特開 2024-13271 イオン源

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024013271

(43)【公開日】2024-02-01

(54)【発明の名称】イオン源

(51)【国際特許分類】

   H01J 37/08 20060101AFI20240125BHJP

   H01J 27/20 20060101ALI20240125BHJP

【ＦＩ】

H01J37/08

H01J27/20

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022115215

(22)【出願日】2022-07-20

(71)【出願人】

【識別番号】302054866

【氏名又は名称】日新イオン機器株式会社

(72)【発明者】

【氏名】宇井 利昌

【テーマコード（参考）】

5C101

【Ｆターム（参考）】

5C101AA25

5C101BB08

5C101DD03

5C101DD25

5C101DD27

5C101DD29

(57)【要約】

【課題】イオンビームの引出効率を高めるイオン源を提供する。
【解決手段】プラズマが生成される内部空間ＩＳを有するプラズマ生成容器１０Ａと、内部空間ＩＳに配置され、電子を放出する電子放出部３１を有する電子放出部材３０と、内部空間ＩＳに閉じ込め磁場を形成する磁場形成手段２０Ａとを備え、内部空間ＩＳからプラズマ生成容器１０Ａに形成された引出開口１２ａを通じてイオンビームＩＢを一方向Ｄに引き出すイオン源１Ａであり、磁場形成手段２０Ａが、電子放出部３１から引出開口１２ａにかけて、磁場の向きが一方向Ｄに揃うよう閉じ込め磁場を形成する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

プラズマが生成される内部空間を有するプラズマ生成容器と、前記内部空間に配置され、電子を放出する電子放出部を有する電子放出部材と、前記内部空間に閉じ込め磁場を形成する磁場形成手段とを備え、前記内部空間から前記プラズマ生成容器に形成された引出開口を通じてイオンビームを一方向に引き出すイオン源であって、
前記磁場形成手段が、前記電子放出部から前記引出開口にかけて、磁場の向きが前記一方向に揃うよう前記閉じ込め磁場を形成するイオン源。

【請求項2】

前記プラズマ生成容器が、前記引出開口を有する前方壁と、前記前方壁に対向する後方壁と、前記前方壁と前記後方壁とを連結する一対の側壁と、前記前方壁と前記後方壁とを連結する一対の底壁とを有し、
前記磁場形成手段が、
各前記側壁の外側において、前記一方向について前記電子放出部より前記前方壁側に位置付けられた永久磁石である第一の側壁磁石と、
前記後方壁の外側に配置された一または複数の永久磁石である後方壁磁石と、
を備える請求項１に記載のイオン源。

【請求項3】

前記磁場形成手段が、各前記側壁の外側において、前記一方向について前記第一の側壁磁石より前記後方壁側に位置付けられた永久磁石である第二の側壁磁石をさらに備える、
請求項２に記載のイオン源。

【請求項4】

前記プラズマ生成容器が、前記引出開口を有する前方壁と、前記前方壁に対向する後方壁と、を有し、
前記磁場形成手段が、
前記後方壁の外側に配置された一または複数の後方壁磁石と、
前記プラズマ生成容器の外部に配置され、前記内部空間に前記一方向に向かう磁場を形成する電磁石と、
を備える請求項１に記載のイオン源。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、プラズマ生成容器内に閉じ込め磁場が形成されるイオン源に関する。

【背景技術】

【0002】

プラズマ生成容器内に荷電粒子を閉じ込めるための閉じ込め磁場が形成されるイオン源として、特許文献１に開示されたイオン源がある。このイオン源は、フラットパネルディスプレイ製造工程等で使用されるイオン注入装置に用いられ、直方体形状のプラズマ生成容器と、プラズマ生成容器の角部からプラズマ生成容器の内部に挿入されたフィラメントを備えている。また、プラズマ生成容器の外側には、プラズマ生成容器の内部空間に生成したイオンを閉じ込めるための閉じ込め磁場を形成する複数の永久磁石が配置されている。このイオン源では、プラズマ生成容器を構成する各側壁および後方壁のそれぞれに永久磁石が三個ずつ配置されている。特許文献１の図５には、この磁石の配置によってプラズマ生成容器の内部空間における閉じ込め磁場の磁場分布が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１１－２２８０４４

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１のイオン源においては、電子を放出するフィラメントがプラズマ生成容器の内部空間の中央付近に配置されていることから、当該中央付近の領域におけるプラズマ密度が他の領域と比較して高くなる。一方、この磁場分布では、プラズマ生成容器の内部空間の中央付近から側壁に向かう方向の磁場が形成されている。したがって、中央領域で生成したプラズマ中のイオンのうち一部はこの磁場に捕捉されて移動することで側壁に衝突し、消滅することになる。すなわち、特許文献１に開示された磁石の配置では、プラズマ生成容器の内部空間の中央領域で生成したプラズマに含まれるイオンの一部が側壁に衝突して消滅することによって、イオンビームの引出効率が低下するという問題があった。

【0005】

本発明は、上記問題を解決するものであり、従来のイオン源と比較してイオンビームの引出効率を高めることができるイオン源を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明のイオン源は、プラズマが生成される内部空間を有するプラズマ生成容器と、前記内部空間に配置され、電子を放出する電子放出部を有する電子放出部材と、前記内部空間に閉じ込め磁場を形成する磁場形成手段とを備え、前記内部空間から前記プラズマ生成容器に形成された引出開口を通じてイオンビームを一方向に引き出すイオン源であって、 前記磁場形成手段が、前記電子放出部から前記引出開口にかけて、磁場の向きが前記一方向に揃うよう前記閉じ込め磁場を形成する。

【0007】

この構成によれば、プラズマ生成容器の内部空間に、電子放出部材の電子放出部からプラズマ生成容器の引出開口にかけて、磁場の向きが一方向に揃うよう閉じ込め磁場が形成される。
したがって、内部空間の他の領域と比較してより多くプラズマが生成される電子放出部近傍の領域から引出開口にかけて、磁場の向きが一方向に揃うことから、生成したプラズマ中のイオンがプラズマ生成容器に衝突して消滅する確率が従来と比較して低くなる。その結果、生成したイオンがイオンビームとしてプラズマ生成容器の外部に引き出される確率が高くなる。すなわち、従来と比較して、プラズマ生成容器から引き出されるイオンビームの引出効率が向上する。

【0008】

また、本発明のイオン源は、前記プラズマ生成容器が、前記引出開口を有する前方壁と、前記前方壁に対向する後方壁と、前記前方壁と前記後方壁とを連結する一対の側壁と、前記前方壁と前記後方壁とを連結する一対の底壁と、を有し、前記磁場形成手段が、各前記側壁および底壁の外側において、前記一方向について前記電子放出部より前記前方壁側に位置付けられた永久磁石である第一の側壁磁石と、前記後方壁の外側に配置された一または複数の永久磁石である後方壁磁石と、を備える構成であってもよい。

【0009】

また、本発明のイオン源は、前記磁場形成手段が、各前記側壁の外側において、前記一方向について前記第一の側壁磁石より前記後方壁側に位置付けられた永久磁石である第二の側壁磁石をさらに備える構成であってもよい。

【0010】

また、本発明のイオン源においては、 前記プラズマ生成容器が、前記引出開口を有する前方壁と、前記前方壁に対向する後方壁と、を有し、前記磁場形成手段が、前記後方壁の外側に配置された一または複数の後方壁磁石と、前記プラズマ生成容器の外部に配置され、前記内部空間に前記一方向に向かう磁場を形成する電磁石とを備える構成であってもよい。

【0011】

この構成によれば、電磁石により、電子放出領域に一方向に向きが揃った磁場を容易に形成することができる

【発明の効果】

【0012】

本発明のイオン源によれば、従来のイオン源と比較してイオンビームの引出効率を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の第一実施形態におけるイオン源を使用するイオン注入装置示す模式図。

【図2】第一実施形態におけるイオン源を示す斜視図。

【図3】第一実施形態におけるイオン源の断面図。

【図4】第一実施形態における閉じ込め磁場を示す図。

【図5】第一実施形態の第一変形例のおける閉じ込め磁場を示す図。

【図6】第一実施形態の第二変形例におけるイオン源の断面図。

【図7】本発明の第二実施形態におけるイオン源を示す斜視図。

【発明を実施するための形態】

【0014】

まず、本発明の第一実施形態であるイオン源１Ａついて説明する。なお、各図は本発明が理解されることを目的として作成されており、各図間における各構成要素の長さ寸法の比や縮尺の比率は必ずしも一致してはいない。

【0015】

図１に示すように、イオン源１Ａは、フラットパネルディスプレイ製造工程で使用されるイオン注入装置１００に用いられる。イオン源１Ａは、外部から供給される原料からプラズマを生成するためのプラズマ生成容器１０Ａと、当該プラズマに含まれるイオンをイオンビームＩＢとして引き出すための引出電極等から成る電極群１１とを備えている。また、イオン源１Ａは、プラズマ生成容器１０Ａの内部に荷電粒子を閉じ込めるための閉じ込め磁場を形成する磁場形成手段２０Ａをさらに備えている。

【0016】

イオン注入装置１００は、イオン源１Ａに加え、質量分析器２００および処理室３００をさらに備えている。イオンビームＩＢは、イオン源１Ａから一方向Ｄに引き出され、質量分析器２００において質量分離された後、処理室３００内に導かれる。処理室３００では、ガラス基板ＳにイオンビームＩＢが照射されることで、ガラス基板Ｓに対するイオン注入処理が施される。なお、本実施形態における質量分析器２００および処理室３００は、イオン注入装置において一般的に採用される構成とされていることから、これらの詳細な説明は省略する。また、イオン源１Ａはフラットパネルディスプレイ製造工程で使用されることに限定されず、例えば、半導体製造工程で使用されるものであってもよい。
各図に示されたX軸とY軸とZ軸は互いに直交しており、Z軸は鉛直方向と平行であり、Y軸は一方向Ｄと平行である。

【0017】

また、本実施形態におけるイオンビームＩＢはリボンビームであり、鉛直方向（図中のＺ方向）の幅が、当該幅方向および一方向Ｄに直交する方向の厚さよりも十分に大きいリボン状をなしている。

【0018】

図２はイオン源１Ａの斜視図である。なお、図２では本発明の要部であるプラズマ生成容器１０Ａおよび磁場形成手段２０Ａのみが示されている。図２に示すように、イオン源１Ａのプラズマ生成容器１０Ａは略直方体形状を成しており、長手方向を鉛直方向（図中のＺ方向）に一致させた状態でイオン注入装置１００に搭載されている。また、図３に示すように、プラズマ生成容器１０Ａはプラズマが生成される内部空間ＩＳを有している。

【0019】

図３は、プラズマ生成容器１０Ａの長手方向における中央位置での横断面図である。図２および図３に示すように、プラズマ生成容器１０Ａは、イオンビームＩＢが引き出される引出開口１２ａを有する前方壁１２を有する。引出開口１２ａには一方向Ｄに開口しており、内部空間ＩＳにおいて生成したプラズマ中のイオンは引出開口１２ａを通過し、イオンビームＩＢとして一方向Ｄに引き出される。また、プラズマ生成容器１０Ａは、前方壁１２と一方向Ｄについて対向する後方壁１３を有する。プラズマ生成容器１０Ａは、さらに、前方壁１２と後方壁１３とを連結し互いに対向する、一対の側壁１４、１４、および一対の底壁１５、１５を有する。

【0020】

本実施形態において、一対の底壁１５、１５はプラズマ生成容器１０Ａの長手方向（図中のＺ方向）について互いに対向している。また、一対の側壁１４、１４は当該長手方向および一方向Ｄに直交する方向（図中のＸ方向）について互いに対向している。また、本実施形態における内部空間ＩＳは、前方壁１２、後方壁１３、一対の側壁１４、１４、および一対の底壁１５、１５の各内壁面によって区画された空間である。

【0021】

図３に示すように、イオン源１Ａは、二つの電子放出部材３０、３０を備えている。各電子放出部材３０は、内部空間ＩＳ内の所定の位置に位置付けられ、内部空間ＩＳに電子を放出し得る電子放出部３１を有している。本実施形態における電子放出部３１は、通電されて高温となることで熱電子を放出するフィラメントにより形成されている。また、各電子放出部材３０は、フィラメントである電子放出部３１を保持する保持部３２を有している。

【0022】

図２および図３に示すように、プラズマ生成容器１０Ａの後方壁１３と各側壁１４が接合している角部１６には、電子放出部材３０が配置される貫通孔１７が複数形成されている。すなわち、各電子放出部材３０は、電子放出部３１が内部空間ＩＳ内の所定の位置に位置付けられるよう、プラズマ生成容器１０Ａの角部１６に形成された貫通孔１７に挿入されるようにして配置される。

【0023】

イオン注入装置１００は、プラズマ生成容器１０Ａの外部に配置され、各電子放出部材３０に電気的に接続され、電子放出部３１に通電させるための電源（不図示）を備えている。また、イオン注入装置１００は、プラズマ生成容器１０Ａの内部空間ＩＳにプラズマの原料となる原料ガスを供給するガス源（不図示）およびガス供給路（不図示）を備えている。当該電源、ガス源、およびガス供給路はイオン注入装置において一般的な構成が採用されていうことから図示および詳細な説明は省略する。

【0024】

図２に示すように、本実施形態における磁場形成手段２０Ａは、後方壁磁石２１、側壁磁石２２、および底壁磁石２３を備える。後方壁磁石２１、側壁磁石２２、および底壁磁石２３はいずれも永久磁石である。
後方壁磁石２１は、後方壁１３の外側に配置されており後方壁１３の長手方向に沿って配置された長尺状の第一後方壁磁石２１Aと、第一後方壁磁石２１Aの周囲を取り囲むように配置された第二後方壁磁石２１Bにより構成されている。第一後方壁磁石２１Aと第二後方壁磁石２１Bは互いに所定間隔離れるように位置付けられており、後方壁１３側に異なる磁極を向けた状態で配置されている。
なお、本実施形態における第一後方壁磁石２１Aは、単一の永久磁石により構成されているが、後方壁１３側に同一の磁極を向けた複数の永久磁石によって構成されていてもよい。

【0025】

本実施形態における第二後方壁磁石２１Bは、いずれも長尺状の第一側部磁石２１ａ、第二側部磁石２１ｂ、上部磁石２１ｃ、下部磁石２１ｄによって構成されている。
なお、第二後方壁磁石２１Bは単一の永久磁石により構成されていてもよい。また、第二後方壁磁石２１Bの第一側部磁石２１ａ、第二側部磁石２１ｂ、上部磁石２１ｃ、下部磁石２１ｄがさらに、いずれも同一の磁極を後方壁１３側に向けた複数の永久磁石によって構成されているものであってもよい。

【0026】

本実施形態における第一側部磁石２１ａと第二側部磁石２１ｂは、Ｘ方向について第一後方壁磁石２１Aを挟むように位置付けられている。また、上部磁石２１ｃと下部磁石２１ｄはＺ方向（鉛直方向）について第一後方壁磁石２１Aを挟むように位置付けられている。
なお、第一側部磁石２１ａおよび第二側部磁石２１ｂは、第二後方壁磁石２１Bが単一の磁石により形成されている場合、または第二後方壁磁石２１Bを単一の磁石であると見なした場合に、第二後方壁磁石２１BのうちＸ方向について第一後方壁磁石２１Aを挟むように位置する部分であると捉えてもよい。同様に、上部磁石２１ｃおよび下部磁石２１ｄは、第二後方壁磁石２１Bが単一の磁石により形成されている場合、または第二後方壁磁石２１Bを単一の磁石であると見なした場合に、第二後方壁磁石２１BのうちＺ方向（鉛直方向）について第一後方壁磁石２１Aを挟むように位置する部分であると捉えてもよい。

【0027】

側壁磁石２２は、一対の側壁１４、１４の外側に二個ずつ配置されている。各側壁１４の外側に配置された二個の側壁磁石２２は、一方向Ｄ（各図のＹ方向に一致）に互いに離れた状態で配置されている。これ以降、側壁１４に配置された各側壁磁石２２を区別するため、前方壁１２に近い側の側壁磁石２２を第一の側壁磁石２２ａ、後方壁１３に近い側の側壁磁石２２を第二の側壁磁石２２ｂと称する場合がある。
図３に示すように、本実施形態においては、第一の側壁磁石２２ａは、側壁１４の外側で、一方向Ｄについて電子放出部３１より前方壁１２側に配置されている。また、第二の側壁磁石２２ｂは、側壁１４の外側で、一方向Ｄについて第一の側壁磁石２２ａより後方壁１３側に配置されている。

【0028】

底壁磁石２３は、一対の底壁１５、１５の外側に二個ずつ配置されている。各底壁１５の外側に配置された二個の底壁磁石２３は、一方向Ｄ（各図のＹ方向に一致）に離れた状態で配置されている。これ以降、底壁１５に配置された各底壁磁石２３を区別するため、前方壁１２に近い側の底壁磁石２３を第一の底壁磁石２３ａ、後方壁１３に近い側の底壁磁石２３を第二の底壁磁石２３ｂと称する場合がある。

【0029】

イオン源１Ａは、第一の側壁磁石２２ａと第一の底壁磁石２３ａを配置する代わりに、図２に破線で示されるように、一対の側壁１４、１４および一対の底壁１５、１５を取り囲むように配置された前方磁石２２Ａを備える構成であってもよい。同様に、イオン源１Ａは、第二の側壁磁石２２ｂと第二の底壁磁石２３ｂを配置する代わりに、図２に破線で示されるように、一対の側壁１４、１４および一対の底壁１５、１５を取り囲むように配置された後方磁石２２Ｂを備える構成であってもよい。この場合、前方磁石２２Ａは、一方向Ｄについて電子放出部３１より前方壁１２側に位置づけられる。また、後方磁石２２Ｂは一方向Ｄについて、前方磁石２２Ａより後方壁１３側で、かつ前方磁石２２Ａと所定間隔離れるように位置付けられる。

【0030】

また、第一の側壁磁石２２ａと第一の底壁磁石２３ａは、前方磁石２２Ａの一部であると捉えてもよい。同様に、第二の側壁磁石２２ｂと第二の底壁磁石２３ｂは、後方磁石２２Ｂの一部であると捉えてもよい。
本実施形態における第一の側壁磁石２２ａと第一の底壁磁石２３ａは、プラズマ生成容器１０Ａの設計上の都合により離れた位置に配置されているが、図２に破線で示された仮想上の前方磁石２２Ａの一部として構成されており、プラズマ生成容器１０Ａ側に同一の磁極を向けて配置されている。同様に、本実施形態における第二の側壁磁石２２ｂと第二の底壁磁石２３ｂは、プラズマ生成容器１０Ａの設計上の都合により離れた位置に配置されているが、図２に破線で示された仮想上の後方磁石２２Ｂの一部として構成されており、プラズマ生成容器１０Ａ側に同一の磁極を向けて配置されている。

【0031】

前述の通り、第一後方壁磁石２１Aと第二後方壁磁石２１Bは異なる磁極を後方壁１３に向けて配置されている。したがって、プラズマ生成容器１０Ａの横断面では、図３に示すように、第二後方壁磁石２１Bの第一側部磁石２１ａ、第一後方壁磁石２１A、第二後方壁磁石２１Bの第二側部磁石２１ｂの三つの永久磁石が、隣り合う永久磁石のプラズマ生成容器１０Ａに向けられた磁極が異なるように配置された状態となっている。具体的には、第一側部磁石２１ａ、第一後方壁磁石２１A、第二側部磁石２１ｂが、それぞれ、Ｓ極、Ｎ極、Ｓ極をプラズマ生成容器１０Ａのプラズマ生成容器１０Ａの後方壁１３に向けた状態で配置されている。

【0032】

また、各側壁１４に配置された二個の側壁磁石２２もプラズマ生成容器１０Ａ側に向けられた磁極が異なるように配置されている。さらに、後方壁１３に近い側に配置される側壁磁石２２、すなわち第二の側壁磁石２２ｂは、側壁１４に最も近い位置に配置される後方壁磁石２１の一部である第二後方壁磁石２１B（第一側部磁石２１ａと第二側部磁石２１ｂ）のプラズマ生成容器１０Ａ側の磁極と異なる磁極を、プラズマ生成容器１０Ａ側に向けるよう配置されている。つまり、本実施形態においては、第二後方壁磁石２１B（第一側部磁石２１ａと第二側部磁石２１ｂ）がＳ極をプラズマ生成容器１０Ａ側に向けて配置されており、第一の側壁磁石２２ａ、第二の側壁磁石２２ｂはそれぞれ、Ｓ極、Ｎ極をプラズマ生成容器１０Ａの側壁１４に向けた状態で配置されている。
一対の第一の側壁磁石２２ａを図２に破線で示された仮想の前方磁石２２Ａの一部であると捉えることにより、一対の第一の側壁磁石２２ａは互いに対向するように位置づけられているとともに、同一の磁極をプラズマ生成容器１０Ａ側に向けて配置されていると捉えてもよい。同様に、一対の第二の側壁磁石２２ｂを図２に破線で示された仮想の後方磁石２２Ｂの一部であると捉えることにより、一対の第二の側壁磁石２２ｂは互いに対向するように位置づけられているとともに、同一の磁極をプラズマ生成容器１０Ａ側に向けて配置されていると捉えてもよい。

【0033】

図３に示すように、磁場形成手段２０Ａは、鉄等の強磁性体により形成された後方シールド板２４および側方シールド板２５をさらに備えている。後方シールド板２４は後方壁１３の外側に配置されている。後方壁磁石２１は後方シールド板２４によって押さえつけられるようにして、後方シールド板２４と後方壁１３の間に挟まれるように配置されている。また、側方シールド板２５は各側壁１４の外側に配置されている。第一の側壁磁石２２ａおよび第二の側壁磁石２２ｂは側方シールド板２５によって押さえつけられるようにして、側方シールド板２５と側壁１４に挟まれるように配置されている。
磁場形成手段２０Ａは、後方シールド板２４および側方シールド板２５の他、例えばプラズマ生成容器１０Ａの角部１６の外側にもシールド板（不図示）を配置する等して内部空間ＩＳに形成される閉じ込め磁場の形状を調整するようにしてもよい。また、磁場形成手段２０Ａは、内部空間ＩＳに所望の閉じ込め磁場を形成するものであればよく、本実施形態およびこれ以降に説明される変形例および第二実施形態の構成に限定されるものではない。
なお、図２におけるイオン源１Ａは、後方壁磁石２１、側壁磁石２２、底壁磁石２３を示すために後方シールド板２４および側方シールド板２５を省略して示されている。

【0034】

図４は、図３に示す位置に形成される磁場を示している。本実施形態においては、図３に示すように、後方壁磁石２１および側壁磁石２２が配置されることによりプラズマ生成容器１０Ａに向けられた各永久磁石の配置および磁極が線対称となっていることから、図４に示すように、内部空間ＩＳに形成される閉じ込め磁場も第一後方壁磁石２１Aの中央からY方向に引いた直線を軸として、線対称な分布となる。

【0035】

図４に示すように、本実施形態の磁場形成手段２０Ａは、プラズマ生成容器１０Ａの内部空間ＩＳに、電子放出部材３０の電子放出部３１から引出開口１２ａにかけた高密度領域Ｒに、磁力線Ｍによって表されるように、磁場の向きが一方向Ｄに揃うよう閉じ込め磁場を形成している。なお、高密度領域Ｒは、内部空間ＩＳの他の領域と比較してプラズマ密度が高くなる領域である。また、磁場の向きが一方向Ｄに揃うとは、各磁力線Ｍが平行であることに限らず、全体として、高密度領域Ｒに形成される磁場の磁力線Ｍの向きが後方壁１３側から前方壁１２側、または前方壁１２側から後方壁１３側に向かうものであればよい。

【0036】

また、図３に示すように、本実施形態においては、第二後方壁磁石２１Bの第一側部磁石２１ａ、第二後方壁磁石２１Ａ、第二後方壁磁石２１Bの第二側部磁石２１ｂ、第一の側壁磁石２２ａ、第二の側壁磁石２２ｂが、それぞれＳ極、Ｎ極、Ｓ極、Ｎ極、Ｓ極をプラズマ生成容器１０Ａ側に向けている。これを、第一側部磁石２１ａ、第二後方壁磁石２１Ａ、第二側部磁石２１ｂ、第一の側壁磁石２２ａ、第二の側壁磁石２２ｂが、それぞれＮ極、Ｓ極、Ｎ極、Ｓ極、Ｎ極をプラズマ生成容器１０Ａ側に向けるように変更してもよい。
つまり、イオン源１Ａは、プラズマ生成容器１０Ａの外側に配置される各永久磁極のプラズマ生成容器１０Ａ側に向く磁極を全て反転させるように構成してもよい。

【0037】

本実施形態においては、内部空間ＩＳの他の領域と比較してより多くプラズマが生成される電子放出部３１近傍の高密度領域Ｒから引出開口１２ａにかけて、磁場の向きが一方向Ｄに揃っている。したがって、生成したプラズマ中のイオンがプラズマ生成容器１０Ａの側壁１４の内壁面に衝突して消滅する確率が従来と比較して低くなる。その結果、生成したイオンがイオンビームＩＢとしてプラズマ生成容器１０Ａの外部に引き出される確率が高くなる。すなわち、従来と比較して、プラズマ生成容器１０Ａから引き出されるイオンビームＩＢの引出効率が向上する。

【0038】

なお、後方壁磁石２１を構成する永久磁石の個数は限定されるものではない。例えば、図５に第一の変形例として示すように、後方壁磁石２１が、第一後方壁磁石２１Aのみから成る構成としてもよい。この場合、第一後方壁磁石２１Aを、後方壁１３のＸ方向における中央で、プラズマ生成容器１０Ａ側に向けられる磁極が第二の側壁磁石２２ｂとは同じになるように配置すればよい。

【0039】

この場合、第一後方壁磁石２１Aと第一の側壁磁石２２ａがプラズマ生成容器１０Ａ側に異なる磁極を向けて配置されることになり、その結果、第一の側壁磁石２２ａと第一後方壁磁石２１Aの間にかけて磁力線Ｍが形成されることになる。この第一の変形例においても、図５に示すように、高密度領域Ｒに、一方向Ｄに揃うように閉じ込め磁場が形成される。

【0040】

また、プラズマ生成容器１０Ａの横断面で見た後方壁１３に配置される後方壁磁石２１の永久磁石の個数は、第一実施形態および第一変形例は３個および１個であるが、これを５以上の奇数個とするようにプラズマ生成容器１０Ａを構成することもできる。この場合、各後方壁磁石２１を構成する永久磁極が等しい間隔で配置されるとともに、隣り合う永久磁石のプラズマ生成容器１０Ａ側の磁極が互いに異なるように配置すればよい。さらに、両端に配置される永久磁石のプラズマ生成容器１０Ａ側の磁極と、一対の第二の側壁磁石２２ｂのプラズマ生成容器１０Ａ側の磁極とが異なるように配置すればよい。

【0041】

図６は、プラズマ生成容器１０Ａの横断面で見た後方壁１３に配置される後方壁磁石２１の永久磁石の個数が５個となる場合である第二変形例を示している。
第二変形例においては、後方壁磁石２１が、第一後方壁磁石２１Aと第二後方壁磁石２１Bに加え、第二後方壁磁石２１Bをさらに取り囲む第三後方壁磁石２１Cをさらに備える構成とされている。図６に示すように、第三後方壁磁石２１Cは、第二後方壁磁石２１Bの外側配置される第三側部磁石２１ｅおよび第四側部磁石２１ｆを有している。

【0042】

第二変形例では、さらに、各側壁１４に配置される側壁磁石２２を第一の側壁磁石２２ａのみとしている。この場合、図６に示すように、後方壁磁石２１のうち最も両側に配置された第三側部磁石２１ｅおよび第四側部磁石２１ｆと、第一の側壁磁石２２ａとが異なる磁極をプラズマ生成容器１０Ａ側に向けて配置すればよい。これにより、高密度領域Ｒに一方向Ｄに揃うように閉じ込め磁場を形成することができる。

【0043】

次に、本発明の第二実施形態であるイオン源１Ｂについて説明する。
図７は、イオン源１Ｂの斜視図であるが、第一実施形態であるイオン源１Ａと共通する構成については同一の符号を付与し、その説明を省略する。

【0044】

イオン源１Ｂは、プラズマ生成容器１０Ｂと磁場形成手段２０Ｂを備えている。磁場形成手段２０Ｂは、プラズマ生成容器１０Ｂの後方壁１３の外側に配置される後方壁磁石２１と、プラズマ生成容器１０Ｂの側壁１４、１４および底壁１５、１５を取り囲むように配置されたコイルからなる電磁石２６とによる構成されている。

【0045】

電磁石２６は、プラズマ生成容器１０Ｂの内部空間ＩＳに一方向Ｄに向かう磁場を形成し、これにより、第一実施形態と同様、高密度領域Ｒに一方向Ｄに揃うように閉じ込め磁場を形成することができる。

【0046】

また、本発明は上述の第一および第二実施形態に限らず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であることは言うまでもない。

【符号の説明】

【0047】

ＩＢ イオンビーム
ＩＳ 内部空間
１Ａ、１Ｂ イオン源
１０Ａ、１０Ｂ プラズマ生成容器
１２ 前方壁
１２ａ 引出開口
１３ 後方壁
１４ 側壁
１５ 底壁
２０Ａ、２０Ｂ 磁場形成手段
２１ 後方壁磁石
２２ 側壁磁石
２３ 底壁磁石
３０ 電子放出部材
３１ 電子放出部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】