JPH0836983A - イオン源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ガス使用時にオーブンからの蒸気がプラズマ
生成部内のガスに混入するするのを防止できるようにし
たイオン源を提供すること。 【構成】 固体試料２１をヒータ２２を用いて加熱し、
蒸気２３を発生させるオーブン２に、温度制御可能な冷
却機構６を付設したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、固体試料加熱用のオ
ーブンを有し、イオン種としてガスとオーブンからの蒸
気とを切換えて使用することができるようにしたイオン
源に関し、より具体的には、ガス使用時にオーブンから
の蒸気がプラズマ生成部内のガスに混入するのを防止す
る手段に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種のイオン源の従来例を第３図に示
す。このイオン源は、フリーマン型イオン源と呼ばれる
ものであり、導入されたイオン種を用いてプラズマ（図
示省略）を発生させるプラズマ生成部１と、固体試料２
１を例えば、シーズヒータなどのヒータ２２により加熱
して蒸気２３を発生させるオーブン２とを備えている。
前記プラズマ生成部１は、イオン源フランジ３から支持
されており、オーブン２は、前記イオン源フランジ３に
取付けられたオーブンフランジ２４から支持されてい
る。２５は、前記ヒータ２２用の電流導入端子である。

【０００３】プラズマ生成部１は、その前面部にスリッ
ト１１が設けられたプラズマ生成容器１２を有してお
り、その内部に前記スリット１１に沿ってカソードとし
ての棒状のフィラメント１３が配設されている。また、
プラズマ生成容器１２の側壁部にはガス導入口１４が、
底部には蒸気導入口１５を有する蒸気導入部１６がそれ
ぞれ設けられている。

【０００４】ガス導入口１４には、ガス源４から開閉弁
４１を経由して、ガスイオン種としてのガス４２、例え
ばヒ素や三フッ化ホウ素などが供給される。

【０００５】オーブン２は、試料室２６内に収納した固
体試料２１、例えばリン、ヒ素、金属などの単体または
これらの酸化物、フッ化物などの化合物を試料室２６の
外部に設けたヒータ２２で加熱して固体イオン種として
の蒸気２３を発生するものであり、試料室２６の前方部
に蒸気導入ノズル２７を有している。この蒸気導入ノズ
ル２７は、その先端部分がプラズマ生成部１の蒸気導入
部１６内に挿入されており、したがって蒸気２３は、こ
の蒸気導入ノズル２７および蒸気導入部１６を経由して
プラズマ生成容器１２内に導入される。前記試料室２６
の近傍には、図示しないが熱電対またはその他の測温素
子が設置され、これからの信号によってヒータ２２へ供
給する電流を制御し、試料室２６の温度を一定に保って
いる。

【０００６】なお、プラズマ生成容器１２のスリット１
１の前方には、通常は複数枚の電極で構成された引出し
電極系が設けられるが、ここではその図示を省略してい
る。

【０００７】次に、動作例について説明すると、先ず、
イオン種として固体試料２１を用いる場合は、図示しな
い電源につながれた電流導入端子１７を介してフィラメ
ント１３に電力を供給し、フィラメント１３を加熱する
とともに、このフィラメント１３とプラズマ生成容器１
２との間に図示しない電源からアーク電圧を印加し、か
つプラズマ生成容器１２内にイオン種として、例えばオ
ーブン２からの蒸気２３を導入してフィラメント１３と
プラズマ生成容器１２との間でアーク放電を起させる
と、プラズマ生成容器１２内にプラズマが生成される。
そして、このプラズマからスリット１１を通して、図示
しない引出し電極系に印加された電界の作用でイオンビ
ーム５を引出すことができる。

【０００８】次に、イオン種をガス４２に切換える場合
は、オーブン２のヒータ２２への通電を切り、その代り
に開閉弁４１を開いてガス源４からガス導入口１４を介
してプラズマ生成容器１２内にガス４２を導入し、上述
の固体試料２１を用いる場合と同様、フィラメント１３
を加熱するとともに、フィラメント１３とプラズマ生成
容器１２との間でアーク放電を起させると、プラズマ生
成容器１２内にプラズマが生成される。

【０００９】このようなイオン源は、固体イオン種とガ
スイオン種との切替えを短時間で行うことができるとい
う長所を有している。

【００１０】

【発明が解決しょうとする課題】ところが、上述のよう
な構成のイオン源においては、イオン種としてガス４２
を使用しているときに、オーブン２のヒータ２２への通
電を切っているにもかかわらず、プラズマ生成部１から
の輻射熱１８、より具体的にはそのフィラメント１３や
アーク放電などによる輻射熱１８や、イオン源が正電位
にあるため周りの電子が吸込まれ、これによって発生す
る熱などによって、オーブン２が加熱されて温度上昇す
る。イオン源の構造や運転条件によって異なるが、従来
の例では、フル定格で運転時、百数十度になることがあ
った。

【００１１】このようにオーブン２が温度上昇すると、
それによって試料室２６内に充填されている固体試料２
１が加熱され、蒸気２３を放出し、これがプラズマ生成
部１内に導入されてガス４２に混入するといった問題が
ある。このような混入が生じると、不要イオンによって
引出し電流が増大し、電源容量不足となったり、ガス圧
増大にともなう放電、不要ガスによる引出し電極系やプ
ラズマ生成容器１２などの汚れが発生して放電の増加に
つながる他、イオンビーム５中に含まれる所望イオンの
割合が低下してしまうなどといった不都合があった。

【００１２】そこでこの発明は、ガス使用時にオーブン
からの蒸気がプラズマ生成部内のガスに混入するするの
を防止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。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明のイオン源は、オーブンに温度制御可能な
冷却機構を付設したことを特徴とする。

【００１４】

【作用】上記構成によれば、イオン種としてガスを使用
する場合、すなわち、オーブンを使用しない場合には、
オーブンに付設した冷却機構を動作させると、オーブン
の試料室は所定の温度以下に冷却される。従って、ガス
使用時に、プラズマ生成室からの輻射熱や電子による熱
入力があっても、試料室は所定の温度以上には温度上昇
しない。その結果、試料室内の固体試料は蒸気化され
ず、プラズマ生成部内のガスに、固体試料による蒸気が
混入するのを防止することができる。

【００１５】なお、試料室の温度をどの程度に抑えるか
は、固体試料の物性、形状や大きさなどによって大きく
異なるが、本発明者の実験によれば、例えば固体ヒ素の
顆粒の場合、１００℃以下に抑えれば、その蒸発が問題
とならない程度のレベルに抑えられた。

【００１６】

【実施例】図１は、この発明の一実施例に係るイオン源
を示す要部断面図である。なお、図３の従来例と同じ符
号を付した部分は、同一または対応する部分を示す。以
下においては当該従来例との相違点を主に説明する。

【００１７】この実施例においては、前述したオーブン
２の試料室２６の外側を覆うように、試料室２６の温度
制御を行うことのできる冷却機構６を付設している。温
度制御が可能な冷却機構６は、この実施例では、試料室
２６の外周に設けられた、例えばシーズヒータなどから
なるヒータ２２の外側を覆うように冷却パイプ６１を設
け、この冷却パイプ６１内を、大気側に設けられた図示
しない冷媒源から接続パイプ６２を介して、例えば、窒
素などの不活性ガスあるいは空気などからなる冷媒６３
を循環するよう構成されている。冷媒６２の流量制御な
どは、例えば、試料室２６の近傍に設けられた図示しな
い熱電対からの信号に基づき、試料室２６が所定の温度
以下に冷却されるように制御される。

【００１８】冷媒６３の流量は、冷却パイプ６１の形
状、内径や長さ、さらには設定温度などによって異なる
が、例えば、冷媒６３として窒素を用い、試料室２６を
１００℃以下とする場合、冷却パイプ６１として内径２
ｍｍ、その長さが４０ｃｍ程度としたとき、３リッタ／
分程度とすればよい。

【００１９】動作例を説明すると、オーブン２を使用す
るときは、冷却機構６の動作を停止しておき、ヒータ２
２に通電して試料室２６内の固体試料２１を加熱する。
したがって、オーブン２の試料室２６で発生された蒸気
２３は、蒸気導入ノズル２７および蒸気導入部１６の蒸
気導入口１５を通じてプラズマ生成部１内に導入され
る。勿論、このときガスラインの開閉弁４１は閉じてお
く。

【００２０】イオン種をガスに切換えるときは、ヒータ
２２への通電を切るとともに、冷却機構６を運転し、冷
却パイプ６１内へ冷媒６３を強制循環して試料室２６が
所定の温度以上に温度上昇しないように冷却する。そし
て、開閉弁４１を開いてプラズマ生成部１内にガス４２
を導入する。

【００２１】試料室２６は、所定の温度以上に温度上昇
しないように冷却機構６によって冷却されているので、
試料室２６内の固体試料２１は加熱されず、蒸気２３は
発生しない。その結果、ガス使用時にプラズマ生成部１
内のガス４２に蒸気２３が混入するのを防止することが
でき、ひいてはガス使用時に、不要イオンによる引出し
電流が増大し、電源容量不足となったり、ガス圧増大に
ともなう放電、不要ガスによる引出し電極系やプラズマ
生成容器１２などの汚れが発生して放電の増加につなが
るのを防止することができる他、イオンビーム５中に含
まれる所望イオンの割合が低下するのを防止することも
できる。

【００２２】図２は、この発明の他の実施例に係るイオ
ン源を示す要部断面図である。以下、前述の実施例との
相違点のみを主に説明する。前述の実施例では、冷却機
構６として、ヒータ２２の外側を覆うように冷却パイプ
６１を設け、この冷却パイプ６１内に冷媒６３を循環す
るようにしたが、この実施例では、試料室２６の外周を
覆うように冷媒溜室６４を形成し、この冷媒溜室６４に
大気側に設けられた図示しない冷媒源から接続パイプ６
２を介して前述の実施例と同様、例えば、窒素などの不
活性ガスあるいは空気などの冷媒６３を試料室２６が所
定の温度以下に冷却されるように循環させる。

【００２３】以上の構成によっても、前述の実施例と同
様、ガス使用時にプラズマ生成部１内のガス４２に蒸気
２３が混入するのを防止することができ、ひいてはガス
使用時に、不要イオンによる引出し電流が増大し、電源
容量不足となったり、ガス圧増大にともなう放電、不要
ガスによる引出し電極系やプラズマ生成容器１２などの
汚れが発生して放電の増加につながるのを防止すること
ができる他、イオンビーム５中に含まれる所望イオンの
割合が低下するのを防止することもできる。

【００２４】なお、上述した実施例では、いずれもガス
使用時のみ冷却機構６を運転する場合について詳述した
が、前記冷却機構６をオーブン２の使用時にも運転し、
例えば、図示しない熱電対からの信号を基に、ヒータ２
２への通電量と冷却機構６の冷媒６３の流量などとを図
示しないコントローラで制御すれば、試料室２６の温度
がより安定し、固体試料２１の蒸発量の制御性がより向
上し、都合がよいのは勿論である。

【００２５】また、上述した実施例では、いずれも冷媒
６３として、気体を用いた場合について述べたが、必用
に応じて純水などの液体を用いてもよいのは勿論であ
る。このような液体を冷媒６３として用いる場合は、オ
ーブン２の使用時に高温となるため、蒸発時に残渣が残
っても、その後再度冷却のために液体を冷媒６３として
循環させても問題がないような冷却用冷媒であるのが好
ましい。

【００２６】また、上述した実施例では、いずれもヒー
タ２２として、シーズヒータを用いたが、この発明は、
これに限られることはなく、例えばニクロム線や、他の
金属線をヒータ２２として用いたオーブンにも適用でき
るのは勿論である。

【００２７】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、ガス使
用時に、冷却機構を運転し、冷却パイプ内へ冷媒を強制
循環して試料室が所定の温度以上に温度上昇しないよう
に冷却することができるので、試料室内の固体試料は気
化せず、蒸気は発生しない。その結果、ガス使用時にプ
ラズマ生成部内のガスに蒸気が混入するのを防止するこ
とができ、ひいてはガス使用時に、不要イオンによる引
出し電流が増大し、電源容量不足となったり、ガス圧増
大にともなう放電、不要ガスによる引出し電極系やプラ
ズマ生成容器などの汚れが発生して放電の増加につなが
るのを防止することができる他、イオンビーム中に含ま
れる所望イオンの割合が低下するのを防止することもで
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要部
断面図である。

【図２】この発明の他の実施例に係るイオン源を示す要
部断面図である。

【図３】従来のイオン源の一例を示す断面図である。

【符号の説明】

１ プラズマ生成部 ２ オーブン ６ 冷却機構 １４ ガス導入口 １６ 蒸気導入部 ２１ 固体試料 ２２ ヒータ ２３ 蒸気 ４２ ガス ６１ 冷却パイプ ６３ 冷媒 ６４ 冷媒溜室

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 導入されたイオン種を用いてプラズマを
   発生させるものであって、ガス導入口および蒸気導入部
   を有するプラズマ生成部と、固体試料をヒータによって
   加熱して蒸気を発生させこれをプラズマ生成部に供給す
   るオーブンとを備え、前記プラズマ生成部内にイオン種
   としてガスと、オーブンからの蒸気とを切換えて導入す
   るようにしたイオン源において、前記オーブンに温度制
   御可能な冷却機構を付設してなることを特徴とするイオ
   ン源。