JPH02236934A - イオン源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、例えばイオン注入装置等に使用されるイオ
ン源に関する。

（従来の技術） 室温で液体または固体である物質をプラズマ化してイオ
ンの引出しを行うプラズマ型イオン源がよ《知られてい
る。

この種のイオン源の従来例を第４図に示す．即ち、筒状
の金属製の放電室容器１を用いてアーク放電室２を形成
しており、その中にコイル状のフィラメント３が他から
電気的に絶縁されて収納されている． このフィラメント３は、後述するオープンｌＯの加熱用
（より具体的にはその中に収めたイオン化物質１１の加
熱蒸気化用）のヒータと、アーク放電のための熱電子放
出用とを兼ねている。

放電室容器１の両端面部には、絶縁スペーサ８、９を介
して、下部カソード４および上部カソード６がそれぞれ
設けられている。

両カソード４、６は、それぞれ、一次電子反射のための
ものであり、フィラメント３に対して負の電圧が印加さ
れる。

下部カソード４には、アーク放電室２内に放電安定用の
ガス、例えばアルゴンガスを導入するためのガス導入口
５が設けられている。また、上部カソード６には、アー
ク放電室２内に生成されたプラズマからイオン１３を引
き出すだめのイオン引出し口７が設けられている。

放電室容器１の側壁内には、その一部をくり抜いてオー
ブン１０が形成されており、そこには、例えば金属等の
ように室温で液体または固体のイオン化物質１１が収納
される。このオーブン１０は、細孔１２を介してアーク
放電室２と連通している。

フィラメント３に通電して発熱させると、それからの放
射熱によってオーブン１０が加熱され、それによってイ
オン化物質１１が加熱蒸気化され、その薫気は細孔１２
を通ってアーク放電室２内に入る。

このときアーク放電室２では、フィラメント３と放電室
容器１との間に印加された電圧によって両者間にアーク
放電が発生されており、このアーク放電によって、オー
ブン１０から導入された蒸気が電離してプラズマとなる
。

そして、このプラズマから、上部カソード６のイオン引
出し口７を経由してイオン（イオンビーム）１３が引き
出される。尚、通常はイオン引出し口７のすぐ下流側に
、負電位の引出し電極が更に設けられる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが上記のようなイオン源においては、フィラメン
ト３からの放射熱エネルギーは、オーブン１０のみなら
ず放電室容器１全体を加熱する。

また、アーク放電によるパワーも、オーブン１０のみな
らず放電室容器１全体を加熱する。

そのため、オーブン１０への入射パワーが小さく、オー
ブン１０の、より具体的にはその内部のイオン化物質１
１に対する加熱効率が悪いという問題がある。

ちなみにオーブンｌＯ等に対する加熱効率が悪いと、オ
ーブン１０から大きな１気流量が得られないためイオン
ビーム量が大きく取れない他、融点の高いイオン化物質
１１を使用するのが困難になる等の問題が生じる。

そこでこの発明は、上記のような点を改善して、オーブ
ン内のイオン化物質の加熱効率の向上を図ることを主た
る目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、この発明のイオン源は、前述
したようなアーク放電室の周りに複数の永久磁石を当該
アーク放電室内にカスプ磁場を作るように配置し、かつ
前述したようなオープンをアーク放電室内であって前記
カスプ磁場のカスプ部に配置したことを特徴とする。

〔作用〕

上記構成によれば、オーブンをアーク放電室内に設置し
ているため、フィラメントに通電して発熱させると、こ
れからの放射熱によって、オーブンおよびその内部のイ
オン化物質が直接加熱される。

しかも、オーブンをカスプ部に配置しているため、アー
ク放電によって発生したエネルギーを持つ荷電粒子がカ
スプ磁場に捕捉されてカスプ部のオープンに集中して流
入する。即ち、アーク放電によるパワーも、オーブンに
集中して流入することになる。

〔実施例〕

第１図はこの発明の一実施例に係るイオン源を示す断面
図であり、第２図は第１図の線！−１に沿う断面図であ
る。第４図の例と同一または相当する部分には同一符号
を付し、以下においては従来例との相違点を主に説明す
る。

この実施例においては、前述したようなイオン化物質１
１を収めるオーブンｌＯを、放電室容器１とは別個のも
のとし、それをアーク放電室２の内部に設置している。

放電室容器１は、オーブン１０を上記のように別個のも
のとしたため板厚の薄いもので良く、また後述するよう
にその周りに永久磁石１５を配置するため例えばステン
レス等の非磁性金属で構成している。

放電室容器１の外側の周りには、その軸方向に長い複数
の永久磁石１５を、アーク放電室２内にこの例では線カ
スプ磁場を作るように配置している。１６はその磁力線
の一例を示す。

そして、この線カスプ磁場の各永久磁石１５に沿って延
びる複数の線カスプ部１６ａの内の一つの所に、前記オ
ーブン１０を当該線カスプ部１６ａに沿って配置してい
る。

またこの実施例では、熱遮蔽のために、放電室容器１の
内面を筒状の内張りｌ４で覆っており、前記オーブンｌ
Ｏは、この内張り１４の内側に直接または絶縁物を介す
る等して設けている。

この内張り１４は、放電室容器ｌに電気的に接続されて
それと同じ電位にされる。またこの内張り１４には、そ
れが高温に加熱されるため、高融点金属でしかも非磁性
のもの、たとえばモリブデン、タングステン等を用いる
のが好ましい。もっともこの内張り１４は、それを設け
る方が好ましいが、必須のものではない。

上記構造によれば、フィラメント３に通電して発熱させ
ると、これからの放射熱によって、オーブンｌＯおよび
その内部のイオン化物質ｌ１が直接加熱される。従って
、従来例のように放電室容器１の側壁内のオーブン１０
を加熱させる場合に比べて、その加熱の効率がよくなる
。

またこの実施例では、内張り１４によって、アーク放電
室２内の熱が外部へ放散されにくくなり、アーク放電室
２内の高温状態が維持されやすくなるので、オープンｌ
Ｏおよびイオン化物質１１の加熱がより効率的になる． しかも、オーブンｌＯを線カスプ部１６ａに配置してい
るため、アーク放電開始後は、アーク放電によって発生
したエネルギー（アーク放電のために印加した電圧に相
当するエネルギー）を持つ荷電粒子（イオン、熱電子お
よび１次電子）がカスプ磁場に捕捉されて線カスプ部１
６ａのオープンｌＯに集中して流入する．すなわち、ア
ーク放電によるパワーも、従来例の場合に比べて遥かに
多くオーブン１０に集中してしかも直接流入することに
なる。

これらの結果、オーブン１０およびその内部のイオン化
物質１１に対する加熱効率が、従来例に比べて遥かに向
上する。その結果例えば、オーブンｌＯからの蒸気流量
が増大するのでイオンビーム量を多くすることが可能に
なる他、より融点の高いイオン化物質１１を使用するこ
とも可能になる。

また、従来例では、放電室容器１の製作に当りその側壁
にオープン１０をくり抜くようにして構成する必要があ
るためその製作に多くの費用がかかる他、イオン化物質
１１を交換する場合は放電室容器１全部を交換する必要
があるため、面倒であったが、この実施例では、オーブ
ンｌＯを放電室容器１とは別個のものにしているため、
これらの製作費用が安くなり、またイオン化物質ｌ１の
交換も、アーク放電室２からオーブン１０を取り出して
別のイオン化物質１１を収納したものに交換すれば良い
ので容易になる。

尚、内張り１４は、高温になるのでそこに放電生成物等
が付着して汚れるのが防止されるが、必要があればオー
プン１０の交換時に合わせて交換してもよい。

ところで、アーク放電室２内には、カスプ磁場として、
線カスプ磁場の代わりに、あるいはそれと共に、点カス
プ磁場を作り、それによる点カスプ部に上記のようなオ
ープン１０を配置しても良い． そのようにした実施例を第３図に示す．この実施例と第
１図の実施例との相違点を主に説明すると、この実施例
はイオン１３を上方に引き出すものであり、放電室容器
ｌの側面外側の周りに複数のリング状の永久磁石１５ａ
を配置してアーク放電室２内の側面部に線カスプ磁場を
作ると共に、放電室容器ｌの底面外側の中央部に永久磁
石１５ｂを一個配置してアーク放電室２内の底面部に点
カスプ磁場を作り、その点カスプ部ｌ６ｂに上記のよう
なオープンｌＯを配置している．このようにしても、点
カスプ部１６ｂにあるオープン１０にアーク放電によっ
て発生した荷電粒子が集中するので、上記実施例の場合
とほぼ同様の効果が得られる． 〔発明の効果〕 以上のようにこの発明によれば、フィラメントからの放
射熱によってオーブンおよびその内部のイオン化物質が
直接加熱されるようになり、しかもそれだけではなく、
アーク放電によるパワーがカスプ部のオーブンに集中す
るようになるため、オープン内のイオン化物質に対する
加熱効率が従来例に比べて遥かに向上する。その結果例
えば、オーブンからの蒸気流量の増大等を図ることがで
きるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例に係るイオン源を示す断
面部である。第２図は、第１図の線Ｉ−■に沿う断面図
である。第３図は、この発明の他の実施例に係るイオン
源を示す断面図である。第４図は、従来のイオン源の一
例を示す断面図である． １・・・放電室容器、２・・・アーク放電室、３・・・
フィラメント、１０・・・オーブン、１１・・・イオン
化物質、１　５，　　１　５　ａ，　　１　５　ｂ・・
・永久磁石、１６ａ・・・線カスプ部、１６ｂ・・・点
カスプ部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）その内部でアーク放電を起こさせるためのアーク
   放電室と、蒸気化すべきイオン化物質を収めるオーブン
   と、前記アーク放電室内に設けられていて前記イオン化
   物質の加熱蒸気化およびアーク放電用の熱電子放出を行
   うフィラメントとを備えるイオン源において、前記アー
   ク放電室の周りに複数の永久磁石を当該アーク放電室内
   にカスプ磁場を作るように配置し、かつ前記オーブンを
   アーク放電室内であって前記カスプ磁場のカスプ部に配
   置したことを特徴とするイオン源。