JPS63211543A - イオン源装置 - Google Patents
イオン源装置Info
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- JPS63211543A JPS63211543A JP4232887A JP4232887A JPS63211543A JP S63211543 A JPS63211543 A JP S63211543A JP 4232887 A JP4232887 A JP 4232887A JP 4232887 A JP4232887 A JP 4232887A JP S63211543 A JPS63211543 A JP S63211543A
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Landscapes
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
この発明は、高融点金属、高融点元素および高融点化、
金物などからなる導電性の高融点のイオン化物質をイオ
ン化し、これをイオンビームとして引出すイオン源装置
に関する。
金物などからなる導電性の高融点のイオン化物質をイオ
ン化し、これをイオンビームとして引出すイオン源装置
に関する。
（従来の技術）
第２図は従来のイオン源装置の一例を示す概略図で、１
はアークチャンバ、２はイオン化物質３を加熱して気化
させるるつぼで、４はその加熱用ヒーターである。５は
フィラメント、６はその加熱用の電源である。７はガス
導入口、７１はガス導入バルブである。８は引出電極系
で、プラズマ電極８１と、抑制電極８２と、接地電極８
３からなり、前記プラズマ電極８１と接地を極８６との
間には、イオンビームを引出すための加速電圧が加速電
源９から、又抑制電極８２と接地電極８６との間には、
抑制電圧が抑制電源１０からそれぞれ与えられている。
はアークチャンバ、２はイオン化物質３を加熱して気化
させるるつぼで、４はその加熱用ヒーターである。５は
フィラメント、６はその加熱用の電源である。７はガス
導入口、７１はガス導入バルブである。８は引出電極系
で、プラズマ電極８１と、抑制電極８２と、接地電極８
３からなり、前記プラズマ電極８１と接地を極８６との
間には、イオンビームを引出すための加速電圧が加速電
源９から、又抑制電極８２と接地電極８６との間には、
抑制電圧が抑制電源１０からそれぞれ与えられている。
１１は前記フィラメント５とアークチャンバ１との間で
アークを発生するためのアークＮ、源である。
アークを発生するためのアークＮ、源である。
上述のイオン源装置は、イオン化物質３をるつぼ２内に
収納し、ヒーター４により加熱して気化蒸発させ、これ
にガス雰囲気中でフィラメント５からの熱電子を衝突さ
せてイオン化し、これを引出し電極系８からイオンビー
ムとして引出すようにしていた。
収納し、ヒーター４により加熱して気化蒸発させ、これ
にガス雰囲気中でフィラメント５からの熱電子を衝突さ
せてイオン化し、これを引出し電極系８からイオンビー
ムとして引出すようにしていた。
（発明が解決しようとする問題点）
ところが、リン（Ｐ）、ひ素（Ａｓ ）などのようなイ
オン化物質については、前記したようなヒーター４によ
りるつぼ２を加熱すれば気化蒸発させることができるが
、はう素（Ｂ）、炭素（Ｃ）、チタン（Ｔｉ ）、バナ
ジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、ジルコニウム（Ｚｒ）
、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、ハフニウム（
Ｈｆ ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）など
のように前記したイオン化物質よりも融点が高い導電性
のイオン化物質については、これを気化蒸発することが
極めて困難であるとともに、蒸気圧の温度依存性が大き
いため、その動作の安定化が難かしく、イオン化率も低
いなどといった不都合があった。
オン化物質については、前記したようなヒーター４によ
りるつぼ２を加熱すれば気化蒸発させることができるが
、はう素（Ｂ）、炭素（Ｃ）、チタン（Ｔｉ ）、バナ
ジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、ジルコニウム（Ｚｒ）
、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、ハフニウム（
Ｈｆ ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）など
のように前記したイオン化物質よりも融点が高い導電性
のイオン化物質については、これを気化蒸発することが
極めて困難であるとともに、蒸気圧の温度依存性が大き
いため、その動作の安定化が難かしく、イオン化率も低
いなどといった不都合があった。
この発明は、上述の事柄に鑑み、導電性の高融点のイオ
ン化物質をイオン化し、かつそのイオン化率の向上を図
ることを目的とする。
ン化物質をイオン化し、かつそのイオン化率の向上を図
ることを目的とする。
（問題点を解決するための手段）
この発明は、カソードを所望の高融点のイオン化物質を
もって形成し、これを真空アーク放電によりエロージヨ
ンしてプラズマを生成し、これをイオンビームとして引
出すことを特徴とする。
もって形成し、これを真空アーク放電によりエロージヨ
ンしてプラズマを生成し、これをイオンビームとして引
出すことを特徴とする。
（作用）
カソードは真空アーク放電によりエロージョンされ、高
融点物質からなる蒸気を発生し、これがイオン化されて
プラズマが生成される。このプラズマは、加速電圧によ
って引出し電極系に引きつけられ、該引出し電極系から
イオンビームとして引出される。
融点物質からなる蒸気を発生し、これがイオン化されて
プラズマが生成される。このプラズマは、加速電圧によ
って引出し電極系に引きつけられ、該引出し電極系から
イオンビームとして引出される。
（実施例）
以下この発明の一実施例を第１図に基づいで説明する。
なお、第２図と同じ符号を附した部分は、同−又は対応
する部分を示す。１２は導電性の高融点のイオン化物質
からなるカソードで、絶縁物１３を介してアークチャン
バ１に気密状態（こ取付けられている。１４はアークチ
ャンバ１の外部に設けられたトリガｖｔｒｉ駆動用の金
属製のエアシリンダで、このエアシリンダ１４の金属製
のピストンロッド１５は、アークチャンバ１を貫通する
円筒体１６中を進退自在に貫通し、かつアークチャンバ
１から電気的に絶縁されている。前記ピストンロッド１
５の先端には、かぎ形状に折曲したワイヤ状のトリガ電
極１７が、その先端を前記カソード１２に対向するよう
に固着されている。
する部分を示す。１２は導電性の高融点のイオン化物質
からなるカソードで、絶縁物１３を介してアークチャン
バ１に気密状態（こ取付けられている。１４はアークチ
ャンバ１の外部に設けられたトリガｖｔｒｉ駆動用の金
属製のエアシリンダで、このエアシリンダ１４の金属製
のピストンロッド１５は、アークチャンバ１を貫通する
円筒体１６中を進退自在に貫通し、かつアークチャンバ
１から電気的に絶縁されている。前記ピストンロッド１
５の先端には、かぎ形状に折曲したワイヤ状のトリガ電
極１７が、その先端を前記カソード１２に対向するよう
に固着されている。
前記エアシリンダ１４は、図示しないポンプにバルブな
どを介して接続されている。また、前記アークチャンバ
１と円筒体１６との間、および円筒体１６とピストンロ
ッド１５との間は、それぞれ気密が確保されている。
どを介して接続されている。また、前記アークチャンバ
１と円筒体１６との間、および円筒体１６とピストンロ
ッド１５との間は、それぞれ気密が確保されている。
また、電気的にカソード１２とアークチャンバ１との間
にアーク電源１１を、トリガ電極１７とアークチャンバ
１との間に電流制限用の抵抗１８を接続し、カソード１
２とアークチャンバ１間にアーク電圧を、またトリガ電
極１７とアークチャンバ１間にトリガ電圧をそれぞれ印
加するように構成する。なお、図中１９．２０．２１は
円筒状の絶縁物である。
にアーク電源１１を、トリガ電極１７とアークチャンバ
１との間に電流制限用の抵抗１８を接続し、カソード１
２とアークチャンバ１間にアーク電圧を、またトリガ電
極１７とアークチャンバ１間にトリガ電圧をそれぞれ印
加するように構成する。なお、図中１９．２０．２１は
円筒状の絶縁物である。
以上の構成において、アークチャンバ１内およびこれに
隣接する処理室（図示せず）を所望の真空度（通常１０
−５〜１０−６Ｔｏｒｒ程度）に排気シタ状態で、図示
しないバルブを操作してエアシリンダ１４のピストンロ
ッド１５を矢印Ｂ１の方向に後退させ、カソード１２に
トリガ電極１７の先端を接触させる。この結果、アーク
電源１１によってトリガ電極１７とカソード１２間に抵
抗１８で制限された電流が流れる。
隣接する処理室（図示せず）を所望の真空度（通常１０
−５〜１０−６Ｔｏｒｒ程度）に排気シタ状態で、図示
しないバルブを操作してエアシリンダ１４のピストンロ
ッド１５を矢印Ｂ１の方向に後退させ、カソード１２に
トリガ電極１７の先端を接触させる。この結果、アーク
電源１１によってトリガ電極１７とカソード１２間に抵
抗１８で制限された電流が流れる。
その後、図示しないバルブを操作してエアシリンダ１４
のピストンロッド１５を矢印Ｂ２の方向に前進させ、ト
リガ電極１７をカソード１２から離す。このときに上記
の給電路のインダクタンス成分によってトリガ電極１７
とカソード１２との間に種火となるアークが点弧し、こ
のアークによってカソード１２に十分なエネルギが与え
られ、カソード１２はエロージョンされ、高融点物質か
らなる蒸気が発生しイオン化され、前記アークがカソー
ド１２とアークチャンバ１との間に移行し持続する。こ
の結果、アークチャンバ１内に高イオン化プラズマが生
成され、加速電圧によって引出し電極系８に引きつけら
れ、この引出し電極系８から所望のイオンビームが引出
される。
のピストンロッド１５を矢印Ｂ２の方向に前進させ、ト
リガ電極１７をカソード１２から離す。このときに上記
の給電路のインダクタンス成分によってトリガ電極１７
とカソード１２との間に種火となるアークが点弧し、こ
のアークによってカソード１２に十分なエネルギが与え
られ、カソード１２はエロージョンされ、高融点物質か
らなる蒸気が発生しイオン化され、前記アークがカソー
ド１２とアークチャンバ１との間に移行し持続する。こ
の結果、アークチャンバ１内に高イオン化プラズマが生
成され、加速電圧によって引出し電極系８に引きつけら
れ、この引出し電極系８から所望のイオンビームが引出
される。
以上の構成によれば、真空アーク放電領域において、カ
ソード１２をイオン化物質をもって形成し、これを蒸発
源としているので、高融点金属、高融点元素および高融
点化合物などのイオン化が容易となるとともに、イオン
ビーム電流密度が増し、その大電流化が可能となる。
ソード１２をイオン化物質をもって形成し、これを蒸発
源としているので、高融点金属、高融点元素および高融
点化合物などのイオン化が容易となるとともに、イオン
ビーム電流密度が増し、その大電流化が可能となる。
前記アーク電源１１としては、通常１八〜１０００Ａの
範囲で定電流動作が可能で、トリガ電極１７に放電時の
アーク電圧として５〜１００ｖ供給できるものであれば
よい。また、アーク放電維持電流は、対象とするイオン
化物質の沸点、仕事関数と強い相関関係があり、沸点の
高いもの、仕事関数の大きいもの程大電流が必要で、一
般に次式で求めることができ、Ｔｉ テ５ＯＡ、 Ｚｒ
で７０Ａ、Ｈｆで１２０Ａ程度である。
範囲で定電流動作が可能で、トリガ電極１７に放電時の
アーク電圧として５〜１００ｖ供給できるものであれば
よい。また、アーク放電維持電流は、対象とするイオン
化物質の沸点、仕事関数と強い相関関係があり、沸点の
高いもの、仕事関数の大きいもの程大電流が必要で、一
般に次式で求めることができ、Ｔｉ テ５ＯＡ、 Ｚｒ
で７０Ａ、Ｈｆで１２０Ａ程度である。
Ｉ ＞ ａＴｖ Ｘ ｌｏｇλ
また、同一材料では、アーク電流値が低い程、イオン化
率が高＜、シかもアークチャンバ１内を汚さず、カソー
ド１２の寿命も長くなり都合がよい。
率が高＜、シかもアークチャンバ１内を汚さず、カソー
ド１２の寿命も長くなり都合がよい。
前述のアークが消弧した場合には、再度エアシリンダ１
４にてトリガＷ１極１７を再度駆動し、再点弧すればよ
い。
４にてトリガＷ１極１７を再度駆動し、再点弧すればよ
い。
また、前記エアシリンダ１４に代えて電磁石などを用い
てトリガ電極１７を機械的に駆動してもよい。更には、
トリガ電極１７を機械的に駆動せず、電気的に例えば抵
抗１８に代えてコンデンサと振動抑止抵抗とギャップス
イッチの直列回路を接続し、前記コンデンサを予じめ充
ｗｌ？！！源によって充電しておき、始動電源によりギ
ャップスイッチの始動電極に始動電圧を与え、ギャップ
スイッチに火花放電を生じさせ、これによってカソード
１２とトリガ電極との間で前記コンデンサの充電電圧に
基づいてアーク放電を生じさせるようにしてもよい。
てトリガ電極１７を機械的に駆動してもよい。更には、
トリガ電極１７を機械的に駆動せず、電気的に例えば抵
抗１８に代えてコンデンサと振動抑止抵抗とギャップス
イッチの直列回路を接続し、前記コンデンサを予じめ充
ｗｌ？！！源によって充電しておき、始動電源によりギ
ャップスイッチの始動電極に始動電圧を与え、ギャップ
スイッチに火花放電を生じさせ、これによってカソード
１２とトリガ電極との間で前記コンデンサの充電電圧に
基づいてアーク放電を生じさせるようにしてもよい。
また、カソード１２の数は、１個あればよいが複数個で
あってもよい。複数個の場合、それらの材質を異なるも
のとすれば、多成分のイオンビームを引出すことができ
る。
あってもよい。複数個の場合、それらの材質を異なるも
のとすれば、多成分のイオンビームを引出すことができ
る。
カソード１２として、Ｃなどのように特にアーク放電に
よるドロブレットの発生が多いものを用いる場合には、
カソード１２の表面に磁場を作り、この磁場によりアー
クスポットを高速で回転させることによりドロブレット
の発生を防ぐようにしてもよい。
よるドロブレットの発生が多いものを用いる場合には、
カソード１２の表面に磁場を作り、この磁場によりアー
クスポットを高速で回転させることによりドロブレット
の発生を防ぐようにしてもよい。
また、同じ目的で、アーク発生部と引出し電極系８との
間に隔壁を設け、磁場でプラズマを引出し電極系８側に
誘導するようにし、中性粒子であるドロブレットが引出
し電極系８に到達しないようにしてこれの保護を図って
もよい。
間に隔壁を設け、磁場でプラズマを引出し電極系８側に
誘導するようにし、中性粒子であるドロブレットが引出
し電極系８に到達しないようにしてこれの保護を図って
もよい。
更に、ドロブレットの発生は、カソード１２の法線に対
し、６０〜９０°の開き角に射出される割合が多いので
、アーク発生部と引出し電極系８との間に、しやへい壁
を設け、法線方向の成分のみが引出し電極系８に到達す
るようにしてもよいのは勿論である。
し、６０〜９０°の開き角に射出される割合が多いので
、アーク発生部と引出し電極系８との間に、しやへい壁
を設け、法線方向の成分のみが引出し電極系８に到達す
るようにしてもよいのは勿論である。
なお、上述の実施例では、各電極８１．８２および８３
として多孔式のものを用い面イオンビームを得るように
したものとしたが、これに代えて単孔式のものを用いて
スポットイオンビームを得るようにしてもよい。また、
引出し電極系８として、６枚の電極構成としたが、これ
が２枚あるいは１枚であってもよいのは勿論である。
として多孔式のものを用い面イオンビームを得るように
したものとしたが、これに代えて単孔式のものを用いて
スポットイオンビームを得るようにしてもよい。また、
引出し電極系８として、６枚の電極構成としたが、これ
が２枚あるいは１枚であってもよいのは勿論である。
（発明の効果）
以上詳述したように、この発明によれば高融点のイオン
化物質を効率よくイオン化することができ、均一性のよ
い大電流イオンビームを引出すことができる。
化物質を効率よくイオン化することができ、均一性のよ
い大電流イオンビームを引出すことができる。
なお、この発明によれば、アークチャンバ内の真空度を
１Ｏ−４Ｔｏｒｒ以下としても、真空アーク放電が可能
であり、したがって、このような高真空下でプラズマを
生成し、イオンビームを引出して例えば薄膜を形成すれ
ば、高純度の薄膜を形成することができるので都合がよ
い。
１Ｏ−４Ｔｏｒｒ以下としても、真空アーク放電が可能
であり、したがって、このような高真空下でプラズマを
生成し、イオンビームを引出して例えば薄膜を形成すれ
ば、高純度の薄膜を形成することができるので都合がよ
い。
第１図は、本発明の一実施例を示す断面図である。第２
図は、従来例を示す概略図である。 １：アークチャンバ、８：引出し電極系、９：加速電源
、１１：アーク電源、１２：カソード。
図は、従来例を示す概略図である。 １：アークチャンバ、８：引出し電極系、９：加速電源
、１１：アーク電源、１２：カソード。
Claims (1)
- アークチャンバ内において高融点のイオン化物質からな
るカソードを、真空アーク放電によりエロージヨンして
プラズマを生成し、これを引出し電極系をもつてイオン
ビームとして引出してなることを特徴とするイオン源装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4232887A JPS63211543A (ja) | 1987-02-25 | 1987-02-25 | イオン源装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4232887A JPS63211543A (ja) | 1987-02-25 | 1987-02-25 | イオン源装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63211543A true JPS63211543A (ja) | 1988-09-02 |
Family
ID=12632942
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4232887A Pending JPS63211543A (ja) | 1987-02-25 | 1987-02-25 | イオン源装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63211543A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08170182A (ja) * | 1994-08-03 | 1996-07-02 | Woodford Trading Ltd | 金属の表面処理方法及びこの方法によって処理された基板 |
| EP0810628A3 (de) * | 1996-05-31 | 1999-12-22 | Forschungszentrum Karlsruhe GmbH | Quelle zur Erzeugung von grossflächigen, gepulsten Ionen- und Elektronenstrahlen |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6086273A (ja) * | 1983-10-17 | 1985-05-15 | Tokyo Erekutoron Kk | イオン源装置 |
| JPS61225737A (ja) * | 1985-03-29 | 1986-10-07 | Hitachi Ltd | イオン源電極 |
| JPS63446B2 (ja) * | 1978-03-10 | 1988-01-07 | Takeda Chemical Industries Ltd |
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1987
- 1987-02-25 JP JP4232887A patent/JPS63211543A/ja active Pending
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