JPH0982230A - イオン源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 試料室内の熱が伝達しにくい部分にある固体
試料にも、速やかに熱を伝達し、これを加熱して速やか
に気化し、短時間で所定の蒸発流量を確保し、高速立ち
上げを図ることができるイオン源を提供する。 【解決手段】 固体試料２２を気化するオーブン２の試
料室２１内部に、前記固体試料２２に接するように熱伝
導用ロッド６を立設している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、固体試料加熱用
のオーブンを有し、イオン種としてオーブンからの蒸気
を使用することができるようにしたイオン源に関し、よ
り具体的には、オーブンの試料室中心部分に充填された
試料の昇温速度の向上を図り、金属蒸気など使用時のイ
オン源の高速立上げを可能にする手段に関する。

【０００２】

【従来の技術】昨今、イオン照射による表面改質、半導
体への不純物注入など、高速イオンを用いた物質制御が
盛んになってきた。これらのイオンは、ガス又は固体試
料を電離することによって得られる。特に、プラズマを
生成し、イオンを引き出すタイプのイオン源では、気体
を電子によって電離するため、常温で固体である金属な
どの固体試料は、気化した状態、すなわち金属蒸気など
をプラズマ生成質に導入する必用がある。

【０００３】このような金属蒸気などの発生には、通
常、中空の試料室を持ち、その周りに固体試料を加熱し
気化するための熱源であるヒータを設けたオーブンが用
いられている。

【０００４】この種のイオン源の従来例を図２に示す。
このイオン源は、フリーマン型イオン源と呼ばれるもの
であり、導入されたイオン種を用いてプラズマ（図示省
略）を発生させるプラズマ生成部１と、試料室２１に充
填された固体試料２２を、例えばシースヒータなどのヒ
ータ２３により加熱して蒸気２４を発生させるオーブン
２とを備えている。前記プラズマ生成部１は、イオン源
フランジ３から支持されており、オーブン２は、前記イ
オン源フランジ３に取付けられたオーブンフランジ２５
から支持されている。２６は、前記ヒータ２３用の電流
導入端子である。

【０００５】プラズマ生成部１は、その前面部にスリッ
ト１１が設けられたプラズマ生成容器１２を有してお
り、その内部に前記スリット１１に沿ってカソードとし
ての棒状のフィラメント１３が配設されている。また、
プラズマ生成容器１２の側壁部にはガス導入口１４が、
底部には蒸気導入口１５を有する蒸気導入部１６が、そ
れぞれ設けられている。

【０００６】ガス導入口１４には、図示しないガス源か
ら開閉弁４１を経由して、ガスイオン種としてのガス
４、例えばヒ素が供給される。

【０００７】オーブン２は、試料室２１内に収納した粒
状あるいはペレット状の固体試料２２、例えばリン、金
属などを試料室２１の外部に設けたヒータ２３で加熱し
て固体イオン種としての蒸気２４を発生するものであ
り、試料室２１の前方部に蒸気導入ノズル２７を有して
いる。この蒸気導入ノズル２７は、その先端部分がプラ
ズマ生成部１の蒸気導入部１６内に挿入されており、し
たがって蒸気２４は、この蒸気導入ノズル２７および蒸
気導入部１６を経由してプラズマ生成容器１２内に導入
される。前記試料室２１の底部には、熱電対またはその
他の測温装置２８が設置され、これからの信号によって
ヒータ２２へ供給する電流を制御し、試料室２１の温度
を一定に保っている。２９は、前記蒸気導入ノズル２７
を押えるノズル押えである。

【０００８】なお、プラズマ生成容器１２のスリット１
１の前方には、通常、複数枚の電極で構成された引出し
電極系が設けられるが、ここではその図示を省略してい
る。

【０００９】次に、動作例について説明すると、まず、
イオン種として固体試料２２を用いる場合は、試料室２
１の外部に設けたヒータ２３に図示しない電源から電流
導入端子２６を介して電力を供給し、ヒータ２３を加熱
して試料室２１に充填されている固体試料２２を気化す
る。

【００１０】また、図示しない電源につながれた電流導
入端子１７を介してフィラメント１３に電力を供給し、
フィラメント１３を加熱するとともに、このフィラメン
ト１３とプラズマ生成容器１２との間に図示しない電源
からアーク電圧を印加し、かつプラズマ生成容器１２内
にイオン種として、前記オーブン２からの蒸気２４を導
入してフィラメント１３とプラズマ生成容器１２との間
でアーク放電を起させると、プラズマ生成容器１２内に
プラズマが生成される。

【００１１】そして、このプラズマからスリット１１を
通して、図示しない引出し電極系に印加された電界の作
用でイオンビーム５を引出すことができる。

【００１２】次に、イオン種をガス４２に切換える場合
は、オーブン２のヒータ２３への通電を切り、その代り
に開閉弁４１を開いてガス源からガス導入口１４を介し
てプラズマ生成容器１２内にガス４を導入し、上述の固
体試料２２を用いた場合と同様、フィラメント１３を加
熱するとともに、フィラメント１３とプラズマ生成容器
１２との間でアーク放電を起させると、プラズマ生成容
器１２内にプラズマが生成される。

【００１３】このようなイオン源は、固体イオン種とガ
スイオン種との切替えを短時間で行うことができるとい
う長所を有している。

【００１４】

【発明が解決しょうとする課題】ところが、上述のよう
な構成のイオン源においては、所望の物質である固体試
料２２を気化するために、試料室２１の外部に設けたヒ
ータ２３によって固体試料２２を加熱するわけである
が、このとき試料室２１内部の固体試料２２は、ある温
度分布を持って加熱される。すなわち、熱源であるヒー
タ２３に近い試料室２１の内壁に近接する部分にある固
体試料２２は、昇温速度は速いが、ヒータ２３より遠い
部分、例えば試料室２３の形状が円筒形の場合であれ
ば、その中心部分にある固体試料２２は、昇温速度が遅
い。

【００１５】これは、固体試料２２が通常、小さい粒状
あるいはペレット状であり、固体試料２２同士の接触面
積が小さく、熱伝達が極めて悪いことに起因していると
考えられる。

【００１６】このように、試料室２１に充填された固体
試料２２の昇温速度に不均一が生じると、イオン源から
所定のイオンビーム量を引き出す場合、プラズマ生成部
１への蒸気流量が不足し、イオン源の立ち上げ時間が長
くなるなどといった不都合があった。

【００１７】この傾向は、近年特に長時間使用すること
が望まれており、このために試料室を大きくした場合、
特に顕著に現れ、その改善が強く望まれているところで
ある。

【００１８】そこでこの発明は、試料室内の熱が伝達し
にくい部分にある固体試料にも、速やかに熱を伝達し、
これを加熱して速やかに気化し、短時間で所定の蒸発流
量を確保し、高速立ち上げを図ることができるイオン源
を提供することを主たる目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明のイオン源は、固体試料を気化するオーブ
ンの試料室内部に、前記固体試料に接するように熱伝導
用ロッドを立設したことを特徴とする。

【００２０】上記構成によれば、試料室内の熱が伝達し
にくい部分にある固体試料への熱伝達が、従来の外側か
らの接触面積の少ない試料同士からの熱伝達にとどまら
ず、試料室を経由して熱伝導率のよい熱伝導用ロッドか
らも熱が伝達されるため、固体試料を外側と内側の両方
から速やかに加熱することができ、従って短時間で必用
な蒸気流量に達し、金属蒸気などのような蒸気を使用す
る際のイオン源の高速立ち上げが可能になる。

【００２１】

【発明の実施の形態】図１は、この発明の一実施例に係
るイオン源のオーブン部分を示す要部断面図である。な
お、図２の従来例と同じ符号を付した部分は、同一また
は対応する部分を示す。以下においては当該従来例との
相違点を主に説明する。

【００２２】この実施例においては、前述したオーブン
２の円筒状の試料室２１に充填された固体試料２２の熱
が特に伝達しにくい部分に、すなわち中心部分に、試料
室２１の底部から丸棒状の熱伝導用ロッド６を、試料室
２１の軸方向に沿うように延設している。このようにし
て、熱伝導用ロッド６を試料室２１の底部にそれと一体
的に立設している。従って、熱伝導用ロッド６は試料室
２１と同一材料で形成している。

【００２３】この熱伝導用ロッド６の材質は、特に限定
されるものでないが、要は、高温時に使用する固体試料
２２と化学反応を起さないもので、熱伝導率の優れたも
のがよく、例えば、ステンレスや銀などを用いることが
できる。

【００２４】上述の実施例では、熱伝導用ロッド６を試
料室２１と同一材料で一体的に立設するように形成して
あるが、これに代えて、試料室２１と同一又は異なる材
料で、試料室２１の底部にネジ孔を形成し、これに一端
部にネジ山を形成した熱伝導用ロッド６を螺合するよう
にしてもよく、また、溶接などの手段を用いて試料室２
１の底部に、熱伝導用ロッド６を立設してもよいのは勿
論である。

【００２５】また、前記熱伝導用ロッド６を立設する位
置は、試料室２１の中心部が通常は好ましいけれどもそ
れに限られることなく、試料室２１に充填された固体試
料２２の熱が伝達しにくい部分で、固体試料２２に接す
るようにすればよい。したがって、スペース的に余裕が
あれば、複数本立設してもよく、このようにすれば、さ
らに固体試料２２を効率的に加熱することができ、都合
がよい。

【００２６】前記熱伝導用ロッド６の形状は、特に限定
されるものではなく、固体試料２２の形状や大きさ、さ
らには熱伝達などを考慮して決定すればよく、棒状、三
角柱状、多角柱状、板状や放射状に広がった鍔部を形成
したものなどとすることができる。

【００２７】動作例を説明すると、オーブン２を使用す
るときは、ヒータ２２に通電する。それによって、試料
室２１の壁面および熱伝導用ロッド６を介して試料室２
１内の固体試料２２をその外側と内側の両方から加熱す
ることができる。したがって、オーブン２の試料室２１
の固体試料２２は、速やかに気化し、発生された蒸気２
４は、蒸気導入ノズル２７および蒸気導入部１６の蒸気
導入口１５を通じてプラズマ生成部１内に導入される。
勿論、このときガスラインの開閉弁４１は閉じておく。

【００２８】なお、上述した実施例では、試料室２１と
して円筒形状の場合について説明したが、これに限られ
ることはなく、角形や多角形でもよいのは勿論である。

【００２９】また、上述した実施例では、いずれもヒー
タ２３として、シースヒータを用いたが、この発明は、
これに限られることはなく、例えばニクロム線や、他の
金属線をヒータ２３として用いたオーブンにも適用でき
るのは勿論である。

【００３０】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、試料室
内の熱が伝達しにくい部分にある固体試料への熱伝達
が、従来の接触面積の少ない試料同士からの熱伝達にと
どまらず、試料室を経由して熱伝導率のよい熱伝導用ロ
ッドからも熱が伝達されるため、固体試料を外側と内側
の両方から加熱することができ、従って短時間で必用な
蒸気流量に達する。その結果、金属蒸気などのような蒸
気を使用する際のイオン源の高速立ち上げが可能にな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例に係るイオン源のオーブン
部分を示す要部断面図である。

【図２】従来のイオン源の一例を示す断面図である。

【符号の説明】

１ プラズマ生成部 ２ オーブン ２１ 試料室 ２２ 固体試料 ２３ ヒータ ２４ 蒸気 ６ 熱伝導用ロッド

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 導入されたイオン種を用いてプラズマを
   発生させるものであって蒸気導入口を有するプラズマ生
   成部と、試料室内部に充填された固体試料をヒータによ
   り加熱して蒸気を発生させるオーブンとを備え、前記プ
   ラズマ生成部内にイオン種としてオーブンからの蒸気を
   導入するようにしたイオン源において、前記試料室内部
   に、前記固体試料に接するように熱伝導用ロッドを立設
   していることを特徴とするイオン源。