JPH09288980A - Cathode supply ion source device - Google Patents
Cathode supply ion source deviceInfo
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- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、陰極供給型イオ
ン源に関するものである。さらに詳しくは、この発明
は、電子材料や光関連材料、コーティング材料等の創
製、その他各種のイオンプロセッシング、さらには材料
の組成や構造を分析する物理分析等、真空中でイオンを
利用する技術分野において有用な、陰極供給型イオン源
に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cathode supply type ion source. More specifically, the present invention relates to a technical field utilizing ions in a vacuum, such as creation of electronic materials, photo-related materials, coating materials, and other various ion processing, and further physical analysis for analyzing the composition and structure of materials. In a cathode-fed ion source.
【0002】[0002]
【従来の技術とその課題】熱フィラメント方式によるイ
オン源装置の陰極は高い熱電子放出率を有する材質が好
ましい。多くのイオンを得るには、まず、多量の熱電子
を生成する必要があることから、フィラメントの材質
は、導電性があり、低スパッタリングイールド、高融
点、さらには低蒸気圧物質であること等がその物性とし
て望ましく、従来より、タングステンが用いられてきて
いる。2. Description of the Related Art The cathode of an ion source device of the hot filament type is preferably made of a material having a high thermionic emission rate. In order to obtain many ions, it is necessary to generate a large amount of thermoelectrons first. Therefore, the material of the filament has conductivity, low sputtering yield, high melting point, and low vapor pressure substance. Is desirable as its physical property, and tungsten has been used conventionally.
【0003】しかしながら、従来のイオン源において
は、イオンスパッタリング効果や熱的蒸発等によってフ
ィラメントが急速に消耗するという問題がある。そこ
で、長時間の使用に耐えうるようにするにはタングステ
ンの線径を太くする必要があるが、フィラメントの線径
が太くなるとイオン源から発せられるイオンビームの収
束性は低下し、さらには、線径が太いフィラメントにお
いて十分な熱電子を得るには大電流を流す必要が生じる
ため、電流容量の大きな電源が必要になるという欠点が
避けられない。However, the conventional ion source has a problem that the filament is rapidly consumed due to the ion sputtering effect, thermal evaporation, and the like. Therefore, in order to withstand long-term use, it is necessary to thicken the wire diameter of tungsten, but if the wire diameter of the filament becomes thick, the converging property of the ion beam emitted from the ion source decreases, and further, Since a large current needs to flow in order to obtain sufficient thermoelectrons in a filament having a large wire diameter, the drawback that a power source with a large current capacity is required is inevitable.
【0004】また、従来のイオン源装置では、フィラメ
ントが消耗してイオン生成の性能が低下した場合、装置
を大気に曝して新しい陰極と交換する必要があり、この
ようなフィラメントの交換の度に必要となるガス出し操
作や交換後のイオンビームの調整作業には多大な時間と
労力を要し、さらには装置が大気に曝されることにより
装置内の到達圧力及び真空の質が低下する等の問題もあ
った。Further, in the conventional ion source device, when the filament is consumed and the performance of ion generation is deteriorated, it is necessary to expose the device to the atmosphere and replace it with a new cathode. It takes a lot of time and labor to perform the necessary gas discharge operation and the adjustment work of the ion beam after replacement, and further, the ultimate pressure and vacuum quality inside the equipment deteriorate due to exposure of the equipment to the atmosphere, etc. There was also a problem.
【0005】この発明は、以上通りの事情を鑑みてなさ
れたものであり、真空中でガスイオンや金属イオンなど
の各種イオンを発生させるフィラメント方式のイオン源
装置において、フィラメントの線径を従来のように太く
することなく、イオンビームの収束性を良好とし、電流
容量の比較的小さな電源を使用し、しかも装置を大気に
曝すことなく、消耗した陰極を交換することのできる、
新しいイオン源装置を提供することを目的としている。The present invention has been made in view of the above circumstances, and in a filament type ion source device for generating various ions such as gas ions and metal ions in a vacuum, the filament diameter of the filament type is the same as the conventional one. It is possible to replace the exhausted cathode without making the beam thicker, to improve the convergence of the ion beam, to use a power source with a relatively small current capacity, and without exposing the device to the atmosphere.
It is intended to provide a new ion source device.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】この発明は、上記の課題
を解決するものとして、熱フィラメント方式のイオン源
装置であって、イオン化室に設けた導入部と回収部を通
じて、イオン化室内にフィラメントを移動させて供給す
る手段と、消耗したフィラメントをイオン化室内より回
収する手段とを備え、手動または自動でイオン化室内に
新しいフィラメントを導き、大気に曝すことなく、消耗
したフィラメントを連続的に交換することを特徴とする
陰極供給型イオン源装置(請求項1)を提供する。In order to solve the above-mentioned problems, the present invention is a hot filament type ion source device, in which a filament is introduced into an ionization chamber through an introduction part and a recovery part provided in the ionization chamber. Equipped with a means for moving and supplying and a means for collecting the consumed filament from the ionization chamber, and manually or automatically introducing a new filament into the ionization chamber, and continuously exchanging the consumed filament without exposing to the atmosphere. A cathode supply type ion source device (claim 1) is provided.
【0007】また、この発明は、上記装置であって、長
尺のフィラメントを移動させて供給するために巻回させ
たフィラメントを巻戻して供給するフィラメント供給リ
ールと、消耗したフィラメントをイオン化室内より回収
するフィラメント巻き取りリールとを備え、手動または
自動で回転可能としたフィラメント巻き取りリールとフ
ィラメント供給リールの回転によってイオン化室内に新
しいフィラメントを導き、大気に曝すことなく、消耗し
たフィラメントを連続的に交換することを特徴とする陰
極供給型イオン源装置(請求項2)を提供する。Further, the present invention is the above-mentioned device, wherein a filament supply reel for rewinding and supplying a wound filament for moving and supplying a long filament, and a consumable filament in the ionization chamber. A filament take-up reel that collects and rotates the filament take-up reel and the filament supply reel that can be rotated manually or automatically introduces a new filament into the ionization chamber, and continuously consumes the consumed filament without exposing it to the atmosphere. Provided is a cathode-fed ion source device (claim 2), which is exchanged.
【0008】さらにまた、この発明は、フィラメントが
単線または複数本の細線の撚線より成る陰極供給型イオ
ン源装置(請求項3)や、フィラメントを一定時間間隔
で交換するか、または使用中のフィラメントの消耗度を
フィラメント電流・電圧やイオン電流などを検知し、そ
のいずれかがある設定値に達した時に手動または自動で
交換する陰極供給型イオン源装置(請求項4)等の態様
も提供する。Furthermore, the present invention provides a cathode-fed ion source device (claim 3) in which the filament is a single wire or a twisted wire of a plurality of fine wires, and the filament is replaced at regular time intervals or is in use. Also provided is an aspect such as a cathode supply type ion source device (Claim 4) which detects the consumption of the filament by detecting the filament current / voltage, the ion current, etc., and when any one of them reaches a certain set value, it is replaced manually or automatically. To do.
【0009】[0009]
【発明の実施の形態】この発明においては、上記の構成
によって、イオン源装置に配設されたフィラメントの供
給手段と回収手段によって、消耗したフィラメントを新
しいフィラメントに連続的に交換することを可能として
いる。このため、たとえば供給手段として供給リール
を、また回収手段として巻き取りリールを用いる場合等
において、フィラメントは細径の可撓性のあるものが使
用でき、このことによってイオンビームの収束を良好と
し、より小型の電源の使用を可能とする。フィラメント
巻き取り方式の場合には、フィラメント線材としては直
径0.01〜0.5mm程度のものも使用でき、イオン
ビームの収束性はフィラメントの線径に比例することか
ら、従来のイオン源における直径2mm程度のフィラメ
ントに比べてはるかにイオンビームの収束性が向上す
る。また、装置を大気に曝して新しい陰極と交換する必
要がなくなり、それに伴ってフィラメントの交換の度に
必要となるガス出し操作や交換後のイオンビームの調整
作業も不要となる。また、従来のイオン源において、フ
ィラメントを交換する際に装置を大気に曝すことで生じ
る到達圧力及び真空の質の低下も防ぐことができる。消
耗したフィラメントを連続的に交換できるため、イオン
源の連続長時間運転が可能となる。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION In the present invention, with the above construction, it is possible to continuously replace a consumed filament with a new filament by means of filament supply means and recovery means arranged in the ion source device. There is. Therefore, for example, when a supply reel is used as the supply means and a take-up reel is used as the recovery means, a filament having a small diameter and flexibility can be used, which improves ion beam convergence. Allows the use of smaller power supplies. In the case of the filament winding method, a filament wire having a diameter of about 0.01 to 0.5 mm can also be used, and the focusing property of the ion beam is proportional to the wire diameter of the filament. The ion beam converging property is much improved as compared with a filament of about 2 mm. Further, it is not necessary to expose the device to the atmosphere to replace it with a new cathode, and accordingly, the gas discharge operation and the adjustment work of the ion beam after replacement, which are required every time the filament is replaced, are also unnecessary. Further, in the conventional ion source, it is possible to prevent deterioration of ultimate pressure and vacuum quality caused by exposing the apparatus to the atmosphere when replacing the filament. Since the consumed filaments can be continuously replaced, the ion source can be operated continuously for a long time.
【0010】供給リールと巻き取りリールは、手動また
は自動的に回転できるようにすればよく、これらリール
の大きさやフィラメントと巻回量、長さは適宜に決めら
れる。以下、実施例を示してさらに詳しく陰極供給型イ
オン源装置について説明する。The supply reel and the take-up reel may be rotated manually or automatically, and the size of these reels, the filament, the winding amount, and the length are appropriately determined. Hereinafter, the cathode supply type ion source device will be described in more detail with reference to Examples.
【0011】[0011]
【実施例】添付した図面の図1は、この発明の陰極供給
型イオン源装置を例示した断面図である。図2はイオン
源装置を真空容器に装着したイオンビーム照射装置の全
体構成を例示したものである。この例では、いわゆるフ
リーマン型のイオン源装置を示しているが、この発明の
陰極供給型イオン源装置はこのタイプに限定されるもの
ではない。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 of the accompanying drawings is a cross-sectional view illustrating a cathode supply type ion source device of the present invention. FIG. 2 exemplifies the overall configuration of an ion beam irradiation device in which an ion source device is attached to a vacuum container. Although a so-called Freeman type ion source device is shown in this example, the cathode supply type ion source device of the present invention is not limited to this type.
【0012】例示した図1の装置では、作動ガスをガス
導入口Aからイオン化室B内に導入し、フィラメント
(1)に上部フィラメント電極(2)および下部フィラ
メント電極(3)を介して通電することにより陽極
(4)との間でプラズマを発生させ、引出し電極(1
4)にバイアスを印加することによってイオンを引き出
す。陽極(4)への電圧の印加は、陽極電極(5)を通
して行われる。In the illustrated apparatus of FIG. 1, a working gas is introduced into the ionization chamber B from the gas inlet A, and the filament (1) is energized through the upper filament electrode (2) and the lower filament electrode (3). As a result, plasma is generated between the anode (4) and the extraction electrode (1
Ions are extracted by applying a bias to 4). The voltage is applied to the anode (4) through the anode electrode (5).
【0013】フィラメント(1)は、従来のフィラメン
トに比べて細径の、単線または撚線を用いることができ
る。そして、図1に例示したように、必要に応じて数十
センチメートルから数メートルのフィラメント(1)を
供給リール(6)に巻き付け、この供給リール(6)か
らフィラメント(1)をイオン化室内に供給し、イオン
化室内を貫通させて巻き取りリール(7)によって回収
する。As the filament (1), a single wire or a stranded wire having a smaller diameter than that of a conventional filament can be used. Then, as illustrated in FIG. 1, a filament (1) of several tens of centimeters to several meters is wound around a supply reel (6) as necessary, and the filament (1) is introduced from the supply reel (6) into the ionization chamber. It is supplied, penetrates the ionization chamber, and is collected by the take-up reel (7).
【0014】上部フィラメント電極(2)と下部フィラ
メント電極(3)を通してのフィラメント(1)への通
電により、たとえば、供給側補助ローラー(10)から
巻き取り側補助ローラー(11)までの間、約50mm
のフィラメント(1)が加熱される。フィラメント
(1)は陽極(4)との接触を防止するために、陽極
(4)に配設された上部絶縁碍子(12)と下部絶縁碍
子(13)を通してイオン化室に導かれる。By energizing the filament (1) through the upper filament electrode (2) and the lower filament electrode (3), for example, from the supply side auxiliary roller (10) to the winding side auxiliary roller (11), 50 mm
Filaments (1) are heated. The filament (1) is guided to the ionization chamber through an upper insulator (12) and a lower insulator (13) arranged in the anode (4) in order to prevent contact with the anode (4).
【0015】通常、一定のイオン電流を取り出すために
は、フィラメント(1)に印加される電流または電圧を
制御して設定値に保持する。フィラメント(1)の寿命
は、そのフィラメント電流・電圧や、イオン電流の変化
で知ることができる。たとえば、定電流制御の場合、電
圧が初期値の1.3倍に達したのを目途に、手動または
自動により巻き取りリール(7)を回転させて約50m
m巻取り、新しいフィラメント(1)を供給する。Usually, in order to extract a constant ionic current, the current or voltage applied to the filament (1) is controlled and held at a set value. The life of the filament (1) can be known from changes in the filament current / voltage and the ionic current. For example, in the case of constant current control, when the voltage reaches 1.3 times the initial value, the take-up reel (7) is rotated manually or automatically for about 50 m.
m winding and supplying new filament (1).
【0016】供給リール(6)と巻き取りリール(7)
は、それぞれ電気的には絶縁されており、必要に応じて
真空フランジ(16)に取り付けられた供給側回転駆動
機(8)と巻き取り側回転駆動機(9)によって、真空
を保持したまま回転される。これらの真空フランジ(1
6)に取り付けられたイオン源は、他の筺体との放電を
防止するための保護カバー(15)で被われている。Supply reel (6) and take-up reel (7)
Are electrically insulated from each other, and the vacuum is maintained by the supply side rotary drive (8) and the winding side rotary drive (9) which are attached to the vacuum flange (16) as required. Is rotated. These vacuum flanges (1
The ion source attached to 6) is covered with a protective cover (15) for preventing discharge with other housings.
【0017】もちろん、この発明は、以上の例に限定さ
れることはない。リールを用いることなく、直線的にフ
ィラメントをイオン化室B内に供給し、消耗したフィラ
メントを回収する様々な機構と態様のものがこの発明に
包含される。その細部については様々に可能である。Of course, the present invention is not limited to the above examples. The present invention includes various mechanisms and modes for linearly supplying the filament into the ionization chamber B and collecting the consumed filament without using the reel. The details can vary.
【0018】[0018]
【発明の効果】この発明により、以上詳しく説明したと
おり、より細径の可撓性のある長尺フィラメントを連続
して供給、回収できるため、イオンビームの収束を良好
とし、電源の小型化や陰極交換のための時間と労力を軽
減できるのみならず、真空度や真空の質を長時間良好な
状態に保持することができるため、高純度物質の創製や
高精度分析等が可能となる。As described above in detail, according to the present invention, since a long filament having a smaller diameter and flexibility can be continuously supplied and collected, the ion beam can be converged favorably and the power source can be downsized. Not only the time and labor for exchanging the cathode can be reduced, but also the degree of vacuum and the quality of the vacuum can be maintained in a good state for a long time, so that it is possible to create a high-purity substance and perform highly accurate analysis.
【0019】この発明の装置によって、イオンを利用す
る技術分野に多大な効果をもたらすことができる。The apparatus of the present invention can bring a great effect to the technical field utilizing ions.
【図1】この発明の陰極供給型イオン源の断面図であ
る。FIG. 1 is a cross-sectional view of a cathode supply type ion source of the present invention.
【図2】図1の装置を装着したイオンビーム照射装置を
例示した断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating an ion beam irradiation device equipped with the device of FIG.
1 フィラメント 2 上部フィラメント電極 3 下部フィラメント電極 4 陽極 5 陽極電極 6 供給リール 7 巻き取りリール 8 供給リール回転駆動機 9 巻き取りリール回転駆動機 10 供給側補助リール 11 巻き取り側補助リール 12 供給側絶縁碍子 13 巻き取り側絶縁碍子 14 引出し電極 15 保護カバー 16 真空フランジ A ガス導入口 B イオン化室 1 Filament 2 Upper filament electrode 3 Lower filament electrode 4 Anode 5 Anode electrode 6 Supply reel 7 Take-up reel 8 Supply reel rotation drive machine 9 Take-up reel rotation drive machine 10 Supply side auxiliary reel 11 Winding side auxiliary reel 12 Supply side insulation Insulator 13 Winding-side insulator 14 Extraction electrode 15 Protective cover 16 Vacuum flange A Gas inlet B Ionization chamber
Claims (4)
って、イオン化室に設けた導入部と回収部を通じて、イ
オン化室内にフィラメントを移動させて供給する手段
と、消耗したフィラメントをイオン化室内より回収する
手段とを備え、手動または自動でイオン化室内に新しい
フィラメントを導き、大気に曝すことなく、消耗したフ
ィラメントを連続的に交換することを特徴とする陰極供
給型イオン源装置。1. A hot-filament type ion source device, comprising means for moving and supplying filaments into the ionization chamber through an introduction part and a collection part provided in the ionization chamber, and collecting the consumed filaments from the ionization chamber. Means for introducing a new filament into the ionization chamber manually or automatically, and continuously replacing the exhausted filament without exposing it to the atmosphere.
メントを移動させて供給するために巻回させたフィラメ
ントを巻戻して供給するフィラメント供給リールと、消
耗したフィラメントをイオン化室内より回収するフィラ
メント巻き取りリールとを備え、手動または自動で回転
可能としたフィラメント巻き取りリールとフィラメント
供給リールの回転によってイオン化室内に新しいフィラ
メントを導き、大気に曝すことなく、消耗したフィラメ
ントを連続的に交換することを特徴とする陰極供給型イ
オン源装置。2. The apparatus according to claim 1, wherein a filament supply reel that rewinds and supplies a filament wound in order to move and supply a long filament and a spent filament are collected from the ionization chamber. With a filament take-up reel that can be rotated manually or automatically, a new filament is introduced into the ionization chamber by the rotation of the filament take-up reel and the filament supply reel, and the exhausted filament is continuously replaced without being exposed to the atmosphere. A cathode supply type ion source device characterized in that
の撚線から成る請求項1または2の陰極供給型イオン源
装置。3. A cathode supply type ion source device according to claim 1, wherein the filament comprises a single wire or a twisted wire of a plurality of thin wires.
か、または使用中のフィラメントの消耗度をフィラメン
ト電流・電圧やイオン電流等を検知し、設定値に達した
時に手動または自動で交換する請求項1ないし3のいず
れかの陰極供給型イオン源装置。4. The filament is replaced at regular time intervals, or the degree of wear of the filament in use is detected manually by detecting filament current / voltage, ion current, etc., and when the set value is reached, it is replaced manually or automatically. 1. A cathode supply type ion source device according to any one of 1 to 3.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8122642A JPH09288980A (en) | 1996-04-19 | 1996-04-19 | Cathode supply ion source device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8122642A JPH09288980A (en) | 1996-04-19 | 1996-04-19 | Cathode supply ion source device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09288980A true JPH09288980A (en) | 1997-11-04 |
Family
ID=14841030
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP8122642A Pending JPH09288980A (en) | 1996-04-19 | 1996-04-19 | Cathode supply ion source device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH09288980A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101764020A (en) * | 2008-12-24 | 2010-06-30 | 株式会社昭和真空 | Ion pipe |
-
1996
- 1996-04-19 JP JP8122642A patent/JPH09288980A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101764020A (en) * | 2008-12-24 | 2010-06-30 | 株式会社昭和真空 | Ion pipe |
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