JPS60235337A - イオンビ−ム発生装置 - Google Patents
イオンビ−ム発生装置Info
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- JPS60235337A JPS60235337A JP9348584A JP9348584A JPS60235337A JP S60235337 A JPS60235337 A JP S60235337A JP 9348584 A JP9348584 A JP 9348584A JP 9348584 A JP9348584 A JP 9348584A JP S60235337 A JPS60235337 A JP S60235337A
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- Japan
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- ion beam
- synchrotron radiation
- substance
- light
- ionized
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
- H01J37/32321—Discharge generated by other radiation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J27/00—Ion beam tubes
- H01J27/02—Ion sources; Ion guns
- H01J27/24—Ion sources; Ion guns using photo-ionisation, e.g. using laser beam
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- Physics & Mathematics (AREA)
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は、半導体加工装置をはしめ飼料改質。
材料合成等に使われるイオンビーム発生装置に関するも
のである。
のである。
従来、イオンビーム発生装置によるイオン発生方法とし
ては、種々の手法が考えられ実用化され”ζ来た。その
大部分は放電を利用したものであったが、近年レーザ光
を使ったイオン源が考え出されて来ている。このレーザ
光等の光を使った方式には２つあり、１つは光を金属等
の固体に照射してそのプラズマをイオン源として使った
り、レーザ光を集光して気体、液体に照射してプラズマ
を作り、これをイオン源としたりするものであり、他の
１つは波長の可変な光源を使い、光等の単一波長を対象
とするイオン化されるべき物質のエネルギ準位に共鳴さ
せて該物質をイオン化させるものであり、本発明は後者
に関するものであり、光源としてレーザ光でなくシンク
ロトロン放射光を使うものである。
ては、種々の手法が考えられ実用化され”ζ来た。その
大部分は放電を利用したものであったが、近年レーザ光
を使ったイオン源が考え出されて来ている。このレーザ
光等の光を使った方式には２つあり、１つは光を金属等
の固体に照射してそのプラズマをイオン源として使った
り、レーザ光を集光して気体、液体に照射してプラズマ
を作り、これをイオン源としたりするものであり、他の
１つは波長の可変な光源を使い、光等の単一波長を対象
とするイオン化されるべき物質のエネルギ準位に共鳴さ
せて該物質をイオン化させるものであり、本発明は後者
に関するものであり、光源としてレーザ光でなくシンク
ロトロン放射光を使うものである。
本発明は、上記共鳴光励起、イオン化方式のイオンビー
ム発生装置において、イオン化させる物質の共鳴光励起
にてイオン化させる直前の状態として、該物質の自動電
離状態（八ｕｔｏｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ１ｅνｅｌ ）
を使うことにより、従来の共鳴光励起。
ム発生装置において、イオン化させる物質の共鳴光励起
にてイオン化させる直前の状態として、該物質の自動電
離状態（八ｕｔｏｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ１ｅνｅｌ ）
を使うことにより、従来の共鳴光励起。
イオン化方式に比べ入力光エネルギに対するイオン化効
率を数桁以上向上でき、かつ選択イオン化における選択
性に優れたイオンビーム発生装置を提供することを目的
としている。
率を数桁以上向上でき、かつ選択イオン化における選択
性に優れたイオンビーム発生装置を提供することを目的
としている。
ます本発明装置におけるイオン化方法をアルミニウムイ
オンビームを発生する場合を例にとって従来の方法と比
較しつつ説明する。第１図はアルミニウム中性原子のエ
ネルギ準位図である。
オンビームを発生する場合を例にとって従来の方法と比
較しつつ説明する。第１図はアルミニウム中性原子のエ
ネルギ準位図である。
従来のイオン化方法は、例えば波長が３０８２人。
６２００人の２本のレーザビームＢ１．Ｂ２をイオン化
させたいアルミニウム蒸気に照射する方法であり、即ち
基底状態３ｐ（２Ｐ’）にあるアルミニウム原子をまず
３０８２人のレーザビームＢ１により第１励起状態３ｄ
（２Ｄ）に共鳴励起し、その後６２００人のレーザビー
ムＢ２によりイオン化させるものである。
させたいアルミニウム蒸気に照射する方法であり、即ち
基底状態３ｐ（２Ｐ’）にあるアルミニウム原子をまず
３０８２人のレーザビームＢ１により第１励起状態３ｄ
（２Ｄ）に共鳴励起し、その後６２００人のレーザビー
ムＢ２によりイオン化させるものである。
本発明装置にお＆Ｊるイオン化方法が上記従来のイオン
化方法と異なる点は、最終鳳起状態を自動電離状態とす
る点、励起用の光源としてシンクロトロン放射光、特に
相対論的シンクロトロン放射光を使用する点にある。シ
ンクロトロン放射光はレーザ光と同様に方向性を有し、
かつレーザ光よりはるかに大強度、高エネルギ光子であ
り、そのため第１図に示すように１本の光子によりアル
ミニウム蒸気を基底状態から自動電離状態に励起でき、
該励起蒸気は自動電離により所定の遷移確率でイオン化
する。
化方法と異なる点は、最終鳳起状態を自動電離状態とす
る点、励起用の光源としてシンクロトロン放射光、特に
相対論的シンクロトロン放射光を使用する点にある。シ
ンクロトロン放射光はレーザ光と同様に方向性を有し、
かつレーザ光よりはるかに大強度、高エネルギ光子であ
り、そのため第１図に示すように１本の光子によりアル
ミニウム蒸気を基底状態から自動電離状態に励起でき、
該励起蒸気は自動電離により所定の遷移確率でイオン化
する。
この発明装置におりるイオン化方法の場合、従来のイオ
ン化方法がエネルギ準位３ｄ（２Ｄ）等から直接イオン
化させるのに比べ、イオン化させる衝突断面積が数桁以
上高い。従って他の粒子が多重光励起や非共鳴光電離等
を起こさない程度の小出力エネルギでよく、しかも完全
に共鳴のみを使うためシンクロトロン放射光のエネルギ
準位。
ン化方法がエネルギ準位３ｄ（２Ｄ）等から直接イオン
化させるのに比べ、イオン化させる衝突断面積が数桁以
上高い。従って他の粒子が多重光励起や非共鳴光電離等
を起こさない程度の小出力エネルギでよく、しかも完全
に共鳴のみを使うためシンクロトロン放射光のエネルギ
準位。
波長を不純物原子のそれらと一致しないように選択すれ
ばイオン化させたい物質ｐみをイオン化でき、しかも純
度の高いものができる。
ばイオン化させたい物質ｐみをイオン化でき、しかも純
度の高いものができる。
また上記シンクロトロン放射光の波長を変えることによ
り、容易に他種の物質のイオンビームを発生することが
でき、この場合イオン化される多種の物質を前もってイ
オンビーム発生容器内に導入しておいても良い。このよ
うに発生するイオンビームの種類を容易に変えることが
できる本発明の手法は従来の方法にないものであり、イ
オンビームで処理する２つ以上の行程を連続して行なう
こともできる利点がある。
り、容易に他種の物質のイオンビームを発生することが
でき、この場合イオン化される多種の物質を前もってイ
オンビーム発生容器内に導入しておいても良い。このよ
うに発生するイオンビームの種類を容易に変えることが
できる本発明の手法は従来の方法にないものであり、イ
オンビームで処理する２つ以上の行程を連続して行なう
こともできる利点がある。
次にこの発明の実施例を図について説明する。
第２図は本発明の第１の実施例を示す。図において、１
はイオン化されるべき物質が導入される容器、１ａは上
記物質を該容器１内に導入するためのガス導入孔、１ｂ
は上記容器１を真空にするための真空排気装置（図示せ
ず）に接続された排気通路、３は加速器にウィグラー又
はアンデュレ−夕を設けてなり、１７６２人の波長幅の
狭いシンクロトロン放射光Ｂ３を発生するシンクロトロ
ン放射光発生部、１１は該発生部３と上記容器１との間
に設けられたスリット、６は電極、６ａば該電極６に電
圧を印加する端子である。８は試料、８ａは該試料８を
保持する試料台であり、該試料台８ａと上記電極６との
間には直流電圧が印加され、これによりイオン化された
物質をイオンビームとして引き出すための引き出し電界
が発生される。
はイオン化されるべき物質が導入される容器、１ａは上
記物質を該容器１内に導入するためのガス導入孔、１ｂ
は上記容器１を真空にするための真空排気装置（図示せ
ず）に接続された排気通路、３は加速器にウィグラー又
はアンデュレ−夕を設けてなり、１７６２人の波長幅の
狭いシンクロトロン放射光Ｂ３を発生するシンクロトロ
ン放射光発生部、１１は該発生部３と上記容器１との間
に設けられたスリット、６は電極、６ａば該電極６に電
圧を印加する端子である。８は試料、８ａは該試料８を
保持する試料台であり、該試料台８ａと上記電極６との
間には直流電圧が印加され、これによりイオン化された
物質をイオンビームとして引き出すための引き出し電界
が発生される。
そしてこの引き出し電界は上記シンクロトロン放射光Ｂ
３と時間的に同期する位相を有する。
３と時間的に同期する位相を有する。
次に動作について説明する。
本実施例装置により、アルミニウムのイオンビームを発
生する場合を考える。まず容器１にガス導入孔１ａより
アルミニウム蒸気１０を導入する。
生する場合を考える。まず容器１にガス導入孔１ａより
アルミニウム蒸気１０を導入する。
そして上記シンクロトロン放射光発生部３を発振させる
。すると波長１７６２人のシンクロトロン放射光Ｂ３が
スリット１１を介して上記容器１に導入され、これによ
り上記アルミニウム蒸気１０は、基底状態３Ｐ（２ＰＯ
）から自動電離状態３ｓ３ｐ２ （２ＰＯ）に共鳴励起
され、その結果該励起蒸気は所定の遷移確率でもってイ
オン状態となる。
。すると波長１７６２人のシンクロトロン放射光Ｂ３が
スリット１１を介して上記容器１に導入され、これによ
り上記アルミニウム蒸気１０は、基底状態３Ｐ（２ＰＯ
）から自動電離状態３ｓ３ｐ２ （２ＰＯ）に共鳴励起
され、その結果該励起蒸気は所定の遷移確率でもってイ
オン状態となる。
また上記電極６と試料台８ａとの間には直流電圧が印加
されており、これにより上記イオン化されたアルミニウ
ム蒸気１ｏはアルミニウムのイオンのみからなるイオン
ビーム９として引き出され、該イオンビーム９は上記試
料８に照射される。
されており、これにより上記イオン化されたアルミニウ
ム蒸気１ｏはアルミニウムのイオンのみからなるイオン
ビーム９として引き出され、該イオンビーム９は上記試
料８に照射される。
以上の動作説明における本実施例の特徴を示すと、まず
第１に本実施例は完全に共鳴のみを用いて選択イオン化
を行なうものであるので、上記容器１内にイオン化させ
るべき物質、この場合アルミニウム、以外の不純物、＃
素、窒素、炭素、水素等が含まれていて、しがもその量
がアルミニウムより多くても、シンクロトロン放射光の
エネルギ準位、波長を上記不純物等のそれらと一致させ
ないようにして希望の元素、この場合はアルミニウム、
のみがイオン化された純粋なアルミニウムイオンビーム
が得られる。
第１に本実施例は完全に共鳴のみを用いて選択イオン化
を行なうものであるので、上記容器１内にイオン化させ
るべき物質、この場合アルミニウム、以外の不純物、＃
素、窒素、炭素、水素等が含まれていて、しがもその量
がアルミニウムより多くても、シンクロトロン放射光の
エネルギ準位、波長を上記不純物等のそれらと一致させ
ないようにして希望の元素、この場合はアルミニウム、
のみがイオン化された純粋なアルミニウムイオンビーム
が得られる。
第２に本実施例は上述のとおり、選択イオン化を行なう
ものであり、かつ共鳴光励起によるイオン化を行なうも
のであるので、電子や他の元素が励起されたり、エネル
ギ吸収により温度上昇したりす、ることはなく、その結
果イオンビームを照射する対象試料８、例えば半導体の
場合は基板、の温度を上昇させることはなく、低温処理
ができる。
ものであり、かつ共鳴光励起によるイオン化を行なうも
のであるので、電子や他の元素が励起されたり、エネル
ギ吸収により温度上昇したりす、ることはなく、その結
果イオンビームを照射する対象試料８、例えば半導体の
場合は基板、の温度を上昇させることはなく、低温処理
ができる。
第３にイオンビームの種類や特性を変える場合はシンク
ロトロン放射光の波長を変えれば良く、従来のような試
料を取り出したり、イオン源部を交換するために容器を
開閉したりする必要はなく、従って、イオン注入とアニ
ーリング等の連続動作が容易にできる。
ロトロン放射光の波長を変えれば良く、従来のような試
料を取り出したり、イオン源部を交換するために容器を
開閉したりする必要はなく、従って、イオン注入とアニ
ーリング等の連続動作が容易にできる。
第３図は本発明の第２の実施例を示す。図において、第
２図と同一符号は同−又は相当部分を示し、１３はイオ
ン化させるべき物質１２を収容する容器、１３ａは該容
器１３の外周に設けられたヒータであり、これにより上
記容器１３は」二記物質１２を蒸発せしめるオーブンと
なっている。１５はイオン化されたアルミニウム蒸気１
０を容器１の軸心に集束せしめるマグネット、１４は上
記集束されたアルミニウム蒸気１０をイオンビーム９と
して引き出す引き出し電極である。
２図と同一符号は同−又は相当部分を示し、１３はイオ
ン化させるべき物質１２を収容する容器、１３ａは該容
器１３の外周に設けられたヒータであり、これにより上
記容器１３は」二記物質１２を蒸発せしめるオーブンと
なっている。１５はイオン化されたアルミニウム蒸気１
０を容器１の軸心に集束せしめるマグネット、１４は上
記集束されたアルミニウム蒸気１０をイオンビーム９と
して引き出す引き出し電極である。
次に動作について説明する。
容器１３内にイオン化させる物質であるアルミニウム１
２を入れ、ヒータ１３ａによりオーブン１３を加熱する
と上記アルミニウム１２が溶融。
２を入れ、ヒータ１３ａによりオーブン１３を加熱する
と上記アルミニウム１２が溶融。
気化してアルミニウム蒸気１０が発生する。そしてシン
クロトロン放射光Ｂ３がスリット１１を介して上記容器
１３内に導入されて上記蒸気１０に照射される。すると
これにより蒸気１０は基底状態から自動電離状態３ｓ３
ｐ２ （２ｐＯ）に励起され、その結果該励起蒸気が所
定の遷移確率で自動電離されてアルミニウムイオンが生
成され、該アルミニウムイオンはマグネット１５により
軸心に集束された後、引き出し電極１４によってイオン
ビーム９として放出される。
クロトロン放射光Ｂ３がスリット１１を介して上記容器
１３内に導入されて上記蒸気１０に照射される。すると
これにより蒸気１０は基底状態から自動電離状態３ｓ３
ｐ２ （２ｐＯ）に励起され、その結果該励起蒸気が所
定の遷移確率で自動電離されてアルミニウムイオンが生
成され、該アルミニウムイオンはマグネット１５により
軸心に集束された後、引き出し電極１４によってイオン
ビーム９として放出される。
第４図は本発明に用いるシンクロトロン放射光発生装置
の構成例である。図において、２１は線形加速器、２２
は電子蓄積リング、２４は分光系であり、これらにより
シンクロトロン放射光発生装置２０が構成されている。
の構成例である。図において、２１は線形加速器、２２
は電子蓄積リング、２４は分光系であり、これらにより
シンクロトロン放射光発生装置２０が構成されている。
３３は該発生装置２０からのシンクロトロン放射光が照
射される容器である。
射される容器である。
上記容器３３に導入されるシンクロトロン放射光は、ま
ず線形加速器２１で電子が加速されて電子蓄積リング２
２に打ち込まれ、該リング２２において相対論的速度に
なった電子からシンクロトロン放射光が放出され、さら
に該放射光が分光系２４に導入され、該分光系２４によ
り単一波長にされた光である。
ず線形加速器２１で電子が加速されて電子蓄積リング２
２に打ち込まれ、該リング２２において相対論的速度に
なった電子からシンクロトロン放射光が放出され、さら
に該放射光が分光系２４に導入され、該分光系２４によ
り単一波長にされた光である。
（発明の効果）
このように、本発明に係るイオンビーム発生装置によれ
ば、イオン化されるべき物質をシンクロトロン放射光の
照射によりその基底状態から自動電離状態に共鳴光励起
し、該励起蒸気が所定の遷移確率で自動電離してイオン
状態になるようにしたので、イオン化効率及びイオンの
選択性を大きく向上できる効果がある。
ば、イオン化されるべき物質をシンクロトロン放射光の
照射によりその基底状態から自動電離状態に共鳴光励起
し、該励起蒸気が所定の遷移確率で自動電離してイオン
状態になるようにしたので、イオン化効率及びイオンの
選択性を大きく向上できる効果がある。
第１図はアルミニウム中性原子のシングレット系のエネ
ルギ状態図、第２図は本発明の第１の実施例によるシャ
ワー型イオンビーム発生装置の概略構成図、第３図は本
発明の第２の実施例による集束型イオンビーム発生装置
の概略構成図、第４図は本発明に使用するシンクロトロ
ン放射光発生装置の概略構成図である。 １．１３．３３・・・ｇ器、９・・・イオンビーム、１
０・・・イオン化されるべき物質、２ｏ・・・シンクロ
トロン放射光発生部、２１・・・加速器、２２・・・電
子蓄積ＩＪ ７７”、２４・・・分光系、Ｂ３・・・シ
ンクロトロン放射光。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。 代理人 大岩増雄 工 不 （ｃｍ ）
ルギ状態図、第２図は本発明の第１の実施例によるシャ
ワー型イオンビーム発生装置の概略構成図、第３図は本
発明の第２の実施例による集束型イオンビーム発生装置
の概略構成図、第４図は本発明に使用するシンクロトロ
ン放射光発生装置の概略構成図である。 １．１３．３３・・・ｇ器、９・・・イオンビーム、１
０・・・イオン化されるべき物質、２ｏ・・・シンクロ
トロン放射光発生部、２１・・・加速器、２２・・・電
子蓄積ＩＪ ７７”、２４・・・分光系、Ｂ３・・・シ
ンクロトロン放射光。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。 代理人 大岩増雄 工 不 （ｃｍ ）
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 （１１イオン化されるべき物質を収容する容器と、該容
器内の上記物質にシンクロトロン放射光を照射するシン
クロトロン放射光発生部とを備え、上記物質のイオンビ
ームを発生する装置において、上記シンクロトロン放射
光発生部は上記物質をエネルギ準位の基底状態から自動
電離状態に共鳴光励起するような波長を有するシンクロ
トロン放射光を発生するものであることを特徴とするイ
オンビーム発生装置。 （２）上記シンクロトロン放射光発生部は、上記物質を
基底状態から中間状態を経て上記自動電離状態に階段状
に共鳴光励起するような波長の異なる複数の線スペクト
ルのシンクロトロン放射光を発生するものであることを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載のイオンビーム発
生装置。 （３） 上記シンクロトロン放射光発生部は、加速器及
び分光器又は分光系を有し、加速器からの出力を分光器
又は分光系を通過させた線幅の狭い線スペクトルにした
光を発生するものであることを特徴とする特許請求の範
囲第１項又は第２項記載のイオンビーム発生装置。 （４）上記加速器として、電子蓄積リング又は電子サイ
クロトロンのいずれか一方又は両方を用いたことを特徴
とする特許請求の範囲第３項記載のイオンビーム発生装
置。 （５） 上記シンクロトロン放射光発生部は、イオンビ
ーム引き出し電界の位相と時間的に同期する位相を有す
るシンクロトロン放射光を発生するものであることを特
徴とする特許請求の範囲第１項ないし第４項のいずれか
に記載のイオンビーム発生装置。 （６） 上記物質は、固体又は液体の物質を加熱気化し
て生成された蒸気として上記容器に導入されることを特
徴とする特許請求の範囲第１項ないし第５項のいずれか
に記載のイオンビーム発生装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9348584A JPS60235337A (ja) | 1984-05-08 | 1984-05-08 | イオンビ−ム発生装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9348584A JPS60235337A (ja) | 1984-05-08 | 1984-05-08 | イオンビ−ム発生装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60235337A true JPS60235337A (ja) | 1985-11-22 |
| JPH0441460B2 JPH0441460B2 (ja) | 1992-07-08 |
Family
ID=14083646
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9348584A Granted JPS60235337A (ja) | 1984-05-08 | 1984-05-08 | イオンビ−ム発生装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60235337A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4851668A (en) * | 1986-04-04 | 1989-07-25 | Hitachi, Ltd. | Ion source application device |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5022999A (ja) * | 1973-06-28 | 1975-03-12 |
-
1984
- 1984-05-08 JP JP9348584A patent/JPS60235337A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5022999A (ja) * | 1973-06-28 | 1975-03-12 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4851668A (en) * | 1986-04-04 | 1989-07-25 | Hitachi, Ltd. | Ion source application device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0441460B2 (ja) | 1992-07-08 |
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