JPH0589790A - Freeman ion source - Google Patents

Freeman ion source

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JPH0589790A
JPH0589790A JP3251913A JP25191391A JPH0589790A JP H0589790 A JPH0589790 A JP H0589790A JP 3251913 A JP3251913 A JP 3251913A JP 25191391 A JP25191391 A JP 25191391A JP H0589790 A JPH0589790 A JP H0589790A
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JP
Japan
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arc
partition wall
filament
discharge chamber
voltage
Prior art date
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Pending
Application number
JP3251913A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Katsuo Naito
勝男 内藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nissin Electric Co Ltd
Original Assignee
Nissin Electric Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH0589790A publication Critical patent/JPH0589790A/en
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  • Electron Sources, Ion Sources (AREA)

Abstract

PURPOSE:To lower the voltage of partition wall of discharging chambers, lower the energy of ions impurities in plasma in a low-arc-voltage discharging chamber, lower the sputtering efficiency, and lower the filament cosuming speed by guiding the electrons in the arc discharge from the partition wall of the discharging chambers to an arc electric source through resistors. CONSTITUTION:Low arc voltage discharging chambers 2, 2 having filaments 6, 6 are formed and at the same time there are provided partition wall 3, 3 of discharging chambers having through holes 3b, 3b in the side walls 3c, 3c and main arc chamber's partition wall 8 composing a main arc chamber 1 communicated with the discharging chambers through the through holes 3b, 3b. The partition walls 3, 3 of the discharging chambers are connected with the main arc chamber's partition wall in insulated state and the partition walls 3, 3 of the discharging chambers are connected to an arc electric source 5 through resistors 4, 4.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、イオンビームのビーム
量を広範囲に制御性良く得ることができるフリーマンイ
オン源に関するものであり、詳細には、アーク放電時の
フィラメントへのスパッタ率を低減させることによって
フィラメントの更新間隔を増大させることができるフリ
ーマンイオン源に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a Freeman ion source capable of obtaining a beam amount of an ion beam over a wide range with good controllability, and more specifically, it reduces a sputtering rate on a filament during arc discharge. As a result, the present invention relates to a Freeman ion source capable of increasing the filament renewal interval.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、フリーマンイオン源は、例えば図
4に示すように、正電圧が印加された放電室隔壁51
と、放電室隔壁51内のイオン引出孔51aの近傍に配
設され、負電圧が印加された直線状のフィラメント52
と、放電室隔壁51内に動作ガスを供給する動作ガス供
給手段54とを有しており、フィラメント52の軸心に
平行な外部磁界Bsを付与しながら、放電室隔壁51と
フィラメント52との電位差によってアーク放電を生じ
させ、このアーク放電と動作ガスとでプラズマを発生さ
せるようになっている。
2. Description of the Related Art Conventionally, as shown in FIG. 4, a Freeman ion source has a discharge chamber partition wall 51 to which a positive voltage is applied.
And a linear filament 52, which is arranged in the discharge chamber partition wall 51 in the vicinity of the ion extraction hole 51a and to which a negative voltage is applied.
And a working gas supply means 54 for supplying a working gas into the discharge chamber partition wall 51, and while applying an external magnetic field Bs parallel to the axis of the filament 52, the discharge chamber partition wall 51 and the filament 52 are separated. An arc discharge is generated by the potential difference, and a plasma is generated by the arc discharge and the working gas.

【0003】この際、上記のアーク放電の電子は、フィ
ラメント52を流れるフィラメント電流による回転磁界
と外部磁界Bsとの合成磁界によって有効飛程長が決定
されるようになっており、この有効飛程長の増減は、電
子と動作ガスとの衝突確率の増減に密接な関連を有して
いる。即ち、例えば有効飛程長を増大させた場合には、
衝突確率が高められることによって放電室隔壁51のイ
オン引出孔51aの近傍に高密度のプラズマを発生させ
ることが可能になり、ひいては、イオンビームのビーム
量を増大させることが可能になる。
At this time, the effective range length of the electrons of the arc discharge is determined by the combined magnetic field of the rotating magnetic field due to the filament current flowing through the filament 52 and the external magnetic field Bs. The increase / decrease in length is closely related to the increase / decrease in the probability of collision between electrons and the working gas. That is, for example, when the effective range length is increased,
By increasing the collision probability, it is possible to generate high-density plasma in the vicinity of the ion extraction hole 51a of the discharge chamber partition wall 51, and it is possible to increase the beam amount of the ion beam.

【0004】これにより、フリーマンイオン源は、フィ
ラメント電流が電子の放出量と合成磁界の強度とを変化
させるため、フィラメント電流によって電子と動作ガス
との衝突確率を広範囲に制御することができ、また、フ
ィラメント電流の制御によって動作を容易に安定化させ
ることができることから、不純物の注入量の広範囲な設
定と均一な注入とが望まれるイオン注入装置に多用され
るようになっている。
As a result, in the Freeman ion source, since the filament current changes the emission amount of electrons and the strength of the synthetic magnetic field, the probability of collision between electrons and working gas can be controlled in a wide range by the filament current. Since the operation can be easily stabilized by controlling the filament current, it is widely used in the ion implantation apparatus in which wide range setting of the impurity implantation amount and uniform implantation are desired.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のフリーマンイオン源では、プラズマ中の正電荷を有
したイオンが負電圧のフィラメント52をスパッタによ
り消耗させるため、フィラメント52を例えば20〜4
0時間毎に更新させる必要があるという問題がある。特
に、生産装置に使用されるフリーマンイオン源にとって
は、フィラメント52の更新が装置の停止による稼働率
の低下を招来することになるため、従来の更新間隔が大
きな問題になっており、一層の更新間隔の増大が望まれ
ている。
However, in the above-mentioned conventional Freeman ion source, the ions having a positive charge in the plasma consume the filament 52 having a negative voltage by sputtering, so that the filament 52 is, for example, 20 to 4.
There is a problem that it needs to be updated every 0 hours. In particular, for the Freeman ion source used in the production apparatus, the update of the filament 52 causes a decrease in the operating rate due to the stop of the apparatus, so that the conventional update interval becomes a big problem, and further update is required. Increased spacing is desired.

【0006】そこで、フィラメント52の消耗速度が、
放電室隔壁51とフィラメント52との電位差であるア
ーク電圧に依存するスパッタ率に関係していることに着
目し、アーク電圧を低下させることによってスパッタ率
を低減させる方法が考えられる。この方法の場合には、
フィラメント52の消耗速度の低下により更新間隔を増
大させることが可能になるが、アーク電圧には下限が存
在しており、このアーク電圧を低下させることによるス
パッタ率の低減だけでは、フィラメント52の更新間隔
を充分に増大させることができない。
Therefore, the consumption rate of the filament 52 is
Focusing on the fact that the sputtering voltage depends on the arc voltage, which is the potential difference between the discharge chamber partition wall 51 and the filament 52, a method of reducing the sputtering voltage by reducing the arc voltage can be considered. In this case,
Although it is possible to increase the update interval by decreasing the consumption rate of the filament 52, there is a lower limit to the arc voltage, and the reduction of the sputter rate by decreasing this arc voltage is sufficient to update the filament 52. The spacing cannot be increased sufficiently.

【0007】従って、本発明においては、フィラメント
52の更新間隔を充分に増大させることができるフリー
マンイオン源を提供することを目的としている。
Therefore, it is an object of the present invention to provide a Freeman ion source capable of sufficiently increasing the renewal interval of the filament 52.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】請求項1および請求項2
の発明のフリーマンイオン源は、上記課題を解決するた
めに、アーク電源の正極側に接続された隔壁と、アーク
電源の負極側に接続されたフィラメントとの電位差によ
ってアーク放電を生じさせてプラズマを生成するもので
あり、下記の特徴を有している。
Means for Solving the Problems Claims 1 and 2
In order to solve the above problems, the Freeman ion source of the invention of (1) is a partition wall connected to the positive electrode side of the arc power supply, and an arc discharge is generated by a potential difference between the filament connected to the negative electrode side of the arc power supply to generate plasma. It is generated and has the following features.

【0009】即ち、請求項1のフリーマンイオン源は、
隔壁が、フィラメントを収容する低アーク電圧放電室を
形成すると共に、通過孔を側面壁に有した放電室隔壁
と、上記通過孔によって連通状態にされた主アーク室を
形成する主アーク室隔壁とからなっている。そして、放
電室隔壁と主アーク室隔壁とは、絶縁状態に接続されて
おり、放電室隔壁は、抵抗器を介してアーク電源に接続
されていることを特徴としている。
That is, the Freeman ion source of claim 1 is
A partition wall forms a low arc voltage discharge chamber containing a filament, and a discharge chamber partition wall having a passage hole in a side wall, and a main arc chamber partition wall forming a main arc chamber in a communicating state by the passage hole. It consists of The discharge chamber partition wall and the main arc chamber partition wall are connected in an insulated state, and the discharge chamber partition wall is connected to the arc power source through a resistor.

【0010】さらに、請求項2のフリーマンイオン源
は、請求項1のフリーマンイオン源のフィラメントが、
軸心方向の一致した一対の棒状部を有し、両棒状部間の
フィラメント磁界が通過孔方向となるように配設されて
いることを特徴としている。
Further, in the Freeman ion source of claim 2, the filament of the Freeman ion source of claim 1 is
It is characterized in that it has a pair of rod-shaped portions whose axial directions coincide with each other, and that the filament magnetic field between both rod-shaped portions is arranged in the direction of the passage hole.

【0011】[0011]

【作用】請求項1の構成によれば、アーク放電によって
プラズマを生成させた際に、アーク放電の電子が放電室
隔壁から抵抗器を介してアーク電源に流動することにな
る。従って、アーク電源によって所定の正電圧が印加さ
れていた放電室隔壁は、アーク電源によって同等の正電
圧が印加されている主アーク室隔壁よりも電圧が低下す
ることになる。そして、この放電室隔壁の電圧の低下
は、放電室隔壁の側面壁を中間電極としてフィラメント
に働かせ、低アーク電圧放電室におけるプラズマ中の不
純物イオンのエネルギを低下させることになる。これに
より、フリーマンイオン源は、スパッタ率を低下させて
フィラメントの消耗速度を低下させることができること
から、フィラメントの更新間隔を充分に増大させること
が可能になる。
According to the structure of the first aspect, when plasma is generated by the arc discharge, the electrons of the arc discharge flow from the partition wall of the discharge chamber to the arc power source through the resistor. Therefore, the voltage of the discharge chamber partition wall to which the predetermined positive voltage is applied by the arc power source becomes lower than that of the main arc chamber partition wall to which the same positive voltage is applied by the arc power source. The reduction in the voltage of the discharge chamber partition wall causes the side wall of the discharge chamber partition wall to act on the filament as an intermediate electrode, thereby reducing the energy of the impurity ions in the plasma in the low arc voltage discharge chamber. As a result, the Freeman ion source can reduce the sputter rate and the consumption rate of the filament, so that the filament renewal interval can be sufficiently increased.

【0012】さらに、請求項2の構成によれば、フィラ
メントから放出された電子が、棒状部間のフィラメント
磁界に沿って放電室隔壁の通過孔方向に積極的に移動す
ることから、正電圧を有した側面壁との衝突が防止さ
れ、効率良く通過孔を介して主アーク室に移動させるこ
とができる。
Further, according to the second aspect of the present invention, the electrons emitted from the filament positively move in the direction of the passage hole of the discharge chamber partition wall along the filament magnetic field between the rod-shaped portions, so that a positive voltage is applied. The collision with the side wall that is provided is prevented, and it can be efficiently moved to the main arc chamber through the passage hole.

【0013】[0013]

【実施例】本発明の一実施例を図1ないし図3に基づい
て説明すれば、以下の通りである。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The following will explain one embodiment of the present invention with reference to FIGS.

【0014】本実施例に係るフリーマンイオン源は、図
1に示すように、外部磁界Bsが付与された主アーク室
1と、同様に外部磁界Bsが付与され、主アーク室1の
両側に配置された一対の低アーク電圧放電室2・2とを
有している。低アーク電圧放電室2・2は、例えばタン
タル等の導電性を有した放電室隔壁3・3によって形成
されており、これらの放電室隔壁3・3は、数10〜数
100Ω程度の所定の抵抗値R1 を有した抵抗器4・4
を介してアーク電源5の正極側に接続されている。
As shown in FIG. 1, the Freeman ion source according to the present embodiment is arranged on both sides of the main arc chamber 1 to which the external magnetic field Bs is similarly given, as well as to the main arc chamber 1 to which the external magnetic field Bs is given. And a pair of low arc voltage discharge chambers 2 and 2. The low arc voltage discharge chambers 2 and 2 are formed by discharge chamber partition walls 3 and 3 having conductivity such as tantalum, and these discharge chamber partition walls 3 and 3 have a predetermined size of several tens to several hundreds Ω. Resistor 4 having resistance value R 1
It is connected to the positive electrode side of the arc power source 5 via.

【0015】また、放電室隔壁3・3における主アーク
室1側とは逆方向に位置する側面壁には、ガス導入孔3
a・3aが形成されており、これらのガス導入孔3a・
3aには、図示しない金属蒸気発生炉等を有する動作ガ
ス供給手段が接続されている。そして、上記の動作ガス
供給手段は、固体状の不純物を金属蒸気発生炉によって
蒸発させた動作ガスやガスボンベに充填されていた気体
状の不純物からなる動作ガスを低アーク電圧放電室2・
2に供給するようになっている。
In addition, the gas introducing hole 3 is formed in the side wall of the discharge chamber partition wall 3 located in the direction opposite to the main arc chamber 1 side.
a. 3a are formed, and these gas introduction holes 3a.
An operating gas supply means having a metal vapor generation furnace or the like (not shown) is connected to 3a. Then, the working gas supply means supplies a working gas, which is a working gas obtained by evaporating solid impurities in the metal vapor generation furnace or a gaseous impurity filled in the gas cylinder, to the low arc voltage discharge chamber 2.
It is designed to supply to 2.

【0016】一方、放電室隔壁3・3における主アーク
室1側に位置する側面壁3c・3cには、スリット状の
通過孔3b・3bが形成されている。これらの通過孔3
b・3bの近傍には、例えばタングステン等からなるU
字形状のフィラメント6・6が低アーク電圧放電室2・
2に設けられており、これらの各フィラメント6・6
は、図2に示すように、軸心方向が一致した一対の棒状
部6a・6bと、これらの棒状部6a・6bを接続する
曲折部6cとからなっている。そして、上記の棒状部6
a・6bは、通過孔3b・3bの長手方向に平行に配設
されている。
On the other hand, slit-shaped passage holes 3b, 3b are formed in the side wall 3c, 3c located on the main arc chamber 1 side in the discharge chamber partition wall 3, 3. These passage holes 3
In the vicinity of b3b, for example, U made of tungsten or the like is used.
Character-shaped filament 6 ・ 6 is a low arc voltage discharge chamber 2 ・
2 are provided in each of the filaments 6 and 6
As shown in FIG. 2, is composed of a pair of rod-shaped portions 6a and 6b whose axial directions coincide with each other, and a bent portion 6c connecting these rod-shaped portions 6a and 6b. And the above-mentioned rod-shaped portion 6
The a and 6b are arranged parallel to the longitudinal direction of the passage holes 3b and 3b.

【0017】上記のフィラメント6・6は、図1に示す
ように、フィラメント6・6のU字形状の中心線と通過
孔3b・3bの長手方向の中心線とが平行であると共
に、通過孔3b・3bの両端とフィラメント6・6の棒
状部6a・6bとの間隔が同等となるように配設されて
いる。そして、フィラメント6・6の一方の棒状部6a
には、上述のアーク電源5の負極側が接続されており、
フィラメント電流Ifによって生じる両棒状部6a・6
b間のフィラメント磁界Bfが通過孔3b・3b方向に
向かうようになっている。
As shown in FIG. 1, the filaments 6 and 6 have the U-shaped center line of the filaments 6 and 6 parallel to the longitudinal center lines of the passage holes 3b and 3b, and the passage holes 3b and 3b. The ends of the filaments 3b and 3b and the rod-shaped portions 6a and 6b of the filaments 6 and 6 are arranged so that the distance between them is equal. Then, one rod-shaped portion 6a of the filament 6
Is connected to the negative side of the above-mentioned arc power source 5,
Both rod-shaped portions 6a and 6 generated by the filament current If
The filament magnetic field Bf between b is directed toward the passage holes 3b and 3b.

【0018】上記のフィラメント6・6を内蔵した放電
室隔壁3・3間には、上述の主アーク室1が配設されて
いる。この主アーク室1は、放電室隔壁3・3の側面壁
3c・3cに接続された絶縁隔壁7・7と、絶縁隔壁7
・7間に設けられた導電性を有する主アーク室隔壁8と
によって形成されており、主アーク室隔壁8には、アー
ク電源5の正極側が接続されている。
The above-mentioned main arc chamber 1 is arranged between the discharge chamber partition walls 3, 3 containing the above-mentioned filaments 6, 6. This main arc chamber 1 includes insulating partition walls 7 and 7 connected to the side walls 3c and 3c of the discharge chamber partition walls 3 and 3, and insulating partition walls 7 and 7.
It is formed by the main arc chamber partition wall 8 having conductivity provided between 7 and the positive arc side of the arc power source 5 is connected to the main arc chamber partition wall 8.

【0019】上記の主アーク室隔壁8の上面壁には、ス
リット状のイオン取出孔8aが形成されており、このイ
オン取出孔8aの上方には、負電圧が印加された引出電
極9と、減速電極となる接地電極10とがこの順に配設
されている。そして、引出電極9および接地電極10に
は、引出電極孔9aおよび接地電極孔10aがそれぞれ
形成されており、引出電極9は、プラズマを生成した主
アーク室1から正電荷を有した不純物イオンを引き出
し、イオンビーム11として引出電極孔9aおよび接地
電極孔10aを通過させるようになっている。
A slit-shaped ion extraction hole 8a is formed on the upper surface wall of the main arc chamber partition wall 8 and an extraction electrode 9 to which a negative voltage is applied is formed above the ion extraction hole 8a. The ground electrode 10 that serves as a deceleration electrode is arranged in this order. The extraction electrode 9 and the ground electrode 10 are respectively formed with an extraction electrode hole 9a and a ground electrode hole 10a, and the extraction electrode 9 collects positively-charged impurity ions from the main arc chamber 1 that generated plasma. The extracted ion beam 11 is passed through the extraction electrode hole 9a and the ground electrode hole 10a.

【0020】上記の構成において、フリーマンイオン源
の動作について説明する。
The operation of the Freeman ion source in the above structure will be described.

【0021】先ず、アーク電源5から両フィラメント6
・6にフィラメント電流Ifを流すと、フィラメント6
・6が発熱を開始することになる。この際、主アーク室
隔壁8および放電室隔壁3・3には、アーク電源5によ
って正電圧が印加されている一方、フィラメント6・6
には、アーク電源5によって負電圧が印加されている。
従って、発熱したフィラメント6・6は、主アーク室隔
壁8および放電室隔壁3・3との電位差によって電子を
放出してアーク放電を生じさせることになる。
First, from the arc power source 5 to both filaments 6
When the filament current If is passed through 6, the filament 6
・ 6 will start to generate heat. At this time, a positive voltage is applied to the main arc chamber partition wall 8 and the discharge chamber partition wall 3 by the arc power source 5, while the filaments 6
Is applied with a negative voltage by the arc power supply 5.
Therefore, the heated filaments 6 and 6 emit electrons due to the potential difference between the main arc chamber partition wall 8 and the discharge chamber partition wall 3 to generate arc discharge.

【0022】この後、動作ガスが放電室隔壁3・3のガ
ス導入孔3a・3aを介して低アーク電圧放電室2・2
に供給されることになり、動作ガスのガス粒子と電子と
が衝突することによって、不純物イオンや電子からなる
プラズマが生成されることになる。
After that, the working gas passes through the gas introduction holes 3a, 3a of the discharge chamber partition wall 3, 3 and the low arc voltage discharge chamber 2.2.
When the gas particles of the working gas collide with the electrons, plasma consisting of impurity ions and electrons is generated.

【0023】上記のアーク放電によりフィラメント6・
6から放出された電子の一部は、アーク電源5によって
正電圧を印加された放電室隔壁3・3方向へ移動し、放
電室隔壁3・3および抵抗器4・4を介してアーク電源
5に流動することになる。この際、放電室隔壁3・3か
らアーク電源5に流動する電子は、抵抗器4・4の抵抗
値R1 とプラズマの抵抗値Rp1 とによって流動量が決
定されることになり、放電室隔壁3・3は、電子の流動
により生じた電流I1 と上述の両抵抗値R1 ・Rp1
によって、フィラメント6・6の負電圧と主アーク室1
の正電圧との電位差であるアーク電圧Vaよりも低い中
間電圧(Va−R1 ×I1 )を有することになる。
By the above arc discharge, the filament 6
Some of the electrons emitted from 6 move toward the discharge chamber partition walls 3 and 3 to which a positive voltage is applied by the arc power source 5, and pass through the discharge chamber partition walls 3 and 3 and the resistors 4 and 4. It will flow to. At this time, the amount of electrons flowing from the discharge chamber partition wall 3/3 to the arc power source 5 is determined by the resistance value R 1 of the resistors 4 4 and the resistance value Rp 1 of the plasma. septum 3-3, by a current I 1 generated by the electron flow between the two resistance values R 1, Rp 1 described above, negative voltage and the main arc chamber filament 6.6 1
It has an intermediate voltage (Va-R 1 × I 1 ) lower than the arc voltage Va, which is the potential difference from the positive voltage of V.

【0024】そして、上記の中間電圧を有する放電室隔
壁3・3は、側面壁3c・3cがフィラメント6・6に
対して中間電極として働くことになり、アーク電圧の例
えば1/2〜1/3程度の電位差を低アーク電圧放電室
2・2に形成することになる。尚、低アーク電圧放電室
2・2のガス圧は、低アーク電圧放電室2・2と主アー
ク室1とが通過孔3b・3bを介して連通されているの
みのため、主アーク室1のガス圧よりも高くなってい
る。従って、低アーク電圧放電室2・2でのアーク放電
は、高いガス圧によって中間電圧でも維持されている。
In the discharge chamber partition walls 3 and 3 having the above intermediate voltage, the side walls 3c and 3c work as intermediate electrodes for the filaments 6 and 6, and the arc voltage is, for example, 1/2 to 1 / A potential difference of about 3 is formed in the low arc voltage discharge chamber 2.2. The gas pressure in the low arc voltage discharge chamber 2.2 is only because the low arc voltage discharge chamber 2.2 and the main arc chamber 1 are communicated with each other through the passage holes 3b and 3b. Is higher than the gas pressure of. Therefore, the arc discharge in the low arc voltage discharge chamber 2.2 is maintained even at the intermediate voltage due to the high gas pressure.

【0025】これにより、低アーク電圧放電室2・2で
生成されたプラズマ中の不純物イオンのスパッタ率は、
上記の側面壁3c・3cとフィラメント6・6との電位
差に応じたエネルギーでもってフィラメント6・6をス
パッタするため、アーク電圧に対応したエネルギを有し
た不純物イオンのスパッタ率よりも低減されたものにな
る。そして、このスパッタ率の低減は、フィラメント6
・6の消耗速度を低下させることになり、ひいてはフィ
ラメント6・6の更新間隔を増大させることになる。
As a result, the sputtering rate of impurity ions in the plasma generated in the low arc voltage discharge chamber 2.2 is
Since the filaments 6 and 6 are sputtered with energy corresponding to the potential difference between the side walls 3c and 3c and the filaments 6 and 6, the sputtering rate of impurity ions having energy corresponding to the arc voltage is reduced. become. The reduction of the sputtering rate is due to the filament 6
The wear rate of 6 will be reduced, and the renewal interval of the filaments 6 will be increased.

【0026】一方、アーク電源5からフィラメント6・
6にフィラメント電流Ifを流すと、フィラメント6・
6の周囲には、図2および図3にも示すように、フィラ
メント磁界Bfが形成されることになる。このフィラメ
ント磁界Bfは、平行する棒状部6a・6bの中心部に
おいて磁界方向が一致しており、放電室隔壁3・3の通
過孔3b・3b方向に互いに強め合った状態になってい
る。
On the other hand, from the arc power source 5 to the filament 6
When a filament current If is passed through 6, the filament 6
A filament magnetic field Bf is formed around 6 as shown in FIGS. 2 and 3. The filament magnetic fields Bf have the same magnetic field directions in the central portions of the parallel rod-shaped portions 6a and 6b, and are in a mutually reinforcing state in the passage holes 3b and 3b direction of the discharge chamber partition walls 3 and 3.

【0027】従って、図1に示すように、フィラメント
6・6から放出された電子は、フィラメント磁界Bfに
沿って放電室隔壁3・3の通過孔3b・3b方向に積極
的に移動することになり、正電圧を有した側面壁3c・
3cとの衝突が防止され、効率良く通過孔3b・3bを
介して主アーク室1に導入されることになる。
Therefore, as shown in FIG. 1, the electrons emitted from the filaments 6, 6 move positively along the filament magnetic field Bf in the direction of the through holes 3b, 3b of the discharge chamber partition walls 3, 3. And the side wall 3c with a positive voltage
The collision with 3c is prevented, and it is efficiently introduced into the main arc chamber 1 through the passage holes 3b and 3b.

【0028】上記の主アーク室1に移動された電子は、
電子と共に、低アーク電圧放電室2・2から通過孔3b
・3bを介して移動した動作ガスのガス粒子と衝突する
ことになり、この主アーク室1においてもプラズマを生
成させることになる。そして、このプラズマ中の正電荷
を有した不純物イオンは、負電圧が印加された引出電極
9に引き寄せられ、主アーク室隔壁8のイオン取出孔8
aから放出されてイオンビーム11とされることにな
る。
The electrons transferred to the main arc chamber 1 are
Along with the electrons, the low arc voltage discharge chamber 2.2 to the passage hole 3b
Colliding with the gas particles of the working gas that has moved through 3b, plasma is also generated in this main arc chamber 1. Then, the impurity ions having a positive charge in the plasma are attracted to the extraction electrode 9 to which a negative voltage is applied, and the ion extraction hole 8 of the main arc chamber partition wall 8 is drawn.
The ion beam 11 is emitted from a.

【0029】このように、本実施例のフリーマンイオン
源は、フィラメント6・6を有した低アーク電圧放電室
2・2と主アーク室1とを有し、アーク放電によってプ
ラズマを生成させた際に、放電室隔壁3・3の側面壁3
c・3cを中間電極とすることによって、低アーク電圧
放電室2・2の電位差をアーク電圧の電位差よりも低下
させ、低アーク電圧放電室2・2におけるプラズマ中の
不純物イオンのエネルギを低下させるようになってい
る。これにより、このフリーマンイオン源は、側面壁3
c・3cの中間電圧によって、スパッタ率を低下させて
フィラメント6・6の消耗速度を低下させることができ
ることから、フィラメント6・6の更新間隔を充分に増
大させることが可能になっている。
As described above, the Freeman ion source of this embodiment has the low arc voltage discharge chamber 2.2 having the filaments 6 and the main arc chamber 1, and when plasma is generated by arc discharge. The side wall 3 of the discharge chamber partition wall 3
By using c.3c as the intermediate electrode, the potential difference between the low arc voltage discharge chambers 2.2 is made lower than the potential difference between the arc voltages, and the energy of the impurity ions in the plasma in the low arc voltage discharge chambers 2.2 is reduced. It is like this. As a result, this Freeman ion source is
By the intermediate voltage of c · 3c, the sputter rate can be reduced and the consumption rate of the filaments 6.6 can be reduced, so that the renewal interval of the filaments 6.6 can be sufficiently increased.

【0030】尚、本実施例におけるフリーマンイオン源
は、2室の低アーク電圧放電室2・2を有しているが、
これに限定されることはなく、1室或いは3室以上の低
アーク電圧放電室2を有していても良い。
Although the Freeman ion source in this embodiment has two low arc voltage discharge chambers 2.2,
The present invention is not limited to this, and one or three or more low arc voltage discharge chambers 2 may be provided.

【0031】[0031]

【発明の効果】請求項1の発明のフリーマンイオン源
は、以上のように、アーク電源の正極側に接続された隔
壁と、アーク電源の負極側に接続されたフィラメントと
の電位差によってアーク放電を生じさせてプラズマを生
成するものであり、上記隔壁が、フィラメントを収容す
る低アーク電圧放電室を形成すると共に、通過孔を側面
壁に有した放電室隔壁と、上記通過孔によって連通状態
にされた主アーク室を形成する主アーク室隔壁とからな
っており、上記放電室隔壁と主アーク室隔壁とが、絶縁
状態に接続されており、放電室隔壁が、抵抗器を介して
アーク電源に接続されている構成である。
As described above, the Freeman ion source of the invention of claim 1 causes arc discharge by the potential difference between the partition wall connected to the positive side of the arc power source and the filament connected to the negative side of the arc power source. The partition wall forms a low arc voltage discharge chamber containing a filament and is connected to the discharge chamber partition wall having a through hole on the side wall and the through hole. And a main arc chamber partition wall forming a main arc chamber, the discharge chamber partition wall and the main arc chamber partition wall are connected in an insulating state, the discharge chamber partition wall to the arc power supply through a resistor. It is a connected configuration.

【0032】これにより、アーク放電の電子が放電室隔
壁から抵抗器を介してアーク電源に流動するため、放電
室隔壁の電圧が低下し、低アーク電圧放電室におけるプ
ラズマ中の不純物イオンのエネルギが低下することにな
ることから、フィラメントへのスパッタ率を低下させて
フィラメントの消耗速度を低下させることができ、結果
としてフィラメントの更新間隔を充分に増大させること
ができるという効果を奏する。
As a result, the electrons of the arc discharge flow from the discharge chamber partition wall to the arc power source through the resistor, so that the voltage of the discharge chamber partition wall drops and the energy of the impurity ions in the plasma in the low arc voltage discharge chamber increases. Therefore, the sputter rate to the filament can be reduced to reduce the consumption rate of the filament, and as a result, the renewal interval of the filament can be sufficiently increased.

【0033】また、請求項2の発明のフリーマンイオン
源は、請求項1のフィラメントが、軸心方向の一致した
一対の棒状部を有し、両棒状部間のフィラメント磁界が
通過孔方向となるように配設されている構成である。
Further, in the Freeman ion source of the invention of claim 2, the filament of claim 1 has a pair of rod-shaped portions whose axial center directions coincide with each other, and the filament magnetic field between both rod-shaped portions is in the passage hole direction. It is the structure arranged as follows.

【0034】これにより、請求項1の効果に加えて、フ
ィラメントから放出された電子が、棒状部間のフィラメ
ント磁界に沿って放電室隔壁の通過孔方向に積極的に移
動することから、正電圧を有した側面壁との衝突が防止
され、効率良く通過孔を介して主アーク室に移動させる
ことができるという効果を奏する。
With this, in addition to the effect of the first aspect, the electrons emitted from the filament positively move in the direction of the passage hole of the discharge chamber partition wall along the filament magnetic field between the rod-shaped portions, so that a positive voltage is applied. With this, it is possible to prevent the collision with the side wall having the structure, and to efficiently move the side wall to the main arc chamber through the passage hole.

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

【図1】本発明のフリーマンイオン源の隔壁の状態を示
す説明図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a state of partition walls of a Freeman ion source of the present invention.

【図2】フィラメントの周囲に生じる磁界の状態を示す
説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a state of a magnetic field generated around a filament.

【図3】フィラメント磁界に沿って電子が移動する状態
を示す説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a state in which electrons move along a filament magnetic field.

【図4】従来例を示すものであり、フリーマンイオン源
の概略構成図である。
FIG. 4 illustrates a conventional example and is a schematic configuration diagram of a Freeman ion source.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 主アーク室 2 低アーク電圧放電室 3 放電室隔壁 3a ガス導入孔 3b 通過孔 3c 側面壁 4 抵抗器 5 アーク電源 6 フィラメント 6a 棒状部 6b 棒状部 7 絶縁隔壁 8 主アーク室隔壁 8a イオン取出孔 9 引出電極 10 接地電極 11 イオンビーム Bf フィラメント磁界 Bs 外部磁界 1 main arc chamber 2 low arc voltage discharge chamber 3 discharge chamber partition wall 3a gas introduction hole 3b passage hole 3c side wall 4 resistor 5 arc power supply 6 filament 6a rod-shaped portion 6b rod-shaped portion 7 insulating partition wall 8 main arc chamber partition wall 8a ion extraction hole 9 Extraction electrode 10 Ground electrode 11 Ion beam Bf Filament magnetic field Bs External magnetic field

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】アーク電源の正極側に接続された隔壁と、
アーク電源の負極側に接続されたフィラメントとの電位
差によってアーク放電を生じさせてプラズマを生成する
フリーマンイオン源において、 上記隔壁は、フィラメントを収容する低アーク電圧放電
室を形成すると共に、通過孔を側面壁に有した放電室隔
壁と、上記通過孔によって連通状態にされた主アーク室
を形成する主アーク室隔壁とからなっており、上記放電
室隔壁と主アーク室隔壁とは、絶縁状態に接続されてお
り、放電室隔壁は、抵抗器を介してアーク電源に接続さ
れていることを特徴とするフリーマンイオン源。
1. A partition wall connected to the positive electrode side of an arc power supply,
In a Freeman ion source for generating plasma by generating an arc discharge by a potential difference with a filament connected to the negative electrode side of an arc power source, the partition wall forms a low arc voltage discharge chamber accommodating the filament, and a passage hole It comprises a discharge chamber partition wall having a side wall and a main arc chamber partition wall forming a main arc chamber that is in communication with the passage hole, and the discharge chamber partition wall and the main arc chamber partition wall are in an insulating state. The Freeman ion source is characterized in that the discharge chamber partition is connected to the arc power source through a resistor.
【請求項2】フィラメントは、軸心方向の一致した一対
の棒状部を有し、両棒状部間のフィラメント磁界が通過
孔方向となるように配設されていることを特徴とする請
求項1記載のフリーマンイオン源。
2. The filament has a pair of rod-shaped portions whose axial directions coincide with each other, and is arranged such that the filament magnetic field between the rod-shaped portions is in the passage hole direction. Freeman ion source described.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006147269A (en) * 2004-11-18 2006-06-08 Nissin Electric Co Ltd Ion irradiating device
WO2013067851A1 (en) * 2011-11-07 2013-05-16 北京中科信电子装备有限公司 Method for modulating arc current balancing of double-filament ion source

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