JP2860073B2 - Negative ion source apparatus - Google Patents

Negative ion source apparatus

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JP2860073B2
JP2860073B2 JP7287078A JP28707895A JP2860073B2 JP 2860073 B2 JP2860073 B2 JP 2860073B2 JP 7287078 A JP7287078 A JP 7287078A JP 28707895 A JP28707895 A JP 28707895A JP 2860073 B2 JP2860073 B2 JP 2860073B2
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【発明の詳細な説明】 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】 [0001]

【発明の属する技術分野】本発明は負イオン源装置に係り、特にイオン注入装置等に用いられるものに好適な負イオン源装置に関する。 The present invention relates to relates to a negative ion source device, particularly to a negative ion source device suitable for those used in the ion implantation apparatus or the like.

【0002】 [0002]

【従来の技術】この種イオン源を使用したイオン注入時における試料の帯電緩和に有効な方策として、たとえば「第4回粒子線の先端的応用技術に関するシンポジウム」(1993年、東京)の論文集"Proceedings of the BACKGROUND ART As an effective measure to charge relaxation of the sample during ion implantation using this type ion source, for example, "4th Symposium on advanced application technology of particle beam" (1993, Tokyo) Proceedings of "Proceedings of the
Fourth Symposium on Beam Engineering of Advanced M Fourth Symposium on Beam Engineering of Advanced M
aterial Syntheses"(1993年11月24日発行)の75から78頁に記載されているように、正イオンのかわりに負イオンを注入するという技術がある。この技術に使用される負イオン源装置の構成は一般に次のように形成されている。 aterial Syntheses ", as described in 75 to 78 pages (issued Nov. 24, 1993), there is a technique of implanting negative ions in place of the positive ions. Negative ion source device used for this technique configuration generally formed as follows.

【0003】すなわち、ガス導入口とイオン放出口とを有する放電容器と、前記イオン放出口に隣接して配置されたイオン引出電極と、該イオン引出電極と前記放電容器とをそれぞれ所定の電位に設定する電圧印加手段と、 [0003] That is, the discharge vessel having a gas inlet and an ion outlet, the ion extracting electrode arranged adjacent to the ion outlet, and the ion extraction electrode and the discharge vessel each predetermined potential and voltage applying means for setting,
前記放電容器の壁面に近接して配置されプラズマ閉じ込め磁場を形成する永久磁石と、前記放電容器内に配置されたフィラメントと、該フィラメントと前記放電容器との間にアーク放電を発生させるアーク放電発生手段と、 Wherein a permanent magnet to form a closely arranged plasma confinement magnetic field on the wall of the discharge vessel, a filament disposed in said discharge vessel, arcing for generating an arc discharge between the filament and the discharge vessel and means,
前記イオン引出電極によってイオンが引き出される方向に対して略垂直方向の磁場を前記放電容器内に発生させる磁極対とを具備するように形成されている。 It is formed so as to comprise a pole pair for generating a magnetic field in a direction substantially perpendicular to the discharge vessel with respect to the direction in which ions are drawn by the ion extraction electrode.

【0004】このような構成において、アーク放電によりプラズマが生成し、前記磁極対の磁場とイオン放出口とで囲まれる領域に形成される低電子温度領域で負イオンの生成が行なわれ、前記イオン引出電極を通して負イオンが引き出される。 In such a configuration, plasma is generated by arc discharge, the generation of negative ions is performed at a low electron temperature region formed in a region surrounded by the magnetic pole pairs of the magnetic field and the ion outlet, the ion negative ions are drawn through the extraction electrode. なお、上記磁極対により形成されるイオン引出方向に略垂直な磁場は、一般には磁気フィルターと呼ばれている。 Incidentally, substantially perpendicular magnetic field to the ion extraction direction is formed by the magnetic pole pairs, commonly called the magnetic filter.

【0005】また、上記負イオン生成の機構については、たとえば「第11回イオン工学シンポジウム『イオン源とイオンを基礎とした応用技術』」(1987年、 [0005] In addition, the above-mentioned for the negative ion generation of the mechanism, for example, "11th Ion Engineering Symposium" ion source and ion the basis and the application technology. ' "(1987,
東京)の論文集“Proceedings of the Eleventh Sympos Proceedings of Tokyo) "Proceedings of the Eleventh Sympos
ium on Ion Sources and Ion-Assisted Technology”の267から276頁にも記載されている。 It is also described in 267 from 276 pages of ium on Ion Sources and Ion-Assisted Technology ".

【0006】さらに上記構成以外にも、たとえば特開昭63−248037号公報に記載されているように、上記構成の放電容器のかわりに、ガス導入口とマイクロ波導入口とイオン放出口とを有する放電容器を具備するとともに、上記従来の負イオン源装置の構成に加えて、前記放電容器内にマイクロ波を導入するマイクロ波導入手段と、前記放電容器の周囲に配置されたソレノイドコイルと、前記マイクロ波導入口と磁極対とで囲まれる前記放電容器内の領域に配置された網状部材とを具備する構成が提案されている。 [0006] In addition to further above configuration, as described in JP-Sho 63-248037, instead of the discharge vessel having the above-described configuration, and a gas inlet and a microwave introduction port and the ion outlet as well as comprising a discharge vessel, the addition to the configuration of the conventional negative ion source device, and a microwave introducing means for introducing microwaves into the discharge vessel, and a solenoid coil disposed around the discharge vessel, wherein structure comprising a net-like member arranged in the region of the discharge vessel surrounded by the microwave introduction port and the pole pairs is proposed.

【0007】この構成の負イオン源装置は、フィラメントと放電容器との間の上記アーク放電のかわりに、前記ソレノイドコイルにより発生する磁場中でマイクロ波放電を生じさせることによってプラズマを生成させるものであり、また本構成の負イオン源装置の前記網状部材は、磁気フィルターとイオン放出口とによって囲まれる領域を、前記マイクロ波導入口より入射したマイクロ波から遮蔽し、マイクロ波による同領域の電子の加熱によって生ずる負イオンの解離を防止するようにしている。 [0007] Negative ion source apparatus of this configuration, instead of the arc discharge between the filament and the discharge vessel, in which plasma is generated by generating a microwave discharge in a magnetic field generated by the solenoid coil There also the mesh member of the negative ion source apparatus of this configuration, a region surrounded by the magnetic filter and the ion emission port, shielded from the microwave incident from the microwave introduction port, the electrons in the same area by microwave so as to prevent the dissociation of negative ions generated by heating.

【0008】 [0008]

【発明が解決しようとする課題】フィラメントと放電容器との間のアーク放電によりプラズマを生成する上記従来の負イオン源装置では、同フィラメントが損耗しやすく、特に、化学的に活性な元素の負イオンを得る際には同フィラメントが数時間程度で断線するため、イオン注入装置等に用いる負イオン源装置として実用上必要な寿命が得られないという問題点があった。 In the conventional negative ion source device for generating a plasma by arc discharge between the filament [0006] and the discharge vessel is likely the filament is worn, in particular, negative chemically active element since in obtaining ions to break the filaments in several hours, there is a problem that it is not necessary for practical use life is obtained as a negative ion source device for use in an ion implantation apparatus or the like.

【0009】また、磁場中のマイクロ波放電によりプラズマを生成する上記従来の負イオン源装置では、ソレノイドコイルによる磁場が磁気フィルターの領域に漏洩して同領域の磁場を乱すため、低電子温度領域を形成するという磁気フィルターの機能が低下し、負イオンの生成量が少なくなるという問題点があった。 Further, in the above conventional negative ion source device for generating a plasma by microwave discharge in a magnetic field, since the magnetic field generated by the solenoid coil is leaked to the region of the magnetic filter disturb the magnetic field in the same region, the low electron temperature region reduces the functionality of the magnetic filter of forming a, there is a problem that the amount of negative ions is reduced.

【0010】本発明はこれに鑑みなされたもので、その目的とするところは、磁気フィルターの機能が低下することなく多量の負イオンを長時間安定して得ることのできる負イオン源装置を提供するにある。 [0010] The present invention has been made in view of this, it is an object of providing a negative ion source device which can be obtained stably for a long time a large amount of negative ions without the function of the magnetic filter is reduced there to.

【0011】 [0011]

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、ガス導入口とマイクロ波導入口とイオン放出口とを有する筒状の放電容器と、この放電容器のイオン放出口に隣接して配置されたイオン引出電極と、このイオン引出電極および前記放電容器とをそれぞれ所定の電位に設定する電圧印加手段と、前記放電容器内にマイクロ波を導入するマイクロ波導入手段と、前記放電容器の外周側に放電容器と同心円状に配置されるとともに、内周側が開口したヨークを備えているソレノイドコイルと、前記放電容器のイオン放出口側に設けられ、イオンが引き出される方向に対して略垂直方向の磁場を発生する磁極対とを備えた負イオン源装置において、前記磁極対よりはマイクロ波導入口側で、かつ、前記イオン放出口側近傍の放電容器内に、この放電 SUMMARY OF THE INVENTION Namely, the present invention includes a tubular discharge vessel having a gas inlet and a microwave introduction port and the ion outlet, it disposed adjacent to the ion outlet of the discharge vessel ions and the extraction electrode, discharge and the ion extraction electrode and the discharge vessel and a voltage application means for setting a predetermined potential, respectively, and microwave introducing means for introducing microwaves into the discharge vessel, the outer periphery of the discharge vessel while being arranged in the container concentrically, and the solenoid coil is the inner circumferential side has an open yoke, provided ion emission port side of the discharge vessel, a magnetic field substantially perpendicular to the direction in which ions are drawn in the negative ion source device provided with a magnetic pole pairs generated, the microwave introduction port side than the magnetic pole pairs, and, in the ion emission port side near the discharge vessel, the discharge 器と同心円状に形成された環状の磁性部材を配置するとともに、この環状の磁性部材を、その配置位置が調整できるように移動可能に形成し所期の目的を達成するようにしたものである。 With placing the vessel and concentrically formed an annular magnetic member, the magnetic member of the annular, in which the position is to achieve a movably formed intended purpose as adjustable .

【0012】また本発明は、ガス導入口とマイクロ波導入口とイオン放出口とを有する筒状の放電容器と、この放電容器のイオン放出口に隣接して配置されたイオン引出電極と、このイオン引出電極および前記放電容器とをそれぞれ所定の電位に設定する電圧印加手段と、前記放電容器内にマイクロ波を導入するマイクロ波導入手段と、前記放電容器の外周側に放電容器と同心円状に配置されるとともに、内周側が開口したヨークを備えているソレノイドコイルと、前記放電容器のイオン放出口側に設けられ、イオンが引き出される方向に対して略垂直方向の磁場を発生する磁極対とを備えた負イオン源装置において、前記磁極対よりはマイクロ波導入口側で、かつ、前記イオン放出口側近傍の放電容器内に、この放電容器と同心円状に形成 [0012] The present invention includes a tubular discharge vessel having a gas inlet and a microwave introduction port and the ion outlet, an ion extraction electrode positioned adjacent to the ion outlet of the discharge vessel, this ion and the extraction electrode and said discharge vessel each voltage applying means for setting the predetermined potential, the arrangement and the microwave introducing means, into the discharge vessel outer peripheral side to the discharge vessel and concentric to introduce the microwaves into the discharge vessel together they are a solenoid coil whose inner peripheral side has an open yoke, provided ion emission port side of the discharge vessel, and a magnetic pole pairs for generating a magnetic field in a direction substantially perpendicular to the direction in which ions are drawn in the negative ion source apparatus having a microwave introduction port side than the magnetic pole pairs, and, in the ion emission port side near the discharge vessel, formed on the discharge vessel and concentric れた環状の磁性部材を配置するとともに、この環状の磁性部材にその環状中空部を覆うように導電性の網状部材を設け、この網状部材を備えた前記環状の磁性部材を、その配置位置が調整できるように移動可能に形成したものである。 With placing annular magnetic member, a conductive mesh member so as to cover the annular hollow portion to the magnetic member of the annular is provided, said annular magnetic member having the net-like member, its position it is obtained by movably formed so as to be adjustable.

【0013】また、ガス導入口とマイクロ波導入口とイオン放出口とを有する筒状の放電容器と、この放電容器のイオン放出口に隣接して配置されたイオン引出電極と、このイオン引出電極および前記放電容器とをそれぞれ所定の電位に設定する電圧印加手段と、前記放電容器内にマイクロ波を導入するマイクロ波導入手段と、前記放電容器の外周側に放電容器と同心円状に配置されるとともに、内周側が開口したヨークを備えているソレノイドコイルと、前記放電容器のイオン放出口側に設けられ、イオンが引き出される方向に対して略垂直方向の磁場を発生する磁極対とを備えた負イオン源装置において、前記磁極対よりはマイクロ波導入口側で、かつ、前記イオン放出口側近傍の放電容器内に、この放電容器と同心円状に形成された環 Further, a cylindrical discharge vessel having a gas inlet and a microwave introduction port and the ion outlet, an ion extraction electrode positioned adjacent to the ion outlet of the discharge vessel, the ion extraction electrode and and voltage applying means for setting said discharge vessel to each predetermined potential, and a microwave introducing means for introducing microwaves into the discharge vessel, while being arranged in the discharge vessel outer peripheral side to the discharge vessel and concentric , negative inner peripheral side provided with a solenoid coil has an open yoke, provided ion emission port side of the discharge vessel, and a magnetic pole pairs for generating a magnetic field in a direction substantially perpendicular to the direction in which ions are drawn in the ion source device, from the magnetic pole pairs of the microwave introduction port side, and the ion outlet side near the discharge vessel, which is formed on the discharge vessel and the concentric ring の磁性部材を配置するとともに、この環状の磁性部材と前記ヨークとを備えたソレノイドコイルを、それぞれその配置位置が調整できるように移動可能に形成したものである。 With arranging the magnetic member, a solenoid coil with said yoke and the annular magnetic member, in which its position is movably formed so as to be adjusted respectively. また、ガス導入口とマイクロ波導入口とイオン放出口とを有する筒状の放電容器と、この放電容器のイオン放出口に隣接して配置されたイオン引出電極と、このイオン引出電極および前記放電容器とをそれぞれ所定の電位に設定する電圧印加手段と、前記放電容器内にマイクロ波を導入するマイクロ波導入手段と、前記放電容器の外周側に放電容器と同心円状に配置されるとともに、内周側が開口したヨークを備えているソレノイドコイルと、前記放電容器のイオン放出口側に設けられ、イオンが引き出される方向に対して略垂直方向の磁場を発生する磁極対とを備えた負イオン源装置において、前記磁極対よりはマイクロ波導入口側で、かつ、前記イオン放出口側近傍の放電容器内に、 Further, a cylindrical discharge vessel having a gas inlet and a microwave introduction port and the ion outlet, an ion extraction electrode positioned adjacent to the ion outlet of the discharge vessel, the ion extraction electrode and the discharge vessel DOO each voltage application means for setting a predetermined potential, and microwave introducing means for introducing microwaves into the discharge vessel, while being arranged in the discharge vessel and concentrically on an outer peripheral side of the discharge vessel, the inner peripheral a solenoid coil and a yoke which side is open, the provided ion emission port side of the discharge vessel, the negative ion source device provided with a magnetic pole pairs for generating a magnetic field in a direction substantially perpendicular to the direction in which ions are drawn in a microwave introduction port side than the magnetic pole pairs, and, in the ion emission port side near the discharge vessel,
この放電容器と同心円状に形成された環状の磁性部材を配置するとともに、この環状の磁性部材にその環状中空部を覆うように導電性の網状部材を設け、この網状部材を備えた前記環状の磁性部材と前記ヨークとを備えたソレノイドコイルを、それぞれその配置位置が調整できるように移動可能に形成したものである。 With placing the discharge vessel and concentrically formed an annular magnetic member, a conductive mesh member so as to cover the annular hollow portion to the magnetic member of the annular provided, said annular with the mesh member the solenoid coil with said yoke and the magnetic member, in which its position is movably formed so as to be adjusted respectively.

【0014】すなわちこのように形成された負イオン源装置であると、マイクロ波導入口と磁極対とで囲まれる放電容器内の領域に磁性体が配置されることにより、ヨークと磁性部材とによって磁気回路が形成されるので、 [0014] Namely With such negative ion source apparatus which is formed by magnetic material in the region of the discharge vessel which is surrounded by the microwave introduction port and the pole pairs are arranged, the magnetic by the yoke and the magnetic member since the circuit is formed,
ソレノイドコイルにより発生する磁場は、ヨーク内部と磁性部材の内部とに集中分布することになり、このため、ソレノイドコイルにより発生する磁場のうち放電容器の内側の磁場は、磁性部材を経由してヨークに集束し、磁気フィルターの領域に漏洩することはなくなり、 Magnetic field generated by the solenoid coil, will be concentrated distribution and internal yoke inside and the magnetic member, Thus, the magnetic field inside the discharge vessel of the magnetic field generated by the solenoid coil via a magnetic member yoke focused on, no longer leaking to a region of the magnetic filter,
磁極対により発生する同領域の磁場は乱れず、したがって低電子温度領域を形成するという磁気フィルターの機能は低下せず、それゆえ多量の負イオンを得ることができるのである。 Without disturbance magnetic field in the same region generated by the magnetic pole pairs, thus the function of the magnetic filter of forming a low electron temperature region does not decrease, it is possible to obtain therefore a large amount of negative ions. また、安定した磁場中でマイクロ波放電を生じさせることができプラズマを長時間安定に生成できるのである。 Moreover, it is of the plasma can be generated microwave discharge in a stable magnetic field can be prolonged stably generated.

【0015】 [0015]

【発明の実施の形態】以下、図示した実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the embodiments illustrated. 図1にはその負イオン源装置が断面して示されている。 Its negative ion source device is shown in cross section in FIG. 負イオン源装置は、主として、放電容器1、イオン引出電極2、電圧印加手段である直流定電圧電源3、マイクロ波導入手段4、ソレノイドコイル5、このソレノイドコイルの周囲に配置されたヨーク6、環状の磁性部材7、導電性の網状部材8、磁極対である1対の永久磁石9から構成されている。 Negative ion source device is mainly the discharge vessel 1, the ion extraction electrode 2, a DC constant voltage power supply 3 is a voltage applying means, the microwave introduction means 4, a solenoid coil 5, a yoke 6 which are arranged around the solenoid coil, annular magnetic member 7, a conductive mesh member 8, and a permanent magnet 9 of the pair is a pole pair.

【0016】放電容器1は内側が円筒形状に形成され、 The discharge vessel 1 inside is formed in a cylindrical shape,
その一端にマイクロ波導入口1A、他端にイオン放出口1B、側面にガス導入口1Cを有している。 Microwave introduction port 1A at one end thereof, an ion emission port 1B at the other end, has a gas inlet port 1C on the side surface. また放電容器の側面部には図2に示されているように冷却水路12 Also on the side of the discharge vessel cooling as shown in FIG. 2 waterway 12
が設けられている。 It is provided. 磁極対である1対の永久磁石9は、 Permanent magnet 9 of the pair of magnetic pole pairs,
放電容器1のイオン放出口1B近傍の側面部外壁にN極とS極とが対向させられて取り付けられており(図2参照)、磁気フィルターを形成している。 The side outer wall of the ion discharge outlet 1B vicinity of the discharge vessel 1 and has N and S poles is attached is made to face (see FIG. 2), to form a magnetic filter.

【0017】放電容器1のイオン引出側に設けられているイオン引出電極2は、中心に円孔を有する3枚の電極2A、2B、2Cより構成され、それぞれ放電容器1に結合されたフランジ10A、10B、10Cに固定保持されている。 The ion extracting electrode 2 provided on the ion extracting side of the discharge vessel 1, three electrodes 2A having a circular hole in the center, 2B, is composed of 2C, a flange 10A which is coupled to a respective discharge vessel 1 , 10B, is fixed and held to 10C. このフランジ10A、10B、10Cは、 The flange 10A, 10B, 10C is
他のフランジ10Dおよび碍子11を介して放電容器1 The discharge vessel 1 through the other flange 10D and the insulator 11
に接続されている。 It is connected to the.

【0018】また電極2Bには、電子が負イオンとともに引き出されるのを抑制するため、中心の円孔をはさんでN極とS極とを対向させた1対の永久磁石13が埋設されている。 [0018] The electrode 2B in order to prevent the electrons are drawn out together with the negative ions, and the permanent magnets 13 of the pair are opposed to the N and S poles is embedded across the circular hole in the center there. フランジ10Bには、永久磁石13の熱消磁防止のため、冷却水路14が設けられている。 The flange 10B, in order to prevent thermal demagnetization of the permanent magnet 13, the cooling water channel 14 is provided.

【0019】マイクロ波導入手段4は、マイクロ波発振器4A・アイソレータ4B・方向性結合器4C・チョークフランジ4D・矩形導波管4E・ステップ変換器4F The microwave introduction unit 4, the microwave oscillator 4A · isolator 4B · directional coupler 4C · choke flange 4D · rectangular waveguide 4E · step converter 4F
・マイクロ波導入窓4Gより構成されている。 - it is formed of a microwave introducing window 4G. マイクロ波発振器4Aの発振周波数は2.45GHzである。 Oscillation frequency of the microwave oscillator 4A is 2.45 GHz. マイクロ波導入窓4Gには、真空封止用に1枚と熱遮蔽用に1枚の計2枚の石英板が使用されている。 The microwave introducing window 4G, one of a total of two quartz plates are used for one and the heat shield to the vacuum sealing. ソレノイドコイル5とその周囲に配置されたヨーク6との間隙には樹脂が挿入され、一体型のモールド構造に形成されている。 The gap between the solenoid coil 5 and the yoke 6 that is disposed around the inserted resin, is formed on the mold structure integral.

【0020】このソレノイドコイル5とヨーク6とは、 [0020] and the solenoid coil 5 and the yoke 6,
レール15上に走行可能に配置された台車16に支持され、放電容器1と同軸に2組並置されている。 Is supported on carriage 16 which is movable disposed rails 15 on, are two pairs juxtaposed to the discharge vessel 1 coaxially. 環状の磁性部材7は、磁極対である1対の永久磁石9とマイクロ波導入口1Aとの間の領域に設置されている。 Annular magnetic member 7 is disposed in the region between the permanent magnet 9 and the microwave introduction port 1A of the pair is a pole pair. 環状の磁性部材7の材質はクロムめっきした電磁軟鉄である。 The material of the annular magnetic member 7 is a soft magnetic iron was chrome plated.

【0021】導電性の網状部材8は、図3および図4に示されているようにSUS304の環状板8AにSUS The conductive mesh member 8, SUS to SUS304 annular plate 8A as shown in FIGS. 3 and 4
304のワイヤー8Bを張ったものであり、環状の磁性部材7にネジ8Cで着脱自在に固定されている。 304 is intended strung wire 8B of, it is detachably fixed by screws 8C the annular magnetic member 7. また、 Also,
環状の磁性部材7は、側面部の無頭ボルト7Aを放電容器1の内壁面に押しつけることによって設置位置調整可能に固定されている。 Annular magnetic member 7 is installed adjustable in position fixed by pressing the headless bolts 7A of the side surface portion on the inner wall surface of the discharge vessel 1.

【0022】直流定電圧電源3は、放電容器1とイオン引出電極2とをそれぞれ所定の電位に設定するものであり、具体的には図1に示されているように、第一から第三の直流定電圧電源3A、3Bおよび3Cによって、それぞれ放電容器1と電極2Aの間、電極2Aと電極2B The DC constant-voltage source 3 is used to set the discharge vessel 1 and the ion extraction electrode 2 to the respective predetermined potentials, as specifically shown in Figure 1, from the first third by the DC constant voltage power source 3A, 3B and 3C, during each discharge vessel 1 and the electrodes 2A, the electrode 2A and the electrode 2B
の間、また電極2Bと電極2Cの間に所定の電圧を印加する。 During and a predetermined voltage is applied between the electrodes 2B and the electrode 2C.

【0023】このように形成された負イオン源装置は、 [0023] Such negative ion source device thus formed is
次のように作用して負イオンを生成する。 It acts as follows to generate negative ions. すなわち、真空排気手段(図示せず)により真空排気された放電容器1内にガス導入口1Cを通して放電ガスを導入する。 That is, introducing a discharge gas through the gas inlet port 1C discharge vessel 1 which is evacuated by vacuum evacuation means (not shown). マイクロ波発振器4Aからのマイクロ波電力を、アイソレータ4B・方向性結合器4C・チョークフランジ4D・ The microwave power from the microwave oscillator 4A, isolator 4B · directional coupler 4C · choke flange 4D ·
矩形導波管4Eを経由して伝送し、ステップ変換器4F And transmitted via a rectangular waveguide 4E, step converter 4F
で円形モードに変換した後、ソレノイドコイル5により発生する磁場と略平行に、マイクロ波導入窓4Gを介して放電容器1内に導入する。 In after converting into a circular mode, the parallel magnetic field substantially generated by the solenoid coil 5, is introduced into the discharge vessel 1 through the microwave introducing window 4G.

【0024】放電容器1内では、ソレノイドコイル5により発生する磁場中でマイクロ波放電が生じ、プラズマが生成する。 [0024] In the discharge vessel 1, a microwave discharge in a magnetic field generated by the solenoid coil 5 is generated, the plasma is generated. 放電容器1の側面部外壁にN極とS極とを対向させて取り付けた1対の永久磁石9により、図1および図2に示すX方向(イオン引出方向に略垂直な方向)の磁場が発生して磁気フィルターが形成され、この磁気フィルターとイオン放出口1Bとの間の空間に低電子温度プラズマの領域が生じ、同領域で負イオンが生成される。 The permanent magnet 9 of the pair mounted to face the N poles and S poles on the side surface portion outer wall of the discharge vessel 1, the magnetic field in the X direction shown in FIG. 1 and FIG. 2 (a direction substantially perpendicular to the ion pull-out direction) is generated magnetically filter is formed, a low electron temperature plasma region in a space between the magnetic filter and the ion emission port 1B occurs, negative ions in the region is generated. 生成した負イオンはイオン引出電極2の形成する電場により図1に示すZ方向に放射される。 The resulting negative ions are emitted in the Z direction shown in FIG. 1 by an electric field formed by the ion extraction electrode 2.

【0025】上記のように、フィラメントを使用せず磁場中のマイクロ波放電によってプラズマを生成しているため、長時間安定に負イオンを得ることができる。 [0025] As described above, since that is generating the plasma by microwave discharge in a magnetic field without the use of filament, it is possible to obtain a long stable negative ions. また、ソレノイドコイル5の周囲にヨーク6を配置するとともに、磁極対であるところの1対の永久磁石9とマイクロ波導入口1Aとの間の領域に環状の磁性部材7を配置することにより、ヨーク6と環状の磁性部材7とによって磁気回路が形成されるので、ソレノイドコイル5により発生する磁場は、ヨーク6内部と環状の磁性部材7 Further, with arranging the yoke 6 around the solenoid coil 5, the area between the permanent magnet 9 and the microwave introduction port 1A of the pair where a pole pair by placing an annular magnetic member 7, the yoke since the magnetic circuit by the 6 and an annular magnetic member 7 is formed, the magnetic field generated by the solenoid coil 5, a yoke 6 inside an annular magnetic member 7
内部とに集中分布する。 To concentrate distribution on the inside.

【0026】そのため、図5の磁力線で示すように、ソレノイドコイル5により発生する磁場のうち放電容器1 [0026] Therefore, as shown by the field lines in FIG. 5, of the discharge vessel 1 of the magnetic field generated by the solenoid coil 5
の内側の磁場は、環状の磁性部材7を経由してヨーク6 The inner magnetic field, the yoke 6 by way of the annular magnetic member 7
に集束し、磁気フィルターの領域に漏洩しないので、同領域の磁場は乱れず、したがって低電子温度領域を形成するという磁気フィルターの機能は低下しない。 Focused on, does not leak in the area of ​​the magnetic filter, the magnetic field of the area is not disturbed, thus the function of the magnetic filter of forming a low electron temperature region is not reduced. それゆえ多量の負イオンが得られる。 It is therefore a large amount of negative ions is obtained.

【0027】以上説明してきたように、この負イオン源装置であると、磁極対である1対の永久磁石9とマイクロ波導入口1Aとの間の領域に導電性の網状部材8が配置されているので、マイクロ波導入口1Aから入射したマイクロ波は導電性の網状部材8で遮蔽されて導電性の網状部材8より奥へは伝播されないため、磁気フィルターとイオン放出口1Bとによって囲まれる領域の電子がマイクロ波により加熱されて負イオンが解離するということはない。 [0027] As described above, with the negative ion source device is disposed a conductive mesh member 8 is in the region between the permanent magnet 9 and the microwave introduction port 1A of a pair of magnetic pole pairs because there because they are not propagated to the back of a conductive net-like member 8 is shielded microwave incident from the microwave introduction port 1A is a conductive mesh member 8, the region surrounded by the magnetic filter and the ion emission port 1B electrons are not that is heated negative ions dissociated by the microwave. それゆえ多量の負イオンが得られる。 It is therefore a large amount of negative ions is obtained.

【0028】また、放電容器1の側面部に冷却水路12 Further, the cooling water passage 12 on the side surface of the discharge vessel 1
が設けられているので、放電容器1のイオン放出口1B Since is provided, the ion emission port 1B of the discharge vessel 1
近傍側面部外壁に取り付けてある永久磁石9は、冷却水路を流れる冷却水によって冷却され、放電容器1の過熱に伴う永久磁石9の熱消磁が防止される。 Permanent magnet 9 which is mounted in the vicinity of the side surface portion outer wall is cooled by the cooling water flowing through the cooling water passage, heat demagnetization of the permanent magnet 9 caused by the overheating of the discharge vessel 1 is prevented.

【0029】さらに、レール15上に走行可能に配置された台車16でソレノイドコイル5とヨーク6とを支持するとともに、無頭ボルト7Aを放電容器1の内壁面に押しつけることによって環状の磁性部材7の位置を固定しているため、磁気フィルター領域へのソレノイドコイル5の磁場の漏洩のない最適な磁気回路が形成されるようソレノイドコイル5とヨーク6ならびに環状の磁性部材7の設置位置を調整できるので、磁気フィルターの機能は低下せず、したがって多量の負イオンが得られる。 Furthermore, solenoid coil 5 and to support the yoke 6, headless bolts 7A discharge vessel annular magnetic member 7 by pressing the inner wall surface of the 1 in carriage 16 which is movable arranged on a rail 15 due to the a position fixed, can be adjusted installation position of the solenoid coil 5 and the yoke 6, as well as an annular magnetic member 7 so that the optimum magnetic circuit without leakage of the magnetic field of the solenoid coil 5 of the magnetic filter region is formed since the function of the magnetic filter is not lowered, thus a large amount of negative ions is obtained.

【0030】また、環状の磁性部材7の位置を固定する無頭ボルト7Aの材質をセラミックス等の絶縁物に変更すると、環状の磁性部材7と放電容器1とは電気的に絶縁され、ゆえに網状部材8と放電容器1とが電気的に絶縁される。 Further, when changing the material of the headless bolts 7A fixing the position of the annular magnetic member 7 in the insulating material such as ceramic, the annular magnetic member 7 and the discharge vessel 1 is electrically insulated, thus reticulated the member 8 and the discharge vessel 1 is electrically insulated. そのため、たとえばApplied Physics Letter Therefore, for example, Applied Physics Letter
s 65巻7号の816ページから818ページに記載されているように、放電容器1に対する網状部材8の電位を電圧印加手段を使用して所定の値に設定することにより、磁気フィルターとイオン放出口1Bとの間に生ずる低電子温度領域の電子温度を低下させ、かつ同領域の電子密度を増大させ、したがって負イオンの生成量を増加させることができる。 From 816 pages of s 65 Volume 7 No. as described in 818 pages, by setting to a predetermined value the potential of the mesh member 8 to the discharge vessel 1 using a voltage applying means, release magnetic filter and ion lowering the electron temperature of the low electron temperature region generated between the outlet 1B, and increases the electron density of the same region, therefore it is possible to increase the production of negative ions.

【0031】なお、以上の説明では環状に形成した磁性部材を放電容器の内部に配置する場合について説明してきたが、磁性部材を常に環状に形成しなければならないわけではなく、例えば磁性片を並設するようにしてもよいであろう。 [0031] In the above description has been described the case of placing the interior of the discharge vessel magnetic member formed in a ring, not to be the magnetic member is always formed in an annular shape, for example, parallel to the magnetic pieces it will be may be set. また、放電容器の内部に配置するのではなく放電容器の一部を磁性部材で形成するようにしてもよいことは勿論である。 Also, the part of the discharge vessel rather than arranged inside the discharge vessel may be formed of a magnetic member as a matter of course.

【0032】 [0032]

【発明の効果】以上説明した本発明によれば、放電容器の内壁面で、かつイオン引出電極側のヨーク端に対向している部分に、磁性部材が配置されていることから、ソレノイドコイルにより発生する磁場は、ヨーク内部と磁性部材の内部とに集中分布することになり、このため、 According to the present invention as described in the foregoing, the inner wall surface of the discharge vessel, and the portion facing the yoke end of the ion extracting electrode side, since the magnetic member is disposed, by a solenoid coil the magnetic field generated will become possible to concentrate distributed and internal yoke inside and the magnetic member, this end,
ソレノイドコイルにより発生する磁場のうち放電容器の内側の磁場は、磁性部材を経由してヨークに集束し、磁気フィルターの領域に漏洩することはなくなり、磁極対により発生する同領域の磁場は乱れず、したがって磁気フィルターの機能が低下することなく多量の負イオンを長時間安定して得ることのできる負イオン源装置を得ることができる。 The inner side of the magnetic of the discharge vessel of the magnetic field generated by the solenoid coil is focused on the yoke via the magnetic member, no longer leaking to the area of ​​the magnetic filter, the magnetic field of the same region produced by the pole pair disturbed not and thus it is possible to function the magnetic filter to obtain a negative ion source device which can be obtained stably for a long time a large amount of negative ions without lowering.

【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

【図1】本発明の一実施例を示す負イオン源装置の側断面図である。 1 is a side sectional view of a negative ion source apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1のA−A矢視断面図である。 2 is an A-A sectional view taken along line of FIG.

【図3】本発明の負イオン源装置に採用される環状の磁性部材および導電性の網状部材を示す正面図である。 3 is a front view showing a magnetic member and a conductive mesh member annular employed in the negative ion source apparatus of the present invention.

【図4】図3のB−B矢視断面図である。 [4] a B-B cross-sectional view taken along FIG.

【図5】本発明の負イオン源装置の放電容器の内側およびその近傍における磁場を示す図である。 5 is a diagram showing the magnetic field in the inner and in the vicinity of the discharge vessel of the negative ion source apparatus of the present invention.

【符号の説明】 DESCRIPTION OF SYMBOLS

1…放電容器、1A…マイクロ波導入口、1B…イオン放出口、1C…ガス導入口、2…イオン引出電極、3… 1 ... discharge vessel, 1A ... microwave introduction port, 1B ... ion emission port, 1C ... gas inlet, 2 ... ion extraction electrode, 3 ...
直流定電圧電源、4…マイクロ波導入手段、4A…マイクロ波発振器、5…ソレノイドコイル、6…ヨーク、7 DC constant voltage power supply, 4 ... microwave introduction means, 4A ... microwave oscillator, 5 ... solenoid coil, 6 ... York, 7
…環状の磁性部材、8…導電性の網状部材、9…永久磁石、10…フランジ、11…碍子。 ... annular magnetic member, 8 ... conductive mesh member, 9 ... permanent magnet, 10 ... flange, 11 ... insulator.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 雨宮 健介 茨城県日立市大みか町七丁目2番1号 株式会社日立製作所 電力・電機開発本 部内 (72)発明者 田中 政信 茨城県日立市大みか町七丁目2番1号 株式会社日立製作所 電力・電機開発本 部内 (56)参考文献 特開 平7−262945(JP,A) 特開 昭63−170832(JP,A) 特開 平7−262948(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl. 6 ,DB名) H01J 27/00 - 27/26 H01J 37/08 ────────────────────────────────────────────────── ─── of the front page continued (72) inventor Kensuke Amemiya Hitachi City, Ibaraki Prefecture Omika-cho, seven-chome No. 2 No. 1, Hitachi, Ltd. power & Industrial Systems R & D this portion (72) inventor Masanobu Tanaka Hitachi City, Ibaraki Prefecture Omika-cho, seven chome No.2 No.1 Hitachi, Ltd. power & Industrial development present portion (56) references Patent Rights 7-262945 (JP, A) JP Akira 63-170832 (JP, A) Patent Rights 7-262948 (JP , a) (58) investigated the field (Int.Cl. 6, DB name) H01J 27/00 - 27/26 H01J 37/08

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】 (57) [the claims]
  1. 【請求項1】 ガス導入口とマイクロ波導入口とイオン放出口とを有する筒状の放電容器と、この放電容器のイオン放出口に隣接して配置されたイオン引出電極と、このイオン引出電極および前記放電容器とをそれぞれ所定の電位に設定する電圧印加手段と、前記放電容器内にマイクロ波を導入するマイクロ波導入手段と、前記放電容器の外周側に放電容器と同心円状に配置されるとともに、内周側が開口したヨークを備えているソレノイドコイルと、前記放電容器のイオン放出口側に設けられ、イオンが引き出される方向に対して略垂直方向の磁場を発生する磁極対とを備えた負イオン源装置において、 前記磁極対よりはマイクロ波導入口側で、かつ、前記イ 1. A gas inlet and a microwave introduction port and the ion outlet and a cylindrical discharge vessel having an ion extraction electrode positioned adjacent to the ion outlet of the discharge vessel, the ion extraction electrode and and voltage applying means for setting said discharge vessel to each predetermined potential, and a microwave introducing means for introducing microwaves into the discharge vessel, while being arranged in the discharge vessel outer peripheral side to the discharge vessel and concentric , negative inner peripheral side provided with a solenoid coil has an open yoke, provided ion emission port side of the discharge vessel, and a magnetic pole pairs for generating a magnetic field in a direction substantially perpendicular to the direction in which ions are drawn in the ion source device, from the magnetic pole pairs of the microwave introduction port side, and the i
    オン放出口側近傍の放電容器内に、この放電容器と同心 ON outlet side near the discharge vessel, the discharge vessel concentric
    円状に形成された環状の磁性部材を配置するとともに、 With placing annular magnetic member formed in a circular shape,
    この環状の磁性部材は、その配置位置が調整できるよう The annular magnetic member, so that its position can be adjusted
    に移動可能に形成されていることを特徴とする負イオン源装置。 Negative ion source device comprising that you are movably formed.
  2. 【請求項2】 ガス導入口とマイクロ波導入口とイオン放出口とを有する筒状の放電容器と、この放電容器のイオン放出口に隣接して配置されたイオン引出電極と、このイオン引出電極および前記放電容器とをそれぞれ所定の電位に設定する電圧印加手段と、前記放電容器内にマイクロ波を導入するマイクロ波導入手段と、前記放電容器の外周側に放電容器と同心円状に配置されるとともに、内周側が開口したヨークを備えているソレノイドコイルと、前記放電容器のイオン放出口側に設けられ、イオンが引き出される方向に対して略垂直方向の磁場を発生する磁極対とを備えた負イオン源装置において、 前記磁極対よりはマイクロ波導入口側で、かつ、前記イ 2. A gas inlet and a microwave introduction port and the ion outlet and a cylindrical discharge vessel having an ion extraction electrode positioned adjacent to the ion outlet of the discharge vessel, the ion extraction electrode and and voltage applying means for setting said discharge vessel to each predetermined potential, and a microwave introducing means for introducing microwaves into the discharge vessel, while being arranged in the discharge vessel outer peripheral side to the discharge vessel and concentric , negative inner peripheral side provided with a solenoid coil has an open yoke, provided ion emission port side of the discharge vessel, and a magnetic pole pairs for generating a magnetic field in a direction substantially perpendicular to the direction in which ions are drawn in the ion source device, from the magnetic pole pairs of the microwave introduction port side, and the i
    オン放出口側近傍の放電容器内に、この放電容器と同心 ON outlet side near the discharge vessel, the discharge vessel concentric
    円状に形成された環状の磁性部材を配置するとともに、 With placing annular magnetic member formed in a circular shape,
    この環状の磁性部材にその環状中空部を覆うように導電 Conductive so as to cover the annular hollow portion to the magnetic member of the annular
    性の網状部材を設け、この網状部材を備えた前記環状の Provided sexual mesh member, said annular with the mesh member
    磁性部材は、その配置位置が調整できるように移動可能 Magnetic member movable into its position can be adjusted
    に形成されていることを特徴とする負イオン源装置。 Negative ion source device comprising that you are formed.
  3. 【請求項3】 ガス導入口とマイクロ波導入口とイオン放出口とを有する筒状の放電容器と 、この放電容器のイオン放出口に隣接して配置されたイオン引出電極と、このイオン引出電極および前記放電容器とをそれぞれ所定の電位に設定する電圧印加手段と、前記放電容器内にマイクロ波を導入するマイクロ波導入手段と、前記放電容器の外周側に放電容器と同心円状に配置されるとともに、内周側が開口したヨークを備えているソレノイドコイルと、前記放電容器のイオン放出口側に設けられ、イオンが引き出される方向に対して略垂直方向の磁場を発生する磁極対とを備えた負イオン源装置において、 前記磁極対よりはマイクロ波導入口側で、かつ、前記イ 3. A gas inlet and a microwave introduction port and the ion outlet and a cylindrical discharge vessel having an ion extraction electrode positioned adjacent to the ion outlet of the discharge vessel, the ion extraction electrode and and voltage applying means for setting said discharge vessel to each predetermined potential, and a microwave introducing means for introducing microwaves into the discharge vessel, while being arranged in the discharge vessel outer peripheral side to the discharge vessel and concentric , negative inner peripheral side provided with a solenoid coil has an open yoke, provided ion emission port side of the discharge vessel, and a magnetic pole pairs for generating a magnetic field in a direction substantially perpendicular to the direction in which ions are drawn in the ion source device, from the magnetic pole pairs of the microwave introduction port side, and the i
    オン放出口側近傍の放電容器内に、この放電容器と同心 ON outlet side near the discharge vessel, the discharge vessel concentric
    円状に形成された環状の磁性部材を配置するとともに、 With placing annular magnetic member formed in a circular shape,
    この環状の磁性部材と前記ヨークを備えたソレノイドコ Solenoid co with the yoke and the annular magnetic member
    イルは、それぞれその配置位置が調整できるように移動 Yl is moved so that its position respectively can be adjusted
    可能に形成されていることを特徴とする負イオン源装置。 Negative ion source device comprising that you are able to form.
  4. 【請求項4】 ガス導入口とマイクロ波導入口とイオン放出口とを有する筒状の放電容器と、この放電容器のイオン放出口に隣接して配置されたイオン引出電極と、このイオン引出電極および前記放電容器とをそれぞれ所定の電位に設定する電圧印加手段と、前記放電容器内にマイクロ波を導入するマイクロ波導入手段と、前記放電容器の外周側に放電容器と同心円状に配置されるとともに、内周側が開口したヨークを備えているソレノイドコイルと、前記放電容器のイオン放出口側に設けられ、イオンが引き出される方向に対して略垂直方向の磁場を発生する磁極対とを備えた負イオン源装置において、 前記磁極対よりはマイクロ波導入口側で、かつ、前記イ 4. A gas inlet and a microwave introduction port and the ion outlet and a cylindrical discharge vessel having an ion extraction electrode positioned adjacent to the ion outlet of the discharge vessel, the ion extraction electrode and and voltage applying means for setting said discharge vessel to each predetermined potential, and a microwave introducing means for introducing microwaves into the discharge vessel, while being arranged in the discharge vessel outer peripheral side to the discharge vessel and concentric , negative inner peripheral side provided with a solenoid coil has an open yoke, provided ion emission port side of the discharge vessel, and a magnetic pole pairs for generating a magnetic field in a direction substantially perpendicular to the direction in which ions are drawn in the ion source device, from the magnetic pole pairs of the microwave introduction port side, and the i
    オン放出口側近傍の放電容器内に、この放電容器と同心 ON outlet side near the discharge vessel, the discharge vessel concentric
    円状に形成された環状の磁性部材を配置するとともに、 With placing annular magnetic member formed in a circular shape,
    この環状の磁性部材にその環状中空部を覆うように導電 Conductive so as to cover the annular hollow portion to the magnetic member of the annular
    性の網状部材を設け、この網状部材を備えた前記環状の Provided sexual mesh member, said annular with the mesh member
    磁性部材と前記ヨークを備えたソレノイドコイルは、そ Solenoid coil with said yoke and the magnetic member, its
    れぞれその配置位置が調整できるように移動可能に形成 Respectively movably formed so that positions can be adjusted
    されていることを特徴とする負イオン源装置。 Negative ion source device comprising that you are.
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