JPS58157043A - イオンビ−ム発生装置 - Google Patents
イオンビ−ム発生装置Info
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- JPS58157043A JPS58157043A JP57039372A JP3937282A JPS58157043A JP S58157043 A JPS58157043 A JP S58157043A JP 57039372 A JP57039372 A JP 57039372A JP 3937282 A JP3937282 A JP 3937282A JP S58157043 A JPS58157043 A JP S58157043A
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- molecules
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-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H3/00—Production or acceleration of neutral particle beams, e.g. molecular or atomic beams
- H05H3/02—Molecular or atomic beam generation
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
- Electron Tubes For Measurement (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明はイオン注入装置やイオン露光装置等に用いられ
るイオン源（イオンビーム発生装置）に関するもので、
さらに詳しくは、高純度のイオンビームを生成し、かつ
、ある元素のイオンビームから他の元素のイオンビーム
へ切換えたり、イオンビームの生成を停止することを高
速に行なうことができるイオンビーム発生装置（イオン
銃）に関するものである。
るイオン源（イオンビーム発生装置）に関するもので、
さらに詳しくは、高純度のイオンビームを生成し、かつ
、ある元素のイオンビームから他の元素のイオンビーム
へ切換えたり、イオンビームの生成を停止することを高
速に行なうことができるイオンビーム発生装置（イオン
銃）に関するものである。
従来のこの種の装置の一構成例を第１図に示す。
図において、■はイオンビームとなる原子またはその化
合物を含んだ物質、２は針状電極、３はるつぼ、４はヒ
ータ、５は引き出し電極、６は加速電極、７はイオンビ
ームである。
合物を含んだ物質、２は針状電極、３はるつぼ、４はヒ
ータ、５は引き出し電極、６は加速電極、７はイオンビ
ームである。
この装置では、イオンビームとなる原子またはその化合
物を含んだ物質１をるつぼ３内で加熱用ヒータ４を用い
て加熱する。加熱された物質ｌは溶融し、針状電極２の
先端を濡らす。そこで、針状電極２に正、引き出し電極
５に負の高電圧を印加すると、針状電極２の先端を濡ら
した原子かイオン化して引き出される。引き出されたイ
オンビーム７はさらに加速電極６で加速され電子光学系
に到達する。
物を含んだ物質１をるつぼ３内で加熱用ヒータ４を用い
て加熱する。加熱された物質ｌは溶融し、針状電極２の
先端を濡らす。そこで、針状電極２に正、引き出し電極
５に負の高電圧を印加すると、針状電極２の先端を濡ら
した原子かイオン化して引き出される。引き出されたイ
オンビーム７はさらに加速電極６で加速され電子光学系
に到達する。
しかし、この従来の装置では、動作中にある原子からな
るイオンビームを他の原子からなるイオンビームに速や
かに切換えるということが極めて難しく、実用上単一の
イオンビームしか生成できないという欠点があった。さ
らに、元素のアイソトープまで区別して、イオンビーム
を生成することは不可能であった。
るイオンビームを他の原子からなるイオンビームに速や
かに切換えるということが極めて難しく、実用上単一の
イオンビームしか生成できないという欠点があった。さ
らに、元素のアイソトープまで区別して、イオンビーム
を生成することは不可能であった。
また、イオンビームのオン・オフ（ブランキング）は電
子光学系内に設置された偏向板とアパーチャによって行
なっているが、この方法では偏向板に加わる電圧の擾乱
等によってイオンビームが乱れることかあった。
子光学系内に設置された偏向板とアパーチャによって行
なっているが、この方法では偏向板に加わる電圧の擾乱
等によってイオンビームが乱れることかあった。
本発明はこれらの欠点を除去するため、電気的に中性な
原子または分子にレーザ光を照射することにより、特定
な原子または分子またはアイソトープのみ選択的にイオ
ン化させることを特徴とし、その目的は高純度の元素あ
るいはアイソトープのイオンビームを生成し、かつ、ビ
ームとなるイオンをある元素のイオンから他の元素のイ
オンへ高速に切換えたり、イオンビームをオン・オフさ
せることにある。
原子または分子にレーザ光を照射することにより、特定
な原子または分子またはアイソトープのみ選択的にイオ
ン化させることを特徴とし、その目的は高純度の元素あ
るいはアイソトープのイオンビームを生成し、かつ、ビ
ームとなるイオンをある元素のイオンから他の元素のイ
オンへ高速に切換えたり、イオンビームをオン・オフさ
せることにある。
第２図は本発明の基礎となる原理説明図であって、同図
（ａ）は原子Ａの量子化されたエネルギーレベルであり
、点線は原子ＡのアイソトープＡ′のエネルギーレベル
を示している。同様に（ｂｌは原子Ｂのエネルギーレベ
ルを示している。
（ａ）は原子Ａの量子化されたエネルギーレベルであり
、点線は原子ＡのアイソトープＡ′のエネルギーレベル
を示している。同様に（ｂｌは原子Ｂのエネルギーレベ
ルを示している。
原子では準安定状態Ｅ、と励起状態Ｅ２のエネルギーレ
ベルか、量子論的効果により離散的になっている。準安
定状態ＥＩＡの原子Ａにエネルギー差ΔＥＡ ＝ Ｅ２
Ａ ＥＩＡに対応する波長λ（＝ｈ乃Ｅ、）の単色光
を照射すれば、原子Ａは励起状態Ｅ２Ａに移る。
ベルか、量子論的効果により離散的になっている。準安
定状態ＥＩＡの原子Ａにエネルギー差ΔＥＡ ＝ Ｅ２
Ａ ＥＩＡに対応する波長λ（＝ｈ乃Ｅ、）の単色光
を照射すれば、原子Ａは励起状態Ｅ２Ａに移る。
このときＡ以外の原子は全く影響を受けない。励起状態
の原子Ａに波長２′（−ｈ／／ｊＥｌ）の光を照射すれ
ば、原子Ａは電離する。ここで、ΔＥ’） ＥＣＸ）Ａ
−Ｆｉ：２Ａであり、Ｅ−Ａは電離状態の原子Ａのエネ
ルギーレベルである。
の原子Ａに波長２′（−ｈ／／ｊＥｌ）の光を照射すれ
ば、原子Ａは電離する。ここで、ΔＥ’） ＥＣＸ）Ａ
−Ｆｉ：２Ａであり、Ｅ−Ａは電離状態の原子Ａのエネ
ルギーレベルである。
同様にして、ΔＥＡ ／ ＝ Ｅ２Ａ／ −Ｅ、Ａ／あ
るいはΔＥＢ＝Ｅ２Ｂ−ＥＩＢに相当する波長の単色光
を入射させれば、それぞれ原子ＡのアイソトープＡ′あ
るいは原子Ｂのみを選択的にイオン化できる。
るいはΔＥＢ＝Ｅ２Ｂ−ＥＩＢに相当する波長の単色光
を入射させれば、それぞれ原子ＡのアイソトープＡ′あ
るいは原子Ｂのみを選択的にイオン化できる。
従って、例えば原子Ａ、原子Ｂの混合物に波長λのレー
ザ光を入射させれば、Ａのみからなるイオンを生成する
ことができ、波長をΔＥＢのエネルギーに相当するもの
に換えれば、Ｂのみからなるイオンを生成することがで
きる。
ザ光を入射させれば、Ａのみからなるイオンを生成する
ことができ、波長をΔＥＢのエネルギーに相当するもの
に換えれば、Ｂのみからなるイオンを生成することがで
きる。
第３図は本発明の一実施例を示すもので、イオンビーム
発生装置の構成図である。図において、１はイオンビー
ムとなする原子または分子を含んだ物質、３はるつぼ、
４はヒータ、７はイオンビーム、８は物質ｌの蒸気（中
性原子ビーム）、９は偏向板、１０は物質１の蒸気８に
含まれていた不要なイオン、１１はスリット、１２は偏
向板、１３は選択励起用レーザ光（第１のレーザ光）、
１４は電離用レーザ光（第２のレーザ光）、１５は物質
１の蒸気８゜選択励起用レーザ光１３及び電離用レーザ
光１４が重なり合った領域（活性領域と呼ぶ）、１６は
選択励起用レーザ光を発生させるレーザ光源、１７は電
離用レーザ光を発生させるレーザ光源、１８は排気系、
１９は電子光学系である。
発生装置の構成図である。図において、１はイオンビー
ムとなする原子または分子を含んだ物質、３はるつぼ、
４はヒータ、７はイオンビーム、８は物質ｌの蒸気（中
性原子ビーム）、９は偏向板、１０は物質１の蒸気８に
含まれていた不要なイオン、１１はスリット、１２は偏
向板、１３は選択励起用レーザ光（第１のレーザ光）、
１４は電離用レーザ光（第２のレーザ光）、１５は物質
１の蒸気８゜選択励起用レーザ光１３及び電離用レーザ
光１４が重なり合った領域（活性領域と呼ぶ）、１６は
選択励起用レーザ光を発生させるレーザ光源、１７は電
離用レーザ光を発生させるレーザ光源、１８は排気系、
１９は電子光学系である。
次に、上記構成の本発明の装置について動作を説明する
。
。
イオンビーム発生装置の動作に必要な元素およびその化
合物を含む物質１をるっぽ３内に置き、ヒータ４で加熱
し、その物質の蒸気を生成する。
合物を含む物質１をるっぽ３内に置き、ヒータ４で加熱
し、その物質の蒸気を生成する。
このとき物質１かガス状態のものであればヒータ４は特
に必要としない。生成した蒸気（またはガス）８はるっ
ぽ３の先端部（ノズル）から真空中に放出される。蒸気
８はほぼ電気的に中性であるので真空中を直進する。
に必要としない。生成した蒸気（またはガス）８はるっ
ぽ３の先端部（ノズル）から真空中に放出される。蒸気
８はほぼ電気的に中性であるので真空中を直進する。
まず、蒸気８は偏向板９の間を通過し、不要なイオン１
０は偏向されてスリット１１で前進を阻止されて蒸気か
ら排除され、残りの原子は中性原子ビームとなってスリ
ット１１を通過し前方へ直進する。
０は偏向されてスリット１１で前進を阻止されて蒸気か
ら排除され、残りの原子は中性原子ビームとなってスリ
ット１１を通過し前方へ直進する。
次に、中性原子ビームを偏向板１２の間に導く。
この部分で中性原子ビームに選択励起用ル−ザ光１３と
電離用レーザ光１４をオーバラップさせるように照射す
る。この三者がオーバラップした領域１５が活性領域で
ある。
電離用レーザ光１４をオーバラップさせるように照射す
る。この三者がオーバラップした領域１５が活性領域で
ある。
ここで選択励起用レーザ光１３の波長を原理説明図（第
２図）で示したように、着目した原子のみに吸収される
ように調整すれば、中性原子ビームから特定の原子また
はアイソトープのみかイオン化され偏向板１２により偏
向されて電子光学系１９へ導かれる。励起されなかった
他の原子はそのまま直進し、排気系１８から排気される
。
２図）で示したように、着目した原子のみに吸収される
ように調整すれば、中性原子ビームから特定の原子また
はアイソトープのみかイオン化され偏向板１２により偏
向されて電子光学系１９へ導かれる。励起されなかった
他の原子はそのまま直進し、排気系１８から排気される
。
具体例を示すと次の通りである。
第２図（ａ）及び（ｂｌにおいて、物質としてそれぞれ
カルシウム（Ｃａ）とよう素ＣＩ＋を想定し、Ｃａ原子
をＡ、そのアイソトープをＡ′、Ｉ原子をＢに対応させ
ると、Ａ％励起状態Ｅ２Ａに移すには、エネルギーΔＥ
Ａ ＝ ２．０３ ｅＶすなわち波長λＡ＝ ６１６２
Ａのレーザ光で照射すればよ（、Ｂを励起状態Ｅ２Ｂ
に移すには、エネルギーΔＥＢ ＝ ２．０４ ｅＶす
なわち波長λＢ＝６１２７Ａのレーザ光を照射すればよ
い。また、ＡとＡ′とでは、ΔＥＡ−ΔＥＡ／＝１．２
×１０″″５ｅｖすなわち波長として０．０４穴の差か
あるので、それぞれレーザ光で選択分離して励起状態に
移すことができる。このように準安定状態にある原子を
励起するレーザ光の光源としては例えば色素レーザを用
いればよい。
カルシウム（Ｃａ）とよう素ＣＩ＋を想定し、Ｃａ原子
をＡ、そのアイソトープをＡ′、Ｉ原子をＢに対応させ
ると、Ａ％励起状態Ｅ２Ａに移すには、エネルギーΔＥ
Ａ ＝ ２．０３ ｅＶすなわち波長λＡ＝ ６１６２
Ａのレーザ光で照射すればよ（、Ｂを励起状態Ｅ２Ｂ
に移すには、エネルギーΔＥＢ ＝ ２．０４ ｅＶす
なわち波長λＢ＝６１２７Ａのレーザ光を照射すればよ
い。また、ＡとＡ′とでは、ΔＥＡ−ΔＥＡ／＝１．２
×１０″″５ｅｖすなわち波長として０．０４穴の差か
あるので、それぞれレーザ光で選択分離して励起状態に
移すことができる。このように準安定状態にある原子を
励起するレーザ光の光源としては例えば色素レーザを用
いればよい。
次に励起状態にある原子を電離するには、例えばＥ〜Ａ
とＥ２Ａ）差が２．２２ｅＶ：波長５６２８人であるか
ら、これ以上のエネルギーのレーザ光を照射すればよく
、アルゴンレーザ（２，５６ｅＶ ：波長４８８゜Ａ）
等を用いればよい。
とＥ２Ａ）差が２．２２ｅＶ：波長５６２８人であるか
ら、これ以上のエネルギーのレーザ光を照射すればよく
、アルゴンレーザ（２，５６ｅＶ ：波長４８８゜Ａ）
等を用いればよい。
本発明のイオンビーム発生装置は動作中に遣損励起用レ
ーザ光１３の波長を他の原子の吸収波長に変化させれば
、イオンビームの原子を変えルコトができる。また、レ
ーザ光の照射をやめたり、波長を吸収波長からはずせば
イオンビームを止めることかできる。これは光学的に行
なうので、電子光学系に擾乱を与えない。
ーザ光１３の波長を他の原子の吸収波長に変化させれば
、イオンビームの原子を変えルコトができる。また、レ
ーザ光の照射をやめたり、波長を吸収波長からはずせば
イオンビームを止めることかできる。これは光学的に行
なうので、電子光学系に擾乱を与えない。
第４図は選択励起用レーザ光の波長を変える機構を示し
たもので、同図ｆａ）は同調可能な波長領域が広い単一
のレーザ発振器（レーザ光源）を用いた場合である。レ
ーザ発振器２２として例えば色素レーザを用い、波長同
調素子２０やスペクトル狭帯域化フィ、ルタ２１などの
光学素子を取りつけ、上記波長同調素子２０を調整して
必要な波長のレーザ光を得るものである。同図（ｂ）は
複数のレーザ発振器（レーザ光源）を用いた場合である
。各々特定の原子に対応する波長に固定されたレーザ発
振器２２を複ａ配置し、動作中にオプティカルスイッチ
２３により特定のレーザ光源からの光のみを活性領域１
５に導くよう構成したものである。なお、ここで用いた
各種光学素子は、いずれも公知のもの（市販品もある）
であるから、素子についての説明は省略する。
たもので、同図ｆａ）は同調可能な波長領域が広い単一
のレーザ発振器（レーザ光源）を用いた場合である。レ
ーザ発振器２２として例えば色素レーザを用い、波長同
調素子２０やスペクトル狭帯域化フィ、ルタ２１などの
光学素子を取りつけ、上記波長同調素子２０を調整して
必要な波長のレーザ光を得るものである。同図（ｂ）は
複数のレーザ発振器（レーザ光源）を用いた場合である
。各々特定の原子に対応する波長に固定されたレーザ発
振器２２を複ａ配置し、動作中にオプティカルスイッチ
２３により特定のレーザ光源からの光のみを活性領域１
５に導くよう構成したものである。なお、ここで用いた
各種光学素子は、いずれも公知のもの（市販品もある）
であるから、素子についての説明は省略する。
以上説明したように、本発明のイオンビーム発生装置は
、レーザ光を用いて特定の原子あるいはアイソトープの
みイオン化できるため、高純度なイオンビームを生成す
ることができ、また、ある原子のイオンビームから他の
イオンビームへ切換えたり、ビームをオン・オフさせる
ことが高速度に行なうことかできる等の利点かある。
、レーザ光を用いて特定の原子あるいはアイソトープの
みイオン化できるため、高純度なイオンビームを生成す
ることができ、また、ある原子のイオンビームから他の
イオンビームへ切換えたり、ビームをオン・オフさせる
ことが高速度に行なうことかできる等の利点かある。
第１図は従来のイオンビーム発生装置の構成図、第２図
（ａ）及びｆｂ）は本発明の詳細な説明図、第３図は本
発明のビーム発生装置の構成図、第４図ｆａ）及びｆｂ
）はいずれも選択励起用レーザ光の波長を変える機構の
説明図である。 ■・・・イオンビームとなる原子またはその化合物を含
んだ物質 ２・・・針状電極 ３・・・るつぼ ４・・・ヒータ ５・・・引き出し電極 ６・・・加速電極 ７・・・イオンビーム ８・・・物質１の蒸気（またはガス） ９・・・偏向板 １０・・・蒸気（またはガス）に含まれていた不要なイ
オン １１・・・スリット １２・・・偏向板 １３・・・選択励起用レーザ光（第１のレーザ光）１４
・・・電離用レーザ光（第２のレーザ光）１５・・・活
性領域 １６・・・選択励起用レーザ光源 １７・・・電離用レーザ光源 １８・・・排気系 １９・・・電子光学系 ２０・・・波長同調素子 ２１・・・スペクトル狭帯域化フィルタ２２・・・レー
ザ発振器 ２３・・・オプティカルスイッチ 特許出願人 日本電信電話公社 代理人弁理士 中村純之助 １’３図 ＩＦ５図
（ａ）及びｆｂ）は本発明の詳細な説明図、第３図は本
発明のビーム発生装置の構成図、第４図ｆａ）及びｆｂ
）はいずれも選択励起用レーザ光の波長を変える機構の
説明図である。 ■・・・イオンビームとなる原子またはその化合物を含
んだ物質 ２・・・針状電極 ３・・・るつぼ ４・・・ヒータ ５・・・引き出し電極 ６・・・加速電極 ７・・・イオンビーム ８・・・物質１の蒸気（またはガス） ９・・・偏向板 １０・・・蒸気（またはガス）に含まれていた不要なイ
オン １１・・・スリット １２・・・偏向板 １３・・・選択励起用レーザ光（第１のレーザ光）１４
・・・電離用レーザ光（第２のレーザ光）１５・・・活
性領域 １６・・・選択励起用レーザ光源 １７・・・電離用レーザ光源 １８・・・排気系 １９・・・電子光学系 ２０・・・波長同調素子 ２１・・・スペクトル狭帯域化フィルタ２２・・・レー
ザ発振器 ２３・・・オプティカルスイッチ 特許出願人 日本電信電話公社 代理人弁理士 中村純之助 １’３図 ＩＦ５図
Claims (3)
- （１）基板上または基板表面に塗布されたレジスト上に
イオンを照射する装置において、電気的に中性な原子ま
たは分子を放出させるノズルと、特定の原子または分子
のみに吸収され他の原子または分子には吸収されないス
ペクトルおよびスペクトル幅に同調、狭帯域化された第
１のレーザ光を上記中性な原子または分子に照射する機
構と、−上記第１のレーザ光がＬ記中性な原子または分
子・を照射している空間領域に上記第１のレーザ光の吸
収によって励起された原子または分子を電離するに足る
エネルギーに対応する波長の第２のレーザ光を照射する
機構と、上記第２のレーザ光照射によって発生したイオ
ンを偏向して取り出す機構とを具備せしめたことを特徴
とするイオンビーム発生装置。 - （２）上記第１のレーザ光を照射する機構として、イオ
ン化させる複数の種類の元素が有する吸収スペクトルを
包含する波長領域全体で発振可能なレーザ発振器と、こ
の発振波長をイオン化させる原子または分子のみに吸収
され他の原子または分子には吸収されないスペクトルお
よびスペクトル幅に同調、狭帯域化させる機構を有する
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のイオンビ
ーム釦生装ａ０ - （３） 上記第１のレーザ光を照射する機構として、
発振波長が各々互いに異なる特定の原子または分子のみ
に吸収され、他の原子または分子には吸収されないスペ
クトルおよびスペクトル幅に同調。 狭帯域化された複数のレーザ発振器と、これら複数のレ
ーザ発振器のうちの任意の一つからのレーザ光を照射領
域に導く機構を有することを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載のイオンビーム発生装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57039372A JPS58157043A (ja) | 1982-03-15 | 1982-03-15 | イオンビ−ム発生装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57039372A JPS58157043A (ja) | 1982-03-15 | 1982-03-15 | イオンビ−ム発生装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58157043A true JPS58157043A (ja) | 1983-09-19 |
Family
ID=12551214
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57039372A Pending JPS58157043A (ja) | 1982-03-15 | 1982-03-15 | イオンビ−ム発生装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58157043A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4893019A (en) * | 1987-05-27 | 1990-01-09 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Ion current generator system for thin film formation, ion implantation, etching and sputtering |
| JPH03105841A (ja) * | 1989-09-20 | 1991-05-02 | Hitachi Ltd | 質量分析方法 |
| JPH08222181A (ja) * | 1994-11-25 | 1996-08-30 | Deutsche Forsch & Vers Luft Raumfahrt Ev | キャリヤ−ガス中のサンプル分子の検出方法と装置 |
| EP0722180A3 (en) * | 1995-01-10 | 1997-12-29 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Ion implantation apparatus, ion implantation method and semiconductor device |
-
1982
- 1982-03-15 JP JP57039372A patent/JPS58157043A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4893019A (en) * | 1987-05-27 | 1990-01-09 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Ion current generator system for thin film formation, ion implantation, etching and sputtering |
| JPH03105841A (ja) * | 1989-09-20 | 1991-05-02 | Hitachi Ltd | 質量分析方法 |
| JPH08222181A (ja) * | 1994-11-25 | 1996-08-30 | Deutsche Forsch & Vers Luft Raumfahrt Ev | キャリヤ−ガス中のサンプル分子の検出方法と装置 |
| EP0722180A3 (en) * | 1995-01-10 | 1997-12-29 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Ion implantation apparatus, ion implantation method and semiconductor device |
| US6140656A (en) * | 1995-01-10 | 2000-10-31 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Ion implantation apparatus, ion implantation method and semiconductor device |
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