特許 6242513 マイクロ波イオン源及びその起動方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6242513

(24)【登録日】2017年11月17日

(45)【発行日】2017年12月6日

(54)【発明の名称】マイクロ波イオン源及びその起動方法

(51)【国際特許分類】

   H01J 27/18 20060101AFI20171127BHJP

【ＦＩ】

   H01J27/18

【請求項の数】5

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2017-2498(P2017-2498)

(22)【出願日】2017年1月11日

(62)【分割の表示】特願2013-28722(P2013-28722)の分割

【原出願日】2013年2月18日

(65)【公開番号】特開2017-84818(P2017-84818A)

(43)【公開日】2017年5月18日

【審査請求日】2017年2月2日

(73)【特許権者】

【識別番号】000002107

【氏名又は名称】住友重機械工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105924

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 賢樹

(74)【代理人】

【識別番号】100116274

【弁理士】

【氏名又は名称】富所 輝観夫

(72)【発明者】

【氏名】高橋 伸明

(72)【発明者】

【氏名】村田 裕彦

【審査官】 右▲高▼ 孝幸

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭63-66827（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭63-213344（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開2008-60304（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開2008-270013（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第5032202（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｊ ２７／１８

Ｈ０５Ｈ １／４６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

マイクロ波を受け入れるための窓と、イオン引出開口と、を備えるプラズマ室と、
前記プラズマ室に磁場を発生させるための磁場発生器と、
前記プラズマ室にプラズマ着火のための初期磁場を印加し、プラズマ着火後に前記初期磁場を通常磁場に変更するように、前記磁場発生器を制御する制御部と、を備え、
前記初期磁場は、前記窓から前記イオン引出開口にわたって電子サイクロトロン共鳴条件を満たす磁場に等しくかつ平坦である磁場分布を有し、
前記通常磁場は、前記プラズマ室内にピークを有するとともに、前記ピークの位置は前記イオン引出開口よりも前記窓に近いことを特徴とするマイクロ波イオン源。

【請求項2】

前記通常磁場は、前記窓から前記イオン引出開口にわたって前記電子サイクロトロン共鳴条件を満たす磁場よりも高い単峰形の磁場分布を有し、前記ピークから前記窓への減少勾配が前記ピークから前記イオン引出開口への減少勾配より大きいことを特徴とする請求項１に記載のマイクロ波イオン源。

【請求項3】

前記通常磁場の前記ピークの強度は、前記電子サイクロトロン共鳴条件を満たす磁場の１．３倍から１．６倍の範囲にあることを特徴とする請求項１または２に記載のマイクロ波イオン源。

【請求項4】

前記制御部は、前記プラズマ室にマイクロ波が供給される前に前記初期磁場の印加を開始するように、前記磁場発生器を制御することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のマイクロ波イオン源。

【請求項5】

マイクロ波イオン源のプラズマ室にプラズマ着火のための初期磁場を印加することと、
プラズマ着火後に前記初期磁場を通常磁場に変更することと、を備え、
前記プラズマ室は、マイクロ波を受け入れるための窓と、イオン引出開口と、を備え、
前記初期磁場は、前記窓から前記イオン引出開口にわたって電子サイクロトロン共鳴条件を満たす磁場に等しくかつ平坦である磁場分布を有し、
前記通常磁場は、前記プラズマ室内にピークを有するとともに、前記ピークの位置は前記イオン引出開口よりも前記窓に近いことを特徴とするマイクロ波イオン源の起動方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、マイクロ波イオン源、及びマイクロ波イオン源の起動方法に関する。

【背景技術】

【0002】

マイクロ波をプラズマ生成に用いるイオン源が知られている。真空のプラズマ室にマイクロ波が導入される。プラズマ室に供給された原料ガスがマイクロ波によって励起され、プラズマが生成される。プラズマからイオンが引き出される。こうしてイオン源から引き出されたイオンは例えばイオン注入処理のために使用される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開昭６３−６６８２７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、マイクロ波イオン源を起動するための実用的な方法、及びそうした起動方法に従って制御されるマイクロ波イオン源を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明のある態様によると、プラズマ室と、前記プラズマ室に磁場を発生させるための磁場発生器と、前記プラズマ室にプラズマ着火のための初期磁場を印加し、プラズマ着火後に前記初期磁場を通常磁場に変更するように、前記磁場発生器を制御する制御部と、を備えるマイクロ波イオン源が提供される。

【0006】

前記初期磁場は、前記プラズマ室に電子サイクロトロン共鳴を起こすように設定されていてもよい。

【0007】

前記プラズマ室は、マイクロ波を受け入れるための窓と、イオン引出開口と、を備えてもよい。前記初期磁場は、前記窓から前記イオン引出開口にわたって平坦な磁場分布を有してもよい。

【0008】

前記通常磁場は、前記窓から前記イオン引出開口にわたって電子サイクロトロン共鳴条件を満たす磁場よりも高い磁場であってもよい。

【0009】

前記制御部は、前記プラズマ室にマイクロ波が供給される前に前記初期磁場の印加を開始するように、前記磁場発生器を制御してもよい。

【0010】

本発明のある態様によると、マイクロ波イオン源のプラズマ室にプラズマ着火のための初期磁場を印加することと、プラズマ着火後に前記初期磁場を通常磁場に変更することと、を備えることを特徴とするマイクロ波イオン源の起動方法が提供される。

【0011】

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、マイクロ波イオン源を起動するための実用的な方法、及びそうした起動方法に従って制御されるマイクロ波イオン源を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明のある実施形態に係るマイクロ波イオン源の構成を模式的に示す図である。

【図2】本発明のある実施形態に係る通常磁場の一例を示す図である。

【図3】本発明のある実施形態に係る初期磁場の一例を示す図である。

【図4】本発明のある実施形態に係るマイクロ波イオン源の起動方法を説明するためのフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0014】

図１は、本発明のある実施形態に係るマイクロ波イオン源１０の構成を模式的に示す図である。マイクロ波イオン源１０は、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）条件を満たす磁場またはそれよりも高い磁場を印加したプラズマ室１２内へ、磁力線方向にマイクロ波電力を入力して高密度プラズマを生成しイオンを引き出すイオン源である。マイクロ波イオン源１０は、磁場とマイクロ波との相互作用によって原料ガスのプラズマを生成し、そのプラズマからプラズマ室１２の外部へイオンを引き出すように構成されている。

【0015】

よく知られるように、ＥＣＲ条件を満たす磁場の強さは使用されるマイクロ波の周波数に対し一意に定まり、マイクロ波周波数が２．４５ＧＨｚの場合には８７．５ｍＴ（８７５ガウス）の磁場が必要である。以下では便宜上、ＥＣＲ条件を満たす磁場を、共鳴磁場と呼ぶことがある。

【0016】

マイクロ波イオン源１０は、例えばイオン注入装置のためのイオン源に使用される。注入するイオンには例えば酸素がある。また、マイクロ波イオン源１０は、プロトン加速器のためのイオン源、またはＸ線源としても使用され得る。マイクロ波イオン源１０は主として、一価イオン源として使用される。

【0017】

マイクロ波イオン源１０は、イオン源本体１４を備える。イオン源本体１４は、プラズマ室１２、磁場発生器１６、及び真空容器１８を備える。

【0018】

プラズマ室１２は、両端をもつ筒状の形状を有する。プラズマ室１２の一端から他端に向かう方向を以下では便宜上、軸方向と呼ぶことがある。また、軸方向に直交する方向を径方向と呼び、軸方向を包囲する方向を周方向と呼ぶことがある。しかしこれらは、プラズマ室１２が回転対称性を有する形状であることを必ずしも意味するものではない。図示の例ではプラズマ室１２は円筒形状を有するが、プラズマ室１２は、プラズマを適切に収容し得る限り、いかなる形状であってもよい。また、プラズマ室１２の軸方向長さは、プラズマ室１２の端部の径方向長さより長くてもよいし短くてもよい。

【0019】

磁場発生器１６は、プラズマ室１２に磁場を印加するために設けられている。磁場発生器１６は、プラズマ室１２の中心軸に沿う磁場を発生させるよう構成されている。その磁力線方向を図１に矢印Ｍで示す。磁場発生器１６は、プラズマ室１２の軸線上の少なくとも一部分に共鳴磁場またはそれよりも高強度の磁場を発生させるよう構成されている。磁場発生器１６は、プラズマ室１２の軸線上の少なくとも一部分に共鳴磁場よりも低い磁場を発生させることも可能である。

【0020】

真空容器１８は、プラズマ室１２を真空環境に収容するための筐体である。真空容器１８は、磁場発生器１６を保持するための構造体でもある。プラズマ室１２は、内部にマイクロ波を受け入れるための真空窓２４を有する。プラズマ室１２、磁場発生器１６、及び真空容器１８については、更に詳しく後述する。

【0021】

マイクロ波イオン源１０は、マイクロ波供給系２６を備える。マイクロ波供給系２６は、真空窓２４を通じてプラズマ室１２にマイクロ波電力を入力するよう構成されている。マイクロ波供給系２６は、マイクロ波源２８、導波管３０、及びマッチングセクション３２を備える。マイクロ波源２８は例えばマグネトロンである。マイクロ波源２８は例えば２．４５ＧＨｚの周波数のマイクロ波を出力する。導波管３０は、マイクロ波源２８の出力するマイクロ波をプラズマ室１２に伝達するための立体回路である。導波管３０の一端はマイクロ波源２８に接続されており、他端はマッチングセクション３２を介して真空窓２４に接続されている。マッチングセクション３２はマイクロ波の整合のために設けられている。

【0022】

このようにして、マイクロ波供給系２６から真空窓２４を通じてプラズマ室１２にマイクロ波が導入される。導入されたマイクロ波は、真空窓２４に対向するプラズマ室１２の端部へ向けてプラズマ室１２の内部を伝搬する。マイクロ波の伝搬方向を図１に矢印Ｐで示す。マイクロ波の伝搬方向Ｐは、磁場発生器１６による磁力線方向Ｍと同一方向である。よって、マイクロ波の伝搬方向Ｐはプラズマ室１２の軸方向と同一方向である。

【0023】

また、マイクロ波供給系２６は、導波管３０に設けられているマイクロ波検出器３３を備える。マイクロ波検出器３３は、例えば、プラズマ室１２への入射電力及びプラズマ室１２からの反射電力をモニタするための方向性結合器を備える。マイクロ波検出器３３は、測定結果を制御装置Ｃに出力するよう構成されている。

【0024】

マイクロ波イオン源１０は、ガス供給系３４を備える。ガス供給系３４は、プラズマの原料ガスをプラズマ室１２に供給するよう構成されている。ガス供給系３４は、ガス源であるガスボンベ３６とガス流量制御器３８とを備える。原料ガスは例えばアルゴンガスである。原料ガスはイオン注入のための不純物を含有する成分を含んでもよい。ガス供給系３４のガス配管４０の先端が真空容器１８を通じてプラズマ室１２に接続されている。ガス配管４０は例えば、プラズマ室１２の側壁６４に接続されている。ガス流量制御器３８は、ガスボンベ３６をプラズマ室１２に接続し又は遮断するための開閉弁、またはガスボンベ３６からプラズマ室１２へのガス流量を調整するための流量制御弁を備える。こうして、原料ガスが、ガスボンベ３６からプラズマ室１２へと制御された流量で供給される。

【0025】

イオン源本体１４は、引出電極系４２を備える。引出電極系４２は、プラズマ室１２のイオン引出開口６６を通じてプラズマからイオンを引き出すよう構成されている。引出電極系４２は、第１電極４４と第２電極４６を含む。第１電極４４はプラズマ室１２と第２電極４６との間に設けられている。イオン引出開口６６を有する終端部６２と第１電極４４とは隙間を隔てて配列され、第１電極４４と第２電極４６とは隙間を隔てて配列されている。第１電極４４及び第２電極４６は、それぞれ例えば環状に形成されており、プラズマ室１２から引き出されたイオンを通すための開口部分を中心部に有する。

【0026】

第１電極４４は、プラズマから陽イオンを引き出すとともに、ビームライン５２からプラズマ室１２への電子の戻りを妨げるために設けられている。そのために、第１電極４４には負の高電圧が印加されている。第１電極４４に負の高電圧を印加するために、第１引出電源４８が設けられている。第２電極４６は接地されている。また、真空容器１８には正の高電圧が印加されている。真空容器１８に正の高電圧を印加するために、第２引出電源５０が設けられている。真空容器１８に印加される正の高電圧の絶対値は、第１電極４４に印加される負の高電圧の絶対値よりも大きい。このようにして、プラズマ室１２から陽イオンのイオンビーム２０が引き出される。プラズマ室１２からのイオンビーム２０の引出方向はマイクロ波の伝搬方向Ｐと同一方向である。

【0027】

マイクロ波イオン源１０には、引出電極系４２によって引き出されたイオンビーム２０を輸送するためのビームライン５２が設けられている。ビームライン５２は、マイクロ波供給系２６とは反対側にイオン源本体１４に連結されている。ビームライン５２は、真空容器１８に連通されている真空容器である。ビームライン５２は、イオン源本体１４の真空容器１８に対し絶縁されて真空容器１８に取り付けられている。そのために、ビームライン５２と真空容器１８の間にブッシング５４が設けられている。

【0028】

ブッシング５４は、ビームライン５２及び真空容器１８内の真空を維持しつつ、真空容器１８とグラウンド側との間の耐電圧を保持する。ブッシング５４は絶縁材料で形成されている。ブッシング５４は環状の形状を有し、引出電極系４２を囲んでいる。ブッシング５４は、ビームライン５２及びイオン源本体１４それぞれの真空容器の取付フランジ間に挟まれて取り付けられている。

【0029】

真空容器１８及びプラズマ室１２に真空環境を提供するための真空排気系５６が設けられている。図示の例においては真空排気系５６はビームライン５２に設けられている。ビームライン５２は真空容器１８及びプラズマ室１２に連通されているので、真空排気系５６は真空容器１８及びプラズマ室１２の真空排気をすることができる。真空排気系５６は例えばクライオポンプまたはターボ分子ポンプ等の高真空ポンプを含む。

【0030】

マイクロ波イオン源１０は、イオンビーム２０の出力を制御するための制御装置Ｃを備えてもよい。制御装置Ｃは、マイクロ波イオン源１０の各構成要素を制御し、プラズマ室１２に生成されるプラズマを制御し、それによりイオンビーム２０の出力を制御する。制御装置Ｃは、例えば、マイクロ波供給系２６、ガス供給系３４、コイル電源７６の動作を制御するよう構成されている。制御装置Ｃは例えば、原料ガスの流量、マイクロ波パワー、及び磁場強度の少なくとも１つを調整することにより、イオンビーム２０の出力を制御してもよい。

【0031】

プラズマ室１２は、その内部空間にプラズマを生成し維持するよう構成されている。プラズマ室１２の内部空間を以下では、プラズマ収容空間５８と呼ぶことがある。

【0032】

プラズマ室１２は、始端部６０、終端部６２、及び側壁６４を含む。始端部６０と終端部６２とはプラズマ収容空間５８を挟んで対向している。側壁６４はプラズマ収容空間５８を囲み、始端部６０と終端部６２とを接続している。このようにして、始端部６０、終端部６２、及び側壁６４によってプラズマ収容空間５８が真空容器１８の内部に画定されている。プラズマ室１２が円筒形状である場合、始端部６０及び終端部６２は円板形状であり、側壁６４は円筒であり、始端部６０及び終端部６２の外周部に側壁６４の末端が固定されている。

【0033】

始端部６０は真空窓２４を有する。真空窓２４は始端部６０の全体を占めていてもよいし、始端部６０の一部（例えば中心部）に形成されていてもよい。真空窓２４の一方の側がプラズマ収容空間５８に面しており、真空窓２４の他方の側がマイクロ波供給系２６に向けられている。真空窓２４はプラズマ室１２の内部を真空に封じる。マイクロ波の伝搬方向Ｐは真空窓２４に垂直である。真空窓２４は誘電体損の低い誘電体（例えばアルミナまたは窒化ホウ素等）で形成されている。なおプラズマ室１２の真空窓２４以外の部分は例えば非磁性金属材料で形成されている。

【0034】

終端部６２には少なくとも１つのイオン引出開口６６が形成されている。イオン引出開口６６は、プラズマ収容空間５８を挟んで真空窓２４に対向する位置に形成されている。すなわち、真空窓２４、プラズマ収容空間５８、及びイオン引出開口６６は、プラズマ室１２の軸方向に沿って配列されている。

【0035】

真空容器１８は、プラズマ室１２が一体に形成された二重の筒構造を有する。すなわち、プラズマ室１２が真空容器１８の内筒であり、その外側にプラズマ室１２を収容する外筒６８が設けられている。外筒６８はプラズマ室１２と同軸の円筒形状であってもよい。外筒６８とプラズマ室１２の側壁６４との間には隙間があり、この隙間に上述のガス供給系３４のガス配管４０の先端部が進入し側壁６４に取り付けられている。真空容器１８は例えば非磁性金属材料で形成されている。

【0036】

真空容器１８は、プラズマ室１２と一体に形成されていなくてもよい。真空容器１８とプラズマ室１２とがそれぞれ別体であり分割可能であってもよい。また、真空容器１８自体がプラズマ室１２を成していてもよい。このように真空容器１８がプラズマ室１２を兼用する場合には、外筒６８のビームライン５２側にイオン引出開口６６を有する端板を取り付ければよい。

【0037】

真空容器１８の一端は端板７０により閉塞され、他端はビームライン５２に向けて開放されている。端板７０の中心部にプラズマ室１２の始端部６０が形成されている。端板７０の外周部は径方向に外筒６８の外側まで延びている。ビームライン５２側の真空容器１８の端部には、ブッシング５４のための取付フランジ７２が設けられている。取付フランジ７２は外筒６８から径方向に外側に延びている。真空容器１８とプラズマ室１２とは軸方向長さが等しく、取付フランジ７２とプラズマ室１２の終端部６２とは軸方向位置が一致している。真空容器１８とプラズマ室１２とは軸方向長さが異なっていてもよい。

【0038】

真空容器１８には、磁場発生器１６を保持するための磁石保持部７４が形成されている。磁石保持部７４は例えば、真空容器１８の外筒６８の外表面に形成されている。本実施例においては磁場発生器１６は真空容器１８の外側に（即ち大気中に）設けられている。磁場発生器１６は真空容器１８を取り囲むように配置されている。しかし、別の例では、真空容器１８は、磁場発生器１６を真空容器１８の内部に（即ち真空中に）保持するための磁石保持部７４を備えてもよい。この場合にも本例と同様の効果を得ることができる。このようにして、磁場発生器１６は、プラズマ収容空間５８を包囲するように配置されている。

【0039】

磁場発生器１６は、プラズマ室１２の軸方向を向く磁場を発生させるよう構成されたコイルを備える。本例においてはプラズマ室１２及び真空容器１８は円筒形状であり、コイルは環状に形成され、プラズマ室１２の周方向に導線が巻かれている。磁場発生器１６は、コイルに電流を流すためのコイル電源７６を含む。なお磁場発生器１６は、図示されるように１つのコイルを備える代わりに、プラズマ室１２の軸方向に沿って配列された複数のコイルを備えてもよい。

【0040】

図２は、本発明のある実施形態に係る通常磁場Ｂ１の一例を示す図である。図２において縦軸はプラズマ室１２の中心軸上での軸方向磁束密度Ｂを表し、横軸はプラズマ室１２の軸方向位置Ｌを表す。従って、図２は、通常磁場Ｂ１の軸方向磁場分布を示す。図２の横軸には、プラズマ室１２の一端である真空窓２４の軸方向位置、及びプラズマ室１２の他端であるイオン引出開口６６の軸方向位置をそれぞれの符号で示す。図２には共鳴磁場Ｂ_ＥＣＲが示されている。こうした表記は後掲の図３においても同様である。

【0041】

通常磁場Ｂ１は、高密度プラズマの維持に適する磁場である。制御装置Ｃは、マイクロ波イオン源１０の通常運転においてプラズマ室１２に通常磁場Ｂ１が印加されるように磁場発生器１６を制御する。

【0042】

図示されるように、通常磁場Ｂ１は、プラズマ室１２において真空窓２４からイオン引出開口６６にわたって共鳴磁場Ｂ_ＥＣＲを超えており、プラズマ室１２内にピークＰ１を有する単峰形の磁場分布である。ピークＰ１の軸方向位置は、イオン引出開口６６よりも真空窓２４に近い。磁場強度はピークＰ１から真空窓２４へと単調に減少し、ピークＰ１からイオン引出開口６６へと単調に減少する。よってピークＰ１から真空窓２４への減少勾配は、ピークＰ１からイオン引出開口６６への減少勾配より大きい。真空窓２４での磁場強度は、イオン引出開口６６での磁場強度に等しいか、又はいくらか大きくてもよい。また、通常磁場Ｂ１のピークＰ１の近傍では磁場分布は平坦である。ピークＰ１の強度は例えば、共鳴磁場Ｂ_ＥＣＲの約１．３倍から約１．６倍の範囲にある。

【0043】

図３は、本発明のある実施形態に係る初期磁場Ｂ２の一例を示す図である。初期磁場Ｂ２は、プラズマ室１２におけるプラズマの着火に適する磁場である。初期磁場Ｂ２は、プラズマ室１２に電子サイクロトロン共鳴を起こすように設定されている。そのために、初期磁場Ｂ２は、プラズマ室１２の少なくとも一部において共鳴磁場Ｂ_ＥＣＲに一致するか又はその近傍の磁場を有する。制御装置Ｃは、マイクロ波イオン源１０の起動運転においてプラズマ室１２に初期磁場Ｂ２が印加されるように磁場発生器１６を制御する。

【0044】

図示されるように、初期磁場Ｂ２は、真空窓２４からイオン引出開口６６にわたって平坦な磁場分布である。プラズマ室１２内において初期磁場Ｂ２の強度は共鳴磁場Ｂ_ＥＣＲにほぼ等しく、例えば共鳴磁場Ｂ_ＥＣＲの±５％以内、好ましくは±３％以内、より好ましくは±１％以内の範囲にある。よって初期磁場Ｂ２は、プラズマ室１２内の少なくとも一部において共鳴磁場Ｂ_ＥＣＲよりいくらか低い磁場であってもよい。図示される初期磁場Ｂ２は、真空窓２４及びイオン引出開口６６において共鳴磁場Ｂ_ＥＣＲに一致し、真空窓２４からイオン引出開口６６にわたって共鳴磁場Ｂ_ＥＣＲよりも高い磁場である。このように、初期磁場Ｂ２はプラズマ室１２内において通常磁場Ｂ１に比べて低減された磁場分布である。

【0045】

図４は、本発明のある実施形態に係るマイクロ波イオン源１０の起動方法を説明するためのフローチャートである。この方法は、マイクロ波イオン源１０のプラズマ室１２にプラズマを着火する着火工程と（Ｓ１０）、プラズマ着火後にマイクロ波イオン源１０の通常運転に移行する移行工程と（Ｓ２０）、を備える。制御装置Ｃは、例えば、磁場発生器１６、マイクロ波供給系２６、ガス供給系３４などのマイクロ波イオン源１０の構成要素の動作を制御して本方法を実行する。

【0046】

着火工程（Ｓ１０）は、マイクロ波イオン源１０のプラズマ室１２にプラズマ着火のための初期磁場Ｂ２を印加することと（Ｓ１２）、ガス供給系３４からプラズマ室１２にガスを導入することと（Ｓ１４）、マイクロ波供給系２６からプラズマ室１２にマイクロ波を導入することと（Ｓ１６）、を備える。

【0047】

制御装置Ｃによる制御のもとで（または操作者の操作により）、マイクロ波イオン源１０の動作が開始される。コイル電源７６から磁場発生器１６のコイルに電流が供給され、プラズマ室１２に初期磁場Ｂ２が生じる。原料ガスがガス供給系３４からプラズマ室１２に供給される。マイクロ波がマイクロ波供給系２６から真空窓２４を通じてプラズマ室１２に導入される。マイクロ波は軸方向に沿ってプラズマ室１２に入射する。

【0048】

このように、制御装置Ｃは、プラズマ室１２にマイクロ波が供給される前に初期磁場Ｂ２の印加を開始するように、磁場発生器１６を制御する。また、制御装置Ｃは、プラズマ室１２にマイクロ波が供給される前に原料ガスをプラズマ室１２に導入する。したがって、プラズマ室１２に初期磁場Ｂ２を印加しかつ原料ガスを供給した状態で、マイクロ波がプラズマ室１２に導入される。マイクロ波と初期磁場Ｂ２との作用によって電子サイクロトロン共鳴が生じ、プラズマ室１２にプラズマが生成される。

【0049】

移行工程（Ｓ１８）は、プラズマ着火後に初期磁場Ｂ２を通常磁場Ｂ１に変更することを備える（Ｓ２０）。制御装置Ｃは例えば、マイクロ波の導入開始から所定時間後に初期磁場Ｂ２から通常磁場Ｂ１に切り換えるように磁場発生器１６を制御する。この所定時間はプラズマの着火に要する時間であり、例えば数秒以内である。本方法によるとマイクロ波を導入したとき直ちにプラズマが確実に着火されるので、制御装置Ｃはマイクロ波の導入と同時に通常磁場Ｂ１に切り換えてもよい。

【0050】

移行工程（Ｓ１８）は、マイクロ波検出器３３を使用してプラズマ着火を検出することを備えてもよい。プラズマが着火したときプラズマ室１２でのマイクロ波の反射率がいくらか下がる。このような反射率の低下がマイクロ波検出器３３によって検出される。したがって、制御装置Ｃは、マイクロ波検出器３３の測定結果に基づいてプラズマが着火したか否かを判定し、着火と判定した場合に初期磁場Ｂ２を通常磁場Ｂ１に変更してもよい。

【0051】

このようにして、マイクロ波イオン源１０は、プラズマ着火運転から通常運転へと移行する。通常運転においては、引出電極系４２によってイオン引出開口６６を通じてプラズマからイオンが引き出される。引き出されたイオンはビームライン５２へと供給される。

【0052】

ある典型的なマイクロ波イオン源１０の起動方法においては、通常磁場Ｂ１を印加した状態でマイクロ波及び原料ガスがプラズマ室１２に導入される。このときプラズマ室１２における原料ガス圧を一時的に通常よりも高くすることで、プラズマの着火を促進することができる。しかし、通常磁場Ｂ１は共鳴磁場Ｂ_ＥＣＲから乖離しているので、この方法においてはプラズマの着火が保証されているわけではない。また、プラズマ室１２の昇圧は、プラズマ室１２の真空度を測定するための真空計測機器（例えば電離真空計など）に負荷を与えるかもしれない。

【0053】

これに対し、本実施形態によると、ＥＣＲ条件付近の磁場分布である初期磁場Ｂ２がプラズマ着火のためにプラズマ室１２に印加される。ＥＣＲはプラズマが存在していない状態において僅か１つの荷電粒子があるだけでも生じる相互作用である。したがって、容易かつ確実にプラズマを着火することができる。また、本実施形態によると、高密度プラズマに適する通常磁場Ｂ１がプラズマ着火後にプラズマ室１２に印加される。こうして、着火したプラズマを高密度プラズマへと成長させることができる。

【0054】

また、本実施形態によると、プラズマ室１２に初期磁場Ｂ２を印加しかつ原料ガスを供給した状態で、マイクロ波がプラズマ室１２に導入される。ＥＣＲ条件近傍の磁場はマイクロ波の反射率が高い。よって、このようにマイクロ波を着火工程の最後に導入することにより、マイクロ波の不必要な反射や消費を抑えることができる。

【0055】

以上、本発明を実施例にもとづいて説明した。本発明は上記実施形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。

【符号の説明】

【0056】

１０ マイクロ波イオン源、 １２ プラズマ室、 １６ 磁場発生器、 ２４ 真空窓、 ２６ マイクロ波供給系、 ６６ イオン引出開口、 Ｂ１ 通常磁場、 Ｂ２ 初期磁場、 Ｃ 制御装置。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】