JPS5996632A

JPS5996632A - マイクロ波イオン源

Info

Publication number: JPS5996632A
Application number: JP57207384A
Authority: JP
Inventors: Koji Matsuda; 松田　耕自; Toshinori Takagi; 俊宜高木; Junzo Ishikawa; 順三石川
Original assignee: NISSHIN HAIBORUTEEJI KK; Nissin High Voltage Co Ltd
Current assignee: NISSHIN HAIBORUTEEJI KK; Nissin High Voltage Co Ltd
Priority date: 1982-11-25
Filing date: 1982-11-25
Publication date: 1984-06-04
Also published as: US4598231A; JPS6043620B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】この発明は、マイクロ波イオン源に関し、さらに詳しく
は、マイクロ波と磁界の間でエレクトロン・サイクロト
ロン・レゾナンスを起し、それによるマイクロ波放電で
イオンを成牛ずるマイクロ波イオン源に関する。

従来のマイクロ波イオン源の開示は、”Ｎ、　５ａ−ｋ
ｕｄｏ、　Ｋ、　Ｔｏｋｉｇｕａｈｉ、　Ｈ，Ｋｏｉｋ
ｅ、　ａｎｄ工、　ｘａｎｏｍａｔａ、　Ｒｅｖ。

８ｃｉ、　Ｉｎｓｔｒｕｍ６．　Ｖｏｌ、　４８．　Ａ
　７．７６２．　Ｊｕｌｙ、　１９７７　”および”　
Ｎ、　５ａ）ｃｕｄｏ、　Ｋ、　Ｔｏｋｉｇｕｃｈｉ、
　Ｈ，Ｋｏｉｋｅ、　ａｍ工、Ｋａ−ｎｏｍａｔａ、　
Ｉｎ５ｔ、　Ｐｈｙｏ、　０ｏｎｆ、　Ｓｏｒ、Ａ　５
４　：　Ｃｈａｐｔｅｒ　２゜１９８０”にある。　こ
の様な従来のイオン源において放電室内で生成されたイ
オンは、イオン引出電極による電界でイオン引出口より
放電室外へ引き出されるが、一部のイオンは引出し方向
とずれた方向に進行するので、引出し後のビームの平行
性が悪くなり、また有効なイオン電流となる効率が低下
するという問題がある。

この発明は、磁界の形成を改良することにより上記問題
をｔｔｎ消したマイクロ波イオン源を提供するものであ
る。

すなわち、この発明は、イオン種導入口とイオン２１７
出口とを有する放電室、その放電室内にマイクロ波を放
射するマイクロ波放射手段、ｍｌ記放電室内に磁界を印
加する磁界印加手段、前記イオン押導入口よりｎｉＩ記
放電室内にイオン種を供給するイオン種供給手段、およ
びイオン引出電極を具備してなり、そのイオン引出電極
は抵抗率１１０６０ａ以下でかつ透磁率５以上の磁気材
料で形成され、イオン引出方向に伸びた形状の磁界を放
電室内およびイオン導出口からイオン引出電極にかけて
の空間に形成しうるものであるマイクロ波イオン源を提
供する。

この発明のマイクロ波イオン源において、イオン引出電
極は、抵抗率が１０６Ωｃｍ以下でかつ透磁率が５以上
の磁気材料にて作られる。言うまでもなく、様械的強度
があり、高温に耐えられる材料であることが必要である
。具体的には、磁性ステンレス、ニッケルおよびフェラ
イトを例示することができる。従来のイオン引出電極に
使われていた非磁性ステンレスやモリブデンは磁路とし
て不適であるから好ましくない。イオン引出ｍ極の形状
は、イオン導出口に対回してイオンビームを引き出す開
口を有し、その開口の先端部分から磁界が出る（あるい
は磁界が入る］ような形状とするのが好ましい。

以下、図に示す実施例に基いて、この発明をさ゛らに詳
説する。ただし、これによりこの発明が限定されるもの
ではない。

第１図に示す（１）は、この発明のマイクロ波イオン源
の一実施例である。（２）は放電室で、イオン種導入口
（３）とイオン導出口（４）とを有している。マイクロ
波源（５）のマグネトロンで発生されたマイクロ波は、
同軸管（６）を介し、放電室（２）内部に突設されてい
るアンテナ（７）に供給され、アンテナ（７）から放電
室（２）内に放射される。イオン種導入口（３）は、外
部のイオン種供給手段（８）に接続されており、ＢＦ３
゜ｐＨ′６．ＡＢＨ３等のガスあるいはオーブンで萎気
化されたＢ、　Ｐ、　Ａｓ等を放電室（２）内に供給す
る。備は接続パイプ、■はイオン種ガス源、Ｃ３１はバ
ルブである。イオン種ガス源■は、たとえばアルゴンガ
スボンベや金属蒸気化オーブンである。

（９）は放電室＋２１の外周に設置された円筒形永久磁
石で、放電室（２）に磁界を印加する。マイクロ波の周
波数がたとえば２．４５　ＧＨｚのとき、放電室（２）
での磁界を８７５ガウスとすれば、公知のようにエレク
トロン・サイクロトロン・レゾナンスを生じ、イオンが
生成される。このイオンは、放電室（２）のイオン導出
口（４）から外へ拡散し、イオン引出電極叫の形成する
電界によってビームとなり、′Ｎ１図下方へ向う。

エレクトロン・サイクロトロン・レゾナンスを生じさせ
かつ効率よ（イオンを引き出すためには、磁界の形成が
特に重要である。すなわち、放電室（２）における磁界
の強さと形状とを適切に設定する必要がある。そこで、
この装置（１）では、ヘッドＯＤを磁気材料製とするば
かりでなく、イオン引出電極００）およびその移動機構
αりを磁気材料（具体的にはたとえば磁性ステンレスλ
製としている。また、イオン引出電極（１０１の形状を
、イオン導出口（４）より遠さかる方向でかつ外側へ向
けて広がるコーン状とし、そのコーンの頂部にイオン導
出口（４）に対向する開口αＪを設けている。また、ボ
ディ（ｌ少を非磁気材料製としている。この結果、放電
室（２）における磁界は、ヘッド先端部（１５１とイオ
ン引出電極先端部（１６１とを結ぶ領域すなわち放電室
（２）内およびイオン導出口（４）からイオン引出電極
ａ〔にかけての空間Ｃ１１）に集中することになる。こ
れは換言すれは、イオン引出方向に伸び、望ましいイオ
ンの進行方向とは異方向に無駄に広がらない、好ましい
形状である。さらに、磁気材料製の調整プレート０ηを
出し入れできる空隙−を磁路中に設けであるから、たと
えば第２図に示すようにネジ軸ｕ９を回転して調整プレ
ート０ηを空隙（１８１１こ挿入する程度を変えること
により、磁界の強度を適切に調整できる。

イオン引出電極＋１０）は、ボディ圓に固設されている
絶縁プレー）　（２０）に、移動機構ｕカを介して移動
可能に取り付けられており、ツマミシυ等を回すことで
水平方向に、またギヤ（社）等を回転させることで垂直
方向に位置を微調整できる。この微調整によりイオンビ
ームの安定性を向上し、またビーム強度も調整しつる。

この装置（１）の温度制御は、ボディ圓に付属させた冷
却材ダクト（２）に冷却材を流すことと加熱ブロックＱ
優のヒータ（ハ）に通電することとにより行われる。加
熱ブロック圓による加熱は、イオン種に含まれる不純分
やイオン種として用いられた金属蒸気が放電室＋２］の
壁面に付層して汚染することを防止するのに有用である
。−万、冷却材ダクト（ハ）による冷却は、たとえばボ
ディαａと絶縁プレート■の間にある真空シールを熱か
ら保護するのに有用である。

（２６）はイオンビーム量の検出器、同はコントローラ
である。コントローラーは、検出器１２Ｇ＋の出方変動
に応じて、マイクロ波源（５）のマイクロ波出力を制御
したり、イオン種供給手段（８）のイオン種供給量を制
御したり、調整プレートｕηを移動して磁界の強度を制
御して、イオンビームを所定値に安定に保持する役割を
はたす。

上記装置（１）のサイズは直径約５０ｍｍ、高さ約６５
ｍｍである。イオン引出電極Ｇｏ＋の開口径を３ｍｍと
して実験したデータを第３１！ｇｌ　（Ａ）（Ｂ）に示
す。

他の実施例としては、円筒形永久？磁石（９）に代えて
円筒形ソレノイドを用いたものが挙けられる。

この場合、ソレノイドの電流を変えて磁界の強さを調節
できる。また、イオン引出電極の開口を多数設けたもの
が挙げられる。

以上の説明から理解されるように、この発明のマイクロ
波イオン源は、イオン引出電極を磁気材料製とし、磁路
としても用いつるように構成したことを主たる特徴とし
ている。

そこで、磁界がイオン引出電極から放電室へ向けて集中
されると共に磁路の磁気抵抗が減少される。すなわち磁
界の形成効率が向上する。そこで磁界印加手段を小型化
できるようになり、磁界印加手段としてソレノイドを用
いた場合は消費電力を節約できる。また永久磁石を磁界
印加手段として用いることが可能となる。この場合、磁
界発生のための電力が不要となり非常に好ましい。

また、磁界の形状がイオンの引出方向に伸びた形状とな
るので、イオン引出方向とずれた方向に進行するイオン
が減少し、はとんどのイオンを引き出すことができるよ
うになる。すなわちイオンの引き出し効率が向上する。

この発明の発明者らの実験によれば、第３図（Ａ）（Ｂ
）には示されていないが、９５．５　ｍＡ／ａｍ　　の
イオン電流を取り出すことができた。ちなみに従来のマ
イクロ波イオン源によるイオン電流は約２３　ｍＡ１０
ｍ　程度であるから、明らかに性能が同上している。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のマイクロ波イオン源の一実施例の構
成説明図、第２図は第１図に示す装置における磁界強度
調節手段の要部平面図、第３図は実験データ図である。（１）・・マイクロ波イオン源、（２）・・放電室、　　　　（３）・・・イオン種導入
口、（４）・・・イオン導出口、　（５）・・・マイク
ロ波源、（６）・・・同軸管、　　　　（７）・・・ア
ンテナ、（８）・・・イオン種供給手段、（９）・・・円筒形永久磁石、ＱＱＩ・・・イオン引出
電極、０り・・・移動機構、　　　（１３＋・・開口、
Ｕη・・調整プレート、　（１８１・・・空隙、（ハ）
・・・ヒータ、　　　　　（至）・・検出器、翰・・コ
ントローラ、＠・・・パイプ、（支）・・・イオン種供
給源、田・・・バルブ。第２図第３図（△）

Claims

【特許請求の範囲】１、　イオン種導入口とイオン導出口とを有する放電室
、その放電室内にマイクロ波を放射するマイクロ波放射
手段、前記放電室内に磁界を印加する磁界印加手段、前
記イオン種導入口より前記放電室内にイオン種を供給す
るイオン種供給手段、およびイオン引出電極を具備して
なり、そのイオン引出電極は抵抗率１０６０ｃｍ以下で
かつ透磁率５以上の磁気材料で形成され、イオン引出方
向に伸びた形状の磁界を放電室内およびイオン導出口か
らイオン引出電極にかけての空間に形成しうるものであ
るマイクロ波イオン源。２、　イオン引出電極が、磁性ステンレスである請求の
範囲第１項記載のマイクロ波イオン源。３、　イオン引出電極が、イオン導出口より遠ざかる方
向でかつ外側へ広がるコーン形状であり、イオン導出口
と対向して開口を頂部に有している請求の範囲第１項又
は第２項記載のマイクロ波イオン源。４、　イオン引出電極が、イオン導出口に対する相対位
置を調節する移動機構をさらに具備している請求の範囲
第１項〜第３項のいずれかに記載のマイクロ波イオン源
。５、磁界印加手段が、放電室外周に設置された円筒形永
久磁石である請求の範囲第１項〜第４項のいずれかに記
載のマイクロ波イオン源。６、磁界印加手段が、放電室外周に設置された円筒形永
久磁石および磁路中に設置された磁気抵抗可変式の磁界
強度調節手段である請求の範囲第１項〜第４項のいずれ
かに記載のマイクロ波イオン源。７、磁界印加手段が、放電室外周に設置されたソ゛レノ
イドである請求の範囲第１項〜第４項のいずれかに記載
のマイクロ波イオン源。８、マイクロ波放射手段が、放電室内に突設されたアン
テナ、放電室外に設けられたマイクロ波源およびそのマ
イクロ波源と前記アンテナとを結ぶ同軸管からなる請求
の範囲第１項〜第７項のいずれかに記載のマイクロ波イ
オン源。９、マイクロ波源が、マグネトロンである請求の範囲第
８項記載のマイクロ波イオン源。】、０．　　イオン種供給手段が、イオン種ガス源、そ
のイオン種ガス源とイオン種導入口とを結ぶパイプおよ
びそのパイプの途中に設けられたバルブからなる請求の
範囲第１項〜第９項のいずれかに記載のマイクロ波イオ
ン源。１１、　　イオン種ガス源が、アルゴンガスボンベであ
る請求の範囲第１０項に記載のマイクロ波イオン源。１２、　　イオン種ガス源が、金属を加熱気化するオー
ブンである請求の範囲５８１０項記載のマイクロ波イオ
ン源。１３、放電室壁などにイオン種ガス中の不純物などが付
着するのを防止するために放電室壁を加熱するヒータ手
段をさらに具備してなる請求の範囲第１項〜第１２項の
いずれかに記載のマイクロ波イオン源。１４、　　イオンビーム量検出器およびそのイオンビー
ム量検出器の出力変動に応じてマイクロ波強度もしくは
イオン種ガス供給量もしくは磁界強度を制御してイオン
ビーム量を一定に保つコントローラをさらに具備してい
る請求の範囲第１項〜ｍ１３項のいずれかに記載のマイ
クロ波イオン源。