(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アーク室を画成するアーク室のハウジングを含む，間接的に加熱される陰極イオン源に使用する陰極組立体であって，
陰極およびそれに固着される支持ロッドを含む陰極サブ組立体と，
陰極サブ組立体の支持ロッドの近傍で，アーク室の外側に位置し，さらにアーク室のプラズマから分離される，電子を放出するフィラメントと，
陰極サブ組立体の陰極のまわりに配置され，アーク室のハウジングから陰極を電気的にかつ熱的に絶縁するための陰極絶縁体と，
を含み，
前記陰極は，注入用のイオンを生成するために，アーク室内でガス分子と衝突させる電子をアーク室内に放出するように設定されてなり，
前記陰極絶縁体は，前記陰極の直径より大きいかまたは等しい直径をもつ開口部を含み，
熱伝導を制限するために，前記陰極絶縁体と前記陰極との間に，真空間隙が設けられる，
陰極組立体。
【請求項２】
フィラメントは，陰極の近傍で，支持ロッドのまわりに配置される，請求項１に記載の陰極組立体。
【請求項３】
フィラメントは，陰極の近傍で，支持ロッドのまわりに配置され，フィラメントは電気伝導性の材料から作られ，支持ロッドの直径より大きいかまたは同じ内径をもつ，アーチ状の巻き線部を含む，請求項１に記載の陰極組立体。
【請求項４】
フィラメントは，陰極の近傍で，支持ロッドのまわりに配置され，フィラメントは電気伝導性の材料から作られ，支持ロッドの直径より大きいかまたは同じ内径をもつ，アーチ状の巻き線部を含み，フィラメントの断面がフィラメントの長さ方向にそって変化し，アーチ状の巻き線部にそって最も小さくなる，請求項１に記載の陰極組立体。
【請求項５】
前記陰極絶縁体は側壁を有するほぼ管状形状をもち，アーク室のプラズマから前記陰極絶縁体の側壁をシールドするための，フランジを含む，請求項１に記載の陰極組立体。
【請求項６】
前記フランジは，陰極とアーク室のハウジングとの間の経路長さを増加させるために，前記フランジの，プラズマに面しない側に溝を有する，請求項５に記載の陰極組立体。
【請求項７】
アーク室を画成するアーク室のハウジングを含む，間接的に加熱される陰極イオン源に使用する陰極組立体であって，
陰極およびそれに固着される支持ロッドを含む陰極サブ組立体と，
陰極サブ組立体の支持ロッドの近傍で，アーク室の外側に位置する電子を放出するフィラメントと，
陰極のまわりに配置され，アーク室のハウジングから陰極を電気的にかつ熱的に絶縁するための陰極絶縁体と，
を含み，
前記陰極は，注入用のイオンを生成するために，アーク室内でガス分子と衝突させる電子をアーク室内に放出するように設定されてなり，
前記陰極絶縁体は，陰極の直径より大きいかまたは等しい直径をもつ開口部を含み，
前記陰極絶縁体は側壁を有するほぼ管状形状をもち，アーク室のプラズマから前記陰極絶縁体の側壁をシールドするための，フランジを含む，
陰極組立体。
【請求項８】
フィラメントは，陰極の近傍で，支持ロッドのまわりに配置される，さらにアーク室のプラズマから分離される，請求項７に記載の陰極組立体。
【請求項９】
フィラメントは，陰極の近傍で，支持ロッドのまわりに配置され，さらにアーク室のプラズマから分離され，フィラメントは電気伝導性の材料から作られ，支持ロッドの直径より大きいかまたは同じ内径をもつ，アーチ状の巻き線部を含む，請求項７に記載の陰極組立体。
【請求項１０】
フィラメントは，陰極の近傍で，支持ロッドのまわりに配置され，さらにアーク室のハウジングのプラズマから分離され，フィラメントは電気伝導性の材料から作られ，支持ロッドの直径より大きいかまたは同じ内径をもつ，アーチ状の巻き線部を含み，フィラメントの断面がフィラメントの長さ方向にそって変化し，アーチ状の巻き線部にそって最も小さくなる，請求項７に記載の陰極組立体。
【請求項１１】
熱伝導を制限するために，陰極絶縁体と陰極との間に，真空間隙が設けられる，請求項７に記載の陰極組立体。
【請求項１２】
前記フランジは，陰極とアーク室のハウジングとの間の経路長さを増加させるために，フランジの，プラズマに面しない側に溝を有する，請求項７に記載の陰極組立体。
【請求項１３】
支持ロッドは陰極に連結される縁を有する第１の表面を有し，フィラメントは陰極の近傍で，その第１の表面のまわりに位置する，請求項７に記載の陰極組立体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
関連出願
本出願は，2000年5月17日に出願された米国仮出願第60/204,936号および，2000年5月17日に出願された米国仮出願第60/204,938号に基づく。
【０００２】
発明の分野
本発明は，イオン注入器の使用に適したイオン源に関し，特に，間接的に加熱される陰極をもつイオン源に関する。
【０００３】
発明の背景
イオン源はイオン注入器の重要な要素である。イオン源はイオン注入器のビームラインを通過し，半導体ウエハに送られるイオンビームを生成する。イオン源は，種々の異なるイオン種および抽出電圧に対して，安定し，よく定義されビームを生成することが要求される。半導体製造設備において，イオン源を含むイオン注入器は，メンテナンスおよび修理を必要とせずに長期期間，動作するように要求される。
【０００４】
イオン注入器は，従前から直接的に加熱される陰極を有するイオン源に使用されているが，電子を放出するフィラメントがイオン源のアーク室に取り付けられ，アーク室で，非常に腐食性の高いプラズマに晒される。このような直接的に加熱される陰極は典型的に，比較的小さな直径のワイヤーフィラメントを構成し，したがって，アーク室内の腐食環境のもとで，比較的短期間に劣化し，だめになる。その結果，直接的に加熱される陰極イオン源の寿命は制限される。
【０００５】
間接的に加熱される陰極イオン源が，イオン注入器のイオン源の寿命を改善するために，開発された。間接的に加熱される陰極は，フィラメントからの電子の衝突により加熱され，熱電子を放出する比較的大きな陰極を含む。陰極はアーク室内で腐食環境に晒されるが，その比較的大きな構造のものは，長期化にわたって確実に動作する。
【０００６】
間接的に加熱される陰極イオン源の陰極は，その周囲から電気的に絶縁され，電源に電気的に接続され，そして電子の放出を停止させる冷却を防止するために，周囲から熱的に分離されなければならない。従来技術の，間接的に加熱する設計はディスクの形状をもつ陰極を使用するが，その陰極は，外側周囲で，ディスクとほぼ同じ薄い壁の管により支持されている。その管は，断面積を減少させ，これにより，熱い陰極からの熱の伝導を減少させるために，薄い壁を有する。この薄い壁の管は典型的に，絶縁裂け目のように機能し，陰極からの熱の伝導を減少させるために，長さにそった切り欠きを有する。
【０００７】
陰極を支持するために使用された管は電子を放出しないが，ほとんどが高温となる大きな表面をもち，この表面は，陰極が熱を失う主要な現象である輻射により熱を失う。管の大きな直径は，陰極への取り付け，接続のための構造の大きさおよび複雑さを増加させる。既知の陰極支持体は三つの部品を有し，組み立てのためのネジ山を必要とする。
【０００８】
間接的に加熱される陰極イオン源は典型的に，フィラメント電源，バイアス電源およびアーク電源を含み，これらの電源を調整する制御システムを必要とする。間接的に加熱される陰極イオン源のための従来の制御システムは，一定のアーク電流を達成するために電源を調節する。一定のアーク電流システムを使用する際の困難性は，ビームラインが同調されると，ビームラインの下流端で測定されたビーム電流が，（ビームラインを通って伝えられる電流の割合が増加する）同調のため，またはイオン源から抽出された電流の量の増加のために，増加することである。ビーム電流および伝送が同じ多数の変数により影響を受けることから，最大のビーム電流は伝送の同調が難しい。
【０００９】
直接的に加熱される陰極をもつイオン源において利用された従来技術のアプローチは，一定のアーク電流ではなく，一定の抽出電流のためにイオン源を制御することである。イオン源が一定の抽出電流のために制御される全ての場合に，制御システムは，陰極が直接的に加熱されるフィラメントであるビーナス（Bermas）タイプのイオン源を駆動する。
【００１０】
本発明の要約
本発明の一つの態様にしたがって，間接的に加熱される陰極イオン源において使用する陰極組立体が，陰極サブ組立体（陰極およびそこに固定される支持ロッドを含む），電子を放出するフィラメント（アーク室の外側で，陰極サブ組立体の支持ロッドに近接して取り付けられる），ならびにアーク室のハウジング（陰極サブ組立体の陰極のまわりに配置される）から陰極を電気的および熱的に絶縁するための陰極絶縁体を含む。
【００１１】
陰極サブ組立体は，間接的に加熱される陰極およびイオン源のアーク室内で，陰極を支持するための，間接的に加熱される陰極に固定される支持ロッドを含み得る。一実施例において，支持ロッドは，アーク室に面していない陰極の表面に取り付けられる。支持ロッドは，陰極を機械的に支持することができ，さらにそこへと電気的なエネルギーを伝えることができる。陰極は，ディスクの形状を採ることができ，支持ロッドは陰極の中心またはその付近にその軸線にそって取り付けることができる。支持ロッドは，円筒状の形状をとってもよく，陰極の直径は，円筒状の支持ロッドの直径よりも大きくてもよい。一例において，陰極の直径は，支持ロッドの直径の少なくとも四倍以上である。陰極サブ組立体はさらに，支持ロッドを保持するためにバネ式クランプを含んでもよい。
【００１２】
フィラメントが支持ロッドのまわりで，陰極の近傍に配置され，アーク室のプラズマから分離され得る。フィラメントは電気伝導材から作られ，支持ロッドの直径よりも大きいかまたは等しい内径をもつアーク形状の巻き線部をもってもよい。フィラメントの断面積はフィラメントの長さにそって変化（アーク形状の巻き線部にそって最も小さい）してもよい。
【００１３】
陰極絶縁体がアーク室のハウジングから陰極を電気的かつ熱的に絶縁するために設けられ得る。一実施例において，陰極絶縁体は，陰極の直径より大きいか等しい直径をもつ開口部を含む。熱伝導を制限するために，陰極絶縁体と陰極との間に，真空の間隙が設けられてもよい。陰極絶縁体は，側壁を有するほぼ管状形状をもち，アーク室において，プラズマから陰極絶縁体の側壁をシールドするためのフランジをもってもよい。このフランジは，陰極とアーク室のハウジングとの間の経路長さを増加するために，プラズマに面していないフランジの片面上に溝をもつてもよい。
【００１４】
本発明の他の態様にしたがって，イオン源の陰極を支持し，加熱する方法が，陰極に固定されたロッドにより陰極を支持すること，および陰極に電子を衝突されることを含む。本発明のさらに他の態様にしたがって，イオン源のための陰極組立体が陰極，陰極に固定された支持ロッド，アーク室のハウジングから陰極を電気的かつ熱的に絶縁するための陰極絶縁体，および陰極を間接的に加熱するための間接加熱手段を含む。
【００１５】
本発明のよりよい理解のために，図面が添付され，これはここに組み込まれる。
【００１６】
詳細な説明
本発明の実施例にしたがった，間接的に加熱される陰極イオンが図１に示されている。抽出開口12を有するアーク室のハウジング10がアーク室14を画成する。陰極20および反射電極22が，アーク室14内に配置されている。反射電極22は電気的に絶縁されている。陰極絶縁体24はアーク室のハウジング10から，陰極20を電気的かつ熱的に絶縁する。陰極20は任意に，熱伝導を妨げるために，真空間隙により，絶縁体24から絶縁され得る。アーク室14の外側で，陰極20の近傍に配置されたフィラメント30が陰極20を加熱する。
【００１７】
イオン化されるべきガスが，ガス源32からガス入口34を経て，アーク室14に与えら得る。図示されない他の構成では，アーク室14は，アーク室14でイオン化される材料を気化する気化器に連結されてもよい。
【００１８】
アーク電源50が，アーク室のハウジング10に接続される正のターミナルおよび陰極20に接続される負のターミナルをもつ。アーク電源50が10アンペアで100ボルトの定格をもち，約50ボルトで動作してもよい。アーク電源50はアーク室14で，陰極2により放出される電子をプラズマへと加速する。バイアス電源52が，陰極20に接続される正のターミナルおよびフィラメント30に接続される負のターミナルをもつ。バイアス電源52は4アンペアで600ボルトの定格をもち，約2アンペアの電流および約400ボルトの電圧で動作するものでもよい。バイアス電源52はフィラメント30より放出された電子を陰極20へ加速し，陰極20の加熱を行う。フィラメント電源54がフィラメント30に接続される出力ターミナルを有する。フィラメント電源54は，200アンペアで5ボルトの定格をもち，約150から160アンペアのフィラメント電流で動作可能である。フィラメント電源54はフィラメント30（順に，陰極20の加熱のために，陰極20に向けて加速される電子を生成する）の加熱をなす。ソース磁石60が矢印62により示されている方向に，アーク室14内に磁場Bを形成する。磁場Bの方向はイオン源の動作に影響を与えることなく反転させられ得る。
【００１９】
抽出電極，この場合アース電極70および抑制電極72が抽出開口12の正面に位置している。アース電極70および抑制電極72のそれぞれは，よく画成されたイオンビーム74の抽出のために，抽出開口12と整合する開口を有する。
【００２０】
抽出電源80が電流検知抵抗110を介して，アーク室のハウジング10に接続される正のターミナル，およびアースおよびアース電極70に接続される負のターミナルを有する。抽出電源80は25ミリアンペアから200ミリアンペアで70キロボルトの定格を有する。抽出電源80はアーク室14からイオンビーム74を抽出する電圧を与える。抽出電圧は，イオンビーム74内のイオンの所望のエネルギーに依存して調節可能である。
【００２１】
抑圧電源82が抑圧電極72に接続される負のターミナルおよびアースされる正のターミナルを有する。抑圧電源82は−2kVから−30kVの範囲の出力をもつ。負にバイアスされた抑圧電極72はイオンビーム74内で電子の移動を妨げる。電源50，52，54，80および82の電圧および電流の定格および動作電圧および電流が例示であり，本発明の範囲を制限するものではないことは分かるであろう。
【００２２】
イオン源制御器100がイオン源の制御をなす。イオン源制御器100はプログラムされた制御器または専用の特別な目的の制御器であってもよい。好適な実施例において，イオン源制御器100はイオン注入器の主制御コンピュータ内に組み込まれる。
【００２３】
イオン源制御器100はアーク電源50，バイアス電源52およびフィラメント電源54を制御し，イオン源から所望のレベルの抽出イオン電流を形成する。イオン源から抽出されて電流を固定することにより，イオンビームは最適な伝送（イオン源の寿命がよくない，欠点が減少する）に同調されるが，その理由は，ビームはパーティクルをほとんど発生せず，ビームの入射が減少して汚染がなく，維持が改良されるからである。さらに早いビーム同調という利点もある。
【００２４】
イオン源制御器100は抽出源源80により供給される抽出電流IEにより表される電流検知信号を，ライン102および104上で受信できる。電流検知抵抗110は抽出電流IEを検知するために，抽出電源80から供給リード線の一つに直列に接続することができる。他の実施例では，抽出電源80は抽出電源IEを表す電流検知信号をライン112上に供給することができる。抽出電源80により供給される抽出電流IEはイオンビーム74内のビーム電流に対応する。イオン源制御器100もまた，所望または基準抽出電流を示す基準信号IEREFを受信する。イオン源制御器100は検知した抽出電流IEを基準抽出電流IEREFと比較し，エラー値（これは，正，負またはゼロとなる）を決定する。
【００２５】
制御アルゴリズムがエラー値に応答して，電源の出力を調節するために使用される。制御アルゴリズムの一実施例が，図５に示されている，比例積分導関数（Proportional-Integral-Derivative(PID)）ループを使用する。PIDループの目的は，イオンビームを基準抽出電流IEREFで発生するために，使用された抽出電流IEを維持することである。PIDループは，検知した抽出電流IEを基準抽出電流IEREFへと調節するための必要とされるPID計算224の出力を連続して調節することにより，この結果をもたらす。PID計算224は，検知された抽出電流IEと基準抽出電流IEREFとの差をとることにより生じるエラー信号IEERRORの形で，イオン発生組立体230（図１）からのフィードバックを受信する。PIDループの出力は，抽出電流IEを基準抽出電流IEREFに，またはその近傍に維持するために，イオン源制御器100から電源50，バイアス電源52およびフィラメント電源54に与えられる。
【００２６】
第一の制御アルゴリズムにしたがって，バイアス電源52（図１）により供給されるバイアス電流IBは，抽出電流IEを基準抽出電流IEREFに，またはその近傍に制御するために，抽出エラー信号IEERRORに応答して変化させる。バイアス電流IBはフィラメント30と陰極20との間の電流を表す。特に，バイアス電流IBは抽出電流IEを増加させるために増加し，バイアス電流IBは抽出電流IEを減少させるために減少する。バイアス電流VBは調整されず，所望のバイアス電流IBを供給するために変化する。さらに，第一の制御アルゴリズムにしたがって，フィラメント電源54により供給されるフィラメント電流IFは一定に維持され（フィラメント電圧VFは調整されない），アーク電源50により供給されるアーク電圧VAは一定に維持される（アーク電流IAは調整されない）。第一の制御アルゴリズムは，良い性能，単純性および低コストという利点をもつ。
【００２７】
第一の制御アルゴリズムにしたがったイオン源制御器100の動作の例が図６に略示されている。図１に示された入力V1，V2およびRは抽出電流計算220を実施するために使用される。入力電圧V1およびV2は測定値であるが，入力抵抗Rは抵抗器110（図１）の値に基づく。検知された抽出電流IEは次のように計算される。
IE＝（V1−V2）／R
抽出電源80が，抽出電流IEを表す電流検知信号をイオン源制御器100に与えるように構成されているならば，上記計算は必要ない。検知された抽出電流IEおよび基準抽出電流IEREFはエラー計算222に入力される。基準抽出電流IEREFは所望の抽出電流に基づく設定値である。抽出電流エラー値IEERRORはつぎのように，検知された抽出電流IEから基準抽出電流IEREFを引くことにより計算される。
IEERROR＝IE−IEREF
抽出電流エラー値IEERRORおよび三つの制御係数（KPB，KIBおよびKDB）はPID計算224aに入力される。三つの制御係数は，最適な制御効果を得るために最適化される。特に，KPB，KIBおよびKDBは受け入れ可能な立ち上がり時間，行き過ぎ量，安定状態エラーをもつ過渡応答をもつ制御システムを形成するために選択される。PID計算の出力信号はつぎのように決定される。
Ob(t)＝KPBe(t)+KIB∫e(t)dt+KDBde(t)/dt
ここでe(t)は瞬間抽出電流エラー値およびOb(t)は瞬間出力制御信号である。瞬間出力信号Ob(t)はバイアス電源52に与えられ，バイアス電流IBが抽出電流エラー値を最小化するためにどのように調節されるべきかについての情報を与える。出力制御信号Ob(t)の振幅および極性はバイアス電源52の制御条件に依存する。しかし，一般的に，出力制御信号Ob(t)は，検知された抽出電流IEが基準抽出電流IEREFより小さいとき，バイアス電流IBを増加させ，検知された抽出電流IEが基準抽出電流IEREFより大きいとき，バイアス電流IBを減少させる。
【００２８】
フィラメント電流IFおよびアーク電圧VAは図６に示されているように，フィラメントおよびアーク電源制御器225により一定に維持される。所望の電源動作条件にしたがって選択された制御パラメータがフィラメントおよびアーク電源制御器225に入力される。制御信号Of(t)およびOa(t)は制御器225により出力され，フィラメント電源54およびアーク電源50にそれぞれ与えられる。
【００２９】
第二の制御アルゴリズムにしたがって，フィラメント電源54（図１）により供給されるフィラメント電流IFは，抽出電流IEを，基準抽出電流IEREFで，またはその付近で制御するように，抽出電流エラー値IEERRORに応答して変化する。特に，フィラメント電流IFは抽出電流IEを増加させるために減少し，フィラメント電流IFは抽出電流IEを減少させるために増加する。フィラメント電源は調整されない。さらに，第二の制御アルゴリズムにしたがって，バイアス電源52により供給されるバイアス電流IBは一定に維持され，バイアス電圧VBは調整されず，アーク電源50により供給されるアーク電圧VAは一定に維持され，バイアス電流IAは調整されない。
【００３０】
第二の制御アルゴリズムにしたがったイオン源制御器100の動作は，図７に略示されている。抽出電流計算220は，検知された抽出電流IEを決定するために，入力V1，V2およびRに基づいた第一の制御アルゴリズムで実施される。検知された抽出電流IEおよび基準電流IEREFはエラー計算226に入力される。抽出電流エラー値IEERRORは，つぎのように，基準抽出電流IEREFから，検知された抽出電流IEを引くことにより計算される。
IEERROR＝IEREF−IE
この計算は第一のアルゴリズムのエラー計算と異なり，演算の順序が逆になっている。演算は，第一のアルゴリズムの場合のように，直接の関係ではなく，抽出電流IEと制御された変数（この場合，IF）との間で逆の関係を形成するように，逆転されている。抽出電流エラー値IEERRORおよび三つの制御係数はPID計算224bに入力される。制御係数KPB，KIBおよびKDBは，それらが第二の制御アルゴリズムにしたがってイオン源の性能を最適にするために選択されていることから，第一のアルゴリズムの制御係数と同じ値をもつ必要があるというわけではない。しかし，PID計算224bは以下のとおり同じである。
OF(t)＝KPFe(t)+KIF∫e(t)dt+KDFde(t)/dt
瞬間出力信号OF(t)はフィラメント電源に与えられ，フィラメント電流IFが抽出電流エラー値を最小化するためにどのように調節されるべきかについての情報を与える。出力制御信号OF(t)の振幅および極性はフィラメント電源54の制御条件に依存する。しかし，一般的に，出力制御信号OF(t)は，検知された抽出電流IEが基準抽出電流IEREFより小さいとき，フィラメント電流IFを増加させ，検知された抽出電流IEが基準抽出電流IEREFより大きいとき，フィラメント電流IFを減少させる。
【００３１】
バイアス電流IBおよびアーク電圧VAは図７に示されているように，バイアスおよびアーク電源制御器229により一定に維持される。所望の電源動作条件にしたがって選択された制御パラメータがバイアスおよびアーク電源制御器225に入力される。制御信号OB(t)およびOA(t)は制御器229により出力され，バイアス電源52およびアーク電源50にそれぞれ与えられる。
【００３２】
第一の制御アルゴリズムおよび第二の制御アルゴリズムが個別に略示され，イオン源制御器100がいずれかまたは両方のアルゴリズムを実施するために構成されていることは分かるであろう。イオン源制御器100が両方を実施できる場合，制御器100により実行されるべき特定のアルゴリズムを選択するためのメカニズムが与えられてもよい。異なる制御アルゴリズムが，間接的に加熱されるイオン源の抽出電流を制御するために利用できることは分かるであろう。好適な実施例において，制御アルゴリズムは制御器100のソフトウエアで実行される。しかし，配線され，またはマイクプログラム式制御器が利用されてもよい。
【００３３】
イオン源が動作しているとき，フィラメント30は，熱イオン放出温度（2200℃のオーダー）にフィラメント電流IFにより，抵抗加熱される。フィラメント30により放出される電子は，フィラメント30と陰極20との間のバイアス電圧VBにより加速され，陰極20に衝突し，加熱する。陰極20は電子衝突により熱イオン放出温度に加熱される。陰極20により放出される電子はアーク電圧VAにより加速され，プラズマ放電を形成するために，アーク室14内でガス源32からのガス分子をイオン化する。アーク室14内の電子は，磁場Bにより螺旋軌道を描く。反射電極22は，入射電子の結果として負の電荷を帯び，そして電子をアーク室14を通って戻すように反射するのに十分な電荷をもつと，付加的なイオン化衝突を生じさせる。図１のイオン源は，フィラメント30がアーク室14のプラズマに晒されることなく，そして陰極20が従前の，直接的に加熱される陰極よりも大きいことか，直接加熱される陰極と比較して改良されたイオン源の寿命を呈する。
【００３４】
間接的に加熱される陰極20の実施例が図２A，図２Bに示されている。図２Aは陰極20の側面図であり，図２Bは陰極20の斜視図である。陰極はディスク形状であってもよいもので，支持ロッド150に連結される。一実施例において，支持ロッド150は，ディスク形状の陰極20の中心に取り付けられ，熱伝導および輻射を制限するために，陰極20より実質的に小さな直径をもつ。他の実施例において，複数の支持ロッドが陰極20に取り付けられる。たとえば，第一の支持ロッドより，大きさ，形状が異なる第二の支持ロッドが陰極20の不正確な絶縁を防止するために，陰極20に取り付けられてもよい。陰極20および支持ロッド150を含む陰極サブ組立体がバネ式クランプ152により，アーク室14（図１）内で支持されてもよい。バネ式クランプ152は支持ロッド150を適所に保持し，アーク室のための支持構造（図示せず）によりそれ自身適所に保持される。支持ロッド150は陰極20のための機械的な支持体となり，図１に示されているように，アーク電源50およびバイアス電源52に電気的に接続されている。支持ロッド150は比較的小さな直径をもつことから，熱伝導および輻射が制限される。
【００３５】
一例として，陰極20および支持ロッド150はタングステンから作られ，一体的に作られてもよい。この例において，陰極20は1.9cm（0.75インチ）の直径，0.58cm（0.20インチ）の厚さをもつ。一実施例において，支持ロッド150は0.127から7.62cm（0.5−3インチ）の長さをもつ。たとえば，好適実施例において，支持体ロッド150は約4.45cm（1.75インチ）の長さを，約0.102から0.635cm（0.04−0.25インチ）の直径をもつ。好適な実施例において，支持ロッド150は，約0.318cm（0.125インチ）の直径をもつ。一般的に，支持ロッド150は陰極20の直径よりも小さな直径をもつ。たとえば，陰極20の直径は支持ロッド150の直径よりも，少なくとも四倍以上に大きくともよい。好適な実施例において，陰極20の直径は，支持ロッド150の直径よりも約六倍以上である。これらの寸法は例示であり，本発明の範囲を限定するものではないことは理解されよう。他の例において，陰極20および支持ロッド150は個別の要素として作られるが，圧入で一体に付着される。
【００３６】
一般的に，支持ロッド150は中実の円筒構造で，少なくとも一つの支持ロッド150は陰極20を支持し，電気的エネルギーを陰極20に伝える。一実施例において，円筒状の支持ロッド150の直径は，支持ロッド150の長さにそって一定である。他の実施例において，支持ロッド150は，支持ロッド150の長さにそって位置の関数で変化する直径をもつ中実の円筒状構造であってもよい。たとえば，支持ロッド150の直径は，その両端で，支持ロッド150の長さにそって最も小さくなってもよく，これにより，支持ロッド150と陰極20との間で熱的な分離が高められる。支持ロッド150は，アーク室14側でない陰極20の面に取り付けられる。好適な実施例において，支持ロッド150は陰極20に，その陰極20に中心またはその近傍に取り付けられる。
【００３７】
フィラメント30の例が図３Aから図３Dに示されている。この例では，フィラメント30は伝導性ワイヤで作られ，加熱ループ170ならびに接続リード線部172および174を含む。接続リード線部172および174は図１のフィラメント電源として示されているような電源にフィラメント30を接続する適切な湾曲部をもつ。図３Aから図３Dの例において，加熱ループ170は，支持ロッド150を収容するように，支持ロッド150の直径より大きいかまたは同じ内径をもつ，アーチ上の巻き線部として形作られている。図３Aから図３Dの例において，加熱ループ170は0.914cm（0.36インチ）の内径，0.137cm（0.54インチ）の外形をもつ。フィラメント30は0.229cm（0.090インチ）ともつタングステンワイヤから作られてもよい。好適に，加熱ループ170の長さにそったワイヤは接地されるか，陰極20（図１）に近接した領域で，より小さく減少した断面をもつ。たとえば，アーチ状の巻き線部にそったフィラメントの直径は，抵抗を高め，陰極20の近傍で加熱を高めるため，そして接続リード部172および174の加熱を減少させるために，0.19cm（0.075インチ）のオーダーになるように減少する。
【００３８】
陰極絶縁体24の例が図４Aから図４Cに示されている。図示されているように，絶縁体24は，陰極20を受け入れるための中央開口部200をもつほぼリング状の形状を有する。絶縁体24はアーク室のハウジング10から陰極20を伝導的および熱的に絶縁する形状をもつ。好適に，中央開口部200の寸法は，熱伝導を防止するために，絶縁体24と陰極20との間に真空間隙を有するように，陰極20よりも僅かに小さい。絶縁体24は，アーク室14（図１）内のプラズマから絶縁体24の側壁204をシールドするフランジ202を備えてもよい。フランジ202の，プラズマに面しない側に溝206（陰極20とアーク室のハウジング10との間の経路長さを増加させる）が設けられてもよい。この絶縁体の設計は，陰極20とアーク室のハウジング10との間で短絡を生じさせる，絶縁体上の付着の危険性を減少させる。
【００３９】
本発明の好適実施例が開示され，説明されてきたが，当業者には，特許請求の範囲により画成される本発明の範囲から逸脱することなく種々の変更，修正がなし得ることは明らかである。ここで説明した特徴が，本発明の範囲内で別々に，または組み合わせて使用できることは理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は，本発明の実施例にしたがった，間接的に加熱される陰極イオン源の略示ブロック図である。
【図２】  図２Aおよび図２Bはそれぞれ，図１のイオン源の陰極の実施例の正面図および斜視図である。
【図３】  図３Aないし３Dはそれぞれ，図１のイオン源のフィラメントの実施例の斜視図，正面図，平面図および側面図である。
【図４】  図４Aないし４Cはそれぞれ，図１のイオン源の陰極絶縁体の実施例の斜視図，断面図，および部分断面図である。
【図５】  図５は，イオン源制御器のための抽出電流を制御するために使用されるフィードバックループを略示する。
【図６】  図６は，第一の制御アルゴリズムにしたがった，図１のイオン源制御器の動作を略示する。
【図７】  図７は，第二の制御アルゴリズムにしたがった，図１のイオン源制御器の動作を略示する。
【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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【図７】
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