JPH1064437A - イオンビーム発生装置 - Google Patents

イオンビーム発生装置

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JPH1064437A
JPH1064437A JP8212826A JP21282696A JPH1064437A JP H1064437 A JPH1064437 A JP H1064437A JP 8212826 A JP8212826 A JP 8212826A JP 21282696 A JP21282696 A JP 21282696A JP H1064437 A JPH1064437 A JP H1064437A
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JP
Japan
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ion beam
cathode
anode
grid electrode
metallic
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Pending
Application number
JP8212826A
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English (en)
Inventor
Tadashi Kumakiri
正 熊切
Kouichirou Akari
孝一郎 赤理
Atsushi Munemasa
淳 宗政
Noriyuki Inuishi
典之 犬石
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Kobe Steel Ltd
Original Assignee
Kobe Steel Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ビーム引き出し用グリット電極前面で均一な
プラズマ分布を与え、引き出されるイオンビームを偏り
のない均一なものとなし得るようにする。 【解決手段】 アノード1と複数の金属カソード3との
間で真空アーク放電を起こさせてイオンビームを引き出
すようにしたイオンビーム発生装置において、複数の金
属カソード3をイオン源軸心Aに対して対称となる位置
に設け、対称位置にある複数の金属カソード3に同時に
真空アーク放電を起こさせるようにした。また、前記金
属カソード3を、そのカソード軸心Bがグリッド電極の
中心に向かうように設けると共に、アノードとグリッド
電極との間に、グリッド電極に対して垂直な磁場33を
印加するようにした点にある。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、イオンビーム発生
装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】イオンビーム発生装置には、図8及び図
9に示すように真空中で互いに絶縁されて設置されたア
ノード51と複数の金属カソード52とを設けると共
に、アノード51の後方にビーム引き出し用のグリッド
電極である加速グリッド53、サプレッサグリッド54
及びグランドグリッド55を設け、アノード51と複数
の金属カソード52との間で真空アーク放電を起こさせ
てイオンビームを引き出すようにしたものがある。
【0003】しかし、従来のこの種のイオンビーム発生
装置では、同図に示すように複数の金属性カソード52
を周方向に等間隔をおいて配置すると共に、アノード5
1に各金属性カソード52に対応して複数の開口部56
を設けており、各金属性カソード52は、その構成上ビ
ーム引き出し用グリッド電極の中心位置から偏って設け
られていた(例えば特開平5−205683号公報)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来の場合、複数の金
属カソード52が、ビーム引き出し用グリッド電極の中
心位置から偏って設けられていたため、引き出されたイ
オンビームも、金属カソード52の偏りに応じてイオン
源軸心A上から偏りが生じ、この結果、イオンビームを
照射された被処理物へのイオン注入量に偏りが生じ、均
一な改質特性が得られないという問題があった。
【0005】本発明は上記問題点に鑑み、ビーム引き出
し用グリット電極前面で均一なプラズマ分布を与え、引
き出されるイオンビームを偏りのない均一なものとなし
得るようにしたものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】この技術的課題を解決す
る本発明の第1の技術的手段は、アノード1と複数の金
属カソード3との間で真空アーク放電を起こさせてイオ
ンビームを引き出すようにしたイオンビーム発生装置に
おいて、複数の金属カソード3をイオン源軸心Aに対し
て対称となる位置に設け、対称位置にある複数の金属カ
ソード3に同時に真空アーク放電を起こさせるようにし
た点にある。
【0007】本発明の第2の技術的手段は、アノード1
と複数の金属カソード3との間で交互に真空アーク放電
を起こさせてイオンビームを引き出すようにしたイオン
ビーム発生装置において、前記金属カソード3を、その
カソード軸心Bがグリッド電極の中心に向かうように設
けると共に、アノードとグリッド電極との間に、グリッ
ド電極に対して垂直な磁場33を印加するようにした点
にある。
【0008】従って、発生する金属プラズマは、イオン
源軸心Aに対して対称となる位置に設けられた複数個の
金属性カソード3とアノード1との間に発生した真空ア
ーク放電によるものであるから、発生する全体として均
一なプラズマ分布24となり、そのイオンビーム分布2
6は偏りのない均一なものになる。また、金属性カソー
ド3をそのカソード軸心Bがグリッド電極の中心に向か
うように傾斜させているため、真空アーク放電により発
生するプラズマ密度分布24の中心をグリッド電極の中
心に合わせることができ、グリッド電極に対して垂直な
磁場33によりプラズマが捕捉され、イオンの進行方向
がグリッド電極に対して垂直になり、その結果、偏りの
ないイオンビーム分布26が得られる。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づき説明する。図1及び図2において、1はアノー
ドで、開口部2が2個設けられている。3は金属性カソ
ードで、イオン源軸心Aに対して対称となる位置に2個
設けられている。各金属性カソード3と前記アノード1
の開口部2とは互いに対応した位置にある。各金属カソ
ード3には絶縁材4が外嵌されると共に、トリガーリン
グ6を介してトリガー電極7に接続されている。
【0010】9はアーク電源で、アノード1と各金属性
カソード3との間に電圧を印加する。10はトリガー電
源で、各金属性カソード3と各トリガー電極7との間に
高電圧を瞬間的に印加する。12は加速グリッド、13
はサプレッサグリッド、14はグランドグリッドであ
り、これらはビーム引き出し用のグリッド電極を構成す
る。17は加速電源で、加速グリッド12及びアノード
1を数KV〜数百KVの高電圧に保持している。18は
サプレッサー電源で、サプレッサグリッド13に負電圧
を印加している。前記グランドグリッド14は接地され
ている。
【0011】上記実施の形態の構成によれば、トリガー
電源10によって金属性カソード3と各トリガー電極7
との間に高電圧を瞬間的に印加することにより、各トリ
ガーリング6と金属性カソード3との間にトリガー放電
を発生させる。このトリガー放電をきっかけにアノード
1と各金属性カソード3との間に真空アーク放電が発生
する。真空アーク放電発生によりカソード3の先端部に
カソードスポットと呼ばれるエネルギーの集中した点が
出現し、この部分の物質を蒸発しかつイオン化して金属
プラズマが発生する。
【0012】発生した金属プラズマは、金属性カソード
3とアノード1との間の放電領域20からアノード1の
開口部2を通過してプラズマ室21に導かれる。この金
属プラズマは、イオン源軸心Aに対して対称となる位置
に設けられた2個の金属性カソード3とアノード1との
間に発生した真空アーク放電によるものであるから、一
方の金属性カソード3とアノード1との間に発生した真
空アーク放電による第1の金属プラズマ密度分布24a
と、他方の金属性カソード3とアノード1との間に発生
した真空アーク放電による第2の金属プラズマ密度分布
24bとが、重ね合わさったものとなり、全体として均
一なプラズマ分布24となる。
【0013】また、プラズマ室21に導かれた金属イオ
ンビーム25はグリッド間で電界により加速されグリッ
ド開口部を通過して処理室23へ引き出され、そのイオ
ンビーム分布26は偏りのない均一なものになる。ここ
で、サプレッサグリッド13は処理室23に存在する自
由電子がプラズマ室21へ逆流することを防止する。図
3は他の実施の形態を示し、金属性カソード3(3A、
3B、3C、3D、3E、3F)を周方向等間隔おきに
6個設けると共に、トリガー切換器29を設け、トリガ
ー切換器29によって、イオン源軸心Aに対して対称と
なる位置にある金属性カソード3A及び金属性カソード
3Dの組、金属性カソード3B及び金属性カソード3E
の組又は金属性カソード3C及び金属性カソード3Fの
組のいずれかを選択し、その選択した組の2個の金属性
カソード3とこれらに対応するトリガー電極7との間に
同時にトリガー電源10によって高電圧を瞬間的に印加
することにより、イオン源軸心Aに対して対称となる位
置にある2個の金属性カソード3とアノード1との間に
同時にトリガー放電を発生させるようにしたものであ
り、この場合も均一なプラズマ分布となり、そのイオン
ビーム分布は偏りのない均一なものになる。
【0014】なお、図3の場合、トリガー切換器29に
よってイオン源軸心Aに対して対称となる位置にある金
属性カソード3A、金属性カソード3C及び金属性カソ
ード3Eの組又は金属性カソード3B、金属性カソード
3D及び金属性カソード3Fの組のいずれかを選択し、
その選択した組の3個の金属性カソード3とこれらに対
応する各トリガー電極7との間に同時にトリガー電源1
0によって高電圧を瞬間的に印加することにより、イオ
ン源軸心Aに対して対称となる位置にある3個の金属性
カソード3とアノード1との間に同時にトリガー放電を
発生させるようにしてもよく、この場合も均一なプラズ
マ分布となり、そのイオンビーム分布は偏りのない均一
なものになる。
【0015】なお、図3の実施の形態の場合、まず選択
した組の金属性カソード3のみをイオンビームの発生に
使用し、その金属性カソード3が消耗したとき、次の組
の金属性カソード3を選択してイオンビームの発生に使
用するようにしてもよいし、またイオン源軸心Aに対し
て対称となる位置にある複数の金属性カソード3の組
を、順次交互に真空アーク放電を起こさせて、全ての組
の金属性カソード3をイオンビームの発生に順次使用す
るようにしてもよい。また、各組の金属性カソード3
は、異種金属の金属性カソードであっても良いし、また
同種金属の金属性カソード3であってもよい。
【0016】図4は他の実施の形態を示し、各金属性カ
ソード3での真空アーク放電の発生を確実なものとする
ために、金属性カソード3毎にアーク電源9を設けたも
のである。その他の点は前記図1の実施の形態と同様な
構成である。なお、図3の実施の形態の場合において、
図4の実施の形態と同様に各金属性カソード3での真空
アーク放電の発生を確実なものとするために、金属性カ
ソード3毎にアーク電源9を設ける場合には、図3のト
リガー切換器29と同様に、アーク電源の切換器を用い
るようにすれば、アーク電源9はトリガー電源7と共に
2個で済ますことができる。
【0017】図5は他の実施の形態を示し、金属性カソ
ード3を、イオン源軸心Aに対して対称となる位置に2
個設けると共に、各金属性カソード3をそのカソード軸
心Bがグリッド電極の中心に向かうように傾斜させ、ア
ノード1を金属性カソード3の傾斜に対応するようにく
の字状に屈曲させている。また、アノード1とグリッド
電極(加速グリッド12、サプレッサグリッド13及び
グランドグリッド14)との間に、環状の電磁コイル3
1を設けると共に、該電磁コイル31に電力を供給する
たもめのコイル用電源32を設け、この電磁コイル31
により、アノード1とグリッド電極との間にグリッド電
極に対して垂直な磁場33を印加するようにしている。
【0018】上記図5の実施の形態とは異なり図7に示
すように各金属性カソード3をそのカソード軸心Bがイ
オン源軸心Aと並行になるように配置すると共に、アノ
ード1とグリッド電極との間に磁場33を設けない場合
には、同図に示すように真空アーク放電により発生した
プラズマによるプラズマ密度分布24がイオン源軸心A
に対して大きく偏ってしまい、イオンビーム分布26も
偏りを生じる。これに対して、図5の実施の形態の場
合、各金属性カソード3をそのカソード軸心Bがグリッ
ド電極の中心に向かうように傾斜させているため、図6
に示すように真空アーク放電により発生したプラズマに
よるプラズマ密度分布24の中心をグリッド電極の中心
に合わせることができる。また、グリッド電極に対して
垂直な磁場33によりプラズマが捕捉され、イオンの進
行方向がグリッド電極に対して垂直になる。その結果、
中心より偏った位置にある個々のカソードから得られる
プラズマの偏りをなくし、偏りのないイオンビーム分布
26が得られる。
【0019】なお、図5の実施の形態の場合、トリガー
切換器29による切り換えによって、2個の金属性カソ
ード3を交互に真空アーク放電を起こさせるようにして
もよいし、2個の金属性カソード3を同時に真空アーク
放電を起こさせるようにしてもよい。また、設ける金属
性カソード3の個数は2個のに限定されず、1個又は3
個以上金属性カソード3を設けるようにしてもよい。
【0020】
【発明の効果】本発明によれば、ビーム引き出し用グリ
ット電極前面で均一なプラズマ分布を得ることができ、
引き出されるイオンビームを偏りのない均一なものにす
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態を示す構成図である。
【図2】同金属性カソード部分の正面図である。
【図3】他の実施の形態を示す構成図である。
【図4】他の実施の形態を示す構成図である。
【図5】他の実施の形態を示す構成図である。
【図6】同作用説明用の説明図である。
【図7】同作用説明用の説明図である。
【図8】従来例を示す断面図である。
【図9】図8のA−A線断面図である。
【符号の説明】
1 アノード 3 金属性カソード 12 加速グリッド 13 サプレッサグリッド 14 グランドグリッド 33 磁場
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 犬石 典之 兵庫県高砂市荒井町新浜2丁目3番1号 株式会社神戸製鋼所高砂製作所内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アノード(1)と複数の金属カソード
    (3)との間で真空アーク放電を起こさせてイオンビー
    ムを引き出すようにしたイオンビーム発生装置におい
    て、 複数の金属カソード(3)をイオン源軸心Aに対して対
    称となる位置に設け、対称位置にある複数の金属カソー
    ド(3)に同時に真空アーク放電を起こさせるようにし
    たことを特徴とするイオンビーム発生装置。
  2. 【請求項2】 アノード(1)と複数の金属カソード
    (3)との間で交互に真空アーク放電を起こさせてイオ
    ンビームを引き出すようにしたイオンビーム発生装置に
    おいて、 前記金属カソード(3)を、そのカソード軸心Bがグリ
    ッド電極の中心に向かうように設けると共に、アノード
    (1)とグリッド電極との間に、グリッド電極に対して
    垂直な磁場(33)を印加するようにしたことを特徴と
    するイオンビーム発生装置。
JP8212826A 1996-08-12 1996-08-12 イオンビーム発生装置 Pending JPH1064437A (ja)

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JP8212826A JPH1064437A (ja) 1996-08-12 1996-08-12 イオンビーム発生装置

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JPH1064437A true JPH1064437A (ja) 1998-03-06

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ID=16629008

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005146363A (ja) * 2003-11-17 2005-06-09 Toshio Goto 金属イオンの供給装置とその方法
KR100837620B1 (ko) 2007-06-12 2008-06-12 박흥균 4극관 구조의 전자빔 방출 장치
CN104798170A (zh) * 2012-11-21 2015-07-22 加州理工学院 用于制造基于碳纳米管的真空电子器件的系统和方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2005146363A (ja) * 2003-11-17 2005-06-09 Toshio Goto 金属イオンの供給装置とその方法
KR100837620B1 (ko) 2007-06-12 2008-06-12 박흥균 4극관 구조의 전자빔 방출 장치
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