JP3575467B2

JP3575467B2 - イオン源

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Publication number: JP3575467B2
Application number: JP2002049668A
Authority: JP
Inventors: 直樹宮本
Original assignee: Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Nissin Electric Co Ltd
Priority date: 2002-02-26
Filing date: 2002-02-26
Publication date: 2004-10-13
Anticipated expiration: 2022-02-26
Also published as: JP2003249177A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、プラズマ生成容器内に、電子放出用のフィラメントおよび電子反射用の対向反射電極を有しており、かつプラズマ生成容器内に磁界を印加する構成のイオン源に関し、より具体的には、当該イオン源の安定運転可能時間を長くしてそのメインテナンス頻度を低減させる手段に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のイオン源の従来例を図５〜図７に示す。このイオン源は、バーナス型イオン源と呼ばれるものであり、同様の構造のものが、例えば特開平１１−３３９６７４号公報および特開２０００−３３１６２０号公報に記載されている。
【０００３】
このイオン源は、例えば直方体状をしていて陽極を兼ねるプラズマ生成容器２を備えており、その内部には、底面に設けたガス導入穴４から、プラズマ２６の生成用のガス（蒸気の場合も含む）が導入される。このプラズマ生成容器２の上面には、イオンビーム２８の引き出し用のイオン引出しスリット６が設けられている。このプラズマ生成容器２は、図示しない真空容器内に収納されていて、当該イオン源の運転中はプラズマ生成容器２の周りは真空雰囲気に排気される。
【０００４】
このプラズマ生成容器２の一方側（一方の短辺壁側）内には、フィラメント電源３０（その出力電圧は例えば２〜４Ｖ程度）によって加熱されて電子を放出するこの例ではＵ字状のフィラメント８が設けられている。このフィラメント８の二つの脚部とプラズマ生成容器２との間は、二つのフィラメント用絶縁体１０によって電気的に絶縁されている。
【０００５】
フィラメント８の一端とプラズマ生成容器２との間には、フィラメント８とプラズマ生成容器２間でアーク放電を生じさせるために、アーク電源３２からアーク電圧（例えば４０〜１００Ｖ程度）が印加される。
【０００６】
プラズマ生成容器２の他方側（即ちフィラメント８と相対向する短辺壁側）内には、フィラメント８と相対向させて、電子を反射する対向反射電極１２が設けられている。１６はそれにつながる導体である。この対向反射電極１２とプラズマ生成容器２との間は、反射電極用絶縁体１４によって電気的に絶縁されている。この対向反射電極１２は、例えば、どこにも接続せずに浮遊電位にする場合と、フィラメント８の一端（より具体的にはマイナス端）に接続してフィラメント電位にする場合とがある。
【０００７】
この例では更に、プラズマ生成容器２内であってフィラメント８の背後に位置する箇所に、即ちフィラメント８のＵ字状部とその背後のプラズマ生成容器２の壁面との間に、対向反射電極１２に相対向させて、電子を反射する背後反射電極２２を設けている。背後反射電極２２は、この例では２枚であり、各フィラメント用絶縁体１０の前面にそれぞれ取り付けて、プラズマ生成容器２から電気的に絶縁して支持されている。この背後反射電極２２の支持には、この例では図６に示すように、二つの支持用絶縁体１１を併用しているが、そのようにしなくて良い場合もある。フィラメント８が背後反射電極２２を貫通する部分には、両者間を電気絶縁するための穴２４が設けられている。両背後反射電極２２は、例えば、フィラメント８の一端（より具体的にはマイナス端）に接続してフィラメント電位にされる。但し、この背後反射電極２２は設ける方が好ましいけれども、それを設けない場合もある。
【０００８】
プラズマ生成容器２内には、プラズマ２６の生成・維持用に、プラズマ生成容器２の外部に設けられた磁界発生器１８から、フィラメント８と対向反射電極１２とを結ぶ軸に沿う磁界２０が印加される。但し、磁界２０の向きは図示とは逆でも良い。磁界発生器１８は、例えば電磁石である。
【０００９】
このイオン源の動作を説明すると、上記アーク放電によって、プラズマ生成容器２内に導入されたガスが電離されてプラズマ２６が作られる。そしてこのプラズマ２６から、電界の作用で、イオンビーム２８を引き出すことができる。その際、磁界２０は、プラズマ２６中のイオンや電子を閉じ込めて、プラズマ２６を生成かつ維持することに寄与する。また、対向反射電極１２および背後反射電極２２は、フィラメント８から放出された電子やプラズマ２６中の電子を反射して、当該電子とガス分子との衝突確率を高めて、密度の高いプラズマ２６を生成する、換言すればプラズマ２６の生成効率を高めることに寄与する。
【００１０】
なお、イオン引出しスリット６に対向する箇所には、通常は、イオンビーム２８を引き出す引出し電極が設けられているが、ここではその図示を省略している。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上記イオン源は、例えば半導体製造における不純物注入等に用いられる。その場合、上記プラズマ生成容器２内へは、例えば、リン（Ｐ）、ホウ素（Ｂ）、ヒ素（Ａｓ）等を含む原料のガス（加熱炉によって蒸気化したものを含む）が導入される。
【００１２】
この原料のフィラメント８からの熱等による高温化およびプラズマ化によって、プラズマ生成容器２内に露出している部分に、例えばフィラメント用絶縁体１０、支持用絶縁体１１および反射電極用絶縁体１４の表面に、導電性の堆積物が付着して膜となる。その堆積量は、当該イオン源の運転時間が長くなるに従って多くなり、やがて絶縁体１０、１１、１４の絶縁不良を惹き起こすようになる。
【００１３】
例えば、フィラメント用絶縁体１０に着目すると、その表面に上記堆積物膜が成長したり、それが剥離してフィラメント８の両端部間あるいはフィラメント８とプラズマ生成容器２との間に接触したりすると、フィラメント８の両端部（両脚部）間の絶縁や、フィラメント８とプラズマ生成容器２間の絶縁が破壊され、フィラメント８を安定して通電加熱することや、前記アーク放電を安定して発生させることができなくなる。その結果、プラズマ２６を安定して生成することができなくなり、ひいてはイオンビーム２８を安定して引き出すことができなくなる。即ち、当該イオン源を安定して運転することができなくなる。これを解決するためには、当該イオン源を大気開放して、上記堆積物を除去するメインテナンスを行う必要があり、その間は当該イオン源を用いた装置を停止しなければならないので、例えば半導体生産量が低下する。
【００１４】
また、反射電極用絶縁体１４の絶縁が上記堆積物膜によって上記フィラメント用絶縁体１０側と同様の現象によって破壊されて、対向反射電極１２とプラズマ生成容器２とが同電位になると、対向反射電極１２による前記電子の反射作用を損なうので、プラズマ２６の生成が不安定になったり、プラズマ２６の生成効率が低下して初期のイオンビーム２８が得られなくなる。この場合もやはり、当該イオン源を安定して運転することができなくなるので、それを解決するためには当該イオン源のメインテナンスを行う必要がある。背後反射電極２２を設けている場合は、フィラメント用絶縁体１０の絶縁が上記堆積物膜によって破壊されることによって、対向反射電極１２側の場合と同様の問題が生じる。支持用絶縁体１１を用いている場合は、それの絶縁が堆積物膜によって破壊されることによっても、同様の問題が生じる。
【００１５】
上記のような課題に関して、従来は、堆積物膜が付くことを前提に、絶縁体を二重化して絶縁不良が起こりにくくする構造（前記特開２０００−３３１６２０号公報参照）や、絶縁体等の表面に格子状の溝を設けて堆積物膜の剥離を防ぐ構造（前記特開平１１−３３９６７４号公報参照）が提案されているけれども、いずれも、（ａ）構造が複雑になる、（ｂ）絶縁体表面に堆積する堆積物の量を減らせる訳ではないので効果が少ない、という課題がある。
【００１６】
そこでこの発明は、簡単な構造によって、絶縁体表面に堆積する堆積物の量を減らして、イオン源の運転可能時間を長くすることを主たる目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るイオン源の一つは、前記フィラメント用絶縁体および反射電極用絶縁体の少なくとも一方の周辺のプラズマ生成容器に、その壁面を貫通していてプラズマ生成容器内のガスをその外に排出するガス抜き穴を１個以上設けていることを特徴としている（請求項１）。
【００１８】
上記絶縁体の周辺に上記ガス抜き穴を設けることによって、プラズマ生成容器に導入されたガスに含まれていて高温化またはプラズマ化した原料が上記絶縁体の周辺に溜まるのを抑えて、当該絶縁体周辺での高温化またはプラズマ化した原料の量を減少させることができるので、上記絶縁体表面に堆積する原料の量、即ち堆積物の量を減少させることができる。その結果、上記絶縁体の絶縁性能劣化を抑制することができるので、イオン源の安定運転可能時間を長くすることができ、ひいては当該イオン源のメインテナンス頻度を低減させることができる。これを、ガス抜き穴を設けるという簡単な構造によって実現することができる。
【００１９】
前記ガス抜き穴は、前記フィラメント用絶縁体および反射電極用絶縁体の周辺にそれぞれ１個以上ずつ設けのが好ましい（請求項２）。
【００２０】
そのようにすれば、フィラメント用絶縁体および反射電極用絶縁体の両方において、それらの絶縁性能劣化を抑制することができるので、イオン源の安定運転可能時間をより長くすることができ、ひいては当該イオン源のメインテナンス頻度をより低減させることができる。
【００２１】
ガス抜き穴を上記のように両方に設ける場合は、フィラメント用絶縁体の周辺に設けたガス抜き穴全部のコンダクタンスと、反射電極用絶縁体の周辺に設けたガス抜き穴全部のコンダクタンスとを、互いにほぼ等しくするのが好ましい（請求項３）。
【００２２】
そのようにすると、フィラメント用絶縁体の周辺に設けたガス抜き穴全部から排出されるガスの量と、反射電極用絶縁体の周辺に設けたガス抜き穴全部から排出されるガスの量とを互いにほぼ等しくすることができるので、ガス抜き穴を設けても、プラズマ生成容器内におけるガス圧の均一性が低下するのを抑えることができる。その結果、プラズマ生成容器内に生成されるプラズマの密度分布の均一性ひいては当該プラズマから引き出すイオンビームの密度分布の均一性が良くなる。
【００２３】
この発明に係るイオン源の一つは、対向反射電極の周囲のプラズマ生成容器の内壁に溝を設け、かつこの溝の少なくとも入口まで対向反射電極を延ばして、対向反射電極とプラズマ生成容器の内壁との間を、両者間の電気絶縁を保ちつつ迷路構造にしていることを特徴としている（請求項４）。
【００２４】
対向反射電極とプラズマ生成容器の内壁との間を迷路構造にすることによって、プラズマ生成容器に導入されたガスに含まれていて高温化またはプラズマ化した原料が反射電極用絶縁体の周辺に流入するのを抑えて、当該絶縁体周辺での高温化またはプラズマ化した原料の量を減少させることができるので、反射電極用絶縁体表面に堆積する原料の量、即ち堆積物の量を減少させることができる。その結果、上記絶縁体の絶縁性能劣化を抑制することができるので、イオン源の安定運転可能時間を長くすることができ、ひいては当該イオン源のメインテナンス頻度を低減させることができる。これを、プラズマ生成容器の内壁に溝を設け、その少なくとも入口まで対向反射電極を延ばすという簡単な構造によって実現することができる。
【００２５】
前記フィラメントの背後に、前記対向反射電極に対向させると共に前記プラズマ生成容器から電気的に絶縁して設けられていて電子を反射する背後反射電極を更に備えている場合は、この背後反射電極の周囲のプラズマ生成容器の内壁にも溝を設け、かつこの溝の少なくとも入口まで背後反射電極を延ばして、背後反射電極とプラズマ生成容器の内壁との間も、両者間の電気絶縁を保ちつつ迷路構造にするのが好ましい（請求項５）。
【００２６】
そのようにすると、対向反射電極側と同様の作用によって、フィラメント用絶縁体においても、当該絶縁体表面に堆積する原料の量、即ち堆積物の量を減少させることができる。その結果、フィラメント用絶縁体および反射電極用絶縁体の両方において、それらの絶縁性能劣化を抑制することができるので、イオン源の安定運転可能時間をより長くすることができ、ひいては当該イオン源のメインテナンス頻度をより低減させることができる。
【００２７】
上述したガス抜き穴を設けることと、反射電極とプラズマ生成容器との間を迷路構造にすることとを併用するのがより好ましい。そのようにすれば、ガス抜き穴を設けたことによる上記作用効果と、迷路構造にすることによる上記作用効果の両方を奏することができるので、絶縁体の絶縁性能劣化をより一層抑制することができる。その結果、イオン源の安定運転可能時間をより一層長くすることができ、ひいては当該イオン源のメインテナンス頻度をより一層低減させることができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明に係るイオン源の一例を示す断面図である。図２は、図１の線Ａ−Ａに沿う拡大断面図である。図３は、図１の線Ｂ−Ｂに沿う拡大断面図である。図５〜図７に示した従来例と同一または相当する部分には同一符号を付し、以下においては当該従来例との相違点を主に説明する。
【００２９】
このイオン源では、前記フィラメント用絶縁体１０および支持用絶縁体１１の周辺のプラズマ生成容器２の壁面に、より具体的にはフィラメント用絶縁体１０が貫通しているプラズマ生成容器２の前記一方の短辺壁に、その壁面を貫通していてプラズマ生成容器２内のガスを外に排出するガス抜き穴３４を複数個設けている。より具体的には、ガス抜き穴３４は、図２に示すように、二つのフィラメント用絶縁体１０および二つの支持用絶縁体１１の外側付近にそれぞれ１個ずつと、中央に１個とで合計５個を配置している。このようにガス抜き穴３４をバランス良く配置すると、ガス排出のバランスが良くなるので好ましい。各ガス抜き穴３４の大きさ（直径）は、前記ガス導入穴４よりも小さくしている。但し、ガス抜き穴３４の数および配置等は、この例のものに限られるものではない。
【００３０】
このイオン源では、更に、前記反射電極用絶縁体１４の周辺のプラズマ生成容器２の壁面にも、より具体的には反射電極用絶縁体１４が貫通しているプラズマ生成容器２の前記他方の短辺壁にも、その壁面を貫通していてプラズマ生成容器２内のガスを外に排出するガス抜き穴３６を複数個設けている。より具体的には、図３に示すように、４個のガス抜き穴３６を反射電極用絶縁体１４の周囲にほぼ均等に配置している。このようにガス抜き穴３６を配置すると、ガス排出のバランスが良くなるので好ましい。各ガス抜き穴３６の大きさ（直径）は、前記ガス導入穴４よりも小さくしている。但し、ガス抜き穴３６の数および配置等は、この例のものに限られるものではない。例えば、反射電極用絶縁体１４を複数個にしても良く、それに応じてガス抜き穴３６の数および配置を変えても良い。
【００３１】
上記ガス抜き穴３４全部のコンダクタンスと、上記ガス抜き穴３６全部のコンダクタンスとを、互いにほぼ等しくするのが好ましい。そのようにするには、例えば、ガス抜き穴３４側のプラズマ生成容器２の壁面の厚さと、ガス抜き穴３６側の壁面の厚さとが互いに等しい場合は、ガス抜き穴３４全部の面積とガス抜き穴３６の全部の面積とを互いにほぼ等しくすれば良い。上記コンダクタンスは、より厳密に言えば、ガス導入穴４から見たガス抜き穴３４全部のコンダクタンスと、ガス導入穴４から見たガス抜き穴３６全部のコンダクタンスとを互いにほぼ等しくするのが好ましい。
【００３２】
このイオン源では、更に、前記対向反射電極１２の周囲のプラズマ生成容器２の内壁に溝３８を設け、かつ対向反射電極１２を大きくして溝３８の入口まで対向反射電極１２を延ばして、対向反射電極１２とプラズマ生成容器２の内壁との間を、両者間の電気絶縁を確保しつつ、迷路構造にしている。溝３８は、図３も参照して、全体的に見ればこの例では四角い環状をしている。対向反射電極１２は、溝３８の入口よりも更に奥へ入れても良く、そのようにすれば迷路の経路がより長くなる。
【００３３】
このイオン源では、フィラメント８側にも、前記とほぼ同様の背後反射電極２２を備えている。但しこの例では、背後反射電極２２を１枚の電極としている。そして、この例では、スペーサ４２を介して、二つの前記支持用絶縁体１１から当該背後反射電極２２を支持している（図２も参照）。これによって、この例では、背後反射電極２２を各フィラメント用絶縁体１０の前面から離している。このようにスペーサ４２を介することによって、背後反射電極２２の位置を簡単に調整することができるが、勿論、スペーサ４２を用いなくても良い。また、支持用絶縁体１１を設けずにそれ以外の手段によって、例えばフィラメント用絶縁体１０を用いる等して、背後反射電極２２をプラズマ生成容器２から絶縁して支持するようにしても良い。
【００３４】
このイオン源では、更に、前記背後反射電極２２の周囲のプラズマ生成容器２の内壁に溝４０を設け、かつ対向反射電極１２を大きくして溝４０の入口まで背後反射電極２２を延ばして、背後反射電極２２とプラズマ生成容器２の内壁との間を、両者間の電気絶縁を確保しつつ、迷路構造にしている。溝４０は、図２も参照して、全体的に見ればこの例では四角い環状をしている。背後反射電極２２は、溝４０の入口よりも更に奥へ入れても良く、そのようにすれば迷路の経路がより長くなる。
【００３５】
上記ガス抜き穴３４を設けることによって、プラズマ生成容器２内に導入されたガスを当該ガス抜き穴３４からプラズマ生成容器２外に排出することができる。これは、前述したように、プラズマ生成容器２の周りは、当該イオン源の運転中は真空雰囲気に排気されるからである。その結果、プラズマ生成容器２に導入されたガスに含まれていて高温化またはプラズマ化した原料がフィラメント用絶縁体１０および支持用絶縁体１１の周辺に溜まるのを抑えて、当該絶縁体１０、１１周辺での高温化またはプラズマ化した原料の量を減少させることができるので、絶縁体１０および１１の表面に堆積する原料の量、即ち堆積物の量を減少させることができる。その結果、絶縁体１０および１１の絶縁性能劣化を抑制することができるので、イオン源の安定運転可能時間を長くすることができ、ひいては当該イオン源のメインテナンス頻度を低減させることができる。これを、ガス抜き穴３４を設けるという簡単な構造によって実現することができる。
【００３６】
ガス抜き穴３６を設けることによって、ガス抜き穴３４と同様の作用によって、反射電極用絶縁体１４においても、当該絶縁体１４の表面に堆積する原料の量、即ち堆積物の量を減少させることができる。その結果、反射電極用絶縁体１４の絶縁性能劣化を抑制することができるので、この観点からも、イオン源の安定運転可能時間を長くすることができ、ひいては当該イオン源のメインテナンス頻度を低減させることができる。
【００３７】
また、前述したようにガス抜き穴３４全部のコンダクタンスとガス抜き穴３６全部のコンダクタンスとを互いにほぼ等しくしておくと、フィラメント８側のガス抜き穴３４全部から排出されるガスの量と、対向反射電極１２側のガス抜き穴３６全部から排出されるガスの量とを互いにほぼ等しくすることができるので、ガス抜き穴３４、３６を設けても、プラズマ生成容器２内におけるガス圧の均一性が低下するのを抑えることができる。その結果、プラズマ生成容器２内に生成されるプラズマ２６の密度分布の均一性ひいては当該プラズマ２６から引き出すイオンビーム２８の密度分布の均一性が良くなる。
【００３８】
また、対向反射電極１２とプラズマ生成容器２の内壁との間を上記のように迷路構造にすることによって、プラズマ生成容器２内に導入されたガスに含まれていて高温化またはプラズマ化した原料が反射電極用絶縁体１４の周辺に流入するのを抑えて、当該絶縁体１４周辺での高温化またはプラズマ化した原料の量を減少させることができるので、この理由からも、反射電極用絶縁体１４の表面に堆積する原料の量、即ち堆積物の量を減少させることができる。その結果、反射電極用絶縁体１４の絶縁性能劣化を抑制することができるので、イオン源の安定運転可能時間を長くすることができ、ひいては当該イオン源のメインテナンス頻度を低減させることができる。これを、プラズマ生成容器２に溝３８を設け、その少なくとも入口まで対向反射電極１２を延ばすという簡単な構造によって実現することができる。
【００３９】
背後反射電極２２とプラズマ生成容器２との間も上記のように迷路構造にすると、対向反射電極１２側と同様の作用によって、フィラメント用絶縁体１０および支持用絶縁体１１においても、当該絶縁体１０、１１表面に堆積する原料の量、即ち堆積物の量を減少させることができる。その結果、フィラメント用絶縁体１０、支持用絶縁体１１および反射電極用絶縁体１４の全てにおいて、それらの絶縁性能劣化を抑制することができるので、イオン源の安定運転可能時間をより長くすることができ、ひいては当該イオン源のメインテナンス頻度をより低減させることができる。
【００４０】
更に、この例のように、上記ガス抜き穴３４および／または３６を設けることと、反射電極１２および／または２２とプラズマ生成容器２との間を迷路構造にすることとを併用するのがより好ましい。そのようにすれば、ガス抜き穴を設けたことによる上記作用効果と、迷路構造にしたことによる上記作用効果の両方を奏することができるので、フィラメント用絶縁体１０や反射電極用絶縁体１４等の絶縁体の絶縁性能劣化をより一層抑制することができる。その結果、イオン源の安定運転可能時間をより一層長くすることができ、ひいては当該イオン源のメインテナンス頻度をより一層低減させることができる。
【００４１】
なお、上記ガス抜き穴３４は、フィラメント用絶縁体１０の周辺であれば、上記例以外の位置に設けても良い。例えば、図４に示す例のように、プラズマ生成容器２の長辺壁に設けても良い。上記ガス抜き穴３６についても、反射電極用絶縁体１４の周辺であれば、上記例以外の位置に設けても良い。例えば、図４に示す例のように、プラズマ生成容器２の長辺壁に設けても良い。
【００４２】
【実施例】
上記プラズマ生成容器２内にＢＦ_３ガスを流量２．０ｃｃｍで導入しながら、イオンビーム２８としてＢ^＋イオンビームを２ｍＡで引き出す運転を１０時間連続した前後の上記フィラメント８側の絶縁体、即ち上記フィラメント用絶縁体１０および支持用絶縁体１１の合計４個の絶縁体の重量変化を測定した。その結果を表１に示す。
【００４３】
【表１】

【００４４】
表１中の比較例は、迷路構造もガス抜き穴も設けていない例であり、図５に示した従来のイオン源に相当する。実施例１は、ガス抜き穴３４は設けずに、背後反射電極２２とプラズマ生成容器２との間に上述したような迷路構造を設けた例である。実施例２は、迷路構造は設けずに、上述したような５個のガス抜き穴３４を設けた例である。実施例３は、上述したような迷路構造および５個のガス抜き穴３４の両方を設けた例である。
【００４５】
この表１に示すように、比較例での絶縁体の重量が最も多く増加しており、堆積物が最も多く堆積したことが分かる。
【００４６】
これに対して、この発明に係るイオン源では、実施例１のように迷路構造を設けるだけでも、絶縁体の重量増加は比較例の半分以下になっている。
【００４７】
実施例２のように、ガス抜き穴３４を設けると、絶縁体の重量は１０時間運転後に減少している。これは、当該イオン源を組み立てた後の絶縁体１０、１１は、通常、大気中の水分等を吸着しており、この水分等がプラズマ生成容器２内でプラズマ２６あるいはフィラメント８からの熱によって蒸発することによって、堆積物による重量増加よりも水分等の蒸発による重量減少の方が勝ったものと考えられる。同様の考えに立てば、上記比較例および実施例１における堆積物量は、表１に示す重量増加分以上あると言うことができる。
【００４８】
実施例３のように迷路構造とガス抜き穴３４の両方を設けると、絶縁体の重量はより減少している。これは、実施例２の場合よりも堆積物量が更に減ったことを表している。
【００４９】
なお、反射電極用絶縁体１４においても、前述したようなガス抜き穴３６および／または迷路構造を設けることによって、上記と同傾向の結果が得られるであろうことは容易に推測することができる。
【００５０】
【発明の効果】
この発明は、上記のとおり構成されているので、次のような効果を奏する。
【００５１】
請求項１記載の発明によれば、フィラメント用絶縁体および反射電極用絶縁体の少なくとも一方の周辺のプラズマ生成容器にガス抜き穴を設けることによって、プラズマ生成容器に導入されたガスに含まれていて高温化またはプラズマ化した原料が上記絶縁体の周辺に溜まるのを抑えて、当該絶縁体周辺での高温化またはプラズマ化した原料の量を減少させることができるので、上記絶縁体表面に堆積する原料の量、即ち堆積物の量を減少させることができる。その結果、上記絶縁体の絶縁性能劣化を抑制することができるので、イオン源の安定運転可能時間を長くすることができ、ひいては当該イオン源のメインテナンス頻度を低減させることができる。これを、ガス抜き穴を設けるという簡単な構造によって実現することができる。
【００５２】
請求項２記載の発明によれば、上記ガス抜き穴を設けたことによって、フィラメント用絶縁体および反射電極用絶縁体の両方において、それらの絶縁性能劣化を抑制することができるので、イオン源の安定運転可能時間をより長くすることができ、ひいては当該イオン源のメインテナンス頻度をより低減させることができる。
【００５３】
請求項３記載の発明によれば、フィラメント用絶縁体の周辺に設けたガス抜き穴全部から排出されるガスの量と、反射電極用絶縁体の周辺に設けたガス抜き穴全部から排出されるガスの量とを互いにほぼ等しくすることができるので、ガス抜き穴を設けても、プラズマ生成容器内におけるガス圧の均一性が低下するのを抑えることができる。その結果、プラズマ生成容器内に生成されるプラズマの密度分布の均一性ひいては当該プラズマから引き出すイオンビームの密度分布の均一性が良くなる、という更なる効果を奏する。
【００５４】
請求項４記載の発明によれば、対向反射電極とプラズマ生成容器の内壁との間を迷路構造にすることによって、プラズマ生成容器に導入されたガスに含まれていて高温化またはプラズマ化した原料が反射電極用絶縁体の周辺に流入するのを抑えて、当該絶縁体周辺での高温化またはプラズマ化した原料の量を減少させることができるので、反射電極用絶縁体表面に堆積する原料の量、即ち堆積物の量を減少させることができる。その結果、上記絶縁体の絶縁性能劣化を抑制することができるので、イオン源の安定運転可能時間を長くすることができ、ひいては当該イオン源のメインテナンス頻度を低減させることができる。これを、プラズマ生成容器に溝を設け、その少なくとも入口まで対向反射電極を延ばすという簡単な構造によって実現することができる。
【００５５】
請求項５記載の発明によれば、背後反射電極とプラズマ生成容器の内壁との間も迷路構造にすることによって、対向反射電極側と同様の作用によって、フィラメント用絶縁体においても、当該絶縁体表面に堆積する原料の量、即ち堆積物の量を減少させることができる。その結果、フィラメント用絶縁体および反射電極用絶縁体の両方において、それらの絶縁性能劣化を抑制することができるので、イオン源の安定運転可能時間をより長くすることができ、ひいては当該イオン源のメインテナンス頻度をより低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係るイオン源の一例を示す断面図である。
【図２】図１の線Ａ−Ａに沿う拡大断面図である。
【図３】図１の線Ｂ−Ｂに沿う拡大断面図である。
【図４】この発明に係るイオン源の他の例を簡略化して示す断面図である。
【図５】従来のイオン源の一例を示す断面図である。
【図６】図５の線Ａ−Ａに沿う拡大断面図である。
【図７】図５の線Ｂ−Ｂに沿う拡大断面図である。
【符号の説明】
２プラズマ生成容器
４ガス導入穴
８フィラメント
１０フィラメント用絶縁体
１２対向反射電極
１４反射電極用絶縁体
１８磁界発生器
２２背後反射電極
２６プラズマ
２８イオンビーム
３４、３６ガス抜き穴
３８、４０溝

Claims

ガス導入穴を有していてそこからガスが導入されるプラズマ生成容器と、このプラズマ生成容器の一方側内に設けられていて電子を放出するフィラメントと、このフィラメントとプラズマ生成容器との間を電気絶縁するフィラメント用絶縁体と、前記プラズマ生成容器の他方側内に設けられていて電子を反射する対向反射電極と、この対向反射電極とプラズマ生成容器との間を電気絶縁する反射電極用絶縁体と、前記プラズマ生成容器内にフィラメントと対向反射電極とを結ぶ軸に沿う磁界を発生させる磁界発生器とを備えるイオン源において、前記フィラメント用絶縁体および反射電極用絶縁体の少なくとも一方の周辺のプラズマ生成容器に、その壁面を貫通していてプラズマ生成容器内のガスをその外に排出するガス抜き穴を１個以上設けていることを特徴とするイオン源。
前記ガス抜き穴を、前記フィラメント用絶縁体および反射電極用絶縁体の周辺にそれぞれ１個以上ずつ設けている請求項１記載のイオン源。
前記フィラメント用絶縁体の周辺に設けたガス抜き穴全部のコンダクタンスと、前記反射電極用絶縁体の周辺に設けたガス抜き穴全部のコンダクタンスとを、互いにほぼ等しくしている請求項２記載のイオン源。
ガス導入穴を有していてそこからガスが導入されるプラズマ生成容器と、このプラズマ生成容器の一方側内に設けられていて電子を放出するフィラメントと、このフィラメントとプラズマ生成容器との間を電気絶縁するフィラメント用絶縁体と、前記プラズマ生成容器の他方側内に設けられていて電子を反射する対向反射電極と、この対向反射電極とプラズマ生成容器との間を電気絶縁する反射電極用絶縁体と、前記プラズマ生成容器内にフィラメントと対向反射電極とを結ぶ軸に沿う磁界を発生させる磁界発生器とを備えるイオン源において、前記対向反射電極の周囲のプラズマ生成容器の内壁に溝を設け、かつこの溝の少なくとも入口まで対向反射電極を延ばして、対向反射電極とプラズマ生成容器の内壁との間を、両者間の電気絶縁を保ちつつ迷路構造にしていることを特徴とするイオン源。
前記フィラメントの背後に、前記対向反射電極に対向させると共に前記プラズマ生成容器から電気的に絶縁して設けられていて電子を反射する背後反射電極を更に備えており、この背後反射電極の周囲のプラズマ生成容器の内壁に溝を設け、かつこの溝の少なくとも入口まで背後反射電極を延ばして、背後反射電極とプラズマ生成容器の内壁との間を、両者間の電気絶縁を保ちつつ迷路構造にしている請求項４記載のイオン源。