JP3379227B2 - イオン源装置 - Google Patents
イオン源装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電子放出源にマイクロ
波プラズマカソード（以下ＭＰカソードという）を用い
たイオン源装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来、この種ＭＰカソードを用いたイオ
ン源装置は図２に示すように構成され、同図において、
１は非磁性体金属材料の主筐体、２は主筐体１により形
成された主プラズマ室、３は主筐体１の右側開口部４に
取り付けられたイオンビーム引出電極であり、開口部４
から順の第１電極５，第２電極６，第３電極７からな
る。８は開口部４，各電極５，６，７それぞれの間に介
在する絶縁体、９は主筐体１の外側に設けられたカスプ
磁場発生用の永久磁石である。 【０００３】１０は非磁性金属材料の副筐体、１１は副
筐体１０により形成された副プラズマ室、１２は副筐体
１０の右側の磁性体のフランジ状内蓋、１３は副筐体１
０の蓋板としての内蓋１２と主筐体１の左側開口部１４
との間の絶縁体、１５は内蓋１２の中央の電子放出孔、
１６は副筐体１０の左側の強磁性体金属材料の外蓋、１
７は外蓋１６に形成された副プラズマ室１１のガス導入
口である。 【０００４】１８はマイクロ波導入用の同軸ケーブルで
あり、先端が外蓋１６を介して副プラズマ室１１に貫入
されている。１９は同軸ケーブル１８の先端のアンテ
ナ、２０は副筐体１０の外側に設けられた環状の永久磁
石であり、副プラズマ室１１に電子サイクロトロン共鳴
（ＥＣＲ）条件以上の磁場を発生する。２１は副筐体１
０，副プラズマ室１１，蓋板１２，１６，電子放出孔１
４，ガス導入口１７，同軸ケーブル１８，アンテナ１
９，磁石２０からなるＭＰカソードである。 【０００５】２２は主プラズマ室２に直流放電を発生さ
せる放電電源であり、主筐体１，副筐体１０に副筐体１
０をカソード電位とする向きの直流電圧を印加する。２
３は主筐体１に正の加速電圧を印加する加速電極、２４
は蓋板１２と第１電極５との間に設けられた抵抗、２５
は第２電極２６に負電圧を印加する減速電極である。な
お、第３電極７はアースされている。 【０００６】また、副筐体１０はカソード電位に保持さ
れ、アンテナ１９の先端部はマイクロ波放電を引き起し
易いように副プラズマ室１１の壁面に近接して設けられ
ている。さらに、ＭＰカソード２１内においては、内蓋
１２，外蓋１６及び永久磁石２０により磁気回路が形成
され、アンテナ１９の近傍にＥＣＲ条件以上の磁場が形
成される。 【０００７】そして、副プラズマ室１１内に、ガス導入
口１７よりガスを供給してアンテナ１９よりマイクロ波
を供給すると、マイクロ波放電によって供給ガスが電離
され、副プラズマ室１１内に副プラズマ２６が生成され
る。さらに、放電電源２２の直流電圧により、副プラズ
マ２６から一次電子２７が電子放出孔１５を通って主プ
ラズマ室２内に供給され、直流放電による主プラズマ２
８が形成される。 【０００８】そして、イオン引出電極３のイオン引き出
し作用により、主プラズマ２８よりイオンビーム２９が
引き出される。そして、この種ＭＰカソードを用いたイ
オン源装置はマイクロ波放電によるプラズマを電子供給
源とし、Ｗフィラメント等の熱電子放出材料を用いない
ため、酸素などの反応性ガスに対しても長時間の連続運
転が可能である。 【０００９】 【発明が解決しようとする課題】前記図２の従来装置の
場合、大電流化を図ろうとすると、装置が大型化する等
の問題点がある。すなわち、この種イオン源装置におい
ては、近時、大電流化，特にスパッタ用イオン源等の不
活性ガスイオン源として用いる際の大電流化及び長寿命
化が望まれている。この大電流化に寄与するＭＰカソー
ド２１からの電子放出量は、主，副プラズマ２８，２６
間の電位差及び副プラズマ２６のプラズマ密度にほぼ比
例して増減する。 【００１０】そして、両プラズマ２８，２６間の電位差
は、放電電圧を高くすることにより、ある程度は改善さ
れるが、副プラズマ２６の電位が放電電圧にほぼ比例し
て上昇するため、アルゴン等のスパッタ能率の高いガス
を用いる際は副プラズマ室１１の内壁のスパッタによる
損耗が大幅に増大して寿命が短くなる。 【００１１】また、投入するマイクロ波電力を増加する
ことにより副プラズマ２６のプラズマ密度を高めること
は可能であるが、装置の同軸ケーブル１８，同軸フィー
ドスルー等の許容電力からマイクロ波電力の上限が定ま
るため、大電流化に伴って装置が大型化する。本発明
は、ＭＰカソード２１の大型化、放電電圧の増加等なし
に主プラズマ室２の電子供給量を増加し、装置の大型化
及び寿命低下を防止して大電流化を図ることを目的とす
る。 【００１２】 【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明のイオン源装置においては、カソード電位の
副筐体が形成する副プラズマ室内のマイクロ波放電によ
りプラズマを電子供給源として生成するマイクロ波プラ
ズマカソード（以下ＭＰカソードという）と、 右側開口
部と前記副筐体の蓋板との間に絶縁体が介在した主筐体
により形成され，前記蓋板の電子放出孔から電子が供給
される主プラズマ室と、 前記主筐体に前記副筐体を前記
カソード電位にする向きの直流電圧を印加し，前記主プ
ラズマ室内に直流放電による主プラズマを生成する放電
電源と、前記主筐体の左側開口部に設けられ，前記主プ
ラズマからイオンビームを引き出すイオン引き出し電極
とを備え、かつ、前記蓋板の前記主プラズマ室側の面に
電子放出材料を設け、前記主プラズマ室の前記ＭＰカソ
ード側の面を前記副筐体と同電位の前記電子放出材料で
構成する。 【００１３】 【作用】したがって、主プラズマ室のＭＰカソード側の
面の電子放出材料は副筐体のカソード電位であり、主プ
ラズマによる加熱或いはイオン衝撃により電子を放出
し、この電子はＭＰカソードの蓋板と主プラズマ間のシ
ース領域の電界で加速され、主プラズマ室内で効率よく
閉じこめられてガスの電離に寄与し、ＭＰカソードの大
型化、放電電圧の増加等なく主プラズマ室の電子供給量
が増加する。 【００１４】 【実施例】１実施例について、図１を参照して説明す
る。図１において、図２と同一符号は同一のものを示
し、異なる点は、内蓋１２の主プラズマ室２側の面に電
子放出材料３０が設けられ、主プラズマ室２のＭＰカソ
ード２１に面する面が内蓋１２と同電位の電子放出材料
で構成された点である。 【００１５】そして、図２の場合と同様、ＭＰカソード
２１内においては内蓋１２，外蓋１６及び永久磁石２０
により磁気回路が形成され、アンテナ１９の近傍にＥＣ
Ｒ条件以上の磁場が形成され、副プラズマ室１１内にガ
ス導入口１７よりガスを供給してアンテナ１９よりマイ
クロ波を供給すると、マイクロ波放電によって供給ガス
が電離され、副プラズマ室１１内に副プラズマ２６が生
成される。 【００１６】さらに、放電電源２２の直流電圧により、
副プラズマ２６より一次電子２７が電子放出孔１５を通
って主プラズマ室２内に供給され、直流放電による主プ
ラズマ２８が形成される。このとき、内蓋１２と同電位
の電子放出材料３０は、主プラズマ２８と接することに
よって加熱或いはイオン衝撃され、熱電子，二次電子が
放出される。 【００１７】そして、放出された電子は内蓋１２と主プ
ラズマ２８との間のシース領域で加速され、カスプ磁場
に閉じこめられて供給ガスを電離し、主プラズマ室２の
電子供給量を増加する。この電子供給量の増加により、
主プラズマ２８が一層高密度化され、イオンビーム２９
の引き出し量が増大して大電流化が図られる。 【００１８】そして、放電電圧を高くしないため、副プ
ラズマ室１１のスパッタによる損耗が増大せず、大電流
化に伴う寿命低下が防止される。また、マイクロ波電力
を増大しないため、装置が大型化することもない。とこ
ろで、電子放出材料３０は着脱可能な構造とする方法が
簡易である。また、内蓋１２の少なくとも主プラズマ２
８に面する部分が電子放出材料で構成されてもよい。 【００１９】 【００２０】 【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているため、以下に記載する効果を奏する。とくに、副
プラズマ室１１を形成する副筐体１０の蓋板（内蓋１
２）の主プラズマ室２側の面に電子放出材料３０を設
け、主プラズマ室２のＭＰカソード２１側の面を副筐体
１０と同電位（カソード電位）の電子放出材料３０で構
成したため、この電子放出材料３０が主プラズマ２８に
よる加熱或いはイオン衝撃により電子を放出し、この電
子がＭＰカソード２１の蓋板と主プラズマ２８間のシー
ス領域の電界で加速され、主プラズマ室２内で効率よく
閉じこめられてガスの電離に寄与し、ＭＰカソード２１
の大型化，放電電圧の増加等なく主プラズマ室２の電子
供給量が増加し、主プラズマ２８が一層高密度化されて
イオンビームの引き出し量が増大する。したがって、寿
命の低下及び大型化を防止して装置の大電流化が図れ
る。
波プラズマカソード（以下ＭＰカソードという）を用い
たイオン源装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来、この種ＭＰカソードを用いたイオ
ン源装置は図２に示すように構成され、同図において、
１は非磁性体金属材料の主筐体、２は主筐体１により形
成された主プラズマ室、３は主筐体１の右側開口部４に
取り付けられたイオンビーム引出電極であり、開口部４
から順の第１電極５，第２電極６，第３電極７からな
る。８は開口部４，各電極５，６，７それぞれの間に介
在する絶縁体、９は主筐体１の外側に設けられたカスプ
磁場発生用の永久磁石である。 【０００３】１０は非磁性金属材料の副筐体、１１は副
筐体１０により形成された副プラズマ室、１２は副筐体
１０の右側の磁性体のフランジ状内蓋、１３は副筐体１
０の蓋板としての内蓋１２と主筐体１の左側開口部１４
との間の絶縁体、１５は内蓋１２の中央の電子放出孔、
１６は副筐体１０の左側の強磁性体金属材料の外蓋、１
７は外蓋１６に形成された副プラズマ室１１のガス導入
口である。 【０００４】１８はマイクロ波導入用の同軸ケーブルで
あり、先端が外蓋１６を介して副プラズマ室１１に貫入
されている。１９は同軸ケーブル１８の先端のアンテ
ナ、２０は副筐体１０の外側に設けられた環状の永久磁
石であり、副プラズマ室１１に電子サイクロトロン共鳴
（ＥＣＲ）条件以上の磁場を発生する。２１は副筐体１
０，副プラズマ室１１，蓋板１２，１６，電子放出孔１
４，ガス導入口１７，同軸ケーブル１８，アンテナ１
９，磁石２０からなるＭＰカソードである。 【０００５】２２は主プラズマ室２に直流放電を発生さ
せる放電電源であり、主筐体１，副筐体１０に副筐体１
０をカソード電位とする向きの直流電圧を印加する。２
３は主筐体１に正の加速電圧を印加する加速電極、２４
は蓋板１２と第１電極５との間に設けられた抵抗、２５
は第２電極２６に負電圧を印加する減速電極である。な
お、第３電極７はアースされている。 【０００６】また、副筐体１０はカソード電位に保持さ
れ、アンテナ１９の先端部はマイクロ波放電を引き起し
易いように副プラズマ室１１の壁面に近接して設けられ
ている。さらに、ＭＰカソード２１内においては、内蓋
１２，外蓋１６及び永久磁石２０により磁気回路が形成
され、アンテナ１９の近傍にＥＣＲ条件以上の磁場が形
成される。 【０００７】そして、副プラズマ室１１内に、ガス導入
口１７よりガスを供給してアンテナ１９よりマイクロ波
を供給すると、マイクロ波放電によって供給ガスが電離
され、副プラズマ室１１内に副プラズマ２６が生成され
る。さらに、放電電源２２の直流電圧により、副プラズ
マ２６から一次電子２７が電子放出孔１５を通って主プ
ラズマ室２内に供給され、直流放電による主プラズマ２
８が形成される。 【０００８】そして、イオン引出電極３のイオン引き出
し作用により、主プラズマ２８よりイオンビーム２９が
引き出される。そして、この種ＭＰカソードを用いたイ
オン源装置はマイクロ波放電によるプラズマを電子供給
源とし、Ｗフィラメント等の熱電子放出材料を用いない
ため、酸素などの反応性ガスに対しても長時間の連続運
転が可能である。 【０００９】 【発明が解決しようとする課題】前記図２の従来装置の
場合、大電流化を図ろうとすると、装置が大型化する等
の問題点がある。すなわち、この種イオン源装置におい
ては、近時、大電流化，特にスパッタ用イオン源等の不
活性ガスイオン源として用いる際の大電流化及び長寿命
化が望まれている。この大電流化に寄与するＭＰカソー
ド２１からの電子放出量は、主，副プラズマ２８，２６
間の電位差及び副プラズマ２６のプラズマ密度にほぼ比
例して増減する。 【００１０】そして、両プラズマ２８，２６間の電位差
は、放電電圧を高くすることにより、ある程度は改善さ
れるが、副プラズマ２６の電位が放電電圧にほぼ比例し
て上昇するため、アルゴン等のスパッタ能率の高いガス
を用いる際は副プラズマ室１１の内壁のスパッタによる
損耗が大幅に増大して寿命が短くなる。 【００１１】また、投入するマイクロ波電力を増加する
ことにより副プラズマ２６のプラズマ密度を高めること
は可能であるが、装置の同軸ケーブル１８，同軸フィー
ドスルー等の許容電力からマイクロ波電力の上限が定ま
るため、大電流化に伴って装置が大型化する。本発明
は、ＭＰカソード２１の大型化、放電電圧の増加等なし
に主プラズマ室２の電子供給量を増加し、装置の大型化
及び寿命低下を防止して大電流化を図ることを目的とす
る。 【００１２】 【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明のイオン源装置においては、カソード電位の
副筐体が形成する副プラズマ室内のマイクロ波放電によ
りプラズマを電子供給源として生成するマイクロ波プラ
ズマカソード（以下ＭＰカソードという）と、 右側開口
部と前記副筐体の蓋板との間に絶縁体が介在した主筐体
により形成され，前記蓋板の電子放出孔から電子が供給
される主プラズマ室と、 前記主筐体に前記副筐体を前記
カソード電位にする向きの直流電圧を印加し，前記主プ
ラズマ室内に直流放電による主プラズマを生成する放電
電源と、前記主筐体の左側開口部に設けられ，前記主プ
ラズマからイオンビームを引き出すイオン引き出し電極
とを備え、かつ、前記蓋板の前記主プラズマ室側の面に
電子放出材料を設け、前記主プラズマ室の前記ＭＰカソ
ード側の面を前記副筐体と同電位の前記電子放出材料で
構成する。 【００１３】 【作用】したがって、主プラズマ室のＭＰカソード側の
面の電子放出材料は副筐体のカソード電位であり、主プ
ラズマによる加熱或いはイオン衝撃により電子を放出
し、この電子はＭＰカソードの蓋板と主プラズマ間のシ
ース領域の電界で加速され、主プラズマ室内で効率よく
閉じこめられてガスの電離に寄与し、ＭＰカソードの大
型化、放電電圧の増加等なく主プラズマ室の電子供給量
が増加する。 【００１４】 【実施例】１実施例について、図１を参照して説明す
る。図１において、図２と同一符号は同一のものを示
し、異なる点は、内蓋１２の主プラズマ室２側の面に電
子放出材料３０が設けられ、主プラズマ室２のＭＰカソ
ード２１に面する面が内蓋１２と同電位の電子放出材料
で構成された点である。 【００１５】そして、図２の場合と同様、ＭＰカソード
２１内においては内蓋１２，外蓋１６及び永久磁石２０
により磁気回路が形成され、アンテナ１９の近傍にＥＣ
Ｒ条件以上の磁場が形成され、副プラズマ室１１内にガ
ス導入口１７よりガスを供給してアンテナ１９よりマイ
クロ波を供給すると、マイクロ波放電によって供給ガス
が電離され、副プラズマ室１１内に副プラズマ２６が生
成される。 【００１６】さらに、放電電源２２の直流電圧により、
副プラズマ２６より一次電子２７が電子放出孔１５を通
って主プラズマ室２内に供給され、直流放電による主プ
ラズマ２８が形成される。このとき、内蓋１２と同電位
の電子放出材料３０は、主プラズマ２８と接することに
よって加熱或いはイオン衝撃され、熱電子，二次電子が
放出される。 【００１７】そして、放出された電子は内蓋１２と主プ
ラズマ２８との間のシース領域で加速され、カスプ磁場
に閉じこめられて供給ガスを電離し、主プラズマ室２の
電子供給量を増加する。この電子供給量の増加により、
主プラズマ２８が一層高密度化され、イオンビーム２９
の引き出し量が増大して大電流化が図られる。 【００１８】そして、放電電圧を高くしないため、副プ
ラズマ室１１のスパッタによる損耗が増大せず、大電流
化に伴う寿命低下が防止される。また、マイクロ波電力
を増大しないため、装置が大型化することもない。とこ
ろで、電子放出材料３０は着脱可能な構造とする方法が
簡易である。また、内蓋１２の少なくとも主プラズマ２
８に面する部分が電子放出材料で構成されてもよい。 【００１９】 【００２０】 【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているため、以下に記載する効果を奏する。とくに、副
プラズマ室１１を形成する副筐体１０の蓋板（内蓋１
２）の主プラズマ室２側の面に電子放出材料３０を設
け、主プラズマ室２のＭＰカソード２１側の面を副筐体
１０と同電位（カソード電位）の電子放出材料３０で構
成したため、この電子放出材料３０が主プラズマ２８に
よる加熱或いはイオン衝撃により電子を放出し、この電
子がＭＰカソード２１の蓋板と主プラズマ２８間のシー
ス領域の電界で加速され、主プラズマ室２内で効率よく
閉じこめられてガスの電離に寄与し、ＭＰカソード２１
の大型化，放電電圧の増加等なく主プラズマ室２の電子
供給量が増加し、主プラズマ２８が一層高密度化されて
イオンビームの引き出し量が増大する。したがって、寿
命の低下及び大型化を防止して装置の大電流化が図れ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施例の切断正面図である。
【図２】従来例の切断正面図である。
【符号の説明】
２ 主プラズマ室
３ イオン引出電極
１５ 電子放出孔
２１ ＭＰカソード
３０ 電子放出材料
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 カソード電位の副筐体が形成する副プラ
ズマ室内のマイクロ波放電によりプラズマを電子供給源
として生成するマイクロ波プラズマカソード（以下ＭＰ
カソードという）と、右側開口部と前記副筐体の蓋板との間に絶縁体が介在し
た主筐体により形成され，前記蓋板 の電子放出孔から電
子が供給される主プラズマ室と、前記両筐体に前記副筐体を前記カソード電位にする向き
の直流電圧を印加し，前記主プラズマ室内に直流放電に
よる主プラズマを生成する放電電源と、 前記主筐体の左側開口部に設けられ，前記主プラズマか
らイオンビームを引き出すイオン引き出し電極とを備
え、 かつ、前記蓋板の前記主プラズマ室側の面に電子放出材
料を設け、 前記主プラズマ室の前記ＭＰカソード側の面
を前記副筐体と同電位の前記電子放出材料で構成したこ
とを特徴とするイオン源装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17338394A JP3379227B2 (ja) | 1994-06-30 | 1994-06-30 | イオン源装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17338394A JP3379227B2 (ja) | 1994-06-30 | 1994-06-30 | イオン源装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0817378A JPH0817378A (ja) | 1996-01-19 |
| JP3379227B2 true JP3379227B2 (ja) | 2003-02-24 |
Family
ID=15959387
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17338394A Expired - Fee Related JP3379227B2 (ja) | 1994-06-30 | 1994-06-30 | イオン源装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3379227B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100663206B1 (ko) * | 2004-12-08 | 2007-01-02 | 한국전기연구원 | 플라즈마 이온 주입 장치의 이차 전자 차폐 장치 |
| JP6124715B2 (ja) * | 2013-07-08 | 2017-05-10 | 住友重機械工業株式会社 | マイクロ波イオン源及びイオン引出部 |
-
1994
- 1994-06-30 JP JP17338394A patent/JP3379227B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0817378A (ja) | 1996-01-19 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |