JPH0662449U - Negative ion beam generator - Google Patents

Negative ion beam generator

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JPH0662449U
JPH0662449U JP899293U JP899293U JPH0662449U JP H0662449 U JPH0662449 U JP H0662449U JP 899293 U JP899293 U JP 899293U JP 899293 U JP899293 U JP 899293U JP H0662449 U JPH0662449 U JP H0662449U
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JP
Japan
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electrode
ground electrode
ion beam
magnetic field
negative
Prior art date
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Application number
JP899293U
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Japanese (ja)
Inventor
秀樹 田中
幸二 松永
正志 小西
均 神戸
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Nissin Electric Co Ltd
Original Assignee
Nissin Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 セシウムの蒸気をタ−ゲット電極4に付着さ
せセシウム蒸気をプラズマにして正イオンビ−ムとしタ
−ゲット電極4に当て負イオンを発生させる負イオンビ
−ム発生装置は、負イオンと共に電子が加速されて接地
電極5に当たり二次電子14を発生させこれが静電レン
ズ6との間にブレ−クダウンを生じさせる。接地電極5
と静電レンズ6の間で、ブレ−クダウンが起こらない負
イオンビ−ム発生装置を提供する。 【構成】 接地電極5の外周に極性の異なる永久磁石1
1を並べて設け、接地電極5の内部にカスプ磁場12を
発生させる。カスプ磁場12の作用で二次電子14は外
部に出ることができず消滅する。
(57) [Abstract] [Purpose] Negative ion beam generator for generating negative ions by attaching cesium vapor to the target electrode 4 and converting the cesium vapor into plasma to form positive ion beams. The electrons are accelerated together with the negative ions and hit the ground electrode 5 to generate secondary electrons 14, which causes a breakdown between the electrostatic lens 6 and the secondary electrons 14. Ground electrode 5
There is provided a negative ion beam generator that does not cause a breakdown between the electrostatic lens 6 and the electrostatic lens 6. [Structure] Permanent magnets 1 having different polarities on the outer circumference of the ground electrode 5
1 are arranged side by side to generate a cusp magnetic field 12 inside the ground electrode 5. Due to the action of the cusp magnetic field 12, the secondary electrons 14 cannot go out and disappear.

Description

【考案の詳細な説明】[Detailed description of the device]

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】[Industrial applications]

この考案は負イオンビ−ム発生装置に関する。特に、接地電極と静電レンズの 間でブレ−クダウンが起こることを防止し、安定したビ−ム輸送を可能にする負 イオンビ−ム発生装置に関する。 This invention relates to a negative ion beam generator. In particular, the present invention relates to a negative ion beam generator that prevents breakdown between the ground electrode and the electrostatic lens and enables stable beam transport.

【0002】 負イオンビ−ム発生装置というのは、負イオンにしたい物質をタ−ゲットとし これに負の高圧を印加し、セシウム蒸気を付着させタ−ゲット表面の仕事関数を 低下させ、正イオンビ−ムを当ててタ−ゲット材料をスパッタして表面に叩きだ し電子親和力により仕事関数の低下したタ−ゲットから電子をスパッタ粒子に移 動させて負イオンとし、電界により加速して負イオンビ−ムとして引き出すよう にしたものである。The negative ion beam generator uses a target as a target for negative ions and applies a negative high pressure to the target to cause cesium vapor to adhere to lower the work function of the target surface. -The target material is sputtered by hitting the target with a beam to hit the surface, and electrons are transferred from the target whose work function is lowered by electron affinity to the sputtered particles to form negative ions, which are accelerated by the electric field to generate negative ion beams. -It is designed to be pulled out as a message.

【0003】[0003]

【従来の技術】[Prior art]

図3により従来例に係る負イオンビ−ム発生装置を説明する。図3に示される 部材は真空中にあるが、真空容器の図示は省略している。一直線上にプラズマ生 成室1、プラズマ電極2、引出し電極3、タ−ゲット電極4、接地電極5、静電 レンズ6が並んでいる。これらの電極は中央軸線に沿って開口22、23、24 、25を有する。 A negative ion beam generator according to a conventional example will be described with reference to FIG. The members shown in FIG. 3 are in a vacuum, but the vacuum container is not shown. The plasma generation chamber 1, the plasma electrode 2, the extraction electrode 3, the target electrode 4, the ground electrode 5, and the electrostatic lens 6 are arranged in a straight line. These electrodes have openings 22, 23, 24, 25 along the central axis.

【0004】 電圧の分布は下に示すように、プラズマ生成室1とプラズマ電極2は0Vかこ れより僅かに正電圧であるか負電圧である。接地電極5はもちろん0Vである。 中間の引出し電極3とタ−ゲット電極4は負の高圧−Ve、−Vtになっている 。初めに正イオンビ−ムを造りこれでタ−ゲットを叩き負イオンビ−ムを生成し て外部に取り出すようにしているので、中間が負の高電圧になっている。As shown in the voltage distribution below, the plasma generation chamber 1 and the plasma electrode 2 are 0 V or slightly positive voltage or negative voltage. The ground electrode 5 is, of course, 0V. The intermediate extraction electrode 3 and the target electrode 4 have negative high voltages -Ve and -Vt. First, a positive ion beam is created and hits the target with this to generate a negative ion beam to be taken out to the outside, so that a high voltage is negative in the middle.

【0005】 動作を説明する。図示していないが、セシウムの蒸発源がプラズマ生成室1に 接続されている。これがセシウムの蒸気を発生しプラズマ生成室1に入る。ここ ではア−ク放電やマイクロ波放電によりガス状態のものを励起しプラズマにする 。プラズマは正イオンと電子の集合である。プラズマを発生し維持するための電 極や磁石がプラズマ生成室1には設けられるが簡単のためここには図示していな い。セシウムの全てがイオンになるわけではなく一部がイオンになる。The operation will be described. Although not shown, a cesium evaporation source is connected to the plasma generation chamber 1. This produces cesium vapor and enters the plasma generation chamber 1. Here, a gas state is excited by an arc discharge or a microwave discharge to generate plasma. Plasma is a collection of positive ions and electrons. Electrodes and magnets for generating and maintaining plasma are provided in the plasma generation chamber 1, but they are not shown here for simplicity. Not all cesium becomes ions, but some become ions.

【0006】 他の大部分のセシウムは中性蒸気である。中性のセシウムは蒸気圧の差によっ てプラズマ生成室1の開口22から外部に洩れ出て、軸線にそってゆっくりと進 み、タ−ゲット電極4に達する。ここでタ−ゲット電極4の表面に蒸気が接触す るので冷却されて液体または固体の状態にもどる。Most other cesium is neutral vapor. Neutral cesium leaks to the outside from the opening 22 of the plasma generation chamber 1 due to the difference in vapor pressure, slowly advances along the axis, and reaches the target electrode 4. Here, the vapor comes into contact with the surface of the target electrode 4, so that it is cooled and returns to a liquid or solid state.

【0007】 タ−ゲット電極4の表面に薄いセシウムの被膜ができる。これによりタ−ゲッ トの仕事関数が低下する。つまりタ−ゲット表面のフェルミ準位が上がる。A thin cesium film is formed on the surface of the target electrode 4. This lowers the work function of the target. In other words, the Fermi level on the target surface rises.

【0008】 さてセシウムの一部はプラズマ生成室1で正イオンになっている。正イオンが プラズマ生成室1のプラズマ電極2から出ると、プラズマ電極2と引出し電極3 の間に存在する強い電界により加速される。これが実線で示す正イオンビ−ム7 である。正イオンビ−ム7が引出し電極3の開口23を通りタ−ゲット電極4に 強い力積を持って衝突する。By the way, a part of cesium becomes positive ions in the plasma generation chamber 1. When positive ions leave the plasma electrode 2 of the plasma generation chamber 1, they are accelerated by the strong electric field existing between the plasma electrode 2 and the extraction electrode 3. This is the positive ion beam 7 shown by the solid line. The positive ion beam 7 passes through the opening 23 of the extraction electrode 3 and collides with the target electrode 4 with a strong impulse.

【0009】 力学的エネルギ−により格子構造が一部破壊されタ−ゲットから構成物質がス パッタされる。この時は中性であるが、スパッタ粒子は優勢な電子親和力により 、仕事関数の低下したタ−ゲットから電子を引き付けて負イオンになる。負イオ ンがタ−ゲット電極4の開口24を通ると、タ−ゲット電極4と接地電極5の間 の強い電界により加速される。これにより負イオンビ−ム9となる。The lattice structure is partially destroyed by mechanical energy, and the constituent materials are sputtered from the target. At this time, it is neutral, but the sputtered particles attract electrons from the target having a lowered work function to become negative ions due to the dominant electron affinity. When the negative ions pass through the opening 24 of the target electrode 4, they are accelerated by the strong electric field between the target electrode 4 and the ground electrode 5. As a result, the negative ion beam 9 is formed.

【0010】 負イオンビ−ムはさらに接地電極5の開口25を通り、静電レンズ6によって 絞られて外部に引き出されてゆく。静電レンズ6はアインツエルレンズなどであ る。円筒形の電極を長手方向に3つ組み合わせてあり電極間にできる電界の作用 により正イオンでも負イオンでも収束させることができる。 大部分の負イオンビ−ムはここで絞られて外部に出てゆきなんらかの目的のた めに使われる。The negative ion beam further passes through the opening 25 of the ground electrode 5, is narrowed down by the electrostatic lens 6, and is extracted to the outside. The electrostatic lens 6 is an Einzel lens or the like. Three cylindrical electrodes are combined in the longitudinal direction, and positive or negative ions can be converged by the action of the electric field generated between the electrodes. Most of the negative ion beams are squeezed out here, and then go out and used for some purpose.

【0011】[0011]

【考案が解決しようとする課題】[Problems to be solved by the device]

ところがタ−ゲット電極4と接地電極5の間にはビ−ムの流れの方向に電界が 存在している。これは負イオンビ−ムを流れの方向に加速するが同時に負の荷電 粒子である電子も加速して接地電極5の彼方へ運んでゆく。先に述べたようにタ −ゲット電極4はセシウムの付着により仕事関数が低下しており、正イオンが衝 突すると多くの二次電子が発生する。二次電子は余りエネルギ−を持たないが、 これの一部が開口24を通り過ぎることがある。すると強い電界を感じて接地電 極の方に加速される。 However, an electric field exists between the target electrode 4 and the ground electrode 5 in the beam flow direction. This accelerates the negative ion beam in the flow direction, but at the same time, accelerates the electron, which is a negative charged particle, and carries it to the ground electrode 5 beyond. As described above, the target electrode 4 has a reduced work function due to the adhesion of cesium, and many secondary electrons are generated when positive ions collide. The secondary electrons have little energy, but some of them may pass through the opening 24. Then, a strong electric field is felt and it is accelerated toward the ground electrode.

【0012】 接地電極5を通過する時の加速エネルギ−は負イオンと同じ大きさである。多 くの負イオンも電子も静電レンズ6によって絞られて外部に出てゆく。高速の荷 電粒子であるが、中性ではなく負電荷を持つから互いにク−ロン斥力を及ぼしあ い軸方向と垂直の方向に拡がる傾向を持つ。これは質量の小さい電子に於いて著 しく現れる。ために一部の電子や負イオンは外側に逸れて接地電極5の内壁や静 電レンズ6の内壁に衝突する。かなりのエネルギ−を持つ粒子が衝突するのであ るから接地電極5と静電レンズ6の内壁から二次電子が叩き出される。エネルギ −が大きいのでひとつの電子で幾つもの二次電子を叩き出す。The acceleration energy when passing through the ground electrode 5 is the same as that of negative ions. Many negative ions and electrons are narrowed down by the electrostatic lens 6 and go out. Although they are charged particles at high speed, they are not neutral but have negative charges, and they tend to spread in a direction perpendicular to the axial direction that exerts a Coulomb repulsive force on each other. This appears remarkably in electrons with small mass. Therefore, some electrons and negative ions are deflected to the outside and collide with the inner wall of the ground electrode 5 and the inner wall of the electrostatic lens 6. Since particles having considerable energy collide with each other, secondary electrons are ejected from the inner wall of the ground electrode 5 and the electrostatic lens 6. Since the energy is large, one electron knocks out many secondary electrons.

【0013】 二次電子は初め、数eVのエネルギ−をもつだけであるので、接地電極5や静 電レンズ6の近傍に局在する。これらの部品の間には高い電圧が存在するので二 次電子は電界により加速されて対向する電極にまで走行しこれに衝突する。この ような二次電子の流れにより高密度電流が流れる。これが放電である。放電によ り静電レンズ6と接地電極5とが短絡する。これをブレ−クダウンという。静電 レンズ6に適当な電圧が印加されないようになる。ために負イオンビ−ムの経路 の収束が悪くなりビ−ムが乱れる。従って、効率の良いイオンビームの輸送がで きなくなる。 Since the secondary electrons initially have an energy of several eV, they are localized in the vicinity of the ground electrode 5 and the electrostatic lens 6. Since a high voltage exists between these parts, the secondary electrons are accelerated by the electric field and travel to the opposing electrodes and collide with them. A high-density current flows due to the flow of such secondary electrons. This is discharge. The electrostatic lens 6 and the ground electrode 5 are short-circuited by the discharge. This is called a breakdown. An appropriate voltage will not be applied to the electrostatic lens 6. As a result, the convergence of the path of the negative ion beam deteriorates and the beam is disturbed. Therefore, efficient ion beam transport cannot be achieved.

【0014】 この場合は電源が自動的に電圧を0Vに落とし、放電を中断させ、再び電圧を 上昇するようになっている。あるいは手動操作により電源を切る場合もある。ブ レ−クダウンの発生から回復が瞬時に行われるのであれば良いのであるがそうは ゆかない。電源の性能にも因るがブレ−クダウンからの回復に時間が掛かる。In this case, the power supply automatically lowers the voltage to 0 V, interrupts the discharge, and raises the voltage again. Alternatively, the power may be turned off manually. It would be good if the recovery from the occurrence of a breakdown could be done instantaneously, but that is not the case. Although it depends on the power supply performance, it takes time to recover from the breakdown.

【0015】 イオン源というものは何時間も安定して中断することなくイオンビ−ムを発生 することができるものでなければならない。途中でイオンビ−ムが出なくなると いうようなことがあってはならない。つまり電極間のブレ−クダウンなどが起こ らないようにしなければならない。The ion source must be capable of generating an ion beam stably for many hours without interruption. Don't let the ion beam stop appearing on the way. That is, it is necessary to prevent breakdown between the electrodes.

【0016】 本考案は、タ−ゲット電極4から出た負イオンや電子により発生した二次電子 によるブレ−クダウンが発生しないようにした負イオンビ−ム発生装置を提供す ることが目的である。An object of the present invention is to provide a negative ion beam generator which prevents breakdown due to secondary electrons generated by negative ions and electrons emitted from the target electrode 4. .

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】[Means for Solving the Problems]

本考案の負イオンビ−ム発生装置は、接地電極の周りに複数の永久磁石を極が 互いに異なるように並べて設け接地電極の内部にカスプ磁場を発生させ、接地電 極で発生した二次電子が磁場から抜け出ることができないようにする。二次電子 が静電レンズの方へ流れないので、静電レンズと接地電極の間でブレ−クダウン が起こらない。 In the negative ion beam generator of the present invention, a plurality of permanent magnets are arranged around the ground electrode so that the poles are different from each other to generate a cusp magnetic field inside the ground electrode, and secondary electrons generated by the ground electrode are generated. Prevent you from getting out of the magnetic field. Since secondary electrons do not flow toward the electrostatic lens, no breakdown occurs between the electrostatic lens and the ground electrode.

【0018】[0018]

【作用】[Action]

接地電極の周りに複数の永久磁石を等配に、且つ極が互いに反対になるように 並べるので、接地電極5の内部にカスプ磁場が生成される。カスプ磁場というの は、隣接する永久磁石の端面を滑らかな曲線でつないだような磁力線を持ち、カ スプ磁場の中央(接地電極の中央)付近には磁場が存在しなくなるような局在し た磁場のことである。永久磁石の端面が磁力線の入力出力点になりここで磁力線 が尖るのでカスプ磁場という。隣接磁石の極が反転するように置かれるので磁場 が打ち消しあって遠くに及ばない。 Since a plurality of permanent magnets are arranged equidistantly around the ground electrode and the poles are opposite to each other, a cusp magnetic field is generated inside the ground electrode 5. The cusp magnetic field has magnetic field lines that connect the end faces of adjacent permanent magnets with a smooth curve, and is localized so that the magnetic field does not exist near the center of the cusp magnetic field (center of the ground electrode). It is a magnetic field. The end face of the permanent magnet becomes the input / output point of the magnetic force line, and the magnetic force line is sharpened here, so it is called the cusp magnetic field. Since the poles of adjacent magnets are placed so as to be reversed, the magnetic fields cancel each other out and do not reach far.

【0019】 カスプ磁場はプラズマの閉じ込めのために良く用いられる。イオン源チャンバ の外壁にそって永久磁石を多数設けプラズマをチャンバの内部に閉じ込めるとい うことがよく行われる。プラズマは磁場の存在しないチャンバの中央部に閉じ込 められる。もしもイオンが磁場の方へ進むと、磁力線のためにファラデ−力を受 ける。これにより磁力線の周りを半回転してもとの中央部の空間に戻される。つ まり壁に当たらないようになる。もしもカスプ磁場が存在しないとイオンが壁に 当たるがそうするとエネルギ−と電荷を喪失するからイオンでなくなる。これを 防ぎ高密度プラズマを維持するためにイオン源チャンバではカスプ磁場が用いら れる。The cusp magnetic field is often used for plasma confinement. It is often practiced to provide a number of permanent magnets along the outer wall of the ion source chamber to confine the plasma inside the chamber. The plasma is confined in the center of the chamber where there is no magnetic field. If the ions move toward the magnetic field, they will experience Faraday forces due to the magnetic field lines. As a result, even if the magnetic field lines are rotated half a turn, they are returned to the original central space. It will not hit the wall. If the cusp field is not present, the ions hit the wall, but then lose energy and charge and are no longer ions. A cusp magnetic field is used in the ion source chamber to prevent this and maintain a high-density plasma.

【0020】 本考案でカスプ磁場を用いるのは荷電粒子の動きを制限するためであるが従来 の手法とは正反対である。従来はカスプ磁場の外側にある荷電粒子が磁場の内部 に入らないようにすることにより、磁場のない部分に荷電粒子を閉じ込めていた のである。The use of the cusp magnetic field in the present invention is to limit the movement of charged particles, which is the opposite of the conventional method. In the past, charged particles outside the cusp magnetic field were prevented from entering the inside of the magnetic field, thereby confining the charged particles in the part without the magnetic field.

【0021】 ところが本考案ではそうでなく、接地電極5の内壁で作られてその近傍にある 低エネルギ−の二次電子が磁場の外へ出られないようにしている。この点が正反 対である。タ−ゲット電極4からやってきた高速の電子や負イオンが接地電極5 に衝突し二次電子を多数発生するが、これが初めからカスプ磁場の中にある。強 力なカスプ磁場の磁力線に囚われているから二次電子はカスプ磁場の外部へ出る ことができない。磁力線に巻き付いて小さいラ−モア半径の螺旋を描いて進むが 、磁力線は接地電極5の壁を横切るので二次電子はやがて壁に当たる。当たると 壁に吸収され二次電子は消滅する。However, in the present invention, this is not the case, and secondary electrons of low energy, which are formed on the inner wall of the ground electrode 5 and are in the vicinity thereof, are kept out of the magnetic field. This is the opposite. High-speed electrons and negative ions coming from the target electrode 4 collide with the ground electrode 5 to generate a large number of secondary electrons, which are in the cusp magnetic field from the beginning. The secondary electrons cannot get out of the cusp magnetic field because they are trapped in the magnetic field lines of the strong cusp magnetic field. The magnetic field lines are wound around the magnetic field lines and move in a spiral with a small Larmor radius. However, since the magnetic field lines cross the wall of the ground electrode 5, the secondary electrons eventually hit the wall. When hit, it is absorbed by the wall and the secondary electrons disappear.

【0022】 つまりカスプ磁場は二次電子を外部に出さないように機能する。外部に出ない ので、二次電子が静電レンズ6との間にブレ−クダウンを誘発することがない。 安定したイオンビ−ム発生を継続することができる。カスプ磁場の作用が従来の ものとは異なり極めて興味ある使い方であるということができる。That is, the cusp magnetic field functions so as not to let secondary electrons go out. Since it does not go out to the outside, the secondary electrons do not induce a breakdown with the electrostatic lens 6. Stable ion beam generation can be continued. It can be said that the action of the cusp magnetic field is an extremely interesting use unlike the conventional one.

【0023】 接地電極5の内部にカスプ磁場ができるのでビ−ムの経路に影響を及ぼすとい うことが懸念されよう。しかしカスプ磁場は周辺部の極僅かな領域だけに強い磁 場を生ずるが、中央部の磁場は小さい。中央部を軸方向に飛行するビ−ムに対す る影響は少ない。特に質量の大きいイオンビ−ムに対する影響は殆どない。It may be feared that a cusp magnetic field is formed inside the ground electrode 5, which affects the beam path. However, the cusp magnetic field produces a strong magnetic field only in a very small area in the peripheral area, but the magnetic field in the central area is small. There is little effect on the beam flying axially in the center. Especially, there is almost no influence on an ion beam having a large mass.

【0024】[0024]

【実施例】【Example】

図1により本考案の実施例に係る負イオンビ−ム発生装置を説明する。一直線 上に、プラズマ生成室1、プラズマ電極2、引出し電極3、タ−ゲット電極4、 接地電極5、静電レンズ6が並んでいる。電極は中央にそれぞれ開口22、23 、24、25を有しイオンビ−ムを通すようになっている。 A negative ion beam generator according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The plasma generation chamber 1, the plasma electrode 2, the extraction electrode 3, the target electrode 4, the ground electrode 5, and the electrostatic lens 6 are aligned on a straight line. The electrodes have openings 22, 23, 24 and 25 respectively in the center so that ion beams can pass therethrough.

【0025】 プラズマ生成室1にはセシウムの蒸発源が接続されておりセシウムの蒸気がプ ラズマ生成室1に導かれる。セシウム蒸気はここでア−ク放電、マイクロ波放電 により励起されて一部がプラズマとなる。An evaporation source of cesium is connected to the plasma generation chamber 1, and cesium vapor is introduced into the plasma generation chamber 1. Here, the cesium vapor is excited by arc discharge and microwave discharge, and part of it becomes plasma.

【0026】 プラズマ生成室1には中性のセシウムも存在しこれが蒸気圧の差により開口2 2から洩れ出てタ−ゲット電極4の内向きの円錐面に付着する。セシウムの付着 によりタ−ゲット物質の仕事関数が低下し表面のフェルミ準位が上昇している。Neutral cesium also exists in the plasma generation chamber 1, and this leaks from the opening 22 due to the difference in vapor pressure and adheres to the inward conical surface of the target electrode 4. Due to the adhesion of cesium, the work function of the target material decreases and the surface Fermi level rises.

【0027】 プラズマ生成室1ではプラズマが存在するが、セシウムの正イオンはプラズマ 電極2の開口22を出て、引出し電極3との間に存在する電界の作用で加速され て正イオンビ−ム7となる。高速のセシウムのビ−ムがタ−ゲット電極4に衝突 するとタ−ゲット物質をスパッタする。中性のタ−ゲット物質が叩き出される。 このスパッタ粒子とタ−ゲット原子の間が狭く、タ−ゲットの仕事関数が低下し ているのでトンネル効果により電子がタ−ゲットからスパッタ粒子に移動する。 スパッタ粒子は負イオンになる。Although plasma exists in the plasma generation chamber 1, positive ions of cesium leave the opening 22 of the plasma electrode 2 and are accelerated by the action of the electric field existing between the positive electrode 7 and the extraction electrode 3. Becomes When a high-speed cesium beam collides with the target electrode 4, it sputters the target material. Neutral target material is knocked out. Since the distance between the sputtered particles and the target atoms is narrow and the work function of the target is lowered, electrons move from the target to the sputtered particles due to the tunnel effect. Sputtered particles become negative ions.

【0028】 タ−ゲット電極4の近傍には、接地電極5から引出し電極3に向かう電界が存 在しこれが負イオンを接地電極5の方へ運ぶ。タ−ゲット電極4の開口24を通 ると、タ−ゲット電極4と接地電極5の間の強い電界により負イオンはさらに加 速され接地電極5の開口25から出る。これが静電レンズ6によって収束されて 対象となる物体(図示せず)へと飛行して行く。In the vicinity of the target electrode 4, there is an electric field from the ground electrode 5 toward the extraction electrode 3, which carries negative ions to the ground electrode 5. After passing through the opening 24 of the target electrode 4, negative ions are further accelerated by the strong electric field between the target electrode 4 and the ground electrode 5 and exit from the opening 25 of the ground electrode 5. This is converged by the electrostatic lens 6 and flies to a target object (not shown).

【0029】 さて問題は、負イオンビームと電子ビ−ム8が接地電極5に衝突して発生した 二次電子14がブレ−クダウンを誘発することである。本考案では、接地電極5 の外周に永久磁石11を互いに極が反対になるように並べているので、接地電極 5の内部にはカスプ磁場12が発生している。図2に示す通りである。The problem is that the secondary ions 14 generated by the negative ion beam and the electron beam 8 colliding with the ground electrode 5 induce the breakdown. In the present invention, since the permanent magnets 11 are arranged on the outer periphery of the ground electrode 5 so that the poles are opposite to each other, the cusp magnetic field 12 is generated inside the ground electrode 5. This is as shown in FIG.

【0030】 カスプ磁場12が二次電子14を捕獲しカスプ15へ損失させる。二次電子1 4はエネルギ−が低くて、磁力線の周りを小さいラ−モア半径で螺旋運動するが 、磁力線は必ず接地電極5の内壁を切るように分布するので二次電子は螺旋運動 の後やがて接地電極5の内壁に衝突しこれに吸収される。The cusp magnetic field 12 captures the secondary electrons 14 and causes them to be lost to the cusp 15. The secondary electrons 14 have low energy and spiral around the lines of magnetic force with a small Larmor radius. However, since the lines of magnetic force are always distributed so as to cut the inner wall of the ground electrode 5, the secondary electrons do not move after the spiral motion. Eventually, it collides with the inner wall of the ground electrode 5 and is absorbed by this.

【0031】 二次電子がもとの接地電極5に吸収されて消滅するので、これらが静電レンズ 6まで飛行して両極の間に放電を惹起するということがない。つまり静電レンズ 6と接地電極5の間でブレ−クダウンが起こらない。これはカスプ磁場の二次電 子の閉じ込め効果によるものである。Since the secondary electrons are absorbed by the original ground electrode 5 and disappear, the secondary electrons do not fly to the electrostatic lens 6 and cause discharge between the two electrodes. That is, no breakdown occurs between the electrostatic lens 6 and the ground electrode 5. This is due to the confinement effect of secondary electrons in the cusp magnetic field.

【0032】 通常カスプ磁場というものはプラズマの閉じ込めに利用される。プラズマを無 磁場の領域に局在させ壁面に衝突し消滅するのを防ぐのである。しかし、本考案 ではこれとは全く異なるようにカスプ磁場を利用している。これは磁場の内部で 発生した二次電子を磁場の内部に閉じ込め壁面に衝突させて消滅させるようにし ている。The cusp magnetic field is usually used for confining plasma. The plasma is localized in the region of no magnetic field to prevent the plasma from colliding with the wall surface and disappearing. However, in the present invention, the cusp magnetic field is used in a completely different manner. In this method, the secondary electrons generated inside the magnetic field are confined inside the magnetic field and collide with the wall surface so that they disappear.

【0033】[0033]

【考案の効果】[Effect of device]

本考案においては、接地電極の外周に永久磁石を多数設け、接地電極の内部に カスプ磁場を形成している。高速の電子や負イオンが接地電極に衝突し二次電子 を発生しても、二次電子は磁場に捕らえられて拡がることができずやがて消滅す る。ために接地電極と静電レンズの間にブレ−クダウンが起こらない。長時間安 定したイオンビ−ム輸送をおこなうことができる。負イオンビ−ムを長時間安定 して対象物に照射できる信頼性の高い負イオンビ−ム発生装置を与えることがで きる。 In the present invention, a large number of permanent magnets are provided on the outer circumference of the ground electrode to form a cusp magnetic field inside the ground electrode. Even if high-speed electrons or negative ions collide with the ground electrode and generate secondary electrons, the secondary electrons are caught in the magnetic field and cannot spread, and eventually disappear. Therefore, no breakdown occurs between the ground electrode and the electrostatic lens. It is possible to perform stable ion beam transportation for a long time. It is possible to provide a highly reliable negative ion beam generator capable of stably irradiating an object with a negative ion beam for a long time.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本考案の実施例に係る負イオンビ−ム発生装置
の概略断面図。
FIG. 1 is a schematic sectional view of a negative ion beam generator according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1のA−A断面図。FIG. 2 is a sectional view taken along line AA of FIG.

【図3】従来例に係る負イオンビ−ム発生装置の概略断
面図。
FIG. 3 is a schematic sectional view of a negative ion beam generator according to a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 プラズマ生成室 2 プラズマ電極 3 引出し電極 4 タ−ゲット電極 5 接地電極 6 静電レンズ 7 正イオンビ−ム 8 電子ビ−ム 9 負イオンビ−ム 11 永久磁石 12 カスプ磁場 14 二次電子 15 カスプ 1 Plasma Generation Chamber 2 Plasma Electrode 3 Extraction Electrode 4 Target Electrode 5 Grounding Electrode 6 Electrostatic Lens 7 Positive Ion Beam 8 Electron Beam 9 Negative Ion Beam 11 Permanent Magnet 12 Cusp Magnetic Field 14 Secondary Electron 15 Cusp

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 神戸 均 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 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Creator Kobe Hitoshi, Nisshin Electric Co., Ltd. 47 Umezu Takaunecho, Ukyo-ku, Kyoto City

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] 【請求項1】 真空中にあってセシウム蒸気を導入しこ
れの一部を放電によってプラズマにするプラズマ生成室
1と、プラズマ生成室1の出口に設けられ正イオンを通
す開口22を有するプラズマ電極2と、正イオンを引き
出すためプラズマ電極2の前方の真空中に設けられ負の
高圧にバイアスされ開口23を持つ引出し電極3と、負
イオンにしたい物質を少なくとも前面に有し負イオンを
通す開口24を持ち負電圧にバイアスされ引出し電極3
の前方の真空中に設けられるタ−ゲット電極4と、タ−
ゲット電極4の前方に設けられ負イオンビ−ムを通す開
口25を持ち接地電位にバイアスされ負イオンを加速す
る接地電極5と、接地電極5の前方に設けられ負イオン
ビ−ムを収束させる静電レンズ6と、接地電極5の周囲
に互いに極性が異なるように設けられる複数の永久磁石
11とよりなり、接地電極5の内部にはカスプ磁場12
が形成されていることを特徴とする負イオンビ−ム発生
装置。
1. A plasma electrode having a plasma generation chamber 1 which is in vacuum and introduces cesium vapor into a plasma by discharging a part thereof, and an opening 22 provided at the exit of the plasma generation chamber 1 for passing positive ions. 2, an extraction electrode 3 provided in a vacuum in front of the plasma electrode 2 for extracting positive ions and having an opening 23 biased to a negative high voltage, and an opening having at least a front surface of a substance desired to be negative ions and passing negative ions. Extraction electrode 3 having 24 and being biased to a negative voltage
A target electrode 4 provided in a vacuum in front of the
A ground electrode 5 provided in front of the get electrode 4 and having an opening 25 for passing a negative ion beam to bias negative ions to accelerate negative ions, and an electrostatic provided in front of the ground electrode 5 to converge the negative ion beam. It is composed of a lens 6 and a plurality of permanent magnets 11 provided around the ground electrode 5 so as to have different polarities. Inside the ground electrode 5, a cusp magnetic field 12 is formed.
And a negative ion beam generator.
JP899293U 1993-02-08 1993-02-08 Negative ion beam generator Pending JPH0662449U (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002140997A (en) * 2000-11-02 2002-05-17 Nissin Electric Co Ltd Ion source

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JP2002140997A (en) * 2000-11-02 2002-05-17 Nissin Electric Co Ltd Ion source

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