JPH0336268B2 - - Google Patents
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- JPH0336268B2 JPH0336268B2 JP59156354A JP15635484A JPH0336268B2 JP H0336268 B2 JPH0336268 B2 JP H0336268B2 JP 59156354 A JP59156354 A JP 59156354A JP 15635484 A JP15635484 A JP 15635484A JP H0336268 B2 JPH0336268 B2 JP H0336268B2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J27/00—Ion beam tubes
- H01J27/02—Ion sources; Ion guns
- H01J27/022—Details
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は、各融合装置の中性粒子入射装置やイ
オンミリング装置に好適な大口径イオン源に関す
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Application of the Invention] The present invention relates to a large diameter ion source suitable for a neutral particle injection device or an ion milling device of each fusion device.
従来の大出力の大口径イオン源は、例えば、
Proceedings of the International Ion
Engineering Congress，Sept.1983におけるS.
Ishida等による“Production of DC Ampere
Ion Beam”、Y.Oharaによる
“DEVELOPMENT OF THE NEUTRAL
BEAM INJECTOR FOR JT−60”やK.
Matsuda及びY.Suzukiによる“USE OF HIGH
CURRENT ION BEAM”等に示されているよ
うに、第３図のような構造をしている。
Conventional high-output, large-diameter ion sources, for example,
Proceedings of the International Ion
S. at Engineering Congress, September 1983.
“Production of DC Ampere” by Ishida et al.
Ion Beam”, “DEVELOPMENT OF THE NEUTRAL” by Y.Ohara
BEAM INJECTOR FOR JT−60” and K.
“USE OF HIGH” by Matsuda and Y.Suzuki
CURRENT ION BEAM”, it has a structure as shown in Figure 3.
第３図においてアーク室１０を形成している容
器１２は、内部にフイラメント用電流導入端子１
４を介して設けたフイラメント１６を有してお
り、容器１２の周囲に永久磁石１６が複数配設し
てある。容器１２の一端部は開口部１８となつて
おり、この開口部１８の前方にプラズマ電極２０
が配設してある。プラズマ電極２０は、イオンビ
ーム引出し電極系の一部をなし、容器１２のフラ
ンジ部２２に絶縁スペーサ２４を介して設けた電
極用真空フランジ２６に支持されている。又、プ
ラズマ電極２０の前方には、サプレツサ電極２
８、引出し電極３０が設けてあり、これらサブレ
ツサ電極２８と引出し電極３０とは、電極用真空
フランジ２６に絶縁フランジ３２を介して設けて
ある電極固定フランジ３４に取付けてある。 In FIG. 3, a container 12 forming an arc chamber 10 has a filament current introduction terminal 1 inside.
4, and a plurality of permanent magnets 16 are arranged around the container 12. One end of the container 12 is an opening 18, and a plasma electrode 20 is placed in front of the opening 18.
is arranged. The plasma electrode 20 forms part of the ion beam extraction electrode system and is supported by an electrode vacuum flange 26 provided on the flange portion 22 of the container 12 with an insulating spacer 24 in between. Further, in front of the plasma electrode 20, a suppressor electrode 2 is provided.
8. An extraction electrode 30 is provided, and the subpressor electrode 28 and the extraction electrode 30 are attached to an electrode fixing flange 34 provided on the electrode vacuum flange 26 via an insulating flange 32.
上記にごとく構成してある従来の大口径イオン
源においては、プラズマ電極２０が電極用真空フ
ランジ２６に固着された構造をしているため、ア
ーク室１０と真空フランジ２６と、間に絶縁する
ために、大口径の絶縁スペーサ２４、及び容器１
２、真空フリランジ２６、絶縁スペーサ２４を一
体化するための図示しない絶縁ボルトが必要で
あ、構造が複雑となる問題点があつた。又、絶縁
スペーサ２４は、イオンを引出すアークの電力効
率を悪化させないため、プラズマ電極２０をアー
ク室１０に近く配置する必要があり、厚さ15mm程
度以下のセラミツク等の絶縁物による薄板を使用
する必要があつた。このため、絶縁スペーサ２４
は、機械的強度に制約され、イオン源が大口径に
なるほど真空フランジ２６をしめつける時の応力
の不均等によりこわれやすく、イオン源の大口径
化が困難となる問題点があつた。 In the conventional large-diameter ion source configured as described above, the plasma electrode 20 is fixed to the electrode vacuum flange 26, so that there is insulation between the arc chamber 10 and the vacuum flange 26. , a large-diameter insulating spacer 24, and a container 1.
2. An insulating bolt (not shown) is required to integrate the vacuum free flange 26 and the insulating spacer 24, resulting in a complicated structure. In addition, the insulating spacer 24 needs to be placed close to the arc chamber 10 so that the plasma electrode 20 does not deteriorate the power efficiency of the arc that extracts ions, and a thin plate made of an insulating material such as ceramic with a thickness of about 15 mm or less is used. The need arose. For this reason, the insulating spacer 24
However, the problem is that the larger the diameter of the ion source, the more likely it is to break due to uneven stress when tightening the vacuum flange 26, making it difficult to increase the diameter of the ion source.
本発明は、大口径の絶縁スペーサを必要とする
ことがない大口径イオン源を提供することを目的
とする。
An object of the present invention is to provide a large diameter ion source that does not require a large diameter insulating spacer.
本発明は、アーク室に対抗しているプラズマ電
極を含むイオンビーム引出し電極系を、アーク室
を真空容器に固定する固定フランジと絶縁フラン
ジとの間に設けた電極固定フランジに取付け、イ
オンビーム引出し電極系の各電極間を柱状のよう
な絶縁スペーサにより所定の値に保ち、しかも絶
縁フランジの内径をアーク室の内径より大きくす
ると共に、アーク室に対抗しているプラズマ電極
をアーク室の内径より大きくし、大口径の絶縁ス
ペーサを用いなくてもすむようにすると共に、ア
ーク室からのプラズマのリークを少なく出来るよ
うに構成したものである。
In the present invention, an ion beam extraction electrode system including a plasma electrode facing an arc chamber is attached to an electrode fixing flange provided between a fixed flange that fixes the arc chamber to a vacuum container and an insulating flange, and the ion beam extraction The space between each electrode of the electrode system is maintained at a predetermined value using a column-shaped insulating spacer, and the inner diameter of the insulating flange is made larger than the inner diameter of the arc chamber, and the plasma electrode facing the arc chamber is The structure is made large so that there is no need to use a large-diameter insulating spacer, and the leakage of plasma from the arc chamber can be reduced.
本発明に係る大口径イオン源の好ましい実施例
を、添付図面に従つて詳説する。なお、前記従来
技術において説明した部分に対応する部分につい
ては、同一の符号を付し、その説明を省略する。
Preferred embodiments of the large diameter ion source according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Note that the same reference numerals are given to the parts corresponding to the parts explained in the prior art, and the explanation thereof will be omitted.
第１図は本発明に係る大口径イオン源の実施例
の一部を断面にした構造図である。第１図におい
て、フイラメント１６に電流を導くフイラメント
用電流導入端子１４は、アーク室１０を形成して
いる容器１２の上部に設けてある。このアーク室
１０の上部には、更に永久磁石３６が配置される
とともに、ガス導入口３８が設けてある。アーク
室１０を形成している容器１２の内面は、アノー
ド電極となつており、この容器１２の周囲に永久
磁石１６をおおつて冷却水ジヤケツト４０が設け
てある。 FIG. 1 is a partially cross-sectional structural diagram of an embodiment of a large-diameter ion source according to the present invention. In FIG. 1, a filament current introduction terminal 14 for guiding a current to a filament 16 is provided at the upper part of a container 12 forming an arc chamber 10. As shown in FIG. A permanent magnet 36 is further arranged in the upper part of the arc chamber 10, and a gas inlet 38 is provided. The inner surface of a container 12 forming the arc chamber 10 serves as an anode electrode, and a cooling water jacket 40 is provided around the container 12 with a permanent magnet 16 surrounding it.
アーク室１０の開口部に近く配設してあるイオ
ンビーム引出し電極系４２は、プラズマ電極２
０、サブレツサ電極２８と引出し電極３０とから
構成されている。プラズマ電極２０は、冷却管４
２を流れる冷却水により冷却されており、この冷
却管４２がリード線の役目をなし、容器１２のフ
ランジ部２２に設けた電流導入端子４４を介し
て、図示しない外部電源に接続してある。又、プ
ラズマ電極２０は、電極固定フランジ３４に固定
してある電極支持台４６に、例えば柱状をなす絶
縁スペーサ４８を介して固定されている。電極支
持台４６には、さらにサブレツサ電極２８と引出
し電極３０とが固定してある。これらイオンビー
ム引出し電極系を構成しているプラズマ電極２
０、サプレツサ電極２８、引出し電極３０のそれ
ぞれの間隔は、絶縁スペーサ４８、５０によりあ
らかじめ定めた値に正確に保持される。 An ion beam extraction electrode system 42 disposed near the opening of the arc chamber 10 is connected to the plasma electrode 2.
0. It is composed of a subrestor electrode 28 and an extraction electrode 30. The plasma electrode 20 is connected to the cooling pipe 4
This cooling pipe 42 serves as a lead wire, and is connected to an external power source (not shown) via a current introduction terminal 44 provided on the flange portion 22 of the container 12. Further, the plasma electrode 20 is fixed to an electrode support 46 fixed to the electrode fixing flange 34 via an insulating spacer 48 having a columnar shape, for example. Further, a subrestor electrode 28 and an extraction electrode 30 are fixed to the electrode support base 46. Plasma electrode 2 that constitutes these ion beam extraction electrode systems
0, the distance between the suppressor electrode 28 and the extraction electrode 30 is accurately maintained at a predetermined value by insulating spacers 48 and 50.
電極支持台４６が固定してある電極固定フラン
ジ３４は、絶縁フランジ３２により容器１２のフ
ランジ部２２に対し所定の間隔をもつて配置さ
れ、絶縁ボルト５２によりフランジ部２２に固定
される。絶縁フランジ３２の内径は、アーク室１
０の内径より大きくなつており、又、プラズマ電
極２０もアーク室１０の内径より大きくなつてい
る。 The electrode fixing flange 34 to which the electrode support stand 46 is fixed is arranged at a predetermined distance from the flange portion 22 of the container 12 by an insulating flange 32, and is fixed to the flange portion 22 by an insulating bolt 52. The inner diameter of the insulating flange 32 is the same as that of the arc chamber 1.
0, and the plasma electrode 20 is also larger than the inner diameter of the arc chamber 10.
引出し電極３０は、電極支持台４６、電極固定
フランジ３４を介して設置されており水冷管５４
により冷却される。サブレツサ電極２８は、リー
ド線の役をなす水冷管５６により冷却されてお
り、電流導入端子５８を介して図示しない電源に
接続されている。アーク室１０を構成している容
器１２は、第１図の下部に示した固定フランジ６
０により、真空容器６２のフランジ部６４に固定
される。 The extraction electrode 30 is installed via an electrode support 46 and an electrode fixing flange 34, and is connected to a water cooling pipe 54.
Cooled by The subrestor electrode 28 is cooled by a water-cooled pipe 56 serving as a lead wire, and is connected to a power source (not shown) via a current introduction terminal 58. The container 12 constituting the arc chamber 10 has a fixed flange 6 shown in the lower part of FIG.
0, it is fixed to the flange portion 64 of the vacuum container 62.
上記のごとく構成したイオン源は、カソードで
あるフイラメント１６とアノードである容器１２
との間にアーク放電を発生させ、フイラメント１
６からの熱電子を利用してガス導入口３８からア
ーク室１０内に導いたガスをプラズマ化する。ア
ーク室１０内において発生したプラズマは、容器
１２の周囲に配設した多数の永久磁石１６，３６
によりとじ込められる。多数の永久磁石１６，３
６は磁極が容器１２に面しており、Ｎ極とＳ極と
が交互に配置され、容器１２内に多数のカスプ磁
界を作り、プラズマを効率よくとじ込めるように
なつている。そして、冷却水ジヤケツト４０内に
冷却水を供給することにより、容器１２の過度な
温度上昇を防止している。 The ion source configured as described above includes a filament 16 as a cathode and a container 12 as an anode.
An arc discharge is generated between the filament 1 and
Using thermoelectrons from 6, the gas introduced into the arc chamber 10 from the gas inlet 38 is turned into plasma. The plasma generated in the arc chamber 10 is moved by a large number of permanent magnets 16, 36 arranged around the container 12.
It can be contained by A large number of permanent magnets 16,3
Magnetic poles 6 face the container 12, and N and S poles are arranged alternately to create a large number of cusp magnetic fields within the container 12, and to efficiently contain plasma. By supplying cooling water into the cooling water jacket 40, excessive temperature rise in the container 12 is prevented.
プラズマ電極２０、サブレツサ電極２８、引出
し電極３０は、それぞれイオンビームを引出すた
めの小孔が多数設けられており、発散の小さい良
質なイオンビームを得ることができるようになつ
ている。プラズマ電極２０と容器１２との間の電
位差は、アーク電位である100V程度であるため、
電流導入端子４４に小型で簡単なものを使用する
ことができる。 The plasma electrode 20, the subrestor electrode 28, and the extraction electrode 30 are each provided with a large number of small holes for extracting the ion beam, so that a high-quality ion beam with small divergence can be obtained. Since the potential difference between the plasma electrode 20 and the container 12 is about 100V, which is the arc potential,
A small and simple current introduction terminal 44 can be used.
このように本実施例においては、イオンビーム
引出し電極系４２を、真空容器６２と同じ電位の
電極固定フランジ３４に固定したため、大口径の
絶縁用フランジとしては、絶縁フランジ３２のみ
を使用すればよく、絶縁構成が簡単となる。又、
アーク室１０の容器１２がアノード電極を兼用し
ているため、アーク室１０の構造が簡単となり、
プラズマを永久磁石１６，３６によりとじ込めて
いるため、アークを作る電源がフイラメント用と
アーク用の二種類のみと少なくなる。一方、プラ
ズマ電極２０の最外径がアーク室１０の容器１２
の内径より大きくしてあるため、不要なイオンの
引出しを防止でき、加速電源の増大、及びプラズ
マ電極２０の外側よりプラズマがリークし、サプ
レツサ電極２８等にイオンが衝突する事により生
ずる加熱を防止する事が出来る。そして、電極支
持台４６が設置されているため、真空容器６２側
からのゴミ及び逆流電子を防止する事ができる。 In this embodiment, the ion beam extraction electrode system 42 is fixed to the electrode fixing flange 34 which has the same potential as the vacuum vessel 62, so it is sufficient to use only the insulating flange 32 as the large-diameter insulating flange. , the insulation configuration becomes simple. or,
Since the container 12 of the arc chamber 10 also serves as an anode electrode, the structure of the arc chamber 10 is simplified.
Since the plasma is confined by the permanent magnets 16 and 36, the number of power sources for creating the arc is reduced to only two types, one for the filament and one for the arc. On the other hand, the outermost diameter of the plasma electrode 20 is
Because it is larger than the inner diameter of the suppressor electrode 28, it is possible to prevent unnecessary extraction of ions, thereby preventing an increase in the acceleration power source and heating caused by plasma leaking from the outside of the plasma electrode 20 and collision of ions with the suppressor electrode 28, etc. I can do it. Further, since the electrode support stand 46 is installed, dust and backflow electrons from the vacuum container 62 side can be prevented.
第２図は、加速電圧が500−1000V程度におい
て使用する、イオンミリング装置用の大口径イオ
ン源のイオンビーム引出し電極系の実施例の構造
を示したものである。 FIG. 2 shows the structure of an embodiment of an ion beam extraction electrode system for a large-diameter ion source for an ion milling device, which is used at an accelerating voltage of about 500-1000V.
第２図においてプラズマ電極２０とプブレツサ
電極２８との間隙、サプレツサ電極２８と引出し
電極３０との間隙は、それぞれ絶縁スペーサ６
６，６８により一定に保たれている。そして、プ
ラズマ電極２０、サプレツサ電極２８、引出し電
極３０と絶縁スペーサ６６，６８とは、これらを
貫通する絶縁ネジ７０により絶縁支持台７２に固
定してある。このような構造にすることにより、
絶縁構造を簡単に出来るとともに、イオンビーム
引出し電極系４２の組立を簡単に行う事ができ
る。 In FIG. 2, the gap between the plasma electrode 20 and the suppressor electrode 28 and the gap between the suppressor electrode 28 and the extraction electrode 30 are each provided with an insulating spacer 6.
6 and 68. The plasma electrode 20, suppressor electrode 28, extraction electrode 30, and insulating spacers 66, 68 are fixed to an insulating support 72 by insulating screws 70 passing through them. By having such a structure,
In addition to simplifying the insulation structure, the ion beam extraction electrode system 42 can be easily assembled.
以上説明したように、本発明によれば、イオン
ビーム引出し電極系のアーク室に対抗しているプ
ラズマ電極を、電極固定フランジに支持する事に
より、従来必要としていた大口径の絶縁スペーサ
をなくす事ができる。
As explained above, according to the present invention, by supporting the plasma electrode facing the arc chamber of the ion beam extraction electrode system on the electrode fixing flange, it is possible to eliminate the large diameter insulating spacer that was conventionally required. Can be done.
第１図は本発明に係る大口径イオン源の実施例
の一部を断面とした構造図、第２図はイオンミリ
ング装置用イオンビーム引出し電極系の取付け構
造の実施例を示す断面図、第３図は従来の大口径
イオン源の構造を示す断面図である。
１０……アーク室、１２……容器、１６……フ
イラメント、１７，３６……永久磁石、２０……
プラズマ電極、２８……サプレツサ電極、３０…
…引出し電極、３２……絶縁フランジ、３４……
電極固定フランジ、３８……ガス導入口、４２…
…イオンビーム引出し電極系、４６……電極支持
台、４８，５０，６６，６８……絶縁スペンサ
ー、６０……固定フランジ、６２……真空容器。
FIG. 1 is a partially cross-sectional structural diagram of an embodiment of a large diameter ion source according to the present invention; FIG. 2 is a sectional diagram showing an embodiment of the mounting structure of an ion beam extraction electrode system for an ion milling device; FIG. 3 is a sectional view showing the structure of a conventional large diameter ion source. 10... Arc chamber, 12... Container, 16... Filament, 17, 36... Permanent magnet, 20...
Plasma electrode, 28... Suppressor electrode, 30...
...Extraction electrode, 32...Insulating flange, 34...
Electrode fixing flange, 38... Gas inlet, 42...
... Ion beam extraction electrode system, 46 ... Electrode support stand, 48, 50, 66, 68 ... Insulating spacer, 60 ... Fixed flange, 62 ... Vacuum container.
Claims (1)
しているアーク室と、このアーク室に設けたガス
導入口と、前記アーク室の開口部に設けた複数の
電極からなるイオンビーム引出し電極系と、この
イオンビーム引出し電極系の各電極に形成したイ
オンビームを引出す多数の小孔と、前記アーク室
の開口部前方に設けた前記アーク室を真空容器に
取り付ける固定フランジと、この固定フランジと
前記アーク室との間に介在させた絶縁フランジと
を有する大口径イオン源において、前記イオンビ
ーム引出し電極系を前記絶縁フランジと前記固定
フランジとの間に設けた電極固定フランジに取り
付け、絶縁ズペーサにより各電極間隔を所定の値
に保持するとともに、前記絶縁フランジの内径を
前記アーク室の開口部より大きくし、前記イオン
ビーム引出し電極系の前記アーク室に対向した電
極を、前記アーク室の開口部より大きくしたこと
を特徴とする大口径イオン源。 ２ 前記放電用電極はカソード電極であり、前記
アーク室の内壁はアノード電極であることを特徴
とする特許請求の範囲第１項に記載の大口径イオ
ン源。 ３ 前記アーク室は、周囲にプラズマ閉じ込め用
の複数の永久磁石を有していることを特徴とする
特許請求の範囲第１項又は第２項に記載の大口径
イオン源。 ４ 前記電極固定フランジは、前記真空容器と同
電位であることを特徴とする特許請求の範囲第１
項〜第３項のいずれか１項に記載の大口径イオン
源。[Scope of Claims] 1. An arc chamber in which a discharge electrode is disposed and is open at one end, a gas inlet provided in the arc chamber, and a plurality of electrodes provided in the opening of the arc chamber. an ion beam extraction electrode system, a number of small holes formed in each electrode of the ion beam extraction electrode system for extracting the ion beam, and a fixing device provided in front of the opening of the arc chamber for attaching the arc chamber to the vacuum vessel. In a large-diameter ion source having a flange and an insulating flange interposed between the fixed flange and the arc chamber, the ion beam extraction electrode system is fixed to the electrode between the insulating flange and the fixed flange. The electrodes of the ion beam extraction electrode system facing the arc chamber are attached to the flange, and the distance between each electrode is maintained at a predetermined value by an insulating spacer, and the inner diameter of the insulating flange is made larger than the opening of the arc chamber. , a large-diameter ion source characterized in that the opening is larger than the opening of the arc chamber. 2. The large diameter ion source according to claim 1, wherein the discharge electrode is a cathode electrode, and the inner wall of the arc chamber is an anode electrode. 3. The large-diameter ion source according to claim 1 or 2, wherein the arc chamber has a plurality of permanent magnets for plasma confinement around the arc chamber. 4. Claim 1, wherein the electrode fixing flange is at the same potential as the vacuum container.
The large diameter ion source according to any one of Items 1 to 3.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP15635484A JPS6134832A (en) | 1984-07-26 | 1984-07-26 | Large aperture ion source |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15635484A JPS6134832A (en) | 1984-07-26 | 1984-07-26 | Large aperture ion source |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6134832A JPS6134832A (en) | 1986-02-19 |
| JPH0336268B2 true JPH0336268B2 (en) | 1991-05-30 |
Family
ID=15625919
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15635484A Granted JPS6134832A (en) | 1984-07-26 | 1984-07-26 | Large aperture ion source |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6134832A (en) |
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| WO2008107705A1 (en) * | 2007-03-02 | 2008-09-12 | Nordiko Technical Services Limited | Apparatus |
-
1984
- 1984-07-26 JP JP15635484A patent/JPS6134832A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6134832A (en) | 1986-02-19 |
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