JP2667826B2 - マイクロ波多価イオン源 - Google Patents
マイクロ波多価イオン源Info
- Publication number
- JP2667826B2 JP2667826B2 JP62061029A JP6102987A JP2667826B2 JP 2667826 B2 JP2667826 B2 JP 2667826B2 JP 62061029 A JP62061029 A JP 62061029A JP 6102987 A JP6102987 A JP 6102987A JP 2667826 B2 JP2667826 B2 JP 2667826B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- plasma chamber
- magnetic field
- ion source
- microwave
- plasma
- Prior art date
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- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は試料ガスを多価に電離しイオンビームとして
効率良く取得することが可能なマイクロ波イオン源に係
り、特にプラズマ室から大電流の多価イオンビームを引
出すのに好適なマイクロ波多価イオン源に関する。 〔従来の技術〕 マイクロ波イオン源のプラズマ室構造としては、特公
昭57−4056号、同11093号、同11094号、特公昭59−8959
号等に記載されているような同軸構造、リッジ構造のも
のや、特公昭53−34461号に記載されているような円筒
構造のものなどがある。 一方、上記マイクロ波イオン源とは多少異なるがニュ
ークリア・インストルメンツ・アンド・メソッズ・イン
・フィジックス・リサーチB10/11（1985年）第755頁か
ら第778頁（Nucl.Instr.and Meth.jn Phys.Res.B10/11
（1985）PP775−778）において論じられている様に、ソ
レノイドコイルによるイオンビーム引出し方向の磁場の
他に、プラズマ室外壁に８極磁場を設けることにより多
価イオン引出し電流が大幅に向上することが分ってい
る。これはECRイオン源と呼ばれているものである。上
記マイクロ波イオン源と同様に磁場中のマイクロ波放電
で発生したプラズマからイオンビームとして引き出すイ
オン源である。 〔発明が解決しようとする問題点〕 以上の背景からマイクロ波イオン源においても、多価
イオン生成効率を上げるため、プラズマ室外周壁に磁石
等を配置する考案がなされてきた。しかしECRイオン源
や多極磁場の着いたマイクロ波イオン源においては、大
電流ビーム引出しの為のイオン引出し電極配置の最適化
は工夫されていなかった。 本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的と
するところは、多極磁場を持つマイクロ波イオン源に適
した引出し電極配置を持ち、大電流多価イオンビームを
効率よく引出せるマイクロ波多価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〕 マイクロ波イオン源を使って試料ガスの多価イオンを
効率良く発生させる為にはプラズマ室外壁近傍に磁場を
発生させるもの、例えば永久磁石や電磁石を配置するこ
とにより達成される。 一方発生したプラズマから多価イオンビームを大電流
として引出す為には、多極磁場を付加した構成に応じた
最適な電極取付け方法を設ける必要がある。この目的は
イオンビーム引出し方向に発生させた磁場と、プラズマ
室外壁近傍に発生させた磁場との合成磁場で形成するプ
ラズマ閉じ込め領域形状の長手方向と、引出し電極上に
設けた引出しスリットの長手方向とを一致させて配置す
ることにより達成される。 〔作用〕 イオンビームが引出される方向に磁場を印加するソレ
ノイドコイルの他に、プラズマ室外壁近傍に別の磁場を
発生させるものを配置すればマイクロ波放電によって発
生したプラズマを有効に閉じ込めることができる。閉じ
込め効率が上るとイオンの寿命が長くなり、このイオン
とマイクロ波放電で発生した高速電子との衝突回数が増
し、多価イオンを効率良く発生させることが可能とな
る。 一方ノレノイドコイルによる軸方向磁場と、プラズマ
室外壁近傍に発生させた磁場との合成磁場が形成するプ
ラズマ閉じ込め領域断面形状に合わせて、引出し電極ス
リット方向を決めれば、イオンは上記合成磁場の磁力線
に沿って運動している為、プラズマ中で発生した多価イ
オンは効率良く引出し電極スリットに向かうことにな
る。従って効率良く大電流多価イオンビームを取得する
ことが可能となる。 〔実施例〕 以下、本発明の一実施例を第１図及び第２図により説
明する。プラズマ室３への印加磁場は、ソレノイドコイ
ル１と永久磁石６によって発生させる。マイクロ波は絶
縁物４を通してプラズマ室３に導入される。プラズマ室
３で発生したプラズマは引出し電極系５から引出されイ
オンビーム２を得る。第２図に示した周辺磁石の配列で
実験を行ったところプラズマ粒子が多く存在するプラズ
マ閉じ込め形状は７で示す形状になることが、実験的に
分った。このため、引出し電極スリット８の向きを、本
実施例では対向したＳ極磁石の方向に配置した。なお配
列を同じにしてソレノイドコイルに流す電流の向きだけ
を変えると、第２図に斜線で示した形状が45゜傾いたプ
ラズマ閉じ込め形状となり、Ｎ極方向に細長くなるプラ
ズマ閉じ込め形状となった。この場合は、スリット８の
方向を対向するＮ極の方向に一致する様に配置した。ま
た、第２図に示したプラズマ閉じ込め形状７に対し、ス
リット８を回転させて引出されるイオンビーム電流を測
定したところ、第２図の配置で最大の値が得られた。な
お、第１図の実施例でのプラズマ室内径は直径約92mm、
長さは200mmである。またマイクロ波としては2.45GHzの
ものを使用した。ソレノイドコイルで発生する磁場強度
としては0.5〜1.5キロガウス、永久磁石としてはサマリ
ウム・コバルト製を使い、その表面磁束密度は９キロガ
ウスである。第２図の配置で3kVの引出し電圧を電極に
印加したところ、2mm×40mmのスリット寸法に対し、従
来にない1mA/cm2以上の高い引出し電流密度が得られ
た。このような本実施例とすることにより、マイクロ波
放電によって試料ガスの多価イオンを発生させることが
でき、かつ、発生させた多価イオンを効率よくイオンビ
ームとして引出すことができるので、高エネルギーイオ
ン打込み装置用イオン源の実用に際し、性能向上が図ら
れ著しい効果がある。 また、高エネルギーでイオンを打込むことにより、表
面奥深くの材料改質や３次元的な表層改質が可能とな
る。一方、短時間で必要なイオン量を材料に打ち込める
ということは、それだけ生産性が向上するということで
あり、コストが安く済むことにもつながる。 尚、上述した実施例では、永久磁石を用いて説明した
が、永久磁石に代えて電磁石であっても同様な効果を有
する。 〔発明の効果〕 以上説明した本発明のマイクロ波多価イオン源によれ
ば、ソレノイドコイルの作る磁場と永久磁石、又は電磁
石の作る磁場との合成磁場で形成されるプラズマ閉じ込
め領域断面形状の長手方向と引出し電極スリットの長手
方向とを一致させて配置したものであるから、イオンは
上記合成磁場の磁力線に沿って運動していることから、
プラズマ中で発生した多価イオンは効率良く引出し電極
スリットに向かうことになるので、多極磁場を持つマイ
クロ波イオン源に適した引出し電極配置を持ち、大電流
多価イオンビームを効率よく引出せる効果がある。
効率良く取得することが可能なマイクロ波イオン源に係
り、特にプラズマ室から大電流の多価イオンビームを引
出すのに好適なマイクロ波多価イオン源に関する。 〔従来の技術〕 マイクロ波イオン源のプラズマ室構造としては、特公
昭57−4056号、同11093号、同11094号、特公昭59−8959
号等に記載されているような同軸構造、リッジ構造のも
のや、特公昭53−34461号に記載されているような円筒
構造のものなどがある。 一方、上記マイクロ波イオン源とは多少異なるがニュ
ークリア・インストルメンツ・アンド・メソッズ・イン
・フィジックス・リサーチB10/11（1985年）第755頁か
ら第778頁（Nucl.Instr.and Meth.jn Phys.Res.B10/11
（1985）PP775−778）において論じられている様に、ソ
レノイドコイルによるイオンビーム引出し方向の磁場の
他に、プラズマ室外壁に８極磁場を設けることにより多
価イオン引出し電流が大幅に向上することが分ってい
る。これはECRイオン源と呼ばれているものである。上
記マイクロ波イオン源と同様に磁場中のマイクロ波放電
で発生したプラズマからイオンビームとして引き出すイ
オン源である。 〔発明が解決しようとする問題点〕 以上の背景からマイクロ波イオン源においても、多価
イオン生成効率を上げるため、プラズマ室外周壁に磁石
等を配置する考案がなされてきた。しかしECRイオン源
や多極磁場の着いたマイクロ波イオン源においては、大
電流ビーム引出しの為のイオン引出し電極配置の最適化
は工夫されていなかった。 本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的と
するところは、多極磁場を持つマイクロ波イオン源に適
した引出し電極配置を持ち、大電流多価イオンビームを
効率よく引出せるマイクロ波多価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〕 マイクロ波イオン源を使って試料ガスの多価イオンを
効率良く発生させる為にはプラズマ室外壁近傍に磁場を
発生させるもの、例えば永久磁石や電磁石を配置するこ
とにより達成される。 一方発生したプラズマから多価イオンビームを大電流
として引出す為には、多極磁場を付加した構成に応じた
最適な電極取付け方法を設ける必要がある。この目的は
イオンビーム引出し方向に発生させた磁場と、プラズマ
室外壁近傍に発生させた磁場との合成磁場で形成するプ
ラズマ閉じ込め領域形状の長手方向と、引出し電極上に
設けた引出しスリットの長手方向とを一致させて配置す
ることにより達成される。 〔作用〕 イオンビームが引出される方向に磁場を印加するソレ
ノイドコイルの他に、プラズマ室外壁近傍に別の磁場を
発生させるものを配置すればマイクロ波放電によって発
生したプラズマを有効に閉じ込めることができる。閉じ
込め効率が上るとイオンの寿命が長くなり、このイオン
とマイクロ波放電で発生した高速電子との衝突回数が増
し、多価イオンを効率良く発生させることが可能とな
る。 一方ノレノイドコイルによる軸方向磁場と、プラズマ
室外壁近傍に発生させた磁場との合成磁場が形成するプ
ラズマ閉じ込め領域断面形状に合わせて、引出し電極ス
リット方向を決めれば、イオンは上記合成磁場の磁力線
に沿って運動している為、プラズマ中で発生した多価イ
オンは効率良く引出し電極スリットに向かうことにな
る。従って効率良く大電流多価イオンビームを取得する
ことが可能となる。 〔実施例〕 以下、本発明の一実施例を第１図及び第２図により説
明する。プラズマ室３への印加磁場は、ソレノイドコイ
ル１と永久磁石６によって発生させる。マイクロ波は絶
縁物４を通してプラズマ室３に導入される。プラズマ室
３で発生したプラズマは引出し電極系５から引出されイ
オンビーム２を得る。第２図に示した周辺磁石の配列で
実験を行ったところプラズマ粒子が多く存在するプラズ
マ閉じ込め形状は７で示す形状になることが、実験的に
分った。このため、引出し電極スリット８の向きを、本
実施例では対向したＳ極磁石の方向に配置した。なお配
列を同じにしてソレノイドコイルに流す電流の向きだけ
を変えると、第２図に斜線で示した形状が45゜傾いたプ
ラズマ閉じ込め形状となり、Ｎ極方向に細長くなるプラ
ズマ閉じ込め形状となった。この場合は、スリット８の
方向を対向するＮ極の方向に一致する様に配置した。ま
た、第２図に示したプラズマ閉じ込め形状７に対し、ス
リット８を回転させて引出されるイオンビーム電流を測
定したところ、第２図の配置で最大の値が得られた。な
お、第１図の実施例でのプラズマ室内径は直径約92mm、
長さは200mmである。またマイクロ波としては2.45GHzの
ものを使用した。ソレノイドコイルで発生する磁場強度
としては0.5〜1.5キロガウス、永久磁石としてはサマリ
ウム・コバルト製を使い、その表面磁束密度は９キロガ
ウスである。第２図の配置で3kVの引出し電圧を電極に
印加したところ、2mm×40mmのスリット寸法に対し、従
来にない1mA/cm2以上の高い引出し電流密度が得られ
た。このような本実施例とすることにより、マイクロ波
放電によって試料ガスの多価イオンを発生させることが
でき、かつ、発生させた多価イオンを効率よくイオンビ
ームとして引出すことができるので、高エネルギーイオ
ン打込み装置用イオン源の実用に際し、性能向上が図ら
れ著しい効果がある。 また、高エネルギーでイオンを打込むことにより、表
面奥深くの材料改質や３次元的な表層改質が可能とな
る。一方、短時間で必要なイオン量を材料に打ち込める
ということは、それだけ生産性が向上するということで
あり、コストが安く済むことにもつながる。 尚、上述した実施例では、永久磁石を用いて説明した
が、永久磁石に代えて電磁石であっても同様な効果を有
する。 〔発明の効果〕 以上説明した本発明のマイクロ波多価イオン源によれ
ば、ソレノイドコイルの作る磁場と永久磁石、又は電磁
石の作る磁場との合成磁場で形成されるプラズマ閉じ込
め領域断面形状の長手方向と引出し電極スリットの長手
方向とを一致させて配置したものであるから、イオンは
上記合成磁場の磁力線に沿って運動していることから、
プラズマ中で発生した多価イオンは効率良く引出し電極
スリットに向かうことになるので、多極磁場を持つマイ
クロ波イオン源に適した引出し電極配置を持ち、大電流
多価イオンビームを効率よく引出せる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の基本的な実施例の構成図であり、第２
図は第１図の断面概念図である。 １……ソレノイドコイル、２……イオンビーム、３……
プラズマ室、４……絶縁物、５……引出し電極系、６…
…永久磁石、７……プラズマ領域、８……引出し電極ス
リット
図は第１図の断面概念図である。 １……ソレノイドコイル、２……イオンビーム、３……
プラズマ室、４……絶縁物、５……引出し電極系、６…
…永久磁石、７……プラズマ領域、８……引出し電極ス
リット
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 小池 英已
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 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
(56)参考文献 特開 昭60−140635（ＪＰ，Ａ)
特開 昭56−79900（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−151952（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．マイクロ波を供給し、試料ガスのプラズマを生成す
る断面円形状のプラズマ室と、このプラズマ室内に磁場
を発生させるソレノイドコイルと、前記プラズマ室の外
壁近傍に複数個設けた永久磁石、又は電磁石と、前記プ
ラズマ室からイオンビームを引出すための引出し電極系
とを備えたマイクロ波多価イオン源において、 前記ソレノイドコイルの作る磁場と前記永久磁石、又は
電磁石の作る磁場との合成磁場で形成されるプラズマ閉
じ込め領域断面形状の長手方向と引出し電極スリットの
長手方向とを一致させて配置したことを特徴とするマイ
クロ波多価イオン源。 ２．前記プラズマ室外壁近傍に配置する永久磁石、又は
電磁石を、イオンビーム引出方向に沿って二個以上一列
に並べて配置すると共に、これらの一群の極性はイオン
ビーム引出方向に全て同極とし、かつ、このような一群
をプラズマ室外壁の円周方向に沿って配置したことを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載のマイクロ波多価イ
オン源。 ３．前記プラズマ室外壁の円周方向に設けた永久磁石、
又は電磁石は、その磁場の極性が交互になるように配置
されていることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載
のマイクロ波多価イオン源。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62061029A JP2667826B2 (ja) | 1987-03-18 | 1987-03-18 | マイクロ波多価イオン源 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62061029A JP2667826B2 (ja) | 1987-03-18 | 1987-03-18 | マイクロ波多価イオン源 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63228549A JPS63228549A (ja) | 1988-09-22 |
| JP2667826B2 true JP2667826B2 (ja) | 1997-10-27 |
Family
ID=13159460
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62061029A Expired - Lifetime JP2667826B2 (ja) | 1987-03-18 | 1987-03-18 | マイクロ波多価イオン源 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2667826B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4667553B2 (ja) * | 1999-12-01 | 2011-04-13 | 株式会社Ｓｅｎ | イオン源 |
| JP5216918B2 (ja) * | 2009-07-16 | 2013-06-19 | キヤノンアネルバ株式会社 | イオンビーム発生装置、基板処理装置及び電子デバイスの製造方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5679900A (en) * | 1979-12-05 | 1981-06-30 | Hitachi Ltd | Ion source |
| FR2556498B1 (fr) * | 1983-12-07 | 1986-09-05 | Commissariat Energie Atomique | Source d'ions multicharges a plusieurs zones de resonance cyclotronique electronique |
| JPS61151952A (ja) * | 1984-12-26 | 1986-07-10 | Ulvac Corp | 集束ビ−ム発生用イオン源引出しスリツト装置 |
-
1987
- 1987-03-18 JP JP62061029A patent/JP2667826B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63228549A (ja) | 1988-09-22 |
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