JPS644307B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ 固体マトリツクスに対して不活性または相互
に不溶性のガスからのイオンを固体マトリツクス
に注入し、固体マトリツクス内に捕捉されたガス
２を励起し、励起されたガスによつて光子７を放
出する、紫外波長範囲の光子の発生方法であつ
て、上記規定した少なくとも１つのガスからの低
エネルギーイオンで固体マトリツクスの１つの表
面をイオン衝撃し、これによつて固体マトリツク
ス内にガス２を浅く注入し、次に固体マトリツク
スを低エネルギー電子衝撃し、捕捉されたガスを
励起して前記光子７を放出することを特徴とす
る、紫外波長範囲の光子の発生方法。

２ 塊状の固体マトリツクス８の１つの側９を通
してガスのイオンを浅く注入し、この側を電子衝
撃して、誘起された前記光子７をこの側９から放
出する、請求の範囲第１項記載の方法。

３ 厚みが1μmより薄い薄片状の固体マトリツク
ス１に、ガスのイオンを浅く注入し、このマトリ
ツクス１の１つの側５，６を前記電子衝撃４し
て、誘起された前記光子７をマトリツクス１の他
の側から放出する、請求の範囲第１項記載の方
法。

４ ガスのイオンを注入したマトリツクス１，８
が連続する基板の形を有し、このマトリツクス
を、供給位置から、前記電子衝撃を行なう位置
に、次に除去位置に、間けつ的または連続的に移
動させる、請求の範囲第１項〜第３項のいずれか
に記載の方法。

５ 数千Åを超えない深さにわたつてマトリツク
ス１，８に延在する欠陥２の形で高いガス濃度を
得ることができるエネルギーを有するガスまたは
前記ガスからのイオンでイオン衝撃を行なう、請
求の範囲第１項〜第４項のいずれかに記載の方
法。

６ 前記ガスのイオンのエネルギーが5keVの程
度である、請求の範囲第５項記載の方法。

７ マトリツクスに対して不活性または相互に不
溶性である複数のガスからのイオンをマトリツク
ス１，８に浅く注入する、請求の範囲第１項〜第
６項のいずれかに記載の方法。

８ 希ガスからのイオンを注入する、請求の範囲
第１項〜第７項のいずれかに記載の方法。

９ 電子衝撃４は、20keVに等しいか、またはこ
れより低いエネルギーを有する電子で行なう、請
求の範囲第１項〜第８項のいずれかに記載の方
法。

１０ 電子衝撃４の間に、マトリツクス１，８に
電子ビームを集光して、ピンの尖端状の光子７，
１０源を形成する、請求の範囲第１項〜第９項の
いずれかに記載の方法。

１１ 電子衝撃４の間に、マトリツクスを電子ビ
ームで走査して延在する光子７，１０源を形成す
る、請求の範囲第１項〜第９項のいずれかに記載
の方法。

１２ 電子衝撃４の間に、電子ビームを広げて、
延在する光子７，１０源を形成する、請求の範囲
第１項〜第９項のいずれかに記載の方法。

１３ 電子衝撃４の間に、電子ビームの強さを変
調して、強さが変化する光子７，１０源を形成す
る、請求の範囲第１項〜第１２項のいずれかに記
載の方法。

１４ 使用するマトリツクス１，８が、マトリツ
クスの内部に含まれる励起されたガスの連続的放
出スペクトルを吸収することの少ない材料からな
る、請求の範囲第１項〜第１３項のいずれかに記
載の方法。

１５ 使用するマトリツクス１，８が、金属、半
導体、または絶縁材料を含む群から選択された材
料からなる、請求の範囲第１４項記載の方法。

１６ 固体マトリツクスに対して不活性または相
互に不溶性のガスからのイオンを固体マトリツク
スに注入し、固体マトリツクス内に捕捉されたガ
ス２を励起し、励起されたガスによつて光子７を
放出するときに、上記規定した少なくとも１つの
ガスからの低エネルギーイオンで固体マトリツク
スの１つの表面をイオン衝撃し、これによつて固
体マトリツクス内にガス２を浅く注入し、次に固
体マトリツクスを低エネルギー電子衝撃し、捕捉
されたガスを励起して前記光子７を放出する、紫
外波長範囲の光子の発生装置であつて、真空包囲
体１１と、この真空包囲体１１の内部にある支持
体１２に取付けた固体マトリツクス１，８であつ
て、このマトリツクスに対して不活性または相互
に不溶性である少なくとも１つのガスからのイオ
ンを浅く注入した固体マトリツクス１，８と、こ
のマトリツクス１，８を低エネルギー電子衝撃す
ることができる電子発生装置３と、マトリツクス
１，８を外部に接続する電気的接続子１６と、真
空包囲体１１内に設けてある発生した光子のため
の出口１４とを有する、紫外波長範囲の光子の発
生装置。

１７ １つの表面に注入されたイオンを有する塊
状の固体マトリツクス８と、この表面を電子衝撃
してこの表面から前記誘起された光子を放出する
ように配置してある電子発生装置３とを有する、
請求の範囲第１６項記載の装置。

１８ 厚みが1μmより薄い薄片状の固体材料１
と、マトリツクスの１つの側を前記電気衝撃して
マトリツクスの他の側から前記誘起された光子を
放出するように配置してある電子発生装置とを有
する、請求の範囲第１６項記載の装置。

１９ マトリツクス１，８が連続する基板の形を
有し、包囲体の内部で間けつ的または連続的に、
供給位置、マトリツクス衝撃位置、および除去位
置の間を移動できるように配置してある、請求の
範囲第１６項〜第１８項のいずれかに記載の装
置。

２０ マトリツクス支持体１２のための冷却回路
を有する、請求の範囲第１６項〜第１９項のいず
れかに記載の装置。

２１ 包囲体１１が、発生した光子を放出する出
口１４の周りに真空装置を取付けるための接続フ
ランジを有し、この出口１４を横切つて外部に接
続する電子スクリーン１７を有することができ
る、請求の範囲第１６項〜第２０項のいずれかに
記載の装置。

２２ 低エネルギー電子発生装置３が、5keVに
等しいか、またはこれより低いエネルギーを有す
る電子を発生する電子銃である、請求の範囲第１
６項〜第２１項のいずれかに記載の装置。

２３ 真空包囲体に真空ポンプを接続して有す
る、請求の範囲第１６項〜第２２項のいずれかに
記載の装置。

明細書 本発明は、固体マトリツクスに対して不活性ま
たは相互に不溶性のガスからイオンを固体マトリ
ツクスに注入し、この固体マトリツクスに延在す
る欠陥として捕捉されているガスを励起し、およ
びこの励起されたガスによつて光子を放出するこ
とを含む、紫外波長範囲の光子の発生方法、およ
びこの方法を実施するための装置に関する。

近紫外波長、遠紫外波長および極遠紫外波長の
通常の光源は、一般的には十ないし数万パスカル
（Pa）の圧力下で貴ガスまたは同様なガスを入れ
た細管要素内で放電を行なうことによつて光が作
られる放電源である。一般に使用されるガス、ヘ
リウムについては、放電およびその後の放射減少
において励起されたヘリウム分子He^*の生成の結
果として、連続放射スペクトルを生じる。

このスペクトル範囲の他の主要な放射源はサイ
クロトロンであり、これは複雑かつ高価な設備で
あり、世界に数箇所にしかない。

紫外波長範囲の放射源として液体ヘリウムのけ
い光を使用することも検討されたが、この方法は
極低温冷却および差動ポンプ系を必要とし、そし
てこれらを行なうのは費用が非常に高い（C.M.
Surko，R.E.Packard，G.J.DickおよびF.Reif
著，Spectroscopic Study of the luminescence
of liquid helium in the vacuum ultra―
violet，Physical Review Letters，Vol.24，No.
12（1970），p.657以下，参照）。

他方、固体マトリツクスに対して不活性または
相互に不溶性のガスを含む気泡あるいは空隙集合
のような延在する欠陥を有している固体マトリツ
クスを作製することが知られている。例えば活性
化したヘリウムイオンで衝撃してヘリウム微細気
泡を有するマトリツクスが得られる。Al／Heマ
トリツクスは光学的吸収および電子エネルギー損
失のための分光研究の対象であつた（J.C.Rife，
S.E.Donnelly，A.A.Lucas and J.J.Ritsko著，
Optical absorption and electron―energy―
loss spectra of helium microbubbles in
Aluminum，Physical Review Letters，
Vol.46，No.18（1981），p.1220以下参照）。

高エネルギーヘリウムイオン（200〜600keV）
による衝撃を受けた固体マトリツクスは、ヘリウ
ムの所定の注入量から、紫外範囲の連続スペクト
ルを放射することがすでにわかつている（R.S.
Bhattacharya，K.G.Lang，A.Scharmann and
K.H.Schartner，Continuous emission in the
vacuum ultraviolet under energetic inert gas
ion bombardment of aluminum，J.Phys.D，
vol.11（1978），p.1935以下、参照）。高エネルギ
ーヘリウムイオンの注入が比較的に高原価な方法
であり、そしてヘリウムイオンがマトリツクス内
部に深く注入されるほど、紫外放射の強度が低い
ことは注目すべきである。

本発明の目的は、簡単かつ低原価であつて放電
光子源に匹敵する結果を与えるところの紫外波長
範囲の光子の発生方法および発生装置を提供する
ことである。

この目的のために、本発明によると、上述した
ように少なくとも１つのガスからの低エネルギー
イオンによる固体マトリツクスの表面へのイオン
衝撃を行なつて固体マトリツクス内にガスを浅く
注入し、その後に固体マトリツクスの低エネルギ
ー電子衝撃を行なつて捕促されたガスを励起し、
前述の光子放出となる。

本発明の１つの実施態様によると、発生方法は
塊状の固体マトリツクスの１つの側を通してガス
のイオンを浅く注入すること、およびこの同じ側
を電子衝撃して誘起された前述の光子をこの側か
ら放出することを含んでなる。

本発明の他の実施態様によると、発生方法は
1μmより薄い薄片状の固体マトリツクスの内部に
ガスのイオンを浅く注入すること、およびこのマ
トリツクスの１つの側を前述の電子衝撃して前述
の誘起された光子をマトリツクスの他の側から放
出することを含む。

本発明は上記の方法を実施するための装置をも
提供し、この装置は真空包囲体と、この真空包囲
体の内部の支持体上に取付けられた固体マトリツ
クスであつて、このマトリツクスに対して不活性
または相互に不溶性である少なくとも１つのガス
からのイオンが浅く注入される固体マトリツクス
と、このマトリツクスを低エネルギー電子衝撃す
ることのできる電子発生装置と、マトリツクスを
外部に接続する電気的接続子と、真空包囲弁に設
けてある、発生した光子のための出口とを含んで
なる。

本発明の他の詳細および特色は、添付図面に関
連した本発明を限定しない次の記載から明かにな
るであろう。

第１図は本発明の光子発生方法を実施するため
の装置の概略図であり、 第２図は本発明の変形態様例を行なうための装
置の概略図であり、 第３図は本発明の装置のより詳細な一部断面図
であり、 第４図は本発明の装置を用いたときに得られる
けい光スペクトルを示す線図である。横軸に表さ
れた単位はけい光スペクトルの波長を示し、そし
て縦軸には放射強度の任意単位が表わされてい
る。

図面において、同一または同様な要素は同じ参
照番号で表わしてある。

第１図に示す装置は固体マトリツクス１を含
み、このマトリツクスは低エネルギーヘリウムイ
オンをμmより薄いアルミニウムシート内へ注入
することによつて用意される。約5keVの低エネ
ルギーヘリウムイオンの衝撃は数十〜数百Åの厚
みにわたつて、局部的には10原子％を超える高ヘ
リウム濃度の注入を可能にする。ヘリウムは衝撃
によつて得られたマトリツクスの空隙内に自然に
集まり、かつこの空隙集合体または微細気泡２の
ような延在する欠陥を形成し、この欠陥は室温に
て安定してそのままであり、そして温度に対する
抵抗は数百℃、例えば300℃まで耐えることがで
きる。

第１図に示す装置は電子銃のような低エネルギ
ー電子を発生する器具３をも含み、この器具は電
子ビーム４をマトリツクス１の一方の側面５、い
わゆる背面に照射すする。電子ビーム４からの電
子は20keVに等しいか、またはこれより低いエネ
ルギーを有することが有利であり、１〜5keVの
間にあるエネルギーを有することが好ましい。タ
ーゲツトのけい光は、マトリツクスの正面６から
波線矢印７によつて示すように光子を放出して行
なわれる。

第１図の破線で示すように、連続ストリツプ形
状の薄片状のマトリツクス１はその一端が巻取ロ
ール２０にそして他端が供給ロール２１に巻かれ
ている。このようにして、電子衝撃を受けている
マトリツクスの部分を、ある使用時間後にたまた
ま変えるときは、前述のロール２０および２１に
よつてこのマトリツクスを矢印２２の方向に移動
して、まだ電子衝撃を受けていない新しいマトリ
ツクスの部分を電子ビームの正面に持つてくるこ
とができる。この移動は手動的または自動的に行
なうことができ、かつ、本発明の装置の使用中
に、連続的または断続的に行なうことができる。

第２図に示す装置において、マトリツクスは塊
状の基板８である。Heイオンの注入は、薄片状
のマトリツクスの場合と同じ方法で、好ましくは
5000Åより浅い深さにおいてHeの微細気泡２の
最大濃度を得るように進行することにより行な
う。この場合、電子銃３が低エネルギー電子ビー
ムを、Heイオンが注入された表面と同一な表面
上に指向させ、次いでターゲツトの螢光がこの表
面９を通して誘起され、このときの光子放出を波
線矢印１０によつて示す。このように、後者の場
合には、第１図に示すようなマトリツクの裏側の
電子衝撃に対して、マトリツクス前面側の電子衝
撃と呼ばれるものがある。

第３図に示す装置は、マトリツクスの前面側に
電子衝撃を行なう装置の詳細を示すものである。

この第３図の装置は、真空に保たれた包囲体１
１を有し、その内部にマトリツクス８が支持体１
２上に取付けてあり、支持体１２は、この装置を
強力に使用する場合には、例えば水を有する冷却
回路１３によつて冷却し得る。低エネルギーおよ
び調節可能な強度を有する電子ビームを放出する
電子銃３は、このビームをマトリツクス上に指向
させるように包囲体上に取付ける。ビームとマト
リツクス面との間の入射角は、放出された光子が
包囲体１１の一端に形成された出口開口１４を通
して伝搬するように計算する。この端にフランジ
１５が設けてあり、このフランジは、紫外光を内
部で使用する装置に本発明の装置を接続するため
に用いられる。

電気的接続子１６は、特にマトリツクス内の電
子流を測定し得る。出口開口１４内に、この開口
を通して電子が逃げるのを防止することを目的と
した電子スクリーン１７を設けることが可能であ
り、その際この電子スクリーン１７は、電気的接
続子１８を通して外部に接続する。

包囲体１１は、フランジを有する接続部材１９
を介して包囲体に接続される図示しないポンプ系
装置によつてか、または真空に保つポンプ系装置
である、フランジ１５に接続される図示しない装
置によつて、真空を保たれる。

マトリツクス材料は、２つの主要な条件を満た
さねばならない。すなわち、マトリツクス内にガ
スが溶けないこと、およびガス放出連続体からマ
トリツクスによる吸収が比較的少ないことを満た
さねばならない。マトリツクス材料は、誘起され
た光子の逃げる深さが注入の深さと相溶性がある
ような光学的特性を有することが好ましい。従つ
て、電子ビームの透過の深さが光子の透過の深さ
より深いことは必要でなく、電子ビームは比較的
表面をかすめるような角度で入射し、その電子エ
ネルギーは0.1〜20keVの範囲で十分である。こ
の光子源の性質は、高エネルギーのイオン衝撃及
び電子衝撃を得るために必要とされる高い費用、
例えば、公知の方法および装置で用いられるよう
な高い費用を避けることを可能にするものであ
る。特に低エネルギー電子銃を用いることにより
励起を生じることができる。

マトリツクス材料として、金属、例えばSn，
Al，Mg、半導体、例えば、Si，Geまたはある種
の絶縁材料を含む群から選択された材料を使用す
ることが有利である。

光子源の放出の深さは極めて浅いので、この光
子源は実質的に平坦であり、そしてこの光子源の
表面および形状は、電子ビームの構成状態によつ
てたやすく調節され得る。ビームを集光すること
によつて、効果的なピンの尖端状の光子源を得る
ことが可能であり；ビームを走査または広げるこ
とによつて、例えば、所定の分光分析装置で用い
られるスリツトの形状と似ている延在する光子源
を得ることが可能である。更に、時間とともに変
化する螢光の強さは、パルスを用いて電子ビーム
を変調することによりたやすく得られ、これによ
つて〓ロツクイン型の〓制御伝達技術における光
子源の使用を可能にしている。螢光の寿命は100
秒より短かい。

本発明の範囲を限定しない実施例によれば、
Al／Heに基づいた光子源は、上記の方法でつく
られ、そして3800Vのエネルギーを有する電子衝
撃下で本発明に従つて操作される。この光子源
は、第４図に示すように、580〜900Åに広がる連
続的な螢光スペクトルを発生し、このスペクトル
は、従来の放電光子源を用いて得られるスペクト
ルと同じである。このマトリツクスから発生した
光子は、シンクロトン光子源SURFと比較さ
れ、そしてこの比較によれば電子１個当り10^-4個
の光子に等しいかまたはこれより高い効率を示
す。十分な電流を用いると、明るさは、放電ラン
プを用いて得られる明るさに達することができ
る。

通常の放電光子源との相違については、本発明
の方法によれば、スペクトル帯幅を580〜3000Å
に広げるために複数のガスの複合体光子源を設計
することが可能である。実際に、ヘリウムの他に
も、マトリツクスに対して不活性な他のガス、例
えば、希ガスまたは他のガス、例えば、Ne，
Ar，……，H₂，N₂，……を使用することができ
ることは明らかである。複数のこのようなガスか
らのイオンをマトリツクス中に注入すれば、前記
の複数のガスの複合体光子源を得ることができ
る。

本発明の光子源の応用は多数ある。放電光子源
が現在、例えば、紫外領域における光電子分光分
析法に、反射、吸着および光導電性の研究等に使
用されているどのような応用においても、本発明
の光子源を使用することが可能である。

近、遠および極遠の紫外範囲において光子を発
生させるための簡単な方法として本発明の装置を
使用する他にも、本発明の光子源を、たとえば下
記のような、多数の新規の更に複雑な装置に組込
むことができる。

ａ 荷電粒子の通過によつて装置内に誘起される
螢光を検知することによる、粒子センサー、 ｂ 薄膜の形をしたマスクに、不活性ガスイオン
ビームを用いて集積回路の注入を行ない、その
後この回路を印刷し、この薄膜を紫外光子に感
応するフオトレジスト被覆と接触するように配
置し、そして紫外螢光を活性化するように電子
ビームを用いて衝撃することによる、紫外領域
における接触リソグラフイー、 ｃ 適当なポンプ系機構および適当な同調空間を
選択することによる、極遠紫外用の活性化され
た光子放出源（エクシメル・レーザー
（excimer laser））。

本発明の方法および装置は、差動ポンプ系、ガ
ス置換および極低温冷却を要しないという利益を
有し、更に、極めて操作が容易であり、柔軟性を
もつて作業できる。本発明の方法は、電子ビーム
強度を変調することにより明るさを６倍またはそ
れ以上に変化させ得るという利益を有し、また、
集光によつてピンの尖端状の形状とすることがで
きる。最後に、本発明の実施は比較的安価であ
る。

本発明は上記の態様に限定されないこと、およ
び請求の範囲から逸脱することなく多くの変化を
行なうことができることを理解しなければならな
い。