JP2514653B2 - ホロ−カソ−ド型イオン源 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、プラズマプロセッシング、イオン注入、分
析用イオン源として使用されるホローカソード型イオン
源に関するものである。

［従来の技術］ 一般に、ホローカソード型イオン源は、電極構造が簡
単であるにもかかわらず、生成されるプラズマが比較的
高密度で、長時間安定であり、それにより、使用寿命が
長く、安定したイオンビームが得られる等の利点を有
し、種々の形式のものが提案されている。その基本的な
形態としては、例えば特開昭60−115140号公報に開示さ
れたものを挙げることができ、この公開公報に開示され
たホローカソード型イオン源では、大部分をカソードと
し、残りの部分をアノードとして、これら両電極間に電
気的絶縁部材を介在させて筒状放電室を形成し、この筒
状放電室の壁部分に放電を維持するためのガスの導入口
を設け、また筒状放電室のカソード部分にイオン引出用
開口を設け、カソードとアノードとの間のグロー放電に
よりホローカソード放電プラズマを生成するように構成
されている。しかし、このような構造のものでは筒状放
電室内に供給されるガス圧を増大していくにつれて筒状
放電室内のガスはイオン引出用開口を介して比較的速や
かに外部の引出電極の方へ放出されてしまい、ガスの利
用性すなわちガス効率が良くないという欠点がある。

このような欠点を解決するため、イオン引出部に浮遊
電極を設けてガス効率を向上させるようにしたものが特
願昭61−278767号明細書（特公平６−65011号公報参
照）に提案されており、これにおいては、円筒状ホロー
カソードの前面及び背面に、イオン引出用スリット及び
キヤリヤガス導入口がそれぞれ設けられ、イオン引出用
スリットの前方にイオンビーム引出電極が配置され、こ
のイオンビーム引出電極とイオン引出用スリットとの間
に、イオン引出用スリットから連続してのびるスリット
を備えた浮遊電極が挿置され、さらにこの浮遊電極とイ
オンビーム引出電極との間に、浮遊電極のスリットに連
通するスリットを備えたアノードが挿置されている。そ
してその動作においては、円筒状ホローカソード内にキ
ヤリヤガス導入口を介してアルゴンガスその他のキヤリ
ヤガスを導入し、このキヤリヤガスを、イオン引出用ス
リット及びそれに連なる浮遊電極及びアノードのスリッ
トを介して排出させる際に、これらスリット内部に適当
な放電電圧を印加することにより放電を生じさせてプラ
ズマを発生させ、こうしてスリット内部に圧縮された比
較的高密度のプラズマが得られるようにしている。

［発明が解決しようとする問題点］ 上述のように、従来のホローカソード型イオン源では
イオン引出部に浮遊電極を設けることによりガス効率を
向上させるようにしているが、実用として使用できる程
度までガス効率を向上させることができない。すなわち
この種のホローカソード型イオン源においては、生成さ
れたイオンはカソードに向かって進もうとしている。そ
こでこれをカソード内と引出電極部位との間の圧力差及
び内部プラズマ圧力の作用によりアノード方向に押出す
ようにしている。しかしイオン引出用スリットから連続
してのびる浮遊電極及びアノードのスリットを通ってガ
スが流れ易く、そのためプラズマ密度が余り上がらず、
イオン電流を増大させることができない。言い換えれ
ば、所定のイオン電流を得るためにガス流量を減少させ
ることが困難である。そのため、所定のイオン電流を得
るために多量のガスが必要であった。

そこで、本発明の目的は、上記の問題点を解決して実
用に供し得る程度にガス効率が良く、大電流のプラズマ
ビームを得ることのできる改良型のホローカソード型イ
オン源を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ 上記の目的を達成するために、本発明によるホローカ
ソード型イオン源は、イオン引出用スリット及びキャリ
ヤガス導入口を備えたホローカソード本体と、上記イオ
ン引出用スリットの前方に設けられたアノード電極と、
上記イオン引出用スリットと上記アノード電極との間に
設けられイオン引出用スリットに連続して伸びる放電路
を形成するスリットを備えた浮遊電位の浮遊電極と、上
記各構成要素から成る組立体の外側に位置決めされ、こ
の組立体に対して外部からイオン引出方向に磁場を掛け
る磁場発生手段とを有することを特徴としている。

［作用］ このように構成した本発明のホローカソード型イオン
源においては、ホローカソード本体とアノード電極と浮
遊電極とから成る組立体に外部からイオン引出方向に磁
場を印加することより、イオン引出部におけるスリット
内で電子が浮遊電極壁に衝突するのを防止され、より多
くの電子がこのスリット通路を通ることができるように
なる。すなわち、浮遊電極と外部磁場との作用によりプ
ラズマの放電路が絞られ、より高温、高密度のプラズマ
が生成されることになる。

［実施例］ 以下、添付図面を参照して本発明の実施例について説
明する。

第１図及び第２図において、１は中空円筒状のホロー
カソード本体で、その前面にはイオン引出用スリット２
がまたその背面にはキヤリヤガス導入口３がそれぞれ設
けられている。ホローカソード本体１の前面に設けられ
たイオン引出用スリット２の前方には五つの浮遊電極４
が配置され、各浮遊電極４は、イオン引出用スリット２
に連続してのびる狭い放電路５を形成する矩形状のスリ
ットを備え、また各浮遊電極４は環状絶縁体６により互
いに電気的に絶縁されており、最内方の浮遊電極４は環
状絶縁体６と同様な環状絶縁体７によりホローカソード
本体１の前面壁から電気的に絶縁されている。内方の二
つの浮遊電極４の矩形スリットは図面に示すようにその
軸方向垂直断面及び水平断面において先細状に形成さ
れ、イオン引出用スリット２から連続して徐々にその横
断面が小さくなるように構成されている。残りの三つの
浮遊電極４の矩形スリットは平行すなわち一定の横断面
形をもつように形成されている。

また最外方浮遊電極４の前方には環状絶縁体６と同様
な環状絶縁体８を介してアノード９が配置され、このア
ノード９は最外方浮遊電極４の矩形スリットに連続して
狭い放電路５の一部を成す矩形スリットを備えている。

ホローカソード本体１、浮遊電極４及びアノード９か
ら成る組立体の外側にはこの組立体に対して外部からイ
オン引出方向に磁場を掛ける磁場発生コイル10が設けら
れている。

このように構成した図示装置の動作において、ホロー
カソード本体１内には、その背面のキヤリヤガス導入口
３からアルゴンガス等のキャリヤガスが導入され、また
磁場発生コイル10による外部磁場は電極の軸方向から20
0〜400ガウス掛けている。放電の点火は、まず最初に浮
遊電極４とアノード９とを同電位にし、ホローカソード
本体１とアノード９との間に電圧を印加して放電を開始
させる。次に、ホローカソード本体１側から順番に浮遊
電極４とアノード９との接続を切り離し、全ての浮遊電
極４をアノード９から切り離した時、放電はホローカソ
ード本体１とアノード９の矩形スリットの内面との間で
維持され、生成されたプラズマは、ホローカソード本体
１の内部の圧力と外部圧力との差及び磁場の作用により
アノード９の矩形スリットから自然に流出する。

例えば、キヤリヤガス導入口３からホローカソード本
体１内にアルゴンガスを導入し、ホローカソード本体１
の内部の圧力を2.0Pa程度にすると、放電は容易に起こ
り、外部圧力は10^-2Pa程度になる。このような状態にお
いて、外部磁場100〜400ガウス、放電電流を0.5〜2Aま
で変化させると、イオン飽和電流は放電電流及び外部磁
場と共に増加し、放電電流2Aで、10.5mA（26.3mA/cm²）
が得られた。従って、イオン飽和電流は放電電流及び外
部磁場を変化させることにより容易に制御できることが
認められる。

［発明の効果］ 以上説明してきたように、本発明によるホローカソー
ド型イオン源によれば、ホローカソード本体とアノード
電極と浮遊電極とから成る組立体に外部からイオン引出
方向に磁場を印加するように構成しているので、プラズ
マの放電路が絞られ、高密度のプラズマを生成させるこ
とができ、ガス効率が向上され、少ないガスで所定のイ
オン電流を得ることができ、また自然に流出するプラズ
マのイオン飽和電流を放電電流と外部磁場とにより容易
に制御することができ、プロセッシング用等のプラズマ
源、イオン源として実用化が期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による装置の中心軸線を通る概略水平断
面図、第２図は第１図の装置の中心軸線に沿った概略垂
直断面図である。 図中 1:ホローカソード本体 2:イオン引出用スリット 3:キヤリヤガス導入口 4:浮遊電極 5:狭い放電路 6:環状絶縁体 7:環状絶縁体 8:環状絶縁体 9:アノード 10:磁場発生コイル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−290629（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−11448（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−83326（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】イオン引出用スリット及びキャリヤガス導
   入口を備えたホローカソード本体と、上記イオン引出用
   スリットの前方に設けられたアノード電極と、上記イオ
   ン引出用スリットと上記アノード電極との間に設けられ
   イオン引出用スリットに連続して伸びる放電路を形成す
   るスリットを備えた浮遊電位の浮遊電極と、上記各構成
   要素から成る組立体の外側に位置決めされ、この組立体
   に対して外部からイオン引出方向に磁場を掛ける磁場発
   生手段とを有することを特徴とするホローカソード型イ
   オン源。