(57)【要約】  本発明のイオン源（１）は、イオンビーム（Ｂ）の引き出し用開口部（２０）が設けられる第１の壁面（３０）と、磁石（２６、２８）の配置方向に沿って延びる第２の壁面（３２）と、フィラメント（１２）を備える。フィラメント（１２）は、第２の壁面（３２）から、磁石（２６、２８）の配置方向と異なる方向に立設し、その中央部で、接触することなくＸ状に交差したループ形状（４０）を成すように折り返されている。  これにより、磁石間の距離を広げることなくイオンビーム電流を増大させることが可能になると共に、フィラメントを低いコストで作成することや、ロバスト性の高いイオン源を供給することが可能になった。
2009119060.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスを供給してアーク電圧を印加することによりプラズマを生成し、このプラズマからイオンビームを生成するイオン源であって、
イオンビームの引き出し方向と直交する方向に印加する磁場を形成する一対の磁石と、
前記一対の磁石の間に設けられ、ガスが供給されてプラズマを生成する、導体面を有する内部空間を備え、イオンビームを引き出すための開口部が、前記内部空間内の、前記一対の磁石の配置方向に沿って延びる第１の壁面に設けられたプラズマ容器と、
前記プラズマ容器と電気絶縁され、前記一対の磁石の配置方向に沿って延びる第２の壁面から立設し、通電することにより前記内部空間に熱電子を放出するフィラメントと、
前記フィラメントに電流を流す電源と、を有し、
前記フィラメントの立設する前記第２の壁面は、前記第１の壁面の向く方向と異なる方向に向く面であり、前記フィラメントは、前記第２の壁面から、前記一対の磁石の配置方向と異なる方向に立設し、さらに、前記フィラメントは、前記フィラメントの中央部でループ形状を成すように折り返され、前記ループ形状を成す面に対して垂直方向から見たとき、前記ループ形状の基部で接触することなくＸ状に交差する部分を有することを特徴とするイオン源。
【請求項２】
前記内部空間は、直方体形状を成し、
前記第２の壁面は、前記第１の壁面と対向する壁面である請求項１に記載のイオン源。
【請求項３】
前記ループ形状を成す面は、前記一対の磁石の磁場の向きに対して略垂直となるように、前記フィラメントは立設している請求項１又は２に記載のイオン源。
【請求項４】
前記プラズマ容器の前記内部空間の、前記配置方向の両端部には、熱電子を反射する反射板が、前記フィラメントのループ形状と対向するように設けられ、
前記ループ形状のサイズは、前記反射板のサイズより小さい請求項１〜３のいずれか１項に記載のイオン源。
【請求項５】
前記フィラメントは棒状の線材を曲げ加工して作製されてものであり、タングステン、モリブデン、及び、タングステンまたはモリブデンを主成分とする合金の中から選択された金属である請求項１〜４のいずれか１項に記載のイオン源。
【請求項６】
前記フィラメントの線径は、２ｍｍより大きい請求項１〜５のいずれか１項に記載のイオン源。
【請求項７】
前記フィラメントのＸ状に交差する部分の交差角度は７０〜１１０度である、請求項１〜６のいずれか１項に記載のイオン源。
【請求項８】
前記フィラメントの先端部と前記第１の壁面との間の距離は２〜３ｍｍである、請求項２に記載のイオン源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスを供給してアーク電圧を印加することによりプラズマを生成し、このプラズマからイオンビームを生成するイオン源、例えば、半導体用イオン注入装置やＦＰＤ（Flat Panel Display）製造用イオン注入装置に用いるイオン源に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に広く用いるイオン源は、プラズマ容器をアノードとし、通電することで熱電子を放出するフィラメントをカソードとして、アーク放電を誘起して原料ガスをプラズマ化することにより、プラズマを生成する。このプラズマ中の正の荷電粒子が、プラズマ容器に設けられた細長い開口部、あるいは連続した複数の開口部からイオンビームとして引き出される。このとき、イオンビームの引き出し方向と垂直方向に磁場を印加する。【０００３】
このようなイオン源においては、一般に、以下の技術的要請が指摘されている。
生成されるプラズマ密度が略均一であること、
イオンビームの電流を増加するために、イオンビームとして引き出される開口部近傍のプラズマ密度を増加させること、
プラズマ中のイオンの衝突によって摩耗するフィラメントは、消耗品としてコストが低いこと、
フィラメントは、長期間使用可能なように、摩耗耐性が高く太い線材であること、である。【０００４】
例えば、プラズマ容器内でプラズマ密度が略均一であるためには、磁場の強度がプラズマ容器近傍で略均一（磁場の変動は数％以下）となるように、磁石の設計、製作及び調整が必要であることが知られている。
また、開口部近傍のプラズマ密度を増加させるためには、開口部から延長されたプラズマ容器の壁面の位置に、フィラメントを近づけることが有効であることが知られている。
さらに、フィラメントのコスト低減のためには、フィラメントの線材を曲げ加工により作製することが望まれている。フィラメントの線材として、融点が高く磨耗耐性の高いタングステンやモリブデンを主たる成分（質量％で９０％以上）とする材料が用いられる。このとき、タングステンやモリブデンは融点が高いため、可塑性を得るために高温で線材を加工する必要がある。このため、線材として線径が略２ｍｍ以下のものが用いられている。【０００５】
一方、特許第３０７５１２９号公報には、フィラメントが、プラズマ容器であるプラズマ生成チャンバの内部で、イオン引出口が形成されたイオン引出面の方向に曲げられているイオン源が記載されている。これによって、イオンビームを増大させることができるとされている。
さらに、特開２００７−３１１１１８号公報には、イオンビームの電流が大きく、カソードであるフィラメントの寿命を長くするイオン源として、プラズマ密度の分布制御のためのフィラメントが、プラズマ容器の長手方向に沿って複数並設されたイオン源が記載されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このような状況下、イオンビームの電流をより増大するためには、特許第３０７５１２９号公報に記載の手段を用いる他、イオン源のイオンビームの引き出し用の開口部を拡大することも考えられる。しかし、開口部の拡大方法によっては、イオンビームのエミッタンス（引き出されたイオンビームの進行方向における荷電粒子の運動のばらつき特性）は、イオン注入装置のイオンビームとして用いることができない程度に悪化する。このため、開口部を安易に拡大することはできない。一方、イオン源のサイズ拡大により、プラズマ容器を拡大してエミッタンスを悪化させず開口部を細長く拡大してイオンビームの電流を増大することも考えられる。この場合、磁場の強度がプラズマ容器近傍で略均一であることがより強く望まれる。一般に、磁場の形成のために、１００〜１５０ｍｍの長さを持つプラズマ容器の長手方向に一対の磁石を配置するが、プラズマ容器に作用する高電圧や高温の対策のための空間や部材を必要とするため、この磁石間の配置距離は５００〜６００ｍｍになる。このような磁石間の距離が長く、広い空間を、イオン源のサイズ拡大によって広くすることは、略均一な磁場を設定する上で困難である。このため、磁石間の距離を広げることなく、プラズマ容器を拡大することが必要である。【０００７】
一方、フィラメントに用いるタングステンやモリブデンの線材を所定の形状に曲げる曲げ加工は、線材の融点が高いため、難しい。従来、線材の替わりに板材を、ワイヤー電極を用いた放電加工により複雑な形状に切断してフィラメントの加工を行っていた。このため、低いコストで曲げ加工を行って製作するには、板材ではなく線材を用い、しかもこの線径を２ｍｍ程度に抑える必要がある。一方、フィラメントの形状を変えることなく、曲率半径の大きな穏やかな形状にするためにサイズを拡大した場合、フィラメントのサイズに対応してプラズマ容器も大きくすることになり、実用的ではない。また、フィラメントはプラズマを生成する熱電子の放出源となり、プラズマの密度に影響を与えるので、従来のフィラメントは、折り曲げ部分を含む所定の複雑な形状を成していた。このため、生成されるプラズマの密度が従来と同等であり、加工の点で単純な形状であり、可能な限り太い線径を有するフィラメントが望まれている。【０００８】
さらに、フィラメントの形状は、所望のプラズマの密度を達成するために、イオン源の各種寸法に合わせて設定されたものであるため、イオン源の各種寸法等が経時変化や熱膨張等によって変化することにより、所望のプラズマの密度を得ることができなくなる。イオン源の各種寸法が変化してもプラズマの密度に影響を与えず、すなわち、ロバスト性が高いイオンビームを生成するイオン源の構成が望まれている。
また、フィラメントは、プラズマ生成中、プラズマに曝されて摩耗し線径が細くなる。このため、フィラメントの中で熱電子の放出に寄与する温度の高い部分は摩耗によって変化し、これにともなって、熱電子の放出位置も変化する。この結果、発生するプラズマの位置も変化するので、プラズマから引き出されるイオンビームの電流も変化し、安定したイオンビームの電流が得られない。すなわち、イオン源の使用に応じて、イオンビームの電流も徐々に変化する。このため、フィラメントが摩耗するなどの経時変化によっても、イオンビームの電流があまり影響を受けない、すなわちロバスト性が高いイオンビームを生成するイオン源の構成が望まれている。【０００９】
そこで、本発明は、上述の背景を考慮して、磁石間の距離を広げることなく、プラズマ容器を拡大することができ、かつ、低いコストでフィラメントを作製することができ、さらに、イオン源の各種寸法の変化やフィラメントの磨耗に対してロバスト性の高い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】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明は、ガスを供給してアーク電圧を印加することによりプラズマを生成し、このプラズマからイオンビームを生成する、以下のイオン源を提供する。イオン源は、
（Ａ）イオンビームの引き出し方向と直交する方向に印加する磁場を形成する一対の磁石と、
（Ｂ）前記一対の磁石の間に設けられ、ガスが供給されてプラズマを生成する、導体面を有する内部空間を備え、イオンビームを引き出すための開口部が、前記内部空間の、前記一対の磁石の配置方向に沿って延びる第１の壁面に設けられたプラズマ容器と、
（Ｃ）前記プラズマ容器と電気絶縁され、前記一対の磁石の配置方向に沿って延びる第２の壁面から立設し、通電することにより前記内部空間に熱電子を放出するフィラメントと、（Ｄ）前記フィラメントに電流を流す電源と、を有し、
（Ｅ）前記フィラメントの立設する前記第２の壁面は、前記第１の壁面の向く方向と異なる方向に向く面であり、前記フィラメントは、前記第２の壁面から、前記一対の磁石の配置方向と異なる方向に立設し、
（Ｆ）さらに、前記フィラメントは、前記フィラメントの中央部でループ形状を成すように折り返され、前記ループ形状を成す面に対して垂直方向から見たとき、前記ループ形状の基部で接触することなくＸ状に交差する部分を有する。【００１１】
その際、前記内部空間は、直方体形状を成し、前記第２の壁面は、前記第１の壁面と対向する壁面であることが好ましい。
また、前記ループ形状を成す面は、前記一対の磁石の磁場の向きに対して略垂直となるように、前記フィラメントは立設していることが好ましい。
さらに、前記プラズマ容器の前記内部空間の、前記配置方向の両端部には、熱電子を反射する反射板が、前記フィラメントのループ形状と対向するように設けられ、前記ループ形状のサイズは、前記反射板のサイズより小さいことが好ましい。【００１２】
また、前記フィラメントは棒状の線材を曲げ加工して作製されてものであり、タングステン、モリブデン、及び、タングステンまたはモリブデンを主成分とする合金の中から選択された金属であることが好ましい。
さらに、前記フィラメントの線径は、２ｍｍより大きいことが好ましい。【００１３】
また、前記フィラメントのＸ状に交差する部分の交差角度は７０〜１１０度であることが好ましい。
さらに、前記フィラメントの先端部と前記第１の壁面との間の距離は２〜３ｍｍであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のイオン源では、フィラメントの中央部でループ形状を成すように折り返され、このループ形状を成す面に対して垂直方向から見たとき、ループ形状の基部でＸ状に交差した部分を有するように、フィラメントを構成している。このため、Ｘ状に交差する部分がお互いに発する熱によって、お互いの交差部分が加熱され、この加熱がループ形状の部分にも伝熱するので、ループ形状の広い部分で高温となって熱電子を放出し、プラズマも広い範囲で緩やかに生成される。このため、イオン源の各種寸法等が経時変化や熱膨張等によって変化しても、上記プラズマから引き出されるイオンビームの電流の受ける影響は小さい。また、ループ形状の広い部分から熱電子が放出されるので、フィラメントが摩耗しても、生成されるプラズマの範囲は大きく変化しない。このため、フィラメントが摩耗しても、プラズマから引き出されるイオンビームの電流の受ける影響は小さい。
また、フィラメントは、ループ形状およびＸ状を成した形状で、従来の複雑な形状に比べて単純な形状であるので、曲げ加工のしにくい太い線材であっても容易に加工することができる。このため、低コストで寿命の長いフィラメントを提供することができる。【００１５】
さらに、フィラメントの立設する第２の壁面は、第１の壁面の向く方向と異なる方向に向く面であり、フィラメントは、前記第２の壁面から、一対の磁石の配置方向と異なる方向に立設する構成となっている。特に、イオンビームを引き出す開口部を備える第１の壁面と対向する壁面からフィラメントを立設する構成となっている。このため、プラズマ容器の、磁石の配置方向の両端部にフィラメントを取り付ける従来の構成と異なり、この両端部分にフィラメントの支持部材や絶遠部材を設けるスペースが不要となる。このため、このスペースが不要となった分を、プラズマ容器のサイズ拡大に用いることができる。
さらに、イオンビームを引き出す開口部を備える第１の壁面と対向する壁面を第２の壁面としてフィラメントを立設する構成をとることにより、フィラメントの先端の位置を、開口部を備える第１の壁面の近くに接近させることができ、開口部近傍で密度の高いプラズマを生成することができる。
さらに、フィラメントを第２の壁面から立設させる構成であるので、フィラメントの熱伝導による熱損失の低減のために、フィラメントのプラズマ容器を通る脚部の長さを調整すること、あるいは、フィラメント脚部における堆積物の付着防止のためのスリーブ管の設置等を、プラズマ容器のサイズとは独立して自由に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明のイオン源の一実施形態の構成を示す図である。
【図２】（ａ），（ｂ）は、図１に示すイオン源に用いるフィラメントの形状を説明する図である。
【符号の説明】
【００１７】
１  イオン源
１０  プラズマ容器
１２  フィラメント
１４，１６  反射板
１８  原料ガス供給口
２０  イオンビーム引出口
２２，２４  引出電極
２６，２８  磁石
３０，３２  壁面
３３  フィラメント電源
３４  アーク電源
３６，３８  電源
４０  ループ形状
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に、添付の図面に示す好適実施形態に基づいて、本発明のイオン源を詳細に説明する。図１は、本発明のイオン源の一実施形態の構成を示す図である。
イオン源１は、原料ガスＧを供給し放電することによりプラズマＰを生成し、このプラズマＰからイオンを引き出すことによりイオビームＢを生成するバーナス源である。イオン源１は、図１に示すように、プラズマ容器１０、フィラメント１２、反射板１４，１６、原料ガス供給口１８、イオンビーム引出口２０、引出電極２２，２４、および磁石２６，２８を有する。プラズマ容器１０は、図示されないイオン注入装置の減圧容器内に収納され、プラズマ容器１０内で１０−２〜１０−３（Ｐａ）に減圧された状態となっている。【００１９】
プラズマ容器１０は、直方体形状の内部空間を有する放電箱である。プラズマ容器１０は、耐高温性を有する導電性材料で構成されている。本発明においては、内部空間は、直方体形状に限定されず、多角柱形状や円柱形状であってもよい。円柱形状の場合、本発明における壁面は、接平面を意味する。【００２０】
プラズマ容器１０の内部空間の壁面から、内部空間に突出するフィラメント１２が立設している。フィラメント１２は、イオンビーム引出口２０が設けられる壁面３０に対向する壁面３２から立設している。フィラメント１２は、タングステン、モリブデン、タングステンまたはモリブデンを主成分とする合金の中から選択された金属で構成される。特に、耐摩耗性の点からタングステンで構成することが好ましい。
プラズマ容器１０は、一方向（図１中の水平方向）に長く、この長手方向は、磁石２６，２８の配置方向と一致している。【００２１】
このようにフィラメント１２の立設する壁面を、イオンビーム引出口２０が設けられる壁面（第１の壁面）３０に対向する壁面（第２の壁面）３２とするのは、磁石２６と磁石２８間の距離を広げることなく、プラズマ容器１０を長手方向に拡大することができるためである。すなわち、従来のように、磁石２６，２８の配置方向に面する壁面、すなわち、プラズマ容器１０の長手方向の端部の壁面からフィラメント１２を内部空間に立設させた場合、プラズマ容器１０の長手方向の端部にフィラメント支持部材や絶縁部材等の配置スペースが必要となる。このため、イオン源１のように、イオンビーム引出口２０が設けられる壁面３０に対向する壁面３２からフィラメント１２を立設することにより、フィラメント支持部材や絶遠部材等の配置スペースを不要とするので、この不要な配置スペースを、プラズマ容器１０の長手方向の寸法の拡大に用いることができる。【００２２】
さらに、フィラメント１２の熱伝導による熱損失の低減のために、フィラメント１２のプラズマ容器１０を通る脚部の長さを調整することや、フィラメントの脚部における堆積物の付着防止のためのスリーブ管の設置を、プラズマ容器１０のサイズとは独立して自由に行うことができる。
このように、イオンビーム引出口２０の壁面３０と対向する壁面３２からフィラメント１２が立設する。このとき、フィラメント１２の先端部は壁面３０に対して２〜３ｍｍの範囲内で近接させる。これにより、イオンビーム引出口２０近傍においてプラズマＰの密度を増大させ、イオンビームＢの電流を増大させることができる。【００２３】
なお、本発明においては、イオンビーム引出口２０が設けられる壁面３０に対向する壁面３２からフィラメント１２を立設させる構成に限られない。図１の紙面に平行な面を備える壁面からフィラメント１２を立設させることもできる。本発明において、フィラメント１２は、イオンビーム引出口（開口部）２０が設けられる壁面３０の向く方向（壁面３０の垂線方向）と異なる方向に向き、一対の磁石２６，２８間の配置方向に沿って延びる壁面から、一対の磁石２６，２８の配置方向と異なる方向に立設していればよい。しかし、イオンビーム引出口２０から最も遠い壁面３２にフィラメント１２を設ける構成が、フィラメント１２を流れる電流がイオンビームＢに与える影響を最小にする点で好ましい。
フィラメント１２は、さらに、ループ形状を成して構成される。この点は、後述する。【００２４】
フィラメント１２の対面側および背面側、すなわち、プラズマ容器１０の内部空間の磁石２６，２８の配置方向の両端部の壁面には、反射板１４，１６が設けられている。反射板１４，１６は、耐高温性を有する金属製部材からなり、図示されないクランプ部材や絶縁部材を介してプラズマ容器１０に固定されて設けられる。反射板１４，１６は、プラズマ容器１０の内部空間の断面を略占有するように設けられている。【００２５】
プラズマ容器１０の壁面３１には、原料ガス供給口１８が設けられる。所望の原料ガスが、図示されない制御バルブにより一定の流量に制御されて、プラズマ容器１０の内部空間に導入される。【００２６】
プラズマ容器１０の外側には、壁面３０に設けられたイオンビーム引出口２０に対向するように引出電極２２，２４が設けられている。引出電極２２，２４は、イオン引出口２０と同様の形状の開口部を備え、図示されない絶縁部材を介して、プラズマ容器１０に対して精密に位置決めされて固定されている。引出電極２２，２４は、イオンビームＢに曝される機会が多いため、高融点で耐熱性の高い材料を用いることが好ましい。例えば、グラファイト、タングステン、モリブデン等を用いることができるが、経済性及び加工性の点で、グラファイトが好適に用いられる。イオンビームＢは、プラズマ容器１０の壁面３０と引出電極２２間の電位差により、プラズマＰからイオンが分離され引き出されて、イオンビームＢが形成される。
引出電極２２，２４間には数１０００Ｖの電圧が印加される。イオンビームＢが壁面等に衝突して生成される低速な電子が、イオンビームＢの電荷により捕捉され、滞留して分布しているが、上記数１０００Ｖの電圧を引出電極２２，２４間に印加することにより、引出電極２２と引出電極２４との間の電位差により上記電子がプラズマ容器１０の外側壁面に照射されるのを防止することができる。【００２７】
プラズマ容器１０の外側には、一対の磁石２６，２８が設けられ、プラズマ容器１０内の磁場を、磁石２６，２８の配置方向に沿って略均一（磁場の変動は数％以内）になるように、磁石２６，２８が配置され、さらに磁石の形状が定められている。磁石２６，２８には、磁力線がプラズマ容器１０の長手方向の一方の端から他方の端へ通過するように、Ｎ極、Ｓ極が配され、磁石２６，２８は透磁率の高い電磁軟鉄等で作製された図示されないリターンヨークで、磁石２６，２８の外側が繋がっている。磁石２６，２８は、永久磁石または電磁石が用いられる。しかし、磁場を調整可能とするためには、電磁石を用いることが好ましい。【００２８】
フィラメント１２には、熱電子を放出可能なように、フィラメント電源３３が接続されている。フィラメント電源３３の正極及び負極がフィラメント１２と接続され、フィラメント１２に数１００Ａの電流を流す。これによって、フィラメント１２を加熱して熱電子を放出させる。フィラメント電源３３の正極は、反射板１４，１６に接続されている。
さらに、フィラメント電源３３の負極とプラズマ容器１０との間には、アーク放電電源３４が接続され、プラズマ容器１０に数１０〜数１００Ｖのアーク電圧が印加される。【００２９】
電源３６は、イオンビームＢを引き出すための引き出し電源であり、正極はプラズマ容器１０に接続され、負極は引出電極２４に接続され、数千Ｖ〜数十万Ｖの電圧が印加される。さらに、引出電極２２と引出電極２４との間に電圧を設定し、電子がプラズマ容器１０の外側壁面を照射しないように、引出電極２２と引出電極２４との間に数１０００Ｖの電圧を印加する電源３８が接続されている。【００３０】
フィラメント電源３３の電流及びアーク放電電源３４のアーク電圧は、イオンビームＢの電流が安定するように、図示されない制御装置によって調整される。あるいは、フィラメント電源３３を流れる電流と電源３６を流れる電流とが、図示されない制御装置によって調整される。フィラメント電源３３を流れる電流と電源３６を流れる電流の調整を行う方が、簡単に調整できる点で好ましい。【００３１】
このようなイオン源１において、フィラメント１２は、図２（ａ），（ｂ）に示すように、フィラメント１２の中央部でループ形状４０を成すように折り返されている。ループ形状４０を成す面に対して垂直方向から見たとき、ループ形状４０の基部４２で接触することなくＸ状に交差した部分を有する。フィラメント１２のループ形状４０を成す面は、図１に示す磁石２６，２８の磁場の向きに対して略垂直、実質的に垂直である。さらに、ループ形状４０のループサイズは、反射板１４，１６のサイズより小さい。これは、フィラメント１２のループ形状４０の部分から放出された熱電子を効率よく反射して熱電子の往復運動ができるようにするためである。
このようなフィラメント１２は、曲げ加工により形状が作られる。フィラメント１２の形状が単にループ形状４０であり、ループ形状４０の基部４２においてＸ状に交差するだけなので、タングステンやモリブデン等の融点の高い線材であっても、さらに、２ｍｍを越える太い線材であっても、困難なく加工することができる。
図２（ｂ）に示すように、フィラメント１２の交差する基部４２の交差角度は９０度程度であることが好ましいが、加工によっては、７０〜１１０度の範囲であってもよい。また、フィラメント１２の壁面を通り抜ける脚部において、図２（ｂ）に示すように、フィラメント１２の線が平行であることが好ましいが、平行でなくてもよい。【００３２】
フィラメント１２をループ形状４０にするのは、従来のフィラメントの形状に比べて、形状が単純であり、曲げ加工がし易く、その結果、従来に比べて太い線径、すなわち、２ｍｍを越える線径を用いることができる他、フィラメント１２から放出された熱電子が反射板１４，１６との間で螺旋運動を行うとき、フィラメントが、熱電子の螺旋運動の妨げにならないようにし、熱電子によって作られるプラズマの密度を効率的に増大するためである。図２（ｂ）中、ループ形状４０で囲まれた領域（斜線領域）Ａは、熱電子の通過の妨げとならない。【００３３】
また、従来のフィラメントでは、フィラメントの温度は、フィラメントを折り返した中央部分のみが高くなるので、温度に応じて放出量が定まる熱電子の放出部分は折り返した狭い範囲に限られる。このため、狭い範囲から放出された熱電子によって生成される密度の高いプラズマは局在化し、この局在化したプラズマを引き出すことにより、イオンビームの電流を増大させることはできる。しかし、フィラメントの摩耗の進展により、フィラメントの温度の高い部分の位置が変化すると、密度の高いプラズマの位置も当初の位置からずれるため、当初の位置に合せて設定されたイオンビーム引出口から引き出されるイオンビームの電流は大きく変化する。また、局在化したプラズマの当初の位置に合わせてイオン源１の各種寸法が設定されるので、イオン源１の各種寸法等が経時変化や熱膨張等によって変化した場合、生成されるプラズマの当初の位置に合わせて設定されたイオンビーム引出口から引き出されるイオンビームの電流も大きく変化する。【００３４】
しかし、フィラメント１２のループ形状４０の基部４２において、フィラメント１２を図２（ｂ）に示すようにＸ状に交差することにより、この交差部分でフィラメント１２同士が接近するので、この部分のお互いの放射伝熱によりお互いが加熱され、ループ形状４０の部分に伝熱するので熱損失が減少する。このため、フィラメント１２のように、ループ形状４０とし、かつＸ状に交差させることで、基部４２からループ形状４０を成す広い部分の温度分布は穏やかとなり、ループ形状４０を成す広い部分が、熱電子を放出する高温部分となる。これにより、従来に比べて熱電子の放出部分が広くなるので、プラズマの生成領域が局在化されず広い範囲で緩やかに分布する。このため、イオン源１の各種寸法等が経時変化や熱膨張等によって変化しても、広い範囲で緩やかに分布するプラズマから引き出されるイオンビームＢの電流は大きな影響を受けない。すなわち、イオン源の各種寸法の変化に対する、イオンビームＢの電流のロバスト性は高い。
フィラメント１２が摩耗した場合でも、熱電子を放出したフィラメントの温度の高い部分はループ形状４０の広い部分であるので、生成されるプラズマも当初の位置から大きくずれることはない。このため、引き出されるイオンビームの電流は大きく変化しない。このように、イオン源１において、フィラメント１２が摩耗しても、イオンビームＢの電流は大きな影響を受けない。すなわち、フィラメント１２の磨耗に対する、イオンビームＢの電流のロバスト性は高い。【００３５】
このようなイオン源１では、フィラメント１２に電流が流れ、高温に発熱することによりフィラメント１２のループ形状４０を成す部分から熱電子が放出され、この熱電子が、磁場の向きに沿って、反射板１４，１６の間を螺旋運動しながら往復する。このとき、原料ガスＧが原料ガス供給口１８から導入され、アーク電源３４に所定の電圧が印加され、原料ガスＧが熱電子と衝突することにより、原料ガスＧの原子が帯電して、プラズマＰが生成される。
このとき、フィラメント１２のループ形状４０の領域Ａでは、熱電子が自由に通過するので、熱電子は、反射板１４，１６間で往復運動が可能となる。このため、プラズマＰがフィラメント１２のループ形状４０を含む周辺領域３１で緩やかな分布で生成される。生成されるプラズマＰは反射板１４，１６を両端とする円柱形状となる。この後、引出電極２２，２４に所定の電圧が印加され、イオンビーム引出口２０からイオンビームＢが引き出される。【００３６】
フィラメント１２がプラズマＰにより摩耗しても、フィラメント１２の熱電子を放射する部分は上述したように広いので、プラズマＰの生成される領域は大きく変化しない。このため、プラズマＰから引き出されるイオンビームＢの電流は大きな影響を受けない。また、フィラメント１２によって、広い範囲で緩やかに分布するプラズマが生成されるので、このプラズマから引き出されるイオンビームＢの電流は、イオン源１の各種寸法等が経時変化や熱膨張等によって変化しても大きな影響を受けない。【００３７】
以上、本発明のイオン源について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。
【図１】
2009119060.tif 000003
【図２】
2009119060.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成21年11月24日(2009.11.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスを供給してアーク電圧を印加することによりプラズマを生成し、このプラズマからイオンビームを生成するイオン源であって、
イオンビームの引き出し方向と直交する方向に印加する磁場を形成する一対の磁石と、
前記一対の磁石の間に設けられ、ガスが供給されてプラズマを生成する、導体面を有する内部空間を備え、イオンビームを引き出すための開口部が、前記内部空間内の一方向に長い壁面であってその長手方向が前記一対の磁石の配置方向に一致する第１の壁面に設けられたプラズマ容器と、
前記内部空間内の一方向に長い前記プラズマ容器の壁面であってその長手方向が前記一対の磁石の配置方向に一致する第２の壁面から立設し、前記プラズマ容器と電気絶縁され、通電することにより前記内部空間に熱電子を放出するフィラメントと、
前記フィラメントに電流を流す電源と、を有し、
前記フィラメントの立設する前記第２の壁面は、前記第１の壁面と異なり、前記フィラメントは、前記第２の壁面から、前記一対の磁石の配置方向と異なる方向に立設し、さらに、前記フィラメントは、前記フィラメントの中央部でループ形状を成すように折り返され、前記ループ形状を成す面に対して垂直方向から見たとき、前記ループ形状の基部で接触することなくＸ状に交差する部分を有することを特徴とするイオン源。
【請求項２】
前記内部空間は、直方体形状を成し、
前記第２の壁面は、前記第１の壁面と対向する壁面である請求項１に記載のイオン源。
【請求項３】
前記ループ形状を成す面は、前記一対の磁石の磁場の向きに対して垂直となるように、前記フィラメントは立設している請求項１又は２に記載のイオン源。
【請求項４】
前記プラズマ容器の前記内部空間の、前記配置方向の両端部には、熱電子を反射する反射板が、前記フィラメントのループ形状と対向するように設けられ、
前記ループ形状のサイズは、前記反射板のサイズより小さい請求項１〜３のいずれか１項に記載のイオン源。
【請求項５】
前記フィラメントは棒状の線材を曲げ加工して作製されてものであり、タングステン、モリブデン、及び、タングステンまたはモリブデンを主成分とする合金の中から選択された金属である請求項１〜４のいずれか１項に記載のイオン源。
【請求項６】
前記フィラメントの線径は、２ｍｍより大きい請求項１〜５のいずれか１項に記載のイオン源。
【請求項７】
前記フィラメントのＸ状に交差する部分の交差角度は７０〜１１０度である、請求項１〜６のいずれか１項に記載のイオン源。
【請求項８】
前記フィラメントの先端部と前記第１の壁面との間の距離は２〜３ｍｍである、請求項２に記載のイオン源。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明は、ガスを供給してアーク電圧を印加することによりプラズマを生成し、このプラズマからイオンビームを生成する、以下のイオン源を提供する。イオン源は、
（Ａ）イオンビームの引き出し方向と直交する方向に印加する磁場を形成する一対の磁石と、
（Ｂ）前記一対の磁石の間に設けられ、ガスが供給されてプラズマを生成する、導体面を有する内部空間を備え、イオンビームを引き出すための開口部が、前記内部空間の、一方向に長い壁面であってその長手方向が前記一対の磁石の配置方向に一致する第１の壁面に設けられたプラズマ容器と、
（Ｃ）前記内部空間内の一方向に長い前記プラズマ容器の壁面であってその長手方向が前記一対の磁石の配置に一致する第２の壁面から立設し、前記プラズマ容器と電気絶縁され、通電することにより前記内部空間に熱電子を放出するフィラメントと、
（Ｄ）前記フィラメントに電流を流す電源と、を有し、
（Ｅ）前記フィラメントの立設する前記第２の壁面は、前記第１と異なり、前記フィラメントは、前記第２の壁面から、前記一対の磁石の配置方向と異なる方向に立設し、
（Ｆ）さらに、前記フィラメントは、前記フィラメントの中央部でループ形状を成すように折り返され、前記ループ形状を成す面に対して垂直方向から見たとき、前記ループ形状の基部で接触することなくＸ状に交差する部分を有する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
その際、前記内部空間は、直方体形状を成し、前記第２の壁面は、前記第１の壁面と対向する壁面であることが好ましい。
また、前記ループ形状を成す面は、前記一対の磁石の磁場の向きに対して垂直となるように、前記フィラメントは立設していることが好ましい。
さらに、前記プラズマ容器の前記内部空間の、前記配置方向の両端部には、熱電子を反射する反射板が、前記フィラメントのループ形状と対向するように設けられ、前記ループ形状のサイズは、前記反射板のサイズより小さいことが好ましい。
【国際調査報告】
2009119060.tif 000005
2009119060.tif 000006
2009119060.tif 000007
2009119060.tif 000008