JPS6121697B2 - - Google Patents
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- JPS6121697B2 JPS6121697B2 JP57222200A JP22220082A JPS6121697B2 JP S6121697 B2 JPS6121697 B2 JP S6121697B2 JP 57222200 A JP57222200 A JP 57222200A JP 22220082 A JP22220082 A JP 22220082A JP S6121697 B2 JPS6121697 B2 JP S6121697B2
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- Japan
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- ions
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- negative
- ion
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J27/00—Ion beam tubes
- H01J27/02—Ion sources; Ion guns
- H01J27/20—Ion sources; Ion guns using particle beam bombardment, e.g. ionisers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J27/00—Ion beam tubes
- H01J27/02—Ion sources; Ion guns
- H01J27/028—Negative ion sources
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は大きな出力の負イオン流を発生させる
装置に係る。
装置に係る。
当技術分野に於て、負イオン流は、耐火材料を
衝撃によつて機械的に加工するスパツタリング技
術に用いられる。衝撃の結果として材料が侵食さ
れる。この技術はターゲツト材料を正確に機械的
に加工するためのマスク技術とともに用いられ
る。又、イオン衝撃によつて除去した材料を再度
基板上に付着させるスパツタリング付着技術を、
制御された付着パターンを形成するためのマスク
形成工程を用いる事によつて実施する事ができ
る。
衝撃によつて機械的に加工するスパツタリング技
術に用いられる。衝撃の結果として材料が侵食さ
れる。この技術はターゲツト材料を正確に機械的
に加工するためのマスク技術とともに用いられ
る。又、イオン衝撃によつて除去した材料を再度
基板上に付着させるスパツタリング付着技術を、
制御された付着パターンを形成するためのマスク
形成工程を用いる事によつて実施する事ができ
る。
大きな出力の高密度の負イオン流を発生させる
ことは、従来技術に於て困難であつた。従来用い
られている幾つかの技術は、接触又は表面イオン
化方法、電気的ガス放電に於ける電子の付着法、
及び正イオンの衝撃による表面からの負イオンの
放出法等を利用している。
ことは、従来技術に於て困難であつた。従来用い
られている幾つかの技術は、接触又は表面イオン
化方法、電気的ガス放電に於ける電子の付着法、
及び正イオンの衝撃による表面からの負イオンの
放出法等を利用している。
それらの技術のうちの最初の技術に於ては、発
生される負イオンの数を上回る極めて多数の電子
が生じる結果、負イオン流の大きさが制限され
る。大電流の負イオン流に於ては、イオン流から
電子を除去することは難しく、実用的ではない。
負イオンと電子との間の衝突によつて負イオンの
損失が生じる。この型の装置は、Rev.Sci. Instrumentation、第48巻、第171負乃至第172頁
（1977年２月）に於けるN. Kashihira、E.Vietzke及びZellermanによる“負
ハロゲン・イオン源”と題する文献に記載されて
いる。
生される負イオンの数を上回る極めて多数の電子
が生じる結果、負イオン流の大きさが制限され
る。大電流の負イオン流に於ては、イオン流から
電子を除去することは難しく、実用的ではない。
負イオンと電子との間の衝突によつて負イオンの
損失が生じる。この型の装置は、Rev.Sci. Instrumentation、第48巻、第171負乃至第172頁
（1977年２月）に於けるN. Kashihira、E.Vietzke及びZellermanによる“負
ハロゲン・イオン源”と題する文献に記載されて
いる。
ガス放電技術も同様に、所望の負イオンの他
に、他の荷電粒子を発生させる。電子と負イオン
との間の衝突により電子の離脱が生じて、所望の
負イオンでなく中性粒子が生じる。この技術は、 Prebory Tekhnika Ekxperimenta、第４号、
1975年７月〜８月、第21頁乃至第23頁から翻訳さ
れた、A.S.Kucheron等による“負水素イオンの
大出力ビーム形成と題する文献に記載されてい
る。
に、他の荷電粒子を発生させる。電子と負イオン
との間の衝突により電子の離脱が生じて、所望の
負イオンでなく中性粒子が生じる。この技術は、 Prebory Tekhnika Ekxperimenta、第４号、
1975年７月〜８月、第21頁乃至第23頁から翻訳さ
れた、A.S.Kucheron等による“負水素イオンの
大出力ビーム形成と題する文献に記載されてい
る。
負イオンを発生させる第３の技術に於ては、負
イオンを生じる表面に正イオン流が指向されたと
きに、空間電荷効果が生じる。その正イオン・ビ
ームに中和電子が供給されないならば、空間電荷
効果はそのイオン・ビームに流れる電流の大きさ
を制限する。その正イオン・ビームが正イオンを
発生するプラズマからの電子の源で中和される場
合には、そのイオン発生系には大きな負荷が加わ
る。この技術は、J.App.Phys.、第33巻、第3523
頁乃至第3525頁、1961年12月に於けるV.E.Krohn
による“正イオンによつて衝撃した金属表面から
の負イオンの放出”と題する文献に記載されてい
る。
イオンを生じる表面に正イオン流が指向されたと
きに、空間電荷効果が生じる。その正イオン・ビ
ームに中和電子が供給されないならば、空間電荷
効果はそのイオン・ビームに流れる電流の大きさ
を制限する。その正イオン・ビームが正イオンを
発生するプラズマからの電子の源で中和される場
合には、そのイオン発生系には大きな負荷が加わ
る。この技術は、J.App.Phys.、第33巻、第3523
頁乃至第3525頁、1961年12月に於けるV.E.Krohn
による“正イオンによつて衝撃した金属表面から
の負イオンの放出”と題する文献に記載されてい
る。
従つて、従来技術に於いては、大電流の負イオ
ン流の大きさを制限する自由電子の如き不要な粒
子が発生し、空間電荷効果により負イオンの発生
が制限されるという問題があつた。
ン流の大きさを制限する自由電子の如き不要な粒
子が発生し、空間電荷効果により負イオンの発生
が制限されるという問題があつた。
本発明の目的は、正イオンが負イオンを生じる
表面に指向されたときに空間電荷の発生が減少さ
れる、大電流の負イオン流を発生させる装置を提
供することである。
表面に指向されたときに空間電荷の発生が減少さ
れる、大電流の負イオン流を発生させる装置を提
供することである。
本発明の他の目的は、負イオンからの電子の離
脱を生ぜしめる電子又は他の粒子を発生させるこ
となく、負イオン流を発生させる装置を提供する
ことである。
脱を生ぜしめる電子又は他の粒子を発生させるこ
となく、負イオン流を発生させる装置を提供する
ことである。
上記の及び他の目的は、本発明による大電流の
負イオン流を発生させる装置によつて達成され
る。負イオンを放出するターゲツト表面への所定
の軌道に沿つて正イオン流を指向させるために、
正イオン源が設けられており、上記ターゲツト表
面の材料は負イオン及び荷電されていないスパツ
タリング粒子を生じる材料から選択されている。
正イオンを上記ターゲツト表面へ指向させそして
放出された負イオンを該ターゲツトから遠方へ指
向させるために、電界が印加される。
負イオン流を発生させる装置によつて達成され
る。負イオンを放出するターゲツト表面への所定
の軌道に沿つて正イオン流を指向させるために、
正イオン源が設けられており、上記ターゲツト表
面の材料は負イオン及び荷電されていないスパツ
タリング粒子を生じる材料から選択されている。
正イオンを上記ターゲツト表面へ指向させそして
放出された負イオンを該ターゲツトから遠方へ指
向させるために、電界が印加される。
本発明による装置の一実施例に於ては、イオン
化される低圧ガスを用いた正イオン源が、格子を
経て加速された正イオンを生じる。上記格子から
ある距離を置いて、ターゲツトが配置されてお
り、そのターゲツトは該ターゲツトの出口側へ上
記正イオンを通過させる複数の開孔を有してい
る。上記ターゲツトの出口側は、正イオンにより
衝撃されて負イオン及び中性のスパツタリング粒
子を生じる材料より成るターゲツト表面を有して
いる。該ターゲツトの出口側には、該ターゲツト
の開孔を通過した正イオンを上記ターゲツト表面
に衝突する様に指向させる、電界が印加されてい
る。その電界は、上記ターゲツト表面から放出さ
れた負イオンを上記ターゲツトから遠方へ向つて
加速させる。
化される低圧ガスを用いた正イオン源が、格子を
経て加速された正イオンを生じる。上記格子から
ある距離を置いて、ターゲツトが配置されてお
り、そのターゲツトは該ターゲツトの出口側へ上
記正イオンを通過させる複数の開孔を有してい
る。上記ターゲツトの出口側は、正イオンにより
衝撃されて負イオン及び中性のスパツタリング粒
子を生じる材料より成るターゲツト表面を有して
いる。該ターゲツトの出口側には、該ターゲツト
の開孔を通過した正イオンを上記ターゲツト表面
に衝突する様に指向させる、電界が印加されてい
る。その電界は、上記ターゲツト表面から放出さ
れた負イオンを上記ターゲツトから遠方へ向つて
加速させる。
第１図及び第２図は、本発明の一実施例によ
る、大きな出力の負イオン流を発生させる装置を
示している。封止したハウジング９内に配置され
たプラズマ発生室１０内へガス導入口２を経て比
較的低圧のガスを導入する。そのガスは、アルゴ
ンもしくは正イオンを発生するガスである。陰極
６から電子を発生させるために、陽極１４及び陰
極６が、電源に接続されている。電子は陽極１４
へ向つて移動する際に、その径路に沿つてガス分
子との衝突を生じる。プラズマ発生室１０内の低
圧ガスは、該プラズマ発生室１０に隣接するコイ
ル又は永久磁石によつて生じた磁界８にさらされ
る。磁界は、周知の如く、ガスのイオン化効率を
増加させる。プラズマ発生室の一端に配置したス
クリーン格子１２は、陰極から陽極へ移動する電
子とガス分子との衝突によつて生じたイオンの出
口を備えている。プラズマ２０（第２図）の周囲
の境界としていわゆるシース（sheath）２２がプ
ラズマ発生室１０内に生じ、電界障壁を与える。
る、大きな出力の負イオン流を発生させる装置を
示している。封止したハウジング９内に配置され
たプラズマ発生室１０内へガス導入口２を経て比
較的低圧のガスを導入する。そのガスは、アルゴ
ンもしくは正イオンを発生するガスである。陰極
６から電子を発生させるために、陽極１４及び陰
極６が、電源に接続されている。電子は陽極１４
へ向つて移動する際に、その径路に沿つてガス分
子との衝突を生じる。プラズマ発生室１０内の低
圧ガスは、該プラズマ発生室１０に隣接するコイ
ル又は永久磁石によつて生じた磁界８にさらされ
る。磁界は、周知の如く、ガスのイオン化効率を
増加させる。プラズマ発生室の一端に配置したス
クリーン格子１２は、陰極から陽極へ移動する電
子とガス分子との衝突によつて生じたイオンの出
口を備えている。プラズマ２０（第２図）の周囲
の境界としていわゆるシース（sheath）２２がプ
ラズマ発生室１０内に生じ、電界障壁を与える。
プラズマ発生室１０内のプラズマ２０の電位は
略０ボルトに設定される。スクリーン格子１２
は、プラズマ中に生じた電子を遠方へ反射するの
に充分な例えば−50ボルトの電位に維持する。
略０ボルトに設定される。スクリーン格子１２
は、プラズマ中に生じた電子を遠方へ反射するの
に充分な例えば−50ボルトの電位に維持する。
ハウジング９内に、スクリーン格子１２から域
る距離を置いてターゲツト１６を配置する。ター
ゲツト１６はスクリーン格子１２の開孔２６を通
過する正イオンのための加速器として働く。ター
ゲツト１６は、スクリーン格子１２の開孔２６と
整合された複数の開孔２８を有する。ターゲツト
１６は、正イオンにより衝撃されたときに効率の
良いスパツタリングが生じるように例えば−1000
ボルトの電位に保たれている。ターゲツト１６
は、正イオンによる衝撃に応答して負イオンを放
出する材料より成るターゲツト表面１６ａを有し
ている。ターゲツト１６の少くともその出口側に
おける材料は、イオン（大部分が負イオンであ
る）を生じる様に選択した、略等しい原子百分率
を有する、サマリウムと金との合金（SmAu）よ
り成る。この合金は、負イオンの他に、ターゲツ
ト表面１６ａに於ける電流を制限する空間電荷を
形成しない中性粒子を生じる。
る距離を置いてターゲツト１６を配置する。ター
ゲツト１６はスクリーン格子１２の開孔２６を通
過する正イオンのための加速器として働く。ター
ゲツト１６は、スクリーン格子１２の開孔２６と
整合された複数の開孔２８を有する。ターゲツト
１６は、正イオンにより衝撃されたときに効率の
良いスパツタリングが生じるように例えば−1000
ボルトの電位に保たれている。ターゲツト１６
は、正イオンによる衝撃に応答して負イオンを放
出する材料より成るターゲツト表面１６ａを有し
ている。ターゲツト１６の少くともその出口側に
おける材料は、イオン（大部分が負イオンであ
る）を生じる様に選択した、略等しい原子百分率
を有する、サマリウムと金との合金（SmAu）よ
り成る。この合金は、負イオンの他に、ターゲツ
ト表面１６ａに於ける電流を制限する空間電荷を
形成しない中性粒子を生じる。
ターゲツト１６に関して正電位の第２のスクリ
ーン格子１８は、ターゲツト１６の開孔２８を通
過した正イオン流の方向を逆転させる。スクリー
ン格子１８は、一実施例に於ては金の放出された
負イオンを通過させる複数の開孔３２を有してい
る。開孔３２は、ターゲツト表面即ち負イオン放
出面１６ａに対向して配置されている。負イオン
放出面１６ａは、開孔２８の間に配置した複数の
凹面領域として形成されており、放出された負イ
オンを集束させてスクリーン格子１８へ指向さ
せ、そしてターゲツト１６の負イオン放出面１６
ａに対面する開孔３２に関して放出された負イオ
ンのための最適の軌道を与える様に働く。スクリ
ーン格子１２及び１８、ターゲツト１６並びにプ
ラズマ発生室１０を含むハウジング９の内部は管
１７を介して連結した図示していない真空ポンプ
によつて排気される。
ーン格子１８は、ターゲツト１６の開孔２８を通
過した正イオン流の方向を逆転させる。スクリー
ン格子１８は、一実施例に於ては金の放出された
負イオンを通過させる複数の開孔３２を有してい
る。開孔３２は、ターゲツト表面即ち負イオン放
出面１６ａに対向して配置されている。負イオン
放出面１６ａは、開孔２８の間に配置した複数の
凹面領域として形成されており、放出された負イ
オンを集束させてスクリーン格子１８へ指向さ
せ、そしてターゲツト１６の負イオン放出面１６
ａに対面する開孔３２に関して放出された負イオ
ンのための最適の軌道を与える様に働く。スクリ
ーン格子１２及び１８、ターゲツト１６並びにプ
ラズマ発生室１０を含むハウジング９の内部は管
１７を介して連結した図示していない真空ポンプ
によつて排気される。
スクリーン格子１８の電位は約０ボルトに保た
れている。スクリーン格子１８は、正イオン２４
をターゲツト１６のターゲツト表面１６ａへはね
返す。負イオンは、スクリーン格子１８とターゲ
ツト１６との間の電位により、ターゲツト表面１
６ａからスクリーン格子１８に向つて加速され
る。開孔３２は負イオン３０を通過させて、コリ
メートされた即ち平行なビームを形成する。
れている。スクリーン格子１８は、正イオン２４
をターゲツト１６のターゲツト表面１６ａへはね
返す。負イオンは、スクリーン格子１８とターゲ
ツト１６との間の電位により、ターゲツト表面１
６ａからスクリーン格子１８に向つて加速され
る。開孔３２は負イオン３０を通過させて、コリ
メートされた即ち平行なビームを形成する。
ターゲツト１６の開孔２８は、スクリーン格子
１２の開孔２６の略６５％の直径を有する。これ
は、開孔２８を逆戻りしてターゲツト１８の入力
側に衝突する正イオンの数を減少させる。スクリ
ーン格子１２とターゲツト１６との間の間隔は、
開孔２６の直径に略等しい。負イオン流の全体的
な量は、スクリーン格子１２及び１８並びにター
ゲツト１６の開孔の数を増すことによつて増加す
る。
１２の開孔２６の略６５％の直径を有する。これ
は、開孔２８を逆戻りしてターゲツト１８の入力
側に衝突する正イオンの数を減少させる。スクリ
ーン格子１２とターゲツト１６との間の間隔は、
開孔２６の直径に略等しい。負イオン流の全体的
な量は、スクリーン格子１２及び１８並びにター
ゲツト１６の開孔の数を増すことによつて増加す
る。
第３図は、ターゲツト１６並びにスクリーン格
子１２及び１８の間の間係を示している。ターゲ
ツト表面１６ａは、スクリーン格子１２の開孔２
６の間に、配置されている。開孔２８及び２６に
関して開孔３２をずらす事によつて、スクリーン
格子１８を通過する負イオンの百分率が増加す
る。
子１２及び１８の間の間係を示している。ターゲ
ツト表面１６ａは、スクリーン格子１２の開孔２
６の間に、配置されている。開孔２８及び２６に
関して開孔３２をずらす事によつて、スクリーン
格子１８を通過する負イオンの百分率が増加す
る。
第１図の装置は、低エネルギの正イオン・ビー
ムを、スクリーン格子１８により生じた負イオ
ン・ビームと組合わせることによつて、中性粒子
を発生させるために用いる事ができる。スクリー
ン格子１８は０ボルトの電位で動作する様に説明
したが、上記負イオン・ビームに正イオンが加わ
る場合には、低速度のイオンが開孔３２に入らな
い様にするために、スクリーン格子１８を僅かに
正の電位に維持するベきである。又、上記負イオ
ン・ビームは、スクリーン格子１８の出力側に延
びる中性の大きな圧力の領域により生じる電子の
離脱によつても、中和される。
ムを、スクリーン格子１８により生じた負イオ
ン・ビームと組合わせることによつて、中性粒子
を発生させるために用いる事ができる。スクリー
ン格子１８は０ボルトの電位で動作する様に説明
したが、上記負イオン・ビームに正イオンが加わ
る場合には、低速度のイオンが開孔３２に入らな
い様にするために、スクリーン格子１８を僅かに
正の電位に維持するベきである。又、上記負イオ
ン・ビームは、スクリーン格子１８の出力側に延
びる中性の大きな圧力の領域により生じる電子の
離脱によつても、中和される。
以上に於て、大出力の負イオン流を発生させる
装置について述べた。ターゲツト表面を衝撃する
正イオンを発生させるプラズマは、本発明に従つ
て発生される負イオンから離隔されている。本発
明によつて表面電荷の発生が最小になり、そして
負イオンが他の粒子に衝突するときの電子の離脱
によつて生じる負イオンの損失が減少する。
装置について述べた。ターゲツト表面を衝撃する
正イオンを発生させるプラズマは、本発明に従つ
て発生される負イオンから離隔されている。本発
明によつて表面電荷の発生が最小になり、そして
負イオンが他の粒子に衝突するときの電子の離脱
によつて生じる負イオンの損失が減少する。
本発明による装置は、大電流のイオン・ビーム
を発生させる他の型の装置に於て従来生じた表面
電荷による制限及び電子の離脱を生じることな
く、大出力の負イオン・ビームを発生させる事が
できる。
を発生させる他の型の装置に於て従来生じた表面
電荷による制限及び電子の離脱を生じることな
く、大出力の負イオン・ビームを発生させる事が
できる。
第１図は本発明の一実施例による負イオン流発
生装置を示す図、第２図及び第３図は第１図に於
けるスクリーン格子及びターゲツトの間の関係を
示す図である。 ２…ガス導入口、６…陰極、８…磁界、９…ハ
ウジング、１０…プラズマ発生室、１２，１８…
スクリーン格子、１４…陽極、１６…ターゲツ
ト、１６ａ…ターゲツト表面（負イオン放出
面）、１７…管、２０…プラズマ、２２…シー
ス、２４…正イオン、２６…スクリーン格子１２
の開孔、２８…ターゲツト１６の開孔、３０…負
イオン、３２…スクリーン格子１８の開孔。
生装置を示す図、第２図及び第３図は第１図に於
けるスクリーン格子及びターゲツトの間の関係を
示す図である。 ２…ガス導入口、６…陰極、８…磁界、９…ハ
ウジング、１０…プラズマ発生室、１２，１８…
スクリーン格子、１４…陽極、１６…ターゲツ
ト、１６ａ…ターゲツト表面（負イオン放出
面）、１７…管、２０…プラズマ、２２…シー
ス、２４…正イオン、２６…スクリーン格子１２
の開孔、２８…ターゲツト１６の開孔、３０…負
イオン、３２…スクリーン格子１８の開孔。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １(a)第１極性に荷電したイオンを発生するための
手段と、複数の出口開孔と、該第１極性のイオ
ンを加速して上記出口開孔から送出するための
手段とを有するイオン発生器と、 (b)一方の面が上記出口開孔に対向するように配置
されて該一方の面からそれとは反対の面に貫通
する複数の開孔が形成され、該反対の面には上
記第１極性のイオンの衝突に応答して上記第１
極性とは逆の第２極性に荷電したイオンを放出
する性質をもつ物質を配置したイオン放出面を
を設けてなるターゲツト部材と、 (c)上記ターゲツト部材の開孔を通過した上記第１
極性のイオンを上記イオン放出面へ指向し且つ
上記イオン放出面から放出された上記第２極性
のイオンを加速して上記イオン放出面から遠ざ
けるように、上記ターゲツト部材の上記反対の
面側に電界を設定するための手段、 とを具備するイオン流発生装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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- 1983-01-14 DE DE8383100293T patent/DE3376461D1/de not_active Expired
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