JPS63225457A - ホロ−カソ−ド型イオン源 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、プラズマプロセッシング、イオン注入、分析
用イオン源として使用されるホローカソード型イオン源
に関するものである。

Ｌ従来の技術］ 一般に、ホローカソード型イオン源は、電極構造が簡単
であるにもかかわらず、生成されるプラズマが比較的高
密度で、長時間安定であり、それにより、使用寿命が長
く、安定したイオンビームが得られる等の利点を有し、
種々の形式のものが提案されている。その基本的な形態
としては、例えば特開昭６０−１１５１４０号公報に開
示されたものを挙げることができ、この公開公報に開示
されたホローカソード型イオン源では、大部分をカソー
ドとし、残りの部分をアノードとして、これら両電極間
に電気的絶縁部材を介在させて筒状放電室を形成し、こ
の筒状放電室の壁部分に放電を維持するためのガスの導
入口を設け、また筒状放電室のカソード部分にイオン引
出用開口を設け、カソードとアノードとの間のグロー放
電によりホローカソード放電プラズマを生成するように
構成されている。しかし、このような構造のものでは筒
状放電室内に供給されるガス圧を増大していくにつれて
筒状放電室内のガスはイオン引出用開口を介して比較的
速やかに外部の引出電極の方へ放出されてしまい、ガス
の利用性すなわちガス効率が良くないという欠点がある
。

このような欠点を解決するため、イオン引出部に浮遊電
極を設けてガス効率を向上させるようにしたものが特願
昭６１−２７８７６７号明細書に提案されており、これ
においては、円筒状ホローカソードの前面および背面に
、イオン引出用スリットおよびキャリヤガス導入口がそ
れぞれ設けられ、イオン引出用スリットの前方にイオン
ビーム引出電極が配置され、このイオンビーム引出電極
とイオン引出用スリットとの間に、イオン引出用スリッ
トから連続してのびるスリットを備えた浮遊電極が挿置
され、さらにこの浮遊電極とイオンビーム引出電極との
間に、浮遊電極のスリットに連通ずるスリットを側えた
アノードが挿置されている。そしてその動作においては
、円筒状ホローカソード内にキャリヤガス導入口を介し
てアルゴンガスその他のキャリヤガスを導入し、このキ
ャリヤガスを、イオン引出用スリット、およびそれに連
なる浮遊電極およびアノードのスリットを介して排出さ
せる際に、これらスリット内部に適当な放ｔｔａ圧を印
加することにより放電を生じさせてプラズマを発生させ
、こうしてスリット内部に圧縮された比較的高密度のプ
ラズマが得られるようにしている。

［発明が解決しようとする問題点］ 上述のように、従来のホローカソード型イオン源ではイ
オン引出部に浮遊電極を設けることによりガス効率を向
上させるようにしているが、実用として使用できる程度
までガス効率を向上させることができない、すなわちこ
の種のホローカソード型イオン源においては、生成され
たイオンはカソードに向かって進もうとしている。そこ
でこれをカソード内と引出電極部位との間の圧力差およ
び内部プラズマ圧力の作用によりアノード方向に押出す
ようにしている。しかしイオン引出用スリットから連続
してのびる浮遊電極およびアノードのスリットを通って
ガスが流れ易く、そのなめプラズマ密度が余り上がらず
、イオン電流を増大させることができない、言い換えれ
ば、所定のイオン電流を得るためにガス流量を減少させ
ることが困難である。そのなめ、所定のイオン電流を得
るために多量のガスが必要であった。

そこで、本発明の目的は、上記の問題点を解決して実用
に供し得る程度にガス効率が良く、大電流のプラズマビ
ームを得ることのできる改良型のホローカソード型イオ
ン源を提供することにある。

［ｌ￥ｌ’１題点を解決するための手段］上記の目的を
達成するために、本発明によるホローカソード型イオン
源は、イオンクを出用スリットおよびキャリヤガス導入
口を備えたホローカソード本体と、上記イオン引出用ス
リットの前方に設けられたアノード電極と、上記イオン
引出用スリットと上記アノード電極との間のイオン引出
部にガス効率を高めるための浮遊電圧を印加する浮遊電
極と、上記各構成要素から成る組立体の外側に位置決め
され、この組立体に対して外部からイオン引出方向に磁
場を掛ける磁場発生手段とを有することを特徴としてい
る。

［作　　　　　用］ このように構成した本発明のホローカソード型イオン源
においては、ホローカソード本体とアノード電極と浮遊
電極とから成る組立体に外部からイオン引出方向に磁場
を印加することより、イオン引出部におけるスリット内
で電子が浮遊電極壁に衝突するのを防止され、より多く
の電子がこのスリット通路を通ることができるようにな
る。すなわち、浮遊電極と外部磁場との作用によりプラ
ズマの放電路が絞られ、より高温、高密度のプラズマが
生成される。

［実　　　　施　　　　例コ 以下、添付図面を参照して本発明の実施例について説明
する。

第１図および第２図において、１は中空円筒状のホロー
カソード本体で、その前面にはイオン引出用スリット２
がまたその背面にはキャリヤガス導入口３がそれぞれ設
けられている。ホローカソード本体１の前面に設けられ
たイオン引出用スリット２の前方には五つの浮遊電！ｆ
４４が配置され、各浮遊電極４は、イオン引出用スリッ
ト２に連続してのびる狭い放電路５を形成する矩形状の
スリットを備え、また各浮遊電極４は環状絶縁体６によ
り互いに電気的に絶縁されており、最内力の浮遊電極４
は環状絶縁体６と同様な環状絶縁体７によりホローカソ
ード本体１の前面壁から電気的に絶縁されている。内方
の二つの浮遊電極４の矩形スリットは図面に示すように
その軸方向垂直断面および水平断面において先細状に形
成され、イオン引出用スリット２から３Ｉ！！続して徐
々にその８Ｉｌｒｉｆ１面が小さくなるように構成され
ている。残りの三つの浮遊電極４の矩形スリットは平行
すなわち一定のＭｆ１＠面形をもつように形成されてい
る。

また最外方浮遊電極４の前方には環状絶縁体６と同様な
環状絶縁体８を介してアノード９が配置され、このアノ
ード９は最外方浮遊電極４の矩形スリットにｉ！！続し
て狭い放電路５の一部を成す矩形スリットを備えている
。

ホローカソード本体１、浮遊電極４およびアノード９か
ら成る組立体の外側にはこの組立体に対して外部からイ
オン引出方向に磁場を掛ける磁場発生コイル１０が設け
られている。

このように構成した図示装置の動作において、ホローカ
ソード本体１内には、その背面のキャリヤガス導入口３
からアルゴンガス等のキャリヤガスが導入され、また磁
場発生コイル１０による外部磁場は電極の軸方向から２
００〜４００ガウス掛けている。放電の点火は、まず最
初に浮遊電極４とアノード９とを同電位にし、ポローカ
ソード本体ｌとアノード９との間に電圧を印加して放電
を開始させる０次に、ホロ−カソード本体１側から順番
に浮遊電極４とアノード９との接続を切り離し、全ての
浮遊型ｔｆ１４をアノード９から切り離した時、放電は
ポローカソード本体１とアノード９の矩形スリットの内
面との間で維持され、生成されたプラズマは、ホローカ
ソード本体１の内部の圧力と外部圧力との差および磁場
の作用によりアノード９の矩形スリットから自然に流出
する。

例えば、キャリヤガス導入口３からホローカソード本体
１内にアルゴンガスを導入し、ホローカソード本体１の
内部の圧力を２．０　Ｐａ程度にすると、放電は容易に
起こり、外部圧力は１Ｏ−２Ｐａ程度になる。このよう
な状態において、外部磁場１００〜４００ガウス、放電
電流を０．５〜２Ａまで変化させると、イオン飽和電流
は放電電流および外部磁場と共に増加し、放電電流２Ａ
で、１０．５ｍＡ　（２６、３ｎＡ／　ｃｎ＋２　）が
得られた。従って、イオン飽和電流は放′Ｃ電流および
外部磁場を変化させることにより容易に制御できること
が認められる。

［発明の効果コ 以上説明してきたように、本発明によるポローカソード
型イオン源によれば、ホローカソード本体とアノード電
極と浮′ｉ１！電極とから成る組立体に外部からイオン
引出方向に磁場を印加するように構成しているので、プ
ラズマの放電路が絞られ、高密度のプラズマを生成させ
ることができ、ガス効率が向上され、少ないガスで所定
のイオン電流を得ることができ、また自然に流出するプ
ラズマのイオン飽和電流を放電電流と外部磁場とにより
容易に制御することができ、プロセッシング用等のプラ
ズマ源、イオン源として実用化が期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による装置の中心軸線を通る概略水平断
面図、第２図は第１図の装置の中心軸線に沿った概略垂
直断面図である。 図　　　中 １：ホローカソード本体 ２：イオン引出用スリット ３：キャリヤガス導入口 ４：浮遊電極 ５：狭い放電路 ６：環状絶縁体 ７二環状絶縁体 ８：環状絶縁体 ９ニアノード １０：磁場発生コイル

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. イオン引出用スリットおよびキャリヤガス導入口を備え
   たホローカソード本体と、上記イオン引出用スリットの
   前方に設けられたアノード電極と、上記イオン引出用ス
   リットと上記アノード電極との間のイオン引出部にガス
   効率を高めるための浮遊電圧を印加する浮遊電極と、上
   記各構成要素から成る組立体の外側に位置決めされ、こ
   の組立体に対して外部からイオン引出方向に磁場を掛け
   る磁場発生手段とを有することを特徴とするホローカソ
   ード型イオン源。