JPH01104764A - イオンビーム照射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野］ この発明は、例えばイオン注入装置、イオンビーム照射
と真空蒸着を併用する装置、イオンビームスパッタ装置
等のよう番こ、イオン源からイオンビームを引き出して
それ壬真空容器内で被照射物に照射するイオンビーム照
射袋装置に関し、時に、イオンビームの引出し電圧やビ
ーム電流を変化させた場合にイオンビームの発散角が変
化するのを防止する手段に関する。

〔従来の技術〕

従来のこの種のイオンビーム照射装置の一例を第４図に
示す。

この装置は、イオン源２からイオンビーム１４を引き出
し、これを真空容器２ｏ内で基板等の被照射物１６に照
射して、イオン注入、剥膜形成等を行うようにしている
。１８はオルグである。

イオン源２は、この例ではいわゆるパケット型イオン源
であり、プラズマ生成容器４内にイオン源ガスを導入し
て、アノード兼用のプラズマ生成容器４とフィラメント
６間でアーク放電を起こさせてプラズマ生成容器４内に
プラズマ８を生成させ、このプラズマ８からこの例では
３枚の多孔電極、即ちプラズマ電極１１、抑制電極１２
および接地雪掻１３から成るイオンビーム引出し電極系
１０によって電界の作用でイオンビーム１４を引き出す
構造をしている。尚、プラズマ閉込め磁場発生用の磁石
は図示を省略している。

上記フィラメント６にはフィラメント電源２２から加熱
用の電力が、フィラメント６とプラズマ生成容器４間に
はアーク電源２４からアーク放電用の電力が、プラズマ
電極１１には引出し電源２６からイオンビーム１４引出
し用の正の引出し電圧Ｖｅが、抑制電極１２には抑制電
源２８から電子逆流抑制用の負の抑制電圧がそれぞれ供
給され、接地電極１３は接地される。

その場合従来は、プラズマ生成容器４内のプラズマ８の
温度および密度によって決まるイオン飽和電流密度と、
プラズマ電極１１と抑制電極１２間の電極間隔および引
出し電圧Ｖｅによって決まる空間電荷制限電流密度とを
マツチングさせることによってイオンビーム１４の発散
角を最小にし、それによって被照射物１６に到達するビ
ーム量を最大にしてビーム効率を上げると共にビームプ
ロファイル（ビーム電流密度分布）の均一化を図ってい
た。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが上記のようにすると、ビームプロファイルが均
一になるビーム電流■と引出し電圧Ｖｅとの関係が一義
的に決まってしまうため（即ちＩ　ＣＣＶ　Ｂ””）　
、その条件を満たさない条件でイオンビーム１４を引き
出そうとすると、その発散角が大きくなってビームプロ
ファイルの均一性が悪化してしまう。

これは、プラズマ電極１１付近のプラズマ８のイオン放
出面８１は、上記のような条件を満たす場合は例えば第
５図に示すようにほぼ平坦な形状をしているが、ビーム
電流Ｉを決めるプラズマ８の温度および密度、あるいは
引出し電圧ＶｅＯ値によってこのイオン放出面８１の形
状が変化してしまうため、それによってイオンビーム１
４の発散角が変化するからである。

従って従来は、任意のビーム電流■および引出し電圧Ｖ
ｅで均一性の良いイオンビーム１４を引き出すことは不
可能であり、これが被照射物１６″に対する処理条件に
種々の制限を与えていた。

−そこでこの発明は、このような点を改善したイオンビ
ーム照射装置を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明のイオンビーム照射装置は、前述したようなイ
オン源のプラズマ生成容器とイオンビーム引出し電極系
内の最プラズマ側に位置するプラズマ電極との間に、直
流で電圧可変の制御電源をプラズマ電極側を負側にして
挿入し、それによってプラズマ生成容器内のプラズマに
対するプラズマ電極の負電位を制御可能にしたことを特
徴とする。

〔作用〕

上記制御電源によってプラズマ生成容器内のプラズマに
対するプラズマ電極の負電位を制御することにより、プ
ラズマ電極とプラズマ間のイオンシース距離を制御する
ことができ、それによってプラズマのイオン放出面に対
する引出し電圧の影響を排除して、イオン放出面の形状
を常に平坦なものに保つことができる。その結果、イオ
ンビームのビーム電流や引出し電圧を変化させても、イ
オンビームの発散角、即ちビームプロファイルが変化す
るのを防止することができる。

〔実施例〕

第１図は、この発明の一実施例に係るイオンビーム照射
装置を示す概略図である。第４図の装置と同一または相
当する部分には同一符号を付し、以下においては従来例
との相違点を主に説明する。

この実施例においては、前述したようなイオン源２のプ
ラズマ生成容器４とプラズマ電極１１との間に、アーク
電源２４を介して、直流で電圧可変の制御電源３０をプ
ラズマ電極１１側を負側にして挿入しており、それによ
ってプラズマ生成容器４内のプラズマ８に対するプラズ
マ電極１１の負電位を制御可能にしている。

その場合の制御電源３０の挿入位置は、図中に実線で示
すように、プラズマ電極１１を引出し電源２６に接続し
た点とアーク電源２４の負側聞でも良いし、あるいはそ
の代わりに図中に破線で示すように、アーク電源２４を
引出し電源２６に接続した点とプラズマ電極１１間でも
良い。

また、アーク電源２４は第２図に示すように接続される
場合もあり、その場合も制御電源３０は同図中に実線あ
るいは破線で示した位置に挿入すれば良い。ちなみに実
線で示す位置に制御電源３０を挿入しない場合は、そこ
には通常は抵抗器が挿入される。

上記構成によれば、制御電源３０によってプラズマ８に
対するプラズマ電極１１の負電位を制御することにより
、プラズマ電極１１とプラズマ８間のイオンシース距離
ｄ（第３図参照）を、アーク電源２４の電圧や引出し電
圧Ｖｅから独立して制御することができる。

その場合、制御電源３０の電圧Ｖｃは具体的には、第３
図を参照して、イオンシース距離ｄがプラズマ電極１１
の小孔１１１の半径ａよりも大きくなるように設定する
のが好ましい。

そのようにすることによって、プラズマ電極１１の小孔
１１１から滲み出す引出し電圧Ｖｅの電界の影響がプラ
ズマ８のイオン放出面８１に対して及ぶのを排除するこ
とができ、イオン放出面８１の形状を常に平坦なものに
保つことができる。

その結果、プラズマ電極１１の小孔１１１に入射するイ
オン軌道が常に平行性の良いものとなり、イオンビーム
１４のビーム電流Ｉや引出し電圧Ｖｅの大小に影響され
なくなるため、イオンビーム１４のビーム電流■や引出
し電圧Ｖｅを変化させてもその発散角、即ちビームプロ
ファイルが変化するようなことはなくなり、それによっ
である程度任意のビーム電流Ｉや引出し電圧ＶｅＯ下で
、ビームプロファイルの均一性の良いイオンビーム１４
を引き出して被照射物１６に照射することが可能になる
。

尚、以上においては３枚電極のバケット型イオン源を例
に説明したが、イオン源のタイプや電極構成は必ずしも
そのようなものに限定されるものではない。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明によれば、イオンビームの引出し
電圧やビーム電流を変化させてもイオンビームの発散角
が変化しないようにすることができる。その結果、ある
程度任意の引出し電圧やビーム電流の下でビームプロフ
ァイルの均一性の良いイオンビームを引き出して被照射
物に照射することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例に係るイオンビーム照射
装置を示す概略図である。第２図は、アーク電源等の挿
入位置の他の例を示す図である。 第３図は、実施例の装置におけるプラズマ電極付近のイ
オン放出面の形状の一例を示す概略断面図である。第４
図は、従来のイオンビーム照射装置の一例を示す概略図
である。第５図は、従来の装置におけるプラズマ電極付
近のイオン放出面の形状の一例を示す概略断面図である
。 ２・・・イオン源、４・・・プラズマ生成容器、８・・
・プラズマ、１０・・・イオンビーム引出し電極系、１
１・・・プラズマ電極、１４・・・イオンビーム、１６
・・・被照射物、２０・・・真空容器、３０・・・制御
電源。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）イオン源からイオンビームを引き出してそれを真
   空容器内で被照射物に照射するよう構成した装置におい
   て、前記イオン源のプラズマ生成容器とイオンビーム引
   出し電極系内の最プラズマ側に位置するプラズマ電極と
   の間に、直流で電圧可変の制御電源をプラズマ電極側を
   負側にして挿入し、それによってプラズマ生成容器内の
   プラズマに対するプラズマ電極の負電位を制御可能にし
   たことを特徴とするイオンビーム照射装置。