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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- Japan
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- molecules
- ion beam
- laser
- laser light
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Classifications
-
- 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
Landscapes
- 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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