JPH02199742A - Ion source - Google Patents

Ion source

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JPH02199742A
JPH02199742A JP1911889A JP1911889A JPH02199742A JP H02199742 A JPH02199742 A JP H02199742A JP 1911889 A JP1911889 A JP 1911889A JP 1911889 A JP1911889 A JP 1911889A JP H02199742 A JPH02199742 A JP H02199742A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
generation chamber
plasma generation
electron beam
anode
plasma
Prior art date
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Pending
Application number
JP1911889A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hisanori Ishida
寿則 石田
Tsuyoshi Nakamura
強 中村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
Priority to JP1911889A priority Critical patent/JPH02199742A/en
Publication of JPH02199742A publication Critical patent/JPH02199742A/en
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  • Electron Sources, Ion Sources (AREA)

Abstract

PURPOSE:To heighten the ionization efficiency with simple constitution for obtaining a relatively big current by arranging an anode having potential different from a second plasma generation chamber between a first plasma generation chamber and the second plasma generation chamber. CONSTITUTION:Besides providing a first plasma generation chamber 6 with an anode 4, a second plasma generation chamber 8 is provided with an anode 7, both of these are connected to an acceleration power supply 16. Potential of the second plasma generation chamber 8 impressed by relatively negative voltage as compared with the anode 7 pulls electrons generated inside the second plasma generation chamber 8 as a second electron beam 11 to advance in the reverse direction to that of an electron beam 10 and rush into the first plasma generation chamber 6. This second electron beam 11 also concerns with ionization by collision of ionization gas inside the first plasma generation chamber 6 so that an ion generation rate inside the first plasma generation chamber 6 is heightened. Thereby, ionization efficiency can be heightened while lightening space charge of ions in ion pulling so that a bigger amount of an ion current can be obtained.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 ・ 本発明はイオン源、特に電子ビーム励起型イオン源に関
するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] - The present invention relates to an ion source, particularly an electron beam-excited ion source.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、電子ビームとイオン化物質との相互作用によりプ
ラズマを生成し、イオンビームを得るイオン源として第
2図に示すような電子ビーム励起型イオン源がある。
2. Description of the Related Art Conventionally, there is an electron beam excitation type ion source as shown in FIG. 2 as an ion source that generates plasma and obtains an ion beam through interaction between an electron beam and an ionized substance.

このイオン源では、真空容#119内において、中心部
に細孔(図示せず)を有するカソード1から射出された
電子ビーム10が引出し電極3及びアノード4に与えら
れた電位によって2段加速されてプラズマ生成室6に突
入し、イオン化物質導入口9から導入されたイオン化物
質を電子ビーム10が衝突電離することによりプラズマ
を生成している。
In this ion source, in a vacuum volume #119, an electron beam 10 emitted from a cathode 1 having a pore (not shown) in the center is accelerated in two stages by electric potentials applied to an extraction electrode 3 and an anode 4. The electron beam 10 enters the plasma generation chamber 6 and ionizes the ionized substance introduced from the ionized substance introduction port 9 by collision with the electron beam 10, thereby generating plasma.

そしてこのプラズマから、引出し電極3とアノード4の
電位差にしたがってイオンを引き出し、イオンビーム1
2を得ている。従って、このイオン源ではカソード1.
ウェネルト2.引出し電極3゜アノード4間にかかる電
界を用いて電子ビームを発生・加速するとともにイオン
ビームを引き呂し、加速している。
Then, ions are extracted from this plasma according to the potential difference between the extraction electrode 3 and the anode 4, and the ion beam 1
I got 2. Therefore, in this ion source, the cathode 1.
Wehnelt 2. An electric field applied between the extraction electrode 3 and the anode 4 is used to generate and accelerate an electron beam, and also to draw and accelerate the ion beam.

イオン生成率を高めるためには電子ビーム電流を増大さ
せることが一つの手段であるが、カソード1と引出し電
極3間の電界の大きさにしたがって得られる電子ビーム
電流量の最大値が決定されてしまうために、多量の電子
ビーム電流を得るには電子ビームの加速電圧を高めるこ
とが必要である。またプラズマから実用的な電流量のイ
オンを引き出すためには引出し電圧は高い方が望ましい
One way to increase the ion production rate is to increase the electron beam current, but the maximum value of the electron beam current that can be obtained is determined according to the magnitude of the electric field between the cathode 1 and the extraction electrode 3. Therefore, in order to obtain a large amount of electron beam current, it is necessary to increase the electron beam acceleration voltage. Further, in order to extract ions with a practical amount of current from the plasma, it is desirable that the extraction voltage be high.

従って、電子ビームの加速電圧は最低でも数KVとする
必要がある1図中5は電磁レンズ、15は引出し電源、
16は加速電源、17はバイアス電源、13゜14は排
気口である。
Therefore, the accelerating voltage of the electron beam must be at least several KV.1 In the figure, 5 is an electromagnetic lens, 15 is an extraction power source,
16 is an acceleration power source, 17 is a bias power source, and 13° and 14 are exhaust ports.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

ところで、電子ビームの衝突電離作用によりイオン化物
質を電離させるには、イオン化物質の種類にもよるが多
くの場合電子ビームのエネルギが数100 e Vのと
き最も電離効率がよくなる。しかしながら前記した理由
により電子ビーム励起型イオン源では電子ビームのエネ
ルギは最低でも数KVであるためにイオン化物質の電離
効率が比較的低く、従って多量のイオンビーム電流を得
ることが困難であるという欠点があった。
By the way, in order to ionize an ionized substance by the impact ionization effect of an electron beam, the ionization efficiency is often highest when the energy of the electron beam is several hundred eV, although it depends on the type of the ionized substance. However, due to the above-mentioned reasons, in the electron beam excited ion source, the energy of the electron beam is at least several KV, so the ionization efficiency of the ionized substance is relatively low, and therefore it is difficult to obtain a large amount of ion beam current. was there.

本発明の目的は上述した欠点に鑑みてなされたもので、
比較的簡単な構成で電離効率を高め、比較的大電流を得
ることができる電子ビーム励起型イオン源を提供するこ
とにある。
The object of the present invention has been made in view of the above-mentioned drawbacks.
An object of the present invention is to provide an electron beam-excited ion source that can increase ionization efficiency and obtain a relatively large current with a relatively simple configuration.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

前記目的を達成するため、本発明によるイオン源におい
ては、中心部に細孔が設けられたカソードを有する電子
銃から射出された電子ビームの入射をうけてプラズマを
生成し、該プラズマから引き呂されたイオンビームを前
記電子ビームの進路をさかのぼらせて前記カソードの細
孔から射出させる電子ビーム励起型イオン源に、 前記電子ビーム入射方向から順次それぞれ異なる電位を
有する第1のプラズマ生成室と第2のプラズマ生成室と
を設け、第1のプラズマ生成室と第2のプラズマ生成室
との間に、該第2のプラズマ生成室とは異なる電位を有
するアノードを配置してなるものである。
In order to achieve the above object, the ion source according to the present invention generates plasma upon receiving an electron beam emitted from an electron gun having a cathode with a pore in the center, and extracts a plasma from the plasma. an electron beam-excited ion source that causes the ion beam to travel backward in the path of the electron beam and is ejected from the pore of the cathode; A second plasma generation chamber is provided, and an anode having a different potential from that of the second plasma generation chamber is arranged between the first plasma generation chamber and the second plasma generation chamber. .

〔作用〕[Effect]

本発明のイオン源において、第1のプラズマ生成室後方
に配置された第2のプラズマ生成室に電子ビームが入射
することにより第2のプラズマ生成室内でプラズマが生
成される。プラズマ生成室とアノードとの電位差によっ
てこのプラズマから荷電粒子が引き出され、第1のプラ
ズマ生成室に入射して電離にあずかるため、第1のプラ
ズマ生成室内での電離効率が高まり、従って第1のプラ
ズマ生成室から引き出されるイオン電流を増大させるこ
とができる。
In the ion source of the present invention, plasma is generated in the second plasma generation chamber by the electron beam being incident on the second plasma generation chamber located behind the first plasma generation chamber. Charged particles are extracted from this plasma by the potential difference between the plasma generation chamber and the anode, enter the first plasma generation chamber, and participate in ionization, so the ionization efficiency in the first plasma generation chamber increases, and therefore The ion current drawn from the plasma generation chamber can be increased.

〔実施例〕〔Example〕

次に本発明を図面を用いて詳細に説明する。 Next, the present invention will be explained in detail using the drawings.

第1図は本発明の実施例の構成図、第3図は本発明の第
2の実施例の構成図である。それぞれの図に°おいて、
第2図と同一構成部分は同一番号を付して要部以外の説
明を省略する。
FIG. 1 is a block diagram of an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a block diagram of a second embodiment of the present invention. In each figure,
Components that are the same as those in FIG. 2 are given the same numbers, and explanations of other than essential parts will be omitted.

第1図において、本発明の金属イオン源においては、真
空容器19内に従来のプラズマ生成室(第1のプラズマ
生成室)6とその上方にプラズマ生成室(第2のプラズ
マ生成室)8を連設したものである。この第2のプラズ
マ生成室8に絶縁管18を通してイオン化物質導入口9
を開口する。第1のプラズマ生成室6に対してアノード
4を設けるほか、第2のプラズマ生成室8に対応してア
ノード7を設け、いずれも加速電源16に接続する。ま
た。
In FIG. 1, the metal ion source of the present invention has a conventional plasma generation chamber (first plasma generation chamber) 6 in a vacuum vessel 19 and a plasma generation chamber (second plasma generation chamber) 8 above it. They are set up consecutively. An ionized substance inlet 9 is passed through the insulating tube 18 into this second plasma generation chamber 8.
Open. In addition to providing an anode 4 for the first plasma generation chamber 6, an anode 7 is provided for the second plasma generation chamber 8, both of which are connected to an acceleration power source 16. Also.

第2のプラズマ生成室8を引出し電源15に接続する。The second plasma generation chamber 8 is connected to the extraction power source 15 .

中心部に細孔(図示せず)を有するカソード1はW製の
直熱型フィラメントからなり、これを加熱することによ
って発生した熱電子はウェネルト2に印加された電圧に
よって成形されるとともに、加速電源16によりカソー
ド1に印加された電圧と引出し電源15により引出し電
極3に印加された電圧との電位差、及びアノード4と引
出し電極3との電位差によって2段加速され、さらに電
磁レンズ5によって集束されつつ第1の電子ビーム10
として第1のプラズマ生成室6に突入する。第1の電子
ビーム10の電流の制御はバイアス電源17によりウェ
ネルト2に与えられる電圧を調整することにより行う、
第1のプラズマ生成室6に突入した第1の電子ビーム1
0はイオン化物質導入口9から気体として導入されたイ
オン化物質(以下イオン化ガスという)を衝突電離して
プラズマを生成する。この後筒1の電子ビームlOはア
ノード7を通過し、第2のプラズマ生成室8に突入する
。第1の電子ビーム10は第2のプラズマ生成室8中で
イオン化ガスを衝突電離し、プラズマを生成する。
The cathode 1, which has a pore (not shown) in the center, is made of a directly heated filament made of W, and the thermoelectrons generated by heating this are shaped and accelerated by the voltage applied to the Wehnelt 2. It is accelerated by two stages due to the potential difference between the voltage applied to the cathode 1 by the power source 16 and the voltage applied to the extraction electrode 3 by the extraction power source 15, and the potential difference between the anode 4 and the extraction electrode 3, and further focused by the electromagnetic lens 5. first electron beam 10
As a result, the plasma enters the first plasma generation chamber 6. The current of the first electron beam 10 is controlled by adjusting the voltage applied to the Wehnelt 2 by the bias power supply 17.
The first electron beam 1 entering the first plasma generation chamber 6
0 generates plasma by colliding and ionizing the ionized substance (hereinafter referred to as ionized gas) introduced as a gas from the ionized substance introduction port 9. After this, the electron beam lO of the cylinder 1 passes through the anode 7 and enters the second plasma generation chamber 8. The first electron beam 10 collides with and ionizes the ionized gas in the second plasma generation chamber 8 to generate plasma.

アノード7と比較して相対的に負の電圧を印加された第
2のプラズマ生成室8の電位によって、第2のプラズマ
生成室8中で生成された電子は第2の電子ビーム11と
なって引き呂され、電子ビーム10とは逆方向に進み、
第1のプラズマ生成室6に突入する。この第2の電子ビ
ーム11も第1のプラズマ生成室6中でのイオン化ガス
の衝突電離にあずかるため、第1のプラズマ生成室6中
のイオン生成率は高まる。第1の実施例ではカソード1
付近の真空度をよくするためにイオン化ガスは絶縁管1
8を介して第2のプラズマ生成室8に導入し、差動排気
を用いている。イオン化ガスの導入は必ずしも第2のプ
ラズマ生成室8から行う必要はなく、第1のプラズマ生
成室6から行ってもよい。
Due to the potential of the second plasma generation chamber 8 to which a relatively negative voltage is applied compared to the anode 7, the electrons generated in the second plasma generation chamber 8 become a second electron beam 11. It is pulled and moves in the opposite direction to the electron beam 10,
It enters the first plasma generation chamber 6. Since this second electron beam 11 also participates in the collision ionization of the ionized gas in the first plasma generation chamber 6, the ion generation rate in the first plasma generation chamber 6 increases. In the first embodiment, the cathode 1
In order to improve the degree of vacuum in the vicinity, the ionized gas is placed in an insulating tube 1.
8 into the second plasma generation chamber 8, and differential pumping is used. The ionized gas does not necessarily need to be introduced from the second plasma generation chamber 8, and may be introduced from the first plasma generation chamber 6.

第1図の排気構成では第2のプラズマ生成室8の圧力が
最も高くなるために比較的高密度のプラズマが生成され
、比較的大電流の第2の電子ビーム11を引き出すこと
ができる。また、第2のプラズマ生成室8に電圧を印加
する電源に引出し電源15を用いることにより新たに電
源を付加する必要はないが、第2のプラズマ生成室8に
電圧を印加する電源を新たに加えて、第2のプラズマ生
成室8の電位を独立に可変することができる構成として
ももちろんよい。さらに、第2のプラズマ生成室8に印
加する電圧をアノード7と比較して正とし。
In the exhaust configuration shown in FIG. 1, the pressure in the second plasma generation chamber 8 is the highest, so relatively high-density plasma is generated, and the second electron beam 11 with a relatively large current can be extracted. Furthermore, by using the extraction power source 15 as the power source for applying voltage to the second plasma generation chamber 8, there is no need to add a new power source; In addition, it is of course possible to adopt a configuration in which the potential of the second plasma generation chamber 8 can be varied independently. Further, the voltage applied to the second plasma generation chamber 8 is set to be positive compared to the voltage applied to the anode 7.

第2のプラズマ生成室8からイオンを引き呂して。Ions are drawn from the second plasma generation chamber 8.

このイオンを第1のプラズマ生成室6での電離に用いて
もよい。
These ions may be used for ionization in the first plasma generation chamber 6.

イオンビーム12は、第1のプラズマ生成室6で生成さ
れたイオンが引出し電極3とアノード4との電位差に従
って第1の電子ビームlOと逆方向に引き出されること
によって形成されるが、第2の電子ビーム11は引出し
電極3付近まで到達することができるため、イオン引出
しにおいてイオンの空間電荷を緩和し、より多量のイオ
ンビーム電流を引き出すことができる。
The ion beam 12 is formed by ions generated in the first plasma generation chamber 6 being extracted in the opposite direction to the first electron beam lO according to the potential difference between the extraction electrode 3 and the anode 4; Since the electron beam 11 can reach the vicinity of the extraction electrode 3, the space charge of the ions can be relaxed during ion extraction, and a larger amount of ion beam current can be extracted.

次に第2の実施例を説明する。基本的な構成は第1の実
施例と同じであるが、第2の実施例では第3図に示すよ
うに、第2の電子ビーム11を引き出すための電位を乱
さないようにターゲット20を第2のプラズマ生成室8
内に配置している。こうすることにより、第2の電子ビ
ーム11を引き出すとともに第1の電子ビーム10の反
射電子を第3の電子ビーム21として引き出しており、
第1のプラズマ生成室6に入射する電子ビーム電流量を
高めている。
Next, a second embodiment will be explained. The basic configuration is the same as that of the first embodiment, but in the second embodiment, as shown in FIG. 2 plasma generation chamber 8
It is located inside. By doing this, the second electron beam 11 is extracted, and the reflected electrons of the first electron beam 10 are extracted as the third electron beam 21.
The amount of electron beam current entering the first plasma generation chamber 6 is increased.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上述べた通り本発明によれば、従来の電子ビーム励起
型イオン源に比較的簡単な構造の電極。
As described above, according to the present invention, an electrode having a relatively simple structure can be used in a conventional electron beam-excited ion source.

プラズマ生成室を付加することによって電離効率を高め
ることができ、さらにイオン引出しにおいてイオンの空
間電荷を緩和できるため、より多量のイオン電流を得る
ことができる。
By adding a plasma generation chamber, the ionization efficiency can be increased, and the space charge of ions can be relaxed during ion extraction, so that a larger amount of ion current can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の第1の実施例の構成図、第2図は従来
の電子ビーム励起型イオン源の構成図。 第3図は本発明の第2の実施例の構成図である。 1・・・カソード      2・・・ウェネルト3・
・・引出し電極     4,7・・・アノード5・・
・電磁レンズ   6・・・第1のプラズマ生成室8・
・・第2のプラズマ生成室 9・・・イオン化物質導入口 11・・・第2の電子ビーム 13.14・・・排気口 16・・・加速電源 18・・・絶縁管 20・・・ターゲット 10・・・第1の電子ビーム 12・・・イオンビーム 15・・・引出し電源 17・・・バイアス電源 19・・・真空容器 21・・・第3の電子ビーム
FIG. 1 is a block diagram of a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a block diagram of a conventional electron beam-excited ion source. FIG. 3 is a block diagram of a second embodiment of the present invention. 1... Cathode 2... Wehnelt 3.
...Extraction electrodes 4,7...Anode 5...
・Electromagnetic lens 6...first plasma generation chamber 8・
...Second plasma generation chamber 9...Ionized substance inlet 11...Second electron beam 13.14...Exhaust port 16...Acceleration power source 18...Insulating tube 20...Target 10... First electron beam 12... Ion beam 15... Extraction power source 17... Bias power source 19... Vacuum vessel 21... Third electron beam

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)中心部に細孔が設けられたカソードを有する電子
銃から射出された電子ビームの入射をうけてプラズマを
生成し、該プラズマから引き出されたイオンビームを前
記電子ビームの進路をさかのぼらせて前記カソードの細
孔から射出させる電子ビーム励起型イオン源に、 前記電子ビーム入射方向から順次それぞれ異なる電位を
有する第1のプラズマ生成室と第2のプラズマ生成室と
を設け、第1のプラズマ生成室と第2のプラズマ生成室
との間に、該第2のプラズマ生成室とは異なる電位を有
するアノードを配置してなることを特徴とするイオン源
(1) A plasma is generated by receiving an electron beam emitted from an electron gun having a cathode with a pore in the center, and an ion beam extracted from the plasma is traced back along the path of the electron beam. In addition, an electron beam-excited ion source emitted from the pore of the cathode is provided with a first plasma generation chamber and a second plasma generation chamber having different potentials sequentially from the direction of incidence of the electron beam. An ion source characterized in that an anode having a different potential from that of the second plasma generation chamber is disposed between a plasma generation chamber and a second plasma generation chamber.
JP1911889A 1989-01-27 1989-01-27 Ion source Pending JPH02199742A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04104433A (en) * 1990-08-23 1992-04-06 Nec Corp Ion source

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JPH04104433A (en) * 1990-08-23 1992-04-06 Nec Corp Ion source

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