JPH06223757A - Ion source - Google Patents
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- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、イオン注入装置等で使
用されるイオン源に係り、特に電子サイクロトロン共鳴
（ＥＣＲ）を利用したイオン源に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ion source used in an ion implanter or the like, and more particularly to an ion source utilizing electron cyclotron resonance (ECR).
【０００２】[0002]
【従来の技術】電子サイクロトロン共鳴を利用したイオ
ン源は、図２に示すように、プラズマチャンバー２８を
有している。外部からのマイクロ波はロッド２３を通し
てプラズマチャンバー２８に供給される。プラズマチャ
ンバー２８の右側にはプラズマスリット２１が設けられ
ている。2. Description of the Related Art An ion source utilizing electron cyclotron resonance has a plasma chamber 28 as shown in FIG. Microwaves from the outside are supplied to the plasma chamber 28 through the rod 23. A plasma slit 21 is provided on the right side of the plasma chamber 28.
【０００３】プラズマチャンバー２８の周囲には、アノ
ード電極３１が配置されており、プラズマチャンバー２
８の右側には、サプレッション電極３２が配置されてお
り、サプレッション電極３２の右側には、グランド電極
３３が配置されている。An anode electrode 31 is arranged around the plasma chamber 28, and the plasma chamber 2
The suppression electrode 32 is arranged on the right side of 8, and the ground electrode 33 is arranged on the right side of the suppression electrode 32.
【０００４】プレート電極３１の外側の周囲には、磁場
発生用の２つのコイル２６ａ・２６ｂが配置されてお
り、プラズマチャンバー２８の中央を左右に横切る磁場
を発生できるようになっている。Two coils 26a and 26b for magnetic field generation are arranged around the outside of the plate electrode 31 so that a magnetic field can be generated across the center of the plasma chamber 28 left and right.
【０００５】上記の構成において、イオン化されるガス
をプラズマチャンバー２８に導入し、マイクロ波を供給
すると、プラズマが発生する。プラズマチャンバー２８
内で、電子は磁力線のまわりにらせん運動する。電子サ
イクロトロン共鳴条件を満足するように、磁場の強さを
設定すると、電子はマイクロ波を共鳴吸収し、運動エネ
ルギーが増大する。これにより、プラズマチャンバー２
８内のガスを効率よくイオン化することができる。In the above structure, when a gas to be ionized is introduced into the plasma chamber 28 and a microwave is supplied, plasma is generated. Plasma chamber 28
Inside, the electrons spiral around the magnetic field lines. When the strength of the magnetic field is set so as to satisfy the electron cyclotron resonance condition, the electrons resonate and absorb the microwave, and the kinetic energy increases. As a result, the plasma chamber 2
The gas in 8 can be efficiently ionized.
【０００６】生成したイオンは、アノード電極３１とグ
ランド電極３３との間の電場によって加速され、イオン
流が得られる。イオン流の幅はプラズマスリット２１で
制限される。これにより、プラズマチャンバー２８の中
心軸に沿って進む、バンド状のイオンビームを外部に取
り出すことができる。The generated ions are accelerated by the electric field between the anode electrode 31 and the ground electrode 33, and an ion flow is obtained. The width of the ion flow is limited by the plasma slit 21. As a result, a band-shaped ion beam traveling along the central axis of the plasma chamber 28 can be extracted to the outside.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
構成では、磁場がグランド電極３３の付近で曲がってい
るため、この付近ではイオンビームと磁場とは平行でな
い。このため、イオンビームにローレンツ力が働く。そ
の結果、プラズマスリット２１でバンド状にしたイオン
ビームが再び広がってしまうという問題点を有してい
る。However, in the above-mentioned conventional structure, the magnetic field is bent near the ground electrode 33, so that the ion beam and the magnetic field are not parallel in this vicinity. Therefore, Lorentz force acts on the ion beam. As a result, there is a problem that the band-shaped ion beam in the plasma slit 21 spreads again.
【０００８】本発明は、上記の問題点に鑑みて行われた
ものであり、プラズマスリット２１でバンド状にしたイ
オンビームをできるだけ広げることなく取り出すことが
可能なイオン源を提供することを目的としている。The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide an ion source capable of taking out the ion beam band-shaped by the plasma slit 21 without spreading it as much as possible. There is.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明に係るイオン源
は、上記の課題を解決するために、プラズマチャンバー
に磁場を印加しながらマイクロ波を供給することによ
り、電子サイクロトロン共鳴を起こさせてプラズマを発
生させ、プラズマ中のイオンを高圧電極とグランド電極
との間の電場で加速し、加速したイオンをプラズマチャ
ンバーの端部に設けられたプラズマスリットに通すこと
によって、プラズマチャンバーの中心軸に沿って、バン
ド状のイオンビームを取り出すイオン源において、上記
高圧電極はプラズマチャンバーの周囲に設けられてお
り、上記グランド電極はプラズマスリットの、プラズマ
チャンバー側とは反対側に設けられており、プラズマチ
ャンバーの中心軸に沿った磁場を発生させるコイルが、
高圧電極の周囲と、グランド電極の周囲とに離間して設
けられていることを特徴としている。In order to solve the above-mentioned problems, an ion source according to the present invention supplies microwaves while applying a magnetic field to a plasma chamber to cause electron cyclotron resonance to occur in a plasma. Along with the central axis of the plasma chamber by accelerating the ions in the plasma by the electric field between the high voltage electrode and the ground electrode and passing the accelerated ions through the plasma slit provided at the end of the plasma chamber. In the ion source for extracting a band-shaped ion beam, the high-voltage electrode is provided around the plasma chamber, and the ground electrode is provided on the opposite side of the plasma slit from the plasma chamber side. A coil that generates a magnetic field along the central axis of
It is characterized in that it is provided separately around the high voltage electrode and around the ground electrode.
【００１０】[0010]
【作用】上記の構成によれば、磁場発生用のコイルを高
圧電極の周囲と、グランド電極の周囲とに離間して設け
たので、プラズマチャンバーの中心軸に沿った磁場はグ
ランド電極の付近でも真っ直ぐにのびている。これによ
り、プラズマスリットでバンド状になったイオンビーム
とグランド電極付近の磁場とがほぼ平行になり、イオン
ビームはローレンツ力を受けなくなる。したがって、バ
ンド状のイオンビームがグランド電極付近で広がること
が防止され、広がりの少ないイオンビームを取り出すこ
とができる。According to the above structure, since the coil for generating a magnetic field is provided separately around the high voltage electrode and around the ground electrode, the magnetic field along the central axis of the plasma chamber is maintained even near the ground electrode. It extends straight. As a result, the band-shaped ion beam in the plasma slit and the magnetic field near the ground electrode become substantially parallel, and the ion beam is not subjected to Lorentz force. Therefore, the band-shaped ion beam is prevented from spreading near the ground electrode, and the ion beam with a small spread can be taken out.
【００１１】[0011]
【実施例】本発明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。EXAMPLE An example of the present invention will be described below with reference to FIG.
【００１２】本実施例のイオン源は、図１に示すよう
に、中央にプラズマチャンバー８を有している。プラズ
マチャンバー８は、ライナー２と、ライナー２の左端に
設けられたマイクロ波用の窓９と、ライナー２の右端に
設けられたシールド１０からなっている。ライナー２、
窓９およびシールド１０はＢＮ（窒化硼素）で作られて
いる。The ion source of this embodiment has a plasma chamber 8 in the center, as shown in FIG. The plasma chamber 8 includes a liner 2, a microwave window 9 provided at the left end of the liner 2, and a shield 10 provided at the right end of the liner 2. Liner 2,
The window 9 and the shield 10 are made of BN (boron nitride).
【００１３】窓９の、プラズマチャンバー８側とは反対
側の面の中央には、アルミナ製のロッド３が立てられて
おり、外部からのマイクロ波をロッド３を通してプラズ
マチャンバー８に供給することができるようになってい
る。A rod 3 made of alumina is erected at the center of the surface of the window 9 opposite to the plasma chamber 8 side, and microwaves from the outside can be supplied to the plasma chamber 8 through the rod 3. You can do it.
【００１４】窓９の中央より下側の面には、パイプ４ａ
が取り付けられており、イオン化されるガスをプラズマ
チャンバー８に導入できる。On the surface below the center of the window 9, the pipe 4a
Is attached, and the gas to be ionized can be introduced into the plasma chamber 8.
【００１５】窓９の中央より上側の面には、パイプ５ａ
が取り付けられており、ベーパライザー５で蒸発させた
ガスをプラズマチャンバー８に導入できるようになって
いる。ベーパライザー５は、例えば、固体を抵抗加熱す
ることにより蒸発させ、固体の構成元素をガス化できる
ようになっている。On the surface above the center of the window 9, the pipe 5a
Is attached so that the gas evaporated by the vaporizer 5 can be introduced into the plasma chamber 8. The vaporizer 5 can evaporate a solid by resistance heating, for example, and gasify the constituent elements of the solid.
【００１６】シールド１０の右側、つまり、シールド１
０のプラズマチャンバー８側とは反対側に、プラズマス
リット１が設けられており、プラズマスリット１を通し
てバンド状のイオンビームを取り出すことができるよう
になっている。The right side of the shield 10, that is, the shield 1
A plasma slit 1 is provided on the side opposite to the side of the plasma chamber 8 of 0, and a band-shaped ion beam can be taken out through the plasma slit 1.
【００１７】ライナー２の周囲には、アノード電極１１
（高圧電極）が配置されており、プラズマスリット１の
右側、つまり、プラズマスリット１のプラズマチャンバ
ー８側とは反対側に、サプレッション電極１２が配置さ
れており、サプレッション電極１２の右側、つまり、サ
プレッション電極１２のプラズマチャンバー８側とは反
対側には、グランド電極１３が配置されている。Anode electrode 11 is provided around liner 2.
(High-voltage electrode) is arranged, and the suppression electrode 12 is arranged on the right side of the plasma slit 1, that is, on the side of the plasma slit 1 opposite to the plasma chamber 8 side, and on the right side of the suppression electrode 12, that is, suppression. A ground electrode 13 is arranged on the opposite side of the electrode 12 from the plasma chamber 8 side.
【００１８】アノード電極１１には、イオンを加速する
ために、グランド電極１３を基準に＋２０〜＋３０ｋＶ
の電圧が印加され、サプレッション電極１２には、アノ
ード電極１１に向かう２次電子を抑制するために、グラ
ンド電極１３を基準に−３ｋＶほどの電圧が印加され
る。The anode electrode 11 has +20 to +30 kV with respect to the ground electrode 13 for accelerating ions.
And a voltage of about −3 kV is applied to the suppression electrode 12 with respect to the ground electrode 13 in order to suppress secondary electrons toward the anode electrode 11.
【００１９】本実施例のイオン源は、さらに、磁場発生
用の２つのコイル６ａ・６ｂを備えている。コイル６ａ
は、プラズマチャンバー８の窓９寄りの周囲に巻回され
ており、コイル６ｂは、プラズマチャンバー８の右側、
グランド電極１３寄りの周囲に巻回されている。これに
より、コイル６ａ・６ｂで発生した磁場は、プラズマチ
ャンバー８の中央を左右に横切ると共に、グランド電極
１３の中央を左右に横切るようになっている。コイル６
ａと６ｂとの間には、絶縁体７が配置されている。The ion source of this embodiment is further provided with two coils 6a and 6b for generating a magnetic field. Coil 6a
Is wound around the plasma chamber 8 near the window 9, and the coil 6b is provided on the right side of the plasma chamber 8.
It is wound around the ground electrode 13 side. As a result, the magnetic field generated by the coils 6a and 6b crosses the center of the plasma chamber 8 left and right and the center of the ground electrode 13 left and right. Coil 6
An insulator 7 is arranged between a and 6b.
【００２０】上記の構成において、イオン化されるガス
をパイプ４ａを通してプラズマチャンバー８に導入す
る。イオン化される物質が固体である場合、ベーパライ
ザー５でガス化し、パイプ５ａを通してプラズマチャン
バー８に導入する。In the above structure, the gas to be ionized is introduced into the plasma chamber 8 through the pipe 4a. When the substance to be ionized is solid, it is gasified by the vaporizer 5 and introduced into the plasma chamber 8 through the pipe 5a.
【００２１】マイクロ波をロッド３を通してプラズマチ
ャンバー８に供給すると、プラズマが発生する。コイル
６ａ・６ｂに電流を供給すると、コイル６ａ・６ｂから
発生した磁場はプラズマチャンバー８の中央を左右に横
切る。プラズマチャンバー８内の電子は磁力線のまわり
にらせん円運動を行う。電子サイクロトロン共鳴条件を
満足するように、コイル６ａ・６ｂから発生する磁場の
強さを調整すると、電子はマイクロ波を共鳴吸収し、運
動エネルギーが増大する。これにより、プラズマチャン
バー８内のガスを効率よくイオン化することができる。When microwaves are supplied to the plasma chamber 8 through the rod 3, plasma is generated. When a current is supplied to the coils 6a and 6b, the magnetic field generated from the coils 6a and 6b crosses the center of the plasma chamber 8 left and right. The electrons in the plasma chamber 8 make a spiral circular motion around the lines of magnetic force. When the strength of the magnetic field generated from the coils 6a and 6b is adjusted so as to satisfy the electron cyclotron resonance condition, the electrons resonantly absorb the microwave and the kinetic energy increases. Thereby, the gas in the plasma chamber 8 can be efficiently ionized.
【００２２】生成したイオンは、アノード電極１１とグ
ランド電極１３との間の電場によって加速され、イオン
流が得られる。イオン流の幅はプラズマスリット１で制
限される。これにより、プラズマチャンバー８の中心軸
に沿って進む、バンド状のイオンビームを取り出すこと
ができる。The generated ions are accelerated by the electric field between the anode electrode 11 and the ground electrode 13, and an ion flow is obtained. The width of the ion stream is limited by the plasma slit 1. As a result, a band-shaped ion beam that advances along the central axis of the plasma chamber 8 can be extracted.
【００２３】本実施例のイオン源では、磁場がプラズマ
チャンバー８の中央を左右に横切ると共に、グランド電
極１３の中央を左右に横切るように、コイル６ａ・６ｂ
を配置したので、プラズマスリット１でバンド状になっ
たイオンビームは、グランド電極１３の付近においても
磁場とほぼ平行になる。このため、イオンビームはグラ
ンド電極１３の付近においてもローレンツ力を受けな
い。したがって、プラズマスリット１でバンド状になっ
たイオンビームは、広がることなく、外に取り出され得
る。In the ion source of this embodiment, the coils 6a and 6b are arranged so that the magnetic field crosses the center of the plasma chamber 8 left and right and the center of the ground electrode 13 horizontally.
The ion beam formed into a band shape in the plasma slit 1 becomes substantially parallel to the magnetic field even in the vicinity of the ground electrode 13 because of the arrangement. Therefore, the ion beam does not receive the Lorentz force even near the ground electrode 13. Therefore, the band-shaped ion beam in the plasma slit 1 can be taken out without spreading.
【００２４】以上の実施例では、高圧電極としてアノー
ド電極１１を用いたが、グランド電極１３を基準に−２
０〜−３０ｋＶの負電圧を印加するカソード電極を用い
るようにしてもよい。In the above embodiments, the anode electrode 11 is used as the high voltage electrode, but the ground electrode 13 is used as a reference -2.
A cathode electrode for applying a negative voltage of 0 to -30 kV may be used.
【００２５】本発明に対応するイオン源は、以上のよう
に、プラズマチャンバー８に磁場を印加しながらマイク
ロ波を供給することにより、電子サイクロトロン共鳴を
起こさせてプラズマを発生させ、プラズマ中のイオンを
アノード電極１１とグランド電極１３との間の電場で加
速し、加速したイオンをプラズマチャンバー８の端部に
設けられたプラズマスリット１に通すことによって、プ
ラズマチャンバー８の中心軸に沿って、バンド状のイオ
ンビームを取り出すイオン源において、上記アノード電
極１１はプラズマチャンバー８の周囲に設けられてお
り、上記グランド電極１３はプラズマスリット１の、プ
ラズマチャンバー８側とは反対側に設けられており、プ
ラズマチャンバー８の中心軸に沿った磁場を発生させる
コイル６ａ・６ｂが、それぞれ、アノード電極１１の周
囲と、グランド電極１３の周囲とに離間して設けられて
いる構成である。As described above, the ion source corresponding to the present invention supplies microwaves while applying a magnetic field to the plasma chamber 8 to cause electron cyclotron resonance to generate plasma and generate ions in the plasma. Are accelerated by an electric field between the anode electrode 11 and the ground electrode 13, and the accelerated ions are passed through the plasma slit 1 provided at the end portion of the plasma chamber 8, so that the band is moved along the central axis of the plasma chamber 8. In an ion source for extracting a circular ion beam, the anode electrode 11 is provided around the plasma chamber 8, and the ground electrode 13 is provided on the side of the plasma slit 1 opposite to the plasma chamber 8 side. The coils 6a and 6b for generating a magnetic field along the central axis of the plasma chamber 8 are Respectively, a structure that is provided apart from and surrounding the anode electrode 11, on the periphery of the ground electrode 13.
【００２６】したがって、プラズマチャンバー８の中心
軸に沿った磁場はグランド電極１３の付近でも真っ直ぐ
にのびている。これにより、プラズマスリット１でバン
ド状になったイオンビームとグランド電極１３付近の磁
場とがほぼ平行になり、イオンビームはローレンツ力を
受けなくなる。したがって、バンド状のイオンビームが
グランド電極１３付近で広がることが防止され、広がり
の少ないイオンビームを取り出すことができる。Therefore, the magnetic field along the central axis of the plasma chamber 8 extends straight even near the ground electrode 13. As a result, the band-shaped ion beam in the plasma slit 1 and the magnetic field in the vicinity of the ground electrode 13 become substantially parallel, and the ion beam does not receive the Lorentz force. Therefore, the band-shaped ion beam is prevented from spreading near the ground electrode 13, and the ion beam with a small spread can be taken out.
【００２７】[0027]
【発明の効果】本発明に係るイオン源は、以上のよう
に、高圧電極はプラズマチャンバーの周囲に設けられて
おり、上記グランド電極はプラズマスリットの、プラズ
マチャンバー側とは反対側に設けられており、プラズマ
チャンバーの中心軸に沿った磁場を発生させるコイル
が、高圧電極の周囲と、グランド電極の周囲とに離間し
て設けられているので、プラズマチャンバーの中心軸に
沿った磁場はグランド電極の付近でも真っ直ぐにのびて
いる。これにより、プラズマスリットでバンド状になっ
たイオンビームとグランド電極付近の磁場とがほぼ平行
になり、イオンビームはローレンツ力を受けなくなる。
したがって、バンド状のイオンビームがグランド電極付
近で広がることが防止され、広がりの少ないイオンビー
ムを取り出すことができるという効果を奏する。As described above, in the ion source according to the present invention, the high-voltage electrode is provided around the plasma chamber, and the ground electrode is provided on the opposite side of the plasma slit from the plasma chamber side. Since a coil for generating a magnetic field along the central axis of the plasma chamber is provided separately around the high voltage electrode and around the ground electrode, the magnetic field along the central axis of the plasma chamber is It extends straight even in the vicinity of. As a result, the band-shaped ion beam in the plasma slit and the magnetic field near the ground electrode become substantially parallel, and the ion beam is not subjected to Lorentz force.
Therefore, it is possible to prevent the band-shaped ion beam from spreading near the ground electrode, and it is possible to extract an ion beam with a small spread.
【図１】本発明のイオン源の概略の構成を示す説明図で
ある。FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of an ion source of the present invention.
【図２】従来例のイオン源の概略の構成を示す説明図で
ある。FIG. 2 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a conventional ion source.
１ プラズマスリット ６ａ コイル ６ｂ コイル ８ プラズマチャンバー １１ アノード電極（高圧電極） １３ グランド電極 1 plasma slit 6a coil 6b coil 8 plasma chamber 11 anode electrode (high voltage electrode) 13 ground electrode
Claims (1)
マイクロ波を供給することにより、電子サイクロトロン
共鳴を起こさせてプラズマを発生させ、プラズマ中のイ
オンを高圧電極とグランド電極との間の電場で加速し、
加速したイオンをプラズマチャンバーの端部に設けられ
たプラズマスリットに通すことによって、プラズマチャ
ンバーの中心軸に沿って、バンド状のイオンビームを取
り出すイオン源において、 上記高圧電極はプラズマチャンバーの周囲に設けられて
おり、上記グランド電極はプラズマスリットの、プラズ
マチャンバー側とは反対側に設けられており、プラズマ
チャンバーの中心軸に沿った磁場を発生させるコイル
が、高圧電極の周囲と、グランド電極の周囲とに離間し
て設けられていることを特徴とするイオン源。1. A microwave is supplied to a plasma chamber while applying a magnetic field to cause electron cyclotron resonance to generate plasma, and ions in the plasma are accelerated by an electric field between a high-voltage electrode and a ground electrode. Then
In an ion source that extracts a band-shaped ion beam along the central axis of the plasma chamber by passing the accelerated ions through a plasma slit provided at the end of the plasma chamber, the high-voltage electrode is provided around the plasma chamber. The above-mentioned ground electrode is provided on the side of the plasma slit opposite to the plasma chamber side, and the coil for generating a magnetic field along the central axis of the plasma chamber is surrounded by the high voltage electrode and the ground electrode. An ion source characterized in that it is provided separately from and.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP5010817A JPH06223757A (en) | 1993-01-26 | 1993-01-26 | Ion source |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5010817A JPH06223757A (en) | 1993-01-26 | 1993-01-26 | Ion source |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06223757A true JPH06223757A (en) | 1994-08-12 |
Family
ID=11760910
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5010817A Pending JPH06223757A (en) | 1993-01-26 | 1993-01-26 | Ion source |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06223757A (en) |
-
1993
- 1993-01-26 JP JP5010817A patent/JPH06223757A/en active Pending
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