JP3076176B2 - 複合型イオン源装置 - Google Patents
複合型イオン源装置Info
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、イオン加速器のための
イオン源装置の改良に関するものである。
イオン源装置の改良に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図5に示したように、従来のイオン源装
置は、加速器のビームライン50に接続されるイオン源
切り換え電磁石51、およびイオン源切り換え電磁石5
1から放射状にのびる複数本の分岐管路52並びに各分
岐管路52の先端に接続された異なるイオン源53を有
している。そして、必要なイオン源53が選択的に点灯
されるとともに、そのイオン源53から引き出されたイ
オンビームが、イオン源切り換え電磁石51を通じて加
速器のビームライン50に導かれるようになっている。
置は、加速器のビームライン50に接続されるイオン源
切り換え電磁石51、およびイオン源切り換え電磁石5
1から放射状にのびる複数本の分岐管路52並びに各分
岐管路52の先端に接続された異なるイオン源53を有
している。そして、必要なイオン源53が選択的に点灯
されるとともに、そのイオン源53から引き出されたイ
オンビームが、イオン源切り換え電磁石51を通じて加
速器のビームライン50に導かれるようになっている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな構成によると、イオン源装置が大型化し大きな設置
スペースが必要となること、各イオン源毎に独立した真
空系を形成しているので製造コストが増大し、装置の調
整およびメンテナンス作業が容易ではないこと、イオン
源装置および加速器本体の間におけるイオンビームの軸
合わせが容易ではないこと等の問題が生じる。
うな構成によると、イオン源装置が大型化し大きな設置
スペースが必要となること、各イオン源毎に独立した真
空系を形成しているので製造コストが増大し、装置の調
整およびメンテナンス作業が容易ではないこと、イオン
源装置および加速器本体の間におけるイオンビームの軸
合わせが容易ではないこと等の問題が生じる。
【0004】したがって、本発明の課題は、気体から固
体に至る広範囲にわたる物質のイオン化が単一の真空系
内で行えるようにし、イオン源装置の小型化、製造コス
トの低減を図り、イオン源装置および加速器本体の間に
おけるイオンビームの軸合わせが容易に行えるようにす
ることである。
体に至る広範囲にわたる物質のイオン化が単一の真空系
内で行えるようにし、イオン源装置の小型化、製造コス
トの低減を図り、イオン源装置および加速器本体の間に
おけるイオンビームの軸合わせが容易に行えるようにす
ることである。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明は、単一の真空系内に、気体をイオン化する
ガスイオン源と、固体をイオン化する固体イオン源とを
同軸上に直列に配置し、前記ガスイオン源および前記固
体イオン源のうち下流側のイオン源には、上流側のイオ
ン源から引き出されたイオンビームを通過せしめるとと
もに、前記下流側のイオン源からイオンビームを引き出
すためのイオンビーム通過路を形成し、前記ガスイオン
源と前記固体イオン源とを選択的に点灯せしめる切り換
え手段を設けたことを特徴とする複合型イオン源装置を
構成したものである。
め、本発明は、単一の真空系内に、気体をイオン化する
ガスイオン源と、固体をイオン化する固体イオン源とを
同軸上に直列に配置し、前記ガスイオン源および前記固
体イオン源のうち下流側のイオン源には、上流側のイオ
ン源から引き出されたイオンビームを通過せしめるとと
もに、前記下流側のイオン源からイオンビームを引き出
すためのイオンビーム通過路を形成し、前記ガスイオン
源と前記固体イオン源とを選択的に点灯せしめる切り換
え手段を設けたことを特徴とする複合型イオン源装置を
構成したものである。
【0006】本発明の好ましい実施例によれば、前記ガ
スイオン源は前記固体イオン源より上流側に配置されて
いる。前記気体イオン源および固体イオン源としては、
従来より知られた種々の形式のものを用いることができ
るが、本発明の別の好ましい実施例によれば、前記ガス
イオン源はデュオプラズマトロン型イオン源からなり、
前記固体イオン源はスパッタ型イオン源からなってい
る。さらに、前記デュオプラズマトロン型イオン源と前
記スパッタ型イオン源の間には、前記デュオプラズマト
ロン型イオン源からの正イオンビームを負イオンに変換
するための荷電変換装置が配置される。そして、前記ス
パッタ型イオン源は、前記イオンビーム通過路に沿って
配置された管路と、前記管路内に前記管路と同軸に配置
されたコイル状のイオナイザーと、前記管路の上流側の
開口の周縁部に取り付けられた引き出し電極と、前記引
き出し電極の上流側に配置された、スパッタされるべき
標的試料を前記イオンビーム通過路を遮る第1の位置と
前記ビーム通過路を開放する第2の位置との間において
移動可能に支持する手段と、スパッタ用ドナー貯留室
と、前記スパッタ用ドナー貯留室を加熱する手段と、前
記スパッタ用ドナー貯留室と前記管路の間に設けられた
ドナー蒸気導入管路とを備えている。
スイオン源は前記固体イオン源より上流側に配置されて
いる。前記気体イオン源および固体イオン源としては、
従来より知られた種々の形式のものを用いることができ
るが、本発明の別の好ましい実施例によれば、前記ガス
イオン源はデュオプラズマトロン型イオン源からなり、
前記固体イオン源はスパッタ型イオン源からなってい
る。さらに、前記デュオプラズマトロン型イオン源と前
記スパッタ型イオン源の間には、前記デュオプラズマト
ロン型イオン源からの正イオンビームを負イオンに変換
するための荷電変換装置が配置される。そして、前記ス
パッタ型イオン源は、前記イオンビーム通過路に沿って
配置された管路と、前記管路内に前記管路と同軸に配置
されたコイル状のイオナイザーと、前記管路の上流側の
開口の周縁部に取り付けられた引き出し電極と、前記引
き出し電極の上流側に配置された、スパッタされるべき
標的試料を前記イオンビーム通過路を遮る第1の位置と
前記ビーム通過路を開放する第2の位置との間において
移動可能に支持する手段と、スパッタ用ドナー貯留室
と、前記スパッタ用ドナー貯留室を加熱する手段と、前
記スパッタ用ドナー貯留室と前記管路の間に設けられた
ドナー蒸気導入管路とを備えている。
【0007】
【作用】以上の構成において、切り換え手段によって、
ガスイオン源および固体イオン源のいずれか一方が点灯
せしめられ、ガス状原子のイオンまたは固体元素のイオ
ンのいずれかが生成され、イオンビームが引き出され
る。このとき、ガスイオン源および固体イオン源のう
ち、上流側のイオン源が点灯された場合には、上流側の
イオン源によって生成され、引き出されたイオンビーム
は、下流側のイオン源のイオンビーム通過路を通過し、
装置外部に引き出される。下流側のイオン源が点灯され
た場合には、下流側イオン源によって生成されたイオン
ビームが、イオンビーム通過路を通じて装置外部に引き
出される。
ガスイオン源および固体イオン源のいずれか一方が点灯
せしめられ、ガス状原子のイオンまたは固体元素のイオ
ンのいずれかが生成され、イオンビームが引き出され
る。このとき、ガスイオン源および固体イオン源のう
ち、上流側のイオン源が点灯された場合には、上流側の
イオン源によって生成され、引き出されたイオンビーム
は、下流側のイオン源のイオンビーム通過路を通過し、
装置外部に引き出される。下流側のイオン源が点灯され
た場合には、下流側イオン源によって生成されたイオン
ビームが、イオンビーム通過路を通じて装置外部に引き
出される。
【0008】
【実施例】図1は、本発明による複合型イオン源装置の
軸方向に沿った断面図である。この実施例では、複合型
イオン源装置1は、複合型負イオン源装置として形成さ
れており、イオン加速器の分析電磁石13の上流側に接
続されている。
軸方向に沿った断面図である。この実施例では、複合型
イオン源装置1は、複合型負イオン源装置として形成さ
れており、イオン加速器の分析電磁石13の上流側に接
続されている。
【0009】複合型負イオン源装置1は、4本のシリン
ダA〜Dを同軸上に直列に配置し、隣接する端面を気密
状態に接合して形成した積層体を有している。シリンダ
Aは、気体をイオン化するためのデュオプラズマトロン
型イオン源2、およびデュオプラズマトロン型イオン源
2から正イオンを引き出し、集束させるアインツェルレ
ンズ3を備えている。シリンダBは、イオンを偏向させ
る第1および第2のステアラー4、6、(図示はしな
い)6”油拡散ポンプを接続するための側部開口12、
および装置内の真空度を測定するための電離真空計5を
備えている。シリンダCは、デュオプラズマトロン型イ
オン源2から引き出された正イオンビームを負イオンビ
ームに変換するための荷電変換セル8を備えている。シ
リンダDは、固体をイオン化するためのスパッタ型イオ
ン源10とアインツェルレンズ11を備えている。デュ
オプラズマトロン型イオン源2、アインツェルレンズ
3、荷電変換セル8、スパッタ型イオン源10、アイン
ツェルレンズ11等は、同軸上に配置されている。
ダA〜Dを同軸上に直列に配置し、隣接する端面を気密
状態に接合して形成した積層体を有している。シリンダ
Aは、気体をイオン化するためのデュオプラズマトロン
型イオン源2、およびデュオプラズマトロン型イオン源
2から正イオンを引き出し、集束させるアインツェルレ
ンズ3を備えている。シリンダBは、イオンを偏向させ
る第1および第2のステアラー4、6、(図示はしな
い)6”油拡散ポンプを接続するための側部開口12、
および装置内の真空度を測定するための電離真空計5を
備えている。シリンダCは、デュオプラズマトロン型イ
オン源2から引き出された正イオンビームを負イオンビ
ームに変換するための荷電変換セル8を備えている。シ
リンダDは、固体をイオン化するためのスパッタ型イオ
ン源10とアインツェルレンズ11を備えている。デュ
オプラズマトロン型イオン源2、アインツェルレンズ
3、荷電変換セル8、スパッタ型イオン源10、アイン
ツェルレンズ11等は、同軸上に配置されている。
【0010】図2は、デュオプラズマトロン型イオン源
の拡大断面図である。デュオプラズマトロン型イオン源
は、シリンダAの端部に、シリンダAの開口を気密状態
に封閉するように接合されている。デュオプラズマトロ
ン型イオン源2は公知の構造を有しているので、ここで
は詳細には説明しない。デュオプラズマトロン型イオン
源2は、シリンダAと同軸に配置された、絶縁体からな
るシリンダ部20と、シリンダ部20の両端に接合され
た純鉄製の陽極21および中間電極22を有している。
陽極21は円板形状をなし、陽極21のシリンダと反対
側にある表面の中央部には、円錐面状の凹部21aが形
成されており、陽極21(凹部21a)の中心にはイオ
ン引き出し開口23が形成されている。中間電極22
は、中空の実質上円錐台形状の部分22aと、この部分
22aの外周に設けられたリング状フランジ22bを備
えている。中間電極22は、フランジ22bにおいてシ
リンダ部20の端面と接合されており、このとき、実質
上円錐台形状の部分22aは、シリンダ部20の内側に
向かってのび、頂面が陽極21に対向するように配置さ
れている。また前記頂面には、シリンダAの軸上におい
て陽極の開口23と整合するアパーチャ29が形成され
ている。
の拡大断面図である。デュオプラズマトロン型イオン源
は、シリンダAの端部に、シリンダAの開口を気密状態
に封閉するように接合されている。デュオプラズマトロ
ン型イオン源2は公知の構造を有しているので、ここで
は詳細には説明しない。デュオプラズマトロン型イオン
源2は、シリンダAと同軸に配置された、絶縁体からな
るシリンダ部20と、シリンダ部20の両端に接合され
た純鉄製の陽極21および中間電極22を有している。
陽極21は円板形状をなし、陽極21のシリンダと反対
側にある表面の中央部には、円錐面状の凹部21aが形
成されており、陽極21(凹部21a)の中心にはイオ
ン引き出し開口23が形成されている。中間電極22
は、中空の実質上円錐台形状の部分22aと、この部分
22aの外周に設けられたリング状フランジ22bを備
えている。中間電極22は、フランジ22bにおいてシ
リンダ部20の端面と接合されており、このとき、実質
上円錐台形状の部分22aは、シリンダ部20の内側に
向かってのび、頂面が陽極21に対向するように配置さ
れている。また前記頂面には、シリンダAの軸上におい
て陽極の開口23と整合するアパーチャ29が形成され
ている。
【0011】中間電極22の実質上円錐台形状の部分2
2aの内側空間内には、陰極が配置されている。陰極は
熱電子の放出源をなし、一般には高融点をもつ金属でフ
ィラメントを作って熱電子源とするが、この実施例で
は、直径0.8mmのタングステン線からなるコイル状
フィラメント24の周囲を、炭酸バリウムを塗布した円
筒型酸化物陰極25(タンタル板、厚さ0.1mm)で
覆った傍熱型陰極を用いている。その理由は、タングス
テンフィラメントに比べてイオン化効率が高いこと、小
電力でイオン化できること、フィラメント温度が低いの
でイオン源となる材料の酸化が起こりにくいこと、陰極
の寿命が長いこと等が挙げられる。さらに、陰極の外側
には、その周囲を包囲するようにステンレス製の円筒2
6を配置し、フィラメントから放出された熱の拡散を防
止している。シリンダ部20の外周にはリング状の永久
磁石27が配置され、陽極の凹部21aに対向して、引
き出し電極を兼ねるアインツェルレンズの第1電極28
が配置されている。
2aの内側空間内には、陰極が配置されている。陰極は
熱電子の放出源をなし、一般には高融点をもつ金属でフ
ィラメントを作って熱電子源とするが、この実施例で
は、直径0.8mmのタングステン線からなるコイル状
フィラメント24の周囲を、炭酸バリウムを塗布した円
筒型酸化物陰極25(タンタル板、厚さ0.1mm)で
覆った傍熱型陰極を用いている。その理由は、タングス
テンフィラメントに比べてイオン化効率が高いこと、小
電力でイオン化できること、フィラメント温度が低いの
でイオン源となる材料の酸化が起こりにくいこと、陰極
の寿命が長いこと等が挙げられる。さらに、陰極の外側
には、その周囲を包囲するようにステンレス製の円筒2
6を配置し、フィラメントから放出された熱の拡散を防
止している。シリンダ部20の外周にはリング状の永久
磁石27が配置され、陽極の凹部21aに対向して、引
き出し電極を兼ねるアインツェルレンズの第1電極28
が配置されている。
【0012】デュオプラズマトロン型イオン源を点灯さ
せるには、まず最初、予め陰極に塗布した炭酸バリウム
を真空中で熱分解し酸化バリウムにする。次に、中間電
極内に10-2Torr程度のガスを導入し、陰極のフィ
ラメント24に電流を流し、発生する熱によって酸化バ
リウムを分解してバリウム原子を生成し、電子を放出さ
せる。その後、陽極21およびフィラメント24の間に
100V程度のアーク電圧を印加すれば、電子は陽極2
1に向かって加速され、その間にガス原子または分子を
イオン化する。このガスイオン(プラズマ)はノズル状
の中間電極22によって幾何学的に閉じ込められ、さら
に中間電極21と陽極22が軟鉄製の磁極を構成してい
るため、イオン源外周においた永久磁石27の磁場によ
り磁気的にも圧縮され高密度になる。急激な圧縮を受け
たプラズマは内部の電荷を保持できずに荷電分解を起こ
し、静電二重層を生じ、これを境にして陽極プラズマと
陰極プラズマの二種類のプラズマを生じる。発生した高
密度のプラズマは、陽極21のイオン引き出し開口23
からしみだし、この開口23の直後に形成された拡張領
域において引出しやすい密度まで拡散され、引出し電極
28によってイオンビームとして引き出される。
せるには、まず最初、予め陰極に塗布した炭酸バリウム
を真空中で熱分解し酸化バリウムにする。次に、中間電
極内に10-2Torr程度のガスを導入し、陰極のフィ
ラメント24に電流を流し、発生する熱によって酸化バ
リウムを分解してバリウム原子を生成し、電子を放出さ
せる。その後、陽極21およびフィラメント24の間に
100V程度のアーク電圧を印加すれば、電子は陽極2
1に向かって加速され、その間にガス原子または分子を
イオン化する。このガスイオン(プラズマ)はノズル状
の中間電極22によって幾何学的に閉じ込められ、さら
に中間電極21と陽極22が軟鉄製の磁極を構成してい
るため、イオン源外周においた永久磁石27の磁場によ
り磁気的にも圧縮され高密度になる。急激な圧縮を受け
たプラズマは内部の電荷を保持できずに荷電分解を起こ
し、静電二重層を生じ、これを境にして陽極プラズマと
陰極プラズマの二種類のプラズマを生じる。発生した高
密度のプラズマは、陽極21のイオン引き出し開口23
からしみだし、この開口23の直後に形成された拡張領
域において引出しやすい密度まで拡散され、引出し電極
28によってイオンビームとして引き出される。
【0013】中間電極22の中心軸付近には正イオンが
発生するため、引き出されるイオンは通常正イオンであ
る。したがって、デュオプラズマトロン型イオン源2で
負イオンビームを得るためには、正イオンを荷電変換セ
ル8に通して負イオンを作る必要がある。しかし、導入
するガスの種類によっては、デュオプラズマトロン型イ
オン源2の内部において正イオンの周囲に負イオンも発
生しており、中間電極22の中心軸と陽極21の中心軸
を少しずらすことによって直接負イオンを引き出すこと
が可能である。もちろんこの場合には、荷電変換セルを
取り除くことができる。
発生するため、引き出されるイオンは通常正イオンであ
る。したがって、デュオプラズマトロン型イオン源2で
負イオンビームを得るためには、正イオンを荷電変換セ
ル8に通して負イオンを作る必要がある。しかし、導入
するガスの種類によっては、デュオプラズマトロン型イ
オン源2の内部において正イオンの周囲に負イオンも発
生しており、中間電極22の中心軸と陽極21の中心軸
を少しずらすことによって直接負イオンを引き出すこと
が可能である。もちろんこの場合には、荷電変換セルを
取り除くことができる。
【0014】図3は、荷電変換セルの軸方向に沿った拡
大断面図である。荷電変換セル8は、実質上円筒形状を
なしており、シリンダC内にこれと同軸に支持されてい
る。荷電変換セル8は、内側円筒壁と外側円筒壁からな
る二重円筒壁構造を有しており、内側円筒壁の内側の空
間は、デュオプラズマトロン型イオン源2からの正イオ
ンビームを通過せしめる荷電変換カナール30として形
成され、内側円筒壁および外側円筒壁の間の円筒状空間
は閉じられドナー貯留室31として形成されている。内
側円筒壁の中央には荷電変換カナール30とドナー貯留
室31とを連通する連通路32が形成されている。外側
円筒壁の外周にはタングステンヒータ33が巻かれてい
る。
大断面図である。荷電変換セル8は、実質上円筒形状を
なしており、シリンダC内にこれと同軸に支持されてい
る。荷電変換セル8は、内側円筒壁と外側円筒壁からな
る二重円筒壁構造を有しており、内側円筒壁の内側の空
間は、デュオプラズマトロン型イオン源2からの正イオ
ンビームを通過せしめる荷電変換カナール30として形
成され、内側円筒壁および外側円筒壁の間の円筒状空間
は閉じられドナー貯留室31として形成されている。内
側円筒壁の中央には荷電変換カナール30とドナー貯留
室31とを連通する連通路32が形成されている。外側
円筒壁の外周にはタングステンヒータ33が巻かれてい
る。
【0015】こうして、ドナー貯留室31に、正イオン
に電子を与えるドナーとしてアルカリ金属が充填された
後、ヒータ33が作動せしめられ、ドナーが加熱されて
蒸気となり、連通路32から荷電変換カナール30内に
進入し、ドナーの蒸気がカナール内に充満するようにな
っている。デュオプラズマトロン型イオン源2から、ア
インツェルレンズ3、並びに第1および第2のステアラ
ー4、6を経て荷電変換セル8まで達した正イオンビー
ムは、荷電カナール30を通過する間に、アルカリ金属
の原子と幾度か衝突して電子を受け取り負イオンにな
る。
に電子を与えるドナーとしてアルカリ金属が充填された
後、ヒータ33が作動せしめられ、ドナーが加熱されて
蒸気となり、連通路32から荷電変換カナール30内に
進入し、ドナーの蒸気がカナール内に充満するようにな
っている。デュオプラズマトロン型イオン源2から、ア
インツェルレンズ3、並びに第1および第2のステアラ
ー4、6を経て荷電変換セル8まで達した正イオンビー
ムは、荷電カナール30を通過する間に、アルカリ金属
の原子と幾度か衝突して電子を受け取り負イオンにな
る。
【0016】図4は、スパッタ型イオン源の軸方向に沿
った拡大断面図である。スパッタ型イオン源は、シリン
ダDの中心軸に沿って配置されたイオンビーム通過管路
40と、イオンビーム通過管路40の内側にイオンビー
ム通過管路と同軸に配置されたコイル状のイオナイザー
41を有している。イオナイザー41のコイルの内径
は、荷電変換セル8からの負イオンビームが通過しうる
ような大きさに設定されている。イオンビーム通過管路
40における上流側(荷電変換セル側)の開口の周縁部
には引き出し電極42が取り付けられている。
った拡大断面図である。スパッタ型イオン源は、シリン
ダDの中心軸に沿って配置されたイオンビーム通過管路
40と、イオンビーム通過管路40の内側にイオンビー
ム通過管路と同軸に配置されたコイル状のイオナイザー
41を有している。イオナイザー41のコイルの内径
は、荷電変換セル8からの負イオンビームが通過しうる
ような大きさに設定されている。イオンビーム通過管路
40における上流側(荷電変換セル側)の開口の周縁部
には引き出し電極42が取り付けられている。
【0017】引き出し電極42の上流側には、円形のス
リット43が引き出し電極42に対向して配置されてい
る。スリット板43の中心には、イオナイザー41のコ
イルの内径と略同じ内径を有するスリット44が形成さ
れており、スリット44は、シリンダDの軸上において
イオナイザー41のコイルの開口部と整合するように配
置されている。こうして、スパッタ型イオン源には、ス
リット44から、イオナイザー41の内側空間を経て、
イオンビーム通過管路40の下流側開口に至るイオンビ
ーム通過路が形成されている。シリンダDの側壁におけ
るスリット板43に対応する位置には、スパッタ標的試
料保持装置9が取り付けられている。スパッタ標的試料
保持装置9は、スパッタされるべき標的試料45を、ス
リット板43におけるイオナイザー41と反対側の表面
上において、スリット44を遮る第1の位置と、スリッ
ト44を開放する第2の位置との間において移動可能に
保持するようになっている。そして、標的試料45は、
スパッタ型イオン源点灯時は第1の位置をとり、デュオ
プラズマトロン型イオン源の点灯時には第2の位置をと
るようになっている。なお、図4では標的試料45は第
2の位置にある。
リット43が引き出し電極42に対向して配置されてい
る。スリット板43の中心には、イオナイザー41のコ
イルの内径と略同じ内径を有するスリット44が形成さ
れており、スリット44は、シリンダDの軸上において
イオナイザー41のコイルの開口部と整合するように配
置されている。こうして、スパッタ型イオン源には、ス
リット44から、イオナイザー41の内側空間を経て、
イオンビーム通過管路40の下流側開口に至るイオンビ
ーム通過路が形成されている。シリンダDの側壁におけ
るスリット板43に対応する位置には、スパッタ標的試
料保持装置9が取り付けられている。スパッタ標的試料
保持装置9は、スパッタされるべき標的試料45を、ス
リット板43におけるイオナイザー41と反対側の表面
上において、スリット44を遮る第1の位置と、スリッ
ト44を開放する第2の位置との間において移動可能に
保持するようになっている。そして、標的試料45は、
スパッタ型イオン源点灯時は第1の位置をとり、デュオ
プラズマトロン型イオン源の点灯時には第2の位置をと
るようになっている。なお、図4では標的試料45は第
2の位置にある。
【0018】また、シリンダDの側壁には、スパッタ標
的試料保持装置9に隣接してスパッタ用ドナー貯留室4
6が形成されている。ドナー貯留室46は、ドナーを加
熱するためのヒータ47を備えている。ドナー貯留室4
6とイオンビーム通過管路40の間には、ドナー蒸気導
入管路48が設けられている。イオンビーム通過管路4
0の下流側開口は、この管路に隣接して同軸上に配置さ
れた円筒形アインツェルレンズ11の内側空間に連続し
ている。
的試料保持装置9に隣接してスパッタ用ドナー貯留室4
6が形成されている。ドナー貯留室46は、ドナーを加
熱するためのヒータ47を備えている。ドナー貯留室4
6とイオンビーム通過管路40の間には、ドナー蒸気導
入管路48が設けられている。イオンビーム通過管路4
0の下流側開口は、この管路に隣接して同軸上に配置さ
れた円筒形アインツェルレンズ11の内側空間に連続し
ている。
【0019】スパッタ型イオン源の点灯時の動作につい
て説明する。通常、ドナーとしてはセシウム、金属カリ
ウム等が用いられるが、この実施例では、金属カリウム
を用いている。金属カリウムをドナー貯留室46内に充
填した後、ヒータ47を点灯する。ヒータ47の加熱に
よってドナー貯留室46内にカリウムの蒸気が発生し、
この蒸気は、ドナー蒸気導入管路48を通じて標的試料
45まで導かれる。カリウム蒸気の一部は標的試料表面
に付着するが、大半は、標的試料45の下流にあるイオ
ナイザー41によってイオン化され正イオンとなる。イ
オナイザー41には負の電位が印加され、カリウムイオ
ンが加速されて標的試料45に衝突し、標的試料45か
ら負イオンが放出される。負イオンは引き出し電極42
によって引き出された後、アインツェルレンズ11によ
り集束され、ビームラインを通じて分析電磁石へと導か
れる。
て説明する。通常、ドナーとしてはセシウム、金属カリ
ウム等が用いられるが、この実施例では、金属カリウム
を用いている。金属カリウムをドナー貯留室46内に充
填した後、ヒータ47を点灯する。ヒータ47の加熱に
よってドナー貯留室46内にカリウムの蒸気が発生し、
この蒸気は、ドナー蒸気導入管路48を通じて標的試料
45まで導かれる。カリウム蒸気の一部は標的試料表面
に付着するが、大半は、標的試料45の下流にあるイオ
ナイザー41によってイオン化され正イオンとなる。イ
オナイザー41には負の電位が印加され、カリウムイオ
ンが加速されて標的試料45に衝突し、標的試料45か
ら負イオンが放出される。負イオンは引き出し電極42
によって引き出された後、アインツェルレンズ11によ
り集束され、ビームラインを通じて分析電磁石へと導か
れる。
【0020】デュオプラズマトロン型イオン源2および
スパッタ型イオン源10は、スイッチ14を介して高圧
電源15に接続されており、スイッチ14の切り換えに
よって、これら2のイオン源のうちいずれが一方が、選
択的に点灯されるようになっている。この場合、前述の
ように、デュオプラズマトロン型イオン源2が点灯され
るときには、スパッタ標的試料保持装置9は、標的試料
45を第1の位置から第2の位置に移動させる。そし
て、荷電変換セル8からの負イオンビームが、スパッタ
型イオン源10のイオンビーム通過路を通過し、アイン
ツェルレンズ11を通過してイオン源装置の外部に放出
される。
スパッタ型イオン源10は、スイッチ14を介して高圧
電源15に接続されており、スイッチ14の切り換えに
よって、これら2のイオン源のうちいずれが一方が、選
択的に点灯されるようになっている。この場合、前述の
ように、デュオプラズマトロン型イオン源2が点灯され
るときには、スパッタ標的試料保持装置9は、標的試料
45を第1の位置から第2の位置に移動させる。そし
て、荷電変換セル8からの負イオンビームが、スパッタ
型イオン源10のイオンビーム通過路を通過し、アイン
ツェルレンズ11を通過してイオン源装置の外部に放出
される。
【0021】なお、この実施例では、気体イオン源とし
てデュオプラズマトロン型イオン源を、固体イオン源と
してスパッタ型イオン源を用いたが、本発明はこれに限
定されるものではなく、種々の気体イオン源および固体
イオン源を使用することができる。
てデュオプラズマトロン型イオン源を、固体イオン源と
してスパッタ型イオン源を用いたが、本発明はこれに限
定されるものではなく、種々の気体イオン源および固体
イオン源を使用することができる。
【0022】こうして、本発明による複合型負イオン源
装置においては、デュオプラズマトロン型イオン源2と
スパッタ型イオン源10が同軸上に直列に配置されてい
るので、イオン源装置の小型化、製造コストの低減が図
れる。加えて、イオン源装置および加速器本体の間にお
けるイオンビームの軸合わせを極めて容易に行うことが
できる。
装置においては、デュオプラズマトロン型イオン源2と
スパッタ型イオン源10が同軸上に直列に配置されてい
るので、イオン源装置の小型化、製造コストの低減が図
れる。加えて、イオン源装置および加速器本体の間にお
けるイオンビームの軸合わせを極めて容易に行うことが
できる。
【0023】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、単一の
真空系内に、固体イオン源および気体イオン源を同軸上
に直列に配置したので、イオン源装置の小型化、製造コ
ストの低減が図れる。加えて、イオン源装置および加速
器本体の間におけるイオンビームの軸合わせを極めて容
易に行うことができる。
真空系内に、固体イオン源および気体イオン源を同軸上
に直列に配置したので、イオン源装置の小型化、製造コ
ストの低減が図れる。加えて、イオン源装置および加速
器本体の間におけるイオンビームの軸合わせを極めて容
易に行うことができる。
【図1】本発明による複合型負イオン源装置の構成を概
略的に示す、ビームラインの軸に沿った断面図である。
略的に示す、ビームラインの軸に沿った断面図である。
【図2】図1の複合型負イオン源装置のデュオプラズマ
トロン型イオン源の構成を示す拡大断面図である。
トロン型イオン源の構成を示す拡大断面図である。
【図3】図1の複合型負イオン源装置の荷電変換セルの
構成を示す拡大断面図である。
構成を示す拡大断面図である。
【図4】図1の複合型負イオン源装置のスパッタ型イオ
ン源の構成を示す拡大断面図である。
ン源の構成を示す拡大断面図である。
【図5】従来のイオン源装置を示す上面図である。
1 複合型イオン源装置 2 デュオプラズマトロン型イオン源 3 アインツェルレンズ 4 第1のステアラー 6 第2のステアラー 8 荷電変換セル 10 スパッタ型イオン源 11 アインツェルレンズ
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭52−104290(JP,A) 特開 昭62−229641(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01J 37/08 H01J 27/02 - 27/26
Claims (3)
- 【請求項1】 単一の真空系内に、気体をイオン化する
ガスイオン源と、固体をイオン化する固体イオン源とを
同軸上に直列に配置し、前記ガスイオン源および前記固
体イオン源のうち下流側のイオン源には、上流側のイオ
ン源から引き出されたイオンビームを通過せしめかつ前
記下流側のイオン源からイオンビームを引き出すための
イオンビーム通過路を形成し、前記ガスイオン源と前記
固体イオン源とを選択的に点灯せしめる切り換え手段を
設けたことを特徴とする複合型イオン源装置。 - 【請求項2】 前記ガスイオン源は前記固体イオン源よ
り上流側に配置されていることを特徴とする請求項1に
記載の複合型イオン源装置。 - 【請求項3】 前記ガスイオン源はデュオプラズマトロ
ン型イオン源からなり、前記固体イオン源はスパッタ型
イオン源からなり、前記デュオプラズマトロン型イオン
源と前記スパッタ型イオン源の間には、前記デュオプラ
ズマトロン型イオン源からの正イオンビームを負イオン
に変換するための荷電変換装置が配置され、前記スパッ
タ型イオン源は、前記イオンビーム通過路に沿って配置
された管路と、前記管路内に前記管路と同軸に配置され
たコイル状のイオナイザーと、前記管路の上流側の開口
の周縁部に取り付けられた引き出し電極と、前記引き出
し電極の上流側に配置された、スパッタされるべき標的
試料を前記イオンビーム通過路を遮る第1の位置と前記
ビーム通過路を開放する第2の位置との間において移動
可能に支持する手段と、スパッタ用ドナー貯留室と、前
記スパッタ用ドナー貯留室を加熱する手段と、前記スパ
ッタ用ドナー貯留室と前記管路の間に設けられたドナー
蒸気導入管路とを備えていることを特徴とする請求項2
に記載の複合型イオン源装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP05189108A JP3076176B2 (ja) | 1993-06-30 | 1993-06-30 | 複合型イオン源装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP05189108A JP3076176B2 (ja) | 1993-06-30 | 1993-06-30 | 複合型イオン源装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0721956A JPH0721956A (ja) | 1995-01-24 |
JP3076176B2 true JP3076176B2 (ja) | 2000-08-14 |
Family
ID=16235508
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP05189108A Expired - Fee Related JP3076176B2 (ja) | 1993-06-30 | 1993-06-30 | 複合型イオン源装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3076176B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4795195B2 (ja) | 2006-10-17 | 2011-10-19 | 三井金属アクト株式会社 | ラッチ装置 |
-
1993
- 1993-06-30 JP JP05189108A patent/JP3076176B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0721956A (ja) | 1995-01-24 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |