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 |