JPS63221547A - イオン中和器 - 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」 この発明は、スパッタ蒸着による薄膜形成、スパッタエ
ツチングによる微細パターン加工、二次イオン質量分析
による材料評価等に利用される高速原子線を発生する装
置に係り、特に、イオンの電荷を効率よく中和させるこ
とにより、大量の高速原子を生成できるようにしたイオ
ン中和器に関するものである。

「従来の技術」 第２図は、これまでに発表されたイオン中和器の動作説
明図である。図中、ｌは中央部分が太くなった円筒形の
外囲器、２は熱電子放出用の円形フィラメント、３はイ
オンビーム、４は高速原子線、５はフィラメント２を加
熱するための電源、６は直流バイアス電源である。

このイオン中和器の動作は、以下のとおりである。

フィラメント２は、外囲器■の中心軸の周りに張られて
おり、かつ外囲器１の中央の太くなった部分に収められ
ている。電源５．６以外の構成要素を真空容器に収める
。電源５によって円形フィラメント２を加熱し、多量の
熱電子を放出させる。

外囲器ｌは直流電流６によって、フィラメント２よりも
数Ｖ低い電位にバイアスされている。したがって、フィ
ラメント２から放出した熱電子は、外囲器ｌの器壁から
反発をうけて、外囲器１の中心軸付近に集中し、そこに
高密度の電子雲を形成する。この電子雲にイオンビーム
３を入射させると、イオン・電子の衝突・再結合が起き
てイオンビーム３は高速原子線４に変換される。電子再
結合の際のイオン・電子衝突においては、電子の質量が
イオンよりもはるかに小さいために、イオンの運動エネ
ルギーは殆ど失われることなく、そのまま原子に受は継
がれて、高速原子線４が誕生する。

「発明が解決しようとする問題点」 上述した従来形のイオン中和器においては、電子雲密度
の調節は、フィラメント２の加熱電源２とバイアス電源
６で行うわけであるが、十分な電子雲密度が得られず、
ひいては効率よく高速原子を発生させることが困難であ
った。

この発明は、このような背景の下になされたもので、グ
ロー放電に磁界を印加することによって、高密度の電子
雲を形成し、効率よく高速原子線を発生させることので
きるイオン中和器を提供することを目的とすみ。

「問題点を解決するための手段」 上記問題点を解決するために、この発明は、イオンビー
ムを電子雲中に入射させることにより、イオンの電荷を
中和して高速原子線を発生させるイオン中和器において
、円筒形のグリッド陽極と、このグリッド陽極の中心軸
に沿って設置された針状陰極と、前記グリッド陽極を取
り囲んで設置された円筒形のリターディング電極と、前
記グリッド陽極の中心軸に沿って磁力線を印加するよう
に、前記リターディング電極の外側に設置された磁石と
、前記グリッド陽極と針状陰極との間に電圧を印加する
ための放電用直流高圧電源とを具備することを特徴とす
る。

「作用」 本発明は、グロー放電により発生した電子に磁界を印加
するとともに、静電界を印加して、電子を中心部に押し
戻し、空間の限られた領域に電子を集中させることによ
って、高密度の電子雲を形成する。

したがって、熱電子フィラメントとバイアス電圧で電子
雲の高密度化を図る従来法とは、電極構成が根本的に異
なる。

「実施例」 第１図は、本発明の一実施例によるイオン中和器の構成
を示す斜視図である。図中、イオンビーム３および高速
原子線４は、第２図のものと同一である。

図において、２１は円筒形のグリッド陽極である。この
グリッド陽極２１の内方には、その中心軸に合致する形
で、針状陰極２２が設置されている。一方、グリッド陽
極２１の外方には、これを取り囲む形で、円筒形のリタ
ーディング電極２３と磁石２４が、同心状に設置されて
いる。

また、グリッド陽極２１には、放電用直流高圧７！！Ｒ
２５の正極が接続され、グリッド陽極２１を挾む形で配
置された針状陰極２２とリタ−ディング電極２３には、
放電用直流高圧電源２５の負極が接続されている。

磁石２４は、例えばリング状のフェライト磁石であって
、磁力線が、円筒形グリッド陽極２１の中心軸にほぼ平
行に入るように、リターディング電極２３を取り巻いて
設置されている。なお、放電用直流高圧電源２５以外の
構成要素は、真空容器に収められている。

゛このような構成において、上記真空容器内に、例えば
アルゴンガスをＩ　Ｏ−’Ｔ　ｏｒｒ程度注入し、直流
高圧電源２５によって、グリッド陽極２１・針状陰極２
２間に直流高電圧を印加する。これにより、グリッド陽
極２１・針状陰嘱２２間、およびグリッド陽極２トリタ
ーデイング電極２３間にグロー放電が発生し、プラズマ
が形成される。

この放電において、針状陰極２２から放出した電子は、
グリッド陽極２１に向かって加速されるが、この運動方
向に対して垂直に磁力線が印加されているために、電子
は円運動をしながら飛行する。電子の速度が小の程、円
運動の回転半径は小さいから、針状陰極２２の付近では
回転半径が非常に小さく、電子の空間密度は極めて高く
なる。

一方、円運動をしながらグリッド陽極２１に到達した電
子は、グリッド陽極２１のグリッドの目をくぐってリタ
ーディング電極２３に向かって円運動を続けるが、この
空間には減速電界がかかっているために、速度と回転半
径が減衰しながら飛行を続ける。そして、リターディン
グ電極２３に到達して速度を失って反転し、あらためて
グリッド陽極２Ｋに向かって加速され、再びグリッド陽
極２１の目をくぐって針状陰極２２に達し、速度を失い
反転する。

このように、電子はグリッド陽極２１の網目を介して、
針状陰極２２とリターディング電極２３の間を高周波振
動する。このため、針状陰極２２の付近は、低速の電子
雲の密度がさらに高くなる。

なお、グロー放電によって、リターディング電極２３か
放出した電子も、同様に高周波振動を起こして、針状陰
極２２付近の電子密度の増加に寄与する。

この電子密度の高い空間に、イオンビーム３が入射する
と、イオン・電子間で衝突・再結合が起きて高速原子線
が生成される。グリッド陽極２１の内部のアルゴンガス
圧が高い場合には、イオン・電子の衝突のほかに、イオ
ン・ガス分子の衝突が生じて、運動エネルギーの低い高
速原子が生成してしまうが、この例のようなガス圧では
、ガス分子の平均自由行程は数ｆｏａｍ以上であるから
、イオン・ガス分子の衝突確率は無視できる程に小さい
。なお、注入するガスを酸素にすれば、酸素の高速原子
線が得られることは言うまでもない。

本発明においては、高速原子の生成効率を支配する電子
雲密度を制御するファクターとして、注入ガス圧、放電
電圧、磁界強度の３つがある。したがって、自由度が高
い上に、磁界強度を強めることによって、電子雲密度を
高めて効率よく高速原子線を発生させることができる。

「発明の効果」 高速原子線は、高速のイオンビームと同様に、スパッタ
蒸着による薄膜形成、スパッタエツチングによる微細パ
ターン加工、二次イオン質量分析による材料評価に利用
することができる。特に、高速原子線は非荷電性である
ために、金属、半導体ばかりでなく、イオンビーム法が
不得意とするプラスチックス、セラミックスなどの絶縁
物を対象とする場合にも威力がある。その意味において
、大量の高速原子を生成するイオン中和器が得られるこ
とは、加工、分析の能率向上に非常に有益である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例によるイオン中和器の構成
を示す斜視図、第２図は従来のイオン中和器の構成を示
す斜視図である。 ｌ・・・・・・中央部分が太くなった円筒形外囲器。 ２・・・・・熱電子放出用の円形フィラメント、３・・
・・・・イオンビーム、４・・・・・・高速原子線、５
・・・・フィラメント加熱用電源、 ６・・・・・・直流バイアス、 ２１・・・・・・円筒形グリッド陽極、２２・・・・・
・針状陰極、２３・・・・・・リターディング電極、２
４・・・・・・磁石、２５・・・・・・放電用直流高圧
電源。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 イオンビームを電子雲中に入射させることにより、イオ
   ンの電荷を中和して高速原子線を発生させるイオン中和
   器において、 円筒形のグリッド陽極と、 このグリッド陽極の中心軸に沿って設置された針状陰極
   と、 前記グリッド陽極を取り囲んで設置された円筒形のリタ
   ーディング電極と、 前記グリッド陽極の中心軸に沿って磁力線を印加するよ
   うに、前記リターディング電極の外側に設置された磁石
   と、 前記グリッド陽極と針状陰極との間に電圧を印加するた
   めの放電用直流高圧電源と を具備することを特徴とするイオン中和器。