JP5329941B2 - Ion source - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、イオンビームを生成するためにプラズマを生成するイオン源に関する。 The present invention relates to an ion source that generates a plasma to generate an ion beam.
イオン注入装置は、基板にイオンビームを衝突させてイオンを注入することにより基板を処理するために用いられる。イオン源は、このようなイオン注入装置のイオンビームを生成するための装置として、従来より種々開発されてきた。 An ion implantation apparatus is used for processing a substrate by implanting ions by making an ion beam collide with the substrate. Various ion sources have been conventionally developed as an apparatus for generating an ion beam of such an ion implantation apparatus.
イオン源は、プラズマ容器内部に挿入され、通電することにより熱電子を供給するフィラメントをカソードとし、プラズマ容器をアノードとする。プラズマ容器内では、アーク放電を誘起して原料ガスをプラズマ化する。イオン源のプラズマ容器の壁面には、1つ以上のスリット開口が設けられ、このスリット開口から、プラズマの中の電荷を帯びたイオンがイオンビームとして引き出される。プラズマ容器の外側には、イオンビームの引き出し方向と直交する磁場を印加する磁極を備えている。 In the ion source, a filament that is inserted into a plasma container and supplies thermal electrons when energized is used as a cathode, and the plasma container is used as an anode. In the plasma container, arc discharge is induced to turn the raw material gas into plasma. One or more slit openings are provided on the wall surface of the plasma container of the ion source, and charged ions in the plasma are extracted from the slit openings as an ion beam. A magnetic pole for applying a magnetic field orthogonal to the extraction direction of the ion beam is provided outside the plasma container.
図8〜10は、従来のイオン源の一例を示す図である。図8は、イオン源の全体を示す斜視図であり、図9は、図8に示すイオン源のフィラメントクランプの配置を説明する図であり、図10は、図8に示すイオン源のプラズマ容器の分解斜視図である。
図8に示すように、プラズマ容器100内にフィラメント102が設けられ、プラズマ容器100の壁面には、プラズマ容器100内で生成されたプラズマをイオンビームBとして引き出すスリット開口104が設けられている。プラズマ容器100の外側には、図9に示すように、フィラメント102を保持するフィラメントクランプ106と、フィラメントクランプ106を、絶縁材108を介して固定する基台110と、プラズマ容器100を基台108に支持固定するための支持部材112と、プラズマ容器100内に磁場を形成する磁極114,116と、が設けられている。
プラズマ容器100は、図10に示すように、フィラメント102を設けるための一対の貫通孔を有する板部材116およびスリット開口104を有する板部材117の他、板部材118,119を有して、直方体形状に構成されている。
8-10 is a figure which shows an example of the conventional ion source. FIG. 8 is a perspective view showing the entire ion source, FIG. 9 is a view for explaining the arrangement of filament clamps of the ion source shown in FIG. 8, and FIG. 10 is a plasma container of the ion source shown in FIG. FIG.
As shown in FIG. 8, a filament 102 is provided in the plasma container 100, and a slit opening 104 through which plasma generated in the plasma container 100 is extracted as an ion beam B is provided on the wall surface of the plasma container 100. As shown in FIG. 9, on the outside of the plasma container 100, as shown in FIG. 9, a filament clamp 106 that holds the filament 102, a base 110 that fixes the filament clamp 106 via an insulating material 108, and the plasma container 100 is a base 108. A support member 112 for supporting and fixing the magnetic poles 114 and 116 for forming a magnetic field in the plasma vessel 100 are provided.
As shown in FIG. 10, the plasma container 100 includes a plate member 116 having a pair of through holes for providing the filament 102 and a plate member 117 having a slit opening 104, and plate members 118 and 119. It is configured in shape.
このようなイオン源では、プラズマ容器100の一対の貫通孔を通して挿入されたフィラメント102が、プラズマ容器100の貫通孔の内側表面に触れることがないように、フィラメントクランプ106によりフィラメント102がしっかり保持されて基台110上に固定されている。また、プラズマ容器100も、支持部材112を介して、基台110上に固定されている。このように、プラズマ容器100とフィラメント102を別々に基台108上に固定するのは、フィラメント102とプラズマ容器100とが接触して導通することを防止するためである。
また、フィラメント102がプラズマ容器100の貫通孔を通る部分には絶縁材は設けられない。これは以下の理由による。すなわち、プラズマ容器100の内壁面、フィラメント102あるいはプラズマ容器100の周辺の部材には、導電性膜が堆積しやすく、プラズマ容器(アノード)100の貫通孔を通るフィラメント(カソード)102の周りに絶縁材を設けた場合、上記絶縁材の表面を導電性膜が覆い、フィラメント102とプラズマ容器100とが導通する可能性があるからである。
In such an ion source, the filament 102 is firmly held by the filament clamp 106 so that the filament 102 inserted through the pair of through holes of the plasma vessel 100 does not touch the inner surface of the through hole of the plasma vessel 100. It is fixed on the base 110. Further, the plasma container 100 is also fixed on the base 110 via the support member 112. Thus, the plasma container 100 and the filament 102 are separately fixed on the base 108 in order to prevent the filament 102 and the plasma container 100 from contacting and conducting.
Further, an insulating material is not provided in a portion where the filament 102 passes through the through hole of the plasma container 100. This is due to the following reason. That is, a conductive film is easily deposited on the inner wall surface of the plasma vessel 100, the filament 102, or a member around the plasma vessel 100, and is insulated around the filament (cathode) 102 passing through the through hole of the plasma vessel (anode) 100. This is because when the material is provided, the conductive film covers the surface of the insulating material, and the filament 102 and the plasma container 100 may be electrically connected.
図8に示すように、一対のフィラメントクランプ106,106は、フィラメントクランプ106,106の間隔がフィラメント102の貫通孔から遠ざかるにつれてハの字状に広がるように設けられている。これは設計上の制限によるものである。このような状態で、フィラメント102は、2000℃以上に通電し加熱される。この通電による加熱により、フィラメントクランプ106も熱伝導や抵抗損失により加熱され、フィラメントクランプ106はその長手方向に沿って熱膨張する。このため、フィラメントクランプ106で保持されるフィラメント102は、フィラメント106,106の間隔の方向に応力を受けることになる。例えば、フィラメントクランプ106が100mm長のモリブデンで構成されているとき、1000℃の温度上昇で0.6mm熱膨張する。この熱膨張の分が、フィラメント102への応力となる。例えば、図9に示されるフィラメントクランプ106,106の成す角度が30度の場合、フィラメント102は、略0.3mm、フィラメント102の幅を押し狭めようとする圧縮応力を受ける。 As shown in FIG. 8, the pair of filament clamps 106 and 106 are provided so that the distance between the filament clamps 106 and 106 increases in a C shape as the distance from the through hole of the filament 102 increases. This is due to design limitations. In such a state, the filament 102 is heated by energizing to 2000 ° C. or higher. By heating by this energization, the filament clamp 106 is also heated by heat conduction and resistance loss, and the filament clamp 106 is thermally expanded along its longitudinal direction. For this reason, the filament 102 held by the filament clamp 106 is subjected to stress in the direction of the interval between the filaments 106 and 106. For example, when the filament clamp 106 is made of molybdenum having a length of 100 mm, it thermally expands by 0.6 mm with a temperature rise of 1000 ° C. This thermal expansion becomes stress on the filament 102. For example, when the angle formed by the filament clamps 106 and 106 shown in FIG. 9 is 30 degrees, the filament 102 is subjected to a compressive stress that is about 0.3 mm and tries to push and narrow the width of the filament 102.
このような圧縮応力によりフィラメント102は弾性変形をするが、高温クリープにより高温に加熱される部分が集中的に大きく変形する。イオン源の稼動が終了し通電加熱が終わり常温まで冷え、さらに、フィラメントクランプ106が冷えると、フィラメント102は、今度、引っ張り応力を受ける。フィラメント102の材質として、タングステンを用いることが多く、この場合、フィラメント102の高温に加熱される部分には結晶粒が大きく成長して脆弱化する。この脆弱化された部分は、上記応力によって、容易に破断し、あるいは、変形等を起こし、その結果、フィラメントの熱電子の供給機能を果たさなくなる場合が多い。 The filament 102 is elastically deformed by such a compressive stress, but a portion heated to a high temperature by high temperature creep is intensively deformed. When the operation of the ion source is completed, the current heating is finished, the temperature is lowered to room temperature, and the filament clamp 106 is further cooled, the filament 102 is subjected to a tensile stress. Tungsten is often used as the material of the filament 102. In this case, crystal grains grow large and become brittle in the portion heated to a high temperature of the filament 102. The weakened portion is easily broken or deformed by the stress, and as a result, it often fails to fulfill the function of supplying filament thermoelectrons.
下記特許文献1には、イオン注入機に用いるためのイオン源が記載されている。当該イオン源は、フィラメントを保持するアーム(フィラメントクランプ)を単一の部材に固定した後、イオン源の基台に相当する場所に固定するように構成されている。 The following Patent Document 1 describes an ion source for use in an ion implanter. The ion source is configured to fix an arm (filament clamp) for holding a filament to a single member and then fix it at a location corresponding to the base of the ion source.
しかし、上記イオン源では、フィラメントを保持するアームおよびアームを固定する単一の部材について、フィラメントの加熱によって生じる熱膨張を考慮した固定方法等を開示していない。 However, the ion source does not disclose a fixing method in consideration of thermal expansion caused by heating of the filament for the arm that holds the filament and the single member that fixes the arm.
そこで、本発明は、上記問題点を解決するために、イオン源において、フィラメントを保持するフィラメント保持具の熱膨張により、フィラメントが受ける応力を緩和、抑制し、これによって、フィラメントの破断や変形によるフィラメントの機能不全を予防することのできるイオン源を提供することを目的とする。 Therefore, in order to solve the above problems, the present invention relieves and suppresses the stress applied to the filament by thermal expansion of the filament holder that holds the filament in the ion source, thereby causing breakage and deformation of the filament. An object of the present invention is to provide an ion source capable of preventing filament malfunction.
上記目的は、イオンビームを生成するためにプラズマを生成する、以下のイオン源により達成することができる。
すなわち、イオン源は、
(A)プラズマを生成するための壁面に覆われて内部空間を形成するプラズマ容器と、
(B)前記プラズマ容器に設けられた一対の貫通孔を通して前記内部空間に設けられ、通電加熱されて熱電子を放出する、中間部が折り返された線状のフィラメントと、
(C)前記プラズマ容器の外側に設けられ、前記一対の貫通孔を通した前記フィラメントと前記貫通孔の壁面との間に隙間をあけた状態で、前記フィラメントの両端を保持するための棒状の把持部分を有する一対のフィラメント保持具と、
(D)前記一対のフィラメント保持具のそれぞれを支持固定するための基台と、
前記一対のフィラメント保持具のそれぞれと前記基台との間を介在して接続する介在部材と、を有する。
このとき、
(E)前記一対のフィラメント保持具それぞれと前記介在部材とが接続される第1の接続位置から、前記一対のフィラメント保持具それぞれの前記フィラメントの保持位置に至る第1の方向を定め、さらに、前記介在部材と前記基台が接続される第2の接続位置から、前記第1の接続位置に至る第2の方向を定め、前記一対の貫通孔を前記内部空間からみて、前記一対の貫通孔の壁面上の開口部を結ぶ線分を略垂直二等分する第1の面を定めたとき、前記第2の接続位置は、前記第1の面で分割される2つの側のうち、前記第1の接続位置のある側にあり、前記第2の方向を前記第1の方向に射影した成分は、前記第1の方向と反対の向きを向いている。
The above object can be achieved by the following ion source that generates a plasma to generate an ion beam.
That is, the ion source is
(A) a plasma container covered with a wall surface for generating plasma and forming an internal space;
(B) a linear filament that is provided in the internal space through a pair of through holes provided in the plasma vessel and is heated by energization to emit thermoelectrons, with the intermediate portion folded;
(C) A rod-like shape for holding both ends of the filament in a state where a gap is provided between the filament passing through the pair of through-holes and a wall surface of the through-hole, provided outside the plasma vessel. A pair of filament holders having gripping portions;
(D) a base for supporting and fixing each of the pair of filament holders;
An interposition member for interposing and connecting between each of the pair of filament holders and the base.
At this time,
(E) determining a first direction from a first connection position where each of the pair of filament holders and the interposition member are connected to a holding position of the filament of each of the pair of filament holders; A second direction from the second connection position where the interposition member and the base are connected to the first connection position is defined, and the pair of through holes are viewed from the internal space, and the pair of through holes When the first surface that bisects the line connecting the openings on the wall surface of the first substantially bisecting line is defined, the second connection position is the two of the two sides divided by the first surface. The component that is on the side where the first connection position is located and projects the second direction into the first direction is directed in the opposite direction to the first direction.
より具体的には、以下のように設定される。
前記一対のフィラメント保持具の前記棒状の把持部分は、前記棒状の把持部分の間隔が前記貫通孔から遠ざかるにつれてハの字状に広がるように設けられ、前記第2の接続位置は、前記第1の接続位置に比べて、前記第1の面に近い。
このとき、前記第2の接続位置の前記第1の面までの距離は、前記第1の接続位置の前記第1の面までの距離の0%を超え40%以下であることが好ましい。
More specifically, it is set as follows.
The rod-shaped gripping portions of the pair of filament holders are provided so that the interval between the rod-shaped gripping portions spreads in a C shape as the distance from the through hole increases, and the second connection position is the first connection position. Is closer to the first surface than the connection position.
At this time, it is preferable that the distance from the second connection position to the first surface is greater than 0% and equal to or less than 40% of the distance from the first connection position to the first surface.
また、具体的には、以下のように設定される。
前記一対の貫通孔を前記内部空間からみて、前記一対の貫通孔の壁面上の開口部間を結ぶ線分に略平行であって、前記第1の面に直交し、前記第1の接続位置を通る、第2の面を仮想したとき、前記第2の接続位置は、前記第2の面で2等分される2つの領域のうち、前記フィラメントの保持位置のある側に設けられている。
More specifically, the setting is as follows.
When the pair of through holes are viewed from the internal space, the first connection position is substantially parallel to a line segment connecting openings on the wall surfaces of the pair of through holes, perpendicular to the first surface. The second connection position is provided on the side having the filament holding position in the two regions divided into two by the second surface when the second surface passing through is hypothesized. .
なお、前記一対のフィラメント保持具は、タングステン、モリブデン、およびタンタルの中から選択された金属を主成分とする合金からなり、前記介在部材は、ステンレス合金またはアルミニウム合金からなることが好ましい。 The pair of filament holders are preferably made of an alloy whose main component is a metal selected from tungsten, molybdenum, and tantalum, and the interposition member is preferably made of a stainless alloy or an aluminum alloy.
また、前記プラズマ容器の壁面には、イオンビームを引き出すスリット開口が設けられ、このスリット開口の壁面は、前記フィラメントを通す前記一対の貫通孔が設けられる壁面に対して対向する、イオン源の構成となっている。 Further, a slit opening for extracting an ion beam is provided on the wall surface of the plasma container, and the wall surface of the slit opening is opposed to the wall surface provided with the pair of through holes through which the filament passes. It has become.
前記介在部材は、前記一対のフィラメント保持具を別々に前記基台に接続する一対の部材であってもよいし、また、前記一対のフィラメント保持具を共通して前記基台に接続する1つの部材であってもよい。
また、上記イオン源は、
プラズマを生成するための壁面に覆われて内部空間を形成するプラズマ容器と、
前記プラズマ容器に設けられた一対の貫通孔を通して前記内部空間に設けられ、通電加熱されて熱電子を放出する、中間部が折り返された線状のフィラメントと、
前記プラズマ容器の外側に設けられ、前記一対の貫通孔を通した前記フィラメントと前記貫通孔の壁面との間に隙間をあけた状態で、前記フィラメントの両端を保持するための棒状の把持部分を有する第1のフィラメント保持具および第2のフィラメント保持具と、
前記第1のフィラメント保持具および第2のフィラメント保持具のそれぞれを支持固定するための基台と、
前記第1のフィラメント保持具および第2のフィラメント保持具のそれぞれと前記基台との間を介在して接続する1つの介在部材と、を有し、
前記一対の貫通孔を前記内部空間からみて、前記一対の貫通孔の壁面上の開口部を結ぶ線分を略垂直二等分する第1の面を定めたとき、前記第1のフィラメント保持具は、前記第1の面で分割される2つの側のうち第1の側において前記フィラメントの一端を保持するとともに、前記第1の側にある第1の接続位置A1において前記介在部材と接続され、前記第2のフィラメント保持具は、前記2つの側のうち前記第1の側と異なる第2の側において前記フィラメントの他端を保持するとともに、前記第2の側にある第1の接続位置A2において前記介在部材と接続され、
前記第1の接続位置A1から、前記第1のフィラメント保持具の前記フィラメントの保持位置に至る第1の方向X1、および、前記第1の接続位置A2から、前記第2のフィラメント保持具の前記フィラメントの保持位置に至る第1の方向X2を定め、さらに、前記介在部材と前記基台が前記第1の側において接続される第2の接続位置D1から、前記第1の接続位置A1に至る第2の方向Y1、および、前記介在部材と前記基台が前記第2の側において接続される第2の接続位置D2から、前記第1の接続位置A2に至る第2の方向Y2を定めたとき、前記第2の方向Y1を前記第1の方向X1に射影した前記第2の方向Y1の成分は、前記第1の方向X1と反対の向きを向くとともに、前記第2の方向Y2を前記第1の方向X2に射影した前記第2の方向Y2の成分は、前記第1の方向X2と反対の向きを向いていることを特徴とするものであってもよい。
The interposition member may be a pair of members that separately connect the pair of filament holders to the base, or may be a single member that connects the pair of filament holders to the base in common. It may be a member.
The ion source is
A plasma container covered with a wall for generating plasma and forming an internal space;
A linear filament which is provided in the internal space through a pair of through-holes provided in the plasma vessel, and is heated by energization to emit thermoelectrons, with an intermediate portion folded;
A rod-shaped gripping part for holding both ends of the filament in a state where a gap is provided between the filament passing through the pair of through-holes and a wall surface of the through-hole, provided outside the plasma vessel. A first filament holder and a second filament holder having
A base for supporting and fixing each of the first filament holder and the second filament holder;
One interposed member for interposing and connecting between each of the first filament holder and the second filament holder and the base,
When the first surface that bisects the line segment connecting the openings on the wall surfaces of the pair of through holes when the pair of through holes is viewed from the internal space is approximately perpendicularly divided, the first filament holder Holds one end of the filament on the first side of the two sides divided by the first surface, and is connected to the interposition member at the first connection position A1 on the first side. The second filament holder holds the other end of the filament on a second side different from the first side of the two sides, and a first connection position on the second side. Connected to the interposition member at A2,
Wherein the first connecting position A1, the first in the first direction X1 reaches the holding position of the filament of the filament holder, and, from the first connecting position A2, the said second filament holder A first direction X2 to reach the filament holding position is defined, and further, the second connecting position D1 where the interposition member and the base are connected on the first side reaches the first connecting position A1 . A second direction Y1 and a second direction Y2 from the second connection position D2 where the interposition member and the base are connected on the second side to the first connection position A2 are defined. when the components of the second direction Y1 obtained by projecting the second direction Y1 in the first direction X1, together with the first direction X1 and the opposite direction toward Ward, the second direction Y2 Projected in the first direction X2 The components of the second direction Y2 may be characterized in that facing the first direction X2 opposite to the direction.
上述のイオン源では、介在部材と基台が接続される第2の接続位置は、前記第1の面で分割される2つの側のうち、前記第1の接続位置のある側にあり、前記第2の方向を前記第1の方向に射影した成分は、前記第1の方向と反対の向きを向いている。このため、フィラメントを保持するフィラメント保持具の熱膨張によりフィラメントが受ける応力を緩和および抑制し、これによって、フィラメントの破断や変形によるフィラメントの機能不全を予防することすることができる。 In the ion source described above, the second connection position where the interposition member and the base are connected is on the side where the first connection position is located, out of the two sides divided by the first surface, The component obtained by projecting the second direction into the first direction is directed in the opposite direction to the first direction. For this reason, the stress which a filament receives by thermal expansion of the filament holder holding a filament is relieve | moderated and suppressed, By this, the malfunction of the filament by the fracture | rupture or deformation | transformation of a filament can be prevented.
以下、本発明のイオン源について、好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
図1は、本発明のイオン源の一実施形態であるイオン源1の、プラズマ生成部分を説明する図である。イオン源1は、均一、あるいは所望の電流密度分布を有するイオンビームを生成し、処理対象基板に不純物質を注入するイオン注入装置の一部として用いられる。
イオン源1は、プラズマ容器10と、フィラメント12と、スリット開口14と、磁極24,26と、リペラー30と、電極38,40と、各種電源32,34,42,44を、有する。この他に、後述するように、イオン源1は、プラズマ容器10やフィラメント12を固定支持するための各部材を有する(図2参照)。
Hereinafter, the ion source of the present invention will be described in detail based on preferred embodiments.
FIG. 1 is a diagram for explaining a plasma generation portion of an ion source 1 which is an embodiment of the ion source of the present invention. The ion source 1 is used as a part of an ion implantation apparatus that generates an ion beam having a uniform or desired current density distribution and implants impurity into a substrate to be processed.
The ion source 1 includes a plasma container 10, a filament 12, a slit opening 14, magnetic poles 24 and 26, a repeller 30, electrodes 38 and 40, and various power sources 32, 34, 42, and 44. In addition, as will be described later, the ion source 1 includes members for fixing and supporting the plasma container 10 and the filament 12 (see FIG. 2).
プラズマ容器10は、略閉塞した細長い内部空間にてプラズマPを生成するとともに、プラズマPをスリット開口14から細長い形状として引き出してイオンビームBを生成する細長い容器である。プラズマ容器10の少なくとも内壁面は、導体で構成されている。例えば、プラズマ容器10自体が導体材料で構成される。あるいは、プラズマ容器10が主に絶縁材料で構成され、その内部空間に面する内壁面が導体膜で覆われて構成される。
プラズマ容器10内の圧力は、図示されない原料ガス供給部より、ガス供給孔を通してガスGが供給されることにより直接的に調整される。さらに、プラズマ容器10を内包する図示されない真空容器と排気装置を用いて間接的に調整され、一定の圧力に保たれる。
The plasma container 10 is an elongated container that generates plasma P in a substantially closed and elongated internal space and draws the plasma P as an elongated shape from the slit opening 14 to generate an ion beam B. At least the inner wall surface of the plasma container 10 is made of a conductor. For example, the plasma container 10 itself is made of a conductive material. Alternatively, the plasma container 10 is mainly made of an insulating material, and the inner wall surface facing the inner space is covered with a conductor film.
The pressure in the plasma vessel 10 is directly adjusted by supplying the gas G from the source gas supply unit (not shown) through the gas supply hole. Further, the pressure is indirectly adjusted using a vacuum container (not shown) containing the plasma container 10 and an exhaust device, and is maintained at a constant pressure.
フィラメント12およびリペラー30は、プラズマ容器10の内部空間に設けられている。リペラー30は、細長い内部空間を備えるプラズマ容器10の内部空間の長手方向の両端に設けられている。フィラメント12は、一方のリペラー30の前面に設けられている。
プラズマ容器10とリペラー30は、プラズマPより隔離された位置において、図示されない絶縁材により固定されている。しかも、リペラー30は、フィラメント12と一定の空間を保って接触せず、電気的に絶縁されている。プラズマ容器10およびフィラメント12は、後述する基台20に支持固定されている。
The filament 12 and the repeller 30 are provided in the internal space of the plasma container 10. The repeller 30 is provided at both ends in the longitudinal direction of the internal space of the plasma container 10 having an elongated internal space. The filament 12 is provided on the front surface of one repeller 30.
The plasma container 10 and the repeller 30 are fixed by an insulating material (not shown) at a position isolated from the plasma P. Moreover, the repeller 30 is electrically insulated without contacting the filament 12 while maintaining a certain space. The plasma container 10 and the filament 12 are supported and fixed to a base 20 described later.
磁極24,26は、プラズマ容器10の細長い内部空間の長手方向に沿って略平行な静磁場を形成するように、すなわち、2つのリペラー30を結び直線に略平行な磁力線が生じるように設けられている。 The magnetic poles 24 and 26 are provided so as to form a substantially parallel static magnetic field along the longitudinal direction of the elongated internal space of the plasma vessel 10, that is, to connect two repellers 30 and generate a magnetic force line substantially parallel to a straight line. ing.
フィラメント12は、断面が略円形状の線状の線材からなり、通電加熱により熱電子を放出する部分である。フィラメント12は、その中間部で540度回転するように巻かれて折り返されている。この折り返されている中間部がプラズマ容器10の内部空間に突出するように設けられている。フィラメント12の両端近傍は、略平衡に延材しており、両端は、プラズマ容器10の内壁面に設けられた一対の貫通孔を通して、プラズマ容器10の外側に伸びるように設けられている。
このようなフィラメント12は、直線状の線材を曲げ加工して製作される。上記形状のフィラメント12の製作方法は安価に製作できる点で有効である。フィラメント12は、プラズマPに晒されて磨耗し細くなって破断されるため、イオン源の運用寿命を長くするために太くするが、曲げ加工を容易にする点では3mm程度より細くするのが好ましい。従来より知られている中間部分を折り返して巻き、さらに、巻き込んだ部分を直角に折り曲げるフィラメント構造(線材の回転方向が2方向ある構造)は複雑であるため、コンパクトに製作することは難しい。フィラメント12は、540度回転するように巻かれて折り返された単純な構造であるが、それでも寸法精度は粗い。このため、フィラメント12は、正確な位置に設置し、フィラメントクランプ16により両端を正確な位置で固定支持することは難しい。したがって、製品差異として微妙に寸法が異なるフィラメント12に応じて自在に取り付け位置を微調整して取り付けられることが必要である。このため、後述するように、図2に示すようなフィラメントクランプ16を用いてフィラメント12の取り付け位置を微調整できる構成になっている。
The filament 12 is a portion made of a linear wire having a substantially circular cross section, and emits thermoelectrons by energization heating. The filament 12 is wound and folded back so as to rotate 540 degrees at its intermediate portion. The folded back intermediate portion is provided so as to protrude into the internal space of the plasma container 10. The vicinity of both ends of the filament 12 extends substantially in equilibrium, and both ends are provided so as to extend to the outside of the plasma vessel 10 through a pair of through holes provided in the inner wall surface of the plasma vessel 10.
Such a filament 12 is manufactured by bending a linear wire. The manufacturing method of the filament 12 having the above shape is effective in that it can be manufactured at low cost. Since the filament 12 is exposed to the plasma P and wears and becomes thin and breaks, the filament 12 is thickened to extend the operational life of the ion source, but is preferably made thinner than about 3 mm in order to facilitate bending. . A filament structure (a structure in which the rotation direction of the wire is two directions) in which a conventionally known intermediate portion is folded and wound, and further the folded portion is bent at a right angle is complicated, and thus it is difficult to manufacture it compactly. The filament 12 has a simple structure that is wound and turned back so as to rotate 540 degrees, but the dimensional accuracy is still rough. For this reason, it is difficult to install the filament 12 at an accurate position and to fix and support both ends at the accurate position by the filament clamp 16. Therefore, it is necessary to finely adjust the attachment position according to the filament 12 with slightly different dimensions as a product difference. For this reason, as will be described later, the attachment position of the filament 12 can be finely adjusted using the filament clamp 16 as shown in FIG.
プラズマ容器10の外側のフィラメント12の両端には、フィラメント電源32が接続されている。このフィラメント電源32では、フィラメント12を通電し加熱して、フィラメント12から熱電子を放出するようにフィラメント電源32が調整される。フィラメント電源32の正極には、フィラメント12の近傍に位置する一方のリペラー30が接続されている。この接続により、フィラメント12の一端と上記一方のリペラー30とが同電位になっている。フィラメント電源32の負極には、アーク電源34の負極が接続され、その正極は、プラズマ容器10の少なくとも内壁面に形成される導体に接続されている。 A filament power supply 32 is connected to both ends of the filament 12 outside the plasma vessel 10. In the filament power source 32, the filament power source 32 is adjusted so that the filament 12 is energized and heated to emit thermoelectrons from the filament 12. One repeller 30 located near the filament 12 is connected to the positive electrode of the filament power supply 32. By this connection, one end of the filament 12 and the one repeller 30 are at the same potential. The negative electrode of the arc power supply 34 is connected to the negative electrode of the filament power supply 32, and the positive electrode is connected to a conductor formed on at least the inner wall surface of the plasma container 10.
フィラメント12から放出された熱電子は、フィラメント12の近傍に位置する一方のリペラー30とフィラメント12の電位差で、プラズマ容器10の中心へ加速され。さらに、アーク電源34の電位差により、プラズマ容器10の内壁面に向けて加速される。しかし、磁極24,26による静磁場の作用により、熱電子は螺旋運動を開始し、両側のリペラー30間を往復する。
螺旋運動を行う熱電子はガスGの分子に衝突する。これにより、ガスGが電離し、電離したイオンと熱電子が更に、フィラメント12及びリペラー30とプラズマ容器10内の電場により加速される。これにより、プラズマPが生成され維持される。
The thermoelectrons emitted from the filament 12 are accelerated to the center of the plasma vessel 10 by the potential difference between one repeller 30 located near the filament 12 and the filament 12. Further, the plasma is accelerated toward the inner wall surface of the plasma vessel 10 by the potential difference of the arc power supply 34. However, due to the action of the static magnetic field generated by the magnetic poles 24 and 26, the thermoelectrons start a spiral motion and reciprocate between the repellers 30 on both sides.
The thermoelectrons that perform the spiral motion collide with the molecules of the gas G. Thereby, the gas G is ionized, and the ionized ions and thermoelectrons are further accelerated by the electric field in the filament 12, the repeller 30 and the plasma container 10. Thereby, plasma P is generated and maintained.
プラズマ容器10の面36には、スリット開口14があり、面36に対向するように、プラズマ容器10の外側に電極38,40が設けられている。電極38,40は、スリット開口14の形状と関連した形状の開口を有する。電極38は電源42の負極に接続され、電極40は、電源42の正極に接続されている。電源42の正極は接地端子に接続され、電位ゼロに固定されている。電源44の負極は、電源42の正極と接続され、電源44の正極はプラズマ容器10に接続されている。プラズマ容器10の面36と電極38との電位差により、スリット開口14近辺に電位勾配が生じ、この電位勾配により、プラズマPよりイオンが分離され、さらに、引き出されてイオンビームBが生成される。 The surface 36 of the plasma vessel 10 has a slit opening 14, and electrodes 38 and 40 are provided outside the plasma vessel 10 so as to face the surface 36. The electrodes 38 and 40 have an opening having a shape related to the shape of the slit opening 14. The electrode 38 is connected to the negative electrode of the power source 42, and the electrode 40 is connected to the positive electrode of the power source 42. The positive electrode of the power source 42 is connected to the ground terminal and is fixed at a potential of zero. The negative electrode of the power supply 44 is connected to the positive electrode of the power supply 42, and the positive electrode of the power supply 44 is connected to the plasma container 10. Due to the potential difference between the surface 36 of the plasma vessel 10 and the electrode 38, a potential gradient is generated in the vicinity of the slit opening 14, and ions are separated from the plasma P by this potential gradient, and are further extracted to generate the ion beam B.
このようなイオン源1では、プラズマ容器10は高温のプラズマPと接するため、上述したように、プラズマ容器10近傍にある、後述するフィラメントクランプ16も高温になり、熱膨張してフィラメント12に対して応力を与ええようとする。しかし、後述するように緩和部材(介在部材)19を設けることにより、フィラメント12の受ける応力を緩和し抑制する。これにより、フィラメント12の破断を抑制する。また、フィラメント12の製品間のばらつきに起因した微調整ができ、かつ熱応力も小さくなるので、製作費用の削減等を達成することができる。 In such an ion source 1, since the plasma container 10 is in contact with the high temperature plasma P, as described above, the filament clamp 16, which will be described later, in the vicinity of the plasma container 10 also becomes high temperature and thermally expands to Trying to give stress. However, by providing a relaxation member (intervening member) 19 as will be described later, the stress received by the filament 12 is relaxed and suppressed. Thereby, the breakage of the filament 12 is suppressed. In addition, fine adjustment due to variations in the product of the filament 12 can be performed, and the thermal stress can be reduced, so that the manufacturing cost can be reduced.
図2は、イオン源1を構成する、プラズマ容器10の外側の各部分の構成を説明する図である。図3は、イオン源1のフィラメント12とプラズマ容器10を固定支持する構造を示す図である。図4は、フィラメントクランプ16と緩和部材19との間の接続位置Aと、緩和部材19と基台20との間の接続位置Dの位置関係を説明する図である。図5(a)は、図3に示す構造の平面図であり、図5(b)は、その正面図である。 FIG. 2 is a view for explaining the configuration of each part on the outside of the plasma vessel 10 constituting the ion source 1. FIG. 3 is a view showing a structure for fixing and supporting the filament 12 of the ion source 1 and the plasma vessel 10. FIG. 4 is a diagram for explaining the positional relationship between the connection position A between the filament clamp 16 and the relaxation member 19 and the connection position D between the relaxation member 19 and the base 20. Fig.5 (a) is a top view of the structure shown in FIG. 3, FIG.5 (b) is the front view.
イオン源1は、プラズマ容器10の外側に、磁極24,26の他に、フィラメントクランプ(フィラメント保持具)16と、絶縁材18と、緩和部材(介在部材)19と、基台20と、支持部材22と、を有する。
フィラメントクランプ16は、絶縁部材18を介して緩和部材19とボルト等により固定することで接続され、緩和部材19は、基台20とボルト等により固定することで接続される。
フィラメントクランプ16は、導電性部材で構成された、フィラメント12の両端を保持する一対のクランプ部材である。フィラメントクランプ16は、プラズマ容器10の壁面に設けられた一対の貫通孔を通してプラズマ容器10の外側に出たフィラメント12の両端を保持する棒状の把持部分を備える。この棒状の把持部分は、ハの字状を成し、フィラメント12が通る一対の貫通孔から遠ざかるにつれて、棒状の把持部分の間隔が広がるようになっている。フィラメントクランプ16は、絶縁材18および緩和部材19を介して基台20に固定されている。
In addition to the magnetic poles 24 and 26, the ion source 1 supports a filament clamp (filament holder) 16, an insulating material 18, a relaxation member (intervening member) 19, a base 20, and a support in addition to the magnetic poles 24 and 26. Member 22.
The filament clamp 16 is connected by being fixed to the relaxation member 19 with a bolt or the like via the insulating member 18, and the relaxation member 19 is connected to the base 20 by being fixed with a bolt or the like.
The filament clamp 16 is a pair of clamp members that are made of a conductive member and hold both ends of the filament 12. The filament clamp 16 includes a rod-shaped gripping portion that holds both ends of the filament 12 that protrudes to the outside of the plasma vessel 10 through a pair of through holes provided in the wall surface of the plasma vessel 10. The rod-shaped gripping portion has a square shape, and the distance between the rod-shaped gripping portions increases as the distance from the pair of through holes through which the filament 12 passes is increased. The filament clamp 16 is fixed to the base 20 via an insulating material 18 and a relaxation member 19.
絶縁材18は、フィラメント12およびフィラメントクランプ16と、基台20とが電気的に導通しないように設けられた部材である。絶縁材18は、一対のフィラメントクランプ16それぞれと緩和部材19との間の2つの接続位置に、フィラメントクランプ16と緩和部材19との間に挟まれるように設けられている。
緩和部材19は、フィラメントクランプ16の加熱によりフィラメントクランプ16が膨張してフィラメント12が受けようとする応力を、緩和部材19自らの膨張により緩和し抑制するように機能する金属製材料からなる部材である。このように、緩和部材19が、フィラメント12に作用する応力を緩和し抑制するように機能するために、フィラメントクランプ16と緩和部材19との接続位置に対して、緩和部材19と基台20との接続位置がオフセットされている。この点は後ほど詳述する。
基台20は、図示されない真空容器とプラズマ容器10とに接し、主として、電極38,40およびプラズマ容器10の面36の相対的位置関係を正確に保つために用いられる。
The insulating material 18 is a member provided so that the filament 12 and the filament clamp 16 are not electrically connected to the base 20. The insulating material 18 is provided at two connection positions between each of the pair of filament clamps 16 and the relaxing member 19 so as to be sandwiched between the filament clamp 16 and the relaxing member 19.
The relaxation member 19 is a member made of a metallic material that functions to relieve and suppress the stress that the filament clamp 16 expands due to the heating of the filament clamp 16 and the filament 12 receives by the expansion of the relaxation member 19 itself. is there. Thus, in order for the relaxation member 19 to function to relieve and suppress the stress acting on the filament 12, the relaxation member 19 and the base 20 are connected to the connection position between the filament clamp 16 and the relaxation member 19. The connection position of is offset. This point will be described in detail later.
The base 20 is in contact with a vacuum vessel (not shown) and the plasma vessel 10, and is mainly used to accurately maintain the relative positional relationship between the electrodes 38 and 40 and the surface 36 of the plasma vessel 10.
なお、プラズマ容器10を基台20に対してしっかり固定支持するのは、イオンビームBを生成するのに、電極38,40に対するプラズマ容器10の相対位置を厳密に調整し固定するためである。電極38,40は、図示されない真空容器および基台20を介して固定される。スリット開口14が設けられる壁面は、フィラメント12が通る一対の貫通孔を備える壁面に対向した位置にある。なお、図2では、プラズマ容器10の側面を大きく切り欠いた開口を示しているが、この切り欠いた開口は、プラズマ容器10の内部構造をわかり易く示すためのものであり、実際、プラズマ容器10には切り欠いた開口は存在しない。 The reason why the plasma container 10 is firmly fixed and supported with respect to the base 20 is to strictly adjust and fix the relative position of the plasma container 10 with respect to the electrodes 38 and 40 in order to generate the ion beam B. The electrodes 38 and 40 are fixed via a vacuum container and a base 20 (not shown). The wall surface where the slit opening 14 is provided is at a position facing the wall surface including a pair of through holes through which the filament 12 passes. In FIG. 2, an opening in which the side surface of the plasma container 10 is greatly cut out is shown. However, the notched opening is for easy understanding of the internal structure of the plasma container 10. There are no cutout openings.
図3に示すように、一対のフィラメントクランプ16は、それぞれフィラメント12の把持部分が二股に分かれた棒形状を成しており、この把持部分が、フィラメント12の両端を、弾性変形を利用して別々に挟持して保持する。フィラメント12は、通電加熱により2000℃以上の高温になる。フィラメントクランプ16は、高温状態のフィラメント12と直接接触するので、耐熱性の点から、タングステン、モリブデン、およびタンタルの中から選択された金属を主成分とする合金からなる。主成分とは、重量%が50%を越す成分をいう。一般にこれらの合金は破断し易いため、二股に分かれた棒状の把持部分は十分に長いことが必要である。 As shown in FIG. 3, each of the pair of filament clamps 16 has a bar shape in which the gripping portion of the filament 12 is divided into two portions. Hold it separately. The filament 12 becomes a high temperature of 2000 ° C. or higher by energization heating. Since the filament clamp 16 is in direct contact with the filament 12 in a high temperature state, the filament clamp 16 is made of an alloy mainly containing a metal selected from tungsten, molybdenum, and tantalum from the viewpoint of heat resistance. The main component means a component whose weight percentage exceeds 50%. In general, these alloys are easy to break, and therefore, the bar-shaped holding portion divided into two forks needs to be sufficiently long.
また、断面が円形状のフィラメント12の両端は、フィラメントクランプ16により接触部分を大きく確保するために、フィラメント12の伸びる方向に対して直交する方向からフィラメント12をフィラメントクランプ16にて挟持するように構成されている。
なお、フィラメント12の個別の寸法差異に応じて、フィラメント12を弾性変形させて強引に設置すると、フィラメント12は応力を受けた状態で加熱されるため、高温クリープによる変形を起こし、フィラメント12の機能を発揮しない場合がある。このため、上述したように、フィラメントクランプ16は、一対の貫通孔を通ってプラズマ容器10の外側に出たフィラメント12の両端の位置の微調整をした後固定される。したがって、フィラメントクランプ16を上記微調整後容易に固定できるようにするために、緩和部材19とフィラメントクランプ16とをボルトで固定し接続する接続位置は、図3に示すようにフィラメント12が通る一対の貫通孔の設けられるプラズマ容器10の壁面を正面にみたとき、プラズマ容器10の幅の外側に来るように設けられている。
Further, both ends of the filament 12 having a circular cross section are clamped by the filament clamp 16 from a direction perpendicular to the direction in which the filament 12 extends in order to secure a large contact portion by the filament clamp 16. It is configured.
In addition, if the filament 12 is elastically deformed according to the individual dimensional difference of the filament 12 and forcibly installed, the filament 12 is heated in a stressed state, so that deformation due to high temperature creep occurs and the function of the filament 12 is increased. May not be demonstrated. For this reason, as described above, the filament clamp 16 is fixed after finely adjusting the positions of both ends of the filament 12 that has come out of the plasma vessel 10 through the pair of through holes. Therefore, in order to enable the filament clamp 16 to be easily fixed after the fine adjustment, the connection position where the relaxation member 19 and the filament clamp 16 are fixed and connected with a bolt is a pair through which the filament 12 passes as shown in FIG. When the wall surface of the plasma container 10 provided with the through-hole is viewed from the front, the plasma container 10 is provided so as to come outside the width of the plasma container 10.
ところで、フィラメントクランプ16と緩和部材(介在部材)19との接続位置と、緩和部材19と基台19との接続位置は、以下に示すような位置関係に設定されている。
すなわち、図4に示すように、一対のフィラメントクランプ16それぞれと緩和部材19とが接続される接続位置Aから、一対のフィラメントクランプ16それぞれのフィラメント12の保持位置Gに至る方向Xを定め、さらに、緩和部材19と基台20が接続される接続位置Dから接続位置Aに至る方向Yを定めたとき、Y方向をX方向に射影したY方向の成分は、X方向と反対の向きを向いている。一対のフィラメント16のそれぞれが上記接続位置の位置関係を備えている。なお、接続位置は、接続される地点が2箇所ある場合、その中間位置が定められる。このように、接続位置A及び接続位置Dの位置関係を定めるのは、フィラメントクランプ16上のフィラメント12の保持位置におけるX方向の変位を緩和、抑制することにより、フィラメント12が受ける熱膨張による応力を緩和させるためである。すなわち、フィラメントクランプ16の棒状の把持部分が、接続位置Aを始点とした熱膨張によりX方向に伸びても、接続位置Dを中心として、緩和部材19も熱膨張によりY方向に伸びるので、フィラメント12の保持位置におけるX方向の変位を緩和、抑制する。
By the way, the connection position between the filament clamp 16 and the relaxation member (interposition member) 19 and the connection position between the relaxation member 19 and the base 19 are set to the following positional relationship.
That is, as shown in FIG. 4, the direction X from the connection position A where each of the pair of filament clamps 16 and the relaxing member 19 are connected to the holding position G of the filament 12 of each of the pair of filament clamps 16 is determined. When the direction Y from the connection position D where the relaxation member 19 and the base 20 are connected to the connection position A is determined, the Y-direction component obtained by projecting the Y direction into the X direction faces the opposite direction to the X direction. ing. Each of the pair of filaments 16 has a positional relationship of the connection positions. In addition, an intermediate position is defined as the connection position when there are two points to be connected. As described above, the positional relationship between the connection position A and the connection position D is determined by the stress caused by thermal expansion that the filament 12 receives by relaxing and suppressing the displacement in the X direction at the holding position of the filament 12 on the filament clamp 16. This is to ease the problem. That is, even if the rod-shaped grip portion of the filament clamp 16 extends in the X direction by thermal expansion starting from the connection position A, the relaxation member 19 also extends in the Y direction by thermal expansion around the connection position D. The displacement in the X direction at the 12 holding positions is alleviated and suppressed.
より具体的に説明すると、一対のフィラメントクランプ16の棒状の把持部分は、棒状の把持部分の間隔が、フィラメント12が通る貫通孔から遠ざかるにつれてハの字状に広がるように設けられている。さらに、フィラメント12が通る一対の貫通孔をプラズマ容器10の内部空間からみて、一対の貫通孔の壁面上の開口部を結ぶ線分を略垂直二等分する面Bを仮想する。このとき、接続位置Dは、面Bで分割される2つの側のうち、接続位置Aのある側にあり、しかも、接続位置Aに比べて面Bに近くなっている。 More specifically, the bar-shaped gripping portions of the pair of filament clamps 16 are provided so that the interval between the bar-shaped gripping portions spreads in a square shape as the distance from the through hole through which the filament 12 passes. Further, when viewing the pair of through-holes through which the filament 12 passes from the internal space of the plasma container 10, a surface B that virtually bisects the line segment connecting the openings on the wall surfaces of the pair of through-holes is assumed. At this time, the connection position D is on the side where the connection position A is located, and is closer to the surface B than the connection position A.
このような構成により、フィラメントクランプ16の熱膨張によりフィラメント12が受ける応力の、面Bに対して直交する方向の成分は、緩和部材19の熱膨張による伸びによって緩和されることができる。
接続位置Dの面Bまでの距離は、接続位置Aの面Bまでの距離の0%を超え40%以下である。すなわち、接続位置Aを通る面Bに平行な面Cを想定したとき、接続位置Dから面Cまでの距離は、面Bおよび面Cの間の距離の60%以上100%未満である。フィラメントクランプ16と緩和部材19との間にある絶縁材18の熱伝導率が高く、緩和部材19の温度が高い場合、逆にクランプ16の温度は下がるため、上記範囲のうち緩和効果の小さい下限近くの60%程度であることが好ましい。フィラメント12の加熱が強く、イオンビームの電流量を多く設定する場合には、上記上限範囲のうち上限近くの100%程度とするのが好ましい。
With such a configuration, the component in the direction orthogonal to the surface B of the stress received by the filament 12 due to the thermal expansion of the filament clamp 16 can be relaxed by the elongation due to the thermal expansion of the relaxation member 19.
The distance to the surface B of the connection position D is more than 0% and 40% or less of the distance to the surface B of the connection position A. That is, when a surface C parallel to the surface B passing through the connection position A is assumed, the distance from the connection position D to the surface C is 60% or more and less than 100% of the distance between the surface B and the surface C. When the thermal conductivity of the insulating material 18 between the filament clamp 16 and the relaxation member 19 is high and the temperature of the relaxation member 19 is high, the temperature of the clamp 16 is decreased. It is preferably about 60% nearby. When the heating of the filament 12 is strong and the ion beam current amount is set to be large, it is preferable that the upper limit range is about 100% near the upper limit.
また、図4に示すように、フィラメント12が通る一対の貫通孔を、プラズマ容器10の内部空間から見て、一対の貫通孔の壁面上の開口部の間を結ぶ線分に略平行であって、この線分を垂直二等分する面Bに直交し、接続位置Aを通る面Eを仮想する。このとき、接続位置Dは、面Eで2等分される2つの領域のうち、フィラメント12の保持位置Gのある側に設けられている。
このような構成により、フィラメントクランプ16が熱膨張することによるフィラメント12の両端の位置での変位の、面Eに直交する方向の成分は、緩和部材19の熱膨張による伸びによって緩和することができる。すなわち、一対のフィラメントクランプ16のそれぞれ保持位置Gにおける変位を抑制し、フィラメント16の両端の膨張による変位の差異を小さくするので、フィラメント12が受ける、面Eに直交する方向の変位を小さくすることができる。
Further, as shown in FIG. 4, the pair of through holes through which the filament 12 passes are substantially parallel to a line segment connecting the openings on the wall surfaces of the pair of through holes when viewed from the internal space of the plasma container 10. Thus, a plane E that is perpendicular to the plane B that bisects the line segment and that passes through the connection position A is assumed. At this time, the connection position D is provided on the side where the holding position G of the filament 12 is present in the two regions divided in half by the surface E.
With such a configuration, the component in the direction perpendicular to the plane E of the displacement at the both ends of the filament 12 due to the thermal expansion of the filament clamp 16 can be relaxed by the elongation of the relaxation member 19 due to the thermal expansion. . That is, the displacement at the holding position G of each of the pair of filament clamps 16 is suppressed, and the difference in displacement due to the expansion of both ends of the filament 16 is reduced, so that the displacement received by the filament 12 in the direction perpendicular to the plane E is reduced. Can do.
フィラメント12の通電加熱により生じる熱は、フィラメントクランプ16を通り、絶縁材18、緩和部材19および基台20へと伝導して外部へ移動する。したがって、緩和部材19はフィラメントクランプ16よりも温度は低い。このため、フィラメントクランプ16の熱膨張による伸びを緩和部材19が効果的に吸収し、フィラメント12が受ける応力を抑制するためには、緩和部材19の材料として熱膨張の大きなステンレス合金あるいはアルミニウム合金を用いることが好ましい。 Heat generated by energization heating of the filament 12 passes through the filament clamp 16, is conducted to the insulating material 18, the relaxation member 19, and the base 20 and moves to the outside. Therefore, the temperature of the relaxation member 19 is lower than that of the filament clamp 16. For this reason, in order for the relaxation member 19 to effectively absorb the elongation due to the thermal expansion of the filament clamp 16 and suppress the stress applied to the filament 12, a stainless alloy or aluminum alloy having a large thermal expansion is used as the material of the relaxation member 19. It is preferable to use it.
図6は、図3に示す実施形態と異なる他の実施形態を示す図である。
図6中、図3に示す実施形態と同じ部材については同じ番号を付している。同じ番号を付した部材は同じ機能を有する。
図6中、図3に示す実施形態と異なる部材は、フィラメントクランプ46と、絶縁材48である。絶縁材48は、絶縁材18と同じように、フィラメント12およびフィラメントクランプ16と、基台20とが電気的に導通しないように設けられた部材であり、絶縁材18に比べて大型化している。プラズマ容器の周りに設けられる各部材には、プラズマPの生成に伴って導電性膜が堆積し易いが、絶縁材48のように大型化することにより、絶縁材48の絶縁材としての機能低下を防止でき、より長時間絶縁材としての機能を維持することができる。さらに、絶縁材48の表面をより効果的に覆うために、フィラメントクランプ46の基部を大きく設けている。この実施形態のように、大型の絶縁材48を使用し、一対のフィラメントクランプ46間の成す角度を大きくしても、緩和部材19を用いるので、フィラメント12が受ける熱膨張による応力を抑制することができる。
FIG. 6 is a diagram showing another embodiment different from the embodiment shown in FIG.
In FIG. 6, the same members as those in the embodiment shown in FIG. Members with the same number have the same function.
In FIG. 6, members different from the embodiment shown in FIG. 3 are a filament clamp 46 and an insulating material 48. As with the insulating material 18, the insulating material 48 is a member provided so that the filament 12, the filament clamp 16, and the base 20 are not electrically connected, and is larger than the insulating material 18. . A conductive film is easily deposited on each member provided around the plasma container as the plasma P is generated. However, as the insulating material 48 is enlarged, the function of the insulating material 48 as an insulating material is reduced. And the function as an insulating material can be maintained for a longer time. Furthermore, in order to cover the surface of the insulating material 48 more effectively, a large base portion of the filament clamp 46 is provided. Even if the large insulating material 48 is used and the angle formed between the pair of filament clamps 46 is increased as in this embodiment, since the relaxation member 19 is used, the stress due to thermal expansion that the filament 12 receives is suppressed. Can do.
図3及び図6に示す実施形態の緩和部材19は、一対のフィラメントクランプ16の両方に対応してそれぞれ設けられたが、イオン源1では、一対のフィラメントクランプ16のいずれか一方のフィラメントクランプ16に対応して緩和部材19が1つ設けられても、従来に比べて、フィラメント12が受ける応力を緩和し、あるいは抑制することができる。 The relaxation member 19 of the embodiment shown in FIGS. 3 and 6 is provided corresponding to both of the pair of filament clamps 16, but in the ion source 1, one of the filament clamps 16 of the pair of filament clamps 16. Even if one relaxation member 19 is provided corresponding to the above, the stress applied to the filament 12 can be relaxed or suppressed as compared with the conventional case.
図7は、図3および図6に示す実施形態とは異なる他の実施形態を示す図である。
図7に示す実施形態では、図3に示す実施形態と同じ部材については同じ番号を付している。同じ番号を付した部材は同じ機能を有する。
図7中、図3に示す実施形態と異なる部材は、緩和部材59である。図3に示す実施形態における緩和部材19は、一対のフィラメントクランプ16のそれぞれに設けられたものであるが、図7に示す実施形態の緩和部材59は、一対のフィラメントクランプ16に共通して基台20に接続する1つの部材である。この緩和部材59であっても、接続位置Aと接続位置Dが、図4に関して説明したような位置関係にあれば、フィラメントクランプ16の熱膨張により、フィラメント12が受ける応力を緩和し、抑制することができる。
FIG. 7 is a diagram showing another embodiment different from the embodiment shown in FIGS. 3 and 6.
In the embodiment shown in FIG. 7, the same members as those in the embodiment shown in FIG. Members with the same number have the same function.
In FIG. 7, a member different from the embodiment shown in FIG. The relaxation member 19 in the embodiment shown in FIG. 3 is provided in each of the pair of filament clamps 16, but the relaxation member 59 in the embodiment shown in FIG. One member connected to the base 20. Even in the relaxation member 59, if the connection position A and the connection position D are in the positional relationship as described with reference to FIG. 4, the stress received by the filament 12 is relaxed and suppressed by the thermal expansion of the filament clamp 16. be able to.
以上、本発明のイオン源について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。 The ion source of the present invention has been described in detail above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various improvements and modifications may be made without departing from the spirit of the present invention. .
1 イオン源
10,100 プラズマ容器
12,102 フィラメント
14,104 スリット開口
16,46,106 フィラメントクランプ
18,48,108 絶縁材
19,59 緩和部材
20,110 基台
22,112 支持部材
24,26,114,116 磁極
32 フィラメント電源
34 アーク電源
36 面
38,40 電極
42,44 電源
116,117,118,119 板部材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ion source 10,100 Plasma container 12,102 Filament 14,104 Slit opening 16,46,106 Filament clamp 18,48,108 Insulation material 19,59 Relaxation member 20,110 Base 22,112 Support member 24,26, 114, 116 Magnetic pole 32 Filament power source 34 Arc power source 36 Surface 38, 40 Electrode 42, 44 Power source 116, 117, 118, 119 Plate member
Claims (13)
プラズマを生成するための壁面に覆われて内部空間を形成するプラズマ容器と、
前記プラズマ容器に設けられた一対の貫通孔を通して前記内部空間に設けられ、通電加熱されて熱電子を放出する、中間部が折り返された線状のフィラメントと、
前記プラズマ容器の外側に設けられ、前記一対の貫通孔を通した前記フィラメントと前記貫通孔の壁面との間に隙間をあけた状態で、前記フィラメントの両端を保持するための棒状の把持部分を有する一対のフィラメント保持具と、
前記一対のフィラメント保持具のそれぞれを支持固定するための基台と、
前記一対のフィラメント保持具のそれぞれと前記基台との間を介在して接続する介在部材と、を有し、
前記一対のフィラメント保持具それぞれと前記介在部材とが接続される第1の接続位置から、前記一対のフィラメント保持具それぞれの前記フィラメントの保持位置に至る第1の方向を定め、さらに、前記介在部材と前記基台が接続される第2の接続位置から、前記第1の接続位置に至る第2の方向を定め、前記一対の貫通孔を前記内部空間からみて、前記一対の貫通孔の壁面上の開口部を結ぶ線分を略垂直二等分する第1の面を定めたとき、前記第2の接続位置は、前記第1の面で分割される2つの側のうち、前記第1の接続位置のある側にあり、前記第2の方向を前記第1の方向に射影した前記第2の方向の成分は、前記第1の方向と反対の向きを向いていることを特徴とするイオン源。 An ion source that generates a plasma to generate an ion beam,
A plasma container covered with a wall for generating plasma and forming an internal space;
A linear filament which is provided in the internal space through a pair of through-holes provided in the plasma vessel, and is heated by energization to emit thermoelectrons, with an intermediate portion folded;
A rod-shaped gripping part for holding both ends of the filament in a state where a gap is provided between the filament passing through the pair of through-holes and a wall surface of the through-hole, provided outside the plasma vessel. A pair of filament holders,
A base for supporting and fixing each of the pair of filament holders;
An interposition member for interposing and connecting between each of the pair of filament holders and the base,
A first direction is determined from a first connection position where each of the pair of filament holders and the interposition member is connected to each filament holding position of the pair of filament holders, and the interposition member A second direction from the second connection position to which the base is connected to the first connection position is defined, and the pair of through holes are viewed from the inner space, and the wall surfaces of the pair of through holes are When the first surface that bisects the line segment that connects the openings of the first vertical surface is determined, the second connection position is the first side of the two sides divided by the first surface. An ion on the side where there is a connection position, wherein the component of the second direction obtained by projecting the second direction into the first direction is directed in the direction opposite to the first direction. source.
前記第2の接続位置は、前記第1の接続位置に比べて、前記第1の面に近い請求項1に記載のイオン源。 The rod-shaped gripping portions of the pair of filament holders are provided so that the interval between the rod-shaped gripping portions spreads in a C shape as the distance from the through hole increases.
The ion source according to claim 1, wherein the second connection position is closer to the first surface than the first connection position.
前記第2の接続位置は、前記第2の面で2等分される2つの領域のうち、前記フィラメントの保持位置のある側に設けられている請求項1〜3のいずれか1項に記載のイオン源。 When the pair of through holes are viewed from the internal space, the first connection position is substantially parallel to a line segment connecting openings on the wall surfaces of the pair of through holes, perpendicular to the first surface. When virtualizing the second surface passing through
The said 2nd connection position is provided in the side with the holding position of the said filament among the two area | regions equally divided by the said 2nd surface. Ion source.
前記介在部材は、ステンレス合金またはアルミニウム合金からなる請求項1〜4のいずれか1項に記載のイオン源。 The pair of filament holders is made of an alloy mainly composed of a metal selected from tungsten, molybdenum, and tantalum,
The ion source according to claim 1, wherein the interposition member is made of a stainless alloy or an aluminum alloy.
プラズマを生成するための壁面に覆われて内部空間を形成するプラズマ容器と、
前記プラズマ容器に設けられた一対の貫通孔を通して前記内部空間に設けられ、通電加熱されて熱電子を放出する、中間部が折り返された線状のフィラメントと、
前記プラズマ容器の外側に設けられ、前記一対の貫通孔を通した前記フィラメントと前記貫通孔の壁面との間に隙間をあけた状態で、前記フィラメントの両端を保持するための棒状の把持部分を有する第1のフィラメント保持具および第2のフィラメント保持具と、
前記第1のフィラメント保持具および第2のフィラメント保持具のそれぞれを支持固定するための基台と、
前記第1のフィラメント保持具および第2のフィラメント保持具のそれぞれと前記基台との間を介在して接続する1つの介在部材と、を有し、
前記一対の貫通孔を前記内部空間からみて、前記一対の貫通孔の壁面上の開口部を結ぶ線分を略垂直二等分する第1の面を定めたとき、前記第1のフィラメント保持具は、前記第1の面で分割される2つの側のうち第1の側において前記フィラメントの一端を保持するとともに、前記第1の側にある第1の接続位置A1において前記介在部材と接続され、前記第2のフィラメント保持具は、前記2つの側のうち前記第1の側と異なる第2の側において前記フィラメントの他端を保持するとともに、前記第2の側にある第1の接続位置A2において前記介在部材と接続され、
前記第1の接続位置A1から、前記第1のフィラメント保持具の前記フィラメントの保持位置に至る第1の方向X1、および、前記第1の接続位置A2から、前記第2のフィラメント保持具の前記フィラメントの保持位置に至る第1の方向X2を定め、さらに、前記介在部材と前記基台が前記第1の側において接続される第2の接続位置D1から、前記第1の接続位置A1に至る第2の方向Y1、および、前記介在部材と前記基台が前記第2の側において接続される第2の接続位置D2から、前記第1の接続位置A2に至る第2の方向Y2を定めたとき、前記第2の方向Y1を前記第1の方向X1に射影した前記第2の方向Y1の成分は、前記第1の方向X1と反対の向きを向くとともに、前記第2の方向Y2を前記第1の方向X2に射影した前記第2の方向Y2の成分は、前記第1の方向X2と反対の向きを向いていることを特徴とするイオン源。 An ion source that generates a plasma to generate an ion beam,
A plasma container covered with a wall for generating plasma and forming an internal space;
A linear filament which is provided in the internal space through a pair of through-holes provided in the plasma vessel, and is heated by energization to emit thermoelectrons, with an intermediate portion folded;
A rod-shaped gripping part for holding both ends of the filament in a state where a gap is provided between the filament passing through the pair of through-holes and a wall surface of the through-hole, provided outside the plasma vessel. A first filament holder and a second filament holder having
A base for supporting and fixing each of the first filament holder and the second filament holder ;
One interposed member for interposing and connecting between each of the first filament holder and the second filament holder and the base,
When the first surface that bisects the line segment connecting the openings on the wall surfaces of the pair of through holes when the pair of through holes is viewed from the internal space is approximately perpendicularly divided, the first filament holder Holds one end of the filament on the first side of the two sides divided by the first surface, and is connected to the interposition member at the first connection position A1 on the first side. The second filament holder holds the other end of the filament on a second side different from the first side of the two sides, and a first connection position on the second side. Connected to the interposition member at A2,
Wherein the first connecting position A1, the first in the first direction X1 reaches the holding position of the filament of the filament holder, and, from the first connecting position A2, the said second filament holder A first direction X2 to reach the filament holding position is defined, and further, the second connecting position D1 where the interposition member and the base are connected on the first side reaches the first connecting position A1 . A second direction Y1 and a second direction Y2 from the second connection position D2 where the interposition member and the base are connected on the second side to the first connection position A2 are defined. when the components of the second direction Y1 obtained by projecting the second direction Y1 in the first direction X1, together with the first direction X1 and the opposite direction toward Ward, the second direction Y2 Projected in the first direction X2 The components of the second direction Y2, the ion source and wherein the facing opposite directions between the first direction X2.
前記第2の接続位置D1は、前記第1の接続位置A1に比べて、前記第1の面に近く、前記第2の接続位置D2は、前記第1の接続位置A2に比べて、前記第1の面に近い請求項8に記載のイオン源。 The rod-shaped gripping portions of the first filament holder and the second filament holder are provided so as to spread in a letter C shape as the distance between the rod-shaped gripping portions increases from the through hole,
Said second connecting position D1, as compared to the first connecting position A1, the near rather the first surface, the second connecting position D2, as compared to the first connecting position A2, the The ion source according to claim 8 , wherein the ion source is close to the first surface .
前記一対の貫通孔を前記内部空間からみて、前記一対の貫通孔の壁面上の開口部間を結ぶ線分に略平行であって、前記第1の面に直交し、前記第1の接続位置A2を通る、第3の面を仮想したとき、前記第2の接続位置D2は、前記第3の面で2等分される2つの領域のうち、前記フィラメントの保持位置のある側に設けられている請求項8〜10のいずれか1項に記載のイオン源。 When the pair of through holes are viewed from the internal space, the first connection position is substantially parallel to a line segment connecting openings on the wall surfaces of the pair of through holes, perpendicular to the first surface. When the second surface passing through A1 is assumed, the second connection position D1 is provided on the side where the filament is held in the two regions divided in two by the second surface. ,
When the pair of through holes are viewed from the internal space, the first connection position is substantially parallel to a line segment connecting openings on the wall surfaces of the pair of through holes, perpendicular to the first surface. When imagining the third surface passing through A2, the second connection position D2 is provided on the side where the filament is held in the two regions divided into two by the third surface. and ion source according to any one of claims 8 to 10..
前記介在部材は、ステンレス合金またはアルミニウム合金からなる請求項8〜11のいずれか1項に記載のイオン源。 The first filament holder and the second filament holder are made of an alloy mainly containing a metal selected from tungsten, molybdenum, and tantalum,
The interposed member, the ion source according to any one of claims 8-11 comprising a stainless steel alloy or aluminum alloy.
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