JP2571894Y2

JP2571894Y2 - イオン源

Info

Publication number: JP2571894Y2
Application number: JP1992014700U
Authority: JP
Inventors: 博藤澤
Original assignee: Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Nissin Electric Co Ltd
Priority date: 1992-03-18
Filing date: 1992-03-18
Publication date: 1998-05-20
Anticipated expiration: 2007-03-18
Also published as: JPH0575951U

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、イオン注入装置等にお
いて使用されるイオンを生成するイオン源に関し、特
に、磁界中のマイクロ波放電によりプラズマを発生させ
るマイクロ波型のイオン源に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、元素をイオン化し、イオンビーム
として引き出すイオン源は、イオン注入装置をはじめと
して様々な分野に利用されている。このイオン源には、
磁界中のマイクロ波放電によりプラズマを発生させるマ
イクロ波型のイオン源がある。

【０００３】このマイクロ波型のイオン源は、図３に示
すように、マイクロ波を出力するマグネトロン５１と、
このマグネトロン５１に導波管５２を介して接続された
プラズマチャンバ５３とを有しており、プラズマチャン
バ５３の導波管５２側の壁面には、プラズマチャンバ５
３によって形成されたプラズマ生成室５６と導波管５２
とを隔離するウインドウ５４とが設けられている。この
ウインドウ５４は、例えばアルミナや窒化ボロン（Ｂ
Ｎ）等のように、マイクロ波が通過可能な比較的高い誘
電率を有し、且つ、耐腐食性が高く、高温にも強い高融
点物質により形成されている。

【０００４】また、上記プラズマチャンバ５３の周囲に
は、プラズマ生成室５６内に軸方向（ビーム引き出し方
向）と略平行な磁界を形成するソレノイドコイル５５ａ
…を有したソースマグネット５５が配設されている。

【０００５】そして、このイオン源は、マグネトロン５
１から出力されたマイクロ波を導波管５２およびウイン
ドウ５４を介してプラズマ生成室５６に導入させ、上記
ソースマグネット５５の形成する磁界中において、プラ
ズマ生成室５６内に導入されているＢＦ₃等のガスイオ
ン種をマイクロ波放電によりプラズマ化させ、このプラ
ズマからイオンを生成するようになっている。

【０００６】このプラズマチャンバ５３のウインドウ５
４と対向する壁面には、例えばスリット状のイオン引出
孔５４ａが形成されており、プラズマチャンバ５３の外
側には、イオン引出孔５４ａと対向して配置された引出
電極５７が設けられている。

【０００７】そして、イオン源は、プラズマチャンバ５
３と引出電極５７との間に、プラズマチャンバ５３が引
出電極５７より正となる電位差を生じさせてプラズマ生
成室５６に強い外部電界をかけ、この外部電界により引
出スリットイオン引出孔５４ａからイオンを引き出すこ
とにより、イオンビームを形成するようになっている。

【０００８】プラズマ生成室５６から引き出されたイオ
ンビームは、引出電極５７に形成されているビーム通過
孔５７ａを通過してさらに上流へと移送される。

【０００９】

【考案が解決しようとする課題】ところで、上記イオン
ビームが引出電極５７のビーム通過孔５７ａを通過する
とき、イオンビームの一部が引出電極５７に直接あた
り、引出電極５７のビーム照射面から２次電子が放出さ
れる。この２次電子は、正の引出電圧が印加されている
プラズマチャンバ５３に向かって加速され、イオン引出
孔５４ａを通過してプラズマ生成室５６内に入る。この
プラズマ生成室５６内に入った電子は、プラズマ生成室
５６内に形成されているビーム引き出し方向と略平行な
磁界に沿って進み、最終的にはウインドウ５４に激突す
る。

【００１０】このような電子は、バックストリームエレ
クトロンと称されており、ウインドウ５４をスパッタさ
せ、ウインドウ５４に穴を掘っていく。これが現在のマ
イクロ波型のイオン源の寿命を決定している最も大きな
要因である。上記従来の構成では、損傷したウインドウ
５４全体を交換する必要があり、ウインドウ交換時のコ
スト高を招いている。

【００１１】本考案は、上記に鑑みなされたものであ
り、その目的は、ウインドウ交換時のコストの削減を図
ることができるイオン源を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本考案のイオン源は、上
記の課題を解決するために、イオン引出孔を有すると共
に、このイオン引出孔と対向する面にマイクロ波を室内
に導入させるウインドウが設けられ、プラズマ生成室を
形成するプラズマチャンバと、上記プラズマチャンバ外
にイオン引出孔と対向して設けられ、プラズマ生成室か
ら正イオンを引き出す電界を形成するための引出電極
と、上記プラズマ生成室内にイオン引き出し方向と略平
行な磁場を形成する磁場形成手段とを備えているイオン
源において、以下の手段を講じている。

【００１３】即ち、上記ウインドウは、プラズマチャン
バに固定されたウインドウ本体部と、上記ウインドウ本
体部に着脱可能に取り付けられた交換ウインドウ部とか
ら成り、上記磁場形成手段は、上記ウインドウの近傍で
最も磁場強度が強い磁場分布となるような磁場をプラズ
マ生成室内に形成する。

【００１４】

【作用】上記の構成によれば、引出電極の形成する電界
によりプラズマ生成室から引き出された正イオンが引出
電極にあたって発生した２次電子は、正イオンとは逆に
上記の電界によりプラズマ生成室方向へと加速され、プ
ラズマチャンバのイオン引出孔からプラズマ生成室内に
入る。そして、この電子は、磁場形成手段の形成する磁
場の磁力線に沿って進む。

【００１５】上記磁場形成手段の形成する磁場は、イオ
ンビーム引き出し方向と略平行であり、ウインドウの近
傍で最も磁場強度が強い磁場分布となるような磁場であ
るため、プラズマ生成室内に入った上記の電子は、ウイ
ンドウの一部分（イオン引出孔の位置がプラズマチャン
バ壁の中央部に形成されている場合はウインドウの中央
部分）に集中してあたる。

【００１６】ウインドウは、プラズマチャンバに固定さ
れたウインドウ本体部に交換ウインドウ部が着脱可能に
取り付けられた構造であり、ウインドウの一部分に集中
してあたる電子の照射領域に、上記交換ウインドウ部を
配置すれば、ウインドウのメンテナンス時にウインドウ
全体を交換する必要がなく、交換ウインドウ部だけを交
換すればよいので、ウインドウ交換時のコストの削減を
図ることができる。

【００１７】

【実施例】本考案の一実施例について図１および図２に
基づいて説明すれば、以下の通りである。

【００１８】本実施例のイオン源は、電子サイクロトロ
ン共鳴（ＥＣＲ：Electron Cyclotron Resonance）条件
の磁界中でマイクロ波放電を生じさせてプラズマを生成
し、このプラズマからイオンをビームとして引き出すマ
イクロ波型のイオン源（ＥＣＲイオン源）であり、例え
ばイオン注入装置に搭載されるようになっている。

【００１９】上記イオン源は、図２に示すように、例え
ば2.４５ＧＨｚのマイクロ波を出力するマグネトロン１
と、このマグネトロン１を作動させるマグネトロン電源
２とを有しており、マグネトロン１は、導波管３を介し
てプラズマチャンバ４に接続されている。

【００２０】上記のプラズマチャンバ４は、プラズマ生
成室７を形成しており、このプラズマ生成室７には、Ｂ
Ｆ₃等のイオン源物質が導入されるようになっている。
また、プラズマチャンバ４の導波管３側の内壁面には、
ウインドウ５が配設されており、このウインドウ５は、
導波管３とプラズマ生成室７とを隔離するようになって
いると共に、マグネトロン１から導波管３を介して出力
されたマイクロ波をプラズマ生成室７に導入させるよう
になっている。

【００２１】このウインドウ５は、プラズマチャンバ４
に固定されたウインドウ本体部５ａと、このウインドウ
本体部５ａに着脱可能に取り付けられる交換ウインドウ
部５ｂとから成り、上記交換ウインドウ部５ｂは、ウイ
ンドウ本体部５ａの中央部分にボルト等の締結部材によ
り固定されている。尚、ウインドウ本体部５ａに交換ウ
インドウ部５ｂを取り付ける手段は、締結部材を用いる
ことに限定されるものではなく、ウインドウ本体部５ａ
の所定位置に交換ウインドウ部５ｂを嵌め込むプラグ方
式でもよい。

【００２２】また、プラズマチャンバ４のウインドウ５
と対向する壁面には、外部にイオンを放出させるイオン
引出スリット（イオン引出孔）４ａが形成されている。
このイオン引出スリット４ａからイオンの放出方向に
は、ビーム通過孔８ａが形成された引出電極８およびビ
ーム通過孔９ａが形成された減速電極９がこの順に配設
されている。

【００２３】上記減速電極９は接地されて大地電位に、
そして、引出電極８は減速電極９よりも負電位になるよ
うに、減速電源１０より負電圧が印加されている。そし
て、プラズマチャンバ４には、引出電源１１の正極端子
が接続されており、この引出電源１１より高電圧の引出
電圧が印加されるようになっている。これにより、プラ
ズマチャンバ４と引出電極８との間に所定の電位差が生
じ、プラズマ生成室７に強い外部電界が形成され、この
外部電界により、プラズマ生成室７内のプラズマからイ
オンが引き出され、イオンビームが形成されるようにな
っている。また、上記のように、引出電極８を減速電極
９よりも負電位にすることにより、引出電極８よりも下
流で発生した電子の逆流を防ぐことができるようになっ
ている。

【００２４】上記のプラズマチャンバ４、引出電極８、
および減速電極９は、気密状態にされたイオン源チャン
バ１２に内蔵されており、このイオン源チャンバ１２
は、図示しない真空排気手段によって高真空状態にされ
るようになっている。

【００２５】また、プラズマチャンバ４の周囲には、２
つのソレノイドコイル６ａ・６ｂを備えたソースマグネ
ット（磁場形成手段）６が配設されており、このソース
マグネット６は、プラズマ生成室７内に、ビーム引き出
し方向と平行な磁界を形成するようになっている。上記
ソレノイドコイル６ａ・６ｂには、図示しないソースマ
グネット電源が接続されており、ソースマグネット電源
よりソースマグネット電流が供給されるようになってい
る。

【００２６】上記マグネトロン１から供給されるマイク
ロ波電力の周波数が、例えば2.４５ＧＨｚの場合、“Ｅ
ＣＲｃｏｎｄｉｔｉｏｎ”とよばれる磁場強度Ｈは８７
５Ｇａｕｓｓであり、プラズマ生成室７内の１平面に上
記“ＥＣＲｃｏｎｄｉｔｉｏｎ”を満たす磁場強度Ｈの
磁場が存在すれば、その平面においてプラズマが生成さ
れると言われている。

【００２７】本実施例では、ソースマグネット６の２つ
のソレノイドコイル６ａ・６ｂのうち、ウインドウ５に
近い方のソレノイドコイル６ａに供給されるソースマグ
ネット電流を、他方のソレノイドコイル６ｂよりも多く
することで、図１（ａ）（ｂ）に示すように、ウインド
ウ５の近傍の磁場強度Ｈが“ＥＣＲｃｏｎｄｉｔｉｏ
ｎ”を満たす磁場強度よりも強く、イオン引出スリット
４ａ側が“ＥＣＲｃｏｎｄｉｔｉｏｎ”を満たす磁場強
度よりも弱くなる磁場分布を示すようにしている。

【００２８】尚、同図（ａ）は、プラズマ生成室７内に
おけるビーム引き出し方向の磁場分布を示しており、横
軸は同図（ｂ）に示されているプラズマ生成室７のビー
ム引き出し方向と一致している。また、同図（ｂ）中の
平面Ａは“ＥＣＲｃｏｎｄｉｔｉｏｎ”が満たされてい
る面を示している。

【００２９】上記の構成において、イオン源の動作につ
いて説明する。

【００３０】図２に示すように、先ず、イオン源チャン
バ５が図示しない真空排気手段によって排気され、高真
空状態にされる。次に、プラズマ生成室７内にイオン種
が導入される。そして、ソースマグネット６のソレノイ
ドコイル６ａ・６ｂにソースマグネット電源よりソース
マグネット電流が供給され、プラズマ生成室７にビーム
引き出し方向と略平行な磁界が形成される。この後、マ
グネトロン１が作動され、マイクロ波電力の出力が開始
されることになる。

【００３１】このマイクロ波は、導波管３を介してウイ
ンドウ８に到達し、このウインドウ８を通過してプラズ
マ生成室７に導入されることになる。そして、ＥＣＲ現
象によるマイクロ波放電によって、プラズマ生成室７に
導入されているイオン種がプラズマ化されることにな
る。続いて、引出電源１１が投入されることにより、上
記プラズマチャンバ４と引出電極８との間に所定の電位
差が生じ、プラズマ生成室７に強い外部電界が形成さ
れ、この外部電界により、プラズマ生成室７内のプラズ
マからイオンが引き出され、イオンビームが形成され
る。

【００３２】上記イオンビームは、引出電極８のビーム
通過孔８ａ、および減速電極９のビーム通過孔９ａを通
過した後、上流へと移送される。

【００３３】イオンビームが引出電極８のビーム通過孔
８ａを通過するとき、ビームの一部が引出電極８にあた
って２次電子が発生する。この２次電子は、引出電源１
１より正の引出電圧が印加されているプラズマチャンバ
４に向かって加速され、イオン引出孔４ａを通過してプ
ラズマ生成室７内に入る、いわゆるバックストリームエ
レクトロン１３（図１参照）となる。このバックストリ
ームエレクトロン１３は、プラズマ生成室７内に形成さ
れているビーム引き出し方向と略平行な磁場に沿って進
む。

【００３４】本実施例では、図１（ａ）（ｂ）に示すよ
うに、ウインドウ５の近傍の磁場強度Ｈがプラズマ生成
室７内で最も強くなるような磁場分布になっているの
で、上記バックストリームエレクトロン１３は、ウイン
ドウ５の中央部に配されている交換ウインドウ部５ｂに
集中してあたる。

【００３５】したがって、従来のように、ウインドウ全
体を取り替える必要はなく、交換ウインドウ部５ｂだけ
を交換すればよいので、ウインドウのメンテナンス時の
コストを削減することができる。

【００３６】特に、交換ウインドウ部５ｂの材質を適当
に選ぶことにより、ウインドウ全体の寿命を長くするこ
とができる。この材質を選ぶ基準は幾つかある。具体的
には、プラズマが高温であることから高融点であり、プ
ラズマ生成室７内にボロン等の腐食性ガスが導入される
ことから耐腐食性に優れており、マイクロ波が通過可能
な高い誘電率を有し、そしてスパッタ率が小さいものが
適当である。上記の基準を満たすものとしては、例えば
ＢＮ等が挙げられる。さらに、熱伝導度が高い方が望ま
しい。

【００３７】また、バックストリームエレクトロン１３
は、交換ウインドウ部５ｂに集中照射されるので、ウイ
ンドウ本体部５ａの材質として、あえてスパッタ率の高
いものを選ぶ必要がなく、高融点で耐腐食性に優れ、高
誘電率を有する、例えばアルミナ等を選べばよい。

【００３８】尚、本実施例では、ソースマグネット６の
ソレノイドコイル６ａにソレノイドコイル６ｂよりも大
きいソースマグネット電流を流すことにより、ウインド
ウ５の近傍の磁場強度Ｈを強めているが、ウインドウ５
の近傍の磁場強度Ｈを強める方法は、これに限定され
ず、例えば、ウインドウ５側のソレノイドコイル６ａを
よりウインドウ５に近づけて配置してもよい。

【００３９】

【考案の効果】本考案のイオン源は、以上のように、ウ
インドウは、プラズマチャンバに固定されたウインドウ
本体部と、上記ウインドウ本体部に着脱可能に取り付け
られた交換ウインドウ部とから成り、磁場形成手段は、
上記ウインドウの近傍の磁場強度がプラズマ生成室内で
最も強くなるような磁場分布の磁場を形成するような構
成である。

【００４０】それゆえ、プラズマ生成室外で発生し、イ
オン引出孔を通過してプラズマ生成室内に加速されて入
ってきたバックストリームエレクトロンは、磁場形成手
段の形成する、イオンビーム引き出し方向と略平行であ
り、ウインドウの近傍で最も磁場強度が強い磁場分布と
なるような磁場に沿って進み、ウインドウの一部分に集
中してあたる。このバックストリームエレクトロンの照
射領域に、交換ウインドウ部を配置すれば、ウインドウ
のメンテナンス時にウインドウ全体を交換する必要がな
く、交換ウインドウ部だけを交換すればよいので、ウイ
ンドウ交換時のコストの削減を図ることができるという
効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例を示すものであり、マイクロ
波型のイオン源のプラズマ生成室内の状態と、このプラ
ズマ生成室内におけるビーム引き出し方向の磁場分布を
示す説明図である。

【図２】上記マイクロ波型のイオン源の概略構成図であ
る。

【図３】従来例を示すものであり、マイクロ波型のイオ
ン源の概略構成図である。

【符号の説明】

１マグネトロン４プラズマチャンバ４ａイオン引出スリット（イオン引出孔）５ウインドウ５ａウインドウ本体部５ｂ交換ウインドウ部６ソースマグネット（磁場形成手段）６ａソレノイドコイル６ｂソレノイドコイル７プラズマ生成室８引出電極

Claims

(57)【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】イオン引出孔を有すると共に、このイオン
引出孔と対向する面にマイクロ波を室内に導入させるウ
インドウが設けられ、プラズマ生成室を形成するプラズ
マチャンバと、上記プラズマチャンバ外にイオン引出孔と対向して設け
られ、プラズマ生成室から正イオンを引き出す電界を形
成するための引出電極と、上記プラズマ生成室内にイオン引き出し方向と略平行な
磁場を形成する磁場形成手段とを備えているイオン源に
おいて、上記ウインドウは、プラズマチャンバに固定されたウイ
ンドウ本体部と、上記ウインドウ本体部に着脱可能に取
り付けられた交換ウインドウ部とから成り、上記磁場形
成手段は、上記ウインドウの近傍の磁場強度がプラズマ
生成室内で最も強くなるような磁場分布の磁場を形成す
ることを特徴とするイオン源。