JPH09102286A

JPH09102286A - イオン源

Info

Publication number: JPH09102286A
Application number: JP7257945A
Authority: JP
Inventors: Shohei Okuda; 昌平奥田
Original assignee: Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Nissin Electric Co Ltd
Priority date: 1995-10-04
Filing date: 1995-10-04
Publication date: 1997-04-15

Abstract

(57)【要約】【課題】メンテナンスが容易で小型化が可能なイオン
源を提供する。【解決手段】プラズマチャンバ３は、円筒状の側壁３
ｂと円板状のマイクロ波導入側外壁３ａとにより形成さ
れる。マイクロ波導入側外壁３ａの内側の壁面には、円
板状のウインドウ４が密着している。ウインドウ４のマ
イクロ波導入側外壁３ａ側の壁面には、ウインドウ４の
軸を中心とするドーナッツ溝４ａが形成されている。マ
イクロ波導入側外壁３ａの壁面とドーナッツ溝４ａとに
よって、ドーナッツ状の空間が形成されている。また、
このドーナッツ状の空間に連通して、マイクロ波導入側
外壁３ａを貫通するガス管挿入用孔３ｃおよびウインド
ウ４を貫通するガス導入孔４ｂが穿設されている。イオ
ン種ガスは、ガス管挿入用孔３ｃ、ドーナッツ溝４ａ、
およびガス導入孔４ｂを介して、プラズマチャンバ３の
外部から内部へ導入される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばイオン注入
装置等に使用される、プラズマを生成してそのプラズマ
からイオンを引き出すイオン源に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、元素をプラズマ化し、プラズマ中
のイオンをイオンビームとして引き出すイオン源は、イ
オン注入装置をはじめとして様々な分野に利用されてい
る。このイオン源には、ＥＣＲ（Electron Cyclotron R
esonance）イオン源などのマイクロ波型や、フリーマン
イオン源などのＰＩＧ（Penning Ionization Gauge）型
といった多くの種類が存在しており、これら各種のイオ
ン源は、必要とされるイオン種やエネルギー、電流など
に応じて最適の機種が使い分けられるようになってい
る。また、上記条件以外にも、生産性の向上のために日
常保守時間の削減が求められており、長寿命でメンテナ
ンスの容易なイオン源が望まれている。

【０００３】例えば、上記フリーマンイオン源などのフ
ィラメントを有するイオン源の場合、当該フィラメント
の消耗によって比較的寿命が短く、保守を頻繁に行う必
要がある。これに対して、マイクロ波を利用したＥＣＲ
イオン源などは、フィラメントを使用しないため、寿命
の面で有利である。以下に、ＥＣＲイオン源を例に挙げ
てその構成を説明する。

【０００４】図８に示すように、上記ＥＣＲイオン源
は、図示しないマグネトロンから出力されたマイクロ波
を、導波管５１、マイクロ波導入ロッド５２、および、
図９に示すウインドウ５４を介してプラズマチャンバ５
３内へ導入し、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）条件
の磁場中でマイクロ波放電を生じさせ、内部に導入され
ているガス状のイオン源物質をプラズマ化させる構成で
ある。

【０００５】また、上記プラズマチャンバ５３内でプラ
ズマが生成された後、該プラズマチャンバ５３とその外
部に設けられた、引出電極系７２との間に高電圧（引出
電圧）を印加して電界を生じさせることにより、プラズ
マチャンバ５３の引出スリット５５に形成された、図９
に示すイオン引出孔５５ａからイオンが引き出され、イ
オンビームが形成されるようになっている。このように
して形成されたイオンビームは、例えばイオン注入等の
処理に用いられる。

【０００６】図９に示すように、上記プラズマチャンバ
５３の外壁は、上記マイクロ波導入ロッド５２が挿入さ
れる穴が中央に形成された略円板状のマグネトロン側外
壁５３ａと、略円筒状に形成され、上記マグネトロン側
外壁５３ａおよび引出スリット５５へ、軸方向の両端が
接続された側壁５３ｂとによって形成されている。な
お、上記マグネトロン側外壁５３ａ、側壁５３ｂ、およ
び引出スリット５５は、それぞれの中心軸が一致するよ
うに配されている。

【０００７】上記プラズマチャンバ５３の内壁は、ＢＮ
などの誘電体からなるライナ５７およびシールド５８で
被われている。なお、ライナ５７はプラズマチャンバ５
３の側壁５３ｂ側、シールド５８は、引出スリット５５
側を被うものである。これは、もしも導電性のプラズマ
チャンバ５３の内壁が誘電体で被われていなければ、プ
ラズマ形成物質によるスパッタによってチャンバ内壁か
ら飛び出した導電性物質がウインドウ５４にも付着し、
マイクロ波が反射されてチャンバ内にマイクロ波電力が
供給されなくなってしまうといった不都合が生じるから
である。

【０００８】一方、上記プラズマチャンバ５３は、ガス
状のイオン物質を内部へ導入するための導入口となるガ
ス導入ノズル６０を備えている。このガス導入ノズル６
０は、プラズマチャンバ５３の側壁５３ｂおよびライナ
５７を貫通して設けられている。また、当該ガス導入ノ
ズル６０を貫通して形成されたガス管の挿入孔には、ガ
ス導入管５９の一端が嵌入されている。さらに、当該ガ
ス導入管５９は、図８に示すように、プラズマチャンバ
５３を内包するイオン源チャンバ７０の外部まで延設さ
れており、図示しないガスボックスに接続される。上記
ガスボックスから供給されるガス状のイオン源物質は、
ガス導入管５９およびガス導入ノズル６０を介してプラ
ズマチャンバ５３内部へ導入される。また、上記イオン
源チャンバ７０は、導波管５１などが接続されるイオン
源ヘッドフランジ７０ａと、筒状に形成されたイオン源
ハウジング７０ｂとから主として構成されており、ガス
導入管５９は、イオン源ハウジング７０ｂを貫通して設
けられている。なお、イオン源ヘッドフランジ７０ａ、
マイクロ波導入ロッド５２、およびプラズマチャンバ５
３からなるイオン源ヘッド７０ｃは、イオン源のメンテ
ナンス時などに、イオン源ハウジング７０ｂから、まと
めて取り外すことができる。

【０００９】イオン源の運転中、図９に示すように、プ
ラズマチャンバ５３の内壁となるウインドウ５４、ライ
ナ５７、シールド５８などは、プラズマ形成物質によっ
てエッチングされ、上記ライナ５７などがＢＮで形成さ
れている場合、ＢやＢＮなどの粒子が放出される。ま
た、引出スリット５５のイオン引出孔５５ａ近傍などか
らは、導電率の高い粒子が放出される。また、イオン種
ガス自体が、導電性の粒子を含んでいる場合もある。こ
れらの導電性物質がウインドウ５４へ付着すると、ウイ
ンドウ５４表面の導電率が高くなる。この結果、マイク
ロ波導入ロッド５２を介して導入されるマイクロ波は、
ウインドウ５４の表面で反射し、プラズマチャンバ５３
内へ導入できなくなるという不都合を生ずる。したがっ
て、これらの付着物を定期的に取り除く必要がある。

【００１０】上記ウインドウ５４のメンテナンス時に
は、図８に示すように、プラズマチャンバ５３を含むイ
オン源ヘッド７０ｃは、イオン源ハウジング７０ｂから
取り外される。さらに、図９にプラズマチャンバ５３に
おいて、引出スリット５５や側壁５３ｂを取り外した
後、ウインドウ５４を取り出して付着物を取り除く。

【００１１】ところが、上記側壁５３ｂには、ガス導入
管５９の一端が挿入されたガス導入ノズル６０が設けら
れている。また、ガス導入管５９は、図８に示すよう
に、イオン源ハウジング７０ｂを貫通した後に、その他
端が、図示しないガスボックスなどによって固定されて
いる。

【００１２】したがって、ガス導入管５９がプラズマチ
ャンバ５３に装着されている場合、側壁５３ｂの動き、
すなわち、イオン源ヘッド７０ｃの動きが制限される。
この結果、メンテナンスの度にガス導入管５９を着脱す
る必要があり、メンテナンス時の作業性を大きく損なっ
ていた。

【００１３】上記問題を解決するために、マイクロ波導
入側の外壁へガス導入管を挿入したプラズマチャンバを
備えるイオン源が用いられている。図１０に示すよう
に、この種のイオン源は、プラズマチャンバ５３に代え
て、プラズマチャンバ６３を備えており、プラズマチャ
ンバ６３のマイクロ波導入側外壁６３ａおよびウインド
ウ５４を貫通して設けられたガス導入口には、ガス導入
管５９の一端が嵌入されている。ガス導入管５９は、さ
らに、イオン源ヘッドフランジ７０ａを貫通した後、図
示しないガスボックスなどに接続される。ガス導入管５
９がイオン源ヘッド７０ｃと一体に構成されているの
で、イオン源ハウジング７０ｂからイオン源ヘッド７０
ｃを取り外す際に、ガス導入管５９の着脱が不要にな
る。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１０
に示すプラズマチャンバ６３の場合、メンテナンスの際
に、ガス導入管５９の着脱が不要になる一方で、ガス導
入管５９およびガス導入ノズル６０をウインドウ５４へ
挿入するために、マイクロ波導入側外壁６３ａへウイン
ドウ５４を装着する際、ウインドウ５４の軸を中心にし
た周方向の位置合わせを両者の間で行う必要がある。こ
の結果、メンテナンス時の作業性が、やはり損なわれる
という問題を生ずる。

【００１５】加えて、プラズマチャンバ６３では、ガス
導入管５９およびガス導入ノズル６０を挿入するための
空間がウインドウ５４内に必要となる。ところが、ウイ
ンドウ５４において、マイクロ波を導入する部分が大半
をしめている場合、上記空間の確保が難しい。したがっ
て、プラズマチャンバ６３は、図９に示すプラズマチャ
ンバ５３に比べて、若干大きくなる虞れがある。

【００１６】ガス導入管５９の肉厚の影響は１ｍｍ程度
ではあるが、プラズマチャンバ６３と、これを内包する
図示しないイオン源チャンバとの間には、スパッタ電圧
を印加するための電線やヒータなどの部材（図示せず）
が配されており、余分な空間が少ない。したがって、イ
オン源チャンバの大きさを一定に保つことが不可能であ
る。

【００１７】この結果、メンテナンス時の作業性の向上
とイオン源全体の小型化とを両立させることが困難であ
るという問題も生じている。

【００１８】本発明は、上記の問題点を鑑みてなされた
ものであり、その目的は、メンテナンスが容易で、小型
化が可能なイオン源を提供することにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係るイ
オン源は、上記課題を解決するために、プラズマチャン
バの外面となる外壁と、この外壁に当接してプラズマチ
ャンバの内面となる内壁とを有するイオン源において、
各部材が以下のように形成されていることを特徴として
いる。

【００２０】すなわち、上記内壁の当接面、または上記
外壁の当接面の少なくとも一方には、この当接面に垂直
で該当接面の中心を通る軸を中心とするリング状のリン
グ溝が形成されている。さらに、上記外壁には、上記外
壁と内壁とが当接した状態で上記リング溝と内壁と外壁
とにより形成されるリング状のガス流通路に連通し、外
壁の外面へ貫通する第１ガス導入孔が穿設され、上記内
壁には、上記ガス流通路に連通し、内壁の内面へ貫通す
る第２ガス導入孔が穿設されている。

【００２１】上記構成において、内壁と外壁とが当接し
ている場合、少なくとも両者の一方に形成されたリング
溝によって、リング状のガス流通路が作られる。この状
態において、上記ガス流通路には、第１ガス導入孔およ
び第２導入孔に連通しているので、第１ガス導入孔、ガ
ス流通路、および第２ガス導入孔を介して、プラズマチ
ャンバの外部より供給されるイオン種ガスを、プラズマ
チャンバ内へ導入することができる。また、上記内壁と
外壁とは、互いに密着しているので、イオン種ガスは、
上記ガス流通路から漏出することなく、確実にプラズマ
チャンバ内へ導入できる。

【００２２】さらに、イオン種ガスは、上記ガス流通路
を介して、上記第１ガス導入孔と第２ガス導入孔との間
を流通している。リング状のガス流通路を介しているの
で、内壁を外壁へ取り付ける際に、第１ガス導入孔と第
２ガス導入孔との間の位置合わせが不要となる。したが
って、イオン源のメンテナンスなどのために、内壁を外
壁へ装着する際の作業性が大幅に向上する。

【００２３】加えて、従来のように内壁を貫通して、ガ
ス導入管およびガス導入ノズルを嵌入しなくても、イオ
ン種ガスの流通路を確保できるので、ガス導入管および
ガス導入ノズルの肉厚の分だけ、内壁の大きさを縮小で
きる。

【００２４】

【発明の実施の形態】本発明の一実施形態について図１
ないし図５に基づいて説明すると以下の通りである。

【００２５】本実施形態のイオン源は、電子サイクロト
ロン共鳴条件の磁場中でマイクロ波放電を生じさせてプ
ラズマを生成し、このプラズマからイオンをビームとし
て引き出すＥＣＲイオン源であり、例えばイオン注入装
置等のイオンビーム応用装置に適用される。

【００２６】上記イオン源は、例えば2.４５ＧＨｚのマ
イクロ波を出力するマグネトロンと、このマグネトロン
を作動させるマグネトロン電源とを有しており、マグネ
トロンが発生したマイクロ波は、図２に示すように、導
波管１、およびセラミックなどの誘電体よりなるマイク
ロ波導入ロッド２によって、円筒状のプラズマチャンバ
３へと導かれる。

【００２７】図１に示すように、プラズマチャンバ３の
外壁は、ステンレスやモリブデンなどの金属により形成
されており、その内部は、イオン源物質をプラズマ化す
るためのプラズマ生成室になっている。このプラズマチ
ャンバ３は、略円板状のマイクロ波導入側外壁３ａと略
円筒状の側壁３ｂとから形成されており、メンテナンス
などの際に、マイクロ波導入側外壁３ａより側壁３ｂを
取り外すことができる。また、上記マイクロ波導入側外
壁３ａの中央には、マイクロ波が通過する窓となる丸孔
が穿設されている。さらに、このマイクロ波導入側外壁
３ａの内面には、ＢＮ等の誘電体よりなるウインドウ４
が配設されている。マイクロ波導入ロッド２を通ってき
たマイクロ波は、このウインドウ４を介してプラズマチ
ャンバ３内に導入される。なお、上記マイクロ波導入側
外壁３ａが特許請求の範囲に記載の外壁に対応し、上記
ウインドウ４が同じく内壁に対応している。

【００２８】また、上記プラズマチャンバ３のウインド
ウ４と対向する壁面は、スリット状のイオン引出孔５ａ
が穿設され、カーボンなどからなる引出スリット５にて
形成されている。この引出スリット５は、ＢＮなどから
なる絶縁リング６を介してプラズマチャンバ３の本体と
接続されており、両者間は電気的に絶縁されている。

【００２９】上記引出スリット５には、上記イオン引出
孔５ａの近傍の付着物を自動的に除去するために、図示
しないスパッタ電源よりスパッタ電圧が印加され、プラ
ズマチャンバ３に比べ負電位に保つことができる。これ
により、プラズマ中のイオンは、引出スリット５のイオ
ン引出孔５ａ付近に積極的に衝突し、引出スリット５へ
の付着物を取り除くことができる。上記スパッタ電源の
印加電圧（引出スリット５とプラズマチャンバ３本体と
の電位差）は、引出スリット５に付着物が堆積する速度
とスパッタリングによって付着物が削り取られる速度と
がほぼ平衡となるように設定することが望ましく、通
常、0.１〜2.０ｋＶ程度である。

【００３０】さらに、プラズマチャンバ３の側壁３ｂの
内面は、電気絶縁性の高いＢＮからなるライナ７で被わ
れており、引出スリット５の内面は、同様にＢＮにて形
成されたシールド８で被われている。これにより、プラ
ズマチャンバ３の内面の略全体は、誘電体で形成され
た、ウインドウ４、ライナ７、およびシールド８によっ
て被われている。ただし、引出スリット５のイオン引出
孔５ａ近傍は、プラズマスパッタによるクリーニングの
ため、シールド８で覆われることなく露出している。

【００３１】一方、イオン種ガスは、プラズマチャンバ
３へ嵌入されたガス導入管９を通して供給される。すな
わち、マイクロ波導入側外壁３ａの外周部近傍には、外
壁３ａを貫通して設けられたガス管挿入用孔３ｃ（第１
ガス導入孔）が形成されている。このガス管挿入用孔３
ｃは、ウインドウ４に近づくに従ってマイクロ波導入側
外壁３ａの中心軸に近づくように、やや傾斜して設けら
れている。また、ガス管挿入用孔３ｃの外面付近の内径
は、ガス導入管９の外径と略同一に設定されており、ガ
ス導入管９の一端を挿入することができる。また、ガス
管挿入用孔３ｃの中程からウインドウ４側の内径は、ガ
ス導入管９の外径より細く設定され、ガス導入口３ｅと
なっている。さらに、両者の境目に形成された段差は、
ガス導入管９の進入を阻止するガス管ストッパー３ｄと
なっている。

【００３２】図３および図４に示すように、ウインドウ
４は、略円板状に形成されており、軸に垂直な一面に
は、ウインドウ４の軸を中心としたドーナッツ状の溝で
あるドーナッツ溝４ａ（リング溝）が形成されると共
に、この面と対向する他の面から、このドーナッツ溝４
ａへ貫通するガス導入孔４ｂ（第２ガス導入孔）が形成
されている。ガス導入孔４ｂは、ウインドウ４の中心軸
と略平行に形成されており、その内径は、ドーナッツ溝
４ａの幅と略同一に設定されている。

【００３３】図１に示すように、ウインドウ４の外径
は、プラズマチャンバ３の側壁３ｂの内径と略同一に設
定されており、装着時には、ウインドウ４の外周部端面
と側壁３ｂの内面とが当接する。さらに、ウインドウ４
は、プラズマチャンバ３のマイクロ波導入側外壁３ａの
内面とドーナッツ溝４ａが形成された一面とが密着し、
両者の中心が一致するように配される。この結果、マイ
クロ波導入側外壁３ａの内面およびドーナッツ溝４ａに
よって、ドーナッツ状のガス流通路が形成される。

【００３４】また、ドーナッツ溝４ａの半径は、マイク
ロ波導入側外壁３ａの中心とガス導入口３ｅとの距離と
略同一に設定されている。さらに、ドーナッツ溝４ａの
幅（内径と外径との差）は、ガス導入口３ｅの内径と略
同一に設定されている。したがって、ウインドウ４が装
着されている状態では、ドーナッツ溝４ａなどにより形
成される上記ガス流通路とガス導入口３ｅとは連通して
いる。なお、マイクロ波導入側外壁３ａとウインドウ４
とは密着しているので、ガス導入口３ｅを通じて上記ガ
ス流通路へ導入されたイオン種ガスは、漏出することな
くガス導入孔４ｂへ案内される。

【００３５】これにより、ガス導入管９から供給される
イオン種ガスは、ガス導入口３ｅ、ドーナッツ溝４ａ、
およびガス導入孔４ｂ内を通って、プラズマチャンバ３
内へ確実に導入できる。

【００３６】図２に示すように、ガス導入管９は、プラ
ズマチャンバ３を収納するイオン源チャンバ１０の外部
まで延設されており、ＢＦ₃等のガス状のイオン源物質
を供給する図示しないガスボックスに接続されている。
上記イオン源チャンバ１０は、マイクロ波導入ロッド２
を介してプラズマチャンバ３に接続されたイオン源ヘッ
ドフランジ１０ａと、筒状のイオン源ハウジング１０ｂ
とから主として構成されており、ガス導入管９は、固定
部９ａによって、イオン源ヘッドフランジ１０ａへ固定
されている。これにより、ガス導入管９は、イオン源ヘ
ッドフランジ１０ａ、マイクロ波導入ロッド２、および
プラズマチャンバ３などからなるイオン源ヘッド１０ｃ
と一体に取り扱うことができる。

【００３７】図５に示すように、イオン源ヘッドフラン
ジ１０ａを貫通したガス導入管９は、鍔状の固定部９ａ
によりシール部材を介してイオン源ヘッドフランジ１０
ａへ固定される。また、イオン源チャンバ１０の外部に
延設されたガス導入管９は、イオン源ヘッドフランジ１
０ａへ固定されるイオン源側ガス導入管９ｂと、図示し
ないガスボックスに接続されるガス供給源側ガス導入管
９ｃとにより構成されており、両者は、着脱可能に螺合
されている。これにより、図示しないガスボックスから
イオン源ヘッド１０ｃを取り外すことができる。

【００３８】また、図２に示すように、イオン源チャン
バ１０の周囲には、ソレノイドコイルを備えたソースマ
グネット１１が配設されており、このソースマグネット
１１は、プラズマチャンバ３内に、イオンビーム引き出
し方向と略平行な電子サイクロトロン共鳴条件の磁場を
形成するようになっている。

【００３９】一方、イオン源チャンバ１０に収納された
プラズマチャンバ３の引出スリット５と対向する位置に
は、引出電極系１２が配設されている。この引出電極系
１２は、中央部にビーム通過孔がそれぞれ形成された引
出電極１２ａおよび接地電極１２ｂを備えている。上記
接地電極１２ｂは大地電位に、そして、接地電極１２ｂ
よりもプラズマチャンバ３側に設けられた引出電極１２
ａは、接地電極１２ｂよりも負電位におかれる。上記引
出電極系１２がプラズマチャンバ３側よりも負電位にな
るような高電圧が図示しない電源より印加されると、引
出スリット５の周囲に強い外部電界が形成される。この
外部電界により、プラズマチャンバ３内のイオンが引き
出され、イオンビームが形成されるようになっている。
なお、上記のように、引出電極１２ａを接地電極１２ｂ
よりも負電位にすることにより、引出電極１２ａよりも
下流で発生した電子の逆流を防ぐことができる。

【００４０】イオン源の運転中、上記プラズマチャンバ
３は、図示しない真空排気手段によって高真空状態に保
持されている。また、プラズマチャンバ３および引出電
極系１２を収納するイオン源チャンバ１０の内部も、図
示しない真空排気手段によって高真空状態に保持されて
いる。

【００４１】また、プラズマチャンバ３の側壁３ｂの周
囲には、引出スリット５へスパッタ電圧を印加する電線
やプラズマチャンバ３を加熱するヒータ（いずれも図示
せず）が設けられている。また、プラズマチャンバ３の
熱がイオン源チャンバ１０側へ輻射によって伝達される
のを抑制し、プラズマチャンバ３の温度を高温に保持す
るために、当該ヒータとイオン源チャンバ１０との間に
は、プラズマチャンバ３を覆うように円筒状に形成され
た図示しない熱シールドが配設されている。

【００４２】上記構成において、イオン源の動作につい
て説明すると以下の通りである。すなわち、プラズマチ
ャンバ３およびイオン源チャンバ１０が真空排気手段に
よって高真空に保持された状態で、ソースマグネット１
１によって、プラズマチャンバ３内に電子サイクロトロ
ン共鳴条件の磁場が形成される。また、マグネトロンよ
り出力されて導波管１を通ってきたマイクロ波は、マイ
クロ波導入ロッド２およびウインドウ４を介してプラズ
マチャンバ３内へ導入される。

【００４３】一方、図示しないガスボックスなどから、
ガス導入管９、ドーナッツ溝４ａ、およびガス導入孔４
ｂを介して、プラズマチャンバ３内へガス状のイオン源
物質を導入する。図１に示すようにプラズマチャンバ３
のマイクロ波導入側外壁３ａとウインドウ４とが密着し
ているので、ドーナッツ溝４ａを流通するイオン種ガス
は、ドーナッツ溝４ａから漏出せず、ドーナッツ溝４ａ
に連通するガス導入孔４ｂを介してプラズマチャンバ３
内部へ導入される。

【００４４】これにより、ＥＣＲ現象によるマイクロ波
放電が生じ、プラズマチャンバ３内に導入されているイ
オン種ガスがプラズマ化してイオンが発生する。プラズ
マの点灯後は、プラズマチャンバ３内に導入されたマイ
クロ波がプラズマに吸収され、プラズマは維持される。
その後、引出電極系１２によって形成される電界によっ
て引出スリット５のイオン引出孔５ａからプラズマチャ
ンバ３内のイオンを引き出してイオンビームを形成す
る。

【００４５】ここで、イオン源物質としてＢＦ₃等の腐
食性ガスを使用してプラズマを生成すると、プラズマ形
成物質によって、プラズマチャンバ３内壁のライナ７な
どがエッチングされ、その結果発生するＢやＢＮなどの
高融点物質がチャンバ内壁に付着する。

【００４６】上記高融点物質が引出スリット５の内側部
分に付着すると、イオン引出孔５ａは塞がれ、イオンの
引き出しが困難になる。そこで、ＢＦ₃等の腐食性ガス
を使用してイオン源を運転する場合、プラズマの点灯を
確認した後、図示しないスパッタ電源を投入する。な
お、プラズマ点灯の確認は、プラズマチャンバ３から引
き出されるビームの電流（引出電流）が所定値以上にな
ったことにより確認できる。上記スパッタ電源の投入に
より、引出スリット５はプラズマチャンバ３よりも負電
位になり、プラズマ中のイオンが引出スリット５に積極
的に衝突する。この結果、引出スリット５に堆積した付
着物が取り除かれる。このプラズマスパッタによる自動
クリーニングによって、引出スリット５のイオン引出孔
５ａは目詰まりすることなく常に一定の形状を維持す
る。これにより、長時間、安定したビームをプラズマチ
ャンバ３から引き出すことができる。

【００４７】また、上記エッチングによって生ずる高融
点物質は、ウインドウ４にも付着する。この付着物に
は、引出スリット５からスパッタされるカーボンなど導
電率の高い粒子も含まれている。したがって、イオン源
を長時間運転すると、上記スパッタ粒子によりウインド
ウ４が導電化して、プラズマチャンバ３内へマイクロ波
を導入できなくなる。そこで、ウインドウ４が導電化す
る前に、定期的にイオン源をメンテナンスし、ウインド
ウ４の付着物を除去している。

【００４８】次に、イオン源のメンテナンスの際の手順
について図１および図２に基づいて説明する。イオン源
が停止すると、イオン源チャンバ１０内がベントされ、
内部の気圧が大気圧と略等しくなる。この状態で、イオ
ン源チャンバ１０を構成するイオン源ヘッドフランジ１
０ａから導波管１が取り外される。さらに、マイクロ波
導入ロッド２、プラズマチャンバ３、ガス導入管９、お
よびイオン源ヘッドフランジ１０ａからなるイオン源ヘ
ッド１０ｃは、イオン源チャンバ１０を構成するイオン
源ハウジング１０ｂから、一体物として取り外される。
次いで、図１に示すプラズマチャンバ３のマイクロ波導
入側外壁３ａから、側壁３ｂおよび引出スリット５が取
り外される。

【００４９】本実施形態に係るイオン源においては、ガ
ス導入管９は、イオン源ヘッドフランジ１０ａに挿入さ
れており、イオン源ヘッド１０ｃと一体となっている。
したがって、プラズマチャンバの側壁、およびイオン源
ハウジングを貫通してガス導入管を設けた従来の構成
（図８および図９参照）と異なり、イオン源ヘッド１０
ｃを取り外す際に、ガス導入管９をプラズマチャンバ３
より取り外す必要がない。この結果、イオン源ヘッド１
０ｃは、イオン源ハウジング１０ｂから容易に取り外さ
れる。

【００５０】次に、マイクロ波導入側外壁３ａから側壁
３ｂを取り外し、ウインドウ４を取り外して清掃する。
付着物を取り除いた後、ウインドウ４は、所定の位置に
取り付けられ、プラズマチャンバ３のマイクロ波導入側
外壁３ａへ側壁３ｂが取り付けられる。

【００５１】マイクロ波導入側外壁３ａとウインドウ４
とが密着すると、マイクロ波導入側外壁３ａの内面とウ
インドウ４のドーナッツ溝４ａとにより、ドーナッツ状
のガス流通路が形成される。ドーナッツ溝４ａの半径
（ウインドウ４の中心とドーナッツ溝４ａとの距離）
は、ガス導入管９を挿入したガス導入口３ｅとマイクロ
波導入側外壁３ａの中心との距離と、略同一に設定され
ているので、ウインドウ４が周方向に回転しても、ガス
導入口３ｅとドーナッツ溝４ａとは、常に連通してい
る。したがって、ウインドウ４を取り付ける際に周方向
の位置決めが不要になるので、ウインドウ４を取付ける
際の作業性が大幅に向上する。

【００５２】また、マイクロ波導入側外壁３ａと側壁３
ｂとを接続する際などに、ウインドウ４が周方向に回転
しても、上記ガス導入口３ｅとドーナッツ溝４ａとは連
通しており、ガスの流通路は確保される。したがって、
側壁３ｂを取り付ける際、ウインドウ４が回転しないよ
うに固定する必要がなく、側壁３ｂを取り付ける際の作
業性も向上する。

【００５３】マイクロ波導入側外壁３ａに側壁３ｂが装
着されると、図２に示すように、プラズマチャンバ３を
含むイオン源ヘッド１０ｃは、イオン源ハウジング１０
ｂへ取り付けられる。その後、導波管１などが指定の位
置に取り付けられ、イオン源のメンテナンスは終了す
る。

【００５４】以上のように、本実施形態に係るウインド
ウ４には、ドーナッツ溝４ａと、これに連通するガス導
入孔４ｂが形成され、上記ドーナッツ溝４ａの半径は、
マイクロ波導入側外壁３ａに穿設されたガス導入口３ｅ
とマイクロ波導入側外壁３ａの中心との距離と、略同一
に設定されている。これにより、ウインドウ４をプラズ
マチャンバ３のマイクロ波導入側外壁３ａへ装着する
際、両者の間で周方向の位置合わせを必要としない。し
たがって、プラズマチャンバ３内にウインドウ４を着脱
する際の作業性が大幅に向上する。この結果、日常保守
時間を削減することができる。

【００５５】加えて、本実施形態に係るイオン源の場
合、ガス導入管９をウインドウ４へ挿入しなくても、プ
ラズマチャンバ３内へ確実にイオン種ガスを導入でき
る。マイクロ波導入側外壁３ａとウインドウ４との間で
周方向の位置決めが不要となるので、従来のウインドウ
５４へガス導入管５９を挿入する構成（図１０参照）に
比べ、ガス導入管９取付け時の作業性も大幅に向上す
る。

【００５６】ところで、上記従来の構成の場合、図１０
に示すように、ウインドウ５４の大半がマイクロ波を導
入するために用いられている場合、ウインドウ５４の外
周部近傍へガス導入管５９を挿入する孔を配する必要が
ある。また、ＢＮなどで形成されているウインドウ５４
においては、強度の面から考えて、ウインドウ５４の周
縁と上記孔との距離は一定の値以上に保つ必要がある。
さらに、このウインドウ５４に形成された孔と、マイク
ロ波導入側の外壁６３ａに形成された孔との位置合わせ
をするために、両者を貫通するガス導入ノズル６０を必
要とする。

【００５７】ところが、本実施形態に係るイオン源の場
合、図１に示すように、上記ガス導入ノズルが不要にな
ると共に、このガス導入ノズルおよびガス導入管９をウ
インドウ４に挿入せずに、イオン種ガスをプラズマチャ
ンバ３内へ導入できる。したがって、上記従来のウイン
ドウ５４内にガス導入管５９を挿入する構成（図１０参
照）に比べて、ガス導入管５９およびガス導入ノズル６
０の肉厚の分だけ、ウインドウ４の大きさ、すなわち、
プラズマチャンバ３の大きさを縮小することができる。

【００５８】上記ガス導入管５９およびガス導入ノズル
６０の肉厚の影響は、１ｍｍ程度ではあるが、プラズマ
チャンバ３と、図２に示すイオン源チャンバ１０との間
には、スパッタ電圧を印加するための電線やヒータなど
の部材（図示せず）が配されており、余分な空間が少な
い。したがって、プラズマチャンバ３の大きさを縮小せ
ずにイオン源チャンバ１０を縮小するためには、上記各
部材を配置する空間を削減する必要があるが、放電に対
する絶縁のための空間の確保などにより、空間の削減に
は限界が存在する。この結果、イオン源全体の大きさが
大きくなりがちである。ところが、本実施形態に係るイ
オン源では、上記従来のウインドウ５４にガス導入管５
９を挿入する構成（図１０参照）に比べて、プラズマチ
ャンバ３の大きさを縮小できるのでイオン源全体を小型
化でき、従来のプラズマチャンバ５３の側壁５３ｂにガ
ス導入管５９を挿入する構成（図８および図９参照）と
略同じ大きさに保つことができる。

【００５９】ところで、図８および図９に示すように、
上記の側壁５３ｂにガス導入管５９を挿入する従来の構
成の場合、イオン源ヘッド７０ｃの取り外しの前後に、
ガス導入管５９の着脱が必要となる。ところが、本実施
形態に係るイオン源では、図２に示すように、これが不
要となるので、上記従来例に比べメンテナンス時の作業
性は、大幅に向上する。

【００６０】この結果、メンテナンス時の作業性の向上
とイオン源全体の小型化とを両立したイオン源を実現で
きる。

【００６１】なお、本実施形態に係るウインドウ４で
は、図１に示すように、ドーナッツ溝４ａに連通するガ
ス導入孔４ｂの数は１つであるが、これに限るものでは
ない。例えば、図６に示すように、ウインドウ４１の一
面にドーナッツ溝４１ａを形成し、このドーナッツ溝４
１ａを周方向に等分する位置にガス導入孔４１ｂを２つ
形成してもよい。この場合、ガス導入管９を通じて供給
されるイオン種ガスは、ドーナッツ溝４１ａに流入す
る。それぞれのガス導入孔４１ｂは、ガス導入管９との
位置関係、各ガス導入孔４１ｂのサイズ、イオン種ガス
のガス圧などで決まるガス量をプラズマチャンバ３内へ
導入することができる。

【００６２】イオン種ガスを複数の箇所から導入できる
と共に、１つのガス導入孔４１ｂから供給されるイオン
種ガスの量を制限できるので、プラズマチャンバ３内の
イオン種ガスの分布をより均一に保つことができる。ド
ーナッツ溝４１ａを介してイオン種ガスを導入している
ので、ガス導入孔４１ｂの数、方向、および位置は、マ
イクロ波導入側外壁３ａへ挿入されるガス導入管９の
数、方向、および位置とは独立して自由に設定すること
ができる。

【００６３】また、本実施形態に係るプラズマチャンバ
３においては、図１に示すように、ウインドウ４の中心
軸からドーナッツ溝４ａへの距離と、当該中心軸からガ
ス導入孔４ｂへの距離とは、同一に設定されているが、
これに限るものではない。

【００６４】図７に示すように、ウインドウ４２の一面
にドーナッツ溝４２ａを形成すると共に、このドーナッ
ツ溝４２ａより、やや内側にガス導入孔４２ｂを形成し
てもよい。ドーナッツ溝４２ａとガス導入孔４２ｂとが
連通しているので、ガス導入管９より供給されるイオン
種ガスは、両者を介してプラズマチャンバ３内へ導入さ
れる。図１に示すウインドウ４に形成されたガス導入孔
４ｂに比べて、ガス導入孔４２ｂの位置を内側に設定す
ることができる。この結果、プラズマチャンバ３の内径
および外径をさらに短く設定でき、イオン源全体をさら
に小型化できる。同様にして、ドーナッツ溝４ａの半径
を、マイクロ波導入側外壁３ａの中心軸とガス導入口３
ｅとの距離よりもやや短く設定してもよい。これによ
り、プラズマチャンバ３をさらに小型化できる。

【００６５】また、本実施形態に係るイオン源では、図
１に示すように、ウインドウ４は円板状に形成されてい
るが、これに限るものではない。プラズマチャンバ３が
方形状に形成されており、これに合わせて、ウインドウ
４も方形状に形成されていてもよい。この場合、ウイン
ドウ４は、マイクロ波の導入方向から見て、上下あるい
は左右を逆にしても取り付け可能であり、取付け時にウ
インドウ４の向きを間違えて取り付ける虞れがある。し
かし、マイクロ波導入側外壁３ａとウインドウ４との当
接面に垂直で、この面の中心を通る軸を中心に、ドーナ
ッツ溝４ａを形成することによって、ウインドウ４の向
きを間違えて取り付けても、ガス導入口３ｅ、ドーナッ
ツ溝４ａおよびガス導入孔４ｂを介してプラズマチャン
バ３内へイオン種ガスを確実に導入できる。この結果、
マイクロ波導入側外壁３ａとウインドウ４との間で位置
合わせが不要となり、本実施形態と略同様の効果が得ら
れる。

【００６６】さらに、ウインドウ４が方形状に形成され
ている場合のように、マイクロ波導入側外壁３ａとウイ
ンドウ４との間で取り付け可能な方向が限定されている
場合、ウインドウ４に形成されるリング状の溝は、外周
部が円形のドーナッツ状に形成されていなくてもよい。
例えば、外周部が方形のリング状などのように、ウイン
ドウ４の各取り付け方向において、ガス導入口３ｅと当
接するウインドウ４の表面を通ってリング状の溝が形成
されていれば、本実施形態と略同様の効果が得られる。

【００６７】また、本実施形態に係るイオン源では、図
１に示すように、ウインドウ４にドーナッツ溝４ａが形
成されているが、これに限らず、例えば、マイクロ波導
入側外壁３ａの内面にドーナッツ状の溝を形成してもよ
い。マイクロ波導入側外壁３ａとウインドウ４とを密着
させることによってドーナッツ状のガス流通路が形成さ
れると共に、ガス導入口３ｅおよびガス導入孔４ｂが当
該ガス流通路に連通する構成であれば、本実施形態と同
様の効果が得られる。

【００６８】さらに、本実施形態に係るイオン源におい
ては、図１および図２に示すように、イオン源ヘッドフ
ランジ１０ａへ固定部９ａによりガス導入管９を固定す
ると共に、マイクロ波導入側外壁３ａに穿設されたガス
管挿入用孔３ｃには、ガス導入管９の進入を阻止するガ
ス管ストッパー３ｄが設けられているが、これに限るも
のではない。ガス導入管９の外径と略同一の内径を持つ
ガス管挿入用孔３ｃがマイクロ波導入側外壁３ａを貫通
して設けられており、このガス管挿入用孔３ｃへ挿入さ
れたガス導入管９の先端がウインドウ４と当接する構成
であっても、本実施形態と同様の効果が得られる。

【００６９】ただし、ウインドウ４は、金属に比べ強度
の弱いＢＮなどの誘電体によって形成されているため、
ガス導入管９の先端とウインドウ４とが当接している場
合には、プラズマチャンバ３の真空引きなどの際、ウイ
ンドウ４がガス導入管９の先端によって押圧され、ウイ
ンドウ４に形成されたドーナッツ溝４ａが変形する虞れ
がある。ところが、ガス管ストッパー３ｄや固定部９ａ
を形成することによって、ガス導入管９とウインドウ４
との接触を防止することができる。したがって、ウイン
ドウ４の寿命をより延長できる。

【００７０】なお、本実施形態においては、ＥＣＲイオ
ン源を例に挙げて説明したが、これに限るものではな
く、他のマイクロ波型のイオン源や、フリーマン型など
他の種類のイオン源のように、プラズマチャンバ内へイ
オン種ガスを導入するイオン源に対して本発明を適用す
ることができる。

【００７１】

【発明の効果】請求項１の発明に係るイオン源は、以上
のように、内壁の外壁と当接する一面、または、外壁の
内壁と当接する一面の少なくとも一方には、この当接面
に垂直で該当接面の中心を通る軸を中心とするリング状
のリング溝が形成されていると共に、上記外壁には、上
記外壁と内壁とが当接した状態で上記リング溝と内壁と
外壁とにより形成されるリング状のガス流通路に連通
し、外壁の外面へ貫通する第１ガス導入孔が穿設され、
上記内壁には、上記ガス流通路に連通し、内壁の内面へ
貫通する第２ガス導入孔が穿設されている構成である。

【００７２】それゆえ、内壁と外壁とが当接している場
合、プラズマチャンバの外部から供給されるイオン種ガ
スを、第１ガス導入孔、リング溝によって形成されるリ
ング状のガス流通路、および第２導入孔を介して、プラ
ズマチャンバ内部へ確実に導入できる。したがって、上
記内壁と外壁との間の位置決めが不要となり、内壁を外
壁へ容易に装着できる。この結果、イオン源のメンテナ
ンス時の作業性が大幅に向上し、イオン源の日常保守時
間を削減できるという効果を奏する。

【００７３】加えて、従来のように内壁を貫通してガス
導入ノズルおよびガス導入管を嵌入しなくても、イオン
種ガスの流通路を確保できる。したがって、ガス導入ノ
ズルおよびガス導入管の肉厚の分だけ内壁の径方向の大
きさを縮小でき、イオン源全体を小型化できるという効
果を併せて奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示すものであり、ＥＣＲ
イオン源のプラズマチャンバを示す断面図である。

【図２】上記ＥＣＲイオン源全体の構成を示す、一部切
欠きを有する断面図である。

【図３】上記プラズマチャンバ内に設けられたウインド
ウを示す正面図である。

【図４】上記ウインドウを示す、図３のＡ−Ａ線矢視断
面図である。

【図５】上記ＥＣＲイオン源のイオン源チャンバとガス
導入管との接合部を示す断面図である。

【図６】上記ウインドウの一変形例を示す正面図であ
る。

【図７】上記プラズマチャンバの一変形例を示すもので
あり、プラズマチャンバのウインドウ近傍の断面図であ
る。

【図８】従来例を示すものであり、ＥＣＲイオン源全体
の構成を示す、一部切欠きを有する断面図である。

【図９】上記ＥＣＲイオン源のプラズマチャンバを示す
断面図である。

【図１０】他の従来例を示すものであり、ＥＣＲイオン
源のプラズマチャンバを示す断面図である。

【符号の説明】３プラズマチャンバ３ａマイクロ波導入側外壁（外壁）３ｃガス管挿入用孔（第１ガス導入孔）４ウインドウ（内壁）４ａドーナッツ溝（リング溝）４ｂガス導入孔（第２ガス導入孔）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プラズマチャンバの外面となる外壁と、こ
の外壁に当接してプラズマチャンバの内面となる内壁と
を有するイオン源において、上記内壁の当接面、または上記外壁の当接面の少なくと
も一方には、この当接面に垂直で該当接面の中心を通る
軸を中心とするリング状のリング溝が形成されていると
共に、上記外壁には、上記外壁と内壁とが当接した状態で上記
リング溝と内壁と外壁とにより形成されるリング状のガ
ス流通路に連通し、外壁の外面へ貫通する第１ガス導入
孔が穿設され、上記内壁には、上記ガス流通路に連通し、内壁の内面へ
貫通する第２ガス導入孔が穿設されていることを特徴と
するイオン源。