JPS60235338A - Ion beam generating apparatus - Google Patents

Ion beam generating apparatus

Info

Publication number
JPS60235338A
JPS60235338A JP59093486A JP9348684A JPS60235338A JP S60235338 A JPS60235338 A JP S60235338A JP 59093486 A JP59093486 A JP 59093486A JP 9348684 A JP9348684 A JP 9348684A JP S60235338 A JPS60235338 A JP S60235338A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
laser
substance
state
ion beam
laser beam
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.)
Pending
Application number
JP59093486A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshihiro Ueda
植田 至宏
Koichi Ono
高一 斧
Tatsuo Omori
達夫 大森
Shigeto Fujita
重人 藤田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP59093486A priority Critical patent/JPS60235338A/en
Publication of JPS60235338A publication Critical patent/JPS60235338A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32321Discharge generated by other radiation
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J27/00Ion beam tubes
    • H01J27/02Ion sources; Ion guns
    • H01J27/24Ion sources; Ion guns using photo-ionisation, e.g. using laser beam

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Electron Sources, Ion Sources (AREA)

Abstract

PURPOSE:To sharply improve ionization efficiency and ion selectivity by exciting a substance to be ionized to a comparatively lower exciting condition with gas discharge, resonant-exciting to the Rydberg condition through irradiation of laser beam and then to the ion condition through application of electric field. CONSTITUTION:The beryllium vapor 10 is supplied to a vessel 1 from a gas supply port 1a. An RF discharge is generated by an induction coil 16 and simultaneously a laser beam generator oscillates and a voltage is applied respectively to the electrodes 5 and 6 in synchronization with laser oscillation. Electrons generated by RF discharge collide with the beryllium vapor 10, the laser beams B3, B5 are supplied to the vessel 1 through a window 3a, the laser beam B4 is also introduced in the same way through a window 3b. The beryllium vapor 10 is resonant-excited step by step to the Reydberg condition. Finally, the excited vapor is ionized by the pulse field generated from the final generating part 15.

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じめ材料改質。[Detailed description of the invention] [Technical field of invention] The present invention is applicable to material modification including semiconductor processing equipment.

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。
This relates to ion beam generators used for materials synthesis, etc.

〔従来技術〕[Prior art]

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て来た。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つはレーザ光を金
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、レーザ光等の単一
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る。
Conventionally, various methods have been considered and put into practical use as ion generation methods using ion beam generators. Most of them used electric discharge, but in recent years ion sources using laser light have been devised. There are two methods that use light such as laser light. One is to irradiate a solid such as a metal with laser light and use the resulting plasma as an ion source, or to focus the laser light and convert it into gas or liquid. irradiation to create plasma, which is used as an ion source.
The other method uses a variable wavelength light source to ionize a substance by resonating a single wavelength such as a laser beam with the energy level of the substance to be ionized. It is related to.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

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、該物質のシュタ
ルク効果によりイオン化できるリュードベルグ状態(R
ydberg 1evel )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。
The present invention provides an ion beam generator using resonant light excitation and ionization as described above, in which the substance to be ionized is set in the Rydberg state (R
The purpose of this project is to provide an ion beam generator that can improve the ionization efficiency for input light energy by several orders of magnitude compared to conventional resonant optical excitation and ionization methods, and has excellent selectivity in selective ionization. There is.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

まず本発明装置におけるイオン化方法をベリリウムイオ
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図はベリリウム中性原子のエネル
ギ準位図である。
First, the ionization method in the apparatus of the present invention will be explained by comparing it with a conventional method using an example in which a beryllium ion beam is generated. FIG. 1 is an energy level diagram of beryllium neutral atoms.

従来のイオン化方法は、例えば波長が2349人及び4
573人の2本のレーザビームBl、B2をイオン化さ
せたいベリリウム蒸気に照射する方法であり、即ち基底
状態2s(1s)にあるヘリリウム原子をまず2349
人のレーザビームB1によす第1励起状態2p(IPO
)に共鳴励起し、その後4573人のレーザビームB2
によりエネルギ準位3d(ID)に共鳴励起し、さらに
4573人のレーザビ−ムB2でイオン化させるもので
ある。
Conventional ionization methods, for example, have wavelengths of 2349 and 4
This is a method of irradiating beryllium vapor to be ionized with two laser beams Bl and B2 of 573 people, that is, helium atoms in the ground state 2s (1s) are first ionized into 2349
The first excited state 2p (IPO
), and then 4573 people's laser beam B2
The beam is resonantly excited to energy level 3d (ID) by 4573 laser beams B2 and ionized.

本発明装置におけるイオン化方法が上記従来のイオン化
方法と異なるのは共鳴励起のみを用いている点であり、
ベリリウム蒸気をガス放電により準安定状?、2 p 
’(3PO)が支配的な状態に共鳴励起し、レーザビー
ム、第1図の例では波長3321人、 、1.46μ、
 6449人の3本のレーザビームB3〜B5により上
記励起蒸気をこの励起状態からりュードヘルグ状態に共
鳴励起し、さらに従来のイオン化方法のようにベリリウ
ム蒸気をレーザビーム、第1図の例ではB2、により自
由電子状態、即ちイオン状態にするのではなく、次式で
示される電界により上記励起状態からイオン状態にする
The ionization method in the device of the present invention differs from the conventional ionization method described above in that only resonance excitation is used.
Does beryllium vapor become metastable by gas discharge? , 2p
'(3PO) is resonantly excited to a dominant state, and the laser beam, in the example shown in Figure 1, has a wavelength of 3321, , 1.46μ,
The above-mentioned excited vapor is resonantly excited from this excited state to the Rydherg state by three laser beams B3 to B5 of 6449 people, and then, as in the conventional ionization method, the beryllium vapor is irradiated with a laser beam, B2 in the example shown in FIG. Instead of changing the state into a free electronic state, that is, into an ionic state, the excited state is changed into an ionic state by an electric field represented by the following equation.

E (V’/cm) −〇、3125X109 n−4
ここでnはリュードベルグ状態の有効量子数である。
E (V'/cm) -〇, 3125X109 n-4
Here n is the effective quantum number of the Rydberg state.

この発明装置におけるイオン化方法の場合、従来のイオ
ン化方法が波長4573人のレーザビームB2にまりへ
リリウム蒸気をエネルギ準位3d(ID)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。従ってレーザビームの出力エネルギが小さく
てすみ、また基底状態からではなく準安定状態からの励
起であるので光子の波長は短かくてすみ、しかも完全に
共鳴のみを使うためレーザビームのエネルギ準位、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のみをイオン化でき、しかも純度の
高いものができる。
In the case of the ionization method in this invention device, the collision cross section for ionization is several orders of magnitude higher than that in the conventional ionization method, in which the helium vapor is directly ionized from the energy level 3d (ID) by the laser beam B2 of wavelength 4573. More expensive than that. Therefore, the output energy of the laser beam is small, and since the excitation is from a metastable state rather than the ground state, the wavelength of the photon is short, and since only resonance is used, the energy level of the laser beam By selecting wavelengths that do not match those of impurity atoms, it is possible to ionize only the substance to be ionized, and moreover, it is possible to ionize the substance with high purity.

また上記レーザビームの波長や電界強度を変えることに
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4伏しておいても良い。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
うことができる利点がある。
Furthermore, by changing the wavelength and electric field strength of the laser beam, ion beams of other types of substances can be easily generated. It's okay to stay. The method of the present invention, which can easily change the type of ion beam generated in this way, is unlike any conventional method.
There is an advantage that two or more steps of processing with an ion beam can be performed in succession.

次にこの発明の実施例を図について説明する。Next, embodiments of the invention will be described with reference to the drawings.

第2図は本発明の第1の実施例を示し、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
はガス排出孔、3a又は3bは各々図示しないレーザビ
ーム発生部からのレーザビームB3.B5又はB4を上
記容器1内に導入する窓であり、該容器1内のレーザビ
ームB3〜B5が交差する空間はイオン生成空間4とな
っている。そして上記レーザビーム発生部は励起源用の
フラッシュランプと、これにより励起されて上記レーザ
ビームB3〜B5を発生する3つのレーザとからなり、
このレーザとしては、波長可変レーザ、色素レーザ、又
はアレキサンドライトレーザ等の固体レーザが用いられ
る。
FIG. 2 shows a first embodiment of the present invention, in which 1
1a is a container into which the substance to be ionized is introduced; 1a is a gas introduction hole for introducing the substance into the container 1; 1b is a gas introduction hole for introducing the substance into the container 1;
3a or 3b is a gas exhaust hole, and 3a or 3b is a laser beam B3. from a laser beam generator (not shown). This is a window through which B5 or B4 is introduced into the container 1, and the space in the container 1 where the laser beams B3 to B5 intersect is an ion generation space 4. The laser beam generating section includes a flash lamp for an excitation source and three lasers that are excited by the flash lamp and generate the laser beams B3 to B5,
As this laser, a solid laser such as a wavelength tunable laser, a dye laser, or an alexandrite laser is used.

5.6は上記イオン生成空間4を挟んで配置された電極
、5a、6aは上記電極5.6に電圧を印加する端子で
あり、これらは上記イオン生成空間4にパルス電界を生
ぜしめる電界発生部15を構成している。16はこれも
上記イオン生成空間4を挟んで配置された誘導コイルで
あり、これは該イオン生成空間4において高周波(RF
)放電を生ぜしめるRF放放電化生部なっている。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。
Reference numerals 5.6 and 5.6 are electrodes placed across the ion generation space 4; 5a and 6a are terminals that apply voltage to the electrodes 5.6; 15. Reference numeral 16 designates an induction coil which is also placed across the ion generation space 4, and which generates high frequency (RF) waves in the ion generation space 4.
) It is an RF discharge generating part that generates a discharge. 8 is a sample, and 8a is a sample stand that holds the sample 8. A direct current voltage is applied between the sample stand 8a and the electrode 6, and a drawer is used to extract the ionized substance as an ion beam. An electric field is generated.

次に動作について説明する。Next, the operation will be explained.

本実施例装置により、ベリリウムのイオンビームを発生
する場合を考える。ます容器1にガス導入孔1aよりベ
リリウム蒸気10を導入する。そして上記誘導コイル1
6によりRF放電が発生し、またこれと同時にレーザビ
ーム発生部が発振し、さらに該レーザ発振と時間的に同
期して電極5と電極6の各々に端子5a、5aから電圧
が印加される。するとこれにより、上記基底状p ”l
 S(IS)にあるベリリウム蒸気10にRF放電によ
る電子が衝突し、その結果該ベリリウム蒸気10は準安
定状態2p(3PO)に励起される。また上、記レーザ
の発振により3321人、 6449人のレーザビーム
B3.BSが窓3aを介して容器l内に導入され、また
1、46μのレーザビームB4が窓3bを介して同様に
導入され、各ビームB3〜B5が容器1内のイオン生成
空間4において交差し、これにより上記ベリリウム蒸気
10は3321人のレーザビームB3により準安定状態
2p(3PO)から励起状態3s(3S)に共鳴励起さ
れ、さらに1゜46μのレーザビームB4により上記励
起状態3s(3S)から励起状態3p (3PO)に励
起され、さらに6449人のレーザビームB5によりリ
ュードベルグ状態12d(3D)に階段状に共鳴励起さ
れ、最後に該励起蒸気は上記電界発生部15からのパル
ス電界によりイオン化される。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ベリリウム蒸気10はベリリウムの
イオンのみからなるイオンビ−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。
Let us consider the case where a beryllium ion beam is generated by the apparatus of this embodiment. Beryllium vapor 10 is introduced into the container 1 through the gas introduction hole 1a. and the above induction coil 1
6 generates an RF discharge, and at the same time, the laser beam generating section oscillates, and voltage is applied to each of the electrodes 5 and 6 from the terminals 5a and 5a in temporal synchronization with the laser oscillation. Then, due to this, the above ground state p ”l
Electrons from the RF discharge collide with beryllium vapor 10 in S (IS), and as a result, beryllium vapor 10 is excited to a metastable state 2p (3PO). In addition, the above laser oscillation produces laser beams B3 for 3,321 people and 6,449 people. A BS is introduced into the container l through the window 3a, and a 1,46μ laser beam B4 is likewise introduced through the window 3b, with each beam B3-B5 intersecting in the ion production space 4 within the container 1. , As a result, the beryllium vapor 10 is resonantly excited from the metastable state 2p (3PO) to the excited state 3s (3S) by the 3321 laser beam B3, and further changed to the excited state 3s (3S) by the 1°46μ laser beam B4. is excited to the excited state 3p (3PO), and further resonantly excited stepwise to the Rydberg state 12d (3D) by the laser beam B5 of 6449 people.Finally, the excited vapor is excited by the pulsed electric field from the electric field generator 15. Ionized. Further, a DC voltage is applied between the electrode 6 and the sample stage 8a, whereby the ionized beryllium vapor 10 is extracted as an ion beam 9 consisting only of beryllium ions.
The ion beam 9 is irradiated onto the sample 8 .

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、この場合ベリリウム、以外の不純物、酸素
、窒素、炭素、水素等が含まれていて、しがちその量が
ベリリウムより多くても、レーザビームのエネルギ準位
、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、この場合はベリリウムのみ、がイオン化
された純粋なベリリウムイオンビームが得られる。
The characteristics of this embodiment in the above operation description are as follows: First of all, since this embodiment performs selective ionization completely using only resonance, the substance to be ionized in the container 1, in this case, Even if it contains impurities other than beryllium, such as oxygen, nitrogen, carbon, hydrogen, etc., and the amount thereof tends to be greater than beryllium, the energy level and wavelength of the laser beam should not be made to match those of the above impurities, etc. A pure beryllium ion beam is obtained in which only the desired element, in this case beryllium, is ionized.

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。
Second, as mentioned above, this embodiment performs selective ionization and ionization by resonant optical excitation, so there is no possibility that electrons or other elements will be excited or that the temperature will rise due to energy absorption. As a result, low-temperature processing can be performed without increasing the temperature of the target sample 8 to be irradiated with the ion beam, such as a substrate in the case of a semiconductor.

第3にイオンビームの種類や特性を変える場合はレーザ
ビームの波長、印加電圧を変えれば良く、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。
Third, if you want to change the type or characteristics of the ion beam, you can simply change the wavelength of the laser beam and the applied voltage, and there is no need to open and close the container to take out the sample or replace the ion source, as in the past. Therefore, continuous operations such as ion implantation and annealing can be easily performed.

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を収容するオーブン、13aは
上記オーブン13の外周に設りら共たヒータ、14はイ
オン化されたベリリウム蒸気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。
FIG. 3 shows a second embodiment of the invention. In the figure, the same reference numerals as in FIG. 2 indicate the same or equivalent parts, 13 is an oven containing the substance 12 to be ionized, 13a is a heater provided on the outer periphery of the oven 13, and 14 is ionized beryllium. This is an extraction electrode that extracts the vapor 10 as an ion beam 9.

次に動作について説明する。Next, the operation will be explained.

オーブン13内にイオン化させる物質であるベリリウム
12を入れ、ヒータ13aによりオーブン13を加熱す
ると上記へリリウム12が溶融。
When beryllium 12, which is a substance to be ionized, is placed in the oven 13 and the oven 13 is heated by the heater 13a, the helillium 12 is melted.

気化してベリリウム蒸気10が発生し、該茎気10はガ
ス導入孔1aを通って容器1内に導入される。そして誘
導コイル16によりRF放電が発生し、また同時に33
21人、 6449人のレーザビームB3、B5が窓3
aを介して、また1、46μのレーザビームB4が窓3
bを介して上記容器1内に導入され、さらに電極5,6
に電圧が印加されてパルス電界が発生し、これにより蒸
気IOは基底状態2s(1S)から励起状態2+)(3
PO)、3s(3S)、3p (3PO)を経てリュ〜
ドヘルグ状態12d(3D)に階段状に励起され、さら
に該リュードベルグ状態12d(3D)にあるベリリウ
ム蒸気10の電子が自由電子となり、これによりイオン
生成空間4にベリリウムイオンが生成され、該ベリリウ
ムイオンは引き出し電極14によってイオンビーム9と
して放出される。
The beryllium vapor 10 is vaporized and is introduced into the container 1 through the gas introduction hole 1a. Then, an RF discharge is generated by the induction coil 16, and at the same time 33
21 people, 6449 people laser beams B3 and B5 are window 3
Through a, a laser beam B4 of 1,46μ is also applied to the window 3.
b into the container 1, and further electrodes 5, 6.
A voltage is applied to generate a pulsed electric field, which causes the vapor IO to change from the ground state 2s (1S) to the excited state 2+) (3
Ryu through PO), 3s (3S), 3p (3PO)
The electrons of the beryllium vapor 10 in the Rydberg state 12d (3D) are excited stepwise into the Rydberg state 12d (3D) and become free electrons, thereby generating beryllium ions in the ion generation space 4. is emitted as an ion beam 9 by the extraction electrode 14.

第4図は本発明の第3の実施例によるイオンビーム発生
装置におけるレーザ発振装置の構成例であり、第5図は
その色素セルを部を示す。
FIG. 4 shows an example of the configuration of a laser oscillation device in an ion beam generator according to a third embodiment of the present invention, and FIG. 5 shows a part of the dye cell.

本発明において階段状に元素を励起させるためには複数
の各々特定周波数のレーザビームが必要であり、該複数
のレーザビームは同期させる必要がある訳であるが、第
4図及び第5図はその同期方法の一例を示すものである
In the present invention, in order to excite elements stepwise, a plurality of laser beams each having a specific frequency are required, and the plurality of laser beams must be synchronized. An example of the synchronization method is shown below.

図において、21はレーザ発振装置20の反射鏡セル、
22は2個の色素セル、23は1本のフランシュランプ
、24は鏡、25は平面鏡、26は回折格子、ω1.ω
2はレーザビームである。
In the figure, 21 is a reflector cell of the laser oscillation device 20;
22 is two dye cells, 23 is one Franche lamp, 24 is a mirror, 25 is a plane mirror, 26 is a diffraction grating, ω1. ω
2 is a laser beam.

本レーザ発振装置20では、1本のフランシュランプ2
3により2個の色素セル22が励起され、これにより波
長の異なる色素レーザビームω1゜ω2が同期して発振
される。そして本実施例装置では2つのレーザビームω
1.ω2によりイオン化すべき物質を準安定状態から中
間状態を経て上記リュードベルグ状態に階段状に共鳴励
起することとなる。
In this laser oscillation device 20, one Franche lamp 2
3, the two dye cells 22 are excited, whereby dye laser beams ω1°ω2 having different wavelengths are synchronously oscillated. In this example device, two laser beams ω
1. Due to ω2, the substance to be ionized is resonantly excited stepwise from a metastable state to an intermediate state to the Rydberg state.

上記レーザビームω1.ω2の波長を異なるものとする
には、上記2(Ili!の色素セル22として異なる色
素のものを使用して波長を変えたり、また該2個の色素
セル22として同じ色素のものを使用し、平面鏡25と
回折格子26との配位角θ1゜θ2により波長を相互に
変えたりすることができ、このようにしてイオン化させ
る物質に共鳴させる波長を選択でき、かつ各レーザビー
ムを相互に時間同期でき、その結果物質を階段状に励起
できる。
The above laser beam ω1. In order to make the wavelength of ω2 different, the wavelength can be changed by using different dyes as the dye cell 22 of 2 (Ili!), or the same dye can be used as the two dye cells 22. The wavelengths can be mutually changed by adjusting the coordination angles θ1 and θ2 between the plane mirror 25 and the diffraction grating 26. In this way, the wavelength that resonates with the substance to be ionized can be selected, and the time of each laser beam can be changed. It can be synchronized and, as a result, matter can be excited in a stepwise manner.

また上記フラッシュランプ23の始動と、上記電極5,
6あるいは誘導コイル16への電圧印加を同時に行なう
ことにより、レーザビームと電界あるいはRF放電とを
時間的に同期できることとなる。
In addition, the above-mentioned flash lamp 23 is started, and the above-mentioned electrode 5,
6 or the induction coil 16 at the same time, the laser beam and the electric field or RF discharge can be temporally synchronized.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

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ガス放電によりその比較
的下位の励起状態に励起し、レーザビームの照射により
該励起状態からりュードベルグ状態に共鳴光励起し、さ
らに上記物質を電界印加により該励起状態からイオン状
態にするようにしたので、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。
As described above, according to the ion beam generator of the present invention, the substance to be ionized is excited to a relatively lower excited state by gas discharge, and the substance to be ionized is resonated from the excited state to the Rydberg state by laser beam irradiation. Since the substance is photoexcited and then brought from the excited state to the ion state by applying an electric field, the ionization efficiency and ion selectivity can be greatly improved.

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

第1図はベリリ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図は本発明の第3の実施例によるイオ
ンビーム発生装置のレーザビーム発生部の概略構成図、
第5図はそのフランシュランプ、色素セル部分を示し、
第5図(alばその断面側面図、第5図中)はその断面
正面図である。 1.13・・・容器、15・・・電界発注部、16・・
・ガス放電発生部、20・・・レーザビーム発生部、2
2・・・色素レーザ、23・・・フランシュランプ、B
1−B5・・・レーザビーム。 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
FIG. 1 is an energy phase diagram of a singlet system of beryllium neutral atoms, FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a shower type ion beam generator according to the first embodiment of the present invention, and FIG. A schematic configuration diagram of a focused ion beam generation device according to an embodiment, FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a laser beam generation section of an ion beam generation device according to a third embodiment of the present invention,
Figure 5 shows the Franche lamp and dye cell part.
FIG. 5 (a cross-sectional side view of the same, shown in FIG. 5) is a cross-sectional front view thereof. 1.13... Container, 15... Electric field ordering section, 16...
- Gas discharge generating section, 20...Laser beam generating section, 2
2... Dye laser, 23... Franche lamp, B
1-B5...Laser beam. Note that the same reference numerals in the figures indicate the same or equivalent parts. Agent Masuo Oiwa

Claims (1)

【特許請求の範囲】 (1) 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レーザビームを照射するレーザビー
ム発生部と、上記容器内の上記物質に電界を印加する電
界発生部と、上記容器内の上記物質雰囲気中でガス放電
を発生するガス放電発生部とをUηえ、上記物質のイオ
ンビームを発生する装置において、上記ガス放電発生部
はガス放電により上記物質をエネルギ準位の基底状態か
ら比較的下位の励起状態に励起するものであり、上記レ
ーザビーム発生部はフラッシュランプと、これにより励
起され上記物質を上記比較的下位の励起状態からりュー
ドヘルグ状態に共鳴光励起するような波長を有するレー
ザビームを発生するレーザとからなるものであり、上記
電界発生部は上記物質をシュタルク効果によりリュード
ベルグ状態からイオン状態とする電界を発生するもので
あることを特徴とするイオンビーム発生装置。 (2)上記レーザビーム発生部は、上記物質を上記比較
的下位の励起状態から中間状態を経て上記リュードヘル
グ状態に階段状に共鳴励起するような波長の異なる複数
のレーザビーム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)上記レーザビーム発生部は、1つのフラッシュラ
ンプと、該フランシュランプからの光により励起される
相互に時間同期可能な複数のレーザ発振セルとからなる
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)上記レーザビーム発生部のレーザとして、eL長
可変レーザを用いたことを特徴とする特許請求の範囲第
1項ないし第3項のいずれかに記載のイオンビーム発生
装置。 (5)上記レーザビーム発生部のレーザとして、色素レ
ーザを用いたことを特徴とする特許請求の範囲第1項な
いし第3項のいずれかに記載のイオンビーム発生装置。 (6)上記レーザビーム発生部のレーザとして、アレキ
サンドライトレーザ等の固体レーザ又は該固体レーザか
らの高調波によって励起される色素レーザのいずれか一
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
1項ないし第3項のいずれかに記載のイオンビーム発生
装置。 (7)上記比較的下位の励起状態が準安定状態であるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第1項ないし第6項のい
ずれかに記載のイオンビーム発生装置。 (8)上記電界発生部のシュタルク効果によりイオン化
させる電界がイオンをビームとして引き出す引き出し電
界を兼ねていることを特徴とする特許請求の範囲箱1項
ないし第7項のいずれかに記載のイオンビーム発生装置
。 (9)上記ガス放電発生部は、高周波(RF)放電を発
生せしめ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8項のいずれかに記載のイオンビーム発
生装置。 αΦ 上記物質は、化合物又は分子状態のガスとして上
記容器内に導入され、上記ガス放電は、上記容器内に導
入された物質を中性原子状態にするためのガス放電を兼
ねていることを特徴とする特許請求の範囲第1項ないし
第9項のいずれかに記載のイオンビーム発生装置。 (11)上記各レーザビーム、ガス放電、電界は、これ
らのうちの少なくこともいずれか2つの位相が時間的に
同期でき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10項のいずれかに記載のイオンビーム
発生装置。 (12)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内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11項のいず
れかに記載のイオンビーム発生装置。
[Claims] (1) A container containing a substance to be ionized, a laser beam generator that irradiates the substance in the container with a laser beam, and an electric field that applies an electric field to the substance in the container. In an apparatus for generating an ion beam of the substance, the gas discharge generating unit includes a gas discharge generating unit that generates a gas discharge in an atmosphere of the substance in the container, and the gas discharge generating unit generates the substance by gas discharge. It excites the energy level from the ground state to a relatively lower excited state, and the laser beam generating section is excited by a flash lamp and causes the substance to resonate from the relatively lower excited state to the Lyudhelg state. and a laser that generates a laser beam having a wavelength that causes optical excitation, and the electric field generating section generates an electric field that changes the substance from the Rydberg state to the ionic state by the Stark effect. Ion beam generator. (2) The laser beam generating section generates a plurality of laser beams having different wavelengths to resonantly excite the substance stepwise from the relatively lower excited state to the Ludherg state via an intermediate state. An ion beam generator according to claim 1, characterized in that: (3) The laser beam generating section is comprised of one flash lamp and a plurality of mutually time-synchronizable laser oscillation cells excited by light from the Franche lamp. The ion beam generator according to item 1 or 2. (4) The ion beam generating device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that a variable eL length laser is used as a laser in the laser beam generating section. (5) The ion beam generating device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that a dye laser is used as a laser in the laser beam generating section. (6) A claim characterized in that the laser of the laser beam generating section is one or both of a solid-state laser such as an alexandrite laser and a dye laser excited by harmonics from the solid-state laser. The ion beam generator according to any one of Items 1 to 3. (7) The ion beam generator according to any one of claims 1 to 6, wherein the relatively lower excited state is a metastable state. (8) The ion beam according to any one of claims 1 to 7, wherein the electric field for ionization due to the Stark effect of the electric field generating section also serves as an extraction electric field for extracting ions as a beam. Generator. (9) The ion beam generating device according to any one of claims 1 to 8, wherein the gas discharge generating section generates radio frequency (RF) discharge. αΦ The substance is introduced into the container as a gas in a compound or molecular state, and the gas discharge also serves as a gas discharge to bring the substance introduced into the container into a neutral atomic state. An ion beam generator according to any one of claims 1 to 9. (11) Claims 1 to 10 are characterized in that the phases of at least any two of the laser beams, gas discharges, and electric fields can be temporally synchronized. 2. The ion beam generator according to any one of paragraphs. (12) The substance is introduced into the container as a vapor generated by heating and vaporizing a solid or liquid substance. ion beam generator.
JP59093486A 1984-05-08 1984-05-08 Ion beam generating apparatus Pending JPS60235338A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP59093486A JPS60235338A (en) 1984-05-08 1984-05-08 Ion beam generating apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP59093486A JPS60235338A (en) 1984-05-08 1984-05-08 Ion beam generating apparatus

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPS60235338A true JPS60235338A (en) 1985-11-22

Family

ID=14083674

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP59093486A Pending JPS60235338A (en) 1984-05-08 1984-05-08 Ion beam generating apparatus

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS60235338A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4692627A (en) Ion beam generator
US4716295A (en) Ion beam generator
JPS60235338A (en) Ion beam generating apparatus
JPS60235346A (en) Ion beam generating apparatus
JPS60235347A (en) Ion beam generating apparatus
JPS6127038A (en) Ion beam generator
JPS60208035A (en) Ion beam generator
JPS60235342A (en) Ion beam generating apparatus
JPS60235339A (en) Ion beam generating apparatus
JPS60211752A (en) Ion beam generation device
JPS60235345A (en) Ion beam generating apparatus
JPS60208025A (en) Ion beam generator
JPS60208038A (en) Ion beam generator
JPS60208037A (en) Ion beam generator
JPS60235340A (en) Ion beam generating apparatus
JPS60235341A (en) Ion beam generating apparatus
JPS6127040A (en) Ion beam generator
JPS60208033A (en) Ion beam generator
JPS60208034A (en) Ion beam generator
JPH0441458B2 (en)
JPS60235337A (en) Ion beam generating apparatus
JPS6127042A (en) Ion beam generator
JPH0518220B2 (en)
JPS6127039A (en) Ion beam generator
JPS60235343A (en) Ion beam generating apparatus