JP2003249177A - イオン源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構造によって、絶縁体表面に堆積する
堆積物の量を減らして、イオン源の運転可能時間を長く
する。 【解決手段】 このイオン源では、フィラメント用絶縁
体１０および反射電極用絶縁体１４の周辺のプラズマ生
成容器２に、それぞれ、その壁面を貫通していてプラズ
マ生成容器２内のガスを外に排出するガス抜き穴３４お
よび３６を複数個ずつ設けている。更に、対向反射電極
１２および背後反射電極２２の周囲のプラズマ生成容器
の内壁に溝３８および４０をそれぞれ設け、かつ当該溝
３８、４０の入口まで反射電極１２、２２をそれぞれ延
ばして、各反射電極１２、２２とプラズマ生成容器２の
内壁との間を、両者間の電気絶縁を保ちつつ迷路構造に
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、プラズマ生成容
器内に、電子放出用のフィラメントおよび電子反射用の
対向反射電極を有しており、かつプラズマ生成容器内に
磁界を印加する構成のイオン源に関し、より具体的に
は、当該イオン源の安定運転可能時間を長くしてそのメ
インテナンス頻度を低減させる手段に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種のイオン源の従来例を図５〜図７
に示す。このイオン源は、バーナス型イオン源と呼ばれ
るものであり、同様の構造のものが、例えば特開平１１
−３３９６７４号公報および特開２０００−３３１６２
０号公報に記載されている。

【０００３】このイオン源は、例えば直方体状をしてい
て陽極を兼ねるプラズマ生成容器２を備えており、その
内部には、底面に設けたガス導入穴４から、プラズマ２
６の生成用のガス（蒸気の場合も含む）が導入される。
このプラズマ生成容器２の上面には、イオンビーム２８
の引き出し用のイオン引出しスリット６が設けられてい
る。このプラズマ生成容器２は、図示しない真空容器内
に収納されていて、当該イオン源の運転中はプラズマ生
成容器２の周りは真空雰囲気に排気される。

【０００４】このプラズマ生成容器２の一方側（一方の
短辺壁側）内には、フィラメント電源３０（その出力電
圧は例えば２〜４Ｖ程度）によって加熱されて電子を放
出するこの例ではＵ字状のフィラメント８が設けられて
いる。このフィラメント８の二つの脚部とプラズマ生成
容器２との間は、二つのフィラメント用絶縁体１０によ
って電気的に絶縁されている。

【０００５】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、フィラメント８とプラズマ生成容器２間
でアーク放電を生じさせるために、アーク電源３２から
アーク電圧（例えば４０〜１００Ｖ程度）が印加され
る。

【０００６】プラズマ生成容器２の他方側（即ちフィラ
メント８と相対向する短辺壁側）内には、フィラメント
８と相対向させて、電子を反射する対向反射電極１２が
設けられている。１６はそれにつながる導体である。こ
の対向反射電極１２とプラズマ生成容器２との間は、反
射電極用絶縁体１４によって電気的に絶縁されている。
この対向反射電極１２は、例えば、どこにも接続せずに
浮遊電位にする場合と、フィラメント８の一端（より具
体的にはマイナス端）に接続してフィラメント電位にす
る場合とがある。

【０００７】この例では更に、プラズマ生成容器２内で
あってフィラメント８の背後に位置する箇所に、即ちフ
ィラメント８のＵ字状部とその背後のプラズマ生成容器
２の壁面との間に、対向反射電極１２に相対向させて、
電子を反射する背後反射電極２２を設けている。背後反
射電極２２は、この例では２枚であり、各フィラメント
用絶縁体１０の前面にそれぞれ取り付けて、プラズマ生
成容器２から電気的に絶縁して支持されている。この背
後反射電極２２の支持には、この例では図６に示すよう
に、二つの支持用絶縁体１１を併用しているが、そのよ
うにしなくて良い場合もある。フィラメント８が背後反
射電極２２を貫通する部分には、両者間を電気絶縁する
ための穴２４が設けられている。両背後反射電極２２
は、例えば、フィラメント８の一端（より具体的にはマ
イナス端）に接続してフィラメント電位にされる。但
し、この背後反射電極２２は設ける方が好ましいけれど
も、それを設けない場合もある。

【０００８】プラズマ生成容器２内には、プラズマ２６
の生成・維持用に、プラズマ生成容器２の外部に設けら
れた磁界発生器１８から、フィラメント８と対向反射電
極１２とを結ぶ軸に沿う磁界２０が印加される。但し、
磁界２０の向きは図示とは逆でも良い。磁界発生器１８
は、例えば電磁石である。

【０００９】このイオン源の動作を説明すると、上記ア
ーク放電によって、プラズマ生成容器２内に導入された
ガスが電離されてプラズマ２６が作られる。そしてこの
プラズマ２６から、電界の作用で、イオンビーム２８を
引き出すことができる。その際、磁界２０は、プラズマ
２６中のイオンや電子を閉じ込めて、プラズマ２６を生
成かつ維持することに寄与する。また、対向反射電極１
２および背後反射電極２２は、フィラメント８から放出
された電子やプラズマ２６中の電子を反射して、当該電
子とガス分子との衝突確率を高めて、密度の高いプラズ
マ２６を生成する、換言すればプラズマ２６の生成効率
を高めることに寄与する。

【００１０】なお、イオン引出しスリット６に対向する
箇所には、通常は、イオンビーム２８を引き出す引出し
電極が設けられているが、ここではその図示を省略して
いる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上記イオン源は、例え
ば半導体製造における不純物注入等に用いられる。その
場合、上記プラズマ生成容器２内へは、例えば、リン
（Ｐ）、ホウ素（Ｂ）、ヒ素（Ａs ）等を含む原料のガ
ス（加熱炉によって蒸気化したものを含む）が導入され
る。

【００１２】この原料のフィラメント８からの熱等によ
る高温化およびプラズマ化によって、プラズマ生成容器
２内に露出している部分に、例えばフィラメント用絶縁
体１０、支持用絶縁体１１および反射電極用絶縁体１４
の表面に、導電性の堆積物が付着して膜となる。その堆
積量は、当該イオン源の運転時間が長くなるに従って多
くなり、やがて絶縁体１０、１１、１４の絶縁不良を惹
き起こすようになる。

【００１３】例えば、フィラメント用絶縁体１０に着目
すると、その表面に上記堆積物膜が成長したり、それが
剥離してフィラメント８の両端部間あるいはフィラメン
ト８とプラズマ生成容器２との間に接触したりすると、
フィラメント８の両端部（両脚部）間の絶縁や、フィラ
メント８とプラズマ生成容器２間の絶縁が破壊され、フ
ィラメント８を安定して通電加熱することや、前記アー
ク放電を安定して発生させることができなくなる。その
結果、プラズマ２６を安定して生成することができなく
なり、ひいてはイオンビーム２８を安定して引き出すこ
とができなくなる。即ち、当該イオン源を安定して運転
することができなくなる。これを解決するためには、当
該イオン源を大気開放して、上記堆積物を除去するメイ
ンテナンスを行う必要があり、その間は当該イオン源を
用いた装置を停止しなければならないので、例えば半導
体生産量が低下する。

【００１４】また、反射電極用絶縁体１４の絶縁が上記
堆積物膜によって上記フィラメント用絶縁体１０側と同
様の現象によって破壊されて、対向反射電極１２とプラ
ズマ生成容器２とが同電位になると、対向反射電極１２
による前記電子の反射作用を損なうので、プラズマ２６
の生成が不安定になったり、プラズマ２６の生成効率が
低下して初期のイオンビーム２８が得られなくなる。こ
の場合もやはり、当該イオン源を安定して運転すること
ができなくなるので、それを解決するためには当該イオ
ン源のメインテナンスを行う必要がある。背後反射電極
２２を設けている場合は、フィラメント用絶縁体１０の
絶縁が上記堆積物膜によって破壊されることによって、
対向反射電極１２側の場合と同様の問題が生じる。支持
用絶縁体１１を用いている場合は、それの絶縁が堆積物
膜によって破壊されることによっても、同様の問題が生
じる。

【００１５】上記のような課題に関して、従来は、堆積
物膜が付くことを前提に、絶縁体を二重化して絶縁不良
が起こりにくくする構造（前記特開２０００−３３１６
２０号公報参照）や、絶縁体等の表面に格子状の溝を設
けて堆積物膜の剥離を防ぐ構造（前記特開平１１−３３
９６７４号公報参照）が提案されているけれども、いず
れも、（ａ）構造が複雑になる、（ｂ）絶縁体表面に堆
積する堆積物の量を減らせる訳ではないので効果が少な
い、という課題がある。

【００１６】そこでこの発明は、簡単な構造によって、
絶縁体表面に堆積する堆積物の量を減らして、イオン源
の運転可能時間を長くすることを主たる目的とする。

【００１７】

【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、前記フィラメント用絶縁体および反射電極用
絶縁体の少なくとも一方の周辺のプラズマ生成容器に、
その壁面を貫通していてプラズマ生成容器内のガスをそ
の外に排出するガス抜き穴を１個以上設けていることを
特徴としている（請求項１）。

【００１８】上記絶縁体の周辺に上記ガス抜き穴を設け
ることによって、プラズマ生成容器に導入されたガスに
含まれていて高温化またはプラズマ化した原料が上記絶
縁体の周辺に溜まるのを抑えて、当該絶縁体周辺での高
温化またはプラズマ化した原料の量を減少させることが
できるので、上記絶縁体表面に堆積する原料の量、即ち
堆積物の量を減少させることができる。その結果、上記
絶縁体の絶縁性能劣化を抑制することができるので、イ
オン源の安定運転可能時間を長くすることができ、ひい
ては当該イオン源のメインテナンス頻度を低減させるこ
とができる。これを、ガス抜き穴を設けるという簡単な
構造によって実現することができる。

【００１９】前記ガス抜き穴は、前記フィラメント用絶
縁体および反射電極用絶縁体の周辺にそれぞれ１個以上
ずつ設けのが好ましい（請求項２）。

【００２０】そのようにすれば、フィラメント用絶縁体
および反射電極用絶縁体の両方において、それらの絶縁
性能劣化を抑制することができるので、イオン源の安定
運転可能時間をより長くすることができ、ひいては当該
イオン源のメインテナンス頻度をより低減させることが
できる。

【００２１】ガス抜き穴を上記のように両方に設ける場
合は、フィラメント用絶縁体の周辺に設けたガス抜き穴
全部のコンダクタンスと、反射電極用絶縁体の周辺に設
けたガス抜き穴全部のコンダクタンスとを、互いにほぼ
等しくするのが好ましい（請求項３）。

【００２２】そのようにすると、フィラメント用絶縁体
の周辺に設けたガス抜き穴全部から排出されるガスの量
と、反射電極用絶縁体の周辺に設けたガス抜き穴全部か
ら排出されるガスの量とを互いにほぼ等しくすることが
できるので、ガス抜き穴を設けても、プラズマ生成容器
内におけるガス圧の均一性が低下するのを抑えることが
できる。その結果、プラズマ生成容器内に生成されるプ
ラズマの密度分布の均一性ひいては当該プラズマから引
き出すイオンビームの密度分布の均一性が良くなる。

【００２３】この発明に係るイオン源の一つは、対向反
射電極の周囲のプラズマ生成容器の内壁に溝を設け、か
つこの溝の少なくとも入口まで対向反射電極を延ばし
て、対向反射電極とプラズマ生成容器の内壁との間を、
両者間の電気絶縁を保ちつつ迷路構造にしていることを
特徴としている（請求項４）。

【００２４】対向反射電極とプラズマ生成容器の内壁と
の間を迷路構造にすることによって、プラズマ生成容器
に導入されたガスに含まれていて高温化またはプラズマ
化した原料が反射電極用絶縁体の周辺に流入するのを抑
えて、当該絶縁体周辺での高温化またはプラズマ化した
原料の量を減少させることができるので、反射電極用絶
縁体表面に堆積する原料の量、即ち堆積物の量を減少さ
せることができる。その結果、上記絶縁体の絶縁性能劣
化を抑制することができるので、イオン源の安定運転可
能時間を長くすることができ、ひいては当該イオン源の
メインテナンス頻度を低減させることができる。これ
を、プラズマ生成容器の内壁に溝を設け、その少なくと
も入口まで対向反射電極を延ばすという簡単な構造によ
って実現することができる。

【００２５】前記フィラメントの背後に、前記対向反射
電極に対向させると共に前記プラズマ生成容器から電気
的に絶縁して設けられていて電子を反射する背後反射電
極を更に備えている場合は、この背後反射電極の周囲の
プラズマ生成容器の内壁にも溝を設け、かつこの溝の少
なくとも入口まで背後反射電極を延ばして、背後反射電
極とプラズマ生成容器の内壁との間も、両者間の電気絶
縁を保ちつつ迷路構造にするのが好ましい（請求項
５）。

【００２６】そのようにすると、対向反射電極側と同様
の作用によって、フィラメント用絶縁体においても、当
該絶縁体表面に堆積する原料の量、即ち堆積物の量を減
少させることができる。その結果、フィラメント用絶縁
体および反射電極用絶縁体の両方において、それらの絶
縁性能劣化を抑制することができるので、イオン源の安
定運転可能時間をより長くすることができ、ひいては当
該イオン源のメインテナンス頻度をより低減させること
ができる。

【００２７】上述したガス抜き穴を設けることと、反射
電極とプラズマ生成容器との間を迷路構造にすることと
を併用するのがより好ましい。そのようにすれば、ガス
抜き穴を設けたことによる上記作用効果と、迷路構造に
することによる上記作用効果の両方を奏することができ
るので、絶縁体の絶縁性能劣化をより一層抑制すること
ができる。その結果、イオン源の安定運転可能時間をよ
り一層長くすることができ、ひいては当該イオン源のメ
インテナンス頻度をより一層低減させることができる。

【００２８】

【発明の実施の形態】図１は、この発明に係るイオン源
の一例を示す断面図である。図２は、図１の線Ａ−Ａに
沿う拡大断面図である。図３は、図１の線Ｂ−Ｂに沿う
拡大断面図である。図５〜図７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。

【００２９】このイオン源では、前記フィラメント用絶
縁体１０および支持用絶縁体１１の周辺のプラズマ生成
容器２の壁面に、より具体的にはフィラメント用絶縁体
１０が貫通しているプラズマ生成容器２の前記一方の短
辺壁に、その壁面を貫通していてプラズマ生成容器２内
のガスを外に排出するガス抜き穴３４を複数個設けてい
る。より具体的には、ガス抜き穴３４は、図２に示すよ
うに、二つのフィラメント用絶縁体１０および二つの支
持用絶縁体１１の外側付近にそれぞれ１個ずつと、中央
に１個とで合計５個を配置している。このようにガス抜
き穴３４をバランス良く配置すると、ガス排出のバラン
スが良くなるので好ましい。各ガス抜き穴３４の大きさ
（直径）は、前記ガス導入穴４よりも小さくしている。
但し、ガス抜き穴３４の数および配置等は、この例のも
のに限られるものではない。

【００３０】このイオン源では、更に、前記反射電極用
絶縁体１４の周辺のプラズマ生成容器２の壁面にも、よ
り具体的には反射電極用絶縁体１４が貫通しているプラ
ズマ生成容器２の前記他方の短辺壁にも、その壁面を貫
通していてプラズマ生成容器２内のガスを外に排出する
ガス抜き穴３６を複数個設けている。より具体的には、
図３に示すように、４個のガス抜き穴３６を反射電極用
絶縁体１４の周囲にほぼ均等に配置している。このよう
にガス抜き穴３６を配置すると、ガス排出のバランスが
良くなるので好ましい。各ガス抜き穴３６の大きさ（直
径）は、前記ガス導入穴４よりも小さくしている。但
し、ガス抜き穴３６の数および配置等は、この例のもの
に限られるものではない。例えば、反射電極用絶縁体１
４を複数個にしても良く、それに応じてガス抜き穴３６
の数および配置を変えても良い。

【００３１】上記ガス抜き穴３４全部のコンダクタンス
と、上記ガス抜き穴３６全部のコンダクタンスとを、互
いにほぼ等しくするのが好ましい。そのようにするに
は、例えば、ガス抜き穴３４側のプラズマ生成容器２の
壁面の厚さと、ガス抜き穴３６側の壁面の厚さとが互い
に等しい場合は、ガス抜き穴３４全部の面積とガス抜き
穴３６の全部の面積とを互いにほぼ等しくすれば良い。
上記コンダクタンスは、より厳密に言えば、ガス導入穴
４から見たガス抜き穴３４全部のコンダクタンスと、ガ
ス導入穴４から見たガス抜き穴３６全部のコンダクタン
スとを互いにほぼ等しくするのが好ましい。

【００３２】このイオン源では、更に、前記対向反射電
極１２の周囲のプラズマ生成容器２の内壁に溝３８を設
け、かつ対向反射電極１２を大きくして溝３８の入口ま
で対向反射電極１２を延ばして、対向反射電極１２とプ
ラズマ生成容器２の内壁との間を、両者間の電気絶縁を
確保しつつ、迷路構造にしている。溝３８は、図３も参
照して、全体的に見ればこの例では四角い環状をしてい
る。対向反射電極１２は、溝３８の入口よりも更に奥へ
入れても良く、そのようにすれば迷路の経路がより長く
なる。

【００３３】このイオン源では、フィラメント８側に
も、前記とほぼ同様の背後反射電極２２を備えている。
但しこの例では、背後反射電極２２を１枚の電極として
いる。そして、この例では、スペーサ４２を介して、二
つの前記支持用絶縁体１１から当該背後反射電極２２を
支持している（図２も参照）。これによって、この例で
は、背後反射電極２２を各フィラメント用絶縁体１０の
前面から離している。このようにスペーサ４２を介する
ことによって、背後反射電極２２の位置を簡単に調整す
ることができるが、勿論、スペーサ４２を用いなくても
良い。また、支持用絶縁体１１を設けずにそれ以外の手
段によって、例えばフィラメント用絶縁体１０を用いる
等して、背後反射電極２２をプラズマ生成容器２から絶
縁して支持するようにしても良い。

【００３４】このイオン源では、更に、前記背後反射電
極２２の周囲のプラズマ生成容器２の内壁に溝４０を設
け、かつ対向反射電極１２を大きくして溝４０の入口ま
で背後反射電極２２を延ばして、背後反射電極２２とプ
ラズマ生成容器２の内壁との間を、両者間の電気絶縁を
確保しつつ、迷路構造にしている。溝４０は、図２も参
照して、全体的に見ればこの例では四角い環状をしてい
る。背後反射電極２２は、溝４０の入口よりも更に奥へ
入れても良く、そのようにすれば迷路の経路がより長く
なる。

【００３５】上記ガス抜き穴３４を設けることによっ
て、プラズマ生成容器２内に導入されたガスを当該ガス
抜き穴３４からプラズマ生成容器２外に排出することが
できる。これは、前述したように、プラズマ生成容器２
の周りは、当該イオン源の運転中は真空雰囲気に排気さ
れるからである。その結果、プラズマ生成容器２に導入
されたガスに含まれていて高温化またはプラズマ化した
原料がフィラメント用絶縁体１０および支持用絶縁体１
１の周辺に溜まるのを抑えて、当該絶縁体１０、１１周
辺での高温化またはプラズマ化した原料の量を減少させ
ることができるので、絶縁体１０および１１の表面に堆
積する原料の量、即ち堆積物の量を減少させることがで
きる。その結果、絶縁体１０および１１の絶縁性能劣化
を抑制することができるので、イオン源の安定運転可能
時間を長くすることができ、ひいては当該イオン源のメ
インテナンス頻度を低減させることができる。これを、
ガス抜き穴３４を設けるという簡単な構造によって実現
することができる。

【００３６】ガス抜き穴３６を設けることによって、ガ
ス抜き穴３４と同様の作用によって、反射電極用絶縁体
１４においても、当該絶縁体１４の表面に堆積する原料
の量、即ち堆積物の量を減少させることができる。その
結果、反射電極用絶縁体１４の絶縁性能劣化を抑制する
ことができるので、この観点からも、イオン源の安定運
転可能時間を長くすることができ、ひいては当該イオン
源のメインテナンス頻度を低減させることができる。

【００３７】また、前述したようにガス抜き穴３４全部
のコンダクタンスとガス抜き穴３６全部のコンダクタン
スとを互いにほぼ等しくしておくと、フィラメント８側
のガス抜き穴３４全部から排出されるガスの量と、対向
反射電極１２側のガス抜き穴３６全部から排出されるガ
スの量とを互いにほぼ等しくすることができるので、ガ
ス抜き穴３４、３６を設けても、プラズマ生成容器２内
におけるガス圧の均一性が低下するのを抑えることがで
きる。その結果、プラズマ生成容器２内に生成されるプ
ラズマ２６の密度分布の均一性ひいては当該プラズマ２
６から引き出すイオンビーム２８の密度分布の均一性が
良くなる。

【００３８】また、対向反射電極１２とプラズマ生成容
器２の内壁との間を上記のように迷路構造にすることに
よって、プラズマ生成容器２内に導入されたガスに含ま
れていて高温化またはプラズマ化した原料が反射電極用
絶縁体１４の周辺に流入するのを抑えて、当該絶縁体１
４周辺での高温化またはプラズマ化した原料の量を減少
させることができるので、この理由からも、反射電極用
絶縁体１４の表面に堆積する原料の量、即ち堆積物の量
を減少させることができる。その結果、反射電極用絶縁
体１４の絶縁性能劣化を抑制することができるので、イ
オン源の安定運転可能時間を長くすることができ、ひい
ては当該イオン源のメインテナンス頻度を低減させるこ
とができる。これを、プラズマ生成容器２に溝３８を設
け、その少なくとも入口まで対向反射電極１２を延ばす
という簡単な構造によって実現することができる。

【００３９】背後反射電極２２とプラズマ生成容器２と
の間も上記のように迷路構造にすると、対向反射電極１
２側と同様の作用によって、フィラメント用絶縁体１０
および支持用絶縁体１１においても、当該絶縁体１０、
１１表面に堆積する原料の量、即ち堆積物の量を減少さ
せることができる。その結果、フィラメント用絶縁体１
０、支持用絶縁体１１および反射電極用絶縁体１４の全
てにおいて、それらの絶縁性能劣化を抑制することがで
きるので、イオン源の安定運転可能時間をより長くする
ことができ、ひいては当該イオン源のメインテナンス頻
度をより低減させることができる。

【００４０】更に、この例のように、上記ガス抜き穴３
４および／または３６を設けることと、反射電極１２お
よび／または２２とプラズマ生成容器２との間を迷路構
造にすることとを併用するのがより好ましい。そのよう
にすれば、ガス抜き穴を設けたことによる上記作用効果
と、迷路構造にしたことによる上記作用効果の両方を奏
することができるので、フィラメント用絶縁体１０や反
射電極用絶縁体１４等の絶縁体の絶縁性能劣化をより一
層抑制することができる。その結果、イオン源の安定運
転可能時間をより一層長くすることができ、ひいては当
該イオン源のメインテナンス頻度をより一層低減させる
ことができる。

【００４１】なお、上記ガス抜き穴３４は、フィラメン
ト用絶縁体１０の周辺であれば、上記例以外の位置に設
けても良い。例えば、図４に示す例のように、プラズマ
生成容器２の長辺壁に設けても良い。上記ガス抜き穴３
６についても、反射電極用絶縁体１４の周辺であれば、
上記例以外の位置に設けても良い。例えば、図４に示す
例のように、プラズマ生成容器２の長辺壁に設けても良
い。

【００４２】

【実施例】上記プラズマ生成容器２内にＢＦ₃ ガスを流
量２．０ｃｃｍで導入しながら、イオンビーム２８とし
てＢ⁺ イオンビームを２ｍＡで引き出す運転を１０時間
連続した前後の上記フィラメント８側の絶縁体、即ち上
記フィラメント用絶縁体１０および支持用絶縁体１１の
合計４個の絶縁体の重量変化を測定した。その結果を表
１に示す。

【００４３】

【表１】

【００４４】表１中の比較例は、迷路構造もガス抜き穴
も設けていない例であり、図５に示した従来のイオン源
に相当する。実施例１は、ガス抜き穴３４は設けずに、
背後反射電極２２とプラズマ生成容器２との間に上述し
たような迷路構造を設けた例である。実施例２は、迷路
構造は設けずに、上述したような５個のガス抜き穴３４
を設けた例である。実施例３は、上述したような迷路構
造および５個のガス抜き穴３４の両方を設けた例であ
る。

【００４５】この表１に示すように、比較例での絶縁体
の重量が最も多く増加しており、堆積物が最も多く堆積
したことが分かる。

【００４６】これに対して、この発明に係るイオン源で
は、実施例１のように迷路構造を設けるだけでも、絶縁
体の重量増加は比較例の半分以下になっている。

【００４７】実施例２のように、ガス抜き穴３４を設け
ると、絶縁体の重量は１０時間運転後に減少している。
これは、当該イオン源を組み立てた後の絶縁体１０、１
１は、通常、大気中の水分等を吸着しており、この水分
等がプラズマ生成容器２内でプラズマ２６あるいはフィ
ラメント８からの熱によって蒸発することによって、堆
積物による重量増加よりも水分等の蒸発による重量減少
の方が勝ったものと考えられる。同様の考えに立てば、
上記比較例および実施例１における堆積物量は、表１に
示す重量増加分以上あると言うことができる。

【００４８】実施例３のように迷路構造とガス抜き穴３
４の両方を設けると、絶縁体の重量はより減少してい
る。これは、実施例２の場合よりも堆積物量が更に減っ
たことを表している。

【００４９】なお、反射電極用絶縁体１４においても、
前述したようなガス抜き穴３６および／または迷路構造
を設けることによって、上記と同傾向の結果が得られる
であろうことは容易に推測することができる。

【００５０】

【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。

【００５１】請求項１記載の発明によれば、フィラメン
ト用絶縁体および反射電極用絶縁体の少なくとも一方の
周辺のプラズマ生成容器にガス抜き穴を設けることによ
って、プラズマ生成容器に導入されたガスに含まれてい
て高温化またはプラズマ化した原料が上記絶縁体の周辺
に溜まるのを抑えて、当該絶縁体周辺での高温化または
プラズマ化した原料の量を減少させることができるの
で、上記絶縁体表面に堆積する原料の量、即ち堆積物の
量を減少させることができる。その結果、上記絶縁体の
絶縁性能劣化を抑制することができるので、イオン源の
安定運転可能時間を長くすることができ、ひいては当該
イオン源のメインテナンス頻度を低減させることができ
る。これを、ガス抜き穴を設けるという簡単な構造によ
って実現することができる。

【００５２】請求項２記載の発明によれば、上記ガス抜
き穴を設けたことによって、フィラメント用絶縁体およ
び反射電極用絶縁体の両方において、それらの絶縁性能
劣化を抑制することができるので、イオン源の安定運転
可能時間をより長くすることができ、ひいては当該イオ
ン源のメインテナンス頻度をより低減させることができ
る。

【００５３】請求項３記載の発明によれば、フィラメン
ト用絶縁体の周辺に設けたガス抜き穴全部から排出され
るガスの量と、反射電極用絶縁体の周辺に設けたガス抜
き穴全部から排出されるガスの量とを互いにほぼ等しく
することができるので、ガス抜き穴を設けても、プラズ
マ生成容器内におけるガス圧の均一性が低下するのを抑
えることができる。その結果、プラズマ生成容器内に生
成されるプラズマの密度分布の均一性ひいては当該プラ
ズマから引き出すイオンビームの密度分布の均一性が良
くなる、という更なる効果を奏する。

【００５４】請求項４記載の発明によれば、対向反射電
極とプラズマ生成容器の内壁との間を迷路構造にするこ
とによって、プラズマ生成容器に導入されたガスに含ま
れていて高温化またはプラズマ化した原料が反射電極用
絶縁体の周辺に流入するのを抑えて、当該絶縁体周辺で
の高温化またはプラズマ化した原料の量を減少させるこ
とができるので、反射電極用絶縁体表面に堆積する原料
の量、即ち堆積物の量を減少させることができる。その
結果、上記絶縁体の絶縁性能劣化を抑制することができ
るので、イオン源の安定運転可能時間を長くすることが
でき、ひいては当該イオン源のメインテナンス頻度を低
減させることができる。これを、プラズマ生成容器に溝
を設け、その少なくとも入口まで対向反射電極を延ばす
という簡単な構造によって実現することができる。

【００５５】請求項５記載の発明によれば、背後反射電
極とプラズマ生成容器の内壁との間も迷路構造にするこ
とによって、対向反射電極側と同様の作用によって、フ
ィラメント用絶縁体においても、当該絶縁体表面に堆積
する原料の量、即ち堆積物の量を減少させることができ
る。その結果、フィラメント用絶縁体および反射電極用
絶縁体の両方において、それらの絶縁性能劣化を抑制す
ることができるので、イオン源の安定運転可能時間をよ
り長くすることができ、ひいては当該イオン源のメイン
テナンス頻度をより低減させることができる。

【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示す断面図で
ある。

【図２】図１の線Ａ−Ａに沿う拡大断面図である。

【図３】図１の線Ｂ−Ｂに沿う拡大断面図である。

【図４】この発明に係るイオン源の他の例を簡略化して
示す断面図である。

【図５】従来のイオン源の一例を示す断面図である。

【図６】図５の線Ａ−Ａに沿う拡大断面図である。

【図７】図５の線Ｂ−Ｂに沿う拡大断面図である。

【符号の説明】

２ プラズマ生成容器 ４ ガス導入穴 ８ フィラメント １０ フィラメント用絶縁体 １２ 対向反射電極 １４ 反射電極用絶縁体 １８ 磁界発生器 ２２ 背後反射電極 ２６ プラズマ ２８ イオンビーム ３４、３６ ガス抜き穴 ３８、４０ 溝

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガス導入穴を有していてそこからガスが
   導入されるプラズマ生成容器と、このプラズマ生成容器
   の一方側内に設けられていて電子を放出するフィラメン
   トと、このフィラメントとプラズマ生成容器との間を電
   気絶縁するフィラメント用絶縁体と、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反射する対向反
   射電極と、この対向反射電極とプラズマ生成容器との間
   を電気絶縁する反射電極用絶縁体と、前記プラズマ生成
   容器内にフィラメントと対向反射電極とを結ぶ軸に沿う
   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、前記フィラメント用絶縁体および反射電極用絶縁体
   の少なくとも一方の周辺のプラズマ生成容器に、その壁
   面を貫通していてプラズマ生成容器内のガスをその外に
   排出するガス抜き穴を１個以上設けていることを特徴と
   するイオン源。
2. 【請求項２】 前記ガス抜き穴を、前記フィラメント用
   絶縁体および反射電極用絶縁体の周辺にそれぞれ１個以
   上ずつ設けている請求項１記載のイオン源。
3. 【請求項３】 前記フィラメント用絶縁体の周辺に設け
   たガス抜き穴全部のコンダクタンスと、前記反射電極用
   絶縁体の周辺に設けたガス抜き穴全部のコンダクタンス
   とを、互いにほぼ等しくしている請求項２記載のイオン
   源。
4. 【請求項４】 ガス導入穴を有していてそこからガスが
   導入されるプラズマ生成容器と、このプラズマ生成容器
   の一方側内に設けられていて電子を放出するフィラメン
   トと、このフィラメントとプラズマ生成容器との間を電
   気絶縁するフィラメント用絶縁体と、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反射する対向反
   射電極と、この対向反射電極とプラズマ生成容器との間
   を電気絶縁する反射電極用絶縁体と、前記プラズマ生成
   容器内にフィラメントと対向反射電極とを結ぶ軸に沿う
   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、前記対向反射電極の周囲のプラズマ生成容器の内壁
   に溝を設け、かつこの溝の少なくとも入口まで対向反射
   電極を延ばして、対向反射電極とプラズマ生成容器の内
   壁との間を、両者間の電気絶縁を保ちつつ迷路構造にし
   ていることを特徴とするイオン源。
5. 【請求項５】 前記フィラメントの背後に、前記対向反
   射電極に対向させると共に前記プラズマ生成容器から電
   気的に絶縁して設けられていて電子を反射する背後反射
   電極を更に備えており、この背後反射電極の周囲のプラ
   ズマ生成容器の内壁に溝を設け、かつこの溝の少なくと
   も入口まで背後反射電極を延ばして、背後反射電極とプ
   ラズマ生成容器の内壁との間を、両者間の電気絶縁を保
   ちつつ迷路構造にしている請求項４記載のイオン源。