JPS6193534A - Ion source - Google Patents

Ion source

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Publication number
JPS6193534A
JPS6193534A JP16378885A JP16378885A JPS6193534A JP S6193534 A JPS6193534 A JP S6193534A JP 16378885 A JP16378885 A JP 16378885A JP 16378885 A JP16378885 A JP 16378885A JP S6193534 A JPS6193534 A JP S6193534A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ion source
chamber
ions
magnetic field
magnetic
Prior art date
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Pending
Application number
JP16378885A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
マイケル インマン
トーマス スタンリー グリーン
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.)
UK Atomic Energy Authority
Original Assignee
UK Atomic Energy Authority
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Filing date
Publication date
Application filed by UK Atomic Energy Authority filed Critical UK Atomic Energy Authority
Publication of JPS6193534A publication Critical patent/JPS6193534A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • 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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、イオン源に係る。[Detailed description of the invention] Industrial applications The present invention relates to an ion source.

従来の技術 イオンを発生しようとする気体状材料が高周波交流電磁
界によって完全なイオン化状態もしくはプラズマ状態に
励起されるようなイオン源が知られている。次いで、1
つ以上の抽出電極により発生された電界によってこのイ
オン源から所望のイオンが抽出される。
BACKGROUND OF THE INVENTION Ion sources are known in which the gaseous material from which ions are to be generated is excited into a fully ionized or plasma state by means of a high-frequency alternating electromagnetic field. Then 1
Desired ions are extracted from the ion source by an electric field generated by one or more extraction electrodes.

発明が解決しようとする問題点 然し乍ら、このような公知のイオン源は、主として、分
子イオンのビームを発生するものであり、従って、例え
ば、大規模集積回路の製造に用いる半導体基体に絶縁領
域を形成したり、或いは、このような回路に特定形式の
電気導電率をもたせることが必要な領域を形成したりす
るといった幾つかの目的では、これらの分子イオンが有
害である。
SUMMARY OF THE INVENTION However, such known ion sources primarily generate beams of molecular ions and are therefore used, for example, to provide insulating regions in semiconductor substrates used in the manufacture of large scale integrated circuits. For some purposes, these molecular ions are harmful, such as forming or forming regions where such circuits require a particular type of electrical conductivity.

問題点を解決するための手段 そこで1本発明の目的は、主として原子イオンを発生す
るような高周波プラズマイオン源を提供することである
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a high frequency plasma ion source that primarily generates atomic ions.

本発明によれば、排気することのできる室と、イオンを
形成するための材料を気体の状態で上記室に導入する手
段と、この気体の媒体をプラズマ状態へと励起できるよ
うにこの気体媒体に交流電磁界を付与する手段と、プラ
ズマからイオンを抽出するように電界を付与する手段と
、上記室の壁を高い温度に維持する手段と、上記室内で
プラズマにソレノイド磁界もしくは半径方向多極磁界を
付与する手段とを具備したイオン源が提供される。
According to the invention, there is provided a chamber capable of being evacuated, means for introducing into said chamber in gaseous form a material for forming ions, and said gaseous medium being capable of exciting said gaseous medium into a plasma state. means for applying an alternating electromagnetic field to the plasma; means for applying an electric field to extract ions from the plasma; means for maintaining the walls of the chamber at a high temperature; An ion source is provided comprising means for applying a magnetic field.

上記室の壁を加熱するのに必要なエネルギーは、プラズ
マから導出されてもよいし、或いは、外部のエネルギー
源から与えられてもよい。
The energy required to heat the walls of the chamber may be derived from the plasma or may be provided from an external energy source.

上記室の壁が600℃領域の温度に到達できるようにし
そしてプラズマに磁界を与えることにより、その中の電
子の温度を、プラズマ材料の分子が解離して再結合しな
いようにするに値まで上昇させることができる。かくて
、イオン源は、主として原子イオンを発生する。不所望
な分子イオンは、磁気分析器によって除去することがで
きる。
By allowing the walls of the chamber to reach temperatures in the region of 600°C and by applying a magnetic field to the plasma, the temperature of the electrons therein is raised to a value that prevents the molecules of the plasma material from dissociating and recombining. can be done. Thus, the ion source primarily generates atomic ions. Unwanted molecular ions can be removed by a magnetic analyzer.

このイオン源は、複数の平行な個々のビームを発生する
ように複数の平行なスリットを有した抽出電極を備えて
いるのが好ましい。
Preferably, the ion source includes an extraction electrode with a plurality of parallel slits to generate a plurality of parallel individual beams.

以下、添付図面を参照し、−例として本発明の詳細な説
明する。
The invention will now be described in detail, by way of example only, with reference to the accompanying drawings, in which: FIG.

実施例 第1図を説明すれば、イオン源は、直径が約700nn
の室1を備え、その壁2は、水晶で形成される。この壁
2には、室3を排気することのできる第1ポート3と、
イオンを形成するための揮発性材料もしくは気体状材料
を室1に導入できるようにする第2ポート4とがある。
To explain the embodiment in FIG. 1, the ion source has a diameter of about 700 nn.
The chamber 1 has a wall 2 made of crystal. This wall 2 has a first port 3 through which the chamber 3 can be evacuated;
There is a second port 4 that allows volatile or gaseous materials to be introduced into the chamber 1 for forming ions.

室1の周囲には、コイル5があり、このコイルには、既
知の形式の高周波電源6から電流を通電することができ
、これについては、以下で詳細に述べる。この高周波電
源6の周波数及び出力は、室1に導入された材料をプラ
ズマ状態へと完全に励起するようなものである。コイル
5には、第2の電源7も接続されており、この電源は、
室1の壁2の主部分の領域に定常ソレノイド磁界8を発
生するようにされる。2つのコイル9及び10は、電源
7をコイル5の高周波電流から分離するために各々設け
られている。室1内に配置されているのは、水晶のプレ
ート11であり、その機能は、ソレノイド磁界8が到達
しない室1の壁2の部分に電子が衝突するのを防止する
ことである。
Surrounding the chamber 1 is a coil 5, which can be energized with current from a high frequency power source 6 of known type, as will be described in more detail below. The frequency and power of this high frequency power source 6 are such that the material introduced into the chamber 1 is fully excited into the plasma state. A second power source 7 is also connected to the coil 5, and this power source is
A stationary solenoidal magnetic field 8 is generated in the region of the main part of the wall 2 of the chamber 1 . Two coils 9 and 10 are each provided to isolate the power source 7 from the high frequency current of the coil 5. Arranged within the chamber 1 is a quartz plate 11, the function of which is to prevent electrons from impinging on those parts of the wall 2 of the chamber 1 which the solenoidal magnetic field 8 does not reach.

金属プレート12は、イオン源によって発生されたイオ
ンのための出口穴を画成すると共に。
Metal plate 12 also defines an exit hole for the ions generated by the ion source.

抽出電極としても働く。Also works as an extraction electrode.

使用に際し、室1の壁2は、室1内のプラズマの成分が
衝突することによって数百℃の温度まで加熱される。室
1の壁2の動作温度は、重要ではないが、室l内のプラ
ズマの材料に基づいて最適な値をとる。例えば、気体状
の材料が約0.7ミリトールの圧力の酸素である場合に
は、約600℃の壁温が適当である。もし必要ならば、
外部の加熱又は冷却手段を設けてもよい。添付図面には
、冷却コイル13が示されている。
In use, the walls 2 of the chamber 1 are heated to a temperature of several hundred degrees Celsius by the impingement of components of the plasma within the chamber 1. The operating temperature of the walls 2 of the chamber 1 is not critical, but takes an optimum value based on the material of the plasma in the chamber 1. For example, if the gaseous material is oxygen at a pressure of about 0.7 mTorr, a wall temperature of about 600° C. is suitable. If necessary,
External heating or cooling means may also be provided. A cooling coil 13 is shown in the accompanying drawings.

プラズマにおいては、電子及びイオンが再結合する傾向
の大部分がその周囲において生じる。
In a plasma, most of the tendency for electrons and ions to recombine occurs in their surroundings.

又、これらの低温領域では、中性の原子が再結合して分
子を形成する。室1の高温の壁2及び磁界8は、プラズ
マ内の電子の温度分布と、室1の壁2へのイオン束との
両方を制御する。その結果、本発明のイオン源によって
発生される原子イオンの数は、従来のプラズマイオン放
出源からの出力に比して相当に増大される。
Also, in these low temperature regions, neutral atoms recombine to form molecules. The hot walls 2 of the chamber 1 and the magnetic field 8 control both the temperature distribution of the electrons in the plasma and the ion flux to the walls 2 of the chamber 1. As a result, the number of atomic ions produced by the ion source of the present invention is significantly increased compared to the output from conventional plasma ion emission sources.

第2図は、磁界8が多数の磁石21によって多極形態で
発生されるような本発明の第2の実施例を示している。
FIG. 2 shows a second embodiment of the invention in which the magnetic field 8 is generated by a number of magnets 21 in multipolar form.

このイオン源は、上記した第1の実施例の場合と同様に
作動するので、これ以上詳しく説明しない。両方の実施
例の共通した部品は、同じ参照番号で示しである。
This ion source operates in the same manner as in the first embodiment described above and will not be described in further detail. Common parts of both embodiments are designated with the same reference numerals.

通常、固体又は液体状態であるような材料のイオンを発
生するようにイオン源を使用すべき場合には、この材料
を気化することのできる炉にボート4を接続することが
できる。
If the ion source is to be used to generate ions of a material that is normally in a solid or liquid state, the boat 4 can be connected to a furnace capable of vaporizing this material.

第3図を説明すれば1本発明によるイオンビーム発生器
は、真空室30を有し、この真空室は、これを排気でき
るようにする2つのポート32及び33を有している6
真空室30の一端は、ベースプレート25に固定され、
このベースプレートは、イオンビーム27を真空室1へ
入れられるようにする中央穴26を有している。
Referring to FIG. 3, an ion beam generator according to the invention has a vacuum chamber 30, which has two ports 32 and 33 to enable it to be evacuated.
One end of the vacuum chamber 30 is fixed to the base plate 25,
This base plate has a central hole 26 that allows the ion beam 27 to enter the vacuum chamber 1 .

イオンビーム27の経路に配置されているのは、電磁石
組立体28である。この電磁石組立体28は、添付図面
の紙面から出てくる向きにされた第1磁界29’ と、
その反対方向に向けられた第21a界29”とを発生す
る。電磁石組立体28は、1つの完全なループの形態の
コア31を有し、これは、2対の磁極片34及び35を
形成するようにカットされる。コイル14及び15の適
当に接続された対が、各々、磁極片34及び35の対に
巻き付けられる。磁極片35の対は、多慇の水冷プレー
ト16を支持し、これらプレートは、磁気分析器によっ
て形成しようとする単一イオン化の一価の種の質量−電
荷比とは異なるような比を有するイオンビーム27の成
分をさえ切るように配置される。又、磁極片35の対は
、出口スリット18を画成する構造体17も支持する。
Positioned in the path of the ion beam 27 is an electromagnet assembly 28 . The electromagnet assembly 28 includes a first magnetic field 29' oriented out of the plane of the drawings;
The electromagnet assembly 28 has a core 31 in the form of one complete loop, which forms two pairs of pole pieces 34 and 35. Suitably connected pairs of coils 14 and 15 are wound around pairs of pole pieces 34 and 35, respectively.Pairs of pole pieces 35 support multiple water-cooled plates 16; These plates are arranged to cut off those components of the ion beam 27 that have mass-to-charge ratios that differ from the mass-to-charge ratio of the singly ionized monovalent species that are intended to be formed by the magnetic analyzer. The pair of pieces 35 also support the structure 17 defining the exit slit 18.

プレート16及び構造体17は、水で冷却される。入っ
てくるイオンビーム27に対向して真空室30に取付け
られているのは、ビームダンプ19であり、これは、電
磁石組立体28によって発生される磁界が存在しない場
合にイオンビーム27のエネルギーをさえ切って吸収す
るように構成される。
Plate 16 and structure 17 are cooled with water. Mounted in the vacuum chamber 30 opposite the incoming ion beam 27 is a beam dump 19 that absorbs the energy of the ion beam 27 in the absence of the magnetic field generated by the electromagnet assembly 28. It is constructed to cut and absorb even the slightest amount of water.

イオンビーム27は、真空室30に取付けられた補助的
な組立体20によって発生される。この組立体20は、
第1図及び第2図について述べたような高周波プラズマ
イオン源21を備えている。このプラズマイオン源21
に組み合わされているのは、3つのグリッドホルダ及び
抽出電極22であり、これらの間には、一連の平行な長
方形断面のビームレットが画成され、これらによってイ
オンビーム27が形成される。これらのビームレットの
長軸は、磁界29′及び29″と平行に整列される。
Ion beam 27 is generated by auxiliary assembly 20 attached to vacuum chamber 30. This assembly 20 is
A high frequency plasma ion source 21 as described in connection with FIGS. 1 and 2 is provided. This plasma ion source 21
Associated with them are three grid holders and extraction electrodes 22 between which a series of parallel rectangular cross-section beamlets are defined to form an ion beam 27 . The long axes of these beamlets are aligned parallel to the magnetic fields 29' and 29''.

使用に際し、磁界29′は、ビーム27を図示したよう
に右側に発散すると共に、通常のやり方で質量−電荷比
の異なる成分イオンに分離する。
In use, the magnetic field 29' diverges the beam 27 to the right as shown and separates the component ions of different mass-to-charge ratios in the conventional manner.

質量−電荷比の大きく異なるイオンがプレート16に当
たってこれに吸収される。所望の値を中心として質量−
電荷比の分散が比較的僅かであるようなイオンは、第2
の磁界29”によって逆方向にそらされ、構造体17に
収束される。スリット18は、所望の厳密な質量−電荷
比を有するイオンのみを通過できるようにし、所望のイ
オン種よ。
Ions with widely different mass-to-charge ratios strike the plate 16 and are absorbed by it. Mass − centered around the desired value
Ions with a relatively small dispersion of charge ratio are
is deflected in the opposite direction by the magnetic field 29'' and focused onto the structure 17. The slit 18 allows only ions with the exact desired mass-to-charge ratio to pass through, and the desired ion species.

り或る長方形断面、の急激に発散するビーム23として
放出できるようにする。他の全てのイオンは、水で冷却
される構造体17によってさえ切られる。
The beam 23 can be emitted as a rapidly diverging beam 23 with a certain rectangular cross section. All other ions are cut off even by the water cooled structure 17.

出て来るイオンビーム23は、ビームレットから生じる
或る種の残留構造を示すことがある。
The emerging ion beam 23 may exhibit some type of residual structure resulting from the beamlets.

このような場合に、その作用が望ましくないと判断され
るならば、例えば、次のような多数の方法によってこの
作用を減少するか又は除去することができる。
In such cases, if the effect is determined to be undesirable, this effect can be reduced or eliminated by a number of methods, such as the following.

a)入力ビーム27のエネルギーを変調する。a) Modulating the energy of the input beam 27.

b)磁界29″及び20″を変調する。又はC)磁界2
9′と29″との間の無磁界領域を通る間にイオンビー
ムを静電気的にスイープさせる。又は d)イオンビーム27を形成するビームレットの少なく
とも1つにおいて制御しながら発散を行なわせる。
b) Modulating the magnetic fields 29'' and 20''. or C) magnetic field 2
d) electrostatically sweep the ion beam while passing through a field-free region between 9' and 29''; or d) cause a controlled divergence of at least one of the beamlets forming the ion beam 27;

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、本発明の1つの実施例を示す概略図、 第2図は、本発明の第2の実施例を示す概略図、そして 第3図は、本発明によるイオンビーム発生器を示す概略
図である。 1・・・室     2・・・壁 3・・・第1ポート  4・・・第2ポート5・・・コ
イル    6・・・高周波電源7・・・第2の電源 
 8・・・ソレノイド磁界9.1o・・・コイル 手続補正書く方式) 1.事件の表示  昭和60年特許願第163788号
2、発明の名称     イ オ ン 源3、補正をす
る者 事件との関係  出願人 4、代理人
FIG. 1 is a schematic diagram showing one embodiment of the invention; FIG. 2 is a schematic diagram showing a second embodiment of the invention; and FIG. 3 is a schematic diagram showing an ion beam generator according to the invention. It is a schematic diagram. 1... Room 2... Wall 3... First port 4... Second port 5... Coil 6... High frequency power supply 7... Second power supply
8...Solenoid magnetic field 9.1o...Coil procedure correction writing method) 1. Display of case Patent Application No. 163788 of 1985 2, Title of invention ion source 3, Person making amendment Relationship to case Applicant 4, Agent

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)排気することのできる室と、イオンを形成するた
めの材料を気体の状態で上記室に導入する手段と、この
気体の媒体をプラズマ状態へと励起できるようにこの気
体媒体に交流電磁界を付与する手段と、プラズマからイ
オンを抽出するように電界を付与する手段とを備えたイ
オン源において、上記室の壁を高い温度に維持する手段
と、上記室内でプラズマにソレノイド磁界もしくは半径
方向多極磁界を付与する手段とを具備したことを特徴と
するイオン源。
(1) a chamber capable of being evacuated; means for introducing into said chamber in gaseous form a material for forming ions; an ion source comprising means for applying a field and means for applying an electric field to extract ions from the plasma; means for maintaining the walls of said chamber at a high temperature; and a solenoid magnetic field or radius applied to the plasma within said chamber. An ion source comprising means for applying a directional multipolar magnetic field.
(2)上記室からイオンを抽出するように電界を付与す
る上記手段は、複数の細長い平行なビームレットを形成
するように複数の平行なスリットが形成された電極を備
えている特許請求の範囲第(1)項に記載のイオン源。
(2) The means for applying an electric field to extract ions from the chamber comprises an electrode having a plurality of parallel slits formed therein to form a plurality of elongated parallel beamlets. The ion source according to paragraph (1).
(3)室の壁を高い温度に維持する上記手段は、室の壁
を約数百℃の温度に維持するようにされる特許請求の範
囲第(1)項又は第(2)項に記載のイオン源。
(3) The means for maintaining the walls of the chamber at a high temperature is set forth in claim (1) or (2), wherein the means for maintaining the walls of the chamber at a temperature of about several hundred degrees Celsius is provided. ion source.
(4)所定の質量対電荷の比を有するイオンのみを選択
するようにされた磁気分析器に組み合わされた特許請求
の範囲第(1)項ないし第(3)項に記載のイオン源。
(4) An ion source according to claims (1) to (3), which is combined with a magnetic analyzer adapted to select only ions having a predetermined mass-to-charge ratio.
(5)上記磁気分析器は、2つの非平行磁界を発生する
手段を備え、上記イオンのビームレットは、これらに直
交してビームを順次通すように構成され、上記第1磁界
は、所与の質量対電荷比のイオンを選択するように働き
、第2の磁界は、これらの選択されたイオンを或る焦点
へと収束して単一の発散するイオンビームを形成するよ
うに働く特許請求の範囲第(4)項に記載のイオン源。
(5) The magnetic analyzer includes means for generating two non-parallel magnetic fields, the beamlets of ions are configured to sequentially pass the beam orthogonally thereto, and the first magnetic field is configured to generate two non-parallel magnetic fields. The second magnetic field is operative to select ions with a mass-to-charge ratio of , and the second magnetic field is operative to focus these selected ions to a focal point to form a single divergent ion beam. The ion source according to item (4).
(6)実質的に第1図ないし第2図を参照して説明した
イオン源。
(6) An ion source substantially as described with reference to FIGS. 1 and 2.
(7)実質的に第3図を参照して説明した磁気分析器に
関連したイオン源。
(7) An ion source associated with a magnetic analyzer substantially as described with reference to FIG.
JP16378885A 1984-07-26 1985-07-24 Ion source Pending JPS6193534A (en)

Applications Claiming Priority (3)

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GB8419039 1984-07-26
GB848419039A GB8419039D0 (en) 1984-07-26 1984-07-26 Ion source
GB8419070 1984-07-26

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JPS6193534A true JPS6193534A (en) 1986-05-12

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GB (1) GB8419039D0 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6424338A (en) * 1987-07-17 1989-01-26 Nissin Electric Co Ltd Ion source
JPH01236546A (en) * 1987-11-20 1989-09-21 Osaka Prefecture Ion source
JP2011522357A (en) * 2008-05-05 2011-07-28 アストリウム・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング Plasma generator and control method of plasma generator

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6424338A (en) * 1987-07-17 1989-01-26 Nissin Electric Co Ltd Ion source
JPH01236546A (en) * 1987-11-20 1989-09-21 Osaka Prefecture Ion source
JP2011522357A (en) * 2008-05-05 2011-07-28 アストリウム・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング Plasma generator and control method of plasma generator
JP2015097209A (en) * 2008-05-05 2015-05-21 アストリウム・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング Ionic engine

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GB8419039D0 (en) 1984-08-30

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