JP3127636B2 - イオン源 - Google Patents
イオン源Info
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- JP3127636B2 JP3127636B2 JP04323233A JP32323392A JP3127636B2 JP 3127636 B2 JP3127636 B2 JP 3127636B2 JP 04323233 A JP04323233 A JP 04323233A JP 32323392 A JP32323392 A JP 32323392A JP 3127636 B2 JP3127636 B2 JP 3127636B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、プラズマを磁場で閉じ
込めるバケット型のイオン源に係り、特に、アノードに
堆積した絶縁性のイオン化材料を簡単に除去できるイオ
ン源に関するものである。
込めるバケット型のイオン源に係り、特に、アノードに
堆積した絶縁性のイオン化材料を簡単に除去できるイオ
ン源に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】基板等の対象物表面に所望の物質を含む
膜を形成するために、所望の物質をイオン化させてこれ
を加速し、対象物に打ち込むことが行われる。所望の物
質をイオン化させて打ち出すためのイオン源には、カス
プ型の多極磁場を用いたバケット型イオン源が知られて
いる。バケット型イオン源の動作原理を説明する。ま
ず、プラズマ室内に所望の物質のガス（作動ガス）を導
入しておき、この作動ガス雰囲気中で放電を行ってプラ
ズマを生成する。このプラズマをプラズマ室内に閉じ込
めるためにプラズマ室内にカスプ磁場を形成する。カス
プ磁場によってプラズマ室中央部に閉じ込められたプラ
ズマに対して引出電界を印加すると、その方向にイオン
が加速されて打ち出しが達成される。
膜を形成するために、所望の物質をイオン化させてこれ
を加速し、対象物に打ち込むことが行われる。所望の物
質をイオン化させて打ち出すためのイオン源には、カス
プ型の多極磁場を用いたバケット型イオン源が知られて
いる。バケット型イオン源の動作原理を説明する。ま
ず、プラズマ室内に所望の物質のガス（作動ガス）を導
入しておき、この作動ガス雰囲気中で放電を行ってプラ
ズマを生成する。このプラズマをプラズマ室内に閉じ込
めるためにプラズマ室内にカスプ磁場を形成する。カス
プ磁場によってプラズマ室中央部に閉じ込められたプラ
ズマに対して引出電界を印加すると、その方向にイオン
が加速されて打ち出しが達成される。
【０００３】従来、プラズマ室は図５に示されるよう
に、一方が開放された有底筒体２ａによって形成され
る。プラズマ室２には、作動ガスが導入される。放電を
行うための電極は、加熱されて熱電子を放出するカソー
ドフィラメント３と、このカソードフィラメント３から
の放電電位を形成するアノードとからなり、カソードフ
ィラメント３は、プラズマ室２の底部、側部等に設けら
れる。カソードフィラメント３には、加熱用の電流が流
されると共に放電用の電圧が印加される。アノードの方
は、プラズマ室の内周壁４がアノードとして利用され
る。カスプ磁場は、プラズマ室の外壁５に多数の磁石６
からなる環状の磁石列をその極性が交互に現れるように
配置することにより、プラズマ室２の内壁４が磁力線で
覆われるように形成される。この磁力線で囲まれたプラ
ズマ室内部の大部分は磁場無し領域となる。カソードフ
ィラメント３から放出された電子がカスプ磁場によって
プラズマ室２の中央部に閉じ込められ上記作動ガスを電
離しプラズマを形成する。プラズマ室２の開放部７には
グリッド状電極８ａを設け、グリッド状電極８ａと重な
るようにグリッド状のイオン引出電極８が取り付けら
れ、イオン引出電極８には引出電圧が印加される。
に、一方が開放された有底筒体２ａによって形成され
る。プラズマ室２には、作動ガスが導入される。放電を
行うための電極は、加熱されて熱電子を放出するカソー
ドフィラメント３と、このカソードフィラメント３から
の放電電位を形成するアノードとからなり、カソードフ
ィラメント３は、プラズマ室２の底部、側部等に設けら
れる。カソードフィラメント３には、加熱用の電流が流
されると共に放電用の電圧が印加される。アノードの方
は、プラズマ室の内周壁４がアノードとして利用され
る。カスプ磁場は、プラズマ室の外壁５に多数の磁石６
からなる環状の磁石列をその極性が交互に現れるように
配置することにより、プラズマ室２の内壁４が磁力線で
覆われるように形成される。この磁力線で囲まれたプラ
ズマ室内部の大部分は磁場無し領域となる。カソードフ
ィラメント３から放出された電子がカスプ磁場によって
プラズマ室２の中央部に閉じ込められ上記作動ガスを電
離しプラズマを形成する。プラズマ室２の開放部７には
グリッド状電極８ａを設け、グリッド状電極８ａと重な
るようにグリッド状のイオン引出電極８が取り付けら
れ、イオン引出電極８には引出電圧が印加される。
【０００４】作動ガスとして供給されるイオン化材料に
は、アルゴン、窒素、或いは半導体であるホスフィン等
が使用される。
は、アルゴン、窒素、或いは半導体であるホスフィン等
が使用される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、イオン化材
料はその大部分がイオン化されてプラズマを形成すると
共にプラズマ中のイオンは、その大部分がグリッド状電
極から引出されるが、一部のイオン化されないイオン化
材料や、引出されないうちに電荷を失ったイオン化材料
は、ガスとともに排気装置で排気されるかプラズマ室内
壁に堆積する。そして、このイオン化材料がプラズマ室
内壁に徐々に堆積しその表面を膜状に覆うようになる
と、ホスフィン等のようにイオン化材料による堆積物の
導電性がよくない場合、その膜によって電場の形成が阻
害され、アノードとしての機能が次第に失われてしまう
ことになる。このようにプラズマ室内壁に絶縁性のイオ
ン化材料が堆積することは、カソードフィラメントから
の放電が不安定になるなどイオン源にとって致命的であ
る。
料はその大部分がイオン化されてプラズマを形成すると
共にプラズマ中のイオンは、その大部分がグリッド状電
極から引出されるが、一部のイオン化されないイオン化
材料や、引出されないうちに電荷を失ったイオン化材料
は、ガスとともに排気装置で排気されるかプラズマ室内
壁に堆積する。そして、このイオン化材料がプラズマ室
内壁に徐々に堆積しその表面を膜状に覆うようになる
と、ホスフィン等のようにイオン化材料による堆積物の
導電性がよくない場合、その膜によって電場の形成が阻
害され、アノードとしての機能が次第に失われてしまう
ことになる。このようにプラズマ室内壁に絶縁性のイオ
ン化材料が堆積することは、カソードフィラメントから
の放電が不安定になるなどイオン源にとって致命的であ
る。
【０００６】こうした事態を避けるために、プラズマ室
内壁の清掃が必要となる。プラズマ室内壁の清掃は、イ
オン源の使用後等に、装置を分解して行われる。
内壁の清掃が必要となる。プラズマ室内壁の清掃は、イ
オン源の使用後等に、装置を分解して行われる。
【０００７】しかしながら、イオン源は、使用中に高真
空まで減圧されるので、プラズマ発生室がシール性の高
い容器となっており、かつイオンビーム照射の処理室等
とシール性よく接続されている。従って、イオン源を分
解する際には、このシール性の高い容器を開閉しなけれ
ばならない。容器を開閉すると容器内は大気圧になると
共に水分をはじめ空気中の諸物質が容器内に入ってく
る。このため、使用再開時には大気圧から減圧を始めて
不純物を全て排出するなど、使用再開に手間取ることに
なり問題であった。そして、分解掃除の後、この容器を
密封する作業も、高いシール性を保つためには注意力を
必要とし繁雑であった。
空まで減圧されるので、プラズマ発生室がシール性の高
い容器となっており、かつイオンビーム照射の処理室等
とシール性よく接続されている。従って、イオン源を分
解する際には、このシール性の高い容器を開閉しなけれ
ばならない。容器を開閉すると容器内は大気圧になると
共に水分をはじめ空気中の諸物質が容器内に入ってく
る。このため、使用再開時には大気圧から減圧を始めて
不純物を全て排出するなど、使用再開に手間取ることに
なり問題であった。そして、分解掃除の後、この容器を
密封する作業も、高いシール性を保つためには注意力を
必要とし繁雑であった。
【０００８】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、アノードに堆積した絶縁性のイオン化材料を簡単に
除去できるイオン源を提供することにある。
し、アノードに堆積した絶縁性のイオン化材料を簡単に
除去できるイオン源を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、プラズマ室内にカソードフィラメントを設
け、プラズマ室外壁に多数の磁石を配置し、プラズマ室
にアノードを設けたバケット型イオン源において、上記
磁石の位置にプラズマ室内壁に沿わせてヒータを設けた
ものである。
に本発明は、プラズマ室内にカソードフィラメントを設
け、プラズマ室外壁に多数の磁石を配置し、プラズマ室
にアノードを設けたバケット型イオン源において、上記
磁石の位置にプラズマ室内壁に沿わせてヒータを設けた
ものである。
【００１０】或いは、上記ヒータをワイアで構成すると
共にこのワイアをアノードとしてもよい。
共にこのワイアをアノードとしてもよい。
【００１１】
【作用】バケット型のイオン源の特色として、カスプ磁
場がアノード（プラズマ室内壁）と交わる場所を除い
て、プラズマが効率よく閉じ込められている。電子は磁
力線を横切ることができないので、カスプ磁場の外に位
置するプラズマ室内壁は放電に寄与しない。即ち、プラ
ズマ室内壁全体がアノード電位であっても、放電に有効
な部分は磁場とプラズマ室内壁との交点近傍のみとな
る。実際にアノードとして働いているのはこの交点近傍
である。従って、堆積物の除去が必要になるのもこの部
分である。磁場はプラズマ室の周方向どこでも同じ形に
形成されているので、上記交点はプラズマ室内壁に沿っ
た線を形成する。この線がアノードとして働いている。
場がアノード（プラズマ室内壁）と交わる場所を除い
て、プラズマが効率よく閉じ込められている。電子は磁
力線を横切ることができないので、カスプ磁場の外に位
置するプラズマ室内壁は放電に寄与しない。即ち、プラ
ズマ室内壁全体がアノード電位であっても、放電に有効
な部分は磁場とプラズマ室内壁との交点近傍のみとな
る。実際にアノードとして働いているのはこの交点近傍
である。従って、堆積物の除去が必要になるのもこの部
分である。磁場はプラズマ室の周方向どこでも同じ形に
形成されているので、上記交点はプラズマ室内壁に沿っ
た線を形成する。この線がアノードとして働いている。
【００１２】このような知見に基づけば、プラズマ室内
壁のアノードとして働いている線状の部分の堆積物を除
去すれば、放電は安定することになる。そして、この部
分の位置は、磁石の位置に一致する。
壁のアノードとして働いている線状の部分の堆積物を除
去すれば、放電は安定することになる。そして、この部
分の位置は、磁石の位置に一致する。
【００１３】即ち、上記構成により、磁石の位置にプラ
ズマ室内壁に沿わせてヒータが設けられており、ヒータ
の熱によりその近傍のプラズマ室内壁の堆積物が蒸発す
る。従って、磁石の位置、即ちプラズマ室内壁のアノー
ドとして働いている部分は、堆積物が無くなりカソード
フィラメントからの放電が安定する。
ズマ室内壁に沿わせてヒータが設けられており、ヒータ
の熱によりその近傍のプラズマ室内壁の堆積物が蒸発す
る。従って、磁石の位置、即ちプラズマ室内壁のアノー
ドとして働いている部分は、堆積物が無くなりカソード
フィラメントからの放電が安定する。
【００１４】また、このヒータをワイアで構成し、ワイ
アをアノード電位に保持すれば、プラズマ室内壁をアノ
ードとした場合と同様にカソードフィラメントからの放
電ができると共に、ワイアに堆積物が付着したときには
ワイアに通電して蒸発させればよい。
アをアノード電位に保持すれば、プラズマ室内壁をアノ
ードとした場合と同様にカソードフィラメントからの放
電ができると共に、ワイアに堆積物が付着したときには
ワイアに通電して蒸発させればよい。
【００１５】
【実施例】以下本発明の一実施例を添付図面に基づいて
詳述する。
詳述する。
【００１６】図１は、図５のイオン源にヒータ１を設け
て本発明のイオン源としたものであり、プラズマ室の断
面の一部が示されている。図５のイオン源の説明は前述
した通りである。また、図２は図１の斜視図である。
て本発明のイオン源としたものであり、プラズマ室の断
面の一部が示されている。図５のイオン源の説明は前述
した通りである。また、図２は図１の斜視図である。
【００１７】図１について詳しく述べると、プラズマ室
２の外壁５に沿わせて環状に形成された磁石６は、その
磁極をプラズマ室２の外壁５に臨ませて設けられてい
る。この環状の磁石６が、軸方向に所定の間隔を隔てて
配置されている。互いに隣り合う磁石６の極性は交互に
反転させて設けられている。これらの磁石６の磁極間に
は図示される代表的な磁力線Ｂの近傍に強く分布する磁
場が形成されている。この磁力線Ｂを連続的にたどって
囲まれたプラズマ室２内部側が磁場無し領域９である。
そして、磁極の正面においては、磁場無し領域９が尖頭
部１０を形成しプラズマ室２の内壁４に食い込んでい
る。このことは、図１では磁力線Ｂがプラズマ室２の内
壁４と交差していることで示される。
２の外壁５に沿わせて環状に形成された磁石６は、その
磁極をプラズマ室２の外壁５に臨ませて設けられてい
る。この環状の磁石６が、軸方向に所定の間隔を隔てて
配置されている。互いに隣り合う磁石６の極性は交互に
反転させて設けられている。これらの磁石６の磁極間に
は図示される代表的な磁力線Ｂの近傍に強く分布する磁
場が形成されている。この磁力線Ｂを連続的にたどって
囲まれたプラズマ室２内部側が磁場無し領域９である。
そして、磁極の正面においては、磁場無し領域９が尖頭
部１０を形成しプラズマ室２の内壁４に食い込んでい
る。このことは、図１では磁力線Ｂがプラズマ室２の内
壁４と交差していることで示される。
【００１８】プラズマ室内壁４の磁石６の位置に、好ま
しくは磁極の中央の位置にヒータ１が設けられている。
ヒータ１は、導電性の部材を内蔵するか若しくは導電性
の部材自体からなり、細い円柱状を呈しており、線軸方
向に通電させて発熱させることのできる部材である。こ
のヒータ１をプラズマ室内壁４に沿わせて環状に取り付
け、図示しないがその両端をプラズマ室内壁４に挿通し
て、プラズマ室外に取りだし、外部より発熱用電流を印
加できるように構成されている。
しくは磁極の中央の位置にヒータ１が設けられている。
ヒータ１は、導電性の部材を内蔵するか若しくは導電性
の部材自体からなり、細い円柱状を呈しており、線軸方
向に通電させて発熱させることのできる部材である。こ
のヒータ１をプラズマ室内壁４に沿わせて環状に取り付
け、図示しないがその両端をプラズマ室内壁４に挿通し
て、プラズマ室外に取りだし、外部より発熱用電流を印
加できるように構成されている。
【００１９】次に実施例の作用を述べる。
【００２０】アノード電位を有するプラズマ室内壁４の
なかで、実際にアノードとして働くのは、磁石による磁
力線Ｂがプラズマ室内壁４と交差する部分であり、この
部分には堆積物が蓄積する。一方、この部分は磁石６の
磁極の正面であり、そこにはヒータ１があるので、ヒー
タ１に通電することによりヒータ１は発熱し、ヒータ１
の近傍のプラズマ室内壁４が加熱される。このため堆積
物は蒸発する。
なかで、実際にアノードとして働くのは、磁石による磁
力線Ｂがプラズマ室内壁４と交差する部分であり、この
部分には堆積物が蓄積する。一方、この部分は磁石６の
磁極の正面であり、そこにはヒータ１があるので、ヒー
タ１に通電することによりヒータ１は発熱し、ヒータ１
の近傍のプラズマ室内壁４が加熱される。このため堆積
物は蒸発する。
【００２１】次に、本発明の他の実施例を説明する。
【００２２】図４はイオン源の側断面図であり、図５と
同様の有底筒体２ａによりプラズマ室２が構成されてい
る。この実施例では、磁石６は図３に示されるように円
周の一部を形成する多数の磁石片６ａを同一の極性が中
心を向くようにして環状に並べたものである。このよう
な磁石片６ａで構成した環状の磁石６が、プラズマ室２
の軸方向に所定の間隔を隔てて、極性が交互になるよう
に配置されている。この配置は、図５に比べて極性の順
序が逆になっているが、この順序はどちらでも構わな
い。磁石と隣の磁石との間に、カソードフィラメント３
が設けられている。カソードフィラメント３には図示さ
れないがプラズマ室２の外部で加熱用の電流が流される
と共に放電用の電圧が印加される。プラズマ室２の開放
部７には図５と同じようにグリッド状電極８ａ、イオン
引出電極８が取り付けられ、イオン引出電極８には引出
電圧が印加される。
同様の有底筒体２ａによりプラズマ室２が構成されてい
る。この実施例では、磁石６は図３に示されるように円
周の一部を形成する多数の磁石片６ａを同一の極性が中
心を向くようにして環状に並べたものである。このよう
な磁石片６ａで構成した環状の磁石６が、プラズマ室２
の軸方向に所定の間隔を隔てて、極性が交互になるよう
に配置されている。この配置は、図５に比べて極性の順
序が逆になっているが、この順序はどちらでも構わな
い。磁石と隣の磁石との間に、カソードフィラメント３
が設けられている。カソードフィラメント３には図示さ
れないがプラズマ室２の外部で加熱用の電流が流される
と共に放電用の電圧が印加される。プラズマ室２の開放
部７には図５と同じようにグリッド状電極８ａ、イオン
引出電極８が取り付けられ、イオン引出電極８には引出
電圧が印加される。
【００２３】各磁石６の位置には、それぞれプラズマ室
内壁４から僅かに隔てて環状のワイア１１が設けられて
いる。ワイア１１が形成する環は一部で切り離され、そ
の両端はプラズマ室２の外側に導かれ、加熱用電源１２
に接続されている。加熱用電源１２にはスイッチ１３が
設けられている。また、図示されないが、このワイア１
１全体は、カソードフィラメント３に対して正電位のア
ノード電圧が印加されるようになっている。
内壁４から僅かに隔てて環状のワイア１１が設けられて
いる。ワイア１１が形成する環は一部で切り離され、そ
の両端はプラズマ室２の外側に導かれ、加熱用電源１２
に接続されている。加熱用電源１２にはスイッチ１３が
設けられている。また、図示されないが、このワイア１
１全体は、カソードフィラメント３に対して正電位のア
ノード電圧が印加されるようになっている。
【００２４】前記実施例で説明したプラズマ室内壁４を
アノードとした構成にあっては、磁石による磁力線Ｂが
プラズマ室内壁４と交差する部分だけが実質上のアノー
ドとして働くのであったから、この実施例のようにその
部分にワイヤ１１からなるアノードを設けても等価であ
る。このイオン源を動作させるとワイヤ１１には堆積物
が蓄積する。
アノードとした構成にあっては、磁石による磁力線Ｂが
プラズマ室内壁４と交差する部分だけが実質上のアノー
ドとして働くのであったから、この実施例のようにその
部分にワイヤ１１からなるアノードを設けても等価であ
る。このイオン源を動作させるとワイヤ１１には堆積物
が蓄積する。
【００２５】堆積物を除去する際には、スイッチ１３を
閉じることによりワイヤ１１に加熱電流を通電すればよ
い。
閉じることによりワイヤ１１に加熱電流を通電すればよ
い。
【００２６】
【発明の効果】本発明は次の如き優れた効果を発揮す
る。
る。
【００２７】（１）アノードに堆積する絶縁性のイオン
化材料が除去されるので、カソードフィラメントからの
放電が不安定になることがない。
化材料が除去されるので、カソードフィラメントからの
放電が不安定になることがない。
【００２８】（２）イオン源の分解掃除が不要となり、
容器の密封や不純物の排出が必要なくなるので、使用再
開に手間取ることがなくイオン源の扱いが簡素化され
る。
容器の密封や不純物の排出が必要なくなるので、使用再
開に手間取ることがなくイオン源の扱いが簡素化され
る。
【図１】本発明の一実施例を示すプラズマ室の部分断面
図である。
図である。
【図２】図１の斜視図である。
【図３】本発明の他の実施例を示すイオン源の正面図で
ある。
ある。
【図４】図３のイオン源の側断面図である。
【図５】従来例を示すイオン源の側断面図である。
１ ヒータ ２ プラズマ室 ３ カソードフィラメント ４ （プラズマ室）内壁 ５ （プラズマ室）外壁 ６ 磁石
Claims (2)
- 【請求項１】 プラズマ室内にカソードフィラメントを
設け、プラズマ室外壁に多数の磁石を配置し、プラズマ
室にアノードを設けたバケット型イオン源において、上
記磁石の位置にプラズマ室内壁に沿わせてヒータを設け
たことを特徴とするイオン源。 - 【請求項２】 上記ヒータをワイアで構成すると共にこ
のワイアをアノードとしたことを特徴とする請求項１記
載のイオン源。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04323233A JP3127636B2 (ja) | 1992-12-02 | 1992-12-02 | イオン源 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04323233A JP3127636B2 (ja) | 1992-12-02 | 1992-12-02 | イオン源 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06176888A JPH06176888A (ja) | 1994-06-24 |
| JP3127636B2 true JP3127636B2 (ja) | 2001-01-29 |
Family
ID=18152494
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04323233A Expired - Fee Related JP3127636B2 (ja) | 1992-12-02 | 1992-12-02 | イオン源 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3127636B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU201826U1 (ru) * | 2020-04-09 | 2021-01-14 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова» (МГУ) | Агрегат для переработки породы комковатой структуры в мелкозернистую фракцию |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010027175A (ja) * | 2008-07-23 | 2010-02-04 | Showa Denko HD Singapore Pte Ltd | 炭素膜の形成方法、磁気記録媒体の製造方法、及び炭素膜の形成装置 |
| JP6188224B2 (ja) * | 2013-12-27 | 2017-08-30 | 昭和電工株式会社 | 炭素膜の形成装置、炭素膜の形成方法、及び、磁気記録媒体の製造方法 |
-
1992
- 1992-12-02 JP JP04323233A patent/JP3127636B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU201826U1 (ru) * | 2020-04-09 | 2021-01-14 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова» (МГУ) | Агрегат для переработки породы комковатой структуры в мелкозернистую фракцию |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06176888A (ja) | 1994-06-24 |
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