JPH08212935A - イオン注入のためのイオン源装置 - Google Patents

イオン注入のためのイオン源装置

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JPH08212935A
JPH08212935A JP7267672A JP26767295A JPH08212935A JP H08212935 A JPH08212935 A JP H08212935A JP 7267672 A JP7267672 A JP 7267672A JP 26767295 A JP26767295 A JP 26767295A JP H08212935 A JPH08212935 A JP H08212935A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】イオン源の作動寿命を高め、マイクロ波発生器
とプラズマ室との間でマイクロ波エネルギ結合を向上さ
せること。 【解決手段】マイクロ波励起形イオン源装置が、ハウジ
ングアセンブリ22によって定められた空間57内に延出し
ている支持管94によって支持され、プラズマ室42と、一
対のベーパライザ44と、エネルギ伝送手段と、磁界発生
アセンブリ46を備える。プラズマ室42の内部領域50へ、
ソース物質及びイオン化が可能なガスが送られ、室42に
重ねられたキャップ62のアークスリット64を通って、発
生イオンがプラズマ室42から出る。エネルギ伝送手段
は、マイクロ波エネルギをＴＥＭモードで室42へ送り、
同軸のマイクロ波エネルギ伝送線中央導体54を備えてい
る。導体54の一端部66が、プラズマ室42の窪んだ壁部68
にはめ込まれており、マイクロ波エネルギをプラズマ室
42へ伝送する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、イオンビーム注入
装置に使用されるイオン源装置、特にソース物質からイ
オンを発生させて誘電プラズマ室へ送るマイクロ波励起
形イオン源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】イオンビームは、様々な形式のイオン源
によって発生させることができる。最初に、イオンビー
ムは物理的研究に有益であることがわかった。イオン源
の有名な初期の使用例として、アストン(Aston) が発明
した、同位元素の識別に使用される第１真空質量分析計
がある。イオンは、２つの金属電極間に真空アークを形
成するイオン源から引き出された。
【０００３】その初期以来、イオンビームは様々な工業
的用途に利用されており、最も注目されているものとし
て、シリコンウェハにドーパントを導入する技術として
利用されている。様々な目的に対して多くのイオン源が
開発されているが、イオンを形成できる物理的方法は非
常に限られており、固体または液体からの直接スパッタ
リングまたは電界放出等の現象を利用する少数のイオン
源を除いて、アークまたはプラズマからのイオンの引出
しに限られている。
【０００４】イオン源内のプラズマは、電極間の低圧放
電によって発生し、電極の一方は、直流、パルス形、ま
たは高周波電界によって励起される電子放出フィラメン
トからなる陰極であることが多い。陰極として電子放出
フィラメントを用いているイオン源を備えたイオン注入
装置は、シャバリー(Shubaly) の米国特許第4,714,834
号に開示されており、その全体が参考文献として本説明
に含まれる。このように形成されたプラズマは、通常は
整形静磁場によって高められる。活性電極、特に高温の
フィラメント陰極、及び陽極として機能するプラズマ壁
部は、高エネルギの化学的活性イオン及び電子によって
侵食される。特にプラズマを形成するためにイオン源に
導入されたガス成分がそれ自体非常に反応性が高い、例
えばりん、ふっ素、ほう素等の場合、イオン源の寿命
が、これらの相互作用によって２〜３時間に限定される
ことが多い。
【０００５】工業でのイオンビームの利用の増加、例え
ばイオン注入、イオン・ミリング(ion milling) 及びエ
ッチングによって、作動寿命が延びたイオン源の開発に
重点が置かれている。フィラメントイオン源に比較し
て、マイクロ波励起形イオン源は、プラズマ室内のイオ
ン化ガス圧が低い状態で作動する。その結果、電子温度
（ｅＶ）が高くなるという所望の特性が得られる。しか
し、従来技術のマイクロ波エネルギイオン源は、フィラ
メントイオン源と同様に、補修／交換が必要になるまで
の作動寿命が短い（約２時間）ことがわかった。
【０００６】ヒップル(Hipple)他の米国特許第4,883,96
8 号は、そのようなマイクロ波励起形イオン源の１つを
開示しており、そのすべてが参考文献として本説明に含
まれる。ヒップル他の特許のイオン源は、円筒形ステン
レス鋼プラズマ室の一端部に接した窓を備えている。窓
は、マイクロ波エネルギインターフェース領域として、
また同時に圧力または真空シールとして機能する。マイ
クロ波エネルギインターフェース領域として、窓はマイ
クロ波導波管からプラズマ室内のソース物質へマイクロ
波エネルギを伝送する。真空シールとして、窓は、脱気
されているプラズマ室と、イオン源の非脱気領域、例え
ば導波管が延在している領域との間の圧力シールになっ
ている。ヒップル他の特許の窓は、３つの誘導ディスク
（２つのディスクは窒化ほう素製、第３ディスクはアル
ミナ製）と１つの石英ディスクとをサンドウィッチ形に
平行配置して構成されている。薄い窒化ほう素ディスク
が、プラズマ室に接している。薄い窒化ほう素ディスク
に厚い窒化ほう素ディスクが隣接し、それにアルミナデ
ィスクが、最後に石英ディスクが順次続いている。
【０００７】窒化ほう素ディスクは、溶解点が高く、熱
伝導性が良好である。マイクロ波エネルギは、マイクロ
波源から窓の石英ディスクに隣接したフランジまで延在
している導波管によって窓へ送られる。フランジは、矩
形の中央開口を備えており、それを通ってマイクロ波エ
ネルギが導波管から窓へ送られる。石英ディスクは、プ
ラズマ室に引き込まれた真空を維持するための真空シー
ルとして機能している。アルミナプレートは、マイクロ
波エネルギを調整するためのインピーダンス整合プレー
トとして機能している。プラズマ室のプラズマによる望
ましくないマイクロ波エネルギ反射を最小限に抑えるた
めに、インピーダンス整合が必要である。ヒップル他の
特許のイオン源は、寿命を含む多くの作動特性の点で従
来形イオン源を改良しているが、長い作動寿命を備えた
イオン源を設計することは、イオン注入装置の製造者の
目標であり続けている。
【０００８】マイクロ波窓は、プラズマ室内に存在して
いる高温（＜800 ℃）の作用を必然的に受ける。さら
に、マイクロ波エネルギインターフェース領域は、清浄
に保つため、またりん等の凝縮性の成分を含むソース物
質をイオン化する時にマイクロ波導波管とプラズマ室内
のプラズマとの間に許容可能なマイクロ波エネルギ結合
を得るために、高温でなければならない。しかし、真空
シールは、高温や、プラズマ内の励起イオン及び電子に
よる化学的侵食にさらされない時、作動寿命が延びるこ
とがわかっている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】マイクロ波エネルギを
マイクロ波発生器からプラズマ室へ送るために、従来装
置は一般的に中空の導波管を用いていた。マイクロ波エ
ネルギ伝送の導波管モード（均一な導波管内において、
その管に沿って電磁界が指数関数で特徴づけられる波）
は、一定範囲の周波数に制限される。発生マイクロ波周
波数がその範囲外にある場合、導波管はマイクロ波エネ
ルギを伝送しないので、遮断状態が生じる。伝送周波数
範囲が限定されていることは、導波管マイクロ波エネル
ギ伝送モードの欠点である。
【００１０】本発明は、上述した従来の欠点を解消する
ために、真空シールを高温下にさらすことなく、イオン
源の作動寿命を高めること、また、マイクロ波発生器と
プラズマ室との間でマイクロ波エネルギ結合を向上させ
ることを可能にしたイオン注入のためのイオン源装置を
提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明に従って構成され
たマイクロ波励起形イオン源装置は、開放端部を備えて
内部領域を定めている誘電プラズマ室へのＴＥＭ［横電
磁界（transverse electric magnetic) ］モードのマイ
クロ波エネルギ伝送を含む。誘電プラズマ室は、同軸マ
イクロ波または高周波伝送線の中央導体の拡大端部を受
け取る壁部分を備えている。プラズマ室キャップが、プ
ラズマ室の開放端部に重なっており、イオンがプラズマ
室を出る際に通る細長い開口すなわちアークスリットを
備えている。
【００１２】プラズマ室は、ソース源ハウジングによっ
て脱気領域内に支持されている。同軸伝送線が脱気領域
を貫通しており、従って圧力または真空シールが、プラ
ズマ室のエネルギ入口から離して設けられている。プラ
ズマ室に追加の熱を与えるため、ハウジングの外周の一
部分に加熱コイルが巻装されている。イオン源装置は、
ソース物質元素を蒸発させるための１つまたは複数の加
熱式ベーパライザを備えている。ソース源ハウジング内
の通路が、蒸発したソース物質元素をベーパライザのそ
れぞれの出口弁からプラズマ室内部領域へ送る。
【００１３】イオン源装置は、イオン源のハウジングア
センブリ内の内部領域へ延出している支持管内に支持さ
れている。クランプ取り付け具が支持管の端部に連結さ
れており、アークスリットを所望の所定イオンビーム線
に正確に整合させるために、クランプ取り付け具に設け
られている位置決めスロットにプラズマ室キャップの位
置決め突起をはめ合わせる。
【００１４】プラズマ室に連結されたＴＥＭモードで作
動するマイクロ波エネルギまたは高周波入口が、エネル
ギをプラズマ室内へ噴射して、プラズマ室内の電子を高
エネルギまで加速し、それによってプラズマ室へ送られ
たガスがイオン化する。ＴＥＭモードでは、マイクロ波
エネルギが、中央導体及びその上に重なった同軸管を含
む伝送アセンブリを介してプラズマ室へ送られる。マイ
クロ波エネルギは、導体空気管の間の隙間を移動する。
ＴＥＭモードは、中央導体を用いていない導波管マイク
ロ波エネルギ伝送モードとは違って、上でも下でもエネ
ルギ伝送が行われなくなる周波数範囲制限を設けていな
い。また、ＴＥＭモードは、マイクロ波発生器とプラズ
マ室内部との間でマイクロ波結合を良好に行う。プラズ
マ室は、脱気領域内に支持されており、マイクロ波エネ
ルギまたは高周波の入口の一部分が、脱気通路に挿通さ
れている。
【００１５】プラズマ室内のプラズマ形成を制御するた
めに、室を取り囲む磁界形成構造体がプラズマ室内に磁
界を発生する。磁界形成構造体は、磁気ホルダと、プラ
ズマ室内に１つの磁場形状を形成する１組の永久磁石を
支持している磁石スペーサリングとを備えている。この
磁界形成構造体は、様々な磁場形状、すなわち双極子、
六極子及びカスプ間で容易に切り替えやすくする。
【００１６】本発明に従って構成されたイオン源装置
は、プラズマ室の、同軸伝送線中央導体を受け取る壁部
分から離して真空シールを設けている。中央導体に係合
する壁部分が、マイクロ波エネルギインターフェース領
域を形成している。真空シールは、インターフェース領
域から離れた位置にあるため、低温で、また励起プラズ
マ内の化学的作用成分から離れて作動するため、真空シ
ールの作動寿命が長くなる。また、同軸伝送線のマイク
ロ波導波中央導体の拡大端部とプラズマ室の窪み部分と
の間の係合領域によって定められるマイクロ波インター
フェース領域（壁部）が比較的大きいことから、マイク
ロ波導波管と励起プラズマとの間のマイクロ波エネルギ
結合が向上する。本発明のさらに別の利点は、プラズマ
室内の磁場形状が、使用するソース物質及びソースガス
の特性、及び処理中の加工物の特定の注入要件の変化に
応じて変化することである。
【００１７】本発明の上記及び他の目的、利点及び特徴
は、添付の図面を参照した以下の好適な発明の形態の説
明から明らかになるであろう。
【００１８】
【発明の実施の形態】図１は、正荷電イオンを発生する
イオン源装置12を備えたイオン注入装置10を示す概略図
である。イオンは、イオン源装置12から引き出されてイ
オンビームを形成し、そのイオンビームは、固定のビー
ム線すなわち経路14に沿って注入部16へ進み、そこでビ
ームは処理すべき加工片（図示せず）に衝突する。その
ようなイオン注入装置10の１つの典型的な用途は、半導
体ウェハを製造するためにイオン注入部16でイオンを注
入する、すなわち、シリコンウェハのドーピングであ
る。
【００１９】イオン注入量の制御は、イオンビーム経路
14を通過するシリコンウェハの選択的移動によって維持
される。従来形注入装置10の一例として、イートン(Eat
on)社の半導体装置部が市販しているNV-20A型注入機が
ある。この従来形イオン注入装置は、シャバリー(Shuba
ly) の米国特許第4,714,834 号に開示されているものに
類似した電子放出フィラメントを有するイオン源を用い
ている。
【００２０】図１に概略的に示されているマイクロ波発
生器（エネルギ源）20は、マイクロ波エネルギをイオン
源装置12へ伝送する。好適なマイクロ波発生器20は、ア
メリカン・サイエンス＆テクノロジー(American Scienc
e and Technology) 社が市販しているS-1000型発生器で
ある。
【００２１】イオン源装置12の一部分が、イオン源のハ
ウジングアセンブリ22の脱気部分内に配置されている。
イオン源装置12から出たイオンは、ハウジングアセンブ
リ22内に配置された引出し電極アセンブリ（図示せず）
によって加速されて、２つの真空ポンプ24によって脱気
されているビーム線または経路14に入る。イオンは、ビ
ーム経路14に沿って分析磁石26へ進み、これは、イオン
ビームを曲げて、荷電イオンの向きを注入部16に向かう
方向へ変える。多重電荷を備えたイオンと原子番号が違
っている別種のイオンとの両方またはいずれか一方が、
分析磁石26によって形成された磁界とイオンとの相互作
用によって、ビームから除去される。分析磁石26と注入
部16との間を進むイオンは、注入部16でウェハに衝突す
る前に、追加の電極（図示せず）によってさらに高いエ
ネルギーまで加速される。
【００２２】制御電子機器28（図１に概略的に示されて
いる）が、注入部16に達する注入量を監視して、シリコ
ンウェハに対して望まれるドーピングレベルに基づいて
イオンビーム濃度を増減させる。イオンビームドーズ量
を監視する技術は従来より公知であり、一般的にビーム
ドーズ量を測定するためにファラディーカップ（図示せ
ず）を用いている。ファラディーカップは、注入部16に
入る前のイオンビーム経路14と選択的に交差する。
【００２３】図２ないし図５を参照しながら説明する
と、本発明のイオン源装置12は、正荷電イオンを発生す
るために、電子放出フィラメントの代わりにマイクロ波
エネルギを用いている。好適な発明の形態の説明では、
イオンを発生するためにマイクロ波信号を用いることを
想定しているが、それに代えて、イオンを発生するため
に高周波信号を用いることもでき、それも発明の範囲に
入ることを理解されたい。イオン源装置12は、マイクロ
波発生器20及びイオン源のハウジングアセンブリ22から
切り離した時、一対のベークライトハンドル30を用いて
移動させることができる接続形アセンブリであり、これ
らのハンドル30（図２，３には一方だけが示されている
が、図５には両方が断面図で示されている）は、環状の
イオン源装置取り付けフランジ34の外面32から延出して
いる。
【００２４】装置12は、図２，３に分けて示めされてお
り、マイクロ波チューニング及び伝送アセンブリ（エネ
ルギ入力手段）40と、イオン化またはプラズマ室42と、
一対のベーポライザ(vaporizer)44 と、プラズマ室42を
取り囲む磁界発生アセンブリ46とを備えている。
【００２５】図２に示すマイクロ波チューニング及び伝
送アセンブリ40は、マイクロ波発生器20によって供給さ
れるマイクロ波エネルギのインピーダンスをプラズマ室
42の内部領域50内の励起プラズマのインピーダンスに一
致するように調整するためのチューナアセンブリ48を備
えている。一方、図３に示された磁界発生アセンブリ46
は、プラズマ室の内部領域50内に磁界を発生させ、それ
がプラズマ室42内に電子サイクロトロン共振周波数状態
を形成する。電子サイクロトロン共振周波数で、プラズ
マ室の内部領域50内の自由電子が、従来のプラズマ放電
のエネルギレベルの10倍のレベルまで活性化され、内部
領域内のアークに衝突しやすくなる。
【００２６】マイクロ波チューニング及び伝送アセンブ
リ40は、さらに、ＴＥＭマイクロ波エネルギ伝送モード
で調整マイクロ波エネルギをプラズマ室42へ送るマイク
ロ波エネルギ伝送アセンブリ52（図３参照）を備えてい
る。マイクロ波エネルギ伝送アセンブリ52は、同軸管56
の中央に配置された同軸伝送線中央導体54を備えてい
る。好ましくは、中央導体54はモリブデンで形成し、同
軸管56は銀メッキされた黄銅管で形成する。チューナア
センブリ48とマイクロ波エネルギ伝送アセンブリ52との
間の結合部の周囲に、圧力または真空シール58が配置さ
れて、イオン源装置12の非真空部分と真空部分とを分離
している。
【００２７】マイクロ波エネルギ伝送アセンブリの同軸
管56は、ハウジングアセンブリ22及びイオン源装置取り
付けフランジ34によって定められた内部領域57と同様に
脱気されている。中央導体54によって伝送されたマイク
ロ波エネルギは、従って脱気領域を通過してから、プラ
ズマ室42へ進む。マイクロ波エネルギ伝送アセンブリ52
の一部分が、イオン源装置取り付けフランジ34の中央開
口を貫通している。同軸管56は、イオン源装置取り付け
フランジ34に溶接されている。後述するように、イオン
源装置12のその他の部材は、取り付けフランジ34と、同
軸管56の、取り付けフランジ34の内面60より延出してい
る部分とによって支持されている。
【００２８】プラズマ室42は、マイクロ波エネルギを透
過させる誘電素材からなり、それに設けられた開放端部
に、細長い開口すなわちアークスリット64を有するプラ
ズマ室キャップ62が重なっている。蒸発したソース物質
及びソースガスが、プラズマ室の、開放端部とは反対側
の閉鎖端部65に設けられた３つの開口63からプラズマ室
内部領域50に導入される。プラズマ室の閉鎖端部は、中
央導体54の拡大先端部分を収容する窪みを設けた円筒形
部分を備えており、それによって形成されたマイクロ波
エネルギインターフェース領域（壁部）68をマイクロ波
エネルギが通過して、プラズマ室内部領域50内の蒸発ソ
ース物質及びソースガスを励起する。
【００２９】真空シール58は、壁部68から離れており、
真空シール58と壁部であるマイクロ波インターフェース
領域とは、中央導体54の対向端部に位置している。壁部
68と真空シール58とが離れている結果、真空シール58
は、プラズマ室の高温から離れて、比較的低温状態で機
能する。さらに、後述するように、真空シール58は、シ
ールを支持しているフランジアセンブリ72に隣接配置さ
れた水冷管70によって冷却される。また、真空シール58
は、プラズマ室内部領域50内の励起プラズマによる化学
的侵食から隔離されている。比較的低温の作動状態が得
られ、かつ化学的侵食から保護されている結果、真空シ
ール58の作動寿命が長くなり、従ってイオン源装置12の
予想平均無故障間隔が増加する。キャップ62は、そのプ
ラズマ室内部領域50に面する側の表面の、アークスリッ
ト64の周囲の小部分を除いた全体が、不活性素材で被覆
されている。被膜は、キャップ62を励起プラズマによる
化学的侵食から保護する。
【００３０】伝送アセンブリ52によってプラズマ室42へ
伝送されたマイクロ波エネルギは、マイクロ波インター
フェース領域の壁部68を通過して、プラズマ室内部領域
50に入る。マイクロ波エネルギは、内部領域50内のガス
分子をイオン化する。発生したイオンは、プラズマ室キ
ャップ62のアークスリット64を通ってプラズマ室内部領
域50から出る。プラズマ室42は、プラズマ室（ソース
源）ハウジング74内にはめ込まれて、それによって支持
されている。ハウジング74は、プラズマ室内部領域50内
のソース物質に追加熱を与える加熱コイル（加熱手段）
76を備えている。プラズマ室ハウジング74は、マイクロ
波エネルギ伝送アセンブリの同軸管56の先端部に連結さ
れ、それによって支持されている。
【００３１】磁界発生部材46が、プラズマ室42を取り囲
んでおり、環状磁石ホルダ78と、１組の永久磁石82を支
持してそれらの向きを定めているマグネットスペーサリ
ング80とを備えている。磁石組82は、プラズマ室内部領
域50を通る磁力線を形成する。プラズマ室内部領域50内
で発生したイオンは、磁力線の周囲をらせん軌道で漂
う。プラズマ室内部領域50内の磁界をキャップのアーク
スリット64と軸方向に適当に整合させることによって、
発生イオンの大部分をアークスリット64から引き出すこ
とができるようになる。また、磁界がプラズマ室内壁面
付近で最も強く（約875 ガウス）、プラズマ室内部領域
50の中心付近で弱くなるように永久磁石組82を調節する
ことによって、自由電子及びイオンがプラズマ室内壁面
に衝突する頻度を減少させることができる。電子及びイ
オンがプラズマ室内壁面に衝突すると、プラズマ室42に
供給されるマイクロ波エネルギの利用効率が低下する。
プラズマ室内部領域50内に電子サイクロトロン共振周波
数状態が発生するようにプラズマ室内部領域50の磁界の
強さを変化させると、室42内の自由電子がさらに高いエ
ネルギレベルまで活性化される。
【００３２】マイクロ波エネルギ及び熱を受けると、プ
ラズマ室内部領域50内に噴射されたソース物質が、ガス
化したイオン化プラズマを形成する。マイクロ波エネル
ギはまた、プラズマ室内部領域50内の自由電子を励起
し、それらがプラズマ内のガス分子と衝突して正荷電イ
オン及びさらなる自由電子を発生すると、それらが次に
他のガス分子と衝突する。プラズマ室内部領域50へ送ら
れるソース物質は、１つまたは複数のソース元素を含
み、それらは、プラズマ室内部領域50へ送られる前に、
ベーパライザ対44によって蒸発される。蒸発用に選択さ
れる元素は、りん（Ｐ）、ひ素（Ａｓ）及びアンチモン
（Ｓｂ) を含むことができる。後述するように、ソース
物質元素は、固体状態でベーパライザに装填される。各
ベーパライザ44は、ソース元素に高温（＜500 ℃）を加
えて蒸発させる加熱コイル84を備えている。蒸発した元
素は、ベーパライザの先端部のばね付勢式ガスシール86
を通ってベーパライザから出て、プラズマ室内部領域50
へ送られる。蒸発元素は、プラズマ室ハウジング74に穿
かれた通路88を通って、プラズマ室42内の開口にはめ込
まれたガスノズル90からプラズマ室内部領域50内へ出
る。
【００３３】引出し電極アセンブリ（図示せず）が、イ
オン源のハウジングアセンブリ22及びイオン源装置取り
付けフランジ34によって定められた内部空間57内へ延出
している中空の支持管94の第１端部付近に設けられたハ
ウジングアセンブリ22のアクセス開口（図示せず）から
取り付けられる。引出し電極アセンブリは、離設された
ディスク半割体で構成されており、これらのディスク半
割体が励起されることによってイオンが加速されて、プ
ラズマ室キャップのアークスリットからビーム経路14に
沿って出る。ハウジングアセンブリ22から出たイオン
は、引出し電極アセンブリによって与えられた初期エネ
ルギ（例えば40〜50kev ）を備えている。加速電位及び
マイクロ波エネルギ発生の制御は、図１に概略的に示さ
れているイオン源制御電子機器28によって維持される。
【００３４】図２，３にわかりやすく示されているよう
に、イオン源装置12の一部分が、イオン源装置取り付け
フランジの内面60から突出している。この部分は、プラ
ズマ室42及びキャップ62と、ベーパライザ対44と、磁界
発生アセンブリ46と、マイクロ波エネルギ伝送アセンブ
リ52の一部分とを含み、中空の支持管94の第２端部96内
へ滑り挿入される。支持管94の第２端部96から、支持管
フランジ98が突出している。イオン源装置取り付けフラ
ンジ34は、支持管フランジ98に連結され、取り付けフラ
ンジ内面60の環状溝内に配置されたＯリング100 が、取
り付けフランジ34と支持管フランジ98との間を確実に気
密状に密閉している。この支持管フランジ98は、イオン
源のハウジングアセンブリ22の一部である絶縁体104 の
端部にボルト（図示せず）によって取り付けられてい
る。支持管フランジ内面の環状溝内に配置されたＯリン
グ106 が、絶縁体104 の外面と密封係合している。支持
管94は、支持管フランジ98からハウジングアセンブリ22
の内部空間57内へ延出している。ハウジングアセンブリ
22の絶縁体104 は、ハウジング部材110 に連結されてい
るインターフェースプレート108 に連結されている。ハ
ウジング部材110 は、ハウジングアセンブリ22の内部空
間57及び支持管の第１端部92にアクセスできるようにす
るアクセス開口（図示せず）を備えている。
【００３５】プラズマ室42は、マイクロ波エネルギを透
過する誘電材料、例えば窒化ほう素で構成されている。
窒化ほう素は、その誘電特性に加えて、優れた熱伝導率
を備え、溶融点が高く、プラズマ室42は800 ℃を越える
温度で最も効果的に作動するため、これは望ましい。あ
るいは、アルミナを用いることもできる。室42は、一方
端部が開放し、他端部65が閉じたカップ形である。プラ
ズマ室42の閉鎖端部65の中央に窪みまたは凹み部分が設
けられており、中央導体の拡大先端部66からのマイクロ
波エネルギは、それを通ってプラズマ室内部領域50へ進
む。
【００３６】プラズマ室42のこの形状には幾つかの利点
がある。すなわち、プラズマ室42の閉鎖端部65の窪み部
分によって形成されたマイクロ波エネルギインターフェ
ース領域68は、マイクロ波エネルギ伝送線中央導体54と
の接触面積が、窪み無しのプラズマ室設計に較べて大き
くなる。マイクロ波エネルギインターフェース領域68が
大きいことによって、中央導体54とプラズマ室内部領域
50との間に優れたマイクロ波エネルギ伝達特性が得られ
る。さらに、窪み部分がプラズマ室閉鎖端部65の中央に
位置しているため、中央導体54とプラズマ室内部領域50
内の点との間の距離が、窪み無しのプラズマ室設計に較
べて短くなる。マイクロ波エネルギ伝送線中央導体54と
プラズマ室内部領域50内の点との間の距離が短くなる結
果、励起プラズマ内でのマイクロ波エネルギの分散がさ
らに均一になる。また、プラズマ室42は、中央導体54と
プラズマ室内部領域50内の励起プラズマとを分離させて
いる。この分離によって、中央導体の拡大先端部分66が
プラズマに直接に接触した場合に発生するような化学的
腐食から保護される。
【００３７】プラズマ室42は、プラズマ室ハウジング74
内にはめ込まれて、それによって支持されている。ハウ
ジング74は、環状のベース部分112 と、ベース部分から
延出しているわずかに大径の第２環状部分114 とを備え
ている。第２環状部分114 は、プラズマ室をはめ込む大
きさの円筒形内部領域を形成している。環状ベース部分
の内径がわずかに小さくなっているため、半径方向内向
きの段差部分すなわち肩部116 が形成されて、これがプ
ラズマ室の閉鎖端部65の支持体になっている。図６〜図
８に示されているように、プラズマ室ハウジングの環状
ベース部分112は、半径方向外向きに延出した２つの突
起118 を備えている。突起118 及び環状ベース部分112
に穴が穿かれて、各ベーポライザのガスシール86とプラ
ズマ室内部領域50との間を流体連通させるＬ字形通路88
を形成している。それぞれの通路88に１つずつはめ込ま
れた２つのガスノズル90が、プラズマ室閉鎖端部65の開
口63の２つにはまっている。蒸発ソース物質が通路88の
端部分を通って逃げないようにするため、ドウェルピン
119 が、通路88の、それぞれの突起118 内に位置してい
る各部分の端部分に圧入されている。
【００３８】環状ベース部分112 はさらに、その外周に
ろう付けされた加熱コイル76を備えている。加熱コイル
76は、プラズマ室内部領域50へ熱を伝導する。プラズマ
室内部領域50はさらに、マイクロ波励起プラズマによっ
ても加熱される。加熱コイル76によって追加された熱
は、特にイオン源装置12を低電力レベルで運転している
時に、プラズマ室内部領域50内に十分な高温レベル（＜
800 ℃）を確保するために必要であることがわかってい
る。環状ベース部分112 の端部122 に環状段差部分（図
３及び図８に示されている）が設けられており、これ
は、マイクロ波エネルギ伝送線同軸管56の先端部に溶接
されたフランジ124 の窪み部分にはめ合わされる。プラ
ズマ室ハウジング74は、フランジ124 を貫通して環状ベ
ース部分112はめ込まれている６個のボルト126 でフラ
ンジ124 に固定されており、そのうちの１つが図３に示
されている。
【００３９】温度測定サーモカップル（図示せず）が、
プラズマ室ハウジング74に穿かれた穴に挿入される。サ
ーモカップルは、イオン源装置取り付けフランジ34内に
配置された管継手127 を通ってイオン源装置12から取り
出される。
【００４０】ソースガス入口ノズル（図示せず）が、プ
ラズマ室閉鎖端部65の第３開口（図示せず）にはめ込ま
れ、ガス管（図示せず）を介してイオン源装置取り付け
フランジ34に設けられた管継手117 （図４を参照）に接
続している。プラズマ室内部領域50へソースガスを供給
するため、外部ガス供給源（例えば、酸素イオンを所望
する場合には酸素ガス）が管継手117 に接続される。ガ
ス管は、導波管としての同軸管56の先端部に溶接された
フランジ124 の開口（図示せず）を通っている。
【００４１】プラズマ室キャップ62が、プラズマ室42の
開放端部に重なって、それに密封係合している。キャッ
プ62は、４つの耐熱性タンタルねじ128 を用いてプラズ
マ室ハウジング74の端部に固定されている。キャップ62
の外周に２つのスロット130が穿かれている。位置決め
スロット130 は、アークスリット64を二分する長手方向
軸線Ａ−Ａに正確に位置合わせされる。位置決めスロッ
ト130 は、アークスリットを所定の、または所望のイオ
ンビーム線に整合させやすくし、またイオン注入装置10
の作動時の熱によって発生するイオン源装置部材の膨張
によってプラズマ室42が支持管94内で軸方向移動して
も、その整合状態を維持する。
【００４２】自動調心割りリングクランプアセンブリ13
2 が、支持管94の第１端部92に取り付けられている。ク
ランプアセンブリ132 は、リテーナリング136 と割りリ
ング138 との間に固定された支持リング134 を備えてい
る。割りリング138 は、半径方向に割れており、割れ目
を跨ぐ調節ねじ（図示せず）を備えている。調節ねじを
適当に回すことによって、割りリング138 の直径を増減
させることができる。最初に、割りリング138 とリテー
ナリング136 とを連結しているボルト（図示せず）を緩
く締めて、支持リング134 が割りリング138 とリテーナ
リング136 との間を横方向に摺動できるようにする。支
持リング134 に設けられた２つのタブ部分140 の各々の
内周縁部から半径方向内向きに、位置決めピン142 が延
出している。割りリング138 はさらに、支持リング134
及びリテーナリング136 側の表面とは反対の垂直表面に
環状溝144 を設けている。
【００４３】整合取り付け具（図示せず）を用いて、支
持リングタブ140 を取り付け具の取り付け表面に整合さ
せて固定し、それによってクランプアセンブリ132 を取
り付け具に固定する。取り付け具をハウジング部材110
に取り付けて、ハウジングアクセス開口から挿入する。
取り付け具は、割りリング溝144 を滑らせて支持管94の
第１端部92の上にはめ付けて、タブ位置決めピン142 を
所定のイオンビーム線に正確に整合させることができる
寸法にする。割りリングの調節ねじを回転させて、割り
リング138 の直径を大きくして、割りリング溝144 を支
持管94の第１端部92に押し付け、それによってクランプ
アセンブリ132 を支持管94に固定する。
【００４４】支持リング134 は割りリング138 とリテー
ナリング136 との間を横方向に摺動可能であり、支持リ
ングタブ140 が整合取り付け具に取り付けられたままで
あるから、割りリング138 を支持管94の第１端部92に固
定する間、位置決めピン142所定のビーム線に整合させ
た状態が維持される。次に、タブ位置決めピン142 と所
定のビーム線とを整合状態を保持しながら、割りリング
138 とリテーナリング136 とを結合しているボルトを締
め付けて、支持リング134 を所定位置に固定する。整合
取り付け具を支持リングタブ140 から取り外して、ハウ
ジング部材110から取り出す。
【００４５】イオン源装置ハンドル30を握って、イオン
源装置12を支持管の第２端部96に挿入し、ハンドルを用
いてイオン源装置12を回転させることによって、プラズ
マ室ハウジングキャップの位置決めスロット130 を支持
リングタブ位置決めピン142に整合させて摺動可能には
め合わせ、それによって確実にアークスリット64を所定
のビーム線に適切に整合させる。次に、イオン源装置取
り付けフランジ34を支持管フランジ98に結合させて、イ
オン源装置12を固定する。最後に、マイクロ波発生器20
をチューナアセンブリ48に連結すれば、イオン源装置12
の作動準備が整う。作動中、伝送アセンブリ52を含めた
イオン源部材が加熱されて膨張する。マイクロ波エネル
ギ伝送線同軸管56がイオン源装置取り付けフランジ34に
溶接されており、取り付けフランジ34がハウジングアセ
ンブリ22に連結されるので、同軸管の軸方向膨張は、プ
ラズマ室42を支持管の第１端部92の方へ（すなわち、図
３の右側へ）軸方向移動させる傾向がある。支持リング
タブ部分140 の位置決めピン142 は、軸方向に（すなわ
ち、支持管中央軸線及び所定のビーム線に平行な方向
に）十分な長さを備えているので、熱に誘発されてプラ
ズマ室42が軸方向移動しても、ピンはキャップ位置決め
スロット130 にはめ合わされた状態に維持される。タブ
位置決めピン142 がキャップ位置決めスロット130 に係
合した状態に維持されることによって、位置決め手段(1
30,142) が構成され、確実にアークスリット64を所定の
ビーム線に常に適切に整合させることができる。
【００４６】ベーパライザ対44は、構造及び機能が同一
である。従って、説明を簡単にするため、一方のベーパ
ライザについてだけ説明するが、それは両ベーパライザ
に当てはまる。ベーパライザ44はほぼ円筒形構造であ
り、ベーパライザ44の保守点検時やソース物質の追加時
には、イオン源装置12を支持管94から取り外す必要な
く、ベーパライザをイオン源装置12から抜き出すことが
できる。ベーパライザ44は、先端部（すなわちプラズマ
室42側の端部）のばね付勢式ガスシールアセンブリ86
と、ソース物質を貯留させる内部空間151 を形成してい
る円筒形胴部150 と、胴部150 の小径部分にろう付けさ
れた加熱コイル84と、イオン源装置取り付けフランジの
外面32に取り付けられるベーパライザキャップ154 とを
備えている。ガスシールアセンブリ86にねじ付きの外周
表面が設けられており、これが胴部150先端部の対応の
雌ねじにねじ込まれる。ガスシールアセンブリ86を胴部
150 から取り外せば、蒸発用のソース物質を胴部内部空
間に導入することができる。
【００４７】ソース元素の蒸発に必要な高温（Ｐ、Ａｓ
またはＳｂ等の成分の縮合を避けるために約500 ℃）
は、加熱コイル84によって与えられる。加熱コイル84
は、イオン源装置12の外部の電源（図示せず）によって
励起される。加熱コイルの延長線が、ベーパライザキャ
ップ154 の開口156 を通ってイオン源装置12から出てい
る。シール部材158 が、開口156 付近でベーパライザキ
ャップ154 の外面を貫通している加熱コイル84の直線部
分84Ａにろう付けされて、加熱コイル84の突出直線部分
84Ａを取り囲む真空密封シールを形成している。（ハウ
ジングアセンブリ22と、イオン源装置取り付けフランジ
34と、マイクロ波エネルギ伝送アセンブリ52とによって
定められた内部空間57は脱気されているが、ハウジング
アセンブリの外側の領域は一般的に脱気されていないこ
とを思い出されたい。）ベーパライザは、イオン源装置
取り付けフランジ34の開口から挿入される。ベーパライ
ザの先端部分が、開放端部形のステンレス鋼円筒形熱シ
ールド160 にはまっている。熱シールド160 は、熱シー
ルドとして、また同時にガスシールアセンブリ86をプラ
ズマ室内部領域50に通じたプラズマ室ハウジング通路88
に適切に整合させるためのガイドとして機能する。胴部
150 の拡大外径部分162 が、イオン源装置取り付けフラ
ンジ34の開口にすべりばめされて、４つのボルト164 が
ベーパライザキャップ154 をイオン源装置取り付けフラ
ンジ外面32に固定している。
【００４８】ステンレス鋼の円筒形熱シールド160 （各
ベーパライザ44に１つずつ）は、導波管である同軸中央
管56に対して正確に位置決めされる。熱シールド160
は、約１／８インチ厚さの平板金属片166 の各端部に溶
接されている。この金属片は、導波管の同軸管56に取り
付けられた割りクランプ（図示せず）に２つのねじ168
で固定されている。
【００４９】次に、図11〜図18を参照しながら説明する
と、磁界発生アセンブリ46が、プラズマ室内部領域50内
に磁界を発生する。磁界には少なくとも３つの有益な機
能がある。すなわち、 (a) 電子が、磁力線を取り囲むらせん軌道で整合して、
磁力線がキャップのアークスリットと軸方向に整合して
いる場合、アークスリットから引き出される発生イオン
の数が増加する。 (b) 磁界がプラズマ室内部壁付近で強い（約875 ガウ
ス）ことによって、電子が壁に衝突する頻度を減少させ
ることができ、そのような衝突によるプラズマの損失を
低減させる。 (c) 電子サイクロトロン共振周波数に一致するように磁
界強さを操作することによって、前述したようにプラズ
マ室内部領域50内の自由電子エネルギが増加する。
【００５０】個々のイオン注入状態及びソース物質によ
って、最適結果を得るためにプラズマ室内部領域50内に
使用すべき磁場形状が異なることが、研究からわかって
いる。例えば、一定の注入状態では、高電子エネルギ
が、良好な注入結果を得る際の重要な特徴であることが
確認されている。図16に示されている取り付け向きの磁
石組82によって形成される双極子磁場形状が、プラズマ
室内部領域50内に最高の電子温度を発生することが実験
からわかっている。別の状態では、満足できる注入結果
を達成するために、図17に示されている取り付け向きの
磁石組82によって形成される六極子磁場形状が、または
図18に示されている取り付け向きの磁石組82によって形
成されるカスプ磁場形状が用いられる。
【００５１】プラズマ室内部領域50内の磁場の形状は、
永久磁石の数及び取り付け向きによって決まる。後述す
るように、本発明の磁界発生アセンブリ46は、様々な磁
場形状、例えば双極子、六極子及びカスプ形の間で迅速
に切り替えることができる。
【００５２】いずれの形状においても、永久磁石組82
は、共にアルミニウム製である環状磁石ホルダ78及び磁
石スペーサリング80によってプラズマ室42の半径方向外
側に配置されている。図11〜図14に示されているよう
に、磁石ホルダ78は、開口中央領域を取り囲むリング部
分170 を備えている。開口中央領域は、プラズマ室42の
外径部に摺動式に嵌め付けることができる大きさになっ
ている。リング部分170 の外周表面は、12個の対称的な
平坦部172 を備えている。２つの平行な延出部174A,174
B が、リング部分170 の両端部から半径方向外向きに延
出している。延出部174A,174B は、１インチ離れている
ことが好ましい。
【００５３】図15に示されているように、磁石スペーサ
リング80は、３つの同一の切頭三角部材80A,80B 及び80
C で構成されており、各部材は120 °の円弧にわたって
延在している。各部材80A,80B 及び80C の幅は１インチ
であって、リング部分170 の平行延出部174A,174B 間に
すべりばめさせることができる。磁石組82の個々の磁石
の寸法は、１インチ×１インチ×0.5 インチであること
が好ましい。各スペーサリング部材80A,80B 及び80C
は、その内周に沿って４つのスロット176 を備えてい
る。六極子磁場形状の場合、スロット176 は、２種類の
取り付け向きまたは形状、すなわち（図15に示されてい
るように）「平形」176Aと「縁部形」176Bを交互に設け
ている。「平形」スロット176Aには、磁石の１インチ×
１インチ表面がスロットの内側表面178Aに接するように
して、磁石が配置される。それに対して、「縁部形」ス
ロットには、磁石の１インチ×0.5 インチの縁部表面が
スロットの内側表面178Bに接するようにして、磁石が配
置される。３つのスペーサリング部材80A,80B 及び80C
によって形成されるスロット176 の合計は12であって、
リング部分170 の平坦部の数と一致している。個々の磁
石は、スペーサリング部材80A,80B 及び80C の適当なス
ロットに挿入され、エポキシ樹脂を用いて所定位置に接
着される。
【００５４】次に、磁石スペーサリング部材をリング部
分延出部174A,174B 間に挿入して、各磁石の表面を対応
のリング部分平坦部172 にぴったり接触させる。スペー
サリング部材80A,80B 及び80C は、リング部分延出部17
4Aの孔180 （図11を参照）に挿通させ、磁石スペーサリ
ング部材の対応の孔182 に締め付けた６個のねじ（図示
せず）によって所定位置に取り付けられる。
【００５５】双極子及びカスプ形状に対しては、12個の
「平形」取り付け向きまたは形状のスロットを備えた第
２磁石スペーサリング（図示せず）が用いられる。この
リングは、図15に示されている３部材リング構造ではな
く、２つの半円部材で構成され、各半円部材に６個の
「平坦」スロットが設けられている。
【００５６】各磁場形状に対して、それぞれ異なったス
ペーサリング部材及び磁石組が用いられる。双極子磁場
形状では、磁石組82が、図16に示されているように、６
個の磁石を有しており、そのうちの３つが隣接した「平
形」スロットにはめ込まれ、残りの３つの磁石が磁石ス
ペーサリングの反対側に配置されている。12個の「平
形」スロットを備えた第２磁石スペーサリング（図示せ
ず）が用いられている。（説明をわかりやすくするた
め、図16〜図18の図面は磁石スペーサリング部材を示し
ていない。）磁石スペーサリング80の残りの６個のスロ
ットは、空のままになっている。
【００５７】図17の、六極子磁場形状では、磁石組82が
12個の磁石を有しており、それらが、磁石スペーサリン
グ部材の12個のスロットすべてに挿入されている。図15
に示されている磁石スペーサリングが、六極子磁場形状
に用いられている、すなわち、スロット176 は「平形」
スロット176Aと「縁部」形スロット176Bとを交互に設け
ている。
【００５８】カスプ磁場形状（図18）では、第２磁石ス
ペーサリング（図示せず）が用いられ、図示のように12
個の「平形」スロットすべてに装填される。
【００５９】磁場形状を変更するためには、磁石ホルダ
78の孔180 に挿通させて、磁石スペーサリング部材80A,
80B 及び80C の整合孔182 にはめ込まれているねじを取
り外して、スペーサリング部材をリング部分平行延出部
174A,174B 間から取り外すだけでよい。次に、所望形状
のためのスペーサリング部材を延出部間に挿入して、そ
れに固定する。
【００６０】図11及び図12に示されているように、水冷
管184 が、磁石ホルダのリング部分延出部174Aの外側表
面188 の隆起部分186 に沿って延在している。水冷管18
4 の終端部に設けられた管継手190 が、イオン源装置取
り付けフランジ34を貫通しており、密封Ｏリング（図示
せず）を重ねて六角ナット193 （図５）で所定位置に固
定されている。冷却水または流体の外部供給源（図示せ
ず）が、管継手190 の一方に接続されており、冷却水
は、水冷管184 を循環した後に、他方の管継手190 に接
続された外部管を通って排出される。水冷管184 は、押
さえタブ及びねじの組み合わせ194 によって外側表面18
8 に固定されている。水冷管184 を磁石ホルダ78に組み
付けた後、アセンブリ全体をディップろう付けする。水
冷管184 が、磁石組82を付近のプラズマ室42内やプラズ
マ室加熱コイルから発生した高温熱から保護する。
【００６１】図３及び図４に示されているように、環状
の電子シールド196 が、磁石ホルダリング部分延出部17
4Bの外側表面にねじ200 （その１つが図３に点線で示さ
れている）で固定されており、ねじ200 は、シールド及
びリング部分延出部174Bの整合孔にねじ込まれている。
延出部174Bの孔202 が、図14に示されている。電子シー
ルド196 はグラファイトであり、プラズマ室キャップの
アークスリット64から出る逆流電子によるアルミニウム
磁石ホルダ78の損傷を防止する。
【００６２】図２に戻って説明すると、マイクロ波チュ
ーニング及び伝送アセンブリ40は、チューナアセンブリ
48と、マイクロ波エネルギ伝送アセンブリ52とを備えて
いる。チューナアセンブリは、マイクロ波発生器20によ
って発生したマイクロ波エネルギの周波数を調整する機
能を備えており、スラグチューナアセンブリ212 に結合
された導波管コネクタ210 で構成されている。導波管コ
ネクタ210 のフランジ付き端部214 が、マイクロ波発生
器20の出口に接続している。導波管コネクタ210 の両側
壁216,218 に整合開口が設けられている。スラグチュー
ナアセンブリ212 の中央導体220 が、側壁216 の開口を
貫通して、導波管コネクタ210 の内部領域222 内へ進入
している。チューナ軸224 が、側壁218 の開口にはめ込
まれている。チューナ軸224 は、側壁に重ねて取り付け
られた、雌ねじを付けたフランジ付きスリーブ226 によ
って支持されている。チューナ軸224 の外周の一部分に
は、フランジ付きスリーブの雌ねじにはめ合わされるね
じが付けられている。チューナ軸224 の端部228 が、導
波管コネクタの内部領域222 から突出しており、それに
スロットが設けられている。
【００６３】チューナ軸224 のスロット付き端部228 を
ドライバ（図示せず）で回転させることによって、チュ
ーナ軸224 の導波管コネクタの内部領域222 内への進入
深さが調節される。チューナ軸224 が内部領域に進入し
ている深さが、マイクロ波発生器20の出力部から伝送さ
れるマイクロ波エネルギのインピーダンスを調整、すな
わち変化させて、プラズマ室内部領域50内のプラズマの
インピーダンスに一致させることができる。
【００６４】導波管コネクタの内部領域222 内のマイク
ロ波エネルギは、スラグチューナ中央導体220 へ伝達さ
れる。スラグチューナは、プラズマ室内部領域50へ伝達
されるマイクロ波エネルギの周波数を変化させる第２手
段になっている。スラグチューナアセンブリは、二重壁
形同軸チューナ管230 が重なっているスラグチューナ中
央導体220 と、一対のスラグチューナとを備えている。
二重壁形同軸チューナ管230 は、銀メッキ黄銅製であ
る。各スラグチューナは、スラグチューナ中央導体220
上に摺動可能に設けられた環状のセラミックチューニン
グカラー236,238を備えている。薄いヨーク240,242
が、各チューニングカラーの外周から半径方向外向きに
延出している。ヨーク240,242 は、環状カラー236,238
を駆動するために、チューナ管230 内の細い長手方向ス
ロット（図示せず）を通ってピン254に連結している。
各ヨーク240,242 の、外側同軸管230 から外方へ延出し
ている部分にロッド244,246 が連結されており、これら
のロッドは、外径部に沿ってねじが付けられ、またＶ字
形溝付きの端部を備えている。ロッド244 は、ロッド24
6 より短い。
【００６５】長いねじ付きロッド246 は、ヨーク240 の
クリアランス孔とヨーク242 のねじ孔とに挿通されて、
先端が尖った止めねじ（図示せず）によって固定支持ブ
ラケット252 に固定されている。この止めねじは、ねじ
付きロッド246 の端部のＶ字形溝に遊嵌されている。短
いねじ付きロッド244 は、ヨーク240 のねじ付き孔に挿
通されて、ヨーク242 にはまっており、そこで同様に先
端が尖った止めねじで固定されている。ロッド244 をド
ライバで回転させると、ヨーク240 がピン付き環状カラ
ー236 と共に移動し、それによって環状カラー236,238
のギャップを変化させる。ロッド246 をドライバで回転
させると、両ヨーク240,242 がピン付き環状カラー236,
238 と共に、中央導体220 の上に重なっている移動経路
に沿って一体となって移動する。
【００６６】図２に示されているように、スラグチュー
ナ中央導体220 の、導波管コネクタ210 とは反対側の端
部は、マイクロ波エネルギ伝送線中央導体54の端部に連
結されている。スラグチューナ中央導体220 の端部から
延出した雄部材が、中央導体54の端部の開口にはめ込ま
れている。気密シールを維持するために、中央導体間に
Ｏリング256 が配置されている。真空シール58は、２部
材形フランジ262 によって支持された環状セラミックリ
ングであり、このフランジ262 は、マイクロ波エネルギ
伝送管中央導体54とスラグチューナ中央導体220 との間
の連結接合面を包囲している。２部材形フランジ262
は、第１及び第２フランジ部分264,266 を備えており、
４つのボルト268 （図２には１つだけが示されている）
で固着されている。チューナ同軸管230 の端部が、第１
フランジ部分264 にはんだ付けされているのに対して、
マイクロ波エネルギ伝送線同軸管56の端部が、第２フラ
ンジ部分266 にはんだ付けされている。真空シール58を
取り囲むＯリング269 が、第２フランジ部分269 に密着
係合している。同軸管56の孔（図示せず）から同軸管内
に真空が引き込まれる。チューナ同軸管230 は真空状態
にない。真空シール58及びＯリング256 を比較的低温状
態に維持するために、Ｕ字形の冷却管70が、導波同軸管
56付近の第２フランジ部分266 の外面の隆起部分にはめ
付けられている。
【００６７】スラグチューナ中央導体220 及びマイクロ
波エネルギ伝送線中央導体54は、マイクロ波エネルギを
伝送するが、好ましくは直径が３／８インチであるのに
対して、チューナ同軸管230 及びマイクロ波エネルギ伝
送線同軸管56の内径は13／16インチであることが好まし
い。マイクロ波エネルギ伝送線中央導体54の第１拡大部
分272 付近に、中央導体と同軸管56との間にはめ込まれ
る大きさの環状カラー270 が設けられて、導体を管の中
心に位置決めしている。カラー270 は、ピン274 によっ
て中央導体54に取り付けられている。
【００６８】以上説明したように、本発明の実施の形態
におけるマイクロ波励起形イオン源装置12は、ハウジン
グアセンブリ22によって定められた空間57内に延出して
いる支持管94によって支持され、プラズマ室42と、一対
のベーパライザ44と、エネルギ伝送手段40と、磁界発生
アセンブリ46を備えており、プラズマ室42の内部領域50
へ、ソース物質及びイオン化が可能なガスが送られ、室
42に重ねられたキャップ62のアークスリット64を通っ
て、発生イオンがプラズマ室42から出るようになってい
る。そして、エネルギ伝送手段40では、同軸のマイクロ
波エネルギ伝送線中央導体54の一端部66が、プラズマ室
42の壁部68にはめ込まれており、ＴＥＭモードでマイク
ロ波エネルギをプラズマ室42へ伝送する。
【００６９】この中央導体54は、これを取り囲む同軸管
56の脱気部分を貫通し、同軸管56内またはその付近に、
脱気されている同軸管56と非脱気領域との間の境界に真
空シール58が配置される。アークスリットキャップ62
は、プラズマ室42を取り囲むプラズマ室ハウジング74に
取り付けられており、アークスリット64が所定のイオン
ビーム線と整合するようにして、支持管94の端部92に固
定されたクランプアセンブリ132 にはめ合わされる。さ
らに中央導体54は、一対のスラグチューナ236、238 が摺
動可能にはめ付けられているチューニング中央導体220
に連結しており、スラグチューナ236、238 をそれらの移
動経路に沿って移動させることによって、プラズマ室42
へ送られるマイクロ波エネルギのインピーダンスを変化
させることができるようになっている。
【図面の簡単な説明】
【図１】マイクロ波励起形イオン源を含むイオン注入装
置の概略図である。
【図２】支持管内に支持されている本発明による構造の
イオン源装置のマイクロ波チューニング及び伝送アセン
ブリ部分を示す拡大断面図である。
【図３】図２と一体に構成されるイオン源装置のハウジ
ングアセンブリ部分の詳細拡大断面図である。
【図４】図３の３−３線に沿った平面から見た、図２の
イオン源装置の側面図である。
【図５】図３の４−４線に沿った平面から見た、図２の
イオン源装置の側面図である。
【図６】図３のイオン源装置のプラズマ室ハウジングの
前面図である。
【図７】図６のプラズマ室ハウジングの底面図である。
【図８】図７の７−７線に沿った平面から見た、図６の
プラズマ室ハウジングの断面図である。
【図９】図２のイオン源装置のベーパライザの側面図で
ある。
【図１０】図９の９−９線に沿った平面から見た、ベー
パライザの端面図である。
【図１１】図２のイオン源装置の磁界発生構造体の磁石
ホルダの前面図である。
【図１２】図11の磁石ホルダの側面図である。
【図１３】図11の12−12線に沿った平面から見た、図10
の磁石ホルダの長手方向断面図である。
【図１４】図12の13−13線に沿った平面から見た、図10
の磁石ホルダの横断面図である。
【図１５】図２のイオン源装置の磁界発生構造体の磁石
スペーサリングの前面図である。
【図１６】双極子形状に配置された１組の永久磁石を設
けた、図11の磁石ホルダの横断面図である。
【図１７】六極子形状に配置された１組の永久磁石を設
けた、図11の磁石ホルダの横断面図である。
【図１８】カスプ形状に配置された１組の永久磁石を設
けた、図11の磁石ホルダの横断面図である。
【符号の説明】
12 イオン源装置 20 マイクロ波発生器（エネルギ源） 40 チューニング及び伝送アセンブリ（エネルギ入力
（伝送）手段） 42 プラズマ室 50 プラズマ室内部領域 52 マイクロ波エネルギ伝送アセンブリ（伝送部） 54 中央導体 56 同軸管 62 プラズマ室キャップ 64 アークスリット 66 端部分 68 マイクロ波インターフェース領域（壁部） 74 プラズマ室（ソース源）ハウジング
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/265 (71)出願人 390033020 Ｅａｔｏｎ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｃｌｅｖｅｌ ａｎｄ，Ｏｈｉｏ 44114，Ｕ．Ｓ．Ａ. (72)発明者 ピーター ローズ アメリカ合衆国 ニューハンプシャー 03860 ノース コンウエイ クラネモア ロード 90 (72)発明者 フランク レイモンド トルエイラ アメリカ合衆国 メイン 03909 ヨーク デビッド ドライブ 46

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 脱気領域内に支持され、かつソース物質
    及びイオン化するガスが送り込まれる内部室(50)が形成
    されるプラズマ室(42)と、このプラズマ室(42)内のガス
    をイオン化するために、プラズマ室(42)内の電子を高エ
    ネルギまで加速するエネルギ入力手段(40)とを備えてい
    るイオン源装置(12)であって、 (a) プラズマ室(42)は、開口と、この開口から離れた壁
    部(68)とを有しており、壁部は、プラズマ室(42)内へエ
    ネルギを噴射するエネルギ放出表面を備えており、 (b) プラズマ室(42)の開口に密封係合し、かつイオンビ
    ームを形成するためにイオンがプラズマ室(42)を出る際
    に通る細長いアークスリット(64)を備えているプラズマ
    室キャップ(62)を備えており、 (c) エネルギ入力手段(40)は、前記プラズマ室の壁部(6
    8)に当接して、エネルギを前記壁部(68)から内部領域(5
    0)へ伝送する端部分(66)と、ソース源ハウジング(74)に
    よって囲まれた脱気領域内でマイクロ波または高周波エ
    ネルギ をプラズマ室(42)へ送る伝送部(52)とを備えて
    いる、ことを特徴とするイオン源装置。
  2. 【請求項２】 プラズマ室の内部領域(50)内に磁界を発
    生するための磁界発生手段(46)が設けられており、プラ
    ズマ室(42)のプラズマ形成を制御して、アークスリット
    (64)を通って出るイオンの比率を増加させるために、磁
    界が細長いアークスリット(64)と軸方向に整合するよう
    にしたことを特徴とする請求項１のイオン源装置。
  3. 【請求項３】 伝送部(52)は、脱気された同軸管(56)内
    に配置された中央導体(54)を備えたパワー供給線を有し
    ていることを特徴とする請求項１のイオン源装置。
  4. 【請求項４】 伝送部(52)に結合したチューナアセンブ
    リ(48)を有しており、チューナアセンブリ(48)は、少な
    くとも１つのスラグチューナを備えており、スラグチュ
    ーナに設けられた環状カラー(236、238) が、エネルギ伝
    送中央導体(220) の一部分の上に摺動可能に設けられて
    おり、そのため、環状カラー(236、238) が移動経路に沿
    って移動することによって、プラズマ室(42)へ送られる
    マイクロ波または高周波エネルギの周波数が変化するよ
    うにしたことを特徴とする請求項３のイオン源装置。
  5. 【請求項５】 プラズマ室の内部領域(50)に流体連通し
    た少なくとも１つのベーパライザ(44)を有しており、ベ
    ーパライザ(44)は、ソース物質を受け取ることができ、
    またプラズマ室の内部領域(50)へ送られたソース物質を
    蒸発させるために加熱手段(84)を備えていることを特徴
    とする請求項１のイオン源装置。
  6. 【請求項６】 ソース源ハウジング(74)は、プラズマ室
    (42)を支持できる大きさの窪み部分を有しており、蒸気
    をベーパライザ(44)の出口オリフィスからプラズマ壁部
    の開口(63)に送る少なくとも１つの通路(88)を設けてい
    ることを特徴とする請求項５のイオン源装置。
  7. 【請求項７】 ソース源ハウジング(74)は、プラズマ室
    内部領域(50)へ送られるマイクロ波または高周波エネル
    ギによって発生する熱に加えて、プラズマ室内部領域(5
    0)に熱を与える加熱手段(76)を備えていることを特徴と
    する請求項６のイオン源装置。
  8. 【請求項８】 プラズマ室内部領域(50)内へエネルギを
    噴射するプラズマ室(42)の壁部(68)は、側部が円筒形
    で、端部がほぼ平坦な壁部分を有しており、この壁部分
    によって定められた空間にエネルギ入力手段(40)の端部
    分(66)が挿入されていることを特徴とする請求項１のイ
    オン源装置。
  9. 【請求項９】 プラズマ室内部領域(50)は、細長いアー
    クスリット(64)を取り囲む領域を除いて、不活性物質で
    包囲されていることを特徴とする請求項１のイオン源装
    置。
  10. 【請求項１０】 イオン源のハウジングアセンブリ(22)
    の外部で非脱気領域内に配置されたマイクロ波または高
    周波エネルギ源(20)と、開放端部を備え、内部領域(50)
    を定めているプラズマ室(42)とを設けており、内部領域
    (50)にソース物質及びイオン化するガスを送り込んで、
    エネルギ源(20)からプラズマ室(42)へ伝送されたエネル
    ギを当てることによって、プラズマ室(42)内にプラズマ
    が形成されて、イオンが発生するようになっており、さ
    らに、エネルギ源(20)及びプラズマ室(42)に接続され
    て、エネルギをエネルギ源(20)からプラズマ室(42)へ伝
    送するエネルギ伝送手段(40)を設けているイオン源装置
    (12)であって、 (a) イオン源のハウジングアセンブリ(22)によって定め
    られた脱気空間(57)内に延在している、イオン源装置(1
    2)を支持する支持管(94)を有し、 (b) プラズマ室(42)は、脱気空間(57)内に配置されて、
    支持管(94)によって支持されており、 (c) さらに、プラズマ室(42)の開口端部に重ねられ、か
    つ発生イオンがプラズマ室内部領域(50)を出る際に通る
    細長いアークスリット(64)を備えるキャップ(62)を有
    し、 (d) エネルギ伝送手段(40)は、プラズマ室(42)の外壁(6
    8)の一部分に係合した端部(66)を備えたエネルギ伝送同
    軸伝送線中央導体(54)と、少なくとも一部分が脱気さ
    れ、中央導体(54)の上に重なった同軸管(56)と、プラズ
    マ室の外壁部分(68)に係合した中央導体端部(66)から離
    れて設けられ、同軸管(56)の脱気部分とイオン源のハウ
    ジングアセンブリ(22)の外側の非脱気領域との間をシー
    ルする真空シール(58)とを含んでいる、ことを特徴とす
    るイオン源装置。
  11. 【請求項１１】 真空シール(58)は、中央導体(54)の上
    に重なった同軸管(56)内に配置されていることを特徴と
    する請求項10のイオン源装置。
  12. 【請求項１２】 プラズマ室(42)は、中央導体端部(66)
    にはめ合わされた外壁(68)に窪み部分を備えて、中央導
    体(54)とプラズマ室外壁(68)との間の係合面積を増加さ
    せていることを特徴とする請求項10のイオン源装置。
  13. 【請求項１３】 イオン源装置(12)の、支持管(94)内に
    入っている部分は、イオン源装置(12)の熱膨張及び収縮
    によってイオン源装置(12)が支持管(94)内で移動した時
    にも、キャップのアークスリット(64)を所定のイオンビ
    ーム経路に対して軸方向整合状態に維持するための位置
    決め手段(130、142) を含むことを特徴とする請求項10の
    イオン源装置。
  14. 【請求項１４】 プラズマ室内部領域(50)の温度を 800
    ℃以上まで上昇させるために、高周波またはマイクロ波
    パワーによって生じる加熱を加える加熱手段(76)を設け
    ていることを特徴とする請求項10のイオン源装置。
  15. 【請求項１５】 プラズマ室内部領域(50)内に双極子磁
    場形状を形成するための向きに取り付けられた２つ以上
    の永久磁石からなる磁石組と組み合わせて用いられる、
    前記プラズマ室(42)の周囲にはめ付けられた取り外し可
    能な磁石ホルダ(78)を有しており、前記磁場は、無線周
    波数またはマイクロ波周波数で電子サイクロトロン共振
    を与えるように調節可能であることを特徴とする請求項
    10のイオン源装置。
  16. 【請求項１６】 磁石ホルダ(78)は、プラズマ室内部領
    域(50)内に六極子及びカスプ磁場形状を形成するため
    に、様々な数の磁石(82)及び様々な取り付け向きの磁石
    (82)の磁石組(82)を支持するようにしたことを特徴とす
    る請求項15のイオン源装置。
  17. 【請求項１７】 ソース物質を蒸発させるために少なく
    とも１つの加熱式ベーパライザ(44)を設けており、ベー
    パライザ(44)の出口が、プラズマ室内部領域(50)に流体
    連通していることを特徴とする請求項10のイオン源装
    置。
  18. 【請求項１８】 支持管(94)内に配置されている、プラ
    ズマ室(12)を含むイオン源装置(12)の部材をそれから取
    り外すことを必要としないで、ソース物質の追加または
    点検のためにベーパライザ(44)をイオン源装置(12)から
    取り外すことができることを特徴とする請求項17のイオ
    ン源装置。
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