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JP2020173984A - Ion source, ion implanter, and magnesium ion generation method - Google Patents

Ion source, ion implanter, and magnesium ion generation method Download PDF

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JP2020173984A
JP2020173984A JP2019075461A JP2019075461A JP2020173984A JP 2020173984 A JP2020173984 A JP 2020173984A JP 2019075461 A JP2019075461 A JP 2019075461A JP 2019075461 A JP2019075461 A JP 2019075461A JP 2020173984 A JP2020173984 A JP 2020173984A
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ion
raw material
cathode electrode
electrode
generation container
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琢巳 湯瀬
Takumi Yuse
琢巳 湯瀬
徳康 佐々木
Noriyasu Sasaki
徳康 佐々木
英夫 鈴木
Hideo Suzuki
英夫 鈴木
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Abstract

To provide an ion source having a long life, which can generate a stable magnesium ion with a simple structure.SOLUTION: An ion source 10 according to the present invention heats a cathode electrode 22 by an energized filament 20 and emits thermoelectrons from an electron emitting surface 38 toward a repeller electrode 23, controls the potentials of the cathode electrode 22 and the repeller electrode 23 such that the thermoelectrons reciprocate between the cathode electrode 22 and the repeller electrode 23, and decomposes introduced sputter gas by the thermoelectrons to generate plasma of sputter gas. A raw material block 28 is sputtered by the ions in the plasma to generate positively charged magnesium ions.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、イオン源に関し、特に、マグネシウム(Mg)をイオン化して基板に注入するイオン注入装置に用いるイオン源の技術に関する。 The present invention relates to an ion source, and more particularly to an ion source technique used in an ion implantation apparatus that ionizes magnesium (Mg) and implants it into a substrate.

近年、例えば窒化ガリウム(GaN)からなる基板にマグネシウム(Mg)イオンをドーパントとして注入するプロセスを行う技術が実用化しつつあり、マグネシウムのイオンビームを生成するイオン源を有するイオン注入装置が開発されている。 In recent years, for example, a technique for implanting magnesium (Mg) ions as a dopant on a substrate made of gallium nitride (GaN) has been put into practical use, and an ion implantation device having an ion source for generating an ion beam of magnesium has been developed. There is.

このようなイオン源において、マグネシウムイオンを生成するには、真空中で容器内に配置された固体のマグネシウムを加熱して昇華させて気化し、このマグネシウムの気体をイオン生成容器内においてアーク放電させてプラズマを生成し、イオン化する方法がある。 In order to generate magnesium ions in such an ion source, solid magnesium placed in a container is heated in a vacuum to sublimate and vaporize, and the magnesium gas is arc-discharged in the ion generation container. There is a method of generating plasma and ionizing it.

この場合、装置構成の簡素化を目的として、イオン生成容器内においてマグネシウムの放電を補助(アシスト)するために例えばアルゴン等の放電補助ガスを供給する管をマグネシウムの気体を導入する原料気体導入管に接続し、一つの原料気体導入管のみを介してこれら2種類の気体をイオン生成容器内に導入することが広く行われている。 In this case, for the purpose of simplifying the device configuration, a raw material gas introduction pipe that introduces a magnesium gas into a pipe that supplies a discharge auxiliary gas such as argon in order to assist the discharge of magnesium in the ion generation container. It is widely practiced to introduce these two types of gases into the ion generation container via only one raw material gas introduction pipe.

しかし、このような従来技術においては、固体のマグネシウムを昇華させる際、例えば図10に示すように、イオン原料供給部内の温度が500℃より低い場合に蒸気圧が急激に変化するため、安定したイオンビームを得るためには、イオン原料供給部内の温度を約500℃に高精度で調節する必要がある。 However, in such a conventional technique, when sublimating solid magnesium, for example, as shown in FIG. 10, when the temperature in the ion raw material supply section is lower than 500 ° C., the vapor pressure changes rapidly, so that it is stable. In order to obtain an ion beam, it is necessary to adjust the temperature inside the ion raw material supply unit to about 500 ° C. with high accuracy.

また、放電補助ガスをマグネシウムの気体と共に原料気体導入管を介してイオン生成容器内に導入すると、常温に近い温度の放電補助ガスが原料気体導入管内に流入するため、原料気体導入管と放電補助ガス供給管の先端部との接続部分にマグネシウムの気体が固体化して付着し、放電補助ガス供給管の導入口を塞いでしまうことがある。その結果、従来技術ではイオン源の寿命を延ばすことが困難である。 Further, when the discharge auxiliary gas is introduced into the ion generation container together with the magnesium gas through the raw material gas introduction pipe, the discharge auxiliary gas having a temperature close to room temperature flows into the raw material gas introduction pipe, so that the raw material gas introduction pipe and the discharge auxiliary are discharged. Magnesium gas may solidify and adhere to the connection portion with the tip of the gas supply pipe, blocking the introduction port of the discharge auxiliary gas supply pipe. As a result, it is difficult to extend the life of the ion source with the prior art.

特開2004−139913号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2004-139913

本発明は、このような従来の技術の課題を考慮してなされたもので、その目的とするところは、簡素な構成で安定したマグネシウムイオンを生成することができるとともに、寿命の長いイオン源を提供することにある。 The present invention has been made in consideration of such problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide an ion source having a long life as well as being able to generate stable magnesium ions with a simple configuration. To provide.

上記従来技術の課題を解決するためになされた本発明は、真空中でスパッタリングによってマグネシウムイオンを生成するイオン生成容器と、前記イオン生成容器内の一端に配置されたカソード電極と、前記イオン生成容器内の他端に配置され、前記カソード電極の表面と対向するように設けられたリペラ電極と、前記カソード電極に対して前記イオン生成容器の外部側に配置されたフィラメントとを有するとともに、前記イオン生成容器内に、マグネシウム化合物からなるスパッタリングターゲットとしての固体状態の原料ブロックが設けられ、通電された前記フィラメントによって前記カソード電極を加熱し、電子放出面から前記リペラ電極に向かって熱電子を放出させ、当該熱電子が前記カソード電極と前記リペラ電極との間で往復移動するように当該カソード電極及び当該リペラ電極の電位を制御し、導入されたスパッタガスを前記熱電子によって分解して当該スパッタガスのプラズマを生成し、当該プラズマ中のイオンによって前記原料ブロックをスパッタして正電荷のマグネシウムイオンを生成するように構成されているイオン源である。
本発明では、前記カソード電極と前記リペラ電極のいずれか一方又は両方の近傍に前記原料ブロックが設けられていることも効果的である。
本発明では、前記原料ブロックが酸化マグネシウム(MgO)である場合にも効果的である。
本発明では、前記原料ブロックがフッ化マグネシウム(MgF2)である場合にも効果的である。
本発明では、前記リペラ電極が前記マグネシウム化合物からなる場合にも効果的である。
また、本発明は、上述したいずれかのイオン源を有し、当該イオン源から放出されたイオンビームを基板に照射して注入するように構成されているイオン注入装置である。
さらに、本発明は、真空中でスパッタリングによってマグネシウムイオンを生成するイオン生成容器と、前記イオン生成容器内の一端に配置されたカソード電極と、前記イオン生成容器内の他端に配置され、前記カソード電極の表面と対向するように設けられたリペラ電極と前記カソード電極に対して前記イオン生成容器の外部側に配置されたフィラメントとを有するイオン源を用いてマグネシウムイオンを生成する方法であって、前記イオン生成容器内に、マグネシウム化合物からなるスパッタリングターゲットとしての固体状態の原料ブロックを設け、通電された前記フィラメントによって前記カソード電極を加熱し、電子放出面から前記リペラ電極に向かって熱電子を放出させ、当該熱電子が前記カソード電極と前記リペラ電極との間で往復移動するように当該カソード電極及び当該リペラ電極の電位を制御し、導入されたスパッタガスを前記熱電子によって分解して当該スパッタガスのプラズマを生成し、当該プラズマ中のイオンによって前記原料ブロックをスパッタして正電荷のマグネシウムイオンを生成する工程を有するマグネシウムイオン生成方法である。
The present invention made to solve the above-mentioned problems of the prior art has an ion generation container that generates magnesium ions by sputtering in a vacuum, a cathode electrode arranged at one end of the ion generation container, and the ion generation container. It has a repeller electrode arranged at the other end of the inside and provided so as to face the surface of the cathode electrode, and a filament arranged on the outer side of the ion generation container with respect to the cathode electrode, and the ion. A solid raw material block as a sputtering target made of a magnesium compound is provided in the production container, and the cathode electrode is heated by the energized filament to emit thermoelectrons from the electron emitting surface toward the repeller electrode. The potentials of the cathode electrode and the repeller electrode are controlled so that the thermoelectrons reciprocate between the cathode electrode and the repeller electrode, and the introduced sputter gas is decomposed by the thermoelectrons to decompose the sputter gas. It is an ion source configured to generate the plasma of the above and sputter the raw material block with the ions in the plasma to generate positively charged magnesium ions.
In the present invention, it is also effective that the raw material block is provided in the vicinity of either one or both of the cathode electrode and the repeller electrode.
In the present invention, it is also effective when the raw material block is magnesium oxide (MgO).
In the present invention, it is also effective when the raw material block is magnesium fluoride (MgF 2 ).
The present invention is also effective when the repeller electrode is made of the magnesium compound.
Further, the present invention is an ion implantation apparatus having any of the above-mentioned ion sources and configured to irradiate and inject an ion beam emitted from the ion source onto a substrate.
Further, the present invention comprises an ion generation container that generates magnesium ions by sputtering in a vacuum, a cathode electrode arranged at one end of the ion generation container, and the cathode arranged at the other end of the ion generation container. A method of generating magnesium ions using an ion source having a repeller electrode provided so as to face the surface of the electrode and a filament arranged on the outer side of the ion generation container with respect to the cathode electrode. A solid raw material block as a sputtering target made of a magnesium compound is provided in the ion generation container, the cathode electrode is heated by the energized filament, and thermoelectrons are emitted from the electron emitting surface toward the repeller electrode. Then, the potentials of the cathode electrode and the repeller electrode are controlled so that the thermoelectrons reciprocate between the cathode electrode and the repeller electrode, and the introduced sputter gas is decomposed by the thermoelectrons to decompose the spatter. This is a magnesium ion generation method including a step of generating a gas plasma and sputtering the raw material block with the ions in the plasma to generate positively charged magnesium ions.

本発明によれば、マグネシウム化合物からなるスパッタリングターゲットとしての固体状態の原料ブロックがイオン生成容器内に設けられ、この原料ブロックをスパッタリングしてマグネシウムイオンを生成するようにしたことから、非常に簡素な構成で安定したマグネシウムイオンを生成することができる。 According to the present invention, a raw material block in a solid state as a sputtering target made of a magnesium compound is provided in an ion generation container, and the raw material block is sputtered to generate magnesium ions, which is very simple. It is possible to generate stable magnesium ions in the composition.

また、本発明によれば、マグネシウムの気体をイオン生成容器内に導入してプラズマを生成する従来技術のような、マグネシウムの気体の導入部分における気体の固体化によるマグネシウムの付着の問題は発生しないので、イオン源の長寿命化を図ることができる。 Further, according to the present invention, the problem of magnesium adhesion due to solidification of the gas at the introduction portion of the magnesium gas does not occur as in the conventional technique of introducing the magnesium gas into the ion generation container to generate plasma. Therefore, the life of the ion source can be extended.

本発明のイオン源を用いた本発明のイオン注入装置の全体を示す概略構成図Schematic configuration diagram showing the whole of the ion implantation apparatus of the present invention using the ion source of the present invention. 本発明に係るイオン源の実施の形態の内部を示す概略構成図Schematic configuration diagram showing the inside of the embodiment of the ion source according to the present invention. (a):原料ブロックの構成を示す平面図、(b):原料ブロックの構成を示す斜視図(A): Plan view showing the structure of the raw material block, (b): perspective view showing the structure of the raw material block (a):装着部材の構成を示す平面図、(b):装着部材の構成を示す斜視図(A): Plan view showing the configuration of the mounting member, (b): perspective view showing the configuration of the mounting member. (a):原料支持体の構成を示す平面図、(b):原料支持体の構成を示す斜視図(A): Plan view showing the structure of the raw material support, (b): perspective view showing the structure of the raw material support 原料ブロックを原料支持体に装着した場合の構成を示す正面図Front view showing the configuration when the raw material block is attached to the raw material support 本発明に係るイオン源の他の実施の形態の内部を示す概略構成図Schematic block diagram showing the inside of another embodiment of the ion source according to the present invention. 本発明に係るイオン源の他の実施の形態の内部を示す概略構成図Schematic block diagram showing the inside of another embodiment of the ion source according to the present invention. 本発明に係るイオン源の他の実施の形態の内部を示す概略構成図Schematic block diagram showing the inside of another embodiment of the ion source according to the present invention. マグネシウムの飽和蒸気圧曲線を示すグラフGraph showing the saturated vapor pressure curve of magnesium

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

<イオン注入装置>
図1は、本発明のイオン源を用いた本発明のイオン注入装置1の全体を示す概略構成図である。
<Ion implanter>
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing the entire ion implantation apparatus 1 of the present invention using the ion source of the present invention.

図1に示すように、本例のイオン注入装置1は、後述するイオン源10と、走行室2と、質量分析装置3と、加速装置4と、走査装置5と、注入室6とが、これらの順に接続されて構成されている。 As shown in FIG. 1, in the ion implantation device 1 of this example, the ion source 10, the traveling chamber 2, the mass spectrometer 3, the accelerator 4, the scanning device 5, and the implantation chamber 6, which will be described later, are included. It is configured by connecting in these order.

なお、このイオン注入装置1は、イオン源10、走行室2、加速装置4、注入室6が、真空排気装置9a〜9dによってそれぞれ真空排気されるようになっている。 In the ion implantation device 1, the ion source 10, the traveling chamber 2, the accelerator 4, and the implantation chamber 6 are evacuated by the vacuum exhaust devices 9a to 9d, respectively.

イオン源10にはガス供給部12が接続されており、イオン源10はガス供給部12が供給するスパッタガスを用いてスパッタリングによってマグネシウムイオンを生成する。 A gas supply unit 12 is connected to the ion source 10, and the ion source 10 generates magnesium ions by sputtering using the sputter gas supplied by the gas supply unit 12.

マグネシウムイオンは、走行室2の内部に引き出され、走行室2の内部を走行し、質量分析装置3の内部に入射するようになっている。 Magnesium ions are drawn into the traveling chamber 2, travel inside the traveling chamber 2, and enter the inside of the mass spectrometer 3.

本実施の形態では、正電荷のマグネシウムイオンが質量分析装置3の内部を通過する際に質量分析され、所望の質量電荷比を有するイオンが通過して加速装置4に入射される。 In the present embodiment, positively charged magnesium ions are mass-analyzed when passing through the inside of the mass spectrometer 3, and ions having a desired mass-to-charge ratio pass and are incident on the accelerator 4.

加速装置4では、入射したマグネシウムイオンが加速され、走査装置5に入射すると、イオンビームは走査装置5によって進行方向が制御されて注入室6の内部に入射する。 In the accelerator 4, the incident magnesium ions are accelerated, and when they enter the scanning device 5, the traveling direction of the ion beam is controlled by the scanning device 5 and the ion beam is incident inside the injection chamber 6.

注入室6の内部には、複数(ここでは二つ)の基板8が配置されており、上述した走査装置5によって、イオンビームは複数の基板8のうちいずれかの基板方向に向けられ、その基板8の表面に照射される。基板8の表面はイオンビームによって走査され、マグネシウムイオンが注入される。 A plurality of (two in this case) substrates 8 are arranged inside the injection chamber 6, and the ion beam is directed toward one of the plurality of substrates 8 by the scanning device 5 described above. The surface of the substrate 8 is irradiated. The surface of the substrate 8 is scanned by an ion beam and magnesium ions are injected.

<イオン源>
図2は、本発明に係るイオン源の実施の形態の内部を示す概略構成図である。
<Ion source>
FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing the inside of the embodiment of the ion source according to the present invention.

図2に示すように、本実施の形態のイオン源10は、筒状(ここでは四角筒)のイオン生成容器21を有し、このイオン生成容器21の内部は、図1に示した真空排気装置9aによって真空雰囲気に真空排気される。 As shown in FIG. 2, the ion source 10 of the present embodiment has a tubular (here, a square cylinder) ion generation container 21, and the inside of the ion generation container 21 is a vacuum exhaust gas shown in FIG. The device 9a evacuates to a vacuum atmosphere.

イオン生成容器21は二つの底面31,32を有し、一方の底面31はイオン生成容器21の一端に位置するとともに、他方の底面32はイオン生成容器21の他端に位置し、各底面31,32には、それぞれ取付孔47,48が設けられている。 The ion generation container 21 has two bottom surfaces 31 and 32, one bottom surface 31 is located at one end of the ion generation container 21 and the other bottom surface 32 is located at the other end of the ion generation container 21. , 32 are provided with mounting holes 47 and 48, respectively.

イオン生成容器21の内部には、一方の底面31の近傍にフィラメント20が配置され、他方の底面32の近傍にリペラ電極23が配置されている。このフィラメント20はイオン生成容器21の外部側、すなわち、以下に説明するカソード電極22に対してイオン生成容器21の外部側の真空雰囲気中に設けられている。 Inside the ion generation container 21, the filament 20 is arranged in the vicinity of one bottom surface 31, and the repeller electrode 23 is arranged in the vicinity of the other bottom surface 32. The filament 20 is provided on the outer side of the ion generation container 21, that is, in a vacuum atmosphere on the outer side of the ion generation container 21 with respect to the cathode electrode 22 described below.

イオン生成容器21の内部であって、フィラメント20とリペラ電極23との間のフィラメント20の近傍には、カソード電極22が配置されている。 A cathode electrode 22 is arranged inside the ion generation container 21 in the vicinity of the filament 20 between the filament 20 and the repeller electrode 23.

カソード電極22とリペラ電極23は共に平板又は柱状に形成され、互いに向きあう面が平面で平行にされている。また、フィラメント20はカソード電極22の背面側に位置している。 Both the cathode electrode 22 and the repeller electrode 23 are formed in a flat plate or a columnar shape, and the surfaces facing each other are parallel to each other in a plane. Further, the filament 20 is located on the back surface side of the cathode electrode 22.

イオン生成容器21の外部であって底面31の近傍には、ベース板30が配置されている。ベース板30は絶縁された状態でイオン生成容器21に固定されている。 A base plate 30 is arranged outside the ion generation container 21 and in the vicinity of the bottom surface 31. The base plate 30 is fixed to the ion generation container 21 in an insulated state.

イオン生成容器21の底面31の取付孔47には、原料支持体26と電極支持体33が挿通され、電極支持体33の一端である先端は、イオン生成容器21の内部に配置され、他端である根元部分はベース板30に固定されている。 The raw material support 26 and the electrode support 33 are inserted into the mounting holes 47 on the bottom surface 31 of the ion generation container 21, and the tip end of the electrode support 33 is arranged inside the ion generation container 21 and the other end. The root portion is fixed to the base plate 30.

カソード電極22は電極支持体33の先端に取り付けられている。なお、電極支持体33とカソード電極22は一体構造としてもかまわない。 The cathode electrode 22 is attached to the tip of the electrode support 33. The electrode support 33 and the cathode electrode 22 may have an integral structure.

イオン生成容器21の底面32の取付孔48には、支持棒36が挿通されている。支持棒36の先端はイオン生成容器21の内部に配置され、リペラ電極23が固定されている。 A support rod 36 is inserted into a mounting hole 48 on the bottom surface 32 of the ion generation container 21. The tip of the support rod 36 is arranged inside the ion generation container 21, and the repeller electrode 23 is fixed.

そして、支持棒36の先端に対する反対側の部分はイオン生成容器21の外部に配置されている。 The portion of the support rod 36 opposite to the tip is arranged outside the ion generation container 21.

支持棒36は絶縁体41によってイオン生成容器21に固定され、支持棒36とイオン生成容器21との間は絶縁されている。 The support rod 36 is fixed to the ion generation container 21 by an insulator 41, and the support rod 36 and the ion generation container 21 are insulated from each other.

原料支持体26は、イオン生成容器21と電極支持体33とに対して接触しないように、取付孔47の縁と電極支持体33との間に配置されている。したがって、原料支持体26は、イオン生成容器21との間の電気的絶縁性が維持された状態でイオン生成容器21に固定されている。 The raw material support 26 is arranged between the edge of the mounting hole 47 and the electrode support 33 so as not to come into contact with the ion generation container 21 and the electrode support 33. Therefore, the raw material support 26 is fixed to the ion generation container 21 in a state where the electrical insulation between the raw material support 26 and the ion generation container 21 is maintained.

原料支持体26の根元部分はベース板30に固定され、その先端部分には所定形状に成形された、スパッタリングターゲットとしての固体の原料ブロック28が取り付けられている。 The root portion of the raw material support 26 is fixed to the base plate 30, and a solid raw material block 28 as a sputtering target, which is formed into a predetermined shape, is attached to the tip portion thereof.

本発明の場合、原料ブロック28としては、酸化マグネシウム(MgO)を用いることが好ましい。 In the case of the present invention, it is preferable to use magnesium oxide (MgO) as the raw material block 28.

すなわち、酸化マグネシウムの融点は2800℃以上であるから、マグネシウムイオンの生成時にカソード電極22が高温(2200℃程度)になった場合であっても、原料ブロック28が溶融することがないからである。 That is, since the melting point of magnesium oxide is 2800 ° C. or higher, the raw material block 28 does not melt even when the cathode electrode 22 becomes high temperature (about 2200 ° C.) when magnesium ions are generated. ..

電極支持体33と原料支持体26とは電気伝導性を有しており、ベース板30と同電位になるから、カソード電極22と原料ブロック28ともベース板30と同電位になる。 Since the electrode support 33 and the raw material support 26 have electrical conductivity and have the same potential as the base plate 30, both the cathode electrode 22 and the raw material block 28 have the same potential as the base plate 30.

原料ブロック28は、カソード電極22の側面とイオン生成容器21の側面25の間に、カソード電極22及びイオン生成容器21の両方に接触しないように配置されている。 The raw material block 28 is arranged between the side surface of the cathode electrode 22 and the side surface 25 of the ion generation container 21 so as not to come into contact with both the cathode electrode 22 and the ion generation container 21.

原料ブロック28のリペラ電極23に対向する部分には平面状のスパッタ面37が設けられ、このスパッタ面37は上述したカソード電極22とリペラ電極23とが対向する面と平行にされている。 A planar sputtering surface 37 is provided on the portion of the raw material block 28 facing the repeller electrode 23, and the sputtering surface 37 is parallel to the surface facing the cathode electrode 22 and the repeller electrode 23 described above.

カソード電極22のリペラ電極23と対向する面を電子放出面38とすると、原料ブロック28のスパッタ面37は、リペラ電極23のカソード電極22と対向する面と電子放出面38との間に位置している。 Assuming that the surface of the cathode electrode 22 facing the repeller electrode 23 is the electron emitting surface 38, the sputtered surface 37 of the raw material block 28 is located between the surface of the repeller electrode 23 facing the cathode electrode 22 and the electron emitting surface 38. ing.

すなわち、原料ブロック28のスパッタ面37は、スパッタ面37が位置する平面とリペラ電極23との間の距離が、電子放出面38とリペラ電極23との間の距離よりも小さくなる位置に配置されている。 That is, the sputtered surface 37 of the raw material block 28 is arranged at a position where the distance between the plane on which the sputtered surface 37 is located and the repeller electrode 23 is smaller than the distance between the electron emitting surface 38 and the repeller electrode 23. ing.

またスパッタ面37は、スパッタ面37が位置する平面と電子放出面38との間の距離が、スパッタ面37が位置する平面とリペラ電極23との間の距離よりも小さくなる位置に配置されている。 Further, the sputtering surface 37 is arranged at a position where the distance between the plane on which the sputtering surface 37 is located and the electron emitting surface 38 is smaller than the distance between the plane on which the sputtering surface 37 is located and the repeller electrode 23. There is.

原料ブロック28は、金属体の中央に窓孔27が形成されたリング形状のものであり(図3(a)(b)参照)、中央部分に形成された窓孔27の中に、カソード電極22の電子放出面38が配置され、窓孔27の中部において電子放出面38が露出するように構成されている。 The raw material block 28 has a ring shape in which a window hole 27 is formed in the center of the metal body (see FIGS. 3A and 3B), and a cathode electrode is formed in the window hole 27 formed in the central portion. The electron emitting surface 38 of 22 is arranged, and the electron emitting surface 38 is configured to be exposed in the central portion of the window hole 27.

原料ブロック28の窓孔27は円形に形成され、カソード電極22は円盤状に形成され、窓孔27の直径がカソード電極22の直径よりも大きくなるように設定されている。 The window hole 27 of the raw material block 28 is formed in a circular shape, the cathode electrode 22 is formed in a disk shape, and the diameter of the window hole 27 is set to be larger than the diameter of the cathode electrode 22.

イオン生成容器21の外部には、放電電源52と、カソード加熱電源53と、フィラメント加熱電源54とが配置されている。放電電源52の正電圧端子には、イオン生成容器21が電気的に接続されている。 A discharge power source 52, a cathode heating power source 53, and a filament heating power source 54 are arranged outside the ion generation container 21. The ion generation container 21 is electrically connected to the positive voltage terminal of the discharge power supply 52.

放電電源52の負電圧端子にはベース板30が電気的に接続されている。ここでは原料支持体26を介して電気的に接続されている。したがって、放電電源52が動作すると、カソード電極22と原料ブロック28とに、イオン生成容器21に対して負電圧が印加される。 The base plate 30 is electrically connected to the negative voltage terminal of the discharge power supply 52. Here, they are electrically connected via the raw material support 26. Therefore, when the discharge power supply 52 operates, a negative voltage is applied to the cathode electrode 22 and the raw material block 28 with respect to the ion generation container 21.

また、放電電源52の負電圧端子はカソード加熱電源53の正電圧端子に電気的に接続され、カソード加熱電源53の負電圧端子はフィラメント20の一端に電気的に接続されている。これによりカソード加熱電源53が動作した場合に、フィラメント20にはカソード電極22に対して負電圧が印加される。 Further, the negative voltage terminal of the discharge power supply 52 is electrically connected to the positive voltage terminal of the cathode heating power supply 53, and the negative voltage terminal of the cathode heating power supply 53 is electrically connected to one end of the filament 20. As a result, when the cathode heating power supply 53 operates, a negative voltage is applied to the filament 20 with respect to the cathode electrode 22.

フィラメント20の一端はカソード加熱電源53の負電圧端子とフィラメント加熱電源54の負電圧端子とに電気的に接続され、フィラメント20の他端はフィラメント加熱電源54の正電圧端子に電気的に接続されている。 One end of the filament 20 is electrically connected to the negative voltage terminal of the cathode heating power supply 53 and the negative voltage terminal of the filament heating power supply 54, and the other end of the filament 20 is electrically connected to the positive voltage terminal of the filament heating power supply 54. ing.

カソード電極22とリペラ電極23とフィラメント20とは真空雰囲気に置かれており、フィラメント加熱電源54が動作して真空雰囲気中でフィラメント20が通電されると発熱する。 The cathode electrode 22, the repeller electrode 23, and the filament 20 are placed in a vacuum atmosphere, and when the filament heating power supply 54 operates and the filament 20 is energized in the vacuum atmosphere, heat is generated.

その状態でカソード加熱電源53によってフィラメント20に負電圧が印加されると、熱電子がフィラメント20からカソード電極22に向けて放出され、熱電子がカソード電極22に衝突してカソード電極22が加熱される。 When a negative voltage is applied to the filament 20 by the cathode heating power supply 53 in this state, thermions are emitted from the filament 20 toward the cathode electrode 22, and the thermions collide with the cathode electrode 22 to heat the cathode electrode 22. To.

放電電源52によってカソード電極22にイオン生成容器21に対して負電圧が印加されている状態で、カソード電極22が加熱されると、カソード電極22の露出された電子放出面38からリペラ電極23に向かって熱電子が放出され、加速される。 When the cathode electrode 22 is heated while a negative voltage is applied to the cathode electrode 22 by the discharge power supply 52 with respect to the ion generation container 21, the exposed electron emitting surface 38 of the cathode electrode 22 is transferred to the repeller electrode 23. Thermoelectrons are emitted toward and accelerated.

リペラ電極23は、カソード電極22と同等の負電位(本実施の形態では浮遊電位)になるように構成されている。そして、カソード電極22から放出・加速された熱電子(一次電子)は静電気力によって、飛行方向が反転され、カソード電極22に向かって飛行する。 The repeller electrode 23 is configured to have a negative potential (floating potential in the present embodiment) equivalent to that of the cathode electrode 22. Then, the thermions (primary electrons) emitted / accelerated from the cathode electrode 22 are inverted in the flight direction by the electrostatic force and fly toward the cathode electrode 22.

カソード電極22に向かった熱電子も、カソード電極22によって飛行方向が反転され、リペラ電極23に向かって反転する。 The flight direction of the thermions directed toward the cathode electrode 22 is also reversed by the cathode electrode 22, and is also reversed toward the repeller electrode 23.

このように、熱電子はカソード電極22とリペラ電極23との間を繰り返し往復移動する。 In this way, thermions repeatedly reciprocate between the cathode electrode 22 and the repeller electrode 23.

イオン生成容器21の外部には、N極とS極の二個の磁極のうちイオン生成容器21に向けて一方の磁極が向けられた磁石58と、他方の磁極が向けられた磁石59とが配置され、N極とS極との間に形成される磁力線が、カソード電極22とリペラ電極23とを貫通するように構成されている。 Outside the ion generation container 21, a magnet 58 having one of the two magnetic poles of the north and south poles directed toward the ion generation container 21 and a magnet 59 having the other pole directed toward the ion generation container 21 The magnetic field lines that are arranged and formed between the north and south poles are configured to pass through the cathode electrode 22 and the repeller electrode 23.

その結果、イオン生成容器21内において、熱電子は磁力線に巻き付いて螺旋状に移動しながら往復移動する。これらの作用により、イオン生成容器21内のアルゴンガスと熱電子との衝突確率を高め、プラズマ生成効率の増大を図っている。 As a result, in the ion generation container 21, thermions wind around the magnetic field lines and move back and forth while spirally moving. By these actions, the collision probability between the argon gas in the ion generation container 21 and thermions is increased, and the plasma generation efficiency is increased.

イオン生成容器21の側面には、ガス導入孔34とイオン放出孔35とが設けられている。 A gas introduction hole 34 and an ion release hole 35 are provided on the side surface of the ion generation container 21.

ガス導入孔34はガス供給部12に接続されており(図1参照)、ガス供給部12からスパッタガスであるアルゴンガスが供給される。 The gas introduction hole 34 is connected to the gas supply unit 12 (see FIG. 1), and argon gas, which is a sputtering gas, is supplied from the gas supply unit 12.

カソード電極22は高融点金属で構成されており、フィラメント20によって2200℃程度の温度に加熱される。 The cathode electrode 22 is made of a refractory metal and is heated to a temperature of about 2200 ° C. by the filament 20.

原料ブロック28はカソード電極22の近傍においてカソード電極22及びイオン生成容器21に対して非接触状態で配置されている。 The raw material block 28 is arranged in the vicinity of the cathode electrode 22 in a non-contact state with respect to the cathode electrode 22 and the ion generation container 21.

これにより原料ブロック28は、カソード電極22から放出される熱線によって、イオン生成容器21に熱が流出しないように加熱され、昇温する。 As a result, the raw material block 28 is heated by the heat rays emitted from the cathode electrode 22 so that heat does not flow out to the ion generation container 21, and the temperature rises.

イオン生成容器21に導入されたアルゴンガスは熱電子によってアルゴンのプラズマが生成され、このアルゴンプラズマはスパッタ面37と接触する。 Argon gas introduced into the ion generation container 21 generates argon plasma by thermions, and the argon plasma comes into contact with the sputtering surface 37.

そして、アルゴンプラズマ中のアルゴンイオン(Ar+)が原料ブロック28のスパッタ面37にて露出したマグネシウム化合物と接触し、スパッタリングによって、Mg原子が放電室内に放出され、カソードから放出された熱電子を利用した電子衝撃法によって、放出されたMg原子から正電荷のマグネシウムイオン(Mg+)が生成される。 Then, argon ions (Ar + ) in the argon plasma come into contact with the magnesium compound exposed on the sputtering surface 37 of the raw material block 28, and by sputtering, Mg atoms are emitted into the discharge chamber, and thermions emitted from the cathode are emitted. Positively charged magnesium ions (Mg + ) are generated from the emitted Mg atoms by the electron impact method used.

イオン生成容器21の外部のイオン放出孔35の近傍には、イオン生成容器21に対して負電圧が印加された平板状の引出電極24が配置されており、イオン生成容器21の内部で生成された正電荷のマグネシウムイオンは引出電極24が形成する電界によって引出電極24に吸引され、イオン放出孔35からイオン生成容器21の外部に引き出されて、引出電極24の中央の孔39を通過して図1に示す走行室2の内部に入射する。 A flat plate-shaped extraction electrode 24 to which a negative voltage is applied to the ion generation container 21 is arranged in the vicinity of the ion emission hole 35 outside the ion generation container 21, and is generated inside the ion generation container 21. The positively charged magnesium ions are attracted to the extraction electrode 24 by the electric field formed by the extraction electrode 24, are extracted from the ion discharge hole 35 to the outside of the ion generation container 21, and pass through the central hole 39 of the extraction electrode 24. It is incident on the inside of the traveling chamber 2 shown in FIG.

図3(a)は、原料ブロックの構成を示す平面図、図3(b)は、原料ブロックの構成を示す斜視図である。 FIG. 3A is a plan view showing the structure of the raw material block, and FIG. 3B is a perspective view showing the structure of the raw material block.

図4(a)は、装着部材の構成を示す平面図、図4(b)は、装着部材の構成を示す斜視図である。 FIG. 4A is a plan view showing the configuration of the mounting member, and FIG. 4B is a perspective view showing the configuration of the mounting member.

図5(a)は、原料支持体の構成を示す平面図、図5(b)は、原料支持体の構成を示す斜視図である。 FIG. 5A is a plan view showing the structure of the raw material support, and FIG. 5B is a perspective view showing the structure of the raw material support.

図6は、原料ブロックを原料支持体に装着した場合の構成を示す正面図である。 FIG. 6 is a front view showing a configuration when the raw material block is attached to the raw material support.

本例の電極支持体33及び原料支持体26は、共に円筒形状のものであり、電極支持体33の直径が原料支持体26の直径より小さくなるように構成されている(図2参照)。 Both the electrode support 33 and the raw material support 26 of this example have a cylindrical shape, and the diameter of the electrode support 33 is smaller than the diameter of the raw material support 26 (see FIG. 2).

ここで、電極支持体33と原料支持体26は、中心軸線が一致するように配置され、電極支持体33が原料支持体26の中空内部に配置されてそれぞれベース板30に固定されている。 Here, the electrode support 33 and the raw material support 26 are arranged so that the central axes coincide with each other, and the electrode support 33 is arranged inside the hollow of the raw material support 26 and fixed to the base plate 30 respectively.

図3(a)(b)に示すように、原料ブロック28には図6に示すネジ43が挿入可能な挿通孔29aが形成されている。 As shown in FIGS. 3A and 3B, the raw material block 28 is formed with an insertion hole 29a into which the screw 43 shown in FIG. 6 can be inserted.

装着部材44は、原料ブロック28を原料支持体26に装着するための平板状の部材で、図4(a)(b)に示すように、装着部材44には内周面にネジ溝が形成されたねじ孔29bが設けられている。 The mounting member 44 is a flat plate-shaped member for mounting the raw material block 28 on the raw material support 26, and as shown in FIGS. 4A and 4B, the mounting member 44 has a screw groove formed on the inner peripheral surface. The screw holes 29b are provided.

装着部材44には、半円形状の切り欠きである装着部45が形成されている。 The mounting member 44 is formed with a mounting portion 45 which is a semicircular notch.

この装着部45の半円の直径の大きさは、原料支持体26の外径と同じであるか、若干大きく形成されている。したがって、装着部材44の装着部45の位置に原料支持体26が配置されるように、装着部材44を原料支持体26に嵌め込むことができる。 The size of the diameter of the semicircle of the mounting portion 45 is the same as or slightly larger than the outer diameter of the raw material support 26. Therefore, the mounting member 44 can be fitted into the raw material support 26 so that the raw material support 26 is arranged at the position of the mounting portion 45 of the mounting member 44.

図5(a)(b)に示すように、原料支持体26の先端には突状部46が設けられている。この突状部46は、原料支持体26の側面に対して垂直で外側方向に突き出されており、例えばフランジ状に形成されている。 As shown in FIGS. 5A and 5B, a protruding portion 46 is provided at the tip of the raw material support 26. The protruding portion 46 is perpendicular to the side surface of the raw material support 26 and protrudes outward, and is formed in a flange shape, for example.

本実施の形態では、リペラ電極23はイオン生成容器21の下方の位置に配置され、原料支持体26は突状部46が原料支持体26の下端に位置するように鉛直に配置されている。 In the present embodiment, the repeller electrode 23 is arranged at a position below the ion generation container 21, and the raw material support 26 is vertically arranged so that the protruding portion 46 is located at the lower end of the raw material support 26.

装着部材44は、原料支持体26に装着された場合に、原料支持体26の突状部46の上に乗るように装着部45の半円の直径の大きさが設定されている。 When the mounting member 44 is mounted on the raw material support 26, the diameter of the semicircle of the mounting portion 45 is set so as to ride on the protruding portion 46 of the raw material support 26.

原料ブロック28を原料支持体26に装着するには、原料支持体26の突状部46のリペラ電極23と対向する面に原料ブロック28を当接させ、突状部46を原料ブロック28と装着部材44との間に配置した状態で、図6に示すように、原料ブロック28の挿通孔29aにネジ43を挿通し、ネジ43の先端を装着部材44のネジ孔29bにねじ込む。 In order to mount the raw material block 28 on the raw material support 26, the raw material block 28 is brought into contact with the surface of the protruding portion 46 of the raw material support 26 facing the repeller electrode 23, and the protruding portion 46 is mounted on the raw material block 28. As shown in FIG. 6, the screw 43 is inserted into the insertion hole 29a of the raw material block 28, and the tip of the screw 43 is screwed into the screw hole 29b of the mounting member 44 in a state of being arranged between the member 44 and the member 44.

そして、ネジ43を回転させ、原料ブロック28と装着部材44とに互いに近づく方向の力を加え、ネジ43のネジ頭部分を原料ブロック28に当接させ、原料ブロック28と装着部材44とによって突状部46を挟み込み、原料ブロック28を原料支持体26に固定する。 Then, the screw 43 is rotated, a force is applied in the direction of approaching the raw material block 28 and the mounting member 44, the screw head portion of the screw 43 is brought into contact with the raw material block 28, and the raw material block 28 and the mounting member 44 collide with each other. The shape portion 46 is sandwiched and the raw material block 28 is fixed to the raw material support 26.

以上述べた本実施の形態によれば、マグネシウム化合物からなるスパッタリングターゲットとしての固体状態の原料ブロック28がイオン生成容器21内に設けられ、この原料ブロック28をスパッタリングしてマグネシウムイオンを生成するようにしたことから、非常に簡素な構成で安定したマグネシウムイオンを生成することができる。 According to the present embodiment described above, the raw material block 28 in a solid state as a sputtering target made of a magnesium compound is provided in the ion generation container 21, and the raw material block 28 is sputtered to generate magnesium ions. As a result, stable magnesium ions can be generated with a very simple structure.

また、本実施の形態によれば、マグネシウムの気体をイオン生成容器内に導入してプラズマを生成する従来技術のような、マグネシウムの気体の導入部分における気体の固体化によるマグネシウムの付着の問題は発生しないので、イオン源の長寿命化を図ることができる。 Further, according to the present embodiment, there is a problem of magnesium adhesion due to solidification of the gas in the introduction portion of the magnesium gas, as in the conventional technique of introducing the magnesium gas into the ion generation container to generate plasma. Since it does not occur, the life of the ion source can be extended.

図7〜図9は、本発明に係るイオン源の他の実施の形態の内部を示す概略構成図である。以下、上記実施の形態と対応する部分には同一の符号を付しその詳細な説明を省略する。 7 to 9 are schematic configuration diagrams showing the inside of another embodiment of the ion source according to the present invention. Hereinafter, the parts corresponding to the above-described embodiments are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

図7に示す実施の形態のイオン源10Aは、原料ブロック28Aが、リペラ電極23Aの近傍に設けられ、カソード電極22の近傍には原料ブロックは設けていないものである。 In the ion source 10A of the embodiment shown in FIG. 7, the raw material block 28A is provided in the vicinity of the repeller electrode 23A, and the raw material block is not provided in the vicinity of the cathode electrode 22.

本実施の形態では、壁部23aを有するカップ状のリペラ電極23Aが設けられ、リペラ電極23Aに原料ブロック28Aが配置されている。 In the present embodiment, the cup-shaped repeller electrode 23A having the wall portion 23a is provided, and the raw material block 28A is arranged on the repeller electrode 23A.

リペラ電極23Aは、その底部23bがカソード電極22と対向するように設けられ、この底部23b内にマグネシウム化合物からなる原料ブロック28Aが配置されている。 The repeller electrode 23A is provided so that its bottom 23b faces the cathode electrode 22, and a raw material block 28A made of a magnesium compound is arranged in the bottom 23b.

本発明の場合、原料ブロック28Aとしては、それぞれの融点を考慮すると、上述した酸化マグネシウム(MgO)の他、融点が1200℃程度のフッ化マグネシウム(MgF2)を用いることが好ましい。 In the case of the present invention, as the raw material block 28A, in consideration of the respective melting points, it is preferable to use magnesium fluoride (MgF 2 ) having a melting point of about 1200 ° C. in addition to the above-mentioned magnesium oxide (MgO).

この理由は、マグネシウムイオンの生成時において、リペラ電極23Aの温度はカソード電極22の温度と比べてかなり(1000℃程度)低いからである。 The reason for this is that the temperature of the repeller electrode 23A is considerably lower (about 1000 ° C.) than the temperature of the cathode electrode 22 when magnesium ions are generated.

また、原料ブロック28Aとしてフッ化マグネシウム(MgF2)を用いた場合は、原料ブロック28Aからの酸素供給が無いことから、周辺環境の酸化による問題(腐食や膜剥がれ等)の発生がなく、フッ化による問題の発生を考慮しても、メンテナンス周期を延ばすことができる効果の面で、より好ましいと言える。 In addition, when magnesium fluoride (MgF 2 ) is used as the raw material block 28A, there is no oxygen supply from the raw material block 28A, so that problems due to oxidation of the surrounding environment (corrosion, film peeling, etc.) do not occur, and the footwear. It can be said that it is more preferable in terms of the effect that the maintenance cycle can be extended even in consideration of the occurrence of problems due to the conversion.

本実施の形態において、例えばカソード電極22が上側、リペラ電極23Aが下側になるようにイオン生成容器21が配置される場合には、原料ブロック28Aは、リペラ電極23Aから脱落することはないので、リペラ電極23Aの底部23bにそのまま置くだけでよい。 In the present embodiment, for example, when the ion generation container 21 is arranged so that the cathode electrode 22 is on the upper side and the repeller electrode 23A is on the lower side, the raw material block 28A does not fall off from the repeller electrode 23A. , It is sufficient to place it on the bottom 23b of the repeller electrode 23A as it is.

一方、リペラ電極23Aが上側になるようにイオン生成容器21が配置される場合、又は、カソード電極22及びリペラ電極23Aが同じ高さ位置となるようにイオン生成容器21が配置される場合には、例えばネジによって原料ブロック28Aをリペラ電極23Aの底部23bに固定すればよい。 On the other hand, when the ion generation container 21 is arranged so that the repeller electrode 23A is on the upper side, or when the ion generation container 21 is arranged so that the cathode electrode 22 and the repeller electrode 23A are at the same height position. For example, the raw material block 28A may be fixed to the bottom 23b of the repeller electrode 23A with a screw.

このような本実施の形態によっても、上記実施の形態と同等の効果を発揮させることができる。 Even with such an embodiment, the same effect as that of the above-described embodiment can be exhibited.

図8に示す実施の形態のイオン源10Bは、カソード電極22の近傍に図2に示す原料ブロック28が設けられるとともに、リペラ電極23Aの近傍に図7に示す原料ブロック28Aが設けらているものである。 In the ion source 10B of the embodiment shown in FIG. 8, the raw material block 28 shown in FIG. 2 is provided in the vicinity of the cathode electrode 22, and the raw material block 28A shown in FIG. 7 is provided in the vicinity of the repeller electrode 23A. Is.

このような本実施の形態によれば、マグネシウムイオンの生成効率を向上させることができる。 According to this embodiment, the efficiency of magnesium ion generation can be improved.

図9に示す実施の形態のイオン源10Cは、リペラ電極23Cそのものがマグネシウム化合物からなるものである。 In the ion source 10C of the embodiment shown in FIG. 9, the repeller electrode 23C itself is made of a magnesium compound.

本実施の形態の場合、マグネシウム化合物としては、上述した酸化マグネシウム、フッ化マグネシウムのいずれも用いることができる。 In the case of this embodiment, either magnesium oxide or magnesium fluoride described above can be used as the magnesium compound.

このような本実施の形態によっても、上記実施の形態と同等の効果を発揮させることができる。 Even with such an embodiment, the same effect as that of the above-described embodiment can be exhibited.

なお、本発明は上述した実施の形態に限られず、種々の変更を行うことができる。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made.

例えば、図2に示す実施の形態では、カソード電極22の近傍にリング形状の原料ブロック28を設けるようにしたが、本発明はこれに限られず、カソード電極22のリペラ電極23と対向する面上に原料ブロック28を配置することもできる。 For example, in the embodiment shown in FIG. 2, a ring-shaped raw material block 28 is provided in the vicinity of the cathode electrode 22, but the present invention is not limited to this, and the surface of the cathode electrode 22 facing the repeller electrode 23 The raw material block 28 can also be arranged in.

この場合は、カソード電極22のリペラ電極23と対向する面の大半が原料ブロック28によって覆われないように原料ブロック28の形状・大きさを調整することが好ましい。 In this case, it is preferable to adjust the shape and size of the raw material block 28 so that most of the surfaces of the cathode electrode 22 facing the repeller electrode 23 are not covered by the raw material block 28.

また、マグネシウム化合物からなるリペラ電極23Cを設けた図9に示す実施の形態においては、リペラ電極23Cのカソード電極22と対向する面上に更に図7に示すマグネシウム化合物からなる原料ブロック28Aを配置することもできる。 Further, in the embodiment shown in FIG. 9 in which the repeller electrode 23C made of the magnesium compound is provided, the raw material block 28A made of the magnesium compound shown in FIG. 7 is further arranged on the surface of the repeller electrode 23C facing the cathode electrode 22. You can also do it.

1……イオン注入装置
10……イオン源
12……ガス供給部
20……フィラメント
21……イオン生成容器
22……カソード電極
23……リペラ電極
26……原料支持体
28、28A……原料ブロック
37…スパッタ面
38……電子放出面
1 ... Ion implantation device 10 ... Ion source 12 ... Gas supply unit 20 ... Filament 21 ... Ion generation container 22 ... Cathode electrode 23 ... Repeller electrode 26 ... Raw material support 28, 28A ... Raw material block 37 ... Sputter surface 38 ... Electron emission surface

Claims (7)

真空中でスパッタリングによってマグネシウムイオンを生成するイオン生成容器と、
前記イオン生成容器内の一端に配置されたカソード電極と、
前記イオン生成容器内の他端に配置され、前記カソード電極の表面と対向するように設けられたリペラ電極と、
前記カソード電極に対して前記イオン生成容器の外部側に配置されたフィラメントとを有し、
前記イオン生成容器内に、マグネシウム化合物からなるスパッタリングターゲットとしての固体状態の原料ブロックが設けられるとともに、
通電された前記フィラメントによって前記カソード電極を加熱し、電子放出面から前記リペラ電極に向かって熱電子を放出させ、当該熱電子が前記カソード電極と前記リペラ電極との間で往復移動するように当該カソード電極及び当該リペラ電極の電位を制御し、導入されたスパッタガスを前記熱電子によって分解して当該スパッタガスのプラズマを生成し、当該プラズマ中のイオンによって前記原料ブロックをスパッタして正電荷のマグネシウムイオンを生成するように構成されているイオン源。
An ion generation container that generates magnesium ions by sputtering in a vacuum,
A cathode electrode arranged at one end in the ion generation container and
A repeller electrode arranged at the other end of the ion generation container and provided so as to face the surface of the cathode electrode.
It has a filament arranged on the outer side of the ion generation container with respect to the cathode electrode.
A solid raw material block as a sputtering target made of a magnesium compound is provided in the ion generation container, and is also provided.
The cathode electrode is heated by the energized filament to emit thermoelectrons from the electron emitting surface toward the repeller electrode, and the thermoelectrons reciprocate between the cathode electrode and the repeller electrode. The potentials of the cathode electrode and the repeller electrode are controlled, the introduced sputter gas is decomposed by the thermoelectrons to generate plasma of the sputter gas, and the raw material block is sputtered by the ions in the plasma to have a positive charge. An ion source that is configured to produce magnesium ions.
前記カソード電極と前記リペラ電極のいずれか一方又は両方の近傍に前記原料ブロックが設けられている請求項1記載のイオン源。 The ion source according to claim 1, wherein the raw material block is provided in the vicinity of either one or both of the cathode electrode and the repeller electrode. 前記原料ブロックが酸化マグネシウム(MgO)である請求項1又は2のいずれか1項記載のイオン源。 The ion source according to any one of claims 1 or 2, wherein the raw material block is magnesium oxide (MgO). 前記原料ブロックがフッ化マグネシウム(MgF2)である請求項1乃至3のいずれか1項記載のイオン源。 The ion source according to any one of claims 1 to 3, wherein the raw material block is magnesium fluoride (MgF 2 ). 前記リペラ電極が前記マグネシウム化合物からなる請求項1乃至4のいずれか1項記載のイオン源。 The ion source according to any one of claims 1 to 4, wherein the repeller electrode is made of the magnesium compound. 請求項1乃至5のいずれか1項記載のイオン源を有し、
当該イオン源から放出されたイオンビームを基板に照射して注入するように構成されているイオン注入装置。
The ion source according to any one of claims 1 to 5 is provided.
An ion implantation device configured to irradiate a substrate with an ion beam emitted from the ion source and inject it.
真空中でスパッタリングによってマグネシウムイオンを生成するイオン生成容器と、前記イオン生成容器内の一端に配置されたカソード電極と、前記イオン生成容器内の他端に配置され、前記カソード電極の表面と対向するように設けられたリペラ電極と、前記カソード電極に対して前記イオン生成容器の外部側に配置されたフィラメントとを有するイオン源を用いてマグネシウムイオンを生成する方法であって、
前記イオン生成容器内に、マグネシウム化合物からなるスパッタリングターゲットとしての固体状態の原料ブロックを設け、
通電された前記フィラメントによって前記カソード電極を加熱し、電子放出面から前記リペラ電極に向かって熱電子を放出させ、当該熱電子が前記カソード電極と前記リペラ電極との間で往復移動するように当該カソード電極及び当該リペラ電極の電位を制御し、導入されたスパッタガスを前記熱電子によって分解して当該スパッタガスのプラズマを生成し、当該プラズマ中のイオンによって前記原料ブロックをスパッタして正電荷のマグネシウムイオンを生成する工程を有するマグネシウムイオン生成方法。
An ion generation container that generates magnesium ions by sputtering in a vacuum, a cathode electrode arranged at one end of the ion generation container, and a cathode electrode arranged at the other end of the ion generation container and facing the surface of the cathode electrode. A method of generating magnesium ions using an ion source having a repeller electrode provided as described above and a filament arranged on the outer side of the ion generation container with respect to the cathode electrode.
A solid raw material block as a sputtering target made of a magnesium compound is provided in the ion generation container.
The cathode electrode is heated by the energized filament to emit thermoelectrons from the electron emitting surface toward the repeller electrode, and the thermoelectrons reciprocate between the cathode electrode and the repeller electrode. The potentials of the cathode electrode and the repeller electrode are controlled, the introduced sputter gas is decomposed by the thermoelectrons to generate plasma of the sputter gas, and the raw material block is sputtered by the ions in the plasma to have a positive charge. A method for producing a magnesium ion, which comprises a step of producing a magnesium ion.
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