JPH07335160A - Mass separating electrode - Google Patents

Mass separating electrode

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JPH07335160A
JPH07335160A JP6150346A JP15034694A JPH07335160A JP H07335160 A JPH07335160 A JP H07335160A JP 6150346 A JP6150346 A JP 6150346A JP 15034694 A JP15034694 A JP 15034694A JP H07335160 A JPH07335160 A JP H07335160A
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JP
Japan
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electrode
ion
ion beam
mass
plates
Prior art date
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Pending
Application number
JP6150346A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Naoki Miyamoto
直樹 宮本
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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Abstract

PURPOSE:To prevent dielectric breakage of an insulative board even when unnecessary ion beam runs against an ion suppressing electrode to cause sputter of an electrode material by pinching the insulative board which is short in the vertical direction by a positive and a negative electrode, and providing a void below. CONSTITUTION:A mass separating device to extract an ion beam having a large area from an ion source and subject it to a mass separation process using the action of an electric field and magnetic field intersecting perpendicularly is equipped with a mass separating electrode 5. The electrode 5 is configured so that an insulative board 22 is pinched by apositive electrode 20 and a negative electrode 21 to form an electrode couple and that a void 28 is provided between the electrode plates 20, 21 in a position downstream about the beam advancing direction so that the insulative board 22 is shorter than the electrode plates 20, 21. Even though unneccesary ion beam 25 runs against an ion suppressing electrode 6 to cause sputtering of the metal of electrode 6, the position lies under the shadow of the electrode plates 20, 21, and a major portion of the undersurface of the insulative board 22 is free from metall attachment. Therefore, the positive electrode 20 and negative electrode 21 will not be shortcircuited, and the ion source can be operated for a long period of time.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は電界と磁界を同時に印
加することによりイオンビ−ムから所望の質量を持った
イオンを他のイオンから分離するE×B質量分離装置の
電極の構造に関する。イオン源は、原料ガスを導入しこ
れをプラズマに変え、これをイオンビ−ムにするための
装置である。イオン源から引き出したイオンビ−ムは、
対象物に照射して、イオン打ち込み、物性の改良など多
様な用途に用いることができる。イオン源では所望のイ
オンの他に様々な不純物のイオンも生成される可能性が
ある。細いイオンビ−ムを用いる場合は、扇型の電磁石
を用いた質量分離装置を用いることができる。強い電磁
石を用いるので質量分解能を大きく取ることができる。
しかし直径の大きいイオンビ−ムの場合は、従来の扇形
磁石の質量分離装置を用いることができない。磁石が大
きく嵩張るからである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electrode structure of an E.times.B mass separation device for separating ions having a desired mass from other ions by applying an electric field and a magnetic field at the same time. The ion source is a device for introducing a source gas, converting it into plasma, and converting this into an ion beam. The ion beam extracted from the ion source is
It can be used for various purposes such as irradiating an object and implanting ions and improving physical properties. In the ion source, various impurity ions may be generated in addition to the desired ions. When a thin ion beam is used, a mass separation device using a fan-shaped electromagnet can be used. Since a strong electromagnet is used, mass resolution can be increased.
However, in the case of an ion beam having a large diameter, the conventional fan magnet mass separation device cannot be used. This is because the magnet is large and bulky.

【0002】イオンビ−ム照射処理の時間を短縮するた
めに、大面積イオンビ−ムが用いられるようになってき
た。面イオンビ−ムという。これを生成するために、イ
オン源の出口に設けられている電極に縦横に多数のイオ
ン通し穴を穿孔する。数多くのイオン通し穴を通してビ
−ムを引き出すので、実効的に面積の広いイオンビ−ム
を引き出すことができる。このように多数のイオン通し
穴を通ったイオンビ−ムは扇形の磁石で質量分離できな
い。そこで面イオンビ−ムは質量分離しないのが普通で
ある。質量分離せず、イオン源で発生したイオンビ−ム
をそのまま被処理物に照射するようになっている。
Large-area ion beams have come to be used in order to shorten the ion beam irradiation treatment time. It is called a surface ion beam. In order to generate this, a large number of ion through holes are drilled vertically and horizontally in the electrode provided at the outlet of the ion source. Since the beam is extracted through a large number of ion through holes, it is possible to effectively extract an ion beam having a large area. Thus, the ion beam passing through a large number of ion passage holes cannot be mass-separated by the fan-shaped magnet. Therefore, the surface ion beam is usually not mass separated. The object to be processed is directly irradiated with the ion beam generated by the ion source without mass separation.

【0003】[0003]

【従来の技術】しかしながら、イオンビ−ムの中に不純
物イオンの混入を特に嫌う用途もある。このような場合
には、寸法の小さい質量分離装置を、それぞれの小さい
イオン通し穴に設けることが望ましい。そこで電界と磁
界の作用により質量分離するウイ−ンフィルタを利用す
る。これはウイ−ンフィルタともいうが、電界(E)と
磁界(B)の作用で質量分離するのでE×B型質量分離
装置ともいう。縦横に多数あるイオン通し穴にそれぞれ
ウイ−ンフィルタを設置する。この場合、磁界と電界で
は非対称になる。いずれも調整可能であるのが望ましい
のであるが、電磁石にすると嵩張ったものになる。そこ
で磁界を発生するものは永久磁石を使う。永久磁石は容
積が小さくて電線も不要である。永久磁石であるので磁
束密度が決まってしまう。電界を与えるものは平行平板
を対抗させ電極とし、これの間に電圧を印加することに
よってなる。電圧を変えることにより任意の電界を発生
させることができる。
However, there are some applications in which the incorporation of impurity ions into the ion beam is particularly disliked. In such a case, it is desirable to provide a small-sized mass separation device for each small ion passage hole. Therefore, we use a Wien filter that separates the mass by the action of the electric field and the magnetic field. This is also called a Wien filter, but it is also called an E × B type mass separator because it performs mass separation by the action of an electric field (E) and a magnetic field (B). Wean filters are installed in each of the vertical and horizontal ion through holes. In this case, the magnetic field and the electric field are asymmetric. It is desirable that all of them be adjustable, but an electromagnet makes them bulky. Therefore, a permanent magnet is used to generate the magnetic field. The permanent magnet has a small volume and does not require an electric wire. Since it is a permanent magnet, the magnetic flux density is fixed. Those that give an electric field are formed by opposing parallel plates as electrodes and applying a voltage between them. An arbitrary electric field can be generated by changing the voltage.

【0004】M行×K列に並ぶMK個のイオン通し穴が
あるとする。全てのイオン通し穴に同じ方向に電界、磁
界を発生させるものとする。磁界を発生するのは2つの
永久磁石を異極が対向するように並べなければならな
い。また一つの永久磁石を隣接列の穴と共通に利用する
ことができる。結局MK個のイオン通し穴に対して、M
K個の永久磁石が必要になる。永久磁石は孤立している
ので、自在に分布させることができる。電界を与える電
極は配線の問題がある。そこで、イオン通し穴を介して
正負の電極を対向させる。一つの行について対向電極が
1対必要であるから、結局2M個の電極を設ける必要が
ある。
It is assumed that there are MK ion through holes arranged in M rows × K columns. Electric fields and magnetic fields shall be generated in the same direction in all ion passage holes. In order to generate a magnetic field, two permanent magnets must be arranged so that the opposite poles face each other. Also, one permanent magnet can be used in common with the holes in the adjacent rows. After all, for MK ion through holes, M
K permanent magnets are required. Since the permanent magnets are isolated, they can be freely distributed. Electrodes that give an electric field have a wiring problem. Therefore, the positive and negative electrodes are opposed to each other through the ion passage hole. Since one pair of counter electrodes is required for one row, it is necessary to provide 2M electrodes in the end.

【0005】図1は面イオンビ−ムを発生する装置の電
極部分の縦断面図である。図3はこの内の、永久磁石と
電極を並べた分離電極の平面図である。これは3行4列
のイオン通し穴を示すが、実際はもっと数多くの通し穴
がある。これは本出願人の特願平5−154511号に
提案された分離電極である。イオン源1の出口に複数の
電極が設けられる。イオン源1には原料ガスの導入口2
があり、原料ガスをイオン源1の内部に導入する。直流
放電、マイクロ波放電、高周波放電などにより原料ガス
を励起しプラズマとし、電極に印加した電圧の作用によ
りイオンビ−ムとして引き出す。ここで問題にするの
は、このうち電極の構造に関するものである。
FIG. 1 is a vertical sectional view of an electrode portion of a device for generating a surface ion beam. FIG. 3 is a plan view of the separation electrode in which the permanent magnet and the electrode are arranged side by side. This shows a 3 × 4 ion through hole, but there are actually more through holes. This is the separation electrode proposed in Japanese Patent Application No. 5-154511 of the present applicant. A plurality of electrodes are provided at the outlet of the ion source 1. Source gas inlet 2 for ion source 1
Then, the source gas is introduced into the ion source 1. The raw material gas is excited by direct current discharge, microwave discharge, high frequency discharge, etc. to generate plasma, which is extracted as an ion beam by the action of the voltage applied to the electrodes. The problem here is related to the structure of the electrodes.

【0006】この例では6つの電極板がイオン源の出口
開口に設置される。チャンバに近い方から、プラズマ電
極3、引出電極4、質量分離電極5、イオン抑制電極
6、電子抑制電極(減速電極)7、接地電極8よりな
る。これらの電極板3〜8は平行な板である。平面方向
には同一の場所にイオン通し穴が穿たれる。軸方向に穴
が並ぶので、チャンバに発生したプラズマは直進して外
部に出てくる。これらの電極板は金属板に多数の通し穴
を穿孔したものである。イオン源1からイオンビ−ムを
引き出すために、電極には適当な電圧が印加される。加
速電源9により加速電圧Vacc がプラズマ電極3に印加
される。これはイオンビ−ムを適当な速度に加速して対
象物に当てるためのものである。
In this example, six electrode plates are installed at the exit opening of the ion source. From the side closer to the chamber, the plasma electrode 3, the extraction electrode 4, the mass separation electrode 5, the ion suppression electrode 6, the electron suppression electrode (deceleration electrode) 7, and the ground electrode 8 are provided. These electrode plates 3 to 8 are parallel plates. Ion through holes are formed at the same position in the plane direction. Since the holes are lined up in the axial direction, the plasma generated in the chamber goes straight out to the outside. These electrode plates are metal plates in which a large number of through holes are formed. In order to extract the ion beam from the ion source 1, an appropriate voltage is applied to the electrodes. An acceleration voltage V acc is applied to the plasma electrode 3 by the acceleration power supply 9. This is for accelerating the ion beam to an appropriate speed and hitting the object.

【0007】電子抑制電極7には減速電源10により−
spの負電圧が印加される。これによりイオンビ−ムに
よって生成される二次電子を追い返す。引出電源11
(Vex)により、プラズマ電極3の電圧Vacc よりもV
exだけ低い電圧(Vacc −Vex)が引出電極4に印加さ
れる。プラズマ電極3と、引出電極4の間の電圧差Vex
によりイオン源チャンバからイオンが引き出される。質
量分離電極5には2種類の電極板が含まれる。これらの
電極には引出電極を基準として正負の電圧が印加され
る。このために分離電源13、14が設けられる。質量
分離電極5は、電界と磁界の作用によりイオンを質量分
離する電極である。これは全ての通し穴に永久磁石が対
抗するように取り付けられ、これに直行する方向に電極
板が設けられる。断面積の大きい面イオンビ−ムを質量
分離するものである。横断平面図である図3によって質
量分離電極の構造を説明する。
A deceleration power supply 10 applies to the electron suppression electrode 7
A negative voltage of V sp is applied. This repels secondary electrons generated by the ion beam. Power supply 11
(V ex ), V is more than voltage V acc of plasma electrode 3
A voltage (V acc -V ex ) lower by ex is applied to the extraction electrode 4. The voltage difference V ex between the plasma electrode 3 and the extraction electrode 4
Causes ions to be extracted from the ion source chamber. The mass separation electrode 5 includes two types of electrode plates. Positive and negative voltages are applied to these electrodes with reference to the extraction electrode. To this end, separate power supplies 13, 14 are provided. The mass separation electrode 5 is an electrode that mass-separates ions by the action of an electric field and a magnetic field. The permanent magnets are attached to all the through holes so as to face each other, and the electrode plates are provided in a direction orthogonal to the permanent magnets. This is for mass-separating a plane ion beam having a large cross-sectional area. The structure of the mass separation electrode will be described with reference to FIG. 3, which is a cross-sectional plan view.

【0008】行方向(X方向)には多数の永久磁石41
が適当な非磁性絶縁体の保持板40によって支持されて
いる。これらの永久磁石の極性は同一の方向である。こ
の図では全てのイオン通し穴15において、磁力線は上
向き(Y方向)に発生している。永久磁石群と直交する
ように多数の電極対19が設けられる。つまり列方向に
電極対19が伸びている。電極対19は行方向に多数平
行に設置される。イオン通し穴がM行K列あるとすると
永久磁石は(M+1)K個必要である。電極対は列方向
には共通であるからより少ない。電極対の数はK+1個
である。
A large number of permanent magnets 41 are arranged in the row direction (X direction).
Are supported by a holding plate 40 of a suitable non-magnetic insulator. The polarities of these permanent magnets are in the same direction. In this figure, the magnetic force lines are generated in the upward direction (Y direction) in all the ion passage holes 15. A large number of electrode pairs 19 are provided so as to be orthogonal to the permanent magnet group. That is, the electrode pairs 19 extend in the column direction. A large number of electrode pairs 19 are installed in parallel in the row direction. If there are M rows and K columns of ion passing holes, (M + 1) K permanent magnets are required. The number of electrode pairs is the same in the column direction, and thus is smaller. The number of electrode pairs is K + 1.

【0009】この配置は電極対の方向、永久磁石の方向
を同一にすることができるのでより単純である。電極対
は金属の電極である20、21とこれらの間にあるセラ
ミックなどの絶縁板22よりなる。電極板は、正電圧を
印加するものと負電圧を印加するものの2群に分けられ
る。これらを正電極20、負電極21ということにす
る。これは電源14、13により、引出電極4、イオン
抑制電極6に対してそれぞれ正、負の電圧が印加される
からである。一つの電極対19は正電極20、絶縁板2
2、負電極21を組み合わせたものである。これらは予
め一体に形成されている。
This arrangement is simpler because the direction of the electrode pair and the direction of the permanent magnet can be made the same. The electrode pair is composed of metal electrodes 20, 21 and an insulating plate 22 made of ceramic or the like between them. The electrode plates are divided into two groups, those for applying a positive voltage and those for applying a negative voltage. These are referred to as the positive electrode 20 and the negative electrode 21. This is because the power supplies 14 and 13 apply positive and negative voltages to the extraction electrode 4 and the ion suppression electrode 6, respectively. One electrode pair 19 is a positive electrode 20, an insulating plate 2
2 and the negative electrode 21 are combined. These are integrally formed in advance.

【0010】正電極20はそれぞれまとめてねじ棒3
0、ナット31により結合される。これは先述のように
電源14に接続される。負電極21もそれぞれまとめて
別のねじ棒30、ナット31によって結合される。これ
は電源13に接続される。非磁性体絶縁体の保持板40
は行方向に伸びる板であるが、これには電極対19を通
す穴があり、ここに全ての電極対19が通っている。電
極対19と保持板40により格子が形成され、格子の穴
がイオンビ−ム通し穴15になる。
The positive electrodes 20 are collectively screwed rods 3
It is connected by 0 and the nut 31. It is connected to the power supply 14 as previously described. The negative electrodes 21 are also connected together by another screw rod 30 and a nut 31. It is connected to the power supply 13. Nonmagnetic insulator holding plate 40
Is a plate extending in the row direction, and there is a hole through which the electrode pair 19 passes, through which all electrode pairs 19 pass. A grid is formed by the electrode pair 19 and the holding plate 40, and the grid holes serve as the ion beam through holes 15.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】図2は質量分離電極5
の一部の拡大断面図である。イオン源から来たイオンビ
−ムの中には不要な荷電粒子25が含まれる。これは質
量分離電極によって除かれるはずである。電界磁界の作
用でそのような不要ビ−ム25は曲げられてイオン抑制
電極6に衝突する。するとイオン抑制電極6がスパッタ
リングされる。銅粒子26がイオン抑制電極6から叩き
出される。銅粒子26は弾き飛ばされて四方に飛散す
る。かなりの量の銅粒子が電極対の下面に付着する。一
部は絶縁板22の下面に付く。絶縁板22下面の堆積物
27が徐々に増加する。堆積物27が広がると、絶縁板
22の下面の一部が導通し、正電極20と負電極21が
電気的に接続されるようになる。こうなると電極間が短
絡するので、イオン源の運転を中止しなければならな
い。
FIG. 2 shows a mass separation electrode 5
It is a partially expanded sectional view of FIG. Unwanted charged particles 25 are contained in the ion beam coming from the ion source. This should be eliminated by the mass separation electrode. The unnecessary beam 25 is bent by the action of the electric and magnetic field and collides with the ion suppressing electrode 6. Then, the ion suppression electrode 6 is sputtered. The copper particles 26 are knocked out from the ion suppression electrode 6. The copper particles 26 are repelled and scattered in all directions. A considerable amount of copper particles adhere to the lower surface of the electrode pair. A part is attached to the lower surface of the insulating plate 22. The deposit 27 on the lower surface of the insulating plate 22 gradually increases. When the deposit 27 spreads, a part of the lower surface of the insulating plate 22 becomes conductive and the positive electrode 20 and the negative electrode 21 are electrically connected. In this case, the electrodes are short-circuited, and the operation of the ion source must be stopped.

【0012】イオンド−ピングに使う例に即して説明す
る。アモルファスSiに、p型のド−パントを導入する
ためにB26 をイオンビ−ムにして照射する。あるい
はn型のド−パントを導入するためにPH3 をイオンビ
−ムにして照射する。いずれの場合でもイオン源では水
素イオン(陽子)が大量に発生する。これはプラズマ電
極3を通り、質量分離電極5で質量分離され、その下の
イオン抑制電極6に強く衝突する。これが銅をスパッタ
リングするのである。絶縁板22は例えば厚みが1mm
程度の薄いものである。質量分離電極5の電極間電圧は
100V程度である。スパッタ粒子が絶縁板の下面に付
着し絶縁が破れることがある。本発明はこのように不要
イオンビ−ムがイオン抑制電極6に衝突し、電極材料を
スパッタリングしても、絶縁板の絶縁が破れないように
した質量分離電極5を提供することを目的とする。つま
りスパッタ粒子による絶縁破壊を解決することが本発明
の目的である。
An example used for ion doping will be described. Amorphous Si is irradiated with B 2 H 6 as an ion beam in order to introduce a p-type dopant. Alternatively, in order to introduce an n-type dopant, PH 3 is used as an ion beam for irradiation. In any case, a large amount of hydrogen ions (protons) are generated in the ion source. This passes through the plasma electrode 3, is mass-separated by the mass separation electrode 5, and collides strongly with the ion suppression electrode 6 therebelow. This sputters copper. The insulating plate 22 has a thickness of 1 mm, for example.
It is thin. The inter-electrode voltage of the mass separation electrode 5 is about 100V. Sputtered particles may adhere to the lower surface of the insulating plate and break the insulation. An object of the present invention is to provide a mass separation electrode 5 in which the insulation of the insulating plate is not broken even when the unwanted ion beam collides with the ion suppression electrode 6 and the electrode material is sputtered. That is, it is an object of the present invention to solve the dielectric breakdown due to sputtered particles.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明のイオン源の質量
分離電極は、正電極と負電極とにより絶縁板を挟んでな
る電極対において、電極板より絶縁板を上下方向に小さ
くし、絶縁板の下方部分に空隙部を作り、スパッタリン
グ粒子から絶縁板下面が死角になるようにしたものであ
る。
A mass separation electrode of an ion source according to the present invention is a pair of electrodes in which an insulating plate is sandwiched between a positive electrode and a negative electrode, and the insulating plate is made smaller than the electrode plate in the vertical direction to provide insulation. A void is formed in the lower part of the plate so that the lower surface of the insulating plate becomes a blind spot from the sputtered particles.

【0014】[0014]

【作用】本発明のイオン源の質量分離電極は、正電極と
負電極により上下方向に短い絶縁板を挟み、下方に空隙
部を作っている。このために不要なイオンビ−ムがイオ
ン抑制電極に当たって電極の金属をスパッタリングして
も、電極板の影になり、絶縁板の下面の大部分に金属が
付着しない。ために絶縁板の大部分が絶縁性を確保する
ことができる。正電極と負電極が短絡しない。イオン源
の運転を長時間持続することができる。
In the mass separation electrode of the ion source of the present invention, a short insulating plate is vertically sandwiched between the positive electrode and the negative electrode, and a void is formed below. For this reason, even if unnecessary ion beams hit the ion suppression electrode and sputter the metal of the electrode, the metal shadows the electrode plate and the metal does not adhere to most of the lower surface of the insulating plate. Therefore, the insulation of most of the insulating plates can be ensured. The positive and negative electrodes do not short circuit. The operation of the ion source can be continued for a long time.

【0015】図7は本発明の原理を簡明に示す。電極対
の3つの部材の内、電極板20、21よりも、絶縁板2
2の下面29が高くなっている。電極板20、21に挟
まれる下半分の間に空隙部28が生ずる。絶縁板22の
下面29の大部分は前方の電極21の影になる。不要な
イオンビ−ム25が質量分離電極の直下のイオン抑制電
極に衝突して、電極材料26(例えば銅)が叩き出され
ても、前方の電極21の影になるので、材料26が絶縁
板22の下面29に殆ど付かない。一部に堆積物27が
できたとしても、下面29の全体が堆積物27によって
覆われるということがない。従って両側の電極20、2
1が金属堆積物によって短絡することがない。
FIG. 7 briefly illustrates the principle of the present invention. Of the three members of the electrode pair, the insulating plate 2 is more preferable than the electrode plates 20 and 21.
The lower surface 29 of 2 is raised. A void 28 is formed between the lower halves sandwiched between the electrode plates 20 and 21. Most of the lower surface 29 of the insulating plate 22 is in the shadow of the front electrode 21. Even if the unnecessary ion beam 25 collides with the ion suppression electrode immediately below the mass separation electrode and the electrode material 26 (for example, copper) is hammered out, it becomes a shadow of the electrode 21 in front, so that the material 26 is an insulating plate. Almost not attached to the lower surface 29 of 22. Even if the deposit 27 is partially formed, the entire lower surface 29 is not covered with the deposit 27. Therefore, the electrodes 20, 2 on both sides
1 is not short circuited by metal deposits.

【0016】[0016]

【実施例】図4は本発明の実施例に係る電極対の概略斜
視図である。正電極20は長方形の金属板、負電極21
も同じ大きさの金属板である。中間には絶縁板22があ
る。電極板の高さをK、絶縁板の高さをHとする。これ
らの3つの部材は長手方向には同じ長さLを持つ。ま
た、引出電極4に近いほうの辺は面一になっている。し
かしイオン抑制電極に近い方では、絶縁板22が窪んだ
形状になっている。電極板の間には空隙部28ができ
る。絶縁板22の下面29が、電極板下面より引込んだ
位置にある。空隙の高さSは、S=K−Hである。
EXAMPLE FIG. 4 is a schematic perspective view of an electrode pair according to an example of the present invention. The positive electrode 20 is a rectangular metal plate, and the negative electrode 21.
Is a metal plate of the same size. There is an insulating plate 22 in the middle. Let K be the height of the electrode plate and H be the height of the insulating plate. These three members have the same length L in the longitudinal direction. The side closer to the extraction electrode 4 is flush. However, the insulating plate 22 has a recessed shape near the ion suppression electrode. A gap 28 is formed between the electrode plates. The lower surface 29 of the insulating plate 22 is at a position retracted from the lower surface of the electrode plate. The height S of the void is S = K-H.

【0017】図5は電極板の形状を示す。(1)は正面
図、(2)は平面図、(3)は底面図である。(4)は
(1)の4−4断面図、(5)は(1)の5−5断面図
である。(6)は(1)の6−6断面図である。電極板
は同じ形状であるが、上辺の一部に切り欠き部32があ
る。この部分において他の電極板と絶縁板には、ねじ通
し穴33が穿孔されている。(4)〜(6)に示すよう
に、絶縁板の下面が両側の電極よりも高くなっている。
斜め下方から絶縁板下面を見上げると大部分が電極の影
になるようにする。
FIG. 5 shows the shape of the electrode plate. (1) is a front view, (2) is a plan view, and (3) is a bottom view. (4) is a 4-4 sectional view of (1), and (5) is a 5-5 sectional view of (1). (6) is a 6-6 sectional view of (1). Although the electrode plates have the same shape, there is a notch 32 in a part of the upper side. In this portion, screw holes 33 are drilled in the other electrode plates and the insulating plate. As shown in (4) to (6), the lower surface of the insulating plate is higher than the electrodes on both sides.
When you look up at the lower surface of the insulating plate from diagonally below, most of it will be in the shadow of the electrode.

【0018】図6は本発明の電極構造を有するイオン源
全体の略縦断面図である。イオン源1は原料ガスを導入
し、これをプラズマにする。イオン源1の開口部には6
枚の電極が設けられる。プラズマ電極3、引出電極4、
質量分離電極5、イオン抑制電極6、電子抑制電極(減
速電極)7、接地電極8である。これら電極板には同一
の位置にイオンビ−ム通し穴が穿孔される。プラズマ電
極3には通し穴23、引出電極4には通し穴24、質量
分離電極5には通し穴15がある。さらにイオン抑制電
極6には通し穴16、電子抑制電極7(減速電極)には
通し穴17、接地電極8にも通し穴18がある。これら
の通し穴はビ−ム進行方向に合致するようになってい
る。
FIG. 6 is a schematic vertical sectional view of the entire ion source having the electrode structure of the present invention. The ion source 1 introduces a raw material gas and turns it into plasma. 6 in the opening of the ion source 1
A sheet of electrodes is provided. Plasma electrode 3, extraction electrode 4,
A mass separation electrode 5, an ion suppression electrode 6, an electron suppression electrode (deceleration electrode) 7, and a ground electrode 8. Ion beam through holes are formed at the same positions in these electrode plates. The plasma electrode 3 has a through hole 23, the extraction electrode 4 has a through hole 24, and the mass separation electrode 5 has a through hole 15. Further, the ion suppressing electrode 6 has a through hole 16, the electron suppressing electrode 7 (deceleration electrode) has a through hole 17, and the ground electrode 8 also has a through hole 18. These through holes are adapted to match the beam traveling direction.

【0019】プラズマ電極3、イオン源チャンバには加
速電源9により加速電圧Vacc を印加してある。引出電
源11が、加速電圧よりもVex低い電圧を引出電極4と
イオン抑制電極6に印加している。これによりプラズマ
がイオンビ−ムとして引き出される。質量分離電極5を
同じ電位の電極4、6によって挟んでいるから質量分離
電極5の電極板20、21に印加される電圧が上下の電
極電位に関して対称になる。電極20には正電圧、電極
21には負電圧が印加される。これは100V〜200
Vの程度である。
An acceleration voltage V acc is applied to the plasma electrode 3 and the ion source chamber by an acceleration power supply 9. The extraction power source 11 applies a voltage V ex lower than the acceleration voltage to the extraction electrode 4 and the ion suppression electrode 6. As a result, plasma is extracted as an ion beam. Since the mass separation electrode 5 is sandwiched by the electrodes 4 and 6 having the same potential, the voltages applied to the electrode plates 20 and 21 of the mass separation electrode 5 are symmetrical with respect to the upper and lower electrode potentials. A positive voltage is applied to the electrode 20 and a negative voltage is applied to the electrode 21. This is 100V-200
It is the degree of V.

【0020】図3に示すように、電極対19が列方向に
並び、永久磁石41が行方向に並ぶ。磁界は列方向(Y
方向)に形成される。正イオンに対する磁界のロ−レン
ツ力はX方向に働く。電界は行方向(−X方向)にでき
る。通し穴15はZ方向に伸びている。電界(−X)と
磁界の作用(X)が正反対になる。E×Bの作用により
イオンビ−ムが質量分離される。所望のエネルギ−、質
量のイオンビ−ムのみが通し穴15を直進することがで
きる。Z方向の速度wが、w=E/Bのものだけがここ
を通過できる。質量がこれより大きいものは、速度wが
これより小さいので、電界が優越し電界の方向(−X)
に曲がる。質量が小さいものはwがこれより大きいから
磁界が勝って、電界と反対の方向(X)に曲がる。
As shown in FIG. 3, the electrode pairs 19 are arranged in the column direction, and the permanent magnets 41 are arranged in the row direction. The magnetic field is in the column direction (Y
Direction). The Lorentz force of the magnetic field on the positive ions acts in the X direction. The electric field can be in the row direction (-X direction). The through hole 15 extends in the Z direction. The electric field (-X) and the action of the magnetic field (X) are opposite to each other. The ion beam is mass-separated by the action of E × B. Only an ion beam having a desired energy and mass can go straight through the through hole 15. Only those with a velocity w in the Z direction of w = E / B can pass through here. If the mass is larger than this, the velocity w is smaller than this, so the electric field is superior and the direction of the electric field (-X)
Turn to. In the case of a small mass, since w is larger than this, the magnetic field prevails and bends in the direction (X) opposite to the electric field.

【0021】質量分離電極5は、所望のイオンビ−ム以
外のイオンのビ−ムを曲げてイオン抑制電極6に当て
て、これらを除去するものである。所望イオン以外のイ
オンビ−ム25(例えば水素イオン)は、図7に示すよ
うに、質量分離電極5により曲げられて、イオン抑制電
極6に衝突する。強いエネルギ−を持つので、衝突によ
り電極6の材料の一部がスパッタリングされる。材料原
子26(例えば銅)が叩き出される。四方に導電材料2
6が出る。これが直進するが電極板20、21の下面に
より遮蔽されて、絶縁板の下面22には殆ど付着しな
い。堆積物27が少しは付くが、全面に連続して付かな
いので、絶縁性を維持できる。実際には、図6に示すよ
うに一つの電極対の両側に通し穴があり、イオンビ−ム
は左右の通し穴を通過する。電極6からのスパッタリン
グ粒子は左右から電極対へ飛来する。しかし絶縁板は両
側を電極板によって目隠しされるから両側からのスパッ
タ粒子を防ぐことができる。
The mass separation electrode 5 bends a beam of ions other than a desired ion beam and applies it to the ion suppressing electrode 6 to remove them. Ion beams 25 (for example, hydrogen ions) other than the desired ions are bent by the mass separation electrode 5 and collide with the ion suppression electrode 6, as shown in FIG. Due to the high energy, a part of the material of the electrode 6 is sputtered by the collision. Material atoms 26 (eg, copper) are knocked out. Conductive material 2 on all sides
I get 6. Although this goes straight, it is shielded by the lower surfaces of the electrode plates 20 and 21, and hardly adheres to the lower surface 22 of the insulating plate. Although the deposit 27 is slightly attached, the deposit 27 is not continuously attached to the entire surface, so that the insulating property can be maintained. Actually, there are through holes on both sides of one electrode pair as shown in FIG. 6, and the ion beam passes through the left and right through holes. Sputtered particles from the electrode 6 fly to the electrode pair from the left and right. However, since the insulating plate is covered on both sides by the electrode plates, sputtered particles from both sides can be prevented.

【0022】[0022]

【発明の効果】質量分離電極5の電極対の両側にある金
属の電極板20、21の下端よりも、中間の絶縁板の下
端を高くしているから、所望イオン以外のイオンビ−ム
が直下のイオン抑制電極6に衝突し、電極をスパッタリ
ングしても、スパッタ粒子が絶縁板の下面の全体に付着
することがない。このために両側の電極間が短絡しな
い。全ての電極板は共通になって電源13、14により
バイアスが与えられている。もしも1箇所でも短絡する
と、もはや質量分離することができないようになる。本
発明では電極対の全ての点で、電極間が短絡するのを防
ぐことができる。簡単な工夫により短絡事故を防ぐこと
ができるので有用な発明である。
Since the lower ends of the intermediate insulating plates are made higher than the lower ends of the metal electrode plates 20 and 21 on both sides of the electrode pair of the mass separation electrode 5, ion beams other than the desired ions are directly below. Even when the electrode is sputtered by colliding with the ion suppression electrode 6 of No. 1, sputtered particles do not adhere to the entire lower surface of the insulating plate. Therefore, the electrodes on both sides are not short-circuited. All electrode plates are common and biased by power supplies 13 and 14. If there is a short circuit at even one point, mass separation will no longer be possible. In the present invention, it is possible to prevent a short circuit between the electrodes at all points of the electrode pair. This is a useful invention because a short circuit accident can be prevented by a simple device.

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

【図1】質量分離電極を有する従来例に係るイオン源の
電極の縦断面図。
FIG. 1 is a vertical cross-sectional view of an electrode of an ion source according to a conventional example having a mass separation electrode.

【図2】図1のイオン源電極の内、質量分離電極の下部
の断面図。
FIG. 2 is a cross-sectional view of the lower part of the mass separation electrode in the ion source electrode of FIG.

【図3】ウイ−ンフィルタを各イオンビ−ム通し穴に備
えた、質量分離電極の横断平面図。
FIG. 3 is a cross-sectional plan view of a mass separation electrode provided with a wean filter in each ion beam through hole.

【図4】本発明の質量分離電極の電極対の斜視図。FIG. 4 is a perspective view of an electrode pair of the mass separation electrode of the present invention.

【図5】本発明の質量分離電極の電極対の図。(1)は
正面図、(2)は平面図、(3)は底面図、(4)は
(1)の4−4断面図、(5)は5−5断面図、(6)
は6−6断面図。
FIG. 5 is a diagram of an electrode pair of the mass separation electrode of the present invention. (1) is a front view, (2) is a plan view, (3) is a bottom view, (4) is a 4-4 sectional view of (1), (5) is a 5-5 sectional view, (6)
6-6 is a sectional view.

【図6】質量分離電極を有する本発明のイオン源の電極
の縦断面図。
FIG. 6 is a longitudinal sectional view of an electrode of the ion source of the present invention having a mass separation electrode.

【図7】本発明においてスパッタ粒子が絶縁板の下面の
全体に付着しないということを説明するための断面図。
FIG. 7 is a cross-sectional view for explaining that sputtered particles do not adhere to the entire lower surface of the insulating plate in the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 イオン源 2 原料ガス入り口 3 プラズマ電極 4 引出電極 5 質量分離電極 6 イオン抑制電極 7 電子抑制電極(減速電極) 8 接地電極 9 加速電源 10 減速電源 11 引出電源 12 イオンビ−ム 13 質量分離電極用負電源 14 質量分離電極用正電源 15 イオンビ−ム通し穴 20 質量分離電極の電極対の正電極 21 質量分離電極の電極対の負電極 22 質量分離電極の電極対の絶縁板 25 質量分離電極によって除去されるイオンビ−ム 26 イオン抑制電極からスパッタリングされた粒子
(例えば銅粒子) 27 堆積物 28 電極対の空隙 29 絶縁板下面 30 ねじ棒 31 ナット
1 ion source 2 raw material gas inlet 3 plasma electrode 4 extraction electrode 5 mass separation electrode 6 ion suppression electrode 7 electron suppression electrode (deceleration electrode) 8 ground electrode 9 acceleration power supply 10 deceleration power supply 11 extraction power supply 12 ion beam 13 for mass separation electrode Negative power source 14 Positive power source for mass separation electrode 15 Ion beam through hole 20 Positive electrode of electrode pair of mass separation electrode 21 Negative electrode of electrode pair of mass separation electrode 22 Insulation plate of electrode pair of mass separation electrode 25 By mass separation electrode Ion beam to be removed 26 Particles (for example, copper particles) sputtered from the ion suppression electrode 27 Deposit 28 Void of electrode pair 29 Lower surface of insulating plate 30 Screw rod 31 Nut

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 イオン源から大面積のイオンビ−ムを引
き出し、これを直交する電界と磁界の作用により質量分
離するための装置であって、2枚の電極板で絶縁板を挟
んでなり複数枚平行に並べられた電極対と、電極対に直
角に複数枚平行に並べられる非磁性体の保持板と、互い
に異極が対向するように保持板に取り付けられる永久磁
石とよりなり、電極対の対応する正電極には正電圧を、
電極対の他の対応する負電極には負電圧を印加し、電極
対と保持板の間に形成されるイオンビ−ム通し穴におい
て対向電極間に電界を形成し、同じ通し穴において電界
が永久磁石による磁界と直交するようにして、所望の質
量とエネルギ−を有するイオンビ−ムのみがイオンビ−
ム通し穴を直進できるようにしてあり、電極対の絶縁板
は両側の電極板よりも高さが低くなっており、ビ−ム進
行方向の下流側において電極板間に空隙が形成されてい
ることを特徴とする質量分離電極。
1. An apparatus for extracting an ion beam having a large area from an ion source and mass-separating the ion beam by the action of an electric field and a magnetic field which are orthogonal to each other, and comprising a plurality of insulating plates sandwiched between two electrode plates. A pair of electrodes arranged in parallel, a holding plate made of a non-magnetic material arranged in parallel at right angles to the electrode pair, and a permanent magnet attached to the holding plate so that different poles face each other. A positive voltage is applied to the corresponding positive electrode of
A negative voltage is applied to the other corresponding negative electrode of the electrode pair to form an electric field between the counter electrodes in the ion beam through hole formed between the electrode pair and the holding plate, and the electric field is generated by the permanent magnet in the same through hole. Only the ion beams having the desired mass and energy are orthogonal to the magnetic field.
The insulating plate of the electrode pair is lower in height than the electrode plates on both sides, and a gap is formed between the electrode plates on the downstream side in the beam traveling direction. A mass separation electrode characterized by the above.
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