JPS60235343A - イオンビ−ム発生装置 - Google Patents

イオンビ−ム発生装置

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JPS60235343A
JPS60235343A JP9349184A JP9349184A JPS60235343A JP S60235343 A JPS60235343 A JP S60235343A JP 9349184 A JP9349184 A JP 9349184A JP 9349184 A JP9349184 A JP 9349184A JP S60235343 A JPS60235343 A JP S60235343A
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JP
Japan
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ion beam
substance
synchrotron radiation
state
gas discharge
Prior art date
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Pending
Application number
JP9349184A
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English (en)
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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Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
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Pending legal-status Critical Current

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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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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Analytical Chemistry (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。

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。
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。
〔従来技術〕
従来、イオンビーム発生装置によるイオン発住方法とし
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
、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、特に光と
してレーザ光でなくシンクロトロン放射光を使うものに
関するものである。
〔発明の概要〕
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。
〔発明の実施例〕
まず本発明装置におけるイオン化方法をマグネシウムイ
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図はマグネシウム中性原子のエ
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2853人。
5528人の2本のレーザビームBl、B2をイオン化
させたいマグネシウム蒸気に照射する方法であり、即ち
基底状態3s(Is)にあるマグネシウム原子をまず2
853人のレーザビームB1により第1励起状態3p(
IPG)に共鳴励起し、その後5528人のし〜ザビー
ムB2によりエネルギ準位3d (I D)に共鳴励起
し、さらに2853人のレーザビームB1でイオン化さ
せるものである。
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
方法と異なる点は、最終励起状態をリュードベルク状態
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、がっ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
マグネシウム蒸気を基底状態から高励起状態に励起でき
る。さらに該励起蒸気をイオン化するには、グロー放電
あるいは高周波(RF)放電を用い、この励起状態から
シュタルク効果によりイオン化を行なうものであり、こ
の点も従来のイオン化方法と異なる。
この発明装置におけるイオン化方法の場合、従来のイオ
ン化方法がエネルギ準位3d(ID)から直接イオン化
させるのに比べ、共鳴のみを用いているのでイオン化さ
せる衝突断面積が数桁以上高い。従って原子を励起する
ためのシンクロトロン放射光の出力エネルギが小さくて
すみ、しかも完全に共鳴のみを使うため該放射光のエネ
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のみをイオン化でき
、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
ことができる利点がある。
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
はアンデュレータを設けてなり、1625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、5.6は上記シンクロトロン放射光B
3を挟んで配置された電極、5a、5aは上記電極5.
6に電圧を印加する端子であり、これらは上記容器1内
において上記物質をイオン化するためのRF放電を発生
するRF放放電体生部15構成している。8は試料、8
a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。なお、上記イオン化電界
が上記引き出し電界を兼ねるようにしてもよい。
次に動作について説明する。
本実施例装置により、マグネシ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
マグネシウム蒸気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からシンクロ
トロン放射光B3が上記容器1内に導入され、これによ
り上記マグネシウム蒸気10ば、該放射光B3により基
底状態3s(IS)からりュードベルグ状態29p (
I PO)に共鳴励起される。
また上記シンクロトロン放射光の導入と時間的に同期し
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、これにより、上記リュードヘルグ状態29’P
(IPO)にあるマグネシウム蒸気10はRF放電によ
るシュタルク効果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マグネシウム蒸気10は
マグネシ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、この場合マグネシウム、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
がマグネシウムより多くても、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、この場合はマグネシウム、のみがイオン化
された純粋なマグネシ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
ギ吸収により温渡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i及び放電条件を変えれば良く、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ば上記
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は上記物質12を蒸発せしめるオーブンと
なっている。。
11はイオン化されたマグネシウム蒸気10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
マグネシウム蒸気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マグネシウム1
2を入れ、ヒータ13aにより容器13を加熱すると上
記マグネシウム12が溶融、気化してマグネシウム蒸気
IOが発生する。そして波長1625人のシンクロトロ
ン放射光B3が上記容器1内に導入されて上記蒸気10
に照射され、また同時に電極5.6に電圧が印加されて
RF放電が発生する。するとこれにより蒸気10は基底
状態3s(IS)からりュードベルグ状態29p(IP
O)に励起され、さらにシュタルク効果によりマグネシ
ウムイオンが生成され、該マグネシウムイオンはマグネ
ット11により発生した磁場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
20の構成例である。図において、21は該シンクロト
ロ・ン放射光発生装置20の線形加速器、22は電子蓄
積リング、23はウィグラー、24は分光系、33は容
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により電子が加速されて電子蓄積リン
グ22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。そして本実施例ではウィグラー2
3を設けたので上記分光系24の波長可変性とは別に波
長可変性の範囲を拡げることができ、多種の物質のイオ
ンビームを発生できる。
〔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りュードベルグ状態に共鳴
光励起し、さらに上記物質をガス放電により該励起状態
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。
【図面の簡単な説明】
第1図はマグネシ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図は本発明に用いるシンクロトロン
放射光発生部の概略構成図である。 1.13.33・・・容器、15・・・ガス放電発生部
、20・・・シンクロトロン放射光発生部、22・・・
電子N積すング、23−・・ウィグラー、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 手続補正書(自発) 特許庁長官殿 − 1事件の表示 特願昭59−93491号2、発明の名
称 イオンビーム発生装置 3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 住 所 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号名 称 
(601)三菱電機株式会社 代表者片山仁八部 4、代理人 住 所 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号5、補正
の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄 6、補正の内容 (11明細書第5頁第6行の「シュタルク効果」を「高
周波放電による電子衝突等」に訂正する。 (2)同第6頁第18行、第9頁第15行、及び第12
頁第6行の「シュタルク効果」を1電子゛ii突等」に
訂正する。 以 上

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. (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、上記容器内の上記物質雰
    囲気中でシンクロトロン放射光と交差するガス放電を発
    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、上記シンクロトロン放射光
    発生部は加速器にウィグラー又はアンアュレータを設け
    てなり上記物質をエネルギ準位の基底状態からりュード
    ベルグ状態に共鳴光励起するような波長を有するシンク
    ロトロン放射光を発生するものであり、上記ガス放電発
    生部はガス放電により上記物質をリュードベルグ状態か
    らイオン状態と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. (2) 上記シンクロトロン放射光発生部は、シンクロ
    トロン放射光としてチャンネリング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. (3) 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リュードベルグ状態
    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項又は第2項記載のイオンビー
    ム発生装置。
  4. (4)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、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. (5)上記加速器として、電子蓄積リング又は電子シン
    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. (6)上記ガス放電発生部は、高周波放電を生ぜしめる
    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5項のいずれかに記載のイオンビーム発生装置。
  7. (7)上記ガス放電発生部は、上記物質がそのリュード
    ベルグ状態からイオン状態になるよう共鳴するような高
    周波電源を有することを特徴とする特許請求の範囲第6
    項記載のイオンビーム発生装置。
  8. (8)上記物質は、化合物又は分子状態のガスとして上
    記容器に導入され、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
    7項のいずれかに記載のイオンビーム発生装置。
  9. (9)上記シンクロトロン放射光とガス放電とは位相が
    時間的に同期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8項のいずれかに記載のイオンビ
    ーム発生装置。 Ol 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9項のいずれかに
    記載のイオンビーム発生装置。
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