JPH0883586A - マイクロ波イオン源 - Google Patents
マイクロ波イオン源Info
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- Plasma Technology (AREA)
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Abstract
イクロ波イオン源を提供する。 【構成】 先細形状にしたアンテナ29と引き出し電極
36の間にアンテナ29との間の空間をアンテナ先端方
向に絞り込むようにすると共に引き出し電極36より低
電位の中間電極33を設けている。そのため、生成され
たプラズマ中の電子は中間電極33の電界で電子ビーム
となりプラズマ生成に利用され、生成されたプラズマは
中間電極33と引き出し電極36間の磁界により閉じ込
められるため、中間電極33の引き出し口34から引き
出し電極36の引き出し孔40の間で高密度のプラズマ
が生成される。そして高い引き出し電流密度を得ること
ができる。また中間電極33はアンテナ29との間の空
間の断面積が引き出し口方向に漸次小さくなっていて流
量抵抗が大きいため、同時に高いガス効率を得ることが
できる。
Description
しイオンを生成するマイクロ波イオン源に関する。
いられるマイクロ波イオン源には小型で高い電流密度の
引き出しが行えるものが要求されている。こうした要求
を実現するものとして提案されているマイクロ波イオン
源について図2を参照して説明する。
有し内部に放電室3を形成する非磁性材料製の円筒状の
容器で、その上部開口は強磁性材料製の蓋体4により気
密に閉塞されている。蓋体4にはマイクロ波の同軸端子
5が貫通して設けられており、さらに同軸端子5の先端
部には断面T字形状のアンテナ6がマイクロ波を放電室
3内に放射するように設けられている。なお、アンテナ
6には蓋体4の放電室3内に突出する鋭角端部4aが近
接して設けられている。
ンテナ6に対向するように平板状の引き出し電極7が設
けられている。この引き出し電極7は中心部に引き出し
孔8が形成されており、その厚さが引き出し孔8に向け
て漸次薄くなるようになっている。
状に形成された強磁性材料製の円筒状の接地電極9が引
き出し孔8と同軸中心となるように設けられていて、そ
の先端開口は引き出し電極7の下面に近接している。そ
して接地電極9も先端開口に向けて厚さが漸次薄くなる
ようになっている。
外周部には磁場形成手段として軸方向に着磁された円筒
状の永久磁石10が設けられ、その下端面を容器1のフ
ランジ2に当接し、上端面を蓋体4の下面に当接するよ
うにして挿着されている。なお、11は放電室3内にガ
ス導入口が開口する蓋体4に形成されたガス導入路であ
り、これにはガス導入管12を介して図示しないガス源
が接続されていて、放電室3内にイオン種のガスを導入
するようなっている。さらに13は容器1のフランジ2
に形成された冷却水路であり、14は容器1のフランジ
2と接地電極9との間に挿入された絶縁部材である。
いマグネトロン等によって発生したマイクロ波をアンテ
ナ6により放電室3内に放射し、放電室3内部に永久磁
石10によって印加された磁界との間で電子サイクロト
ロン共鳴(ECR)を起こし、マイクロ波放電でによっ
てプラズマを放電室3内に生成する。
源によって所定の電位となっている引き出し電極7と接
地電極9の間の電界によりビームとして引き出される。
このとき永久磁石10による磁界は、プラズマの生成に
必要なだけではなくイオンの引き出しにも重要な役割を
果たしている。
の永久磁石10の片側の磁極である上端を蓋体4の下面
に当接し、他側の磁極を強磁性材料製の接地電極9の近
傍に配置して放電室3内を経由する閉磁路を形成するこ
とで、磁力線が放電室3の中心部に集中し易くなるよう
に、また引き出し孔8に直行するような形状となってい
る。そしてこの磁力線に沿って放電室3内の低エネルギ
イオンが運動するため、ビームの発散を抑えた効率の良
いイオン引き出しを行うことができる。
孔8を出たイオンは、電界によって軌道が決まるために
磁力線の影響をほとんど受けず、また磁界の影響を受け
る放電室3内での磁力線の多くは引き出し電極7に衝突
するようになっているため、引き出し電流密度を上げる
ためには高密度プラズマの生成を行う必要がある。
段であるアンテナ6には図2に示した断面T字形状の他
に従来は螺旋形状のものが使用されおり、それ故にマイ
クロ波の電界集中が中心部では起こり難く、磁路中に設
置されたアンテナ6がイオンの供給を妨げる構造となっ
ている。このため、高密度プラズマを中心部付近に生成
するには適したものではなく、引き出し電流密度の高い
イオン源を実現できるものではない。また永久磁石10
の他側の磁極と接地電極9との距離によって放電室3内
の磁界及び接地電極9と引き出し電極7の間の電界も変
化し、プラズマの生成とビーム軌道が影響を受けてしま
うものである。
みて本発明はなされたもので、その目的とするところは
放電室内の中心部にマイクロ波の電界集中が起こり易い
ようにして高密度プラズマを生成し、高い電流密度の引
き出しができるマイクロ波イオン源を提供することにあ
る。
ン源は、磁場形成手段による磁場とマイクロ波により所
定ガスのプラズマが内部に生成される放電容器と、この
放電容器内にマイクロ波を導入するよう設けられ且つ磁
場形成手段の片磁極の磁路の一部をなす先細形状に形成
されたアンテナと、このアンテナの先端に引き出し孔が
対向するよう放電容器内に露出して設けられ且つ磁場形
成手段の他磁極の磁路をなす引き出し電極と、この引き
出し電極の引き出し孔とアンテナの先端との間に同軸中
心の引き出し口を有すると共にアンテナとの間の空間の
断面積が該引き出し口方向に漸次小さくするように設け
られ且つ磁場形成手段の片磁極の磁路の一部をなし引き
出し電極よりも低電位に保持される中間電極とを具備し
ていることを特徴とするものである。
は、先細形状にしたアンテナと引き出し電極の間にアン
テナとの間の空間をアンテナ先端方向に絞り込むように
すると共に引き出し電極より低電位の中間電極を設けて
いる。そのため、生成されたプラズマ中の電子は中間電
極の電界で電子ビームとなりプラズマ生成に利用され、
生成されたプラズマは中間電極と引き出し電極間の磁界
により閉じ込められるため、中間電極の引き出し口から
引き出し電極の引き出し孔の間で高密度のプラズマが生
成される。そして高い引き出し電流密度が得られる。ま
た中間電極はアンテナとの間の空間の断面積が引き出し
口方向に漸次小さくなっていて流量抵抗が大きいため、
高いガス効率を得ることができる。
明する。図1は縦断面図であり、21はフランジ22を
有し内部に放電室23を形成する非磁性材料製の円筒状
の容器で、その上部開口はシール部材24を設けるよう
にして強磁性材料製の蓋体25により気密に閉塞されて
いる。
貫通して設けられており、その間の空間には冷却水が流
される。同軸端子26の外周部分は冷却水のシール部材
27及び押え部材28によって気密に形成されている。
また同軸端子26の先端部には、先細形状に形成された
強磁性材料製で棒状のアンテナ29がマイクロ波を放電
室23内に放射するように設けられている。そしてこの
アンテナ29の先端部には、鍔30を蓋体25の下面に
当接するようにした強磁性材料製のスリーブ31が、絶
縁スリーブ32を間に設けアンテナ29の先細の先端を
放電室23内に露出させるように取着されている。
細の先端を覆うように強磁性材料製の中間電極33が設
けられている。この中間電極33は略円錐状をなす筒状
のもので、その先端部に小径の引き出し口34が形成さ
れている。さらに中間電極33の厚さは引き出し口34
に向けて漸次薄くなるようになっており、引き出し口3
4はアンテナ29の軸中心上に設けられている。そして
中間電極33の上端面には、蓋体25の下面に当接する
スリーブ31の鍔30との間に磁界調整用の第1のスペ
ーサ35が介在するよう設けられている。
製の厚肉平板状の引き出し電極36により、絶縁部材3
7を設けて所定寸法の隙間を設けると共にシール部材3
8を設けることで気密に閉塞されている。そして容器2
1の下部開口を閉塞する引き出し電極36は中央部が高
融点金属製の平板39で形成されており、この平板39
には引き出し孔40がアンテナ29の軸中心上に位置す
るように形成されている。さらに引き出し電極36は、
その厚さが引き出し孔40に向けて漸次薄くなるよう下
面側が凹状に形成されている。なお、41は引き出し電
極36に穿設された冷却水路で、温度上昇により引き出
し電極36が損傷するのを防ぐようになっている。
が円錐状に形成された非磁性材料製の円筒状の接地電極
42が、絶縁部材43及び取り付け部材44を間に設
け、引き出し孔40と同軸中心となるようにして固定さ
れている。そして接地電極42はその厚さが引き出し電
極36の下面に近接した先端開口45に向けて漸次薄く
なるように形成されている。
すなわち放電室23の外周部には磁場形成手段として軸
方向に着磁された短円筒状の永久磁石46が軸方向に2
つ連設するようにして挿着されている。これら永久磁石
46は、下方側の永久磁石46がその下端面を容器21
のフランジ22上面に形成された環状溝47の内底面に
当接させ、上方側の永久磁石46がその上端面と蓋体2
5の下面との間に磁界調整用の第2のスペーサ48を介
在させている。
開口する蓋体25に形成されたガス導入路であり、これ
にはガス導入管50を介して図示しないガス源が接続さ
れていて、放電室23内にイオン種のガスを導入するよ
うなっている。51は接地電極42の取り付け部材44
に形成されたガス排出口である。また各部位は活性ガス
の使用に耐えられるように所定の表面処理が施してあ
る。
にはそれぞれ所定の電位となるように図示しない電源が
接続され、さらに絶縁部材37によって引き出し電極3
6と電気的に絶縁されている中間電極33には、引き出
し電位よりも数十V低い電圧が印加されるようになって
いる。
スペーサ48を介し蓋体25に接続し、蓋体25にスリ
ーブ31の鍔30、第1のスペーサ35を介し中間電極
33を接続し、あるいは蓋体25にスリーブ31で分岐
し絶縁スリーブ32を介しアンテナ29を接続し、さら
に永久磁石46の他側の磁極を間に容器21のフランジ
22と隙間を介在させて引き出し電極36に接続して放
電室23内を経由する閉磁路を形成している。
のスペーサ48の長さや材質を適宜に設定することがで
き、適宜に設定することによって放電室23内の磁束密
度が所望する通りとなるよう予め調整できるようになっ
ている。
き出し電極36を強磁性材料製とし、永久磁石46に接
続する磁路中に同じく強磁性材料で製作された中間電極
33を設置している。また中間電極33と蓋体25との
間には調整用の第1のスペーサ35を設けており、中間
電極33と引き出し電極36の間の磁場強度を調整する
だけでなく、蓋体25との間に挿入されていることで磁
路を分割し、アンテナ29による磁界形成の役割も果た
している。
アンテナ29の先端(数百G)から引き出し電極36、
中間電極33から引き出し電極36(〜2kG)へと放
電室23の中心に集中するように形成され、プラズマの
輸送と閉じ込めに適した形状となっている。
いマグネトロン等によって発生したマイクロ波を、先端
に電界と磁界が集中するように設けられたアンテナ29
により放電室23内に放射し、また放電室23内にはガ
ス導入路49を経由してガス導入口から酸素やアルゴン
などのイオン種のガスが導入され、放電室23の外側周
囲に設置された永久磁石46により、放電室23内に磁
界を印加し、放射されたマイクロ波との間で電子サイク
ロトロン共鳴(ECR)を起こしてマイクロ波放電を行
ってプラズマを生成する。
36と接地電極42の間の電界によってビームとして引
き出される。こうした生成過程で、中間電極33の引き
出し口34から引き出し電極36にかけての漸次狭くな
る空間で高密度プラズマの生成が行われ、引き出し電流
密度が増加する。また、中間電極33の電界が進行方向
に対して低速度成分を持つイオンの運動を抑制すること
でエネルギ幅を減少させることができる。
ためにガス効率の向上が可能となり、また磁界の形成効
率が向上したために磁場形成手段である永久磁石46を
小形化することができる。
は、先細形状にしたアンテナと引き出し電極の間に引き
出し電極より低い電位の中間電極を設ける構成としたこ
とにより、高密度プラズマの生成が可能となり、高い引
き出し電流密度が得られる。
Claims (1)
- 【請求項1】 磁場形成手段による磁場とマイクロ波に
より所定ガスのプラズマが内部に生成される放電容器
と、この放電容器内に前記マイクロ波を導入するよう設
けられ且つ前記磁場形成手段の片磁極の磁路の一部をな
す先細形状に形成されたアンテナと、このアンテナの先
端に引き出し孔が対向するよう前記放電容器内に露出し
て設けられ且つ前記磁場形成手段の他磁極の磁路をなす
引き出し電極と、この引き出し電極の引き出し孔と前記
アンテナの先端との間に同軸中心の引き出し口を有する
と共に前記アンテナとの間の空間の断面積が該引き出し
口方向に漸次小さくするように設けられ且つ前記磁場形
成手段の片磁極の磁路の一部をなし前記引き出し電極よ
りも低電位に保持される中間電極とを具備していること
を特徴とするマイクロ波イオン源。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21838494A JP3529445B2 (ja) | 1994-09-13 | 1994-09-13 | マイクロ波イオン源 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21838494A JP3529445B2 (ja) | 1994-09-13 | 1994-09-13 | マイクロ波イオン源 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0883586A true JPH0883586A (ja) | 1996-03-26 |
JP3529445B2 JP3529445B2 (ja) | 2004-05-24 |
Family
ID=16719065
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP21838494A Expired - Lifetime JP3529445B2 (ja) | 1994-09-13 | 1994-09-13 | マイクロ波イオン源 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3529445B2 (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001160368A (ja) * | 1999-12-01 | 2001-06-12 | Sumitomo Eaton Noba Kk | イオン源 |
WO2010008924A3 (en) * | 2008-07-16 | 2010-04-22 | Carl Zeiss Smt Inc. | Increasing current in charged particle sources and systems |
JP2021502688A (ja) * | 2017-11-13 | 2021-01-28 | デントン・ヴァキューム・エルエルシー | 線形化されたエネルギーの無線周波数プラズマイオン供給源 |
-
1994
- 1994-09-13 JP JP21838494A patent/JP3529445B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001160368A (ja) * | 1999-12-01 | 2001-06-12 | Sumitomo Eaton Noba Kk | イオン源 |
WO2010008924A3 (en) * | 2008-07-16 | 2010-04-22 | Carl Zeiss Smt Inc. | Increasing current in charged particle sources and systems |
US8124941B2 (en) | 2008-07-16 | 2012-02-28 | Carl Zeiss Nts, Llc | Increasing current in charged particle sources and systems |
JP2021502688A (ja) * | 2017-11-13 | 2021-01-28 | デントン・ヴァキューム・エルエルシー | 線形化されたエネルギーの無線周波数プラズマイオン供給源 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP3529445B2 (ja) | 2004-05-24 |
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