JP3454388B2 - イオンビーム発生装置のアーク放電方法 - Google Patents
イオンビーム発生装置のアーク放電方法Info
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- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、イオンビーム発生装置
のアーク放電方法に係わり、更に詳しくは、多価電離イ
オンの割合が高いイオンビームを連続して発生するイオ
ンビーム発生装置におけるアーク点孤方法に関する。 【０００２】 【従来の技術】真空アーク放電によりカソードを構成す
る物質を気化し、かつイオン化して金属プラズマを形成
し、この金属プラズマからイオンビームを抽出する装置
が既に開示されている（例えば特開昭６３−２７６８５
８号公報）。このイオンビーム発生装置は、図５に例示
するように、真空室１、カソード２、アノード３、アノ
ード保持部材４、トリガー電極５、コイル６、イオン抽
出電極７、等から構成され、カソード２と同心状に配置
したトリガー電極５の間に微小放電を起こさせ、これに
よってカソード２とアノード３の間にアーク放電を発生
させ、このアーク放電によりカソード２の一部を気化さ
せてプラズマ８を形成し、コイル６により形成された磁
場によりプラズマ８をアノード３の開口部を通過させ、
更にイオン抽出電極７によりアノード３を通過したプラ
ズマ８からイオンビーム９を抽出するようになってい
た。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】しかし、かかるイオン
ビーム発生装置では、陽極（アノード３）、陰極（カソ
ード２）の他にトリガー電極５を必要とし、このトリガ
ー電極の消耗が激しく数ミリ秒の短時間しかイオンビー
ムを発生できない問題点があった。更に、この装置は、
構造が複雑であり、かつトリガー電極による放電のた
め、電源容量が大型となる問題点があった。 【０００４】本発明は、かかる問題点を解決するために
創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、寿
命の短いトリガー電極を用いることなく安定してアーク
放電を発生させることができ、これによりイオンビーム
を連続して発生することができ、各電極の寿命が長く、
かつ装置を小型でシンプルにでき、電源容量も小型にで
きるアーク放電方法を提供することにある。 【０００５】 【課題を解決するための手段】本発明によれば、仕切り
板で第１チャンバーと第２チャンバーに区分された真空
容器と、第１チャンバー内に配置され負に印加されるカ
ソードと、該カソードに対向する位置の前記仕切り板に
設けられ第１貫通孔を有する第１アノードと、カソード
と第１貫通孔を結ぶ軸線上の第２チャンバー壁に設けら
れ第２貫通孔を有する第２アノードと、該第２アノード
に隣接してカソードと反対側に設けられ金属プラズマか
らイオンビームを発生させるイオンビーム抽出電極と、
を備えたイオンビーム発生装置のアーク放電方法におい
て、真空容器内にガスを封入した状態で第１チャンバー
の圧力ｐ1と、カソードと第１アノードの距離Ｌ1との積
ｐ1×Ｌ1が前記ガスの放電開始電圧Ｖsの極小値にほぼ
一致するように真空容器内を真空排気し、かつ、第２チ
ャンバーの圧力ｐ 2 が前記圧力ｐ 1 より低く、かつカソー
ドと第２アノードの距離Ｌ 2 との積ｐ 2 ×Ｌ 2 が前記ガス
の放電開始電圧Ｖ s の極小値にほぼ一致するように前記
第１チャンバーと第２チャンバーをそれぞれ独立に差動
排気し、次いで前記極小値以上の高電圧小電流を第１ア
ノード及び第２アノードとカソード間に印加して、第１
アノードとカソードの間にグロー放電を発生させ、次い
で、前記高電圧低電流を低電圧大電流に切り換えて、前
記グロー放電を第２アノードとカソードの間のアーク放
電に転移させる、ことを特徴とするイオンビーム発生装
置のアーク放電方法が提供される。 【０００６】 【０００７】 【作用】上記本発明の方法によれば、第１アノードとカ
ソード間にグロー放電を発生させ、これを第２アノード
とカソードの間のアーク放電に転移させるので、複雑で
消耗の激しいトリガー電極を用いることなく、安定して
アーク放電を発生させることができる。また、このアー
ク放電により、真空チャンバー内に金属プラズマが一旦
形成されると、イオンビーム抽出電極によりイオンビー
ムを発生させることができ、このイオンビームは第１ア
ノード及び第２アノードに直接接触することなく、第１
貫通孔及び第２貫通孔を通過するので、第１アノード及
び第２アノードの消耗はほとんどなく、イオンビームを
連続して発生させることができる。 【０００８】また、積ｐ1 ×Ｌ1 がガスの放電開始電圧
Ｖs の極小値にほぼ一致するように真空容器内を真空排
気するので、グロー放電を発生させるための電源容量を
小さくすることができる。更に、積ｐ2 ×Ｌ2 がガスの
放電開始電圧Ｖs の極小値にほぼ一致するように第１チ
ャンバーと第２チャンバーをそれぞれ独立に差動排気す
るので、低電圧大電流に切り換えてアーク放電に転移さ
せるための電源容量も小さくすることができる。 【０００９】 【実施例】以下、本発明の好ましい実施例を図面を参照
して説明する。図１は、本発明によるアーク放電方法を
適用するイオンビーム発生装置の全体構成図である。こ
の図において、イオンビーム発生装置２０は、仕切り板
２１で第１チャンバー２２と第２チャンバー２３に区分
された真空容器２４と、第１チャンバー２２内に配置さ
れ負に印加されるカソード２７と、カソード２７に対向
する位置の仕切り板２１に設けられ第１貫通孔２５を有
する第１アノード２６と、カソード２７と第１貫通孔２
５を結ぶ軸線Ｚ上の第２チャンバー壁に設けられ第２貫
通孔２４ａを有する第２アノード２８と、第２アノード
２８に隣接してカソードと反対側に設けられ金属プラズ
マからイオンビーム３８を発生させるイオンビーム抽出
電極３７と、を備えている。 【００１０】第１チャンバー２２と第２チャンバー２３
は、図示しない真空装置によりそれぞれ独立に真空排気
され、これにより、アークプラズマ３２の発生時にカソ
ードが蒸発して金属イオンが発生する第１チャンバー２
２よりも第２チャンバー２３の圧力圧力が低くなるよう
に差動排気するようになっている。 【００１１】また、図１に示すように、このイオンビー
ム発生装置２０は、第２チャンバー２３内にマイクロ波
を導入するマイクロ波装置（導入部２９と図示しないマ
イクロ波発生装置からなる）と、第１チャンバー２２及
び第２チャンバー２３内に発生するプラズマを少なくと
も一時的に封じ込める磁場を発生させる磁場発生装置３
０とを更に備えている。 【００１２】磁場発生装置３０は、マルチカスプ磁場を
形成するための複数の永久磁石３０ａと、その両側に設
けられたミラー磁場を形成するための空心コイル３０
ｂ、３０ｃとからなり、これらの２つの磁場により、第
１チャンバー２２及び第２チャンバー２３内にプラズマ
閉じ込め空間を形成するようになっている。なお、磁場
発生装置３０は、かかる構成に限定されず、例えば、特
開平５−１０１７９９号に開示したような種々の構成の
ものであってもよい。マイクロ波導入部２９から導入す
るマイクロ波と磁場発生装置３０による磁場とは、電子
サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）条件を満たすように設定
する。かかる構成により、マイクロ波によるマイクロ波
プラズマの発生、及び金属プラズマの加熱にＥＣＲを利
用することができる。 【００１３】上述した装置は以下のように使用される。
すなわち、真空チャンバー２２、２３内を真空（例えば
１０-2〜１０-4Torr) に保持し、アノード２６とカソー
ド２７との間に真空アーク放電３１を発生させてカソー
ド物質の金属プラズマを形成し、この状態で真空チャン
バー２２、２３内の真空度を１０-5〜１０-6Torrに保
ち、磁場発生装置３０による磁場により金属プラズマを
一時的に封じ込め、かつマイクロ波により金属プラズマ
を加熱して多価電離イオンの割合を増加させ、イオンビ
ーム抽出電極３７による電界により金属プラズマからイ
オンビーム３８を発生させる。このイオンビーム３８
は、真空容器に設けられた別の装置に導入し、金属プラ
ズマの分離、金属膜形成、基板内部への異種金属の打ち
込み、Ｘ線ソース、レーザ源、等の用途に利用すること
ができる。 【００１４】イオンビーム発生装置２０は、カソード２
７と第１アノード２６及び第２アノード２８の間に放電
を起こさせるための電源装置１０と、イオンビーム抽出
電極３７に電圧を印加するためのイオンビーム抽出電源
３９ａ、３９ｂを備えている。 【００１５】図２は、電源装置１０の構成図（Ａ）とそ
の回路図（Ｂ）である。図２（Ａ）に示すように、電源
装置１０は、低電圧大電流電源１２、高電圧小電流電源
１４、遅延接続回路１６、コイルＬ1 、Ｌ2 、抵抗Ｒ、
等からなる。また、図２（Ｂ）に示すように、低電圧大
電流電源１２（以下、低電圧電源）は、変圧器１１の二
次側とこれに接続されたブリッジ整流回路からなる。ブ
リッジ整流回路の陽極（＋）ａは、コイルＬ1 を介して
図の接点Ａに接続され、接点Ａは図１の第１アノード２
６と第２アノード２８に接続されている。また、ブリッ
ジ整流回路の陰極（−）ｂは、遅延接続回路１６を介し
て図の接点Ｃに接続され、接点Ｃは、図１のカソード２
７に接続されている。かかる構成により、遅延接続回路
１６がＯＮの状態で低電圧電源１２により接点Ａ／Ｃ間
に低電圧大電流を印加することができる。この低電圧大
電流は、約２００Ｖ／２５０Ａから約６０Ｖ／５０Ａ程
度に設定するのがよい。 【００１６】高電圧小電流電源１４（以下、高電圧電
源）は、変圧器１１の二次側とこれに直列に接続された
３つのブリッジ整流回路１４ａからなり、その陽極ｃが
低電圧大電流電源１２の陰極ｂに接続され、その陰極ｄ
がコイルＬ2 及び抵抗Ｒを介して接点Ｃに接続されてい
る。かかる構成により、遅延接続回路１６がＯＦＦの状
態で高電圧電源１４の電圧と低電圧電源１２の電圧を加
算した高電圧を接点Ａ／Ｃ間に印加することができる。
この高電圧小電流は、約１．２ＫＶ／２０ｍＡ程度であ
るようにトランス及び抵抗Ｒを設定するのがよい。 【００１７】遅延接続回路１６は、ダイオードとコンデ
ンサからなり、起動時の短時間、そのラインを遮断（Ｏ
ＦＦ）し、その後はダイオードにより接点Ｃから低電圧
大電流電源１２の陰極ｂに電流を流すようになってい
る。 【００１８】上述した回路構成により、電源装置１０に
よる接点Ａ／Ｃ間の電圧及び電流は図３に模式的に示す
ようになる。すなわち、変圧器１１の一次側に交流電源
が印加されていないときには、遅延接続回路１６のコン
デンサは放電した状態にあり、遅延接続回路１６はＯＦ
Ｆとなっている。変圧器１１の一次側に交流電源を印加
すると、高電圧電源１４の電圧と低電圧電源１２の電圧
が加算されて、電流がｃ→ｂ→ａ→Ｌ1 →Ａ→Ｃ→Ｒ→
Ｌ2 →ｄと流れ、接点Ａ／Ｃ間に例えば約１．２ＫＶ／
２０ｍＡ程度の高電圧小電流が印加される。この電流
（小電流）は、コイルＬ1 、Ｌ2 と抵抗Ｒにより設定す
ることができる。 【００１９】次いで遅延接続回路１６のコンデンサが飽
和すると、遅延接続回路１６はＯＮとなり、抵抗Ｒによ
り高電圧電源１４の陰極ｄへ戻る電流は少ないため、低
電圧電源１２により電流がａ→Ｌ1 →Ａ→Ｃ→ｂと流
れ、接点Ａ／Ｃ間に低電圧大電流が印加される。この電
流（大電流）は、定常時にはコイルＬ1 の抵抗が小さい
ため、トランス１１により設定することができる。 【００２０】図４は、放電開始電圧Ｖs とガス圧力ｐと
放電距離Ｌとの積ｐ×Ｌとの関係を示す図である。この
図に示すように、積ｐ×Ｌのある値で放電開始電圧Ｖs
が極小値となることは、パッシェン(Paschen) の法則と
して知られている。本発明の方法によれば、真空容器内
にガスを封入した状態で第１チャンバー２２の圧力ｐ1
と、カソード２７と第１アノード２６の距離Ｌ1 との積
ｐ1 ×Ｌ1がガスの放電開始電圧Ｖs の極小値にほぼ一
致するように真空容器内を真空排気し、次いで図２に示
した電源装置１０により、前記極小値以上の高電圧小電
流を第１アノード２６及び第２アノード２８とカソード
２７間に印加して、第１アノード２６とカソード２７の
間にグロー放電３１を発生させ、次いで、図２の遅延接
続回路１６により高電圧低電流を低電圧大電流に切り換
えて、グロー放電３１を第２アノード２８とカソード２
７の間のアーク放電に転移させる。ガスには、ヘリウム
（Ｈｅ）又はアルゴン（Ａｒ）を用いるのがよい。 【００２１】上述した方法により、第１アノード２６と
カソード２７間にグロー放電３１を発生させ、これを第
２アノード２８とカソード２７の間のアーク放電に転移
させるので、複雑で消耗の激しいトリガー電極を用いる
ことなく、安定してアーク放電を発生させることができ
る。また、このアーク放電により、真空チャンバー内に
金属プラズマが一旦形成されると、金属プラズマ３２は
第１アノード２６及び第２アノード２８に直接接触する
ことなく、第１貫通孔２５及び第２貫通孔２４ａを通過
するので、第１アノード２６及び第２アノード２８の消
耗はほとんどなく、イオンビームを連続して発生するこ
とができる。 【００２２】また、積ｐ1 ×Ｌ1 がガスの放電開始電圧
Ｖs の極小値にほぼ一致するように真空容器内を真空排
気するので、グロー放電２６を発生させるための電源容
量を小さくすることができる。更に、第２チャンバー２
３の圧力ｐ2 が前記圧力ｐ1より低く、かつカソード２
７と第２アノード２８の距離Ｌ2 との積ｐ2 ×Ｌ2 がガ
スの放電開始電圧Ｖs の極小値にほぼ一致するように第
１チャンバー２２と第２チャンバー２３をそれぞれ独立
に差動排気することが好ましく、これにより、低電圧大
電流に切り換えてアーク放電に転移させるための電源容
量も小さくすることができる。 【００２３】なお、本発明は上述した実施例に限定され
ず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できるこ
とは勿論である。 【００２４】 【発明の効果】上述したように、本発明のイオンビーム
発生装置のアーク放電方法は、寿命の短いトリガー電極
を用いることなく安定してアーク放電を発生させること
ができ、これによりイオンビームを連続して発生するこ
とができ、各電極の寿命が長く、かつ装置を小型でシン
プルにでき、電源容量も小型にできる等の優れた効果を
有する。
のアーク放電方法に係わり、更に詳しくは、多価電離イ
オンの割合が高いイオンビームを連続して発生するイオ
ンビーム発生装置におけるアーク点孤方法に関する。 【０００２】 【従来の技術】真空アーク放電によりカソードを構成す
る物質を気化し、かつイオン化して金属プラズマを形成
し、この金属プラズマからイオンビームを抽出する装置
が既に開示されている（例えば特開昭６３−２７６８５
８号公報）。このイオンビーム発生装置は、図５に例示
するように、真空室１、カソード２、アノード３、アノ
ード保持部材４、トリガー電極５、コイル６、イオン抽
出電極７、等から構成され、カソード２と同心状に配置
したトリガー電極５の間に微小放電を起こさせ、これに
よってカソード２とアノード３の間にアーク放電を発生
させ、このアーク放電によりカソード２の一部を気化さ
せてプラズマ８を形成し、コイル６により形成された磁
場によりプラズマ８をアノード３の開口部を通過させ、
更にイオン抽出電極７によりアノード３を通過したプラ
ズマ８からイオンビーム９を抽出するようになってい
た。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】しかし、かかるイオン
ビーム発生装置では、陽極（アノード３）、陰極（カソ
ード２）の他にトリガー電極５を必要とし、このトリガ
ー電極の消耗が激しく数ミリ秒の短時間しかイオンビー
ムを発生できない問題点があった。更に、この装置は、
構造が複雑であり、かつトリガー電極による放電のた
め、電源容量が大型となる問題点があった。 【０００４】本発明は、かかる問題点を解決するために
創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、寿
命の短いトリガー電極を用いることなく安定してアーク
放電を発生させることができ、これによりイオンビーム
を連続して発生することができ、各電極の寿命が長く、
かつ装置を小型でシンプルにでき、電源容量も小型にで
きるアーク放電方法を提供することにある。 【０００５】 【課題を解決するための手段】本発明によれば、仕切り
板で第１チャンバーと第２チャンバーに区分された真空
容器と、第１チャンバー内に配置され負に印加されるカ
ソードと、該カソードに対向する位置の前記仕切り板に
設けられ第１貫通孔を有する第１アノードと、カソード
と第１貫通孔を結ぶ軸線上の第２チャンバー壁に設けら
れ第２貫通孔を有する第２アノードと、該第２アノード
に隣接してカソードと反対側に設けられ金属プラズマか
らイオンビームを発生させるイオンビーム抽出電極と、
を備えたイオンビーム発生装置のアーク放電方法におい
て、真空容器内にガスを封入した状態で第１チャンバー
の圧力ｐ1と、カソードと第１アノードの距離Ｌ1との積
ｐ1×Ｌ1が前記ガスの放電開始電圧Ｖsの極小値にほぼ
一致するように真空容器内を真空排気し、かつ、第２チ
ャンバーの圧力ｐ 2 が前記圧力ｐ 1 より低く、かつカソー
ドと第２アノードの距離Ｌ 2 との積ｐ 2 ×Ｌ 2 が前記ガス
の放電開始電圧Ｖ s の極小値にほぼ一致するように前記
第１チャンバーと第２チャンバーをそれぞれ独立に差動
排気し、次いで前記極小値以上の高電圧小電流を第１ア
ノード及び第２アノードとカソード間に印加して、第１
アノードとカソードの間にグロー放電を発生させ、次い
で、前記高電圧低電流を低電圧大電流に切り換えて、前
記グロー放電を第２アノードとカソードの間のアーク放
電に転移させる、ことを特徴とするイオンビーム発生装
置のアーク放電方法が提供される。 【０００６】 【０００７】 【作用】上記本発明の方法によれば、第１アノードとカ
ソード間にグロー放電を発生させ、これを第２アノード
とカソードの間のアーク放電に転移させるので、複雑で
消耗の激しいトリガー電極を用いることなく、安定して
アーク放電を発生させることができる。また、このアー
ク放電により、真空チャンバー内に金属プラズマが一旦
形成されると、イオンビーム抽出電極によりイオンビー
ムを発生させることができ、このイオンビームは第１ア
ノード及び第２アノードに直接接触することなく、第１
貫通孔及び第２貫通孔を通過するので、第１アノード及
び第２アノードの消耗はほとんどなく、イオンビームを
連続して発生させることができる。 【０００８】また、積ｐ1 ×Ｌ1 がガスの放電開始電圧
Ｖs の極小値にほぼ一致するように真空容器内を真空排
気するので、グロー放電を発生させるための電源容量を
小さくすることができる。更に、積ｐ2 ×Ｌ2 がガスの
放電開始電圧Ｖs の極小値にほぼ一致するように第１チ
ャンバーと第２チャンバーをそれぞれ独立に差動排気す
るので、低電圧大電流に切り換えてアーク放電に転移さ
せるための電源容量も小さくすることができる。 【０００９】 【実施例】以下、本発明の好ましい実施例を図面を参照
して説明する。図１は、本発明によるアーク放電方法を
適用するイオンビーム発生装置の全体構成図である。こ
の図において、イオンビーム発生装置２０は、仕切り板
２１で第１チャンバー２２と第２チャンバー２３に区分
された真空容器２４と、第１チャンバー２２内に配置さ
れ負に印加されるカソード２７と、カソード２７に対向
する位置の仕切り板２１に設けられ第１貫通孔２５を有
する第１アノード２６と、カソード２７と第１貫通孔２
５を結ぶ軸線Ｚ上の第２チャンバー壁に設けられ第２貫
通孔２４ａを有する第２アノード２８と、第２アノード
２８に隣接してカソードと反対側に設けられ金属プラズ
マからイオンビーム３８を発生させるイオンビーム抽出
電極３７と、を備えている。 【００１０】第１チャンバー２２と第２チャンバー２３
は、図示しない真空装置によりそれぞれ独立に真空排気
され、これにより、アークプラズマ３２の発生時にカソ
ードが蒸発して金属イオンが発生する第１チャンバー２
２よりも第２チャンバー２３の圧力圧力が低くなるよう
に差動排気するようになっている。 【００１１】また、図１に示すように、このイオンビー
ム発生装置２０は、第２チャンバー２３内にマイクロ波
を導入するマイクロ波装置（導入部２９と図示しないマ
イクロ波発生装置からなる）と、第１チャンバー２２及
び第２チャンバー２３内に発生するプラズマを少なくと
も一時的に封じ込める磁場を発生させる磁場発生装置３
０とを更に備えている。 【００１２】磁場発生装置３０は、マルチカスプ磁場を
形成するための複数の永久磁石３０ａと、その両側に設
けられたミラー磁場を形成するための空心コイル３０
ｂ、３０ｃとからなり、これらの２つの磁場により、第
１チャンバー２２及び第２チャンバー２３内にプラズマ
閉じ込め空間を形成するようになっている。なお、磁場
発生装置３０は、かかる構成に限定されず、例えば、特
開平５−１０１７９９号に開示したような種々の構成の
ものであってもよい。マイクロ波導入部２９から導入す
るマイクロ波と磁場発生装置３０による磁場とは、電子
サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）条件を満たすように設定
する。かかる構成により、マイクロ波によるマイクロ波
プラズマの発生、及び金属プラズマの加熱にＥＣＲを利
用することができる。 【００１３】上述した装置は以下のように使用される。
すなわち、真空チャンバー２２、２３内を真空（例えば
１０-2〜１０-4Torr) に保持し、アノード２６とカソー
ド２７との間に真空アーク放電３１を発生させてカソー
ド物質の金属プラズマを形成し、この状態で真空チャン
バー２２、２３内の真空度を１０-5〜１０-6Torrに保
ち、磁場発生装置３０による磁場により金属プラズマを
一時的に封じ込め、かつマイクロ波により金属プラズマ
を加熱して多価電離イオンの割合を増加させ、イオンビ
ーム抽出電極３７による電界により金属プラズマからイ
オンビーム３８を発生させる。このイオンビーム３８
は、真空容器に設けられた別の装置に導入し、金属プラ
ズマの分離、金属膜形成、基板内部への異種金属の打ち
込み、Ｘ線ソース、レーザ源、等の用途に利用すること
ができる。 【００１４】イオンビーム発生装置２０は、カソード２
７と第１アノード２６及び第２アノード２８の間に放電
を起こさせるための電源装置１０と、イオンビーム抽出
電極３７に電圧を印加するためのイオンビーム抽出電源
３９ａ、３９ｂを備えている。 【００１５】図２は、電源装置１０の構成図（Ａ）とそ
の回路図（Ｂ）である。図２（Ａ）に示すように、電源
装置１０は、低電圧大電流電源１２、高電圧小電流電源
１４、遅延接続回路１６、コイルＬ1 、Ｌ2 、抵抗Ｒ、
等からなる。また、図２（Ｂ）に示すように、低電圧大
電流電源１２（以下、低電圧電源）は、変圧器１１の二
次側とこれに接続されたブリッジ整流回路からなる。ブ
リッジ整流回路の陽極（＋）ａは、コイルＬ1 を介して
図の接点Ａに接続され、接点Ａは図１の第１アノード２
６と第２アノード２８に接続されている。また、ブリッ
ジ整流回路の陰極（−）ｂは、遅延接続回路１６を介し
て図の接点Ｃに接続され、接点Ｃは、図１のカソード２
７に接続されている。かかる構成により、遅延接続回路
１６がＯＮの状態で低電圧電源１２により接点Ａ／Ｃ間
に低電圧大電流を印加することができる。この低電圧大
電流は、約２００Ｖ／２５０Ａから約６０Ｖ／５０Ａ程
度に設定するのがよい。 【００１６】高電圧小電流電源１４（以下、高電圧電
源）は、変圧器１１の二次側とこれに直列に接続された
３つのブリッジ整流回路１４ａからなり、その陽極ｃが
低電圧大電流電源１２の陰極ｂに接続され、その陰極ｄ
がコイルＬ2 及び抵抗Ｒを介して接点Ｃに接続されてい
る。かかる構成により、遅延接続回路１６がＯＦＦの状
態で高電圧電源１４の電圧と低電圧電源１２の電圧を加
算した高電圧を接点Ａ／Ｃ間に印加することができる。
この高電圧小電流は、約１．２ＫＶ／２０ｍＡ程度であ
るようにトランス及び抵抗Ｒを設定するのがよい。 【００１７】遅延接続回路１６は、ダイオードとコンデ
ンサからなり、起動時の短時間、そのラインを遮断（Ｏ
ＦＦ）し、その後はダイオードにより接点Ｃから低電圧
大電流電源１２の陰極ｂに電流を流すようになってい
る。 【００１８】上述した回路構成により、電源装置１０に
よる接点Ａ／Ｃ間の電圧及び電流は図３に模式的に示す
ようになる。すなわち、変圧器１１の一次側に交流電源
が印加されていないときには、遅延接続回路１６のコン
デンサは放電した状態にあり、遅延接続回路１６はＯＦ
Ｆとなっている。変圧器１１の一次側に交流電源を印加
すると、高電圧電源１４の電圧と低電圧電源１２の電圧
が加算されて、電流がｃ→ｂ→ａ→Ｌ1 →Ａ→Ｃ→Ｒ→
Ｌ2 →ｄと流れ、接点Ａ／Ｃ間に例えば約１．２ＫＶ／
２０ｍＡ程度の高電圧小電流が印加される。この電流
（小電流）は、コイルＬ1 、Ｌ2 と抵抗Ｒにより設定す
ることができる。 【００１９】次いで遅延接続回路１６のコンデンサが飽
和すると、遅延接続回路１６はＯＮとなり、抵抗Ｒによ
り高電圧電源１４の陰極ｄへ戻る電流は少ないため、低
電圧電源１２により電流がａ→Ｌ1 →Ａ→Ｃ→ｂと流
れ、接点Ａ／Ｃ間に低電圧大電流が印加される。この電
流（大電流）は、定常時にはコイルＬ1 の抵抗が小さい
ため、トランス１１により設定することができる。 【００２０】図４は、放電開始電圧Ｖs とガス圧力ｐと
放電距離Ｌとの積ｐ×Ｌとの関係を示す図である。この
図に示すように、積ｐ×Ｌのある値で放電開始電圧Ｖs
が極小値となることは、パッシェン(Paschen) の法則と
して知られている。本発明の方法によれば、真空容器内
にガスを封入した状態で第１チャンバー２２の圧力ｐ1
と、カソード２７と第１アノード２６の距離Ｌ1 との積
ｐ1 ×Ｌ1がガスの放電開始電圧Ｖs の極小値にほぼ一
致するように真空容器内を真空排気し、次いで図２に示
した電源装置１０により、前記極小値以上の高電圧小電
流を第１アノード２６及び第２アノード２８とカソード
２７間に印加して、第１アノード２６とカソード２７の
間にグロー放電３１を発生させ、次いで、図２の遅延接
続回路１６により高電圧低電流を低電圧大電流に切り換
えて、グロー放電３１を第２アノード２８とカソード２
７の間のアーク放電に転移させる。ガスには、ヘリウム
（Ｈｅ）又はアルゴン（Ａｒ）を用いるのがよい。 【００２１】上述した方法により、第１アノード２６と
カソード２７間にグロー放電３１を発生させ、これを第
２アノード２８とカソード２７の間のアーク放電に転移
させるので、複雑で消耗の激しいトリガー電極を用いる
ことなく、安定してアーク放電を発生させることができ
る。また、このアーク放電により、真空チャンバー内に
金属プラズマが一旦形成されると、金属プラズマ３２は
第１アノード２６及び第２アノード２８に直接接触する
ことなく、第１貫通孔２５及び第２貫通孔２４ａを通過
するので、第１アノード２６及び第２アノード２８の消
耗はほとんどなく、イオンビームを連続して発生するこ
とができる。 【００２２】また、積ｐ1 ×Ｌ1 がガスの放電開始電圧
Ｖs の極小値にほぼ一致するように真空容器内を真空排
気するので、グロー放電２６を発生させるための電源容
量を小さくすることができる。更に、第２チャンバー２
３の圧力ｐ2 が前記圧力ｐ1より低く、かつカソード２
７と第２アノード２８の距離Ｌ2 との積ｐ2 ×Ｌ2 がガ
スの放電開始電圧Ｖs の極小値にほぼ一致するように第
１チャンバー２２と第２チャンバー２３をそれぞれ独立
に差動排気することが好ましく、これにより、低電圧大
電流に切り換えてアーク放電に転移させるための電源容
量も小さくすることができる。 【００２３】なお、本発明は上述した実施例に限定され
ず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できるこ
とは勿論である。 【００２４】 【発明の効果】上述したように、本発明のイオンビーム
発生装置のアーク放電方法は、寿命の短いトリガー電極
を用いることなく安定してアーク放電を発生させること
ができ、これによりイオンビームを連続して発生するこ
とができ、各電極の寿命が長く、かつ装置を小型でシン
プルにでき、電源容量も小型にできる等の優れた効果を
有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるアーク放電方法を適用するイオン
ビーム発生装置の全体構成図である。 【図２】電源装置の構成図（Ａ）とその回路図（Ｂ）で
ある。 【図３】電源装置によるアノード／カソード間の電圧及
び電流を模式的に示す図である。 【図４】放電開始電圧Ｖs とガス圧力ｐと放電距離Ｌと
の積ｐ×Ｌとの関係を示す図である。 【図５】従来のイオンビーム発生装置の部分構成図であ
る。 【符号の説明】 １、 真空チャンバー ２ カソード ３ アノード ４ アノード保持部材 ５ トリガー電極 ６ コイル（磁石） ７ イオン抽出電極 ８ プラズマ ９ イオンビーム １０ 電源装置 １１ 変圧器 １２ 低電圧大電流電源（低電圧電源） １４ 高電圧小電流電源（高電圧電源） １６ 遅延接続回路 ２０ イオンビーム発生装置 ２１ 仕切り板 ２２ 第１チャンバー ２３ 第２チャンバー ２４ 真空容器 ２５ 開口孔 ２６ 第１アノード ２７ カソード ２８ 第２アノード ２９ マイクロ波導入部 ３０ 磁場発生装置 ３１ グロー放電 ３２ アークプラズマ ３７ イオンビーム抽出電極系 ３８ イオンビーム ３９ イオンビーム抽出電源
ビーム発生装置の全体構成図である。 【図２】電源装置の構成図（Ａ）とその回路図（Ｂ）で
ある。 【図３】電源装置によるアノード／カソード間の電圧及
び電流を模式的に示す図である。 【図４】放電開始電圧Ｖs とガス圧力ｐと放電距離Ｌと
の積ｐ×Ｌとの関係を示す図である。 【図５】従来のイオンビーム発生装置の部分構成図であ
る。 【符号の説明】 １、 真空チャンバー ２ カソード ３ アノード ４ アノード保持部材 ５ トリガー電極 ６ コイル（磁石） ７ イオン抽出電極 ８ プラズマ ９ イオンビーム １０ 電源装置 １１ 変圧器 １２ 低電圧大電流電源（低電圧電源） １４ 高電圧小電流電源（高電圧電源） １６ 遅延接続回路 ２０ イオンビーム発生装置 ２１ 仕切り板 ２２ 第１チャンバー ２３ 第２チャンバー ２４ 真空容器 ２５ 開口孔 ２６ 第１アノード ２７ カソード ２８ 第２アノード ２９ マイクロ波導入部 ３０ 磁場発生装置 ３１ グロー放電 ３２ アークプラズマ ３７ イオンビーム抽出電極系 ３８ イオンビーム ３９ イオンビーム抽出電源
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 仕切り板で第１チャンバーと第２チャン
バーに区分された真空容器と、第１チャンバー内に配置
され負に印加されるカソードと、該カソードに対向する
位置の前記仕切り板に設けられ第１貫通孔を有する第１
アノードと、カソードと第１貫通孔を結ぶ軸線上の第２
チャンバー壁に設けられ第２貫通孔を有する第２アノー
ドと、該第２アノードに隣接してカソードと反対側に設
けられ金属プラズマからイオンビームを発生させるイオ
ンビーム抽出電極と、を備えたイオンビーム発生装置の
アーク放電方法において、 真空容器内にガスを封入した状態で第１チャンバーの圧
力ｐ1と、カソードと第１アノードの距離Ｌ1との積ｐ1
×Ｌ1が前記ガスの放電開始電圧の極小値にほぼ一致す
るように真空容器内を真空排気し、かつ、第２チャンバーの圧力ｐ 2 が前記圧力ｐ 1 より低
く、かつカソードと第２アノードの距離Ｌ 2 との積ｐ 2 ×
Ｌ 2 が前記ガスの放電開始電圧Ｖ s の極小値にほぼ一致す
るように前記第１チャンバーと第２チャンバーをそれぞ
れ独立に差動排気し、 次いで前記極小値以上の高電圧小電流を第１アノード及
び第２アノードとカソード間に印加して、第１アノード
とカソードの間にグロー放電を発生させ、 次いで、前記高電圧低電流を低電圧大電流に切り換え
て、前記グロー放電を第２アノードとカソードの間のア
ーク放電に転移させる、ことを特徴とするイオンビーム
発生装置のアーク放電方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28058194A JP3454388B2 (ja) | 1994-11-15 | 1994-11-15 | イオンビーム発生装置のアーク放電方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28058194A JP3454388B2 (ja) | 1994-11-15 | 1994-11-15 | イオンビーム発生装置のアーク放電方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08138597A JPH08138597A (ja) | 1996-05-31 |
| JP3454388B2 true JP3454388B2 (ja) | 2003-10-06 |
Family
ID=17627038
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28058194A Expired - Fee Related JP3454388B2 (ja) | 1994-11-15 | 1994-11-15 | イオンビーム発生装置のアーク放電方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3454388B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2426693A3 (en) * | 1999-12-13 | 2013-01-16 | Semequip, Inc. | Ion source |
| KR100746261B1 (ko) * | 2005-10-31 | 2007-08-06 | (주) 브이에스아이 | 하전입자 발생장치의 고압전원 인가장치 |
| CN103915305B (zh) * | 2014-04-18 | 2016-02-10 | 中国工程物理研究院流体物理研究所 | 电阻触发式真空弧离子源装置 |
-
1994
- 1994-11-15 JP JP28058194A patent/JP3454388B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08138597A (ja) | 1996-05-31 |
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