JPH01204347A - イオン化物質導入装置 - Google Patents

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〕 本発明はイオン源、特にビームプラズマ型イオン源にイ
オン化させる物質（以下、イオン化物質という）を導入
するイオン化物質導入装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、気体をイオン化物質とするビームプラズマ型イオ
ン源は、電子ビームと前記気体との相互作用によりプラ
ズマを発生させイオンを生成するため、電子ビームが入
射するターゲットチェンバーをプラズマ生成室、すなわ
ちイオン生成室とし、イオン生成室内をプラズマで満た
すべくイオン化するための気体（以下イオン化気体とい
う）をイオン生成室内に一様に導入しており、導入方法
や導入機構について特別な考慮は払われていなかった。

従来の装置は、第３図に示すように、電子銃室１３に配
置されたカソード１１より放出された電子ビーム５が、
引出型４ｒ！９やアノード８により加速され、細管１７
中において電磁レンズ１４により収束作用を受け、絞ら
れたビームとしてオリフイス１５ａを通過し、イオン生
成室１内で発散しつつ一様に導入されたイオン化気体と
相互作用をしてプラズマを形成し、ターゲット４に照射
されていたく［公開特許公報（Ａ）昭６２−６４０３４
」参照）。

〔発明が解決しようとする課題〕

電子ビーム照射によるイオン化気体のイオン化効率を良
くする一つの手段として、イオン化気体と電子ビームの
相互作用を高めることが有効であるが、そのためにはイ
オン化気体の導入量を増さなければならない。従来の方
法では、イオン生成室内にイオン化気体を一様に導入し
ているので、比較的大きなイオンビーム電流を取り出す
には多量のイオン化気体を導入する必要、即ちイオン生
成室内圧力を低真空にする必要があった。一方、ビーム
プラズマ型イオン源においてカソードに直熱形フィラメ
ントを用いる場合のフィラメントの寿命や、ウェネルト
電極、引出し電極等の電子光学系の耐電圧を考慮すれば
電子銃近辺の真空度はよいことが望ましい。

従って、イオン生成室には多量のイオン化気体を導入し
て低真空としながら、電子銃容器内を高真空に保つため
には、第３図に示すように、差動排気方式等を用いてイ
オンビーム装置の真空排気系を構成する必要がある。

さらに、比較的大きなイオンビーム電流を得るためイオ
ン生成室内に多量のイオン化気体を導入するには、第４
図に示すように、さらに差動排気のためのオリフィス１
５ｂ、排気口１６ｃを含む排気装置、真空排気系の構成
要素を増やす必要があり、真空排気系の構成が大規模な
ものになるという欠点があった。

本発明の目的は、この様な問題を解決し、イオン生成室
に多量のイオン化気体を導入することなく夕景のイオン
化気体導入量で従来と同程度のイオンーム電流が得られ
、従って真空排気系の構成を簡素化したイオン化物質導
入装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の構成は、原子または分子の気体を電子ビームに
より励起して一部弱電離気体を発生させイオンビームを
引き出すビームプラズマ型イオン源における前記気体を
イオン生成室に導入するイオン化物質導入装置において
、イオン化気体導入部から前記イオン生成室内に延長し
て配置され、前記電子ビーム軌道外周をこの電子ビーム
の広がり角に合わせて囲んで円錐状に巻かれた螺旋構造
て、前記電子ビーム軌道と交差する方向にイオン化気体
が噴出される複数のノズルが設けられたパイプを備えた
ことを特徴とする。

〔作用〕

本発明のイオン化物質導入装置の構成によれば、電子ビ
ーム軌道外周をこの電子ビームの広がり角に合わせて囲
み円錐状の螺旋構造をなしたパイプの孔またはノズルよ
り、イオン生成室内圧力よりも高い圧力のイオン化気体
を電子ビームの中心に向は噴出することにより、孔才た
はノズルの近傍、すなわち螺旋形パイプの螺旋円錐内を
局所的にイオン生成室内圧力よりも高い圧力にすること
ができる。従って、電子ビームの通過する螺旋円錐内の
み、イオン生成室内全体を低真空にした場合と同程度の
イオンビーム電流を得るために必要な真空圧力を達成す
ることができ、イオン生成室全体としては高真空に保つ
ことができ、真空排気系の構成を大型化することなくイ
オンビーム装置全体を高真空に保つことができる。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例の主要な構成を示す断面図、
第２図は第１図の螺旋パイプ２部分を拡大した斜視図で
ある。

電子銃室１３に配置されたカソード１１より放出された
電子ビーム５は、引出型！９やアノード８により加速さ
れ、細管１７中において電磁レンズ１４により収束作用
を受け、絞られたビームとしてオリフィス１５ａを通過
し、イオン生成室内で発散しつつ螺旋円錐形パイプ２の
近傍を通過し、ターゲット４に照射される。イオン生成
室１内に導入されたイオン化気体６と電子ビーム５の相
互作用によい形成された正電荷のイオンビーム１２は電
子ビーム５とは逆の電荷を持つために電＝６− 子ビーム５の進路を遡り出射される。

イオン化気体６は、第２図にように、イオン化気体導入
装置７から二重円錐形のパイプ２の孔３を通してイオン
生成室１内に噴出し、孔３がら互いの電子ビームに向は
噴出すると同時にイオン生成室１内で流れとともに膨張
しやがて−様な圧力になる。イオン化気体導入装置とし
ては、約５０Ｔｏｒｒ〜１０ｋｇ／ｃｍ２程度のレギュ
レータと流量調節弁とから構成されるから、ｌＸｌ０−
４〜ＩＴｏｒｒ程度に保たれるイオン生成室内圧力と比
較してイオン化気体導入装置内は高い圧力に保たれてい
るため、孔３の近傍のみ局所的にイオン生成室内よりも
高い圧力になる。したがって、イオン化気体を電子ビー
ム中心に向は噴出させることにより電子ビームが通過す
るパイプ２の近傍のみ局所的に低真空に保つことができ
、さらにパイプ２の内径の寸法を電子ビームに近づけれ
ばその効果は高まる。

ところで、イオン生成室内圧力とイオンビーム電流のあ
いだには、イオン生成室内圧力が高くなるに従いイオン
電流は増大するという関係があることが知られている。

イオンは電子ビームとイオン化気体との相互作用により
生成されるため、電子ビームの通過する領域のみ圧力を
高めれば、イオン生成室１内全体を低真空にした場合と
同様な効果を得ることができ、従って、このイオン化物
質導入装置を用いることにより、従来よりもイオン生成
室内圧力を低い圧力に保ったまま従来と同程度のイオン
ビーム電流を得ることが可能となる。

また、電子銃室１３とイオン生成室１の差圧を保つため
設置されるオリフィス１５ａの開口寸法は排気装置の排
気容量とイオン化気体６の導入量により決定されるが、
本実施例のイオン化物質導入装置を用いることにより、
イオン生成室内圧力を従来よりも低く設定することがで
きるため、オリフィスの開口径を大きく、オリフィス長
さを短くすることができる。従って、イオン生成室１に
入射する電子ビーム電流を増大させることができ、電子
ビームとイオン化気体との相互作用が高められな結果、
イオンビーム電流を増大させることができる。

〔発明の効果〕

以上述べたとおり本発明によれば、比較的簡単な機構で
、電子ビームとの相互作用によりイオン化されるイオン
化気体のイオン生成室への導入量を少なくすることがで
き、従来よりもイオン生成室内を高真空に保つことがで
きるため、イオンビーム装置の真空排気系を簡素化する
ことができる。また、差動排気のためのオリフェスの開
口径を大きく、オリフィス長さを短くすることができる
ため、電子ビーム電流を増大させることができ、従来と
比較すれば大容量のイオンビーム電流を得ることができ
る等、その実用的効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の全体構成を示す断面図、第
２図は第１図のパイプ部分の部分断面斜視図、第３図、
第４図は従来装置の二つの例の全体構成を示す断面図で
ある。 １・・・イオン生成室、２・・・螺旋円錐形パイプ、３
・・・孔、４・・・ターゲット、５・・・電子ビーム、
６・・・イオン化気体、７・・・イオン化気体導入装置
、８・・アノード、９・・・引出電極、１０・・・ウェ
ネルト電極、１１・・・カソード、１２・・・イオンビ
ーム、１３・・・電子銃室、１４・・・電磁レンズ、１
５ａ、１５ｂ・・・オリフィス、１６ａ、１６ｂ、１６
ｃ・・・排気口、１７・・・細管。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 原子または分子の気体を電子ビームにより励起して一部
   弱電離気体を発生させイオンビームを引き出すビームプ
   ラズマ型イオン源における前記気体をイオン生成室に導
   入するイオン化物質導入装置において、イオン化気体導
   入部から前記イオン生成室内に延長して配置され、前記
   電子ビーム軌道外周をこの電子ビームの広がり角に合わ
   せて囲んで円錐状とに巻かれた螺旋構造で、前記電子ビ
   ーム軌道と交差する方向にイオン化気体が噴出される複
   数のノズルが設けられたパイプを備えたことを特徴とす
   るイオン化物質導入装置。