JPH04181636A - 金属イオン源 - Google Patents
金属イオン源Info
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- JPH04181636A JPH04181636A JP2308592A JP30859290A JPH04181636A JP H04181636 A JPH04181636 A JP H04181636A JP 2308592 A JP2308592 A JP 2308592A JP 30859290 A JP30859290 A JP 30859290A JP H04181636 A JPH04181636 A JP H04181636A
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Landscapes
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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〕
本発明はイオンビームデポジション、イオン注入などの
イオンビーム技術に用いるイオン源の構造、特に金属の
イオンビームを提供するイオン源の構造に関するもので
ある。
イオンビーム技術に用いるイオン源の構造、特に金属の
イオンビームを提供するイオン源の構造に関するもので
ある。
近年、先端技術の発展にともない、イオン源を用いた各
種材料表面の改質ならびに微細加工技術が注目され、盛
んに研究が行なわれている。これら技術の産業化を考え
た場合、作業効率の面から大口径でしかも大量のイオン
を均一に照射できるイオン源が必要となり、各所で研究
開発が行なわれている。しかし、これらは主にアルゴン
ガスなどのイオンビームな得るものであり、大口径で大
電流の金属イオンビームを得られるものはない。
種材料表面の改質ならびに微細加工技術が注目され、盛
んに研究が行なわれている。これら技術の産業化を考え
た場合、作業効率の面から大口径でしかも大量のイオン
を均一に照射できるイオン源が必要となり、各所で研究
開発が行なわれている。しかし、これらは主にアルゴン
ガスなどのイオンビームな得るものであり、大口径で大
電流の金属イオンビームを得られるものはない。
そこで、本発明の目的は大口径で均一な金属イオンビー
ムの大イオン電流が得られるイオン源を提供することで
ある。
ムの大イオン電流が得られるイオン源を提供することで
ある。
上記目的のため、本発明の金属イオン源においては、プ
ラズマを発生する中空陰極型のプラズマビーム源と、真
空槽壁に固定するイオン源本体と、このイオン源本体内
に配置しかつプラズマビーム源に対して正の電位を印加
する陽極と、イオン源本体の外部あるいは内部に配置す
る一対の集束コイルと、真空槽壁とイオン源本体との接
続部付近に設ける引出し電極と、イオン源本体内に設け
る遮蔽板と、イオン源本体内に設ける金属からなるター
ゲットとを備え、プラズマビーム源とイオン源本体と集
束コイルとの中心線をほぼ一致させる。
ラズマを発生する中空陰極型のプラズマビーム源と、真
空槽壁に固定するイオン源本体と、このイオン源本体内
に配置しかつプラズマビーム源に対して正の電位を印加
する陽極と、イオン源本体の外部あるいは内部に配置す
る一対の集束コイルと、真空槽壁とイオン源本体との接
続部付近に設ける引出し電極と、イオン源本体内に設け
る遮蔽板と、イオン源本体内に設ける金属からなるター
ゲットとを備え、プラズマビーム源とイオン源本体と集
束コイルとの中心線をほぼ一致させる。
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
第１図は本発明における一実施例における金属イオン源
の構造を示す断面図である。
の構造を示す断面図である。
プラズマビーム源１をイオン源本体８に絶縁して取り付
け、さらにイオン源本体８を真空槽壁９に取り付ける。
け、さらにイオン源本体８を真空槽壁９に取り付ける。
イオン源本体８の周囲にはプラズマビーム源１に近い方
に集束コイル６ａを、真空槽壁９に近い方に集束コイル
３ｂを設ける。ここで、プラズマビーム源１、イオン源
本体８、集束コイル６ａならびに集束コイル３ｂの中心
線はほぼ一致させる。
に集束コイル６ａを、真空槽壁９に近い方に集束コイル
３ｂを設ける。ここで、プラズマビーム源１、イオン源
本体８、集束コイル６ａならびに集束コイル３ｂの中心
線はほぼ一致させる。
一方、イオン源本体８の内部には、イオン源本体８と絶
縁した円筒型もしくはイオン源本体８の中心線な囲む正
多角形の陽極２と、イオン源本体８ならびに陽極２のそ
れぞれと絶縁したターゲット４とを配置する。また、イ
オン源本体８のプラズマビーム源１と反対側には、イオ
ンビームラ引き出すために負の電圧を印加する多数の穴
な有する引出し電極５を絶縁して取り付ける。
縁した円筒型もしくはイオン源本体８の中心線な囲む正
多角形の陽極２と、イオン源本体８ならびに陽極２のそ
れぞれと絶縁したターゲット４とを配置する。また、イ
オン源本体８のプラズマビーム源１と反対側には、イオ
ンビームラ引き出すために負の電圧を印加する多数の穴
な有する引出し電極５を絶縁して取り付ける。
さらに、イオン源本体８の中心軸上には遮蔽板６を設け
る。
る。
イオン源本体８内では、プラズマビーム源１がプラズマ
ビーム源１の構成要素としてもつ、第３図に示す陽電極
１３と小型集束コイル電極１４とが形成する磁界と同一
方向の磁界をもつ集束コイル３ａと、集束コイル６ａと
は反対方向の磁界をモツ集束コイル３ｂとによってカス
プ磁界を形成している。
ビーム源１の構成要素としてもつ、第３図に示す陽電極
１３と小型集束コイル電極１４とが形成する磁界と同一
方向の磁界をもつ集束コイル３ａと、集束コイル６ａと
は反対方向の磁界をモツ集束コイル３ｂとによってカス
プ磁界を形成している。
集束コイル３ａ、集束コイル３ｂのそれぞれに反対方向
の磁界を発生させるためには、次の２通りの構成がある
。それぞれの集束コイル６ａ、６ｂの巻方向が同じ場合
にはそれぞれの集束コイル３ａ、６ｂに反対方向の電流
を流し、それぞれの集束コイル３ａ、３ｂの巻方向が異
なる場合には双方の集束コイル３ａ、６ｂに同一方向の
電流を流すことでカスプ磁界を形成することができる。
の磁界を発生させるためには、次の２通りの構成がある
。それぞれの集束コイル６ａ、６ｂの巻方向が同じ場合
にはそれぞれの集束コイル３ａ、６ｂに反対方向の電流
を流し、それぞれの集束コイル３ａ、３ｂの巻方向が異
なる場合には双方の集束コイル３ａ、６ｂに同一方向の
電流を流すことでカスプ磁界を形成することができる。
集束コイル３ａ、集束コイル３ｂそれぞれが作る反対方
向の磁界がイオン源本体８中央部で出会うと反発し合う
ため、磁力線１７はイオン源本体８の中心軸を中心とし
て放射状に延び、第２図に示すようなカスプ磁界を形成
する。
向の磁界がイオン源本体８中央部で出会うと反発し合う
ため、磁力線１７はイオン源本体８の中心軸を中心とし
て放射状に延び、第２図に示すようなカスプ磁界を形成
する。
第３図は第１図におけるプラズマビーム源１の構成な示
す断面図である。
す断面図である。
プラズマビーム源１は、水冷ボックス１１を貫通してガ
ス導入パイプを兼ねるタンタル製のノ（イブからなる補
助陰極１０、円板状の六ホウ化ランタンからなる主陰極
１２、タングステン製の円板からなる熱板１５、および
内部にリング状の永久磁石を有する陽電極１６ならびに
小型集束コイル電極１４などから構成する。
ス導入パイプを兼ねるタンタル製のノ（イブからなる補
助陰極１０、円板状の六ホウ化ランタンからなる主陰極
１２、タングステン製の円板からなる熱板１５、および
内部にリング状の永久磁石を有する陽電極１６ならびに
小型集束コイル電極１４などから構成する。
プラズマビーム源１の起動時には、補助陰極１０と陽電
極１３との間で、補助陰極１０を通して導入したアルゴ
ン、水素などのガスを媒体として放電させる。補助陰極
１０から放出される熱電子は、陽電極１６により加速さ
れ、陽電極１３中の永久磁石、ならびに小型集束コイル
電極１４により形成される磁界の作用で高密度の電子ビ
ームとして集束し、陽電極１３と小型集束コイル電極１
４の中心部の穴を通過して、さらに前方へ向かって拡散
する。このとき電子ビームは補助陰極１０に通して導入
したアルゴンなどのガス分子と衝突して分子を電離させ
、電気的に正のイオン、負の電子、中性の分子が混在し
たプラズマを発生させ、全体としてはプラズマビームの
状態トなる。
極１３との間で、補助陰極１０を通して導入したアルゴ
ン、水素などのガスを媒体として放電させる。補助陰極
１０から放出される熱電子は、陽電極１６により加速さ
れ、陽電極１３中の永久磁石、ならびに小型集束コイル
電極１４により形成される磁界の作用で高密度の電子ビ
ームとして集束し、陽電極１３と小型集束コイル電極１
４の中心部の穴を通過して、さらに前方へ向かって拡散
する。このとき電子ビームは補助陰極１０に通して導入
したアルゴンなどのガス分子と衝突して分子を電離させ
、電気的に正のイオン、負の電子、中性の分子が混在し
たプラズマを発生させ、全体としてはプラズマビームの
状態トなる。
この初期の放電により主陰極１２が高温に加熱されると
、大量の熱電子が主陰極１２から放出されるよりになり
、非常に高密度で大電流の放電が発生する。
、大量の熱電子が主陰極１２から放出されるよりになり
、非常に高密度で大電流の放電が発生する。
このプラズマビーム源１は、極めて高い熱電子放射効率
を有する六ホウ化ランタンを主陰極１２に用いることに
より、高密度の電子ビームを得るものであり、比較的低
い加速電圧で大電流が得られる特徴を有している。
を有する六ホウ化ランタンを主陰極１２に用いることに
より、高密度の電子ビームを得るものであり、比較的低
い加速電圧で大電流が得られる特徴を有している。
また、陽電極１３と小型集束コイル電極１４とのそれぞ
れの中心部に）ま、プラズマビームを通すための小径の
穴が貫通させであるため、補助陰極１０から導入するア
ルゴンガスなどが、これらの穴を通過するときに大きな
抵抗を受ける。このため、プラズマビーム源１の内部は
プラズマビーム源１の外部よりも高圧に保つことができ
、プラズマビーム源１の内部の圧力な、プラズマビーム
源１の外部の圧力より数１０から数１０００倍高くする
ことが可能となる。したがって、第１図においてイオン
源本体８内に金属イオンを形成しても、この金属イオン
がイオン源本体８内よりも圧力の高いプラズマビーム源
１の内部に拡散していくことはない。このため、イオン
源本体８内で発生する金属イオンによりプラズマビーム
源１が汚染すれることはないので、プラズマビーム源１
は長時間にわたり安定に作動できる。
れの中心部に）ま、プラズマビームを通すための小径の
穴が貫通させであるため、補助陰極１０から導入するア
ルゴンガスなどが、これらの穴を通過するときに大きな
抵抗を受ける。このため、プラズマビーム源１の内部は
プラズマビーム源１の外部よりも高圧に保つことができ
、プラズマビーム源１の内部の圧力な、プラズマビーム
源１の外部の圧力より数１０から数１０００倍高くする
ことが可能となる。したがって、第１図においてイオン
源本体８内に金属イオンを形成しても、この金属イオン
がイオン源本体８内よりも圧力の高いプラズマビーム源
１の内部に拡散していくことはない。このため、イオン
源本体８内で発生する金属イオンによりプラズマビーム
源１が汚染すれることはないので、プラズマビーム源１
は長時間にわたり安定に作動できる。
さて、次に身頃の構成に基づくイオン源において、イオ
ンブームを引き出す方法を第１図、第２図ならびに第３
図を用いて説明する。
ンブームを引き出す方法を第１図、第２図ならびに第３
図を用いて説明する。
プラズマビーム源１で形成したプラズマは、第３図に示
す陽電極１６および小型集束コイル電極１４のそれぞれ
の中央部にある小径の穴を通過するため、円柱状のプラ
ズマとなってイオン源本体８内へ進入してくる。イオン
源本体８内では第２図に示すようにカスプ磁界が形成さ
れており、電子は磁界の磁力線に沿って運動しやすいた
め、第２図の磁力線１７に沿って電位的にプラズマビー
ム源１よりも正の電位となっている陽極２へ入る。
す陽電極１６および小型集束コイル電極１４のそれぞれ
の中央部にある小径の穴を通過するため、円柱状のプラ
ズマとなってイオン源本体８内へ進入してくる。イオン
源本体８内では第２図に示すようにカスプ磁界が形成さ
れており、電子は磁界の磁力線に沿って運動しやすいた
め、第２図の磁力線１７に沿って電位的にプラズマビー
ム源１よりも正の電位となっている陽極２へ入る。
すなわち、電子は中心から周囲へ放射状に発散して陽極
２へ入る。電子により形成されるプラズマは電子の軌跡
と同様な形状となるため、イオン源本体８内に円柱状の
形態で進入してきたプラズマはイオン源本体８内の中央
で周囲へ放射状に延びる円板状のプラズマ７に整形され
る。なお、中心軸上を進んで来た電子は周囲に発散せず
中心軸に沿って直進しようとするが、遮蔽板６があるた
め電子はここで跳ね返され磁力線１７に沿って陽極２に
入ることになる。
２へ入る。電子により形成されるプラズマは電子の軌跡
と同様な形状となるため、イオン源本体８内に円柱状の
形態で進入してきたプラズマはイオン源本体８内の中央
で周囲へ放射状に延びる円板状のプラズマ７に整形され
る。なお、中心軸上を進んで来た電子は周囲に発散せず
中心軸に沿って直進しようとするが、遮蔽板６があるた
め電子はここで跳ね返され磁力線１７に沿って陽極２に
入ることになる。
第１図に示すプラズマ７を形成した後、金属のターゲッ
ト４に負の電位を印加すると、プラズマ７中のイオンが
ターゲット４方向に引かれスパッタリングが生じる。こ
のスパッタリングにより発生する金属の粒子は引出し電
極５の方向の運動成分をもって動くため、発生した金属
の粒子はプラズマ７中を通過することになる。プラズマ
、７中を通過するとき、金属粒子はプラズマ７中で電子
やイオンと衝突して電離し金属イオンとなる。このとき
引出し電極５にさらに負の電位な印加することにより、
イオン源本体８内から金属のイオンビーム１６を引き出
すことが可能となる。なお、プラズマ７は高密度なプラ
ズマであるため、金属粒子のイオン化率が高くなるので
得られる金属イオン電流値も高いものとなる。
ト４に負の電位を印加すると、プラズマ７中のイオンが
ターゲット４方向に引かれスパッタリングが生じる。こ
のスパッタリングにより発生する金属の粒子は引出し電
極５の方向の運動成分をもって動くため、発生した金属
の粒子はプラズマ７中を通過することになる。プラズマ
、７中を通過するとき、金属粒子はプラズマ７中で電子
やイオンと衝突して電離し金属イオンとなる。このとき
引出し電極５にさらに負の電位な印加することにより、
イオン源本体８内から金属のイオンビーム１６を引き出
すことが可能となる。なお、プラズマ７は高密度なプラ
ズマであるため、金属粒子のイオン化率が高くなるので
得られる金属イオン電流値も高いものとなる。
また、本発明においてはカスプ磁界によりプラズマを放
射状に均一に変形して陽極２に導いているため、大面積
のイオンビームを引出す場合には、イオン源本体８の口
径を大きくすることにより、容易如太口径で均一なイオ
ンビームを得ることが可能である、 ところで、第１図および第２図では負の電圧を印加して
イオンを引き出す加速電極１枚のみで引出し電極５を構
成する例を示したが、プラズマの閉じこめを目的とする
フローティング電位の遮蔽電極と加速電極の２枚、ある
いは前記２枚の電極にさらに減速電極を組み合わせた３
枚の電極で引出し電極を構成することも可能である。
射状に均一に変形して陽極２に導いているため、大面積
のイオンビームを引出す場合には、イオン源本体８の口
径を大きくすることにより、容易如太口径で均一なイオ
ンビームを得ることが可能である、 ところで、第１図および第２図では負の電圧を印加して
イオンを引き出す加速電極１枚のみで引出し電極５を構
成する例を示したが、プラズマの閉じこめを目的とする
フローティング電位の遮蔽電極と加速電極の２枚、ある
いは前記２枚の電極にさらに減速電極を組み合わせた３
枚の電極で引出し電極を構成することも可能である。
また、第１図および第２図では遮蔽板６がカスプ磁界の
中上・にある例を示したが、カスプ磁界中心から引出し
電極までの範囲の中心軸上にあれば、いずれにあっても
同等の効果を示す。
中上・にある例を示したが、カスプ磁界中心から引出し
電極までの範囲の中心軸上にあれば、いずれにあっても
同等の効果を示す。
さらに、第１図および第２図では集束コイル６ａ、３ｂ
をイオン源本体８の外部に配置する例を示したが、イオ
ン源本体８の内部に配置してもよい。
をイオン源本体８の外部に配置する例を示したが、イオ
ン源本体８の内部に配置してもよい。
なお、以上の実施例の説明においては、引出し電極５に
ターゲット４よりも負の電圧を印加する場合を示したが
、引出し電極５に印加する電圧はターゲット４に印加す
る電圧と同等もしくはそれ以下であっても、金属のイオ
ンビーム１６を引き出すことは可能である。
ターゲット４よりも負の電圧を印加する場合を示したが
、引出し電極５に印加する電圧はターゲット４に印加す
る電圧と同等もしくはそれ以下であっても、金属のイオ
ンビーム１６を引き出すことは可能である。
以上の説明から明らかなように、本発明のイオン源では
、大面積でかつ均一に照射可能な大電流の金属イオンビ
ームを得ることが可能である。このため、イオンビーム
デボジシコンやイオン注入の分野において、大面積の被
加工物に対しても高。
、大面積でかつ均一に照射可能な大電流の金属イオンビ
ームを得ることが可能である。このため、イオンビーム
デボジシコンやイオン注入の分野において、大面積の被
加工物に対しても高。
速かつ均一な処理を施すことが可能となるっ
第１図は本発明における一実施例における金属イオン源
の構造を示す断面図、第２図はイオン源本体内の磁場状
態を説明するための断面図、第３図はプラズマビーム源
の構成を示す断面図である。 １・・・・・・プラズマビーム源、 ２・・・・・・陽極、 ３ａ、３ｂ・・・・・・集束コイル、 ４・・・・・・ターゲット、 ５・・・・・・引出し電極、 ６・・・・・・遮蔽板、 ８・・・・・・イオン源本体、 ９・・・・・・真空槽壁。 第！〆 第２図
の構造を示す断面図、第２図はイオン源本体内の磁場状
態を説明するための断面図、第３図はプラズマビーム源
の構成を示す断面図である。 １・・・・・・プラズマビーム源、 ２・・・・・・陽極、 ３ａ、３ｂ・・・・・・集束コイル、 ４・・・・・・ターゲット、 ５・・・・・・引出し電極、 ６・・・・・・遮蔽板、 ８・・・・・・イオン源本体、 ９・・・・・・真空槽壁。 第！〆 第２図
Claims (1)
- プラズマを発生する中空陰極型のプラズマビーム源と、
真空槽壁に固定するイオン源本体と、該イオン源本体内
に配置しかつ該プラズマビーム源に対して正の電位を印
加する陽極と、前記イオン源本体の外部あるいは内部に
配置する一対の集束コイルと、前記真空槽壁とイオン源
本体との接続部付近に設ける引出し電極と、前記イオン
源本体内に設ける遮蔽板と、前記イオン源本体内に設け
る金属からなるターゲットとを備え、前記プラズマビー
ム源とイオン源本体と集束コイルとの中心線はほぼ一致
させることを特徴とする金属イオン源。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2308592A JPH04181636A (ja) | 1990-11-16 | 1990-11-16 | 金属イオン源 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2308592A JPH04181636A (ja) | 1990-11-16 | 1990-11-16 | 金属イオン源 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04181636A true JPH04181636A (ja) | 1992-06-29 |
Family
ID=17982896
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2308592A Pending JPH04181636A (ja) | 1990-11-16 | 1990-11-16 | 金属イオン源 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04181636A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005146363A (ja) * | 2003-11-17 | 2005-06-09 | Toshio Goto | 金属イオンの供給装置とその方法 |
| CN104131259A (zh) * | 2014-06-17 | 2014-11-05 | 北京大学深圳研究生院 | 一种金属离子源和真空镀膜系统 |
| CN112655066A (zh) * | 2018-09-12 | 2021-04-13 | 恩特格里斯公司 | 使用镓的离子植入工艺及设备 |
-
1990
- 1990-11-16 JP JP2308592A patent/JPH04181636A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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