JP2000173486A - Molecular ion enhanced ion source device - Google Patents

Molecular ion enhanced ion source device

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JP2000173486A
JP2000173486A JP10343324A JP34332498A JP2000173486A JP 2000173486 A JP2000173486 A JP 2000173486A JP 10343324 A JP10343324 A JP 10343324A JP 34332498 A JP34332498 A JP 34332498A JP 2000173486 A JP2000173486 A JP 2000173486A
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mirror
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a molecular ion enhanced ion source device capable of producing high current ions. SOLUTION: The ion source device has a pair of mirror electromagnets 11, 12 arranged at regular intervals on the outside of a plasma chamber 10, and a multipole permanent magnet device 20 arranged between a pair of mirror electromagnets, on the outside of the plasma chamber 10. A confinement magnetic field is formed within the chamber with a pair of mirror electromagnets and the multipole permanent magnet device, and gas for producing ions and 2.45 (GHz) microwave are introduced into the magnetic field to produce ion beams in the center axis direction of the chamber.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、多原子分子の1価
イオンの生成とそのイオン注入に適したイオン源装置に
関する。
The present invention relates to an ion source device suitable for generating monovalent ions of polyatomic molecules and implanting the ions.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来のイオン注入用のイオン源(代表的
なものではPIG型など)では、分子から電子を剥ぎ取
るために、比較的高いエネルギーをもつ電子を衝突させ
る。その電子のエネルギーは分子の結合エネルギーに比
べて小さくなく、また、ある程度閉じ込めが効いている
ので同一の分子に複数回の衝突がおこり、ガスの分子が
小さな分子か単原子にまで分解されてしまう確率が高
い。それらの分子のイオン化の場合には、引き出される
ビーム電流量は多いが必要とする1価の多原子分子イオ
ンの成分はきわめて少ない。
2. Description of the Related Art In a conventional ion source for ion implantation (typically a PIG type or the like), electrons having relatively high energy are bombarded in order to strip electrons from molecules. The energy of the electrons is not small compared to the binding energy of the molecules, and because the confinement is effective to some extent, the same molecule will collide multiple times and the gas molecules will be broken down into small molecules or single atoms High probability. In the case of ionization of these molecules, the amount of beam current extracted is large, but the required component of monovalent polyatomic molecular ions is extremely small.

【0003】従来のクラスタ生成用イオン源は、ガス化
した多原子分子(クラスタ)に、比較的エネルギーの高
い電子を照射してイオン化する。しかし、プラズマの閉
じ込め機構がないために、粒子間の衝突頻度が少なく、
多くの分子は衝突を受けずイオン化されないか、仮にイ
オン化されてもさらに次の衝突を受けることがない。し
たがって、元の分子の形をとどめやすく、必要とする分
子イオンがイオンの大部分を占めている。しかし、得ら
れるビーム電流量はきわめて微弱(nAオーダー)であ
る。
A conventional ion source for generating a cluster ionizes gasified polyatomic molecules (clusters) by irradiating them with electrons having relatively high energy. However, because there is no plasma confinement mechanism, the collision frequency between particles is low,
Many molecules do not collide and are not ionized, or if ionized, do not undergo further collisions. Therefore, the original molecular form is easily retained, and the required molecular ions occupy the majority of the ions. However, the obtained beam current amount is extremely weak (nA order).

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】従来のECR型イオン
源は効率的な電子加熱によりプラズマ中の電子温度が非
常に高く、強力な磁場によりプラズマの密度も非常に高
い。このため、主に多価イオンの生成に用いられ、分子
イオンの生成を主とした例はない。
In the conventional ECR ion source, the electron temperature in the plasma is very high due to efficient electron heating, and the density of the plasma is also very high due to the strong magnetic field. For this reason, it is mainly used for generating multiply-charged ions, and there is no example of mainly generating molecular ions.

【0005】そこで、本発明の課題は、大電流のイオン
を生成できる分子イオンエンハンストイオン源装置を提
供することにある。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a molecular ion-enhanced ion source device capable of generating large current ions.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明によれば、筒状の
プラズマチャンバの外周部に筒状の基体枠を配置構成す
ると共に、該筒状の基体枠の外周面に該基体枠の中心軸
と平行な方向に固着配置された複数の棒状永久磁石によ
る多極永久磁石装置を配設することにより多重極磁場を
構成し、前記多極永久磁石装置の両端側であって前記基
体枠の中心軸と平行な方向の両端側にそれぞれ端部枠を
設け、該端部枠の外周側にミラーコイルまたは複数の棒
状永久磁石によるミラー磁石を配設することにより一対
のミラー磁場を構成し、該一対のミラー磁場と前記多重
極磁場とにより、前記基体枠の内部の前記プラズマチャ
ンバ内に閉じ込め磁場を形成すると共に、該磁場内とな
るプラズマチャンバ内にイオン生成用のガスとマイクロ
波を導入し、前記プラズマチャンバの中心軸方向に一致
する方向の閉じ込め磁場による特殊断面形状のプラズマ
を生成して、イオンビームを前記プラズマチャンバの一
端側に設けた引き出し電極により引き出すように構成し
たことを特徴とする分子イオンエンハンストイオン源装
置が提供される。
According to the present invention, a cylindrical base frame is arranged around the outer periphery of a cylindrical plasma chamber, and the center of the base frame is formed on the outer peripheral surface of the cylindrical base frame. A multipole magnetic field is configured by disposing a multipole permanent magnet device including a plurality of rod-shaped permanent magnets fixedly arranged in a direction parallel to the axis, and the both ends of the multipole permanent magnet device and the base frame. An end frame is provided on each end side in a direction parallel to the central axis, and a pair of mirror magnetic fields is configured by disposing a mirror coil or a mirror magnet composed of a plurality of rod-shaped permanent magnets on the outer peripheral side of the end frame, A magnetic field confined in the plasma chamber inside the base frame is formed by the pair of mirror magnetic fields and the multipole magnetic field, and a gas for generating ions and microwaves are introduced into the plasma chamber in the magnetic field. And said A molecule characterized in that a plasma having a special sectional shape is generated by a confined magnetic field in a direction coinciding with the central axis direction of the plasma chamber, and an ion beam is extracted by an extraction electrode provided at one end of the plasma chamber. An ion enhanced ion source device is provided.

【0007】前記プラズマチャンバ内の閉じ込め磁場
は、前記ミラー磁石の中心軸を前記多極永久磁石装置の
中心軸と一致させ、かつ該ミラー磁石の発生する一対の
ミラー磁場の向きが中心軸上で一致するように構成され
る。
The confined magnetic field in the plasma chamber causes the central axis of the mirror magnet to coincide with the central axis of the multipole permanent magnet device, and the direction of a pair of mirror magnetic fields generated by the mirror magnet is on the central axis. Configured to match.

【0008】前記多極永久磁石装置の前記引き出し電極
側の一端側または両端側において、前記端部枠の外周側
と前記ミラー磁石の内周側との間に第2の多極永久磁石
装置を配設するようにしても良い。
[0008] A second multipole permanent magnet device is provided between the outer peripheral side of the end frame and the inner peripheral side of the mirror magnet at one end or both ends of the multipole permanent magnet device on the lead electrode side. It may be arranged.

【0009】前記端部枠を前記基体枠と一体に設けても
良い。
The end frame may be provided integrally with the base frame.

【0010】前記一対のミラー磁場のうち前記引き出し
電極と反対側の前記ミラー磁石と前記多極永久磁石装置
は各々最大磁束密度が2キロガウス以上の閉じ込め磁場
を生成する。
The mirror magnet and the multipole permanent magnet device on the opposite side of the pair of mirror magnetic fields from the extraction electrode each generate a confined magnetic field having a maximum magnetic flux density of 2 kilogauss or more.

【0011】前記第2の多極永久磁石装置により、前記
プラズマチャンバ内の閉じ込め磁場を該プラズマチャン
バ内の最大磁束密度が2キロガウス以上となるよう構成
することができる。
With the second multipole permanent magnet device, the confined magnetic field in the plasma chamber can be configured so that the maximum magnetic flux density in the plasma chamber is 2 kilogauss or more.

【0012】マイクロ波は、2.45(GHz)である
ことが好ましい。
The microwave is preferably at 2.45 (GHz).

【0013】前記マイクロ波導入用の導波管との接続の
ために、前記プラズマチャンバ、前記基体枠及び前記多
極永久磁石装置の三重構成体の側面周部に少なくとも1
つの接続部を設けて導波管を接続し、該接続部は前記多
極永久磁石装置の棒状永久磁石間に位置させると共に、
前記プラズマチャンバ及び前記基体枠の中心軸方向に平
行な方向の長穴形状として、前記プラズマチャンバの半
径方向の接続部からマイクロ波を導入することができ
る。
In order to connect to the microwave introduction waveguide, at least one side peripheral portion of the triple structure of the plasma chamber, the base frame and the multipole permanent magnet device is provided.
Providing two connections to connect the waveguides, the connections being located between the bar-shaped permanent magnets of the multipole permanent magnet device,
Microwaves can be introduced from a radial connection portion of the plasma chamber as a long hole shape in a direction parallel to a central axis direction of the plasma chamber and the base frame.

【0014】マイクロ波電力は最大100(W)である
ことが好ましい。
Preferably, the microwave power is at most 100 (W).

【0015】前記イオン生成用のガスの供給は、固体状
態でイオン源ガス物質を装填した真空容器を、温度制御
された液体に浸すことによって前記イオン源ガス物質を
間接加熱し、ガス化して供給するように構成される。
The supply of the gas for ion generation is performed by immersing a vacuum vessel loaded with the ion source gas substance in a solid state in a liquid whose temperature is controlled, thereby indirectly heating the ion source gas substance to supply the ion source gas substance. It is configured to

【0016】前記イオン源ガス物質を加熱し、ガス化し
て供給する供給口を前記プラズマチャンバの中心軸上の
一端側に設けることができる。
A supply port for heating and gasifying and supplying the ion source gas substance may be provided at one end side on a central axis of the plasma chamber.

【0017】前記イオン源ガス物質として、固体のデカ
ボランを使用することができる。
As the ion source gas substance, solid decaborane can be used.

【0018】[0018]

【作用】上記のような構成によれば、多原子分子イオン
を効率良く生成することができる。また、イオン注入用
としては、Si基板にごく浅く必要な原子、例えば低エ
ネルギーのホウ素(B)を注入したい場合、5(ke
V)以下で大電流の分子イオン、例えばデカボラン(B
1014)イオン等を生成できる。例えば、おおまかに5
(keV)のB1014 + イオン1個は、500(eV)
のB+ イオン10個に相当する。B1014 + イオンは5
(keV)で引き出すのに対し、B+ イオンは500
(eV)なので引き出し易く、B原子1個に対し電荷が
1/10と低いため、反発力が小さいのでウエハーまで
輸送するのも楽になる。
According to the above configuration, polyatomic molecular ions can be efficiently generated. For ion implantation, if it is desired to implant a very shallow required atom into the Si substrate, for example, low-energy boron (B), 5 (ke)
V) or less and high current molecular ions such as decaborane (B
10 H 14 ) ions and the like can be generated. For example, roughly 5
(KeV) one B 10 H 14 + ion is 500 (eV)
Of B + ions. B 10 H 14 + ion is 5
(KeV) while the B + ion is 500
(EV), it is easy to pull out, and since the charge per B atom is as low as 1/10, the repulsion is small, so that it is easy to transport it to the wafer.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】以下に、図面を参照して、本発明
による分子イオンエンハンストイオン源装置の実施の形
態について説明する。図1は、装置全体の構成を示して
いる。本形態においては、イオン源装置1へのイオン生
成用のガスの供給は、固体状態でイオン源ガス物質を装
填した固体装填用真空槽31を、恒温槽32における温
度制御された液体に浸すことによってイオン源ガス物質
を間接加熱し、ガス化することにより行うようにしてい
る。恒温槽32においては、ポンプ33により液体が循
環され、循環用の絶縁チューブ34に設けられたヒータ
35により液体が加熱される。イオン生成用のガスは、
イオン源装置1におけるプラズマチャンバ10の中心軸
上の一端側に設けられた供給口からプラズマチャンバ1
0内に導入される。固体装填用真空槽31から供給口に
至る配管には、バルブ37−1、切替バルブ38、ガス
流量調整弁36が設けられている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of a molecular ion enhanced ion source device according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows the configuration of the entire apparatus. In this embodiment, the supply of the gas for ion generation to the ion source device 1 is performed by immersing the solid-loading vacuum tank 31 loaded with the ion source gas substance in a solid state in a liquid whose temperature is controlled in a thermostatic chamber 32. This is performed by indirectly heating and gasifying the ion source gas substance. In the thermostatic bath 32, the liquid is circulated by a pump 33, and the liquid is heated by a heater 35 provided in an insulating tube 34 for circulation. The gas for ion generation is
A plasma chamber 1 is supplied from a supply port provided at one end on the central axis of the plasma chamber 10 in the ion source device 1.
Introduced in 0. A valve 37-1, a switching valve 38, and a gas flow control valve 36 are provided in a pipe extending from the solid loading vacuum tank 31 to the supply port.

【0020】本形態では更に、多原子分子ガス源30を
備えており、バルブ37−2を介して切替バルブ38で
固体装填用真空槽31からのガスと切替えできるように
している。
In this embodiment, a polyatomic molecular gas source 30 is further provided, and the gas can be switched from the gas from the solid loading vacuum tank 31 by the switching valve 38 via the valve 37-2.

【0021】イオン生成用の多原子分子ガスは、ミラー
電磁石11の方向からプラズマチャンバ10内に導入さ
れる。特に、常温でガス化されていないデカボラン等の
場合は、固体状態で固体装填用真空槽31に装填され、
固体装填用真空槽31は熱水の恒温槽32に浸されるこ
とにより、デカボランが昇華し、プラズマチャンバ10
内に供給される。蒸気圧の比較的大きな固体で100度
以下の温度制御が重要なデカボランなどは、従来のよう
にヒータを直巻きにした真空槽に装填するよりも、熱容
量の大きな水などの液体を媒体とし間接的に加熱するこ
とで、温度の安定性が増し、温度制御が簡単になる。
The polyatomic molecular gas for generating ions is introduced into the plasma chamber 10 from the direction of the mirror electromagnet 11. In particular, in the case of decaborane or the like that has not been gasified at room temperature, it is charged in a solid state into the solid loading vacuum tank 31,
When the solid loading vacuum chamber 31 is immersed in a constant temperature chamber 32 of hot water, decaborane sublimates and the plasma chamber 10
Supplied within. For decaborane, which has a relatively large vapor pressure and for which temperature control at 100 ° C or less is important, it is more indirect to use a liquid such as water with a large heat capacity as a medium than to load it into a vacuum tank with a heater wound straight like in the past. Thermal heating increases temperature stability and simplifies temperature control.

【0022】プラズマチャンバ10内にはまた、その半
径方向から、RF発振器を備えたマイクロ波電源39か
らのマイクロ波が導入される。
A microwave from a microwave power supply 39 having an RF oscillator is introduced into the plasma chamber 10 from the radial direction.

【0023】なお、図1では、恒温槽32を高電圧部
に、ポンプ33、ヒータ35等を地上に配置した例を示
しているが、装置全体を高圧に浮かしても良いし、接地
しても良い。
FIG. 1 shows an example in which the constant temperature bath 32 is disposed in the high voltage section, and the pump 33, the heater 35, and the like are disposed on the ground. Is also good.

【0024】図2は、本イオン源装置が適用されるイオ
ン注入装置の概略構成を示している。イオン源装置から
のイオンは、加速区間41、引き出しチャンバ42を経
て質量分離器43に導入され、必要なイオン種が分離さ
れる。分離されたイオンは、質量分離スリット44、ビ
ーム制御可変幅スリット45を通してイオン注入室46
中のウェハ47に照射される。なお、図2では、ウェハ
47は、1個のみがイオン注入室46の中央にあるよう
に見えるが、実際には、複数のウェハ47が、イオン注
入室46内に回転可能に配置された回転円板48の周辺
部に周方向に間隔をおいて配置されている。加速区間4
1からイオン注入室46に至る構成要素は周知であり、
本発明の要部では無いので詳しい説明は省略する。
FIG. 2 shows a schematic configuration of an ion implantation apparatus to which the present ion source device is applied. Ions from the ion source device are introduced into the mass separator 43 via the acceleration section 41 and the extraction chamber 42, and required ion species are separated. The separated ions are passed through a mass separation slit 44 and a beam control variable width slit 45 to an ion implantation chamber 46.
Irradiation is performed on the wafer 47 inside. In FIG. 2, only one wafer 47 appears to be located at the center of the ion implantation chamber 46, but actually, a plurality of wafers 47 are rotatably arranged in the ion implantation chamber 46. The peripheral portions of the disk 48 are arranged at intervals in the circumferential direction. Acceleration section 4
The components from 1 to the ion implantation chamber 46 are well known,
Since it is not a main part of the present invention, a detailed description is omitted.

【0025】図3、図4を参照して、本イオン源装置
は、筒状のプラズマチャンバ10の外側に、ミラー磁場
を作るために間隔をおいて配置された一対のミラー電磁
石11、12と、プラズマチャンバ10の外側であって
ミラー電磁石11、12の間に設けられた多極永久磁石
装置20とを備えている。ミラー電磁石11、12はそ
れぞれ、ソレノイドコイルで実現される。各磁場の強度
は必要に応じてそれぞれ独立に設定できるように構成さ
れる。なお、ミラー電磁石11、12はそれぞれ、必要
な設定値を持つ複数の棒状永久磁石により構成されても
良い。
Referring to FIGS. 3 and 4, the present ion source device includes a pair of mirror electromagnets 11 and 12 spaced apart from each other to create a mirror magnetic field outside a cylindrical plasma chamber 10. , A multi-pole permanent magnet device 20 provided between the mirror electromagnets 11 and 12 outside the plasma chamber 10. Each of the mirror electromagnets 11 and 12 is realized by a solenoid coil. The intensity of each magnetic field is configured to be set independently as needed. In addition, each of the mirror electromagnets 11 and 12 may be configured by a plurality of rod-shaped permanent magnets having necessary set values.

【0026】プラズマチャンバ10の側面には、導波路
部を持つ接続部21aが設けられ、導波管13が接続さ
れてプラズマチャンバ10内にその半径方向よりマイク
ロ波が導入される。導波管とプラズマチャンバとが接続
される部分にはRF窓22aがはさみ込まれる。RF窓
22aはマイクロ波を大気中からプラズマチャンバ10
内に透過させるが、プラズマチャンバ10の真空は保持
する。このプラズマチャンバ10側面のRF窓22aの
位置は、磁場構造上、プラズマの照射を受けにくく、従
来のイオン注入機用のECR型イオン源のようにプラズ
マチャンバ軸方向から導入する場合に比べて、汚れにく
いという利点がある。RF窓22aは汚れると導電性に
なるので、マイクロ波が遮断され運転が続けられなくな
る。
A connecting portion 21a having a waveguide portion is provided on a side surface of the plasma chamber 10, and a waveguide 13 is connected thereto to introduce a microwave into the plasma chamber 10 from its radial direction. An RF window 22a is inserted into a portion where the waveguide and the plasma chamber are connected. The RF window 22a transmits microwaves from the atmosphere to the plasma chamber 10
While the vacuum of the plasma chamber 10 is maintained. The position of the RF window 22a on the side surface of the plasma chamber 10 is hardly irradiated with plasma due to the magnetic field structure, and compared to the case where the RF window 22a is introduced from the axial direction of the plasma chamber like a conventional ECR ion source for an ion implanter. There is an advantage that it is not easily stained. When the RF window 22a becomes dirty, it becomes conductive, so that the microwave is cut off and the operation cannot be continued.

【0027】このようなイオン源装置においては、ミラ
ー電磁石11、12と多極永久磁石装置20によりプラ
ズマチャンバ10内に高磁場を形成すると共に、この磁
場に適量のイオン生成用のガスと、2.45(GHz)
のマイクロ波を導入することにより、ECR加熱により
電子が加熱され、プラズマが発生し、プラズマチャンバ
10の軸方向にイオンビームを生成することができる。
2.45(GHz)のマイクロ波に対し875ガウスの
磁場があると、電子のECR加熱が起こる。
In such an ion source device, a high magnetic field is formed in the plasma chamber 10 by the mirror electromagnets 11 and 12 and the multi-pole permanent magnet device 20, and an appropriate amount of ion generating gas is applied to the magnetic field. .45 (GHz)
By introducing the microwave, the electrons are heated by ECR heating, plasma is generated, and an ion beam can be generated in the axial direction of the plasma chamber 10.
When a magnetic field of 875 gauss is applied to a microwave of 2.45 (GHz), ECR heating of electrons occurs.

【0028】ミラー電磁石12の端部には、イオン引出
し用のケーシング40−1が設けられ、ケーシング40
−1内には引出電極40−2とアノード電極40−3と
が設けられている。
At the end of the mirror electromagnet 12, a casing 40-1 for extracting ions is provided.
-1, an extraction electrode 40-2 and an anode electrode 40-3 are provided.

【0029】上述した磁場のもう1つのはたらきは、プ
ラズマを効果的に閉じ込めることで、その結果イオン化
効率が高まり、またRF窓22aの汚染を減らすことに
もなる。ミラー電磁石11と多極永久磁石装置20の方
向へ広がろうとするプラズマはビームとしては引き出さ
れず、損失となり、不経済なので、強く閉じ込めてお
く。具体的にはミラー電磁石11と多極永久磁石装置2
0の発生する磁場の最大値はプラズマチャンバ10内
で、少なくとも875ガウス以上であることが必要であ
り、2キロガウス以上であることが望ましい。一方、ミ
ラー電磁石12の磁場は弱くして、その方向にプラズマ
の逃げ道をつくっておく。プラズマ中のイオンはミラー
電磁石12の方向からプラズマチャンバ10外へ取り出
される。ミラー電磁石12の発生する磁場はプラズマチ
ャンバ10内で、数100ガウス程度で良い。
Another function of the magnetic field described above is to effectively confine the plasma, thereby increasing ionization efficiency and reducing contamination of the RF window 22a. The plasma that tends to spread in the direction of the mirror electromagnet 11 and the multipole permanent magnet device 20 is not extracted as a beam, is lost, and is uneconomical, so it is strongly confined. Specifically, the mirror electromagnet 11 and the multi-pole permanent magnet device 2
The maximum value of the generated magnetic field of 0 in the plasma chamber 10 needs to be at least 875 gauss or more, and preferably 2 kgauss or more. On the other hand, the magnetic field of the mirror electromagnet 12 is weakened, and an escape path for plasma is created in that direction. Ions in the plasma are extracted out of the plasma chamber 10 from the direction of the mirror electromagnet 12. The magnetic field generated by the mirror electromagnet 12 may be about several hundred gauss in the plasma chamber 10.

【0030】マイクロ波電力は少なめにし、プラズマ中
の電子のエネルギーを低く抑える。ECR加熱により高
エネルギーの電子が一部存在するが、高エネルギーの電
子の比率が小さければ希釈されて、平均的には低いエネ
ルギー電子が支配的になる。もし、1つの分子に多数回
の電子衝突があっても、電子のエネルギーを低く抑えて
あるので、同一の分子から2つ以上の電子がはぎとられ
る可能性が低く、結果として、分子イオンが単原子イオ
ンに分解される可能性は低い。デカボラン分子をイオン
化する場合、磁場が前記の値、プラズマチャンバ10の
容積が500cc程度、プラズマチャンバ10内の真空
度が1×10-4Torr以下(高真空側)なら、100
(W)程度でよい。プラズマは閉じ込め磁場が効いてい
るので、充分維持できる。
The microwave power is made small, and the energy of electrons in the plasma is kept low. Some high-energy electrons are present by ECR heating, but if the proportion of high-energy electrons is small, they are diluted and low-energy electrons become dominant on average. Even if a molecule has many electron collisions, the energy of the electrons is kept low, so that it is unlikely that two or more electrons are stripped from the same molecule, and as a result, a single molecular ion is formed. It is unlikely to be broken down into atomic ions. When ionizing decaborane molecules, if the magnetic field is the above value, the volume of the plasma chamber 10 is about 500 cc, and the degree of vacuum in the plasma chamber 10 is 1 × 10 −4 Torr or less (high vacuum side), 100
(W). Since the confinement magnetic field is effective, the plasma can be sufficiently maintained.

【0031】多極永久磁石装置20は、図5、図6に詳
しく示されるように、4極永久磁石23a〜23dとそ
の外側に設けられた円筒状のヨーク24とを含む。特
に、この例では、4極永久磁石23a〜23dのそれぞ
れを、台形の断面形状を有する2本の棒状磁石を、幅広
の方の底面を外側に向けて組み合わせて構成し、更に4
極永久磁石23a〜23dを基体枠26にリング状に組
み合わせている。基体枠26は、非磁性材料、例えばア
ルミで作られる。なお、4極永久磁石23a〜23dの
磁極の向きは、プラズマチャンバ10の中心軸方向に関
して対向し合う磁極は同じ極とし、周方向に関して隣り
合う磁極は互いに反対の極になるように配置される。
As shown in detail in FIGS. 5 and 6, the multi-pole permanent magnet device 20 includes four-pole permanent magnets 23a to 23d and a cylindrical yoke 24 provided outside thereof. In particular, in this example, each of the four-pole permanent magnets 23a to 23d is configured by combining two bar-shaped magnets having a trapezoidal cross-sectional shape with the wider bottom face outward.
The pole permanent magnets 23a to 23d are combined with the base frame 26 in a ring shape. The base frame 26 is made of a non-magnetic material, for example, aluminum. The magnetic poles of the four-pole permanent magnets 23a to 23d are arranged so that the magnetic poles facing each other in the central axis direction of the plasma chamber 10 are the same, and the magnetic poles adjacent in the circumferential direction are opposite to each other. .

【0032】多極永久磁石装置20は、上記の4極永久
磁石23a〜23dに加えて更に、基体枠26の両端か
らそれぞれプラズマチャンバ10の中心軸方向に延びる
複数の棒状磁石をリング状に組み合わせて成る2組の多
極永久磁石25−1〜25−2を有する。多極永久磁石
25−1について言えば、ここでは16本の棒状磁石を
2本1組にして組み合わせて、8つの磁極25−1a〜
25−1hを構成している。8つの磁極25−1a〜2
5−1hのうち、4極永久磁石23a〜23dに対応す
る磁極25−1a〜25−1dはそれぞれ、磁極の向き
が4極永久磁石23a〜23dの磁極の向きと同じにな
るように配置される。また、磁極25−1a〜25−1
dの間に配置されている磁極25−1f〜25−1hは
それぞれ、磁極が周方向であってしかも反対向きになる
ように配置される。同様に、多極永久磁石25−2にお
いても、8つの磁極が構成されている。多極永久磁石2
5−1〜25−2の外側にはそれぞれ、非磁性材料によ
る円筒状の枠体27−1、27−2が設けられる。
The multi-pole permanent magnet device 20 combines a plurality of bar-shaped magnets extending in the central axis direction of the plasma chamber 10 from both ends of the base frame 26 in addition to the above-described four-pole permanent magnets 23a to 23d in a ring shape. And two sets of multipole permanent magnets 25-1 to 25-2. As for the multi-pole permanent magnet 25-1, here, 16 rod-shaped magnets are combined into a set of two to form eight magnetic poles 25-1a to 25-1a.
25-1h. Eight magnetic poles 25-1a-2
Of the 5-1h, the magnetic poles 25-1a to 25-1d corresponding to the four-pole permanent magnets 23a to 23d are arranged such that the magnetic poles are oriented in the same manner as the magnetic poles of the four-pole permanent magnets 23a to 23d. You. Also, the magnetic poles 25-1a to 25-1
The magnetic poles 25-1f to 25-1h arranged between the positions d are arranged such that the magnetic poles are circumferential and opposite. Similarly, also in the multi-pole permanent magnet 25-2, eight magnetic poles are configured. Multi-pole permanent magnet 2
Outside the 5-1 to 25-2, cylindrical frames 27-1 and 27-2 made of a non-magnetic material are provided, respectively.

【0033】なお、2組の多極永久磁石25−1、25
−2は、ミラー電磁石11、12とプラズマチャンバ1
0との間に介在しており、ここにヨークがあるとミラー
電磁石11、12によりプラズマチャンバ10内に発生
される磁場が小さくなるので、4極永久磁石23a〜2
3dに組み合わされるようなヨーク24は設けない。い
ずれにしても、多極永久磁石装置20に用いられる永久
磁石は、磁化方向が磁極面に垂直で、すべて同じ強さの
残留磁気を持つものを使用する。
The two sets of multi-pole permanent magnets 25-1 and 25
-2 indicates mirror electromagnets 11 and 12 and plasma chamber 1
0, and if a yoke is present, the magnetic field generated in the plasma chamber 10 by the mirror electromagnets 11 and 12 becomes small.
No yoke 24 to be combined with 3d is provided. In any case, the permanent magnet used in the multipole permanent magnet device 20 has a magnetization direction perpendicular to the magnetic pole surface and all have the same strength of remanence.

【0034】なお、多極永久磁石25−1〜25−2
は、不可欠ではなく削除されても良い。この場合、多極
永久磁石25−1〜25−2を構成するために延長され
ている基体枠26の両端部(端部枠)は無くても良い。
また、この両端部に対応する部分は、基体枠26とは別
体で構成されても良い。更に、基体枠26の内側は円筒
形状であるが、外側面については、4極永久磁石23a
〜23d及び多極永久磁石25−1、25−2を接着し
易くするために接着箇所を平坦にしている。このため、
基体枠26の外側は多角形状である。
The multi-pole permanent magnets 25-1 to 25-2
Is not essential and may be deleted. In this case, both ends (end frames) of the base frame 26 extended to constitute the multipolar permanent magnets 25-1 to 25-2 may be omitted.
Further, the portions corresponding to the both ends may be formed separately from the base frame 26. Furthermore, although the inside of the base frame 26 is cylindrical, the outer surface of the base frame 26 has a four-pole permanent magnet 23a.
23d and the multipole permanent magnets 25-1 and 25-2 are flattened to facilitate adhesion. For this reason,
The outside of the base frame 26 has a polygonal shape.

【0035】なお、ヨーク24の側面には、周方向に間
隔をおいて4つの長穴24a〜24dが設けられてい
る。これは、図4で説明した導波管の接続を4箇所の任
意の箇所で行えるようにするためである。基体枠26に
は長穴24aに対応する箇所にのみ長穴26aが設けら
れているが、導波管の接続箇所に応じて長穴24b〜2
4dに対応する箇所に長穴26aと同様の長穴が設けら
れる。このため、基体枠26における長穴24aに対応
する箇所は勿論、長穴24b〜24dに対応する箇所も
4極永久磁石23a〜23dの設置領域から外されてい
る。そして、基体枠26において長穴が設けられる箇所
は、多角形状の角部に対応する箇所であるが、長穴が設
けられる場合には角部は研削される。
The side surface of the yoke 24 is provided with four long holes 24a to 24d at intervals in the circumferential direction. This is to enable the connection of the waveguides described in FIG. 4 to be performed at four arbitrary positions. The base frame 26 is provided with the long hole 26a only at the position corresponding to the long hole 24a, but depending on the connection position of the waveguide, the long holes 24b to 2b are provided.
An elongated hole similar to the elongated hole 26a is provided at a location corresponding to 4d. Therefore, not only the portion corresponding to the long hole 24a in the base frame 26 but also the portion corresponding to the long holes 24b to 24d are excluded from the installation area of the four-pole permanent magnets 23a to 23d. The location where the long hole is provided in the base frame 26 corresponds to the corner of the polygonal shape. However, when the long hole is provided, the corner is ground.

【0036】勿論、基体枠26におけるヨーク24の4
つの長穴24a〜24dに対応する箇所にあらかじめ長
穴を設けておいても良い。この場合には、プラズマチャ
ンバ10にも、基体枠26の長穴に対応する箇所に長穴
が設けられるが、プラズマチャンバ10内の真空度を維
持するために導波管13が接続されない長穴は蓋板のよ
うなもので塞ぐ必要がある。
Of course, the yoke 24 of the base frame 26
A slot may be provided in advance at a position corresponding to the three slots 24a to 24d. In this case, the plasma chamber 10 is also provided with a long hole at a position corresponding to the long hole of the base frame 26. However, in order to maintain the degree of vacuum in the plasma chamber 10, a long hole to which the waveguide 13 is not connected is provided. Must be closed with something like a lid plate.

【0037】図3に戻って、プラズマチャンバ10の左
端には、ガスの導入管29が接続されている。プラズマ
チャンバ10の右端は開放されてイオンビームの引き出
し口とされ、プラズマチャンバ10の開口にはイオンビ
ームを照射部に導くためのガイド管(図示せず)が接続
される。
Returning to FIG. 3, a gas introduction pipe 29 is connected to the left end of the plasma chamber 10. The right end of the plasma chamber 10 is opened to serve as an ion beam outlet, and a guide tube (not shown) for guiding the ion beam to the irradiation unit is connected to the opening of the plasma chamber 10.

【0038】本発明によるイオン源装置は、壊れやすい
デカボラン(B1014)分子が壊れずにイオン化され、
しかも大電流ビームを引き出すことができる。
In the ion source device according to the present invention, the fragile decaborane (B 10 H 14 ) molecule is ionized without breaking,
Moreover, a large current beam can be extracted.

【0039】イオン源ガスは、ガス状態で供給される。
常温で固体の物質は、イオン源外部の固体装填用真空槽
31に詰め、固体装填用真空槽31を恒温槽32中で加
熱することにより、目的の固体を加熱、ガス化しイオン
源内に供給する。
The ion source gas is supplied in a gas state.
A substance which is solid at room temperature is packed in a vacuum chamber 31 for solid loading outside the ion source, and the vacuum chamber 31 for solid loading is heated in a constant temperature chamber 32 to heat and gasify the target solid and supply it into the ion source. .

【0040】プラズマチャンバ10の外側に、ミラー磁
場を作るために間隔をおいて配置された一対のミラー電
磁石11、12と、プラズマチャンバ10の外側であっ
てミラー電磁石11、12の間に設けられた多極永久磁
石装置20とを備えている。ミラー電磁石11と多極永
久磁石装置20の磁場は強い磁場構造に構成し、ミラー
電磁石12の磁場は弱い磁場構造に構成したので、プラ
ズマはプラズマチャンバ中心からミラー電磁石12の方
向に誘導され、その他の方向には磁場が強いので効率的
に閉じ込めることができる。具体的には、閉じ込めを強
くするために、ミラー電磁石11と多極永久磁石装置2
0の磁場の最大値はプラズマチャンバ10内で、できれ
ば2キロガウス程度以上であることが望ましい。ミラー
電磁石12は数100ガウス程度あることが望ましい。
A pair of mirror electromagnets 11 and 12 are provided outside the plasma chamber 10 at a distance to create a mirror magnetic field, and are provided between the mirror electromagnets 11 and 12 outside the plasma chamber 10. And a multi-pole permanent magnet device 20. Since the magnetic field of the mirror electromagnet 11 and the multi-pole permanent magnet device 20 is configured to have a strong magnetic field structure, and the magnetic field of the mirror electromagnet 12 is configured to be a weak magnetic field structure, plasma is guided from the center of the plasma chamber toward the mirror electromagnet 12. Since the magnetic field is strong in the direction, it can be efficiently confined. Specifically, in order to strengthen the confinement, the mirror electromagnet 11 and the multi-pole permanent magnet device 2 are used.
The maximum value of the magnetic field of 0 is desirably about 2 kilogauss or more in the plasma chamber 10 if possible. It is desirable that the mirror electromagnet 12 has several hundred gausses.

【0041】ビームはミラー電磁石12の芯の部分にあ
るアノードのスリットよりプラズマチャンバ10外へ引
き出される。アノードは薄い円盤状で、円面内に貫通孔
をもつ。プラズマチャンバ外にアノードと向き合って引
き出し電極があり、ほぼアノードと同形の貫通孔をも
つ。アノードが引き出し電圧に対しプラスになるような
電圧がかかると、プラズマチャンバから漏れ出たイオン
が2つの貫通孔を通って引き出される。
The beam is drawn out of the plasma chamber 10 through a slit of the anode in the core of the mirror electromagnet 12. The anode has a thin disk shape and has a through hole in the circular plane. An extraction electrode is provided outside the plasma chamber so as to face the anode, and has a through hole having substantially the same shape as the anode. When a voltage is applied such that the anode is positive with respect to the extraction voltage, ions leaking from the plasma chamber are extracted through the two through holes.

【0042】上記の説明はデカボランの場合であるが、
他の多原子分子にも適用できることは明白である。
The above explanation is for decaborane,
Obviously, it can be applied to other polyatomic molecules.

【0043】以上のようなイオン源装置によれば、一対
のミラー電磁石11、12との組合せによりプラズマチ
ャンバ10内に閉じ込め磁場が形成される。
According to the above-described ion source device, a magnetic field confined in the plasma chamber 10 is formed by the combination with the pair of mirror electromagnets 11 and 12.

【0044】この閉じ込め磁場においては、従来のマイ
クロ波型イオン源装置に比べれば、プラズマチャンバ1
0内で発生しているプラズマの電子がプラズマチャンバ
10の半径方向へ散逸することが抑制され、電子の閉じ
込め時間が延長されてECR加熱作用により電子の加熱
が促進されることにより、プラズマを生成し易くなる。
特にプラズマチャンバ10内の真空度が高い場合でも、
プラズマを持続させることができる。そして、このよう
なイオンがプラズマチャンバ10の半径方向へ漏れるこ
とが効率良く抑制されてプラズマチャンバ10の内壁や
RF窓への付着が抑制される。これは、RF窓22aへ
イオンが付着することにより導電性を持ってマイクロ波
の透過効率が低下することを抑制できることを意味す
る。
In this confined magnetic field, compared with the conventional microwave ion source device, the plasma chamber 1
Plasma electrons generated in the plasma chamber 10 are prevented from being dissipated in the radial direction of the plasma chamber 10, the confinement time of the electrons is extended, and the heating of the electrons is promoted by the ECR heating action, thereby generating the plasma. Easier to do.
In particular, even when the degree of vacuum in the plasma chamber 10 is high,
The plasma can be sustained. Then, leakage of such ions in the radial direction of the plasma chamber 10 is efficiently suppressed, and adhesion to the inner wall of the plasma chamber 10 and the RF window is suppressed. This means that it is possible to suppress a decrease in microwave transmission efficiency due to conductivity due to the attachment of ions to the RF window 22a.

【0045】このように、イオンの閉じ込め効率が良く
なると、プラズマチャンバ10内に導入するガスの量を
減らすことができ、プラズマチャンバ10内の汚染の度
合いを少なくすることができる。また、導入ガスが腐食
性のガスであってもそのイオンがプラズマチャンバ10
の内壁に付着して内壁が腐食されることを抑制できる。
これは、イオン源装置としての寿命が長くなることを意
味する。
As described above, when the ion confinement efficiency is improved, the amount of gas introduced into the plasma chamber 10 can be reduced, and the degree of contamination in the plasma chamber 10 can be reduced. Further, even if the introduced gas is a corrosive gas, its ions are generated in the plasma chamber 10.
Can be prevented from adhering to the inner wall and being corroded.
This means that the life of the ion source device is prolonged.

【0046】加えて、マイクロ波が導入される領域の多
極永久磁石を4極永久磁石23a〜23dとすることに
より、一対のミラー電磁石11、12とによる磁場との
相互作用によってプラズマチャンバ10の中心軸に直角
に交差する細長い断面形状のイオンビームを生成するこ
とができる。このイオンビームの断面形状は、マイクロ
波が導入される領域における多極永久磁石の極数に応じ
て変化することが知られている。因みに、6極の場合、
断面形状は略三角形であり、8極の場合は、略正方形で
ある。なお、プラズマチャンバ10内に構成される多極
の最大磁場強度は、2キロガウス以上の磁場であること
が好ましい。
In addition, the multi-pole permanent magnets in the region into which the microwave is introduced are four-pole permanent magnets 23 a to 23 d, so that the interaction between the pair of mirror electromagnets 11 and 12 and the magnetic field causes the plasma chamber 10 to operate. An elongated cross-sectional ion beam that intersects the central axis at right angles can be generated. It is known that the cross-sectional shape of the ion beam changes according to the number of poles of the multi-pole permanent magnet in a region where microwaves are introduced. By the way, in the case of 6 poles,
The cross-sectional shape is substantially triangular, and in the case of eight poles, it is substantially square. The maximum magnetic field strength of the multipole formed in the plasma chamber 10 is preferably a magnetic field of 2 kilogauss or more.

【0047】図7を参照して、一対のミラー電磁石1
1、12とヨーク24の関係について説明する。ミラー
電磁石11、12と組み合わせる多極永久磁石は、ヨー
ク24の内側になければプラズマチャンバ10内に磁場
をつくれないので、棒状磁石を用いて4極永久磁石23
a〜23dを構成することでヨーク24とプラズマチャ
ンバ10との間の薄い空間を利用して収容することがで
きるようにしている。図7(b)は、4極永久磁石を用
いたものの磁場例の図を示している。
Referring to FIG. 7, a pair of mirror electromagnets 1
The relationship between 1 and 12 and the yoke 24 will be described. Since a multi-pole permanent magnet combined with the mirror electromagnets 11 and 12 cannot generate a magnetic field in the plasma chamber 10 unless it is inside the yoke 24, a four-pole permanent magnet 23
By configuring a to 23d, it is possible to accommodate the space using the thin space between the yoke 24 and the plasma chamber 10. FIG. 7B shows a diagram of an example of a magnetic field using a four-pole permanent magnet.

【0048】次に、図8を参照して、4極永久磁石の磁
場によるイオン閉じ込め作用の原理について説明する。
図8においては、4極永久磁石間の磁力線を1本ずつ象
徴的に示している。また、破線は磁場の絶対値|B|の
等磁場強度域を示しており、中心に近くなるほど磁場の
強度は円に近くなって等方的になるが、磁極に近付くに
つれていびつになり等方的でなくなる。このような磁場
内に存在する荷電粒子は、磁力線を中心に螺旋を描くよ
うに運動しながら磁極側へ移動しようとする。言い換え
れば、荷電粒子はその回転中心が磁場強度の強くなる方
へ移動しようとする。このような荷電粒子はまた、磁極
に近付いて磁場強度が大きくなるにつれて反対方向へ動
くようなはね返り作用を受ける。このはね返りの度合い
は、初期の運動方向により決まり、磁場の強度比(図7
(b)を引用して言えば、曲線の谷間の最低値とピーク
値との比)が大きいほどはね返りやすい。このような原
理で、イオンの滞留時間が長くなるイオン閉じ込め作用
が生ずる。一方、RF窓22aは、磁力線と平行になる
ような位置にあり、イオンは磁力線に直角な方向へは移
動しにくいので、これがRF窓22aへのイオンの付着
が生じにくい一因ともなっている。
Next, the principle of the ion confinement effect by the magnetic field of the four-pole permanent magnet will be described with reference to FIG.
In FIG. 8, the lines of magnetic force between the four-pole permanent magnets are symbolically shown one by one. The dashed line indicates the isomagnetic field intensity range of the absolute value of the magnetic field | B |. The closer to the center, the closer to the circle the magnetic field intensity becomes isotropic, but it becomes distorted as it approaches the magnetic pole. Loses its target. The charged particles existing in such a magnetic field tend to move toward the magnetic pole while moving in a spiral around the magnetic field lines. In other words, the charged particle tries to move to the direction where the center of rotation becomes stronger in the magnetic field. Such charged particles are also subjected to a repulsive action such that they move in the opposite direction as the magnetic field strength increases as they approach the pole. The degree of this rebound is determined by the initial direction of motion, and the intensity ratio of the magnetic field (FIG. 7)
To quote (b), the larger the ratio between the minimum value and the peak value between the valleys of the curve, the greater the tendency to rebound. According to such a principle, an ion confinement effect in which the residence time of the ions is prolonged occurs. On the other hand, the RF window 22a is located at a position parallel to the magnetic field lines, and the ions are unlikely to move in a direction perpendicular to the magnetic field lines. This also contributes to the difficulty of ion attachment to the RF windows 22a.

【0049】ところで、マイクロ波の周波数を2.45
(GHz)とするのは、この周波数の発生装置が家庭用
の電気製品、例えば電子レンジにおいて使用され、最も
安価で提供されているからであり、この点を考慮しなく
ても良いのであれば、別の周波数でも良い。
By the way, the frequency of the microwave is set to 2.45.
(GHz) because the generator of this frequency is used in household electric appliances, for example, a microwave oven, and is provided at the lowest cost. If it is not necessary to consider this point, Alternatively, another frequency may be used.

【0050】以上、本発明を4極永久磁石の場合につい
て説明したが、磁極数は4極に限らないことは言うまで
も無い。
Although the present invention has been described with reference to the case of a four-pole permanent magnet, it goes without saying that the number of magnetic poles is not limited to four.

【0051】[0051]

【発明の効果】本発明によれば、以下のような効果が得
られる。
According to the present invention, the following effects can be obtained.

【0052】効率的な閉じ込め磁場中で電子エネルギー
の小さいプラズマを発生させるため、比較的大電流のデ
カボランイオンを選択的に生成できる。
Since a plasma having a small electron energy is generated in an efficient confined magnetic field, a relatively large current of decaborane ions can be selectively generated.

【0053】マイクロ波はプラズマチャンバの半径方向
から導入されるので、RF窓の汚れる速度が低下し、イ
オン源の保守周期が長くなる。
Since the microwave is introduced from the radial direction of the plasma chamber, the speed of fouling the RF window is reduced, and the maintenance cycle of the ion source is lengthened.

【0054】デカボランを装填する真空槽は恒温槽内の
液体を介して熱せられ、ヒータで直に熱する場合より
も、安定した温度制御が可能である。
The vacuum chamber in which decaborane is loaded is heated via the liquid in the thermostat, and more stable temperature control is possible than when the heater is heated directly by the heater.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明による分子イオンエンハンストイオン源
装置の実施の形態を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a molecular ion enhanced ion source device according to the present invention.

【図2】本発明が適用されるイオン注入装置の構成を示
した図である。
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of an ion implantation apparatus to which the present invention is applied.

【図3】本発明による分子イオンエンハンストイオン源
装置のうちのイオン源装置を示す縦断面図である。
FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing an ion source device of the molecular ion enhanced ion source device according to the present invention.

【図4】図3の線A−A´による断面図である。FIG. 4 is a sectional view taken along line AA ′ of FIG. 3;

【図5】図3に示された多極永久磁石装置を示した図
で、図(a)は一部断面側面図、図(b)は図(a)の
線B−B´による断面図、図(c)は図(a)の線C−
C´による断面図である。
5A and 5B are views showing the multi-pole permanent magnet device shown in FIG. 3, wherein FIG. 5A is a partial cross-sectional side view, and FIG. 5B is a cross-sectional view taken along line BB ′ in FIG. , FIG. (C) is the line C- in FIG.
It is sectional drawing by C '.

【図6】図5に示されたヨークと基体枠及び枠の側面図
及び断面図である。
6 is a side view and a sectional view of the yoke, the base frame, and the frame shown in FIG. 5;

【図7】図3に示されたミラー電磁石とヨークについて
説明するための図であり、図(a)は縦断面図、図
(b)は4極永久磁石を用いた場合の磁場例を示した図
である。
7A and 7B are views for explaining the mirror electromagnet and the yoke shown in FIG. 3; FIG. 7A is a longitudinal sectional view, and FIG. 7B shows an example of a magnetic field when a four-pole permanent magnet is used; FIG.

【図8】図4に示された4極永久磁石の作用を説明する
ための図である。
FIG. 8 is a diagram for explaining the operation of the four-pole permanent magnet shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 イオン源装置 10 プラズマチャンバ 11、12 ミラー電磁石 13 導波管 20 多極永久磁石装置 21a 接続部 22a RF窓 23a〜23d 4極永久磁石 24 ヨーク 25−1、25−2 多極永久磁石 26 基体枠 27−1、27−2 枠体 29 ガスの導入管 41 加速区間 42 引き出しチャンバ 43 質量分離器 44 質量分離スリット 45 ビーム制御可変幅スリット 46 イオン注入室 47 ウェハ 48 回転円板 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ion source apparatus 10 Plasma chamber 11, 12 Mirror electromagnet 13 Waveguide 20 Multipole permanent magnet apparatus 21a Connection part 22a RF window 23a-23d Quadrupole permanent magnet 24 Yoke 25-1, 25-2 Multipole permanent magnet 26 Base Frame 27-1, 27-2 Frame 29 Gas introduction pipe 41 Acceleration section 42 Extraction chamber 43 Mass separator 44 Mass separation slit 45 Beam control variable width slit 46 Ion implantation chamber 47 Wafer 48 Rotating disk

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 筒状のプラズマチャンバの外周部に筒状
の基体枠を配置構成すると共に、該筒状の基体枠の外周
面に該基体枠の中心軸と平行な方向に固着配置された複
数の棒状永久磁石による多極永久磁石装置を配設するこ
とにより多重極磁場を構成し、 前記多極永久磁石装置の両端側であって前記基体枠の中
心軸と平行な方向の両端側にそれぞれ端部枠を設け、 該端部枠の外周側にミラーコイルまたは複数の棒状永久
磁石によるミラー磁石を配設することにより一対のミラ
ー磁場を構成し、 該一対のミラー磁場と前記多重極磁場とにより、前記基
体枠の内部の前記プラズマチャンバ内に閉じ込め磁場を
形成すると共に、該磁場内となるプラズマチャンバ内に
イオン生成用のガスとマイクロ波を導入し、 前記プラズマチャンバの中心軸方向に一致する方向の閉
じ込め磁場による特殊断面形状のプラズマを生成して、
イオンビームを前記プラズマチャンバの一端側に設けた
引き出し電極により引き出すように構成したことを特徴
とする分子イオンエンハンストイオン源装置。
1. A cylindrical base frame is disposed around an outer peripheral portion of a cylindrical plasma chamber, and is fixedly mounted on an outer peripheral surface of the cylindrical base frame in a direction parallel to a central axis of the base frame. A multipole magnetic field is configured by disposing a multipole permanent magnet device with a plurality of rod-shaped permanent magnets, and at both ends of the multipole permanent magnet device and at both ends in a direction parallel to the central axis of the base frame. Each of the end frames is provided, and a mirror coil or a plurality of bar-shaped permanent magnets is arranged on the outer peripheral side of the end frame to form a pair of mirror magnetic fields. With this, a magnetic field confined in the plasma chamber inside the base frame is formed, and a gas for generating ions and microwaves are introduced into the plasma chamber in the magnetic field. To generate plasma of a special cross-sectional shape by matching the direction of the magnetic confinement,
A molecular ion enhanced ion source device, wherein an ion beam is extracted by an extraction electrode provided at one end of the plasma chamber.
【請求項2】 請求項1において、前記プラズマチャン
バ内の閉じ込め磁場は、前記ミラー磁石の中心軸を前記
多極永久磁石装置の中心軸と一致させ、かつ該ミラー磁
石の発生する一対のミラー磁場の向きが中心軸上で一致
するようしたことを特徴とする分子イオンエンハンスト
イオン源装置。
2. The magnetic field confined in the plasma chamber according to claim 1, wherein a central axis of the mirror magnet coincides with a central axis of the multi-pole permanent magnet device, and a pair of mirror magnetic fields generated by the mirror magnet. Characterized in that the directions are the same on the central axis.
【請求項3】 請求項1において、前記多極永久磁石装
置の前記引き出し電極側の一端側または両端側におい
て、前記端部枠の外周側と前記ミラー磁石の内周側との
間に第2の多極永久磁石装置を配設するようにしたこと
を特徴とする分子イオンエンハンストイオン源装置。
3. The multi-pole permanent magnet device according to claim 1, wherein a second end is provided between an outer peripheral side of the end frame and an inner peripheral side of the mirror magnet at one end or both ends on the side of the lead electrode of the multipole permanent magnet device. A multi-pole permanent magnet device according to any one of claims 1 to 3, wherein the ion source is a molecular ion enhanced ion source device.
【請求項4】 請求項1において、前記端部枠を前記基
体枠と一体に設けたことを特徴とする分子イオンエンハ
ンストイオン源装置。
4. The molecular ion enhanced ion source device according to claim 1, wherein the end frame is provided integrally with the base frame.
【請求項5】 請求項1において、前記一対のミラー磁
場のうち前記引き出し電極と反対側の前記ミラー磁石と
前記多極永久磁石装置は各々最大磁束密度が2キロガウ
ス以上の閉じ込め磁場を生成することを特徴とする分子
イオンエンハンストイオン源装置。
5. The multi-pole permanent magnet device according to claim 1, wherein the mirror magnet and the multi-pole permanent magnet device of the pair of mirror magnetic fields opposite to the extraction electrode each generate a confined magnetic field having a maximum magnetic flux density of 2 kilogauss or more. A molecular ion enhanced ion source device characterized by the above-mentioned.
【請求項6】 請求項3において、前記第2の多極永久
磁石装置により、前記プラズマチャンバ内の閉じ込め磁
場を該プラズマチャンバ内の最大磁束密度が2キロガウ
ス以上となるよう構成したことを特徴とする分子イオン
エンハンストイオン源装置。
6. The method according to claim 3, wherein the confined magnetic field in the plasma chamber is configured to have a maximum magnetic flux density of 2 kilogauss or more by the second multipole permanent magnet device. Molecular ion enhanced ion source device.
【請求項7】 請求項1において、2.45(GHz)
のマイクロ波を導入するようにしたことを特徴とする分
子イオンエンハンストイオン源装置。
7. The method according to claim 1, wherein the frequency is 2.45 GHz.
A molecular ion-enhanced ion source device characterized in that microwaves are introduced.
【請求項8】 請求項1において、前記マイクロ波導入
用の導波管との接続のために、前記プラズマチャンバ、
前記基体枠及び前記多極永久磁石装置の三重構成体の側
面周部に少なくとも1つの接続部を設けて導波管を接続
し、該接続部は前記多極永久磁石装置の棒状永久磁石間
に位置させると共に、前記プラズマチャンバ及び前記基
体枠の中心軸方向に平行な方向の長穴形状として、前記
プラズマチャンバの半径方向の接続部からマイクロ波を
導入するようにしたことを特徴とする分子イオンエンハ
ンストイオン源装置。
8. The plasma chamber according to claim 1, wherein the plasma chamber is connected to the microwave introduction waveguide.
A waveguide is connected by providing at least one connection portion on a side peripheral portion of the triple structure of the base frame and the multipole permanent magnet device, and the connection portion is provided between the bar-shaped permanent magnets of the multipole permanent magnet device. A molecular ion, wherein a microwave is introduced from a radial connection portion of the plasma chamber as a long hole in a direction parallel to a central axis direction of the plasma chamber and the base frame. Enhanced ion source device.
【請求項9】 請求項1において、マイクロ波電力が最
大100(W)であることを特徴とする分子イオンエン
ハンストイオン源装置。
9. The molecular ion enhanced ion source device according to claim 1, wherein the microwave power is a maximum of 100 (W).
【請求項10】 請求項1において、前記イオン生成用
のガスの供給は、固体状態でイオン源ガス物質を装填し
た真空容器を、温度制御された液体に浸すことによって
前記イオン源ガス物質を間接加熱し、ガス化して供給す
ることを特徴とする分子イオンエンハンストイオン源装
置。
10. The ion source gas supply according to claim 1, wherein the supply of the ion generation gas is performed by immersing a vacuum vessel loaded with the ion source gas substance in a solid state in a temperature-controlled liquid. A molecular ion enhanced ion source device which is heated, gasified, and supplied.
【請求項11】 請求項10において、前記イオン源ガ
ス物質を加熱し、ガス化して供給する供給口を前記プラ
ズマチャンバの中心軸上の一端側に設けたことを特徴と
する分子イオンエンハンストイオン源装置。
11. The molecular ion enhanced ion source according to claim 10, wherein a supply port for heating, gasifying and supplying the ion source gas substance is provided at one end side on a center axis of the plasma chamber. apparatus.
【請求項12】 請求項10において、前記イオン源ガ
ス物質として、固体のデカボランを使用することを特徴
とする分子イオンエンハンストイオン源装置。
12. The molecular ion enhanced ion source device according to claim 10, wherein solid decaborane is used as the ion source gas substance.
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