰極との間に電圧を印加す
るための放電用直流高圧電源とを具備することを特徴と
する。
「作用」 本発明は、グロー放電により発生した電子に磁界を印加
するとともに、静電界を印加して、電子を中心部に押し
戻し、空間の限られた領域に電子を集中させることによ
って、高密度の電子雲を形成する。
するとともに、静電界を印加して、電子を中心部に押し
戻し、空間の限られた領域に電子を集中させることによ
って、高密度の電子雲を形成する。
したがって、熱電子フィラメントとバイアス電圧で電子
雲の高密度化を図る従来法とは、電極構成が根本的に異
なる。
雲の高密度化を図る従来法とは、電極構成が根本的に異
なる。
「実施例」 第１図は、本発明の一実施例によるイオン中和器の構成
を示す斜視図である。図中、イオンビーム３および高速
原子線４は、第２図のものと同一である。
を示す斜視図である。図中、イオンビーム３および高速
原子線４は、第２図のものと同一である。
図において、21は円筒形のグリッド陽極である。このグ
リッド陽極21の内方には、その中心軸に合致する形で、
針状陰極22が設置されている。一方、グリッド陽極21の
外方には、これを取り囲む形で、円筒形のリターディン
グ電極23と磁石24が、同心状に設置されている。
リッド陽極21の内方には、その中心軸に合致する形で、
針状陰極22が設置されている。一方、グリッド陽極21の
外方には、これを取り囲む形で、円筒形のリターディン
グ電極23と磁石24が、同心状に設置されている。
また、グリッド陽極21には、放電用直流高圧電源25の正
極が接続され、グリッド陽極21を挾む形で配置された針
状陰極22とリターディング電極23には、放電用直流高圧
電源25の負極が接続されている。
極が接続され、グリッド陽極21を挾む形で配置された針
状陰極22とリターディング電極23には、放電用直流高圧
電源25の負極が接続されている。
磁石24は、例えばリング状のフェライト磁石であって、
磁力線が、円筒形グリッド陽極21の中心軸にほぼ平行に
入るように、リターディング電極23を取り巻いて設置さ
れている。なお、放電用直流高圧電源25以外の構成要素
は、真空容器に収められている。
磁力線が、円筒形グリッド陽極21の中心軸にほぼ平行に
入るように、リターディング電極23を取り巻いて設置さ
れている。なお、放電用直流高圧電源25以外の構成要素
は、真空容器に収められている。
このような構成において、上記真空容器内に、例えばア
ルゴンガスを10-4Torr程度注入し、直流高圧電源25によ
って、グリッド陽極21・針状陰極22間に直流高電圧を印
加する。これにより、グリッド陽極21・針状陰極22間、
およびグリッド陽極21・リターディング電極23間にグロ
ー放電が発生し、プラズマが形成される。
ルゴンガスを10-4Torr程度注入し、直流高圧電源25によ
って、グリッド陽極21・針状陰極22間に直流高電圧を印
加する。これにより、グリッド陽極21・針状陰極22間、
およびグリッド陽極21・リターディング電極23間にグロ
ー放電が発生し、プラズマが形成される。
この放電において、針状陰極22から放出した電子は、グ
リッド陽極21に向かって加速されるが、この運動方向に
対して垂直に磁力線が印加されているために、電子は円
運動をしながら飛行する。電子の速度が小の程、円運動
の回転半径は小さいから、針状陰極22の付近では回転半
径が非常に小さく、電子の空間密度は極めて高くなる。
リッド陽極21に向かって加速されるが、この運動方向に
対して垂直に磁力線が印加されているために、電子は円
運動をしながら飛行する。電子の速度が小の程、円運動
の回転半径は小さいから、針状陰極22の付近では回転半
径が非常に小さく、電子の空間密度は極めて高くなる。
一方、円運動をしながらグリッド陽極21に到達した電子
は、グリッド陽極21のグリッドの目をくぐってリターデ
ィング電極23に向かって円運動を続けるが、この空間に
は減速電界がかかっているために、速度と回転半径が減
衰しながら飛行を続ける。そして、リターディング電極
23に到達して速度を失って反転し、あらためてグリッド
陽極21に向かって加速され、再びグリッド陽極21の目を
くぐって針状陰極22に達し、速度を失い反転する。
は、グリッド陽極21のグリッドの目をくぐってリターデ
ィング電極23に向かって円運動を続けるが、この空間に
は減速電界がかかっているために、速度と回転半径が減
衰しながら飛行を続ける。そして、リターディング電極
23に到達して速度を失って反転し、あらためてグリッド
陽極21に向かって加速され、再びグリッド陽極21の目を
くぐって針状陰極22に達し、速度を失い反転する。
このように、電子はグリッド陽極21の網目を介して、針
状陰極22とリターディング電極23の間を高周波振動す
る。このため、針状陰極22の付近は、低速の電子雲の密
度がさらに高くなる。なお、グロー放電によって、リタ
ーディング電極23が放出した電子も、同様に高周波振動
を起こして、針状陰極22付近の電子密度の増加に寄与す
る。
状陰極22とリターディング電極23の間を高周波振動す
る。このため、針状陰極22の付近は、低速の電子雲の密
度がさらに高くなる。なお、グロー放電によって、リタ
ーディング電極23が放出した電子も、同様に高周波振動
を起こして、針状陰極22付近の電子密度の増加に寄与す
る。
この電子密度の高い空間に、イオンビーム３が入射する
と、イオン・電子間で衝突・再結合が起きて高速原子線
が生成される。グリッド陽極21の内部のアルゴンガス圧
が高い場合には、イオン・電子の衝突のほかに、イオン
・ガス分子の衝突が生じて、運動エネルギーの低い高速
原子が生成してしまうが、この例のようなガス圧では、
ガス分子の平均自由行程は数10cm以上であるから、イオ
ン・ガス分子の衝突確率は無視できる程に小さい。な
お、注入するガスを酸素にすれば、酸素の高速原子線が
得られることは言うまでもない。本発明においては、高
速原子の生成効率を支配する電子雲密度を制御するファ
クターとして、注入ガス圧、放電電圧、磁界強度の３つ
がある。したがって、自由度が高い上に、磁界強度を強
めることによって、電子雲密度を高めて効率よく高速原
子線を発生させることができる。
と、イオン・電子間で衝突・再結合が起きて高速原子線
が生成される。グリッド陽極21の内部のアルゴンガス圧
が高い場合には、イオン・電子の衝突のほかに、イオン
・ガス分子の衝突が生じて、運動エネルギーの低い高速
原子が生成してしまうが、この例のようなガス圧では、
ガス分子の平均自由行程は数10cm以上であるから、イオ
ン・ガス分子の衝突確率は無視できる程に小さい。な
お、注入するガスを酸素にすれば、酸素の高速原子線が
得られることは言うまでもない。本発明においては、高
速原子の生成効率を支配する電子雲密度を制御するファ
クターとして、注入ガス圧、放電電圧、磁界強度の３つ
がある。したがって、自由度が高い上に、磁界強度を強
めることによって、電子雲密度を高めて効率よく高速原
子線を発生させることができる。
「発明の効果」 高速原子線は、高速のイオンビームと同様に、スパッタ
蒸着による薄膜形成、スパタエッチングによる微細パタ
ーン加工、二次イオン質量分析による材料評価に利用す
ることができる。特に、高速原子線は非荷電性であるた
めに、金属、半導体ばかりでなく、イオンビーム法が不
得意とするプラスチックス、セラミックスなどの絶縁物
を対象とする場合にも威力がある。その意味において、
大量の高速原子を生成するイオン中和器が得られること
は、加工、分析の能率向上に非常に有益である。
蒸着による薄膜形成、スパタエッチングによる微細パタ
ーン加工、二次イオン質量分析による材料評価に利用す
ることができる。特に、高速原子線は非荷電性であるた
めに、金属、半導体ばかりでなく、イオンビーム法が不
得意とするプラスチックス、セラミックスなどの絶縁物
を対象とする場合にも威力がある。その意味において、
大量の高速原子を生成するイオン中和器が得られること
は、加工、分析の能率向上に非常に有益である。
第１図はこの発明の一実施例によるイオン中和器の構成
を示す斜視図、第２図は従来のイオン中和器の構成を示
す斜視図である。 １……中央部分が太くなった円筒形外囲器、２……熱電
子放出用の円形フィラメント、３……イオンビーム、４
……高速原子線、５……フィラメント加熱用電源、６…
…直流バイアス、21……円筒形グリッド陽極、22……針
状陰極、23……リターディング電極、24……磁石、25…
…放電用直流高圧電源。
を示す斜視図、第２図は従来のイオン中和器の構成を示
す斜視図である。 １……中央部分が太くなった円筒形外囲器、２……熱電
子放出用の円形フィラメント、３……イオンビーム、４
……高速原子線、５……フィラメント加熱用電源、６…
…直流バイアス、21……円筒形グリッド陽極、22……針
状陰極、23……リターディング電極、24……磁石、25…
…放電用直流高圧電源。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｊ 37/317 Ｚ 9172−5Ｅ Ｈ０１Ｌ 21/265
Claims (1)
- 【請求項１】イオンビームを電子雲中に入射させること
により、イオンの電荷を中和して高速原子線を発生させ
るイオン中和器において、 円筒形のグリッド陽極と、 このグリッド陽極の中心軸に沿って設置された針状陰極
と、 前記グリッド陽極を取り囲んで設置された円筒形のリタ
ーディング電極と、 前記グリッド陽極の中心軸に沿って磁力線を印加するよ
うに、前記リターディング電極の外側に設置された磁石
と、 前記グリッド陽極と針状陰極との間に電圧を印加するた
めの放電用直流高圧電源とを具備することを特徴とする
イオン中和器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5358987A JPH0766763B2 (ja) | 1987-03-09 | 1987-03-09 | イオン中和器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5358987A JPH0766763B2 (ja) | 1987-03-09 | 1987-03-09 | イオン中和器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63221547A JPS63221547A (ja) | 1988-09-14 |
| JPH0766763B2 true JPH0766763B2 (ja) | 1995-07-19 |
Family
ID=12947051
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5358987A Expired - Lifetime JPH0766763B2 (ja) | 1987-03-09 | 1987-03-09 | イオン中和器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0766763B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4825087A (en) * | 1987-05-13 | 1989-04-25 | Applied Materials, Inc. | System and methods for wafer charge reduction for ion implantation |
| JPH05205691A (ja) * | 1992-01-27 | 1993-08-13 | Nec Yamagata Ltd | イオン注入装置 |
| US5703375A (en) * | 1996-08-02 | 1997-12-30 | Eaton Corporation | Method and apparatus for ion beam neutralization |
| TW201034876A (en) * | 2010-05-04 | 2010-10-01 | Jing-Yuan Xu | Multiple electrostatic neutralizer for vehicle |
-
1987
- 1987-03-09 JP JP5358987A patent/JPH0766763B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63221547A (ja) | 1988-09-14 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |