フィラメントおよびそれを備えるイオン源
【課題】 加熱して温度を上げたときのフィラメントの腐食および自重による撓みを抑制する。
【解決手段】 このフィラメント４は、通電加熱されて熱電子を放出するフィラメント部６と、フィラメント部６が貫通していてそれからの熱によって加熱されて熱電子を放出する筒状の熱電子放出部８とを備えている。熱電子放出部８を構成する材料の方がフィラメント部６を構成する材料よりも熱電子放射電流密度が大きく、剛性率はフィラメント部６を構成する材料の方が大きい。
【解決手段】 このフィラメント４は、通電加熱されて熱電子を放出するフィラメント部６と、フィラメント部６が貫通していてそれからの熱によって加熱されて熱電子を放出する筒状の熱電子放出部８とを備えている。熱電子放出部８を構成する材料の方がフィラメント部６を構成する材料よりも熱電子放射電流密度が大きく、剛性率はフィラメント部６を構成する材料の方が大きい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば、プラズマ源、イオン源、スパッタリング装置等に用いられる熱電子放出用のフィラメントに関する。更には、当該フィラメントを備えているイオン源に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ源は、イオン源やスパッタリング装置等の様々なものに利用されている。プラズマ源におけるプラズマ生成に必要な熱電子放出源としては、タングステンから成る線材を所定の形状（例えばＵ字状）に曲げた構造をしていて、通電加熱によって熱電子を放出するフィラメントが従来から広く用いられている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１には、フィラメントの材料として、タングステンの他にタンタルを利用することができることも記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３３４６６２号公報（段落００７４、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
フィラメントはその使用の際に通電加熱によって高温になる。特に、濃いプラズマを生成する際には、より高いフィラメント温度が必要になる。そのために、タングステンから成るフィラメントの場合は、その腐食が進行してその寿命が短くなるという課題がある。
【０００６】
これを詳述すると、タングステンは比較的安価であるのでフィラメントとしてよく使われているが、タングステンは熱電子放出効率があまり高くないので、濃いプラズマ生成のために多量の熱電子放出が必要な場合には、フィラメントを非常に高温（例えば２０００Ｋ程度またはそれ以上）に加熱しなければならない。
【０００７】
イオン源等におけるプラズマ生成のための原料ガスとしては、例えば三フッ化ホウ素（ＢＦ3 ）、ホスフィン（ＰＨ3 ）、アルシン（ＡsＨ3 ）等のような腐食性のガスが用いられることが多いが、そのような原料ガスを用いてプラズマを生成する場合に、フィラメントを上記のように非常な高温に加熱すると、フィラメントの腐食が著しく進行してしまい、フィラメントの寿命が極端に短くなる。
【０００８】
上記腐食の課題を解決するためには、熱電子放出効率の高い材料を用いてフィラメントの加熱温度を下げることが考えられる。そのような熱電子放出効率の高い材料として、特許文献１にも記載されているように、タンタルが知られている。
【０００９】
しかし、タンタルはタングステンに比べて剛性が小さいので、タンタルをフィラメントとして用いた場合、温度を上げると自重による撓みが大きく、そのためにフィラメントの形状や取り付け場所に制約が大きく、使用しにくいという別の課題がある。
【００１０】
これを詳述すると、タンタルはタングステンに比べて剛性が小さいので、一般的なフィラメント形状である直径数ｍｍ程度の線状にした場合、温度が上記のような加熱温度に上がった状態では、自重による撓みが大きくなる。フィラメントの撓みが大きいと、例えば、フィラメントの位置がずれるのでプラズマ生成の特性が変わることが起こる。極端な場合は、フィラメントがプラズマ生成容器の壁面に当たって正常な動作が困難になることも起こり得る。
【００１１】
そこでこの発明は、加熱して温度を上げたときのフィラメントの腐食および自重による撓みを抑制することを主たる目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明に係るフィラメントは、熱電子を放出するフィラメントであって、通電によって加熱されて熱電子を放出するフィラメント部と、筒状のものであってその中を前記フィラメント部が貫通していて前記フィラメント部によって支持されていて、前記フィラメント部からの熱によって加熱されて熱電子を放出する熱電子放出部とを備えており、前記熱電子放出部を構成する材料の方が前記フィラメント部を構成する材料よりも熱電子放射電流密度が大きく、かつ前記フィラメント部を構成する材料の方が前記熱電子放出部を構成する材料よりも剛性率が大きいことを特徴としている。
【００１３】
このフィラメントにおいては、熱電子放出部を構成する材料の熱電子放出効率が高いので、具体的には熱電子放出部を構成する材料の方がフィラメント部を構成する材料よりも熱電子放射電流密度が大きいので、当該フィラメントの加熱温度を下げても熱電子放出部から効率良く熱電子を放出させることができる。従って当該フィラメントの加熱温度を下げることが可能になり、それによって腐食性のガス雰囲気中で使用しても、加熱して温度を上げたときの当該フィラメントの腐食を抑制することができる。
【００１４】
しかも、熱電子放出部を、その材料よりも剛性率の大きい材料から成るフィラメント部によって支持している構造であるので、加熱して温度を上げたときの当該フィラメントの自重による撓みを抑制することができる。
【００１５】
材料を例示すると、前記フィラメント部はタングステンから成り、前記熱電子放出部はタンタルから成る。
【００１６】
前記熱電子放出部は、薄板を丸めて筒状にした構造をしていても良い。また、前記フィラメント部にかしめによって固定されていても良い。
【００１７】
この発明に係るイオン源は、プラズマ生成容器内において原料ガスを電離させてプラズマを生成し、当該プラズマからイオンビームを引き出すイオン源であって、プラズマ生成容器内に熱電子を放出する熱陰極として、上記のようなフィラメントを備えていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１、２に記載の発明によれば、熱電子放出部を構成する材料の熱電子放出効率が高いので、具体的には熱電子放出部を構成する材料の方がフィラメント部を構成する材料よりも熱電子放射電流密度が大きいので、当該フィラメントの加熱温度を下げても熱電子放出部から効率良く熱電子を放出させることができる。従って当該フィラメントの加熱温度を下げることが可能になり、それによって腐食性のガス雰囲気中で使用しても、加熱して温度を上げたときの当該フィラメントの腐食を抑制することができる。その結果、当該フィラメントの寿命を長くすることができる。
【００１９】
しかも、熱電子放出部を、その材料よりも剛性率の大きい材料から成るフィラメント部によって支持している構造であるので、加熱して温度を上げたときの当該フィラメントの自重による撓みを抑制することができる。その結果例えば、当該フィラメントを用いたプラズマ源等の、フィラメントの撓みによる特性変化等を抑制することができる。
【００２０】
請求項３に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、フィラメント部は熱電子放出部の移動範囲を制限する機能を有する曲がり部を備えているので、何らかの原因で熱電子放出部の位置がずれるようなことがあったとしても、その位置ずれの範囲を制限することができる。
【００２１】
請求項４に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、熱電子放出部は薄板を丸めて筒状にした構造をしているので、他の切削加工等によって筒状にしたものよりも製作が容易であり、従って熱電子放出部のコストひいては当該フィラメントのコストを下げることができる。
【００２２】
請求項５に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、熱電子放出部はフィラメント部にかしめによって固定されているので、熱電子放出部の位置ずれをより確実に防止することができる。その結果例えば、当該フィラメントを用いたプラズマ源等の、熱電子放出部の位置ずれによる特性変化を抑制することができる。
【００２３】
請求項６に記載の発明によれば、熱陰極として上記のようなフィラメントを備えているので、請求項１〜５に記載の発明について上述した効果と同様の効果を奏することができる。
【００２４】
請求項７に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、フィラメントの熱電子放出部はプラズマ生成容器内に位置しているフィラメント部の全域を覆っているので、熱電子放出部の支持部を兼ねているフィラメント部が、プラズマ生成容器内に存在していて腐食の原因となる原料ガスに曝されるのを防止することができる。その結果、フィラメント部が原料ガスによって腐食されて断線するのを抑制することができるので、フィラメントの寿命をより長くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】この発明に係るフィラメントの一実施形態を示す平面図である。
【図２】図１の線Ａ−Ａに沿う拡大断面の一例を示す図である。
【図３】フィラメントの熱電子放出部の他の例を示す斜視図であり、図１の線Ａ−Ａ方向に見たものに相当している。
【図４】この発明に係るフィラメントの他の実施形態を示す平面図である。
【図５】この発明に係るフィラメントの更に他の実施形態を示す平面図である。
【図６】この発明に係るフィラメントの更に他の実施形態を示す平面図である。
【図７】この発明に係るフィラメントの更に他の実施形態を示す平面図である。
【図８】この発明に係るフィラメントの更に他の実施形態を示す平面図である。
【図９】この発明に係るフィラメントの更に他の実施形態を示す平面図である。
【図１０】この発明に係るフィラメントの更に他の実施形態を示す平面図である。
【図１１】この発明に係るフィラメントの更に他の実施形態を示す平面図である。
【図１２】この発明に係るフィラメントを備えるイオン源の一実施形態を示す概略断面図である。
【図１３】この発明に係るフィラメントを備えるイオン源の他の実施形態を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
（１）フィラメントについて
図１は、この発明に係るフィラメントの一実施形態を示す平面図である。このフィラメント４は、熱電子を放出するものであり、例えば前述したようなプラズマ源、イオン源、スパッタリング装置等に用いられる。
【００２７】
このフィラメント４は、通電によって加熱されて熱電子を放出するフィラメント部６と、筒状のものであってその中をフィラメント部６が貫通している熱電子放出部８とを備えている。熱電子放出部８は、フィラメント部６によって支持されていて、フィラメント部６からの熱（主として輻射熱）によって加熱されて熱電子を放出する。即ちフィラメント部６は熱電子放出部８の支持部を兼ねている。
【００２８】
フィラメント部６の両端部付近は、電源（例えば図１２、図１３に示すフィラメント電源３６参照）等に接続するための接続端部１４になっている。
【００２９】
熱電子放出部８は、例えば、その横断面を図２に示すように、純然たる筒（管と呼ぶこともできる）でも良いし、図３に示す例のように、例えば厚さが０．３ｍｍ程度の薄板を丸めて筒状にした構造のものでも良い。図３中の符号１２は、丸めた際の合せ目である。また、薄板を丸めて筒状にする場合は、非常に薄い薄板を複数回巻いて筒状にしても良い。以上のことは後述する他の実施形態においても同様である。
【００３０】
熱電子放出部８を上記のように薄板を丸めて筒状にした構造にすると、他の切削加工等によって筒状にしたものよりも製作が容易であり、従って熱電子放出部８のコストひいては当該フィラメント４のコストを下げることができる。特に、後述するように熱電子放出部８がタンタルから成る場合、タンタルは切削加工のような加工が難しいので、薄板を丸めた筒状構造にすることによる上記効果は大きい。
【００３１】
更にこのフィラメント４においては、その熱電子放出部８を構成する材料の方がフィラメント部６を構成する材料よりも熱電子放射電流密度が大きく、かつフィラメント部６を構成する材料の方が熱電子放出部８を構成する材料よりも剛性率が大きい。
【００３２】
剛性率は、弾性率の一種であり、弾性体に弾性限界内でずれ応力を作用させたときの、ずれ応力とずれによる歪みとの比のことである。ずれ弾性率またはせん断弾性率とも呼ばれる。
【００３３】
材料を例示すると、フィラメント部６はタングステン（Ｗ）から成り、熱電子放出部８はタンタル（Ｔa ）から成る。
【００３４】
タングステンの熱電子放射電流密度は、例えば温度が２０００Ｋで約８．７Ａ／ｍ2 、２５００Ｋで約２．６×１０3 Ａ／ｍ2 である。タンタルの熱電子放射電流密度は、例えば温度が２０００Ｋで約９９０Ａ／ｍ2 、２５００Ｋで約１．９×１０4 Ａ／ｍ2 である。同じ温度ならば、タンタルの方がおよそ１桁大きい。
【００３５】
タングステンの剛性率は約１５７ＧＰａ（２７℃）であり、タンタルの剛性率は約６９．１ＧＰａ（２７℃）である。タングステンの方がおよそ２倍大きい。
【００３６】
フィラメント部６の平面形状は、この実施形態では一例としてＵ字状（換言すればヘアピン状。以下同様）をしているが、それに限られるものではなく、他の形状でも良い。目的や用途等に応じて決めれば良い。他の形状の例の幾つかを、図４〜図１１の実施形態に示す。このような所定の平面形状をしたフィラメント部６は、例えば、線状または棒状の材料を曲げることによって形成することができる。
【００３７】
フィラメント部６に設ける熱電子放出部８の数は、この実施形態では一例として二つの場合を示しているが、それに限られるものではなく、一つでも良いし、三つ以上でも良い。目的や用途等に応じて決めれば良い。後述する他の実施形態においても同様である。
【００３８】
フィラメント部６に対する熱電子放出部８の配置の仕方は、この実施形態では一例として、Ｕ字状のフィラメント部６の両方の直線部に熱電子放出部８をそれぞれ１個ずつ配置して、フィラメント部６の中心７に対して実質的に対称（左右対称）に熱電子放出部８を配置している。そのようにすれば、このフィラメント４から熱電子を対称性良く放出することができるけれども、必ず対称に配置しなければならないものではなく、片方だけに配置する等によって非対称に配置しても良い。目的や用途等に応じて決めれば良い。後述する他の実施形態においても同様である。
【００３９】
このフィラメント４においては、熱電子放出部８を構成する材料の熱電子放出効率が高いので、具体的には熱電子放出部８を構成する材料の方がフィラメント部６を構成する材料よりも熱電子放射電流密度が大きいので、当該フィラメント４の加熱温度を下げても熱電子放出部８から効率良く熱電子を放出させることができる。従って当該フィラメント４の加熱温度を下げることが可能になり、それによって腐食性のガス雰囲気中で使用しても、加熱して温度を上げたときの当該フィラメント４の腐食を抑制することができる。これは、温度が下がると腐食性のガスとフィラメント部６や熱電子放出部８との反応速度が大きく低下するからである。その結果、当該フィラメント４の寿命を長くすることができる。加熱温度を下げられることについての実験結果は後述する。
【００４０】
しかも、熱電子放出部８を、剛性の高いフィラメント部６によって支持している、より具体的には熱電子放出部８の材料よりも剛性率の大きい材料から成るフィラメント部６によって支持している構造であるので、加熱して温度を上げたときの当該フィラメント４の自重による撓みを抑制することができる。例えば、フィラメント４の全体をタンタルで形成している場合に比べて、高温に加熱した場合の自重による撓みを抑制することができる。その結果例えば、当該フィラメント４を用いたプラズマ源やイオン源等の、フィラメントの撓みによる特性変化等を抑制することができる。
【００４１】
また、上記フィラメント４の熱電子放出部８は筒状のものであるので、その内側に位置するフィラメント部６の全周から輻射熱を受けることができ、従って高温に加熱することが容易である。
【００４２】
また、筒状の熱電子放出部８とその内側のフィラメント部６との間には、通常は、僅かではあるけれども隙間１０が存在する。図２では拡大して図示しているので隙間１０が大きく表示されているが、実際はこのように大きくはない。図３の例のように薄板を丸めて筒状にした熱電子放出部８では、隙間１０は通常はごく僅かなものである。しかしいずれにしても、僅かではあるが隙間１０が存在し、しかも熱電子放出部８は筒状の一体物であるので、後述するように熱電子放出部８をかしめていない場合は、あるいはかしめる前は、熱電子放出部８をフィラメント部６に沿って移動させることができる。それによって例えば、プラズマ源やイオン源等におけるプラズマ分布の調整に役立てることができる。
【００４３】
これを詳述すると、熱電子はフィラメント部６からも放出されるが、熱電子放出部８からより多く放出される。前述したように、熱電子放出部８を構成する材料の方が熱電子放射電流密度が大きいからである。これを利用してプラズマ分布の状態を変化させることができる。即ち、プラズマ源やイオン源のプラズマ生成容器の容積やそれに導入される原料ガスの導入口の位置等によっては、所望のプラズマ分布を得るために、フィラメントから放出する熱電子の状態を変更することが必要になる場合があり得るが、この変更を熱電子放出部８をフィラメント部６に沿って移動させることで比較的簡単に行うことができるので、それによってプラズマ分布状態の調整に役立てることも可能である。
【００４４】
次に、フィラメント４の他の実施形態を図４〜図１１にそれぞれ示す。図１に示した実施形態と同一または相当する部分には同一符号を付し、以下においては図１に示したフィラメント４との相違点を主体に説明する。
【００４５】
図４に示すフィラメント４のように、フィラメント部６の平面形状を、全体としては概ねＵ字状だが接続端部１４に続く直線部の間隔を大きくした形状にしても良い。
【００４６】
図５に示すフィラメント４のように、フィラメント部６の平面形状をＭ字状にしても良い。
【００４７】
図６に示すフィラメント４のように、フィラメント部６の平面形状をコ字状にしても良い。
【００４８】
図７に示すフィラメント４のように、フィラメント部６の平面形状を、先の部分がＶ字状になった形状にしても良い。
【００４９】
図８に示すフィラメント４のように、フィラメント部６の平面形状を凸状にしても良い。
【００５０】
図９に示すフィラメント４のように、フィラメント部６の平面形状を凹状にしても良い。
【００５１】
図１０に示すフィラメント４のように、フィラメント部６の一部分を螺旋状にしても良い。
【００５２】
図１１に示すフィラメント４のように、フィラメント部６を直線状にしても良い。
【００５３】
図４〜図１１に示すフィラメント４においても、図示している熱電子放出部８の位置や数は一例であり、図示例のものに限られないことは、図１のフィラメント４について説明したのと同様である。例えば、実線で示した熱電子放出部８に加えて、あるいはそれの代わりに、二点鎖線で示した熱電子放出部８を設けても良い。
【００５４】
図１〜図１０に示したフィラメント４のフィラメント部６は、いずれも、一つまたは複数の曲がり部１６を有している。この曲がり部１６は、熱電子放出部８の移動範囲を制限する機能を有している。曲がり部１６で熱電子放出部８の移動が阻止されるからである。従って、何らかの原因で熱電子放出部８の位置がずれるようなことがあったとしても、その位置ずれの範囲を制限することができる。この点で、図１１に示す直線状のフィラメント４よりも有利である。
【００５５】
例えば、図１に示すフィラメント４では、熱電子放出部８に位置ずれが起こるとしても、曲がり部１６と接続端部１４との間の範囲Ｒ内でしか起こらない。同様に、図４に示すフィラメント４では熱電子放出部８を挟む二つの曲がり部１６間の範囲Ｒ内、図５に示すフィラメント４でも熱電子放出部８を挟む二つの曲がり部１６間の範囲Ｒ内でしか起こらない。図６〜図１０に示すフィラメント４においても同様である。
【００５６】
フィラメント部６が上記のような曲がり部１６を有している場合または有していない場合のいずれにおいても、熱電子放出部８をフィラメント部６にかしめ（カシメ）によって固定しておいても良い。熱電子放出部８が薄板を丸めて筒状にした構造をしている場合、前述したように上記隙間１０は通常はごく僅かであるので元々、熱電子放出部８の位置はずれにくいけれども、この場合も熱電子放出部８をフィラメント部６にかしめによって固定しておいても良い。熱電子放出部８をフィラメント部６にかしめによって固定しておくことによって、熱電子放出部８の位置ずれをより確実に防止することができる。その結果例えば、当該フィラメント４を用いたプラズマ源やイオン源等の、熱電子放出部８の位置ずれによる特性変化を抑制することができる。
【００５７】
（２）実験結果について
実施例のフィラメント４と従来のフィラメントを用いて、プラズマ生成容器内でアーク放電によってヘリウムプラズマを生成したときの、アーク電流、フィラメントへの投入パワーおよびフィラメントの温度を測定した実験結果の一例を表１に示す。
【００５８】
【表１】
【００５９】
上記実施例のフィラメント４は、図５に示したようなＭ字状のものであり、直径が１．２ｍｍ、線長が２２０ｍｍのタングステン線をＭ字状に成形して成るフィラメント部６の直線部の２箇所に、厚さ０．３ｍｍのタンタル薄板を丸めて筒状にして成る長さ２２ｍｍの熱電子放出部８を設けた構造をしている。上記従来のフィラメントは、上記実施例のフィラメント部６と同じ構成のフィラメント部のみから成る構造をしている。
【００６０】
アーク電流はプラズマの密度を表す指標となるものであり、この値が大きいほど濃いプラズマが生成されていることになる。フィラメントの温度は、フィラメントの代表的な箇所の温度であり、これはフィラメントへの投入パワーを元に熱輸送方程式により推測した。
【００６１】
上記表より、従来のフィラメントに比べて実施例のフィラメント４の方が、同じアーク電流を生じさせるのに必要な、即ち上述したように同じ密度のプラズマを生成するのに必要な温度が低いことが分かる。これは、前述したように熱電子放出部８を構成するタンタルの方がフィラメント部６を構成するタングステンよりも熱電子放射電流密度が大きく、実施例のフィラメント４はそのような熱電子放出部８を有しているからである。実施例のフィラメント４によれば、上記のようにその加熱温度を下げることができるので、前述したようにフィラメント４の腐食を抑制することができ、ひいてはフィラメント４の寿命を長くすることができる。
【００６２】
（３）イオン源について
上記各実施形態のフィラメント４は、イオン源のプラズマ生成容器内へ熱電子を放出する熱陰極として用いても良い。そのようにしたイオン源２０の一実施形態を図１２に示す。
【００６３】
このイオン源２０は、プラズマ生成容器２２内において原料ガスを電離させてプラズマ２８を生成し、当該プラズマ２８からイオンビーム３２を引き出すイオン源であり、プラズマ生成容器２２内に熱電子を放出する熱陰極として、前述したようなフィラメント４を備えている。
【００６４】
この図１２の実施形態では、一例として、フィラメント４は図１に示したＵ字状のものであるが、それに限られるものではなく、フィラメント４は、図４〜図１１等に示した他の実施形態のものでも良い（図１３も参照）。
【００６５】
プラズマ生成容器２２内へは、ガス導入口２４から例えば前述したような三フッ化ホウ素（ＢＦ3 ）、ホスフィン（ＰＨ3 ）、アルシン（ＡsＨ3 ）等の原料ガスが導入される。フィラメント４はフィラメント電源３６によって通電加熱される。３４は絶縁物である。フィラメント４と陽極を兼ねるプラズマ生成容器２２との間には、両者間でアーク放電を生じさせるアーク電源３８が接続されている。このイオン源２０は、フィラメント４からプラズマ生成容器２２内へ熱電子を放出させ、フィラメント４とプラズマ生成容器２２との間でアーク放電を生じさせて上記原料ガスを電離させてプラズマ２８を生成し、このプラズマ２８からイオン引出し口２６を通して引出し電極系３０によってイオンビーム３２を引き出すことができる。
【００６６】
このイオン源２０は、熱陰極として上記のようなフィラメント４を備えているので、各実施形態のフィラメント４について前述した効果と同様の効果を奏することができる。
【００６７】
上記のようなフィラメント４を用いる場合、当該フィラメント４の熱電子放出部８は、プラズマ生成容器２２内に位置しているフィラメント部６の全域を覆っていても良い。そのようにしたイオン源２０の一例を図１３に示す。図１２の例と同一または相当する部分には同一符号を付して、重複説明を省略する。フィラメント４の形状は、図１３に示す例のものに限られるものではない。
【００６８】
このイオン源２０においては、フィラメント４の熱電子放出部８はプラズマ生成容器２２内に位置しているフィラメント部６の全域を覆っているので、熱電子放出部８の支持部を兼ねているフィラメント部６が、プラズマ生成容器２２内に存在していて腐食の原因となる原料ガスに曝されるのを防止することができる。その結果、フィラメント部６が原料ガスによって腐食されて断線するのを抑制することができるので、フィラメント４の寿命をより長くすることができる。
【符号の説明】
【００６９】
４ フィラメント
６ フィラメント部
８ 熱電子放出部
１６ 曲がり部
２０ イオン源
２２ プラズマ生成容器
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば、プラズマ源、イオン源、スパッタリング装置等に用いられる熱電子放出用のフィラメントに関する。更には、当該フィラメントを備えているイオン源に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ源は、イオン源やスパッタリング装置等の様々なものに利用されている。プラズマ源におけるプラズマ生成に必要な熱電子放出源としては、タングステンから成る線材を所定の形状（例えばＵ字状）に曲げた構造をしていて、通電加熱によって熱電子を放出するフィラメントが従来から広く用いられている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１には、フィラメントの材料として、タングステンの他にタンタルを利用することができることも記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３３４６６２号公報（段落００７４、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
フィラメントはその使用の際に通電加熱によって高温になる。特に、濃いプラズマを生成する際には、より高いフィラメント温度が必要になる。そのために、タングステンから成るフィラメントの場合は、その腐食が進行してその寿命が短くなるという課題がある。
【０００６】
これを詳述すると、タングステンは比較的安価であるのでフィラメントとしてよく使われているが、タングステンは熱電子放出効率があまり高くないので、濃いプラズマ生成のために多量の熱電子放出が必要な場合には、フィラメントを非常に高温（例えば２０００Ｋ程度またはそれ以上）に加熱しなければならない。
【０００７】
イオン源等におけるプラズマ生成のための原料ガスとしては、例えば三フッ化ホウ素（ＢＦ3 ）、ホスフィン（ＰＨ3 ）、アルシン（ＡsＨ3 ）等のような腐食性のガスが用いられることが多いが、そのような原料ガスを用いてプラズマを生成する場合に、フィラメントを上記のように非常な高温に加熱すると、フィラメントの腐食が著しく進行してしまい、フィラメントの寿命が極端に短くなる。
【０００８】
上記腐食の課題を解決するためには、熱電子放出効率の高い材料を用いてフィラメントの加熱温度を下げることが考えられる。そのような熱電子放出効率の高い材料として、特許文献１にも記載されているように、タンタルが知られている。
【０００９】
しかし、タンタルはタングステンに比べて剛性が小さいので、タンタルをフィラメントとして用いた場合、温度を上げると自重による撓みが大きく、そのためにフィラメントの形状や取り付け場所に制約が大きく、使用しにくいという別の課題がある。
【００１０】
これを詳述すると、タンタルはタングステンに比べて剛性が小さいので、一般的なフィラメント形状である直径数ｍｍ程度の線状にした場合、温度が上記のような加熱温度に上がった状態では、自重による撓みが大きくなる。フィラメントの撓みが大きいと、例えば、フィラメントの位置がずれるのでプラズマ生成の特性が変わることが起こる。極端な場合は、フィラメントがプラズマ生成容器の壁面に当たって正常な動作が困難になることも起こり得る。
【００１１】
そこでこの発明は、加熱して温度を上げたときのフィラメントの腐食および自重による撓みを抑制することを主たる目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明に係るフィラメントは、熱電子を放出するフィラメントであって、通電によって加熱されて熱電子を放出するフィラメント部と、筒状のものであってその中を前記フィラメント部が貫通していて前記フィラメント部によって支持されていて、前記フィラメント部からの熱によって加熱されて熱電子を放出する熱電子放出部とを備えており、前記熱電子放出部を構成する材料の方が前記フィラメント部を構成する材料よりも熱電子放射電流密度が大きく、かつ前記フィラメント部を構成する材料の方が前記熱電子放出部を構成する材料よりも剛性率が大きいことを特徴としている。
【００１３】
このフィラメントにおいては、熱電子放出部を構成する材料の熱電子放出効率が高いので、具体的には熱電子放出部を構成する材料の方がフィラメント部を構成する材料よりも熱電子放射電流密度が大きいので、当該フィラメントの加熱温度を下げても熱電子放出部から効率良く熱電子を放出させることができる。従って当該フィラメントの加熱温度を下げることが可能になり、それによって腐食性のガス雰囲気中で使用しても、加熱して温度を上げたときの当該フィラメントの腐食を抑制することができる。
【００１４】
しかも、熱電子放出部を、その材料よりも剛性率の大きい材料から成るフィラメント部によって支持している構造であるので、加熱して温度を上げたときの当該フィラメントの自重による撓みを抑制することができる。
【００１５】
材料を例示すると、前記フィラメント部はタングステンから成り、前記熱電子放出部はタンタルから成る。
【００１６】
前記熱電子放出部は、薄板を丸めて筒状にした構造をしていても良い。また、前記フィラメント部にかしめによって固定されていても良い。
【００１７】
この発明に係るイオン源は、プラズマ生成容器内において原料ガスを電離させてプラズマを生成し、当該プラズマからイオンビームを引き出すイオン源であって、プラズマ生成容器内に熱電子を放出する熱陰極として、上記のようなフィラメントを備えていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１、２に記載の発明によれば、熱電子放出部を構成する材料の熱電子放出効率が高いので、具体的には熱電子放出部を構成する材料の方がフィラメント部を構成する材料よりも熱電子放射電流密度が大きいので、当該フィラメントの加熱温度を下げても熱電子放出部から効率良く熱電子を放出させることができる。従って当該フィラメントの加熱温度を下げることが可能になり、それによって腐食性のガス雰囲気中で使用しても、加熱して温度を上げたときの当該フィラメントの腐食を抑制することができる。その結果、当該フィラメントの寿命を長くすることができる。
【００１９】
しかも、熱電子放出部を、その材料よりも剛性率の大きい材料から成るフィラメント部によって支持している構造であるので、加熱して温度を上げたときの当該フィラメントの自重による撓みを抑制することができる。その結果例えば、当該フィラメントを用いたプラズマ源等の、フィラメントの撓みによる特性変化等を抑制することができる。
【００２０】
請求項３に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、フィラメント部は熱電子放出部の移動範囲を制限する機能を有する曲がり部を備えているので、何らかの原因で熱電子放出部の位置がずれるようなことがあったとしても、その位置ずれの範囲を制限することができる。
【００２１】
請求項４に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、熱電子放出部は薄板を丸めて筒状にした構造をしているので、他の切削加工等によって筒状にしたものよりも製作が容易であり、従って熱電子放出部のコストひいては当該フィラメントのコストを下げることができる。
【００２２】
請求項５に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、熱電子放出部はフィラメント部にかしめによって固定されているので、熱電子放出部の位置ずれをより確実に防止することができる。その結果例えば、当該フィラメントを用いたプラズマ源等の、熱電子放出部の位置ずれによる特性変化を抑制することができる。
【００２３】
請求項６に記載の発明によれば、熱陰極として上記のようなフィラメントを備えているので、請求項１〜５に記載の発明について上述した効果と同様の効果を奏することができる。
【００２４】
請求項７に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、フィラメントの熱電子放出部はプラズマ生成容器内に位置しているフィラメント部の全域を覆っているので、熱電子放出部の支持部を兼ねているフィラメント部が、プラズマ生成容器内に存在していて腐食の原因となる原料ガスに曝されるのを防止することができる。その結果、フィラメント部が原料ガスによって腐食されて断線するのを抑制することができるので、フィラメントの寿命をより長くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】この発明に係るフィラメントの一実施形態を示す平面図である。
【図２】図１の線Ａ−Ａに沿う拡大断面の一例を示す図である。
【図３】フィラメントの熱電子放出部の他の例を示す斜視図であり、図１の線Ａ−Ａ方向に見たものに相当している。
【図４】この発明に係るフィラメントの他の実施形態を示す平面図である。
【図５】この発明に係るフィラメントの更に他の実施形態を示す平面図である。
【図６】この発明に係るフィラメントの更に他の実施形態を示す平面図である。
【図７】この発明に係るフィラメントの更に他の実施形態を示す平面図である。
【図８】この発明に係るフィラメントの更に他の実施形態を示す平面図である。
【図９】この発明に係るフィラメントの更に他の実施形態を示す平面図である。
【図１０】この発明に係るフィラメントの更に他の実施形態を示す平面図である。
【図１１】この発明に係るフィラメントの更に他の実施形態を示す平面図である。
【図１２】この発明に係るフィラメントを備えるイオン源の一実施形態を示す概略断面図である。
【図１３】この発明に係るフィラメントを備えるイオン源の他の実施形態を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
（１）フィラメントについて
図１は、この発明に係るフィラメントの一実施形態を示す平面図である。このフィラメント４は、熱電子を放出するものであり、例えば前述したようなプラズマ源、イオン源、スパッタリング装置等に用いられる。
【００２７】
このフィラメント４は、通電によって加熱されて熱電子を放出するフィラメント部６と、筒状のものであってその中をフィラメント部６が貫通している熱電子放出部８とを備えている。熱電子放出部８は、フィラメント部６によって支持されていて、フィラメント部６からの熱（主として輻射熱）によって加熱されて熱電子を放出する。即ちフィラメント部６は熱電子放出部８の支持部を兼ねている。
【００２８】
フィラメント部６の両端部付近は、電源（例えば図１２、図１３に示すフィラメント電源３６参照）等に接続するための接続端部１４になっている。
【００２９】
熱電子放出部８は、例えば、その横断面を図２に示すように、純然たる筒（管と呼ぶこともできる）でも良いし、図３に示す例のように、例えば厚さが０．３ｍｍ程度の薄板を丸めて筒状にした構造のものでも良い。図３中の符号１２は、丸めた際の合せ目である。また、薄板を丸めて筒状にする場合は、非常に薄い薄板を複数回巻いて筒状にしても良い。以上のことは後述する他の実施形態においても同様である。
【００３０】
熱電子放出部８を上記のように薄板を丸めて筒状にした構造にすると、他の切削加工等によって筒状にしたものよりも製作が容易であり、従って熱電子放出部８のコストひいては当該フィラメント４のコストを下げることができる。特に、後述するように熱電子放出部８がタンタルから成る場合、タンタルは切削加工のような加工が難しいので、薄板を丸めた筒状構造にすることによる上記効果は大きい。
【００３１】
更にこのフィラメント４においては、その熱電子放出部８を構成する材料の方がフィラメント部６を構成する材料よりも熱電子放射電流密度が大きく、かつフィラメント部６を構成する材料の方が熱電子放出部８を構成する材料よりも剛性率が大きい。
【００３２】
剛性率は、弾性率の一種であり、弾性体に弾性限界内でずれ応力を作用させたときの、ずれ応力とずれによる歪みとの比のことである。ずれ弾性率またはせん断弾性率とも呼ばれる。
【００３３】
材料を例示すると、フィラメント部６はタングステン（Ｗ）から成り、熱電子放出部８はタンタル（Ｔa ）から成る。
【００３４】
タングステンの熱電子放射電流密度は、例えば温度が２０００Ｋで約８．７Ａ／ｍ2 、２５００Ｋで約２．６×１０3 Ａ／ｍ2 である。タンタルの熱電子放射電流密度は、例えば温度が２０００Ｋで約９９０Ａ／ｍ2 、２５００Ｋで約１．９×１０4 Ａ／ｍ2 である。同じ温度ならば、タンタルの方がおよそ１桁大きい。
【００３５】
タングステンの剛性率は約１５７ＧＰａ（２７℃）であり、タンタルの剛性率は約６９．１ＧＰａ（２７℃）である。タングステンの方がおよそ２倍大きい。
【００３６】
フィラメント部６の平面形状は、この実施形態では一例としてＵ字状（換言すればヘアピン状。以下同様）をしているが、それに限られるものではなく、他の形状でも良い。目的や用途等に応じて決めれば良い。他の形状の例の幾つかを、図４〜図１１の実施形態に示す。このような所定の平面形状をしたフィラメント部６は、例えば、線状または棒状の材料を曲げることによって形成することができる。
【００３７】
フィラメント部６に設ける熱電子放出部８の数は、この実施形態では一例として二つの場合を示しているが、それに限られるものではなく、一つでも良いし、三つ以上でも良い。目的や用途等に応じて決めれば良い。後述する他の実施形態においても同様である。
【００３８】
フィラメント部６に対する熱電子放出部８の配置の仕方は、この実施形態では一例として、Ｕ字状のフィラメント部６の両方の直線部に熱電子放出部８をそれぞれ１個ずつ配置して、フィラメント部６の中心７に対して実質的に対称（左右対称）に熱電子放出部８を配置している。そのようにすれば、このフィラメント４から熱電子を対称性良く放出することができるけれども、必ず対称に配置しなければならないものではなく、片方だけに配置する等によって非対称に配置しても良い。目的や用途等に応じて決めれば良い。後述する他の実施形態においても同様である。
【００３９】
このフィラメント４においては、熱電子放出部８を構成する材料の熱電子放出効率が高いので、具体的には熱電子放出部８を構成する材料の方がフィラメント部６を構成する材料よりも熱電子放射電流密度が大きいので、当該フィラメント４の加熱温度を下げても熱電子放出部８から効率良く熱電子を放出させることができる。従って当該フィラメント４の加熱温度を下げることが可能になり、それによって腐食性のガス雰囲気中で使用しても、加熱して温度を上げたときの当該フィラメント４の腐食を抑制することができる。これは、温度が下がると腐食性のガスとフィラメント部６や熱電子放出部８との反応速度が大きく低下するからである。その結果、当該フィラメント４の寿命を長くすることができる。加熱温度を下げられることについての実験結果は後述する。
【００４０】
しかも、熱電子放出部８を、剛性の高いフィラメント部６によって支持している、より具体的には熱電子放出部８の材料よりも剛性率の大きい材料から成るフィラメント部６によって支持している構造であるので、加熱して温度を上げたときの当該フィラメント４の自重による撓みを抑制することができる。例えば、フィラメント４の全体をタンタルで形成している場合に比べて、高温に加熱した場合の自重による撓みを抑制することができる。その結果例えば、当該フィラメント４を用いたプラズマ源やイオン源等の、フィラメントの撓みによる特性変化等を抑制することができる。
【００４１】
また、上記フィラメント４の熱電子放出部８は筒状のものであるので、その内側に位置するフィラメント部６の全周から輻射熱を受けることができ、従って高温に加熱することが容易である。
【００４２】
また、筒状の熱電子放出部８とその内側のフィラメント部６との間には、通常は、僅かではあるけれども隙間１０が存在する。図２では拡大して図示しているので隙間１０が大きく表示されているが、実際はこのように大きくはない。図３の例のように薄板を丸めて筒状にした熱電子放出部８では、隙間１０は通常はごく僅かなものである。しかしいずれにしても、僅かではあるが隙間１０が存在し、しかも熱電子放出部８は筒状の一体物であるので、後述するように熱電子放出部８をかしめていない場合は、あるいはかしめる前は、熱電子放出部８をフィラメント部６に沿って移動させることができる。それによって例えば、プラズマ源やイオン源等におけるプラズマ分布の調整に役立てることができる。
【００４３】
これを詳述すると、熱電子はフィラメント部６からも放出されるが、熱電子放出部８からより多く放出される。前述したように、熱電子放出部８を構成する材料の方が熱電子放射電流密度が大きいからである。これを利用してプラズマ分布の状態を変化させることができる。即ち、プラズマ源やイオン源のプラズマ生成容器の容積やそれに導入される原料ガスの導入口の位置等によっては、所望のプラズマ分布を得るために、フィラメントから放出する熱電子の状態を変更することが必要になる場合があり得るが、この変更を熱電子放出部８をフィラメント部６に沿って移動させることで比較的簡単に行うことができるので、それによってプラズマ分布状態の調整に役立てることも可能である。
【００４４】
次に、フィラメント４の他の実施形態を図４〜図１１にそれぞれ示す。図１に示した実施形態と同一または相当する部分には同一符号を付し、以下においては図１に示したフィラメント４との相違点を主体に説明する。
【００４５】
図４に示すフィラメント４のように、フィラメント部６の平面形状を、全体としては概ねＵ字状だが接続端部１４に続く直線部の間隔を大きくした形状にしても良い。
【００４６】
図５に示すフィラメント４のように、フィラメント部６の平面形状をＭ字状にしても良い。
【００４７】
図６に示すフィラメント４のように、フィラメント部６の平面形状をコ字状にしても良い。
【００４８】
図７に示すフィラメント４のように、フィラメント部６の平面形状を、先の部分がＶ字状になった形状にしても良い。
【００４９】
図８に示すフィラメント４のように、フィラメント部６の平面形状を凸状にしても良い。
【００５０】
図９に示すフィラメント４のように、フィラメント部６の平面形状を凹状にしても良い。
【００５１】
図１０に示すフィラメント４のように、フィラメント部６の一部分を螺旋状にしても良い。
【００５２】
図１１に示すフィラメント４のように、フィラメント部６を直線状にしても良い。
【００５３】
図４〜図１１に示すフィラメント４においても、図示している熱電子放出部８の位置や数は一例であり、図示例のものに限られないことは、図１のフィラメント４について説明したのと同様である。例えば、実線で示した熱電子放出部８に加えて、あるいはそれの代わりに、二点鎖線で示した熱電子放出部８を設けても良い。
【００５４】
図１〜図１０に示したフィラメント４のフィラメント部６は、いずれも、一つまたは複数の曲がり部１６を有している。この曲がり部１６は、熱電子放出部８の移動範囲を制限する機能を有している。曲がり部１６で熱電子放出部８の移動が阻止されるからである。従って、何らかの原因で熱電子放出部８の位置がずれるようなことがあったとしても、その位置ずれの範囲を制限することができる。この点で、図１１に示す直線状のフィラメント４よりも有利である。
【００５５】
例えば、図１に示すフィラメント４では、熱電子放出部８に位置ずれが起こるとしても、曲がり部１６と接続端部１４との間の範囲Ｒ内でしか起こらない。同様に、図４に示すフィラメント４では熱電子放出部８を挟む二つの曲がり部１６間の範囲Ｒ内、図５に示すフィラメント４でも熱電子放出部８を挟む二つの曲がり部１６間の範囲Ｒ内でしか起こらない。図６〜図１０に示すフィラメント４においても同様である。
【００５６】
フィラメント部６が上記のような曲がり部１６を有している場合または有していない場合のいずれにおいても、熱電子放出部８をフィラメント部６にかしめ（カシメ）によって固定しておいても良い。熱電子放出部８が薄板を丸めて筒状にした構造をしている場合、前述したように上記隙間１０は通常はごく僅かであるので元々、熱電子放出部８の位置はずれにくいけれども、この場合も熱電子放出部８をフィラメント部６にかしめによって固定しておいても良い。熱電子放出部８をフィラメント部６にかしめによって固定しておくことによって、熱電子放出部８の位置ずれをより確実に防止することができる。その結果例えば、当該フィラメント４を用いたプラズマ源やイオン源等の、熱電子放出部８の位置ずれによる特性変化を抑制することができる。
【００５７】
（２）実験結果について
実施例のフィラメント４と従来のフィラメントを用いて、プラズマ生成容器内でアーク放電によってヘリウムプラズマを生成したときの、アーク電流、フィラメントへの投入パワーおよびフィラメントの温度を測定した実験結果の一例を表１に示す。
【００５８】
【表１】
【００５９】
上記実施例のフィラメント４は、図５に示したようなＭ字状のものであり、直径が１．２ｍｍ、線長が２２０ｍｍのタングステン線をＭ字状に成形して成るフィラメント部６の直線部の２箇所に、厚さ０．３ｍｍのタンタル薄板を丸めて筒状にして成る長さ２２ｍｍの熱電子放出部８を設けた構造をしている。上記従来のフィラメントは、上記実施例のフィラメント部６と同じ構成のフィラメント部のみから成る構造をしている。
【００６０】
アーク電流はプラズマの密度を表す指標となるものであり、この値が大きいほど濃いプラズマが生成されていることになる。フィラメントの温度は、フィラメントの代表的な箇所の温度であり、これはフィラメントへの投入パワーを元に熱輸送方程式により推測した。
【００６１】
上記表より、従来のフィラメントに比べて実施例のフィラメント４の方が、同じアーク電流を生じさせるのに必要な、即ち上述したように同じ密度のプラズマを生成するのに必要な温度が低いことが分かる。これは、前述したように熱電子放出部８を構成するタンタルの方がフィラメント部６を構成するタングステンよりも熱電子放射電流密度が大きく、実施例のフィラメント４はそのような熱電子放出部８を有しているからである。実施例のフィラメント４によれば、上記のようにその加熱温度を下げることができるので、前述したようにフィラメント４の腐食を抑制することができ、ひいてはフィラメント４の寿命を長くすることができる。
【００６２】
（３）イオン源について
上記各実施形態のフィラメント４は、イオン源のプラズマ生成容器内へ熱電子を放出する熱陰極として用いても良い。そのようにしたイオン源２０の一実施形態を図１２に示す。
【００６３】
このイオン源２０は、プラズマ生成容器２２内において原料ガスを電離させてプラズマ２８を生成し、当該プラズマ２８からイオンビーム３２を引き出すイオン源であり、プラズマ生成容器２２内に熱電子を放出する熱陰極として、前述したようなフィラメント４を備えている。
【００６４】
この図１２の実施形態では、一例として、フィラメント４は図１に示したＵ字状のものであるが、それに限られるものではなく、フィラメント４は、図４〜図１１等に示した他の実施形態のものでも良い（図１３も参照）。
【００６５】
プラズマ生成容器２２内へは、ガス導入口２４から例えば前述したような三フッ化ホウ素（ＢＦ3 ）、ホスフィン（ＰＨ3 ）、アルシン（ＡsＨ3 ）等の原料ガスが導入される。フィラメント４はフィラメント電源３６によって通電加熱される。３４は絶縁物である。フィラメント４と陽極を兼ねるプラズマ生成容器２２との間には、両者間でアーク放電を生じさせるアーク電源３８が接続されている。このイオン源２０は、フィラメント４からプラズマ生成容器２２内へ熱電子を放出させ、フィラメント４とプラズマ生成容器２２との間でアーク放電を生じさせて上記原料ガスを電離させてプラズマ２８を生成し、このプラズマ２８からイオン引出し口２６を通して引出し電極系３０によってイオンビーム３２を引き出すことができる。
【００６６】
このイオン源２０は、熱陰極として上記のようなフィラメント４を備えているので、各実施形態のフィラメント４について前述した効果と同様の効果を奏することができる。
【００６７】
上記のようなフィラメント４を用いる場合、当該フィラメント４の熱電子放出部８は、プラズマ生成容器２２内に位置しているフィラメント部６の全域を覆っていても良い。そのようにしたイオン源２０の一例を図１３に示す。図１２の例と同一または相当する部分には同一符号を付して、重複説明を省略する。フィラメント４の形状は、図１３に示す例のものに限られるものではない。
【００６８】
このイオン源２０においては、フィラメント４の熱電子放出部８はプラズマ生成容器２２内に位置しているフィラメント部６の全域を覆っているので、熱電子放出部８の支持部を兼ねているフィラメント部６が、プラズマ生成容器２２内に存在していて腐食の原因となる原料ガスに曝されるのを防止することができる。その結果、フィラメント部６が原料ガスによって腐食されて断線するのを抑制することができるので、フィラメント４の寿命をより長くすることができる。
【符号の説明】
【００６９】
４ フィラメント
６ フィラメント部
８ 熱電子放出部
１６ 曲がり部
２０ イオン源
２２ プラズマ生成容器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱電子を放出するフィラメントであって、
通電によって加熱されて熱電子を放出するフィラメント部と、
筒状のものであってその中を前記フィラメント部が貫通していて前記フィラメント部によって支持されていて、前記フィラメント部からの熱によって加熱されて熱電子を放出する熱電子放出部とを備えており、
前記熱電子放出部を構成する材料の方が前記フィラメント部を構成する材料よりも熱電子放射電流密度が大きく、
かつ前記フィラメント部を構成する材料の方が前記熱電子放出部を構成する材料よりも剛性率が大きいことを特徴とするフィラメント。
【請求項２】
前記フィラメント部はタングステンから成り、前記熱電子放出部はタンタルから成る請求項１記載のフィラメント。
【請求項３】
前記フィラメント部は、前記熱電子放出部の移動範囲を制限する機能を有する曲がり部を備えている請求項１または２記載のフィラメント。
【請求項４】
前記熱電子放出部は、薄板を丸めて筒状にした構造をしている請求項１、２または３記載のフィラメント。
【請求項５】
前記熱電子放出部は、前記フィラメント部にかしめによって固定されている請求項１ないし４のいずれかに記載のフィラメント。
【請求項６】
プラズマ生成容器内において原料ガスを電離させてプラズマを生成し、当該プラズマからイオンビームを引き出すイオン源であって、
前記プラズマ生成容器内に熱電子を放出する熱陰極として、請求項１ないし５のいずれかに記載のフィラメントを備えていることを特徴とするイオン源。
【請求項７】
前記フィラメントの前記熱電子放出部は、前記プラズマ生成容器内に位置している前記フィラメント部の全域を覆っている請求項６記載のイオン源。
【請求項１】
熱電子を放出するフィラメントであって、
通電によって加熱されて熱電子を放出するフィラメント部と、
筒状のものであってその中を前記フィラメント部が貫通していて前記フィラメント部によって支持されていて、前記フィラメント部からの熱によって加熱されて熱電子を放出する熱電子放出部とを備えており、
前記熱電子放出部を構成する材料の方が前記フィラメント部を構成する材料よりも熱電子放射電流密度が大きく、
かつ前記フィラメント部を構成する材料の方が前記熱電子放出部を構成する材料よりも剛性率が大きいことを特徴とするフィラメント。
【請求項２】
前記フィラメント部はタングステンから成り、前記熱電子放出部はタンタルから成る請求項１記載のフィラメント。
【請求項３】
前記フィラメント部は、前記熱電子放出部の移動範囲を制限する機能を有する曲がり部を備えている請求項１または２記載のフィラメント。
【請求項４】
前記熱電子放出部は、薄板を丸めて筒状にした構造をしている請求項１、２または３記載のフィラメント。
【請求項５】
前記熱電子放出部は、前記フィラメント部にかしめによって固定されている請求項１ないし４のいずれかに記載のフィラメント。
【請求項６】
プラズマ生成容器内において原料ガスを電離させてプラズマを生成し、当該プラズマからイオンビームを引き出すイオン源であって、
前記プラズマ生成容器内に熱電子を放出する熱陰極として、請求項１ないし５のいずれかに記載のフィラメントを備えていることを特徴とするイオン源。
【請求項７】
前記フィラメントの前記熱電子放出部は、前記プラズマ生成容器内に位置している前記フィラメント部の全域を覆っている請求項６記載のイオン源。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１０−２８７４１５（Ｐ２０１０−２８７４１５Ａ）
【公開日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１３９９２３（Ｐ２００９−１３９９２３）
【出願日】平成２１年６月１１日（２００９．６．１１）
【出願人】（３０２０５４８６６）日新イオン機器株式会社 (161)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月１１日（２００９．６．１１）
【出願人】（３０２０５４８６６）日新イオン機器株式会社 (161)
【Ｆターム（参考）】
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