JPS62147643A - イオン源引出し電極系 - Google Patents
イオン源引出し電極系Info
- Publication number
- JPS62147643A JPS62147643A JP28772885A JP28772885A JPS62147643A JP S62147643 A JPS62147643 A JP S62147643A JP 28772885 A JP28772885 A JP 28772885A JP 28772885 A JP28772885 A JP 28772885A JP S62147643 A JPS62147643 A JP S62147643A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode
- extraction
- ion source
- deceleration
- given
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- Granted
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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】
〔発明の利用分野〕
本発明はイオン源引出し電極系に係り、特に広範囲のイ
オン源引出し電圧変化に対し、効率良く安定にビームを
引出すイオン源引出し電極系に関する。
オン源引出し電圧変化に対し、効率良く安定にビームを
引出すイオン源引出し電極系に関する。
第２図は従来技術に基づく引出し電極系を説明する図で
ある。（例えば特開昭５５−１６１３４１号参照）。
ある。（例えば特開昭５５−１６１３４１号参照）。
図においてイオンビーム６は一般にはプラズマ１に接触
しイオンビームのエネルギーを決める加速電極２（一般
には正の高電圧に保たれる）、加速電極電圧より低い正
の電圧が印加された中間電極３、負の電圧が印加された
減速電極４、中間電極と減速型°極の中間の電位に保た
れ、図中ではアース電位とした第３電極４を使い、引出
される。加速電極電位としたは、通常、４０〜１６０ｋ
Ｖであり、中間電極は２０〜１６０ｋＶ減速電極の負電
圧としては、−２〜−１０ｋＶ位が印加されている。負
電圧は引出し電極系を通過後、装置内の残留ガス分子や
装置内壁とのイオン衝突で生成した二次電子がイオン源
内、即ちプラズマ１の方向に逆流しない障壁を作るため
に印加され、一般に−２〜−１０ｋＶに設定される。第
２図に示した従来例で４０ｋｅＶ以下の比較的低エネル
ギーのビームを引出すと、加速電極２と中間電極３の空
間に形成される電界強度が小さいため、４０ｋＶ以上の
高電圧を加速極２に印加して高エネルギビームを得る場
合に比ベビームが発散し、効率良い続出しが困難になる
。上記空間での引出し電界強度を高めるため、特に低エ
ネルギー引出しの場合には、次の様な電圧配分の印加を
行っている。すなわち、加速電極２に＋２０〜＋４０ｋ
Ｖを印加し、中間電極３に負の高電圧（−１０〜−３０
ｋＶ）を印加し、さらに減速電極４と第３電極５を共に
アース電位に保ってビームを引出している。
しイオンビームのエネルギーを決める加速電極２（一般
には正の高電圧に保たれる）、加速電極電圧より低い正
の電圧が印加された中間電極３、負の電圧が印加された
減速電極４、中間電極と減速型°極の中間の電位に保た
れ、図中ではアース電位とした第３電極４を使い、引出
される。加速電極電位としたは、通常、４０〜１６０ｋ
Ｖであり、中間電極は２０〜１６０ｋＶ減速電極の負電
圧としては、−２〜−１０ｋＶ位が印加されている。負
電圧は引出し電極系を通過後、装置内の残留ガス分子や
装置内壁とのイオン衝突で生成した二次電子がイオン源
内、即ちプラズマ１の方向に逆流しない障壁を作るため
に印加され、一般に−２〜−１０ｋＶに設定される。第
２図に示した従来例で４０ｋｅＶ以下の比較的低エネル
ギーのビームを引出すと、加速電極２と中間電極３の空
間に形成される電界強度が小さいため、４０ｋＶ以上の
高電圧を加速極２に印加して高エネルギビームを得る場
合に比ベビームが発散し、効率良い続出しが困難になる
。上記空間での引出し電界強度を高めるため、特に低エ
ネルギー引出しの場合には、次の様な電圧配分の印加を
行っている。すなわち、加速電極２に＋２０〜＋４０ｋ
Ｖを印加し、中間電極３に負の高電圧（−１０〜−３０
ｋＶ）を印加し、さらに減速電極４と第３電極５を共に
アース電位に保ってビームを引出している。
しかし、この方法では、中間電極３とアース電位の減速
電極４の間に、強いビーム減速効果が働らくため、この
領域でのビーム発散が着しくなる。
電極４の間に、強いビーム減速効果が働らくため、この
領域でのビーム発散が着しくなる。
このため、電極へのビーム衝突に起因する電極間での絶
縁破壊が起き、安定なビーム出しが困難であった。第３
図は、強い減速電界が働く領域でのビーム発散を抑える
方法として提案されている電極系を説明する図である。
縁破壊が起き、安定なビーム出しが困難であった。第３
図は、強い減速電界が働く領域でのビーム発散を抑える
方法として提案されている電極系を説明する図である。
図中、中間電極３′は、第２図の中間電極３と異なり、
減速電極４の方向に凸の部分を持つ形状となっている。
減速電極４の方向に凸の部分を持つ形状となっている。
この様な形状の電極を使用すると、中間電極３′と減速
電極４の減速空間で形成される等電位線は下に凸になり
、電界の向きは中心軸方向の成分を持つ。従って、イオ
ンは減速されながらも、中心軸に向う力を受ける。この
ためイオンビームは、第２図に比べ、発散が抑えられ、
安定なビーム引出しが可能となった。しかし第３図に示
したもので第２図の様な電圧配分、すなわち電極１に１
２０ｋＶ、中間電極３′に６０ｋＶ、減速電極に一２ｋ
Ｖ、第３電極をアース電位とするような高エネルギービ
ーム引出しを行うと、ビーム形状は発散気味となり・効
率良いビーム引出しが出来ない。この引出し電極系を内
蔵したイオン源から出るビームを磁場形の質量分離塁に
通すと、質量分離後の電流として第２図の使用例の７〜
８割の値しか取得できない、この原因は、中間電極３′
と減速電極４の空間での加速電界の向きが中心軸と反対
外側に向くためである。
電極４の減速空間で形成される等電位線は下に凸になり
、電界の向きは中心軸方向の成分を持つ。従って、イオ
ンは減速されながらも、中心軸に向う力を受ける。この
ためイオンビームは、第２図に比べ、発散が抑えられ、
安定なビーム引出しが可能となった。しかし第３図に示
したもので第２図の様な電圧配分、すなわち電極１に１
２０ｋＶ、中間電極３′に６０ｋＶ、減速電極に一２ｋ
Ｖ、第３電極をアース電位とするような高エネルギービ
ーム引出しを行うと、ビーム形状は発散気味となり・効
率良いビーム引出しが出来ない。この引出し電極系を内
蔵したイオン源から出るビームを磁場形の質量分離塁に
通すと、質量分離後の電流として第２図の使用例の７〜
８割の値しか取得できない、この原因は、中間電極３′
と減速電極４の空間での加速電界の向きが中心軸と反対
外側に向くためである。
以上述べたように、中間電極に正の高電圧を印加して高
エネルギービーム（≧４０ｋｅＶ）を得る場合には第２
図の電極構成を使用し、中間電極に負の高電圧を印加し
て低エネルギービーム（≦４０ｋｅＶ）を得る場合には
第３図の構成例を使用していた。このため、イオンエネ
ルギーを任意に変えることが要求されるイオン打込みな
どでは、電極交換をひんばんに行わなければならず、そ
の都度、イオン源部を大気圧にして交換していた。
エネルギービーム（≧４０ｋｅＶ）を得る場合には第２
図の電極構成を使用し、中間電極に負の高電圧を印加し
て低エネルギービーム（≦４０ｋｅＶ）を得る場合には
第３図の構成例を使用していた。このため、イオンエネ
ルギーを任意に変えることが要求されるイオン打込みな
どでは、電極交換をひんばんに行わなければならず、そ
の都度、イオン源部を大気圧にして交換していた。
したがって、イオン打込みの中断時間が多く、打込み稼
動率の著しい低下があった。
動率の著しい低下があった。
本発明の目的は、一つの中間電極を使い、高エネルギー
および低エネルギー両用のイオン源引出し電極系を提供
することにある。
および低エネルギー両用のイオン源引出し電極系を提供
することにある。
本発明では、その中間的な形状の種々の電極を使ってビ
ーム砂引出しを行い、高エネルギー、低エネルギー共用
可能な形状を実験的に求めた６イオン源でのビーム軌道
は電極形状、汚れ具合、放電イオン種により微妙に依存
しており、実験的に決定する方法が一般的で、かつ現実
的である。
ーム砂引出しを行い、高エネルギー、低エネルギー共用
可能な形状を実験的に求めた６イオン源でのビーム軌道
は電極形状、汚れ具合、放電イオン種により微妙に依存
しており、実験的に決定する方法が一般的で、かつ現実
的である。
本発明は中間Ｎ、ｔ４の減速電極に面した電極面を平担
にして低エネルギービーム引出しの性能を確保すると共
に、そのエッヂ部に曲率を設け、その曲率半径ｒの大き
さを適当に選び高エネルギー側の引出し性能を確保しよ
うとするものである。実際の実験から、高エネルギー、
低エネルギーの引出し性能が共に確保できる構造として
次のような関係とすることが重要となる。
にして低エネルギービーム引出しの性能を確保すると共
に、そのエッヂ部に曲率を設け、その曲率半径ｒの大き
さを適当に選び高エネルギー側の引出し性能を確保しよ
うとするものである。実際の実験から、高エネルギー、
低エネルギーの引出し性能が共に確保できる構造として
次のような関係とすることが重要となる。
ｒ≦２・ｄ
ここで、ｒは曲率半径、ｄはスリット幅である。
以下、本発明の実施例を第１図により説明する。
イオン源としては磁場中のマイクロ波放電（周波数：２
．４５ＧＨｚ）で高密度プラズマを生成するマイクロ波
イオン源を使用した。引出し電極としては第１図に示し
た形状でステンレス製のものを使用した。スリットの幅
ｄとして８〜１０１Ｉｆｆｌを選び、曲率半径ｒ＝５ｍ
ｍとした。この組み合わせに対し、高エネルギー引出し
では加速電極２に１２０ｋＶ、中間電極３’に６０ｋＶ
、減速電極４に一２ｋＶ、第３電極５をアースとしてビ
ームを引出した。放電ガスにＢＦａガス導入したところ
、５０ｍＡの安定なビーム電流が得られた。このビーム
を磁場形質量分煎器に導入したところ、Ｂ＋イオンで６
ｍ Ａ以上の大電流ビームが得られ、イオン打込み等
の実用に充分供することができた。
．４５ＧＨｚ）で高密度プラズマを生成するマイクロ波
イオン源を使用した。引出し電極としては第１図に示し
た形状でステンレス製のものを使用した。スリットの幅
ｄとして８〜１０１Ｉｆｆｌを選び、曲率半径ｒ＝５ｍ
ｍとした。この組み合わせに対し、高エネルギー引出し
では加速電極２に１２０ｋＶ、中間電極３’に６０ｋＶ
、減速電極４に一２ｋＶ、第３電極５をアースとしてビ
ームを引出した。放電ガスにＢＦａガス導入したところ
、５０ｍＡの安定なビーム電流が得られた。このビーム
を磁場形質量分煎器に導入したところ、Ｂ＋イオンで６
ｍ Ａ以上の大電流ビームが得られ、イオン打込み等
の実用に充分供することができた。
一方、低エネルギー引出しでは、加速Ｗ１極２に３０ｋ
Ｖ、中間電極３＃に一３０ｋＶ、減速電極４と第３ｆｔ
！極５をアース電位とした。質量分離器を通した後のＢ
＋イオンビームとして、３０ｋｅＶで４ｍＡ以上の電流
値が安定に得られた。
Ｖ、中間電極３＃に一３０ｋＶ、減速電極４と第３ｆｔ
！極５をアース電位とした。質量分離器を通した後のＢ
＋イオンビームとして、３０ｋｅＶで４ｍＡ以上の電流
値が安定に得られた。
これらの値は、現在利用されているイオン打込み装置で
取得できるＢ小電流として最高レベルの値である。この
他、スリットの幅ｄを一定にして曲率半径ｒを変化させ
ると、一般に１曲率半径ｒが大なる程、高エネルギーで
の引出し性能が改善され、曲率半径ｒが小なる程、低エ
ネルギー側での引出し性能が改善される傾向があった。
取得できるＢ小電流として最高レベルの値である。この
他、スリットの幅ｄを一定にして曲率半径ｒを変化させ
ると、一般に１曲率半径ｒが大なる程、高エネルギーで
の引出し性能が改善され、曲率半径ｒが小なる程、低エ
ネルギー側での引出し性能が改善される傾向があった。
例えばｄ ＝ ８〜１０ ｍ 、 ｒ ＝ ２ ｍでは
、高エネルギー引出しモードでのビーム電流等の性能は
。
、高エネルギー引出しモードでのビーム電流等の性能は
。
第２図の場合のそれに比べ９０〜９５％の性能に対し、
低エネルギー引出しモードの性能は、第３図とほぼ同じ
であった。この他の実験からは電圧範囲として３０〜１
２０ｋＶの変化に対し、電圧の大小にかかわらず、それ
ぞれ最高レベルのＢ＋ビーム電流が得られた。
低エネルギー引出しモードの性能は、第３図とほぼ同じ
であった。この他の実験からは電圧範囲として３０〜１
２０ｋＶの変化に対し、電圧の大小にかかわらず、それ
ぞれ最高レベルのＢ＋ビーム電流が得られた。
また、放電ガスとしてＰ Ｈａ ＊ Ａ ｓ Ｈａ等を
導入し、質量分離の後にＰ ＋、 Ａ ｓ＋ビーム等を
取得した実施例でも、３０〜１２０ｋＶの広範囲な電圧
に対し安定なビーム出しが達成できた。
導入し、質量分離の後にＰ ＋、 Ａ ｓ＋ビーム等を
取得した実施例でも、３０〜１２０ｋＶの広範囲な電圧
に対し安定なビーム出しが達成できた。
本発明によれば、一つの取出し電極構成を使うことで種
々のエネルギーのイオンビーム引出しを印加電圧調整だ
けで操作することが可能となり。
々のエネルギーのイオンビーム引出しを印加電圧調整だ
けで操作することが可能となり。
かつ大電流のイオンビームを長時間、安定に、効率良く
引出せる。したがって、質量分離機の結合により半導体
基板へのイオン打込み等に応用すれば、電極交換等の無
駄時間がなくなり、イオン源稼動率の向上、打込みプロ
セスの世情りに寄与するところが大である。
引出せる。したがって、質量分離機の結合により半導体
基板へのイオン打込み等に応用すれば、電極交換等の無
駄時間がなくなり、イオン源稼動率の向上、打込みプロ
セスの世情りに寄与するところが大である。
第１図は、本発明のイオン源引出しＷＩ電極系示す概略
断面図、第２図は従来のイオン源引出し電極系を示す概
略断面図、第３図は提案されているイオン源引出し電極
系の概略断面図である。 １・・・放電プラズマ、２・・・加速電極、３．３’
、３’・・・中間電極、４・・・減速電極、５・・・第
３電極、６・・・イオンビーム。 ＴＺ図 第 ３ 図
断面図、第２図は従来のイオン源引出し電極系を示す概
略断面図、第３図は提案されているイオン源引出し電極
系の概略断面図である。 １・・・放電プラズマ、２・・・加速電極、３．３’
、３’・・・中間電極、４・・・減速電極、５・・・第
３電極、６・・・イオンビーム。 ＴＺ図 第 ３ 図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、プラズマから引出し電極系を用いてイオンビームを
引出すイオン源において、プラズマに正電位を与えるた
めの加速電極、高エネルギービーム引出し時には加速電
極より低い正の電圧を印加し、低エネルギービーム引出
し時には負の高電圧を印加する中間電極、高エネルギー
ビーム引出し時に負電圧が印加され、低エネルギービー
ム引出し時には加速電極と中間電極の中間の電位に保た
れる減速電極、高エネルギービーム引出し時には中間電
極と減速電極の中間の電位が印加され、低エネルギービ
ーム引出し時には、減速電極と同電位に保たれる第３電
極で構成される引出し電極系のうち、減速電極に対向し
た中間電極面を平坦にすると共に、中間電極に設けられ
たスリットの減速電極に面したエッジ部分に曲率を持た
せたことを特徴とするイオン源引出し電極系。 ２、特許請求の範囲第一項記載のイオン源引出し電極系
において、中間電極の減速電極に面したエッヂ部の曲率
半径がスリット幅の２倍以下であることを特徴とするイ
オン源引出し電極系。 ３、特許請求の範囲第一項又は第二項記載のイオン源引
出し電極系において、プラズマ生成手段が磁場中のマイ
クロ波放電であることを特徴としたイオン源引出し電極
系。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28772885A JPH0760655B2 (ja) | 1985-12-23 | 1985-12-23 | イオン源引出し電極系 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28772885A JPH0760655B2 (ja) | 1985-12-23 | 1985-12-23 | イオン源引出し電極系 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62147643A true JPS62147643A (ja) | 1987-07-01 |
| JPH0760655B2 JPH0760655B2 (ja) | 1995-06-28 |
Family
ID=17720978
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28772885A Expired - Lifetime JPH0760655B2 (ja) | 1985-12-23 | 1985-12-23 | イオン源引出し電極系 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0760655B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009541965A (ja) * | 2006-06-30 | 2009-11-26 | ノルディコ テクニカル サーヴィシズ リミテッド | 装置 |
| JP2012500454A (ja) * | 2008-08-11 | 2012-01-05 | イオンビーム アプリケーションズ， エス．エー． | 大電流直流陽子加速器 |
-
1985
- 1985-12-23 JP JP28772885A patent/JPH0760655B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009541965A (ja) * | 2006-06-30 | 2009-11-26 | ノルディコ テクニカル サーヴィシズ リミテッド | 装置 |
| JP2012500454A (ja) * | 2008-08-11 | 2012-01-05 | イオンビーム アプリケーションズ， エス．エー． | 大電流直流陽子加速器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0760655B2 (ja) | 1995-06-28 |
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