JPH02109236A - Ion source equipment - Google Patents

Ion source equipment

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JPH02109236A
JPH02109236A JP26258288A JP26258288A JPH02109236A JP H02109236 A JPH02109236 A JP H02109236A JP 26258288 A JP26258288 A JP 26258288A JP 26258288 A JP26258288 A JP 26258288A JP H02109236 A JPH02109236 A JP H02109236A
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sub
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順三 石川
Katsuo Matsubara
克夫 松原
Hideaki Tawara
英明 田原
Shuichi Nogawa
修一 野川
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Nissin Electric Co Ltd
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Abstract

PURPOSE:To lengthen the service life of an electron emission source, by generat ing electrons necessary to generate plasma in a subsidiary plasma chamber, and then supplying the generated electrons to the main plasma chamber. CONSTITUTION:A main plasma chamber 29 is formed by a main casing body 28 made of the metal of a non-magnetic body, while a subsidiary plasma cham ber 31 is formed by a subsidiary casing body 30 made of the metal of another non-magnetic body, mounted via an insulator 18 onto the left-side opening of the main casing body 28, and then an electron emission hole 32 is formed be tween the main and subsidiary plasma chambers 29, 31. Subsidiary plasma 37 is generated by high-frequency discharge in the subsidiary plasma chamber 31 serving as an electron emission source so that electrons (e) necessary to generate plasma in the main plasma chamber 29 that generates ion beams by DC discharge are generated, and then supplied to the main plasma chamber 29. The electron emission source thus becomes considerably long-lived without wasting the material thereof, whereby it is permitted to operate continuously for a long time of not less than hundreds of hours.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、直流放電によりイオンビームを生成するイオ
ン源装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to an ion source device that generates an ion beam by direct current discharge.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、イオンビームスパッタリング、イオンビームミキ
シング、イオンアシスト等に用いられる代表的なイオン
源装置として、カウフマン型イオン源装置及びパケット
型イオン源装置等がある。
Conventionally, typical ion source devices used for ion beam sputtering, ion beam mixing, ion assist, etc. include a Kauffman type ion source device and a packet type ion source device.

(従来例1) 従来のカウフマン型イオン源装置は、第6図に示す構成
になっておシ、同図において、(1)はステンレス等の
非磁性体の金属製の筐体、(2)は筐体(1)により形
成されたプラズマ生成室、(3)は生成室(2)に設ケ
られたフィラメントであり、タングステン(W) 、ホ
ウ化ランタン(LaBa)等からなる。(4)はフィラ
メント(3)加熱用のフィラメント電源、(5)は生成
室(2)に設けられた円筒状のアノードである。
(Conventional Example 1) A conventional Kauffman type ion source device has a configuration shown in FIG. 6, in which (1) is a casing made of non-magnetic metal such as stainless steel, and (2) is a plasma generation chamber formed by the housing (1), and (3) is a filament installed in the generation chamber (2), which is made of tungsten (W), lanthanum boride (LaBa), or the like. (4) is a filament power supply for heating the filament (3), and (5) is a cylindrical anode provided in the generation chamber (2).

(6)は生成室(2)へのガス導入口、(7)はイオン
ビーム引出し電極群であり、第1電極(8)、第2電極
(9)。
(6) is a gas introduction port to the generation chamber (2), and (7) is an ion beam extraction electrode group, including a first electrode (8) and a second electrode (9).

第3電極00から構成されている。0υは筐体(1)の
外側に設けられた円筒状の磁場発生用の永久磁石又は電
磁石である。
It is composed of a third electrode 00. 0υ is a cylindrical permanent magnet or electromagnet for generating a magnetic field provided outside the housing (1).

@はアーク電源であり、陽極がアノード(5)に。@ is an arc power source, and the anode is the anode (5).

陰極が抵抗0罎を介して筐体(1)に接続され、アノー
ド(5)にアノード電圧を印加する。(14)は加速電
源であり、陽極がアーク電源04の陰極に接続され、筐
体(1)と同電位の第1電極(8)にアノード電圧より
低い正の加速電子を印加する。θυは第2電極(田に負
の電圧を印加する減速電源である。
A cathode is connected to the housing (1) via a resistor, and an anode voltage is applied to the anode (5). (14) is an accelerating power source whose anode is connected to the cathode of the arc power source 04, and applies positive accelerated electrons lower than the anode voltage to the first electrode (8) having the same potential as the case (1). θυ is a deceleration power supply that applies a negative voltage to the second electrode (field).

そして、フィラメント(3)はカソードとしての熱電子
放出源であシ、フィラメント電源(4)の抵抗加熱によ
り高温に保持きれて熱電子e′を放出し、例えばタング
ステンでは2400°C,ホウ化ランタンでは1300
℃程度に加熱される。
The filament (3) is a thermionic emission source as a cathode, and is kept at a high temperature by the resistance heating of the filament power source (4) and emits thermionic electrons e'. So 1300
It is heated to about ℃.

一方、ガス導入口(6)からイオン化ガス、例えばアル
ゴン(Ar)等の希ガス或いは酸素ガス等の反応性ガス
がプラズマ生成室(2)に導入される。
On the other hand, an ionized gas such as a rare gas such as argon (Ar) or a reactive gas such as oxygen gas is introduced into the plasma generation chamber (2) from the gas introduction port (6).

そして7フイラメント(3)とアノード(5)間の放電
により導入されたイオン化ガスのブヲズマ顛が生成され
、電極群(7)のビーム引出し作用により、プラズマ中
のイオンガスがイオンビームとなってスパッタ室等に導
出される。
A plasma of the introduced ionized gas is generated by the discharge between the filament (3) and the anode (5), and due to the beam extraction action of the electrode group (7), the ion gas in the plasma becomes an ion beam and is sputtered. It is led out to the room etc.

このとき、磁石0υの磁場により、プラズマOQの生成
効率の向上或いはプラズマθQの閉じ込めの向上が図ら
れる。
At this time, the magnetic field of the magnet 0υ improves the production efficiency of the plasma OQ or the confinement of the plasma θQ.

(従来例2) 従来のパケット型イオン源装置は、第7図に示す構成に
なっておシ、第6図の構成と異なる点はつぎのとおりで
ある。
(Conventional Example 2) A conventional packet type ion source device has a configuration shown in FIG. 7, and the differences from the configuration shown in FIG. 6 are as follows.

第6図のアノード(5)がなく、アーク電源02の陽極
が筐体(1)に直接接続され、筐体(1)がアノードと
なり、加速電源Q41の陽極が筐体(1)に絶縁体a力
を介した電極群(7)の第1電極(8)に直接或いは抵
抗を介して接続され、永久磁石0υが複数個の環状体か
ら構成され、筐体(1)の内部にカスプ磁場を形成する
ように配置されている点である。
There is no anode (5) in Figure 6, the anode of the arc power supply 02 is directly connected to the housing (1), the housing (1) becomes the anode, and the anode of the acceleration power supply Q41 is connected to the housing (1) as an insulator. A permanent magnet 0υ is connected to the first electrode (8) of the electrode group (7) via a force, either directly or through a resistance, and is composed of a plurality of annular bodies, creating a cusp magnetic field inside the housing (1). The points are arranged so as to form a

そして、作用は第6図の場合とほぼ同様である。The operation is almost the same as that shown in FIG.

(従来例3) 従来のホローカソード型イオン源装置は、第8図に示す
構成になっており、第7図と異なる点はつぎのとおりで
ある。
(Conventional Example 3) A conventional hollow cathode ion source device has a configuration shown in FIG. 8, and the differences from FIG. 7 are as follows.

フィラメント(3)がなく、筐体(1)の左側開口部に
絶縁体Q8)を介して非磁性体の金属からなるカソード
筐体(19が装着され、該筐体01の左側開口部に絶縁
体(イ)を介して非磁性体の金属製の蓋板Qυが装着さ
れ、カソード室(1)が形成されている。
There is no filament (3), and a cathode casing (19) made of non-magnetic metal is attached to the left opening of the casing (1) via an insulator Q8). A non-magnetic metal lid plate Qυ is attached via the body (A) to form a cathode chamber (1).

カソード室@にはホローカソード(ハ)が設けられ。A hollow cathode (c) is installed in the cathode chamber @.

蓋板Q1)に一体に形成された筒状体(ハ)の外周にヒ
ータコイル(ハ)が巻回され、筒状体(財)の内面に熱
電子放出材(イ)が設けられ、ホローカソードのが構成
され、ヒータコイル(ハ)が電源(4)で加熱され、熱
電子放出材(ホ)が筒状体(財)を介して加熱される。
A heater coil (C) is wound around the outer periphery of a cylindrical body (C) that is integrally formed with the lid plate Q1), and a thermionic emission material (A) is provided on the inner surface of the cylindrical body. A cathode is constructed, a heater coil (c) is heated by a power source (4), and a thermionic emission material (e) is heated via a cylindrical body (material).

蓋板Q1)には筒状体(ハ)内側へのガス導入口に)が
設けられている。
The cover plate Q1) is provided with a gas inlet to the inside of the cylindrical body (C).

アーク電源0暑の陰極が蓋板@1) 、すなわち筒状体
(財)に接続されるとともに、抵抗03を介してカソー
ド筐体O1及び第1[極(8)に接続されている。
The cathode of the arc power supply 0 is connected to the cover plate @1), that is, the cylindrical body (material), and is also connected to the cathode housing O1 and the first pole (8) via a resistor 03.

そして、生成室(2)に導入口(6)からイオン化ガス
が導入きれるとともに、筒状体(ハ)の内側に導入口(
財)からアルゴン等のホロー放電用の希ガスが導入され
、電源の印加によりアノードを形成する筐体(1)とホ
ローカソードに)との間で放電が生じ、筒状体(財)の
内側空間において希ガスのホロー放電が発生し、ホロー
放電にもとすく熱電子放出により熱電、子放出材@から
熱電子e′が放出され、放出されだ熱電子e′がアノー
ド電圧に°より生成室(2)に導入される。
Then, the ionized gas is completely introduced into the generation chamber (2) from the introduction port (6), and the introduction port (
A rare gas for hollow discharge such as argon is introduced from the cylindrical body (goods), and when power is applied, a discharge occurs between the housing (1) forming the anode and the hollow cathode), and the inside of the cylindrical body (goods) A hollow discharge of rare gas occurs in space, and thermionic e' is emitted from the thermoelectron and electron emitting material @ due to thermionic emission, and the emitted thermionic e' is generated due to the anode voltage. It is introduced into the chamber (2).

そのため、筐体(1)とホローカソード(至)との間の
放電により生成室(2) KプラズマaQが生成され、
カソードに)から供給きれる熱電子e′により放電が持
続され、第7図の場合と同様、ガス導入口(6)からの
イオン化ガスが電離され、電極群(7)を介してイオン
ビームが導出される。
Therefore, K plasma aQ is generated in the generation chamber (2) due to the discharge between the housing (1) and the hollow cathode (to).
The discharge is sustained by thermionic electrons e' supplied from the cathode (to the cathode), and as in the case of Fig. 7, the ionized gas from the gas inlet (6) is ionized, and an ion beam is led out through the electrode group (7). be done.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

従来の第6図、第7図に示すイオン源装置は。 The conventional ion source device shown in FIGS. 6 and 7 is.

電子放出源としてフィラメント(3)を高温に維持し。The filament (3) is maintained at high temperature as an electron emission source.

熱電子放出現象を利用してプラズマ00の生成に必要な
熱電子e′の放出を行うだめ、フィラメント(3)は、
高温加熱により材料が蒸発し、かつ、イオン衝撃による
スパッタリング等の過酷な条件に晒され、フイヲメンI
−(3)の消耗が激しく、イオン化ガスがアルゴンの場
合、タングステンで50時間、ホウ化ランタンで100
時間程度しか使用できない問題点があり、かつ、イオン
化ガスが反応性ガス。
In order to emit thermionic electrons e' necessary for generating plasma 00 using thermionic emission phenomenon, the filament (3) is
Materials evaporate due to high-temperature heating and are exposed to harsh conditions such as sputtering due to ion bombardment, resulting in fiwomen I.
- (3) is severely consumed and when the ionized gas is argon, 50 hours for tungsten and 100 hours for lanthanum boride.
There is a problem that it can only be used for a limited time, and the ionized gas is a reactive gas.

例えば酸素の場合、フィラメント(3)が急激に酸化さ
れて短時間に消耗する問題点がある。
For example, in the case of oxygen, there is a problem that the filament (3) is rapidly oxidized and consumed in a short period of time.

つぎに、第8図に示すイオン源装置は、熱電子放出のホ
ロー放電が1イオン化ガスの供給されるプラズマ生成室
(2)とは別個のカソード室(イ)で希ガスを用いて行
われ、第6図、第7図の装置に比し長時間の使用が可能
になるが、イオン化ガスがアルゴン等の希ガスの場合で
も、熱電子放出材(イ)が高温下でのイオン衝撃による
スパッタリングを受け、100〜200時間しか使用で
きない問題点がある。
Next, in the ion source device shown in Fig. 8, a hollow discharge of thermionic emission is performed using a rare gas in a cathode chamber (a) that is separate from a plasma generation chamber (2) to which an ionized gas is supplied. , it can be used for a long time compared to the devices shown in Figures 6 and 7, but even when the ionized gas is a rare gas such as argon, the thermionic emitting material (a) is not affected by ion bombardment at high temperatures. There is a problem that it can be used for only 100 to 200 hours due to sputtering.

しかも、カソード室器内に生成室(2)に導入されたイ
オン化ガスが着干流入するため、イオン化ガスが酸素等
の場合、希ガスのときより短時間で熱電子放出材(ハ)
が消耗する問題点がある。
Moreover, since the ionized gas introduced into the generation chamber (2) flows into the cathode chamber, when the ionized gas is oxygen, etc., the thermionic emitting material (c) is produced in a shorter time than when the ionized gas is a rare gas.
There is a problem that it wears out.

さらに、筒状体(財)内のホロー放電用の希ガスが。In addition, there is a rare gas for hollow discharge inside the cylindrical body.

プラズマ生成室(2)内のイオン化ガスと混り合うため
、生成されるプラズマooがイオン化ガスとホロー放電
用の希ガスとの混合プラズマになり、イオン化ガスのみ
のプラズマ生成を行うことができず。
Because it mixes with the ionized gas in the plasma generation chamber (2), the generated plasma oo becomes a mixed plasma of ionized gas and rare gas for hollow discharge, making it impossible to generate plasma using only ionized gas. .

所望のイオンビームが得られない問題点がある。There is a problem that a desired ion beam cannot be obtained.

本発明は、前記の諸点に留意し、消耗性材料の熱電子放
出現象を利用することなくイオン化ガスのプラズマ生成
に必要な電子を生成し、電子放出源の材料消耗を皆無に
し、長時間の使用が可能であり2かつ、イオン化ガスの
みのプラズマを生成して良質のイオンビームを形成でき
るイオン源装置を提供することを目的とする。
The present invention takes the above points into consideration, generates the electrons necessary for plasma generation of ionized gas without using the thermionic emission phenomenon of consumable materials, completely eliminates material consumption of the electron emission source, and enables long-term use. It is an object of the present invention to provide an ion source device that can be used, generates plasma of only ionized gas, and forms a high-quality ion beam.

〔課題を解決するだめの手段〕[Failure to solve the problem]

前記課題を解決するために1本発明のイオン源装置け5
直流放電によりイオンビームを生成する主プラズマ室と
、高周波放電によりフ゛ヲズマを生成して前記直流放電
に必要な電子を前記主プラズマ室に供給する電子放出源
としての副プラズマ室とを備えたものである。
In order to solve the above problems, 1. The ion source device of the present invention.
It is equipped with a main plasma chamber that generates an ion beam by direct current discharge, and a sub-plasma chamber that serves as an electron emission source that generates a plasma by high-frequency discharge and supplies electrons necessary for the direct current discharge to the main plasma chamber. be.

〔作 用〕[For production]

前記のように構成された本発明のイオン源装置は、副プ
ラズマ室において高周波放電によりプラズマが生成され
、主プラズマ室のプラズマ生成。
In the ion source device of the present invention configured as described above, plasma is generated by high-frequency discharge in the sub-plasma chamber, and plasma is generated in the main plasma chamber.

すなわちイオン化ガスのプラズマ生成に必要な電子が生
成され、主プラズマ室に供給されるため。
In other words, the electrons necessary for plasma generation of ionized gas are generated and supplied to the main plasma chamber.

従来のように、高温に維持し材料の消耗の激しいフィラ
メント及び熱電子放出材を用いる必要がなく、電子放出
源が極めて長寿命になる。
Unlike conventional methods, there is no need to use filaments and thermionic emitters that are maintained at high temperatures and consume significant material consumption, resulting in an extremely long life of the electron emitting source.

さらに2副プラズマ室のプラズマ生成に用いるガスに、
主プラズマ室のイオン化ガスと同一のガスを用いた場合
は、主プラズマ室のプラズマが所望のガスのみで生成さ
れ、良質のイオンビームが形成きれる。
Furthermore, in the gas used for plasma generation in the second sub-plasma chamber,
When the same gas as the ionized gas in the main plasma chamber is used, the plasma in the main plasma chamber is generated with only the desired gas, and a high-quality ion beam can be formed.

〔実施例〕〔Example〕

実施例について第1図ないし第5図を参照して説明する
An embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 5.

それらの図面において、第6図ないし第8図と同一記号
は同一のものを示す。
In those drawings, the same symbols as in FIGS. 6 to 8 indicate the same things.

(実施例1) 実施例1をパケット型イオン源装置を示した第1図につ
いて説明する。
(Example 1) Example 1 will be described with reference to FIG. 1, which shows a packet type ion source device.

同図は高周波放電としてマイクロ波放電を利用したもの
であ夛、同図において、第8図の筐体(1)に相当する
非磁性体の金属製の主筐体に)により主プラズマ室翰が
形成され、主筐体(ハ)の左側開口部に絶縁体0樽を介
して装着された非磁性体の金属製の副筐体(イ)により
副プラズマ室0])が形成され、主。
The figure shows a system that uses microwave discharge as a high-frequency discharge. is formed, and a sub-plasma chamber 0) is formed by a sub-casing (a) made of non-magnetic metal attached to the left opening of the main casing (c) via an insulator barrel. .

副プラズマ室翰、0υ間に電子放出孔口4が形成されて
いる。
An electron emission hole 4 is formed between the sub-plasma chamber wall and 0υ.

副筐体(至)の左側開口部が絶縁体33)で閉塞され。The left side opening of the sub-casing (to) is closed with an insulator 33).

絶縁体(331に接続された導波管(財)が、高周波と
してのマイクロ波を絶縁体(33)を介して副デヲズマ
室0υに供給する。
A waveguide connected to the insulator (331) supplies microwaves in the form of high frequency to the sub-disaster chamber 0υ via the insulator (33).

副筐体(至)の外周に磁場発生用の電磁コイル(至)が
設けられ、電子サイクロトロン共鳴(ECR)条件以上
の磁場を副プラズマ室6])に発生し、副筐体(至)に
ガス導入口(7)が形成されている。
An electromagnetic coil for generating a magnetic field is installed on the outer periphery of the sub-casing (to), and a magnetic field exceeding electron cyclotron resonance (ECR) conditions is generated in the sub-plasma chamber 6]), and the magnetic field is generated in the sub-casing (to). A gas inlet (7) is formed.

アーク電源O■の陰極が副筐体(至)及び第1電1ij
i(8)に接続されている。
The cathode of the arc power supply O
i(8).

副プラズマ室6υは、マイクロ波放電を引起し易いよう
に、マイクロ波空洞共摂器の条件で寸法。
The sub-plasma chamber 6υ is dimensioned under the conditions of a microwave cavity encirclement to facilitate the generation of microwave discharge.

形状が設定され1例えば2.45 GH2のマイクロ波
のTEmのモードのときは2内径lOα、長さ8゜7C
PHに設定される。
The shape is set 1. For example, in the TEm mode of the microwave of 2.45 GH2, 2 the inner diameter lOα and the length 8°7C.
It is set to PH.

そして2導波管賄)により副プラズマ室0υにマイクロ
波が導入されると、副デヲズマ室01)でマイクロ波放
電が発生し、導入口(7)から副デヲズマ室131)に
導入きれた希ガス等の重子放出用のガスが電離サレ、 
副y”ラズマGηが生成され、副プラズマG7)の生成
にともなって電離生成された電子eが、40〜120V
程度のアノード電圧により放出孔0″Aから主プラズマ
室に)に引き出されて供給される。
When microwaves are introduced into the sub plasma chamber 0υ by the second waveguide (2 waveguides), microwave discharge occurs in the sub plasma chamber 01), and the rare energy that has been introduced into the sub plasma chamber 131) from the introduction port (7) is generated. The gas for deuteron release such as gas is ionized,
A secondary y'' lasma Gη is generated, and the electrons e generated by ionization with the generation of the secondary plasma G7)
The plasma is drawn out from the discharge hole 0''A to the main plasma chamber by an anode voltage of about

このとき、I!磁ココイルC51ECR条件以上の磁場
にもとすき、生成される副デフズマC3ηが高密度フ。
At this time, I! When the magnetic cocoil C51 is applied to a magnetic field that exceeds the ECR conditions, the secondary defsuma C3η that is generated is a high-density filter.

ヲズマとなり、電子eが極めて効率よく主プラズマ室翰
に供給される。
The electrons e are supplied to the main plasma chamber very efficiently.

つぎに、主プラズマ室翰では、供給された電子eの直流
放電にもとすき、導入口(6)から導入されり希ガス等
のイオン化ガスが電離され、主プラズマ室が生成され、
電子eの供給により放電が持続される。
Next, in the main plasma chamber wall, the supplied electrons e are used for direct current discharge, and ionized gas such as a rare gas introduced from the inlet (6) is ionized to generate a main plasma chamber.
The discharge is sustained by the supply of electrons e.

そして、電極群(7)のビーム引出し作用により。And due to the beam extraction action of the electrode group (7).

生成された主プラズマμsからイオンがイオンビームと
なってスパッタ室等に導出される。
Ions from the generated main plasma μs become an ion beam and are led out to a sputtering chamber or the like.

一方、磁石αηのカスプ磁場により主プラズマ室が効率
よく閉じ込められ、かつ、電極群(7)の近傍に大面積
にわたって均一で安定した主プラズマS8iが生成され
る。
On the other hand, the main plasma chamber is efficiently confined by the cusp magnetic field of the magnet αη, and a uniform and stable main plasma S8i is generated over a large area near the electrode group (7).

さらに、副プラズマ室0υに導入されるガスは。Furthermore, the gas introduced into the sub-plasma chamber 0υ is.

希ガス以外のガスを用いても何ら影響はなく、主プラズ
マ室翰のイオン化ガスと同一のガスを副プラズマ室0υ
に導入することができる。
There is no effect even if a gas other than rare gas is used, and the same gas as the ionized gas in the main plasma chamber is used in the sub plasma chamber at 0υ.
can be introduced into

また、電磁コイル′351の代りに永久磁石を用いても
よい。
Further, a permanent magnet may be used instead of the electromagnetic coil '351.

(実施例2) 実施例2を第2図について説明する。(Example 2) Example 2 will be explained with reference to FIG.

同図は、第1図における副プラズマ室0ηへのマイクロ
波の導入を、同軸ケーブル(39)とアンテナ包0)を
用いて行うものであり、副筐体(ト)の右側間10部及
び左側開口部にそれぞれ磁性体又は非磁性体からなる蓋
板姐)、02が装着され、右側の蓋板(41)が絶縁体
08)を介して主筐体(至)に装着され、右側の蓋板I
llに電子放出孔13カが形成されている。
In this figure, microwaves are introduced into the sub-plasma chamber 0η in Fig. 1 using a coaxial cable (39) and an antenna package 0), and the microwave is introduced into the sub-plasma chamber 0η in Fig. A cover plate (41) made of a magnetic material or a non-magnetic material is attached to the left opening, and the right cover plate (41) is attached to the main casing (to) via an insulator (08). Lid plate I
Thirteen electron-emitting holes are formed in 11.

副プラズマ室0υに設けられたアンテナHBは、左側の
蓋板〔2を貫通して同軸ケーブル伯9)に接続され。
The antenna HB provided in the sub-plasma chamber 0υ is connected to the left cover plate [2 through which the coaxial cable 9] is connected.

副プラズマ室OT)にガス導入口(至)が形成され、副
筐体(7)の外周に永久磁石0υが設けられ、副プラズ
マ室0υにECR条件以」二の磁場を発生する。
A gas inlet (to) is formed in the sub-plasma chamber (OT), and a permanent magnet 0υ is provided on the outer periphery of the sub-casing (7) to generate a magnetic field in the sub-plasma chamber 0υ that is better than the ECR conditions.

なお、アンテナ顛の先端部は、マイクロ波放電を引き起
し易いように副プラズマ室0υの壁面に近接して設けら
れている。
Note that the tip of the antenna frame is provided close to the wall surface of the sub-plasma chamber 0υ so as to easily cause microwave discharge.

そして、ケーブルリ9)、アンテナ顛を介して副プラズ
マ室0])にマイクロ波が導入きれると、副プラズマ室
01)がマイクロ波空洞共振器条件で形成されていない
場合でも、アンテナ顛の先端部と副プラズマ室0υの壁
面との間の高電界によりマイクロ波放電が容易に発生す
る。
When microwaves are completely introduced into the sub-plasma chamber 0]) through the cable relay 9) and the antenna frame, even if the sub-plasma chamber 01) is not formed under microwave cavity resonator conditions, the tip of the antenna frame Microwave discharge is easily generated due to the high electric field between the plasma chamber and the wall of the sub-plasma chamber 0υ.

そして、前記マイクロ波放電の発生にもとすき、導入口
(7)から副グラズマ室0υに導入されたガスが電離さ
れて副プラズマaηが生成され、放出孔Gカから主プラ
ズマ室(2)に電子eが供給される。
Then, before the microwave discharge is generated, the gas introduced from the inlet (7) into the sub-glazma chamber 0υ is ionized to generate sub-plasma aη, and from the discharge hole G to the main plasma chamber (2). Electrons e are supplied to .

この場合、同軸ケープ/l/a9)とアンテナけωを用
いているため、第1図のように副プラズマ室0])がマ
イクロ波空洞共振器条件に制約されないため、副プラズ
マ室0υを小形に形成することができる。
In this case, since the coaxial cape /l/a9) and antenna cage ω are used, the secondary plasma chamber 0]) is not restricted by the microwave cavity resonator conditions as shown in Figure 1, so the secondary plasma chamber 0υ can be made smaller. can be formed into

なお、アンテナ顛の個数を増加することにより。Furthermore, by increasing the number of antenna elements.

電子放出量の増大を図ることができる。It is possible to increase the amount of electron emission.

また、磁石αυは電磁石でもよく、さらに、蓋板Hn 
、 @”2hを磁性材料で構成する場合は、磁石0])
の小形化が可能である。
Further, the magnet αυ may be an electromagnet, and the cover plate Hn
, @"If 2h is made of magnetic material, magnet 0])
can be made smaller.

(実施例3) 第2図の副プラズマt37)の生成手段(A、、) Q
 、 カウフマン型イオン源装置に適用した実施例3を
第3図に示す。
(Example 3) Generating means (A,,) of sub-plasma t37) in Fig. 2 Q
Embodiment 3, which is applied to a Kauffman type ion source device, is shown in FIG.

第3図に示すイオン源装置において22゜45GI(z
In the ion source device shown in Fig. 3, 22°45GI (z
.

20Wのマイクロ波を使用して実験した結果、マイクロ
波数+[[流が2Aとなり2電極群(7)が引出し口径
2.5儒φの多孔式電極の場合、ビーム電流100mA
でアルゴンイオンビームが安定に引出された。
As a result of an experiment using a 20W microwave, the beam current was 100mA when the microwave number +
The argon ion beam was stably extracted.

(実施例4) 第2図の副プラズマ37)の生成手段(A)を2個パケ
ット型イオン源装置に適用した実施例4を第4図に示す
(Embodiment 4) FIG. 4 shows Embodiment 4 in which two of the sub-plasma 37) generating means (A) in FIG. 2 are applied to a packet type ion source device.

この場合、2個の生成手段(A)、すなわち2個の副プ
ラズマ室0υから主プラズマ室翰に電子eが供給される
だめ、供給電子量が増加し、大型のイオン源装置に有効
である。
In this case, since electrons e are supplied to the main plasma chamber from the two generation means (A), that is, the two sub-plasma chambers 0υ, the amount of supplied electrons increases, which is effective for large ion source devices. .

なお、生成手段(A、)を3個以上用いてもよく。Note that three or more generation means (A,) may be used.

かつ、第1図の副プラズマS7)の生成手段(B)を4
カウフマン型イオン源装置に1個又は複数個適用し得る
ことは勿論である。
And, the generation means (B) of the sub-plasma S7) in FIG.
Of course, one or more of these can be applied to the Kauffman type ion source device.

また、複数個の生成手段(A) 、 (B)を用いる場
合、マイクロ波電力を個々に制御し、各生成手段(A)
In addition, when using a plurality of generation means (A) and (B), the microwave power is individually controlled, and each generation means (A)
.

()3)からの放出電子量を調整することができる。The amount of electrons emitted from ()3) can be adjusted.

(実施例5) 第5図に示す実施例5は、マイクロ波より低い高周波の
電力で高周波放電を発生する実施例を示す。
(Example 5) Example 5 shown in FIG. 5 shows an example in which high-frequency discharge is generated using high-frequency power lower than that of microwaves.

同図はパケット型イオン源装置の場合を示し。The figure shows the case of a packet-type ion source device.

副筐体(1)′が耐熱ガラスから構成され、副筐体中′
の電子放出孔3zが主プラズマ室翰に連通し、MHzオ
ーダの高周波電圧を出力する高周波電源(431に1対
の高周波型WA←荀、ケ均が接続きれ、板状の一方の電
fMI4荀が副プラズマ室0υに設けられ、筒状の他方
の電極(451が副筐体(1)′の外周に設けられてい
る。
The sub-casing (1)' is made of heat-resistant glass;
The electron emission hole 3z is connected to the main plasma chamber wall, and a high-frequency power source (431) that outputs a high-frequency voltage on the order of MHz (431 is connected to a pair of high-frequency type WA←, Keihin is connected, and one of the plate-shaped electric fMI4 is provided in the sub-plasma chamber 0υ, and the other cylindrical electrode (451) is provided on the outer periphery of the sub-casing (1)'.

そして、高周波電源囮による画電極(441、1451
間の高周波電圧により高周波放電が発生し、マイクロ波
の場合と同様、副プラズマ室0])に副プラズマ軽が生
成きれ、副プラズマ室01)から主プラズマ室(イ)に
電子が放出されて供給される。
Then, the picture electrodes (441, 1451
A high-frequency discharge is generated by the high-frequency voltage between the two, and as in the case of microwaves, secondary plasma light is generated in the secondary plasma chamber 0]), and electrons are emitted from the secondary plasma chamber 01) to the main plasma chamber (A). Supplied.

この場合、マイクロ波発生器より安価な高周波電源(4
3)を用いているため2装置が低価格となる。
In this case, a high frequency power source (4
3), the cost of the two devices is low.

また、副プラズマ室6υの外側に磁場発生用の永久磁石
又は電磁コイルを設け、副プラズマロを高密度化するこ
とができる。
Further, by providing a permanent magnet or an electromagnetic coil for generating a magnetic field outside the sub-plasma chamber 6υ, it is possible to increase the density of the sub-plasma chamber.

さらに1本実施例をカウフマン型イオン源装置にも適用
i〜得ることは勿論である。
Furthermore, it goes without saying that this embodiment can also be applied to a Kauffman type ion source device.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明は1以上説明したように構成されているので、以
下に記載する効果を奏する。
Since the present invention is constructed as described in one or more of the above descriptions, it achieves the advantages described below.

電子放出源としての副プラズマ室0υにおいて高周波放
電により副プラズマ31が生成され、主プラズマ室翰の
プラズマ生成に必要な電子eが生成され、主プラズマ室
翰に供給されるだめ、従来のように、フイラメンl−、
熱電子放出相等の消耗性材料を高温に加熱して維持し、
熱電子放出現象を利用する場合に比し、材料の消耗がな
く6電子放出源が極めて長寿命になり、数百時間以上の
長時間の連続運転を可能にすることができる。
A secondary plasma 31 is generated by high-frequency discharge in the secondary plasma chamber 0υ as an electron emission source, and electrons e necessary for plasma generation in the main plasma chamber are generated and supplied to the main plasma chamber. , filamen l-,
heating and maintaining a consumable material such as a thermionic emitting phase at a high temperature;
Compared to the case where thermionic emission phenomenon is utilized, there is no material consumption, and the 6-electron emission source has an extremely long life, and can be operated continuously for a long period of several hundred hours or more.

さらに、副プラズマ室0υの副プラズマ6ηの生成に用
いるガスに、希ガス以外のガスを用いることができ、ガ
スの種類に制約がない。そのため、副プラズマ室6υの
ガスに主プラズマ室翰のイオン化ガスと同一のガスを用
いた場合、主プラズマ室翰の主プラズマc(81が所望
のイオン化ガスのみのプラズマとなり、良質のイオンビ
ームを形成することができる。
Furthermore, gases other than rare gases can be used as the gas used to generate the sub-plasma 6η in the sub-plasma chamber 0υ, and there are no restrictions on the type of gas. Therefore, when the same gas as the ionized gas in the main plasma chamber 6υ is used as the gas in the sub-plasma chamber 6υ, the main plasma c (81) in the main plasma chamber 6υ becomes a plasma containing only the desired ionized gas, producing a high-quality ion beam. can be formed.

その」二2酸素等の反応性ガスの場合でも、酸化消耗す
るものがなく、プラズマの生成と・安定に長期間維持す
ることができる。
Even in the case of reactive gases such as 22-oxygen, there is no oxidation and consumption, and plasma can be generated and maintained stably for a long period of time.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図ないし第5図はそれぞれ本発明のイオン源装置の
各実施例の構成図、第6図ないし第8図はそれぞれ従来
のイオン源装置の構成図である。 翰・・・主プラズマ室、e1)・・副プラズマ室、c(
η・・・副プラズマ、(9)・・・主プラズマ、e・・
を子。
FIGS. 1 to 5 are block diagrams of respective embodiments of the ion source device of the present invention, and FIGS. 6 to 8 are block diagrams of conventional ion source devices, respectively. Kan...Main plasma chamber, e1)...Secondary plasma chamber, c(
η...Secondary plasma, (9)...Main plasma, e...
A child.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)直流放電によりイオンビームを生成する主プラズ
マ室と、高周波放電によりプラズマを生成して前記直流
放電に必要な電子を前記主プラズマ室に供給する電子放
出源としての副プラズマ室とを備えたことを特徴とする
イオン源装置。
(1) A main plasma chamber that generates an ion beam by DC discharge, and a sub-plasma chamber that serves as an electron emission source that generates plasma by high-frequency discharge and supplies electrons necessary for the DC discharge to the main plasma chamber. An ion source device characterized by:
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