JP2505060Y2 - Ion source - Google Patents

Ion source

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JP2505060Y2
JP2505060Y2 JP1990091346U JP9134690U JP2505060Y2 JP 2505060 Y2 JP2505060 Y2 JP 2505060Y2 JP 1990091346 U JP1990091346 U JP 1990091346U JP 9134690 U JP9134690 U JP 9134690U JP 2505060 Y2 JP2505060 Y2 JP 2505060Y2
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gas
filament
ion source
plasma generation
generation container
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幸平 関根
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Nissin Electric Co Ltd
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Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この考案は、イオン源に関し、より具体的には、それ
を安定動作させる手段に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Field of Application] The present invention relates to an ion source, and more specifically to a means for stably operating the ion source.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

第2図は、従来のイオン源を示す断面図である。この
イオン源は、いわゆるフリーマン型のイオン源の場合の
例であり、イオンビーム引出し用のスリット2aを有する
プラズマ生成容器(アークチャンバーとも呼ばれる)2
内に、そのスリット2aの長手方向(紙面表裏方向)に沿
って棒状のフィラメント4を収納している。なお、スリ
ット2aの前方には、通常は幾つかの引出し電極が設けら
れるが、ここではその図示を省略している(他の図にお
いても同様)。
FIG. 2 is a sectional view showing a conventional ion source. This ion source is an example of a so-called Freeman type ion source, and a plasma generation container (also called an arc chamber) 2 having a slit 2a for extracting an ion beam 2
A rod-shaped filament 4 is housed inside the slit 2a in the longitudinal direction (front-back direction of paper). Although some extraction electrodes are normally provided in front of the slit 2a, the illustration thereof is omitted here (the same applies to other drawings).

このプラズマ生成容器2には、そこにイオン種のガス
8を導入するガス導入口2bが設けられており、そこにガ
ス導入パイプ6が接続されている。
The plasma generation container 2 is provided with a gas introduction port 2b for introducing the ion species gas 8 therein, and a gas introduction pipe 6 is connected thereto.

動作例を説明すると、所定の真空雰囲気中において、
フィラメント4に通電してそこから熱電子を放出させる
と共にそれとプラズマ生成容器2との間にアーク電圧を
印加し、かつガス導入口2bからプラズマ生成容器2内に
所要のガス8を導入すると、フィラメント4とプラズマ
生成容器2との間にアーク放電が生じてガス8が電離さ
れてプラズマが生成され、それからスリット2aを経由し
て静電的にイオンビーム10が引き出される。
Explaining the operation example, in a predetermined vacuum atmosphere,
When the filament 4 is energized to emit thermoelectrons from the filament 4, an arc voltage is applied between the filament 4 and the plasma generation container 2, and the required gas 8 is introduced into the plasma generation container 2 from the gas inlet 2b, the filament Arc discharge is generated between the plasma generation container 4 and the plasma generation container 2, the gas 8 is ionized to generate plasma, and then the ion beam 10 is electrostatically extracted via the slit 2a.

〔考案が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the device]

ところが上記のようなイオン源においては、プラズマ
生成容器2内に導入されるガス8によってフィラメント
4の温度が下げられ、それによってイオン源の動作が不
安定になり易いという問題がある。
However, in the ion source as described above, there is a problem that the temperature of the filament 4 is lowered by the gas 8 introduced into the plasma generation container 2, and thereby the operation of the ion source is likely to be unstable.

これを詳述すると、イオンビーム引出しの安定性はプ
ラズマ生成容器2内のプラズマの安定性に依存してお
り、これは主としてプラズマ生成容器2とフィラメント
4間のアーク放電のアーク電流の安定性に依存してい
る。
Explaining this in detail, the stability of the extraction of the ion beam depends on the stability of the plasma in the plasma generation container 2, which is mainly due to the stability of the arc current of the arc discharge between the plasma generation container 2 and the filament 4. Depends on.

アーク電流は直接これを制御することができないの
で、一般的に、フィラメント4に流すフィラメント電流
を制御する方式が採られている。即ち、フィラメント電
流を増大するとフィラメント4の温度が上昇するので熱
電子の放出が多くなりアーク電流は増大する。そのよう
な特性の一例を第3図に示す。
Since the arc current cannot be controlled directly, a method of controlling the filament current flowing through the filament 4 is generally adopted. That is, when the filament current is increased, the temperature of the filament 4 is increased, so that thermions are emitted more and the arc current is increased. An example of such characteristics is shown in FIG.

フィラメント4は、経時的に細くなるものであり、そ
れが太い間はその表面温度を所定の温度に保つためには
フィラメント電流を大きくする必要があるが、フィラメ
ント電流が大きくなるとフィラメント表面部分での磁界
の強さが大きくなり、それによって熱電子がフィラメン
トに戻りやすくなり、熱電子と気体分子との衝突確率が
減少し、それによってアーク電流が不安定になり易くな
る。
The filament 4 becomes thin with time, and while the filament 4 is thick, it is necessary to increase the filament current in order to keep the surface temperature at a predetermined temperature. The strength of the magnetic field increases, which makes it easier for thermoelectrons to return to the filament, and reduces the probability of collision between thermoelectrons and gas molecules, which in turn makes the arc current unstable.

このような状況下で、ガス8によってフィラメント4
の温度が下げられると、そこから熱電子が出にくくな
り、それを補うためにフィラメント電流を増大させる
と、第3図中に破線で示すカーブのようにアーク電流が
不安定域に近づき、それによってイオン源の動作が不安
定になり易くなる。
Under such circumstances, the gas 4 causes the filament 4 to
When the temperature of is decreased, it becomes difficult for thermoelectrons to come out from it, and when the filament current is increased to compensate for it, the arc current approaches the unstable region as shown by the curve shown by the broken line in FIG. This makes the operation of the ion source unstable.

そこでこの考案は、プラズマ生成容器内に導入するガ
スによって安定動作が阻害されるのを防止することがで
きるようにしたイオン源を提供することを主たる目的と
する。
Therefore, the main object of the present invention is to provide an ion source capable of preventing the stable operation from being hindered by the gas introduced into the plasma generation container.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

上記目的を達成するため、この考案のイオン源は、前
記ガスを前記プラズマ生成容器内に導入するガス導入パ
イプの一部分を前記プラズマ生成容器の壁面近くで当該
壁面に沿って蛇行させ、かつ当該ガス導入パイプの途中
に、前記ガスを予熱する予熱手段を設けたことを特徴と
する。
In order to achieve the above object, the ion source of the present invention is such that a part of a gas introduction pipe for introducing the gas into the plasma generation container is made to meander along the wall surface near the wall surface of the plasma generation container, and A preheating means for preheating the gas is provided in the middle of the introduction pipe.

〔作用〕[Action]

上記予熱手段によって、プラズマ生成容器内に導入す
るガスを予熱することができる。その結果、当該ガスに
よってフィラメントの温度が下げられるのを防止するこ
とができる。
The gas introduced into the plasma generation container can be preheated by the preheating means. As a result, it is possible to prevent the temperature of the filament from being lowered by the gas.

その結果、フィラメントに通電する電流を大きくしな
くてもフィラメントを高温に保てるようになり、そこか
ら熱電子が出やすくなるので、当該イオン源の安定動作
を確保することができるようになる。
As a result, the filament can be kept at a high temperature without increasing the current applied to the filament, and thermoelectrons are easily generated from the filament, so that stable operation of the ion source can be ensured.

〔実施例〕〔Example〕

第1図は、この考案の一実施例に係るイオン源を示す
断面図である。第2図の従来例と同等部分には同一符号
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。
FIG. 1 is a sectional view showing an ion source according to an embodiment of the present invention. The same parts as those of the conventional example shown in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and the difference from the conventional example will be mainly described below.

この実施例においては、前述したようなガス8のプラ
ズマ生成容器2内への導入経路の途中に、即ちガス導入
パイプ6の途中に、ガス8を予熱する予熱手段として、
予熱ヒータ12を巻いている。
In this embodiment, as a preheating means for preheating the gas 8 in the course of introducing the gas 8 into the plasma generation container 2 as described above, that is, in the middle of the gas introducing pipe 6,
The preheater heater 12 is wound.

このようにすると、予熱ヒータ12によって、プラズマ
生成容器2内に導入するガス8を予熱することができ
る。その結果、ガス8によってフィラメント4の温度が
下げられるのを防止することができる。
In this way, the gas 8 introduced into the plasma generation container 2 can be preheated by the preheater 12. As a result, it is possible to prevent the temperature of the filament 4 from being lowered by the gas 8.

その結果、フィラメント4に通電する電流を大きくし
なくてもフィラメント4を高温に保てるようになり、そ
こから熱電子が出やすくなるので、当該イオン源の安定
動作を確保することができるようになる。
As a result, the filament 4 can be kept at a high temperature without increasing the current supplied to the filament 4, and thermoelectrons are easily generated from the filament 4, so that stable operation of the ion source can be ensured. .

なお、予熱ヒータ12の図示例の位置はあくまでも一例
であり、それ以外の位置、例えばもっとガス導入口2bに
近い位置等に設けても良い。
It should be noted that the position of the preheater heater 12 in the illustrated example is merely an example, and it may be provided at a position other than that, for example, at a position closer to the gas inlet 2b.

また、予熱手段としては、上記予熱ヒータ12以外のも
のを用いても良い。例えば、ガス導入パイプ6の一部分
を発熱体とする等しても良い。
Further, as the preheating means, a means other than the preheating heater 12 may be used. For example, a part of the gas introduction pipe 6 may be used as a heating element.

更にこのイオン源においては、ガス導入パイプ6の一
部分をプラズマ生成容器2の壁面近くで当該壁面に沿っ
て蛇行させてもいる。そのようにすれば、当該イオン源
の立ち上がり時は予熱ヒータ12を使用してガス8を予熱
し、その後はプラズマ生成容器2がフィラメント4の熱
やアーク放電の熱によって高温になり、その熱によって
ガス8を予熱することができるので、予熱ヒータ12によ
る予熱が不要になる。
Further, in this ion source, a part of the gas introduction pipe 6 is made to meander near the wall surface of the plasma generation container 2 along the wall surface. By doing so, the gas 8 is preheated by using the preheater 12 when the ion source starts up, and thereafter the plasma generation container 2 is heated to a high temperature by the heat of the filament 4 and the heat of the arc discharge. Since the gas 8 can be preheated, preheating by the preheater 12 is not necessary.

また、イオン源のタイプも上記例のようなフリーマン
型に限られるものではなく、プラズマ生成容器内にフィ
ラメントを有し、両者間の放電によってイオン種のガス
を電離させてそこからイオンを引き出す構成のものな
ら、他のタイプでも良い。
Also, the type of ion source is not limited to the Freeman type as in the above example, but has a filament in the plasma generation container, and ionizes the gas of the ion species by discharging between them to extract ions from it. Other types can be used as long as they are

〔考案の効果〕[Effect of device]

以上のようにこの考案によれば、予熱手段によって、
プラズマ生成容器内に導入するガスを予熱することがで
き、その結果、当該ガスによってフィラメントの温度が
下げられるのを防止することができる。その結果、フィ
ラメントに通電する電流を大きくしなくてもフィラメン
トを高温に保てるようになり、そこから熱電子が出やす
くなるので、当該イオン源の安定動作を確保することが
できるようになる。しかもこの考案のイオン源では、ガ
ス導入パイプの一部分をプラズマ生成容器の壁面近くで
蛇行させているので、当該イオン源の立ち上り後は、プ
ラズマ生成容器からの熱によってガス導入パイプ内を通
るガスを予熱することができる。その結果、当該イオン
源の立ち上り後は、前記予熱手段による予熱を軽減ない
し中止することが可能になるので、そのぶん、省エネル
ギー化(省電力化)を図ることができる。
As described above, according to the present invention, by the preheating means,
The gas introduced into the plasma generation container can be preheated, and as a result, the temperature of the filament can be prevented from being lowered by the gas. As a result, the filament can be kept at a high temperature without increasing the current applied to the filament, and thermoelectrons are easily generated from the filament, so that stable operation of the ion source can be ensured. Moreover, in the ion source of this invention, a part of the gas introduction pipe is meandering near the wall surface of the plasma generation container, so that after the ion source is started, the gas passing through the gas introduction pipe is heated by the heat from the plasma generation container. Can be preheated. As a result, after the ion source is started up, it is possible to reduce or stop the preheating by the preheating means, which leads to energy saving (power saving).

【図面の簡単な説明】 第1図は、この考案の一実施例に係るイオン源を示す断
面図である。第2図は、従来のイオン源を示す断面図で
ある。第3図は、フィラメント電流とアーク電流との関
係の一例を示すグラフである。 2……プラズマ生成容器、4……フィラメント、6……
ガス導入パイプ、8……ガス、10……イオンビーム、12
……予熱ヒータ。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a sectional view showing an ion source according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a sectional view showing a conventional ion source. FIG. 3 is a graph showing an example of the relationship between filament current and arc current. 2 ... Plasma generation container, 4 ... Filament, 6 ...
Gas introduction pipe, 8 ... Gas, 10 ... Ion beam, 12
…… Preheater.

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】(57) [Scope of utility model registration request] 【請求項1】プラズマ生成容器内にフィラメントを有
し、両者間の放電によって、プラズマ生成容器内に導入
されたイオン種のガスを電離させてそこからインオを引
き出す構成のイオン源において、前記ガスを前記プラズ
マ生成容器内に導入するガス導入パイプの一部分を前記
プラズマ生成容器の壁面近くで当該壁面に沿って蛇行さ
せ、かつ当該ガス導入パイプの途中に、前記ガスを予熱
する予熱手段を設けたことを特徴とするイオン源。
1. An ion source having a filament inside a plasma generation vessel, wherein a gas of an ion species introduced into the plasma generation vessel is ionized by a discharge between the filaments and ion is extracted from the ion source. A part of the gas introduction pipe for introducing into the plasma generation vessel meanders along the wall surface near the wall surface of the plasma generation vessel, and preheating means for preheating the gas is provided in the middle of the gas introduction pipe. An ion source characterized by that.
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JP2633974B2 (en) * 1990-04-18 1997-07-23 株式会社日立製作所 Equipment for sample ionization and mass spectrometry

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