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JPH09129151A - Negative ion source device - Google Patents

Negative ion source device

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Publication number
JPH09129151A
JPH09129151A JP7287078A JP28707895A JPH09129151A JP H09129151 A JPH09129151 A JP H09129151A JP 7287078 A JP7287078 A JP 7287078A JP 28707895 A JP28707895 A JP 28707895A JP H09129151 A JPH09129151 A JP H09129151A
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JP
Japan
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discharge vessel
ion
magnetic
emission port
source device
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Application number
JP7287078A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2860073B2 (en
Inventor
Junya Ito
純也 伊藤
Katsumi Tokikuchi
克己 登木口
Kensuke Amamiya
健介 雨宮
Masanobu Tanaka
政信 田中
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
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Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP7287078A priority Critical patent/JP2860073B2/en
Publication of JPH09129151A publication Critical patent/JPH09129151A/en
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  • Electron Sources, Ion Sources (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】磁気フィルターの機能が低下することはく多量
の負イオンを長時間安定して得ることのできる負イオン
源装置を提供する。 【解決手段】ガス導入口とマイクロ波導入口とイオン放
出口とを有する筒状の放電容器1と、この放電容器のイ
オン放出口に隣接して配置されたイオン引出電極2と、
このイオン引出電極および前記放電容器とをそれぞれ所
定の電位に設定する電圧印加手段3と、前記放電容器内
にマイクロ波を導入するマイクロ波導入手段4と、前記
放電容器の外周側に放電容器と同心円状に配置されると
ともに、内周側が開口したヨークを備えているソレノイ
ドコイル5と、前記放電容器のイオン放出口側に設けら
れ、イオンが引き出される方向に対して略垂直方向の磁
場を発生する磁極対9とを備えた負イオン源装置におい
て、前記放電容器の内壁面で、かつイオン引出電極側の
ヨーク端に対向している部分に、磁性部材7を配置し
た。
(57) Abstract: Provided is a negative ion source device capable of stably obtaining a large amount of negative ions for a long time without deteriorating the function of a magnetic filter. A cylindrical discharge vessel having a gas introduction port, a microwave introduction port, and an ion emission port, and an ion extraction electrode 2 arranged adjacent to the ion emission port of the discharge vessel,
A voltage applying means 3 for setting the ion extracting electrode and the discharge vessel to predetermined potentials, a microwave introducing means 4 for introducing microwaves into the discharge vessel, and a discharge vessel on the outer peripheral side of the discharge vessel. The solenoid coil 5 is arranged concentrically and has a yoke whose inner peripheral side is open, and is provided on the ion emission port side of the discharge vessel to generate a magnetic field in a direction substantially perpendicular to the direction in which ions are extracted. In the negative ion source device including the magnetic pole pair 9, the magnetic member 7 is arranged on the inner wall surface of the discharge vessel and at the portion facing the yoke end on the ion extraction electrode side.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は負イオン源装置に係
り、特にイオン注入装置等に用いられるものに好適な負
イオン源装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a negative ion source device, and more particularly to a negative ion source device suitable for use in an ion implantation device or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】この種イオン源を使用したイオン注入時
における試料の帯電緩和に有効な方策として、たとえば
「第4回粒子線の先端的応用技術に関するシンポジウ
ム」(1993年、東京)の論文集"Proceedings of the
Fourth Symposium on Beam Engineering of Advanced M
aterial Syntheses"(1993年11月24日発行)の
75から78頁に記載されているように、正イオンのか
わりに負イオンを注入するという技術がある。この技術
に使用される負イオン源装置の構成は一般に次のように
形成されている。
2. Description of the Related Art As an effective measure for mitigating electrostatic charge of a sample at the time of ion implantation using this kind of ion source, for example, "4th Symposium on Advanced Application Technology of Particle Beam" (1993, Tokyo) "Proceedings of the
Fourth Symposium on Beam Engineering of Advanced M
There is a technique of implanting negative ions instead of positive ions, as described in "Aterial Syntheses" (published November 24, 1993), pages 75 to 78. Negative ion source device used in this technique The structure of is generally formed as follows.

【0003】すなわち、ガス導入口とイオン放出口とを
有する放電容器と、前記イオン放出口に隣接して配置さ
れたイオン引出電極と、該イオン引出電極と前記放電容
器とをそれぞれ所定の電位に設定する電圧印加手段と、
前記放電容器の壁面に近接して配置されプラズマ閉じ込
め磁場を形成する永久磁石と、前記放電容器内に配置さ
れたフィラメントと、該フィラメントと前記放電容器と
の間にアーク放電を発生させるアーク放電発生手段と、
前記イオン引出電極によってイオンが引き出される方向
に対して略垂直方向の磁場を前記放電容器内に発生させ
る磁極対とを具備するように形成されている。
That is, a discharge vessel having a gas introduction port and an ion emission port, an ion extraction electrode arranged adjacent to the ion emission port, and the ion extraction electrode and the discharge vessel are respectively brought to predetermined potentials. Voltage applying means to be set,
Permanent magnets arranged near the wall surface of the discharge vessel to form a plasma confining magnetic field, filaments arranged in the discharge vessel, and arc discharge generation for generating arc discharge between the filaments and the discharge vessel. Means and
And a pair of magnetic poles for generating a magnetic field in the discharge vessel in a direction substantially perpendicular to the direction in which the ions are extracted by the ion extracting electrode.

【0004】このような構成において、アーク放電によ
りプラズマが生成し、前記磁極対の磁場とイオン放出口
とで囲まれる領域に形成される低電子温度領域で負イオ
ンの生成が行なわれ、前記イオン引出電極を通して負イ
オンが引き出される。なお、上記磁極対により形成され
るイオン引出方向に略垂直な磁場は、一般には磁気フィ
ルターと呼ばれている。
In such a structure, plasma is generated by arc discharge, and negative ions are generated in a low electron temperature region formed in a region surrounded by the magnetic field of the magnetic pole pair and the ion emission port. Negative ions are extracted through the extraction electrode. The magnetic field formed by the pair of magnetic poles and substantially perpendicular to the ion extraction direction is generally called a magnetic filter.

【0005】また、上記負イオン生成の機構について
は、たとえば「第11回イオン工学シンポジウム『イオ
ン源とイオンを基礎とした応用技術』」(1987年、
東京)の論文集“Proceedings of the Eleventh Sympos
ium on Ion Sources and Ion-Assisted Technology”の
267から276頁にも記載されている。
Regarding the mechanism of the negative ion generation, for example, “11th Ion Engineering Symposium“ Ion Source and Applied Technology Based on Ions ”” (1987,
"Proceedings of the Eleventh Sympos"
ium on Ion Sources and Ion-Assisted Technology ”, pages 267 to 276.

【0006】さらに上記構成以外にも、たとえば特開昭
63−248037号公報に記載されているように、上
記構成の放電容器のかわりに、ガス導入口とマイクロ波
導入口とイオン放出口とを有する放電容器を具備すると
ともに、上記従来の負イオン源装置の構成に加えて、前
記放電容器内にマイクロ波を導入するマイクロ波導入手
段と、前記放電容器の周囲に配置されたソレノイドコイ
ルと、前記マイクロ波導入口と磁極対とで囲まれる前記
放電容器内の領域に配置された網状部材とを具備する構
成が提案されている。
Further, in addition to the above configuration, as described in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 63-248037, a gas inlet, a microwave inlet, and an ion outlet are provided instead of the discharge vessel having the above configuration. While comprising a discharge container, in addition to the configuration of the conventional negative ion source device, microwave introducing means for introducing a microwave into the discharge container, a solenoid coil arranged around the discharge container, There has been proposed a configuration including a mesh member disposed in a region inside the discharge container surrounded by a microwave introduction port and a magnetic pole pair.

【0007】この構成の負イオン源装置は、フィラメン
トと放電容器との間の上記アーク放電のかわりに、前記
ソレノイドコイルにより発生する磁場中でマイクロ波放
電を生じさせることによってプラズマを生成させるもの
であり、また本構成の負イオン源装置の前記網状部材
は、磁気フィルターとイオン放出口とによって囲まれる
領域を、前記マイクロ波導入口より入射したマイクロ波
から遮蔽し、マイクロ波による同領域の電子の加熱によ
って生ずる負イオンの解離を防止するようにしている。
In the negative ion source device of this structure, instead of the arc discharge between the filament and the discharge vessel, a microwave discharge is generated in the magnetic field generated by the solenoid coil to generate plasma. In addition, the net-like member of the negative ion source device of the present configuration shields the region surrounded by the magnetic filter and the ion emission port from the microwaves incident from the microwave introduction port, and the electrons in the same region by the microwave are shielded. The dissociation of negative ions caused by heating is prevented.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】フィラメントと放電容
器との間のアーク放電によりプラズマを生成する上記従
来の負イオン源装置では、同フィラメントが損耗しやす
く、特に、化学的に活性な元素の負イオンを得る際には
同フィラメントが数時間程度で断線するため、イオン注
入装置等に用いる負イオン源装置として実用上必要な寿
命が得られないという問題点があった。
In the above-mentioned conventional negative ion source device for generating plasma by arc discharge between the filament and the discharge vessel, the filament is easily worn, and in particular, negative ions of chemically active elements are used. When the ions are obtained, the filament is broken in about several hours, so that there is a problem that the practically required life of the negative ion source device used for the ion implantation device or the like cannot be obtained.

【0009】また、磁場中のマイクロ波放電によりプラ
ズマを生成する上記従来の負イオン源装置では、ソレノ
イドコイルによる磁場が磁気フィルターの領域に漏洩し
て同領域の磁場を乱すため、低電子温度領域を形成する
という磁気フィルターの機能が低下し、負イオンの生成
量が少なくなるという問題点があった。
Further, in the above-mentioned conventional negative ion source device which generates plasma by microwave discharge in a magnetic field, the magnetic field generated by the solenoid coil leaks to the magnetic filter region and disturbs the magnetic field in the same region, so that the low electron temperature region is generated. However, there is a problem that the function of the magnetic filter for forming a negative electrode is deteriorated and the amount of negative ions produced is reduced.

【0010】本発明はこれに鑑みなされたもので、その
目的とするところは、磁気フィルターの機能が低下する
ことなく多量の負イオンを長時間安定して得ることので
きる負イオン源装置を提供するにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a negative ion source device capable of stably obtaining a large amount of negative ions for a long time without deteriorating the function of a magnetic filter. There is.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、ガス
導入口とマイクロ波導入口とイオン放出口とを有する筒
状の放電容器と、この放電容器のイオン放出口に隣接し
て配置されたイオン引出電極と、このイオン引出電極お
よび前記放電容器とをそれぞれ所定の電位に設定する電
圧印加手段と、前記放電容器内にマイクロ波を導入する
マイクロ波導入手段と、前記放電容器の外周側に放電容
器と同心円状に配置されるとともに、内周側が開口した
ヨークを備えているソレノイドコイルと、前記放電容器
のイオン放出口側に設けられ、イオンが引き出される方
向に対して略垂直方向の磁場を発生する磁極対とを備え
た負イオン源装置において、前記放電容器の内壁面で、
かつイオン引出電極側のヨーク端に対向している部分
に、磁性部材を配置するようにし所期の目的を達成する
ようにしたものである。
That is, the present invention provides a cylindrical discharge vessel having a gas inlet, a microwave inlet, and an ion outlet, and an ion disposed adjacent to the ion outlet of the discharge vessel. Extraction electrode, voltage applying means for setting the ion extraction electrode and the discharge vessel to predetermined potentials respectively, microwave introduction means for introducing microwaves into the discharge vessel, and discharge on the outer peripheral side of the discharge vessel A solenoid coil that is arranged concentrically with the container and that has a yoke that is open on the inner peripheral side, and a magnetic field that is provided on the ion emission port side of the discharge container and that is substantially perpendicular to the direction in which ions are extracted In a negative ion source device provided with a magnetic pole pair to be generated, on the inner wall surface of the discharge vessel,
In addition, the magnetic member is arranged in a portion facing the yoke end on the side of the ion extracting electrode to achieve the intended purpose.

【0012】また本発明は、前記磁極対よりはイオン引
出方向上流側で、かつイオン放出口側近傍の放電容器内
に、放電容器と同心円状に形成された環状の磁性部材を
配置するようにしたものである。また前記磁極対よりは
イオン引出方向上流側で、かつイオン放出口側近傍の放
電容器の一部を、環状の磁性部材で形成するようにした
ものである。
Further, according to the present invention, an annular magnetic member formed concentrically with the discharge vessel is arranged in the discharge vessel on the upstream side of the magnetic pole pair in the ion extraction direction and near the ion emission port side. It was done. Further, a part of the discharge vessel on the upstream side of the magnetic pole pair in the ion extracting direction and in the vicinity of the ion emitting port side is formed of an annular magnetic member.

【0013】また本発明は、前記放電容器内で、かつイ
オン放出口側に、放電容器と同心円状に環状の磁性部材
を設けるとともに、この環状の磁性部材に、その環状中
空部を覆うように導電性の網状部材を設けたものであ
る。また、この網状部材が、前記磁性部材の側壁に着脱
自在に装着されるようにしたものである。さらに、この
網状部材が、前記磁性部材のイオン引出電極側壁面に装
着されるようにしたものである。
Further, according to the present invention, an annular magnetic member is provided concentrically with the discharge vessel in the discharge vessel and on the side of the ion emission port, and the annular magnetic member covers the annular hollow portion. A conductive net-like member is provided. Further, the mesh member is detachably attached to the side wall of the magnetic member. Furthermore, this mesh member is attached to the side wall surface of the ion extracting electrode of the magnetic member.

【0014】すなわちこのように形成された負イオン源
装置であると、マイクロ波導入口と磁極対とで囲まれる
放電容器内の領域に磁性体が配置されることにより、ヨ
ークと磁性部材とによって磁気回路が形成されるので、
ソレノイドコイルにより発生する磁場は、ヨーク内部と
磁性部材の内部とに集中分布することになり、このた
め、ソレノイドコイルにより発生する磁場のうち放電容
器の内側の磁場は、磁性部材を経由してヨークに集束
し、磁気フィルターの領域に漏洩することはなくなり、
磁極対により発生する同領域の磁場は乱れず、したがっ
て低電子温度領域を形成するという磁気フィルターの機
能は低下せず、それゆえ多量の負イオンを得ることがで
きるのである。また、安定した磁場中でマイクロ波放電
を生じさせることができプラズマを長時間安定に生成で
きるのである。
That is, in the thus-formed negative ion source device, the magnetic substance is arranged in the region inside the discharge vessel surrounded by the microwave introduction port and the magnetic pole pair, so that the magnetic field is generated by the yoke and the magnetic member. Since the circuit is formed,
The magnetic field generated by the solenoid coil is concentratedly distributed inside the yoke and inside the magnetic member. Therefore, the magnetic field inside the discharge vessel among the magnetic fields generated by the solenoid coil passes through the magnetic member and goes through the yoke. Will no longer leak into the area of the magnetic filter,
The magnetic field in the same region generated by the pair of magnetic poles is not disturbed, and therefore the function of the magnetic filter for forming the low electron temperature region is not deteriorated, and therefore a large amount of negative ions can be obtained. Further, microwave discharge can be generated in a stable magnetic field, and plasma can be stably generated for a long time.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下、図示した実施例に基づいて
本発明を詳細に説明する。図1にはその負イオン源装置
が断面して示されている。負イオン源装置は、主とし
て、放電容器1、イオン引出電極2、電圧印加手段であ
る直流定電圧電源3、マイクロ波導入手段4、ソレノイ
ドコイル5、このソレノイドコイルの周囲に配置された
ヨーク6、環状の磁性部材7、導電性の網状部材8、磁
極対である1対の永久磁石9から構成されている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail based on illustrated embodiments. FIG. 1 shows the negative ion source device in cross section. The negative ion source device mainly includes a discharge vessel 1, an ion extracting electrode 2, a DC constant voltage power source 3 as a voltage applying means, a microwave introducing means 4, a solenoid coil 5, and a yoke 6 arranged around the solenoid coil. It is composed of an annular magnetic member 7, a conductive mesh member 8 and a pair of permanent magnets 9 which are magnetic pole pairs.

【0016】放電容器1は内側が円筒形状に形成され、
その一端にマイクロ波導入口1A、他端にイオン放出口
1B、側面にガス導入口1Cを有している。また放電容
器の側面部には図2に示されているように冷却水路12
が設けられている。磁極対である1対の永久磁石9は、
放電容器1のイオン放出口1B近傍の側面部外壁にN極
とS極とが対向させられて取り付けられており(図2参
照)、磁気フィルターを形成している。
The inside of the discharge vessel 1 is formed into a cylindrical shape,
It has a microwave introduction port 1A at one end, an ion emission port 1B at the other end, and a gas introduction port 1C at the side surface. In addition, as shown in FIG. 2, a cooling water passage 12 is provided on the side surface of the discharge vessel.
Is provided. The pair of permanent magnets 9 which are magnetic pole pairs,
An N pole and an S pole are attached so as to face each other on the outer wall of the side surface portion of the discharge vessel 1 near the ion emission port 1B (see FIG. 2) to form a magnetic filter.

【0017】放電容器1のイオン引出側に設けられてい
るイオン引出電極2は、中心に円孔を有する3枚の電極
2A、2B、2Cより構成され、それぞれ放電容器1に
結合されたフランジ10A、10B、10Cに固定保持
されている。このフランジ10A、10B、10Cは、
他のフランジ10Dおよび碍子11を介して放電容器1
に接続されている。
The ion extraction electrode 2 provided on the ion extraction side of the discharge vessel 1 is composed of three electrodes 2A, 2B and 2C having a circular hole in the center thereof, and a flange 10A connected to the discharge vessel 1 respectively. It is fixedly held at 10B and 10C. These flanges 10A, 10B, 10C are
The discharge vessel 1 through the other flange 10D and the insulator 11.
It is connected to the.

【0018】また電極2Bには、電子が負イオンととも
に引き出されるのを抑制するため、中心の円孔をはさん
でN極とS極とを対向させた1対の永久磁石13が埋設
されている。フランジ10Bには、永久磁石13の熱消
磁防止のため、冷却水路14が設けられている。
In addition, a pair of permanent magnets 13 having N and S poles facing each other across a central circular hole are embedded in the electrode 2B in order to suppress extraction of electrons with negative ions. There is. A cooling water passage 14 is provided on the flange 10B to prevent thermal demagnetization of the permanent magnet 13.

【0019】マイクロ波導入手段4は、マイクロ波発振
器4A・アイソレータ4B・方向性結合器4C・チョー
クフランジ4D・矩形導波管4E・ステップ変換器4F
・マイクロ波導入窓4Gより構成されている。マイクロ
波発振器4Aの発振周波数は2.45GHzである。マ
イクロ波導入窓4Gには、真空封止用に1枚と熱遮蔽用
に1枚の計2枚の石英板が使用されている。ソレノイド
コイル5とその周囲に配置されたヨーク6との間隙には
樹脂が挿入され、一体型のモールド構造に形成されてい
る。
The microwave introducing means 4 includes a microwave oscillator 4A, an isolator 4B, a directional coupler 4C, a choke flange 4D, a rectangular waveguide 4E, and a step converter 4F.
-It is composed of a microwave introduction window 4G. The oscillation frequency of the microwave oscillator 4A is 2.45 GHz. In the microwave introduction window 4G, two quartz plates are used, one for vacuum sealing and one for heat shielding. Resin is inserted into the gap between the solenoid coil 5 and the yoke 6 arranged around the solenoid coil 5 to form an integral mold structure.

【0020】このソレノイドコイル5とヨーク6とは、
レール15上に走行可能に配置された台車16に支持さ
れ、放電容器1と同軸に2組並置されている。環状の磁
性部材7は、磁極対である1対の永久磁石9とマイクロ
波導入口1Aとの間の領域に設置されている。環状の磁
性部材7の材質はクロムめっきした電磁軟鉄である。
The solenoid coil 5 and the yoke 6 are
The carriage 16 is supported on a rail 15 so that it can travel, and two sets are arranged side by side coaxially with the discharge vessel 1. The annular magnetic member 7 is installed in a region between the pair of permanent magnets 9 which are magnetic pole pairs and the microwave introduction port 1A. The material of the annular magnetic member 7 is electromagnetic soft iron plated with chromium.

【0021】導電性の網状部材8は、図3および図4に
示されているようにSUS304の環状板8AにSUS
304のワイヤー8Bを張ったものであり、環状の磁性
部材7にネジ8Cで着脱自在に固定されている。また、
環状の磁性部材7は、側面部の無頭ボルト7Aを放電容
器1の内壁面に押しつけることによって設置位置調整可
能に固定されている。
The conductive mesh member 8 is attached to the annular plate 8A of SUS304 by SUS as shown in FIGS.
A wire 8B of 304 is stretched and is detachably fixed to the annular magnetic member 7 with a screw 8C. Also,
The annular magnetic member 7 is fixed so that the installation position can be adjusted by pressing the headless bolt 7A on the side surface against the inner wall surface of the discharge vessel 1.

【0022】直流定電圧電源3は、放電容器1とイオン
引出電極2とをそれぞれ所定の電位に設定するものであ
り、具体的には図1に示されているように、第一から第
三の直流定電圧電源3A、3Bおよび3Cによって、そ
れぞれ放電容器1と電極2Aの間、電極2Aと電極2B
の間、また電極2Bと電極2Cの間に所定の電圧を印加
する。
The DC constant voltage power supply 3 sets the discharge container 1 and the ion extracting electrode 2 to predetermined potentials, and specifically, as shown in FIG. The DC constant voltage power supplies 3A, 3B and 3C are used to connect between the discharge vessel 1 and the electrode 2A, and between the electrode 2A and the electrode 2B, respectively.
A predetermined voltage is applied between the electrodes 2B and 2C.

【0023】このように形成された負イオン源装置は、
次のように作用して負イオンを生成する。すなわち、真
空排気手段(図示せず)により真空排気された放電容器
1内にガス導入口1Cを通して放電ガスを導入する。マ
イクロ波発振器4Aからのマイクロ波電力を、アイソレ
ータ4B・方向性結合器4C・チョークフランジ4D・
矩形導波管4Eを経由して伝送し、ステップ変換器4F
で円形モードに変換した後、ソレノイドコイル5により
発生する磁場と略平行に、マイクロ波導入窓4Gを介し
て放電容器1内に導入する。
The negative ion source device thus formed is
It acts as follows to generate negative ions. That is, the discharge gas is introduced into the discharge vessel 1 that has been evacuated by the vacuum evacuation means (not shown) through the gas introduction port 1C. The microwave power from the microwave oscillator 4A is supplied to the isolator 4B, the directional coupler 4C, the choke flange 4D,
Transmission via the rectangular waveguide 4E, step converter 4F
After being converted into a circular mode by, the magnetic field is introduced into the discharge vessel 1 through the microwave introduction window 4G in substantially parallel to the magnetic field generated by the solenoid coil 5.

【0024】放電容器1内では、ソレノイドコイル5に
より発生する磁場中でマイクロ波放電が生じ、プラズマ
が生成する。放電容器1の側面部外壁にN極とS極とを
対向させて取り付けた1対の永久磁石9により、図1お
よび図2に示すX方向(イオン引出方向に略垂直な方
向)の磁場が発生して磁気フィルターが形成され、この
磁気フィルターとイオン放出口1Bとの間の空間に低電
子温度プラズマの領域が生じ、同領域で負イオンが生成
される。生成した負イオンはイオン引出電極2の形成す
る電場により図1に示すZ方向に放射される。
In the discharge vessel 1, microwave discharge is generated in the magnetic field generated by the solenoid coil 5, and plasma is generated. By the pair of permanent magnets 9 attached to the outer wall of the side surface of the discharge vessel 1 so that the N pole and the S pole face each other, a magnetic field in the X direction (direction substantially perpendicular to the ion extraction direction) shown in FIGS. 1 and 2 is generated. A magnetic filter is generated to form a magnetic filter, a region of low electron temperature plasma is generated in the space between the magnetic filter and the ion emission port 1B, and negative ions are generated in the region. The generated negative ions are radiated in the Z direction shown in FIG. 1 by the electric field formed by the ion extracting electrode 2.

【0025】上記のように、フィラメントを使用せず磁
場中のマイクロ波放電によってプラズマを生成している
ため、長時間安定に負イオンを得ることができる。ま
た、ソレノイドコイル5の周囲にヨーク6を配置すると
ともに、磁極対であるところの1対の永久磁石9とマイ
クロ波導入口1Aとの間の領域に環状の磁性部材7を配
置することにより、ヨーク6と環状の磁性部材7とによ
って磁気回路が形成されるので、ソレノイドコイル5に
より発生する磁場は、ヨーク6内部と環状の磁性部材7
内部とに集中分布する。
As described above, since plasma is generated by microwave discharge in a magnetic field without using a filament, negative ions can be stably obtained for a long time. Further, the yoke 6 is arranged around the solenoid coil 5, and the annular magnetic member 7 is arranged in the region between the pair of permanent magnets 9 which are magnetic pole pairs and the microwave introduction port 1A. Since a magnetic circuit is formed by 6 and the annular magnetic member 7, the magnetic field generated by the solenoid coil 5 is applied to the inside of the yoke 6 and the annular magnetic member 7.
Concentrated and distributed inside.

【0026】そのため、図5の磁力線で示すように、ソ
レノイドコイル5により発生する磁場のうち放電容器1
の内側の磁場は、環状の磁性部材7を経由してヨーク6
に集束し、磁気フィルターの領域に漏洩しないので、同
領域の磁場は乱れず、したがって低電子温度領域を形成
するという磁気フィルターの機能は低下しない。それゆ
え多量の負イオンが得られる。
Therefore, as shown by the lines of magnetic force in FIG. 5, of the magnetic field generated by the solenoid coil 5, the discharge vessel 1
The magnetic field inside the magnet passes through the annular magnetic member 7 and the yoke 6
The magnetic field of the magnetic filter is not disturbed, and therefore the function of the magnetic filter for forming the low electron temperature region is not deteriorated. Therefore, a large amount of negative ions can be obtained.

【0027】以上説明してきたように、この負イオン源
装置であると、磁極対である1対の永久磁石9とマイク
ロ波導入口1Aとの間の領域に導電性の網状部材8が配
置されているので、マイクロ波導入口1Aから入射した
マイクロ波は導電性の網状部材8で遮蔽されて導電性の
網状部材8より奥へは伝播されないため、磁気フィルタ
ーとイオン放出口1Bとによって囲まれる領域の電子が
マイクロ波により加熱されて負イオンが解離するという
ことはない。それゆえ多量の負イオンが得られる。
As described above, in this negative ion source device, the conductive mesh member 8 is arranged in the region between the pair of permanent magnets 9 which are magnetic pole pairs and the microwave introduction port 1A. Therefore, the microwaves incident from the microwave introduction port 1A are shielded by the conductive mesh member 8 and are not propagated to the back of the conductive mesh member 8, so that the area surrounded by the magnetic filter and the ion emission port 1B is Electrons are not heated by microwaves to dissociate negative ions. Therefore, a large amount of negative ions can be obtained.

【0028】また、放電容器1の側面部に冷却水路12
が設けられているので、放電容器1のイオン放出口1B
近傍側面部外壁に取り付けてある永久磁石9は、冷却水
路を流れる冷却水によって冷却され、放電容器1の過熱
に伴う永久磁石9の熱消磁が防止される。
A cooling water passage 12 is provided on the side surface of the discharge vessel 1.
Is provided, the ion discharge port 1B of the discharge vessel 1 is provided.
The permanent magnet 9 attached to the outer wall of the adjacent side surface portion is cooled by the cooling water flowing through the cooling water passage, and the heat demagnetization of the permanent magnet 9 due to overheating of the discharge vessel 1 is prevented.

【0029】さらに、レール15上に走行可能に配置さ
れた台車16でソレノイドコイル5とヨーク6とを支持
するとともに、無頭ボルト7Aを放電容器1の内壁面に
押しつけることによって環状の磁性部材7の位置を固定
しているため、磁気フィルター領域へのソレノイドコイ
ル5の磁場の漏洩のない最適な磁気回路が形成されるよ
うソレノイドコイル5とヨーク6ならびに環状の磁性部
材7の設置位置を調整できるので、磁気フィルターの機
能は低下せず、したがって多量の負イオンが得られる。
Further, the solenoid coil 5 and the yoke 6 are supported by the carriage 16 movably arranged on the rails 15, and the headless bolt 7A is pressed against the inner wall surface of the discharge vessel 1 to form the annular magnetic member 7. Since the position is fixed, the installation positions of the solenoid coil 5, the yoke 6, and the annular magnetic member 7 can be adjusted so that an optimal magnetic circuit without leakage of the magnetic field of the solenoid coil 5 to the magnetic filter region is formed. Therefore, the function of the magnetic filter is not deteriorated, and thus a large amount of negative ions are obtained.

【0030】また、環状の磁性部材7の位置を固定する
無頭ボルト7Aの材質をセラミックス等の絶縁物に変更
すると、環状の磁性部材7と放電容器1とは電気的に絶
縁され、ゆえに網状部材8と放電容器1とが電気的に絶
縁される。そのため、たとえばApplied Physics Letter
s 65巻7号の816ページから818ページに記載さ
れているように、放電容器1に対する網状部材8の電位
を電圧印加手段を使用して所定の値に設定することによ
り、磁気フィルターとイオン放出口1Bとの間に生ずる
低電子温度領域の電子温度を低下させ、かつ同領域の電
子密度を増大させ、したがって負イオンの生成量を増加
させることができる。
Further, when the material of the headless bolt 7A for fixing the position of the annular magnetic member 7 is changed to an insulator such as ceramics, the annular magnetic member 7 and the discharge vessel 1 are electrically insulated, and therefore the mesh shape is formed. The member 8 and the discharge vessel 1 are electrically insulated. So, for example, Applied Physics Letter
s No. 65, No. 7, pages 816 to 818, the potential of the mesh member 8 with respect to the discharge vessel 1 is set to a predetermined value by using a voltage applying means, so that the magnetic filter and the ion discharge can be reduced. It is possible to lower the electron temperature in the low electron temperature region generated with the outlet 1B and increase the electron density in the same region, thus increasing the production amount of negative ions.

【0031】なお、以上の説明では環状に形成した磁性
部材を放電容器の内部に配置する場合について説明して
きたが、磁性部材を常に環状に形成しなければならない
わけではなく、例えば磁性片を並設するようにしてもよ
いであろう。また、放電容器の内部に配置するのではな
く放電容器の一部を磁性部材で形成するようにしてもよ
いことは勿論である。
In the above description, the case where the magnetic member formed in a ring shape is arranged inside the discharge vessel has been described, but the magnetic member does not always have to be formed in a ring shape, and for example, the magnetic pieces are arranged in parallel. You may choose to install it. Further, it goes without saying that a part of the discharge container may be formed of a magnetic member instead of being arranged inside the discharge container.

【0032】[0032]

【発明の効果】以上説明した本発明によれば、放電容器
の内壁面で、かつイオン引出電極側のヨーク端に対向し
ている部分に、磁性部材が配置されていることから、ソ
レノイドコイルにより発生する磁場は、ヨーク内部と磁
性部材の内部とに集中分布することになり、このため、
ソレノイドコイルにより発生する磁場のうち放電容器の
内側の磁場は、磁性部材を経由してヨークに集束し、磁
気フィルターの領域に漏洩することはなくなり、磁極対
により発生する同領域の磁場は乱れず、したがって磁気
フィルターの機能が低下することなく多量の負イオンを
長時間安定して得ることのできる負イオン源装置を得る
ことができる。
According to the present invention described above, since the magnetic member is arranged on the inner wall surface of the discharge vessel and the portion facing the yoke end on the ion extracting electrode side, the solenoid coil is used. The generated magnetic field is concentrated and distributed inside the yoke and inside the magnetic member.
Of the magnetic field generated by the solenoid coil, the magnetic field inside the discharge vessel is focused on the yoke via the magnetic member and does not leak to the magnetic filter area, and the magnetic field in the same area generated by the magnetic pole pair is not disturbed. Therefore, it is possible to obtain a negative ion source device capable of stably obtaining a large amount of negative ions for a long time without deteriorating the function of the magnetic filter.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施例を示す負イオン源装置の側断
面図である。
FIG. 1 is a side sectional view of a negative ion source device showing an embodiment of the present invention.

【図2】図1のA−A矢視断面図である。FIG. 2 is a sectional view taken along the line AA of FIG.

【図3】本発明の負イオン源装置に採用される環状の磁
性部材および導電性の網状部材を示す正面図である。
FIG. 3 is a front view showing an annular magnetic member and a conductive mesh member used in the negative ion source device of the present invention.

【図4】図3のB−B矢視断面図である。FIG. 4 is a sectional view taken along the line BB of FIG. 3;

【図5】本発明の負イオン源装置の放電容器の内側およ
びその近傍における磁場を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a magnetic field inside the discharge container of the negative ion source device of the present invention and in the vicinity thereof.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…放電容器、1A…マイクロ波導入口、1B…イオン
放出口、1C…ガス導入口、2…イオン引出電極、3…
直流定電圧電源、4…マイクロ波導入手段、4A…マイ
クロ波発振器、5…ソレノイドコイル、6…ヨーク、7
…環状の磁性部材、8…導電性の網状部材、9…永久磁
石、10…フランジ、11…碍子。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Discharge container, 1A ... Microwave introduction port, 1B ... Ion emission port, 1C ... Gas introduction port, 2 ... Ion extraction electrode, 3 ...
DC constant voltage power source, 4 ... Microwave introducing means, 4A ... Microwave oscillator, 5 ... Solenoid coil, 6 ... Yoke, 7
... annular magnetic member, 8 ... conductive mesh member, 9 ... permanent magnet, 10 ... flange, 11 ... insulator.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 政信 茨城県日立市大みか町七丁目2番1号 株 式会社日立製作所電力・電機開発本部内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Masanobu Tanaka 7-2-1, Omika-cho, Hitachi-shi, Ibaraki Hitachi, Ltd. Power & Electric Development Division

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ガス導入口とマイクロ波導入口とイオン
放出口とを有する筒状の放電容器と、この放電容器のイ
オン放出口に隣接して配置されたイオン引出電極と、こ
のイオン引出電極および前記放電容器とをそれぞれ所定
の電位に設定する電圧印加手段と、前記放電容器内にマ
イクロ波を導入するマイクロ波導入手段と、前記放電容
器の外周側に放電容器と同心円状に配置されるととも
に、内周側が開口したヨークを備えているソレノイドコ
イルと、前記放電容器のイオン放出口側に設けられ、イ
オンが引き出される方向に対して略垂直方向の磁場を発
生する磁極対とを備えた負イオン源装置において、 前記放電容器の内壁面で、かつイオン引出電極側のヨー
ク端に対向している部分に、磁性部材を配置するように
したことを特徴とする負イオン源装置。
1. A cylindrical discharge vessel having a gas introduction port, a microwave introduction port, and an ion emission port, an ion extraction electrode disposed adjacent to the ion emission port of the discharge vessel, and an ion extraction electrode, and Voltage applying means for respectively setting the discharge vessel to a predetermined potential, microwave introducing means for introducing microwaves into the discharge vessel, and arranged concentrically with the discharge vessel on the outer peripheral side of the discharge vessel. A negative pole provided with a solenoid coil having a yoke whose inner peripheral side is open, and a magnetic pole pair which is provided on the ion emission port side of the discharge vessel and generates a magnetic field in a direction substantially perpendicular to the direction in which ions are extracted. In the ion source device, a magnetic member is arranged on the inner wall surface of the discharge container and at a portion facing the yoke end on the ion extraction electrode side. On supply.
【請求項2】 ガス導入口とマイクロ波導入口とイオン
放出口とを有する筒状の放電容器と、この放電容器のイ
オン放出口に隣接して配置されたイオン引出電極と、こ
のイオン引出電極および前記放電容器とをそれぞれ所定
の電位に設定する電圧印加手段と、前記放電容器内にマ
イクロ波を導入するマイクロ波導入手段と、前記放電容
器の外周側に放電容器と同心円状に配置されるととも
に、内周側が開口したヨークを備えているソレノイドコ
イルと、前記放電容器のイオン放出口側に設けられ、イ
オンが引き出される方向に対して略垂直方向の磁場を発
生する磁極対とを備えた負イオン源装置において、 前記磁極対よりはイオン引出方向上流側で、かつイオン
放出口側近傍の放電容器内に、放電容器と同心円状に形
成された環状の磁性部材を配置したことを特徴とする負
イオン源装置。
2. A cylindrical discharge vessel having a gas introduction port, a microwave introduction port and an ion emission port, an ion extraction electrode arranged adjacent to the ion emission port of the discharge vessel, and an ion extraction electrode, and Voltage applying means for respectively setting the discharge vessel to a predetermined potential, microwave introducing means for introducing microwaves into the discharge vessel, and arranged concentrically with the discharge vessel on the outer peripheral side of the discharge vessel. A negative pole provided with a solenoid coil having a yoke whose inner peripheral side is open, and a magnetic pole pair which is provided on the ion emission port side of the discharge vessel and generates a magnetic field in a direction substantially perpendicular to the direction in which ions are extracted. In the ion source device, an annular magnetic member formed concentrically with the discharge vessel in the discharge vessel near the ion emission port side, upstream of the pair of magnetic poles in the ion extraction direction. Negative ion source apparatus characterized by the arranged.
【請求項3】 ガス導入口とマイクロ波導入口とイオン
放出口とを有し、かつ筒状をなした非磁性の放電容器
と、この放電容器のイオン放出口に隣接して配置された
イオン引出電極と、このイオン引出電極および前記放電
容器とをそれぞれ所定の電位に設定する電圧印加手段
と、前記放電容器内にマイクロ波を導入するマイクロ波
導入手段と、前記放電容器の外周側に放電容器と同心円
状に配置されるとともに、内周側が開口したヨークを備
えているソレノイドコイルと、前記放電容器のイオン放
出口側に設けられ、イオンが引き出される方向に対して
略垂直方向の磁場を発生する磁極対とを備えた負イオン
源装置において、 前記磁極対よりはイオン引出方向上流側で、かつイオン
放出口側近傍の放電容器の一部を、環状の磁性部材で形
成するようにしたことを特徴とする負イオン源装置。
3. A cylindrical non-magnetic discharge vessel having a gas introduction port, a microwave introduction port and an ion emission port, and an ion extraction unit arranged adjacent to the ion emission port of the discharge vessel. An electrode, a voltage applying unit that sets the ion extracting electrode and the discharge container to predetermined potentials, a microwave introducing unit that introduces a microwave into the discharge container, and a discharge container on the outer peripheral side of the discharge container. And a solenoid coil that is concentrically arranged with a yoke that is open on the inner peripheral side, and that is provided on the ion emission port side of the discharge vessel and that generates a magnetic field in a direction substantially perpendicular to the direction in which ions are extracted. In the negative ion source device having a pair of magnetic poles, a part of the discharge vessel on the upstream side of the magnetic pole pair in the ion extracting direction and near the ion emission port is formed of an annular magnetic member. Negative ion source apparatus characterized by the the like.
【請求項4】 ガス導入口とマイクロ波導入口とイオン
放出口とを有する筒状の放電容器と、この放電容器のイ
オン放出口に隣接して配置されたイオン引出電極と、こ
のイオン引出電極および前記放電容器とをそれぞれ所定
の電位に設定する電圧印加手段と、前記放電容器内にマ
イクロ波を導入するマイクロ波導入手段と、前記放電容
器の外周側に放電容器と同心円状に配置されるととも
に、内周側が開口したヨークを備えているソレノイドコ
イルと、前記放電容器のイオン放出口側に設けられ、イ
オンが引き出される方向に対して略垂直方向の磁場を発
生する磁極対とを備えた負イオン源装置において、 前記放電容器内で、かつイオン放出口側に、放電容器と
同心円状に環状の磁性部材を設けるとともに、この環状
の磁性部材に、その環状中空部を覆うように導電性の網
状部材を設けたことを特徴とする負イオン源装置。
4. A cylindrical discharge vessel having a gas introduction port, a microwave introduction port and an ion emission port, an ion extraction electrode arranged adjacent to the ion emission port of this discharge vessel, and this ion extraction electrode, and Voltage applying means for respectively setting the discharge vessel to a predetermined potential, microwave introducing means for introducing microwaves into the discharge vessel, and arranged concentrically with the discharge vessel on the outer peripheral side of the discharge vessel. A negative pole provided with a solenoid coil having a yoke whose inner peripheral side is open, and a magnetic pole pair which is provided on the ion emission port side of the discharge vessel and generates a magnetic field in a direction substantially perpendicular to a direction in which ions are extracted. In the ion source device, an annular magnetic member is provided concentrically with the discharge vessel in the discharge vessel and on the side of the ion emission port, and the annular magnetic member has an annular shape. Check unit negative ion source apparatus characterized in that a conductive mesh member so as to cover.
【請求項5】 前記網状部材が、前記磁性部材の側壁に
着脱自在に装着されてなる請求項4記載の負イオン源装
置。
5. The negative ion source device according to claim 4, wherein the mesh member is detachably attached to a side wall of the magnetic member.
【請求項6】 前記網状部材が、前記磁性部材のイオン
引出電極側壁面に装着されてなる請求項4あるいは5記
載の負イオン源装置。
6. The negative ion source device according to claim 4, wherein the mesh member is mounted on a side wall surface of the ion extracting electrode of the magnetic member.
【請求項7】 前記放電容器の磁極対側の側面部に冷却
水路が設けられている請求項1から6いずれか1項記載
の負イオン源装置。
7. The negative ion source device according to claim 1, wherein a cooling water channel is provided on a side surface portion of the discharge vessel on the magnetic pole pair side.
【請求項8】 前記ヨークと磁性部材との設置位置が調
整できるように形成されてなる請求項1から7いずれか
1項記載の負イオン源装置。
8. The negative ion source device according to claim 1, wherein the installation positions of the yoke and the magnetic member are adjustable.
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