(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ生成容器と、
前記プラズマ生成容器内に配置された少なくとも１つのフィラメントと、
前記プラズマ生成容器に対向配置され、当該プラズマ生成容器よりイオンビームを引き出す少なくとも１つの電極と、
前記プラズマ生成容器の外側に設けられていて、当該プラズマ生成容器の内側領域にカスプ磁場を形成する複数の永久磁石と、
前記プラズマ生成容器の内壁に沿って配置された防着板とを備えたイオン源であって、
前記防着板には、前記プラズマ生成容器の壁面を介して前記永久磁石と対向する位置に凹部が形成されていることを特徴とするイオン源。
【請求項２】
前記防着板は、前記プラズマ生成容器の壁面を介して前記永久磁石と対向する位置に座ぐり部が形成された第一の防着板と、当該座ぐり部内に配置された第二の防着板とで構成されていることを特徴とする請求項１記載のイオン源。
【請求項３】
前記防着板は、前記プラズマ生成容器の壁面を介して前記永久磁石と対向する位置に貫通穴が形成された第一の防着板と、当該第一の防着板と前記プラズマ生成容器の壁面との間に配置され、前記貫通穴を塞ぐ第二の防着板とで構成されていることを特徴とする請求項１記載のイオン源。
【請求項４】
前記第二の防着板は、高融点材料であることを特徴とする請求項２または３記載のイオン源。
【請求項５】
前記凹部には、前記プラズマ生成容器の壁面に垂直な方向における前記防着板の厚みが連続して変化する傾斜部が形成されていることを特徴とする請求項１記載のイオン源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ生成容器内部にカスプ磁場を形成する為の永久磁石を備えたイオン源で、特に、プラズマ生成容器内部に防着板を備えたイオン源に関する。
【背景技術】
【０００２】
イオン源には、プラズマ生成容器内壁の腐食防止やプラズマ生成容器内の洗浄を効率的に行う為に、プラズマ生成容器の内壁に沿って特許文献１の図３に開示されているような厚みが均一で着脱可能なライニング（ライナー、防着板とも呼ぶ）が設けられている。
【０００３】
イオンビーム照射装置で用いられるイオン源の一つとして、プラズマ生成容器内部に電子閉じ込め用のカスプ磁場を形成する為の永久磁石を備えたイオン源が用いられている。
【０００４】
この種のイオン源は、一般にバケット型イオン源と呼ばれており、例えば特許文献２の図２に開示されるイオン源であって、このようなイオン源にもプラズマ生成容器の内側に防着板を配置する試みがなされてきた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−１８２６２３号公報（図３）
【特許文献２】特開２００７−１１５５１１号公報（図２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図８（Ａ）には、特許文献２に示されるイオン源のプラズマ生成容器壁面近傍に形成されるカスプ磁場中を電子ｅが移動する様子が描かれている。この図において、破線は磁力線を表し、実線は電子の動きを表す。
【０００７】
プラズマ生成容器４の内部に配置された図示されないフィラメントより発生された電子ｅは、プラズマ生成容器４の壁面に近づいた際、壁面近傍に形成されたカスプ磁場によって捕捉され、当該磁場に沿って移動させられる。永久磁石１２までの距離がある程度のところまで近づいた時、これまでプラズマ生成容器４の壁面に向かって進行していた電子が壁面から遠ざかる方向に進行するようになる。
【０００８】
このような電子ｅの進行方向の変化は、磁場の弱いところから磁場の強いところへと電子ｅが進むことで発生する。一般的に、強い磁場の値をＢｍ  、弱い磁場の値をＢ０とした時、これらの比であるＢｍ／Ｂ０（ミラー比）がある値を超えた場合にこのような進行方向の変化が発生する。磁場は永久磁石１２に近づくに従って強くなる。その為、永久磁石１２の近傍において、電子ｅの進行方向が変化させられることになる。
【０００９】
図８（Ｂ）には、特許文献２に示されるイオン源のプラズマ生成容器４の内壁に沿って厚みが均一な防着板２１を配置した場合において、プラズマ生成容器壁面近傍に形成されるカスプ磁場中を電子ｅが移動する様子が描かれている。図８（Ａ）と同様に、破線は磁力線を表し、実線は電子の動きを表す。
【００１０】
この場合、防着板２１の厚みの分、図８（Ａ）の構成と比べて、電子ｅが捕捉されるカスプ磁場の領域が狭くなり、永久磁石１２から離間した領域に制限されてしまう。永久磁石１２に近づくほど磁場は強くなるので、防着板２１の厚みが厚くなるほど、磁場の比較的弱い永久磁石１２から遠い領域でしか電子ｅの捕捉が行われなくなる。そうなると、プラズマ生成容器４の壁面に向けて進行する電子ｅの進行方向が変化するまでに、電子ｅは防着板２１に衝突して消滅してしまうことになる。
【００１１】
プラズマの生成には、プラズマ生成容器４の内部に導入された原料ガスと電子ｅとの衝突が必要とされている。その為、電子ｅが防着板１３に衝突して消滅してしまうと、プラズマの生成効率が低下してしまう。
【００１２】
そこで、本発明では、従来の構成に比べて、防着板への電子の衝突を低減し、プラズマの生成効率が向上されたイオン源を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明のイオン源は、プラズマ生成容器と、前記プラズマ生成容器内に配置された少なくとも１つのフィラメントと、前記プラズマ生成容器に対向配置され、当該プラズマ生成容器よりイオンビームを引き出す少なくとも１つの電極と、前記プラズマ生成容器の外側に設けられていて、当該プラズマ生成容器の内側領域にカスプ磁場を形成する複数の永久磁石と、前記プラズマ生成容器の内壁に沿って配置された防着板とを備えたイオン源であって、前記防着板には、前記プラズマ生成容器の壁面を介して前記永久磁石と対向する位置に凹部が形成されていることを特徴としている。
【００１４】
このような構成を用いることで、従来の構成に比べて防着板への電子の衝突を低減させることができ、それによりプラズマの生成効率を向上させることが可能となる。
【００１５】
防着板を複数の部材の組み合わせで構成する場合には、前記防着板は、前記プラズマ生成容器の壁面を介して前記永久磁石と対向する位置に座ぐり部が形成された第一の防着板と、当該座ぐり部内に配置された第二の防着板とで構成するようにしても良い。
【００１６】
また、上記構成とは別に、前記防着板は、前記プラズマ生成容器の壁面を介して前記永久磁石と対向する位置に貫通穴が形成された第一の防着板と、当該第一の防着板と前記プラズマ生成容器の壁面との間に配置され、前記貫通穴を塞ぐ第二の防着板とで構成するようにしても良い。
【００１７】
なお、これらの構成において、前記第二の防着板は、高融点材料であることが望ましい。
【００１８】
磁場が集中する永久磁石近傍では、プラズマの逃げ道となり部材が高温に熱せられる。その為、第二の防着板の材質を高融点材料にしておくことで、高温に熱せられた場合でも部材の熱変形を抑制させることが期待できる。
【００１９】
一方で、前記凹部には、前記プラズマ生成容器の壁面に垂直な方向における前記防着板の厚みが連続して変化する傾斜部が形成されていても良い。
【００２０】
このような構成を用いることで、防着板の強度が増すので、強度不足によって生じる防着板の撓み等を抑制させることが期待できる。
【発明の効果】
【００２１】
従来の構成に比べて、防着板への電子の衝突を低減し、プラズマの生成効率を向上させる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明が適用されるイオン源の一例を表す平面図である。
【図２】カスプ磁場生成用の永久磁石がプラズマ生成容器の外壁に沿って配置される様子を表す斜視図である。
【図３】本発明で用いられる防着板の一例を表す斜視図である。
【図４】本発明で用いられる防着板の別の例を表す斜視図である。
【図５】本発明で用いられる防着板の他の例を表す斜視図である。
【図６】図３に開示の防着板の変形例を表す斜視図である。
【図７】図３、図６に記載の防着板の要部拡大図である。
【図８】プラズマ生成容器の壁面近傍に形成されるカスプ磁場中を電子ｅが移動する様子を表す。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１には本発明が適用されるイオン源１の一例が記載されている。このイオン源１はいわゆるバケット型イオン源と呼ばれるタイプのイオン源の一種である。
【００２４】
このイオン源１は長方形状のプラズマ生成容器４を備えており、プラズマ生成容器４より略リボン状のイオンビーム３が引き出される。
【００２５】
プラズマ生成容器４には図示されないバルブを介してガス源２が取り付けられており、このガス源２よりイオンビーム３の原料となるガスの供給がなされる。なお、このガス源２には図示されないガス流量調節器（マスフローコントローラー）が接続されており、これによってガス源２からプラズマ生成容器４内部へのガスの供給量が調整されている。
【００２６】
プラズマ生成容器４の一側面には、Ｙ方向に沿って複数のＵ字型のフィラメント１０が取り付けられている。これらのフィラメント１０は、フィラメント１０の端子間に接続される電源ＶＦを用いて、各フィラメント１０に流す電流量の調整が行えるように構成されている。このような構成にしておくことで、イオン源１より引き出されるイオンビーム３の電流密度分布調整が可能となる。
【００２７】
フィラメント１０に電流を流し、当該フィラメント１０を加熱させることによって、そこから電子が放出される。この電子が、プラズマ生成容器４内部に供給されたガスに衝突してガスの電離を引き起こし、プラズマ生成容器４内にプラズマ９が生成される。
【００２８】
このイオン源１においては、プラズマ生成容器４の外壁に沿って複数の永久磁石１２が取り付けられている。この永久磁石１２によって、プラズマ生成容器４の内部領域にカスプ磁場が形成され、フィラメント１０より放出された電子が所定領域内に閉じ込められる。
【００２９】
イオン源１は引出し電極系として４枚の電極を有しており、プラズマ生成容器４からＺ方向に沿って加速電極５、引出し電極６、抑制電極７、接地電極８の順に配置されている。各電極とプラズマ生成容器４との電位は、複数の電源（Ｖ１〜Ｖ４）によって、それぞれ異なる値に設定されているとともに、各部材間の取り付けは絶縁物１１を介してなされている。
【００３０】
引出し電極系で用いられる電極には、例えば複数のスリット状の開口が設けられており、これらの開口を通してイオンビーム３の引出しが行なわれる。図１には引出し電極系として４枚の電極を有する構成のイオン源が記載されているが、これに限らず、電極の枚数は少なくとも１枚以上あれば良い。
【００３１】
このイオン源１において、プラズマ生成容器４の内側には、その内壁に沿うように防着板１３が設けられている。この防着板１３のプラズマ生成容器４の壁面に略垂直な方向における厚みは、プラズマ生成容器４の壁面を介して永久磁石１２と対向する場所が他の場所に比べて薄くなっている。より具体的な構成については後述するが、このような構成を用いることで、従来の構成に比べてプラズマ生成容器４の内部でのプラズマ９の生成効率を向上させることができる。
【００３２】
図２（Ａ）、（Ｂ）には、カスプ磁場生成用の複数の永久磁石１２がプラズマ生成容器４の外壁に沿って配置されている様子が描かれている。なお、図２（Ａ）と図２（Ｂ）とでは描かれている視点が異なっている。
【００３３】
プラズマ生成容器４にはＺ方向にイオンビーム３を引き出す為の開口部２０を含む面があり、この面を除く他の５面に複数の永久磁石１２が取り付けられている。なお、永久磁石１２はプラズマ生成容器４に直接取り付けられるようにしてもいいが、各永久磁石１２を収納するホルダーを設けておき、このホルダーをプラズマ生成容器４にボルト等を用いて取り付けるようにしておいても良い。
【００３４】
図３には、本発明で用いられる防着板の一例が描かれている。この例において、防着板１３のプラズマ生成容器４の壁面を介して複数の永久磁石１２と対向する場所には、凹部１４が形成されている。この凹部１４を形成しておくことによって、防着板１３の厚みが薄くなるので、その分、カスプ磁場による電子の捕捉領域を拡大させることが可能となる。その結果、厚みが均一である防着板２１を備えた従来の構成に比べて、防着板１３への電子の衝突を低減し、プラズマの生成効率を向上させることが可能となる。なお、この図３および後述する図４〜図６の手前側に描かれる防着板１３と永久磁石１２の断面は、図２に描かれているプラズマ生成容器４の一側面を複数の永久磁石１２の短辺方向に沿って切断した時の切断面に相当する。
【００３５】
図４には、本発明で用いられる防着板１３の別の例が描かれている。この例では、防着板１３は第一の防着板１５と第二の防着板１６とから構成されている。第一の防着板１５には、プラズマ生成容器４を介して永久磁石１２と対向する位置に座ぐり部１７が形成されていて、この座ぐり部１７内に第二の防着板１６が配置されることで、先述の凹部１４が形成される。このように複数の部材を用いて防着板１３を構成しても良い。
【００３６】
なお、防着板１３のプラズマ生成容器４の壁面を介して永久磁石１２と対向する場所には、局所的なプラズマの逃げ道が形成され、高温に加熱される。その為、このような場所に配置される第二の防着板１６をモリブデンやタングステン等の高融点材料で構成しておくことが望ましい。
【００３７】
図５（Ａ）、（Ｂ）には、本発明で用いられる防着板１３の他の例が描かれている。第一の防着板１５のプラズマ生成容器４を介して永久磁石１２と対向する場所に貫通穴１８が形成されており、この貫通穴１８を塞ぐように、第一の防着板１５とプラズマ生成容器４の壁面との間に第二の防着板１６を配置することで、先述の凹部１４が形成されている。
【００３８】
図５（Ａ）では、各貫通穴１８を個別に塞ぐように第二の防着板１６が配置されているが、図５（Ｂ）に示すように大きな第二の防着板１６を用いて、複数の貫通穴１８をまとめて塞ぐように構成しておいても良い。その方が、防着板１３の構成を簡素にすることができる。なお、この第二の防着板１６の材質は、先の例と同じく高融点材料を用いることが望ましい。
【００３９】
＜その他変形例＞
図６には、図３に示した防着板の変形例が描かれている。この例で示される防着板１３の構成は図３に示された防着板１３の構成とほぼ同一であって、図６の防着板１３に形成される凹部１４は傾斜部１９を有しているのに対して、図３の防着板１３に形成される凹部１４にはそのような傾斜部１９が存在してない点が異なっている。この傾斜部１９は、プラズマ生成容器４の壁面に垂直な方向での防着板１３の厚みが、プラズマ生成容器４の壁面に沿って、プラズマ生成容器４の壁面を介して永久磁石１２と対向する位置に近づくにつれて徐々に薄くなるように構成されている。
【００４０】
複数の永久磁石１２間で発生するカスプ磁場は、永久磁石１２からおおよそ放射状に広がる。そして、プラズマ生成容器４の壁面近傍では、電子がカスプ磁場に沿って移動する。その為、このような電子の移動を妨げないように放射状に発生するカスプ磁場を避けるようにして防着板１３の形状を工夫することが考えられる。
【００４１】
図７（Ａ）には図３に示される防着板１３の凹部を拡大した図が、図７（Ｂ）には図６に示される防着板１３の凹部を拡大した図が、それぞれ示されている。これらの図を比較すればわかるように、図７（Ａ）に比べて図７（Ｂ）のような傾斜部１９を有する構成の方が、図７（Ｂ）にハッチングで示されている部分の面積分だけ、防着板１３の面積を大きくしておくことができる。防着板の面積が大きいと、その分、防着板１３の強度が増すので、強度不足によって生じる撓み等の悪影響を抑制することが期待できる。なお、図中の永久磁石１２より伸びる矢印は、磁力線を表す。
【００４２】
図６の例では、永久磁石１２が配置される位置とプラズマ生成容器４の壁面を介して対向する場所に向かうにつれて、防着板１３の厚みが線形的に減少するような傾斜部１９が形成されていたが、これに限らず、防着板１３の厚みが非線形的に減少するような傾斜部１９が形成されていても良い。
【００４３】
また、図３〜図７に示す本発明の実施形態では、防着板１３とプラズマ生成容器４の内壁面とが接触している、これらの部材間には空間が設けられるようにしておいても良い。
【００４４】
さらに、先の実施形態では、プラズマ生成容器４の形状を長方形状としたが、これに限らず、プラズマ生成容器４の形状は、円柱形状や正方形状、あるいは、それ以外の多角形状であっても良い。また、カスプ磁場形成用の永久磁石１２の例として図２に示す構成を挙げたが、磁石の配置はこれに限られない。その他、プラズマ生成容器４内に配置されるフィラメント１０の本数は、少なくとも１本以上あれば良い。
【００４５】
前述した以外に、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良および変更を行っても良いのはもちろんである。
【符号の説明】
【００４６】
１．イオン源
４．プラズマ生成容器
１２．永久磁石
１３．防着板
１４．凹部
１５．第一の防着板
１６．第二の防着板
１７．座ぐり部
１８．貫通穴
１９．傾斜部 
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0005505731.tif 000008
【図８】
0005505731.tif 000009