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JP3403383B2 - Ion source control method and ion source control device - Google Patents
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JP3403383B2 - Ion source control method and ion source control device - Google Patents

Ion source control method and ion source control device

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JP3403383B2
JP3403383B2 JP2000324474A JP2000324474A JP3403383B2 JP 3403383 B2 JP3403383 B2 JP 3403383B2 JP 2000324474 A JP2000324474 A JP 2000324474A JP 2000324474 A JP2000324474 A JP 2000324474A JP 3403383 B2 JP3403383 B2 JP 3403383B2
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ion beam
ion
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acceleration
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、イオンビームスパ
ッタリング、イオンビーム洗浄、酸化物や窒化物の製膜
アシストなどの処理を行うために、高真空中でイオン種
ガスを電離してプラズマを生成し、このプラズマからイ
オンを取出し、収束させて流出させるようにしたイオン
源において、イオンビームがイオン源本体内でスパッタ
リングしないように制御するために用いるイオン源制御
方法およびイオン源制御装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention produces a plasma by ionizing an ion species gas in a high vacuum in order to perform processes such as ion beam sputtering, ion beam cleaning, and film formation assist of oxides and nitrides. The present invention relates to an ion source control method and an ion source control device used for controlling an ion beam so that an ion beam is not sputtered in an ion source main body in an ion source that takes out ions from the plasma and causes the ions to converge and flow out.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、前記のようなイオン源の一例とし
て、プラズマ生成室において、イオン種ガスを電離して
プラズマを生成し、引出用電極および加速用電極を用い
て前記プラズマからイオンを収束させて処理室に流出さ
せるようにした構成が知られている。
2. Description of the Related Art Conventionally, as an example of the above-mentioned ion source, ionization of ion species gas is performed in a plasma generating chamber to generate plasma, and ions are focused from the plasma by using an extraction electrode and an acceleration electrode. There is known a configuration in which it is caused to flow into the processing chamber.

【0003】前記のようなイオン源の他の例として、プ
ラズマ生成室において、イオン種ガスを電離してプラズ
マを生成し、収束用電極および引出用電極、収束用電極
および加速用電極を用いて前記プラズマからイオンを収
束させて処理室に流出させるようにした構成が知られて
いる。
As another example of the above-mentioned ion source, by using a focusing electrode and an extracting electrode, a focusing electrode and an accelerating electrode to generate plasma by ionizing ion species gas in a plasma generating chamber. A configuration is known in which ions are focused from the plasma and flow out into the processing chamber.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところで、近手、半導
体等の微小化、高密度等に伴って、これらを製造するた
めなどに用いるイオンビームの高純度化が求められるよ
うになっている。しかしながら、前記のような従来のイ
オン源では、イオン軌道を解析した結果、各電極に印加
する電位のバランスおよびプラズマ生成室で生成された
プラズマの生成条件によっては、正の電位を有するイオ
ンが負の電位を有する引出用電極および加速用電極にス
パッタリングして不純物が発生する。このため、前記の
ようにイオンビームの高純度が求められる用途に適用す
ることができない。
By the way, along with the miniaturization of semiconductors and the miniaturization and high density of semiconductors and the like, there has been a demand for higher purification of ion beams used for manufacturing them. However, in the conventional ion source as described above, as a result of analyzing the ion trajectories, ions having a positive potential are negative depending on the balance of the potential applied to each electrode and the generation condition of the plasma generated in the plasma generation chamber. Impurities are generated by sputtering on the extracting electrode and the accelerating electrode having the potential. Therefore, as described above, it cannot be applied to the use where high purity of the ion beam is required.

【0005】本発明の目的は、前記のような従来の課題
を解決しようとするものであって、プラズマ生成室で生
成されたプラズマから収束用電極および引出用電極によ
りイオンを収束させて引出し、収束用電極および加速用
電極によりイオンを収束させるとともに、イオンのビー
ムプロファイルを制御して加速流出させるに際し、イオ
ンビームが引出用電極、加速用電極にスパッタリングし
て不純物が発生するのを防止することができ、したがっ
て、高純度のイオンビームを生成供給することができる
ようにしたイオン源制御方法およびイオン源制御装置を
提供することにある。
An object of the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems, in which ions are converged and extracted from the plasma generated in the plasma generation chamber by the focusing electrode and the extracting electrode, While focusing the ions with the focusing electrode and the accelerating electrode, and preventing the ion beam from spattering the extraction electrode and the accelerating electrode to generate impurities when the ion beam profile is controlled to flow out by acceleration. Therefore, an object of the present invention is to provide an ion source control method and an ion source control device capable of generating and supplying a high-purity ion beam.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に本発明のイオン源制御方法は、プラズマ生成室で生成
されたプラズマから収束用電極および引出用電極により
イオンを収束させて引出し、このイオンビームを収束用
電極および加速用電極により収束させるとともに、イオ
ンのビームプロファイルを制御して加速流出させるに際
し、前記イオンビームの前記引出用電極に対するスパッ
タリングの有無を検出し、スパッタリングを検出する
と、前記イオンビームの前記引出用電極に対するスパッ
タリングを防止するために前記イオンビームの発散を抑
えるように制御し、前記イオンビームの前記加速用電極
に対するスパッタリングの有無を検出し、スパッタリン
グを検出すると、前記イオンビームの前記加速用電極に
対するスパッタリングを防止するために前記イオンビー
ムの発散を抑えるように制御するものである。
In order to solve the above-mentioned problems, an ion source control method of the present invention is designed such that ions are converged and extracted from a plasma generated in a plasma generation chamber by a focusing electrode and an extracting electrode. While focusing the ion beam by the focusing electrode and the accelerating electrode, when controlling the beam profile of the ions for accelerated outflow, the presence or absence of sputtering of the ion beam for the extraction electrode is detected, and when sputtering is detected, The ion beam is controlled to suppress the divergence of the ion beam in order to prevent the ion beam from being sputtered on the extraction electrode, and the presence or absence of sputtering of the ion beam on the acceleration electrode is detected. Sputter phosphorus for the acceleration electrode of The thereby controlling so as to suppress dispersion of the ion beam to prevent.

【0007】前記イオン源制御方法において、前記引出
用電極、前記加速用電極に対する流入電流値を監視し、
規定値以上の流入荷電粒子の侵入があるか否かにより前
記引出用電極、前記加速用電極に対するイオンビームの
スパッタリングの有無を検出し、またはイオンビームに
おける前記引出用電極、前記加速用電極からの流出部で
イオンビームに特定波長の光を照射し、その光量から前
記引出用電極、前記加速用電極に対する前記イオンビー
ムのスパッタリングの有無を検出することができる。
In the ion source control method, the inflow current value to the extraction electrode and the acceleration electrode is monitored,
The extraction electrode by detecting whether or not there is inflow of charged particles of a specified value or more, the presence or absence of sputtering of the ion beam to the acceleration electrode, or the extraction electrode in the ion beam, from the acceleration electrode It is possible to irradiate the ion beam with light of a specific wavelength at the outflow portion and detect the presence or absence of sputtering of the ion beam with respect to the extraction electrode and the acceleration electrode from the amount of light.

【0008】前記イオン源制御方法において、前記引出
用電極部にあっては、前記引出用電極に隣接する前記収
束用電極の電圧制御と前記引出用電極の電圧制御の少な
くともいずれかの制御により前記引出用電極に対するイ
オンビームの発散を抑え、前記加速用電極部にあって
は、前記加速用電極に隣接する収束用電極の電圧制御と
前記加速用電極の電圧制御の少なくともいずれかの制御
により前記加速用電極に対するイオンビームの発散を抑
えるように制御することができ、または前記のように各
電極の電圧を制御するとともに、前記プラズマ生成室に
おいて、プラズマを生成する過程でイオン種となるガス
の供給流量、プラズマ生成のための電源投入パワー、プ
ラズマ生成室内圧力のいずれかを調整してイオンビーム
の発散を抑えるように制御することができる。
In the ion source control method, the extraction electrode section is controlled by at least one of voltage control of the focusing electrode and voltage control of the extraction electrode adjacent to the extraction electrode. The divergence of the ion beam with respect to the extraction electrode is suppressed, and in the acceleration electrode section, the voltage is controlled by at least one of the voltage control of the focusing electrode adjacent to the acceleration electrode and the voltage control of the acceleration electrode. It is possible to control so as to suppress the divergence of the ion beam with respect to the accelerating electrode, or to control the voltage of each electrode as described above, and in the plasma generation chamber, the gas that becomes an ion species in the process of generating plasma is generated. To control ion beam divergence by adjusting the supply flow rate, power supply power for plasma generation, or plasma generation chamber pressure. It is possible to control.

【0009】前記課題を解決するために本発明のイオン
源制御装置は、プラズマ生成室において、プラズマ生成
手段によりプラズマを生成し、このプラズマから収束用
電極および引出用電極によりイオンを収束させて引出
し、このイオンビームを収束用電極および加速用電極に
より収束させるとともに、イオンのビームプロファイル
を制御して加速流出させるイオン源において、前記イオ
ンビームの前記引出用電極、前記加速用電極に対するス
パッタリングの有無を検出する検出手段と、この検出手
段によりスパッタリングを検出すると、前記イオンビー
ムの前記引出用電極、前記加速用電極に対するスパッタ
リングを防止するために前記イオンビームの発散を抑え
るように制御する制御手段とを備えたものである。
In order to solve the above-mentioned problems, the ion source control apparatus of the present invention generates plasma by the plasma generation means in the plasma generation chamber, and then the ions are converged and extracted from the plasma by the focusing electrode and the extracting electrode. In the ion source for focusing the ion beam by the focusing electrode and the accelerating electrode, and controlling the beam profile of the ions for accelerated outflow, the presence or absence of the sputtering of the ion beam for the extraction electrode and the acceleration electrode is checked. Detecting means for detecting, and detecting the sputtering by this detecting means, the extraction electrode of the ion beam, a control means for controlling so as to suppress the divergence of the ion beam to prevent sputtering of the acceleration electrode. Be prepared.

【0010】前記イオン源制御装置において、前記検出
手段として、前記引出用電極、前記加速用電極に対する
流入電流値を監視する流入電流検出器を用いることがで
き、または前記検出手段として、前記引出用電極、前記
加速用電極より流出するイオンビームに特定波長の光を
照射する光源と、前記イオンビームに照射された光量か
ら前記引出用電極、前記加速用電極に対する前記イオン
ビームのスパッタリングにより発生する不純物からの散
乱光を検出する散乱光検出器とを備えることができる。
In the ion source controller, an inflow current detector for monitoring the inflow current value to the extraction electrode or the acceleration electrode can be used as the detection means, or the detection means can be the extraction current An electrode, a light source for irradiating the ion beam flowing out from the accelerating electrode with light of a specific wavelength, and an impurity generated by sputtering the ion beam with respect to the extraction electrode, the accelerating electrode from the amount of light irradiated on the ion beam And a scattered light detector for detecting scattered light from.

【0011】前記イオン源制御装置において、前記制御
手段として、前記引出用電極部にあっては、前記引出用
電極に隣接する収束用電極に印加する電圧、前記引出用
電極に印加する電圧の少なくともいずれかを調整するよ
うに構成し、前記加速用電極部にあっては、前記の加速
用電極に隣接する収束用電極に印加する電圧、前記加速
用電極に印加する電圧の少なくともいずれかを調整する
ように構成することができ、または前記制御手段とし
て、前記のように各電極に印加する電圧の制御に加え、
前記プラズマ生成手段におけるイオン種となるガスの供
給流量、プラズマ生成のための電源投入パワー、プラズ
マ生成室内圧力のいずれかを調整するように構成するこ
とができる。
In the ion source control device, as the control means, in the extraction electrode portion, at least a voltage applied to the focusing electrode adjacent to the extraction electrode and a voltage applied to the extraction electrode. In the acceleration electrode section, at least one of a voltage applied to the focusing electrode adjacent to the acceleration electrode and a voltage applied to the acceleration electrode is adjusted. Or as the control means, in addition to the control of the voltage applied to each electrode as described above,
It can be configured to adjust any one of the supply flow rate of the gas to be the ion species in the plasma generation means, the power supply power for plasma generation, and the plasma generation chamber pressure.

【0012】前記のような本発明によれば、プラズマ生
成室で生成されたプラズマから収束用電極および引出用
電極によりイオンを収束させて引出し、このイオンビー
ムを収束用電極および加速用電極により収束させるとと
もに、イオンのビームプロファイルを制御して加速流出
させるに際し、イオンビームの引出用電極、加速用電極
に対するスパッタリングの有無を検出し、スパッタリン
グを検出すると、イオンビームの発散を抑えるように制
御することができるので、引出用電極、加速用電極に対
するスパッタリングを防止して不純物の発生を防止する
ことができる。
According to the present invention as described above, ions are converged and extracted from the plasma generated in the plasma generation chamber by the focusing electrode and the extracting electrode, and the ion beam is converged by the focusing electrode and the accelerating electrode. In addition, when controlling the beam profile of the ions for accelerated outflow, it is necessary to detect the presence or absence of sputtering on the extraction electrode of the ion beam and the acceleration electrode, and to control the ion beam divergence when sputtering is detected. Therefore, it is possible to prevent the generation of impurities by preventing the sputtering for the extraction electrode and the acceleration electrode.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照しながら説明する。まず、本発明の第1の実
施形態について説明する。図1は本発明の第1の実施形
態に係るイオン源制御装置をイオン源に適用し、イオン
源本体を破断して示す全体構成図である。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. First, a first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is an overall configuration diagram showing the ion source control apparatus according to the first embodiment of the present invention applied to an ion source, with an ion source body cut away.

【0014】本実施形態においては、電極内蔵型のイオ
ン源本体に適用した例を示している。図1に示すよう
に、イオン源本体1はプラズマ生成室2とイオンビーム
流出部3とから構成されている。イオンビーム流出部3
は、イオンビームスパッタリング、イオンビーム洗浄
等、イオンビームを利用して各種の処理を行う処理室4
に連結されている。
The present embodiment shows an example applied to an ion source main body with a built-in electrode. As shown in FIG. 1, the ion source body 1 is composed of a plasma generation chamber 2 and an ion beam outflow portion 3. Ion beam outflow section 3
Is a processing chamber 4 for performing various processes using the ion beam such as ion beam sputtering and ion beam cleaning.
Are linked to.

【0015】プラズマ生成室2について説明すると、筐
体10の一側が開放されている。筐体10の周壁11に
は開放部側寄り位置で真空排気管12の一端が連結さ
れ、真空排気管12の他端が真空排気圧力制御装置13
に連結されている。真空排気圧力制御装置13として、
基本的には、圧力制御弁とその後段の真空排気用(超高
真空用)のターボ分子ポンプとから構成され、圧力制御
弁の開閉制御とターボ分子ポンプの駆動により真空排気
管12を介して排気するようになっている。筐体10の
開放部とは反対側における端壁14にはガス供給管15
の一端が連結され、ガス供給管15の他端がイオン種ガ
ス流量制御装置16に連結されている。イオン種ガス流
量制御装置16として、基本的には、圧力計とガスバル
ブとから構成され、ガスバルブの開閉制御によりイオン
種ガス供給源(図示省略)からイオン種ガスを筐体10
内に供給することができる。イオン種ガスとして一般的
にはアルゴンガスが用いられる。このイオン種ガス流量
制御装置16は真空排気圧力制御装置13と対で使用さ
れる。
Explaining the plasma generation chamber 2, one side of the housing 10 is open. One end of a vacuum exhaust pipe 12 is connected to the peripheral wall 11 of the housing 10 at a position close to the open portion side, and the other end of the vacuum exhaust pipe 12 is a vacuum exhaust pressure control device 13
Are linked to. As the vacuum exhaust pressure control device 13,
Basically, it is composed of a pressure control valve and a turbo molecular pump for vacuum evacuation (for ultra-high vacuum) in the subsequent stage, and through the vacuum exhaust pipe 12 by opening / closing control of the pressure control valve and driving of the turbo molecular pump. It is designed to exhaust. A gas supply pipe 15 is provided on the end wall 14 on the side opposite to the open portion of the housing 10.
Is connected to one end, and the other end of the gas supply pipe 15 is connected to the ion species gas flow rate control device 16. The ion species gas flow rate control device 16 basically includes a pressure gauge and a gas valve, and the ion species gas supply source (not shown) controls the opening and closing of the gas valve to supply the ion species gas to the housing 10.
Can be supplied within. Argon gas is generally used as the ion species gas. The ion species gas flow rate control device 16 is used as a pair with the evacuation pressure control device 13.

【0016】端壁14の内側にはマイクロ波アンテナ1
7が設けられ、マイクロ波アンテナ17の支持部18が
端壁14に挿通されている。周壁11の内側には電極1
9が設けられている。マイクロ波アンテナ17と電極1
9とはプラズマ生成用電源20に接続されている。プラ
ズマ生成用電源20として、電子共鳴式(ECR)の高
周波発生装置が用いている。そして、このプラズマ生成
用電源20からマイクロ波アンテナ17と電極19に電
源を供給してマイクロ波アンテナ17から電磁波を導入
し、マイクロ波アンテナ17、電極19間で放電させる
ことにより、筐体10内に供給されたアルゴンガスから
イオンと電子の混在状態であるプラズマを生成すること
ができる。周壁11の外側には磁石21が設けられ、生
成されたプラズマを筐体10内の中央部に集中させるこ
とができる。
The microwave antenna 1 is provided inside the end wall 14.
7 is provided, and the supporting portion 18 of the microwave antenna 17 is inserted through the end wall 14. The electrode 1 is provided inside the peripheral wall 11.
9 is provided. Microwave antenna 17 and electrode 1
9 is connected to a power source 20 for plasma generation. An electron resonance (ECR) high-frequency generator is used as the plasma generation power source 20. Then, by supplying power from the plasma generation power source 20 to the microwave antenna 17 and the electrode 19 to introduce an electromagnetic wave from the microwave antenna 17 and discharging between the microwave antenna 17 and the electrode 19, the inside of the housing 10 is discharged. Plasma in which ions and electrons are mixed can be generated from the argon gas supplied to the. A magnet 21 is provided on the outer side of the peripheral wall 11 so that the generated plasma can be concentrated in the central portion of the housing 10.

【0017】イオンビーム流出部3について説明する
と、筐体10の開放部側に連通する筐体22が一体的に
設けられ、筐体22は筐体10より外形が少し大きくな
るように形成され、筐体22における筐体10とは反対
側の開放部が処理室4に連通されている。筐体22内に
はイオン生成室2側から順次間隔を存し、互いに電気的
に絶縁された状態で収束用電極23、引出用電極24、
収束用電極25、加速用電極26および収束用電極27
が設けられている。収束用電極23、引出用電極24、
収束用電極25、加速用電極26および収束用電極27
にはイオン通路を構成する窓28、29、30、31お
よび32が形成されている。加速用電極26および収束
用電極27の窓31および32は処理室4側へ向かって
次第に拡開するテーパー状に形成されている。
Explaining the ion beam outflow portion 3, a housing 22 communicating with the open side of the housing 10 is integrally provided, and the housing 22 is formed to have a slightly larger outer shape than the housing 10. An open portion of the housing 22 on the side opposite to the housing 10 communicates with the processing chamber 4. In the housing 22, there are sequentially spaced from the ion generation chamber 2 side, and in a state of being electrically insulated from each other, the focusing electrode 23, the extraction electrode 24,
Focusing electrode 25, accelerating electrode 26 and focusing electrode 27
Is provided. Focusing electrode 23, extraction electrode 24,
Focusing electrode 25, accelerating electrode 26 and focusing electrode 27
The windows 28, 29, 30, 31, and 32 that form the ion passages are formed therein. The windows 31 and 32 of the acceleration electrode 26 and the focusing electrode 27 are formed in a tapered shape that gradually expands toward the processing chamber 4 side.

【0018】収束用電極23は直流高圧安定化電源33
に接続され、引出用電極24は流入電流検出器34を介
して直流高圧安定化電源35に接続され、収束用電極2
5は直流高圧安定化電源36に接続され、加速用電極2
6は流入電流検出器37を介して直流高圧安定化電源3
8に接続され、収束用電源27は直流高圧安定化電源3
9に接続されている。各電極23ないし27には各電源
33、35、36、38、39により所望の電位が負荷
される。そして、収束用電極23、引出用電極24によ
りプラズマ生成室2で生成されたプラズマからイオンを
収束させて引出し、収束用電極25、加速用電極26、
収束用電極27によりイオンを収束させるとともに、イ
オンのビームプロファイルを制御して処理室4に加速流
出させることができるようになっている。流入電流検出
器34、37は、微小電流を高精度に測定することがで
きるように、基本的には大きな抵抗値を有する抵抗と、
その両端に発生する電圧を正確に測定する精密電圧測定
回路とから構成されている。そして、引出されたイオン
ビームが引出用電極24、加速用電極26をスパッタリ
ングすると、その微小なイオン電流を検出することがで
き、また、プラズマ生成室2内でプラズマが何らかの原
因で電極19等をスパッタリングしたときに発生するダ
スト粒子の流入電荷を瞬時に検出することができるよう
になっており、その時定数は、マイクロ秒以下となるよ
うに設定されている。この流入電流検出器34、37に
おける検出結果が統括制御部40に送出される。
The focusing electrode 23 is a DC high voltage stabilizing power source 33.
The extraction electrode 24 is connected to the DC high voltage stabilizing power source 35 via the inflow current detector 34, and the focusing electrode 2
5 is connected to the DC high voltage stabilizing power supply 36, and is connected to the acceleration electrode 2
6 is a DC high voltage stabilizing power source 3 via an inflow current detector 37
8 and the converging power supply 27 is a DC high voltage stabilizing power supply 3
9 is connected. A desired potential is applied to each of the electrodes 23 to 27 by each of the power supplies 33, 35, 36, 38 and 39. Then, ions are converged and extracted from the plasma generated in the plasma generation chamber 2 by the focusing electrode 23 and the extracting electrode 24, and the focusing electrode 25, the accelerating electrode 26,
Ions can be focused by the focusing electrode 27, and the beam profile of the ions can be controlled to be accelerated outflow into the processing chamber 4. The inflow current detectors 34 and 37 basically have a resistance having a large resistance value so that a minute current can be measured with high accuracy.
It is composed of a precision voltage measuring circuit that accurately measures the voltage generated at both ends. Then, when the extracted ion beam sputters the extraction electrode 24 and the acceleration electrode 26, a minute ion current can be detected, and the plasma in the plasma generation chamber 2 causes the electrode 19 or the like to be damaged by some reason. The inflow charge of dust particles generated during sputtering can be instantly detected, and the time constant is set to be less than microsecond. The detection results of the inflow current detectors 34 and 37 are sent to the overall control unit 40.

【0019】統括制御部40はコンピュータから成り、
真空排気圧力制御装置13、イオン種ガス流量制御装置
16、プラズマ生成用電源20、直流高圧安定化電源3
3、35、36、38、39を制御することができるよ
うになっている。統括制御部40にはあらかじめスパッ
タリング回避プログラムが組込まれており、流入電流検
出器34、37から送出される検出データをもとに引出
用電極24、加速用電極26に対するイオンビームのス
パッタリングが検出された際に、直流高圧安定化電源3
3、35のいずれか、若しくは両方を制御し、また、直
流高圧安定化電源36、38、39のいずれか、若しく
は全部を制御してイオンビームの引出用電極24、加速
用電極26における拡散を抑えことができるようになっ
ている。
The integrated control unit 40 is composed of a computer,
Vacuum exhaust pressure control device 13, ion species gas flow rate control device 16, plasma generation power source 20, DC high voltage stabilizing power source 3
3, 35, 36, 38, 39 can be controlled. A sputtering avoidance program is incorporated in the integrated control unit 40 in advance, and ion beam sputtering for the extraction electrode 24 and the acceleration electrode 26 is detected based on the detection data sent from the inflow current detectors 34 and 37. DC high voltage stabilized power supply 3
By controlling either or both of 3, 35 and by controlling any or all of the DC high voltage stabilizing power sources 36, 38, 39, the diffusion of the ion beam at the extraction electrode 24 and the acceleration electrode 26 is prevented. It can be suppressed.

【0020】次に、本実施形態によるイオン源制御方法
について説明する。まず、前記のように真空排気圧力制
御装置13の駆動によりプラズマ生成室2、イオンビー
ム流出部3および処理室4を、例えば、1×10-4To
rr以下の高真空に排気する。処理室4は更に高真空、
例えば、1×10-5Torr以下に真空排気してもよ
い。また、各電源33、35、36、38、39により
収束用電極23は、正電位、例えば、+2kV、引出用
電極24は、負電位、例えば、−2kV、収束用電極2
5は、正電位、例えば、+2.5kV、加速用電極26
は、負電位または設置電位、例えば、−0.5kVまた
は0V、収束用電極27は、正電位、例えば、+2.5
kVの電位となるように電位を負荷する。
Next, the ion source control method according to the present embodiment will be explained. First, as described above, by driving the vacuum exhaust pressure control device 13, the plasma generation chamber 2, the ion beam outflow portion 3 and the processing chamber 4 are, for example, 1 × 10 −4 To
Evacuate to a high vacuum below rr. The processing chamber 4 has a higher vacuum,
For example, the gas may be evacuated to 1 × 10 −5 Torr or less. Further, the focusing electrodes 23 are positive potentials, for example, +2 kV, and the extraction electrodes 24 are negative potentials, for example, −2 kV, and the focusing electrodes 2 by the power sources 33, 35, 36, 38, and 39.
5 is a positive potential, for example, +2.5 kV, the acceleration electrode 26
Is a negative potential or installation potential, for example, −0.5 kV or 0 V, and the focusing electrode 27 is a positive potential, for example, +2.5.
The potential is applied so that the potential becomes kV.

【0021】次に、プラズマ生成用電源20によりマイ
クロ波アンテナ17に電源を供給して電磁波を導入し、
電極19に電源を供給するとともに、イオン種ガス流量
制御装置16の駆動によりイオン供給源からガス供給管
15を介してアルゴンガスをアルゴン生成室2内に供給
する。これに伴い、マイクロ波アンテナ17、電極19
間における放電によりアルゴンガスを電離し、イオンと
電子の混在状態からなり、電位が0のプラズマを生成す
ることができる。生成されたプラズマは磁石21により
プラズマ生成室2内の中央部に集中させる。
Next, the plasma generating power source 20 supplies power to the microwave antenna 17 to introduce electromagnetic waves,
Power is supplied to the electrode 19 and the ion species gas flow rate controller 16 is driven to supply argon gas from the ion supply source to the argon generation chamber 2 through the gas supply pipe 15. Accordingly, the microwave antenna 17 and the electrode 19
The argon gas is ionized by the discharge during the period, and a plasma having a potential of 0 can be generated in a mixed state of ions and electrons. The generated plasma is concentrated by the magnet 21 in the central portion of the plasma generation chamber 2.

【0022】イオンビーム流出部3においては、収束用
電極23がプラズマから引出すイオンと同じ正電位であ
り、引出用電極24がイオンと逆の負電位であるので、
引出用電極24の影響(電位勾配)よりプラズマ生成室
2内のプラズマから選択的にイオンを引出し、電子を反
発力に押し戻すことができる。そして、イオンを引出す
際に、収束用電極23の窓28に電位による拘束力によ
りイオンをビーム状に束ねてスパッタリングを生じるこ
となく通し、引出用電極24の窓29から引出すことが
できる。続く収束用電極25がイオンと同じ正電位であ
り、加速用電極26がイオンと逆の負電位、若しくは設
置電位(0電位)であるので、前記のように引出用電極
24の窓29から引出されたイオンビームを収束用電極
25の窓30に電位による拘束力によりイオンをビーム
状に束ねてスパッタリングを生じることなく通し、イオ
ンビームが収束により失われたエネルギーを加速用電極
26により補給してその窓31に加速状態で通すことが
できる。この加速されたイオンビームはこれと同じ正電
位である収束用電極27の窓32を収束状態で通し、処
理室4へ流出させることができる。
In the ion beam outflow portion 3, the focusing electrode 23 has the same positive potential as the ions extracted from the plasma, and the extraction electrode 24 has the negative potential opposite to the ions.
Due to the influence of the extraction electrode 24 (potential gradient), ions can be selectively extracted from the plasma in the plasma generation chamber 2 and the electrons can be returned to the repulsive force. When the ions are extracted, the ions can be extracted into the window 28 of the extraction electrode 24 through the window 28 of the extraction electrode 24 by bundling the ions into a beam shape by the binding force of the potential without causing sputtering. Since the subsequent focusing electrode 25 has the same positive potential as the ions and the accelerating electrode 26 has the negative potential opposite to the ions or the installation potential (0 potential), it is extracted from the window 29 of the extraction electrode 24 as described above. The generated ion beam is passed through the window 30 of the focusing electrode 25 by binding the ions into a beam shape by the restraining force by the potential without causing sputtering, and the energy lost by the focusing of the ion beam is replenished by the accelerating electrode 26. It can be passed through the window 31 in an accelerated state. This accelerated ion beam can pass through the window 32 of the focusing electrode 27, which has the same positive potential as that of the accelerated ion beam, in a converged state and flow out into the processing chamber 4.

【0023】イオンビームは加速されることにより発散
状態となるが、加速用電極26の窓31と収束用電極2
7の窓32は流出側に至るに従い、次第に拡開するテー
パー形状であるので、イオンビームが窓31、32を通
過する際にその壁面にスパッタリングするのを、一応、
防止することができる。そして、収束用電極25、27
は、イオンビームの加速を均一安定化するため、イオン
ビームの加速用電極26に対するスパッタリングを防止
することができるとともに、ビームプロファイル(ビー
ム径と密度の関係)を制御することができる。すなわ
ち、収束用電極25、27に印加する電圧を下げること
により、ビーム径を拡大してイオン密度を小さくするこ
とができ、収束用電極25、27に印加する電圧を上げ
ることにより、ビーム径を縮小してイオン密度を大きく
することができる。
Although the ion beam is in a divergent state by being accelerated, the window 31 of the acceleration electrode 26 and the focusing electrode 2
Since the window 32 of 7 has a tapered shape that gradually expands toward the outflow side, the ion beam is prevented from being sputtered on the wall surface when passing through the windows 31 and 32.
Can be prevented. Then, the focusing electrodes 25 and 27
Since the ion beam uniformly stabilizes the acceleration of the ion beam, it is possible to prevent the sputtering of the ion beam on the acceleration electrode 26 and control the beam profile (the relationship between the beam diameter and the density). That is, by decreasing the voltage applied to the focusing electrodes 25 and 27, the beam diameter can be expanded and the ion density can be reduced, and by increasing the voltage applied to the focusing electrodes 25 and 27, the beam diameter can be reduced. It can be reduced to increase the ion density.

【0024】高純度のイオンビームを処理室4に流出さ
せるには、まず、イオンビームと逆の負電位でイオンビ
ームを吸引しやすい引出用電極24や同じくイオンビー
ムと逆の電位、若しくは設置電位でイオンビームを吸引
しやすい加速用電極26にイオンビームがスパッタリン
グしないこと(流れ込まないこと)が必要となる。ここ
で、万一、収束用電極23によるイオンビームの収束力
が不足してビーム径が拡大し、イオンビームの引出用電
極24に対するスパッタリングを生じると、このスパッ
タリングにより生じた不純物がイオンビーム中に含まれ
るので、直流高圧安定化電源35側に流入イオン電流が
流れる。この流入イオン電流を引出用電極24と直流高
圧安定化電源35との間に挿入してある流入電流検出器
34により検出することができ、流入電流検出器34は
この検出データを統括制御部40へ送出する。統括制御
部40は送出された検出データに基づき、あらかじめ組
込まれているスパッタリング回避(純度維持)プログラ
ムに従って直流高圧安定化電源33を制御して収束用電
極23の電圧を上げ、イオンビームの反発力を強めてビ
ーム径を縮小し、イオンビームの発散を抑える。これに
よってもイオンビームによる引出用電極24に対するス
パッタリングが解消されない場合には、直流高圧安定化
電源35を制御して引出用電極24に印加している加速
電圧を下げ、イオンビームの吸引力を弱めてイオンビー
ム発散を抑える。若しくはその両方の制御を行ってイオ
ンビームの発散を抑える。これにより、イオンビームの
引出用電極24に対するスパッタリングを防止して不純
物のイオンビームへの生成混入を防止することができ
る。
In order to flow out a high-purity ion beam into the processing chamber 4, first, the extraction electrode 24, which easily attracts the ion beam at a negative potential opposite to that of the ion beam, the potential opposite to that of the ion beam, or the installation potential. Therefore, it is necessary that the ion beam is not sputtered (does not flow into) the acceleration electrode 26 that easily attracts the ion beam. In this case, if the focusing power of the ion beam by the focusing electrode 23 is insufficient and the beam diameter is expanded, and the ion beam extraction electrode 24 is sputtered, the impurities generated by this sputtering enter the ion beam. Since it is included, an inflowing ion current flows to the side of the DC high voltage stabilizing power supply 35. This inflowing ionic current can be detected by the inflowing current detector 34 inserted between the extraction electrode 24 and the DC high voltage stabilizing power supply 35, and the inflowing current detector 34 detects this detection data by the integrated control unit 40. Send to. Based on the detection data sent out, the overall control unit 40 controls the DC high voltage stabilizing power supply 33 according to a pre-installed sputtering avoidance (purity maintenance) program to raise the voltage of the focusing electrode 23 and repel the ion beam. To reduce the beam diameter and suppress ion beam divergence. If the sputtering of the extraction electrode 24 by the ion beam is still not solved by this, the DC high voltage stabilizing power supply 35 is controlled to reduce the acceleration voltage applied to the extraction electrode 24 to weaken the attraction force of the ion beam. Suppress ion beam divergence. Alternatively, both of them are controlled to suppress ion beam divergence. As a result, it is possible to prevent the ion beam from being sputtered on the extraction electrode 24 and prevent impurities from being generated and mixed into the ion beam.

【0025】また、万一、収束用電極25によるイオン
ビームの収束力が不足し、イオンビームの加速用電極2
6に対するスパッタリングを生じると、このスパッタリ
ングにより生じた不純物がイオンビーム中に含まれるの
で、前記と同様に、流入イオン電流を加速用電極26と
直流高圧安定化電源38との間に挿入してある流入電流
検出器37により検出し、流入電流検出器37がこの検
出データを統括制御部40へ送出する。統括制御部40
は、前記と同様に、送出された検出データに基づき、あ
らかじめ組込まれているスパッタリング回避プログラム
に従って直流高圧安定化電源36、39を制御して収束
用電極25、27の電圧を上げ、イオンビームの反発力
を強めてビーム径を縮小し、イオンビームの発散を抑え
る。これによってもイオンビームによる加速用電極26
に対するスパッタリングが解消されない場合には、直流
高圧安定化電源38を制御して加速用電極26に印加し
ている加速電圧を下げ、イオンビームの吸引力を弱めて
イオンビームの発散を抑える。若しくはその両方の制御
を行ってイオンビームの発散を抑える。これにより、イ
オンビームの加速用電極26に対するスパッタリングを
防止して不純物のイオンビームへの生成混入を防止する
ことができる。したがって、高純度のイオンビームを処
理室4へ流出させることができる。
Further, in the unlikely event that the focusing force of the ion beam by the focusing electrode 25 is insufficient, the ion beam accelerating electrode 2
When the sputtering for 6 occurs, the impurities generated by this sputtering are included in the ion beam. Therefore, the inflowing ion current is inserted between the accelerating electrode 26 and the DC high-voltage stabilizing power supply 38 as described above. It is detected by the inflow current detector 37, and the inflow current detector 37 sends this detection data to the integrated control unit 40. Integrated control unit 40
Similarly to the above, based on the sent detection data, the DC high-voltage stabilizing power supplies 36 and 39 are controlled according to a pre-installed sputtering avoidance program to increase the voltage of the focusing electrodes 25 and 27, and It strengthens the repulsive force and reduces the beam diameter, suppressing the divergence of the ion beam. This also enables the electrode 26 for acceleration by the ion beam.
If the sputtering is not solved, the DC high voltage stabilizing power supply 38 is controlled to reduce the acceleration voltage applied to the acceleration electrode 26, weaken the ion beam attraction force, and suppress the ion beam divergence. Alternatively, both of them are controlled to suppress ion beam divergence. As a result, it is possible to prevent the ion beam from being sputtered on the accelerating electrode 26 and prevent impurities from being generated and mixed into the ion beam. Therefore, a high-purity ion beam can be made to flow into the processing chamber 4.

【0026】次に、本発明の第2の実施形態について説
明する。図2は本発明の第2の実施形態に係るイオン源
制御装置をイオン源に適用し、イオン源本体を破断して
示す全体構成図である。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 2 is an overall configuration diagram showing the ion source control apparatus according to the second embodiment of the present invention applied to an ion source, with the ion source main body cut away.

【0027】本実施形態においては、前記第1の実施形
態とは引出用電極24、加速用電極26に対するイオン
ビームのスパッタリングの検出手段を異にし、その他の
構成については同様であるので、同じ部分には同じ符号
を付してその説明を省略し、主として異なる構成につい
て説明する。
The present embodiment is different from the first embodiment in the detection means for ion beam sputtering with respect to the extraction electrode 24 and the acceleration electrode 26, and other configurations are the same, so the same parts are used. Are denoted by the same reference numerals and the description thereof will be omitted, and different configurations will be mainly described.

【0028】本実施形態においては、図2に示すよう
に、引出用電極24および加速用電極26におけるイオ
ンビーム流出側の近傍において、筐体22にイオンビー
ム流出方向と直角方向で特定波長の光を出射する光源4
1および42が設けられ、筐体22に形成された透過窓
43、44を通して各光源41、42から出射され、イ
オンビームを透過する光を受光して散乱光の有無を検出
し、検出データを統括制御部40へ送出する散乱光検出
器45、46が設けられている。光源41、42とし
て、半導体レーザ等を用いることができ、各光源41、
42は単一周波数の光を出射する。散乱光検出器45、
46として、光源41、42から出射された特定波長の
光のみを通すフィルタと、その後段に配置する光電子増
倍管とから構成することができる。そして、光源41、
42から出射された光は、イオンビーム中に不純物が含
まれていない場合には、イオンビームを透過して対向位
置の光吸収部で吸収され、散乱光検出器45、46にお
いては不純物を含んでいる場合のような散乱光をほとん
ど検出することができず、万一、イオンビーム中に不純
物が含まれている場合には、その不純物が光源41、4
2からの光路を遮ることになるので、散乱光検出器4
5、46により極端な強い散乱光を検出することができ
る。
In the present embodiment, as shown in FIG. 2, in the vicinity of the ion beam outflow side of the extraction electrode 24 and the acceleration electrode 26, light of a specific wavelength is transmitted to the housing 22 in a direction perpendicular to the ion beam outflow direction. Light source 4 for emitting light
1 and 42 are provided, the light emitted from each of the light sources 41 and 42 through the transmission windows 43 and 44 formed in the housing 22 and transmitted through the ion beam is detected to detect the presence or absence of scattered light, and the detection data is obtained. Scattered light detectors 45 and 46 for sending to the integrated control unit 40 are provided. A semiconductor laser or the like can be used as the light sources 41 and 42.
42 emits light of a single frequency. Scattered light detector 45,
As 46, a filter that allows only the light of a specific wavelength emitted from the light sources 41 and 42 to pass therethrough and a photomultiplier tube that is arranged in the subsequent stage can be configured. Then, the light source 41,
When the ion beam does not contain impurities, the light emitted from 42 is transmitted through the ion beam and is absorbed by the light absorbing portion at the opposite position, and the scattered light detectors 45 and 46 contain the impurities. In the case where impurities are contained in the ion beam, the impurities cannot be detected.
Since the light path from 2 is blocked, the scattered light detector 4
5, 46, it is possible to detect extremely strong scattered light.

【0029】次に、本実施形態によるイオン源制御方法
について説明する。前記第1の実施形態と同様にしてイ
オン源本体からイオンビームを処理室4に流出させるこ
とができる。ここで、万一、収束用電極23によるイオ
ンビームの収束力が不足し、イオンビームの引出用電極
24に対するスパッタリングを生じると、このスパッタ
リングにより生じた不純物がイオンビーム中に含まれる
ので、光源41から出射されている光が不純物で遮ら
れ、これを散乱光検出器45により検出することがで
き、散乱光検出器45はこの検出データを統括制御部4
0へ送出する。統括制御部40は送出された検出データ
に基づき、あらかじめ組込まれているスパッタリング回
避(純度維持)プログラムに従って直流高圧安定化電源
33を制御して、収束用電極23の電圧を上げ、イオン
ビームの反発力を強めてビーム径を縮小し、イオンビー
ムの発散を抑える。これによってもイオンビームによる
引出用電極24に対するスパッタリングが解消されない
場合には、直流高圧安定化電源35を制御して引出用電
極24に印加している加速電圧を下げ、イオンビームの
吸引力を弱めてイオンビームの発散を抑える。若しくは
その両方の制御を行ってイオンビームの発散を抑える。
これにより、イオンビームの引出用電極24に対するス
パッタリングを防止して不純物のイオンビームへの生成
混入を防止することができる。
Next, the ion source control method according to the present embodiment will be explained. An ion beam can be made to flow from the ion source main body into the processing chamber 4 in the same manner as in the first embodiment. If the focusing power of the ion beam by the focusing electrode 23 is insufficient and sputtering of the ion beam extracting electrode 24 occurs, impurities generated by this sputtering are contained in the ion beam. The light emitted from is blocked by impurities and can be detected by the scattered light detector 45, and the scattered light detector 45 collects this detection data.
Send to 0. Based on the detection data sent out, the overall control unit 40 controls the DC high voltage stabilizing power supply 33 according to a pre-installed sputtering avoidance (purity maintenance) program to raise the voltage of the focusing electrode 23 and repel the ion beam. Strengthens the force to reduce the beam diameter and suppress ion beam divergence. If the sputtering of the extraction electrode 24 by the ion beam is still not solved by this, the DC high voltage stabilizing power supply 35 is controlled to reduce the acceleration voltage applied to the extraction electrode 24 to weaken the attraction force of the ion beam. Suppress the divergence of the ion beam. Alternatively, both of them are controlled to suppress ion beam divergence.
As a result, it is possible to prevent the ion beam from being sputtered on the extraction electrode 24 and prevent impurities from being generated and mixed into the ion beam.

【0030】また、万一、収束用電極25によるイオン
ビームの収束力が不足し、イオンビームの加速用電極2
6に対するスパッタリングを生じると、このスパッタリ
ングにより生じた不純物がイオンビーム中に含まれるの
で、前記と同様に、光源42から出射されている光が不
純物で遮られ、これを散乱光検出器46により検出し、
散乱光検出器46がこの検出データを統括制御部40へ
送出する。統括制御部40は、前記と同様に、送出され
た検出データに基づき、あらかじめ組込まれているスパ
ッタリング回避プログラムに従って直流高圧安定化電源
36、39を制御して収束用電極25、26の電圧を上
げ、イオンビームの反発力を強めてビーム径を縮小し、
イオンビームの発散を抑える。これによってもイオンビ
ームによる加速用電極26に対するスパッタリングが解
消されない場合には、直流高圧安定化電源38を制御し
て加速用電極26に印加している加速電圧を下げ、イオ
ンビームの吸引力を弱めてイオンビームの発散を抑え
る。若しくはその両方の制御を行ってイオンビームの発
散を抑える。これにより、イオンビームの加速用電極2
6に対するスパッタリングを防止して不純物のイオンビ
ームへの生成混入を防止することができる。したがっ
て、高純度のイオンビームを処理室4へ流出させること
ができる。
In the unlikely event that the focusing power of the ion beam by the focusing electrode 25 is insufficient, the ion beam accelerating electrode 2
When the sputtering for 6 is generated, the impurities generated by this sputtering are included in the ion beam, so that the light emitted from the light source 42 is blocked by the impurities and detected by the scattered light detector 46 in the same manner as described above. Then
The scattered light detector 46 sends this detection data to the overall control unit 40. Similarly to the above, the overall control unit 40 controls the DC high voltage stabilizing power supplies 36 and 39 according to the sputtering avoidance program that is incorporated in advance based on the detection data that has been sent out, and raises the voltage of the focusing electrodes 25 and 26. , Strengthen the repulsive force of the ion beam and reduce the beam diameter,
Suppress ion beam divergence. If the sputtering of the acceleration electrode 26 by the ion beam is still not solved by this, the DC high voltage stabilizing power supply 38 is controlled to lower the acceleration voltage applied to the acceleration electrode 26 to weaken the attraction force of the ion beam. Suppress the divergence of the ion beam. Alternatively, both of them are controlled to suppress ion beam divergence. As a result, the ion beam acceleration electrode 2
It is possible to prevent sputtering of No. 6 and prevent generation and mixing of impurities into the ion beam. Therefore, a high-purity ion beam can be made to flow into the processing chamber 4.

【0031】前記各実施形態は電極内蔵型のイオン源本
体に適用した場合について説明したが、図3に示すよう
に、電極外部取付型のイオン源本体に適用することもで
きるので、この電極外部取付型の構成について概略説明
する。
Although each of the above embodiments has been described as applied to an ion source main body with a built-in electrode, it can also be applied to an ion source main body with an external electrode attached, as shown in FIG. The structure of the mounting type will be briefly described.

【0032】図3に示すように、プラズマ生成室2は前
記と同様に、筐体10、真空排気管12、ガス制御管1
5、マイクロ波アンテナ17、電極19、磁石21等か
ら構成されている。イオンビーム流出部3においては、
筐体22が短く構成されてその内部に収束用電極23、
引出用電極24、収束用電極25が設けられ、筐体22
における筐体11とは反対側の開放部に加速用電極26
と収束用電極27が順次、周上、複数箇所に配置された
絶縁材製で円筒状の連結部材47、48により所望間隔
に取付けられている。図3においては、前記第1の実施
形態に係るイオン源制御装置を適用するように示してい
るが、前記第2の実施形態に係るイオン源制御装置を適
用するようにしてもよい。
As shown in FIG. 3, the plasma generation chamber 2 includes the housing 10, the vacuum exhaust pipe 12, and the gas control pipe 1 as described above.
5, microwave antenna 17, electrode 19, magnet 21 and the like. In the ion beam outflow section 3,
The housing 22 is configured to be short, and the focusing electrode 23 is provided inside the housing 22.
The extraction electrode 24 and the focusing electrode 25 are provided, and the housing 22
The acceleration electrode 26 is provided in the open portion on the side opposite to the housing 11 in
And the converging electrodes 27 are sequentially attached at desired intervals by cylindrical connecting members 47 and 48 made of an insulating material and arranged at a plurality of positions on the circumference. Although the ion source control device according to the first embodiment is applied in FIG. 3, the ion source control device according to the second embodiment may be applied.

【0033】本発明の第3の実施形態として、前記第
1、第2の実施形態のようにイオンビーム流出部3側で
イオンビームの発散を抑えるように制御するのに加え、
必要に応じ、プラズマ生成室2におけるプラズマ生成条
件を、統括制御部40がスパッタリング回避(純度維
持)プログラムに従い、真空排気圧力制御装置13、イ
オン種ガス流量制御装置16、マイクロ波アンテナ1
7、電極19に電源を供給するプラズマ生成用電源20
を制御し、プラズマ生成室2内の圧力、供給ガス流量、
電源投入パワーの少なくとも1つを抑えるように調整す
ることができる。これにより、前記第1、第2の実施形
態におけるイオンビームの発散を更に一層抑えやすくす
ることができる。
As a third embodiment of the present invention, in addition to the control so as to suppress the divergence of the ion beam on the side of the ion beam outflow portion 3 as in the first and second embodiments,
If necessary, the overall control unit 40 sets the plasma generation conditions in the plasma generation chamber 2 in accordance with a sputtering avoidance (purity maintenance) program according to a vacuum exhaust pressure control device 13, an ion species gas flow rate control device 16, and a microwave antenna 1.
7, power source 20 for plasma generation for supplying power to electrode 19
To control the pressure in the plasma generation chamber 2, the supply gas flow rate,
It can be adjusted to reduce at least one of the power-up powers. Thereby, the divergence of the ion beam in the first and second embodiments can be further suppressed.

【0034】なお、本発明は、前記第1、第2の実施形
態に限定されるものではなく、例えば、ビームを収束さ
せるとともに、ビームのプロファイルを制御して加速流
出させる収束用電極25、27、加速用電極26につい
てはプラズマ生成室2側から加速用電極、収束用電極、
加速用電極の順に配置してもよい。また、収束用電極2
3、25、27に印加する電圧を下げることにより、ビ
ーム径を拡大してイオン密度を大きくし、収束用電極2
3、25、27に印加する電圧を上げることにより、ビ
ーム径を縮小してイオン密度を大きくすることができる
が、ビーム断面形状を円形から例えば、楕円径状とする
場合には、各電極23〜27の電圧を選択的に制御すれ
ばよい。更に、加速用電極に隣接する収束用電極につい
ては周方向に複数個に分割し、各分割片に印加する電圧
を制御することによりビームプロファイルを容易に制御
することができる。本発明は、このほか、その基本的技
術思想を逸脱しない範囲で種々設計変更することができ
る。
The present invention is not limited to the first and second embodiments. For example, the focusing electrodes 25 and 27 for focusing the beam and controlling the profile of the beam to accelerate and flow out. As for the acceleration electrode 26, an acceleration electrode, a focusing electrode, and
You may arrange in order of the acceleration electrode. Also, the focusing electrode 2
By lowering the voltage applied to 3, 25 and 27, the beam diameter is expanded to increase the ion density, and the focusing electrode 2
By increasing the voltage applied to 3, 25 and 27, the beam diameter can be reduced and the ion density can be increased. However, when the beam cross-sectional shape is changed from a circular shape to an elliptic diameter shape, each electrode 23 It suffices to selectively control the voltages of ~ 27. Further, the focusing electrode adjacent to the accelerating electrode is divided into a plurality of pieces in the circumferential direction, and the beam profile can be easily controlled by controlling the voltage applied to each divided piece. In addition to the above, the present invention can be modified in various ways without departing from the basic technical idea thereof.

【0035】[0035]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、プ
ラズマ生成室で生成されたプラズマから収束用電極およ
び引出用電極によりイオンを収束させて引出し、このイ
オンビームを収束用電極および加速用電極により収束さ
せるとともに、イオンのビームプロファイルを制御して
加速流出させるに際し、イオンビームの引出用電極、加
速用電極に対するスパッタリングの有無を検出し、スパ
ッタリングを検出すると、イオンビームの発散を抑える
ように制御することにより、引出用電極、加速用電極に
対するスパッタリングを防止して不純物の発生を防止す
ることができる。したがって、高純度のイオンビームを
生成供給することができる。
As described above, according to the present invention, ions are converged and extracted from the plasma generated in the plasma generation chamber by the focusing electrode and the extracting electrode, and this ion beam is used for the focusing electrode and the accelerating electrode. While focusing by the electrode and controlling the ion beam profile for accelerated outflow, the presence or absence of sputtering for the ion beam extraction electrode and the acceleration electrode is detected, and when the sputtering is detected, the divergence of the ion beam is suppressed. By controlling, it is possible to prevent the sputtering for the extraction electrode and the acceleration electrode and prevent the generation of impurities. Therefore, a high-purity ion beam can be generated and supplied.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1の実施形態に係るイオン源制御装
置をイオン源に適用し、イオン源本体を破断して示す全
体構成図である。
FIG. 1 is an overall configuration diagram in which an ion source control device according to a first embodiment of the present invention is applied to an ion source and an ion source main body is cut away.

【図2】本発明の第2の実施形態に係るイオン源制御装
置をイオン源に適用し、イオン源本体を破断して示す全
体構成図である。
FIG. 2 is an overall configuration diagram in which an ion source control device according to a second embodiment of the present invention is applied to an ion source and an ion source main body is cut away.

【図3】本発明の第1の実施形態に係るイオン源制御装
置を他の例のイオン源に適用し、イオン源本体を破断し
て示す全体構成図である。
FIG. 3 is an overall configuration diagram in which the ion source control device according to the first embodiment of the present invention is applied to an ion source of another example and an ion source body is cut away.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 イオン源本体 2 プラズマ生成室 3 イオンビーム流出部 4 処理室 12 真空排気管 15 ガス供給管 17 マイクロ波アンテナ 19 電極 21 磁石 23 収束用電極 24 引出用電極 25 収束用電極 26 加速用電極 27 収束用電極 28〜32 窓 41、42 光源 1 Ion source body 2 Plasma generation chamber 3 Ion beam outflow section 4 processing room 12 Vacuum exhaust pipe 15 gas supply pipe 17 Microwave antenna 19 electrodes 21 magnet 23 Focusing electrode 24 Extraction electrode 25 Focusing electrode 26 Accelerating electrodes 27 Focusing electrode 28-32 windows 41, 42 light source

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−289751(JP,A) 特開 平5−225935(JP,A) 特開 平7−307140(JP,A) 特開2000−294158(JP,A) 特開2000−199738(JP,A) 特開 平6−150861(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01J 27/02 H01J 27/16 H01J 37/08 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP 63-289751 (JP, A) JP 5-225935 (JP, A) JP 7-307140 (JP, A) JP 2000-294158 (JP, A) JP 2000-199738 (JP, A) JP 6-150861 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) H01J 27/02 H01J 27/16 H01J 37/08

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 プラズマ中から引き出すイオンビームの
流出方向において,プラズマを生成するプラズマ生成
室,引き出すイオンビームを予め収束させる収束用電
極,前記イオンビームをプラズマ室から引き出す引出用
電極,引き出された前記イオンビームを再度収束させる
収束用電極,再度収束されたイオンビームに所定の加速
エネルギーを付与するための加速用電極,加速発散する
イオンビームを再び収束するための収束用電極で構成さ
れたイオン源において,前記プラズマ生成室で生成され
たプラズマから前記収束用電極および前記引出用電極に
より予めイオンを収束して引き出し,このイオンビーム
前記収束用電極および前記加速用電極により収束加速
させるとともに,イオンのビームプロファイルを制御し
て流出させるに際し,前記イオンビームの前記引出用電
極に対するスパッタリングの有無を検出し,スパッタリ
ングを検出すると,前記イオンビームの前記引出用電極
に対するスパッタリングを防止するために前記イオンビ
ームの発散を抑えるように制御し,前記イオンビームの
前記加速用電極に対するスパッタリングの有無を検出
し,スパッタリングを検出すると,前記イオンビームの
前記加速用電極に対するスパッタリングを防止するため
に前記イオンビームの発散を抑えるように制御するイオ
ン源制御方法。
1. A method for extracting an ion beam from plasma
Plasma generation that generates plasma in the outflow direction
Chamber, focusing power for pre-focusing the extracted ion beam
Pole, for extracting the ion beam from the plasma chamber
Electrodes, refocusing the extracted ion beam
Focusing electrode, predetermined acceleration for refocused ion beam
Accelerating electrode for applying energy, accelerating divergence
It consists of focusing electrodes for refocusing the ion beam.
In the ion source, the extraction in advance focus ions by the focusing electrode and the leading electrode from the generated plasma in the plasma generating chamber, convergence accelerated ion beam by the focusing electrode and the accelerating electrode In addition to controlling the beam profile of the ions to flow out, the presence or absence of sputtering of the ion beam with respect to the extraction electrode is detected, and if sputtering is detected, sputtering of the ion beam with respect to the extraction electrode is performed. In order to prevent the above, the ion beam divergence is controlled to be suppressed, and the presence or absence of sputtering of the ion beam on the acceleration electrode is detected. When sputtering is detected, the ion beam is prevented from sputtering on the acceleration electrode. In order to Ion source control method for controlling so as to suppress divergence of beam.
【請求項2】 引出用電極、加速用電極に対する流入電
流値を監視し、規定値以上の流入荷電粒子の侵入がある
か否かにより前記引出用電極、前記加速用電極に対する
イオンビームのスパッタリングの有無を検出する請求項
1記載のイオン源制御方法。
2. An ion beam sputtering for the extraction electrode and the acceleration electrode is performed by monitoring the inflow current value to the extraction electrode and the acceleration electrode, and checking whether or not the inflow of charged particles exceeds a specified value. The ion source control method according to claim 1, wherein the presence or absence is detected.
【請求項3】 イオンビームにおける引出用電極,加速
用電極からの流出部でイオンビームに特定波長の光を照
射し,前記イオンビームが前記引出用電極,前記加速用
電極をスパッタリングして発生した電極材料で構成され
た微粒子による散乱光量から,前記引出用電極,前記加
速用電極に対するイオンビームのスパッタリングの有無
を検出する請求項1記載のイオン源制御方法。
3. The ion beam is irradiated with light of a specific wavelength at the outflow portion from the extraction electrode and the acceleration electrode in the ion beam, and the ion beam is irradiated by the extraction electrode and the acceleration electrode.
Composed of electrode material generated by sputtering the electrode
2. The ion source control method according to claim 1, wherein the presence or absence of ion beam sputtering on the extraction electrode and the acceleration electrode is detected from the amount of scattered light by the fine particles .
【請求項4】 引出用電極部において、引出用電極に隣
接する収束用電極の電圧制御と前記引出用電極の電圧制
御の少なくともいずれかの制御により前記引出用電極に
対するイオンビームの発散を抑え、加速用電極部におい
て、加速用電極に隣接する収束用電極の電圧制御と前記
加速用電極の電圧制御の少なくともいずれかの制御によ
り前記加速用電極に対するイオンビームの発散を抑える
ように制御する請求項1ないし3のいずれかに記載のイ
オン源制御方法。
4. In the extraction electrode part, the divergence of an ion beam to the extraction electrode is suppressed by controlling at least one of the voltage control of the focusing electrode adjacent to the extraction electrode and the voltage control of the extraction electrode, In the accelerating electrode section, control is performed so as to suppress divergence of an ion beam to the accelerating electrode by controlling at least one of voltage control of a focusing electrode adjacent to the accelerating electrode and voltage control of the accelerating electrode. 4. The ion source control method according to any one of 1 to 3.
【請求項5】 各電極の電圧を制御するとともに、プラ
ズマ生成室において、プラズマを生成する過程でイオン
種となるガスの供給流量、プラズマ生成のための電源投
入パワー、プラズマ生成室内圧力の少なくともいずれか
を調整してイオンビームの発散を抑えるように制御する
請求項4記載のイオン源制御方法。
5. The voltage of each electrode is controlled, and at least one of the supply flow rate of gas that becomes an ion species in the process of generating plasma in the plasma generation chamber, the power supply power for plasma generation, and the pressure in the plasma generation chamber. The ion source control method according to claim 4, wherein the ion beam is controlled so as to suppress the divergence of the ion beam.
【請求項6】 プラズマ生成室において、プラズマ生成
手段によりプラズマを生成し、このプラズマから収束用
電極および引用出電極によりイオンを収束させて引出
し、このイオンビームを収束用電極および加速用電極に
より収束させるとともに、イオンのビームプロファイル
を制御して加速流出させるイオン源において、前記イオ
ンビームの前記引出用電極、前記加速用電極に対するス
パッタリングの有無を検出する検出手段と、この検出手
段によりスパッタリングを検出すると、前記イオンビー
ムの前記引出用電極、前記加速用電極に対するスパッタ
リングを防止するために前記イオンビームの発散を抑え
るように制御する制御手段とを備えたイオン源制御装
置。
6. In the plasma generation chamber, plasma is generated by the plasma generation means, ions are focused and extracted from the plasma by the focusing electrode and the quoting electrode, and the ion beam is focused by the focusing electrode and the accelerating electrode. In the ion source for controlling and accelerating outflow of the beam profile of the ions, the extraction electrode of the ion beam, detection means for detecting the presence or absence of sputtering of the acceleration electrode, and when detecting the sputtering by this detection means An ion source control device comprising: a control unit that controls to suppress the divergence of the ion beam in order to prevent sputtering of the ion beam onto the extraction electrode and the acceleration electrode.
【請求項7】 検出手段が、引出用電極、加速用電極に
対する流入電流値を監視する流入電流検出器である請求
項6記載のイオン源制御装置。
7. The ion source control device according to claim 6, wherein the detection means is an inflow current detector for monitoring inflow current values with respect to the extraction electrode and the acceleration electrode.
【請求項8】 検出手段が、引出用電極、加速用電極よ
り流出するイオンビームに特定波長の光を照射する光源
と、前記イオンビームに照射された光量から前記引出用
電極、加速用電極に対する前記イオンビームのスパッタ
リングにより発生する不純物からの散乱光を検出する散
乱光検出器とを備えた請求項6記載のイオン源制御装
置。
8. A light source for irradiating the ion beam flowing out from the extraction electrode and the acceleration electrode with light of a specific wavelength, and a detection means for the extraction electrode and the acceleration electrode based on the amount of light irradiated on the ion beam. 7. The ion source control device according to claim 6, further comprising a scattered light detector that detects scattered light from impurities generated by sputtering of the ion beam.
【請求項9】 制御手段が、引出用電極部において、引
出用電極に隣接する収束用電極に印加する電圧、前記引
出用電極に印加する電圧の少なくともいずれかを調整す
るように構成され、加速用電極部において、加速用電極
に隣接する収束用電極に印加する電圧、前記加速用電極
に印加する電圧の少なくともいずれかを調整するように
構成された請求項6ないし8のいずれかに記載のイオン
源制御装置。
9. The acceleration means is configured to adjust at least one of a voltage applied to a converging electrode adjacent to the extraction electrode and a voltage applied to the extraction electrode in the extraction electrode section for acceleration. 9. The electrode part for use according to claim 6, wherein at least one of a voltage applied to a focusing electrode adjacent to the acceleration electrode and a voltage applied to the acceleration electrode is adjusted. Ion source controller.
【請求項10】 制御手段が、各電極に印加する電圧の
制御に加え、プラズマ生成手段におけるイオン種となる
ガスの供給流量、プラズマ生成のための電源投入パワ
ー、プラズマ生成室内圧力の少なくともいずれかを調整
するように構成された請求項9記載のイオン源制御装
置。
10. The control means, in addition to controlling the voltage applied to each electrode, at least one of the supply flow rate of a gas serving as an ion species in the plasma generation means, a power supply power for plasma generation, and a plasma generation chamber pressure. 10. The ion source control device of claim 9 configured to adjust the.
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