JPH0762981B2 - イオン源 - Google Patents

イオン源

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JPH0762981B2
JPH0762981B2 JP61123652A JP12365286A JPH0762981B2 JP H0762981 B2 JPH0762981 B2 JP H0762981B2 JP 61123652 A JP61123652 A JP 61123652A JP 12365286 A JP12365286 A JP 12365286A JP H0762981 B2 JPH0762981 B2 JP H0762981B2
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discharge chamber
pores
anode electrode
gas
main discharge
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JP61123652A
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一男 高山
栄二 矢部
憲一 高木
了太 福井
理一 菊池
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日本真空技術株式会社
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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、イオンマイクロアナライザ
その他イオンを利用する装置に適用されるイオン源に関
する。
(従来の技術) 従来、代表的なイオン源として、タングステンフィラメ
ントを使用してプラズマを発生させるフリーマン型イオ
ン源が知られている。このイオン源は、タングステンフ
ィラメントがイオンによりスパッタされ、或は化学的に
活性なガスを放電ガスとして使用するとフィラメントが
化学反応してその損耗が甚だしく、フィラメントの交換
のためにイオン源の作動を停止しなければならない。こ
れに伴い該イオン源を使用する装置の停止も要求され、
装置の稼働効率が低下する不都合がある。
そこで出願人等は、先に、イオン源の放電室を、細孔を
備えた隔壁電極により主放電室と副放電室に区画し、フ
ィラメントを設けた副放電室には希ガスを導入し、また
主放電室には所望のイオンを発生する放電ガスを導入
し、副放電室の圧力を主放電室の圧力よりも高め、フィ
ラメントと隔壁電極と主放電室の陽極との間で複合放電
を行なうことによりイオンを発生させ、フィラメントの
寿命を長くするようにしたものを提案した(特開昭60−
189841)。
(発明が解決しようとする問題点) 前記提案のものは化学的に活性な放電ガスを使用出来、
しかも比較的長時間の使用に耐える有利性があるが、大
きなイオン電流を得るにはまだ充分でなく、また比較的
熱電子の衝突の多いアノード電極の細孔付近が高温化し
て熱による損傷を受け易い欠点が見られた。
本発明の目的は、こうした熱による損傷を防止してより
一層長時間の使用を可能とすると共に多きなイオン電流
が得られるイオン源を提供することにある。
(問題点を解決するための手段) 本発明では、前記問題点の解決のために、放電室を、隔
壁により主放電室とフィラメントを設けた副放電室とに
区画すると共にこれら両室を該隔壁に設けたアノード電
極の細孔を介して連通させ、該副放電室に希ガスを導入
すると共に主放電室に所望のイオンを発生させる放電ガ
スを導入し、該副放電室の圧力を主放電室の圧力よりも
高く保持するようにしたものに於いて、該アノード電極
の細孔の形状をスリット形の細孔に形成してこれを主放
電室の側方に形成したイオン引出し口に接近させて設け
るようにした。
(作 用) 副放電室にArガス等の希ガスを導入すると共に主放電室
にO2ガス等の放電ガスを導入し、該副放電室の圧力を主
放電室の圧力よりも高める。そして、副放電室内のフィ
ラメントへ通電すると共に細孔が形成されたアノード電
極及び主放電室にアノード電圧を印加すると、副放電室
内ではフィラメントからの熱電子の供給を得てアノード
電極との間でプラズマが発生する。このプラズマは副放
電室の圧力が高いのでアノード電極に形成した細孔から
主放電室内へと噴き出し、この噴出プラズマと主放電室
との間で放電ガスが電離し、イオンが発生する。発生し
たイオンは主放電室の側方のイオンビーム引出し口から
引出し電極によりビーム状に引き出される。
この場合、副放電室内で発生した熱電子はアノード電極
の細孔の付近に多く衝突し、該アノード電極は金属製で
あるので比較的熱膨張係数が大きく、これが膨張すると
隔壁のセラミック製インシュレータに破損を与え、破損
面が汚れにより短絡状態となってアノード電極に電圧が
かからなくなる事故を生ずるが、該アノード電極の細孔
をスリット状に形成することにより細孔の表面積を大き
く出来、これに伴い細孔の付近の熱の拡散性が向上し、
アノード電極の熱膨張によるインシュレータの破損も防
げる。また細孔をスリット状とすることにより、主放電
室の側方のイオン引出し口に接近させて細孔を形成し、
イオン引出し口の前方の全面を覆うようにシート状のプ
ラズマを噴出させることが出来、このプラズマで生成さ
れたイオンを余り分散することなくイオン引出し口から
高密度で効率良く引出し、大きなイオン電流を得ること
が出来る。
とる(実施例) 本発明の実施例を別紙図面につき説明すると、第1図に
於いて、符号(1)は円筒形室内を有する放電室、
(2)は該放電室(1)を上方の主放電室(3)と下方
の副放電室(4)とに区画する隔壁を示し、図示のもの
では該隔壁(2)を副放電室(4)の天板(5)と中間
にアノード電極(6)を介在させたセラミック板(7)
(7)とで構成した。
主放電室(3)は、内面にセラミック板(8)を設けた
フロート電位の第2アノード電極(9)と、前記隔壁
(2)と、円筒形空室を有する第3アノード電極(10)
とで構成するようにし、第3アノード電極(10)に、上
下方向に幅2mm、長さ25mmのスリット状のイオン引出し
口(11)と、その反対側に位置してAsF5ガス、O2ガス等
の活性ガスやArガス等の不活性ガスの放電ガスを導入す
る放電ガス導入孔(12)とを形成した。
(13)は、アノード電極(6)に形成した細孔で、天板
(5)及びセラミック板(7)(7)にも該細孔(3)
に連なる延長孔(14)(14)を形成し、主放電室(3)
とArガス等の希ガスをの導入孔(15)及びフィラメント
(16)を備えた副放電室(4)とが連通するようにし
た。該細孔(13)及び延長孔(14)(14)は、例えば幅
0.4mm、長さ4.5mmのスリット状の開口に形成し、イオン
引出し口(11)に出来るだけ接近させて第2図示のよう
に引出し口(11)に対し横方向に形成される。該細孔
(13)の内面は副放電室(4)に空間を介して連通して
おり、フィラメント(16)で放出された熱電子の多くが
突入するが、細孔(13)をスリット状に形成することに
よりその内面の面積が大きくなるので熱電子の突入によ
る熱量を周囲に広く拡散させ得、細孔(13)の付近が局
部的に大きく熱膨張することを防げ、セラミック板
(7)(7)の破損を防げる。
(17)は主放電室(3)の第2アノード電極(9)の前
方のセラミック板(8)に延長孔(14)と対向させて形
成した放電用の小孔を示し、該小孔(17)は細孔(13)
及び延長孔(14)と同形のスリット状に形成することが
好ましい。(18)(19)はイオン引出し口(11)の前方
に設けた引出し電極である。
(21)(21)は、主放電室(3)の外部上方と副放電室
(4)の外部下方とに設けられ、アノード電極(6)の
細孔(13)の軸方向にほぼ沿った磁場(30)を与える磁
石で、該副放電室(4)で発生し主放電室(3)へ圧力
差で噴出するプラズマの拡散を該磁場(30)により抑制
するようにした。
第3図は第1図示の実施例に於ける電気配線を示すもの
で、(22)はアノード電源(6)に副放電室(4)内で
の放電のための電位を与える副放電用電源、(23)は第
3アノード電極(10)に主放電室(3)内での放電のた
めの電位を与える主放電用電源、(24)はフィラメント
(16)の発熱用フィラメント電源、(25)は引出し電極
(18)(19)にイオン引出し用の電位を与える引出し電
源、(27)は減速電源である。また(26)はイオン引出
し口(11)から引き出されるビーム状のイオン電流を測
定するためにイオン引出し口(11)から30cm離して設け
たファラデーカップである。
以上の構成のものに於ける作動は次の通りである。
まず、副放電室(4)内の真空度が1〜0.1Torrとなる
ようにArガスを導入口(15)から流し込み、主放電室
(3)の真空度が10-2〜10-3Torrとなるように放電ガス
導入口(12)からAsF5ガスを流し、放電室(1)の外部
の真空度を10-4〜10-5Torrとした。次いで各電源(22)
(23)(24)(25)を作動させると、フィラメント(1
6)からの電子の供給を受け、これとアノード電極
(6)との間で放電し、Arガスのプラズマが発生する。
該フィラメント(16)は直径0.6mmで2%トリウム入り
タングステン線をステンレスのコネクター(29)を介し
て絶縁物の台(28)に固定して構成した。
この放電は、具体的にはアノード電極(6)の細孔(1
3)の内面に於いて行なわれる副放電であり、そのプラ
ズマが主放電室(3)と副放電室(4)との圧力差によ
りスリット状の細孔(13)及び延長孔(14)からシート
状となって主放電室(3)内へと流れ込むと、これと第
3アノード電極(10)との間で生ずる主放電を誘起し、
AsF5ガスのプラズマが生ずる。副放電を発生させるため
にフィラメント(16)から供給される熱電子の多くが、
アノード電極(6)の細孔(13)の内面に突入するが該
細孔(13)はスリット形で内面の面積が大きいので熱電
子の突入に伴う熱量は逐次、アノード電極(6)を伝わ
って拡散し、細孔(13)付近のアノード電極(6)が異
常に熱膨張することがない。従ってアノード電極(6)
に併置されたセラミック板(7)(7)のインシュレー
タが該電極(6)の熱膨張で破損されることもなく、長
時間の使用が可能になる。
また主放電室(3)の側方のイオン引出し口(11)に接
近させてスリット状の細孔(13)を形成することにより
副放電室(4)からイオン引出し口(11)の直前にシー
ト状のプラズマを噴出させ得、該プラズマにより電離さ
れて密度の高いAsF5ガスのイオンを分散させることなく
イオン引出し口(11)から引出し電極(18)(19)によ
り引き出せるので大きなイオン電流を得ることが出来
る。
図示の実施例では、主放電室(3)の側方に、細孔(1
3)の軸方向の磁場(30)を発生する磁石(21)(21)
を設け、該磁場(30)に沿って副放電によるプラズマが
拡散せずに大きく主放電室(3)内に噴出するようにし
た。
(発明の効果) 以上のように本発明によるときは、副放電室で形成され
たプラズマを主放電室にアノード電極の細孔を介して導
入し、そこで所望のイオンを発生させるようにしたイオ
ン源に於いて、該細孔をスリット状に形成すると共に主
放電室のイオン引出し口に接近して設けるようにしたの
で、熱電子の突入による熱量を大きな細孔面積により広
く拡散させることが出来、熱によるインシュレータの破
損を防げて耐久性が向上し、またイオン引出し口の近く
でこれを覆うようにシート状のプラズマを形成出来るの
でイオンを無駄なく引き出せ、大きなイオン電流を得る
ことが出来る等の効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例の半截斜視図、第2図は第1図
のII−II線部分の平面図、第3図は第1図示のものの配
線図である。 (1)……放電室、(2)……隔壁 (3)……主放電室、(4)……副放電室 (6)……アノード電極、(13)……細孔 (16)……フィラメント
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 菊池 理一 神奈川県茅ヶ崎市萩園2267−2 (56)参考文献 特開 昭60−189841(JP,A)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】放電室を、隔壁により主放電室とフィラメ
    ントを設けた副放電室とに区画すると共にこれら両室を
    該隔壁に設けたアノード電極の細孔を介して連通させ、
    該副放電室に希ガスを導入すると共に主放電室に所望の
    イオンを発生させる放電ガスを導入し、該副放電室の圧
    力を主放電室の圧力よりも高く保持するようにしたもの
    に於いて、該アノード電極の細孔の形状をスリット形の
    細孔に形成してこれを主放電室の側方に形成したイオン
    引出し口に接近させて設けたことを特徴とするイオン
    源。
JP61123652A 1986-05-28 1986-05-30 イオン源 Expired - Lifetime JPH0762981B2 (ja)

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US07/055,804 US4841197A (en) 1986-05-28 1987-05-27 Double-chamber ion source

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JP61123652A JPH0762981B2 (ja) 1986-05-30 1986-05-30 イオン源

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JPS60189841A (ja) * 1984-03-12 1985-09-27 Tokai Daigaku イオン源

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