JPH06176725A - Ion source - Google Patents

Ion source

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JPH06176725A
JPH06176725A JP4325641A JP32564192A JPH06176725A JP H06176725 A JPH06176725 A JP H06176725A JP 4325641 A JP4325641 A JP 4325641A JP 32564192 A JP32564192 A JP 32564192A JP H06176725 A JPH06176725 A JP H06176725A
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JP
Japan
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ion
control
current
extraction
plasma
Prior art date
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Pending
Application number
JP4325641A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masayasu Tanjiyou
正安 丹上
Kazunori Hikawa
和紀 飛川
Shohei Okuda
昌平 奥田
Yoshinori Saito
義則 斉藤
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
Application filed by Nissin Electric Co Ltd filed Critical Nissin Electric Co Ltd
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  • Electron Sources, Ion Sources (AREA)

Abstract

PURPOSE:To improve the reliability at the time of control by eliminating the flow-in of a large quantity of ions, of which polarity is opposite to that of the electron and control voltage, into a control power source. CONSTITUTION:An ion source, which has an extraction electrode system 7 for drawing the ion among the plasma generated inside of a plasma chamber 3 from the ion emitting surface to the outside through a slit 3a of an extraction slit part 8, controls the beam quantity of the ion beam at a predetermined value. The ion source has a control electrode 9 for making a desired control voltage exist outside of the slit 3a of the extraction slit part 8, and a control power source 14, and a debye length control means for positioning the ion emitting surface of the plasma inside of the plasma chamber 3. With this structure, since the ion emitting surface is positioned inside of the plasma chamber 3, the influence of the extraction electrode 10 to the ion and the electron become large together with the influence of the control voltage.

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、イオン注入装置等にお
いて使用されるイオンビームを生成するイオン源に関す
るものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ion source for producing an ion beam used in an ion implanter or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】通常、AsやB等の金属イオンビームを
取り出すイオン源のうち比較的電流量の大きなイオンビ
ームを取り出すことができるイオン源には、固体蒸気や
化合物ガス(BF3 やBCl3 等)等の動作ガスを気中
放電させてプラズマを生成させる方式が用いられてい
る。この方式のイオン源には、例えば電子衝撃型や高周
波型、PIG(Penning Ionization Gauge)型等の多く
の種類が存在しており、これらの各種のイオン源は、必
要とされるイオンやエネルギー、ビーム電流等に応じて
最適な機種が選択されるようになっている。
2. Description of the Related Art Usually, among the ion sources for extracting metal ion beams such as As and B, those capable of extracting an ion beam having a relatively large current amount are solid vapor or compound gas (BF 3 or BCl 3). Etc.) is used to generate a plasma by discharging an operating gas in the air. There are many types of ion sources of this system, such as an electron impact type, a high frequency type, and a PIG (Penning Ionization Gauge) type. These various ion sources are required to generate necessary ions and energy, The most suitable model is selected according to the beam current.

【0003】例えば電子衝撃型イオン源の一種であるフ
リーマンイオン源は、プラズマチャンバーの側壁に形成
されたスリットの近傍に棒状の熱フィラメントを配設し
た構造を有しており、熱フィラメントから熱電子を放出
させることによりプラズマを生成させ、プラズマ中のイ
オンを引出電極系によりスリットを介して引き出すこと
によりイオンビームを生成するようになっている。そし
て、従来、このフリーマンイオン源におけるイオンビー
ムのビーム量の制御は、フィラメント電流やアーク電
圧、ガス流量、オーブン温度等の制御パラメータを用い
てプラズマ中の飽和イオン電流密度を制御することによ
り行われるようになっている。
For example, a Freeman ion source, which is a kind of electron impact type ion source, has a structure in which a rod-shaped hot filament is arranged near a slit formed in the side wall of a plasma chamber. Is generated to generate a plasma, and ions in the plasma are extracted via an slit by an extraction electrode system to generate an ion beam. Then, conventionally, the control of the beam amount of the ion beam in this Freeman ion source is performed by controlling the saturated ion current density in plasma using control parameters such as filament current, arc voltage, gas flow rate, oven temperature and the like. It is like this.

【0004】また、例えば高周波型イオン源の一種であ
るECR(Electron Cyclotron Resonance)イオン源
は、磁場が印加されたプラズマチャンバーに導波管を介
してマイクロ波発生器を接続した構造を有しており、マ
イクロ波発生器から出力されたマイクロ波と磁場とによ
ってプラズマを生成させ、プラズマ中のイオンを引出電
極系によりスリットを介して引き出すことによりイオン
ビームを生成するようになっている。そして、従来、こ
のECRイオン源におけるイオンビームのビーム量の制
御は、マイクロ波発生器に供給される高周波電力やガス
流量、オーブン温度、磁場等の制御パラメータを用いて
プラズマ中の飽和イオン電流密度を制御することにより
行われるようになっている。
Further, for example, an ECR (Electron Cyclotron Resonance) ion source, which is a type of high-frequency ion source, has a structure in which a microwave generator is connected to a plasma chamber to which a magnetic field is applied via a waveguide. The plasma is generated by the microwave and the magnetic field output from the microwave generator, and the ions in the plasma are extracted through the slit by the extraction electrode system to generate the ion beam. Conventionally, the control of the beam amount of the ion beam in this ECR ion source is performed by using the control parameters such as the high frequency power supplied to the microwave generator, the gas flow rate, the oven temperature, and the magnetic field, and the saturated ion current density in the plasma. It is designed to be performed by controlling.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の各
種のイオン源は、プラズマ中の飽和イオン電流密度を用
いてイオンビームのビーム量を制御するようになってい
る。しかしながら、飽和イオン電流密度による制御だけ
では、近年要望されている精度内にビーム量を安定化さ
せることが困難であるという問題がある。
As described above, various conventional ion sources are designed to control the beam quantity of the ion beam by using the saturated ion current density in the plasma. However, there is a problem in that it is difficult to stabilize the beam amount within the accuracy required in recent years only by controlling by the saturated ion current density.

【0006】即ち、イオン源は、例えばイオン注入装置
に使用される場合、イオンビームのビーム量がイオン照
射対象物の物性に大きな影響を与えるため、ビーム量を
所望の値に高精度に維持できることが望まれている。従
って、ビーム量は、例えばプラズマチャンバーからの引
出電流を用いてフィードバック制御されるようになって
おり、従来のイオン源は、引出電流の変化を検知したと
きに、制御パラメータを操作して飽和イオン電流密度を
変化させることによって、ビーム量を所望の値にフィー
ドバック制御するようになっている。
That is, when the ion source is used in, for example, an ion implantation apparatus, the beam amount of the ion beam has a great influence on the physical properties of the ion irradiation target, so that the beam amount can be maintained at a desired value with high precision. Is desired. Therefore, the beam amount is feedback-controlled by using, for example, the extraction current from the plasma chamber, and the conventional ion source operates a control parameter to detect saturated ion when a change in the extraction current is detected. By changing the current density, the beam amount is feedback-controlled to a desired value.

【0007】ところが、上記のフィードバック制御で
は、引出電流の変化を検知して制御パラメータを操作し
てから飽和イオン電流密度が変化量に対応するまでに所
定の時間を要するため、追従性が低下したものになって
いる。これにより、従来のイオン源では、フィードバッ
ク制御の追従性が不十分であるため、ビーム量を所望の
値に高精度に維持することが困難になっている。
However, in the above-mentioned feedback control, since the predetermined time is required until the saturated ion current density corresponds to the change amount after the change in the extraction current is detected and the control parameter is manipulated, the followability is deteriorated. It has become a thing. As a result, in the conventional ion source, the followability of the feedback control is insufficient, and it is difficult to maintain the beam amount at a desired value with high accuracy.

【0008】さらに、高周波型イオン源においては、プ
ラズマを安定して生成させる飽和イオン電流密度の範囲
が狭いため、飽和イオン電流密度を広範囲に制御するこ
とができず、フリーマンイオン源が飽和イオン電流密度
を制御することにより広範囲(1〜10-5)に制御でき
るのに対し、1〜10-2程度の狭い範囲でしかビーム量
を制御することができない。
Further, in the high frequency type ion source, since the range of the saturated ion current density for stably generating plasma is narrow, it is impossible to control the saturated ion current density in a wide range, and the Freeman ion source has a saturated ion current density. By controlling the density, a wide range (1 to 10 -5 ) can be controlled, whereas the beam amount can be controlled only in a narrow range of about 1 to 10 -2 .

【0009】これにより、従来の高周波型イオン源は、
イオン照射対象物(ターゲット)に照射されるビーム量
を広範囲に制御しようとすると、ビーム輸送系に電流制
限スリットを設けたり、或いはビーム光学系を制御して
イオンビームの発散角を広げる等の手段を採ることが必
要になっている。ところが、これらの手段は、制御性が
低下したものであると共に、ビーム輸送系におけるコン
タミネーションの発生量を増大させるという問題を有し
ている。
Accordingly, the conventional high frequency type ion source is
When it is attempted to control the beam amount irradiated to the ion irradiation target (target) over a wide range, means for providing a current limiting slit in the beam transport system, or controlling the beam optical system to widen the divergence angle of the ion beam, etc. It is necessary to take. However, these means have a problem that the controllability is lowered and the amount of contamination generated in the beam transport system is increased.

【0010】そこで、高周波型イオン源は、プラズマチ
ャンバーからイオンビームを引き出す引出電極系に制御
電極を追加し、この制御電極に正ないし負の制御電圧を
印加可能な制御電源を接続した構成(実開平3−607
41号公報)を採用することによって、プラズマチャン
バーから引き出されるイオンビームのビーム量を容易に
制御することが可能になると共に、イオンの電荷の逆電
圧を加えて、イオンビームのオンオフが可能になる。
Therefore, the high-frequency ion source has a structure in which a control electrode is added to the extraction electrode system for extracting an ion beam from the plasma chamber, and a control power supply capable of applying a positive or negative control voltage is connected to the control electrode (actually, Kaihei 3-607
No. 41), it is possible to easily control the beam amount of the ion beam extracted from the plasma chamber, and to turn on / off the ion beam by applying a reverse voltage of the charge of the ions. .

【0011】さらに、この場合には、引出電流の変化を
検知して制御電源を操作してからビーム量が変化するま
での時間が短縮化されるため、フィードバック制御の追
従性が向上し、ビーム量を所望の値に高精度に維持する
ことが可能になる。尚、フィードバック制御の追従性の
向上は、上記の構成を他の各種のイオン源に採用した場
合でも同様に得ることができるものである。
Further, in this case, since the time from the change in the extraction current is detected and the control power source is operated to the change in the beam amount is shortened, the followability of feedback control is improved, It is possible to maintain the quantity at the desired value with high accuracy. Incidentally, the improvement of the followability of the feedback control can be obtained similarly even when the above-mentioned configuration is adopted in various other ion sources.

【0012】このように、上記の構成を採用したイオン
源は、従来の問題を解決することが可能になっている。
ところが、この構成によるビーム量の制御だけでは、例
えば正電荷のイオンビームを引き出す場合、プラズマ中
の電子や負電荷のイオンが制御電極に引き寄せられ、大
量の電流が制御電源に流入して制御電源を短絡状態にさ
せることがあり、信頼性が不十分であるという問題があ
る。従って、本発明においては、常に安定した制御電圧
によってビーム量を制御することができるイオン源を提
供することを目的としている。
As described above, the ion source adopting the above-mentioned structure can solve the conventional problems.
However, if only the beam amount is controlled by this configuration, for example, when extracting a positively charged ion beam, electrons in the plasma or negatively charged ions are attracted to the control electrode, and a large amount of current flows into the control power supply and May be short-circuited, and there is a problem of insufficient reliability. Therefore, it is an object of the present invention to provide an ion source capable of controlling the beam amount with a stable control voltage.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明のイオン源は、上
記課題を解決するために、プラズマチャンバー内で生成
されたプラズマ中のイオンをイオン放出面から、加速電
圧の印加された第1電極のスリット口を介して外部に引
き出す引出電極系を有し、上記イオンからなるイオンビ
ームのビーム量を所定値に制御するものであり、下記の
特徴を有している。
In order to solve the above-mentioned problems, the ion source of the present invention has a first electrode to which an accelerating voltage is applied from the ion emission surface of the ions in the plasma generated in the plasma chamber. It has an extraction electrode system that is drawn out to the outside through the slit opening, and controls the beam amount of the ion beam composed of the ions to a predetermined value, and has the following features.

【0014】即ち、イオン源は、引出電極系に設けら
れ、任意の制御電圧を第1電極のスリット口から外部側
に存在させる制御電圧手段である制御電極および制御電
源と、上記プラズマのイオン放出面をプラズマチャンバ
ー内に位置させるデバイ長制御手段とを有していること
を特徴としている。
That is, the ion source is provided in the extraction electrode system, and is a control electrode and a control power source which are control voltage means for causing an arbitrary control voltage to exist outside the slit opening of the first electrode, and the ion emission of the plasma. Debye length control means for positioning the surface in the plasma chamber.

【0015】[0015]

【作用】上記の構成によれば、デバイ長制御手段により
プラズマのイオン放出面をプラズマチャンバー内に位置
させながら、制御電圧手段により任意の制御電圧を第1
電極のスリット口から外部側に存在させるようになって
いる。よって、スリット口から放出されたイオンからな
るイオンビームのビーム量は、イオンが電荷を有したも
のであるため、引出電極系内の制御電圧を任意に変化さ
せることによって広範囲に制御することが可能になる。
According to the above arrangement, while the Debye length control means positions the plasma ion emitting surface in the plasma chamber, the control voltage means controls the first control voltage to generate an arbitrary control voltage.
It is designed to exist outside the slit opening of the electrode. Therefore, the beam quantity of the ion beam consisting of the ions emitted from the slit mouth can be controlled in a wide range by arbitrarily changing the control voltage in the extraction electrode system because the ions have electric charges. become.

【0016】この際、イオン放出面は、プラズマチャン
バー内に位置されており、スリット口を有する第1電極
によるイオンや電子に対する影響は、制御電圧の影響と
共に大きなものになっている。よって、電子や制御電圧
とは逆極性のイオンが大量に制御電圧手段に流入して短
絡状態となることがないため、制御時の信頼性が向上し
たものになっている。これにより、このイオン源は、ビ
ーム量を所定値に高い信頼性でもって広範囲に制御する
ことが可能になっている。
At this time, the ion emitting surface is located in the plasma chamber, and the influence of the first electrode having the slit port on the ions and electrons is large together with the influence of the control voltage. Therefore, a large amount of electrons and ions having the opposite polarity to the control voltage do not flow into the control voltage means to cause a short circuit state, so that the reliability at the time of control is improved. This allows the ion source to control the beam amount to a predetermined value in a wide range with high reliability.

【0017】さらに、ビーム量の制御をフィードバック
制御にした場合には、ビーム量の変化を検知して制御電
圧手段を操作してから制御電圧が変化量に対応するまで
の時間が短時間で完了するため、追従性が向上したもの
になり、結果としてビーム量を所定値に高い信頼性でも
って広範囲かつ高精度に維持することが可能になる。
Further, when the control of the beam amount is feedback control, the time from when the change of the beam amount is detected and the control voltage means is operated until the control voltage corresponds to the change amount is completed in a short time. Therefore, the followability is improved, and as a result, the beam amount can be maintained at a predetermined value in a wide range and with high reliability with high reliability.

【0018】[0018]

【実施例】本発明の一実施例を図1ないし図10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 describe one embodiment of the present invention with reference to FIGS.

【0019】本実施例に係るイオン源は、BF3 やA
r、金属蒸気等の動作ガスをマイクロ波放電によりプラ
ズマ化させてイオンを生成する高周波型イオン源であ
り、例えば図1に示すように、イオン注入装置に搭載さ
れるようになっている。このイオン源は、例えば2.45
GHzのマイクロ波を出力するマグネトロン1と、絶縁
部を有した中空状の導波管2と、この導波管2を介して
マグネトロン1に接続されたプラズマチャンバー3と、
プラズマチャンバー3の周囲に配設された一対のソース
マグネット6・6とを有している。そして、プラズマチ
ャンバー3内には、マグネトロン1から出力されたマイ
クロ波が導波管2を介して導入されるようになっている
と共に、ソースマグネット6・6によりECR磁場が生
成されるようになっている。
The ion source according to this embodiment is composed of BF 3 and A
It is a high-frequency ion source for generating ions by converting working gas such as r and metal vapor into plasma by microwave discharge, and is mounted on an ion implanter as shown in FIG. 1, for example. This ion source is, for example, 2.45.
A magnetron 1 for outputting a microwave of GHz, a hollow waveguide 2 having an insulating portion, a plasma chamber 3 connected to the magnetron 1 via the waveguide 2,
It has a pair of source magnets 6 arranged around the plasma chamber 3. The microwave output from the magnetron 1 is introduced into the plasma chamber 3 via the waveguide 2, and the source magnets 6 generate an ECR magnetic field. ing.

【0020】また、プラズマチャンバー3には、図示し
ない動作ガス供給手段が接続されており、この動作ガス
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プラズマチャンバー3内
に供給するようになっている。
Further, a working gas supply means (not shown) is connected to the plasma chamber 3, and the working gas supply means is filled with a working gas or a gas cylinder in which solid impurities are evaporated by a metal vapor generating furnace. The working gas composed of the gaseous impurities that has been used is supplied into the plasma chamber 3.

【0021】さらに、プラズマチャンバー3の導波管2
側の内壁面には、例えばセラミックス等により形成され
たウインドウが配設されている。そして、このウインド
ウは、導波管2とプラズマチャンバー3内とを隔離する
ようになっていると共に、マグネトロン1から導波管2
を介して出力されたマイクロ波をプラズマチャンバー3
内に導入させるようになっている。一方、プラズマチャ
ンバー3の他の内壁面には、図2に示すように、BF3
等の腐食性の動作ガスに対して耐蝕性を有したライナー
5…が設けられており、これらのライナー5…は、プラ
ズマチャンバー3の内壁面部を構成するようになってい
る。
Further, the waveguide 2 of the plasma chamber 3
A window made of, for example, ceramics is provided on the inner wall surface on the side. The window separates the waveguide 2 from the inside of the plasma chamber 3, and the magnetron 1 to the waveguide 2 are separated from each other.
The microwave output through the plasma chamber 3
It is designed to be introduced inside. On the other hand, in addition to the inner wall of the plasma chamber 3, as shown in FIG. 2, BF 3
Liners 5 having corrosion resistance to corrosive working gases such as the above are provided, and these liners 5 constitute the inner wall surface of the plasma chamber 3.

【0022】また、プラズマチャンバー3の隔壁には、
イオンをプラズマチャンバー3内から外部に放出させる
スリット口3aが形成されている。このスリット口3a
は、長辺距離がbおよび短辺距離がaの長方形状に形成
されており、このスリット口3aを有した隔壁は、引出
スリット部8として引出電極系7の第1電極として用い
られている。引出電極系7は、上記の第1電極である引
出スリット部8と、第2電極である制御電極9と、第3
電極である引出電極10と、第4電極である接地電極1
1とを有しており、制御電極9、引出電極10、および
接地電極11には、イオンビームを通過させる通過口9
a・10a・11aがそれぞれ形成されている。そし
て、引出電極系7を構成する引出スリット部8、制御電
極9、引出電極10、および接地電極11は、図1にも
示すように、スリット口3aから外部側(イオン放出方
向)にこの順に配設されている。
The partition wall of the plasma chamber 3 is
A slit port 3a is formed to release ions from the inside of the plasma chamber 3. This slit mouth 3a
Is formed in a rectangular shape having a long side distance b and a short side distance a, and the partition wall having the slit port 3a is used as the extraction slit portion 8 as the first electrode of the extraction electrode system 7. . The extraction electrode system 7 includes the extraction slit portion 8 that is the first electrode, the control electrode 9 that is the second electrode, and the third electrode.
Extraction electrode 10 that is an electrode and ground electrode 1 that is a fourth electrode
1 and the control electrode 9, the extraction electrode 10, and the ground electrode 11 have a passage port 9 for passing an ion beam.
a, 10a, 11a are formed respectively. Then, as shown in FIG. 1, the extraction slit portion 8, the control electrode 9, the extraction electrode 10, and the ground electrode 11 that form the extraction electrode system 7 are arranged in this order from the slit port 3a to the outside (ion emission direction). It is arranged.

【0023】上記の引出スリット部8を有するプラズマ
チャンバー3には、引出電源12の正極側が接続されて
おり、引出電源12により引出電圧が印加されるように
なっている。また、引出電源12の正極側には、抵抗器
13および制御電源14も接続されており、制御電源1
4は、制御電圧を正電圧から負電圧までの範囲で任意に
出力可能になっている。そして、制御電源14は、制御
電極9に制御電圧を印加するようになっている。
A positive electrode side of a drawing power source 12 is connected to the plasma chamber 3 having the drawing slit portion 8 so that a drawing voltage is applied by the drawing power source 12. Further, a resistor 13 and a control power source 14 are also connected to the positive electrode side of the power source 12 for drawing power.
No. 4 can output the control voltage arbitrarily in the range from the positive voltage to the negative voltage. The control power supply 14 applies a control voltage to the control electrode 9.

【0024】一方、引出電極10には、減速電源15の
負極側が接続されており、減速電源15によって減速電
圧が印加されるようになっている。この減速電源15の
正極側は、接地電極11および引出電源12の負極側に
接続されていると共に分析マグネット筐体に接地されて
おり、接地電極11には、接地電圧が印加されるように
なっている。これにより、プラズマチャンバー3および
引出電極系7の電位分布は、例えば図2に示すような状
態になっている。
On the other hand, the negative electrode side of the deceleration power supply 15 is connected to the extraction electrode 10, and the deceleration voltage is applied by the deceleration power supply 15. The positive electrode side of the deceleration power supply 15 is connected to the ground electrode 11 and the negative electrode side of the extraction power supply 12 and is also grounded to the analysis magnet housing. A ground voltage is applied to the ground electrode 11. ing. As a result, the potential distributions of the plasma chamber 3 and the extraction electrode system 7 are in the state shown in FIG. 2, for example.

【0025】また、イオン源は、図示しないフィードバ
ック制御手段およびデバイ長制御手段を有している。上
記のフィードバック制御手段は、プラズマチャンバー3
から検出される引出電流Iexやファラデー部18から検
出されるビーム電流Ib を基にして制御電源14等を操
作することによってビーム量を制御するようになってい
る。尚、ビーム量の制御は、フィードバック制御に限定
されるものではなく、他の制御方法が採用されていても
良い。
Further, the ion source has a feedback control means and a Debye length control means which are not shown. The above feedback control means is used for the plasma chamber 3
The beam amount is controlled by operating the control power supply 14 or the like based on the extraction current I ex detected from the beam current I ex and the beam current I b detected from the Faraday section 18. The control of the beam amount is not limited to the feedback control, and another control method may be adopted.

【0026】一方、デバイ長制御手段は、マイクロ波パ
ワーを決定するマグネトロン1の高周波電力と、プラズ
マチャンバー3内のガス圧力を決定する動作ガスのガス
流量と、ECR磁場強度および分布を決定するソースマ
グネット6・6のコイル電流Coil1・Coil2とからなる
デバイ長制御パラメータを制御可能になっている。そし
て、デバイ長制御手段は、下記の条件の下にデバイ長制
御パラメータを制御することによって、プラズマ20の
イオン放出面20aをプラズマチャンバー3内に位置さ
せるようになっている。
On the other hand, the Debye length control means is a source that determines the high frequency power of the magnetron 1 that determines the microwave power, the gas flow rate of the working gas that determines the gas pressure in the plasma chamber 3, and the ECR magnetic field strength and distribution. The Debye length control parameter consisting of the coil currents Coil1 and Coil2 of the magnets 6 and 6 can be controlled. The Debye length control means controls the Debye length control parameter under the following conditions to position the ion emitting surface 20a of the plasma 20 in the plasma chamber 3.

【0027】即ち、デバイ長制御手段は、引出電流Iex
をスリット口3aの開口面積(a×b)で除算すること
によって飽和イオン電流密度js (mA/cm2 )を算
出可能になっていると共に、静電プローブ等により予め
測定したり、或いは静電プローブをイオン源内に常時取
り付けて電子温度kTe(eV)を算出可能になってお
り、これらの飽和イオン電流密度js および電子温度k
Teを下記の計算式(1)に代入してデバイ長λD (m
m)を算出可能になっている。
That is, the Debye length control means uses the extraction current I ex.
The saturated ion current density j s (mA / cm 2 ) can be calculated by dividing by the opening area (a × b) of the slit mouth 3a, and the saturated ion current density j s (mA / cm 2 ) can be measured in advance by an electrostatic probe or the like, or The electron temperature kTe (eV) can be calculated by always installing the electric probe in the ion source, and the saturated ion current density j s and the electron temperature k of these can be calculated.
Substituting Te into the following calculation formula (1), the Debye length λ D (m
m) can be calculated.

【0028】 デバイ長λD =(ε0 kTe/ne 2 1/2 =(ε0 /ejs 1/2 ・kTe3/4 /mi 1/4 …(1) 但し、ε0 は真空中の誘電率(8.85×10-12 )、e
は電荷量(1.6×10-19 )、mi はイオンの質量、n
e は電子密度(プラズマ密度)である。
The Debye length λ D = (ε 0 kTe / n e e 2) 1/2 = (ε 0 / ej s) 1/2 · kTe 3/4 / m i 1/4 ... (1) However, ε 0 is the dielectric constant in vacuum (8.85 × 10 -12 ), e
Is the amount of charge (1.6 × 10 −19 ), m i is the mass of the ion, n
e is the electron density (plasma density).

【0029】さらに、デバイ長制御手段は、上記の計算
式(1)から求めたデバイ長λD と、スリット口3aの
短辺距離a(スリット長)とを比較し、デバイ長λD
短辺距離aとが下記の条件式(2)を満足するように、
上述のデバイ長制御パラメータを制御することによっ
て、図3に示すように、プラズマ20のイオン放出面2
0aをプラズマチャンバー3内に位置させるようになっ
ている。これは、条件式(2)を満足するデバイ長λD
を有するイオン放出面20aがスリット口3aの加速電
圧により遮られることによって、イオン放出面20aの
スリット口3aを介した外部への漏洩が防止されるため
である。
Further, the Debye length control means compares the Debye length λ D obtained from the above equation (1) with the short side distance a (slit length) of the slit port 3a, and debye length λ D The side distance a and the following conditional expression (2) are satisfied,
By controlling the above-described Debye length control parameter, as shown in FIG.
0a is located in the plasma chamber 3. This is the Debye length λ D that satisfies the conditional expression (2).
This is because the ion emitting surface 20a having the above is blocked by the acceleration voltage of the slit port 3a, so that the ion emitting surface 20a is prevented from leaking to the outside through the slit port 3a.

【0030】 λD >a・k (1>k≧0.1) … (2) 尚、kは、使用条件(電子密度ne 、電子温度kTe、
動作ガス等)により変動する値である。
The λ D> a · k (1 > k ≧ 0.1) ... (2) In addition, k is used conditions (electron density n e, the electron temperature kTe,
It is a value that varies depending on the operating gas, etc.).

【0031】上記のデバイ長制御パラメータを用いてデ
バイ長λD を制御する際には、電子密度ne を変更する
ように、ソースマグネット6・6へのコイル電流Coil1
・Coil2を操作してECR磁場強度および分布を制御す
ることが望ましい。これは、ECR磁場強度および分布
を制御すると、制御範囲が1eV≦kTe≦20eV程
度の電子温度kTeによる制御の場合よりも、電子密度
e を広範囲(2桁程度)に制御できるからである。
尚、磁場強度分布による制御は、スリット口3a近傍の
磁場をゼロに近づけることにより電子密度ne を低減さ
せることができるが、磁場が負になると、プラズマ20
が不安定となって安定したビーム量のイオンビーム17
を生成することができない。
When controlling the Debye length λ D using the above Debye length control parameter, the coil current Coil1 to the source magnets 6 is changed so as to change the electron density n e.
-It is desirable to operate Coil 2 to control the ECR magnetic field strength and distribution. This, by controlling the ECR field strength and distribution, the control range than the control of the electron temperature kTe about 1 eV ≦ kTe ≦ 20 eV, because the electron density n e can be controlled in a wide range (2 orders of magnitude).
The control by the magnetic field intensity distribution can be reduced electron density n e by approximating the magnetic field in the vicinity of the slit opening 3a to zero, the magnetic field is negative, the plasma 20
Ion beam 17 with a stable beam amount
Cannot be generated.

【0032】上記の構成において、イオン源の動作につ
いて説明する。
The operation of the ion source having the above structure will be described.

【0033】先ず、図1に示すように、所望のビーム量
を有するイオンビーム17が得られるように、フィード
バック制御手段にビーム量設定値が登録された後、プラ
ズマチャンバー3内が図示しない真空排気手段によって
減圧されて高真空状態にされることになる。この後、プ
ラズマチャンバー3内に動作ガスが導入されることにな
ると共に、電力がマグネトロン1に供給されることによ
ってマグネトロン1が作動され、マイクロ波が導波管2
を介してプラズマチャンバー3内に導入されることにな
る。また、ソースマグネット6・6にコイル電流Coil1
・Coil2が通電されることによって、プラズマチャンバ
ー3内にECR磁場が生成されることになる。
First, as shown in FIG. 1, after the beam amount set value is registered in the feedback control means so that the ion beam 17 having a desired beam amount is obtained, the inside of the plasma chamber 3 is evacuated (not shown). By means of the means, the pressure is reduced to a high vacuum state. After that, the working gas is introduced into the plasma chamber 3, and the magnetron 1 is operated by supplying the electric power to the magnetron 1.
It will be introduced into the plasma chamber 3 via. Also, the coil current Coil1 is applied to the source magnets 6 and 6.
When the coil 2 is energized, an ECR magnetic field is generated in the plasma chamber 3.

【0034】上記のマイクロ波およびECR磁場は、プ
ラズマチャンバー3内に存在する電子を磁場方向を中心
にして旋回させ、電子と動作ガスとを衝突させることに
よってプラズマ20を生成させることになる。この後、
プラズマ20中の正電荷を有したイオンは、引出電極系
7に引き寄せられ、スリット口3aを介して外部に放出
されることによりイオンビーム17にされることにな
る。そして、イオンビーム17は、質量分析器19によ
り所定の質量からなるイオンに質量分析され、ファラデ
ー部18に存在するイオン照射対象物16に照射される
ことになる。尚、イオンビーム17は、引出電極系7を
操作することによって、負電荷のイオンからなっていて
も良い。
The microwave and the ECR magnetic field described above cause the electrons existing in the plasma chamber 3 to swirl around the magnetic field direction, and collide the electrons with the working gas to generate the plasma 20. After this,
Ions having a positive charge in the plasma 20 are attracted to the extraction electrode system 7 and emitted to the outside through the slit port 3a to be turned into the ion beam 17. Then, the ion beam 17 is mass-analyzed by the mass analyzer 19 into ions having a predetermined mass, and the ion beam 17 is irradiated onto the ion irradiation target 16 existing in the Faraday part 18. The ion beam 17 may be composed of negatively charged ions by operating the extraction electrode system 7.

【0035】上記のプラズマチャンバー3内からイオン
ビーム17が外部に放出されると、このイオンビーム1
7のビーム量に相当する引出電流Iexがプラズマチャン
バー3からフィードバック制御手段に供給されることに
なる。また、質量分析後のイオンビーム17がファラデ
ー部18内に照射されると、ビーム電流Ib がフィード
バック制御手段に供給されることになる。そして、フィ
ードバック制御手段は、これらの引出電流Iexおよびビ
ーム電流Ib とビーム量設定値とを基にして制御電源1
4を操作し、制御電圧を制御電極9に印加させることに
よりビーム量をフィードバック制御することになる。
When the ion beam 17 is emitted from the plasma chamber 3 to the outside, the ion beam 1
The extraction current I ex corresponding to the beam amount of 7 is supplied from the plasma chamber 3 to the feedback control means. Further, when the ion beam 17 after the mass analysis is irradiated into the Faraday part 18, the beam current I b is supplied to the feedback control means. Then, the feedback control means controls the control power supply 1 based on the extraction current I ex, the beam current I b, and the beam amount set value.
By operating 4 to apply a control voltage to the control electrode 9, the beam amount is feedback-controlled.

【0036】ところで、デバイ長制御手段は、引出電流
exをスリット口3aの開口面積(a×b)で除算する
ことによって飽和イオン電流密度js (mA/cm2
を求めると共に、電子温度kTe(eV)を求めてい
る。そして、これらの飽和イオン電流密度js および電
子温度kTeを上述の計算式(1)に代入してデバイ長
λD (mm)を算出し、さらに、このデバイ長λD とス
リット口3aの短辺距離aとが上述の条件式(2)を満
足するように、ソースマグネット6・6のコイル電流Co
il1・Coil2を操作してECR磁場強度および分布を制
御している。これにより、プラズマ20のイオン放出面
20aは、図3に示すように、プラズマチャンバー3内
に位置することになり、ビーム量の制御の信頼性が向上
したものになっている。
By the way, the Debye length control means divides the extraction current I ex by the opening area (a × b) of the slit port 3a to obtain the saturated ion current density j s (mA / cm 2 ).
And the electron temperature kTe (eV). The Debye length λ D (mm) is calculated by substituting the saturated ion current density j s and the electron temperature kTe into the above-mentioned calculation formula (1), and further, the Debye length λ D and the short length of the slit port 3a are calculated. The coil current Co of the source magnets 6 and 6 is set so that the side distance a satisfies the conditional expression (2) described above.
il1 and Coil2 are operated to control the ECR magnetic field strength and distribution. As a result, the ion emitting surface 20a of the plasma 20 is located in the plasma chamber 3 as shown in FIG. 3, and the reliability of the control of the beam amount is improved.

【0037】即ち、例えばデバイ長制御手段が条件式
(2)を満足させずに制御している場合には、図4に示
すように、プラズマ20がスリット口3aよりも外部に
漏洩することになる。そして、イオン放出面20aと制
御電極9とが接近することによって、制御電極9の電位
の影響が引出スリット部8の電位の影響よりも過大とな
るため、プラズマ20中の電子や負電荷のイオンが制御
電源14に引き寄せられ、大量の電流が制御電源14に
流入して短絡状態になる。
That is, for example, when the Debye length control means controls without satisfying the conditional expression (2), the plasma 20 leaks to the outside from the slit port 3a as shown in FIG. Become. When the ion emitting surface 20a and the control electrode 9 are close to each other, the influence of the potential of the control electrode 9 becomes larger than the influence of the potential of the extraction slit portion 8, so that electrons in the plasma 20 or ions of negative charge Are attracted to the control power supply 14, and a large amount of current flows into the control power supply 14 to cause a short circuit.

【0038】これに対し、デバイ長制御手段が条件式
(2)を満足させながら制御している場合には、図3に
示すように、プラズマ20のイオン放出面20aがプラ
ズマチャンバー3内に位置することになる。そして、こ
の場合には、引出スリット部8に印加された加速電圧が
イオン放出面20aに大きな影響を与えるため、プラズ
マ20中から放出された電子や負電荷のイオンの大部分
が制御電極9へ到達する前にプラズマチャンバー3方向
に引き戻されることになる。従って、デバイ長制御手段
が条件式(2)を満足させながら制御している場合に
は、プラズマ20中の電子や負電荷のイオンが引出スリ
ット部8に引き寄せられ、大量の電流が制御電源14に
流入して制御電源14を短絡状態にさせることがないた
め、ビーム量の制御の信頼性が向上したものになる。
On the other hand, when the Debye length control means controls while satisfying the conditional expression (2), the ion emitting surface 20a of the plasma 20 is positioned in the plasma chamber 3 as shown in FIG. Will be done. In this case, since the acceleration voltage applied to the extraction slit portion 8 has a great influence on the ion emission surface 20a, most of the electrons or negatively charged ions emitted from the plasma 20 are transmitted to the control electrode 9. Before reaching, it will be pulled back toward the plasma chamber 3. Therefore, when the Debye length control means controls while satisfying the conditional expression (2), electrons or negatively charged ions in the plasma 20 are attracted to the extraction slit portion 8, and a large amount of current is generated by the control power supply 14. Therefore, the control power source 14 is not short-circuited to the control power source 14 to improve the reliability of the beam amount control.

【0039】この後、ビーム量を低下させる場合には、
先ず、プラズマ20の飽和イオン電流密度を所定値まで
下げ、この後、制御電圧によって所望のビーム量に再設
定されることになる。
After that, when the beam amount is reduced,
First, the saturated ion current density of the plasma 20 is lowered to a predetermined value, and thereafter, a desired beam amount is reset by the control voltage.

【0040】このように、本実施例のイオン源は、プラ
ズマ20のイオン放出面20aをプラズマチャンバー3
内に位置させながら、制御電極9に印加される制御電圧
によりイオンビーム17のビーム量を制御する構成を有
している。従って、ビーム量のフィードバック制御は、
引出電流Iexおよびビーム電流Ib の変化を検知して制
御電源14を操作してから制御電圧が変化量に対応する
までの時間が短時間で完了するため、追従性が向上した
ものになっている。また、イオン放出面20aからの電
子や負電荷のイオンが大量に制御電極9を介して制御電
源14に流入することがないため、フィードバック制御
時の信頼性が向上したものになっている。これにより、
本実施例のイオン源は、ビーム量を所望の値に高い信頼
性でもって高精度に維持することが可能になっている。
As described above, in the ion source of this embodiment, the ion emitting surface 20a of the plasma 20 is moved to the plasma chamber 3
While being positioned inside, the beam amount of the ion beam 17 is controlled by the control voltage applied to the control electrode 9. Therefore, the feedback control of the beam amount is
Since the time from detecting the changes in the extraction current I ex and the beam current I b to operating the control power supply 14 until the control voltage corresponds to the change amount is completed in a short time, the followability is improved. ing. Further, a large amount of electrons or negatively charged ions from the ion emitting surface 20a do not flow into the control power supply 14 via the control electrode 9, so that the reliability during feedback control is improved. This allows
The ion source of the present embodiment can maintain the beam amount at a desired value with high reliability and high accuracy.

【0041】さらに、本実施例のイオン源は、高周波型
イオン源に制御電極9を設けてビーム量を制御するよう
になっているため、ビーム量の制御範囲が従来の範囲
(1〜10-2)よりも広範囲(1〜10-5)になり、1
11〜1016P/cm2 の範囲でもって注入量を制御可
能になっていると共に、従来ビーム量の制御時に生じて
いたビーム輸送系におけるコンタミネーションの発生を
抑制することが可能になっている。
Further, in the ion source of this embodiment, since the control electrode 9 is provided in the high frequency type ion source to control the beam amount, the control range of the beam amount is the conventional range (1-10 −). Wider range (1-10 -5 ) than 2 ) and 1
It is possible to control the implantation amount in the range of 0 11 to 10 16 P / cm 2 , and it is possible to suppress the occurrence of contamination in the beam transport system, which has occurred when controlling the beam amount in the related art. There is.

【0042】次に、本実施例のイオン源を下記の条件1
〜4下で動作させた際の測定結果を示す。
Next, the ion source of this embodiment was subjected to the following condition 1
4 shows the measurement results when operated below.

【0043】先ず、条件1としてArガスを動作ガスと
して使用した。そして、Arガス流量とECR磁場分布
とを操作し、電子温度kTeを+10eV、ソースマグ
ネット6・6へのコイル電流Coil1・Coil2を69.7A
および20.7Aに設定し、M.W.P(マイクロ波パワ
ー)を141.3watt/60.5wattに設定するこ
とによって、デバイ長λD が10λD 〜短辺距離a(1.
5mm)の範囲に存在するように飽和イオン電流密度j
s を調整した。この後、制御電源14の制御電圧を0V
から400Vまで上昇させ、引出電流Iexとビーム電流
b とを測定することによって、図5の測定結果を得
た。
First, as the condition 1, Ar gas was used as the working gas. Then, the Ar gas flow rate and the ECR magnetic field distribution are operated, the electron temperature kTe is +10 eV, and the coil currents Coil1 and Coil2 to the source magnets 6 and 6 are 69.7 A.
And 20.7 A, and M. W. By setting P (microwave power) to 141.3 Watt / 60.5 Watt, the Debye length λ D is 10 λ D to the short side distance a (1.
5 mm), so that the saturated ion current density j
s was adjusted. After that, the control voltage of the control power supply 14 is set to 0V.
To 400 V, and the extraction current I ex and the beam current I b were measured to obtain the measurement results of FIG.

【0044】これにより、上記の測定結果から、Arガ
スを動作ガスとして使用し、デバイ長λD を10λD
短辺距離a(1.5mm)の範囲に存在させた条件下にお
いては、0V〜400Vの制御電圧を制御電極9に印加
することによって、引出電流Iexを800μA〜20μ
Aの範囲、ビーム電流Ib を320μA〜1μAの範囲
で制御できることが判明した。
From the above measurement results, Ar gas was used as the working gas, and the Debye length λ D was 10 λ D
Under the condition that the short side distance a (1.5 mm) is present, by applying a control voltage of 0 V to 400 V to the control electrode 9, the extraction current I ex is 800 μA to 20 μ.
It has been found that the range of A and the beam current I b can be controlled within the range of 320 μA to 1 μA.

【0045】次いで、条件2としてBF3 ガスを動作ガ
スとして使用した。そして、電子温度kTeを+10e
V、ソースマグネット6・6へのコイル電流Coil1・Co
il2を68.2Aおよび53.0Aに設定することによっ
て、M.W.Pを241.7watt/20.9wattに
設定し、Arガス流量とECR磁場分布とを操作するこ
とによって、デバイ長λD が10λD 〜短辺距離a(1.
5mm)の範囲に存在するように飽和イオン電流密度j
s を調整した。この後、制御電源14の制御電圧を0V
から1,000Vまで上昇させ、引出電流Iexとビーム電
流Ib とを測定することによって、図6の測定結果を得
た。
Then, under the condition 2, BF 3 gas was used as the working gas. Then, the electron temperature kTe is + 10e
V, coil current to source magnets 6 and 6 Coil1 and Co
by setting il2 to 68.2A and 53.0A. W. By setting P to 241.7 watts / 20.9 watts and operating the Ar gas flow rate and the ECR magnetic field distribution, the Debye length λ D is 10 λ D to the short side distance a (1.
5 mm), so that the saturated ion current density j
s was adjusted. After that, the control voltage of the control power supply 14 is set to 0V.
To 1,000 V, and the extraction current I ex and the beam current I b were measured to obtain the measurement results of FIG.

【0046】これにより、上記の測定結果から、BF3
ガスを動作ガスとして使用し、デバイ長λD を10λD
〜短辺距離a(1.5mm)の範囲に存在させた条件下に
おいては、0V〜1,000Vの制御電圧を制御電極9に
印加することによって、引出電流Iexを4mA〜600
μAの範囲、ビーム電流Ib を350μA〜0.25μA
の範囲で制御できることが判明した。
Thus, from the above measurement results, BF 3
Using the gas as the working gas, the Debye length λ D is 10 λ D
-Under the condition of being present in the range of the short side distance a (1.5 mm), by applying a control voltage of 0 V to 1,000 V to the control electrode 9, the extraction current I ex is 4 mA to 600 mA.
Range of μA, beam current I b is 350 μA to 0.25 μA
It turned out that the range can be controlled.

【0047】また、制御電圧を0Vから1,000Vまで
上昇させる際の引出電流Iexとビーム電流Ib との関係
は、引出電流Iexの減少がビーム電流Ib の減少よりも
顕著である。そして、制御電圧が400Vを越えると、
引出電流Iexが620μAで一定になると共に、ビーム
電流Ib の減少割合が小さくなっていることも判明し
た。
Further, regarding the relationship between the extraction current I ex and the beam current I b when the control voltage is increased from 0 V to 1,000 V, the decrease in the extraction current I ex is more remarkable than the decrease in the beam current I b. . When the control voltage exceeds 400V,
It was also found that the extraction current I ex was constant at 620 μA and the decrease rate of the beam current I b was small.

【0048】さらに、引出電流Iexが4mAよりも増大
するように、マグネトロン1からの高周波電力を増加さ
せた場合には、引出スリット部8と制御電極9との間に
短絡が生じて制御電圧を上昇させることができなかっ
た。この際、電子温度kTeが10eV、引出電流Iex
/(短辺距離a×長辺距離b)(スリットサイズ)から
得られる4.4mA/cm2 が飽和イオン電流密度js
等しいとして算出したデバイ長λD は、0.14mmとな
る。従って、少なくとも10λD >短辺距離aの関係が
成立している場合には、引出スリット部8と制御電極9
との短絡が生じないことが明らかになった。
Further, when the high frequency power from the magnetron 1 is increased so that the extraction current I ex is increased above 4 mA, a short circuit occurs between the extraction slit portion 8 and the control electrode 9 and the control voltage is increased. Could not be raised. At this time, the electron temperature kTe is 10 eV and the extraction current I ex
The Debye length λ D calculated assuming that 4.4 mA / cm 2 obtained from / (short side distance a × long side distance b) (slit size) is equal to the saturated ion current density j s is 0.14 mm. Therefore, when the relationship of at least 10λ D > short side distance a is established, the extraction slit portion 8 and the control electrode 9 are
It became clear that no short circuit with

【0049】次に、条件3としてBF3 ガスを動作ガス
として使用し、電子温度kTeを+10eV、ソースマ
グネット6・6へのコイル電流Coil1・Coil2を67.2
Aおよび57.0Aに設定することによって、M.W.P
を241.9watt/3.0wattに設定し、デバイ長
λD が10λD 〜短辺距離a(1.5mm)の範囲に存在
するように飽和イオン電流密度js を調整した。
Next, as condition 3, BF 3 gas is used as an operating gas, the electron temperature kTe is +10 eV, and the coil currents Coil1 and Coil2 to the source magnets 6 and 6 are 67.2.
A. and 57.0 A. W. P
Was set to 241.9 watt / 3.0 watt, and the saturated ion current density j s was adjusted so that the Debye length λ D existed in the range of 10 λ D to the short side distance a (1.5 mm).

【0050】この後、制御電源14の制御電圧を0Vか
ら1,000Vまで上昇させ、引出電流Iexとビーム電流
b とを測定することによって、図7の測定結果を得
た。そして、この測定結果から、BF3 ガスを動作ガス
として使用し、デバイ長λD を10λD 〜短辺距離a
(1.5mm)の範囲に存在させた条件下においては、0
V〜1,000Vの制御電圧を制御電極9に印加すること
によって、引出電流Iexを4mA〜620μAの範囲、
ビーム電流Ib を420μA〜0.25μAの範囲で制御
できることが判明した。
After that, the control voltage of the control power supply 14 was increased from 0 V to 1,000 V, and the extraction current I ex and the beam current I b were measured to obtain the measurement result of FIG. 7. From this measurement result, BF 3 gas was used as the working gas, and the Debye length λ D was 10 λ D to the short side distance a.
Under the condition of existing in the range of (1.5 mm), 0
By applying a control voltage of V to 1,000 V to the control electrode 9, the extraction current I ex is in the range of 4 mA to 620 μA,
It has been found that the beam current I b can be controlled in the range of 420 μA to 0.25 μA.

【0051】また、制御電圧を0Vから1,000Vまで
上昇させる際の引出電流Iexとビーム電流Ib との関係
は、条件2の場合と同様に、引出電流Iexの減少がビー
ム電流Ib の減少よりも顕著であり、制御電圧が400
Vを越えると、引出電流Iexが620μAで一定になる
と共に、ビーム電流Ib の減少割合が小さくなることも
判明した。
Also, regarding the relationship between the extraction current I ex and the beam current I b when the control voltage is increased from 0 V to 1,000 V, the decrease of the extraction current I ex is similar to the case of the condition 2. It is more remarkable than the decrease of b , and the control voltage is 400
It was also found that when V exceeds V, the extraction current I ex becomes constant at 620 μA and the reduction rate of the beam current I b decreases.

【0052】次に、条件4としてBF3 ガスを動作ガス
として使用し、電子温度kTeを+10eV、ソースマ
グネット6・6へのコイル電流Coil1・Coil2を68.2
Aおよび38.8Aに設定することによって、M.W.P
を107.7watt/8.3wattに設定し、デバイ長
λD が10λD 〜短辺距離a(1.5mm)の範囲に存在
するように飽和イオン電流密度js を調整した。
Next, as condition 4, BF 3 gas is used as an operating gas, the electron temperature kTe is +10 eV, and the coil currents Coil1 and Coil2 to the source magnets 6 and 6 are 68.2.
A and M.38.8A. W. P
Was set to 107.7 watt / 8.3 watt, and the saturated ion current density j s was adjusted so that the Debye length λ D existed in the range of 10 λ D to the short side distance a (1.5 mm).

【0053】この後、制御電源14の制御電圧を0Vか
ら4,000Vまで上昇させ、引出電流Iexとビーム電流
b とを測定することによって、図8の測定結果を得
た。そして、この測定結果から、BF3 ガスを動作ガス
として使用し、デバイ長λD を10λD 〜短辺距離a
(1.5mm)の範囲に存在させた条件下においては、0
V〜4,000Vの制御電圧を制御電極9に印加すること
によって、引出電流Iexを160μA〜10μAの範
囲、ビーム電流Ib を3μA〜0.03μAの範囲で制御
できることが判明した。
After that, the control voltage of the control power supply 14 was increased from 0 V to 4,000 V, and the extraction current I ex and the beam current I b were measured to obtain the measurement result of FIG. From this measurement result, BF 3 gas was used as the working gas, and the Debye length λ D was 10 λ D to the short side distance a.
Under the condition of existing in the range of (1.5 mm), 0
It was found that by applying a control voltage of V to 4,000 V to the control electrode 9, the extraction current I ex can be controlled in the range of 160 μA to 10 μA and the beam current I b can be controlled in the range of 3 μA to 0.03 μA.

【0054】次いで、制御電圧を0Vとした状態でもっ
て、引出電流Iexが160μA未満となるように、コイ
ル電流Coil1・Coil2による飽和イオン電流密度js
用いて引出電流Iexを制御した。ところが、この場合に
は、プラズマを安定に生成させることができなかった。
これにより、プラズマの生成条件を用いた制御のみで
は、制御電圧を用いた制御のように、引出電流Iexを充
分に制御することができないことが判明した。尚、図9
および図10に、制御電圧を用いてビーム電流Ib を0.
35μAおよび35nAに制御した場合の安定性を示
す。
Then, with the control voltage set to 0 V, the extraction current I ex was controlled using the saturated ion current density j s by the coil currents Coil1 and Coil2 so that the extraction current I ex would be less than 160 μA. However, in this case, plasma could not be generated stably.
From this, it was revealed that the extraction current I ex cannot be sufficiently controlled only by the control using the plasma generation condition, unlike the control using the control voltage. Incidentally, FIG.
And in FIG. 10, the beam current I b is set to 0.
The stability when controlled to 35 μA and 35 nA is shown.

【0055】以上の条件2および条件6における測定結
果から、プラズマの生成条件と制御電圧とによって、引
出電流Iexを4mA〜10μA、ビーム電流Ib を35
0μA〜0.03μAまでそれぞれ安定に制御できること
が明らかになった。さらに、制御電圧を負電圧に設定し
た場合には、引出電流Iexを30mA、ビーム電流Ib
を3mAまで増大することも確認され、ビーム電流Ib
の制御範囲を極めて増大できることが明らかになった。
From the measurement results under the above conditions 2 and 6, the extraction current I ex is 4 mA to 10 μA and the beam current I b is 35 depending on the plasma generation conditions and the control voltage.
It became clear that stable control was possible from 0 μA to 0.03 μA. Furthermore, when the control voltage is set to a negative voltage, the extraction current I ex is 30 mA and the beam current I b is
Was also confirmed to increase to 3 mA, and the beam current I b
It has been revealed that the control range of can be greatly increased.

【0056】尚、本実施例において、イオン注入装置
は、引出電源のみでビームエネルギーを決めるいわゆる
大電流イオン注入装置に搭載された高周波型イオン源を
用いて説明しているが、分析マグネットの下流に加速管
を設けた中電流型イオン注入装置に適用しても良い。ま
た、他種類のイオン源であっても良いし、イオン注入装
置以外の他の装置に搭載されていても良い。また、制御
電極9および制御電源14は、ビーム量を増減させる制
御に用いると共に、イオンビーム17の出射および停止
に用いられるようになっていても良い。また、本実施例
におけるデバイ長λD と比較されるスリット長は、スリ
ット口3aの短辺距離aが用いられているが、スリット
口3aの形状が中心部を通過する直線の2点間の距離が
複数存在するものである場合、最小の距離に設定される
ものである。
In the present embodiment, the ion implantation apparatus is described using a high-frequency ion source mounted on a so-called high current ion implantation apparatus in which the beam energy is determined only by the extraction power source. It may be applied to a medium current type ion implantation apparatus having an accelerating tube. Further, it may be another type of ion source or may be mounted on a device other than the ion implantation device. Further, the control electrode 9 and the control power supply 14 may be used for controlling the increase / decrease of the beam amount and also used for emitting and stopping the ion beam 17. Further, as the slit length compared with the Debye length λ D in the present embodiment, the short side distance a of the slit opening 3a is used, but the shape of the slit opening 3a is between two points of a straight line passing through the central portion. When there are multiple distances, the minimum distance is set.

【0057】[0057]

【発明の効果】本発明のイオン源は、以上のように、プ
ラズマチャンバー内で生成されたプラズマ中のイオンを
イオン放出面から第1電極のスリット口を介して外部に
引き出す引出電極系を有し、上記イオンからなるイオン
ビームのビーム量を所定値に制御するものである。そし
て、イオン源は、引出電極系に設けられ、任意の制御電
圧を第1電極のスリット口から外部側に存在させる制御
電圧手段と、プラズマのイオン放出面をプラズマチャン
バー内に位置させるデバイ長制御手段とを有している構
成である。
As described above, the ion source of the present invention has the extraction electrode system for extracting the ions in the plasma generated in the plasma chamber from the ion emission surface to the outside through the slit opening of the first electrode. However, the beam amount of the ion beam composed of the above ions is controlled to a predetermined value. The ion source is provided in the extraction electrode system, and the control voltage means for causing an arbitrary control voltage to exist outside the slit opening of the first electrode and the Debye length control for positioning the plasma ion emission surface in the plasma chamber. And means.

【0058】これにより、イオン放出面がプラズマチャ
ンバー内に位置されているため、第1電極によるイオン
や電子に対する影響が制御電圧による影響と共に大きな
ため、電子や制御電圧とは逆極性のイオンが大量に制御
電圧手段に流入することがなく、制御時の信頼性が向上
し、ビーム量を広い電流量制御範囲を持った所定値に高
い信頼性でもって制御することが可能であるという効果
を奏する。
As a result, since the ion emitting surface is located in the plasma chamber, the influence of the first electrode on the ions and electrons is large together with the influence of the control voltage, so that a large amount of electrons and ions of the opposite polarity to the control voltage are produced. Since it does not flow into the control voltage means, the reliability at the time of control is improved, and the beam amount can be controlled to a predetermined value having a wide current amount control range with high reliability. .

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

【図1】本発明を示すものであり、イオン注入装置に搭
載されたイオン源の状態を示す説明図である。
FIG. 1 illustrates the present invention and is an explanatory diagram showing a state of an ion source mounted on an ion implantation apparatus.

【図2】イオン源の電位分布を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing a potential distribution of an ion source.

【図3】プラズマのイオン放出面の状態を示す説明図で
ある。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a state of an ion emission surface of plasma.

【図4】プラズマのイオン放出面の状態を示す説明図で
ある。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a state of a plasma ion emitting surface.

【図5】制御電圧と引出電流およびビーム電流との関係
を示すグラフである。
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the control voltage and the extraction current and beam current.

【図6】制御電圧と引出電流およびビーム電流との関係
を示すグラフである。
FIG. 6 is a graph showing a relationship between a control voltage and a drawing current and a beam current.

【図7】制御電圧と引出電流およびビーム電流との関係
を示すグラフである。
FIG. 7 is a graph showing a relationship between a control voltage and a drawing current and a beam current.

【図8】制御電圧と引出電流およびビーム電流との関係
を示すグラフである。
FIG. 8 is a graph showing a relationship between a control voltage and a drawing current and a beam current.

【図9】制御電圧により制御された0.35μAのビーム
電流と時間との関係を示すグラフである。
FIG. 9 is a graph showing a relationship between a beam current of 0.35 μA controlled by a control voltage and time.

【図10】制御電圧により制御された35nAのビーム
電流と時間との関係を示すグラフである。
FIG. 10 is a graph showing a relationship between a beam current of 35 nA controlled by a control voltage and time.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 マグネトロン 2 導波管 3 プラズマチャンバー 3a スリット口 5 ライナー 6 ソースマグネット(デバイ長制御手段) 7 引出電極系 8 引出スリット部(第1電極) 9 制御電極(制御電圧手段) 10 引出電極 11 接地電極 12 引出電源 13 抵抗器 14 制御電源(制御電圧手段) 15 減速電源 16 イオン照射対象物 17 イオンビーム 18 ファラデー部 19 質量分析器 20 プラズマ 20a イオン放出面 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 magnetron 2 waveguide 3 plasma chamber 3a slit mouth 5 liner 6 source magnet (Debye length control means) 7 extraction electrode system 8 extraction slit part (first electrode) 9 control electrode (control voltage means) 10 extraction electrode 11 ground electrode 12 Extraction Power Supply 13 Resistor 14 Control Power Supply (Control Voltage Means) 15 Deceleration Power Supply 16 Ion Irradiation Target 17 Ion Beam 18 Faraday Part 19 Mass Spectrometer 20 Plasma 20a Ion Emission Surface

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斉藤 義則 京都府京都市右京区梅津高畝町47番地 日 新電機株式会社内 (72)発明者 内藤 勝男 京都府京都市右京区梅津高畝町47番地 日 新電機株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Yoshinori Saito, Yoshinori Saito, 47 Umezu Takaunecho, Ukyo-ku, Kyoto Prefecture, Nissin Electric Co., Ltd. Within the corporation

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】プラズマチャンバー内で生成されたプラズ
マ中のイオンをイオン放出面から第1電極のスリット口
を介して外部に引き出す引出電極系を有し、上記イオン
からなるイオンビームのビーム量を所定値に制御するイ
オン源において、 上記引出電極系に設けられ、任意の制御電圧を第1電極
のスリット口から外部側に存在させる制御電圧手段と、 上記プラズマのイオン放出面をプラズマチャンバー内に
位置させるデバイ長制御手段とを有していることを特徴
とするイオン源。
1. An extraction electrode system for extracting ions in plasma generated in a plasma chamber from an ion emission surface to the outside through a slit opening of a first electrode, and a beam amount of an ion beam composed of the ions is provided. In an ion source controlled to a predetermined value, a control voltage means provided in the extraction electrode system for causing an arbitrary control voltage to exist outside the slit opening of the first electrode, and an ion emission surface of the plasma in the plasma chamber. An ion source having Debye length control means for positioning.
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