JPH0395843A

JPH0395843A - イオン源

Info

Publication number: JPH0395843A
Application number: JP1233673A
Authority: JP
Inventors: Hisanori Ishida; 寿則石田; Tsuyoshi Nakamura; 強中村; Yutaka Kawase; 河瀬　豊
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1989-09-07
Filing date: 1989-09-07
Publication date: 1991-04-22

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〕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．〔従来の技術〕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、比較的高密度で集束性のよいイオンビ
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。

このイオン源では、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がら導入されたイオン化物質を電磁レンズ５により集
束された電子ビーム１０が衝突電離することによりプラ
ズマを生成している．そしてこのプラズマがら、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１２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間にがが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出し、加速している
。引出し電極３に印加される引出し電圧は電子ビーム電
流の鰻大値とイオンビーム電流量を決定する。

比較的高密度で集束性のよいイオンビームを達成するに
は、イオン出射点の輝度が高いこと、イオン引出しにお
いて引出し電極等の電極形状および印加電圧が適当であ
ること、そしてイオンの空間電荷を中和することなどが
必要である。

高輝度を得るにはプラズマを高密度化させる必要があり
、これには電子ビームを高電流密度にすることが一つの
有効な手段である。そして電子ビームの高電流密度化は
イオンの空間電荷の中和を促進し、さらに効果的にする
。電子ビームを高電流密度化する手段としては、電子ビ
ームの加速電圧を高くして多量の電子ビームを引き出す
とともに、ウェネルトなどの電極を電子ビームに対して
集束性のよい構造とする必要がある。

一方、プラズマから比較的多量で集束性のよいイオンを
引出す条件を考えた場合、アノード、引出し電極、ウエ
ネルト、カソードで構成されるイオン引出し系の電極群
の形状、および印加電圧をプラズマ密度などの条件に合
わせて最適化しなければならない。

従って、比較的高密度で集束性のよいイオンビームを得
るには、イオンビームのみならず電子ビームに対しても
集束性のよいイオン引出し系を構成することが必要であ
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら従来の電子ビーム励起型イオン源では前記
したように電子ビームの引出し・加速とイオンビームの
引出し・加速に同一の電界を用いており、電子ビームと
イオンビームの進行方向が相対しているために、電子ビ
ームに対して集束性のある電界はイオンビームに対して
は発散性となる。従って従来の電子ビーム励起型イオン
源の電極構造では電子ビーム軌道と、イオンビーム軌道
のそれぞれを独立に制御することはできず、従って高電
流密度の電子ビームを得ることと、最適なイオンビーム
を引き出すことを同時に達成することは困難であった。

例えば、電子ビーム加速電圧を一定とした場合、イオン
引出しの条件を最適化するには引出し電圧をより高くす
ることが望ましいが、電子ビーム引出しの要因であるカ
ソードと引出し電極電位差が少なくなり、最大電子ビー
ム電流が低く抑えられるとともに電子ビームに対する光
学系に変化をきたしてしまうことになる。

本発明は上述した欠点に鑑みてなされたもので、電子・
イオンビーム双方ともに集束性をよくするため、電子ビ
ーム軌道とイオンビーム軌道のそれぞれを独立に制御し
うる電子ビーム励起型イオン源を提供することを目的と
する。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、中心部に細孔が設けられたカソードとウェネ
ルトと引出し電極とアノードよりなる電子銃から射出さ
れた電子ビームをイオン化気体に照射せしめてプラズマ
を生威し、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
細孔から射出する電子ビーム励起型イオン源において、
前記電子銃の電極のうち少なくとも２個は磁性体とし、
磁界発生手段を設けたことを特徴とする。

〔作用〕

本発明のイオン源において、アノード、引出し電極、ウ
ェネルト、カソードからなる電子銃はイオン引出し系と
しても作用しており、このイオン引出し系の電極のうち
磁性体によって構或された少なくとも２個の電極を磁極
とする電子レンズによって電子ビームは集束作用を受け
る。一方、イオンは電子の数千倍の質量を有するため、
電子と比較すると磁界の影響は無視でき、従って電子ビ
ーム衝突により生成されたプラズマから引き出されたイ
オンビームは、ほぼ引出し系の電界のみによって軌道が
決定される。従って、引出し系の電位分布を変化させる
ことなく、磁界の強さを変化させることによって電子ビ
ーム軌道をイオンビーム軌道とはほぼ独立に制御するこ
とができる。

〔実施例〕次に本発明を図面を用いて詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例の模式的な断面図、第３図は
実施倒における磁気回路の拡大図である。第１図におい
て、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ｌ−からなり、これを加熱するこ
とによって発生した電子ビーム１０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１
６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
される。通常、カソード１とアノード４の電位差は５〜
１５ｋＶ（可変）で運転される。引出し電極３とアノー
ド４は軟鋼で構成されており、電磁コイル７を間にはさ
んで引出し電極３、アノード４を磁極とする磁気回路を
構成している。電子ビーム１０はこの磁気回路によって
集束され、プラズマ生成室６に突入する。磁極を引出し
電Ｖｉ！３とアノード４どすることにより電子ビーム１
０のごく近傍に磁極を配置することが可能となるため、
電子ビーム１０を集束させるに十分な大きさの磁界を発
生させることができる。

第３図にこの磁気回路を示す。プラズマ生成室６に突入
した電子ビームｌ○はさらに電磁レンズ５によって発散
を抑えられ、プラズマ生戒室６を通過する。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なう。プラ
ズマ生成室６に突入した電子ビーム１０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。

プラズマ生戒室６と電子銃室８は、引出し電極３とアノ
ード４を流量抵抗として差動排気されており、比較的低
真空であるプラズマ生戒室６に対して電子銃室８は高真
空に保たれる。プラズマ生成室６にＩ　Ｘ　１　０−３
Ｔｏｒｒのイオン化ガスを導入したとき、電子銃室８は
ＩＸＩσ’　Ｔｏｒｒ以下である。

イオンビーム１２は、プラズマ生成室６で生成されたイ
オンが引き出し電極３とアノード４との電位差に従って
電子ビーム１０と逆方向に引き出され、さらにカソード
１、ウエネルト２、引出し電極３の電位差によって加速
されることによって形或される。電子ビーム１０は引出
し電極３、アノード４及び電磁コイル７によって構或さ
れる磁気回路によって集束されるため、イオン引出し系
の電位構戒はイオンビームの集束性をよくするように選
ぶことができる。

なお、本実施例においては引出し電極３、アノード４を
軟鋼としたが磁性材料であれば軟鋼でなくともよいのは
もちろんである。また、磁極も引き出し電極３、アノー
ド４に限定する必要はなく、例えばウェネルト２と引出
し電極３、あるいはウェネルト２とアノード４としても
よい。

〔発明の効果〕

以上述べた通り本発明によれば、従来の電子ビーム励起
型イオン源の電極を磁性体とし、磁気発生手段を設ける
ことによって電子ビーム軌道とイオンビーム軌道をほぼ
独立に制御することができる。従って比較的簡単に電子
ビーム、イオンビーム双方とも同時に集束性をよくする
ことが可能であり、従来の電子ビーム励起型イオン源よ
りも高密度で集束性のよいイオンビームを得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の模式的断面図、第２図は従
来の電子ビーム励起型イオン源の模式的断面図、第３図
は実施例における磁気回路の拡大図である。１・・・カソード、２・・・ウェネルト、３・・・引出
し電極、４・・・アノード、５・・・電磁レンズ、６・
・・プラズマ生成室、７・・・電磁コイル、８・・・電
子銃室、９・・・イオン化物質導入口、■○・・・電子
ビーム、１２・・・イオンビーム、１３・・・排気口、
１４・・・排気口、１５・・・引出し電源、１６・・・
加速電源、１７・・・バイアス電源、１９・・・真空容
器、２０・・・ターゲット。

Claims

【特許請求の範囲】

中心部に細孔が設けられたカソードとウェネルトと引出
し電極とアノードよりなる電子銃から射出された電子ビ
ームをイオン化気体に照射せしめ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
出する電子ビーム励起型イオン源において、前記電子銃
の電極のうち少なくとも２個は磁性体とし、磁界発生手
段を設けたことを特徴とするイオン源。