JPH0722034Y2 - 荷電粒子ビーム発生装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この考案は、例えば正または負のイオンビーム、電子ビ
ーム等の荷電粒子ビームを発生させる荷電粒子ビーム発
生装置に関する。

〔従来の技術〕

第３図は、従来の荷電粒子ビーム発生装置の一例を示す
図である。

この装置は、正イオンビーム発生装置の場合の例であ
り、プラズマ10を作るプラズマソース部４およびそこか
ら正のイオンビーム18を引き出す引出し電極系を有する
荷電粒子ビーム源（イオン源）２と、そのための各種電
源とを備えている。

プラズマソース部４は、イオン化物質が導入されるプラ
ズマ生成容器６および熱電子放出用のフィラメント８を
有しており、両者間のアーク放電によってプラズマ10を
作る。20はそのためのフィラメント電源、22はアーク電
源である。

引出し電極係12は、この例では、最プラズマ側にあって
加速電源24から正の高電圧が印加されるプラズマ電極1
3、その下流側にあって抑制電源26から負電圧が印加さ
れる抑制電極14およびその下流側にあって接地電位にさ
れる接地電極15から成る。各電極13〜15は、イオンビー
ム引出し用の多数の小孔またはスリットを有する。

〔考案が解決しようとする課題〕

上記のような装置においては、例えば被照射物に対する
ビーム照射量（例えばイオン注入量）を制御する等のた
めに、イオンビーム18を断続する必要があり、そのため
の手段として従来は、アーク電源22をオンオフするこ
とによってプラズマ生成容器６内のプラズマ10を消滅さ
せたり発生させたりする、加速電源24をオンオフする
ことによってイオンビーム18を断続する、ビームシャ
ッター28を設けてそれでイオンビーム18を機械的に断続
する、等の手段が採られていた。

ところが、上記の手段においては、プラズマ10の発生
消滅を高速で行うことは不可能であり、しかもプラズマ
10が消滅したり発生したりする際、プラズマ10が不安定
になり、これがイオンビーム18のビーム電流等に悪影響
を与えるという問題がある。

また、上記の手段においては、加速電源24の出力電圧
（加速電圧）が例えばイオン注入装置等においては数十
KV〜数百KVにもなるので、その高速のオンオフは実際的
でないという問題がある。

また、上記の手段においては、ビームシャッター28と
いう機械的な機構によるイオンビーム18の断続であるの
で、根本的に高速の動作が望めないという問題がある。

そこでこの考案は、荷電粒子ビームの断続を高速で行う
ことができる荷電粒子ビーム発生装置を提供することを
主たる目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、この考案の荷電粒子ビーム発
生装置は、前記荷電粒子ビーム源の引出し電極系を構成
する電極の内の最プラズマ側の電極であるプラズマ電極
のすぐ下流側に、荷電粒子ビームの流れを制御する制御
電極を設け、かつ、この制御電極とプラズマ電極との間
に電圧を印加して、制御電極の電位を前記プラズマソー
ス部中のプラズマの電位よりも低くしたり高くしたりす
る制御電源を設けたことを特徴とする。

〔作用〕

例えば正の荷電粒子ビームを引き出す装置の場合、制御
電極の電位はプラズマの電位よりも低くすると、制御電
極の電位はプラズマから荷電粒子ビームを引き出す方向
に作用するので、引出し電極系から荷電粒子ビームが引
き出される。

また、制御電極の電位をプラズマの電位よりも高くする
と、制御電極の段位は荷電粒子ビームをプラズマの方へ
押し戻す方向に作用するので、荷電粒子ビームは遮断さ
れる。

負の荷電粒子ビームを引き出す装置の場合は、荷電粒子
ビームを断続するときの制御電極の電位は上記とは逆の
関係になる。

〔実施例〕

第１図は、この考案の一実施例に係る荷電粒子ビーム発
生装置を示す図である。第３図の例と同一または相当す
る部分には同一符号を付し、以下においては従来例と相
違点を主に説明する。

この実施例も、正イオンビーム発生装置の場合の例であ
り、前述した荷電粒子ビーム源２の引出し電極系12にお
けるプラズマ電極13のすぐ下流側に、イオンビーム18の
流れを制御する制御電極16を設けている。この制御電極
16も、他の電極13〜15と同様、多数の小孔またはスリッ
トを有する。

そして、この制御電極16とプラズマ電極13との間に、両
者間に電圧を印加して制御電極16の電位をプラズマソー
ス部４中のプラズマ10の電位（これは通常はプラズマ電
極13の電位よりも若干高い）よりも低くしたり高くした
りする制御電源30を接続している。

この制御電源30は、出力電圧の極性（±）を反転させる
ことができるものであるが、それに加えて出力電圧の大
きさが可変のものにしても良く、そのようにすれば後述
するように引出し時のイオンビーム18のビーム電流を制
御することもできる。

上記構成によれば、制御電源30によって制御電極16の電
位を制御することにより、引出し電極系12から引き出さ
れるイオンビーム18の断続等の制御を行うことができ
る。

例えば、イオンビーム18がこの例では正イオンビームで
あるので、制御電源30から制御電極16に対して負の電圧
を印加して、第２図（Ａ）に示すように制御電極16の電
位をプラズマ10の電位よりも低くすると、制御電極16の
電位はプラズマ10からイオンビーム18を引き出す方向に
作用するので、引出し電極系12からイオンビーム18が引
き出される。

しかもこのとき、前述したように制御電源30の出力電圧
を可変にして制御電極16の電位を制御すると、イオンビ
ーム18のビーム電流を制御することもできる。

また、制御電源30から制御電極16に対して正の電圧を印
加して、第２図（Ｂ）に示すように制御電極16の電位を
プラズマ10の電位よりも高くすると、制御電極16の電位
はイオンビーム18をプラズマ10の方へ押し戻すように作
用するので、イオンビーム18は遮断される。

上記の場合、プラズマ10からプラズマ電極13を通って制
御電極16の方へ流れ込もうとするイオンは、加速前の低
エネルギー状態（例えば100eV程度以下）なので、制御
電源30からは高々１〜2KV程度の電圧を出力すれば充分
である。従って、従来のように数十KV〜数百KVの加速電
圧をオンオフする場合と違って、制御電源30の出力電圧
を高速切り換えは簡単であり、しかも従来のように機械
的なビームシャッターを開閉する場合と違って、イオン
ビーム18を静電的に断続するので、イオンビーム18の断
続を高速でしかも簡単に行うことができる。また、プラ
ズマソース部４におけるプラズマ10の発生消滅を用いな
いので、プラズマ10が不安定になってビーム電流等に悪
影響が及ぶこともない。

なお、引出し電極系12において制御電極16より下流側の
電極構成は、上記例のようなものに限定されるものでは
ない。例えば、抑制電極14を設けない場合もあるし、制
御電極16のすぐ下流側に２段加速用の電極を更に設ける
場合もある。

また、上記例はいずれも、引出し電極系12から正のイオ
ンビーム18を引き出す場合のものであるが、この考案は
それに限定されるものではなく、引出し電極系から負の
イオンビームや電子ビームを引き出す場合にも適用する
ことができる。その場合は、そのようなビームを断続す
るときの制御電極の電位は、上記とは逆の関係にある。
即ち、負イオンビーム等を引き出すときは制御電極の電
位をプラズマの電位よりも高くすれば良く、負イオンビ
ームを遮断するときは制御電極の電位をプラズマの電位
よりも低くすれば良い。

〔考案の効果〕

以上のようにこの考案によれば、制御電極によって荷電
粒子ビームの断続を静電的にしかも比較的低電圧で行う
ことができるので、荷電粒子ビームの断続を高速でしか
も簡単に行うことができる。また、プラズマソース部に
おけるプラズマの発生消滅を用いないので、プラズマが
不安定になってビーム電流等に悪影響が及ぶこともな
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この考案の一実施例に係る荷電粒子ビーム発
生装置を示す図である。第２図は、第１図中の引出し電
極系における電位分布の一例を示す図であり、（Ａ）は
イオンビーム引出し時を、（Ｂ）はイオンビーム遮断時
をそれぞれ示す。第３図は、従来の荷電粒子ビーム発生
装置の一例を示す図である。 ２…荷電粒子ビーム源、４…プラズマソース部、10…プ
ラズマ、12…引出し電極系、13…プラズマ電極、16…制
御電極、18…イオンビーム（荷電粒子ビーム）、30…制
御電源。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】プラズマを作るプラズマソース部およびそ
   こから荷電粒子ビームを引き出す引出し電極系を有する
   荷電粒子ビーム源を備える荷電粒子ビーム発生装置にお
   いて、前記荷電粒子ビーム源の引出し電極系を構成する
   電極の内の最プラズマ側の電極であるプラズマ電極のす
   ぐ下流側に、荷電粒子ビームの流れを制御する制御電極
   を設け、かつ、この制御電極とプラズマ電極との間に電
   圧を印加して、制御電極の電位を前記プラズマソース部
   中のプラズマの電位よりも低くしたり高くしたりする制
   御電源を設けたことを特徴とする荷電粒子ビーム発生装
   置。