JP2000331620A

JP2000331620A - イオン源

Info

Publication number: JP2000331620A
Application number: JP11137321A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Senoo; 和洋妹尾
Original assignee: Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Nissin Electric Co Ltd
Priority date: 1999-05-18
Filing date: 1999-05-18
Publication date: 2000-11-30
Anticipated expiration: 2019-05-18
Also published as: JP4253925B2

Abstract

(57)【要約】【課題】イオン源の汚れに対する強度を高めて、その
安定稼動時間を長くする。【解決手段】このイオン源は、フィラメント８の二つ
の脚部８ａとプラズマ生成容器２との間を電気絶縁する
二つの絶縁体２４を備えている。各絶縁体２４は、プラ
ズマ生成容器２の壁面を挟んで内外から互いに嵌め合わ
された内側絶縁体２４ａおよび外側絶縁体２４ｂから成
る。かつこの各内側絶縁体２４ａを、互いに入り込んで
いて迷路を形成する二つの筒状絶縁体２４１ａおよび２
４２ａで構成している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、Ｕ字状のフィラ
メントをプラズマ生成容器内に設けた構造のイオン源に
関し、より具体的には、その汚れに対する強度を高め
て、安定稼動時間を長くする手段に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種のイオン源の一例が、例えば特開
平９−３５６４８号公報に開示されている。それを図１
５〜図１８を参照して説明する。

【０００３】このイオン源は、バーナス（Ｂｅｒｎｕ
ｓ）型イオン源と呼ばれるものであり、陽極を兼ねてい
てガス導入口６からイオン源ガスが導入されるプラズマ
生成容器２と、このプラズマ生成容器２の一方側内にそ
の壁面を貫通して設けられたＵ字状のフィラメント８
と、プラズマ生成容器２の他方側内にフィラメント８に
対向するように設けられた反射電極１０とを備えてい
る。プラズマ生成容器２は、金属、より具体的にはモリ
ブデン（Ｍｏ）等の高融点金属で作られている。

【０００４】プラズマ生成容器２の壁面には、フィラメ
ント８と反射電極１０とを結ぶ軸に沿う方向に長いイオ
ン引出しスリット４が設けられている。このイオン引出
しスリット４の出口付近には、プラズマ生成容器２内か
ら（より具体的にはそこに生成されるプラズマ１２か
ら）イオンビーム１６を引き出す引出し電極１４が設け
られている。プラズマ生成容器２の外部には、その上記
軸に沿う方向に磁界Ｂを発生させる磁界発生器１８が設
けられている。

【０００５】なお、フィラメント８の向きは、図１５は
フィラメント電源２０との接続を明らかにするために便
宜的に示したものであり、実際上は図１６および図１７
に示すように、Ｕ字状に曲げたフィラメント８を含む面
がイオン引出しスリット４にほぼ平行になるように配置
されている。

【０００６】フィラメント８の両端には、図１５に示す
ように、当該フィラメント８を加熱するためのフィラメ
ント電源２０が接続される。フィラメント８の一端とプ
ラズマ生成容器２との間には、両者間でアーク放電を生
じさせるためのアーク電源２２が、前者を負極側にして
接続される。フィラメント電源２０の出力電圧は例えば
３Ｖ前後、アーク電源２２の出力電圧は例えば１００Ｖ
前後である。

【０００７】フィラメント８に印加される上記電圧を絶
縁するために、フィラメント８（具体的にはその二つの
脚部８ａ）がプラズマ生成容器２を貫通する部分に、フ
ィラメント８とプラズマ生成容器２との間を電気絶縁す
る二つの概ね円筒状をした絶縁体２４を設けている。各
絶縁体２４は、この例では図１６に示すように、概ね円
筒状をしていてプラズマ生成容器２の壁面を挟んで内外
から互いに嵌め合わされた内側絶縁体２４ａおよび外側
絶縁体２４ｂで構成されている。両絶縁体２４ａおよび
２４ｂの中心部には、フィラメント８を貫通させてそれ
を保持するフィラメントフィードスルー２８が設けられ
ている。このフィラメントフィードスルー２８は導体、
より具体的にはモリブデン等の高融点金属から成る。

【０００８】反射電極１０は、この例では図１６に示す
ように有底円筒状をしており、反射電極側絶縁体３０、
支持棒３２およびナット３４によって、プラズマ生成容
器２に電気的に絶縁して取り付けられている。この反射
電極１０は、フィラメント８から放出された電子をはね
返す作用をするものであり、図１５に示す例のようにど
こにも接続せずに浮遊電位にしても良いし、フィラメン
ト８に接続してフィラメント電位に固定しても良い。浮
遊電位にしても、この反射電極１０には、プラズマ１２
中の軽くて移動度の高い電子が、イオンよりも遙かに多
く入射して負電位に帯電するので、フィラメント８から
放出された電子をはね返す作用をする。

【０００９】反射電極側絶縁体３０は、この例では、プ
ラズマ生成容器２の壁面を挟んで内外から互いに嵌め合
わされた内側絶縁体３０ａおよび外側絶縁体３０ｂで構
成されている。

【００１０】このような反射電極１０を設けておくと、
フィラメント８から放出された電子は、プラズマ生成容
器２内に印加されている軸方向の磁界Ｂおよびこれに直
角方向の電界の作用を受けて、磁界Ｂの周りを旋回しな
がら、フィラメント８と反射電極１０との間を往復運動
するようになり、その結果、当該電子とガス分子との衝
突確率が高くなってガスの電離効率が高まり、プラズマ
生成容器２内に密度の高いプラズマ１２を生成すること
ができる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上記イオン源の稼動を
続けると、プラズマ生成容器２内に露出している部分
に、導電性の薄い汚れ膜が付着する。この汚れ膜は、例
えば、プラズマ生成容器２内に導入したガスが分解し
て生じたもの、あるいは当該ガスとプラズマ生成容器
２等を構成する金属とが反応して生じたもの、等であ
る。より具体例を示すと、ホウ素イオンビームを引き出
すためにプラズマ生成容器２内にフッ化ホウ素（Ｂ
Ｆ₃）ガスを導入すると、そのフッ素とプラズマ生成容
器２を構成する例えばモリブデンとが反応した導電性の
汚れ膜が生じる。

【００１２】ここで、プラズマ生成容器２内に露出して
いる二つの内側絶縁体２４ａに着目すると、当然これら
の表面にも、上記汚れ膜が付着する。そしてイオン源の
稼動時間が長くなって汚れが進むと、この導電性の汚れ
膜によって内側絶縁体２４ａが絶縁不良を起こす。そう
なると、例えば、フィラメント８とプラズマ生成容器２
との間に前述したアーク放電用電圧を安定して印加して
アーク放電を安定して発生させることや、フィラメント
８を安定して通電加熱することができなくなり、ひいて
は当該イオン源を安定して稼動させることが困難にな
る。

【００１３】イオン源の汚れが進むと、上記内側絶縁体
２４ａ以外の絶縁部分でも、例えば上記反射電極側絶縁
体３０の部分でも、その絶縁強度が低下して、イオン源
を安定して稼動させることが困難になる。

【００１４】そこでこの発明は、上記のようなイオン源
の汚れに対する強度を高めて、その安定稼動時間を長く
することを主たる目的としている。

【００１５】

【課題を解決するための手段】この発明に係るイオン源
の一つは、前記各内側絶縁体を、互いに入り込んでいて
迷路を形成する二つの筒状絶縁体で構成していることを
特徴としている（請求項１）。

【００１６】上記構成によれば、迷路の部分には汚れが
付着しにくくなるので、汚れによる内側絶縁体の絶縁強
度低下を防ぐことができる。これによって、アーク放電
の安定化およびフィラメント通電の安定化を図ることが
できるので、イオン源の安定稼動時間を長くすることが
できる。

【００１７】この発明に係るイオン源の一つは、前記プ
ラズマ生成容器の外部において前記フィラメントの脚部
に接続されていて同フィラメントに給電する給電導体の
一部分を、当該脚部の近くにおいて、他よりも小断面積
にしていることを特徴としている（請求項２）。

【００１８】フィラメントの温度がある一定値より低い
と、プラズマ生成容器を構成する金属等から成る汚れが
フィラメントとフィラメントフィードスルーとの間に入
り込み、フィラメントフィードスルーを通ってフィラメ
ント電流が流れるようになる。この電流は不安定であ
り、結果的にビーム電流を不安定にする。

【００１９】これに対して上記構成によれば、給電導体
の小断面積にした部分がフィラメントへの通電によって
発熱し、その熱がフィラメントの脚部に伝わるので、当
該脚部が高温になり、ひいてはフィラメントフィードス
ルーも高温になり、それによってプラズマ生成容器構成
金属等の汚れがフィラメントとフィラメントフィードス
ルーとの間に付着することを防ぐことができる。これに
よって、フィラメント電流を安定化することができるの
で、イオン源の安定稼動時間を長くすることができる。

【００２０】この発明に係るイオン源の一つは、前記プ
ラズマ生成容器内にフィラメントの脚部を横切るように
設けられていて電子をはね返す反射板を備えている場合
に、当該反射板を、フィラメントの各脚部をそれぞれ囲
んでおり、かつプラズマ生成容器の壁面から離された２
枚の互いに分離された反射板で構成していることを特徴
としている（請求項３）。

【００２１】上記反射板を絶縁物製とする場合がある
が、絶縁物製としても、その汚れが進むと、絶縁不良を
起こし、その表面がプラズマ生成容器に導通してそれと
同じ電位になる等して、その表面の電位が変動する。そ
れによって、フィラメントから放出された電子をはね返
す作用が不安定になり、結果的にビーム電流を不安定に
する。

【００２２】これに対して上記構成によれば、上記反射
板を、フィラメントの各脚部をそれぞれ囲んでおり、か
つプラズマ生成容器の壁面から離された２枚の互いに分
離された反射板で構成しているので、各反射板の表面が
汚れても、フィラメントの脚部間や、フィラメントとプ
ラズマ生成容器間の絶縁破壊が起こりにくくなる。これ
によって、反射板の電位を安定化して電子をはね返す作
用を安定化することができるので、イオン源の安定稼動
時間を長くすることができる。

【００２３】この発明に係るイオン源の一つは、前記反
射電極側絶縁体のプラズマ生成容器外に出ている部分
を、保護カバーで覆っていることを特徴としている（請
求項４）。

【００２４】反射電極側絶縁体の上記部分にも汚れが付
着する。そして当該部分が汚れて、反射電極とプラズマ
生成容器との間の電気絶縁が破壊されると、反射電極の
電子をはね返す作用が低下し、それによってビーム電流
が低下するので、結果的にビーム電流が不安定になる。

【００２５】これに対して上記構成によれば、保護カバ
ーを設けることによって、その内側に熱がこもって上記
反射電極側絶縁体は高温に保たれるようになるので、汚
れの付着を抑制することができる。その結果、反射電極
によって電子をはね返す作用を安定化することができる
ので、イオン源の安定稼動時間を長くすることができ
る。

【００２６】この発明に係るイオン源の一つは、前記プ
ラズマ生成容器の内面であって、前記反射電極の反射面
付近に位置する領域および前記フィラメントの先端部付
近に位置する領域の少なくとも一方に、溝または複数の
穴を設けていることを特徴としている（請求項５）。

【００２７】プラズマ生成容器の内面の汚れが進むと、
汚れが膜状になって剥がれ、それが反射電極とプラズマ
生成容器との間や、フィラメントとプラズマ生成容器と
の間をつないで（架け渡して）しまい、それらの間の絶
縁が破壊される。そうなると、前記と同様の理由から、
反射電極が電子をはね返す作用やアーク放電が不安定に
なり、結果的にビーム電流を不安定にする。

【００２８】これに対して上記構成によれば、プラズマ
生成容器の内面に設けた溝または穴が楔の作用をするの
で、汚れ膜が剥がれにくくなる。その結果、反射電極や
フィラメントとプラズマ生成容器との間の絶縁を長く良
好に保つことができるので、イオン源の安定稼動時間を
長くすることができる。

【００２９】

【発明の実施の形態】図１は、この発明に係るイオン源
の一例をイオンビーム引き出し方向側から見て部分的に
示す断面図である。図２は、図１中の内側絶縁体の拡大
断面図である。図１５〜図１８に示した従来例と同一ま
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。

【００３０】このイオン源においては、前述した各内側
絶縁体２４ａを、互いに入り込んでいて迷路６１を形成
する二つの筒状絶縁体２４１ａおよび２４２ａで構成し
ている。

【００３１】上記筒状絶縁体２４１ａおよび２４２ａ
は、例えば、窒化ホウ素またはアルミナ等の絶縁体から
成る。また、プラズマ生成容器２側の筒状絶縁体２４２
ａを窒化ホウ素またはアルミナ等の絶縁体で構成し、他
方の筒状絶縁体２４１ａをモリブデン、タンタル、タン
グステン等の高融点金属で構成しても良い。

【００３２】上記構成によれば、内側絶縁体２４ａに汚
れが付着したとしても、迷路６１の部分には汚れが付着
しにくいので、迷路６１の部分で絶縁を保つことができ
る。従って、前述した導電性の汚れ膜による内側絶縁体
２４ａの絶縁強度低下を防ぐことができる。これによっ
て、アーク放電の安定化およびフィラメント通電の安定
化を図ることができるので、イオン源の安定稼動時間を
長くすることができる。

【００３３】具体的には、図１６に示した従来のイオン
源に比べて、安定稼動時間を２〜３倍以上に延長するこ
とが可能になった。特に、アーク電流の非常に小さい
（例えば１０ｍＡ程度の）条件での運転時には、従来は
２日程度しか運転することができなかったのに対して、
上記構造を採用したことによって、１０日以上の安定性
を保つことができた。

【００３４】ところで、上記内側絶縁体２４ａは汚れが
進むと、その汚れによって、筒状絶縁体２４１ａはフィ
ラメント８と同電位になる一方、筒状絶縁体２４２ａは
プラズマ生成容器２と同電位になる。ところが、プラズ
マ生成容器２の内部は、イオン源ガスが導入されるので
真空度が悪く、従って上記電位差で、上記迷路６１の部
分のギャップ５８においてアーク放電を起こす恐れが無
いとは言えない。この放電は、量としては小さいけれど
も、イオン源の安定動作の点からは好ましくない。

【００３５】従って、上記ギャップ５８の距離（大き
さ）は、０．５ｍｍ以下にするのが好ましい。そのよう
にすれば、ガス圧との関係でギャップ５８が小さ過ぎて
アーク放電を起こしにくくなる。しかも、汚れそのもの
もギャップ５８の内部に入りにくくなる。従って、イオ
ン源の安定稼動時間をより長くすることが可能になる。

【００３６】なお、図１６に示した内側絶縁体２４ａを
ソロバン玉のような構造にして沿面距離を大きくした従
来例も存在するけれども、そのようにしても、内側絶縁
体２４ａの表面がプラズマ１２に直接曝されるので、そ
の表面に汚れが付着しやすい。従って、この発明の上記
構造に比べれば、絶縁劣化を起こしやすい。

【００３７】上記内側絶縁体２４ａの迷路６１の部分
は、図１および図２に示す２段よりも多くしても良い。
例えば、図３に示す外側絶縁体２４ｂと同様に、３段に
しても良い。そのようにすれば、絶縁強度をより高める
ことが可能になる。

【００３８】前述した各外側絶縁体２４ｂも、図１また
は図３に示す例のように、互いに入り込んでいて迷路６
２を形成する二つの筒状絶縁体２４１ｂおよび２４２ｂ
で構成しても良い。そのようにすれば、外側絶縁体２４
ｂに関しても、導電性の汚れ膜付着による絶縁強度低下
を防ぐことができるので、イオン源の安定稼動時間をよ
り長くすることが可能になる。迷路６２の部分は、図１
に示した例のように２段でも良いし、図３に示す例のよ
うに３段でも良い。後者の方がより絶縁強度が向上す
る。

【００３９】上記筒状絶縁体２４１ｂおよび２４２ｂ
は、例えば、窒化ホウ素またはアルミナ等の絶縁体から
成る。また、プラズマ生成容器２側の筒状絶縁体２４２
ｂを窒化ホウ素またはアルミナ等の絶縁体で構成し、他
方の筒状絶縁体２４１ｂをモリブデン、タンタル、タン
グステン等の高融点金属で構成しても良い。

【００４０】上記外側絶縁体２４ｂの迷路６２の部分の
ギャップ６０も、内側絶縁体２４ａについて述べたのと
同様の理由から、０．５ｍｍ以下にするのが好ましい。

【００４１】次に、この発明に係るイオン源の他の例を
説明する。前述した各フィラメントフィードスルー２８
は、従来は、例えば図１に示すように、フィラメント８
（より具体的にはその脚部８ａ）を通す単一内径（即ち
内径がどこも同じ大きさの）穴２８ａを有している。こ
の穴２８ａの直径は、フィラメント８の脚部８ａがきっ
ちり通るように、脚部８ａの外径よりも僅かに大きくし
ているだけである。これは、プラズマ生成容器２内に導
入されたイオン源ガスが、両者の隙間から抜け出さない
ようにするためである。例えば、フィラメント８の脚部
８ａの外径が２ｍｍφの場合、穴２８ａの直径は２．１
ｍｍφ程度にしている。

【００４２】上記構造では、フィラメント８からフィラ
メントフィードスルー２８への、ひいてはプラズマ生成
容器２の壁面への熱伝導が大きいので、その分、フィラ
メント８に多くのフィラメント電流を流さなければなら
ず、その結果、前述したフィラメント電源２０の容量も
大きなものが必要になるという課題がある。しかし、上
述したガスの抜け出し防止の理由から、フィラメントフ
ィードスルー２８の穴２８ａを単純に大きくすることは
できない。

【００４３】この課題を解決するためには、図４に示す
例のように、上記フィラメントフィードスルー２８の穴
２８ａの一部分に、具体的にはプラズマ生成容器内側端
部から途中までに、他の部分よりも直径の大きい大径部
２８ｂを形成しておけば良い。この大径部２８ｂは、い
わゆるザグリ穴と呼ばれるものである。

【００４４】この構造によれば、フィラメント８とフィ
ラメントフィードスルー２８との間の接触面積が小さく
なって、フィラメント８からフィラメントフィードスル
ー２８への熱伝導が小さくなるので、その分、フィラメ
ント８に流す電流を、ひいてはフィラメント電源２０の
容量を、小さくすることができる。しかも、大径部２８
ｂ以外の部分の穴２８ａの直径を大きくしなくて済むの
で、ガスの抜け出しを防止することができる。

【００４５】次に、この発明に係るイオン源の更に他の
例を説明する。上記フィラメント８へのフィラメント電
源２０からの給電は、従来は図１９および図２０に示す
ように、フィラメント８の二つの脚部８ａにそれぞれ接
続された２本の給電導体３６によって行う構造をしてい
る。各給電導体３６の途中には、熱変形等を吸収するた
めに、切れ目３８を設けてそこをばね導体４０でつない
でいる。各給電導体３６は、フィラメント８からの伝熱
によって高温になるので、モリブデンのような高融点金
属で形成している。また各給電導体３６は、従来は、太
く作り、なるべくその部分で熱を発生させない構造にし
ている。

【００４６】ところで、上記のようなイオン源において
は、フィラメント８の温度がある一定値より低いと、プ
ラズマ生成容器２を構成する金属（例えばモリブデン）
等から成る汚れがフィラメント８とフィラメントフィー
ドスルー２８との間に入り込み、フィラメントフィード
スルー２８を通ってフィラメント電流が流れるようにな
る。この電流は不安定であり、結果的にビーム電流を不
安定にする。

【００４７】この課題を解決するためには、図５および
図６に示す例のように、上記給電導体３６の一部分３６
ａを、フィラメント８の脚部８ａの近くにおいて、他よ
りも小断面積にしておけば良い。小断面積にするために
は、図５および図６に示す例のように、当該一部分３６
ａを削って薄くしても良いし、当該一部分３６ａを細く
（例えば直径で言えば８ｍｍφ程度以下に）しても良
い。

【００４８】上記構造によれば、給電導体３６の小断面
積にした一部分３６ａが、フィラメント８への通電によ
って発熱し、その熱がフィラメント８の脚部８ａに伝わ
るので、当該脚部８ａが高温になり、ひいてはフィラメ
ントフィードスルー２８も高温になり、それによってプ
ラズマ生成容器構成金属等の汚れがフィラメント８とフ
ィラメントフィードスルー２８との間に付着するのを防
ぐことができる。これによって、フィラメント電流を安
定化することができるので、イオン源の安定稼動時間を
長くすることができる。

【００４９】次に、この発明に係るイオン源の更に他の
例を説明する。上記プラズマ生成容器２内のフィラメン
ト８側にも、図２１および図２２に示す従来例のよう
に、フィラメント８の脚部８ａを横切るように配置され
ていて電子をはね返す反射板４２を設ける場合がある。
そのようにすれば、ガスの電離効率がより高まるので、
プラズマ生成容器２内により高密度のプラズマ１２を生
成することが可能になる。

【００５０】反射板４２は、この従来例では窒化ホウ素
等の絶縁物から成る。この反射板４２は、プラズマ１２
中の軽くて移動度の高い電子が、イオンよりも遙かに多
く入射して負に帯電するので、前述した反射電極１０の
場合と同様に、電子をはね返す作用をする。

【００５１】上記反射板４２は、その表面の汚れが進む
と、絶縁不良を起こし、その表面がプラズマ生成容器２
に導通してそれと同じ電位になる等して、その表面の電
位が変動する。それによって、反射板４２が電子をはね
返す作用が不安定になり、結果的にビーム電流を不安定
にする。

【００５２】この課題を解決するためには、図７および
図８に示す例のように、上記反射板を、フィラメント８
の脚部８ａをそれぞれ囲んでおり、かつプラズマ生成容
器２の壁面から離された、２枚の互いに分離された反射
板４２で構成すれば良い。各反射板４２は、この例で
は、フィラメントフィードスルー２８および支持体４８
を用いて固定している。但し、図９に示す例のように、
支持体４８を用いずにフィラメントフィードスルー２８
のみで固定しても良い。

【００５３】各反射板４２は、窒化ホウ素、Ｂ₄Ｃ、Ｂ₉
Ｃ等の絶縁物で形成しても良いし、高融点金属（例えば
モリブデン）、カーボン等の導体で形成しても良い。い
ずれにしても、上記反射電極１０の場合と同様の理由に
よって、電子をはね返す作用をする。

【００５４】各反射板４２を導体で形成する場合で、支
持体４８を用いる場合は、支持体４８のどこかに絶縁物
を介在させて、各反射板４２をプラズマ生成容器２から
電気的に絶縁しておくものとする。また、各反射板４２
を導体で形成する場合は、各反射板４２の電位を、この
例のようにフィラメントフィードスルー２８を用いてフ
ィラメント電位に固定しておくのが、各反射板４２の電
位安定化の観点から好ましい。

【００５５】上記構造によれば、反射板を、フィラメン
ト８の各脚部８ａをそれぞれ囲んでおり、かつプラズマ
生成容器２の壁面から離された２枚の互いに分離された
反射板４２で構成しているので、各反射板４２の表面が
汚れても、フィラメント８の二つの脚部８ａ、８ａ間
や、フィラメント８とプラズマ生成容器２間の絶縁破壊
が起こりにくくなる。その結果、反射板４２の電位を安
定化して電子をはね返す作用を安定化することができる
ので、イオン源の安定稼動時間を長くすることができ
る。

【００５６】次に、この発明に係るイオン源の更に他の
例を説明する。上記反射電極側絶縁体３０には、図１６
を参照して、その内側絶縁体３０ａの表面にだけでな
く、外側絶縁体３０ｂの表面にも、ヒ素、リン等のイオ
ン源ガスを構成する物質等から成る汚れが付着する。こ
れは、プラズマ生成容器２の外側周辺にも、プラズマ生
成容器２内に導入したイオン源ガスがイオン引出しスリ
ット４を通して漏れ出して来るからである。

【００５７】この外側絶縁体３０ｂの汚れが進むと、支
持棒３２およびナット３４を介して、反射電極１０とプ
ラズマ生成容器２との間の電気絶縁が破壊される。そう
なると、反射電極１０の電子をはね返す作用が低下し、
それによってビーム電流が低下するので、結果的にビー
ム電流が不安定になる。例えば、反射電極１０の電気絶
縁が破壊されると、ビーム電流は正常時の約３０％程度
しか得られなくなる。

【００５８】この課題を解決するためには、図１０に示
す例のように、上記外側絶縁体３０ｂの周りを保護カバ
ー５０で覆っておけば良い。保護カバー５０は、この例
では、支持棒３２のねじ部と螺合するねじ部５０ａを有
しており、外側絶縁体３０ｂを締め付ける働きもする。
この保護カバー５０は、例えばモリブデン等の高融点金
属から成る。

【００５９】上記構造によれば、保護カバー５０を設け
たことによって、プラズマ生成容器２や外側絶縁体３０
ｂからの輻射熱が放散されるのを抑制することができる
ので、保護カバー５０の内側に熱がこもって上記外側絶
縁体３０ｂは高温に保たれるようになり、それによって
上記ヒ素、リン等の汚れの付着を抑制することができ
る。その結果、外側絶縁体３０ｂの絶縁機能を安定に維
持して、反射電極１０によって電子をはね返す作用を安
定化することができるので、イオン源の安定稼動時間を
長くすることができる。

【００６０】上記の場合の外側絶縁体３０ｂの温度は、
３００℃〜１０００℃程度にするのが好ましく、そのよ
うにすれば、上記ヒ素、リン等による外側絶縁体３０ｂ
の表面の汚れを効果的に抑制することができる。

【００６１】また、内側絶縁体３０ａについては、図１
０に示す例のように、フィラメント８側の上記内側絶縁
体２４ａおよび外側絶縁体２４ｂの場合と同様に、互い
に入り込んでいて迷路を形成する二つの筒状絶縁体３０
１ａおよび３０２ａで構成しても良い。そのようにすれ
ば、内側絶縁体３０ａについても、その絶縁機能を安定
に維持することができるので、反射電極１０によって電
子をはね返す作用を安定化することができ、イオン源の
安定稼動時間をより長くすることができる。

【００６２】次に、この発明に係るイオン源の更に他の
例を説明する。プラズマ生成容器２の内面の汚れが進む
と、図２３に示す従来例のように、汚れが膜状になって
剥がれ、この汚れ膜５２が反射電極１０とプラズマ生成
容器２との間や、フィラメント８とプラズマ生成容器２
との間をつないで（架け渡して）しまい、それらの間の
絶縁が破壊される。このような汚れは、反射電極１０の
反射面１０ａの近傍、またはフィラメント８の先端部近
傍に多く付着する。その辺りに、プラズマ１２中のイオ
ンによって反射電極１０やフィラメント８から叩き出さ
れたスパッタ粒子が多く付着するからである。

【００６３】なお、フィラメント８の先端部は、図２３
に示す例のように、イオン引出しスリット４側に折り曲
げておく場合もある。そのようにすれば、プラズマ１２
の高密度の部分をイオン引出しスリット４側に近づけ
て、より高密度のイオンビーム引き出しが可能になるか
らである。

【００６４】上記汚れ膜５２が反射電極１０とプラズマ
生成容器２との間をつなぐと、反射電極１０の電位がプ
ラズマ生成容器２の電位になるので、反射電極１０が電
子をはね返す作用が低下したり不安定になったりする。
汚れ膜５２がフィラメント８とプラズマ生成容器２との
間をつなぐと、フィラメント８とプラズマ生成容器２と
の間のアーク放電が不安定になる。いずれにしても、結
果的にビーム電流が不安定になる。

【００６５】この課題を解決するためには、上記プラズ
マ生成容器２の内面であって、反射電極１０の反射面１
０ａ付近に位置する領域およびフィラメント８の先端部
付近に位置する領域の少なくとも一方に、溝または複数
の穴を設けておけば良い。

【００６６】図１１および図１２に、プラズマ生成容器
２の底面２ａであって反射電極１０の反射面１０ａ付近
に位置する領域に、複数の穴５４を設けた例を示し、図
１３および図１４に、同領域に溝５６を設けた例を示
す。

【００６７】上記構造によれば、上記穴５４または溝５
６内に汚れが楔状に入り込んで、上記穴５４または溝５
６が楔の作用をするので、上記汚れ膜５２が剥がれにく
くなる。その結果、反射電極１０とプラズマ生成容器２
との間の絶縁を長く良好に保つことができるので、イオ
ン源の安定稼動時間を長くすることができる。

【００６８】上記各穴５４は、小さい穴で深い方が好ま
しい。その方が、上記楔の作用がより高まるからであ
る。例えば、各穴５４の直径を１〜２ｍｍ程度、深さを
１〜２ｍｍ程度にすれば良い。また上記穴５４は、汚れ
の付き方が多い等の場合は、２列以上にしても良い。

【００６９】上記溝５６も、小さい幅Ｗで深い方が好ま
しい。その方が、上記楔の作用がより高まるからであ
る。例えば、上記溝５６の幅Ｗを１〜２ｍｍ程度、深さ
を１〜２ｍｍ程度にすれば良い。更に上記溝５６は、図
１３に示す例のように、入口が奥よりも狭いアリ溝にす
るのが好ましい。その方が、上記楔の作用がより高まる
からである。また上記溝５６も、汚れの付き方が多い等
の場合は、２条以上にしても良い。

【００７０】上記のような溝５６または複数の穴５４
は、プラズマ生成容器２の上記底面２ａだけでなく、反
射電極１０の反射面１０ａ付近に位置する領域におい
て、プラズマ生成容器２の側面２ｂ（図１、図２３等参
照）およびスリット面２ｃ（図２３参照）にも設けるの
が好ましい。

【００７１】また、上記のような溝５６または複数の穴
５４は、プラズマ生成容器２のスリット面２ｃであっ
て、フィラメント８の先端部付近に位置する領域にも設
けるのが好ましい。それによって、それらの上記楔の作
用によって、フィラメント８の先端部付近においても、
上記汚れ膜５２が剥がれにくくなる。その結果、フィラ
メント８とプラズマ生成容器２との間の絶縁を長く良好
に保つことができるので、イオン源の安定稼動時間を長
くすることができる。

【００７２】上記のような溝５６または複数の穴５４
は、プラズマ生成容器２のスリット面２ｃだけでなく、
フィラメント８の先端部付近に位置する領域において、
プラズマ生成容器２の側面２ｂにも、更には底面２ａに
も設けても良い。

【００７３】

【発明の効果】この発明は、上記のとおり構成されてい
るので、次のような効果を奏する。

【００７４】請求項１記載の発明によれば、フィラメン
ト用の各内側絶縁体を、互いに入り込んでいて迷路を形
成する二つの筒状絶縁体で構成しているので、迷路の部
分に汚れが付着しにくくなり、汚れによる内側絶縁体の
絶縁強度低下を防ぐことができる。その結果、アーク放
電の安定化およびフィラメント通電の安定化を図ること
ができるので、イオン源の安定稼動時間を長くすること
ができる。

【００７５】請求項２記載の発明によれば、フィラメン
トに給電する給電導体の一部分をフィラメントの脚部の
近くにおいて他よりも小断面積にしているので、小断面
積にした部分がフィラメントへの通電によって発熱し、
その熱がフィラメントの脚部に伝わり、当該脚部が高温
になり、ひいてはフィラメントフィードスルーも高温に
なり、それによってプラズマ生成容器構成金属等の汚れ
がフィラメントとフィラメントフィードスルーの間に付
着するのを防ぐことができる。その結果、フィラメント
電流を安定化することができるので、イオン源の安定稼
動時間を長くすることができる。

【００７６】請求項３記載の発明によれば、フィラメン
ト脚部の反射板を、各脚部をそれぞれ囲んでおり、かつ
プラズマ生成容器の壁面から離された２枚の互いに分離
された反射板で構成しているので、各反射板の表面が汚
れても、フィラメントの二つの脚部間や、フィラメント
とプラズマ生成容器間の絶縁破壊が起こりにくくなる。
その結果，反射板の電位を安定化して電子をはね返す作
用を安定化することができるので、イオン源の安定稼動
時間を長くすることができる。

【００７７】請求項４記載の発明によれば、反射電極側
絶縁体のプラズマ生成容器外に出ている部分を保護カバ
ーで覆っているので、当該保護カバーの内側に熱がこも
って反射電極側絶縁体は高温に保たれるようになり、そ
れへの汚れの付着を抑制することができる。その結果、
反射電極の電位を安定化して電子をはね返す作用を安定
化することができるので、イオン源の安定稼動時間を長
くすることができる。

【００７８】請求項５記載の発明によれば、プラズマ生
成容器の内面であって反射電極の反射面付近に位置する
領域およびフィラメントの先端部付近に位置する領域の
少なくとも一方に溝または複数の穴を設けているので、
これらの溝または穴が楔の作用をして汚れ膜が剥がれに
くくなる。その結果、反射電極やフィラメントとプラズ
マ生成容器との間の絶縁を長く良好に保つことができる
ので、イオン源の安定稼動時間を長くすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係るイオン源の一例をイオンビーム
引き出し方向側から見て部分的に示す断面図である。

【図２】図１中の内側絶縁体の拡大断面図である。

【図３】図１中の外側絶縁体の他の例を示す拡大断面図
である。

【図４】フィラメントフィードスルーの改良例を示す拡
大断面図である。

【図５】フィラメントへの給電導体の改良例を示す側面
図である。

【図６】図５の給電導体の正面図である。

【図７】フィラメント側に反射板を設ける場合の改良例
を示す断面図である。

【図８】図７の反射板周りの一例を示す正面図である。

【図９】図７の反射板周りの他の例を示す正面図であ
る。

【図１０】反射電極周りの改良例を示す拡大断面図であ
る。

【図１１】プラズマ生成容器の底面に穴を設けた改良例
を示す断面図である。

【図１２】図１１のプラズマ生成容器底面の正面図であ
る。

【図１３】プラズマ生成容器の底面に溝を設けた改良例
を示す断面図である。

【図１４】図１３のプラズマ生成容器底面の正面図であ
る。

【図１５】従来のイオン源の一例を側方から見て示す概
略断面図である。

【図１６】図１５のイオン源のプラズマ生成容器周りを
イオンビーム引き出し方向側から見て示す拡大断面図で
ある。

【図１７】図１６のＡ−Ａ断面図である。

【図１８】図１６のＣ−Ｃ断面図である。

【図１９】フィラメントへの給電導体の従来例を示す側
面図である。

【図２０】図１９の給電導体の正面図である。

【図２１】フィラメント側に設けた反射板の従来例を示
す断面図である。

【図２２】図２１の反射板周りの正面図である。

【図２３】従来のイオン源を側方から見て示す拡大断面
図である。

【符号の説明】

２プラズマ生成容器８フィラメント１０反射電極２４絶縁体２４ａ内側絶縁体２４ｂ外側絶縁体３０反射電極側絶縁体３０ａ内側絶縁体３０ｂ外側絶縁体３６給電導体４２反射板５０保護カバー５４穴５６溝

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】陽極を兼ねていてガスが導入されるプラ
ズマ生成容器と、このプラズマ生成容器の一方側内にそ
の壁面を貫通して設けられたフィラメントと、このフィ
ラメントの二つの脚部がプラズマ生成容器の壁面を貫通
する部分に設けられていて各脚部とプラズマ生成容器と
の間を電気絶縁する二つの絶縁体とを備えるイオン源に
おいて、前記各絶縁体が、前記プラズマ生成容器の壁面
を挟んで内外から互いに嵌め合わされた内側絶縁体およ
び外側絶縁体から成り、かつこの各内側絶縁体を、互い
に入り込んでいて迷路を形成する二つの筒状絶縁体で構
成していることを特徴とするイオン源。
【請求項２】陽極を兼ねていてガスが導入されるプラ
ズマ生成容器と、このプラズマ生成容器の一方側内にそ
の壁面を貫通して設けられたフィラメントと、このフィ
ラメントの二つの脚部がプラズマ生成容器の壁面を貫通
する部分に設けられていて各脚部とプラズマ生成容器と
の間を電気絶縁する二つの絶縁体とを備えるイオン源に
おいて、前記プラズマ生成容器の外部において前記フィ
ラメントの脚部に接続されていて同フィラメントに給電
する給電導体の一部分を、当該脚部の近くにおいて、他
よりも小断面積にしていることを特徴とするイオン源。
【請求項３】陽極を兼ねていてガスが導入されるプラ
ズマ生成容器と、このプラズマ生成容器の一方側内にそ
の壁面を貫通して設けられたフィラメントと、このフィ
ラメントの二つの脚部がプラズマ生成容器の壁面を貫通
する部分に設けられていて各脚部とプラズマ生成容器と
の間を電気絶縁する二つの絶縁体と、前記プラズマ生成
容器内に前記フィラメントの脚部を横切るように設けら
れていて電子をはね返す反射板とを備えるイオン源にお
いて、前記反射板を、前記フィラメントの各脚部をそれ
ぞれ囲んでおり、かつ前記プラズマ生成容器の壁面から
離された２枚の互いに分離された反射板で構成している
ことを特徴とするイオン源。
【請求項４】陽極を兼ねていてガスが導入されるプラ
ズマ生成容器と、このプラズマ生成容器の一方側内にそ
の壁面を貫通して設けられたフィラメントと、このフィ
ラメントの二つの脚部がプラズマ生成容器の壁面を貫通
する部分に設けられていて各脚部とプラズマ生成容器と
の間を電気絶縁する二つの絶縁体と、前記プラズマ生成
容器の他方側内に設けられていて電子をはね返す反射電
極と、この反射電極の支持棒が前記プラズマ生成容器の
壁面を貫通する部分を電気絶縁する反射電極側絶縁体と
を備えるイオン源において、前記反射電極側絶縁体のプ
ラズマ生成容器外に出ている部分を、保護カバーで覆っ
ていることを特徴とするイオン源。
【請求項５】陽極を兼ねていてガスが導入されるプラ
ズマ生成容器と、このプラズマ生成容器の一方側内にそ
の壁面を貫通して設けられたフィラメントと、このフィ
ラメントの二つの脚部がプラズマ生成容器の壁面を貫通
する部分に設けられていて各脚部とプラズマ生成容器と
の間を電気絶縁する二つの絶縁体と、前記プラズマ生成
容器の他方側内に同プラズマ生成容器から絶縁して設け
られた反射電極とを備えるイオン源において、前記プラ
ズマ生成容器の内面であって、前記反射電極の反射面付
近に位置する領域および前記フィラメントの先端部付近
に位置する領域の少なくとも一方に、溝または複数の穴
を設けていることを特徴とするイオン源。