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JP4845022B2 - Ion beam source device - Google Patents

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JP4845022B2
JP4845022B2 JP2006224797A JP2006224797A JP4845022B2 JP 4845022 B2 JP4845022 B2 JP 4845022B2 JP 2006224797 A JP2006224797 A JP 2006224797A JP 2006224797 A JP2006224797 A JP 2006224797A JP 4845022 B2 JP4845022 B2 JP 4845022B2
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electrode
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洋一 平野
治久 小口
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  • Electron Sources, Ion Sources (AREA)

Description

本発明は、全てのイオンビーム、あるいは中性粒子ビーム発生装置、特に、おおよそ1000 eV以下の低エネルギーでしかも電流密度の高いビーム発生装置を使用するイオンドーピング、材料表面改質、材料合成などの分野において使用されるイオンビーム源装置に関するものである。   The present invention relates to all ion beam or neutral particle beam generators, particularly ion doping, material surface modification, material synthesis, etc. using a beam generator with a low energy of about 1000 eV or less and a high current density. The present invention relates to an ion beam source apparatus used in the field.

イオンと電子が共存してほぼ電気的な中性が保たれているプラズマ源から、メッシュ構造、あるいは1個ないし多数の孔を持った電極を用いて、電場によりイオンだけを引き出すイオンビーム源装置においては、引き出されたイオンによって空間電荷が形成され、引き出し電流密度が大きくなると、それに比例した大きな電場が発生し、その結果イオンビームが自己発散する。ビームのエネルギーが大きくビーム引き出し方向の速度が大きい場合には、発散の影響は小さいが、低エネルギーのビームを引き出す場合には、発散の影響が大きくなり、電極から少し離れただけで電流密度の高い集束性の良いビームを得ることができなくなる。   An ion beam source device that draws only ions from an electric field using a mesh structure or an electrode with one or many holes from a plasma source in which ions and electrons coexist to maintain almost electrical neutrality In FIG. 2, space charges are formed by the extracted ions, and when the extraction current density increases, a large electric field proportional to the generated electric field is generated, and as a result, the ion beam self-diverges. When the beam energy is large and the speed in the beam extraction direction is large, the effect of divergence is small, but when extracting a low-energy beam, the effect of divergence is large, and the current density is only a little away from the electrode. It becomes impossible to obtain a highly focused beam.

この発散を抑えるため、これまで、(1)電極の近くにタングステン線等を用いたフィラメントを設け、フィラメントを通電加熱して、その結果放出される熱電子によりイオンの電荷を中和する方法(特許文献1、2参照)、(2)電極から少し離れたところに電子銃を設け、電子銃から放出される電子ビームをイオンビームに打ち込んで電荷を中和する方法(特許文献3参照)、が考案されている。   To suppress this divergence, (1) a method in which a filament using a tungsten wire or the like is provided near the electrode, the filament is energized and heated, and the charge of ions is neutralized by the resulting thermoelectrons ( Patent Documents 1 and 2), (2) A method in which an electron gun is provided at a distance from the electrode, and an electron beam emitted from the electron gun is injected into an ion beam to neutralize charges (see Patent Document 3). Has been devised.

しかし、上記の(1)の手法では、電極への過度の入熱を避けるため、電極と熱電子発生用のフィラメントの間にはある程度の距離が必要であり、イオンビームのエネルギーが低くなると、その間でのイオンビームの発散が無視できない大きさとなること、電極から引き出されたイオンビームの一部がフィラメントに衝突することを避けることができないため、最終的に取り出せるイオンビーム電流が低減すること、イオンビームによりフィラメントが損傷してフィラメントの寿命が短縮すること及びフィラメント材料によるイオンビームの汚染を招くこと、などの問題点がある。さらに、フィラメント周辺への熱放射による電極や容器壁その他の温度上昇を招くこと、フィラメントの加熱には大きな電力が必要であり運転経費の増大を招くおそれがあること等も大きな問題となる。   However, in the above method (1), in order to avoid excessive heat input to the electrode, a certain distance is required between the electrode and the filament for generating thermoelectrons, and when the energy of the ion beam is reduced, The divergence of the ion beam in the meantime becomes a non-negligible magnitude, and since it is unavoidable that a part of the ion beam drawn from the electrode collides with the filament, the ion beam current that can be finally extracted is reduced, There are problems such as damage to the filament due to the ion beam, shortening the life of the filament, and contamination of the ion beam with the filament material. In addition, the temperature of the electrode, the vessel wall, and the like due to heat radiation to the periphery of the filament is increased, and heating of the filament requires a large amount of power, which may increase the operating cost.

また、(2)の手法では、一般に電子ビームの速度がイオンビームの速度に比べて二桁程度も速いこと、電子ビームの入射方向をイオンビームの引き出し方向と一致させることができないこと、電子ビームの密度分布とイオンビームの密度分布を一致させることが困難であることから、イオンビームの引き出しからターゲットへの照射の全行程において電荷を完全に中和することが難しく、行程のかなりの部分でビームの発散を抑えきることができないという問題点がある。   In the method (2), the speed of the electron beam is generally about two orders of magnitude higher than the speed of the ion beam, the incident direction of the electron beam cannot be matched with the extraction direction of the ion beam, Since it is difficult to match the density distribution of the ion beam with the density distribution of the ion beam, it is difficult to completely neutralize the charge during the entire process from the extraction of the ion beam to the irradiation of the target. There is a problem that beam divergence cannot be suppressed.

さらに、イオン電荷の中和に用いた電子ビームがイオンや電極面で散乱されて熱電子が形成されるが、熱電子のエネルギーは入射した電子ビームのエネルギー(通常は100 eV程度)に近い値を持つため、プラズマプロセス装置などで要請される、低電子温度(10 eV程度以下)条件下でのイオンビーム照射の実現の大きな妨げとなるという問題も発生する。
特許第3076843号明細書 特開平9−115850号公報 特開平7−273072号公報
In addition, the electron beam used to neutralize the ion charge is scattered on the ions and electrode surface to form thermionic electrons, but the energy of the thermal electrons is close to the energy of the incident electron beam (usually around 100 eV). Therefore, there is a problem that it is a great obstacle to the realization of ion beam irradiation under a low electron temperature (about 10 eV or less) condition required by a plasma process apparatus.
Japanese Patent No. 3076843 JP-A-9-115850 Japanese Patent Laid-Open No. 7-273072

本発明はイオンと電子が共存してほぼ電気的な中性が保たれているプラズマ源から、メッシュ構造、あるいは1個ないし多数の孔を持った電極を用いて、電場によりイオンだけを引き出すイオンビーム源装置において、引き出されたイオンによって空間電荷が形成され、引き出し電流密度が大きくなると、それに比例した大きな電場が発生し、その結果イオンビームが自己発散するような問題点を除去することを課題とする。   The present invention is an ion that draws only ions from a plasma source in which ions and electrons coexist and is almost electrically neutral using a mesh structure or an electrode having one or many holes. In the beam source apparatus, space charges are formed by the extracted ions, and when the extraction current density increases, a large electric field proportional to the generated electric field is generated, and as a result, the problem of self-divergence of the ion beam is eliminated. And

上記の課題は次のような手段により解決される。
(1)メッシュ構造、あるいは1個ないし多数の孔を持った電極を用いて、プラズマ源からイオンを引き出すイオンビーム源装置において、プラズマ源とは反対のビーム引き出し方向から、光、あるいはX線を電極背面に照射することにより、照射された電極背面から光電子を放出させて、電極孔から引き出されたイオンの空間電荷を中和して、イオンビームの発散を抑制することを特徴とするイオンビーム源装置。
(2)光、あるいはX線の強度を変えて発生する光電子の量を調整し、電荷の中和の程度を制御することにより、空間電荷による電場の大きさを変化させ、イオンの引き出しエネルギー、及び引き出し電流の大きさを可変とすることを特徴とする(1)のイオンビーム源装置。
(3)上記電極背面に量子効率が高く光電子放出係数の大きな材料を使用するか、上記電極背面の表面に量子効率が高く光電子放出係数の大きな材料をコーティングすることにより、効率的な光電子放出を可能にすることを特徴とする(1)又は(2)のイオンビーム源装置。
(4)上記電極背面以外の面で光電子を放出する必要のない面に対しては、量子効率が低く光電子放出係数の小さい材料を使用するか、量子効率が低く光電子放出係数の小さい材料を表面にコーティングすることにより、無用な光電子の放出を極小化することを特徴とする(1)又は(2)のイオンビーム源装置。
(5)光電子の放出係数の波長依存性が材料により異なることを利用して、特定の波長の光を選択することにより、その光に対して、光電子放出が必要な面には放出係数の高い値を持つ材料を、光電子放出が不必要な面には放出係数ができるだけゼロに近い材料を使用するか、光電子放出が不必要な面の表面に放出係数ができるだけゼロに近い材料をコーティングすることにより、効率的な光電子の放出と不必要な光電子の放出の抑制を同時に実現することを特徴とする(1)又は(2)のイオンビーム源装置。
The above problem is solved by the following means.
(1) In an ion beam source apparatus for extracting ions from a plasma source using an electrode having a mesh structure or one or many holes, light or X-rays are emitted from a beam extraction direction opposite to the plasma source. By irradiating the back surface of the electrode, photoelectrons are emitted from the back surface of the irradiated electrode, neutralizing the space charge of ions extracted from the electrode hole, and suppressing ion beam divergence. Source equipment.
(2) By adjusting the amount of photoelectrons generated by changing the intensity of light or X-rays and controlling the degree of charge neutralization, the magnitude of the electric field due to space charge is changed, and the ion extraction energy, The ion beam source device according to (1), wherein the magnitude of the extraction current is variable.
(3) Efficient photoelectron emission can be achieved by using a material having a high quantum efficiency and a large photoelectron emission coefficient on the back surface of the electrode or coating a material having a high quantum efficiency and a large photoelectron emission coefficient on the surface of the electrode back surface. The ion beam source device according to (1) or (2), wherein
(4) For a surface other than the back surface of the electrode that does not need to emit photoelectrons, use a material having a low quantum efficiency and a low photoemission coefficient, or a surface having a low quantum efficiency and a low photoemission coefficient. The ion beam source device according to (1) or (2), wherein the unnecessary photoelectron emission is minimized by coating on the ion beam source.
(5) Utilizing the fact that the wavelength dependence of the emission coefficient of photoelectrons differs depending on the material, and by selecting light of a specific wavelength, the emission coefficient is high on the surface where photoelectron emission is required for that light Use a material with a value that is as close to zero as possible for the surface that does not require photoemission, or coat the surface of the surface that does not require photoemission with a material that has an emission coefficient as close to zero as possible. Thus, the ion beam source device according to (1) or (2), which simultaneously realizes efficient photoelectron emission and suppression of unnecessary photoelectron emission.

本発明の効果をあげれば次のとおりである。
(1)本発明により、イオンビームの電荷の中和を、光の照射という簡単な手法で実現することが可能となる。
(2)イオンビームの空間電荷の中和をイオンビーム発生・引き出し後即座に、しかもビームの全行程の間で行なうことが可能となり、空間電荷によるイオンビームの発散を、効率的、しかも容易に抑えることが可能となる。
(3)フィラメントその他の不純物の発生源となる装置を必要としないので、純度の高いビームの発生が可能となる。
(4)フィラメントを用いないので、フィラメントの加熱による周辺機器の温度上昇を考える必要が無く、安定な動作を行うことが可能となる。
(5)フィラメントや電子銃等の消耗部品を用いないで、イオン電荷の中和ができるので、装置の保守・管理が容易となる。
(6)上記の結果、これまで難しかった、100eV以下の低エネルギー領域で、高い電流密度を持った純度の高いイオンビームの発生が可能となる。
(7)純度の高い高電流密度低エネルギーイオンビームの利用により、これまで高いビームエネルギーのため行うことのできなかった、様々な材料の合成、表面改質が可能となる。
(8)電子ビームを用いないので、電子温度を低くすることが可能となる。これにより、電子温度を低く保つ必要のあるイオンビーム照射装置(例えば、プラズマプロセス装置など)への応用が可能となる。
The effects of the present invention are as follows.
(1) According to the present invention, neutralization of the charge of an ion beam can be realized by a simple method of light irradiation.
(2) Neutralization of the space charge of the ion beam can be performed immediately after the generation and extraction of the ion beam, and during the entire process of the beam. It becomes possible to suppress.
(3) Since a device that generates filaments and other impurities is not required, it is possible to generate a high-purity beam.
(4) Since no filament is used, there is no need to consider the temperature rise of peripheral devices due to heating of the filament, and a stable operation can be performed.
(5) Since the ionic charge can be neutralized without using consumable parts such as a filament and an electron gun, maintenance and management of the apparatus are facilitated.
(6) As a result, it is possible to generate a high purity ion beam having a high current density in a low energy region of 100 eV or less, which has been difficult until now.
(7) By using a high-purity, high-current-density, low-energy ion beam, it becomes possible to synthesize and modify various materials that could not be performed because of high beam energy.
(8) Since no electron beam is used, the electron temperature can be lowered. This enables application to an ion beam irradiation apparatus (for example, a plasma process apparatus) that needs to keep the electron temperature low.

本発明の原理は次のとおりである。
本発明では、イオンビーム源装置の、イオンビームを引き出すための電極の、引き出されたビームが伝送されてターゲットに照射される側を向いた面(以下、この面を「電極背面」と呼ぶ)に、光、あるいはX線を照射することにより、電極背面から光電効果による光電子を放出させ、この光電子により引き出されたイオンビームの空間電荷を中和することをその原理とする。
電極自体を光電子放出量の大きな材料で構成するか、あるいは、何らかの理由で電極材料として光電子放出量が大きいものを使用することができない場合には、電極背面に光電子放出量の大きな材料をコーティングすることにより、通常市販されている光源を用いた光の強度程度で、空間電荷の中和を行うことが可能である。
The principle of the present invention is as follows.
In the present invention, the surface of the electrode for extracting the ion beam of the ion beam source device that faces the side where the extracted beam is transmitted and irradiated onto the target (hereinafter, this surface is referred to as “electrode back surface”). Further, the principle is to emit photoelectrons from the back surface of the electrode by irradiating light or X-rays, and to neutralize the space charge of the ion beam extracted by the photoelectrons.
The electrode itself is made of a material that emits a large amount of photoelectrons, or if for some reason it is not possible to use a material that emits a large amount of photoelectrons, the back surface of the electrode is coated with a material that emits a large amount of photoelectrons. Thus, it is possible to neutralize the space charge with the intensity of light using a commercially available light source.

例えば、光電子倍増管の受光面に使用される材料の量子効率は、可視光から紫外光の範囲で通常20〜30%程度であるが、本発明の使用状態は光電子倍増管の様な理想的な使用環境からはずれることを考慮すると、上記の十分の一程度、おおよそ2%程度の量子効率を持つ材料をコーティングして使用することは可能であると考えられる。   For example, the quantum efficiency of the material used for the light-receiving surface of the photomultiplier tube is usually about 20 to 30% in the range from visible light to ultraviolet light, but the use state of the present invention is ideal like a photomultiplier tube. In view of deviating from the use environment, it is considered possible to coat and use a material having a quantum efficiency of about one-tenth, approximately 2%.

例をとって計算すると、1mA/平方cmのイオンビーム電流密度は、6.24 x 1015 ion/平方cm/sのイオン束に対応しており、一方、1 W/平方cmの アルゴンレーザ (波長514.5 nm → 2.41 eV/光子)は2.59 x 1018 光子/平方cm/sの光子束に対応している。量子効率を2%とすると、1 W/平方cmの アルゴンレーザの照射により、電極背面から上記の五十分の一の電子束が放出されることになる。従って、1mA/平方cmのイオンビームを中和するには、120mW/平方cmの照射量で可能である。垂直入射は難しいこと、その他の光の減衰等の影響を考えても、1mA/平方cmのイオンビームを中和するには、250mW/平方cm程度の光の照射量で十分可能であると評価できる。この値は市販のレーザ発信器を用いて容易に実現できる値である。 Using an example calculation, an ion beam current density of 1 mA / sq cm corresponds to an ion flux of 6.24 x 10 15 ions / sq cm / s, while a 1 W / sq cm argon laser (wavelength 514.5 nm → 2.41 eV / photon) corresponds to a photon flux of 2.59 x 10 18 photons / square cm / s. Assuming that the quantum efficiency is 2%, the above-mentioned one-fifth electron flux is emitted from the back of the electrode by irradiation with an argon laser of 1 W / square cm. Therefore, an ion dose of 120 mW / square cm is possible to neutralize an ion beam of 1 mA / square cm. Considering the fact that normal incidence is difficult and other effects such as light attenuation, an irradiation dose of about 250 mW / square cm is sufficient to neutralize an ion beam of 1 mA / square cm. it can. This value can be easily realized using a commercially available laser transmitter.

さらに、光電子発生の必要のない面に関しては、不要な光電子の発生が電極間の放電破壊の原因となる可能性がある等、装置の正常な運転の妨げとなる恐れがあるので、その場合には、量子効率が低く光電子放出係数の小さい材料のコーティングを行うことにより、無用な光電子の放出を極小化する。   Furthermore, for surfaces that do not require photoelectron generation, the generation of unnecessary photoelectrons may cause discharge breakdown between the electrodes, which may interfere with the normal operation of the device. The coating of a material with low quantum efficiency and a small photoelectron emission coefficient minimizes unnecessary photoelectron emission.

一方、電極背面以外の面で光電子放出が必要な場合には、適切な光放出係数の材料を使用、もしくはコーティングすることにより、必要な量の光電子を発生させることも可能である。   On the other hand, when photoelectron emission is required on a surface other than the back surface of the electrode, a necessary amount of photoelectrons can be generated by using or coating a material having an appropriate light emission coefficient.

上記の原理に基づく本発明を用いたイオンビーム源装置により、先に述べた従来の手法の問題点の解決を図ることができる。
まず、本発明では、イオン電荷を中和する光電子の放出はイオンビームが引き出される電極背面で行われるので、イオンの電荷はイオンが電極から引き出された直後に中和され、空間電荷の発生を即座に抑えることが可能である。また、フィラメントをイオンビーム中に挿入する必要がないので、イオンのフィラメントへの衝突によるビームの減衰、フィラメントの損傷、イオンビームの汚染は本質的にあり得ない。また、フィラメントによる放熱の問題も発生しない。さらに、放出された光電子の初速度は小さく、放出後はイオンの電荷に引かれて、イオンとともに運動するので、イオンビームの全行程でのイオン電荷の中和が可能である。これらのことから、光、あるいはX線を電極背面に照射するという簡単な手法で、高いビームの集束性を保つことが可能である。
The ion beam source apparatus using the present invention based on the above principle can solve the problems of the conventional methods described above.
First, in the present invention, the release of photoelectrons that neutralize the ion charge is performed on the back surface of the electrode from which the ion beam is extracted, so that the charge of the ion is neutralized immediately after the ion is extracted from the electrode, thereby generating the space charge. It is possible to suppress immediately. Further, since it is not necessary to insert a filament into the ion beam, beam attenuation, filament damage, and ion beam contamination due to collision of ions with the filament are essentially impossible. Further, there is no problem of heat dissipation due to the filament. Further, the initial velocity of the emitted photoelectrons is small, and after the emission, the ions are attracted by the charge of the ions and move together with the ions, so that the ion charges can be neutralized in the entire process of the ion beam. For these reasons, it is possible to maintain high beam focusing by a simple method of irradiating the back surface of the electrode with light or X-rays.

本発明の実施の形態について以下図面を参照して詳細に説明する。
本発明の実施例を図1に示す。図1のイオンビーム源装置のプラズマ源容器内は、図示しない排気装置により真空排気されている。また図示しない永久磁石により容器周辺にカスプ磁場が加えられている場合もある。通常のイオンビーム源装置では、このプラズマ源容器内に、図示しないイオン供給装置によりイオンと電子から構成されるプラズマが供給される場合と、これも図示しないガス供給装置からガスが供給される場合の両者がある。これらのプラズマ、あるいはガスは、図示しない高周波供給装置から容器内に送り込まれる高周波電力、あるいは図示しないフィラメント電極とプラズマ源容器壁との間のアーク放電、もしくはその他の手法によるエネルギー供給により電離・加熱され、密度の高いプラズマとして、プラズマ源容器壁内に閉じ込められている。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
An embodiment of the present invention is shown in FIG. The inside of the plasma source container of the ion beam source device of FIG. 1 is evacuated by an exhaust device (not shown). A cusp magnetic field may be applied around the container by a permanent magnet (not shown). In a normal ion beam source device, a plasma composed of ions and electrons is supplied into the plasma source container by an ion supply device (not shown) and a gas is supplied from a gas supply device (not shown). There are both. These plasmas or gases are ionized and heated by high-frequency power fed into a container from a high-frequency supply device (not shown), arc discharge between a filament electrode (not shown) and the plasma source container wall, or energy supply by other methods. Then, it is confined in the plasma source vessel wall as a high-density plasma.

ここに示したイオンビーム源装置の場合には、このプラズマから、図1に示す三枚のビーム引き出し電極(加速電極、減速電極、接地電極)によりイオンビームが引き出されるが、このままの状態ではこのイオンビームは、イオンの持つ電荷による自己電場の効果で自己発散してしまい、集束性の良いビームを得ることができない。   In the case of the ion beam source apparatus shown here, an ion beam is extracted from this plasma by the three beam extraction electrodes (acceleration electrode, deceleration electrode, ground electrode) shown in FIG. The ion beam is self-diverging due to the effect of the self-electric field due to the charge of the ions, and a beam with good focusability cannot be obtained.

本願の発明では、一番外側の接地電極の背面に、図1に示すように、アルゴンレーザや水銀ランプなどの光、あるいはX線を照射して光電子を発生させ、この光電子による負電荷でイオンの正電荷をビーム引き出し直後に中和して電場の発生を抑え、ビームの発散をなくして集束性の良いビームを実現する。放出された光電子の初速度は大きくないので、イオンビームの正電荷による静電力により引っ張られ、ビームイオンに追随して運動するため、ターゲットに照射されるまでイオンビームの全行程において、一様な電荷の中和を行うことができる。   In the invention of the present application, as shown in FIG. 1, the back surface of the outermost ground electrode is irradiated with light such as an argon laser or a mercury lamp, or X-rays to generate photoelectrons. The positive charge is neutralized immediately after the beam is extracted to suppress the generation of the electric field, thereby eliminating the beam divergence and realizing a highly focused beam. Since the initial velocity of the emitted photoelectrons is not large, it is pulled by the electrostatic force due to the positive charge of the ion beam and moves following the beam ions, so that it is uniform throughout the ion beam until it is irradiated to the target. Charge neutralization can be performed.

イオンビーム電流密度が高くなり、大量の光電子の発生が要請される場合には、上記電極背面に量子効率が高く光電子放出係数の大きな材料を使用するか、上記電極背面の表面に量子効率が高く光電子放出係数の大きな材料をコーティングすることにより、効率的な光電子の放出を行うことができる。特に、コーティングの厚みは光電子放出係数に影響を与えるので、最適な厚みを選択する。
また、光電子発生の必要のない面に関しては、不要な光電子の発生が電極間の放電破壊の原因となる可能性がある等、装置の正常な運転の妨げとなる恐れがあるので、必要に応じて、量子効率が低く光電子放出係数の小さい材料を使用するか、量子効率が低く光電子放出係数の小さい材料を表面にコーティングすることにより、無用な光電子の放出を極小化する。
When the ion beam current density is high and generation of a large amount of photoelectrons is required, a material having a high quantum efficiency and a large photoemission coefficient is used for the back surface of the electrode, or the quantum efficiency is high for the surface of the back surface of the electrode. By coating a material having a large photoelectron emission coefficient, efficient photoelectron emission can be performed. In particular, since the thickness of the coating affects the photoelectron emission coefficient, an optimum thickness is selected.
Also, for surfaces that do not require the generation of photoelectrons, the generation of unnecessary photoelectrons may cause discharge breakdown between the electrodes, which may hinder the normal operation of the device. Thus, use of a material having a low quantum efficiency and a small photoelectron emission coefficient, or coating a surface with a material having a low quantum efficiency and a low photoelectron emission coefficient, minimizes unnecessary photoelectron emission.

さらに、光電子の放出係数は、材質により異なった波長依存性を持つので、特定の波長の光を選択することにより、その光に対して、光電子放出が必要な面には放出係数の高い値を持つ材料を、光電子放出が不必要な面には放出係数ができるだけゼロに近い材料を使用するか、光電子放出が不必要な面の表面に放出係数ができるだけゼロに近い材料をコーティングすることにより、効率的な光電子の放出と不必要な放出の抑制を同時に実現することが可能である。   Furthermore, since the emission coefficient of photoelectrons has a wavelength dependency that varies depending on the material, by selecting light of a specific wavelength, a high emission coefficient value can be obtained for the surface that requires photoelectron emission. By using a material that has an emission coefficient as close to zero as possible for the surface that does not require photoemission, or by coating the surface of the surface that does not require photoemission with a material that has an emission coefficient as close to zero as possible. It is possible to simultaneously achieve efficient photoelectron emission and unnecessary emission suppression.

電極背面からの光電子放出によるイオン電荷の中和の原理を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the principle of neutralization of the ionic charge by the photoelectron emission from an electrode back surface.

Claims (5)

メッシュ構造、あるいは多数の孔を持った電極を用いて、プラズマ源からイオンを引き出すイオンビーム源装置において、プラズマ源とは反対のビーム引き出し方向から、光、あるいはX線を前記電極背面に照射することにより、照射された前記電極背面から光電子を放出させて、前記電極の電極孔から引き出された直後のイオンの空間電荷を中和して、イオンビームの発散を抑制することを特徴とするイオンビーム源装置。 With a mesh structure or an electrode having a large number of holes, in the ion beam source device extracting ions from the plasma source, the plasma source is irradiated from the opposite beam extraction direction, light or X-rays to the electrode backside by, by emitting photoelectrons from irradiated the electrode back, to neutralize the ion space charge immediately after being drawn out from the electrode hole of the electrode, ions, characterized in that to suppress the divergence of the ion beam Beam source device. 光、あるいはX線の強度を変えて発生する光電子の量を調整し、電荷の中和の程度を制御することにより、空間電荷による電場の大きさを変化させ、イオンの引き出しエネルギー、及び引き出し電流の大きさを可変とすることを特徴とする請求項1に記載のイオンビーム源装置。   By adjusting the amount of photoelectrons generated by changing the intensity of light or X-rays and controlling the degree of charge neutralization, the magnitude of the electric field due to space charge is changed, the ion extraction energy, and the extraction current The ion beam source apparatus according to claim 1, wherein the size of the ion beam source is variable. 上記電極背面に量子効率が高く光電子放出係数の大きな材料を使用するか、上記電極背面の表面に量子効率が高く光電子放出係数の大きな材料をコーティングすることにより、効率的な光電子放出を可能にすることを特徴とする請求項1又は2に記載のイオンビーム源装置。   Efficient photoemission is enabled by using a material with high quantum efficiency and a large photoemission coefficient on the back surface of the electrode or coating a material with high quantum efficiency and a large photoemission coefficient on the surface of the electrode backside. The ion beam source device according to claim 1, wherein 上記電極背面以外の面で光電子を放出する必要のない面に対しては、量子効率が低く光電子放出係数の小さい材料を使用するか、量子効率が低く光電子放出係数の小さい材料を表面にコーティングすることにより、無用な光電子の放出を極小化することを特徴とする請求項1又は2に記載のイオンビーム源装置。   For surfaces other than the back surface of the electrode that do not need to emit photoelectrons, use a material with low quantum efficiency and a low photoelectron emission coefficient, or coat the surface with a material with low quantum efficiency and a low photoelectron emission coefficient. The ion beam source apparatus according to claim 1, wherein unnecessary photoelectron emission is minimized. 光電子の放出係数の波長依存性が材料により異なることを利用して、特定の波長の光を選択することにより、その光に対して、光電子放出が必要な面には放出係数の高い値を持つ材料を、光電子放出が不必要な面には放出係数ができるだけゼロに近い材料を使用するか、光電子放出が不必要な面の表面に放出係数ができるだけゼロに近い材料をコーティングすることにより、効率的な光電子の放出と不必要な光電子の放出の抑制を同時に実現することを特徴とする請求項1又は2に記載のイオンビーム源装置。   Utilizing the fact that the wavelength dependence of the emission coefficient of photoelectrons differs depending on the material, by selecting light of a specific wavelength, the surface where photoelectron emission is required has a high emission coefficient for that light. Efficiency is improved by using a material with an emission coefficient as close to zero as possible for surfaces that do not require photoemission, or by coating a surface with an emission coefficient as close to zero as possible to the surface that does not require photoemission. The ion beam source device according to claim 1 or 2, wherein the emission of a typical photoelectron and the suppression of unnecessary photoelectron emission are simultaneously realized.
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