JPH05129096A - Electric charge neutralization method and device for ion beam and drive processor and surface measuring device - Google Patents
Electric charge neutralization method and device for ion beam and drive processor and surface measuring deviceInfo
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- JPH05129096A JPH05129096A JP28857391A JP28857391A JPH05129096A JP H05129096 A JPH05129096 A JP H05129096A JP 28857391 A JP28857391 A JP 28857391A JP 28857391 A JP28857391 A JP 28857391A JP H05129096 A JPH05129096 A JP H05129096A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明はたとえばイオンビーム
装置、イオンビームの電荷を中和したビームによるデバ
イス製造装置等のイオンビームの電荷中和方法および装
置ならびにドライプロセス装置および表面計測装置に関
するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ion beam charge neutralizing method and apparatus such as an ion beam apparatus, a device manufacturing apparatus using a beam obtained by neutralizing the charge of an ion beam, a dry process apparatus and a surface measuring apparatus. is there.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、イオンビームの電荷を中和するに
は、イオンビームをガス中に通過させる方法が主であ
る。2. Description of the Related Art Conventionally, in order to neutralize the electric charge of an ion beam, a method of passing the ion beam through a gas is mainly used.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】この場合、イオンビー
ムの電荷が中和される割合はガスの圧力とイオンビーム
がガス中を通過する距離に比例する。そのため、イオン
ビームの電荷が中和する割合を高めたい場合には、ガス
の圧力を高めるか、イオンビームがガス中を通過する距
離を長くする必要がある。しかし、ガスの圧力を高めた
場合には、ガスがイオンビーム源など他の部分に拡散す
る問題がある。また、イオンビームがガス中を通過する
距離を長くした場合には、装置が大きくなるという問題
がある。In this case, the rate at which the charge of the ion beam is neutralized is proportional to the pressure of the gas and the distance that the ion beam passes through the gas. Therefore, in order to increase the ratio of neutralization of the electric charge of the ion beam, it is necessary to increase the gas pressure or increase the distance that the ion beam passes through the gas. However, when the gas pressure is increased, there is a problem that the gas diffuses to other parts such as the ion beam source. Further, when the distance that the ion beam passes through the gas is increased, there is a problem that the device becomes large.
【０００４】この発明は上述の課題を解決するためにな
されたもので、イオンビームの電荷が中和する割合を高
め、しかも電荷の中和を行なう部分以外へのガスの拡散
を避け、装置の大型化を防ぐことができるイオンビーム
の電荷中和方法および装置ならびにドライプロセス装置
および表面計測装置を提供することを目的とする。The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and increases the ratio of neutralization of the electric charge of the ion beam, and avoids the diffusion of gas to a portion other than the portion for neutralizing the electric charge. An object of the present invention is to provide an ion beam charge neutralization method and apparatus, a dry process apparatus, and a surface measuring apparatus, which can prevent an increase in size.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、この発明の電荷中和方法においては、イオンビーム
を分子ビームと交差させる。To achieve this object, in the charge neutralization method of the present invention, the ion beam intersects with the molecular beam.
【０００６】この場合、上記イオンビームを上記分子ビ
ームと交差させたのち、電荷が中和されなかったイオン
を電場または磁場を用いて偏向させ、上記イオンビーム
を上記分子ビームとの交差点へ再度誘導してもよい。In this case, after crossing the ion beam with the molecular beam, the ions whose charge is not neutralized are deflected by using an electric field or a magnetic field, and the ion beam is again guided to the intersection with the molecular beam. You may.
【０００７】また、上記イオンビームと上記分子ビーム
とが交差する点またはその上流において上記分子ビーム
を励起してもよい。The molecular beam may be excited at a point where the ion beam intersects with the molecular beam or at an upstream of the intersection.
【０００８】この場合、上記分子ビームを励起し、リド
ベルグ状態を作り出してもよい。In this case, the above-mentioned molecular beam may be excited to create a Ridberg state.
【０００９】また、上記分子ビームとして混合ガスの分
子ビームを用いてもよい。A molecular beam of a mixed gas may be used as the molecular beam.
【００１０】また、上記分子ビームとしてパルス分子ビ
ームを用いてもよい。A pulsed molecular beam may be used as the molecular beam.
【００１１】この発明の電荷中和装置においては、噴出
した分子ビームがイオンビームと交差する分子ビームノ
ズルを設ける。In the charge neutralizing apparatus of the present invention, the molecular beam nozzle is provided so that the ejected molecular beam intersects the ion beam.
【００１２】また、上記分子ビームを排気口の方向に向
けてもよい。The molecular beam may be directed toward the exhaust port.
【００１３】また、上記分子ビームを上記イオンビーム
の方向に向けてもよい。The molecular beam may be directed in the direction of the ion beam.
【００１４】また、複数の上記分子ビームを用い、複数
の上記分子ビームを並列に並べてもよい。Further, a plurality of the molecular beams may be used and the plurality of molecular beams may be arranged in parallel.
【００１５】また、平板状の上記分子ビームを用いても
よい。Alternatively, the flat plate-shaped molecular beam may be used.
【００１６】また、シンクロトロン内のイオンを上記分
子ビームと交差させてもよい。Ions in the synchrotron may cross the molecular beam.
【００１７】また、上記分子ビームノズルに冷却機構を
設けてもよい。A cooling mechanism may be provided in the molecular beam nozzle.
【００１８】また、上記分子ビームノズルに加熱機構を
設けてもよい。A heating mechanism may be provided in the molecular beam nozzle.
【００１９】この発明のドライプロセス装置において
は、イオンビームを分子ビームと交差させたのちに試料
に照射する。In the dry process apparatus of the present invention, the sample is irradiated after the ion beam intersects with the molecular beam.
【００２０】この発明の表面計測装置においては、イオ
ンビームを分子ビームと交差させたのちに試料に照射す
る。In the surface measuring apparatus of the present invention, the ion beam is crossed with the molecular beam and then the sample is irradiated.
【００２１】なお、ここで分子とは、原子、分子、クラ
スター等の電荷を持たない粒子の総称である。Here, the term "molecule" is a general term for particles having no electric charge such as atoms, molecules and clusters.
【００２２】[0022]
【作用】このイオンビームの電荷中和方法および装置な
らびにドライプロセス装置および表面計測装置において
は、分子ビーム内の圧力は高く、それに比べて分子ビー
ム外の圧力は低く、また極めて狭い領域内で電荷の中和
を行なうことができる。In this ion beam charge neutralization method and apparatus, as well as in the dry process apparatus and surface measuring apparatus, the pressure inside the molecular beam is high, the pressure outside the molecular beam is low, and the charge within an extremely narrow region is obtained. Can be neutralized.
【００２３】また、イオンビームを分子ビームと交差さ
せたのち、電荷が中和されなかったイオンを電場または
磁場を用いて偏向させ、イオンビームを分子ビームとの
交差点へ再度誘導すれば、中和されなかったイオンを再
び利用することができる。Further, after the ion beam is crossed with the molecular beam, the ions whose charge is not neutralized are deflected by using an electric field or a magnetic field, and the ion beam is guided again to the intersection with the molecular beam. The ions that were not destroyed can be reused.
【００２４】また、イオンビームと分子ビームとが交差
する点またはその上流において分子ビームを励起すれ
ば、分子がイオンの電荷を中和する確率を高くすること
ができる。If the molecular beam is excited at the intersection of the ion beam and the molecular beam or at the upstream of the intersection, the probability that the molecules neutralize the charge of the ions can be increased.
【００２５】また、分子ビームを励起し、リドベルグ状
態を作り出せば、分子ビーム中では分子同士の衝突は極
めて少ないから、分子ビーム中でリドベルグ状態の分子
が安定して存在することができる。Further, when the molecular beam is excited to generate the Ridberg state, collisions between the molecules are extremely small in the molecular beam, so that the molecules in the Rydberg state can exist stably in the molecular beam.
【００２６】また、分子ビームとして混合ガスの分子ビ
ームを用いれば、分子ビーム内の分子の速度を高めるこ
とができるから、分子がイオンの電荷を中和する確率を
高くすることができる。If a molecular beam of a mixed gas is used as the molecular beam, the velocity of the molecules in the molecular beam can be increased, so that the probability of the molecules neutralizing the charge of the ions can be increased.
【００２７】また、分子ビームとしてパルス分子ビーム
を用いれば、分子ビーム内の分子の速度を高めることが
できるから、分子がイオンの電荷を中和する確率を高く
することができる。If a pulsed molecular beam is used as the molecular beam, the speed of the molecules in the molecular beam can be increased, and the probability that the molecules neutralize the charge of the ions can be increased.
【００２８】また、分子ビームを排気口の方向に向けれ
ば、分子ビーム中のガスをほとんど全て排気することが
できる。By directing the molecular beam toward the exhaust port, almost all the gas in the molecular beam can be exhausted.
【００２９】また、分子ビームをイオンビームの方向に
向ければ、イオンと分子との相対速度を下げることがで
きる。If the molecular beam is directed in the direction of the ion beam, the relative velocity between the ions and the molecules can be reduced.
【００３０】また、複数の分子ビームを用い、複数の分
子ビームを並列に並べれば、分子がイオンの電荷を中和
する確率を高くすることができる。Further, by using a plurality of molecular beams and arranging the plurality of molecular beams in parallel, it is possible to increase the probability that the molecules neutralize the charge of the ions.
【００３１】また、平板状の分子ビームを用いれば、分
子がイオンの電荷を中和する確率を高くすることができ
る。Further, if a flat plate-shaped molecular beam is used, it is possible to increase the probability that the molecules will neutralize the charge of the ions.
【００３２】また、シンクロトロン内のイオンを分子ビ
ームと交差させれば、中和されなかったイオンを再び利
用することができる。If the ions in the synchrotron are crossed with the molecular beam, the unneutralized ions can be reused.
【００３３】また、分子ビームノズルに冷却機構を設け
れば、分子ビームの密度を高めることができる。If the molecular beam nozzle is provided with a cooling mechanism, the density of the molecular beam can be increased.
【００３４】また、分子ビームノズルに加熱機構を設け
れば、分子ビームの密度、エネルギーを制御することが
できる。If a heating mechanism is provided in the molecular beam nozzle, the density and energy of the molecular beam can be controlled.
【００３５】[0035]
【実施例】（実施例１）図１はこの発明を用いたドライ
プロセス装置の一例である。真空チャンバー１の排気口
２には真空ポンプ（図示せず）が接続されており、真空
チャンバー１は真空に排気されており、真空チャンバー
１の内部に試料台３が設けられ、試料台３に試料４が取
り付けられており、試料４の移動、加熱が可能となって
いる。イオンビームはイオン源５から発生し、静電レン
ズ６で集束したのち、分子ビームノズル７から噴出する
分子ビームとほぼ平行に交わる。分子ビームと交差する
ことでイオンビームの一部は電荷が中和される。そし
て、中和されなかったイオンは偏向板８によって偏向さ
れ、試料４には入射しない。イオンビームの中の電荷の
中和されたものはそのまま試料４に入射する。さらに、
試料４には反応ガスノズル９から反応ガスが供給されて
いる。EXAMPLE 1 FIG. 1 shows an example of a dry process apparatus using the present invention. A vacuum pump (not shown) is connected to the exhaust port 2 of the vacuum chamber 1, the vacuum chamber 1 is evacuated to a vacuum, the sample table 3 is provided inside the vacuum chamber 1, and the sample table 3 is attached to the sample table 3. The sample 4 is attached, and the sample 4 can be moved and heated. The ion beam is generated from the ion source 5, focused by the electrostatic lens 6, and then intersects substantially parallel to the molecular beam ejected from the molecular beam nozzle 7. By intersecting the molecular beam, a part of the ion beam is neutralized in electric charge. Then, the unneutralized ions are deflected by the deflection plate 8 and do not enter the sample 4. The neutralized charge in the ion beam enters the sample 4 as it is. further,
The reaction gas is supplied to the sample 4 from the reaction gas nozzle 9.
【００３６】このように、イオンビームを分子ビームと
交差させて、イオンビームの電荷を中和すれば、分子ビ
ーム内の圧力は高く、それに比べて分子ビーム外の圧力
は低いから、イオンビームの電荷の中和の確率を高く保
つことができる。しかも、イオンビーム源などへのガス
の拡散を防ぐことができるから、電荷の中和を行なう部
分以外へのガスの拡散を避けることができる。さらに、
極めて狭い領域内で電荷の中和を行なうことができるか
ら、電荷の中和を行なう装置の小型化を図ることがで
き、他の装置の構成に自由度が増す。また、分子ビーム
をイオンビームの方向に向けているから、イオンと分子
との相対速度を下げることができるため、イオンビーム
の電荷の中和する確率を高めることができる。As described above, if the ion beam is crossed with the molecular beam to neutralize the charge of the ion beam, the pressure inside the molecular beam is high and the pressure outside the molecular beam is low, so that the ion beam The probability of charge neutralization can be kept high. Moreover, since it is possible to prevent the gas from diffusing to the ion beam source or the like, it is possible to avoid the gas from diffusing to a portion other than the portion for neutralizing the charge. further,
Since the charge can be neutralized within an extremely narrow region, the device for neutralizing the charge can be downsized, and the degree of freedom in the configuration of other devices is increased. Moreover, since the molecular beam is directed in the direction of the ion beam, the relative velocity between the ions and the molecules can be reduced, and thus the probability of neutralizing the charge of the ion beam can be increased.
【００３７】そして、本装置はイオン種、反応ガスを変
えることでさまざまな応用が可能である。まず、本装置
をエッチングに用いる場合について説明する。イオン源
５から発生させるイオンビームにはアルゴンイオンを用
いる。そして、分子ビームノズル７からはアルゴンの分
子ビーム、反応ガスノズル９からはフレオンを供給す
る。これによりシリコン酸化膜のエッチングが可能であ
る。このように、ドライプロセス装置に応用することが
できる。また、反応ガスとして６フッ化タングステンを
用いることで、シリコン上にタングステンのデポジショ
ンも可能である。The present apparatus can be applied in various ways by changing the ion species and reaction gas. First, the case where this apparatus is used for etching will be described. Argon ions are used for the ion beam generated from the ion source 5. Then, a molecular beam of argon is supplied from the molecular beam nozzle 7, and Freon is supplied from the reaction gas nozzle 9. Thereby, the silicon oxide film can be etched. Thus, it can be applied to a dry process device. Further, by using tungsten hexafluoride as a reaction gas, it is possible to deposit tungsten on silicon.
【００３８】さらに、イオン源５からガリウムイオンビ
ームを発生させ、分子ビームノズル７から噴出するガリ
ウム分子ビームによって電荷の中和を行なえば、試料４
に対してガリウムの打ち込みも可能である。この場合、
ガリウム分子の速度をガリウムイオンの速度に近付ける
ため、分子ビームノズル７から発生させる分子ビームは
超音速ビームとすることが望ましい。このためには、分
子ビームノズル７はパルス状にガスを噴出する構造と
し、オリフィス径も２００μｍ以下が望ましい。そし
て、分子ビームノズル７から噴出させるガスとしてはガ
リウム蒸気とヘリウムの混合ガスを用いることで、ガリ
ウム分子ビームの速度を通常の数倍にあげることができ
る。Further, if the gallium ion beam is generated from the ion source 5 and the charge is neutralized by the gallium molecular beam ejected from the molecular beam nozzle 7, the sample 4 is obtained.
It is also possible to implant gallium. in this case,
In order to bring the velocity of gallium molecules close to the velocity of gallium ions, it is desirable that the molecular beam generated from the molecular beam nozzle 7 be a supersonic beam. For this purpose, it is desirable that the molecular beam nozzle 7 has a structure that ejects gas in a pulsed manner, and the orifice diameter is 200 μm or less. Then, by using a mixed gas of gallium vapor and helium as the gas ejected from the molecular beam nozzle 7, the velocity of the gallium molecular beam can be increased to several times the normal speed.
【００３９】シリコンなどを用いる半導体プロセスにお
いては、プロセス中に試料４に入射するイオンによる損
傷が問題となっている。イオンビームの電荷を中和して
エッチング、デポジションなどに用いることで、この損
傷はかなり低く押えることができる。しかし、従来の通
常のガスを用いたイオンビームの電荷中和方法において
は、電荷が中和される割合が低いため、電荷の中和され
たビームを用いた場合、プロセスのスループットが落ち
てしまう問題があった。本装置においては、分子ビーム
を用いて電荷の中和する確率を高めているため、スルー
プットの減少を押えることができる。In a semiconductor process using silicon or the like, there is a problem of damage caused by ions incident on the sample 4 during the process. This damage can be suppressed to a very low level by neutralizing the electric charge of the ion beam and using it for etching, deposition and the like. However, in the conventional ion beam charge neutralization method using a normal gas, the rate of charge neutralization is low, and thus the process throughput is reduced when the charge neutralized beam is used. There was a problem. In this device, since the probability of neutralizing the electric charge is increased by using the molecular beam, the decrease in throughput can be suppressed.
【００４０】（実施例２）図２はこの発明を用いた表面
計測装置の一例である。真空チャンバー１に真空チャン
バー１０が設けられており、真空チャンバ１０の排気口
１１には真空ポンプ（図示せず）が接続されている。真
空チャンバー１と真空チャンバ１０との間にはスキマー
１２が設置されている。真空チャンバー１０の内部には
分子ビームノズル１３が設置されている。(Embodiment 2) FIG. 2 shows an example of a surface measuring apparatus using the present invention. A vacuum chamber 10 is provided in the vacuum chamber 1, and a vacuum pump (not shown) is connected to an exhaust port 11 of the vacuum chamber 10. A skimmer 12 is installed between the vacuum chamber 1 and the vacuum chamber 10. A molecular beam nozzle 13 is installed inside the vacuum chamber 10.
【００４１】イオンビームはイオン源５から発生し、静
電レンズ６で集束したのち、分子ビームノズル１３から
噴出しスキマー１２を通過してきた分子ビームとほぼ直
角に交わる。分子ビームと交差することでイオンビーム
の一部は電荷が中和される。中和されなかったイオンは
偏向板８によって偏向される。イオンビームの中の電荷
の中和されたものはそのまま試料４に入射する。イオン
ビームと交差したのちの分子ビームは真空チャンバー１
の壁に衝突することなく直接排気口２へ入射する。試料
４のそばには質量分析計１４が設置されており、試料４
からスパッタされた粒子を測定する。The ion beam is generated from the ion source 5, focused by the electrostatic lens 6, and then intersects the molecular beam ejected from the molecular beam nozzle 13 and passing through the skimmer 12 at a substantially right angle. By intersecting the molecular beam, a part of the ion beam is neutralized in electric charge. Ions that have not been neutralized are deflected by the deflection plate 8. The neutralized charge in the ion beam enters the sample 4 as it is. The molecular beam after crossing the ion beam is the vacuum chamber 1
It directly enters the exhaust port 2 without colliding with the wall of the. A mass spectrometer 14 is installed near the sample 4 and
The particles sputtered from are measured.
【００４２】このように、分子ビームを排気口２の方向
に向ければ、分子ビーム中のガスをほとんど全て排気す
ることができるから、ガスの拡散をさらに減らすことが
できる。また、スキマー１２を用いて分子ビームの方向
性を高めているから、ガスの拡散を確実に減らすことが
できる。By directing the molecular beam toward the exhaust port 2 as described above, almost all of the gas in the molecular beam can be exhausted, so that the diffusion of the gas can be further reduced. Further, since the skimmer 12 is used to enhance the directivity of the molecular beam, it is possible to reliably reduce the diffusion of gas.
【００４３】また、従来の表面計測装置では、試料をス
パッタするために一般的にイオンが用いられているた
め、セラミック、生物試料などの伝導性でない試料の測
定は困難であった。しかし、本装置では電荷を中和して
いるため、伝導性でない試料の測定も容易となってい
る。また、イオンの中和に用いているガスの拡散もほと
んどないため、イオン源の汚染もなく、質量分析計の感
度低下もほとんどない。Further, in the conventional surface measuring apparatus, since ions are generally used for sputtering the sample, it is difficult to measure a non-conductive sample such as a ceramic or a biological sample. However, since this device neutralizes the charge, it is easy to measure a non-conductive sample. Further, since the gas used for neutralizing the ions is hardly diffused, the ion source is not contaminated and the sensitivity of the mass spectrometer is hardly reduced.
【００４４】なお、本装置においては、計測手段として
質量分析計を用い、中性分子線によるスパッタ粒子を測
定したが、他の計測手段を用いることができることはい
うまでもない。他の計測手段の例としては、光電子増倍
管、電子エネルギーアナライザー等を用いて中性分子線
が入射したときの光、電子など他の粒子を測定する方
法、さらに中性分子線をスパッタにのみ用いてＸ線光電
子分光法（ＸＰＳ）など従来の計測手段と組み合わせる
方法がある。In the present apparatus, the mass spectrometer was used as the measuring means and the sputtered particles by the neutral molecular beam were measured, but it goes without saying that other measuring means can be used. Examples of other measuring means include a photomultiplier tube, an electron energy analyzer, etc., to measure other particles such as light and electrons when a neutral molecular beam is incident, and to sputter the neutral molecular beam. There is a method of combining with a conventional measuring means such as X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) using only the above.
【００４５】（実施例３）図３はこの発明を用いた中性
粒子線発生装置の一例である。陽子は入射器１５で発
生、加速されたのちシンクロトロン１６に入射する。シ
ンクロトロン１６中で陽子は一定エネルギーにまで加速
され回転を続ける。シンクロトロン１６の一部はイオン
の電荷を中和するための真空チャンバー１７となってお
り、真空チャンバー１７の排気口１８には真空ポンプ
（図示せず）が接続されている。真空チャンバー１７の
内部には差動排気された分子ビームノズル１９が設置さ
れており、陽子と分子ビームが交差する構造となってい
る。分子ビームは排気口１８に直接入射する構造となっ
ており、シンクロトロン１６内へのガスの拡散はほとん
どない。(Embodiment 3) FIG. 3 shows an example of a neutral particle beam generator using the present invention. The protons are generated and accelerated by the injector 15, and then enter the synchrotron 16. In the synchrotron 16, the protons are accelerated to a certain energy and continue to rotate. A part of the synchrotron 16 serves as a vacuum chamber 17 for neutralizing the charge of ions, and a vacuum pump (not shown) is connected to an exhaust port 18 of the vacuum chamber 17. A differentially evacuated molecular beam nozzle 19 is installed inside the vacuum chamber 17, and has a structure in which protons and molecular beams intersect. Since the molecular beam is directly incident on the exhaust port 18, the gas hardly diffuses into the synchrotron 16.
【００４６】分子ビームと交差後、中和されなかった陽
子はそのままシンクロトロン１６内を回転し、再び分子
ビームと交差する。中和された陽子、すなわち水素原子
はシンクロトロン１６内の磁場により偏向されないた
め、水素原子ビーム２０はシンクロトロン１６から出射
される。本装置においては、中和されなかったイオンを
再び利用することができるため、効率のよい電荷の中和
を行なうことができる。After crossing the molecular beam, the unneutralized protons still rotate in the synchrotron 16 and cross the molecular beam again. Since the neutralized protons, that is, hydrogen atoms are not deflected by the magnetic field in the synchrotron 16, the hydrogen atom beam 20 is emitted from the synchrotron 16. In this device, since the unneutralized ion can be reused, the charge can be efficiently neutralized.
【００４７】本装置により高エネルギーの原子ビームを
発生させることができる。水素原子ビーム２０は電荷を
持たないため、電場、磁場などによって偏向することが
なく、電子スピン共鳴（ＥＳＲ）などの計測手段との組
み合せが容易である。This apparatus can generate a high energy atomic beam. Since the hydrogen atom beam 20 has no electric charge, it is not deflected by an electric field, a magnetic field, etc., and can be easily combined with a measuring means such as electron spin resonance (ESR).
【００４８】（実施例４）図４はこの発明を用いた中性
粒子線発生装置の一例である。真空チャンバー２１の排
気口２２には真空ポンプ（図示せず）が接続されてお
り、真空チャンバー２１は真空に排気されている。イオ
ンビームはイオン源２３から発生し、静電レンズ２４で
集束したのち、分子ビームノズル２５から噴出する分子
ビームとほぼ垂直に交わる。分子ビームノズル２５のオ
リフィスは細線状であり、平板状の分子ビームが発生す
る。イオン源２３と平行に色素レーザー２６が設置され
ており、色素レーザー２６のレーザー光は窓２７を介し
てイオンビームとほぼ平行に照射される。このレーザー
光によって分子ビームはイオンビームと交差する直前で
リドベルグ状態に励起される。通常のガス中では衝突に
よって分解または緩和してしまうリドベルグ状態のよう
な分子も分子ビーム中では安定して存在することができ
る。そのような分子はイオンの電荷を中和する確率が高
いので、イオンビームの電荷の中和する割合を高めるこ
とができる。(Embodiment 4) FIG. 4 shows an example of a neutral particle beam generator using the present invention. A vacuum pump (not shown) is connected to the exhaust port 22 of the vacuum chamber 21, and the vacuum chamber 21 is evacuated to a vacuum. The ion beam is generated from the ion source 23, focused by the electrostatic lens 24, and then intersects with the molecular beam ejected from the molecular beam nozzle 25 almost vertically. The orifice of the molecular beam nozzle 25 has a fine line shape and generates a flat plate shaped molecular beam. A dye laser 26 is installed in parallel with the ion source 23, and the laser light of the dye laser 26 is irradiated through the window 27 almost in parallel with the ion beam. The laser beam excites the molecular beam into the Ridberg state immediately before crossing the ion beam. Molecules such as the Rydberg state, which is decomposed or relaxed by collision in ordinary gas, can also exist stably in the molecular beam. Since such a molecule has a high probability of neutralizing the charge of ions, the ratio of neutralizing the charge of the ion beam can be increased.
【００４９】分子ビームノズル２５には冷却機構が取り
付けられており、オリフィス温度を室温以下に下げるこ
とができるようになっている。オリフィス温度を下げる
ことにより、分子ビームの密度を高めることができる。
分子ビームの密度が高まれば、イオンの電荷の中和の確
率も高まる。さらに、分子ビーム内の分子もほとんどが
最低励起状態に分布するようになるため、レーザー光な
どによる励起も行ない易くなる。A cooling mechanism is attached to the molecular beam nozzle 25 so that the orifice temperature can be lowered to room temperature or lower. The molecular beam density can be increased by lowering the orifice temperature.
The higher the density of the molecular beam, the higher the probability of neutralizing the charge of the ions. Furthermore, most of the molecules in the molecular beam are distributed in the lowest excited state, so that excitation by laser light or the like becomes easy.
【００５０】なお、分子ビームを用いてイオンビームの
電荷の中和を行なう場合、分子の種類はイオンの種類と
同一であることが望ましい。しかし、イオンビームの生
成は容易であるが、分子ビームの発生には不向きな分子
も存在する。この場合、他の種類の分子ビームを用いざ
るを得ないが、イオンの電荷の中和の確率は低下してし
まう。このような場合においても、平板状の分子ビーム
を用いたり、分子ビームを励起することで、イオンの電
荷の中和の確率を高めることができる。When the charge of the ion beam is neutralized by using the molecular beam, it is desirable that the type of molecule is the same as the type of ion. However, although the ion beam is easy to generate, some molecules are not suitable for generating the molecular beam. In this case, other types of molecular beams have to be used, but the probability of neutralizing the charge of ions decreases. Even in such a case, the probability of neutralizing the charge of the ions can be increased by using a flat plate-shaped molecular beam or exciting the molecular beam.
【００５１】本装置においては、平板状の分子ビームを
用いたが、分子ビームノズルを多数並べることによって
も同一の効果を得ることができることはいうまでもな
い。分子ビームの励起においても、レーザーによる励起
が困難な場合には、電子ビームを用いたり、分子ビーム
ノズルを加熱することでも可能である。さらに、本装置
においては、分子をリドベルグ状態に励起したが、リド
ベルグ状態以外でも、たとえば準安定励起状態などに励
起することによっても、イオンの電荷の中和の確率が高
まることが期待される。In this apparatus, a flat plate-shaped molecular beam was used, but it goes without saying that the same effect can be obtained by arranging a large number of molecular beam nozzles. Also in the excitation of the molecular beam, when it is difficult to excite with a laser, it is possible to use an electron beam or to heat the molecular beam nozzle. Further, in the present apparatus, the molecule was excited to the lidberg state, but it is expected that the probability of neutralizing the charge of the ion is increased by exciting the molecule to a state other than the lidberg state, for example, to a metastable excited state.
【００５２】また、分子ビームノズルの温度を制御すれ
ば、分子ビームの温度を制御することができるから、こ
れにより分子ビームの密度、エネルギーを制御し、イオ
ンの電荷の中和の確率を制御することができる。Further, since the temperature of the molecular beam can be controlled by controlling the temperature of the molecular beam nozzle, the density and energy of the molecular beam can be controlled, and the probability of neutralizing the charge of the ions can be controlled. be able to.
【００５３】[0053]
【発明の効果】以上説明したように、この発明に係るイ
オンビームの電荷中和方法および装置ならびにドライプ
ロセス装置および表面計測装置においては、分子ビーム
内の圧力は高く、それに比べて分子ビーム外の圧力は低
いから、イオンビームの電荷の中和の確率を高く保つこ
とができるとともに、イオンビーム源などへのガスの拡
散を防ぐことができるので、電荷の中和を行なう部分以
外へのガスの拡散を避けることができ、また極めて狭い
領域内で電荷の中和を行なうことができるから、電荷の
中和を行なう装置の小型化を図ることができ、他の装置
の構成に自由度が増す。As described above, in the ion beam charge neutralizing method and apparatus, the dry process apparatus and the surface measuring apparatus according to the present invention, the pressure inside the molecular beam is high, and the pressure outside the molecular beam is higher than that. Since the pressure is low, the probability of neutralizing the charge of the ion beam can be kept high and the diffusion of the gas to the ion beam source can be prevented, so that the gas other than the part that neutralizes the charge can be prevented. Since diffusion can be avoided and charge can be neutralized within an extremely narrow area, the device for neutralizing charge can be downsized, and the degree of freedom in the configuration of other devices increases. ..
【００５４】また、イオンビームを分子ビームと交差さ
せたのち、電荷が中和されなかったイオンを電場または
磁場を用いて偏向させ、イオンビームを分子ビームとの
交差点へ再度誘導すれば、中和されなかったイオンを再
び利用することができるから、効率のよい電荷の中和を
行なうことができる。Further, after the ion beam is crossed with the molecular beam, the ions whose charge is not neutralized are deflected by using an electric field or a magnetic field, and the ion beam is guided again to the intersection with the molecular beam. Since the unreacted ions can be reused, efficient charge neutralization can be performed.
【００５５】また、イオンビームと分子ビームとが交差
する点またはその上流において分子ビームを励起すれ
ば、分子がイオンの電荷を中和する確率を高くすること
ができるから、イオンビームの電荷の中和する割合をさ
らに高めることができる。If the molecular beam is excited at the intersection of the ion beam and the molecular beam or at the upstream of the intersection, the probability that the molecule neutralizes the charge of the ion can be increased. It is possible to further increase the proportion of the mixture.
【００５６】また、分子ビームを励起し、リドベルグ状
態を作り出せば、分子ビーム中では分子同士の衝突は極
めて少なく、リドベルグ状態の分子も安定して存在する
ことができるため、イオンビームの電荷の中和する割合
をさらに高めることができる。Further, when the molecular beam is excited to create the Ridberg state, collisions between the molecules are extremely small in the molecular beam, and the molecules in the Rydberg state can exist stably, so that the charge of the ion beam is It is possible to further increase the proportion of the mixture.
【００５７】また、分子ビームとして混合ガスの分子ビ
ームを用いれば、分子ビーム内の分子の速度を高めるこ
とができるから、分子がイオンの電荷を中和する確率を
高くすることができるので、イオンビームの電荷の中和
する割合をさらに高めることができる。If a molecular beam of a mixed gas is used as the molecular beam, the velocity of the molecules in the molecular beam can be increased, and the probability that the molecules neutralize the charge of the ions can be increased. The rate of neutralizing the electric charge of the beam can be further increased.
【００５８】また、分子ビームとしてパルス分子ビーム
を用いれば、分子ビーム内の分子の速度を高めることが
できるから、分子がイオンの電荷を中和する確率を高く
することができるので、イオンビームの電荷の中和する
割合をさらに高めることができる。If a pulsed molecular beam is used as the molecular beam, the speed of the molecules in the molecular beam can be increased, and the probability that the molecules neutralize the charge of the ions can be increased. The rate of charge neutralization can be further increased.
【００５９】また、分子ビームを排気口の方向に向けれ
ば、分子ビーム中のガスをほとんど全て排気することが
できるから、ガスの拡散を更に減らすことができる。Further, by directing the molecular beam toward the exhaust port, almost all the gas in the molecular beam can be exhausted, so that the diffusion of the gas can be further reduced.
【００６０】また、分子ビームをイオンビームの方向に
向ければ、イオンと分子との相対速度を下げることがで
きから、イオンビームの電荷の中和する確率を高めるこ
とができる。Further, by directing the molecular beam in the direction of the ion beam, the relative velocity between the ions and the molecules can be reduced, and thus the probability of neutralizing the charge of the ion beam can be increased.
【００６１】また、複数の分子ビームを用い、複数の分
子ビームを並列に並べれば、分子がイオンの電荷を中和
する確率を高くすることができるから、イオンビームの
電荷の中和する割合をさらに高めることができる。Further, by using a plurality of molecular beams and arranging the plurality of molecular beams in parallel, it is possible to increase the probability that the molecules neutralize the charge of the ions. It can be further increased.
【００６２】また、平板状の分子ビームを用いれば、分
子がイオンの電荷を中和する確率を高くすることができ
るから、イオンビームの電荷の中和する割合をさらに高
めることができる。Further, by using the flat plate-shaped molecular beam, the probability that the molecules neutralize the charge of the ions can be increased, so that the ratio of neutralizing the charge of the ion beam can be further increased.
【００６３】また、シンクロトロン内のイオンを分子ビ
ームと交差させれば、中和されなかったイオンを再び利
用することができるから、効率のよい電荷の中和を行な
うことができる。If the ions in the synchrotron are crossed with the molecular beam, the unneutralized ions can be reused, so that the charge can be efficiently neutralized.
【００６４】また、分子ビームノズルに冷却機構を設け
れば、分子ビームの密度を高めることができるから、イ
オンの電荷の中和の確率も高まる。If the molecular beam nozzle is provided with a cooling mechanism, the density of the molecular beam can be increased, and the probability of neutralizing the charge of the ions is also increased.
【００６５】また、分子ビームノズルに加熱機構を設け
れば、分子ビームの密度、エネルギーを制御することが
できるから、イオンの電荷の中和の確率を制御すること
ができる。If the molecular beam nozzle is provided with a heating mechanism, the density and energy of the molecular beam can be controlled, so that the probability of neutralizing the charge of the ions can be controlled.
【００６６】このように、この発明の効果は顕著であ
る。As described above, the effect of the present invention is remarkable.
【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]
【図１】この発明の一実施例を示す装置構成図である。FIG. 1 is a device configuration diagram showing an embodiment of the present invention.
【図２】この発明の一実施例を示す装置構成図である。FIG. 2 is a device configuration diagram showing an embodiment of the present invention.
【図３】この発明の一実施例を示す装置構成図である。FIG. 3 is a device configuration diagram showing an embodiment of the present invention.
【図４】この発明の一実施例を示す装置構成図である。FIG. 4 is a device configuration diagram showing an embodiment of the present invention.
２…排気口 ５…イオン源 ７…分子ビームノズル １３…分子ビームノズル １５…入射器 １６…シンクロトロン １９…分子ビームノズル ２３…イオン源 ２５…分子ビームノズル ２６…色素レーザー 2 ... Exhaust port 5 ... Ion source 7 ... Molecular beam nozzle 13 ... Molecular beam nozzle 15 ... Injector 16 ... Synchrotron 19 ... Molecular beam nozzle 23 ... Ion source 25 ... Molecular beam nozzle 26 ... Dye laser
フロントページの続き (72)発明者 水谷 巽 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内Continued Front Page (72) Inventor Tatsumi Mizutani 1-280, Higashi Koikekubo, Kokubunji, Tokyo Inside the Central Research Laboratory, Hitachi, Ltd.
Claims (16)
て、上記イオンビームを分子ビームと交差させることを
特徴とするイオンビームの電荷中和方法。1. A method for neutralizing the charge of an ion beam, wherein the ion beam intersects a molecular beam.
させたのち、電荷が中和されなかったイオンを電場また
は磁場を用いて偏向させ、上記イオンビームを上記分子
ビームとの交差点へ再度誘導することを特徴とする請求
項１に記載のイオンビームの電荷中和方法。2. After crossing the ion beam with the molecular beam, the ions whose charge is not neutralized are deflected by using an electric field or a magnetic field, and the ion beam is guided again to the intersection with the molecular beam. The charge neutralization method for an ion beam according to claim 1, wherein.
差する点またはその上流において上記分子ビームを励起
することを特徴とする請求項１に記載のイオンビームの
電荷中和方法。3. The charge neutralization method for an ion beam according to claim 1, wherein the molecular beam is excited at a point where the ion beam intersects with the molecular beam or at an upstream thereof.
を作り出すことを特徴とする請求項３に記載のイオンビ
ームの電荷中和方法。4. The charge neutralization method for an ion beam according to claim 3, wherein the molecular beam is excited to generate a Ridberg state.
ムを用いることを特徴とする請求項１に記載のイオンビ
ームの電荷中和方法。5. The ion beam charge neutralization method according to claim 1, wherein a molecular beam of a mixed gas is used as the molecular beam.
用いることを特徴とする請求項１に記載のイオンビーム
の電荷中和方法。6. The ion beam charge neutralization method according to claim 1, wherein a pulsed molecular beam is used as the molecular beam.
する分子ビームノズルを具備することを特徴とするイオ
ンビームの電荷中和装置。7. An ion beam charge neutralization apparatus comprising a molecular beam nozzle in which a jetted molecular beam intersects the ion beam.
とを特徴とする請求項７に記載のイオンビームの電荷中
和装置。8. The charge neutralizing device for an ion beam according to claim 7, wherein the molecular beam is directed toward an exhaust port.
に向けたことを特徴とする請求項７に記載のイオンビー
ムの電荷中和装置。9. The ion beam charge neutralizing apparatus according to claim 7, wherein the molecular beam is directed toward the ion beam.
記分子ビームを並列に並べたことを特徴とする請求項７
に記載のイオンビームの電荷中和装置。10. The plurality of molecular beams are used and the plurality of molecular beams are arranged in parallel.
The ion beam charge neutralizing device according to 1.
特徴とする請求項７に記載のイオンビームの電荷中和装
置。11. The ion beam charge neutralization apparatus according to claim 7, wherein the flat plate-shaped molecular beam is used.
ームと交差させたことを特徴とする請求項７に記載のイ
オンビームの電荷中和装置。12. The ion beam charge neutralization apparatus according to claim 7, wherein the ions in the synchrotron intersect with the molecular beam.
たことを特徴とする請求項７に記載のイオンビームの電
荷中和装置。13. The ion beam charge neutralization apparatus according to claim 7, wherein the molecular beam nozzle is provided with a cooling mechanism.
たことを特徴とする請求項７に記載のイオンビームの電
荷中和装置。14. The ion beam charge neutralizing apparatus according to claim 7, wherein the molecular beam nozzle is provided with a heating mechanism.
のちに試料に照射することを特徴とするドライプロセス
装置。15. A dry process apparatus characterized by irradiating a sample after intersecting an ion beam with a molecular beam.
のちに試料に照射することを特徴とする表面計測装置。16. A surface measuring apparatus characterized by irradiating a sample after intersecting an ion beam with a molecular beam.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28857391A JPH05129096A (en) | 1991-11-05 | 1991-11-05 | Electric charge neutralization method and device for ion beam and drive processor and surface measuring device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28857391A JPH05129096A (en) | 1991-11-05 | 1991-11-05 | Electric charge neutralization method and device for ion beam and drive processor and surface measuring device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05129096A true JPH05129096A (en) | 1993-05-25 |
Family
ID=17732015
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28857391A Pending JPH05129096A (en) | 1991-11-05 | 1991-11-05 | Electric charge neutralization method and device for ion beam and drive processor and surface measuring device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05129096A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5543615A (en) * | 1994-01-13 | 1996-08-06 | Ebara Corporation | Beam charge exchanging apparatus |
| EP0893944A1 (en) * | 1997-07-11 | 1999-01-27 | Eaton Corporation | System and method for neutralizing an ion beam using water vapor |
| KR100834466B1 (en) * | 2006-10-18 | 2008-06-05 | (주)선재하이테크 | A bar type ionizer using Piezo and nozzle |
| JP2015520936A (en) * | 2012-05-31 | 2015-07-23 | シーメンス アクチエンゲゼルシヤフトＳｉｅｍｅｎｓ Ａｋｔｉｅｎｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ | Deflector plate and deflector for deflecting charged particles |
-
1991
- 1991-11-05 JP JP28857391A patent/JPH05129096A/en active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5543615A (en) * | 1994-01-13 | 1996-08-06 | Ebara Corporation | Beam charge exchanging apparatus |
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| JP2015520936A (en) * | 2012-05-31 | 2015-07-23 | シーメンス アクチエンゲゼルシヤフトＳｉｅｍｅｎｓ Ａｋｔｉｅｎｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ | Deflector plate and deflector for deflecting charged particles |
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