JPH06310066A - イオン源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単な構成で大面積のイオンビームを得る。 【構成】 マイクロ波放電のプラズマ生成により電子を
発生する電子放出源としてのマイクロ波プラズマカソー
ド１８と、カソード１８の蓋板１１に形成された電子放
出孔１２から電子が供給され直流放電により生成した主
プラズマ２４を閉じ込める主プラズマ室２と、主プラズ
マ室２のカソード１８に対向する位置に設けられ主プラ
ズマ２４からイオンビームを引き出す引出電極３とを備
えたイオン源装置において、蓋板１１の前記主プラズマ
室２側にスパッタターゲット２５を配設する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子放出源にマイクロ
波プラズマカソード（以下ＭＰカソードという）を用い
たイオン源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のイオン源装置は図５に示す構成に
なっている。同図において、１はステンレス等の非磁性
体の金属製の主筐体、２は主筐体１により形成された主
プラズマ室、３はイオンビーム引出電極であり、第１電
極４，第２電極５，第３電極６から構成されている。７
は主筐体１の外側に設けられた磁場発生用の永久磁石又
は電磁石である。

【０００３】８は副筐体、９は副筐体８の内部に形成さ
れた副プラズマ室、１０，１１は副筐体８の両側の強磁
性金属材料からなる蓋板、１２は蓋板１１に形成された
複数個の電子放出孔、１３は副筐体８と主筐体１間の環
状の絶縁体、１４は副プラズマ室９へのガスの導入口で
ある。

【０００４】１５はマイクロ波導入用の同軸ケーブル、
１６は同軸ケーブル１５の先端のアンテナ、１７は副筐
体８の外側に設けられた環状の永久磁石又は電磁石であ
り、副筐体８，蓋板１１により磁気回路を形成し、副プ
ラズマ室９に電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）条件以
上の磁場を発生する。１８は副筐体８，副プラズマ室
９，蓋板１０，１１，電子放出孔１２，導入口１４，同
軸ケーブル１５，アンテナ１６，磁石１７からなるＭＰ
カソードである。

【０００５】１９は放電電源であり、陽極が主筐体１
に、陰極が蓋板１１及び高抵抗値の抵抗２０を介して第
１の電極４に接続され、主筐体１をアノード電位，蓋板
１１をカソード電位にする。２１は加速電源であり、陽
極が放電電源１９の陽極に接続され、陰極がアースさ
れ、第１電極４に加速電圧を印加する。２２は第２電極
５に負の電圧を印加する減速電源である。

【０００６】そして、副筐体８は放電電源１９の陰極の
カソード電位に保持され、アンテナ１６の先端部がマイ
クロ波放電を引き起し易いように副プラズマ室９の壁面
に近接して設けられている。

【０００７】つぎに、導入口１４からガスを供給し、副
プラズマ室９に同軸ケーブル１５，アンテナ１６を介し
てマイクロ波が導入されると、副プラズマ室９がマイク
ロ波空洞共振器条件で形成されていない場合でも、アン
テナ１６の先端部と副プラズマ室９の壁面との間の高電
界によりマイクロ波放電が容易に発生し、導入口１４か
らのガスが電離されてマイクロ波プラズマ、即ち副プラ
ズマ２３が生成される。

【０００８】そして、主プラズマ室２が放電電源１９に
より副プラズマ室９より高い電位にバイアスされている
ため、副プラズマ２３の生成で電離された電子が電子放
出孔１２を通って主プラズマ室２に放出され、主プラズ
マ室２では、供給された電子により直流放電が持続し、
主プラズマ室２内の希ガス等のイオン化ガスが電離され
て主プラズマ２４が生成される。

【０００９】つぎに、引出電極３のビーム引出し作用に
より、生成された主プラズマ２４からイオンがイオンビ
ームとなってスパッタ室等に導出される。このとき、磁
石７のカスプ磁場により主プラズマ２４が主プラズマ室
２に効率よく閉じ込められる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】従来の前記装置は、フ
ィラメント等の熱電子放出材を使用せず、マイクロ波放
電により生成した副プラズマ２３を電子源としているた
め、酸素等の活性ガスに対しても長時間連続運転可能な
イオン源であるが、金属イオン源として使用する場合、
物質を蒸発させてガスとして導入し、イオンビームを引
き出すために、例えば、蒸発させる物質がタングステン
等の高融点金属であると、蒸発部を数千度の高温にしな
ければならず、装置構成も非常に複雑になってしまうと
いう問題点がある。本発明は、前記の点に留意し、簡単
な構成で大面積のイオンビームを得るようにしたイオン
源装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明のイオン源装置は、マイクロ波放電のプラズ
マ生成により電子を発生する電子放出源としてのマイク
ロ波プラズマカソードと、カソードの蓋板に形成された
電子放出孔から電子が供給され直流放電により生成した
主プラズマを閉じ込める主プラズマ室と、主プラズマ室
のカソードに対向する位置に設けられ主プラズマからイ
オンビームを引き出す引出電極とを備えたイオン源装置
において、蓋板の主プラズマ室側にスパッタターゲット
を配設したものである。また、本発明は、スパッタター
ゲットを蓋板に対して負電位にする電圧印加手段を備え
たものである。

【００１２】

【作用】前記のように構成された本発明のイオン源装置
は、マイクロ波プラズマカソードの蓋板の主プラズマ室
側にスパッタターゲットを配設したため、スパッタター
ゲットは主プラズマ室の希ガスイオンにより集中的にス
パッタされ、スパッタされた粒子は主プラズマ室内でイ
オン化されることになり、簡単な構成でイオンビームと
して大面積にわたって引き出される。また、本発明は、
電圧印加手段によりスパッタターゲットを蓋板に対して
負電位にするようにしたため、スパッタ効率が向上され
る。

【００１３】

【実施例】実施例について図１ないし図４を参照して説
明する。それらの図において、図５と同一符号は同一も
しくは相当するものを示す。 （実施例１）まず、実施例１を示した図１において、図
５と異なる点は蓋板１１の主プラズマ室２側に、イオン
ビームとして引き出したいタングステン，アルミ等の金
属材料の円板状のスパッタターゲット２５を蓋板１１と
等電位となるように配設した点であり、スパッタターゲ
ット２５には電子放出孔１２に連通した電子放出孔１２
と同程度或いはそれ以上の貫通孔２６が形成されてい
る。

【００１４】そして、従来例と同様、副プラズマ室９で
マイクロ波放電により副プラズマ２３が生成され、副プ
ラズマ２３から電子放出孔１２，貫通孔２６を介して主
プラズマ室２内に電子が供給され、主プラズマ室２内の
アルゴン，キセノン等の希ガスが電離され、主プラズマ
２４が形成される。

【００１５】このとき、スパッタターゲット２５は主プ
ラズマ２４に対して放電電源１９の電圧分だけ負電位と
なっており、このため主プラズマ２４の希ガスイオンに
よって集中的にスパッタされ、構成材料である金属粒子
は主プラズマ室２内に放出される。そして、放出された
金属粒子は電子等により電離され、カスプ磁場を形成し
ている磁石７により効率よく閉じ込められ、引出電極３
により希ガスイオンと混合し、金属イオンビームが大面
積にわたって引き出される。

【００１６】（実施例２）つぎに、実施例２を示した図
２において、図１と異なる点は、スパッタターゲット２
５が環状であり、蓋板１１の電子放出孔１２に対応した
中央部を欠如した点である。そして、前記と同様、蓋板
１１と等電位のスパッタターゲット２５が集中的にスパ
ッタされ、金属イオンビームを大面積にわたって引き出
すことができる。

【００１７】（実施例３）つぎに実施例３を示した図３
において、主筐体１のフランジ部と蓋板１１のフランジ
部との間に、支持フランジ２７をそれぞれ絶縁体１３を
介して装着し、支持フランジ２７により図２の環状のス
パッタターゲット２５を支持し、電圧印加手段であるバ
イアス電源２８の陰極を支持フランジ２７に接続し、バ
イアス電源２８の陽極を蓋板１１に接続している。従っ
て、スパッタターゲット２５は蓋板１１に対して負電位
となり、より効率よくスパッタされ、大面積にわたって
金属イオンビームが引き出される。

【００１８】（実施例４）つぎに実施例４を示した図４
において、図３と異なる点はつぎの通りである。スパッ
タターゲット２５の蓋板１１側に、スパッタターゲット
２５の表面に磁界を発生させる環状の永久磁石からなる
磁場生成手段２９を設け、スパッタターゲット２５の内
周縁部と蓋板１１との間に隔壁３０を設けている。そし
て、磁場生成手段２９により同図に示すようにスパッタ
ターゲット２５の表面に磁力線３１が発生し、スパッタ
ターゲット２５の主プラズマ室２側はマグネトロン放電
状態となり、スパッタターゲット２５はさらに効率よく
スパッタされ、大面積にわたって金属イオンビームが引
き出される。

【００１９】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているため、つぎに記載する効果を奏する。本発明のイ
オン源装置は、マイクロ波プラズマカソード１８の蓋板
１１の主プラズマ室２側にスパッタターゲット２５を配
設したため、スパッタターゲット２５は主プラズマ室２
の希ガスイオンにより集中的にスパッタされ、スパッタ
された粒子は主プラズマ室２内でイオン化されることに
なり、簡単な構成でイオンビームを大面積にわたって引
き出すことができる。また、本発明は、電圧印加手段に
よりスパッタターゲット２５を蓋板１１に対して負電位
にするようにしたため、スパッタ効率を向上することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の切断正面図である。

【図２】本発明の実施例２の切断正面図である。

【図３】本発明の実施例３の切断正面図である。

【図４】本発明の実施例４の切断正面図である。

【図５】従来例の切断正面図である。

【符号の説明】

２ 主プラズマ室 ３ 引出電極 １１ 蓋板 １２ 電子放出孔 １８ マイクロ波プラズマカソード ２４ 主プラズマ ２５ スパッタターゲット ２８ バイアス電源

フロントページの続き (72)発明者 松原 克夫 京都市右京区梅津高畝町47番地 日新電機 株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 マイクロ波放電のプラズマ生成により電
   子を発生する電子放出源としてのマイクロ波プラズマカ
   ソードと、該カソードの蓋板に形成された電子放出孔か
   ら前記電子が供給され直流放電により生成した主プラズ
   マを閉じ込める主プラズマ室と、該主プラズマ室の前記
   カソードに対向する位置に設けられ前記主プラズマから
   イオンビームを引き出す引出電極とを備えたイオン源装
   置において、 前記蓋板の前記主プラズマ室側にスパッタターゲットを
   配設したイオン源装置。
2. 【請求項２】 スパッタターゲットを蓋板に対して負電
   位にする電圧印加手段を備えた請求項１記載のイオン源
   装置。