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JP3736086B2 - Ion source - Google Patents
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JP3736086B2 - Ion source - Google Patents

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JP3736086B2 JP33633797A JP33633797A JP3736086B2 JP 3736086 B2 JP3736086 B2 JP 3736086B2 JP 33633797 A JP33633797 A JP 33633797A JP 33633797 A JP33633797 A JP 33633797A JP 3736086 B2 JP3736086 B2 JP 3736086B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば、ターゲットにイオンビームを照射してイオン注入を行うイオン注入装置、ターゲットに質量分離を行うことなくイオンビームを照射してイオン注入を行うイオンドーピング装置(非質量分離型のイオン注入装置)、ターゲットにイオンビームを照射してエッチングを施すイオンビームエッチング装置、ターゲットにイオンビームを照射するイオンビーム照射装置等に用いられるイオン源に関し、より具体的には、それから引き出すイオンビームの均一性を向上させる手段に関する。
【0002】
【従来の技術】
この種のイオン源の従来例をその電源と共に図6に示す。なお、これと同様のイオン源が、例えば特開平9−161704号公報に開示されている。
【0003】
このイオン源2は、この例では高周波イオン源であり、イオン源ガス10が導入されそれを高周波放電によって電離させてプラズマ14を生成するプラズマソース部4と、このプラズマソース部4の出口付近に設けられていて、プラズマソース部4内のプラズマ14から電界の作用でイオンビーム28を引き出す引出し電極系20とを備えている。このイオン源2は、プラズマソース部4内にプラズマ閉じ込め用のカスプ磁場を形成する複数の永久磁石12を有しているので、バケット型イオン源とも呼ばれる。
【0004】
プラズマソース部4は、側壁6aと、それに絶縁物8を介して取り付けられた背面板6bとを有するプラズマ生成容器6を備えており、その内部に上記イオン源ガス10が導入される。また、この例では側壁6aおよび背面板6bがそれぞれ電極(放電電極)を兼ねており、両者6a、6b間に、高周波電源16から整合回路18を介して、例えば13.56MHzまたは100MHzの周波数の高周波電力が供給される。もっともプラズマソース部4は、高周波放電形以外のもの、例えば熱電子発生用のフィラメントとプラズマ生成容器6との間でアーク放電を起こさせてプラズマ14を生成するフィラメントカソード形の場合もある。
【0005】
引出し電極系20は、多数のイオン引き出し用の電極孔21a〜24aを互いに対応する位置に有する4枚の多孔電極を有している。
【0006】
プラズマ電極21は、最プラズマ側(最上流側)に配置されていて、引き出すイオンビーム28のエネルギーを決める電極であり、直流の加速電源31から、接地電位を基準にして正の加速電圧V1 が印加される。このプラズマ電極21とプラズマソース部4(より具体的にはそれを構成するプラズマ生成容器6)とは互いに接続されて同電位にされている。加速電圧V1 の大きさは、例えば3kV〜100kV程度である。
【0007】
引出し電極22は、プラズマ電極21のすぐ下流側に配置されていて、プラズマ電極21との間に電位差を生ぜしめそれによる電界によってプラズマ14からイオンビーム28を引き出す電極であり、直流の引出し電源32から、プラズマ電極21の電位を基準にして負の引出し電圧V2 が印加される。引出し電圧V2 の大きさは、例えば1kV〜3kV程度である。
【0008】
抑制電極23は、引出し電極22のすぐ下流側に配置されていて、下流側からの逆流電子を抑制する電極であり、直流の抑制電源33から、接地電位を基準にして負の抑制電圧V3 が印加される。抑制電圧V3 の大きさは、例えば0.5kV〜1kV程度である。
【0009】
接地電極24は、抑制電極23のすぐ下流側に配置されていて、接地電位にされる。即ち接地される。
【0010】
上記イオン源2の動作例を説明すると、プラズマソース部4に所望のイオン源ガス10を供給すると共に高周波電源16から高周波電力を供給すると、プラズマ生成容器6内で高周波放電が生じてそれによってイオン源ガス10が電離されてプラズマ14が作られ、このプラズマ14から引出し電極系20によってイオンビーム28が引き出される。
【0011】
引き出されたイオンビーム28は、例えば、質量分離を行うことなくそのままターゲット(例えば半導体基板や液晶用基板等)34に照射されて、イオン注入(イオンドーピング)等に供される。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
近年、ターゲット34は大面積化する傾向にあり、そのような大面積のターゲット34の全面に均一にイオン注入等の処理を施すために、イオン源2から引き出すイオンビーム28も大面積かつ均一性(即ちイオン電流密度分布の均一性)の高いものが要求されている。
【0013】
このイオンビーム28の均一性を左右する主な要因として、▲1▼プラズマソース部4で生成するプラズマ14の均一性、▲2▼引出し電極系20からイオンビーム28を引き出すときの均一性、および、▲3▼4枚の電極21〜24の各電極孔21a〜24aから引き出されるときのイオンビームの発散角の大小、が挙げられる。
【0014】
ここでは▲2▼の引出し電極系20からイオンビーム28を引き出すときの均一性に注目すると、従来のイオン源2では、引出し電極系20内の電界分布に不均一な領域があり、それによって引出し電極系20からイオンビーム28を引き出すときの均一性に改善の余地があることが分かった。
【0015】
これを詳述すると、イオンビーム28の大面積化に対応するために、引出し電極系20を構成する4枚の電極21〜24には、例えば図7に示すように、多数の電極孔21a〜24aを開けている。各電極孔21a〜24aは、互いに1対1で対応した位置に開けている。
【0016】
このような4枚の電極21〜24を有する引出し電極系20の端部付近における電界分布の一例を図8に示す。4枚の電極21〜24間には、前述した電圧V1 〜V3 によって所定の電界が生じるけれども、一番大きな電界が生じる所は、通常は引出し電極22と抑制電極23との間である。即ち、引出し電極22と抑制電極23との間の電圧は、図6を参照すれば分かるように、(V1 −V2 +V3 )となり、例えばV1 =30kV、V2 =1kV、V3 =0.5kVとすると、29.5kVになる。ちなみに同じ電圧V1 〜V3 の場合、プラズマ電極21と引出し電極22との間の電圧はV2 =1kV、抑制電極23と接地電極24との間の電圧はV3 =0.5kVになる。
【0017】
このように引出し電極22と抑制電極23との間の電界は特に大きいため、それが引出し電極22の各電極孔22aを通してプラズマ電極21と引出し電極22との間に滲み出して、そこの電界分布を変化させる。その状況の一例を図8中に等電位面40で示す。なお、図8においては、プラズマ電極21と引出し電極22との間の等電位面40は、その形状を分かりやすくするために、引出し電極22と抑制電極23との間の等電位面40よりも間隔を細かく図示している。図3においても同様である。
【0018】
引出し電極22の最外周の電極孔22aよりも内側の電極孔22aについては、図7も参照して、周囲に一様に隣の電極孔22aが開いていて電極孔配置の対称性が良いので、プラズマ電極21と引出し電極22との間に当該電極孔22aを通して引出し電極22の下流側から滲み出て来る電界の偏りは少ない(即ち対称性が良い)。従って、図8中のA部付近の等電位面40は電極面にほぼ平行になっている。従ってこのA部付近からは、即ち最外周の電極孔22aよりも内側の電極孔22aからは、イオンビーム(図示省略)を対称性良く引き出すことができる。イオンビームの対称性とは、イオンビームの中心軸の周囲における対称性のことである。
【0019】
これに対して、最外周の電極孔22aについては、それよりも外側に電極孔22aが開いてなくて電極孔配置の対称性に欠けるので、プラズマ電極21と引出し電極22間に当該電極孔22aを通して引出し電極22の下流側から滲み出て来る電界には比較的大きな偏りがある(即ち対称性が悪い)。例えば、図8中のB部付近の等電位面40は電極面に対して右下に傾いている。従って、このB部付近から引き出される、即ち最外周の電極孔22aを通して引き出されるイオンビーム28は、図8中に示すように、対称性が悪化して不均一になる。具体的には、外側に大きく広がる軌道を取るイオンが増大し、イオンビーム28のイオン電流密度は外側寄りに偏る。
【0020】
その結果、このイオン源2から引き出されるイオンビーム28全体として見れば、イオンビーム28の周縁部のイオン電流密度が他よりも特に高くなり、イオンビーム28の均一性が低下する。例えば、図4中に従来例として示すように、イオンビーム28の周縁部に、上記最外周の電極孔22aを通って外に偏って広がったイオンビームによるピークPが表れ、これがイオンビーム28全体の均一性を低下させている。
【0021】
そこでこの発明は、プラズマ電極と引出し電極との間の電極孔形成領域における電界分布の偏りを少なくして、イオン源から引き出すイオンビームの均一性を向上させることを主たる目的とする。
【0022】
【課題を解決するための手段】
この発明のイオン源は、前記引出し電極の電極孔形成領域を取り囲む外周部に、当該引出し電極の電極孔と実質的に同じ大きさの孔であって、プラズマ電極において対応する電極孔が存在しないダミー孔を設けたことを特徴としている。
【0023】
上記構成によれば、引出し電極の最外周の電極孔の外側にも、当該電極孔と実質的に同じ大きさのダミー孔が存在することになるので、最外周の電極孔についても、電極孔配置の対称性が良くなる。その結果、プラズマ電極と引出し電極との間に引出し電極の下流側から滲み出して来る電界の偏りは、最外周の電極孔の部分においても、それよりも内側の電極孔の部分と同程度に少なくなるので、プラズマ電極と引出し電極との間の電極孔形成領域における電界分布の偏りが少なくなる。仮にダミー孔の上流側部分で電界分布に偏りが生じても、プラズマ電極側には対応する電極孔が存在せず、このダミー孔からはイオンビームを引き出さないので、何ら支障はない。以上の結果、このイオン源から引き出すイオンビームの均一性を向上させることができる。
【0024】
【発明の実施の形態】
図1は、この発明に係るイオン源の一例をその電源と共に示す断面図である。図2は、図1中の引出し電極の一例を示す平面図である。図3は、図1のイオン源の引出し電極系の端部付近における電界分布の計算結果の一例を示す図である。図6〜図8の従来例と同一または相当する部分には同一符号を付し、以下においては当該従来例との相違点を主に説明する。
【0025】
このイオン源2aにおいては、前述した引出し電極系20を構成する引出し電極22の電極孔形成領域(即ち電極孔22aを形成している領域)36を取り囲む外周部に、当該引出し電極22の電極孔22aと実質的に同じ大きさのダミー孔38を設けている。実質的に同じ大きさであるから、当然、実質的に同じ形状をしている。ここで実質的と言うのは、製作上の誤差程度のわずかな違いは許容する意味である。この引出し電極22に対向するプラズマ電極21側には、ダミー孔38に対応する電極孔21aは存在しない。
【0026】
他の電極21、23および24の構造は、図7に示した従来例と同じである。
【0027】
なお、上記ダミー孔38は、この実施例のように少なくとも1列設ければ良く、2列以上設けても良いけれども、その後述する作用効果は1列のときと大差はない。
【0028】
また、抑制電極23および接地電極24側に、ダミー孔38に対応する電極孔23aおよび24aを設けるか否かは任意であり、それを設けてもイオンビームの引き出しに供しないので、敢えて設ける必要はなく、従ってこの実施例では設けていない。
【0029】
このイオン源2aにおいては、引出し電極22の最外周の電極孔22aの外側にも、当該電極孔22aと実質的に同じ大きさのダミー孔38が存在することになるので、最外周の電極孔22aについても、電極孔配置の対称性が良くなる。その結果、プラズマ電極21と引出し電極22との間に引出し電極22の下流側から滲み出して来る電界の偏りは、最外周の電極孔22aの部分においても、それよりも内側の電極孔22aの部分と同程度に少なくなる。即ち、図3に示すように、プラズマ電極21と引出し電極22との間の等電位面40は、最外周の電極孔22aの上流側部分Bにおいても、それより内側の電極孔22aの上流側部分Aと同程度に電極面に平行になっている。その結果、プラズマ電極21および引出し電極22との間の電極孔形成領域36(図2参照)における電界分布の偏りが少なくなる。
【0030】
ちなみに、ダミー孔38の上流側部分Cにおいては、従来例の最外周の電極孔22aの上流側部分Bの場合と同様に、引出し電極22の下流側から滲み出して来る電界に偏りが生じて等電位面40が右下に傾いているけれども、プラズマ電極21側には対応する電極孔21aが存在せず、このダミー孔38からはイオンビームを引き出さないので、何ら支障はない。
【0031】
以上の結果、最外周の電極孔22aを通して引き出されるイオンビーム28は、図3中に示すように、図8に示した従来例の場合よりも遙かに対称性の良いものとなる。勿論、最外周よりも内側の電極孔22aから引き出されるイオンビームは、図3中には図示していないけれども、前述した理由から、その対称性は良い。つまり、最外周の電極孔22aから引き出されるイオンビーム28の対称性は、それよりも内側の電極孔22aから引き出されるイオンビームの対称性と同程度に良くなる。その結果、この引出し電極系20から引き出すイオンビーム28の周縁部にピークが生じることを防止して、このイオン源2aから引き出すイオンビーム28全体の均一性を高めることができる。
【0032】
このイオン源2aから引き出したイオンビーム28の均一性、即ちイオン電流密度分布を測定した結果の一例を図4に示す。図4中に実線で示す実施例は、引出し電極22として、図6に示したダミー孔38を有する引出し電極22を用いた場合であり、破線で示す実施例は、図7に示した従来の引出し電極22を用いた場合である。他の電極21、23および24には、実施例および従来例共、図7に示した構造の電極を用いた。なお、どの電極も、図2および図7から分かるように、ここでは電極孔形成領域は長方形をしている。
【0033】
動作条件としては、高周波電源16からプラズマソース部4に100MHz、100Wの高周波電力を投入し、加速電圧V1 を30kV、引出し電圧V2 を1kV、抑制電圧V3 を0.5kVとしてイオンビーム28を引き出した。
【0034】
イオンビーム28のイオン電流密度分布は、接地電極24の70cm下流の所に、7点のファラデーカップを電極の幅W(図2参照)方向に1列に並べて、そのファラデーカップを電極の長さL方向に一括して走査し、そのときの各ファラデーカップに流れるイオン電流を測定することによって行った。これによって、イオンビーム28の二次元におけるイオン電流密度分布を測定することができた。その内の、幅W方向の中央部付近における長さL方向のイオン電流密度分布を示したのが図4である。なお、図示は省略するけれども、幅W方向の他の位置においても図4とほぼ同様の傾向を示している。
【0035】
この図4から分かるように、従来例ではイオンビーム28の周縁部に大きなピークPが表れて均一性が悪化しているのに対して、実施例ではそのようなピークは表れておらず、イオンビーム28の均一性が向上している。
【0036】
なお、4枚の電極21〜24の電極孔形成領域の形状は、上記例のような長方形に限られるものではなく、その他の形状、例えば正方形、円形等でも良い。
【0037】
また、プラズマ電極21へは、図5に示す例のように、加速電源31からの加速電圧V1 に引出し電源32からの引出し電圧V2 を加えた電圧を印加するようにしても良い。
【0038】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、引出し電極に上記のようなダミー孔を設けたことによって、プラズマ電極と引出し電極との間に引出し電極の電極孔を通して引出し電極の下流側から滲み出して来る電界の偏りが、電極孔形成領域の全体において少なくなり、それによってプラズマ電極と引出し電極との間の電極孔形成領域における電界分布の偏りが少なくなるので、イオン源から引き出すイオンビームの均一性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に係るイオン源の一例をその電源と共に示す断面図である。
【図2】図1中の引出し電極の一例を示す平面図である。
【図3】図1のイオン源の引出し電極系の端部付近における電界分布の計算結果の一例を示す図である。
【図4】イオンビームのイオン電流密度分布を測定した結果の一例を示す図である。
【図5】電源の接続の仕方の他の例を示す図である。
【図6】従来のイオン源の一例をその電源と共に示す断面図である。
【図7】図6中の電極の一例を示す平面図である。
【図8】図6のイオン源の引出し電極系の端部付近における電界分布の計算結果の一例を示す図である。
【符号の説明】
2a イオン源
4 プラズマソース部
20 引出し電極系
21 プラズマ電極
22 引出し電極
23 抑制電極
24 接地電極
21a〜24a 電極孔
28 イオンビーム
36 電極孔形成領域
38 ダミー孔
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention provides, for example, an ion implantation apparatus that performs ion implantation by irradiating an ion beam to a target, an ion doping apparatus that performs ion implantation by irradiating an ion beam without performing mass separation on the target (non-mass separation type ion) Implantation apparatus), an ion beam etching apparatus that irradiates an ion beam to a target, an ion beam etching apparatus that irradiates the target with an ion beam, and an ion source that is used to irradiate the target with an ion beam. The present invention relates to a means for improving uniformity.
[0002]
[Prior art]
A conventional example of this type of ion source is shown in FIG. An ion source similar to this is disclosed in, for example, JP-A-9-161704.
[0003]
In this example, the ion source 2 is a high-frequency ion source. The ion source gas 10 is introduced and ionized by high-frequency discharge to generate plasma 14, and in the vicinity of the outlet of the plasma source unit 4. And an extraction electrode system 20 that extracts an ion beam 28 from the plasma 14 in the plasma source section 4 by the action of an electric field. Since this ion source 2 has a plurality of permanent magnets 12 that form a cusp magnetic field for confining plasma in the plasma source section 4, it is also called a bucket ion source.
[0004]
The plasma source unit 4 includes a plasma generation vessel 6 having a side wall 6a and a back plate 6b attached thereto via an insulator 8, into which the ion source gas 10 is introduced. Further, in this example, the side wall 6a and the back plate 6b also serve as electrodes (discharge electrodes), respectively, and a frequency of, for example, 13.56 MHz or 100 MHz is provided between the both 6a and 6b via the matching circuit 18 from the high-frequency power supply 16. High frequency power is supplied. Of course, the plasma source unit 4 may be of a type other than the high-frequency discharge type, for example, a filament cathode type that generates an arc discharge between the filament for generating thermoelectrons and the plasma generation vessel 6 to generate the plasma 14.
[0005]
The extraction electrode system 20 includes four porous electrodes having a large number of electrode holes 21a to 24a for extracting ions at positions corresponding to each other.
[0006]
The plasma electrode 21 is disposed on the most plasma side (the most upstream side) and determines the energy of the ion beam 28 to be extracted. The plasma electrode 21 is supplied from a DC acceleration power supply 31 with a positive acceleration voltage V 1 based on the ground potential. Is applied. The plasma electrode 21 and the plasma source unit 4 (more specifically, the plasma generation container 6 constituting the plasma electrode unit 4) are connected to each other and have the same potential. The magnitude of the acceleration voltage V 1 is, for example, about 3 kV to 100 kV.
[0007]
The extraction electrode 22 is disposed immediately downstream of the plasma electrode 21. The extraction electrode 22 is an electrode that generates a potential difference with the plasma electrode 21 and extracts the ion beam 28 from the plasma 14 by an electric field thereby. Therefore, a negative extraction voltage V 2 is applied with reference to the potential of the plasma electrode 21. The magnitude of the extraction voltage V 2 is, for example, about 1 kV to 3 kV.
[0008]
The suppression electrode 23 is an electrode that is disposed immediately downstream of the extraction electrode 22 and suppresses backflow electrons from the downstream side. The suppression electrode 23 receives a negative suppression voltage V 3 from the DC suppression power supply 33 with reference to the ground potential. Is applied. The magnitude of the suppression voltage V 3 is, for example, about 0.5 kV to 1 kV.
[0009]
The ground electrode 24 is disposed immediately downstream of the suppression electrode 23 and is set to the ground potential. That is, it is grounded.
[0010]
The operation example of the ion source 2 will be described. When a desired ion source gas 10 is supplied to the plasma source unit 4 and high-frequency power is supplied from the high-frequency power source 16, high-frequency discharge is generated in the plasma generation vessel 6, thereby The source gas 10 is ionized to generate a plasma 14, and an ion beam 28 is extracted from the plasma 14 by an extraction electrode system 20.
[0011]
The extracted ion beam 28 is irradiated to a target (for example, a semiconductor substrate or a liquid crystal substrate) 34 as it is without mass separation, for example, and used for ion implantation (ion doping) or the like.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
In recent years, the target 34 tends to have a large area, and the ion beam 28 extracted from the ion source 2 has a large area and uniformity in order to uniformly perform ion implantation or the like on the entire surface of the large area target 34. A thing with high (that is, uniformity of ion current density distribution) is required.
[0013]
The main factors that influence the uniformity of the ion beam 28 are: (1) the uniformity of the plasma 14 generated in the plasma source unit 4, (2) the uniformity when the ion beam 28 is extracted from the extraction electrode system 20, and (3) The divergence angle of the ion beam when extracted from the electrode holes 21a to 24a of the four electrodes 21 to 24 is mentioned.
[0014]
Here, paying attention to the uniformity when the ion beam 28 is extracted from the extraction electrode system 20 of (2), the conventional ion source 2 has a non-uniform region in the electric field distribution in the extraction electrode system 20, thereby It has been found that there is room for improvement in uniformity when the ion beam 28 is extracted from the electrode system 20.
[0015]
More specifically, in order to cope with an increase in the area of the ion beam 28, the four electrodes 21 to 24 constituting the extraction electrode system 20 have a large number of electrode holes 21a to 21a as shown in FIG. 24a is opened. Each of the electrode holes 21a to 24a is opened at a position corresponding to each other one to one.
[0016]
An example of the electric field distribution in the vicinity of the end of the extraction electrode system 20 having such four electrodes 21 to 24 is shown in FIG. Although a predetermined electric field is generated between the four electrodes 21 to 24 by the above-described voltages V 1 to V 3 , the place where the largest electric field is generated is usually between the extraction electrode 22 and the suppression electrode 23. . That is, the voltage between the extraction electrode 22 and the suppression electrode 23 is (V 1 −V 2 + V 3 ) as can be seen from FIG. 6, for example, V 1 = 30 kV, V 2 = 1 kV, V 3 Assuming = 0.5 kV, it becomes 29.5 kV. Incidentally, in the case of the same voltages V 1 to V 3 , the voltage between the plasma electrode 21 and the extraction electrode 22 is V 2 = 1 kV, and the voltage between the suppression electrode 23 and the ground electrode 24 is V 3 = 0.5 kV. .
[0017]
Since the electric field between the extraction electrode 22 and the suppression electrode 23 is particularly large in this way, it oozes out between the plasma electrode 21 and the extraction electrode 22 through each electrode hole 22a of the extraction electrode 22, and the electric field distribution there To change. An example of the situation is shown by an equipotential surface 40 in FIG. In FIG. 8, the equipotential surface 40 between the plasma electrode 21 and the extraction electrode 22 is more than the equipotential surface 40 between the extraction electrode 22 and the suppression electrode 23 in order to make the shape easy to understand. The intervals are shown in detail. The same applies to FIG.
[0018]
For the electrode hole 22a on the inner side of the outermost electrode hole 22a of the extraction electrode 22, as shown in FIG. 7, the adjacent electrode hole 22a is uniformly opened in the periphery, and the symmetry of the electrode hole arrangement is good. The bias of the electric field that oozes out from the downstream side of the extraction electrode 22 through the electrode hole 22a between the plasma electrode 21 and the extraction electrode 22 is small (that is, the symmetry is good). Therefore, the equipotential surface 40 near the portion A in FIG. 8 is substantially parallel to the electrode surface. Accordingly, an ion beam (not shown) can be extracted with good symmetry from the vicinity of the portion A, that is, from the electrode hole 22a inside the outermost electrode hole 22a. The symmetry of the ion beam is the symmetry around the central axis of the ion beam.
[0019]
On the other hand, the outermost electrode hole 22a does not have an electrode hole 22a on the outer side and lacks symmetry of the electrode hole arrangement, and therefore the electrode hole 22a is interposed between the plasma electrode 21 and the extraction electrode 22. There is a relatively large bias in the electric field that oozes out from the downstream side of the extraction electrode 22 (that is, the symmetry is poor). For example, the equipotential surface 40 near the portion B in FIG. 8 is inclined to the lower right with respect to the electrode surface. Therefore, as shown in FIG. 8, the ion beam 28 extracted from the vicinity of the portion B, that is, extracted through the outermost peripheral electrode hole 22a is deteriorated and becomes non-uniform. Specifically, ions taking a trajectory that spreads outward greatly increase, and the ion current density of the ion beam 28 is biased toward the outside.
[0020]
As a result, when viewed as a whole of the ion beam 28 extracted from the ion source 2, the ion current density at the peripheral portion of the ion beam 28 is particularly higher than the others, and the uniformity of the ion beam 28 is reduced. For example, as shown in FIG. 4 as a conventional example, a peak P due to the ion beam spreading outwardly through the outermost electrode hole 22a appears at the peripheral portion of the ion beam 28, and this is the entire ion beam 28. The uniformity is reduced.
[0021]
Accordingly, the main object of the present invention is to improve the uniformity of the ion beam extracted from the ion source by reducing the bias of the electric field distribution in the electrode hole forming region between the plasma electrode and the extraction electrode.
[0022]
[Means for Solving the Problems]
The ion source according to the present invention is a hole having substantially the same size as the electrode hole of the extraction electrode in the outer peripheral portion surrounding the electrode hole formation region of the extraction electrode, and no corresponding electrode hole exists in the plasma electrode. A dummy hole is provided.
[0023]
According to the above configuration, a dummy hole having substantially the same size as the electrode hole exists outside the outermost electrode hole of the extraction electrode. The symmetry of arrangement is improved. As a result, the bias of the electric field that oozes out from the downstream side of the extraction electrode between the plasma electrode and the extraction electrode is the same as that of the innermost electrode hole at the outermost electrode hole. Therefore, the bias of the electric field distribution in the electrode hole forming region between the plasma electrode and the extraction electrode is reduced. Even if the electric field distribution is biased in the upstream portion of the dummy hole, there is no corresponding electrode hole on the plasma electrode side, and no ion beam is extracted from the dummy hole. As a result, the uniformity of the ion beam drawn from the ion source can be improved.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a sectional view showing an example of an ion source according to the present invention together with its power source. FIG. 2 is a plan view showing an example of the extraction electrode in FIG. FIG. 3 is a diagram showing an example of the calculation result of the electric field distribution near the end of the extraction electrode system of the ion source of FIG. Portions that are the same as or correspond to those in the conventional example of FIGS. 6 to 8 are denoted by the same reference numerals, and differences from the conventional example will be mainly described below.
[0025]
In the ion source 2a, the electrode hole of the extraction electrode 22 is formed on the outer periphery surrounding the electrode hole forming region 36 of the extraction electrode 22 (that is, the region where the electrode hole 22a is formed) constituting the extraction electrode system 20 described above. A dummy hole 38 having substantially the same size as 22a is provided. Since they are substantially the same size, naturally they have substantially the same shape. Here, “substantially” means that a slight difference in manufacturing error is allowed. There is no electrode hole 21 a corresponding to the dummy hole 38 on the plasma electrode 21 side facing the extraction electrode 22.
[0026]
The structure of the other electrodes 21, 23 and 24 is the same as that of the conventional example shown in FIG.
[0027]
The dummy holes 38 may be provided in at least one row as in this embodiment, and may be provided in two or more rows. However, the effects described below are not significantly different from those in the case of one row.
[0028]
Further, it is optional whether or not to provide the electrode holes 23a and 24a corresponding to the dummy holes 38 on the suppression electrode 23 and the ground electrode 24 side, and even if they are provided, they are not used for extraction of the ion beam. Therefore, it is not provided in this embodiment.
[0029]
In this ion source 2a, a dummy hole 38 having substantially the same size as the electrode hole 22a exists outside the outermost electrode hole 22a of the extraction electrode 22. Also for 22a, the symmetry of electrode hole arrangement is improved. As a result, the deviation of the electric field that oozes out from the downstream side of the extraction electrode 22 between the plasma electrode 21 and the extraction electrode 22 is caused in the innermost electrode hole 22a even in the outermost electrode hole 22a. As little as the part. That is, as shown in FIG. 3, the equipotential surface 40 between the plasma electrode 21 and the extraction electrode 22 is also upstream of the innermost electrode hole 22a in the upstream portion B of the outermost electrode hole 22a. It is parallel to the electrode surface as much as the portion A. As a result, the bias of the electric field distribution in the electrode hole forming region 36 (see FIG. 2) between the plasma electrode 21 and the extraction electrode 22 is reduced.
[0030]
Incidentally, in the upstream portion C of the dummy hole 38, as in the case of the upstream portion B of the outermost electrode hole 22a of the conventional example, the electric field oozing out from the downstream side of the extraction electrode 22 is biased. Although the equipotential surface 40 is inclined to the lower right, the corresponding electrode hole 21a does not exist on the plasma electrode 21 side, and no ion beam is extracted from the dummy hole 38, so there is no problem.
[0031]
As a result, as shown in FIG. 3, the ion beam 28 drawn through the outermost electrode hole 22a has much better symmetry than the conventional example shown in FIG. Of course, the ion beam extracted from the electrode hole 22a inside the outermost periphery is not shown in FIG. 3, but its symmetry is good for the reasons described above. That is, the symmetry of the ion beam 28 extracted from the outermost electrode hole 22a is as good as the symmetry of the ion beam extracted from the inner electrode hole 22a. As a result, it is possible to prevent a peak from occurring in the peripheral portion of the ion beam 28 extracted from the extraction electrode system 20, and to improve the uniformity of the entire ion beam 28 extracted from the ion source 2a.
[0032]
An example of the result of measuring the uniformity of the ion beam 28 extracted from the ion source 2a, that is, the ion current density distribution is shown in FIG. The embodiment shown by the solid line in FIG. 4 is the case where the extraction electrode 22 having the dummy hole 38 shown in FIG. 6 is used as the extraction electrode 22, and the embodiment shown by the broken line is the conventional example shown in FIG. This is a case where the extraction electrode 22 is used. As the other electrodes 21, 23 and 24, the electrodes having the structure shown in FIG. As can be seen from FIGS. 2 and 7, the electrode hole forming region is rectangular here.
[0033]
As operating conditions, high-frequency power of 100 MHz and 100 W is applied from the high-frequency power source 16 to the plasma source unit 4, the acceleration voltage V 1 is 30 kV, the extraction voltage V 2 is 1 kV, the suppression voltage V 3 is 0.5 kV, and the ion beam 28 Pulled out.
[0034]
The ion current density distribution of the ion beam 28 is such that seven Faraday cups are arranged in a line in the direction of the width W of the electrode (see FIG. 2) at a position 70 cm downstream of the ground electrode 24, and the Faraday cup is the length of the electrode. Scanning was performed in the L direction at once, and the ion current flowing through each Faraday cup at that time was measured. As a result, the ion current density distribution in two dimensions of the ion beam 28 could be measured. FIG. 4 shows the ion current density distribution in the length L direction in the vicinity of the center in the width W direction. In addition, although illustration is abbreviate | omitted, the tendency similar to FIG. 4 is shown also in the other position of the width W direction.
[0035]
As can be seen from FIG. 4, in the conventional example, a large peak P appears in the peripheral portion of the ion beam 28 and the uniformity is deteriorated. On the other hand, in the example, such a peak does not appear. The uniformity of the beam 28 is improved.
[0036]
The shape of the electrode hole forming regions of the four electrodes 21 to 24 is not limited to the rectangle as in the above example, but may be other shapes such as a square or a circle.
[0037]
Further, as in the example shown in FIG. 5, a voltage obtained by adding the extraction voltage V 2 from the extraction power source 32 to the acceleration voltage V 1 from the acceleration power source 31 may be applied to the plasma electrode 21.
[0038]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, by providing the above-described dummy hole in the extraction electrode, the extraction electrode oozes out from the downstream side of the extraction electrode through the electrode hole of the extraction electrode between the plasma electrode and the extraction electrode. The bias of the electric field is reduced in the entire electrode hole formation region, thereby reducing the unevenness of the electric field distribution in the electrode hole formation region between the plasma electrode and the extraction electrode. Can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view showing an example of an ion source according to the present invention together with its power source.
FIG. 2 is a plan view showing an example of an extraction electrode in FIG.
3 is a diagram showing an example of a calculation result of an electric field distribution in the vicinity of an end portion of an extraction electrode system of the ion source in FIG. 1. FIG.
FIG. 4 is a diagram showing an example of a result of measuring an ion current density distribution of an ion beam.
FIG. 5 is a diagram showing another example of how to connect power supplies.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing an example of a conventional ion source together with its power source.
7 is a plan view showing an example of an electrode in FIG. 6. FIG.
8 is a diagram showing an example of a calculation result of an electric field distribution in the vicinity of the end portion of the extraction electrode system of the ion source in FIG. 6. FIG.
[Explanation of symbols]
2a Ion source 4 Plasma source part 20 Extraction electrode system 21 Plasma electrode 22 Extraction electrode 23 Suppression electrode 24 Ground electrode 21a-24a Electrode hole 28 Ion beam 36 Electrode hole formation area 38 Dummy hole

Claims (1)

プラズマを生成するプラズマソース部と、このプラズマからイオンビームを引き出す引出し電極系とを備え、かつこの引出し電極系が、多数のイオン引き出し用の電極孔を互いに対応する位置に有する4枚の多孔電極であって、最プラズマ側に配置されていて接地電位を基準にして正の電圧が印加されるプラズマ電極と、このプラズマ電極のすぐ下流側に配置されていて当該プラズマ電極の電位を基準にして負の電圧が印加される引出し電極と、この引出し電極のすぐ下流側に配置されていて接地電位を基準にして負の電圧が印加される抑制電極と、この抑制電極のすぐ下流側に配置されていて接地電位にされる接地電極とを有するイオン源において、前記引出し電極の電極孔形成領域を取り囲む外周部に、当該引出し電極の電極孔と実質的に同じ大きさの孔であって、プラズマ電極において対応する電極孔が存在しないダミー孔を設けたことを特徴とするイオン源。Four porous electrodes comprising a plasma source section for generating plasma and an extraction electrode system for extracting an ion beam from the plasma, and the extraction electrode system having a number of electrode holes for extracting ions at positions corresponding to each other A plasma electrode which is arranged on the most plasma side and to which a positive voltage is applied with reference to the ground potential, and which is arranged immediately downstream of the plasma electrode and which is based on the potential of the plasma electrode An extraction electrode to which a negative voltage is applied, a suppression electrode that is disposed immediately downstream of the extraction electrode and to which a negative voltage is applied with reference to the ground potential, and is disposed immediately downstream of the suppression electrode An ion source having a ground electrode that is at a ground potential, and is substantially connected to an electrode hole of the extraction electrode on an outer peripheral portion surrounding an electrode hole formation region of the extraction electrode. A hole of the same size, an ion source, wherein the corresponding electrode holes in a plasma electrode is provided a nonexistent dummy hole.
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