[發明專利]離子源裝置及離子束生成方法

有效

• 申請號: 201310091220.5
• 申請日: 2013-03-21
• 公開（公告）號: CN103325648B
• 公開（公告）日: 2017-03-01
• 發明（設計）人: 佐藤正輝
• 申請（專利權）人: 斯伊恩股份有限公司
• 主分類號: H01J37/08
• 分類號: H01J37/08;H01J27/08
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司72002
• 代理人: 徐殿軍,蔣巍

技術領域

本發明涉及一種離子源裝置，例如適合于離子注入裝置的離子源裝置及離子束生成方法。

背景技術

作為一種離子注入裝置用離子源裝置，已知有具備電子源及用于反射來自電子源的電子的反射極（repeller）的裝置（專利文獻1）。

參考圖3對離子源裝置的一個例子進行說明。

圖3中，離子源裝置具備具有等離子體形成用空間的電弧室20。電弧室20在正面側的壁上具有前狹縫20-1，在側面側的壁上具有氣源的導入部20-2。另外，離子源裝置還在中間夾置電弧室20的等離子體形成用空間的對置位置的一側設置有電子源，另一側設置有反射極23。電子源包括燈絲21和陰極22。如圖3B所示，前狹縫20-1的前方沿離子束的引出方向并列配置有具有使離子束通過的開口的抑制電極24和GND（接地）電極25。

該離子源裝置以如下方式運行。首先，用燈絲電源26使燈絲21發熱而在燈絲21的前端產生熱電子。以陰極電源27使產生的熱電子進行加速而沖擊陰極22，再以其沖擊時所產生的熱量對陰極22進行加熱。被加熱的陰極22產生熱電子。所產生的熱電子通過在陰極22和電弧室20之間施加的電弧電源28的電弧電壓而被加速，并作為具有足夠用于使氣體分子電離的能量的射束電子在電弧室20內放射。

另一方面，向電弧室20內導入來自導入部20-2的氣源，并且施加外部磁場F。另外，在電弧室20內以與陰極22的熱電子放射面對置的方式設置反射極23。反射極23具有反射電子的功能。外部磁場F的方向與連結陰極22和反射極23的軸平行。因此，從陰極22放射的射束電子沿著外部磁場F在陰極22和反射極23之間進行往復移動，并與導入到電弧室20內的氣源分子沖擊而產生離子。其結果，在電弧室20內生成等離子體。

射束電子因施加磁場而大致存在于限定范圍內，因此離子主要在該范圍內生成并通過擴散到達電弧室20的內壁、前狹縫20-1、陰極22及反射極23，進而在壁面消失。

另一方面，離子束的引出從擴散到前狹縫20-1的等離子體通過與磁場平行的狹縫而進行。引出的離子束的電流（引出電流）受前狹縫20-1中的等離子體密度的影響較大。例如若前狹縫20-1中的等離子體密度高則可引出的射束電流（引出電流）變大。

專利文獻1：日本特開2002-117780號公報

但是，在電弧室20內與平行于外部磁場F的等離子體擴散相比，很難進行與外部磁場F垂直的方向的等離子體擴散。因此，等離子體密度在垂直于外部磁場F的方向急劇下降。在現有的離子源裝置中，射束引出部置于等離子體向垂直于外部磁場F的方向擴散的位置。即，前狹縫20-1設置于與外部磁場F的方向正交的方向的電弧室20的壁上。因此，前狹縫20-1中的等離子體密度變低，并且引出的離子束量即引出電流也受限制。

目前，為了增加引出射束即提高前狹縫20-1中的等離子體密度，采用加大來自陰極22的熱電子電流等方法。此時，可想而知由于陰極22和反射極23中的等離子體密度也變高，因此產生陰極22的壽命變短等問題。

離子注入裝置等離子源裝置中，以提高生產力的觀點來看，要求獲得更多來自離子源裝置的引出電流。為了獲得更多引出電流需要在離子源裝置的離子束引出部（前狹縫）附近生成密度更高的等離子體。因此需要對離子源裝置投入大功率。

發明內容

相對于此，本發明的目的在于不投入大功率就能提高離子束引出部附近的等離子體密度進而加大引出電流。

根據本發明的形態提供一種離子束生成用離子源裝置，其特征在于，具備如下結構，該結構為，在具有等離子體形成用空間的電弧室設置放射用于生成使中性分子電離的射束電子的熱電子的陰極，并且以中間隔著所述等離子體形成用空間地與所述陰極的熱電子放射面對置的方式配置反射極，并且構成為向所述等離子體形成用空間沿與連結所述陰極和所述反射極的軸平行的方向施加由源極磁場裝置感應的外部磁場F，并構成為在所述反射極中，在與形成于所述等離子體形成用空間的等離子體中密度最高的部分相對應的部位設置開口部，并從該開口部引出離子束。

該離子源裝置中所述離子束的引出方向與連結所述陰極和所述反射極的軸平行。

在該離子源裝置中，所述開口部優選設置于所述電弧室中的與離子束的出口開口對置的位置。所述開口部的形狀、所述離子束的出口開口的形狀可分別為圓形，也可為其他形狀。

該離子源裝置中，所述開口部與所述離子束的出口開口大小相同或比所述離子束的出口開口小，并且優選不使形成于所述等離子體形成用空間的等離子體密度下降的大小。