(57)【要約】      （修正有）【課題】ＥＣＲイオンソースに関し、小さな体積で引出側の磁場強度を強めることができるようにすることによって、低費用高効率のイオンビーム生成が可能であり、小型軽量にて装置の消費電力節減をもたらして経済性を確保することができるようにする。【解決手段】イオン引出部１ｂ側のプラズマチェンバー１に縮管部が形成され、縮管部の外側に第４永久磁石部６が具備され、縮管部によって縮小された直径分だけ第４永久磁石部６を含むイオン引出部１ｂ側の全体的な外径が小さくなるように構成し、縮管部は、内部に直径の縮小されたプラズマ電極１１及び引出電極１２とを含むことによって、低費用高効率のイオンビーム生成が可能である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波注入部１ａ及びイオン引出部１ｂを有するプラズマチェンバー１と、前記プラズマチェンバー１の外側に具備される６極磁石２及び第１，２永久磁石部３，４と、第３，４永久磁石部５，６とで構成され、前記イオン引出部１ｂは、イオン通過孔１１ａ及びイオン引出孔１２１を各々有するプラズマ電極１１及び引出電極１２から構成されるにおいて、
前記イオン引出部１ｂ側のプラズマチェンバー１に縮管部７が形成され、前記縮管部７の外側に第４永久磁石部６が具備され、縮管部７によって縮小された直径分だけ前記第４永久磁石部６を含むイオン引出部１ｂ側の全体的な外径が小さくなるように構成し、前記縮管部７は、内部に直径の縮小されたプラズマ電極１１及び引出電極１２とを含むことを特徴とするＥＣＲイオンソース。
【請求項２】
前記縮管部７は、プラズマチェンバー１の外側周りに沿って形成される磁石設置溝７１によって構成され、前記磁石設置溝７１には、お互い同じ極性を有して接合されたメイン永久磁石６１とサブ永久磁石６２とで第４永久磁石部６が構成されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のＥＣＲイオンソース。
【請求項３】
前記縮管部７は、後方側に傾斜面によって直径の拡大されるコーン形態の第１拡管部７２が続いて形成され、前記第１拡管部７２内部の引出電極１２の後方側には第２拡管部１２３が形成され、前記第２拡管部１２３の端部から連なり、その長さが延長されて直径が同一なイオン出口１２２ａが形成され、前記第４永久磁石部６のサブ永久磁石６２には第１拡管部７２に対応する相対傾斜面６２ａが形成されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項に記載のＥＣＲイオンソース。
【請求項４】
前記イオン出口１２２aは、プラズマチェンバー１より大きな直径で形成されていることを特徴とする特許請求の範囲第３項に記載のＥＣＲイオンソース。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＥＣＲイオンソースに関するもので、より詳細には、小さな体積で引出側の磁場強度を強めることができるようにすることによって、低費用高効率のイオンビーム生成が可能であり、小型軽量にて装置の消費電力節減をもたらして経済性を確保することができるようにした、ＥＣＲイオンソースに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
既に知られているように、ＥＣＲイオンソースは、チェンバー内部の気体にマイクロ波を入射して磁場をかけた時、磁場による回転周波数とマイクロ波周波数が一致して発生される電子サイクロトロン共鳴現象（ＥＣＲ：Electron Cyclotron Resonance）を利用してプラズマを生成し、チェンバーの内部に閉じこめ、イオンを引き出して使えるようにしたものである。
【０００３】
図１は、従来のＥＣＲイオンソースの構成を概略的に示した構成図である。
【０００４】
ここに示されているように、ＥＣＲイオンソースは、マイクロ波注入部１ａ及びイオン引出部１ｂを有するプラズマチェンバー１があり、前記プラズマチェンバー１の外側には、プラズマチェンバー１の内部で生成されたプラズマをチェンバーの内部に閉じこめておくために、６極磁石（Hexapole magnet）２及びお互い極性を異ならせて一対に接合された第１，２永久磁石部３，４があり、磁場形成のために前記６極磁石２の両側にお互い極性の異なる第３，４永久磁石部５，６が具備される。
【０００５】
そして、イオン引出部１ｂは、プラズマ電極（Plasma electrode）１１と引出電極（Extraction electrode）１２とで構成されるもので、前記プラズマ電極１１は、中央部にイオン通過孔１１ａを有し、マイクロ波注入部１ａ側に傾いたコーン形態の板体で形成され、プラズマチェンバー１の内側面に固定される。
【０００６】
また、引出電極１２は、チェンバー内のイオン引出方向に対してプラズマ電極１１の後方側に位置し、これも中央部にイオン引出孔１２１を有し、マイクロ波注入部１ａ側に傾いたコーン形態に形成され、その端部から長さが延長されて同一直径をなす円筒形にイオン出口１２２が形成されている。
【０００７】
このように構成された従来のＥＣＲイオンソースは、マイクロ波注入部１ａを介してプラズマチェンバー１内部の気体にマイクロ波が入射されると、マイクロ波エネルギーが拘束電子に伝達され、エネルギーを吸収した拘束電子は原子から離脱して自由電子となる。
【０００８】
そして、追加的に永久磁石を利用してこの領域に磁場を加えると、電子はローレンツ（Lorentz）力によって回転運動をすることなるもので、２．４５GHzのマイクロ波を入射させる場合、垂直磁気場を８７５Gaussの強さでかけると、磁気場による電子の回転周波数とマイクロ波周波数が一致して共鳴が起こり、電子の速度、つまり運動エネルギーが増加しながら回転半径が大きくなる。
【０００９】
プラズマ内の電子は、この領域を通りながら共鳴によって加速され、大きなエネルギーを得ることになり、形成された磁場によってプラズマチェンバー１壁への拡散損失が減りながら、気体のイオン化率が高くなるので、低い圧力でも高い密度のプラズマを得ることができるのである。
【００１０】
また、このように生成されたプラズマは、６極磁石２を利用してプラズマチェンバー１の内部に閉じこめられ、引出電極１２に印加される電圧によって、プラズマチェンバー１内部のイオンは、プラズマ電極１１のイオン通過孔１１ａを経て引出電極１２のイオン引出孔１２１を介して引き出されるのだが、この時印加されるイオンは、同一な直径の円筒体で形成された引出電極１２のイオン出口１２２によって均一なイオンビームの形態に引き出されるのである。
【００１１】
ここで、未説明符合１ｃは絶縁体（Insulator）である。
【００１２】
一方、前記した従来のＥＣＲイオンソースの外径は通常Φ２２０ｍｍに制作され、プラズマチェンバー１の内径はΦ５０ｍｍに形成されるもので、ＥＣＲイオンソースの制作において最もかなめとなる部分は、低費用高効率のイオンビーム生成、つまり高品質のより強いイオンビームを低費用で生成できなければならず、小型軽量にて装置の消費電力節減をもたらす経済性が確保されなければならないので、これに関する研究開発が要求されている実情である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
そこで、本発明は、前記のようなＥＣＲイオンソースの要求に応じるために創案されたもので、その目的は、小さな体積で引出側の磁場強度を強めることができるようにすることによって、低費用高効率のイオンビーム生成が可能であり、小型軽量にて装置の消費電力の節減をもたらして経済性を確保することができるようにした、ＥＣＲイオンソースを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
このような本発明の目的を達成するために、マイクロ波注入部及びイオン引出部を有するプラズマチェンバーと、前記プラズマチェンバーの外側に具備される６極磁石及び第１，２永久磁石部と、第３，４永久磁石部とで構成され、前記イオン引出部は、イオン通過孔及びイオン引出孔を各々有するプラズマ電極及び引出電極から構成されるにおいて、前記イオン引出部側のプラズマチェンバーに縮管部が形成され、前記縮管部の外側に第４永久磁石部が具備され、縮管部によって縮小された直径分だけ前記第４永久磁石部を含むイオン引出部側の全体的な外径が小さくなるように構成し、前記縮管部は、内部に直径の縮小されたプラズマ電極及び引出電極とを含むことを特徴とするＥＣＲイオンソースが提供される。
【００１５】
また、前記縮管部は、プラズマチェンバーの外側周りに沿って形成される磁石設置溝によって構成され、前記磁石設置溝には、お互い同じ極性を有して接合されたメイン永久磁石とサブ永久磁石とで第４永久磁石部が構成されていることを特徴とする。
【００１６】
また、前記縮管部は、後方側に傾斜面によって直径の拡大されるコーン形態の第１拡管部が続いて形成され、前記第１拡管部内部の引出電極の後方側には第２拡管部が形成され、前記第２拡管部の端部から連なり、その長さが延長されて直径が同一なイオン出口が形成され、前記第４永久磁石部のサブ永久磁石には第１拡管部に対応する相対傾斜面が形成されていることを特徴とする。
【００１７】
また、前記イオン出口は、プラズマチェンバーより大きな直径で形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、全体的な外径が縮小され、縮管部から拡管部に繋がる引出構造によって、低廉な費用でより強く拡大されたイオンビームの生成を可能にすることによって、低費用高効率のＥＣＲイオンソースの提供が可能であり、小型軽量による消費電力の節減にて経済性を確保することができるという効果を有することになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、添付の図面を参照して本発明の構成を詳細に説明する。
【００２０】
図２は、本発明によるＥＣＲイオンソースの構成を概略的に示した構成図で、図３は、図２の“Ａ”部拡大図である。
【００２１】
このＥＣＲイオンソースは、通常でのようにマイクロ波注入部１ａ及びイオン引出部１ｂを有するプラズマチェンバー１と、前記プラズマチェンバー１の内部で生成されたプラズマをチェンバーの内部に閉じこめておくために、プラズマチェンバー１の外側に具備される６極磁石２及び第１，２永久磁石部３，４と、磁場形成のために前記６極磁石２両側のプラズマチェンバー１の外側に、お互い極性の異なる第３，４永久磁石部５，６とが具備されている。
【００２２】
そして、前記イオン引出部１ｂは、マイクロ波注入部１ａ側に傾いたコーン形態をなし、中央部に各々イオン通過孔１１ａ及びイオン引出孔１２１を有するプラズマ電極１１及び引出電極１２とで構成されるもので、前記引出電極１２は、同一直径の円筒体で形成されたイオン出口１２２ａを含むように構成されている。
【００２３】
このようなＥＣＲイオンソースにおいて、本発明は、前記イオン引出部１ｂ側のプラズマチェンバー１に縮管部７、つまりプラズマチェンバー１の直径を縮小した部分を形成し、その外側に第４永久磁石部６が具備されるようにすることによって、イオン引出部１ｂ側の装置の外径を全体的に縮小するのは勿論、イオン引出部１ｂを介してより強いイオンビームの引き出しが行えるようにすることにその特徴がある。
【００２４】
つまり、装置の全体的な外径が縮小されることによって、装置の小型軽量化を図り、イオン引出部１ｂを構成する引出電極１２に電圧をかけて、プラズマチェンバー１内のイオンが移動する時、直径が急激に縮小された縮管部７を通過するようにして、流動圧力の上昇をもたらすことによって、より強いイオンビームの引出効果が得られるようにしたものである。
【００２５】
そして、前記縮管部７は、内部に直径の縮小されたプラズマ電極１１及び引出電極１２を含むのは当然であり、前記プラズマ電極１１及び引出電極１２は、従来と同様に、マイクロ波注入部１ａ側に傾いたコーン形態をなし、中央部に各々同軸をなすイオン通過孔１１ａ及びイオン引出孔１２１が形成されるのだが、ここでは縮管部７によってその直径が小さくなることによって、プラズマチェンバー１からイオン引出部１ｂ側に移動するイオンの流動圧力を上昇させることができるようになるのである。
【００２６】
また、前記縮管部７は、プラズマチェンバー１の外側周りに沿って形成される磁石設置溝７１によって構成されるもので、前記磁石設置溝７１の外側に具備される第４永久磁石部６は、お互い同じ極性を有して接合されたメイン永久磁石６１とサブ永久磁石６２とでなるもので、これは一つの永久磁石より、二つの永久磁石を同じ極で接合させた永久磁石の磁場の強さが大きく現れることによるもので、これによって全体的に永久磁石の直径を多少小さく制作しても、同一か或いは多少大きな磁場の強さが得られるのである。
【００２７】
つまり、本発明は、図２に示されているように、イオン引出部１ｂ側の全体外径がΦ１８０ｍｍと、図１に示された従来のＥＣＲイオンソースの全体外径Φ２２０ｍｍよりΦ４０ｍｍを縮小させることができるもので、このように装置の全体外径を縮小しても、縮管部７によるイオンの流動圧力上昇にて、より強いイオンビームの生成が可能であり、メイン永久磁石６１とサブ永久磁石６２とを同じ極性で接合させた第４永久磁石部６による磁場の強さは、図４に示されているように、従来より多少大きいか同一な効果をもたらすのである。
【００２８】
これと共に、前記縮管部７は、後方側に第１拡管部７２が続いて形成されるのだが、これは第１拡管部７２内部の引出電極１２の後方側に形成される第２拡管部１２３に対応するように形成されている。前記第２拡管部１２３は、本発明によってより強くなったイオンビームの均一な拡散及び拡散範囲の拡大を図るのにその主な目的があり、その直径は、プラズマチェンバー１の直径より多少大きく形成される。この時、前記第２拡管部１２３によるサブ永久磁石６２の干渉を避けるために、前記サブ永久磁石６２にも第１拡管部７２に対応する相対傾斜面６２ａが形成されるのは当然である。
【００２９】
このように形成された本発明は、まず従来と同様に、マイクロ波注入部１ａを介してプラズマチェンバー１内部の気体にマイクロ波を入射し、再び第３，４永久磁石部５，６による磁場をかけると、磁場による電子の回転周波数とマイクロ波周波数が一致して共鳴が起こることによって、プラズマチェンバー１の内部にプラズマが生成され、この生成されたプラズマは、６極磁石２によってプラズマチェンバー１の内部に閉じこめられることになる。
【００３０】
その次に、引出電極１２に電圧を印加すると、プラズマチェンバー１内部のイオンたちが引出電極１２側に移動するのだが、この時移動するイオンたちは、直径が急激に小さくなったプラズマ電極１１及び引出電極１２のイオン通過孔１１ａ及びイオン引出孔１２１を通過しながら急激な流動圧力の上昇がもたらされ、より強いイオンビームの生成がなされるもので、このように生成されたイオンビームは、引出電極１２の第２拡管部１２３によって拡散された後、プラズマチェンバー１より多少大きく、同一な直径で形成されたイオン出口１２２ａを介して拡大された強いイオンビームの形態で引き出されることによって、より高品質なイオンビームが使えるようになるのである。
【００３１】
〔索引語〕
プラズマチェンバー、６極磁石、永久磁石部、イオン引出部、マイクロ波注入部。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】従来のＥＣＲイオンソースの構成を概略的に示した構成図である。
【図２】本発明によるＥＣＲイオンソースの構成を概略的に示した構成図である。
【図３】図２の“Ａ”部拡大図である。
【図４】磁場の強さと軸の位置Ｚ間の関係を示したグラフである。
【符号の説明】
【００３３】
１    プラズマチェンバー
１ａ  マイクロ波注入部
１ｂ  イオン引出部
２    ６極磁石
３    第１永久磁石部
４    第２永久磁石部
５    第３永久磁石部
６    第４永久磁石部
７    縮管部
１１    プラズマ電極
１１ａ  イオン通過孔
１２    引出電極
６１    メイン永久磁石
６２    サブ永久磁石
６２ａ  相対傾斜面
７１    磁石設置溝
７２    第１拡管部
１２１    イオン引出孔
１２２    イオン出口
１２２ａ  イオン出口
１２３    第２拡管部
【図１】
2008084859.tif 000003
【図２】
2008084859.tif 000004
【図３】
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【図４】
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