JPH08335447A

JPH08335447A - イオン源

Info

Publication number: JPH08335447A
Application number: JP16685595A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Maeno; 修一前野; Yasunori Ando; 靖典安東; Hiroshi Inami; 宏稲実
Original assignee: Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Nissin Electric Co Ltd
Priority date: 1995-06-07
Filing date: 1995-06-07
Publication date: 1996-12-17

Abstract

(57)【要約】【目的】４枚の引き出し電極を有するイオン源におい
て電極の製造コストを削減すること。【構成】第１電極と第４電極を同一形状同一寸法にす
る。第２電極と第３電極を同一形状同一寸法にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、４枚電極を有するイ
オン源の電極構造に関する。イオン源は原料ガスを直流
放電、交流放電、高周波放電などによって励起しプラズ
マとして、電極の作用によってイオンビ−ムとして引き
出すものである。チャンバ内には、放電を起こさせるた
めのフィラメント、対向電極、ヒ−タなどが設けられ
る。チャンバは真空に引かれる。マイクロ波を励起源と
する時はマグネトロンとチャンバが導波管によって結合
される。原料ガス導入口があってここからチャンバ内に
原料ガスが導かれる。チャンバの一方の開口には電極系
が設置される。これはイオンビ−ムの通る穴が多数穿孔
されている導体の板である。

【０００２】３枚組または４枚組のものがある。電極の
間には適当な電圧がかかっている。３枚電極の場合は、
１枚目を加速電極（プラズマ電極、正電極）といい正高
電圧がかかっている。２枚目は減速電極（負電極）とい
い負電圧がかかっている。二次電子がイオン源に入るの
を防ぐものである。３枚目が接地電極である。４枚組の
ものは正電極が２枚あり、これが１枚目と２枚目になっ
ている。３枚目は負電極であり、４枚目が接地電極であ
る。それぞれ円板状の金属板であって、同じ箇所にイオ
ンビ−ムを通すための穴が開いている。本発明は４枚電
極のイオン源の改良に関する。

【０００３】

【従来の技術】イオン源はイオンを利用する機器、装置
に広く採用される。例えばイオン注入装置や、表面処理
装置などのイオン生成機構として用いられる。多くのイ
オン源は３枚電極である。加速電圧の低いものは３枚電
極で十分である。４枚電極のイオン源は少ない。しかし
加速電圧が数百ｋｅＶを越えるものは４枚電極であるこ
とが望ましい。４枚電極であると、１枚目、２枚目には
正高電圧が、３枚目は低い負電圧がかかっている。４枚
目が接地電極である（Ｖ＝０）。１、２枚目の電位差は
小さい。３、４枚目の電位差も小さい。場合によるがせ
いぜい数ｋｅＶの程度である。

【０００４】４枚の電極の間隔をＤ１、Ｄ２、Ｄ３とす
る。１枚目と２枚目電極の間隔Ｄ１は小さくできる。電
位差が小さいからである。３枚目と４枚目の電極間隔Ｄ
３も狭くできる。やはり電位差が小さいからである。し
かし２枚目と３枚目の間隔Ｄ２はそれほど詰める訳には
ゆかない。電極間の電位差が大きいからである。イオン
ビ−ムの分布からすると電極間隔は狭い方が良い。広い
とビ−ムが拡がってしまうからである。しかし相互の絶
縁などの問題もあり電極間隔をあまりに狭くすることが
できない。

【０００５】４枚電極のイオン源は例えば、Ian G.Brow
n,"High Current Ion Source",Proc.12th Symp.on ISIA
T '89,Tokyo,p63(1989) に説明がある。図４に概略の構
成を示す。円筒形のチャンバ１の周囲に永久磁石２を多
数埋め込み、チャンバ１の上方にフィラメント３をもっ
ている。原料ガスはガス入り口４からチャンバ１内に導
入される。原料ガスをフィラメント３とチャンバ１壁の
間のア−ク放電によって励起している。下方には平行平
板の４枚電極Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４を備える。電極は
平行平板の有孔板を周辺において上向きに支えるような
構造になっている。つまりどの電極も上向きに凸型の断
面をしている。支持のための機構が上向きの円錐形状で
ある。最も外側においてこれらの４つの電極の支持機構
Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４は絶縁体５によって支持され
る。

【０００６】絶縁による支持部が下方にくるから、どう
しても電極は上に凸の形状になる。つまりコップを伏せ
たような形になる。電極には単に電圧をかければ良いと
いうものではない。プラズマの衝突によって電極が加熱
されるから、これを冷やすために電極の内部に冷却水、
冷却液を流す必要がある。このために冷却液の配管の問
題もある。このような訳で、４枚の電極の全てが上向き
に凸形状になっていたのである。

【０００７】上向きといってもそれぞれ形状が違う。イ
オンビ−ムの広がりを押さえるために電極間隔は狭い。
しかし外周の支持部は絶縁を高め、配管を通す必要があ
るから、上下に十分に離す必要がある。すると、支持脚
の部分の長さが、４枚の電極Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４の
全てにおいて異なってくる。従って４枚の電極の全てが
異なる形状を持っている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来の４枚電極型イオ
ン源の場合、４枚の電極つまり、第１電極、第２電極、
第３電極、第４電極の全てが異なる形状を持つ。取り付
ける部位が違うのであるから、電極形状が相違するのは
当然であるように思われる。異なる電極が４つあるの
で、それぞれ異なる４種類の治具を使って４種類の電極
を作製する必要がある。同じものを作るよりも手数も余
計にかかる。同一の工作機械によって作るとすれば、治
具を交換する時間も余分にかかる。つまり製造に要する
時間が長い。さらに、４種類の異なる電極を在庫する必
要がある。

【０００９】電極製造のための治具の数を減らすことが
本発明の第１の目的である。電極製造時の治具交換の時
間を短縮することが本発明の第２の目的である。在庫し
ておくべき電極の数を減らすようにした電極構造を提供
することが本発明の第３の目的である。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、４枚電極のう
ち、第１電極Ｌ１と第４電極Ｌ４を同じ寸法構造にし、
第２電極Ｌ２と第３電極Ｌ３を同じ寸法構造にする。つ
まり本発明はＬ１＝Ｌ４、Ｌ２＝Ｌ３とする。これによ
って電極の種類を２つに減少させることができる。

【００１１】

【作用】本発明のイオン源は、４枚電極であって、第１
電極と第４電極が同一の形状寸法であって、第２電極と
第３電極が同一の形状寸法である。図５に本発明のイオ
ン源の概略の構成を示す。真空チャンバ１の外周には永
久磁石２が多数設置されている。これはプラズマをチャ
ンバの中央部に閉じ込めるものである。フィラメント３
がチャンバ１内に設けられて、チャンバとの間でア−ク
放電を起こさせるようになっている。

【００１２】ガス導入口４から原料ガスがチャンバに導
入されて、これが放電によってプラズマになる。チャン
バの開口には４枚の電極Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４が平行
になるように設けられる。それぞれには同じ位置にイオ
ンビ−ムを通すべき孔が穿孔されている。電極は導体の
平行板を両側の支持機構によって絶縁板５に対して支持
する。

【００１３】本発明においては２つずつの電極が同一で
あるから、電極の製造工程が単純化される。第１電極と
第４電極が同一であるので、同じ治具によって続けて製
造することができる。治具交換の手数が省ける。同様
に、第２電極と第３電極が同一であるから、同じ治具に
よって製造できる。治具交換をせずに続けて２つの電極
を製造することができる。電極製造の時間を短縮するこ
とができる。製造コストも削減できる。２種類の電極だ
けを作れば良いので、治具が２種類で済む。治具代をも
節減することができる。

【００１４】

【実施例】図１〜図３によって本発明の実施例に係るイ
オン源チャンバの電極部分を説明する。図１は相互の部
材の支持結合関係を主に示す。図２は冷却溶媒の系統を
主に示す。

【００１５】チャンバ１は円筒状の真空容器である。円
周壁面には多数の永久磁石２が固定される。これらの磁
石はカスプ磁場を壁面内部に形成し、プラズマが壁面に
衝突しないように閉じ込める作用がある。永久磁石２の
端部は螺子６によってチャンバ壁に対して固定される。
チャンバ１の壁の下フランジ７はボルト８によって外リ
ング９に固着される。外リング９の直下には絶縁円筒１
０がチャンバと同心状に配置される。外リング９は円筒
１０の上にボルト１１によって固定される。円筒１０の
さらに下には下リング１２がある。これはボルト１３に
よって絶縁円筒１０に固着される。下リング１２はさら
にボルト１４によって他の部材に取り付けられるがこれ
以後の部材の図示は略する。

【００１６】Ｏリング１５が外リング９と下フランジ７
の間に介装される。他のＯリング１６が外リング９と絶
縁円筒１０の間に設けられる。第３のＯリング１７が絶
縁円筒１０の下面と下リング１２の間に設けられる、何
れもイオン源内部の真空を維持するためである。

【００１７】下フランジ７の内側下部には内リング１８
があり、これは螺子１９によって外リング９に固結され
ている。第１電極Ｌ１は円板状であって、イオンビ−ム
を通す多数の孔２０を持つ。また円板の中央に冷却媒体
を通す水平の冷却媒体路がある。冷却媒体路は図１には
現われない。図２に示す。実際には孔２０のある部位に
は媒体路がない。孔２０を避けて冷却媒体路が形成され
る。電極はすべてプラズマによって加熱されるから、冷
却が必要である。第１電極Ｌ１の外周はＬ字型のフラン
ジ２１になっており、ここにおいて螺子２２によって第
１電極は内リング１８に固定される。

【００１８】第１電極Ｌ１の直ぐ下に、第２電極Ｌ２が
ある。隙間は極僅かである。電極板には多数の孔２３が
穿たれている。イオンビ−ムを通すためである。孔の分
布した領域の外側には枠部２４がある。円環状の絶縁ス
ペ−サ２５が螺子２６によって内リング１８に固定され
る。絶縁スペ−サ２５の下端に螺子２７によって第２電
極の枠部２４が取り付けてある。第１電極Ｌ１と第２電
極Ｌ２は接近しているが互いに接触しておらず、この間
に数ｋＶの電圧をかけることができる。第２電極の下に
第３電極がある。第３電極も平板に多数の孔２８を穿っ
たものである。外周には枠部２９がある。

【００１９】円筒状の支持円環３０が電極系の下方にあ
り、第３電極Ｌ３と第４電極Ｌ４を支持する。支持円環
３０は下鍔部３１と上鍔部３２を有する。下鍔部３１に
よって、装置支持部に結合される。上鍔部３２は、第３
電極と、第４電極を支持する。上鍔部３２上には、環状
の絶縁リング３３が螺子３４によって取り付けられる。
第３電極Ｌ３の枠部２９が、螺子３５によって絶縁リン
グ３３の上に固定される。支持円筒３０の下鍔部３１
は、螺子３６によって下リング１２に取り付けられる。

【００２０】第４電極Ｌ４は、第３電極Ｌ３の直下に設
けられる。第４電極も多数のイオンビ−ムの通し孔３７
を有する。螺子３８によって、第４電極Ｌ４のフランジ
３９が、支持円筒３０の上鍔部３２に固定される。図１
に示すように、４つの電極のうち、第１電極と第４電極
は同一の形状寸法をしている。第２電極Ｌ２と第３電極
Ｌ３も同じ形状と寸法である。これらは、ある中間面に
関して面対称の関係に配置されている。

【００２１】図２によって冷却系を説明する。外リング
９の側周には半径方向に冷却媒体路４１が穿孔されてい
る。これが内リング１８に穿たれた媒体路４２に連続す
る。さらにこれは第１電極のフランジ２１に設けられた
媒体路４３へと続く。これから冷却媒体は、第１電極の
中央部に設けられる冷却路４４に入り、第１電極を冷却
する。第１電極の内部を通過して媒体反対側の冷却媒体
路４５、４６、４７を通り外部に排出される。

【００２２】第２電極Ｌ２の冷却系統も同様である。外
リング９には半径方向の媒体路（図に現れない）が穿設
される。これが内フランジの媒体路（図に現れない）に
連通し、絶縁スペ−サ２５の媒体路５１に続く。さらに
第２電極Ｌ２の枠部２４の内部に穿たれた媒体路５２に
連続する。これから媒体は、第２電極Ｌ２の内部にある
冷却路５３に入る。これが内側から第２電極Ｌ２を冷却
する。冷却後の媒体は、別異の媒体路５４、５５を通り
外部に出て行く。

【００２３】第３電極の冷却系は下方から冷却媒体を与
える。下リング１２に穿孔された通路（図に現れない）
に外部から媒体が与えられる。この通路が冷却パイプ６
１に続く。冷却パイプ６１には、絶縁スペ−サ３３の経
路６２が続いている。これが第３電極の枠部２９の媒体
路６３に連通する。枠部から、冷却媒体は電極中の冷却
路６４に入る。これが内部より第３電極を冷却する。こ
の後媒体は、反対側に設けられる媒体路６５、６６、６
７を通って排出される。

【００２４】第４電極の冷却系もほぼ同様に設けられ
る。下リング１２に半径方向に穿孔した媒体経路７０へ
外部から冷却媒体が供給される。媒体経路７０がパイプ
７１に続く。これがフランジに設けられた媒体路７２に
連通している。媒体路７２から電極中にある媒体路７３
へと冷却媒体が通って行く。第４電極がこれによって冷
却される。この後、冷却媒体は経路７４、７５、７６、
７７を通って外部に排出される。

【００２５】図１によって電極の機械的支持構造を説明
した。図２によって冷却系を述べた。次に電力系統を説
明する。４枚の電極は互いに絶縁されており、異なる電
位にバイアスされる。第１電極と第４電極の場合は外リ
ング９や下リング１２によって直接に電圧を与えること
ができる。中間の第２電極と第３電極は工夫が必要であ
る。図３に第２電極Ｌ２のバイアス系を示す。チャンバ
の下フランジ７には縦孔７９が、内リング１８には縦孔
８０が穿孔されている。

【００２６】ここに継ぎ棒８１が縦に通っている。継ぎ
棒８１の下端が第２電極の枠部２４の螺子孔８２にねじ
込まれている。継ぎ棒８１の上端は、吊り螺子８３によ
って支持される。吊り螺子８３はナット８４によって下
フランジ７に対して適当な高さに固定される。吊り螺子
８３が中心に導体棒を持ち、これから第２電極のバイア
ス電位が与えられる。

【００２７】

【発明の効果】４枚の電極を持つイオン源において、第
１電極と第４電極を同一の形状寸法の電極としている。
第３電極と第２電極も同一の形状寸法の電極としてい
る。つまり第４電極と第１電極は互換性を持つ。第２電
極と第３電極も互換性を有するようになる。従来４種類
の電極を製造しなければならなかったものが本発明によ
れば２種類の電極のみで足りるようになる。

【００２８】電極製造のための治具の数を減らすことが
できる。治具交換の手数も半分になる。従って製造工程
が簡略化される。電極製造時間が短縮される。電極製造
コストを削減することができる。さらに電極を在庫する
際においても４種類の電極を保管する必要がなく、２種
類の電極のみを保管すればよい。在庫管理が容易にな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る電極構造の支持機構を示
す断面図。

【図２】本発明の実施例に係る電極構造の冷却媒体路の
機構を示す断面図。

【図３】本発明の実施例に係る電極構造のうち第２電極
のバイアス構造を示す断面図。

【図４】従来例に係る４枚電極を有するイオン源の構造
を示す概略断面図。

【図５】本発明の実施例に係る４枚電極を有するイオン
源の概略構造を示す断面図。

【符号の説明】

１チャンバ２永久磁石３フィラメント４ガス導入口５絶縁板６螺子７下フランジ８ボルト９外リング１０絶縁円筒１１ボルト１２下リング１３ボルト１４ボルト１５Ｏリング１６Ｏリング１７Ｏリング１８内リング１９螺子２０孔

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】真空に引くことのできるチャンバと、チ
ャンバにイオンにすべき原料ガスを導入するガス導入口
と、ガスを励起してプラズマにするための放電機構と、
プラズマからイオンをビ−ムとして取り出すためにチャ
ンバの出口に設けられ異なるバイアス電圧が印加される
４枚の電極とを含み、４枚の電極の内、第１電極と第４
電極が同一形状寸法であり、第２電極と第３電極が同一
形状寸法であることを特徴とするイオン源。