JPH01264141A - イオン源 - Google Patents
イオン源Info
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- JPH01264141A JPH01264141A JP63089852A JP8985288A JPH01264141A JP H01264141 A JPH01264141 A JP H01264141A JP 63089852 A JP63089852 A JP 63089852A JP 8985288 A JP8985288 A JP 8985288A JP H01264141 A JPH01264141 A JP H01264141A
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- Japan
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- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 abstract description 10
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J27/00—Ion beam tubes
- H01J27/02—Ion sources; Ion guns
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J27/00—Ion beam tubes
- H01J27/02—Ion sources; Ion guns
- H01J27/04—Ion sources; Ion guns using reflex discharge, e.g. Penning ion sources
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
この発明はイオンビーム蒸着、イオン打ち込み。
重イオン科学等に利用できるＰ Ｉ Ｇ （Ｐ＠ｎｎｉ
ｎｇ１ｏｎｉｚａＨｏｎ Ｇａｕｇｅ）型のイオン源に
関する。
ｎｇ１ｏｎｉｚａＨｏｎ Ｇａｕｇｅ）型のイオン源に
関する。
従来の技術
従来のこの種のイオン源として、Ｂｅｎｎｅｔｔ に
よって開発された自己加熱型陰極径方向引き出し型イオ
ど源（石川順三；「イオン源工学」（アイオニクス、１
９８６）Ｐ２Ｓ５）があり、第６図のような構造になっ
ていた。
よって開発された自己加熱型陰極径方向引き出し型イオ
ど源（石川順三；「イオン源工学」（アイオニクス、１
９８６）Ｐ２Ｓ５）があり、第６図のような構造になっ
ていた。
円筒状陽極１０両端に陰極２を配設した構造になってい
る。この構造で、アルゴンなどの気体をイオン種導入口
３から円筒状陽極１内に供給し、ソレノイド４によるＸ
方向の磁界と、電源５により作られる陽極１と陰極２間
の電界を適当に設定することによシ、陰極２から放出さ
れた電子は、磁力線に沿ったサイクロトロン運動、直交
電磁界によるドリフト運動および陰極２の間の振動運動
の合成によって、陰極２からの電子は中性粒子との衝突
でそのエネルギーをほぼ使い尽すまでプラズマ生成に利
用される。すなわち、上記のＰＩＧ（Ｐｅｎｎｉｎｇ
Ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ Ｇａｕｇｅ）放電によってプラ
ズマを生成し、電源７と接続されたイオン引き出し電極
８で、陽極１の側面に開けられたスリット状のイオン導
出口６から、Ｙ方向にイオンをビームとして引き出す。
る。この構造で、アルゴンなどの気体をイオン種導入口
３から円筒状陽極１内に供給し、ソレノイド４によるＸ
方向の磁界と、電源５により作られる陽極１と陰極２間
の電界を適当に設定することによシ、陰極２から放出さ
れた電子は、磁力線に沿ったサイクロトロン運動、直交
電磁界によるドリフト運動および陰極２の間の振動運動
の合成によって、陰極２からの電子は中性粒子との衝突
でそのエネルギーをほぼ使い尽すまでプラズマ生成に利
用される。すなわち、上記のＰＩＧ（Ｐｅｎｎｉｎｇ
Ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ Ｇａｕｇｅ）放電によってプラ
ズマを生成し、電源７と接続されたイオン引き出し電極
８で、陽極１の側面に開けられたスリット状のイオン導
出口６から、Ｙ方向にイオンをビームとして引き出す。
発明が解決しようとする課題
しかし、このような構造のものでは、ＰＩＧ放電用の磁
界を軸方向に印加するために、スリットからイオンを引
き出す構造になっており、引き出されたイオンビームが
短冊型となり、シリコンウェハー等の試料上に大面積に
均一な照射を行うことが困難であった。
界を軸方向に印加するために、スリットからイオンを引
き出す構造になっており、引き出されたイオンビームが
短冊型となり、シリコンウェハー等の試料上に大面積に
均一な照射を行うことが困難であった。
そこで本発明は、上記問題点に鑑み２組の陰極を四方向
に設け、ＰＩＧ放電用の磁界を二個のソレノイドによる
カスプ磁場で印加することにより、イオン源内にディス
ク状のプラズマを生成し、円柱状のイオンビームを得て
大面積に均一なイオン照射を行うことができるイオン源
の提供を目的とする。
に設け、ＰＩＧ放電用の磁界を二個のソレノイドによる
カスプ磁場で印加することにより、イオン源内にディス
ク状のプラズマを生成し、円柱状のイオンビームを得て
大面積に均一なイオン照射を行うことができるイオン源
の提供を目的とする。
課題を解決するための手段
上記問題点を解決するため、本発明は、イオン種導入口
とイオン導出口を有する円筒状の放電室と、放電室の側
面の四方から突き出て放電室に対して負の電圧が印加さ
れた二対の円柱陰極と、−対の円柱陰極の中心軸の両端
に巻かれた一対のソレノイドとを備え、前記一対のソレ
ノイドが磁気的に反発するように電流が流され、ソレノ
イドが付けられた一対の陰極とは別の一対の陰極の中心
軸上で零磁場となるカスプ磁場印加手段を有するイオン
源を提供する。
とイオン導出口を有する円筒状の放電室と、放電室の側
面の四方から突き出て放電室に対して負の電圧が印加さ
れた二対の円柱陰極と、−対の円柱陰極の中心軸の両端
に巻かれた一対のソレノイドとを備え、前記一対のソレ
ノイドが磁気的に反発するように電流が流され、ソレノ
イドが付けられた一対の陰極とは別の一対の陰極の中心
軸上で零磁場となるカスプ磁場印加手段を有するイオン
源を提供する。
また、本発明は、前記放電室内にマイクロ波を放射する
マイクロ波放射手段を付加したイオン源をも提供する。
マイクロ波放射手段を付加したイオン源をも提供する。
作 用
本発明のイオン源によれば、カスプ磁場配位のソレノイ
ドの中心軸に一対の陰極を設置し、それと垂直方向の零
磁場の所にもう一対の陰極を置き、円筒状の陽極を設け
ることにより、イオン種導入口より放電ガスを導入する
と、カスプ磁場により円筒陽極の中央にＰＩＧ放電によ
るプラズマが生成される。
ドの中心軸に一対の陰極を設置し、それと垂直方向の零
磁場の所にもう一対の陰極を置き、円筒状の陽極を設け
ることにより、イオン種導入口より放電ガスを導入する
と、カスプ磁場により円筒陽極の中央にＰＩＧ放電によ
るプラズマが生成される。
この結果、従来のように、−軸方向にプラズマが生成さ
れ短冊型のイオンビームではなく、大面積−の円筒状イ
オンビームを得ることができる。
れ短冊型のイオンビームではなく、大面積−の円筒状イ
オンビームを得ることができる。
また、ＰＩＧ放電とマイクロ波放電を組み合わせること
により、反応性ガスを用いた場合、ＰＩＧ放電用の陰極
表面がガスと反応して変質し、放電が不安定になっても
マイクロ波放電により放電に必要な電子が十分に供給さ
れるだめ、放電が安定する。
により、反応性ガスを用いた場合、ＰＩＧ放電用の陰極
表面がガスと反応して変質し、放電が不安定になっても
マイクロ波放電により放電に必要な電子が十分に供給さ
れるだめ、放電が安定する。
実施例
以下、本発明の一笑施例を添付図面にもとづいが説明す
る。
る。
第１図と第２図において、１１は放電室で、イオン種導
入口１２とイオン導出口１３とを有している。１４ 、
１４’は放電室１１の側面の四方に設置された円柱陰極
で、放電室１１の円柱陰極１４゜１４′の間には中心に
突き出た曲率を持つ直交する２軸に対称の陽極１６が設
置されている。放電室１１の外側には一対の円柱陰極１
４の中心軸Ｘの両端に巻かれた一対のソレノイド１６が
設置されている。
入口１２とイオン導出口１３とを有している。１４ 、
１４’は放電室１１の側面の四方に設置された円柱陰極
で、放電室１１の円柱陰極１４゜１４′の間には中心に
突き出た曲率を持つ直交する２軸に対称の陽極１６が設
置されている。放電室１１の外側には一対の円柱陰極１
４の中心軸Ｘの両端に巻かれた一対のソレノイド１６が
設置されている。
このような構造において、それぞれの円柱陰極１４ 、
１４’は絶縁ガイシ１７によって放電室１１とは電気的
に絶縁されておυ、電源１８により例えば−２００Ｖの
電圧を円柱陰極１４に印加する。
１４’は絶縁ガイシ１７によって放電室１１とは電気的
に絶縁されておυ、電源１８により例えば−２００Ｖの
電圧を円柱陰極１４に印加する。
このとき陽極１６をアース電位にし、イオン種導入口１
２から例えばアルゴンを導入する。また第３図に示した
ように、一対のソレノイド１６が磁気的に反発するよう
に電流１９ 、１９’を流し、ソレノイド１６が付けら
れた一対の円柱陰極１４とは別の一対の円柱陰極１４′
の中心軸Ｙ上で零磁場になるようにカスプ磁界２０（例
えばソレノイド１６の中央で０．８キロガウス）配位を
得る。円柱陰極’ｊ ４ 、１４’と陽極１６の電位差
による電界２１とカスプ磁界２ｏにより、電離電子を放
電室１１に閉じ込めることができ、電子が壁面に拡散す
ることなく粒子との衝突によシ、エネルギーを使い尽す
までプラズマ生成に利用できる。すなわち、カスプ磁界
２０によシ陽極１５に水平方向の磁界２ｏが形成され、
磁界２ｏの方向に電子の運動を制限することができ、陽
極１５壁面で消滅することなく電子の飛行長を増す効果
があシ、カスプ磁界−より電子が閉じ込められる。磁界
２０が垂直に又わる円柱陰極１４ 、１４’壁面は電子
が消滅するが、電界２１により円柱陰極１４ 、１４’
は電子の反射電極となる。磁界２０と電界２１とを同時
に利用することにより、電子を壁面に拡散させることな
く放電室１１内に閉じ込めることができ、放電室１１の
附近に高密度のプラズマを生成させることができる。こ
のとき、イオン導出口１３を多孔（例えばφ２閤の孔が
７個）にし、イオン引き出し電極２２に例えば−１０Ｋ
Ｖの電位を電源２３により印加すると、放電室１１内の
プラズマからアルゴンイオンを円筒状イオンビーム２４
を得ることができる。なお、本発明のイオン源の放電室
１１の内外部は非磁性体で構成されている。
２から例えばアルゴンを導入する。また第３図に示した
ように、一対のソレノイド１６が磁気的に反発するよう
に電流１９ 、１９’を流し、ソレノイド１６が付けら
れた一対の円柱陰極１４とは別の一対の円柱陰極１４′
の中心軸Ｙ上で零磁場になるようにカスプ磁界２０（例
えばソレノイド１６の中央で０．８キロガウス）配位を
得る。円柱陰極’ｊ ４ 、１４’と陽極１６の電位差
による電界２１とカスプ磁界２ｏにより、電離電子を放
電室１１に閉じ込めることができ、電子が壁面に拡散す
ることなく粒子との衝突によシ、エネルギーを使い尽す
までプラズマ生成に利用できる。すなわち、カスプ磁界
２０によシ陽極１５に水平方向の磁界２ｏが形成され、
磁界２ｏの方向に電子の運動を制限することができ、陽
極１５壁面で消滅することなく電子の飛行長を増す効果
があシ、カスプ磁界−より電子が閉じ込められる。磁界
２０が垂直に又わる円柱陰極１４ 、１４’壁面は電子
が消滅するが、電界２１により円柱陰極１４ 、１４’
は電子の反射電極となる。磁界２０と電界２１とを同時
に利用することにより、電子を壁面に拡散させることな
く放電室１１内に閉じ込めることができ、放電室１１の
附近に高密度のプラズマを生成させることができる。こ
のとき、イオン導出口１３を多孔（例えばφ２閤の孔が
７個）にし、イオン引き出し電極２２に例えば−１０Ｋ
Ｖの電位を電源２３により印加すると、放電室１１内の
プラズマからアルゴンイオンを円筒状イオンビーム２４
を得ることができる。なお、本発明のイオン源の放電室
１１の内外部は非磁性体で構成されている。
次に本発明の第２の実施例について説明する。
第４図は第２の実施例を示しており、この実施例は、放
電室３１にマイクロ波放射用のアンテナ３２が配設され
ている点が第１の実施例と大きく異なる所である。放電
室３１はイオン種導入口３３とイオン導出口３４を有し
ており、放電室３１にはイオン導出口３４と対向してマ
イクロ波導入用のコネクター３６が取り付けてあり、コ
ネクター３５は中央に絶縁物３６で支持された同軸線３
７があり、同軸線３７は放電室３１の中央に位置するリ
ング状のアンテナ３２に接続されである。また放電室３
１の側面の四方には円柱陰極３８が設置されており、円
柱陰極３８の間には中心に突き出た曲率を持つ直交する
２軸に対して対称の陽極３９がある。また、放電室３１
の外側には一対の円柱陰極３８の中心軸Ｘの両端に巻か
れた一対のソレノイド４０が設置されている。
電室３１にマイクロ波放射用のアンテナ３２が配設され
ている点が第１の実施例と大きく異なる所である。放電
室３１はイオン種導入口３３とイオン導出口３４を有し
ており、放電室３１にはイオン導出口３４と対向してマ
イクロ波導入用のコネクター３６が取り付けてあり、コ
ネクター３５は中央に絶縁物３６で支持された同軸線３
７があり、同軸線３７は放電室３１の中央に位置するリ
ング状のアンテナ３２に接続されである。また放電室３
１の側面の四方には円柱陰極３８が設置されており、円
柱陰極３８の間には中心に突き出た曲率を持つ直交する
２軸に対して対称の陽極３９がある。また、放電室３１
の外側には一対の円柱陰極３８の中心軸Ｘの両端に巻か
れた一対のソレノイド４０が設置されている。
このような構造において、酸素等の反応性ガス全イオン
種導入口３３から供給すると、円柱陰極３８と陽極３９
とによって形成される電界とソレノイド４０によって形
成されるカスプ磁界によるＰＩＧ放電により、放電室３
１にプラズマが生成される。この場合、円柱陰極３８が
放電維持用の電子供給源となるが、酸素プラズマによシ
、円柱陰極３８の表面が酸化されると電子供給が不安定
になり、放電が不安定になる。この時、マイクロ波電力
４１をコネクター３６を通してアンテナ３２で放電室３
１に放射すると、プラズマ中の電子がマイクロ波からエ
ネルギーをもらうために、円柱陰極３８からの電子供給
が不安定になってもマイクロ波による電子エネルギーの
供給が可能になり、放電は安定になる。この安定なプラ
ズマをイオン引き出し成極４２によシ、イオン導出口３
４から引き出しイオンビーム４３を形成する。なお、イ
オン種４人口３３から供給するガスを反応性ガスとした
が、希ガスでも同じ効果を奏する。
種導入口３３から供給すると、円柱陰極３８と陽極３９
とによって形成される電界とソレノイド４０によって形
成されるカスプ磁界によるＰＩＧ放電により、放電室３
１にプラズマが生成される。この場合、円柱陰極３８が
放電維持用の電子供給源となるが、酸素プラズマによシ
、円柱陰極３８の表面が酸化されると電子供給が不安定
になり、放電が不安定になる。この時、マイクロ波電力
４１をコネクター３６を通してアンテナ３２で放電室３
１に放射すると、プラズマ中の電子がマイクロ波からエ
ネルギーをもらうために、円柱陰極３８からの電子供給
が不安定になってもマイクロ波による電子エネルギーの
供給が可能になり、放電は安定になる。この安定なプラ
ズマをイオン引き出し成極４２によシ、イオン導出口３
４から引き出しイオンビーム４３を形成する。なお、イ
オン種４人口３３から供給するガスを反応性ガスとした
が、希ガスでも同じ効果を奏する。
なお、第１図と第４図において、２６ 、４４ 。
４６は絶縁ガイシである。
発明の効果
本発明のイオン源によれば、カヌプ磁場配位と二対の陽
・陰極の組み合わせで、ＰＩＧ放電を得ることにより、
円柱状のプラズマが形成され、Ｓｉウェハー等の処理に
有利な円柱状のイオンビームを生成することができる。
・陰極の組み合わせで、ＰＩＧ放電を得ることにより、
円柱状のプラズマが形成され、Ｓｉウェハー等の処理に
有利な円柱状のイオンビームを生成することができる。
又、ＰＩＧ放電とマイクロ波放電を組み合わせることに
より、反応性ガスを用いた場合等に放電が不安定になっ
ても、放電に必要な電子が十分に供給されるため、放電
を安定化できる。
より、反応性ガスを用いた場合等に放電が不安定になっ
ても、放電に必要な電子が十分に供給されるため、放電
を安定化できる。
第１−は本発明の第１の実施例のイオン源の正面図、第
２図はイオン源の平面図、第３図はイオン源の動作原理
の説明図、第４図は本発明の第２の実施例のイオン源の
正面図、第６図は従来のイオン源を示す正面図である。 １．３１・・・・・・放電室、１２．３３・・・・・・
イオン種導入口、１３．３４・・・・・・イオン導出口
、 １４．１４’。 ３８・・・・・・円柱陰極、１５．３９・・・・・・陽
極、１６゜４０・・・・・・ソレノイド、３２・・・・
・・アンテナ。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名実
２ 図
２図はイオン源の平面図、第３図はイオン源の動作原理
の説明図、第４図は本発明の第２の実施例のイオン源の
正面図、第６図は従来のイオン源を示す正面図である。 １．３１・・・・・・放電室、１２．３３・・・・・・
イオン種導入口、１３．３４・・・・・・イオン導出口
、 １４．１４’。 ３８・・・・・・円柱陰極、１５．３９・・・・・・陽
極、１６゜４０・・・・・・ソレノイド、３２・・・・
・・アンテナ。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名実
２ 図
Claims (6)
- （１）イオン種導入口とイオン導出口を有する円筒状の
放電室と、放電室の側面の四方から突き出て放電室に対
して負の電圧が印加された二対の円柱陰極と、一対の円
柱陰極の中心軸の両端が巻かれた一対のソレノイドとを
備え、前記一対のソレノイドが磁気的に反発するように
電流が流され、ソレノイドが付けられた一対の陰極とは
別の一対の陰極の中心軸上で零磁場となるカスプ磁場印
加手段を有するイオン源。 - （２）ソレノイドの中心磁場が０．２〜１．２キロガウ
スである特許請求の範囲第１項記載のイオン源。 - （３）放電室が、円柱陰極の間に中央に突き出た曲率を
持つ陽極である特許請求の範囲第１項記載のイオン源。 - （４）放電室内にマイクロ波を放射するマイクロ波放射
手段を有する特許請求の範囲第１項記載のイオン源。 - （５）マイクロ波放射手段が、放電室内に突出したアン
テナである特許請求の範囲第４項記載のイオン源。 - （６）マイクロ波放射手段が、導波管、真空封じのマイ
クロ波導入窓、マイクロ波電力に対して空胴共振器の構
造を有する放電室からなる特許請求の範囲第４項記載の
イオン源。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63089852A JPH077639B2 (ja) | 1988-04-12 | 1988-04-12 | イオン源 |
| KR1019890004761A KR920003157B1 (ko) | 1988-04-12 | 1989-04-11 | PIG(Penning Ionization Gause)형의 이온원 |
| US07/336,934 US4931698A (en) | 1988-04-12 | 1989-04-12 | Ion source |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63089852A JPH077639B2 (ja) | 1988-04-12 | 1988-04-12 | イオン源 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01264141A true JPH01264141A (ja) | 1989-10-20 |
| JPH077639B2 JPH077639B2 (ja) | 1995-01-30 |
Family
ID=13982310
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63089852A Expired - Lifetime JPH077639B2 (ja) | 1988-04-12 | 1988-04-12 | イオン源 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4931698A (ja) |
| JP (1) | JPH077639B2 (ja) |
| KR (1) | KR920003157B1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007524962A (ja) * | 2003-06-20 | 2007-08-30 | アクセリス テクノロジーズ インコーポレーテッド | イオン注入システムにおいてプラズマを発生させるための薄膜形成用マグネトロン構造 |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05144397A (ja) * | 1991-11-20 | 1993-06-11 | Mitsubishi Electric Corp | イオン源 |
| KR100271244B1 (ko) * | 1993-09-07 | 2000-11-01 | 히가시 데쓰로 | 전자빔 여기식 플라즈마장치 |
| US8581523B2 (en) | 2007-11-30 | 2013-11-12 | Mevion Medical Systems, Inc. | Interrupted particle source |
| CN111681937B (zh) * | 2020-06-09 | 2021-04-06 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种高能离子注入机用冷阴极潘宁离子源装置 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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Also Published As
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| KR890016609A (ko) | 1989-11-29 |
| US4931698A (en) | 1990-06-05 |
| JPH077639B2 (ja) | 1995-01-30 |
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