JPH0192360A

JPH0192360A - ホロ−カソ−ド型イオン源

Info

Publication number: JPH0192360A
Application number: JP62054110A
Authority: JP
Inventors: Ryota Fukui; 了太福井; Kenichi Takagi; 憲一高木; Riichi Kikuchi; 菊池　理一; Kazuo Takayama; 一男高山; Akira Tonegawa; 昭利根川
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 1987-03-11
Filing date: 1987-03-11
Publication date: 1989-04-11
Anticipated expiration: 2011-07-31
Also published as: JP2519709B2

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、イオン注入装置用ホローカソード型イオン源
に関するものである。このイオン源はまたイオン注入用
以外に分析用イオン源としても使用されるものである。

［従来の技術］ホローが９−ド型イオン源としては、大部分をカソード
１！極とし、前記カソード電極に電気絶縁部材を介して
アノード電極を取付けた筒状放電室を有し、前記筒状放
電室に放電維持用ガスの導入口を設け、前記筒状放電室
のカソード電極部分にイオン引出し用開口を設け、前記
カソード電極部分を冷却するための冷却装置を設け、冷
陰極放電形態で作動するようにしたことを特徴とするホ
ローカソード型イオン源が出願者等によって提案された
。

この従来のホローカソード型イオン源は、第３図に示す
ように、円筒状のカソード電ｔｆ！２１の上に電気絶縁
部材２７を介してアノード電極２２を取付け、またカソ
ード電１Ｐｉ１２１の側面にはイオン引出し用開口２４
、およびこの開口の後方のガス（または金属蒸気）導入
口２５が設けられている。

カソード電極２１の外周にはこれの支持を兼ねた熱シー
ルド２８が設けられ、冷陰極放電形態で作動するように
熱シ、−ルドを純水にて冷却するための冷却手段２９，
３０．３１が配備されている。

このホローカソ−ド型イオン源において、ガス−導入口
２５より導入された試料ガス（または金属蒸気〉は、ア
ノード電極２２とカソード電極２１との間の放電によっ
て電離され、必要なイオンを生成する。生成されたイオ
ンは、イオン引出し用開口２４からカソード電極２１の
円筒軸線に垂直な方向に引出される。この種の冷却式の
ホローカソード型イオン源は、熱シールド２８を純水等
の冷却液を冷却手段に流すことによってカソード電極２
１のスパッタを促進するものである。

［発明が解決しようとする問題点］ところが、従来のホローカソード型イオン源は、イオン
引出し用開口２４をカソード電極２１の側面に設けてい
るため、円形のイオンビームを得ようとする場合、あま
り大きなビーム径を得ることができないものであった。

その上、このイオン源は、イオンをカソード電極２１か
ら引出しているが、カソード近傍で加速されて、不揃い
のエネルギをもったイオンビームがカソード電極に設け
た引出し用開口２４から自然に飛出してくるために、イ
オンビームを介析用に使用する場合問題が生じるもので
あった。

本発明は、上述したような従来技術の問題点を解決し、
より効率の良い、エネルギの揃った円形のイオンビーム
を得ることの可能なイオン源を提供することを目的とす
る。

［問題点を解決するめの手段］本発明のイオン源は、円筒状カソード電極の上部のアノ
ード電極にイオン引出し孔を設けて、イオン源内部で生
成されたイオンを円筒状カソード電極の軸線方向に引出
すようにしたものである。

このため本発明によるホローカソード型イオン源は、円
筒状カソード電極の上部アノード電極にイオン引出し孔
を、また下部アノード電極に試料ガス及び金属蒸気導入
用の孔を設け、前記下部アノード電極から導入されたガ
ス又は金属蒸気をアノード＠、［ｌとカソード電極との
間の放電によって電離させ、生成されたイオンを前記上
部アノード電極に設けたイオン引出し孔から前記カソー
ド電極の円筒の軸線方向に引出すことを特徴とする。

［作用］本発明のイオン源は、円筒状カソード電極の上部アノー
ド電極にイオン引出し孔を設けたために、孔の大きさを
円筒状カソード電極の内径の大きさまで無段階に選択す
ることが出来、また単一の孔とするだけでなくマルチア
パーチャとすることも出来る。

更に、従来のホローカソード型イオン源がカソード電極
からのイオン引出しであったのに対して、このイオン源
では、アノード電極からのイオン引出しとしたため、引
出されたイオンビームはエネルギの揃ったビームとなる
。

［実施例］以下本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

第１図は、本発明のホローカソード型イオン源の原理を
示す原型図であり、円筒状カソード電極１の上部と下部
にはそれぞれインシュレータ９を介して上部アノード電
極２と下部アノード電極３が取付けられる。上部アノー
ド電［！２のほぼ中央には、イオン引出し、′孔４が設
けられ、また下部アノード電極３には金属蒸気導入孔５
および試料ガス導入孔６が設けられる１円筒状カソード
電極ｌの外周には、これを支持する同じく円筒状の熱シ
ールド７が取付けられる。コールドタイプは、第１図に
点線で示すように、熱シールド７の周囲に純水等の冷却
液を流す冷却液導入パイプ８をめぐらし、熱シールド７
およびカソード電極１を冷却するよう構成し得る。

金属蒸気導入孔５から導入された金属蒸気又は、試料ガ
ス導入孔６から導入されたガスは、上部と下部のアノー
ド電極２と３およびカソード電極１との間の放電によっ
て電離される。こうして生成されたイオンは、上部アノ
ード電極２に設けたイオン引出し孔４から引出される。

このイオン源においては、イオン引出し孔４を上部アノ
ード電極２に設けて、イオンをこの引出し孔から円筒状
カソード電極の軸線方向に引出すようにしたために、こ
の孔の直径を最大で円筒状カソード電極１の内径の寸法
まで無段階に選択出来、しかも引出されたθオンビーム
はエネルギの−揃ったビームとなる。

第２図に示す本発明によるホローカソード型イオン源は
、中空円筒状カソード電極１１を備え、その外周には同
じく中空円筒状のカソードシールド１２が取付けられる
。このシールド１２は、カソード電極１１の上端部と係
合する屈曲部１２ａとカソード電極の下端部とほぼ同一
平面内に位置されるフランジ１２ｂとを有している。カ
ソード電極１１とカソードシールド１２は、カソード電
極−）１３上に支持される。

カソードシールド１２よりも大きな直径を有する上部ア
ノード電極１４は、中空円筒状の帽状体であり、その天
井中央にはイオン引出し孔１７が設けられ、また下方部
にはフランジ１４ａを有している。上部アノード環［！
１４は、環状のインシュレータ１６を介してカソードサ
ポートのフランジ１２ｂ上に支持される。

円盤状の下部アノード電極１５は、上面に環状の突起１
５ａを有し、また中央に金属蒸気導入孔１８および中央
から１′かに離れた位置に試料ガス導入孔１９が設けら
れる。このアノード環［！１５は、環状のインシュレー
タ１６°によりカソードサポート１３を介してカソード
電ｆ！ｌｌ、カソードシールド１２および上部アノード
電極１４を支持している。

コールドタイプは、第２図に点線で示すように、上部ア
ノード電極１４の周囲に純水等の冷却液を流す冷却液導
入パイプ２ｏをめぐらし、上部アノード電極を冷却する
よう楕成し得る。カソード電ｆ！１１は熱副射により冷
却される。

このような構成のホローカソード型イオン源において、
下部アノード電極１５に設けた試料ガス導入孔１９（又
は金属蒸気導入孔１８）によりイオン源内部に導入され
たガス（又は金属蒸気）は、アノード電極１４．１５と
カソード電極１１．カソードシールド１２、カソードサ
ポート１３との間の放電により電離されてイオンを生成
する。生成されたイオンは、上部アノード環ｆｉ１４に
設けたイオン引出し孔１７からカソードの円筒軸線方向
に引出される。

コールドタイプとして使用する場合は、上部アノード電
極１４の周囲に巻いた冷却液導入パイプ２０に純水等の
冷却液を流して、上部アノード電極を冷却する。このと
き、カソード電極１１およびカソードシールド１２を、
必要なイオン種を含む金属、例えばＭｏ、Ｗ、Ｎｉ等の
金属で作っておくと、スパッタ作用によりイオン源内部
に金属の原子が放出され、アノード電極１４　、’　１
５とカソード電極１１．カソードシールド１２、カソー
ドサポート１３との間の放電により電離されてイオン化
される。

［発明の効果］本発明は、中空円筒状カソード電極の上部アノード電極
にイオン引出し孔を設けたことにより、イオンビーム径
がカソード内径の大きさまで無段階に選べ、また単一の
イオン引出し孔を設ける他にマルチアパーチャ方式でも
可能である。

更に、イオン引出しがアノード電極から行われるために
、エネルギの揃ったビームが得られ、分析用イオンビー
ム生民・用としてのみならず、多種の装置のイオン源と
して使用することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のホローカソード型イオン源の原理を
示す縦断面図、第２図は、本発明の一実施例を示す縦断
面図、および第３図は、従来のホローカソード型イオン
源を示す部分破断斜視図である。１・・・カソード電極、　２・・・上部アノード電極、
３・・・下部アノード電極、　４・・・イオン引出し孔
。５・・・金属蒸気導入孔、　６・・・ガス導入孔、　７
・・・熱シールド、　８・・・冷却液導入パイプ、　９
・・・インシュレータ、　　１１・・・カソード電極、
　　１２・・・カソードシールド、　　１３・・・カソ
ードサポート。１４・・・上部アノード電極、　１５・・・下部アノー
ド電極、　　１６・・・インシュレータ、　　１７・・
・イオン引出し孔、　１８・・・金属蒸気導入孔、　１
９・・・ガス導入孔、　２０・・・冷却液導入パイプ、
　２１・・・カソード電極、　２２・・・アノード電極
、　２４・・・イオン引出しスリット、　２５・・・ガ
ス（又は金属蒸気）導入孔、　”１７・・・絶縁用イン
シュレータ、−２８・・・熱シールド第１図第２図第３図

Claims

【特許請求の範囲】

円筒状カソード電極の上部アノード電極にイオン引出し
孔を、また下部アノード電極に試料ガス及び金属蒸気導
入用の孔を設け、前記下部アノード電極から導入された
ガス又は金属蒸気をアノード電極とカソード電極との間
の放電によって電離させ、生成されたイオンを前記上部
アノード電極に設けたイオン引出し孔から前記カソード
電極の円筒の軸線方向に引出すことを特徴とするホロー
カソード型イオン源。