JPH04368754A - イオン源 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、低気圧アーク放電に
よってイオン源ガスをイオン化する長尺型あるいは大面
積型等のイオン源に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図５に大面積型のイオン源の従来例とし
て、いわゆるバケット型イオン源を示す。図５において
、アークチャンバ（陽極）８１は、ガス導入口８４およ
びイオン引出し口８８を有し、外壁に棒状の永久磁石８
２を複数本整列配置し、内壁面近傍に局所的な多極磁界
を生成する構造としている。

【０００３】アークチャンバ（陽極）８１の内部には、
一次電子源となる熱電子放出用のフィラメント（陰極）
８３を１本ないし複数本設けている。アークチャンバ（
陽極）８１には、イオン引出し口８８の前方にイオン引
出し電極系８７を配設している。フィラメント（陰極）
８３には、熱電子放出用のフィラメント電源８５が接続
され、アークチャンバ（陽極）８１とフィラメント（陰
極）８３との間にはアーク放電用の放電電源８６が接続
されている。

【０００４】以上のような構成のイオン源において、プ
ラズマを生成するには、ガス導入口８４からイオン源ガ
スを導入しながら、フィラメント（陰極）８３を赤熱さ
せるとともに、アークチャンバ（陽極）８１とフィラメ
ント（陰極）８３との間で低気圧アーク放電させる。こ
の結果、フィラメント（陰極）８３から放出された一次
電子（熱電子）は、イオン源ガスの原子もしくは分子に
衝突して、イオン源ガスをプラズマ化する。この際、上
記一次電子（熱電子）は、アークチャンバ（陽極）８１
に対し外部磁界の作用で直線的に到達することができず
、その有効飛程を増すので、電子の閉じ込めは良い。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
イオン源は、アークチャンバ（陽極）８１の中心部の無
磁場領域では、電子の飛程が直線的であり、イオン化効
率（ガス効率），電力効率を十分に高めることは困難で
あった。したがって、この発明の目的は、イオン化効率
（ガス効率），電力効率を十分に高めることができるイ
オン源を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明のイオン源は、
イオン生成空間をイオン源ガスが導入されるガス導入空
間と生成されたイオンが引き出されるイオン引出し空間
とに仕切るように、イオン生成空間に小孔またはスリッ
トを有する仕切部材を配置し、小孔またはスリットを磁
力線が通過するように、仕切部材に磁石を設け、小孔ま
たはスリットを放電経路の一部とするように陰極および
陽極を配置している。

【０００７】

【作用】この発明の構成によれば、イオン生成空間をイ
オン源ガスが導入されるガス導入空間と生成されたイオ
ンが引き出されるイオン引出し空間とに仕切るように、
イオン生成空間に小孔またはスリットを有する仕切部材
を配置したので、イオン源ガスがガス導入空間からイオ
ン引出し空間へ流れる際に、イオン源ガスの流れが仕切
部材の小孔またはスリットを通過するように絞り込まれ
、この小孔またはスリットの部分で密度が高くなる。 また、小孔またはスリットを磁力線が通過するように仕
切部材に磁石を設けたことにより、ガス導入空間で生成
されたプラズマの流れも磁力線の作用で仕切部材の小孔
またはスリットを通過するように絞り込まれる。この結
果、仕切部材の小孔またはスリットを通して陰極および
陽極間でアーク放電が行われる際、小孔またはスリット
の部分でイオン源ガスのイオン化が促進される。

【０００８】

【実施例】この発明の第１の実施例のイオン源を図１に
基づいて説明する。この実施例は、スリットビームを発
生するイオン源を示すものである。図１において、陰極
チャンバ１は、前部を開放してあり、内部にフィラメン
ト（陰極）２を配設するとともに、ガス導入口３を設け
ている。陰極チャンバ１の前方位置には、スリット８を
有する金属製の仕切部材（中間電極となる）６を配置し
、スリット８を磁力線１２が通過するように、仕切部材
６に磁石（永久磁石）７を内蔵配置している。

【０００９】また、仕切部材６の前方位置に陽極９を配
置し、さらにその前方位置に引出し電極１１を配置して
いる。フィラメント（陰極）２には、熱電子放出用のフ
ィラメント電源４を接続し、フィラメント（陰極）２と
陽極９との間に放電電源５を接続し、陽極９と仕切部材
６とを抵抗１０を介して接続している。上記の仕切部材
６は、イオン生成空間を、陰極チャンバ１の空間つまり
ガス導入空間１３と、陽極９の中央部の空間つまりイオ
ン引出し空間１４とに仕切る機能を有する。また、磁石
７は、棒状であって長手方向と平行な相対する２面に磁
極を有し、２本の磁石７の同極が前方となった状態でス
リット８を挟んで両側に配置している。さらに、スリッ
ト８は、フィラメント（陰極）２と陽極９との間の放電
経路の一部となっている。

【００１０】以上のような構成のイオン源において、陰
極チャンバ１に設けられたガス導入口３からイオン源ガ
スを導入して、フィラメント電源４により赤熱したフィ
ラメント（陰極）２と陽極９との間で、放電電源５によ
りアーク放電を開始させる。放電が生じると、イオン源
ガスがガス導入空間１３からイオン引出し空間１４へ流
れる際に、放電経路の一部となる仕切部材６のスリット
８にイオン源ガスの流れが絞り込まれてスリット８の部
分で密度が高くなると同時に、仕切部材６に埋め込まれ
た磁石７のなす磁場（磁力線１２で示す）によってガス
導入空間１３で生成されたプラズマの流れもスリット８
に絞り込まれることになる。したがって、仕切部材６の
スリット８を通してフィラメント（陰極）２および陽極
９間でアーク放電が行われる際、仕切部材６のスリット
８の内部で、イオン源ガスのイオン化が促進されること
になる。

【００１１】この実施例のイオン源によれば、イオン生
成空間をイオン源ガスが導入されるガス導入空間１３と
生成されたイオンが引き出されるイオン引出し空間１４
とに仕切るように、イオン生成空間にスリット８を有す
る仕切部材６を配置したので、イオン生成空間における
イオン源ガスの流れを仕切部材６のスリット８を通過す
るように絞り込むことができる。また、スリット８を磁
力線１２が通過するように仕切部材６に磁石７を設けた
ので、ガス導入空間１３で生成されたプラズマの流れも
磁力線１２の作用で仕切部材６のスリット８を通過する
ように絞り込むことができる。

【００１２】この結果、仕切部材６のスリット８を通し
てフィラメント（陰極）２および陽極９間でアーク放電
が行われる際、仕切部材６のスリット８の部分でガスの
イオン化を促進することができ、少ないガス流量でかつ
少ない電力で動作させることが可能となる。つまり、イ
オン化効率および電力効率を向上させることができる。 さらに、ガス流量を少なくできることから、真空排気ポ
ンプの容量を小さくすることが可能となり、装置コスト
を低減することが可能となる。

【００１３】なお、上記実施例では、スリット８を有す
る仕切板６を用いたが、スリット８に代えて１列に並ん
だ多数の小孔を有する仕切板を用いてもよい。この発明
の第２の実施例のイオン源を図２に基づいて説明する。 この実施例は、面ビームを発生するイオン源を示すもの
である。図２において、２１は陰極チャンバ、２２はフ
ィラメント（陰極）、２３はガス導入口、２４はフィラ
メント電源、２５は放電電源、２６は金属製の仕切部材
（中間電極となる）、２７は永久磁石等の平行配列した
棒状の多数本の磁石、２８はスリット、２９は陽極、３
０は抵抗、３１はイオン引出し電極系、３２は磁力線、
３３はガス導入空間、３４はイオン引出し空間である。

【００１４】前記第１の実施例との構造の違いは、仕切
部材２６に設けるスリット（当然、小孔列でもよい）２
８を複数本平行に設け、棒状の磁石２７を各スリット２
８を挾むように配置した点、ならびに開口面積が広くな
った点であり、その他の構成は図１の実施例と同様であ
る。作用効果についても図１の実施例と同様である。こ
の発明の第３の実施例を図３に基づいて説明する。この
実施例は、第２の実施例と同様に面ビームを発生するイ
オン源を示すものである。図３において、４１は陰極チ
ャンバ、４２はフィラメント（陰極）、４３はガス導入
口、４４はフィラメント電源、４５は放電電源、４６は
金属製の仕切部材（中間電極となる）、４７は電磁石を
形成する電線、４８はスリット、４９は陽極、５０は抵
抗、５１はイオン引出し電極系、５２は磁力線、５３は
ガス導入空間、５４はイオン引出し空間である。

【００１５】前記第２の実施例との構造の違いは、仕切
部材４６に永久磁石に代えて絶縁した電線４７を内蔵し
、電線４７に通電することにより、電線４７により電磁
石を作って磁界を生成したものであり、その他の構成は
図２の実施例と同様であり、作用効果についても図２の
実施例と同様である。なお、上記の電線４７は連続した
１本を折り返して配設したものであり、電流の通電方向
が交互に逆転していて、磁力線５２の向きが各スリット
４８で交互に逆方向となっている。

【００１６】この発明の第４の実施例を図４に基づいて
説明する。この実施例は、第２および第３の実施例と同
様に面ビームを発生するイオン源を示すものである。図
４において、６１は放電チャンバ、６２はマイクロ波放
射用のアンテナ、６３はガス導入口、６４はマイクロ波
源、６５は放電電源、６６は金属製の仕切部材（陰極）
、６７は磁石（永久磁石）、６８はスリット、６９は陽
極、７０はイオン引出し電極系、７１は磁力線、７２は
ガス導入空間、７３はイオン引出し空間である。

【００１７】この実施例の第２の実施例との違いは、ア
ーク放電のための一次電子源をフィラメントに代えて、
マイクロ波源６４により励起されるアンテナ６２とする
とともに、仕切部材６６と陽極６９との間に放電電源６
５を接続して、仕切部材６６を陰極としてアーク放電を
行わせるようにしたものである。その他の構成は図２の
実施例と同様である。

【００１８】この実施例では、マイクロ波源６４からア
ンテナ６２にマイクロ波電力を供給することにより、ガ
ス導入空間７２内でマイクロ波放電を生じさせ、マイク
ロ波放電によってアーク放電用の一次電子を生成するも
のである。その他の動作は図２の実施例と同様であり、
効果についても前記各実施例と同様である。

【００１９】アーク放電を起こすための陰極は、熱陰極
，冷陰極，プラズマ陰極等、どのような構造でもよい。

【００２０】

【発明の効果】この発明のイオン源によれば、イオン生
成空間をイオン源ガスが導入されるガス導入空間と生成
されたイオンが引き出されるイオン引出し空間とに仕切
るように、イオン生成空間に小孔またはスリットを有す
る仕切部材を配置したので、イオン生成空間におけるイ
オン源ガスの流れを仕切部材の小孔またはスリットを通
過するように絞り込むことができる。また、小孔または
スリットを磁力線が通過するように仕切部材に磁石を設
けたので、ガス導入空間で生成されたプラズマの流れも
磁力線の作用で仕切部材の小孔またはスリットを通過す
るように絞り込むことができる。

【００２１】この結果、仕切部材の小孔またはスリット
を通して陰極および陽極間でアーク放電が行われる際、
仕切部材の小孔またはスリットの部分でガスのイオン化
を促進することができ、少ないガス流量でかつ少ない電
力で動作させることが可能となる。つまり、イオン化効
率および電力効率を向上させることができる。さらに、
ガス流量を少なくできることから、真空排気ポンプの容
量を小さくすることが可能となり、装置コストを低減す
ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施例の構成を示す概略平面
図である。

【図２】この発明の第２の実施例の構成を示す概略平面
図である。

【図３】この発明の第３の実施例の構成を示す概略平面
図である。

【図４】この発明の第４の実施例の構成を示す概略平面
図である。

【図５】従来のバケット型イオン源の一例の構成を示す
概略平面図である。

【符号の説明】

１　　　　陰極チャンバ ２　　　　フィラメント（陰極） ３　　　　ガス導入口 ４　　　　フィラメント電源 ５　　　　放電電源 ６　　　　仕切部材 ７　　　　磁石 ８　　　　スリット ９　　　　陽極 １０　　　　抵抗 １１　　　　引出し電極 １２　　　　磁力線 １３　　　　ガス導入空間 １４　　　　イオン引出し空間

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　イオン生成空間における陰極と陽極と
   の間のアーク放電によってイオン源ガスを電離してイオ
   ンを生成するイオン源において、前記イオン生成空間を
   イオン源ガスが導入されるガス導入空間と生成されたイ
   オンが引き出されるイオン引出し空間とに仕切るように
   前記イオン生成空間に小孔またはスリットを有する仕切
   部材を配置し、前記小孔またはスリットを磁力線が通過
   するように前記仕切部材に磁石を設け、前記小孔または
   スリットを放電路の一部とするように前記陰極および前
   記陽極を配置したことを特徴とするイオン源。