JPH02148539A - Ion source - Google Patents

Ion source

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JPH02148539A
JPH02148539A JP30161888A JP30161888A JPH02148539A JP H02148539 A JPH02148539 A JP H02148539A JP 30161888 A JP30161888 A JP 30161888A JP 30161888 A JP30161888 A JP 30161888A JP H02148539 A JPH02148539 A JP H02148539A
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Japan
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ion source
source chamber
chamber
magnetron
dielectric
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Yoshitaka Sasamura
義孝 笹村
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Nissin Electric Co Ltd
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  • Electron Sources, Ion Sources (AREA)

Abstract

PURPOSE:To make the facility smaller and enhance the efficiency of utilization of microwaves, by directly attaching a magnetron to the side wall of an ion source chamber, and causing a part of the space of the ion source chamber to be occupied by a dielectric. CONSTITUTION:A magnetron 8 is attached on the cylindrical face of an ion source chamber 1. The magnetron 8 generates microwaves, which are emitted as electric waves from a high frequency dome 12. The grounded part of the magnetron is connected to the wall of the ion source chamber 1. A dielectric 10 is inserted into the ion source chamber 1 in such a manner that it occupies a larger part of the inside of the chamber in the direction of length thereof. The axial length of the chamber 1 is L. The outside diameter of the dielectric 10 is approximately the same as the inside diameter of the chamber 1, so that they are fitted to each other well. The axial length of the dielectric 10 is q. The remaining part d is a plasma production space 13. A wave guide, etc., is not thus connected to the external of the chamber 1 so that the chamber can be made smaller. In addition, the depth of the plasma production space is small, so that high plasma can be produced.

Description

【発明の詳細な説明】 (ト)技術分野 この発明は、マイクロ波と磁界を用いてプラズマを生成
するイオン源において、より高密度のプラズマを生成で
きるようにしたものに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (G) Technical Field The present invention relates to an ion source that generates plasma using microwaves and a magnetic field, which is capable of generating higher-density plasma.

マイクロ波と磁界とを用いてプラズマを生成するものは
E CR(Electron Cyclctron R
e5onance)型といわれる。軸方向の静磁場Bが
あり、これに対する電子のサイクロトロン周波数qB/
2πmが、マイクロ波の周波数にほぼ等しくなるように
しである。
ECR (Electron Cyclctron R) generates plasma using microwaves and magnetic fields.
e5onance) type. There is an axial static magnetic field B, and the electron cyclotron frequency qB/
2πm is approximately equal to the microwave frequency.

電子は磁力線のまわりを回転する。これをサイクロトロ
ン運動という。マイクロ波の周波数と同じ周期を持つの
で、これと同期して加速される。
Electrons rotate around magnetic field lines. This is called cyclotron motion. Since it has the same period as the microwave frequency, it is accelerated in synchronization with this.

加速されたものは回転半径が大きくなり、速度も大きく
なる。
An accelerated object has a larger radius of rotation and a higher speed.

このように、高速の運動をする電子が、ガス分子に衝突
すると、これを正イオン、電子或は中性活性種へと励起
する。二次電子が出るので、これが同様な作用をするか
ら、速やかにプラズマ状態になる。
In this way, when electrons moving at high speed collide with gas molecules, they excite them into positive ions, electrons, or neutral active species. Secondary electrons are emitted, which act in a similar manner, quickly turning into a plasma state.

電子を生ずるため熱陰極を用いるイオン源は古くから用
いられているが、反応性ガスを導入すると、フィラメン
トが切れてしまう。
Ion sources that use hot cathodes to generate electrons have been used for a long time, but the filament breaks when a reactive gas is introduced.

ECR型イオン源はフィラメントがないので、反応性の
強いガスに対しても長寿命である。
Since the ECR type ion source does not have a filament, it has a long life even with highly reactive gases.

ECR型イオン源は、反応性イオンビームエツヂングや
ECR(:VD(薄膜形成)に使われる。
ECR type ion sources are used for reactive ion beam etching and ECR (:VD (thin film deposition)).

(イ)従来技術 第2図に従来例に係るイオン源を示す。(b) Conventional technology FIG. 2 shows a conventional ion source.

イオン源チャンバ1は円筒形の容器であり、真空に引く
事ができる。これは、円筒の外周に沿つてコイル2を有
する。コイル2により軸方向の磁場を生ずる。
The ion source chamber 1 is a cylindrical container that can be evacuated. It has a coil 2 along the outer circumference of the cylinder. The coil 2 generates an axial magnetic field.

マイクロ波発振器6に於て、マイクロ波が発生する。こ
れは、導波管4、スリースタブチューナー5、導波管4
を通り、誘電体3を経て、イオン源チャンバ1の中に入
る。
Microwaves are generated in the microwave oscillator 6. This consists of a waveguide 4, a three-stub tuner 5, a waveguide 4
, and enters the ion source chamber 1 via the dielectric 3 .

イオン源チャンバ1には、ガス導入系17よりイオン化
すべきガスが導入される。このガス分子が、マイクロ波
と磁場の作用によりプラズマに励起される。
A gas to be ionized is introduced into the ion source chamber 1 from a gas introduction system 17 . These gas molecules are excited into plasma by the action of microwaves and a magnetic field.

イオン源チャンバ1の他の端面には引出電極系7がある
。これは、加速電極と減速電極とを重ね合わせたもので
ある。いずれも多孔板の電極である。これにより、イオ
ンビームとして引出される。
An extraction electrode system 7 is provided on the other end face of the ion source chamber 1 . This is a superposition of an accelerating electrode and a decelerating electrode. Both are porous plate electrodes. Thereby, it is extracted as an ion beam.

イオン源チャンバ1の左方には、試料(図示せず)を保
持する真空チャンバ(図示せず)があり、イオンビーム
は試料に当って、エツチング作用或は薄膜形成作用を行
なう。
To the left of the ion source chamber 1 is a vacuum chamber (not shown) that holds a sample (not shown), and the ion beam impinges on the sample to perform an etching action or a thin film forming action.

イオン源チャンバ1内にはプラズマが充満している。つ
まり、正イオン、電子の集合である。その他にガス分子
(基底状態)や中性活性種などがある。
The ion source chamber 1 is filled with plasma. In other words, it is a collection of positive ions and electrons. Other types include gas molecules (ground state) and neutral active species.

磁場の作用により、荷電粒子はサイクロトロン運動する
が、熱運動、散乱により、正イオン、電子はチャンバ1
内のどこへでも飛んでゆく事ができる。
Due to the action of the magnetic field, charged particles undergo cyclotron movement, but due to thermal movement and scattering, positive ions and electrons move toward chamber 1.
You can fly anywhere inside.

一方の端面のみからイオンを引出している。イオンとし
て引出される前に壁面に当って中性化するものもある。
Ions are extracted from only one end face. Some ions hit the wall and become neutralized before being extracted as ions.

マイクロ波のパワーのうち、イオンとして取出されるエ
ネルギーは100〜50W程度である。残りは、熱にな
って散逸する。
Of the microwave power, the energy extracted as ions is about 100 to 50 W. The rest is dissipated as heat.

(つ) 発明が解決しようとする問題点マイクロ波発振
器からイオン源チャンバマチ、導波管によって、マイク
ロ波を伝送する。導波管の寸法が大きいので、嵩高い設
備になってしまう。
(1) Problems to be Solved by the Invention Microwaves are transmitted from a microwave oscillator through an ion source chamber gusset and a waveguide. Since the waveguide is large in size, the equipment becomes bulky.

イオン源チャンバの大きさは、マイクロ波の周波数が決
まると、はぼ決まってしまう。これt=大きい導波管が
つながるので、全体としての設備の寸法は大きい。また
、途中にスリースタブチューナーを介装して、マツチン
グをとらなければならない。
The size of the ion source chamber is largely determined by the frequency of the microwave. Since t=large waveguides are connected, the overall size of the equipment is large. Also, a three-stub tuner must be inserted in the middle for matching.

例えば、マイクロ波の周波数を2.45GHzとすると
、これに対して標準的に用いられる導波管の内のりの寸
法は54.6mmX 109.2++mである。導波管
両端のフランジは、106.5mm X 161m+x
である。
For example, if the frequency of microwave is 2.45 GHz, the inner dimensions of a standard waveguide used therefor are 54.6 mm x 109.2++ m. The flanges at both ends of the waveguide are 106.5mm x 161m+x
It is.

これは、2.45GHz近傍のマイクロ波のTE1oモ
ードだけを通すように設計でれた導波管である。矩形の
長辺が短辺の2倍になっている。
This is a waveguide designed to pass only the TE1o mode of microwaves near 2.45 GHz. The long side of the rectangle is twice as long as the short side.

ハーフサイズの導波管は、内のりが27mm X 96
mrv。
The half size waveguide has an inner diameter of 27mm x 96mm.
mrv.

フランジ寸法が60mru X 130++++mであ
って、前述のものの約半分である。
The flange dimensions are 60mru x 130+++m, which is about half of the previously described one.

いずれにしても、導波管は直線でなければならないし、
嵩高いものであるので、設備を肥大化きせる。
In any case, the waveguide must be straight,
Since it is bulky, it makes the equipment bloated.

導波管を使うので、イオン源の設備をする上で、種々の
制約が生ずる。これは導波管が細長い剛体であるからで
ある。
Since a waveguide is used, various restrictions arise when installing the ion source. This is because the waveguide is an elongated rigid body.

マイクロ波であるから、同軸線によって伝送する事がで
きる。この場合は、内線、絶縁被覆、外線エリなり、内
線と外線には電流が流れる。絶縁被覆の中に生ずる電場
は軸に直角で放射状である。
Since it is a microwave, it can be transmitted through coaxial lines. In this case, current flows through the internal wire, insulation coating, external wire area, and between the internal wire and the external wire. The electric field created in the insulation sheath is radial and perpendicular to the axis.

磁場は軸を中心とする同心円を描く。電場、磁場ともに
進行方向に直角である。TEMモードという。
The magnetic field draws concentric circles around the axis. Both the electric and magnetic fields are perpendicular to the direction of travel. This is called TEM mode.

同軸線であれば、直線状に保たなくてはならないという
事もなく、可撓性があるので曲げる事ができる。
With coaxial wires, there is no need to keep them straight; they are flexible and can be bent.

しかし、同軸線には、電流が流れ、電流の作用によって
電場、磁場を維持してゆくのであるから、当然、ジュー
ル熱損失が伴う。
However, since current flows through the coaxial line and the electric and magnetic fields are maintained by the action of the current, Joule heat loss naturally occurs.

これは、周波数に比例するので、高い周波数になればな
るほど損失が大きくなる。
This is proportional to the frequency, so the higher the frequency, the greater the loss.

2.45GHzの程度では、同軸線で伝送できるマイク
ロ波パワーはせいぜい100 W程度である。
At about 2.45 GHz, the microwave power that can be transmitted through a coaxial line is about 100 W at most.

第2図に示す従来例に於て、マイクロ波発振器6で発生
しているマイクロ波パワーは、1.0〜1.5kWであ
るのが普通である。これが減衰してイオン源チャンバに
入るが、入ったパワーはやはり1 kW程度あるものと
考えられる。
In the conventional example shown in FIG. 2, the microwave power generated by the microwave oscillator 6 is usually 1.0 to 1.5 kW. This attenuates and enters the ion source chamber, but the power that enters is still considered to be about 1 kW.

100 W程度のマイクロ波では殆ど役に立たない。Microwaves of about 100 W are of little use.

であるから、同軸線でマイクロ波を伝送する、というの
は有効な方法ではない。
Therefore, transmitting microwaves using coaxial lines is not an effective method.

もうひとつ、第2図のイオン源には問題がある。There is another problem with the ion source shown in Figure 2.

それは、マイクロ波の利用効率が低いという事である。This means that the efficiency of using microwaves is low.

これは、イオン源チャンバ1が軸方向に長いことによる
。いったんプラズマになっても、引出される前に、再結
合し中性化するガス分子が多いからである。
This is because the ion source chamber 1 is long in the axial direction. This is because even once it becomes plasma, many gas molecules recombine and become neutralized before being extracted.

このように、導波管が嵩高い事による設置上の制約、マ
イクロ波利用効率の低さ、これらが第2図のイオン源の
問題である。
As described above, the problems with the ion source shown in FIG. 2 include installation restrictions due to the bulky waveguide and low microwave utilization efficiency.

に)構 成 本発明のイオン源に於ては、ふたつの工夫がなされる。) configuration Two improvements are made to the ion source of the present invention.

ひとつは、イオン源チャンバの側壁に直接にマグネトロ
ンを取付け、ここからマイクロ波を発生させイオン源チ
ャンバの中へ供給することである。
One method is to attach a magnetron directly to the side wall of the ion source chamber, from which microwaves are generated and supplied into the ion source chamber.

マイクロ波発振器が外部にあって、導波管又は同軸線で
伝送するというのではない。イオン源チャンバに直付け
しである。このため伝送路が不要である。
The microwave oscillator is external and is not transmitted through a waveguide or coaxial line. It is attached directly to the ion source chamber. Therefore, no transmission line is required.

もうひとつは、イオン源チャンバの空間の一部を誘電体
によって占有させ、ガスが存在する空間を狭くしている
、という事である。軸方向にガス存在空間を狭くし、引
出電極などは小さくしない。
Another is that a portion of the space in the ion source chamber is occupied by a dielectric material, thereby narrowing the space in which the gas exists. Make the gas existence space narrower in the axial direction, and do not make the extraction electrodes smaller.

すると、プラズマ存在空間Vを、実効的な引出電極の面
積Sで割った実行奥行きlが短かくなり、プラズマが引
出されやすくなる。つまりマイクロ波の利用効率が高ま
る。
Then, the effective depth l obtained by dividing the plasma existence space V by the effective area S of the extraction electrode becomes shorter, and the plasma is more easily extracted. In other words, the efficiency of using microwaves increases.

第1図は本発明のイオン源の一例を示す縦断面図である
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an example of the ion source of the present invention.

イオン源チャンバ1は円筒形状である。この中にマイク
ロ波の定在波が存在する事になる。空胴共振器として作
用する。これは第2図のものと変わらない。ただし、一
方の端面からマイクロ波が入ってくるというのではなく
、端面が盲板になっている。
The ion source chamber 1 has a cylindrical shape. This means that microwave standing waves exist. Acts as a cavity resonator. This is no different from the one in Figure 2. However, rather than the microwave entering from one end face, the end face is a blind plate.

そのかわり、マグネトロン8がイオン源チャンバ1の円
筒面に取付けられている。マグネトロン8はマイクロ波
を生じ、高周波ドーム12から電波として放射するよう
になっている。マグネトロンの接地側は、イオン源チャ
ンバ1壁に接続されている。
Instead, a magnetron 8 is attached to the cylindrical surface of the ion source chamber 1. The magnetron 8 generates microwaves, which are radiated from the high frequency dome 12 as radio waves. The ground side of the magnetron is connected to the ion source chamber 1 wall.

このマイクロ波の管内波長をλgとすると、マグネトロ
ン8の高周波ドーム12は、イオン源チャンバ1の端面
からλg/4の地点に位置するようにするのがよい。
If the tube wavelength of this microwave is λg, the high frequency dome 12 of the magnetron 8 is preferably located at a point λg/4 from the end face of the ion source chamber 1.

これは、マイクロ波の定在波が生じに時、その腹の部分
に高周波ドーム12が位置する、という事である。こう
すると、結合効率が高くなる。
This means that when a microwave standing wave is generated, the high frequency dome 12 is located at the antinode of the microwave standing wave. This increases the coupling efficiency.

マグネトロン8の外周は、強磁性体よりなる磁気シール
ド9によって覆われている。これは、マグネトロンの内
部に生ずる磁場が外部へ漏れないため、という目的と、
外部磁場がマグネトロンの動作を妨害しないという目的
のためである。
The outer periphery of the magnetron 8 is covered with a magnetic shield 9 made of ferromagnetic material. The purpose of this is to prevent the magnetic field generated inside the magnetron from leaking to the outside.
The purpose is to prevent external magnetic fields from interfering with the operation of the magnetron.

高周波ドーム12はアンテナとなり、マイクロ波を放射
する。これと空胴共振モードとはE結合(静電結合:電
場と結合する)であっても、H結合(電磁結合:磁場と
結合する)であってもよい。
The high frequency dome 12 serves as an antenna and radiates microwaves. This and the cavity resonance mode may be E coupling (electrostatic coupling: coupling with an electric field) or H coupling (electromagnetic coupling: coupling with a magnetic field).

イオン源チャンバ1には、その内部に長手方向の大部分
を占有するよう誘電体10を挿入している。
A dielectric body 10 is inserted into the ion source chamber 1 so as to occupy most of the length thereof.

イオン源チャンバ1の軸方向の長さをLとする。Let L be the axial length of the ion source chamber 1.

誘電体10の外径が、イオン源チャンバ1の内径シーは
ぼ等しくシ、であるので、ぴったり嵌まる。誘電体10
の軸方向の長さをqとする。残りの(L−q)=dの部
分がプラズマ生成空間13である。
Since the outer diameter of the dielectric 10 is approximately the same as the inner diameter of the ion source chamber 1, it is a tight fit. dielectric 10
Let the length in the axial direction be q. The remaining (Lq)=d portion is the plasma generation space 13.

奥行がdであるプラズマ生成空間13には、ガス導入系
(図示せず)があって、ガスが導入される。
A gas introduction system (not shown) is provided in the plasma generation space 13 having a depth of d, through which gas is introduced.

プラズマ生成空間13の周囲には、軸方向の磁場を生ず
るコイル2が設けである。
A coil 2 is provided around the plasma generation space 13 to generate an axial magnetic field.

コイル2は内周は開いているが、外周と両端面とは磁気
シールド9′によって覆われている。磁気シールド9′
は強磁性体よりなる。これは、マグネトロン8に対して
磁気的な相互作用を及ぼさないためである。
The inner circumference of the coil 2 is open, but the outer circumference and both end faces are covered with a magnetic shield 9'. Magnetic shield 9'
is made of ferromagnetic material. This is because there is no magnetic interaction with the magnetron 8.

さらに、イオン源チャンバ1の円周壁の半ばには、整合
器兼モード変換器11が設けである。
Further, in the middle of the circumferential wall of the ion source chamber 1, a matching device and mode converter 11 is provided.

これは、3つのスタブを出入れするようにしkものであ
る。スタブはλg/8ずつ離れている。スタブを出し入
れして、チャンバ内に存在しうるモードを指定するわけ
である。
This allows three stubs to be moved in and out. The stubs are separated by λg/8. The stubs are moved in and out to specify the modes that can exist within the chamber.

これは、マグネトロン8に対向する壁に3つのスタブを
設けたものであるが、円周方向にさらにいくつか設ける
ようにしてもよい。
Although three stubs are provided on the wall facing the magnetron 8, several more stubs may be provided in the circumferential direction.

モー・ドといっても軸方向のモードである。面内方向の
モードは決まっていて、例えばTFI:11モードであ
る。TEllmと書いた軸方向のモード次数mを指定す
る。
Even though it is called a mode, it is an axial mode. The mode in the in-plane direction is fixed, for example, the TFI:11 mode. Specify the axial mode order m written as Tellm.

イオン源チャンバ1の出口側には、引出電極系7があり
、プラズマからイオンビームを引出す。
There is an extraction electrode system 7 on the exit side of the ion source chamber 1, which extracts the ion beam from the plasma.

これは、多孔板の電極であり、加速電極と減速電極とを
重ね合わせたものである。
This is a perforated plate electrode in which an accelerating electrode and a decelerating electrode are superimposed.

(2)作 用 マグネトロン8に於て、マイクロ波が生じる。(2) Production Microwaves are generated in the magnetron 8.

マグネトロンは空冷又は水冷すれば、2 kW程度の出
力のものを使う事ができる。このマイクロ波は高周波ド
ーム12から、イオン源チャンバ1の中へ給電される。
A magnetron with an output of about 2 kW can be used if it is air-cooled or water-cooled. This microwave is fed into the ion source chamber 1 from the high frequency dome 12 .

高周波ドーム12は、たとえばE結合(静電結合)とし
、チャンバの端面からλg/4の位置にあるので、効率
良く給電できる。
The high frequency dome 12 is, for example, E-coupled (electrostatically coupled) and is located at a distance of λg/4 from the end face of the chamber, so that power can be efficiently supplied.

空胴共振器であるイオン源チャンバ1には、ある定まっ
たモードのマイクロ波のみが存在する。
In the ion source chamber 1, which is a cavity resonator, only microwaves in a certain fixed mode are present.

高周波ドームから出たマイクロ波は、空胴共振モードに
変換される。
Microwaves emitted from the high-frequency dome are converted into a cavity resonance mode.

空胴共振モードに適合するよう整合器兼モード変換器1
1のスタブを調整する。
Matching box and mode converter 1 to match the cavity resonance mode
Adjust stub 1.

マイクロ波は、誘電体10とプラズマ生成空間13にわ
たって存在する。両者の誘電率が異なるので波長が異な
る。
The microwave exists across the dielectric 10 and the plasma generation space 13. Since the dielectric constants of both are different, the wavelengths are different.

界面14で誘電率の差異により一部が反射する。A portion of the light is reflected at the interface 14 due to the difference in dielectric constant.

しかし、プラズマ生成空間13の奥行きdがλg/2よ
り小さければ、ここに独自の定在波が存在しえない。こ
のため、反射波は安定なモードを作る事ができない。
However, if the depth d of the plasma generation space 13 is smaller than λg/2, no unique standing wave can exist here. For this reason, the reflected wave cannot create a stable mode.

つまり、界面14での反射はあまり問題にならないとい
う事である。
In other words, reflection at the interface 14 does not pose much of a problem.

誘電体10が大きな体積を占める。プラズマ生成空間1
3は狭い。狭いといっても、直径方向の寸法は同じであ
る。このため、プラズマ生成空間の単位体積あたりのマ
イクロ波供給エネルギーQは大きくなる。
Dielectric 10 occupies a large volume. Plasma generation space 1
3 is narrow. Even though it is narrower, the diametrical dimensions are the same. Therefore, the microwave supply energy Q per unit volume of the plasma generation space increases.

より詳しく説明する。マイクロ波の全エネルギーをWと
し、イオン源チャンバの断面積をSとする。単位面積あ
たりのマイクロ波供給量はW/Sである。
Let me explain in more detail. Let W be the total energy of the microwave, and S be the cross-sectional area of the ion source chamber. The amount of microwave supplied per unit area is W/S.

従来の第2図のものでは、単位体積あたりのマイクロ波
供給エネルギーQ2は、チャンバの長さをLとして、 である。Lが大きいので、Q2は小さい。
In the conventional device shown in FIG. 2, the microwave supply energy Q2 per unit volume is as follows, where L is the length of the chamber. Since L is large, Q2 is small.

ところが本発明では、単位体積あたりのマイクロ波供給
エネルギーQ1は である。QlがQ2より大きいのは明らかである。
However, in the present invention, the microwave supply energy Q1 per unit volume is. It is clear that Ql is greater than Q2.

プラズマの生成は、単位体積あたりのマイクロ液供給エ
ネルギーQにほぼ比例する。従って、本発明のイオン源
は、より高密度のプラズマを生成する事ができる。
Plasma generation is approximately proportional to the micro-liquid supply energy Q per unit volume. Therefore, the ion source of the present invention can generate higher density plasma.

高密度のプラズマが生成できるので、引出電極系でイオ
ンビームを引出した場合、イオンビーム電流はより強い
ものになる。つまり、高密度のイオンビームが得られる
ので、試料(図示せず)に照射した時、イオン処理の能
率が高くなる。
Since a high-density plasma can be generated, when the ion beam is extracted using an extraction electrode system, the ion beam current becomes stronger. In other words, since a high-density ion beam is obtained, the efficiency of ion processing increases when a sample (not shown) is irradiated.

ただし、マイクロ波の単位面積当りエネルギーW/Sが
同じなのであるから、軸方向にQl、Q2を積分したQ
ld 1Q2Lは同一である。だから、イオンビーム電
流は同じ、と考えられるかも知れない。
However, since the energy W/S per unit area of microwaves is the same, Q
ld 1Q2L are the same. Therefore, it may be thought that the ion beam current is the same.

しかしそうではない。引出電極系7によって、引出しう
るのは、近傍の一部のプラズマだけである。
But that's not the case. Only a part of the nearby plasma can be extracted by the extraction electrode system 7.

引出電極系7から離れた部分のプラズマは、再結合し消
滅する事が多い。つまり、イオンビームの大小を決定す
るものは、軸方向のプラズマの積分値ではなく、引出電
極系近傍のプラズマ密度なのである。
Plasma in a portion away from the extraction electrode system 7 often recombines and disappears. In other words, what determines the size of the ion beam is not the integral value of the plasma in the axial direction, but the plasma density near the extraction electrode system.

本発明は、誘電体10を挿入する事によりプラズマ生成
空間13を狭まくし、プラズマの高密度化を達成してい
る。
In the present invention, the plasma generation space 13 is narrowed by inserting the dielectric 10, thereby achieving high plasma density.

誘電体10は、単に充填材としての作用の他に、いくつ
かの作用がある。
The dielectric 10 has several functions in addition to simply acting as a filler.

マグネトロン8の高周波ドーム12は、誘電体10で囲
まれている。反応性のガスに接触しない。
A high frequency dome 12 of the magnetron 8 is surrounded by a dielectric 10. Do not come into contact with reactive gases.

このため高周波ドーム12は反応性ガスによって腐蝕さ
れない。
Therefore, the high frequency dome 12 is not corroded by the reactive gas.

整合器兼モード変換器11のスタブも、誘電体10によ
って保護されている。このため反応性ガスによって腐蝕
されない。
The stub of the matching box/mode converter 11 is also protected by the dielectric 10. Therefore, it is not corroded by reactive gases.

さらに、プラズマと接触する部分は加熱されるので、冷
却の必要がある。誘電体10によって、高周波ドーム1
2、スタブがプラズマから遮断されているので、これら
は激しく加熱きれるという事がない。冷却の必要もない
Furthermore, the parts that come into contact with the plasma are heated and therefore need to be cooled. The high frequency dome 1 is formed by the dielectric 10.
2. Since the stubs are shielded from the plasma, they cannot be heated too much. No need for cooling.

導波管のようなものがイオン源チャンバから延長してい
ないので、このイオン源は全体として小型になり、据付
は場所の制約などが少なくなる。
Since no waveguide or the like extends from the ion source chamber, the ion source is smaller overall and installation is less space-intensive.

これは、マグネトロン8を直付けしたからである。マグ
ネトロンは1.5kW〜2 kWの大きい出力のものを
使う事もできる。
This is because the magnetron 8 was directly attached. A magnetron with a large output of 1.5 kW to 2 kW can also be used.

しかし、先に述ぺなように、本発明では、プラズマ生成
空間の奥行きdが小さいので、単位体積あたりのマイク
ロ波供給エネルギーQ1が大きくなる。そこで、マイク
ロ波パワーWをより小さくする事ができる。
However, as described above, in the present invention, since the depth d of the plasma generation space is small, the microwave supply energy Q1 per unit volume becomes large. Therefore, the microwave power W can be made smaller.

よりパワーの小きい、例えば500 Wのマグネトロン
であれば、寸法は100朋X 100mm X 100
朋程度である。極めて小さい。第2図の導波管4、スリ
ースタブチューナー5、マイクロ波発振器6を合わせた
ものが、マグネトロン8で置換えられるのであるから、
これは著しい小型化ということができる。
For a magnetron with lower power, for example 500 W, the dimensions are 100mm x 100mm x 100mm.
It's about my level. Extremely small. Since the combination of the waveguide 4, three-stub tuner 5, and microwave oscillator 6 in FIG. 2 is replaced with the magnetron 8,
This can be said to be a significant miniaturization.

もちろん、マグネトロン8には、電力を供給するための
コードが接続しである。コードは導波管に比べれば細い
し、自在に曲るので、据付、設置上の制約にはならない
Of course, the magnetron 8 is connected to a cord for supplying power. Cords are thinner than waveguides and can be bent freely, so there are no restrictions on installation.

(2)効 果 導波管、スリースタブチューナー マイクロ波発振器な
どがイオン源チャンバの外側に接続されていないので、
全体的に小型になっている。据付設置上の制約が少なく
なる。狭い空間であっても据付ける事ができる。
(2) Effect Since the waveguide, three-stub tuner, microwave oscillator, etc. are not connected to the outside of the ion source chamber,
It is smaller overall. There are fewer restrictions on installation. It can be installed even in narrow spaces.

プラズマ生成空間が奥行きの浅い空間になっているので
、単位体積あたりのマイクロ波供給エネルギーが大きく
、高密度プラズマを生成できる。
Since the plasma generation space is a shallow space, the microwave supply energy per unit volume is large and high-density plasma can be generated.

この結果、高出力のイオンビームを得る事ができる。イ
オン処理能力が向上する。
As a result, a high-power ion beam can be obtained. Improves ion processing capacity.

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

第1図は本発明の一例にかかるイオン源の縦断面図。 第2図は従来例にかかるイオン源の縦断面図。 1・・・・・・イオン源チャンバ 2・・・・・・コイル 3・・・・・・誘電体 4・・・・・・導波管 5・・・・・・スリースタブチューナー6・・・・・・
マイクロ波発振器 7・・・・・・引出電極系 8・・・・・・マクネトロン 9.9・・・・・・磁気シールド 10・・・・・・誘電体 11・・・・・・整合蓋兼モード変換器12・・・・・
・高周波ドーム 13・・・・・・プラズマ生成空間 14・・・・・・界面 17・・・・・・ガス導入系 発 明 者 笹 村 義 孝
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an ion source according to an example of the present invention. FIG. 2 is a longitudinal cross-sectional view of a conventional ion source. 1... Ion source chamber 2... Coil 3... Dielectric 4... Waveguide 5... Three stub tuner 6...・・・・・・
Microwave oscillator 7... Extraction electrode system 8... Macnetron 9.9... Magnetic shield 10... Dielectric 11... Matching lid Combined mode converter 12...
・High frequency dome 13...Plasma generation space 14...Interface 17...Gas introduction system inventor Yoshitaka Sasamura

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] マイクロ波および磁界を用いてプラズマを生成せしめる
イオン源であつて、真空に引く事ができ一端が開放され
他端が閉じられた円筒形状のイオン源チャンバ1と、イ
オン源チャンバ1の内径とほぼ同じ外径を持ち長さがイ
オン源チャンバ1より小さくイオン源チャンバ1の閉じ
られた端部の方へ挿入された誘電体10と、イオン源チ
ャンバ1の壁面に取付けられマイクロ波を発生するマグ
ネトロン8と、マグネトロン8で生じたマイクロ波を放
射するためイオン源チャンバ1の内部であつて誘電体1
0の部分に挿入されている高周波ドーム12と、イオン
源チャンバ1の壁面に取付けられイオン源チャンバ1の
内部であつて誘電体10の部分に出入可能に挿入されて
いる複数のスタブよりなる整合器兼モード変換器11と
、イオン源チャンバ1の内部であつて誘電体10の存在
しないプラズマ生成空間13の周囲に設けられ軸方向の
磁場を生ずるコイル2と、マグネトロン8の外周を囲む
磁気シールド9と、コイル2の外周を囲む磁気シールド
9′と、イオン源チャンバ1のプラズマ生成空間13の
外側に設けられプラズマからイオンを引出すための引出
電極系7とよりなる事を特徴とするイオン源。
It is an ion source that generates plasma using microwaves and a magnetic field, and includes a cylindrical ion source chamber 1 that can be evacuated, one end is open and the other end is closed, and the inner diameter of the ion source chamber 1 is approximately the same as the inner diameter of the ion source chamber 1. A dielectric body 10 having the same outer diameter and a length smaller than that of the ion source chamber 1 and inserted toward the closed end of the ion source chamber 1, and a magnetron attached to the wall of the ion source chamber 1 and generating microwaves. 8 and a dielectric material 1 inside the ion source chamber 1 to radiate microwaves generated by the magnetron 8.
0, and a plurality of stubs attached to the wall of the ion source chamber 1 and inserted into and out of the dielectric 10 inside the ion source chamber 1. a coil 2 that is provided around the plasma generation space 13 inside the ion source chamber 1 and without the dielectric 10 and generates an axial magnetic field, and a magnetic shield that surrounds the outer periphery of the magnetron 8. 9, a magnetic shield 9' surrounding the outer periphery of the coil 2, and an extraction electrode system 7 provided outside the plasma generation space 13 of the ion source chamber 1 for extracting ions from the plasma. .
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015230832A (en) * 2014-06-05 2015-12-21 住友重機械工業株式会社 Microwave ion source, and ion generating method

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