JP2760088B2 - イオン源 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、例えばイオン注入装置等に用いられるイ
オン源に関し、より具体的には、その引出し電極系を構
成する電極の内の最プラズマ側の電極であるプラズマ電
極を効率良く高温化する手段に関する。

〔従来の技術〕

第３図は、従来のイオン源の一例を示す断面図であ
る。第４図は、第３図のイオン源のプラズマ電極周りを
示す平面図である。

このイオン源は、大電流イオンビーム引出し用のいわ
ゆるバケット型イオン源と呼ばれるものであり、プラズ
マ８を作るプラズマソース部２と、プラズマ電極14を含
みプラズマソース部２から（より具体的にはそこのプラ
ズマ８から）電界の作用でイオンビーム18を引き出す引
出し電極系とを備えている。

プラズマソース部２は、ガスや蒸気等のイオン化物質
７が導入されるプラズマ生成容器４およびフィラメント
６を有しており、両者間のアーク放電によってプラズマ
８を作る。５は、プラズマ閉じ込め用の多極磁場を発生
させる磁石である。

プラズマ生成容器４の出口部には、絶縁スペーサ10を
介してフランジ12が取付けられており、このフランジ12
の上面に、プラズマ生成容器４の内径よりも大きい直径
をした前記プラズマ電極14が複数本のボルト16によって
固定されている。

このプラズマ電極14は、引出し電極系の内で最プラズ
マ側の電極であり、多数の小孔14aを有しており、正電
位にされる。

なお、引出し電極系を構成するものとして、プラズマ
電極14の下流側には、他の電極、例えば負電位にされる
抑制電極や接地電位にされる接地電極が適宜設けられる
が、第３図および後述する第１図ではいずれもその図示
を省略している。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記のようなイオン源において、イオン化物質７とし
て、金属等のように常温で固定である物質の蒸気を用い
る場合、最プラズマ側の電極であるプラズマ電極14は、
イオン化物質７の付着防止のために高温化する必要があ
る。

例えば、イオン化物質７に金属を用いる場合、プラズ
マ生成容器４内の動作蒸気圧を10^-3Torr以上に維持する
のに、プラズマ生成容器４の内面およびプラズマ電極14
の温度を300℃以上に保持する必要がある場合がある。

その場合、プラズマ電極14は主にフィラメント６から
の放射熱によって加熱されるが、上記のような従来のイ
オン源では、プラズマ電極14のプラズマ生成容器４側の
面の内でプラズマ生成容器４の内径よりも大きい所はフ
ィラメント６に対して陰になる一方、反対側の面は熱の
放射面になるため、プラズマ電極14の加熱効率が悪いと
いう問題がある。

また、プラズマ電極14がフランジ12に複数本のボルト
16で固定されているため、プラズマ電極14からフランジ
12への熱伝導損失が大きく、この点からもプラズマ電極
14の加熱効率が悪いという問題がある。

そこでこの発明は、上記のようなプラズマ電極を効率
良く高温化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、この発明のイオン源は、前
述したようなプラズマ電極を、それに対応する形状の開
口部を有する支持板の開口部近傍に配置し、この支持板
に熱絶縁物を介して複数本の支持棒を固定し、この支持
棒で当該プラズマ電極を支持していることを特徴とす
る。

〔作用〕

上記構成によれば、プラズマ電極を、プラズマソース
部のフィラメントから見て陰になる部分がないようにす
ることができるので、その加熱効率が向上する。

また、プラズマ電極を複数本の支持棒によって支持し
ているので両者間の接触面積が小さく、しかも各支持棒
を熱絶縁物を介して支持板に固定しているので、プラズ
マ電極から支持板への熱伝導損失が小さくなる。

これらの結果、プラズマ電極を効率良く高温化するこ
とができる。

〔実施例〕

第１図は、この発明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、第１図のイオン源のプラズマ
電極周りを示す平面図である。第３図および第４図の例
と同一または相当する部分には同一符号を付し、以下に
おいては従来例との相違点を主に説明する。

この実施例においては、前述したプラズマ電極14に対
応するプラズマ電極24を、その周縁部に筒状部24bを有
するものとし、かつその外径をプラズマ生成容器４の内
径よりもやや小さくしている。このプラズマ電極24は、
例えばモリブデンから成り、そこにはイオンビーム引出
し用の多数の（但し図示のような数および配列に限らな
い）小孔24aが設けられている。

また、上記プラズマ電極24に対応する形状の開口部30
aを有する金属製の（例えばモリブデン製の）支持板30
を、前述したフランジ12の上面に複数本のボルト16によ
って固定している。

そして、この支持板30の開口部30aの近傍に、前記プ
ラズマ電極24を、その筒状部24bの先の方がプラズマ生
成容器４の開口部内に入るように配置し、かつそれをこ
の例では２本の金属製の（例えばタングステン製の）支
持棒26で支持している。

より具体的には、この例ではプラズマ電極24の筒状部
24bに四つの穴24cを十字状の配置で設け、そこに各支持
棒26を十字状に通し、かつこの支持棒26を、例えばセラ
ミックスから成る熱絶縁物28を介して支持板30に固定し
ている。32はボルトである。

上記プラズマ電極24と支持板30とは、両者間の熱伝導
を防ぐために、少なくとも密着はさせないものとし、好
ましくは図示例のように小さな隙間をあけて離しておく
ものとする。隙間を小さくするのは、そこからプラズマ
８の漏れを防ぐためである。

但し、プラズマ電極24と支持板30との間は、リード線
等によって電気的に接続されており、電気的には両者で
一つの電極のようになっている。

上記構造によれば、例えばこの例のようにプラズマ電
極24の外径をプラズマ生成容器４の内径よりも小さくす
ることで、プラズマ電極24を、プラズマソース部２のフ
ィラメント６からみて陰になる部分がないようにするこ
とができるので、その加熱効率が向上する。

また、プラズマ電極24は、その穴24cに通した２本の
支持棒26によって支持しているので両者間の接触面積が
小さく、しかも各支持棒26を熱絶縁物28を介して支持板
30に固定しているので、プラズマ電極24から支持板30等
への熱伝導損失が小さくなる。

これらの結果、プラズマ電極24を効率良く高温化する
ことができ、ひいては常温で固体であるイオン化物質の
当該プラズマ電極24への付着を効果的に防止することが
できる。

なお、プラズマ電極24には、この実施例のように筒状
部24bを設ける方が、それによって支持棒26を支持す
ることができる、その先の方をプラズマ生成容器４内
に入れることによってプラズマ８がプラズマ電極24と支
持板30との間の隙間から漏れるのを防ぐことができる、
等の点で好ましいが、必須のものではない。

例えば、プラズマ電極24を平板状のものとし、その上
面に複数の支持片を立設してその穴に支持棒26を通すよ
うにしても良い。また、プラズマ８の漏れ防止に対して
は、プラズマ電極24と支持板30との間の隙間ができるだ
け小さくなるように、両者をできるだけ（但し密着しな
い程度に）近づけるようにしても良い。

また、プラズマ電極24を平板状とする場合は、その外
径がプラズマ生成容器４の内径より少し位大きくても、
フィラメント６に対して陰になる部分ができなければ良
い。

また、支持棒26がこの例のようにプラズマ電極24の中
央部までつながっていても、その下側にプラズマ８が廻
り込むのでイオンビーム18の引き出しに特に支障はない
が、必要があれば、プラズマ電極24の表面から支持棒26
までの距離、支持棒26の太さ、プラズマ電極24の小孔24
aの大きさ、数、配置等によって対処することができ
る。

もっとも、支持棒26は、必ずしもこの実施例のように
プラズマ電極24の中央部までつながっている必要はな
く、プラズマ電極24の周辺部からそれをそれぞれ支持す
る程度の短いものでも良い。

また、プラズマ電極24を支持する個所の数も、複数で
あれば、より現実的には３個所以上であれば任意であ
る。

また、プラズマ電極24には、イオンビーム引出し用
に、多数の小孔24aの代わりに、幾つかのスリットを設
けても良い。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明によれば、プラズマ電極を、支
持棒等を介して支持板から支持する構造にしたので、当
該プラズマ電極を効率良く高温化することができる。そ
の結果、常温で固体であるイオン化物質の当該プラズマ
電極への付着を効果的に防止することができるようにな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明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、第１図のイオン源のプラズマ電
極周りを示す平面図である。第３図は、従来のイオン源
の一例を示す断面図である。第４図は、第３図のイオン
源のプラズマ電極周りを示す平面図である。 ２…プラズマソース部、４…プラズマ生成容器、６…フ
ィラメント、８…プラズマ、18…イオンビーム、24…プ
ラズマ電極、26…支持棒、28…熱絶縁物、30…支持板。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】プラズマを作るプラズマソース部と、この
   プラズマソース部からイオンビームを引き出す引出し電
   極系とを備えるイオン源において、前記引出し電極系を
   構成する電極の内の最プラズマ側の電極であるプラズマ
   電極を、それに対応する形状の開口部を有する支持板の
   開口部近傍に配置し、この支持板に熱絶縁物を介して複
   数本の支持棒を固定し、この支持棒で当該プラズマ電極
   を支持していることを特徴とするイオン源。