JPH05290751A - 高周波型イオン源 - Google Patents
高周波型イオン源Info
- Publication number
- JPH05290751A JPH05290751A JP4094110A JP9411092A JPH05290751A JP H05290751 A JPH05290751 A JP H05290751A JP 4094110 A JP4094110 A JP 4094110A JP 9411092 A JP9411092 A JP 9411092A JP H05290751 A JPH05290751 A JP H05290751A
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- Japan
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- filament electrode
- plasma
- ion source
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 放電によりプラズマを発生させ、そのプラズ
マからイオンを引き出すイオン源において、フィラメン
ト電極の寿命を延長し、イオン源を長時間安定して運転
することを目的とする。 【構成】 放電を起こすフィラメント電極を棒状とし、
該電極に高周波電力を印加することにより放電プラズマ
を発生させるため、表皮効果により、フィラメント電極
の表面のみを効率的に加熱することができる。この為、
フィラメント電極の断面積を太くしても、何ら問題なく
加熱することができ、フィラメントの寿命を大幅に延長
することができる。
マからイオンを引き出すイオン源において、フィラメン
ト電極の寿命を延長し、イオン源を長時間安定して運転
することを目的とする。 【構成】 放電を起こすフィラメント電極を棒状とし、
該電極に高周波電力を印加することにより放電プラズマ
を発生させるため、表皮効果により、フィラメント電極
の表面のみを効率的に加熱することができる。この為、
フィラメント電極の断面積を太くしても、何ら問題なく
加熱することができ、フィラメントの寿命を大幅に延長
することができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高周波型イオン源に関
し、イオンアシスト蒸着装置にも適用可能なものであ
る。
し、イオンアシスト蒸着装置にも適用可能なものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】図５に従来のイオン源を示す。同図に示
すようにイオン源は、放電によりプラズマを発生させ、
このプラズマからイオンのみを引き出す装置である。即
ち、プラズマ室０１には、ディストリビューター室０２
を経て中性ガス０３が導入されており、その中央にはフ
ィラメント電極０４が配置されている。フィラメント電
極０４はプラス端子、マイナス端子を介して直流電源０
５に接続して電圧ΔＶFが印加される。この為、フィラ
メント電極０４は、通電加熱により熱電子を放出する。
フィラメント電極０４の材質としては、タングステン等
の高融点金属材料が使用される。
すようにイオン源は、放電によりプラズマを発生させ、
このプラズマからイオンのみを引き出す装置である。即
ち、プラズマ室０１には、ディストリビューター室０２
を経て中性ガス０３が導入されており、その中央にはフ
ィラメント電極０４が配置されている。フィラメント電
極０４はプラス端子、マイナス端子を介して直流電源０
５に接続して電圧ΔＶFが印加される。この為、フィラ
メント電極０４は、通電加熱により熱電子を放出する。
フィラメント電極０４の材質としては、タングステン等
の高融点金属材料が使用される。
【０００３】フィラメント電極０４は、プラズマ室０１
の内壁面に対して負電位ΔＶIとなるように、フィラメ
ント電極０４とプラズマ室０１との間に直流電源０６が
接続されている。従って、フィラメント電極０４に通電
して加熱すると、フィラメント電極０４とプラズマ室０
１の内壁面との間で中性ガス０３は放電を起こしプラズ
マ化することになる。プラズマ中においては、イオンと
電子がほぼ同数だけ存在し、イオンは通常正電荷を持
つ。
の内壁面に対して負電位ΔＶIとなるように、フィラメ
ント電極０４とプラズマ室０１との間に直流電源０６が
接続されている。従って、フィラメント電極０４に通電
して加熱すると、フィラメント電極０４とプラズマ室０
１の内壁面との間で中性ガス０３は放電を起こしプラズ
マ化することになる。プラズマ中においては、イオンと
電子がほぼ同数だけ存在し、イオンは通常正電荷を持
つ。
【０００４】一方、イオン源の出口側には、スクリーン
０７、引出電極０８が配置されている。スクリーン０７
は、プラズマ室０１と接続し、等電位となっている。引
出電極０８は、スクリーン０７と同様な形状であり、プ
ラズマ室０１に対して負電位ΔＶAとなるように、引出
電極０８とプラズマ室０１との間には直流電源０９が接
続されている。従って、プラズマ中において正電荷を有
するイオンは、負電位の引出電極０８へ吸引されてイオ
ンビーム０１０となり、スクリーン０７、引出電極０８
を通過して出射することになる。
０７、引出電極０８が配置されている。スクリーン０７
は、プラズマ室０１と接続し、等電位となっている。引
出電極０８は、スクリーン０７と同様な形状であり、プ
ラズマ室０１に対して負電位ΔＶAとなるように、引出
電極０８とプラズマ室０１との間には直流電源０９が接
続されている。従って、プラズマ中において正電荷を有
するイオンは、負電位の引出電極０８へ吸引されてイオ
ンビーム０１０となり、スクリーン０７、引出電極０８
を通過して出射することになる。
【０００５】更に、プラズマの密度を上げるために、図
中矢印で示す方向に磁界Ｍを印加するようにしている。
磁界Ｍは、図３に示す磁界発生用コイル０１１により形
成される。また、他のイオン源の例としては、図５に示
すように金属蒸気発生炉から金属イオンを供給するよう
にするものもあるが、原理は図５に示すものと同様であ
る。
中矢印で示す方向に磁界Ｍを印加するようにしている。
磁界Ｍは、図３に示す磁界発生用コイル０１１により形
成される。また、他のイオン源の例としては、図５に示
すように金属蒸気発生炉から金属イオンを供給するよう
にするものもあるが、原理は図５に示すものと同様であ
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来のイオン源におけ
るフィラメント電極０４の抵抗とその発熱量との関係に
ついては、次のようにして求められる。 Ｒ＝ρ（Ｌ／Ａ） …（１） 但し、Ｒ：フィラメント電極の電気抵抗（Ω） Ａ：フィラメント電極の断面積（cm2) Ｌ：フィラメント電極の長さ（cm） ρ：フィラメント電極の抵抗率（Ω・cm） Ｑ＝Ｉ2・Ｒ ＝Ｉ2・ρ（Ｌ／Ａ） …（２） 但し、Ｑ：フィラメント電極の発熱量（Ｗ） Ｉ：通電電流（Ａ）
るフィラメント電極０４の抵抗とその発熱量との関係に
ついては、次のようにして求められる。 Ｒ＝ρ（Ｌ／Ａ） …（１） 但し、Ｒ：フィラメント電極の電気抵抗（Ω） Ａ：フィラメント電極の断面積（cm2) Ｌ：フィラメント電極の長さ（cm） ρ：フィラメント電極の抵抗率（Ω・cm） Ｑ＝Ｉ2・Ｒ ＝Ｉ2・ρ（Ｌ／Ａ） …（２） 但し、Ｑ：フィラメント電極の発熱量（Ｗ） Ｉ：通電電流（Ａ）
【０００７】従って、フィラメント電極から単位表面積
当たり発熱する熱流束ｑ（Ｗ／cm2)は、次のように求め
られる。 ｑ＝Ｑ／π・ｄ・Ｌ ｑ＝Ｉ2・ρ（Ｌ／Ａ）／π・ｄ・Ｌ …（３） 但し、ｄ：フィラメント電極の直径 ここで、フィラメント電極の断面積Ａとその直径ｄと
は、次の関係がある。 Ａ＝π・ｄ2／４ …（４） これを、式（３）に代入すると、次のようになる。 ｑ＝Ｉ2・ρ（Ｌ／π・ｄ2／４）／π・ｄ・Ｌ ＝４Ｉ2・ρ／π2・ｄ3 …（５）
当たり発熱する熱流束ｑ（Ｗ／cm2)は、次のように求め
られる。 ｑ＝Ｑ／π・ｄ・Ｌ ｑ＝Ｉ2・ρ（Ｌ／Ａ）／π・ｄ・Ｌ …（３） 但し、ｄ：フィラメント電極の直径 ここで、フィラメント電極の断面積Ａとその直径ｄと
は、次の関係がある。 Ａ＝π・ｄ2／４ …（４） これを、式（３）に代入すると、次のようになる。 ｑ＝Ｉ2・ρ（Ｌ／π・ｄ2／４）／π・ｄ・Ｌ ＝４Ｉ2・ρ／π2・ｄ3 …（５）
【０００８】このように、フィラメント電極の直径ｄを
細くするほど、単位表面積当たり発熱する熱流束ｑが大
きくなり、高い温度を維持することができる。この為、
従来のイオン源では、プラズマを長く維持するために、
フィラメント電極０４の直径をできるだけ細くしてい
た。しかし、フィラメント電極０４は高温となり、蒸発
量が多く、また、イオンと衝突して消耗するから、フィ
ラメント電極０４を細くするほど、その寿命が短くなる
問題があった。この為、フィラメント電極を使用するイ
オン源は、長時間安定して運転することが出来なかっ
た。
細くするほど、単位表面積当たり発熱する熱流束ｑが大
きくなり、高い温度を維持することができる。この為、
従来のイオン源では、プラズマを長く維持するために、
フィラメント電極０４の直径をできるだけ細くしてい
た。しかし、フィラメント電極０４は高温となり、蒸発
量が多く、また、イオンと衝突して消耗するから、フィ
ラメント電極０４を細くするほど、その寿命が短くなる
問題があった。この為、フィラメント電極を使用するイ
オン源は、長時間安定して運転することが出来なかっ
た。
【０００９】本発明は、上記従来技術に鑑みてなされた
ものであり、フィラメント電極に高周波電力を印加する
ことにより低温で電子を放出できる高周波型イオン源を
提供することを目的とする。
ものであり、フィラメント電極に高周波電力を印加する
ことにより低温で電子を放出できる高周波型イオン源を
提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】斯かる目的を達成する本
発明の構成は放電によりプラズマを発生させ、そのプラ
ズマからイオンを引き出すイオン源において、放電を起
こすフィラメント電極を棒状とし、該電極に高周波電力
を印加することにより放電プラズマを発生させ、このプ
ラズマから引出電極によりイオンのみを引き出すことを
特徴とする。
発明の構成は放電によりプラズマを発生させ、そのプラ
ズマからイオンを引き出すイオン源において、放電を起
こすフィラメント電極を棒状とし、該電極に高周波電力
を印加することにより放電プラズマを発生させ、このプ
ラズマから引出電極によりイオンのみを引き出すことを
特徴とする。
【００１１】
【作用】フィラメント電極に高周波を通電すると、表皮
効果により、表面にのみに電流が流れ、表面のみが加熱
される。従って、フィラメント電極の断面積が大きくて
も、フィラメント電極の表面のみが効率的に加熱される
ことになる。
効果により、表面にのみに電流が流れ、表面のみが加熱
される。従って、フィラメント電極の断面積が大きくて
も、フィラメント電極の表面のみが効率的に加熱される
ことになる。
【００１２】
【実施例】以下、本発明について、図面に示す実施例を
参照して詳細に説明する。図１、図２に本発明の一実施
例を示す。同図に示すように、プラズマ室のケーシング
１内には、棒状のフィラメント電極２が配設されると共
にこのフィラメント電極２は接続端子４を介して高周波
電源５に接続している。接続端子４は、絶縁体３を介し
てケーシング１を貫通しており、ケーシング１はアース
（接地）されている。本発明のフィラメント電極２は、
高周波加熱されるため、通電加熱していた従来のフィラ
メント電極と異なり、二つの端子は必要なく、一つの接
続端子４のみで良い。つまり、本発明では、高周波加熱
するため、アースであるケーシング１に他方の電極の役
割をさせるのである。
参照して詳細に説明する。図１、図２に本発明の一実施
例を示す。同図に示すように、プラズマ室のケーシング
１内には、棒状のフィラメント電極２が配設されると共
にこのフィラメント電極２は接続端子４を介して高周波
電源５に接続している。接続端子４は、絶縁体３を介し
てケーシング１を貫通しており、ケーシング１はアース
（接地）されている。本発明のフィラメント電極２は、
高周波加熱されるため、通電加熱していた従来のフィラ
メント電極と異なり、二つの端子は必要なく、一つの接
続端子４のみで良い。つまり、本発明では、高周波加熱
するため、アースであるケーシング１に他方の電極の役
割をさせるのである。
【００１３】従って、フィラメント電極２に高周波電源
５から高周波電力を印加すると、図６に示すようにフィ
ラメント電極２の電位が直流の場合と比べ高くなる為、
フィラメント電極２の近傍で電場が強くなる。この為、
ケーシング１とフィラメント電極２との間で簡単に放電
を起こすことになる。また、高周波電力がフィラメント
電極２に印加されるため、表皮効果により、フィラメン
ト電極２の表面のみに電流がながれ、表面のみが加熱さ
れることになる。表皮効果は、高周波を通電するとフィ
ラメント電極の断面に均一に電流が流れるのではなく、
表面から厚みδだけの範囲に電流が集中的に流れる現象
であり、下式に示すように周波数が高くなるほど、表皮
厚みδが小さくなる。尚、直流電流のように高温とはな
らない。
５から高周波電力を印加すると、図６に示すようにフィ
ラメント電極２の電位が直流の場合と比べ高くなる為、
フィラメント電極２の近傍で電場が強くなる。この為、
ケーシング１とフィラメント電極２との間で簡単に放電
を起こすことになる。また、高周波電力がフィラメント
電極２に印加されるため、表皮効果により、フィラメン
ト電極２の表面のみに電流がながれ、表面のみが加熱さ
れることになる。表皮効果は、高周波を通電するとフィ
ラメント電極の断面に均一に電流が流れるのではなく、
表面から厚みδだけの範囲に電流が集中的に流れる現象
であり、下式に示すように周波数が高くなるほど、表皮
厚みδが小さくなる。尚、直流電流のように高温とはな
らない。
【００１４】δ∝（ρ／ｆ）1/2 …（６） 但し、δ：表皮厚み ρ：抵抗率 ｆ：周波数 一方、ケーシング１を貫通するノズル６から、ケーシン
グ１内へ中性ガスが導入されており、この中性ガスは、
ケーシング１とフィラメント電極２との間での放電によ
りプラズマ化する。このプラズマ中には、電子とイオン
がほぼ同数存在しており、イオンは正電荷を有する。
グ１内へ中性ガスが導入されており、この中性ガスは、
ケーシング１とフィラメント電極２との間での放電によ
りプラズマ化する。このプラズマ中には、電子とイオン
がほぼ同数存在しており、イオンは正電荷を有する。
【００１５】イオン室の出口側には、多孔板状の引出電
極７が配置されている。引出電極７は、プラズマ中の正
電荷を有するイオンを引き出すため、負電位を印加する
引出電極８に接続している。引出電極７の前方には、加
速電極９が配置されている。加速電極９は、引き出した
イオンを加速するためのものであり、加速電源１０に接
続している。
極７が配置されている。引出電極７は、プラズマ中の正
電荷を有するイオンを引き出すため、負電位を印加する
引出電極８に接続している。引出電極７の前方には、加
速電極９が配置されている。加速電極９は、引き出した
イオンを加速するためのものであり、加速電源１０に接
続している。
【００１６】従って、引出電極７によりプラズマ中から
引き出されたイオンは、更に、加速電極８により加速さ
れ、図示しない真空チャンバに案内されることになる。
尚、加速電極９は、イオン源に必ずしも必要ではなく、
また、イオン源とは別個に、イオンの下流側へ設けても
良い。
引き出されたイオンは、更に、加速電極８により加速さ
れ、図示しない真空チャンバに案内されることになる。
尚、加速電極９は、イオン源に必ずしも必要ではなく、
また、イオン源とは別個に、イオンの下流側へ設けても
良い。
【００１７】上記構成を有する本実施例では、フィラメ
ント電極２に高周波を印加することによりフィラメント
電極２とケーシング１との間で放電を起こさせ、これに
より、プラズマ室内でプラズマを発生させることができ
る。例えば、図１に示すフィラメント電極２として、直
径２mm、長さ１００mmのものを使用し、高周波電源の周
波数を13.5ＭＨｚとすることにより、プラズマ室内に均
一にプラズマを発生させることができた。
ント電極２に高周波を印加することによりフィラメント
電極２とケーシング１との間で放電を起こさせ、これに
より、プラズマ室内でプラズマを発生させることができ
る。例えば、図１に示すフィラメント電極２として、直
径２mm、長さ１００mmのものを使用し、高周波電源の周
波数を13.5ＭＨｚとすることにより、プラズマ室内に均
一にプラズマを発生させることができた。
【００１８】また、フィラメント電極２は表皮効果によ
り表面のみに電流が流れ、表面のみが加熱されることか
ら、フィラメント電極２の断面積を太くしてもなんら問
題はなく、この為、フィラメント電極の寿命を従来に比
較して飛躍的に延長することができる。尚、フィラメン
ト電極２の形状としては、上記実施例に示すように直線
状に限るものではなく、図７（１）（２）に示すように
Ｔ字状のもの、方形状のものも使用することができる。
り表面のみに電流が流れ、表面のみが加熱されることか
ら、フィラメント電極２の断面積を太くしてもなんら問
題はなく、この為、フィラメント電極の寿命を従来に比
較して飛躍的に延長することができる。尚、フィラメン
ト電極２の形状としては、上記実施例に示すように直線
状に限るものではなく、図７（１）（２）に示すように
Ｔ字状のもの、方形状のものも使用することができる。
【００１９】
【発明の効果】以上、実施例に基づいて具体的に説明し
たように、本発明は、フィラメント電極を高周波加熱す
るので、表皮効果により、フィラメント電極の表面のみ
を効率的に加熱することができる。この為、フィラメン
ト電極の断面積を太くしても、何ら問題なく加熱するこ
とができ、フィラメントの寿命を大幅に延長することが
可能となり、また、イオン源を長時間安定して運転する
ことができる。
たように、本発明は、フィラメント電極を高周波加熱す
るので、表皮効果により、フィラメント電極の表面のみ
を効率的に加熱することができる。この為、フィラメン
ト電極の断面積を太くしても、何ら問題なく加熱するこ
とができ、フィラメントの寿命を大幅に延長することが
可能となり、また、イオン源を長時間安定して運転する
ことができる。
【図１】本発明の一実施例に係る高周波型イオン源の斜
視図である。
視図である。
【図２】同図（ａ）は本発明の一実施例に係る高周波型
イオン源の正面図、同図（ｂ）は同図（ａ）中のＡ−Ａ
線断面図である。
イオン源の正面図、同図（ｂ）は同図（ａ）中のＡ−Ａ
線断面図である。
【図３】従来のイオン源の一例を示す斜視図である。
【図４】従来のイオン源の他の例を示す説明図である。
【図５】従来のイオン源の原理説明図である。
【図６】プラズマ室内における電場の強さを示す説明図
である。
である。
【図７】同図（１）（２）は、本発明に使用されるフィ
ラメント電極の他の例を示す説明図である。
ラメント電極の他の例を示す説明図である。
１ プラズマ室ケーシング ２ フィラメント電極 ３ 絶縁体 ４ 接続端子 ５ 高周波電源 ６ ノズル ７ 引出電極 ８ 引出電源 ９ 加速電極 ０１ プラズマ室 ０２ ディストリビューター室 ０３ 中性ガス ０４ フィラメント電極 ０５ 直流電源 ０６ 直流電源 ０７ スクリーン ０８ 引出電極 ０９ 直流電源 ０１０ イオンビーム ０１１ 磁界発生用コイル
フロントページの続き (72)発明者 梶西 邦幸 広島県広島市西区観音新町四丁目６番22号 三菱重工業株式会社広島研究所内 (72)発明者 加藤 光雄 広島県広島市西区観音新町四丁目６番22号 三菱重工業株式会社広島研究所内
Claims (1)
- 【請求項１】 放電によりプラズマを発生させ、そのプ
ラズマからイオンを引き出すイオン源において、放電を
起こすフィラメント電極を棒状とし、該電極に高周波電
力を印加することにより放電プラズマを発生させ、この
プラズマから引出電極によりイオンのみを引き出すこと
を特徴とする高周波型イオン源。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4094110A JPH05290751A (ja) | 1992-04-14 | 1992-04-14 | 高周波型イオン源 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4094110A JPH05290751A (ja) | 1992-04-14 | 1992-04-14 | 高周波型イオン源 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05290751A true JPH05290751A (ja) | 1993-11-05 |
Family
ID=14101302
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4094110A Pending JPH05290751A (ja) | 1992-04-14 | 1992-04-14 | 高周波型イオン源 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05290751A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004508682A (ja) * | 2000-09-06 | 2004-03-18 | アクセンタス パブリック リミテッド カンパニー | プラズマ助長ガス反応装置 |
-
1992
- 1992-04-14 JP JP4094110A patent/JPH05290751A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004508682A (ja) * | 2000-09-06 | 2004-03-18 | アクセンタス パブリック リミテッド カンパニー | プラズマ助長ガス反応装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20010522 |