JPH0955169A - イオン源用試料蒸発源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 濡れ性の大きい溶融試料でも、必要な蒸気圧
を安定に保持できるようにすること。 【解決手段】 常温で固体の試料が充填される試料容器
２０はフランジ板３に絶縁して取付け、同容器の蒸気放
出部は高融点材料による多孔質体２０ａで形成されてい
る。試料容器をヒータ８で加熱し、試料を溶融させる
と、濡れ性の大きい試料は多孔質体の外側表面にまで含
浸し、表面から蒸発し、蒸気がプラズマ生成チャンバ１
内に供給される。試料容器から溶融試料の這いだしは生
じない。バイアス直流電源２３によって、試料容器にプ
ラズマ生成チャンバに対し所要の電位を与えると、プラ
ズマ中の電子、或いはイオンが試料容器、多孔質体に含
浸している溶融試料に衝突し、加熱する。ヒータ８によ
る加熱と試料容器の電位調節による加熱により、多孔質
体部分を含む試料容器の温度制御が容易になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、常温で固体の試料
をイオン注入装置等のイオン源に蒸気で供給する試料蒸
発源に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、常温で固体の物質をイオン源の試
料とする場合、オーブンのるつぼ（坩堝）内に試料を充
填し、加熱することにより試料を溶融（液化）蒸発させ
てイオン源に供給している。図４はバケット型イオン源
の一例についての概略断面構成図、図５は同イオン源に
おける試料蒸発源について、一部を切り欠いて示した拡
大斜視図である。イオン源のプラズマ生成チャンバ１の
下部に試料蒸発源２は取り付けられている。試料蒸発源
２はフランジ板３に組み立てられており、同フランジ板
をプラズマ生成チャンバ１に形成した蒸発源ポート４の
フランジ５に結合することにより、試料蒸発源はイオン
源に取り付けられている。

【０００３】試料蒸発源２における試料が充填されたる
つぼ６は試料を均一に加熱するためにオーブン７の中に
収容されている。オーブン７の周囲には加熱用ヒータ８
が設けられており、さらに周りを熱遮蔽板９で蔽い、る
つぼ内の試料１０を均一に加熱して溶融蒸発させ、るつ
ぼの開口からプラズマ生成チャンバ１内に試料の蒸気を
供給する。

【０００４】プラズマ生成チャンバ１内に供給された試
料の蒸気に熱電子放出用フィラメント１１からの電子が
当たり、プラズマが生成され、プラズマ電極１２、引出
し電極１３、接地電極１４のビーム引出し電極系によっ
てイオンビームが引出される。プラズマ生成チャンバ１
には同チャンバの内部を所定の温度に保つための加熱用
ヒータ１５と熱遮蔽板１６が設けられており、また、チ
ャンバの外壁部にはプラズマ閉じ込め用磁場を形成する
マグネット１７が取り付けられている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】試料１０を溶融（液
化）させた場合、るつぼ６との相性で、アルミニウム、
シリコンのように金属試料の濡れ性が大きいと、溶融試
料がるつぼを這い上がり、るつぼの外側に回り込み、さ
らにはオーブン７にまで入り込み、悪くすると溶融試料
が吹きこぼれてさらに外側のるつぼ加熱用ヒータ８にま
で付着することがある。このようになると、るつぼ加熱
用ヒータを適切に加熱制御してもプラズマ生成に必要な
所要の試料蒸気圧が発生できなくなったり、蒸気圧が不
安定になったりすると共に、試料蒸発源２をイオン源か
ら外したとき、オーブン７からるつぼ６が取り外せない
ことを含む蒸発源構成部材の損傷という事態が生ずる。

【０００６】本発明は、特に溶融試料の濡れ性が大きい
場合にあっても、溶融試料が這いでることがないように
し、必要な蒸気圧を安定に保持でき、構成部材の損傷を
防ぐことができるイオン源用試料蒸発源の提供を目的と
するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明のイオン源用蒸発
源は、試料が充填され、試料蒸気放出部が多孔質体で形
成されている試料容器と、この試料容器の周囲に設けら
れた加熱用ヒータとを備えてなることを主たる特徴とす
るものである。

【０００８】試料容器を加熱用ヒータで加熱し、内部の
試料を溶融させることにより、濡れ性の大きい溶融試料
は多孔質体の外側表面にまで含浸し、表面から蒸発し、
蒸気はイオン源のプラズマ生成チャンバ内に供給され
る。

【０００９】さらに本発明は、上記試料容器がイオン源
のプラズマ生成チャンバに対して絶縁して取り付けられ
ており、試料容器に、プラズマ生成チャンバに対し所要
の電位を与えることができるように構成したことを特徴
とするものである。

【００１０】試料容器に、プラズマ生成チャンバに対し
所要の電位を与えることにより、プラズマ生成チャンバ
内に生成されているプラズマ中の電子或いはイオンを試
料容器及び多孔質体に含浸した溶融試料に衝突させて加
熱することができる。加熱用ヒータによる加熱のみなら
ず、試料容器の電位調節による加熱制御を適用すること
により、多孔質体部分を含む試料容器の温度制御が容易
になり、プラズマ生成チャンバ内にプラズマ生成に必要
な蒸気圧を安定に保持するように定量の蒸気を供給する
ための所要の温度を安定に保持することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】常温で固体の試料が充填される試
料容器は高融点材料で形成されており、同容器の蒸気放
出部は高融点材料による多孔質体で形成されている。こ
の多孔質体は、タングステン、タンタル、モリブデン等
の高融点金属材料、或いは炭素、炭化珪素等の高融点材
料の粉末の焼結、粉末を加熱し、粉末表面をくっつける
ことにより形成する。試料容器の周囲に加熱用ヒータを
設け、同容器を加熱し、試料を溶融させると、濡れ性の
大きい溶融試料は多孔質体の外側表面にまで含浸し、溶
融試料は表面から這いでることなく、表面から蒸発す
る。

【００１２】試料容器の蒸気放出部における多孔質体
は、蒸気放出部に、溶融試料が含浸し、蒸発させる多数
の細孔を設けることにより形成することができ、また、
溶融試料が含浸し、蒸発するように目の細かいメッシュ
を蒸気放出部に１枚或いは適数枚重ねて取付けて形成す
ることができる。

【００１３】蒸気放出部が高融点材料で形成されている
試料容器をイオン源のプラズマ生成チャンバに対して絶
縁して取付け、試料容器とプラズマ生成チャンバ間にバ
イアス直流電源を接続する。この電源により、試料容器
にプラズマ生成チャンバに対し所要の電位を与え、プラ
ズマ生成チャンバ内に生成されているプラズマ中の電子
或いはイオンを試料容器及び多孔質体に含浸した溶融試
料に衝突させて加熱する。ヒータによる加熱と試料容器
の電位調節による加熱の併用により、多孔質体部分を含
む試料容器の温度制御が容易になる。

【００１４】

【実施例】本発明の実施例について図面を参照して説明
する。図１は実施例の断面構成図であり、図４，図５と
同一符号は同等部分を示す。イオン源用試料蒸発源２は
フランジ板３に組み立て、プラズマ生成チャンバ１の上
部の蒸発源ポート４に取り付けられている。常温で固体
の試料が充填される試料容器２０は支持部材２１と絶縁
体２２を用いてフランジ板３に絶縁して取り付けられて
おり、同容器の蒸気放出部は高融点材料による多孔質体
２０ａで形成されている。

【００１５】試料容器２０の周囲には加熱用ヒータ８が
設けられており、高融点の試料に対しては、試料容器が
高温に保持できるように、加熱用ヒータ８の外側に熱遮
蔽板９を設ける。試料容器２０を加熱し、内部の試料を
溶融させることにより、濡れ性の大きい溶融試料１０は
多孔質体２０ａの外側表面にまで含浸し、一定面積の多
孔質体表面から試料が蒸発し、蒸気がプラズマ生成チャ
ンバ１内に供給される。加熱ヒータ８による試料容器２
０の温度調節で、多孔質体２０ａから溶融試料が這いで
ることもなく、プラズマ生成チャンバ１内にプラズマ生
成に必要な蒸気圧を保つことができる蒸気を安定して供
給できる。

【００１６】試料容器２０の支持部材２１を介して同容
器とプラズマ生成チャンバ１との間にバイアス直流電源
２３を接続し、多孔質体２０ａ部分を含む試料容器にプ
ラズマ生成チャンバに対して電位を与えるようにする。
例えば、試料容器２０にプラズマ生成チャンバ１に対し
て正の電位を与えると、同チャンバに生成されているプ
ラズマ中の電子が多孔質体２０ａ及び多孔質体に含浸し
ている溶融試料に衝突し、加熱する。また、試料容器２
０にプラズマ生成チャンバ１に対し負電位を与えること
により、試料容器及び溶融試料にイオンを衝突させて加
熱することができる。加熱用ヒータ８による加熱のみな
らず、試料容器２０の電位調節による加熱制御を適用す
ることにより、多孔質体部分を含む試料容器の温度制御
が容易になり、プラズマ生成チャンバ１内にプラズマ生
成に必要な蒸気圧を安定に保持できる定量の蒸気を供給
するための所要の温度を安定に得ることができる。

【００１７】試料容器２０は高融点材料で形成されてお
り、その多孔質体２０ａの部分は高融点材料、例えばタ
ングステン、タンタル、モリブデン等の高融点金属材
料、或いは炭素、炭化珪素等の高融点材料の粉末の焼
結、粉末を加熱し、粉末表面をくっつけることにより形
成する。高融点材料の粉末粒の大きさは形成された多孔
質体２０ａに溶融材料が含浸し、表面からの蒸発が適切
となるように選定する。

【００１８】試料容器２０の蒸気放出部は多孔質体２０
ａで形成されており、多孔質体に溶融試料を含浸させ、
表面から蒸発させているから、試料容器はプラズマ生成
チャンバ１の水平側面部から上部の任意角度位置に配置
することが可能であるが、図１に示すようにチャンバ１
の上部に垂直、下向きに取り付けるのが最適である。こ
の場合、試料容器２０内の溶融試料が減少しても常に蒸
気放出部の多孔質体２０ａには溶融試料が含浸し、容器
内の試料量に拘らず、常に安定して試料蒸気を供給する
ことができる。

【００１９】図２は他の実施例の断面構成図であり、図
１と同一符号は同等部分を示す。試料容器２０における
蒸気放出部を形成する多孔質体２０ａは容器の側面部に
及ぶところまで設けられている。試料容器２０はフラン
ジ板３に絶縁せずに取り付け、同フランジ板は絶縁体２
２’を介在させてプラズマ生成チャンバ１に絶縁して取
付け、同チャンバに対して試料容器に電位を与えること
ができるようにする。なお、多孔質体２０ａは試料容器
２０の全面、側面、或いはその一部に設けてもよい。多
孔質体２０ａには溶融試料が含浸し、表面から蒸発する
から、多孔質体から溶融試料が濡れでて周囲の部材に付
着することはない。

【００２０】図３は本発明の要部、試料容器についての
他の実施例を示す。図３（ａ）において、高融点材料で
形成された試料容器２０の蒸気放出部に多数の細孔２４
が設けられている。容器内部からこの細孔内に溶融試料
が含浸して蒸発し、イオン源のプラズマ生成チャンバ内
に試料蒸気が供給される。

【００２１】図３（ｂ）では高融点材料で形成された試
料容器２０の蒸気放出部に目の細かいメッシュ２５が取
り付けられている。このメッシュは１枚或いは適数枚重
ねることにより、容器内部から溶融試料がメッシュ内に
含浸して蒸発し、イオン源のプラズマ生成チャンバ内に
試料蒸気を供給する。

【００２２】これら、試料容器２０における細孔２４の
形成部分、及び試料容器２０に取り付けられたメッシュ
２５は本明細書でいう多孔質体に包含される。

【００２３】本発明のイオン源用試料蒸発源は、蒸気
（ガス）で試料が供給されてイオンが発生できる任意の
イオン源に適用することができ、バケット型イオン源に
留まらず、ＥＣＲイオン源、フリーマンイオン源、カウ
フマンイオン源等に用いることができる。

【００２４】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成した
ので、試料容器を加熱し、内部の試料を溶融させること
により、濡れ性の大きい溶融試料は多孔質体の外側表面
にまで含浸し、表面の一定面積から蒸発させることがで
きるから、安定に蒸気をイオン源のプラズマ生成チャン
バに供給することができ、溶融試料の這い出すこともな
いから、蒸発源構成部材の損傷も生じない。

【００２５】試料容器に、プラズマ生成チャンバに対し
所要の電位を与えることにより、プラズマ生成チャンバ
内に生成されているプラズマ中の電子或いはイオンを試
料容器及び溶融試料にイオンを衝突させて加熱すること
ができるから、加熱用ヒータによる加熱のみならず、試
料容器の電位制御による加熱制御を実施することによ
り、多孔質体部分を含む試料容器の温度制御が容易にな
り、プラズマ生成チャンバ内にプラズマ生成に必要な蒸
気圧を安定に保持するように定量の蒸気を供給するため
の所定の温度を安定に保持することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の断面構成図である。

【図２】他の実施例の断面構成図である。

【図３】本発明の要部、試料容器についての他の具体例
の構成図である。

【図４】従来の試料蒸発源を有するバケット型イオン源
の概略断面構成図である。

【図５】図４における試料蒸発源について、その一部を
切り欠いて示した拡大斜視図である。

【符号の説明】

１ プラズマ生成チャンバ ２ 試料蒸発源 ３ フランジ板 ４ 蒸発源ポート ８ 加熱用ヒータ ９ 熱遮蔽板 ２０ 試料容器 ２０ａ 多孔質体 ２１ 支持部材 ２２，２２’ 絶縁体 ２３ バイアス直流電源 ２４ 細孔 ２５ メッシュ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料が充填され、試料蒸気放出部が多孔
   質体で形成されている試料容器と、この試料容器の周囲
   に設けられた加熱用ヒータとを備えてなることを特徴と
   するイオン源用試料蒸発源。
2. 【請求項２】 試料容器がイオン源のプラズマ生成チャ
   ンバに対して絶縁して取り付けられており、試料容器
   に、プラズマ生成チャンバに対し所要の電位を与えるこ
   とができるように構成したことを特徴とする請求項１記
   載のイオン源用試料蒸発源。