JPS6381735A

JPS6381735A - イオン発生装置

Info

Publication number: JPS6381735A
Application number: JP22761686A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Kawasaki; 川崎　義則; Hajime Kuwabara; 一桑原
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 1986-09-26
Filing date: 1986-09-26
Publication date: 1988-04-12

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〕本発明はイオン発生装置に係り、特にその電極構造に関
する。

〔従来技術およびその問題点］イオンビームミキシングは、２層ａ喚や交互に重ね合わ
せて蒸着した多層膜に膜界面よりも大きい飛程を持つ高
エネルギーイオンを注入し、界面で化合物や固溶体を作
る現象であり、基板上に膜を蒸着し、熱処理によって下
地の基板上にエピタキシＸ？ル成長映を形成したり、非
平衡の新しい膿を作る等、いろいろな工程への適用が注
目されている。

このイオンビームミキシングに用いられるイオンビーム
は、大面積でかつ均一な密度をもつものである必要があ
り、イオンビーム源としては、従来は、第２図に示す如
くバケット型のイオン発生装置を用いていた。

このイオン発生装置は、放電容器（バケット）１０２の
内部にカソードとしての熱フィラメント１０３を配設し
、この熱フィラメントから熱電子を放出せしめてアーク
放電を起し、これによりバケツ１〜内のガスの電離を促
進しガスプラズマを発生さｕｌこれをマグネット１０８
による磁界とグリッド１１４により収束し、引出し電極
１１６に設けられた細孔りを介して高真空に排気された
処理室（図示せず）へと導くようにしたものである。

ところでアークＮａＦ？とフィラメント寿命とはアーク
電流を増大させるとフィラメントの寿命が低下ザるとい
う相反する性質を有しているため、熱フィラメントを複
数個配設し、１個当りの電流供給量を下げるようにして
寿命を維持するという方法がとられている。

しかしながらこれは装置の構造を複雑化する結果となる
。

また、フィラメント材料がガス中に混入し、ガスプラズ
マの発生を妨げる等の不都合が生じることもあった。

更にまた、アーク放電プラズマ中の電子エネルギーをコ
ントロールすることは困難であった。

本発明は、前記実情に鑑みてなされたもので、長寿命で
かつ大電流イオンを引き出すことのできるイオン発生装
置を提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段）そこで本すテ明は、アーク放電により放雷容器内でプラ
ズマを発生させ、イオンビームを導出せしめるようにし
たバケット型のイオン発生装置において、アークｔｌｉ
電用の電子供給源としての陰極（カソード）を熱フィラ
メントに代えて該放電容器外に配設された筒状の中空熱
陰極とし、ここで発生せしめられた熱電子を該放電容器
に導くようにしたものである。

望ましくは、筒状の中空熱陰極の外側に外部コイルを配
設し、これにより該筒内にｆ！ｉｓを発生せしめるよう
にするとよい。

〔作用〕

このイオン発生装置によれば、放電容器の外部に配設さ
れた電子供給源が中空熱陰極であるため、熱電子の放出
面積が大きく、構造が従来に比べて簡単でかつ長寿命で
ある。

また、熱陰極は放電容器とは分離して配設されているた
め、陰極材料が、ガスプラズマ中に混入したりすること
もない。

更に、外部コイルは、中空熱陰極の筒内に磁場を発生さ
せ、熱電子を拘束し、アーク放電に寄与する電子の電子
エネルギーを高めることができる。

また磁場を調整することによって電子エネルギーの大き
さを制御することができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について図面を参照しつつ詳細に
説明する。

第１図（ａ）は、本発明実施例のイオン発生装置の構造
を示す図、第１図（ｂ）は、同装置における熱電子発生
機構を示す図である。

このイオン発生装置は、従来放電容器内に配設されてい
た熱電子供給源としての悲フィラメントに代えて、放電
容器の外部に設けられた中空熱陰極を用いるようにした
もので内壁が陽極（アノード）となるように電圧印加せ
しめられたバケット状の放電容器（以下バケット）ｌと
、中空熱陰曝３を具えた熱電子放出部ユとからなり、該
中空熱陰極から放出される熱電子を放電容器内に導き、
ここでガスプラズマを発生させるようにしたものである
。

前記熱電子放出部１は、筒状体からなる中空熱陰極３と
、この周りに配設されたコイル状のヒータ５と、その外
側に熱シールド部材６を介して配設され、電子を拘束す
るような磁場を発生する外部コイル７とを具備している
。またこの中空熱陰極の前記放電容器側の端部には、磁
性体８ａを備えており、その下部に磁性体８ｂを備えた
ターゲットカソード９が配設されており、該磁性体によ
って熱電子を効率良く収束しこの中央に穿設されたカソ
ード穴１０を介して放電容器に導入するようになってい
る。他方、前記中空熱陰極の他端側にはガス導入系１１
が配設されている。また、前記放電容器Ｚの外側にも磁
性体８ｂが配設され、更にこれを覆うように冷Ｗ水１２
を循環せしめるようにした冷却容器１３が配設されてい
る。

更に、前記放電容器ヱのイオン放出側端部にはグリッド
１４．減速電極１５．引出電極１６が配設されており、
放電容器内で生成せしめられたイオンビームを制御性良
く射出せしめるようになっている。ここで１７は絶縁体
である。

イして、中空熱陰極３とアノード１との間には、放電用
電源１８によってアーク放電用の電圧■　　が印加され
ており、更にターゲットカッ−ｒＣド９は抵抗１９を介して前記放電用電源１８に接続され
ている。

またアノード１ど引出電極１６との間には第１の電源２
０が、該引出電極１６と減速電極との間には第２の電源
２１が大々接続され、大々電圧ｖＡ、ｖＤが印加されて
いる。

次に、このイオン発生装置の動作について説明する。

まず、放電容器２内を真空排気系（図示せず）によって
真空排気した後、ガス導入系１１からプラズマ発生用の
ガスを導入し、１０−４〜１０−３■０「「となるよう
にする。

この後、ヒータ５を作動せしめ、中空熱陰極３を２００
０〜２７００℃に加熱し、該中空熱陰極３から熱電子ｅ
−を放出せしめる。

そして、前記放電用電源１８を作動し、前記放電容器内
でアーク放電を生せしめる。

ここで、中空熱陰極３から放出された熱電子は、第１図
（ｂ）に示す如く、外部コイル７のＦ！ｉ場により拘束
されるため、高い電子エネルギーを持ってｔｌｌ電に寄
与する。また磁性体８ａの存在により外部コイル７の磁
場は陰極前面の電子拘束にも効率良く動く。

この′拘束を乗り越えた高い電子エネルギーをもつ電子
ｅ−は放電初期にはターゲットカソード９に入り込むが
、電流の増大に伴い、抵抗１９による電位降下が増大し
、次第に電子ｅ−は放電容器内に入り込むようになる。

このとき、ターゲットカソード９に配設された磁性体８
ｂによって発生する軸方向磁場により効率良くターゲッ
トカソード穴を通過するようになる。

そして放電容器内で効率良くアーク放電が行なわれ、こ
れによって生起せしめられたガスプラズマが、イオンビ
ームとしてグリッド、減速電極を介して引き出し電極か
ら処理容器（図示せず）に射出せしめられる。

このイオンビームは大面積を均一密度で照射することが
できる上、容易に大電流イオンとすることができる。

このＶＲ置では、熱電子を放出する熱陰極の面積を従来
に比べて大幅に増大せしめることができるため、電流密
度は低くなり長寿命が可能となる。

またアーク放電に供給される電子エネルギーを高くづる
ことができるため、イオン化率を大幅に増大させること
ができる。

また、電子エネルギーを外部コイルによりコントロール
することができるため制御性が良好である。

更に、熱陰極は、中空熱陰極として放電容器の外に設け
られているため、熱陰極材料等の不純物がガスプラズマ
中に混入したりすることもない。

なお、細部の構造については、実施例に限定されること
なく、適宜変更可能であることはいうまでもない。

例えば、実施例では中空熱陰極を高温加熱し、熱電子放
出可能な状態にするためにヒータを配設したが、放電開
始時に高周波あるいはＤＣ２００〜５００Ｖ程度の高電
圧を印加しグロー放電により中空熱陰極を加熱する場合
にはヒータは不要である。

また、実施例では中空熱陰極は、１つであるが、複数個
にしてもよいことはいうまでもない。

〔効果〕

以上説明したように、本発明のイオン発生装置によれば
、熱電子を放出せしめる熱陰極を筒状の中空熱陰極とし
て放電容器の外部に配設するようにしているため、長寿
命化および大ＪＥＩＦイオンの放出が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）および（ｂ）は夫々本発明実施例のイオン
発生装置の構造および熱電子発生Ｒ構を示す図、第２図
は従来例のイオン発生装置を示す図である。１０２・・・放電容器（バクット）、１０３・・・熱フ
ィラメント（陰ｆｆ１）、１０８・・・マグネット、１
１４・・・グリッド、１１６・・・引出し電極、ｈ・・
・細孔、１・・・陽極、２・・・放電容器、３・・・中
空熱陰極、４・・・熱電子放出部、５・・・ヒータ、６
・・・熱シールド部材、７・・・外部コイル、８ａ、８
ｂ・・・磁性体、９・・・ターゲットカソード、１０・
・・カソード穴、１１・・・ガス導入系、１２・・・冷
却水、１３・・・冷却容器、１４・・・グリッド、１５
・・・減速電極、１６・・・引出電極、１７・・・絶縁
体、１８・・・放電用電源、１９・・・抵抗、２０・・
・第１の電源、２１・・・第２の電源。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）アーク放電により放電容器内でプラズマを発生さ
せ、イオンビームを導出せしめるようにしたバケット型
のイオン発生装置において、アーク放電の電子供給源としての陰極を放電容器の外に
配設された筒状の中空熱陰極とし、この中空熱陰極で発
生せしめられた熱電子を内壁に陽極を具えた前記放電容
器に導くようにしたことを特徴とするイオン発生装置。
（２）前記中空熱陰極は複数個で構成されていることを
特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載のイオン発生
装置。
（３）前記中空熱陰極は、筒内に磁場を発生させ電子を
拘束すべく、外部コイルを具備したことを特徴とする特
許請求の範囲第（１）項記載のイオン発生装置。
（４）前記中空熱陰極は、外部に加熱用ヒータを具備し
ていることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載
のイオン発生装置。
（５）前記中空熱陰極は、放電開始に際してグロー放電
を生ぜしむべく高電圧又は高周波電圧を印加する電圧印
加手段を具備したことを特徴とする特許請求の範囲第（
１）項記載のイオン発生装置。
（６）前記中空熱陰極と前記放電容器との間には、熱電
子を通過可能な孔を有するターゲットカソードが配設さ
れており、該ターゲットカソードは抵抗を介して前記中空熱陰極と
の間に一端を電気的に接続されており、放電初期には前
記ターゲットカソードと中空熱陰極との間で放電が起り
、放電電流による電位降下により放電が中空熱陰極と前
記陽極との間に移行するようにしたことを特徴とする特
許請求の範囲第（１）項記載のイオン発生装置。