JP4412294B2

JP4412294B2 - イオン源

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Publication number: JP4412294B2
Application number: JP2006034034A
Authority: JP
Inventors: 健次宮林
Original assignee: Nissin Ion Equipment Co Ltd
Current assignee: Nissin Ion Equipment Co Ltd
Priority date: 2006-02-10
Filing date: 2006-02-10
Publication date: 2010-02-10
Anticipated expiration: 2026-02-10
Also published as: JP2007214033A

Description

この発明は、イオン源に関し、より具体的には、フィラメントによってカソードを加熱して当該カソードから、アノードを兼ねるプラズマ生成容器内に、プラズマ生成用の熱電子を放出させる構造のイオン源に関する。このようなイオン源は、傍熱型イオン源とも呼ばれる。

この種のイオン源の一例として、特許文献１には、筒状のカソードホルダーの先端部内に、カソードを圧入嵌合（より具体的には締まりばめ）して保持する構造を採用したイオン源が記載されている。

特開平１０−１９９４３０号公報（段落００１５、００４５、００６９、図７）

カソードは、イオン源の運転に伴って消耗する消耗品であり、消耗すると交換する必要がある。ところが、上記従来のイオン源は、カソードをカソードホルダーに圧入嵌合（締まりばめ）した構造であるために、カソードの取り外しおよび取り付けが、即ちカソードの着脱が難しいという課題がある。しかも、カソードおよびカソードホルダーの先端部はイオン源の運転時に高温（例えば２３００℃〜２６００℃程度）になり、このように高温になる箇所で圧入嵌合構造を採用していると、イオン源の運転後にカソードがカソードホルダーに固着していて、カソードの取り外しが困難になる場合が多い。

また、カソードをカソードホルダーに圧入嵌合した構造であるために、カソードとカソードホルダー間の接触面積が比較的大きく、その分、カソードからカソードホルダーへの伝導による熱損失（伝熱損失）が大きくて、フィラメントによるカソードの加熱効率が低いという課題もある。

そこでこの発明は、カソードの着脱（取り付けおよび取り外し。以下同様）が容易であり、しかもカソードからカソードホルダーへの伝熱損失を低減してカソードの加熱効率を高めることができるイオン源を提供することを主たる目的としている。

この発明に係るイオン源は、フィラメントによってカソードを加熱して当該カソードから、アノードを兼ねるプラズマ生成容器内に熱電子を放出させる構造のイオン源であって、前記プラズマ生成容器内に向く前部、その反対側にある後部および両者をつなぐ部分であって前部よりも細い連結部を有しており、かつ後部は連結部から横方向に張り出した少なくとも二つの張出し部を有しているカソードと、前記プラズマ生成容器に対して、先端部が鉛直方向の下に向くように配置された筒状のカソードホルダーであって、その先端部付近内に、前記カソードの後部が通る貫通穴を有する棚部を備えているカソードホルダーと、前記カソードホルダー内に入りかつ前記棚部の貫通穴よりも大きいロック板であって、前記カソードの後部に対応した形状をしていて当該後部が通る貫通穴を有しているロック板と、前記カソードホルダー内に設けられていて、前記カソードをその後部から加熱するフィラメントとを備えていて、前記カソードの後部を、前記カソードホルダーの棚部の貫通穴に通し、かつカソードとは反対側からカソードホルダー内に入れた前記ロック板の貫通穴に通し、カソードとロック板を相対的に回転させてカソードの後部の張出し部とロック板とを係合させて、ロック板を介してカソードをカソードホルダーの棚部で支持していることを特徴としている。

このイオン源は、上記のように、カソードとロック板とを相対的に回転させてカソードの後部の張出し部とロック板とを係合させて、ロック板を介してカソードをカソードホルダーの棚部で支持した構造を採用しているので、カソードをカソードホルダーに圧入嵌合した構造に比べて、遙かに簡単な作業でカソードを着脱することができ、カソードの着脱が容易である。

しかも、カソードは、その後部の一部分で、具体的には前記張出し部がロック板に重なった部分でロック板に接触していて、カソードとロック板間の接触面積が小さいので、かつロック板も、その一部分で、具体的にはカソードホルダーの棚部と重なった部分で棚部に接触していて、ロック板とカソードホルダー間の接触面積も小さいので、更に、カソードとカソードホルダー間にはロック板が介在してそれが熱抵抗になるので、カソードからカソードホルダーへの伝熱損失を低減してカソードの加熱効率を高めることができる。

前記ロック板は枠状の形状をしていても良い。

前記カソードの連結部は、前記前部につながっていて当該前部よりも細い第１連結部と、この第１連結部につながっていて第１連結部よりも細い第２連結部とを有していて、前記後部はこの第２連結部から張り出した前記少なくとも二つの張出し部を有していて、当該張出し部と第１連結部との間に溝を形成しており、カソードの後部の張出し部と前記ロック板とを係合させた状態において、ロック板は前記溝に嵌まっている、という構成を採用しても良い。

請求項１に記載の発明によれば、上記のように、カソードとロック板とを相対的に回転させてカソードの後部の張出し部とロック板とを係合させて、ロック板を介してカソードをカソードホルダーの棚部で支持した構造を採用しているので、カソードをカソードホルダーに圧入嵌合した構造に比べて、遙かに簡単な作業でカソードを着脱することができ、カソードの着脱が容易である。

請求項２に記載の発明によれば、ロック板を枠状の形状にしたことによって、ロック板とカソードホルダーの棚部との接触面積をより小さくすることができるので、カソードからカソードホルダーへの伝熱損失をより低減して、カソードの加熱効率をより高めることができる、という更なる効果を奏する。

請求項３に記載の発明によれば、上記のような２段の連結部を有していてロック板がカソードの溝に嵌まる構造を採用したことによって、カソードの後部およびロック板を小型化して、カソードの後部とロック板間およびロック板とカソードホルダーの棚部間の接触面積を小さくしてカソードの加熱効率をより高めることができると共に、ロック板によるカソードの位置決めをより確実に行うことができる、という更なる効果を奏する。

図１は、この発明に係るイオン源の一実施形態を電源と共に示す断面図である。まず、このイオン源の全体について説明する。

このイオン源２は、フィラメント５０によってカソード２０を加熱して当該カソード２０から、アノードを兼ねるプラズマ生成容器４内に熱電子を放出させる構造をしており、傍熱型イオン源とも呼ばれる。

プラズマ生成容器４は、例えば直方体状をしていて、その内部には、例えばガス導入口８を通して、プラズマ６の生成用の所望のガス（蒸気の場合を含む）１０が導入される。このガス１０は、所望の元素（例えば、Ｂ、Ｐ、Ａs 等のドーパント）を含むガスである。より具体例を挙げれば、ＢＦ₃、ＰＨ₃、ＡsＨ₃、Ｂ₂Ｈ₆等の原料ガスを含むガスである。

プラズマ生成容器４の一つの壁面（長辺壁の一つ）には、イオンビーム１４の引き出し用のイオン引出し口１２が設けられている。このイオン引出し口１２は、例えば、当該壁面の長手方向に細長いスリット状をしている。

プラズマ生成容器４の他の一つの壁面（短辺壁の一つ）には、カソード２０を位置させるためのカソード用開口１８が設けられている。カソード用開口１８の正面形状は、この例では円形をしている。このカソード用開口１８を有する壁面と対向する壁面の内側には、この例では、カソード２０と対向させて、プラズマ６中の電子を反射させる反射電極１６が、電気絶縁物１７を介して保持されている。

反射電極１６は、この例のようにどこにも接続せずに浮遊電位にしても良いし、カソード用の支持体５８（換言すれば、アーク電源６８の負極端）に接続してカソード電位にしても良い。

プラズマ生成容器４内には、この例のように、プラズマ６の生成・維持用に、プラズマ生成容器４の外部に設けられた磁石（図示省略）から、カソード２０と反射電極１６とを結ぶ軸に沿う磁界８０を印加するようにしても良い。但し磁界８０の向きは、図示とは逆でも良い。

カソード２０を保持する筒状のカソードホルダー３０の先端部が、プラズマ生成容器４の外部からカソード用開口１８内に、プラズマ生成容器４との間に隙間７０をあけて挿入されている。このカソードホルダー３０の先端部内に、以下に詳述するような構造によって、カソード２０が保持されている。

カソードホルダー３０の先端部内には、この実施形態では、カソードホルダー３０の内周面およびカソード２０の外周面との間に空間をあけて、カソード２０の外周面を取り囲むように、筒状（この例では円筒状）の第１熱シールド３６が設けられている。この第１熱シールド３６は、この例では、カソードホルダー３０の棚部３２に、それと一体物として立設されている。

カソードホルダー３０の先端、カソード２０の先端および第１熱シールド３６の先端は、この例では、プラズマ生成容器４のカソード用開口１８周りの内壁面５よりもプラズマ生成容器４外側に位置している。但し、これらの先端は、内壁面５と同一面に位置させても良いし、更に必要に応じてプラズマ生成容器４内に位置させても良い。

カソードホルダー３０の先端部とプラズマ生成容器４との間の隙間７０は断面がＬ字状に折れ曲がっていて、この隙間７０の部分に迷路構造部７２を形成している。このような迷路構造部７２を形成することによって、隙間７０の部分におけるガスのコンダクタンスを低下させることができるので、プラズマ生成用のガス１０の漏れを抑制して、ガス１０の利用効率を向上させることができる。また、ガス１０が漏れ出ることによるプラズマ生成容器４周辺の構造物の汚染を抑制することができる。

但し、上記のような迷路構造部７２を採用する代わりに、カソードホルダー３０とプラズマ生成容器４との間を電気絶縁物で塞いでも良い。

カソードホルダー３０内であってカソード２０の後部２４の近傍には、カソード２０をその後部２４から加熱するフィラメント５０が設けられている。フィラメント５０は、この例では、カソード２０の後部２４の表面に沿うように曲げられた形状をしている。

更にこの例では、カソードホルダー３０内に、フィラメント５０との間に空間をあけてフィラメント５０の後面を一重以上に（この例では二重に）覆うように、第２熱シールド５４が設けられている。第２熱シールド５４は、この例では、筒状部５６の先端に、それと一体で設けられている。

カソードホルダー３０は支持体５８によって、フィラメント５０はその二つの脚部５２を介して二つのフィラメント電流導体６２によって（いずれも一方のみが図に表れている）、第２熱シールド５４は筒状部５６および支持体６０を介して一方のフィラメント電流導体６２によって、それぞれ所定の位置に支持されている。

フィラメント５０の両端、より具体的にはその二つの脚部５２間には、フィラメント５０を加熱するフィラメント電源６４が接続されている。フィラメント５０の一端と第２熱シールド５４とは、支持体６０および筒状部５６を介して同電位にされている。フィラメント電源６４は、図示例のように直流電源でも良いし、交流電源でも良い。

フィラメント５０とカソード２０との間には、フィラメント５０から放出された熱電子をカソード２０に向けて加速して、当該熱電子の衝撃によってカソード２０を加熱する直流の加熱電源６６が、カソードホルダー３０等を介して、かつカソード２０を正極側にして接続されている。

カソード２０とプラズマ生成容器４との間には、カソード２０から放出された熱電子を加速して、プラズマ生成容器４内に導入されたガス１０を電離させると共にプラズマ生成容器４内でアーク放電を生じさせて、プラズマ６を生成する直流のアーク電源６８が、プラズマ生成容器４を正極側にして接続されている。

上記イオン源２においては、フィラメント５０によってカソード２０を加熱してカソード２０からプラズマ生成容器４内に熱電子を放出させて、当該熱電子を用いてプラズマ生成容器４内でアーク放電を生じさせて、プラズマ生成容器４内に導入されたガス１０を電離させてプラズマ６を生成し、このプラズマ６から、イオン引出し口１２を通して、電界の作用で、イオンビーム１４を引き出すことができる。なお、イオン引出し口１２の出口側近傍には、通常は、イオンビーム１４の引き出し用の引出し電極が設けられる。

次に、カソードホルダー３０の先端部内にカソード２０を保持している構造（カソード保持構造）の例を、まず図２〜図５を参照して詳述する。

カソード２０は、プラズマ生成容器４内に向く前部２２、その反対側にある後部２４および両者２２、２４をつなぐものであって前部２２よりも細い連結部（２６、２７）を有している。後部２４は、この例では、当該連結部から互いに約１８０度反対側の横方向に張り出した二つの張出し部２４ａを有している。連結部は、この例では２段になっている。即ち、前部２２につながっていて前部２２よりも細い第１連結部２６と、第１連結部２６につながっていて第１連結部２６よりも細い第２連結部２７とを有している。後部２４は、この第２連結部２７から横方向に張り出した二つの張出し部２４ａを有している。各張出し部２４ａとその下の第１連結部２６との間には溝２８がそれぞれ形成されている。

この例では、カソード２０の前部２２、第１連結部２６および第２連結部２７は、柱状（より具体的には円柱状）をしている。後部２４は、長方形の両短辺を丸くした形状をしている。この後部２４は、換言すれば、元々は第２連結部２７より大きい円板状の部材の周縁部を第２連結部２７のほぼ外周面まで、第２連結部２７を挟んで相対向する２箇所で直線状に切断したような形状をしている。

カソード２０は、金属、例えばタングステン（Ｗ）から成る。後述するロック板４０も同様である。

カソードホルダー３０は、プラズマ生成容器４に対して、先端部が鉛直方向Ｇの下に向くように配置されている。カソードホルダー３０は、筒状（この例では円筒状）をしており、その先端部付近（先端部から少し奥まった所）内に、カソード２０の後部２４が通る貫通穴３４を有する棚部３２を備えている。貫通穴３４の平面形状は、この例では円形をしている。この貫通穴３４の直径は、カソード２０の後部２４の長軸側の長さよりも若干大きい。

カソードホルダー３０は、金属、例えばモリブデン（Ｍo ）から成る。前記第１熱シールド３６、第２熱シールド５４、筒状部５６、支持体５８、６０およびフィラメント電流導体６２も同様である。

カソード２０の保持にはロック板４０を用いる。ロック板４０は、カソードホルダー３０内に入り、しかも棚部３２の貫通穴３４よりも大きい寸法をしている。より具体的には、ロック板４０の長軸側の長さは、カソードホルダー３０の内径よりも小さく、かつ貫通穴３４の直径よりも大きい。このロック板４０は、カソード２０の後部２４に対応した形状（換言すれば似た形状。例えば、実質的に相似形）をしていて後部２４が通る貫通穴４４を有している。即ち、貫通穴４４は後部２４よりも若干大きい寸法をしている。

ロック板４０は、この例では、その貫通穴４４の形状に対応した外形（換言すれば似た外形。例えば、貫通穴４４と実質的に相似形の外形）を有する枠状の形状をしている。即ち、この例では、カソード２０の後部２４の平面形状、ロック板４０の外形の平面形状およびロック板４０の貫通穴４４の平面形状は、いずれも、長方形の両短辺を丸くした形状（即ち長円形に近い形状）をしている。但しそれに限られるものではない。

そして、図２を参照して、棚部３２を境にして、カソード２０を、矢印Ｂに示すように、カソードホルダー３０の先端部内に入れ（通常は下から入れ）、かつロック板４０を、矢印Ｃに示すように、カソード２０とは反対側からカソードホルダー３０内に入れて（通常は上から入れて）、カソード２０の後部２４を棚部３２の貫通穴３４に通しかつロック板４０の貫通穴４４に通し、カソード２０とロック板４０とを相対的に約９０度回転させて、例えばロック板４０を矢印Ｄに示すように約９０度回転させて、カソード２０の後部２４の二つの張出し部２４ａとロック板４０とが重なるように互いに係合させて（図３〜図５参照）、ロック板４０を介してカソード２０をカソードホルダー３０の棚部３２で支持している。換言すれば、ロック板４０を介してカソード２０をカソードホルダー３０の棚部３２から吊り下げて保持している。カソード２０を取り外すときは、上記とは逆の作業をすれば良い。

カソード２０の後部２４の二つの張出し部２４ａとロック板４０とを上記のように係合させた状態では、この例では、図５に示すように、ロック板４０はカソード２０の溝２８に嵌まっている。溝２８は、ロック板４０の厚さよりも僅かに大きい高さと、枠状のロック板４０の幅よりも若干大きい奥行とを有している。

また、上記のように係合させた状態では、カソード２０、ロック板４０およびカソードホルダー３０が互いに接するのは、主として次の箇所においてである。即ち、図３を参照して、カソード２０は、その後部２４の二つの張出し部２４ａで（詳しく見れば各張出し部２４ａの全体ではなくその一部分で）、ロック板４０上に重なって接触している。この重なった部分での接触は、カソード２０の重さによるものである。ロック板４０は、その長軸方向両端部の弧状部４０ａ付近で、カソードホルダー３０の棚部３２上に重なって接触している。この重なった部分での接触は、カソード２０およびロック板４０の重さによるものである。このような重さによる接触によって、カソードホルダー３０、ロック板４０およびカソード２０間の電気的導通が取られている。実験によれば、このような手段による導通で、イオン源２を支障なく運転することができることが確かめられている。

なお、カソード２０をカソードホルダー３０に上記のように保持した状態において、カソード２０の前部２２の上面と棚部３２の下面との間には通常は隙間８２（図４参照）が存在している。第１連結部２６の外周面と棚部３２の貫通穴３４の壁面との間にも通常は隙間８４（図４参照）が存在している。カソードホルダー３０の内周面とロック板４０の外周面との間には空間８６（図４参照）が、同内周面とカソード２０の張出し部２４ａの外周面との間には空間８８（図５参照）が、それぞれ存在している。後述する他の例のカソード２０およびロック板４０を用いる場合も同様である。

また、カソード２０の溝２８の部分において、ロック板４０の下面と第１連結部２６の上面との間９０には、図５では隙間を図示していないけれども、微細に見れば、溝２８にロック板４０を入れる余裕高さに相当する分だけ隙間があいている。この余裕高さを小さくすれば、隙間は殆どなくなる。後述する他の例のカソード２０およびロック板４０を用いる場合も同様である。

このイオン源２は、上記のように、カソード２０とロック板４０とを相対的に回転させてカソード２０の後部２４の張出し部２４ａとロック板４０とを係合させて、ロック板４０を介してカソード２０をカソードホルダー３０の棚部３２で支持した構造を採用しているので、従来のようにカソードをカソードホルダーに圧入嵌合した構造に比べて、遙かに簡単な作業でカソード２０を着脱することができ、カソード２０の着脱が非常に容易である。また、従来のように高温になる箇所における圧入嵌合部でカソードがカソードホルダーに固着するような心配もなく、この観点からもカソード２０の着脱が非常に容易である。

しかも、カソード２０は、その後部２４の一部分で、具体的には張出し部２４ａが重なった部分でロック板４０に接触していて、カソード２０とロック板４０間の接触面積が小さいので、かつロック板４０も、その一部分で、具体的にはカソードホルダー３０の棚部３２と重なった弧状部４０ａ付近で棚部３２に接触していて、ロック板４０とカソードホルダー３０間の接触面積も小さいので、更に、カソード２０とカソードホルダー３０間にはロック板４０が介在してそれが熱抵抗になるので、カソード２０からカソードホルダー３０への伝熱損失を低減して、フィラメント５０によるカソード２０の加熱効率を高めることができる。

なお、ロック板４０は、この例のように枠状の形状にする代わりに、円板状のものに上記貫通穴４４をあけた構造にしても良いけれども、そのようにするよりも、ロック板４０をこの例のように枠状の形状にする方が、ロック板４０とカソードホルダー３０の棚部３２との接触面積をより小さくすることができるので、カソード２０からカソードホルダー３０への伝熱損失をより低減して、カソード２０の加熱効率をより高めることができる。後述する他の例のロック板４０を用いる場合も同様である。

また、カソード２０の前部２２と後部２４とをつなぐ連結部は、この例のように２段の連結部２６、２７にする代わりに、一つの連結部にしても良いけれども、そのようにするよりも、この例のように２段の連結部２６、２７にしてロック板４０がカソード２０の溝２８に嵌まる構造にする方が、カソード２０の後部２４およびロック板４０を小型化して、カソード２０の後部２４とロック板４０間およびロック板４０とカソードホルダー３０の棚部３２間の接触面積を小さくしてカソード２０の加熱効率をより高めることができると共に、ロック板４０によるカソード２０の位置決めをより確実に行うことができる。後述する他の例のカソード２０およびロック板４０を用いる場合も同様である。

次に、カソード２０およびロック板４０の他の例を説明する。

上記のようなカソード２０およびロック板４０の代わりに、図６に示すようなカソード２０および図７に示すようなロック板４０を用いても良い。図６および図７において、図２〜図５に示した例と同一または相当する部分には同一符号を付しており、以下においては、図２〜図５に示した例との相違点を主体に説明する。なお、図６Ａにおいて、第１連結部２６の外周円は、張出し部２４ａの外周と重なって張出し部２４ａの形状が分かりにくくなるので、図示を省略している。

図６に示すように、このカソード２０の後部２４は、第２連結部２７から互いに約１８０度反対側の横方向に張り出した二つの張出し部２４ａを二組有している。即ち、周方向に互いに約９０度ずつ位置のずれた四つの張出し部２４ａを有している。このカソード２０の後部２４は、換言すれば、元々は第２連結部２７よりも大きい円板状の部材の周縁部を第２連結部２７のほぼ外周面まで、互いに約９０度ずつずらした４箇所で直線状に切断したような形状をしている。

各張出し部２４ａとその下の第１連結部２６との間には、図７に示すロック板４０が嵌まる溝２８がそれぞれ形成されている。

図７に示すように、ロック板４０は、上記カソード２０の後部２４に対応した形状（換言すれば似た形状。例えば、実質的に相似形）をしていて後部２４が通る貫通穴４４を有している。即ち、貫通穴４４は後部２４よりも若干大きい寸法をしている。このロック板４０も、その外形が長円形に近い形状をしていて、枠状の形状をしている。

このカソード２０およびロック板４０を用いる場合も、それらを、図２に示したカソード２０およびロック板４０と同様にしてカソードホルダー３０の先端部内に入れて、カソード２０の後部２４を棚部３２の貫通穴３４およびロック板４０の貫通穴４４に通し、カソード２０とロック板４０とを相対的に約４５度回転させて、例えばロック板４０を矢印Ｄ（図２、図７参照）に示すように約４５度回転させて、カソード２０の後部２４の四つの張出し部２４ａとロック板４０とが重なるように係合させて、ロック板４０を介してカソード２０をカソードホルダー３０の棚部３２で支持した状態にする。このとき、ロック板４０はカソード２０の溝２８に嵌まった状態になる。カソード２０を取り外すときは、上記とは逆の作業をすれば良い。

この図６、図７に示すカソード２０およびロック板４０を用いる場合も、図２〜図５に示したカソード２０およびロック板４０を用いる場合と同様の作用効果を奏する。即ち、簡単な作業でカソード２０を着脱することができ、カソード２０の着脱が非常に容易である。しかも、カソード２０からカソードホルダー３０への伝熱損失を低減して、フィラメント５０によるカソード２０の加熱効率を高めることができる。

また、図２〜図５に示したカソード２０およびロック板４０を用いる場合は、ロック板４０の貫通穴４４が長円形に近い形状をしているので、その短軸方向に比べて、長軸方向における当該貫通穴４４の内壁とカソード２０の第２連結部２７間の遊びが大きいのに対して、この図６、図７に示すカソード２０およびロック板４０を用いる場合は、ロック板４０の貫通穴４４が正方形の四隅を丸くしたような形状をしているので、縦横いずれの方向においても、貫通穴４４の内壁とカソード２０の第２連結部２７間の遊びを小さくすることができる。その結果、ロック板４０に対するカソード２０の位置決めをより厳密に行うことができる。

もっとも、図２〜図５に示したようにカソード２０の後部２４が二つの張出し部２４ａを有している場合も、当該張出し部２４ａが連結部（上記例では第２連結部２７）から張り出している寸法を小さくすれば、後部２４の形状およびそれに対応するロック板４０の貫通穴４４の形状を、正方形の対向二辺を丸くしたような形状にすることができるので、上記遊びを小さくして、ロック板４０に対するカソード２０の位置決めをより厳密に行うことが可能になる。従ってそのようにしても良い。

更に、図示を省略するけれども、図２〜図５に示したカソード２０およびロック板４０と、図６、図７に示したカソード２０およびロック板４０との言わば中間のようなカソード２０およびロック板４０を用いても良い。即ち、第２連結部２７から横方向に、互いに約１２０度ずつ位置をずらして張り出した三つの張出し部２４ａを後部２４に有しているカソード２０と、当該後部２４に対応した形状（換言すれば似た形状。例えば、実質的に相似形）をしていて後部２４が通る貫通穴４４を有しているロック板４０を用いても良い。この場合は、カソード２０とロック板４０とを相対的に約６０度回転させて係合させる。この例の場合も、上記図６、図７に示した例の場合と同様の作用効果を奏する。

この発明に係るイオン源の一実施形態を電源と共に断面図である。図１中のカソード、カソードホルダーおよびロック板を組み合わせる様子を示す斜視図である。図１中の線Ａ−Ａに沿う拡大断面図であり、カソードの後部とロック板とを係合させた状態を示す。図３中の線Ｅ−Ｅに沿う断面図である。図３中の線Ｆ−Ｆに沿う断面図である。カソードの他の例を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図である。図６に示すカソード用のロック板の例を示す平面図である。

符号の説明

２イオン源
４プラズマ生成容器
２０カソード
２２前部
２４後部
２４ａ張出し部
２６第１連結部
２７第２連結部
２８溝
３０カソードホルダー
３２棚部
３４貫通穴
４０ロック板
４４貫通穴
５０フィラメント

Claims

フィラメントによってカソードを加熱して当該カソードから、アノードを兼ねるプラズマ生成容器内に熱電子を放出させる構造のイオン源であって、
前記プラズマ生成容器内に向く前部、その反対側にある後部および両者をつなぐ部分であって前部よりも細い連結部を有しており、かつ後部は連結部から横方向に張り出した少なくとも二つの張出し部を有しているカソードと、
前記プラズマ生成容器に対して、先端部が鉛直方向の下に向くように配置された筒状のカソードホルダーであって、その先端部付近内に、前記カソードの後部が通る貫通穴を有する棚部を備えているカソードホルダーと、
前記カソードホルダー内に入りかつ前記棚部の貫通穴よりも大きいロック板であって、前記カソードの後部に対応した形状をしていて当該後部が通る貫通穴を有しているロック板と、
前記カソードホルダー内に設けられていて、前記カソードをその後部から加熱するフィラメントとを備えていて、
前記カソードの後部を、前記カソードホルダーの棚部の貫通穴に通し、かつカソードとは反対側からカソードホルダー内に入れた前記ロック板の貫通穴に通し、カソードとロック板を相対的に回転させてカソードの後部の張出し部とロック板とを係合させて、ロック板を介してカソードをカソードホルダーの棚部で支持していることを特徴とするイオン源。
前記ロック板は枠状の形状をしている請求項１記載のイオン源。
前記カソードの連結部は、前記前部につながっていて当該前部よりも細い第１連結部と、この第１連結部につながっていて第１連結部よりも細い第２連結部とを有していて、前記後部はこの第２連結部から張り出した前記少なくとも二つの張出し部を有していて、当該張出し部と第１連結部との間に溝を形成しており、カソードの後部の張出し部と前記ロック板とを係合させた状態において、ロック板は前記溝に嵌まっている請求項１または２記載のイオン源。