[发明专利]离子源装置及离子束生成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种离子源装置，例如适合于离子注入装置的离子源装置及离子束生成方法。

背景技术

作为一种离子注入装置用离子源装置，已知有具备电子源及用于反射来自电子源的电子的反射极（repeller）的装置（专利文献1）。

参考图3对离子源装置的一个例子进行说明。

图3中，离子源装置具备具有等离子体形成用空间的电弧室20。电弧室20在正面侧的壁上具有前狭缝20-1，在侧面侧的壁上具有气源的导入部20-2。另外，离子源装置还在中间夹置电弧室20的等离子体形成用空间的对置位置的一侧设置有电子源，另一侧设置有反射极23。电子源包括灯丝21和阴极22。如图3B所示，前狭缝20-1的前方沿离子束的引出方向并列配置有具有使离子束通过的开口的抑制电极24和GND（接地）电极25。

该离子源装置以如下方式运行。首先，用灯丝电源26使灯丝21发热而在灯丝21的前端产生热电子。以阴极电源27使产生的热电子进行加速而冲击阴极22，再以其冲击时所产生的热量对阴极22进行加热。被加热的阴极22产生热电子。所产生的热电子通过在阴极22和电弧室20之间施加的电弧电源28的电弧电压而被加速，并作为具有足够用于使气体分子电离的能量的射束电子在电弧室20内放射。

另一方面，向电弧室20内导入来自导入部20-2的气源，并且施加外部磁场F。另外，在电弧室20内以与阴极22的热电子放射面对置的方式设置反射极23。反射极23具有反射电子的功能。外部磁场F的方向与连结阴极22和反射极23的轴平行。因此，从阴极22放射的射束电子沿着外部磁场F在阴极22和反射极23之间进行往复移动，并与导入到电弧室20内的气源分子冲击而产生离子。其结果，在电弧室20内生成等离子体。

射束电子因施加磁场而大致存在于限定范围内，因此离子主要在该范围内生成并通过扩散到达电弧室20的内壁、前狭缝20-1、阴极22及反射极23，进而在壁面消失。

另一方面，离子束的引出从扩散到前狭缝20-1的等离子体通过与磁场平行的狭缝而进行。引出的离子束的电流（引出电流）受前狭缝20-1中的等离子体密度的影响较大。例如若前狭缝20-1中的等离子体密度高则可引出的射束电流（引出电流）变大。

专利文献1：日本特开2002-117780号公报

但是，在电弧室20内与平行于外部磁场F的等离子体扩散相比，很难进行与外部磁场F垂直的方向的等离子体扩散。因此，等离子体密度在垂直于外部磁场F的方向急剧下降。在现有的离子源装置中，射束引出部置于等离子体向垂直于外部磁场F的方向扩散的位置。即，前狭缝20-1设置于与外部磁场F的方向正交的方向的电弧室20的壁上。因此，前狭缝20-1中的等离子体密度变低，并且引出的离子束量即引出电流也受限制。

目前，为了增加引出射束即提高前狭缝20-1中的等离子体密度，采用加大来自阴极22的热电子电流等方法。此时，可想而知由于阴极22和反射极23中的等离子体密度也变高，因此产生阴极22的寿命变短等问题。

离子注入装置等离子源装置中，以提高生产力的观点来看，要求获得更多来自离子源装置的引出电流。为了获得更多引出电流需要在离子源装置的离子束引出部（前狭缝）附近生成密度更高的等离子体。因此需要对离子源装置投入大功率。

发明内容

相对于此，本发明的目的在于不投入大功率就能提高离子束引出部附近的等离子体密度进而加大引出电流。

根据本发明的形态提供一种离子束生成用离子源装置，其特征在于，具备如下结构，该结构为，在具有等离子体形成用空间的电弧室设置放射用于生成使中性分子电离的射束电子的热电子的阴极，并且以中间隔着所述等离子体形成用空间地与所述阴极的热电子放射面对置的方式配置反射极，并且构成为向所述等离子体形成用空间沿与连结所述阴极和所述反射极的轴平行的方向施加由源极磁场装置感应的外部磁场F，并构成为在所述反射极中，在与形成于所述等离子体形成用空间的等离子体中密度最高的部分相对应的部位设置开口部，并从该开口部引出离子束。

该离子源装置中所述离子束的引出方向与连结所述阴极和所述反射极的轴平行。

在该离子源装置中，所述开口部优选设置于所述电弧室中的与离子束的出口开口对置的位置。所述开口部的形状、所述离子束的出口开口的形状可分别为圆形，也可为其他形状。

该离子源装置中，所述开口部与所述离子束的出口开口大小相同或比所述离子束的出口开口小，并且优选不使形成于所述等离子体形成用空间的等离子体密度下降的大小。