JP2749430B2 - イオン源装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

［産業上の利用分野］ 本発明は、直流放電によりイオンビームを生成するイ
オン源装置に関し、詳しくはイオンビームの引き出し電
極群のうちの最もプラズマ室側に位置する加速電極のプ
ラズマに直接さらされるプラズマ室側の面に設けた冷却
水のパイプのプラズマからの保護に関する。 ［従来の技術］ 従来、イオンビームスパッタリング，イオンビームミ
キシング，イオンアシスト等に用いられるイオン源装置
は、例えばバケット型イオン源装置の場合、第４図に示
すような構成になっている。 同図において、１はステンレス等の非磁性体金属より
なるアノードとしての筺体、２は筺体１内に形成された
プラズマ室、３はプラズマ室２内に配設され，カソード
としての熱電子放出源となるフィラメント、４はフィラ
メント３の両端に接続された加熱用のフィラメント電
源、５はプラズマ室２内にアルゴンの希ガス等のイオン
化ガスを導入するガス導入口、６は筺体１の外周に設け
られ，筺体１内にカスプ磁場を形成する永久磁石であ
る。 ７は筺体１の開口端に絶縁体８を介して取り付けられ
たイオンビーム引き出し電極群であり、プラズマ室２側
の加速電極９と，中間の減速電極10と，外側の接地電極
11とからなり、これらはいずれもパンチング板により構
成されている。 12は筺体１にアノード電圧を印加するアーク電源であ
り、＋極が筺体１に接続され、−極がフィラメント電源
４の−極に接続されている。13は加速電極９にアノード
電圧より低い正の加速電圧を印加する加速電源であり、
＋極が加速電極９及びアーク電源12の−極に接続され、
−極が接地されている。14は減速電極10に負の電圧を印
加する減速電源であり、−極が減速電極10に接続され、
＋極が接地されている。 そして、装置を駆動すると、フィラメント３がフィラ
メント電源４による抵抗加熱により高温に保持されて熱
電子ｅを放出し、カソードであるフィラメント３とアノ
ードである筺体１との間の放電により、ガス導入口５よ
りプラズマ室２内に導入されたイオン化ガスのプラズマ
15が生成され、電極群７のビーム引き出し作用により、
プラズマ15中のイオンガスがイオンビームとなってスパ
ッタ室等に導出される。 ところで、この種イオン源装置は、とくに電極群７の
うちの最もプラズマ室２側の加速電極９がプラズマに直
接さらされて非常に高温になり、熱により変形等するお
それがあり、中でもバケット型イオン源装置では、一般
に、電極の径が大きいため、熱による歪が発生しやすく
なっている。 このため、従来よりこの種イオン源装置においては、
冷却水のパイプを加速電極に設けて最もプラズマ室２側
の加速電極９を冷却することが行われている。 この場合、冷却水のパイプが電極9,10の間隔（電極間
隔）より小さければ、例えば、特開昭62-226549号公報
（H01J 37/08），実願昭63-140462号（実開平2-61053）
のマイクロフィルム等に記載の冷却パイプ等と同様、加
速電極９のプラズマ室側と反対側の減速電極10側の面に
取付け、加速電極９によりプラズマから冷却水のパイプ
を保護することが考えられる。 しかし、大電流，大口径イオン源で冷却水のパイプを
電極9,10の間隔より大径にする必要がある場合には、パ
イプを加速電極９の減速電極10側の面に設けることがで
きない。 また、この種イオン源装置においては、イオンビーム
の引き出し量を増大するためには、各電極9,10,11の間
隔（電極間隔）は極力狭くする必要がある。 反面、狭くすると、小径の冷却水パイプしか用いるこ
とができず、冷却効果が小となり、電極が熱により変形
することとなる。 そこで、冷却水のパイプを大径にする必要のある場
合、電極間隔によるパイプ径の制約を排除するため、第
５図ないし第７図に示すように、冷却水のパイプを加速
電極９のプラズマ室側に設けることが考えられる。 この場合、第５図ないし第７図に示すように、加速電
極９のプラズマ室２側の面に浅い長溝16'を有する複数
の凸条16を平行に形設し、冷却水導入用フランジ17に大
径の冷却水導入パイプ18を接続すると共に、この導入パ
イプ18より分岐した複数の小径の分岐パイプ19の下側半
分を、それぞれ各凸条16の長溝16'に嵌め込み、各分岐
パイプ19のそれぞれの先端を冷却水回収用フランジ20に
接続された大径の冷却水回収パイプ21に接続する。 そして、冷却水を導入パイプ18から各分岐パイプ19に
通すことにより、加速電極９を冷却し、加速電極９の熱
変形や歪の発生を防止する。

【発明が解決しようとする課題】

前記第５図〜第７図の電極冷却構造の場合、加速電極
９の冷却用の各パイプ18,19,21が加速電極９のプラズマ
室２側の面に取り付けられ、各パイプ18,19,21がプラズ
マ15に直接さらされるため、パイプ18,19,21が損傷しや
すく、水漏れ事故等が発生する問題がある。 本発明は、このような問題点に留意してなされたもの
であり、その目的とするところは、イオンビームの引き
出し電極群のうちの最もプラズマ室側に位置した加速電
極のプラズマ室側の面に冷却水のパイプを設け、電極間
隔による冷却水のパイプ径の制約を排除した場合に、プ
ラズマによる被害を受けることなく、加速電極の冷却が
行えるようにすることにある。 ［課題を解決するための手段］ 前記課題を解決するために、本発明のイオン源装置
は、 直流放電によりイオン化ガスのプラズマを生成するプ
ラズマ室と、 該プラズマ室に対向して配置され，前記プラズマから
イオンをイオンビームとして引き出す引き出し電極群
と、 該引き出し電極群の前記プラズマ室側の加速電極と、 該加速電極の前記プラズマ室側の面に平行に形成され
た複数の凸条と、 該凸条の前記プラズマ室側の面に形成された長溝と、 冷却水導入用フランジに接続され，前記加速電極の前
記プラズマ室側の一側に配設された大径の冷却水導入パ
イプと、 該導入パイプより分岐され，前記長溝に嵌め込まれた
小径の分岐パイプと、 該各分岐パイプのそれぞれの先端に接続され，前記加
速電極の前記プラズマ室側の他側に配設され，冷却水回
収用フランジに接続された大径の冷却水回収パイプと、 前記加速電極の前記プラズマ室側に設けられ，中央に
孔が形成され，前記導入パイプ，前記回収パイプ及び前
記両フランジの前記プラズマ室側を覆ったカバー板，及
び内側面を覆った折り曲げ片からなる第１保護カバー
と、 前記各分岐パイプの前記プラズマ室側の面を覆い，前
記長溝に嵌め込まれた第２保護カバーと を備えたものである。 ［作用］ 前記のように構成された本発明のイオン源装置は、加
速電極のプラズマ室側の面に複数の凸条が平行に形成さ
れ、その各凸条のプラズマ室側の面に形成された長溝
に、加速電極のプラズマ室側の一側に配設された冷却水
導入パイプより分岐された小径の分岐パイプが嵌め込ま
れ、その各分岐パイプの先端に接続された大径の冷却水
回収パイプが、加速電極のプラズマ室側の他側に配設さ
れ、中央に孔が形成された第１保護カバーのカバー板，
及び折り曲げ片が、導入パイプ，回収パイプのプラズマ
室側，及び内側面を覆い、第２保護カバーが、長溝に嵌
め込まれ、分岐パイプのプラズマ室側の面を覆っている
ため、最もプラズマ室側に位置した加速電極のプラズマ
室側の面に設けられた冷却水のパイプ，すなわち各分岐
パイプ及び導入パイプ，回収パイプが、プラズマ室で生
成されたプラズマにさらされることがなく、各パイプが
損傷せず、各パイプの長寿命化を図ることができ、か
つ、第２保護カバーにより分岐パイプの長溝よりの抜け
出しが防止され、第２保護カバーが分岐パイプのカバー
と抜け防止を兼用し、長期にわたる安定した加速電極の
冷却が可能になる。 したがって、電極間隔による冷却水のパイプの径の制
約を排除して大径の加速電極を冷却する際に、プラズマ
による冷却水のパイプの損傷を防止することができる。 ［実施例］ 実施例につき、第１図ないし第３図を用いて説明す
る。 これらの図面において、前記と同一符号は同一もしく
は相当するものを示すものとし、22は加速電極９のプラ
ズマ室２側に設けられた第１保護カバーであり、円板を
上下左右にほぼ４分割した形状のカバー板22a,22b,22c,
22dからなり、保護カバー22の中央に加速電極９のパン
チング板部分に対向する正方形状の孔23が形成され、こ
の孔23の周壁に各カバー板22a〜22dの折り曲げ片22a'〜
22d'が形成され、各カバー板22a,22b,22c,22dにより、
加速電極９のプラズマ室２側の一側の冷却水導入パイプ
18,他側の冷却水回収パイプ21及び、その両パイプ18,21
がそれぞれ接続されたフランジ17,20のプラズマ室２側
が覆われ、各折り曲げ片22a'〜22d'によりパイプ18,21
及びフランジ17,20の内側面が覆われている。24は各分
岐パイプ19のプラズマ室２側の面を覆う第２保護カバー
であり、第２図及び第３図に示すように、加速電極９に
形成された複数の平行な凸条16が従来の場合より大きく
突出し、これに形成された長溝16'も深くなっており、
導入パイプ18より分岐した各分岐パイプ19が、各凸条16
の長溝16'に埋め込まれると共に、この分岐パイプ19を
抜け止めするように、保護カバー24が長溝16'に嵌め込
まれている。 前述した構成によれば、加速電極９のプラズマ室２側
の面に配設された導入パイプ18,各分岐パイプ19及び回
収パイプ21,両フランジ17,20を第1,第２保護カバー22,2
4により覆うことができるため、これらがプラズマ室２
のプラズマ15にさらされることがなくなり、各パイプ1
8,19,21の損傷を防止でき、その長寿命化を図って加速
電極９を冷却することができ、電極間隔による冷却水の
パイプの径の制約を排除して加速電極９を冷却する際
に、プラズマから冷却水のパイプを効果的に保護するこ
とができる。 ［発明の効果］ 本発明は、以上説明したように構成されているため、
次に記載する効果を奏する。 加速電極９のプラズマ室２側の面に複数の凸条16が平
行に形成され、その各凸条16のプラズマ室２側の面に形
成された長溝16'に、加速電極９のプラズマ室２側の一
側に配設された冷却水導入パイプ18より分岐された小径
の分岐パイプ19が嵌め込まれ、その各分岐パイプ19の先
端に接続された大径の冷却水回収パイプ21が、加速電極
９のプラズマ室２側の他側に配設され、中央に孔23が形
成された第１保護カバー22のカバー板22a〜22d,及び折
り曲げ片22a'〜22d'が、導入パイプ18',回収パイプ21の
プラズマ室２側，及び内側面を覆い、第２保護カバー24
が、長溝16'に嵌め込まれ、分岐パイプ19のプラズマ室
２側の面を覆っているため、各分岐パイプ19及び導入パ
イプ18,回収パイプ19が、プラズマ室２で生成されたプ
ラズマにさらされることがなく、各パイプ18,19,21が損
傷せず、各パイプ18,19,21の長寿命化を図ることがで
き、かつ、第２保護カバー24により分岐パイプ19の長溝
16'よりの抜け出しが防止され、第２保護カバー24が分
岐パイプ19のカバーと抜け防止を兼用し、長期にわたる
安定した加速電極９の冷却を可能にすることができる。 そのため、イオンビームの引き出し電極群７のうちの
最もプラズマ室２側に位置した加速電極９を、そのプラ
ズマ室２側の面に冷却水のパイプを設け、電極間隔によ
るパイプ径の制約を排除して冷却する際に、プラズマか
ら冷却水のパイプを保護してその損傷を防止することが
でき、とくに大電流，大口径イオン源で電極間隔に比し
て冷却水のパイプ径を大きくする必要がある場合に著し
い効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のイオン源装置の１実施例の加速電極側
の正面図、第２図は第１図のX-X'線切断下面図、第３図
は第１図のY-Y'線切断側面図、第４図はイオン源装置の
概略構成の側面図、第５図は従来例の加速電極側の正面
図、第６図及び第７図はそれぞれ第５図のA-A'線切断下
面図及びB-B'線切断側面図である。 ２……プラズマ室、９……加速電極、16……凸条、16'
……長溝、17……冷却水導入用フランジ、18……冷却水
導入パイプ、19……分岐パイプ、20……冷却水回収用フ
ランジ、21……冷却水回収パイプ、22……第１保護カバ
ー、22a〜22d……カバー板、22a'〜22d'……折り曲げ
片、23……孔、24……第２保護カバー。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】直流放電によりイオン化ガスのプラズマを
   生成するプラズマ室と、 該プラズマ室に対向して配置され，前記プラズマからイ
   オンをイオンビームとして引き出す引き出し電極群と、 該引き出し電極群の前記プラズマ室側の加速電極と、 該加速電極の前記プラズマ室側の面に平行に形成された
   複数の凸条と、 該凸条の前記プラズマ室側の面に形成された長溝と、 冷却水導入用フランジに接続され，前記加速電極の前記
   プラズマ室側の一側に配設された大径の冷却水導入パイ
   プと、 該導入パイプより分岐され，前記長溝に嵌め込まれた小
   径の分岐パイプと、 該各分岐パイプのそれぞれの先端に接続され，前記加速
   電極の前記プラズマ室側の他側に配設され，冷却水回収
   用フランジに接続された大径の冷却水回収パイプと、 前記加速電極の前記プラズマ室側に設けられ，中央に孔
   が形成され，前記導入パイプ，前記回収パイプ及び前記
   両フランジの前記プラズマ室側を覆ったカバー板，及び
   内側面を覆った折り曲げ片からなる第１保護カバーと、 前記各分岐パイプの前記プラズマ室側の面を覆い，前記
   長溝に嵌め込まれた第２保護カバーと を備えたことを特徴とするイオン源装置。