JP6052792B2 - Microwave ion source and operation method thereof - Google Patents

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本発明は、マイクロ波イオン源及びその運転方法に関する。   The present invention relates to a microwave ion source and a method for operating the same.

マイクロ波をプラズマ生成に用いるイオン源が知られている。真空のプラズマ室にマイクロ波が導入される。プラズマ室に供給された原料ガスがマイクロ波によって励起され、プラズマが生成される。プラズマからイオンが引き出される。こうしてイオン源から引き出されたイオンは例えばイオン注入処理のために使用される。   Ion sources that use microwaves for plasma generation are known. Microwave is introduced into the vacuum plasma chamber. The source gas supplied to the plasma chamber is excited by microwaves to generate plasma. Ions are extracted from the plasma. The ions thus extracted from the ion source are used, for example, for an ion implantation process.

特開平5−109365号公報JP-A-5-109365 特開平6−168685号公報Japanese Patent Laid-Open No. 6-166865

あるマイクロ波イオン源においては、プラズマを閉じ込める効果をもつミラー磁場を使用して多価イオンが生成される。このイオン源はECRイオン源と呼ばれることもある。ECRイオン源は多価イオンを効率的に生成するように最適化されているので、一価イオンの生成には向かない。そのため、イオン源の所有者が一価イオンを要する処理を行う場合には、一価イオンの生成に適する別のイオン源を使わなければならない。このように、一般に入手可能なマイクロ波イオン源は、使用する用途が限定される。用途に応じて異なるイオン源を準備することは、所有コストの増加を招く。   In some microwave ion sources, multiply charged ions are generated using a mirror magnetic field that has the effect of confining the plasma. This ion source is sometimes called an ECR ion source. Since the ECR ion source is optimized to efficiently generate multiply charged ions, it is not suitable for generating monovalent ions. Therefore, when the ion source owner performs a process requiring monovalent ions, another ion source suitable for generating monovalent ions must be used. Thus, the use of commonly available microwave ion sources is limited. Preparing different ion sources depending on the application leads to an increase in cost of ownership.

本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、幅広い用途に利用することができるマイクロ波イオン源、及びそうしたマイクロ波イオン源の運転方法を提供することにある。   One exemplary object of an aspect of the present invention is to provide a microwave ion source that can be used in a wide range of applications, and a method of operating such a microwave ion source.

本発明のある態様によると、プラズマ室と、前記プラズマ室に磁場を発生させるための磁場発生器と、を備え、前記磁場発生器は、多価イオンの生成に適するミラー磁場と1価イオンの生成に適する非ミラー磁場とを切り替えるよう構成されていることを特徴とするマイクロ波イオン源が提供される。   According to an aspect of the present invention, a plasma chamber, and a magnetic field generator for generating a magnetic field in the plasma chamber, the magnetic field generator includes a mirror magnetic field suitable for generating multivalent ions and monovalent ions. A microwave ion source is provided that is configured to switch between a non-mirror magnetic field suitable for generation.

本発明のある態様によると、マイクロ波イオン源の運転方法であって、前記マイクロ波イオン源の運転モードを選択することと、選択された運転モードに従って前記マイクロ波イオン源のプラズマ室にプラズマを生成することと、を備え、前記運転モードは、多価イオンの生成に適する第1運転モード、または1価イオンの生成に適する第2運転モードであることを特徴とする方法が提供される。   According to an aspect of the present invention, there is provided a method for operating a microwave ion source, wherein an operation mode of the microwave ion source is selected, and plasma is generated in a plasma chamber of the microwave ion source according to the selected operation mode. And the operation mode is a first operation mode suitable for the production of multivalent ions, or a second operation mode suitable for the production of monovalent ions.

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。   Note that any combination of the above-described constituent elements and the constituent elements and expressions of the present invention replaced with each other among methods, apparatuses, systems, and the like are also effective as an aspect of the present invention.

本発明によれば、幅広い用途に利用することができるマイクロ波イオン源、及びそうしたマイクロ波イオン源の運転方法を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the microwave ion source which can be utilized for a wide use and the operating method of such a microwave ion source can be provided.

本発明のある実施形態に係るイオン注入装置の全体構成を概略的に示す図である。1 is a diagram schematically showing an overall configuration of an ion implantation apparatus according to an embodiment of the present invention. 本発明のある実施形態に係るマイクロ波イオン源の構成を模式的に示す図である。It is a figure showing typically composition of a microwave ion source concerning a certain embodiment of the present invention. 本発明のある実施形態に係る磁場発生器がプラズマ室に発生させる軸方向磁場分布を例示する図である。It is a figure which illustrates the axial direction magnetic field distribution which the magnetic field generator which concerns on one embodiment of this invention generates in a plasma chamber. 本発明のある実施形態に係る磁場発生器がプラズマ室に発生させる非ミラー磁場の別の例を示す図である。It is a figure which shows another example of the non-mirror magnetic field which the magnetic field generator which concerns on one embodiment of this invention generates in a plasma chamber. 本発明のある実施形態に係るマイクロ波イオン源の運転方法を表すフローチャートである。It is a flowchart showing the operating method of the microwave ion source which concerns on an embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態に係るマイクロ波イオン源の構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the microwave ion source which concerns on other embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態に係るマイクロ波イオン源の構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the microwave ion source which concerns on other embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態に係るマイクロ波イオン源の構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the microwave ion source which concerns on other embodiment of this invention.

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。   Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the description, the same elements are denoted by the same reference numerals, and repeated descriptions are omitted as appropriate.

図1は、本発明のある実施形態に係るイオン注入装置100の全体構成を概略的に示す図である。図1にはイオン注入装置100の代表的な構成要素を示す。イオン注入装置100は、原子又は分子をイオン化してイオンビーム20を生成し基板(例えば半導体基板)104へと照射することにより、基板104にその原子又は分子を注入するイオン注入処理を行うための装置である。   FIG. 1 is a diagram schematically showing an overall configuration of an ion implantation apparatus 100 according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 shows typical components of the ion implantation apparatus 100. The ion implantation apparatus 100 ionizes atoms or molecules to generate an ion beam 20 and irradiates the substrate (for example, a semiconductor substrate) 104 to perform an ion implantation process for injecting the atoms or molecules into the substrate 104. Device.

イオン注入装置100は、マイクロ波イオン源10、ビームラインアセンブリ110、及び処理室112を備える。マイクロ波イオン源10は、注入する原子又は分子をイオン化するよう構成されている。マイクロ波イオン源10については図2を参照して後述する。   The ion implantation apparatus 100 includes a microwave ion source 10, a beam line assembly 110, and a processing chamber 112. The microwave ion source 10 is configured to ionize atoms or molecules to be implanted. The microwave ion source 10 will be described later with reference to FIG.

ビームラインアセンブリ110は、マイクロ波イオン源10にてイオン化されたイオンのうち基板104に注入すべきイオンを質量によって選別するための質量分析器114と、イオンビーム20を輸送し、加速し、整形し、または走査するためのビーム輸送系116と、を備える。質量分析器114の下流側には所定の質量のイオンからなるイオンビーム20をビーム輸送系116へと通過させるための質量分析スリット118が設けられている。ビーム輸送系116は、イオンビーム20を走査するためのビームスキャナ120を備える。ビームスキャナ120によるイオンビーム20の走査可能範囲を矢印138で図示する。   The beam line assembly 110 transports, accelerates, and shapes the ion beam 20 and the mass analyzer 114 for selecting ions to be implanted into the substrate 104 among the ions ionized by the microwave ion source 10 according to mass. Or a beam transport system 116 for scanning. On the downstream side of the mass analyzer 114, a mass analysis slit 118 for passing the ion beam 20 made of ions having a predetermined mass to the beam transport system 116 is provided. The beam transport system 116 includes a beam scanner 120 for scanning the ion beam 20. A scannable range of the ion beam 20 by the beam scanner 120 is indicated by an arrow 138.

処理室112は、接触式のイオンビーム検出器(例えばファラデーカップ)122を備えてもよい。イオンビーム検出器122は計測結果をイオン注入制御部128に出力してもよい。イオンビーム検出器122は、イオンビーム走査方向に基板104に隣接する位置(基板104の片側(図示の場合)または両側)に配置されている。イオンビーム検出器122は、計測の必要に応じてビームラインに出し入れされる進退可能な検出器であってもよい。この場合、イオンビーム検出器122は、ビームラインアセンブリ110の任意の場所に設けられていてもよい。   The processing chamber 112 may include a contact ion beam detector (for example, a Faraday cup) 122. The ion beam detector 122 may output the measurement result to the ion implantation control unit 128. The ion beam detector 122 is disposed at a position (one side (in the case of illustration) or both sides) of the substrate 104 adjacent to the substrate 104 in the ion beam scanning direction. The ion beam detector 122 may be a detector that can be moved in and out of the beam line as necessary for measurement. In this case, the ion beam detector 122 may be provided at any location of the beam line assembly 110.

処理室112は、基板104を支持するための基板支持部124を備える。基板104は基板支持部124に支持されて処理室112に収容されている。基板支持部124は、基板104をイオンビーム20に対し移動させるためのいわゆるメカニカルスキャン系として構成され、基板104を保持するためのテーブルまたはプラテンと、そのテーブルまたはプラテンを移動するための駆動機構と、を含む。基板支持部124は例えば、イオンビーム20の進行方向及び走査方向に垂直な方向の走査範囲に基板104を往復移動させるよう構成されている。   The processing chamber 112 includes a substrate support portion 124 for supporting the substrate 104. The substrate 104 is supported by the substrate support portion 124 and is accommodated in the processing chamber 112. The substrate support unit 124 is configured as a so-called mechanical scan system for moving the substrate 104 with respect to the ion beam 20, and includes a table or platen for holding the substrate 104, and a drive mechanism for moving the table or platen. ,including. The substrate support unit 124 is configured to reciprocate the substrate 104 in a scanning range in a direction perpendicular to the traveling direction of the ion beam 20 and the scanning direction, for example.

図1に示されるように、イオン注入装置100は真空排気系126を備えており、これによりマイクロ波イオン源10、ビームラインアセンブリ110、及び処理室112がイオン注入処理のための所望の真空環境に保たれる。真空排気系126は例えば、クライオポンプやターボ分子ポンプなどの高真空ポンプと、高真空ポンプの作動圧力まで粗引きをするための粗引きポンプとを備える。   As shown in FIG. 1, the ion implantation apparatus 100 includes an evacuation system 126 so that the microwave ion source 10, the beam line assembly 110, and the processing chamber 112 have a desired vacuum environment for the ion implantation process. To be kept. The vacuum exhaust system 126 includes, for example, a high vacuum pump such as a cryopump or a turbo molecular pump, and a roughing pump for roughing up to the operating pressure of the high vacuum pump.

イオン注入装置100は、イオン注入制御部128を備える。イオン注入制御部128は、マイクロ波イオン源10、質量分析器114、ビーム輸送系116、基板支持部124、真空排気系126、及びその他の構成要素を制御してイオン注入処理を実行するよう構成されている。イオン注入制御部128は、イオンビーム検出器122を含むビーム計測系からの入力信号、メモリに保存されている各種データ、及び操作者からの入力指令等に従って、イオン注入装置100を統括的に制御する。   The ion implantation apparatus 100 includes an ion implantation control unit 128. The ion implantation control unit 128 is configured to execute an ion implantation process by controlling the microwave ion source 10, the mass analyzer 114, the beam transport system 116, the substrate support unit 124, the vacuum exhaust system 126, and other components. Has been. The ion implantation control unit 128 comprehensively controls the ion implantation apparatus 100 in accordance with input signals from the beam measurement system including the ion beam detector 122, various data stored in the memory, input commands from the operator, and the like. To do.

イオン注入制御部128は例えば、各種演算処理を実行するCPU、各種制御プログラムを格納するROM、データ格納やプログラム実行のためのワークエリアとして利用されるRAM等を含む任意のハードウエアと、各種演算または制御を実行するためのプログラム等のソフトウエアと、を含んで構成される。イオン注入制御部128は、操作者からの入力を受け付けるためのマウスやキーボード等の入力手段や、他の装置との通信をするための通信手段、ディスプレイやプリンタ等の出力手段を含んでもよい。   The ion implantation control unit 128 includes, for example, arbitrary hardware including a CPU that executes various arithmetic processes, a ROM that stores various control programs, a RAM that is used as a work area for data storage and program execution, and various arithmetic operations. Or software such as a program for executing control. The ion implantation control unit 128 may include input means such as a mouse and keyboard for receiving input from an operator, communication means for communicating with other devices, and output means such as a display and a printer.

イオン注入制御部128による制御のもとで、基板104には断面が例えばスポット状のイオンビーム20が照射される。イオンビーム20はビームスキャナ120によってある方向に走査され(ビームスキャンとも呼ばれる)、基板104はその直交方向に機械的に走査される(メカニカルスキャンとも呼ばれる)。ビームスキャンとメカニカルスキャンとを協調させることにより、所与の走査シーケンスに従って基板104上のイオンビーム照射領域(例えば基板104の全面)にイオンビーム20を照射することができる。こうした一方向のビームスキャンとその垂直方向へのメカニカルスキャンとを組み合わせるスキャン方式はハイブリッドスキャンと呼ばれることもある。   Under the control of the ion implantation control unit 128, the substrate 104 is irradiated with, for example, a spot-like ion beam 20 having a cross section. The ion beam 20 is scanned in one direction by the beam scanner 120 (also called a beam scan), and the substrate 104 is mechanically scanned in the orthogonal direction (also called a mechanical scan). By coordinating beam scanning and mechanical scanning, the ion beam irradiation region (for example, the entire surface of the substrate 104) on the substrate 104 can be irradiated with the ion beam 20 in accordance with a given scanning sequence. Such a scanning method that combines a beam scan in one direction and a mechanical scan in the vertical direction is sometimes called a hybrid scan.

なおイオン注入装置100はハイブリッドスキャン方式には限られない。イオン注入装置100は例えば、一軸方向にビーム断面が延びるいわゆるリボンビームとその直交方向へのメカニカルスキャンとを組み合わせる走査方式を採用してもよい。あるいは、イオン注入装置100は、スポットビームに対しビーム進行方向に垂直面内で2次元にメカニカルスキャンを行う方式を採用してもよい。   The ion implantation apparatus 100 is not limited to the hybrid scan method. For example, the ion implantation apparatus 100 may employ a scanning method in which a so-called ribbon beam extending in a uniaxial direction and a mechanical scan in the orthogonal direction are combined. Alternatively, the ion implantation apparatus 100 may adopt a method of performing two-dimensional mechanical scanning in a plane perpendicular to the beam traveling direction with respect to the spot beam.

図1に示すイオン注入装置100はいわゆる枚葉式に構成されている。すなわち、イオン注入装置100は、基板支持部124に一度に一枚の基板104が保持され、一枚ずつイオン注入処理が行われる形式である。なお必ずしも一枚ずつの処理に限られるわけではなく、基板支持部124は2枚以上を同時に保持して少なくとも一方向にメカニカルスキャンを提供するよう構成されていてもよい。また、イオン注入装置100は、多数の基板を回転可能なテーブルに載置して回転させながらイオン注入を多数の基板に同時に行ういわゆるバッチ式に構成されていてもよい。   The ion implantation apparatus 100 shown in FIG. 1 is configured as a so-called single wafer type. That is, the ion implantation apparatus 100 is a type in which one substrate 104 is held at a time on the substrate support portion 124 and ion implantation processing is performed one by one. Note that the processing is not necessarily limited to processing one by one, and the substrate support unit 124 may be configured to provide two or more sheets simultaneously and provide mechanical scanning in at least one direction. Further, the ion implantation apparatus 100 may be configured as a so-called batch type in which a large number of substrates are placed on a rotatable table and rotated while simultaneously performing ion implantation on the large number of substrates.

図2は、本発明のある実施形態に係るマイクロ波イオン源10の構成を模式的に示す図である。マイクロ波イオン源10は、電子サイクロトロン共鳴(ECR)条件を満たす磁場またはそれよりも高い磁場を印加したプラズマ室12内へ、磁力線方向にマイクロ波電力を入力して高密度プラズマを生成しイオンを引き出すイオン源である。マイクロ波イオン源10は、磁場とマイクロ波との相互作用によって原料ガスのプラズマを生成し、そのプラズマからプラズマ室12の外部へイオンを引き出すように構成されている。   FIG. 2 is a diagram schematically showing the configuration of the microwave ion source 10 according to an embodiment of the present invention. A microwave ion source 10 generates high-density plasma by inputting microwave power in the direction of magnetic field into a plasma chamber 12 to which a magnetic field satisfying electron cyclotron resonance (ECR) or a magnetic field higher than the magnetic field is applied to generate ions with high density. Ion source to be extracted. The microwave ion source 10 is configured to generate a plasma of a source gas by the interaction between a magnetic field and a microwave, and to extract ions from the plasma to the outside of the plasma chamber 12.

よく知られるように、ECR条件を満たす磁場の強さは使用されるマイクロ波の周波数に対し一意に定まり、マイクロ波周波数が2.45GHzの場合には87.5mT(875ガウス)の磁場が必要である。以下では便宜上、ECR条件を満たす磁場を、共鳴磁場と呼ぶことがある。   As is well known, the strength of the magnetic field that satisfies the ECR condition is uniquely determined with respect to the microwave frequency used, and a magnetic field of 87.5 mT (875 gauss) is required when the microwave frequency is 2.45 GHz. It is. Hereinafter, for convenience, a magnetic field that satisfies the ECR may be referred to as a resonance magnetic field.

マイクロ波イオン源10は、イオン源本体14を備える。イオン源本体14は、プラズマ室12、磁場発生器16、及び真空容器18を備える。   The microwave ion source 10 includes an ion source body 14. The ion source body 14 includes a plasma chamber 12, a magnetic field generator 16, and a vacuum vessel 18.

プラズマ室12は、両端をもつ筒状の形状を有する。プラズマ室12の一端から他端に向かう方向を以下では便宜上、軸方向と呼ぶことがある。また、軸方向に直交する方向を径方向と呼び、軸方向を包囲する方向を周方向と呼ぶことがある。しかしこれらは、プラズマ室12が回転対称性を有する形状であることを必ずしも意味するものではない。図示の例ではプラズマ室12は円筒形状を有するが、プラズマ室12は、プラズマを適切に収容し得る限り、いかなる形状であってもよい。また、プラズマ室12の軸方向長さは、プラズマ室12の端部の径方向長さより長くてもよいし短くてもよい。   The plasma chamber 12 has a cylindrical shape having both ends. Hereinafter, the direction from one end to the other end of the plasma chamber 12 may be referred to as an axial direction for convenience. In addition, a direction orthogonal to the axial direction may be referred to as a radial direction, and a direction surrounding the axial direction may be referred to as a circumferential direction. However, these do not necessarily mean that the plasma chamber 12 has a rotationally symmetric shape. In the illustrated example, the plasma chamber 12 has a cylindrical shape, but the plasma chamber 12 may have any shape as long as it can appropriately accommodate plasma. The axial length of the plasma chamber 12 may be longer or shorter than the radial length of the end portion of the plasma chamber 12.

磁場発生器16は、プラズマ室12に磁場を印加するために設けられている磁場発生器16は、プラズマ室12の中心軸に沿う磁場を発生させるよう構成されており、その磁力線方向を図2に矢印Mで示す。磁場発生器16は、プラズマ室12の軸線上の少なくとも一部分に共鳴磁場またはそれよりも高強度の磁場を発生させるよう構成されている。なお、磁場発生器16は、プラズマ室12の軸線上の少なくとも一部分に共鳴磁場よりも低い磁場を発生させることも可能である。 The magnetic field generator 16 is provided to apply a magnetic field to the plasma chamber 12 . The magnetic field generator 16 is configured to generate a magnetic field along the central axis of the plasma chamber 12, and the direction of the magnetic force lines is indicated by an arrow M in FIG. The magnetic field generator 16 is configured to generate a resonance magnetic field or a magnetic field having a higher strength than that in at least a part on the axis of the plasma chamber 12. The magnetic field generator 16 can also generate a magnetic field lower than the resonance magnetic field in at least a part of the axis of the plasma chamber 12.

後述するように、磁場発生器16は、多価イオンの生成に適するミラー磁場と、1価イオンの生成に適する非ミラー磁場と、を切り替えるよう構成されている。なお多価イオンは2価以上のイオンをいう。磁場発生器16は、軸方向に並ぶ複数の磁場生成部を備え、各磁場生成部はコイル(例えばソレノイドコイル76)などの電磁石及び/または永久磁石を備える。磁場発生器16は、制御部Cによる制御のもとで、または手動で、磁場を切り替える。   As will be described later, the magnetic field generator 16 is configured to switch between a mirror magnetic field suitable for generating multivalent ions and a non-mirror magnetic field suitable for generating monovalent ions. Multivalent ions are divalent or higher ions. The magnetic field generator 16 includes a plurality of magnetic field generation units arranged in the axial direction, and each magnetic field generation unit includes an electromagnet such as a coil (for example, a solenoid coil 76) and / or a permanent magnet. The magnetic field generator 16 switches the magnetic field under the control of the control unit C or manually.

磁場発生器16は、複数の磁場生成部の相対位置を調整するための駆動機構を備えてもよい。また、少なくとも1つの磁場生成部が電磁石及び永久磁石を備え、電磁石と永久磁石とが互いに反対方向(矢印Mの方向とその逆方向)の磁場を発生させるよう構成されていてもよい。ある磁場生成部と他の磁場生成部とが互いに反対方向に磁場を発生させるよう構成されていてもよい。   The magnetic field generator 16 may include a drive mechanism for adjusting the relative positions of the plurality of magnetic field generation units. The at least one magnetic field generation unit may include an electromagnet and a permanent magnet, and the electromagnet and the permanent magnet may be configured to generate magnetic fields in opposite directions (the direction of arrow M and the opposite direction). One magnetic field generation unit and another magnetic field generation unit may be configured to generate magnetic fields in opposite directions.

真空容器18は、プラズマ室12を真空環境に収容するための筐体である。真空容器18は、磁場発生器16を保持するための構造体でもある。プラズマ室12は、内部にマイクロ波を受け入れるための真空窓24を有する。プラズマ室12、磁場発生器16、及び真空容器18については、更に詳しく後述する。   The vacuum container 18 is a housing for accommodating the plasma chamber 12 in a vacuum environment. The vacuum vessel 18 is also a structure for holding the magnetic field generator 16. The plasma chamber 12 has a vacuum window 24 for receiving microwaves therein. The plasma chamber 12, the magnetic field generator 16, and the vacuum vessel 18 will be described in more detail later.

マイクロ波イオン源10は、マイクロ波供給系26を備える。マイクロ波供給系26は、真空窓24を通じてプラズマ室12にマイクロ波電力を入力するよう構成されている。マイクロ波供給系26は、マイクロ波源28、導波管30、及びマッチングセクション32を備える。マイクロ波源28は例えばマグネトロンである。マイクロ波源28は例えば2.45GHzの周波数のマイクロ波を出力する。導波管30は、マイクロ波源28の出力するマイクロ波をプラズマ室12に伝達するための立体回路である。導波管30の一端はマイクロ波源28に接続されており、他端はマッチングセクション32を介して真空窓24に接続されている。マッチングセクション32はマイクロ波の整合のために設けられている。   The microwave ion source 10 includes a microwave supply system 26. The microwave supply system 26 is configured to input microwave power to the plasma chamber 12 through the vacuum window 24. The microwave supply system 26 includes a microwave source 28, a waveguide 30, and a matching section 32. The microwave source 28 is, for example, a magnetron. The microwave source 28 outputs a microwave having a frequency of 2.45 GHz, for example. The waveguide 30 is a three-dimensional circuit for transmitting the microwave output from the microwave source 28 to the plasma chamber 12. One end of the waveguide 30 is connected to the microwave source 28, and the other end is connected to the vacuum window 24 via the matching section 32. A matching section 32 is provided for microwave matching.

このようにして、マイクロ波供給系26から真空窓24を通じてプラズマ室12にマイクロ波が導入される。導入されたマイクロ波は、真空窓24に対向するプラズマ室12の端部へ向けてプラズマ室12の内部を伝搬する。マイクロ波の伝搬方向を図2に矢印Pで示す。マイクロ波の伝搬方向Pは磁場発生器16による磁力線方向Mと同一方向であり、マイクロ波の伝搬方向Pはプラズマ室12の軸方向に一致する。   In this way, microwaves are introduced from the microwave supply system 26 into the plasma chamber 12 through the vacuum window 24. The introduced microwave propagates inside the plasma chamber 12 toward the end of the plasma chamber 12 facing the vacuum window 24. The propagation direction of the microwave is indicated by an arrow P in FIG. The propagation direction P of the microwave is the same as the magnetic force line direction M by the magnetic field generator 16, and the propagation direction P of the microwave coincides with the axial direction of the plasma chamber 12.

マイクロ波イオン源10は、ガス供給系34を備える。ガス供給系34は、プラズマの原料ガスをプラズマ室12に供給するよう構成されている。ガス供給系34は、ガス源であるガスボンベ36とガス流量制御器38とを備える。ガス供給系34のガス配管40の先端が真空容器18を通じてプラズマ室12に接続されている。ガス配管40は例えば、プラズマ室12の側壁64に接続されている。ガス流量制御器38は、ガスボンベ36をプラズマ室12に接続し又は遮断するための開閉弁、またはガスボンベ36からプラズマ室12へのガス流量を調整するための流量制御弁を備える。こうして、原料ガスが、ガスボンベ36からプラズマ室12へと制御された流量及び/または圧力で供給される。   The microwave ion source 10 includes a gas supply system 34. The gas supply system 34 is configured to supply a plasma source gas to the plasma chamber 12. The gas supply system 34 includes a gas cylinder 36 that is a gas source and a gas flow rate controller 38. The front end of the gas pipe 40 of the gas supply system 34 is connected to the plasma chamber 12 through the vacuum vessel 18. For example, the gas pipe 40 is connected to the side wall 64 of the plasma chamber 12. The gas flow rate controller 38 includes an on-off valve for connecting or blocking the gas cylinder 36 to or from the plasma chamber 12 or a flow rate control valve for adjusting the gas flow rate from the gas cylinder 36 to the plasma chamber 12. In this way, the source gas is supplied from the gas cylinder 36 to the plasma chamber 12 at a controlled flow rate and / or pressure.

イオン源本体14は、引出電極系42を備える。引出電極系42は、プラズマ室12のイオン引出開口66を通じてプラズマからイオンを引き出すよう構成されている。引出電極系42は、第1電極44と第2電極46を含む。第1電極44はプラズマ室12と第2電極46との間に設けられている。イオン引出開口66を有する終端部62と第1電極44とは隙間を隔てて配列され、第1電極44と第2電極46とは隙間を隔てて配列されている。第1電極44及び第2電極46は、それぞれ例えば環状に形成されており、プラズマ室12から引き出されたイオンを通すための開口部分を中心部に有する。   The ion source body 14 includes an extraction electrode system 42. The extraction electrode system 42 is configured to extract ions from the plasma through the ion extraction opening 66 of the plasma chamber 12. The extraction electrode system 42 includes a first electrode 44 and a second electrode 46. The first electrode 44 is provided between the plasma chamber 12 and the second electrode 46. The terminal portion 62 having the ion extraction opening 66 and the first electrode 44 are arranged with a gap therebetween, and the first electrode 44 and the second electrode 46 are arranged with a gap therebetween. Each of the first electrode 44 and the second electrode 46 is formed, for example, in an annular shape, and has an opening at the center for allowing ions extracted from the plasma chamber 12 to pass therethrough.

第1電極44は、プラズマから陽イオンを引き出すとともに、ビームライン上流部52からプラズマ室12への電子の戻りを妨げるために設けられている。そのために、第1電極44には負の高電圧が印加されている。第1電極44に負の高電圧を印加するために、第1引出電源48が設けられている。第2電極46は接地されている。また、真空容器18には正の高電圧が印加されている。真空容器18に正の高電圧を印加するために、第2引出電源50が設けられている。このようにして、プラズマ室12から陽イオンのイオンビーム20が引き出される。プラズマ室12からのイオンビーム20の引出方向はマイクロ波の伝搬方向P及び磁力線方向Mと同一方向である。   The first electrode 44 is provided to extract positive ions from the plasma and prevent electrons from returning from the beam line upstream portion 52 to the plasma chamber 12. Therefore, a negative high voltage is applied to the first electrode 44. In order to apply a negative high voltage to the first electrode 44, a first extraction power supply 48 is provided. The second electrode 46 is grounded. A positive high voltage is applied to the vacuum vessel 18. In order to apply a positive high voltage to the vacuum vessel 18, a second extraction power source 50 is provided. In this manner, a positive ion beam 20 is extracted from the plasma chamber 12. The extraction direction of the ion beam 20 from the plasma chamber 12 is the same as the microwave propagation direction P and the magnetic force line direction M.

マイクロ波イオン源10には、引出電極系42によって引き出されたイオンビーム20を輸送するためのビームライン上流部52が接続されている。ビームライン上流部52は、マイクロ波供給系26と反対側でイオン源本体14に連結されたビームラインアセンブリ110(図1参照)の一部である。ビームライン上流部52は、イオン源本体14の真空容器18に対し絶縁されて真空容器18に取り付けられている。そのために、ビームライン上流部52と真空容器18の間にブッシング54が設けられている。   The microwave ion source 10 is connected to a beam line upstream portion 52 for transporting the ion beam 20 extracted by the extraction electrode system 42. The beam line upstream portion 52 is a part of the beam line assembly 110 (see FIG. 1) connected to the ion source main body 14 on the side opposite to the microwave supply system 26. The beam line upstream portion 52 is insulated from the vacuum vessel 18 of the ion source body 14 and attached to the vacuum vessel 18. For this purpose, a bushing 54 is provided between the beam line upstream portion 52 and the vacuum vessel 18.

ブッシング54は、ビームライン上流部52及び真空容器18内の真空を維持しつつ、真空容器18とグラウンド側との間の耐電圧を保持する。ブッシング54は絶縁材料で形成されている。ブッシング54は環状の形状を有し、引出電極系42を囲んでいる。ブッシング54は、ビームライン上流部52及びイオン源本体14それぞれの取付フランジ間に挟まれて取り付けられている。   The bushing 54 maintains the withstand voltage between the vacuum vessel 18 and the ground side while maintaining the vacuum in the beam line upstream portion 52 and the vacuum vessel 18. The bushing 54 is made of an insulating material. The bushing 54 has an annular shape and surrounds the extraction electrode system 42. The bushing 54 is attached by being sandwiched between the mounting flanges of the beam line upstream portion 52 and the ion source main body 14.

真空容器18及びプラズマ室12に真空環境を提供するための真空排気装置56が設けられている。真空排気装置56はビームライン上流部52に設けられており、図1に示す真空排気系126の一部を構成する。ビームライン上流部52は真空容器18及びプラズマ室12に連通されているので、真空排気装置56は真空容器18及びプラズマ室12の真空排気をすることができる。   A vacuum exhaust device 56 for providing a vacuum environment to the vacuum vessel 18 and the plasma chamber 12 is provided. The evacuation device 56 is provided in the beam line upstream portion 52 and constitutes a part of the evacuation system 126 shown in FIG. Since the beam line upstream portion 52 communicates with the vacuum vessel 18 and the plasma chamber 12, the vacuum exhaust device 56 can evacuate the vacuum vessel 18 and the plasma chamber 12.

マイクロ波イオン源10は、イオンビーム20を制御するための制御部Cを備えてもよい。制御部Cは、マイクロ波イオン源10の各構成要素を制御し、プラズマ室12に生成されるプラズマを制御し、それにより例えばイオン電流量を制御する。制御部Cは、例えば、マイクロ波供給系26、ガス供給系34、第1コイル電源77、第2コイル電源79、第3コイル電源81の動作を制御するよう構成されている。制御部Cは例えば、原料ガスの流量及び/または圧力、マイクロ波電力、及び、プラズマ室12内の磁場強度の少なくとも1つを調整することにより、イオンビーム20を制御してもよい。制御部Cは、上述のイオン注入制御部128の一部であってもよいし、イオン注入制御部128とは別に設けられていてもよい。   The microwave ion source 10 may include a control unit C for controlling the ion beam 20. The control unit C controls each component of the microwave ion source 10 to control the plasma generated in the plasma chamber 12, thereby controlling, for example, the amount of ion current. The control unit C is configured to control the operations of the microwave supply system 26, the gas supply system 34, the first coil power supply 77, the second coil power supply 79, and the third coil power supply 81, for example. For example, the controller C may control the ion beam 20 by adjusting at least one of the flow rate and / or pressure of the source gas, the microwave power, and the magnetic field strength in the plasma chamber 12. The control unit C may be a part of the ion implantation control unit 128 described above, or may be provided separately from the ion implantation control unit 128.

プラズマ室12は、その内部空間にプラズマを生成し維持するよう構成されている。プラズマ室12の内部空間を以下では、プラズマ収容空間58と呼ぶことがある。   The plasma chamber 12 is configured to generate and maintain plasma in its internal space. Hereinafter, the internal space of the plasma chamber 12 may be referred to as a plasma accommodating space 58.

プラズマ室12は、始端部60、終端部62、及び側壁64を含む。始端部60と終端部62とはプラズマ収容空間58を挟んで対向している。側壁64はプラズマ収容空間58を囲み、始端部60と終端部62とを接続している。このようにして、始端部60、終端部62、及び側壁64によってプラズマ収容空間58が真空容器18の内部に画定されている。プラズマ室12が円筒形状である場合、始端部60及び終端部62は円板形状であり、側壁64は円筒であり、始端部60及び終端部62の外周部に側壁64の末端が固定されている。   The plasma chamber 12 includes a start end portion 60, a termination end portion 62, and a side wall 64. The start end portion 60 and the end end portion 62 face each other with the plasma accommodating space 58 interposed therebetween. The side wall 64 surrounds the plasma storage space 58 and connects the start end 60 and the end end 62. In this way, the plasma storage space 58 is defined inside the vacuum vessel 18 by the start end portion 60, the end end portion 62, and the side wall 64. When the plasma chamber 12 has a cylindrical shape, the start end portion 60 and the end portion 62 have a disk shape, the side wall 64 has a cylindrical shape, and the ends of the side walls 64 are fixed to the outer peripheral portions of the start end portion 60 and the end portion 62. Yes.

始端部60は真空窓24を有する。真空窓24は始端部60の全体を占めていてもよいし、始端部60の一部(例えば中心部)に形成されていてもよい。真空窓24の一方の側がプラズマ収容空間58に面しており、真空窓24の他方の側がマイクロ波供給系26に向けられている。真空窓24はプラズマ室12の内部を真空に封じる。マイクロ波の伝搬方向Pは真空窓24に垂直である。真空窓24は誘電体損の低い誘電体(例えばアルミナまたは窒化ホウ素等)で形成されている。なおプラズマ室12及び真空容器18の真空窓24以外の部分は例えば非磁性金属材料で形成されている。   The start end 60 has a vacuum window 24. The vacuum window 24 may occupy the entire start end 60 or may be formed at a part (for example, the center) of the start end 60. One side of the vacuum window 24 faces the plasma accommodating space 58, and the other side of the vacuum window 24 is directed to the microwave supply system 26. The vacuum window 24 seals the inside of the plasma chamber 12 to a vacuum. The propagation direction P of the microwave is perpendicular to the vacuum window 24. The vacuum window 24 is formed of a dielectric having a low dielectric loss (for example, alumina or boron nitride). The portions other than the vacuum window 24 of the plasma chamber 12 and the vacuum vessel 18 are made of, for example, a nonmagnetic metal material.

終端部62には少なくとも1つのイオン引出開口66が形成されている。イオン引出開口66は、プラズマ収容空間58を挟んで真空窓24に対向する位置に形成されている。すなわち、真空窓24、プラズマ収容空間58、及びイオン引出開口66は、プラズマ室12の軸方向に沿って配列されている。   At least one ion extraction opening 66 is formed in the end portion 62. The ion extraction opening 66 is formed at a position facing the vacuum window 24 with the plasma accommodating space 58 interposed therebetween. That is, the vacuum window 24, the plasma accommodating space 58, and the ion extraction opening 66 are arranged along the axial direction of the plasma chamber 12.

真空容器18は、プラズマ室12が一体に形成された二重の筒構造を有する。すなわち、プラズマ室12が真空容器18の内筒であり、その外側にプラズマ室12を収容する外筒68が設けられている。外筒68はプラズマ室12と同軸の円筒形状であってもよい。外筒68とプラズマ室12の側壁64との間には隙間があり、この隙間に上述のガス供給系34のガス配管40の先端部が進入し側壁64に取り付けられている。   The vacuum vessel 18 has a double cylinder structure in which the plasma chamber 12 is integrally formed. That is, the plasma chamber 12 is an inner cylinder of the vacuum vessel 18, and an outer cylinder 68 that accommodates the plasma chamber 12 is provided outside the plasma chamber 12. The outer cylinder 68 may have a cylindrical shape that is coaxial with the plasma chamber 12. There is a gap between the outer cylinder 68 and the side wall 64 of the plasma chamber 12, and the tip of the gas pipe 40 of the gas supply system 34 enters the gap and is attached to the side wall 64.

真空容器18は、プラズマ室12と一体に形成されていなくてもよい。真空容器18とプラズマ室12とがそれぞれ別体であり分割可能であってもよい。また、真空容器18自体がプラズマ室12を成していてもよい。このように真空容器18がプラズマ室12を兼用する場合には、外筒68のビームライン上流部52側にイオン引出開口66を有する端板を取り付ければよい。   The vacuum vessel 18 may not be formed integrally with the plasma chamber 12. The vacuum vessel 18 and the plasma chamber 12 may be separate and separable. Further, the vacuum vessel 18 itself may form the plasma chamber 12. Thus, when the vacuum vessel 18 also serves as the plasma chamber 12, an end plate having an ion extraction opening 66 may be attached to the beam line upstream portion 52 side of the outer cylinder 68.

真空容器18の一端は端板70により閉塞され、他端はビームライン上流部52に向けて開放されている。端板70の中心部にプラズマ室12の始端部60が形成されている。端板70の外周部は径方向に外筒68の外側まで延びている。ビームライン上流部52側の真空容器18の端部には、ブッシング54のための取付フランジ72が設けられている。取付フランジ72は外筒68から径方向に外側に延びている。真空容器18とプラズマ室12とは軸方向長さが等しく、取付フランジ72とプラズマ室12の終端部62とは軸方向位置が一致している。真空容器18とプラズマ室12とは軸方向長さが異なっていてもよい。   One end of the vacuum vessel 18 is closed by an end plate 70, and the other end is opened toward the beam line upstream portion 52. A starting end 60 of the plasma chamber 12 is formed at the center of the end plate 70. The outer peripheral portion of the end plate 70 extends to the outside of the outer cylinder 68 in the radial direction. An attachment flange 72 for the bushing 54 is provided at the end of the vacuum vessel 18 on the beam line upstream portion 52 side. The mounting flange 72 extends radially outward from the outer cylinder 68. The vacuum vessel 18 and the plasma chamber 12 have the same axial length, and the mounting flange 72 and the end portion 62 of the plasma chamber 12 have the same axial position. The vacuum vessel 18 and the plasma chamber 12 may have different axial lengths.

真空容器18には、磁場発生器16を保持するための磁石保持部74が形成されている。磁石保持部74は例えば、真空容器18の外筒68の外表面に形成されている。本実施例においては磁場発生器16は真空容器18の外側に(即ち大気中に)設けられている。磁場発生器16は真空容器18を取り囲むように配置されている。しかし、別の例では、真空容器18は、磁場発生器16を真空容器18の内部に(即ち真空中に)保持するための磁石保持部74を備えてもよい。この場合にも本例と同様の効果を得ることができる。このようにして、磁場発生器16は、プラズマ収容空間58を包囲するように配置されている。   A magnet holder 74 for holding the magnetic field generator 16 is formed in the vacuum container 18. For example, the magnet holding part 74 is formed on the outer surface of the outer cylinder 68 of the vacuum vessel 18. In this embodiment, the magnetic field generator 16 is provided outside the vacuum vessel 18 (that is, in the atmosphere). The magnetic field generator 16 is disposed so as to surround the vacuum vessel 18. However, in another example, the vacuum vessel 18 may include a magnet holding unit 74 for holding the magnetic field generator 16 inside the vacuum vessel 18 (that is, in a vacuum). In this case, the same effect as in this example can be obtained. In this way, the magnetic field generator 16 is arranged so as to surround the plasma accommodating space 58.

磁場発生器16は、軸方向に並ぶ複数のコイル、具体的には、第1ソレノイドコイル76、第2ソレノイドコイル78、及び第3ソレノイドコイル80を備える。これら3つのコイルはそれぞれ、プラズマ室12を囲むように配設されており、プラズマ室12の軸方向を向く磁場を発生させるよう構成されている。第1ソレノイドコイル76はプラズマ室12の始端部60を囲み、第3ソレノイドコイル80はプラズマ室12の終端部62を囲む。第2ソレノイドコイル78は第1ソレノイドコイル76と第3ソレノイドコイル80との間に設けられており、プラズマ室12の側壁64の中央部を囲む。本実施形態においてはプラズマ室12及び真空容器18は円筒形状であり、各コイルは環状に形成され、プラズマ室12の周方向に導線が巻かれている。隣接するコイル間には軸方向に隙間がある。各コイルにはヨークが設けられていてもよい。   The magnetic field generator 16 includes a plurality of coils arranged in the axial direction, specifically, a first solenoid coil 76, a second solenoid coil 78, and a third solenoid coil 80. Each of these three coils is disposed so as to surround the plasma chamber 12 and is configured to generate a magnetic field directed in the axial direction of the plasma chamber 12. The first solenoid coil 76 surrounds the start end 60 of the plasma chamber 12, and the third solenoid coil 80 surrounds the end 62 of the plasma chamber 12. The second solenoid coil 78 is provided between the first solenoid coil 76 and the third solenoid coil 80 and surrounds the central portion of the side wall 64 of the plasma chamber 12. In the present embodiment, the plasma chamber 12 and the vacuum vessel 18 are cylindrical, and each coil is formed in an annular shape, and a conducting wire is wound around the plasma chamber 12 in the circumferential direction. There is a gap in the axial direction between adjacent coils. Each coil may be provided with a yoke.

また、磁場発生器16は、各コイルに対応するコイル電源を備える。すなわち、磁場発生器16は、第1ソレノイドコイル76に電流を流すための第1コイル電源77と、第2ソレノイドコイル78に電流を流すための第2コイル電源79と、第3ソレノイドコイル80に電流を流すための第3コイル電源81と、を備える。   The magnetic field generator 16 includes a coil power source corresponding to each coil. That is, the magnetic field generator 16 supplies a first coil power source 77 for flowing current to the first solenoid coil 76, a second coil power source 79 for flowing current to the second solenoid coil 78, and a third solenoid coil 80. And a third coil power supply 81 for supplying a current.

制御部Cは、第1コイル電源77、第2コイル電源79、及び第3コイル電源81を個別的に制御する。それにより、制御部Cは、第1ソレノイドコイル76、第2ソレノイドコイル78、及び第3ソレノイドコイル80のそれぞれに異なる大きさの電流を与える。電流の大きさはその結果得られる磁場の大きさに相関する。したがって、磁場発生器16は、第1ソレノイドコイル76、第2ソレノイドコイル78、及び第3ソレノイドコイル80に対応するプラズマ室12の軸方向位置のそれぞれに異なる大きさの軸方向磁場を発生させる。なお、コイル電源は個別に制御されるので複数のコイル電源に同じ大きさの電流を与え、複数のコイルに同じ大きさの磁場を発生させることも当然可能である。   The control unit C individually controls the first coil power source 77, the second coil power source 79, and the third coil power source 81. Thereby, the control unit C applies different currents to the first solenoid coil 76, the second solenoid coil 78, and the third solenoid coil 80. The magnitude of the current correlates with the magnitude of the resulting magnetic field. Therefore, the magnetic field generator 16 generates axial magnetic fields having different magnitudes at the respective axial positions of the plasma chamber 12 corresponding to the first solenoid coil 76, the second solenoid coil 78, and the third solenoid coil 80. Since the coil power supplies are individually controlled, it is naturally possible to apply the same magnitude of current to the plurality of coil power supplies and generate the same magnitude of magnetic fields in the plurality of coils.

図3は、本発明のある実施形態に係る磁場発生器16がプラズマ室12に発生させる軸方向磁場分布を例示する図である。図3の上部には、図2に示すマイクロ波イオン源10の要部を概略的に示す。図3の中央及び下部にはそれぞれ、磁場発生器16がプラズマ室12に発生させるミラー磁場B1及び非ミラー磁場B2を例示する。図3において縦軸はプラズマ室12の中心軸上での軸方向磁束密度Bを表し、横軸はプラズマ室12の軸方向位置Lを表す。破線により共鳴磁場BECRを示す。また、第1ソレノイドコイル76、第2ソレノイドコイル78、及び第3ソレノイドコイル80に相当する軸方向位置をそれぞれ符号L1、L2、L3で示す。 FIG. 3 is a diagram illustrating an axial magnetic field distribution generated in the plasma chamber 12 by the magnetic field generator 16 according to an embodiment of the invention. The upper part of FIG. 3 schematically shows the main part of the microwave ion source 10 shown in FIG. In the center and the lower part of FIG. 3, a mirror magnetic field B1 and a non-mirror magnetic field B2 generated in the plasma chamber 12 by the magnetic field generator 16 are illustrated. In FIG. 3, the vertical axis represents the axial magnetic flux density B on the central axis of the plasma chamber 12, and the horizontal axis represents the axial position L of the plasma chamber 12. The resonance magnetic field B ECR is indicated by a broken line. In addition, axial positions corresponding to the first solenoid coil 76, the second solenoid coil 78, and the third solenoid coil 80 are denoted by reference numerals L1, L2, and L3, respectively.

図示されるように、ミラー磁場B1は2つのピークをもつ双峰型の軸方向磁場分布を有する。ミラー磁場B1は、第1ソレノイドコイル76に相当する軸方向位置L1に第1ピークを有し、第3ソレノイドコイル80に相当する軸方向位置L3に第1ピークと同等の第2ピークを有する。第1ピーク及び第2ピークはプラズマ室12の軸方向磁場の最大値を与える。第1ピーク及び第2ピークの磁場強度は共鳴磁場BECRより大きい。また、ミラー磁場B1は、軸方向位置L1と軸方向位置L3との間における軸方向磁場の最小値を、第2ソレノイドコイル78に相当する軸方向位置L2に有する。この最小値は図示の例では共鳴磁場BECRより小さいが、共鳴磁場BECRより大きくてもよい。こうしたミラー磁場B1は電子を閉じ込める効果があり、プラズマ室12での多価イオンの生成に適する。 As illustrated, the mirror magnetic field B1 has a bimodal axial magnetic field distribution with two peaks. The mirror magnetic field B1 has a first peak at an axial position L1 corresponding to the first solenoid coil 76, and a second peak equivalent to the first peak at an axial position L3 corresponding to the third solenoid coil 80. The first peak and the second peak give the maximum value of the axial magnetic field of the plasma chamber 12. The magnetic field strength of the first peak and the second peak is larger than the resonance magnetic field B ECR . Further, the mirror magnetic field B1 has the minimum value of the axial magnetic field between the axial position L1 and the axial position L3 at the axial position L2 corresponding to the second solenoid coil 78. This minimum value is smaller than the resonance magnetic field B ECR in the illustrated example, but may be larger than the resonance magnetic field B ECR . Such a mirror magnetic field B1 has an effect of confining electrons and is suitable for the generation of multiply charged ions in the plasma chamber 12.

制御部Cは、第1ソレノイドコイル76及び第3ソレノイドコイル80に大電流を与えるように第1コイル電源77及び第3コイル電源81を制御し、第2ソレノイドコイル78に小電流を与えるように第2コイル電源79を制御する。このようにして、制御部Cは、プラズマ室12にミラー磁場B1を発生させるように磁場発生器16を制御する。なお、制御部Cは、小電流を与える代わりに第2ソレノイドコイル78への給電を停止してもよい。   The controller C controls the first coil power supply 77 and the third coil power supply 81 so as to apply a large current to the first solenoid coil 76 and the third solenoid coil 80, and applies a small current to the second solenoid coil 78. The second coil power source 79 is controlled. In this way, the control unit C controls the magnetic field generator 16 so as to generate the mirror magnetic field B1 in the plasma chamber 12. Note that the control unit C may stop supplying power to the second solenoid coil 78 instead of applying a small current.

また、非ミラー磁場B2は1つのピークをもつ単峰型の軸方向磁場分布を有する。非ミラー磁場B2は、第2ソレノイドコイル78に相当する軸方向位置L2に軸方向磁場の最大値を有する。この最大値は共鳴磁場BECRより大きい。また、非ミラー磁場B2は、プラズマ室12の軸方向全体にわたって共鳴磁場BECRより大きい。したがって、非ミラー磁場B2は、プラズマを生成し維持するのに役立つが、電子を閉じ込める効果は有しない。このような非ミラー磁場B2は、プラズマ室12での1価イオンの生成に適する。 The non-mirror magnetic field B2 has a single-peak axial magnetic field distribution having one peak. The non-mirror magnetic field B <b> 2 has a maximum value of the axial magnetic field at the axial position L <b> 2 corresponding to the second solenoid coil 78. This maximum value is larger than the resonance magnetic field B ECR . Further, the non-mirror magnetic field B < b > 2 is larger than the resonance magnetic field B ECR over the entire axial direction of the plasma chamber 12. Thus, the non-mirror magnetic field B2 helps to generate and maintain the plasma, but has no effect of confining electrons. Such a non-mirror magnetic field B2 is suitable for generation of monovalent ions in the plasma chamber 12.

制御部Cは、第1ソレノイドコイル76及び第3ソレノイドコイル80に小電流を与えるように第1コイル電源77及び第3コイル電源81を制御し、第2ソレノイドコイル78に大電流を与えるように第2コイル電源79を制御する。このようにして、制御部Cは、プラズマ室12に非ミラー磁場B2を発生させるように磁場発生器16を制御する。   The control unit C controls the first coil power source 77 and the third coil power source 81 so as to apply a small current to the first solenoid coil 76 and the third solenoid coil 80, and applies a large current to the second solenoid coil 78. The second coil power source 79 is controlled. In this way, the control unit C controls the magnetic field generator 16 so as to generate the non-mirror magnetic field B2 in the plasma chamber 12.

図4は、本発明のある実施形態に係る磁場発生器16がプラズマ室12に発生させる非ミラー磁場の別の例を示す図である。図3に示す非ミラー磁場B2がプラズマ室12中央の軸方向位置L2に関して左右対称であるのに対し、図4に示す非ミラー磁場B2’は、プラズマ室12中央に関して非対称である。非ミラー磁場B2’は、第1ソレノイドコイル76に相当する軸方向位置L1に軸方向磁場の最大値を有する。また、非ミラー磁場B2’は、第2ソレノイドコイル78に相当する軸方向位置L2を境界として、真空窓24側は共鳴磁場BECRより大きく、イオン引出開口66側は共鳴磁場BECRより小さい。 FIG. 4 is a diagram showing another example of a non-mirror magnetic field generated in the plasma chamber 12 by the magnetic field generator 16 according to an embodiment of the present invention. The non-mirror magnetic field B2 shown in FIG. 3 is symmetrical with respect to the axial position L2 at the center of the plasma chamber 12, whereas the non-mirror magnetic field B2 ′ shown in FIG. The non-mirror magnetic field B2 ′ has the maximum value of the axial magnetic field at the axial position L1 corresponding to the first solenoid coil 76. The non-mirror field B2 'is the axial position L2 that corresponds to the second solenoid coil 78 as a boundary, the vacuum window 24 side larger than resonance magnetic field B ECR, the ion extracting opening 66 side is smaller than the resonance magnetic field B ECR.

この場合、制御部Cは、第1ソレノイドコイル76に大電流を与えるように第1コイル電源77を制御し、第2ソレノイドコイル78に中電流を与えるように第2コイル電源79を制御し、第3ソレノイドコイル80に小電流を与えるように第3コイル電源81を制御してもよい。このようにして、制御部Cは、プラズマ室12に非ミラー磁場B2’を発生させるように磁場発生器16を制御してもよい。   In this case, the control unit C controls the first coil power source 77 so as to give a large current to the first solenoid coil 76, and controls the second coil power source 79 so as to give a medium current to the second solenoid coil 78. The third coil power supply 81 may be controlled so as to apply a small current to the third solenoid coil 80. In this way, the control unit C may control the magnetic field generator 16 so as to generate the non-mirror magnetic field B <b> 2 ′ in the plasma chamber 12.

このように非ミラー磁場のピーク位置及び/または磁場強度を変更することにより、プラズマ室12内のプラズマ分布やプラズマ密度を調整し、プラズマ室12から引き出されるイオン電流量を制御することができる。したがって、マイクロ波イオン源10は、プラズマ室12内の非ミラー磁場を調整することにより、プラズマ室12から引き出される1価イオンのイオン電流量を制御することができる。   By changing the peak position and / or the magnetic field strength of the non-mirror magnetic field in this way, the plasma distribution and plasma density in the plasma chamber 12 can be adjusted, and the amount of ion current drawn from the plasma chamber 12 can be controlled. Therefore, the microwave ion source 10 can control the ion current amount of monovalent ions extracted from the plasma chamber 12 by adjusting the non-mirror magnetic field in the plasma chamber 12.

同様に、制御部Cは、ミラー磁場B1のピーク位置及び/または磁場強度を変更するように磁場発生器16を調整してもよい。こうして、マイクロ波イオン源10は、プラズマ室12内のミラー磁場を調整することにより、プラズマ室12から引き出される多価イオンのイオン電流量を制御することができる。   Similarly, the control unit C may adjust the magnetic field generator 16 so as to change the peak position and / or the magnetic field strength of the mirror magnetic field B1. Thus, the microwave ion source 10 can control the ion current amount of multiply charged ions extracted from the plasma chamber 12 by adjusting the mirror magnetic field in the plasma chamber 12.

図5は、本発明のある実施形態に係るマイクロ波イオン源10の運転方法を表すフローチャートである。この方法は例えば制御部Cにより実行される。図5に示されるように、この方法は、運転モード選択ステップ(S10)と、プラズマ生成ステップ(S20)と、を備える。   FIG. 5 is a flowchart showing a method of operating the microwave ion source 10 according to an embodiment of the present invention. This method is executed by the control unit C, for example. As shown in FIG. 5, the method includes an operation mode selection step (S10) and a plasma generation step (S20).

制御部Cは、マイクロ波イオン源10の複数の運転モードからいずれかの運転モードを選択する(S10)。複数の運転モードは、多価イオンの生成に適する第1運転モードと、1価イオンの生成に適する第2運転モードと、を含む。   The controller C selects one of the operation modes from the plurality of operation modes of the microwave ion source 10 (S10). The plurality of operation modes include a first operation mode suitable for the production of multiply charged ions and a second operation mode suitable for the production of monovalent ions.

制御部Cは、プロセスに応じてイオンビーム20に必要とされるエネルギーの大きさに基づいて、第1運転モードと第2運転モードとを切り替える。制御部Cは、設定されたエネルギーしきい値を超えるエネルギーを有するイオンビーム20を得るために第1運転モードを選択し、このしきい値以下のエネルギーを有するイオンビーム20を得るために第2運転モードを選択する。このようにすれば、1価イオンを利用して低エネルギーイオンビームを生成し、多価イオンを利用して高エネルギーイオンビームを生成することができる。したがって、広いエネルギー領域をカバーするマイクロ波イオン源10を提供することができる。   The control unit C switches between the first operation mode and the second operation mode based on the magnitude of energy required for the ion beam 20 according to the process. The control unit C selects the first operation mode in order to obtain the ion beam 20 having an energy exceeding the set energy threshold value, and the second operation mode in order to obtain the ion beam 20 having the energy equal to or lower than the threshold value. Select the operation mode. In this way, a low energy ion beam can be generated using monovalent ions, and a high energy ion beam can be generated using multivalent ions. Therefore, the microwave ion source 10 covering a wide energy region can be provided.

第1運転モードは、ミラー磁場をプラズマ室12に発生させるように設定されている。また、第1運転モードは、比較的大きい第1のマイクロ波電力をプラズマ室12に与えるよう設定されている。さらに、第1運転モードは、比較的低い第1の圧力をプラズマ室12に生じさせる(言い換えると、低濃度の原料ガスをプラズマ室12に供給する)よう設定されている。   The first operation mode is set to generate a mirror magnetic field in the plasma chamber 12. Further, the first operation mode is set so that a relatively large first microwave power is applied to the plasma chamber 12. Further, the first operation mode is set so that a relatively low first pressure is generated in the plasma chamber 12 (in other words, a low-concentration source gas is supplied to the plasma chamber 12).

また、第2運転モードは、非ミラー磁場をプラズマ室12に発生させるように設定されている。また、第2運転モードは、第1のマイクロ波電力より低い第2のマイクロ波電力をプラズマ室12に与えるよう設定されている。さらに、第2運転モードは、第1の圧力より高い第2の圧力をプラズマ室12に生じさせる(言い換えると、高濃度の原料ガスをプラズマ室12に供給する)よう設定されている。   The second operation mode is set so that a non-mirror magnetic field is generated in the plasma chamber 12. Further, the second operation mode is set so that the second microwave power lower than the first microwave power is applied to the plasma chamber 12. Further, the second operation mode is set so that a second pressure higher than the first pressure is generated in the plasma chamber 12 (in other words, a high-concentration source gas is supplied to the plasma chamber 12).

制御部Cは、選択された運転モードに従ってプラズマ室12にプラズマを生成する(S20)。第1運転モードが選択されている場合には、制御部Cは、ミラー磁場をプラズマ室12に発生させるように磁場発生器16を制御する。また、制御部Cは、第1のマイクロ波電力をプラズマ室12に与えるようにマイクロ波供給系26を制御する。さらに、制御部Cは、第1の圧力をプラズマ室12に生じさせるようにガス供給系34を制御する。こうして、プラズマ室12には、ミラー磁場のもとで低圧の原料ガスと高いマイクロ波電力とが供給される。ミラー磁場によるプラズマの閉じ込めにより多価イオンが効率的に生成される。引出電極系42によってイオン引出開口66を通じてプラズマ室12から多価イオンを多く含むイオンビーム20が引き出される。引き出されたイオンビーム20はビームライン上流部52へと供給される。   The control unit C generates plasma in the plasma chamber 12 according to the selected operation mode (S20). When the first operation mode is selected, the control unit C controls the magnetic field generator 16 so as to generate a mirror magnetic field in the plasma chamber 12. Further, the control unit C controls the microwave supply system 26 so as to supply the first microwave power to the plasma chamber 12. Further, the control unit C controls the gas supply system 34 so as to generate the first pressure in the plasma chamber 12. Thus, the plasma chamber 12 is supplied with a low-pressure source gas and high microwave power under a mirror magnetic field. Multivalent ions are efficiently generated by confinement of plasma by a mirror magnetic field. The ion beam 20 containing a large amount of multivalent ions is extracted from the plasma chamber 12 through the ion extraction opening 66 by the extraction electrode system 42. The extracted ion beam 20 is supplied to the beam line upstream portion 52.

一方、第2運転モードが選択されている場合には、制御部Cは、非ミラー磁場をプラズマ室12に発生させるように磁場発生器16を制御する。また、制御部Cは、第2のマイクロ波電力をプラズマ室12に与えるようにマイクロ波供給系26を制御する。さらに、制御部Cは、第2の圧力をプラズマ室12に生じさせるようにガス供給系34を制御する。こうして、プラズマ室12には、非ミラー磁場のもとで高圧の原料ガスと低いマイクロ波電力とが供給され、主として1価イオンが生成される。引出電極系42によってイオン引出開口66を通じてプラズマ室12から1価イオンを多く含むイオンビーム20が引き出される。引き出されたイオンビーム20はビームライン上流部52へと供給される。   On the other hand, when the second operation mode is selected, the control unit C controls the magnetic field generator 16 so as to generate a non-mirror magnetic field in the plasma chamber 12. Further, the control unit C controls the microwave supply system 26 so as to apply the second microwave power to the plasma chamber 12. Further, the control unit C controls the gas supply system 34 so that the second pressure is generated in the plasma chamber 12. Thus, the plasma chamber 12 is supplied with a high-pressure source gas and low microwave power under a non-mirror magnetic field, and mainly generates monovalent ions. The ion beam 20 containing a large amount of monovalent ions is extracted from the plasma chamber 12 through the ion extraction opening 66 by the extraction electrode system 42. The extracted ion beam 20 is supplied to the beam line upstream portion 52.

したがって、本実施形態によると、一台のマイクロ波イオン源10で1価イオン源と多価イオン源の両方の機能を提供することができる。   Therefore, according to this embodiment, the function of both a monovalent ion source and a multivalent ion source can be provided by a single microwave ion source 10.

また、低エネルギーから高エネルギーまで広いエネルギー領域にわたって使用できるマイクロ波イオン源10が提供される。例えば、1価から5価のイオンが生成可能であり、引出電圧が100kVまで可能である構成を考えると、引き出されるイオンのエネルギー領域は0〜500keVとなる。また、タンデム加速や高周波加速のような後段加速を組み合わせることにより、さらに広いエネルギー領域を実現することができる。例えば1MeVまで加速できる後段加速を組み合わせることにより、0〜5MeVのエネルギー領域を得られる。   Moreover, the microwave ion source 10 which can be used over a wide energy region from low energy to high energy is provided. For example, considering the configuration in which monovalent to pentavalent ions can be generated and the extraction voltage can be up to 100 kV, the energy region of the extracted ions is 0 to 500 keV. Further, a wider energy range can be realized by combining post-stage acceleration such as tandem acceleration and high-frequency acceleration. For example, an energy region of 0 to 5 MeV can be obtained by combining post acceleration that can accelerate to 1 MeV.

こうしたマイクロ波イオン源を備えるイオン注入装置は、たいていの半導体デバイス(例えば、パワートランジスタ、メモリー、ロジックなど)を製造するためのプロセスに使用することができる。幅広い用途に利用することができるので、本実施形態に係るマイクロ波イオン源及びこれを備えるイオン注入装置は、研究用途、小規模ライン、多品種少量生産に特に有用である。   An ion implanter comprising such a microwave ion source can be used in processes for manufacturing most semiconductor devices (eg, power transistors, memories, logic, etc.). Since it can be used for a wide range of applications, the microwave ion source and the ion implantation apparatus including the microwave ion source according to the present embodiment are particularly useful for research applications, small-scale lines, and high-mix low-volume production.

図6は、本発明の他の実施形態に係るマイクロ波イオン源10の構成を模式的に示す図である。マイクロ波イオン源10の磁場発生器16は、第1ソレノイドコイル82及び第2ソレノイドコイル85を備える。第1ソレノイドコイル82及び第2ソレノイドコイル85はそれぞれ、プラズマ室12を囲むように配設されており、プラズマ室12の軸方向を向く磁場を発生させるよう構成されている。   FIG. 6 is a diagram schematically showing a configuration of a microwave ion source 10 according to another embodiment of the present invention. The magnetic field generator 16 of the microwave ion source 10 includes a first solenoid coil 82 and a second solenoid coil 85. Each of the first solenoid coil 82 and the second solenoid coil 85 is disposed so as to surround the plasma chamber 12 and is configured to generate a magnetic field directed in the axial direction of the plasma chamber 12.

第1ソレノイドコイル82にはその軸方向外側及び径方向外側を囲む第1ヨーク83が設けられており、同様に第2ソレノイドコイル85には軸方向外側及び径方向外側を囲む第2ヨーク86が設けられている。図6に示す初期状態においては第1ソレノイドコイル82及び第2ソレノイドコイル85は軸方向に隣接しており、隣接部分にはヨークは設けられていない。第1ソレノイドコイル82及び第2ソレノイドコイル85にはそれぞれ対応するコイル電源(図示せず)が設けられている。   The first solenoid coil 82 is provided with a first yoke 83 surrounding the outer side in the axial direction and the outer side in the radial direction. Similarly, the second solenoid coil 85 has a second yoke 86 surrounding the outer side in the axial direction and the outer side in the radial direction. Is provided. In the initial state shown in FIG. 6, the first solenoid coil 82 and the second solenoid coil 85 are adjacent in the axial direction, and no yoke is provided in the adjacent portion. Corresponding coil power sources (not shown) are provided for the first solenoid coil 82 and the second solenoid coil 85, respectively.

また、磁場発生器16は、第1ソレノイドコイル82及び第2ソレノイドコイル85の距離を調整するよう構成されている第1駆動機構84及び第2駆動機構87を備える。第1駆動機構84は第1ソレノイドコイル82及び第1ヨーク83を軸方向に移動させるよう構成されている。第1駆動機構84による第1ソレノイドコイル82の軸方向可動範囲は、例えば、プラズマ室12の中央部(図6参照)から真空窓24(図7参照)までである。同様に、第2駆動機構87は第2ソレノイドコイル85及び第2ヨーク86を軸方向に移動させるよう構成されている。第2駆動機構87による第2ソレノイドコイル85の可動範囲は、例えば、プラズマ室12の中央部(図6参照)からイオン引出開口66(図7参照)までである。   The magnetic field generator 16 includes a first drive mechanism 84 and a second drive mechanism 87 configured to adjust the distance between the first solenoid coil 82 and the second solenoid coil 85. The first drive mechanism 84 is configured to move the first solenoid coil 82 and the first yoke 83 in the axial direction. The axial movable range of the first solenoid coil 82 by the first drive mechanism 84 is, for example, from the central portion of the plasma chamber 12 (see FIG. 6) to the vacuum window 24 (see FIG. 7). Similarly, the second drive mechanism 87 is configured to move the second solenoid coil 85 and the second yoke 86 in the axial direction. The movable range of the second solenoid coil 85 by the second drive mechanism 87 is, for example, from the central portion (see FIG. 6) of the plasma chamber 12 to the ion extraction opening 66 (see FIG. 7).

なお、第1ソレノイドコイル82及び第2ソレノイドコイル85の一方は位置が固定され、他方に軸方向駆動機構が設けられることにより、2つのコイルの距離が調整されてもよい。また、第1ソレノイドコイル82及び第2ソレノイドコイル85の少なくとも一方は、手動で位置決めされるように構成されていてもよい。   The position of one of the first solenoid coil 82 and the second solenoid coil 85 may be fixed, and the distance between the two coils may be adjusted by providing an axial drive mechanism on the other. Further, at least one of the first solenoid coil 82 and the second solenoid coil 85 may be configured to be manually positioned.

図6に示すように第1ソレノイドコイル82及び第2ソレノイドコイル85をプラズマ室12の中央部に配置することにより、図3を参照して説明した非ミラー磁場B2をプラズマ室12に形成することができる。また、図7に示すように第1ソレノイドコイル82及び第2ソレノイドコイル85をプラズマ室12の両端に配置することにより、図3を参照して説明したミラー磁場B1を形成することができる。図8に示すように第1ソレノイドコイル82及び第2ソレノイドコイル85をプラズマ室12の一端(真空窓24の近傍)に配置することにより、図4を参照して説明した非ミラー磁場B2’を形成することができる。   As shown in FIG. 6, the non-mirror magnetic field B <b> 2 described with reference to FIG. 3 is formed in the plasma chamber 12 by arranging the first solenoid coil 82 and the second solenoid coil 85 in the center of the plasma chamber 12. Can do. Further, by arranging the first solenoid coil 82 and the second solenoid coil 85 at both ends of the plasma chamber 12 as shown in FIG. 7, the mirror magnetic field B1 described with reference to FIG. 3 can be formed. As shown in FIG. 8, the first solenoid coil 82 and the second solenoid coil 85 are arranged at one end of the plasma chamber 12 (in the vicinity of the vacuum window 24), so that the non-mirror magnetic field B2 ′ described with reference to FIG. Can be formed.

このようにして、少なくとも一方が可動である2つのコイルを使用しても、1価イオン源と多価イオン源の両方の機能を一台のマイクロ波イオン源10で提供することができる。この実施形態は軸方向に配列するコイルの数が少ないので、プラズマ室12の軸方向長さが短い場合に好適である。   In this way, even if two coils at least one of which is movable are used, the function of both the monovalent ion source and the multivalent ion source can be provided by a single microwave ion source 10. This embodiment is suitable when the axial length of the plasma chamber 12 is short because the number of coils arranged in the axial direction is small.

以上、本発明を実施例にもとづいて説明した。本発明は上記実施形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。   In the above, this invention was demonstrated based on the Example. It will be understood by those skilled in the art that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various design changes are possible, various modifications are possible, and such modifications are within the scope of the present invention. By the way.

本発明の実施形態に係るマイクロ波イオン源は、イオン注入装置だけではなく、その他のイオン生成装置またはイオン照射装置、例えば、医療用加速器、粒子線治療装置、フラットパネル製造装置、太陽電池製造装置などに適用することもできる。   The microwave ion source according to the embodiment of the present invention is not limited to an ion implantation apparatus, but other ion generation apparatus or ion irradiation apparatus, such as a medical accelerator, a particle beam therapy apparatus, a flat panel manufacturing apparatus, and a solar cell manufacturing apparatus. It can also be applied.

10 マイクロ波イオン源、 12 プラズマ室、 16 磁場発生器、 26 マイクロ波供給系、 34 ガス供給系、 76 第1ソレノイドコイル、 78 第2ソレノイドコイル、 80 第3ソレノイドコイル、 82 第1ソレノイドコイル、 84 第1駆動機構、 85 第2ソレノイドコイル、 87 第2駆動機構、 100 イオン注入装置、 B1 ミラー磁場、 B2 非ミラー磁場、 C 制御部。   10 microwave ion source, 12 plasma chamber, 16 magnetic field generator, 26 microwave supply system, 34 gas supply system, 76 first solenoid coil, 78 second solenoid coil, 80 third solenoid coil, 82 first solenoid coil, 84 1st drive mechanism, 85 2nd solenoid coil, 87 2nd drive mechanism, 100 ion implantation apparatus, B1 mirror magnetic field, B2 non-mirror magnetic field, C control part.

Claims (9)

プラズマ室と、
前記プラズマ室の軸線上の少なくとも一部分に電子サイクロトロン共鳴条件を満たす共鳴磁場またはそれよりも高強度の軸方向磁場を発生させるための磁場発生器と、を備え、
前記磁場発生器は、ミラー磁場と非ミラー磁場とを切り替えるよう構成され
前記ミラー磁場は、2つのピークをもつ軸方向磁場分布を有し、前記2つのピークの磁場強度は前記共鳴磁場より大きく、
前記非ミラー磁場は、1つのピークをもつ軸方向磁場分布を有し、前記1つのピークの磁場強度は前記共鳴磁場より大きいことを特徴とするマイクロ波イオン源。
A plasma chamber;
A magnetic field generator for generating a resonance magnetic field satisfying an electron cyclotron resonance condition or an axial magnetic field having a higher intensity in at least a part of the axis of the plasma chamber;
Wherein the magnetic field generator is configured to switch between mirror magnetic field and non-mirror field,
The mirror magnetic field has an axial magnetic field distribution with two peaks, the magnetic field strength of the two peaks being greater than the resonance magnetic field,
The microwave ion source , wherein the non-mirror magnetic field has an axial magnetic field distribution having one peak, and the magnetic field intensity of the one peak is larger than the resonance magnetic field .
前記磁場発生器が前記ミラー磁場を発生させる場合には、設定されたエネルギーしきい値を超えるエネルギーを有するイオンビームを前記プラズマ室から引出可能であり、前記磁場発生器が前記非ミラー磁場を発生させる場合には、前記エネルギーしきい値以下のエネルギーを有するイオンビームを前記プラズマ室から引出可能であることを特徴とする請求項1に記載のマイクロ波イオン源。When the magnetic field generator generates the mirror magnetic field, an ion beam having energy exceeding a set energy threshold can be extracted from the plasma chamber, and the magnetic field generator generates the non-mirror magnetic field. 2. The microwave ion source according to claim 1, wherein an ion beam having an energy equal to or lower than the energy threshold can be extracted from the plasma chamber. 前記磁場発生器は、各々が前記プラズマ室に軸方向磁場を発生させる3つのコイルを備えることを特徴とする請求項1または2に記載のマイクロ波イオン源。   The microwave ion source according to claim 1 or 2, wherein the magnetic field generator includes three coils each generating an axial magnetic field in the plasma chamber. 前記磁場発生器は、各々が前記プラズマ室に軸方向磁場を発生させる2つのコイルと、前記2つのコイルの距離を調整するよう構成されている駆動機構と、を備えることを特徴とする請求項1または2に記載のマイクロ波イオン源。   The magnetic field generator comprises two coils each for generating an axial magnetic field in the plasma chamber, and a drive mechanism configured to adjust the distance between the two coils. The microwave ion source according to 1 or 2. 前記ミラー磁場を前記プラズマ室に発生させるように前記磁場発生器を制御するマイクロ波イオン源の第1運転モードと、前記非ミラー磁場を前記プラズマ室に発生させるように前記磁場発生器を制御するマイクロ波イオン源の第2運転モードと、を切り替えるよう構成されている制御部をさらに備えることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載のマイクロ波イオン源。   A first operation mode of a microwave ion source that controls the magnetic field generator to generate the mirror magnetic field in the plasma chamber, and the magnetic field generator to control to generate the non-mirror magnetic field in the plasma chamber. The microwave ion source according to any one of claims 1 to 4, further comprising a control unit configured to switch between a second operation mode of the microwave ion source. 前記プラズマ室にマイクロ波電力を与えるよう構成されているマイクロ波供給系をさらに備え、
前記第1運転モードは、前記プラズマ室に第1のマイクロ波電力を与えるよう設定され、
前記第2運転モードは、前記プラズマ室に前記第1のマイクロ波電力より低い第2のマイクロ波電力を与えるよう設定されていることを特徴とする請求項5に記載のマイクロ波イオン源。
Further comprising a microwave supply system configured to provide microwave power to the plasma chamber;
The first operation mode is set to give a first microwave power to the plasma chamber,
6. The microwave ion source according to claim 5, wherein the second operation mode is set to apply a second microwave power lower than the first microwave power to the plasma chamber.
前記プラズマ室にプラズマの原料ガスを供給するよう構成されているガス供給系をさらに備え、
前記第1運転モードは、前記ガス供給系から供給される原料ガスにより前記プラズマ室に第1の圧力を生じさせるよう設定され、
前記第2運転モードは、前記ガス供給系から供給される原料ガスにより前記プラズマ室に前記第1の圧力より高い第2の圧力を生じさせるよう設定されていることを特徴とする請求項5または6に記載のマイクロ波イオン源。
A gas supply system configured to supply a plasma source gas to the plasma chamber;
The first operation mode is set to generate a first pressure in the plasma chamber by the source gas supplied from the gas supply system,
The second operation mode is set so that a second pressure higher than the first pressure is generated in the plasma chamber by a source gas supplied from the gas supply system. 6. The microwave ion source according to 6.
請求項1から7のいずれかに記載のマイクロ波イオン源を備えるイオン注入装置。   An ion implantation apparatus comprising the microwave ion source according to claim 1. マイクロ波イオン源の運転方法であって、
前記マイクロ波イオン源の運転モードを選択することと、
選択された運転モードに従って前記マイクロ波イオン源のプラズマ室にプラズマを生成することと、を備え、
前記プラズマを生成することは、前記プラズマ室の軸線上の少なくとも一部分に電子サイクロトロン共鳴条件を満たす共鳴磁場またはそれよりも高強度の軸方向磁場を発生させることを含み、
前記運転モードは、前記プラズマ室にミラー磁場を発生させる第1運転モード、または前記プラズマ室に非ミラー磁場を発生させる第2運転モードであり、
前記ミラー磁場は、2つのピークをもつ軸方向磁場分布を有し、前記2つのピークの磁場強度は前記共鳴磁場より大きく、
前記非ミラー磁場は、1つのピークをもつ軸方向磁場分布を有し、前記1つのピークの磁場強度は前記共鳴磁場より大きいことを特徴とする方法。
A method of operating a microwave ion source,
Selecting an operation mode of the microwave ion source;
Generating a plasma in a plasma chamber of the microwave ion source according to a selected mode of operation,
Generating the plasma includes generating a resonance magnetic field satisfying an electron cyclotron resonance condition or an axial magnetic field having a higher intensity in at least a part on an axis of the plasma chamber;
The operation mode, Ri Oh in the second operation mode to generate a non-magnetic mirror field in the first operation mode or the plasma chamber to generate a mirror field on the plasma chamber,
The mirror magnetic field has an axial magnetic field distribution with two peaks, the magnetic field strength of the two peaks being greater than the resonance magnetic field,
The non-mirror magnetic field has an axial magnetic field distribution with one peak, and the magnetic field strength of the one peak is larger than the resonance magnetic field .
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