JPS63108654A - Ion source - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、イオン打込み機やイオン加工機に使われるイ
オン源に係り、特に蒸気圧の低い原子(例えばB(硼素
))の関係したイオンを長時間安定に引出すのに好適な
機能を持つイオン源に関する。[Detailed Description of the Invention] [Field of Industrial Application] The present invention relates to an ion source used in an ion implanter or an ion processing machine, and particularly relates to ions related to atoms with low vapor pressure (for example, B (boron)). The present invention relates to an ion source that has a function suitable for stably extracting ions over a long period of time.
イオン源の長時間安定動作のためにとられてきた従来の
技術は、特開昭60−195854号に記載のように、
イオン出射孔に付着した物をエツチングするようなガス
をイオン出射孔の近くに導入し、付着する物の堆積速度
を下げるというものであった。Conventional techniques that have been adopted for long-term stable operation of ion sources include, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 195854/1983,
The idea was to introduce a gas near the ion exit hole that would etch the material adhering to the ion exit hole, thereby reducing the rate of deposition of the material adhering to the ion exit hole.
上記従来技術は、イオン出射孔に付着する物の堆積速度
を下げることにより、イオン出射孔のイオンビーム透過
断面積の減少をおさえることができるが、イオン源の動
作条件によっては、導入したガスによるエツチング速度
が、付着する物の堆積速度よりも早くなり、イオン出射
孔本体までエツチングして、逆にイオンビーム透過断面
積を増大させ、イオンビームを不安定にしてしまうこと
もあった。The above conventional technology can suppress the decrease in the ion beam transmission cross section of the ion exit hole by lowering the deposition rate of substances adhering to the ion exit hole, but depending on the operating conditions of the ion source, the The etching rate becomes faster than the deposition rate of the adhering material, and the ion exit hole itself is etched, conversely increasing the ion beam transmission cross section and making the ion beam unstable.
本発明の目的は、イオン種やイオン源の動作条件に関係
なくイオン出射孔のイオンビーム透過断面形状を一定に
保ち、長時間安定なイオンビームを引出せるイオン源を
供給することにある。An object of the present invention is to provide an ion source that can keep the ion beam transmission cross-sectional shape of the ion exit hole constant regardless of the ion species or the operating conditions of the ion source and extract a stable ion beam for a long time.
上記目的は、イオン出射孔に付着した物を、定期的に機
械的にかき落とす、あるいは、イオン出射孔を短時間で
入れかえる。あるいは、付着しした部分を少しずつ隠す
とともに付着していない面を新たにイオン出射孔にする
、等のイオン出射孔の再生機端を設けることにより、達
成される。The above purpose is to periodically mechanically scrape off objects adhering to the ion exit hole, or to replace the ion exit hole in a short time. Alternatively, this can be achieved by providing a regenerator end of the ion exit hole, such as gradually concealing the adhered portion and making the non-adhered surface a new ion exit hole.
さらに、イオン出射孔を加熱できる機構を設はイオン出
射孔の温度を制御することも有効である。Furthermore, it is also effective to control the temperature of the ion exit hole by providing a mechanism that can heat the ion exit hole.
上記イオン出射孔再生機構は、イオン出射孔に付着した
物をほぼ完全に取り去るか、付着物のない新しいイオン
出射孔に入れ変える動作をする。The above-mentioned ion exit hole regeneration mechanism operates to almost completely remove the material attached to the ion exit hole or replace it with a new ion exit hole free of any deposits.
それによって、付着物の増加に従がい、引出されるイオ
ンビーム量が減少してきたイオン源、あるいは動作条件
を制御してイオンビーム量の減少を抑えてきたイオン源
を、初期状態に戻すことができる。イオン出射孔を加熱
することにより付着物質の飽和蒸気圧を放電室内のガス
圧力より高くして、付着物質を再び蒸発させることがで
きる。As a result, it is possible to return to the initial state an ion source whose extracted ion beam amount has decreased due to an increase in deposits, or an ion source whose operating conditions have been controlled to suppress the decrease in ion beam amount. can. By heating the ion exit hole, the saturated vapor pressure of the deposited material can be made higher than the gas pressure in the discharge chamber, and the deposited material can be evaporated again.
以下、本発明の実施例を図面により説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
第1図は、本発明によるイオン出射孔の構造を示すもの
で、第2図は、本発明を組込んだイオン源の例を示すも
のである1本イオン源は、a場中のマイクロ波放電を利
用したもので、マイクロ波を発生して放電室5に送り込
むためのマイクロ波発生器1.導波管2a、2b、マイ
クロ波導入フランジ3.放電電極4.誘電体充填物11
.放電室5付近に磁界を発生させるためのソレノイドコ
イル13、放電室5内に放電ガスを導入するための試料
ガス導入バイブロ、放電室5内に発生したプラズマから
イオンビーム21を引出すためのイオンビーム出射孔7
、イオンビーム引出し電極系8a、8b、8G、そして
イオン源を高電圧に保つための絶縁碍子12で構成され
ている。第1図に示したイオン出射孔は、第2図の符号
7付近を詳細にしたものである。本実施例のイオン出射
孔は細長いスリット形状で、イオン出射孔本体7a、付
着物をかき落とすための出射孔補助板7b、そして出射
孔補助板7bを動かすための補助板駆動機構7cで構成
されている。出射孔補助板7bは、放電室5の断面と同
程度の大きさの四角な穴を持ち、さらに、イオン出射孔
本体7aのスリット状穴部に入る2ケの突起を持ってい
る。そして、イオン出射孔本体7aは、従来のイオン出
射孔スリット長に比べて2倍以上の長さを有している。Figure 1 shows the structure of an ion exit hole according to the present invention, and Figure 2 shows an example of an ion source incorporating the present invention. 1. A microwave generator that uses electric discharge to generate microwaves and send them into the discharge chamber 5. Waveguides 2a, 2b, microwave introduction flange 3. Discharge electrode 4. Dielectric filling 11
.. A solenoid coil 13 for generating a magnetic field near the discharge chamber 5, a sample gas introduction vibro for introducing discharge gas into the discharge chamber 5, and an ion beam for extracting the ion beam 21 from the plasma generated in the discharge chamber 5. Output hole 7
, an ion beam extraction electrode system 8a, 8b, 8G, and an insulator 12 for maintaining the ion source at a high voltage. The ion exit hole shown in FIG. 1 is a detailed view of the area around the reference numeral 7 in FIG. The ion exit hole of this embodiment has an elongated slit shape and is composed of an ion exit hole main body 7a, an exit hole auxiliary plate 7b for scraping off deposits, and an auxiliary plate drive mechanism 7c for moving the exit hole auxiliary plate 7b. ing. The exit hole auxiliary plate 7b has a square hole with a size comparable to the cross section of the discharge chamber 5, and further has two protrusions that fit into the slit-like hole of the ion exit hole main body 7a. The ion exit hole main body 7a has a length that is more than twice as long as the conventional ion exit hole slit length.
この部分を通過するイオンビーム21の断面は、巾方向
がイオン出射孔本体7aで、スリット方向が出射孔補助
板7bの2ケの突起で制限される。本実施例において、
HFgガスを導入して放電室5内にプラズマを発生させ
、そこからイオンビーム21を引出した場合、BFδガ
スが分解してできるB(硼素)は蒸気圧が非常に低い(
約1650℃でIT’orr)ため、放電室5の内壁や
イオン出射孔本体7aの放電室に面した面、そしてイオ
ンビーム21の通過するイオン出射孔内壁に付着する。The cross section of the ion beam 21 passing through this portion is limited in the width direction by the ion exit hole main body 7a and in the slit direction by two protrusions on the exit hole auxiliary plate 7b. In this example,
When HFg gas is introduced to generate plasma in the discharge chamber 5 and the ion beam 21 is extracted from there, B (boron) produced by decomposition of the BFδ gas has a very low vapor pressure (
IT'orr at approximately 1650° C.), so it adheres to the inner wall of the discharge chamber 5, the surface of the ion exit hole main body 7a facing the discharge chamber, and the inner wall of the ion exit hole through which the ion beam 21 passes.
そこで、上記付着物がある程度堆積した時点(イオンビ
ーム21の量を常時測定できるので、例えばイオン電流
量が10%減少した時)に、補助板駆動機構7cを使っ
て、出射孔補助板7bをスリット方向に出射孔補助板7
bの2ケの突起がそれぞれ中央にくるまで、左右にスラ
イドさせ、イオン出射孔本体7aに付着したBをかき落
とす、上記動作により、イオンビーム21の量を初期状
態に復帰させることができ、これを繰り返すことで、イ
オン源を長時間安定に引出すことが可能になる。Therefore, when the deposits have accumulated to a certain extent (for example, when the amount of ion current decreases by 10% since the amount of the ion beam 21 can be constantly measured), the auxiliary plate drive mechanism 7c is used to move the exit hole auxiliary plate 7b. Output hole auxiliary plate 7 in the slit direction
The amount of the ion beam 21 can be returned to the initial state by sliding it left and right until the two protrusions b are in the center, and scraping off the B attached to the ion exit hole main body 7a. By repeating this, it becomes possible to extract the ion source stably for a long time.
本実施例によれば、出射孔補助板7bを左右に1往復さ
せるだけの短い時間、わずかなエネルギーだけでイオン
源を初期の動作状態に復帰さ、せることができ、イオン
源の寿命(1度の装着で使用できる時間、あるいは分解
清掃の周期)を大巾に長くする効果がある。本実施例に
おいて、出射孔補助板7bを固定し、イオン出射孔本体
7aをスライドさせる構造にしても、同等の効果を得る
ことができる。According to this embodiment, the ion source can be returned to its initial operating state with only a small amount of energy and in a short period of time required to move the exit hole auxiliary plate 7b back and forth once from side to side. This has the effect of significantly increasing the amount of time it can be used (or the period of disassembly and cleaning). In this embodiment, the same effect can be obtained even if the structure is such that the emission hole auxiliary plate 7b is fixed and the ion emission hole main body 7a is slid.
第3図は別の実施例を示すもので、イオン出射孔本体7
aには復数ヶの同一形状のイオン出射孔があけられてお
り、第1図に示したような出射孔補助板はない1本実施
例の場合は、イオン出射孔への付着物がある程度たまっ
た時点でイオン出射孔本体7aを出射孔駆動機構7dで
スライドさせ、新しいイオン出射孔に置換することで、
イオン源を初期状態に復帰させることが可能になる0本
実施例によれば、イオン出射孔本体7aに用意したイオ
ン出射孔の数の分だけ、イオン源の寿命を長くする効果
がある1本実施例は、イオン出射孔の断面形状に関係な
く実現できるもので、シングルアパーチャー、マルチア
パーチャー、マルチスリット等を持つイオン出射孔でも
本実施例と同等の効果を得ることができる。FIG. 3 shows another embodiment, in which the ion exit hole main body 7
In the case of this embodiment, several ion exit holes of the same shape are drilled in a, and there is no auxiliary plate for the exit holes as shown in Fig. 1. When the ion exit hole is accumulated, the ion exit hole main body 7a is slid by the exit hole drive mechanism 7d and replaced with a new ion exit hole.
According to this embodiment, the ion source can be returned to its initial state.According to the present embodiment, the ion source has the effect of lengthening the life of the ion source by the number of ion exit holes prepared in the ion exit hole main body 7a. This embodiment can be realized regardless of the cross-sectional shape of the ion exit hole, and the same effect as this embodiment can be obtained even with an ion exit hole having a single aperture, multi-aperture, multi-slit, or the like.
第4図は別の実施例を示すもので、イオン出射孔は2枚
の帯状薄板7eを諸室の巾だけ離して設置することによ
り形成する。さらに上記2枚の帯状薄板7eは、その長
手方向端面が接続されていてリング状になっており、薄
板案内板7fをガイドレールにし、薄板送り機497g
を回転させることによりスリット方向にスライド可能な
構造になっている。また、薄板案内板7fはイオン出射
孔部にある帯状薄板7eを正確な位置にヤットするため
の位置決め機構をもっており、帯状M板7eに付着した
物は上記位置決め機構部で自動的にけずり取られること
になる。本実施例の場合、2枚の帯状薄板7eを断続的
あるいは連続的に動かすことにより、イオン出射孔部へ
の付着物を堆積させることなくイオン源を動作させるこ
とが可能となる。本実施例によれば、イオン出射孔部へ
の付着物の影響をまったく受けないイオン源を作ること
ができるので、イオン源の寿命を大巾に長くする効果が
ある。FIG. 4 shows another embodiment, in which the ion exit hole is formed by installing two strip-shaped thin plates 7e separated by the widths of the various chambers. Furthermore, the two strip-shaped thin plates 7e are connected at their longitudinal end faces to form a ring shape, and the thin plate guide plate 7f is used as a guide rail, and the thin plate feeder 497g
It has a structure that allows it to slide in the direction of the slit by rotating. Further, the thin plate guide plate 7f has a positioning mechanism for accurately positioning the strip-shaped thin plate 7e located in the ion emission hole, and objects attached to the strip-shaped M plate 7e are automatically scraped off by the positioning mechanism. It turns out. In the case of this embodiment, by intermittently or continuously moving the two strip-shaped thin plates 7e, it is possible to operate the ion source without depositing deposits on the ion exit hole. According to this embodiment, it is possible to create an ion source that is completely unaffected by deposits on the ion exit hole, and therefore has the effect of greatly extending the life of the ion source.
第5図は別の実施例を示すもので、イオン出射孔は2本
の丸棒7hを諸室の巾だけ離して設置することにより形
成する。上記2本の丸棒7hは丸棒同転機構71で自転
可能な構造になっている。FIG. 5 shows another embodiment, in which the ion exit hole is formed by installing two round rods 7h separated by the widths of the various chambers. The two round bars 7h have a structure that allows them to rotate on their own axis by a round bar co-rotation mechanism 71.
さらに、上記丸棒7hに付着した物をイオン引出し電極
8aの一部で削り取るような形に、イオンづItHシ電
極8aを形成しである1本実施例の場合、2本の丸棒7
hを断続的あるいは連続的に動かすことにより、イオン
出射孔部への付着物を堆積させることなくイオン源を動
作させることが可能となる。本実施例によれば、1つ前
の実施例と同様で、イオン源の寿命を大巾に長くする効
果がある。Furthermore, in the case of this embodiment, the ion extraction electrode 8a is formed in such a shape that the matter adhering to the round rod 7h is scraped off with a part of the ion extraction electrode 8a.
By moving h intermittently or continuously, it becomes possible to operate the ion source without depositing deposits on the ion exit hole. This embodiment is similar to the previous embodiment, and has the effect of greatly extending the life of the ion source.
第6図は、本発明による他の実施例のイオン出射孔の構
造を示すものである0本実施例のイオン出射孔は細長い
スリット形状で、イオン出射孔本体7a、イオン出射孔
本体に電流を流すための固定治具7j、1”j流導入器
7にで構成されており、イオン出射孔本体7aは、熱効
率を上げる目的で放電電極4やイオンビーム引出し電極
8aに接触しないように取付けられている。イオン出射
孔本体7aの材質は、蒸着装置の蒸発用ボート等に使わ
れているnNコンポジットEC(商標名、比抵抗0.2
〜2mΩ・1枚度)を用いており、50Aの電流で約1
000℃に加熱することができる。FIG. 6 shows the structure of the ion exit hole of another embodiment according to the present invention. It consists of a fixing jig 7j for flowing the ion beam, and a 1"j flow introducer 7, and the ion exit hole main body 7a is installed so as not to come into contact with the discharge electrode 4 or the ion beam extraction electrode 8a for the purpose of increasing thermal efficiency. The material of the ion exit hole body 7a is nN composite EC (trade name, specific resistance 0.2), which is used for evaporation boats of evaporation equipment.
~2mΩ・1 sheet degree) is used, and a current of 50A is approximately 1
000°C.
また、固定治具7j電流導入器7にはそれぞれグラファ
イトと銅を用い、この部分での発熱を極力おさえられる
ようにしている。さらに放rIim+=4j4にはモリ
ブデンを、イオン引出し屯横8 aにはグラファイトを
用い、高温に耐えられる構成にしている0本実施例にお
いて、HFaガスを尋人して放電室5内にプラズマを発
生させ、そこからイオンビームを引出す時、イオン出射
孔本体7aの温度を1400℃以上に加熱しておくこと
により、RFsガスが分解してできるB(硼素)は14
00℃で約0.05Torrの飽和蒸気圧があり、放電
室5内の圧力(約Q 、 Oi Torr)よりも高い
ので、イオン出射孔本体7Rに付着しようとしてもすぐ
に蒸発し、堆積することはない0本実流側によれば、イ
オン出射孔本体7aに付着物を全く堆積させない効果が
ある。Further, graphite and copper are used for the fixing jig 7j and the current introducing device 7, respectively, so that heat generation in these parts can be suppressed as much as possible. Furthermore, molybdenum is used for the ion extractor 4j4, and graphite is used for the ion extractor 8a, so that the structure can withstand high temperatures. By heating the temperature of the ion exit hole body 7a to 1400°C or higher when extracting the ion beam from the ion beam, the B (boron) produced by decomposing the RFs gas is 14
The saturated vapor pressure is approximately 0.05 Torr at 00°C, which is higher than the pressure inside the discharge chamber 5 (approximately Q, Oi Torr), so even if it tries to adhere to the ion exit hole main body 7R, it will quickly evaporate and deposit. According to the zero actual flow side, there is an effect that no deposits are deposited on the ion emission hole main body 7a.
本発明によれば、イオン出射孔部への付着物を簡単に除
去することができるので、イオン種やイオン源の!ll
佳作件に関係なく、イオンビーム透過断面形状を一定に
保ち、長時間安定なイオンビームを引出せる効果がある
。According to the present invention, it is possible to easily remove deposits on the ion emission hole, so that the ion species and ion source can be easily removed. ll
Regardless of the honorable mention, it has the effect of keeping the ion beam transmission cross-sectional shape constant and producing a stable ion beam for a long time.
第1IAは本発明の一実施例で第2図のイオン出射孔7
付近の詳細図、第2図は本発明によるイオン源の全体構
成を示す図、第3図、第4図、第5図及び第6図は本発
明に基づく別の実施例を示す図である。
1・・・マイクロ波発生器、2a、2b・・・導波管、
3・・・マイクロ波導入フランジ、4・・・放11!電
極、5・・・放電室、6・・・試料ガス導入パイプ、7
・・・イオン出射孔、7a・・・イオン出射孔本体、7
b・・・出射孔補助板、7c・・・補助板駆動機構、7
d・・・出射孔駆動機構、7e・・・帯状薄板、7f・
・・薄板案内板、7g・・・薄板送り機構、7h・・・
丸棒、71・・・丸棒回転機端、7j・・・固定治具、
7k・・・電流導入鼎、8a。
8b、8a・・・イオンビーム引出し電極系、11・・
・A4電体充填物、12・・・絶縁碍子、1:3・・・
ソレノイドコイル、21・・・イオンビーム。
第1 国
豹3I!1
第20
第4 凹
t!15n
宅6I2]
<C)The first IA is an embodiment of the present invention, and the ion exit hole 7 in FIG.
Detailed views of the vicinity, FIG. 2 is a diagram showing the overall configuration of the ion source according to the present invention, and FIGS. 3, 4, 5, and 6 are diagrams showing other embodiments based on the present invention. . 1... Microwave generator, 2a, 2b... Waveguide,
3... Microwave introduction flange, 4... Release 11! Electrode, 5...Discharge chamber, 6...Sample gas introduction pipe, 7
...Ion exit hole, 7a...Ion exit hole main body, 7
b... Output hole auxiliary plate, 7c... Auxiliary plate drive mechanism, 7
d... Output hole drive mechanism, 7e... Band-shaped thin plate, 7f.
...Thin plate guide plate, 7g...Thin plate feeding mechanism, 7h...
Round bar, 71...Round bar rotating machine end, 7j...Fixing jig,
7k...Current introduction, 8a. 8b, 8a...Ion beam extraction electrode system, 11...
・A4 electric filling, 12... Insulator, 1:3...
Solenoid coil, 21...Ion beam. 1st National Leopard 3I! 1 20th 4th concave t! 15n House 6I2] <C)
Claims (1)
を通してイオンビームを引出す型のイオン源において、
イオン出射孔断面積を確保するための再生機構を設けた
ことを特徴とする、イオン源。 2、イオン出射孔の内壁に付着した物をかき落とす方式
の再生機構を設けたことを特徴とする、特許請求の範囲
第1項記載のイオン源。 3、イオン源を真空状態に保持したままイオン出射孔を
置換する方式の再生機構を設けたことを特徴とする、特
許請求の範囲第1項記載のイオン源。 4、イオン出射孔の断面がスリット形状で、イオン出射
孔をスライドさせて新しいイオン出射孔を形成させる方
式の再生機構を設けたことを特徴とする、特許請求の範
囲第1項記載のイオン源。 5、2本の細長い丸棒を諸定のすき間をあけて平行に並
べ、上記すき間をイオン出射孔とし、さらに上記丸棒を
自転させて、上記丸棒に付着した物をかき落とすととも
に、新しいイオン出射孔を形成させる方式の再生機構を
設けたことを特徴とする、特許請求の範囲第1項記載の
イオン源。 6、特許請求の範囲第1項から第5項のいずれかに記載
のイオン源において、プラズマ発生の手段としてマイク
ロ波を用いたことを特徴とするイオン源。 7、イオン出射孔を他の部品の温度に関係なく独立に加
熱できる構成になっていることを特徴とする特許請求の
範囲第1項記載のイオン源。 8、イオン出射孔部品に直接通電することで加熱できる
構成になっていることを特徴とする、特許請求の範囲第
7項記載のイオン源。 9、特許請求の範囲第7項又は第8項記載のイオン源に
おいて、プラズマ発生の手段としてマイクロ波を用いた
ことを特徴とするイオン源。[Claims] 1. In an ion source that extracts an ion beam from plasma generated in a discharge chamber through an ion exit hole,
An ion source characterized by being provided with a regeneration mechanism to ensure a cross-sectional area of an ion exit hole. 2. The ion source according to claim 1, further comprising a regeneration mechanism for scraping off material adhering to the inner wall of the ion exit hole. 3. The ion source according to claim 1, further comprising a regeneration mechanism that replaces the ion exit hole while maintaining the ion source in a vacuum state. 4. The ion source according to claim 1, wherein the ion exit hole has a slit-shaped cross section and is provided with a regeneration mechanism that slides the ion exit hole to form a new ion exit hole. . 5. Arrange two elongated round rods in parallel with a certain gap between them, use the gap as an ion emission hole, and then rotate the round rods to scrape off any substances attached to the rods and create a new one. The ion source according to claim 1, further comprising a regeneration mechanism for forming an ion exit hole. 6. An ion source according to any one of claims 1 to 5, characterized in that microwaves are used as plasma generation means. 7. The ion source according to claim 1, characterized in that the ion exit hole is configured to be able to be heated independently regardless of the temperature of other parts. 8. The ion source according to claim 7, wherein the ion source is configured to be heated by directly applying electricity to the ion exit hole parts. 9. An ion source according to claim 7 or 8, characterized in that microwaves are used as plasma generation means.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP61251633A JP2635028B2 (en) | 1986-10-24 | 1986-10-24 | Microwave ion source |
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JP61251633A JP2635028B2 (en) | 1986-10-24 | 1986-10-24 | Microwave ion source |
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JPS63108654A true JPS63108654A (en) | 1988-05-13 |
JP2635028B2 JP2635028B2 (en) | 1997-07-30 |
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JP61251633A Expired - Lifetime JP2635028B2 (en) | 1986-10-24 | 1986-10-24 | Microwave ion source |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JPH10269958A (en) * | 1997-03-27 | 1998-10-09 | Nissin Electric Co Ltd | Ecr ion source |
JP2019200975A (en) * | 2018-05-18 | 2019-11-21 | 日新イオン機器株式会社 | Ion source |
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1986
- 1986-10-24 JP JP61251633A patent/JP2635028B2/en not_active Expired - Lifetime
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JP2635028B2 (en) | 1997-07-30 |
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