專利名稱：離子源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于通過供給氣體外加電弧電壓生成等離子體，自該等離子體生成離子 束的離子源，例如半導(dǎo)體裝置制造用離子注入裝置或FPD (Flat Panel DiSplay)制造 用離 子注入裝置所使用的離子源。
背景技術(shù)：
當(dāng)在離子源中產(chǎn)生等離子體的時候，將動作氣體供給至減壓環(huán)境下的等離子體容 器內(nèi)，在等離子體容器內(nèi)，將加熱至2000°C以上的燈絲等的被加熱體當(dāng)作釋放熱電子的陰 極使用，將由等離子體容器內(nèi)的導(dǎo)體層所構(gòu)成的內(nèi)襯構(gòu)件(襯墊)或是容器本身當(dāng)作陽極 使用。在上述陰極和陽極之間外加數(shù)十 數(shù)百V的電壓產(chǎn)生電弧放電而使動作氣體電離。產(chǎn)生這樣的等離子體而取出離子束的離子源的運用中，由于在等離子體容器內(nèi)等 離子體中的離子沖突而產(chǎn)生的濺鍍，和通過等離子體中的化學(xué)性活性種產(chǎn)生侵蝕作用及化 學(xué)性氣相反應(yīng)。依此陽極、陰極及等離子體容器內(nèi)表面被磨耗、侵蝕，該磨耗、侵蝕的材質(zhì)堆 積于上述陽極，陰極及容器內(nèi)表面。該磨耗、侵蝕和堆積在離子源的運用中頻繁且復(fù)雜產(chǎn) 生。再者，由于陰極的上述磨耗、侵蝕使得熱電子的釋放效率變化，故自離子源所取出 的離子束電流以不安定的情形為多。此時，調(diào)整當(dāng)作陰極發(fā)揮功能的被加熱體的加熱量而 控制離子束電流。在下述專利文獻1，記載著用一對的相向的被加熱體的燈絲產(chǎn)生單一等離子體的 離子源。在下述專利文獻2中，記載著等離子體容器內(nèi)設(shè)置所使用的燈絲(被加熱體)和 預(yù)備的燈絲(被加熱體)，預(yù)備的燈絲切換使用所使用的燈絲使用壽命時間。依此可以使到 交換燈絲的離子源的運用時間成為長期間。專利文獻1 日本特開平11-273580號公報專利文獻2 日本特開平6-349433號公報

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所欲解決的課題然而，在上述專利文獻1所記載的用相向的一對被加熱體的燈絲產(chǎn)生單一等離子 體的離子源，因在一對燈絲間發(fā)熱溫度不平均，故燈絲的熱電子釋放量不平均的情形為多。 此時，必須測量并控制被加熱體的發(fā)熱溫度，但是燈絲因在2000°C的高溫的發(fā)熱狀態(tài)，而且 在容器和被加熱體之間具有數(shù)十 數(shù)百V的電位差，故難以設(shè)置測量溫度的測量感應(yīng)器。 再者，因通過被加熱體的加熱量的操作控制大量變化至數(shù) 數(shù)百mA以上的離子束電流，故 又因施加發(fā)熱溫度不平均的控制，在進行穩(wěn)定控制的這點上則有困難。另外，通過上述的磨耗、侵蝕作用和堆積作用，在被加熱體的表面上，陽極、陰極及 容器內(nèi)表面的材質(zhì)成為膜而堆積。通過被加熱體的溫度變化，于溫度暫時性下降的時候，助長上述堆積作用，在被加熱體的表面附著較多的堆積物。這樣的被加熱體的堆積層，即使為 了釋放熱電子而加熱被加熱體也成為釋放熱電子的障礙，有時產(chǎn)生使被加熱體熔損的不良 情形。另外，如記載于上述專利文獻2的離子源的那樣，當(dāng)在使等離子體產(chǎn)生的運用中 的等離子體容器內(nèi)，先設(shè)置預(yù)備的燈絲時，實際上，燈絲附著多量上述堆積層。當(dāng)為了釋放 熱電子使用附著多量堆積層的燈絲的時候，如上述那樣，該堆積層成為釋放熱電子的障礙， 有時產(chǎn)生使被加熱體熔損的不良情形。因此，記載于上述專利文獻1及2的離子源，無法釋放穩(wěn)定的熱電子，不能說是增 長到交換的被加熱體的離子源運用時間。 在此，本發(fā)明為了解決上述問題點，其目的是對于等離子體生成容器設(shè)置多數(shù)被 加熱體的離子源，可以釋放穩(wěn)定的熱電子，增長到交換被加熱體的離子源運用時間的離子 源。用以解決課題的手段為了達成上述目的，本發(fā)明是提供一種離子源，是通過供給氣體外加電弧電壓而 生成等離子體，自該等離子體生成離子束的離子源，其特征為具有具備供給氣體而生成等 離子體，且具有導(dǎo)體面內(nèi)部空間的等離子體容器，和與上述等離子體容器電性絕緣，自上述 內(nèi)部空間的內(nèi)壁面突出，通過通電，將熱電子釋放至上述內(nèi)部空間的一對熱電子釋放元件， 和使電流各流入至上述一對熱電子釋放元件的電源；曝露于上述等離子體容器內(nèi)的等離子 體的內(nèi)壁面的材料和上述一對熱電子釋放元件的曝露于等離子體且釋放熱電子的部分的 材料，是以相同金屬為主成分的材料所構(gòu)成。并且，上述金屬優(yōu)選為由鉭、鎢、鉬以及以這些金屬中的兩個以上的金屬制作出的 合金中所選擇出的。再者，上述電源優(yōu)選為對應(yīng)于上述一對熱電子釋放元件而設(shè)置的能夠各自控制的 一對電源，以通過上述一對熱電子釋放元件中的僅一方熱電子釋放元件釋放出熱電子，能 夠調(diào)整等離子體的濃度的高低的方式，上述一對電源中的一方電源是電流被調(diào)整成加熱到 使熱電子釋放出的程度。此時，上述一對電源中，另一方電源是電流被調(diào)整成微弱加熱到通 過釋放出熱電子而不影響等離子體濃度高低的程度。再者，優(yōu)選上述一對熱電子釋放元件，例如在上述等離子體容器內(nèi)的對向的內(nèi)壁 面上對向設(shè)置。發(fā)明效果本發(fā)明的離子源是暴露于等離子體容器內(nèi)的等離子體的內(nèi)壁面的材料，和一對熱 電子釋放元件的暴露于等離子體且釋放熱電子的部分的材料，是以相同金屬為主成分的材 料所構(gòu)成。因此，通過離子源的運用，附著于熱電子釋放元件的堆積層的成分是以與釋放熱 電子釋放元件的熱電子的部分相同的金屬為主成分。因此，該堆積層不會成為熱電子的釋 放的障礙，可以釋放安定的熱電子。如以往那樣，與熱電子釋放元件的成分不同的堆積層無 法釋放附著于熱電子釋放元件而穩(wěn)定的熱電子，依此，對于熱電子釋放元件的運用時間短， 對此本發(fā)明可以增長離子源的運用時間。再者，邊使用一方熱電子釋放元件主要釋放熱電子，邊將另一方的熱電子釋放元 件加熱至通過釋放熱電子不會影響等離子體濃度的高低的微弱程度，依此可以抑制附著于另一方的熱電子釋放元件的堆積層的量，并且可以使附著的堆積層成為緊密構(gòu)造。依此，可 以釋放更穩(wěn)安定的熱電子。


圖1 為表示本發(fā)明的一實施型態(tài)的構(gòu)成的剖面圖。圖2A及圖2B為各表示1圖1所示的離子源的燈絲和陰極反射板的配置的一實施 例的部分剖面圖及側(cè)面剖面圖。圖3為表示本發(fā)明的離子源的電源配置的一實施例的模式圖。圖4A及圖4B為各表示本發(fā)明的離子源的電源配置的其他實施例的模式圖。圖5為表示本發(fā)明的離子源的電源配置的又一其他實施例的模式圖。圖6A及圖6B為各表示本發(fā)明的離子源所使用的熱電子釋放元件的另外的實施例 的部分剖面圖及側(cè)面剖面圖。圖7為表示使用圖6A及圖6B所示的熱電子釋放元件的本發(fā)明的離子源的電源配 置的一實施例的模式圖。圖8為表示使用圖6A及圖6B所示的熱電子釋放元件的本發(fā)明的離子源的電源配 置的其他實施例的模式圖。主要元件符號說明1 離子源8、9:電源10 等離子體容器12、14:燈絲16、18:陰極反射板16a 腳部16b : L20 絕緣構(gòu)件22:原料氣體供給口24:離子束取出口26、28:引出電極30、32 磁鐵36 氣體供給源38 原料氣體調(diào)整閥40、42:燈絲電源50、102:電弧電源60、62、96、98 開關(guān)64、66:電流計68、80、82 旁熱式陰極70、84、86:加熱器72、88、90 被加熱體92、94 加熱器電源
100:控制電源
具體實施例方式以下，針對本發(fā)明的離子源，依據(jù)附圖所示的最佳實施例予以詳細說明。圖1為表 示本發(fā)明的離子源的一實施型態(tài)的構(gòu)成的剖面圖。離子源1是通過供給原料氣體并予以放電，生成等離子體P，通過自該等離子體P 取出離子，生成離子束B的伯納斯(Bernus) ( 〃 - t 7 )源。離子源1如圖1所示的那樣， 具有等離子體容器10、燈絲12、14、陰極反射板16、18、絕緣構(gòu)件20、原料氣體供給口 22、離 子束取出口 24、引出電極26、28及磁鐵30、32。等離子體容器10被收納在沒有圖示的離子 注入裝置的減壓容器內(nèi)，在等離子體容器10內(nèi)成為被減壓至10_2 ICT3(Pa)的狀態(tài)。
等離子體容器10為具有長方體形狀的內(nèi)部空間的放電箱。等離子體容器10的內(nèi)部空間是由具有耐高溫性的導(dǎo)電性材料所構(gòu)成，尤其曝露 于等離子體P的部分的內(nèi)壁面，例如位于燈絲12、14的前端之間的內(nèi)壁面是通過鎢、鉬、鉭 的中選擇出的金屬，或是該些金屬的合金所構(gòu)成的構(gòu)件來構(gòu)成。等離子體容器10的容器全 體雖然通過鎢、鉬、鉭的中選擇出的金屬，或是該些金屬的合金所構(gòu)成也可以，但是即使等 離子體容器10的內(nèi)部空間的曝露于等離子體P的部分的內(nèi)壁面，例如位于燈絲12、14的前 端之間的內(nèi)壁面由內(nèi)襯構(gòu)件(襯墊)所形成，該內(nèi)襯構(gòu)件通過從鎢、鉬、鉭中選擇出的金屬， 或是該些金屬的合金所構(gòu)成也可以。在等離子體容器10的內(nèi)部空間的內(nèi)壁面設(shè)置有從互相相向的壁面突出至內(nèi)部空 間的燈絲12、14。在燈絲12、14的背面?zhèn)?，設(shè)置有陰極反射板16、18。陰極反射板16、18經(jīng) 絕緣構(gòu)件20被固定設(shè)置在等離子體容器10。圖2A及圖2B為各表示燈絲12和陰極反射板 16的配置的一實施例的部分剖面圖及側(cè)面剖面圖。燈絲14和陰極反射板18也同樣構(gòu)成。 如圖2A及圖2B所示那樣，陰極反射板16被設(shè)置成略占據(jù)有等離子體容器10的內(nèi)部空間 的剖面。并且，陰極反射板16具有腳部16a及孔16b，貫通被設(shè)置在腳部16a的孔的一方燈 絲12的一端被引出至等離子體容器10的外側(cè)。貫通孔16b的另一方的燈絲12的一端穿 過套管34而被引出至等離子體容器10的外側(cè)。腳部16a和套管34經(jīng)絕緣構(gòu)件20被固定 在等離子體容器10。在孔16b的燈絲12和陰極反射板16的間隙，填充有絕緣構(gòu)件20。這 樣地使用絕緣構(gòu)件20，燈絲12及陰極反射板16能對等離子體容器10絕緣。燈絲12、14是作為將熱電子釋放至等離子體容器10內(nèi)的內(nèi)部空間的熱電子釋放 元件而發(fā)揮機能，以與曝露于等離子體容器10內(nèi)的等離子體P的部分的內(nèi)壁面的材料相同 的金屬為主成分的材料所構(gòu)成。并且，陰極反射板16、18也以與曝露于等離子體容器10內(nèi) 的等離子體P的部分的內(nèi)壁面的材料相同的金屬為主成分的材料所構(gòu)成。例如，燈絲12、14通過從鎢、鉬、鉭中所選擇出的金屬或是該些金屬的合金所構(gòu) 成。在此，主成分是指質(zhì)量比率占有90%以上的最大成分。燈絲12、14的材料是由與曝露 于等離子體容器10的內(nèi)部空間的等離子體P的部分的內(nèi)壁面的材料，即是從鎢、鉬、鉭中 選擇出的金屬或是該些金屬的合金相同的材料所構(gòu)成。陰極反射板16、18的材料也與燈絲 12、14的材料相同。在燈絲12、14設(shè)置有對燈絲12、14的兩端間外加特定電壓例如數(shù)V 數(shù)IOV而流 通電流的燈絲電源(在圖1中沒有圖示)，使能夠自燈絲12、14釋放出熱電子，自被加熱至2000°C程度的燈絲12、14將熱電子釋放至內(nèi)部空間。如后述那樣，燈絲12、14的一方預(yù)備加熱至通過釋放熱電子而不會影響等離子體濃度的高低的弱程度的方式，控制燈絲電流， 使后述離子束B的強度控制能夠單純化、效率化。再者，以在具有燈絲12、14的負極側(cè)的一端和具有導(dǎo)電性的等離子體容器10之間 外加電弧電壓的方式，設(shè)置有電弧電壓(在圖1中沒有圖示)。電弧電壓是外加數(shù)IOV 100V電弧電壓使等離子體容器10的電位相對于燈絲12、14的電位變高。自燈絲12、14所釋放出的熱電子沿著磁鐵30、32的磁力線螺旋狀運動而使原料氣 體G分離，激發(fā)等離子體P。針對燈絲電源及電弧電源如后述。陰極反射板16、18被設(shè)置成互相相向，反射朝向一方的陰極反射板移動的熱電 子。陰極反射板16、18是與燈絲電源的正極連接，成為與燈絲電源的正極的電位相同電 位。，另外，在等離子體容器10的外側(cè)，以沿著互相相向的燈絲12、14的配置方向而形 成磁場的方式，N極、S極的磁鐵30、32被設(shè)置成相向于等離子體容器10的細長延伸的兩端 的外側(cè)。將相向的磁鐵30、32的外側(cè)用電磁軟鐵等的磁透率高的材料構(gòu)成沒有圖示的連接 軛鐵。再者，在等離子體容器10的內(nèi)部空間的內(nèi)壁面，設(shè)置原料氣體供給口 22，經(jīng)供給管與 氣體供給源36連接，經(jīng)原料氣體調(diào)整閥38調(diào)整原料氣體G的供給。在等離子體容器10的側(cè)壁，沿著等離子體容器10的長邊方向設(shè)置延伸成縫隙狀 的離于束取出口 24，通過引出電極26、28的電位，等離子體P中的離子作為離子束B被引 出。等離子體容器10的設(shè)置有縫隙24的壁面與電源8連接，以對接地(壓蓋)外加特定 電壓。引出電極26和引出電極28之間，通過電源9，外加電壓使引出電極28的電位變高。離子束取出口 24的等離子體容器10的外側(cè)壁面是以利用特定形狀引出離子束B 的方式，構(gòu)成彎曲形狀使等離子體容器10的內(nèi)部空間側(cè)成為凸狀。引出電極26、28也相同 以利用特定形狀引出離子束B的方式，等離子體容器10的一側(cè)的面構(gòu)成彎曲形狀，使朝向 等離子體容器10成為凸狀。離子束B的強度是通過調(diào)整燈絲12、14中的任一方的熱電子 的釋放量，即是燈絲電流而控制。使用引出電極26作為引出電極是因為了防止低速的電子 從引出電極28及還有離于束B的下游逆流而照射至等離子體容器10的設(shè)置縫隙24的面 上，作成阻止上述電子逆流的電場梯度。并且，在本發(fā)明中，是以曝露于等離子體容器10內(nèi)的等離子體P的部分的內(nèi)壁面 的材料，和一對燈絲12、14的材料由以相同金屬為主成分的材料所構(gòu)成作為特征。如針對以往技術(shù)的問題點予以說明那樣，于在等離子體容器10設(shè)置一對燈絲12、 14之時，陽極、陰極及容器內(nèi)表面的材料成分作為堆積層多量附著于燈絲。當(dāng)為了將該附著 多量堆積層的燈絲予以熱電子釋放時，堆積層則成為熱電子釋放的障礙，有時產(chǎn)生堆積層 使被加熱體熔損的不良情形。但是，在本實施型態(tài)中，燈絲12、14的材料，和曝露于等離子 體容器10內(nèi)的等離子體P的部分的內(nèi)壁面的材料，因以相同金屬為主成分的材料所構(gòu)成， 故附著于燈絲12、14的堆積層是以與燈絲12、14相同的金屬為主成分的。因此，即使在燈 絲12、14附著堆積層，也不會對熱電子釋放造成障礙。如以往那樣，以耐久性優(yōu)良的鎢構(gòu)成 燈絲，于曝露于等離子體的內(nèi)壁面的材料使用鉬之時，于燈絲附著以鉬為主成分的堆積層。 此時，以能夠充分釋放熱電子的方式，對燈絲高溫加熱的時候，以熔點低于鎢的鉬所構(gòu)成的 堆積層則熔融。并且，熔融的鉬與鎢合金化，因為此時的合金的熔點也低于鎢，故熔融的液體的鉬熔融成侵蝕宛如固體的鎢，最終熔損燈絲。另外，以鉬構(gòu)成燈絲，于曝露于等離子體容器內(nèi)的等離子體的部 分的內(nèi)壁面的材 料使用鎢之時，于燈絲附著以鎢為主成分的堆積層。此時，在配合鉬而加熱燈絲的溫度下， 不從覆蓋表面的以鎢為主成分的堆積層釋放充分的熱電子。即是，在鉬的燈絲的加熱溫度 下，不從以鎢為主成分的堆積層釋放熱電子。因此，為了釋放電子熱，并且提高加熱溫度時， 鉬熔融，燈絲熔損。因此，如上述那樣，以相同金屬為主成分的材料，構(gòu)成以曝露于等離子體容器10 內(nèi)的等離子體的部分的內(nèi)壁面的材料，和一對燈絲12、14的材料。以下，針對在上述離子源1配線燈絲電源及電弧電源的本發(fā)明的各種的實施型態(tài) 的構(gòu)成予以說明。圖3為表示上述構(gòu)成的離子源1的燈絲電源、電弧電源的一實施例的部分剖面模 式圖。圖3所示的離子源1為兩個燈絲12、14的一方被加熱成用以交互釋放熱電子，另 一方燈絲被加熱成用以預(yù)備加熱的形態(tài)。預(yù)備加熱是指加熱至通過釋放熱電子而不會影響 等離子體的濃度高低的微弱程度。在圖3所示的離子源1中，并列設(shè)置有使燈絲12流通燈絲電流的燈絲電源40，和 使燈絲14流通燈絲電流的燈絲電源42，設(shè)置有切換流通于燈絲12、14的燈絲電流的開關(guān) 60、62。燈絲電源40為用以流通釋放熱電子用的百 數(shù)百安培的燈絲電流的電源，燈絲電 源42為在釋放熱電子中不釋放可以調(diào)整等離子體濃度高低的程度的熱電子，為了執(zhí)行預(yù) 備加熱，流通百安培程度的燈絲電流的電源。于圖3所示的開關(guān)60、62的第1狀態(tài)，即是開關(guān)60、62被連接于圖中左側(cè)端子的狀 態(tài)的時侯，在燈絲12中，從燈絲電源40流通百 數(shù)百安培的燈絲電流而被加熱至2000°C， 釋放出熱電子。此時，燈絲14從燈絲電源42流通百安培程度的燈絲電流，被預(yù)備加熱成通 過釋放出熱電子不會影響等離子體的濃度高低的微弱程度。另外，于圖3所示的開關(guān)60、62的第2狀態(tài)，即是開關(guān)60、62被連接于圖中右側(cè)端 子的狀態(tài)的時侯，在燈絲14中，從燈絲電源40流通百 數(shù)百安培的燈絲電流，釋放出熱電 子。此時，燈絲12從燈絲電源42流通百安培程度的燈絲電流，被預(yù)備加熱成通過釋放出熱 電子不會影響等離子體的濃度高低的微弱程度。開關(guān)60、62的第1狀態(tài)及第2狀態(tài)的切換，是通過沒有圖示的控制單元而被控制 成同時進行。依此，加熱至通過釋放熱電子而不會影響等離子體的濃度高低的微弱程度的 燈絲，常被預(yù)備加熱。即使一方的燈絲損耗而至壽命終止，也可以不通過上述開關(guān)60、62執(zhí) 行切換。但是，優(yōu)選在相對于燈絲的壽命期間相當(dāng)短的期間，例如壽命期間的10分之1的 期間，通過開關(guān)60、62進行切換，可以長期間安定性運用之點。這樣，當(dāng)自一方的燈絲充分釋放熱電子之時，將另一方的燈絲預(yù)備加熱至通過釋 放熱電子不會影響等離子體濃度的高低的弱程度，是因為不預(yù)備加熱燈絲之時，如上述那 樣在溫度低的燈絲表面多數(shù)附著堆積層，而且此時所產(chǎn)生的堆積層具有多數(shù)空隙的原因。 當(dāng)在堆積層產(chǎn)生多數(shù)空隙時，即使附著與燈絲相同的成分的金屬的堆積層，空隙也成為釋 放熱電子的障礙。通過將熱電子加熱至不釋放熱電子的程度，抑制堆積層的附著的量，并且 可以成為空隙更少的緊密構(gòu)造的堆積層。
并且，燈絲電源40的燈絲電流，是對應(yīng)自等離子體容器10所取出的離子束B的離 子電流的高低而被控制，電弧電壓是被控制成電弧電流成為特定的值。圖4A為表示與圖3不同的離子源1的一實施例的部分剖面模式圖。圖4A所示的離子源1為加熱成同時自燈絲12、14釋放出熱電子的型態(tài)。燈絲12、14為了釋放熱電子各被連接于流通百 數(shù)百安培的電流的燈絲電源40、 42。電弧電源50其負極與燈絲電源40、42的負極連接，正極與等離子體容器10連接，構(gòu)成 外加電弧電壓。并且，以流通 電弧電源50的電弧電流成為一定的方式，設(shè)置有測量燈絲12 和等離子體容器10之間的電弧電流的電流計64，和測量燈絲14和等離子體容器10之間的 電弧電流的電流計66。從沒有圖示的控制單元對燈絲電源40、42供給控制訊號，使該電流 計64、66的測量值相等。其他，也可以構(gòu)成從沒有圖示的控制單元對燈絲電源40、42供給控制訊號，使燈 絲電源40、42的輸出電壓相等。這樣，可以將燈絲12、14的加熱溫度的偏置控制在一定以 下。圖4B為表示與圖4A不同的離子源1的實施例的部分剖面模式圖。圖4B所示的離子源1與圖4A所示的離子源1相同，為加熱成同時自燈絲12、14 釋放出熱電子的型態(tài)。燈絲12、14并聯(lián)連接于流通百 數(shù)百安培的燈絲電流的燈絲電源40。電弧電源 50其負極與燈絲電源40的負極連接，正極與等離子體容器10連接。流通燈絲12、14的電 流控制燈絲電源40，使自離子源1引出的離子束B的離子電流成為一定。在圖4B的例中， 于燈絲12、14損耗成相同之時，因燈絲12、14的加熱溫度也成為相同程度，故可以效率佳運 用離子源1。圖5為表示離子源1的又一實施型態(tài)的部分剖面模式圖。圖5所示的離子源1為以燈絲12、14中的一方燈絲執(zhí)行釋放熱電子，另一方燈絲 不預(yù)備加熱的型態(tài)。燈絲電源40是通過開關(guān)60切換成選擇燈絲12或燈絲14中的任一方。 燈絲電源40流通百 數(shù)百安培的燈絲電流，將所選擇的燈絲12或燈絲14加熱至2000°C以 上。電弧電源50被構(gòu)成其負極與燈絲電源40的負極連接，正極與等離子體容器10連接。開關(guān)60可以切換成使用于使燈絲12、14的一方釋放熱電子用的加熱。該切換當(dāng) 一方的燈絲磨損而至壽命終止時，為了將另一方燈絲設(shè)為用以釋放熱電組的加熱對象而也 可以予以切換，但是在相對于至一方燈絲的壽命終止的壽命期間相當(dāng)短的期間中，例如優(yōu) 選壽命期間的10分之1的期間中，切換開關(guān)60以可以長期間安定性運用的點。并且，在上述實施型態(tài)及例中，任一者皆為使用以利用電阻加熱作為釋放熱電子 的熱電阻釋放元件來釋放出熱電子的燈絲而構(gòu)成的，但是在本發(fā)明中，即使如下述那樣，也 可以設(shè)置圖6A及圖6B所示的旁熱式陰極68，取代燈絲12、14。旁熱式陰極68具有通過通電加熱的加熱器70和一面曝露于等離子體一面釋放出 熱電子的被加熱體72。被加熱體72和加熱器70和等離子體容器10的3個互相絕緣被設(shè) 置。加熱器70被加熱成釋放熱電子的程度。被加熱體72被供給電位成比起加熱器70為 數(shù)百V高電位，由加熱器70釋放出的熱電子通過被加熱體72的高電位被拉伸而加速，成為 電子束，而被照射至被加熱體72。被加熱體72通過來自加熱器70的輻射熱或是加速的電 子束的照射而被加熱，依此從被加熱體72的等離子體容器10的內(nèi)部空間的面釋放出熱電子。該熱電子的釋放通過控制加熱器70的電流，或是控制用以加速電子束而所供給的被加 熱體72的電位而被控制。本發(fā)明中，對應(yīng)于被加熱體72邊曝露于等離子體邊放出熱電子 的熱電子釋放元件的部分。加熱器70不被曝露于等離子體。因此，在本發(fā)明中，被加熱體 72的曝露于等離子體的釋放熱電子之面的材料，和曝露于等離子體容器10內(nèi)的等離子體 的部分的內(nèi)壁面的材料，是以相同金屬為主成分的材料所構(gòu)成。例如，為由鉭、鎢、鉬以及以 該些金屬中的兩個以上的金屬制作出的合金中所選擇出的。圖7為表 示使用旁熱式陰極的離子源1的又一實施型態(tài)的部分剖面模式圖。圖7所示的離子源1相對于圖3所示的離子源1，設(shè)置有旁熱式陰極80、82以取代 燈絲12、14，為多數(shù)設(shè)置的對應(yīng)于此的電源的裝置。旁熱式熱陰極80具有加熱器84及被 加熱體88，旁熱式陰極82具有加熱器86及被加熱體90。加熱器電源92、94對應(yīng)于加熱器 84、86而設(shè)置，加熱器電源92、94的負極與對被加熱體88、90供給電位的控制電源100的負 極連接?？刂齐娫?00的正極連接于被加熱體88、90。并且，電弧電源102其負極與控制電 源100的正極連接，電弧電源的正極與等離子體容器10連接。加熱器電源92使電流流通 至從加熱器84或加熱器86釋放出熱電子的程度。另外，加熱器電源94使電流流通至從加 熱器84或加熱器86未釋放出熱電子的程度而加熱。并且，在加熱器電源92、94和加熱器84、86之間設(shè)置有開關(guān)96、98。開關(guān)96、98是發(fā)揮與圖3所示的開關(guān)60、62相同的作用。在第1狀態(tài)，即是開關(guān) 96,98連接于圖中左側(cè)端子的狀態(tài)時，在加熱器84中，從加熱器電源92流通自加熱器84釋 放出熱電子的程度的電流，加速該熱電子的釋放而照射被加熱體88。再者，通過加熱器84 的加熱，加熱被加熱體88。通過這些作用，自被加熱體88釋放出熱電子。此時，加熱器86 從加熱器電源94流通電流，被加熱成以釋放出熱電子不會影響等離子體的濃度高低的微 弱程度。即是，僅自加熱器84的被加熱體88釋放出熱電子至可以調(diào)整等離子體濃度的高 低的程度。另外，于圖7所示的開關(guān)96、98的第2狀態(tài)，即是開關(guān)96、98被連接于圖中右側(cè)端 子的狀態(tài)時，在加熱器86中，從加熱器電源92流通電流，釋放出熱電子。此時，加熱器84 從加熱器電源94流通電流，被加熱成以釋放出熱電子不會影響等離子體的濃度高低的微 弱程度。即是，僅自加熱器86側(cè)的被加熱體90釋放出熱電子至可以調(diào)整等離子體濃度的 高低的程度。開關(guān)96、98的第1狀態(tài)及第2狀態(tài)的切換，是通過沒有圖示的控制單元而被控制 成同時進行。依此，不充分釋放出熱電子的被加熱體，常通過加熱器的預(yù)備加熱被加熱。也 可以至一方的被加熱體磨損而壽命終止，不進行用上述開關(guān)96、98的切換，但是在相對于 至被加熱體的壽命終止的壽命期間相當(dāng)短的期間中，例如優(yōu)選壽命期間的10分的1的期間 中，切換開關(guān)96、98以可以長期間安定性運用的點。圖8為表示與圖7不同的離子源1的另外實施型態(tài)的部分剖面模式圖。在圖8所示的離子源1中，旁熱式陰極80、82的加熱器84、86，連接加熱器電源93、 95，在被加熱體88、90經(jīng)開關(guān)97、99連接有控制電源103、104。加熱器電源93、95當(dāng)對被加 熱體88、90供給適當(dāng)電位之時，將加熱器84、86加熱至自被加熱體88、90釋放出熱電子的 程度，并且自加熱器84、86釋放出熱電子?？刂齐娫?03是以被加熱體88、90對等離子體 容器10的內(nèi)部空間釋放出熱電子的方式，對被加熱體88、90供給電位。另外，控制電源104是通過加熱體88、90釋放熱電子以不會影響等離子體的濃度高低的微弱程度，對被加熱體 88、90供給電位。在開關(guān)103、104中，是通過沒有圖示的控制單元而被控制成如圖8所示那 樣同時執(zhí)行的連接于左端子的第1狀態(tài)及連接于右端子的第2狀態(tài)的切換。依此，一方的 被加熱體釋放出熱電子，另一方的被加熱體常被加熱至以釋放熱電子而不會影響等離子體 的濃度高低的微弱程度。
即是，在圖8所示的例中，來自被加熱體88、90的熱電子的釋放，通過將控制電源 103連接于被加熱體88、90中的任一方而被控制。另外，在先前所說明的圖7所示的例中， 來自被加熱體88、90的熱電子的釋放，通過將加熱器電源92連接于加熱器84、86中的任一 方而被控制。在這一點上，圖8的例與圖7的例不同。并且，旁熱式陰極也可以以替換成使用于圖4A、圖4B、圖5、圖6A以及圖6B所示的 例的離子源1所使用的燈絲。本發(fā)明也包含這樣的離子源。這樣，在上述各種的例中所示的離子源，曝露于等離子體容器10內(nèi)的等離子體P 的內(nèi)壁面的部分的材料，和一對熱電子釋放元件(燈絲、被加熱體)的曝露于等離子體P的 部分的材料因以相同金屬為主成分的材料所構(gòu)成，故即使不加熱一方的熱電子釋放元件而 停止時，附著于表面的堆積層的成分，因與熱電子釋放的材料為相同成分，故即使使用于用 以釋放熱電子之時，也不會成為釋放熱電子的障礙，能夠釋放出安定的熱電子。依此，可以 使至交換被加熱體的離子源的運用時間變長。如以往那樣，于曝露于等離子體容器內(nèi)的等 離子體的內(nèi)壁面的材料和一對熱電子釋放元件的曝露于等離子體且釋放出熱電子的部分 的材料不同之時，因使附著于熱電子釋放元件的表面的堆積層與熱電子釋放元件的曝露于 等離子體且釋放熱電子的部分的材料成分不同，故難以釋放出熱電子。即使萬一可以釋放 出熱電子，因堆積層的材料與電子釋放元件的材料不同。故無法持續(xù)釋放安定的熱電子。并且，通過將不使用在等離子體的濃度高低的調(diào)整的一方熱電子釋放元件，加熱 至通過釋放熱電子不會影響等離子體濃度的高低的微弱程度，則可以抑制堆積層的附著 量，另外通過該加熱，因堆積物不具有空隙，成為緊密堆積的構(gòu)成，故能夠釋放出更安定的 熱電子。以上，雖然針對本發(fā)明的離子源予以詳細說明，但是本發(fā)明并不限定于上述實施 型態(tài)，在不脫離本發(fā)明的主旨的范圍，即使作各種改良或變更當(dāng)然也可以的。
權(quán)利要求
一種離子源，是通過供給氣體外加電弧電壓而生成等離子體，自該等離子體生成離子束的離子源，其特征為具有等離子體容器，該等離子體容器具備供給氣體而生成等離子體，且具有導(dǎo)體面的內(nèi)部空間，和一對熱電子釋放元件，與上述等離子體容器電性絕緣，自上述內(nèi)部空間的內(nèi)壁面突出，通過通電，將熱電子釋放至上述內(nèi)部空間，和電源，使電流各流入至上述一對熱電子釋放元件，曝露于上述等離子體容器內(nèi)的等離子體的內(nèi)壁面的材料，和上述一對熱電子釋放元件的曝露于等離子體且釋放熱電子的部分的材料，是以相同金屬為主成分的材料所構(gòu)成。
2.權(quán)利要求1所記載的離子源，其中，上述金屬為由鉭、鎢、鉬以及以這些金屬中的兩 個以上的金屬制作出的合金中所選擇出的。
3.權(quán)利要求1或2所記載的離子源，上述電源為對應(yīng)于上述一對熱電子釋放元件而設(shè) 置的能夠各自控制的一對電源，上述一對電源中的一方電源是將電流調(diào)整成加熱至使熱電子釋放出的程度，以達到用 上述一對熱電子釋放元件中僅一方熱電子釋放元件釋放出熱電子，可以調(diào)整等離子體的濃 度的高低的程度。
4.權(quán)利要求3所記載的離子源，其中，在上述一對電源中，另一方電源調(diào)整電流成微弱 加熱到通過釋放出熱電子而不影響等離子體濃度高低的程度。
5.權(quán)利要求1-4中的任一項所記載的離子源，其中，上述一對熱電子釋放元件是對向 設(shè)置在上述等離子體容器內(nèi)的對向的內(nèi)壁面。
全文摘要
本發(fā)明的離子源(1)具有等離子體容器(10)；和一對熱電子釋放元件(12、14)，該一對熱電子釋放元件在等離子體容器(10)的內(nèi)部空間中釋放熱電子；和電源，其使電流各流入至熱電子釋放元件(12、14)。曝露于等離子體容器(10)內(nèi)的等離子體的內(nèi)壁面，和熱電子釋放元件(12、14)的曝露于等離子體且釋放熱電子的部分，是以相同金屬為主成分的材料所構(gòu)成。因此，在離子源(1)在運轉(zhuǎn)中，在熱電子釋放元件(12、14)的表面附著的堆積層的成分和熱電子釋放元件(12、14)的材料是同一成分，據(jù)此，能夠釋放穩(wěn)定的熱電子，同時，使至交換熱電子釋放元件(12、14)的離子源(1)的運轉(zhuǎn)時間變長。
文檔編號H01J27/14GK101960553SQ20098010802
公開日2011年1月26日 申請日期2009年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月7日
發(fā)明者辻康之 申請人:三井造船株式會社