(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
サージ保護システムを有するイオン注入システムであって、該イオン注入システムが、
イオン源アセンブリと、
このイオン源アセンブリを駆動する高電圧電源と、
この高電圧電源の出力端と前記イオン源アセンブリとの間に直列に結合された真空管ダイオードアセンブリと
を具えているイオン注入システム。
【請求項２】
サージ保護システムを有するイオン注入システムであって、該イオン注入システムが、
（ｉ）イオン源アセンブリであって、
イオン源、
外皮面を有する筐体、
前記イオン源の真空区分を前記筐体の前記外皮面に結合する流体連結アセンブリ、及び
陰極フィラメント電源と、前記流体連結アセンブリ内に配置され且つ前記イオン源アセンブリの前記筐体の前記外皮面にほぼぴったり重なるように装着されている陰極フィラメントとより成る陰極
を含む当該イオン源アセンブリと、
（ii）このイオン源アセンブリを駆動するために圧力タンク内に収容された高電圧電源と、
（iii ）この高電圧電源の出力端と前記イオン源アセンブリの前記筐体との間に直列に結合された絶縁チューブを有する真空管ダイオードアセンブリと
を具えるイオン注入システム。
【請求項３】
請求項２に記載のイオン注入システムにおいて、前記絶縁チューブは、その一端で、前記陰極に最も近い前記圧力タンクの端面に、前記イオン源アセンブリの前記筐体の前記外皮面とで真空気密を形成するように装着されているとともに、他端で、前記高電圧電源の前記出力端に結合された陽極により封止されているイオン注入システム。
【請求項４】
請求項３に記載のイオン注入システムにおいて、前記陰極フィラメントはタングステンから形成されているイオン注入システム。
【請求項５】
請求項３に記載のイオン注入システムにおいて、前記陰極フィラメントはトリウム入りタングステンから形成されているイオン注入システム。
【請求項６】
請求項３に記載のイオン注入システムにおいて、前記陰極は間接的に加熱される陰極であるイオン注入システム。
【請求項７】
請求項３に記載のイオン注入システムにおいて、前記陰極フィラメントはイリジウムから形成されているイオン注入システム。
【請求項８】
請求項３に記載のイオン注入システムにおいて、前記陰極は冷陰極であるイオン注入システム。
【請求項９】
請求項３に記載のイオン注入システムにおいて、前記陰極は光電陰極であるイオン注入システム。
【請求項１０】
サージ保護システムを有するイオン注入システムであって、該イオン注入システムが、
（ｉ）イオン源アセンブリであって、
イオン源、
外皮面を有し、この外皮面には、陰極と陽極との間にグリッドが形成されるようにある領域内で穿孔処理されているイオン源アセンブリ筐体、
前記イオン源の真空区分をこのイオン源アセンブリ筐体の前記外皮面に結合する流体連結アセンブリ、
陰極フィラメント電源と、前記流体連結アセンブリ内に配置され且つ前記イオン源アセンブリ筐体の前記外皮面にほぼぴったり重なるように装着されている陰極フィラメントとより成る陰極を含む当該イオン源アセンブリ、及び
前記陰極フィラメントを前記イオン源アセンブリ筐体の前記外皮面に対しバイアスするバイアス電源
を含む当該イオン源アセンブリと、
（ii）このイオン源アセンブリを駆動するために圧力タンク内に収容された高電圧電源と、
（iii ）この高電圧電源の出力端と前記イオン源アセンブリ筐体との間に直列に結合された絶縁チューブを有する真空管トリオードアセンブリと
を具えるイオン注入システム。
【請求項１１】
請求項１０に記載のイオン注入システムにおいて、前記絶縁チューブは、その一端で、前記陰極に最も近い前記圧力タンクの端面に、前記イオン源アセンブリ筐体の前記外皮面とで真空気密を形成するように装着されているとともに、他端で、前記高電圧電源の前記出力端に結合された陽極により封止されているイオン注入システム。
【請求項１２】
請求項１１に記載のイオン注入システムにおいて、該イオン注入システムが更に、前記陰極フィラメント用の集束素子を有しているサージ保護システム。
【請求項１３】
請求項１２に記載のイオン注入システムにおいて、前記集束素子はウェーネルト円筒であるイオン注入システム。
【請求項１４】
請求項１1に記載のイオン注入システムにおいて、前記陰極は間接的に加熱される陰極であるイオン注入システム。
【請求項１５】
請求項１１に記載のイオン注入システムにおいて、前記陰極フィラメントはタングステンから形成されているイオン注入システム。
【請求項１６】
請求項１１に記載のイオン注入システムにおいて、前記陰極フィラメントはトリウム入りタングステンから形成されているイオン注入システム。
【請求項１７】
請求項１１に記載のイオン注入システムにおいて、前記陰極フィラメントはイリジウムから形成されているイオン注入システム。
【請求項１８】
請求項１１に記載のイオン注入システムにおいて、前記陰極は冷陰極であるイオン注入システム。
【請求項１９】
請求項１１に記載のイオン注入システムにおいて、前記陰極は光電陰極であるイオン注入システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は半導体装置の製造分野に関するものである。本発明は特に、イオン注入装置の使用中のアーク放電の結果として生じる電流サージを抑圧する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
イオン注入は、目標とする基板内に不純物イオンをドーピングして所望の装置特性を得るのに用いる処理である。イオンビームはイオン源のチャンバから目標とする基板に向けて指向される。目標とする基板内へのイオン注入の深さは、イオン注入エネルギーとイオン源のチャンバ内で発生されるイオンの質量とに基づくものである。
【０００３】
図１は、代表的なイオン注入システムを示すブロック線図である。高電圧電源１０は必要とするエネルギーを、特定の種のイオンを発生するように構成されたアニオン源のチャンバ１２に供給する。発生されたイオンはアニオン源から一連の電極１４を経て取出されてビーム１６に形成され、このビームは高電圧電源１０からの電圧により加速される。印加される電圧は数kVから数百kVまでの範囲としうる。ある適用分野では、幾つかの電源を重ねてより高い電圧を達成するようにしうる。取出されたビームは、ビームラインコンポーネントである質量分析器の磁石１８を通過する。質量分析器は、所望の質量対電荷比を有するイオンのみがこの質量分析器を通過しうるようにした特定の磁界を用いて設定されている。所望種のイオンは、分解スリット２０と、種々の追加のビームラインコンポーネント又はビーム成形素子２２、２４、２６とを通過させ、これら分解スリット及びビーム成形素子により、これらイオンの注入準備を行うとともにこれらイオンを支持体（例えば、プラテン）２８上に位置するワークピース又は基板に向けて指向させる。ビーム成形素子２２、２４、２６の内の１つである補正磁石２４は、イオンビームレットを印加磁界の強度及び方向に応じて偏向させて、支持体（例えば、プラテン）２８上に位置するワークピース又は基板に指向させるリボンビームを生ぜしめるように附勢されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような高電圧は一般に、高電圧電源により提供される電極を介して供給される。このような高電圧電源を設計するに当っては、長時間に亘る使用中での過熱、フラッシオーバ及び予期しない電圧アーク放電を考慮する必要がある。更に、これらの電源はこのような高電圧で動作する為、経時的な故障率が、低電圧レベルで動作する電源に比べて増大する。
【０００５】
上述したシステムの頻繁な故障が、高電圧電極からシステムの他の部分にアーク放電を生ぜしめる。アーク放電には多くの原因があり、これらは、システムが良好に設計された場合でも不可避であると考えられている。代表的なイオン注入装置では、１時間当り１０回以上のアーク放電が考慮されている。アーク放電は負性インピーダンスを呈することがこれらアーク放電の特性である。回路中に電流制限素子が追加されないと、アーク放電により、電源やその他の構成素子を損傷又は故障させる高い電流サージを生ぜしめるおそれがある。
【０００６】
図２は、高電圧電源に対する電流制限素子として抵抗を用いている従来の代表的なイオン源アセンブリを示す線図である。代表的には、高電圧電源２０３とイオン源アセンブリ２０９との間に抵抗２０７が直列に結合され、アーク放電２１１を誘起させる如何なる電流スパイクの影響をも制限するようにしている。しかし、抵抗は線形要素であり、例えば、イオン源アセンブリから接地部へのアーク放電により生ぜしめられる高電圧降下により依然としてこれに比例して高くなる電流を流す。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明ではその全例で、高電圧電源とアニオン源のアセンブリとの間に結合された値の大きい抵抗を熱イオンダイオードに代える。熱イオンダイオードは非線形素子であり、これ自体により、電圧に拘らず通過しうる電流の量を制限する。
【０００８】
本発明の第１の例では、イオン源アセンブリとともに使用する熱イオンダイオードアセンブリによるサージ保護システムを開示する。このサージ保護システムは、熱イオンダイオード及びイオン源アセンブリと直列に結合された高電圧電源を有している。イオン源アセンブリは、イオン源と、外皮面を有する筐体（エンクロージャ）と、イオン源の真空区分を熱イオンダイオードハウジングと結合させる流体連結アセンブリと、圧力タンクの第１の端部に位置する陰極とを有している。この陰極は、陰極フィラメント電源と、流体連結アセンブリ内に配置され且つ筐体の外皮面にほぼぴったり重なるように装着されている陰極フィラメントとより成っている。高電圧電源は、圧力タンク内に収容されてイオン源アセンブリを駆動する。熱イオンダイオードハウジングはこの高電圧電源の出力端とイオン源アセンブリの筐体との間に配置された絶縁チューブより成っている。この絶縁チューブはその一端で、陰極に最も近い圧力タンクの端面に、イオン源アセンブリの筐体の外皮面とで真空気密を形成するように装着されている。この絶縁チューブは他端で、高電圧電源の出力端に結合された陽極により封止されている。
【０００９】
他の例では、イオン源アセンブリとともに使用する熱イオントリオードアセンブリサージ保護システムを開示する。このサージ保護システムは、熱イオントリオードと直列に結合された高電圧電源と、イオン源アセンブリとを有している。イオン源アセンブリは、イオン源と、外皮面を有する筐体とを有しており、この外皮面には、陰極と陽極との間にグリッドが形成されるようにある領域内で穿孔処理されている。イオン源アセンブリは更に、イオン源の真空区分を熱イオントリオードハウジングと結合させる流体連結アセンブリと、圧力タンクの第１の端部に位置する陰極とを有している。この陰極は、陰極フィラメント電源と、流体連結アセンブリ内に配置され且つイオン源アセンブリの筐体の外皮面にほぼぴったり重なるように装着されている陰極フィラメントとより成っている。高電圧電源は、圧力タンク内に収容されてイオン源アセンブリを駆動する。熱イオントリオードハウジングはイオン源アセンブリの筐体と高電圧電源の出力端との間に配置された絶縁チューブより成っている。この絶縁チューブはその一端で、陰極に最も近い圧力タンクの端面に、イオン源アセンブリの筐体の穿孔された外皮面とで真空気密を形成するように装着されている。この絶縁チューブは他端で、高電圧電源の出力端に結合された陽極により封止されている。
【００１０】
本発明の例は、アニオン源のアセンブリと高電圧電源の接地帰路との間のアーク放電により生ぜしめられる故障中の過剰電流を制限するものである。更に、熱イオントリオードアセンブリはこのような故障中に、熱イオンダイオードアセンブリに比べて付加的なイオン源アセンブリの遮蔽を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、代表的なイオン注入システムを示すブロック線図である。
【図２】図２は、高電圧電源に対する電流制限素子として線形抵抗を用いているイオン源アセンブリを示す従来の回路線図である。
【図３】図３は、本発明の一実施例による高電圧電源に対する電流制限素子として非線形熱イオンダイオードを用いているイオン源アセンブリを示す回路線図である。
【図４】図４は、代表的な熱イオンダイオードのアノード電流特性を示す線図である。
【図５】図５は、本発明の一実施例による高電圧電源に対する電流制限素子として非線形熱イオンダイオードを用いているイオン源アセンブリを示す回路／ブロック線図である。
【図６】図６は、本発明の一実施例による高電圧電源に対する電流制限素子として非線形熱イオントリオードを用いているイオン源アセンブリを示す回路／ブロック線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の好適実施例を示している添付図面を参照して以下に本発明をより詳細に説明する。しかし、この本発明は多くの異なる形態で構成することができ、ここに記載した実施例に限定されるものとして構成されるべきではない。これらの実施例は、本発明の開示が完全となるとともに本発明の範囲を当業者に伝達するように提供するものである。図面中、同様な素子には同様な参照符号を付してある。
【００１３】
イオン注入システムに電力を供給するのに用いるほぼ全ての高電圧電源は、出力端においてサージ保護用の直列抵抗を採用して、負荷アークによる自己破損を回避するようになっている。イオン注入システムでは、高電圧電源を用いて、目標とする基板内にイオンを注入するのに必要とする加速エネルギーを生ぜしめるものである。イオン注入で代表的に用いられている高電圧電源の一例は、コッククロフト‐ウォルトン電源である。コッククロフト‐ウォルトン電源は、低電圧の交流入力又はパルス状直流入力から高直流電圧を発生させる電気回路である。このコッククロフト‐ウォルトン電源は、高電圧を発生させるのに用いられているキャパシタ及びダイオードの電圧増倍器はしご形回路網から成っている。このはしご形回路網を用いる方法は、変圧器を用いる方法と相違して、ヘビーコアに対する必要性を排除し、絶縁／ポッティングのバルクを必要とする。キャパシタ及びダイオードのみを用いると、これらの電圧増倍器により比較的低い電圧を極めて高い値に増大させることができ、同時にこれは変圧器よりもかなり軽量に且つ廉価になる。コッククロフト‐ウォルトン電源は代表的に、例えば、イオン注入システムのような比較的低い電流の分野に対し高い電圧を生ぜしめるのに用いられる。
【００１４】
値の大きい抵抗は、高電圧電源からの上述した電流サージに対し有効な保護を達成する。しかし、抵抗は、通常の動作中に大きな電圧降下（例えば、代表的な設計では数kV）をも生ぜしめる。その理由は、Ｖを電圧、Ｉを電流、Ｒを抵抗値とした式Ｖ＝ＩＲに応じて電圧が抵抗値に対し直線比例関係にあるために、抵抗が線形装置である為である。従って、Ｒが増大すると、この抵抗の両端間の電圧降下があまりにも大きくなる。従って、通常の動作中は小さい値の抵抗が良好に作用するが、印加電圧が１０００倍以上に増幅されると、この抵抗は電圧サージに対する保護を殆ど達成しない。このことは、値の小さい抵抗は、電流を著しく増大させることなく高電圧に対処するのに対応しないという事実によるものである。
【００１５】
上述したような高電圧電源を真空室内の電極のような装置に接続するには、代表的に、この真空室の壁部を貫通する通路内に封止され、絶縁された高電圧用のフィードスルーが必要となる。この高電圧用のフィードスルーは一般に、強度又は導電性のための金属部材と、高電圧導体を真空室の壁部から絶縁させるためのセラミック部材との組み合わせである。このような高電圧用のフィードスルーは、外部の電源と真空処理室内の電気装置との間の接続部材料を含む種々の接続部材料にとって有効である。高電圧用のフィードスルーは、真空室内の真空から周囲の状態を封じるように設計されている。
【００１６】
図３は、高電圧電源３０３に対する電流制限素子として非線形熱イオンダイオードアセンブリ３３１を用いている本発明の代表的な実施例によるイオン源アセンブリ３１０を示す回路線図である。接地帰路３０５を有する高電圧電源３０３はその出力端において熱イオンダイオードアセンブリ３３１の陽極３１５に結合されている。この熱イオンダイオードアセンブリ３３１の陰極３１７はイオン源アセンブリの筐体３０９に結合されている。この陰極３１７はイオン源アセンブリの筐体３０９の局部接地部（ローカルグランド）３２１に結合されている。陰極３１７を加熱するフィラメント３１３にはフィラメント電源３１１により電力が供給される。通常の動作中は、正イオン３２７の流れがイオン源３２３から抽出され、ビームラインコンポーネント３２５へ指向される。これらのイオンは例えば、標準の抽出電極構造を用いてイオン源３２３から抽出しうる。整合電子流３１９はイオン源アセンブリの筐体３０９を出て熱イオンダイオードアセンブリ３３１を通る。電子流３１９の方向が高電圧電源３０３からイオン源アセンブリの筐体３０９に向かっている間は、電子の実際の移動は反対方向にある。
【００１７】
高電圧電源３０３とイオン源アセンブリ３１０との間に結合された熱イオンダイオードアセンブリ３３１は、アーク放電３２９により生ぜしめられ高電圧電源３０３を損傷又は故障させるおそれのある高い電流サージを抑圧することによりこの高電圧電源３０３を保護する機能を有する。
【００１８】
一般に、ダイオードは、電流を一方向にのみ流す非線形の２端子電子素子である。図３につき上述した実施例では、２つの電極、すなわち陽極３１５及び陰極３１７を有する真空管である熱イオンダイオードとして知られている（これは真空管ダイオードとしても知られている）特定の種類のダイオード構成を説明した。
【００１９】
熱イオンダイオードでは、背景技術として、（陰極フィラメントとして知られている）ヒータフィラメントを流れる電流が陰極を間接的に加熱する。ある熱イオンダイオードでは直接加熱が用いられており、この場合タングステンフィラメントがヒータと陰極との双方として作用する。熱は、陽極と陰極との間で真空中に熱電子放出させる。順方向動作では、陽極と称される周囲の金属電極が正に帯電される為、この金属電極が放出電子を静電的に引付ける。しかし、電圧の極性が反転されると、電子は加熱されていない陽極表面から容易に釈放されなくなる。従って、如何なる逆流も無視しうるものとなる。
【００２０】
熱イオンダイオードの他の特性は、電圧が極めて高い場合でも、この熱イオンダイオードはその飽和電流よりも大きい電流を流さないということである。飽和電流は、ある状況の下で陰極から取出し得る最大電流である。飽和電流に達すると、陽極と陰極との電位差の更なる増大により電流を比較的僅かしか増大させない。飽和電流は陰極の形状、材料及び温度により制御される。
【００２１】
熱イオンダイオードアセンブリ３３１は、抵抗と比べてより堅牢である。その理由は、電流を流す固体物質が存在しない為である。従って、熱イオンダイオードではホットスポットによる局部過熱又は電流ピンチの損傷のような影響が生じるおそれがなく、特に動作電流がしきい値レベルを超えた場合に、ホットスポットが生じるものである。このような状態が生じると、影響を受けた領域が強制的に逆バイアス状態になり、過熱を生ぜしめるおそれのある電力を消費してしまう。電流ピンチは磁力による導電性のフィラメントの圧縮である。電流を流す固体物質が存在しない為、電流ピンチを生じるフィラメントは存在しない。
【００２２】
前述したように、熱イオンダイオードアセンブリ３３１の目的は、アーク放電の故障中に高電圧電源３０３に対する過剰電流を制限することである。アーク放電３２９の存在は故障を表し、これは、代表的にはイオン源アセンブリの筐体３０９を囲む絶縁媒体の電気的な破壊により生ぜしめられる。このようなアーク放電の故障は、例えば、電界に曝される表面上の僅かな粉塵の堆積を含む幾つかの事象により生ぜしめられるおそれがある。これにより、イオン源アセンブリの筐体３０９から高電圧電源３０３の接地帰路３０５への直接的な短絡を生ぜしめる。しかし、このような故障中は、熱イオンダイオードアセンブリ３３１が高電圧電源３０３への過剰の電流の流れを阻止する。アーク放電３２９は、熱イオンダイオードアセンブリ３３１による電流制限の為に高電圧電源３０３から大きな追加のエネルギーを受けない為、このアーク放電は数マイクロ秒内で消滅する。
【００２３】
電流制限特性の背後にある原理を図４に示す。この図４は、熱イオンダイオードが陽極と陰極との間の電圧降下が１００Ｖよりも低いチャイルド‐ラングミュア領域（図４の左側）で動作する通常の動作中の代表的な熱イオンダイオードの陽極電流特性を示している。アーク放電の故障中、電流は熱イオンダイオードの飽和電流により制限される。このことは、熱イオン放出中に加熱導体から出る電子流密度を表すリチャードソン‐ダッシュマンの式で表される。このことは、インピーダンスがあまりにも大きい為に曲線が平坦化している図４の右側に示されている。大きなインピーダンスは、高電圧電源からの高電流放電を阻止する。飽和電流の実際値は陰極の温度及び幾何学的形状に依存しており、図４では、この効果が、陽極電圧対陽極電流がそれぞれ異なっている曲線の群として示されている。
【００２４】
市販の熱イオンダイオードは、これらの寿命全体に亘って真空状態を保つための高品質のハウジングと、加熱電力のための電力消費量を低くするように注意深く設計した陰極とを必要とする。しかし、アニオン源のアセンブリの特性及び構成要素の為に、これらの双方の必要条件は幾分緩和される。例えば、真空状態はイオン源又はビームラインシステムから容易に得られる。又、１０mA〜２０mAの飽和電流を生ぜしめるのに必要とする電力は数ワットのみで足り、このことは容易に達成される。その理由は、代表的なイオン源アセンブリで用いられている陰極フィラメントが、数百ワットの加熱電力で数アンペアの飽和電流を生ぜしめる為である。
【００２５】
図５は、本発明の実施例により高電圧電源５０３に対する電流制限構成要素として非線形の熱イオンダイオードアセンブリ５３１を用いているイオン源アセンブリ５１０を示す回路／ブロック線図である。高電圧電源５０３は、絶縁性を改善させるために代表的にＳＦ6 ガス又はその他の適切なガスを充填した容積５０４を有する圧力タンク５０２内に収容されている。熱イオンダイオードアセンブリ５３１のハウジングは、圧力タンク５０２の端板５０６に内側から装着された絶縁チューブ５３３として構成され、筐体５０９の外皮に対する真空封止部を形成するようになっている。金属電極は陽極５１５を形成しており、しかも圧力タンク５０２内の絶縁チューブ５３３の他端を封止している。絶縁チューブ５３３は、筐体５０９に封着されると、イオン源５２３の真空区分への流体連結部５３５をも有し、流体排出部を収容するようにする。陰極フィラメント５１３は、流体連結部５３５内で筐体５０９の外皮にほぼぴったり重なるように装着されている。この陰極フィラメント５１３にはフィラメント電源５１１により電力が供給される。
【００２６】
絶縁チューブ５３３は比較的短くし、しかも故障のアーク放電により生ぜしめられる代表的な電圧スパイクに耐えるようにすることができる。その理由は、表面破壊を生ぜしめるのに数十マイクロ秒を要する為である。アーク放電は、熱イオンダイオードアセンブリ５３１による電流制限の為に高電圧電源５０３から大きな追加のエネルギーを受けない為、アーク放電は数マイクロ秒以内に消滅する。従って、絶縁チューブに亘って１００kV／インチ（１インチは２．５４cmである）の電圧降下を許容しうる。更に、クリープ経路の長さを増大させて保護を更に大きくするために、表面を複雑な形状にすることもできる。
【００２７】
熱イオンダイオードアセンブリ５３１は、高電圧電源と直列に用いた場合、アーク放電中の放電電流を制限し、これによりアーク放電後の回復を早める。イオン源のチャンバは予め真空状態にある。従って、陰極フィラメント５１３と電源に対する電極（例えば、陽極５１５）を有する分離ポートとを加えることにより熱イオンダイオードアセンブリ５３１が完成される。
【００２８】
真空室を適切な形状にすることにより、間接的に加熱される陰極を用いるイオン源中の陰極加熱用フィラメントの後側から電子を取出すことができる。この場合、高電圧用のフィードスルーを設ければ十分である。陽極５１５は絶縁チューブ５３３の絶縁体に真空気密に結合され、これには高電圧電源５０３の出力端が結合されている為、これは高電圧用のフィードスルーとして作用する。
【００２９】
或いはまた、タングステンフィラメント又はトリウム入りタングステンフィラメントをフィラメントと陰極との双方として作用させることができる。他の可能な陰極フィラメント材料はイリジウムである。一般に、フィラメントは屈折性の導電材料を有しうる。更に、陰極を冷陰極又は光電陰極として構成することができる。用語“冷陰極”は、陰極が単独で加熱されず、高温度でも依然として動作しうるという事実を言及するものである。冷陰極装置は代表的に、電流を制限するためのある機構を有する複雑な高電圧電源を用いている。
【００３０】
図６は、本発明の実施例により高電圧電源６０３に対する電流制限構成要素として非線形の熱イオントリオードアセンブリ６３１を用いているイオン源アセンブリ６１０を示す回路／ブロック線図であり、本例では図５の熱イオンダイオード構造を熱イオントリオードアセンブリ６３１に置換した。高電圧電源６０３は圧力タンク６０２内に収容されている。圧力タンク６０２の容積６０４には、絶縁性を改善させるために代表的にＳＦ6 ガスが充填されている。熱イオントリオードアセンブリ６３１のハウジングは、圧力タンク６０２の端板６０６に内側から装着された絶縁チューブ６３３として構成され、イオン源アセンブリ筐体６０９の外皮に対する真空封止部を形成するようになっている。金属電極は陽極６１５を形成しており、しかも圧力タンク６０２内の絶縁チューブ６３３の他端を封止している。絶縁チューブ６３３は、筐体６０９に封着されると、イオン源６２３の真空区分への流体連結部６３５をも有し、流体排出部を収容するようにする。陰極フィラメント６１３は、流体連結部６３５内で筐体６０９の外皮にほぼぴったり重なるように装着されている。この陰極フィラメント６１３にはフィラメント電源６１１により電力が供給される。
【００３１】
グリッドバイアス電源６３９は、陰極フィラメント６１３とグリッド６３７との間のバイアス電圧を生じる。熱イオントリオードアセンブリ６３１は、陰極フィラメント６１３と陽極６１５との間のグリッド６３７を形成する外皮に穿孔処理をすることにより形成される。又、グリッドバイアス電源６３９は、陰極フィラメント６１３をグリッド６３７に対しバイアスして陽極６１５への電流を調整するために加えられている。例えば、ウェーネルト円筒のような、陰極フィラメント６１３用の簡単な集束素子を加えることもできる。
【００３２】
熱イオントリオードアセンブリ６３１は、熱イオンダイオードの構成と同様に、高電圧電源６０３と直列に用いた場合に、アーク放電中に放電電流を制限し、これによりアーク放電後の回復を早める。イオン源のチャンバは予め真空状態にある。従って、陰極フィラメント６１３と電源に対する電極（例えば、陽極６１５）を有する分離ポートとを加えることが、熱イオントリオードアセンブリ６３１を完成させるのに必要とすることである。真空室を適切な形状にすることにより、間接的に加熱される陰極を用いるイオン源中の陰極加熱用フィラメントの後側から電子を取出すことができる。この場合、高電圧用のフィードスルーを設ければ十分である。陽極６１５は絶縁チューブ６３３の絶縁体に真空気密に結合され、これには高電圧電源６０３の出力端が結合されている為、これは高電圧用のフィードスルーとして作用する。
【００３３】
熱イオントリオードアセンブリ６３１は、図５における熱イオンダイオードアセンブリ５３１よりも良好にイオン源アセンブリ６１０を遮蔽する。その理由は、陰極フィラメント６１３は決して如何なる高電圧電界にも直接曝されない為である。熱イオントリオードアセンブリ６３１は、陰極フィラメントの温度の代わりにバイアス電圧を調整することにより動作電流を急速に制御するのに用いることもできる。
【００３４】
図５及び６に示す装置は、イオン源アセンブリの条件及び利用可能手段に適合したものである。例えば、イオン源アセンブリは、粗リミット制御のみに対しては比較的低い電流を必要とする。更に、（イオン源５２３内に）真空ポンプがあり、フィラメント電源５１１はイオン源アセンブリ５１０に予め存在させてある。熱イオンダイオード及び熱イオントリオードのアセンブリは実施に際して他の有効な特性を呈しうる。例えば、熱イオンダイオードアセンブリ５３１及び熱イオントリオードアセンブリ６３１は双方とも簡単なスイッチとして用いることができる。陰極フィラメント５１３及び６１３が冷（cold）である場合には、導通しない。このことは、イオン源アセンブリ５１０及び６１０が、減速モードとして知られた動作モードにおいて高電圧電源５０３及び６０３の接地電位以下で駆動される場合に有効である。更に、熱イオントリオード６３１は、リードを有する高電圧リレーに比べた場合に電磁妨害（ＥＭＩ）に対する優れた遮蔽を提供する。
【００３５】
本発明を幾つかの実施例につき説明したが、特許請求の範囲に規定した本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に対する変更が可能である。従って、本発明は上述した実施例に限定されず、特許請求の範囲の用語及びその等価用語により規定される全範囲を有するものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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