JPH0711072B2 - イオン源装置 - Google Patents
イオン源装置Info
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- JPH0711072B2 JPH0711072B2 JP61077751A JP7775186A JPH0711072B2 JP H0711072 B2 JPH0711072 B2 JP H0711072B2 JP 61077751 A JP61077751 A JP 61077751A JP 7775186 A JP7775186 A JP 7775186A JP H0711072 B2 JPH0711072 B2 JP H0711072B2
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- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
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- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J27/00—Ion beam tubes
- H01J27/02—Ion sources; Ion guns
- H01J27/16—Ion sources; Ion guns using high-frequency excitation, e.g. microwave excitation
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- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J27/00—Ion beam tubes
- H01J27/02—Ion sources; Ion guns
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- H01J37/02—Details
- H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement, ion-optical arrangement
- H01J37/08—Ion sources; Ion guns
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- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
- H01J2237/004—Charge control of objects or beams
- H01J2237/0041—Neutralising arrangements
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、イオンビームエツチング装置、イオン打込み
装置および中性粒子入射装置などに用いるイオン源装置
に関するものである。
装置および中性粒子入射装置などに用いるイオン源装置
に関するものである。
近年、半導体や機能性薄膜の生成および加工に際しイオ
ンビームが用いられるようになつている。例えば、いわ
ゆるサブミクロンデバイスを製作するうえで不可欠なド
ライエツチング装置の1つとして、特開昭59-46748号で
はマイクロ波を使つたイオンビームエツチング装置が提
案されている。この装置によれば、高精度のエツチング
が可能であると同時に、酸素やフツ素系、塩素系ガス等
の反応性ガスを使用した場合でも、電子衝撃型のイオン
源を用いたエツチング装置のようにフイラメントが消滅
するという問題もなく、長時間の使用に耐え得るという
利点がある。しかし、電子サイクロトン共鳴(ECR)を
利用してプラズマを生成しているため、広範囲で均一な
イオンビームを得ることは難しく、従つて多数のウエハ
を一度に処理するような用途には向いていない。
ンビームが用いられるようになつている。例えば、いわ
ゆるサブミクロンデバイスを製作するうえで不可欠なド
ライエツチング装置の1つとして、特開昭59-46748号で
はマイクロ波を使つたイオンビームエツチング装置が提
案されている。この装置によれば、高精度のエツチング
が可能であると同時に、酸素やフツ素系、塩素系ガス等
の反応性ガスを使用した場合でも、電子衝撃型のイオン
源を用いたエツチング装置のようにフイラメントが消滅
するという問題もなく、長時間の使用に耐え得るという
利点がある。しかし、電子サイクロトン共鳴(ECR)を
利用してプラズマを生成しているため、広範囲で均一な
イオンビームを得ることは難しく、従つて多数のウエハ
を一度に処理するような用途には向いていない。
一方、米国ローレンス・バークレイ研究所は、核融合用
の中性粒子入射装置に用いるイオン源として、高周波イ
オン源を開発し、100mm×100mmの均一な強度の水素イオ
ンビームを得ることに成功し、このことが「Radio Freq
uency Ion Source Development for Neutral Beam Appl
ication」(K.H.Leung et、al、J.Vac、Sci、Technol A
2(2)、Apr、−June、1984)で報告されている。この
イオン源を前述したエツチング装置に利用すれば広範囲
で均一なイオンビームが得られるのと同時に、プラズマ
を生成する際に高周波放電を用いているために反応性ガ
スの下でも電子衝撃型のイオン源に比較して長時間安定
に動作させ得るという利点がある。
の中性粒子入射装置に用いるイオン源として、高周波イ
オン源を開発し、100mm×100mmの均一な強度の水素イオ
ンビームを得ることに成功し、このことが「Radio Freq
uency Ion Source Development for Neutral Beam Appl
ication」(K.H.Leung et、al、J.Vac、Sci、Technol A
2(2)、Apr、−June、1984)で報告されている。この
イオン源を前述したエツチング装置に利用すれば広範囲
で均一なイオンビームが得られるのと同時に、プラズマ
を生成する際に高周波放電を用いているために反応性ガ
スの下でも電子衝撃型のイオン源に比較して長時間安定
に動作させ得るという利点がある。
しかし、上記バークレイ研究所の開発したイオン源は、
高周波放電を用いているとは言え、それを開始させる際
の種となる電子は放電開始当初にフイラメントを短時間
点灯させることによつて得ているため、フイラメントの
消耗によつてイオン源としての耐久性が低下するという
問題がある。
高周波放電を用いているとは言え、それを開始させる際
の種となる電子は放電開始当初にフイラメントを短時間
点灯させることによつて得ているため、フイラメントの
消耗によつてイオン源としての耐久性が低下するという
問題がある。
本発明の目的は、広範囲で均一なイオンビームが得られ
ると同時に、耐久性に優れたイオン源装置を提供するこ
とにある。
ると同時に、耐久性に優れたイオン源装置を提供するこ
とにある。
本発明は上記目的を達成するために、高周波放電によっ
て生成されるプラズマを保持する気密性のプラズマ生成
室と、前記高周波放電を行わせるための高周波コイル
と、前記生成されたプラズマからイオンビームを引出す
ためのビーム引出し用電極とを有するイオン源装置にお
いて、前記高周波放電を開始させるための種となる電子
を得る手段として、電子発生器又は電子ビーム発生器に
より発生した電子を前記プラズマ生成室へ注入する手段
を設けたことを特徴とするものである。
て生成されるプラズマを保持する気密性のプラズマ生成
室と、前記高周波放電を行わせるための高周波コイル
と、前記生成されたプラズマからイオンビームを引出す
ためのビーム引出し用電極とを有するイオン源装置にお
いて、前記高周波放電を開始させるための種となる電子
を得る手段として、電子発生器又は電子ビーム発生器に
より発生した電子を前記プラズマ生成室へ注入する手段
を設けたことを特徴とするものである。
また、前記プラズマ生成室へ前記電子を注入する手段
は、前記イオンビームにより被加工物を加工する加工室
に設けた電子発生器から発生した電子を、前記加工室と
前記プラズマ生成室との間に設けた前記ビーム引出し用
電極の印加電圧を制御することにより、前記加工室から
前記プラズマ生成室へ入射させるものであることを特徴
とするものである。或いは、前記電子注入手段は、前記
プラズマ生成室へ電子ビームを入射する電子ビーム発生
器であることを特徴とするものである。
は、前記イオンビームにより被加工物を加工する加工室
に設けた電子発生器から発生した電子を、前記加工室と
前記プラズマ生成室との間に設けた前記ビーム引出し用
電極の印加電圧を制御することにより、前記加工室から
前記プラズマ生成室へ入射させるものであることを特徴
とするものである。或いは、前記電子注入手段は、前記
プラズマ生成室へ電子ビームを入射する電子ビーム発生
器であることを特徴とするものである。
電子発生器または電子ビーム発生器から発生された電子
がプラズマ生成室内に供給されると、この供給された電
子によつて高周波放電が開始される。また、特許請求の
範囲第2項の構成によれば、プラズマ生成室への電子の
供給は、高周波放電開始時に、電子発生器で加工室に発
生させた電子をビーム引出し用電極への印加電圧を制御
して加工室からプラズマ生成室へ入射させることによ
り、新たに専用の機器を設けることなく行うことができ
る。また、同第3項の構成によれば、加工室に電子発生
器がない場合、電子ビーム発生器からプラズマ生成室へ
直接入射させた電子ビームによっても高周波放電が開始
される。
がプラズマ生成室内に供給されると、この供給された電
子によつて高周波放電が開始される。また、特許請求の
範囲第2項の構成によれば、プラズマ生成室への電子の
供給は、高周波放電開始時に、電子発生器で加工室に発
生させた電子をビーム引出し用電極への印加電圧を制御
して加工室からプラズマ生成室へ入射させることによ
り、新たに専用の機器を設けることなく行うことができ
る。また、同第3項の構成によれば、加工室に電子発生
器がない場合、電子ビーム発生器からプラズマ生成室へ
直接入射させた電子ビームによっても高周波放電が開始
される。
第1図は本発明の一実施例を示す縦断面図であり、第2
図は高周波放電開始時の動作を説明するためのタイムチ
ヤートである。第1図において、この実施例は本発明を
イオンビームエツチング装置に適用したものであり、加
工室内の被加工物の帯電を防止するために設けらえた電
子発生源からの電子を、高周波放電開始当初にプラズマ
生成室に一時的に入力することにより、高周波放電を開
始するようにしたものである。
図は高周波放電開始時の動作を説明するためのタイムチ
ヤートである。第1図において、この実施例は本発明を
イオンビームエツチング装置に適用したものであり、加
工室内の被加工物の帯電を防止するために設けらえた電
子発生源からの電子を、高周波放電開始当初にプラズマ
生成室に一時的に入力することにより、高周波放電を開
始するようにしたものである。
第1図において、プラズマ生成室1と加工室2は絶縁物
3を介して気密性の一体容器となつており、加工室2の
一部に設けられた排気口4を介して1×10-6Torr程度の
真空状態に排気された後、ガス導入口5から例えばフレ
オンガス(CF4)が導入され、1×10-5Torr程度のガス
圧(加工室側)に調整される。プラズマ生成室1と加工
室2との間には、イオンビーム引出し用の電源6を構成
する第1グリツド7および第2グリツド8とが配設され
ており、第1グリツド7には正の直流電圧V1(例えば+
500V)が、また、第2グリツド8には負の直流電圧V
2(例えば−200V)がそれぞれ印加されるようになつて
いる。
3を介して気密性の一体容器となつており、加工室2の
一部に設けられた排気口4を介して1×10-6Torr程度の
真空状態に排気された後、ガス導入口5から例えばフレ
オンガス(CF4)が導入され、1×10-5Torr程度のガス
圧(加工室側)に調整される。プラズマ生成室1と加工
室2との間には、イオンビーム引出し用の電源6を構成
する第1グリツド7および第2グリツド8とが配設され
ており、第1グリツド7には正の直流電圧V1(例えば+
500V)が、また、第2グリツド8には負の直流電圧V
2(例えば−200V)がそれぞれ印加されるようになつて
いる。
一方、プラズマ生成室1には高周波放電を行なわせるた
めの高周波コイル9が設けられると共に、生成室1の周
囲には生成室の壁面に向つて拡散するプラズマを生成室
の中心に押し戻すような磁界を発生する多極構造の永久
磁石10が設けられている。また、加工室2にはビーム引
出し用の電極6で引出されたイオンビーム11によつて加
工される被加工物12の保持具13が設けられている。さら
に、被加工物12が絶縁体である場合、これにイオンビー
ムを照射すると正の電荷が蓄積されて帯電してしまうた
め、これを防止するための電子14を発生する電子発生源
15が設けられている。なお、第2グリツド8は加工室2
の側の電子がプラズマ生成室1に流入するのを防止する
ためのもので、後述するように、高周波放電開始当初に
おいては接地電位に制御されるが、高周波放電が開始さ
れた以後は負の電位に制御され、プラズマ生成室1への
電子の流入が防止される。なおまた、電子発生源15は制
御装置16によつて制御される。
めの高周波コイル9が設けられると共に、生成室1の周
囲には生成室の壁面に向つて拡散するプラズマを生成室
の中心に押し戻すような磁界を発生する多極構造の永久
磁石10が設けられている。また、加工室2にはビーム引
出し用の電極6で引出されたイオンビーム11によつて加
工される被加工物12の保持具13が設けられている。さら
に、被加工物12が絶縁体である場合、これにイオンビー
ムを照射すると正の電荷が蓄積されて帯電してしまうた
め、これを防止するための電子14を発生する電子発生源
15が設けられている。なお、第2グリツド8は加工室2
の側の電子がプラズマ生成室1に流入するのを防止する
ためのもので、後述するように、高周波放電開始当初に
おいては接地電位に制御されるが、高周波放電が開始さ
れた以後は負の電位に制御され、プラズマ生成室1への
電子の流入が防止される。なおまた、電子発生源15は制
御装置16によつて制御される。
以上の構成において、プラズマ生成室1において高周波
放電を開始する場合、高周波コイル9に印加する高周波
電力、第1グリツド7および第2グリツドの印加電圧、
電子発生源15の入力電流は第2図(a)〜(d)に示す
ような関係で制御される。
放電を開始する場合、高周波コイル9に印加する高周波
電力、第1グリツド7および第2グリツドの印加電圧、
電子発生源15の入力電流は第2図(a)〜(d)に示す
ような関係で制御される。
すなわち、時刻T0で第1グリツド7の印加電圧を正の高
電圧にすると共に、電子発生源15に電流を入力して電子
14を発生させる。この時、第2グリツド8の印加電圧は
接地電位に制御される。電子14の電位はほぼ接地電位で
あるため、第1グリツド7の正の高電圧によつて加速さ
れてプラズマ生成室1の中に注入される。次に、時刻t1
で高周波コイル9に高周波電力を印加する。すると、時
刻t1より若干遅れた時刻t2において高周波放電が開始さ
れ、プラズマ密度は、第2図(e)に示すように急速に
高くなる。以後は、持続的な高周波放電となるため、時
刻t3において、第2グリツド8に負の電圧を印加すると
共に、電子発生源15への入力電流も小さくし、通常のイ
オンビームエツチング動作状態に移行させる。
電圧にすると共に、電子発生源15に電流を入力して電子
14を発生させる。この時、第2グリツド8の印加電圧は
接地電位に制御される。電子14の電位はほぼ接地電位で
あるため、第1グリツド7の正の高電圧によつて加速さ
れてプラズマ生成室1の中に注入される。次に、時刻t1
で高周波コイル9に高周波電力を印加する。すると、時
刻t1より若干遅れた時刻t2において高周波放電が開始さ
れ、プラズマ密度は、第2図(e)に示すように急速に
高くなる。以後は、持続的な高周波放電となるため、時
刻t3において、第2グリツド8に負の電圧を印加すると
共に、電子発生源15への入力電流も小さくし、通常のイ
オンビームエツチング動作状態に移行させる。
このように本実施例によれば、帯電防止用の電子発生源
15からの電子を一時的にプラズマ生成室1に導き、この
電子を種として高周波放電を開始させるため、従来のよ
うなフイラメントや放電電極が不要となり、装置として
の耐久性を向上させることができる。また、プラズマ発
生のために用いた機器はその動作シーケンスを制御する
のみで、従来の機器をそのまま利用することができるた
め、極めて経済的である。
15からの電子を一時的にプラズマ生成室1に導き、この
電子を種として高周波放電を開始させるため、従来のよ
うなフイラメントや放電電極が不要となり、装置として
の耐久性を向上させることができる。また、プラズマ発
生のために用いた機器はその動作シーケンスを制御する
のみで、従来の機器をそのまま利用することができるた
め、極めて経済的である。
第3図は本発明の第2の実施例を示す縦断面図であり、
第4図は第3図のA−A断面図である。
第4図は第3図のA−A断面図である。
この実施例は、プラズマ生成室1において高周波放電を
開始させる構成およびシーケンスについては第1図の実
施例と同様であるが、プラズマを押し込めておくための
永久磁石10をプラズマ生成室1の内部に配置し、高周波
コイル9はこの永久磁石10と生成室内壁面との間に配置
したものである。このような構造にすれば、第4図のA
−A断面図に示すように、プラズマと高周波コイル9と
を多極構造の永久磁石10によつて隔離することができる
ため、化学的に活性のプラズマによつて高周波コイル9
の被覆が損傷を受けて絶縁破壊を起すのを防止すること
ができ、装置としての耐久性をさらに向上させることが
可能となる。
開始させる構成およびシーケンスについては第1図の実
施例と同様であるが、プラズマを押し込めておくための
永久磁石10をプラズマ生成室1の内部に配置し、高周波
コイル9はこの永久磁石10と生成室内壁面との間に配置
したものである。このような構造にすれば、第4図のA
−A断面図に示すように、プラズマと高周波コイル9と
を多極構造の永久磁石10によつて隔離することができる
ため、化学的に活性のプラズマによつて高周波コイル9
の被覆が損傷を受けて絶縁破壊を起すのを防止すること
ができ、装置としての耐久性をさらに向上させることが
可能となる。
第5図は本発明の第3の実施例を示す縦断面図であり、
加工室に電子発生源を具備していないイオン打込み装置
に本発明を適用したものであり、側壁が絶縁物で形成さ
れている真空容器構造のプラズマ生成室1にはガス導入
口5が上部に設けられていると共に、制御装置20によつ
て制御される電子ビーム発生器21と、電源22から加速電
圧が印加される加速電極23が設けられている。さらに、
プラズマ生成室1の外部周囲には高周波コイル9が設け
られ、電源24から高周波コイル9に印加する高周波電力
および生成室外壁に印加する電位を制御装置25によつて
調整可能に構成されている。そして、加速電極23に高電
圧を印加することによつて引出されたイオンビーム11は
質量分離器26によつて特定のエネルギーを持つイオンの
みが選別された後、スリツト27を介して加工室2の被加
工物に所定量だけ打込むようになつている。
加工室に電子発生源を具備していないイオン打込み装置
に本発明を適用したものであり、側壁が絶縁物で形成さ
れている真空容器構造のプラズマ生成室1にはガス導入
口5が上部に設けられていると共に、制御装置20によつ
て制御される電子ビーム発生器21と、電源22から加速電
圧が印加される加速電極23が設けられている。さらに、
プラズマ生成室1の外部周囲には高周波コイル9が設け
られ、電源24から高周波コイル9に印加する高周波電力
および生成室外壁に印加する電位を制御装置25によつて
調整可能に構成されている。そして、加速電極23に高電
圧を印加することによつて引出されたイオンビーム11は
質量分離器26によつて特定のエネルギーを持つイオンの
みが選別された後、スリツト27を介して加工室2の被加
工物に所定量だけ打込むようになつている。
この構成において、高周波コイル9に印加する高周波電
力、加速電源23に印加する加速電圧、電子ビーム発生器
20に対するビーム発生指令を第6図(a)〜(c)に示
すようなシーケンスで制御することにより、プラズマ発
生室1における高周波放電が開始される。すなわち、時
刻t0で高周波電力を高周波コイル9に印加した後、時刻
t1で電子ビーム発生器21から電子ビームを一定時間だけ
発生させてプラズマ生成室1に入射する。すると、この
時の電子ビームを種として高周波放電が開始され、時刻
t1以後は持続的な放電状態に移行する。以後は、時刻t2
において加速電圧を印加してイオンビーム11をプラズマ
生成室1から引出して加工室2に導く。
力、加速電源23に印加する加速電圧、電子ビーム発生器
20に対するビーム発生指令を第6図(a)〜(c)に示
すようなシーケンスで制御することにより、プラズマ発
生室1における高周波放電が開始される。すなわち、時
刻t0で高周波電力を高周波コイル9に印加した後、時刻
t1で電子ビーム発生器21から電子ビームを一定時間だけ
発生させてプラズマ生成室1に入射する。すると、この
時の電子ビームを種として高周波放電が開始され、時刻
t1以後は持続的な放電状態に移行する。以後は、時刻t2
において加速電圧を印加してイオンビーム11をプラズマ
生成室1から引出して加工室2に導く。
従つて、この実施例においてもフイラメントや放電極を
用いることなく高周波放電を開始させることができる。
用いることなく高周波放電を開始させることができる。
なお、上記実施例では電子あるいは電子ビームをプラズ
マ生成室に注入することによつて高周波放電を開始させ
ているが、レーザ光をプラズマ生成室の一部に入射して
導入ガスの一部を電離させ、この電離の際に発生する電
子を種として高周波放電を開始させるようにすることが
できる。また、被加工物は加工室内で加工するようにし
たが、被加工物をプラズマ生成室内に置いてプラズマに
直接接触させる構造にすれば、ドライエツチング装置あ
るいは薄膜生成装置としても利用できる。さらに、第5
図の実施例において電子ビーム発生器は加工室側に取付
けてプラズマ生成室へ導くように構成してもよい。
マ生成室に注入することによつて高周波放電を開始させ
ているが、レーザ光をプラズマ生成室の一部に入射して
導入ガスの一部を電離させ、この電離の際に発生する電
子を種として高周波放電を開始させるようにすることが
できる。また、被加工物は加工室内で加工するようにし
たが、被加工物をプラズマ生成室内に置いてプラズマに
直接接触させる構造にすれば、ドライエツチング装置あ
るいは薄膜生成装置としても利用できる。さらに、第5
図の実施例において電子ビーム発生器は加工室側に取付
けてプラズマ生成室へ導くように構成してもよい。
以上説明したことから明らかなように、本発明によれ
ば、プラズマ生成室内にフイラメントや放電電極を設け
ることなく高周波放電を開始することができるため、反
応性ガスの雰囲気で使用しても頻繁な部品交換や清掃が
不要となり、イオン源装置としての耐久性を向上させる
ことが可能になる。また、広範囲で均一なイオンビーム
を得ることができる。
ば、プラズマ生成室内にフイラメントや放電電極を設け
ることなく高周波放電を開始することができるため、反
応性ガスの雰囲気で使用しても頻繁な部品交換や清掃が
不要となり、イオン源装置としての耐久性を向上させる
ことが可能になる。また、広範囲で均一なイオンビーム
を得ることができる。
第1図は本発明の一実施例を示す縦断面図、第2図は高
周波放電開始時の動作を説明するためのタイムチヤー
ト、第3図は本発明の他の実施例を示す縦断面図、第4
図は第3図のA−A断面図、第5図は本発明の第3の実
施例を示す縦断面図、第6図は第5図における高周波放
電開始時の動作を説明するためのタイムチヤートであ
る。 1……プラズマ生成室、2……加工室、4……排気口、
5……ガス導入口、6……ビーム引出し用の電極、9…
…高周波コイル、10……永久磁石、11……イオンビー
ム、15……電子発生源、21……電子ビーム発生器、23…
…加速電極。
周波放電開始時の動作を説明するためのタイムチヤー
ト、第3図は本発明の他の実施例を示す縦断面図、第4
図は第3図のA−A断面図、第5図は本発明の第3の実
施例を示す縦断面図、第6図は第5図における高周波放
電開始時の動作を説明するためのタイムチヤートであ
る。 1……プラズマ生成室、2……加工室、4……排気口、
5……ガス導入口、6……ビーム引出し用の電極、9…
…高周波コイル、10……永久磁石、11……イオンビー
ム、15……電子発生源、21……電子ビーム発生器、23…
…加速電極。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 黒沢 幸夫 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 袴田 好美 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (56)参考文献 特開 昭53−28530(JP,A) 実開 昭59−107473(JP,U)
Claims (3)
- 【請求項1】高周波放電によって生成されるプラズマを
保持する気密性のプラズマ生成室と、前記高周波放電を
行わせるための高周波コイルと、前記生成されたプラズ
マからイオンビームを引出すためのビーム引出し用電極
とを有するイオン源装置において、 前記高周波放電を開始させるための種となる電子を得る
手段として、電子発生器又は電子ビーム発生器により発
生した電子を前記プラズマ生成室へ注入する手段を設け
たことを特徴とするイオン源装置。 - 【請求項2】前記プラズマ生成室へ前記電子を注入する
手段は、前記イオンビームにより被加工物を加工する加
工室に設けた電子発生器から発生した電子を、前記加工
室と前記プラズマ生成室との間に設けた前記ビーム引出
し用電極の印加電圧を制御することにより、前記加工室
から前記プラズマ生成室へ入射させるものであることを
特徴とする特許請求の範囲第1項記載のイオン源装置。 - 【請求項3】前記プラズマ生成室へ前記電子を注入する
手段は、前記プラズマ生成室へ電子ビームを入射する電
子ビーム発生器であることを特徴とする特許請求の範囲
第1項記載のイオン源装置。
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