JPS5911175B2 - ion source - Google Patents

ion source

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Publication number
JPS5911175B2
JPS5911175B2 JP7901382A JP7901382A JPS5911175B2 JP S5911175 B2 JPS5911175 B2 JP S5911175B2 JP 7901382 A JP7901382 A JP 7901382A JP 7901382 A JP7901382 A JP 7901382A JP S5911175 B2 JPS5911175 B2 JP S5911175B2
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JP
Japan
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cathode
ion source
anode
shaped
metal
Prior art date
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Expired
Application number
JP7901382A
Other languages
Japanese (ja)
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JPS58197633A (en
Inventor
和之 土岐
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Jeol Ltd
Original Assignee
Nihon Denshi KK
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Publication date
Application filed by Nihon Denshi KK filed Critical Nihon Denshi KK
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Publication of JPS5911175B2 publication Critical patent/JPS5911175B2/en
Expired legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J27/00Ion beam tubes
    • H01J27/02Ion sources; Ion guns
    • H01J27/022Details

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は大口径・高密度のイオ冫ビームを得るようにな
したイオン源に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an ion source capable of obtaining a large-diameter, high-density ion beam.

最近、イオン注入法の発展として、金属表面にアルミニ
ウムやチタン等の元素を注入して耐食性や耐摩耗性の向
上等を計ることが期待されている。
Recently, with the development of ion implantation methods, it is expected that elements such as aluminum and titanium will be implanted into metal surfaces to improve corrosion resistance and wear resistance.

この様なイオン注入には言うまでもなく犬口径・大出力
の金属イオンビームが適している。
Needless to say, a dog-caliber, high-output metal ion beam is suitable for such ion implantation.

所で、従来の金属イオンビームを得る為の代表的なイオ
ン源は次の二種類である。
By the way, there are the following two types of typical ion sources for obtaining conventional metal ion beams.

その一つは電子衝撃形のイオン源で、オーブン等で固体
を加熱気化した蒸気或いは金属塩化物等のガス状化合物
を電子衝撃によりイオン化するものである。
One of them is an electron impact type ion source, which ionizes vapor obtained by heating and vaporizing a solid in an oven or the like, or gaseous compounds such as metal chlorides by electron impact.

もう一つはスパツタ形のイオン源で、イオン源内で固体
(ターゲット)をプラズマ中のイオンで衝撃し、スパッ
タされた粒子をプラズマ中でイオン化するものである。
The other is a sputter type ion source, in which a solid (target) is bombarded with ions in the plasma within the ion source, and the sputtered particles are ionized in the plasma.

しかし、何れのイオン源においても、10朋以下の小口
径のイオビームしか得られない。
However, with any of the ion sources, only an ion beam with a small diameter of 10 mm or less can be obtained.

本発明はこの様な点に鑑みてなされたもので、不活性ガ
ス供給口を有する被排気室内に板状若しくは棒状のアノ
ードを配置し、該アノードに平行にエアギャップを有す
るカソードを配置し、該カソードとアノード間に電界を
形成し、且つ該カソードのエアギャップに磁界を形成せ
しめる手段を設け、エアギャップ周辺の材料をイオン化
すべき金属でなし、大口径・高密度のイオンビームを得
れるようにした新規なイオン源を提供するものである。
The present invention has been made in view of these points, and includes disposing a plate-shaped or rod-shaped anode in an evacuated chamber having an inert gas supply port, disposing a cathode having an air gap parallel to the anode, A means for forming an electric field between the cathode and the anode and a magnetic field in the air gap of the cathode is provided, the material around the air gap is made of a metal to be ionized, and a large-diameter, high-density ion beam can be obtained. A novel ion source is provided.

第1図は本発明の一実施例を示したイオン源である。FIG. 1 shows an ion source showing an embodiment of the present invention.

図中1はイオン源外筒で、該筒内の大略中央部には例え
ばステンレスの如き非磁性体で作られた板状のアノード
2が碍子3に維持されて設けられている。
In the figure, reference numeral 1 denotes an ion source outer cylinder, and a plate-shaped anode 2 made of a non-magnetic material such as stainless steel is provided approximately in the center of the cylinder and supported by an insulator 3.

該アノードの下方には該ア−ノードに平行に純鉄製のカ
ソード4が設けられている。
A cathode 4 made of pure iron is provided below the anode and parallel to the anode.

該カソードは丁度リールの様に軸の如き接続体4aを介
して上下二つの板体4 b t 4 cから成り、該軸
によって夫々の板体が一体化し磁気回路を形成し該夫々
の板体において、中心と端の大略中間部には大略リング
状のギャップ5a,5b,6a,6bが設けられており
、又上の板体4bと下の板体4c夫々の端部間には例え
ば該上板に接する方がN(S)極、該下板体に接する方
がS(N)極であるリング状の永久磁石7若しくは電磁
石が挟持されている。
The cathode is made up of two upper and lower plates 4 b t 4 c via a connecting body 4 a such as a shaft, just like a reel, and the respective plates are integrated by the shaft to form a magnetic circuit. Approximately ring-shaped gaps 5a, 5b, 6a, and 6b are provided approximately halfway between the center and the ends, and gaps 5a, 5b, 6a, and 6b are provided between the respective ends of the upper plate 4b and the lower plate 4c, for example. A ring-shaped permanent magnet 7 or an electromagnet is sandwiched, with the N (S) pole in contact with the upper plate and the S (N) pole in contact with the lower plate.

又、該カソードの上板体4bのギャップ5a,5bの周
辺のリング状領域8,9は得ようとするイオンの源とな
る金属材料でなす(第2図参照)。
Further, the ring-shaped regions 8 and 9 around the gaps 5a and 5b of the upper plate 4b of the cathode are made of a metal material which becomes a source of the ions to be obtained (see FIG. 2).

尚、前記リング状領域8,9の上に得ようとする金属イ
オンの源となる金属をリング状に形取ったものを置いて
もよい。
Incidentally, a ring-shaped metal which is a source of the metal ions to be obtained may be placed on the ring-shaped regions 8 and 9.

又、該リング状領域8と9は部分的に非磁性体17A,
17Bで繋がれている。
Further, the ring-shaped regions 8 and 9 are partially made of non-magnetic material 17A,
They are connected by 17B.

該カソードと前記イオン源外筒1によって囲っている空
間がプラズマ発生室10となっている。
A space surrounded by the cathode and the ion source outer cylinder 1 serves as a plasma generation chamber 10.

11はアルゴンガスの如き不活性ガスを外部のボンベ(
図示せず−)から前記プラズマ発生室10へ導入する為
のガスリークパイプで、外部から前記イオン源外筒1の
壁を貫通して設けられている。
11 is an external cylinder for inert gas such as argon gas (
This is a gas leak pipe for introducing the gas into the plasma generation chamber 10 from (not shown), and is provided to penetrate the wall of the ion source outer cylinder 1 from the outside.

前記カソード4の下板体4cの下方には中心と端の中間
部に大略リング状の孔(前記カソード4の孔の形状に類
似している)12a,12bを有する引き出し電極12
が設けられている。
Below the lower plate 4c of the cathode 4, there is an extraction electrode 12 having approximately ring-shaped holes 12a and 12b (similar in shape to the holes of the cathode 4) in the middle between the center and the ends.
is provided.

尚、前記アノード2にはカソード4に対して電源13に
よって正の電位が印加されており、又、該カソードには
前記引き出し電極12に対して電源14によって正の電
圧が印加されている。
A positive potential is applied to the anode 2 by a power source 13 with respect to the cathode 4, and a positive voltage is applied to the cathode with respect to the extraction electrode 12 by a power source 14.

斯くの如きイオン源において、アノード2とカソード4
間には電界札が生じ、又カソード−4のギャップ5a,
5bには磁石7により磁界Boが生じる。
In such an ion source, an anode 2 and a cathode 4
An electric field plate is formed between the cathode 4 and the gap 5a of the cathode 4.
A magnetic field Bo is generated in 5b by the magnet 7.

即ち、ギャップ5a,5b付近には電界Eoと磁界B。That is, an electric field Eo and a magnetic field B exist near the gaps 5a and 5b.

が直交する。プラズマ発生室10内にはガスリークパイ
プ11から不活性ガス(アルゴン)が導入されるので、
該室内のアノード2とカソード4の間にプラズマが発生
する。
are orthogonal. Since inert gas (argon) is introduced into the plasma generation chamber 10 from the gas leak pipe 11,
Plasma is generated between the anode 2 and cathode 4 in the chamber.

すると該プラズマ中のイオンがカソード4の上板体4b
に衝突する。
Then, ions in the plasma are transferred to the upper plate 4b of the cathode 4.
collide with

この衝突は特に前記上板体4bのギャップ5 a ,−
5 b付近、即ち、リング状領域8,9で集中的に行
われる。
This collision is particularly caused by the gap 5a, - of the upper plate body 4b.
5b, that is, in the ring-shaped areas 8 and 9.

該衝突により主に前記リング状領域8,9から二次電子
が発生すると同時に該リング状領域をなしている金属の
粒子がプラズマ中に弾き出されてくる。
Due to this collision, secondary electrons are generated mainly from the ring-shaped regions 8 and 9, and at the same time, the metal particles forming the ring-shaped regions are ejected into the plasma.

前記二次電子は第3図に示す様に、z = A(1−c
osωt),x=A(ω1−sinωtX但し、運動す
る。
As shown in Figure 3, the secondary electrons are z = A(1-c
osωt), x=A(ω1-sinωtX However, it moves.

この運動はZ方向のE。とy方向のB。の各々に直交す
る方向(X方向)にサイクロイド曲線を描いて進む運動
である。
This movement is E in the Z direction. and B in the y direction. This is a motion that moves in a cycloidal curve in a direction (X direction) perpendicular to each of the directions.

該サイクロイド運動している電子はプラズマ中の中性ガ
ス粒子や前記リング状領域8,9から弾き出された金属
の粒子に衝突して、中性ガス粒子や金属粒子をイオン化
する。
The cycloidally moving electrons collide with neutral gas particles in the plasma and metal particles ejected from the ring-shaped regions 8 and 9, and ionize the neutral gas particles and metal particles.

前記サイクロイド運動している電子は運動距離が長く、
前記中性ガス粒子や金属粒子と衝突する確率は極めて高
く、高密度のイオンが発生する。
The cycloidally moving electrons have a long movement distance,
The probability of collision with the neutral gas particles or metal particles is extremely high, and high-density ions are generated.

この様にして前記ギャップ5a,5b付近に発生した高
密度のイオンは引き出し電極12の孔12a>12bを
介してビームとして取り出される。
The high-density ions generated in the vicinity of the gaps 5a and 5b in this manner are extracted as a beam through the holes 12a>12b of the extraction electrode 12.

尚、第4図に示す如くカンード4の上板体4bに前記ギ
ャップに相当する小孔1 6 a ,1 6 b ,i
6c,16a,・・・・・・を有する金属15を嵌め込
むか、置くかしてもよい。
Incidentally, as shown in FIG. 4, small holes 1 6 a , 1 6 b , i corresponding to the gaps are formed in the upper plate 4 b of the canard 4 .
6c, 16a, . . . metal 15 may be fitted or placed.

本発明によれば高密度のイオンビームを取り出すことが
出来る。
According to the present invention, a high-density ion beam can be extracted.

更に、ギャップの形状から大口径のイオンビームを取り
出すことが出来る。
Furthermore, a large diameter ion beam can be extracted from the shape of the gap.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の−実施例を示したイオン源、第2図は
その一部詳細、第3図は本発明のイオン源のプラズマ発
生室内での電子の軌道を表したもの、及び第4図はカソ
ードの上板体の他の実施例を示したものである。 2:ア1ノード、4:カソード、4b:上板体、5a,
5b,6a,6b=ギャップ、7:永久磁石、8 ,
9 : IJング状領域、10:プラズマ発生室、11
:ガスリークパイプ、12:引き出し電極、Eo,Bo
:電界磁界。
Fig. 1 shows an ion source according to an embodiment of the present invention, Fig. 2 shows some details thereof, Fig. 3 shows the trajectory of electrons in the plasma generation chamber of the ion source of the invention, and Fig. FIG. 4 shows another embodiment of the upper plate of the cathode. 2: anode, 4: cathode, 4b: upper plate, 5a,
5b, 6a, 6b=gap, 7: permanent magnet, 8,
9: IJ ring-shaped area, 10: Plasma generation chamber, 11
: Gas leak pipe, 12: Extraction electrode, Eo, Bo
: Electric field magnetic field.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 不活性ガス供給口を有する被排気室内に板状若しく
は棒状のアノードを配置し、該アノードに平行にエアギ
ャップを有するカソードを配置し、該カソードとアノー
ド間に電界を形成し、且つ該カソードのエアギャップに
磁界を形成せしめる手段を設け、前記エアギャップ周辺
の材料をイオン化すべき金属でなしたことを特徴とする
イオン源。
1. A plate-shaped or rod-shaped anode is arranged in an evacuated chamber having an inert gas supply port, a cathode having an air gap is arranged parallel to the anode, an electric field is formed between the cathode and the anode, and the cathode An ion source comprising means for forming a magnetic field in an air gap, and a material around the air gap is made of a metal to be ionized.
JP7901382A 1982-05-11 1982-05-11 ion source Expired JPS5911175B2 (en)

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JPS58197633A JPS58197633A (en) 1983-11-17
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