JPH02239559A

JPH02239559A - イオン源

Info

Publication number: JPH02239559A
Application number: JP1062628A
Authority: JP
Inventors: Fumio Fukumaru; 福丸　文雄; Koji Matsunaga; 幸二松永
Original assignee: Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Nissin Electric Co Ltd
Priority date: 1989-03-14
Filing date: 1989-03-14
Publication date: 1990-09-21
Anticipated expiration: 2010-04-12
Also published as: JPH0734358B2

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、例えばイオン注入装置等に用いられるイオ
ン源に関する。

〔従来の技術］第５図は、従来のイオン源の一例を電源と共に示す概略
図である。

このイオン源は、アーク放電によってプラズマ生成を行
う型のイオン源であり、カソードとしてのフィラメント
４がプラズマ生成容器２内に設置されており、フィラメ
ント電源２０からの通電により加熱されて熱電子放出に
必要な温度まで上げられる．６はフィラメント４用の電
流導入端子である。

また、放電電源２２によりプラズマ生成容器２とフィラ
メント４間に電圧が印加され、両者間のアーク放電によ
って、プラズマ生成容器２内に導入されたイオン化物質
を放電分解してプラズマ８を生成させる。

そしてこのプラズマ８から、この例ではプラズマ電極１
１、抑制電極１２および接地電極１３で構成される引出
し電極系によって電界の作用でイオンビーム１６が引き
出される。プラズマ電極１１には加速電源２４から正電
圧が印加される。抑制電極１２は下流側からの電子逆流
抑制用であり、抑制電源２６により負電位に固定される
。

上記各電極１１〜１３は、例えば第６図あるいは第７図
に示すように、板状のものであってそこに円礼状または
スリット状の開口部ｌ４を所要数設けた構造をしている
．尚、プラズマ生成容器２の周囲には、通常、この例のよ
うに永久磁石１８または磁場コイルが設けられており、
これによってイオン生成効率の向」二が図られている．〔発明が解決しようとする課題〕上記のような従来のイオン源においては、イオンビーム
１６あるいはプラズマ８によるスバッタ等で電極１１〜
１３が消耗するが、特に電極１２および１３はイオンビ
ーム１６によるスパッタでその開口部１４の周辺部の消
耗が著しいが、，その場合、各電極１１〜１３はいずれ
もその全体を交換する必要があり、そのため保守費用が
高くつくという問題がある。大電流、大面積のイオンビ
ームｌ６の引出しを目的としたイオン源においては、各
電極１１〜１３が大型になるため特に費用がかかる。

また、各電極１１〜ｌ３は、フィラメント４からの熱や
アーク放電による熱で加熱されるが、イオン化物質の付
着防止等の目的で各電極１１〜Ｉ３を冷却せずに高温状
態で使用する場合、各電極１１〜１３は板状であるから
、熱膨張による平面方向やビーム引出し方向への熱歪が
生じ、そのためイオンビーム１６を安定して引き出すこ
とが困難になるという問題もある。

そこでこの発明は、電極のスバッタ等による消耗に対す
る保守費用の低減および電極高温時の熱歪の低減を図る
ことができるようにしたイオン源を提供することを主た
る目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、この発明のイオン源は、前述
したような各電極を、開口部を有する電極枠体と、この
電極枠体の開口部に、互いの間にスリット状開口部をあ
けて並設された複数本の電極棒であってしかもその各々
が電極枠体に対して、着脱可能にかつその長手方向の伸
縮が拘束されないように取り付けられたものとで構成し
たことを特徴とする。

その場合、前記電極の内の少なくとも最プラズマ側の電
極を構成する電極棒を通電加熱するようにしても良い。

また、前記電極の内の最プラズマ側の電極を構成する電
極棒を通電加熱することによってそこから熱電子を放出
させ、それよって当該電極を熱陰極と兼ねさせるように
しても良い。

〔作用〕

上記イオン源においては、電極を構成する電極棒間のス
リット状開口部を通してイオンビームが引き出される。

その場合、イオンビームのスバッタ等による電極の消耗
は、イオンビームが通過する所にある電極棒が最も著し
いが、各電極棒は電極枠体に対して着脱可能に取り付け
られているため、電極が消耗した場合の交換は、従来の
ように電極全体ではなく電極棒のみの交換で済むように
なる。

また、各電極棒が電極枠体に対してその長手方向の伸縮
が拘束されないように（即ち自由に）取り付けられてい
るため、電極高温時における熱膨張による電極棒の熱歪
は最小限に抑えられる。

また、前記電極の内の少なくとも最プラズマ側の電極を
構成する電極棒を通電加熱するようにすると、当該電極
およびそれからの輻射熱によって他の電極が加熱される
ため、それらへのイオン化物質の付着量を一層低減させ
ることができる。

また、前記電極の内の最プラズマ側の電極に熱陰極を兼
ねさせるようにすると、熱電子放出専用のフィラメント
が不要になる。

〔実施例〕

第１図は、この発明の一実施例に係るイオン源を示す断
面図である．第５図の例と同一または相当する部分には
同一符号を付し、以下においては従来例との相違点を主
に説明する。

この実施例においては、引出し電極系を構成するもので
あって従来の電極１１〜ｌ３に相当するプラズマ電極３
１、抑制電極３２および接地電極３３を、次のような構
造のものにしている。

プラズマ電極３１においては、第２図も参照して、開口
部３１２ａを有するフランジ部３１２とその開口部３１
２ａに被せた蓋板３１３とによって、矩形の開口部３１
４を有する電極枠体３１１を構成している．そしてこの
開口部３１４に、複数本の電極棒３１６を互いの間にス
リット状開口部３１７をあけて並設している．詳述すると、電極枠体３ｌ１（より具体的にはそのフラ
ンジ部３ｌ２）の開口部３１４０両側には円錐状の穴３
１５ａが交互に設けられており、そこに各電極棒３１６
の一端側が差し込まれて固定されている．また、上記円錐状の穴３１５ａと反対側には、各電極棒
３１６の外径よりも大きめの貫通穴３１５ｂが複数設け
られており、そこを各電極棒３１６の他端側が緩く貫通
して電流導入端子３１Ｂに差し込まれている。各電流導
入端子３１８は、電極枠体３１−１に矢印八のように可
動な状態で挿入されており、かつバネ（図示省略）によ
って電極棒３１６を内側へ押しつけている。

従って、各電極棒３１６はその長手方向の伸縮が拘束さ
れておらず自由である。また、各電極棒３１６は着脱可
能であり、各電流導入端子３１Ｂを引き抜くことによっ
て各電極棒３１６を節単に交換することができる．尚、この例では、各電流導入端子３１８と電極枠体３１
１問および各電極棒３１６の電流導入端子３１８側と電
極枠体３１１間は、図示しない絶縁物を介する等して電
気的に絶縁されており、電極枠体３１１を戻りルートに
して、各電極棒３ｌ６に通電することができるようにし
ている．Ｉはそのときの電流である。

上記のような構造にすれば、電極棒３１６に温度変化に
よる伸縮が生じてもそれが電流導入端子３１８の動きに
よって吸収されるため、電極棒３１６と電極枠体３１１
および電流導入端子３１８との間の電気的接触に問題は
生じない．従って、十分な電流を信転性良く供給するこ
とができる．上記例とは違って、各電極棒３１６の両端
を上記のような電流導入端子３１８でそれぞれ支持する
ようにしても良い．抑制電極３２においては、第３図も参照して、リング状
部３２２ａ、板状部３２２ｂおよび凹部３２２ｃを有す
る半割れ構造の枠体３２２を二つ合わせることによって
、矩形の開口部３２４を有する電極枠体３２１を構成し
ている。そしてこの開口部３２４に、複数本の電極棒３
２６を互いの間にスリット状開口部３２７をあけて並設
している．詳述すると、開口部３２４の両側に位置するリング状部
３２２ａには、各電極棒３２６の端部が緩く嵌まる穴３
２５が複数設けられている。しかも、各穴３２５の奥行
には、電極捧３２６の長手方向の熱膨張に対して余裕を
持たせてある．このようにして、各電極棒３２６を電極
枠体３２１に対して、着脱可能に、しかもその長手方向
の伸縮を拘束されないように取り付けている。

組立は、各電極棒３２６を穴３２５に差し込んだ状態で
両枠体３２２を合わせることによって完了する．両枠体
３２２を切り離せば、各電極棒３２６を簡単に取り出し
て交換することができる。

尚、両枠体３２２は、この例では、そのリング状部３２
２ａに設けた穴３２８にイオン源の本体側の支柱４０（
第１図参照）を差し込むことによって合わせるようにし
ているが、そのようにする代わりに合せ板等を用いて合
わせるようにしても良い。

接地電極３３も、上記抑制電極３２と同構造をしている
ので、ここではその重複説明を省略する。

上記のようなイオン源においては、電極３１〜３３を構
成する電極棒間のスリット状開口部３ｌ７、３２７を通
してイオンビーム１６が引き出される。

その場合、イオンビーム１６のスバッタ等による電極、
特に抑制電極３２および接地電極３３の消耗は、イオン
ビーム１６が通過する所にある電極捧３２６が最も著し
いが、各電極棒３２６は電極枠体３２１に対して着脱可
能であるため、電極３２、３３が消耗した場合の交換は
、従来のように電極全体ではなく電極棒３２６の交換の
みで済むようになる。プラズマ電極３１の場合も、上記
のような消耗の問題は抑制電極３２および接地電極３３
に比べれは小さいが、交換する場合は電極棒３１６のみ
の交換で済む．従って、スバッタ等による電極消耗に伴
う保守費用の低減が可能になる．また、各電極３１〜３３における電極棒３１６および３
２６は、いずれもその長手方向の伸縮が拘束されないよ
うに電極枠体３１１および３２１に支持されているため
、電極高温時における熱膨張よる電極棒３１６および３
２６の熱歪は最小限に抑えられる．従って、イオン化物
質の付着防止等の目的で各電極３１〜３３を高温状態で
使用する場合でも、イオンビーム１６を安定して引き出
すことができる。

尚、常温において気体以外の物質、または常温において
気体以外の物質をプラズマ８中にて形成する可能性のあ
る化合物をイオン化物質として用いる場合は、特に、そ
のような物質がイオンビーム引出し部に付着堆積してイ
オン源の安定運転を困難にするのを防止する観点から、
上記電極３１〜３３の内の少なくとも最プラズマ側の電
極であるプラズマ電極３１を構成する電極棒３１６を通
電加熱するようにするのが好ましい。最プラズマ側の電
極とするのは、それに対する付着が最も著しいからであ
る．第２図はそのようにする場合の例である。

このときの電極棒３１６の加熱温度は、使用するイオン
化物質によって異なるが、一例を示せばリンを使用する
場合は例えば５００゜Ｃ程度とする．上記のようにして
プラズマ電極３１を構成する電極棒３１６を通電加熱す
ると、それによって当該プラズマ電極３ｌおよびそれか
らの輻射熱によって他の電極３２および３３が加熱され
るため、それらへの上記のようなイオン化物質の付着量
を一層低減させることができる。

尚、電極棒３１６に通電する場合は、第２図に示すよう
に、隣接する電極棒３１６間で電流■の向きが逆向きに
なるようにするのが好ましく、そのようにすれば、各電
極棒３１６に流れる電流■が形成する磁界が互いに打ち
消し合うようになるので、イオンビーム１６の引出しへ
の影響を最小限に抑えることができるようになる。

ところで、従来のイオン源や第１図のイオン源では、プ
ラズマ生成容器２の背面部には、永久磁石ｌ８や冷却バ
イブ等が設けられている他、フィラメント４用の電流導
入端子６が設けられている。

この電流導入端子６は、フィラメント４をプラズマ生成
容器２と電気的に絶縁すると共にフィラメント４に大電
流を通電する必要があるため必然的に大きくなり、その
ためこの電流導入端子６の存在によってプラズマ生成容
器２の背面部の構造が複雑化し保守難となり易い。

そこで、このような点を更に改善した実施例を第４図に
示す．第１図の実施例あるいは従来例との相違点を主に説明す
ると、この実施例においては、前記と同様の構造をした
プラズマ電極３１を構成する電極棒３１６の両端間にフ
ィラメント電源２０を、かつ電極棒３１６の一端側とプ
ラズマ生成容器２間に放ｉｔ源２２をそれぞれ接続して
いる。

そして、フィラメント電源２０によって各電極棒３１６
を通電加熱してそこから従来のフィラメント４の場合と
同様に熱電子３８を放出させ、それによってプラズマ電
極３ｌとプラズマ生成容器２間に、プラズマ８生成用の
アーク放電を起こさせるようにしている．即ち、プラズ
マ電極３ｌに熱陰極を兼ねさせるようにしている。

この場合の電極棒３１６の加熱温度は、前述したイオン
化物質付着防止目的で加熱する場合よりも遥かに高く、
一例を示せば電極棒３１６にタングステンを使用する場
合は例えば２４００℃程度にする。

また、上記ようにする場合、電極ｔ１３　１　６の太さ
等を考慮すれば、従来のフィラメント４用のフィラメン
ト電源２０をそのまま使用することも可能である。

このようにプラズマ電極３１に熱陰極を兼ねさせるよう
にすると、プラズマ生成容器２内に熱電子放出専用のフ
ィラメント４を設ける必要が無くなり、従ってそのため
の電流導入端子６も不要になる．その結果、プラズマ生
成容器２の背面部の構造が単純化され、かつ保守も容易
になる。

ちなみに、プラズマ電極３ｌの電位は抑制電極３２およ
び接地電極３３に対して正電位にあるため、プラズマ電
極３ｌからの熱電子３８が抑制電極３２および接地電極
３３の方に加速されて不要な放電プラズマを形成する懸
念は無い。

また、この実施例の場合も、前記のような理由で、隣接
する電極捧３１６間の通電方向が逆向きになるようにす
るのが好ましい．尚、引出し電極系を構成する電極の数は、上記各例では
いずれも３枚としたが、必ずしもそに限られるものでは
なく、例えば２枚（例えばプラズマ電極３１および抑制
電極３２）でも、更に場合によっては１枚（プラズマ電
極３１のみ）でも良い場合もある。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明によれば、各電極を上記のような
電極枠体と複数の電極棒とによって構成したので、その
スバッタ等による消耗に対しては、従来のように電極全
体ではなく電極棒のみの交換で済むようになる．従って
保守費用の低減が可能になる。

また、各電極棒はその長手力向の伸縮が自由であるので
、電極高温時における熱膨張による電極棒の熱歪は最小
限に抑えられる。従って、イオン化物質の付着防止等の
目的で各電極を高温状態で使用する場合でも、イオンビ
ームを安定して引き出すことができる．また、前記電極の内の少なくとも最プラズマ側の電極を
構成する電極棒を通電加熱するようにすると、当該電極
およびそれからの輻射熱によって他の電極が加熱される
ため、それらへのイオン化物質の付着量を一層低減させ
ることができる．また、前記電極の内の最プラズマ側の
電極に熱陰極を兼ねさせるようにすると、熱電子放出専
用のフィラメントが不要になるので、それによってプラ
ズマ生成容器の背面部の構造が単純化され、かつ保守も
容易になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例に係るイオン源を示す断
面図である。第２図は、第１図のイオン源におけるプラ
ズマ電橿の一例を部分的に切り欠いて示す平面図である
．第３図は、第１図のイオン源における抑制電極および
接地電極の一例を示すものであり、（Ａ）は平面図、（
Ｂ）はその■−１方向に見た図である。第４図は、この
発明の他の実施例に係るイオン源を電源と共に示す図で
ある．第５図は、従来のイオン源の一例を電源と共に示
す概略図である。第６図および第７図は、それぞれ、従
来のイオン源に用いられている電極の例を示す斜視図で
ある．２・・・プラズマ生成容器、８・・・プラズマ、ｌ６・
・・イオンビ＝ム、３１・・・プラズマ電極、３１１・
・・電極枠体、３１４・・・開口部、３１６・・・電極
棒、３１７・・・スリット状開口部、３２・・・抑制電
極−．３２ｌ・・・電極枠体、３２４・・・開口部、３
２６・・・電極棒、３２７・・・　スリット状開口部、
３３・・・接地電極．

Claims

【特許請求の範囲】

（１）プラズマ生成容器内に生成されたプラズマから１
以上の電極を用いてイオンビームを引き出す構造のイオ
ン源において、前記各電極を、開口部を有する電極枠体
と、この電極枠体の開口部に、互いの間にスリット状開
口部をあけて並設された複数本の電極棒であって、しか
もその各々が電極枠体に対して着脱可能にかつその長手
方向の伸縮が拘束されないように取り付けられたものと
で構成したことを特徴とするイオン源。
（２）請求項１記載のイオン源において、前記電極の内
の少なくとも最プラズマ側の電極を構成する電極棒を通
電加熱するようにしたことを特徴とするイオン源。
（３）請求項１記載のイオン源において、前記電極の内
の最プラズマ側の電極を構成する電極棒を通電加熱する
ことによってそこから熱電子を放出させ、それによって
当該電極に熱陰極を兼ねさせるようにしたことを特徴と
するイオン源。