JP2506779Y2 - イオン源 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この考案は、プラズマ生成容器内にスパッタ電極を有
するスパッタ形のイオン源に関する。

〔従来の技術〕

この種のイオン源の従来例を第４図に示す。

スリット2sを有するアノード兼用のプラズマ生成容器
（アークチャンバーとも呼ばれる）２内を、スリット2s
に沿ってカソードとしての棒状のフィラメント４が貫通
しており、その両端部は絶縁物６によって絶縁支持され
ている。

また、プラズマ生成容器２の適当な壁面には、不活性
ガス等を導入するためのガス導入口2aが設けられてい
る。なお、スリット2s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。

一方、プラズマ生成容器２の後面の内側に、絶縁物８
を介して、スパッタ電極12が設置されている。10、11は
その固定用のボルト、ナットであり、これらによってス
パッタ電極12はプラズマ生成容器２と構造的に一体化さ
れている。

このスパッタ電極12の材質は、イオンビーム16として
引き出そうとする元素を含む、あるいはその元素から成
るものとし、例えばFe、Ni、Cu、Ag等の金属あるいは合
金とする。

そして、ボルト10とプラズマ生成容器２間に直流のス
パッタ電源14を接続して、これからスパッタ電極12にプ
ラズマ生成容器２に対して負電圧を印加することができ
るようにしている。

動作例を説明すると、フィラメント４を加熱すると共
にそれとプラズマ生成容器２間にアーク電圧を印加し、
かつガス導入口2aからアルゴン等の不活性ガスを導入し
てフィラメント４とプラズマ生成容器２間にアーク放電
を起こさせると、プラズマ生成容器２内に不活性ガスプ
ラズマが生成される。

このときスパッタ電極12に例えば−500V〜−2000V程
度の負電圧を印加しておくと、プラズマ中の不活性ガス
イオンが500eV〜2000eV程度のエネルギーでスパッタ電
極12に衝突してそれを構成する原子をプラズマ生成容器
２内に叩き出す。叩き出された原子は、プラズマ生成容
器２内でプラズマ中の電子インパクトにより電離されて
所要イオンとなり、これがスリット2sからイオンビーム
16として引き出される。

従ってこのイオン源においては、スパッタ電極12の材
質を種々選定することによって、高融点金属イオンビー
ムを含む多種類のイオンビームの引き出しが可能にな
る。

〔考案が解決しようとする課題〕

上記イオン源においては、スパッタ電極12の部分がプ
ラズマ生成容器２と一体化されているため、スパッタ電
極12を交換する場合は、当該イオン源を相手機器から一
旦取り外し、更にプラズマ生成容器２を分解する（例え
ばその前面板2bおよびフィラメント４を取り外す）必要
があるので、スパッタ電極12の交換に非常に手間がかか
るという問題がある。

また、プラズマ生成容器２の支持手段を工夫してそれ
からの熱伝導による熱の逃げを極力少なくする構造にし
ており、そのためスパッタ電極12の温度もプラズマ生成
容器２内の周囲温度に依存してしまう。そのため、例え
ば融点が1100℃程度以下の物質（例えばCu、Ag等）をス
パッタ電極12にした場合、フィラメント４からの輻射熱
とプラズマからの輻射熱によりスパッタ電極12が高温に
なり融解してしまうという問題もある。

そこでこの考案は、スパッタ電極の交換を容易に行う
ことができ、しかもプラズマ生成容器内で発生する熱に
よるスパッタ電極の融解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。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、この考案のイオン源は、冷
媒が通される冷却パイプであってその先端部がその胴部
と同じ太さ又はそれよりも細いものの当該先端部に、当
該先端部と同じ大きさ又はそれよりも前記スパッタ電極
を取り外し可能に取り付け、かつ前記プラズマ生成容器
の壁面に、そこを貫通する絶縁物であって前記冷却パイ
プの先端部よりも大きい貫通穴を有するものを取り付
け、前記スパッタ電極を取り付けた冷却パイプの先端部
を、この絶縁物の貫通穴内を通して前記プラズマ生成容
器内に抜き差し可能に挿入していることを特徴とする。

〔作用〕

上記構成によれば、冷却パイプを引き抜くことによ
り、スパッタ電極をプラズマ生成容器から取り出すこと
ができる。従って、プラズマ生成容器の分解等を要する
ことなく、容易にスパッタ電極の交換を行うことができ
る。

また、冷却パイプ内に冷媒を流すことにより、スパッ
タ電極を冷却することができる。従って、プラズマ生成
容器内で発生する熱によるスパッタ電極の融解を防止す
ることができる。

〔実施例〕

第１図は、この考案の一実施例に係るイオン源を示す
要部断面図である。第４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。

この実施例のイオン源は、そのプラズマ生成容器２を
何本かの支柱22によってイオン源フランジ24から支持し
ている（この点は前述した従来例のものも同様であ
る）。

そしてこのイオン源フランジ24に、冷却パイプ20を絶
縁物26を介して挿入して、何本かのボルト30によって着
脱可能に取り付けている。32は、ボルト30を冷却パイプ
20から絶縁するための絶縁物である。

イオン源フランジ24の内側（図の上側）は真空側であ
り、外側は大気圧側であるので、真空シール用のパッキ
ン（例えばＯリング）28がイオン源フランジ24と冷却パ
イプ20との間に設けられている。

冷却パイプ20は、二重構造をしており、冷媒（例えば
水、空気等）Ｗを内側の通路20aから先端部内を通って
外側の通路20bへと流せる構造をしている。この冷却パ
イプ20の先端部は、図示例のものは当該冷却パイプ20の
胴部と同じ太さであるが、それよりも細いものでも良
い。

この冷却パイプ20の先端部に、前述したようなスパッ
タ電極12を密着させて取り外し可能に取り付けている。
その取り付け方の例を説明すると、例えば第２図に示す
ように、冷却パイプ20の先端部に雄ねじ34を立ててお
き、スパッタ電極12にそれに対応する雌ねじ部12aを設
けておき、スパッタ電極12を回してねじ込むようにして
も良い。あるいは第３図に示すように、冷却パイプ20の
先端部に雌ねじ部20cを、スパッタ電極12に穴12bをそれ
ぞれ設けておき、皿ねじ36によってスパッタ電極12を取
り付けるようにしても良い。後者の場合は、皿ねじ36に
はモリブデン等のスパッタされにくい材質のものを用い
るのが好ましい。このスパッタ電極12は、図示例のもの
は冷却パイプ20の先端部と同じ大きさであるが、それよ
りも小さくても良い。

そして上記ような冷却パイプ20をイオン源フランジ24
に取り付けると、そのスパッタ電極12を含めた先端部
が、プラズマ生成容器２の後面部に取り付けたフランジ
状の絶縁物18を介して、プラズマ生成容器２内に挿入さ
れるようにしている。即ち、この絶縁物18は、冷却パイ
プ20の先端部よりも僅かに大きい貫通穴を有している。
従って、冷却パイプ20をイオン源フランジ24から取り外
すことで、冷却パイプ20の先端部をプラズマ生成容器２
から引き抜くことができる。

なお、冷却パイプ20と絶縁物18間および絶縁物18とプ
ラズマ生成容器２間は、いずれも同じ真空雰囲気中にあ
るので、特にパッキン等でシールする必要はない。

冷却パイプ20とスパッタ電極12は電気的にもつながっ
ており、かつ他から絶縁されており、またイオン源フラ
ンジ24とプラズマ生成容器２とは支柱22を介して電気的
につながっているので、スパッタ電源14から冷却パイプ
20にイオン源フランジ24に対して負電圧を印加すること
により、スパッタ電極12にプラズマ生成容器２に対して
負電圧が印加されることになる。

上記構成によれば、冷却パイプ20をイオン源フランジ
24から取り外して引き抜くことにより、スパッタ電極12
をプラズマ生成容器２から取り出すことができる。従っ
て、従来例のように当該イオン源を（より具体的にはそ
のイオン源フランジ24を）相手機器から取り外したり、
プラズマ生成容器２を分解したりすることなく、容易に
スパッタ電極12の交換を行うことができる。その結果、
当該イオン源のメンテナンス性が向上する。

また、冷却パイプ20内に冷媒Ｗを流すことにより、ス
パッタ電極12を冷却してそれを常に低温状態に保持する
ことができるので、プラズマ生成容器２内で発生する熱
によるスパッタ電極12の融解を防止することができる。
その結果、スパッタ電極12の材質選定の自由度が広がる
ので、より多種類の金属イオンビームの引き出しが可能
になる。

なお、上記冷却パイプ20の構造やイオン源フランジ24
への取り付け方等はあくまでも一例であり、上記以外の
ものでも良い。

〔考案の効果〕

以上のようにこの考案によれば、スパッタ電極を取り
付けたまま冷却パイプをプラズマ生成容器に対して抜き
差しすることができるので、プラズマ生成容器の分解等
を要することなく簡単にスパッタ電極をプラズマ生成容
器から取り出すことができ、かつプラズマ生成容器の外
において容易にスパッタ電極の交換を行うことができ
る。従って、スパッタ電極の交換に多くの手間や時間が
かからなくなり、メンテナンス性が極めて高い。

また、冷却パイプ内に冷媒を流すことによってスパッ
タ電極の冷却を行うことができるので、プラズマ生成容
器内で発生する熱によるスパッタ電極の融解を防止する
ことができ、従って多様なスパッタ電極の使用が可能に
なる。

【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示す要部
断面図である。第２図および第３図は、それぞれ、冷却
パイプにスパッタ電極を取り付ける手段の例を示す断面
図である。第４図は、従来のイオン源の一例を示す要部
断面図である。 ２…プラズマ生成容器、４…フィラメント、12…スパッ
タ電極、14…スパッタ電源、16…イオンビーム、18…絶
縁物、20…冷却パイプ、24…イオン源フランジ、26…絶
縁物。

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】プラズマ生成容器内に、それに対して負電
   圧が印加されるスパッタ電極を収納し、それによって当
   該スパッタ電極構成物質のイオンビームの引き出しを可
   能にしたイオン源において、冷媒が通される冷却パイプ
   であってその先端部がその胴部と同じ太さ又はそれより
   も細いものの当該先端部に、当該先端部と同じ大きさ又
   はそれよりも小さい前記スパッタ電極を取り外し可能に
   取り付け、かつ前記プラズマ生成容器の壁面に、そこを
   貫通する絶縁物であって前記冷却パイプの先端部よりも
   大きい貫通穴を有するものを取り付け、前記スパッタ電
   極を取り付けた冷却パイプの先端部を、この絶縁物の貫
   通穴内を通して前記プラズマ生成容器内に抜き差し可能
   に挿入していることを特徴とするイオン源。