JP2635028B2 - マイクロ波イオン源 - Google Patents

マイクロ波イオン源

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JP2635028B2
JP2635028B2 JP61251633A JP25163386A JP2635028B2 JP 2635028 B2 JP2635028 B2 JP 2635028B2 JP 61251633 A JP61251633 A JP 61251633A JP 25163386 A JP25163386 A JP 25163386A JP 2635028 B2 JP2635028 B2 JP 2635028B2
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訓之 作道
克己 登木口
関  孝義
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はマイクロ波イオン源に係り、特に、イオン打
込み機やイオン加工機に使用され、蒸気圧の低い原子
(例えばB(硼素))の関係したイオンを長時間安定に
引出すのに好敵な機能を持つマイクロ波イオン源に関す
る。
〔従来の技術〕
イオン源の長時間安定動作のためにとられてきた従来
の技術は、特開昭60−195854号に記載のように、イオン
出射孔に付着した物をエツチングするようなガスをイオ
ン出射孔の近くに導入し、付着する物の堆積速度を下げ
るというものであつた。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記従来技術は、イオン出射孔に付着する物の堆積速
度を下げることにより、イオン出射孔のイオンビーム透
過断面積の減少をおさえることができるが、イオン源の
動作条件によつては、導入したガスによるエツチング速
度が、付着する物の堆積速度よりも早くなり、イオン出
射孔本体までエツチングして、逆にイオンビーム透過断
面積を増大させ、イオンビームを不安定にしてしまうこ
ともあつた。
本発明の目的は、イオン種やイオン源の動作条件に関
係なくイオン出射孔のイオンビーム透過断面形状を一定
に保ち、長時間安定なイオンビームを引出せるマイクロ
波イオン源を提供するにある。
〔問題点を解決するための手段〕
上記目的は、イオン出射孔に付着した物を、定期的に
機械的にかき落とす、あるいは、付着しした部分を少し
ずつ隠すとともに付着していない面を新たにイオン出射
孔にする、等のイオン出射孔の再生機構を設けることに
より、達成される。
さらに、イオン出射孔を加熱できる機構を設けイオン
出射孔の温度を制御することも有効である。
〔作用〕
上記イオン出射孔再生機構は、イオン出射孔に付着し
た物をほぼ完全に取り去るか、付着物のない新しいイオ
ン出射孔に入れ変える動作をする。それによつて、付着
物の増加に従がい、引出されるイオンビーム量が減少し
てきたイオン源、あるいは動作条件を制御してイオンビ
ーム量の減少を抑えてきたイオン源を、初期状態に戻す
ことができる。イオン出射孔を加熱することにより付着
物質の飽和蒸気圧を放電室内のガス圧力より高くして、
付着物質を再び蒸発させることができる。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を図面により説明する。第1図
は、本発明によるイオン出射孔の構造を示すもので、第
2図は、本発明を組込んだイオン源の例を示すものであ
る。本イオン源は、磁場中のマイクロ波放電を利用した
もので、マイクロ波を発生して放電室5に送り込むため
のマイクロ波発生器1,導波管2a,2b,マイクロ波導入フラ
ンジ3,放電電極4,誘電体充填物11、放電室5付近に磁界
を発生させるためのソレノイドコイル13、放電室5に放
電ガスを導入するための試料ガス導入パイプ6、放電室
5内に発生したプラズマからイオンビーム21を引出すた
めのイオンビーム出射孔7、イオンビーム引出し電極系
8a,8b,8c、そしてイオン源を高電圧に保つための絶縁碍
子12で構成されている。第1図に示したイオン出射孔
は、第2図の符号7付近を詳細にしたものである。本実
施例のイオン出射孔は細長いスリツト形状で、イオン出
射孔本体7a、付着物をかき落とすための出射孔補助板7
b、そして出射孔補助板7bを動かすための補助板駆動機
構7cで構成されている。出射孔補助板7bは、放電室5の
断面と同程度の大きさの四角な穴を持ち、さらに、イオ
ン出射孔本体7aのスリツト状穴部に入る2ケの突起を持
つている。そして、イオン出射孔本体7aは、従来のイオ
ン出射孔スリツト長に比べて2倍以上の長さを有してい
る。この部分を通過するイオンビーム21の断面は、巾方
向がイオン出射孔本体7aで、スリツト方向が出射孔補助
板7bの2ケの突起で制限される。本実施例において、BF
3ガスを導入して放電室5内にプラズマを発生させ、そ
こからイオンビーム21を引出した場合、BF3ガスが分解
してできるB(硼素)は蒸気圧が非常に低い(約1650℃
で1Torr)ため、放電室5の内壁やイオン出射孔本体7a
の放電室に面した面、そしてイオンビーム21の通過する
イオン出射孔内壁に付着する。そこで、上記付着物があ
る程度堆積した時点(イオンビーム21の量を常時測定で
きるので、例えばイオン電流量が10%減少した時)に、
補助板駆動機構7cを使つて、出射孔補助板7bをスリツト
方向に出射孔補助板7bの2ケの突起がそれぞれ中央にく
るまで、左右にスライドさせ、イオン出射孔本体7aに付
着したBをかき落とす。上記動作により、イオンビーム
21の量を初期状態に復帰させることができ、これを繰り
返すことで、イオン源を長時間安定に引出すことが可能
になる。本実施例によれば、出射孔補助板7bを左右に1
往復させるだけの短い時間、わずかなエネルギーだけで
イオン源を初期の動作状態に復帰させることができ、イ
オン源の寿命(1度の装着で使用できる時間、あるいは
分解清掃の周期)を大巾に長くする効果がある。本実施
例において、出射孔補助板7bを固定し、イオン出射孔本
体7aをスライドさせる構造にしても、同等の効果を得る
ことができる。
第3図は別の実施例を示すもので、イオン出射孔は2
枚の帯状薄板7eを諸定の巾だけ離して設置することによ
り形成する。さらに上記2枚の帯状薄板7eは、その長手
方向端面が接続されていてリング状になつており、薄板
案内板7fをガイドレールにし、薄板送り機構7gを回転さ
せることによりスリツト方向にスライド可能な構造にな
つている。また、薄板案内板7fはイオン出射孔部にある
帯状薄板7eを正確な位置にセツトするための位置決め機
構をもつており、帯状薄板7eに付着した物は上記位置決
め機構部で自動的にけずり取られることになる。本実施
例の場合、2枚の帯状薄板7eを断続的あるいは連続的に
動かすことにより、イオン出射孔部への付着物を堆積さ
せることなくイオン源を動作させることが可能となる。
本実施例によれば、イオン出射孔部への付着物の影響を
まつたく受けないイオン源を作ることができるので、イ
オン源の寿命を大巾に長くする効果がある。
第4図は別の実施例を示すもので、イオン出射孔は2
本の丸棒7hを諸定の巾だけ離して設置することにより形
成する。上記2本の丸棒7hは丸棒回転機構7iで自転可能
な構造になつている。さらに、上記丸棒7hに付着した物
をイオン引出し電極8aの一部で削り取るような形に、イ
オン引出し電極8aを形成してある。本実施例の場合、2
本の丸棒7hを断続的あるいは連続的に動かすことによ
り、イオン出射孔部への付着物を堆積させることなくイ
オン源を動作させることが可能となる。本実施例によれ
ば、1つ前の実施例と同様で、イオン源の寿命を大巾に
長くする効果がある。
第5図は、本発明による他の実施例のイオン出射孔の
構造を示すものである。本実施例のイオン出射孔は細長
いスリツト形状で、イオン出射孔本体7a、イオン出射孔
本体に電流を流すための固定治具7j、電流導入器7kで構
成されており、イオン出射孔本体7aは、熱効率を上げる
目的で放電電極4やイオンビーム引出し電極8aに接触し
ないように取付けられている。イオン出射孔本体7aの材
質は、蒸着装置の蒸発用ボート等に使用されているBNコ
ンポジツトEC(商標名、比抵抗0.2〜2mΩ・cm程度)を
用いており、50Aの電流で約1000℃に加熱することがで
きる。また、固定治具7j電流導入器7kはそれぞれグラフ
アイトと銅を用い、この部分での発熱を極力おさえられ
るようにしている。さらに放電電極4にはモリブデン
を、イオン引出し電極8aにはグラフアイトを用い、高温
に耐えられる構成にしている。本実施例において、BF3
ガスを導入して放電室5内にプラズマを発生させ、そこ
からイオンビームを引出す時、イオン出射孔本体7aの温
度を1400℃以上に加熱しておくことにより、BF3ガスが
分解してできるB(硼素)は1400℃で約0.05Torrの飽和
蒸気圧があり、放電室5内の圧力(約0.01Torr)よりも
高いので、イオン出射孔本体7aに付着しようとしてもす
ぐに蒸発し、堆積することはない。本実施例によれば、
イオン出射孔本体7aに付着物を全く堆積させない効果が
ある。
〔発明の効果〕
本発明によれば、イオン出射孔部への付着物を簡単に
除去することができるので、イオン種やイオン源の動作
条件に関係なく、イオンビーム透過断面形状を一定に保
ち、長時間安定なイオンビームを引出せる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例で第2図のイオン出射孔7付
近の詳細図、第2図は本発明によるイオン源の全体構成
を示す図、第3図,第4図及び第5図は本発明に基づく
別の実施例を示す図である。 1……マイクロ波発生器、2a,2b……導波管、3……マ
イクロ波導入フランジ、4……放電電極、5……放電
室、6……試料ガス導入パイプ、7……イオン出射孔、
7a……イオン出射孔本体、7b……出射孔補助板、7c……
補助板駆動機構、7d……出射孔駆動機構、7e……帯状薄
板、7f……薄板案内板、7g……薄板送り機構、7h……丸
棒、7i……丸棒回転機構、7j……固定治具、7k……電流
導入器、8a,8b,8c……イオンビーム引出し電極系、11…
…誘電体充填物、12……絶縁碍子、13……ソレノイドコ
イル、21……イオンビーム。
フロントページの続き (72)発明者 関 孝義 国分寺市東恋ヶ窪1丁目280番地 株式 会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 岡田 修身 国分寺市東恋ヶ窪1丁目280番地 株式 会社日立製作所中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭60−195854(JP,A) 特開 昭54−114173(JP,A) 特開 昭60−105155(JP,A) 特開 昭54−94198(JP,A) 特開 昭60−65439(JP,A) 実開 昭54−103285(JP,U)

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】マイクロ波を供給し、試料ガスのプラズマ
    を生成する放電室と、この放電室内に磁場を発生させる
    ソレノイドコイルと、前記放電室で発生したプラズマか
    らイオンビーム出射孔を通してイオンビームを引出すた
    め正電圧が印加された加速電極、負電圧が印加された減
    速電極、及び接地電位のアース電極から成る引出し電極
    系とを備えたマイクロ波イオン源において、 前記イオンビーム出射孔は、このイオンビーム出射孔に
    付着した付着物をかき落すか、若しくはイオンビーム出
    射孔への付着物が付着した部分を少しずつ隠すと共に、
    付着していない部分を新たにイオンビーム出射孔とする
    ことで、該イオンビーム出射孔を再生する再生機構を設
    けたことを特徴とするマイクロ波イオン源。
  2. 【請求項2】前記イオンビーム出射孔を再生する再生機
    構は、スリット状の穴部を有するイオンビーム出射孔本
    体と、付着物をかき落すための出射孔補助板と、該出射
    孔補助板を動かすための補助板駆動機構と、前記出射孔
    補助板に設けられ、前記イオンビーム出射孔本体のスリ
    ット状の穴部に入る突起とから構成され、前記補助板駆
    動機構により前記出射孔補助板を移動することにより前
    記突起をスライドさせ、前記イオンビーム出射孔本体に
    付着した付着物をかき落すことを特徴とする特許請求の
    範囲第1項記載のマイクロ波イオン源。
  3. 【請求項3】前記イオンビーム出射孔を再生する再生機
    構は、所定の隙間をあけて前記イオンビーム出射孔を形
    成すると共に、その長手方向端面が接続されてリング状
    に形成される2枚の帯状薄板と、該2枚の帯状薄板が移
    動する際のガイドレールとなる薄板案内板と、前記2枚
    の帯状薄板を移動させる薄板送り機構とから構成され、
    前記2枚の帯状薄板を断続的、若しくは連続的に前記薄
    板送り機構で移動させることにより付着物が付着してい
    ない部分を新たにイオンビーム出射孔とすることを特徴
    とする特許請求の範囲第1項記載のマイクロ波イオン
    源。
  4. 【請求項4】前記薄板案内板は、前記イオンビーム出射
    孔部にある帯状薄板を正確な位置にセットするための位
    置決め機構を有し、該位置決め機構部で前記帯状薄板に
    付着した付着物を削り取ることを特徴とする特許請求の
    範囲第3項記載のマイクロ波イオン源。
  5. 【請求項5】前記イオンビーム出射孔を再生する再生機
    構は、所定の隙間をあけて前記イオンビーム出射孔を形
    成する2本の細長い丸棒と、該2本の丸棒を回転させる
    丸棒回転機構と、前記丸棒に付着した付着物を前記加速
    電極に当てることによりかき落す機構とから成ることを
    特徴とする特許請求の範囲第1項記載のマイクロ波イオ
    ン源。
  6. 【請求項6】マイクロ波を供給し、試料ガスのプラズマ
    を生成する放電室と、この放電室内に磁場を発生させる
    ソレノイドコイルと、前記放電室で発生したプラズマか
    らイオンビーム出射孔を通してイオンビームを引出すた
    め正電圧が印加された加速電極、負電圧が印加された減
    速電極、及び接地電位のアース電極から成る引出し電極
    系とを備え、前記放電室に3塩化硼素ガスを放電ガスと
    して導入してボロンやボロンを含むイオンビームを引出
    すマイクロ波イオン源において、 前記放電室に接触して設置される加速電極を、イオンビ
    ーム出射孔本体とこれを組み込む加速電極部に分割する
    と共に、前記イオンビーム出射孔本体を導電性セラミッ
    クとし、かつ、このイオンビーム出射孔本体を前記加速
    電極部と放電室に対し機械的に接触しない構造とすると
    共に、前記イオンビーム出射孔に電流を流してイオンビ
    ーム出射孔本体のみを通電加熱可能としたことを特徴と
    するマイクロ波イオン源。
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