JP2022122125A - Electron and ion source - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電子源およびイオン源に関し、特に内部でプラズマが生成されるプラズマ生成容器に電子を供給する電子源、および当該電子源を備えるイオン源に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to an electron source and an ion source, and more particularly to an electron source that supplies electrons to a plasma generating container in which plasma is generated, and an ion source that includes the electron source.
内部でプラズマが生成されるプラズマ生成容器とプラズマ生成容器に電子を供給する電子源を備えたイオン源として、特許文献1に示されたイオン源が知られている。特許文献1のイオン源は、半導体製造工程等で使用されるイオン注入装置においてイオンビームを生成するために使用されるものであり、熱電子を放出するカソードとカソードを外部から加熱するフィラメントを備えている。つまり、特許文献1のイオン源は、カソードから放出された熱電子をプラズマ生成容器に供給することで、プラズマ生成容器に導入された原料ガスを電離させてプラズマを生成するものである。 An ion source disclosed in Patent Document 1 is known as an ion source that includes a plasma generation container in which plasma is generated and an electron source that supplies electrons to the plasma generation container. The ion source of Patent Document 1 is used to generate an ion beam in an ion implanter used in a semiconductor manufacturing process or the like, and includes a cathode that emits thermoelectrons and a filament that heats the cathode from the outside. ing. In other words, the ion source of Patent Literature 1 supplies thermionic electrons emitted from the cathode to the plasma generation container to ionize the raw material gas introduced into the plasma generation container to generate plasma.
このイオン源においては、カソードの近傍にはカソードに対して正電位に保持されるアノード電極が配置されている。また、アノード電極はカソードから放出された熱電子が通過しうる開口を備えている。より詳細には、カソードおよびアノード電極は、プラズマ生成容器に対し、カソードから放出された熱電子がアノード電極の開口を通過してプラズマ生成容器の内部に到達し得るように位置付けられている。
尚、アノード電極を設けることなく、プラズマ生成容器をカソードに対して正電位に保持することで熱電子がプラズマ生成容器内に供給される構成としてもよい。この場合においても、カソードから放出された熱電子が、プラズマ生成容器またはプラズマ生成容器に取り付けられた部材に形成された開口を通過する構成となる。
In this ion source, an anode electrode maintained at a positive potential with respect to the cathode is arranged near the cathode. The anode electrode also has an opening through which thermoelectrons emitted from the cathode can pass. More specifically, the cathode and anode electrodes are positioned with respect to the plasma-generating vessel such that thermionic electrons emitted from the cathode can pass through the opening of the anode electrode and reach the interior of the plasma-generating vessel.
Alternatively, thermoelectrons may be supplied into the plasma generation container by maintaining the plasma generation container at a positive potential with respect to the cathode without providing the anode electrode. In this case as well, thermoelectrons emitted from the cathode pass through an opening formed in the plasma generation container or a member attached to the plasma generation container.
一般に、熱電子を放出するカソードはタングステンやタンタルなどの金属により形成されており、加熱されたカソードからは熱電子が放出されるとともに、カソードを形成する金属も気化して周囲に放出されることになる。また、カソードを形成する金属は、プラズマ生成容器内またはアノード電極付近で生成したプラズマ中の粒子がカソードに衝突し、カソードの表面がスパッタされることによっても周囲に放出される。そして、カソードから周囲に放出された金属粒子は、アノード電極等に形成された熱電子が通過する開口付近に付着して堆積することになる。このようにして、アノード電極等のカソードと電位の異なる部材の開口付近に金属粒子が堆積していくと、当該部材の開口領域を堆積した金属が狭めていくことになる。したがって、カソードから放出された電子がプラズマ生成容器内に十分に到達しにくくなることから、プラズマの生成効率が経時的に低下していく。そこで、プラズマ生成容器内に電子を十分に供給するため、カソードに印加する電圧値を大きくするなどの操作を行うとカソードからの金属の気化が更に促進され、その結果、当該部材の開口付近に金属粒子が堆積する速度が速まることになる。さらには、当該部材の開口付近において、堆積した金属によって当該部材とカソードとが近接することで、当該部材とカソードとの間で短絡するおそれもある。 In general, a cathode that emits thermoelectrons is made of metal such as tungsten or tantalum. When heated, thermoelectrons are emitted from the cathode, and the metal that forms the cathode is also vaporized and emitted to the surroundings. become. The metal forming the cathode is also emitted to the surroundings when particles in the plasma generated in the plasma generating container or near the anode electrode collide with the cathode and the surface of the cathode is sputtered. Then, the metal particles emitted from the cathode to the surroundings adhere and accumulate near the opening formed in the anode electrode or the like through which thermoelectrons pass. In this way, when the metal particles are deposited near the opening of the member such as the anode electrode, which has a potential different from that of the cathode, the deposited metal narrows the opening region of the member. Therefore, it becomes difficult for the electrons emitted from the cathode to sufficiently reach the inside of the plasma generation chamber, and the plasma generation efficiency decreases with time. Therefore, in order to sufficiently supply electrons into the plasma generation chamber, if an operation such as increasing the voltage value applied to the cathode is performed, the vaporization of the metal from the cathode is further promoted, and as a result, near the opening of the member, The rate at which metal particles are deposited will increase. Furthermore, in the vicinity of the opening of the member, the deposited metal brings the member and the cathode closer together, which may cause a short circuit between the member and the cathode.
このように、従来のイオン源においては、カソードから気化した金属またはカソードからスパッタされた金属がアノード電極等の部材に形成された開口付近に堆積することによって、プラズマの生成効率が経時的に低下し、最終的には当該部材とカソード間の短絡を引き起こすおそれがあった。すなわち、従来のイオン源においては、カソードから気化した金属によるプラズマ生成効率の経時的な低下、および、カソードとカソードの近傍に配置された部材間の短絡によって、カソードからプラズマ生成容器へ長期間にわたって安定して熱電子を供給することができなかった。 As described above, in the conventional ion source, the metal vaporized from the cathode or the metal sputtered from the cathode accumulates in the vicinity of the opening formed in the member such as the anode electrode, resulting in a decrease in plasma generation efficiency over time. However, there is a risk of eventually causing a short circuit between the member and the cathode. That is, in the conventional ion source, the plasma generation efficiency decreases over time due to metal vaporized from the cathode, and the short circuit between the cathode and members arranged near the cathode causes long-term contamination from the cathode to the plasma generation container. It was not possible to stably supply thermal electrons.
本発明は、上記課題を解決するものであり、カソードからプラズマ生成容器に長期間にわたって安定して熱電子を供給できる電子源およびイオン源を提供することを目的としている。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an electron source and an ion source capable of stably supplying thermal electrons from a cathode to a plasma generating container over a long period of time.
本発明における電子源は、内部でプラズマが生成されるプラズマ生成容器に向けて熱電子を放出する電子放出面を有するカソードを備える電子源であって、前記カソードと同電位とされており、前記電子放出面の外縁の少なくとも一部を覆うカバー部を有するカバー部材をさらに備え、前記カソードは、前記カバー部に覆われる第一の領域と、前記第一の領域に対して前記電子放出面が高温となって前記熱電子を放出し得る第二の領域を有するよう形成されている。 The electron source in the present invention is an electron source comprising a cathode having an electron emitting surface that emits thermoelectrons toward a plasma generating container in which plasma is generated, and has the same potential as that of the cathode. The cathode further comprises a cover member having a cover portion covering at least a portion of the outer edge of the electron emission surface, and the cathode includes a first region covered with the cover portion, and the electron emission surface facing the first region. It is formed to have a second region that can reach a high temperature and emit the thermoelectrons.
この構成によれば、本発明の電子源は、電子放出面の外縁の少なくとも一部を覆うカバー部を有するカバー部材を備えていることから、カソードからカソードを形成する金属が放出された場合には、当該金属の少なくとも一部はカバー部に堆積する。つまり、カバー部によって当該金属がカバー部材の外部に放出されることが抑制される。さらに、カバー部はプラズマ生成容器内のプラズマ中の粒子が電子放出面に到達することを防ぐことから、カソードがプラズマによりスパッタされることで発生する金属粒子も低減される。本発明の電子源においてはさらに、カバー部はカソードと同電位とされていることから、カバー部に当該金属が堆積していく場合であっても、カバー部とカソードとの間で短絡することはない、したがって、本発明の電子源によれば、当該金属が電子源の周囲に堆積することが抑制され、その結果、カソードから放出された金属が電子源の周囲に配置された部材に堆積することによって従来発生していた当該部材とカソード間の短絡が抑制される。
また、カソードは、カバー部に覆われる第一の領域と、第一の領域に対して電子放出面が高温となって熱電子を放出し得る第二の領域を有するよう形成されている。したがって、カバー部に覆われない第二の領域は、第一の領域よりも高温となって相対的により多くの熱電子を放出することから、第一の領域がカバー部に覆われることによってプラズマ生成容器に供給される熱電子が少なくなることを抑制できる。
すなわち、本発明の電子源は、プラズマ生成容器におけるプラズマの生成効率を低下させることなく、長期間にわたって安定して熱電子を供給できることになる。
According to this configuration, the electron source of the present invention includes the cover member having the cover portion that covers at least a part of the outer edge of the electron emission surface. At least part of the metal is deposited on the cover. That is, the cover prevents the metal from being released to the outside of the cover member. Furthermore, since the cover prevents particles in the plasma within the plasma generation container from reaching the electron emission surface, metal particles generated by plasma sputtering of the cathode are also reduced. Further, in the electron source of the present invention, since the cover is at the same potential as the cathode, even if the metal deposits on the cover, a short circuit between the cover and the cathode does not occur. Therefore, according to the electron source of the present invention, deposition of the metal around the electron source is suppressed, and as a result, the metal emitted from the cathode is deposited on the member arranged around the electron source. By doing so, a short circuit between the member and the cathode, which has conventionally occurred, is suppressed.
Also, the cathode is formed to have a first region covered with the cover portion and a second region where the electron emission surface becomes hotter than the first region and can emit thermal electrons. Therefore, the second region, which is not covered with the cover, has a higher temperature than the first region and emits relatively more thermal electrons. It is possible to suppress a decrease in thermionic electrons supplied to the generation container.
That is, the electron source of the present invention can stably supply thermal electrons over a long period of time without lowering the efficiency of plasma generation in the plasma generation chamber.
また、本発明の電子源においては、前記カソードは、前記電子放出面に対する裏面側に形成され、前記カソードの外部に配置された熱源により加熱される被加熱面を有し、前記第二の領域は、前記第一の領域に対して、前記電子放出面から前記被加熱面までの厚さ寸法を小さくすることで形成される構成としてもよい。 Further, in the electron source of the present invention, the cathode has a surface to be heated which is formed on the back surface side with respect to the electron emission surface and is heated by a heat source arranged outside the cathode, and the second region may be formed by reducing the thickness dimension from the electron emitting surface to the surface to be heated with respect to the first region.
この構成によれば、相対的により多くの熱電子を放出する第二の領域を、第一の領域に対して、カソードの電子放出面から前記被加熱面までの厚さ寸法を小さくすることで形成できる。 According to this configuration, the thickness dimension from the electron emitting surface of the cathode to the surface to be heated is made smaller than that of the first region in the second region that emits relatively more thermal electrons. can be formed.
また、本発明の電子源においては、前記カソードは、前記電子放出面に対する裏面側に形成され、前記カソードの外部に配置された熱源により加熱される被加熱面を有し、前記第二の領域は、前記第一の領域に対して、前記熱源から前記被加熱面までの距離を大きくすることで形成されている構成としてもよい。 Further, in the electron source of the present invention, the cathode has a surface to be heated which is formed on the back surface side with respect to the electron emission surface and is heated by a heat source arranged outside the cathode, and the second region may be formed by increasing the distance from the heat source to the surface to be heated with respect to the first region.
この構成によれば、相対的により多くの熱電子を放出する第二の領域を、第一の領域に対して、熱源から被加熱面までの距離を大きくすることで形成できる。 According to this configuration, the second region that emits relatively more thermal electrons can be formed by increasing the distance from the heat source to the surface to be heated as compared with the first region.
また、本発明の電子源においては、前記カバー部は、板状に形成されるとともに、前記カバー部材の外方で前記カバー部と最も近接する位置に配置された部材に沿うよう位置付けられている構成としてもよい。 Further, in the electron source of the present invention, the cover section is formed in a plate shape and is positioned along a member arranged outside the cover member and closest to the cover section. may be configured.
この構成によれば、カバー部が板状に形成され、カバー部と最も近接する位置に配置された部材に沿うよう位置付けられていることから、カバー部材の内方の空間をより大きく確保することができる。したがって、カバー部材の内方により大きなカソードを配置することができ、ひとつのカソードをより長時間にわたって使用できるようになる。 According to this configuration, since the cover portion is formed in a plate shape and is positioned along the member arranged at the position closest to the cover portion, it is possible to secure a larger space inside the cover member. can be done. Therefore, a larger cathode can be arranged inside the cover member, and one cathode can be used for a longer period of time.
また、本発明におけるイオン源においては、内部でプラズマが生成されるプラズマ生成容器と、前記プラズマ生成容器に取り付けられ、前記プラズマ生成容器に向けて熱電子を放出する電子放出面を有するカソードと、を備えるイオン源であって、前記カソードと同電位とされており、前記電子放出面の外縁の少なくとも一部を覆うカバー部を有するカバー部材をさらに備え、前記カソードは、前記カバー部に覆われる第一の領域と、前記第一の領域に対して前記電子放出面が高温となって前記熱電子を放出し得る第二の領域を有するよう形成されている。 Further, in the ion source of the present invention, a plasma generating container in which plasma is generated; a cathode attached to the plasma generating container and having an electron emitting surface for emitting thermal electrons toward the plasma generating container; and further comprising a cover member having the same potential as the cathode and having a cover portion covering at least a part of the outer edge of the electron emission surface, wherein the cathode is covered with the cover portion It is formed to have a first region and a second region where the electron emitting surface becomes hot with respect to the first region and can emit the thermoelectrons.
この構成によれば、本発明のイオン源は、電子放出面の外縁の少なくとも一部を覆うカバー部を有するカバー部材を備えていることから、カソードからカソードを形成する金属が放出された場合には、当該金属の少なくとも一部はカバー部に堆積する。つまり、カバー部によって当該金属がカバー部材の外部に放出されることが抑制される。さらに、カバー部はプラズマ生成容器内のプラズマ中の粒子が電子放出面に到達することを防ぐことから、カソードがプラズマによりスパッタされることで発生する金属粒子も低減される。本発明のイオン源においてはさらに、カバー部はカソードと同電位とされていることから、カバー部に当該金属が堆積していく場合であっても、カバー部とカソードとの間で短絡することはない、したがって、本発明の電子源によれば、当該金属が電子源の周囲に堆積することが抑制され、その結果、カソードから放出された金属が電子源の周囲に配置された部材に堆積することによって従来発生していた当該部材とカソード間の短絡が抑制される。
また、カソードは、カバー部に覆われる第一の領域と、第一の領域に対して電子放出面が高温となって熱電子を放出し得る第二の領域を有するよう形成されている。したがって、カバー部に覆われない第二の領域は、第一の領域よりも高温となって相対的により多くの熱電子を放出することから、第一の領域がカバー部に覆われることによってプラズマ生成容器に供給される熱電子が少なくなることを抑制できる。
すなわち、本発明のイオン源は、プラズマ生成容器におけるプラズマの生成効率を低下させることなく、長期間にわたって安定して熱電子を供給できることになる。
According to this configuration, the ion source of the present invention includes the cover member having the cover portion covering at least a part of the outer edge of the electron emission surface. At least part of the metal is deposited on the cover. That is, the cover prevents the metal from being released to the outside of the cover member. Furthermore, since the cover prevents particles in the plasma within the plasma generation container from reaching the electron emission surface, metal particles generated by plasma sputtering of the cathode are also reduced. Further, in the ion source of the present invention, since the cover portion is at the same potential as the cathode, even if the metal deposits on the cover portion, a short circuit between the cover portion and the cathode does not occur. Therefore, according to the electron source of the present invention, deposition of the metal around the electron source is suppressed, and as a result, the metal emitted from the cathode is deposited on the member arranged around the electron source. By doing so, a short circuit between the member and the cathode, which has conventionally occurred, is suppressed.
Also, the cathode is formed to have a first region covered with the cover portion and a second region where the electron emission surface becomes hotter than the first region and can emit thermal electrons. Therefore, the second region, which is not covered with the cover, has a higher temperature than the first region and emits relatively more thermal electrons. It is possible to suppress a decrease in thermionic electrons supplied to the generation container.
That is, the ion source of the present invention can stably supply thermal electrons over a long period of time without lowering the efficiency of plasma generation in the plasma generation container.
本発明の電子源およびイオン源によれば、カソードからプラズマ生成容器に長期間にわたって安定して熱電子を供給できる。 According to the electron source and ion source of the present invention, thermal electrons can be stably supplied from the cathode to the plasma generation container over a long period of time.
本発明の電子源およびイオン源は、半導体製造工程等で使用されるイオンビーム照射装置に使用されるものである。まず、本発明の一実施形態における電子源10および電子源10を備えるイオン源100について説明する。
The electron source and ion source of the present invention are used in an ion beam irradiation apparatus used in semiconductor manufacturing processes and the like. First, the
図1に示すように、本実施形態におけるイオン源100は、内部でプラズマが生成されるプラズマ生成容器101と、プラズマ生成容器101の内部に電子を供給する電子源10を備えている。プラズマ生成容器101は、全体が略直方体形状をなしており、互いに対向する第一の側壁101aおよび第二の側壁101bを備えている。第一の側壁101aにはプラズマ生成容器101の内部で生成されたプラズマからイオンビームを取り出すための開口であるビーム引出口102が形成されており、ビーム引出口102の外側には不図示の引出電極等から構成される電極群が配置されている。また、第二の側壁101bには、プラズマ生成容器101の内部で生成されるプラズマの原料となる原料ガスが導入されるガス導入口103が形成されている。すなわち、イオン源100は、ガス導入口103を通じて外部から導入された原料ガスを、電子源10から供給される電子により電離させることでプラズマを生成し、不図示の電極群の作用によって、当該プラズマ中の正イオンをイオンビームとしてビーム引出口102から取り出す構成である。
As shown in FIG. 1, an
プラズマ生成容器101は対向する第一の底壁101cおよび第二の底壁101dを備えており、第一の底壁101cには後述する電子源10の備えるカソード20から放出される熱電子が通過する開口部106aを備える開口部材106が配置されている。また、プラズマ生成容器101の外部には、プラズマ生成容器101内において、第一の底壁101c側から第二の底壁101d側に向かう磁場を生成する不図示の磁石が配置されており、カソード20から放出された熱電子はこの磁場に捕捉されてプラズマ生成容器101内を移動する
The
プラズマ生成容器101の内部には、第二の底壁101d側に反射電極104が配置されており、反射電極104は第二の底壁101dに形成された開口を貫通するように位置付けられた支持部材105によって支持されている。また、プラズマ生成容器101に対して開口部材106の外方にはアノード電極50および電子源10が互いに離間した状態で配置されている。より詳細には、アノード電極50は、電子源10の備えるカバー部材30の一部を収容する開口部50bを有しており、電子源10は、カバー部材30が開口部50bから所定間隔離間するように配置されている。尚、本実施形態における開口部材106は、特許文献1における接地電極に相当するものと考えてもよいが、これに限定されるものではない。また、反射電極104を設けずに、第二の底壁101d側にも電子源10を配置し、第一の底壁101c側および第二の底壁101d側の両側からプラズマ生成容器101内に電子が供給される構成としてもよい。
Inside the
図1に示すように、本実施形態における電子源10は、プラズマ生成容器101の内部に向けて熱電子を放出する電子放出面21aを有するカソード20を備える。また、電子源10は、電子放出面21aの外縁の少なくとも一部を電子放出面21aから離間した状態で覆うカバー部32と、カソード20からわずかに離間した状態でカソード20の周囲を囲う側面部31とを有するカバー部材30をさらに備えている。また、本実施形態におけるカバー部材30は、カソード20の周囲を全域に亘って取り囲むカソードシールであり、カーボンまたは金属により形成され、イオン源100の運転中はカソード20と同電位とされている。尚、本実施形態においては、電子放出面21aの外形は円形であり、カバー部材30の側面部31は円筒形状を成しているが、これらの形状は限定されるものではない。
As shown in FIG. 1, the
カソード20は、熱電子を放出し得る本体部21と、本体部21のプラズマ生成容器101に対向する側に形成された電子放出面21aと、本体部21の電子放出面21aに対する裏面側に形成され、熱源であるフィラメント40により加熱される被加熱面21bを有している。また、カソード20は被加熱面21bの外縁から立設するように形成された円筒状の側部22を有しており、フィラメント40は、側部22と被加熱面21bにより画成された空間に配置されている。
The
カソード20は、さらに、カバー部材30のカバー部32に覆われる第一の領域A1と、カバー部32に覆われておらず、第一の領域A1に対して電子放出面21aが高温となって熱電子を放出し得る第二の領域B1を有する。第二の領域B1は、第一の領域A1に対して、電子放出面21aの外縁から中心に向かうにつれて、本体部21の電子放出面21aから被加熱面21bまでの厚さ寸法Tを次第に小さくするように形成されており、具体的には、電子放出面21aはカソード20の略円錐形状を成す凹部として形成されている。この形状により、電子放出面21aのうち、第二の領域B1に含まれる領域は、第一の領域A1に含まれる領域よりも被加熱面21bからの距離が短くなって高温になりやすく、熱電子を相対的により多く放出できることになる。
The
カソード20は、フィラメント40により加熱されることでプラズマ生成容器101の内部に向けて電子放出面21aから熱電子を放出するものである。電子源10およびイオン源100の運転中、カソード20は高温となり、カソード20からは、カソード20を形成するタングステン等の金属が気化することによって周囲に放出される。また、プラズマ生成容器101内またはアノード電極50付近で生成したプラズマに含まれる粒子によってカソード20がスパッタされることによってもカソード20を形成する金属粒子が周囲に放出される。これに対し、本実施形態における電子源10およびイオン源100においては、放出された金属の少なくとも一部はカバー部材32の内側に堆積することから、カバー部32によって当該金属が周囲に拡散することが抑制される。
The
仮に、電子源10がカバー部材30を備えていない場合、または、カバー部材30がカバー部32を備えていない場合には、カソード20から放出された金属は、カソード20に最も近接する位置に配置されている部材であるアノード電極50の開口部50bに堆積することになる。したがって、開口部50bの開口領域が堆積した当該金属により狭められていき、カソード20から放出された熱電子がプラズマ生成容器101内に十分に到達しにくくなることから、プラズマ生成容器101内におけるプラズマの生成効率が経時的に低下していく。さらには、アノード電極50にはカソード20と異なる電位が与えられていることから、アノード電極50の開口部50bに当該金属が堆積していくことでアノード電極50とカソード20との距離が経時的に短くなり、最終的には短絡することになる。
If the
これに対し、本実施形態の電子源10およびイオン源100においては、カソード20から放出される金属の少なくとも一部はカバー部材31のうち主にカバー部32の内側に付着して堆積することになる。したがって、アノード電極50に当該金属が堆積することが抑制されることから、プラズマ生成容器101内におけるプラズマの生成効率が低下することが抑制され、さらにアノード電極50とカソード20との間で短絡が発生することも抑制される。その結果、本実施形態おける電子源10およびイオン源100においては、プラズマ生成容器101内に長期間にわたって安定して電子を供給することができるようになる。尚、カバー部材30は、カソード20と同電位とされているため、カバー部材30に当該金属が堆積してカソード20と接触した場合であっても短絡することはない。
On the other hand, in the
また、カソード20から放出された金属はプラズマ生成容器101の内部における金属汚染の原因となるが、本実施形態の電子源10およびイオン源100においては、カバー部32がプラズマ生成容器101に到達し得る当該金属の少なくとも一部を付着させ、プラズマ生成容器101内に到達することを妨げるため、プラズマ生成容器101の内部における金属汚染を低減させることもできる。
Moreover, the metal emitted from the
また、仮に、電子放出面21a全体が平坦な形状である場合には、電子放出面21aから放出される熱電子の一部がカバー部32に遮られてプラズマ生成容器101の内部に到達することができなくなり、その結果、プラズマ生成容器101に供給される電子の数が低減し、プラズマの生成効率が低下することになる。これに対し、本実施形態の電子源10およびイオン源100においては、カバー部32に覆われない第二の領域B1が第一の領域A1よりも高温となって相対的により多くの熱電子を放出することになることから、全体として第一の領域A1がカバー部32に覆われることによってプラズマ生成容器101に供給される熱電子が少なくなるという事態を回避できる。換言すれば、本実施形態におけるカソード20は、電子放出面21aの第一の領域A1がカバー部32に覆われることでプラズマ生成容器101内に電子を供給できる量が減少する一方で、第一の領域A1と比較してより高温となることで相対的により多くの電子を放出し得る第二の領域B1を有するよう構成されたものである。すなわち、カソード20は、電子放出面21aの一部がカバー部32によって覆われるが、全体としてプラズマ生成容器101内に供給される電子が低減されることがないよう構成されたものである。
Further, if the entire
したがって、本実施形態の電子源10およびイオン源100は、プラズマ生成容器101におけるプラズマの生成効率を低下させることなく熱電子を長期間にわたって安定して供給でき、カソード20から放出された金属による短絡を抑制できるとともに、プラズマ生成容器101におけるプラズマの生成効率を低下させることなく熱電子を供給できる。さらに、プラズマ生成容器101の当該金属による金属汚染を低減することもできる。
Therefore, the
次に、本実施形態の第一変形例である電子源11および電子源11を備えるイオン源101について説明する。電子源10およびイオン源100と同一の構成については、前述の実施形態と同一の符号を図2に付与し、説明は省略する。
図2に示すように、電子源11は、カソード201と前述の実施形態と同一のカバー部材30を備えており、カソード201は熱電子を放出する電子放出面211aとフィラメント40に加熱される被加熱面211bを有する本体部211を有する。また、電子源11は、被加熱面211bの外側においてカソード201を保持しる円筒状の保持部材231を備えている。すなわち、図1に示すように、電子源10においては、カソード20の側部22と本体部21が一体に形成されているのに対し、本変形例のように、カソード201と、カソード201とは別部材の保持部材231を使用し、被加熱面211bと保持部材231によって画成される空間にフィラメント40を配置する構成としてもよい。
Next, the
As shown in FIG. 2, the electron source 11 includes a
また、電子源11においては、カソード201の電子放出面211aは半球面状に形成されている。この場合においても、カソード201は本体部211における電子放出面211aから被加熱面211bまでの厚さ寸法Tを次第に小さくするように形成されており、前述の実施形態と同一の作用効果を奏することは明らかである。すなわち、本発明のおける電子放出面の形状は特定の形状に限定されるものではい。例えば、本発明の電子放出面は半球面状等の凹部を複数有する形状としてもよい。また、カバー部は、電子放出面の外縁のみを覆う形状に限定されるものではない。
Further, in the electron source 11, the
また、イオン源101においては、前述の実施形態におけるアノード電極50を備えてはいない。すなわち、本第一変形例においては、電子源11は、カバー部材30が開口部材16と所定間隔離間するように配置され、カソード201から放出された熱電子は開口部材106の開口部106aを通過してプラズマ生成容器101内に供給される。本第一変形例においても、カソード201からはカソード201を形成する金属が放出され得るが、放出された当該金属の少なくとも一部はカバー部32の内側に堆積し、プラズマ生成容器101内に到達する当該金属の量が低減される。
Further, the
次に、本実施形態の第二変形例である電子源12について説明する。
電子源12は、図1に示すイオン源100における電子源10と置き換え可能に構成されており、電子源10との主な違いは後述するようにカバー部材302の形状である。図3に示すように、電子源12は、カソード202およびカバー部材302を備えている。また、図1および図3に示すように、アノード電極50は、プラズマ生成容器101に近づくにつれて開口幅を狭めるように傾斜する傾斜部50aを有している。図3に示すように、電子源12においては、カバー部材302のカバー部322は、板状に形成されるとともに、カバー部材302の外方でカバー部322と最も近接する位置に配置された部材であるアノード電極50の傾斜部50aに沿うよう位置付けられている。尚、本変形例においては、カバー部322は傾斜部50aに平行になるように形成されているが、アノード電極50の傾斜部50aに沿うことは平行であることに限定されるものではい。
Next, the
The
図3においては、電子源10におけるカソード20の電子放出面21aが二点鎖線により示されている。カバー部322がカバー部322と最も近接する位置に配置された部材であるアノード電極50に沿うよう位置付けられていることで、カバー部材302の内方の空間をカソード20の厚さ方向についてより大きく確保することができる。しがたって、図3における電子放出面21aと、カソード202の電子放出面212aの位置関係からも明らかなように、カソード20と比較してより大きなカソード202を、具体的には、プラズマ生成容器101に向かう方向のカソード20の厚さ寸法がより大きなカソード202を使用することができるようになる。その結果、ひとつのカソード202をより長時間にわたって使用できるようになる。
In FIG. 3, the
次に、本実施形態の第三変形例である電子源13について説明する。
図4に示すように、電子源13は、一対のカソード203、203を備えている。各カソード203は後述する被加熱面213bの外縁から立設するように形成され、被加熱面213bとともにフィラメント43を収容する空間を画成する円筒状の保持部233を有している。また、電子源13は、カソード203、203の外縁の一部を覆うカバー部323を有するとともに、カソード203と同電位とされたカバー部材303を備えている。
Next, the
As shown in FIG. 4, the
各カソード203は、熱電子を放出する電子放出面213aと、電子放出面213aに対する裏面側に形成され、カソード203の外部に配置された熱源であるフィラメント43により加熱される被加熱面213bをそれぞれ備えている。本変形例では各被加熱面213bに対向するようにそれぞれ配置された二つのフィラメント43、43が配置されている。
Each
電子源13においても、カバー部323に覆われる第一の領域A2と、第一の領域A2に対して電子放出面313aが高温となって熱電子を放出し得る第二の領域B2を有するよう形成されている。本変形例においては、第二の領域B2は、第一の領域A2に対して、フィラメント43から被加熱面302までの距離Dを大きくすることで形成されている。
このように、相対的により多くの熱電子を放出する第一の領域A2を、第二の領域B2に対して、熱源であるフィラメント43から被加熱面302までの距離を大きくすることで形成することもできる。
The
In this way, the first area A2 that emits relatively more thermoelectrons is formed by increasing the distance from the
また、本発明は前記実施形態および前記変形例に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であることは言うまでもない。 Further, the present invention is not limited to the above-described embodiments and modified examples, and it goes without saying that various modifications are possible without departing from the spirit of the present invention.
10 電子源
100 イオン源
101 プラズマ生成容器
20 カソード
30 カバー部材
32 カバー部
40 フィラメント
A1 第一の領域
B1 第二の領域
10
Claims (5)
前記カソードと同電位とされており、前記電子放出面の外縁の少なくとも一部を覆うカバー部を有するカバー部材をさらに備え、
前記カソードは、前記カバー部に覆われる第一の領域と、前記第一の領域に対して前記電子放出面が高温となって前記熱電子を放出し得る第二の領域を有するよう形成されている電子源。 An electron source comprising a cathode having an electron emitting surface that emits thermal electrons toward a plasma generating vessel in which plasma is generated,
a cover member having the same potential as the cathode and having a cover portion that covers at least part of the outer edge of the electron emission surface;
The cathode is formed to have a first region covered with the cover portion and a second region where the electron emitting surface is heated to a higher temperature than the first region and the thermoelectrons can be emitted. electron source.
前記第二の領域は、前記第一の領域に対して、前記電子放出面から前記被加熱面までの厚さ寸法を小さくすることで形成される請求項1に記載の電子源。 the cathode has a heated surface formed on the back side of the electron emitting surface and heated by a heat source arranged outside the cathode;
2. The electron source according to claim 1, wherein said second region is formed by making the thickness dimension from said electron emitting surface to said surface to be heated smaller than said first region.
前記第二の領域は、前記第一の領域に対して、前記熱源から前記被加熱面までの距離を大きくすることで形成されている請求項1に記載の電子源。 the cathode has a heated surface formed on the back side of the electron emitting surface and heated by a heat source arranged outside the cathode;
2. The electron source according to claim 1, wherein said second region is formed by increasing the distance from said heat source to said surface to be heated with respect to said first region.
前記カソードと同電位とされており、前記電子放出面の外縁の少なくとも一部を覆うカバー部を有するカバー部材をさらに備え、
前記カソードは、前記カバー部に覆われる第一の領域と、前記第一の領域に対して前記電子放出面が高温となって前記熱電子を放出し得る第二の領域を有するよう形成されているイオン源。
An ion source comprising: a plasma generating container in which plasma is generated; and a cathode attached to the plasma generating container and having an electron emitting surface for emitting thermal electrons toward the plasma generating container,
a cover member having the same potential as the cathode and having a cover portion that covers at least part of the outer edge of the electron emission surface;
The cathode is formed to have a first region covered with the cover portion and a second region where the electron emitting surface is heated to a higher temperature than the first region and the thermoelectrons can be emitted. ion source.
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2021
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