JPH05198268A

JPH05198268A - バケット型イオン源装置

Info

Publication number: JPH05198268A
Application number: JP2723892A
Authority: JP
Inventors: Koji Miyake; 浩二三宅; Hideaki Tawara; 英明田原; Katsuo Matsubara; 克夫松原; Shuichi Nogawa; 修一野川
Original assignee: Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Nissin Electric Co Ltd
Priority date: 1992-01-17
Filing date: 1992-01-17
Publication date: 1993-08-06

Abstract

(57)【要約】【目的】熱フィラメントを電子放出源とするバケット
型イオン源装置において、プラズマ中のイオンによる蓋
板のスパッタに伴う装置寿命の低下，イオンビームの不
純物混入を防止して熱フィラメントの長寿命化を図る。【構成】直流放電用のアーク電源１３の正極に接続さ
れたアークチャンバ筺体１のイオンビーム引出電極群４
に対向する側の開口部に、電気的絶縁体１９を介して蓋
板８を取付け、この蓋板８を筺体１から電気的に絶縁す
る。また、筺体１のイオンビーム引出電極群４に対向す
る側の開口部に電気的絶縁体１９を介して蓋板８を取付
け、アーク電源１３の負極と蓋板８との間に蓋板８を筺
体１内のプラズマ電位より低くアーク電源１３の負極の
カソード電位より高い電位に保持するスパッタ抑制電源
２１（電位固定手段）を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱フィラメントを電子
放出源とするバケット型イオン源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、イオンビームスパッタリング，イ
オンビームミキシング，イオンアシスト等に用いられる
この種バケット型イオン源装置は、図４に示すように構
成される。同図において、１はステンレス等の非磁性体
金属製のアークチャンバ筐体、２は筐体１が形成する放
電室、３は放電室２にカスプ磁場を発生する環状体構成
の複数個の永久磁石、４は筐体１の右側開口部に設けら
れたイオンビーム引出電極群であり、メッシュ状の正電
極５，負電極６及びアースされた接地電極７からなる。

【０００３】８は電極群４に対向する筐体１の左側開口
部に取付けられた筐体１と同一金属製の蓋板、９は蓋板
８に形成されたガス導入口、１０は放電室２内に設けら
れた電子放出源としての熱フィラメント、１１は正，負
の両極が蓋板８に取付けられた電気的絶縁体１２を介し
て熱フィラメント１０の両端それぞれに接続されたフィ
ラメント電源である。

【０００４】１３は正極が筐体１に接続された直流放電
用のアーク電源であり、負極がフィラメント電源１１の
負極に接続されている。１４は正極がアーク電源１３の
負極に接続された加速電源であり、負極はアースされて
いる。１５は加速電源１４の正極と正電極５との間に設
けられた高抵抗値の抵抗、１６は負極が負電極６に接続
された減速電源であり、正極はアースされている。

【０００５】そして、ガス導入口９から放電室２内に中
性ガスを導入し、フィラメント電源１１により熱フィラ
メント１０を通電加熱して一次電子（熱電子）ｅを発生
させ、かつ、アーク電源１３の直流電圧により筐体１を
アノード電位，熱フィラメント１０をカソード電位する
と、直流放電により中性ガスが電離してプラズマ１７が
生成され、このプラズマ１７は永久磁石３が形成する磁
場により閉じ込められて高密度化される。さらに、引出
電極群４によりプラズマ１７中のイオンガスが引出さ
れ、イオンビーム１８が形成される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前記図４の従来装置の
場合、引出電極群４に対向する側の蓋板８が筐体１と同
様、アーク電源１３の正極のアノード電位に固定される
ため、熱フィラメント１０から放出される一次電子ｅの
一部が蓋板８に吸引されて電離効率が低下する。

【０００７】したがって、所望ビーム電流量のイオンビ
ーム１８を得るために多量の電子放出が必要になり、熱
フィラメント１０を流れる電流量が多く、このフィラメ
ント１０の長寿命化が図れない問題点がある。本発明
は、熱フィラメントの長寿命化を図ることを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、本発明のバケット型イオン源装置においては、請
求項１の場合、直流放電用のアーク電源の正極に接続さ
れたアークチャンバ筐体のイオンビーム引出電極群に対
向する側の開口部に、電気的絶縁体を介して蓋板を取付
け、この蓋板を筐体から電気的に絶縁する。

【０００９】また、請求項２の場合、直流放電用のアー
ク電源の正極に接続されたアークチャンバ筐体のイオン
ビーム引出電極群に対向する側の開口部に、電気的絶縁
体を介して蓋板を取付け、アーク電源の負極と蓋板との
間に、この蓋板を筐体内のプラズマ電位より低くアーク
電源の負極のカソード電位より高い電位に保持する電位
固定手段を設ける。

【００１０】

【作用】前記のように構成された本発明のバケット型イ
オン源装置の場合、請求項１の構成においては、アーク
チャンバ筐体のビーム引出電極群に対向する位置に取付
けられた蓋板がアーク電源の正極に接続されたアークチ
ャンバ筐体から電気的に絶縁され、その電位が筐体内の
プラズマ電位より低くアーク電源の負極のカソード電位
より高いフローティング電位になる。

【００１１】そして、プラズマ電位（アノード電位）よ
り低くなるため、蓋板が熱フィラメントから放出された
電子に対して反射電極として作用し、電子の放電室内へ
の閉じ込め効果が向上して電離効率が高くなり、熱フィ
ラメントの長寿命化が図られる。

【００１２】しかも、蓋板の電位がカソード電位より高
くなるため、プラズマ中のイオンによる蓋板のスパッタ
が少なく、筐体内の絶縁不良やプラズマへの不純物の混
入が防止される。

【００１３】また、請求項２の構成においては、蓋板が
筐体から電気的に絶縁され、かつ、電位固定手段により
プラズマ電位より低く負極のカソード電位より高い電位
に固定される。そのため、請求項１の構成の場合と同
様、筐体内の絶縁不良やプラズマへの不純物の混入を防
止して熱フィラメントの長寿命化が図れる。

【００１４】しかも、電位固定手段により蓋板の電位を
調整して最適化できる利点もある。

【００１５】

【実施例】実施例について、図１ないし図３を参照して
説明する。（第１の実施例）まず、第１の実施例について、図１及
び図２を参照して説明する。図１において、図４と同一
符号は同一もしくは相当するものを示し、図４と異なる
点は、蓋板８を電気的絶縁体１９を介して筐体１の左側
開口部に取付け、蓋板８を筐体１から電気的に絶縁し、
かつ、蓋板８を抵抗２０を介してアーク電源１３の負極
に接続した点である。

【００１６】この場合、蓋板８はアーク電源１３の正極
に接続された筐体１のアノード電位から絶縁され、プラ
ズマ１７の電位（プラズマ電位）より低くアーク電源１
３の負極のカソード電位より高いフローティング電位に
なる。このフローティング電位は図２のＶｘに示すよう
に、プラズマ電位Ｖｐより低くカソード電位Ｖｋより高
い電位になる。

【００１７】図２の実線は蓋板８の位置を０（基準）に
した図１の実施例装置の左右（横）方向の電位変化を示
し、図中のＬは絶縁体１９と筐体１との接合位置を示
す。そして、蓋板８の電位がプラズマ電位より低くなる
ため、蓋板８が熱フィラメント１０から放出された電子
ｅに対して反射電極として作用し、電子ｅの放電室２内
への閉じ込め効果が向上して電離効率が高くなり、熱フ
ィラメント１０を流れる電流が少なくなってその長寿命
化が図られる。

【００１８】さらに、蓋板８の電位がカソード電位より
高くなるため、蓋板８をアーク電源１３の負極に直接接
続してカソード電位に固定する場合より蓋板８からのス
パッタの発生が減少して装置寿命が長くなり、しかも、
イオンビーム１８の不純物の混入が防止される。

【００１９】すなわち、蓋板８をカソード電位に固定し
た場合、装置内の左右方向の電位変化は図２の破線に示
すようになり、この場合、蓋板８の電位とプラズマ電位
との差が大きく、プラズマ１７中から蓋板８に衝突する
イオンのエネルギが大きいため、このイオン衝突による
蓋板８からのスパッタ量が多く、絶縁体１９の表面にス
パッタ粒子が付着して絶縁不良が容易に発生し、装置寿
命が短くなる。

【００２０】しかも、イオンビーム１８に不純物として
混入するスパッタ粒子が多く、ビーム品質の向上が図れ
ない。一方、実施例装置の場合、蓋板８の電位とプラズ
マ電位との差が小さく、プラズマ１７中から蓋板８に衝
突するイオンのエネルギが小さくなるため、イオン衝突
による蓋板８からのスパッタ量が少なく、絶縁不良が発
生しなくなって装置寿命が長くなる。

【００２１】さらに、イオンビーム１８に混入する不純
物としてのスパッタ粒子が減少しビーム品質が向上す
る。したがって、蓋板のスパッタに伴う装置寿命の低
下，イオンビーム１８の不純物混入を防止して熱フィラ
メント１０の長寿命化が図れる。ところで、抵抗２０の
抵抗値を大きくして無限大にしても、蓋板８はプラズマ
電位より低くカソード電位より高いフローティング電位
になる。

【００２２】この場合、装置構成は図１から抵抗２０を
省いた最も簡素な請求項１の構成になる。また、抵抗２
０を設ける代わりに蓋板８を抵抗１５を介してアーク電
源１３の負極に接続し、抵抗１５を抵抗２０に兼用する
ようにしてもよい。

【００２３】（第２の実施例）つぎに、第２の実施例に
ついて、図３を参照して説明する。図３において、図１
と異なる点は図１の抵抗２０の代わりに電位固定手段と
してのスパッタ抑制電源２１を設け、この電源２１の正
極を蓋板８に接続し、負極をアーク電源１３の負極に接
続した点である。

【００２４】この場合、スパッタ抑制電源２１の電圧設
定により、蓋板８の電位はプラズマ電位より低くカソー
ド電位より高い任意の電位に固定される。そのため、蓋
板８の電位をスパッタ粒子の発生が最も少なくなるよう
に調整して最適化できる利点がある。

【００２５】なお、熱フィラメント１０は放電室２内の
両実施例と異なる位置に設けられていてもよい。また、
電位固定手段等の構成は実施例に限定されるものではな
い。

【００２６】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているため、以下の効果を奏する。まず、請求項１の構
成においては、アークチャンバ筐体１のビーム引出電極
群４に対向する位置に取付けられた蓋板８が電気的絶縁
体１９によりアーク電源１３の正極に接続された筐体１
から電気的に絶縁され、蓋板８の電位が筐体１内のプラ
ズマ電位より低くアーク電源１３の負極のカソード電位
より高いフローティング電位になる。そして、プラズマ
電位（アノード電位）より低くなるため、蓋板８が熱フ
ィラメント１０から放出された電子に対して反射電極と
して作用し、電子の閉じ込め効果が向上して電離効率が
高くなり、熱フィラメント１０が長寿命化する。

【００２７】しかも、蓋板８の電位がカソード電位より
高く、カソード電位にした場合よりプラズマ電位との電
位差が小さくなるため、プラズマ１７中のイオンの衝突
エネルギが小さく、蓋板８のスパッタが少なく、筐体１
内の絶縁不良やイオンビーム１８への不純物の混入が防
止される。そのため、装置寿命の低下，イオンビーム１
８の品質劣化を防止して熱フィラメント１０の長寿命化
が図れる。

【００２８】また、請求項２の構成においては、蓋板８
が筐体１から電気的に絶縁され、かつ、電位固定手段に
よりプラズマ電位より低くアーク電源１３の負極のカソ
ード電位より高い電位に固定されるため、請求項１の場
合と同様の効果が得られ、しかも、電位固定手段の電圧
設定により、蓋板の電位を最適値に調整できる利点があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のバケット型イオン源装置の第１の実施
例の構成図である。

【図２】図１の電位変化の説明図である。

【図３】本発明の第２の実施例の構成図である。

【図４】従来装置の構成図である。

【符号の説明】

１アークチャンバ筐体４イオンビーム引出電極群８蓋板１０熱フィラメント１３アーク電源１７プラズマ１９電気的絶縁体２１スパッタ抑制電源

フロントページの続き (72)発明者野川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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】熱フィラメントを電子放出源とするバケ
ット型イオン源装置において、直流放電用のアーク電源の正極に接続されたアークチャ
ンバ筐体のイオンビーム引出電極群に対向する側の開口
部に、電気的絶縁体を介して蓋板を取付け、前記蓋板を前記筐体から電気的に絶縁したことを特徴と
するバケット型イオン源装置。
【請求項２】熱フィラメントを電子放出源とするバケ
ット型イオン源装置において、直流放電用のアーク電源の正極に接続されたアークチャ
ンバ筐体のイオンビーム引出電極群に対向する側の開口
部に、電気的絶縁体を介して蓋板を取付け、前記アーク電源の負極と前記蓋板との間に、前記蓋板を
前記筐体内のプラズマ電位より低く前記アーク電源の負
極のカソード電位より高い電位に保持する電位固定手段
を設けたことを特徴とするバケット型イオン源装置。