JPS60208035A - イオンビ−ム発生装置 - Google Patents

イオンビ−ム発生装置

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JPS60208035A
JPS60208035A JP59066895A JP6689584A JPS60208035A JP S60208035 A JPS60208035 A JP S60208035A JP 59066895 A JP59066895 A JP 59066895A JP 6689584 A JP6689584 A JP 6689584A JP S60208035 A JPS60208035 A JP S60208035A
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laser
gas discharge
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植田 至宏
Koichi Ono
高一 斧
Tatsuo Omori
達夫 大森
Shigeto Fujita
重人 藤田
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02Details
    • H01J37/04Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement, ion-optical arrangement
    • H01J37/08Ion sources; Ion guns
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J27/00Ion beam tubes
    • H01J27/02Ion sources; Ion guns
    • H01J27/24Ion sources; Ion guns using photo-ionisation, e.g. using laser beam

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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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、半導体加工装置をはじめ材料改質。
材料合成等に使われるイオンビーム発生装置に関するも
のである。
〔従来技術〕
従来、イオンビーム発生装置によるイオン発生方法とし
ては、種々の手法が考えられ実用化されて来た。その大
部分は放電を利用したものであったが、近年レーザ光を
使ったイオン源が考え出されて来ている。このレーザ光
等の光を使った方式には2つあり、1つはレーザ光を金
属等の固体に照射してそのプラズマをイオン源として使
ったり、レーザ光を集光して気体、液体に照射してプラ
ズマを作り、これをイオン源としたりするものであり、
他の1つは波長の可変な光源を使い、レーザ光等の単一
波長を対象とするイオン化されるべき物質のエネルギ準
位に共鳴させて該物質をイオン化させるものであり、本
発明は後者に関するものである。
〔発明の概要〕
本発明は、上記共鳴光励起、イオン化方式のイオンビー
ム発生装置において、イオン化させる物質の共鳴光励起
にてイオン化させる直前の状態として、該物質のりュー
ドベルグ状Q (RydbergIeνel )を使う
ことにより、従来の共鳴光励起。
イオン化方式に比べ入力光エネルギに対するイオン化効
率を数桁以上向上でき、かつ選択イオン化における選択
性に優れたイオンビーム発生装置を提供することを目的
としている。
〔発明の実施例〕
まず本発明装置におけるイオン化方法をマグネシウムイ
オンビームを発生する場合を例にとって従来の方法と比
較しつつ説明する。第1図はマグネシウム中性原子のエ
ネルギ準位図である。
従来のイオン化方法は、例えば波長が2853人。
5528人の2本のレーザビームBl、B2をイオン化
させたいマグネシウム蒸気に照射する方法であり、即ち
基底状態3s(’S)にあるマグネシウム原子をまず2
853人のレーザビームB1により第1励起状態3p 
CI PO)に共鳴励起し、その後5528人のレーザ
ビームB2によりエネルギ準位3d (I D)に共鳴
励起し、さらに2853人のレーザビームB1でイオン
化させるものである。
本発明装置におけるイオン化方法が上記従来のイオン化
方法と異なる点は、マグネシウム蒸気を第1励起状態3
p(”P’)からりュードベルグ状恕13d(ID)に
例えば波長3859人のレーザビームB3により共鳴励
起させ、該励起蒸気の該励起状態からのイオン化はガス
放電による電子衝突等でなされる点にある。
この発明装置におけるイオン化方法の場合、従来のイオ
ン化方法がエネルギ準位3d(ID)から直接イオン化
させるのに比べ、イオン化させる衝突断面積が数桁以上
高い。従ってレーザビームの出力エネルギが小さくてす
み、しかも完全に共鳴のみを使うためレーザビームのエ
ネルギ準位。
波長を不純物原子のそれらと一致しないように選択すれ
ばイオン化させたい物質のみをイオン化でき、しかも純
度の高いものができる。
また上記レーザビームの波長を変えることにより、容易
に他種の物質のイオンビームを発生ずることができ、こ
の場合イオン化される多種の物質を前もってイオンビー
ム発生容器内に導入しておいても良い。このように発生
するイオンビームの種類を容易に変えることができる本
発明の手法は従来の方法にないものであり、イオンビー
ムで処理するイオン種の異なるような2つ以上の行程を
連続して行なうことができる利点がある。
次にこの発明の実施例を図について説明する。
第2図は本発明の第1の実施例を示す。図において、1
はイオン化されるべき物質が導入される容器、1aは上
記物質を該容器1内に導入するためのガス導入孔、1b
はガス排出孔、3a、3bは図示しないレーザビーム発
生部からのレーザビーJ、B1.B3を上記容器1内に
導入する窓であり、該容器1内のレーザビームBl、B
3が交差する空間はイオン生成空間4となっている。な
お、上記レーザビーム発生部としては、波長可変レーザ
又は自由電子レーザ等のレーザが用いられる。
5.6は上記イオン生成空間4を挟んで配置された電極
、5a、5aは上記電極5.6に電圧を印加する端子で
あり、これらは上記イオン生成空間4において高周波ガ
ス放電を生ぜしめるガス放電発生部15を構成しており
、該ガス放電発生部15は、上記物質がそのリュードベ
ルグ状態からイオン状態になるに充分なように共鳴する
ような高岡1fflffi源を有している。なお、上記
イオン化されるべき物質が化合物又は分子状態のガスと
して容器lに導入される場合は、上記イオン化のための
ガス放電が上記物質を中性元素状態にするためのガス放
電を兼ねるようにしてもよい。
8は試料、8aは該試料8を保持する試料台であり、該
試料台8aと上記電極6との間には直流電圧が印加され
、これによりイオン化された物質をイオンビームとして
引き出すための引き出し電界が発生される。
次に動作について説明する。
本実施例装置により、マグネシウムのイオンビームを発
生する場合を考える。まず容器1にガス導入孔1aより
マグネシウム蒸気lOを導入する。
そして上記レーザビーム発生部が発振し、これにより波
長2853人のレーザビームB1が窓3aを介して上記
容器1に導入され、また3859人のレーザビームB3
が窓3bを介して同様に導入され、両ビームBl、B3
が容器1内のイオン生成空間4において交差し、これに
より上記マグネシウム蒸気10は、2853人のレーザ
ビームB1により基底状態3s(IS)から第1励起状
態3p(’PO)に共鳴励起され、さらに3859人の
レーザビームB3により上記第1励起状態3p(’PO
)がらりュードヘルグ状態13d(ID)に階段状に共
鳴励起される。
また上記レーザ発振と時間的に同期して電極5と電極6
の各々に端子5a、6aから電圧が印加され、これによ
り、上記リュードベルグ状態13d(ID)にあるマグ
ネシウム蒸気10にガス放電による電子が衝突し、その
結果マグネシウム蒸気10はイオン化される。また上記
電極6と試料台8aとの間には直流電圧が印加されてお
り、これにより上記イオン化されたマグネシウム蒸気1
0はマグネシウムのイオンのみからなるイオンビーム9
として引き出され、該イオンビーム9は上記試料8に照
射される。
以上の動作説明における本実施例の特徴を示すと、まず
第1に本実施例は完全に共鳴のみを用いて選択イオン化
を行なうものであるので、上記容器l内にイオン化させ
るべき物質、この場合マグネシウム、以外の不純物、酸
素、窒素、炭素、水素等が含まれていて、しかもその量
がマグネシウムより多くても、レーザビームのエネルギ
準位5波長を上記不純物等のそれらと一致させないよう
にして希望の元素、この場合はマグネシウム、のみがイ
オン化された純粋なマグネシウムイオンビームが得られ
る。
第2に本実施例は上述のとおり、選択イオン化を行なう
ものであり、かつ共鳴光励起によるイオン化を行なうも
のであるので、電子や他の元素が励起されたり、エネル
ギ吸収により温度上昇したりすることはなく、その結果
イオンビームを照射する対象試料8、例えば半導体の場
合は基板、の温度を上昇させることはなく、低温処理が
できる。
第3にイオンビームの種類や特性を変える場合はレーザ
ビームの波長及び印加電圧を変えれば良く、従来のよう
な試料を取り出したり、イオン源部を交換するために容
器を開閉したりする必要はなく、従って、イオン注入と
アニーリング等の連続動作が容易にできる。
第3図は本発明の第2の実施例を示す。図において、第
2図と同一符号は同−又は相当部分を示し、13はイオ
ン化させるべき物質12を収容するオーブン、13aは
上記オープン13の外周に設けられたヒータ、11はイ
オン化されたマグネシウム蒸気10を容器1の軸心に集
束せしめるマグネット、14は上記集束されたマグネシ
ウム蒸気10をイオンビーム9として引き出す引き出し
電極である。
次に動作について説明する。
オーブン13内にイオン化させる物質であるマグネシウ
ム12を入れ、ヒータ13aによりオーブン13を加熱
すると上記マグネシウム12が溶融、気化してマグネシ
ウム蒸気10が発生し、該蒸気10はガス導入孔1aを
通って容器1内に導入される。そして2853人のレー
ザビームB1と3859人のレーザビームB3が各々窓
3a、3bを介して上記容器1内に導入されて上記蒸気
10に照射され、また同時に電極5,6に電圧が印加さ
れて上記蒸気lOにガス放電による電子が衝突する。
するとこれにより蒸気10は基底状態3s(’S)から
第1励起状態3p(IPO)を経てリュードヘルグ状態
13d(ID)に階段状に励起され、さらに上記ガス放
電による電子衝突によりリュードベルグ状態13d(I
D)にあるマグネシウム蒸気10の電子が自由電子とな
り、これによりイオン生成空間4にマグネシウムイオン
が生成され、該マグネシウムイオンはマグネット11に
より軸心に集束された後、引き出し電極14によってイ
オンビーム9として放出される。
第4図は本発明の第3の実施例によるイオンビーム発生
装置におけるレーザ発振装置の構成例である。
本発明におけるイオン生成のためのレーザビームとガス
放電とは時間的に同期される必要があり、また階段状に
元素を励起させるためには複数の各々特定周波数のレー
ザビームが必要であり、該複数のレーザビームももちろ
ん同期させる必要がある訳であるが、第4図はその同期
方法の一例を示すものである。
本レーザ発振装置20は、3台の波長可変のダイレーザ
22,23.24と、咳各ダイレーザ22〜24を励起
するための励起源レーザ21と、ハーフミラ−25,2
6、全反射ミラー27とから構成されている。このよう
に励起源を1台のレーザ1で構成したことにより、発振
するレーザビームω1.ω2.ω3は時間的に同期され
たものとなる。そして上記励起源レーザ21の発振と、
上記電極5.6への電圧印加を同時に行なうことにより
、レーザビームとガス放電とを時間的に同期できること
となる。
〔発明の効果〕
このように、本発明に係るイオンビーム発生装置によれ
ば、イオン化されるべき物質をレーザビームの照射によ
りその基底状態からりュードベルグ状態に共鳴光励起し
、さらに上記物質をガス放電により該励起状態からイオ
ン状態にするようにしたので、イオン化効率及びイオン
の選択性を大きく向上できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図はマグネシウム中性原子のシングレット系のエネ
ルギ状態図、第2図は本発明の第1の実施例によるシャ
ワー型イオンビーム発生装置の概略構成図、第3図は本
発明の第2の実施例による集束型イオンビーム発生装置
の概略構成図、第4図は本発明の第3の実施例によるイ
オンビーム発生装置のレーザビーム発振器のブロック図
である。 1・・・容器、15・・・ガス放電発生部、20・・・
レーザビームQ生fa、B1〜B3・・・レーザビーム
。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。 代理人 大岩増雄 第1 図 を 工 第3図 第4図 手続補正書(自発) 20発明の名称 イオンビーム発生装置 3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 住 所 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号名 称 
(601)三菱電機株式会社 代表者片山仁八部 4、代理人 5、補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄、及び図面(第1図) 6、補正の内容 (11明細書第4頁第14行のrlevel Jを[5
tate Jに訂正する。 (2)同第6頁第5〜6行の「レーザビームのエネルギ
準位、波長を不純物原子のそれらと」を「レーザビーム
の波長を不純物原子のエネルギ準位と」に訂正する。 (3) 同第9頁第19〜20行の[レーザビームのエ
ネルギ準位、波長を上記不純物等のそれらと」を「レー
ザビームの波長を不純物原子のエネルギ準位と」に訂正
する。 (4)第1図を別紙の通り訂正する。 以 上

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (11イオン化されるべき物質を収容する容器と、該容
    器内の上記物質にレーザビームを照射するレーザビーム
    発生部と、上記容器内の上記物質雰囲気中でレーザビー
    ムと交差するガス放電を発生するガス放電発生部とを備
    え、上記物質のイオンビームを発生する装置において、
    上記レーザビーム発生部は上記物質をエネルギ準位の基
    底状態からリュードヘルグ状態に共鳴光励起するような
    波長を有するレーザビームを発生するものであり、上記
    ガス放電発生部はガス放電により上記物質をリュードベ
    ルグ状態からイオン状態とするものであることを特徴と
    するイオンビーム発生装置。 (2)上記レーザビーム発生部は、上記物質を基底状態
    から中間状態を経て上記リュードベルグ状態に階段状に
    共鳴光励起するような波長の異なる複数のレーザビーム
    を発生ずるものであ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。 (3) 上記レーザビーム発生部として、波長可変レー
    ザを用いたことを特徴とする特許請求の範囲第1項又は
    第2項記載のイオンビーム発生装置。 (4) 上記レーザビーム発生部として、自由電子レー
    ザを用いたことを特徴とする特許請求の範囲第1項又は
    第2項記載のイオンビーム発生装置。 (5)上記レーザビーム発生部は、1つの励起源レーザ
    と、該励起源レーザからのレーザビームで励起される相
    互に時間同期可能な複数の色素レーザとからなることを
    特徴とする特許請求の範囲第2項記載のイオンビーム発
    生装置。 (6)上記ガス放電発生部は、高周波放電を生ぜしめる
    ものであることを特徴とする特許請求の範囲第1項ない
    し第5項のいずれかに記載のイオンビーム発生装置。 (7)上記ガス放電発生部は、上記物質がそのリュード
    ベルグ状態からイオン化状態になるよう共鳴するような
    高周波電源を有することを特徴とずる特許請求の範囲第
    6項記載のイオンビーム発生装置。 (8)上記物質は、化合物又は分子状態のガスとして上
    記容器に導入され、上記ガス放電は、上記容器内に導入
    された物質を中性元素状態にするためのガス放電を兼ね
    ていることを特徴とする特許請求の範囲第1項ないし第
    7項のいずれかに記載のイオンビーム発生装置。
JP59066895A 1984-04-02 1984-04-02 イオンビ−ム発生装置 Granted JPS60208035A (ja)

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JPH0527211B2 JPH0527211B2 (ja) 1993-04-20

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62216135A (ja) * 1986-03-15 1987-09-22 Shimadzu Corp イオン銃
US6140656A (en) * 1995-01-10 2000-10-31 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Ion implantation apparatus, ion implantation method and semiconductor device

Citations (1)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5022999A (ja) * 1973-06-28 1975-03-12

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