[發明專利]離子源

無效

• 申請號: 200980106354.1
• 申請日: 2009-03-23
• 公開（公告）號: CN101960554A
• 公開（公告）日: 2011-01-26
• 發明（設計）人: 辻康之
• 申請（專利權）人: 三井造船株式會社
• 主分類號: H01J27/14
• 分類號: H01J27/14;H01J37/08
• 代理公司: 北京同立鈞成知識產權代理有限公司 11205
• 代理人: 臧建明;王申

技術領域

本發明涉及一種通過提供氣體并施加電弧電壓而產生等離子體，并由該等離子體產生離子束的離子源，例如在半導體用離子注入裝置和平板顯示器(Flat?Panel?Display，FPD)制造用離子注入裝置中使用的離子源。

背景技術

在一般廣泛使用的離子源中，將等離子體容器作為陽極，將通過通電釋放熱電子的細絲作為陰極，并通過感應電弧放電而將原料氣體等離子化，產生等離子體。該等離子體中的正電荷粒子從設置在等離子體容器上的細長開口部或連續的多個開口部引出作為離子束。此時，在與離子束的引出方向垂直的方向上施加磁場。

在這樣的離子源中，一般指出以下的技術要求：

要求產生的等離子體密度大致均勻；

要求通過增加作為離子束引出的開口部附近的等離子體的密度，來增加離子束電流；

由等離子體中的離子碰撞磨損的細絲作為消耗品成本要低；以及

要求細絲是耐磨損性高的粗線材，以能夠長期使用。

例如，已知地，為了使等離子體容器內的等離子體密度大致均勻，需要通過磁鐵的設計、制作和調整，使得在等離子體容器附近的磁場強度構成大致均勻(磁場的變化在幾個百分點以下)

此外，已知地，為了使開口部附近的等離子體密度增加，使細絲接近從開口部延伸的等離子體容器的壁面的位置是有效的。

進一步地，為了降低細絲的成本，期望通過對細絲的線材進行彎曲加工而制作。作為細絲的線材，采用熔點高、耐磨損性高的鎢或鉬為主要成分(質量％在90％以上)的材料。此時，由于鎢和鉬的熔點高，所以需要在高溫下加工線材以得到可塑性。由此，采用線徑在大約2mm以下的作為線材。

另一方面，在特許第3075129號公報中，記載了在作為等離子體容器的等離子體產生室內部，將細絲向形成離子引出口的離子引出表面的方向彎曲的離子源。由此，可以增大離子束。

進一步地，在特開2007-311118號公報中，作為離子束電流大、構成陰極的細絲的壽命長的離子源，記載了沿著等離子體容器的長度方向并列設置多個用于控制等離子體密度分布的細絲的離子源。

發明內容

本發明要解決的技術問題

在這樣的情況下，為了進一步地增大離子束的電流，除了采用在特許第3075129號公報中記載的方法以外，還考慮擴大離子源的離子束的引出用開口部。但是，通過擴大開口部的方法，離子束的發射度(在引出的離子束前進方向上的電荷粒子的運動分散特性)惡化以致于不能用作離子注入裝置的離子束。因此，不能輕易將開口部擴大。另一方面，還考慮通過擴大離子源的尺寸，擴大等離子體容器，不使發射度惡化，細長地擴大開口部，從而增大離子束的電流。在這種情況下，更加強烈地期望磁場的強度在等離子體容器附近大致均勻。一般，為了形成磁場，沿具有100～150mm長度的等離子體容器的長度方向配置一對磁鐵，但是由于需要用于應對作用在等離子體容器上的高電壓和高溫的空間和部件，因此該磁鐵之間的配置距離為500～600mm。這樣的磁鐵間的距離很長，通過擴大離子源的尺寸來擴大較寬的空間在設定大致均勻的磁場上是困難的。因此，需要不擴大磁鐵間的距離而擴大等離子體容器。

另一方面，由于線材的熔點高，將用于細絲的鎢或鉬的線材彎曲加工為規定的形狀是很難的。目前，代替線材是通過采用網電極的放電加工，將板材切斷成復雜的形狀而進行細絲的加工。因此，為了低成本地進行彎曲加工制作，還是需要采用線材，而不是板材，并且將該線徑抑制在2mm左右。另一方面，在不改變細絲的形狀，且為了構成曲率半徑大且穩定的形狀而擴大尺寸的情況下，與細絲的尺寸對應地擴大等離子體容器，是不實用的。此外，由于細絲構成產生等離子體的熱電子釋放源，對等離子體的密度產生影響，所以現有的細絲構成包含曲折部分的規定的復雜形狀。因此，期望產生的等離子體密度與現有的相同，在加工方面具有簡單的形狀，并且具有盡可能粗的線徑的細絲。

進一步地，為了達到期望的等離子體密度，細絲的形狀通過配合離子源的各種尺寸而設定，所以當離子源的各種尺寸等由于經過時間的變化或熱膨脹等而改變時，不能得到期望的等離子體密度。因此期望即使離子源的各種尺寸改變，也不會對等離子體密度產生影響，即產生魯棒性高的離子束的離子源的結構。