JPH0817117B2 - イオンビーム減速装置 - Google Patents
イオンビーム減速装置Info
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- JPH0817117B2 JPH0817117B2 JP2038228A JP3822890A JPH0817117B2 JP H0817117 B2 JPH0817117 B2 JP H0817117B2 JP 2038228 A JP2038228 A JP 2038228A JP 3822890 A JP3822890 A JP 3822890A JP H0817117 B2 JPH0817117 B2 JP H0817117B2
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Landscapes
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はイオンビーム減速装置に係り、特に、イオン
ビームを減速し試料基板にイオンビームを照射するイオ
ンビーム減速装置に関する。
ビームを減速し試料基板にイオンビームを照射するイオ
ンビーム減速装置に関する。
100eV以下の低速のイオンビームを得る従来の装置
は、文献「'88イオン工学特別シンポジウム」テキスト,
D−１頁「イオンビームデポジションとその関連の話
題」のFig.6に記載されている様に、数kV〜数10kVの電
位に保たれたイオン源からイオンビームを引出し、質量
分離器で質量分離した後、イオン源よりやや低い電位に
置かれた試料基板にビームを照射する。この時、ビーム
の照射エネルギーは、イオン源電位と試料基板電位の差
に等しい。即ち、イオンビームは試料基板に近づくにつ
れ減速電界を受け、スピードを減じて基板に照射される
ことになる。減速に伴うビームの発散を抑えるため、同
文献中のFig.3,Fig.4,Fig.7に見られるように、多数枚
の電極を並べこれに適当な電圧を印加している。この場
合、これら減速電極及試料電圧は全て直流電圧である。
は、文献「'88イオン工学特別シンポジウム」テキスト,
D−１頁「イオンビームデポジションとその関連の話
題」のFig.6に記載されている様に、数kV〜数10kVの電
位に保たれたイオン源からイオンビームを引出し、質量
分離器で質量分離した後、イオン源よりやや低い電位に
置かれた試料基板にビームを照射する。この時、ビーム
の照射エネルギーは、イオン源電位と試料基板電位の差
に等しい。即ち、イオンビームは試料基板に近づくにつ
れ減速電界を受け、スピードを減じて基板に照射される
ことになる。減速に伴うビームの発散を抑えるため、同
文献中のFig.3,Fig.4,Fig.7に見られるように、多数枚
の電極を並べこれに適当な電圧を印加している。この場
合、これら減速電極及試料電圧は全て直流電圧である。
イオンビーム減速時のビーム発散を抑える手段とし
て、従来例の様な平板電極を組合わせたものでは中心軸
から離れるに伴い収束効果が小さくなる謂ゆる弱収束作
用を利用しているため、その発散抑制効果は小さい。こ
のため、100eV以下に減速した場合、試料基板に到達す
る低エネルギービーム電流は高々数μＡ〜数10μＡの桁
であった。特に50eV以下の極低エネルギービームのビー
ム電流は１μＡ以下となり、イオンビームによる堆積膜
を作る場合、実用的な堆積速度を得るのは不可能であっ
た。
て、従来例の様な平板電極を組合わせたものでは中心軸
から離れるに伴い収束効果が小さくなる謂ゆる弱収束作
用を利用しているため、その発散抑制効果は小さい。こ
のため、100eV以下に減速した場合、試料基板に到達す
る低エネルギービーム電流は高々数μＡ〜数10μＡの桁
であった。特に50eV以下の極低エネルギービームのビー
ム電流は１μＡ以下となり、イオンビームによる堆積膜
を作る場合、実用的な堆積速度を得るのは不可能であっ
た。
更に、従来技術においては試料基板をイオン源とほぼ
同程度の高電圧に保つ必要があるため、他の部品との電
気的絶縁や試料の取扱い（交換など）が繁雑になる欠点
があった。
同程度の高電圧に保つ必要があるため、他の部品との電
気的絶縁や試料の取扱い（交換など）が繁雑になる欠点
があった。
本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的と
するところは、イオンビーム減速器として高周波四重極
電極電界を利用することにより、100eV以下で大電流（m
Aレベル）のイオンビームが得られ、これにより、高速
のイオンビーム蒸着が可能となり、新機能の多層膜、単
結晶膜が作製可能となるイオンビーム減速装置を提供す
るにある。
するところは、イオンビーム減速器として高周波四重極
電極電界を利用することにより、100eV以下で大電流（m
Aレベル）のイオンビームが得られ、これにより、高速
のイオンビーム蒸着が可能となり、新機能の多層膜、単
結晶膜が作製可能となるイオンビーム減速装置を提供す
るにある。
本発明では上記目的を達成するために、イオンビーム
減速器の四重極電極に周波数が可変可能な高電圧電力を
供給する高周波電源を備えていると共に、該高周波電源
からの位相信号を受け取って、所定に時間内だけイオン
源加速電圧を所定の値に設定する加速電圧制御器を設
け、該加速電圧制御器からの信号を使って、一定電圧に
出力しているイオン加速用電源に直流パルス電圧を重畳
するようにし、この低電圧パルス電圧が印加された期間
のみに特定の種類のイオンのみが前記イオンビーム減速
器に入射するようにイオン加速電圧が設定され、これに
より四重極印加の高周波電圧が特定の位相範囲にある
時、特定の種類のイオンビームが入射するようにせしめ
たイオンビーム減速器、 イオン源が磁場中のマイクロ波放電で高温高密度プラ
ズマを発生し、大電流イオンビームを引き出すマイクロ
波イオン源であり、かつ、イオンビーム減速器の四重極
電極に周波数が可変可能な高電圧電力を供給する高周波
電源を備えていると共に、該高周波電源からの位相信号
に同期して前記マイクロ波イオン源のマグネトロン電源
の陽極電圧を設定電圧にせしめるマグネトロン電源制御
器を設け、これによりマイクロ波の発振時間を、高周波
四重極印加電圧の特定の位相範囲に制限せしめ、前記マ
グネトロン電源の陽極電圧が印加された期間だけイオン
ビームを前記イオンビーム減速器に入射せしめたイオン
ビーム減速器、 或いは、イオンビーム減速器が高周波四重極電極に印
加する高周波電圧の周波数を可変にし、減速エネルギー
を可変としたイオンビーム減速器であり、かつ、周波数
が変わった時、高周波四重極電極印加用の高周波電圧の
特定の位相範囲の間だけイオン源引き出し電圧の印加時
間を加える高周波電源からの位相信号を受け取って、所
定に時間内だけイオン源加速電圧を所定の値に設定する
加速電圧制御器、若しくはマイクロ波イオン源のマイク
ロ波発振を制限するための高周波電源からの位相信号に
同期してマイクロ波イオン源のマグネトロン電源の陽極
電圧を設定電圧にせしめるマグネトロン電源制御器を備
えているイオンビーム減速装置としたことを特徴とす
る。
減速器の四重極電極に周波数が可変可能な高電圧電力を
供給する高周波電源を備えていると共に、該高周波電源
からの位相信号を受け取って、所定に時間内だけイオン
源加速電圧を所定の値に設定する加速電圧制御器を設
け、該加速電圧制御器からの信号を使って、一定電圧に
出力しているイオン加速用電源に直流パルス電圧を重畳
するようにし、この低電圧パルス電圧が印加された期間
のみに特定の種類のイオンのみが前記イオンビーム減速
器に入射するようにイオン加速電圧が設定され、これに
より四重極印加の高周波電圧が特定の位相範囲にある
時、特定の種類のイオンビームが入射するようにせしめ
たイオンビーム減速器、 イオン源が磁場中のマイクロ波放電で高温高密度プラ
ズマを発生し、大電流イオンビームを引き出すマイクロ
波イオン源であり、かつ、イオンビーム減速器の四重極
電極に周波数が可変可能な高電圧電力を供給する高周波
電源を備えていると共に、該高周波電源からの位相信号
に同期して前記マイクロ波イオン源のマグネトロン電源
の陽極電圧を設定電圧にせしめるマグネトロン電源制御
器を設け、これによりマイクロ波の発振時間を、高周波
四重極印加電圧の特定の位相範囲に制限せしめ、前記マ
グネトロン電源の陽極電圧が印加された期間だけイオン
ビームを前記イオンビーム減速器に入射せしめたイオン
ビーム減速器、 或いは、イオンビーム減速器が高周波四重極電極に印
加する高周波電圧の周波数を可変にし、減速エネルギー
を可変としたイオンビーム減速器であり、かつ、周波数
が変わった時、高周波四重極電極印加用の高周波電圧の
特定の位相範囲の間だけイオン源引き出し電圧の印加時
間を加える高周波電源からの位相信号を受け取って、所
定に時間内だけイオン源加速電圧を所定の値に設定する
加速電圧制御器、若しくはマイクロ波イオン源のマイク
ロ波発振を制限するための高周波電源からの位相信号に
同期してマイクロ波イオン源のマグネトロン電源の陽極
電圧を設定電圧にせしめるマグネトロン電源制御器を備
えているイオンビーム減速装置としたことを特徴とす
る。
波打った四重極電極に高周波高電圧を印加し、ビーム
エネルギーを制御する高周波四重極（ラジオ・フリクエ
ンシー・クァドルポール,Radio Frequency Quadrupol
e）の従来例を第６図に示す。高周波四重極では、向い
合った２本の電極の波打ち形状は同一で、水平方向の1
b,1b′と垂直方向1a,1a′の２組の電極では互いの位相
が180゜ズレている。即ち一方が山の時、他方は谷であ
る。更に、２組の電極には電圧は同じで位相が互いに18
0゜ズレた高周波高電圧が印加される。図中Ｖは高周波
電圧の最大振幅、ωは高周波の角周波数、βはイオンの
速さと光速度の比、λは高周波の波長である。
エネルギーを制御する高周波四重極（ラジオ・フリクエ
ンシー・クァドルポール,Radio Frequency Quadrupol
e）の従来例を第６図に示す。高周波四重極では、向い
合った２本の電極の波打ち形状は同一で、水平方向の1
b,1b′と垂直方向1a,1a′の２組の電極では互いの位相
が180゜ズレている。即ち一方が山の時、他方は谷であ
る。更に、２組の電極には電圧は同じで位相が互いに18
0゜ズレた高周波高電圧が印加される。図中Ｖは高周波
電圧の最大振幅、ωは高周波の角周波数、βはイオンの
速さと光速度の比、λは高周波の波長である。
通常の高周波四重極はイオンビームの加速に主に用い
られ、数10keVのイオンビームを約1MeV程度に加速する
時に使われる。四重極電極長は通常１〜2m、印加する高
周波の周波数は数MHz〜数100MHzの桁で、通常は周波数
は固定である。イオンビームが四重極電極内を通過する
と軸方向に発生している加速電界により加速され、速度
が徐々に増す。したがって、第６図中のβλは徐々に長
くなる。即ち、波打ちの形状としては、加速を行う場
合、入射側で波のピッチ（βλ）は細かく、徐々に粗く
なるように加工される。波の形状は、イオンの種類，入
射エネルギー，印加周波数，高周波電圧振幅等により、
計算によって求めることができる。
られ、数10keVのイオンビームを約1MeV程度に加速する
時に使われる。四重極電極長は通常１〜2m、印加する高
周波の周波数は数MHz〜数100MHzの桁で、通常は周波数
は固定である。イオンビームが四重極電極内を通過する
と軸方向に発生している加速電界により加速され、速度
が徐々に増す。したがって、第６図中のβλは徐々に長
くなる。即ち、波打ちの形状としては、加速を行う場
合、入射側で波のピッチ（βλ）は細かく、徐々に粗く
なるように加工される。波の形状は、イオンの種類，入
射エネルギー，印加周波数，高周波電圧振幅等により、
計算によって求めることができる。
高周波四重極によるイオンビームの加速は、数100eV
から数keV〜数10keVへの加速に対しても効率良く行われ
る。特に、高周波四重極加速では、四重極電場が作る半
径方向のビーム強収束作用が加速の全行程に亘って働ら
くため、ビーム損失が少なく、100％近い透過率で加速
が行える利点がある。
から数keV〜数10keVへの加速に対しても効率良く行われ
る。特に、高周波四重極加速では、四重極電場が作る半
径方向のビーム強収束作用が加速の全行程に亘って働ら
くため、ビーム損失が少なく、100％近い透過率で加速
が行える利点がある。
ところで、イオン光学によれば、イオン源から出て試
料基板に到るまでにイオンビームが受ける制御器（例え
ばビームを絞る電界レンズや軌道を曲げる偏向器，加
速，減速電極など）は、制御器中心付近の近軸軌道を通
るイオンに対し、光の場合のレンズと同じ働らきを持つ
ものとして扱える。従って、光の場合と同様に、基板に
あたった同じ条件（エネルギー，イオンの位置，勾配）
で逆進させれば、イオンは同じ軌道を通ってイオン源に
到る。
料基板に到るまでにイオンビームが受ける制御器（例え
ばビームを絞る電界レンズや軌道を曲げる偏向器，加
速，減速電極など）は、制御器中心付近の近軸軌道を通
るイオンに対し、光の場合のレンズと同じ働らきを持つ
ものとして扱える。従って、光の場合と同様に、基板に
あたった同じ条件（エネルギー，イオンの位置，勾配）
で逆進させれば、イオンは同じ軌道を通ってイオン源に
到る。
以上の考察から、100eV以下で入射し、数keV〜数10ke
Vで加速される様に構成した高周波四重極を使って、逆
に、数keV〜数10keVのエネルギーでイオン源から引出し
たイオンビームを逆進させれば、高い透過率でイオンビ
ームは効率良く100eV以下に減速されることになる。
Vで加速される様に構成した高周波四重極を使って、逆
に、数keV〜数10keVのエネルギーでイオン源から引出し
たイオンビームを逆進させれば、高い透過率でイオンビ
ームは効率良く100eV以下に減速されることになる。
次に、高周波四重極による加速では、イオンビームは
直流的に入射させる。しかし、軸方向の加速で進むにつ
れ、イオンビームは軸方向に集群されて塊状となる。高
周波四重極から出るイオンビームは、あたかも機関銃の
玉の様に出射される。集群後の状態を高周波電界の位相
に対して見ると、第７図に示した様に、通常は−30゜付
近を中心に、塊状となる。従って、逆進させる場合、直
流ビームで入射させると集群位相に入っていないイオン
ビームは減速を受けず発散して電極等に当る。電極間に
は数10keVの高電圧が印加されるのでビーム電極照射に
より電極間放電が誘発され、安定な減速操作が困難とな
る。安定運転のためには、パルス状のイオンビームを高
周波四重極に導入すれば良い。
直流的に入射させる。しかし、軸方向の加速で進むにつ
れ、イオンビームは軸方向に集群されて塊状となる。高
周波四重極から出るイオンビームは、あたかも機関銃の
玉の様に出射される。集群後の状態を高周波電界の位相
に対して見ると、第７図に示した様に、通常は−30゜付
近を中心に、塊状となる。従って、逆進させる場合、直
流ビームで入射させると集群位相に入っていないイオン
ビームは減速を受けず発散して電極等に当る。電極間に
は数10keVの高電圧が印加されるのでビーム電極照射に
より電極間放電が誘発され、安定な減速操作が困難とな
る。安定運転のためには、パルス状のイオンビームを高
周波四重極に導入すれば良い。
次に、高周波四重極を使ってイオンビームを減速する
場合、高周波電圧の周波数が一定の時、減速エネルキー
は固定となる。実用上は、エネルギーを変えることが要
求される。特定の波打ち形状を持つ電極に対し、減速エ
ネルギーを可変にするには、その周波数を可変にする必
要がある。このためには、周波数可変の高周波高電圧発
生回路の電圧を電極に給電すれば良い。
場合、高周波電圧の周波数が一定の時、減速エネルキー
は固定となる。実用上は、エネルギーを変えることが要
求される。特定の波打ち形状を持つ電極に対し、減速エ
ネルギーを可変にするには、その周波数を可変にする必
要がある。このためには、周波数可変の高周波高電圧発
生回路の電圧を電極に給電すれば良い。
以下、本発明の一実施例を説明する。第４図は、本発
明の原理構成図である。該図に示すごとく、イオン源に
は、磁場中のマイクロ波放電で高温，高密度プラズマを
発生し、引出し電極５を使ってイオンビームを引出すマ
イクロ波イオン源を使用した。イオン源から引出したビ
ームを磁場偏向型の質量分離器４により質量分離し、特
定のイオンを高周波四重極1b,1b′（1a,1a′）を内蔵す
る容器９に導入した。高周波四重極は、100eV以下で入
射するSi+イオンビームが数10keVで加速される様に設計
されたものを用いた。電極長は60cm、高周波電力は10MH
z〜30MHzで実験を行った。高周波電圧は１〜6kVで実験
を行った。投入電力は10KW以下である。周波数を可変に
するため、ワンターンの銅製コイル（長さ20〜45cm）３
と容量可変の真空コンデンサー２からなる電気共振回路
で発生した高電圧を四重極電極1b、1b′に供給してい
る。周波数の変化はコンデンサー容量値を変えて行っ
た。第４図では、入射ビーム電流は直流で入射させ、1m
A以下とした。実験の結果、試料室10内の試料８に100eV
以下のビーム電流が1mA弱、到達し、表面にSi膜が堆積
された。
明の原理構成図である。該図に示すごとく、イオン源に
は、磁場中のマイクロ波放電で高温，高密度プラズマを
発生し、引出し電極５を使ってイオンビームを引出すマ
イクロ波イオン源を使用した。イオン源から引出したビ
ームを磁場偏向型の質量分離器４により質量分離し、特
定のイオンを高周波四重極1b,1b′（1a,1a′）を内蔵す
る容器９に導入した。高周波四重極は、100eV以下で入
射するSi+イオンビームが数10keVで加速される様に設計
されたものを用いた。電極長は60cm、高周波電力は10MH
z〜30MHzで実験を行った。高周波電圧は１〜6kVで実験
を行った。投入電力は10KW以下である。周波数を可変に
するため、ワンターンの銅製コイル（長さ20〜45cm）３
と容量可変の真空コンデンサー２からなる電気共振回路
で発生した高電圧を四重極電極1b、1b′に供給してい
る。周波数の変化はコンデンサー容量値を変えて行っ
た。第４図では、入射ビーム電流は直流で入射させ、1m
A以下とした。実験の結果、試料室10内の試料８に100eV
以下のビーム電流が1mA弱、到達し、表面にSi膜が堆積
された。
第１図は、このような原理に基づく本発明の一実施例
を説明する図である。該図では、高周波電圧の集群位相
にある時だけイオンビームを高周波四重極に導入するよ
うにしている。このため、高周波電源11からの位相信号
を受け取つて、所定の時間内だけイオン源加速電圧を所
定の値に設定する加速電圧制御器12を設けている。本実
施例でのイオン源にかかる加速電圧の時間変化を第５図
に示した。設定電圧以下の加速電圧ではイオンは質量分
離器により大きく曲げられるため四重極電極の中心に入
射しなくなる。第５図では、パルス的に加速電圧が立上
る波形となっているが、一部が設定電圧で一定になって
いる波形であれば良い。更に、第５図中の加速電圧パル
スが、パルス幅のより小さい矩形パルスの高繰返しされ
たものであっても良いことは明らがである。また、集群
位相にある時以外のイオン源加速電圧を設定電圧値より
高い値に保つ方法により、パルス的にビームを導入でき
ることは明らかである。
を説明する図である。該図では、高周波電圧の集群位相
にある時だけイオンビームを高周波四重極に導入するよ
うにしている。このため、高周波電源11からの位相信号
を受け取つて、所定の時間内だけイオン源加速電圧を所
定の値に設定する加速電圧制御器12を設けている。本実
施例でのイオン源にかかる加速電圧の時間変化を第５図
に示した。設定電圧以下の加速電圧ではイオンは質量分
離器により大きく曲げられるため四重極電極の中心に入
射しなくなる。第５図では、パルス的に加速電圧が立上
る波形となっているが、一部が設定電圧で一定になって
いる波形であれば良い。更に、第５図中の加速電圧パル
スが、パルス幅のより小さい矩形パルスの高繰返しされ
たものであっても良いことは明らがである。また、集群
位相にある時以外のイオン源加速電圧を設定電圧値より
高い値に保つ方法により、パルス的にビームを導入でき
ることは明らかである。
第２図は本発明に基づく別の実施例を説明する図であ
る。該図では入射ビームをパルス的に導入するため、集
群位相にある時間の間だけマイクロ波発振器７を動作さ
せ、プラズマ室16にイオン源プラズマを発生させ、イオ
ンビームを引出すものである。この時、加速電圧は一定
の設定電圧に保ってある。実施例では、マグネトロンを
発振器７として用いていた。従って、マグネトロン電源
15からのマグネトロン陽極電圧が集群位相にある時間だ
けマグネトロンに印加される制御回路14を設けた。陽極
電圧が一定値以上であれば、マイクロ波を発振し、マイ
クロ波が導入されれば、プラズマが点火してイオンビー
ムは引出される。従って、陽極電圧波形は第５図の様に
平坦な部分を持つ必要はない。陽極電圧の大小はプラズ
マ密度の大小、従って引出されるイオンビーム電流値に
影響し、質量分離器４中のビーム軌道には影響を与えな
い。実際のイオンビーム蒸着では膜厚を別な方法でモニ
ターするので、試料基板へのイオンビーム電流の多少の
変動は実用上、問題とならない。
る。該図では入射ビームをパルス的に導入するため、集
群位相にある時間の間だけマイクロ波発振器７を動作さ
せ、プラズマ室16にイオン源プラズマを発生させ、イオ
ンビームを引出すものである。この時、加速電圧は一定
の設定電圧に保ってある。実施例では、マグネトロンを
発振器７として用いていた。従って、マグネトロン電源
15からのマグネトロン陽極電圧が集群位相にある時間だ
けマグネトロンに印加される制御回路14を設けた。陽極
電圧が一定値以上であれば、マイクロ波を発振し、マイ
クロ波が導入されれば、プラズマが点火してイオンビー
ムは引出される。従って、陽極電圧波形は第５図の様に
平坦な部分を持つ必要はない。陽極電圧の大小はプラズ
マ密度の大小、従って引出されるイオンビーム電流値に
影響し、質量分離器４中のビーム軌道には影響を与えな
い。実際のイオンビーム蒸着では膜厚を別な方法でモニ
ターするので、試料基板へのイオンビーム電流の多少の
変動は実用上、問題とならない。
第１図、及び第２図に示した実施例に基づき、マイク
ロ波イオン源にGa蒸気を導入してGaイオンを100eV以下
に減速し、mAレベルの減速ビーム電流でGaを試料に堆積
させた。次いで、AsH3ガスをイオン源に導入し、Asイオ
ンを試料基板にイオンビーム蒸着し、これらを繰返して
GaとAsの多層膜を高速で積層した。
ロ波イオン源にGa蒸気を導入してGaイオンを100eV以下
に減速し、mAレベルの減速ビーム電流でGaを試料に堆積
させた。次いで、AsH3ガスをイオン源に導入し、Asイオ
ンを試料基板にイオンビーム蒸着し、これらを繰返して
GaとAsの多層膜を高速で積層した。
本発明では、100eV以下にイオンビームを減速するこ
とを目的に記述したが、発明の内容から数KeV〜数100Ke
Vのイオンビームを100KeV以上のエネルギーに減速する
時にも有効であることは自明である。また、減速エネル
ギーを可変にするため、第４図に示した様に、共振周波
数可変の電気回路で発生した電圧を供給した。これによ
り、100eV以下の領域でも効率良くイオンエネルギーが
変えられた。本実施例ではSi,Ga,Asのイオンビーム減速
例を示したが、他のイオン種に対しても同様な効果が得
られることは明らかである。
とを目的に記述したが、発明の内容から数KeV〜数100Ke
Vのイオンビームを100KeV以上のエネルギーに減速する
時にも有効であることは自明である。また、減速エネル
ギーを可変にするため、第４図に示した様に、共振周波
数可変の電気回路で発生した電圧を供給した。これによ
り、100eV以下の領域でも効率良くイオンエネルギーが
変えられた。本実施例ではSi,Ga,Asのイオンビーム減速
例を示したが、他のイオン種に対しても同様な効果が得
られることは明らかである。
次に、第３図は本発明に基づく更に別の実施例を説明
する図である。該図では、イオン源が引出された直流ビ
ームを別途集群させるため、別の高周波電源18で励振さ
せたシングルギャップ型のキャビティー17を設け、直流
ビームを塊状に集群させる。集群されたビームが減速器
高周波四重極の安定位相に入射させるため、位相制御器
19を設け、２つの高周波電源11、18位相の位相差を調整
する。本実施例の場合、装置全体がやや大きくなり操作
はやや複雑になるものの、直流ビーム電流を無駄なく減
速させる利点が生まれ、大電流化に有利であることが確
かめられた。
する図である。該図では、イオン源が引出された直流ビ
ームを別途集群させるため、別の高周波電源18で励振さ
せたシングルギャップ型のキャビティー17を設け、直流
ビームを塊状に集群させる。集群されたビームが減速器
高周波四重極の安定位相に入射させるため、位相制御器
19を設け、２つの高周波電源11、18位相の位相差を調整
する。本実施例の場合、装置全体がやや大きくなり操作
はやや複雑になるものの、直流ビーム電流を無駄なく減
速させる利点が生まれ、大電流化に有利であることが確
かめられた。
本発明によれば、従来は高々数μＡ〜数10μＡの桁の
ビーム電流値しか得られなかった100eV以下の極低エネ
ルギーイオンビームについて、100μＡを越える大電流
ビームの実現が可能となる。これにより、高速のイオン
ビーム蒸着が可能となり、新機能の多層膜，単結晶膜が
作製可能となり、実用に供しその効果は著しく大であ
る。
ビーム電流値しか得られなかった100eV以下の極低エネ
ルギーイオンビームについて、100μＡを越える大電流
ビームの実現が可能となる。これにより、高速のイオン
ビーム蒸着が可能となり、新機能の多層膜，単結晶膜が
作製可能となり、実用に供しその効果は著しく大であ
る。
第１図は本発明のイオンビーム減速装置の一実施例を示
す図、第２図、及び第３図はそれぞれ本発明に基づく別
に実施例を示す図、第４図は本発明の原理構成を示す
図、第５図は第１図の実施例におけるイオン源加速電圧
の時間変化を説明する図、第６図は従来の高周波四重極
の形状と電圧印加状態を説明する斜視図、第７図は従来
の高周波四重極における加速時のビームの集群位相を説
明する図である。 1a,1a′,1b,1b′……高周波四重極電極、２……容量可
変真空コンデンサー、３……銅製ワンターンコイル、４
……質量分離器、５……イオン引出し電極、６……空芯
コイル、７……マイクロ波発振器、８……試料基板、９
……減速器真空容器、10……試料室真空容器、11……高
周波電源、12……加速電圧制御器、13……引出し電極用
電源、14……マグネトロン陽極電圧制御器、15……マグ
ネトロン電源、16……プラズマ室、17……シングルギャ
ップ型のキャビティー、18……キャビティー励振用高周
波電源、19……位相調整器。
す図、第２図、及び第３図はそれぞれ本発明に基づく別
に実施例を示す図、第４図は本発明の原理構成を示す
図、第５図は第１図の実施例におけるイオン源加速電圧
の時間変化を説明する図、第６図は従来の高周波四重極
の形状と電圧印加状態を説明する斜視図、第７図は従来
の高周波四重極における加速時のビームの集群位相を説
明する図である。 1a,1a′,1b,1b′……高周波四重極電極、２……容量可
変真空コンデンサー、３……銅製ワンターンコイル、４
……質量分離器、５……イオン引出し電極、６……空芯
コイル、７……マイクロ波発振器、８……試料基板、９
……減速器真空容器、10……試料室真空容器、11……高
周波電源、12……加速電圧制御器、13……引出し電極用
電源、14……マグネトロン陽極電圧制御器、15……マグ
ネトロン電源、16……プラズマ室、17……シングルギャ
ップ型のキャビティー、18……キャビティー励振用高周
波電源、19……位相調整器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 雨宮 健介 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 作道 訓之 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (56)参考文献 特公 昭46−28479（ＪＰ，Ｂ１) Ｈｙｐｅｒｆｉｎｅ Ｉｎｔｅｒａｃｔ ｉｏｎｓ，44〔１／４〕（1988）Ｐ．209 −215 実験物理学講座28「加速器」新版（昭和 57年）共立出版株式会社Ｐ．272−276, Ｐ．243
Claims (4)
- 【請求項１】イオンビームを発生するイオン源と、該イ
オン源からのイオンビームのエネルギーを減速するため
に、軸方向に沿って波打つ形状を持つ４本の電極を四重
極配置し、かつ、ビーム入射側での波打ちのピッチが粗
く、出射側に進むにてれてピッチが細かくなるように電
極形状を形成し、この電極に高周波電圧を印加すると共
に、四重極中心部分の軸方向にイオンビームを導入した
イオンビーム減速器と、該イオンビーム減速器で減速さ
れたイオンビームを基板に照射する照射室とを備えたイ
オンビーム減速装置において、 前記イオンビーム減速器の四重極電極に周波数が可変可
能な高電圧電力を供給する高周波電源を備えていると共
に、該高周波電源からの位相信号を受け取って、所定に
時間内だけイオン源加速電圧を所定の値に設定する加速
電圧制御器を設け、該加速電圧制御器からの信号を使っ
て、一定電圧に出力しているイオン加速用電源に直流パ
ルス電圧を重畳するようにし、この低電圧パルス電圧が
印加された期間のみに特定の種類のイオンのみが前記イ
オンビーム減速器に入射するようにイオン加速電圧が設
定され、これにより前記四重極印加の高周波電圧が特定
の位相範囲にある時、特定の種類のイオンビームが入射
するようにせしめたことを特徴とするイオンビーム減速
器。 - 【請求項２】イオンビームを発生するイオン源と、該イ
オン源からのイオンビームのエネルギーを減速するため
に、軸方向に沿って波打つ形状を持つ４本の電極を四重
極配置し、かつ、ビーム入射側での波打ちのピッチが粗
く、出射側に進むにてれてピッチが細かくなるように電
極形状を形成し、この電極に高周波電圧を印加すると共
に、四重極中心部分の軸方向にイオンビームを導入した
イオンビーム減速器と、該イオンビーム減速器で減速さ
れたイオンビームを基板に照射する照射室とを備えたイ
オンビーム減速装置において、 前記イオン源が磁場中のマイクロ波放電で高温高密度プ
ラズマを発生し、大電流イオンビームを引き出すマイク
ロ波イオン源であり、かつ、前記イオンビーム減速器の
四重極電極に周波数が可変可能な高電圧電力を供給する
高周波電源を備えていると共に、該高周波源電からの位
相信号に同期して前記マイクロ波イオン源のマグネトロ
ン電源の陽極電圧を設定電圧にせしめるマグネトロン電
源制御器を設け、これによりマイクロ波の発振時間を、
高周波四重極印加電圧の特定の位置範囲に制限せしめ、
前記マグネトロン電源の陽極電圧が印加された期間だけ
イオンビームを前記イオンビーム減速器に入射せしめた
ことを特徴とするイオンビーム減速装置。 - 【請求項３】イオンビームを発生するイオン源と、該イ
オン源からのイオンビームのエネルギーを減速するため
に、軸方向に沿って波打つ形状を持つ４本の電極を四重
極配置し、かつ、ビーム入射側での波打ちのピッチが粗
く、出射側に進むにてれてピッチが細かくなるように電
極形状を形成し、この電極に高周波電圧を印加すると共
に、四重極中心部分の軸方向にイオンビームを導入した
イオンビーム減速器と、該イオンビーム減速器で減速さ
れたイオンビームを基板に照射する照射室とを備えたイ
オンビーム減速装置において、 前記イオンビーム減速器が前記高周波四重極電極に印加
する高周波電圧の周波数を可変にし、減速エネルギーを
可変としたイオンビーム減速器であり、かつ、周波数が
変わった時、前記高周波四重極電極印加用の高周波電圧
の特定の位相範囲の間だけイオン源引き出し電圧の印加
時間を加える高周波電源からの位相信号を受け取って、
所定に時間内だけイオン源加速電圧を所定の値に設定す
る加速電圧制御器、若しくはマイクロ波イオン源のマイ
クロ波発振を制限するための高周波電源からの位相信号
に同期して前記マイクロ波イオン源のマグネトロン電源
の陽極電圧を設定電圧にせしめるマグネトロン電源制御
器を備えていることを特徴とするイオンビーム減速装
置。 - 【請求項４】イオンビームを発生するイオン源と、該イ
オン源からのイオンビームのエネルギーを減速するため
に、軸方向に沿って波打つ形状を持つ４本の電極を四重
極配置し、かつ、ビーム入射側での波打ちのピッチが粗
く、出射側に進むにてれてピッチが細かくなるように電
極形状を形成し、この電極に高周波電圧を印加すると共
に、四重極中心部分の軸方向にイオンビームを導入した
イオンビーム減速器と、該イオンビーム減速器で減速さ
れたイオンビームを基板に照射する照射室とを備えたイ
オンビーム減速装置において、 前記イオンビーム減速器の四重極電極に周波数が可変可
能な高電圧電力を供給する高周波電源を備えると共に、
前記イオンビーム減速器の前に高周波電界を発生するシ
ングルギャップ型のキャビティーと、このシングルギャ
ップ型キャビティーに高周波電界を供給する高周波電源
とを設け、かつ、前記イオンビーム減速器に印加する高
周波電源の高周波電界と、前記シングルギャップ型キャ
ビティーに高周波電界を供給する高周波電源の高周波電
界との位相差を調整する位相制御器を備えていることを
特徴とするイオンビーム減速装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2038228A JPH0817117B2 (ja) | 1990-02-21 | 1990-02-21 | イオンビーム減速装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2038228A JPH0817117B2 (ja) | 1990-02-21 | 1990-02-21 | イオンビーム減速装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03245498A JPH03245498A (ja) | 1991-11-01 |
| JPH0817117B2 true JPH0817117B2 (ja) | 1996-02-21 |
Family
ID=12519452
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2038228A Expired - Fee Related JPH0817117B2 (ja) | 1990-02-21 | 1990-02-21 | イオンビーム減速装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0817117B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117293006B (zh) * | 2023-11-27 | 2024-04-05 | 青岛四方思锐智能技术有限公司 | 一种射频引出氢氦高能离子注入机 |
-
1990
- 1990-02-21 JP JP2038228A patent/JPH0817117B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| ＨｙｐｅｒｆｉｎｅＩｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｓ，４４〔１／４〕（１９８８）Ｐ．２０９−２１５ |
| 実験物理学講座２８「加速器」新版（昭和５７年）共立出版株式会社Ｐ．２７２−２７６，Ｐ．２４３ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03245498A (ja) | 1991-11-01 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
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