JPH0724204B2 - イオン源 - Google Patents
イオン源Info
- Publication number
- JPH0724204B2 JPH0724204B2 JP24702685A JP24702685A JPH0724204B2 JP H0724204 B2 JPH0724204 B2 JP H0724204B2 JP 24702685 A JP24702685 A JP 24702685A JP 24702685 A JP24702685 A JP 24702685A JP H0724204 B2 JPH0724204 B2 JP H0724204B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode
- ion source
- deceleration
- ion
- acceleration
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
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- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明はイオン源に係り、特に、低エネルギ、大電流ビ
ーム引出しに好適な引出し電極形状を有するイオン源に
関する。
ーム引出しに好適な引出し電極形状を有するイオン源に
関する。
一般に大電流イオンビームは高密度プラズマから、加速
−減速方式の引出し電極系を使つて引出される。第１図
は従来のイオンビーム引出し電極系の構成を説明する図
である。電極系の中央部にはスリツトが開孔されてお
り、紙面垂直方向でスリツト状のビームを引出してい
る。第１図はその断面図である。イオン源引出し電極系
はプラズマ室１′内のプラズマ５に電位を与えてビーム
エネルギの値を求める加速用電極１、負の電圧が印加さ
れた減速用電極２および上記２電極中間電位にある第３
電極３で構成される。このうち減速用電極２の主たる機
能は、引出し後のイオンビーム４が、イオン源を構成す
るイオン源装置内の残留ガスあるいはイオンビーム輸送
系（質量分離器、ビーム偏向器など）の装置内壁との衝
突で生成する二次電子がイオン源加速用電極側に逆流す
るのを防止するためである。もし二次電子の逆流が発生
すると、ビーム４は自身の空間電荷で著しく発散する。
イオン打込み装置のイオン源を例にとると、通常、加速
用電極１の印加電極は、40〜120kV、減速電極電圧は−
２〜−10kV前後であり、第３電極の電位は接地である。
イオン打込み装置における代表的な電極構成例として
は、第５回国際会議の予稿集、イオン打込み装置および
技術（Proc.of 5th International Conference on Ion
Implantation Equipments and Technique）,p16,1984
（ノースホーランド刊（North−Holland Pobl.））に詳
しい。
−減速方式の引出し電極系を使つて引出される。第１図
は従来のイオンビーム引出し電極系の構成を説明する図
である。電極系の中央部にはスリツトが開孔されてお
り、紙面垂直方向でスリツト状のビームを引出してい
る。第１図はその断面図である。イオン源引出し電極系
はプラズマ室１′内のプラズマ５に電位を与えてビーム
エネルギの値を求める加速用電極１、負の電圧が印加さ
れた減速用電極２および上記２電極中間電位にある第３
電極３で構成される。このうち減速用電極２の主たる機
能は、引出し後のイオンビーム４が、イオン源を構成す
るイオン源装置内の残留ガスあるいはイオンビーム輸送
系（質量分離器、ビーム偏向器など）の装置内壁との衝
突で生成する二次電子がイオン源加速用電極側に逆流す
るのを防止するためである。もし二次電子の逆流が発生
すると、ビーム４は自身の空間電荷で著しく発散する。
イオン打込み装置のイオン源を例にとると、通常、加速
用電極１の印加電極は、40〜120kV、減速電極電圧は−
２〜−10kV前後であり、第３電極の電位は接地である。
イオン打込み装置における代表的な電極構成例として
は、第５回国際会議の予稿集、イオン打込み装置および
技術（Proc.of 5th International Conference on Ion
Implantation Equipments and Technique）,p16,1984
（ノースホーランド刊（North−Holland Pobl.））に詳
しい。
さて、半導体へのイオン打込みの応用では、近年40keV
以下の低エネルギ、大電流のイオン打込みが活発に行わ
れてきている。これに呼応してイオン打込み装置用の大
電流イオン源では、低エネルギのビームを効率良く引出
すための種々の考案がなされてきた。一般には、減速用
電極の負電圧を大きくし、加速用電極１と減速用電極２
の間の引出し電界を高くとり、効率良くビームを引出す
工夫が行われている（上記公知例文献に詳しい）。しか
し、第１図に示した電極形状では、減速用電極２と第３
電極３の間でのビーム発散が著しくなり、電極３へのビ
ーム衝突が火種になつて電極間で放電が頻繁に発生し、
安定にイオンビームが取得できなかつた。特に、磁場中
のマイクロ波放電で高密度プラズマを生成し、これから
大電流イオンビームを引出すマイクロ波イオン源（マイ
クロ波イオン源の構造は、特公昭57−4056に詳しい）の
場合、上述の電極間放電（一般にグリツチと呼ばれる）
回数は１時間に数10回以上にも達していた。また加速用
電極圧30kVを一定に保ち、減速用電極電圧を−2kVから
−30kVまで下げると、取得ビーム電流は増大するが、上
記微小放電回数も同様に増えること（−）が観測され
た。
以下の低エネルギ、大電流のイオン打込みが活発に行わ
れてきている。これに呼応してイオン打込み装置用の大
電流イオン源では、低エネルギのビームを効率良く引出
すための種々の考案がなされてきた。一般には、減速用
電極の負電圧を大きくし、加速用電極１と減速用電極２
の間の引出し電界を高くとり、効率良くビームを引出す
工夫が行われている（上記公知例文献に詳しい）。しか
し、第１図に示した電極形状では、減速用電極２と第３
電極３の間でのビーム発散が著しくなり、電極３へのビ
ーム衝突が火種になつて電極間で放電が頻繁に発生し、
安定にイオンビームが取得できなかつた。特に、磁場中
のマイクロ波放電で高密度プラズマを生成し、これから
大電流イオンビームを引出すマイクロ波イオン源（マイ
クロ波イオン源の構造は、特公昭57−4056に詳しい）の
場合、上述の電極間放電（一般にグリツチと呼ばれる）
回数は１時間に数10回以上にも達していた。また加速用
電極圧30kVを一定に保ち、減速用電極電圧を−2kVから
−30kVまで下げると、取得ビーム電流は増大するが、上
記微小放電回数も同様に増えること（−）が観測され
た。
次に、従来の引出し電極系において、高い負電圧を減速
用電極に印加した時の電位分布、それに基づくビーム発
散作用を考察する。
用電極に印加した時の電位分布、それに基づくビーム発
散作用を考察する。
第２図は第１図における従来の引出し電極系で得られる
電位分布形状を説明する図である。従来の引出し電極系
では、カタカナの「ハ」の字の形状の減速用電極が用い
られているため、減速用電極２と第３電極３の間に形成
される等電位線は図中に示したように、上に凸な形状と
なる。一方、電界の方向は図中Ｅ（）の記号で示した
ように、電極中心に対し外側に向かう。従って、正電荷
を帯びたイオンビームは、外側に向かう電界成分Exによ
る発散作用を受ける。この力は負電圧が高いほど大きく
なるから、低エネルギビーム引出し時には、イオンは大
きく広がることになる。
電位分布形状を説明する図である。従来の引出し電極系
では、カタカナの「ハ」の字の形状の減速用電極が用い
られているため、減速用電極２と第３電極３の間に形成
される等電位線は図中に示したように、上に凸な形状と
なる。一方、電界の方向は図中Ｅ（）の記号で示した
ように、電極中心に対し外側に向かう。従って、正電荷
を帯びたイオンビームは、外側に向かう電界成分Exによ
る発散作用を受ける。この力は負電圧が高いほど大きく
なるから、低エネルギビーム引出し時には、イオンは大
きく広がることになる。
このためイオンビームは第３電極３にあたり、その表面
から出る二次電子が火種となって、減速用電極２と第３
電極３の間で微小放電多発することになる。
から出る二次電子が火種となって、減速用電極２と第３
電極３の間で微小放電多発することになる。
本発明の目的は、減速用電極に、高い負電圧を印加して
大電流低エネルギビームを引出す場合、電極間でのイオ
ンビーム発散を抑え、微小放電回数を下げる引出し電極
形状を有するイオン源を提供するにある。
大電流低エネルギビームを引出す場合、電極間でのイオ
ンビーム発散を抑え、微小放電回数を下げる引出し電極
形状を有するイオン源を提供するにある。
本発明はプラズマに正の電位を与えるための加速用電
極、負の高電圧が印加される減速用電極、及び前記加速
用電極と減速用電極の中間の電位に保たれた第３電極で
形成される引出し電極のうち、前記第３電極に対向する
前記減速用電極面が第３電極方向に向かって凸形状に形
成されていることを特徴とする。
極、負の高電圧が印加される減速用電極、及び前記加速
用電極と減速用電極の中間の電位に保たれた第３電極で
形成される引出し電極のうち、前記第３電極に対向する
前記減速用電極面が第３電極方向に向かって凸形状に形
成されていることを特徴とする。
即ち、第３図に示す電極形状の如く、本発明では、第３
電極３に対向する減速用電極面が凸となつた減速用電極
２′を使い等電位線形状が下に凹となるように改良し
た。本発明では、電界の向きが中心側に向かうため、正
イオンは電極２′と３の減速空間で中心軸方向の働く力
を受ける。このためビーム発散が減り、電極３に当るイ
オンビーム量が減つて微小放電回数が減少できる。
電極３に対向する減速用電極面が凸となつた減速用電極
２′を使い等電位線形状が下に凹となるように改良し
た。本発明では、電界の向きが中心側に向かうため、正
イオンは電極２′と３の減速空間で中心軸方向の働く力
を受ける。このためビーム発散が減り、電極３に当るイ
オンビーム量が減つて微小放電回数が減少できる。
以下、本発明の一実施例を第４図により説明する。本実
施例ではイオン源として、磁場中のマイクロ波放電で高
密度プラズマを生成し、これからイオンビームを引出す
マイクロ波イオン源を用いた。本イオン源はマグネトロ
ン６で発生したマイクロ波を導波管7a,7bを使つてプラ
ズマ室５に投入する。10,11は絶縁物であり、コイル８
はプラズマ室５に磁場を印加するためのものである。加
速用電極として幅2mm,長さ40mmのスリツトが開孔したス
テンレス製電極を、減速用電極２′として幅8mm,長さ45
mmのステンレス製電極を、また第３電極として幅10mm,
長さ45mm,厚み10mmのステンレス製電極を用いた。第３
電極の電位は本実施例では接地電位とした。放電ガスと
してBF3ガスを導入し、朋素（Ｂ）を含むイオンビーム
４を引出し、これを質量分離器で質量分離してＢビーム
を選別，取得した。第１図に示した従来の電極構成で
は、例えば30kVでＢビームを引出した時、質量分離後の
電流で3mAの値が得られた。しかし微小放電回数は１時
間当り、数10回以上にも達した。これに対し、第４図に
示した電極構成では、加速用電極に30kV、減速用電極に
−30kVの電圧を印加した時でも、４〜5mAのＢ＋電流が
安定に得られた。この時の微小放電回数は１時間当り、
１〜２回以下に減少した。
施例ではイオン源として、磁場中のマイクロ波放電で高
密度プラズマを生成し、これからイオンビームを引出す
マイクロ波イオン源を用いた。本イオン源はマグネトロ
ン６で発生したマイクロ波を導波管7a,7bを使つてプラ
ズマ室５に投入する。10,11は絶縁物であり、コイル８
はプラズマ室５に磁場を印加するためのものである。加
速用電極として幅2mm,長さ40mmのスリツトが開孔したス
テンレス製電極を、減速用電極２′として幅8mm,長さ45
mmのステンレス製電極を、また第３電極として幅10mm,
長さ45mm,厚み10mmのステンレス製電極を用いた。第３
電極の電位は本実施例では接地電位とした。放電ガスと
してBF3ガスを導入し、朋素（Ｂ）を含むイオンビーム
４を引出し、これを質量分離器で質量分離してＢビーム
を選別，取得した。第１図に示した従来の電極構成で
は、例えば30kVでＢビームを引出した時、質量分離後の
電流で3mAの値が得られた。しかし微小放電回数は１時
間当り、数10回以上にも達した。これに対し、第４図に
示した電極構成では、加速用電極に30kV、減速用電極に
−30kVの電圧を印加した時でも、４〜5mAのＢ＋電流が
安定に得られた。この時の微小放電回数は１時間当り、
１〜２回以下に減少した。
第５図は、本発明に基づく別の実施例を説明する図であ
る。本実施例では、等電位線形状を改善するため、第３
電極３′を減速用電極に対し凹形状にしている。この場
合、等電位線は第３電極内に、より深く入り込むから、
減速空間でのビーム発散は強く抑えられた。微小放電回
数もほぼ０回／時のひん度に減少した。第５図では、減
速用電極の凸部として山型形状のもの２″を電極２′に
取り付ける分割構造とし、電極加工の難易度を軽減し
た。なお、等電位線を、第３電極３′に効率良く入り込
ませるため、図中の各電極のスリツト幅として ｄ≦ｗ が成立つようにスリツト幅寸法を選んである。また実験
によれば、本発明の効果は、減速用電極の電圧が−2kV
以上で有効である。特に減速電界が高くなる−10kV以上
の電圧印加の場合、著しい効果があつた。また第５図の
山型部分２″を取り除いても、第１図の従来例に比べる
と微小放電回数は著しく改善された。
る。本実施例では、等電位線形状を改善するため、第３
電極３′を減速用電極に対し凹形状にしている。この場
合、等電位線は第３電極内に、より深く入り込むから、
減速空間でのビーム発散は強く抑えられた。微小放電回
数もほぼ０回／時のひん度に減少した。第５図では、減
速用電極の凸部として山型形状のもの２″を電極２′に
取り付ける分割構造とし、電極加工の難易度を軽減し
た。なお、等電位線を、第３電極３′に効率良く入り込
ませるため、図中の各電極のスリツト幅として ｄ≦ｗ が成立つようにスリツト幅寸法を選んである。また実験
によれば、本発明の効果は、減速用電極の電圧が−2kV
以上で有効である。特に減速電界が高くなる−10kV以上
の電圧印加の場合、著しい効果があつた。また第５図の
山型部分２″を取り除いても、第１図の従来例に比べる
と微小放電回数は著しく改善された。
次に、第４図の別の実施例においては、コイルによる磁
場発生効率を高める観点から加速用電極として磁性体の
鉄（鉄以外にニッケル、コバルト、フェライトでもよ
い）で作られたものを使い、引出し電極系を構成した。
この場合、電極2,3の空間に洩れる磁束の量が減り、微
小放電回数も減つた。これは、上記空間での磁場による
ビーム軌道変化が減少したためである。
場発生効率を高める観点から加速用電極として磁性体の
鉄（鉄以外にニッケル、コバルト、フェライトでもよ
い）で作られたものを使い、引出し電極系を構成した。
この場合、電極2,3の空間に洩れる磁束の量が減り、微
小放電回数も減つた。これは、上記空間での磁場による
ビーム軌道変化が減少したためである。
なお、本実施例では第３電極を接地電位としたが、この
電極の電位としては加速用電極電位と減速用電極電位の
中間の値であつても、本発明の効果が得られることは明
らかである。
電極の電位としては加速用電極電位と減速用電極電位の
中間の値であつても、本発明の効果が得られることは明
らかである。
以上説明した本発明のイオン源によれば、プラズマに正
の電位を与えるための加速用電極、負の高電圧が印加さ
れる減速用電極、及び加速用電極と減速用電極の中間の
電位に保たれた第３電極で形成される引出し電極のう
ち、前記第３電極に対向する前記減速用電極面が第３電
極方向に向かって凸形状に形成されているものであるか
ら、イオン源から低エネルギー、大電流ビームを引出す
にあたり、ビーム発散による電流損失を抑えて微小放電
回数を激減させることができるので、安定なビーム出し
に著しい効果がある。
の電位を与えるための加速用電極、負の高電圧が印加さ
れる減速用電極、及び加速用電極と減速用電極の中間の
電位に保たれた第３電極で形成される引出し電極のう
ち、前記第３電極に対向する前記減速用電極面が第３電
極方向に向かって凸形状に形成されているものであるか
ら、イオン源から低エネルギー、大電流ビームを引出す
にあたり、ビーム発散による電流損失を抑えて微小放電
回数を激減させることができるので、安定なビーム出し
に著しい効果がある。
第１図は、従来のイオン源用引出し電極系の形状と構成
を説明する電極系断面図、第２図は従来の引出し電極系
における電位分布を説明する図、第３図は本発明の引出
し電極系の形状を説明する図、第４図は本発明に基づく
一実施例を説明する図、第５図は本発明に基づく別の引
出し電極形状を説明する図である。 １……加速用電極、１′……プラズマ室、2,2′……減
速用電極、２″……減速電極に取付られる山型部分、3,
3′……第３電極、４……イオンビーム、５……プラズ
マ、６……マグネトロン、7a,7b……導波管、８……コ
イル、９……ガス導入パイプ、10,11……絶縁物。
を説明する電極系断面図、第２図は従来の引出し電極系
における電位分布を説明する図、第３図は本発明の引出
し電極系の形状を説明する図、第４図は本発明に基づく
一実施例を説明する図、第５図は本発明に基づく別の引
出し電極形状を説明する図である。 １……加速用電極、１′……プラズマ室、2,2′……減
速用電極、２″……減速電極に取付られる山型部分、3,
3′……第３電極、４……イオンビーム、５……プラズ
マ、６……マグネトロン、7a,7b……導波管、８……コ
イル、９……ガス導入パイプ、10,11……絶縁物。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 関 孝義 東京都国分寺市東恋ヶ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 岡田 修身 東京都国分寺市東恋ヶ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内
Claims (3)
- 【請求項１】プラズマから引出し電極系を使ってイオン
ビームを引出すイオン源において、 前記プラズマに正の電位を与えるための加速用電極、負
の高電圧が印加される減速用電極、及び前記加速用電極
と減速用電極の中間の電位に保たれた第３電極で形成さ
れる引出し電極のうち、前記第３電極に対向する前記減
速用電極面が第３電極方向に向って凸形状に形成されて
いることを特徴とするイオン源。 - 【請求項２】前記第３電極は、前記減速用電極に対向す
る面が凹形状に形成されてい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。 - 【請求項３】前記イオン源が、磁場中のマイクロ波放電
による高密度プラズマからイオンビームを引出すマイク
ロ波イオン源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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24702685A JPH0724204B2 (ja) | 1985-11-06 | 1985-11-06 | イオン源 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24702685A JPH0724204B2 (ja) | 1985-11-06 | 1985-11-06 | イオン源 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62108428A JPS62108428A (ja) | 1987-05-19 |
| JPH0724204B2 true JPH0724204B2 (ja) | 1995-03-15 |
Family
ID=17157297
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24702685A Expired - Lifetime JPH0724204B2 (ja) | 1985-11-06 | 1985-11-06 | イオン源 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0724204B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8471452B2 (en) * | 2006-06-30 | 2013-06-25 | Nordiko Technical Services Limited | Apparatus |
| JP6771926B2 (ja) * | 2016-03-31 | 2020-10-21 | 住友重機械工業株式会社 | イオン源装置 |
| WO2019058511A1 (ja) | 2017-09-22 | 2019-03-28 | 住友重機械工業株式会社 | イオン源装置 |
-
1985
- 1985-11-06 JP JP24702685A patent/JPH0724204B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62108428A (ja) | 1987-05-19 |
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