JPH05101788A - フリーマン型イオン源 - Google Patents
フリーマン型イオン源Info
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- JPH05101788A JPH05101788A JP3289536A JP28953691A JPH05101788A JP H05101788 A JPH05101788 A JP H05101788A JP 3289536 A JP3289536 A JP 3289536A JP 28953691 A JP28953691 A JP 28953691A JP H05101788 A JPH05101788 A JP H05101788A
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- 238000000605 extraction Methods 0.000 abstract description 8
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 22
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 3
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
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- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 1
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Landscapes
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 フィラメントの消耗によるイオンビ−ムの特
性変化を抑えること。 【構成】 アークチェンバ１のイオン引出し孔２に近い
ところに２個の熱電子放出用フィラメント４1、４2を並
設する。両フィラメントには互いに逆方向のフィラメン
ト電流Ｉ1、Ｉ2を流し、両電流の差（代数和）、Ｉ1−
Ｉ2＝△Ｉが常に一定と成るように両フィラメント電流
を制御する。イオン源の運転に伴いスパッタ等によりフ
ィラメントが消耗し、フィラメント電流は減らされる
が、その差は一定であるから、両フィラメントの周囲に
生ずる回転磁界の強度は変化しない。イオン引出し孔付
近のプラズマ生成状態の変化が抑えられ、特性が一定の
イオンビ−ムを引出すことができる。
性変化を抑えること。 【構成】 アークチェンバ１のイオン引出し孔２に近い
ところに２個の熱電子放出用フィラメント４1、４2を並
設する。両フィラメントには互いに逆方向のフィラメン
ト電流Ｉ1、Ｉ2を流し、両電流の差（代数和）、Ｉ1−
Ｉ2＝△Ｉが常に一定と成るように両フィラメント電流
を制御する。イオン源の運転に伴いスパッタ等によりフ
ィラメントが消耗し、フィラメント電流は減らされる
が、その差は一定であるから、両フィラメントの周囲に
生ずる回転磁界の強度は変化しない。イオン引出し孔付
近のプラズマ生成状態の変化が抑えられ、特性が一定の
イオンビ−ムを引出すことができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、フィラメントの消耗に
よるプラズマ、イオンビ−ムの特性変化を抑えることが
できるフリーマン型イオン源に関する。
よるプラズマ、イオンビ−ムの特性変化を抑えることが
できるフリーマン型イオン源に関する。
【０００２】
【従来の技術】図４は従来のフリーマン型イオン源の一
例を示す要部断面図であり、アークチェンバ１の側壁に
イオン引出し孔（スリット）２、イオン物質源蒸気、ガ
スの導入口３が形成されている。タングステン、タンタ
ル線等で作った直線状の熱電子放出用フィラメント４が
アークチェンバ１の端壁に絶縁部材５を用いて取り付け
られて、アークチェンバ１の中心からずれたイオン引出
し孔２に近いところに配置されており、フィラメント４
は電流導入端子６を介して図示しない電源に接続されて
いる。
例を示す要部断面図であり、アークチェンバ１の側壁に
イオン引出し孔（スリット）２、イオン物質源蒸気、ガ
スの導入口３が形成されている。タングステン、タンタ
ル線等で作った直線状の熱電子放出用フィラメント４が
アークチェンバ１の端壁に絶縁部材５を用いて取り付け
られて、アークチェンバ１の中心からずれたイオン引出
し孔２に近いところに配置されており、フィラメント４
は電流導入端子６を介して図示しない電源に接続されて
いる。
【０００３】フィラメント４はアノードとなるアークチ
ェンバ１に対して負電位にバイアスされており、アーク
チェンバ１の外部からフィラメント４に平行に２０〜１
００Gauss の外部磁界が作用している。所定の真空雰囲
気中において、フィラメント４に１５０〜２００Ａのフ
ィラメント電流を供給し、ガス導入口３からイオン物質
源ガスを供給する。フィラメント４とアークチェンバ１
間にアーク放電が生じ、アークチェンバ１内にイオン物
質のプラズマを生成する。プラズマ生成後はアーク電流
が一定となるようにフィラメント電流を制御する。フィ
ラメント電流によってフィラメント４の周囲に回転磁界
ができ、この磁界とフィラメント４と平行な外部磁界と
の合成磁界によってイオン引出し孔２の近くに密度の高
いプラズマが生成され、静電引出し方式によってイオン
引出し孔２からイオンビ−ムが引出される。
ェンバ１に対して負電位にバイアスされており、アーク
チェンバ１の外部からフィラメント４に平行に２０〜１
００Gauss の外部磁界が作用している。所定の真空雰囲
気中において、フィラメント４に１５０〜２００Ａのフ
ィラメント電流を供給し、ガス導入口３からイオン物質
源ガスを供給する。フィラメント４とアークチェンバ１
間にアーク放電が生じ、アークチェンバ１内にイオン物
質のプラズマを生成する。プラズマ生成後はアーク電流
が一定となるようにフィラメント電流を制御する。フィ
ラメント電流によってフィラメント４の周囲に回転磁界
ができ、この磁界とフィラメント４と平行な外部磁界と
の合成磁界によってイオン引出し孔２の近くに密度の高
いプラズマが生成され、静電引出し方式によってイオン
引出し孔２からイオンビ−ムが引出される。
【０００４】かかるフリーマン型イオン源は、一般に、
イオンビ−ムの安定度がよい、イオンビ−ム量の可変範
囲が広い、板状のイオンビ−ムが容易に引出せる、メン
テナンスも容易であるという利点を有し、大電流のイオ
ン注入装置に利用されているところである。
イオンビ−ムの安定度がよい、イオンビ−ム量の可変範
囲が広い、板状のイオンビ−ムが容易に引出せる、メン
テナンスも容易であるという利点を有し、大電流のイオ
ン注入装置に利用されているところである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、フィラ
メント４はイオン源の運転に伴い、スパッタ等により消
耗していく。フィラメント４が消耗すると、抵抗値が増
加し、所要の熱電子放出のためのフィラメント温度は、
より小さいフィラメント電流で維持することができ、フ
ィラメント４の消耗に伴い、フィラメント電流は当初の
例えば１５０Ａ程度から５０〜６０Ａ程度でも充分な状
態へと変化する。かかるフィラメント電流の変化は、回
転磁界強度の変化をもたらし、生成されるプラズマ、し
たがって引出されるイオンビ−ムの特性を変化させる。
イオン注入装置にあっては、かかる特性が変化するとい
う現象によって、最適なイオンビ−ムを得るためのイオ
ン源以降の運転パラメータが変化し、装置の完全自動化
が困難になっている。
メント４はイオン源の運転に伴い、スパッタ等により消
耗していく。フィラメント４が消耗すると、抵抗値が増
加し、所要の熱電子放出のためのフィラメント温度は、
より小さいフィラメント電流で維持することができ、フ
ィラメント４の消耗に伴い、フィラメント電流は当初の
例えば１５０Ａ程度から５０〜６０Ａ程度でも充分な状
態へと変化する。かかるフィラメント電流の変化は、回
転磁界強度の変化をもたらし、生成されるプラズマ、し
たがって引出されるイオンビ−ムの特性を変化させる。
イオン注入装置にあっては、かかる特性が変化するとい
う現象によって、最適なイオンビ−ムを得るためのイオ
ン源以降の運転パラメータが変化し、装置の完全自動化
が困難になっている。
【０００６】本発明は、フィラメントの消耗によるプラ
ズマ、イオンビ−ムの特性の変化を抑えることができる
フリーマン型イオン源を提供することを目的とするもの
である。
ズマ、イオンビ−ムの特性の変化を抑えることができる
フリーマン型イオン源を提供することを目的とするもの
である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、フリーマン型
イオン源において、並設された複数個の熱電子放出用フ
ィラメントを有し、これらフィラメントには、フィラメ
ント電流の代数和が一定の値となるようにフィラメント
電流が供給されるように構成したことを特徴とするもの
である。
イオン源において、並設された複数個の熱電子放出用フ
ィラメントを有し、これらフィラメントには、フィラメ
ント電流の代数和が一定の値となるようにフィラメント
電流が供給されるように構成したことを特徴とするもの
である。
【０００８】
【作用】複数個の熱電子放出用フィラメントには、これ
らフィラメント電流の代数和が一定となるように電流を
供給するから、フィラメント周囲の回転磁界の強度は一
定に保たれ、プラズマの特性、したがってイオン源から
引出されるイオンビ−ムの特性の変化が抑えられる。
らフィラメント電流の代数和が一定となるように電流を
供給するから、フィラメント周囲の回転磁界の強度は一
定に保たれ、プラズマの特性、したがってイオン源から
引出されるイオンビ−ムの特性の変化が抑えられる。
【０００９】
【実施例】本発明の実施例について図面を参照して説明
する。図１は一実施例の要部断面図、図２は同実施例の
電気回路接続図である。図４と同一符号は同等部分を示
す。アークチェンバ１の側壁にイオン引出し孔（スリッ
ト）２、イオン物質源ガスの導入口３が形成されてい
る。タングステン、タンタル線等により直線状に形成さ
れた第１及び第２の熱電子放出用フィラメント４1、４2
がアークチェンバ１の端壁に絶縁部材５1、５2を用いて
取り付けられて、アークチェンバ１の中心からずれたイ
オン引出し孔２に近いところに並設されている。両フィ
ラメント４1、４2には電流導入端子６1、６2を介して図
２に示すように、それぞれフィラメント電源７1、７2か
ら互いに逆方向にフィラメント電流Ｉ1、Ｉ2が供給さ
れ、両フィラメントの周囲にはフィラメント電流Ｉ1と
Ｉ2との差に比例した回転磁界が生ずる。第１及び第２
の熱電子放出用フィラメント４1、４2はアークチェンバ
１に対して、それぞれバイアス電源８1、８2によって負
電位にバイアスされている。
する。図１は一実施例の要部断面図、図２は同実施例の
電気回路接続図である。図４と同一符号は同等部分を示
す。アークチェンバ１の側壁にイオン引出し孔（スリッ
ト）２、イオン物質源ガスの導入口３が形成されてい
る。タングステン、タンタル線等により直線状に形成さ
れた第１及び第２の熱電子放出用フィラメント４1、４2
がアークチェンバ１の端壁に絶縁部材５1、５2を用いて
取り付けられて、アークチェンバ１の中心からずれたイ
オン引出し孔２に近いところに並設されている。両フィ
ラメント４1、４2には電流導入端子６1、６2を介して図
２に示すように、それぞれフィラメント電源７1、７2か
ら互いに逆方向にフィラメント電流Ｉ1、Ｉ2が供給さ
れ、両フィラメントの周囲にはフィラメント電流Ｉ1と
Ｉ2との差に比例した回転磁界が生ずる。第１及び第２
の熱電子放出用フィラメント４1、４2はアークチェンバ
１に対して、それぞれバイアス電源８1、８2によって負
電位にバイアスされている。
【００１０】イオン源の運転時、プラズマ生成後はフィ
ラメント４1、４2とアークチェンバ１との間に生ずるア
ーク電流が一定となるようにフィラメント電流Ｉ1、Ｉ2
を制御するが、Ｉ1とＩ2の差、即ち両フィラメント電流
の代数和が、 Ｉ1−Ｉ2＝△Ｉ＝一定 となるように制御し、この一定の△Ｉに比例した回転磁
界が両フィラメントの周囲に発生する。△Ｉの値は従来
例におけるフィラメント電流の最小運転値相当（５０〜
６０Ａ）に設定する。したがって、イオン源の運転に伴
いフィラメント４1、４2が消耗し、フィラメント電流Ｉ
1、Ｉ2の値が低下しても、その差は一定であるから、フ
ィラメント４1、４2による回転磁界の強度に変化はな
く、イオン引出し孔３付近のプラズマの特性、引出され
るイオンビ−ムの特性はフィラメントの消耗に拘らず一
定に保たれる。
ラメント４1、４2とアークチェンバ１との間に生ずるア
ーク電流が一定となるようにフィラメント電流Ｉ1、Ｉ2
を制御するが、Ｉ1とＩ2の差、即ち両フィラメント電流
の代数和が、 Ｉ1−Ｉ2＝△Ｉ＝一定 となるように制御し、この一定の△Ｉに比例した回転磁
界が両フィラメントの周囲に発生する。△Ｉの値は従来
例におけるフィラメント電流の最小運転値相当（５０〜
６０Ａ）に設定する。したがって、イオン源の運転に伴
いフィラメント４1、４2が消耗し、フィラメント電流Ｉ
1、Ｉ2の値が低下しても、その差は一定であるから、フ
ィラメント４1、４2による回転磁界の強度に変化はな
く、イオン引出し孔３付近のプラズマの特性、引出され
るイオンビ−ムの特性はフィラメントの消耗に拘らず一
定に保たれる。
【００１１】図３はフィラメント４1、４2にフィラメン
ト電流Ｉ1、Ｉ2を供給するフィラメント電源７1、７2の
一具体例のブロック図である。フィラメント電流Ｉ1を
供給するフィラメント電源７1は、比較部９1、増幅部１
０1、電力制御部１１1からなる。比較部９1はアーク電
流の設定値Ｉａｒとフィラメント４1、４2とアークチェ
ンバ１との間に生ずるアーク電流の実際値とを比較し、
この実アーク電流値は、バイアス電源８1及び同８2に流
れる電流Ｉａ1及びＩａ2を検出し、その和として得られ
る。増幅部１０1は比較部９1からの設定アーク電流値と
実アーク電流値との偏差、Ｉａｒ−（Ｉａ1＋Ｉａ2）を
増幅し、制御部１１1は増幅部１０1の出力に応答しフィ
ラメント電流Ｉ1を制御する。フィラメント４2にフィラ
メント電流Ｉ2を供給するフィラメント電源７2は設定部
９2、増幅部１０2、制御部１１2を有する。比較部９2は
フィラメント電流Ｉ1から所定の一定値△Ｉを差し引い
た値と実際のフィラメント電流Ｉ2とを比較し、制御部
１１2は、増幅部１０2からの（Ｉ1−△Ｉ）−Ｉ2につい
ての増幅出力に応答しフィラメント電流Ｉ2を制御す
る。したがって、フィラメント電流Ｉ1は実際のアーク
電流に応じて制御され、フィラメント電流Ｉ2はフィラ
メント電流Ｉ1より所定の一定値△Ｉだけ低い値に追従
制御されることになり、結局、フィラメント電流Ｉ1と
Ｉ2の差を一定値に保ちつつ、設定アーク電流値が得ら
れるように両フィラメント電流は制御される。
ト電流Ｉ1、Ｉ2を供給するフィラメント電源７1、７2の
一具体例のブロック図である。フィラメント電流Ｉ1を
供給するフィラメント電源７1は、比較部９1、増幅部１
０1、電力制御部１１1からなる。比較部９1はアーク電
流の設定値Ｉａｒとフィラメント４1、４2とアークチェ
ンバ１との間に生ずるアーク電流の実際値とを比較し、
この実アーク電流値は、バイアス電源８1及び同８2に流
れる電流Ｉａ1及びＩａ2を検出し、その和として得られ
る。増幅部１０1は比較部９1からの設定アーク電流値と
実アーク電流値との偏差、Ｉａｒ−（Ｉａ1＋Ｉａ2）を
増幅し、制御部１１1は増幅部１０1の出力に応答しフィ
ラメント電流Ｉ1を制御する。フィラメント４2にフィラ
メント電流Ｉ2を供給するフィラメント電源７2は設定部
９2、増幅部１０2、制御部１１2を有する。比較部９2は
フィラメント電流Ｉ1から所定の一定値△Ｉを差し引い
た値と実際のフィラメント電流Ｉ2とを比較し、制御部
１１2は、増幅部１０2からの（Ｉ1−△Ｉ）−Ｉ2につい
ての増幅出力に応答しフィラメント電流Ｉ2を制御す
る。したがって、フィラメント電流Ｉ1は実際のアーク
電流に応じて制御され、フィラメント電流Ｉ2はフィラ
メント電流Ｉ1より所定の一定値△Ｉだけ低い値に追従
制御されることになり、結局、フィラメント電流Ｉ1と
Ｉ2の差を一定値に保ちつつ、設定アーク電流値が得ら
れるように両フィラメント電流は制御される。
【００１２】上述の実施例では、アークチェンバ１に対
する両フィラメント４1、４2のバイアス電源として各別
の電源８1、８2を用いたものを示したが、共通のバイア
ス電源によって両フィラメントを同じ負電位にバイアス
してもよく、この場合には当然に実アーク電流検出手段
は１個ですむ。また、熱電子放出用フィラメントとして
２個のフィラメント４1、４2を設けたものを示したが、
フィラメント数は適宜増加することができ、その場合に
は、各フィラメントに流れる電流の方向に応じて、フィ
ラメント電流の代数和が一定となるように各電流を制御
すればよい。
する両フィラメント４1、４2のバイアス電源として各別
の電源８1、８2を用いたものを示したが、共通のバイア
ス電源によって両フィラメントを同じ負電位にバイアス
してもよく、この場合には当然に実アーク電流検出手段
は１個ですむ。また、熱電子放出用フィラメントとして
２個のフィラメント４1、４2を設けたものを示したが、
フィラメント数は適宜増加することができ、その場合に
は、各フィラメントに流れる電流の方向に応じて、フィ
ラメント電流の代数和が一定となるように各電流を制御
すればよい。
【００１３】
【発明の効果】本発明は以上説明したように構成したの
で、熱電子放出用フィラメントの消耗した場合にあって
も、回転磁界の強度を一定に維持することができるか
ら、特性が一定のイオンビ−ムを引出すことができ、イ
オン注入装置にあっては、運転パラメータの完全自動化
を達成することができる。
で、熱電子放出用フィラメントの消耗した場合にあって
も、回転磁界の強度を一定に維持することができるか
ら、特性が一定のイオンビ−ムを引出すことができ、イ
オン注入装置にあっては、運転パラメータの完全自動化
を達成することができる。
【００１４】並設された複数個のフィラメントの電流の
代数和△Ｉの設定によりフィラメント周囲の回転磁界強
度を任意に設定できるから、イオン種、イオンの質量に
応じて△Ｉの大きさを設定し、外部磁界との合成によ
り、フィラメントの周囲に最適なスパイラル磁界を形成
させることができる。
代数和△Ｉの設定によりフィラメント周囲の回転磁界強
度を任意に設定できるから、イオン種、イオンの質量に
応じて△Ｉの大きさを設定し、外部磁界との合成によ
り、フィラメントの周囲に最適なスパイラル磁界を形成
させることができる。
【００１５】並設された複数個のフィラメントについ
て、隣接するフィラメントの電流を逆方向にすることに
より、各フィラメントには間隔が広がる方向の斥力が作
用するから、フィラメント間における放電を防止するこ
とができる。
て、隣接するフィラメントの電流を逆方向にすることに
より、各フィラメントには間隔が広がる方向の斥力が作
用するから、フィラメント間における放電を防止するこ
とができる。
【図１】本発明の実施例の要部断面図である。
【図２】実施例の電気回路接続図である。
【図３】フィラメント電源のブロック図である。
【図４】従来例の要部断面図である。
1 アークチェンバ 2 イオン引出し孔 3 ガス導入口 41、42 熱電子放出用フィラメント 51、52 絶縁部材 61、62 電流導入端子 71、72 フィラメント電源 81、82 バイアス電源
Claims (1)
- 【請求項１】 並設された複数個の熱電子放出用フィラ
メントを有し、これらフィラメントには、フィラメント
電流の代数和が一定の値となるようにフィラメント電流
が供給されてなることを特徴とするフリーマン型イオン
源。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3289536A JPH05101788A (ja) | 1991-10-09 | 1991-10-09 | フリーマン型イオン源 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3289536A JPH05101788A (ja) | 1991-10-09 | 1991-10-09 | フリーマン型イオン源 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05101788A true JPH05101788A (ja) | 1993-04-23 |
Family
ID=17744518
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3289536A Pending JPH05101788A (ja) | 1991-10-09 | 1991-10-09 | フリーマン型イオン源 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05101788A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101764020A (zh) * | 2008-12-24 | 2010-06-30 | 株式会社昭和真空 | 离子管 |
| CN108172490A (zh) * | 2017-12-26 | 2018-06-15 | 广州今泰科技股份有限公司 | 多用途灯丝气体离子源装置 |
-
1991
- 1991-10-09 JP JP3289536A patent/JPH05101788A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101764020A (zh) * | 2008-12-24 | 2010-06-30 | 株式会社昭和真空 | 离子管 |
| CN108172490A (zh) * | 2017-12-26 | 2018-06-15 | 广州今泰科技股份有限公司 | 多用途灯丝气体离子源装置 |
| CN108172490B (zh) * | 2017-12-26 | 2020-01-03 | 广州今泰科技股份有限公司 | 多用途灯丝气体离子源装置 |
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