JPH04162331A - Cold cathode type sheet-shaped ion beam generator - Google Patents
Cold cathode type sheet-shaped ion beam generatorInfo
- Publication number
- JPH04162331A JPH04162331A JP2288073A JP28807390A JPH04162331A JP H04162331 A JPH04162331 A JP H04162331A JP 2288073 A JP2288073 A JP 2288073A JP 28807390 A JP28807390 A JP 28807390A JP H04162331 A JPH04162331 A JP H04162331A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cathode
- anode
- ion beam
- slit
- sheet
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 title claims abstract description 49
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims abstract description 44
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 30
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims description 22
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims description 13
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 claims description 11
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 claims description 6
- 239000002245 particle Substances 0.000 abstract description 12
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 14
- 238000010849 ion bombardment Methods 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 102100025490 Slit homolog 1 protein Human genes 0.000 description 2
- 101710123186 Slit homolog 1 protein Proteins 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 2
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- -1 cobalt samarium rare earth Chemical class 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009528 severe injury Effects 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
本発明は、シート状の正イオンビームを発生させるため
の冷陰極型イオン源に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a cold cathode ion source for generating a sheet-shaped positive ion beam.
[従来の技術]
シート状イオンビームは利用価値が高く、特に酸素圧イ
オンのシート状ビームを発生させる装置の開発が望まれ
ている。ところが、熱陰極型イオン源の場合には酸素圧
イオンの衝撃を受けて陰極がスパッタされるだけでなく
陰極温度が高いためにこれが激しく酸化されるので、短
時間のうちに陰極に甚しい損傷が生じる。つまり、陰極
の寿命が短く、しばしばこれを取換える必要があった。[Prior Art] Sheet-shaped ion beams have high utility value, and it is particularly desired to develop a device that generates a sheet-shaped beam of oxygen pressure ions. However, in the case of a hot cathode type ion source, the cathode is not only spattered by the bombardment of oxygen pressure ions, but also is violently oxidized due to the high cathode temperature, causing severe damage to the cathode in a short period of time. occurs. In other words, the life of the cathode was short, and it was necessary to frequently replace it.
長時間安定使用の観点からは、熱陰極を用いない冷陰極
型イオン源が極めて有用である。冷陰極型シート状イオ
ンビーム発生装置としては、イオン化されるべきガスの
ための導入口とイオンを取り出すためのスリットとを備
える筒状の外囲器を陽極とし、この陽極内部の中心軸上
に棒状の陰極を配置し、スリット近傍に負電位のイオン
引出電極を設けたものが考えられる。From the viewpoint of long-term stable use, a cold cathode ion source that does not use a hot cathode is extremely useful. As a cold cathode type sheet-like ion beam generator, the anode is a cylindrical envelope equipped with an inlet for the gas to be ionized and a slit for taking out the ions. It is conceivable to arrange a rod-shaped cathode and provide an ion extraction electrode with a negative potential near the slit.
このような構成を採用するときは、陽極内のガス圧、陽
極陰極間の距離及び画電極に与える電位が適切なときに
両電極間に放電が生じる。When such a configuration is employed, a discharge occurs between the two electrodes when the gas pressure within the anode, the distance between the anode and the cathode, and the potential applied to the picture electrode are appropriate.
この放電によって発生した正イオンの一部が陰極を衝撃
し、この陰極から二次電子が放出される。放電に伴う放
射線も同様にして陰極から光電子を放出させる。これら
の電子は陽極である外囲器内面に向かって加速され、途
中のガス分子に衝突してこれを電離させる。したがって
、前記の放電が自続し、陽極陰極間にプラズマが発生す
る。イオン引出電極により、このプラズマからスリット
を通してシート状の正イオンビームが引き出される。特
に正イオンを取り出すためのスリット近傍の陽極及びイ
オン引出電極の形状・構造を工夫すれば、放電領域をイ
オンビーム引出軸の周辺に局限することができ、したが
ってイオン引出効率を向上させることができる。Some of the positive ions generated by this discharge bombard the cathode, and secondary electrons are emitted from the cathode. Similarly, the radiation accompanying the discharge causes photoelectrons to be emitted from the cathode. These electrons are accelerated toward the inner surface of the envelope, which is the anode, and collide with gas molecules along the way, ionizing them. Therefore, the discharge continues and plasma is generated between the anode and the cathode. An ion extraction electrode extracts a sheet-shaped positive ion beam from this plasma through a slit. In particular, by devising the shape and structure of the anode and ion extraction electrode near the slit for extracting positive ions, the discharge region can be localized around the ion beam extraction axis, thereby improving ion extraction efficiency. .
[発明が解決しようとする課題]
一般に冷陰極型イオン源の場合には、プラズマ生成のた
めの放電を自続させるために前記のように陰極に対して
正イオン衝撃又は放射線照射を与え続けて陰極から連続
的に二次電子を放出させなければならない。つまり、正
イオン衝撃による陰極のスパッタは避けることができな
い問題である。[Problems to be Solved by the Invention] Generally, in the case of a cold cathode ion source, positive ion bombardment or radiation irradiation is continuously applied to the cathode as described above in order to sustain the discharge for plasma generation. Secondary electrons must be continuously emitted from the cathode. In other words, cathode sputtering due to positive ion bombardment is an unavoidable problem.
しかも上記の冷陰極型シート状イオンビーム発生装置で
は陰極を陽極内部の中心軸上に配置していたために、特
に放電領域をイオンビーム引出軸の周辺に局限する場合
に正イオン衝撃がイオンビーム引出軸上の陰極面に集中
してしまう。この陰極面からスパッタされた粒子は、−
部がイオン化されて所望のイオンビーム中に混入する問
題が生じるだけでなく、中性のものがスリット近傍にお
いて電極上に付希・堆積して絶縁劣化の原因になる。Moreover, in the above-mentioned cold cathode sheet-like ion beam generator, the cathode is placed on the central axis inside the anode, so the positive ion bombardment is particularly important when localizing the discharge area around the ion beam extraction axis. It concentrates on the cathode surface on the axis. The particles sputtered from this cathode surface are -
Not only does this cause a problem in that the neutral parts are ionized and mixed into the desired ion beam, but also neutral parts are diluted and deposited on the electrode in the vicinity of the slit, causing insulation deterioration.
本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであって、陰
極、陽極及びイオン引出電極の幾何学的配置と印加電圧
とに考慮を払うことにより陰極スパッタ粒子の悪影響を
緩和した冷陰極型シート状イオンビーム発生装置を提供
することを目的とする。The present invention has been made in view of the above points, and is a cold cathode type in which the negative effects of cathode sputtered particles are alleviated by paying consideration to the geometric arrangement of the cathode, anode, and ion extraction electrode and the applied voltage. An object of the present invention is to provide a sheet-like ion beam generator.
[課題を解決するための手段]
本発明に係る冷陰極型シート状イオンビーム発生装置は
、イオン化されるべきガスのための導入口とイオンを取
り出すためのスリットとを備える筒状の外囲器を陽極と
し、スリット近傍に設けられた負電位のイオン引出電極
によってシート状の正イオンビームが引き出される装置
であって、陽極の内部に互いに同電位の少なくとも2本
の棒状陰極がいずれも陽極の長手方向に沿って、しかも
イオンビーム引出軸をはずして配置されたことを特徴と
する。[Means for Solving the Problems] A cold cathode sheet-like ion beam generator according to the present invention includes a cylindrical envelope provided with an inlet for a gas to be ionized and a slit for taking out ions. is an anode, and a sheet-shaped positive ion beam is extracted by an ion extraction electrode with a negative potential provided near the slit. It is characterized by being arranged along the longitudinal direction and off the ion beam extraction axis.
プラズマ密度を向上させてイオン電流を上げるためには
、陰極表面の電界に直交する成分をもつ磁束を発生させ
るように各陰極の内部に永電磁石を配置する。この永久
磁石による漏洩磁束の成分のうち陰極表面の電界に直交
する方向の成分を大きくするためには、極性が交互配置
されるように各陰極内部の永久磁石を陰極長手方向に分
割配置し、必要に応じて分割磁石片の間に非磁性体から
なるスペーサを挿入する。また、極性が交互配置される
ように陰極長手方向に対して直角方向に各陰極内部の永
久磁石を分割配置し、必要に応じて分割磁石片の間に非
磁性体からなるスペーサを挿入することも効果的である
。In order to improve the plasma density and increase the ion current, a permanent electromagnet is placed inside each cathode so as to generate a magnetic flux having a component perpendicular to the electric field on the cathode surface. In order to increase the component of leakage magnetic flux due to this permanent magnet in the direction perpendicular to the electric field on the cathode surface, the permanent magnets inside each cathode are divided and arranged in the longitudinal direction of the cathode so that the polarities are alternately arranged. If necessary, a spacer made of a non-magnetic material is inserted between the divided magnet pieces. In addition, the permanent magnets inside each cathode are arranged in sections in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the cathode so that the polarities are arranged alternately, and spacers made of a non-magnetic material are inserted between the divided magnet pieces as necessary. is also effective.
イオンビームの集束性を高めるためには、スリットを構
成する陽極端部に永久磁石を埋設し、この永久磁石によ
ってイオンビーム引出軸に対して平行な成分をもつ磁束
を陽極スリット中に発生させる。In order to improve the focusing ability of the ion beam, a permanent magnet is embedded in the anode end portion constituting the slit, and this permanent magnet generates a magnetic flux having a component parallel to the ion beam extraction axis in the anode slit.
イオン電流を更に増加させるためには、陽極内部におい
て陰極に対してスリットとは反対側に正電位のリペラ電
極を設ける。In order to further increase the ion current, a positive potential repeller electrode is provided inside the anode on the opposite side of the cathode from the slit.
[作 用]
上記本発明に係る冷陰極型シート状イオンビーム発生装
置では、分割された棒状陰極がいずれもイオンビーム引
出軸をはずして陽極内部に配置されているため、陰極ス
パッタ粒子がイオン化されて陽極のスリットを通り抜け
たりスリット近傍において電極上に付着したりする確率
が低減する。[Function] In the cold cathode sheet-like ion beam generator according to the present invention, each of the divided rod-shaped cathodes is disposed inside the anode with the ion beam extraction shaft removed, so that the cathode sputtered particles are not ionized. This reduces the probability that the particles will pass through the slit of the anode or be deposited on the electrode near the slit.
陰極表面の電界に直交する成分をもつ磁束を発生させる
ように各陰極の内部に永久磁石を配置すれば、陰極から
放出される二次電子は、電界によって加速されるととも
に磁界から力を受けて螺旋運動をする。したがって、二
次電子の軌道実効長が増し、ガス分子との衝突確率が増
大してプラズマ密度が上がる。If a permanent magnet is placed inside each cathode to generate a magnetic flux with a component perpendicular to the electric field on the cathode surface, the secondary electrons emitted from the cathode will be accelerated by the electric field and will receive force from the magnetic field. make a spiral movement. Therefore, the effective orbital length of the secondary electrons increases, the probability of collision with gas molecules increases, and the plasma density increases.
各陰極内部の永久磁石を陰極長手方向に分割し、非磁性
体スペーサを挟んで極性が反転するように分割磁石片を
配置すれば、陰極表面の電界に直交する大きい陰極長手
方向成分をもつ漏洩磁束が得られる。各陰極内部の永久
磁石を陰極長手方向に対して直角方向に分割し、非磁性
体スペーサを挟んで極性が反転するように分割磁石片を
配置すれば、陰極表面の電界と陰極長手方向との双方に
対して直交する大きな成分をもつ漏洩磁束が得られる。If the permanent magnet inside each cathode is divided in the longitudinal direction of the cathode and the divided magnet pieces are arranged so that the polarity is reversed with a non-magnetic spacer in between, leakage with a large cathode longitudinal component perpendicular to the electric field on the cathode surface can be avoided. Magnetic flux is obtained. If the permanent magnet inside each cathode is divided in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the cathode, and the divided magnet pieces are arranged so that the polarity is reversed with a non-magnetic spacer in between, the electric field on the surface of the cathode and the longitudinal direction of the cathode can be A leakage magnetic flux with a large component orthogonal to both is obtained.
電磁石でこれらの磁界分布を有効かつ安価に実現するこ
とは困難である。It is difficult to effectively and inexpensively realize these magnetic field distributions using electromagnets.
スリットを構成する陽極端部に永久磁石を埋設し、この
永久磁石によってイオンビーム引出軸に対して平行な成
分をもつ磁束を陽極スリット中に発生させれば、陽極に
向かう電子に螺旋運動が生じてイオン化効率が高められ
るだけでなく、イオンビーム引出軸に沿う磁束分布が圧
縮磁束となって正イオンがスリットにおいて集束されや
すくなる。By embedding a permanent magnet in the anode end of the slit and generating a magnetic flux in the anode slit with a component parallel to the ion beam extraction axis, a spiral motion of the electrons toward the anode is generated. This not only improves the ionization efficiency, but also makes the magnetic flux distribution along the ion beam extraction axis a compressive magnetic flux, making it easier for positive ions to be focused at the slit.
陽極内部において陰極に対してスリットとは反対側に正
電位のリペラ電極を設ければ、正イオンが効率良く陽極
のスリットに向かい、イオン電流が増加する。If a repeller electrode with a positive potential is provided inside the anode on the side opposite to the slit with respect to the cathode, positive ions will efficiently head toward the slit of the anode, increasing the ion current.
[実施例コ
第1図は本発明の実施例に係る冷陰極型シート状イオン
ビーム発生装置の断面図であり、第2図は第1図のA−
A断面図である。Embodiment FIG. 1 is a sectional view of a cold cathode sheet-like ion beam generator according to an embodiment of the present invention, and FIG.
It is an A sectional view.
この装置2は、円筒状の外囲器を陽極10とする。陽極
10には、イオン化されるべきガスのための導入口11
が設けられている。また、この陽極10を構成する外囲
器には内側に向かう折曲部12.13が設けられており
、両折曲部12.13の間に陽極10の長手方向に伸び
るスリット14が形成されている。このようにして陽極
スリット14を構成する陽極端部折曲部12.13の先
端には、スリット長手方向に伸びる永久磁石15.18
を同極が互いに対向するように埋設しである。This device 2 uses a cylindrical envelope as an anode 10. The anode 10 has an inlet 11 for the gas to be ionized.
is provided. Further, the envelope constituting this anode 10 is provided with an inwardly bent portion 12.13, and a slit 14 extending in the longitudinal direction of the anode 10 is formed between both bent portions 12.13. ing. At the tip of the anode end bent portion 12.13 that constitutes the anode slit 14 in this way, there is a permanent magnet 15.18 extending in the longitudinal direction of the slit.
are buried so that the same poles face each other.
陽極10の両折曲部12.13には絶縁物20.21を
介してイオン引出電極22.23が取り付けられており
、このイオン引出電極22.23のスリット24が陽極
IOのスリット14に重ねられる。陽極IOに正電位が
与えられるのに対して、イオン引出電極22.23には
負電位が与えられ、後に説明するようにして陽極10の
内部で生起するプラズマからスリット14.24を通し
て図示の引出軸25に沿ってシート状の正イオンビーム
が引き出されるのである。An ion extraction electrode 22.23 is attached to both bent portions 12.13 of the anode 10 via an insulator 20.21, and the slit 24 of this ion extraction electrode 22.23 overlaps the slit 14 of the anode IO. It will be done. While a positive potential is applied to the anode IO, a negative potential is applied to the ion extraction electrode 22.23, and as will be explained later, the plasma generated inside the anode 10 is extracted through the slit 14.24. A sheet-like positive ion beam is extracted along the axis 25.
陽極10の内部には、ともに0電位に保持される2本の
棒状陰極30.40が、陽極10の長平方向に沿って、
しかもイオンビーム引出軸25をはずして相対向するよ
うに配置されている。Inside the anode 10, two rod-shaped cathodes 30 and 40, both of which are held at zero potential, are arranged along the longitudinal direction of the anode 10.
Moreover, they are arranged so as to face each other with the ion beam extraction shaft 25 removed.
両陰極30.40は、いずれも断面矩形の殻を備え、相
対向する正面31.41が陽極IOのスリット14側に
若干傾斜しており、側面32.42が若干内側を向いて
いる。各陰極30.40の内部には手前正面31.41
側に陰極長手方向に伸びるように永久磁石が分割配置さ
れ、この永久磁石に沿って奥側に水冷パイプ33.43
が配置される。各陰極30.40の内部の永久磁石は、
陰極長手方向(第2図参照)に多数に分割されるだけで
なく、これと直角方向(第1図参照)に2分割されてい
る。Both cathodes 30.40 each have a shell with a rectangular cross section, the opposing front faces 31.41 are slightly inclined toward the slit 14 side of the anode IO, and the side faces 32.42 are slightly directed inward. Inside each cathode 30.40 is a front surface 31.41.
Permanent magnets are divided and arranged so as to extend in the longitudinal direction of the cathode on the side, and water cooling pipes 33 and 43 are placed on the back side along the permanent magnets.
is placed. The permanent magnet inside each cathode 30.40 is
The cathode is not only divided into many parts in the longitudinal direction (see FIG. 2), but also divided into two in the direction perpendicular to this (see FIG. 1).
第1図に示すように各陰極30.40中で陰極長手方向
に対して垂直方向に2分割された永久磁石片34a、3
411;44a、44bは、各陰極30.40中では極
性が異なる向きに配置され、隣接磁石片間に非磁性体か
らなるスペーサ51.81が挿入されている。両陰極3
0.40間の永久磁石片34aと44aとの関係及び3
4bと44bとの関係では、同極が対向している。As shown in FIG. 1, each cathode 30.40 is divided into two permanent magnet pieces 34a, 3 in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the cathode.
411; 44a, 44b are arranged with different polarities in each cathode 30.40, and a spacer 51.81 made of a non-magnetic material is inserted between adjacent magnet pieces. both cathodes 3
The relationship between the permanent magnet pieces 34a and 44a between 0.40 and 3
In the relationship between 4b and 44b, the same poles are opposite.
第2図に示すように各陰極30.40中で陰極長手方向
に多数に分割された永久磁石片34a、35a。As shown in FIG. 2, in each cathode 30, 40, permanent magnet pieces 34a, 35a are divided into many pieces in the longitudinal direction of the cathode.
36a、・・・; 44a、45a、46a、・・・は
、各陰極30.40中では極性が交互に異なる向きに配
置され、隣接磁石片間に非磁性体からなるスペーサ52
,53.54゜・・・、 62.B3.64.・・・が
挿入されている。両陰極30゜40間の永久磁石片34
aと44aとの関係、35aと45aとの関係、36a
と46aとの関係(以下同様)では、同極が対向してい
る。両陰極30.40間の永久磁石片34bと44bと
の関係等も同様である。36a, . . .; 44a, 45a, 46a, .
, 53.54°..., 62. B3.64. ... has been inserted. Permanent magnet piece 34 between both cathodes 30°40
Relationship between a and 44a, relationship between 35a and 45a, 36a
In the relationship between and 46a (the same applies hereinafter), the same poles are opposite to each other. The same applies to the relationship between the permanent magnet pieces 34b and 44b between the cathodes 30 and 40.
更に、陽極IOの内部において陰極30.40に対して
スリット14とは反対側に向かって流れる正イオンを反
射あるいは反転させるために、正電位の円弧状リペラ電
極70が設けられている。Further, an arcuate repeller electrode 70 having a positive potential is provided inside the anode IO in order to reflect or reverse positive ions flowing toward the opposite side of the slit 14 with respect to the cathode 30.40.
以上に説明した本実施例に係る冷陰極型シート状イオン
ビーム発生装置2では、陽極10の内部において両陰極
30.40の正面31.41とスリット14の近傍部分
とを含む空間Pがプラズマ生起のための空間となり、こ
のプラズマからスリブ) 14.24を通してシート状
の正イオンビームが引き出される。しかも、陰極30.
40がいずれもイオンビーム引出軸25をはずして陽極
IOの内部に配置されているため、正イオン衝撃で発生
する陰極30.40のスパッタ粒子がスリット14.2
4を通り抜ける確率が低減する。したがって、得られる
イオンビームへのスパッタ粒子の混入が抑制される。ま
た、陽極10とイオン引出電極22゜23との間等の装
置内部でのスパッタ粒子の堆積による絶縁劣化も緩和さ
れる。In the cold cathode sheet-like ion beam generator 2 according to the present embodiment described above, a space P including the front faces 31, 41 of both cathodes 30, 40 and the vicinity of the slit 14 inside the anode 10 is a space where plasma is generated. From this plasma, a sheet-shaped positive ion beam is extracted through the slab (14.24). Moreover, the cathode 30.
40 are placed inside the anode IO with the ion beam extraction shaft 25 removed, so that the sputtered particles of the cathode 30.40 generated by positive ion bombardment are transferred to the slit 14.2.
The probability of passing through 4 is reduced. Therefore, mixing of sputtered particles into the obtained ion beam is suppressed. Further, insulation deterioration due to deposition of sputtered particles inside the device, such as between the anode 10 and the ion extraction electrodes 22 and 23, is also alleviated.
さて、プラズマ空間Pには陰極30.40中の永久磁石
片34a、34b、−; 44a、44b、−・・及び
陽極折曲部12.13中の永久磁石15.16の漏洩磁
束が分布する。Now, in the plasma space P, the leakage magnetic flux of the permanent magnet pieces 34a, 34b, -; 44a, 44b, - in the cathode 30.40 and the permanent magnet 15.16 in the anode bending part 12.13 is distributed. .
陰極30.40中の永久磁石片34a、34b、−;
44a。Permanent magnet pieces 34a, 34b, - in cathode 30.40;
44a.
44b、・・・は陰極30.40の表面電界に直交する
成分をもつ漏洩磁束を発生させる。したがって、陰極正
面31.41から放出される二次電子が電界と磁界との
双方から力を受けて螺旋運動をして軌道実効長が増し、
導入口11から導入されるガス分子との衝突電離確率が
増大してプラズマ密度が上がる。しかも、両陰極30□
40中の永久磁石が陰極長手方向とこれに対して直角な
方向との両方向において極性が交互配置されるように分
割配置され、これらの分割磁石片の間に非磁性体からな
るスペーサ51,52,5L54.・・・、 81.6
2,63゜64、・・・が挿入されているので、上記電
界と直交する漏洩磁束成分が増え、ガス分子との衝突電
離の確率が増大する。44b, . . . generate leakage magnetic flux having a component orthogonal to the surface electric field of the cathode 30, 40. Therefore, the secondary electrons emitted from the cathode front face 31, 41 receive forces from both the electric field and the magnetic field and undergo a spiral motion, increasing the effective length of the orbit.
The probability of collision ionization with gas molecules introduced from the inlet 11 increases, and the plasma density increases. Moreover, both cathodes 30□
The permanent magnets in 40 are divided and arranged so that their polarities are alternately arranged in both the longitudinal direction of the cathode and the direction perpendicular thereto, and spacers 51 and 52 made of a non-magnetic material are placed between these divided magnet pieces. , 5L54. ..., 81.6
Since 2,63°64, . . . are inserted, the leakage magnetic flux component perpendicular to the electric field increases, and the probability of ionization due to collision with gas molecules increases.
陽極折曲部12.13中に埋設された永久磁石15゜I
Bは、陰極30.40と陽極折曲部12.13との間に
はみ出す磁束を発生させるだけでなく、陽極スリット1
4中にイオンビーム引出軸25に対して平行に集中した
磁束を発生させる。陰極30.40と陽極折曲部12.
13との間にはみ出す磁束は、プラズマ空間P内の電界
に対して垂直な成分が大きいので、電子に螺旋軌道を描
かせ、ガス分子との衝突電離を助長する。陽極スリット
14中の磁束は、永久磁石片15 、1 Gの狭い間隙
を通過するので、イオンビーム引出軸25に沿う成分が
大きくなる。したがって、陽極スリット14近傍の磁束
は、引き出される正イオンに対して圧縮された磁束分布
となり、正イオンを引出軸25に集束させ、取り出され
るイオン電流を増加させる。Permanent magnet 15°I embedded in the anode bending part 12.13
B not only generates a magnetic flux protruding between the cathode 30.40 and the anode bend 12.13, but also the anode slit 1.
4, a concentrated magnetic flux is generated parallel to the ion beam extraction axis 25. Cathode 30.40 and anode bent portion 12.
13 has a large component perpendicular to the electric field in the plasma space P, causing the electrons to draw a spiral trajectory and promoting ionization upon collision with gas molecules. Since the magnetic flux in the anode slit 14 passes through the narrow gap between the permanent magnet pieces 15 and 1 G, the component along the ion beam extraction axis 25 becomes large. Therefore, the magnetic flux near the anode slit 14 has a compressed magnetic flux distribution for the positive ions to be extracted, focuses the positive ions on the extraction shaft 25, and increases the ion current to be extracted.
プラズマ空間Pで発生した正イオンの中にはスリット1
4.24とは反対方向に進んで両陰極30゜40の間隙
を通り抜けるものがある。リペラ電極70を設けない場
合には、陰極3rj、40の間隙を通り抜けた正イオン
の中には陽極10に衝突し又は反射するものがある。た
だし、陽極lOによって減速を受けるから、この陽極I
Oへの衝突の際の運動エネルギーは僅かである。途中で
移動方向が反転して再び陰極30.40に向かって加速
される正イオンもある。これらの正イオンは、陰極30
.40の側面32.42に衝突して有効利用されること
がない。ところが、第1図に示すようにリベラ電極70
を設け、このリペラ電極70に陽極10より高い電位を
与えるときは、正イオンを効率良く反射又は反転させて
これを有効利用することができ、取り出されるイオン電
流が増加する。There is a slit 1 in the positive ions generated in the plasma space P.
4.24, there is one that travels in the opposite direction and passes through the gap of 30° and 40° between both cathodes. When the repeller electrode 70 is not provided, some of the positive ions that have passed through the gap between the cathodes 3rj and 40 collide with the anode 10 or are reflected. However, since it is decelerated by the anode lO, this anode I
The kinetic energy upon collision with O is small. Some positive ions reverse their direction of movement midway and are accelerated toward the cathode 30.40 again. These positive ions are transferred to the cathode 30
.. It collides with the side 32.42 of 40 and cannot be used effectively. However, as shown in FIG.
When a higher potential than the anode 10 is applied to the repeller electrode 70, positive ions can be efficiently reflected or reversed and used effectively, and the ion current extracted increases.
例えば陽極IO内のガス圧が1.33X10−2Paに
なるようにArガスを導入し、スリット14.24の寸
法を長さ50mm、幅0.5mmとする場合には、約5
mAのイオン電流が得られる。このように、低いガス圧
でも大きなイオン電流が得られる。For example, if Ar gas is introduced so that the gas pressure inside the anode IO is 1.33X10-2 Pa, and the dimensions of the slit 14.24 are 50 mm in length and 0.5 mm in width, approximately 5
An ionic current of mA is obtained. In this way, a large ion current can be obtained even at low gas pressures.
なお、陰極30.40中の永久磁石片34a、34b、
−;44a、44b、・・・及び陽極折曲部12.13
中の永久磁石15.18として例えばコバルトサマリウ
ム系の希土類磁石を採用するのが好ましい。ただし、正
イオン衝撃を受けて温度が上昇する傾向にある陰極30
.40の内部には水冷パイプ33.43を設けて永久磁
石片34a、34b、−; 44a、44b、−・・の
温度上昇を抑制している。陰極30.40の表面は、モ
リブデン、タンタル、タングステン等の金属で構成する
のが適当である。陰極30.40中の永久磁−16=
石ハ34a、35a、36a、・・・; 44a、45
a、46a、・・・間の非磁性体スペーサ52,53,
54.・・・、 [i2.133,64.・・・は、こ
れを設けなくともよい。In addition, the permanent magnet pieces 34a, 34b in the cathode 30.40,
-; 44a, 44b, ... and anode bent portion 12.13
It is preferable to use, for example, cobalt samarium rare earth magnets as the permanent magnets 15 and 18 inside. However, the temperature of the cathode 30 tends to rise due to positive ion bombardment.
.. Water cooling pipes 33, 43 are provided inside the magnet 40 to suppress the temperature rise of the permanent magnet pieces 34a, 34b, -; 44a, 44b, -. The surface of the cathode 30.40 is suitably composed of a metal such as molybdenum, tantalum, or tungsten. Permanent magnet-16 in cathode 30.40 = stones 34a, 35a, 36a,...; 44a, 45
Non-magnetic spacers 52, 53, between a, 46a, .
54. ..., [i2.133,64. ... does not need to be provided.
[発明の効果]
以上のとおり、本発明に係る冷陰極型シート状イオンビ
ーム発生装置は、分割された棒状陰極がいずれもイオン
ビーム引出軸をはずして陽極内部に配置されているため
、正イオン衝撃で発生する陰極のスパッタ粒子がイオン
化されて陽極のスリットを通り抜けたりスリット近傍に
おいて電極上に付着したりする確率が低減し、陰極スパ
ッタ粒子の悪影響が緩和される。[Effects of the Invention] As described above, in the cold cathode sheet-like ion beam generator according to the present invention, the divided rod-shaped cathodes are all disposed inside the anode with the ion beam extraction shaft removed, so that positive ions are generated. The probability that the cathode sputtered particles generated by the impact are ionized and pass through the anode slit or adhere to the electrode near the slit is reduced, and the adverse effects of the cathode sputtered particles are alleviated.
更に、陰極表面の電界に直交する成分をもつ磁束を発生
させるように各陰極の内部に永久磁石を配置すれば、陰
極から放出される二次電子の軌道実効長が増し、ガス分
子との衝突型MIs率が増大して、プラズマ密度が上が
る。各陰極内部の永久磁石を陰極長手方向あるいはこの
方向に対して直角方向に分割し、非磁性体スペーサを挟
んで極性が反転するように分割磁石片を−17=
配置すれば、陰極表面の電界に対する直交成分の大きい
漏洩磁束が得られ、イオン化効率が増大する。Furthermore, if a permanent magnet is placed inside each cathode to generate a magnetic flux with a component perpendicular to the electric field on the cathode surface, the effective trajectory length of the secondary electrons emitted from the cathode will increase, causing collisions with gas molecules. The type MIs rate increases and the plasma density increases. If the permanent magnet inside each cathode is divided in the longitudinal direction of the cathode or in a direction perpendicular to this direction, and the divided magnet pieces are arranged so that the polarity is reversed with a non-magnetic spacer in between, the electric field on the cathode surface can be reduced. A leakage magnetic flux with a large component orthogonal to the ion beam is obtained, and the ionization efficiency is increased.
スリットを構成する陽極端部に永久磁石を埋設し、この
永久磁石によってイオンビーム引出軸に対して平行な成
分をもつ磁束を陽極スリット中に発生させれば、陽極に
向かう電子に螺旋運動が生じてイオン化効率が高められ
るだけでなく、正イオンが磁気圧縮の効果を受けてイオ
ンビーム引出軸近傍に集束され、引き出されるイオンビ
ームの電流密度が増大する。By embedding a permanent magnet in the anode end of the slit and generating a magnetic flux in the anode slit with a component parallel to the ion beam extraction axis, a spiral motion of the electrons toward the anode is generated. This not only improves the ionization efficiency, but also causes positive ions to be focused near the ion beam extraction axis due to the effect of magnetic compression, increasing the current density of the extracted ion beam.
また、陽極内部において陰極に対してスリットとは反対
側にリペラ電極を設け、このリベラ電極の形状、配置及
び印加する電位を適当に選定する場合には、正イオンが
効率良く陽極のスリットに向かい、イオン電流が増加す
る。In addition, if a repeller electrode is provided inside the anode on the side opposite to the slit with respect to the cathode, and the shape, arrangement, and applied potential of this liberator electrode are appropriately selected, positive ions can be directed toward the slit of the anode efficiently. , the ionic current increases.
第1図は、本発明の実施例に係る冷陰極型シート状イオ
ンビーム発生装置の断面図、第2図は、前回のA−A断
面図である。
符号の説明
2・・・イオンビーム発生装置、10・・・陽極、11
・・・ガス導入口、12.13・・・陽極折曲部、14
・・・スリット、15.16・・・永久磁石、20.2
1・・・絶縁物、22.23・・・イオン引出電極、2
4・・・スリット、25・・・イオンビーム引出軸、3
[)、40・・・陰極、33.43・・・水冷パイプ、
34a、34b、35a、3Ga ; 44a、44b
、45a、40a −・・永久磁石片、51,52,5
3.54 ; Of、62.03.I34・・・非磁性
体スペーサ、70・・・リベラ電極、P・・・プラズマ
空間。
特許出願人 ヒラノ光音、株式会社FIG. 1 is a cross-sectional view of a cold cathode sheet-like ion beam generator according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a previous cross-sectional view taken along line A-A. Explanation of symbols 2...Ion beam generator, 10...Anode, 11
...Gas inlet, 12.13...Anode bending part, 14
...Slit, 15.16...Permanent magnet, 20.2
1... Insulator, 22.23... Ion extraction electrode, 2
4...Slit, 25...Ion beam extraction shaft, 3
[), 40... cathode, 33.43... water cooling pipe,
34a, 34b, 35a, 3Ga; 44a, 44b
, 45a, 40a --- Permanent magnet piece, 51, 52, 5
3.54; Of, 62.03. I34...Nonmagnetic spacer, 70...Libera electrode, P...Plasma space. Patent applicant: Hirano Mitsune, Co., Ltd.
Claims (1)
取り出すためのスリットとを備える筒状の外囲器を陽極
とし、スリット近傍に設けられた負電位のイオン引出電
極によってシート状の正イオンビームが引き出される装
置であって、陽極の内部に互いに同電位の少なくとも2
本の棒状陰極がいずれも陽極の長手方向に沿って、しか
もイオンビーム引出軸をはずして配置されたことを特徴
とする冷陰極型シート状イオンビーム発生装置。 2、陰極表面の電界に直交する成分をもつ磁束を発生さ
せるように各陰極の内部に永久磁石が配置されたことを
特徴とする請求項1記載の冷陰極型シート状イオンビー
ム発生装置。 3、各陰極内部の永久磁石は極性が交互配置されるよう
に陰極長手方向に分割配置され、分割磁石片の間に非磁
性体からなるスペーサが挿入されたことを特徴とする請
求項2記載の冷陰極型シート状イオンビーム発生装置。 4、各陰極内部の永久磁石は極性が交互配置されるよう
に陰極長手方向に対して直角方向に分割配置され、分割
磁石片の間に非磁性体からなるスペーサが挿入されたこ
とを特徴とする請求項2又は3に記載の冷陰極型シート
状イオンビーム発生装置。 5、陽極スリット中にイオンビーム引出軸に対して平行
な成分をもつ磁束を発生させるように、スリットを構成
する陽極端部に永久磁石が埋設されたことを特徴とする
請求項1〜4のいずれか1項に記載の冷陰極型シート状
イオンビーム発生装置。 6、陽極内部において陰極に対してスリットとは反対側
に正電位のリペラ電極が設けられたことを特徴とする請
求項1〜5のいずれか1項に記載の冷陰極型シート状イ
オンビーム発生装置。[Claims] 1. A cylindrical envelope provided with an inlet for a gas to be ionized and a slit for extracting ions is used as an anode, and an ion extraction electrode with a negative potential is provided near the slit. A device in which a sheet-like positive ion beam is extracted by a
A cold cathode sheet-like ion beam generator characterized in that each of the rod-like cathodes is arranged along the longitudinal direction of the anode and off the ion beam extraction axis. 2. The cold cathode sheet-like ion beam generator according to claim 1, wherein a permanent magnet is disposed inside each cathode so as to generate a magnetic flux having a component perpendicular to the electric field on the surface of the cathode. 3. The permanent magnets inside each cathode are divided in the longitudinal direction of the cathode so that their polarities are alternately arranged, and a spacer made of a non-magnetic material is inserted between the divided magnet pieces. cold cathode sheet-shaped ion beam generator. 4. The permanent magnets inside each cathode are arranged in sections in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the cathode so that the polarities are arranged alternately, and a spacer made of a non-magnetic material is inserted between the divided magnet pieces. The cold cathode sheet-like ion beam generator according to claim 2 or 3. 5. A permanent magnet is embedded in the anode end constituting the slit so as to generate a magnetic flux having a component parallel to the ion beam extraction axis in the anode slit. The cold cathode sheet-like ion beam generator according to any one of the items. 6. Cold cathode sheet-like ion beam generation according to any one of claims 1 to 5, characterized in that a repeller electrode with a positive potential is provided inside the anode on the side opposite to the slit with respect to the cathode. Device.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2288073A JPH04162331A (en) | 1990-10-24 | 1990-10-24 | Cold cathode type sheet-shaped ion beam generator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2288073A JPH04162331A (en) | 1990-10-24 | 1990-10-24 | Cold cathode type sheet-shaped ion beam generator |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04162331A true JPH04162331A (en) | 1992-06-05 |
JPH0580095B2 JPH0580095B2 (en) | 1993-11-05 |
Family
ID=17725464
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2288073A Granted JPH04162331A (en) | 1990-10-24 | 1990-10-24 | Cold cathode type sheet-shaped ion beam generator |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH04162331A (en) |
-
1990
- 1990-10-24 JP JP2288073A patent/JPH04162331A/en active Granted
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0580095B2 (en) | 1993-11-05 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3869680B2 (en) | Ion implanter | |
JP3425154B2 (en) | Ion gun | |
TWI648761B (en) | An improved ion source assembly for producing a ribbon ion beam | |
JP4253385B2 (en) | Equipment for sputtering or arc evaporation | |
US6224725B1 (en) | Unbalanced magnetron sputtering with auxiliary cathode | |
JP4509097B2 (en) | Magnetic circuit for magnetron sputtering | |
JPH0360139B2 (en) | ||
CN102493936A (en) | Hall thrustor based on magnetic focusing | |
JP6983012B2 (en) | Ion orbit manipulation architecture in ion pump | |
US7247992B2 (en) | Ion accelerator arrangement | |
CN100369178C (en) | Magnet assembly for sputter ion pump | |
US4466242A (en) | Ring-cusp ion thruster with shell anode | |
Goncharov et al. | Focusing of high-current, large-area, heavy-ion beams with an electrostatic plasma lens | |
JP4175604B2 (en) | Ion source | |
AU2011213767B2 (en) | Plasma Thrusters | |
JPH04162331A (en) | Cold cathode type sheet-shaped ion beam generator | |
JPH089778B2 (en) | Ion source | |
JP2007066795A (en) | Gas cluster ion beam device | |
JP2791083B2 (en) | Negative ion source | |
JPS5911175B2 (en) | ion source | |
JPH0720838Y2 (en) | Ion source | |
JP2717986B2 (en) | Ion source | |
JP2833183B2 (en) | Ion source | |
JPH077640B2 (en) | Ion source | |
JPH05205682A (en) | Ion source device |