JPH0594796A - 高周波イオン源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 プラズマ室におけるプラズマの発生をスムー
ズに行うことができ、しかも引出し電極系での不安定化
を生じさせない高周波イオン源を提供する。 【構成】 本来のプラズマ室２とは別に、放電によって
プラズマ３６を発生させるトリガ室３２を、当該プラズ
マ室２に開口部３０を介して接するように設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えばイオン注入装
置等に利用されるものであって、高周波（この明細書に
おいてはマイクロ波を含む）放電によってプラズマを発
生させ、このプラズマからイオンビームを引き出す高周
波イオン源に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の高周波イオン源の従来例を図５
および図６にそれぞれ示す。

【０００３】いずれの高周波イオン源も、高周波放電に
よってプラズマ４を発生させるプラズマ室２と、そこで
作られたプラズマ４から電界の作用でイオンビーム２４
を引き出す引出し電極系１６とを備えている。

【０００４】この内、図５の高周波イオン源は、プラズ
マ室２を形成するのにガラス容器６を用い、その外部に
半円筒状の電極８、８を配置し、これらに高周波電源１
２から整合回路１４を介して高周波電力を供給して容量
結合によってプラズマ室２内で高周波放電を起こさせて
プラズマ４を発生させるものである。

【０００５】一方、図６の高周波イオン源は、プラズマ
室２を形成するのに金属容器２６を用い、その一部（蓋
板）２６ａを絶縁物２８によって絶縁して電極とし、こ
れらに高周波電源１２から整合回路１４を介して高周波
電力を供給して容量結合によってプラズマ室２内で高周
波放電を起こさせてプラズマ４を発生させるものであ
る。

【０００６】なお、上記ガラス容器６あるいは金属容器
２６内には、プラズマ生成用の所要のガス１０が導入さ
れる。また、引出し電極系１６はこの例では２枚の多孔
電極１８、２０で構成されており、両者間に引出し電源
２２から直流高電圧が印加される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記いずれの高周波イ
オン源の場合も、高周波電源１２から供給される高周波
電力の周波数には、通常、１３．５６ＭＨｚが用いられ
ている。また、イオンビーム２４を引き出すために引出
し電極系１６に電圧を印加するためには、プラズマ室２
内の圧力は一般に１×１０^-3Ｔｏｒｒ以下（例えば１０
^-4〜１０^-5Ｔｏｒｒ台）でなければならず、そうでなけ
れば引出し電極系１６を構成する電極１８、２０間で放
電が発生してイオンビーム２４の引き出しが不安定にな
る。

【０００８】一方、上記周波数では、プラズマ室２内の
圧力が１×１０^-3Ｔｏｒｒ以下では、自発的に高周波放
電が起こってプラズマ４が発生するには不安定であるた
め、一時的にプラズマ室２内のガス圧を上昇させる（即
ち真空度を悪くする）か、あるいは非常に大きな高周波
電力を投入する必要がある。しかしどちらの場合も、高
周波放電発生時にプラズマ４が不安定であり、特に一時
的にガス圧を上昇させる場合には引出し電極系１６での
不安定化を生じる、という問題がある。

【０００９】そこでこの発明は、プラズマ室におけるプ
ラズマの発生をスムーズに行うことができ、しかも引出
し電極系での不安定化を生じさせない高周波イオン源を
提供することを主たる目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明の高周波イオン源は、放電によってプラズ
マを発生させるトリガ室を、前述したようなプラズマ室
に開口部を介して接するように設けたことを特徴とす
る。

【００１１】

【作用】上記構成によれば、トリガ室でプラズマを発生
させると、このプラズマは、開口部を通してプラズマ室
に漏れ出る。そして、高周波電界が印加されたプラズマ
室においては、この漏れ出て来たプラズマを種にしてプ
ラズマが発生する。このようなトリガプラズマを用いれ
ば、プラズマ室においては、通常プラズマを点灯させる
のに不安定な真空領域においても、スムーズにプラズマ
を発生させることができる。しかも、プラズマ室のガス
圧を従来例のように一時的に上昇させなくて済むので、
引出し電極系での不安定化を生じさせることもない。

【００１２】

【実施例】図１は、この発明の一実施例に係る高周波イ
オン源を示す断面図である。図５あるいは図６の従来例
と同一または相当する部分には同一符号を付し、以下に
おいては当該従来例との相違点を主に説明する。

【００１３】この実施例においては、放電によってプラ
ズマ（トリガプラズマ）３６を発生させるトリガ室３２
を、前述したようなプラズマ室２に開口部３０を介して
接するように設けている。

【００１４】トリガ室３２はこの例では金属容器３４で
形成されており、それに絶縁物３８を介して棒状電極４
０が挿入されており、この棒状電極４０と金属容器３４
間にこの例ではトリガ電源４２から直流高電圧を印加し
て、直流放電によってトリガ室３２内にプラズマ３６を
発生させるようにしている。但し、直流のトリガ電源４
２の代わりに高周波電源を用いて、高周波放電によって
プラズマ３６を発生させるようにしても良い。

【００１５】プラズマ生成用のガス１０は、この例で
は、このトリガ室３２に供給し、前記プラズマ室２へは
このトリガ室３２側から開口部３０を通して供給するよ
うにしている。但し、これとプラズマ室２へ直接ガスを
供給することを併用しても良い。

【００１６】上記例のようにトリガ室３２から開口部３
０を通してプラズマ室２へガス１０を供給する場合は、
プラズマ室２のガス圧を１０^-4Ｔｏｒｒ台に維持しつ
つ、トリガ室３２のガス圧が１０×１０^-3Ｔｏｒｒ以上
になるように、プラズマ室２とトリガ室３２との間のコ
ンダクタンスを設計するのが好ましい。より具体的に
は、この２室２、３２をつなぐ開口部３０は、大きくて
も１００ｍｍ² 程度にするのが好ましい。

【００１７】また、トリガ室３２で作られたプラズマ３
６がプラズマ室２に漏れ出やすくするために、開口部３
０の広がりｗに対してその部分の隔壁の厚みｄをｗ／ｄ
＞１にする、あるいは図２の例のように開口部３０をテ
ーパ状にしてその開き角度αを４５度以上にするのが好
ましい。

【００１８】このような開口部３０は、図１の例のよう
にプラズマ室２を形成する金属容器２６（より具体的に
はその蓋板２６ａ）に設けても良いし、図２〜図４の例
のように別の隔壁板４６、４８、５０を設けてそこに設
けても良い。

【００１９】また、直流高電圧あるいは高周波電力を印
加する電極は、図１、図３および図４の例のようにトリ
ガ室３２を形成する金属容器３４から絶縁保持した棒状
電極４０でも良いし、あるいは図２の例のようにトリガ
室３２を形成する金属容器３４の一部を成す蓋板３４ａ
等でも良い。図２中の４４は絶縁物である。また、この
ような電極に対する入力は、直流電圧の場合は例えば１
〜６ＫＶ程度の範囲内で、高周波電力の場合は例えば数
十〜１００Ｗ程度の範囲内で、ガス１０の種類によって
適宜選ばれる。

【００２０】上記のような高周波イオン源の動作例を説
明すると、トリガ室３２および開口部３０を通してプラ
ズマ室２へ所要のガス１０を供給することにより、トリ
ガ室３２内のガス圧を１０×１０^-3Ｔｏｒｒ以上に保持
した状態で、棒状電極４０と金属容器３４間にトリガ電
源４２から高電圧を印加することにより、トリガ室３２
内で放電を起こし、プラズマ３６を発生させる。パッシ
ェンの法則で知られるように、この真空度では容易にプ
ラズマを発生させることができる。

【００２１】トリガ室３２内で発生したプラズマ３６
は、開口部３０を通してプラズマ室２内に漏れ出る。こ
のとき、プラズマ室２に高周波電界を印加しておくと、
より具体的にはこの例では前述したような金属容器２６
とその蓋板２６ａ間に高周波電源１２から高周波電力を
供給しておくと、漏れ出て来たプラズマ３６を種にして
本来の（即ちイオンビーム２４の引出し用の）プラズマ
４が発生する。

【００２２】このようなトリガプラズマ３６を用いれ
ば、プラズマ室２においては、通常プラズマを点灯させ
るのに不安定な真空領域においても、即時に、即ちスム
ーズにプラズマ４を発生させることができ、従ってイオ
ンビーム２４も即時に発生させることができる。しか
も、プラズマ室２のガス圧を従来例のように一時的に上
昇させなくて済むので、引出し電極系１６での不安定化
（即ちその電極１８、２０間で放電が発生しやすくなる
こと）を生じさせることもない。

【００２３】次により具体的な実施例を二つ説明する。

【００２４】ａ） 図３に示すように、内径Ｄが２０ｍ
ｍφ、高さＨが６０ｍｍの円筒状のトリガ室３２の一方
より棒状電極４０を挿入し、他方の面に直径が２ｍｍφ
の開口部３０を持つ板厚が０．１ｍｍの隔壁板４８を配
置、これを前述したようなプラズマ室２に接続した。そ
して、ガス１０として窒素ガスをトリガ室３２の側面よ
り供給することにより、プラズマ室２内の真空度を約５
×１０^-4Ｔｏｒｒにし、一方トリガ室３２内の真空度を
約５０×１０^-3Ｔｏｒｒにした。そして、棒状電極４０
に１ＫＶの直流電圧を印加することによりトリガプラズ
マ３６を発生させた。これと同時に、高周波電力を１
０、５０あるいは１００Ｗ入力していたプラズマ室２内
にいずれの場合もプラズマ４（図１参照）を発生させる
ことができた。この際、整合回路１４（図１参照）はプ
ラズマ４の発生時に最適になるように設定していたが、
プラズマ４が発生すると共に高周波の反射電力は著しく
減少し、初期設定の最適状態を作ることができた。

【００２５】ｂ） 上記実施例ａ）の場合の隔壁板４８
に替えて、図４に示すように、直径が２ｍｍ、開き角度
αが４５度の開口部３０を持つ板厚２ｍｍの隔壁板５０
を使用した。その結果、実施例ａ）の場合と同様の効果
が得られた。

【００２６】なお、上記プラズマ室２やトリガ室３２を
形成するのに、図５の従来例と同様、ガラス容器を用い
ても良い。その場合は、図５の従来例のようにガラス容
器の外部に電極を配置して容量結合によって高周波放電
を起こさせても良いし、ガラス容器の外部にコイルを巻
いて誘導結合によって高周波放電を起こさせても良い。

【００２７】また、引出し電極系１６の構成は上記例の
ようなものに限定されるものではなく、例えば１枚電極
でも３枚電極でも良く、またイオンビーム引出し孔はス
リット状でも良い。

【００２８】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、放電に
よってプラズマを発生させるトリガ室を、プラズマ室に
開口部を介して接するように設けたので、プラズマ室に
おいては、トリガ室から開口部を通して漏れ出て来たプ
ラズマを種にしてプラズマが発生するようになり、その
結果、通常プラズマを点灯させるのに不安定な真空領域
においてもプラズマをスムーズに発生させることができ
る。しかもプラズマ室のガス圧を従来例のように一時的
に上昇させなくて済むので、引出し電極系での不安定化
を生じさせることもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の一実施例に係る高周波イオン源を
示す断面図である。

【図２】 この発明の他の実施例に係る高周波イオン源
のトリガ室周りを示す断面図である。

【図３】 この発明の更に他の実施例に係る高周波イオ
ン源のトリガ室周りを示す断面図である。

【図４】 この発明の更に他の実施例に係る高周波イオ
ン源のトリガ室周りを示す断面図である。

【図５】 従来の高周波イオン源の一例を示す図であ
る。

【図６】 従来の高周波イオン源の他の例を示す断面図
である。

【符号の説明】

２ プラズマ室 ４ プラズマ １２ 高周波電源 １６ 引出し電極系 ２４ イオンビーム ３０ 開口部 ３２ トリガ室 ３６ プラズマ ４２ トリガ電源

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高周波放電によってプラズマを発生させ
   るプラズマ室と、このプラズマ室で作られたプラズマか
   ら電界の作用でイオンビームを引き出す引出し電極系と
   を備える高周波イオン源において、放電によってプラズ
   マを発生させるトリガ室を、前記プラズマ室に開口部を
   介して接するように設けたことを特徴とする高周波イオ
   ン源。