JP2003162966A - Ion source - Google Patents
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- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば核融合プラ
ズマ加熱用中性粒子入射装置や各種ビーム生成装置に用
いられるイオン源に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ion source used in, for example, a neutral particle injector for heating fusion plasma and various beam generators.
【０００２】[0002]
【従来の技術】この種従来のイオン源の一例として、図
１０の断面図に示すように、プラズマ源ＰＳと、イオン
ビーム引出し部ＩＯを備えたものである。プラズマ源Ｐ
Ｓは、縦方向断面形状が四角形のプラズマ源容器１と、
プラズマ源容器１には図示していないガス導入装置、フ
ィラメント、フィラメント電源及びアーク電源を備え、
これらによりソースプラズマが生成され、このソースプ
ラズマはプラズマ源容器１の外周面に配設されているに
よりカスプ磁石２によりプラズマ源容器１内に閉じ込め
られるようになっている。又、プラズマ源容器１の外周
面に、プラズマ源容器１の内部を、放電室と負イオン生
成室に二分するフィルタ磁石２０が配設されている。2. Description of the Related Art As an example of this type of conventional ion source, as shown in a sectional view of FIG. 10, a plasma source PS and an ion beam extracting section IO are provided. Plasma source P
S is a plasma source container 1 having a quadrangular shape in a vertical cross section,
The plasma source container 1 is equipped with a gas introduction device, a filament, a filament power supply and an arc power supply, which are not shown,
Source plasma is generated by these, and the source plasma is arranged on the outer peripheral surface of the plasma source container 1 so as to be confined in the plasma source container 1 by the cusp magnet 2. Further, a filter magnet 20 that divides the inside of the plasma source container 1 into a discharge chamber and a negative ion generation chamber is arranged on the outer peripheral surface of the plasma source container 1.
【０００３】イオンビーム引出し部ＩＯは、容器を構成
する角筒状の絶縁スペーサ１０、１１、１２と、絶縁ス
ペーサ１０〜１２相互間並びに絶縁スペーサ１２の下端
部に配設され電極支持部を構成する電極支持フランジ
４、５、６と、電極支持フランジ４、５、６に支持固定
され、図１１に示すように各々複数の円形の孔（イオン
ビーム引出し孔）７ａ、８ａ、９ａが行及び列において
すべて等間隔に形成された多孔板からなる電極７、８、
９とから構成されている。The ion beam extraction part IO is arranged between the insulating spacers 10, 11 and 12 in the shape of a rectangular cylinder forming a container, between the insulating spacers 10 to 12 and at the lower end of the insulating spacer 12 to form an electrode support part. The electrode supporting flanges 4, 5 and 6 to be supported and the electrode supporting flanges 4, 5 and 6 are supported and fixed, and as shown in FIG. 11, a plurality of circular holes (ion beam extraction holes) 7a, 8a and 9a are respectively formed. Electrodes 7, 8 made of perforated plates all formed at equal intervals in a row,
It is composed of 9 and 9.
【０００４】なお、電極９よりも下流部に図示されない
真空排気装置が設置され、イオン源内部の真空排気を行
っている。A vacuum exhaust device (not shown) is installed downstream of the electrode 9 to evacuate the inside of the ion source.
【０００５】このような構成のイオン源の動作について
説明する。プラズマ源ＰＳにおいて、図示しないガス導
入装置、フィラメント、フィラメント電源及びアーク電
源によりカスプ磁石２により閉じ込められたソースプラ
ズマが生成される。The operation of the thus configured ion source will be described. In the plasma source PS, source plasma confined by the cusp magnet 2 is generated by a gas introduction device, a filament, a filament power source, and an arc power source, which are not shown.
【０００６】一方、イオンは、電極７と電極８の間の図
示されていない電源によりプラズマ源及び電極７側に印
加される電位により、ソースプラズマ中から引き出され
る。この引き出されたイオンは、電極８と電極９の間
に、図示されていない電源により電位を与えることによ
り加速されて、イオンビームが形成される。On the other hand, the ions are extracted from the source plasma by the potential applied to the plasma source and the electrode 7 side by the power source (not shown) between the electrodes 7 and 8. The extracted ions are accelerated between the electrodes 8 and 9 by applying a potential from a power source (not shown) to form an ion beam.
【０００７】しかしながら、このような電極構成では、
真空排気装置による排気は、電極７、８、９のイオンビ
ーム引出し孔７ａ、８ａ、９ａのみとなるので、電極７
〜９間の排気効率が落ち、ソースプラズマ生成のために
導入したガスが電極７〜９間に滞留し、加速部の真空度
が悪化する。このため、イオンビームは以下の中性化式
のように加速途中で、電子を捕獲したり、電子を剥離さ
れたりして中性化され、加速されるイオンビームが著し
く減少すると言った問題が起こる。However, in such an electrode configuration,
Since only the ion beam extraction holes 7a, 8a, 9a of the electrodes 7, 8, 9 are exhausted by the vacuum evacuation device, the electrodes 7
Exhaust efficiency between 9 and 9 falls, the gas introduced for generating the source plasma stays between the electrodes 7 and 9, and the degree of vacuum in the acceleration part deteriorates. Therefore, the ion beam is neutralized during the acceleration as shown in the following neutralization formula by trapping electrons or delaminating the electrons, and thus the ion beam to be accelerated is remarkably reduced. Occur.
【０００８】［正イオンの中性化式（水素の場合）］
Ｈ＋ ＋ ｅ（電子）→Ｈ０
［負イオンの中性化式（水素の場合）］ Ｈ− − ｅ
（電子）→Ｈ０ [Neutralization formula of positive ions (in the case of hydrogen)]
H + + e (electrons) → H 0 [neutralization formula of negative ions (in the case of hydrogen)] H − − e
(Electronic) → H 0
【０００９】[0009]
【発明が解決しようとする課題】以上述べた従来のイオ
ン源にあっては、イオン源内の真空排気は電極孔からの
みとなるので、電極間の排気効率が落ち、ソースプラズ
マ生成のために導入したガスが電極７〜９間に滞留し、
加速部の真空度が悪化する。このため、イオンビームは
加速途中で、電子を捕獲、あるいは電子を剥離されて中
性化され、加速されるイオンビームが著しく減少すると
言った問題が起こる。In the conventional ion source described above, since the vacuum exhaust in the ion source is only from the electrode hole, the exhaust efficiency between the electrodes is lowered, and it is introduced to generate the source plasma. The accumulated gas stays between the electrodes 7 to 9,
The degree of vacuum in the acceleration part deteriorates. For this reason, there is a problem in that the ion beam is neutralized by trapping electrons or delaminating the electrons during the acceleration, and the accelerated ion beam significantly decreases.
【００１０】本発明の目的は、以上のような問題点を除
去するためなされたもので、電極間排気効率を向上さ
せ、イオンビームの加速効率を改善させることができる
イオン源を提供することにある。An object of the present invention is to eliminate the above problems, and to provide an ion source capable of improving the exhaust efficiency between electrodes and the acceleration efficiency of an ion beam. is there.
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段】本発明の目的とするとこ
ろは、以上の述べた問題点を解決し、経済的、合理的な
イオン源を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above problems and provide an economical and rational ion source.
【００１２】かかる目的を達成するため、本発明による
イオン源は、最終段の電極をスリット状にし、電極間の
排気効率を向上させ、イオンビームの加速効率を改善さ
せることを特徴とするものである。In order to achieve such an object, the ion source according to the present invention is characterized in that the electrodes at the final stage are formed in a slit shape, the exhaust efficiency between the electrodes is improved, and the acceleration efficiency of the ion beam is improved. is there.
【００１３】上記の様な構成によれば、電極間の真空度
が良くなるため、イオンビーム加速中の電子の補足や剥
離が行われる確率が低下するため、イオンビームの加速
効率が改善することができる。また、電極孔が円形から
スリット孔になったため、電極の加工費用が安価になる
とともに、イオンビームの加速効率が改善されるため、
イオン源の小型化を容易に行うことが可能となる。According to the above structure, since the degree of vacuum between the electrodes is improved, the probability of capturing or separating electrons during ion beam acceleration is reduced, so that the ion beam acceleration efficiency is improved. You can In addition, since the electrode hole is changed from a circular shape to a slit hole, the processing cost of the electrode is low and the acceleration efficiency of the ion beam is improved,
It is possible to easily downsize the ion source.
【００１４】[0014]
【発明の実施形態】＜第１の実施の形態（請求項１に対
応）＞図１及び図２は、本発明のイオン源に係る第１の
実施形態を説明するための図であり、図１はイオン源を
縦方向に沿って断面した図であり、図２は電極を示す斜
視図である。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION <First Embodiment (corresponding to claim 1)> FIGS. 1 and 2 are views for explaining a first embodiment of an ion source of the present invention. FIG. 1 is a cross-sectional view of the ion source along the vertical direction, and FIG. 2 is a perspective view showing electrodes.
【００１５】本実施形態は、図１０に示す従来のイオン
源と異なる点は、イオンビーム引出し部における電極
７、８、９のうちの最終段（プラズマ源から最も離れた
位置にあるもの）の電極支持フランジ６に、複数の丸孔
例えば円形のイオンビーム引出し孔９ａが形成された電
極９を設けず、電極支持フランジ６に図２に示すように
複数のスリット状（直線状）のイオンビーム引出し孔３
ａを等間隔に形成した電極３を設けたものである。The present embodiment differs from the conventional ion source shown in FIG. 10 in that the last stage (the one farthest from the plasma source) of the electrodes 7, 8 and 9 in the ion beam extraction part. The electrode support flange 6 is not provided with the electrode 9 having a plurality of circular holes, for example, circular ion beam extraction holes 9a, and the electrode support flange 6 has a plurality of slit-shaped (linear) ion beams as shown in FIG. Drawout hole 3
The electrodes 3 in which a are formed at equal intervals are provided.
【００１６】このように構成された本発明の第１の実施
形態によれば、最終段の電極３に複数のスリット状のイ
オンビーム引出し孔３ａを等間隔に形成したので、従来
の電極９のイオンビーム引出し孔９ａの開口面積に比べ
て大きくなる。この結果、電極間の真空度が良くなるた
め、イオンビーム加速中の電子の補足や剥離が行われる
確率が低下し、イオンビームの加速効率を改善すること
ができる。According to the first embodiment of the present invention having the above-described structure, since the plurality of slit-shaped ion beam extraction holes 3a are formed in the electrode 3 at the final stage at equal intervals, the conventional electrode 9 is formed. It becomes larger than the opening area of the ion beam extraction hole 9a. As a result, since the degree of vacuum between the electrodes is improved, the probability that electrons are captured or separated during the ion beam acceleration is reduced, and the ion beam acceleration efficiency can be improved.
【００１７】また、電極３のイオンビーム引出し孔３ａ
の形状が、従来の円形からスリット状になったため、従
来の電極９のイオンビーム引出し孔９ａに比べて加工回
数が少なくなるばかりでなく、イオンビームの加速効率
が改善されるため、イオン源の小型化を図ることが可能
となる。Further, the ion beam extraction hole 3a of the electrode 3 is formed.
Since the shape is changed from the conventional circular shape to a slit shape, the number of times of processing is reduced as compared with the conventional ion beam extraction hole 9a of the electrode 9, and the ion beam acceleration efficiency is improved. It is possible to reduce the size.
【００１８】＜第２の実施の形態（請求項２に対応）＞
図３および図４は、本発明のイオン源に係る第２の実施
形態を説明するための図であり、図３は各電極７、８、
３の関係を説明するための電極平面図であり、図４
（ａ）は図３の各電極を縦方向に沿って断面した図であ
り、図４（ｂ）は図４（ａ）の断面位置とは直交する位
置を断面した図である。<Second Embodiment (corresponding to claim 2)>
3 and 4 are views for explaining a second embodiment of the ion source of the present invention, and FIG. 3 shows the electrodes 7, 8,
4 is a plan view of electrodes for explaining the relationship of FIG.
4A is a cross-sectional view of each electrode of FIG. 3 along the vertical direction, and FIG. 4B is a cross-sectional view of a position orthogonal to the cross-sectional position of FIG. 4A.
【００１９】本実施形態は、図１に示す最終段の電極３
に形成されている複数のイオンビーム引出し孔３ａの長
手方向に沿った中心軸が、最終段の電極３を除く電極
７、８に形成されている各丸孔７ａ、８ａの軸方向中心
を夫々結ぶ行又は列単位の中心線の位置とはずれた位置
になるように構成し、イオンビーム引出し部におけるイ
オンビームの軌跡を偏向させるようにしたものである。
この点以外は、図１の実施形態と同一である。In this embodiment, the electrode 3 at the final stage shown in FIG. 1 is used.
The central axes along the longitudinal direction of the plurality of ion beam extraction holes 3a formed in each of the circular holes 7a, 8a formed in the electrodes 7, 8 excluding the electrode 3 in the final stage are respectively the axial centers. The configuration is such that the position is deviated from the position of the center line of the connected row or column unit, and the trajectory of the ion beam in the ion beam extraction unit is deflected.
Except this point, the embodiment is the same as the embodiment of FIG.
【００２０】このように最終段の電極３のイオンビーム
引出し孔３ａの長手方向に沿った中心軸が、各丸孔７
ａ、８ａの軸方向中心を夫々結ぶ中心線の位置とはずれ
た位置になるように構成することにより、イオンビーム
が図４（ａ）に示すように偏向させられ、イオンビーム
を任意の方向に収束させられることから、さらにイオン
ビームを標的に効率良く入射することが可能となり、例
えば核融合プラズマ加熱装置に使用する場合について言
えば、さらにプラズマ加熱効率を向上させることが可能
となる。As described above, the central axis along the longitudinal direction of the ion beam extraction hole 3a of the electrode 3 at the final stage is the circular hole 7
The ion beam is deflected as shown in FIG. 4 (a) by arranging it so that it is located at a position deviated from the position of the center line connecting the axial centers of a and 8a. Since the ion beam can be converged, the ion beam can be more efficiently incident on the target. For example, when the ion beam is used in a fusion plasma heating device, the plasma heating efficiency can be further improved.
【００２１】＜第３の実施の形態（請求項３に対応）＞
図５（ａ）は、本発明のイオン源に係る第３の実施形態
を説明するための各電極の断面図であり、図５（ｂ）は
図５（ａ）の断面位置とは直交する位置を断面した図で
ある。<Third Embodiment (corresponding to claim 3)>
5A is a sectional view of each electrode for explaining the third embodiment of the ion source of the present invention, and FIG. 5B is orthogonal to the sectional position of FIG. 5A. It is the figure which crossed the position.
【００２２】本発明の第３の実施形態は、図３及び図４
に示す実施形態に、新たに複数の丸孔例えば円形の孔す
なわちイオンビーム引出し孔１４ａが形成された電極１
４を、前術の最終段の電極３の一段前に配設したもので
ある。The third embodiment of the present invention is shown in FIGS.
In the embodiment shown in FIG. 1, an electrode 1 is newly provided with a plurality of round holes, for example, circular holes, that is, ion beam extraction holes 14a.
4 is arranged before the final stage electrode 3 of the previous operation.
【００２３】この場合、電極３に形成されているスリッ
ト状のイオンビーム引出し孔３ａの長手方向に沿った中
心軸が、最終段より一段前の電極１４に形成されている
各丸孔の軸方向中心を夫々結ぶ行又は列単位の中心線の
位置とはずれた位置になるようにし、イオンビーム引出
し部におけるイオンビームの軌跡を偏向させるようにし
たものである。In this case, the central axis along the longitudinal direction of the slit-shaped ion beam extraction hole 3a formed in the electrode 3 is the axial direction of each round hole formed in the electrode 14 one step before the final step. The position of the center line of each row or column connecting the centers is deviated from the position of the center line, and the trajectory of the ion beam in the ion beam extraction unit is deflected.
【００２４】このように、２枚の電極１４及び３に形成
されているイオンビーム引出し孔１４ａ及び３ａの中心
をずらすことにより、イオンビームを偏向させビームを
任意の方向に収束させることができる。この結果、最終
段のスリットに対して平行方向にもビームの偏向が行う
ことができ、さらに自由度のあるビーム収束が可能とな
る。By thus shifting the centers of the ion beam extraction holes 14a and 3a formed in the two electrodes 14 and 3, the ion beam can be deflected and the beam can be converged in an arbitrary direction. As a result, the beam can be deflected in the direction parallel to the final stage slit, and the beam can be converged with a high degree of freedom.
【００２５】＜第４の実施の形態（請求項４に対応）＞
図６（ａ）、（ｂ）は、本発明のイオン源に係る第４の
実施形態を説明するための図であり、図６（ａ）はイオ
ン源を縦方向に沿って断面した図であり、図６（ｂ）は
図６（ａ）の電極支持フランジ６部分を拡大して示す図
である。<Fourth Embodiment (corresponding to claim 4)>
FIGS. 6A and 6B are views for explaining the fourth embodiment of the ion source of the present invention, and FIG. 6A is a cross-sectional view of the ion source taken along the vertical direction. 6B is an enlarged view of the electrode support flange 6 portion of FIG. 6A.
【００２６】本実施形態は、図１の実施形態の電極支持
フランジ６に、液体ヘリウム供給配管１５からの液体ヘ
リウム及び液体窒素供給管１６からの液体窒素により例
えば４Ｋ及び８０Ｋにそれぞれ冷却される極低温パネル
１８及び１７を配置した点以外は、図１と同一である。In this embodiment, the electrode supporting flange 6 of the embodiment shown in FIG. 1 is provided with a pole which is cooled to, for example, 4K and 80K by liquid helium from the liquid helium supply pipe 15 and liquid nitrogen from the liquid nitrogen supply pipe 16, respectively. It is the same as FIG. 1 except that the low temperature panels 18 and 17 are arranged.
【００２７】このように構成することにより、極低温パ
ネル１８、１７にイオン源内部の残留ガスが吸着され、
さらに、電極７、８、３間の排気効率が向上し、電極
７、８、３間の真空度が良くなり、この結果イオンビー
ム加速中の電子の補足や剥離作用が低下し、イオンビー
ムの加速効率が改善される。With this structure, the residual gas inside the ion source is adsorbed by the cryogenic panels 18 and 17,
Furthermore, the exhaust efficiency between the electrodes 7, 8 and 3 is improved, the vacuum degree between the electrodes 7, 8 and 3 is improved, and as a result, the electron trapping and peeling action during ion beam acceleration is reduced, and the ion beam Acceleration efficiency is improved.
【００２８】図６の実施形態の変形例として、図３又図
５の実施形態の電極支持フランジ６に、図６の極低温パ
ネル１８及び１７を配置するようにしてもよい。このよ
うに構成することにより、図６と同様な作用効果が得ら
れる。As a modification of the embodiment of FIG. 6, the cryogenic panels 18 and 17 of FIG. 6 may be arranged on the electrode support flange 6 of the embodiment of FIG. 3 or 5. With this configuration, the same effect as that of FIG. 6 can be obtained.
【００２９】＜第５の実施の形態（請求項５に対応）＞
図７は、本発明のイオン源に係る第５の実施形態を説明
するためのイオン源を縦方向に沿って断面した図であ
る。第５の実施形態は、図１の電極支持フランジ４、
５、６に、極低温パネル２７、２８、２９を配置し、こ
れらのパネル２７、２８、２９をそれぞれ小型冷凍機２
０に連結された冷媒配管２１、２２、２３からの冷媒に
より夫々冷却するように構成したたものである。<Fifth Embodiment (corresponding to claim 5)>
FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the vertical direction of an ion source for explaining a fifth embodiment of the ion source of the present invention. The fifth embodiment is the electrode support flange 4 of FIG.
Cryogenic panels 27, 28 and 29 are arranged on the panels 5 and 6, respectively, and these panels 27, 28 and 29 are respectively attached to the small refrigerator 2
It is configured to be cooled by the refrigerant from the refrigerant pipes 21, 22, and 23 connected to 0, respectively.
【００３０】このように構成することにより、大掛かり
な冷凍設備や液体ヘリウムタンク、液体窒素タンクが不
要となり、より経済的な運転が可能となる。With this structure, a large-scale refrigerating facility, a liquid helium tank, and a liquid nitrogen tank are unnecessary, and more economical operation can be performed.
【００３１】図７の実施形態の変形例として、図３又図
５の実施形態の電極支持フランジ４、５、６に、図７の
極低温パネル２７、２８、２９を配置し、これらを小型
冷凍機２０により冷却するようにしてもよい。このよう
に構成することにより、図７と同様な作用効果が得られ
る。As a modification of the embodiment of FIG. 7, the cryogenic panels 27, 28, 29 of FIG. 7 are arranged on the electrode support flanges 4, 5, 6 of the embodiment of FIGS. You may make it cool with the refrigerator 20. With this configuration, the same operational effect as in FIG. 7 can be obtained.
【００３２】＜第６の実施の形態（請求項６に対応）＞
図８は、本発明のイオン源に係る第６の実施形態を説明
するためのプラズマ源の断面図である。プラズマ源を収
納しているプラズマ源容器１の縦方向の断面形状を多角
形例えば五角形以上にしたイオン源である。<Sixth Embodiment (corresponding to claim 6)>
FIG. 8 is a cross-sectional view of a plasma source for explaining a sixth embodiment of the ion source of the present invention. This is an ion source in which the cross-sectional shape in the vertical direction of the plasma source container 1 that houses the plasma source is polygonal, for example, pentagonal or more.
【００３３】これに対して図１０の従来例で示す大型イ
オン源では、プラズマ源容器１の断面形状は四角形であ
り、かつ真空容器を兼ねる構成であが、イオンを効率良
く生成させるためには、ソースプラズマに接するプラズ
マ源の内面積を極力小さくした放電領域をつくり、イオ
ンを効率良く生成させることが良く知られており、断面
形状が半円筒形のプラズマ源も製作されている。On the other hand, in the large-sized ion source shown in the conventional example of FIG. 10, the plasma source container 1 has a quadrangular cross section and also serves as a vacuum container. However, in order to efficiently generate ions, It is well known that a plasma source in contact with a source plasma is made as small as possible to form a discharge region to efficiently generate ions, and a plasma source having a semi-cylindrical cross section is also produced.
【００３４】このため、本発明によるイオン源は、例え
ば、図８に示すようにプラズマ源の断面形状を六角形と
し、ソースプラズマに接するプラズマ源の内面積を極力
小さくしたものである。半円筒形のプラズマ源では、製
作性の困難さ、真空容器を兼ねる場合の機械的強度が要
求されるが、本発明による六角形のプラズマ源では、製
作も容易であり、機械的強度も十分得ることができ、本
発明の効果は絶大になる。Therefore, in the ion source according to the present invention, for example, as shown in FIG. 8, the cross-sectional shape of the plasma source is hexagonal, and the inner area of the plasma source in contact with the source plasma is made as small as possible. A semi-cylindrical plasma source is difficult to manufacture, and mechanical strength is required when it also serves as a vacuum container, but the hexagonal plasma source according to the present invention is easy to manufacture and has sufficient mechanical strength. It can be obtained, and the effect of the present invention becomes great.
【００３５】＜第７の実施の形態（請求項７に対応）＞
図９は、本発明のイオン源に係る第７の実施形態を説明
するための最終段の電極の平面図である。図２に示す最
終段の電極３に形成されている各スリット状のイオンビ
ーム引出し孔３ａを、夫々３ａ１、３ａ２、３ａ３に示
すように２〜３個に分割させるように構成したものであ
る。<Seventh Embodiment (corresponding to claim 7)>
FIG. 9 is a plan view of the final stage electrode for explaining the seventh embodiment according to the ion source of the present invention. Each of the slit-shaped ion beam extraction holes 3a formed in the electrode 3 at the final stage shown in FIG. 2 is configured to be divided into 2 to 3 as shown by 3a1, 3a2 and 3a3, respectively.
【００３６】このように構成することにより、電極３に
機械的強度を持たせることができ、この結果大面積の電
極の製作を可能にしたものである。イオン源として、数
十Ａ以上の負イオン電流が要求される場合、引出し電流
密度の低い負イオン源では、引出し面積を広くとる必要
がある。例えば、４０Ａ以上の負イオン電流を引出す場
合には、３０００ ｃｍ２以上の引出し面積が必要とな
る。With this structure, the electrode 3 can be provided with mechanical strength, and as a result, an electrode having a large area can be manufactured. When a negative ion current of several tens of amperes or more is required as the ion source, a negative ion source with a low extraction current density needs to have a large extraction area. For example, when drawing a negative ion current of 40 A or more, a drawing area of 3000 cm 2 or more is required.
【００３７】そこで、図９に示す実施形態は、引出面積
の大きな電極にスリット状の孔加工を行う場合に、スリ
ットを分割することにより電極に強度を持たせ、大面積
の電極の製作を可能にしたものである。Therefore, in the embodiment shown in FIG. 9, when a slit-shaped hole is formed in an electrode having a large extraction area, the electrode can be made stronger by dividing the slit so that a large-area electrode can be manufactured. It is the one.
【００３８】＜変形例＞本発明のプラズマ源により負イ
オン源を製作した場合の負イオンビーム生成効率の向上
の効果は絶大となる。<Modification> When the negative ion source is manufactured by the plasma source of the present invention, the effect of improving the negative ion beam generation efficiency is great.
【００３９】[0039]
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、最
終段の電極をスリット状にすることにより電極間の真空
度が良くなり、イオンビーム加速中の電子の補足や剥離
によるイオンの中性化作用が低下するため、イオンビー
ムの加速効率を改善することができる。また、イオンビ
ームの加速効率が改善されるため、イオン源の小型化を
容易に行うことが可能となる。また、プラズマ源の断面
形状を五角形以上の多角形にすれば、ソースプラズマに
接するプラズマ源の内面積が小さくなり、イオン生成効
率を改善することが可能となる。As described above, according to the present invention, by forming the electrode at the final stage into a slit shape, the degree of vacuum between the electrodes is improved, and the trapping of electrons during ion beam acceleration and the removal of ions due to desorption are carried out. Since the neutralizing action is reduced, the acceleration efficiency of the ion beam can be improved. Moreover, since the acceleration efficiency of the ion beam is improved, it is possible to easily downsize the ion source. Further, if the cross-sectional shape of the plasma source is a pentagon or more polygon, the inner area of the plasma source in contact with the source plasma is reduced, and the ion generation efficiency can be improved.
【００４０】これらは、イオン引出し電流密度の増加に
つながり、引出し面積の縮小及びプラズマ源の小型化が
計れ、イオン源全体が安価に製作できる。These lead to an increase in the ion extraction current density, the extraction area can be reduced and the plasma source can be downsized, and the ion source as a whole can be manufactured inexpensively.
【図１】本発明のイオン源に係る第１の実施形態を説明
するための断面図。FIG. 1 is a sectional view for explaining a first embodiment of an ion source of the present invention.
【図２】図１の複数の電極を説明するための斜視図。FIG. 2 is a perspective view illustrating a plurality of electrodes in FIG.
【図３】本発明のイオン源に係る第２の実施形態を説明
するためのものであって、複数の電極にそれぞれ形成さ
れる孔の位置の関係を説明するための上面図。FIG. 3 is a top view for explaining the second embodiment of the ion source of the present invention and for explaining the positional relationship of the holes formed in each of the plurality of electrodes.
【図４】図３の実施形態における電極とビーム軌道を説
明するための断面図。FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining electrodes and beam trajectories in the embodiment of FIG.
【図５】本発明のイオン源に係る第３の実施形態におけ
る電極とビーム軌道を説明するための断面図。FIG. 5 is a sectional view for explaining electrodes and beam trajectories in a third embodiment according to the ion source of the present invention.
【図６】本発明のイオン源に係る第４の実施形態を説明
するための断面図。FIG. 6 is a sectional view for explaining a fourth embodiment according to the ion source of the present invention.
【図７】本発明のイオン源に係る第５の実施形態を説明
するための断面図。FIG. 7 is a sectional view for explaining a fifth embodiment of the ion source of the present invention.
【図８】本発明のイオン源に係る第６の実施形態を説明
するためのプラズマ源の断面図。FIG. 8 is a sectional view of a plasma source for explaining a sixth embodiment of the ion source of the present invention.
【図９】本発明のイオン源に係る第７の実施形態を説明
するための最終段電極の平面図。FIG. 9 is a plan view of a final stage electrode for explaining a seventh embodiment according to the ion source of the present invention.
【図１０】従来のイオン源に係る一例を説明するための
断面図。FIG. 10 is a sectional view for explaining an example of a conventional ion source.
【図１１】図１０の各電極におけるイオンビーム引出し
孔の配置関係を説明するための電極の平面図。11 is a plan view of the electrodes for explaining the positional relationship of the ion beam extraction holes in each electrode of FIG.
１…プラズマ源、２…カスプ磁石、３…スリット電極、
３ａ…スリット孔
４…電極支持フランジ１、５…電極支持フランジ２、６
…電極支持フランジ３
７…電極１、７ａ…ビーム引出し孔、８…電極２、９…
電極３
１０…絶縁スペーサ１、１１…絶縁スペーサ２、１２…
絶縁スペーサ３
１３…イオンビーム軌道、１４…電極４
１５…液体ヘリウム供給配管、１６…液体窒素供給配
管、１７…８０Ｋパネル
１８…４Ｋパネル1 ... Plasma source, 2 ... Cusp magnet, 3 ... Slit electrode,
3a ... Slit hole 4 ... Electrode support flange 1, 5 ... Electrode support flange 2, 6
... Electrode support flange 3 7 ... Electrodes 1, 7a ... Beam extraction holes, 8 ... Electrodes 2, 9 ...
Electrode 3 10 ... Insulating spacers 1, 11 ... Insulating spacers 2, 12 ...
Insulating spacer 3 13 ... Ion beam orbit, 14 ... Electrode 4 15 ... Liquid helium supply pipe, 16 ... Liquid nitrogen supply pipe, 17 ... 80K panel 18 ... 4K panel
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 奥山 利久 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 鈴木 靖生 東京都府中市晴海町２丁目24番地の１ 東 芝システムテクノロジー株式会社内 Ｆターム(参考） 4K029 DE01 DE02 DE05 5C030 DE04 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (72) Inventor Toshihisa Okuyama 2-4 Suehiro-cho, Tsurumi-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Toshiba Keihin Office (72) Inventor Yasuo Suzuki 1-24 East, 2-24 Harumi-cho, Fuchu-shi, Tokyo Shiba System Technology Co., Ltd. F-term (reference) 4K029 DE01 DE02 DE05 5C030 DE04
Claims (7)
するプラズマ源と、前記真空容器内に、該真空容器内を
複数に区分するように該真空容器とは電気的に絶縁した
状態で配設され、複数の丸孔が等間隔に形成された多孔
板からなる複数の電極間に所定の電位を印加し、前記プ
ラズマ源から発生するプラズマの中からイオンビームを
引出すイオンビーム引出し部を備えたイオン源におい
て、前記イオンビーム引出し部における電極のうちのイ
オンを取出す最終段の電極に形成されている複数の丸孔
を、スリット状の長孔に変更したことを特徴とするイオ
ン源。1. A plasma source disposed in a vacuum container for generating plasma and a state in which the vacuum container is electrically insulated from each other so as to divide the vacuum container into a plurality of parts. An ion beam extractor is provided that applies a predetermined potential between a plurality of electrodes formed of a perforated plate in which a plurality of circular holes are formed at equal intervals, and extracts an ion beam from the plasma generated from the plasma source. In the provided ion source, a plurality of round holes formed in an electrode at a final stage of extracting ions out of the electrodes in the ion beam extraction unit are changed to slit-shaped long holes.
の長孔の長手方向に沿った中心軸が、前記最終段の電極
を除く電極に形成されている各丸孔の軸方向中心を夫々
結ぶ行又は列単位の中心線の位置とはずれた位置になる
ようにし、前記イオンビーム引出し部における前記イオ
ンビームの軌跡を偏向させることを特徴とする請求項１
に記載のイオン源。2. A center axis along a longitudinal direction of a plurality of elongated holes formed in the electrode of the final stage has an axial center of each round hole formed in the electrodes excluding the electrode of the final stage. 2. The trajectory of the ion beam in the ion beam extraction unit is deflected so that it is located at a position deviating from the position of the center line of each connected row or column.
Ion source according to.
の長孔の長手方向に沿った中心軸が、前記最終段より一
段前の電極に形成されている各丸孔の軸方向中心を夫々
結ぶ行又は列単位の中心線の位置とはずれた位置になる
ようにし、前記イオンビーム引出し部における前記イオ
ンビームの軌跡を偏向させることを特徴とする請求項１
に記載のイオン源。3. The center axis along the longitudinal direction of the plurality of elongated holes formed in the electrode of the final stage is the axial center of each round hole formed in the electrode one stage before the final stage. 2. The trajectory of the ion beam in the ion beam extraction unit is deflected so that it is located at a position deviating from the position of the center line of each connected row or column.
Ion source according to.
を支持する電極支持部に、冷媒により冷却した極低温パ
ネルを配置したことを特徴とする請求項１に記載のイオ
ン源。4. The ion source according to claim 1, wherein a cryogenic panel cooled by a cooling medium is arranged in an electrode supporting portion which is arranged in the vacuum container and which supports each of the electrodes.
却することを特徴とする請求項４に記載のイオン源。5. The ion source according to claim 4, wherein the cryogenic panel is cooled by a small refrigerator.
源容器の縦方向の断面形状を多角形にしたことを特徴と
する請求項１に記載のイオン源。6. The ion source according to claim 1, wherein the plasma source container accommodating the plasma source has a polygonal vertical cross-sectional shape.
ているスリット状の長孔を夫々複数に分割させるように
構成したことを特徴とする請求項１に記載のイオン源。7. The ion source according to claim 1, wherein the slit-shaped long holes formed in the final electrode of the electrodes are each divided into a plurality of parts.
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| JP2011065969A (en) * | 2009-09-18 | 2011-03-31 | Ulvac Japan Ltd | Ion source and ion irradiating method |
-
2001
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| KR100951389B1 (en) | 2007-01-17 | 2010-04-08 | 가부시키가이샤 히다치 고쿠사이 덴키 | Thin Film Forming Apparatus |
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