JPS60243952A - Microwave ion source - Google Patents
Microwave ion sourceInfo
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- JPS60243952A JPS60243952A JP9872584A JP9872584A JPS60243952A JP S60243952 A JPS60243952 A JP S60243952A JP 9872584 A JP9872584 A JP 9872584A JP 9872584 A JP9872584 A JP 9872584A JP S60243952 A JPS60243952 A JP S60243952A
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- 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
- H01J27/18—Ion sources; Ion guns using high-frequency excitation, e.g. microwave excitation with an applied axial magnetic field
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
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- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は、ミリアンペア(m A )のイオンビームを
引き出せるイオン源に係り、特に大電流イオン打込み装
置に好適なマイクロ波イオン源に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Application of the Invention] The present invention relates to an ion source capable of extracting a milliampere (mA) ion beam, and particularly to a microwave ion source suitable for a large current ion implantation device.
従来のイオン打込み装置用マイクロ波イオン源は、特開
昭56−132.754号公報に記載のように、放型室
を形成するためのマイクロ波立体回路と′して、放電室
内にマイクロ波電界を強くしかも比較的均一に発生でき
るリッジ型を採用していた。しかし、とのリッジ型マイ
クロ波回路は複雑な形状をしており、さらにマイクロ波
回路としてのインピーダンスミスマツチングを少なくす
るためにテーパ一部を設置プなければならない等の形状
に対する制約もあり、高価なものになってしまっていた
。A conventional microwave ion source for an ion implantation device, as described in Japanese Patent Application Laid-open No. 132.754/1983, uses a three-dimensional microwave circuit to form a discharge chamber, and a microwave ion source is used in a discharge chamber. It used a ridge type that could generate a strong and relatively uniform electric field. However, the ridge type microwave circuit has a complicated shape, and there are also restrictions on the shape, such as the need to install a part of the taper in order to reduce impedance mismatching as a microwave circuit. It had become expensive.
本発明の目的は、マイクロ波イオン源としての性能を落
とさず、安価なイオン打込み機用マイクロ波イオン源を
提供することにある。An object of the present invention is to provide an inexpensive microwave ion source for an ion implanter without degrading the performance of the microwave ion source.
放電室を形成するためのマイクロ波立体回路を単純な構
造にし安価にする一番簡単な方法は、従来のリッジ型導
波管を矩形導波管にすることである。しかし、矩形導波
管では、リッジ型に比べ。The easiest way to make the three-dimensional microwave circuit for forming the discharge chamber simple and inexpensive is to replace the conventional ridge waveguide with a rectangular waveguide. However, in the rectangular waveguide, compared to the ridge type.
放電室内のマイクロ波電界強度が低く、しかも均一度が
悪いため、そのままでは、引き出されるイオンビームの
電流量やエミツタンスが落ちる可能性があった。しかし
、イオン電流についてはイオンビーム出ロスリットの長
さを増すことにより活善できることを確認した。(なお
、リッジ型導波管を用いた場合、イオンビーム出ロスリ
ットの最大長はリッジ電極の長さと同じ値までしかでき
ないので、イオンビーム出ロスリットの長さを単純に増
すことはできない。)また、エミッタタンスについては
引き出し電極系の形状やイオンビーム出ロスリットの巾
を放電室内に生じたプラズマの密度分布に合わせること
が改善できることが確かめられたので、矩形導波管のま
まで充分イオン打込み機用として使用できることがわか
った。Since the microwave electric field strength in the discharge chamber is low and its uniformity is poor, if left as is, there is a possibility that the current amount and emittance of the extracted ion beam will drop. However, we confirmed that the ion current could be improved by increasing the length of the ion beam exit loss slit. (When using a ridge-type waveguide, the maximum length of the ion beam exit loss slit can only be the same as the length of the ridge electrode, so the length of the ion beam exit loss slit cannot be simply increased.) It was confirmed that the emitter resistance could be improved by matching the shape of the extraction electrode system and the width of the ion beam output loss slit to the density distribution of the plasma generated in the discharge chamber. It turns out that it can be used for purposes.
以下1本発明の実施例を図面により説明する。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
第1図、第2図、第3図は本発明によるマイクロ波イオ
ン源の構造を示すもので、マイクロ波イオン源は、マイ
クロ波発生器1.導波管2.マイクロ波導入フランジ3
.放電電極4.放電室5.ガス導入管6.イオンビーム
引き出し電極系7a。1, 2, and 3 show the structure of a microwave ion source according to the present invention, which includes a microwave generator 1. Waveguide 2. Microwave introduction flange 3
.. Discharge electrode 4. Discharge chamber5. Gas introduction pipe6. Ion beam extraction electrode system 7a.
7b、7c、磁界発生器8で構成されている。本実施例
では、導波管2.マイクロ波導入フランジ3、放電電極
4はいずれも矩形のものを使用している。放電室5は、
マイクロ波回路としては終端の部分、つまり、放電電極
4の先端の部分に設置されている(第2図参照)。放電
電極4内において、放電室5以外の部分には誘電体絶縁
物5a(本実施例では窒化ボウ素焼結体)を充填し、放
電室5以外の部分で放電が発生しないようにしている。7b, 7c, and a magnetic field generator 8. In this embodiment, the waveguide 2. Both the microwave introduction flange 3 and the discharge electrode 4 are rectangular. The discharge chamber 5 is
The microwave circuit is installed at the terminal end, that is, at the tip of the discharge electrode 4 (see FIG. 2). In the discharge electrode 4, a portion other than the discharge chamber 5 is filled with a dielectric insulator 5a (boron nitride sintered body in this embodiment) to prevent discharge from occurring in the portion other than the discharge chamber 5.
導波管2.マイクロ波導入フランジ3.放電電極4の寸
法は次の様になっている。Waveguide 2. Microwave introduction flange 3. The dimensions of the discharge electrode 4 are as follows.
見彼豊主
■断面形状(aXb)=・・96X27 (mm)■特
性インピーダンス(Rcl)・・・・137.6 (Ω
)マイクロ゛導入フランジ3
■材質・・・・ポリイミド樹脂、Er”3.4■断面形
状(aXb)・・”96X27 (mm)■厚さ (t
)−・・18 (Tnm)■特性インピーダンス(R
c2)・・・・82.5(Ω)故鬼!玉土
■誘電体充填物材質・・・・窒化ホウ素、6.=4■4
■断状(a X b)−75X 18 (mm)■特性
インピーダンス(R,c3)・・・・49.5(Ω)こ
こで、各部分の特性インピーダンスは以下の式で計算で
きる。■Cross-sectional shape (aXb) =...96X27 (mm) ■Characteristic impedance (Rcl)...137.6 (Ω
)Micro introduction flange 3 ■Material: Polyimide resin, Er"3.4 ■Cross-sectional shape (aXb)..."96X27 (mm) ■Thickness (t
)--18 (Tnm) ■Characteristic impedance (R
c2)...82.5 (Ω) Late demon! Tamado ■ Dielectric filler material: boron nitride, 6. =4■4
■Cross section (a x b) - 75X 18 (mm) ■Characteristic impedance (R, c3)...49.5 (Ω) Here, the characteristic impedance of each part can be calculated using the following formula.
Er:導波管内部充填物の比誘電率
λg:導波管の管内波長
λ :内部充填物中の自由空間波長
a、b:導波管寸法
本実施例では、マイクロ波導入フランジ3で導入波管2
と放電電極4のインピーダンスマツチングをとるように
している( Rc 2 = J Rc 15百i1゜t
=λg/4Xn、nは奇数、本実施例ではn=1)。こ
のようにすれば、反射の少ないマイクロ波立体回路を構
成でき、マイクロ波発生器1で発生させたマイクロ波を
効率良く放電室5内に送り込むことができる。インピー
ダンスマツチングを取らずに適当に各部品を結合しても
マイクロ波を通すことは可能であるが、この場合、各結
合部での反射が多くなるため、マイクロ波発生器に投入
する電力を多く必要とし損である。Er: relative dielectric constant of the waveguide internal filling λg: wavelength inside the waveguide λ: free space wavelength in the internal filling a, b: waveguide dimensions In this example, the microwave is introduced at the microwave introduction flange 3. wave tube 2
and impedance matching of the discharge electrode 4 (Rc 2 = J Rc 1500i1゜t
=λg/4Xn, n is an odd number (in this example, n=1). In this way, a three-dimensional microwave circuit with less reflection can be constructed, and the microwaves generated by the microwave generator 1 can be efficiently sent into the discharge chamber 5. It is possible to pass microwaves even if the parts are connected appropriately without impedance matching, but in this case, there will be a lot of reflection at each connection, so the power input to the microwave generator will be reduced. It's a waste to need so much.
イオンビーム出ロスリット7 (第1図では、イオンビ
ーム引き出し電極7aに含まれる。)の断面形状は、中
心部分が一番巾が狭く、両端にいくほど巾を広くしであ
る(第3図参照)。これは放電室5内に発生するプラズ
マの密度分布にあわせた(密度の高い中心部分ではスリ
ット巾を狭く、低い端の部分ではスリット巾を広く)も
のでイオンビーム出ロスリット7の各部分から引き出さ
れるイオン電流量が同じになるようにしている。プラズ
マの密度分布は、放電室5内に発生するマイクロ波電界
の強度が各部分で異なるために生じる。The cross-sectional shape of the ion beam extraction loss slit 7 (included in the ion beam extraction electrode 7a in FIG. 1) is narrowest at the center and widens toward both ends (see FIG. 3). ). This is done in accordance with the density distribution of the plasma generated in the discharge chamber 5 (the slit width is narrow in the central part where the density is high, and the slit width is widened in the low end parts), and the ion beam is extracted from each part of the ion beam output loss slit 7. The amount of ion current applied is made to be the same. The plasma density distribution occurs because the strength of the microwave electric field generated in the discharge chamber 5 differs in each part.
次にマイクロ波イオン源の動作を説明する。第1図にお
いて、マイクロ波発生器1で発生したマイクロ波は、導
波管2a、2b、マイクロ波導入フランジ3を経由して
放電電極4内に導入され、放電室5内にマイクロ波電界
を発生させる。さらに放電室付近には、磁界発生器8(
本実施例ではソレノイドコイル)によりマイクロ波電界
と直交する方向に磁界が印加される。この状態でイオン
化すべきガスをガス導入管6より放電室5内に導入し、
マイクロ波電界と磁界の相互作用でプラズマを発生させ
、イオンビーム引出し電極形7a。Next, the operation of the microwave ion source will be explained. In FIG. 1, microwaves generated by a microwave generator 1 are introduced into a discharge electrode 4 via waveguides 2a, 2b and a microwave introduction flange 3, and create a microwave electric field in a discharge chamber 5. generate. Furthermore, near the discharge chamber, a magnetic field generator 8 (
In this embodiment, a magnetic field is applied by a solenoid coil in a direction perpendicular to the microwave electric field. In this state, the gas to be ionized is introduced into the discharge chamber 5 through the gas introduction tube 6,
Plasma is generated by the interaction of a microwave electric field and a magnetic field, and the ion beam extraction electrode type 7a.
7b、7cにより、上記プラズマからイオンビーム21
が引き出される。7b and 7c, the ion beam 21 is extracted from the plasma.
is brought out.
本実施例によれば、放電室5を形成するための放電電極
4として、構造の単純な矩形導波管を使用でき、さらに
その軸方向の長さはインピーダンスマツチングを気にす
ることなく自由に設定できるので、全体として安価なマ
イクロ波イオン源を作ることができる。さらに、放電室
5の寸法は、放電電極4の内借1寸法ギリギリまで大き
くすることができるので、従来以上に大電流を引き出す
ことが可能である。According to this embodiment, a rectangular waveguide with a simple structure can be used as the discharge electrode 4 for forming the discharge chamber 5, and its length in the axial direction can be freely adjusted without worrying about impedance matching. Therefore, it is possible to create an inexpensive microwave ion source as a whole. Furthermore, since the dimensions of the discharge chamber 5 can be increased to the limit of one dimension of the discharge electrode 4, it is possible to draw out a larger current than before.
本実施例では、放電電極dとして矩形導波管を用いたが
、矩形導波管のかわりに円筒導波管や同軸導波管を用い
ても、イオン源の全体寸法を大きくすることなく非常に
単純な構造で同じ性能を確保できることは明らかである
。また、イオンビーム出ロスリット7として、単一スリ
ットを用いたが、これを複数のスリットにしても、ある
いは小さな穴をスリット方向に並べても(マルチアパー
チャ)、同じ効果が得られることは明らかである。In this example, a rectangular waveguide was used as the discharge electrode d, but a cylindrical waveguide or a coaxial waveguide could be used instead of the rectangular waveguide without increasing the overall size of the ion source. It is clear that the same performance can be achieved with a simpler structure. Furthermore, although a single slit was used as the ion beam exit loss slit 7, it is clear that the same effect can be obtained even if multiple slits are used, or if small holes are arranged in the slit direction (multi-aperture). .
また、第4図に別の実施例を示す。本実施例は放電室5
内に発生するプラズマの密度分布に対する補正を、イオ
ンビーム引き出し電極7bの形状で行なったものである
(先の実施例ではイオンビーム出ロスリット7の巾を変
化させることで行なった。)。つまり本実施例では、イ
オンビーム出ロスリット7のスリット巾は一定にしてあ
り、そのかわりにイオンビーム引き出し電極7bの形状
として、中心部分を一番高い山形にし端にいくほど山の
高さを低くしである。これにより、イオンビーム出ロス
リット部分のイオンビーム引き出し電界強度を放電室5
内のプラズマ密度の分布に合わせることができるので、
結果として平行なイオンビーム21を引き出すことがで
きる。Further, FIG. 4 shows another embodiment. In this embodiment, the discharge chamber 5
The density distribution of the plasma generated inside is corrected by changing the shape of the ion beam extraction electrode 7b (in the previous embodiment, this was done by changing the width of the ion beam extraction loss slit 7). In other words, in this embodiment, the slit width of the ion beam extraction loss slit 7 is constant, and instead, the shape of the ion beam extraction electrode 7b is such that the central part is the highest in the shape of a mountain, and the height of the mountain decreases toward the edges. It is. As a result, the ion beam extraction electric field strength at the ion beam output loss slit portion is reduced to the discharge chamber 5.
Since it can be adjusted to the distribution of plasma density within
As a result, a parallel ion beam 21 can be extracted.
放電室5内に生ずるプラズマの密度分布に対する対策と
して、イオンビーム出ロスリット7の巾を変える方法と
イオンビーム引き出し電極7bの形状を変化させる2つ
の実施例を示したが、これらを併用しても同様の効果を
得られることは明らかである。As a countermeasure against the density distribution of plasma generated in the discharge chamber 5, two embodiments have been shown in which the width of the ion beam exit loss slit 7 is changed and the shape of the ion beam extraction electrode 7b is changed. It is clear that similar effects can be obtained.
本発明によれば、従来よりも簡単な構造で大電流のイオ
ンビームを引き出すことのできるマイクロ波イオン源を
、従来よりも安価に提供することができる。According to the present invention, it is possible to provide a microwave ion source capable of extracting a large current ion beam with a simpler structure than the conventional one and at a lower cost than the conventional one.
第1図は本発明に基づ〈実施例を示す図、第2図は第1
図のA−A線断面図、第1図は第1図のB−B線断面図
、第4図は本発明に基づく別の実施例を示す図である。
l・・・マイクロ波発生器、2a、2b・・・導波管、
3・・・マイクロ波導入フランジ、4・・・放電電極、
5・・・放電室、5a・・・放電電極内に放電室を形成
するための誘電体充填物、6・・・ガス導入管、7・・
・イオンビーム出ロスリッ1〜.7a+7bt7c・・
・イオンビーム引き出し電極系、8・・・磁界発生器、
11・・・第 1 (2)
口
第4 図Figure 1 is a diagram showing an embodiment based on the present invention, and Figure 2 is a diagram showing an example of the invention.
FIG. 1 is a sectional view taken along line AA in FIG. 1, FIG. 4 is a sectional view taken along line BB in FIG. 1, and FIG. 4 is a diagram showing another embodiment based on the present invention. l...Microwave generator, 2a, 2b... Waveguide,
3...Microwave introduction flange, 4...Discharge electrode,
5...Discharge chamber, 5a...Dielectric filling for forming a discharge chamber in the discharge electrode, 6...Gas introduction tube, 7...
・Ion beam output loss slip 1~. 7a+7bt7c...
・Ion beam extraction electrode system, 8...magnetic field generator,
11...1st (2) Mouth 4th figure
Claims (1)
ラズマを作り、このプラズマからイオンビームを引き出
すマイクロ波イオン源において、プラズマを形成させる
ための放電室を囲む部分のマイクロ波立体回路として導
波管を用い、かつ、プラズマからイオンを出すための穴
としてスリット状の出口孔を備えていることを特徴とす
るマイクロ波イオン源。 2、上記放電室を囲むマイクロ波立体回路として矩形導
波管を用いることを特徴とする特許請求゛の範囲第1項
に記載のマイクロ波イオン源。 3、上記放電室を囲むマイクロ波立体回路として、円筒
導波管を用いることを特徴とする特許請求の範囲第1項
に記載のマイクロ波イオン源。 4、上記放電室を囲むマイクロ波立体回路として、同軸
導波管を用いることを特徴とする特許請求の範囲第1項
に記載のマイクロ波イオン源。 5、上記スリット状の出口孔の巾を、放電室内に発生す
るプラズマの密度分布に合わせて変化させたスリットを
備えていることを特徴とする特許請求の範囲第1項ない
し第4項のいずれかに記載のマイクロ波イオン源。 6、プラズマからイオンビームを引き出すための引出し
電極系の形状を、そのプラズマの密度分布に合わせて変
化させたイオンビーム引き出し電極系を備えていること
を特徴とする特許請求の範囲第1項ないし第4項のいず
れかに記載のマイクロ波イオン源。[Claims] (1) In a microwave ion source that uses microwave discharge in a magnetic field to create a plasma of an introduced gas and extracts an ion beam from this plasma, the portion surrounding the discharge chamber for forming the plasma. A microwave ion source characterized by using a waveguide as a three-dimensional microwave circuit and having a slit-shaped exit hole as a hole for ejecting ions from plasma. 2. The microwave ion source according to claim 1, characterized in that a rectangular waveguide is used as the microwave three-dimensional circuit surrounding the discharge chamber. 3. The microwave ion source according to claim 1, wherein a cylindrical waveguide is used as the microwave three-dimensional circuit surrounding the discharge chamber. 4. The microwave ion source according to claim 1, wherein a coaxial waveguide is used as the microwave three-dimensional circuit surrounding the discharge chamber. 5. Any one of claims 1 to 4, characterized in that the slit-shaped exit hole has a slit whose width is changed in accordance with the density distribution of plasma generated within the discharge chamber. Microwave ion source as described in Crab. 6. Claims 1 to 6 include an ion beam extraction electrode system whose shape is changed in accordance with the density distribution of the plasma. The microwave ion source according to any of paragraph 4.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9872584A JPS60243952A (en) | 1984-05-18 | 1984-05-18 | Microwave ion source |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9872584A JPS60243952A (en) | 1984-05-18 | 1984-05-18 | Microwave ion source |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS60243952A true JPS60243952A (en) | 1985-12-03 |
Family
ID=14227495
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9872584A Pending JPS60243952A (en) | 1984-05-18 | 1984-05-18 | Microwave ion source |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS60243952A (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6927148B2 (en) | 2002-07-15 | 2005-08-09 | Applied Materials, Inc. | Ion implantation method and method for manufacturing SOI wafer |
KR100551338B1 (en) * | 2003-07-25 | 2006-02-09 | 동부아남반도체 주식회사 | Electrode head of an ion beam generator |
US7064049B2 (en) | 2002-07-31 | 2006-06-20 | Applied Materials, Inv. | Ion implantation method, SOI wafer manufacturing method and ion implantation system |
WO2020123061A1 (en) * | 2018-12-12 | 2020-06-18 | Axcelis Technologies, Inc. | Ion source with tailored extraction aperture |
-
1984
- 1984-05-18 JP JP9872584A patent/JPS60243952A/en active Pending
Cited By (7)
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CN113169006A (en) * | 2018-12-12 | 2021-07-23 | 艾克塞利斯科技公司 | Ion source with customized extraction aperture |
JP2022510966A (en) * | 2018-12-12 | 2022-01-28 | アクセリス テクノロジーズ, インコーポレイテッド | Ion source with tailored drawer opening |
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