JPS61208799A - 高速原子線源装置 - Google Patents

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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は効率良く簡便に高速原子線を得る高速原子線源
装置に関する。

く従来の技術〉 高速原子線を得る従来の方法としては、イオン線に熱電
子線を照射してイオンと電子との結合により、イオンを
中和して高速原子線とする方法がある。もう一つの方法
としては、高密度ガス原子・分子の充満した電荷交換器
にイオン線を導いて、イオン線をガス分子に衝突させる
ことによシ、イオンから電荷を失わせて高速原子線とす
るものである。

〈発明が解決しようとする問題点〉 上述した従来の方法にあっては、イオン線を得るイオン
源及び熱電子線を供給する熱電子源が必要であり、又は
高密度ガス原子・分子を導入した電荷変換器等が必要で
あシ、装置が複雑かつ高価なものとなっていた。更にイ
オン線から高速原子線に変換される効率が、数チル２０
％程度と非常に低いのが欠点であった。本発明は、上述
した従来の技術に鑑み、簡便・安価しかも効率良く高速
原子線を得ることのできる高速原子線源装置を提供する
ことを目的とする。

く問題点を解決するための手段〉 斯かる目的を達成する本発明に係る高速原子線源に係る
構成はアノードの両側にカソードを各々配置して該カソ
ードに対してアノードを高電位に保持することにより、
アノード。

カソード間にグロー放゛亀ヲ生起すると共に前記アノー
ドを中心として両カンード間で原子を振動させる一方、
前記カソードに粒子線引き出し口及び該粒子線引き出し
口に直結する筒状をなす中性化機構を設けることにより
、該引き出し口を通過したイオンを該中性化機構の内壁
に衝突させて高速原子線とすることを特徴とするもので
ある。

く作用〉 アノードを中心として両カンード間で振動する原子がガ
ス分子と衝突してプラズマが形成されることとなシ、こ
のプラズマ中のプラスイオンはカソードに引き付けられ
て加速する。そしてプラスイオンは、粒子線引き出し口
を通って中性化機構に入射し、中性化機構内においてｔ
ａ１壁に衝突する。側壁に衝突したイオンは、側壁から
イオン衝撃により生じた二次電子と結合して中和し高速
原子線となるか、あるいは側壁に衝突する際に電荷変換
を行い、高速原子線となるのである。

〈実施例〉 以下、本発明の一実施例について詳細に説明する。

第１図に、本発明の一実施例に係る高速原子線源装置を
示す。同図に示されるように、中空な円柱体であるカソ
ードケースの両端面がカソード３，４となると共にこの
カソード３．４が接地される一方、カソード４にはガス
導入口１が設けられている。カソードケースの内部には
、その中央における上方及び下一方に各々九禅状をなす
アノード２が配置され、外部に浪けられた電源８に接続
している。一方、カソード３の中央には粒子線引き出し
口５が設けられ、この粒子線引き出し口５に円筒状をな
す中性化機構６が直結されている。

上記構成を有する本実施例の高速原子線源装置は次の様
に使用する。

まず、ガス導入口１からカソードケース内に不活性ガス
又は活性ガスを導入して１Ｏ−１Ｔｏｒｒ〜１０　　Ｔ
ｏｒｒ程度とし、カソード３，４に対してアノード２を
数１００ｖから数ｋＶの高電位に保持する。すると、ア
ノード２．カソード３，４間でクロー放電が生起する一
方、この時カソード３，４から放出された電子がアノー
ド２へ向けて加速し、２本のアノード２の中間を通シ越
して反対側のカソード４゜３へ達して速度を失い、更に
アノード２へ向けて加速されて上述した振舞を繰シ返す
。いわゆるパルクハウゼンークルツの振動と名づけられ
る高周波振動がアノード２を中心としてカソード３，４
間で行われることとなシ、このように振動する電子がガ
ス分子と衝突して、４効果的にプラズマが形成されるこ
ととなる。形成されるプラズマ中のプラスイオンは□カ
ソード３．４に引き付けられて加速し、粒子線引き出し
口５を通って円筒状をなす中性化機構６に入射すること
となる。入射したイオン線が中性化機構６内における側
壁に衝突すると、９Ｉｌ１ｍからイオン衝撃によシ生じ
た二次電子と結合して中和し、高速原子線となる。

また、イオン線が中性化機構６の側壁に衝突する際に電
荷変換を行い、高速原子線となることもある。更にバル
クハウゼンークルツの振動を行っている電子が速度０と
なるカソード３付近で、イオンに結合してこれを中和し
、高速原子を作ることとなる。このような主なメカニズ
ムによシ、イオン線が高速原子線となって中性化機構６
から真空中へ放射されることとなる。

尚、中性化機構６の材質としては、二次電子放射比が高
く、かつスパッタ率が小さなものが望しい。二次電子放
射比が高ければ、イオンと再結合して高速原子とする確
率が大きくなシ、中性化機構構成原子による汚染を防ぐ
ことができるからである。本実施例では、二次電子放射
比が０．５程度と高く、かつスパツタ率が０．１程度と
低い焼結グラフアイ）Ｋよシ中性化機構６を構成した。

また、本実施例では、アノード２として２本の棒状のも
のを使用したが、バルクハウゼンークルツの振動をする
原子やカソード３に向って加速するイオンの障害となら
なければ、円環状その他の形状のものを使用することが
できる。更に、本実施例では粒子線引き出し口５及び中
性化機構６はカソード３のみに設けられていたが、これ
に限らず双方のカソード３，４に設けても良い。

次に１上記実施例の高速原子線源装置にりいて実測した
中性化率について説明する。中性化率とは高速原子線源
装置にＡｒガスを導入した場合に線源から引き出される
イオン線、高速原子線からなる粒子線中における高速原
子線の割合をいう。

中性化率の実測には第２図に示す装置を使用した。同図
に示されるように、中性化機構６の出口側においては二
枚のスリン）　９　、１０が平行に設置されると共にこ
れらスリット９゜１０の間における上方及び下方に平行
平板壓の偏向電極１１．１２を配置してなるものであシ
、偏向電極１１．１２に印加される電圧Ｖｄを変化させ
て、コレクタ１３に流れる電流ｉを測定できるようにな
っている。ここで粒子線中に電子が含まれていないと仮
定すれば中性化ＩＫＲ１ｏは次式（１）で表わされる。

五〇 但し、Ｎｏはコレクタに流入する高エネルギ粒子のイオ
ン電流換算値、 Ｎ＋はコレクタに流入するイオンビ ーム電流値、 δは二次電子放射比、 ｉ６は偏向電圧ｖｄ＝ｏの時のコレク タ電流、 ｉ（１は偏向電圧を印加した時のコレ クタ電流の飽和値である。

第３図に、偏向電圧Ｖｄを変化させた場合におけるコレ
クタ電流ｌの変化を２つの作動条件について示すように
、いずれの作動条件においてもｌ。Ｓｌｄであシ、これ
を（１）式に代入するとＲｎ６　、’ｑ　ｌとなる。即
ち、本発明によれば中性化率はぼ１００チの高速原子線
を引き出すことができるのである。

〈発明の効果〉 以上実施例に基づいて具体的に説明したように本発明を
適用した高速原子線源装置によれば、高速原子線を、安
価・簡便に、かつ効率良く引き出すことができる。高速
原子線は、電荷を持たないので、これを絶縁性の試料に
照射した場合、表面帯電など表面電位の影響を受けるこ
となく、エツチング、スパッタリング、イオン注入など
の加工が進行する利点がある。半導体試料に照射した場
合でもイオン線などの場合に問題となる、界面電荷密度
の上昇を伴なう表面損傷を生じにくい利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明装置の一実施例の断面図、第２図は、
中性化率測定のための実験装置の構成図、第３図は、本
発明装置の中性化率測定実験の結果を示すグラフである
。 図面中、 １はガス導入口、２はアノード、３，４はカソード、５
は粒子線引き出し口、６は中性化機構、７は高速原子線
、８は電源、９．１０はスリット、１１．１２は偏向電
極、１３はコレクタである。 時計出願人　日本電信電話公社 代理人　弁理士　光石士部（他１名） 第１図 一一一一一一 亀 〜 第３図 偏向電圧（ｋＶ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. アノードの両側にカソードを各々配置して該カソードに
   対してアノードを高電位に保持することにより、アノー
   ド、カソード間にグロー放電を生起すると共に前記アノ
   ードを中心として両カソード間で原子を振動させる一方
   、前記カソードに粒子線引き出し口及び該粒子線引き出
   し口に直結する筒状をなす中性化機構を設けることによ
   り、該引き出し口を通過したイオンを該中性化機構の内
   壁に衝突させて高速原子線とすることを特徴とする高速
   原子線源装置。