以下に、添付の図面に示す好適実施形態に� ��づいて、本発明のイオン源を詳細に説明す� ��。図1は、本発明のイオン源の一実施形態の 構成を示す図である。
 イオン源1は、原料ガスGを供給し放電する� �とによりプラズマPを生成し、このプラズマP からイオンを引き出すことによりイオビーム Bを生成するバーナス源である。イオン源1は� ��図1に示すように、プラズマ容器10、フィラ� ��ント12、反射板14,16、原料ガス供給口18、イ� ��ンビーム引出口20、引出電極22,24、および磁 石26,28を有する。プラズマ容器10は、図示さ� �ないイオン注入装置の減圧容器内に収納さ� �、プラズマ容器10内で10 ^-2 ~10 ^-3 (Pa)に減圧された状態となっている。

 プラズマ容器10は、直方体形状の内部空� �を有する放電箱である。プラズマ容器10は、 耐高温性を有する導電性材料で構成されてい る。本発明においては、内部空間は、直方体 形状に限定されず、多角柱形状や円柱形状で あってもよい。円柱形状の場合、本発明にお ける壁面は、接平面を意味する。

 プラズマ容器10の内部空間の壁面から、内� �空間に突出するフィラメント12が立設してい る。フィラメント12は、イオンビーム引出口2 0が設けられる壁面30に対向する壁面32から立� ��している。フィラメント12は、タングステ� �、モリブデン、タングステンまたはモリブ� �ンを主成分とする合金の中から選択された� �属で構成される。特に、耐摩耗性の点から� �ングステンで構成することが好ましい。
プラズマ容器10は、一方向(図1中の水平方向)� ��長く、この長手方向は、磁石26,28の配置方� �と一致している。

 このようにフィラメント12の立設する壁� �を、イオンビーム引出口20が設けられる壁面 (第1の壁面)30に対向する壁面(第2の壁面)32と� �るのは、磁石26と磁石28間の距離を広げるこ� ��なく、プラズマ容器10を長手方向に拡大す� �ことができるためである。すなわち、従来� �ように、磁石26,28の配置方向に面する壁面、 すなわち、プラズマ容器10の長手方向の端部� ��壁面からフィラメント12を内部空間に立設� �せた場合、プラズマ容器10の長手方向の端部 にフィラメント支持部材や絶縁部材等の配置 スペースが必要となる。このため、イオン源 1のように、イオンビーム引出口20が設けられ る壁面30に対向する壁面32からフィラメント12 を立設することにより、フィラメント支持部 材や絶遠部材等の配置スペースを不要とする ので、この不要な配置スペースを、プラズマ 容器10の長手方向の寸法の拡大に用いること� ��できる。

 さらに、フィラメント12の熱伝導による熱� �失の低減のために、フィラメント12のプラズ マ容器10を通る脚部の長さを調整することや� ��フィラメントの脚部における堆積物の付着� ��止のためのスリーブ管の設置を、プラズマ� ��器10のサイズとは独立して自由に行うこと� �できる。
 このように、イオンビーム引出口20の壁面30 と対向する壁面32からフィラメント12が立設� �る。このとき、フィラメント12の先端部は壁 面30に対して2~3mmの範囲内で近接させる。こ� �により、イオンビーム引出口20近傍において プラズマPの密度を増大させ、イオンビームB� ��電流を増大させることができる。

 なお、本発明においては、イオンビーム引� ��口20が設けられる壁面30に対向する壁面32か� ��フィラメント12を立設させる構成に限られ� �い。図1の紙面に平行な面を備える壁面から� ��ィラメント12を立設させることもできる。� �発明において、フィラメント12は、イオンビ ーム引出口(開口部)20が設けられる壁面30の向 く方向(壁面30の垂線方向)と異なる方向に向� �、一対の磁石26,28間の配置方向に沿って延び る壁面から、一対の磁石26,28の配置方向と異� ��る方向に立設していればよい。しかし、イ� ��ンビーム引出口20から最も遠い壁面32にフィ ラメント12を設ける構成が、フィラメント12� �流れる電流がイオンビームBに与える影響を� ��小にする点で好ましい。
 フィラメント12は、さらに、ループ形状を� �して構成される。この点は、後述する。

 フィラメント12の対面側および背面側、� �なわち、プラズマ容器10の内部空間の磁石26, 28の配置方向の両端部の壁面には、反射板14,1 6が設けられている。反射板14,16は、耐高温性 を有する金属製部材からなり、図示されない クランプ部材や絶縁部材を介してプラズマ容 器10に固定されて設けられる。反射板14,16は� �プラズマ容器10の内部空間の断面を略占有す るように設けられている。

 プラズマ容器10の壁面31には、原料ガス供 給口18が設けられる。所望の原料ガスが、図� ��されない制御バルブにより一定の流量に制� ��されて、プラズマ容器10の内部空間に導入� �れる。

 プラズマ容器10の外側には、壁面30に設けら れたイオンビーム引出口20に対向するように� ��出電極22,24が設けられている。引出電極22,24 は、イオン引出口20と同様の形状の開口部を� ��え、図示されない絶縁部材を介して、プラ� ��マ容器10に対して精密に位置決めされて固� �されている。引出電極22,24は、イオンビーム Bに曝される機会が多いため、高融点で耐熱� �の高い材料を用いることが好ましい。例え� �、グラファイト、タングステン、モリブデ� �等を用いることができるが、経済性及び加� �性の点で、グラファイトが好適に用いられ� �。イオンビームBは、プラズマ容器10の壁面30 と引出電極22間の電位差により、プラズマPか らイオンが分離され引き出されて、イオンビ ームBが形成される。
 引出電極22,24間には数1000Vの電圧が印加され る。イオンビームBが壁面等に衝突して生成� �れる低速な電子が、イオンビームBの電荷に� ��り捕捉され、滞留して分布しているが、上� ��数1000Vの電圧を引出電極22,24間に印加するこ とにより、引出電極22と引出電極24との間の� �位差により上記電子がプラズマ容器10の外側 壁面に照射されるのを防止することができる 。

 プラズマ容器10の外側には、一対の磁石26 ,28が設けられ、プラズマ容器10内の磁場を、� ��石26,28の配置方向に沿って略均一(磁場の変� ��は数%以内)になるように、磁石26,28が配置さ れ、さらに磁石の形状が定められている。磁 石26,28には、磁力線がプラズマ容器10の長手� �向の一方の端から他方の端へ通過するよう� �、N極、S極が配され、磁石26,28は透磁率の高� ��電磁軟鉄等で作製された図示されないリタ� ��ンヨークで、磁石26,28の外側が繋がってい� �。磁石26,28は、永久磁石または電磁石が用い られる。しかし、磁場を調整可能とするため には、電磁石を用いることが好ましい。

 フィラメント12には、熱電子を放出可能な� �うに、フィラメント電源33が接続されている 。フィラメント電源33の正極及び負極がフィ� ��メント12と接続され、フィラメント12に数100 Aの電流を流す。これによって、フィラメン� �12を加熱して熱電子を放出させる。フィラメ ント電源33の正極は、反射板14,16に接続され� �いる。
 さらに、フィラメント電源33の負極とプラ� �マ容器10との間には、アーク放電電源34が接� ��され、プラズマ容器10に数10~数100Vのアーク� ��圧が印加される。

 電源36は、イオンビームBを引き出すため� ��引き出し電源であり、正極はプラズマ容器1 0に接続され、負極は引出電極24に接続され、 数千V~数十万Vの電圧が印加される。さらに、 引出電極22と引出電極24との間に電圧を設定� �、電子がプラズマ容器10の外側壁面を照射し ないように、引出電極22と引出電極24との間� �数1000Vの電圧を印加する電源38が接続されて� ��る。

 フィラメント電源33の電流及びアーク放� �電源34のアーク電圧は、イオンビームBの電� �が安定するように、図示されない制御装置� �よって調整される。あるいは、フィラメン� �電源33を流れる電流と電源36を流れる電流と� ��、図示されない制御装置によって調整され� ��。フィラメント電源33を流れる電流と電源36 を流れる電流の調整を行う方が、簡単に調整 できる点で好ましい。

 このようなイオン源1において、フィラメン ト12は、図2(a),(b)に示すように、フィラメン� �12の中央部でループ形状40を成すように折り� ��されている。ループ形状40を成す面に対し� �垂直方向から見たとき、ループ形状40の基部 42で接触することなくX状に交差した部分を有 する。フィラメント12のループ形状40を成す� �は、図1に示す磁石26,28の磁場の向きに対し� �略垂直、実質的に垂直である。さらに、ル� �プ形状40のループサイズは、反射板14,16のサ� ��ズより小さい。これは、フィラメント12の� �ープ形状40の部分から放出された熱電子を効 率よく反射して熱電子の往復運動ができるよ うにするためである。
 このようなフィラメント12は、曲げ加工に� �り形状が作られる。フィラメント12の形状が 単にループ形状40であり、ループ形状40の基� �42においてX状に交差するだけなので、タン� �ステンやモリブデン等の融点の高い線材で� �っても、さらに、2mmを越える太い線材であ� �ても、困難なく加工することができる。
 図2(b)に示すように、フィラメント12の交差� ��る基部42の交差角度は90度程度であることが 好ましいが、加工によっては、70~110度の範囲 であってもよい。また、フィラメント12の壁� ��を通り抜ける脚部において、図2(b)に示すよ うに、フィラメント12の線が平行であること� ��好ましいが、平行でなくてもよい。

 フィラメント12をループ形状40にするのは 、従来のフィラメントの形状に比べて、形状 が単純であり、曲げ加工がし易く、その結果 、従来に比べて太い線径、すなわち、2mmを越 える線径を用いることができる他、フィラメ ント12から放出された熱電子が反射板14,16と� �間で螺旋運動を行うとき、フィラメントが� �熱電子の螺旋運動の妨げにならないように� �、熱電子によって作られるプラズマの密度� �効率的に増大するためである。図2(b)中、ル� ��プ形状40で囲まれた領域(斜線領域)Aは、熱� �子の通過の妨げとならない。

 また、従来のフィラメントでは、フィラ� ��ントの温度は、フィラメントを折り返した� ��央部分のみが高くなるので、温度に応じて� ��出量が定まる熱電子の放出部分は折り返し� ��狭い範囲に限られる。このため、狭い範囲� ��ら放出された熱電子によって生成される密� ��の高いプラズマは局在化し、この局在化し� ��プラズマを引き出すことにより、イオンビ� ��ムの電流を増大させることはできる。しか� ��、フィラメントの摩耗の進展により、フィ� ��メントの温度の高い部分の位置が変化する� ��、密度の高いプラズマの位置も当初の位置� ��らずれるため、当初の位置に合せて設定さ� ��たイオンビーム引出口から引き出されるイ� ��ンビームの電流は大きく変化する。また、� ��在化したプラズマの当初の位置に合わせて� ��オン源1の各種寸法が設定されるので、イオ ン源1の各種寸法等が経時変化や熱膨張等に� �って変化した場合、生成されるプラズマの� �初の位置に合わせて設定されたイオンビー� �引出口から引き出されるイオンビームの電� �も大きく変化する。

 しかし、フィラメント12のループ形状40の基 部42において、フィラメント12を図2(b)に示す� ��うにX状に交差することにより、この交差部 分でフィラメント12同士が接近するので、こ� ��部分のお互いの放射伝熱によりお互いが加� ��され、ループ形状40の部分に伝熱するので� �損失が減少する。このため、フィラメント12 のように、ループ形状40とし、かつX状に交差 させることで、基部42からループ形状40を成� �広い部分の温度分布は穏やかとなり、ルー� �形状40を成す広い部分が、熱電子を放出する 高温部分となる。これにより、従来に比べて 熱電子の放出部分が広くなるので、プラズマ の生成領域が局在化されず広い範囲で緩やか に分布する。このため、イオン源1の各種寸� �等が経時変化や熱膨張等によって変化して� �、広い範囲で緩やかに分布するプラズマか� �引き出されるイオンビームBの電流は大きな� ��響を受けない。すなわち、イオン源の各種� ��法の変化に対する、イオンビームBの電流の ロバスト性は高い。
 フィラメント12が摩耗した場合でも、熱電� �を放出したフィラメントの温度の高い部分� �ループ形状40の広い部分であるので、生成さ れるプラズマも当初の位置から大きくずれる ことはない。このため、引き出されるイオン ビームの電流は大きく変化しない。このよう に、イオン源1において、フィラメント12が摩 耗しても、イオンビームBの電流は大きな影� �を受けない。すなわち、フィラメント12の磨 耗に対する、イオンビームBの電流のロバス� �性は高い。

 このようなイオン源1では、フィラメント12� ��電流が流れ、高温に発熱することによりフ� ��ラメント12のループ形状40を成す部分から熱 電子が放出され、この熱電子が、磁場の向き に沿って、反射板14,16の間を螺旋運動しなが� ��往復する。このとき、原料ガスGが原料ガス 供給口18から導入され、アーク電源34に所定� �電圧が印加され、原料ガスGが熱電子と衝突� ��ることにより、原料ガスGの原子が帯電して 、プラズマPが生成される。
 このとき、フィラメント12のループ形状40の 領域Aでは、熱電子が自由に通過するので、� �電子は、反射板14,16間で往復運動が可能とな る。このため、プラズマPがフィラメント12の ループ形状40を含む周辺領域31で緩やかな分� �で生成される。生成されるプラズマPは反射� ��14,16を両端とする円柱形状となる。この後� �引出電極22,24に所定の電圧が印加され、イオ ンビーム引出口20からイオンビームBが引き出 される。

 フィラメント12がプラズマPにより摩耗し� ��も、フィラメント12の熱電子を放射する部� �は上述したように広いので、プラズマPの生� ��される領域は大きく変化しない。このため� ��プラズマPから引き出されるイオンビームB� �電流は大きな影響を受けない。また、フィ� �メント12によって、広い範囲で緩やかに分布 するプラズマが生成されるので、このプラズ マから引き出されるイオンビームBの電流は� �イオン源1の各種寸法等が経時変化や熱膨張� ��によって変化しても大きな影響を受けない� ��

 以上、本発明のイオン源について詳細に� ��明したが、本発明は上記実施形態に限定さ� ��ず、本発明の主旨を逸脱しない範囲におい� ��、種々の改良や変更をしてもよいのはもち� ��んである。