JPH0525652U

JPH0525652U - イオン源

Info

Publication number: JPH0525652U
Application number: JP8232891U
Authority: JP
Inventors: 潔緒方; 哲西山; 正博谷井; 直人鞍谷
Original assignee: Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Nissin Electric Co Ltd
Priority date: 1991-09-13
Filing date: 1991-09-13
Publication date: 1993-04-02

Abstract

(57)【要約】【目的】電極の熱歪の防止に冷却パイプを必要としな
いイオン源を提供する。【構成】このイオン源は、イオンビーム１８引出し用
の電極３４〜３６を、導電性かつ高熱伝導性の酸化物セ
ラミックスでそれぞれ構成している。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は、イオン源に関し、より具体的には、そのイオンビーム引出し用の電極の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】

図２は、従来のイオン源の一例の電極周りを部分的に示す図である。このイオン源は、プラズマ閉じ込めにカスプ磁場を用いるバケット型イオン源の場合の例であり、プラズマ生成容器２内にガスや蒸気化された金属等のイオン化物質を導入して、アノード兼用のプラズマ生成容器２とフィラメント（図示省略）との間でアーク放電を起こさせてプラズマ４を生成させ、このプラズマ４からこの例では３枚の多孔型の（但し孔の図示は省略している。図１の孔３４ａ〜３６ａ参照）電極１４〜１６によって電界の作用でイオンビーム１８を引き出す構造をしている。

【０００３】最プラズマ側の電極１４は、プラズマ電極とも呼ばれ、絶縁碍子２４を介してフランジ１０によって支持されており、正電圧が印加される。その下流側の電極１５は、抑制電極とも呼ばれ、図示しない支持部材を介してフランジ１２によって支持されており、負電圧が印加される。その下流側の電極１６は、接地電極とも呼ばれ、図示しない支持部材を介してフランジ１２によって支持されており、接地電位にされる。また、プラズマ生成容器２とフランジ１０、フランジ１０と１２間には、絶縁碍子６、８がそれぞれ設けられている。

【０００４】上記のような電極１４〜１６の材料としては、従来は通常、モリブデン等の融点の高い金属が用いられている。これらの電極１４〜１６は、イオンビーム１８の引き出しの際、高密度のプラズマ４にさらされ、あるいは引き出されたイオンの一部が衝突するため、更には前述したフィラメントから熱を受けるため、高温に加熱され、それを放置しておくと、各電極１４〜１６に熱歪が生じ、イオンビーム１８のビームプロファイルが変化して所望の均一性が保てなくなる。

【０００５】そこで従来は、各電極１４〜１６に、冷却パイプ２０〜２２を半ば埋め込む形でロウ付けして、各冷却パイプ２０〜２２中に水等の冷却媒体を流して各電極１４〜１６の冷却を行っている。各冷却パイプ２０〜２２は、例えば、各電極１４〜１６のイオンビーム１８引出し用の孔群の周辺部を一周している。

【０００６】なお、上記のような熱歪の問題は、プラズマ４に直接さらされ、かつフィラメントから熱を受けやすい最プラズマ側の電極１４において著しい。

【０００７】

【考案が解決しようとする課題】

ところが、各電極１４〜１６を冷却パイプ２０〜２２で冷却する従来のイオン源においては、プラズマ４や引き出し途中のイオンビーム１８の一部が冷却パイプ２０〜２２の表面をスパッタし、それによって冷却パイプ２０〜２２に亀裂が生じてイオン源内部で冷媒漏れ（水漏れ）事故を起こしやすい、冷却パイプ２０〜２２を配置するため、これによって電極１４〜１６の開孔率が制約され、大電流のイオンビーム１８を発生させにくい、冷却パイプ２０〜２２により電極１４〜１６のイオンビーム１８引出し用の孔の位置に制約があり（即ち、冷却パイプ２０〜２２が邪魔になり最適な位置に孔を配置できない場合があり）、それによって均一で大面積のイオンビーム１８が得にくい、冷却パイプ２０〜２２のロウ付けに非常に手間がかかるため、加工費が嵩み、イオン源が高価になる、という問題がある。

【０００８】そこでこの考案は、電極の熱歪の防止に冷却パイプを必要としないイオン源を提供することを主たる目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するため、この考案のイオン源は、前述したような電極の内の少なくとも最プラズマ側の電極を、導電性かつ高熱伝導性の酸化物セラミックスで構成したことを特徴とする。

【００１０】

【作用】

前述したように、熱歪の問題は、プラズマ等からの熱入力の大きい最プラズマ側の電極において著しい。少なくともこのような電極を、高熱伝導性の酸化物セラミックスで構成することにより、プラズマ等から加えられる熱を他へ放熱しやすくなり、その結果電極内に熱の蓄積が生じにくくなり、従来例のように冷却パイプを設けなくても、電極の熱歪を防止することができる。また、導電性の酸化物セラミックスを用いているので、イオンビームの引き出しに支障はない。

【００１１】

【実施例】

図１は、この考案の一実施例に係るイオン源の電極周りを部分的に示す図である。図２の従来例と同一または相当する部分には同一符号を付し、以下においては当該従来例との相違点を主に説明する。

【００１２】この実施例においては、前述したような従来の電極１４〜１６に対応する電極３４〜３６を、例えばＺnＯ、ＺrＯ₂等のような導電性かつ高熱伝導性の酸化物セラミックスで構成している。

【００１３】各電極３４〜３６は、この例ではイオンビーム１８引出し用の多数の孔３４ａ〜３６ａをそれぞれ有している。また各電極３４〜３６には従来例と違って冷却パイプを設けておらず、これらの電極３４〜３６をそれぞれの支持用のフランジ１０、１２に、この例ではリング状の絶縁碍子４４〜４６をそれぞれ介して取り付けている。

【００１４】各電極３４〜３６に電圧を印加する端子５４〜５６は、この例ではフランジ１０、１２にそれと電気的に絶縁した状態で取り付けている。

【００１５】このようなイオン源においては、電極３４〜３６を高熱伝導性の酸化物セラミックスで構成することにより、プラズマ４、イオンビーム１８、更には前述したフィラメントから加えられる熱を他へ放熱しやすくなる。この例ではより具体的には、各電極３４〜３６に加えられる熱はフランジ１０、１２を介して放熱される。その結果、各電極３４〜３６内に熱の蓄積が生じにくくなり、従来例のように冷却パイプを設けなくても、各電極３４〜３６の熱歪を防止することができる。

【００１６】また、導電性の酸化物セラミックスを用いているので、各電極３４〜３６からのイオンビーム１８の引き出しに支障はない。この場合、電圧降下をより小さくする観点からは、各電極３４〜３６にはいわゆる金属導電性の酸化物セラミックス、取り分け比抵抗が１０^-4Ω・ｃｍ以下の酸化物セラミックスを用いるのが好ましい。

【００１７】しかも酸化物セラミックスは、一般に他の導電性セラミックスに比べてスパッタ率が小さく、イオンビーム照射時のスパッタ効果が少ないので、各電極３４〜３６にこのような酸化物セラミックスを用いれば、長時間の使用においてもイオンビーム引出し用の孔３４ａ〜３６ａの形状が変化しにくく、従って各電極３４〜３６ひいては当該イオン源の寿命が長くなるという効果も得られる。

【００１８】また、各電極３４〜３６からの放熱をより効果的に行うためには、次のようにするのが好ましい。即ち、上記絶縁碍子４４および４６は、フランジ１０、１２を電極３４、３６とそれぞれ同電位にする場合は設ける必要はないが、それらを設ける場合は、および絶縁碍子４５には、熱伝導に富む材質（例えばアルミナ等）のものを用いるのが好ましい。また、フランジ１０、１２の材質は特に限定されないが、例えば熱伝導が良いアルミニウム等を用いるのが好ましい。更に、イオンビーム１８が高エネルギー大電流の場合、例えばエネルギーが数十ＫｅＶ以上で電流が数百ｍＡ以上の場合は、図示例のように、フランジ１０、１２に冷却パイプ６０、６２を接続してそれらを冷却するようにしても良い。

【００１９】なお、上記各電極３４〜３６の平面形状は、円形でも四角形でも、更にはその他の形状でも良い。また、イオンビーム１８引出し用の孔の形状は、上記例のような多数の孔３４ａ〜３６ａ以外にスリット状のものでも良い。

【００２０】また、イオンビーム引出し用の電極が１枚のイオン源の場合は、それを上記のような酸化物セラミックスで構成すれば良い。イオンビーム引出し用の電極が複数枚ある場合は、全ての電極を上記のような酸化物セラミックスで構成するのが理想的ではあるが、必ずそのようにしなければならないものではなく、最プラズマ側の電極以外の電極は、最プラズマ側の電極に比べれば熱歪の問題は小さいので、従来技術で構成しても良い。

【００２１】また、イオン源のタイプは、この例のようなバケット型に限定されるものではなく、高周波型等の他のタイプでも良い。

【００２２】

【考案の効果】

以上のようにこの考案のイオン源においては、その少なくとも最プラズマ側の電極を、導電性かつ高熱伝導性の酸化物セラミックスで構成したので、プラズマ等から加えられる熱を他へ放熱しやすくなり、その結果電極内に熱の蓄積が生じにくくなり、従来例のように冷却パイプを設けなくても、電極の熱歪を防止することができる。即ちこの発明のイオン源では、電極の熱歪防止に冷却パイプを必要としないので、冷却パイプの亀裂による冷媒漏れ事故を無くすることができる、電極の開孔率を高めることができ、それによって大電流のイオンビームを発生させやすくなる、冷却パイプによるイオンビーム引出し用の孔の位置の制約がなくなり、それによって均一で大面積のイオンビームを得やすくなる、冷却パイプの非常に手間のかかるロウ付け作業が不要になり、それによってイオン源が安価に製造できる、という効果が得られる。

【００２３】しかも酸化物セラミックスは、一般に他の導電性セラミックスに比べてスパッタ率が小さく、イオンビーム照射時のスパッタ効果が少ないので、電極にこのような酸化物セラミックスを用いれば、長時間の使用においてもイオンビーム引出し用の孔の形状が変化しにくく、従って当該電極ひいてはイオン源の寿命が長くなるという効果も得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この考案の一実施例に係るイオン源の電極周
りを部分的に示す図である。

【図２】従来のイオン源の一例の電極周りを部分的に
示す図である。

【符号の説明】

２プラズマ生成容器４プラズマ１８イオンビーム３４〜３６電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者鞍谷直人京都府京都市右京区梅津高畝町47番地日新電機株式会社内

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】プラズマ生成容器内に生成されたプラズ
マから１枚以上の電極を用いてイオンビームを引き出す
構造のイオン源において、前記電極の内の少なくとも最
プラズマ側の電極を、導電性かつ高熱伝導性の酸化物セ
ラミックスで構成したことを特徴とするイオン源。