JPH05325809A - イオン源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 試料を保持した真空チャンバとイオン源の間
はセラミック製の円筒によって接続される。この円筒は
絶縁と真空保持の機能を持つ。大きいイオン源になる
と、セラミック円筒も大きくなって製作しにくい。セラ
ミック円筒を用いないイオン源構造を提供する。 【構成】 円筒形セラミックのかわりに複数の小さいセ
ラミック支柱を用いる。そして、イオン源の全体をより
大きい外套チャンバによって囲む。外套チャンバは接地
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は組み立て保守が容易で
大型化に好適なイオン源に関する。イオン源は原料ガス
または原料蒸気を熱、放電等によって励起しこれをプラ
ズマとし電圧を掛けてイオンビ−ムとして引き出すもの
である。イオン源はイオン照射装置、イオン注入装置、
イオンエッチング装置等に用いられる。これはチャンバ
と電源、電極、フィラメントなどを備えている。チャン
バは高電圧が印加される。しかもチャンバは真空状態を
保持しなければならない。

【０００２】図２は従来例に係るイオン源の断面図であ
る。チャンバの出口には３枚の引出電極系の電極板が設
けられる。これらは複数または単数のイオン引き出し用
の孔が穿孔された導体の板である。チャンバ側から加速
電極１、抑制電極２、接地電極３という。円筒形の絶縁
物４がイオン源チャンバ６と、真空チャンバ８とを連結
している。イオン源チャンバ６はプラズマを発生する空
間である。これも円筒形の壁面とこれを閉ざす上蓋７か
らなっている。上蓋７にはフィラメント１２が挿通して
ある。これは陰極電位にあって通電されることによって
熱電子を発生する。

【０００３】上蓋７には原料ガス入口１５が設けられ
る。フィラメント１２にはフィラメント電源１６によっ
て電力が供給される。イオン源チャンバ６とフィラメン
ト１２の間にはア−ク電源１７が接続される。これによ
ってイオン源チャンバ６とフィラメント１２との間にア
−ク放電が引き起こされる。イオン源チャンバ６の他端
フランジ部は絶縁物１８を介して大径のフランジ１９に
結合される。このフランジ１９に加速電極１が固定され
る。フランジ１９は前記の円筒形絶縁物４によって真空
チャンバ８の側の連結フランジ２０に連結される。連結
フランジ２０の内方に斜め向きに円錐支持部２１があ
る。この先端に接地電極３が固定される。加速電源２２
の正極は前記のア−ク電源１７、フィラメント電源１６
の一方の極に接続される。加速電源２２の正極はさらに
はフランジ１９及び加速電極１に接続されこれを高電圧
に維持する。

【０００４】前記の円錐支持部２１の先には絶縁物２３
を介して抑制電極２が取り付けられる。抑制電極２は抑
制電源２４によって負電圧が印加される。これは試料か
ら放出された二次電子がイオン源に入るのを防ぐもので
ある。イオン源チャンバ６や真空チャンバ８は高真空に
保持しなければならないので部材の接続箇所にはＯリン
グなどの気密部材が設けられる。上蓋７とイオン源チャ
ンバ６のフランジの間にはＯリング３０が介装される。
イオン源チャンバ６の他のフランジ部と絶縁物１８の間
にはＯリング３１がある。絶縁物１８とフランジ１９と
の間にはＯリング３２が設けられる。円筒形の絶縁物４
と、フランジ１９及び連結フランジ２０の間にはＯリン
グ３３、３４がある。また連結フランジ２０と真空チャ
ンバ８の間にもＯリング３５がある。

【０００５】真空チャンバはイオンビ−ムを照射すべき
試料等が保持されている。このような構造において、フ
ィラメント１２とイオン源チャンバ６の間にア−ク放電
が起きる。原料ガスはこれによって励起されてプラズマ
となる。これが加速電極１、抑制電極２、接地電極３の
孔を通過してイオンビ−ムとして引き出される。引き出
されたイオンビ−ムはさまざまの用途に用いられる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図２のイオン源は通常
よく用いられるものである。しかしこれは幾つかの難点
がある。 ひとつは気密部が多くて多数の気密部材を必要とする
ということである。この例でも多数のＯリング３０〜３
５が用いられている。多くの気密部で真空漏れが起こる
確率が高い。イオン源チャンバ６も真空チャンバ８も内
部がいずれも高真空である。ところがこれらのチャンバ
の外側は直ぐに大気であるからである。これが第１の難
点である。

【０００７】装置が小型であれば良いのであるが、大
型化しようとすると中間の絶縁物４を作るのが難しくな
る。イオン源チャンバ６と真空チャンバ８を絶縁する絶
縁物４は円筒形でしかも直径が大きく高さもかなりのも
のである。これは例えばセラミックである。材料を型に
入れ成形して炉の中で加熱して作る。焼き物である。こ
れだけの大きさのものを初めから作らなくてはいけな
い。イオン源の全体が大きくなれば円筒形絶縁物の寸法
も大きくなる。するとこれを成形用の型や焼くための炉
も大きくなくてはならない。またセラミックは焼くこと
により体積が７０〜８０％に減少する。この減少が必ず
しも空間的に均一でない。ために焼く前に成形する型の
設計が難しい。また焼き物としての歩留りも低い。しか
も絶縁物４は電気的な絶縁の他に気密性を保持するため
の部材でもある。すると端面の平坦度が高精度でなけれ
ばならない。焼結と後加工が極めて難しくなる。大型の
絶縁物がたとえできたとしても大層高価なものになって
しまう。これは、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂によ
って形成しても、略同様の傾向である。

【０００８】大型のイオン源になるとこのような構造
では組み立て難い。気密部が多く組み立てに細心の注意
を払わなければならないからである。また保守点検の手
数もかかりメンテナンス性が劣る。

【０００９】イオン源チャンバは高電圧が掛かってい
るし途中のフランジ１９も加速電圧が掛かっている。こ
れと接地電位にある真空チャンバ８の部分は電圧の差が
大きいので両者の間に広い絶縁距離を取らなくてはなら
ない。すると軸方向に嵩たかいものになる。

【００１０】高圧部が外部に露出しており危険であ
る。このような難点を解決し、より大型のものにして
も，製作組み立て容易で、より安価安全なイオン源を提
供することが本発明の目的である。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明のイオン源は、チ
ャンバ間を隔てるべき絶縁物を円筒形としない。この円
筒形の絶縁物の代わりに複数の支柱を用いる。支柱によ
ってイオン源チャンバと真空チャンバを連結する。支柱
を複数本立てるだけでは真空を維持できない。そこでイ
オン源チャンバや絶縁物の全体をさらに大きい外套チャ
ンバでこれらを囲むようにする。外套チャンバが真空を
保持する。イオン源チャンバは最早外部に露出しない。
このためにイオン源チャンバや絶縁物、フランジを接続
する部分に最早気密部材を必要としない。

【００１２】

【作用】本発明では、外套チャンバによってイオン源の
全体を覆い、外套チャンバにより真空を維持するように
している。このためにイオン源チャンバと真空チャンバ
を繋ぐ部分に気密保持できる円筒形の絶縁物を必要とし
ない。かわりに複数の小さい支柱を立てれば良い。寸法
の大きい円筒形セラミックを作るのは極めて難しい。し
かし支柱であればこれを作るのは極めて容易である。セ
ラミック材料の量が少ない。小さいものであるから成形
も簡単である。これを焼くための炉も小さくても良い。
単純な形状でありしかも小さいので焼くことによる減量
も僅かであり計算できる。歩留りが高い。

【００１３】寸法にもよるが、図２に示すような大径の
セラミック円筒の絶縁物を作るにはひとつで数百万円か
かる。大型であるから炉も大きくなくてはならないし材
料費もかさみ歩留りも悪いからである。この円筒の長さ
をＬ、外径をＤ₂ 、内径をＤ₁ とする。本発明ではこれ
を複数の支柱で置き換えようとするのであるから、支柱
の直径ｄは（Ｄ₂ −Ｄ₁ ）程度である。長さはＬであっ
て良い。ｄ＜＜Ｄ₁ 、Ｄ₂ であるから製造が容易なのは
当然である。これも寸法によるが４本または８本使った
ところで絶縁物のコストは極めて安くなる。

【００１４】支柱では真空を維持できないからイオン源
チャンバの全体を外套チャンバによって囲む。これによ
って真空を維持する。真空シ−ル部の箇所が減るのでリ
−クの惧れが少ない。また組み立てや保守点検が容易に
なる。又全体を外套チャンバによって囲むから、高電圧
部が露出しない。ために安全性も向上する。

【００１５】

【実施例】図１によって本発明の実施例を説明する。イ
オン源の電極は従来のものと同様である。初めに加速電
極１、次に抑制電極２、最後に接地電極３が設けられ
る。イオン源をなす容器は円筒形のイオン源チャンバ６
と上蓋７である。イオン源の前方に試料を設置すべき空
間である真空チャンバ８がある。この例では加速電極１
はイオン源チャンバ６の方に取り付けられ、その他の電
極２、３は真空チャンバの方に取り付けられている。イ
オン源チャンバ６と真空チャンバ８の上のフランジ２０
を結合するものは複数のセラミック支柱５である。図３
は支柱部分の横断面図を示す。図４は従来の（図２に示
す）円筒形の絶縁物の部分の横断面図である。両者を比
較すれば円筒絶縁物に比べて支柱の小さいことが良く分
かる。

【００１６】支柱５の一端はイオン源チャンバ６のフラ
ンジ１９に結合する。支柱５の他端は真空チャンバ８側
のフランジ２０に固結される。フランジ２０のイオン源
側の面には円錐支持部２１がありこの先端には抑制電極
２と、加速電極１が取り付けられる。これは図２に示し
たものと同様である。但しこれはフィラメントを使うイ
オン源ではなく、高周波放電を利用してプラズマを生成
する例である。本発明はどのような放電励起機構を持つ
イオン源にも適用できる。

【００１７】イオン源チャンバ６と上蓋７との間にＲＦ
電源４１が接続されこれによってＲＦ放電が引き起こさ
れる。チャンバ６と上蓋７とは絶縁物４３によって絶縁
される。本発明の最も特徴的な構造物は大きくイオン源
チャンバを覆う外套チャンバ９である。これが内部の真
空を維持している。外套チャンバ９の蓋１０を貫いて原
料ガス導入管４２が設けられる。これはさらに内部の上
蓋７を貫いてイオン源チャンバ６の内部に原料ガスを供
給できる。外套チャンバ９の側方の一箇所には大きい開
口４４とこれの外縁をなすフランジ４５がある。このフ
ランジ４５には、円板状のフィ−ドスル−１３が取り付
けられる。これは外部の電源から、内部の電極に電流を
流すためのものである。ＲＦ電源４１、加速電源２２、
抑制電源２４からの電線がフィ−ドスル−１３をとおし
て内部の電極に接続される。

【００１８】蓋１０は外套チャンバ９の胴部にＯリング
５１を介して装着される。また外套チャンバ９とフラン
ジ２０との間にもＯリング５２が設けられる。さらにフ
ランジ２０と真空チャンバ８の間にもＯリング５３があ
る。前記開口４４に取り付けたフィ−ドスル−１３とフ
ランジ４５の間にもＯリング５４が設けられる。外套チ
ャンバ９は接地電位とする。高圧部が外部に露出しな
い。外套チャンバ９とその蓋１０及び真空チャンバ８等
の外部に露出した部分は全て接地電位である。極めて安
全である。また外套チャンバ９と内部のイオン源チャン
バ６との間には高い電圧が掛かっている。しかしここは
真空であり窒素など低圧の気体が存在するだけであるか
ら絶縁耐圧が大気中よりも高い。

【００１９】

【発明の効果】本発明のイオン源は従来のイオン源とは
違い高圧で真空であるべきチャンバを全て外套チャンバ
によって覆ってしまっている。シ−ルすべき箇所が少な
くなり真空漏れの可能性が少なくなる。また内部のイオ
ン源チャンバは気密保持の必要が無くＯリングなどを付
ける必要がない。気密保持して結合すべき箇所が減る。
ために組み立てや分解は極めて容易になる。

【００２０】特筆すべきことは、円筒形の絶縁物が不要
になるということである。外套チャンバがイオン源チャ
ンバを囲むので、絶縁物に真空を維持するという機能が
課されない。ために複数の小さい支柱でこれを置き換え
ることがきる。セラミックで絶縁物を作るが、大きい円
筒形状のものを製作するためには炉自体を大きくしなけ
ればならない。また焼くことによって不均等に減量する
ので形状が初期のものから異なってくる。面精度を高め
るため研磨しなければならない。材料費、設備費が嵩む
し歩留りも悪いから寸法の大きい円筒形状の絶縁物は極
めて高額のものになる。しかし本発明では複数の小径の
支柱を用いれば良い。材料費は少なく製造は容易で歩留
りも高いので絶縁物の価額が著しく低減する。この利点
は大きいイオン源を作ろうとする時に特に顕著なものと
なる。

【００２１】また外套チャンバで一括してイオン源チャ
ンバを囲むので、シ−ル構造が単純化される。当然真空
漏れの可能性も少なくなる。信頼性の高いイオン源装置
となる。また外部に高電圧部が露出しない。露出した部
分は全て接地電位である。ために極めて安全性が高いと
共に、この種装置のコンパクト化を図ることができる。
大型のイオン源を設計製造しようとする場合本発明のイ
オン源が最適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係るイオン源の縦断面図。

【図２】従来例によるイオン源の縦断面図。

【図３】図１のイオン源の絶縁物の部分の横断面図。

【図４】図２のイオン源の絶縁物の部分の横断面図。

【符号の説明】

１ 加速電極 ２ 抑制電極 ３ 接地電極 ４ 円筒状絶縁物 ５ 絶縁支柱 ６ イオン源チャンバ ７ 上蓋 ８ 真空チャンバ ９ 外套チャンバ １０ 蓋 １２ フィラメント １３ フィ−ドスル− １４ 抜き穴 １５ 原料ガス入口 １６ フィラメント電源 １７ ア−ク電源 １８ 絶縁物 １９ フランジ ２０ フランジ ２２ 加速電源 ２３ 絶縁物 ２４ 抑制電源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 村坂 英輔 京都市右京区梅津高畝町47番地日新電機株 式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部に原料ガスを導入しこれを放電によ
   って励起しプラズマとする空間であるイオン源チャンバ
   と、イオン源チャンバの出口に設けられイオンビ−ムを
   引き出すための引出電極系と、引き出されたイオンビ−
   ムを試料の処理に用いるための真空チャンバと、イオン
   源チャンバと真空チャンバを絶縁しつつ連結するための
   複数本の絶縁支柱と、イオン源チャンバを囲み真空チャ
   ンバに固結され、内部を真空に引くことのできる外套チ
   ャンバよりなり、イオン源チャンバおよび引出電極系に
   は高電圧が印加されるが、外套チャンバは接地されてい
   ることを特徴とするイオン源。