JP5545452B2 - Plasma confinement vessel and ion source provided with the same - Google Patents
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Description
本発明は、半導体製造装置で用いられ、外周にカスプ磁場生成用の複数の永久磁石を備えたプラズマ閉じ込め容器およびこれを備えたイオン源に関するものである。 The present invention relates to a plasma confinement vessel that is used in a semiconductor manufacturing apparatus and includes a plurality of permanent magnets for generating a cusp magnetic field on the outer periphery, and an ion source including the same.
半導体製造装置では、外周にカスプ磁場生成用の複数の永久磁石を備えたプラズマ閉じ込め容器が使用されている。 In a semiconductor manufacturing apparatus, a plasma confinement container having a plurality of permanent magnets for generating a cusp magnetic field on the outer periphery is used.
具体例を挙げると、特許文献１の図２に開示されるように、プラズマ生成容器内にカスプ磁場を生成し、プラズマ生成容器の所定領域内に電子の閉じ込めを行って、プラズマ生成容器内に導入されたガスに電子を衝突させることで、プラズマを発生させ、そこからイオンビームを引き出す方式のイオン源がある。ここで用いられているプラズマ生成容器は、プラズマが内部で生成されるという観点からプラズマ生成容器と呼ばれているが、生成したプラズマを電子とともに所定領域内に閉じ込めておくという観点からはプラズマ閉じ込め容器と呼ばれている。 As a specific example, as disclosed in FIG. 2 of Patent Document 1, a cusp magnetic field is generated in a plasma generation container, and electrons are confined in a predetermined region of the plasma generation container. There is an ion source in which plasma is generated by colliding electrons with an introduced gas and an ion beam is extracted therefrom. The plasma generation container used here is called a plasma generation container from the viewpoint that plasma is generated inside, but from the viewpoint that the generated plasma is confined within a predetermined region together with electrons. It is called a container.
この種のイオン源は、一般にバケット型イオン源と呼ばれており、プラズマ閉じ込め容器の周囲には、プラズマ閉じ込め容器内にカスプ磁場を発生させる為の複数の永久磁石が配置されている。具体的には、図１３（ａ）、図１３（ｂ）に描かれるように、プラズマ閉じ込め容器の外壁表面から離間する方向に沿って一対の極性を有する複数の永久磁石がプラズマ閉じ込め容器の周囲に配置されている。 This type of ion source is generally called a bucket ion source, and a plurality of permanent magnets for generating a cusp magnetic field in the plasma confinement container are arranged around the plasma confinement container. Specifically, as depicted in FIGS. 13A and 13B, a plurality of permanent magnets having a pair of polarities along the direction away from the outer wall surface of the plasma confinement vessel are formed around the plasma confinement vessel. Is arranged.
これらの図において、プラズマ閉じ込め容器４から引出されるイオンビーム３の引出し方向をＺ方向とし、Ｚ方向に対して互いに直交する方向をＸ方向、Ｙ方向としている。図１３（ａ）と図１３（ｂ）に記載のプラズマ閉じ込め容器４と複数の永久磁石１２は同一のものであるが、両図では描かれる視点が異なっている。図示されるように、プラズマ閉じ込め容器４の開口部１７よりイオンビーム３が引き出される。実際には、イオンビーム３をプラズマ閉じ込め容器４から引出す際、引出し電極系と呼ばれる１枚以上の電極が必要となるが、ここでは図示の簡略化の為、その記載を省略している。また、プラズマ閉じ込め容器４のＹ方向と反対側に位置する面にも複数の永久磁石１２が配置されているが、プラズマ閉じ込め容器４のＹ方向側に位置する面に配置される構成と同一である為、ここではその記載を省略している。 In these drawings, the extraction direction of the ion beam 3 extracted from the plasma confinement container 4 is the Z direction, and the directions perpendicular to the Z direction are the X direction and the Y direction. Although the plasma confinement vessel 4 and the plurality of permanent magnets 12 shown in FIGS. 13A and 13B are the same, the viewpoints drawn in the both drawings are different. As shown in the drawing, the ion beam 3 is extracted from the opening 17 of the plasma confinement container 4. Actually, when the ion beam 3 is extracted from the plasma confinement vessel 4, one or more electrodes called an extraction electrode system are required, but the description thereof is omitted here for simplification of illustration. A plurality of permanent magnets 12 are also disposed on the surface of the plasma confinement container 4 on the side opposite to the Y direction, but the configuration is the same as that disposed on the surface of the plasma confinement container 4 on the Y direction side. Therefore, the description is omitted here.
プラズマ閉じ込め容器４の側面外周に配置された複数の永久磁石１２は、プラズマ閉じ込め容器４より引き出されるイオンビーム３の引出し方向であるＺ方向に垂直となる複数の平面（図中、破線で描かれる３つの平面。ＸＹ１平面、ＸＹ２平面、ＸＹ３平面）に配置されている。そして、各平面においてプラズマ閉じ込め容器４側の極性が全て同一極性であり、かつ、プラズマ閉じ込め容器４側の極性がイオンビーム３の引出し方向に沿って各平面で交互に異なるように配置されている。 A plurality of permanent magnets 12 arranged on the outer periphery of the side surface of the plasma confinement vessel 4 are drawn by a plurality of planes (indicated by broken lines in the figure) perpendicular to the Z direction, which is the extraction direction of the ion beam 3 drawn from the plasma confinement vessel 4. Three planes (XY1 plane, XY2 plane, XY3 plane). The polarities on the plasma confining vessel 4 side are all the same in each plane, and the polarities on the plasma confining vessel 4 side are alternately different in each plane along the extraction direction of the ion beam 3. .
具体的には、ＸＹ１平面に配置された各永久磁石１２のプラズマ閉じ込め容器４側の極性は、全てＮ極である。同様に、ＸＹ２平面ではＳ極、ＸＹ３平面ではＮ極である。そして、各永久磁石１２のプラズマ閉じ込め容器４側の極性は、イオンビーム３の引出し方向に沿って、各平面（ＸＹ１平面、ＸＹ２平面、ＸＹ３平面）で交互に異なるように配置されている。 Specifically, the polarities on the plasma confinement container 4 side of each permanent magnet 12 arranged in the XY1 plane are all N poles. Similarly, there are S poles in the XY2 plane and N poles in the XY3 plane. The polarities of the permanent magnets 12 on the side of the plasma confinement container 4 are arranged to be alternately different in each plane (XY1 plane, XY2 plane, XY3 plane) along the extraction direction of the ion beam 3.
図１３（ａ）に図示されるように、イオンビーム３の引出し方向と直交するプラズマ閉じ込め容器４の後面には、環状の永久磁石１２とその内側領域に棒状の永久磁石１２とが配置されている。なお、ここではイオンビーム３が引き出される開口部１７を備えたプラズマ閉じ込め容器４の面を前面と呼び、これと対向する面を後面と呼んでいる。また、前面と後面以外のプラズマ閉じ込め容器４の面を側面と呼んでいる。 As shown in FIG. 13A, an annular permanent magnet 12 and a rod-like permanent magnet 12 are disposed on the inner surface of the rear surface of the plasma confinement vessel 4 perpendicular to the extraction direction of the ion beam 3. Yes. Here, the surface of the plasma confinement container 4 provided with the opening 17 from which the ion beam 3 is drawn is referred to as the front surface, and the surface facing this is referred to as the rear surface. Further, the surface of the plasma confinement container 4 other than the front surface and the rear surface is called a side surface.
図１３（ａ）、図１３（ｂ）に描かれる永久磁石配置にするには、理由がある。図１４（ａ）には、図１３（ａ）、図１３（ｂ）に記載のプラズマ閉じ込め容器４をＸＹ１平面やＸＹ３平面で切断したときの断面の様子が描かれている。一方、図１４（ｂ）には、各永久磁石１２のプラズマ閉じ込め容器４側の極性を、プラズマ閉じ込め容器４の周囲に沿って、交互に異なるように配置したときのＸＹ平面での断面の様子が描かれている。 There is a reason for the permanent magnet arrangement depicted in FIGS. 13 (a) and 13 (b). FIG. 14A shows the state of a cross section when the plasma confinement container 4 shown in FIGS. 13A and 13B is cut along the XY1 plane and the XY3 plane. On the other hand, FIG. 14B shows a cross-sectional view on the XY plane when the polarities of the permanent magnets 12 on the plasma confinement vessel 4 side are alternately arranged along the periphery of the plasma confinement vessel 4. Is drawn.
これらの図に記載の矢印はカスプ磁場を形成する磁力線を表し、図１４（ａ）と図１４（ｂ）を比較するとわかるように、プラズマ閉じ込め容器４の内側領域に生成されるカスプ磁場の領域が、図１４（ａ）に示す永久磁石配置に比べて、図１４（ｂ）に示す永久磁石配置の方が広くなる。電子の閉じ込め領域は、カスプ磁場の生成される領域よりも内側に形成される。そして、電子の閉じ込め領域内にプラズマが生成される。その為、カスプ磁場の生成領域が広いと、その分、プラズマの生成される領域が狭くなる。プラズマの生成される領域が狭くなると、十分な量のプラズマを生成することが難しくなるので、イオン源より引き出されるイオンビーム３のビーム量が少なくなる。また、図１４（ｂ）の構成では磁力線が局在化して、永久磁石間で均一なカスプ磁場が形成されない。図示されるプラズマ閉じ込め容器４の角部分から中央部に向かうにつれて磁場が急激に弱くなり、磁場分布が不均一となる。このような磁場の中で生成されるプラズマは一様なものになり難く、プラズマ閉じ込め容器４より引き出されるイオンビーム３のビーム電流分布にムラが生じる恐れがある。このような理由から、プラズマ閉じ込め容器４の側面における永久磁石配置としては、図１４（ａ）に示されるような構成が採用されていた。 The arrows shown in these drawings represent the magnetic field lines that form the cusp magnetic field, and as can be seen by comparing FIG. 14A and FIG. 14B, the region of the cusp magnetic field generated in the inner region of the plasma confinement vessel 4. However, the permanent magnet arrangement shown in FIG. 14B is wider than the permanent magnet arrangement shown in FIG. The electron confinement region is formed inside the region where the cusp magnetic field is generated. Then, plasma is generated in the electron confinement region. Therefore, if the cusp magnetic field generation region is wide, the plasma generation region is correspondingly narrowed. If the region where the plasma is generated becomes narrow, it becomes difficult to generate a sufficient amount of plasma, so that the amount of the ion beam 3 extracted from the ion source decreases. In the configuration of FIG. 14B, the magnetic field lines are localized, and a uniform cusp magnetic field is not formed between the permanent magnets. The magnetic field suddenly weakens from the corner of the illustrated plasma confinement vessel 4 toward the center, and the magnetic field distribution becomes non-uniform. The plasma generated in such a magnetic field is unlikely to be uniform, and there is a risk of unevenness in the beam current distribution of the ion beam 3 drawn from the plasma confinement vessel 4. For this reason, a configuration as shown in FIG. 14A has been adopted as the permanent magnet arrangement on the side surface of the plasma confinement container 4.
しかしながら、プラズマ閉じ込め容器４の側面における永久磁石配置を図１４（ａ）のようにすると、各永久磁石１２のプラズマ閉じ込め容器４側の極性が同じである為、隣り合う永久磁石１２間で発生する磁力線同士が反発してしまい、図１４（ａ）中に矢印で図示されるＲ部分（矩形状のプラズマ閉じ込め容器４の角部分）で磁力線が永久磁石１２以外の場所に入る領域が形成されてしまう。 However, when the permanent magnet arrangement on the side surface of the plasma confinement container 4 is as shown in FIG. 14A, the polarities of the permanent magnets 12 on the plasma confinement container 4 side are the same. The magnetic lines of force repel each other, and an area where the magnetic lines of force enter a place other than the permanent magnet 12 is formed at the R portion (corner portion of the rectangular plasma confinement vessel 4) indicated by an arrow in FIG. End up.
図１４（ａ）に記載の永久磁石配置の場合、Ｒ部分に電子やプラズマが向かうと、磁力線に沿ってプラズマ閉じ込め容器４の壁面に逃げてしまう。その場合、電子やプラズマはプラズマ閉じ込め容器４の壁面に衝突して、消滅してしまうので、プラズマの閉じ込め効率が悪くなってしまう。 In the case of the permanent magnet arrangement shown in FIG. 14A, when electrons and plasma are directed to the R portion, they escape to the wall surface of the plasma confinement container 4 along the magnetic field lines. In that case, electrons and plasma collide with the wall surface of the plasma confinement vessel 4 and disappear, so that the plasma confinement efficiency is deteriorated.
そこで、本発明では、プラズマの閉じ込め効率が改善されたプラズマ閉じ込め容器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 plasma confinement container with improved plasma confinement efficiency.
本発明に係るプラズマ閉じ込め容器は、容器外壁の表面から離間する方向に沿って一対の極性を有するカスプ磁場生成用の複数の永久磁石が互いに隙間を空けて容器外壁に沿って配置されたプラズマ閉じ込め容器であって、前記永久磁石の少なくとも一部は隣り合う永久磁石同士の前記プラズマ閉じ込め容器側の極性が同極性となる永久磁石組であり、前記プラズマ閉じ込め容器内には、前記永久磁石組を構成する各永久磁石の一部と前記永久磁石組間に形成された隙間に亘って、前記プラズマ閉じ込め容器の壁面を介して対向配置された単一の磁性体が設けられているとともに、前記磁性体の一部は、前記永久磁石組との対向位置で前記プラズマ閉じ込め容器の内壁に当接していることを特徴としている。 The plasma confinement container according to the present invention is a plasma confinement in which a plurality of permanent magnets for generating a cusp magnetic field having a pair of polarities are arranged along the outer wall of the container with a gap therebetween along a direction away from the surface of the outer wall of the container. A permanent magnet set in which at least a part of the permanent magnets have the same polarity on the plasma confinement vessel side between adjacent permanent magnets, and the permanent magnet set is disposed in the plasma confinement vessel A single magnetic body disposed opposite to each other through a wall surface of the plasma confinement vessel is provided across a gap formed between a part of each permanent magnet constituting the permanent magnet set and the permanent magnet set , and the magnetic A part of the body is in contact with the inner wall of the plasma confinement vessel at a position facing the permanent magnet set .
このような構成を用いることで、プラズマ閉じ込め容器内部に設けられた磁性体があたかも磁石のような役割をする。その結果、電子やプラズマの逃げを抑制することができ、プラズマの閉じ込め効率を改善することができる。 By using such a configuration, the magnetic body provided inside the plasma confinement vessel functions as if it were a magnet. As a result, escape of electrons and plasma can be suppressed, and plasma confinement efficiency can be improved.
また、磁性体は単一の部材で構成されているので、構成が簡素である。 Moreover, since the magnetic body is composed of a single member, the configuration is simple.
磁性体の一部が永久磁石組との対向位置でプラズマ閉じ込め容器の内壁に当接していると、永久磁石の磁力により磁性体をプラズマ閉じ込め容器の壁面に固定させることが容易になる。また、永久磁石の磁力が弱く、磁性体のプラズマ閉じ込め容器への固定が不十分であっても、磁性体の一部がプラズマ閉じ込め容器に当接しているので、ボルト等を用いて磁性体をプラズマ閉じ込め容器に簡単に取り付けることができる。さらに、プラズマ閉じ込め容器が冷却機構を備えている場合、磁性体の一部がプラズマ閉じ込め容器に当接していると、当接部を介して磁性体を冷却させることができる。その結果、磁性体の熱変形を抑制することができるとともに、磁性体が強磁性体である場合には強磁性の性質を保持させることができる。 When a part of the magnetic body is in contact with the inner wall of the plasma confinement container at a position facing the permanent magnet group, it is easy to fix the magnetic body to the wall surface of the plasma confinement container by the magnetic force of the permanent magnet. In addition, even if the magnetic force of the permanent magnet is weak and the magnetic material is not sufficiently fixed to the plasma confinement vessel, a part of the magnetic material is in contact with the plasma confinement vessel. Easy to attach to the plasma containment vessel. Furthermore, when the plasma confinement vessel is provided with a cooling mechanism, the magnetic material can be cooled via the contact portion when a part of the magnetic material is in contact with the plasma confinement vessel. As a result, thermal deformation of the magnetic material can be suppressed, and when the magnetic material is a ferromagnetic material, the ferromagnetic property can be maintained.
さらに、本発明に係るイオン源の構成としては、上記したプラズマ閉じ込め容器を備えたイオン源であって、前記プラズマ閉じ込め容器に形成されたイオンビーム引き出し用開口部と、前記プラズマ閉じ込め容器内に配置された少なくとも１つのフィラメントと、前記イオンビーム引き出し用開口部に対向配置され、前記プラズマ閉じ込め容器よりイオンビームを引き出す少なくとも１つの電極を有しているとともに、前記プラズマ閉じ込め容器の外壁に沿って配置された前記永久磁石は、前記プラズマ閉じ込め容器より引き出される前記イオンビームの引出し方向に略垂直となる複数の平面に配置され、各平面において前記プラズマ閉じ込め容器側の極性が全て同一極性であり、かつ、前記プラズマ閉じ込め容器側の極性が前記イオンビームの引出し方向に沿って各平面で交互に異なるように前記プラズマ閉じ込め容器の側面に配置されていて、前記磁性体は各平面において隣り合う前記永久磁石の端部と当該永久磁石間に形成された隙間に亘って、前記プラズマ閉じ込め容器の壁面を介して前記プラズマ閉じ込め容器の内側領域で対向配置されていることを特徴としている。 Furthermore, the configuration of the ion source according to the present invention is an ion source provided with the above-described plasma confinement container, which is disposed in the plasma confinement container, and an ion beam extraction opening formed in the plasma confinement container And at least one filament arranged opposite to the ion beam extraction opening, having at least one electrode for extracting the ion beam from the plasma confinement vessel, and arranged along the outer wall of the plasma confinement vessel The permanent magnets are arranged in a plurality of planes substantially perpendicular to the extraction direction of the ion beam extracted from the plasma confinement container, and the polarities on the plasma confinement container side are all the same in each plane; and The polarity of the plasma confinement vessel side is the ion beam Are arranged on the sides of the plasma confinement container so as to be alternately different in each plane along the drawing direction, and the magnetic body is formed between the end portions of the adjacent permanent magnets and the permanent magnets in each plane. The plasma confining container is disposed so as to face the gap through the wall surface of the plasma confining container in the inner region of the plasma confining container.
プラズマ閉じ込め容器内でのプラズマの閉じ込め効率が改善され、密度の濃いプラズマを容易に生成することができる。その結果、従来のイオン源に比べて、プラズマ閉じ込め容器からのイオンビームの引出し効率を格段に向上させることができる。 The plasma confinement efficiency in the plasma confinement vessel is improved, and a dense plasma can be easily generated. As a result, the extraction efficiency of the ion beam from the plasma confinement vessel can be significantly improved as compared with the conventional ion source.
また、前記イオンビームの引出し方向に沿って各平面に配置された前記磁性体の間には、当該磁性体と連結される非磁性体が配置されていることが望ましい。 In addition, it is desirable that a non-magnetic material connected to the magnetic material is disposed between the magnetic materials arranged on each plane along the extraction direction of the ion beam.
複数の平面に配置された個々の磁性体を非磁性体で連結させることで、プラズマ閉じ込め容器への磁性体の取り付けや位置調整を簡単に行うことができる。 By connecting individual magnetic bodies arranged on a plurality of planes with a non-magnetic body, it is possible to easily attach and adjust the position of the magnetic body to the plasma confinement vessel.
また、前記非磁性体の少なくとも一部は、前記プラズマ閉じ込め容器の内壁に当接していることが望ましい。 In addition, it is desirable that at least a part of the nonmagnetic material is in contact with the inner wall of the plasma confinement container.
非磁性体の構成をこのようなものにすることで、ボルト等を用いて非磁性体をプラズマ閉じ込め容器に簡単に取り付けることができる。また、プラズマ閉じ込め容器が冷却機構を備えている場合には、当接部を介して非磁性体を冷却して、非磁性体の熱変形を抑制することができる。 By making the configuration of the non-magnetic material like this, the non-magnetic material can be easily attached to the plasma confinement vessel using a bolt or the like. In addition, when the plasma confinement container includes a cooling mechanism, the nonmagnetic material can be cooled via the contact portion, and thermal deformation of the nonmagnetic material can be suppressed.
そのうえ、前記イオン源は前記磁性体と前記非磁性体からなる防着板支持部材を備えているとともに、前記防着板支持部材の端部は前記プラズマ閉じ込め容器の内壁から離間して、前記イオンビームの引出し方向において前記プラズマ閉じ込め容器の内壁との間に防着板支持用の空間が形成されていることが望ましい。 In addition, the ion source includes an adhesion-preventing plate support member made of the magnetic material and the non-magnetic material, and an end portion of the adhesion-prevention plate support member is separated from an inner wall of the plasma confinement vessel, It is desirable that a space for supporting the deposition preventing plate is formed between the inner wall of the plasma confinement vessel in the beam drawing direction.
このような構成を用いると、防着板支持用の隙間に防着板をスライドさせることで、防着板をプラズマ閉じ込め容器に取り付けができるので、防着板の取り付け作業が容易になる。また、防着板の端部が防着板支持部材とプラズマ閉じ込め容器との間に形成された隙間に支持されているので、防着板を固定する為のボルトの本数を少なくすることができる。 When such a configuration is used, the attachment plate can be attached to the plasma confinement container by sliding the attachment plate into the gap for supporting the attachment plate, and therefore the attachment operation of the attachment plate is facilitated. Further, since the end portion of the deposition preventing plate is supported by a gap formed between the deposition preventing plate supporting member and the plasma confinement container, the number of bolts for fixing the deposition preventing plate can be reduced. .
防着板支持部材のより具体的な構成としては、前記イオンビームの引出し方向に略垂直な平面において、前記防着板支持部材は、少なくともその一部が前記プラズマ閉じ込め容器の内壁に当接する肉厚の本体部と前記本体部から延設された肉薄の端部とから構成されていることが望ましい。 As a more specific configuration of the deposition preventing plate support member, in the plane substantially perpendicular to the extraction direction of the ion beam, at least a part of the deposition preventing plate support member comes into contact with the inner wall of the plasma confinement vessel. It is desirable that it is composed of a thick main body portion and a thin end portion extending from the main body portion.
このような構成であれば、肉厚の本体部を有している分、防着板支持部材の強度を十分に強いものにすることができる。 If it is such a structure, the intensity | strength of a deposition-proof board support member can be made sufficiently strong by the part which has a thick main-body part.
プラズマ閉じ込め容器外周に沿って隙間を空けて配置され、プラズマ閉じ込め容器側の極性が同極性である永久磁石組に対して、プラズマ閉じ込め容器の壁面を介して対向配置するように磁性体が設けられているので、プラズマ閉じ込め容器内部に設けられた磁性体があたかも磁石のような役割をする。その結果、電子やプラズマの逃げを抑制することができ、プラズマの閉じ込め効率を改善することができる。 A magnetic material is provided so as to be opposed to the permanent magnet set having the same polarity on the plasma confinement vessel side through the wall of the plasma confinement vessel, with a gap along the outer periphery of the plasma confinement vessel. Therefore, the magnetic material provided inside the plasma confinement vessel acts as a magnet. As a result, escape of electrons and plasma can be suppressed, and plasma confinement efficiency can be improved.
図１には本発明に係るプラズマ閉じ込め容器４を備えたイオン源１の一実施形態を示す断面図が記載されている。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り、プラズマ閉じ込め容器４の外周に設けられた永久磁石配置は、図１３（ａ）、図１３（ｂ）に示される構成と同一である。なお、ここでは図示されるＸ方向におけるプラズマ閉じ込め容器４の中央部でＺ方向に沿ってイオン源１を切断したときの断面の様子が描かれており、図示されるＸ、Ｙ、Ｚ軸の方向は、図１３（ａ）、図１３（ｂ）に示される方向と同一である。また、以降の説明で述べられるプラズマ閉じ込め容器４の側面、前面、後面の定義も図１３（ａ）、図１３（ｂ）を用いて説明したものと同一である。 FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of an ion source 1 having a plasma confinement vessel 4 according to the present invention. This ion source 1 is a kind of so-called bucket type ion source, and the arrangement of permanent magnets provided on the outer periphery of the plasma confinement vessel 4 is shown in FIGS. 13 (a) and 13 (b). The configuration is the same. Here, the state of the cross section when the ion source 1 is cut along the Z direction at the center of the plasma confinement vessel 4 in the X direction shown in the drawing is drawn, and the X, Y, and Z axes shown in the drawing are drawn. The direction is the same as the direction shown in FIGS. 13 (a) and 13 (b). Further, the definitions of the side surface, the front surface, and the rear surface of the plasma confinement container 4 described in the following description are the same as those described with reference to FIGS. 13 (a) and 13 (b).
このイオン源１は長方形状のプラズマ閉じ込め容器４を備えており、プラズマ閉じ込め容器４より略リボン状のイオンビーム３が引き出される。 The ion source 1 includes a rectangular plasma confinement vessel 4 from which a substantially ribbon-like ion beam 3 is drawn.
プラズマ閉じ込め容器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からプラズマ閉じ込め容器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 confinement vessel 4 via a valve (not shown), and a gas as a raw material of the ion beam 3 is supplied from the gas source 2. A gas flow 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 confinement vessel 4.
プラズマ閉じ込め容器４の後面には、Ｙ方向に沿って複数のＵ字型のフィラメント１０が取り付けられている。これらのフィラメント１０は、フィラメント１０の端子間に接続される電源ＶＦを用いて、各フィラメント１０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ことで、イオン源１より引き出されるイオンビーム３の電流密度分布調整が可能となる。 A plurality of U-shaped filaments 10 are attached to the rear surface of the plasma confinement container 4 along the Y direction. These filaments 10, using the power V F which is connected between the filament 10 terminal, and is configured to allow adjustment of the amount of current flowing through each filament 10. With this 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１０に電流を流して、フィラメント１０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、プラズマ閉じ込め容器４の内部に供給されたガス（ＰＨ３やＢＦ３等）に衝突してガスの電離を引き起こし、プラズマ閉じ込め容器４内にプラズマ９が生成される。 By passing an electric current through the filament 10 and heating the filament 10, electrons are emitted therefrom. The electrons collide with a gas (PH 3 , BF 3 or the like) supplied inside the plasma confinement container 4 to cause gas ionization, and a plasma 9 is generated in the plasma confinement container 4.
このイオン源１には、プラズマ閉じ込め容器４の周囲に複数の永久磁石１２が取り付けられている。この永久磁石１２によって、プラズマ閉じ込め容器４の内部領域にカスプ磁場が形成され、フィラメント１０より放出された電子や容器内で発生されたプラズマ９が所定領域内に閉じ込められる。なお、複数の永久磁石１２は、図示されないホルダーに数個ずつ収納された状態で、プラズマ閉じ込め容器４に取り付けられている。 In this ion source 1, a plurality of permanent magnets 12 are attached around the plasma confinement container 4. By this permanent magnet 12, a cusp magnetic field is formed in the inner region of the plasma confinement container 4, and the electrons emitted from the filament 10 and the plasma 9 generated in the container are confined in the predetermined region. The plurality of permanent magnets 12 are attached to the plasma confinement container 4 in a state where several permanent magnets 12 are housed in a holder (not shown).
イオン源１は引出し電極系として４枚の電極を有しており、プラズマ閉じ込め容器４からイオンビーム３の引出し方向（図示されるＺ方向）に沿って加速電極５、引出電極６、抑制電極７、接地電極８の順に配置されている。各電極とプラズマ閉じ込め容器４の電位は、複数の電源（Ｖ１〜Ｖ４）によって、それぞれ異なる値に設定されていて、各電極は絶縁フランジ１１に電気的に独立して取り付けられている。 The ion source 1 has four electrodes as an extraction electrode system, and an accelerating electrode 5, an extraction electrode 6, and a suppression electrode 7 along the extraction direction (Z direction shown in the figure) of the ion beam 3 from the plasma confinement container 4. And the ground electrode 8 in this order. The potentials of the electrodes and the plasma confinement container 4 are set to different values by a plurality of power sources (V 1 to V 4 ), and the electrodes are electrically attached to the insulating flange 11 independently.
引出し電極系として用いられる各電極には、例えばＸ方向に長い複数のスリット状開口部２２が設けられており、これらのスリット状開口部２２を通して、イオンビーム３の引出しが行われる。ただし、電極はここで述べたスリット状の開口部を有するものに限らず、円形状の複数の開口部を有する円孔電極であっても良い。また、引出し電極系として４枚の電極を有する構成のイオン源１が記載されているが、これに限らず、電極の枚数は少なくとも１枚以上あれば良い。また、フィラメント１０の本数も複数本ではなく、１本であっても構わない。 Each electrode used as the extraction electrode system is provided with a plurality of slit-shaped openings 22 that are long in the X direction, for example, and the ion beam 3 is extracted through these slit-shaped openings 22. However, the electrodes are not limited to those having the slit-like openings described here, but may be circular electrodes having a plurality of circular openings. Moreover, although the ion source 1 having a configuration having four electrodes as the extraction electrode system is described, the present invention is not limited thereto, and the number of electrodes may be at least one. Also, the number of filaments 10 may be one instead of a plurality.
この図１に示されるように、イオン源１には、プラズマ閉じ込め容器４の内側に磁性体１３が配置されている。この磁性体１３は、例えば、フェライト系ステンレスを用いる。この構成について、以下に説明する。 As shown in FIG. 1, a magnetic body 13 is disposed inside the plasma confinement container 4 in the ion source 1. For example, ferritic stainless steel is used for the magnetic body 13. This configuration will be described below.
図２には、図１に記載のＸＹ１平面、ＸＹ２平面、ＸＹ３平面において、プラズマ閉じ込め容器４を切断したときの断面の様子が記載されている。より詳細には、図２（ａ）がＸＹ１平面における断面に対応し、図２（ｂ）がＸＹ２平面における断面に対応している。そして、図２（ｃ）がＸＹ３平面における断面に対応している。 FIG. 2 shows a state of a cross section when the plasma confinement vessel 4 is cut in the XY1 plane, the XY2 plane, and the XY3 plane shown in FIG. More specifically, FIG. 2A corresponds to a cross section in the XY1 plane, and FIG. 2B corresponds to a cross section in the XY2 plane. FIG. 2C corresponds to a cross section in the XY3 plane.
各断面の様子を参照すると理解できるように、各平面に配置された磁性体１３は、各平面内において隣り合う永久磁石１２の端部とそれらの間に形成された隙間１６に亘って、プラズマ閉じ込め容器４の壁面を介してプラズマ閉じ込め容器４の内側領域に対向配置されている。このようにして、磁性体１３を配置しておくと、永久磁石１２によって磁性体１３が磁化されて、隣り合う永久磁石１２の間で発生していた磁力線の反発をなくすことができる。なお、この磁性体１３は永久磁石１２によってプラズマ閉じ込め容器４の内壁に吸着支持されているが、この吸着力が弱い場合には、図示されないボルトを用いてプラズマ閉じ込め容器４の内壁に固定しても良い。また、本発明で言う隣り合う永久磁石１２とは、プラズマ閉じ込め容器４の外壁に沿って隣り合って配置された永久磁石を意味する。 As can be understood by referring to the state of each cross section, the magnetic body 13 arranged in each plane has a plasma over the end portion of the adjacent permanent magnet 12 and the gap 16 formed between them in each plane. It is disposed opposite to the inner region of the plasma confinement container 4 through the wall surface of the confinement container 4. If the magnetic body 13 is arranged in this way, the magnetic body 13 is magnetized by the permanent magnet 12, and the repulsion of the lines of magnetic force generated between the adjacent permanent magnets 12 can be eliminated. The magnetic body 13 is adsorbed and supported on the inner wall of the plasma confinement container 4 by the permanent magnet 12. However, if the attraction force is weak, it is fixed to the inner wall of the plasma confinement container 4 using a bolt (not shown). Also good. Further, the adjacent permanent magnets 12 referred to in the present invention means permanent magnets arranged adjacent to each other along the outer wall of the plasma confinement vessel 4.
図３（ａ）、図３（ｂ）には、各平面において、磁性体１３が隣り合う永久磁石１２の間に配置されている様子を表す斜視図が描かれている。この図において、両者の位置関係をより分かり易くする為に、プラズマ閉じ込め容器４の記載は省略されている。また、各平面において、図示されていない場所にも複数の永久磁石１２が配置されているが、図１３（ａ）、図１３（ｂ）に示された構成と同様である為、これらの構成についての図示は省略されている。 FIGS. 3A and 3B are perspective views illustrating a state in which the magnetic body 13 is disposed between adjacent permanent magnets 12 in each plane. In this figure, the description of the plasma confinement container 4 is omitted for easier understanding of the positional relationship between the two. Further, in each plane, a plurality of permanent magnets 12 are also arranged at locations not shown, but these configurations are the same as the configurations shown in FIGS. 13 (a) and 13 (b). The illustration about is omitted.
図３（ａ）と図３（ｂ）では、イオンビーム３の引出し方向であるＺ方向における磁性体１３の幅が異なっている。図３（ａ）に示されるように、Ｚ方向において、永久磁石１２の幅よりも磁性体１３の幅を大きくしておくと、隣り合う永久磁石１２からの磁力線をより確実に磁性体１３に向かわせることができる。また、磁性体１３の厚さは、一例を挙げると２ｍｍ以上のものが使用される。 3A and 3B, the width of the magnetic body 13 in the Z direction, which is the extraction direction of the ion beam 3, is different. As shown in FIG. 3A, if the width of the magnetic body 13 is made larger than the width of the permanent magnet 12 in the Z direction, the magnetic lines of force from the adjacent permanent magnets 12 are more reliably transferred to the magnetic body 13. Can be directed. Further, the thickness of the magnetic body 13 is 2 mm or more, for example.
一方、図３（ｂ）に示すように、Ｚ方向において、永久磁石１２の幅よりも磁性体１３の幅を小さくしておくと、磁性体１３の大きさが小さくなる分、材料費を安くすることができる。 On the other hand, as shown in FIG. 3B, if the width of the magnetic body 13 is made smaller than the width of the permanent magnet 12 in the Z direction, the size of the magnetic body 13 is reduced and the material cost is reduced. can do.
図２に示す構成では、永久磁石１２が矩形状のプラズマ閉じ込め容器４の角部分（図中、隙間１６の部分）を除く場所に配置されていたが、このような永久磁石配置以外に、図４（ａ）や図４（ｂ）に示される配置であっても良い。図４（ａ）の場合、プラズマ閉じ込め容器４のＸ方向に位置する側面にも隣り合う永久磁石１２間に形成される隙間１６が存在している。また、図４（ｂ）では、図４（ａ）の構成に加えて、Ｙ方向に位置するプラズマ閉じ込め容器４の側面にもこの隙間１６が存在している。 In the configuration shown in FIG. 2, the permanent magnet 12 is disposed at a place excluding the corner portion (portion 16 in the drawing) of the rectangular plasma confinement container 4. The arrangement shown in FIG. 4A or FIG. 4B may be used. In the case of FIG. 4A, there is a gap 16 formed between the adjacent permanent magnets 12 on the side surface of the plasma confinement container 4 located in the X direction. Further, in FIG. 4B, in addition to the configuration of FIG. 4A, the gap 16 also exists on the side surface of the plasma confinement container 4 located in the Y direction.
図４（ａ）や図４（ｂ）に示される構成においても、図２の構成と同様に、各平面において、隣り合う永久磁石１２の端部とこれらの永久磁石１２間に形成された隙間１６に亘って、プラズマ閉じ込め容器４の壁面を介して、プラズマ閉じ込め容器４の内部領域で対向配置されるように磁性体１３が設けられている。なお、図４（ａ）と図４（ｂ）には図１のＸＹ１平面もしくはＸＹ３平面での永久磁石配置の例が示されているが、ＸＹ２平面でも永久磁石１２のプラズマ閉じ込め容器４側に配置される極性がＳ極となることを除いては、同じ構成が用いられる。 In the configurations shown in FIGS. 4A and 4B as well, the gap formed between the end portions of the adjacent permanent magnets 12 and these permanent magnets 12 in each plane, as in the configuration of FIG. 16, the magnetic body 13 is provided so as to face each other in the inner region of the plasma confinement container 4 through the wall surface of the plasma confinement container 4. 4 (a) and 4 (b) show examples of permanent magnet arrangement on the XY1 plane or XY3 plane of FIG. 1, but the permanent magnet 12 on the plasma confinement container 4 side also on the XY2 plane. The same configuration is used except that the arranged polarity is the S pole.
これまでの実施形態では、磁性体１３をプラズマ閉じ込め容器４に１つずつ取り付ける構成について説明してきたが、複数の磁性体１３を個々に取り付けると、取り付け作業の効率が悪い。その為、これらをまとめて取り付ける構成について以下に説明する。 In the embodiments described so far, the configuration in which the magnetic bodies 13 are attached to the plasma confinement container 4 one by one has been described. However, if a plurality of magnetic bodies 13 are individually attached, the efficiency of the attaching operation is poor. Therefore, the structure which attaches these collectively is demonstrated below.
図５には、図３と同様に、各平面において、磁性体１３が隣り合う永久磁石１２と磁石間に形成された隙間に亘って対向配置されている様子を表す斜視図が描かれている。ここでは、磁性体１３の他に非磁性体１４（例えば、オーステナイト系ステンレスやモリブデン等）が設けられていて、複数の磁性体１３と非磁性体１４とが１つの部材として、プラズマ閉じ込め容器４の内側領域に取り付けられている。 FIG. 5 is a perspective view illustrating a state in which the magnetic body 13 is disposed so as to face each other across the gap between the permanent magnets 12 adjacent to each other and the magnets in each plane, as in FIG. 3. . Here, in addition to the magnetic body 13, a non-magnetic body 14 (for example, austenitic stainless steel or molybdenum) is provided, and the plurality of magnetic bodies 13 and the non-magnetic body 14 serve as one member, and the plasma confinement container 4. Attached to the inner area.
具体的に、図５（ａ）には、図３（ａ）で述べたイオンビーム３の引出し方向に幅の広い複数の磁性体１３の間に非磁性体１４が配置された例が描かれており、図５（ｂ）には、図３（ｂ）で述べたイオンビーム３の引出し方向に幅の狭い複数の磁性体１３の間に非磁性体１４が配置された例が描かれている。これらの図には、イオンビーム３の引出し方向に沿って、非磁性体１４と磁性体１３とが交互に配置されている例が図示されているが、磁性体１３と非磁性体１４からなる構造物の構成は、これに限られない。例えば、図５（ｃ）に描かれているように、大きな非磁性体１４の内側領域に複数の磁性体１３が配置されるような構成であっても良い。 Specifically, FIG. 5A illustrates an example in which a non-magnetic material 14 is disposed between a plurality of magnetic materials 13 having a wide width in the extraction direction of the ion beam 3 described in FIG. FIG. 5B illustrates an example in which a non-magnetic material 14 is disposed between a plurality of magnetic materials 13 having a narrow width in the extraction direction of the ion beam 3 described in FIG. 3B. Yes. In these drawings, an example in which the non-magnetic material 14 and the magnetic material 13 are alternately arranged along the extraction direction of the ion beam 3 is illustrated, but the magnetic material 13 and the non-magnetic material 14 are included. The structure of the structure is not limited to this. For example, as illustrated in FIG. 5C, a configuration in which a plurality of magnetic bodies 13 are arranged in an inner region of a large nonmagnetic body 14 may be used.
磁性体１３と非磁性体１４からなる構造物は、例えば、次のようにして組み立てられる。図６（ａ）には、図５（ａ）および図５（ｂ）で挙げた磁性体１３と非磁性体１４からなる構造物の斜視図が記載されており、図６（ｂ）には磁性体１３と非磁性体１４を分解した時の様子が描かれている。 A structure composed of the magnetic body 13 and the non-magnetic body 14 is assembled as follows, for example. FIG. 6A shows a perspective view of the structure composed of the magnetic body 13 and the non-magnetic body 14 mentioned in FIG. 5A and FIG. 5B, and FIG. The state when the magnetic body 13 and the non-magnetic body 14 are disassembled is depicted.
図６（ｂ）に描かれているように、非磁性体１４に形成された穴１８に磁性体１３の側面に立設されたピン１９が挿入されることで、両部材の組み立てが行われる。図６（ｂ）に描かれる非磁性体１４の両側面には、それぞれ穴１８が形成されているが、構造物の端部に設けられた非磁性体１４において、磁性体１３が配置されない側の側面には穴１８は形成されていない。なお、図５（ｃ）の構成の場合、例えば、非磁性体１４に磁性体１３を嵌合させる為の穴を設けておき、嵌め込みにより、各部材の組み立てを行うようにしておくことが考えられる。 As illustrated in FIG. 6B, both members are assembled by inserting a pin 19 erected on the side surface of the magnetic body 13 into the hole 18 formed in the nonmagnetic body 14. . Holes 18 are formed on both side surfaces of the non-magnetic body 14 depicted in FIG. 6B, but the non-magnetic body 14 provided at the end of the structure on the side where the magnetic body 13 is not disposed. The hole 18 is not formed in the side surface. In the case of the configuration of FIG. 5C, for example, a hole for fitting the magnetic body 13 in the non-magnetic body 14 is provided, and each member is assembled by fitting. It is done.
また、非磁性体１４は各磁性体１３の間に配置されていれば良く、図６（ａ）に示される磁性体１３と非磁性体１４からなる構造物で、両端に位置する非磁性体１４は必ずしも配置しておく必要はない。このような非磁性体１４がなくとも、構造物として１つの部材にまとめることができる。このような磁性体１３と非磁性体１４からなる一体の構造物を用いることで、プラズマ閉じ込め容器４への複数の磁性体１３の取り付け作業が簡単になる。なお、この磁性体１３と非磁性体１４からなる構造物は磁性体１３の部分が永久磁石１２によって吸着されることによってプラズマ閉じ込め容器４の内壁に支持されるが、この吸着力が弱い場合には、図示されないボルトを用いてプラズマ閉じ込め容器４の内壁に固定するようにしても良い。 Further, the nonmagnetic material 14 only needs to be disposed between the magnetic materials 13, and is a structure composed of the magnetic material 13 and the nonmagnetic material 14 shown in FIG. It is not always necessary to arrange 14. Even if there is no such nonmagnetic material 14, it can be integrated into one member as a structure. By using such an integral structure composed of the magnetic body 13 and the non-magnetic body 14, the work of attaching the plurality of magnetic bodies 13 to the plasma confinement container 4 is simplified. The structure made up of the magnetic body 13 and the non-magnetic body 14 is supported on the inner wall of the plasma confinement container 4 by the magnetic body 13 being attracted by the permanent magnet 12, but this attracting force is weak. May be fixed to the inner wall of the plasma confinement vessel 4 using a bolt (not shown).
図４（ａ）、図４（ｂ）に示した永久磁石配置の場合、Ｘ方向やＹ方向に沿って延びたプラズマ閉じ込め容器４の側面に複数の永久磁石１２が配置されている。この場合、磁性体１３はプラズマ閉じ込め容器４の角部分だけでなく、平坦な部分にも配置されている。この平坦な部分に配置される磁性体１３も角部分に配置される磁性体１３と同様に、図７（ａ）に描かれているような非磁性体１４と組み合わされた１つの構造物としてプラズマ閉じ込め容器４に取り付けられるように構成しておくことが考えられる。また、磁性体１３と非磁性体１４との組み立ては、先の例と同じく、図７（ｂ）に描かれているように、磁性体１３にピン１９を設けておき、これを非磁性体１４の穴１８に挿入することで行われる。 In the case of the permanent magnet arrangement shown in FIGS. 4A and 4B, a plurality of permanent magnets 12 are arranged on the side surface of the plasma confinement container 4 extending along the X direction and the Y direction. In this case, the magnetic body 13 is disposed not only at the corner portion of the plasma confinement container 4 but also at a flat portion. Similarly to the magnetic body 13 arranged in the corner portion, the magnetic body 13 arranged in the flat portion is a single structure combined with the non-magnetic body 14 as illustrated in FIG. It can be considered to be configured to be attached to the plasma confinement vessel 4. As in the previous example, the assembly of the magnetic body 13 and the nonmagnetic body 14 is provided with a pin 19 on the magnetic body 13, as shown in FIG. This is done by inserting into the 14 holes 18.
イオン源には、プラズマ閉じ込め容器４の内壁の腐食防止やプラズマ閉じ込め容器４内の洗浄を効率的に行う為に、プラズマ閉じ込め容器４の内壁に沿って着脱可能な防着板２０が設けられている場合がある。この防着板２０を取り付ける際、磁性体１３と非磁性体１４からなる構造物を利用することが考えられる。 In the ion source, in order to prevent corrosion of the inner wall of the plasma confinement container 4 and to clean the inside of the plasma confinement container 4, a deposition preventing plate 20 that is detachable along the inner wall of the plasma confinement container 4 is provided. There may be. It is conceivable to use a structure composed of the magnetic body 13 and the non-magnetic body 14 when attaching the deposition preventing plate 20.
具体的には、図８に示されているように、プラズマ閉じ込め容器４の内側領域には、磁性体１３と非磁性体１４からなる防着板支持部材１５が複数配置されている。各防着板支持部材１５は、プラズマ閉じ込め容器４の内壁に沿って、互いの端部同士が対向しており、これらの端部とプラズマ閉じ込め容器４の内壁との間には、防着板支持用の空間２１が形成されている。この空間２１に対して、例えばＺ方向反対側に向けて、防着板２０が挿入される。このようにして防着板２０を取り付けると、防着板２０の取り付け作業が簡単に済む。また、防着板２０のプラズマ閉じ込め容器４への取り付けに際しては、図示されないボルトが使用されるが、防着板支持部材１５により防着板２０の端部が支持されていることから、防着板２０を固定するボルトの本数を、通常よりも少なくすることができる。 Specifically, as shown in FIG. 8, a plurality of deposition preventing plate support members 15 including a magnetic body 13 and a nonmagnetic body 14 are disposed in the inner region of the plasma confinement container 4. The respective protection plate support members 15 are opposed to each other along the inner wall of the plasma confinement container 4, and between these end portions and the inner wall of the plasma confinement container 4, the adhesion prevention plate is provided. A support space 21 is formed. For example, the adhesion preventing plate 20 is inserted into the space 21 in the direction opposite to the Z direction. When the adhesion preventing plate 20 is attached in this manner, the attaching operation of the adhesion preventing plate 20 can be easily performed. Further, when attaching the deposition preventive plate 20 to the plasma confinement vessel 4, a bolt (not shown) is used. However, since the end portion of the deposition preventive plate 20 is supported by the deposition preventive plate supporting member 15, The number of bolts for fixing the plate 20 can be made smaller than usual.
図８に記載の防着板支持部材１５は、図９（ａ）に描かれているように、肉厚の本体部２３と、本体部２３より延設された肉薄の端部２４から構成されている。また、磁性体１３と非磁性体１４との組み立てについては、これまでの例と同じく、図９（ｂ）に描かれているように磁性体１３に設けられたピン１９が非磁性体１４に形成された穴１８に挿入されることで行われる。 As shown in FIG. 9A, the adhesion-preventing plate support member 15 illustrated in FIG. 8 includes a thick main body portion 23 and a thin end portion 24 extending from the main body portion 23. ing. As for the assembly of the magnetic body 13 and the nonmagnetic body 14, the pin 19 provided on the magnetic body 13 is attached to the nonmagnetic body 14 as illustrated in FIG. This is done by being inserted into the formed hole 18.
図４（ａ）や図４（ｂ）に描かれた構成に、磁性体１３と非磁性体１４からなる構造物が取り付けられる場合も、図８で示した例のように、この構造物を防着板支持部材１５として利用することができる。図１０にはその例が示されている。各部の構成は、図８をもとに説明した内容と同じである為、その詳細な説明については省略するが、図１０に示す例ではＹ方向に沿ったプラズマ閉じ込め容器４の平坦な側面にも防着板支持部材１５が設けられている。この防着板支持部材１５の具体的な構成は、図１１（ａ）に描かれている。 図９（ａ）に記載の例と形状がやや異なるが、肉厚の本体部２３と本体部２３より延設された薄肉の端部２４とで構成されている。そして、磁性体１３と非磁性体１４との組み立ては、図１０（ｂ）に描かれているように、磁性体１３に設けられたピン１９が非磁性体１４に形成された穴１８に挿入されることで行われる。 Even when a structure composed of the magnetic body 13 and the non-magnetic body 14 is attached to the configuration depicted in FIG. 4A or FIG. 4B, the structure is not shown in the example shown in FIG. It can be used as the adhesion preventing plate support member 15. An example is shown in FIG. Since the configuration of each part is the same as that described with reference to FIG. 8, detailed description thereof is omitted, but in the example shown in FIG. 10, on the flat side surface of the plasma confinement vessel 4 along the Y direction. Also, an adhesion preventing plate support member 15 is provided. A specific configuration of the deposition preventing plate support member 15 is illustrated in FIG. Although the shape is slightly different from the example shown in FIG. 9A, it is composed of a thick main body 23 and a thin end 24 extending from the main body 23. As shown in FIG. 10B, the pin 19 provided on the magnetic body 13 is inserted into the hole 18 formed in the nonmagnetic body 14 to assemble the magnetic body 13 and the nonmagnetic body 14. Is done.
＜その他変形例＞
防着板支持部材１５は、図９や図１１に挙げた構成以外に、図１２（ａ）〜（ｄ）に描かれる構成であっても良い。図１２（ｂ）と図１２（ｃ）に示される構成は、形状が異なるものの、これまでの例と同じく、肉厚の本体部と当該本体部より延設された肉薄の端部を有している。図１２（ａ）と図１２（ｄ）に示される構成は、これまでの構成に比べるとやや部材強度が劣るが、プラズマ閉じ込め容器４の形状に応じて、このような防着板支持部材１５を用いても構わない。
<Other variations>
In addition to the configurations shown in FIG. 9 and FIG. 11, the adherence plate support member 15 may have a configuration depicted in FIGS. Although the configurations shown in FIGS. 12B and 12C are different in shape, they have a thick main body and a thin end extending from the main body, as in the previous examples. ing. The configurations shown in FIGS. 12A and 12D are slightly inferior in member strength as compared with the conventional configurations, but depending on the shape of the plasma confinement vessel 4, such a protection plate support member 15. May be used.
また、プラズマ閉じ込め容器４の形状は立方体に限らずに、円柱や多角形であっても良い。その場合でも図１３（ａ）、図１３（ｂ）に示された永久磁石配置と同様に、イオンビーム３の引出し方向に垂直な複数の平面で、プラズマ閉じ込め容器４を切断したときに、各平面に配置される永久磁石１２の極性がプラズマ閉じ込め容器４側で同じであるとともに、イオンビーム３の引出し方向に沿って、各平面に配置された永久磁石１２のプラズマ閉じ込め容器４側の極性が交互に異なるように配置しておく。その上で、各平面において、隣り合う永久磁石１２の端部とこれらの磁石間に形成される隙間１６に亘って、プラズマ閉じ込め容器４を介してプラズマ閉じ込め容器４の内部領域に対向配置されるように磁性体１３を配置しておけば、本発明と同じ効果を奏することが可能となる。 The shape of the plasma confinement container 4 is not limited to a cube, and may be a cylinder or a polygon. Even in that case, when the plasma confinement vessel 4 is cut along a plurality of planes perpendicular to the extraction direction of the ion beam 3, as in the permanent magnet arrangement shown in FIGS. The polarities of the permanent magnets 12 arranged in the plane are the same on the plasma confinement container 4 side, and the polarities of the permanent magnets 12 arranged in each plane on the plasma confinement container 4 side are along the drawing direction of the ion beam 3. Arrange them alternately. In addition, in each plane, it is arranged opposite to the inner region of the plasma confinement vessel 4 via the plasma confinement vessel 4 over the end portions of the adjacent permanent magnets 12 and the gap 16 formed between these magnets. If the magnetic body 13 is arranged as described above, the same effect as the present invention can be obtained.
さらに、先の実施形態で説明した磁性体１３、磁性体１３と非磁性体１４からなる構造物や防着板支持部材１５は、その一部がプラズマ閉じ込め容器４の内壁に当接させておくことが望ましい。そのようにしておくと、各部材をプラズマ閉じ込め容器４にボルトで固定することが容易になる。また、プラズマ閉じ込め容器４が冷媒により冷却されている場合、プラズマ閉じ込め容器４の壁面を介して、磁性体１３等を冷却させることができるので、部材の熱変形を抑制することや磁性体１３が強磁性体である場合には高温になることで強磁性の性質が失われることを防止することが期待できる。 Further, a part of the magnetic body 13, the structure composed of the magnetic body 13 and the non-magnetic body 14 and the adhesion-preventing plate support member 15 described in the previous embodiment are in contact with the inner wall of the plasma confinement vessel 4. It is desirable. If it does in that way, it will become easy to fix each member to the plasma confinement container 4 with a volt | bolt. In addition, when the plasma confinement container 4 is cooled by the coolant, the magnetic body 13 and the like can be cooled via the wall surface of the plasma confinement container 4, so that thermal deformation of the member can be suppressed and the magnetic body 13 can be In the case of a ferromagnetic material, it can be expected to prevent the loss of ferromagnetic properties by increasing the temperature.
また、これまでに説明した実施形態では、イオンビーム３の引出し方向に垂直となる複数の平面に永久磁石１２が配置される例を示したが、本発明はこれに限られない。例えば、イオンビーム３の引出し方向は、引出し電極系を構成する電極に印加される電圧によっては、若干のズレが生じる場合がある。その場合、イオンビーム３の引出し方向に対して、垂直な平面ではなく、若干、ズレた平面に配置されることになる。このようなものであっても、本発明と同等の構成を用いれば、当然ながら同様の効果を奏することが出来る。その為、本発明にはイオンビーム３の引出し方向と略垂直となる複数の平面に複数の永久磁石が配置される構成（両者の位置関係がほぼ垂直な位置関係となるもので、具体的には、イオンビームの引出し方向とプラズマ閉じ込め容器側面に配置される永久磁石を含む平面との位置関係が、数度、垂直からズレたもの）であっても適用される。 In the embodiments described so far, the example in which the permanent magnets 12 are arranged on a plurality of planes perpendicular to the extraction direction of the ion beam 3 is shown, but the present invention is not limited to this. For example, the extraction direction of the ion beam 3 may be slightly shifted depending on the voltage applied to the electrodes constituting the extraction electrode system. In this case, the ion beam 3 is arranged not on a plane perpendicular to the extraction direction of the ion beam 3 but on a slightly shifted plane. Even if it is such, if the structure equivalent to this invention is used, naturally the same effect can be show | played. Therefore, the present invention has a configuration in which a plurality of permanent magnets are arranged on a plurality of planes that are substantially perpendicular to the extraction direction of the ion beam 3 (the positional relationship between the two is substantially vertical. Is applied even if the positional relationship between the ion beam extraction direction and the plane including the permanent magnet disposed on the side surface of the plasma confinement vessel is shifted from vertical by several degrees.
これまでの実施形態では、イオン源１で使用されるプラズマ閉じ込め容器４の例について述べたが、本発明のプラズマ閉じ込め容器４はこれに限られない。例えば、その他の例としては、プラズマＣＶＤで用いられるプラズマ処理室やイオン注入装置で用いられるプラズマフラッドガンのプラズマ生成室として利用することができる。このようなものであってもカスプ磁場生成用の永久磁石を備えたものであって、容器の所定領域内にプラズマを閉じ込めるプラズマ閉じ込め容器であれば、本発明の構成を適用することでプラズマの閉じ込めを効果的に行うことが可能となる。 In the embodiments so far, the example of the plasma confinement container 4 used in the ion source 1 has been described, but the plasma confinement container 4 of the present invention is not limited thereto. For example, as another example, it can be used as a plasma processing chamber used in plasma CVD or a plasma generation chamber of a plasma flood gun used in an ion implantation apparatus. Even in such a case, if the plasma confinement container is provided with a permanent magnet for generating a cusp magnetic field and confines the plasma in a predetermined region of the container, the configuration of the present invention can be applied. It becomes possible to perform confinement effectively.
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
４・・・プラズマ閉じ込め容器
１０・・・フィラメント
１２・・・永久磁石
１３・・・磁性体
１４・・・非磁性体
１５・・・防着板支持部材
１６・・・隙間
１７・・・開口部
２０・・・防着板
２１・・・空間
２３・・・本体部
２４・・・端部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Ion source 4 ... Plasma confinement container 10 ... Filament 12 ... Permanent magnet 13 ... Magnetic body 14 ... Nonmagnetic body 15 ... Depositing plate support member 16 ... Gap 17 ... Opening 20 ... Protection plate
21 ... Space 23 ... Body 24 ... End
Claims (6)
前記永久磁石の少なくとも一部は隣り合う永久磁石同士の前記プラズマ閉じ込め容器側の極性が同極性となる永久磁石組であり、前記プラズマ閉じ込め容器内には、前記永久磁石組を構成する各永久磁石の一部と前記永久磁石組間に形成された隙間に亘って、前記プラズマ閉じ込め容器の壁面を介して対向配置された単一の磁性体が設けられているとともに、前記磁性体の一部は、前記永久磁石組との対向位置で前記プラズマ閉じ込め容器の内壁に当接していることを特徴とするプラズマ閉じ込め容器。 A plasma confinement container in which a plurality of permanent magnets for generating a cusp magnetic field having a pair of polarities along a direction away from the surface of the outer wall of the container are arranged along the outer wall of the container with a gap therebetween,
At least a part of the permanent magnet is a permanent magnet set in which the polarities of adjacent permanent magnets on the plasma confining vessel side are the same polarity, and each permanent magnet constituting the permanent magnet set is included in the plasma confining vessel. And a single magnetic body disposed opposite to each other through the wall surface of the plasma confinement container over a gap formed between the part and the permanent magnet set, and a part of the magnetic body is The plasma confinement container is in contact with the inner wall of the plasma confinement container at a position facing the permanent magnet set .
前記プラズマ閉じ込め容器に形成されたイオンビーム引き出し用開口部と、
前記プラズマ閉じ込め容器内に配置された少なくとも１つのフィラメントと、
前記イオンビーム引き出し用開口部に対向配置され、前記プラズマ閉じ込め容器よりイオンビームを引き出す少なくとも１つの電極を有しているとともに、
前記プラズマ閉じ込め容器の外壁に沿って配置された前記永久磁石は、前記プラズマ閉じ込め容器より引き出される前記イオンビームの引出し方向に略垂直となる複数の平面に配置され、各平面において前記プラズマ閉じ込め容器側の極性が全て同一極性であり、かつ、前記プラズマ閉じ込め容器側の極性が前記イオンビームの引出し方向に沿って各平面で交互に異なるように前記プラズマ閉じ込め容器の側面に配置されていて、前記磁性体は各平面において隣り合う前記永久磁石の端部と当該永久磁石間に形成された隙間に亘って、前記プラズマ閉じ込め容器の壁面を介して前記プラズマ閉じ込め容器の内側領域で対向配置されていることを特徴とするイオン源。 An ion source having a plasma containment vessel of claim 1 Symbol placement,
An ion beam extraction opening formed in the plasma confinement vessel;
At least one filament disposed in the plasma containment vessel;
Having at least one electrode disposed opposite to the ion beam extraction opening and extracting the ion beam from the plasma confinement vessel;
The permanent magnets disposed along the outer wall of the plasma confinement container are disposed on a plurality of planes substantially perpendicular to the extraction direction of the ion beam extracted from the plasma confinement container, and the plasma confinement container side in each plane Are arranged on the side of the plasma confinement container so that the polarities on the plasma confinement container side are alternately different in each plane along the extraction direction of the ion beam. The body is disposed opposite to each other in the inner region of the plasma confinement vessel through the wall surface of the plasma confinement vessel across the gap formed between the end portions of the adjacent permanent magnets and the permanent magnets in each plane. ion source and feature a.
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