JPH0575951U - イオン源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 プラズマ生成室７には、ビーム引き出し方向
と略平行であり、ウインドウ５の近傍の磁場強度が最も
強くなるような磁場分布の磁場が形成されており、室外
で発生してプラズマ生成室内７に加速されて入ってきた
バックストリームエレクトロン１３は、この磁場に沿っ
て進み、ウインドウ５の中央部に集中してあたる。ウイ
ンドウ５は、プラズマチャンバ４に固定されたウインド
ウ本体部５ａの中央部に交換ウインドウ部５ｂが着脱可
能に取り付けられた構造である。 【効果】 ウインドウ５のメンテナンス時にウインドウ
５全体を交換する必要がなく、交換ウインドウ部５ｂだ
けを交換すればよいので、ウインドウ交換時のコストの
削減を図れる。交換ウインドウ部５ｂに、ウインドウに
適したスパッタ率の小さい材質（例えばＢＮ）を用いる
ことにより、ウインドウ５の寿命を長くできる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、イオン注入装置等において使用されるイオンを生成するイオン源に 関し、特に、磁界中のマイクロ波放電によりプラズマを発生させるマイクロ波型 のイオン源に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

近年、元素をイオン化し、イオンビームとして引き出すイオン源は、イオン注 入装置をはじめとして様々な分野に利用されている。このイオン源には、磁界中 のマイクロ波放電によりプラズマを発生させるマイクロ波型のイオン源がある。

【０００３】 このマイクロ波型のイオン源は、図３に示すように、マイクロ波を出力するマ グネトロン５１と、このマグネトロン５１に導波管５２を介して接続されたプラ ズマチャンバ５３とを有しており、プラズマチャンバ５３の導波管５２側の壁面 には、プラズマチャンバ５３によって形成されたプラズマ生成室５６と導波管５ ２とを隔離するウインドウ５４とが設けられている。このウインドウ５４は、例 えばアルミナや窒化ボロン（ＢＮ）等のように、マイクロ波が通過可能な比較的 高い誘電率を有し、且つ、耐腐食性が高く、高温にも強い高融点物質により形成 されている。

【０００４】 また、上記プラズマチャンバ５３の周囲には、プラズマ生成室５６内に軸方向 （ビーム引き出し方向）と略平行な磁界を形成するソレノイドコイル５５ａ…を 有したソースマグネット５５が配設されている。

【０００５】 そして、このイオン源は、マグネトロン５１から出力されたマイクロ波を導波 管５２およびウインドウ５４を介してプラズマ生成室５６に導入させ、上記ソー スマグネット５５の形成する磁界中において、プラズマ生成室５６内に導入され ているＢＦ₃ 等のガスイオン種をマイクロ波放電によりプラズマ化させ、このプ ラズマからイオンを生成するようになっている。

【０００６】 このプラズマチャンバ５３のウインドウ５４と対向する壁面には、例えばスリ ット状のイオン引出孔５４ａが形成されており、プラズマチャンバ５３の外側に は、イオン引出孔５４ａと対向して配置された引出電極５７が設けられている。

【０００７】 そして、イオン源は、プラズマチャンバ５３と引出電極５７との間に、プラズ マチャンバ５３が引出電極５７より正となる電位差を生じさせてプラズマ生成室 ５６に強い外部電界をかけ、この外部電界により引出スリットイオン引出孔５４ ａからイオンを引き出すことにより、イオンビームを形成するようになっている 。

【０００８】 プラズマ生成室５６から引き出されたイオンビームは、引出電極５７に形成さ れているビーム通過孔５７ａを通過してさらに上流へと移送される。

【０００９】

【考案が解決しようとする課題】

ところで、上記イオンビームが引出電極５７のビーム通過孔５７ａを通過する とき、イオンビームの一部が引出電極５７に直接あたり、引出電極５７のビーム 照射面から２次電子が放出される。この２次電子は、正の引出電圧が印加されて いるプラズマチャンバ５３に向かって加速され、イオン引出孔５４ａを通過して プラズマ生成室５６内に入る。このプラズマ生成室５６内に入った電子は、プラ ズマ生成室５６内に形成されているビーム引き出し方向と略平行な磁界に沿って 進み、最終的にはウインドウ５４に激突する。

【００１０】 このような電子は、バックストリームエレクトロンと称されており、ウインド ウ５４をスパッタさせ、ウインドウ５４に穴を掘っていく。これが現在のマイク ロ波型のイオン源の寿命を決定している最も大きな要因である。上記従来の構成 では、損傷したウインドウ５４全体を交換する必要があり、ウインドウ交換時の コスト高を招いている。

【００１１】 本考案は、上記に鑑みなされたものであり、その目的は、ウインドウ交換時の コストの削減を図ることができるイオン源を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】

本考案のイオン源は、上記の課題を解決するために、イオン引出孔を有すると 共に、このイオン引出孔と対向する面にマイクロ波を室内に導入させるウインド ウが設けられ、プラズマ生成室を形成するプラズマチャンバと、上記プラズマチ ャンバ外にイオン引出孔と対向して設けられ、プラズマ生成室から正イオンを引 き出す電界を形成するための引出電極と、上記プラズマ生成室内にイオン引き出 し方向と略平行な磁場を形成する磁場形成手段とを備えているイオン源において 、以下の手段を講じている。

【００１３】 即ち、上記ウインドウは、プラズマチャンバに固定されたウインドウ本体部と 、上記ウインドウ本体部に着脱可能に取り付けられた交換ウインドウ部とから成 り、上記磁場形成手段は、上記ウインドウの近傍で最も磁場強度が強い磁場分布 となるような磁場をプラズマ生成室内に形成する。

【００１４】

【作用】

上記の構成によれば、引出電極の形成する電界によりプラズマ生成室から引き 出された正イオンが引出電極にあたって発生した２次電子は、正イオンとは逆に 上記の電界によりプラズマ生成室方向へと加速され、プラズマチャンバのイオン 引出孔からプラズマ生成室内に入る。そして、この電子は、磁場形成手段の形成 する磁場の磁力線に沿って進む。

【００１５】 上記磁場形成手段の形成する磁場は、イオンビーム引き出し方向と略平行であ り、ウインドウの近傍で最も磁場強度が強い磁場分布となるような磁場であるた め、プラズマ生成室内に入った上記の電子は、ウインドウの一部分（イオン引出 孔の位置がプラズマチャンバ壁の中央部に形成されている場合はウインドウの中 央部分）に集中してあたる。

【００１６】 ウインドウは、プラズマチャンバに固定されたウインドウ本体部に交換ウイン ドウ部が着脱可能に取り付けられた構造であり、ウインドウの一部分に集中して あたる電子の照射領域に、上記交換ウインドウ部を配置すれば、ウインドウのメ ンテナンス時にウインドウ全体を交換する必要がなく、交換ウインドウ部だけを 交換すればよいので、ウインドウ交換時のコストの削減を図ることができる。

【００１７】

【実施例】

本考案の一実施例について図１および図２に基づいて説明すれば、以下の通り である。

【００１８】 本実施例のイオン源は、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ：Electron Cyclotr on Resonance）条件の磁界中でマイクロ波放電を生じさせてプラズマを生成し、 このプラズマからイオンをビームとして引き出すマイクロ波型のイオン源（ＥＣ Ｒイオン源）であり、例えばイオン注入装置に搭載されるようになっている。

【００１９】 上記イオン源は、図２に示すように、例えば2.４５ＧＨｚのマイクロ波を出力 するマグネトロン１と、このマグネトロン１を作動させるマグネトロン電源２と を有しており、マグネトロン１は、導波管３を介してプラズマチャンバ４に接続 されている。

【００２０】 上記のプラズマチャンバ４は、プラズマ生成室７を形成しており、このプラズ マ生成室７には、ＢＦ₃ 等のイオン源物質が導入されるようになっている。また 、プラズマチャンバ４の導波管３側の内壁面には、ウインドウ５が配設されてお り、このウインドウ５は、導波管３とプラズマ生成室７とを隔離するようになっ ていると共に、マグネトロン１から導波管３を介して出力されたマイクロ波をプ ラズマ生成室７に導入させるようになっている。

【００２１】 このウインドウ５は、プラズマチャンバ４に固定されたウインドウ本体部５ａ と、このウインドウ本体部５ａに着脱可能に取り付けられる交換ウインドウ部５ ｂとから成り、上記交換ウインドウ部５ｂは、ウインドウ本体部５ａの中央部分 にボルト等の締結部材により固定されている。尚、ウインドウ本体部５ａに交換 ウインドウ部５ｂを取り付ける手段は、締結部材を用いることに限定されるもの ではなく、ウインドウ本体部５ａの所定位置に交換ウインドウ部５ｂを嵌め込む プラグ方式でもよい。

【００２２】 また、プラズマチャンバ４のウインドウ５と対向する壁面には、外部にイオン を放出させるイオン引出スリット（イオン引出孔）４ａが形成されている。この イオン引出スリット４ａからイオンの放出方向には、ビーム通過孔８ａが形成さ れた引出電極８およびビーム通過孔９ａが形成された減速電極９がこの順に配設 されている。

【００２３】 上記減速電極９は接地されて大地電位に、そして、引出電極８は減速電極９よ りも負電位になるように、減速電源１０より負電圧が印加されている。そして、 プラズマチャンバ４には、引出電源１１の正極端子が接続されており、この引出 電源１１より高電圧の引出電圧が印加されるようになっている。これにより、プ ラズマチャンバ４と引出電極８との間に所定の電位差が生じ、プラズマ生成室７ に強い外部電界が形成され、この外部電界により、プラズマ生成室７内のプラズ マからイオンが引き出され、イオンビームが形成されるようになっている。また 、上記のように、引出電極８を減速電極９よりも負電位にすることにより、引出 電極８よりも下流で発生した電子の逆流を防ぐことができるようになっている。

【００２４】 上記のプラズマチャンバ４、引出電極８、および減速電極９は、気密状態にさ れたイオン源チャンバ１２に内蔵されており、このイオン源チャンバ１２は、図 示しない真空排気手段によって高真空状態にされるようになっている。

【００２５】 また、プラズマチャンバ４の周囲には、２つのソレノイドコイル６ａ・６ｂを 備えたソースマグネット（磁場形成手段）６が配設されており、このソースマグ ネット６は、プラズマ生成室７内に、ビーム引き出し方向と平行な磁界を形成す るようになっている。上記ソレノイドコイル６ａ・６ｂには、図示しないソース マグネット電源が接続されており、ソースマグネット電源よりソースマグネット 電流が供給されるようになっている。

【００２６】 上記マグネトロン１から供給されるマイクロ波電力の周波数が、例えば2.４５ ＧＨｚの場合、“ＥＣＲｃｏｎｄｉｔｉｏｎ”とよばれる磁場強度Ｈは８７５Ｇ ａｕｓｓであり、プラズマ生成室７内の１平面に上記“ＥＣＲｃｏｎｄｉｔｉｏ ｎ”を満たす磁場強度Ｈの磁場が存在すれば、その平面においてプラズマが生成 されると言われている。

【００２７】 本実施例では、ソースマグネット６の２つのソレノイドコイル６ａ・６ｂのう ち、ウインドウ５に近い方のソレノイドコイル６ａに供給されるソースマグネッ ト電流を、他方のソレノイドコイル６ｂよりも多くすることで、図１（ａ）（ｂ ）に示すように、ウインドウ５の近傍の磁場強度Ｈが“ＥＣＲｃｏｎｄｉｔｉｏ ｎ”を満たす磁場強度よりも強く、イオン引出スリット４ａ側が“ＥＣＲｃｏｎ ｄｉｔｉｏｎ”を満たす磁場強度よりも弱くなる磁場分布を示すようにしている 。

【００２８】 尚、同図（ａ）は、プラズマ生成室７内におけるビーム引き出し方向の磁場分 布を示しており、横軸は同図（ｂ）に示されているプラズマ生成室７のビーム引 き出し方向と一致している。また、同図（ｂ）中の平面Ａは“ＥＣＲｃｏｎｄｉ ｔｉｏｎ”が満たされている面を示している。

【００２９】 上記の構成において、イオン源の動作について説明する。

【００３０】 図２に示すように、先ず、イオン源チャンバ５が図示しない真空排気手段によ って排気され、高真空状態にされる。次に、プラズマ生成室７内にイオン種が導 入される。そして、ソースマグネット６のソレノイドコイル６ａ・６ｂにソース マグネット電源よりソースマグネット電流が供給され、プラズマ生成室７にビー ム引き出し方向と略平行な磁界が形成される。この後、マグネトロン１が作動さ れ、マイクロ波電力の出力が開始されることになる。

【００３１】 このマイクロ波は、導波管３を介してウインドウ８に到達し、このウインドウ ８を通過してプラズマ生成室７に導入されることになる。そして、ＥＣＲ現象に よるマイクロ波放電によって、プラズマ生成室７に導入されているイオン種がプ ラズマ化されることになる。続いて、引出電源１１が投入されることにより、上 記プラズマチャンバ４と引出電極８との間に所定の電位差が生じ、プラズマ生成 室７に強い外部電界が形成され、この外部電界により、プラズマ生成室７内のプ ラズマからイオンが引き出され、イオンビームが形成される。

【００３２】 上記イオンビームは、引出電極８のビーム通過孔８ａ、および減速電極９のビ ーム通過孔９ａを通過した後、上流へと移送される。

【００３３】 イオンビームが引出電極８のビーム通過孔８ａを通過するとき、ビームの一部 が引出電極８にあたって２次電子が発生する。この２次電子は、引出電源１１よ り正の引出電圧が印加されているプラズマチャンバ４に向かって加速され、イオ ン引出孔４ａを通過してプラズマ生成室７内に入る、いわゆるバックストリーム エレクトロン１３（図１参照）となる。このバックストリームエレクトロン１３ は、プラズマ生成室７内に形成されているビーム引き出し方向と略平行な磁場に 沿って進む。

【００３４】 本実施例では、図１（ａ）（ｂ）に示すように、ウインドウ５の近傍の磁場強 度Ｈがプラズマ生成室７内で最も強くなるような磁場分布になっているので、上 記バックストリームエレクトロン１３は、ウインドウ５の中央部に配されている 交換ウインドウ部５ｂに集中してあたる。

【００３５】 したがって、従来のように、ウインドウ全体を取り替える必要はなく、交換ウ インドウ部５ｂだけを交換すればよいので、ウインドウのメンテナンス時のコス トを削減することができる。

【００３６】 特に、交換ウインドウ部５ｂの材質を適当に選ぶことにより、ウインドウ全体 の寿命を長くすることができる。この材質を選ぶ基準は幾つかある。具体的には 、プラズマが高温であることから高融点であり、プラズマ生成室７内にボロン等 の腐食性ガスが導入されることから耐腐食性に優れており、マイクロ波が通過可 能な高い誘電率を有し、そしてスパッタ率が小さいものが適当である。上記の基 準を満たすものとしては、例えばＢＮ等が挙げられる。さらに、熱伝導度が高い 方が望ましい。

【００３７】 また、バックストリームエレクトロン１３は、交換ウインドウ部５ｂに集中照 射されるので、ウインドウ本体部５ａの材質として、あえてスパッタ率の高いも のを選ぶ必要がなく、高融点で耐腐食性に優れ、高誘電率を有する、例えばアル ミナ等を選べばよい。

【００３８】 尚、本実施例では、ソースマグネット６のソレノイドコイル６ａにソレノイド コイル６ｂよりも大きいソースマグネット電流を流すことにより、ウインドウ５ の近傍の磁場強度Ｈを強めているが、ウインドウ５の近傍の磁場強度Ｈを強める 方法は、これに限定されず、例えば、ウインドウ５側のソレノイドコイル６ａを よりウインドウ５に近づけて配置してもよい。

【００３９】

【考案の効果】

本考案のイオン源は、以上のように、ウインドウは、プラズマチャンバに固定 されたウインドウ本体部と、上記ウインドウ本体部に着脱可能に取り付けられた 交換ウインドウ部とから成り、磁場形成手段は、上記ウインドウの近傍の磁場強 度がプラズマ生成室内で最も強くなるような磁場分布の磁場を形成するような構 成である。

【００４０】 それゆえ、プラズマ生成室外で発生し、イオン引出孔を通過してプラズマ生成 室内に加速されて入ってきたバックストリームエレクトロンは、磁場形成手段の 形成する、イオンビーム引き出し方向と略平行であり、ウインドウの近傍で最も 磁場強度が強い磁場分布となるような磁場に沿って進み、ウインドウの一部分に 集中してあたる。このバックストリームエレクトロンの照射領域に、交換ウイン ドウ部を配置すれば、ウインドウのメンテナンス時にウインドウ全体を交換する 必要がなく、交換ウインドウ部だけを交換すればよいので、ウインドウ交換時の コストの削減を図ることができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例を示すものであり、マイクロ
波型のイオン源のプラズマ生成室内の状態と、このプラ
ズマ生成室内におけるビーム引き出し方向の磁場分布を
示す説明図である。

【図２】上記マイクロ波型のイオン源の概略構成図であ
る。

【図３】従来例を示すものであり、マイクロ波型のイオ
ン源の概略構成図である。

【符号の説明】

１ マグネトロン ４ プラズマチャンバ ４ａ イオン引出スリット（イオン引出孔） ５ ウインドウ ５ａ ウインドウ本体部 ５ｂ 交換ウインドウ部 ６ ソースマグネット（磁場形成手段） ６ａ ソレノイドコイル ６ｂ ソレノイドコイル ７ プラズマ生成室 ８ 引出電極

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】イオン引出孔を有すると共に、このイオン
   引出孔と対向する面にマイクロ波を室内に導入させるウ
   インドウが設けられ、プラズマ生成室を形成するプラズ
   マチャンバと、 上記プラズマチャンバ外にイオン引出孔と対向して設け
   られ、プラズマ生成室から正イオンを引き出す電界を形
   成するための引出電極と、 上記プラズマ生成室内にイオン引き出し方向と略平行な
   磁場を形成する磁場形成手段とを備えているイオン源に
   おいて、 上記ウインドウは、プラズマチャンバに固定されたウイ
   ンドウ本体部と、上記ウインドウ本体部に着脱可能に取
   り付けられた交換ウインドウ部とから成り、上記磁場形
   成手段は、上記ウインドウの近傍の磁場強度がプラズマ
   生成室内で最も強くなるような磁場分布の磁場を形成す
   ることを特徴とするイオン源。