JPH0575950U - イオン源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 引出電源１３より高電圧の引出電圧が印加さ
れて引出電圧電位になっているプラズマ生成室４および
イオン源ヘッド５と、ソースマグネット部６とは、絶縁
ブッシング７を介して絶縁されており、ソースマグネッ
ト部６は接地されて大地電位となっている。高電圧側の
プラズマ生成室４およびイオン源ヘッド５と、大地電位
のソースマグネット部６との間には、高絶縁性の石英ガ
ラス管１１が介在されている。 【効果】 プラズマ生成室４およびイオン源ヘッド５
と、ソースマグネット部６との間の絶縁破壊電圧（耐
圧）が高くなり、引出電源１３よりプラズマ生成室４に
印加される引出電圧を高くした場合でも、これらの間の
放電は起こり難くなるので、高い引出電圧で安定にビー
ムの引き出しが行える。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、プラズマを発生させ、プラズマからイオンを引き出してイオンビー ムを生成する、例えばイオン注入装置等に具備されるイオン源に関するものであ る。

【０００２】

【従来の技術】

近年、元素をイオン化し、イオンビームとして引き出すイオン源は、イオン注 入装置をはじめとして様々な分野に利用されている。このイオン源には、例えば マイクロ波型や高周波型、ＰＩＧ（Penning Ionization Gauge）型等の多くの種 類が存在しており、これらの各種のイオン源は、必要とされるイオン種やエネル ギー、電流等に応じて最適の機種が使い分けられるようになっている。

【０００３】 例えばマイクロ波型のイオン源は、磁界中のマイクロ波放電によりプラズマを 発生させるものであり、図２に示すように、マイクロ波を出力するマグネトロン ５１と、このマグネトロン５１に導波管５３を介して接続されたプラズマ生成室 ５４と、プラズマ生成室内にＢＦ₃ 等のガスイオン種や蒸気状の金属イオン種を 供給するイオン源ヘッド５５と、プラズマ生成室５４内にビーム引き出し方向と 略平行な磁界を形成する励磁コイル５６ａ…を有したソースマグネット部５６と 、高真空状態に保持されたイオン源チャンバ６４内に配置された引出電極５８お よび減速電極５９からなる引出電極系６０とを有している。

【０００４】 そして、このイオン源は、マグネトロン５１から出力されたマイクロ波を導波 管５３を介してプラズマ生成室５４に導入させ、プラズマ生成室５４内にイオン 源ヘッド５５から導入されているイオン種を、マイクロ波放電によりプラズマ化 させるようになっている。

【０００５】 上記イオン源におけるイオンビームの形成は、プラズマ生成室５４と引出電極 系６０との間に電位差を生じさせてプラズマ生成室５４に強い外部電界をかけ、 この外部電界によりプラズマ生成室５４に形成された引出スリット（図示せず） からイオンを高真空中に引き出すことによりなされる。

【０００６】 上記プラズマ生成室５４には引出電源６３の正極端子が接続され、この引出電 源６３より高電圧の引出電圧が印加されている。一方、引出電極系６０は、プラ ズマ生成室５４より負の電位となるように、大地電位（通常、減速電極５９が大 地電位に、引出電極５８は減速電極５９よりも若干負電位におかれる）にされて いる。

【０００７】 上記プラズマ生成室と引出電極との間の電位差を確保するため、例えば上記イ オン源ヘッドが取り付けられているイオン源ヘッド取付壁６４ａとソースマグネ ット部５６との間に絶縁ブッシング５７を介在させ、イオン源ヘッド５５および プラズマ生成室５４（高電圧側）と、ソースマグネット部５６および引出電極系 ６０（大地電位側）との間を絶縁している。

【０００８】

【考案が解決しようとする課題】

上記マイクロ波型イオン源の場合、プラズマ生成室５４内にビーム引き出し方 向と略平行な磁界を形成するソースマグネット部５６を、イオン源ヘッド５５お よびプラズマ生成室５４から離して設けることは望ましくない。

【０００９】 しかしながら、大地電位側のソースマグネット部５６と、高電圧側のイオン源 ヘッド５５との間の距離を短くすると、これらの間で放電が発生し易くなる。例 えば、プラズマ生成室５４内のイオン種ガス圧が高いときには、引出スリットよ り流出したイオン種が、ソースマグネット部５６とイオン源ヘッド５５との間に 多く存在しており、ソースマグネット部５６による磁界も存在するので、上記の 放電によりプラズマ生成室５４外でプラズマが生成されてしまうことがある。こ のような現象が生じた場合、ビームの引き出しが安定して行えなくなってしまう という問題がある。

【００１０】 上記の現象を防ぐには、例えばソースマグネット部５６を高電圧側に配置する 方法が考えられる。しかしながら、この場合、絶縁ブッシング５７をソースマグ ネット部５６よりもビーム下流側に設置しなければならず、イオン源のメンテナ ンス時の作業が困難となる。また、ソースマグネット部５６にソースマグネット 電流を供給するソースマグネット電源（図示せず）を高電圧側に設ける必要があ り、その分、絶縁トランスの容量も大きくしなければならない等の不都合を招来 する。このため、ソースマグネット部５６はやはり大地電位側に配置する方が望 ましい。

【００１１】 ソースマグネット部５６を大地電位側に配置して、高電圧側のイオン源ヘッド ５５との間の放電を防ぐには、引出電源６３からプラズマ生成室５４に印加され る引出電圧を、上記の放電が生じない絶縁破壊電圧（耐圧）以下にする必要があ り、これでは引出電流（プラズマ生成室５４より引き出されるイオンビーム電流 ）が少なくなってしまうという問題がある。

【００１２】 本考案は、上記に鑑みなされてたものであり、その目的は、大地電位側に配置 されたソースマグネット部と、高電圧側のイオン源ヘッドやプラズマ生成室等の 高電圧側部材との間の放電を抑制し、より高い引出電圧で安定にビームの引き出 しが行えるイオン源を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】

本考案のイオン源は、上記の課題を解決するために、引出電源より高電圧の引 出電圧が印加されるプラズマ生成室を有する高電圧側部材と、上記高電圧側部材 とは絶縁体を介して絶縁されて大地電位にあり、上記プラズマ生成室の周囲に接 近して配設されてプラズマ生成室内に磁場を形成するソースマグネット部とを備 えたイオン源において、以下の手段を講じている。

【００１４】 即ち、上記高電圧側部材とソースマグネット部との間には、絶縁部材、例えば 石英ガラス管が介在されている。

【００１５】

【作用】

上記の構成によれば、引出電圧電位の高電圧側部材と大地電位のソースマグネ ット部との間に石英ガラス管等の絶縁部材が介在されているので、両者間の絶縁 破壊電圧（耐圧）が高くなり、両者が接近して設けられていても、放電が発生し 難くなる。したがって、引出電源よりプラズマ生成室に印加される引出電圧を高 くした場合でも、高電圧側部材とソースマグネット部との間の放電は起こり難く 、安定したビームの引き出しが可能である。

【００１６】

【実施例】

本考案の一実施例について図１に基づいて説明すれば、以下の通りである。

【００１７】 本実施例のイオン源は、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ：Electron Cyclotr on Resonance）条件の磁界中でマイクロ波放電を生じさせてプラズマを生成し、 このプラズマからイオンをビームとして引き出すマイクロ波型のイオン源（ＥＣ Ｒイオン源）であり、例えばイオン注入装置に搭載されるようになっている。尚 、本考案は、ＥＣＲイオン源に限定されるものではなく、例えばフリーマン型イ オン源等、他の方式のイオン源にも適応できる。

【００１８】 上記イオン源は、図１に示すように、例えば2.４５ＧＨｚのマイクロ波を出力 するマグネトロン１と、このマグネトロン１を作動させるマグネトロン電源２と を有しており、マグネトロン１は、導波管３を介してプラズマ生成室４に接続さ れている。

【００１９】 上記のプラズマ生成室４には、イオン源ヘッド５が接続されている。このイオ ン源ヘッド５は、図示しない金属蒸気発生炉等を有し、固体状の金属イオン種を 金属蒸気発生炉によって蒸発させた動作ガスやガスボンベに充填されていたＢＦ₃ 等のガスイオン種からなる動作ガスをプラズマ生成室４に供給するようになっ ている。

【００２０】 上記のプラズマ生成室４には、外部にイオンを放出させるイオン引出スリット （図示せず）が形成されている。このイオン引出スリットからイオンの放出方向 には、ビーム通過孔８ａが形成された引出電極８およびビーム通過孔９ａが形成 された減速電極９がこの順に配設されている。

【００２１】 上記減速電極９は接地されて大地電位に、そして、引出電極８は減速電極９よ りも負電位になるように、減速電源１２より負電圧が印加されている。そして、 プラズマ生成室４には、引出電源１３の正極端子が接続されており、この引出電 源１３より高電圧の引出電圧が印加されるようになっている。これにより、プラ ズマ生成室４と引出電極８との間に所定の電位差が生じ、プラズマ生成室４に強 い外部電界が形成され、この外部電界により、プラズマ生成室４内のプラズマか らイオンが引き出され、イオンビームが形成されるようになっている。また、上 記のように、引出電極８を減速電極９よりも負電位にすることにより、引出電極 ８よりも下流で発生した電子の逆流を防ぐことができるようになっている。

【００２２】 上記プラズマ生成室４およびイオン源ヘッド５の周囲には、励磁コイル６ａ… を備えたソースマグネット部６が配設されており、このソースマグネット部６は 、プラズマ生成室４内にビーム引き出し方向と略平行な磁界を形成するようにな っている。このとき、ソースマグネット部６の形成する磁場強度が、プラズマ生 成室４内において、８７５ガウス（2.４５ＧＨｚのマイクロ波に対するＥＣＲ条 件）になるような範囲で、励磁コイル６ａ…に供給されるソースマグネット電流 が、設定されたビーム電流条件に応じて調整される。

【００２３】 上記のプラズマ生成室４、イオン源ヘッド５、引出電極８、減速電極９は、図 示しない真空排気手段によって高真空状態にされるイオン源チャンバー１４に内 蔵されており、イオン源ヘッド５は、イオン源チャンバー１４を形成するイオン 源ヘッド取付壁１４ａに取り付けられている。

【００２４】 そして、上記イオン源ヘッド取付壁１４ａと、同じくイオン源チャンバー１４ を形成する上記ソースマグネット部６との間には、絶縁体としての絶縁ブッシン グ７が設けられている。この絶縁ブッシング７は、例えばエポキシ樹脂やセラミ ック等の高絶縁性を有した材質からなり、イオン源ヘッド取付壁１４ａとソース マグネット部６との間の沿面絶縁距離を増大させるため、その表面が波型形状に 形成されている。この絶縁ブッシング７により、プラズマ生成室４およびイオン 源ヘッド５を有する高電圧側部材と、絶縁ブッシング７よりビーム下流に配置さ れたソースマグネット部６等の低電圧側部材との間が絶縁されている。そしてソ ースマグネット部６は接地されており上記の低電圧側部材は大地電位になってい る。

【００２５】 このように、ソースマグネット部６を大地電位側に配置することにより、ソー スマグネット電源を高電圧側に設ける必要がなく、その分、絶縁トランスの容量 を小さくでき、また、絶縁ブッシング７のメンテナンスも、ソースマグネット部 ６を高電圧側に設けるよりも容易に行うことができる。

【００２６】 上記のように、ソースマグネット部６を大地電位側に配置したイオン源では、 従来、高電圧側のプラズマ生成室４おびイオン源ヘッド５とソースマグネット部 ６との間で放電が発生し易いという不都合があった。そこで、本実施例では、上 記ソースマグネット部６の内周面と、プラズマ生成室４おびイオン源ヘッド５と の間に、ソースマグネット部６の内周面に設けられた絶縁支持部材１０…に支持 された石英ガラス管（絶縁部材）１１を介在させ、これらの間の放電を阻止でき るような構成をとっている。尚、上記絶縁支持部材１０…をプラズマ生成室４や イオン源ヘッド５に設け、高電圧側部材の側から石英ガラス管１１を支持する構 造であってもよい。勿論、絶縁部材は上記石英ガラス管１１に限定されるもので はなく、他の高絶縁性を有した材質のものでもよい。

【００２７】 上記の構成において、イオン源の動作を以下に説明する。

【００２８】 先ず、イオン源チャンバー５が図示しない真空排気手段によって排気され、高 真空状態にされる。次に、プラズマ生成室４にイオン源ヘッド５よりイオン種が 導入される。この後、ソースマグネット部６によってプラズマ生成室４にビーム 引き出し方向と平行な磁界が形成されることになると共に、マグネトロン１が作 動され、マイクロ波電力の出力が開始されることになる。このマイクロ波電力は 、導波管３を介してプラズマ生成室４に導入されることになる。そして、ＥＣＲ 現象によるマイクロ波放電によって、プラズマ生成室４に導入されているイオン 種がプラズマ化されることになる。そして、引出電源１３が投入されることによ り、上記プラズマ生成室４と引出電極８との間に所定の電位差が生じ、プラズマ 生成室４に強い外部電界が形成され、この外部電界により、プラズマ生成室４内 のプラズマからイオンが引き出され、イオンビームが形成されるようになってい る。

【００２９】 本実施例のイオン源は、引出電源１３より引出電圧が印加され高電圧電位にな っているプラズマ生成室４およびイオン源ヘッド５と、大地電位のソースマグネ ット部６との間に、絶縁部材としての石英ガラス管１１が介在されている構成で あるので、プラズマ生成室４およびイオン源ヘッド５とソースマグネット部６と の間の絶縁破壊電圧（耐圧）が従来よりも高くなり、プラズマ生成室４およびイ オン源ヘッド５とソースマグネット部６との間の放電が発生し難くなる。

【００３０】 したがって、ビームを安定に引き出すことができると共に、従来よりも高い引 出電圧をプラズマ生成室４に印加することができ、より多くのイオンビームの引 き出し（引出電流の増加）が可能となる。

【００３１】

【考案の効果】

本考案のイオン源は、以上のように、引出電源より高電圧の引出電圧が印加さ れるプラズマ生成室を有する高電圧側部材と、上記高電圧側部材とは絶縁体を介 して絶縁されて大地電位にあり、上記プラズマ生成室の周囲に接近して配設され てプラズマ生成室内に磁場を形成するソースマグネット部との間に、絶縁部材が 介在されている構成である。

【００３２】 それゆえ、高電圧側部材とソースマグネット部との間の絶縁破壊電圧（耐圧） が高くなり、引出電源よりプラズマ生成室に印加される引出電圧を高くした場合 でも、高電圧側部材とソースマグネット部との間の放電は起こり難くなる。即ち 、従来よりも高い引出電圧でイオンビームの引き出しが可能となり、プラズマ生 成室から引き出されるイオンビームの量（引出電流）の増加が図られると共に、 高電圧側部材とソースマグネット部との間の放電が起こり難いので、ビームの引 き出しが安定に行えるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例を示すものであり、マイクロ
波型のイオン源の概略の横断面図である。

【図２】従来例を示すものであり、マイクロ波型のイオ
ン源の概略の横断面図である。

【符号の説明】

４ プラズマ生成室（高電圧側部材） ５ イオン源ヘッド（高電圧側部材） ６ ソースマグネット部 ７ 絶縁ブッシング（絶縁体） ８ 引出電極 １０ 絶縁支持部材 １１ 石英ガラス管（絶縁部材） １３ 引出電源

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】引出電源より高電圧の引出電圧が印加され
   るプラズマ生成室を有する高電圧側部材と、上記高電圧
   側部材とは絶縁体を介して絶縁されて大地電位にあり、
   上記プラズマ生成室の周囲に接近して配設されてプラズ
   マ生成室内に磁場を形成するソースマグネット部とを備
   えたイオン源において、 上記高電圧側部材とソースマグネット部との間には、絶
   縁部材が介在されていることを特徴とするイオン源。