JPH0616384B2 - マイクロ波イオン源 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、多数の透孔を備えたイオン引出し電極系を用
いたマイクロ波イオン源に関し、特に、例えば不純物の
ドーピング、材料合成、表面改質あるいは新材料開発な
どに使用されるイオン注入装置等に用いるマイクロ波イ
オン源に関する。

〔従来技術〕

イオン注入装置は、半導体製造プロセスには不可欠で、
必要な不純物ドーズ量に応じて種々の実用装置が開発さ
れている。しかしながら、従来不純物ドーズ量は高濃度
のものでも１０¹⁶イオン／cm²程度であつたため、大電
流形イオン注入装置といわれるものでもそのイオン電流
は１〜10ｍＡであつた。これに対し、最近になつて、例
えばシリコン基板内部にＳｉＯ₂層を設けた SIMOX (Sep
aration by Implanted Oxygen)基板形成技術のようにド
ーズ量が１０¹⁸イオン／cm²以上のイオン打込みを要す
る半導体製造技術が進展しており、それに伴い５０〜10
0ｍＡの大電流イオン注入装置の開発が切望されてい
る。この種の装置を開発するためには、総イオン電流が
100〜200mA 以上でしかも酸素などの活性ガスに対して
長寿命のイオン源が不可欠であるが、従来のイオン注入
装置に用いられていたイオン源の性能向上ではこのよう
な要求を満足することが困難であり、新しいイオン源の
開発が急務になつている。

例えば、従来イオン注入装置用のイオン源として一般に
用いられているのは熱フイラメントタイプのイオン源
（イオンの引出しスリットに平行にはつたフイラメント
からの熱電子により低電圧アーク放電をおこし発生した
プラズマからイオンを短冊状ビームとして引出すタイプ
のイオン源で単孔の矩形状スリツトからイオンを引出し
ている）であるが、このタイプのイオン源は一般に寿命
が短く、数時間〜十数時間である。すなわち、熱フイラ
メントを使用しているため酸素ガスのような反応性ガス
に対して弱く、フイラメント電流を増加させてイオン電
流の増大を図つた場合にはますます寿命が短かくなつ
て、実用的な大電流イオン源の実現は困難と考えられ
る。

一方、熱フイラメントを使用しないイオン注入用イオン
源として、マイクロ波イオン源が知られており、10mA
級のイオン注入装置に使われている。このイオン源は、
単孔の矩形状スリツトによる引出しを前提としており、
放電空間が大きいとイオンの利用効率が悪くなるとの観
点に立つてプラズマ発生室を、例えば３×２０×２０ｍ
ｍ〜５×４０×４０ｍｍと小さな空胴にしかつマイクロ
波が伝搬できる特殊なイオン源構成をとつている。この
イオン源では、既に単孔の矩形状スリツトで引出せるイ
オン電流の限界性能に近い値を示しており、これ以上の
電流を得るには抜本的な改良が必要と思われる。

また、イオン注入用イオン源とは別の分野で、すなわ
ち、イオンシヤワエツチング装置用イオン源として、低
エネルギ（１ＫＶ以下）で大口径のイオンビームを得る
ために、第１図に示すようなマルチホール引出し電極系
を用いたマイクロ波イオン源が提案されている（特願昭
５４−48535号）。

第１図において、１はプラズマ発生室、２はマイクロ波
導入窓、３は矩形導波管、４は磁気コイル、５はガス導
入口、６はイオン引出し電極系である。プラズマ発生室
１にガス導入口５よりガスを、矩形導波管３からマイク
ロ波（例えば２．４５GHz）を導入し（図にはマイクロ
波発振源、アイソレータ、整合器、マイクロ波電力計を
省略してある）、磁気コイル４によつて直流磁場がマイ
クロ波電界に対して直角方向で電子サイクロトロン共鳴
(ＥＣＲ)条件（875ガウス）の磁界を印加すると、これ
らの相互作用で、プラズマ発生室１に導入されたガスは
プラズマとなる。このように生成されたプラズマから、
それぞれ多数の透孔（マルチホール）を備えた複数の電
極板6A ，6B ， 6C からなる加速・減速系で構成した
大口径のイオン引出し電極系６によつてイオンビームを
引出す。このイオン源では、口径150ｍｍφ、引出し電
圧１．５ｋＶで８０ｍＡのイオンビームを得ているが
（電流密度に換算すると１〜２mA／cm²に相当する）、
このイオン源はイオンシヤワエツチング装置として開発
が進められたため、低電圧（１kV以下）で大口径の均一
大電流のイオンビームを得るために、その後は単葉マル
チホール電極によつてその解決を図る方向で開発が進め
られている。これに対し、イオン注入装置用のイオン源
としては、イオン源外部からの電子流入を防ぐため第１
図に示したような複数の電極板からなる加速−減速の引
出し電極構成が必要であるが、この電極系に対する高電
圧のイオン引出し特性は、未検討であり、このイオン源
がイオン注入装置用の大電流イオン源としても用い得る
かは不明であつた。しかしながら、従来の構成では２〜
３ｍｍφの小さな透孔を多数あけた電極系を用いしかも
低電圧特性を良くするために各電極板間の間隙を２〜３
ｍｍとしているため、これをそのまま高電圧引出しに使
用した場合には、イオンの衝突によつて電極の熱変形が
生じ、良好な高電圧の引出し特性を得ることは困難であ
ると考えられる。

〔発明の目的および構成〕

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その
目的は、多数の透孔を備えた加速−減速電極系から構成
されるイオン引出し電極系を用いて、しかも高電圧で大
電流のイオンビームを放出し、例えば大電流酸素イオン
注入装置用等のイオン源としても十分に使用が可能なマ
イクロ波イオン源を提供することにある。

このような目的を達成するために、本発明は、イオン引
出し電極系を構成する電極板に設ける多数の透孔を、プ
ラズマ発生室に生ずるプラズマの均一部分に対応した、
プラズマ発生室の断面積に比較して小さな面積を有する
部分にのみ配置し、あるいはさらに、プラズマ発生室内
に、上記プラズマの均一部分に対応したプラズマ発生室
の断面積に比較して小さな面積を有する部分に上記イオ
ン引出し電極系の透孔を設けた部分に等しいか大きい開
口を備えた反射板を、上記イオン引出し電極系に対向し
て配置したものである。以下、実施例を用いて本発明を
詳細に説明する。

〔実施例〕

第２図は本発明を説明するためのマイクロ波イオン源の
構成を示す構成図である。同図において、７は円筒状の
空胴を有するステンレス鋼（SuS）からなるプラズマ発
生室、８はマイクロ波導入窓、９は矩形導波管、１０は
磁気コイル、10A は定電流電源、１１はガス導入口、１
２はプラズマ輸送用の矩形開口12A を備えたマイクロ波
反射板、１３はプラズマ輸送室、１４は後述するように
多数の円形もしくは矩形の透孔からなる矩形状の開口部
を備えたイオン引出し電極系、15A は絶縁物からなる筒
状部材、15B は薄板状の絶縁材、１６は筒状部材１５の
側壁に設けた排気用の開口、１７は冷却水用パイプ、１
８はイオンビームである。なお、筒状部材15Aは導電体
でもよい。また、導波管９は矩形が一般的であるが、そ
れに限定されるものではなく、プラズマ発生室７の空胴
も直方体状であつてもよい。

プラズマ発生室７は、マイクロ波導入窓８で真空封じさ
れており、ガス導入口１１からイオン化すべきガスが導
入される。マイクロ波（通常2.45GHz）は、矩形導波管
９よりマイクロ波導入窓８を通つてプラズマ発生室７に
導入される。磁気コイル１０は、マイクロ波導入窓８の
近傍で強く、イオン引出し電極系１４の方向で弱くなる
発散磁界を発生させるように、マイクロ波導入窓８の近
傍を中心として配置してある。周波数2.45GHzのマイク
ロ波に対して、ECR条件を満足する磁場強度は875 ガウ
スであるため、磁気コイルは最大1000ガウス以上得られ
るようなものを用いている。プラズマ発生室７にガスお
よびマイクロ波を導入し、プラズマ発生室７の内部にお
いて少なくともＥＣＲ条件を起こす875ガウスの磁界を
与えるとプラズマ発生室７にプラズマが発生する。この
発生したプラズマ（イオンおよび電子）は、磁気コイル
１０の発散磁界のためイオン引出し電極系１４の方向に
移動しやすくなつている。したがつて、プラズマはプラ
ズマ発生室７内に設けたマイクロ波反射板１２にあけら
れたプラズマ輸送用の矩形開口12A から放出され、イオ
ン引出し電極系１４に達しそこでイオンのみがイオンビ
ームとして引出される。イオン引出し電極系14は、複数
の電極板からなる加速−減速電極構成であり、本実施例
は相互に絶縁材15C で絶縁した３枚の電極からなる構成
の例を示してあるが、これ以上の多段電極構成でも良い
ことはいうまでもない。本実施例では加速電極14A に５
ｋＶ以上の高電圧を、減速電極14B に 500Ｖ〜数ｋＶの
負電圧を印加し、接地電極14C はアース電位に接地す
る。なお、減速電極14B は、引出しビームの拡がりを制
御するとともにイオン源外部からの電子の流入を防止す
る機能を有している。

ここで、イオン注入装置用のイオン源としては、イオン
引出し電極部でのイオン電流密度が高く、ビームの発散
角度が小さい程良い。ところが、第１図のような従来の
マイクロ波イオン源では、引出し開口100ｍｍφで８０
ｍＡ程度のＡｒイオンビームしか得られず、電流密度に
して１mA／cm²程度である。引出し電極の開口率を５０
％としてもイオン電流は高々２mA／cm²であり、このイ
オン源について単純に高電圧でイオンを引出すとイオン
引出し電極系でプラズマ密度強度が均一でないため、引
出し電極部で引出し条件が空間的に異なつている。すな
わち、引出し電極系の中央部で最適な引出し条件になつ
ていても、周辺の引出し電極部では適切な引出し条件に
はならず、そのために引出し電圧を高くするにつれて減
速電極に衝突するイオンのエネルギが大きくなり、それ
によつて前述したように引出し電極が熱変形したり、ま
た減速電極からの２次電子が加速電圧によつて加速さ
れ、マイクロ波導入窓８に高エネルギ電子として衝突す
るために、マイクロ波導入窓の温度上昇によつて窓が溶
融したり破損したりする。このため、第１図のイオン源
は、そのままでは高電圧をかけても良好な大電流イオン
源として動作させることはできない。

これに対し、第２図のイオン源構成では、前述したよう
にプラズマ発生室７の空胴の一部にプラズマ発生室の断
面積に比較して小さなプラズマ輸送用の矩形開口12A を
有するマイクロ波反射板１２を設けて均一な高密度プラ
ズマのみを取出すようにし、また、取出したプラズマを
磁気コイル１０の発散磁界によつてプラズマ輸送室１３
を介して引出し電極系１４の方向に輸送し、この輸送さ
れたプラズマのうちさらに均一な部分のみからイオン引
出し電極系１４でイオンを引出すようにしてある。すな
わちマイクロ波反射板１２は、例えばＭｏやステンレス
鋼からなる厚さ２〜５mm弱程度の円形薄板に、プラズマ
の均一部分に対応して開口12A を設けたものであり、イ
オン引出し電極系を構成する各電極板は第３図に示すよ
うに厚さ１〜２ｍｍ程度のＭｏ，ステンレス鋼などの薄
板１９に多数の小さな円形透孔２０からなる矩形状のイ
オン引出し開口部を設けた構成を有するが、このイオン
引出し電極系１４のイオン引出し開口部の面積は、プラ
ズマ輸送用の開口12A に等しいかそれ以下にする。ま
た、本実施例ではこれらプラズマ輸送用の開口12A およ
びイオン引出し電極系１４の開口部の長手方向を、矩形
導波管９の断面形状の長手方向に一致させるようにして
あるが、これはプラズマの均一部分の形状が矩形導波管
９の断面形状の影響を受けることからより均一なプラズ
マを引出すためであり、特に、細長い矩形状の開口12A
または開口部を有する場合には、このように導波管の断
面形状の長手方向と一致させることが望ましい。

なお、イオン引出し電極系１４の透光２０からなるイオ
ン引出し開口部の周辺には、冷却水用細管２１を設けて
引出し電極がイオンの衝突によつて加熱変形することを
防いでいる。もちろん、冷却水用細管２１を隣接する透
孔 間の間隙にも通して冷却効果を高めても良いことは
いうまでもない。第２図の例では、冷却用細管２１は、
加速電極14A では薄板１９の上面側に、減速電極14Bお
よび接地電極14C では薄板１９の下面側にそれぞれ一部
を埋め込むような形で溶接してある。また、加速電極14
A の上面には上記冷却水用細管を避けるようにしてその
周辺に薄板状の絶縁材15B を配設してあるが、これは電
極板を流れる電流を少なくする機能を有する。一般に、
イオン注入装置では大電流イオン源から引退したイオン
ビームはマグネットの間を通して質量分離するため、引
出しイオンビームは短冊状ビームが適していることか
ら、第２図ではイオン引出し電極系１４のイオン引出し
開口部を矩形状にしているが、必ずしも短冊ビームにす
る必要はなく、イオン注入装置の設計に応じて所望の形
状にしてよい。また、イオン引出し開口部を構成する透
孔も必ずしも円形に限らず、例えば第４図に示したよう
に矩形透孔２２を配列した構成としてもよい。また、プ
ラズマ発生室７の空胴部分はマイクロ波電力をプラズマ
に効率よく吸収させるために、マイクロ波空胴共振器の
条件を満たすようにするのが望ましい。例えば、ＴＥ
₁₁₂ モードで内径110ｍｍφのとき、長さは160mm とな
る。

このようにプラズマの均一部分にのみイオン引出し開口
部を限定したことにより、イオン引出し電極系１４の多
数の透孔間でイオン引出し条件に差がなくなり、前述し
たような高電圧に対しても良好にイオン引出し動作が行
なえるようになつた。例えば、プラズマ輸送用の開口12
A の大きさを３０〜４０ｍｍ×６０〜７０ｍｍとし、引
出し電極開口部を２．６×４．６cm（３．７mmφ の透
光４８個）としたとき、２０ｋＶの加速電圧に対して１
００〜１２０ｍＡの酸素イオン電流を得た。これは、電
流密度に換算すると８〜１０mA／cm²、単孔の電流密度
で換算すると２０〜２３mA／cm² となり、従来に比較し
て大幅に大きな電流密度が得られるようになつた。ま
た、２mmφ の円形透孔３７個からなる円形のイオン引
出し開口部を備えたイオン引出し電極では（イオン引出
し開口部の大きさ２０mmφ ）、９kV で４９ｍＡの酸素
イオン電流が得られたが、これは単孔あたりの電流密度
に換算すると４２mA／cm²にも達し、引出し電極系の最
適化によつてさらに高密度大電流イオン源の実現も可能
と予想される。一方、これらの酸素を用いた実験ではイ
オン源の変化は見られず、酸素に対して安定に動作する
ことを確認した。その代表的な特性例を第５図および第
６図に示す。これらは引出し電極系として３．７mmφ
の透孔を４８個設けたものを用いた結果である。第５図
は加速電圧２０kV における酸素イオン電流の入力マイ
クロ波電力に対する依存性を示したもので、350 Ｗ程度
で100mA 以上のイオン電流が得られており、さらに、マ
イクロ波電力を増大されることにより大電流化が可能で
ある。また第６図は加速電圧１９ｋＶにおける酸素イオ
ン電流の磁気コイルの電流（磁場強度）に対する依存性
を示したものである。プラズマを生成する時には、ＥＣ
Ｒ条件（875ガウス）で安定にプラズマが立つが、一般
に加速電極14A の電圧をあげて行き、最大のイオン電流
を得る条件の最適化を図ると、磁気コイルの電流はECR
条件よりも高い磁場を最大磁場のところでは有してい
る。すなわち、第６図で磁気コイル電流146A は912 ガ
ウスに相当する。この条件は、引出し電極系の構成、イ
オン引出し条件によつて異なるため、イオン源を動作さ
せて最適値を設定する。

さらに、第２図では、プラズマ輸送用開口12A を備えた
マイクロ波反射板１２を使用したことにより、先に述べ
た均一なプラズマのみを輸送するという以外に次に示す
ような種々の利点を有する。すなわち、プラズマに吸
収されなかつたマイクロ波を反射させて有効にプラズマ
にマイクロ波を吸収させられる。一般にマイクロ波は開
口が小さければもれないが、必要に応じて開口にメツシ
ユ、ワイヤ、格子等をつけることによつて、マイクロ波
を反射させる。もちろん、格子等は反射板本体と一体に
形成してもよく、第７図にその一例を示す。同図におい
て、反射板１２の外径９cmに対し開口12A の寸法は約３
×７cmである。格子を構成する線条12B の間隔はマイク
ロ波がもれないように２cm以下とし、各線条の幅はプラ
ズマの流れを阻害しないように１〜２ｍｍ弱程度のごく
細いものとする。と同様な理由で、マイクロ波の引
出し電極系１４への影響をなくすことができる。プラ
ズマ発生室７とイオン引出し電極系１４と分離されてい
るため、引出し電極系１４ではプラズマ発生室７のプラ
ズマよりも安定したプラズマになつている。開口12A
がガス流出を制限しているため、ガスの利用効率が高
い。プラズマ発生室内にあるガス粒子に対して、プラ
ズマ、中性粒子として室外に流出する粒子が少ないた
め、プラズマ室内部のガス圧変動は小さい。プラズマ
発生室７と引出し電極系１４とは筒状部材15A に絶縁物
を用いることにより電気的に絶縁できるため、プラズマ
室内部の電位と引出し電極系の加速電極とを独立に制御
できる。例えば、プラズマ発生室７に高電圧を印加し、
加速電極14A を浮動電位にすれば、プラズマ輸送室１３
内のプラズマと加速電極14A との間に形成されるシース
厚が自己整合し、加速電極14A の各透孔に対するプラズ
マの侵入状態が適正に保たれ、広範囲のイオンエネルギ
に対して良好な引出し特性が期待できる。プラズマ輸
送室１３の側壁の排気用の開口１６からガスを排気する
ことにより、プラズマ輸送室のガス圧、汚れを改善する
ことができる。プラズマ発生室７と引出し電極系１４
との間の間隔がとれるため、磁気コイル10を設置する空
間的余裕が大きくなり、イオン源設計が容易になる。す
なわち、引出し電極系１４の保持部（図示せず）に邪魔
されることなく磁気コイル１０をプラズマ発生室７の下
端まで配置することができる。

ところで、第２図のマイクロ波イオン源においては、各
種調整段階、例えばガス圧、マイクロ波パワー、磁場強
度、引出し電圧等の調整具合や、あるいは引出し電極系
１４の各電極間の位置ずれ等によつて最適なイオン引出
し条件ができていない場合、または減速電極14B に流れ
るイオン電流の低減が実現できない場合には、減速電極
14Bに衝突したイオンによつて生成された電子が高エネ
ルギで磁場分布に沿ってマイクロ波導入窓８に衝突し、
マイクロ波導入窓８が加熱され割れる場合が生じ得る。
このため、第２図に示すイオン源を使用する場合には、
減速電極14B に流れる電流をモニタする必要がある。例
えば石英１０ｍｍ厚のマイクロ波導入窓を用いた場合、
300〜400Ｗ（減速電極14B に流れる電流×加速電圧）の
イオンが減速電極14B に衝突するとマイクロ波導入窓８
は局所的に軟化した。一般にマイクロ波の吸収が少な
く、熱伝導、耐熱性に富む材質がマイクロ波導入窓８に
適している。このような材質の選定（例えばアルミナ、
BeO、石英など）を適切に行ない、減速電極に衝突する
イオンの電力をモニタすれば前述の問題をある程度解消
できるが完全ではない。第８図にこの問題を解決するこ
の発明の１実施例であるマイクロ波イオン源のマイクロ
波導入窓部の構成例を示す。すなわち、第８図は第２図
のマイクロ波導入窓８の周辺部分を拡大したものに相当
するが、プラズマ発生室７の上端部に、マイクロ波導入
窓２３およびそのプラズマ発生室７側にマイクロ波導入
窓保護用絶縁物２４を、円板状の上部蓋体７Ａおよび下
部蓋体７Ｂにより挾持するような形で配置してある。マ
イクロ波導入窓２４は、真空封じ用のガードリング２５
で真空封じし（なお、この真空封じ用のガードリング２
５の劣化を防ぐために近傍に冷却水用パイプ１７を通し
てある）、マイクロ波導入窓２３とマイクロ波導入窓保
護用絶縁物２４との間は、この間でプラズマが生成され
ないように間隙は小さくしてある。この絶縁物２４は減
速電極14B からの高速２次電子がマイクロ波導入窓２３
に衝突するのを防ぐもので、マイクロ波の吸収が少な
く、熱伝導、耐熱性に富む材質（例えば石英、アルミ
ナ、BeO、BN、AlN、 フオルステライト等）が適してい
る。このような構造にしておくことにより、たとえ絶縁
物２４が割れたとしても、真空もれが生じることはな
く、イオン源自体に甚大な被害をこうむることはない。
また、２次電子の衝突する部分にのみ絶縁物２４を置く
ことにより、すなわち、絶縁物２４の大きさをマイクロ
波導入窓２３に対して小さくし、第９図に示すようにプ
ラズマ発生室７の内部に対し、絶縁物２４に覆われずに
マイクロ波導入窓２３自体が露出する部分を残しておけ
ば、プラズマ生成室７に導入されるマイクロ波パワーは
大きくなる。

次に、本発明の他の実施例を第１０図に示す。同図にお
いて、第２図と同一部分は同一記号を用いてその詳細説
明するが、本実施例と第２図の実施例との本質的な差異
は、プラズマ発生室の構成にある。すなわち、本実施例
ではプラズマ発生室２６は、狭小プラズマ発生室26A と
拡張プラズマ発生室26B とから構成されている。ここ
で、例えば狭小プラズマ発生室26A は矩形導波管９と等
しいかわずかに大きな直方体空胴とし、拡張プラズマ発
生室26B はより大きな円筒空胴とする。もちろん、直方
体空胴としてもよく、また狭小プラズマ発生室26A も、
円筒空胴、リツジ形空胴等でもよいことはいうまでもな
い。

プラズマ発生室２６がこのような構成になつているの
で、矩形導波管９より導入されたマイクロ波は、狭小プ
ラズマ発生室26A を通り拡張プラズマ発生室26B に導入
される。これに対し、磁気コイル１０は、狭小プラズマ
発生室26A の内部でECR 条件を満足する８７５ガウス以
上の磁界強度を有し、引出し電極系１４の方向に弱くな
る発生磁界を生じさせる。したがつて、プラズマ発生室
２６にガスおよびマイクロ波を導入すると同時に磁気コ
イル１０で少なくとも狭小プラズマ室内部26A でＥＣＲ
条件を満足する磁界をかければ、プラズマが生成され
る。このとき、狭小プラズマ発生室26A でのマイクロ波
電力密度の増大によつて高密度プラズマが生成され、そ
れが拡張プラズマ発生室26B に拡散、移動して行くた
め、拡張プラズマ発生室26B 内ではより均一な高密度プ
ラズマとなる。さらに、プラズマ輸送用の開口12A の部
分から均一なプラズマが発散磁界によつて引出し電極系
１４の方向に移動する。このとき、拡張プラズマ発生室
26B を空胴共振器構成にしておけば、プラズマ発生室26
B で有効にマイクロ波がプラズマに吸収される。このよ
うな構成としたことにより、均一な高密度プラズマがイ
オン引出し電極系１４に達し、高電流密度のイオンを引
出すことができる。なお、本構成の主旨をいかすものと
しては、マイクロ波導入窓近傍でプラズマ発生室を小さ
くしてマイクロ波電力密度を大きくし、引出し電極系に
近づくにつれてプラズマ発生室を大きくしていけば同様
の効果が期待できるため、第１０図の構成の他にも種々
の構成が可能である。

第１１図は、本発明のさらに他の実施例を示す構成図で
ある。本実施例では、第２図および第10図のプラズマ輸
送室１３をなくし、イオン引出し電極系２７の加速電極
27A をプラズマ輸送用の開口12A としても兼用して直接
均一部分のプラズマを引出すようにしたものであり、プ
ラズマ密度が高い場合などで、イオンビーム強度の変動
が少ないときには、このように反射板１２を省くことが
可能である。本実施例の場合は、第１０図のものと同様
にプラズマ発生室２６が狭小プラズマ発生室26A と拡張
プラズマ発生室26B とからなる構成を有しており、マイ
クロ波はほとんど狭小プラズマ発生室26A で吸収され
て、加速電極２７Ａ付近にはほとんど達せず、しかもそ
こではプラズマのじよう乱も十分に少なくなつていると
考えられるため、必ずしもプラズマ輸送室を設けなくと
も、変動の少ないイオンビームを引出すことが可能であ
る。このように反射板１２およびプラズマ輸送室１３を
省いた構成とした場合には、それらを設けた場合に比較
してイオン引出し電極系付近でのプラズマ密度が高くな
り、より大きなイオン電流が得られる利点を有する。

なお、金属製のプラズマ発生室内面、プラズマ輸送室内
面等がイオンスパツタにより金属汚染源となる可能性が
ある場合には、これらを例えばBN、石英などの絶縁物で
覆つて汚染対策をするのが良い。

また、本発明はイオン注入装置用の高電圧引出しが可能
なイオン源を得ることを目的として行なつたが、マイク
ロ波反射板１２のプラズマ輸送用開口12A を小さくして
差圧をとると同時に、イオン引出し電極系を単葉電極と
すれば、低電圧引出し可能なイオン源もしくはプラズマ
発生源として、例えばイオン付着、エツチングなどのイ
オン源、プラズマ源としても使用できることに言及して
おく。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、イオン引出し電
極系の多数の透孔からなるイオン引出し用開口部を、プ
ラズマ発生室に生ずるプラズマの均一部分に対応したプ
ラズマ発生室の断面積に比較して小さな面積を有する部
分に限定して設け、あるいはさらにプラズマ発生室内
に、上記小面積部分に上記イオン引出し電極系のイオン
引出し用開口部に等しいか大きい開口を備えた反射板を
設けたことにより、多数の透孔を有する加速−減速電極
系を用いて高電圧引出しを可能とし、高密度大電流のマ
イクロ波イオン源を実現することができる。すなわち、
本発明のマイクロ波イオン源は、例えば酸素、ホウ素な
どの活性ガスに対して安定で長寿命な大電流イオン源と
して使用することが可能であり、１０ｍＡ以上、特に５
０ｍＡ以上の大電流イオン注入装置用イオン源として有
効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のマイクロ波イオン源の構成例を示す図、
第２図は本発明を説明するためのマイクロ波イオン源の
構成を示す構成図、第３図および第４図はそれぞれ第２
図のイオン引出し電極の構成例を示す図、第５図および
第６図はイオン源のイオン引出し特性例を示す図、第７
図はマイクロ波反射板の構成例を示す図、第８図は本発
明の一実施例を示す構成図、第９図は第８図のマイクロ
波導入窓部の構成例を示す図、第１０図および第１１図
はそれぞれ本発明の他の実施例を示す構成図である。 ７……プラズマ発生室、８，２３……マイクロ波導入
窓、９……矩形導波管、１０……磁気コイル、１１……
ガス導入口、１２……マイクロ波反射板、12A ……プラ
ズマ輸送用の開口、１３……プラズマ輸送室、１４，２
７……イオン引出し電極系、１８……イオンビーム、１
９……金属薄板、２０，２２……透孔、２４……マイク
ロ波導入窓保護用絶縁物、２６……プラズマ発生室、26
A ……狭小プラズマ発生室、26B ……拡張プラズマ発生
室。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 嶋田 勝 神奈川県厚木市小野1839番地 日本電信電 話公社厚木電気通信研究所内 (56)参考文献 特開 昭52−54899（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−141729（ＪＰ，Ａ)

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】プラズマを発生させるプラズマ発生室と、
   このプラズマ発生室にマイクロ波を導入するマイクロ波
   導入窓部と、プラズマ発生室で発生したプラズマからイ
   オンビームを引出すイオン引出し電極系と、プラズマ発
   生室の外側に電子サイクロトロン共鳴を引き起こす磁場
   を発生させる磁気回路とを備えたマイクロ波イオン源に
   おいて、イオン引出し電極系を、上記マイクロ波導入部
   と対向した位置に配置したそれぞれ多数の透孔を備えた
   複数の電極板からなる加速−減速系によって構成し、か
   つ上記多数の透孔を、プラズマ発生室に生ずるプラズマ
   の均一部分に対応したプラズマ発生室の断面積に比較し
   て小さな面積を有する部分にのみ配置し、前記マイクロ
   波導入部を、プラズマ発生室の一部に真空封止してもう
   けたマイクロ波導入窓と、このマイクロ波導入窓の内側
   に隣接して配置したマイクロ波導入窓保護用絶縁物とに
   よって構成したことを特徴とするマイクロ波イオン源。
2. 【請求項２】プラズマ発生室を、マイクロ波導入部に近
   い方に断面積が小さい空洞部を備えかつイオン引出し電
   極系に近い方に断面積が大きい空洞部を備えた構成とし
   てことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のマイク
   ロ波イオン源。
3. 【請求項３】プラズマを発生させるプラズマ室と、この
   プラズマ発生室にマイクロ波を導入するマイクロ波導入
   部と、プラズマ発生室で発生したプラズマからイオンビ
   ームを引出すイオン引出し電極系と、プラズマ発生室の
   外側に電子サクロトロン共鳴を引き起こす磁場を発生さ
   せる磁気回路とを備えたマイクロ波イオン源において、
   プラズマ発生室内に、プラズマの均一部に対応したプラ
   ズマ発生室の断面積に比較して小さな面積を有する部分
   にプラズマ輸送用の開口を備えたマイクロ波反射板を、
   イオン引出し電極系に対向させて設けるとともに、イオ
   ン引出し電極系を、それぞれ多数の透孔を備えた複数の
   電極板からなる加速−減速系によって構成し、かつ上記
   多数の透孔を、上記マイクロ波反射板のプラズマ輸送用
   の開口に対向した当該開口と等しいか小さい面積を有す
   る部分にのみ配置したことを特徴とするマイクロ波イオ
   ン源。
4. 【請求項４】マイクロ波導入窓部を、プラズマ発生室の
   一部に真空封止して設けたマイクロ波導入窓と、このマ
   イクロ波導入窓の内側に隣接して配置したマイクロ波導
   入窓保護用絶縁物とによって構成したことを特徴とする
   特許請求の範囲第３項記載のマイクロ波イオン源。
5. 【請求項５】プラズマ発生室を、マイクロ波導入窓部に
   近い方に断面積が小さい空洞部を備えかつイオン引出し
   電極系に近い方に断面積が大きい空洞部を備えた構成と
   したことを特徴とする特許請求の範囲第３項記載のマイ
   クロ波イオン源。