JPH06325710A - マイクロ波イオン源及びイオン打ち込み装置 - Google Patents
マイクロ波イオン源及びイオン打ち込み装置Info
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- JPH06325710A JPH06325710A JP11308593A JP11308593A JPH06325710A JP H06325710 A JPH06325710 A JP H06325710A JP 11308593 A JP11308593 A JP 11308593A JP 11308593 A JP11308593 A JP 11308593A JP H06325710 A JPH06325710 A JP H06325710A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 大電流領域の多価イオンビームを発生させる
イオン源及びこれを使用したイオン打ち込み装置を得
る。 【構成】 放電室１の内部に８極の永久磁石２で生成し
た多極磁場と２個のコイル３で生成したミラー磁場を形
成し、真空封止用の石英窓４を通してマイクロ波５を導
入してマイクロ波放電を行わせる。放電室１の中に熱フ
ィラメント８が設けられており、これにより、マイクロ
波放電により生成されたプラズマ中に電子を補給するこ
とができる。この結果、高電子密度、高電子温度のプラ
ズマを生成することができ、１０ｍＡの桁の大電流領域
の質量分離後の多価イオンビーム６を発生することがで
きる。このような、本発明のマイクロ波イオン源をイオ
ン打ち込み装置に使用することにより、数百ｋｅＶから
数ＭｅＶまでの任意のエネルギーの高エネルギーイオン
ビームをターゲットへ打ち込むことができる。
イオン源及びこれを使用したイオン打ち込み装置を得
る。 【構成】 放電室１の内部に８極の永久磁石２で生成し
た多極磁場と２個のコイル３で生成したミラー磁場を形
成し、真空封止用の石英窓４を通してマイクロ波５を導
入してマイクロ波放電を行わせる。放電室１の中に熱フ
ィラメント８が設けられており、これにより、マイクロ
波放電により生成されたプラズマ中に電子を補給するこ
とができる。この結果、高電子密度、高電子温度のプラ
ズマを生成することができ、１０ｍＡの桁の大電流領域
の質量分離後の多価イオンビーム６を発生することがで
きる。このような、本発明のマイクロ波イオン源をイオ
ン打ち込み装置に使用することにより、数百ｋｅＶから
数ＭｅＶまでの任意のエネルギーの高エネルギーイオン
ビームをターゲットへ打ち込むことができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、イオン打ち込み装置、
高エネルギーイオン加速装置のイオン発生部として利用
されるイオン源に係り、特に、ＭｅＶ領域の高エネルギ
ーの多価イオンビームを大量に発生させることのできる
マイクロ波イオン源及びこのイオン源を使用したイオン
打ち込み装置に関する。
高エネルギーイオン加速装置のイオン発生部として利用
されるイオン源に係り、特に、ＭｅＶ領域の高エネルギ
ーの多価イオンビームを大量に発生させることのできる
マイクロ波イオン源及びこのイオン源を使用したイオン
打ち込み装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】マイクロ波イオン源に関する従来技術と
して、例えば、第３回粒子線の先端的応用技術に関する
シンポジウム（１９９２年）予稿集 第２０１頁〜第２
０８頁に開示された技術が知られている。この従来技術
は、特に、ミリアンペアオーダの２価〜３価の多価イオ
ンビームを得ることができるイオン源に関するものであ
る。
して、例えば、第３回粒子線の先端的応用技術に関する
シンポジウム（１９９２年）予稿集 第２０１頁〜第２
０８頁に開示された技術が知られている。この従来技術
は、特に、ミリアンペアオーダの２価〜３価の多価イオ
ンビームを得ることができるイオン源に関するものであ
る。
【０００３】図４は従来技術によるイオン源の構造を説
明する断面図であり、以下、これにより、従来技術を説
明する。図４において、１は放電室、２は永久磁石、３
はコイル、４は石英窓、５はマイクロ波、６はイオンビ
ーム、７は引き出し電極である。
明する断面図であり、以下、これにより、従来技術を説
明する。図４において、１は放電室、２は永久磁石、３
はコイル、４は石英窓、５はマイクロ波、６はイオンビ
ーム、７は引き出し電極である。
【０００４】従来技術によるマイクロ波イオン源は、図
４（ａ）に示すように、円筒形の放電室１と、放電室１
の周りに配設された図４（ｂ）に示すように配置された
８極の永久磁石２と、放電室１の周りに配設された２個
のコイル３と、石英窓４と、引き出し電極７とにより構
成され、放電室１内に真空封止用の石英窓４を通してマ
イクロ波５を導入するようにされている。
４（ａ）に示すように、円筒形の放電室１と、放電室１
の周りに配設された図４（ｂ）に示すように配置された
８極の永久磁石２と、放電室１の周りに配設された２個
のコイル３と、石英窓４と、引き出し電極７とにより構
成され、放電室１内に真空封止用の石英窓４を通してマ
イクロ波５を導入するようにされている。
【０００５】放電室１内には、図示しないガス導入孔か
ら、アルゴン等の不活性ガスが所定の圧力となるように
導入されている。また、放電室１内には、永久磁石２に
よる多極磁場と、コイル３によるミラー磁場が重畳され
て生成される。
ら、アルゴン等の不活性ガスが所定の圧力となるように
導入されている。また、放電室１内には、永久磁石２に
よる多極磁場と、コイル３によるミラー磁場が重畳され
て生成される。
【０００６】このような磁場が印加されている放電室１
に真空封止用の石英窓４を通してマイクロ波５を導入す
ると、放電室１内でマイクロ波放電を生じ、放電室１内
にプラズマが生成され、ガスがイオン化される。このイ
オン化された粒子は、引き出し電極７に印加された電圧
により、引き出し電極７に開けたアパーチャからイオン
ビーム６として引き出される。
に真空封止用の石英窓４を通してマイクロ波５を導入す
ると、放電室１内でマイクロ波放電を生じ、放電室１内
にプラズマが生成され、ガスがイオン化される。このイ
オン化された粒子は、引き出し電極７に印加された電圧
により、引き出し電極７に開けたアパーチャからイオン
ビーム６として引き出される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】前述した従来技術は、
２価〜３価の多価イオンビームを、最大電流量として得
ることのできるイオン源として使用する場合、イオン源
の運転条件として、放電室１内のガス圧力を最適に設定
する必要のあるものである。
２価〜３価の多価イオンビームを、最大電流量として得
ることのできるイオン源として使用する場合、イオン源
の運転条件として、放電室１内のガス圧力を最適に設定
する必要のあるものである。
【０００８】そして、前述の従来技術は、この最適ガス
圧力よりガス圧力が高いと１価イオンを主体とするプラ
ズマが生成され、２価〜３価の多価イオンビームの電流
値が減少し、また、最適ガス圧力よりガス圧力が低いと
イオンの基となる中性粒子の量が減少するために、イオ
ンビームの電流値が減少してしまうという問題点を有し
ている。
圧力よりガス圧力が高いと１価イオンを主体とするプラ
ズマが生成され、２価〜３価の多価イオンビームの電流
値が減少し、また、最適ガス圧力よりガス圧力が低いと
イオンの基となる中性粒子の量が減少するために、イオ
ンビームの電流値が減少してしまうという問題点を有し
ている。
【０００９】また、前述した従来技術は、最適ガス圧力
下においても、放電室内のガスの電離度（イオンと中性
粒子とを含めた全粒子数に対するイオンの割合）が、通
常３０％以下であり、最適ガス圧力下でイオンの基とな
る中性粒子が存在するにもかかわらず、マイクロ波で生
成することのできる放電電子の量に限界があるために、
この中性粒子をイオン化することができないという問題
点を有している。
下においても、放電室内のガスの電離度（イオンと中性
粒子とを含めた全粒子数に対するイオンの割合）が、通
常３０％以下であり、最適ガス圧力下でイオンの基とな
る中性粒子が存在するにもかかわらず、マイクロ波で生
成することのできる放電電子の量に限界があるために、
この中性粒子をイオン化することができないという問題
点を有している。
【００１０】すなわち、前述した従来技術は、中性粒子
のイオン化に必要な電子の量を充分に確保するという点
についての配慮がなされておらず、従って、さらに大電
流の多価イオン電流を得ることができないという問題点
を有している。
のイオン化に必要な電子の量を充分に確保するという点
についての配慮がなされておらず、従って、さらに大電
流の多価イオン電流を得ることができないという問題点
を有している。
【００１１】さらに、前述の従来技術は、マイクロ波に
より生成することができる平均電子温度が高々１０ｅＶ
程度であり、多価イオン生成に必要な高電子温度の電子
を生成するという点についても配慮がなされておらず、
このためにも、大電流の多価イオン電流を得ることがで
きないという問題点を有している。
より生成することができる平均電子温度が高々１０ｅＶ
程度であり、多価イオン生成に必要な高電子温度の電子
を生成するという点についても配慮がなされておらず、
このためにも、大電流の多価イオン電流を得ることがで
きないという問題点を有している。
【００１２】本発明の目的は、前述した従来技術の問題
点を解決し、大電流領域の多価のイオンビームを発生さ
せることのできるマイクロ波イオン源を提供することに
あり、さらに、そのイオン源を使用したイオン打ち込み
装置を提供することにある。
点を解決し、大電流領域の多価のイオンビームを発生さ
せることのできるマイクロ波イオン源を提供することに
あり、さらに、そのイオン源を使用したイオン打ち込み
装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明によれば前記目的
は、放電室内に電子を供給する熱フィラメントを設け、
この熱フィラメントと放電室との間に直流、あるいは、
交流の電圧を印加することにより達成される。
は、放電室内に電子を供給する熱フィラメントを設け、
この熱フィラメントと放電室との間に直流、あるいは、
交流の電圧を印加することにより達成される。
【００１４】また、前記目的は、前述に加え、放電室内
に印加する磁場をミラー磁場と多極磁場との重畳磁場に
することにより達成される。
に印加する磁場をミラー磁場と多極磁場との重畳磁場に
することにより達成される。
【００１５】さらに、前記目的は、マイクロ波をミラー
磁場に平行な方向から導入するようにすることにより達
成される。
磁場に平行な方向から導入するようにすることにより達
成される。
【００１６】
【作用】熱フィラメントとして使用するＷ（タングステ
ン）等の金属は、加熱されると低い蒸気圧で熱電子を放
出するので、これをイオン源を構成する放電室内に設置
し、フィラメントと放電室との間に直流、あるいは、交
流の電圧を印加して本発明によるイオン源を動作させる
ことにより、放電室内のマイクロ波プラズマ中に多量の
電子を補給することができる。本発明は、これにより、
プラズマ中の電子密度ｎe を高くすることができ、多価
イオンを多量に得ることができる。
ン）等の金属は、加熱されると低い蒸気圧で熱電子を放
出するので、これをイオン源を構成する放電室内に設置
し、フィラメントと放電室との間に直流、あるいは、交
流の電圧を印加して本発明によるイオン源を動作させる
ことにより、放電室内のマイクロ波プラズマ中に多量の
電子を補給することができる。本発明は、これにより、
プラズマ中の電子密度ｎe を高くすることができ、多価
イオンを多量に得ることができる。
【００１７】また、本発明は、フィラメントと放電室と
の間に１００Ｖ以上の直流、あるいは、交流の電圧を印
加してイオン源を動作させることにより、プラズマ中に
高エネルギーの電子温度Ｔe の成分を生じさせることが
でき、これにより、多価イオンを多量に得ることができ
る。
の間に１００Ｖ以上の直流、あるいは、交流の電圧を印
加してイオン源を動作させることにより、プラズマ中に
高エネルギーの電子温度Ｔe の成分を生じさせることが
でき、これにより、多価イオンを多量に得ることができ
る。
【００１８】一般に、多価イオンは、中性粒子から一個
ずつ電子を剥ぎ取る逐次電離課程で生成される。この場
合、イオン源内の電子密度ｎe、電子温度Ｔe、イオン寿
命τが高いほど、より多価のイオンを生成することがで
きる。従って、図４により説明した従来技術のイオン源
に本発明を適用すれば、最適ガス圧力の下で、より多量
の２価〜３価のイオンを生成させることができ、大電流
の多価イオンビームを得ることができる。
ずつ電子を剥ぎ取る逐次電離課程で生成される。この場
合、イオン源内の電子密度ｎe、電子温度Ｔe、イオン寿
命τが高いほど、より多価のイオンを生成することがで
きる。従って、図４により説明した従来技術のイオン源
に本発明を適用すれば、最適ガス圧力の下で、より多量
の２価〜３価のイオンを生成させることができ、大電流
の多価イオンビームを得ることができる。
【００１９】また、本発明は、放電室のガス圧力を前述
した最適ガス圧力より高い圧力として動作させた場合
に、従来１価イオン主体であったプラズマを、２価〜３
価の多価イオンが主体のプラズマとすることができ、従
来以上のより多量の２価〜３価の多価イオンビームを得
ることができる。
した最適ガス圧力より高い圧力として動作させた場合
に、従来１価イオン主体であったプラズマを、２価〜３
価の多価イオンが主体のプラズマとすることができ、従
来以上のより多量の２価〜３価の多価イオンビームを得
ることができる。
【００２０】そして、本発明は、放電室内に印加する磁
場をミラー磁場と多極磁場との重畳磁場にすることによ
り、ミラー磁場が軸方向、多極磁場が径方向において電
子及びイオンの閉じ込め効果を発揮するため、イオン寿
命τ、電子密度 ｎeを増大させることができ、これによ
り、多量の多価イオンを得ることができ、大電流の多価
イオンビームを得ることができる。
場をミラー磁場と多極磁場との重畳磁場にすることによ
り、ミラー磁場が軸方向、多極磁場が径方向において電
子及びイオンの閉じ込め効果を発揮するため、イオン寿
命τ、電子密度 ｎeを増大させることができ、これによ
り、多量の多価イオンを得ることができ、大電流の多価
イオンビームを得ることができる。
【００２１】また、本発明は、マイクロ波をミラー磁場
に平行な方向から導入するようにすることにより、ホイ
スラーモードでマイクロ波放電を行わせることができる
ため、より高密度の電子密度ｎe を得ることができ、こ
れによつても、より多量の多価イオンを得ることがで
き、大電流の多価イオンビームを得ることができる。
に平行な方向から導入するようにすることにより、ホイ
スラーモードでマイクロ波放電を行わせることができる
ため、より高密度の電子密度ｎe を得ることができ、こ
れによつても、より多量の多価イオンを得ることがで
き、大電流の多価イオンビームを得ることができる。
【００２２】さらに、本発明は、放電室に連通して、固
体試料を加熱する蒸発炉を設けることができ、これによ
り、ガス試料以外に、他の純金属、金属酸化物、金属塩
化物等を気化して放電室内で放電させることができ、よ
り大電流の金属多価イオンビームを得ることができる。
体試料を加熱する蒸発炉を設けることができ、これによ
り、ガス試料以外に、他の純金属、金属酸化物、金属塩
化物等を気化して放電室内で放電させることができ、よ
り大電流の金属多価イオンビームを得ることができる。
【００２３】
【実施例】以下、本発明によるマイクロ波イオン源及び
イオン打ち込み装置の実施例を図面により詳細に説明す
る。
イオン打ち込み装置の実施例を図面により詳細に説明す
る。
【００２４】図１は本発明の一実施例によるマイクロ波
イオン源の構造を示す断面図、図２は本発明の一実施例
によるイオン源におけるフィラメント電流と多価イオン
ビーム電流との関係を説明する図である。図１におい
て、８は熱フィラメント、９は内円筒、１０は蒸発炉で
あり、他の符号は図４の場合と同一である。
イオン源の構造を示す断面図、図２は本発明の一実施例
によるイオン源におけるフィラメント電流と多価イオン
ビーム電流との関係を説明する図である。図１におい
て、８は熱フィラメント、９は内円筒、１０は蒸発炉で
あり、他の符号は図４の場合と同一である。
【００２５】本発明の一実施例によるマイクロ波イオン
源は、放電室１内に熱フィラメント８、内円筒９が設置
され、放電室１に連通する蒸発炉１０が設けられて構成
されている点が、前述した従来技術と相違し、その他の
点では従来技術と同様な構造を備えて構成されている。
源は、放電室１内に熱フィラメント８、内円筒９が設置
され、放電室１に連通する蒸発炉１０が設けられて構成
されている点が、前述した従来技術と相違し、その他の
点では従来技術と同様な構造を備えて構成されている。
【００２６】図１に示す本発明の一実施例において、放
電室１は、内径９０ｍｍ、長さ２１０ｍｍの円筒形であ
り、ステンレス製であり、この内側には、タンタル製の
内円筒９が設置されている。この内円筒９は、蒸発炉１
０で生成した固体試料の蒸気が付着しないように加熱し
て使用される。
電室１は、内径９０ｍｍ、長さ２１０ｍｍの円筒形であ
り、ステンレス製であり、この内側には、タンタル製の
内円筒９が設置されている。この内円筒９は、蒸発炉１
０で生成した固体試料の蒸気が付着しないように加熱し
て使用される。
【００２７】この放電室１に生成される多極磁場は、長
さ５０ｍｍのサマリウム−コバルト製の永久磁石を使用
した図４（ｂ）で説明したと同様な８極の永久磁石２に
より生成される。この永久磁石２の表面磁束密度は０.
４Ｔである。また、放電室１に生成されるミラー磁場
は、ヨーク付きのソレノイドコイルにより構成されるコ
イル３を２個使用して生成される。それぞれのコイルの
中心磁場は０.１１ Ｔである。
さ５０ｍｍのサマリウム−コバルト製の永久磁石を使用
した図４（ｂ）で説明したと同様な８極の永久磁石２に
より生成される。この永久磁石２の表面磁束密度は０.
４Ｔである。また、放電室１に生成されるミラー磁場
は、ヨーク付きのソレノイドコイルにより構成されるコ
イル３を２個使用して生成される。それぞれのコイルの
中心磁場は０.１１ Ｔである。
【００２８】石英窓４は、厚さ５ｍｍの真空封止用のも
のと、厚さ１０ｍｍの熱遮蔽用のものとを２枚使用して
形成されている。マイクロ波５は、その周波数が、２.
４５ＧＨｚであり、矩形導波管から放電室１の円形に合
わせた円形導波管に変換して導入される。
のと、厚さ１０ｍｍの熱遮蔽用のものとを２枚使用して
形成されている。マイクロ波５は、その周波数が、２.
４５ＧＨｚであり、矩形導波管から放電室１の円形に合
わせた円形導波管に変換して導入される。
【００２９】熱フィラメント８は、太さ０.５ ｍｍのタ
ングステン線を使用して形成され、熱フィラメント８と
放電室１との間、図示実施例の場合、熱フィラメント８
と内円筒９との間に２５０Ｖの直流電圧を印加した。ま
た、引き出し電極７には、１０ｋＶの直流電圧を印加
し、これにより、放電室１内で生成された多価イオン
が、イオンビーム６として引き出される。
ングステン線を使用して形成され、熱フィラメント８と
放電室１との間、図示実施例の場合、熱フィラメント８
と内円筒９との間に２５０Ｖの直流電圧を印加した。ま
た、引き出し電極７には、１０ｋＶの直流電圧を印加
し、これにより、放電室１内で生成された多価イオン
が、イオンビーム６として引き出される。
【００３０】次に、前述のように構成される本発明の一
実施例によるイオン源を動作させ、引き出されたイオン
ビーム６を、磁場型の偏向電磁石で質量分離して、ファ
ラデーカップで電流値を測定した結果を図２を参照して
説明する。
実施例によるイオン源を動作させ、引き出されたイオン
ビーム６を、磁場型の偏向電磁石で質量分離して、ファ
ラデーカップで電流値を測定した結果を図２を参照して
説明する。
【００３１】図２に示す例は、放電室１に５×１０~2Ｐ
ａのＡｒガスを導入し、３５０Ｗのマイクロ波を放電室
１に導入して放電させて放電室１内をプラズマ化し、こ
れにより生成されたイオンを、電極７に１０ｋＶの電圧
を印加してイオンビーム６として引き出した場合のもの
であり、このような条件の下で、熱フィラメント８に徐
々に電流を流して、質量分離器により分離された＋２価
のＡｒイオンによるイオンビームの電流値を測定した結
果である。
ａのＡｒガスを導入し、３５０Ｗのマイクロ波を放電室
１に導入して放電させて放電室１内をプラズマ化し、こ
れにより生成されたイオンを、電極７に１０ｋＶの電圧
を印加してイオンビーム６として引き出した場合のもの
であり、このような条件の下で、熱フィラメント８に徐
々に電流を流して、質量分離器により分離された＋２価
のＡｒイオンによるイオンビームの電流値を測定した結
果である。
【００３２】図２において、横軸は熱フィラメント８に
流した電流値、縦軸はファラデーカップにより測定した
＋２価のＡｒイオンによるイオンビームの電流値と、熱
フィラメント８と放電室１との間に印加された電圧によ
るアーク電流の電流値とである。なお、これらの図示の
値は相対値を示すものである。
流した電流値、縦軸はファラデーカップにより測定した
＋２価のＡｒイオンによるイオンビームの電流値と、熱
フィラメント８と放電室１との間に印加された電圧によ
るアーク電流の電流値とである。なお、これらの図示の
値は相対値を示すものである。
【００３３】図２から判るように、熱フィラメント８が
充分に加熱されて多量の電子が放出され、熱フィラメン
ト８と放電室１との間に印加された電圧によるアーク電
流が増加するに従って、＋２価のＡｒイオンによるイオ
ンビームの電流値が増加していく。そして、この＋２価
のＡｒイオンによるイオンビームの電流値は、１０ｍＡ
の桁まで、大幅に増大させることができた。
充分に加熱されて多量の電子が放出され、熱フィラメン
ト８と放電室１との間に印加された電圧によるアーク電
流が増加するに従って、＋２価のＡｒイオンによるイオ
ンビームの電流値が増加していく。そして、この＋２価
のＡｒイオンによるイオンビームの電流値は、１０ｍＡ
の桁まで、大幅に増大させることができた。
【００３４】このように、前述した本発明の一実施例に
よるマイクロ波イオン源よれば、熱フィラメントから電
子を補給することにより多価イオンを効率よく生成する
ことができるため、質量分離後の多価イオンビームとし
て１０ｍＡの桁の大電流のイオンビームを得ることがで
きる。
よるマイクロ波イオン源よれば、熱フィラメントから電
子を補給することにより多価イオンを効率よく生成する
ことができるため、質量分離後の多価イオンビームとし
て１０ｍＡの桁の大電流のイオンビームを得ることがで
きる。
【００３５】なお、前述した本発明の一実施例によるイ
オン源は、Ａｒイオンによるイオンビームを生成するも
のとして説明したが、本発明は、蒸発炉１０により純金
属、金属酸化物、金属塩化物等を気化して放電室１に導
入することにより、これらの物質のイオンによるイオン
ビームを得ることもできる。
オン源は、Ａｒイオンによるイオンビームを生成するも
のとして説明したが、本発明は、蒸発炉１０により純金
属、金属酸化物、金属塩化物等を気化して放電室１に導
入することにより、これらの物質のイオンによるイオン
ビームを得ることもできる。
【００３６】さらに、本発明の一実施例によるイオン源
を高エネルギーイオン打ち込み装置に適用した場合、１
０ｍＡの桁の大電流領域で、数百ｋｅＶから数ＭｅＶま
での任意のエネルギーを持つ高エネルギーイオンビーム
を発生させることができる。
を高エネルギーイオン打ち込み装置に適用した場合、１
０ｍＡの桁の大電流領域で、数百ｋｅＶから数ＭｅＶま
での任意のエネルギーを持つ高エネルギーイオンビーム
を発生させることができる。
【００３７】図３は本発明の一実施例によるイオン打ち
込み装置の構成を示すブロック図である。図３におい
て、５１はイオン源、５２は質量分離器、５３はレン
ズ、５４は加速器、５５は偏向器、５６はイオン打ち込
み室である。
込み装置の構成を示すブロック図である。図３におい
て、５１はイオン源、５２は質量分離器、５３はレン
ズ、５４は加速器、５５は偏向器、５６はイオン打ち込
み室である。
【００３８】図示本発明の一実施例によるイオン打ち込
み装置は、前述した本発明一実施例によるイオン源を使
用したイオン打ち込み装置であり、図に示すように、イ
オン源５１、質量分離器５２、レンズ５３、加速器５
４、偏向器５５、イオン打ち込み室５６を順に配置して
構成される。そして、イオン源５１としては、前述で説
明した本発明の一実施例によるマイクロ波イオン源が使
用されている。
み装置は、前述した本発明一実施例によるイオン源を使
用したイオン打ち込み装置であり、図に示すように、イ
オン源５１、質量分離器５２、レンズ５３、加速器５
４、偏向器５５、イオン打ち込み室５６を順に配置して
構成される。そして、イオン源５１としては、前述で説
明した本発明の一実施例によるマイクロ波イオン源が使
用されている。
【００３９】この本発明の一実施例によるイオン打ち込
み装置は、イオン源５１として前述した本発明の一実施
例によるマイクロ波イオン源を使用することにより、１
０ｍＡの桁の大電流領域で、数百ｋｅＶから数ＭｅＶま
での任意のエネルギーを持つ高エネルギーイオンビーム
を発生させることができるものである。
み装置は、イオン源５１として前述した本発明の一実施
例によるマイクロ波イオン源を使用することにより、１
０ｍＡの桁の大電流領域で、数百ｋｅＶから数ＭｅＶま
での任意のエネルギーを持つ高エネルギーイオンビーム
を発生させることができるものである。
【００４０】前述のような構成を持つイオン打ち込み装
置において、質量分離器５２は、偏向角９０°のセクタ
ーマグネットにより構成され、マグネットの磁場の強度
を制御することにより、必要なイオンを選別するもので
ある。レンズ５３は、三段型の磁気四重極レンズであ
り、直径１０ｍｍのＲＦＱ加速器の入射口へイオンを収
束させるためのものであり、大電流ビームの収束を目的
として、口径は１０２ｍｍと大口径にした。
置において、質量分離器５２は、偏向角９０°のセクタ
ーマグネットにより構成され、マグネットの磁場の強度
を制御することにより、必要なイオンを選別するもので
ある。レンズ５３は、三段型の磁気四重極レンズであ
り、直径１０ｍｍのＲＦＱ加速器の入射口へイオンを収
束させるためのものであり、大電流ビームの収束を目的
として、口径は１０２ｍｍと大口径にした。
【００４１】また、加速器５４は、外部共振回路型のエ
ネルギー可変型ＲＦＱ（Radio Frequency Quadrupole;
高周波四重極）加速器であり、インダクタンス可変型コ
イルとＲＦＱ電極自身のキャパシタンスとによるＬＣ共
振により、高周波高電圧を発生させるものである。ビー
ム偏向器５５は、ビーム純度への要求が厳しいシリコン
等の半導体デバイスへの打ち込みの場合に挿入されるも
ので、高ドーズ打ち込みを目的とした金属、セラミック
ス等の材料表層改質の場合、ＲＦＱ加速器から直接、イ
オン打ち込み室５６を接続することができる。
ネルギー可変型ＲＦＱ（Radio Frequency Quadrupole;
高周波四重極）加速器であり、インダクタンス可変型コ
イルとＲＦＱ電極自身のキャパシタンスとによるＬＣ共
振により、高周波高電圧を発生させるものである。ビー
ム偏向器５５は、ビーム純度への要求が厳しいシリコン
等の半導体デバイスへの打ち込みの場合に挿入されるも
ので、高ドーズ打ち込みを目的とした金属、セラミック
ス等の材料表層改質の場合、ＲＦＱ加速器から直接、イ
オン打ち込み室５６を接続することができる。
【００４２】前述した本発明の一実施例によるイオン打
ち込み装置は、特に、前述した本発明の一実施例による
イオン源を使用することにより、従来生成の困難であっ
た大電流の多価イオンビームを使用することができるの
で、１０ｍＡの桁の大電流領域で、数百ｋｅＶから数Ｍ
ｅＶまでの任意のエネルギーの高エネルギーイオンビー
ムをターゲットへ打ち込むことができる。
ち込み装置は、特に、前述した本発明の一実施例による
イオン源を使用することにより、従来生成の困難であっ
た大電流の多価イオンビームを使用することができるの
で、１０ｍＡの桁の大電流領域で、数百ｋｅＶから数Ｍ
ｅＶまでの任意のエネルギーの高エネルギーイオンビー
ムをターゲットへ打ち込むことができる。
【００４３】そして、図示イオン打ち込み装置は、イオ
ン源５１が従来技術の場合以上の多価のイオンビームを
大電流で生成することができるため、加速器５４への印
加電圧を低減することができ、装置全体の省エネルギー
化、低電力型化を図ることができる。
ン源５１が従来技術の場合以上の多価のイオンビームを
大電流で生成することができるため、加速器５４への印
加電圧を低減することができ、装置全体の省エネルギー
化、低電力型化を図ることができる。
【００４４】前述において、加速器５４の高周波高電圧
の発生にインダクタンス可変型コイルを使用するとして
説明したが、これは出射イオンのエネルギーを可変にす
るためであり、容量可変型コンデンサと固定インダクタ
ンスのコイルとを用いる方法であってもよい。また、本
発明は、前述の実施例で示した外部共振回路型ＲＦＱ加
速器［ＲＦＱ電極はロッド型（rod-type）と呼ぶ］５４
に代えて、空洞共振構造のＲＦＱ加速器［ＲＦＱ電極は
ベイン型（vane-type)と呼ぶ］を使用することもでき
る。また、加速器５４は、いずれの場合も、四重極電極
の代わりに、六極以上の偶数極を持つ多重極電極を備え
て構成されるものでもよく、同等の効果を得ることがで
きる。
の発生にインダクタンス可変型コイルを使用するとして
説明したが、これは出射イオンのエネルギーを可変にす
るためであり、容量可変型コンデンサと固定インダクタ
ンスのコイルとを用いる方法であってもよい。また、本
発明は、前述の実施例で示した外部共振回路型ＲＦＱ加
速器［ＲＦＱ電極はロッド型（rod-type）と呼ぶ］５４
に代えて、空洞共振構造のＲＦＱ加速器［ＲＦＱ電極は
ベイン型（vane-type)と呼ぶ］を使用することもでき
る。また、加速器５４は、いずれの場合も、四重極電極
の代わりに、六極以上の偶数極を持つ多重極電極を備え
て構成されるものでもよく、同等の効果を得ることがで
きる。
【００４５】また、前述した本発明の一実施例によるイ
オン打ち込み装置は、イオン源５１と、イオン打ち込み
室５６との間に、質量分離器５２、レンズ５３、加速器
５４、偏向器５５を順に配置して構成したとして説明し
たが、イオン打ち込み装置は、基本的には、イオン源５
１とイオン打ち込み室５６とのみにより構成することが
でき、これらの間に配置される前述の機器は、イオン打
ち込み装置の使用目的に応じて、任意にその１つまたは
複数を選択して配置すればよい。
オン打ち込み装置は、イオン源５１と、イオン打ち込み
室５６との間に、質量分離器５２、レンズ５３、加速器
５４、偏向器５５を順に配置して構成したとして説明し
たが、イオン打ち込み装置は、基本的には、イオン源５
１とイオン打ち込み室５６とのみにより構成することが
でき、これらの間に配置される前述の機器は、イオン打
ち込み装置の使用目的に応じて、任意にその１つまたは
複数を選択して配置すればよい。
【００４６】前述した本発明の一実施例によるマイクロ
波イオン源によれば、従来のマイクロ波イオン源の高電
子密度プラズマ生成、長寿命イオンの生成という特徴を
維持したまま、さらに高電子密度、高電子温度のプラズ
マを生成することができ、１０ｍＡの桁の大電流領域の
質量分離多価イオンビームを発生させることができる。
波イオン源によれば、従来のマイクロ波イオン源の高電
子密度プラズマ生成、長寿命イオンの生成という特徴を
維持したまま、さらに高電子密度、高電子温度のプラズ
マを生成することができ、１０ｍＡの桁の大電流領域の
質量分離多価イオンビームを発生させることができる。
【００４７】また、本発明の一実施例によるイオン源を
エネルギー可変型の高エネルギーイオン打ち込み装置に
適用することにより、１０ｍＡの桁の大電流領域で、数
百ｋｅＶから数ＭｅＶまでの任意のエネルギーの高エネ
ルギーイオンビームを得ることができる、省エネルギ
ー、低電力型の高エネルギーイオン打ち込み装置を提供
することができる。
エネルギー可変型の高エネルギーイオン打ち込み装置に
適用することにより、１０ｍＡの桁の大電流領域で、数
百ｋｅＶから数ＭｅＶまでの任意のエネルギーの高エネ
ルギーイオンビームを得ることができる、省エネルギ
ー、低電力型の高エネルギーイオン打ち込み装置を提供
することができる。
【００４８】そして、前述のイオン打ち込み装置によ
り、装置寸法制約の厳しい半導体製造工場の大量生産工
程において、ＭｅＶのエネルギーのイオンビ−ムが利用
できるようになるばかりではなく、金属、セラミックス
等の材料表層改質を短時間で行うことのできる大量生産
用のイオン処理装置を提供することができる。
り、装置寸法制約の厳しい半導体製造工場の大量生産工
程において、ＭｅＶのエネルギーのイオンビ−ムが利用
できるようになるばかりではなく、金属、セラミックス
等の材料表層改質を短時間で行うことのできる大量生産
用のイオン処理装置を提供することができる。
【００４９】
【発明の効果】以上説明したように本発明のイオン源に
よれば、大電流領域の多価のイオンビームを発生させる
ことができ、このイオン源を使用することにより、数百
ｋｅＶから数ＭｅＶまでの任意のエネルギーの高エネル
ギーイオンビームをターゲットへ打ち込むことのできる
イオン打ち込み装置を提供することができる。
よれば、大電流領域の多価のイオンビームを発生させる
ことができ、このイオン源を使用することにより、数百
ｋｅＶから数ＭｅＶまでの任意のエネルギーの高エネル
ギーイオンビームをターゲットへ打ち込むことのできる
イオン打ち込み装置を提供することができる。
【図１】本発明の一実施例によるマイクロ波イオン源の
構造を示す断面図である。
構造を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施例によるイオン源におけるフィ
ラメント電流と多価イオンビーム電流との関係を説明す
る図である。
ラメント電流と多価イオンビーム電流との関係を説明す
る図である。
【図３】本発明の一実施例によるイオン打ち込み装置の
構成を示すブロック図である。
構成を示すブロック図である。
【図４】従来技術によるイオン源の構造を説明する断面
図である。
図である。
１ 放電室 ２ 永久磁石 ３ コイル ４ 石英窓 ５ マイクロ波 ６ イオンビーム ７ 引き出し電極 ８ 熱フィラメント ９ 内円筒 １０ 蒸発炉 ５１ イオン源 ５２ 質量分離器 ５３ レンズ ５４ 加速器 ５５ 偏向器 ５６ イオン打ち込み室
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/265 (72)発明者 作道 訓之 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内
Claims (7)
- 【請求項１】 磁場中のマイクロ波放電によって生成し
たプラズマからイオンを引き出すマイクロ波イオン源に
おいて、前記プラズマを生成する放電室内に電子放出用
の熱フィラメントを設け、該フィラメントと前記放電室
との間に直流、あるいは、交流の電圧を印加することを
特徴とするマイクロ波イオン源。 - 【請求項２】 前記放電室内に印加する磁場が、ミラー
磁場と多極磁場との重畳磁場であることを特徴とする請
求項１記載のマイクロ波イオン源。 - 【請求項３】 前記マイクロ波をミラー磁場に平行な方
向から前記放電室に導入することを特徴とする請求項１
または２記載のマイクロ波イオン源。 - 【請求項４】 固体試料を加熱する蒸発炉を前記放電室
に連通して設けたことを特徴とする請求項１、２または
３記載のマイクロ波イオン源。 - 【請求項５】 イオンビームを発生させるためのイオン
源と、イオンビームを処理の対象となる材料に打ち込む
イオン打ち込み室とを備えて構成されるイオン打ち込み
装置において、前記イオン源として請求項１ないし４の
うち１記載のマイクロ波イオン源を使用したことを特徴
とするイオン打ち込み装置。 - 【請求項６】 前記イオン源とイオン打ち込み室との間
に、イオンビームを質量分離するための質量分離器、イ
オンビームを収束するためのレンズ系、イオンビームを
加速するための加速器、イオンビームを偏向させるため
の偏向器のいずれか１つまたは複数を配置したことを特
徴とする請求項５記載のイオン打ち込み装置。 - 【請求項７】 前記加速器が、エネルギー可変型の高周
波線形加速器であることを特徴とする請求項６記載のイ
オン打ち込み装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5113085A JP2744188B2 (ja) | 1993-05-14 | 1993-05-14 | マイクロ波イオン源及びイオン打ち込み装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5113085A JP2744188B2 (ja) | 1993-05-14 | 1993-05-14 | マイクロ波イオン源及びイオン打ち込み装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06325710A true JPH06325710A (ja) | 1994-11-25 |
| JP2744188B2 JP2744188B2 (ja) | 1998-04-28 |
Family
ID=14603107
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5113085A Expired - Fee Related JP2744188B2 (ja) | 1993-05-14 | 1993-05-14 | マイクロ波イオン源及びイオン打ち込み装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2744188B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000124149A (ja) * | 1998-09-28 | 2000-04-28 | Eaton Corp | イオン注入用加速器のための共振回路 |
| JP2001160368A (ja) * | 1999-12-01 | 2001-06-12 | Sumitomo Eaton Noba Kk | イオン源 |
| JP2006012575A (ja) * | 2004-06-25 | 2006-01-12 | Ulvac Japan Ltd | ジャイラック加速電子型ｅｃｒイオン源及び多価イオン生成方法 |
| JP2008234880A (ja) * | 2007-03-19 | 2008-10-02 | Hitachi Ltd | イオン源 |
| CN105648484A (zh) * | 2016-01-14 | 2016-06-08 | 昆明理工大学 | 一种双层梯度铜合金材料制备方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5254897A (en) * | 1975-10-29 | 1977-05-04 | Hitachi Ltd | Plasma ion source for solid materials |
| JPS5652860A (en) * | 1979-10-01 | 1981-05-12 | Mitsubishi Electric Corp | Ion injection device |
| JPS63248037A (ja) * | 1987-04-03 | 1988-10-14 | Hitachi Ltd | 負イオン源 |
| JPS6431336A (en) * | 1987-07-27 | 1989-02-01 | Nippon Telegraph & Telephone | Ion source |
| JPH06184754A (ja) * | 1992-12-18 | 1994-07-05 | Canon Inc | マイクロ波プラズマｃｖｄ法およびマイクロ波プラズマｃｖｄ装置 |
-
1993
- 1993-05-14 JP JP5113085A patent/JP2744188B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPS5254897A (en) * | 1975-10-29 | 1977-05-04 | Hitachi Ltd | Plasma ion source for solid materials |
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| JP2001160368A (ja) * | 1999-12-01 | 2001-06-12 | Sumitomo Eaton Noba Kk | イオン源 |
| JP4667553B2 (ja) * | 1999-12-01 | 2011-04-13 | 株式会社Ｓｅｎ | イオン源 |
| JP2006012575A (ja) * | 2004-06-25 | 2006-01-12 | Ulvac Japan Ltd | ジャイラック加速電子型ｅｃｒイオン源及び多価イオン生成方法 |
| JP4580698B2 (ja) * | 2004-06-25 | 2010-11-17 | 株式会社アルバック | ジャイラック加速電子型ｅｃｒイオン源及び多価イオン生成方法 |
| JP2008234880A (ja) * | 2007-03-19 | 2008-10-02 | Hitachi Ltd | イオン源 |
| CN105648484A (zh) * | 2016-01-14 | 2016-06-08 | 昆明理工大学 | 一种双层梯度铜合金材料制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2744188B2 (ja) | 1998-04-28 |
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