JPS61121248A - 簡単で長寿命陰極を有するイオンインプランテ−シヨン用イオン源 - Google Patents
簡単で長寿命陰極を有するイオンインプランテ−シヨン用イオン源Info
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- JPS61121248A JPS61121248A JP24206084A JP24206084A JPS61121248A JP S61121248 A JPS61121248 A JP S61121248A JP 24206084 A JP24206084 A JP 24206084A JP 24206084 A JP24206084 A JP 24206084A JP S61121248 A JPS61121248 A JP S61121248A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/02—Details
- H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement or ion-optical arrangement
- H01J37/08—Ion sources; Ion guns
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01J27/00—Ion beam tubes
- H01J27/02—Ion sources; Ion guns
- H01J27/08—Ion sources; Ion guns using arc discharge
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
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- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
イオンインプランテーション用のイオン源としては現在
７リーマン型が一般的である。
７リーマン型が一般的である。
しかしながらそのイオン源の陰極用タングステンフィラ
メントの寿命が大きな障害になっており、また試料金属
蒸気化のためのタンマン型溶解炉はイオン源を複雑化し
ている。そこでイオンプレーテング’ＩＩｍを小型化し
た金属イオン源を７リーマン型の代わりに置き換えるこ
とが考えられる。即ち電子ビームか放電プラズマで金属
を蒸気化し同時にイオン化する方法である。先づ代表的
なイオンプレーテング装置の小型化について考えると、
電ｆ−ビームと高周波放電或いはアーク放電併用型は装
置が複雑化しコストでも極めて高くなり且つ高いイオン
電流密度も得られないのでイオンインプランテーシタン
に転用することは天川上不適当である６次に直接放電型
（放電陰極と陽極の間に中間電極がなく、従ってが大圧
力勾配もない）のイオンプレーテング装置の小型化が考
えられるが、（１）陽極兼ハースの上に置いた試料金属
スクラップの蒸発化のためにかなつの大電流放電が必要
である。
メントの寿命が大きな障害になっており、また試料金属
蒸気化のためのタンマン型溶解炉はイオン源を複雑化し
ている。そこでイオンプレーテング’ＩＩｍを小型化し
た金属イオン源を７リーマン型の代わりに置き換えるこ
とが考えられる。即ち電子ビームか放電プラズマで金属
を蒸気化し同時にイオン化する方法である。先づ代表的
なイオンプレーテング装置の小型化について考えると、
電ｆ−ビームと高周波放電或いはアーク放電併用型は装
置が複雑化しコストでも極めて高くなり且つ高いイオン
電流密度も得られないのでイオンインプランテーシタン
に転用することは天川上不適当である６次に直接放電型
（放電陰極と陽極の間に中間電極がなく、従ってが大圧
力勾配もない）のイオンプレーテング装置の小型化が考
えられるが、（１）陽極兼ハースの上に置いた試料金属
スクラップの蒸発化のためにかなつの大電流放電が必要
である。
（２）陰極の寿命が充分長くなければならない。
（３）ｆｆス効率が高くなければはらない事が条件とな
る。（１）−（３）の’Ｉｌｌ ｎＲにたいして、タン
グステンフィラメント陰極を用いる方式は（１）。
る。（１）−（３）の’Ｉｌｌ ｎＲにたいして、タン
グステンフィラメント陰極を用いる方式は（１）。
（２）の点で問題があり、またタンタルバイブ等の熱水
ロー＋ｔ！：極を用いる方式も（２）、（３）が問題で
ある。結局従来の直接放電型のイオン源も７リ一マン型
以上の性能を出し得ないと考えられる。
ロー＋ｔ！：極を用いる方式も（２）、（３）が問題で
ある。結局従来の直接放電型のイオン源も７リ一マン型
以上の性能を出し得ないと考えられる。
以上の考察に基づいてこの発明では長か命のプラズマ生
成用Ｔａ ＬａＢ５複合型陰極が使用できる圧力勾配
型直逢放電によるイオンプレーテング装置を小型化し、
且つその放電用の多層、のガスを小さな排気速度のポン
プで処理できるようにした新方式のイオンインプラチー
ジョン用イオン源を提案する。
成用Ｔａ ＬａＢ５複合型陰極が使用できる圧力勾配
型直逢放電によるイオンプレーテング装置を小型化し、
且つその放電用の多層、のガスを小さな排気速度のポン
プで処理できるようにした新方式のイオンインプラチー
ジョン用イオン源を提案する。
すでに発明者がＴａ ［、ａＢ６複合型陰揄を開発（
特許出願５４−５７３．’９５）Ｌ艮か命が実証されて
いるのでこれを使用した新り式のイオンインプラチージ
ョン用イオン源の概略は図面に示したようになり、大き
さとしては直径ｆｏａｍ、長さ３０ｃｍ程度にすｔしば
キャリアが大の排気の点でも便利である。このイオン源
は図面のように放電陽極を小さなハースにして放電々電
流の電力によって試料金属の溶解−蒸気化−プラズマ化
を行うので７リーマン型のタンマン型溶解炉は不要であ
り装置が簡単化される。このときＬ記Ｔａ−１−ユＢ、
複合型陰極を使用すればＡｒＪ’スで２５０ Ａ以上−
（放電々圧５０−９０Ｖ）、Ｈｅｆｆスで１５０Ａ以上
（放電々圧８０〜 ＋５０Ｖ）の安定な放電ら可能なの
で数ＫＷ以りの放電々力を陽極に集中することができる
。従′っで試料金属の溶解−蒸気化−プラズマ化には充
分である。
特許出願５４−５７３．’９５）Ｌ艮か命が実証されて
いるのでこれを使用した新り式のイオンインプラチージ
ョン用イオン源の概略は図面に示したようになり、大き
さとしては直径ｆｏａｍ、長さ３０ｃｍ程度にすｔしば
キャリアが大の排気の点でも便利である。このイオン源
は図面のように放電陽極を小さなハースにして放電々電
流の電力によって試料金属の溶解−蒸気化−プラズマ化
を行うので７リーマン型のタンマン型溶解炉は不要であ
り装置が簡単化される。このときＬ記Ｔａ−１−ユＢ、
複合型陰極を使用すればＡｒＪ’スで２５０ Ａ以上−
（放電々圧５０−９０Ｖ）、Ｈｅｆｆスで１５０Ａ以上
（放電々圧８０〜 ＋５０Ｖ）の安定な放電ら可能なの
で数ＫＷ以りの放電々力を陽極に集中することができる
。従′っで試料金属の溶解−蒸気化−プラズマ化には充
分である。
犬にこのイオン源から引き出すイオン電流について考え
ると、通常イオン電流密度１０ｗｒ Ａ ／ ｃａｍ”
程度で数ｃａｍ”の引き出し面積かにボさｈでいる。こ
のために（土プラズマ源の電子一温度を約ｔｏ ｅＶと
して、プラズマ密度１０１１、’ｃｃ以Ｉ；であればよ
い。経験則から数１（）Ａ程度の放電々流を流せばこの
要求に充分なプラズマ密度が得らｈることは明らかであ
る。
ると、通常イオン電流密度１０ｗｒ Ａ ／ ｃａｍ”
程度で数ｃａｍ”の引き出し面積かにボさｈでいる。こ
のために（土プラズマ源の電子一温度を約ｔｏ ｅＶと
して、プラズマ密度１０１１、’ｃｃ以Ｉ；であればよ
い。経験則から数１（）Ａ程度の放電々流を流せばこの
要求に充分なプラズマ密度が得らｈることは明らかであ
る。
またプラズマをシート状にすれば（特許出願５７−’０
６ｔ）６３’４．５’７− Ｉ ５”８−６２４ ）火
面植とよｒ）大電流密度が確保できる。
６ｔ）６３’４．５’７− Ｉ ５”８−６２４ ）火
面植とよｒ）大電流密度が確保できる。
放電型のイオンプレーテング装置を小型化してイオンプ
ランテーションに転用するときの最大の難問は放電に使
用したキャリアガスの処理方法である。圧力勾配型の放
電はガス効率が極めて高く直接放電型の１／１０以下の
γ入流量で同一の放電々流を安定に流すことができる。
ランテーションに転用するときの最大の難問は放電に使
用したキャリアガスの処理方法である。圧力勾配型の放
電はガス効率が極めて高く直接放電型の１／１０以下の
γ入流量で同一の放電々流を安定に流すことができる。
しかしながら圧力勾配型の放電でも１００Ａ以上の放電
を行うにはＡ「で０．２ Ｔ ｏｒｒＪＬ／ｓｅｅ、
Ｈｅで０，６ ＴｏｒｒＪｌ／ｓｅｃ程度のガス流取を
必要とする（Ｉ：、記陰章使用）。一方イオンビームが
加速引き出される側は ２×１０ ”” Ｔｏｒｒ程度
の真空度がＶ：求されるので図面２の排気ポンプのみで
上記キャリアガス流量を処理するには、排気速度とＬ′
ζ、Ａ「ガスで １０ ’ ！／ｓｅｃ、ｌＩｅ＊スで
３×１０ ” ）！−／ｓｅｃの巨大な排気ポンプが
必要になリ実用ヒの大きな障害となる。このキャリア〃
又の処理の問題はこの発明の一〇の焦点であり、２台の
排気ポンプを併用することによって解決した。即ち、プ
ラズマ源を構成する放電陽極領域に図面の１の排気ポン
プを接続しキャリアゲスの大部分はこのプラズマ源から
直接排気する。一般にプラズマ源のが大圧力１、ｔ Ｉ
０−３Ｔ ｏｒｒ程７ｇが適当・なので、この〃ス
゛圧力でＡｒｆｆスの０．２．ＴｏｒｒＪＬ／ｓｅｃ、
Ｈｅ１ｆスの０，６ ＴｏｒｒＪＬ／ｓｅｅの流量を
処理するとすれば、４ＪＰ気速度は ２−６ＸｌＯ”ノ
／ｓｅｃ ｔ’よい。また、商用の真空排気ポンプは
１０″″６〜Ｉ （１−’ Ｔｏｒｒに渡っての排気速
度の変化は小さいので〃入流量の処理には高い圧力で処
理する程効率がよくなる。この発明はこＣ原理を利用し
ている。
を行うにはＡ「で０．２ Ｔ ｏｒｒＪＬ／ｓｅｅ、
Ｈｅで０，６ ＴｏｒｒＪｌ／ｓｅｃ程度のガス流取を
必要とする（Ｉ：、記陰章使用）。一方イオンビームが
加速引き出される側は ２×１０ ”” Ｔｏｒｒ程度
の真空度がＶ：求されるので図面２の排気ポンプのみで
上記キャリアガス流量を処理するには、排気速度とＬ′
ζ、Ａ「ガスで １０ ’ ！／ｓｅｃ、ｌＩｅ＊スで
３×１０ ” ）！−／ｓｅｃの巨大な排気ポンプが
必要になリ実用ヒの大きな障害となる。このキャリア〃
又の処理の問題はこの発明の一〇の焦点であり、２台の
排気ポンプを併用することによって解決した。即ち、プ
ラズマ源を構成する放電陽極領域に図面の１の排気ポン
プを接続しキャリアゲスの大部分はこのプラズマ源から
直接排気する。一般にプラズマ源のが大圧力１、ｔ Ｉ
０−３Ｔ ｏｒｒ程７ｇが適当・なので、この〃ス
゛圧力でＡｒｆｆスの０．２．ＴｏｒｒＪＬ／ｓｅｃ、
Ｈｅ１ｆスの０，６ ＴｏｒｒＪＬ／ｓｅｅの流量を
処理するとすれば、４ＪＰ気速度は ２−６ＸｌＯ”ノ
／ｓｅｃ ｔ’よい。また、商用の真空排気ポンプは
１０″″６〜Ｉ （１−’ Ｔｏｒｒに渡っての排気速
度の変化は小さいので〃入流量の処理には高い圧力で処
理する程効率がよくなる。この発明はこＣ原理を利用し
ている。
図面４のイオンビーム引き出し側には、加速電極（図面
１７，１８）がガス流量を制限しプラズマ源領域から排
気される流−ｔの数１（）分の１以下にできるので、１
（） ３ノア’ＳｅＣ程度の排気速度のポンプを接続（
図面２）すれば充分である。
１７，１８）がガス流量を制限しプラズマ源領域から排
気される流−ｔの数１（）分の１以下にできるので、１
（） ３ノア’ＳｅＣ程度の排気速度のポンプを接続（
図面２）すれば充分である。
以上のようにこの発明では〃ス効率のよい圧力勾配型放
電形式のイオン源を利用し、史に２台の小さな排気速度
の排気ポンプを使用することによって従来の７リーマン
型に代わり得る簡単で長寿命のイオンインプランテーシ
ョン用イオン源を考案した。なお残る問題としてはプラ
ズマ源側排気ポンプの高電圧絶縁に注意が必要であり、
絶縁トランスを使用するか絶縁排気管と直交磁場等によ
る高電圧の放電防市策をとる必要がある。
電形式のイオン源を利用し、史に２台の小さな排気速度
の排気ポンプを使用することによって従来の７リーマン
型に代わり得る簡単で長寿命のイオンインプランテーシ
ョン用イオン源を考案した。なお残る問題としてはプラ
ズマ源側排気ポンプの高電圧絶縁に注意が必要であり、
絶縁トランスを使用するか絶縁排気管と直交磁場等によ
る高電圧の放電防市策をとる必要がある。
図はガス圧力勾配型放電を利用したＶＪｔｔｔで。
民ｌＩ・命陰撞を有するイオンインプランテーション用
イオン源の構成図である。図に於いて、１はブラに電源
を直接排気する排気ポンプ、２は加速され引き出された
イオンビーム側を排気する排気ポンプ、３はシート状に
され且つ陽檎近くで９０°曲げられた放電プラズマ流、
４は加速され引き出されたイオンビーム（キャリアガス
イオンと金属イオンの両方）、５は放電陽極兼用ハース
、６はＴａパイブーｉ ａ Ｂ ｓ円板複合陰極、７は
環状永久磁イ〒内蔵゛ 第１中間電極（ｆＦ許出願５５
−００５０６３ ）、８は空芯フィル内蔵の第２中間電
極、５Ｊは高電圧イオン加速引き出し電極、１０はイオ
ンシース形成引き出し補助電極、１１はプラズマ源排気
管、１２はイオンビーム引き出し側排気管、１３はプラ
ズマシート化用角形永久磁石、１４は放電プラＸｖ流収
束用空芯フィル磁石、１５は放電プラズマ流を９０”曲
げてハースに収束するための永久磁石、１６は放電用電
源、１７．はイオンシース形成用バイアス電源、１８は
イオン加速用高電圧電源、１９は放電用キャリアゲス導
入口である。
イオン源の構成図である。図に於いて、１はブラに電源
を直接排気する排気ポンプ、２は加速され引き出された
イオンビーム側を排気する排気ポンプ、３はシート状に
され且つ陽檎近くで９０°曲げられた放電プラズマ流、
４は加速され引き出されたイオンビーム（キャリアガス
イオンと金属イオンの両方）、５は放電陽極兼用ハース
、６はＴａパイブーｉ ａ Ｂ ｓ円板複合陰極、７は
環状永久磁イ〒内蔵゛ 第１中間電極（ｆＦ許出願５５
−００５０６３ ）、８は空芯フィル内蔵の第２中間電
極、５Ｊは高電圧イオン加速引き出し電極、１０はイオ
ンシース形成引き出し補助電極、１１はプラズマ源排気
管、１２はイオンビーム引き出し側排気管、１３はプラ
ズマシート化用角形永久磁石、１４は放電プラＸｖ流収
束用空芯フィル磁石、１５は放電プラズマ流を９０”曲
げてハースに収束するための永久磁石、１６は放電用電
源、１７．はイオンシース形成用バイアス電源、１８は
イオン加速用高電圧電源、１９は放電用キャリアゲス導
入口である。
Claims (1)
- 放電陰極と陽極の間に中間電極を入れてガス圧力の勾配
をつけ、放電用のキャリアガスはその陽極と中間電極の
間のプラズマ領域と、加速して引き出されたイオンビー
ム領域の二ケ所で排気するようにしたイオンインプラン
テーション用イオン源
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24206084A JPS61121248A (ja) | 1984-11-16 | 1984-11-16 | 簡単で長寿命陰極を有するイオンインプランテ−シヨン用イオン源 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24206084A JPS61121248A (ja) | 1984-11-16 | 1984-11-16 | 簡単で長寿命陰極を有するイオンインプランテ−シヨン用イオン源 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61121248A true JPS61121248A (ja) | 1986-06-09 |
Family
ID=17083683
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24206084A Pending JPS61121248A (ja) | 1984-11-16 | 1984-11-16 | 簡単で長寿命陰極を有するイオンインプランテ−シヨン用イオン源 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61121248A (ja) |
-
1984
- 1984-11-16 JP JP24206084A patent/JPS61121248A/ja active Pending
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