JPH0688225A

JPH0688225A - イオン照射装置、及び帯電防止装置

Info

Publication number: JPH0688225A
Application number: JP4241675A
Authority: JP
Inventors: Kenzo Kobayashi; 健三小林; Katsuhiko Sakai; 克彦酒井; Yoshimi Hakamata; 好美袴田; Takashi Iga; 尚伊賀; Kuniyuki Sakumichi; 訓之作道
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-09-10
Filing date: 1992-09-10
Publication date: 1994-03-29

Abstract

(57)【要約】【目的】メンテナンス周期が長く、被イオン照射体への
重金属汚染が少なく、また、被イオン照射体に、或いは
イオンビームに均一に電荷を供給することのできるイオ
ン照射装置を提供することを目的とする。【構成】イオンを発生させるイオン源９と、前記イオン
源９からのイオンが照射される被イオン照射体３と、前
記被イオン照射３に電荷を供給するか、或いは、前記イ
オンの集合体のイオンビーム８に電荷を供給するために
プラズマ発生放電容器１９（１９Ａ及び１９Ｂ）を備え
るイオン照射装置において、、前記イオンビーム８とを
取り囲むプラズマ発生放電容器１９（１９Ａ及び１９
Ｂ）を備え、前記プラズマを形成するためのマイクロ波
発生部及び磁場発生部２１（２１Ａ及び２１Ｂ）とガス
供給部１２（１２Ａ及び１２Ｂ）とを備えるイオン照射
装置を作成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はイオン照射装置、及び帯
電防止装置に係り、特に、材料の表層処理装置や材料の
中にイオンを注入するイオン注入装置に好適なイオン照
射装置、及び帯電防止装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、イオン照射装置は、イオン源か
らのイオンを、試料に照射することにより試料の物理
的、或いは、化学的特性を変えられるため、材料を扱う
広い分野で用いられる装置である。例えば、ガラスやポ
リマーのような非金属材料の表層処理装置や半導体材料
の中にイオンを注入するイオン注入装置などがある。

【０００３】このイオン照射装置は、電荷を持つイオン
を試料に照射する装置であるため、イオン照射部の導電
性が低い（絶縁性が高い）場合には、イオン照射部分に
帯電現象が起こる。また、イオン照射に伴う二次電子放
出現象によっても試料に帯電現象が起こる。この帯電現
象は、試料特性に、望ましくない効果をもたらすことが
ある。例えば、大規模集積回路製造過程においては、導
電性の高い部分と低い部分の両方が混在する試料に、イ
オンを照射して、ある部分に、イオンを注入する過程が
あるが、導電性の低い部分に帯電現象が生じ、大規模集
積回路の設計上の望ましい物理特性を示さなくなる問題
が生ずることがある。

【０００４】図１４に、従来の被イオン照射体の帯電防
止を図るためのプラズマ発生放電容器を具備したイオン
照射装置の概略図を示す。

【０００５】該図に示す装置は、イオン源９とイオン照
射室１０とを具備するイオン照射装置である。イオン源
９のイオン７の集合体のイオンビーム９をイオン照射室
１０内の被イオン照射体３と、前記被イオン照射体３の
帯電を防止するために、イオンビーム８、或いは、被イ
オン照射体３に電子６を供給するためのプラズマ発生放
電容器１を備えるイオン照射装置である。プラズマ発生
放電容器１内のフィラメント１１からの電子によりガス
供給部１２からのガスを電離してプラズマ５を形成し、
イオンビーム８、或いは、被イオン照射体３に電子６を
供給し、被イオン照射体３の帯電を防止する。

【０００６】なお、この種の装置の関連する公知例とし
て以下の例が挙げられる。

【０００７】特開平3−93141号公報特開平3−134947 号公報特開平3−25846号公報

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来の装置では、以下
の３つの問題点を有している。

【０００９】（１）従来のプラズマを用いた帯電防止装
置では、フィラメントからの電子を用いてガスを電離し
てプラズマを形成しているが、該フィラメントは、ある
時間以上通電すると断線する。該フィラメントの断線
は、通電する電流量や構成材質や形状や周囲の気体の種
類などにより断線がおこる時期には差が生じるが、通算
約１か月程度の使用により断線する。該フィラメントの
断線によりメンテナンス周期を短くする恐れがある。

【００１０】（２）また、上記のフィラメントは重金属
材料により形成されているので、この重金属物質が試料
に付着して試料の特性を劣化する恐れがある。

【００１１】（３）従来の方法では、イオンビームの進
行方向に対して、垂直な方向の一方または、二方からプ
ラズマ中の電荷をイオンビーム、或いは、被イオン照射
体に供給するため、イオンビーム、或いは、被イオン照
射体へ供給される電荷量の分布が不均一になる懸念があ
る。

【００１２】本発明の目的は、上記の３つの問題点を解
決するために、フィラメントを用いないでプラズマを形
成し、このプラズマを用いて帯電防止を図るイオン照射
装置、及び帯電防止装置を提供するにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前記の３つの課題を、以
下の手段を用いて解決する。

【００１４】イオンを発生させるイオン源と、該イオン
源からのイオンが照射される被イオン照射体と、前記被
イオン照射体に電荷を供給するか、或いは、イオンビー
ムに電荷を供給するプラズマ発生放電容器とを備えるイ
オン照射装置において、前記イオンの集合体のイオンビ
ームとを取り囲むプラズマ発生放電容器を備え、前記の
プラズマを形成するためのマイクロ波発生部及び磁場発
生部とガス供給部とを備えるイオン照射装置を作成す
る。

【００１５】該イオン照射装置では被イオン照射体の帯
電防止のために、イオンビームを取り囲むプラズマ発生
放電容器からのプラズマ中の電荷をイオンビームあるい
は被イオン照射体に供給することにより帯電防止を図
る。

【００１６】

【作用】

（１）課題（１）は、以下の理由により解決する。

【００１７】マイクロ波発生部からのマイクロ波電力及
び磁場発生部の磁力線及びガス供給部からのガスを用い
たマイクロ波放電によるプラズマを形成することにより
フィラメントレス化を図ることにより、メンテナンスを
必要とされる時がフィラメント断線、或いは、フィラメ
ントの劣化により決まるのではなくなり、プラズマと接
する壁が絶縁物で覆われてしまい被イオン照射体の電荷
中和のための電荷が輸送できなくなるまでメンテナンス
する必要がないためメンテナンス周期を長くすることが
できるので課題（１）が解決する。

【００１８】（２）課題（２）は、以下の理由により解
決する。

【００１９】マイクロ波発生部からのマイクロ波電力及
び磁場発生部からの磁力線及びガス供給部からのガスを
用いたマイクロ波放電によりプラズマを形成することに
より重金属汚染源であるフィラメント自身を構成から除
外することで、課題（２）を解決する。

【００２０】（３）プラズマをイオンビームを取り囲む
ように配置し、イオンビームの周囲から電荷を該イオン
ビームに供給する。或いは、被イオン照射体の周囲から
該イオン照射体の帯電電荷の中和を図り、イオンビーム
の入射方向から見た時のイオンビーム、或いは、被イオ
ン照射体を取り囲む周囲上での、電荷中和用の電荷量の
分布を均一にし、課題（３）を解決する。

【００２１】

【実施例】

〔実施例１〕以下、図示した実施例に基づいて本発明の
詳細を説明する。尚、符号は、従来の装置と同一のもの
は同符号を使用する。

【００２２】図１は、本発明の第１の実施例のイオン照
射装置の概略図である。

【００２３】該図に示す装置は、イオン源９とイオンビ
ーム輸送部２３とイオン照射室１０より概略構成され
る。前記イオン照射装置は、イオン照射室１０の圧力が
１×１０^-4ＴＯＲＲ以下の低圧になるように排気されて
いる。

【００２４】イオン源９はイオン７を発生させる部分で
ある。また、イオン輸送部２３は、前記イオン７をイオ
ン源９からイオン照射室１０に輸送する部分であり、イ
オン７の加速、或いは減速、或いは質量分離、或いはイ
オンビーム整形などが行われる部分である。

【００２５】イオン照射室１０内には、被イオン照射体
３が載置台２に載置され、被イオン照射体３にイオン７
の集合体のイオンビーム８が照射される。前記イオン照
射体３の帯電防止を図るために、イオンビーム８を取り
囲むプラズマ発生放電容器１９（１９Ａ及び１９Ｂ）を
ファラデーケージ４（４Ａ及び４Ｂ及び４Ａ′及び４
Ｂ′）に取り付ける。プラズマ発生放電容器１９（１９
Ａ及び１９Ｂ）からプラズマ５をプラズマ発生放電容器
１９（１９Ａ及び１９Ｂ）の開口部２２（22Ａ及び２２
Ｂ）からプラズマ５をファラデーケージ４（４Ａ及び４
Ｂ及び４Ａ′及び４Ｂ′）に輸送する。ファラデケージ
４(４Ａ及び４Ｂ及び４Ａ′及び４Ｂ′）に輸送された
プラズマ５の中の電荷をイオンビーム８、或いは、被イ
オン照射体３に供給する。

【００２６】被イオン照射体３が正に帯電している場合
には、プラズマ５から負の電荷をイオンビーム８、或い
は、被イオン照射体３に供給して、電荷中和を図り、ま
た、被イオン照射体３が負に帯電している場合には、プ
ラズマ５から正の電荷をイオンビーム８、或いは、被イ
オン照射体３に供給して、電荷中和を図る。

【００２７】次に、プラズマ発生放電容器１９（１９Ａ
及び１９Ｂ）の形状について説明する。イオンビーム８
の進行方向から見たプラズマ発生放電容器１９（１９Ａ
及び１９Ｂ）の概略形状の例１及び例２及び例３を図２
及び図３及び図４に示す。

【００２８】プラズマ発生放電容器１９（１９Ａ及び１
９Ｂ）はイオンビーム８を取り囲む構成である。プラズ
マ発生放電容器１９（１９Ａ及び１９Ｂ）の概略形状が
図２の例１のように円形、或いは、図３の例２のように
わん曲部を持つ形状、或いは、図４の例３のように、直
線や曲線を組み合わせた形状であっても良い。イオンビ
ーム８の進行方向から見て、イオンビーム８の周囲をプ
ラズマ発生放電容器１９（１９Ａ及び１９Ｂ）が完全に
イオンビーム８を取り囲むでも良いし、或いは、部分的
に取り囲んでも良い。

【００２９】次に、前記部分的にイオンビームを取り囲
むプラズマ発生放電容器１９（19Ａ及び１９Ｂ）におい
て、プラズマ発生放電容器１９（１９Ａ及び１９Ｂ）が
イオンビーム８を取り囲む割合を説明する。

【００３０】イオンビーム８近傍の各々のプラズマ発生
放電容器１９（１９Ａ及び１９Ｂ）において、イオンビ
ーム８の進行方向を含む平面上の、プラズマ発生放電容
器１９（１９Ａ及び１９Ｂ）の端部と、イオンビームの
進行方向を含む前記平面とは別の平面上のプラズマ発生
放電容器１９（１９Ａ及び１９Ｂ）の前記端部とは別の
端部と、イオンビーム８の中心とがなすイオンビーム８
の入射方向から見た角度（図２及び図３及び図４の角度
α）を求め、前記プラズマ発生放電容器の角度（α）の
全プラズマ発生放電容器１９（１９Ａ及び１９Ｂ）につ
いての和が３０°以上あることが望ましい。

【００３１】次に、プラズマ発生放電容器１９（１９Ａ
及び１９Ｂ）でプラズマ５が生起させる手段を説明す
る。プラズマ発生放電容器１９（１９Ａ及び１９Ｂ）に
ガス及びマイクロ波電力及び磁力を供給してマイクロ波
放電によりプラズマ５を生起させる。ガスはガス供給部
１２（１２Ａ及び１２Ｂ）からプラズマ発生放電容器１
９（１９Ａ及び１９Ｂ）に供給する。前記ガスは不活性
ガスで、しかも、電離電圧の低いガスが望ましく、例え
ば、Ａｒガス、或いは、Ｘｅガスなどが良い。マイクロ
波電力のプラズマ発生放電容器１９（１９Ａ及び１９
Ｂ）への供給のため、同軸管などのイオン照射室１０外
でのマイクロ波輸送部２４からマイクロ波透過窓２４Ａ
を介して、更に、イオン照射室１０でのマイクロ波輸送
部１７を介して、リング状のマイクロ波輸送部２６（２
６Ａ及び２６Ｂ）より、マイクロ波電力をプラズマ発生
放電容器１９（１９Ａ及び１９Ｂ）に供給する。前記マ
イクロ波透過窓２４Ａは大気と真空との圧力差を維持す
るための真空封じの働きを持つ。また、前記イオン照射
室１０でのマイクロ波輸送部１７及びリング状のマイク
ロ波輸送部２６（２６Ａ及び２６Ｂ）は、同軸管、或い
は、方形導波管、或いは、円形導波管などにより形成す
る。特に、同軸導波管により形成すれば、比較的小さな
空間占有率でコンパクトなリング状のマイクロ波輸送部
２６（２６Ａ及び２６Ｂ）及びイオン照射室１０でのマ
イクロ波輸送部１７を形成することができる。これは、
方形導波管、或いは、円形導波管などを用いた場合に
は、管のサイズで決まる遮断波長以上の長波のマイクロ
波は伝送できない関係があるので、管のサイズを小さく
することに制限があるためである。また、前記のリング
状のマイクロ波輸送部２６（２６Ａ及び２６Ｂ）及びイ
オン照射室１０でのマイクロ波輸送部１７の同軸管、或
いは、導波管の中に、誘電正接の小さい材料を充填する
と良い。例えば、酸化珪素、或いは、窒化アルミニウ
ム、或いは、窒化ボロンなどを前記の同軸管、或いは、
導波管内に充填することにより、前記のリング状のマイ
クロ波輸送部２６（２６Ａ及び２６Ｂ）、或いは、イオ
ン照射室１０でのマイクロ波輸送部１７で、プラズマが
形成されてしまって、マイクロ波電力がプラズマ発生放
電容器１９（１９Ａ及び１９Ｂ）まで供給できなくなっ
てしまう恐れがなくなる。

【００３２】例えば、該マイクロ波周波数を２.４５Ｇ
ＨＺを選べば発振電源および導波管が比較的容易に入
手できる。プラズマ発生放電容器１９（１９Ａ及び１９
Ｂ）供給するマイクロ波電力は１００Ｗ以上が良い。

【００３３】また、磁場発生部２１（２１Ａ及び２１
Ｂ）からの磁力をプラズマ発生放電容器１９（１９Ａ及
び１９Ｂ）に供給して、プラズマ発生放電容器１９（１
９Ａ及び１９Ｂ）内が所定の磁場強度になるようにす
る。該磁場強度は、プラズマ発生放電容器１９（１９Ａ
及び１９Ｂ）内に電子サイクロトロン共鳴条件が形成で
きる程度にすると良い。例えば、マイクロ波周波数を
２.４５ＧＨＺを用いたならば、プラズマ発生放電容器
１９（１９Ａ及び１９Ｂ）の磁場強度は、約９００ガウ
ス程度にすれば、比較的容易にプラズマが点火しやすく
なる。前記磁場発生部２１（２１Ａ及び２１Ｂ）をソレ
ノイドコイルを用いて形成する。前記ソレノイドコイル
は水冷による冷却を施し、しかも、真空内で使用できる
ように容器の中に入れるのが望ましい。また、前記磁場
発生部２１（２１Ａ及び２１Ｂ）の作る磁力線が２５
Ａ、或いは、２５Ｂに記すようにプラズマ発生放電容器
１９（19Ａ及び１９Ｂ）の内部から被イオン照射体３に
到るように、磁場発生部２１（21Ａ及び２１Ｂ）をプラ
ズマ発生放電容器１９（１９Ａ及び１９Ｂ）と被イオン
照射体３との間に配置することが望ましい。前記の磁力
線２５Ａ及び２５Ｂは、プラズマ５中の電子を被イオン
照射体３に輸送するのに好適であるばかりでなく、ファ
ラデーケージ４（４Ａ及び４Ｂ及び４Ａ′及び４Ｂ′）
内でのプラズマ５のプラズマ密度を高め、かつ、プラズ
マ５中の電荷のイオン照射室１０への迷走によるイオン
照射量誤差を抑制する働きがある。

【００３４】次に、プラズマ５からのイオン捕獲電極１
５（１５Ａ及び１５Ｂ）の働きを説明する。該イオン捕
獲電極１５（１５Ａ及び１５Ｂ）は、プラズマ５中の正
の電荷２０のイオンビーム８の入射側への迷走が起こっ
て、イオン照射量誤差が生じることを防止し、プラズマ
からの正の電荷２０を捕獲する働きがある。

【００３５】また、サプレッション電極１６は、イオン
ビーム８に同伴して、ファラデーケージ４（４Ａ及び４
Ｂ及び４Ａ′及び４Ｂ′）の中に負の電荷（特に、電
子）が侵入することを抑制して、イオン照射量誤差を防
止する。

【００３６】また、載置台電流計測部１３では、プラズ
マ５から被イオン照射体３への輸送電荷量とイオンビー
ム８の被イオン照射体３への輸送電荷量及び被イオン照
射体３からの二次電子電流量などの総合した和の電流値
が計測され、該電流値が０、或いは、負の値であること
が被イオン照射体３の帯電防止に望ましい。

【００３７】また、イオン照射時のイオンビーム電流計
測部１４は、イオンビーム８の被イオン照射体３への輸
送電荷量を計測する部分である。

【００３８】また、バイアス起電力Ｅ１により、載置台
２の電位よりも、ファラデーケージ４（４Ａ及び４Ｂ及
び４Ａ′及び４Ｂ′）を低い電位か、同電位かにする。
バイアス起電力Ｅ１の値は、０から５００Ｖの範囲内が
好適である。バイアス起電力Ｅ１の値が大きくなるにつ
れて、載置台２（或いは、被イオン照射体３）に輸送さ
れるプラズマからの電子６の量は、増加するが、飽和す
る場合もある。載置台電流計測部１３の電流値が所定の
値になるように、バイアス起電力Ｅ１を制御する回路を
具備することが被イオン照射体３の帯電防止のために望
ましい。

【００３９】また、バイアス起電力Ｅ２により、ファラ
デーケージ４（４Ａ及び４Ｂ及び４Ａ′及び４Ｂ′）の
電位よりも、プラズマ発生放電容器１９(１９Ａ及び19
Ｂ)を低い電位か同電位かにする。バイアス起電力Ｅ２
の値は、０から５００Ｖの範囲内が好適である。バイア
ス起電力Ｅ２の値が大きくなるにつれて、プラズマ発生
放電容器１９（１９Ａ及び１９Ｂ）からファラデーケー
ジ４（４Ａ及び４Ｂ及び４Ａ′及び４Ｂ′）に輸送され
るプラズマ５の量は減少し、逆に、プラズマ発生放電容
器１９（１９Ａ及び１９Ｂ）からファラデーケージ４
（４Ａ及び４Ｂ）に輸送される電子の量は、増加する
が、飽和する場合もある。載置台電流計測部１３の電流
値が所定の値になるように、バイアス起電力Ｅ２を制御
する回路を具備することが被イオン照射体３の帯電防止
のために望ましい。

【００４０】以上記述の各構成部の働きにより、イオン
源９からのイオン７の集合体イオンビーム８を被イオン
照射体３に照射し、イオンビーム８を取り囲むプラズマ
発生放電容器１９（１９Ａ及び１９Ｂ）にマイクロ波放
電によりプラズマ５を生起し、前記プラズマ５からの電
荷をイオンビーム８、或いは、被イオン照射体３に供給
して帯電防止を図る。また、サプレッション電極１６
（１６Ａ及び１６Ｂ）及びプラズマ５からのイオン捕獲
電極１５（１５Ａ及び１５Ｂ）及びファラデーケージ４
（４Ａ及び４Ｂ及び４Ａ′及び４Ｂ′）及び磁場発生部
２１（２１Ａ及び２１Ｂ）の働きにより、イオン照射量
誤差防止を図ったイオン照射装置を形成する。

【００４１】従来のプラズマ５を用いた帯電防止装置で
は、フィラメント１１からの電子を用いてガスを電離し
てプラズマ５を形成しているが、該フィラメント１１
は、ある時間以上通電すると断線する。該フィラメント
１１の断線は、通電する電流量や構成材質や形状や周囲
の気体の種類などにより断線がおこる時期には差が生じ
るが、通算約１か月程度の使用により断線する。

【００４２】本発明では、マイクロ波放電によりプラズ
マ５を形成することより、構成要素からフィラメント１
１を除外し、フィラメント１１の断線によるメンテナン
ス周期が短くなる従来技術の問題を解決する。本発明で
は、プラズマと接する導電性の壁面が絶縁物で覆われて
しまって、被イオン照射体に電荷中和のための電荷が輸
送できなくなるまでメンテナンス周期を長くすることが
できる。

【００４３】また、被イオン照射体３への重金属汚染対
策として、重金属汚染源のフィラメント１１自身を構成
要素から取り去ることより重金属汚染対策を図る。更
に、重金属汚染対策を図るために、実施例１では、プラ
ズマ発生放電容器１９（１９Ａ及び１９Ｂ）及びファラ
デーケージ４（４Ａ及び４Ｂ及び４Ａ′及び４Ｂ′）の
内壁の一部、あるいは、全部を被イオン照射体３の構成
物質の主成分の物質、或いは、該主成分の物質の化合物
で形成することにより、重金属汚染対策を図ることがで
きる。例えば、被イオン照射体３の構成物質の主成分が
シリコンならば、プラズマ発生放電容器１９（１９Ａ及
び１９Ｂ）及びファラデーケージ４（４Ａ及び４Ｂ及び
４Ａ′及び４Ｂ′）の内壁の一部あるいは全部をシリコ
ン、或いは、シリコン化合物を材料として用いることに
より重金属汚染対策を図ることができる。例えば、前記
のシリコン化合物としてＳｉＣ、或いは、炭素含有水素
化シリコンなどが好適である。

【００４４】本発明では、プラズマ発生放電容器１９
（１９Ａ及び１９Ｂ）を、イオンビーム８の進行方向か
ら見てイオンビーム８を取り囲むように配置し、イオン
ビーム８の周囲から電荷を該イオンビーム８に供給す
る。或いは、被イオン照射体３の周囲から該イオン照射
体３の帯電電荷の中和を均一に図る。

【００４５】大電流イオン照射装置では、イオン照射電
流が３０ｍＡ程度或いは３０ｍＡ以上あることが、処理
速度増加させるために必要とされるが、イオン照射によ
る被イオン照射体３上の電荷中和を図るための被イオン
照射体３へのプラズマ５からの電荷輸送量は、イオン照
射電流より大きいか、或いは、同程度の電子電流がプラ
ズマから被イオン照射体に流れることが望ましい。

【００４６】前記のプラズマから被イオン照射体３への
電子電流量を大きくするための解決方法のひとつに、プ
ラズマ電子密度を高くする方法がある。プラズマ電子密
度は、１０⁸（１／cm³）以上が望ましい。実施例１で
は、イオンビームを取り囲むプラズマ発生放電容器１９
（１９Ａ及び１９Ｂ）を形成することより、従来装置に
比べて、プラズマ発生放電容器領域を大きくすること、
及び、磁場発生部２１（２１Ａ及び２１Ｂ）からの磁力
線の周りを電子が旋回することを利用してプラズマ密度
の増大を図り、被イオン照射体３、或いは、イオンビー
ム８へのプラズマ５からの電子６の輸送量を３０ｍＡ以
上にすることを可能にする。

【００４７】〔実施例２〕以下、本発明の第２の実施例
を図５により説明する。

【００４８】図５は、本発明の第２の実施例のイオン照
射装置の概略図である。該図に示す装置の概略構成は、
図１の実施例の装置の概略構成とほぼ同じであるが、一
箇所相違点がある。図５の装置では、磁場発生部２１
（２１Ｃ及び２１Ｄ）を強磁性体により形成する。ファ
ラデーケージ４（４Ａ及び４Ｂ及び４Ａ′及び４Ｂ′）
を取り囲むように磁場発生部２１（２１Ｃ及び２１Ｄ）
を形成する。プラズマ発生放電容器１９（１９Ａ及び１
９Ｂ）内の磁場強度が、約９００ガウス程度にする。ま
た、磁場発生部２１（２１Ａ及び２１Ｂ）の作る磁力線
が２５Ａ、或いは、２５Ｂに記すようにプラズマ発生放
電容器１９（１９Ａ及び１９Ｂ）の内部から被イオン照
射体３に到るように、磁場発生部２１（２１Ｃ及び２１
Ｄ）をプラズマ発生放電容器１９（１９Ａ及び１９Ｂ）
と被イオン照射体３との間に配置することが望ましい。

【００４９】これにより、実施例２では、実施例１の効
果に加えて、以下の効果が加わる。磁場発生部２１（２
１Ｃ及び２１Ｄ）からの発熱がなくなり、磁場発生部２
１（２１Ｃ及び２１Ｄ）の冷却が不要になる。励磁電流
電源が不要になる。

【００５０】〔実施例３〕以下、本発明の第３の実施例
を図６により説明する。

【００５１】図６は、本発明の第３の実施例のイオン照
射装置の概略図である。図１の実施例の装置の概略構成
とほぼ同じであるが、一箇所相違点がある。図６の装置
では、図１の装置に加えて、ヨーク３０（３０Ａ及び３
０Ｂ）も具備している。第３の実施例では、実施例１の
効果に加えて、以下の効果が加わる。

【００５２】比透磁率の高い物質を前記ヨークの材料と
して用い、例えば、軟鉄、或いは、パーマロイを該ヨー
ク３０（３０Ａ及び３０Ｂ）の材料として用いる。磁場
発生部２１（２１Ａ及び２１Ｂ）とヨーク３０（３０Ａ
及び３０Ｂ）とが作る概略の磁力線形状を図７に示す。

【００５３】該ヨーク３０（３０Ａ及び３０Ｂ）用いる
と、磁場発生部２１（２１Ａ及び２１Ｂ）からの磁力線
をプラズマ発生放電容器１９（１９Ａ及び１９Ｂ）に輸
送するまでの磁気抵抗が低減されるため、プラズマ発生
放電容器１９（１９Ａ及び１９Ｂ）内を所定の磁場強度
にするために必要な起磁力が、実施例１の場合に比較し
て少なくてすむ。すなわち、例えば、ソレノイドコイル
を用いて磁場発生部２１（２１Ａ及び２１Ｂ）を形成し
たならば、該ソレノイドコイルの巻線数、或いは、励磁
電流量を少なくてもプラズマ発生放電容器１９（１９Ａ
及び１９Ｂ）内を所定の磁場強度にできることを意味す
るので、磁場発生部２１（２１Ａ及び２１Ｂ）の空間占
有体積を小さくすることができること、或いは、励磁電
流用の電源の出力電力を小さくできるのでコンパクトな
電源ですむことになる。また、ソレノイドコイルの巻き
数、或いは、励磁電流が減少するとソレノイドコイルか
ら発生する熱を冷却するため手段が容易になる。例え
ば、水冷により、ソレノイドを冷却するならば、水量が
少なくても該ソレノイドコイルの発生熱を冷却できる。

【００５４】〔実施例４〕以下、本発明の第４の実施例
を図８により説明する。

【００５５】図８は、本発明の第４の実施例のイオン照
射装置の概略図である。図５の実施例の装置の概略構成
とほぼ同じであるが、一箇所相違点がある。図８の装置
では、図５の装置に加えて、ヨーク３０（３０Ｃ及び３
０Ｄ）も具備している。第４の実施例では、実施例２の
効果に加えて、以下の効果が加わる。

【００５６】比透磁率の高い物質を前記ヨークの材料と
して用い、例えば、軟鉄、或いは、パーマロイを該ヨー
ク３０（３０Ｃ及び３０Ｄ）の材料として用いると、磁
場発生部２１（２１Ｃ及び２１Ｄ）からの磁力線をプラ
ズマ発生放電容器１９（19Ａ及び１９Ｂ）に輸送するま
での磁気抵抗が低減されるため、プラズマ発生放電容器
１９（１９Ａ及び１９Ｂ）内を所定の磁場強度にするた
めに、磁場発生部２１（２１Ｃ及び２１Ｄ）の強磁性体
の残留磁束密度のより小さな強磁性体でも形成できる。
また、磁場発生部２１（２１Ｃ及び２１Ｄ）の空間占有
体積を小さくすることができる。

【００５７】〔実施例５〕以下、本発明の第５の実施例
を図９により説明する。

【００５８】図９は、本発明の第５の実施例のイオン照
射装置の概略図である。該図に示す装置の概略構成は、
図１の実施例の装置の概略構成とほぼ同じであるが、図
９の実施例５では、プラズマ発生放電容器１９（１９Ａ
及び１９Ｂ）、或いは、ファラデーケージ４（４Ａ及び
４Ｂ及び４Ａ′及び４Ｂ′）の内壁の一部、或いは、全
部にヒダ、或いは、突起などの凹凸を具備したイオン照
射装置である。

【００５９】プラズマ発生放電容器１９（１９Ａ及び１
９Ｂ）、或いは、ファラデーケージ４（４Ａ及び４Ｂ及
び４Ａ′及び４Ｂ′）の内壁の一部、或いは、全部にヒ
ダまたは突起などの凹凸を具備することにより、プラズ
マ５が接する壁の面積を増加させ、被イオン照射体３へ
の電荷輸送量の増加が図れる。これは、以下の理由によ
る。

【００６０】プラズマ５から被イオン照射体３に負の電
荷（大部分は電子）が輸送される一方で、プラズマ５を
取り囲む壁へプラズマ５からの正のイオン電流が流れ
る。前記プラズマ５を取り囲む壁へのプラズマ５からの
正のイオン電流が飽和してしまうとプラズマ５からの被
イオン照射体３への電子電流も飽和してしまう。このた
め、前記のプラズマ５を取り囲む壁へのプラズマ５から
の正のイオン電流の飽和電流値を増加させるために、プ
ラズマ発生放電容器１９（１９Ａ及び１９Ｂ）、或い
は、ファラデーケージ４（４Ａ及び４Ｂ及び４Ａ′及び
４Ｂ′）の内壁の一部、或いは、全部にヒダまたは突起
などの凹凸を具備することにより、プラズマ５が接する
壁の面積を増加させる。プラズマ５が接する壁の面積の
増加効果が起こるには、前記の凹凸の段差の程度は、プ
ラズマ５のイオンシースの距離と同程度以上が望ましい
ので、約０.０５mm 以上で１５０mm以内が好適である。
前記の理由により、被イオン照射体への電子輸送量の増
大が図れる。

【００６１】〔実施例６〕以下、本発明の第６の実施例
を図１０により説明する。

【００６２】図１０は、本発明の第６の実施例のイオン
照射装置の概略図である。該図に示す装置の概略構成
は、図１の実施例の装置の概略構成とほぼ同じである
が、プラズマ５からのイオン抑制電極３１（３１Ａ及び
３１Ｂ）を具備することが実施例１の構成と相違する。
第６の実施例では、第１の実施例の効果に加えて、以下
の効果を持つ。

【００６３】サプレッション電極１６（１６Ａ及び１６
Ｂ）及びイオン捕獲電極１５（15Ａ及び１５Ｂ）との間
に、バイアス起電力Ｅ７よりイオン捕獲電極１５（１５
Ａ及び１５Ｂ）電位よりも高い電位の、プラズマからの
イオン抑制電極３１（３１Ａ及び３１Ｂ）を具備する。
バイアス起電力Ｅ７の絶対値は、バイアス起電力Ｅ５の
絶対値より大きいことが望ましく、バイアス起電力Ｅ７
の絶対値とバイアス起電力Ｅ５の絶対値の差は、５から
５０Ｖ程度が良い。

【００６４】プラズマ５からのイオン抑制電極３１（３
１Ａ及び３１Ｂ）の働きにより、プラズマ５中の正の電
荷がイオン捕獲電極１５（１５Ａ及び１５Ｂ）電極に集
められずに、更に、イオンビーム８の入射側への迷走が
起こるのを抑制し、イオン照射量の計測誤差を防止でき
る。

【００６５】〔実施例７〕以下、本発明の第７の実施例
を図１１により説明する。

【００６６】図１１は、本発明の第７の実施例のイオン
照射装置の概略図である。該図に示す装置の概略構成
は、図１の実施例の装置の概略構成とほぼ同じである
が、実施例１の構成に加えて、以下の構成を具備する。

【００６７】サプレッション電極３７（３７Ａと３７
Ｂ）と二次電子抑制電極３８（３８Ａ及び３８Ｂ）とフ
ァラデーカップ３５が第１の実施例の構成に加わってい
る。第７の実施例では、第１の実施例の効果に加えて以
下の効果を持つ。

【００６８】ファラデーカップ３５がイオンビーム８を
捕獲できるように、サプレッション電極３７（３７Ａと
３７Ｂ）と二次電子抑制電極３８（３８Ａ及び３８Ｂ）
とファラデーカップ３５を移動させ、イオンビーム８の
電流をイオンビーム計測部３６により、計測することに
より、被イオン照射体３のイオン照射時のイオンビーム
計測部１４の計測電流値を、イオンビームの計測部３６
の電流値と比較して、被イオン照射体３のイオン照射時
のイオンビーム計測部１４の計測電流値のイオン照射量
測定誤差を知ることができる。

【００６９】また、被イオン照射体３が、電流を流さな
い物質から構成されている場合には、被イオン照射体３
へ所定のイオン照射を行う前に、或いは、後に、或い
は、途中に、ファラデーカップ３５がイオンビーム８を
捕獲できるように、サプレッション電極３７（３７Ａと
３７Ｂ）と二次電子抑制電極３８（３８Ａ及び３８Ｂ）
とファラデーカップ３５を移動させ、イオンビーム８の
電流をイオンビーム計測部３６で計測することにより、
所定のイオン照射量を被イオン照射体３へのイオン照射
を実現することができる。

【００７０】〔実施例８〕以下、本発明の第８の実施例
を図１２により説明する。

【００７１】図１２は、本発明の第８の実施例のイオン
照射装置の概略図である。該図に示す装置の概略構成
は、図１の実施例の装置の概略構成とほぼ同じである
が、実施例１の構成に加えて、以下の構成を具備する。

【００７２】被イオン照射体３を載置する載置台４０
が、回転、或いは、横行することができ、載置台４０が
回転、或いは、横行することにより、前記被イオン照射
体３のイオン照射された面に対向することのできる導電
板４１を具備し、前記導電板４１の電気信号を帯電電荷
量計測部４２に供給し、前記帯電電荷量計測部４２から
の電気信号が供給される制御部４３も具備する。

【００７３】第８の実施例では、第１の実施例の効果に
加えて以下の効果を持つ。

【００７４】載置台４０が回転、或いは、横行すること
により、導電板４１が被イオン照射体３のイオン照射さ
れた面に対向するときには、前記導電板４１に誘起され
る電気的な変化は、被イオン照射体３の帯電電荷量に依
存した変化になる。前記の電気的な変化を電気信号とし
て、帯電電荷量計測部４２に供給して、帯電電荷量を求
め、この求められた帯電電荷量を制御部４３に供給し、
制御部４３からの電気信号により、バイアス起電力Ｅ
１、或いは、バイアス起電力Ｅ２を制御して、プラズマ
５からの被イオン照射体３、或いは、イオンビーム８へ
の電荷の供給量を制御して、被イオン照射体３の帯電電
荷中和の最適化を図ることができる効果も、第８の実施
例のイオン照射装置は具備する。

【００７５】〔実施例９〕以下、本発明の第９の実施例
を図１３により説明する。

【００７６】図１３は、本発明の第９の実施例のイオン
照射装置の概略図である。該図に示す装置の概略構成
は、図１の実施例の装置の概略構成とほぼ同じである
が、実施例１の構成に加えて、以下の構成を具備する。

【００７７】被イオン照射体３を載置する載置台４０
が、回転、或いは、横行することができ、載置台４０が
回転、或いは、横行することにより、イオンビームが被
イオン照射電極にできる位置に前記被イオン照射電極４
５をも具備する。

【００７８】第９の実施例では、第１の実施例の効果に
加えて以下の効果を持つ。

【００７９】前記の載置台４０が回転、或いは、横行す
ることにより、イオンビームが被イオン照射電極４５を
照射することにより前記被イオン照射電極４５に誘起さ
れる電気的な変化をもとに、バイアス起電力Ｅ１、或い
は、バイアス起電力Ｅ２を制御して、プラズマ５からの
被イオン照射体３、或いは、イオンビーム８への電荷の
供給量を制御して、被イオン照射体３の帯電電荷中和の
最適化を図ることができる効果も、第９の実施例のイオ
ン照射装置は具備する。

【００８０】例えば、前記の被イオン照射電極４５と載
置台４０との間を高抵抗体で接続し、前記の被イオン照
射電極と載置台４０との間の電圧の変化をもとに、バイ
アス起電力Ｅ１、或いは、バイアス起電力Ｅ２を制御し
て、プラズマ５からの被イオン照射体３、或いは、イオ
ンビーム８への電荷の供給量を制御して、被イオン照射
体３の帯電電荷中和の最適化を図ることができる効果
も、第９の実施例のイオン照射装置は具備する。

【００８１】

【発明の効果】本発明では、イオンビームを取り囲むプ
ラズマ発生放電容器に、マイクロ波発生部からのマイク
ロ波電力及び磁場発生部からの磁力およびガス供給部か
らのガスを供給して、マイクロ波放電によりプラズマを
形成して、該プラズマ中の電荷をイオンビーム、或い
は、被イオン照射体に供給して、被イオン照射体の帯電
防止を図るので、従来のフィラメントを用いてプラズマ
を形成し、該プラズマ中の電荷により帯電防止を図るイ
オン照射装置と比較して、前記作用理由により下記の効
果を有する。

【００８２】（１）メンテナンス周期の長期化が図れ
る。

【００８３】（２）重金属汚染対策が図れる。

【００８４】（３）イオンビーム、或いは、被イオン照
射体へ供給する電荷量の分布のうち、イオンビームの入
射方向から見た時のイオンビーム、或いは、被イオン照
射体を取り囲む周囲上での電荷中和用の電荷量を均一に
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示すイオン照射装置の
概略図である。

【図２】イオンビームの進行方向からみたプラズマ発生
放電容器の概略形状の例１である。

【図３】イオンビームの進行方向からみたプラズマ発生
放電容器の概略形状の例２である。

【図４】イオンビームの進行方向からみたプラズマ発生
放電容器の概略形状の例３である。

【図５】本発明の第２の実施例を示すイオン照射装置の
概略図である。

【図６】本発明の第３の実施例を示すイオン照射装置の
概略図である。

【図７】磁場発生部とヨークが作る磁力線形状を示す図
である。

【図８】本発明の第４の実施例を示すイオン照射装置の
概略図である。

【図９】本発明の第５の実施例を示すイオン照射装置の
概略図である。

【図１０】本発明の第６の実施例を示すイオン照射装置
の概略図である。

【図１１】本発明の第７の実施例を示すイオン照射装置
の概略図である。

【図１２】本発明の第８の実施例を示すイオン照射装置
の概略図である。

【図１３】本発明の第９の実施例を示すイオン照射装置
の概略図である。

【図１４】従来の被イオン照射体の帯電防止を図るため
のプラズマ発生放電容器を具備したイオン照射装置の概
略図である。

【符号の説明】

１…プラズマ発生放電容器、２…載置台、３…被イオン
照射体、４（４Ａ及び４Ｂ及び４Ａ′及び４Ｂ′）…フ
ァラデーケージ、５…プラズマ、６…電子、７…イオ
ン、８…イオンビーム、９…イオン源、１０…イオン照
射室、１１…フィラメント、１２…ガス供給部、１３…
載置台電流計測部、１４…イオン照射時のイオンビーム
電流計測部、１５（１５Ａ及び１５Ｂ）…プラズマから
のイオン捕獲電極、１６（１６Ａ及び１６Ｂ）…サプレ
ッション電極、１７…イオン照射室内でのマイクロ波輸
送部、１８（１８Ａ及び１８Ｂ）…プラズマ発生放電容
器冷却部、１９（１９Ａ及び１９Ｂ）…イオンビームを
取り囲むプラズマ発生放電容器、２０…プラズマからの
正の電荷、２１（２１Ａ及び２１Ｂ及び２１Ｃ及び２１
Ｄ）…磁場発生部、２２（２２Ａ及び２２Ｂ）…プラズ
マ発生放電容器の開口部、２３…イオンビーム輸送部、
２４…イオン照射室外でのマイクロ波輸送部、２４Ａ…
マイクロ波透過窓、２６（２６Ａ及び２６Ｂ）…リング
状のマイクロ波輸送部、２７（２７Ａ及び２７Ｂ）…プ
ラズマからのイオン捕獲電極１５とサプレッション電極
１６とを絶縁する絶縁部、２８（２８Ａ及び２８Ｂ）…
プラズマからのイオン捕獲電極１５とファラデーケージ
４とを絶縁する絶縁部、２９（２９Ａ及び２９Ｂ及び２
９Ｃ及び２９Ｄ）…イオンビームを取り囲むプラズマ発
生放電容器１９とファラデーケージ４とを絶縁する絶縁
部、３０（３０Ａ及び３０Ｂ及び３０Ｃ及び３０Ｄ）…
ヨーク、３１（３１Ａ及び３１Ｂ）…プラズマからのイ
オン抑制電極、３２（３２Ａ及び３２Ｂ）…サプレッシ
ョン電極１６とプラズマからのイオン抑制電極３１とを
絶縁する絶縁部、３３（３３Ａ及び33B)…プラズマ５か
らのイオン抑制電極３１とプラズマからのイオン捕獲電
極１５とを絶縁する絶縁部、３４（３４Ａ及び３４Ｂ）
…サプレッション電極３７（37Ａ及び３７Ｂ）と二次電
子抑制電極３８（３８Ａ及び３８Ｂ）とを絶縁する絶縁
部、３５…ファラデーカップ、３６…イオンビーム電流
計測部、３７（３７Ａ及び３７Ｂ）…サプレッション電
極、３８（３８Ａ及び３８Ｂ）…二次電子抑制電極、３
９（３９Ａ及び３９Ｂ）…二次電子抑制電極３８（３８
Ａ及び３８Ｂ）とファラデーカップ３５とを絶縁する絶
縁部、４０…回転、或いは、横行可能な載置台、４１…
被イオン照射体に対向する導電板、４２…帯電電荷量計
測部、４３…制御部、４４…被イオン照射電極４５と回
転、或いは、横行可能な載置台４０と絶縁する絶縁部、
４５…被イオン照射電極。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者伊賀尚茨城県日立市久慈町4026番地株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者作道訓之茨城県日立市久慈町4026番地株式会社日立製作所日立研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】イオンを発生させるイオン源と、該イオン
源からのイオンが照射される被イオン照射体と、該被イ
オン照射体、或いは前記イオンの集合体のイオンビーム
に電荷を供給するためのプラズマ発生放電容器とを備え
るイオン照射装置において、前記イオンビームを取り囲
むプラズマ発生放電容器プラズマ源を具備し、該プラズ
マ発生放電容器でプラズマを発生させるためのマイクロ
波発生部及び磁場発生部とガス供給部を備えるイオン照
射装置。
【請求項２】イオンが照射される被イオン照射体と、該
被イオン照射体、或いは前記イオンの集合体のイオンビ
ームに電荷を供給するためのプラズマ発生放電容器とを
備える帯電防止装置において、前記イオンビームを取り
囲むプラズマ発生放電容器を具備し、該プラズマ発生放
電容器でプラズマを発生させるためのマイクロ波発生部
及び磁場発生部とガス供給部とを備える帯電防止装置。
【請求項３】請求項１において、磁場発生部からの磁力
線をプラズマ発生放電容器に輸送するためのヨークを具
備するイオン照射装置。
【請求項４】請求項２において、磁場発生部からの磁力
線をプラズマ発生放電容器に輸送するためのヨークを具
備する帯電防止装置。
【請求項５】請求項１において、前記プラズマ発生放電
容器をイオンビームを取り囲むファラデーケージに取り
付け、該ファラデーケージのイオンビーム入射側に、負
電位の電極とを具備するイオン照射装置。
【請求項６】請求項５において、前記プラズマ発生放電
容器の内壁の一部、或いは全部に、ヒダ、或いは突起な
ど凹凸を具備するイオン照射装置。
【請求項７】請求項５において、前記ファラデーケージ
の内壁の一部、或いは全部に、ヒダ、或いは突起など凹
凸を具備するイオン照射装置。
【請求項８】請求項６、又は７において、前記プラズマ
発生放電容器、或いはファラデーケージの内壁の凹凸の
段差が０.０５mm以上であるイオン照射装置。
【請求項９】請求項５，７、又は８において、前記ファ
ラデーケージのイオンの入射側に、ファラデーケージの
電位よりも低い電位の電極を具備するイオン照射装置。
【請求項１０】請求項５，７、又は８において、前記フ
ァラデーケージのイオンの入射側に、ファラデーケージ
の電位よりも低い電位の電極と高い電極とを具備するイ
オン照射装置。
【請求項１１】請求項５，７，８，９、又は１０におい
て、前記プラズマ発生放電容器の内壁の一部、或いは全
部を被イオン照射体の構成物質の主成分の物質、或いは
該主成分の物質の化合物で形成するイオン照射装置。
【請求項１２】請求項５，７，８，９、又は１０におい
て、前記ファラデーケージの内壁の一部、或いは全部を
被イオン照射体の構成物質の主成分の物質、或いは該主
成分の物質の化合物で形成するイオン照射装置。
【請求項１３】請求項１１、又は１２において、被イオ
ン照射体の構成物質の主成分の物質をシリコンとして、
プラズマ発生放電容器、或いはファラデーケージの内壁
の一部、或いは全部をシリコン、及びシリコン化合物で
形成するイオン照射装置。
【請求項１４】イオンを発生させるイオン源と、該イオ
ン源からのイオンが照射される被イオン照射体と、該被
イオン照射体、或いは前記イオンの集合体のイオンビー
ムに電荷を供給するためのプラズマ発生放電容器とを備
えるイオン照射装置において、前記イオンビームの進行
方向を含む平面上のプラズマ発生放電容器の端部と、イ
オンビームの進行方向を含む前記平面とは、別の平面上
のプラズマ発生放電容器の前記端部とは別の端部と、イ
オンビームの中心とがなすイオンビームの入射方向から
見た角度を求め、前記各々のプラズマ発生放電容器の角
度の全プラズマ発生放電容器についての和が３０°以上
であるイオン照射装置。