JPH079838B2 - 高速原子線源 - Google Patents
高速原子線源Info
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- JPH079838B2 JPH079838B2 JP18016186A JP18016186A JPH079838B2 JP H079838 B2 JPH079838 B2 JP H079838B2 JP 18016186 A JP18016186 A JP 18016186A JP 18016186 A JP18016186 A JP 18016186A JP H079838 B2 JPH079838 B2 JP H079838B2
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、絶縁材料のスパッタ蒸着，エッチング等の材
料加工や２次イオン質量分析計による絶縁性材料の分析
に用いる中性ビーム源に関するものであり、特に、中性
化率が高くかつ大量の高速原子線を発生することのでき
る高速原子線源に関するものである。
料加工や２次イオン質量分析計による絶縁性材料の分析
に用いる中性ビーム源に関するものであり、特に、中性
化率が高くかつ大量の高速原子線を発生することのでき
る高速原子線源に関するものである。
［従来の技術］ 従来は、例えば第５図（Ａ）および（Ｂ）に示すような
線源を用いてイオン線を形成し、ついで第６図や第７図
の方法により高速原子線を形成している。
線源を用いてイオン線を形成し、ついで第６図や第７図
の方法により高速原子線を形成している。
第５図（Ａ）および（Ｂ）は、J Franksにより、Vacuum
Vol.24 No.10に報告されたものであって、長さ50mm,直
径38mmのステンレス製の円筒状冷陰極１の内部中央部に
直径1mmの２本のＷ線による陽極４を配置する。この陽
極４は冷陰極１の両端開口を封止するセラミックス製な
どの絶縁材料による板２により支持する。冷陽極１の一
方の側面1Aにガス導入孔５をあけると共に、この冷陰極
１の対向する他方の側面1Bの中央部に12mm×3mmφのビ
ーム引き出し孔６をあけてイオン線源７を構成してい
る。
Vol.24 No.10に報告されたものであって、長さ50mm,直
径38mmのステンレス製の円筒状冷陰極１の内部中央部に
直径1mmの２本のＷ線による陽極４を配置する。この陽
極４は冷陰極１の両端開口を封止するセラミックス製な
どの絶縁材料による板２により支持する。冷陽極１の一
方の側面1Aにガス導入孔５をあけると共に、この冷陰極
１の対向する他方の側面1Bの中央部に12mm×3mmφのビ
ーム引き出し孔６をあけてイオン線源７を構成してい
る。
この線源７では、冷陰極放電を用いているので、放電電
圧は比較的高く3kV〜8kVとなることが報告されている。
このことから、ビーム放出孔６からは、少なくとも3kV
以上のエネルギーを持ったイオン線８が放出されること
になる。
圧は比較的高く3kV〜8kVとなることが報告されている。
このことから、ビーム放出孔６からは、少なくとも3kV
以上のエネルギーを持ったイオン線８が放出されること
になる。
従来は、このようにして得たイオン線８を中性化して高
速原子線を得るために、第６図または第７図に示す方法
が採られている。
速原子線を得るために、第６図または第７図に示す方法
が採られている。
第６図に示す方法では、第５図（Ａ），（Ｂ）に示した
線源７から放出されたイオン線８に対して、熱電子源な
どの電子源９から放出させた電子線10を照射することに
より、このイオン線８を中和して混合ビーム、すなわち
原子線11を得る。
線源７から放出されたイオン線８に対して、熱電子源な
どの電子源９から放出させた電子線10を照射することに
より、このイオン線８を中和して混合ビーム、すなわち
原子線11を得る。
この方法では、イオン線源７に立ち入ってイオンと電子
との相互作用をさせておらず、別個に発生させたイオン
線と電子線とを用いて、発生した後のイオン線を電子線
で中和させるのみであるから、イオンの全てを原子に変
換することが困難であり、中性化率が低く、イオンが原
子に変わる割合は数％にすぎないし、放射できる原子線
の量も少ない。しかもまた、イオンと電子が再結合して
高速原子線が生成される際、イオンの質量は電子の約18
40倍ほど重いため、イオンは、衝突・再結合の過程で、
その運動エネルギーをほとんど失われない。このことか
ら、イオン線を中和して得られた高速原子線のエネルギ
ーは、イオン線のエネルギーと殆ど同じである。すなわ
ち、第６図のビームは、例えば3keVのエネルギーを持っ
た数％の高速原子線と97〜98％のイオン線とから成って
いる。このように、かかる方法では、低エネルギーでか
つ大量の高速原子線を得ることができない。
との相互作用をさせておらず、別個に発生させたイオン
線と電子線とを用いて、発生した後のイオン線を電子線
で中和させるのみであるから、イオンの全てを原子に変
換することが困難であり、中性化率が低く、イオンが原
子に変わる割合は数％にすぎないし、放射できる原子線
の量も少ない。しかもまた、イオンと電子が再結合して
高速原子線が生成される際、イオンの質量は電子の約18
40倍ほど重いため、イオンは、衝突・再結合の過程で、
その運動エネルギーをほとんど失われない。このことか
ら、イオン線を中和して得られた高速原子線のエネルギ
ーは、イオン線のエネルギーと殆ど同じである。すなわ
ち、第６図のビームは、例えば3keVのエネルギーを持っ
た数％の高速原子線と97〜98％のイオン線とから成って
いる。このように、かかる方法では、低エネルギーでか
つ大量の高速原子線を得ることができない。
第７図に示す方法では、線源７から引き出されたイオン
線８をニュートライザ12に斜入射させてイオンの電荷を
変換することにより、電子線を形成する。
線８をニュートライザ12に斜入射させてイオンの電荷を
変換することにより、電子線を形成する。
この方法を用いれば、第６図の方法に比べ、低エネルギ
ーの高速原子線が得られるものの、イオン線８の多くは
ニュートライザ12に衝突する際に、吸収・消失してしま
い、大量の高速原子線を得ることはできない。更に、イ
オン線８がニュートライザ12に衝突する際に、ニュート
ライザ12自身をスパッタするため、電荷交換により得ら
れるビーム中にニュートライザ12の原子が混入し、ビー
ムの純度が低下させるというおそれもある。
ーの高速原子線が得られるものの、イオン線８の多くは
ニュートライザ12に衝突する際に、吸収・消失してしま
い、大量の高速原子線を得ることはできない。更に、イ
オン線８がニュートライザ12に衝突する際に、ニュート
ライザ12自身をスパッタするため、電荷交換により得ら
れるビーム中にニュートライザ12の原子が混入し、ビー
ムの純度が低下させるというおそれもある。
［発明が解決しようとする問題点］ このように、従来技術では、（１）中性化率が数％程度
であり、大量の高速原子線が得られないこと、（２）純
度の高い高速の原子線が得られないこと、および（３）
数十〜数百eV程度の低エネルギーの高速原子線が得られ
ないこと等の欠点があった。
であり、大量の高速原子線が得られないこと、（２）純
度の高い高速の原子線が得られないこと、および（３）
数十〜数百eV程度の低エネルギーの高速原子線が得られ
ないこと等の欠点があった。
そこで、本発明の目的は、イオン線の発生源内に電子を
直接に作用させ、より多くのイオンを中和化するように
なし、以って、上述したような従来技術の問題点を解消
した高速原子線源を提供することにある。
直接に作用させ、より多くのイオンを中和化するように
なし、以って、上述したような従来技術の問題点を解消
した高速原子線源を提供することにある。
［問題点を解決するための手段］ このような目的を達成するために、本発明の高速原子線
源では、真空容器内において、環状の陽極の両側に第１
および第２の冷陰極を互いに対向して配置する。第１の
冷陽極にはガス導入孔をあけ、この第１の冷陰極に近接
し、かつ外方に中空陰極やフィラメントの形態を可とす
る電子線源を配設し、中空陰極自体あるいはフィラメン
トとは別個のガス導入通路を経て、および第１の冷陰極
にあけたガス導入孔を介して、第１および第２の冷陰極
間にガスを介在させて放電によりイオンを発生させる。
さらに中空陰極やフィラメントによる電子源から発生す
る電子を環状の陽極に向けて加速し、この陽極を中心と
して、第１および第２の冷陰極間で電子を振動させ、そ
の電子とイオンとが結合した高速原子線を取り出すビー
ム放出孔を第２の冷陰極に設ける。
源では、真空容器内において、環状の陽極の両側に第１
および第２の冷陰極を互いに対向して配置する。第１の
冷陽極にはガス導入孔をあけ、この第１の冷陰極に近接
し、かつ外方に中空陰極やフィラメントの形態を可とす
る電子線源を配設し、中空陰極自体あるいはフィラメン
トとは別個のガス導入通路を経て、および第１の冷陰極
にあけたガス導入孔を介して、第１および第２の冷陰極
間にガスを介在させて放電によりイオンを発生させる。
さらに中空陰極やフィラメントによる電子源から発生す
る電子を環状の陽極に向けて加速し、この陽極を中心と
して、第１および第２の冷陰極間で電子を振動させ、そ
の電子とイオンとが結合した高速原子線を取り出すビー
ム放出孔を第２の冷陰極に設ける。
すなわち、本発明の第１形態は、真空容器内に環状の陽
極を収容し、真空容器内において、陽極の両側に第１お
よび第２の冷陰極を互に対向して配置すると共に、第１
の冷陰極にはガス導入孔をあけ、第１の冷陰極に近接
し、かつ外方に、電子線源を配設し、真空容器の外部か
らガス導入孔を介して第１および第２の冷陰極間にガス
を介在させるようにガスを導く通路を設け、陽極を中心
として第１および第２の冷陰極間で振動する電子とイオ
ンとが結合した高速原子線を取り出すビーム放出孔を第
２の冷陰極に配設したことを特徴とする。
極を収容し、真空容器内において、陽極の両側に第１お
よび第２の冷陰極を互に対向して配置すると共に、第１
の冷陰極にはガス導入孔をあけ、第１の冷陰極に近接
し、かつ外方に、電子線源を配設し、真空容器の外部か
らガス導入孔を介して第１および第２の冷陰極間にガス
を介在させるようにガスを導く通路を設け、陽極を中心
として第１および第２の冷陰極間で振動する電子とイオ
ンとが結合した高速原子線を取り出すビーム放出孔を第
２の冷陰極に配設したことを特徴とする。
本発明の第２形態は、真空容器内に環状の陽極を収容
し、真空容器内において、陽極の両側に第１および第２
の冷陰極を互に対向して配置すると共に、第１の冷陰極
にはガス導入孔をあけ、第１の冷陰極に近接し、かつ外
方に、中空陰極を配設し、中空陰極およびガス導入孔を
介して第１および第２の冷陰極間にガスを介在させるよ
うになし、陽極を中心として第１および第２の冷陰極間
で振動する電子とイオンとが結合した高速原子線を取り
出すビーム放出孔を第２の冷陰極に配設したことを特徴
とする。
し、真空容器内において、陽極の両側に第１および第２
の冷陰極を互に対向して配置すると共に、第１の冷陰極
にはガス導入孔をあけ、第１の冷陰極に近接し、かつ外
方に、中空陰極を配設し、中空陰極およびガス導入孔を
介して第１および第２の冷陰極間にガスを介在させるよ
うになし、陽極を中心として第１および第２の冷陰極間
で振動する電子とイオンとが結合した高速原子線を取り
出すビーム放出孔を第２の冷陰極に配設したことを特徴
とする。
［作用］ 本発明では、真空容器内において、陽極とその両側に配
置した２つの冷陰極との間にガスを介在させて低圧が大
放電を生じさせると、冷陰極から放出された電子は陽極
を中心として両冷陰極間で振動し、その途中で多くの気
体ガス分子と衝突してより多くのイオンを生ずる。この
イオンは、一方の冷陰極に近接して設けられた中空陰極
の内部を衝撃することにより中空陰極自身の温度を上昇
させ、ついには中空陰極から熱電子を飛び出させる役目
をする。このようにして中空陰極が十分高温になると、
これより熱電子の放出が盛んになり、更にプラズマ自身
の増殖作用により中空陰極付近の電子密度は急速に増加
する。このようにして中空陰極自身は電子源として働く
ようになり、飛び出した電子は中空陰極と陽極との間の
電位勾配により陽極に向けて加速される。
置した２つの冷陰極との間にガスを介在させて低圧が大
放電を生じさせると、冷陰極から放出された電子は陽極
を中心として両冷陰極間で振動し、その途中で多くの気
体ガス分子と衝突してより多くのイオンを生ずる。この
イオンは、一方の冷陰極に近接して設けられた中空陰極
の内部を衝撃することにより中空陰極自身の温度を上昇
させ、ついには中空陰極から熱電子を飛び出させる役目
をする。このようにして中空陰極が十分高温になると、
これより熱電子の放出が盛んになり、更にプラズマ自身
の増殖作用により中空陰極付近の電子密度は急速に増加
する。このようにして中空陰極自身は電子源として働く
ようになり、飛び出した電子は中空陰極と陽極との間の
電位勾配により陽極に向けて加速される。
フィラメントを電子線源として用いるときには、このフ
ィラメントに通電することにより熱電子が発生し、陽極
に向けて加速される。
ィラメントに通電することにより熱電子が発生し、陽極
に向けて加速される。
このような電子の一部は冷陰極間における飛行過程で、
ガス分子と衝突して大量の正イオンと電離電子を生じ、
その正イオンは先の中空陰極に突入し、この中空陰極か
らの電子放出を一層促進し、これらの過程を繰り返すこ
とになる。
ガス分子と衝突して大量の正イオンと電離電子を生じ、
その正イオンは先の中空陰極に突入し、この中空陰極か
らの電子放出を一層促進し、これらの過程を繰り返すこ
とになる。
このようにして、ビーム放出孔に向けて加速されたイオ
ンは、このビーム放出孔の付近の大量の電子と結合する
ことにより高速原子線となる確率が高くなり、ビームの
中性化率が向上することになる。しかもまた、中空陰極
は、熱陰極として働くので、放電電圧は数十〜数百eV程
度であり、低エネルギーの高速原子線が形成されること
になる。
ンは、このビーム放出孔の付近の大量の電子と結合する
ことにより高速原子線となる確率が高くなり、ビームの
中性化率が向上することになる。しかもまた、中空陰極
は、熱陰極として働くので、放電電圧は数十〜数百eV程
度であり、低エネルギーの高速原子線が形成されること
になる。
［実施例］ 以下に、図面を参照して本発明を詳細に説明する。
第１図は本発明高速原子線源の一実施例を示す。
第１図において、21は真空容器であり、この真空容器21
の内壁には、円筒状の容器22を取りつける。容器22の両
端面には互いに対向して第１および第２の冷陰極23およ
び24を設ける。容器22内には、第１および第２の冷陰極
23と24との間に環状の陽極25を容器22と同心状に配置す
る。第１の冷陰極23の外方には、この冷陰極23と近接し
て中空陰極26を配置する。この中空陰極26は絶縁シール
材27を介して、真空容器21に挿設する。
の内壁には、円筒状の容器22を取りつける。容器22の両
端面には互いに対向して第１および第２の冷陰極23およ
び24を設ける。容器22内には、第１および第２の冷陰極
23と24との間に環状の陽極25を容器22と同心状に配置す
る。第１の冷陰極23の外方には、この冷陰極23と近接し
て中空陰極26を配置する。この中空陰極26は絶縁シール
材27を介して、真空容器21に挿設する。
冷陰極23および24および中空陰極26は、いずれもグラフ
ァイト製とすることができる。ここで、中空陰極26の材
料としては、高融点材料でかつ二次電子放出比の大きな
グラファイト，タンタル等が最適である。
ァイト製とすることができる。ここで、中空陰極26の材
料としては、高融点材料でかつ二次電子放出比の大きな
グラファイト，タンタル等が最適である。
冷陰極23および24は真空容器21を通して接地する。陽極
25には正電圧発生電源28からの正電圧を印加する。中空
陰極26には負電圧発生装置29からの負電圧を印加する。
25には正電圧発生電源28からの正電圧を印加する。中空
陰極26には負電圧発生装置29からの負電圧を印加する。
第１の冷陰極23にはガス導入孔30をあけ、第２の冷陰極
24には、ビーム放出孔31をあける。中空陰極26には、ガ
ス導入口32を介してガス導入弁33からガスを導入できる
ようにする。中空陰極26は閉じた容器を構成し、その第
１冷陰極23側端面にはガス導入孔30と対向して小孔をあ
けておく。
24には、ビーム放出孔31をあける。中空陰極26には、ガ
ス導入口32を介してガス導入弁33からガスを導入できる
ようにする。中空陰極26は閉じた容器を構成し、その第
１冷陰極23側端面にはガス導入孔30と対向して小孔をあ
けておく。
真空容器21は排気口35を介して真空排気系36に接続され
る。
る。
37は被加工物38を載置した台であり、真空容器内壁に固
着される。このように台37に被加工物38を載置すること
は本発明により得られる原子線を用いる場合の一例にす
ぎず、本発明の適用はこの例に限られるものではない。
着される。このように台37に被加工物38を載置すること
は本発明により得られる原子線を用いる場合の一例にす
ぎず、本発明の適用はこの例に限られるものではない。
このような構成の高速原子線源は次のように使用する。
まず、ガス導入口32よりAr等の不活性ガスを中空陰極26
内に導入する。ついで、負電圧発生装置29から、中空陰
極26に13.56MHzの高周波を重畳した数百Ｖの直流負電圧
を印加する。すると、中空陰極26内では、高周波電場に
より内部のガス分子がイオン化される。それにより生成
された正イオンは、中空陰極26の内部をオン衝撃するこ
とにより、この陰極自身の温度を2000〜2100℃に上昇さ
せ、ついには中空陰極26から熱電子を飛び出させる。こ
のようにして、中空陰極26が十分高温になると、この中
空陰極26より熱電子の放出が始まり、中空陰極26は電子
線源として動作するようになる。
内に導入する。ついで、負電圧発生装置29から、中空陰
極26に13.56MHzの高周波を重畳した数百Ｖの直流負電圧
を印加する。すると、中空陰極26内では、高周波電場に
より内部のガス分子がイオン化される。それにより生成
された正イオンは、中空陰極26の内部をオン衝撃するこ
とにより、この陰極自身の温度を2000〜2100℃に上昇さ
せ、ついには中空陰極26から熱電子を飛び出させる。こ
のようにして、中空陰極26が十分高温になると、この中
空陰極26より熱電子の放出が始まり、中空陰極26は電子
線源として動作するようになる。
本実施例では、冷陰極23と24の間にもプラズマ放電用の
ガスが充填されているので、このような状態の下で、正
電圧発生装置28から陽極25の数百Ｖの直流正電圧を印加
すると、この陽極25とその両側の冷陰極23および24との
間でグロー放電が起きる。
ガスが充填されているので、このような状態の下で、正
電圧発生装置28から陽極25の数百Ｖの直流正電圧を印加
すると、この陽極25とその両側の冷陰極23および24との
間でグロー放電が起きる。
すなわち、本実施例では、中空陰極26には小さいな開口
34のみがあり、中空陰極26に導入されたガスは冷陰極23
の開口30を通して円筒状容器22の内部にプラズマ放電用
のガスとして十分に供給されるので、冷陰極23と24との
間でグロー放電が発生する。
34のみがあり、中空陰極26に導入されたガスは冷陰極23
の開口30を通して円筒状容器22の内部にプラズマ放電用
のガスとして十分に供給されるので、冷陰極23と24との
間でグロー放電が発生する。
中空陰極26ならびに冷陰極23および24より放出された電
子は、陰極25に向けて加速され、環状の陽極25の中央部
を貫通して反対側の冷陰極24または23に達し、ここで速
度を失っていったん停止し、あらためて陽極25に向けて
加速され、以後、同様の運動を繰り返す。すなわち、バ
ルクハウゼン−クルツの振動（以下B-K振動という）と
呼ばれる高周波振動を行ない、その過程で多くのガス分
子および原子と衝突してイオンを大量に生成する。
子は、陰極25に向けて加速され、環状の陽極25の中央部
を貫通して反対側の冷陰極24または23に達し、ここで速
度を失っていったん停止し、あらためて陽極25に向けて
加速され、以後、同様の運動を繰り返す。すなわち、バ
ルクハウゼン−クルツの振動（以下B-K振動という）と
呼ばれる高周波振動を行ない、その過程で多くのガス分
子および原子と衝突してイオンを大量に生成する。
このようにして生成されたイオンの一部は冷陰極23に向
けて加速され、中空陰極26をイオン衝撃する。これによ
って、中空陰極26内には更に多くの電子が生成され、そ
の生成された電子は、中空陰極26により取り出され、冷
陰極23と24との間においてB-K振動を繰り返す。このよ
うにしてますます高密度のプラズマが線源内に形成され
る。
けて加速され、中空陰極26をイオン衝撃する。これによ
って、中空陰極26内には更に多くの電子が生成され、そ
の生成された電子は、中空陰極26により取り出され、冷
陰極23と24との間においてB-K振動を繰り返す。このよ
うにしてますます高密度のプラズマが線源内に形成され
る。
一方、陰極24に向けて加速されたイオンは、ビーム放出
孔31の付近でB-K信号電子やカソード壁へのイオン衝撃
により放出された二次電子と衝突再結合して高速原子線
となって取り出される。
孔31の付近でB-K信号電子やカソード壁へのイオン衝撃
により放出された二次電子と衝突再結合して高速原子線
となって取り出される。
B-K振動電子やイオン衝撃により生成された二次電子
は、数十eV程度の低速のエネルギーを有するので衝突断
面積が大きく、イオンと効率的に再結合するから、取り
出されるビームの中性化率を飛躍的に高めることができ
る。
は、数十eV程度の低速のエネルギーを有するので衝突断
面積が大きく、イオンと効率的に再結合するから、取り
出されるビームの中性化率を飛躍的に高めることができ
る。
次に、本発明の高速原子線源の試験結果について説明す
る。
る。
なお、線源から引き出されたビームは、原子線であるた
め、イオン電流に換算して電流値とした。
め、イオン電流に換算して電流値とした。
第２図に、本発明高速原子線源から取り出される高速原
子線のビーム電流，中性化率と放電電流との相関を示
す。第２図によれば、本発明により、中性化率がほぼ10
0％で、ビーム電流数十〜数百［μA/cm2］の高速原子線
が得られることがわかる。通常、イオン源より引き出さ
れるビーム量は数十μA/cm2〜1000μA/cm2程度であるか
ら、本発明もこの値に比肩できる。
子線のビーム電流，中性化率と放電電流との相関を示
す。第２図によれば、本発明により、中性化率がほぼ10
0％で、ビーム電流数十〜数百［μA/cm2］の高速原子線
が得られることがわかる。通常、イオン源より引き出さ
れるビーム量は数十μA/cm2〜1000μA/cm2程度であるか
ら、本発明もこの値に比肩できる。
第３図は、本発明高速原子線源の放電電流と放電電圧と
の相関をArガス圧力が８×10-2Paの場合について示した
ものである。ここで、放電電圧は、数百Ｖ程度であるこ
とから、これとほぼ同程度の運動エネルギーを持つ高速
原子が発生していることがわかる。
の相関をArガス圧力が８×10-2Paの場合について示した
ものである。ここで、放電電圧は、数百Ｖ程度であるこ
とから、これとほぼ同程度の運動エネルギーを持つ高速
原子が発生していることがわかる。
以上のように、本発明によれば、数百eV程度の低エネル
ギー，数百μA/cm2の電流を有し、更に中性化率はほぼ1
00％のビームが得られることがわかる。
ギー，数百μA/cm2の電流を有し、更に中性化率はほぼ1
00％のビームが得られることがわかる。
なお、本発明は上述した実施例にのみ限られるものでは
なく、対向配置した２つの冷陰極の一方の外方にこの一
方の冷陰極に近接して電子線発生源を配置すればよく、
そのためには、上述の中空陰極に代えて、フィラメント
などの熱陰極を用いて熱電子を発生させるように構成し
てもよい。
なく、対向配置した２つの冷陰極の一方の外方にこの一
方の冷陰極に近接して電子線発生源を配置すればよく、
そのためには、上述の中空陰極に代えて、フィラメント
などの熱陰極を用いて熱電子を発生させるように構成し
てもよい。
このような熱陰極を用いる一実施例を第４図に示す。
第４図において、第１図と同様の個所には同一符号を付
してその説明を省略する。本例では、真空容器21の側壁
のうち、円筒状容器22内の部分にあけた孔に、絶縁シー
ル材41を介してフィラメント42を取りつけ、このフィラ
メント42を第１の冷陰極23に近接し、かつガス導入孔30
を対向して配置する。フィラメント42の一端を負電圧発
生装置29に接続し、他端を接地する。
してその説明を省略する。本例では、真空容器21の側壁
のうち、円筒状容器22内の部分にあけた孔に、絶縁シー
ル材41を介してフィラメント42を取りつけ、このフィラ
メント42を第１の冷陰極23に近接し、かつガス導入孔30
を対向して配置する。フィラメント42の一端を負電圧発
生装置29に接続し、他端を接地する。
真空容器21の側壁のうち円筒状容器22内の部分にガス導
入口43を設け、プラズマ放電用ガスを、真空容器21の外
部からガス導入口43を介して、さらに真空容器21の側壁
と第１の冷陰極23との間のガス導入通路44を介して、冷
陰極23と24との間に導く。
入口43を設け、プラズマ放電用ガスを、真空容器21の外
部からガス導入口43を介して、さらに真空容器21の側壁
と第１の冷陰極23との間のガス導入通路44を介して、冷
陰極23と24との間に導く。
ここで、フィラメント42の材料としては、熱電子を発生
させる熱陰極として好適な材料、たとえば、タングステ
ン，タングステン−トリウムなどを用いることができ
る。
させる熱陰極として好適な材料、たとえば、タングステ
ン，タングステン−トリウムなどを用いることができ
る。
あるいはまた、本発明の他の実施例では、第１図に示し
た中空電極26の内部に、第４図に示したフィラメント42
を挿入し、両者あるいはフィラメントのみを熱陰極とし
て用いることもできる。
た中空電極26の内部に、第４図に示したフィラメント42
を挿入し、両者あるいはフィラメントのみを熱陰極とし
て用いることもできる。
いずれの場合にも、本発明では、対向配置された２つの
冷陰極の一方の外方であって、かつこの一方の冷陰極の
近傍に電子線を発生する手段を配置し、およびその一方
の冷陰極に、電子線発生手段を対向してあけたガス導入
孔にプラズマ放電用ガスを導く通路を設ける。
冷陰極の一方の外方であって、かつこの一方の冷陰極の
近傍に電子線を発生する手段を配置し、およびその一方
の冷陰極に、電子線発生手段を対向してあけたガス導入
孔にプラズマ放電用ガスを導く通路を設ける。
［発明の効果］ 以上から明らかなように、本発明によれば、陽極と第１
および第２の冷陰極とによるイオン線の発生源の内部に
プラズマ放電用のガスが充填されると共に、イオン線の
発生源の近傍に中空陰極やフィラメントなどのような電
子線源を配置し、その電子線源から発生する電子をイオ
ン線発生源内に直接作用させるようにしたので、より多
くのイオンを中和することができると共に、そのイオン
線発生源内においても電子を振動して、原子線のもとで
あるイオンをより多く発生させることができるので、大
量のイオンを発生することができ、放電の効率化に有効
である。更に加えて、中空陰極などの電子線源より放出
する電子は、イオン中性化効率も飛躍的に高めることが
できる。
および第２の冷陰極とによるイオン線の発生源の内部に
プラズマ放電用のガスが充填されると共に、イオン線の
発生源の近傍に中空陰極やフィラメントなどのような電
子線源を配置し、その電子線源から発生する電子をイオ
ン線発生源内に直接作用させるようにしたので、より多
くのイオンを中和することができると共に、そのイオン
線発生源内においても電子を振動して、原子線のもとで
あるイオンをより多く発生させることができるので、大
量のイオンを発生することができ、放電の効率化に有効
である。更に加えて、中空陰極などの電子線源より放出
する電子は、イオン中性化効率も飛躍的に高めることが
できる。
このように、本発明によれば、低エネルギーで、かつ多
量の高速原子線を発生することができるので、スパッ
タ，エッチングなどの材料加工を高速に進めることがで
きる。特に、絶縁性材料の加工や分析に有効である。更
に加えて、低エネルギーの原子線を得ることができるの
で、ダメージレスエッチングや薄膜形成時の同時照射用
のビーム源として最適である。
量の高速原子線を発生することができるので、スパッ
タ，エッチングなどの材料加工を高速に進めることがで
きる。特に、絶縁性材料の加工や分析に有効である。更
に加えて、低エネルギーの原子線を得ることができるの
で、ダメージレスエッチングや薄膜形成時の同時照射用
のビーム源として最適である。
電子線源として中空陰極を用いるときには、この中空陰
極を介して冷陰極間にプラズマ放電用ガスを供給できる
ので、装置の構成が簡単化されると共に、冷陰極間で発
生したイオンの一部により中空陰極がイオン衝撃される
ことによって多量の電子を発生させることができる利点
もある。
極を介して冷陰極間にプラズマ放電用ガスを供給できる
ので、装置の構成が簡単化されると共に、冷陰極間で発
生したイオンの一部により中空陰極がイオン衝撃される
ことによって多量の電子を発生させることができる利点
もある。
第１図は本発明の一実施例を示す構成図、 第２図は第１図を用いて実験を行なった場合のビーム電
流，ビーム中性化率と放電電流との関係を示す特性図、 第３図は放電電流と放電電圧との相関を示す特性図、 第４図は本発明の他の実施例を示す構成図、 第５図（Ａ）および（Ｂ）は従来の線源の概略構成を示
す、それぞれ、縦断面図および横断面図、 第６図はイオン線に熱電子を衝撃してその一部を中性ビ
ームにする従来例を示す説明図、 第７図はイオン線をニュートライザに斜入射させ、その
一部を中性ビームにする従来例を示す説明図である。 １……冷陰極、 1A,1B……冷陰極側面、 ４……陽極、 ５……ガス導入孔、 ６……ビーム放出孔、 ７……イオン線源、 ８……イオンビーム、 ９……熱電子源、 10……電子線、 11……混合ビーム（原子線）、 12……ニュートライザ、 21……真空容器、 22……円筒状容器、 23……第１の冷陰極、 24……第２の冷陰極、 25……陽極、 26……中空陽極、 27……絶縁シール材、 28……正電圧発生電源、 29……負電圧発生電源、 30……ガス導入孔、 31……ビーム放出孔、 32……ガス導入口、 33……小孔、 35……排気口、 36……真空排気系、 37……載置台、 38……被加工物、 41……絶縁シール材、 42……熱電子発生用フィラメント、 43……ガス導入口、 44……ガス導入通路。
流，ビーム中性化率と放電電流との関係を示す特性図、 第３図は放電電流と放電電圧との相関を示す特性図、 第４図は本発明の他の実施例を示す構成図、 第５図（Ａ）および（Ｂ）は従来の線源の概略構成を示
す、それぞれ、縦断面図および横断面図、 第６図はイオン線に熱電子を衝撃してその一部を中性ビ
ームにする従来例を示す説明図、 第７図はイオン線をニュートライザに斜入射させ、その
一部を中性ビームにする従来例を示す説明図である。 １……冷陰極、 1A,1B……冷陰極側面、 ４……陽極、 ５……ガス導入孔、 ６……ビーム放出孔、 ７……イオン線源、 ８……イオンビーム、 ９……熱電子源、 10……電子線、 11……混合ビーム（原子線）、 12……ニュートライザ、 21……真空容器、 22……円筒状容器、 23……第１の冷陰極、 24……第２の冷陰極、 25……陽極、 26……中空陽極、 27……絶縁シール材、 28……正電圧発生電源、 29……負電圧発生電源、 30……ガス導入孔、 31……ビーム放出孔、 32……ガス導入口、 33……小孔、 35……排気口、 36……真空排気系、 37……載置台、 38……被加工物、 41……絶縁シール材、 42……熱電子発生用フィラメント、 43……ガス導入口、 44……ガス導入通路。
Claims (2)
- 【請求項１】真空容器内に環状の陽極を収容し、前記真
空容器内において、前記陽極の両側に第１および第２の
冷陰極を互に対向して配置すると共に、前記第１の冷陰
極にはガス導入孔をあけ、前記第１の冷陰極に近接し、
かつ外方に、電子線源を配設し、前記真空容器の外部か
ら前記ガス導入孔を介して前記第１および第２の冷陰極
間にガスを介在させるように当該ガスを導く通路を設
け、前記陽極を中心として前記第１および第２の冷陰極
間で振動する電子とイオンとが結合した高速原子線を取
り出すビーム放出孔を前記第２の冷陰極に配設したこと
を特徴とする高速原子線源。 - 【請求項２】真空容器内に環状の陽極を収容し、前記真
空容器内において、前記陽極の両側に第１および第２の
冷陰極を互に対向して配置すると共に、前記第１の冷陰
極にはガス導入孔をあけ、前記第１の冷陰極に近接し、
かつ外方に、中空陰極を配設し、該中空陰極および前記
ガス導入孔を介して前記第１および第２の冷陰極間にガ
スを介在させるようになし、前記陽極を中心として前記
第１および第２の冷陰極間で振動する電子とイオンとが
結合した高速原子線を取り出すビーム放出孔を前記第２
の冷陰極に配設したことを特徴とする高速原子線源。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18016186A JPH079838B2 (ja) | 1986-08-01 | 1986-08-01 | 高速原子線源 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18016186A JPH079838B2 (ja) | 1986-08-01 | 1986-08-01 | 高速原子線源 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6338200A JPS6338200A (ja) | 1988-02-18 |
| JPH079838B2 true JPH079838B2 (ja) | 1995-02-01 |
Family
ID=16078464
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18016186A Expired - Lifetime JPH079838B2 (ja) | 1986-08-01 | 1986-08-01 | 高速原子線源 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH079838B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3504290B2 (ja) * | 1993-04-20 | 2004-03-08 | 株式会社荏原製作所 | 低エネルギー中性粒子線発生方法及び装置 |
-
1986
- 1986-08-01 JP JP18016186A patent/JPH079838B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6338200A (ja) | 1988-02-18 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |