JP3141331B2 - イオンビーム発生装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はアーク放電により発生し
たイオンをイオンビーム状にして引き出すイオンビーム
発生装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】イオンビーム発生装置ではフリーマン
型、バルナス型などのイオンソースが使用されている。
これらのイオンソースでは、図３に示すように、ソース
物質をイオン化するために外部から磁場を印加するが、
これがアーク発生室１の外部に漏れ磁場Ｘを形成する。

【０００３】ところで、アーク発生室１に形成されたス
リット３を通してイオンビームの引出し電極５によって
引き出されたイオンビームＢは、漏れ磁場Ｘによって曲
げられるため、図４に示すように引出し電極６をスリッ
ト３に対して横方向にずらしてイオンビームＢの引出し
方向を矯正していた。なお、図３、図４において、７は
接地電極、８はソースマグネット、９はフィラメント、
１１はソースオーブン、１３はヒ一タ、１４はイオンビ
ームディファイニングアパーチヤーである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この方法によ
ると図５に示すように細長いスリットを有するアーク発
生室のスリット３と細長いスリットを有する引出し電極
５が相対的にずれているため、イオンビームＢの一部が
電極近くを通り、場合によっては引出し電極５と衝突
し、引出し電極５、接地電極７を通り抜けるイオンビー
ム電流を減少させるという不都合がある。

【０００５】また、このようにイオンビームＢが引出し
電極５に衝突すると、アウトガスが発生し、これがスリ
ット３と引出し電極５間の放電を引き起こし、安定した
イオンビームＢの引出しが行なえないという事態が発生
する。特に低エネルギーの引出しにおいては、スリット
３と引出し電極５との間の間隔が狭くなるので、この問
題は深刻なものとなる。

【０００６】そこで、上記したような漏れ磁場を減少さ
せるために、図６に示すように、イオンソースを囲むソ
ースシールド１５に鉄片１７を加えるなどの対策を実施
したが、これでも漏れ磁場を減少することができなかっ
た。

【０００７】本発明はこのような問題に鑑みて提案され
たもので、可能な限り漏れ磁場を取り除き、引出しイオ
ンビームの曲げを小さくし、安定したイオンビームの引
出しを行なうことのできるイオンビーム発生装置を提供
することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、イオンソース
のアーク発生室に外部から磁場を印加してイオンビーム
を発生させる形式のイオンビーム発生装置において、ア
ーク発生室の細長いスリットの近傍にイオンビームの引
出し電極の細長いスリットを配置し、イオンビームの引
出し電極を通過したイオンビームの通路におけるイオン
ビームの引出し電極の後方に設置された細長いスリット
を有する接地電極の下流側の位置には、該イオンビーム
の通路を囲繞するようにシールドを接地電極に接続する
ように設け、イオンビームの引出し電極および接地電極
の各スリットの細長いスリット形状と略相似する形状で
イオンビームを囲繞するよう該シールドの形状を構成
し、該シールドを磁性体材料にて構成したことを特徴と
する。

【０００９】

【作用】本発明によれば、イオンビームの引出し電極を
通過したイオンビームの通路におけるイオンビームの引
出し電極近傍の部分を磁性体からなるシールドで囲繞し
たことにより、引出しイオンビームが受ける漏れ磁場
（イオン源からの漏れ磁場）の影響が大きく減少し、漏
れ磁場によるイオンビームの曲がりは少なくなり、イオ
ンビームの曲がりを補正するために引出し電極をスリッ
トに対して相対的にずらす必要をなくすことができる。
アーク発生室のスリットの近傍に引出し電極のスリット
を配置して、更に、引出し電極の後方にシールドを接地
電極に接続するように設けたから、アーク発生室にでき
る限り接近した位置を磁気シールドすることができて、
アーク発生室のスリットから出たイオンビームをできる
だけ初期の段階でその拡大や発散を適確に防ぐことがで
きる。シールドを接地電極に接続したから、電気的に接
地電位であり、安定度が高い。また、シールドを細長い
イオンビーム引出し電極と接地電極のスリットの形状と
略相似する形状としたから、細長いイオンビーム引出し
電極から引き出される細長いイオンビームの側部に密接
して磁気シールド作用とイオンビームのガイド作用を得
ることができて、引出し電極をスリットに対してずらす
必要がない。このため、イオンビームの一部が引出し電
極に衝突するといった事態の発生もなくなり、イオンビ
ームの衝突により発生する二次電子の発生を押さえら
れ、引出し電極を通り抜けるイオンビーム電流が減少す
るのを防止することができる。さらに、イオンビームの
一部が引出し電極に衝突することが防止されれば、アウ
トガスの発生もそれだけ抑制されることになり、放電が
減少し、安定したイオンビームの引出しが行なえる。

【００１０】

【実施例】図１に示すように、アーク発生室１内ではソ
ースマグネット（図示せず）による外部磁場の下で高温
に熱せられたフィラメント（図示せず）から飛び出す熱
電子でガスをイオン化する。イオン化されたガスはアー
ク発生室１のスリット３を通してその下流側に設けられ
たイオンビームの引出し電極５によって引き出された
後、接地電極７を通過する。接地電極７の下流側にはイ
オンビームＢの通路を覆うようにシールド３０が設けら
れており、イオンビームＢはこのシールド３０で囲繞さ
れた空間内を通過する。シールド３０は、図１から明ら
かなように接地電極７に接するように設けられている。

【００１１】通常、イオンビームの通路に設けられるシ
ールドは、ＳＵＳ等の金属材料から構成される。これ
は、引出しイオンビームＢ中に混在する電子の散逸を阻
止し、イオンビームの正電荷を中和し、イオンビームが
急速に拡がるのを防止するためである。

【００１２】これに対し本発明においては、シールド３
０を非磁性体のＳＵＳではなく、鉄などの磁性体で構成
する。これにより、図２に示すように、シールド３０に
囲繞されたイオンビーム通路内に漏れ磁場Ｘが侵入しな
いようにし、図４で示したようなイオンビームＢの曲が
りが生じることを防止できる。

【００１３】なお、本発明においては、電極サポート２
１内に冷却管２３を配設し、直接シールド３０を冷却
し、イオンビーム引出し時の加熱により鉄材の磁気変態
点であるキュリー温度を越えないようにしている。

【００１４】本発明におけるシールド３０は、囲繞部が
連続し、一体的に構成されたものであっても、また、図
２に示すように左右に分割されたものであっても良い。

【００１５】

【発明の効果】本発明によれば、イオンビームの引出し
電極を通過したイオンビームの通路におけるイオンビー
ム引出し電極近傍の部分を磁性体からなるシールドで囲
繞したことにより、引出しイオンビームが受ける漏れ磁
場（イオン源からの漏れ磁場）の影響が大きく減少し、
漏れ磁場によるイオンビームの曲がりは少なくなり、イ
オンビ一ムの曲がりを補正するために引出し電極をスリ
ットに対して相対的にずらす必要をなくすことができ
る。アーク発生室のスリットの近傍に引出し電極のスリ
ットを配置して、さらに、引出し電極の後方にシールド
を接地電極に接続するように設けたから、アーク発生室
にできる限り接近した位置を磁気シールドすることがで
きて、アーク発生室のスリットから出たイオンビームを
できるだけ初期の段階でその拡大や発散を適確に防ぐこ
とができる。シールドを接地電極に接続したから、電気
的にも接地電位であり、安定度が高い。また、シールド
を細長いイオンビーム引出し電極と接地電極のスリット
の形状と略相似する形状としたから、細長いイオンビー
ム引出し電極から引き出される細長いイオンビームの側
部に密接して磁気シールド作用とイオンビームのガイド
作用を得ることができて、引出し電極をスリットに対し
てずらす必要がない。このため、イオンビームの一部が
引出し電極に衝突するといった事態の発生もなくなり、
二次電子の発生を押さえられ、引出し電極を通り抜ける
イオンビーム電流の減少を防止することができる。

【００１６】また、上記したように、イオンビームの一
部が引出し電極に衝突することが防止されれば、アウト
ガスの発生もそれだけ抑制されることになり、放電が減
少し、安定したイオンビームの引出しが行なえる。

【００１７】したがって、本イオンビーム発生装置を各
種イオンビーム応用装置にて使用する場合、イオンビー
ムの乱れが無く発散の少ない安定した理想的イオンビー
ムが得られるすぐれた特徴を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のイオンビーム発生装置の基本的構成を
示した図。

【図２】図１のイオンビーム発生装置を矢印方向から見
た図。

【図３】図１のイオンビーム発生装置の原理を説明する
ための図。

【図４】従来のイオンビーム発生装置の作用を説明する
ための図。

【図５】従来のイオンビーム発生装置の作用を説明する
ための図。

【図６】従来のイオンビーム発生装置の作用を説明する
ための図。

【符号の説明】

１ アーク発生室 ３ スリット ５ 引出し電極 ７ 接地電極 ９ フィラメント １３ ヒータ １５ ソースシールド １７ 鉄片 ２１ 電極サポート ２３ 冷却管 ３０ シールド（磁性体）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−294331（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−46418（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−132652（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−113256（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01J 27/00 - 27/26 H01J 37/08

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 イオンソースのアーク発生室に外部から
   磁場を印加してイオンビームを発生させる形式のイオン
   ビーム発生装置において、 アーク発生室の細長いスリットの近傍にイオンビームの
   引出し電極の細長いスリットを配置し、 イオンビームの引出し電極を通過したイオンビームの通
   路におけるイオンビームの引出し電極の後方に設置され
   た細長いスリットを有する接地電極の下流側の位置に
   は、該イオンビームの通路を囲繞するようにシールドを
   接地電極に接続するように設け、 イオンビームの引出し電極および接地電極の各スリット
   の細長いスリット形状と略相似する形状でイオンビーム
   を囲繞するよう該シールドの形状を構成し、 該シールドを磁性体材料にて構成したことを特徴とする
   イオンビーム発生装置。