(57)【要約】【課題】不要な水素イオンを低減して重イオンの生成率の向上を図ると共に、高周波イオン源の効率化・能率化を達成すること。【解決手段】イオン源装置１のプラズマ室内において、アンテナ要素１０を挟んで配置されかつ磁石要素６及びアンテナ要素１０に対して水平及び垂直方向に相対移動可能な少なくとも一組のアンテナ対向磁石２０と、アンテナ要素１０の出力に基づく電界と、このアンテナ要素１０を横切るアンテナ対向磁石２０の磁界により、アンテナ要素の周囲に高濃度の電子発生領域を形成するように、プラズマ室内において、アンテナ要素１０に対するアンテナ対向磁石２０の位置を調整するための制御手段とを有する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン源ガスの供給口を有するプラズマ室と、高周波電源から供給される高周波電圧により前記プラズマ室内にプラズマを生成するためのアンテナ要素と、前記プラズマ室の壁面の周囲に配置されて前記プラズマを閉じ込めるカスプ磁場を形成する複数の磁石要素と、前記プラズマからイオンビームを引き出すための複数の電極からなる引出電極系とを備えるイオン源装置であって、
前記プラズマ室内において、前記アンテナ要素に対向配置されかつ前記磁石要素及び前記アンテナ要素に対して水平方向及び垂直方向に相対移動可能な少なくとも一組のアンテナ対向磁石と、
前記アンテナ要素の出力に基づく電界と、このアンテナ要素を横切る前記アンテナ対向磁石の磁界により、前記アンテナ要素の周囲に高濃度の電子発生領域を形成するように、前記プラズマ室内において、前記アンテナ要素に対する前記アンテナ対向磁石の位置を調整するための制御手段とを有することを特徴とするイオン源装置。
【請求項２】
制御手段は、前記アンテナ対向磁石間の相互距離及び前記アンテナ対向磁石と引出電極系の最前列の電極面との距離の一方または両方を調整するための磁石位置調整手段であることを特徴とする請求項１記載のイオン源装置。
【請求項３】
アンテナ対向磁石は、アンテナ要素を挟んで配置した一組の永久磁石からなることを特徴とする請求項１または請求項２記載のイオン源装置。
【請求項４】
アンテナ要素を挟んだ前記アンテナ対向磁石間の距離は、高濃度の電子領域の大きさに関係し、前記アンテナ対向磁石が、プラズマ室の壁面とアンテナ要素の中間位置にあることを特徴とする請求項３記載のイオン源装置。
【請求項５】
プラズマ室の壁面の周囲に配置されたカスプ磁場を形成する複数の磁石要素は、引出電極系の最前列側の近傍のプラズマ室側壁に配置しないことを特徴とする請求項１記載のイオン源装置。
【請求項６】
プラズマ室内に突出するアンテナ要素の先端部が位置する水平面を境として、前記プラズマ室の側面上部に前記複数の磁石要素を配置する領域と、前記プラズマ室の側面下部に前記複数の磁石要素を配置しない領域とを形成することを特徴とする請求項５記載のイオン源装置。
【請求項７】
アンテナ対向磁石は、１つまたは複数の永久磁石列のヨーク部を取り囲んだ金属製シールドケースに配置されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載のイオン源装置。
【請求項８】
金属シールドケースには、プラズマから受ける熱を冷却する冷却管路を有することを特徴とする請求項７記載のイオン源装置。
【請求項９】
プラズマ室の室壁に磁石要素を配置してカスプ磁場を形成し、かつプラズマ室内に設けたアンテナ要素に高周波電圧を印加して、電子の放電プラズマを生成するとともに、前記プラズマ室内にイオン源ガスを供給して、イオンのプラズマを形成し、複数の電極からなる引出電極系によって前記プラズマから電界の作用でイオンビームを引き出すイオン源装置において、所望イオンの生成率を増大させるための電子エネルギー最適化方法であって、
前記プラズマ室内の前記アンテナ要素近傍にアンテナ対向磁石を取り付け、
前記アンテナ要素に対する前記アンテナ対向磁石の相互位置を調整し、
前記アンテナ要素の出力に基づく電界と、このアンテナ要素を横切る前記アンテナ対向磁石の磁界により、前記アンテナ要素の周囲に電子がトラップされる高濃度の電子発生領域を形成したことを特徴とする電子エネルギー最適化方法。
【請求項１０】
前記電子発生領域内に生成される電子によってイオン源ガスをイオンに電離させ、前記アンテナ対向磁石によって生じる磁界と、前記プラズマ室の室壁に設けた磁石要素と前記アンテナ対向磁石との磁界による２つの磁気作用を生じるステップをさらに含むことを特徴とする請求項９記載の方法。
【請求項１１】
アンテナ対向磁石は、前記アンテナ要素を挟んで対向配置された一組の永久磁石からなり、前記アンテナ要素を挟んだ前記アンテナ対向磁石間の距離は、高濃度の電子領域の大きさに関係し、前記アンテナ対向磁石が、プラズマ室の壁面とアンテナ要素の中間位置にあることを特徴とする請求項９記載の方法
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的に、イオン注入装置に用いるイオン源装置、特に、不要な水素イオンの低減を目的とし、所望のイオンの生成率を高めた電子エネルギー最適化方法とこの方法を用いたイオン源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
イオン注入は、集積回路やフラットパネルディスプレイ等の製品を大規模生産する際に、シリコンウエハ又はガラス基板等の加工物に不純物を注入するために産業界において一般的に使用されている。従来のイオン注入装置は、所望のドーパント元素をイオン化して、それを加速して規定エネルギーのイオンビームを形成できるようにするイオン源を備えている。
【０００３】
イオン源は、グラファイト、ステンレス、アルミニウム等で直方体のチャンバーを形成する１つのプラズマ室と、プラズマ室内に閉じ込められたイオンを引き出すための引出電極系を有している。プラズマ室は、頂部壁、４つの側壁、及び底部壁で囲まれた直方形のチャンバーを形成し、頂部壁及び側壁の回りにプラズマ閉じ込め用のカスプ磁場を形成する複数の永久磁石が配置され、また、頂部壁に、イオン源ガスのガス供給口とアンテナの導入口を有し、底部壁に、イオンビームを引き出すために出口開口を有するプラズマ電極を備えている。引出電極系は、プラズマからの電界の作用でイオンビームを引き出すものであり、通常複数枚の電極で構成され、プラズマ室内の底部壁側から下流側に向けて、プラズマ電極、引出電極、抑制電極、及び接地電極を有している。
【０００４】
この種のイオン源は、プラズマ室内でイオン源ガスをプラズマ化させ、このプラズマに電界の作用を与えてイオンを引き出すものである。プラズマ室内に満たされるイオン源ガスは、所望のイオンの元になる元素が水素と化合した水素化合物ガスであり、例えば、リンイオンを得るためにはＰＨ３、ボロンイオンを得るためには、Ｂ２Ｈ６が用いられる。実際には、取扱い易さ、安全性等を考慮し、イオン源ガスは、水素化合物ガス単独ではなく、水素ガスを混合することにより希釈したイオン源ガス、即ち、水素希釈ジボランガス（Ｂ２Ｈ６／Ｈ２）、水素希釈ホスフィンガス（ＰＨ３／Ｈ２）、又は水素希釈アルシンガス（ＡｓＨ３／Ｈ２）が用いられる。
【０００５】
このように、イオン源ガスは、水素化合物ガスであり、しかも水素ガスが混合されている。このため、プラズマ室内には、混合プラズマ、即ち、種々のイオンからなるプラズマが発生する。一般に、プラズマは、加工物にイオン注入する好ましいイオンと共に、イオン注入に好ましくないイオン及びイオン化処理の副産物であるイオンをも含んでいる。更に、プラズマは、エネルギー分布を持った電子を含んでいる。例えば、水素希釈ジボランガス（Ｂ２Ｈ６／Ｈ２）を用いた場合、ホウ素（Ｂ）関係イオンとして、Ｂ２＋イオンの他に、Ｂ２Ｈｘ＋（ｘ＝１、２、３、４、５、６）またはＢＨｙ＋イオン（ｙ＝１、２、３）等が発生し、また、水素（Ｈ）関係イオンとして、Ｈ＋イオン、Ｈ２＋イオン等が発生する。その比率は、ホウ素（Ｂ）関係イオンが１５％に対して、水素（Ｈ）関係イオンが８５％になる。水素希釈ホスフィンガス（ＰＨ３／Ｈ２）をイオン源ガスとした場合、燐（Ｐ）関係イオンが３０％に対して、水素（Ｈ）関係イオンが７０％になる。
【０００６】
それゆえ、ジボランガス等のドーパントガスは、水素ガスを含むプラズマ室内で希釈され、この混合物に衝撃を与えるプラズマ室内で活性化した高エネルギーの電子が放出される。このイオン化処理の結果として、所望のイオン（Ｂ＋あるいはＰ＋）とともに、出口開口から引き出される水素イオンが作り出されてイオンビームとなる。
【０００７】
こうして、水素（Ｈ）関係イオンは、所望のイオンと共に注入される。水素（Ｈ）関係イオンの十分な電流密度があると、これらのイオンは、加工物の望ましくない温度上昇を生じさせ、シリコンウエハまたはガラス基板の表面上のフォトレジストを損傷する。
【０００８】
イオンビームを引き出すために不要のイオン数を減少させるために、プラズマ室内に磁石を設けてイオン化したプラズマを分離することが知られている。この磁石は、望ましくないイオン及び高エネルギーの電子を出口開口から離れたプラズマ室の一部に閉じ込め、かつ望ましいイオンと低エネルギーの電子を出口開口に近いプラズマ室の一部に閉じ込める。
【０００９】
イオンドーピング等の目的からすると、プラズマ室から取り出されるＢ２Ｈｘ＋イオンまたはＢＨｙ＋イオンが混在しても大きく差し支えないが、Ｈｘ＋イオン（ｘ＝１、２、３）は、不用なものである。これらの不要なイオンは、プラズマ室内壁や引出電極、あるいはイオンドーピングの対象物等に衝突して熱負荷となる。また、加速電力を無駄に消費する。従って、良質のイオン源とするために、Ｈｘ＋イオンが所望のイオンビーム中に含まれないようにする必要がある。
【００１０】
このため、プラズマ室内、即ち、プラズマ室底部と引出電極との間にプラズマ室底部及び引出電極に平行に磁気フィルタを設け、引出電極に向かう重イオンを通過させて軽イオンを捕捉する磁気フィルタを設けたものがある（例えば、参考文献１参照）。
【００１１】
このイオン源の装置では、磁気フィルタのスリットへ入ったイオンのうち、軽イオン、即ち、Ｈ＋イオン、Ｈ２＋イオンは、質量が小さいので、スリット間に形成されるイオンの通過方向に直交する磁場によって移動方向が大きく曲げられ、ラーマー半径内に入ってこの磁場内に捕捉される。従って、プラズマ電極側には、軽イオンが拡散しなくなる。
【００１２】
一方、Ｂ２＋イオン、Ｂ２Ｈｘ＋イオンまたはＢＨｙ＋イオンや、Ｐ＋イオンやＰＨｘ＋イオン（ｘ＝１、２、３）からなる重イオンは質量が大きいので、スリットを通過し、通過した後も移動方向があまり変わらず、プラズマ電極側へと拡散していく。しかし、このような磁気フィルタを用いる方法は、磁気フィルタの性能に左右され、かつ、磁気フィルタ自体は、その性質上、生成されたイオンを増大させることなくむしろ低減する作用を有しており、さらに、磁気フィルタに種々のイオン源材料が付着堆積した場合、これらの影響が無視できなくなる。
【００１３】
また、高周波イオン源から引き出すイオンビーム中に含まれる水素イオンの成分比を小さくする別の方法が知られている（例えば、参考文献２参照）。
【００１４】
一般的に、高周波電極とプラズマ間に形成されるカスプ磁場が強すぎると、エネルギーの高い高速電子もドリフト運動を行うことが可能になり、高速電子によって水素のような電離エネルギーの高いものも電離されてイオン化され、イオンビーム中の水素イオンの成分比が大きくなる。一方、カスプ磁場が弱すぎると、電子のドリフト運動ができなくなり電子の寿命が短くなり、高周波放電の維持が困難になる。
【００１５】
従って、プラズマ室内のプラズマと高周波電極の間に形成されるシース中のカスプ磁場の強度を１〜３ｍＴにして、シース中のカスプ磁場を制御することにより、一方でエネルギーの高い高速電子のドリフト運動を抑制し、また、他方で、シース中での電子のドリフト運動がほどんどなくなって電子の寿命が短くなって高周波放電の維持が困難になることを防止することができる。その結果、イオンビームを安定して引き出すとともに、イオンビーム中に含まれる水素イオンの成分比を小さくすることができるようになっている。
【００１６】
しかし、この方法では、高速電子のドリフトを抑制するために、プラズマからの所望イオンを生成して強力なイオンビーム出力を達成することが難しい。
【００１７】
また、一般的なイオン源として、図７（ａ）に示すようなバーナス型イオン源を用いることができる。この場合、プラズマ電極３１を備えるアークチャンバ（イオン源）３２の外側に対向配置された一組の磁石３３によって生じる磁界中において、チャンバー内のフィラメント３４からカソードキャップ３５を介して熱電子３６が放出されると、この熱電子３６は、イオン源ガスのボロンやリンと反応してイオンが生成される。プラズマ室の室壁に配置された永久磁石によりソース磁界が作用すると、図７（ｂ）に示すように、熱電子３６は、外部磁石３３の磁力線に沿って螺旋を描きながら、この磁界内でトラップされる。トラップされる電子の運動方向ｅは、飛び出した時の状態における電子のベクトルによって決まり、磁力線と同一または逆方向となる。この現象は、図７（  ｃ）に示すようなサイクロトロン運動に基づいており、電子及びイオンは、磁力線を中心に回転しながら、この磁力線に沿って運動する。
【００１８】
一方、図７（ｄ）に示すように、ＲＦアンテナをプラズマ室内に配置した場合、高周波（マイクロ波も含む）電源からの所望の電圧が加えられる。例えば、１３．５６ＭＨｚの高周波電界をアンテナに印加すると、図中に示す方向に電界が発生し、また、これに直交する方向に磁界が発生する。それゆえ、この電界で加速された電子と気体分子との衝突によって電離が進行し、プラズマが生成される。しかし、アンテナによる電界の作用では、ドリフトする電子の量に限界がある。また、磁界も発生するが、この磁界は、電子への影響が少ない。
【００１９】
【特許文献１】
特開平８−２０９３４１号公報（段落番号０００３〜０００６、００２  １〜００２３）
【特許文献２】
特開２０００−４８７３４号公報（段落番号００１５〜００１８）
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
このような事情に鑑みて、従来技術における問題点を解消するために、本発明は、新たな磁気フィルタを用いることなく、プラズマ室内にアンテナと磁石を配置して、不要な水素イオンを低減して重イオンの生成率の向上を図ると共に、高周波イオン源の効率化・能率化を達成する、電子エネルギー最適化方法とこの方法を用いたイオン源装置を提供することを目的としている。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、各請求項に記載の構成を有する。本発明のイオン源装置は、イオン源ガスの供給口を有するプラズマ室と、高周波電源から供給される高周波電圧によりプラズマ室内にプラズマを生成するためのアンテナ要素と、プラズマ室の壁面の周囲に配置されてプラズマを閉じ込めるカスプ磁場を形成する複数の磁石要素と、プラズマからイオンビームを引き出すための複数の電極からなる引出電極系とを備えている。
【００２２】
本発明の特徴とする構成は、プラズマ室内において、アンテナ要素を挟んで配置されかつ磁石要素及びアンテナ要素に対して水平及び垂直方向に相対移動可能な少なくとも一組のアンテナ対向磁石と、
アンテナ要素の出力に基づく電界と、このアンテナ要素を横切るアンテナ対向磁石の磁界により、アンテナ要素の周囲に高濃度の電子発生領域を形成するように、プラズマ室内において、アンテナ要素に対するアンテナ対向磁石の位置を調整するための制御手段とを有することである。
【００２３】
これにより、プラズマ室内に残留する電子、あるいはアンテナ要素から発生する電子が、アンテナのコイルに流れる電流により発生する電界の作用を受け、かつアンテナ対向磁石による磁界、及びこのアンテナ対向磁石とこれに近い磁石要素との間の磁界によって、アンテナ要素の周囲に、高濃度の電子発生領域となる電子のトラップ領域が形成される。このトラップ領域では、多数の電子によりイオン源ガスの成分からなるイオンが大量に分離されることによって、引出電極系から強力なイオンビームを引き出すことができる。また、水素イオン等の軽イオンは、アンテナ対向磁石による磁界、及びこのアンテナ対向磁石とこれに近い磁石要素との間の磁界による磁気作用により捕捉される。
【００２４】
本発明の方法によれば、イオン源装置において、前記プラズマ室内の前記アンテナ要素近傍にアンテナ対向磁石を取り付け、
前記アンテナ要素に対する前記アンテナ対向磁石の相互位置を調整し、
前記アンテナ要素の出力に基づく電界と、このアンテナ要素を横切る前記アンテナ対向磁石の磁界により、前記アンテナ要素の周囲に電子がトラップされる高濃度の電子発生領域を形成するステップを有することを特徴としており、これにより、プラズマ室内の電子エネルギーを最適化して所望イオンの生成率を増大させることができる。
【００２５】
さらに、電子発生領域内に生成される電子によってイオン源ガスをイオンに電離させ、前記アンテナ対向磁石によって生じる磁界と、前記プラズマ室の室壁に設けた磁石要素と前記アンテナ対向磁石との磁界による２つの磁気作用を形成することにより、不要な水素イオン等の軽イオンを捕捉して、目的とするイオンのイオンビームを形成することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明に係る高周波イオン源装置１の概略断面構成図である。このイオン源装置１は、高周波放電によってプラズマを発生するとともに、このプラズマを閉じ込めるためのプラズマ室２と、このプラズマ室内のプラズマから電界の作用でイオンビームを引き出すための引出電極系３とを備えている。
【００２７】
プラズマ室２は、図２に示すように、イオン源ガスを供給するための入口開口４を有する頂部壁５、この頂部壁５と一体に形成され、外周に永久磁石６を配置した４つの側壁７、及び出口開口を有する底部壁８とによって囲まれた方形の箱状容器で構成されている。永久磁石６は、各磁石のＮ極とＳ極が磁石の断面方向の中心を境として分極化されるようにプラズマ室の壁面に磁極のどちらかが面するように配置されている。その結果、磁力線が隣接する磁石のＮ極からＳ極に走り、プラズマ室２の中心に向けてプラズマを集中させるカスプ磁場を形成する（図３参照）。
【００２８】
プラズマ室内に供給されるイオン源ガスは、イオン化可能なドーパントガスであり、圧縮ガスの発生源から直接または間接的に得られるもので、所定の流量でプラズマ室内に噴射される。代表的なイオン源要素としては、ボロン（Ｂ）リン（Ｐ）、砒素（Ａｓ）であり、上述したように、ジボラン、ホスフィン、アルシン等のガス状の形で供給される。また、プラズマ室内を真空に排気する手段として真空排気装置（図示略）が接続されている。
【００２９】
さらに、プラズマ室２は、頂部壁５および側壁７に配置された供給口１５及び排出口１６を通じて、壁面周囲に冷却水を循環させるための冷却管路（図示略）が設けられる。また、図４に示すように、プラズマ室の側壁の一端側から長手方向に伸び、アンテナ対向磁石２０の側面に冷却水が流れる別の冷却管路１８が設けられている。この管路は、一端部側にフレキシブルのリンク１９が連結されており、プラズマ室内において、アンテナ対向磁石２０がアンテナ要素１０に対して自由に移動できるようになっている。
【００３０】
引出電極系３は、図１に示すように、プラズマ室の前面側から順次、プラズマ電極１１、引出電極１２、抑制電極１３、及び接地電極１４が設けられ、それぞれの電極には、複数の開口を有し、所定の電圧が印加されて、プラズマ室内から電界の作用でイオンビームを引き出すようになっている。
【００３１】
図２ないし図５において、本発明のイオン源装置１は、以下で説明する特徴部分の構成を有する。これらの特徴部分は、プラズマ室内において、頂部壁５のアンテナ導入口から突出するアンテナ要素１０と、このアンテナ要素１０を挟んで配置される一組の細長いアンテナ対向磁石２０と、この対向磁石をアンテナ要素１０に対して接近・離間させるために、水平方向及び垂直方向に移動可能な磁石位置調整手段（図５参照）３０とを含んでいる。
【００３２】
アンテナ要素１０は、図４に示すように、側壁７の周囲に永久磁石６が配置されるプラズマ室の空間に、等間隔で３個設けられている。各アンテナ要素１０は、ここでは、２ターンのコイルで構成されており、それぞれ対応する高周波電源１２に接続されて各アンテナ要素１０に所望の高周波電力が供給される。なお、アンテナ要素１０は、頂部壁５から垂下してプラズマ室２の中央位置に固定されているが、その位置は、上下方向に移動できるように構成してもよい。
【００３３】
アンテナ対向磁石２０は、プラズマ室２の側面に平行な細長い棒状の一組の永久磁石２０ａ、２０ｂからなり、アンテナ要素１０の前側と後側にアンテナ要素１０を挟む形で配置されている。図４では、後側のみの永久磁石２０ａが示されている。
【００３４】
このアンテナ対向磁石２０は、図６に示すように、永久磁石２３とヨーク２３’から構成され、その外側全体を２つのステンレス製シールドケース２４が覆っている。また、アンテナ対向磁石２０は、図４及び図５に示すように、プラズマ室の長手方向両端部の中央底部からそれぞれ立設するポスト２１、２１に支持された磁石位置調整手段（制御手段）３０を介して取り付けられている。さらに、アンテナ対向磁石２０を冷却するために、シールドケース２４の一面に冷却管１８が取り付けられている。
【００３５】
アンテナ対向磁石２０は、支持体Ｚを介して、磁石位置調整手段３０の横プレート２９にボルト、ねじ等の締結具によって取り付けられる。これにより、アンテナ対向磁石２０とアンテナ要素１０との間の横方向（水平方向）の距離が調整される。なお、アンテナ対向磁石２０は、ここでは、一組の永久磁石であるが、各アンテナ要素１０に対してそれぞれ対の永久磁石、あるいは、アンテナ要素１０の一方側だけに配置することも可能である。
【００３６】
磁石位置調整手段３０は、プラズマ室２の長手方向両端側に高周波電源１２のハウジング上面１２ａに取り付けられた駆動モータ２６の軸に連結された回転軸２７を介して垂直方向に昇降する支持機構２８を有する。この支持機構２８は、横方向に水平に伸びる横プレート２９を有し、上述したように、横プレート２９の両端にアンテナ対向磁石２０、２０が取り付けられる。これにより、磁石位置調整手段３０を介して、アンテナ対向磁石２０は、支持機構２８の上下移動によりアンテナ要素１０に対して垂直方向に接近・離間し、また、横プレート２９上の任意の位置に作業者がアンテナ対向磁石２０を固定することにより、この磁石間の相互距離を調整でき、アンテナ要素１０に対する水平方向移動を可能にする。
【００３７】
また、アンテナ要素１０に対するアンテナ対向磁石２０の位置を変化させて調べた結果、アンテナ要素１０を挟んだアンテナ対向磁石２０，２０間の距離は、高濃度の電子領域の大きさに関係し、アンテナ対向磁石２０が、プラズマ室２の壁面とアンテナ要素１０の中間位置となるように配置すると、最適な電子エネルギーを得ることがわかった。
【００３８】
また、プラズマ室２の壁面の周囲に配置されたカスプ磁場を形成する複数の永久磁石６は、引出電極系３の最前列側の近傍のプラズマ室側壁に配置しないことが望ましい。そして、図２に示すように、プラズマ室内に突出するアンテナ要素１０の先端部が位置する水平面Ｐを境として、プラズマ室２の側面上部に複数の永久磁石６を配置する領域Ｓと、プラズマ室の側面下部に複数の永久磁石６を配置しない領域Ｔとを形成すると、より有効な電子発生領域を形成することができる。
【００３９】
さらに、アンテナ対向磁石２０は、１つまたは複数の永久磁石列のヨーク部を取り囲んだ金属製シールドケース２４に配置され、金属シールドケース２４には、プラズマから受ける熱の冷却用の冷却管路を備えたことより、アンテナ対向磁石２０の物理的特性を高めることができる。
【００４０】
このような機構を有する本発明のイオン源装置１において、アンテナ要素１０から発生するイオン化した電子の振る舞いを説明する。
【００４１】
アンテナ要素２０に高周波電源１２からの高周波電圧を印加すると、アンテナに流れる電流により電界が発生し、また、この電界に直交する方向に磁界が作用する（図６ｃ参照）。この電界は電子に作用するが、磁界の方は電子への影響力が少ない。また、高周波電圧によりプラズマ室内に放電プラズマが生成されると、この放電プラズマは、磁石によって作られるカスプ磁場によってプラズマ室内に閉じ込められる。しかし、通常、プラズマ室の側壁の周囲に設けた永久磁石６によるカスプ磁場だけでは、プラズマ室の中心部の磁場は弱く、中心部付近でのプラズマは希薄なものになってしまう。それゆえ、目的イオンが生成されやすいエネルギーの電子を生成する磁界を強くすることができない。
【００４２】
そこで、本発明では、プラズマ室２の中心部にアンテナ要素１０を配置するとともに、このアンテナ要素１０の近傍に少なくとも一組のアンテナ対向磁石２０を配置する。この結果、アンテナ要素１０による高周波の電界と、この電界を横切るアンテナ対向磁石２０による磁力線によって、中心部でのプラズマの密度を濃くすることができる。
【００４３】
それは、プラズマがアンテナ要素１０を挟んだ一組のアンテナ対向磁石２０を横切って通過する際、プラズマ中の電子は、磁界中のラーマー半径が小さいために、この磁力線に捕捉される。このため、アンテナ要素１０を横切る磁界の強さを適切にすると、アンテナ要素１０の周囲に電子の密度が濃い領域、即ち、高濃度の電子発生領域が形成される。その結果、この電子発生領域では、イオン源ガス、例えば、ジボランガス（Ｂ２Ｈ６）が、電子により、Ｂ２Ｈｘ＋イオンまたはＢＨｙ＋イオン、Ｈｘ＋イオン等に分離する。このため、イオンビームを形成する目的イオンをより多く、高濃度の電子発生領域で生成することが可能になる。すなわち、電子がトラップされて運動している間にエネルギーが下がり、Ｈのイオン化エネルギー以下で、ジボランのイオン化エネルギー以上となって、ジボランイオンが増加するものである。このようにして、アンテナ近傍の領域には、ジボラン分子の励起に適した電子エネルギー分布を持つ高温プラズマが生成される。
【００４４】
また、図３に示すカスプ磁場内において、アンテナ対向磁石２０は、プラズマ室２の壁面に配置された近くの永久磁石６との間で磁界が生じ、磁力線ｍ、ｎが一方の磁石のＮ極から他方の磁石のＳ極へ向かって形成されるので、磁気フィルタを形成する。したがって、アンテナ対向磁石間における副次的作用による磁気フィルタと、アンテナ対向磁石２０と、これに近いプラズマ室の壁面に配置した永久磁石６との間に形成される副次的な磁気フィルタの２つの磁気フィルタ作用によって、電子や水素イオン等の軽イオンを捕捉することができ、イオンビームを形成するのに必要な重イオンは、プラズマ室内の磁界フィルタを通過することができ、引出電極系によって、強力なイオンビームを引き出すことができる。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、本発明は、カスプ磁場を形成するプラズマ室内において、磁石位置調整手段を用いてアンテナ要素とアンテナ対向磁石との相互配置を調整することによって、最適な電子エネルギー領域を形成して、目的イオンの生成率を向上させることができる。また、アンテナ対向磁石によって生じる磁界と、プラズマ室の室壁に設けた磁石要素とアンテナ対向磁石との磁界による２つの磁気作用を形成することにより、不要な水素イオン等の軽イオンを捕捉して、目的とするイオンのイオンビームを形成することができる。
【００４６】
上述した記述は、本発明の一例を示すものであり、本発明は、個々に記載の特定の実施形態に制限されるものではなく、特許請求の範囲に記載の構成に基づいて、種々の再構成、修正、及び変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明に係るイオン源装置の概略構成を示す断面構成図である。
【図２】図２は、本発明に係るイオン源装置のプラズマ室内に配置されたアンテナ要素に対して移動するアンテナ対向磁石の動きを説明するための断面概略図である。
【図３】図３は、本発明に係るプラズマ室での磁場の状態を説明するための模式図である。
【図４】図４は、本発明に係るイオン源装置のプラズマ室内におけるアンテナ要素の配置を示す一部断面構成図である。
【図５】図５は、本発明に係るアンテナ対向磁石を水平及び垂直方向に移動させる磁石位置調整装置の構造を示すイオン源装置の断面構成図である。
【図６】図６は、本発明に係るアンテナ対向磁石において、１つのコア部からなる磁石構造を示す断面図である。
【図７】図７（ａ）は、バーナス型イオン源の模式図であり、図７（ｂ）は、一対の磁石によって電子が捕捉される状態を説明する図であり、図７（ｃ）は、磁力線の進む方向に対する電子及びイオンのサイクロトン運動を示す図であり、図７（ｄ）は、アンテナ要素に作用する電界と磁界を示す図である。
【符号の説明】
１    イオン源装置
２    プラズマ室
３    引出電極系
５    頂部壁
６    永久磁石
７    側壁
８    底部壁
１０  アンテナ要素
１２  高周波電源
２０  アンテナ対向磁石
３０  磁石位置調整手段
【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】
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