JP2833183B2 - イオン源 - Google Patents
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- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 claims description 12
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- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
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- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
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Landscapes
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、プラズマ（主プラズマ）閉じ込めにカス
プ磁場を用いる多極磁場型（いわゆるバケット型）のイ
オン源であって、しかも電子放出用のフィラメントの代
わりに副プラズマ室を備えるイオン源に関する。
プ磁場を用いる多極磁場型（いわゆるバケット型）のイ
オン源であって、しかも電子放出用のフィラメントの代
わりに副プラズマ室を備えるイオン源に関する。
この種のイオン源の従来例を第６図および第７図に示
す。
す。
このイオン源は、副プラズマ室２、主プラズマ室22お
よび引出し電極系32を備えている。
よび引出し電極系32を備えている。
副プラズマ室２は、非磁性金属製の容器４で形成され
ており、ガス導入口８を有し、内部に何本かのこの例で
はスパイラル形のアンテナ10が設けられており、その各
々に同軸ケーブル12を経由して外部から高周波（この例
ではマイクロ波）が供給される。
ており、ガス導入口８を有し、内部に何本かのこの例で
はスパイラル形のアンテナ10が設けられており、その各
々に同軸ケーブル12を経由して外部から高周波（この例
ではマイクロ波）が供給される。
この容器４には、主プラズマ室22側に、幾つかの電子
引出し孔16が設けられており、またその周囲には、例え
ば各アンテナ10の近傍でECR（電子サイクロトロン共
鳴）条件を満たす磁場を発生させるリング状の磁石（第
２の磁石）６が配置されている。
引出し孔16が設けられており、またその周囲には、例え
ば各アンテナ10の近傍でECR（電子サイクロトロン共
鳴）条件を満たす磁場を発生させるリング状の磁石（第
２の磁石）６が配置されている。
主プラズマ室22は、前記容器４に絶縁物20を介して接
続された非磁性金属製の容器24で形成されており、この
容器24の周囲にはこの例ではその周方向にカスプ磁場27
を発生させる複数の棒状をした磁石（第１の磁石）26が
配置されている。
続された非磁性金属製の容器24で形成されており、この
容器24の周囲にはこの例ではその周方向にカスプ磁場27
を発生させる複数の棒状をした磁石（第１の磁石）26が
配置されている。
主プラズマ室22の出口部には、この例では３枚の多孔
電極から成る引出し電極系32が設けられている。
電極から成る引出し電極系32が設けられている。
容器４と24との間には、前者をカソードとし後者をア
ノードとするように放電電源（図示省略）が接続され
る。
ノードとするように放電電源（図示省略）が接続され
る。
動作例を説明すると、主プラズマ室22およびそれにつ
ながる副プラズマ室２内を真空排気すると共に副プラズ
マ室２内に所要のガス（例えばアルゴン等の不活性ガス
や酸素ガス等）を導入し、かつアンテナ10にマイクロ波
を供給すると、副プラズマ室２内で高周波放電（この例
ではマイクロ波放電）が生じて副プラズマ14が作られ
る。
ながる副プラズマ室２内を真空排気すると共に副プラズ
マ室２内に所要のガス（例えばアルゴン等の不活性ガス
や酸素ガス等）を導入し、かつアンテナ10にマイクロ波
を供給すると、副プラズマ室２内で高周波放電（この例
ではマイクロ波放電）が生じて副プラズマ14が作られ
る。
そしてこの副プラズマ14から、前記放電電源の電圧に
よって、電子引出し孔16を通して電子18が主プラズマ室
22内に引き出され、それによって主プラズマ室22内で直
流放電が生じて、副プラズマ室２から電子引出し孔16を
通して流入した来たガスが電離されて主プラズマ30が作
られる。そしてこの主プラズマ30から、引出し電極系32
を介して電界の作用でイオンビーム36が引き出される。
よって、電子引出し孔16を通して電子18が主プラズマ室
22内に引き出され、それによって主プラズマ室22内で直
流放電が生じて、副プラズマ室２から電子引出し孔16を
通して流入した来たガスが電離されて主プラズマ30が作
られる。そしてこの主プラズマ30から、引出し電極系32
を介して電界の作用でイオンビーム36が引き出される。
上記のようなイオン源における各電子引出し孔16は、
従来は第７図に示すように、磁石26の内のその主プラズ
マ室22内側の極性が磁石６の主プラズマ室22側の極性
（図示例ではＳ）と逆の極性（図示例ではＮ）をした磁
石26に相対するように配置されていた。
従来は第７図に示すように、磁石26の内のその主プラズ
マ室22内側の極性が磁石６の主プラズマ室22側の極性
（図示例ではＳ）と逆の極性（図示例ではＮ）をした磁
石26に相対するように配置されていた。
そのため、両磁石26と６とによって主プラズマ室22と
副プラズマ室２間に直接的な磁場38が存在する所に各電
子引出し孔16が存在することになり、各電子引出し孔16
から引き出された電子18はこの磁場38に沿って自由に運
動できるので、容器24に直流流入する電子18が多くな
り、それによって主プラズマ室22内においてガスの電離
に寄与する電子18が少なくなる。
副プラズマ室２間に直接的な磁場38が存在する所に各電
子引出し孔16が存在することになり、各電子引出し孔16
から引き出された電子18はこの磁場38に沿って自由に運
動できるので、容器24に直流流入する電子18が多くな
り、それによって主プラズマ室22内においてガスの電離
に寄与する電子18が少なくなる。
従って、従来のイオン源では、主プラズマ室22におけ
るガスの電離効率が悪く、そのため高密度の主プラズマ
30を生成させて多量のイオンビーム36を引き出すのが困
難であるという問題があった。
るガスの電離効率が悪く、そのため高密度の主プラズマ
30を生成させて多量のイオンビーム36を引き出すのが困
難であるという問題があった。
同様の問題は、主プラズマ室22の周囲に、当該主プラ
ズマ室22の軸方向にカスプ磁場を形成する複数のリング
状の磁石を配置したイオン源において、当該磁石と前記
磁石６との間に直接的な磁場が存在する場合にも存在す
る。
ズマ室22の軸方向にカスプ磁場を形成する複数のリング
状の磁石を配置したイオン源において、当該磁石と前記
磁石６との間に直接的な磁場が存在する場合にも存在す
る。
そこでこの発明は、電子引出し孔から引き出した電子
が主プラズマ室におけるガスの電離に効果的に寄与する
ようにし、それによってガスの電離効率を向上させたイ
オン源を提供することを主たる目的とする。
が主プラズマ室におけるガスの電離に効果的に寄与する
ようにし、それによってガスの電離効率を向上させたイ
オン源を提供することを主たる目的とする。
上記の目的を達成するため、第１の発明は、直流放電
によってプラズマを生成する主プラズマ室であってその
周囲に当該主プラズマ室の周方向にカスプ磁場を形成す
る複数の第１の磁石が設けられたものと、高周波放電に
よってプラズマを生成して前記直流放電に必要な電子を
電子引出し孔から主プラズマ室に供給する副プラズマ室
であってその周囲に第２の磁石が設けられたものとを備
え、主プラズマ室中のプラズマからイオンビームを引き
出すようにしたイオン源において、前記電子引出し孔
を、前記第１の磁石の内のその主プラズマ室内側の極性
が前記第２の磁石の主プラズマ室側の極性と同じ極性を
した磁石に相対するように配置したことを特徴とする。
によってプラズマを生成する主プラズマ室であってその
周囲に当該主プラズマ室の周方向にカスプ磁場を形成す
る複数の第１の磁石が設けられたものと、高周波放電に
よってプラズマを生成して前記直流放電に必要な電子を
電子引出し孔から主プラズマ室に供給する副プラズマ室
であってその周囲に第２の磁石が設けられたものとを備
え、主プラズマ室中のプラズマからイオンビームを引き
出すようにしたイオン源において、前記電子引出し孔
を、前記第１の磁石の内のその主プラズマ室内側の極性
が前記第２の磁石の主プラズマ室側の極性と同じ極性を
した磁石に相対するように配置したことを特徴とする。
また、第２の発明は、直流放電によってプラズマを生
成する主プラズマ室であってその周囲に当該主プラズマ
室の軸方向にカスプ磁場を形成する複数の第１の磁石が
設けられたものと、高周波放電によってプラズマを生成
して前記直流放電に必要な電子を電子引出し孔から主プ
ラズマ室に供給する副プラズマ室であってその周囲に第
２の磁石が設けられたものとを備え、主プラズマ室中の
プラズマからイオンビームを引き出すようにしたイオン
源において、前記第１の磁石の内の最も副プラズマ室側
の磁石として、その主プラズマ室内側の極性が前記第２
の磁石の主プラズマ室側の極性と同じ極性の磁石を配置
したことを特徴とする。
成する主プラズマ室であってその周囲に当該主プラズマ
室の軸方向にカスプ磁場を形成する複数の第１の磁石が
設けられたものと、高周波放電によってプラズマを生成
して前記直流放電に必要な電子を電子引出し孔から主プ
ラズマ室に供給する副プラズマ室であってその周囲に第
２の磁石が設けられたものとを備え、主プラズマ室中の
プラズマからイオンビームを引き出すようにしたイオン
源において、前記第１の磁石の内の最も副プラズマ室側
の磁石として、その主プラズマ室内側の極性が前記第２
の磁石の主プラズマ室側の極性と同じ極性の磁石を配置
したことを特徴とする。
上記第１の発明に係るイオン源においては、電子引出
し孔の所には、第１の磁石と第２の磁石との上記のよう
な極性の関係により、従来例のような直接的な磁場が存
在しなくなる。その結果、電子引出し孔より引き出され
た電子が主プラズマ室を構成する容器に直接流入する割
合が少なくなり、ガスの電離に効果的に寄与するように
なり、ガスの電離効率が向上する。
し孔の所には、第１の磁石と第２の磁石との上記のよう
な極性の関係により、従来例のような直接的な磁場が存
在しなくなる。その結果、電子引出し孔より引き出され
た電子が主プラズマ室を構成する容器に直接流入する割
合が少なくなり、ガスの電離に効果的に寄与するように
なり、ガスの電離効率が向上する。
また、上記第２の発明に係るイオン源においても、上
記第１の発明のイオン源と同様に、電子引出し孔の所に
は、第１の磁石と第２の磁石との上記のような極性の関
係により、直接的な磁場が存在しなくなり、ガスの電離
効率が向上する。
記第１の発明のイオン源と同様に、電子引出し孔の所に
は、第１の磁石と第２の磁石との上記のような極性の関
係により、直接的な磁場が存在しなくなり、ガスの電離
効率が向上する。
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図の線Ｉ−Ｉに沿う断面
図である。第６図および第７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。
断面図である。第２図は、第１図の線Ｉ−Ｉに沿う断面
図である。第６図および第７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。
この実施例においては、前記各電子引出し孔16を、前
記第１の磁石26の内の、その主プラズマ室22内側の極性
が前記第２の磁石６の主プラズマ室22側の極性（図示例
ではＳ。但しＮの場合もあり得る）と同じ極性をした磁
石26に相対するように配置している。
記第１の磁石26の内の、その主プラズマ室22内側の極性
が前記第２の磁石６の主プラズマ室22側の極性（図示例
ではＳ。但しＮの場合もあり得る）と同じ極性をした磁
石26に相対するように配置している。
このようにすると、第２図に概略を示すように、電子
引出し孔16、16間の付近には従来例と同様に直接的な磁
場38が存在するにしても、磁石６と電子引出し孔16に相
対する磁石26とは同一極性であるため、各電子引出し孔
16の所には直接的な磁場が存在しなくなる。
引出し孔16、16間の付近には従来例と同様に直接的な磁
場38が存在するにしても、磁石６と電子引出し孔16に相
対する磁石26とは同一極性であるため、各電子引出し孔
16の所には直接的な磁場が存在しなくなる。
その結果、各電子引出し孔16より引き出された電子18
がアノードとしての容器24に直接流入する割合が少なく
なり、多くの電子18はカスプ磁場27により反射され、主
プラズマ室22内に長く閉じ込められるようになり、ガス
の電離に効果的に寄与するようになり、ガスの電離効率
が向上する。
がアノードとしての容器24に直接流入する割合が少なく
なり、多くの電子18はカスプ磁場27により反射され、主
プラズマ室22内に長く閉じ込められるようになり、ガス
の電離に効果的に寄与するようになり、ガスの電離効率
が向上する。
その結果、高密度の主プラズマ30を生成させて多量の
イオンビーム36を引き出すことが可能になる。
イオンビーム36を引き出すことが可能になる。
例えば、第３図は、主プラズマ室容器24と副プラズマ
室容器４との間の直流放電の放電電力に対するイオンビ
ーム36のビーム電流の測定結果の一例を示すものであ
り、同図において、従来例とは前述した第６図および第
７図の構成のイオン源であり、実施例とは上記第１図お
よび第２図の構成のイオン源であり、酸素流量とは副プ
ラズマ室２に導入するガス流量である。明らかに実施例
の方が特性が良く（即ち引き出し得るビーム電流が大き
く）なっており、例えば酸素流量9.8cc/分、放電電力80
0Wでは従来例より約39％もビーム電流が増大している。
室容器４との間の直流放電の放電電力に対するイオンビ
ーム36のビーム電流の測定結果の一例を示すものであ
り、同図において、従来例とは前述した第６図および第
７図の構成のイオン源であり、実施例とは上記第１図お
よび第２図の構成のイオン源であり、酸素流量とは副プ
ラズマ室２に導入するガス流量である。明らかに実施例
の方が特性が良く（即ち引き出し得るビーム電流が大き
く）なっており、例えば酸素流量9.8cc/分、放電電力80
0Wでは従来例より約39％もビーム電流が増大している。
第４図は、この発明の他の実施例に係るイオン源を示
す断面図である。第５図は、第４図の線II−IIに沿う断
面図である。
す断面図である。第５図は、第４図の線II−IIに沿う断
面図である。
上記実施例との相違点を主に説明すると、この実施例
のイオン源は、主プラズマ室22の周囲に、第１の磁石と
して、当該主プラズマ室22の軸方向にカスプ磁場27aを
形成する複数のリング状の磁石26aを配置したものであ
る。
のイオン源は、主プラズマ室22の周囲に、第１の磁石と
して、当該主プラズマ室22の軸方向にカスプ磁場27aを
形成する複数のリング状の磁石26aを配置したものであ
る。
そして、磁石26aの内の最も副プラズマ室２側の磁石
として、その主プラズマ室22内側の極性が前記磁石６の
主プラズマ室22側の極性（図示例ではＳ。但しＮの場合
もあり得る）と同じ極性の磁石を配置している。
として、その主プラズマ室22内側の極性が前記磁石６の
主プラズマ室22側の極性（図示例ではＳ。但しＮの場合
もあり得る）と同じ極性の磁石を配置している。
このようにすると、磁石６と最も副プラズマ室２側の
磁石26aとは同一極性であるため、各電子引出し孔16の
所には直接的な磁場が存在しなくなる。
磁石26aとは同一極性であるため、各電子引出し孔16の
所には直接的な磁場が存在しなくなる。
その結果、先の実施例の場合と同様、各電子引出し孔
16より引き出された電子18は主プラズマ室22内に長く閉
じ込められてガスの電離に効果的に寄与するようにな
り、ガスの電離効率が向上する。その結果、高密度の主
プラズマ30を生成させて多量のイオンビーム36を引き出
すことが可能になる。
16より引き出された電子18は主プラズマ室22内に長く閉
じ込められてガスの電離に効果的に寄与するようにな
り、ガスの電離効率が向上する。その結果、高密度の主
プラズマ30を生成させて多量のイオンビーム36を引き出
すことが可能になる。
なお、上記各磁石26aは、それ自体がリング状のもの
でも良いし、セグメント状のものを組み合わせてリング
状にしたものでも良い。後者のようなものにすれば、不
良になった部分のみを交換すれば済むのでメンテナンス
費用等が安価になる。磁石６についても同様である。
でも良いし、セグメント状のものを組み合わせてリング
状にしたものでも良い。後者のようなものにすれば、不
良になった部分のみを交換すれば済むのでメンテナンス
費用等が安価になる。磁石６についても同様である。
また、副プラズマ室２の構造、そこに設けるアンテナ
10の数、その形状、電子引出し孔16の数、更には引出し
電極系32の構成等は、上記例のようなものに限定される
ものではない。
10の数、その形状、電子引出し孔16の数、更には引出し
電極系32の構成等は、上記例のようなものに限定される
ものではない。
以上のようにこの発明によれば、電子引出し孔から引
き出される電子が主プラズマ室内に長く閉じ込められて
ガスの電離に効果的に寄与するようになり、ガスの電離
効率が向上する。その結果、主プラズマ室内において高
密度のプラズマを生成させて多量のイオンビームを引き
出すことが可能になる。
き出される電子が主プラズマ室内に長く閉じ込められて
ガスの電離に効果的に寄与するようになり、ガスの電離
効率が向上する。その結果、主プラズマ室内において高
密度のプラズマを生成させて多量のイオンビームを引き
出すことが可能になる。
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図の線Ｉ−Ｉに沿う断面図
である。第３図は、放電電力に対するビーム電流の測定
結果の一例を示す図である。第４図は、この発明の他の
実施例に係るイオン源を示す断面図である。第５図は、
第４図の線II−IIに沿う断面図である。第６図は、従来
のイオン源の一例を示す断面図である。第７図は、第６
図の線III−IIIに沿う断面図である。 ２……副プラズマ室、６……第２の磁石、10……アンテ
ナ、14……副プラズマ、16……電子引出し孔、18……電
子、22……主プラズマ室、26,26a……第１の磁石、27,2
7a……カスプ磁場、30……主プラズマ、32……引出し電
極系、36……イオンビーム。
面図である。第２図は、第１図の線Ｉ−Ｉに沿う断面図
である。第３図は、放電電力に対するビーム電流の測定
結果の一例を示す図である。第４図は、この発明の他の
実施例に係るイオン源を示す断面図である。第５図は、
第４図の線II−IIに沿う断面図である。第６図は、従来
のイオン源の一例を示す断面図である。第７図は、第６
図の線III−IIIに沿う断面図である。 ２……副プラズマ室、６……第２の磁石、10……アンテ
ナ、14……副プラズマ、16……電子引出し孔、18……電
子、22……主プラズマ室、26,26a……第１の磁石、27,2
7a……カスプ磁場、30……主プラズマ、32……引出し電
極系、36……イオンビーム。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01J 27/00 - 27/26 H01J 37/08
Claims (2)
- 【請求項１】直流放電によってプラズマを生成する主プ
ラズマ室であってその周囲に当該主プラズマ室の周方向
にカスプ磁場を形成する複数の第１の磁石が設けられた
ものと、高周波放電によってプラズマを生成して前記直
流放電に必要な電子を電子引出し孔から主プラズマ室に
供給する副プラズマ室であってその周囲に第２の磁石が
設けられたものとを備え、主プラズマ室中のプラズマか
らイオンビームを引き出すようにしたイオン源におい
て、前記電子引出し孔を、前記第１の磁石の内のその主
プラズマ室内側の極性が前記第２の磁石の主プラズマ室
側の極性と同じ極性をした磁石に相対するように配置し
たことを特徴とするイオン源。 - 【請求項２】直流放電によってプラズマを生成する主プ
ラズマ室であってその周囲に当該主プラズマ室の軸方向
にカスプ磁場を形成する複数の第１の磁石が設けられた
ものと、高周波放電によってプラズマを生成して前記直
流放電に必要な電子を電子引出し孔から主プラズマ室に
供給する副プラズマ室であってその周囲に第２の磁石が
設けられたものとを備え、主プラズマ室中のプラズマか
らイオンビームを引き出すようにしたイオン源におい
て、前記第１の磁石の内の最も副プラズマ室側の磁石と
して、その主プラズマ室内側の極性が前記第２の磁石の
主プラズマ室側の極性と同じ極性の磁石を配置したこと
を特徴とするイオン源。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2243455A JP2833183B2 (ja) | 1990-09-12 | 1990-09-12 | イオン源 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2243455A JP2833183B2 (ja) | 1990-09-12 | 1990-09-12 | イオン源 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04121934A JPH04121934A (ja) | 1992-04-22 |
| JP2833183B2 true JP2833183B2 (ja) | 1998-12-09 |
Family
ID=17104146
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2243455A Expired - Lifetime JP2833183B2 (ja) | 1990-09-12 | 1990-09-12 | イオン源 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2833183B2 (ja) |
-
1990
- 1990-09-12 JP JP2243455A patent/JP2833183B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04121934A (ja) | 1992-04-22 |
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