JPS60235342A - Ion beam generating apparatus - Google Patents

Ion beam generating apparatus

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JPS60235342A
JPS60235342A JP59093490A JP9349084A JPS60235342A JP S60235342 A JPS60235342 A JP S60235342A JP 59093490 A JP59093490 A JP 59093490A JP 9349084 A JP9349084 A JP 9349084A JP S60235342 A JPS60235342 A JP S60235342A
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JP
Japan
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laser
ion beam
substance
state
electric field
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Application number
JP59093490A
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
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Filing date
Publication date
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Publication of JPS60235342A publication Critical patent/JPS60235342A/en
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    • 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

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Abstract

PURPOSE:To sharply improve ionization efficiency and ion selectivity by exciting a substance to be ionized to a comparatively lower excitation condition by gas discharge, exciting thereafter the substance by resonant light excitation to Rydberg condition through irradiation of laser beam and then ionizing it with application of electric field. CONSTITUTION:The beryllium vapor 10 is supplied to a vessel 1 from a gas supply port 1a. The RF discharge is generated by an induction coil 16, simultaneously a trigger pulse is applied to respective lasers from a pulse generating circuit in the laser beam generating part, thereby each laser oscillates and a voltage is applied and a voltage is applied to electrodes 5 and 6 in synchronization with laser oscillation. The electrons generated by RF discharge collide with the beryllium vapor 10, the laser beams B3-B5 cross at the ion producing space 4 within the vessel 1. Thereby, the beryllium vapor 10 is resonant-excited step by step to Rydberg condition and finally the vapor is ionized by the pulse field generated from the field 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B1.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リ、即ち基底
状態2S(Is)にあるベ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 (i 
po)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(1D)に共鳴励起し、さ
らに4573人のレーザビーム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
573 people's two laser beams B1. This is a method of irradiating beryllium vapor to be ionized with B2, that is, beryllium atoms in the ground state 2S (Is) are first ionized into 2349
The first excited state 2p (i
po), then resonantly excited to energy level 3d (1D) by the laser beam B2 of 4573 people, and further ionized by the laser beam B2 of 4573 people.

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態2p(3P
O)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ベ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.
Beryllium vapor is transformed into a metastable state 2p (3P) by gas discharge.
O) is resonantly excited to a dominant state, and the laser beam, the first
In the example shown, the wavelength is 3321 people, 1.46μ, 6449
Resonantly exciting the excited vapor from this excited state to the Rydberg state using three human laser beams B3 to B5,
Furthermore, unlike conventional ionization methods, beryllium vapor is not brought into a free electronic state, that is, an ion state, by a laser beam, B2 in the example shown in Figure 1, but is changed from the excited state to an ionic state by an electric field expressed by the following equation. do.

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 where 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によりベ
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 inventive device, the collision cross section for ionization is several orders of magnitude higher than in the conventional ionization method, in which beryllium vapor is directly ionized from the energy level 3d (ID) using a laser beam B2 with a wavelength of 4573. . 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.In this case, various types of substances to be ionized can be introduced into the ion beam generation container in advance. 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には、図示し
ていないが、3つのレーザと、該各レーザの発振のトリ
ガとなる電気信号パルスを発生するパルス発生回路とが
設けられており、上記レーザとしては、波長可変レーザ
、色素レーザ、自由電子レーザ、アレキサンドライトレ
ーザ等の固体レーザ又はエキシマ、窒素等の気体レーザ
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. Although not shown, the laser beam generation section is provided with three lasers and a pulse generation circuit that generates an electric signal pulse that triggers the oscillation of each laser, and the lasers include: A solid laser such as a wavelength tunable laser, a dye laser, a free electron laser, an alexandrite laser, or a gas laser such as an excimer or nitrogen 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
せしめる電界発生部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放電発生部となっている。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 serves as an RF discharge generating section that generates electric 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。まず容器1にガス導入孔1aからベ
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
ーム発生部において、そのパルス発生回路から各レーザ
にトリガパルスが与えられ、これにより各レーザが発振
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、6aから電圧が印加される。
Let us consider the case where a beryllium ion beam is generated by the apparatus of this embodiment. First, 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, a trigger pulse is given to each laser from the pulse generation circuit in the laser beam generation section, which causes each laser to oscillate, and is further synchronized in time with the laser oscillation. A voltage is applied to each of the electrodes 5 and 6 from terminals 5a and 6a.

するとこれにより、上記基底状態2s(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
結果該ヘリリウム蒸気10は準安定状態2p(3PO)
に励起される。また上記レーザの発1辰により3321
人、 6449人のレーザビームB3、B5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B
3〜B5が容器1内のイオン生成空間4において交差し
、これにより上記へリリウム蒸気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tm3s(3S)に共鳴励起され、さらに1.46
μのレーザビームB4により上記励起状態33(”S)
から励起状態3p(3PO)に励起され、さらに644
9 Aのlノ=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。
As a result, electrons caused by the RF discharge collide with the beryllium vapor 10 in the ground state 2s (IS), and as a result, the helium vapor 10 enters the metastable state 2p (3PO).
is excited. Also, due to the emission of one of the above lasers, 3321
Laser beams B3, B5 of 6449 people are introduced into the container l through window 3a, and laser beam B4 of 1,46μ is similarly introduced through window 3b, each beam B
3 to B5 intersect in the ion generation space 4 in the container 1, whereby the helium vapor 10 is resonantly excited from the metastable state 2p (3PO) to the excited state tm3s (3S) by the 3321 laser beam B3, Another 1.46
The excited state 33 ("S) is
is excited to the excited state 3p (3PO), and further 644
The vapor is resonantly excited stepwise to the Rydberg state 12d (3D) by the beam B5 of 9 A, and finally the excited vapor is ionized by the pulsed electric field from the electric field generator 15. 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.
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、しかもその量
かへ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 explanation of operation 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, impurities other than beryllium, such as oxygen, nitrogen, carbon, and hydrogen, are included, and even if the amount is greater than helium, the energy level and wavelength of the laser beam will not match those of the above impurities, etc. In this way, 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すすることはなく、その結
果イオンビームを照射する対象試別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 is performed by resonant optical excitation. 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, for example, 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の外周に設けられたヒータ、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 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、該蒸気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1G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4、これにより
蒸気10は基底状態2s(Is)から励起状態2p (
3PO)、3s(3S)、3p (3PO)を経てリュ
ードベルグ状態12d(3D)に階段状に励起され、さ
らに該リュードヘルグ状態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。
Beryllium vapor 10 is generated by vaporization, and this vapor 10 is introduced into the container 1 through the gas introduction hole 1a. Then, an RF discharge is generated by the induction coil 1G, 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 an electrode 5.6
A voltage is applied to generate a pulsed electric field 4, which causes the vapor 10 to change from the ground state 2s (Is) to the excited state 2p (
3PO), 3s (3S), and 3p (3PO), the electrons of the beryllium vapor 10 in the Rydberg state 12d (3D) become free electrons, and the electrons in the Rydberg state 12d (3D) become free electrons. Beryllium ions are generated in the ion generation space 4, and the beryllium ions are transferred to the ion beam 9 by the extraction electrode 14.
released as.

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る。
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.

本発明におけるイオン生成のためのレーザビ−ム、電界
及びRF放電は時間的に同期され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
ザビームももちろん同期させる必要がある訳であるが、
第4図はその同期方法の一例を示すものである。
In order to temporally synchronize the laser beam, electric field, and RF discharge for ion generation in the present invention, a plurality of laser beams each having a specific frequency are required, and the plurality of laser beams also need to be synchronized. For some reason,
FIG. 4 shows an example of the synchronization method.

本レーザ発振装置20は、3台の波長の異なるレーザ2
2,23.24と、該各レーザ22〜24にレーザ発振
のトリガとなる電気信号パルスを与える1台のトリガ発
生器21とから構成されている。このように各レーザ2
2〜24を1台のトリガ発生器21からのトリガパルス
によって発振させるように構成したことにより、発振す
るレーザビームω1.ω2.ω3は時間的に同期された
ものとなる。そして上記トリガ発生器21のパルスの発
生と、上記電極5.6及び誘導コイル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及びR
F放電とを時間的に同期できることとなる。
This laser oscillation device 20 includes three lasers 2 with different wavelengths.
2, 23, and 24, and one trigger generator 21 that provides each of the lasers 22 to 24 with an electric signal pulse serving as a trigger for laser oscillation. In this way, each laser 2
2 to 24 are configured to be oscillated by a trigger pulse from one trigger generator 21, the oscillating laser beam ω1. ω2. ω3 becomes temporally synchronized. By simultaneously generating pulses from the trigger generator 21 and applying voltage to the electrodes 5.6 and induction coil 16, the laser beam, electric field, and R
This means that the F discharge can be temporally synchronized.

第5図は本発明の第4の実施例によるイオンビーム発生
装置のレーザ発振装置の構成例であり、図において、2
5〜27は固体し〜ザのレーザヘッド、28はフラッシ
ュランプ電源、29はQスイッチのボッケルセル電源で
あり、該両型源28゜29は各レーザ25〜27をトリ
ガするトリガ手段30となっている。この実施例では、
各レーザヘッド25〜27が上記1組の電源28.29
を共用しているので、発振するレーザビームω1〜ω3
は時間的に同期されたものとなる。
FIG. 5 shows a configuration example of a laser oscillation device of an ion beam generator according to a fourth embodiment of the present invention.
5 to 27 are solid-state laser heads, 28 is a flash lamp power supply, and 29 is a Q-switch Bockel cell power supply, and both types of sources 28 and 29 serve as trigger means 30 for triggering each laser 25 to 27. There is. In this example,
Each laser head 25 to 27 is connected to one set of power supplies 28 and 29.
Since the oscillating laser beams ω1 to ω3
are 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
ンビーム発生装置ル−ザビーム発生部のブロツク図、第
5図は本発明の第4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ブロツク図である。 1.13・・・容器、15・・・電界発生部、16・・
・ガス放電発生部、20・・・レーザビーム発生部、2
2〜27・・・レーザ、B1〜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 ++++2彎〜Lす+I)イうt−ぐ律「呵〜I、町V
争メ〜−−−−デー央噌イhml師−v−1もtつ物−
一慢−41−−1−鴫一第3図
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 generator according to an embodiment, FIG. 4 is a block diagram of a loser beam generating section of an ion beam generator according to a third embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 2 is a block diagram of a laser beam generation section of an ion beam generation device according to an embodiment. 1.13... Container, 15... Electric field generating section, 16...
- Gas discharge generating section, 20...Laser beam generating section, 2
2-27...Laser, B1-B5...Laser beam. Note that the same reference numerals in the figures indicate the same or equivalent parts. Agent Masuo Oiwa++++2彎〜LS+I)Iut-guritsu ``呵〜I、Machi V
Conflict mail~----De Osoi HML master-V-1 is also a thing-
Ichicho-41--1-Shukuichi Figure 3

Claims (1)

【特許請求の範囲】 (11−f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
ザビーム発生部はレーザ発振のトリガとなる電気信号を
発生するトリガ手段と、上記物質を上記比較的下位の励
起状態からりュードベ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
を発生ず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ベル
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のレーザとして、エキ
シマ、窒素等の気体レーザ又は該気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、波長可
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
項又は第2項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
又は第2項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項又は第2項記載のイオンビーム発生装置。 (7) 上記レーザビーム発生部のレーザとして、自由
電子レーザを用いたことを特徴とする特許請求の範囲第
1項又は第2項記載のイオンビーム発生装置。 (8)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7項のい
ずれかに記載のイオンビーム発生装置。 (9)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
。 Ql 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9項のいずれかに記載のイオンビーム発
生装置。 (11)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10項のいずれかに記載のイオンビーム発生装置。 (12)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11項のいずれかに記載のイオンビーム
発生装置。 (13)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12項のいず
れかに記載のイオンビーム発生装置。
[Scope of Claims] (11-f) A container containing a substance to be turned on, a laser beam generating section 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 an electric field generating unit that generates a gas discharge in an atmosphere of the substance in the container, and the gas discharge generating unit generates an ion beam of the substance by gas discharge. The laser beam generating section includes a trigger means for generating an electric signal to trigger laser oscillation, and a trigger means for generating an electric signal to trigger laser oscillation, and a trigger means for exciting the substance from the ground state of the energy level to a relatively lower excited state. The electric field generator generates an electric field that changes the substance from the Rydberg state to the ionic state by the Stark effect. (2) The laser beam generating section resonantly excites the substance from the relatively lower excited state to the Rydberg state via an intermediate state in a stepwise manner. The ion beam generator according to claim 1, wherein the ion beam generator generates a plurality of laser beams having different wavelengths. (3) As the laser of the laser beam generator, excimer, nitrogen, etc. The ion beam generator according to claim 1 or 2, characterized in that the ion beam generator uses either one or both of a gas laser and a dye laser excited by harmonics from the gas laser. 4) Claim 1, characterized in that a wavelength tunable laser is used as the laser of the laser beam generating section.
The ion beam generator according to item 1 or 2. (5) The ion beam generating device according to claim 1 or 2, 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 item 1 or 2. (7) The ion beam generating device according to claim 1 or 2, wherein a free electron laser is used as a laser in the laser beam generating section. (8) The ion beam generator according to any one of claims 1 to 7, wherein the relatively lower excited state is a metastable state. (9) The ion beam according to any one of claims 1 to 8, characterized in that 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. Ql The ion beam generating device according to any one of claims 1 to 9, wherein the gas discharge generating section generates radio frequency (RF) discharge. (11) The substance is introduced into the container as a compound or molecular gas, 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 10, characterized in that: (12) Claims 1 to 11 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. (13) The substance is introduced into the container as a vapor generated by heating and vaporizing a solid or liquid substance. ion beam generator.
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