JPH0845459A

JPH0845459A - イオン源装置

Info

Publication number: JPH0845459A
Application number: JP6197651A
Authority: JP
Inventors: Koji Miyake; 浩二三宅; Hideaki Tawara; 英明田原; Takashi Mikami; 隆司三上
Original assignee: Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Nissin Electric Co Ltd
Priority date: 1994-07-29
Filing date: 1994-07-29
Publication date: 1996-02-16

Abstract

(57)【要約】【目的】磁場印加手段を１個にして装置の小型化及び
軽量化を図る。【構成】磁気並列回路により，副プラズマ室２のマイ
クロ波プラズマ生成磁場及び高密度プラズマを閉じこめ
る電子放出孔１５の近傍部の軸方向磁場を形成する１個
の磁場印加手段を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子供給源としてのマ
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、この種ＭＰカソード型のイオン源
装置は図３に示すように構成され、同図において、１は
非磁性体金属材料の副筐体、２は副筐体１により形成さ
れた副プラズマ室、３，４は副筐体１の両側の強磁性体
金属材料の外蓋，中蓋、５は外蓋３に形成された副プラ
ズマ室２のガス導入口、６は先端部が外蓋３を介して副
プラズマ室２内に貫入されたマイクロ波導入用の３本の
同軸ケーブル、７は各同軸ケーブル６の先端のアンテナ
である。

【０００３】８は副筐体１の外側に設けられた環状の永
久磁石であり、副プラズマ室２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。９はアンテナ
７に対応して中蓋４に形成された３個の開孔である。１
０は中蓋４に接合したフランジ状の中間板であり、強磁
性体金属材料で形成されている。１１は各開孔９に重合
する中間板１０の３個の開孔、１２は中間板１０の周縁
の延設部、１３は中間板１０の周縁に設けられた磁場発
生用の電磁コイルである。

【０００４】１４は中間板１０，電磁コイル１３と間隙
を有して設けられた強磁性体金属材料の基蓋、１５は基
蓋１５に形成された電子放出孔であり、各開孔１１に重
合する。１６は副筐体１，副プラズマ室２，外蓋３，中
蓋４，ガス導入口５，アンテナ７，永久磁石８，中間板
１０，電磁コイル１３，基蓋１４等が形成するＭＰカソ
ードである。

【０００５】１７は非磁性体の金属製の主筐体、１８は
主筐体１７により形成された主プラズマ室、１９，２０
は主筐体１７の両側に形成された開口部、２１は一方の
開口部１９と基蓋１４との間に介在する絶縁体、２２は
他方の開口部２０に取り付けられたイオンビーム引出電
極であり、開口部２０から順の第１電極２３，第２電極
２４，第３電極２５から構成されている。２６は開口部
２０及び各電極２３，２４，２５間に介在する絶縁体、
２７は主筐体１７の外側に設けられたカスプ磁場発生用
の円筒状の永久磁石又は電磁石である。

【０００６】２８は負極が外蓋３に接続されたカソード
電源であり、正極は基蓋１４に接続されている。２９は
負極がカソード電源２８の正極に接続された放電電源で
あり、正極は主筐体１７に接続されている。３０は正極
が主筐体１７に接続された加速電源であり、負極はアー
スされている。３１は放電電源２９の負極と第１電源２
３との間に設けられた抵抗、３２は負極が第２電極２４
に接続された減速電源であり、正極はアースされてい
る。なお、第３電極２５はアースされている。

【０００７】そして、ＭＰカソード１６においては、永
久磁石８及び強磁性体金属材料の外蓋３，中蓋４により
磁気回路が形成され、アンテナ７の近傍にＥＣＲ条件以
上のプラズマ生成磁場が形成されている。したがって、
ガス導入口５より副プラズマ室２にガスを供給し、アン
テナ７より副プラズマ室２にマイクロ波を供給すること
により、マイクロ波放電によって供給ガスが電離され、
副プラズマ３３が形成される。

【０００８】さらに、中間板１０，基蓋１４が強磁性体
金属材料からなり、電磁コイル１３の通電により、図の
矢印Ｂに示すように各電子放出孔１５の近傍部に開孔
９，１１，電子放出孔１５を通る軸方向の磁場が形成さ
れる。また、カソード電源２８により中間板１０と基蓋
１４との間の直流電界が印加される

【０００９】そして、この直流電界の印加と前記軸方向
の磁場とにより、中間板１０と基蓋１４との間の開孔部
に高密度プラズマが閉じこめられる。この高密度プラズ
マの閉じこめにより、主筐体１７と基蓋１４との間に設
けられた放電電源２９の直流電圧の印加に基づき、副プ
ラズマ室２より各電子放出孔１５を通って主プラズマ室
１８内に電子が効率よく供給され、直流放電による主プ
ラズマ３４が形成される。

【００１０】そして、イオン引出電極２２のイオン引き
出し作用により、主プラズマ３４よりイオンビーム３５
が引き出される。

【００１１】そして、この種ＭＰカソード型イオン源装
置は、マイクロ波放電によるプラズマを電子供給源と
し、Ｗフィラメント等の熱電子放出材を用いないため、
酸素等の反応性ガスに対しても長時間の連続運転が行え
る利点がある。しかも、ＭＰカソード１６の各電子放出
孔１５の近傍部に軸方向の磁場が形成されることによ
り、この近傍部の領域に高密度プラズマが閉じこめられ
て輸送され、この結果、電子放出能力が著しく向上す
る。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】前記図３の従来装置の
場合、外蓋３，中蓋４及び永久磁石８の第１の磁場印加
手段により副プラズマ室２のプラズマ生成磁場が形成さ
れ、さらに、中間板１０，基蓋１４等及び電磁コイル１
３の第２の磁場印加手段により各電子放出孔１５の近傍
部に軸方向磁場が形成され、両磁場の形成にそれぞれの
磁場印加手段を必要とする。

【００１３】そのため、前記第１，第２の２個の磁場印
加手段を備える必要があり、装置が非常に大型かつ大重
量になる問題点がある。本発明は、磁場印加手段を１個
にして装置の小型化及び軽量化を図ることを目的とす
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、本発明のイオン源装置においては、磁気並列回路
により，副プラズマ室のマイクロ波プラズマ生成磁場及
び高密度プラズマを閉じこめる電子放出孔の近傍部の軸
方向磁場を形成する１個の磁場印加手段を備える。

【００１５】

【作用】前記のように構成された本発明のイオン源装置
の場合、１個の磁場印加手段により磁気並列回路を介し
て副プラズマ室のマイクロ波プラズマ生成磁場及び電子
放出孔の近傍部の軸方向磁場が形成される。そのため、
磁場印加手段を１個だけ備えればよく、装置の小型化及
び軽量化が図られる。

【００１６】

【実施例】実施例について、図１及び図２を参照して説
明する。（１実施例）まず、磁場印加手段に電磁コイルを使用し
た１実施例について、図１を参照して説明する。

【００１７】同図において、図３と同一符号は同一もし
くは相当するものを示し、従来装置と異なる点は、図３
の永久磁石８，電磁コイル１３を省いて１個の電磁コイ
ル３６を設け、中蓋４を省き、中間板１０の代わりに強
磁性体金属材料の中間板３７及び筒体３８を設けた点で
ある。なお、中間板３７には図３の開孔１１に相当する
３個の開孔３９が形成されている。

【００１８】そして、電磁コイル３６及び外蓋３，基蓋
１４，中間板３７，筒体３８により、１個の磁場印加手
段が形成され、この磁場印加手段は、電磁コイル３６及
び外蓋３，基蓋１４の第１の磁気回路により、マイクロ
波プラズマ生成磁場を形成し、第１の磁気回路に並列な
電磁コイル３６及び外蓋３，中間板３７，基蓋１４の第
２の磁気回路により、各電子放出孔１５の近傍部に軸方
向磁場を形成する。

【００１９】すなわち、電子放出孔１５の近傍部の軸方
向磁場としては２〜３ＫＧ或いはそれ以上の磁束密度が
必要であるが、マイクロ波プラズマ生成用の磁場として
は８７５Ｇ以上の比較的弱磁場でよいため、前記磁場印
加手段は第１，第２の磁気回路の磁気並列回路により電
磁コイル３６を共用して前記両磁場を形成する。

【００２０】そして、第１の磁気回路により副プラズマ
室２の各アンテナ７の近傍にＥＣＲ条件以上の磁場が形
成され、ガス導入口５から副プラズマ室２にガスを導入
し、各同軸ケーブル６から各アンテナ７を介して副プラ
ズマ室２にマイクロ波を供給すると、従来装置と同様、
副プラズマ室２内に図３の副プラズマ３３が生成され
る。

【００２１】また、第２の磁気回路により各電子放出孔
１５の近傍に２ＫＧ以上の軸方向磁場が形成される。そ
して、この軸方向磁場と図３のカソード電源２９の直流
電界印加とにより、各電子放出孔１５の近傍部に従来装
置と同様の高密度プラズマが閉じこめられる。

【００２２】さらに、図３の放電電源２９の直流電圧印
加により、副プラズマ室２から各電子放出孔１５を通っ
て同図の主プラズマ室１８内に電子が供給され、直流放
電による主プラズマが形成される。そして、図３のイオ
ン引出電極２２のイオン引き出し作用により、主プラズ
マ１９からイオンビームが引き出される。

【００２３】（他の実施例）つぎに、磁場印加手段に永
久磁石を使用した他の実施例について、図２を参照して
説明する。同図において、図１と同一符号は同一もしく
は相当するものを示し、異なる点は、図１の電磁コイル
３６の代わりに基蓋１４の副プラズマ室２側の面に環状
の永久磁石４０を設け、図１の中間板３７及び筒体３８
の代わりに、外蓋３に筒体４１を介して取付られた中間
板４２を設けた点である。

【００２４】なお、筒体４１，中間板４２は強磁性体金
属材料により形成されている。また、中間板４２には図
１の開孔３９に相当する３個の開孔４３が形成されてい
る。

【００２５】さらに、中間板４２と永久磁石４０との間
には磁場調整の間隙が形成されている。そして、永久磁
石４０及び外蓋３，基蓋１４，筒体４１，中間板４２に
より１個の磁場印加手段が形成される。

【００２６】この磁場印加手段は永久磁石４０及び外蓋
３，基蓋１４，筒体４１の第１の磁気回路により、マイ
クロ波プラズマ生成磁場を形成し、永久磁石４０及び基
蓋１４，中間板４２の第２の磁気回路により、各電子放
出孔１５の近傍に軸方向磁場を形成する。したがって、
この実施例の場合、永久磁石４０を使用して１実施例と
同様の効果が得られる。

【００２７】ところで、永久磁石４０は環状の１個の磁
石により形成してもよく、この磁石を分割した複数個の
磁石片により形成してもよい。また、前記両実施例では
アンテナ７に対応した３個の電子放出孔１５を有する場
合について説明したが、アンテナ７，電子放出孔１５の
個数等は実施例に限定されるものではなく、アンテナ
７，電子放出孔１５はそれぞれ１個設けられてもよい。

【００２８】

【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、以下に記載する効果を奏する。１個の磁場
印加手段により磁気並列回路を介して副プラズマ室２の
マイクロ波プラズマ生成磁場及び電子放出孔１５の近傍
部の軸方向磁場を形成したため、装置に磁場印加手段を
１個だけ備えればよく、装置の小型化及び軽量化を図る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例の一部の切断正面図である。

【図２】本発明の他の実施例の一部の切断正面図であ
る。

【図３】従来例の切断正面図である。

【符号の説明】

２副プラズマ室１５電子放出孔１６ＭＰカソード１８主プラズマ室２２イオン引出電極３６電磁コイル４０永久磁石

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マイクロ波放電により副プラズマ室に生
成したプラズマを電子供給源とし，電子放出孔の近傍に
高密度プラズマを閉じこめるマイクロ波プラズマカソー
ド（以下ＭＰカソードという）と、前記電子放出孔から電子が供給され，直流放電により主
プラズマを生成する主プラズマ室と、前記主プラズマ室の前記ＭＰ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
イオン引出電極とを備えたイオン源装置において、磁気並列回路により，前記副プラズマ室のマイクロ波プ
ラズマ生成磁場及び前記高密度プラズマを閉じこめる前
記電子放出孔の近傍部の軸方向磁場を形成する１個の磁
場印加手段を備えたことを特徴とするイオン源装置。