JPH05114366A - イオン源 - Google Patents

イオン源

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JPH05114366A
JPH05114366A JP30225891A JP30225891A JPH05114366A JP H05114366 A JPH05114366 A JP H05114366A JP 30225891 A JP30225891 A JP 30225891A JP 30225891 A JP30225891 A JP 30225891A JP H05114366 A JPH05114366 A JP H05114366A
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JP
Japan
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electrode
divided
piece
plasma
rod
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JP30225891A
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English (en)
Inventor
Hiroshi Inami
宏 稲実
Yutaka Inai
裕 井内
Yasuhiro Matsuda
恭博 松田
Shuichi Fujiwara
修一 藤原
Takatoshi Yamashita
貴敏 山下
Koji Matsunaga
幸二 松永
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Nissin Electric Co Ltd
Original Assignee
Nissin Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 イオン源の引出電極系は高熱のプラズマに接
触し著しく熱膨張する。従来は電極の端が固定されてい
たので熱変形が著しく電極の内部に強い応力が発生し
た。電極板が大きいとイオン通し穴の位置ずれが無視で
きない。これを解決する。 【構成】 引出電極の電極板を長手方向に複数個に分割
する。これを棒材によって自由に懸架する。熱による膨
張収縮が自由になるので板は歪まない。またイオン通し
穴の位置ずれも少ない。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明はイオン源の電極とその
支持構造に関する改良である。イオン源はガスを導入し
放電によって励起してプラズマを生成し引出し電極の作
用によってイオンビ−ムとして引出すものである。イオ
ン源はチャンバ、カソ−ドフィラメント、永久磁石、ガ
ス導入口、真空排気装置、放電用の電源、フィラメント
の電源等を備える。ガスを励起するための放電はア−ク
放電の他、高周波放電、マイクロ波放電などがある。ま
た引出し電極は、一つまたは多数のイオン通し穴を有す
る電極板を2枚または3枚軸方向に組み合わせたもので
ある。
【0002】
【従来の技術】引出し電極は、正電極、負電極、接地電
極がある。正電極は正の高電圧が印加される。これはイ
オンの加速電圧となるので加速電極と呼ぶこともある。
また正電極はイオン源チャンバの中のプラズマに直接に
接しているからプラズマ電極と呼ぶこともある。人によ
って名称が一定しないがチャンバに最も近い正電圧を印
加する電極である。負電極はそれに続いて設けられ小さ
い負電圧を印加するものである。イオンを照射すると対
象物から二次電子が発生する。これがイオン源に逆流す
るのを防ぐ。接地電極は3枚目の電極である。接地電位
である。いずれの電極も金属板で一つまたは多数のイオ
ン通し穴が穿孔されている。しかもこの穴は法線方向に
大きさ、位置ともに一致しなければならない。従来は、
電極板が絶縁物によってチャンバ出口の支持板などに固
定されていた。電極板は広い金属板であるから周囲の部
分を螺子等で絶縁物に固定するのである。
【0003】常温で気体であるような原料ガスの場合は
イオン源チャンバがあまり高温にならない。しかし常温
で固体であるような原料をイオンにしようとするとこれ
を蒸気にしなければならないのでイオン源チャンバの内
部を非常な高温に保持する。このためにチャンバの内壁
に沿ってTa、W等の金属薄板よりなる輻射シ−ルドを
設ける。またカソ−ドフィラメントの熱や放電に依る熱
だけでは原料を蒸気に保てないのでアノ−ド電位のフィ
ラメントを別に設けこれによっても抵抗加熱することが
ある。もちろんチャンバの外は水冷する。しかし引出し
電極系はチャンバの内部にあるので水冷できない。チャ
ンバの温度が従来のものよりも遥かに高温になると電極
板の熱膨張が著しくなる。電極板の周囲が固定されてい
ると電極板が膨張したとき板が波打つように歪む。つま
り凹凸ができる。すると3枚の電極板の穴の位置が当初
の値からずれてくる。すると対象物に当たるイオンビ−
ムの位置が狂ってくる。特に電極の面積が大きい場合に
両端部での位置ずれは無視できない。
【0004】このような欠点は3枚または2枚の電極板
の全てに起こりうるものであるが、プラズマに接してい
るプラズマ電極(正電極、加速電極)において最も著し
い。従って少なくともプラズマ電極については熱変形を
避けるための改良が必要になる。本出願人による特願平
1−263741はこれを解決するために電極板の外周
部に板面と直角をなす周縁部を設けこれに4箇所の穴を
開けて2本の棒を直角に通し棒の両端を支持する構造を
提案している。電極板は間接支持される。電極板と棒は
固結されていないので、電極板が自由に膨張できる。電
極に懸かる応力は少なく上下に波打つようなことはな
い。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】前述の自由支持構造は
電極の自由な変形を許し上下への凹凸を生ずる変形を防
止できる。中央部の穴の位置も狂わない。しかしこの場
合も次の難点がある。電極板が広い場合に周縁部の穴の
位置がずれる。板の中心点から穴迄の距離をL0とす
る。室温をT0 、電極板の線膨張係数をαとする。温度
がTのときの穴の中心点からの距離Lは、 L= L0 {1+α(T−T0 )} (1) となる。αは10-5/K程度、L0 は10cm程度とし
T=2000Kとすると位置ずれは1mm程度になる。
図8に示すように引出し電極は3枚の多孔電極板が上下
に配列されている。上からプラズマ電極(正電極)1、
負電極2、接地電極3である。それぞれ軸方向(法線方
向)に対応する位置にイオンの通し穴が穿たれている。
【0006】もしも3枚の電極板の熱変形が同一であれ
ば、イオンビ−ムの照射位置が少し変わるだけで差し支
え無い場合もある。しかし電極板の変形は同一でない。
プラズマ電極は特に高熱になるから変形が最も著しい。
しかし負電極や接地電極はそれほど高温にならないので
変形量も少ない。すると一番上のプラズマ電極と、負電
極、接地電極の通し穴の位置が異なってくる。イオンビ
−ムが通るべき道筋が狭められるのでビ−ムが細くな
る。これは望ましくない。中央近傍の穴だけでなく、周
縁部の穴も上下の電極間で位置ずれを起こさないように
するのが望ましい。本発明はこのような電極の支持構造
を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は電極板を長手方
向に複数個に分割し、分割電極片の分割部分の側周は相
互に嵌込み式として、分割電極片を棒材で自由に懸架し
たものである。分割電極片の嵌合部は自由に滑動できる
ようにしている。また分割電極片の端縁は直角に伸びて
おりここに幾つかの支持穴を穿孔しこれに棒材を通し棒
材の両端を固定してある。ひとつの分割電極片は縦と横
の棒材によって支持できる。つまり各分割電極片は4辺
のほぼ中央の支持穴に通された十文字の棒材によって支
持される。4辺の中点近くで支持されるので安定であ
る。
【0008】
【作用】本発明の引出し電極は1枚の電極板を分割しそ
れぞれを棒材に依って自由懸架している。4辺の中点が
支点であるが、重心が支持の中心となる。それで安定で
ある。分割電極片の分割側の側周は嵌込み式になってお
り、隣接分割電極片と嵌合している。加熱されて熱膨張
しても、分割電極片の中央での穴の位置ずれはおこらな
い。長穴電極片の周辺での穴の位置ずれは以前として起
こる。しかし分割されているので前記の(1)式のL0
が小さくなる。電極の全長ではなく分割電極片の長さの
範囲になる。例えば1/2〜1/3に減る。従って熱膨
張による周縁部の穴の位置ずれも1/2〜1/3に減少
することになる。これは勿論分割数による。分割数が多
ければ位置ずれも少なくなる。しかし分割を多くすると
支持構造が複雑になる。
【0009】
【実施例】電極板を2枚に分割した例を図1、図2に示
す。図1は電極部分のみの平面図、図2はイオン源全体
の縦断面図である。ここではプラズマ電極に本発明を適
用したものとして説明する。図2に於いて負電極、接地
電極の図示を略している。もちろん本発明は,プラズマ
電極の他に負電極、接地電極にも適用できる。プラズマ
電極1は2枚の分割電極片4、4となっている。これら
には面と直角の方向に複数のイオン通し穴5が穿孔され
ている。分割電極片4の外周には面と直角をなす縦枠体
6、横枠体7がある。これのほぼ中点には棒穴8、9が
水平方向に穿たれている。横方向の支持棒10が棒穴8
を貫く。縦方向の支持棒11が棒穴9を貫く。縦支持棒
11は各分割電極片4の相対面近傍に作られている中間
支持片12、12の穴も貫く。縦支持棒11は分割電極
片4の外周の横枠体7と、中間支持片12とを支持する
ことによって分割電極片4を懸架する。棒穴の直径は棒
材の直径より大きい。つまり棒材は穴に遊嵌されてい
る。棒材は穴に対して自由に移動しうる。横の支持棒
8、8は絶縁支持具13により両持ち支持される。縦支
持棒11は絶縁支持具14、14により両持ち支持され
る。絶縁支持具13,14は広い支持板15の上に設け
られる。
【0010】さてイオン源の全体について説明する。ア
−クチャンバ16は真空容器であり真空に引くことがで
きる。内部にはカソ−ドフィラメント17があり熱電子
を放出できるようになっている。チャンバの外部壁面に
は複数の永久磁石18が設置されチャンバの内部にカス
プ磁場を発生するようになっている。チャンバの壁面に
はガス導入口19がある。これは常温で気体のガスを導
入する場合もあるが別に蒸発源を設けて金属を予め蒸気
にしてからここへ導くということもある。カソ−ドフィ
ラメント17を陰極ア−クチャンバ16を陽極としてア
−ク放電が起こりチャンバの内部にプラズマ30が発生
する。チャンバ16はフランジ20において絶縁体21
を介して支持枠22に結合される。この支持枠22の上
に前記の支持板15を固着してある。
【0011】図3によって分割電極片4同志の嵌合部を
説明する。嵌合部において、分割電極片4が自由に摺動
できるようになっていなければならない。一方の分割電
極片4は下半部に突縁24を有し、もう一方の分割電極
片4には上半分に突縁25がある。下突縁24の上に上
突縁25が載っている。突縁同志は互いに摺動できる。
中間支持片12は、相対する位置にあり棒材を通すよう
になっている。
【0012】図4は他の嵌合部の例を示す。一方の分割
電極片4の端面には中間に突条26が形成される。もう
一方の分割電極片4の端面には溝条27が穿設される。
溝条27に突条26を嵌合してある。両者は互いに摺動
できる。いずれにしても熱膨張収縮に際して嵌合部で端
面の突条や突縁が互いに摺動して変位するので、分割電
極片4には応力が発生しない。また分割されているので
熱膨張収縮による穴の位置変化は1/2に減少する。
【0013】図5は他の実施例を示す。これは分割電極
片4が3つある。縦方向に3分割されている。従って縦
方向の穴の変位は1/3に減少する。棒材は長くて分割
電極片4を縦横に貫いている。図6は他の実施例を示
す.これも分割電極片4が3つある。しかし棒材が短く
て横枠体7、縦枠体8と、絶縁支持具13、14を繋ぐ
だけである。絶縁支持具13、14の構造を工夫してよ
り強力なものとする必要があるが、これによれば棒材を
短くできてコストを低減できる。図7はやはり3枚の分
割電極片4からなる例であるが、横棒材は短くし縦棒材
は長くしてある。中間支持片を縦棒材が貫いている。
【0014】
【発明の効果】本発明によれば、引出し電極を複数に分
割し、棒材で自由に支持しているので温度変化によって
著しい熱膨張収縮が起こっても自由に膨縮できる。電極
板の内部に応力が発生して電極板が歪むということがな
い。しかも電極板の変位によるイオンビ−ムの通し穴の
位置ずれも1/2とか1/3とかに減少するのでイオン
ビ−ム照射を受ける対象物の上に正確にイオンビ−ムを
照射できる。2000Kに達する高温のイオン源チャン
バの電極として最適の支持構造を与える。ここではプラ
ズマ電極を例にして説明したが、引出し電極系の他の電
極つまり負電極、接地電極にも本発明を適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係る電極支持構造の平面図。
【図2】同じものの縦断面図
【図3】分割電極片の嵌合部の拡大断面図
【図4】分割電極片の嵌合部の拡大断面図
【図5】本発明の他の実施例に係る電極支持構造の平面
図。
【図6】本発明の他の実施例に係る電極支持構造の平面
図。
【図7】本発明の他の実施例に係る電極支持構造の平面
図。
【図8】引出し電極系の構造を略示する断面図。
【符号の説明】 1 プラズマ電極 2 負電極 3 接地電極 4 分割電極片 5 イオン通し穴 6 縦枠体 7 横枠体 8 棒穴 9 棒穴 10 支持棒 11 支持棒 12 中間支持片 13 絶縁支持具 14 絶縁支持具 15 支持板 16 ア−クチャンバ 17 カソ−ドフィラメント 18 永久磁石 19 ガス導入口 20 フランジ 21 絶縁板 22 支持枠 23 棒穴 24 突縁 25 突縁 26 突条 27 溝条 30 プラズマ
フロントページの続き (72)発明者 藤原 修一 京都市右京区梅津高畝町47番地日新電機株 式会社内 (72)発明者 山下 貴敏 京都市右京区梅津高畝町47番地日新電機株 式会社内 (72)発明者 松永 幸二 京都市右京区梅津高畝町47番地日新電機株 式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 チャンバに原料ガスを導入しこれを放電
    によってプラズマとし多数のイオン通し穴を穿孔した引
    出電極系の作用でイオンビ−ムとして引き出すイオン源
    において、引出電極系のプラズマ電極、またはプラズマ
    電極と他の電極の電極板を長手方向に複数個に分割し、
    分割電極片の分割部分の側周は相互に嵌込み式として相
    互に摺動できるようにし、分割電極片の他の外周には枠
    体を設けこれに分割電極片に平行に棒穴を穿ち、棒材を
    棒穴に通し、棒材の端部は支持具によって支持板に支持
    し、分割電極片を縦横の棒材によって自由に懸架したこ
    とを特徴とするイオン源。
  2. 【請求項2】 チャンバに原料ガスを導入しこれを放電
    によってプラズマとし多数のイオン通し穴を穿孔した引
    出電極系の作用でイオンビ−ムとして引き出すイオン源
    において、引出電極系のプラズマ電極、またはプラズマ
    電極と他の電極の電極板を長手方向に複数個に分割し、
    分割電極片の分割部分の側周は相互に嵌込み式として相
    互に摺動できるようにし、分割電極片の他の外周には枠
    体を設けこれに分割電極片に平行に棒穴を穿ち、分割電
    極片の分割面には中間支持片を設けこれに分割電極片に
    平行になるよう棒穴を穿ち、棒材を棒穴に通し、棒材の
    端部は支持具によって支持板に支持し、分割電極片を縦
    横の棒材によって自由に懸架したことを特徴とするイオ
    ン源。
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