JPH04242049A - イオン源 - Google Patents

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。

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、イオンビームスパッタリング装置、真空蒸着とイオ
ンビーム照射を併用する薄膜形成装置等に用いられるイ
オン源に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種のイオン源の従来例を図４に示す
。

【０００３】このイオン源は、バケット型イオン源と呼
ばれるものであり、プラズマ８を作るためのプラズマ生
成容器２と、その出口部に設けられていてプラズマ８か
ら電界の作用でイオンビーム１４を引き出す引出し電極
系１０とを備えている。

【０００４】プラズマ生成容器２の壁面には、中性ガス
や金属蒸気等のイオン化物質を導入する導入口４が設け
られており、内部には熱電子放出用のフィラメント６が
設けられている。

【０００５】引出し電極系１０は、この例では３枚の多
孔電極１１〜１３から成る。

【０００６】そして、フィラメント６にはフィラメント
電源１６が、フィラメント６とプラズマ生成容器２間に
はアーク電源１８が、このアーク電源１８の負側等とア
ース間には引出し電源２０が、それぞれ接続されている
。また、電極１１は抵抗２２によってフローティング電
位にされ、電極１２は抑制電源２４によって負電位にさ
れる。電極１３は接地されている。

【０００７】動作例を説明すると、プラズマ生成容器２
内を真空排気すると共にそこに導入口４からイオン化物
質を導入し、フィラメント６を加熱してそこから熱電子
を放出させる。このとき、フィラメント６とプラズマ生
成容器２間にアーク電源１８によって後者が正電位にな
るように電圧を印加しておくと、熱電子がプラズマ生成
容器２に向かって加速され、これがイオン化物質と衝突
してそれを電離し、それによってフィラメント６とプラ
ズマ生成容器２間でアーク放電が起こり、プラズマ８が
作られる。そして、このプラズマ８から、引出し電極系
１０を介して電界の作用でイオンビーム１４が引き出さ
れる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記イオン
源においては、プラズマ８中のイオンの一部は、アーク
電源１８の電圧によって、電子とは逆に、フィラメント
６に向かって加速される。従って、当該イオンによって
フィラメント６がスパッタされ、それによってフィラメ
ント６の、ひいては当該イオン源の寿命が短くなるとい
う問題がある。特に、イオン化物質に酸素等の活性ガス
を用いた場合、フィラメント６の寿命は極端に短くなる
。

【０００９】また、フィラメント６がスパッタされるこ
とにより、プラズマ８中にフィラメント６の構成物質に
よる不純物イオンが混じるので、不純物の少ないイオン
ビーム１４を得ることが難しいという問題もある。

【００１０】そこでこの発明は、寿命が長く、しかも不
純物の少ない良質のイオンビームを引き出すことができ
るイオン源を提供することを主たる目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
、この発明のイオン源は、イオン化物質が導入されるプ
ラズマ生成容器と、このプラズマ生成容器の壁面に設け
られた透明の導入窓と、この導入窓を通してプラズマ生
成容器内にレーザ光を入射させるレーザ光源と、プラズ
マ生成容器内に設けられていてそこに導入されたレーザ
光を繰り返して反射させる少なくとも一組の反射鏡と、
プラズマ生成容器内で作られたプラズマからイオンビー
ムを引き出す引出し電極系とを備えることを特徴とする
。

【００１２】

【作用】上記構成によれば、プラズマ生成容器内に導入
されたイオン化物質は、レーザ光源から発せられ、導入
窓を通して導入されたレーザ光によって光イオン化され
、それによってプラズマ生成容器内に無放電でプラズマ
が作られる。このとき、レーザ光は反射鏡によって繰り
返して反射されるので、その吸収経路長が長くなり、こ
れによって効率的なイオン化が行われる。そして、この
ようにして作られたプラズマから、引出し電極系を経由
してイオンビームを引き出すことができる。

【００１３】

【実施例】図１は、この発明の一実施例に係るイオン源
をその電源と共に示す断面図である。図４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。

【００１４】このイオン源は、従来例と違ってフィラメ
ントを用いておらず、無放電型とも言えるものである。

【００１５】その代わりに、前述したようなプラズマ生
成容器２の壁面に透明の導入窓２６を取り付け、外部に
設けたレーザ光源３４から発せられたレーザ光３６を、
この導入窓２６を通してプラズマ生成容器２内に導入す
ることができるようにしている。導入窓２６の部分は真
空気密が保たれている。

【００１６】更に、プラズマ生成容器２内にこの例では
一組の反射鏡（凹面鏡）３０および３２を設けて、導入
されたレーザ光３６を繰り返して反射させ、それによっ
てレーザ光３６がプラズマ生成容器２内を何回も往復し
て、導入されたイオン化物質に吸収される経路長ができ
るだけ長くなるようにしている。

【００１７】このような構成によれば、導入口４からプ
ラズマ生成容器２内に導入された中性ガスや金属蒸気等
のイオン化物質は、レーザ光源３４から発せられ、導入
窓２６を通して導入されたレーザ光３６によって光イオ
ン化（光電離）され、それによってプラズマ生成容器２
内に無放電でプラズマ８が作られる。

【００１８】このとき、レーザ光３６は、前述したよう
にプラズマ生成容器２内において反射鏡３０、３２によ
って繰り返して反射されるので、その吸収経路長が長く
なり、これによって効率的なイオン化が行われる。

【００１９】そして、このようにして作られたプラズマ
８から、引出し電極系１０を介して電界の作用でイオン
ビーム１４が引き出される。

【００２０】このように、このイオン源では、寿命を短
くする原因になるフィラメントを用いていないので、寿
命が非常に長くなる。このことは、イオン化物質として
不活性ガスを用いる場合は勿論のこと、酸素等の活性ガ
スや金属蒸気を用いる場合においても同じである。

【００２１】また、フィラメントを用いていないので、
プラズマ８中にフィラメント構成物質が不純物イオンと
して混入する恐れがなく、従って不純物の少ない良質の
イオンビーム１４を引き出すことができる。

【００２２】なお、プラズマ生成容器２内に導入された
レーザ光３６がイオン化物質に殆ど吸収される場合は、
導入窓２６のみを設ければ良いが、そうでない場合は、
レーザ光３６がプラズマ生成容器２の内壁に当たって壁
面材の蒸発等を起こし、それが最終的にイオンビーム１
４内に混入する恐れがあるので、その場合は、この実施
例のように、レーザ光３６の導出窓２８を設けて、不要
なレーザ光３６をプラズマ生成容器２外に導出するよう
にするのが好ましい。

【００２３】また、レーザ光源３４からのレーザ光３６
はパルス、連続波（ＣＷ）のどちらでも良く、またレー
ザ光３６の波長、光イオン化のメカニズム（即ち一気に
イオン化するか、何段階かでイオン化するか）等も任意
であり、要はイオン化物質を光イオン化できれば良い。

【００２４】また、常温で液体や固体の物質のイオンビ
ーム１４を得たいときは、イオン化物質として、これら
のフッ化物、塩化物等の化合物ガスを用いることがある
が、これらのガスを使用する場合は、特定の波長のレー
ザ光３６を使用することにより、イオン化したい物質の
みを優先的に（選択的に）イオン化して、より不純物の
少ないイオンビーム１４をより効率的に得ることもでき
る。

【００２５】次に、上記のようなイオン源、特にその引
出し電極系１０を構成する最上流側の電極（正電極）１
１に対する電源の接続の仕方の例を幾つか説明する。

【００２６】図１は、基本的な接続の仕方であり、プラ
ズマ生成容器２および電極１１を並列接続して、これに
引出し電源２０の正側を接続している。

【００２７】プラズマ８が比較的薄い場合は、図２に示
すように、直流電源３８によってプラズマ生成容器２と
電極１１との間に電圧をかければ、ある程度電界がプラ
ズマ８中に浸透し、プラズマ８中のイオンを電極１１側
へ引っ張ることができるので、効率良くイオンビーム１
４を引き出すことができる。

【００２８】プラズマ８が高密度プラズマの場合は、図
２の方法ではプラズマ８中に電界が浸透しにくく、また
浸透してプラズマ８中のイオンを電極１１側へ引っ張っ
ても、その数が多いため、分離したイオンと電子間で逆
の電界が働き、結局、イオンを電極１１側へ引っ張る電
場が形成されなくなる。この場合は、図３に示すように
、プラズマ生成容器２と電極１１との間に高抵抗４０を
入れて電極１１をフローティング電位として、プラズマ
８中のイオンを電極１１側へ拡散させてやるようにすれ
ば良く、このようにすると効率良くイオンビーム１４を
引き出すことができる。

【００２９】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、寿命を
短くする原因になるフィラメントを用いていないので、
当該イオン源の寿命を長くすることができる。また、プ
ラズマ中にフィラメント構成物質が不純物イオンとして
混入する恐れがないので、不純物の少ない良質のイオン
ビームを引き出すことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　この発明の一実施例に係るイオン源をその
電源と共に示す断面図である。

【図２】　　電源の接続の仕方の他の例を示す図である
。

【図３】　　電源の接続の仕方の更に他の例を示す図で
ある。

【図４】　　従来のイオン源の一例をその電源と共に示
す断面図である。

【符号の説明】

２　　プラズマ生成容器 ８　　プラズマ １０　　引出し電極系 １４　　イオンビーム ２６　　導入窓 ３０，３２　　反射鏡 ３４　　レーザ光源 ３６　　レーザ光

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　イオン化物質が導入されるプラズマ生
   成容器と、このプラズマ生成容器の壁面に設けられた透
   明の導入窓と、この導入窓を通してプラズマ生成容器内
   にレーザ光を入射させるレーザ光源と、プラズマ生成容
   器内に設けられていてそこに導入されたレーザ光を繰り
   返して反射させる少なくとも一組の反射鏡と、プラズマ
   生成容器内で作られたプラズマからイオンビームを引き
   出す引出し電極系とを備えることを特徴とするイオン源
   。