JPS63225455A

JPS63225455A - イオンビ−ム中性化装置

Info

Publication number: JPS63225455A
Application number: JP5952287A
Authority: JP
Inventors: Kazumi Fukumoto; 福本　和美; Hitoshi Takeya; 竹屋　仁
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1987-03-13
Filing date: 1987-03-13
Publication date: 1988-09-20

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】〔産業上の利用分野〕この発明は、原子、もしくは分子イオンビームの電荷を
中性化するイオンビーム中性化装置に関するものである
。

〔従来の技術〕

第３図は従来のイオンビームを中和する装置（以後、中
和器と呼ぶ）の構成断面−であり、図において、（１）
は電子を放出するフィラメントであり、第１屯源（２）
で加熱され、第２電源（３）により電位が与えられる。

（４）はフィラメント（１）から放電された熱）−電子
が外周部に拡散するのを防止する電子シールド電極であ
り、第３屯源（５）により負４位が与えられる。（６）
はイオンビーム軸道内で電子が試料（７）とは逆方向に
拡散するのを防止するシールド電極であり、第４　電源
（８）により負電位が与えられる。

（９）は試料台、Ｑｄはイオンビームである。αυは試
料表面におけるイオンの電荷を中和する中和器である。

■はイオンビーム用アパーチャである。

次に動作について説明する。中和器αυに入射したイオ
ンビームαＯは極く近接して設けられたフィラメント（
］）から放出された電子を、両者の電位差が零になるま
でイオンビームαＧ内に引き込み、中和器０υ近傍のイ
オンビームα０は中性化される。この場合の中性化とは
、イオンビーム００円の個々のイオンが電子と結合し完
全な中性粒子になっていることではない。イオンビーム
００円でのイオン密度とｙ４子密度が等しい状態にあり
、イオンはビームとして動作し、電子は７ｕ子として動
作しながら、電子はイオンビーム自身が形成する正電場
中で捕獲された状態（以後、プラズマ状態と呼ぶ）を言
う。

内部がプラズマ状態にある中和器Ｏυに第２亀流（３）
で負４位を与えると、試料（７）との間にｍ位勾配が生
じ、プラズマ内の電子は試料（７）方向に移動する。今
、イオンビーム００内のイオン密度と電子密度が等しい
ので、試料（７ンへの電子の移動速度とイオンビームＱ
Ｇの入射速度を同じになるように第２［＆ｆ　（３）で
電子の移動速度をコントロールすれは、試料（７）に到
達するイオンと電子の数が等しくなり、試料（７）表面
で中和される。この現象を数式で簡単に表わすと、中和
に必要な電子の移動エネルギーＥｅ％電子の質量ｍ％電
子の移動速度Ｖｅ、イオンの入射エネルギーＥｈイオン
の質ＲＭ１イオンの入射速度ＶＢとすると、Ｅｅ＝　　
ｍ％’６”、　Ｅｉ　＝　１ＭＶｉ２　　であり、Ｖ　
６　”　Ｖ　ｉ　　の条件からＥｅ＝７Ｅｉ　　が成立
つ。

即ち入射イオン種が変っても、上式の関係が成立つため
、中和が可能である。

又、イオン照射に伴なう試料（７）からの２次璽子放出
で生ずる試料（７）の正帯電も、電子の移動エネルギー
を高くし、放出される２次電子量と同量の電子を中和器
αυから供給することにより解消され、試料（７）表面
の中和が保たれる。

更に、試料（７ンに正帯電による１ど位変励が生じた場
合、１４位変動に応じて電子の移動エネルギーも変化し
、常に自動的に電子量が調整される。

なお、電子シールド電極（４）は、フィラメント（１）
に対し負電位を印加しているので、電子が外周囲へ拡散
することを防止し、効率良くイオンビームＱＯへ電子を
供給するとともに、試料（７）へ直接電子が入射するこ
とを防止する。そしてシールド電極（６）はイオンビー
ム００円の電子がイオン源口方向に移動するのを防止す
るとともに、イオンビームαＧ内の電子を効率良く試料
（７）方向へ供給する役目を持つ。アパーチャ（２）は
イオンビーム００が中和ｉ１０ｎに直接光らないように
・さえぎる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来のイオンビーム中性化装置は以上のように構成され
ているので、フィラメント（１）から発生する熱は、フ
ィラメント（１）を囲んでいる電子シールドｔ４＃Ｌ極
（４）により熱シールドされるが、フィラメント（１）
から電子シールド電極（４）を介して中和器Ｏυを収納
する真空箱（−示せず）への熱放射のため、フィラメン
ト（１）を所望の温度に加熱するために多大の２ｇ力を
必要とする問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、フィラメントを所望の温度に加熱するために
、フィラメントへ供給する電力を小さくすることができ
る装置を得ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係るイオンビーム中性化装置は、フィラメン
トの外周側に配設され、第１シールド及びその第１シー
ルドの外周側に配置された第２シールドから構成された
電子シールド電極を設けたものである。

〔作用〕

この発明におけるイオンビーム中性化装置は、電子シー
ルド電極を第１シールドと第２シールドで構成したため
、熱シールドとして有効に働き。

フィラメントから電子シールド電極を介しての熱放射を
少くする。

〔発明の実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図において、（１）は電子を放出するフィラメント、（
２）はフィラメント（１）の加熱用電源、（３）はフィ
ラメント（１）に電位を与えるための電源、（６）はイ
オンビーム軸道内で電子が試料（７）とは逆方向に拡散
するのを防止するシールド電極で、第４１を源（８）に
より負電位が与えられる。（９）は試料台、αＯはイオ
ンビーム、（６）は試料表面におけるイオンの電荷を中
和する中和器である。的は第１シールド（４１ａ）とそ
の第１シールド（４１ａ）の外周側に配置された第２シ
ールド（４１ｂ）から構成された電子シールド電極でフ
ィラメント（１）の熱シールドを兼ね、第３ｗｔ源（５
）により負電位が与えられる。第２図、第３図は電子シ
ールド劃１Ｄの斜視図、縦断面図を示し、図は一例とし
て、第１シールド（４１ａ）、第２シールド（４１ｂ）
は耐熱性に優れたモリブデン板を使用してそれぞれ円筒
状に形成され、それら各両端部にツメ（４１ｃ）、　（
４１ｄ）が設けられ、両端部にドーナツ状の薄い円板（
４１ｅ）を取り付け１円板（４１ｅ）に設けた復数の穴
に第１シールド（４１ａ）、第２シールド（４１ｂ）の
各ツメ（４１ｃ）、　（４１ｄ）を嵌め込みて折り曲げ
て一体構造の電子シールド電極（財）が構成される。

次にこの発明の動作について説明する。第１図において
、フィラメント（１）は第１［１ｆ（２）による加熱で
熱電子を放出し、イオンビームαＯはこの熱電子の中を
通過することにより中性化される。このとき第１シール
ド（４１ａ）　、第２シールド（４１ｂ）からなる電子
シールド電極０υはフィラメント（１）に対して有効な
熱シールドとなり、電子シールド電極ゆを介しての熱放
射を減じることができ、フィラメント（１）は効率よく
加熱される。また、周辺部に与える熱の影響を少なくす
ることができ、装置の長寿命化に効果がある。

尚、上記実施例では電子シールド電極（転）の第１シー
ルド（４１８）　、第２シールド（４１ｂ）にモリブデ
ン板を用いたが、耐熱性に優れた材質であれば、例えば
グラファイトやタンタルを使用してもよい。

また、上記実施例では電子シールド電極が第１シールド
と第２シールドからなる二重構造の場合について説明し
たが、三重構造またはそれ以上の多重構造にしてもよい
。また、電子シールド電極に開口部を設け、フィラメン
ト引出し口としてもよい。また、電子シールド電極は分
割された円弧状や角状であってもよい。また、フィラメ
ントを加熱する第１１１！源は交流電源でもよい。

また、第４図〜第６図に示す別の発明の実施例・のよう
に、電子シールド電極０ηの第１シールド（４１ａ）と
第２シールド（４１ｂ）との間に例えばセラミックスか
らなる耐熱性ガイド（６）をそれる間の両端部に配設し
、その耐熱性ガイド（６）により電子シールド電極（ロ
）が支持されて補強され、熱変形が防止される。

また、第７図に示すように、耐熱性ガイド（転）を第１
シールド（４１ａ）の内周側にも配置してもよく、ある
いは第２シールド（４１ｂ）の外周側に配置するように
してもよく、必要に応じた組合せで配置させるようにし
てもよい。

また、上記実施例では耐熱性ガイドがセラミックスから
なる場合について説明したが、耐熱性に優れた材質であ
れば１例えばモリブデン、タンタルやタングステン等か
らなる耐熱性ガイドししてもよい。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明によれば、フィラメントの外周側
に配設され、第１シールド及びそノ第１シールドの外周
側に配置した第２シールドから構成された電子シールド
電極を設けたことにより、フィラメントの熱効率が良く
なり、フィラメントに供給する電力を小さくすることが
できる。また、耐熱性ガイドにより電子シールド電極の
熱変形を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例によるイオンビーム中性化
装置を示す構成図、第２図は第１図の電子シールド電極
の構造を示す斜視図、第３図は第２図の縦断面図、第４
図は別の発明の一実施例によるイオンビーム中性化装置
を示す構成断面図、第５図は第４図の電子シールド電極
の構造を示す斜視図、第６図は第５図の縦断面図、第７
図は別の発明の他の実施例を示す縦断面図、第３図は従
来のイオンビーム中性化装置を示す構成断面図である。図において、（１）はフィラメント、ＧＯはイオンビー
ム、Ｏυは電子シールド電極、（６）は耐熱性ガイドで
ある。なお図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）フィラメントを加熱し、そこから放出される熱電
子により、イオンビームを中性化するイオンビーム中性
化装置において、上記フィラメントの外周側に配設され
、第１シールド及びその第１シールドの外周側に配置さ
れた第２シールドから構成された電子シールド電極を備
えたことを特徴とするイオンビーム中性化装置。
（２）電子シールド電極に開口部を設け、フィラメント
引出し口とした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中性化装置。
（３）電子シールド電極が周方向に分割された円弧状で
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
ンビーム中性化装置。
（４）電子シールド電極の第１シールド、第２シールド
の両端部にドーナツ状円板を取り付けて一体構造とした
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第３項の
何れかに記載のイオンビーム中性化装置。
（５）フィラメントを加熱し、そこから放出される熱電
子により、イオンビームを中性化するイオンビーム中性
化装置において、上記フィラメントの外周側に配設され
、第１シールド及びその第１シールドの外周側に配置さ
れた第２シールドから構成された電子シールド電極と、
この電子シールド電極を支持する耐熱性ガイドとを備え
たことを特徴とするイオンビーム中性化装置。
（６）は耐熱性ガイドはセラミックスからなることを特
徴とする特許請求の範囲第５項記載のイオンビーム中性
化装置。