JP2671733B2 - ECR type ion source - Google Patents

ECR type ion source

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JP2671733B2 JP4297758A JP29775892A JP2671733B2 JP 2671733 B2 JP2671733 B2 JP 2671733B2 JP 4297758 A JP4297758 A JP 4297758A JP 29775892 A JP29775892 A JP 29775892A JP 2671733 B2 JP2671733 B2 JP 2671733B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、電子サイクロトロン
共鳴(ECR)を利用するECR型イオン源に関し、よ
り具体的には、それから引き出すイオンビームの広がり
を抑制する手段に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ECR type ion source utilizing electron cyclotron resonance (ECR), and more particularly to means for suppressing the spread of an ion beam extracted therefrom.

【0002】[0002]

【従来の技術】この種のECR型イオン源の従来例を図
3に示す。このECR型イオン源は、プラズマ18を作
るための容器であるプラズマ生成容器2と、このプラズ
マ生成容器2内にイオンビーム24の引出し方向に磁場
を発生させる磁気コイル16と、プラズマ生成容器2の
開口部4の外側近傍に設けられていて電界の作用でプラ
ズマ生成容器2内のプラズマ18からイオンビーム24
を引き出す引出し電極系20とを備えている。
2. Description of the Related Art A conventional example of this type of ECR type ion source is shown in FIG. The ECR type ion source includes a plasma generation container 2 that is a container for generating plasma 18, a magnetic coil 16 that generates a magnetic field in the plasma generation container 2 in the extraction direction of the ion beam 24, and a plasma generation container 2 of the plasma generation container 2. The ion beam 24 is provided from the plasma 18 in the plasma generation container 2 by the action of the electric field provided near the outside of the opening 4.
And an extraction electrode system 20 that draws out.

【0003】プラズマ生成容器2内には、導波管6およ
びマイクロ波導入窓8を経由して、例えば2.45GH
zのマイクロ波10が導入される。また、ガス導入管1
2を経由して所望のイオン化したいガス14が導入され
る。
In the plasma generation container 2, for example, 2.45 GH is passed through the waveguide 6 and the microwave introduction window 8.
A microwave 10 of z is introduced. Also, the gas introduction pipe 1
The desired gas 14 to be ionized is introduced via 2.

【0004】引出し電極系20は、この例では抑制電源
28によって負電位にされる抑制電極21および接地電
位にされる接地電極22から成る。これらの電極21お
よび22は、ステンレス鋼やカーボン等の非磁性材料で
作られている。プラズマ生成容器2には引出し電源26
から正電圧が印加される。
In this example, the extraction electrode system 20 is composed of a suppression electrode 21 having a negative potential by a suppression power source 28 and a ground electrode 22 having a ground potential. These electrodes 21 and 22 are made of a non-magnetic material such as stainless steel or carbon. The plasma power generation container 2 has a drawing power source 26.
A positive voltage is applied.

【0005】磁気コイル16によってプラズマ生成容器
2内に所定強度(例えばマイクロ波10が2.45GH
zの場合は約875ガウス)の磁場を発生させると共
に、当該プラズマ生成容器2内にマイクロ波10および
ガス14を導入すると、マイクロ波放電および電子サイ
クロトロン共鳴によってガス14が励起されてプラズマ
生成容器2内にプラズマ18が作られる。そしてこのと
き、プラズマ生成容器2および引出し電極系20に上記
のような電圧を印加しておくと、電界の作用によって、
このプラズマ18中からイオンビーム24が引き出され
る。負電位の抑制電極21は、イオンビーム24の引出
しの際に下流側から電子がプラズマ生成容器2の方へ逆
流するのを抑制する。
A predetermined intensity (for example, microwave 10 of 2.45 GH) is generated in the plasma generating chamber 2 by the magnetic coil 16.
In the case of z, a magnetic field of about 875 Gauss) is generated, and when the microwave 10 and the gas 14 are introduced into the plasma generation container 2, the gas 14 is excited by microwave discharge and electron cyclotron resonance, and the plasma generation container 2 is excited. A plasma 18 is created inside. At this time, if the above voltage is applied to the plasma generation container 2 and the extraction electrode system 20, the action of the electric field causes
An ion beam 24 is extracted from the plasma 18. The negative potential suppression electrode 21 suppresses the backward flow of electrons from the downstream side toward the plasma generation container 2 when the ion beam 24 is extracted.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来のE
CR型イオン源においては、例えば図4に示すように、
プラズマ生成容器2内では磁気コイル16による磁力線
17がイオンビーム24の引出し方向にほぼ平行になる
ように構成されているけれども、磁気コイル16より少
し離れている領域では、より具体的にはプラズマ生成容
器2の開口部4付近より下流側においては、磁力線17
はイオンビーム24の引出し方向に対して直角方向に広
がった分布をしている。
DISCLOSURE OF THE INVENTION Problems to be Solved by the Invention
In the CR type ion source, for example, as shown in FIG.
Although the magnetic field lines 17 generated by the magnetic coil 16 are configured to be substantially parallel to the extraction direction of the ion beam 24 in the plasma generation chamber 2, in a region slightly apart from the magnetic coil 16, more specifically, plasma generation is performed. On the downstream side of the vicinity of the opening 4 of the container 2, the magnetic field lines 17
Has a distribution spread in a direction perpendicular to the extraction direction of the ion beam 24.

【0007】そのため、プラズマ生成容器2内のプラズ
マ18中のイオンが開口部4付近において磁力線17に
沿って広がってしまい、かつ開口部4から引き出された
イオンビーム24も引出し電極系20付近において磁力
線17に沿って広がってしまい、その結果、プラズマ1
8中のイオンやイオンビーム24がプラズマ生成容器2
や引出し電極系20等の構造物に衝突する割合が多くな
るため、効率の良いイオンビーム24の引出しができな
いという問題がある。
Therefore, the ions in the plasma 18 in the plasma generating chamber 2 spread along the magnetic field lines 17 near the opening 4, and the ion beam 24 extracted from the opening 4 also near the extraction electrode system 20. 17 and spread, resulting in plasma 1
Ions and ion beams 24 in the plasma generation container 2
There is a problem that the ion beam 24 cannot be efficiently extracted because the ratio of collision with the structures such as the extraction electrode system 20 and the extraction electrode system 20 increases.

【0008】そこでこの発明は、プラズマ生成容器の開
口部付近から引出し電極系の最下流側電極付近にかけて
の磁力線の分布をイオンビームの引出し方向に平行に近
づけることによって、プラズマ生成容器内のプラズマ中
のイオンの開口部付近での広がりおよび引出し電極系付
近でのイオンビームの広がりを抑えて、効率の良いイオ
ンビームの引出しを行うことができるようにしたECR
型イオン源を提供することを主たる目的とする。
Therefore, according to the present invention, the distribution of the lines of magnetic force from the vicinity of the opening of the plasma generation container to the vicinity of the most downstream electrode of the extraction electrode system is made parallel to the extraction direction of the ion beam, so that the plasma in the plasma generation container ECR that suppresses the spread of the ion in the vicinity of the opening of the ion and the spread of the ion beam in the vicinity of the extraction electrode system to enable efficient extraction of the ion beam.
The main purpose is to provide a type ion source.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明のECR型イオン源は、前述したような引
出し電極系を構成する複数枚の電極の内の最下流側の電
極のみを磁性材料で作製していることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the ECR type ion source of the present invention comprises an electrode on the most downstream side of a plurality of electrodes constituting the extraction electrode system as described above.
It is characterized in that only the poles are made of a magnetic material.

【0010】[0010]

【作用】引出し電極系を構成する複数枚の電極の内の
下流側の電極のみを磁性材料で作製することにより、磁
気コイルから出た磁力線は、他の電極で乱されることな
く、この磁性材料で作製した最下流側の電極に引き込ま
れてその中を通るようになり、その結果、プラズマ生成
容器の開口部付近から引出し電極系の最下流側電極付近
にかけての磁力線の分布は、イオンビームの引出し方向
に平行に近づく。その結果、プラズマ生成容器内のプラ
ズマ中のイオンの開口部付近での広がりおよび引出し電
極系付近でのイオンビームの広がりを抑えて、効率の良
いイオンビームの引出しを行うことができるようにな
る。
[Operation] Of the plurality of electrodes forming the extraction electrode system, the maximum
By making only the electrode on the downstream side with a magnetic material, the magnetic force lines emitted from the magnetic coil are not disturbed by other electrodes.
In addition, it is drawn into the most downstream electrode made of this magnetic material and passes through it. As a result, the distribution of the magnetic field lines from the vicinity of the opening of the plasma generation vessel to the vicinity of the most downstream electrode of the extraction electrode system. Approaches parallel to the extraction direction of the ion beam. As a result, it is possible to suppress the spread of the ions in the plasma in the plasma generation container near the opening and the spread of the ion beam near the extraction electrode system, and to efficiently extract the ion beam.

【0011】[0011]

【実施例】図1は、この発明の一実施例に係るECR型
イオン源を示す断面図である。図3の従来例と同一また
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。
1 is a sectional view showing an ECR type ion source according to an embodiment of the present invention. Parts that are the same as or correspond to those in the conventional example of FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, and differences from the conventional example will be mainly described below.

【0012】この実施例においては、前述したような引
出し電極系20を構成する電極の内の最下流側の電極で
ある接地電極22aのみを磁性材料で作製している。よ
り具体的には、接地電極22aをこの実施例では鉄にニ
ッケルメッキを施したもので作製しているが、その他フ
ェライト系のステンレス等で作製しても良い。
In this embodiment, only the ground electrode 22a, which is the most downstream electrode of the electrodes constituting the extraction electrode system 20 as described above, is made of a magnetic material. More specifically, although the ground electrode 22a is made of iron plated with nickel in this embodiment, it may be made of ferritic stainless steel or the like.

【0013】接地電極22aのみをこのように磁性材料
で作製することにより、図2に示すように、磁気コイル
16から出た磁力線17は、他の電極で乱されることな
く、この接地電極22aに引き込まれてその中を通るよ
うになり、その結果、プラズマ生成容器2の開口部4付
近から引出し電極系20の最下流側電極付近にかけての
磁力線17の分布は、イオンビーム24の引出し方向に
平行に近づく。
By making only the ground electrode 22a from the magnetic material in this way, the magnetic force lines 17 emitted from the magnetic coil 16 are not disturbed by other electrodes as shown in FIG.
First, the magnetic field lines 17 are drawn into the ground electrode 22a and pass through the ground electrode 22a. As a result, the distribution of the magnetic field lines 17 from the vicinity of the opening 4 of the plasma generation container 2 to the vicinity of the most downstream electrode of the extraction electrode system 20 is The beam 24 approaches the direction parallel to the extraction direction of the beam 24.

【0014】その結果、プラズマ生成容器2内のプラズ
マ18中のイオンの開口部4付近での広がりおよび開口
部4から引き出されたイオンビーム24の引出し電極系
20付近での広がりを抑えることができるので、プラズ
マ18中のイオンやイオンビーム24がプラズマ生成容
器2や引出し電極系20等の構造物に衝突する割合が少
なくなり、効率の良いイオンビーム24の引出しを行う
ことができるようになる。
As a result, it is possible to suppress the spread of the ions in the plasma 18 in the plasma generation container 2 near the opening 4 and the spread of the ion beam 24 extracted from the opening 4 near the extraction electrode system 20. Therefore, the ratio of the ions in the plasma 18 and the ion beam 24 colliding with the structure such as the plasma generation container 2 and the extraction electrode system 20 is reduced, and the ion beam 24 can be efficiently extracted.

【0015】しかも上記のようにすれば、接地電極22
aが磁気コイル16の磁力線17を整形する整形手段を
兼ねているので、別に整形手段を設ける必要がなく、従
って構造が簡単で小型になるという効果も得られる。
Moreover, with the above arrangement, the ground electrode 22
Since a serves also as a shaping means for shaping the magnetic force lines 17 of the magnetic coil 16, it is not necessary to provide a shaping means separately, and therefore, an effect that the structure is simple and compact can be obtained.

【0016】なお、引出し電極系20を構成する電極の
数は、上記例のような2枚に限られるものではなく、3
枚以上の場合もある。いずれの場合、当該引出し電極
系を構成する最下流側の電極のみを磁性材料で作製する
のが、磁力線を、他の電極で乱されることなく、最も下
流側までビーム引出し方向に平行に引き込める観点から
好ましい
The number of electrodes forming the extraction electrode system 20 is not limited to two as in the above example, but 3
There may be more than one. In any case, for making only the most downstream side of the electrodes constituting the extraction electrode system of a magnetic material, the magnetic field lines, without being disturbed by the other electrode, parallel to the beam extraction direction until the most downstream side It is preferable from the viewpoint of withdrawal .

【0017】[0017]

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、引出し
電極系を構成する複数枚の電極の内の最下流側の電極の
を磁性材料で作製しているので、磁気コイルから出た
磁力線は、他の電極で乱されることなく、この磁性材料
で作製した最下流側の電極に引き込まれてその中を通る
ようになり、その結果、プラズマ生成容器の開口部付近
から引出し電極系の最下流側電極付近にかけての磁力線
の分布は、イオンビームの引出し方向に平行に近づく。
その結果、プラズマ生成容器内のプラズマ中のイオンの
開口部付近での広がりおよび引出し電極系付近でのイオ
ンビームの広がりを抑えて、効率の良いイオンビームの
引出しを行うことができるようになる。特に、最下流側
の電極のみを磁性材料で作製しているので、磁力線を、
他の電極で乱されることなく、最も下流側までビーム引
出し方向に平行に引き込むことができ、その結果、イオ
ンビームの広がりを一層効果的に抑えて、一層効率の良
いイオンビームの引き出しを行うことができる。
As described above, according to the present invention, the electrode on the most downstream side of the plurality of electrodes forming the extraction electrode system is
Since only the magnetic material is made of magnetic material, the magnetic field lines from the magnetic coil are drawn into the most downstream electrode made of this magnetic material and pass through it without being disturbed by other electrodes. As a result, the distribution of the lines of magnetic force from the vicinity of the opening of the plasma generation container to the vicinity of the most downstream electrode of the extraction electrode system approaches parallel to the extraction direction of the ion beam.
As a result, it is possible to suppress the spread of the ions in the plasma in the plasma generation container near the opening and the spread of the ion beam near the extraction electrode system, and to efficiently extract the ion beam. Especially on the most downstream side
Since only the electrode of is made of magnetic material,
Beam is drawn to the most downstream side without being disturbed by other electrodes.
It can be pulled in parallel to the ejection direction, and as a result,
More effectively suppresses the spread of the beam.
Ion beam can be extracted.

【0018】しかもこの発明では、磁性材料で作製した
電極が磁力線を整形する整形手段を兼ねているので、別
に整形手段を設ける必要がなく、従って構造が簡単で小
型になるという効果も得られる。
Further, in the present invention, since the electrode made of the magnetic material also serves as the shaping means for shaping the magnetic force lines, it is not necessary to provide a shaping means separately, so that the structure is simple and compact.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明の一実施例に係るECR型イオン源を
示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing an ECR type ion source according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1のECR型イオン源における磁力線分布の
概略を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing an outline of magnetic field line distribution in the ECR type ion source of FIG.

【図3】従来のECR型イオン源の一例を示す断面図で
ある。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of a conventional ECR type ion source.

【図4】図3のECR型イオン源における磁力線分布の
概略を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing an outline of magnetic field line distribution in the ECR type ion source of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2 プラズマ生成容器 4 開口部 6 導波管 12 ガス導入管 16 磁気コイル 17 磁力線 18 プラズマ 20 引出し電極系 21 抑制電極 22a 接地電極 24 イオンビーム 2 Plasma generation container 4 Opening part 6 Waveguide 12 Gas introduction pipe 16 Magnetic coil 17 Magnetic field line 18 Plasma 20 Extraction electrode system 21 Suppression electrode 22a Ground electrode 24 Ion beam

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 プラズマを作るための容器であってマイ
クロ波および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内にイオンビーム引出し方向に磁場
を発生させる磁気コイルと、前記プラズマ生成容器の開
口部の外側近傍に設けられていて、複数枚の電極から成
り電界の作用でプラズマ生成容器内のプラズマからイオ
ンビームを引き出す引出し電極系とを備えるECR型イ
オン源において、前記引出し電極系を構成する複数枚の
電極の内の最下流側の電極のみを磁性材料で作製してい
ることを特徴とするECR型イオン源。
1. A plasma producing container for producing a plasma, into which microwaves and gas are introduced, a magnetic coil for producing a magnetic field in the direction of extracting an ion beam in the plasma producing container, and the plasma producing container. be provided in the vicinity of the outside of the opening, the ECR ion source and a lead-out electrode system to draw an ion beam from the plasma in the plasma generating vessel by the action of an electric field composed of a plurality of electrodes, the extraction electrode system An ECR type ion source characterized in that only the most downstream electrode of a plurality of constituent electrodes is made of a magnetic material.
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