JPS63276858A - イオンビーム発生装置 - 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） 本発明は新規・なイオン発生装置に関する。

（従来の技術） 従来イオンビームは種々の方法で発生されていた。気体
状のイオン種はガス源からプラズマを発生さ・せそこか
らイオンを抽出してイオンビームを生ずることによって
形成することができる。しかしながら求められるイオン
種が金属である場合には金属からプラズマを作り出すこ
とには問題があった。過去において、金属源を非常に高
温まで昇温させて高温金属蒸気を作り出していた。例え
ば米国特許第２，８８２．４０９号は金属フィラメント
を加熱することによりてプラズマ形成を１行うことを述
べている。また、定温乃至はその近くにおいて金属ガス
が存在する場合もあるが、そのような状態は稀である。

加速器において用いられる２つの代表的なイオン源は、
フィリップス・イオンゲージΦイオンソー　ス（ＰＩＧ
　：　Ｐｈ１ｌｌｉｐＳ　Ｉｏｎ　Ｇａｇｅ　Ｉｏｎ　
５ｏｕｒｃｅ）およびデー、オプラズマトロン・イオン
ソース（ＤｕＯｐｌａＳｍａｔｒＯｎ　Ｉｏｎ　５ｏｕ
ｒｃｅ）である。

デュオプラズマトロン会イオンソースは、放電を抑制し
かつプラズマをアノードの抽出口付近に集中させる異質
の磁場を作り出す中間電極によって熱陰極アークを形成
する。例えば、米国特許第３．４０’９，５２９号はこ
の型式のイオンソースすなわちイオン源を記載している
。デュオプラズマトロン・ソースは非常に高いイオン電
流を生じるが、金属イオンよりも気体イオンの創生に適
したものである。

ＰＩＧンースは中空円筒形のアノードの端部に設けられ
る２つのカソードを利用し℃いる。アノーＦ軸線に対し
て平行に磁場が形成される。カッ−１！はアノードに関
して同一の負のポテンシャルにある。ガス原子のイオン
化によって作り出される電子はアノードに向けて加速さ
れるが磁場に従うように拘束されしたがってアノードに
関して径方向に移動することを田土される。電子はカソ
ード間で振動してバヴクグラウンド・ガスをイオン化し
続け、イオン化プロセスを続行させるに十分な電子を創
生ずる。アノードは代表的にはスリットおよびアノード
に対し℃外側の抽出電極を有している。正イオン撮突は
カソードから物質を放出してプラズマを形成し、このプ
ラズマからアノードスリット付近でイオンが抽出される
。金属イオンの放出すなわちスパッタリングは別のスパ
ッタリング電極を付加することによって増強される。金
属イオンビームの創成のためにＰＩＧ源を用いることが
できる。しかしながら、ＰＩＧ源を用い℃達成されるイ
オンビームの流れは比較的小さい。

米国特許第３，５６０．１８５号はこのタイプのイオン
源を記載している。

米国特許第３，３８９，２８９号は粉末のチタン水素化
物を用いこれを電極の間において火花ギャップを形成す
る銃を記載している。電極を励起するとプラズマ・バー
ストが生じた。

米国特許第４，３２０．３５１号はシリコン体あるいは
シリコンウェーハ上に散布されるアークプラズマの発生
を記載している。プラズマは、粉を溶融すなわち流動化
しかつこれを散布されるべき物に推進させるアークガス
流に粉体を注入することによって生ずる。

１、Ｅ、Ｅ、Ｅ（７）　１９７２年＃　８　、　ｖｏｚ
、　６０　ＫＱ表された「脈動金属プラズマ発生器」と
題するギルモア　（Ｇｉｌｍｏｒｅ）およびｏ　ツクウ
ッド（Ｌｏｃｋｗｏｏｄ）の論文は真空アークによるプ
ラズマの発生を述べ℃いる。この方法は真空における２
つの電極の設置およびこれら電極間の電気的放出（放電
）の達成を述べでいる。負電極からの物質がアークによ
り気化かつイオン化されて金属プラズマを発生するので
ある。

米国特許第４．４０７，７１２号は中空の電極をめっき
するために用いられるスパッタリング技術を開示してい
る。

（発明が解決しようとする課題） 上述の従来技術はそのいずれもが高電流ビームの金属イ
オンの効率的な発生のためのイオンビーム発生装置を開
示し℃いない。そのような装置はイオンビームの発生の
分野における大きな前進に貢献するであろう。

（課題を解決するための手段） 本発明によれは新規かつ有用なイオンビーム発生装置が
提供される。

本発明の装置は真空室を用いている。イオン源として作
業材料で形成されたカソードが真空室に設けられかつア
ノードから隔置される。アノードは円錐状の部材によっ
て適所に保持される。円錐状の部材は熱伝導性の物質で
ある。アノー自工開口を有しこの開口は装置によって発
生されるプラズマジェットを通過させる。電源がアノー
ドおよびカソードに付与されてこれらの間に電位を生じ
させる。アノードホルダのフランジ端に冷却を施すロ カソードおよびアノードの間に電気アークを生じさせる
ための装置が設けられる。アークはカソードの一部を気
化させかつプラズマを形成するのに十分な強反であり、
プラズマはアノードに向って移動しついでアノードの開
口を通過する。このようなアークの創生はカソードと同
心状に形成されたトリガー電極により惹起される。電気
回路によりトリガー電極とカソードとの間にパルススパ
ークが発生する。トリガー電極は高電圧を必要とするの
でトリガー電極およびカソードの間に絶縁体を設ける。

カソードに対して冷却を行うごともできる。カソードか
らアノードに向いかつアノードの開口を通るプラズマジ
ェットを制御しかつ案内するために磁場を形成する。こ
のようなａ場はアノードの開口を包囲するコイルによっ
て発生される。このような磁場を付与するための装置は
冷却系統を含むことができる。

アノードを通過するプラズマプルームからイオンを抽出
するための装置も設けられる。このような抽出手段は真
空室中においてアノードを超えて所定距離の位置に設け
られる一式のグリッドあるいは電極によって具体化され
る。プラズマジェットから抽出されたイオンはイオンビ
ームの中に加速される。

カソードの互換性が必要な場合には多カソード支持体を
真空室の中に延在せしめることができる。

支持体は多数のカソードの中のどの１つであってもアノ
ードに対して適所に移動させ気化電気アークを形成する
ことができる。支持体は回転部材の形態をとることがで
き、この回転部材は手動あるいは自動回転のため真空室
の外側に伸びる回転可能な軸を有している。回転軸には
係止把持部材を設けることもできる。また、トリガー電
極とカソードとの間の始動スパークをエカソードの周囲
の電極カラーとカソードとの間の表面路に従う。

新規かつ有用なイオン発生装置を記載したことが判るで
あろう。

従って本発明の目的はプラズマ源として金属蒸気アーク
を用いたイオン発生装置を提供することである。

本発明の他の目的は固体金属あるいは金属化合物から発
生しかつイオンビームに変換される高密度プラズマを用
いたイオン発生装置を提供することである。

本発明の別の目的は低摩耗カッ−ｒを用いたイオン発生
装置を提供することである。

本発明の更に別の目的はプラズマを発生するためのスパ
ッタリング過程を省きかつプラズマからのアノード上へ
の金属の生成を排除するイオン発生装置を提供すること
である。

本発明のまた更に別の目的は金属イオンが真空室中でガ
スと結合してこれを移送することの可能なイオン発生装
置を提供することである。

本発明の他の目的は高い安定性を有するプラズマを用い
たイオン発生装置を提供することである。

本発明の他の目的は繰り返し性のあるイオンに対する電
荷状態分布を有するイオン発生装置を提供することであ
る。

本発明の他の目的は低ビームエミツタンスを有するイオ
ンビームをもたらすイオン発生装置を提供することであ
る。

本発明の他の目的は非常に高いビーム電流を有するイオ
ンビームを生ずるイオン発生装置を提供することである
。

本発明の更に別の目的は高電荷状態イオン種の有用な流
れを生ずるイオンビーム発生装置を提供することである
。

本発明の他の目的はアノードに対していずれのカソード
をもプラズマ発生位置に置くことのできる多カソード支
持体を有するイオン発生装置を提供することである。

本発明の他の目的はカソードの摩耗により生ずる非作動
時間の短いイオン発生装置を提供することである。

本発明の他の目的は異った材料製の相互に交換可能な多
数のカソードを含み各々のカソードが単一のアノードと
共に連続的にプラズマを発生することのできるイオン発
生装置を提供することである。

本発明の他の目的はカソードおよび包囲電極間の表面径
路に従う始動スパークを用いたプラズマ発生装置を提供
することである。

本発明の他の目的は真空室の真空シールを破らずに交換
することのできる多カソードを有するイオン発生装置を
提供することである。

（実施例） 本発明の装置全体を符号１０により図面に示しており、
この装置は要素の１つとして真空室１２を含んでいる。

真空室１２は円筒状部材１４、第１の端部１６および第
２の端部１８の間に形成されている。円筒状部材１４は
石英又は他の適宜な材料で形成することができる。絶縁
材２０はＱ　ＩＪング２４によってシールされた真空空
間２２を提供している。金属部材２６は真空室１２の真
空空間２２および３０の間の通路２８を含んでいる。

絶縁材２０はねじ３７によりて金属部材に固定されてい
る。真空室の抜気は真空空間３２の装置１０の第２の端
部で行われる。金属部材３４は第１，２図に示すように
複数のねじ３６によって絶縁材２０に固定されている。

制御電極３８が止めねじ４０によって金属部材の中に保
持されている。金属部材２６および３４は銅で形成する
ことができ、一方トリガ電極３８は高温下で耐劣化性を
有するタンタルで形成することができる。アルミナ等で
形成された絶縁材４２が金属部材３４から伸びるその長
手方向に清って制御電極３８を包囲している。

チューブ４４および４６は絶縁材４２に関して同心円状
に配置されており、これらチューブは銅等の熱伝導性材
料から形成することができる。ベース片４８がチューブ
４６に当接してカソード５０に対する座の役割を果して
いる。アノード５２はアルミニウム、ステンレススチー
ルあるいはこれらと同等の導電性の材料で形成されてお
り、貫通する開口５６を有するアノード板５４で終端し
ている。アノード５２は第１．２図に示すようにフラン
ジ又はグレート５８で終端する円錐状のホルダ５３を有
し℃いる。フランジ５８は、フレオン等の冷却剤のため
の入口６４および出口６６を分離するためのプラグ６２
を有する、環状の開口６０を有している。環状の溝６０
はフィルタ６８によって閉じられている。絶縁材７０が
７ランジ５８およびアノードホルダ５３に当接している
。金属リング７２が金属部材２６および絶縁材７００間
にある。複数のＱ　ＩＪング７５が金属部材２６および
絶縁材７０をシールしている。複数の（１０）Ｊング７
５が金属部材２６、リング７２、絶縁材７０およびアノ
ード７ランジ５８をシールして周囲の空気が真空室１２
に漏洩するのを防止している。部材２６はねじ２７によ
って絶縁材７０に固定されている。

アノードフランジ５８は固定手段７６によって絶縁材７
４に固定され℃いる。金属リング７８がアノード５２の
７ランジ５８および絶縁材７４の間に延びている。

グリッドホルダ８０がアノードホルダ５３を包囲してお
り、このグリッドホルダはフランジ８２を有している。

フランジ８２はアノード５２の７ランジ５８との間に絶
縁材７４をサンドイヅチ状にして挾んでいる。複数００
リング８４が上述した。リングと同様な状態で漏洩を防
止している。

フランジ８２は環状の室８６を含んでおり、この室はそ
の中を冷却流体が循環することを許容する。

プラグ８８が第２図に示すように入口９ｏから出口９２
を分離しており、この状態はアノードフランジ５８に関
連して環状の室について説明した上記構造と同様である
。フィルタ９４が環状の室８６に対するシールを提供す
る。

第６図を参照すると、金属チューブ９６が絶縁材カバー
４２をその長手方向において包囲しているのが示されて
いる。冷却剤はチューブ４４と入口９８からのチューブ
４６との間の空間に入れられている。冷却剤は第１図に
示ベース片４８の端部に衝突し℃チェープ４４．４６の
間の空間および出口１００を経て戻ってくる。

グリッドホルダ８ｏは電気グリッド１０４を保持する段
付きの部材で終端している。開口５６、アノード５２、
カソード５０およびグリッド１０４は軸方向に整合され
ている。マグネットコイル１０６（概略的に示す）がア
ノード板５４の領域を包囲している。フレーム部材１０
８がマグネットコイルを適所に保持しており、このフレ
ーム部材はマグネットコイル１０６の両側に設けられた
一対の中空のプレー）１１０および１１２から構成され
℃いる。第１図および第５図を参照すると、冷却はまた
中空のプレー）ｌｏｌ　、１１２に対し又、入口１１４
．１１６および出口１１８．１２０をそれぞれ介して行
われている。複数の円筒状の空間１２２がグレート１１
０および１１２を一緒に保持している。同様にして、円
筒状の棒１２４．１２６．１２８および１３０が端部グ
レート１３２に対してフランジ８２を保持している。電
気端子１３４および１３６が電源をマグネットコイル１
０６に接続している。端子１３８は第９図の温度過負荷
スイッチ２２８に対するコネクタの役割を果たす。これ
らの電気端子は第５図のブロック１４０．１４２上に取
り付けられている。更に、スペーサとしての円筒状の棒
１２４．１２６゜１２８および１３０が複数の固定具１
４４（第２図）および１４６（第３図）によってフラン
ジ８２およびプレート１３２に対し℃保持されている。

第７図はプレート８２および７ランジ５８（第２図）の
間に設けられた火花ギャップ機構２２０を示している。

機構２２０は電気的な調整あるいは操作の間の装置１０
の種々の要素間の電気的な分解を防止し、また火花ギャ
ップ２２０に対するいかなる疑似的な放出も抑制する。

次に第８図を参照すると、カソード５０が固定ねじ１５
２によってベース片４８の中の適所に保持され℃いるの
が分かる。他の固定ねじ１５４が絶縁材４２およびトリ
ガ電極３８をベース片４８の中で固定している。０リン
グ１５６が石英シリンダ１５８をカソード５０の周囲に
保持している。

第８図はまた電気グリッド１０４と側面を合わせた状態
にして取り付けられている電気グリッド１６０および１
６２を示している。第３図および第８図を参照すると、
プレート１６４と絶縁材１７０がプレート１６６をサン
ドイッチ状態にして挾んでいるのがわかる。ハブ１７２
が複数の貫通開口１７６を有するフランジ１７４に当接
している。真空空間１６８がグリッド１６０をグリッド
１６２から電気的に絶縁している。プレート１３２の内
側の部分である７ランジ１７４が複数の固定具１７８に
よってハブ１７２に対して保持されている。ポスト１８
０，１８２．１８４および１８６がプレート１３２を磁
気フレーム部材１０８のプレート１１２に対して保持し
ている。

複数の固定具１８９（第３図に破線で示す）がプレート
１３２の磁気フレーム１０８に対する保持を助けている
。プレート１３２の突出部１８８は円筒状の部材１４の
周囲に係合している。０す／グ１９０および１９２がこ
の点における真空室１２の真空を維持している。構造体
１９４は装置１０から発生するイオンビームに対する最
適の使用を示している。真空空間３２は構造体１９４の
一部を含むことができる。固定具１９３および１９５（
第１図および第３図）がプレート１３２を構造体１９４
に保持しかつそのような複数の固定具を表現している。

電気的な接続具１９６が上述のグリッド構造に接続して
いる。同様にして、電気的な接続具１９７（第２図）が
グリッドプレート８２を介してグリッドホルダ８０およ
びグリッド１０４に接続し℃いる。

次に第９図を参照すると、カソード５０およびトリガ電
極３８がパルス変換器１９８に接続されている。１０な
いし２０キロボルトの間のパルスがトリガ電極３８およ
びカソード５０の間に生じそれらの間にスパークを発生
させる。このスパークは真空室１２の中の六ソード５０
およびアノードプレート５４０間にアーク（放電）を生
じせしめ、イオン化された金属蒸気をカソード５０から
解放させる。例えば、カソード材料はタンタル、金、炭
素、アルミニウム、シリコン、チタニウム、鉄、ニオブ
、ラザナムへキサポライド（ｌａｔｈａｎｕｍｈｅｘａ
ｂｏｒｉｄｅ）　、ウラニウム等を用いることができる
。強度に電流が集中する狭い領域であるいわゆる１カン
−トスポット”がカッ−）＃５０から濃密な金属蒸気プ
ラズマの生成に寄与していることが判明した。パルス変
換器１９８に対する入力２０２は第９図に示す回路の形
態をとることができ、これは抵抗器２３０１電源２３２
、電子管；２３４およびキャパシタ２３６を用いている
〇また、金属蒸気真空放電は他の手段、例えばカソード
５０上に高パワー、短パルスレーザビームを当てる方法
、によりてもほぼ同様の結果をもって得ることができる
。また、カソード５０の表面に紫外線光線あるいはトリ
ガスパーク周辺から発生する軟らかいｘＩＩＩｉｌを照
射することによりて光電子を分離することができる。例
えば、第１Ｏ図絶縁材２４２の中に保持された電極２４
０を示している。絶縁材２４２０回りの金属カラー２２
４が溶接あるいは他の方法によりアノードプレート５４
に固定される。パルス変換器１９８および入力回路２０
２は以下に第９図を参照して説明するように使用される
。カソード５０Ａは、カソード５゜とは異なり、トリガ
電極３８および絶縁材４２を含まない。

カソード５０およびアノードグレート５４の間の空間は
放電領域２０４として後熱される。カソード５０から発
生したプラズマはそこからアノードプレート５４に向か
り℃流れる。カソードおよびアノードの間のプラズマを
電流が通過して第９図の電気回路を達成する。コイル１
０６によっ℃磁場が起こりプラズマジェットをカソード
５０からアノードプレート５４に向けてかつ即日５６を
量し℃案内する。環状のアノード５２が磁場コイル１０
６の平面内の円筒状軸に直交して設けられている。アノ
ード領域の磁場は１キロガウスあるいはそれ以下にする
ことができる。フレオンあるいは水等の冷却剤が入口９
８、チューブ４４および４６、および出口１００を流過
してアーク源から熱を除去する。

強いプラズマプ／ｌ／−ム（ｐｌａｓｕｍｅ　ｐｌｎｍ
ｅ）が°アノード５２の開口５６を通過してドリフト領
域り２０６と定義される領域に入る。プラズマが開口５
６を通過するのを制限する何等の障害も観察されなかっ
た。

石英シリンダ１５８はこの点においてプラズマプルーム
が開口５６を通過するのを助ける。マグネットコイル１
０６は電源２１２を利用してプラズマが開口５６を通る
のを更に助ける。ドリフト領域２０６に入ったプラズマ
は濃密でかつ電気的にほぼ安定である。

ドリフト領域２０６を横切るプラズマは抽出領域２０８
に入る。領域２０８ではプラズマからイオンを抽出する
ための手段２１０が用いられている。手段２１０は第９
図に示されており、３つのグリッド１０４．１６０およ
び１６２を含んで−するっソースグリッドあるいはソー
ス電極であるグリッド１０４は抵抗２１６を介してアノ
ードグレート５４および抽出電源２１４に接続している
。

グリッド１６０はエクストラクタあるいは抑制電源２１
８として参照される。グリッド１０４および１６０の間
に形成される電場がドリフト領域２０６におけるプラズ
マからイオンを抽出しかり加速する。

装置１０から出るイオンビームは５ｕｐｅｒ　ＨＩ　Ｌ
ＡＧおよびＢｅＶａｌａＣ等の加速器あるいは半導体処
理および冶金分野におけるイオン移植（イオンインプラ
ンテーション）において用いられる。装置１０により生
ずるビームの強度は１アンペア以上でありこの値は現存
の金属イオンビーム電流よりも非常に大きい。ビーム電
流の強度はファラデーカップおよびカロリ測定法により
確認された。装置１０は１秒当りｌＯパルスまでの繰返
し速度で３０マイクロ秒および３ミリ秒の間のパルス長
において運転されたが、高い能力を有する冷却システム
を用いてより長い時間が可能であり、更に高いイオンビ
ーム強度を得ることができる。したがって連続的（ｄ、
ｃ、）作動を行うことができる。装置１０により生じた
イオンの電荷状態分布が測定され装置の連続運転中これ
を行りた。イオンビームのエミツタンスは０．０５ｐｉ
　　センチメーターミリラジアン（標準化されたもの）
で測定された。

第１１乃至１５図を参照すると本発明の他の実施例が示
されており、ここにおいてはトリガ電極２５２に関して
多数のカソード２５０が用いられテイル。金属ベース２
５４がトリガ電極２５２を部分的に包囲しかつトリガ・
フィードスルー２５６に固定されている。トリガフィー
ドスルーは電気伝導性材料で形成されておりかつメス凰
電気接続部２５８を有している。プラズマ放電を生起さ
せるために第１１乃至第１５図に示した実施例で用いら
れる回路はトリガ電極３８およびカッマド５０に関し℃
第９図および第１０図に示した回路と同一のものとする
ことができる。トリガ・フィードスルー絶縁材がトリガ
・フィードスルー２５６を包囲しかつ固定具２６２によ
りこれに固定されている。（１０）Ｊタング６４が真空
室２６６の中のトリガ電極２５２をシールしている。こ
の点に関し、室２６８はアノードプレート２７２から容
易に取外すことのできるカウリング（ｃｏｗｌｉｐｇ）
　２７０の中において大気圧に維持されることに注意さ
れたい。カソード・ボーティング・ブロック２７４が固
定具２７６によりトリガ電極２５２を保持している絶縁
材２６０を支持している。また、カソード・ボーティン
グ・ブロック２７４は固定具２８０によりカソードプレ
ート２７８に固定されている。カン−ドブレートはまた
固定具２８４を用いてカソード−アノード絶縁材２８２
にボルト止めされている。カソード−アノード絶縁材２
８２は固定具２８６（第１１図）を用いてアノードプレ
ート２７２に連結され℃いる。固定具２６２゜２７６．
２８０．２８４は通常の形態の止めねじとすることがで
きる。

カン−トップ２８６が複数の止めねじ２９０を用いてカ
ソード・ボーティング・シャフト２８８に固定されてい
る。電気ソケット２９２がシャフト２８８の端部に設け
られておりこれは複数のカソード２５６に電位を供給す
るためのものである。

カソードイボ−ティング・シャフト２８８はカソード・
ボーティング・ブロック２７４を通って伸びフランジ部
分２９４に拡がっている。ボーティング・キャップ２９
６がプラグ又はキー２９８を用いてシャフト２８８のフ
ランジ部分２９４に固定されている。ボーティング・キ
ャップ２９６は複数のカソード２５０のための支持体と
して作用する。アノード・マスク・プレート′３００が
複数のねじ３０２によってボーティング・キャップ２９
６に固定されている。アノード・マスク・プレートは第
１１図乃至第１５図に示す実施例において単に選択的な
要素である。第１２図に示すように、アノード・マスキ
ング・プレート３００は石英から形成されかつ第１１．
１２．１５図に示すように点火位置にあるカソード３０
６の反対側の開口３０４を含んでいる。

アノード・シールド３０８はプレート部３１０およびリ
ング部３１２を含んでいる。アノード・シールド３０８
はアノードプレート２７２に固定されたシールド保持体
３１４に固定されている。

アノード・シールドのプレート部分３１０は図示のよう
に石英材料から形成されている。アノード・シールドの
リング部分３１２はパイレヴクス材料から形成されてい
る。第１４図に示すようにアノード・シールド保持体３
１４は止めねじ３１７によりアノード・プレート２７２
に固定されている。

カソード−アノード・シールド３０８Ｇ工点火されてい
る単一のカソード、例えばカソード３０６、を除いて全
てのカソード２５０からアノード３１６の電位を防いで
いる。この点について、マスク３０８は開口３１５を有
し、この開口はカソード３０６からアノード３１６への
プラズマ放電の通過を許容する。

第１２図を参照すると、カソード３０６がこのカソード
の先端３２０まで伸びる絶縁スリーブを有しているのが
わかる。ステリシス・スチール製のリング３２２が絶縁
体３１８の周囲に係合している。トリガ電極２５２がリ
ング３２２に摺動可能に係合しており、このリング３２
２は電極２５２からの電位を絶縁体３１８の終端部付近
のリングの終端部に導いているうプラズマ形成を生起す
るスパークはリング３２２の終端部から絶縁体の終端部
を通りカソード３０６に達する。この点に関して、カソ
ード３０６は他の複数のカソードと同様均一に摩耗する
。これはカソードはその最長点すなわちアノード３１６
に最も近い点で気化するからである。

トリガ保持体３２４はボーティング・キャップ２９６に
入る複数のねじ３２６によって適所に保持されている。

第１３図を参照すると、冷却剤継手３２８．３３０の使
用により第１１乃至１３図に示す装置の中を冷却剤が循
環しているのがわかる。冷却剤は継手３２８を通して移
送され通路３３２を介してカソード参ボーティングーブ
ロック２７４にまたシャフト２８８を介して中空の通路
３３４に入る。この点において、冷却剤はボーティング
・インサート３３６およびアノード溝３３８へ入る。冷
却剤は次にボーティング−チェープ３４２の外側の空間
３４０へ戻る。この点において、冷却剤は通路３４４に
入り継手３３０を出る。また冷却剤は導管３４８を介し
て第１４図の通路３４６を通って移送される。次に冷却
剤はアノードプレート２７２を通り環状の空間３５０に
入って電極マグネット３５２を冷却する。冷却剤はつい
で導管３５４を介して戻り継手３３０を出る。

電極マグネット３５２および抽出手段３５６は、第１図
乃至第８図に示した実施例において抽出手段として働く
電磁コイル１０６およびグリッド１０４．１６０．１６
２に必然的に類似している。

包囲体３５８が第１１図乃至第１５図に示す実施例にお
い℃真空を維持している。この点に関し、真空は端部ピ
ース３６０を介して吸引される。Ｏリング３６２，３６
４，３６６．２６４は、冷却剤のドレーン３７２の両側
に設けられるテフロン・ベアリング３７０を包囲する複
数の（１０）Ｊング３６８と同様に、室２６６に大気圧
が侵入するのを防止する。通路３３２を包囲する複数の
Ｏリング３７３は通路３３２から冷却剤が漏洩しないよ
うにシールする役目を果たす。

第１３図を参照すると、ターミナル・ブロック３７４が
カン−ドブレート２７８の外側表面に取り付けられてい
るのが分かる。導体３７６および３７８が電気源をマグ
ネット３５２に供給する。

導体３８０はアノード３１６に対して適性なｔ位を提供
する。

カソード・ノブ２８６（第１３図、第１４図）は扇形の
外周部３８２を有しており、その凹所は円筒形状の係止
部材３８４の中に嵌合している。

円筒形状の部材３８４に連結されたウィング３８６は使
用者のための把持部材の役割を果たす。円筒形状部材３
８４は平坦部３８８を有しており、この平坦部はカソー
ド・ノブ２８６の外周部３８２上の平坦部に接触してい
ない。したがって、円筒形状のノブの平坦部３８８がカ
ソード・ノブ２８６の外周部３８２の平坦部に対して必
然的に平行であるときには、円筒形状の係上部材３８４
を回すとカソード・ノブ２８６が回る。第１３図および
第１４図に示すように、カソード・ノブ２８６は、カソ
ード３０６がアノード３１６と適性に整合するのを許容
する位置に、係止されている。

室２６６の中では多数のカソード２５０が回転可能であ
るが、このような多数のカソードは直線的あるいは他の
態様で動き、アノード３１６と共にプラズマ形成を行う
。

操作において、第１図乃至第１０図に示す実施例におい
ては、電気ターミナル２２２および２４５がパルス変換
器１９８に接続されている。ターミナル２２４はカソー
ド５０に接続し、ターミナル２２２はトリガ電極３８に
接続している。ターミナル２２６はアークの正側の導線
、抽出電源２００゜２１４、およびアノードグレート５
４およびグリッド１０４０間の抵抗器２１６に接続して
いる。

継ぎ手１９６および１９７はグリッド１６０および１０
４にそれぞれ接続している。グリッド１６２はプレー）
１３２を介して接地されている。この点において、冷却
剤は、アノードホルダ５３の７ランジ５８、グリー／ｌ
−′ホルダ８０の７ランジ８２、および銅製の管４４お
よび４６を通りて循環している。冷却剤はまたマグネッ
ト・フレーム１０８および継ぎ手１１４．１１６．１１
８．１２０を通って循環している。、マグネット−コイ
ル１０６は端子１３４および１３６を介して励起される
。温度遮断スイッチ２２８がコイル１０６の温度を監視
している。電源２００，２１２．２１４および２１８が
＠ＯＮ″にされる。パルス回路２０２が毎秒当たり数回
の割合でトリガ電極の点火を開始する。電極３８および
カソード５０の間のスパークがカソード５０およびアノ
ードグレート５４０間の放電を開始させる。この時点に
おいてカソード５０の少ない部分がイオン化される。カ
ソード５０およびアノードプレート５４の間のアークす
なわち放電がこのスパークにより発生する。電源２００
がパルス化された電源をもたらし、これがカソード関お
よびアノードプレート５４０間の放電の間隔を決定する
。電源２００は、ある場合において、カソード５０に対
して電気的エネルギの安定した供給源を提供するが、前
述した冷却機構が本実施例から高い能力を持たなければ
ならない。アークすなわち放電はアノード開口５６を通
過して抽出手段２１０へ移動する。グリッド１０４にお
いて、プラズマと非プラズマの境界が生ずる◎グリッド
１０４の開口にメニスカスが形成されそれはドリフト領
域２０６に向かって凸状になりている。そのようなメニ
スカスはグリッド１０４および１６０の間の電場の結果
として形状が定まる。ドリフト領域におけるプラズマプ
ルームの中の電子はそこに止どまっている。グリッド１
６０および１６２０間の電場は構造体あるいはターゲッ
ト１９４におい″′Ｃ発生した電子をはねとばす。これ
は逆流電子による抽出電源２１４の過負荷、グリッド１
０４および１６０の間のギャップの損傷、あるいは装置
１０の全体的な低下を防止するために必要なことである
。装置１０から発生したイオンビームは前述のように用
いられる。

第９図に示す回路に用いられる代表的な要素を下表に示
す。

第１１図乃至第１５図に示す実施例は、円筒状の部材３
８４のロックを解除した後にカソード−ノブ２８Ｇの外
周部３８２を回すことによって作動することができる。

カソード３０６は次にトリガ電極２５２と整合され従っ
て電極２５２は導電リングすなわちカラー３２２に接触
する。次にカソード３０６およびアノード３１６の付近
の領域まで延在する室２６６の中に真空を生ぜしめる。

第１図乃至第１０図に示した本願発明の実施例において
説明したように、冷却剤は継ぎ手３２８および３３０を
通りて移送されまた電位は電極２５２、カソード３０６
、アノード３１６、電極磁気手段３５２および抽出手段
３５６にもたらされる。次いで、導体カラー即ちリング
３３２とカソード３０６の端部との間のスパークにより
トリガされたカソード３０６およびアノード３１６の間
に電気アークが生ずる。カソード３０６の一部を気化す
ることによりて生ずるプラズマは開口３９０を通りてア
ークに向けて案内される。磁気手段３５２はプラズマを
閉じ込めてこれが抽出手段３５６に移動することを許容
する。ついで、従来技術のように、イオンビームがエン
ド−ピース３６０かも出る０

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の装置の軸方向断面図、第２図は第１図
の線２−２に浴う断面図、第３図は第１図のｌｆＭ３−
３に沿う断面図、第４図は第１図の紛４−４に沿う断面
図、第５図は第１図の線５−５に沿う断面図、第６図は
第１図の＋１１６−６に清う断面図。 第７図は第２図の線７−７に沿う断面図、第８図は第１
図の１部を拡大して示す軸方向断面図、 第９図は本発明の装置の作動を示す模式図、第１０図は
本発明の他の実施例の部分断面図、第１１図は本発明の
別の実施例の多交換カソードを破断して示す断面図、 第１２図は第１１図の一部を強調して示す部分断面図、 第１３図は第１１図の線１３−１３に沿う断面図、 第１４図は第１３図の縁１４−１４に浴つ断面図、 および第１５図は第１１図の線１５−１５に沿う断面図
である。 （主要符号の説明） １２：真空包囲体（真空室）、　　３８：トリガ電極、
　　５０：カンード、　　５２ニアノード、５６：開口
、　　６２ニブラグ、　　７０．７４：絶縁材、　　１
０６：マグネット・コイル。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. （１）以下の（ａ）〜（ｉ）の構成要素を備えたことを
   特徴とするイオンビーム発生装置： （ａ）真空包囲体； （ｂ）前記真空包囲体の中に設けられる少くとも１つの
   可動部を有する支持部材； （ｃ）前記支持部材の可動部に設けられる複数のカソー
   ド；この複数のカソードは前記可動 部上で互に隔置されている。 （ｄ）前記真空包囲体のある領域に設けられるアノード
   ； （ｅ）前記支持部材の可動部および前記複数のカソード
   のいずれか１つを前記アノードから 所定距離の位置まで移送する移送手段； （ｆ）前記カソードの１つおよび前記アノードの間に電
   位を形成する電気源； （ｇ）前記カソードの一部を気化かつイオン化してプラ
   ズマを形成するに十分なだけの電気 アークを前記カソードの１つおよび前記ア ノードの間に生ずるアーク発生手段； （ｈ）前記カソードの１つおよびアノード領域から所定
   の方向において離れた他の領域まで 前記プラズマを案内するための案内手段； （ｉ）前記所定の方向においた離れた他の領域で前記プ
   ラズマからイオンを抽出するための 抽出手段。
2. （２）前記アーク発生手段が電圧源に接続されたトリガ
   電極を有しており、このトリガ電極が前記真空包囲体の
   １つの領域において前記アノードから所定距離離れた位
   置まで移送された前記カソードの１つに隣接して設けら
   れることを特徴とする請求項１記載のイオンビーム発生
   装置。
3. （３）前部移送手段が軸上で回転可能なディスクと、前
   記軸を回す手段とを有し、前記複数のカソードの各々が
   前記回転可能なディスク上に設けられることを特徴とす
   る請求項１記載のイオンビーム発生装置。
4. （４）前記軸を回す手段が、該軸に連結されるとともに
   前記包囲体の外側に伸びる把持部材を、有することを特
   徴とする請求項３記載のイオンビーム発生装置。
5. （５）前記把持部材がこの把持部材を所定位置に固定す
   る係止手段を有していることを特徴とする請求項４記載
   のイオンビーム発生装置。
6. （６）前記支持部材を冷却するための冷却手段を有する
   ことを特徴とする請求項１記載のイオンビーム発生装置
   。
7. （７）前記イオン抽出手段が前記カソードおよびアノー
   ドから所定距離はなれて前記真空包囲体の中に設けられ
   ることを特徴とする請求項１記載のイオンビーム発生装
   置。
8. （８）前記アーク発生手段がトリガ導体と、前記カソー
   ドを少くとも部分的に包囲する導電性のトリガ・カラー
   とを有し、前記トリガ導体は、前記カソードの１つが前
   記アノードから前記所定距離にあるときに、前記トリガ
   ・カラーに接触することを特徴とする請求項１記載のイ
   オンビーム発生装置。
9. （９）前記トリガ・カラーおよび前記カソードの間に間
   挿される絶縁部材を含むことを特徴とする請求項８記載
   のイオンビーム発生装置。
10. （１０）前記複数のカソードおよび前記アノード間に間
    挿される電気的シールドを有し、このシールドが、前記
    複数のカソードの１つが前記アノードから前記所定距離
    にある時に、前記アノードおよび前記カソードの前記１
    つのものに向う開口を提供することを特徴とする請求項
    １記載のイオンビーム発生装置。