JP5527617B2 - Ion source - Google Patents

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Description

本発明は、イオン源の下流側よりイオン源に流入する電子を捕捉する磁界発生手段を備えたイオン源に関する。   The present invention relates to an ion source including magnetic field generation means for capturing electrons flowing into the ion source from the downstream side of the ion source.

イオン注入装置やイオンドーピング装置、あるいはイオンビーム配向装置といったイオンビーム照射装置のイオン源には、イオンビームを引出す為に引き出し電極系と呼ばれる複数枚の電極で構成される電極群が用いられている。   In an ion source of an ion beam irradiation apparatus such as an ion implantation apparatus, an ion doping apparatus, or an ion beam alignment apparatus, an electrode group including a plurality of electrodes called an extraction electrode system is used to extract an ion beam. .

特許文献1の図2には、このような引出し電極系の例が開示されている。ここでは、引出し電極系を構成する電極として、プラズマ電極、引き出し電極、抑制電極、接地電極の4枚電極が用いられている。   FIG. 2 of Patent Document 1 discloses an example of such an extraction electrode system. Here, four electrodes of a plasma electrode, an extraction electrode, a suppression electrode, and a ground electrode are used as electrodes constituting the extraction electrode system.

プラズマ電極は引き出すイオンビームのエネルギーを決める電極であり、引き出し電極はプラズマ電極との間に電位差を生じさせ、それによる電界によってプラズマからイオンビームを引き出す為の電極である。抑制電極はイオン源の下流側からイオン源に電子が流入するのを抑制する電極であり、電極の電位が接地電位に対して負電位となるように設定されており、これによって負の電荷を有する電子をイオン源の下流側へ追い返す機能を有している。そして、接地電極は電位を固定する為に電気的に接地された電極である。   The plasma electrode is an electrode that determines the energy of the ion beam to be extracted. The extraction electrode is an electrode for generating a potential difference with the plasma electrode and extracting the ion beam from the plasma by an electric field thereby. The suppression electrode is an electrode that suppresses electrons from flowing into the ion source from the downstream side of the ion source, and is set so that the potential of the electrode becomes a negative potential with respect to the ground potential. It has the function of repelling the electrons it has to the downstream side of the ion source. The ground electrode is an electrode that is electrically grounded to fix the potential.

このような引出し電極系で用いられる電極の枚数は4枚に限定されていない。例えば、特許文献2の図1、図2にはプラズマ電極、抑制電極、接地電極からなる3枚の電極から構成される引き出し電極系が開示されており、このような引出し電極系を用いて、イオン源よりイオンビームの引出しが行われることもある。   The number of electrodes used in such an extraction electrode system is not limited to four. For example, FIGS. 1 and 2 of Patent Document 2 disclose an extraction electrode system composed of three electrodes including a plasma electrode, a suppression electrode, and a ground electrode. Using such an extraction electrode system, An ion beam may be extracted from the ion source.

特開2007−115511(図2、段落0037〜段落0039)JP 2007-115511 (FIG. 2, paragraphs 0037 to 0039) 特開平5−82075(図1、図2、段落0011)JP-A-5-82075 (FIGS. 1 and 2, paragraph 0011)

引出し電極系で用いられる各電極の電位を設定する為に、複数の電源が用いられている。このような電源は高価なものである為、出来るだけ使用したくないという要望がある。   A plurality of power supplies are used to set the potential of each electrode used in the extraction electrode system. Since such a power supply is expensive, there is a demand for not using it as much as possible.

電源の数を減らす為には電極の枚数を減らすことが考えられるが、単純に電極を取り除くだけであればイオン源の機能に支障を来たしてしまう。   In order to reduce the number of power sources, it is conceivable to reduce the number of electrodes, but if the electrodes are simply removed, the function of the ion source will be hindered.

そこで本発明では、従来のイオン源に比べて電極枚数が少ないにも関わらず、従来のイオン源と同等の機能を有する新規なイオン源を提供することを所期の目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a novel ion source having a function equivalent to that of a conventional ion source although the number of electrodes is smaller than that of a conventional ion source.

本発明のイオン源は、下流側からの電子の流入を抑制し、接地電位に対して負電位となる抑制電極を備えていない正のイオン源であって、イオンビームの引出し方向に沿って配置された複数枚の電極と、前記電極の下流側に配置され、前記イオン源より引出された前記イオンビームを横切る磁界を発生させる少なくとも一対の磁極を有する磁界発生手段とを備えていることを特徴としている。 The ion source of the present invention is a positive ion source that does not include a suppression electrode that suppresses the inflow of electrons from the downstream side and is negative with respect to the ground potential, and is disposed along the extraction direction of the ion beam. And a magnetic field generating means having at least a pair of magnetic poles arranged downstream of the electrodes and generating a magnetic field across the ion beam drawn from the ion source. It is said.

このような磁界発生手段を備えたイオン源であれば、従来のイオン源よりも電極枚数を少なくすることが出来るだけでなく、従来のイオン源と同等の機能を有することが出来る。   If the ion source includes such a magnetic field generating means, the number of electrodes can be reduced as compared with the conventional ion source, and the function equivalent to that of the conventional ion source can be provided.

また、磁界発生手段によって偏向されるイオンビームの進行方向を修正するには、前記磁界発生手段は、前記イオンビームの引出し方向に沿って異なる位置で、前記イオンビームを挟んで配置された一対の磁極を有する第一の磁極対と第二の磁極対とを備えているとともに、各磁極対間で発生される磁界の方向が互いに逆向きであることが望ましい。   Further, in order to correct the traveling direction of the ion beam deflected by the magnetic field generating means, the magnetic field generating means is a pair of pairs arranged with the ion beam being sandwiched at different positions along the extraction direction of the ion beam. It is desirable that a first magnetic pole pair and a second magnetic pole pair having magnetic poles are provided, and the directions of magnetic fields generated between the magnetic pole pairs are opposite to each other.

このような構成を採用すると、イオンビームの進行方向を修正することが出来る。   By adopting such a configuration, the traveling direction of the ion beam can be corrected.

さらには、前記第一の磁極対と前記第二の磁極対は磁性体で構成されており、各磁極対を構成する磁性体は永久磁石を介して連結されていることが望ましい。   Further, it is desirable that the first magnetic pole pair and the second magnetic pole pair are made of a magnetic material, and the magnetic materials constituting each magnetic pole pair are connected via a permanent magnet.

このような構成を採用すると、磁界発生手段を簡素な構成にしておくことが出来る。   By adopting such a configuration, the magnetic field generating means can be made simple.

また、前記第一の磁極対間と前記第二の磁極対間とで発生される磁界によって、前記イオンビームに対して向きが逆向きで大きさが略等しいローレンツ力が働くことように構成しておいても良い。   In addition, the magnetic field generated between the first magnetic pole pair and the second magnetic pole pair is configured so that a Lorentz force having an opposite direction and a substantially equal magnitude acts on the ion beam. You can keep it.

このような構成を採用すると、イオンビームが磁界発生手段を通過する前後で、イオンビームの進行方向をほぼ同一に保つことが出来る。その為、イオンビーム照射装置全体の光学系を容易に設計にすることが出来る。   When such a configuration is adopted, the traveling direction of the ion beam can be kept substantially the same before and after the ion beam passes through the magnetic field generating means. Therefore, the optical system of the entire ion beam irradiation apparatus can be easily designed.

そのうえ、前記磁極には前記イオンビームの引出し方向と略直交する方向に延設された電極支持溝が形成されていても良い。   In addition, the magnetic pole may be formed with an electrode support groove extending in a direction substantially perpendicular to the extraction direction of the ion beam.

このような構成を採用すると、磁界発生手段で電極を支持することが出来るので、電極の支持部材を特別に設けておく必要がない。   If such a configuration is adopted, the electrode can be supported by the magnetic field generating means, so that it is not necessary to provide a special support member for the electrode.

また、前記電極と対向する前記磁極の面上に、最も下流側に配置される前記電極が配置されていても良い。   The electrode arranged on the most downstream side may be arranged on the surface of the magnetic pole facing the electrode.

このような構成を用いても、前述した構成と同様に磁界発生手段で電極を支持することが出来るので、電極の支持部材を特別に設けておく必要がない。   Even if such a configuration is used, the electrode can be supported by the magnetic field generating means in the same way as the configuration described above, so that it is not necessary to provide a special electrode support member.

従来の引出し電極系で用いられている抑制電極の代わりにイオン源の下流側からの電子の流入を抑制する磁界発生手段を用いているので、従来のイオン源よりも電極枚数を少なくすることが出来るだけでなく、従来のイオン源と同等の機能を有することが出来る。   Since magnetic field generating means for suppressing the inflow of electrons from the downstream side of the ion source is used instead of the suppression electrode used in the conventional extraction electrode system, the number of electrodes can be reduced as compared with the conventional ion source. In addition to being able to, it can have the same function as a conventional ion source.

本発明で用いられるイオン源の一例を示す平面図である。It is a top view which shows an example of the ion source used by this invention. 図1のイオン源をX方向からみた様子を表す平面図である。It is a top view showing a mode that the ion source of FIG. 1 was seen from the X direction. 磁界発生手段に電子が流入した時の様子を表す。The state when electrons flow into the magnetic field generating means is shown. 第一、第二の磁極対を有する磁界発生手段の他の例である。It is another example of the magnetic field generation means which has a 1st, 2nd magnetic pole pair. 一対の磁極を有する磁界発生手段の例である。It is an example of the magnetic field generation means which has a pair of magnetic pole. 一対の磁極を有する磁界発生手段の他の例である。It is another example of the magnetic field generation means which has a pair of magnetic pole. 磁界発生手段に形成された電極支持構造の一例である。It is an example of the electrode support structure formed in the magnetic field generation means. 磁界発生手段に形成された電極支持構造の他の例である。It is another example of the electrode support structure formed in the magnetic field generation means.

本発明において、Z方向をイオン源より引き出されるイオンビームの引出し方向とし、Z方向に対して互いに直交する2方向をX方向、Y方向としている。また、本発明において下流側とは、イオンビーム引出し方向側(Z方向側)を意味する。   In the present invention, the Z direction is the extraction direction of the ion beam extracted from the ion source, and the two directions orthogonal to the Z direction are the X direction and the Y direction. In the present invention, the downstream side means an ion beam extraction direction side (Z direction side).

図1には、本発明で用いられるイオン源の一例が示されている。このイオン源1はいわゆるバケット型イオン源と呼ばれるタイプのイオン源の一種である。   FIG. 1 shows an example of an ion source used in the present invention. This ion source 1 is a kind of so-called bucket type ion source.

このイオン源1は長方形状のプラズマ生成容器4を備えており、プラズマ生成容器4より略リボン状のイオンビーム3が引き出される。以下の実施例では、イオン源1より引き出されるイオンビーム3の形状を、X方向に長辺を有しY方向に短辺を有するものとして説明するが、本発明が適用されるイオン源1で用いられるイオンビーム3の形状はこれに限られない。   The ion source 1 includes a rectangular plasma generation container 4 from which a substantially ribbon-shaped ion beam 3 is drawn. In the following embodiments, the shape of the ion beam 3 extracted from the ion source 1 will be described as having a long side in the X direction and a short side in the Y direction. However, in the ion source 1 to which the present invention is applied, The shape of the ion beam 3 used is not limited to this.

プラズマ生成容器4には図示されないバルブを介してガス源2が取り付けられており、このガス源2よりイオンビーム3の原料となるガスの供給がなされる。なお、このガス源2には図示されないガス流量調節器(マスフローコントローラー)が接続されており、これによってガス源2からプラズマ生成容器4内部へのガスの供給量が調整されている。   A gas source 2 is attached to the plasma generation container 4 via a valve (not shown), and a gas that is a raw material of the ion beam 3 is supplied from the gas source 2. Note that a gas flow rate controller (mass flow controller) (not shown) is connected to the gas source 2, thereby adjusting the amount of gas supplied from the gas source 2 to the inside of the plasma generation container 4.

プラズマ生成容器4の一側面には、X方向に沿って複数のU字型のフィラメント8が取り付けられている。そして、フィラメント8の端子間に接続される電源Vを用いて、各フィラメント8に流す電流量の調整が行えるように構成されている。このような構成にしておくとこで、イオン源1より引き出されるイオンビーム3の電流密度分布の調整が可能となる。 A plurality of U-shaped filaments 8 are attached to one side surface of the plasma generation container 4 along the X direction. Then, using the power V F which is connected between the terminals of the filament 8, and it is configured to allow adjustment of the amount of current flowing through the respective filaments 8. With such a configuration, the current density distribution of the ion beam 3 extracted from the ion source 1 can be adjusted.

フィラメント8に電流を流し、当該フィラメント8を加熱させることによって、そこから電子が放出される。この電子が、プラズマ生成容器4内部に供給されたガスに衝突してガスの電離を引き起こし、プラズマ生成容器4内にプラズマ9が生成される。   By passing an electric current through the filament 8 and heating the filament 8, electrons are emitted therefrom. The electrons collide with the gas supplied into the plasma generation container 4 to cause ionization of the gas, and plasma 9 is generated in the plasma generation container 4.

また、このイオン源1においては、プラズマ生成容器4の外壁に沿って複数の永久磁石12が取り付けられている。この永久磁石12によって、プラズマ生成容器4の内部領域にカスプ磁場が形成され、フィラメント8より放出された電子が所定領域内に閉じ込められる。   In the ion source 1, a plurality of permanent magnets 12 are attached along the outer wall of the plasma generation container 4. By this permanent magnet 12, a cusp magnetic field is formed in the inner region of the plasma generation container 4, and the electrons emitted from the filament 8 are confined in the predetermined region.

イオン源1は引出し電極系として3枚の電極を有しており、プラズマ生成容器4からZ方向に沿ってプラズマ電極5、引出し電極6、接地電極7の順に配置されている。そして、これらの電極にはそれぞれ複数の孔が設けられており、これらの孔を通してイオンビーム3の引出しが行なわれる。これらの電極の機能は、従来技術で説明されている機能と同等である為、その説明は省略する。各電極とプラズマ生成容器4との電位は、複数の電源(V〜V)によって、それぞれ異なる値に設定されているとともに、各部材の取り付けは絶縁物10を介してなされている。なお、上述したプラズマ電極5は加速電極と呼ばれることもある。 The ion source 1 has three electrodes as an extraction electrode system, and is arranged in the order of the plasma electrode 5, extraction electrode 6, and ground electrode 7 along the Z direction from the plasma generation container 4. Each of these electrodes is provided with a plurality of holes, and the ion beam 3 is extracted through these holes. Since the functions of these electrodes are the same as those described in the prior art, description thereof is omitted. The potentials of the electrodes and the plasma generation container 4 are set to different values by a plurality of power sources (V 1 to V 4 ), and the members are attached via the insulator 10. In addition, the plasma electrode 5 mentioned above may be called an acceleration electrode.

従来のイオン源には、上述した電極群の1つとして、接地電極の電位に対して500V程度の負電位に設定されている電極で、イオン源の下流側(本発明で言うところのイオン源よりZ方向側)よりイオン源に流入する電子を抑制する抑制電極が備えられているが、本発明ではこの抑制電極が備えられていない。その代わりに後述する磁界発生手段11が備えられている。   In the conventional ion source, as one of the electrode groups described above, an electrode set to a negative potential of about 500 V with respect to the potential of the ground electrode is provided on the downstream side of the ion source (the ion source in the present invention). Although a suppression electrode that suppresses electrons flowing into the ion source from the Z-direction side is provided, this suppression electrode is not provided in the present invention. Instead, magnetic field generating means 11 described later is provided.

抑制電極は、イオン源1より引き出されるイオンビーム3のエネルギーや広がりに影響を与えない電極である。また、抑制電極の電位設定に用いられる抑制電源には、引出し電極系の電極間で異常放電が起こった際に、大電流が流れてしまう可能性が高い。その為、抑制電源の容量を十分に大きなものにしておかなければならない。その場合、電源の価格も高価なものになってしまう。このような点に着目して、本発明ではイオン源の引出し電極系より抑制電極を削除している。   The suppression electrode is an electrode that does not affect the energy and spread of the ion beam 3 extracted from the ion source 1. In addition, there is a high possibility that a large current flows in the suppression power source used for setting the potential of the suppression electrode when abnormal discharge occurs between the electrodes of the extraction electrode system. Therefore, the capacity of the suppression power source must be made sufficiently large. In that case, the price of the power supply becomes expensive. Focusing on this point, the present invention eliminates the suppression electrode from the extraction electrode system of the ion source.

本実施形態の磁界発生手段11は、Z方向に沿って第一の磁極対20と第二の磁極対21とを有しており、イオンビーム3は各磁極対20、21の間を通過している。図1には、このような磁極対20、21のイオンビーム3を挟んで配置される一方側の様子が描かれている。   The magnetic field generation means 11 of this embodiment has a first magnetic pole pair 20 and a second magnetic pole pair 21 along the Z direction, and the ion beam 3 passes between the magnetic pole pairs 20 and 21. ing. FIG. 1 shows a state of one side of the magnetic pole pairs 20 and 21 arranged with the ion beam 3 interposed therebetween.

各磁極対20、21は個別の磁性体14により構成されており、異なる磁極対を構成する磁性体14は永久磁石13を介して連結されている。この図1に示される構成と同様のものが、イオンビーム3を挟んでY方向反対側にも設けられている。ただし、異なる磁極対を構成する磁性体14の間に設けられた永久磁石13の極性の向きは図1に示されているものと反対である。   Each of the magnetic pole pairs 20 and 21 is constituted by an individual magnetic body 14, and the magnetic bodies 14 constituting different magnetic pole pairs are connected via a permanent magnet 13. The same configuration as that shown in FIG. 1 is also provided on the opposite side in the Y direction across the ion beam 3. However, the direction of the polarity of the permanent magnet 13 provided between the magnetic bodies 14 constituting different magnetic pole pairs is opposite to that shown in FIG.

上述した構成の磁界発生手段11において、第一の磁極対20では、イオンビーム3に対しておおよそX方向に向けてF1のローレンツ力が働くことになる。一方で、第二の磁極対21では、イオンビーム3に対しておおよそX方向と逆方向に向けてF2のローレンツ力が働くことになる。このような構成にすることで、第一の磁極対20で偏向されたイオンビーム3を、第二の磁極対21で反対方向に曲げ戻すことが出来るので、イオンビーム3の進行方向を修正することが出来る。   In the magnetic field generating unit 11 having the above-described configuration, the Lorentz force F1 acts on the ion beam 3 in the X direction approximately in the first magnetic pole pair 20. On the other hand, in the second magnetic pole pair 21, the Lorentz force of F2 acts on the ion beam 3 in a direction approximately opposite to the X direction. With such a configuration, the ion beam 3 deflected by the first magnetic pole pair 20 can be bent back in the opposite direction by the second magnetic pole pair 21, so that the traveling direction of the ion beam 3 is corrected. I can do it.

イオンビーム3の進行方向はイオンビーム照射装置で製造されるデバイスの微細化の程度やイオン源1の下流側に配置される光学要素(分析電磁石や加速管等)の性能や構成、あるいはイオン源1からイオンビーム3が照射されるターゲット(ウエハやガラス基板等)までの距離といった要素を総合的に考慮すると、必ずしもZ方向に平行でなければならないというものではない。   The traveling direction of the ion beam 3 depends on the degree of miniaturization of a device manufactured by the ion beam irradiation apparatus, the performance and configuration of an optical element (analysis electromagnet, acceleration tube, etc.) disposed downstream of the ion source 1, or the ion source. Considering factors such as the distance from 1 to the target (wafer, glass substrate, etc.) irradiated with the ion beam 3, it does not necessarily have to be parallel to the Z direction.

イオンビーム照射装置の構成や製造するデバイスに応じた許容範囲が設けられているので、磁界発生手段11を通過した後のイオンビーム3の進行方向が、そのような許容範囲内に入るように修正されていれば十分である。その為、前述したイオンビーム3に働くローレンツ力F1とF2とは同じ大きさである必要はない。   Since an allowable range is provided according to the configuration of the ion beam irradiation apparatus and the device to be manufactured, the traveling direction of the ion beam 3 after passing through the magnetic field generating means 11 is corrected so as to fall within such an allowable range. It is enough if it is done. Therefore, the Lorentz forces F1 and F2 acting on the ion beam 3 described above do not have to be the same magnitude.

しかしながら、イオンビーム照射装置全体の光学設計を考えた場合、これを容易に行なうには、磁界発生手段11をイオンビーム3が通過する前後でその進行方向を略同一に保っておくことが望まれる。その為、このような観点からは、イオンビーム3に働くローレンツ力F1とF2とを略同一にしておくことが望まれる。   However, considering the optical design of the entire ion beam irradiation apparatus, in order to easily do this, it is desirable to keep the traveling direction substantially the same before and after the ion beam 3 passes through the magnetic field generating means 11. . Therefore, from such a viewpoint, it is desirable that the Lorentz forces F1 and F2 acting on the ion beam 3 be substantially the same.

なお、ローレンツ力F1とローレンツ力F2とが向きが反対で略等しい大きさを持つ場合、磁界発生手段11に入る前のイオンビーム3の中心軌道の位置A1と磁界発生手段11を出た後のイオンビームの3の中心軌道の位置A2とは、X方向において距離Dだけ離間することになる。ただし、この中心軌道のズレはあまり問題にならない。   When the Lorentz force F1 and the Lorentz force F2 are opposite in direction and have substantially the same magnitude, the position A1 of the central trajectory of the ion beam 3 before entering the magnetic field generation means 11 and the magnetic field generation means 11 after exiting. The position A2 of the center trajectory 3 of the ion beam is separated by a distance D in the X direction. However, the deviation of the central orbit is not a problem.

磁界発生手段11を用いて、イオン源1側への電子の流入を抑制する為には、数mTといった小さな磁束密度の磁界が形成出来れば十分である。イオン源1より引出されるイオンビーム3のエネルギーの値やイオンの種類にもよるが、磁界発生手段11でイオンビーム3が偏向される量はさほど大きなものにはならない。その為、距離Dの値もそれほど大きなものではない。   In order to suppress the inflow of electrons to the ion source 1 side using the magnetic field generating means 11, it is sufficient to form a magnetic field having a small magnetic flux density such as several mT. Although depending on the energy value of the ion beam 3 extracted from the ion source 1 and the type of ions, the amount by which the ion beam 3 is deflected by the magnetic field generation means 11 is not so large. Therefore, the value of the distance D is not so large.

距離Dの大きさはさほど大きなものではないが、それでもその値を小さなものにする必要がある場合には、第一の磁極対20と第二の磁極対21とのZ方向における間隔を狭めておけばよい。この場合、イオンビーム3は最初に偏向された後、すぐに逆方向に偏向されることになるので、距離Dの間隔を小さなものにすることが出来る。ただし、第一の磁極対20と第二の磁極対21との間隔を狭め過ぎると、永久磁石13で発生する磁場がイオンビーム3に影響することが考えられる。その為、第一の磁極対20と第二の磁極対21との間隔は、永久磁石13で発生した磁場がイオンビーム3に及ぼす影響を考慮した上で、適当なものに設定しておく必要がある。   The distance D is not so large, but if the value still needs to be small, the distance between the first magnetic pole pair 20 and the second magnetic pole pair 21 in the Z direction is reduced. Just keep it. In this case, since the ion beam 3 is first deflected and then immediately deflected in the reverse direction, the distance D can be reduced. However, if the distance between the first magnetic pole pair 20 and the second magnetic pole pair 21 is too narrow, the magnetic field generated by the permanent magnet 13 may affect the ion beam 3. For this reason, the distance between the first magnetic pole pair 20 and the second magnetic pole pair 21 needs to be set to an appropriate value in consideration of the influence of the magnetic field generated by the permanent magnet 13 on the ion beam 3. There is.

さらに、距離Dを見越して、予めイオン源1をX方向逆側にずらして配置しておいても良い。そのような配置にしておくことで、イオン源1より下流側に配置されたビーム光学系でイオンビーム3の中心軌道ずれによる影響を生じなくすることが出来る。   Further, in anticipation of the distance D, the ion source 1 may be preliminarily shifted to the opposite side in the X direction. With such an arrangement, it is possible to eliminate the influence of the deviation of the center orbit of the ion beam 3 in the beam optical system arranged on the downstream side of the ion source 1.

図2には、図1のイオン源1をX方向から見た時の様子が描かれている。また、この図2ではプラズマ電極5やフィラメント8等に接続されている電源(V、V〜V)および接地(グランド)の記載を省略している。 FIG. 2 illustrates a state when the ion source 1 of FIG. 1 is viewed from the X direction. In FIG. 2, descriptions of power sources (V F , V 1 to V 4 ) connected to the plasma electrode 5, the filament 8, and the like and grounding (ground) are omitted.

第一の磁極対20と第二の磁極対21とを構成する各磁性体14は、Y方向に沿ってイオンビーム3側に突出している。このように磁性体14を構成しておくことで、Z方向に引き出されるイオンビーム3を横切る磁界を容易に発生させることが出来る。   Each magnetic body 14 constituting the first magnetic pole pair 20 and the second magnetic pole pair 21 protrudes toward the ion beam 3 along the Y direction. By configuring the magnetic body 14 in this way, it is possible to easily generate a magnetic field across the ion beam 3 drawn in the Z direction.

また、第一の磁極対20に発生する磁界の方向と第二の磁極対21に発生する磁界の方向とは逆向きとなっており、このような磁界によって逆方向のローレンツ力F1とローレンツ力F2が発生する。   In addition, the direction of the magnetic field generated in the first magnetic pole pair 20 and the direction of the magnetic field generated in the second magnetic pole pair 21 are opposite to each other, and the Lorentz force F1 and the Lorentz force in the reverse direction due to such a magnetic field are reversed. F2 is generated.

なお、磁界発生手段11は、接地電極7の下面からZ方向に向けて延設された図示されない接地電極の支持枠の内壁にボルト等で取り付けられていても良いし、これとは別にイオン源1のフランジに取り付けられていても良い。   The magnetic field generating means 11 may be attached by bolts or the like to the inner wall of a support frame of a ground electrode (not shown) extending from the lower surface of the ground electrode 7 in the Z direction. 1 may be attached to the flange.

図3には、電子がイオン源1の下流側から磁界発生手段11に流入する様子が描かれている。電子は第二の磁極対21に形成された磁場領域に進入すると、磁力線に沿って螺旋運度をしながら進行する。このように磁界発生手段11によって電子が捕捉されることになるので、磁界発生手段11よりも上流側(Z方向反対側)への電子の進入を防止することが出来る。   In FIG. 3, the state in which electrons flow into the magnetic field generation means 11 from the downstream side of the ion source 1 is depicted. When the electrons enter the magnetic field region formed in the second magnetic pole pair 21, the electrons travel along the magnetic field lines while spiraling. As described above, electrons are captured by the magnetic field generation means 11, so that it is possible to prevent the electrons from entering the upstream side (opposite side in the Z direction) of the magnetic field generation means 11.

図4(a)〜(e)には、これまでに述べてきた磁界発生手段11の変形例が描かれている。これらの構成について以下に説明する。なお、各図においてX、Y、Z軸の方向は共通であって、各磁極対20、21に描かれる矢印は磁界の向きを表す。   4A to 4E show modified examples of the magnetic field generating means 11 described so far. These configurations will be described below. In each figure, the directions of the X, Y, and Z axes are common, and the arrows drawn on the magnetic pole pairs 20 and 21 indicate the direction of the magnetic field.

図4(a)では、各磁極対20、21を永久磁石13で構成している。永久磁石13の数は図1〜3で述べた構成に比べて2つ増えることになるが、本発明の磁界発生手段11としては図4(a)の構成を採用しても良い。   In FIG. 4A, each magnetic pole pair 20 and 21 is composed of a permanent magnet 13. Although the number of permanent magnets 13 is increased by two as compared with the configuration described in FIGS. 1 to 3, the configuration shown in FIG. 4A may be adopted as the magnetic field generating means 11 of the present invention.

図4(b)でも図4(a)と同じく各磁極対20、21を永久磁石13で構成している。永久磁石13は磁性体14の端部に設けられている必要はないので、図4(b)に示す構成を採用してもいいことは言うまでもない。また、図4(a)、図4(b)ともに磁性体14とした部分は非磁性体としても良い。さらに、磁性体、非磁性体問わず、Z方向において各磁極対を個別に支持するような構成にしておいても良い。   Also in FIG. 4B, each magnetic pole pair 20, 21 is constituted by a permanent magnet 13 as in FIG. 4A. Since the permanent magnet 13 does not need to be provided at the end of the magnetic body 14, it goes without saying that the configuration shown in FIG. Further, in both FIGS. 4A and 4B, the magnetic material 14 may be a non-magnetic material. Furthermore, it may be configured such that each magnetic pole pair is individually supported in the Z direction regardless of whether it is a magnetic body or a non-magnetic body.

図4(c)には、図1〜3に描かれた磁界発生手段11と類似する構成が描かれている。図4(c)のようにZ方向に沿って延びた磁性体14の途中からイオンビーム3側に突出するように各磁極対20、21を構成するようにしても構わない。   FIG. 4C illustrates a configuration similar to the magnetic field generation unit 11 illustrated in FIGS. As shown in FIG. 4C, the magnetic pole pairs 20 and 21 may be configured to protrude toward the ion beam 3 from the middle of the magnetic body 14 extending along the Z direction.

図4(d)では、第一の磁極対20を永久磁石13で構成し、第二の磁極対21を磁性体14で構成している。第二の磁極対21を構成する磁性体14は、第一の磁極対20を構成している永久磁石13に連接しているので、図4(c)の例と同様に永久磁石13の数を少なくすることが出来る。なお、図4(d)の構成とは反対に、第一の磁極対20を磁性体14で構成し、第二の磁極対21を永久磁石13で構成しても良い。   In FIG. 4D, the first magnetic pole pair 20 is constituted by a permanent magnet 13, and the second magnetic pole pair 21 is constituted by a magnetic body 14. Since the magnetic body 14 constituting the second magnetic pole pair 21 is connected to the permanent magnet 13 constituting the first magnetic pole pair 20, the number of permanent magnets 13 is the same as in the example of FIG. Can be reduced. 4 (d), the first magnetic pole pair 20 may be composed of the magnetic body 14, and the second magnetic pole pair 21 may be composed of the permanent magnet 13.

さらには、図4(e)に開示されているように、永久磁石13の代わりにコイル15をY方向に配置された各磁性体14に巻き回しておき、そこに電流を流すことで磁界を発生させるようにしておいても良い。各磁性体14に対してコイル15を同じ方向に巻いておく場合には、各コイルに流す電流の向きを逆にしておく。反対に、各磁性体14に対してコイル15を逆方向に巻いておく場合には、各コイルに流す電流の向きを同じにしておく。図4(e)の例では、左側の磁性体14に巻き回されるコイル15の向きが右巻きであるのに対して、右側の磁性体14に巻き回されるコイル15の向きが左巻きとなっている。その為、各コイル15に対して同じ方向(Z方向の向きに、上から下へ)に電流を流している。このような構成を用いることで、他の例と同様にイオンビーム3を横切るように逆向きとなる磁界を発生させることが可能となる。   Furthermore, as disclosed in FIG. 4 (e), instead of the permanent magnet 13, a coil 15 is wound around each magnetic body 14 arranged in the Y direction, and a magnetic field is generated by passing an electric current therethrough. It may be generated. When the coil 15 is wound around each magnetic body 14 in the same direction, the direction of the current flowing through each coil is reversed. On the contrary, when the coil 15 is wound around each magnetic body 14 in the opposite direction, the direction of the current flowing through each coil is kept the same. In the example of FIG. 4E, the direction of the coil 15 wound around the left magnetic body 14 is right-handed, whereas the direction of the coil 15 wound around the right magnetic body 14 is left-handed. It has become. For this reason, a current is supplied to each coil 15 in the same direction (from the top to the bottom in the direction of the Z direction). By using such a configuration, it is possible to generate a magnetic field in the opposite direction so as to cross the ion beam 3 as in the other examples.

なお、コイル15を用いた場合、磁界の強さを制御することが出来る。その為、イオン源1の下流側でイオンビーム3の進行方向を測定しておき、これに応じて磁界発生手段11にてイオンビーム3の進行方向を微調整することも可能となる。さらに、図4(e)では、各磁極対20、21を構成する磁性体14を一体ものとしているが、これを個別に分けておき、それぞれにコイル15を巻き回しておくようにしておいても良い。そうすると、各磁極対で形成される磁界の強さを各磁極対で細かく調整することが出来る。   When the coil 15 is used, the strength of the magnetic field can be controlled. Therefore, it is possible to measure the traveling direction of the ion beam 3 on the downstream side of the ion source 1 and finely adjust the traveling direction of the ion beam 3 by the magnetic field generating unit 11 according to this measurement. Further, in FIG. 4 (e), the magnetic bodies 14 constituting the magnetic pole pairs 20 and 21 are integrated, but these are separated separately and the coil 15 is wound around each. Also good. Then, the strength of the magnetic field formed by each magnetic pole pair can be finely adjusted by each magnetic pole pair.

また、図4(a)〜(e)にはYZ平面内での様子のみが描かれているが、ここに記載されている磁界発生手段11もX方向に長辺を有するリボン状のイオンビーム3を取り扱う場合、図1に示された磁界発生手段11と同様にX方向において長さを有している。   4 (a) to 4 (e) show only the state in the YZ plane, the magnetic field generating means 11 described here also has a ribbon-like ion beam having a long side in the X direction. 3, it has a length in the X direction as in the magnetic field generating means 11 shown in FIG. 1.

図5(a)〜(c)には、一対の磁極22を有する磁界発生手段11の例が描かれている。図4と同様に、各図においてX、Y、Z軸の方向は共通しているとともに、磁極対に描かれる矢印は磁界の向きを表す。イオンビーム3のエネルギーが比較的高い場合(例えば、300keV以上)、磁界発生手段11で発生される磁界によって、イオンビーム3はほとんど偏向されない。また、イオンビーム3のエネルギーが低い場合であっても、前述したように磁界発生手段11を通過したイオンビーム3の進行方向が許容範囲内であれば、イオンビーム3を曲げ戻す為の磁界を発生させる必要がない。その為、図5(a)〜(c)に示すようにイオンビーム3を横切る磁界が1方向にのみに発生されるものであっても構わない。   5A to 5C illustrate an example of the magnetic field generating unit 11 having a pair of magnetic poles 22. Similar to FIG. 4, the directions of the X, Y, and Z axes are common in each of the drawings, and an arrow drawn on the magnetic pole pair indicates the direction of the magnetic field. When the energy of the ion beam 3 is relatively high (for example, 300 keV or more), the ion beam 3 is hardly deflected by the magnetic field generated by the magnetic field generation unit 11. Even when the energy of the ion beam 3 is low, as described above, if the traveling direction of the ion beam 3 that has passed through the magnetic field generating means 11 is within an allowable range, a magnetic field for bending back the ion beam 3 is generated. There is no need to generate it. Therefore, as shown in FIGS. 5A to 5C, a magnetic field that traverses the ion beam 3 may be generated only in one direction.

図5(a)には一組の永久磁石13とそれを支持する磁性体14で構成された磁界発生手段11が開示されている。この例においては一対の磁極22を構成する永久磁石13を磁性体14のZ方向における中央部に配置しているが、これを端部に設けるようにしても良い。また、永久磁石13の支持部材として磁性体14を用いているが、これを非磁性体としても良い。   FIG. 5A discloses a magnetic field generating means 11 composed of a pair of permanent magnets 13 and a magnetic body 14 that supports the permanent magnets 13. In this example, the permanent magnets 13 constituting the pair of magnetic poles 22 are arranged at the central portion in the Z direction of the magnetic body 14, but these may be provided at the end portions. Moreover, although the magnetic body 14 is used as a support member for the permanent magnet 13, it may be a non-magnetic body.

図5(b)には一組の永久磁石13を支持する磁性体14がY方向に突出し、これが一対の磁極22を形成している磁界発生手段11が開示されている。このような構成を採用しても良い。   FIG. 5B discloses magnetic field generation means 11 in which a magnetic body 14 supporting a pair of permanent magnets 13 protrudes in the Y direction and forms a pair of magnetic poles 22. Such a configuration may be adopted.

図5(c)には一組の磁性体14にコイル15が巻き回された磁界発生手段11が開示されている。コイル15を巻き回する方向とそれに流す電流Iの向きについては、図4(e)の例と同じように構成しておけば良い。   FIG. 5C discloses magnetic field generation means 11 in which a coil 15 is wound around a set of magnetic bodies 14. What is necessary is just to comprise similarly to the example of FIG.4 (e) about the direction which winds the coil 15, and direction of the electric current I sent through it.

なお、図5(a)〜(c)の構成においても、X方向に長辺を有するリボン状のイオンビーム3を取り扱う場合、図1に示された磁界発生手段11と同様にX方向において長さを有している。   5A to 5C, when the ribbon-like ion beam 3 having a long side in the X direction is handled, it is long in the X direction in the same way as the magnetic field generating means 11 shown in FIG. Have

図6には、一対の磁極22を有する磁界発生手段11の他の例が描かれている。この例において、磁性体14のY方向に突起した部分が一対の磁極22を構成している。この場合、永久磁石13に近い位置をイオンビーム3が通過すると、永久磁石13からの強い磁場の影響を受けてイオンビーム3の形状が変形してしまう恐れがある。その為、イオンビーム3を通過させる一対の磁極22の部分を永久磁石13より十分に離しておくようにすることが望まれる。   FIG. 6 shows another example of the magnetic field generating means 11 having a pair of magnetic poles 22. In this example, portions protruding in the Y direction of the magnetic body 14 constitute a pair of magnetic poles 22. In this case, when the ion beam 3 passes through a position close to the permanent magnet 13, the shape of the ion beam 3 may be deformed due to the influence of a strong magnetic field from the permanent magnet 13. Therefore, it is desired that the pair of magnetic poles 22 through which the ion beam 3 passes is sufficiently separated from the permanent magnet 13.

図7には、磁界発生手段に形成された電極支持構造の一例が描かれている。磁界発生手段11を構成する引出し電極系側に配置された第一の磁極対20に、イオンビーム3の引出し方向と略直交する方向に延設された電極支持溝16が形成されている。   FIG. 7 shows an example of an electrode support structure formed in the magnetic field generating means. An electrode support groove 16 extending in a direction substantially orthogonal to the extraction direction of the ion beam 3 is formed in the first magnetic pole pair 20 disposed on the extraction electrode system side that constitutes the magnetic field generation means 11.

この例では、この電極支持溝16に対して、第一の電極対20にもっとも近い位置にある接地電極7がスライドにより収納されるように構成されている。この場合、接地電極7そのものを電気的に接地せずに、接地電極7を支持する磁性体14を接地しておいても良い。また、この例において磁界発生手段11として第一の磁極対20と第二の磁極対21を有する構成のものを挙げたが、前述したような一対の磁極22を有する構成の磁界発生手段11にここに記載した電極支持溝16を設けても良い。   In this example, the ground electrode 7 located closest to the first electrode pair 20 is accommodated in the electrode support groove 16 by sliding. In this case, the magnetic body 14 that supports the ground electrode 7 may be grounded without electrically grounding the ground electrode 7 itself. In this example, the magnetic field generating means 11 has a configuration having the first magnetic pole pair 20 and the second magnetic pole pair 21, but the magnetic field generating means 11 having the configuration having the pair of magnetic poles 22 as described above is used. The electrode support groove 16 described here may be provided.

図8には、磁界発生手段に形成された電極支持構造の他の例が描かれている。図8(a)には、磁界発生手段11を構成する引出し電極系側に配置された第一の磁極対20の上面を電極支持面17とし、ここに接地電極7をボルト18等で固定させる。この様子が図8(b)に描かれている。   FIG. 8 shows another example of the electrode support structure formed in the magnetic field generating means. In FIG. 8A, the upper surface of the first magnetic pole pair 20 arranged on the extraction electrode system side constituting the magnetic field generating means 11 is used as an electrode support surface 17, and the ground electrode 7 is fixed thereto with a bolt 18 or the like. . This is illustrated in FIG.

図7の例と同じく、図5、図6で説明した一対の磁極22を有する構成の磁界発生手段11に図8の例を適用させても良い。   As in the example of FIG. 7, the example of FIG. 8 may be applied to the magnetic field generating means 11 having the pair of magnetic poles 22 described in FIGS. 5 and 6.

このような電極支持面17を磁界発生手段11の一部に備えておくことで、電極の支持部材を別に用意しておく必要がなくなる。   By providing such an electrode support surface 17 in a part of the magnetic field generating means 11, it is not necessary to prepare a separate electrode support member.

<その他の変形例>
本発明では、バケット型のイオン源を例にとって説明したが、このタイプのイオン源に限定されるわけではない。例えば、フリーマン型、バーナス型あるいは傍熱型陰極を有するイオン源であっても構わない。
<Other variations>
In the present invention, a bucket type ion source has been described as an example. However, the present invention is not limited to this type of ion source. For example, an ion source having a Freeman type, a Bernas type, or an indirectly heated cathode may be used.

また、イオン源より引き出されるイオンビーム3はX方向に長辺を有し、Y方向に短辺を有するリボン状のイオンビーム3を例に挙げて説明したが、引き出されるイオンビーム3の形状はこれに限られない。例えば、引き出されるイオンビームの形状は、スポット状であっても良い。   The ion beam 3 extracted from the ion source has been described by taking the ribbon-shaped ion beam 3 having a long side in the X direction and a short side in the Y direction as an example, but the shape of the extracted ion beam 3 is as follows. It is not limited to this. For example, the shape of the extracted ion beam may be a spot shape.

さらに、フィラメント8の本数も複数本ではなく1本であっても構わない。そして、引出し電極系を構成する電極群は抑制電極を有していないものであれば、どのような枚数であって構わない。   Further, the number of filaments 8 may be one instead of a plurality. The number of electrode groups constituting the extraction electrode system may be any as long as it does not have a suppression electrode.

一方、本発明で述べた実施形態では、各磁極対間の中央にイオンビーム3の中心が位置するようにしているが、イオンビーム3の中心位置が一方の磁極側にずれていても構わない。ただし、中心位置が磁極間の中央に位置しいている場合、磁界を通過した際にイオンビーム3が対称性をもって偏向されることになるので、イオン源の後段に続く光学系において取り扱いがし易いと言える。   On the other hand, in the embodiment described in the present invention, the center of the ion beam 3 is positioned at the center between each pair of magnetic poles, but the center position of the ion beam 3 may be shifted to one magnetic pole side. . However, when the center position is located in the center between the magnetic poles, the ion beam 3 is deflected with symmetry when passing through the magnetic field, so that it is easy to handle in the optical system following the ion source. It can be said.

また、引出し電極系として使用される電極は多孔電極に限らず、スリットを有する電極であっても良い。   The electrode used as the extraction electrode system is not limited to the porous electrode, and may be an electrode having a slit.

さらに、本実施形態において磁界発生手段11で発生される磁界の方向とイオンビーム3の進行方向とが略直交する関係であるように図示されているが、そのような関係でなくても良い。例えば、磁界発生手段11で発生される磁界の方向とイオンビーム3の進行方向とが斜めに交差していても良く、磁界発生手段11で発生される磁界がイオンビーム3を横切るように形成されていれば、両者がどのような関係であっても構わない。   Further, in the present embodiment, the direction of the magnetic field generated by the magnetic field generation unit 11 and the traveling direction of the ion beam 3 are illustrated as being substantially orthogonal to each other, but such a relationship is not necessarily required. For example, the direction of the magnetic field generated by the magnetic field generating means 11 and the traveling direction of the ion beam 3 may be obliquely intersected, and the magnetic field generated by the magnetic field generating means 11 is formed so as to cross the ion beam 3. As long as they are, they may have any relationship.

前述した以外に、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良および変更を行っても良いのはもちろんである。   In addition to the above, it goes without saying that various improvements and modifications may be made without departing from the scope of the present invention.

1.イオン源
3.イオンビーム
4.プラズマ生成容器
5.プラズマ電極
6.引出し電極
7.接地電極
8.フィラメント
9.プラズマ
10.絶縁物
11.磁界発生手段
13.永久磁石
14.磁性体
16.電極支持溝
17.電極支持面
20.第一の磁極対
21.第二の磁極対
1. 2. ion source Ion beam4. 4. Plasma generation container 5. Plasma electrode Extraction electrode 7. Ground electrode 8. Filament 9. Plasma 10 Insulator 11. Magnetic field generating means 13. Permanent magnet 14. Magnetic body 16. Electrode support groove 17. Electrode support surface 20. First magnetic pole pair 21. Second pole pair

Claims (6)

下流側からの電子の流入を抑制し、接地電位に対して負電位となる抑制電極を備えていない正のイオン源であって、
イオンビームの引出し方向に沿って配置された複数枚の電極と、
前記電極の下流側に配置され、前記イオン源より引出された前記イオンビームを横切る磁界を発生させる少なくとも一対の磁極を有する磁界発生手段とを備えていることを特徴とするイオン源。
A positive ion source that does not include a suppression electrode that suppresses the inflow of electrons from the downstream side and has a negative potential with respect to the ground potential
A plurality of electrodes arranged along the ion beam extraction direction;
An ion source comprising: at least a pair of magnetic poles disposed at a downstream side of the electrode and generating a magnetic field across the ion beam drawn from the ion source.
前記磁界発生手段は、前記イオンビームの引出し方向に沿って異なる位置で、前記イオンビームを挟んで配置された一対の磁極を有する第一の磁極対と第二の磁極対とを備えているとともに、各磁極対間で発生される磁界の方向が互いに逆向きであることを特徴とする請求項1に記載のイオン源。   The magnetic field generation means includes a first magnetic pole pair and a second magnetic pole pair having a pair of magnetic poles arranged at different positions along the extraction direction of the ion beam and sandwiching the ion beam. The ion source according to claim 1, wherein directions of magnetic fields generated between the magnetic pole pairs are opposite to each other. 前記第一の磁極対と前記第二の磁極対は磁性体で構成されており、各磁極対を構成する磁性体は永久磁石を介して連結されていることを特徴とする請求項2記載のイオン源。   The first magnetic pole pair and the second magnetic pole pair are made of a magnetic material, and the magnetic materials constituting each magnetic pole pair are connected via a permanent magnet. Ion source. 前記第一の磁極対間と前記第二の磁極対間とで発生される磁界によって、前記イオンビームに対して向きが逆向きで大きさが略等しいローレンツ力が働くことを特徴とする請求項2または3記載のイオン源。   The Lorentz force acting in the opposite direction and substantially equal in magnitude to the ion beam is exerted by the magnetic field generated between the first magnetic pole pair and the second magnetic pole pair. The ion source according to 2 or 3. 前記磁極には前記イオンビームの引出し方向と略直交する方向に延設された電極支持溝が形成されていることを特徴とする請求項1、2、3または4記載のイオン源。   5. The ion source according to claim 1, wherein an electrode support groove extending in a direction substantially perpendicular to the ion beam extraction direction is formed in the magnetic pole. 前記電極と対向する前記磁極の面上に、最も下流側に配置される前記電極が配置されていることを特徴とする請求項1、2、3または4記載のイオン源。


5. The ion source according to claim 1, wherein the electrode arranged on the most downstream side is arranged on a surface of the magnetic pole facing the electrode.


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