JPH0778582A - Ion source device - Google Patents

Ion source device

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JPH0778582A
JPH0778582A JP17225693A JP17225693A JPH0778582A JP H0778582 A JPH0778582 A JP H0778582A JP 17225693 A JP17225693 A JP 17225693A JP 17225693 A JP17225693 A JP 17225693A JP H0778582 A JPH0778582 A JP H0778582A
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plasma
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浩二 三宅
Takashi Mikami
隆司 三上
Hideaki Tawara
英明 田原
Katsuo Matsubara
克夫 松原
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Nissin Electric Co Ltd
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  • Electron Sources, Ion Sources (AREA)

Abstract

PURPOSE:To provide an ion source device which can convey a high density plasma even with a small electron releasing aperture by furnishing a magnetic field forming means which generates a magnetic field in the axial direction for the electron releasing aperture. CONSTITUTION:An ion source device is formed from a plasma cathode 20 as electron source to generate electron by means of plasma production with high frequency discharging, a main plasma chamber 2 in which electrons are supplied from an electron releasing aperture 30 formed in a lid plate 27 for the cathode 20 and confines the main plasma 26 produced by DC discharging, and extaction device 4 which extracts ion beam from the main plasma 26. Between a lid plate 13 and insulation 15, a magnetic field forming means 31 is provided which is composed of a lid plate 29 made of ferromagnetic material and a ring-shaped magnetic field generating means 28 consisting of electromagnetic coil arranged in the peripheral part on the lid plate 27, and a magnetic field in the axial direction of approx, several hundreds thouthands of G's is produced on the axis of an electron aperture 30 by the magnetic circuit configured with the lid plates 27, 29 and magnetic field generating means 28.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、電子放出源にマイクロ
波プラズマカソード(以下MPカソードという)を用い
たイオン源装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ion source device using a microwave plasma cathode (hereinafter referred to as MP cathode) as an electron emission source.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来のMPカソード型イオン源装置は、
マイクロ波放電によるプラズマを電子源とし、Wフィラ
メント等の熱電子放出材を用いないため、酸素等の反応
性ガスに対しても長時間の連続運転が可能である。
2. Description of the Related Art A conventional MP cathode type ion source device is
Since plasma generated by microwave discharge is used as an electron source and a thermoelectron emitting material such as W filament is not used, continuous operation can be performed for a long time even with a reactive gas such as oxygen.

【0003】このMPカソード型イオン源装置をその1
例を示した図8について説明する。同図において、1は
非磁性体の金属製の主筺体、2は主筺体1により形成さ
れた主プラズマ室、3は主筺体1の両側に形成された開
口部、4は一方の開口部3に取り付けられたイオンビー
ム引出電極であり、電位の異なる第1電極5,第2電極
6,第3電極7から構成されている。8は主筺体1のフ
ランジ及び各電極5,6,7間に介在された絶縁体、9
は主筺体1の外側に設けられた円筒状の磁場,即ちカス
プ磁場発生用の永久磁石又は電磁石である。
Part 1 of this MP cathode type ion source device
FIG. 8 showing an example will be described. In the figure, 1 is a non-magnetic metal main housing, 2 is a main plasma chamber formed by the main housing 1, 3 is an opening formed on both sides of the main housing 1, and 4 is one opening 3 Is an ion beam extraction electrode attached to the first electrode 5, the second electrode 6, and the third electrode 7 having different potentials. 8 is an insulator interposed between the flange of the main housing 1 and each of the electrodes 5, 6, 7;
Is a permanent magnet or electromagnet for generating a cylindrical magnetic field provided outside the main housing 1, that is, a cusp magnetic field.

【0004】10は非磁性金属材料からなる副筺体、1
1は副筺体10により形成された副プラズマ室、12,
13は副筺体10の両側の強磁性体金属材料からなる蓋
板、14は蓋板13の中央の電子放出孔、15は副筺体
10と主筺体1間の絶縁体、16は副プラズマ室11へ
のガスの導入口である。
Reference numeral 10 is a sub-casing made of a non-magnetic metal material, and 1
1 is a sub-plasma chamber formed by the sub-housing 10, 12,
13 is a cover plate made of a ferromagnetic metal material on both sides of the sub-casing 10, 14 is an electron emission hole in the center of the cover plate 15, 15 is an insulator between the sub-casing 10 and the main casing 1, 16 is the sub-plasma chamber 11 It is an inlet for gas.

【0005】17はマイクロ波導入用の同軸ケーブル、
18は同軸ケーブル17の先端のアンテナ、19は副筺
体10の外側に設けられた環状の永久磁石又は電磁石で
あり、蓋板12,13とにより磁気回路を形成し、アン
テナ18の近傍に電子サイクロトロン共鳴(ECR)条
件以上の磁場を発生する。20は副筺体10,副プラズ
マ室11,蓋板12,13,電子放出孔14,導入口1
6,同軸ケーブル17,アンテナ18,磁石19からな
るMPカソードである。
Reference numeral 17 is a coaxial cable for introducing microwaves,
18 is an antenna at the tip of the coaxial cable 17, 19 is an annular permanent magnet or electromagnet provided outside the sub-casing 10, forms a magnetic circuit with the lid plates 12 and 13, and an electron cyclotron near the antenna 18. Generate a magnetic field above the resonance (ECR) condition. Reference numeral 20 is a sub-casing 10, a sub-plasma chamber 11, lid plates 12 and 13, an electron emission hole 14, an inlet 1.
6, an MP cathode composed of a coaxial cable 17, an antenna 18, and a magnet 19.

【0006】21は放電電源であり、陽極が主筺体1
に、陰極が蓋板11及び高抵抗値の抵抗22を介して第
1の電極5に接続され、主筺体1をアノード電位,蓋板
12をカソード電位にする。23は加速電源であり、陽
極が放電電源21の陽極に接続され、陰極がアースさ
れ、第1電極5に加速電圧を印加する。24は第2電極
6に負の電圧を印加する減速電源である。
Reference numeral 21 denotes a discharge power source, the anode of which is the main housing 1.
In addition, the cathode is connected to the first electrode 5 via the cover plate 11 and the resistor 22 having a high resistance value, and the main casing 1 is set to the anode potential and the cover plate 12 is set to the cathode potential. An accelerating power source 23 has an anode connected to the anode of the discharge power source 21, a cathode grounded, and an accelerating voltage applied to the first electrode 5. A deceleration power source 24 applies a negative voltage to the second electrode 6.

【0007】そして、副筺体10は放電電源21の陰極
のカソード電位に保持され、アンテナ18の先端部がマ
イクロ波放電を引き起し易いように副プラズマ室11の
壁面に近接して設けられている。つぎに、導入口16か
らガスを供給し、副プラズマ室11に同軸ケーブル1
7,アンテナ18を介してマイクロ波が導入されると、
副プラズマ室11がマイクロ波空洞共振器条件で形成さ
れていない場合でも、アンテナ18の先端部と副プラズ
マ室11の壁面との間の高電界によりマイクロ波放電が
容易に発生し、導入口16からのガスが電離されて副プ
ラズマ25が生成される。
The sub-casing 10 is held at the cathode potential of the cathode of the discharge power source 21, and the tip of the antenna 18 is provided close to the wall surface of the sub-plasma chamber 11 so that microwave discharge can be easily caused. There is. Next, gas is supplied from the inlet 16 and the coaxial cable 1 is supplied to the sub plasma chamber 11.
7. When microwave is introduced through the antenna 18,
Even if the sub-plasma chamber 11 is not formed in the microwave cavity condition, microwave discharge is easily generated by the high electric field between the tip of the antenna 18 and the wall surface of the sub-plasma chamber 11, and the inlet 16 The gas from is ionized to generate the sub-plasma 25.

【0008】そして、主プラズマ室2が放電電源21に
より副プラズマ室11より高い電位にバイアスされてい
るため、副プラズマ25の生成で電離された電子が電子
放出孔14を通って主プラズマ室2に放出され、主プラ
ズマ室2では、供給された電子により直流放電が持続
し、主プラズマ室2内の希ガス等のイオン化ガスが電離
されて主プラズマ26が生成される。つぎに、引出電極
3のビーム引出し作用により、生成された主プラズマ2
6からイオンがイオンビームとなってスパッタ室等に導
出される。
Since the main plasma chamber 2 is biased to a higher potential than the sub-plasma chamber 11 by the discharge power source 21, the electrons ionized by the generation of the sub-plasma 25 pass through the electron emission hole 14 and the main plasma chamber 2 In the main plasma chamber 2, a DC discharge is continued by the supplied electrons, and the ionized gas such as the rare gas in the main plasma chamber 2 is ionized to generate the main plasma 26. Next, the main plasma 2 generated by the beam extraction action of the extraction electrode 3
Ions become an ion beam from 6 and are led out to a sputtering chamber or the like.

【0009】ところで、前記装置の場合、出力はMPカ
ソード20からの電子放出量に比例するので、大電流化
のためには電子放出量を増大する必要がある。一方、M
Pカソード20からの電子は、蓋板13の電子放出孔1
4を通って主プラズマ室2内へ供給されており、電子放
出量は電子放出孔14の大きさにより制限されている。
さらに、前記電子は、副プラズマ25と主プラズマ26
との間で形成されるシース部の電位差で加速されるた
め、その電子放出量は、副プラズマ25の密度,両プラ
ズマ25,26間の電位差,シース部の面積等により決
定される。そこで、電子放出量を増大するため、放出孔
14の孔径を大きくしたり、孔数を増やす等の手段がと
られている。
In the case of the above device, the output is proportional to the amount of electron emission from the MP cathode 20, and therefore the amount of electron emission must be increased in order to increase the current. On the other hand, M
Electrons from the P cathode 20 are emitted from the electron emission hole 1 of the cover plate 13.
It is supplied to the inside of the main plasma chamber 2 through 4 and the electron emission amount is limited by the size of the electron emission hole 14.
Further, the electrons are generated by the sub plasma 25 and the main plasma 26.
The electron emission amount is determined by the density of the sub-plasma 25, the potential difference between the plasmas 25 and 26, the area of the sheath portion, etc. Therefore, in order to increase the electron emission amount, measures such as increasing the hole diameter of the emission hole 14 and increasing the number of holes are taken.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】前記装置において、孔
径を大きくする場合、MPカソード20内の中性ガスが
流出し、ガス圧低下を招き、安定に高密度の副プラズマ
25の生成を維持できず、さらに、ガス圧を一定に保つ
ためにより多くのガス供給量を必要とするという問題点
がある。
In the above apparatus, when the pore size is increased, the neutral gas in the MP cathode 20 flows out, causing a decrease in gas pressure, and the generation of the high density sub-plasma 25 can be stably maintained. In addition, there is a problem that a larger gas supply amount is required to keep the gas pressure constant.

【0011】一方、孔数を増やす場合、図9に示すよう
に、蓋板13は副筺体10と同電位であり、副プラズマ
室11内において磁気回路が閉じるよう構成されている
ため、副プラズマ25は蓋板13により主プラズマ26
に対し、ある程度遮蔽されており、電子放出孔14を通
して形成された両プラズマ間25,26のシース部にお
いて電子が加速され、主プラズマ室2に供給されるた
め、孔数を増やし、その孔径を絞り込み、ガスコンダク
タンスを小さくすると、中性ガスの流出が抑えられて
も、主プラズマ26からの直流電界がかかりにくく、電
子放出面であるシース部の形成面積が実質的に小さくな
ってしまい、電子放出量が低下してしまうという問題点
がある。本発明は前記の点に留意し、供給ガス量を増加
させることなく、装置の大型化を防ぎ、シース部の形成
面積を減少させることなく、容易に電子放出量を増大す
るイオン源装置を提供することを目的とする。
On the other hand, when the number of holes is increased, as shown in FIG. 9, the cover plate 13 has the same potential as the sub-casing 10 and the magnetic circuit is closed in the sub-plasma chamber 11, so that the sub-plasma is closed. 25 is the main plasma 26 due to the lid plate 13.
On the other hand, since the electrons are accelerated to be supplied to the main plasma chamber 2 in the sheath portion between the plasmas 25 and 26 formed through the electron emission holes 14 because they are shielded to some extent, the number of holes is increased and the diameter of the holes is increased. If the gas conductance is narrowed down and the outflow of the neutral gas is suppressed, the direct current electric field from the main plasma 26 is less likely to be applied, and the formation area of the sheath portion which is the electron emission surface is substantially reduced. There is a problem that the release amount is reduced. In consideration of the above points, the present invention provides an ion source device capable of easily increasing the electron emission amount without increasing the supply gas amount, preventing the device from increasing in size, and reducing the formation area of the sheath portion. The purpose is to do.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明は、マイクロ波放電のプラズマ生成により電
子を発生する電子放出源としてのマイクロ波プラズマカ
ソードと、カソードの蓋板に形成された電子放出孔から
電子が供給され直流放電により生成した主プラズマを閉
じ込める主プラズマ室と、主プラズマ室のカソードに対
向する位置に設けられ主プラズマからイオンビームを引
き出す引出電極とを備えたイオン源装置において、電子
放出孔に軸方向に磁界を形成する磁界形成手段を備えた
ものである。また、電子放出孔に直流電界を形成する直
流電界形成手段を備えたものである。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention is formed on a microwave plasma cathode as an electron emission source for generating electrons by plasma generation of microwave discharge, and a lid plate of the cathode. An ion source having a main plasma chamber for confining a main plasma generated by a direct current discharge by supplying electrons from an electron emission hole, and an extraction electrode provided at a position facing a cathode of the main plasma chamber to extract an ion beam from the main plasma The apparatus is provided with magnetic field forming means for forming a magnetic field in the electron emission hole in the axial direction. Further, the electron emission hole is provided with a DC electric field forming means for forming a DC electric field.

【0013】[0013]

【作用】前記のように構成された本発明のイオン源装置
は、電子放出孔に軸方向に磁界を形成する磁界形成手段
を設けたため、電子放出孔の近傍において効果的なプラ
ズマ閉じこめが行われ、電子放出孔を小さくしても高密
度プラズマが輸送され、蓋板の主プラズマ室側における
両プラズマ間のシース部の形成面積が減少することな
く、電子放出のための電界が十分にかかり、供給ガス量
を増加させることなく、装置の大型化を防ぎ、電子放出
が容易になる。また、電子放出孔に直流電界を形成する
直流電界形成手段を設けたため、前記と同様の作用を有
する。
In the ion source device of the present invention configured as described above, the magnetic field forming means for forming a magnetic field in the axial direction is provided in the electron emission hole, so that effective plasma confinement is performed in the vicinity of the electron emission hole. , Even if the electron emission holes are made small, high-density plasma is transported, the formation area of the sheath portion between both plasmas on the main plasma chamber side of the lid plate is not reduced, and a sufficient electric field for electron emission is applied. Without increasing the amount of supply gas, the device is prevented from being upsized and electrons are easily emitted. Further, since the direct-current electric field forming means for forming a direct-current electric field is provided in the electron emission hole, it has the same operation as described above.

【0014】[0014]

【実施例】実施例について図1ないし図7を参照して説
明する。それらの図において、図8及び図9と同一符号
は同一もしくは相当するものを示す。まず、実施例1を
示した図1において、27は強磁性材料からなる蓋板、
28は電磁コイル或いは永久磁石からなる環状の磁場発
生手段であり、蓋板27上の周縁部に配設されている。
29は強磁性材料からなる蓋板であり、磁場発生手段2
8を覆うように蓋板27の周縁部に装着されている。3
0は蓋板27,29の電子放出孔14に連通する位置に
絞り込むように形成された電子放出孔である。
EXAMPLES Examples will be described with reference to FIGS. 1 to 7. In these figures, the same symbols as those in FIGS. 8 and 9 indicate the same or corresponding ones. First, in FIG. 1 showing the first embodiment, 27 is a cover plate made of a ferromagnetic material,
Reference numeral 28 denotes an annular magnetic field generating means composed of an electromagnetic coil or a permanent magnet, and is arranged on the peripheral edge of the cover plate 27.
Reference numeral 29 is a lid plate made of a ferromagnetic material, and the magnetic field generating means 2
The cover plate 27 is attached to the peripheral edge of the cover plate 27 so as to cover 8. Three
Reference numeral 0 is an electron emission hole formed so as to be narrowed down to a position communicating with the electron emission hole 14 of the lid plates 27 and 29.

【0015】31は蓋板27,29,磁場発生手段2
8,電子放出孔30からなる磁界形成手段であり、蓋板
13と絶縁体15との間に配設され、蓋板27,29,
磁場発生手段28から構成される磁気回路により、電子
放出孔14,30の軸上において数百〜数kG程度の軸
方向の磁場が形成される。
Reference numeral 31 denotes lid plates 27 and 29, magnetic field generating means 2
8, a magnetic field forming means composed of electron emission holes 30, which is arranged between the cover plate 13 and the insulator 15, and has cover plates 27, 29,
An axial magnetic field of about several hundred to several kG is formed on the axes of the electron emission holes 14 and 30 by the magnetic circuit composed of the magnetic field generating means 28.

【0016】そして、副プラズマ25は、磁界形成手段
31による軸方向の磁場と放電電源21による直流電界
により、電子放出孔14,30の経路内において効果的
に閉じこめられ、効率の良い電子放出が可能になる。
The sub-plasma 25 is effectively confined in the path of the electron emission holes 14 and 30 by the axial magnetic field of the magnetic field forming means 31 and the DC electric field of the discharge power source 21, and efficient electron emission is achieved. It will be possible.

【0017】つぎに実施例2を示した図2において、図
1と異なる点は、蓋板13と蓋板29とを同一部材で構
成した蓋板32を配設した点であり、図1と同様に効率
の良い電子放出が可能になる。
Next, FIG. 2 showing the second embodiment is different from FIG. 1 in that a lid plate 32 in which the lid plate 13 and the lid plate 29 are made of the same member is arranged. Similarly, efficient electron emission becomes possible.

【0018】つぎに実施例3を示した図3において、3
3は蓋板13と蓋板29との間及び蓋板29と蓋板27
との間に介在された絶縁体、34は電子放出孔14,3
0に直流電界を形成する直流電源であり、負極が蓋板1
2に接続され、正極が抵抗35を介して蓋板29及び蓋
板27,放電電源21の負極に接続されている。36は
直流電源34,抵抗35からなり、電子放出孔14,3
0に直流電界を形成する直流電界形成手段である。
Next, in FIG. 3 showing the third embodiment, 3
3 is between the lid plate 13 and the lid plate 29, and between the lid plate 29 and the lid plate 27.
An insulator interposed between the electron emission holes 14 and 3;
0 is a DC power supply that forms a DC electric field, and the negative electrode is the cover plate 1
2, the positive electrode is connected to the cover plate 29, the cover plate 27, and the negative electrode of the discharge power source 21 via the resistor 35. 36 includes a DC power source 34 and a resistor 35, and has electron emission holes 14 and 3
It is a DC electric field forming means for forming a DC electric field at 0.

【0019】そして、直流電源34により、副筺体10
は蓋板27に対して負の電位となり、電子放出孔14,
30の近傍においては直流電界が印加され、さらに、抵
抗35により、蓋板29は動作時副筺体10と蓋板27
との中間的な電位をとり、磁場と電界との効果的な閉じ
こめにより、電子放出孔14,30より高密度のプラズ
マが放出され、さらに効率の良い電子放出が可能にな
る。
The DC power source 34 is used to control the sub-casing 10.
Has a negative potential with respect to the lid plate 27, and the electron emission holes 14,
In the vicinity of 30, a DC electric field is applied, and the resistance 35 causes the cover plate 29 to move to the sub-casing 10 and the cover plate 27 during operation.
By taking an intermediate potential between and, and effectively confining the magnetic field and the electric field, plasma with a higher density is emitted from the electron emission holes 14 and 30, and more efficient electron emission becomes possible.

【0020】つぎに実施例4を示した図4において、図
3と異なる点は、蓋板13と蓋板29との間の絶縁体3
3及び抵抗35を省略し、副筺体10と蓋板29とを同
電位にした点である。
Next, FIG. 4 showing the fourth embodiment is different from FIG. 3 in that the insulator 3 between the cover plate 13 and the cover plate 29 is different.
3 and the resistor 35 are omitted, and the sub-casing 10 and the cover plate 29 have the same potential.

【0021】そして、図5に示すように、磁界形成手段
31の磁気回路による磁界と直流電源34による電界と
により電子放出孔14,30の近傍において、効果的な
プラズマ閉じこめが行われ、狭い電子放出孔30内より
高密度のプラズマが放出され、蓋板27の主プラズマ室
2側において両プラズマ25,26間のシース部が形成
され、電子放出が容易になり、孔径の小さい電子放出孔
30でも大電流の電子放出が可能になる。
Then, as shown in FIG. 5, the plasma is effectively confined in the vicinity of the electron emission holes 14 and 30 by the magnetic field generated by the magnetic circuit of the magnetic field forming means 31 and the electric field generated by the DC power source 34, so that a narrow electron is generated. High-density plasma is emitted from the inside of the emission hole 30, and a sheath portion between the plasmas 25 and 26 is formed on the side of the main plasma chamber 2 of the lid plate 27, which facilitates electron emission and reduces the electron emission hole 30 having a small hole diameter. However, a large current electron emission is possible.

【0022】つぎに実施例5を示した図6において、図
4と異なる点は、蓋板13と蓋板29とを同一部材で構
成した蓋板37を配設した点であり、図4と同様に、大
電流の電子放出が可能になる。
Next, FIG. 6 showing the fifth embodiment is different from FIG. 4 in that a lid plate 37 in which the lid plate 13 and the lid plate 29 are made of the same member is arranged. Similarly, high-current electron emission is possible.

【0023】つぎに実施例6を示した図7において、図
6と異なる点は、直流電源34が省略され、放電電源2
1の正極が抵抗37を介して蓋板27に接続されている
点であり、蓋板27の電位は抵抗38により副筺体10
と主筺体1との中間電位に維持されるため、新たな電源
を加えることなしに図3,図4,図6と同様の効果が得
られ、装置構成が簡略化できる。
Next, FIG. 7 showing the sixth embodiment is different from FIG. 6 in that the DC power supply 34 is omitted and the discharge power supply 2 is omitted.
The positive electrode of No. 1 is connected to the cover plate 27 via the resistor 37, and the potential of the cover plate 27 is set by the resistor 38.
Since the intermediate potential between the main casing 1 and the main casing 1 is maintained, the same effects as those in FIGS. 3, 4, and 6 can be obtained without adding a new power source, and the device configuration can be simplified.

【0024】つぎに実験結果について説明する。図4及
び図6に示す構成において、電子放出孔30の孔径をφ
2mmとし、電子放出孔30の中心部で約3kGの軸方
向の磁場を印加し、酸素ガスを通常の1/2以下におと
して供給し、最大電子放出量Ieeの測定を行った。
Next, the experimental results will be described. In the configuration shown in FIGS. 4 and 6, the hole diameter of the electron emission hole 30 is φ.
The maximum electron emission amount Iee was measured by applying an axial magnetic field of about 3 kG at the center of the electron emission hole 30 and supplying oxygen gas at 1/2 or less of the normal amount, and supplying the oxygen gas at 2 mm or less.

【0025】一方、磁界形成手段32及び直流電界形成
手段36を用いずに電子放出孔14の孔径をφ4mm,
φ2mmとし、酸素ガスを供給し、最大電子放出量Ie
eの測定を行った。
On the other hand, without using the magnetic field forming means 32 and the DC electric field forming means 36, the hole diameter of the electron emission hole 14 is φ4 mm,
φ2 mm, oxygen gas supplied, maximum electron emission amount Ie
e was measured.

【0026】その結果、前者の場合、孔径φ2mm,酸
素ガス流量Q=1.2cc/minでIee=1.15
Aとなり、電子放出孔の開口面積の減少による電子放出
量の低下は認められなかった。しかし、後者の場合、孔
径φ4mmのときQ=2.5cc/minでIee=
1.18A、孔径φ2mmのときQ=1.2cc/mi
nでIee=0.42Aとなり、電子放出孔の開口面積
の減少にともない電子放出量も減少している。このよう
に、電子放出孔30の孔径を小さくし、ガス流量を1/
2以下におとしても電子放出量はほとんど変化せず、大
幅なガス効率の向上が可能になる。
As a result, in the former case, the hole diameter φ2 mm, the oxygen gas flow rate Q = 1.2 cc / min, and the Iee = 1.15.
A, and no decrease in the amount of electron emission due to the decrease in the opening area of the electron emission hole was observed. However, in the latter case, when the hole diameter is 4 mm, Q = 2.5 cc / min and Iee =
Q = 1.2 cc / mi when 1.18 A and hole diameter φ2 mm
Iee = 0.42A for n, and the electron emission amount also decreases as the opening area of the electron emission hole decreases. In this way, the hole diameter of the electron emission hole 30 is reduced and the gas flow rate is reduced to 1 /
Even if it is 2 or less, the electron emission amount hardly changes, and the gas efficiency can be greatly improved.

【0027】[0027]

【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、つぎに記載する効果を奏する。本発明のイ
オン源装置は、電子放出孔30に軸方向に磁界を形成す
る磁界形成手段31を設けたため、電子放出孔30の近
傍において効果的なプラズマ閉じこめを行い、電子放出
孔30を小さくしても高密度プラズマを輸送することが
でき、蓋板27の主プラズマ室側における両プラズマ2
5,26間のシース部の形成面積を減少させることな
く、電子放出のための電界を十分にかけることができ、
供給ガス量を増加させることなく、装置の大型化を防
ぎ、電子放出を容易にすることができる。また、電子放
出孔30に直流電界を形成する直流電界形成手段36を
設けたため、前記と同様の効果を有する。
Since the present invention is constructed as described above, it has the following effects. Since the ion source device of the present invention is provided with the magnetic field forming means 31 for forming a magnetic field in the electron emission hole 30 in the axial direction, effective plasma confinement is performed in the vicinity of the electron emission hole 30 to reduce the electron emission hole 30. Even if high density plasma can be transported, both plasmas 2 on the main plasma chamber side of the lid plate 27 can be transported.
It is possible to sufficiently apply an electric field for electron emission without reducing the formation area of the sheath portion between 5 and 26.
It is possible to prevent the device from increasing in size and facilitate electron emission without increasing the amount of supply gas. Further, since the DC electric field forming means 36 for forming a DC electric field is provided in the electron emission hole 30, the same effect as described above is obtained.

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

【図1】本発明の実施例1の切断正面図である。FIG. 1 is a cut front view of a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施例2の切断正面図である。FIG. 2 is a cut front view of a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施例3の切断正面図である。FIG. 3 is a cut front view of a third embodiment of the present invention.

【図4】本発明の実施例4の切断正面図である。FIG. 4 is a cut front view of a fourth embodiment of the present invention.

【図5】図4の一部の作用状態図である。FIG. 5 is a partial operation state diagram of FIG. 4;

【図6】本発明の実施例5の切断正面図である。FIG. 6 is a cut front view of a fifth embodiment of the present invention.

【図7】本発明の実施例6の切断正面図である。FIG. 7 is a cut front view of a sixth embodiment of the present invention.

【図8】従来例の切断正面図である。FIG. 8 is a cut front view of a conventional example.

【図9】図8の一部の作用状態図である。FIG. 9 is a partial operation state diagram of FIG. 8;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2 主プラズマ室 4 引出電極 14 電子放出孔 20 マイクロ波プラズマカソード 26 主プラズマ 27 蓋板 30 電子放出孔 31 磁界形成手段 36 電界形成手段 2 Main Plasma Chamber 4 Extraction Electrode 14 Electron Emission Hole 20 Microwave Plasma Cathode 26 Main Plasma 27 Cover Plate 30 Electron Emission Hole 31 Magnetic Field Forming Means 36 Electric Field Forming Means

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成6年9月19日[Submission date] September 19, 1994

【手続補正1】[Procedure Amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】全文[Correction target item name] Full text

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【書類名】 明細書[Document name] Statement

【発明の名称】 イオン源装置Title: Ion source device

【特許請求の範囲】[Claims]

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、電子放出源にマイクロ
放電等の高周波放電により電子を発生するプラズマカ
ソードを用いたイオン源装置に関する。
The present invention relates to relates to an ion source device using the Purazumaka <br/> saw de generating electrons by high-frequency discharge such as a microwave discharge in the electron emission source.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来のこの種プラズマカソード型イオン
源装置は、マイクロ波放電等の高周波放電によるプラズ
マを電子源とし、Wフィラメント等の熱電子放出材を用
いないため、酸素等の反応性ガスに対しても長時間の連
続運転が可能である。
2. Description of the Related Art A conventional plasma cathode type ion source device of this kind uses a plasma generated by a high frequency discharge such as a microwave discharge as an electron source and does not use a thermionic emission material such as a W filament, and therefore a reactive gas such as oxygen. Also, continuous operation for a long time is possible.

【0003】このプラズマカソード型イオン源装置をそ
の1例を示した図8について説明する。同図はマイクロ
波放電により電子を発生するマイクロ波プラズマカソー
ド(以下MPカソードという)を用いた場合を示し、同
において、1は非磁性体の金属製の主筺体、2は主筺
体1により形成された主プラズマ室、3は主筺体1の両
側に形成された開口部、4は一方の開口部3に取り付け
られたイオンビーム引出電極であり、電位の異なる第1
電極5,第2電極6,第3電極7から構成されている。
8は主筺体1のフランジ及び各電極5,6,7間に介在
された絶縁体、9は主筺体1の外側に設けられたカスプ
磁場発生用の永久磁石又は電磁石である。
An example of this plasma cathode type ion source device will be described with reference to FIG. The figure shows a micro
Microwave plasma generator that generates electrons by microwave discharge
Mode (hereinafter referred to as MP cathode) is used.
In the figure , 1 is a non-magnetic metallic main casing, 2 is a main plasma chamber formed by the main casing 1, 3 is an opening formed on both sides of the main casing 1, and 4 is one opening 3 The attached ion beam extraction electrode, which has a different potential
It is composed of an electrode 5, a second electrode 6, and a third electrode 7.
8 flange and is an insulator interposed between the electrodes 5, 6 and 7 of the main casing 1, 9 is a permanent magnet or an electromagnet for mosquito spray field generator provided outside of the main casing 1.

【0004】10は非磁性金属材料からなる副筺体、1
1は副筺体10により形成された副プラズマ室、12,
13は副筺体10の両側の強磁性体金属材料からなる蓋
板、14は蓋板13の中央の電子放出孔、15は副筺体
10と主筺体1間の絶縁体、16は副プラズマ室11へ
のガスの導入口である。
Reference numeral 10 is a sub-casing made of a non-magnetic metal material, and 1
1 is a sub-plasma chamber formed by the sub-housing 10, 12,
13 is a cover plate made of a ferromagnetic metal material on both sides of the sub-casing 10, 14 is an electron emission hole in the center of the cover plate 15, 15 is an insulator between the sub-casing 10 and the main casing 1, 16 is the sub-plasma chamber 11 It is an inlet for gas.

【0005】17はマイクロ波導入用の同軸ケーブル、
18は同軸ケーブル17の先端のアンテナ、19は副筺
体10の外側に設けられた環状の永久磁石又は電磁石で
あり、蓋板12,13とにより磁気回路を形成し、アン
テナ18の近傍に電子サイクロトロン共鳴(ECR)条
件以上の磁場を発生する。20は副筺体10,副プラズ
マ室11,蓋板12,13,電子放出孔14,導入口1
6,同軸ケーブル17,アンテナ18,磁石19からな
るMPカソードである。
Reference numeral 17 is a coaxial cable for introducing microwaves,
18 is an antenna at the tip of the coaxial cable 17, 19 is an annular permanent magnet or electromagnet provided outside the sub-casing 10, forms a magnetic circuit with the lid plates 12 and 13, and an electron cyclotron near the antenna 18. Generate a magnetic field above the resonance (ECR) condition. Reference numeral 20 is a sub-casing 10, a sub-plasma chamber 11, lid plates 12 and 13, an electron emission hole 14, an inlet 1.
6, an MP cathode composed of a coaxial cable 17, an antenna 18, and a magnet 19.

【0006】21は放電電源であり、陽極が主筺体1
に、陰極が蓋板11及び高抵抗値の抵抗22を介して第
1の電極5に接続され、主筺体1をアノード電位,蓋板
12をカソード電位にする。23は加速電源であり、陽
極が放電電源21の陽極に接続され、陰極がアースさ
れ、第1電極5に加速電圧を印加する。24は第2電極
6に負の電圧を印加する減速電源である。
Reference numeral 21 denotes a discharge power source, the anode of which is the main housing 1.
In addition, the cathode is connected to the first electrode 5 via the cover plate 11 and the resistor 22 having a high resistance value, and the main casing 1 is set to the anode potential and the cover plate 12 is set to the cathode potential. An accelerating power source 23 has an anode connected to the anode of the discharge power source 21, a cathode grounded, and an accelerating voltage applied to the first electrode 5. A deceleration power source 24 applies a negative voltage to the second electrode 6.

【0007】そして、副筺体10は放電電源21の陰極
のカソード電位に保持され、アンテナ18の先端部がマ
イクロ波放電を引き起し易いように副プラズマ室11の
壁面に近接して設けられている。つぎに、導入口16か
らガスを供給し、副プラズマ室11に同軸ケーブル1
7,アンテナ18を介してマイクロ波が導入されると、
副プラズマ室11がマイクロ波空洞共振器条件で形成さ
れていない場合でも、アンテナ18の先端部と副プラズ
マ室11の壁面との間の高電界によりマイクロ波放電が
容易に発生し、導入口16からのガスが電離されて副プ
ラズマ25が生成される。
The sub-casing 10 is held at the cathode potential of the cathode of the discharge power source 21, and the tip of the antenna 18 is provided close to the wall surface of the sub-plasma chamber 11 so that microwave discharge can be easily caused. There is. Next, gas is supplied from the inlet 16 and the coaxial cable 1 is supplied to the sub plasma chamber 11.
7. When microwave is introduced through the antenna 18,
Even if the sub-plasma chamber 11 is not formed in the microwave cavity condition, microwave discharge is easily generated by the high electric field between the tip of the antenna 18 and the wall surface of the sub-plasma chamber 11, and the inlet 16 The gas from is ionized to generate the sub-plasma 25.

【0008】そして、主プラズマ室2が放電電源21に
より副プラズマ室11より高い電位にバイアスされてい
るため、副プラズマ25の生成で電離された電子が電子
放出孔14を通って主プラズマ室2に放出され、主プラ
ズマ室2では、供給された電子により直流放電が持続
し、主プラズマ室2内の希ガス等のイオン化ガスが電離
されて主プラズマ26が生成される。つぎに、引出電極
3のビーム引出し作用により、生成された主プラズマ2
6からイオンがイオンビームとなってスパッタ室等に導
出される。
Since the main plasma chamber 2 is biased to a higher potential than the sub-plasma chamber 11 by the discharge power source 21, the electrons ionized by the generation of the sub-plasma 25 pass through the electron emission hole 14 and the main plasma chamber 2 In the main plasma chamber 2, a DC discharge is continued by the supplied electrons, and the ionized gas such as the rare gas in the main plasma chamber 2 is ionized to generate the main plasma 26. Next, the main plasma 2 generated by the beam extraction action of the extraction electrode 3
Ions become an ion beam from 6 and are led out to a sputtering chamber or the like.

【0009】ところで、前記装置の場合、出力はMPカ
ソード20からの電子放出量に比例するので、大電流化
のためには電子放出量を増大する必要がある。一方、M
Pカソード20からの電子は、蓋板13の電子放出孔1
4を通って主プラズマ室2内へ供給されており、電子放
出量は電子放出孔14の大きさにより制限されている。
さらに、前記電子は、副プラズマ25と主プラズマ26
との間で形成されるシース部の電位差で加速されるた
め、その電子放出量は、副プラズマ25の密度,両プラ
ズマ25,26間の電位差,シース部の面積等により決
定される。そこで、電子放出量を増大するため、放出孔
14の孔径を大きくしたり、孔数を増やす等の手段がと
られている。
In the case of the above device, the output is proportional to the amount of electron emission from the MP cathode 20, and therefore the amount of electron emission must be increased in order to increase the current. On the other hand, M
Electrons from the P cathode 20 are emitted from the electron emission hole 1 of the cover plate 13.
It is supplied to the inside of the main plasma chamber 2 through 4 and the electron emission amount is limited by the size of the electron emission hole 14.
Further, the electrons are generated by the sub plasma 25 and the main plasma 26.
The electron emission amount is determined by the density of the sub-plasma 25, the potential difference between the plasmas 25 and 26, the area of the sheath portion, etc. Therefore, in order to increase the electron emission amount, measures such as increasing the hole diameter of the emission hole 14 and increasing the number of holes are taken.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】前記装置において、孔
径を大きくする場合、MPカソード20内の中性ガスが
流出し、ガス圧低下を招き、安定に高密度の副プラズマ
25の生成を維持できず、さらに、ガス圧を一定に保つ
ためにより多くのガス供給量を必要とするという問題点
がある。
In the above apparatus, when the pore size is increased, the neutral gas in the MP cathode 20 flows out, causing a decrease in gas pressure, and the generation of the high density sub-plasma 25 can be stably maintained. In addition, there is a problem that a larger gas supply amount is required to keep the gas pressure constant.

【0011】一方、孔数を増やす場合、図9に示すよう
に、蓋板13は副筺体10と同電位であり、副プラズマ
室11内において磁気回路が閉じるよう構成されている
ため、副プラズマ25は蓋板13により主プラズマ26
に対し、ある程度遮蔽されており、電子放出孔14を通
して形成された両プラズマ間25,26のシース部にお
いて電子が加速され、主プラズマ室2に供給されるた
め、孔数を増やし、その一方で孔径を絞り込み、電子放
出孔1個当りのガスコンダクタンスを小さくすると、中
性ガスの流出が抑えられても、主プラズマ26からの直
流電界がかかりにくく、電子放出面であるシース部の形
成面積が実質的に小さくなってしまい、電子放出量が低
下してしまうという問題点がある。本発明は前記の点に
留意し、供給ガス量を増加させることなく、装置の大型
化を防ぎ、シース部の形成面積を減少させることなく、
容易に電子放出量を増大するイオン源装置を提供するこ
とを目的とする。
On the other hand, when the number of holes is increased, as shown in FIG. 9, the cover plate 13 has the same potential as the sub-casing 10 and the magnetic circuit is closed in the sub-plasma chamber 11, so that the sub-plasma is closed. 25 is the main plasma 26 due to the lid plate 13.
To have been somewhat shielded, it accelerated electrons in the sheath portion of both plasma between 25 and 26 formed through the electron emission holes 14, to be supplied to the main plasma chamber 2, increasing the number of holes, on the other hand Electron emission by narrowing down the hole diameter
If the gas conductance per outlet is reduced, the direct current electric field from the main plasma 26 is less likely to be applied even if the outflow of neutral gas is suppressed, and the formation area of the sheath portion, which is the electron emission surface, is substantially reduced. Therefore, there is a problem that the amount of electron emission is reduced. In consideration of the above points, the present invention prevents an increase in the size of the device without increasing the supply gas amount, and does not reduce the formation area of the sheath portion.
An object is to provide an ion source device that easily increases the amount of electron emission.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明は、高周波放電のプラズマ生成により電子を
発生する電子放出源としてのプラズマカソードと、カソ
ードの蓋板に形成された電子放出孔から電子が供給され
直流放電により生成した主プラズマを閉じ込める主プラ
ズマ室と、主プラズマからイオンビームを引き出す引出
電極とを備えたイオン源装置において、電子放出孔に軸
方向に磁界を形成する磁界形成手段を備えたものであ
る。また、電子放出孔に直流電界を形成する直流電界形
成手段を備えたものである。
In order to solve the above problems SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a flop plasma cathode as an electron emission source for generating electrons by plasma generating high-frequency discharge, formed on the cathode of the cover plate electron In an ion source device equipped with a main plasma chamber for confining a main plasma generated by direct current discharge by supplying electrons from an emission hole and an extraction electrode for extracting an ion beam from the main plasma, an axial magnetic field is formed in the electron emission hole. It is provided with a magnetic field forming means. Further, the electron emission hole is provided with a DC electric field forming means for forming a DC electric field.

【0013】[0013]

【作用】前記のように構成された本発明のイオン源装置
は、電子放出孔に軸方向に磁界を形成する磁界形成手段
を設けたため、電子放出孔の近傍において効果的なプラ
ズマ閉じこめが行われ、電子放出孔を小さくしても高密
度プラズマが輸送され、蓋板の主プラズマ室側における
両プラズマ間のシース部の形成面積が減少することな
く、電子放出のための電界が十分にかかり、供給ガス量
を増加させることなく、装置の大型化を防ぎ、電子放出
が容易になる。また、電子放出孔に直流電界を形成する
直流電界形成手段を設けたため、前記と同様の作用を有
する。
In the ion source device of the present invention configured as described above, the magnetic field forming means for forming a magnetic field in the axial direction is provided in the electron emission hole, so that effective plasma confinement is performed in the vicinity of the electron emission hole. , Even if the electron emission holes are made small, high-density plasma is transported, the formation area of the sheath portion between both plasmas on the main plasma chamber side of the lid plate is not reduced, and a sufficient electric field for electron emission is applied. Without increasing the amount of supply gas, the device is prevented from being upsized and electrons are easily emitted. Further, since the direct-current electric field forming means for forming a direct-current electric field is provided in the electron emission hole, it has the same operation as described above.

【0014】[0014]

【実施例】実施例について図1ないし図7を参照して説
明する。それらの図において、図8及び図9と同一符号
は同一もしくは相当するものを示す。まず、実施例1を
示した図1において、27は強磁性材料からなる蓋板、
28は電磁コイルからなる環状の磁場発生手段であり、
蓋板27上の周縁部に配設されている。29は強磁性材
料からなる蓋板であり、磁場発生手段28を覆うように
蓋板27の周縁部に装着されている。なお、図示しない
が、磁場発生手段は永久磁石とすることもできる。30
は蓋板27に形成された電子放出孔、39は蓋板29の
電子放出孔30に連通する位置にノズル状に絞り込んで
形成されたオリフィスである。
EXAMPLES Examples will be described with reference to FIGS. 1 to 7. In these figures, the same symbols as those in FIGS. 8 and 9 indicate the same or corresponding ones. First, in FIG. 1 showing the first embodiment, 27 is a cover plate made of a ferromagnetic material,
28 is a magnetic field generating means of the electromagnetic coil or Ranaru ring,
It is arranged on the peripheral edge of the cover plate 27. Reference numeral 29 is a lid plate made of a ferromagnetic material, and is attached to the peripheral portion of the lid plate 27 so as to cover the magnetic field generating means 28. Not shown
However, the magnetic field generating means may be a permanent magnet. Thirty
Is an electron emission hole formed in the cover plate 27 , and 39 is a cover plate 29.
Narrow down to a position that communicates with the electron emission hole 30
It is the formed orifice.

【0015】31は蓋板27,29,磁場発生手段2
8,電子放出孔30からなる磁界形成手段であり、蓋板
13と絶縁体15との間に配設され、蓋板27,29,
磁場発生手段28から構成される磁気回路により、電子
放出孔30の軸上において数百〜数kG程度の軸方向の
磁場が形成される。
Reference numeral 31 denotes lid plates 27 and 29, magnetic field generating means 2
8, a magnetic field forming means composed of electron emission holes 30, which is arranged between the cover plate 13 and the insulator 15, and has cover plates 27, 29,
The magnetic circuit comprising a magnetic field generating means 28, an electronic
An axial magnetic field of about several hundred to several kG is formed on the axis of the emission hole 30 .

【0016】そして、副プラズマ25は、磁界形成手段
31による軸方向の磁場と放電電源21による直流電界
により、電子放出孔30の経路内において効果的に閉じ
こめられ、効率の良い電子放出が可能になる。
The sub-plasma 25 is effectively confined in the path of the electron emission hole 30 by the magnetic field in the axial direction by the magnetic field forming means 31 and the DC electric field by the discharge power source 21 to enable efficient electron emission. Become.

【0017】つぎに実施例2を示した図2において、図
1と異なる点は、蓋板13と蓋板29とを同一部材で構
成した蓋板32を配設した点であり、図1と同様に効率
の良い電子放出が可能になる。
Next, FIG. 2 showing the second embodiment is different from FIG. 1 in that a lid plate 32 in which the lid plate 13 and the lid plate 29 are made of the same member is arranged. Similarly, efficient electron emission becomes possible.

【0018】つぎに実施例3を示した図3において、3
3は蓋板13と蓋板29との間及び蓋板29と蓋板27
との間に介在された絶縁体、34は副プラズマ室11と
電子放出孔30に直流電界を形成する直流電源であり、
負極が蓋板12に接続され、正極が抵抗35を介して蓋
板29及び蓋板27,放電電源21の負極に接続されて
いる。36は直流電源34,抵抗35からなり、電子放
出孔30に直流電界を形成する直流電界形成手段であ
る。
Next, in FIG. 3 showing the third embodiment, 3
3 is between the lid plate 13 and the lid plate 29, and between the lid plate 29 and the lid plate 27.
And an insulator interposed between the sub plasma chamber 11 and
A direct current power source that forms a direct current electric field in the electron emission hole 30 ,
The negative electrode is connected to the cover plate 12, and the positive electrode is connected to the cover plate 29, the cover plate 27, and the negative electrode of the discharge power supply 21 via the resistor 35. 36 comprises a DC power source 34, resistor 35, electronic release
It is a DC electric field forming means for forming a DC electric field in the exit hole 30 .

【0019】そして、直流電源34により、副筺体10
は蓋板27に対して負の電位となり、電子放出孔30
近傍においては直流電界が印加され、さらに、抵抗35
により、蓋板29は動作時副筺体10と蓋板27との中
間的な電位をとり、磁場と電界との効果的な閉じこめに
より、電子放出孔30より高密度のプラズマが放出さ
れ、さらに効率の良い電子放出が可能になる。
The DC power source 34 is used to control the sub-casing 10.
Has a negative potential with respect to the lid plate 27, a DC electric field is applied in the vicinity of the electron emission hole 30 , and the resistance 35
As a result, the cover plate 29 takes an intermediate potential between the sub-casing 10 and the cover plate 27 during operation, and the effective confinement of the magnetic field and the electric field causes the high-density plasma to be emitted from the electron emission holes 30 to further improve the efficiency. Good electron emission is possible.

【0020】つぎに実施例4を示した図4において、図
3と異なる点は、蓋板13と蓋板29との間の絶縁体3
3及び抵抗35を省略し、副筺体10と蓋板29とを同
電位にした点である。
Next, FIG. 4 showing the fourth embodiment is different from FIG. 3 in that the insulator 3 between the cover plate 13 and the cover plate 29 is different.
3 and the resistor 35 are omitted, and the sub-casing 10 and the cover plate 29 have the same potential.

【0021】そして、図5に示すように、磁界形成手段
31の磁気回路による磁界と直流電源34による電界と
により電子放出孔30の近傍において、効果的なプラズ
マ閉じこめが行われ、狭い電子放出孔30内より高密度
のプラズマが放出され、蓋板27の主プラズマ室2側に
おいて両プラズマ25,26間のシース部が形成され、
電子放出が容易になり、孔径の小さい電子放出孔30で
も大電流の電子放出が可能になる。
Then, as shown in FIG. 5, the plasma is effectively confined in the vicinity of the electron emission hole 30 by the magnetic field generated by the magnetic circuit of the magnetic field forming means 31 and the electric field generated by the DC power source 34, so that a narrow electron emission hole is formed. High-density plasma is emitted from inside 30, and a sheath portion between the plasmas 25 and 26 is formed on the main plasma chamber 2 side of the lid plate 27.
Electrons can be easily emitted, and a large amount of electrons can be emitted even in the electron emission hole 30 having a small hole diameter.

【0022】つぎに実施例5を示した図6において、図
4と異なる点は、蓋板13と蓋板29とを同一部材で構
成した蓋板37を配設した点であり、図4と同様に、大
電流の電子放出が可能になる。
Next, FIG. 6 showing the fifth embodiment is different from FIG. 4 in that a lid plate 37 in which the lid plate 13 and the lid plate 29 are made of the same member is arranged. Similarly, high-current electron emission is possible.

【0023】つぎに実施例6を示した図7において、図
6と異なる点は、直流電源34が省略され、放電電源2
1の正極が抵抗38を介して蓋板27に接続されている
点であり、蓋板27の電位は抵抗38により副筺体10
と主筺体1との中間電位に維持されるため、新たな電源
を加えることなしに図3,図4,図6と同様の効果が得
られ、装置構成が簡略化できる。なお、各実施例はアン
テナによるマイクロ波放電を使用したMPカソードにつ
いて示したが、一般的な高周波放電等を使用したプラズ
マカソードでも同様な効果がある。
Next, FIG. 7 showing the sixth embodiment is different from FIG. 6 in that the DC power supply 34 is omitted and the discharge power supply 2 is omitted.
The positive electrode of No. 1 is connected to the cover plate 27 via the resistor 38, and the potential of the cover plate 27 is set by the resistor 38 to the sub-casing 10.
Since the intermediate potential between the main casing 1 and the main casing 1 is maintained, the same effects as those in FIGS. 3, 4, and 6 can be obtained without adding a new power source, and the device configuration can be simplified. In addition, each embodiment is
For MP cathode using microwave discharge by Tena
However, the plasma using general high frequency discharge etc.
The same effect can be obtained with a cathode.

【0024】つぎに実験結果について説明する。図4及
び図6に示す構成において、電子放出孔30の孔径をφ
2mmとし、電子放出孔30の中心部で約3kGの軸方
向の磁場を印加し、酸素ガスを通常の1/2以下におと
して供給し、最大電子放出量Ieeの測定を行った。
Next, the experimental results will be described. In the configuration shown in FIGS. 4 and 6, the hole diameter of the electron emission hole 30 is φ.
The maximum electron emission amount Iee was measured by applying an axial magnetic field of about 3 kG at the center of the electron emission hole 30 and supplying oxygen gas at 1/2 or less of the normal amount, and supplying the oxygen gas at 2 mm or less.

【0025】一方、磁界形成手段32及び直流電界形成
手段36を用いずに電子放出孔14の孔径をφ4mm,
φ2mmとし、酸素ガスを供給し、最大電子放出量Ie
eの測定を行った。
On the other hand, without using the magnetic field forming means 32 and the DC electric field forming means 36, the hole diameter of the electron emission hole 14 is φ4 mm,
φ2 mm, oxygen gas supplied, maximum electron emission amount Ie
e was measured.

【0026】その結果、前者の場合、孔径φ2mm,酸
素ガス流量Q=1.2cc/minでIee=1.15
Aとなり、電子放出孔の開口面積の減少による電子放出
量の低下は認められなかった。しかし、後者の場合、孔
径φ4mmのときQ=2.5cc/minでIee=
1.18A、孔径φ2mmのときQ=1.2cc/mi
nでIee=0.42Aとなり、電子放出孔の開口面積
の減少にともない電子放出量も減少している。このよう
に、電子放出孔30の孔径を小さくし、ガス流量を1/
2以下におとしても電子放出量はほとんど変化せず、大
幅なガス効率の向上が可能になる。
As a result, in the former case, the hole diameter φ2 mm, the oxygen gas flow rate Q = 1.2 cc / min, and the Iee = 1.15.
A, and no decrease in the amount of electron emission due to the decrease in the opening area of the electron emission hole was observed. However, in the latter case, when the hole diameter is 4 mm, Q = 2.5 cc / min and Iee =
Q = 1.2 cc / mi when 1.18 A and hole diameter φ2 mm
Iee = 0.42A for n, and the electron emission amount also decreases as the opening area of the electron emission hole decreases. In this way, the hole diameter of the electron emission hole 30 is reduced and the gas flow rate is reduced to 1 /
Even if it is 2 or less, the electron emission amount hardly changes, and the gas efficiency can be greatly improved.

【0027】[0027]

【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、つぎに記載する効果を奏する。本発明のイ
オン源装置は、電子放出孔30に軸方向に磁界を形成す
る磁界形成手段31を設けたため、電子放出孔30の近
傍において効果的なプラズマ閉じこめを行い、電子放出
孔30を小さくしても高密度プラズマを輸送することが
でき、蓋板27の主プラズマ室側における両プラズマ2
5,26間のシース部の形成面積を減少させることな
く、電子放出のための電界を十分にかけることができ、
供給ガス量を増加させることなく、装置の大型化を防
ぎ、電子放出を容易にすることができる。また、電子放
出孔30に直流電界を形成する直流電界形成手段36を
設けたため、前記と同様の効果を有する。
Since the present invention is constructed as described above, it has the following effects. Since the ion source device of the present invention is provided with the magnetic field forming means 31 for forming a magnetic field in the electron emission hole 30 in the axial direction, effective plasma confinement is performed in the vicinity of the electron emission hole 30 to reduce the electron emission hole 30. Even if high density plasma can be transported, both plasmas 2 on the main plasma chamber side of the lid plate 27 can be transported.
It is possible to sufficiently apply an electric field for electron emission without reducing the formation area of the sheath portion between 5 and 26.
It is possible to prevent the device from increasing in size and facilitate electron emission without increasing the amount of supply gas. Further, since the DC electric field forming means 36 for forming a DC electric field is provided in the electron emission hole 30, the same effect as described above is obtained.

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

【図1】本発明の実施例1の切断正面図である。FIG. 1 is a cut front view of a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施例2の切断正面図である。FIG. 2 is a cut front view of a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施例3の切断正面図である。FIG. 3 is a cut front view of a third embodiment of the present invention.

【図4】本発明の実施例4の切断正面図である。FIG. 4 is a cut front view of a fourth embodiment of the present invention.

【図5】図4の一部の作用状態図である。FIG. 5 is a partial operation state diagram of FIG. 4;

【図6】本発明の実施例5の切断正面図である。FIG. 6 is a cut front view of a fifth embodiment of the present invention.

【図7】本発明の実施例6の切断正面図である。FIG. 7 is a cut front view of a sixth embodiment of the present invention.

【図8】従来例の切断正面図である。FIG. 8 is a cut front view of a conventional example.

【図9】図8の一部の作用状態図である。FIG. 9 is a partial operation state diagram of FIG. 8;

【符号の説明】 2 主プラズマ室4 引出電極 20 マイクロ波プラズマカソード 26 主プラズマ 27 蓋板 30 電子放出孔 31 磁界形成手段 36 電界形成手段[Description of Reference Signs ] 2 Main Plasma Chamber 4 Extraction Electrode 20 Microwave Plasma Cathode 26 Main Plasma 27 Cover Plate 30 Electron Emission Hole 31 Magnetic Field Forming Means 36 Electric Field Forming Means

【手続補正3】[Procedure 3]

【補正対象書類名】図面[Document name to be corrected] Drawing

【補正対象項目名】全図[Correction target item name] All drawings

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【図1】 [Figure 1]

【図2】 [Fig. 2]

【図3】 [Figure 3]

【図4】 [Figure 4]

【図5】 [Figure 5]

【図6】 [Figure 6]

【図7】 [Figure 7]

【図9】 [Figure 9]

【図8】 [Figure 8]

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松原 克夫 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) Inventor Katsuo Matsubara 47 Umezu Takaune-cho, Ukyo-ku, Kyoto Nissin Electric Co., Ltd.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 マイクロ波放電のプラズマ生成により電
子を発生する電子放出源としてのマイクロ波プラズマカ
ソードと、該カソードの蓋板に形成された電子放出孔か
ら前記電子が供給され直流放電により生成した主プラズ
マを閉じ込める主プラズマ室と、該主プラズマ室の前記
カソードに対向する位置に設けられ前記主プラズマから
イオンビームを引き出す引出電極とを備えたイオン源装
置において、 前記電子放出孔に軸方向に磁界を形成する磁界形成手段
を備えたイオン源装置。
1. A microwave plasma cathode as an electron emission source that generates electrons by plasma generation of microwave discharge, and the electrons are supplied from an electron emission hole formed in a cover plate of the cathode and generated by direct current discharge. In an ion source device comprising a main plasma chamber for confining a main plasma, and an extraction electrode provided at a position facing the cathode of the main plasma chamber and extracting an ion beam from the main plasma, an axial direction is provided in the electron emission hole. An ion source device comprising magnetic field forming means for forming a magnetic field.
【請求項2】 マイクロ波放電のプラズマ生成により電
子を発生する電子放出源としてのマイクロ波プラズマカ
ソードと、該カソードの蓋板に形成された電子放出孔か
ら前記電子が供給され直流放電により生成した主プラズ
マを閉じ込める主プラズマ室と、該主プラズマ室の前記
カソードに対向する位置に設けられ前記主プラズマから
イオンビームを引き出す引出電極とを備えたイオン源装
置において、 前記電子放出孔に直流電界を形成する直流電界形成手段
を備えたイオン源装置。
2. A microwave plasma cathode as an electron emission source that generates electrons by plasma generation of microwave discharge, and the electrons are supplied from an electron emission hole formed in a lid plate of the cathode to generate by DC discharge. In a main plasma chamber for confining the main plasma, and an extraction electrode provided at a position facing the cathode of the main plasma chamber for extracting an ion beam from the main plasma, a DC electric field is applied to the electron emission hole. An ion source device provided with a DC electric field forming means for forming.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100442990B1 (en) * 1995-06-12 2004-10-28 지멕 컨설팅 인코포레이티드 Systems and Methods for Generating Nested Static and Time-Varying Magnetic Fields
CN105704902A (en) * 2014-11-27 2016-06-22 中国科学院空间科学与应用研究中心 Combined magnetic confinement linear hollow cathode discharge device
CN111105968A (en) * 2019-12-06 2020-05-05 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 Ion source grid mesh device

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