JP3034076B2 - 金属イオン源 - Google Patents
金属イオン源Info
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- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 13
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- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、２つのホローカソー
ドを用いて金属イオンビームを発生させる金属イオン源
に関するものである。
ドを用いて金属イオンビームを発生させる金属イオン源
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の金属イオン源は図３に示されてお
り、同図において、第１ホローカソード１の出口には、
中央部に通過穴２ａをもつ２つの中間電極２が絶縁リン
グ３を介して直列に配列され、更に、その２つの中間電
極２の先には絶縁リング３を介して真っ直ぐな中空穴４
ａをもつ第２ホローカソード４が配列され、その第２ホ
ローカソード４で金属イオンを発生させるようにしてい
る。第２ホローカソード４の先には絶縁リング３を介し
て中央部にイオン引き出し口５ａをもつアノード５が配
列されている。したがって、第１ホローカソード１、２
つの中間電極２、第２ホローカソード４およびアノード
５が各絶縁リング３を介して同心軸上に直列に配列され
ている。なお、図において、６はイオンリペラ、７は第
１ホローカソード１の外周に巻かれた冷却用パイプ、８
は第２ホローカソード４の外周に巻かれた冷却用パイ
プ、９は第１ホローカソード１と、２つの中間電極２
と、２ホローカソード４との外周の回りにこれらと間隔
をおいて巻かれるたソレノイドコイル、１０はソレノイ
ドコイル９の外周に設けられた磁気リターンヨークであ
る。
り、同図において、第１ホローカソード１の出口には、
中央部に通過穴２ａをもつ２つの中間電極２が絶縁リン
グ３を介して直列に配列され、更に、その２つの中間電
極２の先には絶縁リング３を介して真っ直ぐな中空穴４
ａをもつ第２ホローカソード４が配列され、その第２ホ
ローカソード４で金属イオンを発生させるようにしてい
る。第２ホローカソード４の先には絶縁リング３を介し
て中央部にイオン引き出し口５ａをもつアノード５が配
列されている。したがって、第１ホローカソード１、２
つの中間電極２、第２ホローカソード４およびアノード
５が各絶縁リング３を介して同心軸上に直列に配列され
ている。なお、図において、６はイオンリペラ、７は第
１ホローカソード１の外周に巻かれた冷却用パイプ、８
は第２ホローカソード４の外周に巻かれた冷却用パイ
プ、９は第１ホローカソード１と、２つの中間電極２
と、２ホローカソード４との外周の回りにこれらと間隔
をおいて巻かれるたソレノイドコイル、１０はソレノイ
ドコイル９の外周に設けられた磁気リターンヨークであ
る。
【０００３】このような金属イオン源においては、第１
ホローカソード１とアノード５との間で放電がおこる
が、ソレノイドコイル９と磁気リターンヨーク１０によ
り２つの中間電極２の通過穴２ａの中心軸付近に中心軸
と同方向の磁場が形成されるため、その中心軸の付近に
おいて高密度のプラズマが生成される。生成された高密
度のプラズマは第２ホローカソード４に導かれ、そこで
負電位に印加された第２ホローカソード４の金属材料を
スパッタリングして、金属イオンを生成する。生成され
た金属イオンはアノード５のイオン引き出し口５ａより
引き出される。
ホローカソード１とアノード５との間で放電がおこる
が、ソレノイドコイル９と磁気リターンヨーク１０によ
り２つの中間電極２の通過穴２ａの中心軸付近に中心軸
と同方向の磁場が形成されるため、その中心軸の付近に
おいて高密度のプラズマが生成される。生成された高密
度のプラズマは第２ホローカソード４に導かれ、そこで
負電位に印加された第２ホローカソード４の金属材料を
スパッタリングして、金属イオンを生成する。生成され
た金属イオンはアノード５のイオン引き出し口５ａより
引き出される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来の金属イオン源
は、上記のように中間電極２の通過穴２ａの中心軸付近
に高密度のプラズマを生成し、その高密度のプラズマに
よって第２ホローカソード４の金属材料をスパッタリン
グして、金属イオンを生成している。したがって、生成
される金属イオンの割合は、初めに生成されたプラズマ
密度の大小に依存する問題をもっている。また、第２ホ
ローカソード４の金属材料をスパッタリングした際、金
属イオンの他にも電気的に中性の金属粒子が生成する
が、その金属粒子を電離して金属イオンにする機構が従
来の金属イオン源には存在していなかったため、大電流
の金属イオンを得ることが出来ない問題があった。
は、上記のように中間電極２の通過穴２ａの中心軸付近
に高密度のプラズマを生成し、その高密度のプラズマに
よって第２ホローカソード４の金属材料をスパッタリン
グして、金属イオンを生成している。したがって、生成
される金属イオンの割合は、初めに生成されたプラズマ
密度の大小に依存する問題をもっている。また、第２ホ
ローカソード４の金属材料をスパッタリングした際、金
属イオンの他にも電気的に中性の金属粒子が生成する
が、その金属粒子を電離して金属イオンにする機構が従
来の金属イオン源には存在していなかったため、大電流
の金属イオンを得ることが出来ない問題があった。
【０００５】この発明の目的は、従来の上記問題を解決
して、スパッタリングにより発生した金属粒子を効率よ
く電離して、大電流の金属イオンを得ることが出来る金
属イオン源を提供することである。
して、スパッタリングにより発生した金属粒子を効率よ
く電離して、大電流の金属イオンを得ることが出来る金
属イオン源を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明は、第１ホローカソード、中間電極、第２
ホローカソード、アノードの順序で、これらを相互に絶
縁しながら同心軸上に直列に配列すると共に、ソレノイ
ドコイルにより中間電極の通過穴および第２ホローカソ
ードの中空穴の中心軸付近に中心軸と同方向の磁場を形
成し、第１ホローカソードとアノードとの間の放電によ
り生成するプラズマによって、第２ホローカソードの金
属材料をスパッタリングして、金属イオンを生成する金
属イオン源において、上記中間電極と上記第２ホローカ
ソードの一端との間に絶縁セラミックスを設けると共
に、上記第２ホローカソードの他端と上記アノードとの
間にも絶縁セラミックスを設け、更に、上記第２ホロー
カソードの中空穴の内径を穴の中央部において大きくし
たことを特徴とするものである。
に、この発明は、第１ホローカソード、中間電極、第２
ホローカソード、アノードの順序で、これらを相互に絶
縁しながら同心軸上に直列に配列すると共に、ソレノイ
ドコイルにより中間電極の通過穴および第２ホローカソ
ードの中空穴の中心軸付近に中心軸と同方向の磁場を形
成し、第１ホローカソードとアノードとの間の放電によ
り生成するプラズマによって、第２ホローカソードの金
属材料をスパッタリングして、金属イオンを生成する金
属イオン源において、上記中間電極と上記第２ホローカ
ソードの一端との間に絶縁セラミックスを設けると共
に、上記第２ホローカソードの他端と上記アノードとの
間にも絶縁セラミックスを設け、更に、上記第２ホロー
カソードの中空穴の内径を穴の中央部において大きくし
たことを特徴とするものである。
【０００７】
【作用】この発明においては、中間電極と第２ホローカ
ソードの一端との間に絶縁セラミックスを設けると共
に、第２ホローカソードの他端とアノードとの間にも絶
縁セラミックスを設けているので、第２ホローカソード
とアノードとの間で放電を発生させることなく、第２ホ
ローカソードに負の電圧を安定的に印加することができ
る。また、第２ホローカソードの中空穴の内径を穴の中
央部において大きくしているので、第２ホローカソード
の金属材料をスパッタリングする際に発生する高速電子
は、第２ホローカソードの中空穴の中心軸付近に形成さ
れる中心軸と同方向の磁場と、第２ホローカソードの中
空穴内に形成されるカソードシースによる電場とによっ
て、逆マグネトロン運動と、第２ホローカソードの中空
穴内の電位による往復運動とを行ない、第２ホローカソ
ードの金属材料をスパッタリングする際に発生する金属
粒子と衝突して、それを電離し、沢山の金属イオンを生
成するようになる。
ソードの一端との間に絶縁セラミックスを設けると共
に、第２ホローカソードの他端とアノードとの間にも絶
縁セラミックスを設けているので、第２ホローカソード
とアノードとの間で放電を発生させることなく、第２ホ
ローカソードに負の電圧を安定的に印加することができ
る。また、第２ホローカソードの中空穴の内径を穴の中
央部において大きくしているので、第２ホローカソード
の金属材料をスパッタリングする際に発生する高速電子
は、第２ホローカソードの中空穴の中心軸付近に形成さ
れる中心軸と同方向の磁場と、第２ホローカソードの中
空穴内に形成されるカソードシースによる電場とによっ
て、逆マグネトロン運動と、第２ホローカソードの中空
穴内の電位による往復運動とを行ない、第２ホローカソ
ードの金属材料をスパッタリングする際に発生する金属
粒子と衝突して、それを電離し、沢山の金属イオンを生
成するようになる。
【０００８】
【実施例】以下、この発明の実施例について図面を参照
しながら説明する。この発明の実施例の金属イオン源は
図１に示されており、同図において、第１ホローカソー
ド１の出口には、中央部に通過穴２ａをもつ２つの中間
電極２が絶縁リング３を介して直列に配列され、更に、
その２つの中間電極２の先には中央部で内径の大きい中
空穴４ａをもつ第２ホローカソード４が絶縁セラミック
ス１１を介して配列され、第２ホローカソード４で金属
イオンを発生させるようにしている。第２ホローカソー
ド４の先には絶縁セラミックス１１を介して中央部にイ
オン引き出し口５ａをもつアノード５が配列されてい
る。したがって、第１ホローカソード１、２つの中間電
極２、第２ホローカソード４およびアノード５が各絶縁
リング３を介して同心軸上に直列に配列されている。な
お、図において、６はイオンリペラ、７は第１ホローカ
ソード１の外周に巻かれた冷却用パイプ、８は第２ホロ
ーカソード４の外周に巻かれた冷却用パイプ、９は第１
ホローカソード１と、２つの中間電極２と、２ホローカ
ソード４との外周の回りにこれらと間隔をおいて巻かれ
たソレノイドコイル、１０はソレノイド９の外周に設け
られた磁気リターンヨークである。
しながら説明する。この発明の実施例の金属イオン源は
図１に示されており、同図において、第１ホローカソー
ド１の出口には、中央部に通過穴２ａをもつ２つの中間
電極２が絶縁リング３を介して直列に配列され、更に、
その２つの中間電極２の先には中央部で内径の大きい中
空穴４ａをもつ第２ホローカソード４が絶縁セラミック
ス１１を介して配列され、第２ホローカソード４で金属
イオンを発生させるようにしている。第２ホローカソー
ド４の先には絶縁セラミックス１１を介して中央部にイ
オン引き出し口５ａをもつアノード５が配列されてい
る。したがって、第１ホローカソード１、２つの中間電
極２、第２ホローカソード４およびアノード５が各絶縁
リング３を介して同心軸上に直列に配列されている。な
お、図において、６はイオンリペラ、７は第１ホローカ
ソード１の外周に巻かれた冷却用パイプ、８は第２ホロ
ーカソード４の外周に巻かれた冷却用パイプ、９は第１
ホローカソード１と、２つの中間電極２と、２ホローカ
ソード４との外周の回りにこれらと間隔をおいて巻かれ
たソレノイドコイル、１０はソレノイド９の外周に設け
られた磁気リターンヨークである。
【０００９】この実施例の金属イオン源においては、第
１ホローカソード１とアノード５との間で放電がおこる
が、ソレノイドコイル９と磁気リターンヨーク１０によ
り２つの中間電極２の通過穴２ａの中心軸付近に中心軸
と同方向の磁場が形成されるため、その中心軸の付近に
おいて高密度のプラズマが生成される。生成された高密
度のプラズマは第２ホローカソード４に導かれ、そこで
負電位に印加された第２ホローカソード４の金属材料を
スパッタリングする。スパッタリングの際に発生する高
速電子は、第２ホローカソード４の中空穴４ａの中心軸
付近に形成される中心軸と同方向の磁場と、第２ホロー
カソード４の中空穴４ａ内に形成されるカソードシース
による電場とによって、逆マグネトロン運動と、第２ホ
ローカソード４の中空穴４ａ内の電位による往復運動と
を行ない、第２ホローカソード４の金属材料をスパッタ
リングする際に発生する金属粒子と衝突して、それを電
離し、沢山の金属イオンを生成するようになる。その結
果、第２ホローカソード４の電流電圧特性は、従来のも
のの飽和電流特性から急激に上昇し、スパッタリングと
電離の両方を含む新しい電離電流特性が得られる。図２
は従来の飽和電流特性（●印）と、この発明の実施例に
よる電離電流特性（○印）とを示している。そして、生
成された金属イオンはアノード５のイオン引き出し口５
ａより引き出される。
１ホローカソード１とアノード５との間で放電がおこる
が、ソレノイドコイル９と磁気リターンヨーク１０によ
り２つの中間電極２の通過穴２ａの中心軸付近に中心軸
と同方向の磁場が形成されるため、その中心軸の付近に
おいて高密度のプラズマが生成される。生成された高密
度のプラズマは第２ホローカソード４に導かれ、そこで
負電位に印加された第２ホローカソード４の金属材料を
スパッタリングする。スパッタリングの際に発生する高
速電子は、第２ホローカソード４の中空穴４ａの中心軸
付近に形成される中心軸と同方向の磁場と、第２ホロー
カソード４の中空穴４ａ内に形成されるカソードシース
による電場とによって、逆マグネトロン運動と、第２ホ
ローカソード４の中空穴４ａ内の電位による往復運動と
を行ない、第２ホローカソード４の金属材料をスパッタ
リングする際に発生する金属粒子と衝突して、それを電
離し、沢山の金属イオンを生成するようになる。その結
果、第２ホローカソード４の電流電圧特性は、従来のも
のの飽和電流特性から急激に上昇し、スパッタリングと
電離の両方を含む新しい電離電流特性が得られる。図２
は従来の飽和電流特性（●印）と、この発明の実施例に
よる電離電流特性（○印）とを示している。そして、生
成された金属イオンはアノード５のイオン引き出し口５
ａより引き出される。
【００１０】ところで、中間電極２と第２ホローカソー
ド４の一端との間に絶縁セラミックス１１を設け、ま
た、第２ホローカソード４の他端とアノード５との間に
も絶縁セラミックス１１を設けているので、第２ホロー
カソード４とアノード５との間で放電を発生させること
なく、第２ホローカソード４に負の電圧を安定的に印加
することができる。
ド４の一端との間に絶縁セラミックス１１を設け、ま
た、第２ホローカソード４の他端とアノード５との間に
も絶縁セラミックス１１を設けているので、第２ホロー
カソード４とアノード５との間で放電を発生させること
なく、第２ホローカソード４に負の電圧を安定的に印加
することができる。
【００１１】
【発明の効果】この発明においては、中間電極と第２ホ
ローカソードの一端との間に絶縁セラミックスを設ける
と共に、第２ホローカソードの他端とアノードとの間に
も絶縁セラミックスを設けているので、第２ホローカソ
ードとアノードとの間で放電を発生させることなく、第
２ホローカソードに負の電圧を安定的に印加することが
できる。また、第２ホローカソードの中空穴の内径を穴
の中央部において大きくしているので、第２ホローカソ
ードの金属材料をスパッタリングする際に発生する高速
電子は、第２ホローカソードの中空穴の中心軸付近に形
成される中心軸と同方向の磁場と、第２ホローカソード
の中空穴内に形成されるカソードシースによる電場とに
よって、逆マグネトロン運動と、第２ホローカソードの
中空穴内の電位による往復運動とを行ない、第２ホロー
カソードの金属材料をスパッタリングする際に発生する
金属粒子と衝突して、それを電離し、沢山の金属イオン
を生成するようになる。
ローカソードの一端との間に絶縁セラミックスを設ける
と共に、第２ホローカソードの他端とアノードとの間に
も絶縁セラミックスを設けているので、第２ホローカソ
ードとアノードとの間で放電を発生させることなく、第
２ホローカソードに負の電圧を安定的に印加することが
できる。また、第２ホローカソードの中空穴の内径を穴
の中央部において大きくしているので、第２ホローカソ
ードの金属材料をスパッタリングする際に発生する高速
電子は、第２ホローカソードの中空穴の中心軸付近に形
成される中心軸と同方向の磁場と、第２ホローカソード
の中空穴内に形成されるカソードシースによる電場とに
よって、逆マグネトロン運動と、第２ホローカソードの
中空穴内の電位による往復運動とを行ない、第２ホロー
カソードの金属材料をスパッタリングする際に発生する
金属粒子と衝突して、それを電離し、沢山の金属イオン
を生成するようになる。
【図１】この発明の実施例を示す説明図
【図２】従来の飽和電流特性（●印）と、この発明の実
施例による電離電流特性（○印）とを示すグラフ
施例による電離電流特性（○印）とを示すグラフ
【図３】従来の金属イオン源を示す説明図
１・・・・・第１ホローカソード ２・・・・・中間電極 ２ａ・・・・中間電極の通過穴 ４・・・・・第２ホローカソード ４ａ・・・・第２ホローカソードの中空穴 ５・・・・・アノード ９・・・・・ソレノイド １１・・・・絶縁セラミックス
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−197950（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01J 27/00 - 27/26 H01J 37/08
Claims (1)
- 【請求項１】第１ホローカソード、中間電極、第２ホロ
ーカソード、アノードの順序で、これらを相互に絶縁し
て同心軸上に直列に配列すると共に、ソレノイドコイル
により中間電極の通過穴および第２ホローカソードの中
空穴の中心軸付近に中心軸と同方向の磁場を形成し、第
１ホローカソードとアノードとの間の放電により生成す
るプラズマによって、第２ホローカソードの金属材料を
スパッタリングして、金属イオンを生成する金属イオン
源において、上記中間電極と上記第２ホローカソードの
一端との間に絶縁セラミックスを設けると共に、上記第
２ホローカソードの他端と上記アノードとの間にも絶縁
セラミックスを設け、更に、上記第２ホローカソードの
中空穴の内径を穴の中央部において大きくしたことを特
徴とする金属イオン源。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3113946A JP3034076B2 (ja) | 1991-04-18 | 1991-04-18 | 金属イオン源 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3113946A JP3034076B2 (ja) | 1991-04-18 | 1991-04-18 | 金属イオン源 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0696680A JPH0696680A (ja) | 1994-04-08 |
| JP3034076B2 true JP3034076B2 (ja) | 2000-04-17 |
Family
ID=14625172
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3113946A Expired - Fee Related JP3034076B2 (ja) | 1991-04-18 | 1991-04-18 | 金属イオン源 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3034076B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10010706C2 (de) * | 2000-03-04 | 2002-07-25 | Schwerionenforsch Gmbh | Hohlkathoden-Sputter-Ionenquelle zur Erzeugung von Ionenstrahlen hoher Intensität |
| DE10256257A1 (de) * | 2002-12-03 | 2004-06-24 | Robert Bosch Gmbh | Vorrichtung und Verfahren zum Beschichten eines Substrates und Beschichtung auf einem Substrat |
| JP4578798B2 (ja) * | 2003-11-17 | 2010-11-10 | 俊夫 後藤 | 金属イオンの供給装置 |
| CN103459658B (zh) * | 2011-01-13 | 2015-09-23 | 明尼苏达大学董事会 | 纳米颗粒沉积系统 |
| CN111163580A (zh) * | 2020-01-21 | 2020-05-15 | 散裂中子源科学中心 | 一种用于等离子体正时点火的微型离子源 |
-
1991
- 1991-04-18 JP JP3113946A patent/JP3034076B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0696680A (ja) | 1994-04-08 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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