JPS60264032A

JPS60264032A - マイクロ波イオン源

Info

Publication number: JPS60264032A
Application number: JP59118258A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Torii; 鳥居　康弘; Seitaro Matsuo; 松尾　誠太郎; Iwao Watanabe; 巌渡辺; Masaru Shimada; 勝嶋田
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1984-06-11
Filing date: 1984-06-11
Publication date: 1985-12-27
Anticipated expiration: 2009-03-02
Also published as: US4857809A; JPH0616384B2; DE3580521D1; EP0164715A2; EP0164715B1; CA1238415A; EP0164715A3

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】〔発明の技術分野１本発明は、多数の透孔を備えたイオン引出し電極系を用
いたマイクロ波イオン源に関し、特に、例えば不純物の
ドーピング、材料合成、表面改算めるいは新材料開発な
どに使用されるイオン注入装置等に用いるマイクロ波イ
オン源に関する。

〔従来技術〕

イオン注入装置は、半導体製造プロセスには不可欠で、
必要な不純物ドーズ量に応じて種々の実用装置が開発さ
れている。しかしながら、従来不純物ドーズ量は高溪度
のものでも１０１６イオン／ｃｌｎ２程度でめったため
、大電流形イオン注入装置といわれるものでもそのイオ
ン電流は１〜１０ｒｎＡでめった。これに対し、最近に
なって、例えばシリコン基板内部に８１０２層を設けた
ＳＩＭＯＸ（Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｂｙ　Ｉｍｐｌａ
ｎｔｅｄ　Ｃ）ｘｙｇｅｎ）基板形成技術のようにドー
ズ量が１０１８イオン／−２以上のイオン打込みを要す
る半導体製造技術が進展しており、それに伴い５０〜１
００ｍＡの大電流イオン注入装置の開発が切望されてい
る。この種の装置を開発するためには、総イオン電流が
１００〜２００ｍＡ以上でしかも酸素などの活性ガスに
対して長寿命のイオン源が不可欠であるが、従来のイオ
ン注入装置に用いられていたイオン源の性能向上ではこ
のような要求全満足することが困難でらり、新しいイオ
ン源の開発が急務になっている。

例えば、従来イオン注入装置用のイオン源として一般に
用いられているのは熱フイラメントタイプのイオン源（
イオンの引出しスリットに平行にはったフィラメントか
らの熱電子により低電圧アーク放電をおこし発生したプ
ラズマからイオンを短冊状ビームとして引出すタイプの
イオン源で単孔の矩形状スリットからイオン全引出して
いる）であるが、このタイプのイオン源は一般に寿命が
短く、数時間〜十数時間である。すなわち、熱フィラメ
ントを使用しているため酸素ガスのような反応性ガスに
対して弱く、フィラメント電流を増加させてイオン電流
の増大を図った場合にはますます寿命が短かくなって、
実用的な大電流イオン源の実現は困難と考えられる。

一方、熱フィラメントを使用しないイオン注入用イオン
源として、マイクロ波イオン源が知られており、１０ｍ
Ａ級のイオン注入装置に使われている。このイオン源は
、単孔の矩形状スリットによる引出しを前提としており
、放電空間が大きいとイオンの利用効率が悪くなるとの
観点に立ってプラズマ発生室を、例えば３　Ｘ　２０　
Ｘ　２０　ｍｍ〜５　ｘ　４０　ｘ　４０　ｍｒｎと小
さな空胴にしかつマイクロ液が伝搬できる特殊なイオン
源構成をとっている。このイオン源では、既に単孔の矩
形状スリットで引出せるイオン電流の限界性能に近い値
を示しており、これ以上の電流を得るには抜本的な改良
が必要と思われる。

また、イオン注入用イオン源とは別の分野で、すなわち
、イオンシャワエツナング装置用イオン源として、低エ
ネルギ（ＩＫＶ以下）で大口径のイオンビームを得るた
めに、第１図に示すようなマルチホール引出し電極系音
用いたマイクロ波イオン源が提案されている←特願昭５
４−４８５３５号）。

第１図において２，１はプラズマ発生基、２はマィクロ
波導入窓、３は矩形導波管、４は磁気コイル、５はガス
導入口、６はイオン引出し電極系である。プラズマ発生
室１にガス導入口５よりガスを、矩形導波管３がらマイ
クロ波（例えば２．４５ＧＨｚ）ｆｆｉ導入しく図には
マイクロ波発振源、アイソレータ、整合器、マイクロ波
電力計を省略しである）、磁気コイル４によって直流磁
場がマイクロ波電界に対して直角方向で電子サイクロト
ロン共鳴（ＥＣＲ）条件（８７５ガウス）の磁界を印加
すると、これらの相互作用で、プラズマ発生室１に導入
されたガスはプラズマとなる。このように生成されたプ
ラズマから、それぞれ多数の透孔（マルチホール〕を備
えた複数の電極板６Ａ　、　６Ｂ　。

６Ｃからなる加速・減速系で構成した大口径のイオン引
出し電極系６によってイオンビームを引出す。このイオ
ン源では、口径１５０ｍｍφ、引出し電圧１．５　ｋＶ
で８０　ｍＡ　のイオンビームを得ているが（電流密度
に換算すると１〜２　ｍＡ／ｃｒｎ”に相当する）、こ
のイオン源Ｌイオンジャワエツチング装置として開発が
進められたため、低電圧（１ｋＶ以下）で大口径の均一
大電流のイオンビームを得るために、その後は単葉マル
チホール電極によってその解決を図る方向で開発が進め
られている。これに対し、イオン注入装置用のイオン源
としては、イオン源外部からの電子流入を防ぐため第１
図に示したような複数の電極板からなる加速−減速の引
出し電極構成が必要であるが、この電極系に対する高電
圧のイオン引出し特性は、未検討でるり、このイオン源
がイオン注入装置用の大電流イオン源としても用い得る
かは不明でろった。しかしながら、従来の構成では２〜
ａｍｍφの小さな透孔を多数あけた電極基金用いしかも
低電圧特性を良くするために各電極板間の間Ｆ１２　’
〜３ｍｍとしているため、これをそのまま高電圧引出し
に使用した場合には、イオンの衝突によって電極の熱変
形が生じ、良好な高電圧の引出し特性を得ることは困難
でるると考えられる。

〔発明の目的および構成〕

本発明はこのような事情に鑑みてなされ次もので、その
目的は、多数の透孔を備えた加速−減速電極系から構成
されるイオン引出し電極系を用いて、シカも高電圧で大
電流のイオンビームを放出し、例えば大電流酸素イオン
注入装置用等のイオン源としても十分に使用が可能なマ
イクロ波イオン源全提供することにるる。

このような目的を達成するために、本発明は、イオン引
出し電極系全構成する電極板に設ける多数の透孔を、プ
ラズマ発生室に生ずるプラズマの均一部分に対応した、
プラズマ発生室の断面積に比較して小さな面積を有する
部分にのみ配置し、あるいはさらに、プラズマ発生室内
に、上記プラズマの均一部分に対応したプラズマ発生室
の断面積に比較して小さな面積を有する部分に上記イオ
ン引出し電極系の透孔全般けた部分に等しいか大きい開
口を備えた反射板を、上記イオン引出し電極系に対向し
て配置したものでるる。以下、実施例管用いて本発明の
詳細な説明する。

〔実施例〕

第２図は本発明の一実施例を示す構成図である。

同図において、７は円筒状の空胴を有するステンレス鋼
（Ｓｕｅ）　からなるプラズマ発生室、８はマイクロ波
導入窓、９は矩形導波管、１０は磁気コイル、１０Ａは
定電流電源、１１はガス導入口、１２はプラズマ輸送用
の矩形開口１２Ａ’ｅ備えたマイクロ波反射板、１３は
プラズマ輸送室、１４は後述するように多数の円形もし
くは矩形の透孔からなる矩形状の開口部金偏えたイオン
引出し電極系、１５Ａは絶縁物からなる筒状部材、１５
Ｂは薄板状の絶縁材、１６は筒状部材１５の側壁に設け
た排気用の開口、１１は冷却水用パイプ、１８はイオン
ビームである。なお、筒状部材１５Ａは導電体でもよい
。また、導波管９は矩形が一般的であるが、それに限定
されるものではなく、プラズマ発生室γの空胴も直方体
状でβつてもよい。

プラズマ発生室Ｔは、マイクロ波導入窓８で真空対じさ
れており、ガス導入口１１からイオン化すべきガスが導
入される。マイクロ波（通常２．４５ＧＨｚ　、）は、
矩形導波管９よりマイクロ波導入窓８を通ってプラズマ
発生室Ｉに導入される。磁気コイル１０は、マイクロ波
導入窓８の近傍で強く、イオン引出し電極系１４の方向
で弱くなる発散磁界を発生させるように、マイクロ波導
入窓８の近傍全中心として配置しである。周波数２．４
５ＧＨｚのマイクロ波に対して、ＥＣＲ条件を満足する
磁場強度は８７５ガウスであるため、磁気コイルは最大
１０００ガウス以上得られるようなものを用いている。

プラズマ発生室Ｔにガスおよびマイクロ波を導入し、プ
ラズマ発生室Ｔの内部において少なくともＥＣＲ条件を
起こす８７５ガウスの磁界を与えるとプラズマ発生室７
にプラズマが発生する。この発生したプラズマ（イオン
および電子）は、磁気コイル１０の発散磁界のためイオ
ン引出゛　し電極系１４の方向に移動しゃすくなってい
る。

したがって、プラズマ祉プラズマ発生室γ内に設けたマ
イクロ波反射板１２にあけられたプラズマ輸送用の矩形
開口１２Ａから放出され、イオン引出し電極系１４に達
しそこでイオンのみがイオンビームとして引出される。

イオン引出し電極系１４は、複数の電極板からなる加速
−減速電極構成でるり、本実施例は相互に絶縁材１５Ｃ
で絶縁した３枚の電極からなる構成の例を示してるるか
、これ以上の多段電極構成でも良いことはいうまでもな
い。本実施例では加速電極１４Ａに５　ｋＶ以上の高電
圧を、減速電極１４Ｂに５００ｖ〜数ｋＶの負電圧を印
加し、接地電極１４Ｃはアース電位に接地する。なお、
減速電極１４Ｂは、引出しビームの拡が！ｌｌｆ：制御
するとともにイオン源外部からの電子の流入を防止する
機能を有している。

ここで、イオン注入装置用のイオン源としては、イオン
引出し電極部でのイオン電流密度が高く、ビームの発散
角度が小さい程良い。ところが、第１図のような従来の
マイクロ波イオン源では、引出し開口１００ｍｍφ　で
８０　ｍＡ程匪のＡｒイオンビームしか得られず、電流
密度にして１　ｍＡ／ｃｍ２程度である。引出し電極の
開口率を５０％としてもイオン電流は高々２　ｍＡ／　
ｃｍ　でろり、　このイオン源について単純に高電圧で
イオンを引出すとイオン引出し電極系でプラズマ密度強
度が均一でないため、引出し電極部で引出し条件が空間
的に異なっている。すなわち、引出し電極系の中央部で
最適な引出し条件になっていても、周辺の引出し電極部
では適切な引出し条件にはならず、そのために引出し電
圧を高くするにつれて減速電極に衝突テるイオンのエネ
ルギが大きくなり、それによって前述したように引出し
電極が熱変形したり、ｔた減速電極からの２次電子が加
速電圧によって加速され、マイクロ波導入窓８に高エネ
ルギ電子として衝突するために、マイクロ波導入窓の温
度上昇によって窓が溶融したり破損したりする。このた
め、第１図のイオン源は、その１．までは高電圧′ｔｌ
−かけても良好な大電流イオン源として動作させること
はできない。

これに対し、本実施例のイオン源構成では、前述したよ
うにプラズマ発生室Ｔの空胴の一部にプラズマ発生室の
断面積に比較して小さなプラズマ輸送用の矩形開口１２
Ａを有するマイクロ波反射板１２を設けて均一な高密度
プラズマのみを取出すようにし、また、取出したプラズ
マを磁気コイル１０の発散磁界によってプラズマ輸送室
１３を介して引出し電極系１４の方向に輸送し、この輸
送されたプラズマのうちさらに均一な部分のみからイオ
ン引出し電極系１４でイオンを引出すようにしである。

すなわちマイクロ波反射板１２は、例えばＭｏやステン
レス鋼力）らなる厚さ２〜５ｍｍ弱程度の円形薄板に、
プラズマの均一部分に対応して開口１２Ａを設けたもの
であり、イオン引出し電極系を構成する各電極板は第３
図に示すように厚さ１〜２　ｍｍ程度のＭｏ、ステンレ
ス鋼などの薄板１９に多数の小さな円形透孔２０からな
る矩形状のイオン引出し開口部を設けた構成を有するが
、このイオン引出し電極系１４のイオン引出し開口部の
面積は、プラズマ輸送用の開口１２Ａに等しいがそれ゛
以下にする。また、本実施例ではこれらプラズマ輸送用
の開口１２Ａおよびイオン引出し電極系１４の開口部の
長手方向を、矩形導波管９の断面形状の長手方向に一致
させるようにしてるるか、これはプラズマの均一部分の
形状が矩形導波管９の断面形状の影響を受けることから
より均一なプラズマを引出すためでろυ、特に、細長い
矩形状の開口１２Ａまたは開口部を有′する場合には、
このように導波管の断面形状の長手方向と一致させるこ
とが望ましい。

なお、イオン引出し電極系１４の透孔２０からなるイオ
ン引出し開口部の周辺には、冷却水用細管２１を設けて
引出し電極がイオンの衝突によって加熱変形することを
防いでいる。もちろん、冷却水用細管２１を隣接する透
孔叫９間隙にも通して冷却効果を高めても良いこと扛い
うまでもない。第２図の例では、冷却用細管２１は、加
速電極１４Ａでは薄板１９の上面側に、減速電極１４Ｂ
および接地電極１４Ｃでは薄板１９の下面側にそれぞれ
一部を埋め込むような形で溶接しである。

また、加速電極１４Ａの上面には上記冷却水用細管を避
けるようにしてその周辺に薄板状の絶縁材１５Ｂｔ−配
設しであるが、これは電極板を流れる電流を少なくする
機能を有する。一般に、イオン注入装置では大電流イオ
ン源から引退し危イオンビームはマグネットの間を通し
て質量分離するため、引出しイオンビームは短冊状ビー
ムが適していることから、本実施例ではイオン引出し電
−系１４のイオン引出し開口部を矩形状にしているが、
必ずしも短冊ビームにする必要はなく、イオン注入装置
の設計に応じて所望の形状にしてよい。また、イオン引
出し開口部を構成する透孔も必ずしも円形に限らず、例
えば第４図に示したように矩形透孔２２を配列した構成
としてもよい。また、プラズマ発生室７の空胴部分はマ
イクロ波電力をプラズマに効惠よく吸収させるために、
マイクロ波空胴共振器の条件を満たすようにするのが望
ましい。例えば、ＴＥ１１２　モードで内径１１０ｍｍ
φのとき、長さは１６０ｍｍ　となる。

このようにプラズマの均一部分にのみイオン引出し開口
部全限定したことにより、イオン引出し電極系１４の多
数の透孔間でイオン引出し条件に差がなくなり、前述し
たような高電圧に対しても良好にイオン引出し動作が行
なえるようになった。

例えば、プラズマ輸送用の開口１２Ａの大きさを３０〜
４０ｍｍｘ６０〜７０ｍｍ　とし、引出し電極開口部を
２．６に４．６譚（３，７ｍｍφの透孔４８個）とした
とき、２０ｋＶの加速電圧に対して１００〜１２０ｍＡ
　の酸素イオン電流を得た。これは、電流密度に換算す
ると８〜１０ｍＡ／Ｗ＋２、単孔の電流密度で換算する
と２０〜２３　ｍＡ　／　ｔｙｎ２　となり、従来に比
較して大幅に大きな電流密度が得られるようになった。

また、２ｍｍφの円形透孔３７個からなる円形のイオン
引出し開口部を備えたイオン引出し電極では（イオン引
出し開口部の大きさ２０ｍｍφつ、９　ｋＶで４９ｍＡ
の酸素イオン電流が得られたが、これは単孔６ｆｃりの
電流密度に換算すると４２　ｍＡ／ｃ１ｎ２にも達し、
引出し電極系の最適化によってさらに高密度大電流イオ
ン源の実現も可能と予想される。一方、これらの酸素を
用いた実験ではイオン源の変化は見られず、酸素に対し
て安定に動作することを確認した。その代表的な特性例
を第５図および第６図に示す。

これらは引出し電極系として３．７　ｍｍφ　の透孔全
４８個設けたものを用いた結果でるる。第５図は加速電
圧２０　ｋＶにおける酸素イオン電流の入力マイクロ波
電力に対する依存性を示したもので、３５０Ｗ程度で１
００ｍＡ以上のイオン電流が得られており、さらに、マ
イクロ波電力金増大されることにより大電流化が可能で
める。また第６図は加速電圧１９　ｋＶにおける酸素イ
オン電流の磁気コイルの電流（磁場強度）に対する依存
性を示したものである。プラズマ金生成する時には、Ｅ
ＣＲ条件（８７５ガウス）で安定にプラズマが立つが、
一般に加速電極１４Ａの電圧ｆｆ１６げて行き、最大の
イオン電流を得る条件の最適化を図ると、磁気コイルの
電流はＥＣＲ条件よりも高い磁場を最大磁場のところ′
″ｔ′Ｌ有している。すなわち、第６図で磁気コイル電
流１４６Ａは９１２ガウスに和尚する。この条件は、引
出し電極系の構成、イオン引出し条件によって異なるた
め、イオン源金動作させて最適値を設定する。

さらに、本実施例では、プラズマ輸送用開口１２Ａｔ−
備えたマイクロ波反射板１２を使用したことにより、先
に述べた均一なプラズマのみを輸送するという以外に次
に示すような種々の利点金有する。すなわち、■プラズ
マに吸収されなかったマ・イクロ波を反射させて有効に
プラズマにマイクロ波を吸収させられる。一般にマイク
ロ波は開口が小さければもれないが、必要に応じて開口
にメツシュ、ワイヤ、格子等をつけることによって、マ
イクロ波を反射させる。もちろん、格子等は反射板本体
と一体に形成してもよく、第７図にその一例を示す。同
図において、反射板１２の外径９倒に対し開口１２Ａの
寸法は約３×７ｃＩｎである。

格子を構成する線条１２Ｂの間隔はマイクロ波がもれな
いように２ｃｍ以下とし、各線条の幅はプラズマの流れ
を阻害しないように１〜２ｍｍ弱程度のごく細いものと
する。■■と同様な理由で、マイクロ波の引出し電極系
１４への影響をなくすことができる。■プラズマ発生室
７とイオン引出し電極系１４とが分離されているため、
引出し電極系１４ではプラズマ発生室Ｔのプラズマよジ
も安定したプラズマになっている。■開口１２Ａがガス
流出を制限しているため、ガスの利用効率が高い。■プ
ラズマ発生室内にるるガス粒子に対して、プラズマ、中
性粒子として室外に流出する粒子が少ないため、プラズ
マ室内部のガス圧変動は小さい。■プラズマ発生室７と
引出し電極系１４とは筒状部材１５Ａに絶縁物を用いる
ことにより電気的に絶縁できるため、プラズマ室内部の
電位と引出し電極系の加速電極とを独立に制御できる。

例えば、プラズマ発生室７に高電圧を印加し、加速電極
１４Ａｔ浮動電位にすれば、プラズマ輸送室１３内のプ
ラズマと加速電極１４Ａ　との間に形成されるシース厚
が自己整合し、加速電極１４Ａの各透孔に対するプラズ
マの侵入状態が適正に保たれ、広範囲のイオンエネルギ
に対して良好な引出し特性が期待できる。■プラズマ輸
送室１３の側壁の排気用の開口１６からガスを排気する
ことにより、プラズマ輸送室のガス圧、汚れを改善する
ことができる。■プラズマ発生室７と引出し電極系１４
との間の間隔がとれるため、磁気コイル１０を設置する
空間的余裕が大きくなシ、イオン源設計が容易になる。

すなわち、引出し電極系１４の保持部（図示せず）に邪
魔されることなく磁気コイル１０をプラズマ発生室７の
下端まで配置することができる。

ところで、本発明のマイクロ波イオン源においては、各
種調整段階、例えばガス圧、マイクロ波パワー、磁場強
度、引出し電圧等の調整具合や、あるいは引出し電極系
１４の各電極間の位置ずれ等によって最適なイオン引出
し条件ができていない場合、または減速電極１４Ｂに流
れるイオン電流の低減が実現できない場合には、減速電
極１４Ｂに衝突したイオンによって生成された電子が高
エネルギで磁場分布に沿りてマイクロ波導入窓８に衝突
し、マイクロ波導入窓８が加熱され割れる場合が生じ得
る。このため、本イオン源を使用する場合には、減速電
極１４Ｂに流れる電流をモニタする必要かめる。例えば
石英１０ｍｍ厚のマイクロ波導入窓を用いた場合、３０
０〜４００Ｗ（減速電極１４Ｂに流れる電流×加速電圧
）のイオンが減速電極１４Ｂに衝突するとマイクロ波導
入窓８は局所的に軟化した。一般にマイクロ波の吸収が
少なく、熱伝導、耐熱性に富む材質がマイクロ波導入窓
８に適している。このような材質の選定（例えばアルミ
ナ、Ｂ＠０、石英など）を適切に行ない、減速電極に衝
突するイオンの電力をモニタすれば通常特に問題となる
ことはないが、第８図により安全なマイクロ波導入窓部
の構成例を示す。

すなわち、第８図は第２図のマイクロ波導入窓８の周辺
部分を拡大したものに相当するが、プラズマ発生室Ｔの
上端部に、マイクロ波導入窓２３およびそのプラズマ発
生室７１８にマイクロ波導入窓保護用絶縁物２４を、円
板状の上部蓋体７Ａおよび下部蓋体γＢにより挾持する
ような形で配置しである。マイクロ波導入窓２４は、真
空封じ用のガードリング２５で真空封じしくなお、この
真空封じ用のガードリンク２５の劣化を防ぐために近傍
に冷却水用パイプ１７を通しである）、マイクロ波導入
窓２３とマイクロ波導入窓保護用絶縁物２４との間は、
この間でプラズマが生成されないように間隙は小さくし
である。この絶縁物２４は減速電極１４Ｂからの高速２
次電子がマイクロ波導入窓２３に衝突するのを防ぐもの
で、マイクロ波の吸収が少なく、熱伝導、耐熱性に富む
材質（例えば石英、アルミナ、Ｂｅ０１ＢＮＳＡｔＮ、
　７オルステライト等）が適している。このような構造
にしておくことにより、たとえ絶縁物２４が割れたとし
ても、真空もれが生じることはなく、イオン源自体に甚
大な被害をこうむることはない。

ｔた、２次電子の衝突する部分にのみ絶縁物２４を置く
ことにより、すなわち、絶縁物２４の大きさをマイクロ
波導入窓２３に対して小さくし、第９図に示すようにプ
ラズマ発生室７の内部に対し、絶縁物２４に覆われずに
マイクロ波導入窓２３自体が露出する部分を残しておけ
ば、プラズマ生成室Ｔに導入されるマイクロ波パワーは
大きくなる。

次に、本発明の他の実施例を第１０図に示す。

同図において、第２図と同一部分は同一記号を用いてそ
の詳細説明するが、本実施例と第２図の実施例との本質
的な差異は、プラズマ発生室の構成にある。すなわち、
本実施例ではプラズマ発生室２６は、狭小プラズマ発生
室２６Ａ　と拡張プラズマ発生室２６Ｂ　とから構成さ
れている。ここで、例えば狭小プラズマ発生室２６Ａは
矩形導波管９と等しいかわずかに大きな直方体空胴とし
、拡張プラズマ発生室２６Ｂはより大きな円筒空胴とす
る。もちろん、直方体空胴としてもよく、また狭小プラ
ズマ発生室２６Ａ　も、円筒空胴、リッジ形空胴等でも
よいことはいうまでもない。

プラズマ発生室２６がこのような構成になっているので
、矩形導波管９よジ導入されたマイクロ波は、狭小プラ
ズマ発生室２６Ａｋ通り拡張プラズマ発生室２６Ｂに導
入される。これに対し、磁気コイル１０は、狭小プラズ
マ発生室２６Ａの内部でＥＣＲ条件を満足する８７５ガ
ウス以上の磁界強度を有し、引出し電極系１４０方向に
弱くなる発生磁界を生じさせる。したがって、プラズマ
発生室２６にガスおよびマイクロ波を導入すると同時に
磁気コイル１０で少なくとも狭小プラズマ室内部２６Ａ
でＥＣＲ条件全満足する磁界をかければ、プラズマが生
成される。このとき、狭小プラズマ発生室２６Ａでのマ
イクロ波電力密度の増大によって高密度プラズマか生成
され、それが拡張プラズマ発生室２６Ｂに拡散、移動し
て行くため、拡張プラズマ発生室２６Ｂ内ではより均一
な高密度プラズマとなる。さらに、プラズマ輸送用の開
口１２Ａの部分から均一なプラズマが発散磁界によって
引出し電極系１４の方向に移動する。

このとき、拡張プラズマ発生室２６Ｂ　’ｅ空胴共振器
構成にしておけば、プラズマ発生室２６Ｂ　で有効にマ
イクロ波がプラズマに吸収される。このような構成とし
たことにより、均一な高密度プラズマがイオン引出し電
極系１４に達し、高電流密度のイオンを引出すことがで
きる。なお、本構成の主旨をいかすものとしては、マイ
クロ波導入窓近傍でプラズマ発生室を小さくしてマイク
ロ波電力密度を大きくし、引出し電極系に近づくにつれ
てプラズマ発生室を大きくしていけば同様の効果が期待
できるため、第１０図の構成の他にも糧々の構成が可能
でるる。

第１１図は、本発明のさらに他の実施例を示す構成図で
ある。本実施例では、第２図および第１０図のプラズマ
輸送室１３をなくシ、イオン引出し電極系２７の加速電
極２７Ａ’ｅプラズマ輸送用の開口１２Ａ　としても兼
用して直接均一部分のプラズマを引出すようにしたもの
であり、プラズマ密度が高い場合などで、イオンビーム
強度の変動が少ないときには、このように反射板１２を
省くことが可能でるる。本実施例の場合は、第１θ図の
ものと同様にプラズマ発生室２６が狭小プラズマ発生室
２６Ａ　と拡張プラズマ発生室２６Ｂ　とからなる構成
を有しており、マイクロ波はｔｌとんど狭小プラズマ発
生ｍ２６Ａで吸収されて、加速電極２７Ａ付近にはほと
んど達せず、しかもそこではプラズマのしよう乱も十分
に少なくなっていると考えられる几め、必ずしもプラズ
マ輸送室を設けなくとも、変動の少ないイオンビームを
引出すことが可能である。このように反射板１２および
プラズマ輸送室１３を省いた構成とした場合には、それ
らを設は次場合に比較してイオン引出し電極系付近での
プラズマ密度が高くなり、より大きなイオン電流が得ら
れる利点を有する。

なお、金属製のプラズマ発生室内面、プラズマ輸送室内
面等がイオンスパッタにより金属汚染源となる可能性が
ある場合には、これらを例えばＢＮ、石英などの絶縁物
で覆って汚染対策をするのが良い。

また、本発明はイオン注入装置用の高電圧引出しが可能
なイオン源を得ることを目的として行なったが、例えば
第２図において、ｉイクロ波反射板１２のプラズマ輸送
用開口１２Ａを小さくして差圧をとると同時に、イオン
引出し電極系を単葉電極とすれは、低電圧引出し可能な
イオン源もしくはプラズマ発生源として、例えばイオン
付着、エツチングなどのイオン源、プラズマ源としても
使用できることに言及しておく。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、イオン引出し電
極系の多数の透孔からなるイオン引出し用開口部を、プ
ラズマ発生室に生ずるプラズマの均一部分に対応したプ
ラズマ発生室の断面積に比較して小さな面積を有する部
分に限定して設け、るるいはさらにプラズマ発生室内に
、上記小面積部分に上記イオン引出し電極系のイオン引
出し用開口部に等しいか大きい開口を備えた反射板金設
けたことにより、多数の透孔を有する加速−減速電極系
を用いて高電圧引出しを可能とし、高密度大電流のマイ
クロ波イオン源を冥現することができる。

すなわち、本発明のマイクロ波イオン源は、例えば酸素
、ホウ素などの活性ガスに対して安定で長寿命な大電流
イオン源として使用することが可能であり、１０ｍＡ以
上、特に５０ｍＡ以上の大電流イオン注入装置用イオン
源として有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のマイクロ波イオン源の構成例を示す図、
第２図は本発明の一実施例を示す構成図、第３図および
第４回灯それぞれ第２図のイオン引出し電極の構成例を
示す図、第５図および第６図轢本発明によるイオン源の
イオン引出し特性例を示す図、第７図はマイクロ波反射
板の構成例を示す図、第８図および第９図はマイクロ波
導入窓部の構成例を示す図、第１０図および第１１図は
それぞれ本発明の他の実施例を示す構成図でるる。７・−ｅ番プラズマ発生室、８．２３・φ・・マイクロ
波導入窓、９・・・・矩形導波管、１０・・ψ・磁気コ
イル、１１Φ・・ｅガス導入口、１２ｅ＠暢囃マイクロ
波反射板、１２Ａ１１・・争プラズマ輸送用の開口、１
３・−・・プラズマ輸送室、１４．２７ψ・・・イオン
引出し電極系、１８・・・・イオンビーム、１９φ・・
・金属薄板、２０．２２−・・・透Ｌ　２４−・・・マ
イクロ波導入窓保護用絶縁物、２６・会・・プラズマ発
生室、２６Ａ・・ｍｅ狭小プラズマ発生室、２６Ｂ・・
φ［株］拡張プラズマ発生室。特許出願人　日本電信電話公社代理人　山川数例（ほか１名〕第７図　第９図第８図第１０図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）プラズマ勿発生尽せるプラズマ発生室ζ、このプ
ラズマ発生室にマイクロ波を尋人するフィクロ波導入窓
部と、プラズマ発生室で発生したプラズマη１らイオン
ビーム葡引出すイオン引出し霜、他系と、プラズマ発生
室の外側に電子サイクロトロン共鳴を引起こす磁場全発
生させる磁気回路とを備エタマイクロ波イオン係におい
て、イオン引出し電極系を、それぞれ多数の透孔を備え
た複数の電極板からなる加速−臥速系によって拾成し、
かつ上記多数の透孔を、プラズマ発生室に生ずるプラズ
マの均一部分に対応したプラズマ発生室のＩｆｉ面積に
比較して小さな面積を有する部分にのみ配置したことを
特徴とするマイクロ波イオｙ＊。
（２）マイクロ波導入窓部全、プラズマ発生室の一部に
真空、封止して設けたマイクロ波導入窓と、このマイク
ロ波導入窓の内側に隣接して配置したマイクロ波導入窓
保護用絶縁物とによって構成したことを特徴とする特許
請求の範囲第１項記載のマイクロ波イオン源。
（３）プラズマ発生室を、マイクロ波導入窓部に近い方
に断面積が小さい空胴部を備えかつイオン引出し電極系
に近い方に断面積が大きい空胴部を備えた構成としたこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のマイクロ波
イオン源。
（４）プラズマを発生させるプラズマ発生室と、このプ
ラズマ発生室にマイクロ波を導入するマイクロ波導入窓
部と、プラズマ発生室で発生したプラズマからイオンビ
ームを引出すイオン引出し電極系と、プラズマ発生室の
外側に電子サイクロトロン共鳴を引起こす磁場を発生さ
せる磁気回路と全備えたマイクロ波イオン源において、
プラズマ発生室内に、プラズマの均一部分に対応したプ
ラズマ発生室の断面積に比較して小さな面積金有する部
分にプラズマ輸送用の開口を備えたマイクロ波反射板を
、イオン引出し電極系に対向させて設けるとともに、イ
オン引出し電極系を、それぞれ多数の透孔を備えた複数
の電極板からなる加速−減速系によって構成し、かつ上
記多数の透孔を、上記マイクロ波反射板のプラズマ輸送
用の開口に対向！−た当該開口と等しいか小さい面積を
有する部分にのみ配置したことを特徴とするマイクロ波
イオン源。
（５）マイクロ波導入窓部を、プラズマ発生室の一部に
真空封止して設けたマイクロ波導入窓と、このマイクロ
波導入窓の内側に隣接して配置したマイクロ波導入窓保
護用絶縁物とによって構成したことを特徴とする特許請
求のＮ門弟４項記載のマイクロ波イオン源。
（６）プラズマ発生字音、マイクロ波導入窓部に近い方
に断面積が小さい空胴部を備えかつイオン引出し電極系
に近い方に断面積が大きい空胴部を備えた構成としたこ
とを特徴とする特許請求の範囲第４項記載のマイクロ波
イオン源。