【発明の詳細な説明】
イオンビームを生成するための電子サイクロトロン共鳴装置
本発明は、イオンビームを生成するための電子サイクロトロン共鳴装置に関す
る。
より特定的に言うと、本発明は、気体、マイクロ波出力及び電圧の供給用手段
を有するイオン源に関する。
気体の電離によって得られるイオンビームを用いることにより表面を処理して
それを清浄するか又はそこに薄膜を被着させることはすでに知られている。
このためには、真空エンクロージャ中に、処理すべき表面ならびにこの表面上
にイオンビームを投射することのできる装置を封入する。
このタイプの既知の装置においては、気体は、電離室の中に導かれ、ここで、
それが電子サイクロトロン共鳴の中に存在しかくして気体の電離効率が増大する
ような条件下で、非常に高い周波数の可変的電解及び永久磁界の作用を同時に受
ける。
既知の装置がもつ主要な欠点の１つは、気体が電離室内で適切に位置付けされ
ず、そのため部分的な電離しか受けないという点にある。
なお、既知の装置においては、気体の励起に必要な電力は、装置の外部で放射
による損失をきわめてわずかしか生じないような形で出力のプラズマに結合され
なくてはならないマイクロ波発振器によって供給される。
ところが、このような結合は、電離室が０〜５０００ボルトの間に一般に含ま
れた抽出電位にされ、ここから気体励起により形成されたイオンを抽出するよう
になっている一方で、マイクロ波発振器がゼロの平均電位を呈しているので、実
現が困難である。
従って、既知の装置のユーザーの安全性を確保するためには、マイクロ波伝送
線路の一部分が抽出電圧にされていることから、精巧で高価な手段に頼ることが
必要である。
本発明は、特に、上述の欠点を解消ししかもコンパクトで信頼性の高い単純か
つ経済的な装置を提供することを目的としている。
本発明の目的は、電離室、電離室内部への気体供給手段及びマイクロ波発振器
から電離室まで電気信号を搬送するための同軸伝送線路を有するイオンビームを
生成するための電子サイクロトロン共鳴装置において、気体供給手段には、装置
の外部にある入口オリフィス及び電離室内部に通じる出口オリフィスをもつ導管
が含まれている装置であって、電離室内には放射器が収納され、気体供給手段の
導管の出口オリフィスはこの放射器の内部に通じており、この放射器は閉鎖され
た中空体の形状を呈し、導管の中に導入された気体が電子サイクロトロン共鳴ゾ
ーンの内部で放射器を介して電離室内に広がるような形でその壁の中に設けられ
たオリフィスを有している装置にある。
好ましくは、放射器のオリフィスには毛細管が備わっている。
本発明の好ましい一実施形態においては、導管は導電性をもち、その片端は電
気的に放射器に接続されており、そのもう１つの端部は、マイクロ波の真空中の
波長の４分の１の奇数倍の距離の同軸伝送線路から離隔した一点において電離室
の壁に電気的に接続されている。
この実施形態においては、放射器は、電離室の壁と直接接触しておらず、導電
性の導電を介して連結された形で電離室の壁と同じ電位に置かれている。従って
、放射器と電離室の壁の間に間接的に確立された電気的リンクは、マイクロ波に
対して透過性があり、そのため放射器へのマイクロ波の伝送は妨害されない。
本発明の一実施形態においては、同軸伝送線路は、２つのコンデンサで構成さ
れた結合システムを含んでおり、第１のコンデンサは、同軸線路の中央導体上に
設けられておりマイクロ波のこのコンデンサの誘電体内の波長の４分の１の奇数
倍に等しい長さをもち、第２のコンデンサは、同軸線路の外部導体上に設けられ
ており、真空中におけるマイクロ波の波長の４分の１の奇数倍に等しい長さを有
する。中央導体上に備えられたコンデンサは、このコンデンサの両側にある伝送
線路の部分の間のガルバーニ電気絶縁を確保しながらマイクロ波発振器から出た
電気信号を通過させ、一方、外部導体上に備えられたコンデンサは、同様にガル
バーニ電流絶縁を確保し、マイクロ波の放射を妨げるバリヤを外部に対して構成
する。かくして、この解決法は、電離室付近までゼロ平均電位に維持された伝送
線路内のマイクロ波出力を導くことを可能にしている。
本発明をより良く理解す目的で、ここで、本発明に従った装置を断面図で表わ
す唯一の添付図を参照しながら制限的意味のない一例として示された一実施形態
について記述する。
図１は、本発明の電子サイクロトロン共鳴装置の断面図である。
この装置は、マイクロ波発振器（図示せず）から出た同軸ケーブル（図示せず
に接続された同軸コネクタのもう１つの要素（図示せず）と組立てるための同軸
コネクタの１要素１を有している。
同軸コネクタ要素１の中央接点２は、第１の中央導体３と第２の中央導体４で
形成された電気線路によって延長されている。
これら２つの中央導体は、第１の中央導体３の端部に設けられた軸方向くり抜
き部５及び第２の中央導体４の対応する端部の突出ピン６によって、その端部に
て結合されており、このピン６は第１の中央導体のくり抜き部５の中に進入し、
誘電体７がこれら２つの中央導体の間のガルバーニ電流絶縁を実現している。
このように結合された２つの中央導体の端部は、本発明の意味合いで言う第１
のコンデンサを形成する。
ピン６とくり抜き部５の間の重なっている長さは、マイクロ波発振器によって
供給されたマイクロ波の誘電体７における波長の４分の１の奇数倍に等しい。
各々の中央導体は、第１の中央導体３についてはコネクタ要素１の外部部分と
一体化した外部導体を形成する第１の円筒形本体１０の中に、そして第２の中央
導体４については電離室１２と一体化した外部導体を形成する第２の円筒形本体
１１の中に設けられた円筒形キャビティ８、９の中に収納されている。
第２の円筒形本体１１は、マイクロ波の真空中の波長の４分の１の奇数倍に等
しい高さ１０ａにわたり第１の円筒体本体１０をとり囲む管状壁１１ａを有して
いる。
この配置は、本発明の意味合いで言う第２のコンデンサを構成し、第１のコン
デンサ５、６、７と共に、同軸伝送線路から電離室１２に向かってマイクロ波エ
ネルギーを伝送できるようにする結合システムを形成する。
各々の中央導体３、４及び対応する円筒形キャビティ８、９の内部壁の間で、
環状空間が真空状態に放置されている。
第２の中央導管４は、電離室１２内に収納され閉鎖した円筒形中空本体の形を
呈する放射器（アンテナ）１４まで延びている。
一方では電離室１２の壁と放射器１４の間の直接的電気接触を回避するため、
又他方では電離室１２の内部体積と第２の管４のまわりに自由な状態に残された
環状空間１３の間で気密性を維持するため、放射器１４のベースにはアルミナ製
リング１５が具備されている。
放射器１４にはその下端部に、放射器の内部を電離室と連絡させる毛細管１６
が具備された複数のオリフィスが備わっている。
導電性の曲がり導管１７が、一方では放射器１４の内部に、又他方では装置の
外部に通じている。電離室と一体化した円筒形本体１１と一続きに作られた導電
性スリーブ１８が、曲がり導管１７をその外部へと通じる部分においてとり囲ん
でいる。
曲がり導管１７の中に気体が導入されると、気体は、破線で概略的に示された
電子サイクロトロン共鳴ゾーンに向かってこれを導き同時にこのゾーン１９内で
できるかぎり均質に分布させる役目をもつ毛細管１６を横断して電離室１２の中
で拡散する。
曲がり導管１７は、第２の中央導体４と同軸でその内部に位置づけされた分岐
１７ａと、前記第２の中央導体４に対して垂直でかつスリーブ１８の中に配置さ
れた分岐１７ｂを有する。
導電性のディスク２０が曲がり導管１７をスリーブ１８に連結し、かくして放
射器１４と電離室１２の間に間接的に、電気接続を確立する。
導管１７の分岐１７ｂの中で、ディスク２０と第２の管４の離隔距離は、マイ
クロ波の真空中の波長の４分の１の奇数倍に等しく、かくして、電気導管１７と
スリープ１８の間のディスク２０によって確立された電気的リンクはマイクロ波
に対して透過性を有する。
かくして、この電気的リンクは、電離室と放射器の電位を等しくするという唯
一の効果をもつ。このようにして、特に放射器１４のまわりで電離室１２におけ
る過度に大きいイオンシースの形成が回避される。
電離室の出口には、抽出グリッドアセンブリ２１が設置される。
第１のコンデンサ５、６、７によって整列された中央導体３及び４に関して、
２つの円筒形本体１０及び１１を同軸状に維持するため、誘電性ボール２２に各
々の中央導体の周囲に環状に配置されている。
このため、導体３及び４に支持された状態でビード２２を固定するため第１及
び第２の本体１０及び１１の中にビードサポート２３が具備されている。
これらのサポート２３は中央導体の周囲全体に延びているものの、明確さを期
して図中ではその一部分のみを表わした。
装置全体は、第２の真空又は超高真空が中に打ち立てられている真空エンクロ
ージャ（図示せず）の中に設置されるようになっている。
気体は、曲がり導管１７及び放射器１４を横断して、１０-1〜１０-5Torr の
間の圧力で電離室１２の中に導入される。
装置は２つの本体１０及び１１から成る形態をしているため、電離室１２の自
転が可能となっており、第１の本体１０は固定したままにとどまり、一方電離室
と一体化した第２の本体１１はこの電離室と共に回転する。
回転形を呈する２つのコンデンサでの結合システムは、このとき、電離室１２
の回転運動にもかかわらず電気線路の連続性を確保する回転リンク部品としても
役立つ。
電離室を方向づけすることができるということは、特定の処理すべき表面にと
っては大きな利点であり得る。
この可能性を活用するべく、かくして、電離室の回転がイオンビームの方向転
換という形で現われるように傾斜した抽出グリッド２１アセンブリを具備する。
装置に気体を供給するため、第２の管４に対し垂直な導管の分岐１７ｂの角度
の変位を可能にするように、可とう導管を利用することは有利である。
当然のことながら、上述の実施形態は制限的意味を全くもつものではなく、本
発明の枠から逸脱することなく、望ましいあらゆる修正を加えることのできるも
のである。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electron cyclotron resonance apparatus for generating an ion beam. More particularly, the invention relates to an ion source having means for supplying gas, microwave power and voltage. It is already known to treat a surface by using an ion beam obtained by ionization of a gas to clean it or to deposit a thin film thereon. For this purpose, the surface to be treated and the device capable of projecting an ion beam onto this surface are enclosed in a vacuum enclosure. In known devices of this type, the gas is guided into an ionization chamber, where it is very high under conditions such that it is present in electron cyclotron resonance, thus increasing the ionization efficiency of the gas. It is subject to the effects of variable frequency electrolysis and permanent magnetic fields simultaneously. One of the major drawbacks of the known device is that the gas is not properly located in the ionization chamber, so that it is only partially ionized. It should be noted that in known devices, the power required to excite the gas is supplied by a microwave oscillator which must be coupled to the output plasma in such a way that there is very little radiation loss outside the device. You. However, such coupling is such that the ionization chamber is brought to an extraction potential generally comprised between 0 and 5000 volts, from which ions formed by gas excitation are extracted, while the microwave oscillator Has an average potential of zero, which is difficult to realize. Therefore, in order to ensure the safety of the user of the known device, it is necessary to resort to sophisticated and expensive means, since a part of the microwave transmission line is at the extracted voltage. In particular, the invention aims at providing a compact, reliable and simple and economical device which overcomes the disadvantages mentioned above. An object of the present invention is an ionization chamber, an electron cyclotron resonance apparatus for generating an ion beam having a coaxial transmission line for conveying an electric signal from a microwave oscillator and an ionization chamber to a gas supply unit to an ionization chamber, The gas supply means includes a conduit having an inlet orifice outside the apparatus and an outlet orifice communicating with the inside of the ionization chamber, wherein the radiator is housed in the ionization chamber, and the gas supply means includes a conduit. The outlet orifice communicates with the interior of the radiator, which is in the form of a closed hollow body, in which gas introduced into the conduit passes through the radiator inside the electron cyclotron resonance zone via the radiator. Device having an orifice provided in the wall in such a way as to spread out. Preferably, the orifice of the radiator is provided with a capillary. In a preferred embodiment of the invention, the conduit is electrically conductive, one end of which is electrically connected to the radiator, and the other end of which is a quarter of the wavelength in a microwave vacuum. One point separated from the coaxial transmission line by an odd multiple of 1 is electrically connected to the wall of the ionization chamber. In this embodiment, the radiator is not in direct contact with the wall of the ionization chamber, but is placed at the same potential as the wall of the ionization chamber in a connected manner via a conductive conductor. Thus, the electrical link established indirectly between the radiator and the walls of the ionization chamber is transparent to microwaves, so that transmission of microwaves to the radiator is not hindered. In one embodiment of the present invention, the coaxial transmission line includes a coupling system composed of two capacitors, the first capacitor being provided on the center conductor of the coaxial line and being connected to the microwave by this capacitor. The second capacitor is provided on the outer conductor of the coaxial line and has a length equal to an odd multiple of one-fourth of the wavelength in the dielectric of the microwave. Has a length equal to an odd multiple of. The capacitor provided on the central conductor allows the electrical signal from the microwave oscillator to pass while ensuring galvanic electrical insulation between the portions of the transmission line on either side of the capacitor, while being provided on the outer conductor. The capacitor also provides galvanic current insulation and constitutes a barrier to microwave radiation to the outside. Thus, this solution makes it possible to guide the microwave power in the transmission line, which is maintained at zero average potential up to near the ionization chamber. For a better understanding of the invention, an embodiment, given by way of non-limiting example, will now be described with reference to the sole accompanying drawing, which shows a device according to the invention in cross section. FIG. 1 is a sectional view of the electron cyclotron resonance apparatus of the present invention. This device has one element 1 of a coaxial connector for assembling with another element of a coaxial connector (not shown) connected from a microwave oscillator (not shown). The central contact 2 of the coaxial connector element 1 is extended by an electrical line formed by a first central conductor 3 and a second central conductor 4. These two central conductors are first central conductors. 3 are connected at their ends by axial cutouts 5 provided at the ends of the third central conductor 4 and projecting pins 6 at the corresponding ends of the second central conductor 4. Entering into the cutout 5, the dielectric 7 provides galvanic current insulation between these two central conductors.The ends of the two central conductors thus coupled have implications for the invention Form the first capacitor The overlapping length between the pin 6 and the cutout 5 is equal to an odd number of quarter wavelengths of the microwave in the dielectric 7 supplied by the microwave oscillator. For the central conductor 3 in the first cylindrical body 10 forming an external conductor integral with the external part of the connector element 1 and for the second central conductor 4 the external conductor integral with the ionization chamber 12. Are housed in cylindrical cavities 8, 9 provided in a second cylindrical body 11 which forms the second cylindrical body 11. The second cylindrical body 11 has a quarter wavelength of the microwave in vacuum. It has a tubular wall 11a surrounding a first cylindrical body 10 over a height 10a equal to an odd multiple of 1. This arrangement constitutes a second capacitor in the sense of the present invention and comprises a first capacitor. Along with capacitors 5, 6, and 7, A coupling system is formed that allows the transmission of microwave energy from the transmission line towards the ionization chamber 12. Between each central conductor 3, 4 and the inner wall of the corresponding cylindrical cavity 8, 9, an annular space is formed. The second central conduit 4 extends to a radiator (antenna) 14 which is housed in the ionization chamber 12 and takes the form of a closed cylindrical hollow body. In order to avoid direct electrical contact between the wall and the radiator 14, and on the other hand the airtightness between the internal volume of the ionization chamber 12 and the annular space 13 left free around the second tube 4 In order to maintain the radiator 14, the base of the radiator 14 is provided with an alumina ring 15. The radiator 14 has a plurality of capillaries 16 at its lower end for communicating the inside of the radiator with the ionization chamber. Orifice Wow to have. A conductive bend conduit 17 leads on the one hand inside the radiator 14 and on the other hand outside the device. A conductive sleeve 18 formed in a series with the cylindrical body 11 integral with the ionization chamber surrounds the bent conduit 17 in a portion leading to the outside. When gas is introduced into the bent conduit 17, the gas is directed towards the electron cyclotron resonance zone, indicated schematically by dashed lines, and at the same time serves to distribute as homogeneously as possible within this zone 19. It diffuses in the ionization chamber 12 across 16. The bent conduit 17 has a branch 17a coaxial with and located inside the second central conductor 4 and a branch 17b perpendicular to the second central conductor 4 and arranged in a sleeve 18. An electrically conductive disc 20 connects the bent conduit 17 to the sleeve 18 and thus establishes an electrical connection between the radiator 14 and the ionization chamber 12 indirectly. In the branch 17b of the conduit 17, the separation between the disc 20 and the second tube 4 is equal to an odd multiple of one-quarter of the wavelength in the vacuum of the microwave, and thus between the electrical conduit 17 and the sleep 18. The electrical link established by the disk 20 is transparent to microwaves. Thus, this electrical link has the sole effect of equalizing the potentials of the ionization chamber and the radiator. In this way, the formation of an excessively large ion sheath in the ionization chamber 12, especially around the radiator 14, is avoided. An extraction grid assembly 21 is installed at the outlet of the ionization chamber. With respect to the center conductors 3 and 4, which are aligned by the first capacitors 5, 6, 7, in order to keep the two cylindrical bodies 10 and 11 coaxial, the dielectric balls 22 are annularly wound around each center conductor. Are located. For this purpose, a bead support 23 is provided in the first and second main bodies 10 and 11 for fixing the bead 22 while being supported by the conductors 3 and 4. Although these supports 23 extend all around the central conductor, only a part thereof is shown in the figure for clarity. The entire device is adapted to be installed in a vacuum enclosure (not shown) in which a second vacuum or ultra-high vacuum is established. Gas is introduced into the ionization chamber 12 at a pressure between 10 -1 and 10 -5 Torr across the bent conduit 17 and the radiator 14. Since the device is in the form of two bodies 10 and 11, the ionization chamber 12 can rotate, and the first body 10 remains fixed, while the second body integrated with the ionization chamber The main body 11 rotates together with the ionization chamber. The coupling system with two capacitors of the rotating type then also serves as a rotating link component which ensures the continuity of the electrical line despite the rotational movement of the ionization chamber 12. The ability to orient the ionization chamber can be a significant advantage for certain surfaces to be treated. To take advantage of this possibility, there is thus provided a tilted extraction grid 21 assembly such that the rotation of the ionization chamber appears in the form of a turning of the ion beam. To supply gas to the apparatus, it is advantageous to utilize a flexible conduit so as to allow an angular displacement of the branch 17b of the conduit perpendicular to the second tube 4. Of course, the embodiments described above are not limiting in any way and any desired modifications can be made without departing from the scope of the present invention.