JP2000090844A - イオン源 - Google Patents
イオン源Info
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Landscapes
- Plasma Technology (AREA)
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 １価イオン発生時は勿論のこと多価イオン発
生時においても、第１プラズマ生成容器内に設けた陰極
の長寿命化を可能にする。 【解決手段】 陰極として、底面４４ａが閉じていて第
１プラズマ生成容器２の内外を仕切るカップ状陰極４４
を備えており、このカップ状陰極４４の底面４４ａ側を
第１プラズマ生成容器２内に挿入している。カップ状陰
極４４の内側に、電子および熱を放出するフィラメント
４６を配置しており、これをフィラメント電源２６で加
熱する。かつ、フィラメント４６とカップ状陰極４４と
の間に前者を負極側にして直流電圧Ｖ3 を印加する電子
加速電源５０を設けている。
生時においても、第１プラズマ生成容器内に設けた陰極
の長寿命化を可能にする。 【解決手段】 陰極として、底面４４ａが閉じていて第
１プラズマ生成容器２の内外を仕切るカップ状陰極４４
を備えており、このカップ状陰極４４の底面４４ａ側を
第１プラズマ生成容器２内に挿入している。カップ状陰
極４４の内側に、電子および熱を放出するフィラメント
４６を配置しており、これをフィラメント電源２６で加
熱する。かつ、フィラメント４６とカップ状陰極４４と
の間に前者を負極側にして直流電圧Ｖ3 を印加する電子
加速電源５０を設けている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、１価イオンや多
価イオンの発生に用いられるものであって、第１プラズ
マ生成容器内で生成したプラズマを用いて第２プラズマ
生成容器内でより高密度のプラズマを生成する、いわゆ
る２段放電型のイオン源に関し、より具体的には、当該
イオン源の陰極の長寿命化を可能にする手段に関する。
価イオンの発生に用いられるものであって、第１プラズ
マ生成容器内で生成したプラズマを用いて第２プラズマ
生成容器内でより高密度のプラズマを生成する、いわゆ
る２段放電型のイオン源に関し、より具体的には、当該
イオン源の陰極の長寿命化を可能にする手段に関する。
【０００２】
【従来の技術】この種のイオン源の一例が、例えば特開
平９−３５６５０号公報に開示されている。それを図２
および図３を参照して説明する。
平９−３５６５０号公報に開示されている。それを図２
および図３を参照して説明する。
【０００３】このイオン源は、ガス導入口４を有してい
て第１の陽極を兼ねていて中にプラズマ７を生成する第
１プラズマ生成容器２と、この第１プラズマ生成容器２
内に設けられていて電子を放出する陰極を構成するフィ
ラメント６と、第１プラズマ生成容器２に絶縁物３４を
介して隣接されていて第２の陽極を兼ねかつ中にプラズ
マ１６を生成する第２プラズマ生成容器１０と、両プラ
ズマ生成容器２、１０内を互いに連通させるノズル状の
中間電極８と、第２プラズマ生成容器１０内において中
間電極８の先端部８ａに対向して設けられた反射電極１
２と、第２プラズマ生成容器１０に設けられたイオン引
出し口１４と、このイオン引出し口１４の出口近傍に設
けられていて第２プラズマ生成容器１０内のプラズマ１
６から当該イオン引出し口１４を通してイオンビーム２
２を引き出す引出し電極２０と、この引出し電極２０お
よび両プラズマ生成容器２、１０を収納していて真空に
排気される真空容器４２と、第１プラズマ生成容器２内
から第２プラズマ生成容器１０内にかけての領域に中間
電極８の中心軸に沿う方向の磁界Ｂを発生させる磁界発
生器２４とを備えている。３２〜３６は絶縁物である。
て第１の陽極を兼ねていて中にプラズマ７を生成する第
１プラズマ生成容器２と、この第１プラズマ生成容器２
内に設けられていて電子を放出する陰極を構成するフィ
ラメント６と、第１プラズマ生成容器２に絶縁物３４を
介して隣接されていて第２の陽極を兼ねかつ中にプラズ
マ１６を生成する第２プラズマ生成容器１０と、両プラ
ズマ生成容器２、１０内を互いに連通させるノズル状の
中間電極８と、第２プラズマ生成容器１０内において中
間電極８の先端部８ａに対向して設けられた反射電極１
２と、第２プラズマ生成容器１０に設けられたイオン引
出し口１４と、このイオン引出し口１４の出口近傍に設
けられていて第２プラズマ生成容器１０内のプラズマ１
６から当該イオン引出し口１４を通してイオンビーム２
２を引き出す引出し電極２０と、この引出し電極２０お
よび両プラズマ生成容器２、１０を収納していて真空に
排気される真空容器４２と、第１プラズマ生成容器２内
から第２プラズマ生成容器１０内にかけての領域に中間
電極８の中心軸に沿う方向の磁界Ｂを発生させる磁界発
生器２４とを備えている。３２〜３６は絶縁物である。
【０００４】磁界発生器２４は、コイル、コイルを巻い
た磁極または永久磁石等であり、この例ではその先端部
が真空容器４２を貫通して真空容器４２内に挿入されて
いる。磁界Ｂの向きとは図示とは逆でも良い。
た磁極または永久磁石等であり、この例ではその先端部
が真空容器４２を貫通して真空容器４２内に挿入されて
いる。磁界Ｂの向きとは図示とは逆でも良い。
【０００５】フィラメント６は一捻りした棒状をしてお
り、その両端部に、その加熱用のフィラメント電源２６
が接続されている。フィラメント６の一端部と第２プラ
ズマ生成容器１０との間には、前者を負極側にして直流
のアーク電源２８が接続されている。
り、その両端部に、その加熱用のフィラメント電源２６
が接続されている。フィラメント６の一端部と第２プラ
ズマ生成容器１０との間には、前者を負極側にして直流
のアーク電源２８が接続されている。
【０００６】中間電極８は、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏ等の非磁性
の高融点金属から成り、第１プラズマ生成容器２と同電
位に保たれる。
の高融点金属から成り、第１プラズマ生成容器２と同電
位に保たれる。
【０００７】第２プラズマ生成容器１０と第１プラズマ
生成容器２ひいては中間電極８との間には、中間電極８
に第２プラズマ生成容器１０に対して負電圧を印加する
直流電源４０を接続している。前述したアーク電源２８
の出力電圧Ｖ1 とこの直流電源４０の出力電圧Ｖ2 との
関係は、第１プラズマ生成容器２内で生成したプラズマ
７中の電子を第２プラズマ生成容器１０内へ引き出し易
くするため、Ｖ1 ＞Ｖ2 に設定される。電源２６、２８
および４０は、実際は真空容器４２外に設けられてい
る。
生成容器２ひいては中間電極８との間には、中間電極８
に第２プラズマ生成容器１０に対して負電圧を印加する
直流電源４０を接続している。前述したアーク電源２８
の出力電圧Ｖ1 とこの直流電源４０の出力電圧Ｖ2 との
関係は、第１プラズマ生成容器２内で生成したプラズマ
７中の電子を第２プラズマ生成容器１０内へ引き出し易
くするため、Ｖ1 ＞Ｖ2 に設定される。電源２６、２８
および４０は、実際は真空容器４２外に設けられてい
る。
【０００８】反射電極１２は、図示例のようにどこにも
接続せずに浮遊電位にしても良いし、中間電極８または
フィラメント６に接続して中間電極電位または陰極（フ
ィラメント）電位に固定しても良い。
接続せずに浮遊電位にしても良いし、中間電極８または
フィラメント６に接続して中間電極電位または陰極（フ
ィラメント）電位に固定しても良い。
【０００９】このイオン源の動作を説明すると、フィラ
メント６を加熱し、ガス導入口４から第１プラズマ生成
容器２内にガスを導入すると、フィラメント６から放出
される電子がガス分子と衝突してそれを電離させ、それ
によってフィラメント６と第１プラズマ生成容器２間に
アーク放電が起こり、それによってガス分子が更に電離
されてプラズマ７が生成される。
メント６を加熱し、ガス導入口４から第１プラズマ生成
容器２内にガスを導入すると、フィラメント６から放出
される電子がガス分子と衝突してそれを電離させ、それ
によってフィラメント６と第１プラズマ生成容器２間に
アーク放電が起こり、それによってガス分子が更に電離
されてプラズマ７が生成される。
【００１０】プラズマ７中の電子は、直流電源４０の出
力電圧Ｖ2 によって、中間電極８を通してプラズマ生成
容器１０内に引き出され、中間電極８と反射電極１２と
の間を振動し、その間に、第１プラズマ生成容器２側か
ら中間電極８を通して流入してきているガス分子と衝突
し、第２プラズマ生成容器１０内で更に密度の高いプラ
ズマ１６を生成する。
力電圧Ｖ2 によって、中間電極８を通してプラズマ生成
容器１０内に引き出され、中間電極８と反射電極１２と
の間を振動し、その間に、第１プラズマ生成容器２側か
ら中間電極８を通して流入してきているガス分子と衝突
し、第２プラズマ生成容器１０内で更に密度の高いプラ
ズマ１６を生成する。
【００１１】このプラズマ１６から、引出し電極２０に
よる電界の作用によって、イオンビーム２２が引き出さ
れる。
よる電界の作用によって、イオンビーム２２が引き出さ
れる。
【００１２】このイオン源は、ノズル状の中間電極８に
よってプラズマ７を圧縮することができ、しかも中間電
極８−陽極１０−反射電極１２間をＰＩＧ（Penning Io
nization Gauge）構造としたことによって、第２プラズ
マ生成容器１０内におけるガスの電離効率を高めること
ができる。即ち、中間電極８を通して第２プラズマ生成
容器１０内に引き出された電子は、そこに印加されてい
る軸方向の磁界Ｂとこれに直角方向の陽極１０による電
界の作用を受けて、磁界Ｂの周りを旋回しながら、中間
電極８と反射電極１２との間を往復運動する。その結
果、当該電子とガス分子との衝突確率が大きくなってガ
スの電離効率が高まり、第２プラズマ生成容器１０内
に、第１プラズマ生成容器２内のプラズマ７に比べて高
密度のプラズマ１６を生成することができる。
よってプラズマ７を圧縮することができ、しかも中間電
極８−陽極１０−反射電極１２間をＰＩＧ（Penning Io
nization Gauge）構造としたことによって、第２プラズ
マ生成容器１０内におけるガスの電離効率を高めること
ができる。即ち、中間電極８を通して第２プラズマ生成
容器１０内に引き出された電子は、そこに印加されてい
る軸方向の磁界Ｂとこれに直角方向の陽極１０による電
界の作用を受けて、磁界Ｂの周りを旋回しながら、中間
電極８と反射電極１２との間を往復運動する。その結
果、当該電子とガス分子との衝突確率が大きくなってガ
スの電離効率が高まり、第２プラズマ生成容器１０内
に、第１プラズマ生成容器２内のプラズマ７に比べて高
密度のプラズマ１６を生成することができる。
【００１３】更にこの例では、第２プラズマ生成容器１
０内に生成されたプラズマ１６中のイオンは、直流電源
４０によって与えられるところの、第２プラズマ生成容
器１０と中間電極８間の電位差Ｖ2 によって加速され、
第２プラズマ生成容器１０内に突出させている中間電極
８の先端部８ａに衝突し、当該先端部８ａから二次電子
を放出させ、この二次電子も、中間電極８と反射電極１
２との間を振動しながらガスを電離させるので、第２プ
ラズマ生成容器１０内での高密度プラズマ１６の生成に
寄与する。
０内に生成されたプラズマ１６中のイオンは、直流電源
４０によって与えられるところの、第２プラズマ生成容
器１０と中間電極８間の電位差Ｖ2 によって加速され、
第２プラズマ生成容器１０内に突出させている中間電極
８の先端部８ａに衝突し、当該先端部８ａから二次電子
を放出させ、この二次電子も、中間電極８と反射電極１
２との間を振動しながらガスを電離させるので、第２プ
ラズマ生成容器１０内での高密度プラズマ１６の生成に
寄与する。
【００１４】このように、上記イオン源は、第１プラズ
マ生成容器２内で生成するプラズマ７の密度が比較的低
くても良く、しかもフィラメント６と第１プラズマ生成
容器２および中間電極８との間の電位差は上記Ｖ1 −Ｖ
2 となって低く（例えば２０〜４０Ｖ程度に）抑えられ
るので、プラズマ７中のイオンによるフィラメント６の
スパッタリングが抑えられる。従って、高い放電電圧を
必要とする多価イオン源としても有効である。
マ生成容器２内で生成するプラズマ７の密度が比較的低
くても良く、しかもフィラメント６と第１プラズマ生成
容器２および中間電極８との間の電位差は上記Ｖ1 −Ｖ
2 となって低く（例えば２０〜４０Ｖ程度に）抑えられ
るので、プラズマ７中のイオンによるフィラメント６の
スパッタリングが抑えられる。従って、高い放電電圧を
必要とする多価イオン源としても有効である。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】上記イオン源では、２
段放電型としたことによって、上述した理由から、プラ
ズマ７中のイオンによるフィラメント６のスパッタリン
グがある程度抑えられるけれども、フィラメント６は、
第２プラズマ生成容器１０内で生成するプラズマ１６中
のイオンによるスパッタリングをも受ける。これは、プ
ラズマ７中の電子を第２プラズマ生成容器１０内に向け
て加速するために、フィラメント６から第２プラズマ生
成容器１０内に向かって電位勾配が高くなっているの
で、この電位勾配によって逆に、プラズマ１６中のイオ
ンがフィラメント６に向けて加速されるからである。そ
の結果、このイオンによるスパッタリングを受けてフィ
ラメント６が損耗するので、フィラメント６の寿命が短
くなる。
段放電型としたことによって、上述した理由から、プラ
ズマ７中のイオンによるフィラメント６のスパッタリン
グがある程度抑えられるけれども、フィラメント６は、
第２プラズマ生成容器１０内で生成するプラズマ１６中
のイオンによるスパッタリングをも受ける。これは、プ
ラズマ７中の電子を第２プラズマ生成容器１０内に向け
て加速するために、フィラメント６から第２プラズマ生
成容器１０内に向かって電位勾配が高くなっているの
で、この電位勾配によって逆に、プラズマ１６中のイオ
ンがフィラメント６に向けて加速されるからである。そ
の結果、このイオンによるスパッタリングを受けてフィ
ラメント６が損耗するので、フィラメント６の寿命が短
くなる。
【００１６】特に、多価イオン発生時のように、第２プ
ラズマ生成容器１０内での多価イオン成分が多いと、こ
れら多価イオンは、１価イオンに比べてその価数倍だけ
高いエネルギーでフィラメント６に衝突するので、同じ
放電電流および同じ放電電圧であっても、多価イオンを
多く発生しているときの方がフィラメント６の寿命はよ
り短くなる。
ラズマ生成容器１０内での多価イオン成分が多いと、こ
れら多価イオンは、１価イオンに比べてその価数倍だけ
高いエネルギーでフィラメント６に衝突するので、同じ
放電電流および同じ放電電圧であっても、多価イオンを
多く発生しているときの方がフィラメント６の寿命はよ
り短くなる。
【００１７】また、フィラメント６に衝突するときのイ
オンのエネルギーは、第２プラズマ生成容器１０内およ
び第１プラズマ生成容器２内の動作ガス圧にも関係があ
り、多価イオン発生時のような低ガス圧時は、ガス分子
との衝突によるエネルギー損失が少ないので、フィラメ
ント６に衝突するときのイオンのエネルギーは平均とし
て大きくなる。従ってこの理由からも、多価イオン発生
時はフィラメント６の寿命がより短くなる。
オンのエネルギーは、第２プラズマ生成容器１０内およ
び第１プラズマ生成容器２内の動作ガス圧にも関係があ
り、多価イオン発生時のような低ガス圧時は、ガス分子
との衝突によるエネルギー損失が少ないので、フィラメ
ント６に衝突するときのイオンのエネルギーは平均とし
て大きくなる。従ってこの理由からも、多価イオン発生
時はフィラメント６の寿命がより短くなる。
【００１８】そこでこの発明は、１価イオン発生時は勿
論のこと多価イオン発生時においても、第１プラズマ生
成容器内に設けた陰極の長寿命化を可能にすることを主
たる目的とする。
論のこと多価イオン発生時においても、第１プラズマ生
成容器内に設けた陰極の長寿命化を可能にすることを主
たる目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】この発明のイオン源は、
前記陰極として、底面が閉じていて前記第１プラズマ生
成容器の内外を仕切るカップ状陰極を設けてこのカップ
状陰極の底面側を前記第１プラズマ生成容器内に挿入
し、このカップ状陰極の内側に電子および熱を放出する
フィラメントを配置し、かつこのフィラメントと前記カ
ップ状陰極との間に前者を負極側にして直流電圧を印加
する電子加速電源を設けたことを特徴としている。
前記陰極として、底面が閉じていて前記第１プラズマ生
成容器の内外を仕切るカップ状陰極を設けてこのカップ
状陰極の底面側を前記第１プラズマ生成容器内に挿入
し、このカップ状陰極の内側に電子および熱を放出する
フィラメントを配置し、かつこのフィラメントと前記カ
ップ状陰極との間に前者を負極側にして直流電圧を印加
する電子加速電源を設けたことを特徴としている。
【００２０】上記構成によれば、カップ状陰極は、その
内側に設けたフィラメントから放出され電子加速電源の
電圧によって加速された電子と、同フィラメントから放
出される熱（熱波）とによって、内側から加熱されて第
１プラズマ生成容器内に電子を放出し、陰極として作用
する。
内側に設けたフィラメントから放出され電子加速電源の
電圧によって加速された電子と、同フィラメントから放
出される熱（熱波）とによって、内側から加熱されて第
１プラズマ生成容器内に電子を放出し、陰極として作用
する。
【００２１】第１プラズマ生成容器内および第２プラズ
マ生成容器内で生成されたプラズマ中のイオンの一部
は、カップ状陰極をスパッタするけれども、このカップ
状陰極は、カップ状をしていて従来の棒状のフィラメン
トに比べて表面積が格段に大きいので、単位面積当たり
のイオンのスパッタ量は従来の棒状のフィラメントに比
べて格段に小さくなる。その結果、１価イオン発生時は
勿論のこと多価イオン発生時においても、このカップ状
陰極は従来の棒状のフィラメントに比べて寿命が格段に
長くなる。
マ生成容器内で生成されたプラズマ中のイオンの一部
は、カップ状陰極をスパッタするけれども、このカップ
状陰極は、カップ状をしていて従来の棒状のフィラメン
トに比べて表面積が格段に大きいので、単位面積当たり
のイオンのスパッタ量は従来の棒状のフィラメントに比
べて格段に小さくなる。その結果、１価イオン発生時は
勿論のこと多価イオン発生時においても、このカップ状
陰極は従来の棒状のフィラメントに比べて寿命が格段に
長くなる。
【００２２】
【発明の実施の形態】図１は、この発明に係るイオン源
の一例を正面方向から見て示す断面図である。図２の従
来例と同一または相当する部分には同一符号を付し、以
下においては当該従来例との相違点を主に説明する。イ
オン引出し口１４周りの側面は前記図３を参照するもの
とする。
の一例を正面方向から見て示す断面図である。図２の従
来例と同一または相当する部分には同一符号を付し、以
下においては当該従来例との相違点を主に説明する。イ
オン引出し口１４周りの側面は前記図３を参照するもの
とする。
【００２３】このイオン源は、従来例のフィラメント６
に代わるものとして、底面４４ａが閉じていて第１プラ
ズマ生成容器２の内外を仕切る（隔離する）カップ状陰
極４４を備えており、このカップ状陰極４４の底面４４
ａ側を第１プラズマ生成容器２内に挿入している。底面
４４ａはこの例では平面状をしている。このカップ状陰
極４４は、有底筒状の陰極であると言うこともできる。
このカップ状陰極４４は、例えばＴａ、Ｗ、Ｍｏ等の高
融点金属から成る。
に代わるものとして、底面４４ａが閉じていて第１プラ
ズマ生成容器２の内外を仕切る（隔離する）カップ状陰
極４４を備えており、このカップ状陰極４４の底面４４
ａ側を第１プラズマ生成容器２内に挿入している。底面
４４ａはこの例では平面状をしている。このカップ状陰
極４４は、有底筒状の陰極であると言うこともできる。
このカップ状陰極４４は、例えばＴａ、Ｗ、Ｍｏ等の高
融点金属から成る。
【００２４】前述したアーク電源２８の負極側はこのカ
ップ状陰極４４に接続されている。このカップ状陰極４
４の後部と第１プラズマ生成容器２との間には、両者間
を電気絶縁する機能（電気絶縁機能）および両者間のガ
ス漏れを防止する機能（ガス封止機能）を有する絶縁物
４８を介在させている。従って、第１プラズマ生成容器
２内に導入されたガスがカップ状陰極４４と第１プラズ
マ生成容器２との間から真空容器４２内に漏れ出すこと
はない。各部の真空度（ガス圧）は、例えば、第１プラ
ズマ生成容器２内が１０-2Ｔｏｒｒ台、第２プラズマ生
成容器１０内が１０-3Ｔｏｒｒ台、真空容器４２内が１
０-4〜１０-5Ｔｏｒｒ台である。
ップ状陰極４４に接続されている。このカップ状陰極４
４の後部と第１プラズマ生成容器２との間には、両者間
を電気絶縁する機能（電気絶縁機能）および両者間のガ
ス漏れを防止する機能（ガス封止機能）を有する絶縁物
４８を介在させている。従って、第１プラズマ生成容器
２内に導入されたガスがカップ状陰極４４と第１プラズ
マ生成容器２との間から真空容器４２内に漏れ出すこと
はない。各部の真空度（ガス圧）は、例えば、第１プラ
ズマ生成容器２内が１０-2Ｔｏｒｒ台、第２プラズマ生
成容器１０内が１０-3Ｔｏｒｒ台、真空容器４２内が１
０-4〜１０-5Ｔｏｒｒ台である。
【００２５】上記カップ状陰極４４の内側に、カップ状
陰極から電気的に絶縁して、電子および熱を放出するフ
ィラメント４６を配置している。このフィラメント４６
の両端には前述したようなフィラメント電源２６が接続
されており、このフィラメント電源２６によってフィラ
メント４６を通電加熱する。このフィラメント４６は、
第１プラズマ生成容器２の外側に、即ち真空容器４２内
の真空領域に位置している。
陰極から電気的に絶縁して、電子および熱を放出するフ
ィラメント４６を配置している。このフィラメント４６
の両端には前述したようなフィラメント電源２６が接続
されており、このフィラメント電源２６によってフィラ
メント４６を通電加熱する。このフィラメント４６は、
第１プラズマ生成容器２の外側に、即ち真空容器４２内
の真空領域に位置している。
【００２６】更に、上記フィラメント４６の一端部とカ
ップ状陰極４４との間にフィラメント４６側を負極側に
して直流電圧Ｖ3 を印加して、フィラメント４６から放
出された電子をカップ状陰極４４に向けて加速する電子
加速電源５０を設けている。
ップ状陰極４４との間にフィラメント４６側を負極側に
して直流電圧Ｖ3 を印加して、フィラメント４６から放
出された電子をカップ状陰極４４に向けて加速する電子
加速電源５０を設けている。
【００２７】このイオン源の動作例を説明すると、フィ
ラメント４６にフィラメント電源２６から例えば百数十
Ａ程度の電流を流して、フィラメント４６を十分な電子
放出温度まで加熱する。
ラメント４６にフィラメント電源２６から例えば百数十
Ａ程度の電流を流して、フィラメント４６を十分な電子
放出温度まで加熱する。
【００２８】これと同時に、フィラメント４６とカップ
状陰極４４との間に電子加速電源５０から例えば数十Ｖ
〜百数十Ｖ程度の直流電圧Ｖ3 を印加して、フィラメン
ト４６から放出された電子をカップ状陰極４４の内面に
向けて加速する。
状陰極４４との間に電子加速電源５０から例えば数十Ｖ
〜百数十Ｖ程度の直流電圧Ｖ3 を印加して、フィラメン
ト４６から放出された電子をカップ状陰極４４の内面に
向けて加速する。
【００２９】カップ状陰極４４は、上記加速エネルギー
を持った電子と、フィラメント４６から放出される熱
（熱波）とによって、内側から十分な電子放出温度まで
加熱されて第１プラズマ生成容器２内に電子を放出し、
陰極（傍熱型陰極）として作用する。即ち、カップ状陰
極４４と陽極を兼ねる第１プラズマ生成容器２との間で
アーク放電を生じさせてガスを電離させて前述したプラ
ズマ７を生成する。
を持った電子と、フィラメント４６から放出される熱
（熱波）とによって、内側から十分な電子放出温度まで
加熱されて第１プラズマ生成容器２内に電子を放出し、
陰極（傍熱型陰極）として作用する。即ち、カップ状陰
極４４と陽極を兼ねる第１プラズマ生成容器２との間で
アーク放電を生じさせてガスを電離させて前述したプラ
ズマ７を生成する。
【００３０】このプラズマ７中の電子が中間電極８を通
して第２プラズマ生成容器１０内に引き出され、より高
密度のプラズマ１６を生成し、このプラズマ１６からイ
オンビーム２２が引き出される作用は、前述した従来例
の場合と同様であるので、ここではその重複説明を省略
する。
して第２プラズマ生成容器１０内に引き出され、より高
密度のプラズマ１６を生成し、このプラズマ１６からイ
オンビーム２２が引き出される作用は、前述した従来例
の場合と同様であるので、ここではその重複説明を省略
する。
【００３１】第１プラズマ生成容器２内および第２プラ
ズマ生成容器１０内で生成されたプラズマ７、１６中の
イオンの一部は、従来例と同様、カップ状陰極４４に向
けて加速されてカップ状陰極４４をスパッタするけれど
も、このカップ状陰極４４は、カップ状をしていて従来
の棒状のフィラメント６に比べて表面積が格段に大きい
ので、単位面積当たりのイオンのスパッタ量は、従来の
棒状のフィラメント６に比べて格段に小さくなる。その
結果、１価イオン発生時は勿論のこと多価イオン発生時
においても、カップ状陰極４４は従来の棒状のフィラメ
ント６に比べて寿命が格段に長くなる。例えば、５〜６
倍の寿命を実現することも可能である。また、カップ状
陰極４４の厚みを増すことも容易であり、そのようにす
ればより長寿命化が可能になる。
ズマ生成容器１０内で生成されたプラズマ７、１６中の
イオンの一部は、従来例と同様、カップ状陰極４４に向
けて加速されてカップ状陰極４４をスパッタするけれど
も、このカップ状陰極４４は、カップ状をしていて従来
の棒状のフィラメント６に比べて表面積が格段に大きい
ので、単位面積当たりのイオンのスパッタ量は、従来の
棒状のフィラメント６に比べて格段に小さくなる。その
結果、１価イオン発生時は勿論のこと多価イオン発生時
においても、カップ状陰極４４は従来の棒状のフィラメ
ント６に比べて寿命が格段に長くなる。例えば、５〜６
倍の寿命を実現することも可能である。また、カップ状
陰極４４の厚みを増すことも容易であり、そのようにす
ればより長寿命化が可能になる。
【００３２】また、カップ状陰極４４の寿命が格段に長
くなることによって、この発明のイオン源を停止させず
に動作させることのできる時間も格段に長くなるので、
この発明のイオン源を用いたイオン注入装置等の装置の
生産性（スループット）も格段に向上する。
くなることによって、この発明のイオン源を停止させず
に動作させることのできる時間も格段に長くなるので、
この発明のイオン源を用いたイオン注入装置等の装置の
生産性（スループット）も格段に向上する。
【００３３】上記フィラメント４６は、第１プラズマ生
成容器２の外側に、即ち真空容器４２内の高真空領域に
置かれていて、イオン源動作ガスには曝されないので、
当該フィラメント４６とカップ状陰極４４との間でアー
ク放電が生起することはなく、即ちフィラメント４６は
放電陰極とはならないので、フィラメント４６へのイオ
ンのスパッタは無い。従って、イオンのスパッタによる
フィラメント４６の寿命低下は起こらない。
成容器２の外側に、即ち真空容器４２内の高真空領域に
置かれていて、イオン源動作ガスには曝されないので、
当該フィラメント４６とカップ状陰極４４との間でアー
ク放電が生起することはなく、即ちフィラメント４６は
放電陰極とはならないので、フィラメント４６へのイオ
ンのスパッタは無い。従って、イオンのスパッタによる
フィラメント４６の寿命低下は起こらない。
【００３４】なお、第２プラズマ生成容器１０に図３に
示す例のように蒸気導入口１８を設けておいて、そこか
ら第２プラズマ生成容器１０内に金属蒸気を導入するこ
とによって、第１プラズマ生成容器２側から引き出した
電子および中間電極８の先端部８ａから放出させた二次
電子を用いて、当該金属蒸気をイオン化させて、イオン
ビーム２２として金属イオンを引き出すことも可能であ
る。
示す例のように蒸気導入口１８を設けておいて、そこか
ら第２プラズマ生成容器１０内に金属蒸気を導入するこ
とによって、第１プラズマ生成容器２側から引き出した
電子および中間電極８の先端部８ａから放出させた二次
電子を用いて、当該金属蒸気をイオン化させて、イオン
ビーム２２として金属イオンを引き出すことも可能であ
る。
【００３５】引出し電極２０は、複数枚の電極で構成さ
れる場合もある。
れる場合もある。
【００３６】また、上記例と違って、イオン引出し口１
４を反射電極１２に設け、その外側近傍に引出し電極２
０を設けて、イオンビーム２２を第２プラズマ生成容器
１０等の軸方向に引き出すようにしても良い。
４を反射電極１２に設け、その外側近傍に引出し電極２
０を設けて、イオンビーム２２を第２プラズマ生成容器
１０等の軸方向に引き出すようにしても良い。
【００３７】
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、第１プ
ラズマ生成容器内に挿入したカップ状陰極は、カップ状
をしていて従来の棒状のフィラメントに比べて表面積が
格段に大きいので、単位面積当たりのイオンのスパッタ
量は従来の棒状のフィラメントに比べて格段に小さくな
る。その結果、１価イオン発生時は勿論のこと多価イオ
ン発生時においても、上記カップ状陰極は従来の棒状の
フィラメントに比べて寿命が格段に長くなる。
ラズマ生成容器内に挿入したカップ状陰極は、カップ状
をしていて従来の棒状のフィラメントに比べて表面積が
格段に大きいので、単位面積当たりのイオンのスパッタ
量は従来の棒状のフィラメントに比べて格段に小さくな
る。その結果、１価イオン発生時は勿論のこと多価イオ
ン発生時においても、上記カップ状陰極は従来の棒状の
フィラメントに比べて寿命が格段に長くなる。
【００３８】また、カップ状陰極の寿命が格段に長くな
ることによって、この発明のイオン源を停止させずに動
作させることのできる時間も格段に長くなるので、この
発明のイオン源を用いた装置の生産性も格段に向上す
る。
ることによって、この発明のイオン源を停止させずに動
作させることのできる時間も格段に長くなるので、この
発明のイオン源を用いた装置の生産性も格段に向上す
る。
【図１】この発明に係るイオン源の一例を正面方向から
見て示す断面図である。
見て示す断面図である。
【図２】従来のイオン源の一例を正面方向から見て示す
断面図である。
断面図である。
【図３】図１および図２のイオン源のイオン引出し口周
りを側面方向から見て示す断面図である。
りを側面方向から見て示す断面図である。
２ 第１プラズマ生成容器 ８ 中間電極 １０ 第２プラズマ生成容器 １２ 反射電極 １４ イオン引出し口 ２０ 引出し電極 ２４ 磁界発生器 ４２ 真空容器 ４４ カップ状陰極 ４６ フィラメント ５０ 電子加速電源
Claims (1)
- 【請求項１】 第１の陽極を兼ねていて中にプラズマを
生成する第１プラズマ生成容器と、この第１プラズマ生
成容器内に設けられていて電子を放出する陰極と、前記
第１プラズマ生成容器に絶縁物を介して隣接されていて
第２の陽極を兼ねかつ中にプラズマを生成する第２プラ
ズマ生成容器と、前記第１プラズマ生成容器と同電位の
ものであって前記第１および第２のプラズマ生成容器内
を互いに連通させるノズル状の中間電極と、前記第２プ
ラズマ生成容器内において前記中間電極の先端部に対向
して設けられていて浮遊電位、中間電極電位または陰極
電位に保たれる反射電極と、この反射電極または前記第
２プラズマ生成容器に設けられたイオン引出し口と、こ
のイオン引出し口の出口近傍に設けられていて前記第２
プラズマ生成容器内のプラズマから当該イオン引出し口
を通してイオンビームを引き出す引出し電極と、この引
出し電極ならびに前記第１および第２のプラズマ生成容
器を収納していて真空に排気される真空容器と、前記第
１プラズマ生成容器内から前記第２プラズマ生成容器内
にかけての領域に前記中間電極の中心軸に沿う方向の磁
界を発生させる磁界発生器とを備えるイオン源におい
て、前記陰極として、底面が閉じていて前記第１プラズ
マ生成容器の内外を仕切るカップ状陰極を設けてこのカ
ップ状陰極の底面側を前記第１プラズマ生成容器内に挿
入し、このカップ状陰極の内側に電子および熱を放出す
るフィラメントを配置し、かつこのフィラメントと前記
カップ状陰極との間に前者を負極側にして直流電圧を印
加する電子加速電源を設けたことを特徴とするイオン
源。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28194798A JP4029495B2 (ja) | 1998-09-16 | 1998-09-16 | イオン源 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28194798A JP4029495B2 (ja) | 1998-09-16 | 1998-09-16 | イオン源 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000090844A true JP2000090844A (ja) | 2000-03-31 |
| JP4029495B2 JP4029495B2 (ja) | 2008-01-09 |
Family
ID=17646140
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28194798A Expired - Fee Related JP4029495B2 (ja) | 1998-09-16 | 1998-09-16 | イオン源 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4029495B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2373919A (en) * | 2000-11-09 | 2002-10-02 | Nissin Electric Co Ltd | Ion source and operation method thereof |
| JP2006147599A (ja) * | 2000-11-30 | 2006-06-08 | Semequip Inc | イオン注入システム及び制御方法 |
| JP2012511104A (ja) * | 2008-12-04 | 2012-05-17 | ヴァリアン セミコンダクター イクイップメント アソシエイツ インコーポレイテッド | イオン注入制御のための励起ガス注入 |
| JP2014183040A (ja) * | 2013-03-15 | 2014-09-29 | Nissin Ion Equipment Co Ltd | イオン源、その運転方法および電子銃 |
| CN106498360A (zh) * | 2015-09-06 | 2017-03-15 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 离子形成容器以及离子源 |
-
1998
- 1998-09-16 JP JP28194798A patent/JP4029495B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2373919A (en) * | 2000-11-09 | 2002-10-02 | Nissin Electric Co Ltd | Ion source and operation method thereof |
| US6525482B2 (en) | 2000-11-09 | 2003-02-25 | Nissin Electric Co., Ltd. | Ion source and operation method thereof |
| JP2006147599A (ja) * | 2000-11-30 | 2006-06-08 | Semequip Inc | イオン注入システム及び制御方法 |
| JP2012511104A (ja) * | 2008-12-04 | 2012-05-17 | ヴァリアン セミコンダクター イクイップメント アソシエイツ インコーポレイテッド | イオン注入制御のための励起ガス注入 |
| JP2014183040A (ja) * | 2013-03-15 | 2014-09-29 | Nissin Ion Equipment Co Ltd | イオン源、その運転方法および電子銃 |
| CN106498360A (zh) * | 2015-09-06 | 2017-03-15 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 离子形成容器以及离子源 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4029495B2 (ja) | 2008-01-09 |
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