微波離子源及其啟動(dòng)方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種用于啟動(dòng)微波離子源的實(shí)用方法、及根據(jù)這種啟動(dòng)方法而被控制的微波離子源。微波離子源（10）具備：等離子體室（12）；磁場(chǎng)發(fā)生器（16），用于在等離子體室（12）產(chǎn)生磁場(chǎng)；及控制裝置（C），將磁場(chǎng)發(fā)生器（16）控制成對(duì)等離子體室（12）施加用于等離子體點(diǎn)火的初始磁場(chǎng)且在等離子體點(diǎn)火后使初始磁場(chǎng)變更為普通磁場(chǎng)。等離子體室（12）也可以具備用于接受微波的真空窗（24）、及離子引出開口（66）。初始磁場(chǎng)也可以從真空窗（24）遍及離子引出開口（66）具有平坦的磁場(chǎng)分布。
【專利說(shuō)明】微波離子源及其啟動(dòng)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請(qǐng)主張基于2013年2月18日申請(qǐng)的日本專利申請(qǐng)第2013-028722號(hào)的優(yōu)先權(quán)。其申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容通過(guò)參考援用于本說(shuō)明書中。
[0002]本發(fā)明涉及一種微波離子源、及微波離子源的啟動(dòng)方法。
【背景技術(shù)】
[0003]已知有將微波用于等離子體生成的離子源。向真空等離子體室導(dǎo)入微波。供給到等離子體室的原料氣體被微波激發(fā)而生成等離子體。從等離子體引出離子。這樣從離子源引出的離子被用作例如離子注入處理。
[0004]專利文獻(xiàn)1:日本特開昭63-66827號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的一方式的示例性目的之一在于提供一種用于啟動(dòng)微波離子源的實(shí)用方法、及根據(jù)這種啟動(dòng)方法被控制的微波離子源。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的一方式，提供一種微波離子源，其具備:等離子體室；磁場(chǎng)發(fā)生器，用于在所述等離子體室產(chǎn)生磁場(chǎng)；及控制部，將所述磁場(chǎng)發(fā)生器控制成，對(duì)所述等離子體室施加用于等離子體點(diǎn)火的初始磁場(chǎng)，且在等離子體點(diǎn)火后使所述初始磁場(chǎng)變更為普通磁場(chǎng)。
[0007]所述初始磁場(chǎng)也可以被設(shè)定為在所述等離子體室引起電子回旋共振。
[0008]所述等離子體室也可具備用于接受微波的窗、及離子引出開口。所述初始磁場(chǎng)也可從所述窗遍及所述離子引出開口具有平坦的磁場(chǎng)分布。
[0009]所述普通磁場(chǎng)也可以是比從所述窗遍及所述離子引出開口滿足電子回旋共振條件的磁場(chǎng)高的磁場(chǎng)。
[0010]所述控制部也可以將所述磁場(chǎng)發(fā)生器控制成在向所述等離子體室供給微波之前開始施加所述初始磁場(chǎng)。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的一方式，提供一種微波離子源的啟動(dòng)方法，其特征在于，具備:對(duì)微波離子源的等離子體室施加用于等離子體點(diǎn)火的初始磁場(chǎng)的步驟；及在等離子體點(diǎn)火后使所述初始磁場(chǎng)變更為普通磁場(chǎng)的步驟。
[0012]另外，以上構(gòu)成要件的任意組合和對(duì)本發(fā)明的構(gòu)成要件及表現(xiàn)在方法、裝置、及系統(tǒng)等之間彼此替換的技術(shù)也作為本發(fā)明的方式仍然有效。
[0013]發(fā)明效果:
[0014]根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種用于啟動(dòng)微波離子源的實(shí)用方法、及根據(jù)這種啟動(dòng)方法被控制的微波離子源。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是示意表示本發(fā)明的一實(shí)施方式所涉及的微波離子源的結(jié)構(gòu)的圖。[0016]圖2是表示本發(fā)明的一實(shí)施方式所涉及的普通磁場(chǎng)的一例的圖。
[0017]圖3是表示本發(fā)明的一實(shí)施方式所涉及的初始磁場(chǎng)的一例的圖。
[0018]圖4是用于說(shuō)明本發(fā)明的一實(shí)施方式所涉及的微波離子源的啟動(dòng)方法的流程圖。
[0019]圖中:10_微波離子源，12-等離子體室，16-磁場(chǎng)發(fā)生器，24-真空窗，26-微波供給系統(tǒng)，66-離子引出開口，B1-普通磁場(chǎng)，B2-初始磁場(chǎng)，C-控制裝置。
【具體實(shí)施方式】
[0020]圖1是示意表示本發(fā)明的一實(shí)施方式所涉及的微波離子源10的結(jié)構(gòu)的圖。微波離子源10是向施加有滿足電子回旋共振(ECR)條件的磁場(chǎng)或比該磁場(chǎng)高的磁場(chǎng)的等離子體室12內(nèi)沿磁力線方向輸入微波電力而生成高密度等離子體且引出離子的離子源。微波離子源10構(gòu)成為通過(guò)磁場(chǎng)與微波的相互作用生成原料氣體的等離子體，并從該等離子體向等離子體室12的外部引出離子。
[0021]眾所周知，滿足ECR條件的磁場(chǎng)的強(qiáng)度唯一決定所使用的微波頻率，當(dāng)微波頻率為2.45GHz時(shí)需要87.5mT (875高斯)的磁場(chǎng)。以下為了方便，將滿足ECR條件的磁場(chǎng)稱作共振磁場(chǎng)。
[0022]微波離子源10例如用于離子注入裝置所需的離子源。所注入的離子中例如具有氧。并且，微波離子源10可用作質(zhì)子加速器所需的離子源、或X射線源。微波離子源10主要用作一價(jià)離子源。
[0023]微波離子源10具備離子源主體14。離子源主體14具備等離子體室12、磁場(chǎng)發(fā)生器16、及真空容器18。
[0024]等離子體室12具有具備兩端的筒狀形狀。以下為了方便，將從等離子體室12的一端朝向另一端的方向稱作軸向。并且，將與軸向正交的方向稱作徑向，將包圍軸向的方向稱作周向。但是，他們并不一定意味著等離子體室12為具有旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性的形狀。圖示的例子中，等離子體室12為圓筒形狀，但是，只要等離子體室12能夠適當(dāng)?shù)厥杖莸入x子體，也可為任何形狀。并且，等離子體室12的軸向長(zhǎng)度可以比等離子體室12的端部的徑向長(zhǎng)度長(zhǎng)，也可以比該徑向長(zhǎng)度短。
[0025]磁場(chǎng)發(fā)生器16為了對(duì)等離子體室12施加磁場(chǎng)而設(shè)置。磁場(chǎng)發(fā)生器16構(gòu)成為產(chǎn)生沿等離子體室12的中心軸的磁場(chǎng)。在圖1中，用箭頭M表示其磁力線方向。磁場(chǎng)發(fā)生器16構(gòu)成為在等離子體室12的軸線上的至少一部分產(chǎn)生共振磁場(chǎng)或與其相比高強(qiáng)度的磁場(chǎng)。磁場(chǎng)發(fā)生器16也能夠在等離子體室12的軸線上的至少一部分產(chǎn)生低于共振磁場(chǎng)的磁場(chǎng)。
[0026]真空容器18是用于將等離子體室12收容于真空環(huán)境的框體。真空容器18還是用于保持磁場(chǎng)發(fā)生器16的結(jié)構(gòu)體。等離子體室12具有用于在內(nèi)部接收微波的真空窗24。關(guān)于等離子體室12、磁場(chǎng)發(fā)生器16、及真空容器18，在后面進(jìn)行更詳細(xì)地?cái)⑹觥?br> [0027]微波離子源10具備微波供給系統(tǒng)26。微波供給系統(tǒng)26構(gòu)成為通過(guò)真空窗24向等離子體室12輸入微波電力。微波供給系統(tǒng)26具備微波源28、波導(dǎo)管30及匹配區(qū)32。微波源28例如為磁控管。微波源28例如輸出2.45GHz的頻率的微波。波導(dǎo)管30是用于將微波源28所輸出的微波傳遞到等離子體室12的立體電路。波導(dǎo)管30的一端連接于微波源28，另一端通過(guò)匹配區(qū)32連接于真空窗24。匹配區(qū)32為了微波的匹配而設(shè)置。[0028]由此，微波從微波供給系統(tǒng)26通過(guò)真空窗24導(dǎo)入至等離子體室12。被導(dǎo)入的微波朝向與真空窗24對(duì)置的等離子體室12的端部在等離子體室12的內(nèi)部傳播。圖1中，用箭頭P表不微波的傳播方向。微波的傳播方向P為與由磁場(chǎng)發(fā)生器16產(chǎn)生的磁力線方向M相同的方向。因此，微波的傳播方向P為與等離子體室12的軸向相同的方向。
[0029]并且，微波供給系統(tǒng)26具備設(shè)置于波導(dǎo)管30的微波檢測(cè)儀33。微波檢測(cè)儀33例如具備用于對(duì)向等離子體室12的入射電力及來(lái)自等離子體室12的反射電力進(jìn)行監(jiān)控的定向耦合器。微波檢測(cè)儀33構(gòu)成為向控制裝置C輸出測(cè)定結(jié)果。
[0030]微波離子源10具備氣體供給系統(tǒng)34。氣體供給系統(tǒng)34構(gòu)成為將等離子體的原料氣體供給到等離子體室12。氣體供給系統(tǒng)34具備作為氣體源的氣瓶36、及氣體流量控制器38。原料氣體例如為IS氣。原料氣體也可以包含含有用于離子注入的雜質(zhì)的成分。氣體供給系統(tǒng)34的氣體配管40的前端通過(guò)真空容器18連接于等離子體室12。氣體配管40例如連接于等離子體室12的側(cè)壁64。氣體流量控制器38具備用于將氣瓶36與等離子體室12連接或斷開的開閉閥，或用于對(duì)從氣瓶36向等離子體室12的氣體流量進(jìn)行調(diào)整的流量控制閥。因此，以被控制的流量從氣瓶36向等離子體室12供給原料氣體。
[0031]離子源主體14具備引出電極系統(tǒng)42。引出電極系統(tǒng)42構(gòu)成為通過(guò)等離子體室12的離子引出開口 66從等離子體引出離子。引出電極系統(tǒng)42包括第I電極44及第2電極46。第I電極44設(shè)置于等尚子體室12與第2電極46之間。具有尚子引出開口 66的終端部62與第I電極44隔著間隔而排列，第I電極44與第2電極46隔著間隙而排列。第I電極44及第2電極46分別形成為例如環(huán)狀，在中心部具有用于使從等離子體室12引出的離子通過(guò)的開口部分。
[0032]第I電極44為了從等離子體引出陽(yáng)離子，并且防止電子從射束線52返回到等離子體室12而設(shè)置。為此,對(duì)第I電極44施加有負(fù)高電壓。為了對(duì)第I電極44施加負(fù)高電壓而設(shè)置第I引出電源48。第2電極46被接地。并且，對(duì)真空容器18施加有正高電壓。為了對(duì)真空容器18施加正高電壓而設(shè)置第2引出電源50。施加到真空容器18的正高電壓的絕對(duì)值大于施加到第I電極44的負(fù)高電壓的絕對(duì)值。由此，從等離子體室12引出陽(yáng)離子的離子束20。來(lái)自等離子體室12的離子束20的引出方向?yàn)榕c微波的傳播方向P相同的方向。
[0033]在微波離子源10上設(shè)置有射束線52，該射束線用于輸送通過(guò)引出電極系統(tǒng)42引出的離子束20。射束線52在與微波供給系統(tǒng)26相反的一側(cè)連結(jié)于離子源主體14。射束線52為與真空容器18連通的真空容器。射束線52相對(duì)于離子源主體14的真空容器18被絕緣而安裝于真空容器18。為此，在射束線52與真空容器18之間設(shè)置有襯套54。
[0034]襯套54維持射束線52及真空容器18內(nèi)的真空的同時(shí)，保持真空容器18與接地側(cè)之間的耐電壓。襯套54由絕緣材料形成。襯套54具有環(huán)狀形狀，且包圍引出電極系統(tǒng)42。襯套54以?shī)A持在射束線52及離子源主體14各自的真空容器的安裝凸緣之間的方式安裝。
[0035]在真空容器18及等離子體室12上設(shè)置有用于提供真空環(huán)境的真空排氣系統(tǒng)56。圖示的例子中，真空排氣系統(tǒng)56設(shè)置于射束線52。由于射束線52與真空容器18及等離子體室12連通，因此真空排氣系統(tǒng)56能夠進(jìn)行真空容器18及等離子體室12的真空排氣。真空排氣系統(tǒng)56例如包括低溫泵或渦流分子泵等高真空泵。[0036]微波離子源10也可具備用于控制離子束20的輸出的控制裝置C?？刂蒲b置C控制微波離子源10的各構(gòu)成要件，且控制生成于等離子體室12的等離子體，由此控制離子束20的輸出?？刂蒲b置C構(gòu)成為例如控制微波供給系統(tǒng)26、氣體供給系統(tǒng)34、線圈電源76的動(dòng)作?？刂蒲b置C例如也可以通過(guò)對(duì)原料氣體的流量、微波功率、及磁場(chǎng)強(qiáng)度中的至少I個(gè)進(jìn)行調(diào)整來(lái)控制離子束20的輸出。
[0037]等離子體室12構(gòu)成為在其內(nèi)部空間內(nèi)生成并維持等離子體。以下，有時(shí)將等離子體室12的內(nèi)部空間稱作等離子體收容空間58。
[0038]等離子體室12包括始端部60、終端部62及側(cè)壁64。始端部60與終端部62隔著等離子體收容空間58且相對(duì)置。側(cè)壁64圍繞等離子體收容空間58且連接始端部60與終端部62。因此，等離子體收容空間58通過(guò)始端部60、終端部62及側(cè)壁64被劃定在真空容器18的內(nèi)部。等離子體室12為圓筒形狀時(shí)，始端部60及終端部62為圓板形狀，側(cè)壁64為圓筒，在始端部60及終端部62的外周部固定有側(cè)壁64的末端。
[0039]始端部60具有真空窗24。真空窗24可以占整個(gè)始端部60，也可以形成于始端部60的一部分(例如中心部)。真空窗24的其中一側(cè)面向等離子體收容空間58，真空窗24的另一側(cè)朝向微波供給系統(tǒng)26。真空窗24將等離子體室12的內(nèi)部進(jìn)行真空密封。微波的傳播方向P與真空窗24垂直。真空窗24由電介質(zhì)損失較小的電介質(zhì)(例如鋁或氮化硼等)形成。另外，等離子體室12的除真空窗24以外的部分例如由非磁性金屬材料形成。
[0040]在終端部62形成有至少I個(gè)離子引出開口 66。離子引出開口 66形成于隔著等離子體收容空間58且與真空窗24對(duì)置的位置。即，真空窗24、等離子體收容空間58、及離子引出開口 66沿著等離子體室12的軸向排列。
[0041]真空容器18具有一體形成有等離子體室12的雙重筒結(jié)構(gòu)。即，等離子體室12為真空容器18的內(nèi)筒，且在其外側(cè)設(shè)置有收容等離子體室12的外筒68。外筒68也可為與等離子體室12同軸的圓筒形狀。在外筒68與等離子體室12的側(cè)壁64之間存在間隙，上述氣體供給系統(tǒng)34的氣體配管40的前端部以進(jìn)入到該間隙內(nèi)的方式安裝于側(cè)壁64。真空容器18例如由非磁性金屬材料形成。
[0042]真空容器18也可以不與等離子體室12 —體形成。真空容器18及等離子體室12也可分別為單體并能夠分割。并且，真空容器18本身也可成為等離子體室12。如此，真空容器18兼作等離子體室12時(shí)，將具有離子引出開口 66的端板安裝于外筒68的射束線52側(cè)即可。
[0043]真空容器18的一端被端板70封閉,而另一端朝向射束線52開放。在端板70的中心部形成有等離子體室12的始端部60。端板70的外周部沿徑向延伸至外筒68的外側(cè)。在射束線52側(cè)的真空容器18的端部設(shè)置有襯套54所需的安裝凸緣72。安裝凸緣72從外筒68沿徑向外側(cè)延伸。真空容器18與等離子體室12的軸向長(zhǎng)度相等，安裝凸緣72與等離子體室12的終端部62的軸向位置一致。真空容器18與等離子體室12的軸向長(zhǎng)度也可以不同。
[0044]真空容器18中，形成有保持磁場(chǎng)發(fā)生器16所需的磁鐵保持部74。磁鐵保持部74例如形成于真空容器18的外筒68的外表面。本實(shí)施例中，磁場(chǎng)發(fā)生器16設(shè)置于真空容器18的外側(cè)(即大氣中)。磁場(chǎng)發(fā)生器16以包圍真空容器18的方式配置。但是，在其他例子中，真空容器18也可以具備將磁場(chǎng)發(fā)生器16保持在真空容器18的內(nèi)部(即真空中)所需的磁鐵保持部74。此時(shí)，也能夠得到與本例相同的效果。由此，磁場(chǎng)發(fā)生器16以包圍等離子體收容空間58的方式配置。
[0045]磁場(chǎng)發(fā)生器16具備以朝向等離子體室12的軸向產(chǎn)生磁場(chǎng)的方式構(gòu)成的線圈。本例中，等離子體室12及真空容器18為圓筒形狀，且線圈形成為環(huán)狀，沿等離子體室12的周向纏繞導(dǎo)線。磁場(chǎng)發(fā)生器16包括用于使電流流過(guò)線圈的線圈電源76。另外，磁場(chǎng)發(fā)生器16可以具備沿等離子體室12的周向排列的多個(gè)線圈，來(lái)代替具備如圖所示的I個(gè)線圈。
[0046]圖2是表示本發(fā)明的一實(shí)施方式所涉及的普通磁場(chǎng)BI的一例的圖。圖2中，縱軸表示在等離子體室12的中心軸上的軸向磁通量密度B。橫軸表示等離子體室12的軸向位置L。因此，圖2表示普通磁場(chǎng)BI的軸向磁場(chǎng)分布。在圖2的橫軸上，以各自的符號(hào)表示作為等離子體室12的其中一端的真空窗24的軸向位置、及作為等離子體室12的另一端的尚子引出開口 66的軸向位置。圖2中不出了共振磁場(chǎng)BEQi。這種標(biāo)記在后述的圖3中也相同。
[0047]普通磁場(chǎng)BI是適于維持高密度等離子體的磁場(chǎng)?？刂蒲b置C在微波離子源10的正常運(yùn)行時(shí)，以對(duì)等離子體室12施加普通磁場(chǎng)BI的方式控制磁場(chǎng)發(fā)生器16。
[0048]如圖所不，普通磁場(chǎng)BI為在等尚子體室12中從真空窗24遍及尚子引出開口 66而超過(guò)共振磁場(chǎng)BEQi，且在等離子體室12內(nèi)具有峰值Pl的單峰形的磁場(chǎng)分布。峰值Pl的軸向位置與離子引出開口 66相比更靠近真空窗24。磁場(chǎng)強(qiáng)度從峰值Pl向真空窗24單調(diào)減小，且從峰值Pl向離子引出開口 66單調(diào)減少。因此，從峰值Pl向真空窗24的減少梯度大于從峰值Pl向離子引出開口 66的減少梯度。在真空窗24中的磁場(chǎng)強(qiáng)度與在離子引出開口 66中的磁場(chǎng)強(qiáng)度相等，或者也可以略大。并且，在普通磁場(chǎng)BI的峰值Pl的附近，磁場(chǎng)分布平坦。峰值Pl的強(qiáng)度例如在從共振磁場(chǎng)Brai的約1.3倍到約1.6倍的范圍內(nèi)。
[0049]圖3是表不本發(fā)明的一實(shí)施方式的初始磁場(chǎng)B2的一例的圖。初始磁場(chǎng)B2是適于等離子體室12中的等離子體的點(diǎn)火的磁場(chǎng)。初始磁場(chǎng)B2被設(shè)定為在等離子體室12引起電子回旋共振。為此，初始磁場(chǎng)B2在等離子體室12的至少一部分具有與共振磁場(chǎng)Brai —致或其附近的磁場(chǎng)。控制裝置C在微波離子源10的啟動(dòng)運(yùn)行中，以對(duì)等離子體室12施加初始磁場(chǎng)B2的方式控制磁場(chǎng)發(fā)生器16。
[0050]如圖所示，初始磁場(chǎng)B2是從真空窗24遍及離子引出開口 66的平坦的磁場(chǎng)分布。在等離子體室12內(nèi)，初始磁場(chǎng)B2的強(qiáng)度與共振磁場(chǎng)Brai幾乎相等，例如在共振磁場(chǎng)Brai的±5%以內(nèi)的范圍，優(yōu)選±3%以內(nèi)的范圍，更優(yōu)選±1%以內(nèi)的范圍。因此，初始磁場(chǎng)B2也可以是在等離子體室12內(nèi)的至少一部分比共振磁場(chǎng)Brai稍低的磁場(chǎng)。圖示的初始磁場(chǎng)B2在真空窗24及尚子引出開口 66與共振磁場(chǎng)Brai —致,為從真空窗24遍及尚子引出開口 66高于共振磁場(chǎng)Beck的磁場(chǎng)。由此，初始磁場(chǎng)B2為在等離子體室12內(nèi)與普通磁場(chǎng)BI相比下降的磁場(chǎng)分布。
[0051]圖4是用于說(shuō)明本發(fā)明的一實(shí)施方式所涉及的微波離子源10的啟動(dòng)方法的流程圖。該方法具備在微波離子源10的等離子體室12內(nèi)對(duì)等離子體進(jìn)行點(diǎn)火的點(diǎn)火工序(S10)、及在等離子體點(diǎn)火后轉(zhuǎn)移為微波離子源10的普通運(yùn)行的轉(zhuǎn)移工序(S20)?？刂蒲b置C例如對(duì)磁場(chǎng)發(fā)生器16、微波供給系統(tǒng)26及氣體供給系統(tǒng)34等微波離子源10的構(gòu)成要件的動(dòng)作進(jìn)行控制來(lái)執(zhí)行本方法。
[0052]點(diǎn)火工序(SlO)具備:向微波離子源10的等離子體室12施加等離子體點(diǎn)火所需的初始磁場(chǎng)B2的步驟(S12)、從氣體供給系統(tǒng)34向等離子體室12導(dǎo)入氣體的步驟(S14)、及從微波供給系統(tǒng)26向等離子體室12導(dǎo)入微波的步驟(S16)。
[0053]在控制裝置C的控制下(或通過(guò)操作者的操作)，開始微波離子源10的動(dòng)作。從線圈電源76向磁場(chǎng)發(fā)生器16的線圈供給電流，在等離子體室12產(chǎn)生初始磁場(chǎng)B2。從氣體供給系統(tǒng)34向等離子體室12供給原料氣體。微波從微波供給系統(tǒng)26通過(guò)真空窗24導(dǎo)入到等離子體室12。微波沿著軸向射入到等離子體室12。
[0054]由此，控制裝置C以向等離子體室12供給微波之前開始施加初始磁場(chǎng)B2的方式控制磁場(chǎng)發(fā)生器16。并且，控制裝置C向等離子體室12供給微波之前向等離子體室12導(dǎo)入原料氣體。由此，在對(duì)等離子體室12施加初始磁場(chǎng)B2且供給原料氣體的狀態(tài)下，向等離子體室12導(dǎo)入微波。通過(guò)微波與初始磁場(chǎng)B2的作用產(chǎn)生電子回旋共振，且在等離子體室12生成等離子體。
[0055]轉(zhuǎn)移工序(S18)具備在等離子體點(diǎn)火后使初始磁場(chǎng)B2變更為普通磁場(chǎng)BI的步驟(S20)?？刂蒲b置C例如在從開始微波的導(dǎo)入起經(jīng)過(guò)預(yù)定時(shí)間后，以從初始磁場(chǎng)B2切換為普通磁場(chǎng)BI的方式控制磁場(chǎng)發(fā)生器16。該預(yù)定時(shí)間為等離子體點(diǎn)火所需的時(shí)間，例如為幾秒鐘以內(nèi)。根據(jù)本方法，在導(dǎo)入微波時(shí)，等離子體立刻可靠地被點(diǎn)火，因此控制裝置C也可以與微波的導(dǎo)入一同切換為普通磁場(chǎng)BI。
[0056]轉(zhuǎn)移工序(S18)也可以具備使用微波檢測(cè)儀33對(duì)等離子體點(diǎn)火進(jìn)行檢測(cè)的步驟。等離子體點(diǎn)火時(shí)，在等離子體室12中的微波的反射率略下降。這種反射率的下降通過(guò)微波檢測(cè)儀33檢測(cè)。由此，控制裝置C也可根據(jù)微波檢測(cè)儀33的測(cè)定結(jié)果判定等離子體是否已點(diǎn)火，判定為已點(diǎn)火時(shí)，將初始磁場(chǎng)B2變更為普通磁場(chǎng)BI。
[0057]由此，微波離子源10從等離子體點(diǎn)火運(yùn)行轉(zhuǎn)移到普通運(yùn)行。普通運(yùn)行時(shí)，利用引出電極系統(tǒng)42通過(guò)離子引出開口 66從等離子體引出離子。被引出的離子供給到射束線52。
[0058]在一典型的微波離子源10的啟動(dòng)方法中，在施加普通磁場(chǎng)BI的狀態(tài)下，微波及原料氣體導(dǎo)入到等離子體室12。此時(shí)，通過(guò)使等離子體室12中的原料氣體壓力暫時(shí)高于正常壓力，能夠促進(jìn)等離子體點(diǎn)火。但是，普通磁場(chǎng)BI從共振磁場(chǎng)Brai偏離，因此該方法中，等離子體點(diǎn)火無(wú)法得到保證。并且，等離子體室12的升壓可能對(duì)用于測(cè)定等離子體室12的真空度的真空測(cè)量機(jī)器(例如電離真空計(jì)等)施加負(fù)載。
[0059]相對(duì)于此，根據(jù)本實(shí)施方式，作為ECR條件附近的磁場(chǎng)分布的初始磁場(chǎng)B2為了等離子體點(diǎn)火而施加于等離子體室12。ECR是在不存在等離子體的狀態(tài)下即使僅有I個(gè)帶電粒子也會(huì)產(chǎn)生的相互作用。由此，能夠輕松且可靠地對(duì)等離子體進(jìn)行點(diǎn)火。并且，根據(jù)本實(shí)施方式，適于高密度等離子體的普通磁場(chǎng)BI在等離子體點(diǎn)火后施加于等離子體室12。由此，能夠使點(diǎn)火的等離子體生長(zhǎng)成高密度等離子體。
[0060]并且，根據(jù)本實(shí)施方式，在對(duì)等離子體室12施加初始磁場(chǎng)B2且供給原料氣體的狀態(tài)下，微波導(dǎo)入于等離子體室12。ECR條件附近的磁場(chǎng)的微波反射率較高。因此，這樣通過(guò)在點(diǎn)火工序的最后導(dǎo)入微波，能夠抑制微波的不必要的反射和浪費(fèi)。
[0061]以上，根據(jù)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說(shuō)明。本發(fā)明并不限定于上述實(shí)施方式，能夠進(jìn)行各種設(shè)計(jì)變更，且能夠?qū)崿F(xiàn)各種變形例，而且，這種變形例也在本發(fā)明的范圍內(nèi)是本領(lǐng)域的技術(shù)人員已了解的。
【權(quán)利要求】
1.一種微波離子源，其特征在于，具備: 等離子體室； 磁場(chǎng)發(fā)生器，用于在所述等離子體室產(chǎn)生磁場(chǎng) '及 控制部，將所述磁場(chǎng)發(fā)生器控制成，對(duì)所述等離子體室施加用于等離子體點(diǎn)火的初始磁場(chǎng)，且在等離子體點(diǎn)火后使所述初始磁場(chǎng)變更為普通磁場(chǎng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波離子源，其特征在于， 所述初始磁場(chǎng)被設(shè)定為在所述等離子體室引起電子回旋共振。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微波離子源，其特征在于， 所述等離子體室具備用于接受微波的窗、及離子引出開口， 所述初始磁場(chǎng)從所述窗遍及所述離子引出開口具有平坦的磁場(chǎng)分布。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的微波離子源，其特征在于， 所述普通磁場(chǎng)是比從所述窗遍及所述離子引出開口滿足電子回旋共振條件的磁場(chǎng)高的磁場(chǎng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1?4中任一項(xiàng)所述的微波離子源，其特征在于， 所述控制部將所述磁場(chǎng)發(fā)生器控制成，在向所述等離子體室供給微波之前開始施加所述初始磁場(chǎng)。
6.一種微波離子源的啟動(dòng)方法，其特征在于，具備: 對(duì)微波離子源的等離子體室施加用于等離子體點(diǎn)火的初始磁場(chǎng)的步驟；及 在等離子體點(diǎn)火后使所述初始磁場(chǎng)變更為普通磁場(chǎng)的步驟。
【文檔編號(hào)】H01J27/16GK103996591SQ201410053592
【公開日】2014年8月20日 申請(qǐng)日期:2014年2月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月18日
【發(fā)明者】高橋伸明, 村田裕彥 申請(qǐng)人:住友重機(jī)械工業(yè)株式會(huì)社