JP2940197B2 - Ion source - Google Patents

Ion source

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JP2940197B2
JP2940197B2 JP6196791A JP6196791A JP2940197B2 JP 2940197 B2 JP2940197 B2 JP 2940197B2 JP 6196791 A JP6196791 A JP 6196791A JP 6196791 A JP6196791 A JP 6196791A JP 2940197 B2 JP2940197 B2 JP 2940197B2
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electrode
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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】本発明は、イオン源に関し、特に
半導体あるいは金属などの表面改質またはビーム加工に
利用するイオン源に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ion source, and more particularly to an ion source used for surface modification or beam machining of a semiconductor or metal.

【0002】[0002]

【従来の技術】図3は例えば特開平1−307145号
公報に示された従来のイオン源を示す構成断面図であ
る。図において、1はディスク状の自己加熱形の熱陰極
で、比較的低温で熱電子放出能の高い材料、例えばLa
6 (六ホウ化ランタン)で形成されている。2は自己
加熱形の熱陰極1を保持する、高融点金属材料(例えば
タングステン,タンタル,モリブデン等)でできた陰極
構造体、3は強磁性材料で作られ、後述する発生した放
電プラズマ15を電界と強磁界でピンチさせる中間電
極、4は非磁性材料よりなる中間電極3の冷却部、5は
中間電極をプラズマから保護するための高融点金属材料
(例えばタングステン,タンタル,モリブデン等)で作
られたライナーを有する中間電極ノズル部、6は陰極1
間との印加電圧で放電を発生させる陽極、7は高融点金
属材料(例えばタングステン,タンタル,モリブデン
等)でできた陽極6の開口部、8は強磁場を発生させる
マグネットコイル、9はイオン源に放電を発生させるガ
スを導入するための放電ガス導入口、10はイオン化す
るガスを導入するための材料ガス導入口、11はイオン
源の放電用電源、12は中間電極3に電位を与えるため
のフローティング抵抗であり、放電用電源11の正極に
結線されている。13は陰極電位部と中間電極電位部を
絶縁するための絶縁物、14は陽極と中間電極電位部を
絶縁するための絶縁物、15は低気圧アーク放電によっ
て生成された放電プラズマ、16は放電プラズマ15が
中間電極ノズル部5とマグネットコイル8による強磁場
によりピンチされた高密度電子ビーム、17は高密度電
子ビーム16により電離されたイオンを引き出すイオン
引き出し電極、18はイオンを引き出すための高電圧電
源、19は引き出されたイオンビームである。
2. Description of the Related Art FIG. 3 is a sectional view showing the configuration of a conventional ion source disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-307145. In the figure, 1 is a disk-shaped self-heating type hot cathode, which is a material having a high thermoelectron emission capability at a relatively low temperature, for example, La.
It is formed of B 6 (lanthanum hexaboride). 2 is a cathode structure made of a high melting point metal material (for example, tungsten, tantalum, molybdenum, etc.) holding the self-heating type hot cathode 1, and 3 is made of a ferromagnetic material. An intermediate electrode pinched by an electric field and a strong magnetic field, 4 is a cooling part of the intermediate electrode 3 made of a non-magnetic material, and 5 is made of a high melting point metal material (for example, tungsten, tantalum, molybdenum, etc.) for protecting the intermediate electrode from plasma. Electrode nozzle part having a liner,
An anode for generating a discharge at an applied voltage between the electrodes, 7 is an opening of an anode 6 made of a refractory metal material (for example, tungsten, tantalum, molybdenum, etc.), 8 is a magnet coil for generating a strong magnetic field, and 9 is an ion source. A discharge gas inlet for introducing a gas for generating a discharge to the material, 10 is a material gas inlet for introducing a gas to be ionized, 11 is a power source for discharging an ion source, and 12 is for applying a potential to the intermediate electrode 3. , And is connected to the positive electrode of the discharge power supply 11. Reference numeral 13 denotes an insulator for insulating the cathode potential portion and the intermediate electrode potential portion, 14 denotes an insulator for insulating the anode from the intermediate electrode potential portion, 15 denotes a discharge plasma generated by low pressure arc discharge, and 16 denotes a discharge plasma. A high-density electron beam in which the plasma 15 is pinched by a strong magnetic field generated by the intermediate electrode nozzle portion 5 and the magnet coil 8, an ion extraction electrode 17 for extracting ions ionized by the high-density electron beam 16, and a high electrode 18 for extracting ions A voltage power supply 19 is an extracted ion beam.

【0003】次に動作について説明する。中間電極3内
の圧力が例えば0.5Torr程度になるように、例え
ばアルゴンガスを放電ガス導入口9から導入する。この
状態で熱陰極1を負、陽極6を正として500V前後の
電圧を放電用電源11により印加すると、中間電極3に
もフローティング抵抗12を通じて正の電圧が印加され
る。この時中間電極ノズル部5と陰極構造体2の距離を
2cm程度にしておけば、熱陰極1及び陰極構造体2と
中間電極3の間の中心軸付近で絶縁破壊が起こり、グロ
ー放電が発生する。中間電極3はフローティング抵抗1
2によりフローティングされているので、放電電流によ
り抵抗12の両端に電圧が発生し、中間電極3の電位は
陰極の電位に近づく。このため中間電極3と陽極6の間
に電圧が発生し、熱陰極1と中間電極3の間の放電が熱
陰極1陽極6間の放電に進展する。熱陰極1と陽極6
間のグロー放電により自己加熱形の熱陰極1は加熱され
て高温になり熱電子放出を始め、アーク放電へと移行し
て放電プラズマ15を生成する。この放電プラズマ15
は中間電極3によりピンチされて細く絞られているが、
マグネットコイル8で中間電極3と陽極6間に強磁場を
発生させることにより、さらにピンチして高密度電子ビ
ーム16を形成する。熱陰極1からの熱電子放出が安定
化すると、材料ガス導入口10から材料ガスを導入する
とともに、放電ガス導入口9からのアルゴンガス流量を
減少させる。材料ガスは高密度電子ビーム16と衝突し
てイオン化される。次に、陽極6に対し、イオン引き出
し電極17が負電位になるよう数十kV程度の高電圧を
高電圧電源18で印加すると、陽極6の開口を通過した
放電プラズマ14から高密度のイオンビーム19が引き
出される。このイオンビーム19は例えば金属の表面改
質などに用いられる。
Next, the operation will be described. For example, argon gas is introduced from the discharge gas inlet 9 so that the pressure in the intermediate electrode 3 becomes, for example, about 0.5 Torr. In this state, when a voltage of about 500 V is applied by the discharge power supply 11 with the hot cathode 1 being negative and the anode 6 being positive, a positive voltage is applied to the intermediate electrode 3 through the floating resistor 12. At this time, if the distance between the intermediate electrode nozzle portion 5 and the cathode structure 2 is set to about 2 cm, dielectric breakdown occurs near the hot cathode 1 and the central axis between the cathode structure 2 and the intermediate electrode 3, and glow discharge occurs. I do. The intermediate electrode 3 is a floating resistor 1
2, a voltage is generated across the resistor 12 by the discharge current, and the potential of the intermediate electrode 3 approaches the potential of the cathode. Therefore, a voltage is generated between the intermediate electrode 3 and the anode 6, and the discharge between the hot cathode 1 and the intermediate electrode 3 progresses to the discharge between the hot cathode 1 and the anode 6. Hot cathode 1 and anode 6
The self-heating type hot cathode 1 is heated to a high temperature by the inter-glow discharge, starts to emit thermionic electrons, transitions to arc discharge, and generates discharge plasma 15. This discharge plasma 15
Is pinched by the intermediate electrode 3 and narrowed down,
By generating a strong magnetic field between the intermediate electrode 3 and the anode 6 by the magnet coil 8, the pinch is further pinched to form a high-density electron beam 16. When the thermionic emission from the hot cathode 1 is stabilized, the material gas is introduced from the material gas inlet 10 and the flow rate of the argon gas from the discharge gas inlet 9 is reduced. The material gas collides with the high-density electron beam 16 and is ionized. Next, a high voltage of about several tens of kV is applied to the anode 6 from the discharge plasma 14 passing through the opening of the anode 6 by applying a high voltage of about several tens of kV so that the ion extraction electrode 17 has a negative potential. 19 is withdrawn. The ion beam 19 is used, for example, for modifying the surface of a metal.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】従来のイオン源は以上
のように構成されているので、材料ガス導入口10より
導入された材料ガスが中間電極ノズル部5を通り、熱陰
極1の領域まで逆流しやすい構造である。とくに材料ガ
スが酸素や窒素のように熱陰極1と反応性が高い材料ガ
スの場合、陰極を過度に消耗したり、陰極の熱電子放出
を妨げたりするため安定にイオンを生成できないという
問題点があった。また、自己加熱形の熱陰極1を安定に
動作させるためにはイオン源内の圧力を高く保つ必要が
あるので、陽極6の開口7を小さくするとともに高密度
電子ビーム16を極めて細く絞る必要があった。そのた
めイオン発生源が極めて小さい点源となり、イオンビー
ムの引き出しシース面が理想的には形成されず、イオン
ビームが発散する問題があった。また、大電流のイオン
ビーム19を均一に引き出すためには細く絞られた高密
度電子ビーム16を均一に拡大してやる必要があり、引
き出し部のカップの形状や磁場の形状が複雑となるなど
の問題点があった。
Since the conventional ion source is constructed as described above, the material gas introduced from the material gas inlet 10 passes through the intermediate electrode nozzle portion 5 to the region of the hot cathode 1. The structure is easy to flow backward. In particular, when the material gas is a material gas having a high reactivity with the hot cathode 1 such as oxygen or nitrogen, the cathode is excessively consumed and the emission of thermoelectrons from the cathode is prevented, so that ions cannot be generated stably. was there. Further, in order to operate the self-heating type hot cathode 1 stably, it is necessary to keep the pressure inside the ion source high. Therefore, it is necessary to make the opening 7 of the anode 6 small and to narrow the high-density electron beam 16 very finely. Was. Therefore, the ion source becomes an extremely small point source, and the extraction sheath surface of the ion beam is not ideally formed, which causes a problem that the ion beam diverges. In addition, in order to uniformly extract the high-current ion beam 19, it is necessary to uniformly expand the narrowed high-density electron beam 16, which results in a problem that the shape of the cup in the extraction portion and the shape of the magnetic field become complicated. There was a point.

【0005】この発明は上記のような問題点を解消する
ためなされたもので、材料ガスの熱陰極1の領域への逆
流を抑制して陰極の損傷を防ぐとともに、放電プラズマ
を均一に拡大して高輝度のイオンビームの引き出しを可
能にするイオン源を得ることを目的とする。さらに放電
プラズマの拡大により引き出し孔を複数個設けることを
可能にし、大電流のイオン源を得ることを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and suppresses the backflow of the material gas to the region of the hot cathode 1, thereby preventing the cathode from being damaged and expanding the discharge plasma uniformly. To obtain an ion source capable of extracting a high-brightness ion beam. Further, it is an object of the present invention to provide a plurality of extraction holes by expanding discharge plasma and to obtain a large current ion source.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】この発明に係るイオン源
は、中間電極で細く絞られた電子ビームの全部あるいは
その一部を通すことのできる中間電極のノズル開口より
も小さい開口を有し、フローティング抵抗を有する第2
の中間電極を中間電極と陽極間の磁場強度が最大になる
ところに開口が位置するよう設けるとともに、その開口
が陽極側で拡大する内面を有し、その内面より材料ガス
を導入するようにし、さらに中間電極の陽極に対して対
向する位置に電子ビームを反射する電極を設けるととも
に、第2の中間電極から反射電極に向かうに従い電子を
閉じ込める磁場強度が弱くなるようしたものである。
The ion source according to the present invention has an opening smaller than the nozzle opening of the intermediate electrode through which all or a part of the electron beam narrowed down by the intermediate electrode can pass . Second with floating resistance
The intermediate electrode is provided so that the opening is located where the magnetic field intensity between the intermediate electrode and the anode is maximized, and the opening has an inner surface that expands on the anode side, so that the material gas is introduced from the inner surface, Further, an electrode for reflecting the electron beam is provided at a position facing the anode of the intermediate electrode, and the strength of the magnetic field for confining the electrons decreases from the second intermediate electrode toward the reflection electrode.

【0007】[0007]

【作用】この発明におけるイオン源は、中間電極のノズ
ル開口よりも小さい開口を有する第2の中間電極により
材料ガスの陰極領域への逆流を抑制して陰極の損傷を防
ぐようしたものである。また、この発明におけるイオン
源は、第2の中間電極、陽極及び反射電極とその領域に
おける磁場形状によりプラズマを均一に拡張しイオン源
を大電流化できるようしたものである。
In the ion source according to the present invention, the backflow of the material gas to the cathode region is suppressed by the second intermediate electrode having an opening smaller than the nozzle opening of the intermediate electrode to prevent the cathode from being damaged. In the ion source according to the present invention, the plasma is uniformly expanded by the second intermediate electrode, the anode, the reflective electrode, and the magnetic field shape in the area thereof, so that the current of the ion source can be increased.

【0008】[0008]

【実施例】実施例1. 以下、この発明の一実施例を図について説明する。図1
において、20は中間電極と陽極間に設けられた第2の
中間電極であり、21は中間電極のノズル開口よりも小
さい開口部と円錐状の拡大部を有する第2の中間電極の
開口部であり、内面上に材料ガス導入口10を有する。
22は第2の中間電極20に電位を与えるためのフロー
ティング抵抗であり、放電用電源11の正極に結線され
ている。23は強磁性材料で作られた電子を反射するた
めの反射電極であり、中間電極3とマグネットコイル8
とにより中間電極先端部から反射電極にいくに従い一旦
磁場強度が強くなり、最大磁場強度をとったあと次第に
弱くなるような磁場分布を形成する。図2はこの実施例
におけるイオン源の中心軸付近の断面図(a)と中心軸
上の磁場強度を示す分布図(b)で、上記第2の中間電
極の開口部は、最大磁場強度を示すところに位置するよ
う配置されている。24は非磁性の高融点金属材料(例
えばタングステン,タンタル,モリブデン等)で形成さ
れた反射電極のイオンビーム引き出し部であり、1
るいは複数個のイオンビーム引き出し孔が設けられてい
る。25は反射電極23に電位を与えるためのフローテ
ィング抵抗であり、放電用電源11の正極に結線されて
いる。陽極6は従来のものと機能は同じであるが、拡張
されたプラズマ径に応じて広い断面積の開口部を有す
る。イオン引き出し電極17も従来のものと機能は同じ
であるが、反射電極のイオンビーム引き出し部24に応
じて一つあるいは複数個の孔を有する。26は所望のイ
オンを含む拡張されたイオン源プラズマである。27は
イオンビーム19中を通じて電子がイオン源内に逆流す
るのを防ぐために設けられたイオン減速電極であり、反
射電極のイオンビーム引き出し部21に応じて一つある
いは複数個の孔を有する。28は減速電極27にイオン
引き出し電極17に対して正の電位を与える減速電源で
ある。
[Embodiment 1] An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG.
In the above, 20 is a second intermediate electrode provided between the intermediate electrode and the anode, and 21 is an opening of the second intermediate electrode having an opening smaller than the nozzle opening of the intermediate electrode and a conical enlarged portion. And has a material gas inlet 10 on the inner surface.
Reference numeral 22 denotes a floating resistor for applying a potential to the second intermediate electrode 20, which is connected to the positive electrode of the discharge power supply 11. Reference numeral 23 denotes a reflection electrode for reflecting electrons made of a ferromagnetic material.
As a result, a magnetic field distribution is formed such that the magnetic field intensity increases once from the tip of the intermediate electrode to the reflection electrode, and gradually decreases after the maximum magnetic field intensity is obtained. FIG. 2 is a sectional view (a) near the central axis of the ion source and a distribution diagram (b) showing the magnetic field strength on the central axis in this embodiment. The opening of the second intermediate electrode has the maximum magnetic field strength. It is arranged to be located as shown. 24 is a ion beam extraction portion of the reflective electrode formed of a non-magnetic refractory metal material (e.g. tungsten, tantalum, molybdenum, etc.), one Oh <br/> Rui provided a plurality of ion beam extraction port Have been. Reference numeral 25 denotes a floating resistor for applying a potential to the reflective electrode 23, which is connected to the positive electrode of the power supply 11 for discharge. The anode 6 has the same function as the conventional one, but has an opening with a large cross-sectional area according to the expanded plasma diameter. The ion extraction electrode 17 has the same function as the conventional one, but has one or a plurality of holes according to the ion beam extraction part 24 of the reflection electrode. Reference numeral 26 denotes an extended ion source plasma containing desired ions. Reference numeral 27 denotes an ion deceleration electrode provided to prevent electrons from flowing back into the ion source through the ion beam 19, and has one or a plurality of holes according to the ion beam extraction portion 21 of the reflection electrode. 28 is an ion on the deceleration electrode 27
This is a deceleration power supply that applies a positive potential to the extraction electrode 17 .

【0009】上記のように構成されるイオン源では、中
間電極3内の圧力が例えば0.5Torr程度になるよ
うに例えばアルゴンガスを放電ガス導入口9から導入
し、熱陰極1を負、陽極6を正として500V前後の電
圧を放電用電源11により印加する。中間電極3にもフ
ローティング抵抗12を通じて正の電圧が印加されるの
で、熱陰極1及び陰極構造体2と中間電極3の間の中心
軸付近で火花放電が発生し、グロー放電へと移行する。
中間電極3はフローティング抵抗12によりフローティ
ングされているので、放電電流により抵抗12の両端に
電圧が発生し、中間電極3の電位は陰極の電位に近づ
く。このため中間電極3と陽極6の間に電圧が発生し、
熱陰極1と中間電極3の間の放電が熱陰極1と第2の中
間電極20及び陽極6間の放電に進展する。熱陰極1と
中間電極3間のグロー放電により自己加熱形の熱陰極1
は加熱されて高温になり、熱電子放出を始め、アーク放
電へと移行して放電プラズマ15を生成する。この放電
プラズマ15は中間電極3及びマグネットコイル8で、
中間電極3と反射電極21間に発生させた強磁場により
ピンチされ、最大磁場強度を示す第2の中間電極の開口
21の位置で最も細く絞られた高密度電子ビーム16を
形成するが、この高密度電子ビーム16は、第2の中間
電極の開口21が中間電極ノズル部5の開口とほぼ同じ
ときは全部が、中間電極ノズル部5の開口より小さいと
きはその一部が、第2の中間電極の開口21を通過す
る。第2の中間電極の開口21を通過した電子は陽極6
の方向に加速されるが、軸方向の磁場に拘束されている
ため直接陽極6に到達することができず、反射電極23
に到達する。反射電極23はフローティング抵抗25で
フローティングされているために、流入した電子電流に
より抵抗25の両端に電圧が発生して電子の流入を制限
するので、ほとんどの電子は反射され第2の中間電極2
0の方向に加速されるが、第2の中間電極20もフロー
ティング抵抗22でフローティングされているので同様
に反射される。このように電子は陽極6内で振動をする
ので、電離を促進して高密度で均一なイオン源プラブマ
26を形成し、最後には陽極6に到達する。このとき、
磁場分布が第2の中間電極から反射電極に向かうに従い
電子を閉じ込める磁場強度が弱くなるよう形成されてい
るので、高密度電子ビーム16は第2の中間電極から反
射電極にいくに従い磁束の広がりに応じて拡散され、円
錐状のイオン源プラズマとなる。熱陰極1からの熱電子
放出が安定化すると、材料ガス導入口10から材料ガス
を導入するとともに、放電ガス導入口9からのアルゴン
ガス流量を減少させる。材料ガスは直接高密度電子ビー
ム16と衝突するよう導入されるので、効率よくイオン
化されるとともに反射電極のイオン引き出し部24前面
では均一化された所望のイオンを含むイオン源プラブマ
26を形成することができる。イオン源プラブマ26は
従来の中間電極ノズル部5に加え、さらに小さい開口を
有する第2の中間電極20により熱陰極1と隔てられて
いるので材料ガスの逆流を抑制することができる。次に
反射電極22に対し、イオン引き出し電極17が負電位
になるよう数十kV程度の高電圧を高電圧電源18によ
り印加すると、イオン源プラブマ26から高密度のイオ
ンビーム19が引き出される。イオン源プラブマ26は
十分均一化されているので、理想的に高輝度のイオンビ
ームを引き出すことができるうえ、十分拡張されている
ので、反射電極引き出し部24に引き出し孔を複数個設
けることにより、イオンビーム19の大電流化を容易に
図ることができる。
In the ion source configured as described above, for example, argon gas is introduced from the discharge gas inlet 9 so that the pressure in the intermediate electrode 3 becomes, for example, about 0.5 Torr. A voltage of about 500 V is applied by the power supply 11 for discharging, with 6 as positive. Since a positive voltage is also applied to the intermediate electrode 3 through the floating resistor 12, a spark discharge is generated near the central axis between the hot cathode 1 and the cathode structure 2 and the intermediate electrode 3, and transitions to a glow discharge.
Since the intermediate electrode 3 is floated by the floating resistor 12, a voltage is generated across the resistor 12 by the discharge current, and the potential of the intermediate electrode 3 approaches the potential of the cathode. Therefore, a voltage is generated between the intermediate electrode 3 and the anode 6,
The discharge between the hot cathode 1 and the intermediate electrode 3 evolves into a discharge between the hot cathode 1, the second intermediate electrode 20 and the anode 6. Self-heating type hot cathode 1 by glow discharge between hot cathode 1 and intermediate electrode 3
Is heated to a high temperature, starts emitting thermionic electrons, transitions to arc discharge, and generates discharge plasma 15. This discharge plasma 15 is generated by the intermediate electrode 3 and the magnet coil 8,
A high-density electron beam 16 pinched by the strong magnetic field generated between the intermediate electrode 3 and the reflective electrode 21 forms the narrowest high-density electron beam 16 at the position of the opening 21 of the second intermediate electrode showing the maximum magnetic field strength. When the opening 21 of the second intermediate electrode is substantially the same as the opening of the intermediate electrode nozzle portion 5, the entire high-density electron beam 16 is partially provided when the opening 21 of the second intermediate electrode is smaller than the opening of the intermediate electrode nozzle portion 5. It passes through the opening 21 of the intermediate electrode. The electrons passing through the opening 21 of the second intermediate electrode are
, But cannot reach the anode 6 directly because of being constrained by the axial magnetic field.
To reach. Since the reflection electrode 23 is floated by the floating resistor 25, a voltage is generated across the resistor 25 by the flowing electron current to limit the flow of electrons. Therefore, most electrons are reflected and the second intermediate electrode 2 is reflected.
Although it is accelerated in the direction of 0, the second intermediate electrode 20 is similarly reflected because it is floating by the floating resistor 22. Since the electrons oscillate in the anode 6 in this manner, ionization is promoted to form a high-density and uniform ion source plasma 26, and finally reaches the anode 6. At this time,
As the magnetic field distribution is formed so that the magnetic field strength for confining the electrons becomes weaker as the magnetic field distribution goes from the second intermediate electrode to the reflective electrode, the high-density electron beam 16 spreads the magnetic flux from the second intermediate electrode to the reflective electrode. Accordingly, the ion source plasma is diffused into a conical ion source plasma. When the thermionic emission from the hot cathode 1 is stabilized, the material gas is introduced from the material gas inlet 10 and the flow rate of the argon gas from the discharge gas inlet 9 is reduced. Since the material gas is introduced so as to directly collide with the high-density electron beam 16, it is efficiently ionized and forms an ion source plasma 26 containing desired ions which is uniform on the front surface of the ion extraction portion 24 of the reflection electrode. Can be. Since the ion source plasmar 26 is separated from the hot cathode 1 by the second intermediate electrode 20 having a smaller opening in addition to the conventional intermediate electrode nozzle portion 5, the backflow of the material gas can be suppressed. Next, when a high voltage of about several tens of kV is applied from the high-voltage power supply 18 to the reflection electrode 22 so that the ion extraction electrode 17 has a negative potential, a high-density ion beam 19 is extracted from the ion source plasma 26. Since the ion source plasma 26 is sufficiently uniform, an ion beam with high brightness can be extracted ideally. In addition, since the ion source plasma 26 is sufficiently expanded, by providing a plurality of extraction holes in the reflection electrode extraction section 24, It is possible to easily increase the current of the ion beam 19.

【0010】なお、上記実施例では所望のイオンを得る
ための材料ガスと、放電を維持するための希ガスを用い
る場合について説明したが、希ガスのイオンを引き出す
場合は、放電ガス導入口9あるいは放電ガス導入口9と
材料ガス導入口10の両方から導入してもよい。また、
材料ガスは金属蒸気あるいは金属のスパッタリングを促
進する反応性ガスであってもよい。
In the above embodiment, the description has been given of the case where the material gas for obtaining the desired ions and the rare gas for maintaining the discharge are used. However, when extracting the ions of the rare gas, the discharge gas inlet 9 is used. Alternatively, the gas may be introduced from both the discharge gas inlet 9 and the material gas inlet 10. Also,
The source gas may be a metal vapor or a reactive gas that promotes metal sputtering.

【0011】[0011]

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、中間電
極ノズル部の開口よりも小さい開口を有し、フローティ
ング抵抗を有する第2の中間電極を設け、材料ガスをこ
の開口より陽極側に導入することにより、材料ガスの陰
極領域への逆流を抑制して陰極の損傷を防ぐことができ
る効果がある。また、この第2の中間電極を通過した電
子を反射するための反射電極と、第2の中間電極から反
射電極にいくに従い軸方向の磁場強度が弱くなる電子閉
じ込め磁場を設けることにより、細く絞られた放電プラ
ズマを再び拡張し、大電流のイオンビームを引き出すこ
とが可能なイオン源プラズマを生成できる効果がある。
As described above, according to the present invention , the floating electrode having the opening smaller than the opening of the intermediate electrode nozzle is provided.
By providing a second intermediate electrode having a switching resistance and introducing the material gas to the anode side from this opening, there is an effect that the backflow of the material gas to the cathode region can be suppressed and the cathode can be prevented from being damaged. Further, by providing a reflecting electrode for reflecting the electrons passing through the second intermediate electrode and an electron confining magnetic field in which the magnetic field intensity in the axial direction becomes weaker from the second intermediate electrode to the reflecting electrode, the aperture is narrowed down. The generated discharge plasma is expanded again to produce an ion source plasma capable of extracting a large current ion beam.

【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よるイオン源を示す断面
図である。
FIG. 1 is a sectional view showing an ion source according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1に示した実施例におけるイオン源の中心軸
付近の断面図(a)と中心軸上の磁場強度を示す分布図
(b)である。
FIGS. 2A and 2B are a cross-sectional view near the central axis of the ion source in the embodiment shown in FIG. 1A and a distribution diagram showing a magnetic field intensity on the central axis.

【図3】従来のデュオプラズマトロンイオン源を示す断
面図である。
FIG. 3 is a sectional view showing a conventional duoplasmatron ion source.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 熱陰極 3 中間電極 5 中間電極ノズル部 6 陽極 8 マグネットコイル 10 材料ガス導入口 16 高密度電子ビーム 20 第2の中間電極 21 第2の中間電極の開口 23 反射電極 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Hot cathode 3 Intermediate electrode 5 Intermediate electrode nozzle part 6 Anode 8 Magnet coil 10 Material gas inlet 16 High-density electron beam 20 Second intermediate electrode 21 Opening of second intermediate electrode 23 Reflecting electrode

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−44935(JP,A) 特開 平2−5331(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01J 27/00 - 27/26 H01J 37/08 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-62-44935 (JP, A) JP-A-2-5331 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) H01J 27/00-27/26 H01J 37/08

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 陰極構造体により保持される熱陰極、ノ
ズル部を有する中間電極及び陽極を備え、上記熱陰極と
上記中間電極の火花放電により絶縁破壊を引き起こし、
このグロー放電によって上記熱陰極を加熱して上記熱陰
極と上記陽極間にアーク放電による放電プラズマを発生
させるイオン源において、上記陽極付近に電子を閉じ込
める軸方向の磁場を有し、上記中間電極と上記陽極間に
位置し、陰極から放出され上記中間電極により細く絞ら
れた電子ビームの全部、あるいはその一部を通す第2の
中間電極及び上記陽極の上記中間電極と対向する側に位
置し、陰極からの電子を反射する反射電極を有し、上記
第2の中間電極はフローティング抵抗を有し、上記第2
の中間電極に設けられた電子ビームを通すための開口
が、上記中間電極ノズル部の開口よりも小さいことを特
徴とするイオン源。
A hot cathode held by a cathode structure, an intermediate electrode having a nozzle portion, and an anode, wherein a spark discharge between the hot cathode and the intermediate electrode causes dielectric breakdown,
In the ion source which generates the discharge plasma by arc discharge between the hot cathode and the anode by heating the hot cathode by the glow discharge, the ion source has an axial magnetic field for confining electrons near the anode, and the intermediate electrode and Located between the anodes, all of the electron beam emitted from the cathode and narrowed down by the intermediate electrode, or located on the side of the anode facing the intermediate electrode of the second intermediate electrode and the anode through which a part passes, has a reflection electrode for reflecting electrons from the cathode, the
The second intermediate electrode has a floating resistance, and
An opening provided in the intermediate electrode for passing an electron beam is smaller than the opening of the intermediate electrode nozzle.
【請求項2】 請求項1記載のイオン源において、電子
を閉じ込める軸方向の磁場を形成するためのコイルが中
間電極上に設けられ、さらに強磁性材料製の中間電極と
非磁性の高融点金属材料製のイオン引き出し部を有する
強磁性材料製の反射電極により、電子を閉じ込める軸方
向の磁場強度が中間電極先端部から反射電極にいくに従
い、一旦強くなり最大磁場強度をとったあと次第に弱く
なる構造であり、その最大磁場強度を示すところに上記
第2の中間電極に設けられた電子ビームを通すための開
口が位置するよう第2の中間電極を配置したことを特徴
とするイオン源。
2. The ion source according to claim 1, wherein a coil for forming an axial magnetic field for confining electrons is provided on the intermediate electrode, further comprising an intermediate electrode made of a ferromagnetic material and a nonmagnetic high melting point metal. With the use of a reflective electrode made of ferromagnetic material with an ion extraction part made of a material, the axial magnetic field strength that confines electrons becomes stronger as it goes from the tip of the intermediate electrode to the reflective electrode, and then gradually weakens after taking the maximum magnetic field strength An ion source having a structure, wherein the second intermediate electrode is arranged such that an opening for passing an electron beam provided in the second intermediate electrode is located at a position where the maximum magnetic field intensity is exhibited.
【請求項3】 請求項2記載のイオン源において、上記
第2の中間電極に設けられた電子ビームを通すための開
口が、中間電極側で最も小さく陽極側にいくに従い上記
開口の断面積と磁場強度の積がほぼ一定となるよう拡大
する形状の第2の中間電極を有することを特徴とするイ
オン源。
3. The ion source according to claim 2, wherein an opening provided in the second intermediate electrode for passing an electron beam has the smallest cross-sectional area on the intermediate electrode side and the opening area on the anode side. An ion source comprising a second intermediate electrode having a shape that expands so that a product of magnetic field strengths becomes substantially constant.
【請求項4】 請求項3記載のイオン源において、上記
陰極部に放電を維持するための希ガスを供給する放電維
持ガス供給手段と、上記第2の中間電極、陽極および反
射電極により囲まれたイオンを発生する領域にイオン化
するガスを供給するための材料ガス供給手段を上記第2
の中間電極の拡大する形状を有する内面に位置し、材料
ガスが電子ビームに直接衝突するよう設けたことを特徴
とするイオン源。
4. The ion source according to claim 3, wherein said sustaining gas supply means supplies a rare gas for maintaining a discharge to said cathode portion, and is surrounded by said second intermediate electrode, anode and reflective electrode. A material gas supply means for supplying a gas to be ionized to a region for generating the ions,
An ion source, which is located on the inner surface of the intermediate electrode having an enlarged shape and is provided so that the material gas directly collides with the electron beam.
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