JPH08106872A

JPH08106872A - イオン源

Info

Publication number: JPH08106872A
Application number: JP26827894A
Authority: JP
Inventors: Katsuo Naito; 勝男内藤
Original assignee: Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Nissin Electric Co Ltd
Priority date: 1994-10-05
Filing date: 1994-10-05
Publication date: 1996-04-23
Anticipated expiration: 2018-01-20
Also published as: JP3368695B2

Abstract

(57)【要約】【目的】引き出すイオンビームのビーム電流を一定に
保つことができるようにしたイオン源を提供する。【構成】中間電極抵抗４４に直列に接続されていて、
そこを流れる電流Ｉ₁を検出する電流検出器５６と、こ
の電流検出器５６で検出した電流Ｉ₁と、予め設定した
基準値Ｒ₂とを比較し、両者の差に相当する差信号Ｓ₂
を出力する比較回路５８と、この比較回路５８からの差
信号Ｓ₂に応答してフィラメント電源４６を制御して、
第１プラズマ室４内でアーク放電が生じているときに当
該差信号Ｓ₂が０になるように、フィラメント１２に流
すフィラメント電流を制御する制御回路６０とを設け
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、第１プラズマ室で生
成したプラズマから電子を引き出し、それを利用して第
２プラズマ室で更にプラズマを生成し、そこからイオン
ビームを引き出す、いわゆる２段階プラズマ生成型のイ
オン源に関し、より具体的には、そのイオンビームのビ
ーム電流を一定に保つ手段の改良に関する。

【０００２】

【背景となる技術】上記のような２段階プラズマ生成型
のイオン源が、同一出願人によって先に提案されてい
る。

【０００３】その一例を図５を参照して説明すると、こ
のイオン源は、真空容器４０内に収納された中間電極
２、アノード２２、反射電極３２、引出し電極系３６等
を備えている。

【０００４】中間電極２は、内部に第１プラズマ室４お
よびそれに連通する第１開口部６を有しており、ガス導
入口８を経由して第１プラズマ室４内にプラズマ１６生
成用のガスが導入される。第１開口部６の出口部には、
この例では、筒状のノズル部１０が設けられている。こ
のノズル部１０は、非磁性材料で形成しても良いし、磁
性材料で形成しても良い。

【０００５】第１プラズマ室４内には、陰極としてのフ
ィラメント１２が設けられており、それには、それの加
熱用のフィラメント電源４６が接続されている。このフ
ィラメント電源４６は、出力電圧可変であり、フィラメ
ント１２に流すフィラメント電流を、外部からの（より
具体的には後述する制御回路５４または６０からの）信
号に応答して変化させることができる。

【０００６】中間電極２のノズル部１０側に同軸状に、
絶縁物２０を介して、アノード２２が設けられている。
このアノード２２は、この例では両端が開いた筒状をし
ており、内部に第２プラズマ室２４およびそれに連通す
る第２開口部２６を有している。この第２開口部２６
は、中間電極２の第１開口部６に、より具体的にはその
出口部に設けたノズル部１０に連通している。

【０００７】第２プラズマ室２４の第２開口部２６に対
向する部分には、絶縁物３０を介して、板状の反射電極
３２が設けられている。この反射電極３２は、中間電極
２に電気的に接続されて、それと同電位に保たれる。こ
の例では、アノード２２の軸方向にイオンビーム３８を
引き出す場合の例であり、この反射電極３２に、第２プ
ラズマ室２４から、より具体的にはそこで生成されるプ
ラズマ２８から、イオンビーム３８を引き出すためのイ
オン引出し口３４が設けられている。

【０００８】このイオン引出し口３４の外側部分には、
電界の作用でイオンビーム３８を引き出す引出し電極系
３６が設けられている。この引出し電極系３６の電極構
成は、図示例のように１枚の場合もあれば複数枚の場合
もある。

【０００９】真空容器４０の外部には、磁界発生手段の
一例として、第１プラズマ室４から第２プラズマ室２４
にかけての領域に、それらの軸に沿う方向の磁界Ｂを発
生させる筒状のコイル４２が設けられている。このコイ
ル４２には、それを励磁する直流電源（図示省略）が接
続される。但し、磁界Ｂの方向は図示とは逆向きでも良
い。

【００１０】中間電極２とアノード２２との間には中間
電極抵抗４４が接続されている。ちなみに、アノード２
２はこの例では接地されている。

【００１１】アノード２２とフィラメント１２との間に
は、前者を正側にして、直流のアーク電源４８が接続さ
れている。

【００１２】このイオン源の動作例を説明すると、真空
容器４０内を図示しない真空排気装置で真空排気しなが
ら、第１プラズマ室４内にガス導入口８からガスを導入
すると共に、フィラメント電源４６およびアーク電源４
８を働かせると、フィラメント１２から放出された電子
がガス分子と衝突してそれを電離させ、それによってフ
ィラメント１２とアノード２２間でアーク放電が起こ
り、それによってガス分子が更に電離され、第１プラズ
マ室４内にプラズマ（副プラズマ）１６が生成される。

【００１３】上記アーク放電が起こると、中間電極抵抗
４４に電流Ｉ₁が流れ、その両端に、即ち中間電極２と
アノード２２との間に、電圧Ｖ_Mが生じる。この電圧Ｖ
_Mだけ、アノード２２の電位が中間電極２の電位に比べ
て高くなる。換言すれば、この例では、フィラメント１
２の電位が一番低く、中間電極２の電位がその次に低
く、アノード２２は接地電位にある。

【００１４】この電圧Ｖ_Mによって、プラズマ１６から
電子１８が引き出される。このとき、電子１８は磁界Ｂ
によってガイドされる。第２プラズマ室２４内では、第
１プラズマ室４側からガスがノズル部１０を経由して流
入して来ており、この電子１８がガス分子と衝突してそ
れを電離させ、第２プラズマ室２４内にプラズマ（主プ
ラズマ）２８が生成される。

【００１５】そしてこのプラズマ２８から、引出し電極
系３６の電界の作用によって、反射電極３２のイオン引
出し口３４を介して、イオンビーム３８が引き出され
る。

【００１６】上記の場合、第２プラズマ室２４内に引き
出された電子１８は、そこに印加されている軸方向の磁
界Ｂとこれに直角方向のアノード２２による電界の作用
を受けて、磁界Ｂの磁力線の周りを旋回運動する。しか
も、反射電極３２の電位は、中間電極２と同電位であっ
てアノード２２より電圧Ｖ_Mだけ低いので、電子１８は
反射電極３２で反射される。その結果、電子１８は、旋
回しながらノズル部１０付近と反射電極３２との間を往
復するようになり、それによってガスの電離効率が高ま
り、第２プラズマ室２４内に、第１プラズマ室４内のプ
ラズマ１６に比べて高密度のプラズマ２８を生成するこ
とができる。

【００１７】従って、プラズマ室が一つ、即ち第１プラ
ズマ室４だけの場合に比べて、大量のイオンビーム３８
を引き出すことができる。しかも、第１プラズマ室４で
は濃いプラズマ１６を生成する必要がないので、フィラ
メント１２から放出させる電子の量、即ちフィラメント
１２に流す電流が少なくて済み、それによってフィラメ
ント１２の長寿命化を図ることができる。

【００１８】また、上記電圧Ｖ_Mを大きくして電子１８
の加速エネルギーを大きくすると、第２プラズマ室２４
内に多価イオンを多く発生させることができると共に、
ノズル部１０を細くしておくと、そこでのガスのコンダ
クタンスが低下するので、第２プラズマ室２４内のガス
圧が低くなり、中性粒子との衝突による多価イオンの電
価交換が少なくなるので、多価イオンを効率良く発生さ
せてそれをイオンビーム３８として引き出すことができ
る。

【００１９】またこのイオン源では、引き出すイオンビ
ーム３８のビーム電流を一定に保つために、次のような
制御手段によってアーク電流Ｉ_Aを一定に保つようにし
ている。

【００２０】即ち、アーク電源４８に直列に、そこを流
れるアーク電流Ｉ_Aを検出する電流検出器５０を接続
し、この電流検出器５０で検出したアーク電流Ｉ_Aと、
予め設定した基準値Ｒ₁とを比較回路５２で比較してそ
れから両者の差に相当する差信号Ｓ₁を出力させ、制御
回路５４によって、この差信号Ｓ₁に応答してフィラメ
ント電源４６を制御して、第１プラズマ室４内でアーク
放電が生じているときに、差信号Ｓ₁が０になるよう
に、フィラメント１２に流すフィラメント電流を制御す
るようにしている。電流検出器５０は、例えば電流検出
抵抗であり、その両端からアーク電流Ｉ_Aに比例した電
圧信号を出力する。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のよう
な制御手段では、引き出すイオンビーム３８のビーム電
流が一定にならない場合が多い。なぜなら、アーク電流
Ｉ_Aは、第１プラズマ室４においてアーク放電を生じさ
せることによって中間電極２に流れる電流Ｉ₁と、第１
プラズマ室４から第２プラズマ室２４内に電子１８を引
き出してプラズマ２８を発生させることによってアノー
ド２２に流れるＩ₂との和であり（即ち、Ｉ_A＝Ｉ₁＋
Ｉ₂）、このトータルのアーク電流Ｉ_Aを一定にできて
も、電流Ｉ₁を必ずしも一定にすることはできず、電流
Ｉ₁が変化すると、中間電極抵抗４４の両端の電圧
Ｖ_M、即ち中間電極２とアノード２２との間の電圧（こ
れは中間電極２の電位でもある）が変化してしまい、そ
れによって電子１８のエネルギーが変化して、プラズマ
２８の生成状況が変化し、ひいてはイオンビーム３８の
ビーム電流が変化するからである。電流Ｉ₁やＩ₂が変
化する原因としては、例えば、各プラズマ室４、２４内
のガス圧の変動や、各プラズマ室４、２４の温度の変動
等がある。

【００２２】そこでこの発明は、このような点を更に改
善して、引き出すイオンビームのビーム電流を一定に保
つことができるようにしたイオン源を提供することを主
たる目的とする。

【００２３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明の第１のイオン源は、前記中間電極抵抗に
直列に接続されていて、そこを流れる電流を検出する電
流検出器と、この電流検出器で検出した電流と予め設定
した基準値とを比較し、両者の差に相当する差信号を出
力する比較回路と、この比較回路からの差信号に応答し
て前記フィラメント電源を制御して、第１プラズマ室内
でアーク放電が生じているときに当該差信号が０になる
ように、フィラメントに流すフィラメント電流を制御す
る制御回路とを備えることを特徴とする。

【００２４】この発明の第２のイオン源は、前記中間電
極とアノードとの間の電圧を検出する電圧検出器と、こ
の電圧検出器で検出した電圧と予め設定した基準値とを
比較し、両者の差に相当する差信号を出力する比較回路
と、この比較回路からの差信号に応答して前記フィラメ
ント電源を制御して、第１プラズマ室内でアーク放電が
生じているときに当該差信号が０になるように、フィラ
メントに流すフィラメント電流を制御する制御回路とを
備えることを特徴とする。

【００２５】この発明の第３のイオン源は、前記中間電
極抵抗を、外部からの信号に応答してその抵抗値が可変
のものにすると共に、前記アーク電源に直列に接続され
ていて、そこを流れるアーク電流を検出する電流検出器
と、この電流検出器で検出したアーク電流と予め設定し
た基準値とを比較し、両者の差に相当する差信号を出力
する第１の比較回路と、この第１の比較回路からの差信
号に応答して前記フィラメント電源を制御して、第１プ
ラズマ室内でアーク放電が生じているときに当該差信号
が０になるように、フィラメントに流すフィラメント電
流を制御する第１の制御回路と、前記中間電極とアノー
ドとの間の電圧を検出する電圧検出器と、この電圧検出
器で検出した電圧と予め設定した基準値とを比較し、両
者の差に相当する差信号を出力する第２の比較回路と、
この第２の比較回路からの差信号に応答して前記中間電
極抵抗を制御して、第１プラズマ室内でアーク放電が生
じているときに当該差信号が０になるように、中間電極
抵抗の抵抗値を制御する第２の制御回路とを備えること
を特徴とする。

【００２６】

【作用】イオン源から引き出すイオンビームのビーム電
流を一定に保つためには、アーク電源に流れるアーク電
流を一定に保つと共に、中間電極とアノードとの間の電
圧を一定に保つのが一番効果的である。しかし、ビーム
電流へのこの両者（即ち、アーク電流および中間電極−
アノード間電圧）の影響度は、実験によれば、中間電極
−アノード間電圧の方が大きい。これは、この中間電極
−アノード間電圧を一定に保つということは、中間電極
抵抗での電圧降下を一定に保つということであり、これ
は中間電極抵抗を流れる電流を一定に保つことであり、
それによって、第１プラズマ室におけるアーク放電電流
を一定に保つと同時に、第１プラズマ室から第２プラズ
マ室に引き出す電子のエネルギーを一定に保つことがで
きるからであると考えられる。

【００２７】上記第１のイオン源においては、中間電極
抵抗を流れる電流が電流検出器によって検出され、それ
が比較回路において基準値と比較され、両者が一致する
ように制御回路によってフィラメント電流が制御され、
それによって、第１プラズマ室内でアーク放電が生じて
いるときに中間電極抵抗を流れる電流が一定に保たれ
る。その結果、引き出すイオンビームのビーム電流を一
定に保つことができる。

【００２８】上記第２のイオン源においては、中間電極
とアノードとの間の電圧が電圧検出器によって検出さ
れ、それが比較回路において基準値と比較され、両者が
一致するように制御回路によってフィラメント電流が制
御され、それによって、第１プラズマ室内でアーク放電
が生じているときに中間電極とアノードとの間の電圧が
一定に保たれる。その結果、引き出すイオンビームのビ
ーム電流を一定に保つことができる。

【００２９】上記第３のイオン源においては、アーク電
源を流れるアーク電流が電流検出器によって検出され、
それが第１の比較回路において基準値と比較され、両者
が一致するように第１の制御回路によってフィラメント
電流が制御され、それによって、第１プラズマ室内でア
ーク放電が生じているときにアーク電源を流れるアーク
電流が一定に保たれる。それと同時に、中間電極とアノ
ードとの間の電圧が電圧検出器によって検出され、それ
が第２の比較回路において基準値と比較され、両者が一
致するように第２の制御回路によって中間電極抵抗の抵
抗値が制御され、それによって、第１プラズマ室内でア
ーク放電が生じているときに中間電極とアノードとの間
の電圧が一定に保たれる。上記両作用によって、引き出
すイオンビームのビーム電流をより精度良く一定に保つ
ことができる。

【００３０】

【実施例】図１は、この発明の一実施例に係るイオン源
を示す図である。図５の先行例と同一または相当する部
分には同一符号を付し、以下においては当該先行例との
相違点を主に説明する。

【００３１】この実施例においては、前述した電流検出
器５０、比較回路５２および制御回路５４を設ける代わ
りに、次のようなものを設けている。

【００３２】即ち、中間電極抵抗４４に直列に接続され
ていて、そこを流れる電流Ｉ₁を検出する電流検出器５
６と、この電流検出器５６で検出した電流Ｉ₁と、予め
設定した基準値Ｒ₂とを比較し、両者の差に相当する信
号Ｓ₂を出力する比較回路５８と、この比較回路５８か
らの差信号Ｓ₂に応答してフィラメント電源４６を制御
して、第１プラズマ室４内でアーク放電が生じていると
きに当該差信号Ｓ₂が０になるように、フィラメント１
２に流すフィラメント電流を制御する制御回路６０とを
設けている。

【００３３】電流検出器５６は、例えば電流検出抵抗で
あり、その両端から電流Ｉ₁に比例した電圧信号を出力
する。その場合、この電流検出抵抗における電圧降下が
全体から見れば無視できるように、その抵抗値は中間電
極抵抗４４の抵抗値に比べて十分に小さくしておくのが
好ましい。

【００３４】具体的には、中間電極抵抗４４の抵抗値は
１００Ω〜５００Ω程度であり、電流検出器５６の抵抗
値は０．１Ω〜１Ω程度にするのが好ましい。アーク電
源４８の出力電圧は１００Ｖ〜４００Ｖ程度であり、そ
れを流れるアーク電流Ｉ_Aはイオン源の体積にもよるが
０．１Ａ〜１００Ａ程度である。中間電極抵抗４４での
電圧降下、即ち前述した電圧Ｖ_Mは、通常、アーク電源
４８の出力電圧の１／２〜３／４程度にするのが好まし
い（勿論、第１プラズマ室４内でアーク放電が生じてい
ないときは中間電極抵抗４４での電圧降下はない）。

【００３５】比較回路５８は、例えば、比較器や差動増
幅器等から成る。比較回路５８および制御回路６０の入
出力側には、必要に応じて増幅器を設けても良い。

【００３６】前述したように、このイオン源から引き出
すイオンビーム３８のビーム電流を一定に保つために
は、アーク電源４８を流れるアーク電流Ｉ_Aを一定に保
つと共に、中間電極２とアノード２２との間の電圧Ｖ_M
を一定に保つのが一番効果的であるが、ビーム電流への
この両者（即ち、アーク電流Ｉ_Aと電圧Ｖ_M）の影響度
は、電圧Ｖ_Mの方が大きい。これは、電圧Ｖ_Mを一定に
保つということは、中間電極抵抗４４での電圧降下を一
定に保つということであり、これは中間電極抵抗４４を
流れる電流Ｉ₁を一定に保つことであり、それによっ
て、第１プラズマ室４におけるアーク放電電流を一定に
保つと同時に、第１プラズマ室４から第２プラズマ室２
４に引き出す電子１８の加速エネルギーを一定に保つこ
とができ、ひいては主プラズマ２８の密度を一定に保つ
ことができるからである。

【００３７】このイオン源においては、中間電極抵抗４
４を流れる電流Ｉ₁が電流検出器５６によって検出さ
れ、それが比較回路５８において基準値Ｒ₂と比較さ
れ、両者が一致するように制御回路６０によってフィラ
メント１２に流すフィラメント電流が制御され、それに
よって、第１プラズマ室４内においてアーク放電が生じ
ているときに、即ちプラズマ１６および２８を発生させ
てイオンビーム３８を引き出しているときに、中間電極
抵抗４４を流れる電流Ｉ₁が一定に保たれる。その結
果、中間電極抵抗４４の抵抗値は一定であるのでそこで
の電圧降下が一定に保たれ、ひいては中間電極２とアノ
ード２２との間の電圧Ｖ_Mが一定に保たれる。従って、
上記のような理由から、イオンビーム３８のビーム電流
を一定に保つことができる。

【００３８】イオンビーム３８のビーム電流を上記のよ
うにして一定に保つことができると、このようなイオン
源を用いたイオン注入装置等において、ビーム電流異常
による注入異常が生じなくなり、またイオン源の立上げ
の際に速やかにビーム電流を一定にすることができるの
で立上げ時間が短縮され、結果的に、イオン注入装置等
の実効スループットを向上させることができる。

【００３９】上記のようにして電圧Ｖ_Mを一定に制御す
ることは、特に、前述したように電圧Ｖ_Mを大きくする
と共にノズル部１０を細くして多価イオンを発生させる
場合の多価イオンビームの安定化に効果がある。例え
ば、±数％／時間程度のビーム安定度を容易にかつ短時
間で実現することができる。

【００４０】図２は、この発明の他の実施例に係るイオ
ン源を示す図である。図１の実施例との相違点を主体に
説明すると、この実施例では、前述した電流検出器５６
を設ける代わりに、中間電極２とアノード２２との間の
電圧Ｖ_Mを検出する電圧検出器６２を設け、この電圧検
出器６２で検出した電圧Ｖ_Mと、予め設定した基準値Ｒ
₃とを比較回路５８で比較してそれから両者の差に相当
する差信号Ｓ₃を出力させ、制御回路６０によってこの
差信号Ｓ₃に応答してフィラメント電源４６を制御し
て、第１プラズマ室４内でアーク放電が生じているとき
に、差信号Ｓ₃が０になるように、フィラメント１２に
流すフィラメント電流を制御するようにしている。

【００４１】これによって、中間電極２とアノード２２
との間の電圧Ｖ_Mが一定に保たれるので、図１の実施例
の場合と同様に、イオンビーム３８のビーム電流を一定
に保つことができる。

【００４２】図３は、この発明の更に他の実施例に係る
イオン源を示す図である。図１および図２の実施例との
相違点を主体に説明すると、この実施例では、アーク電
流Ｉ_A一定制御と電圧Ｖ_M一定制御の両方を行うように
している。

【００４３】即ち、図５の先行例の場合と同様に、アー
ク電源４８に直列に、そこを流れるアーク電流Ｉ_Aを検
出する電流検出器５０を接続し、この電流検出器５０で
検出したアーク電流Ｉ_Aと、予め設定した基準値Ｒ₁と
を比較回路５２で比較してそれから両者の差に相当する
差信号Ｓ₁を出力させ、制御回路５４によってこの差信
号Ｓ₁に応答してフィラメント電源４６を制御して、第
１プラズマ室４内でアーク放電が生じているときに、差
信号Ｓ₁が０になるように、即ちアーク電流Ｉ_Aが一定
になるように、フィラメント１２に流すフィラメント電
流を制御するようにしている。

【００４４】更に、中間電極抵抗４４の代わりに、外部
からの信号に応答してその抵抗値が可変の中間電極抵抗
４４ａを設け、かつ中間電極２とアノード２２との間の
電圧Ｖ_Mを検出する電圧検出器６２を設け、この電圧検
出器６２で検出した電圧Ｖ_Mと、予め設定した基準値Ｒ
₃とを比較回路５８で比較してそれから両者の差に相当
する差信号Ｓ₃を出力させ、制御回路６０によってこの
差信号Ｓ₃に応答して中間電極抵抗４４ａを制御して、
第１プラズマ室４内でアーク放電が生じているときに、
差信号Ｓ₃が０になるように、即ち電圧Ｖ_Mが一定にな
るように、中間電極抵抗４４ａの抵抗値を制御するよう
にしている。

【００４５】上記両作用によって、アーク電流Ｉ_Aおよ
び電圧Ｖ_Mの両方が一定に保たれるので、前述したよう
な理由から、イオンビーム３８のビーム電流をより精度
良く一定に保つことができる。

【００４６】なお、以上はいずれも、反射電極３２にイ
オン引出し口３４を設けて、アノード２２の軸方向にイ
オンビーム３８を引き出す例を説明したが、反射電極３
２にイオン引出し口３４を設ける代わりに、図４に示す
実施例のように、アノード２２の側壁部にイオン引出し
口３４を設け、その外側近傍に引出し電極系３６を設
け、イオンビーム３８をアノード２２の半径方向に引き
出すようにしても良い。

【００４７】図４の実施例では、第１プラズマ室４から
第２プラズマ室２４にかけての領域に、それらの軸に沿
う方向の磁界Ｂを発生させる磁界発生手段として、一対
の磁極６４を、中間電極２およびアノード２２等を左右
両側から挟むように配置している。この磁極６４には、
図示しないコイルが巻かれており、それは図示しない直
流電源によって励磁される。

【００４８】また、この図４の例のように真空容器４０
を貫通するように磁極６４を配置しても良く、そのよう
にすれば磁極６４、６４間のギャップが小さくなるの
で、磁界発生手段を大型化することなく簡単に、磁界Ｂ
の強度を高めることができる。それによって、多価イオ
ンの生成効率等をより高めることができる。

【００４９】また、上記各例に示したような磁界Ｂを発
生させる磁界発生手段として、コイル４２やコイルを巻
いた磁極６４の代わりに、永久磁石を設けても良い。

【００５０】

【発明の効果】この発明は上記のとおり構成されている
ので、次のような効果を奏する。

【００５１】請求項１のイオン源によれば、第１プラズ
マ室内にアーク放電が生じているときに、中間電極抵抗
を流れる電流が一定に保たれ、ひいては中間電極とアノ
ードとの間の電圧が一定に保たれるので、当該イオン源
から引き出すイオンビームのビーム電流を一定に保つこ
とができる。

【００５２】しかも、第１プラズマ室で発生させたプラ
ズマ中の電子を利用して第２プラズマ室で高密度のプラ
ズマを発生させることができるので、大量のイオンビー
ムを引き出すことができると共に、フィラメントの長寿
命化を図ることができる。

【００５３】請求項２のイオン源によれば、第１プラズ
マ室内にアーク放電が生じているときに、中間電極とア
ノードとの間の電圧が一定に保たれるので、当該イオン
源から引き出すイオンビームのビーム電流を一定に保つ
ことができる。

【００５４】しかも、第１プラズマ室で発生させたプラ
ズマ中の電子を利用して第２プラズマ室で高密度のプラ
ズマを発生させることができるので、大量のイオンビー
ムを引き出すことができると共に、フィラメントの長寿
命化を図ることができる。

【００５５】請求項３のイオン源によれば、第１プラズ
マ室内にアーク放電が生じているときに、アーク電源を
流れるアーク電流が一定に保たれると共に、中間電極と
アノードとの間の電圧が一定に保たれるので、両作用に
よって、当該イオン源から引き出すイオンビームのビー
ム電流をより精度良く一定に保つことができる。

【００５６】しかも、第１プラズマ室で発生させたプラ
ズマ中の電子を利用して第２プラズマ室で高密度のプラ
ズマを発生させることができるので、大量のイオンビー
ムを引き出すことができると共に、フィラメントの長寿
命化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例に係るイオン源を示す図で
ある。

【図２】この発明の他の実施例に係るイオン源を示す図
である。

【図３】この発明の更に他の実施例に係るイオン源を示
す図である。

【図４】この発明の更に他の実施例に係るイオン源を示
す図である。

【図５】この発明の背景となるイオン源の一例を示す図
である。

【符号の説明】

２中間電極４第１プラズマ室６第１開口部１２フィラメント１６プラズマ１８電子２２アノード２４第２プラズマ室２６第２開口部２８プラズマ３２反射電極３４イオン引出し口４２コイル（磁界発生手段）４４，４４ａ中間電極抵抗４６フィラメント電源４８アーク電源５０電流検出器５２比較回路５４制御回路５６電流検出器５８比較回路６０制御回路６２電圧検出器６４磁極（磁界発生手段）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内部に第１プラズマ室およびそれに連通
する第１開口部を有し、第１プラズマ室内にガスが導入
される中間電極と、この第１プラズマ室内に設けられた
フィラメントと、内部に第２プラズマ室およびそれに連
通する第２開口部を有し、この第２開口部が中間電極の
第１開口部に連通しているアノードと、第２プラズマ室
の前記第２開口部に対向する部分に設けられていて、中
間電極と同電位に保たれる反射電極と、この反射電極ま
たはアノードに設けられていて、第２プラズマ室からイ
オンビームを引き出すためのイオン引出し口と、第１プ
ラズマ室から第２プラズマ室にかけての領域に、それら
の軸に沿う方向の磁界を発生させる磁界発生手段と、中
間電極とアノードとの間に接続された中間電極抵抗と、
フィラメントに接続されていてそれを加熱するものであ
って、フィラメントに流すフィラメント電流を外部から
の信号に応答して可変のフィラメント電源と、アノード
とフィラメントとの間に前者を正側にして接続された直
流のアーク電源とを備えるイオン源において、前記中間
電極抵抗に直列に接続されていて、そこを流れる電流を
検出する電流検出器と、この電流検出器で検出した電流
と予め設定した基準値とを比較し、両者の差に相当する
差信号を出力する比較回路と、この比較回路からの差信
号に応答して前記フィラメント電源を制御して、第１プ
ラズマ室内でアーク放電が生じているときに当該差信号
が０になるように、フィラメントに流すフィラメント電
流を制御する制御回路とを備えることを特徴とするイオ
ン源。
【請求項２】内部に第１プラズマ室およびそれに連通
する第１開口部を有し、第１プラズマ室内にガスが導入
される中間電極と、この第１プラズマ室内に設けられた
フィラメントと、内部に第２プラズマ室およびそれに連
通する第２開口部を有し、この第２開口部が中間電極の
第１開口部に連通しているアノードと、第２プラズマ室
の前記第２開口部に対向する部分に設けられていて、中
間電極と同電位に保たれる反射電極と、この反射電極ま
たはアノードに設けられていて、第２プラズマ室からイ
オンビームを引き出すためのイオン引出し口と、第１プ
ラズマ室から第２プラズマ室にかけての領域に、それら
の軸に沿う方向の磁界を発生させる磁界発生手段と、中
間電極とアノードとの間に接続された中間電極抵抗と、
フィラメントに接続されていてそれを加熱するものであ
って、フィラメントに流すフィラメント電流を外部から
の信号に応答して可変のフィラメント電源と、アノード
とフィラメントとの間に前者を正側にして接続された直
流のアーク電源とを備えるイオン源において、前記中間
電極とアノードとの間の電圧を検出する電圧検出器と、
この電圧検出器で検出した電圧と予め設定した基準値と
を比較し、両者の差に相当する差信号を出力する比較回
路と、この比較回路からの差信号に応答して前記フィラ
メント電源を制御して、第１プラズマ室内でアーク放電
が生じているときに当該差信号が０になるように、フィ
ラメントに流すフィラメント電流を制御する制御回路と
を備えることを特徴とするイオン源。
【請求項３】内部に第１プラズマ室およびそれに連通
する第１開口部を有し、第１プラズマ室内にガスが導入
される中間電極と、この第１プラズマ室内に設けられた
フィラメントと、内部に第２プラズマ室およびそれに連
通する第２開口部を有し、この第２開口部が中間電極の
第１開口部に連通しているアノードと、第２プラズマ室
の前記第２開口部に対向する部分に設けられていて、中
間電極と同電位に保たれる反射電極と、この反射電極ま
たはアノードに設けられていて、第２プラズマ室からイ
オンビームを引き出すためのイオン引出し口と、第１プ
ラズマ室から第２プラズマ室にかけての領域に、それら
の軸に沿う方向の磁界を発生させる磁界発生手段と、中
間電極とアノードとの間に接続された中間電極抵抗と、
フィラメントに接続されていてそれを加熱するものであ
って、フィラメントに流すフィラメント電流を外部から
の信号に応答して可変のフィラメント電源と、アノード
とフィラメントとの間に前者を正側にして接続された直
流のアーク電源とを備えるイオン源において、前記中間
電極抵抗を、外部からの信号に応答してその抵抗値が可
変のものにすると共に、前記アーク電源に直列に接続さ
れていて、そこを流れるアーク電流を検出する電流検出
器と、この電流検出器で検出したアーク電流と予め設定
した基準値とを比較し、両者の差に相当する差信号を出
力する第１の比較回路と、この第１の比較回路からの差
信号に応答して前記フィラメント電源を制御して、第１
プラズマ室内でアーク放電が生じているときに当該差信
号が０になるように、フィラメントに流すフィラメント
電流を制御する第１の制御回路と、前記中間電極とアノ
ードとの間の電圧を検出する電圧検出器と、この電圧検
出器で検出した電圧と予め設定した基準値とを比較し、
両者の差に相当する差信号を出力する第２の比較回路
と、この第２の比較回路からの差信号に応答して前記中
間電極抵抗を制御して、第１プラズマ室内でアーク放電
が生じているときに当該差信号が０になるように、中間
電極抵抗の抵抗値を制御する第２の制御回路とを備える
ことを特徴とするイオン源。