JPS6343248A - 収束性高速原子線源 - 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〕 本発明は薄膜の堆積やドライエツチング等に適用可能な
高速原子線を発生する原子線源に関する。

更に詳しくは小型、構造簡単であり、かつ収束性のある
高速原子線を放出し得る原子線源に関する。

〔従来の技術〕

常温大気中で熱運動をしている原子は、概ね０、Ｏｊｅ
ｖｍ度の運動エネルギーを有している。これと比べては
るかに大きな運動エネルギーで飛翔する原子を高速原子
と呼び、それが一方向にビーム状に流れる場合に高速原
子線という。かがる高速原子線源は、ビーム加工等への
適用が可能であるため注目を集めている。

従来知られている高速原子線源の構造を第４図に示す。

同図において、／／はドーナノッ状（円環状）のアノー
ド、／２はりャヵソード、／３はフロントカソード、／
Ｉｌは高速原子の放出孔、／夕は金属製の円筒形容器、
／２は電気力線、／７は高速原子線、／ｒは高圧直流電
源、／りはガス導入孔である。この動作は次のとおりで
ある。

なお、電源／♂以外の各部分は真空容器答中に収められ
ている。

ドーナツツ状アノード／／は、金属製円筒形容器／ｊの
中に収められており、ドーナノッの中央の穴の中心軸と
円筒形容器の中心軸は一致するように配置されている。

円筒形容器／！の底面は金属製のりャカソード／２と金
属製のフロントカソード／３でふさがれ、各々の間’ｄ
　４　Ａ状態にある。

フロントカソード／３には高速原子放出孔／≠が多数穿
たれている。ガス導入孔／りから例えばアルゴンガスを
注入し、高圧直流電源／♂によってアノード／／に正電
圧、カソード／、２．／３に負電圧を印加する。これで
アノード／／とカソード／２．／３の間にグロー放電が
発生する。グロー放電の中の電子に注目すると、リヤカ
ソード／−で発生した電子はアノード／／に向って加速
さ伝速中でアルゴンの原子と衝突をくりかえして、アル
ゴンイオンを生じさせる。アノード／／に到達した電子
はアノード／／のドーナノノ状の穴を通シぬけてフロン
トカソード／３に向うが、徐々に減速されてフロントカ
ソード／３の付近で遂に速度を失い、反転してあらため
てアノード／／に向って加速され始める。このように、
電子はアノード／／の中央の穴を通してリヤカソード／
２とフロントカソード／３の間を往復して高周波振動を
起こし、その間にアルゴンの原子と多数衝突して大量の
アルゴンイオンを生成する。

発生したアルゴンイオンはりャカソード／λあるいはフ
ロントカソード／３に向って加速され、充分な運動エネ
ルギーを得る。フロントカソード／３の付近は高周波振
動をしている電子の折り返し点であるので低速の電子が
多数存在する空間でもある。フロントカソード／３に向
って加速されてこの空間に侵入したアルゴンイオンは低
速の電子と再結合してアルゴン原子に変換される。衝突
の際の電子の質量がイオンに比べて極めて軽いために衝
突によって生じたアルゴン原子の運動エネルギーの損失
は無視できるほど小さい。よって発生したアルゴン原子
の運動エネルギーと運動の方向はイオンのときに得だ運
動エネルギーおよび運動の方向に殆んど等しく、高速原
子線／７となって放出孔／≠から放出される。

なお、リヤカソード／２に向ったアルゴンイオンは高速
原子に変換された後、リヤカソード／２に吸収されて削
減する。

〔解決すべき問題点〕

しかしながら、従来のかかる高速原子線源においてば、
アノード／／の周囲を金属製容器／ｊが囲んでいる（特
に円筒状容器の側面が金属である）点、及びアノードの
外径寸法に比ベフロントカソード及びリヤカソードの外
径が大きい点を理由として、アノードｌ／から発生する
電気力線／乙が中心軸のまわりに発散してしまう。従っ
て高速原子線源 の電気力線も発散してしまうので、アルゴンイオンも電
気力線／乙にほぼ沿って加速されてその方向に原子を放
出するため、放出孔／４ｔを出た高速原子線は発散して
しまう。この為、原子線を照射した場合に低密度となる
から加工に犬なるエネルギーを供給する必要があり、消
費電力が大きいという欠点があった。又、被加工部を微
小領域に特定することが困難である為、微細加工に適用
できないという欠点があった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、かかる従来の高速原子線源の欠点を解
決し、小型、構造簡単で、かつ収束性のある高速原子線
を発生し得る原子線源を提供することにある。

〔問題点を解決するだめの手段〕

本発明は、アノードから発生する電気力線が少なくとも
フロントカソードに向って収束するようなアノードとカ
ソードの電極形状、及び寸法関係を特定したものである
。よシ具体的には、フロントカソードの外径を、アノー
ドの内径よりも小さくすることによシ、少なくともアノ
ードからフロントカソードに向う電気力線を収束させ、
これにより収束性のある高速原子線を得ることを最も主
要な特徴とする。

〔実施例／〕

第１図（ａ）は本発明の最も好ましい態様を示す第１の
実施例である。

ここに、／は円環状のアノード（外径寸法Ｄ３＋内径寸
法ｄｚ　）、２はリヤカソード（外径寸法り、）、３は
フロントカソード（外径寸法Ｄ２＋内径寸法ｄ、）弘は
フロントカソード（３）に設けられた高速原子線放出孔
、Ａ、　４’は電気力線、７は収束性高速原子線源、♂
は高圧直流電源、りはガス導入孔、２／はガラスあるい
はセラミックに代表される絶縁性素材の円筒形容器、２
２は円筒形容器の第１の底面であって、ガラスあるいは
セラミックに代表される絶縁性素材からなり中心部にリ
ヤカソード！が埋め込まれている。２３は円筒形容器の
第２の底面であって、ガラスあるいはセラミックに代表
される絶縁性素材からなり、中心部にフロントカソード
３が埋め込まれている。

本実施例においては、円筒形容器Ｑυの中心軸と、アノ
ード（１）及び両力ソードの中心軸が一致するように配
置されるとともに、リヤカソード側の外径（Ｄ１）はア
ノードの内径ｄ２よりも小さく、はぼフロントカソード
の外径（Ｄ２）とほぼ等しいように設定されている。

ここでガス導、入孔りから例えばアルゴンガスを導入し
、アノード／とカソード−２３の間に高圧直流電源♂に
よって直流の高電圧を印加する。極性はアノード／が正
となるようにする。このようにすればアノード／とカソ
ード！、３の間にグロー放電が発生し第２図の従来例と
同様な過程によって高速原子線が生成される。

ここで、第１図（ａｌに示すようにフロントカソード３
の外径はアノード／の内径ｄ２より小さくできており、
かつ、アノード／は周囲を電気的絶縁性の円筒形容器、
２／で囲まれているためにアノードからフロントカソー
ドに向う電気力線乙はアノード／から、フロントカソー
ド３に向って収束的に発生するから、アルゴンイオンも
電気力線Ａ　Ｋ　Ｇってフロントカソード３に向って収
束的に運動する。従って、イオンと電子の再結合によっ
て生成される高速原子も収束しながら放出孔≠から放出
され、収束性の高速原子線７が得られる。なお、第１図
（ａ）に示すようにリヤカソード２の外径（Ｄりもアノ
ードの内径（ｄ２）よりもｌＪ＼さくしておけば、アノ
ードからリヤカソードに向う電気力線６′も収束性を有
する。

このようにすれば、アノード（１１の両側で放電電流が
効果的に高速原子の生成に寄与するので、収束性原子線
をより効率的に発生できる。

〔実施例２〕 第１図（ｂ）は本発明の他の実施例である。

第１図（ａ）と同一部分には同一の符号を付しである。

第１図（ａ）とのちがいはリヤカソードの外径（Ｄ１）
が、アノードの内径（ｄ２）より充分大きくなっている
点である。このようにしても、フロントカソード側の電
気力線は収束するので高速原子線も収束する。ただし、
リヤカソード側で電気力線が収束しないので、結果とし
てアノードの両側でプラズマに寄与する電子密度が異な
り、効率が刺子低下する。

〔実施例３〕 図示は省略するが、本発明においてアノードの中心と、
両力ソードの中心は同一線上に位置している必要は無い
。゛即ち、中心軸が一致していなくとも、要するにアノ
ードとフロントカソード間にできる電気力線が収束して
いることのみが必須な要件である。

従って、例えばフロント２カノードのみが、円筒状容器
の底面の中心から偏在しているような構成でも収束性の
高速原子線を放出できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、アノードとフロントカソード間に
できる電気力線を収束させるように、アノードとフロン
トカソードの寸法比を設定シタ結果、収束性原子線　を
発生できる。又、簡易・小型な構成で、放電電流を効果
的に原子線の生成に寄与できるので効率の良い線源を実
現できる。又、原子線が収束性であるので微細加工等へ
の適用が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明にかかる収束性高速原子線源の第
１の実施例、第１図（ｂ）は本発明にかかる収束性高速
原子線源の第２の実施例、第２図は従来の高速原子線源
。 ／、／／・・・アノード、２．／、２・−・リヤカソー
ド、３、／３・・・フロントカソード、４．／４ｔ・・
・高速源ば／ 子線放出孔、→、／ｌ・・・円筒形容器、乙、乙′、／
乙・・・電気力線、７．／７・・・←千件高速原子線、
ど、／♂・・・高圧直流電源、り、／９・・・ガス導入
孔、１２．２３・・・円筒形容器底面。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）絶縁性素材からなる円筒形容器（２１）と、当該
   円筒形容器の第１の底面（２２）に設けられ、導電性素
   材からなる第１の直径（Ｄ＿１）を有するリヤカソード
   （２）と、上記円筒形容器の第２の底面（２３）に設け
   られ、導電性素材からなり、第２の外径（Ｄ＿２）と第
   １の内径（ｄ＿１）を有する円環状のフロントカソード
   （３）と、上記リヤカソード（２）とフロントカソード
   （３）との間に設けられ、導電性素材からなり第３の外
   径（Ｄ＿３）と第２の内径（ｄ＿２）を有する円環状で
   あって、かつ、少なくとも当該内径（ｄ＿２）が上記フ
   ロントカソード（３）の外径（Ｄ＿２）よりも大きなア
   ノード（１）と、上記円筒形容器内にプラズマ発生用の
   ガスを導入する為のガス導入口（９）と、上記アノード
   （１）とフロントカソード（３）及びリヤカソード（２
   ）との間に電圧を印加する高圧直流電源とを少なくとも
   含んで構成されることを特徴とする高速原子線源。
2. （２）フロントカソード（３）とリヤカソード（２）及
   びアノード（１）が中心軸を一致して配されていること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の高速原子線源
   。
3. （３）リヤカソードの外径（Ｄ＿１）が、アノードの内
   径（ｄ＿２）よりも小さいことを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の高速原子線源。