JP2000323052A - Carbon electrode for ion source device and ion source device - Google Patents
Carbon electrode for ion source device and ion source deviceInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、イオン注入装置な
どに組み込まれるイオン源装置の炭素電極（ターゲッ
ト）および、この炭素電極を用いるイオン源装置に関す
るものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a carbon electrode (target) of an ion source device incorporated in an ion implanter or the like, and an ion source device using the carbon electrode.
【０００２】[0002]
【従来の技術】イオン注入装置に組み込まれるイオン源
装置により、注入すべき元素をイオン化し、このイオン
を加速したイオンビームを金属表面に衝突させて、この
元素を金属内部に注入（打ち込み）して金属材料の表面
改質が行われている。この金属材料への注入イオン種と
して炭素（Ｃ）を用いられることが多く、Ｃイオンビー
ム単独、又はＣイオンビームと炭化物形成元素（例え
ば、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ等）イオンビームを組み
合わせたものを金属材料等へ注入して表面改質が行われ
ている。この表面改質により、金属材料の硬度、摩擦、
摩耗、疲労特性等の改善等が行われる。2. Description of the Related Art An element to be implanted is ionized by an ion source device incorporated in an ion implantation apparatus, and an ion beam accelerated by the ions is caused to collide with a metal surface to implant (implant) the element into the metal. Surface modification of metal materials has been carried out. Carbon (C) is often used as an ion species to be implanted into the metal material, and a C ion beam alone or a C ion beam and a carbide forming element (for example, Ti, Cr, Mo, W, V, etc.) ion beam are used. Surface modification is performed by injecting the combination into a metal material or the like. By this surface modification, the hardness, friction,
Improvements such as wear and fatigue characteristics are performed.
【０００３】イオン注入装置に組み込まれるイオン源装
置や、イオンスパッタリング装置等に用いられる炭素電
極（ターゲット）は、通常、以下の方法で製造されてい
る。原料のコークスを所定の粒度に粉砕し、この粉砕し
たコークス粉と結合剤ピッチを混合して混練後、所定の
形状に成形される。この成形体を焼成し、次に、黒鉛化
処理を行いた後に、炭素電極に機械加工される。或い
は、予め、粉砕した黒鉛粉と結合剤ピッチを混合して混
練後、所定の形状に成形される。この成形体を焼成した
後に、炭素電極に機械加工される。これら炭素電極（タ
ーゲット）には、高密度、純度の高い黒鉛で構成された
高密度の電極が要求されている。高純度化によりガス発
生量を少なくして安定してＣイオンを発生させると共
に、高密度化により発生させるＣイオン量を多くするも
のである。このため、現状使用されている黒鉛製の炭素
電極のかさ密度は最大１．８ｇ／ｃｍ3 が使用され、黒
鉛の不純物量は２００ｐｐｍ以下のものである。なお、
使用される炭素電極の黒鉛粉の平均粒子径は５から１０
μｍ程度のものが使用されている。A carbon electrode (target) used in an ion source device incorporated in an ion implantation device, an ion sputtering device, or the like is usually manufactured by the following method. The raw coke is pulverized to a predetermined particle size, the pulverized coke powder is mixed with a binder pitch, kneaded, and then formed into a predetermined shape. This compact is fired and then subjected to a graphitization treatment, and then machined into a carbon electrode. Alternatively, the ground graphite powder and the binder pitch are previously mixed and kneaded, and then formed into a predetermined shape. After firing this compact, it is machined into a carbon electrode. For these carbon electrodes (targets), high-density electrodes composed of graphite with high density and high purity are required. The purpose is to stably generate C ions by reducing the amount of gas generated by high purification and to increase the amount of C ions generated by high density. For this reason, the bulk density of currently used graphite carbon electrodes is 1.8 g / cm 3 at maximum, and the amount of graphite impurities is 200 ppm or less. In addition,
The average particle size of the graphite powder of the carbon electrode used is 5 to 10
Those having a size of about μm are used.
【０００４】一方、イオン源装置として、図６に示すよ
うな装置が用いられている。このイオン源装置１は、一
端が開口したア−クチャンバ２内に設けられたアーク放
電系３と加速電極系４から構成される。アーク放電系３
にはカソード５とアノード６が配設されいる。そして、
イオン源装置１からＣイオンを発生させる場合は、カソ
ード５に、前述の炭素電極（ターゲット）が用いられて
いる。On the other hand, an apparatus as shown in FIG. 6 is used as an ion source apparatus. The ion source device 1 includes an arc discharge system 3 and an accelerating electrode system 4 provided in an arc chamber 2 having one end opened. Arc discharge system 3
Is provided with a cathode 5 and an anode 6. And
When generating C ions from the ion source device 1, the above-mentioned carbon electrode (target) is used for the cathode 5.
【０００５】前記構成のイオン源装置１において、ア−
クチャンバ２内と、加速電極系４を挟んでア−クチャン
バ２の開口部２ａに連結されている図示しない処理室内
とを所望の真空度に排気した状態で、炭素電極（カソー
ド）５とアノード６との間でアーク放電７を行う。この
アーク放電７によって炭素電極５にエネルギーが与えら
れて炭素電極５の表面が蒸発し、炭素がイオン化されて
Ｃイオン８のプラズマが形成される。このプラズマが加
速電極系４側に引きつけられ、この加速電極系４の加速
電極部４ａを通過してして加速され、Ｃイオンビーム９
となる。このＣイオンビーム９が、前記処理室内に配置
された図示しない処理物（例えば、金属材料等）に注入
され、処理物の表面改質が行われる。In the ion source device 1 having the above-described structure,
While the inside of the work chamber 2 and the processing chamber (not shown) connected to the opening 2a of the work chamber 2 with the acceleration electrode system 4 interposed therebetween are evacuated to a desired degree of vacuum, the carbon electrode (cathode) 5 and the anode 6 The arc discharge 7 is performed between these steps. Energy is given to the carbon electrode 5 by the arc discharge 7, the surface of the carbon electrode 5 evaporates, carbon is ionized, and a plasma of C ions 8 is formed. This plasma is attracted to the accelerating electrode system 4 side, passes through the accelerating electrode section 4a of the accelerating electrode system 4, is accelerated, and is accelerated by the C ion beam 9.
Becomes The C ion beam 9 is injected into a processing object (not shown) (for example, a metal material) disposed in the processing chamber, and the surface of the processing object is modified.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、イオン
源装置に炭素電極を用いて金属材料等へＣイオンを注入
する場合、アーク放電時（Ｃイオン発生時）に、炭素電
極より多数の炭素粉（カーボンパーティクル）が発生す
る場合がある。この炭素粉が加速電極部に達して、この
加速電極部に付着すると、異常放電や短絡等のブレーク
ダウンが加速電極部で多発する問題がある。イオン源装
置にブレークダウンがひんぱんに生じると、イオン源装
置の電源の電圧が低下して、この電圧がもとにもどるの
を待って、再びアーク放電を発生させるため、このイオ
ン源装置を組み込んだイオン注入装置の安定運転ができ
なくなる問題がある。さらに、前記炭素粉がＣイオンを
注入する金属材料等の表面に付着すると、この炭素粉に
覆われた金属材料の部分へはＣイオンを注入することが
できなくなる問題がある。これに加えて、前記炭素電極
より多数の炭素粉が発生することにより、炭素電極の寿
命が低下する問題もある。この結果、炭素電極の取替え
により、イオン注入装置の稼働率が低下すると共に、炭
素電極の使用量が増加し、コストアップの要因となる。However, when carbon ions are implanted into a metal material or the like using a carbon electrode in an ion source device, a large amount of carbon powder (carbon ions) is generated from the carbon electrode during arc discharge (when C ions are generated). Carbon particles). When the carbon powder reaches the accelerating electrode portion and adheres to the accelerating electrode portion, there is a problem that breakdown such as abnormal discharge or short circuit frequently occurs in the accelerating electrode portion. When breakdown occurs frequently in the ion source device, the voltage of the power source of the ion source device is reduced, and after this voltage is restored, an arc discharge is generated again. However, there is a problem that stable operation of the ion implantation apparatus cannot be performed. Further, when the carbon powder adheres to the surface of a metal material or the like into which C ions are implanted, there is a problem in that C ions cannot be implanted into a portion of the metal material covered with the carbon powder. In addition, there is also a problem that the life of the carbon electrode is shortened due to the generation of a large amount of carbon powder from the carbon electrode. As a result, the replacement of the carbon electrode lowers the operation rate of the ion implantation apparatus, increases the amount of the carbon electrode used, and increases the cost.
【０００７】そこで本発明は、イオン注入装置などに組
み込まれるイオン源装置の炭素電極において、イオン源
装置の加速電極部におけるブレークダウン発生頻度を低
減すると共に、高寿命のイオン源装置用炭素電極を提供
することを目的とするものである。そして、この炭素電
極を用いるイオン源装置をイオン注入装置に組み込むこ
とによって、このイオン注入装置の安定運転をすること
ができるイオン源装置を提供することを目的とするもの
である。Accordingly, the present invention provides a carbon electrode for an ion source device incorporated in an ion implanter or the like, which reduces the frequency of occurrence of breakdown in the accelerating electrode portion of the ion source device and provides a carbon electrode for a long life ion source device. It is intended to provide. An object of the present invention is to provide an ion source device that can stably operate the ion implantation device by incorporating the ion source device using the carbon electrode into the ion implantation device.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ために、本発明のうちで請求項１記載の発明は、イオン
源装置用炭素電極であって、この炭素電極が黒鉛から構
成され、この炭素電極のかさ密度が１．８５ｇ／ｃｍ3
以上からなることを特徴とするものである。炭素電極の
かさ密度が１．８５ｇ／ｃｍ3 以上にすることによっ
て、アーク放電の際に発生する炭素粉の量を少なくする
ことができるので、加速電極部でのブレークダウン発生
頻度を低減できる共に、炭素電極の寿命を改善すること
ができる。さらに、アーク放電の際に発生する炭素粉の
粒子径を小さくすることが可能となり、加速電極部での
ブレークダウン発生頻度をさらに低減できる。通常、炭
素粉の粒子径が小さくなるほど、炭素粉の電気抵抗が大
きくなり、電流が流れにくくなるので、加速電極部での
ブレークダウンを防止することができるものである。Means for Solving the Problems In order to achieve the above-mentioned object, an invention according to claim 1 of the present invention is a carbon electrode for an ion source device, wherein the carbon electrode is made of graphite, The bulk density of this carbon electrode is 1.85 g / cm 3
It is characterized by comprising the above. By setting the bulk density of the carbon electrode to 1.85 g / cm 3 or more, the amount of carbon powder generated at the time of arc discharge can be reduced, so that the frequency of occurrence of breakdown at the acceleration electrode portion can be reduced. In addition, the life of the carbon electrode can be improved. Further, it is possible to reduce the particle size of the carbon powder generated at the time of arc discharge, and it is possible to further reduce the frequency of occurrence of breakdown at the acceleration electrode portion. Normally, as the particle size of the carbon powder becomes smaller, the electric resistance of the carbon powder becomes larger and the current becomes difficult to flow, so that breakdown at the acceleration electrode portion can be prevented.
【０００９】以下に、アーク放電の際に発生する炭素粉
の量を少なくすることと、炭素粉の粒子径を小さくでき
る理由を、図１により説明する。図１は炭素電極のアー
ク放電時の炭素粉の発生状況を説明する図であり、図ａ
は炭素電極の炭素材料のかさ密度が高密度（１．８５ｇ
／ｃｍ3 以上）の場合の例を示す図であり、図ｂは炭素
電極の炭素材料のかさ密度が低密度（１．８５ｇ／ｃｍ
3 未満）の場合の例を示す図である。Hereinafter, the reason why the amount of carbon powder generated during arc discharge can be reduced and the particle diameter of the carbon powder can be reduced will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a diagram for explaining the state of generation of carbon powder during arc discharge of a carbon electrode, and FIG.
Indicates that the bulk density of the carbon material of the carbon electrode is high (1.85 g
/ Cm 3 or more), and FIG. B shows that the bulk density of the carbon material of the carbon electrode is low (1.85 g / cm 3 ).
FIG. 9 is a diagram showing an example in the case of (less than 3 ).
【００１０】高密度の炭素電極の場合（図１の図ａ参
照）、炭素電極を構成する個々の炭素粒子間の隙間が小
さく（空隙が少ない）、炭素粒子同士の結合面積が大き
くなる。この結果、アーク放電によりによる炭素粒子同
士の剥離が生じにくなる。さらに、アーク放電により炭
素電極に消耗が生じても、炭素電極を構成する炭素粒子
が剥離するのみであり、炭素粉（カーボンパーティク
ル）の粒子径が小さくなる。このため、加速電極部での
ブレークダウン発生頻度が低減でき、炭素電極の寿命を
向上させることができる。一方、低密度の炭素電極の場
合（図１の図ｂ参照）、炭素電極を構成する個々の炭素
粒子間の隙間が大きい（空隙が大きい）。この結果、ア
ーク放電により、前記隙間で隔てられた炭素粒子群（図
ｂの点線で囲まれた部分）が一度に剥離して大きな粒状
の炭素粉を生じる場合が多くなる。このため、加速電極
部でのブレークダウン発生頻度が多くなり、炭素電極の
寿命を低下させることとなるものである。In the case of a high-density carbon electrode (see FIG. 1A), the gap between the individual carbon particles constituting the carbon electrode is small (the number of voids is small), and the bonding area between the carbon particles is large. As a result, the carbon particles are less likely to be separated from each other by the arc discharge. Furthermore, even if the carbon electrode is consumed by the arc discharge, only the carbon particles constituting the carbon electrode are separated, and the particle size of the carbon powder (carbon particles) is reduced. Therefore, the frequency of occurrence of breakdown at the accelerating electrode portion can be reduced, and the life of the carbon electrode can be improved. On the other hand, in the case of a low-density carbon electrode (see FIG. 1B), the gap between the individual carbon particles constituting the carbon electrode is large (the gap is large). As a result, the carbon particles (parts surrounded by the dotted lines in FIG. B) separated by the gap are often exfoliated at once by arc discharge to produce large granular carbon powder. For this reason, the frequency of occurrence of breakdown in the accelerating electrode portion increases, and the life of the carbon electrode is shortened.
【００１１】また請求項２記載の発明は、イオン源装置
用炭素電極であって、この炭素電極が平均粒子径が３μ
ｍ以下の黒鉛から構成されることを特徴とするものであ
る。炭素電極が平均粒子径が３μｍ以下の黒鉛から構成
されることによって、アーク放電の際に発生する炭素粉
の粒子径を小さくすることができるので、発生する炭素
粉の量を低減できるので炭素電極の寿命を向上させると
共に、加速電極部でのブレークダウン発生頻度を低減で
きる。このとき、前記炭素電極のかさ密度を１．８５ｇ
／ｃｍ3 以上にすることが好ましい（請求項３記載の発
明）。前述したように、炭素電極のかさ密度を１．８５
ｇ／ｃｍ3 以上にすることより、大きな粒状の炭素粉の
発生を防止できるからである。According to a second aspect of the present invention, there is provided a carbon electrode for an ion source device, wherein the carbon electrode has an average particle diameter of 3 μm.
m or less graphite. Since the carbon electrode is made of graphite having an average particle size of 3 μm or less, the particle size of the carbon powder generated at the time of arc discharge can be reduced, and the amount of generated carbon powder can be reduced. And the frequency of occurrence of breakdown at the accelerating electrode portion can be reduced. At this time, the bulk density of the carbon electrode was 1.85 g.
/ Cm 3 or more (the invention of claim 3). As described above, the bulk density of the carbon electrode is set to 1.85.
This is because by setting the g / cm 3 or more, the generation of large granular carbon powder can be prevented.
【００１２】次に、アーク放電の際に発生する炭素粉の
量を少なくできる理由を、図２により説明する。図２は
炭素電極のアーク放電時の炭素粉の発生状況を説明する
図であり、図ａは炭素電極の黒鉛の平均粒子径が小さい
場合（３μｍ以下）の場合の例を示す図であり、図ｂは
炭素電極の黒鉛の平均粒子径が大きい場合（３μｍを越
える）の場合の例を示す図である。Next, the reason why the amount of carbon powder generated at the time of arc discharge can be reduced will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a diagram for explaining the state of generation of carbon powder during arc discharge of a carbon electrode, and FIG. 2a is a diagram showing an example in the case where the average particle diameter of graphite of a carbon electrode is small (3 μm or less); FIG. B is a diagram showing an example in the case where the average particle diameter of graphite of the carbon electrode is large (exceeding 3 μm).
【００１３】黒鉛の平均粒子径が小さい炭素電極の場合
（図２の図ａ参照）、アーク放電により炭素電極に消耗
が生じたとき、炭素電極を構成する炭素粒子が剥離する
ので、黒鉛の平均粒子径が小さいほど、発生する炭素粉
の量の粒子径が小さくなる。この結果、アーク放電によ
り発生する炭素粉の量を少なくなる。このため、炭素電
極の寿命を向上させることができ、さらに、加速電極部
でのブレークダウン発生頻度を低減できる。一方、黒鉛
の平均粒子径が大きい炭素電極の場合（図２の図ｂ参
照）、アーク放電により発生する炭素粉の粒子径が大き
くなる。このため、炭素粉の発生量が多くなり、炭素電
極の寿命が低下し、そして、加速電極部でのブレークダ
ウン発生頻度を増加させる。In the case of a carbon electrode having a small average particle diameter of graphite (see FIG. 2A), when the carbon electrode is consumed by arc discharge, carbon particles constituting the carbon electrode are exfoliated. The smaller the particle size, the smaller the particle size of the amount of carbon powder generated. As a result, the amount of carbon powder generated by the arc discharge is reduced. For this reason, the life of the carbon electrode can be improved, and the frequency of occurrence of breakdown in the acceleration electrode portion can be reduced. On the other hand, in the case of a carbon electrode having a large average particle diameter of graphite (see FIG. 2B), the particle diameter of the carbon powder generated by the arc discharge increases. For this reason, the amount of generated carbon powder is increased, the life of the carbon electrode is reduced, and the frequency of occurrence of breakdown in the accelerating electrode portion is increased.
【００１４】本発明の炭素電極をイオン源装置に組み込
むことにより、このイオン源装置の加速電極部における
ブレークダウン発生頻度を低減すると共に、さらに、こ
のイオン源装置を組み込んだイオン注入装置は安定運転
をすることができる（請求項４の発明）。By incorporating the carbon electrode of the present invention into an ion source device, the frequency of occurrence of breakdown in the accelerating electrode portion of the ion source device is reduced, and furthermore, the ion implantation device incorporating the ion source device operates stably. (Invention of claim 4).
【００１５】[0015]
【実施例】本発明の実施例を、図示例とともに説明す
る。図３は、本発明の第１実施例におけるアーク放電時
のブレークダウン発生頻度を示す図であり、図４は、本
発明の第１実施例におけるアーク放電時の炭素電極の損
耗速度を示す図である。そして、図５は、本発明の第２
実施例におけるアーク放電時の炭素電極の損耗速度を示
す図である。An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 3 is a diagram showing the frequency of occurrence of breakdown during arc discharge in the first embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a diagram showing the wear rate of the carbon electrode during arc discharge in the first embodiment of the present invention. It is. FIG. 5 shows the second embodiment of the present invention.
It is a figure showing the rate of wear of the carbon electrode at the time of arc discharge in an example.
【００１６】まず、本発明の実施例に用いた炭素電極の
製造方法を説明する。コークスを原料に用い、このコー
クスを粉砕機により粉砕し、粒径の異なるコークス粉を
製造した。これらコークス粉に結合剤ピッチを混合して
混練後、所定の形状に成形し、その後、これら成形体を
焼成した。このとき、焼成した成形体を高密度化するた
めに、焼成した成形体にピッチを含浸して、このピッチ
を含浸した成形体を再び焼成した。なお、このピッチを
含浸・焼成工程を必要に応じて複数回行った。そして、
これら焼成した成形体を炭素電極素材形状に加工した
後、これら加工した炭素電極素材について高純度化処理
を行い、不純物が２００ｐｐｍ以下となる炭素電極素材
を製造した。さらに、これら炭素電極素材をイオン源装
置用炭素電極に加工し、イオン注入装置のイオン注入試
験に供した。First, a method for manufacturing a carbon electrode used in an embodiment of the present invention will be described. Using coke as a raw material, the coke was pulverized by a pulverizer to produce coke powders having different particle sizes. After mixing and kneading the binder pitch with these coke powders, they were molded into a predetermined shape, and then these molded bodies were fired. At this time, in order to increase the density of the fired molded body, the fired molded body was impregnated with the pitch, and the molded body impregnated with the pitch was fired again. The pitch was impregnated and fired a plurality of times as necessary. And
After processing these baked compacts into carbon electrode material shapes, these processed carbon electrode materials were subjected to a high purification treatment to produce carbon electrode materials having impurities of 200 ppm or less. Further, these carbon electrode materials were processed into carbon electrodes for an ion source device, and subjected to an ion implantation test of an ion implantation device.
【００１７】（第１実施例）上述の方法で製造したかさ
密度の異なる炭素電極を、図６に示すイオン源装置のカ
ソードに組み込んだ。このとき用いた黒鉛粉（コークス
粉）の粒度は−５μｍである。 ・試料１（発明例）：かさ密度１．９０ｇ／ｃｍ3 ・試料２（比較例）：かさ密度１．８２ｇ／ｃｍ3 ・試料３（比較例）：かさ密度１．７４ｇ／ｃｍ3 これら炭素電極（カソード）５を炭素ターゲット（蒸発
源）として、これら炭素電極５を真空アーク放電により
蒸発・イオン化して、加速電極部により加速し、ア−ク
チャンバ２の開口部２ａに連結されている図示しない処
理室にＣイオンビーム９を送り込んで、前記処理室内に
配置された図示しない金属材料にイオン注入を行った。
このとき、アーク放電時のブレークダウン発生頻度（図
３参照）と炭素電極の損耗速度（図４参照）を測定し
た。(First Embodiment) Carbon electrodes having different bulk densities manufactured by the above-described method were incorporated in a cathode of an ion source device shown in FIG. The particle size of the graphite powder (coke powder) used at this time is −5 μm. Sample 1 (Invention Example): bulk density 1.90 g / cm 3 Sample 2 (comparative example): bulk density 1.82 g / cm 3 Sample 3 (comparative example): bulk density 1.74 g / cm 3 These carbons Using the electrode (cathode) 5 as a carbon target (evaporation source), these carbon electrodes 5 are evaporated and ionized by vacuum arc discharge, accelerated by an accelerating electrode section, and connected to the opening 2a of the arc chamber 2. The C ion beam 9 was sent to a processing chamber that was not used, and ions were implanted into a metal material (not shown) disposed in the processing chamber.
At this time, the breakdown occurrence frequency during arc discharge (see FIG. 3) and the wear rate of the carbon electrode (see FIG. 4) were measured.
【００１８】アーク放電時のブレークダウン発生頻度
は、図３に示すように、かさ密度が１．９０ｇ／ｃｍ3
の試料１（発明例）は、比較例の試料２、３に比べて半
分以下となり、ブレークダウン発生頻度を著しく低減で
きることを確認した。As shown in FIG. 3, the frequency of occurrence of breakdown during arc discharge is such that the bulk density is 1.90 g / cm 3.
Sample 1 (inventive example) was less than half that of samples 2 and 3 of the comparative example, and it was confirmed that the frequency of occurrence of breakdown could be significantly reduced.
【００１９】さらに、図４に示すように、アーク放電時
の炭素電極の損耗速度も、発明例の試料１は、比較例の
試料２、３の約１／３であり、炭素電極の寿命を著しく
改善できることは明らかである。Further, as shown in FIG. 4, the wear rate of the carbon electrode at the time of arc discharge is about 1/3 of that of the sample 1 of the invention and that of the samples 2 and 3 of the comparative example. Clearly, significant improvements can be made.
【００２０】（第２実施例）第１実施例と同様に、上述
の方法で製造した平均粒子径の異なる黒鉛粉（コークス
粉）から構成される炭素電極を、図６に示すイオン源装
置のカソードに組み込んだ。このとき用いた炭素電極の
かさ密度は１．８５から１．９０ｇ／ｃｍ3の範囲であ
る。 ・試料４（発明例）：平均粒子径１μｍ ・試料５（発明例）：平均粒子径２μｍ ・試料６（比較例）：平均粒子径４μｍ ・試料７（比較例）：平均粒子径５μｍ 第１実施例と同じ条件で、これら炭素電極５を真空アー
ク放電により蒸発・イオン化して、加速電極部により加
速し、処理室にＣイオンビーム９を送り込んで、前記処
理室内の金属材料にイオン注入を行った。このとき、ア
ーク放電時の炭素電極の損耗速度（図５参照）を測定し
た。(Second Embodiment) As in the first embodiment, a carbon electrode made of graphite powder (coke powder) having different average particle diameters manufactured by the above-described method was used in the ion source apparatus shown in FIG. Incorporated in the cathode. The bulk density of the carbon electrode used at this time is in the range of 1.85 to 1.90 g / cm 3 . Sample 4 (Invention Example): Average particle diameter 1 μm Sample 5 (Invention Example): Average particle diameter 2 μm Sample 6 (Comparative Example): Average particle diameter 4 μm Sample 7 (Comparative Example): Average particle diameter 5 μm Under the same conditions as in the embodiment, these carbon electrodes 5 are vaporized and ionized by vacuum arc discharge, accelerated by the accelerating electrode section, and C ion beam 9 is sent into the processing chamber to implant ions into the metal material in the processing chamber. went. At this time, the rate of wear of the carbon electrode during arc discharge (see FIG. 5) was measured.
【００２１】図５に示すように、アーク放電時の炭素電
極の損耗速度は、黒鉛粉の平均粒子径が３μｍ以下の試
料４、５（発明例）は、比較例の試料６、７に比べて半
分以下となり、炭素電極の寿命を著しく改善されている
ことを確認した。このとき、発明例の試料４、５のブレ
ークダウン発生頻度も、比較例の試料６、７に比べて半
分であった。As shown in FIG. 5, the wear rate of the carbon electrode at the time of arc discharge was lower in Samples 4 and 5 (inventive examples) in which the average particle diameter of the graphite powder was 3 μm or less than in Samples 6 and 7 in Comparative Examples. It was confirmed that the life of the carbon electrode was remarkably improved. At this time, the breakdown frequency of Samples 4 and 5 of the invention example was also half that of Samples 6 and 7 of the comparative example.
【００２２】以上の実施例の結果より、かさ密度が１．
８５ｇ／ｃｍ3 以上の高密度の黒鉛から構成される炭素
電極、又は／および、平均粒子径が３μｍ以下の黒鉛粉
から構成される炭素電極をイオン源装置のカソードに組
み込むことにより、ブレークダウンの発生を抑制し、こ
のイオン源装置を組み込んだイオン注入装置の安定運転
を容易に行うことができる。さらに、炭素電極の寿命を
向上することができ、イオン注入装置の稼働率を増加さ
せると共に、炭素電極の使用量を減少させ、コスト低減
を図ることができる。According to the results of the above embodiment, the bulk density is 1.
By incorporating a carbon electrode composed of high-density graphite of 85 g / cm 3 or more and / or a graphite electrode composed of graphite powder having an average particle diameter of 3 μm or less into the cathode of the ion source device, the breakdown can be reduced. Generation can be suppressed, and stable operation of the ion implantation apparatus incorporating the ion source device can be easily performed. Further, the life of the carbon electrode can be improved, the operating rate of the ion implantation apparatus can be increased, and the amount of the carbon electrode used can be reduced, thereby reducing the cost.
【００２３】[0023]
【発明の効果】以上に説明したように、本発明のうち請
求項１記載の発明は、この炭素電極が黒鉛から構成さ
れ、この炭素電極のかさ密度を１．８５ｇ／ｃｍ3 以上
にすることによって、アーク放電の際に発生する炭素粉
の量を少なくすることができ、加速電極部でのブレーク
ダウン発生頻度を低減する共に、炭素電極の寿命を改善
することを可能とするものである。さらに、アーク放電
の際に発生する炭素粉の粒子径を小さくすることを可能
とし、加速電極部でのブレークダウン発生頻度をさらに
低減することを可能とするものである。As described above, according to the first aspect of the present invention, the carbon electrode is made of graphite, and the bulk density of the carbon electrode is 1.85 g / cm 3 or more. Accordingly, it is possible to reduce the amount of carbon powder generated at the time of arc discharge, to reduce the frequency of occurrence of breakdown at the accelerating electrode portion, and to improve the life of the carbon electrode. Further, it is possible to reduce the particle size of the carbon powder generated at the time of arc discharge, and to further reduce the frequency of occurrence of breakdown at the accelerating electrode portion.
【００２４】請求項２記載の発明は、炭素電極が平均粒
子径が３μｍ以下の黒鉛から構成されることによって、
アーク放電の際に発生する炭素粉の量を低減できると共
に、炭素粉の粒子径を小さくすることができ、炭素電極
の寿命を向上させると共に、加速電極部でのブレークダ
ウン発生頻度を低減することを可能とするものである。According to a second aspect of the present invention, the carbon electrode is made of graphite having an average particle diameter of 3 μm or less.
It is possible to reduce the amount of carbon powder generated at the time of arc discharge, reduce the particle size of carbon powder, improve the life of the carbon electrode, and reduce the frequency of occurrence of breakdown at the acceleration electrode. Is made possible.
【図１】炭素電極のアーク放電時の炭素粉の発生状況を
説明する図であり、図ａは炭素電極のかさ密度が高密度
（１．８５ｇ／ｃｍ3 以上）の場合の例を示す図であ
り、図ｂは炭素電極のかさ密度が高密度（１．８５ｇ／
ｃｍ3 未満）の場合の例を示す図である。BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is a view for explaining the state of generation of carbon powder during arc discharge of a carbon electrode, and FIG. A shows an example in the case where the bulk density of a carbon electrode is high (1.85 g / cm 3 or more). FIG. B shows that the bulk density of the carbon electrode is high (1.85 g /
FIG. 6 is a diagram showing an example of the case of (less than cm 3 ).
【図２】炭素電極のアーク放電時の炭素粉の発生状況を
説明する図であり、図ａは炭素電極の黒鉛粉の平均粒子
径が小さい場合（３μｍ以下）の場合の例を示す図であ
り、図ｂは炭素電極の黒鉛粉の平均粒子径が大きい場合
（３μｍを越える）の場合の例を示す図である。FIG. 2 is a diagram for explaining the state of generation of carbon powder during arc discharge of a carbon electrode, and FIG. A is a diagram showing an example of a case where the average particle size of graphite powder on a carbon electrode is small (3 μm or less). FIG. 2B is a diagram showing an example of a case where the average particle size of the graphite powder of the carbon electrode is large (exceeding 3 μm).
【図３】本発明の第１実施例におけるアーク放電時のブ
レークダウン発生頻度を示す図であり、図ａが炭素電極
のかさ密度が１．９０ｇ／ｃｍ3 の場合（試料１）、図
ｂがかさ密度が１．８２ｇ／ｃｍ3 の場合（試料２）、
図ｃがかさ密度が１．７４ｇ／ｃｍ3 の場合（試料２）
のブレークダウン発生頻度を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the frequency of occurrence of breakdown at the time of arc discharge in the first embodiment of the present invention. FIG. A shows a case where the bulk density of the carbon electrode is 1.90 g / cm 3 (sample 1), and FIG. When the bulk density is 1.82 g / cm 3 (sample 2),
Figure c shows the case where the bulk density is 1.74 g / cm 3 (sample 2)
FIG. 6 is a diagram showing the frequency of occurrence of breakdown.
【図４】本発明の第１実施例におけるアーク放電時の炭
素電極の損耗速度を示す図である。FIG. 4 is a view showing a wear rate of a carbon electrode during arc discharge in the first embodiment of the present invention.
【図５】本発明の第２実施例におけるアーク放電時の炭
素電極の損耗速度を示す図である。FIG. 5 is a view showing a wear rate of a carbon electrode during arc discharge in a second embodiment of the present invention.
【図６】イオン源装置の構成を示す断面模式図である。FIG. 6 is a schematic sectional view showing a configuration of an ion source device.
【符号の説明】 １ イオン源装置 ２ ア−クチャンバ ３ アーク放電系 ４ 加速電極系 ４ａ 加速電極部 ５ カソード（炭素電極） ６ アノード ７ アーク放電 ８ Ｃイオン ９ Ｃイオンビーム １０ トリガ[Description of Signs] 1 Ion source device 2 Arc chamber 3 Arc discharge system 4 Accelerating electrode system 4a Accelerating electrode unit 5 Cathode (carbon electrode) 6 Anode 7 Arc discharge 8 C ion 9 C ion beam 10 Trigger
フロントページの続き (72)発明者 坂下 由彦 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 Ｆターム(参考） 4K029 BA34 CA10 DE02 5C030 DD05 DE10 DG09 Continuation of the front page (72) Inventor Yoshihiko Sakashita 2-3-1 Shinhama, Arai-machi, Takasago-shi, Hyogo F-term in Kobe Steel, Ltd. Takasago Works (reference) 4K029 BA34 CA10 DE02 5C030 DD05 DE10 DG09
Claims (4)
炭素電極が黒鉛から構成され、この炭素電極のかさ密度
が１．８５ｇ／ｃｍ3 以上からなることを特徴とするイ
オン源装置用炭素電極。1. A carbon electrode for an ion source device, wherein the carbon electrode is made of graphite, and the bulk density of the carbon electrode is 1.85 g / cm 3 or more. electrode.
炭素電極が平均粒子径が３μｍ以下の黒鉛から構成され
ることを特徴とするイオン源装置用炭素電極。2. A carbon electrode for an ion source device, wherein the carbon electrode is made of graphite having an average particle diameter of 3 μm or less.
極のかさ密度が１．８５ｇ／ｃｍ3 以上であるイオン源
装置用炭素電極。3. A carbon electrode for an ion source device according to claim 2, wherein the bulk density of the carbon electrode for an ion source device is 1.85 g / cm 3 or more.
ン源装置用炭素電極を組み込むイオン源装置。4. An ion source device incorporating the carbon electrode for an ion source device according to claim 1.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11131167A JP2000323052A (en) | 1999-05-12 | 1999-05-12 | Carbon electrode for ion source device and ion source device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11131167A JP2000323052A (en) | 1999-05-12 | 1999-05-12 | Carbon electrode for ion source device and ion source device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000323052A true JP2000323052A (en) | 2000-11-24 |
Family
ID=15051585
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11131167A Pending JP2000323052A (en) | 1999-05-12 | 1999-05-12 | Carbon electrode for ion source device and ion source device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000323052A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009200048A (en) * | 2009-04-06 | 2009-09-03 | Toyo Tanso Kk | Graphite member for ion implanting device |
| US8673450B2 (en) | 2005-10-28 | 2014-03-18 | Toyo Tanso Co., Ltd. | Graphite member for beam-line internal member of ion implantation apparatus |
| US20140255621A1 (en) * | 2013-03-05 | 2014-09-11 | Lockheed Martin Corporation | Systems and methods for production of graphene by plasma-enhanced chemical vapor deposition |
-
1999
- 1999-05-12 JP JP11131167A patent/JP2000323052A/en active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8673450B2 (en) | 2005-10-28 | 2014-03-18 | Toyo Tanso Co., Ltd. | Graphite member for beam-line internal member of ion implantation apparatus |
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| US9242865B2 (en) * | 2013-03-05 | 2016-01-26 | Lockheed Martin Corporation | Systems and methods for production of graphene by plasma-enhanced chemical vapor deposition |
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