JPH0131657B2 - - Google Patents
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- JPH0131657B2 JPH0131657B2 JP57061808A JP6180882A JPH0131657B2 JP H0131657 B2 JPH0131657 B2 JP H0131657B2 JP 57061808 A JP57061808 A JP 57061808A JP 6180882 A JP6180882 A JP 6180882A JP H0131657 B2 JPH0131657 B2 JP H0131657B2
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J27/00—Ion beam tubes
- H01J27/02—Ion sources; Ion guns
- H01J27/04—Ion sources; Ion guns using reflex discharge, e.g. Penning ion sources
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Plasma Technology (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明はイオン注入装置等に用いられるイオ
ン源に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an ion source used in an ion implanter or the like.
従来この種のイオン源としてはフイラメントか
ら出た電子を加速してこのエネルギを得た電子を
導入ガスと衝突させ、イオンを生成する形式のも
の、このような形式のものにおいて電子の飛程距
離を増大させるためマグネツトコイルにより磁界
をかけるもの、磁界として外部磁界を用いずにフ
イラメントを流れる電流によつて生ずる内部磁界
を利用するもの、引出電極の付近に磁界をかけて
イオンビームを効果的に集束させるようにしたも
の、さらには高密度大電流のイオンビームを得る
ため極めて密度の高いプラズマを形成するように
したデユオプラズマ形式のもの等が広く利用され
ている。 Conventionally, this type of ion source is one in which ions are generated by accelerating electrons emitted from a filament and colliding the energetic electrons with an introduced gas. Some methods apply a magnetic field using a magnetic coil to increase the ion beam, others use the internal magnetic field generated by the current flowing through the filament without using an external magnetic field, and some methods apply a magnetic field near the extraction electrode to effectively control the ion beam. In addition, there are widely used types of ion beams, such as ion beams that are focused on ion beams, and dual plasma type ion beams that form extremely dense plasma in order to obtain high-density, large-current ion beams.
ところでイオン注入技術ではヒ素やリンやホウ
素等を含む活性ガスをプラズマ状にしてイオンを
引き出す。そのため上述のようなフイラメントを
有するイオン源では活性プラズマのためフイラメ
ントが断線したり、絶縁碍子の絶縁破壊等のため
寿命が短かく、そのため定期的に交換する必要が
ある。すなわち普通寿命は高電流型イオン源使用
時 11B+ビームで50〜60mAHr程度(5mAで10
〜12時間程度)である。 By the way, in ion implantation technology, active gas containing arsenic, phosphorus, boron, etc. is turned into plasma and ions are extracted. Therefore, an ion source having a filament as described above has a short lifespan due to breakage of the filament due to the active plasma, dielectric breakdown of the insulator, etc., and therefore requires periodic replacement. In other words, the normal lifespan is about 50 to 60 mAHr with 11 B + beam (10 mA at 5 mA) when using a high current type ion source.
~12 hours).
そこで、この発明の目的は、上述のような従来
のフイラメントを有するイオン源の欠点を解消し
た新規のイオン源を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a new ion source that eliminates the drawbacks of the conventional ion source having a filament as described above.
すなわち、この発明によるイオン源はホローカ
ソード型の応用で、円筒状または直方体状のイオ
ン生成室壁の大部分に陰極をまたその残りの一部
分に陽極を形成し、陰極と陽極との間を絶縁体で
絶縁し、陰極形成壁部分にガス導入口と陰極の軸
線に平行にイオン引出用開口とを設けたことを特
徴としている。 That is, the ion source according to the present invention is a hollow cathode type application, in which a cathode is formed on most of the wall of a cylindrical or rectangular parallelepiped ion generation chamber, and an anode is formed on the remaining part, and insulation is provided between the cathode and the anode. It is characterized by having a gas inlet and an ion extraction opening parallel to the axis of the cathode in the cathode forming wall.
またこの発明によれば、上記イオン引出用開口
の近くに中間電極を設けてコンダクタンスを小さ
くするようにしたイオン源を提供される。 Further, according to the present invention, there is provided an ion source in which an intermediate electrode is provided near the ion extraction opening to reduce conductance.
このようにしてこの発明によるイオン源におい
てはホロー陰極放電によつてプラズマを形成する
ことにより、イオンは放電電圧に近い運動エネル
ギでイオン引出用開口からとび出す。この場合陰
極形成壁部分におけるイオン引出用開口の形状を
変えることによつてイオンビームの形状を任意の
形にすることができる。 In this way, in the ion source according to the present invention, by forming plasma by hollow cathode discharge, ions are ejected from the ion extraction opening with kinetic energy close to the discharge voltage. In this case, the shape of the ion beam can be made into any shape by changing the shape of the ion extraction opening in the cathode forming wall portion.
好ましくはイオンのエネルギを所望のレベルま
で高めるためイオン引出用開口の近くに加速用電
極を設けることができる。 Preferably, an accelerating electrode can be provided near the ion extraction opening to increase the energy of the ions to a desired level.
また外部の圧力を低く保つため、ホロー陰極の
内径、すなわち電子の往復運動距離を長くするよ
うに構成できる。 Furthermore, in order to keep the external pressure low, the inner diameter of the hollow cathode, that is, the reciprocating distance of the electrons can be increased.
さらに陰極と陽極との間の絶縁体の汚れによる
絶縁破壊を防止するため、好ましくは絶縁体のイ
オン生成室内に面した表面は屈曲させて形成され
得る。 Furthermore, in order to prevent dielectric breakdown due to contamination of the insulator between the cathode and the anode, the surface of the insulator facing the inside of the ion generation chamber may preferably be formed with a bend.
このように構成したこの発明のイオン源によれ
ば、空間的および時間的に一様なイオンビームを
形成することができ、またフイラメントがないの
で各種ガスの使用が可能でしかも長寿命である。
またこの発明のイオン源では磁界を使用しないの
で放電が静かであり、そして放電電力が比較的小
さいので省エネルギ型のもので汎用性がある。さ
らに上記で述べたようにイオンの引出し口の形状
を選ぶことによりイオンビームの形状に対して任
意性が大きい。 According to the ion source of the present invention configured in this manner, it is possible to form an ion beam that is uniform in space and time, and since there is no filament, various gases can be used and the life is long.
Furthermore, since the ion source of the present invention does not use a magnetic field, the discharge is quiet, and the discharge power is relatively small, making it energy-saving and versatile. Furthermore, as described above, by selecting the shape of the ion extraction port, there is great flexibility in the shape of the ion beam.
以下この発明を添附図面に示す実施例について
説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
第1図には円筒形に構成したこの発明によるイ
オン源を示し、1は陰極を成す円筒体部材、2は
円筒体部材1の両端にそれぞれセラミツクスから
成る環状絶縁体3を介して固着された陽極を成す
端板であり、これらの部材によつてイオン生成室
を構成している。陰極を成す円筒体部材1には図
示されたようにガス導入口4およびイオン引出用
スリツト5が設けられており、イオン引出用スリ
ツト5は陰極を成す円筒体部材1の軸線に平行に
位置決めされる。陰極部材1と各陽極端板2との
間に挿置された絶縁体3は図面では簡明を期して
単に環状体として示しているが、実際には汚れを
防いで絶縁破壊の危険がないようにするため少な
くともイオン生成室内に面した部分は種々の形状
に設計され得る。また陰極部材1の内径および長
さ等の寸法は生成すべきイオンビームや動作圧力
等に応じて適当に設計される。 FIG. 1 shows an ion source according to the present invention configured in a cylindrical shape, where 1 is a cylindrical member forming a cathode, and 2 is fixed to both ends of the cylindrical member 1 through annular insulators 3 made of ceramics. This is an end plate forming an anode, and these members constitute an ion generation chamber. As shown in the figure, the cylindrical member 1 forming the cathode is provided with a gas inlet 4 and a slit 5 for extracting ions, and the slit 5 for extracting ions is positioned parallel to the axis of the cylindrical member 1 forming the cathode. Ru. The insulator 3 inserted between the cathode member 1 and each anode end plate 2 is simply shown as an annular body in the drawing for the sake of simplicity, but in reality it is shown as an annular body to prevent contamination and to eliminate the risk of dielectric breakdown. At least the portion facing the inside of the ion generation chamber may be designed in various shapes to achieve this. Further, dimensions such as the inner diameter and length of the cathode member 1 are appropriately designed depending on the ion beam to be generated, the operating pressure, etc.
陰極部材1と各陽極部材2とは図示されたよう
に電源6に接続される。また第1図において7は
コンダクタンスを小さくするための中間電極で、
イオン引出用スリツト5の近くに位置決めされ得
る。 The cathode member 1 and each anode member 2 are connected to a power source 6 as shown. Also, in Fig. 1, 7 is an intermediate electrode for reducing conductance.
It can be positioned near the ion extraction slit 5.
第2図に第1図に示す円筒形イオン源の変形実
施例を示し、この実施例によるイオン源は中央円
筒状部分8とその両側の二つの円錐状部分9,1
0とから成つている。これら三つの部分は好まし
くは一体的に構成され、そして陰極を形成してい
る。一方陽極11はこの実施例では、陰極を成す
中央円筒状部分8の一部を切り抜いてその周縁部
12上に沿つて絶縁体枠13に取り付け、この絶
縁体枠13上に上記切り抜き部分を覆うように装
着されている。また、14はイオン引出用スリツ
ト、15はガス導入口である。その他の構成につ
いては第1図の場合と同様にすることができる。 FIG. 2 shows a modified embodiment of the cylindrical ion source shown in FIG.
It consists of 0. These three parts are preferably constructed integrally and form the cathode. On the other hand, in this embodiment, the anode 11 is formed by cutting out a part of the central cylindrical part 8 constituting the cathode, attaching it to an insulator frame 13 along its peripheral edge 12, and covering the cutout part on the insulator frame 13. It is installed like this. Further, 14 is a slit for extracting ions, and 15 is a gas inlet. The other configurations can be the same as in the case of FIG. 1.
第3図にはこの発明によるイオン源のさらに別
の実施例を示し、この場合にはイオン源は直方体
形であり、すなわち陰極を成す二つの直方体部分
16,17と、これら直方体部分16,17間に
設けられた陽極を成す帯状体18とから成つてい
る。この帯状体18は図示したように二つの直方
体部分16,17のそれぞれの一端に絶縁体枠1
9,20を介して固着されている。こうして形成
されたイオン生成室の一端にはガス導入口21が
またその反対端にはイオン引出スリツト22がそ
れぞれ設けられている。この例では全体形状が直
方体形であるが、第1図の場合のように断面を円
形して構成することもできる。 FIG. 3 shows a further embodiment of the ion source according to the invention, in which the ion source has a rectangular parallelepiped shape, namely two rectangular parallelepiped sections 16, 17 forming the cathode; and a band-shaped body 18 that forms an anode provided in between. As shown in the figure, this strip 18 has an insulator frame 1 attached to one end of each of the two rectangular parallelepiped parts 16 and 17.
It is fixed via 9 and 20. A gas inlet 21 is provided at one end of the ion generation chamber thus formed, and an ion extraction slit 22 is provided at the opposite end. In this example, the overall shape is a rectangular parallelepiped, but it can also be constructed with a circular cross section as in the case of FIG.
次に第1図に示すイオン源を用いて実験した例
について説明する。 Next, an example of an experiment using the ion source shown in FIG. 1 will be described.
陰極部材1の内径47mm、長さ100mmとし、イオ
ン引出用スリツト5の幅0.5mm、長さ14mmとして
イオン源を構成し、動作圧力はイオン生成室内を
5×10-2Torr、またイオン生成室外を8×
10-4Torrとし、そしてガス導入口4からArを導
入し、400V、30〜50mAの放電電流を印加した
ところ15μAのイオン流が得られた。このように
してこの発明によるイオン源を用いて測定した結
果を第4,5図に示す。 The ion source is constructed with the cathode member 1 having an inner diameter of 47 mm and a length of 100 mm, and the ion extraction slit 5 having a width of 0.5 mm and a length of 14 mm. 8×
When the voltage was set to 10 -4 Torr, Ar was introduced from the gas inlet 4, and a discharge current of 400 V and 30 to 50 mA was applied, an ion current of 15 μA was obtained. The results of measurements made using the ion source according to the present invention are shown in FIGS. 4 and 5.
第4図にはイオン補集電極印加電圧とイオン電
流との関係を示し、また第5図は放電電流とイオ
ン電流との関係を示す。 FIG. 4 shows the relationship between the voltage applied to the ion collecting electrode and the ion current, and FIG. 5 shows the relationship between the discharge current and the ion current.
このようにして実施した測定結果に基いて考察
すると、この発明によるイオン源は従来のフイラ
メントを有するイオン源に代つてイオン注入装置
等に十分適用できることが認められる。 Considering the results of the measurements carried out in this way, it is recognized that the ion source according to the present invention can be sufficiently applied to ion implantation apparatuses and the like in place of conventional ion sources having filaments.
第1図はこの発明によるイオン源の一実施例を
概略的に示す縦断面図、第2図は別の実施例を示
す部分断面正面図、第3図はさらに別の実施例を
示す縦断面図、第4,5図はこの発明によるイオ
ン源の特性を示すグラフである。
図中、1,8,9,10,16,17:陰極、
2,11,18:陽極、4,15,21:ガス導
入口、5,14,22:イオン引出用開口。
FIG. 1 is a vertical cross-sectional view schematically showing one embodiment of an ion source according to the present invention, FIG. 2 is a partially sectional front view showing another embodiment, and FIG. 3 is a longitudinal cross-sectional view showing still another embodiment. 4 and 5 are graphs showing the characteristics of the ion source according to the present invention. In the figure, 1, 8, 9, 10, 16, 17: cathode,
2, 11, 18: Anode, 4, 15, 21: Gas inlet, 5, 14, 22: Ion extraction opening.
Claims (1)
部分に陰極をまたその残りの一部分に陽極を形成
し、陰極と陽極との間を絶縁体で絶縁し、陰極形
成壁部分にガス導入口と陰極の軸線に平行にイオ
ン引出用開口とを設けたことを特徴とするイオン
源。 2 円筒状または直方体状のイオン生成室壁の大
部分に陰極をまたその残りの一部分に陽極を形成
し、陰極と陽極との間を絶縁体で絶縁し、陰極形
成壁部分にガス導入口と陰極の軸線に平行にイオ
ン引出用開口とを設け、さらにイオン引出用開口
の近くに中間電極を配置したことを特徴とするイ
オン源。 3 陰極と陽極との間に挿置された絶縁体のイオ
ン生成室の内部に面した表面が屈曲面を成す特許
請求の範囲第1項または第2項に記載のイオン
源。[Scope of Claims] 1 A cathode is formed on most of the wall of a cylindrical or rectangular parallelepiped ion generation chamber, and an anode is formed on the remaining part, the cathode and the anode are insulated with an insulator, and the cathode forming wall is An ion source characterized by having a gas inlet and an ion extraction opening parallel to the axis of the cathode. 2 A cathode is formed on most of the wall of the cylindrical or rectangular parallelepiped ion generation chamber, and an anode is formed on the remaining part, the cathode and the anode are insulated with an insulator, and a gas inlet is formed on the wall where the cathode is formed. An ion source characterized in that an ion extraction opening is provided parallel to the axis of the cathode, and an intermediate electrode is further arranged near the ion extraction opening. 3. The ion source according to claim 1 or 2, wherein the surface of the insulator interposed between the cathode and the anode, which faces the inside of the ion generation chamber, forms a curved surface.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57061808A JPS58178943A (en) | 1982-04-15 | 1982-04-15 | ion source |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57061808A JPS58178943A (en) | 1982-04-15 | 1982-04-15 | ion source |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58178943A JPS58178943A (en) | 1983-10-20 |
| JPH0131657B2 true JPH0131657B2 (en) | 1989-06-27 |
Family
ID=13181754
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57061808A Granted JPS58178943A (en) | 1982-04-15 | 1982-04-15 | ion source |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58178943A (en) |
-
1982
- 1982-04-15 JP JP57061808A patent/JPS58178943A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58178943A (en) | 1983-10-20 |
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