JPS62296332A - イオン源 - 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】 ３、発明の詳細な説明 〔産業上の利用分野〕 本発明はイオン源に係り、特に１反応性のイオンを作る
のに好適なイオン源の構造に関する。

〔従来の技術〕

特開昭５６−７９９００号公報に示すように、永久磁石
をその極性が交互に反転するように設けたカスプ磁場を
利用し、直流アーク放電により生じたプラズマを閉じ込
め、有効にプラズマを利用するイオン源が知られている
。しかし、ＣＦａ等の、電離したときに絶縁性の生成物
が生じるガスをプラズマ化する点については考慮されて
いなかった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

この様な従来装置では、プラズマ器内に配したフィラメ
ントを陰極とし、プラズマ容器の壁を陽極としてアーク
放電を行い導入ガスをプラズマ化している。一般には、
永久磁石の磁気性能の劣化を防止するために、プラズマ
容器を冷却し永久磁石の温度上昇が過大にならないよう
にしている。

この様なイオン源でＣＦ４等の化合物ガスを電離すると
、プラズマ重合反応等により、絶縁性の生成物がＩＩＪ
）極表面に堆積し、放電が不安定になるという問題があ
った。

本発明の目的は、ＣＦ４等の化合物ガスを導入した場合
にも、アーク放電を維持し、安定なプラズマを作るイオ
ン源を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、陽極の電流流入部の温度を十分に高温とし
１反応生成物の堆積を防止することにより達成される。

〔作用〕

カスプ磁場によってプラズマを閉じ込めたプラズマ室で
は、フィラメントから飛び出した電子は途中ガス分子を
電離し、大多数は陽極のカスプライン上に流入する。陽
極のカスプライン上に、陽極と電気的に導通した突起を
設けると、突起の先端に電子電流が集中し、電子ボンバ
ード及びジュール加熱にされ高温となる。突起は、平板
に比べ横方向への熱伝導がなく、より効果的に高温に保
たれる。それによって、ＣＦａ等のガスを導入してもそ
の分解生成物が突起の先端に堆積せず、電子の流入が妨
げられないので、安定したアーク放電となる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。

ガス導入口９より、ＣＦａ、あるいは、ＣＦ４とＡｒの
混合ガス等の化合物を含むガスを導入する。

円筒のプラズマ発生容器１の内部に設けたフィラメント
を利用した陰極４と容器１の間に直流電圧を印加し、陰
極４から放出された熱電子により上述のガスを電離し、
プラズマを作る。プラズマからイオンを引き出すための
多数の小孔を開けた引き出し電ｐｉＡ７と８に適切な電
位を与え、イオンビームを引き出す、多数の永久磁石２
は、プラズマ発生容器１の外周に沿ってＮ極とＳＩｉが
交互に容器１の中心に向くように設け、ラインカスプ磁
界をプラズマ発生容器１の内側に作る。水冷パイプ１０
を永久磁石２の周囲に配置し、永久磁石の温度上昇によ
る性能の劣化を防止する。

永久磁石２を配置した近傍の容器１の内側に。

容器１に電気的に導通した陽極突起３を設ける。

陰極４をでた電子は、ガスを電離しつつ陽極である容器
１の内壁に向う、そして永久磁石２の作るカスプ磁界１
９によりらせん回転運動をし、大多数は、磁束の出入力
であり、かつ、電界の集中した突起３の先端部に集中し
て流れ込む、従って、突起の先端は電子ボンバード及び
ジュール加熱により高温に加熱され続け、絶縁性の反応
生成物の堆積を防止することができ、安定したアーク放
電が得られる。

従来品、および１本発明品の放電特性の一例を第７図、
第８図に示す、これはＣＦ４ガス中でフィラメント４に
一定電流を流し、アーク電源１５の電圧とアーク電流の
関係を示したものである。

第７図は従来品の放電特性である。プラズマ生成室内が
汚れていない放電開始時には、約３０Ｖの電圧でアーク
放電が開始している。しかし、アーク電圧８０ｖで１２
０分間放電した後には、プラズマ生成室の内壁にＣＦ４
の反応生成物が堆積しアーク電圧を７５Ｖに下げるとア
ーク放電が停止してしまい、再び、アーク放電を開始す
るには９５Ｖまでアーク電圧を上げる必要がある。

一方１本発明品では、第８図に示すように、１２０分間
放電後も、放電開始時と同様、２０Ｖ程度から放電が始
まり、５０Ｖ以上のアーク電圧で安定なアーク放電が得
られる。

第２図は本発明の他の実施例である。この場合には、永
久磁石２を配置した容器１の内側に導電性の支持部材２
２を配置し、これに導電性の線２１を張ったものである
。この場合にも、電子は線２１に集中して流れ込み、！
２１を高温にすることができる。

これまでの実施例は、いずれも容器に、直接、突起ある
いは線を取り付けたものであるが、突起を持つか、ある
いは、線を張った陽極をプラズマ容器内に設置してもよ
い。

第３図は突起を持つ陽極の一例で、突起３２をリング３
１で固定している。この陽極を、突起３２の位置を容器
外部に配した永久磁石の位置におおむね合わせて設置す
れば、前述の効果が得られる。

また、第４図は導体線を張った陽極の例で、支持部材４
３で支えられたリング４１の間に導体線４２を張ったも
のである。導体線４２を容器外部に配した永久磁石の位
置におおむね合わせて設置する。

第３図、第４図に示した実施例では、陽極部を容器外に
取り出すことができるので、陽極の消耗等に対する保守
が容易となる。

第５図、第６図はさらに他の陽極の実施例である。第５
図は、導電性の円筒５２の内側に突起部５１を設けたも
のである。第６図は、導電性の円筒６１の内側に支持部
材６２を介して導体！６３を張ったものである。突起５
１．あるいは、導体線６２をプラズマ容器外部に配した
永久磁石の位置に合わせて、容器内に設置すれば、前述
の理由により、安定したアーク放電を得ることができる
。

さらに、プラズマ生成室内壁が円筒によって覆われてい
るため、放電によってプラズマ生成室内壁が汚れること
がない、従って、放電ガスの種類を変える場合、陽極を
交換することにより、前ガスの影響を排除することがで
きる。

以上の実施例はプラズマ生成物の円筒部に突起等を設け
る例であるが、円筒側面のみでなく、端板にも永久磁石
を配したプラズマの閉じ込め効率を良くするときには、
その磁石の近傍の真空容器内にも突起を設ければさらに
効果的である。又。

この突起部を銅よりも導電率の悪い材料にするとジュー
ル熱がきいて効果的である。さらに、この突起部を磁性
体にするとカスプ磁界の磁極と電子入射位置とが完全に
一致して非常に効果的である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ＣＦａ等のプラズマ化したときに絶縁
性の化合生成物を生じるガスに対しても、安定な放電を
行うイオン源を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の断面図、第２図は本発明の
他の実施例の断面図、第３図、第４図。 第５図、第６図は本発明のさらに他の実施例の陽極部の
斜視図、第７図は従来の放電特性図、第８図は本発明の
放電特性図である。 ３・・・陽極の突起。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、真空容器の外周に複数個の永久磁石を交互に極性を
   変えて配列し、前記真空容器内に陰極を配し、前記真空
   容器の壁を陽極としたイオン源において、 前記永久磁石を配した近傍の前記陽極の一部を、前記真
   空容器の内部に突出させたことを特徴とするイオン源。 ２、特許請求の範囲第１項において、 前記永久磁石を配した近傍の前記真空容器の内部に前記
   陽極と電気的に導通を保つて導体線を設けたことを特徴
   とするイオン源。 ３、特許請求の範囲第１項において、 前記永久磁石を配した近傍の前記陽極の一部を、前記真
   空容器の内部に突出させ、且つ、突出部の材料を磁性体
   としたことを特徴とするイオン源。 ４、特許請求の範囲第１項において、 前記永久磁石を配した磁極近傍の前記陽極の一部を前記
   真空容器の内部に突出させ、且つ、前記突出部の材料を
   純銅より導電率の悪い材料で構成したことを特徴とする
   イオン源。５、前記突出部以外の前記真空容器の内部壁
   には、絶縁物被覆を施したことを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載のイオン源。