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ION SOURCE

Patent code P140010325
File No. 1242
Posted date Feb 24, 2014
Application number P2006-105898
Publication number P2007-280782A
Patent number P4336780
Date of filing Apr 7, 2006
Date of publication of application Oct 25, 2007
Date of registration Jul 10, 2009
Inventor
  • (In Japanese)石川 順三
  • (In Japanese)松田 耕自
  • (In Japanese)藤田 秀樹
  • (In Japanese)酒井 滋樹
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人京都大学
Title ION SOURCE
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ion source capable of extracting ion beams excelling in parallelism.
SOLUTION: This ion source includes: a plasma generation vessel 30; a filament 42; a reflecting electrode 48 for reflecting electrons and extracting ions 52; a control electrode 46 kept at the same potential as that of the plasma generation vessel 30; and a deceleration electrode 50 for decelerating the ions 52. They form a planar shape in parallel with the yz-plane. In addition, the ion source is provided with: a first coil 54 for generating a magnetic field parallel to the x-axis in the plasma vessel 30; an extraction electrode system 76 for accelerating the ions 52 to extract them as ion beams 90; and a second coil 86 for generating a magnetic field parallel with the x-axis in the vicinity of the extraction electrode system 76, and generating a magnetic field attenuating toward the traveling direction of the ions 52 in a region between the deceleration electrode 50 and the extraction electrode system 76 in cooperation with the first coil 54.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

生成プラズマ密度を高めるために、磁界および反射電極を用いるイオン源が従来から提案されている(例えば特許文献1参照)。

これを図12を参照して説明すると、このイオン源は、バーナス型イオン源と呼ばれるものであり、原料ガス6が導入されるプラズマ生成容器2と、このプラズマ生成容器2内の一方側に設けられた電子放出用のU字状のフィラメント8と、プラズマ生成容器2内の他方側に設けられた電子反射用の反射電極10と、プラズマ生成容器2の前方壁面に設けられたイオン引出し孔4とを備えている。イオン引出し孔4の前方近傍には、プラズマ生成容器2内で生成されたプラズマ12からイオンビーム16を引き出す引出し電極14が設けられている。

フィラメント8にはその加熱用のフィラメント電源20が接続されており、フィラメント8の一端とプラズマ生成容器2間には、フィラメント8を負極側にして、アーク放電用のアーク電源22が接続されている。反射電極10は、図示例のようにどこにも接続せずに浮遊電位にする場合と、フィラメント8の一端に接続してフィラメント電位にする場合がある。いずれの場合も、反射電極10はプラズマ生成容器2に対して負電位になる。反射電極10を浮遊電位にしても、反射電極10は、主にフィラメント8から放出されたアーク電圧相当のエネルギーの高い電子で帯電するので負電位に帯電するからである。

プラズマ生成容器2の外部には、プラズマ生成容器2内において、フィラメント8と反射電極10とを結ぶ線に沿う方向に磁界24を発生させる電磁石(図示省略)が配置されている。磁界24の向きは、図示とは逆でも良い。

このイオン源は、プラズマ12の密度を高めるために、イオンビーム16の引出し方向とは直角方向に磁界24を加えて、フィラメント8から放出された電子をラーマー運動によって磁力線に拘束し、かつ、負電位の反射電極10によって電子を反射して(換言すれば、押し返して。以下同様)、電子と原料ガス分子との衝突確率を高めて、プラズマ12の生成効率を高めるようにしている。

【特許文献1】
特開2001-176409号公報(段落0016-0021、図1)

Field of industrial application (In Japanese)

この発明は、被照射物にイオンビームを照射してイオン注入、イオンドーピング(登録商標)等の処理を施すイオンビーム照射装置等に用いられるイオン源に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
一点で互いに直交する三つの軸をx軸、y軸およびz軸とすると、x軸に沿う方向にイオンビームを引き出すイオン源であって、
陽極を兼ねていて内部でプラズマを生成するための容器であって、前記イオンビームの引出し方向を前方とすると前方部が開いているプラズマ生成容器と、
前記プラズマ生成容器の後方部内にプラズマ生成容器から電気的に絶縁して設けられていて、yz平面に実質的に平行な面状に広がっていて電子を放出する熱陰極と、
前記プラズマ生成容器の前方部内にプラズマ生成容器から電気的に絶縁して設けられていて、yz平面に実質的に平行な面状をしていて前記熱陰極の一端と実質的に同電位に保たれ、電子を反射すると共に前記プラズマからイオンを引き出す多孔状の反射電極と、
前記プラズマ生成容器内であって前記反射電極の後方近傍に設けられていて、yz平面に実質的に平行な面状をしていて前記プラズマ生成容器と実質的に同電位に保たれる多孔状の制御電極と、
前記反射電極の前方近傍にプラズマ生成容器から電気的に絶縁して設けられていて、yz平面に実質的に平行な面状をしていて前記反射電極よりも正電位に保たれて、反射電極を通過して来るイオンを減速して通過させる多孔状の減速電極と、
前記プラズマ生成容器内に、x軸に実質的に平行な磁界を発生させる第1コイルと、
前記減速電極の前方に設けられていて、減速電極を通過して来るイオンを加速してイオンビームとして引き出す引出し電極系と、
前記引出し電極系を含む領域に、x軸に実質的に平行な磁界を発生させると共に、前記第1コイルと協働して、前記減速電極と引出し電極系との間の領域に、x軸に沿う方向においてイオンの進行方向に向けて減衰している磁界を発生させる第2コイルとを備えていることを特徴とするイオン源。

【請求項2】
 
前記プラズマ生成容器は、絶縁物を介して、後方部にある第1部分とその前方にある第2部分とに分けられていて、第1部分は前記熱陰極の一端と実質的に同電位に保たれ、第2部分の後方部内に、yz平面に実質的に平行な面状をしていて第2部分と実質的に同電位に保たれる多孔状の第2制御電極が設けられている請求項1記載のイオン源。

【請求項3】
 
前記熱陰極がフィラメントである請求項1または2記載のイオン源。

【請求項4】
 
前記熱陰極が傍熱型陰極である請求項1または2記載のイオン源。

【請求項5】
 
一点で互いに直交する三つの軸をx軸、y軸およびz軸とすると、x軸に沿う方向にイオンビームを引き出すイオン源であって、
陽極を兼ねていて内部でプラズマを生成するための容器であって、前記イオンビームの引出し方向を前方とすると前方部が開いているプラズマ生成容器と、
前記プラズマ生成容器の前方部内にプラズマ生成容器から電気的に絶縁して設けられていて、yz平面に実質的に平行な面状に広がっていて、電子を放出すると共に前記プラズマからイオンを引き出す電極を兼ねる多孔状のフィラメントと、
前記プラズマ生成容器内であって前記フィラメントの後方近傍に設けられていて、yz平面に実質的に平行な面状をしていて前記プラズマ生成容器と実質的に同電位に保たれる多孔状の制御電極と、
前記プラズマ生成容器の後方部内にプラズマ生成容器から電気的に絶縁して設けられていて、yz平面に実質的に平行な面状をしていて電子を反射する反射電極と、
前記フィラメントの前方近傍にプラズマ生成容器から電気的に絶縁して設けられていて、yz平面に実質的に平行な面状をしていて前記フィラメントよりも正電位に保たれて、フィラメントを通過して来るイオンを減速して通過させる多孔状の減速電極と、
前記プラズマ生成容器内に、x軸に実質的に平行な磁界を発生させる第1コイルと、
前記減速電極の前方に設けられていて、減速電極を通過して来るイオンを加速してイオンビームとして引き出す引出し電極系と、
前記引出し電極系を含む領域に、x軸に実質的に平行な磁界を発生させると共に、前記第1コイルと協働して、前記減速電極と引出し電極系との間の領域に、x軸に沿う方向においてイオンの進行方向に向けて減衰している磁界を発生させる第2コイルとを備えていることを特徴とするイオン源。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2006105898thum.jpg
State of application right Registered
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