JPS617541A - プラズマ源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用−分野〕 本発明は−ｍＡ級のイオンビームを引き出せるプラズマ
源に係り、特に大電流イオン打込み装置に好適なプラズ
マ源に関する。

〔発明の背景〕

マイクロ波イオン源における従来の磁場発生方法は、特
開昭５６−９７５９２号公報に記載のように、ソレノイ
ドコイル単独あるいは、ソレノイドコイルと高透磁率部
材による磁路の併用になっていた。

しかしこの方法では、プラズマ発生に必要な磁場をすべ
てソレノイドコイル自身でまかなうため、ソレノイドコ
イルに投入する電力が大きく、水やフレオンで強制的に
冷却しなければ、長時間は使えないという欠点があった
。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、磁場発生器に投入する電力の少ないプ
ラズマ源を提供することにある。

〔発明の概要〕

磁場発生器として、ソレノイドコイルの他に永久磁石を
併用することが上記目的の解決策となる。

ただし、永久磁石を使用した場合、放電室内の磁場強度
を、永久磁石で発生している磁場強度以下にすることは
簡単ではないので、低磁場強度時のマイクロ波イオン源
の特性を調べ、この領域が一般的な動作状態でないこと
を確認する必要があった。第１図にマイクロ波イオン源
の、放電室内磁場強度と引き出せるイオン電流量の基本
的な関係を示す。ピーク位置や高さは、導入ガス圧力、
マイクロ波の投入電力等で若干変化するが、５００〜１
３００ガウスの中に２〜３ケのピークができるのが特徴
である。このことから、５００ガウスまでは、永久磁石
で発生させても問題ないことがわかった。

〔発明の実施例〕

本発明をマイクロ波イオン源に適用した場合の実施例を
第２図により説明する。マイクロ波イオン源は、マイク
ロ波発生Ｗ１、導波管２、マイクロ波導入フランジ３、
放電電極４、放電室５、ガス導入管６、イオンビーム引
き出し電極系７、磁界発生器８で構成されている。同図
において、マイクロ波発框器１で発生したマイクロ波は
、導波管２（本実施例では矩形導波管）２ａ、２ｂ、マ
イクロ波導入フランジ３を経由して、放電電極４（本実
施例ではリッジ型放電電極）内に設置された放電室５に
導かれ、放電室５内にマイクロ波電界を発生させる。さ
らに放電室付近には、放電室５を囲むように設置された
ソレノイドコイル８ａ、永久磁石８ｂ、高透磁率部材で
作られた磁路８ｃ、放電室５内の磁場分布を制御するた
めの補助磁極８ｄからなる磁界発生器により、近似的に
マイクロ波電界と直交する方向に磁界が印加される。こ
のＲＪＩで、イオン化すべきガスを導入管６より放電室
５内に導入し、放電室５内に形成されているマイクロ波
電界と磁界との相互作用でプラズマを発生させ、イオン
ビーム引き出し電極系７ａ。

７ｂ、７ｃにより上記プラズマからイオンビーム２１が
引き出される。ここで、永久磁石８ｂの磁化強度は放電
室５内に、永久磁石８ｂ単独で５００ガウスの磁界を発
生させるのに必要な強さにしてあり、さらにソレノイド
コイル８ａには直流の電流を流し、その極性は、永久磁
石８ｂの極性と合わせである。

本実施例によれば、ソレノイドコイル８ａを従来の２７
３程度に小さくすることができ、さらにソレノイドコイ
ル８ａに投入する電力も２／３程度に少なくすることが
できる。また、ソレノイドコイル８ａを従来と同じもの
を使用した場合、ソレノイドコイル８ａに投入する電力
は半分以下にすることができ、ソレノイドコイル８ａ自
身の温度上昇をおさえることが可能となる。

本発明による別の実施例を第３図に示す。先の実施例で
は永久磁石８ｂはソレノイドコイル８ａの内側に設置さ
れていたが、本実施例ではソレノイドコイル８ａの外側
に設置されている。本実施例の効果は、先の実施例と同
じである。

本発明によるさらに別の実施例を第４図に示す。

先の２つの実施例では、ソレノイドコイル８ａは放電室
５と同電位（一般的なイオン源では、・イオンの加速電
圧になる。）の位置に設置されていたが１本実施例では
、ソレノイドコイル８ａはアース電位の位置に設置され
ている。本実施例によれば、ソレノイドコイル８ａの電
源をアース電位で動作させることができるので電源の扱
いが容易になり、また、容易に水冷構造のソレノイドコ
イル８ａを使用できる。さらに、イオン源のヘッドの部
分（放電室５と一体になる部分）からソレノイドコイル
８ａを取り去ったため、その部分の重量を軽くでき、イ
オン源の分解、清掃等の保守が容易になる。

永久磁石８ｂとソレノイドコイル８ａで受持つ磁場強度
については、以下のような方法を取ることもできる。そ
れは、永久磁石８ｂで放電室５内に発生させる磁場強度
を９０　’０ガウスにし、ソレノイドコイル８ａに、＋
、−の電流を流して、結果的に５００〜１３００ガウス
の磁場強度を得る方法である。この方法を採用すれば、
ソレノイドコイル８ａに投入する電力をさらに減らすこ
とが可能となる。

以上の実施例では、放電電極４にリッジ型放電電極を使
用しているが、矩形導波管や同軸型導波管等の中に放電
室５を形成したものでも同等の効果が得られることは明
らかである。

以上、本発明をマイクロ波イオン源の例で説明したが、
これはイオン発生部に磁場を印加する方式のイオン源又
はプラズマ源には全て適用できることは明らかである。

例えば、質量分析計分の電子衝撃型イオン源数ＭＨｚ〜
１００数Ｍ＆の高周波を用いたＲＦ型イオン源、および
デュオプラズマトロンなどである。さらに、マイクロ波
やＲＦを利用してプラズマを発生させるエツチング装置
等に適用できることは、本発明の本質から明らかである
。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明によれば、磁場発生器８に投入す
る電力が従来の半分以下であるプラズマ源を提供するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、マイクロ波イオン源の放電室内磁場強度と引
き出せるイオン電流量の関係を示す図、第２図、第３図
および第４図はそれぞれ本発明に基づ〈実施病を示す図
である。 １・・・マイクロ波発生器、２ａ、２ｂ・・・導波管、
３・・・マ、イクロ波導入フランジ、４・・・放電電極
、５・・・放電室、５ａ・・・放電電極内に放電室を形
成するための誘電体充填物、６・・・試料ガス導入口、
７ａ。 ７ｂ、・７ｃ・・・イオンビーム引き出し電極系、８ａ
・・・ソレノイドコイル、８ｂ・・・永久磁石、８Ｃ・
・・磁路、８ｄ・・・補助磁極、１１・・・絶縁碍子、
２１・・・イ等１図 Ω 区 方（電室内切血も男す慢（カ゛り入り 竿２０

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、イオンまたはプラズマ発生部に磁界を印加する方式
   のプラズマ源において、磁界発生器として永久磁石と電
   磁石を併用することを特徴とするプラズマ源。 ２、特許請求の範囲第１項に記載のプラズマ源において
   、プラズマ発生に、高周波またはマイクロ波の磁界中放
   電を利用することを特徴とするプラズマ源。