[发明专利]离子源

说明书

技术领域

本发明是关于通过供给气体外加电弧电压生成等离子体，自该等离子体生成离子束的离子源，例如半导体装置制造用离子注入装置或FPD(Flat Panel DiSplay)制造用离子注入装置所使用的离子源。

背景技术

当在离子源中产生等离子体的时候，将动作气体供给至减压环境下的等离子体容器内，在等离子体容器内，将加热至2000℃以上的灯丝等的被加热体当作释放热电子的阴极使用，将由等离子体容器内的导体层所构成的内衬构件(衬垫)或是容器本身当作阳极使用。在上述阴极和阳极之间外加数十～数百V的电压产生电弧放电而使动作气体电离。

产生这样的等离子体而取出离子束的离子源的运用中，由于在等离子体容器内等离子体中的离子冲突而产生的溅镀，和通过等离子体中的化学性活性种产生侵蚀作用及化学性气相反应。依此阳极、阴极及等离子体容器内表面被磨耗、侵蚀，该磨耗、侵蚀的材质堆积于上述阳极，阴极及容器内表面。该磨耗、侵蚀和堆积在离子源的运用中频繁且复杂产生。

再者，由于阴极的上述磨耗、侵蚀使得热电子的释放效率变化，故自离子源所取出的离子束电流以不安定的情形为多。此时，调整当作阴极发挥功能的被加热体的加热量而控制离子束电流。

在下述专利文献1，记载着用一对的相向的被加热体的灯丝产生单一等离子体的离子源。

在下述专利文献2中，记载着等离子体容器内设置所使用的灯丝(被加热体)和预备的灯丝(被加热体)，预备的灯丝切换使用所使用的灯丝使用寿命时间。依此可以使到交换灯丝的离子源的运用时间成为长期间。

专利文献1：日本特开平11-273580号公报

专利文献2：日本特开平6-349433号公报

发明内容

发明所欲解决的课题

然而，在上述专利文献1所记载的用相向的一对被加热体的灯丝产生单一等离子体的离子源，因在一对灯丝间发热温度不平均，故灯丝的热电子释放量不平均的情形为多。此时，必须测量并控制被加热体的发热温度，但是灯丝因在2000℃的高温的发热状态，而且在容器和被加热体之间具有数十～数百V的电位差，故难以设置测量温度的测量感应器。再者，因通过被加热体的加热量的操作控制大量变化至数～数百mA以上的离子束电流，故又因施加发热温度不平均的控制，在进行稳定控制的这点上则有困难。

另外，通过上述的磨耗、侵蚀作用和堆积作用，在被加热体的表面上，阳极、阴极及容器内表面的材质成为膜而堆积。通过被加热体的温度变化，于温度暂时性下降的时候，助长上述堆积作用，在被加热体的表面附着较多的堆积物。这样的被加热体的堆积层，即使为了释放热电子而加热被加热体也成为释放热电子的障碍，有时产生使被加热体熔损的不良情形。

另外，如记载于上述专利文献2的离子源的那样，当在使等离子体产生的运用中的等离子体容器内，先设置预备的灯丝时，实际上，灯丝附着多量上述堆积层。当为了释放热电子使用附着多量堆积层的灯丝的时候，如上述那样，该堆积层成为释放热电子的障碍，有时产生使被加热体熔损的不良情形。

因此，记载于上述专利文献1及2的离子源，无法释放稳定的热电子，不能说是增长到交换的被加热体的离子源运用时间。

在此，本发明为了解决上述问题点，其目的是对于等离子体生成容器设置多数被加热体的离子源，可以释放稳定的热电子，增长到交换被加热体的离子源运用时间的离子源。

用以解决课题的手段

为了达成上述目的，本发明是提供一种离子源，是通过供给气体外加电弧电压而生成等离子体，自该等离子体生成离子束的离子源，其特征为：具有具备供给气体而生成等离子体，且具有导体面内部空间的等离子体容器，和与上述等离子体容器电性绝缘，自上述内部空间的内壁面突出，通过通电，将热电子释放至上述内部空间的一对热电子释放元件，和使电流各流入至上述一对热电子释放元件的电源；曝露于上述等离子体容器内的等离子体的内壁面的材料和上述一对热电子释放元件的曝露于等离子体且释放热电子的部分的材料，是以相同金属为主成分的材料所构成。

并且，上述金属优选为由钽、钨、钼以及以这些金属中的两个以上的金属制作出的合金中所选择出的。

再者，上述电源优选为对应于上述一对热电子释放元件而设置的能够各自控制的一对电源，以通过上述一对热电子释放元件中的仅一方热电子释放元件释放出热电子，能够调整等离子体的浓度的高低的方式，上述一对电源中的一方电源是电流被调整成加热到使热电子释放出的程度。此时，上述一对电源中，另一方电源是电流被调整成微弱加热到通过释放出热电子而不影响等离子体浓度高低的程度。