JPH02123639A - マイクロ波イオン源 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は全体としてイオン源、即ち、供給材料（普通、
ガス）をプラスマを形成することによりイオン化してそ
こからイオンビームを抽出可能にする装置に関する。殊
に、本発明は磁界内のマイクロ波放電によりプラスマが
形成されるいわゆる「マイクロ波イオン源」に関する。

（従来の技術） イオン源は、商業上、電子工学部品の製造に於ける半導
体ウェハの如き材料中に選択イオンを打ち込む装置内に
使用されている。また、上記材料の物理的性質を変更さ
せるためにイオン打ち込み法を使用しようという提案も
なされている０例えば、イオン打ち込み法により腐食や
摩耗に対する耐性のごとき性質を改善したり金属の摩擦
特性を変化させることが出来ることが今日まで判ってい
る。

典型的な市販イオン打ち込み機の場合、イオンビームが
プラズマから抽出され純化（分類）されターゲット材料
方向へ加速され同材料内へイオンが打ち込まれることに
なる。イオン源は長寿命を有し、高く安定的な出力電流
を作り出すことが望ましい、また、十分に鮮明で安定的
なビームも望まれる。

従来の営業用に使用されるイオン源は、イオン化プロセ
スに必要とされる電子を作り出すために、普通、高温陰
極を使用してきた。これら高温陰極源は約１ｍＡの低出
力で比較的長い寿命時間にわたって安定的な電流を作り
出す。しかしながら、約１０ｍＡの高出力ではこれらの
イオン源はイオンビーム中の高周波の摂動、若しくは「
ハツシュ」にさらされるためイオン打ち込み効果の均一
度を低下させ急速なフィラメントの焼き切りを結果しイ
オン源の寿命を短くすることになる。

従来よりマイクロ波イオン源は上記の高温陰極イオン源
に対して一定の利点を示す事が判っている。プラズマを
形成するためにマイクロ波エネルギーを使用すると陰ｉ
の必要が無くなる。その為、イオン源の寿命は消耗部品
には依存しなくなる。

同様にして、マイクロ波イオン源は高いイオン濃度で少
ない「ハツシュ」しか作り出さない事が知られている。

また、供給ガス圧を低くできるため、プラズマ室の汚染
度は少なくなり供給材料は保存される。同様にして、従
来より電子レンジ用に広く開発されてきたタイプの市販
のマイクロ波発生器は必要とされるマイクロ波放電を作
り出すために使用できる。

米国特許文献は以下の特許を含めてマイクロ波イオンビ
ーム源の若干例を開示している。

３、４７６、９６８　　　　（Ｏｍｕｒａ）３＋７７８
，６５６　　　　（Ｆｒｅｍｉｏｔ　ｅｔ　ａｔ）４．
０５８７４８　　　　（Ｓａｋｕｄａ　ｅｔ　ａｌ）４
．３１６．０９０　　　　（Ｓａｋｕｄａ　ｅｔ　ａｌ
）４．３９３，３３３　　　　Ｃ３ａｋｕｄａ　ｅｔ　
ａｌ）４．４０９．５２０　　　　（ｌ［ｏｉｋｅ　ｅ
Ｌ　ａｌ）Ｆｒｅｍｉｏｔ等とＯｍｕｒａは共にプラズ
マを形成する際にマイクロ波を伝播する共振室を使用す
ることを開示している。しかしながら、この方法は一定
の欠点をもっている（米国特許第４，０５８，７４８号
、第３欄、２２行−第４！ａ、４３行）。

５ａｋｕｄａ等とＫｏｉｋｅ等に関する米国特許は各々
隆起導波管を使用してマイクロ波発生器から内部でプラ
ズマが形成される放電室へマイクロ波エネルギーを伝達
する方法を開示している。これらの特許は本発明の十分
な理解に供するために後に論することにする。

隆起導波管は放電室内に良好なマイクロ波の均一度を作
り出すと言われている。しかしながら、従来より、導波
管内に隆起が存在するために導波管の構造が難しくなる
ことが知られている。また、放電室を導波管からシール
して真空状態に維持しなければならないためにマイクロ
波エネルギーを放電室内へ伝播させるうえで様々な問題
が発生する。導波管内の鋭い辺縁はオン−オフ特性の不
確実さだけでなく疑似放電と、その結果生ずる発生プラ
ズマの不安定性を引き起こす、また、隆起導波管を使用
すると、放電室内に磁界を作り出すために大きくかさ張
ったコイルが必要になる。これは放電室コイル間に隆起
が物理的な障壁を作り出しそれがコイルを放電室から押
し去るため所望の強度を持った磁界を作り出すためにコ
イルをかなり大きくする必要があるからである。また、
コイルが大きいと高い入力電力が必要になる。

米国特許第４，３１６．０９０　（Ｓａｋｕｄａ等）は
大きなコイルの必要を避けるための提案を開示している
。

しかしながら、磁界を作り出すためには、導波管と放電
室に隣接して配置された比較的複雑な導波管と透磁性部
材と共に比較的大きなコイルが依然必要となるように思
われる。

米国特許第４，４０９．５２０号（にｏｔｋｅ等）は真
空シールを経てマイクロ波エネルギーを導波管から放電
室へ連結する問題を克服しようと試みているが、マイク
ロ波エネルギーを放電室内に導くためには依然テーパー
状の隆起が必要となる。この隆起は構成するのが困難だ
けでなくテーパーはマイクロ波エネルギーを放電室内へ
連結するためには比較的不効率な手段であり真空シール
と放電室自体の間の導波管の放電部分内に導波管を充填
するには大量の絶縁材料が必要となる。また、導波管内
の隆起はそれらがコイルと放電空間の物理的障壁である
ために必要とされる磁界を作り出すために大きなコイル
を使用する必要がある。

（発明が解決しようとする課題） 本発明の目的は従来の技術に比べて樟々な利点を与える
改良されたマイクロ波イオン源を提供することである。

（課題を解決するための手段） 本発明により提供されるイオン源は、マイクロ波発生器
と導波管を備え、後者は導波管内にマイクロ波放射を発
生させるためにマイクロ波発生器が連結される第一の部
分と、マイクロ波が導波管に沿って伝播する方向の上記
第一の部分の下流の放電室が形成される第二の部分と、
上記第一と第二の部分間の変換部分とを有する。第一と
第二の部分は、それぞれ、その長さ全体に沿って均一な
矩形の内側断面形を有する。各断面形は両部分とも等し
く、マイクロ波発生器の定格作業周波数で作り出される
マイクロ波の公称波長の少なくとも約半分に選ばれる第
一の寸法と、導波管の第一の部分よりもその第二の部分
で小さなそれより小さな第二の寸法を有する。変換部分
は、実質上インピーダンス損なしに第一の部分から第二
の部分へマイクロ波を伝送することの出来る寸法をして
いる。第一と第二の導波管部分間には、導波管に沿うマ
イクロ波の伝播を妨げることなく真空シールを提供する
ための手段が設けられている。絶縁材料のライナーは第
二の導波管部分内に真空室を形成する。また、イオン源
は、放電室内に磁界を発生させる手段と、プラズマを形
成するために室内に供給材料を導入する手段と、室から
イオンビームを抽出する手段とを備えている。

実際、本発明により与えられる形のイオン源を使用して
高度に安定的な出力電流を提供することのできる安定的
な信鯨性のあるイオンビームを得ることができる事が判
ワた。長寿命のイオン源も得ることができた。

ビーム抽出手段は矩形のスリットを備え、同スリットを
介してビームが放電室から抽出され、スリットが導波管
の矩形部分と整合するようにすることが望ましい。

（実施例） まず第一図を見ると、マイクロ波発生器ｌが示されてい
て、同発生器ｌは放電室３を備える導波管２に接続され
ている。導波管２は発生器１が接続される第一の部分２
ａと、放電室３を収納する第二の部分２ｂと、中間変換
部分２Ｃとを備えている。

第二の部分２ｂは、真空ポンプ５により低圧に維持され
る。マイクロ波は、第−回内の矢印により示された方向
に導波管２に沿って伝播し、導波管部分２ｃを形成する
変換器６とチラークツ内を通過した後、部分２ｂ内へ集
中する。磁界は、全体を８で示した磁石により放電室３
内で発生する。供給材料はガス入り口９を介して放電室
３内へ導入される。供給材料、マイクロ波界、及び磁界
の相互作用によって導波管２の部分２ｂ内にプラズマが
作り出される。プラズマは絶縁材料のライナー１０によ
り放電室内に閉じ込められる。

イオン源により発生させられたイオンビームは抽出電極
１２．１３により抽出スリット１１を介して抽出される
。その後イオンビームは従来の加速室１４内で加速され
、従来の粒子分類器１５により精製されターゲツト室１
６内のターゲット上に向けられる。

マイクロ波発生器１は、導波管２に対して導波管端から
適当な距離の所に接続されることによって、導波管端か
ら反射するマイクロ波はエネルギー導波管端から隔たっ
たマイクロ波源から直接伝播するマイクロ波を増加させ
るようになっている。

マイクロ波発生器ｌは、市販電子レンジ中に使用される
タイプのものでよく、例えば６００ワツトの電力を使用
して２．４５ＧＨｚのマイクロ波周波数を発生すること
ができる。もし電子レンジ中に使用されるタイプのマイ
クロ波発生器を使用する場合には、第２図に最も良（描
かれているように、発生器はそのアンテナ若しくはプロ
ーブを単に導波管側部の一つの開口内に挿入することに
より導波管に接続することができる。

導波管２は、マイクロ波源付近の導波管頭載のマイクロ
波電界により空気分子が不必要にイオン化されることの
ないように十分大きくなければならない、かかるイオン
化はマイクロ波の伝播と干渉しあうことになるからであ
る。また、導波管２は導波管２の放電部分２ｂの強磁界
からの干渉を避けるために十分長くなければならない、
しかしながら、導波管２は、必ずしも真っすぐである必
要はなく公知の導波管理論に従ってカーブしていてもね
じれていてもよい。

導波管２は導電性が良好なものであればどんな材料でも
よいが、回倒ではアルミ構造とした。

矩形導波管はマイクロ波を良く伝播し構成しやすいこと
が判った。矩形導波管は内側に鋭いエツジがないためイ
オン源の動作と干渉しあう疑似マイクロ波放電を回避す
る。マイクロ波を導波管内で伝播させるためには、導波
管断面の一寸法は、少なくともλ賀−ｇの半分でなけれ
ばならない。

但し、λＨ−ｇは導波管内のマイクロ波の波長である。

マイクロ波が矩形アルミ導波管内を２．４５ＧＨｚの周
波数を有する場合にはλ−−ｇの半分はほぼ３．４イン
チとなる。導波管の高さｈ（第３図）はちょうどλ−−
ｇの半分にとることが望ましくその場合には公知の電磁
波理論に従ってＥ、。マイクロ波だけが導波管に沿い伝
播する。寸法りは導波管の長さ全体を通して均一である
。

導波管の他の寸法（幅）は重要ではないが、上記したよ
うに空気分子の過度のイオン化を避けるために十分な幅
を持つ必要がる。また、導波管の幅はｌ！、ｅマイクロ
波だけが導波管に沿って伝播するように、高さよりも小
さくする必要がある。それ故、周波数の異なるマイクロ
波源を用いてマイクロ波イオン源の寸法を変更すること
は比較的簡単なことであろう。かくして、もし周波数が
１０Ｇｌｌｚのマイクロ波を使用したならば、高さ１．
８インチの導波管がマイクロ波を伝播させることになろ
う。

電磁導波管技術に従い、もし導波管の断面の一方の寸法
をηλ−−ｇに等しく、また他方の寸法を４λｗ−ｇよ
り小さく構成すると、長さ％λ−−８の側部は導波管の
電極となり、Ｅ界はそれらに対して垂直になり、電極の
上下でゼロに減少する電圧差Ｖを導波管の中心の二つの
電極間に作り出すことになろう、中心のＩＩＩｅ界の大
きさはその時　ａＶ　　となろう、但し、ｂｌは導波管
の幅である。

ｂＩ かくして、電極は導波管の放電部分２ｂに参照番号１７
（第４図）により、また部分２ａの場合には１８で示す
ような導波管の垂直側部となる。

電１１７間の距離を電極１８間の距離よりも小さ（する
ことによって、マイクロ波界が高密度のプラズマを作り
出すに十分な強さをもつようにすることが不可決である
。！極間の距離は０．３１５であることが望ましい、そ
の時、導波管２の放電部分２ｂ内のＥ界の大きさは、導
波管部分２ａのＥ界の大きさと、電極１８間の距離の電
極１７間の距離に対する比との積に等しくなろう。

そのため、導波管２の放電部分２ｂのマイクロ波電界の
強さはマイクロ波発生器付近の導波管内の大によって入
力電力の低い導波管の放電部分内に高密度のイオンプラ
ズマが発生することが可能になる。

４波長変換器６は、導波管部分２ａから導波管の放電部
分２ｃヘマイクロ波エネルギーを伝送するために使用さ
れる。変換器６は、もし次のように構成されていれは導
波管どうしの間にマイクロ波エネルギーの１００χを伝
送することになろう。

さて、第４図を見ると、導波管の変換部分２ｃの長さ１
９はスス−−ｇに等しい、変換部分２ｃの電極２０どう
しの間の距離は導波管の残りの電極どうしの間の距離に
対して次のような関係を持つ。

ｂｗｍ、／−口τ 但し、ｂｗは、変換器の電極２０どうしの間の距離、ｂ
Ｉは、導波管２ａの電極１８間の距離、ｂ８は導波管の
放電部分２ｂ内の電極どうしの間の距離である。この変
換器の形を使用することによって、マイクロ波エネルギ
ーの１００Ｘは、Ｅ、。マイクロ波エネルギーだけが導
波管に沿い伝播する限り、幅の異なる導波管部分どうし
の間を伝送されることが判った。

かかる一連の変換器は、それらが互いにすぐ隣接して配
置されるか導波管２に沿って離れて配置されるどうかに
拘わらず、等しく良好に動作することに注目されたい。

図面に於いて、変換器６は、円形で、金属ブロックの形
をしている。しかしながら、この構造は、変換器の本質
的な部分は内側の導通面であるからただ便宜上の問題で
ある。それ故、変換器は、導波管部分２ａの端のフラン
ジ２１のごとき隣接部品に接続するためのフランジをそ
の端に有するシートアルミとすることもできよう。

いかなるマイクロ波イオン源の放電部分も、不都合なイ
オンによるプラズマの汚染を避けるために低圧に維持し
なければならない。導波管はマイクロ波イオンＢ１に至
るまでずっと真空シールできることは明らかである。し
かしながら、もしかかる大きな容積が低圧に維持される
べきであれば、比較的おおきな真空ポンプが必要になる
。さて、今度は第３図と第６図を見ると、チョーク７は
変換器６とほぼ等しい形をしていて、変換器６と導波管
２の放電部分２ｂとの間に配置され、効果的にその部分
を形成することがわかる。チョーク７は、水晶パネル若
しくは窓２３を組み込むことによって、部分２ｂ内に真
空シールを与える。窓２３は、伝送損なしにマイクロ波
の伝播を可能ならしめる。寸法に適当な変更を加えて水
晶の代わりに任意の絶縁材料で製作できることは言うま
でもない。

第６図に最も良く見ることができるように、チ覆−り７
は、水晶窓２３を格納するための矩形凹所２５を有する
。即ち、凹所は窓２３の外側面がチッーり７の面２６と
同一水準に位置するような寸法をしている。また、チョ
ークは、水晶窓２３に対して垂直に延び組み立て導波管
内に、事実上、窓の側部フランジを形成する矩形水晶プ
レート２８を受は取るために凹所２５に対して直角のス
ロット２７も有している。水晶窓２３と水晶フランジ２
８は、長さ２９と３０（第６図）が、それぞれ区λ−−
ｇとなるように設計される。この設計により、スロット
内に直立波が形成されるため、隅には電流は流れない。

その為、チョークを横切っての導波管の放電部分２内へ
のマイクロ波伝播には何等、抵抗は存在しない。

先に述べたごとく、放電室２ｂは、一方の寸法が％λ−
−ｇで、他方の寸法が０．３１５インチの矩形断面を有
し、アルミ製である。この導波管部分は便利な長さに作
ることができるが、磁石８導波管の側部に密接して配置
することを可能にするだけの長さでなければならない、
先に述べたように、導波管は、良導体であればなんでも
良いが（例えば＃Ｒ）、便宜上アルミを選ぶ。

両方の導波管部分２ａと２ｂは、エルミシートにより作
られ、矩形のボックス形中心部分を有する。

部分２ａの場合は、中心部分の一端は、端板により閉じ
られる一方、他端はフランジ２１によりはめあわされる
０部分２ｂの中心部分は両端にフランジ２２゜３４を有
する。フランジは、変換器６とチ覆−り７の円形をマツ
チさせるために選んだ円形をしている。導波管を構成す
る組成体は第４図に最も良く示されているように、フラ
ンジを貫くボルトにより共に保持される。

真空シールチョーク７は、放電室３と変換器６０間のど
こに配置しても良いことは明らかであるが、構成の便宜
上、変換器６に隣接して配置する。

ガス入り口９は、供給材料の導波管２の放電部分２ｂ内
への導入を可能にする。上記例では、ガス入り口９は、
ニードル弁の形を採っている。絶縁材料１０のライナー
１０は導波管の放電部分内に緩くフィツトし、放電室３
を形成する凹所を形成する。

本例では絶縁材料は窒化朋素である。第４図に最も良く
示されているように、入り口９は、供給材料が直接放電
室３内に送られるように配置されている。

放電室３は、リボン状のイオンビームを抽出するうえで
望ましい矩形断面をしている０本例では、放電室寸法は
１．５０インチＸ１．５０インチＸ０．２０インチであ
ることが望ましい、プラズマから漂遊するイオンによる
アルミ導波管の汚染を防止するために、絶縁インサート
１０は、第５図のごと（、二つの半分体どうしの間の二
分面をマイクロ波の伝播方向に対して垂直かつ水平にし
て、二つの半分体に構成される。二つの半分体の衝合面
は漂遊イオンに対する抵抗を与えるために図のように段
状となっている。

インサート１０は、導波管の放電部分２ｂの電極１７が
放電室３内に形成されるプラズマ内のイオンと電子と衝
突しないように保護する。また、絶縁材料は、プラズマ
を放電室３の小さな容積に閉じ込める。放電室３では導
波管の放電部分２の電極どうしの間に確立されたマイク
ロ波電界は比較的均一であるため、比較的均一なプラズ
マを提供する。

先に論じた如く、狭い電極１７どうしの間のマイクロ波
電気エネルギーの集中は、ガス人口９を経て導入された
供給材料から高密度のイオンプラズマを作りだすのに十
分なエネルギーを提供する。また、インサート１０は低
圧に維持する必要のある容積を小さくする。

端板３３は導波管部分２ｂ　（第２図）の外側端のフラ
ンジ３４へ接続する。プレート３３内には抽出スリット
１１が設けられる。抽出スリットは矩形を有し、その辺
縁が放電室３の壁に対して平行となるように向いている
。抽出スリット１１の辺縁はプレート３３の外側面に対
して１２８°の角度で切込まれることが望ましい（第６
図）。但し、角度の正確さは重要ではない、プレート３
３はマイルド鋼の如き良導体材料により作られて抽出１
を極としての作用を行う。イオン源組成体の残りの如く
、それは高電位に維持する。プレート３３は加速室１４
の端と気密にはまりあう。

抽出スリットは０．７５インチｘ　Ｏ，０３１２インチ
の寸法と約０．０２０インチの深さを有することによっ
て安定的なイオンビームが、当業者に公知の如く、放電
室３内に発生したプラズマから抽出できるようになって
いる。第１図について見ると、抽出電極１２は放電室３
に対して負に帯電する一方、抽出電極１３はアースされ
る。２個の電極は抽出スリット１１付近に配置され、放
電室３内に発生したプラズマから正イオンを抽出する。

抽出イオンは、その後公知の加速室１４と公知の粒子分
析器１５を経て公知のターゲツト室１６方向へ加速され
る。

真空ポンプ５は加速室１４へ接続され、スリット１１を
経て導波管の放電部分２ｂを排気する。ｍ知のようにス
リットを通る比較的大きな容積の排気は不効率である。

それ故、導波管の放電部分２ｂを、磁石８を放電室３へ
近（配置できるようにする必要条件により可能とされる
ほどの小ささに維持することが必要である。

磁石８は第６図に３５で示した磁界線がマイクロ波電界
に対して垂直となるように導波管の放電部分２ｂに隣接
して配置される。当該技術において公知の如く、イオン
源の放電室内の不均一磁界によリマイクロ波エネルギー
のプラズマによる効率的な吸収が可能になる。本例の場
合、磁石８により発生した磁界は２．４５ＧＩＩｚ電磁
界の電子サイクロトロン共振界である８９０ガウスより
大きな強さを有する必要がある。マイクロ波界の周波数
が高かった小型源に対して必要とされる磁界は、公知の
電磁理論により高い強度を有する必要があろう。かくし
て作りだされる磁界はプラズマ内の電子を磁界線に沿っ
て螺旋させ、このことによってプラズマの密度を大きく
する外に、放電室３の壁と衝突する電子の数を小さくす
る。かくして絶縁インサート１０は周知の如く、より長
く続くことになろう。

放電室を包囲する従来の隆起電極が存在しないため、磁
石８を導波管の放電部分付近に従って放電室３に近接し
て密に配置することが可能になる。

このため、磁石８は比較的低い磁力を有することができ
、従来のイオン源と異なって大きな磁石は使用する必要
がなくなる。

永久磁石もしくは電磁石を使用することができる。何れ
の場合にも、磁石は第４図に示す如く、導波管２の放電
部分２ｂのフランジ３４．２２の間に容易にフィツトす
ることができる。

磁石８は磁石と導波管間の偽似放電を避けるようにイオ
ン源組成体と同一電位でフロートする。

第６図は、本発明のもう一つの、しかもオプションとし
ての特徴を示す、放電室を経て充電ロッドもしくはワイ
ヤ３６を挿入し、抽出スリット付近のプラズマを強化す
る。ロッド３６はスリット１１の敗ミリ背後にそれと平
行に配置する。ロッド３６は電子をその領域に閉込める
ことによってプラズマを強化し等質化する強い磁界を抽
出スリット付近に作りだす。

また、ロッド３６は抽出スリット方向へ移動する中性イ
オンに対する物理的な障壁を作りだすため、スリット付
近の真空度を改善する。真空度の改良はまた電圧が高い
（ギャップ付近でｓｏ、ｏｏボルトオーダ）抽出スリッ
ト付近のプラズマの崩壊を避ける上で役立つ。

充電ロッド３６はスリットの長さに対して平行に向いて
いる必要がある。すなわち、マイクロ波電界に対して垂
直にである。さもないと、ワイヤの磁界はマイクロ波電
界と干渉しあうことによって電界の均一性を低下させプ
ラズマの均一度を低下させることになろう。

ロッド３６の代わりに充電したヘリカルワイヤを使用す
ることもできる。

永久磁石と２００ワツト電力を用いて先に述べたような
イオン源から０．１Ａ／ｒｄの電流密度のイオンビーム
を得ることができた。もし磁気コイルを使用する場合に
は、電力消費量は１８００ワツトに増加するかもしれな
い。

さて第７〜９図について本発明のその他の実施例を説明
する。第７図には素数参照番号を用いて先の図面中に示
した部品と一敗する部品を示し、第８図と第９図には２
素数参照番号を同様にして使用している。

第７図は第３図の左端部分と偵でいるが、導波管の放電
部分の外側端のフランジ３４（第３図）が省略された本
発明の実施例を示す。抽出スリット１１が形成される端
板は導波管の開いた外側端に直接取付けられる。同様に
して、第３図に示す２つのｆ１ｍ石８は導波管の放電部
分を包囲する単一の大きな環状磁石と取替えられている
。第７図ではこの磁石は参照番号４０で示し、一方、導
波管の放電部分は２ｂ’で示しである。環状磁石自体は
市販されている磁石である。ある場合にはこの形の磁石
を使用することが望ましいかもしれない。何故ならば棒
磁石の場合よりも放電部分２ｂ内に必要とされる比較的
高磁界強度を得ることが全体として容易であるからであ
る。

この場合に抽出スリット１１’が形成される端板は、プ
レート４２内の開口４６内を延び導波管放電部分２ｂ’
の外側端面内のタップ孔内に受取られるねじ（そのうち
の一つを４４で示す）により、導波管部分２ｂ’の開い
た外側端に直接取付けられる矩形のスチールプレート４
２の形を取る。それらの孔は４７で示す。この端板の形
とその導波管への取付方法は先の例と比較して製造法の
簡単さを示す。

第８図と第９図は希土類棒磁石が使用される更にもう一
つの代替例を示す０例えば、磁石は市販されているコー
ロビウム／コバルト［とすることもできる。これらの磁
石は高い磁界強度を与え、先の例と比べてこのタイプの
磁石を使用して大きさと重さの小さなイオン源を構成す
ることができることが判った。

第８図と第９図に見る如く、導波管放電部分２ｂ”は先
に述べたものと本質的に同一で、第７図の端板４２と全
体として同一の端板４２″とフィンＩ・される、それぞ
れ４８で示す４つの希土類棒磁石が反対の極性の面で、
第９図に示す如く接触させて導波管放電部分２ｂ″上下
に対して配置する。磁石は導波管放電部分を端板の後部
方向に包摂するクランププレート５０により端板４２＃
に対して事実上クランプされる。プレート５０はその内
部を導波管が延びるが、導波管の一方側に対してフィツ
トし、その肢体が導波管上下に延びる全体としてＣ形片
の如きものの中に形成することのできる中心矩形開口と
、導波管の反対側に配置され、ボルトによりプレートの
他の部分の肢体の外側端に固定されるバーを効果的に有
する。プレート５０は導波管の放電部分２ｂ’のまわり
に摩擦的にクランプされるが、磁石内を延びるか磁石の
丁度外側方向に配置されたボルトにより端板４２′に固
定される（その場合には磁石はプレートの全幅より幾分
短くする必要があろう）、その代わり、接着剤を用いて
２つのプレートと４つの磁石から成る「サンドイッチ」
を共に固定するために使用することができる。

作業中、磁石は２つのプレート４２′　と５０を貫く磁
気同路を形成する。プレート５０が導波管がプレート内
を延びる場合に中心開口を有するという事実は磁界内に
必要とされる不均一性をつ（りだす。

実際の実験では、第８図と第９図に示す形の形状を用い
て、放電質内に８９０ガウスを超える磁界強度を発生す
ることができた。

先に述べた説明は特殊例に関するもので、本発明の範囲
内で多くの変更が可能であることを理解されたい０例え
ば、先に述べた特定の材料は変更できることはいうまで
もない。更に、導波管の寸法のあるものも変更でき、使
用されるマイクロ波発生器の周波数に従って変更するこ
ともできる。

同様にして、導波管の内部の一定の寸法は、例えばマイ
クロ波変換器の場合の如く重要であるが、外形は大部分
選択上の問題である。更に、使用する実際の電圧と電力
はイオンビームの所望の性Ｘに応じて変化させることが
できる。必要とされるイオンビームの形に従ってイオン
源内に種々のガムもしくは磁気を使用することもできる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明により提供される形のイオンコースを
組込んだイオン打込み機の概略配置図、第２図は、第１
図の矢印゛＾”の方向に見た斜視図、 第３図は、その構造を示すために分解したイオン源を示
す第２図と同様の斜視図、 第４図は、第２図の４−４線上に取った水平断面図、 第５図は、第４図の５−５線上に取った垂直断面図、 第６図は、第４図の一部の拡大図、 第７図は、本発明の代替例の詳細図で第３図の一部に似
た図、 第８図は、更にもう一つの代替例を示す第７図に類似の
図、 １・・・マイクロ波発生器 ２・・・導波管 ３・・・放電室 ２ａ・・・第一の部分 ２ｂ・・・第二の部分 ２ｃ・・・変換部分 ５・・・真空ポンプ （外４名） ＩＧ６ ５＋ｘ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、マイクロ波発生器と、 導波管内にマイクロ波放射を発生させるためにマイクロ
   波発生器が連結される第一の部分と、マイクロ波が導波
   管に沿って伝播する方向の上記第一の部分の下流の放電
   室が形成される第二の部分と、上記第一と第二の部分間
   の変換部分と、からなる導波管であって、上記第一と第
   二の部分は、それぞれ、その長さ全体に沿って均一な矩
   形の内側断面形を有し、両部分とも等しく、発生器の定
   格作業周波数で作り出されるマイクロ波の公称波長の少
   なくとも約半分に選ばれる第一の寸法と、導波管の第一
   の部分よりも第二の部分で小さなより小さい第二の寸法
   とによって形成され、実質上インピーダンス損なしに第
   一の部分から第二の部分へマイクロ波を伝送することの
   出来る寸法の変換部分を有するものと、 導波管に沿うマイクロ波の伝播を妨げることなく真空シ
   ールを提供するために第一と第二の導波管部分間に設け
   られた手段と、 第二の導波管部分内に真空室を形成する絶縁材料のライ
   ナーと、 放電室内に磁界を発生させる手段と、 上記室内に真空を作り出す手段と、 プラズマを形成するために上記室内にガス状の供給材料
   を導入する手段と、 上記室からイオンビームを抽出する手段と、から成るマ
   イクロ波イオン源。 ２、磁界発生手段が導波管部分の電極を形成する導波管
   の上記第三の部分の対向しあう壁と衡合するように配置
   された一対の磁石より成り、上記磁石が放電室に隣接し
   て配置される請求項１記載のイオン源。 ３、上記放電室内に配置され、上記室内のマイクロ波電
   界に対して垂直に向いた帯電ロッドもしくはワイヤを備
   える請求項１記載のイオン源。 ４、真空シールを提供する上記手段が導波管に沿うマイ
   クロ波伝播方向の導波管の変換部分下流にチョークを備
   え、同チョークが導波管に沿うマイクロ波の伝播を妨げ
   ずに導波管を横切って延び、上記真空シールを提供する
   水晶窓を備える請求項１記載のイオン源。 ５、上記変換器が上記水晶窓が変換部分から隔った上記
   ブロックの一面に配置された形で導波管の上記変換部分
   に直接隣接して配置されたアルミブロックより成り、同
   ブロックが上記窓から延び、マイクロ波伝播方向の上記
   水晶窓上流の導波管の上記放電部分の連続体を形成する
   上記変換部分と連通する請求項４記載のイオン源。 ６、上記第一と第二の導波管部分の各々の上記第一の寸
   法を形成する導波管壁が導波管の電極を形成し、上記窓
   が発生器の定格作業周波数で上記マイクロ波発生器によ
   り作りだされるマイクロ波の公称波長の４分の１に等し
   い距離だけ導波管の放電部分の電極の外側方向に上記通
   路を超えて延び、上記窓が矩形で、チョークが更に上記
   窓に対して全体として直角に上記電極に対して平行な上
   記窓の外側辺縁からアルミブロック内へ延びるフランジ
   を備え、上記各フランジが窓の導波管寸法の上記４分の
   １に等しいブロック内へ延びる長さを有する請求項５記
   載のイオン源。 ７、上記変換部分が上記第一第二の導波管部分どうしの
   間に配置され、その内部に上記第一の部分から上記第二
   の部分へ実質上抵抗損なしにマイクロ波の伝送を行う寸
   法をした通路を有するアルミブロックより成る請求項１
   記載のイオン源。 ８、上記変換部分が発生器の定格作業周波数で作りださ
   れたマイクロ波の公称波長の４分の１に等しい導波管に
   沿うマイクロ波伝播方向に一定の長さを有する請求項１
   記載のイオン源。 ９、上記第一と第二の導波管部分と変換器部分がそれぞ
   れ発生器の定格作業周波数で作りだされるマイクロ波の
   公称波長の少なくとも約半分に選ばれる上記第一の寸法
   を有する対向しあう壁を有し、各部分の各壁が導波管の
   電極を形成し、各部分の電極間の距離が次の関係式、 ｂｗ＝√（ｂ＿１ｂ＿２） により定義され、 ｂｗが変換部分内の電極どうしの間の距離で、ｂ＿１が
   第一の導波管部分の電極どうしの間の距離で、ｂ＿２が
   第二の導波管部分の電極どうしの間の距離である請求項
   １記載のイオン源。 １０、マイクロ波発生器の定格作業周波数が２．４５Ｇ
   Ｈｚで、導波管の第二部分の電極どうしの間の距離が０
   ．３１５インチである請求項８記載のイオン源。 １１、上記チョークと変換器の各々が導波管に沿うマイ
   クロ波伝播方向の一定厚のアルミブロックより成り、上
   記第一の導波管部分と上記放電室を形成する上記第二の
   導波管部の一部がそれぞれその端にフランジを有する矩
   形ボックス状の中心部分を含むシートアルミ製であって
   、上記シートアルミとブロックが共に端面突合せで連結
   され、上記導波管を形成する請求項４記載のイオン源。 １２、上記磁界発生手段が発生器の定格作業周波数でマ
   イクロ波の公称波長の約半分に選択される上記第一の寸
   法を形成する導波管の上記矩形ボックス状中心部分の対
   向しあう側部を形成する上記導波管の壁と接触して配置
   される一対の磁石より成り、上記磁石が上記放電室内に
   不均一な磁界を作りだすように配列される請求項１１記
   載のイオン源。 １３、導波管の外側端の上記放電部分のフランジに接続
   されるプレートと備え、同プレートがイオン源のイオン
   ビーム抽出スリットを形成するスリットをもって形成さ
   れる請求項９記載のイオン源。 １４、上記抽出スリットがその辺縁を放電室壁に対して
   平行にして配置され、その壁がプレートの外側面に対し
   てほぼ１２８°の角度で配置されるように形成される請
   求項１３記載のイオン源。 １５、上記抽出スリットが０．７５インチ×０．０３１
   ２インチの寸法と約０．０２０インチの深さを有する請
   求項１４記載のイオン源。 １６、上記マイクロ波発生器が２．４５ＧＨｚの定格作
   業周波数を有する請求項１記載のイオン源。 １７、放電室を形成する上記ライナが窒化朋素より構成
   される請求項１記載のイオン源。 １８、放電室内に磁界を発生させる手段が上記放電室を
   包囲する環状磁石から成る請求項１記載のイオン源。 １９、放電室内に磁界を発生させる上記手段が、イオン
   ビーム抽出スリット形成される導波管の外側端の端板と
   、導波管の上記第二部分のまわりに延び、上記端板に似
   ているがその内部を導波管が延びる開口を有して形成さ
   れるプレートとの間に、導波管の上記第二部分の対向し
   あう壁に隣接して配置された希土類磁石から成ることに
   より、上記プレートと磁石が磁気同路を形成する請求項
   １記載のイオン源。 ２０、マイクロ波発生器と、 導波管内にマイクロ波放射を発生させるためにマイクロ
   波発生器が連結される第一の部分と、マイクロ波が導波
   管に沿って伝播する方向の上記第一の部分の下流の放電
   室が形成される第二の部分と、上記第一と第二の部分間
   の変換部分と、からなる導波管であって、上記第一と第
   二の部分は、それぞれ、その長さ全体に沿って均一な矩
   形の内側断面形を有し、実質上インピーダンス損なしに
   第一の部分から第二の部分へマイクロ波を伝送すること
   の出来る寸法の変換部分を有するものと導波管に沿うマ
   イクロ波の伝播を妨げることなく真空シールを提供する
   ために第一と第二の導波管部分間に設けられた手段と、 第二の導波管部分内に真空室を形成する絶縁材料のライ
   ナーと、 放電室内に磁界を発生させる手段と、 上記室内に真空を作り出す手段と、 プラスマを形成するために上記室内にガス状の供給材料
   を導入する手段と、 上記室からイオンビームを抽出する手段と、から成るマ
   イクロ波イオン源。