JP4636087B2

JP4636087B2 - Filament holding structure and ion source including the same

Info

Publication number: JP4636087B2
Application number: JP2008000611A
Authority: JP
Inventors: 健次宮林
Original assignee: Nissin Ion Equipment Co Ltd
Current assignee: Nissin Ion Equipment Co Ltd
Priority date: 2008-01-07
Filing date: 2008-01-07
Publication date: 2011-02-23
Anticipated expiration: 2028-01-07
Also published as: JP2009163985A

Description

この発明は、例えばイオン源、プラズマ発生装置等に用いられるものであって、フィラメント導体にフィラメントを保持するフィラメント保持構造、およびそれを備えるイオン源に関する。 The present invention relates to a filament holding structure that is used in, for example, an ion source, a plasma generator, and the like and holds a filament on a filament conductor, and an ion source including the same.

イオン源等に用いられる従来のフィラメント保持構造の一例を図７に示す。このフィラメント保持構造は、フィラメント５０（これは、全体は概ねＵ字状に曲げ戻された形状をしている。例えば図４参照）を保持しかつ通電するための二つのフィラメント導体１２０の先端部付近にそれぞれスロット（細長い溝）１２２を設けておいて、スロット１２２を押し開いてフィラメント５０（より具体的にはその両端部）を挟むことによって、フィラメント導体１２０の弾性によってフィラメント５０を挟み込んで保持する（クランプする）という構造である。同様の構造が特許文献１にも記載されている。 An example of a conventional filament holding structure used for an ion source or the like is shown in FIG. This filament holding structure has two filament conductors 120 for holding and energizing the filament 50 (which is generally bent back into a generally U shape, see FIG. 4, for example). Slots (elongated grooves) 122 are provided in the vicinity, and the filaments 50 are sandwiched and held by the elasticity of the filament conductor 120 by pushing the slots 122 open and sandwiching the filaments 50 (more specifically, both ends thereof). It is a structure of doing (clamping). A similar structure is also described in Patent Document 1.

特開平５−１８２６２３号公報（段落００２７、００２８、図６、図７）JP-A-5-182623 (paragraphs 0027, 0028, FIG. 6, FIG. 7)

上記従来のフィラメント保持構造では、フィラメント５０が発熱によって高温になることに伴って、フィラメント導体１２０のフィラメント５０保持部付近も高温（例えば１０００℃〜１５００℃程度）になり、それによって、フィラメント導体１２０の材料（例えばモリブデン）が硬化して、スロット１２２を押し開いた状態が維持されて（即ち弾性が低下して）、フィラメント５０を保持する力（クランプ力）が低下してしまい、しかも一旦クランプ力が低下するとその再生が困難であるという課題がある。 In the conventional filament holding structure, as the filament 50 becomes high temperature due to heat generation, the vicinity of the filament 50 holding portion of the filament conductor 120 also becomes high temperature (for example, about 1000 ° C. to 1500 ° C.). The material (for example, molybdenum) is hardened and the state where the slot 122 is pushed open is maintained (i.e., the elasticity is reduced), and the force (clamping force) for holding the filament 50 is reduced. There is a problem that when power is reduced, it is difficult to regenerate.

クランプ力が低下すると、フィラメント５０の位置がずれやすくなり、様々な不具合を惹き起こす。例えば、フィラメント５０によってカソードを加熱する傍熱型陰極の場合、フィラメント５０の位置ずれによって当該フィラメント５０とカソードとの間の間隔が変化するので、カソードからの電子放出特性が変化してしまう。フィラメント５０とカソードとが当たると、両者間に接続されている電源を短絡して当該電源が壊れることも起こり得る。 When the clamping force is reduced, the position of the filament 50 is easily displaced, which causes various problems. For example, in the case of an indirectly heated cathode in which the cathode is heated by the filament 50, the gap between the filament 50 and the cathode changes due to the displacement of the filament 50, so that the electron emission characteristics from the cathode change. When the filament 50 hits the cathode, the power source connected between the two may be short-circuited to break the power source.

これに対しては、当初からのクランプ力をより強くするために、（ａ）フィラメント５０の直径（線径）よりもスロット１２２の幅を十分に小さくする、（ｂ）フィラメント導体１２０のフィラメント保持部付近の幅を大きくする、（ｃ）フィラメント導体１２０のフィラメント保持部付近の厚さを大きくする、等の対策が考えられるが、当初からのフィラメントクランプ力をより強くすると、スロット１２２を押し開くことが困難になるので、フィラメント５０を挟み込んで保持する作業性が低下するという別の課題が発生する。 For this, (a) the width of the slot 122 is made sufficiently smaller than the diameter (wire diameter) of the filament 50 in order to further strengthen the clamping force from the beginning, and (b) the filament holding of the filament conductor 120 (C) Increasing the thickness near the filament holding portion of the filament conductor 120 can be considered, but if the filament clamping force is increased from the beginning, the slot 122 is pushed open. Therefore, another problem that the workability of sandwiching and holding the filament 50 is reduced occurs.

そこでこの発明は、高温になってもクランプ力の低下が少なく、クランプ力の再生も容易であり、かつフィラメントの保持や位置調整の作業性が良いフィラメント保持構造およびそれを備えるイオン源を提供することを主たる目的としている。 Accordingly, the present invention provides a filament holding structure that is less likely to cause a decrease in clamping force even at a high temperature, can easily be regenerated, and has good workability for holding and adjusting the filament, and an ion source including the same. This is the main purpose.

この発明に係るフィラメント保持構造は、溝を挟んで板厚方向に二つに分かれている部分を有していて当該二つに分かれている部分の両方の相対応する位置に、フィラメントを通すフィラメント穴および支点部材を通す支点部材穴をそれぞれ有しているフィラメント導体と、前記フィラメント導体の溝内に位置している部分を有していて、当該溝内に位置している部分であって前記フィラメント導体のフィラメント穴および支点部材穴にそれぞれ対応する位置に、フィラメントを通すフィラメント穴および支点部材を通す支点部材穴を有しているフィラメントクランパーと、前記フィラメント導体および前記フィラメントクランパーの両支点部材穴に通されていて、前記フィラメントクランパーを前記フィラメント導体に回動可能に保持している支点部材と、前記フィラメント導体に対して前記フィラメントクランパーを回動させる方向に締め付ける締付け手段とを備えていて、前記フィラメント導体および前記フィラメントクランパーのフィラメント穴にフィラメントを通し、前記締付け手段によって前記フィラメントクランパーを締め付けることによって、前記フィラメントにせん断方向に力を加えて、前記フィラメント導体に前記フィラメントを保持していることを特徴としている。 The filament holding structure according to the present invention has a portion that is divided into two in the plate thickness direction across the groove, and the filament that passes the filament at the corresponding position of both of the two divided portions. A filament conductor having a fulcrum member hole through which the hole and the fulcrum member pass, and a portion located in the groove of the filament conductor, the portion located in the groove, A filament clamper having a filament hole for passing a filament and a fulcrum member hole for passing a fulcrum member at positions corresponding to the filament hole and the fulcrum member hole of the filament conductor, and both fulcrum member holes of the filament conductor and the filament clamper The filament clamper is rotatably held by the filament conductor. And a fastening means for fastening the filament clamper in a direction in which the filament clamper is rotated with respect to the filament conductor. The filament is passed through a filament hole of the filament conductor and the filament clamper, and the filament is passed by the fastening means. By tightening the clamper, a force is applied to the filament in a shearing direction to hold the filament on the filament conductor.

このフィラメント保持構造によれば、締付け手段によってフィラメントクランパーを締め付けることによって、フィラメントにせん断方向に力を加えて、フィラメント導体にフィラメントを保持することができる。 According to this filament holding structure, it is possible to hold the filament on the filament conductor by applying a force in the shearing direction to the filament by fastening the filament clamper with the fastening means.

前記フィラメント保持構造を二つ用いて、曲げ戻された形状をしているフィラメントの両端部をそれぞれ保持していても良い。 Two filament holding structures may be used to hold both ends of the bent filament.

前記締付け手段は、ボルトと、それに螺合するナットとを有していても良い。 The tightening means may include a bolt and a nut screwed into the bolt.

前記ボルトはモリブデンから成り、前記ナットはカーボンから成っていても良い。 The bolt may be made of molybdenum, and the nut may be made of carbon.

この発明に係るイオン源は、前記フィラメント保持構造を備えていることを特徴としている。 An ion source according to the present invention includes the filament holding structure.

この発明に係るフィラメント保持構造は、フィラメント導体およびフィラメントクランパーのフィラメント穴にフィラメントを通し、締付け手段によってフィラメントクランパーを締め付けることによって、フィラメントにせん断方向に力を加えて、フィラメント導体にフィラメントを保持している構造であり、締付け手段を締め付けることによって強いクランプ力を得ることができる。しかも、従来技術と違って弾性によってフィラメントをクランプする構造ではないので、高温になってもクランプ力の低下が少ない。フィラメント導体やフィラメントクランパーがフィラメントからの熱によって高温に曝されて硬化しても、この硬化現象は、フィラメントをクランプしている部分の形状を維持するように作用するので、弾性を用いる従来技術とは反対に、クランプ力を維持する良い方向に作用する。 In the filament holding structure according to the present invention, the filament is passed through the filament hole of the filament conductor and the filament clamper, and the filament clamper is clamped by the fastening means, thereby applying a force in the shear direction to the filament and holding the filament on the filament conductor. A strong clamping force can be obtained by tightening the tightening means. In addition, unlike the prior art, it does not have a structure that clamps the filament by elasticity, so that the clamping force is hardly reduced even at high temperatures. Even if the filament conductor or filament clamper is cured by being exposed to a high temperature due to heat from the filament, this curing phenomenon acts to maintain the shape of the portion clamping the filament. On the contrary, it acts in a good direction to maintain the clamping force.

しかも、仮にクランプ力が低下したとしても、締付け手段を増し締めすることによって、クランプ力を容易に再生することができる。 Moreover, even if the clamping force decreases, the clamping force can be easily regenerated by tightening the fastening means.

また、締付け手段を緩めることによって、フィラメントのクランプを簡単に開放することができるので、強いクランプ力を得ることができるにも拘わらず、フィラメントの保持や位置調整の作業性が良い。 Further, since the filament clamp can be easily released by loosening the tightening means, the workability of holding the filament and adjusting the position is good even though a strong clamping force can be obtained.

請求項４に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、ボルトとナットとは互いに異なる材質であるので、フィラメントからの熱によって高温に曝されても、互いに焼き付くのを防止することができる。しかも、ボルトの材質であるモリブデンと、ナットの材質であるカーボンとは、互いに線膨張係数が非常に近いので、高温に曝されても、締付けが緩むのを防止することができる。 According to invention of Claim 4, there exists the following further effect. That is, since the bolt and the nut are made of different materials, they can be prevented from being seized even when exposed to high temperature by heat from the filament. Moreover, molybdenum, which is the material of the bolt, and carbon, which is the material of the nut, have a very close linear expansion coefficient to each other, so that it is possible to prevent loosening even when exposed to high temperatures.

この発明に係るイオン源は、上記フィラメント保持構造を備えているので、上記フィラメント保持構造が奏する効果と同様の効果を奏する。 Since the ion source according to the present invention includes the filament holding structure, the same effect as that obtained by the filament holding structure can be obtained.

図１は、イオン源の一例を電源と共に示す図であり、フィラメント保持構造部分は簡略化して図示している。まずこのイオン源全体について説明する。 FIG. 1 is a diagram illustrating an example of an ion source together with a power source, and a filament holding structure portion is illustrated in a simplified manner. First, the entire ion source will be described.

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から熱電子を放出（具体的にはアノードを兼ねるプラズマ生成容器４内へ放出）させる構造の傍熱陰極を有している傍熱陰極型のイオン源である。 The ion source 2 has an indirectly heated cathode having a structure in which the cathode 20 is heated by the filament 50 to emit thermoelectrons from the cathode 20 (specifically, the electrons are emitted into the plasma generation container 4 also serving as the anode). It is an indirectly heated cathode type ion source.

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。 The plasma generation container 4 has, for example, a rectangular parallelepiped shape, and a desired gas (including a vapor) 10 for generating plasma 6 is introduced into the plasma generation container 4 through, for example, a gas introduction port 8. This gas 10 is a gas containing a desired element (for example, a dopant such as B, P, or As). More specifically, it is a gas containing a source gas such as BF ₃ , PH ₃ , AsH ₃ , B ₂ H ₆ or the like.

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。 An ion extraction port 12 for extracting the ion beam 14 is provided on one wall surface (one of the long side walls) of the plasma generation container 4. The ion extraction port 12 has, for example, an elongated slit shape in the longitudinal direction of the wall surface.

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。 On the other wall surface (one of the short side walls) of the plasma generation vessel 4, a cathode opening 18 for positioning the cathode 20 is provided. The front shape of the cathode opening 18 is circular in this example. In this example, a reflective electrode 16 that reflects the electrons in the plasma 6 is held via an electrical insulator 17 on the inner side of the wall facing the wall having the cathode opening 18 and facing the cathode 20. ing.

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。 The reflective electrode 16 may be connected to a floating potential without being connected anywhere as in this example, or connected to the cathode support 58 (in other words, the negative electrode end of the arc power supply 68) to have a cathode potential. Also good.

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７６を印加するようにしても良い。但し磁界７６の向きは、図示とは逆でも良い。 In the plasma generation vessel 4, as in this example, an axis connecting the cathode 20 and the reflective electrode 16 from a magnet (not shown) provided outside the plasma generation vessel 4 for generating and maintaining the plasma 6. A magnetic field 76 along the line may be applied. However, the direction of the magnetic field 76 may be opposite to that illustrated.

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。カソードホルダー３０は、この例では、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。このカソードホルダー３０の先端部内にカソード２０が保持されている。 A distal end portion of a cylindrical cathode holder 30 that holds the cathode 20 is inserted into the cathode opening 18 from the outside of the plasma generation container 4 with a gap 70 between the plasma generation container 4. In this example, the cathode holder 30 is disposed with respect to the plasma generation container 4 so that the tip portion faces downward in the vertical direction G. The cathode 20 is held in the tip of the cathode holder 30.

より具体的には、この例では、カソード２０は、全体として概ね円柱状をしていて、熱電子をプラズマ生成容器４内へ放出させるための前部２２、その背後にあり前部２２よりも細い後部２４およびその中間部の周囲に形成された円環状の溝２６を有している。そして、カソードホルダー３０の先端部付近（先端部から少し奥まった所）内に設けられた棚部３２の貫通穴にカソード２０の後部２４を通し、溝２６にロックワイヤ４０を嵌めて、ロックワイヤ４０でカソード２０をカソードホルダー３０の棚部３２に係止している。但し、カソードの保持構造はこの例に限られるものではない。 More specifically, in this example, the cathode 20 has a generally cylindrical shape as a whole, and is located behind the front portion 22 for releasing thermionic electrons into the plasma generation container 4 and behind the front portion 22. It has a narrow rear portion 24 and an annular groove 26 formed around its middle portion. Then, the rear portion 24 of the cathode 20 is passed through the through hole of the shelf portion 32 provided in the vicinity of the front end portion of the cathode holder 30 (a place slightly recessed from the front end portion), and the lock wire 40 is fitted into the groove 26, The cathode 20 is locked to the shelf 32 of the cathode holder 30 by 40. However, the cathode holding structure is not limited to this example.

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。 In this embodiment, the tip of the cathode holder 30 has a cylindrical shape (a space between the inner peripheral surface of the cathode holder 30 and the outer peripheral surface of the cathode 20 so as to surround the outer peripheral surface of the cathode 20. A first heat shield 36 having a cylindrical shape in the example is provided. In this example, the first heat shield 36 is erected on the shelf 32 of the cathode holder 30 as an integral part thereof.

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。 In this example, the tip of the cathode holder 30, the tip of the cathode 20, and the tip of the first heat shield 36 are located on the outer side of the plasma generation vessel 4 than the inner wall surface 5 around the cathode opening 18 of the plasma generation vessel 4. . However, these tips may be positioned on the same plane as the inner wall surface 5 or may be positioned in the plasma generation vessel 4 as necessary.

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。 A gap 70 between the tip of the cathode holder 30 and the plasma generation container 4 is bent in an L shape in cross section, and a maze structure 72 is formed in the gap 70. By forming such a labyrinth structure 72, the gas conductance in the gap 70 can be reduced, so that leakage of the plasma generating gas 10 is suppressed and the utilization efficiency of the gas 10 is improved. be able to. Moreover, the contamination of the structure around the plasma generation container 4 due to the leakage of the gas 10 can be suppressed.

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。 However, instead of using the maze structure 72 as described above, the space between the cathode holder 30 and the plasma generation vessel 4 may be closed with an electrical insulator.

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、当該後部２４との間に隙間をあけて、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、図４に示す例のように、概ねＵ字状に曲げ戻された形状をしており、かつその中間部に、カソード２０の後部２４の表面に沿うように曲げられた曲り部５１を有している。 A filament 50 for heating the cathode 20 from the rear portion 24 is provided in the cathode holder 30 and in the vicinity of the rear portion 24 of the cathode 20 with a gap between the cathode 24 and the rear portion 24. In this example, as in the example shown in FIG. 4, the filament 50 has a shape that is bent back in a generally U shape, and is bent at the intermediate portion thereof along the surface of the rear portion 24 of the cathode 20. The bent portion 51 is provided.

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。 Further, in this example, a second heat shield 54 is provided in the cathode holder 30 so as to cover the rear surface of the filament 50 more than once (double in this example) with a space between the filament 50. Yes. In this example, the second heat shield 54 is provided integrally with the tip of the cylindrical portion 56.

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はその両端部が二つのフィラメント導体９０によって（図１には一方のみが表れている）、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導体９０によって、それぞれ所定の位置に保持されている。各フィラメント導体９０は、フィラメント５０を保持しかつそれに通電する働きをする。このフィラメント導体９０にフィラメント５０を保持するフィラメント保持構造は後で詳述する。 The cathode holder 30 is supported by the support 58, the filament 50 is formed by two filament conductors 90 at both ends (only one is shown in FIG. 1), and the second heat shield 54 is formed by the cylindrical portion 56 and the support 60. The filament conductors 90 are respectively held at predetermined positions. Each filament conductor 90 serves to hold the filament 50 and to energize it. The filament holding structure for holding the filament 50 on the filament conductor 90 will be described in detail later.

フィラメント５０の両端部には、フィラメント導体９０を介して、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。 A filament power source 64 for heating the filament 50 is connected to both ends of the filament 50 via a filament conductor 90. One end of the filament 50 and the second heat shield 54 are set to the same potential via the support body 60 and the cylindrical portion 56. The filament power source 64 may be a DC power source as shown in the drawing, or an AC power source.

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。 Between the filament 50 and the cathode 20, a direct current heating power source 66 that accelerates the thermoelectrons emitted from the filament 50 toward the cathode 20 and heats the cathode 20 by the impact of the thermoelectrons is the cathode holder 30. And the cathode 20 is connected to the positive electrode side.

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。 Between the cathode 20 and the plasma generation container 4, the thermal electrons emitted from the cathode 20 are accelerated to ionize the gas 10 introduced into the plasma generation container 4 and to cause arc discharge in the plasma generation container 4. A DC arc power source 68 for generating the plasma 6 is connected with the plasma generation container 4 as the positive electrode side.

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。 In the ion source 2, the cathode 20 is heated by the filament 50 to emit thermoelectrons from the cathode 20 into the plasma generation container 4, and arc discharge is generated in the plasma generation container 4 using the thermoelectrons. The gas 10 introduced into the plasma generation container 4 is ionized to generate plasma 6, and the ion beam 14 can be extracted from the plasma 6 through the ion extraction port 12 by the action of an electric field. Note that an extraction electrode for extracting the ion beam 14 is usually provided in the vicinity of the outlet side of the ion extraction port 12.

次に、フィラメント導体９０にフィラメント５０を保持するフィラメント保持構造の一実施形態を図２〜図５を参照して説明する。図２は、図１中のフィラメント導体９０の先端部付近の詳細例を示したものに相当する。 Next, an embodiment of a filament holding structure for holding the filament 50 on the filament conductor 90 will be described with reference to FIGS. FIG. 2 corresponds to a detailed example of the vicinity of the tip of the filament conductor 90 in FIG.

フィラメント５０は、この例では、例えば図４に示すように、概ねＵ字状に曲げ戻された形状をしている。但し、このフィラメント５０の中間部の曲り部５１の構造は、図示例のものに限られない。このフィラメント５０の両端部を、図２に示す二つのフィラメント保持構造によってそれぞれ保持している。 In this example, for example, as shown in FIG. 4, the filament 50 has a shape bent back into a generally U shape. However, the structure of the bent portion 51 at the intermediate portion of the filament 50 is not limited to the illustrated example. Both ends of the filament 50 are held by the two filament holding structures shown in FIG.

フィラメント５０は、金属、例えばタングステン（Ｗ）から成る。 The filament 50 is made of metal, for example, tungsten (W).

図２には、互いに接近して並設されたフィラメント導体９０をそれぞれ有していて、両フィラメント導体９０間の中心線８０を中心にして線対称に配置された二つのフィラメント保持構造が図中の上下に並べて記載されている。この二つのフィラメント保持構造は互いに同じ構造であるので、以下においてはその一方のフィラメント保持構造を主体に説明する。 FIG. 2 shows two filament holding structures each having filament conductors 90 arranged close to each other and arranged symmetrically with respect to a center line 80 between the filament conductors 90. Are listed side by side. Since the two filament holding structures are the same as each other, the following description will focus on one of the filament holding structures.

各フィラメント保持構造は、フィラメント導体９０、フィラメントクランパー１００、支点部材１１０および締付け手段（ボルト１１２およびナット１１４）を備えている。 Each filament holding structure includes a filament conductor 90, a filament clamper 100, a fulcrum member 110, and fastening means (bolts 112 and nuts 114).

フィラメント導体９０は、図５も参照して、その先端部付近に、溝９２を挟んで板厚方向に二つに分かれている部分９４を有している。この二つに分かれている部分９４の上下両方の相対応する位置に、フィラメント５０を通すフィラメント穴９６および支点部材１１０を通す支点部材穴９８をそれぞれ有している。従って、フィラメント５０および支点部材１１０が斜めになるのを防止することができる。フィラメント導体９０は、更に、後述するボルト１１２を通すボルト穴９９およびボルト１１２の頭部を入れる凹部９１を有している。 With reference to FIG. 5 as well, the filament conductor 90 has a portion 94 that is divided in two in the plate thickness direction with a groove 92 interposed therebetween in the vicinity of the tip. A filament hole 96 through which the filament 50 passes and a fulcrum member hole 98 through which the fulcrum member 110 passes are respectively provided at positions corresponding to the upper and lower portions of the two divided portions 94. Therefore, the filament 50 and the fulcrum member 110 can be prevented from being inclined. The filament conductor 90 further has a bolt hole 99 through which a bolt 112 described later passes and a recess 91 into which the head of the bolt 112 is inserted.

フィラメント導体９０は、金属、例えばモリブデン（Ｍo ）から成る。後述するフィラメントクランパー１００、支点部材１１０およびボルト１１２も同様である。 The filament conductor 90 is made of a metal such as molybdenum (Mo). The same applies to the filament clamper 100, the fulcrum member 110, and the bolt 112 described later.

フィラメントクランパー１００は、図３も参照して、この実施形態では、フィラメント導体９０の溝９２内に位置している部分１０２と、当該部分１０２にほぼ直角につながるレバー部１０４とを有していて、全体の平面形状が概ねＬ字形をしている。レバー部１０４は、フィラメント導体９０の溝９２の外に位置している。より具体的には、レバー部１０４は、フィラメント導体９０の先端部の細くなった段部９３に位置している。 With reference to FIG. 3, the filament clamper 100 also includes a portion 102 located in the groove 92 of the filament conductor 90 and a lever portion 104 connected to the portion 102 at a substantially right angle in this embodiment. The overall planar shape is generally L-shaped. The lever portion 104 is located outside the groove 92 of the filament conductor 90. More specifically, the lever portion 104 is located at a stepped portion 93 where the tip of the filament conductor 90 is thinned.

フィラメントクランパー１００は、この溝内に位置している部分１０２であって上記フィラメント導体９０のフィラメント穴９６および支点部材穴９８にそれぞれ対応する位置に、フィラメント５０を通すフィラメント穴１０６および支点部材１１０を通す支点部材穴１０８を有している。レバー部１０４は、後述するボルト１１２を通すボルト穴１０９を有している。 The filament clamper 100 has a filament hole 106 and a fulcrum member 110 through which the filament 50 passes at positions 102 corresponding to the filament hole 96 and the fulcrum member hole 98 of the filament conductor 90, respectively. It has a fulcrum member hole 108 through which it passes. The lever portion 104 has a bolt hole 109 through which a bolt 112 described later passes.

支点部材１１０は、フィラメント導体９０およびフィラメントクランパー１００の両支点部材穴９８および１０８に通されていて、フィラメントクランパー１００をフィラメント導体９０に、矢印Ｃで示すように回動可能に保持している。即ち、支点部材１１０がフィラメントクランパー１００の上記回動の支点となる。支点部材１１０は、例えばピンであり、止め輪等の公知の抜け止め手段（図示省略）によって抜け止めがなされている。但し、支点部材１１０はピン以外のもの、例えばねじ、ワイヤ等でも良い。 The fulcrum member 110 is passed through both the fulcrum member holes 98 and 108 of the filament conductor 90 and the filament clamper 100, and holds the filament clamper 100 on the filament conductor 90 so as to be rotatable as indicated by an arrow C. That is, the fulcrum member 110 serves as a fulcrum for the rotation of the filament clamper 100. The fulcrum member 110 is, for example, a pin, and is prevented from being detached by known retaining means (not shown) such as a retaining ring. However, the fulcrum member 110 may be other than a pin, such as a screw or a wire.

フィラメント導体９０に対してフィラメントクランパー１００を回動させる方向に、より具体的には図５中の矢印Ｆに示す方向に締め付ける締付け手段として、この実施形態では、ボルト１１２およびそれに螺合するナット１１４を有している。ボルト１１２は、フィラメント導体９０のボルト穴９９およびフィラメントクランパー１００のボルト穴１０９に通されている。 In this embodiment, as a fastening means for fastening the filament clamper 100 with respect to the filament conductor 90, more specifically, in the direction indicated by the arrow F in FIG. have. The bolt 112 is passed through the bolt hole 99 of the filament conductor 90 and the bolt hole 109 of the filament clamper 100.

この実施形態では、ボルト１１２の頭部をフィラメント導体９０の凹部９１に入れて、ボルト１１２の頭部がフィラメント導体９０の側面から外に突き出さないようにしている。そのようにすると、両フィラメント導体９０をより近づけて並設することができるので、フィラメント５０の間隔（より具体的にはフィラメント５０の脚部間の間隔）が狭い場合にも対応が容易となる。 In this embodiment, the head of the bolt 112 is inserted into the recess 91 of the filament conductor 90 so that the head of the bolt 112 does not protrude outward from the side surface of the filament conductor 90. By doing so, since both filament conductors 90 can be arranged closer to each other, it is easy to cope even when the interval between the filaments 50 (more specifically, the interval between the leg portions of the filament 50) is narrow. .

ナット１１４は、モリブデン等の金属から成るものでも良いけれども、この実施形態ではカーボン（Ｃ）から成る。ボルト１１２は、上述したように例えばモリブデンから成る。 The nut 114 may be made of a metal such as molybdenum, but in this embodiment is made of carbon (C). The bolt 112 is made of, for example, molybdenum as described above.

そして、フィラメント導体９０およびフィラメントクランパー１００のフィラメント穴９６および１０６にフィラメント５０を通し、ボルト１１２およびナット１１４によってフィラメントクランパー１００を矢印Ｆに示す方向に締め付けることによって、フィラメント５０にせん断方向に力を加えて、フィラメント導体９０にフィラメント５０を保持している。即ちクランプしている。その状態を拡大して図５に示す。上記締め付けは、例えばナット１１４を回すことによって行うけれども、それに限られるものではない。また、ナット１１４を回すのに、必要に応じてナットレンチ等の治具を用いても良い。 The filament 50 is passed through the filament holes 96 and 106 of the filament conductor 90 and the filament clamper 100, and the filament clamper 100 is tightened in the direction indicated by the arrow F by the bolt 112 and the nut 114, thereby applying a force in the shear direction to the filament 50. Thus, the filament 50 is held by the filament conductor 90. That is, it is clamped. The state is enlarged and shown in FIG. The tightening is performed, for example, by turning the nut 114, but is not limited thereto. Further, a jig such as a nut wrench may be used to turn the nut 114 as necessary.

図２に示す実施形態では、前述したように、互いに同じ構造のフィラメント保持構造を二つ用いて、フィラメント５０の両端部をそれぞれ保持している。 In the embodiment shown in FIG. 2, as described above, two filament holding structures having the same structure are used to hold both ends of the filament 50.

このフィラメント保持構造は、フィラメント導体９０およびフィラメントクランパー１００のフィラメント穴９６、１０６にフィラメント５０を通し、締付け手段を構成するボルト１１２およびナット１１４によってフィラメントクランパー１００を締め付けることによって、フィラメント５０にせん断方向に力を加えて、フィラメント導体９０にフィラメント５０を保持している構造であり、締付け手段を締め付けることによって強いクランプ力を得ることができる。しかも、従来技術と違って弾性によってフィラメントをクランプする構造ではないので、高温になってもクランプ力の低下が少ない。 In this filament holding structure, the filament 50 is passed through the filament holes 90 and 106 of the filament conductor 90 and the filament clamper 100, and the filament clamper 100 is tightened by the bolts 112 and nuts 114 constituting the tightening means. The structure is such that a force is applied to hold the filament 50 on the filament conductor 90, and a strong clamping force can be obtained by tightening the tightening means. In addition, unlike the prior art, it does not have a structure in which the filament is clamped by elasticity.

フィラメント導体９０やフィラメントクランパー１００がフィラメント５０からの熱によって高温に曝されて硬化しても、この硬化現象は、フィラメント５０をクランプしている部分の形状を維持するように作用するので、弾性を用いる従来技術とは反対に、クランプ力を維持する良い方向に作用する。 Even if the filament conductor 90 or the filament clamper 100 is cured by being exposed to a high temperature by the heat from the filament 50, this curing phenomenon acts to maintain the shape of the portion that clamps the filament 50. Contrary to the prior art used, it works in a good direction to maintain the clamping force.

これを詳述すると、常温でフィラメントクランパー１００を締め付けた際に、その力によって当初は、フィラメント導体９０およびフィラメントクランパー１００のフィラメント穴９６、１０６の側壁が僅かに凹んでフィラメント５０に馴染むかも知れない。その後、フィラメント導体９０やフィラメントクランパー１００がフィラメント５０からの熱によって高温に曝されて硬化しても、上記フィラメント５０に馴染んだ形状を維持するように作用するので、このことはクランプ力を維持する良い方向に作用する。即ち、高温に曝されることによる材料の硬化現象は、弾性を用いる従来技術では当該弾性を低下させクランプ力を低下させる現象であったけれども、このフィラメント保持構造では、材料の硬化現象を、クランプ力を維持する良い方向に利用することができる。 More specifically, when the filament clamper 100 is tightened at room temperature, the side walls of the filament conductor 90 and the filament holes 96 and 106 of the filament clamper 100 may be slightly recessed and become familiar with the filament 50. . Thereafter, even if the filament conductor 90 or the filament clamper 100 is cured by being exposed to a high temperature by the heat from the filament 50, the filament conductor 90 or the filament clamper 100 acts to maintain the shape familiar to the filament 50. This maintains the clamping force. Acts in a good direction. That is, the material hardening phenomenon due to exposure to high temperature is a phenomenon that the elasticity is lowered and the clamping force is lowered in the prior art using elasticity, but in this filament holding structure, the material hardening phenomenon is clamped. It can be used in a good direction to maintain power.

しかも、このフィラメント保持構造では、仮にクランプ力が低下したとしても、締付け手段を増し締めすることによって、例えばナット１１４を回して増し締めすることによって、クランプ力を容易に再生することができる。 Moreover, in this filament holding structure, even if the clamping force is reduced, the clamping force can be easily regenerated by tightening the tightening means, for example, by rotating the nut 114 and tightening.

また、締付け手段を緩めることによって、例えばナット１１４を緩めることによって、フィラメント５０のクランプを簡単に開放することができるので、例えばフィラメント５０のクランプを完全に開放することもできるので、強いクランプ力を得ることができるにも拘わらず、フィラメント５０の保持や位置調整の作業性が良い。 Further, by loosening the tightening means, for example, by loosening the nut 114, the filament 50 clamp can be easily released. For example, the filament 50 clamp can be completely opened, so that a strong clamping force can be obtained. Although it can be obtained, the workability of holding and adjusting the position of the filament 50 is good.

締付け手段は、ボルト１１２とナット１１４との組み合わせ以外のもの、例えば、フィラメント導体９０に形成された雌ねじ部とそれに螺合する雄ねじ（例えばボルト）等でも良いけれども、この実施形態のようにボルト１１２およびナット１１４で構成すると、フィラメント導体９０にねじ加工のような複雑な加工を施さずに済むなど、締付け手段を簡単に構成することができる。また、以下に述べるように、モリブデンとカーボンとの組み合わせを選択することも容易になる。 The tightening means may be other than the combination of the bolt 112 and the nut 114, for example, an internal thread formed on the filament conductor 90 and an external thread (for example, a bolt) screwed to the bolt 112, but the bolt 112 as in this embodiment. When configured with the nut 114, the tightening means can be easily configured such that the filament conductor 90 does not have to be subjected to complicated processing such as screw processing. In addition, as described below, it becomes easy to select a combination of molybdenum and carbon.

ボルト１１２がモリブデンから成り、ナット１１４がカーボンから成るものにすると、ボルト１１２とナット１１４とは互いに異なる材質であるので、フィラメント５０からの熱によって高温に曝されても、互いに焼き付くのを防止することができる。しかも、ボルト１１２の材質であるモリブデンと、ナット１１４の材質であるカーボンとは、互いに線膨張係数が非常に近いので、具体的にはモリブデンの線膨張係数は約５．１×１０^-6／Ｋ（０−１００℃において）、カーボンのそれは約５．６×１０^-6／Ｋ（０−１００℃において）と非常に近いので、高温に曝されても、締付けが緩むのを防止することができる。 If the bolts 112 are made of molybdenum and the nuts 114 are made of carbon, the bolts 112 and the nuts 114 are made of different materials. Therefore, even if the bolts 112 and the nuts 114 are exposed to high temperatures due to heat from the filament 50, they are prevented from seizing each other. be able to. In addition, molybdenum, which is the material of the bolt 112, and carbon, which is the material of the nut 114, have a very close linear expansion coefficient. Specifically, the linear expansion coefficient of molybdenum is about 5.1 × 10 ⁻⁶ / K (at 0-100 ° C.), that of carbon is very close to about 5.6 × 10 ⁻⁶ / K (at 0-100 ° C.), thus preventing tightening even when exposed to high temperatures Can do.

上記のようなカソード保持構造を備えている図１に示すイオン源２も、上記と同様の効果を奏する。以下に述べる他の実施形態のフィラメント保持構造を備えているイオン源も、当該フィラメント保持構造が奏する効果と同様の効果を奏する。 The ion source 2 shown in FIG. 1 having the above-described cathode holding structure also has the same effect as described above. The ion source provided with the filament holding structure of the other embodiment described below also has the same effect as the filament holding structure.

フィラメント導体９０の形状やフィラメントクランパー１００の形状は、上記実施形態のものに限られるものではない。例えば図６に示す実施形態のように、フィラメントクランパー１００が台形状をしていて、このフィラメントクランパー１００の大半がフィラメント導体９０の溝９２内に位置している部分１０２となっていて、このフィラメントクランパー１００のフィラメント導体９０外に出ている部分にボルト１１２の頭部を係合させて、このボルト１１２と螺合するナット１１４とで締付け手段を構成して、この締付け手段によってフィラメントクランパー１００をフィラメント導体９０に対して矢印Ｆに示す方向に締め付ける構造にしても良い。ボルト１１２とナット１１４とは反対にしても良い。フィラメント導体９０に、必要に応じて、ナット１１４、ボルト１１２を入れる凹部を形成しておいても良い。 The shape of the filament conductor 90 and the shape of the filament clamper 100 are not limited to those of the above embodiment. For example, as in the embodiment shown in FIG. 6, the filament clamper 100 has a trapezoidal shape, and most of the filament clamper 100 is a portion 102 located in the groove 92 of the filament conductor 90. The head of the bolt 112 is engaged with a portion of the clamper 100 that is outside the filament conductor 90, and a fastening means is constituted by a nut 114 that is screwed with the bolt 112, and the filament clamper 100 is attached by the fastening means. The filament conductor 90 may be tightened in the direction indicated by the arrow F. The bolt 112 and the nut 114 may be reversed. If necessary, the filament conductor 90 may be formed with a recess for receiving the nut 114 and the bolt 112.

上記各実施形態のフィラメント保持構造は、例えば特開２００１−２３６８９７号公報等に記載されているような、直熱陰極を構成するフィラメントの保持や、そのようなフィラメントを有する直熱陰極型のイオン源にも適用することができる。 The filament holding structure of each of the embodiments described above is, for example, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-236897 and the like, holding a filament constituting a directly heated cathode, and a directly heated cathode type ion having such a filament. It can also be applied to sources.

また、上記各実施形態のフィラメント保持構造は、例えば特開平８−３６９８３号公報等に記載されているような、直線状のフィラメントの保持や、そのようなフィラメントを有するイオン源にも適用することができる。 The filament holding structure of each of the above embodiments is also applicable to holding a linear filament as described in, for example, JP-A-8-36983, and an ion source having such a filament. Can do.

また、各上記実施形態のフィラメント保持構造は、例えば特開平８−１９０８８８号公報に記載されているような、フィラメントを用いてイオンビームの正電荷中和用のプラズマを発生させるプラズマ発生装置（これはプラズマフラッドガン、プラズマシャワー装置等と呼ばれることもある）にも適用することができる。中和用以外のプラズマ発生装置等にも適用することができる。 Further, the filament holding structure of each of the above embodiments is a plasma generator (this is described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-190888) that generates plasma for neutralizing positive charges of an ion beam using a filament. Can also be applied to plasma flood guns and plasma shower devices). It can also be applied to plasma generators other than those for neutralization.

また、上記各実施形態のフィラメント保持構造は、必ず二つ用いなければならないものではなく、一つ用いても良い。その場合でも、当該一つのフィラメント保持構造について、上述した効果を奏することができる。 Moreover, the filament holding structure of each said embodiment does not necessarily have to use two, You may use one. Even in that case, the above-described effects can be achieved with respect to the one filament holding structure.

イオン源の一例を電源と共に示す図であり、フィラメント保持構造部分は簡略化して図示している。It is a figure which shows an example of an ion source with a power supply, and the filament holding structure part is simplified and shown in figure. この発明に係るフィラメント保持構造の一実施形態を示す平面図である。It is a top view which shows one Embodiment of the filament holding structure which concerns on this invention. 図２中のフィラメントクランパーを拡大して示す平面図である。It is a top view which expands and shows the filament clamper in FIG. フィラメントの一例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an example of a filament. 図２中の線ＤーＤに沿う拡大断面図である。FIG. 3 is an enlarged sectional view taken along line DD in FIG. 2. フィラメントクランパーの他の例を用いたフィラメント保持構造の他の実施形態を示す平面図である。It is a top view which shows other embodiment of the filament holding structure using the other example of a filament clamper. 従来のフィラメント保持構造の一例を示す平面図である。It is a top view which shows an example of the conventional filament holding structure.

Explanation of symbols

２イオン源
５０フィラメント
９０フィラメント導体
９２溝
９４二つに分かれている部分
９６フィラメント穴
９８支点部材穴
１００フィラメントクランパー
１０２溝内に位置している部分
１０６フィラメント穴
１０８支点部材穴
１１０支点部材
１１２ボルト
１１４ナット 2 Ion source 50 Filament 90 Filament conductor 92 Groove 94 Divided portion 96 Filament hole 98 Support point member hole 100 Filament clamper 102 Portion located in groove 106 Filament hole 108 Support point member hole 110 Support point member 112 Bolt 114 nut

Claims

A filament hole through which the filament passes and a fulcrum member hole through which the fulcrum member passes at a position corresponding to both of the two parts divided in the plate thickness direction across the groove Each having a filament conductor;
The filament conductor has a portion located in the groove of the filament conductor, and the filament is passed through the portion located in the groove corresponding to the filament hole and the fulcrum member hole of the filament conductor. A filament clamper having a fulcrum member hole for passing the filament hole and the fulcrum member;
A fulcrum member that is passed through both fulcrum member holes of the filament conductor and the filament clamper, and holds the filament clamper rotatably on the filament conductor;
Tightening means for tightening the filament clamper in a direction to rotate the filament conductor,
The filament is passed through the filament conductor and the filament hole of the filament clamper, and the filament clamper is clamped by the clamping means, thereby applying a force in the shear direction to the filament to hold the filament on the filament conductor. A filament holding structure characterized by.

2. The filament holding structure according to claim 1, wherein the filament is bent back, and two filament holding structures according to claim 1 are used to hold both ends of the filament.

The filament holding structure according to claim 1 or 2, wherein the tightening means includes a bolt and a nut screwed into the bolt.

The filament holding structure according to claim 3, wherein the bolt is made of molybdenum and the nut is made of carbon.

An ion source comprising the filament holding structure according to claim 1, 2, 3 or 4.