JP5561948B2

JP5561948B2 - イオン源

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Publication number: JP5561948B2
Application number: JP2009072104A
Authority: JP
Inventors: 康蒲池; 哲郎齊藤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2009-03-24
Filing date: 2009-03-24
Publication date: 2014-07-30
Anticipated expiration: 2029-03-24
Also published as: JP2010225443A

Description

本発明は、マイクロ波によってプラズマを発生させ、そのプラズマからイオンを引き出して利用するイオン源に関する。

従来、導波管から誘電体窓を通して放電室内にマイクロ波を導入し、プラズマを発生する方式の導波管型イオン源が知られている（特許文献１参照）。図５は、従来の導波管型イオン源の構成を示す概略断面図である。図５に示すイオン源は、金属製の放電室４０１と、その放電室４０１に導波管４０２を介してマイクロ波を供給するためのマイクロ波発振器４０３と、を備えており、その途中には放電室４０１を真空封止するための誘電体窓４０４が設けられている。そして、不図示の配管を介して放電室４０１内に導入されたガスが、マイクロ波により電離され、プラズマ４０５が発生する。また、そのプラズマ４０５からイオンビーム４０６を引き出すための引出電極４０７ａ，４０７ｂが配置されている。さらに、放電室４０１の外部には、放電室４０１の内部に磁界を発生するための一対の電磁コイル４０８，４０９が配置されており、放電室４０１の内部にＥＣＲ領域を形成することが可能となっている。

また、従来、同軸管からアンテナを介して放電室内にマイクロ波を導入し、プラズマを発生する方式の同軸管型イオン源が知られている（特許文献２参照）。図６は、従来の同軸管型イオン源の構成を示す概略断面図である。図６に示す同軸管５０１は不図示のマイクロ波発振器と接続されており、マイクロ波を金属製の放電室５０２に、アンテナ５０３を介して導入することができる。アンテナ５０３は誘電体部材５０４により、外部導体５０５と絶縁されている。そして、不図示の配管を介して放電室５０２の内部に導入されたガスが、マイクロ波により電離され、プラズマ５０６が発生する。また、プラズマ５０６からイオンビーム５０７を引き出すための引出電極５０８ａ，５０８ｂが設けられている。さらに放電室５０２の外部には、放電室５０２の内部に磁界を発生するための電磁コイル５０９が配置されており、放電室５０２の内部にＥＣＲ領域を形成ことができる。

特開２００３−３０８７９５号公報特開平０９−２４５６５８号公報

従来の導波管型イオン源においては、使用するマイクロ波の周波数に応じて、導波管及び放電室の寸法が決定される。例えば、２．４５ＧＨｚのマイクロ波を使用すると、導波管及び放電室が円筒である場合は、その内径は約１００ｍｍ程度の寸法に決定される。この放電室内で発生するプラズマの直径は、放電室の内径と同程度となる。

しかし、引き出したいイオンビームが直径数ｍｍ以下と細い場合、引き出し電極の孔径も数ｍｍ以下とする必要がある。その場合、直径約１００ｍｍ程度の大きなプラズマに対して、孔径数ｍｍの引き出し電極から引き出されるイオンの量は、プラズマ全体の数％以下であり、その他の大部分のイオンは放電室の壁に衝突して消滅する。このように、プラズマの直径が引き出すイオンビームの直径に対して必要以上に大きいと、マイクロ波でイオンビームを発生させるためのエネルギー効率が極端に低くなる。例えば、ビーム電流が数百μＡ以上で、直径が２ｍｍのイオンビームを得るためには、放電室に導入するマイクロ波は数百〜数千Ｗ程度必要となる。その結果、放電室の温度が上がってしまい、真空封止のための誘電体窓やＯリングが破損する恐れがある。さらに、このような大きな径の放電管内部に磁界を作り、電子サイクロトロン共鳴によりプラズマを発生させる場合、必要な磁石の寸法は直径数１０ｃｍ以上と大きくなってしまい、スペースや重量の面で不利となる。

一方、従来の同軸管型イオン源においては、同軸管及び放電室の寸法は、入射するマイクロ波の電力により決定される。例えば、２００Ｗ程度のマイクロ波を導入する場合には、同軸管及び放電室の内径は約２〜４ｃｍ必要であり、発生するプラズマの直径も放電室の内径と同程度となる。このように、同軸管型イオン源は導波管型イオン源と比べると、比較的小型なものが設計可能である。それでも、直径数ｍｍ以下のイオンビームを必要とする場合には、直径約２〜４ｃｍ程度のプラズマは大き過ぎるので、エネルギー効率は不十分である。例えば、ビーム電流が数百μＡ以上で、直径が２ｍｍのイオンビームを得るためには、放電室に導入するマイクロ波は１００〜３００Ｗ程度必要となり、やはり放電室の温度が上がってしまう。さらに、放電室の内部に磁界を発生し、電子サイクロトロン共鳴によりプラズマを発生させる場合は、磁石の寸法は直径１０〜３０ｃｍと大きくなってしまい、やはりスペースや重量の面で不利である。

また、導波管型イオン源及び同軸管型イオン源のどちらにおいても、放電室が金属であるため、その金属がプラズマによりスパッタリングされ、放電室内の誘電体部材を汚染し得る。放電室内の誘電体部材が汚染されれば、マイクロ波の透過率が変わってしまい、イオン源の不安定動作を誘発する恐れがある。この問題を解決するために、放電室内壁を誘電体皮膜により覆い隠す方法が知られている。しかし、その誘電体皮膜はプラズマに直接晒されるので、温度が上がり、破損してしまう可能性がある。この現象を回避するためには、誘電体皮膜を冷却することが必要となる。しかしながら、導波管型イオン源や同軸型イオン源のように、金属製の放電室内部に誘電体皮膜が設けられている場合、誘電体皮膜を液体や気体により直接冷却することは非常に困難である。そのため、通常は金属製の放電室を冷却することで、間接的に誘電体皮膜を冷却することが多い。しかし、このような間接的な冷却方法では誘電体皮膜の冷却が不十分である場合が多い。また、金属製の放電室と誘電体皮膜との熱伝導率又は熱膨張率の差異により、各部材に応力や歪みが生じ、イオン源の破損や不安定な動作を誘発する可能性もある。

そこで本発明は、マイクロ波のエネルギー効率が向上し、高安定で長寿命なイオン源を提供することを目的とするものである。

本発明のイオン源は、プラズマを生成するための、誘電体からなる放電管と、前記放電管にマイクロ波を供給するためのマイクロ波発振器と、プラズマからイオンビームを引き出すための引き出し電極と、前記マイクロ波発振器に接続され、前記放電管が貫通する２つの貫通口が形成された、矩形導波管又は円形導波管である導波管と、前記２つの貫通口のうち一方の貫通口の近傍に配置され、前記放電管が挿通されたリング状の第１の磁石と、前記第１の磁石の一対の面のうちの一方の面に、前記導波管を挟んで一対の面のうちの一方の面が対向するよう、前記２つの貫通口のうち他方の貫通口の近傍に配置され、前記放電管が挿通されたリング状の第２の磁石と、を備えたことを特徴とするものである。
また、本発明のイオン源は、プラズマを生成するための、誘電体からなる放電管と、前記放電管にマイクロ波を供給するためのマイクロ波発振器と、プラズマからイオンビームを引き出すための引き出し電極と、前記マイクロ波発振器に接続され、前記放電管が貫通する２つの貫通口が形成された、矩形導波管又は円形導波管である導波管と、前記２つの貫通口のうち一方の貫通口の近傍に配置され、前記放電管が挿通されたリング状の磁石と、前記磁石の一対の面のうちの一方の面に、前記導波管を挟んで対向するよう、前記２つの貫通口のうち他方の貫通口の近傍に配置され、前記放電管が挿通されたリング状の強磁性片と、を備えたことを特徴とするものである。

本発明によれば、放電管の内径の下限を決める制約が無いので、プラズマの直径も任意に小さくでき、イオン源が小型で軽量となる。また、プラズマの大部分がイオンビームとして引き出されるので、マイクロ波でプラズマを発生させるためのエネルギー効率が向上し、放電管の温度上昇を抑制することができる。さらに、プラズマは誘電体である放電管内部に生成されるので、放電管がスパッタリングされることは無く、イオン源が高安定で長寿命となる。

本発明の第１実施形態に係るイオン源の構成を示す概略断面図である。磁場発生部により発生する磁場の説明図であり、（ａ）は図１の要部拡大図、（ｂ）は（ａ）に示すＡ−Ａ’断面の磁界分布を示すグラフである。本発明の第２実施形態に係るイオン源の構成を示す概略断面図である。本発明の第３実施形態に係るイオン源の構成を示す概略断面図である。従来の導波管型イオン源の構成を示す概略断面図である。従来の同軸管型イオン源の構成を示す概略断面図である。

以下、本発明を実施するための形態を図面を参照しながら詳細に説明する。イオン源は、例えばイオンビーム加工装置やイオン注入装置などに搭載され、所望のイオンビームを発生するものである。

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係るイオン源１００の構成を示す概略断面図である。図１に示すイオン源１００は、マイクロ波を出力するクライストロン等のマイクロ波発振器１０３と、プラズマ１０１を生成するための誘電体（例えば石英又は酸化アルミニウム）からなる放電室である放電管１０２と、を備えている。また、イオン源１００は、マイクロ波発振器１０３に接続された金属製の導波管１０４を備えている。このマイクロ波発振器１０３には、導波管１０４を接続するための不図示のフランジが形成されている。そして、マイクロ波発振器１０３の不図示のフランジと、導波管１０４の不図示のフランジとを連結することで、マイクロ波発振器１０３と導波管１０４との接続がなされる。このようにマイクロ波発振器１０３に導波管１０４を接続することで、導波管１０４にマイクロ波を供給することができる。

導波管１０４は、例えば矩形導波管である。導波管１０４には、スリースタブチューナー１０５が設けられており、マイクロ波の波形を適正に調整することができる。導波管１０４には、放電管１０２が貫通して配置されている。具体的には、放電管１０２が、導波管１０４のマイクロ波進行方向と直交する方向に導波管１０４を貫通して配置されている。この放電管１０２は、例えば円筒形である。なお、図１では、放電管１０２は矩形導波管の長辺側の両面を貫通して配置されているが、放電管を矩形導波管の短辺側の両面を貫通して配置してもよい。この放電管１０２は、導波管１０４よりも細く形成されており、放電管１０２の内断面積も、導波管１０４の内断面積よりも小さく形成されている。放電管１０２の内部には、不図示の配管により放電管１０２の基端１０２ａから図１中矢印方向にガスが導入される。

また、イオン源１００は、放電管１０２の内部に生成されたプラズマ１０１からイオンビーム１０６を引き出すための引き出し電極１０７ａ，１０７ｂを備えている。引き出し電極１０７ａ，１０７ｂは、放電管１０２の先端１０２ｂに設けられている。そして、電極１０７ａ，１０７ｂには、放電管１０２の内径（直径）よりも小さい引き出し孔１１２ａ，１１２ｂが形成されている。例えば、放電管１０２の内径は５ｍｍであり、イオンビーム１０６を引き出すための引き出し電極１０７ａの引き出し孔１１２ａの径は１ｍｍである。引き出し電極１０７ａ，１０７ｂにより引き出されたイオンビーム１０６は、集束レンズ１０８により収束され、不図示の試料に照射される。

以上の構成により、マイクロ波発振器１０３から出力されたマイクロ波が導波管１０４を介して放電管１０２の内部に供給され、マイクロ波の高周波電界により放電管１０２の内部のガスが電離し、プラズマ１０１が発生する。そして、このプラズマ１０１から引き出し電極１０７ａ，１０７ｂによりイオンビーム１０６が引き出される。

この構成によれば、放電管１０２の内径の下限を決める制約が無いので、プラズマ１０１の直径も任意に小さくできる。そのため、細いイオンビーム１０６を必要とする場合、すなわち引き出し電極１０７ａ，１０７ｂの孔１１２ａ，１１２ｂの直径が小さい場合は、それと同程度にプラズマ１０１の直径を小さくすることが可能となる。その結果、プラズマ１０１の大部分がイオンビーム１０６として引き出されるので、マイクロ波のエネルギー効率が向上する。このようにエネルギー効率を向上させて無駄なプラズマの生成を抑制しているので、プラズマによる放電管１０２の温度上昇を抑制することができる。また、放電室となる放電管１０２が小型化できるので、イオン源１００が小型で軽量となる。

ところで、導波管１０４の終端には、気体である空気を導波管１０４の内部に導くための吸気部１１３が形成されており、吸気部１１３には、冷却手段であるファン１１４が設けられている。また、導波管１０４には、放電管１０２に吹き付けた空気を導波管１０４の外部に排出する排気部１１５が設けられている。ファン１１４を運転することにより、導波管１０４の内部に外気が送り込まれ、放電管１０２の導波管１０４内部に位置する貫通部分の外側に空気が吹き付けられ、放電管１０２が直接冷却される。これにより、放電管１０２が冷却され、過大な電力のマイクロ波が導入されても、安定した動作が長時間可能となり、高い信頼性が得られる。吸気部１１３及び排気部１１５は、例えば、導波管１０４と同一の金属で形成されたメッシュであり、吸気部１１３及び排気部１１５からのマイクロ波の漏洩を抑制している。

さらに、イオン源１００は、放電管１０２の内部及び外部に磁場を発生するための磁場発生手段としての磁場発生部１１６を備えている。磁場発生部１１６は、放電管１０２が貫通する導波管１０４の２つの貫通口１０４ａ，１０４ｂのうち、一方の貫通口１０４ａの近傍に配置される第１の磁石としての永久磁石１０９を備えている。また、磁場発生部１１６は、他方の貫通口１０４ｂの近傍に配置され、導波管１０４を挟んで永久磁石１０９と異なる極を永久磁石１０９に対向させた第２の磁石としての永久磁石１１０を備えている。また、磁場発生部１１６は、永久磁石１０９及び永久磁石１１０を磁気的に接続する強磁性部材１１１を備えている。

永久磁石１０９，１１０及び強磁性部材１１１は、図２（ａ）中、一点鎖線で示す放電管１０２の軸に対して略回転対称に形成されている。つまり、永久磁石１０９，１１０は、リング形状に形成されており、永久磁石１０９，１１０のリングの内側には、放電管１０２が貫通して配置されている。この放電管１０２は、導波管１０４よりも細く形成されているので、永久磁石１０９，１１０及び強磁性部材１１１もこの放電管１０２のサイズに合わせて小さくでき、イオン源１００が小型で軽量なものとなる。

永久磁石１０９，１１０は、導波管１０４を挟んで互いに対向する対向面１０９ａ，１１０ａと、その反対側の面１０９ｂ，１１０ｂとを有する。そして、面１０９ｂ，１１０ｂには、永久磁石１０９，１１０を覆う強磁性部材１１１が接触して設けられている。例えば、面１０９ａはＮ極であり、面１１０ａはＳ極である。また、面１０９ｂはＳ極であり、面１１０ｂはＮ極である。これにより、図２に示す矢印方向に磁力線が発生する。具体的には、永久磁石１０９，１１０の対向面１０９ａ，１１０ａ同士を結ぶ磁力線が放電管１０２の内部及び外部に発生し、対向面と反対側の面１０９ｂ，１１０ｂ同士を結ぶ磁力線が強磁性部材１１１の内部に発生する。これにより、放電管１０２の内部及び外部に磁場が生じる磁気回路が構成されている。このように、放電管１０２の内部に磁界を発生させることにより、電子が磁力線により捕捉され、螺旋軌道の運動をするようになる。その結果、電子とガス分子との衝突確率が高くなり、低圧力下での安定動作が可能となる。

上述したように磁場発生部１１６を配置すると、図２（ａ）中矢印で示す磁力線が発生し、図２（ｂ）に示す磁界分布が形成される。つまり、永久磁石１０９，１１０同士を対向させることで、放電管１０２の外側表面近傍Ｐ，Ｐ’の磁界強度が、放電管１０２の内部の磁界強度よりも高く設定されている。このように、放電管１０２の外側表面近傍Ｐ，Ｐ’の磁界が放電管１０２の内部の磁界より高くすることにより、プラズマ自身によるマイクロ波の遮蔽効果が打ち消されるので、エネルギー効率はさらに向上する。

また、永久磁石１０９，１１０は、放電管１０２の内部に電子サイクロトロン共鳴が生じる磁界を発生させるように磁化されたものである。このように適正な永久磁石１０９，１１０を用いることで、放電管１０２の内部には電子サイクロトロン共鳴が生じる領域であるＥＣＲ領域Ｘ，Ｘ’が形成される。例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を使用する場合、８７５Ｇの磁界を放電管１０２の内部に形成するような磁石を選べばよい。このようにＥＣＲ領域Ｘ，Ｘ’が放電管１０２の内部に存在することで、エネルギー効率がさらに向上する。以上、放電管１０２の内部及び外部の磁界を適正化することで、マイクロ波のエネルギー効率は飛躍的に向上する。

本第１実施形態のイオン源１００を用いて酸素イオンビームを引き出したところ、マイクロ波の入力が５０Ｗのとき、５００μＡのビーム電流が１０００時間以上の長時間に亘って安定して得られた。つまり、放電室を導波管１０４に一体に形成したものではなく、導波管１０４と別体の誘電体からなる放電管１０２としたので、プラズマ１０１は誘電体である放電管１０２の内部に生成されることとなる。したがって、導波管１０４の金属にプラズマ１０１が接触することはないので、導波管１０４はスパッタリングされることはなく、また、放電管１０２も誘電体であるので、スパッタリングされることはない。さらに、放電管１０２の温度上昇も抑制されているので、これらの理由から放電室となる放電管１０２が長寿命となり、結果、イオン源１００が高安定で長寿命となる。

［第２実施形態］
次に第２実施形態のイオン源について説明する。なお、本第２実施形態において、上記第１実施形態と同一の構成については、同一符号を付して説明を省略する。図３は、本発明の第２実施形態に係るイオン源２００の構成を示す概略断面図である。本第２実施形態のイオン源２００は、上記第１実施形態の磁場発生部１１６（図１）とは異なる磁場発生手段としての磁場発生部２１６を備えている。磁場発生部２１６は、放電管１０２が貫通する導波管１０４の２つの貫通口１０４ａ，１０４ｂのうち、一方の貫通口１０４ａの近傍に配置される磁石としての永久磁石２０９を備えている。つまり、本第２実施形態では、磁場発生部２１６は、１つの永久磁石２０９を備えている。

また、磁場発生部２１６は、他方の貫通口１０４ｂの近傍から導波管１０４を跨いで永久磁石２０９まで延びる強磁性部材２１１を備えている。具体的に説明すると、強磁性部材２１１は、他方の貫通口１０４ｂの近傍に配置され、導波管１０４を挟んで永久磁石２０９の一方の面２０９ａに対向させた第１の強磁性片２１１ａを有している。また強磁性部材２１１は、第１の強磁性片２１１ａから導波管１０４を跨いで永久磁石２０９の他方の面２０９ｂに延びて接触する第２の強磁性片２１１ｂを有している。そして、第２の強磁性片２１１ｂにより、第１の強磁性片２１１ａと永久磁石２０９とが磁気的に接続される。

永久磁石２０９及び強磁性部材２１１は、図３中、一点鎖線で示す放電管１０２の軸に対して略回転対称に形成されている。つまり、永久磁石２０９及び第１の強磁性片２１１ａは、リング形状に形成されており、永久磁石２０９及び第１の強磁性片２１１ａのリングの内側には、放電管１０２が貫通して配置されている。この放電管１０２は、導波管１０４よりも細く形成されているので、永久磁石２０９及び強磁性部材２１１もこの放電管１０２のサイズに合わせて小さくでき、イオン源２００が小型で軽量なものとなる。しかも、上記第１実施形態よりも磁石の数が減るので、その分、イオン源２００が小型で軽量なものとなる。

このように構成することで、永久磁石２０９の面２０９ａと、これに対向する強磁性部材２１１の第１の強磁性片２１１ａとを結ぶ磁力線が放電管１０２の内部及び外部に発生し、放電管１０２の内部及び外部に磁場が生じる。また、第２の強磁性片２１１ｂの内部にも磁力線が発生する。このように永久磁石２０９及び強磁性部材２１１を配置することで、放電管１０２の外側表面近傍の磁界強度が、放電管１０２の内部の磁界強度よりも高くなる。したがって、放電管１０２の外側表面近傍の磁界が放電管１０２の内部の磁界より高いので、プラズマ自身によるマイクロ波の遮蔽効果が打ち消され、エネルギー効率はさらに向上する。

また、永久磁石２０９は、放電管１０２の内部に電子サイクロトロン共鳴が生じる磁界を発生させるように磁化されたものである。このように適正な永久磁石２０９を用いることで、放電管１０２の内部には電子サイクロトロン共鳴が生じる領域であるＥＣＲ領域が形成される。例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を使用する場合、８７５Ｇの磁界を放電管１０２の内部に形成するような磁石を選べばよい。このようにＥＣＲ領域を放電管１０２の内部に形成することで、エネルギー効率がさらに向上する。以上、放電管１０２の内部及び外部の磁界を適正化することで、マイクロ波のエネルギー効率は飛躍的に向上する。

なお、放電管１０２の内径は例えば１０ｍｍであり、イオンビーム１０６を引き出すための引き出し電極１０７ａの孔１１２ａの径は例えば２ｍｍである。そして、本第２実施形態によるイオン源２００を用いてアルゴンイオンビームを引き出したところ、マイクロ波の入力が２００Ｗのとき、１ｍＡのビーム電流が１０００時間以上の長時間に亘って安定して得られた。つまり、本第２実施形態においても、上記第１実施形態と同様に、イオン源２００が高安定で長寿命となるという同様の効果を奏するものである。

［第３実施形態］
次に第３実施形態のイオン源について説明する。なお、本第３実施形態において、上記第１実施形態と同一の構成については、同一符号を付して説明を省略する。図４は、本発明の第３実施形態に係るイオン源３００の構成を示す概略断面図である。本第３実施形態のイオン源３００は、上記第１実施形態の導波管１０４とは、形状を異ならせている。すなわち、本第３実施形態のイオン源３００の導波管３０４は、放電管１０２が貫通している部分３０９の面間隔が他の部分よりも狭く形成されている。具体的には、引き出し電極１０７ａが配置される側とは反対側の貫通口３０４ａ近傍が貫通口３０４ｂ側に凹むように形成することで他の部分よりも面間隔を狭くしている。このように、導波管３０４の一部を狭くすることで、局所的にマイクロ波の電界強度を高めることができ、この電界強度が高められた所に放電管１０２が貫通して配置されているので、ガスの電離が起こりやすくなり、動作が安定する。

また、本第３実施形態のイオン源３００は、磁場発生手段としての磁場発生部３１６を備えている。磁場発生部３１６は、放電管１０２が貫通する導波管３０４の２つの貫通口３０４ａ，３０４ｂのうち、一方の貫通口３０４ａの近傍に配置される磁石としての電磁コイル（電磁石）３１０を備えている。つまり、本第３実施形態では、磁場発生部３１６は、１つの電磁コイル３１０を備えている。

また、磁場発生部３１６は、他方の貫通口３０４ｂの近傍から導波管３０４を跨いで電磁コイル３１０まで延びる強磁性部材３１１を備えている。電磁コイル３１０及び強磁性部材３１１は、図４中一点鎖線で示す放電管１０２の軸に対して略回転対称に形成されている。つまり、電磁コイル３１０はリング形状に形成されており、その内側及び外側に磁界が発生する。電磁コイル３１０のリング状の内側には、放電管１０２が貫通して配置される。

そして、強磁性部材３１１は、他方の貫通口３０４ｂの近傍に配置され、導波管３０４を挟んで電磁コイル３１０の一方の面３１０ａに対向させた第１の強磁性片３１１ａを有している。また、強磁性部材３１１は、電磁コイル３１０の内周面３１０ｃと放電管１０２の外周面１０２ｃとの間から電磁コイル３１０の面３１０ａとは反対側の面３１０ｂに延びる第２の強磁性片３１１ｂを有している。更に、強磁性部材３１１は、第１の強磁性片３１１ａと第２の強磁性片３１１ｂとを導波管３０４を跨いで磁気的に接続する第３の強磁性片３１１ｃを有している。

以上の磁気回路の構成により、放電管１０２の内部及び外部には、磁場が発生し、放電管１０２の外表面近傍の磁界強度は、放電管１０２の内部の磁界強度よりも高くなる。したがって、上記第１実施形態と同様に、プラズマ自身によるマイクロ波の遮蔽効果が打ち消され、エネルギー効率はさらに向上するという効果を奏する。そして、電磁コイル３１０の磁界強度（電流量）を適正に調整することで、放電管１０２の内部の引き出し電極１０７ａの近傍に、ＥＣＲ領域を形成するのに必要な磁場を発生させることができる。

なお、放電管１０２の内径は例えば５ｍｍであり、イオンビーム１０６を引き出すための引き出し電極１０７ａの孔１１２ａの径は例えば２ｍｍである。そして、本第３実施形態によるイオン源３００を用いてＳＦ_６イオンビームを引き出したところ、マイクロ波の入力が３００Ｗのとき、１ｍＡのビーム電流が１０００時間以上の長時間に亘って安定して得られた。つまり、本第３実施形態においても、上記第１実施形態と同様に、イオン源２００が高安定で長寿命となるという同様の効果を奏するものである。

なお、上記第１〜第３実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。上記第１、第２実施形態では、磁石が永久磁石である場合について説明したが、これに限定するものではなく、磁石が電磁石であってもよい。また、上記第３実施形態では、磁石が電磁石である場合について説明したが、これに限定するものではなく、磁石が永久磁石であってもよい。

また、上記第１〜第３実施形態では、導波管が矩形導波管の場合について説明したが、これに限定するものではなく、円形導波管の場合についても適用可能である。また、上記第１〜第３実施形態では、磁場発生手段としての磁場発生部が、放電管の内部及び外部に磁場を発生させる場合について説明したが、これに限定するものではなく、磁場発生手段が、放電管の内部のみに磁場を発生させる場合についても適用可能である。また、上記第１〜第３実施形態では、磁場発生手段としての磁場発生部により発生させた磁場によって放電管の内部にＥＣＲ領域が形成される場合について説明したが、これに限定するものではなく、必ずしもＥＣＲ領域が形成されなくてもよい。また、上記第１〜第３実施形態では、放電管の外表面近傍の磁界強度が、放電管の内部の磁界強度よりも高くなる場合について説明したが、放電管の外表面近傍の磁界強度が、放電管の内部の磁界強度よりも低い場合でもよい。また、磁場発生手段を備えないイオン源についても適用可能である。

１００，２００，３００イオン源
１０２放電管
１０３マイクロ波発振器
１０４，３０４導波管
１１６，２１６，３１６磁場発生部（磁場発生手段）

Claims

プラズマを生成するための、誘電体からなる放電管と、
前記放電管にマイクロ波を供給するためのマイクロ波発振器と、
プラズマからイオンビームを引き出すための引き出し電極と、
前記マイクロ波発振器に接続され、前記放電管が貫通する２つの貫通口が形成された、矩形導波管又は円形導波管である導波管と、
前記２つの貫通口のうち一方の貫通口の近傍に配置され、前記放電管が挿通されたリング状の第１の磁石と、
前記第１の磁石の一対の面のうちの一方の面に、前記導波管を挟んで一対の面のうちの一方の面が対向するよう、前記２つの貫通口のうち他方の貫通口の近傍に配置され、前記放電管が挿通されたリング状の第２の磁石と、を備えたことを特徴とするイオン源。
前記第１の磁石及び前記第２の磁石が永久磁石であり、
前記第１の磁石の一方の面がＮ極、前記第２の磁石の一方の面がＳ極であることを特徴とする請求項１に記載のイオン源。
前記第１の磁石の他方の面と前記第２の磁石の他方の面とに跨って配置された強磁性部材を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載のイオン源。
プラズマを生成するための、誘電体からなる放電管と、
前記放電管にマイクロ波を供給するためのマイクロ波発振器と、
プラズマからイオンビームを引き出すための引き出し電極と、
前記マイクロ波発振器に接続され、前記放電管が貫通する２つの貫通口が形成された、矩形導波管又は円形導波管である導波管と、
前記２つの貫通口のうち一方の貫通口の近傍に配置され、前記放電管が挿通されたリング状の磁石と、
前記磁石の一対の面のうちの一方の面に、前記導波管を挟んで対向するよう、前記２つの貫通口のうち他方の貫通口の近傍に配置され、前記放電管が挿通されたリング状の強磁性片と、を備えたことを特徴とするイオン源。
前記磁石が永久磁石であり、
前記磁石の一方の面がＮ極又はＳ極であることを特徴とする請求項４に記載のイオン源。
前記磁石が電磁コイルであり、
前記磁石の内側に、前記放電管が貫通する筒状の強磁性片が設けられており、
前記筒状の強磁性片の一方の端面が、前記導波管を挟んで前記リング状の強磁性片に対向していることを特徴とする請求項４に記載のイオン源。
前記磁石の他方の面と前記リング状の強磁性片とに跨って配置された強磁性部材を備えたことを特徴とする請求項４乃至６のいずれか１項に記載のイオン源。
前記放電管を気体により直接冷却する冷却手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のイオン源。