Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP7476090B2 - Ion source and ion beam device - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP7476090B2 - Ion source and ion beam device - Google Patents

Ion source and ion beam device Download PDF

Info

Publication number
JP7476090B2
JP7476090B2 JP2020208388A JP2020208388A JP7476090B2 JP 7476090 B2 JP7476090 B2 JP 7476090B2 JP 2020208388 A JP2020208388 A JP 2020208388A JP 2020208388 A JP2020208388 A JP 2020208388A JP 7476090 B2 JP7476090 B2 JP 7476090B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
voltage
ion source
plasma
coil
plasma generating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2020208388A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2022095202A (en
Inventor
健 柏木
春生 笠原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jeol Ltd
Original Assignee
Jeol Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jeol Ltd filed Critical Jeol Ltd
Priority to JP2020208388A priority Critical patent/JP7476090B2/en
Publication of JP2022095202A publication Critical patent/JP2022095202A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7476090B2 publication Critical patent/JP7476090B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Plasma Technology (AREA)
  • Electron Sources, Ion Sources (AREA)

Description

本発明は、イオン源およびイオンビーム装置に関する。 The present invention relates to an ion source and an ion beam device.

イオン源として、誘導結合プラズマイオン源が知られている。特許文献1に開示されているように、誘導結合プラズマイオン源は、集束イオンビーム装置のイオン源として用いることができる。 An inductively coupled plasma ion source is known as an ion source. As disclosed in Patent Document 1, an inductively coupled plasma ion source can be used as an ion source for a focused ion beam device.

誘導結合プラズマイオン源は、例えば、真空容器と、真空容器の外に配置されたプラズマ発生用コイルと、高周波電源と、を含む。高周波電源で生成された高周波電圧がプラズマ発生用コイルに印加されると、真空容器内のプラズマ発生空間にプラズマが生成される。プラズマには真空容器内のガスがイオン化されたイオンが含まれる。プラズマ発生空間から引出電圧によって引き出されたイオンは、加速電圧によって加速されてイオン源から放出される。 The inductively coupled plasma ion source includes, for example, a vacuum vessel, a plasma generation coil arranged outside the vacuum vessel, and a high-frequency power supply. When a high-frequency voltage generated by the high-frequency power supply is applied to the plasma generation coil, plasma is generated in the plasma generation space inside the vacuum vessel. The plasma contains ions that are the ionized gas inside the vacuum vessel. The ions extracted from the plasma generation space by the extraction voltage are accelerated by the acceleration voltage and released from the ion source.

特開2015-122325号公報JP 2015-122325 A

プラズマ発生空間には、イオンを加速するために、加速電圧が印加されている。そのため、プラズマ発生空間とプラズマ発生用コイルとの間には、高電圧が印加される。例えば、加速電圧が30kVの場合、プラズマ発生空間とプラズマ発生用コイルとの間には、30kVの電圧が印加される。したがって、このようなイオン源では、例えば、プラズマ発生用コイルとプラズマ発生空間との間に数mm~数十mm程度の厚みの絶縁体を挟むことで、絶縁を保っている。 An acceleration voltage is applied to the plasma generation space to accelerate the ions. Therefore, a high voltage is applied between the plasma generation space and the plasma generation coil. For example, when the acceleration voltage is 30 kV, a voltage of 30 kV is applied between the plasma generation space and the plasma generation coil. Therefore, in such an ion source, insulation is maintained by, for example, sandwiching an insulator with a thickness of several mm to several tens of mm between the plasma generation coil and the plasma generation space.

しかしながら、プラズマ発生空間とプラズマ発生用コイルとの間に絶縁体を挟むと、プラズマ発生空間とプラズマ発生用コイルとの間の距離が大きくなり、磁気的な結合が弱くなってしまう。 However, if an insulator is placed between the plasma generation space and the plasma generation coil, the distance between the plasma generation space and the plasma generation coil increases, weakening the magnetic coupling.

本発明に係るイオン源の一態様は、
ガスが導入される真空容器と、
前記真空容器の外に配置され、前記真空容器内のプラズマ発生空間にプラズマを発生させるプラズマ発生用コイルと、
前記プラズマ発生用コイルにカップリング回路を介して高周波電圧を供給する高周波電源と、
前記プラズマ発生空間で発生したイオンを加速するための加速電極と、
前記加速電極に加速電圧を供給する加速電圧電源と、
整合回路と、
を含み、
前記プラズマ発生用コイルには、インピーダンス素子を介して前記加速電圧が供給され
前記高周波電源は、前記整合回路を介して、前記プラズマ発生用コイルに高周波電圧を供給し、
前記整合回路は、
前記プラズマ発生用コイルと並列に接続された第1可変コンデンサと、
前記プラズマ発生用コイルと直列に接続された第2可変コンデンサと、
前記第2可変コンデンサと並列に接続された第1抵抗と、
を含む。
本発明に係るイオン源の一態様は、
ガスが導入される真空容器と、
前記真空容器の外に配置され、前記真空容器内のプラズマ発生空間にプラズマを発生させるプラズマ発生用コイルと、
前記プラズマ発生用コイルにカップリング回路を介して高周波電圧を供給する高周波電源と、
前記プラズマ発生空間で発生したイオンを加速するための加速電極と、
前記加速電極に加速電圧を供給する加速電圧電源と、
前記プラズマ発生用コイルに前記加速電圧を分圧した電圧を供給する分圧回路と、
を含み、
前記プラズマ発生用コイルには、インピーダンス素子を介して前記加速電圧が供給される。
本発明に係るイオン源の一態様は、
ガスが導入される真空容器と、
前記真空容器の外に配置され、前記真空容器内のプラズマ発生空間にプラズマを発生させるプラズマ発生用コイルと、
前記プラズマ発生用コイルにカップリング回路を介して高周波電圧を供給する高周波電源と、
前記プラズマ発生空間で発生したイオンを加速するための加速電極と、
前記加速電極に加速電圧を供給する加速電圧電源と、
前記プラズマ発生用コイルと前記真空容器との間に配置されたファラデーシールドと、を含み、
前記プラズマ発生用コイルには、インピーダンス素子を介して前記加速電圧が供給され、
前記ファラデーシールドには、前記加速電圧が供給される。
One aspect of the ion source according to the present invention is
a vacuum vessel into which a gas is introduced;
a plasma generating coil disposed outside the vacuum vessel and configured to generate plasma in a plasma generating space within the vacuum vessel;
a high frequency power source for supplying a high frequency voltage to the plasma generating coil via a coupling circuit;
an acceleration electrode for accelerating ions generated in the plasma generation space;
an accelerating voltage power supply for supplying an accelerating voltage to the accelerating electrode;
A matching circuit;
Including,
The acceleration voltage is supplied to the plasma generation coil via an impedance element ,
The high frequency power supply supplies a high frequency voltage to the plasma generation coil via the matching circuit,
The matching circuit includes:
A first variable capacitor connected in parallel with the plasma generating coil;
A second variable capacitor connected in series with the plasma generating coil;
a first resistor connected in parallel with the second variable capacitor;
including.
One aspect of the ion source according to the present invention is
a vacuum vessel into which a gas is introduced;
a plasma generating coil disposed outside the vacuum vessel and configured to generate plasma in a plasma generating space within the vacuum vessel;
a high frequency power source for supplying a high frequency voltage to the plasma generating coil via a coupling circuit;
an acceleration electrode for accelerating ions generated in the plasma generation space;
an accelerating voltage power supply for supplying an accelerating voltage to the accelerating electrode;
a voltage dividing circuit for supplying a voltage obtained by dividing the acceleration voltage to the plasma generating coil;
Including,
The acceleration voltage is supplied to the plasma generation coil via an impedance element.
One aspect of the ion source according to the present invention is
a vacuum vessel into which a gas is introduced;
a plasma generating coil disposed outside the vacuum vessel and configured to generate plasma in a plasma generating space within the vacuum vessel;
a high frequency power supply for supplying a high frequency voltage to the plasma generating coil via a coupling circuit;
an acceleration electrode for accelerating ions generated in the plasma generation space;
an accelerating voltage power supply for supplying an accelerating voltage to the accelerating electrode;
a Faraday shield disposed between the plasma generating coil and the vacuum vessel;
The acceleration voltage is supplied to the plasma generation coil via an impedance element,
The accelerating voltage is supplied to the Faraday shield.

このようなイオン源では、プラズマ発生用コイルにインピーダンス素子を介して加速電圧が供給されるため、プラズマ発生空間の電位とプラズマ発生用コイルの電位の差を小さ
くできる。これにより、プラズマ発生空間とプラズマ発生用コイルとの間の距離を小さくできる。したがって、このようなイオン源では、プラズマ発生空間とプラズマ発生用コイルとの間の磁気的な結合を強めることができる。
In such an ion source, since an acceleration voltage is supplied to the plasma generating coil via an impedance element, the difference between the potential of the plasma generating space and the potential of the plasma generating coil can be reduced. This allows the distance between the plasma generating space and the plasma generating coil to be reduced. Therefore, in such an ion source, the magnetic coupling between the plasma generating space and the plasma generating coil can be strengthened.

本発明に係るイオンビーム装置の一態様は、
上記イオン源を含む。
One aspect of the ion beam apparatus according to the present invention is to
The ion source includes the above.

第1実施形態に係るイオン源の構成を示す図。FIG. 2 is a diagram showing the configuration of an ion source according to the first embodiment. 第2実施形態に係るイオン源の構成を示す図。FIG. 13 is a diagram showing the configuration of an ion source according to a second embodiment. 第3実施形態に係るイオン源の構成を示す図。FIG. 13 is a diagram showing the configuration of an ion source according to a third embodiment. 第4実施形態に係るイオン源の構成を示す図。FIG. 13 is a diagram showing the configuration of an ion source according to a fourth embodiment. 第5実施形態に係るイオン源の構成を示す図。FIG. 13 is a diagram showing the configuration of an ion source according to a fifth embodiment. 第6実施形態に係るイオンビーム装置の構成を示す図。FIG. 13 is a diagram showing the configuration of an ion beam apparatus according to a sixth embodiment.

以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。 Below, preferred embodiments of the present invention are described in detail with reference to the drawings. Note that the embodiments described below do not unduly limit the content of the present invention described in the claims. Furthermore, not all of the configurations described below are necessarily essential components of the present invention.

1. 第1実施形態
1.1. イオン源の構成
まず、第1実施形態に係るイオン源について図面を参照しながら説明する。図1は、第1実施形態に係るイオン源100の構成を示す図である。
1. First embodiment 1.1. Configuration of ion source First, an ion source according to the first embodiment will be described with reference to the drawings. Fig. 1 is a diagram showing the configuration of an ion source 100 according to the first embodiment.

イオン源100は、誘導結合プラズマイオン源である。イオン源100は、図1に示すように、真空容器2と、プラズマ発生用コイル4と、ファラデーシールド6と、高周波(RF)電源10と、整合回路20と、カップリング回路30と、アノード40と、引出電極42と、レンズ電極44と、カソード46と、加速電圧電源50と、引出電圧電源52と、レンズ電圧電源54と、抵抗60と、を含む。 The ion source 100 is an inductively coupled plasma ion source. As shown in FIG. 1, the ion source 100 includes a vacuum vessel 2, a plasma generating coil 4, a Faraday shield 6, a radio frequency (RF) power supply 10, a matching circuit 20, a coupling circuit 30, an anode 40, an extraction electrode 42, a lens electrode 44, a cathode 46, an acceleration voltage power supply 50, an extraction voltage power supply 52, a lens voltage power supply 54, and a resistor 60.

真空容器2は、プラズマ発生空間3を有している。真空容器2内は、真空に維持されている。真空容器2内には、不図示のガス供給口からガスが導入される。プラズマ発生用コイル4に高周波(RF)電圧が印加されることによって、プラズマ発生空間3にプラズマが発生する。 The vacuum vessel 2 has a plasma generation space 3. A vacuum is maintained inside the vacuum vessel 2. Gas is introduced into the vacuum vessel 2 through a gas supply port (not shown). Plasma is generated in the plasma generation space 3 by applying a radio frequency (RF) voltage to the plasma generation coil 4.

プラズマ発生用コイル4は、真空容器2の外に配置されている。プラズマ発生用コイル4は、真空容器2に巻き回されている。すなわち、プラズマ発生用コイル4の内側に、真空容器2が配置されている。プラズマ発生用コイル4は、高周波の磁界を真空容器2内のプラズマ発生空間3に発生させる。 The plasma generation coil 4 is disposed outside the vacuum vessel 2. The plasma generation coil 4 is wound around the vacuum vessel 2. In other words, the vacuum vessel 2 is disposed inside the plasma generation coil 4. The plasma generation coil 4 generates a high-frequency magnetic field in the plasma generation space 3 inside the vacuum vessel 2.

ファラデーシールド6は、真空容器2とプラズマ発生用コイル4との間に配置されている。ここで、プラズマ発生用コイル4が高周波の磁界を発生させると、高周波の磁界とともに、静電的な振動が生じる。この静電的な振動は、プラズマ発生空間3に発生するプラズマに影響を与えてしまう。そのため、イオン源100では、ファラデーシールド6によって、この静電的な振動を低減させ、静電的な振動がプラズマに与える影響を低減する。なお、プラズマ発生用コイル4が発生させる高周波の磁界は、ファラデーシールド6を通過する。ファラデーシールド6には、加速電圧Vaccが供給されている。 The Faraday shield 6 is disposed between the vacuum vessel 2 and the plasma generating coil 4. When the plasma generating coil 4 generates a high-frequency magnetic field, electrostatic vibrations occur along with the high-frequency magnetic field. These electrostatic vibrations affect the plasma generated in the plasma generating space 3. Therefore, in the ion source 100, the Faraday shield 6 reduces these electrostatic vibrations and reduces the effect of the electrostatic vibrations on the plasma. The high-frequency magnetic field generated by the plasma generating coil 4 passes through the Faraday shield 6. An acceleration voltage Vacc is supplied to the Faraday shield 6.

高周波電源10は、プラズマ発生用コイル4に高周波電圧を供給する。高周波電源10
は、図1に示すように、整合回路20およびカップリング回路30を介して、プラズマ発生用コイル4に高周波電圧を供給する。
The high frequency power supply 10 supplies a high frequency voltage to the plasma generating coil 4.
As shown in FIG. 1, the RF power supply 10 supplies a high frequency voltage to the plasma generating coil 4 via a matching circuit 20 and a coupling circuit 30 .

整合回路20は、高周波電源10とプラズマ発生用コイル4との間でインピーダンス整合を行う。整合回路20は、第1可変コンデンサ22と、第2可変コンデンサ24と、抵抗26と、を含む。第1可変コンデンサ22は、プラズマ発生用コイル4と並列に接続されている。第2可変コンデンサ24は、プラズマ発生用コイル4と直列に接続されている。第1可変コンデンサ22および第2可変コンデンサ24は、高周波電力の反射波が小さくなるように調整される。 The matching circuit 20 performs impedance matching between the high frequency power supply 10 and the plasma generation coil 4. The matching circuit 20 includes a first variable capacitor 22, a second variable capacitor 24, and a resistor 26. The first variable capacitor 22 is connected in parallel with the plasma generation coil 4. The second variable capacitor 24 is connected in series with the plasma generation coil 4. The first variable capacitor 22 and the second variable capacitor 24 are adjusted so that the reflected wave of the high frequency power is reduced.

抵抗26は、第2可変コンデンサ24と並列に接続されている。抵抗26の抵抗値は、高周波電力の伝達に影響しない十分な大きさとする。 The resistor 26 is connected in parallel with the second variable capacitor 24. The resistance value of the resistor 26 is large enough so as not to affect the transmission of high-frequency power.

カップリング回路30は、高周波電圧の直流成分を遮断し、交流成分を通過させる。カップリング回路30は、第1カップリングコンデンサ32と、第2カップリングコンデンサ34と、を含む。第1カップリングコンデンサ32は、プラズマ発生用コイル4の第1コイル端C1に接続され、第2カップリングコンデンサ34は、プラズマ発生用コイル4の第2コイル端C2に接続されている。第1カップリングコンデンサ32は、高周波電源10と第1コイル端C1とを結ぶ経路に設けられている。第2カップリングコンデンサ34は、高周波電源10と第2コイル端C2を結ぶ経路に設けられている。第2カップリングコンデンサ34と第2可変コンデンサ24は、直列に接続されている。 The coupling circuit 30 blocks the DC component of the high frequency voltage and passes the AC component. The coupling circuit 30 includes a first coupling capacitor 32 and a second coupling capacitor 34. The first coupling capacitor 32 is connected to the first coil end C1 of the plasma generating coil 4, and the second coupling capacitor 34 is connected to the second coil end C2 of the plasma generating coil 4. The first coupling capacitor 32 is provided in a path connecting the high frequency power supply 10 and the first coil end C1. The second coupling capacitor 34 is provided in a path connecting the high frequency power supply 10 and the second coil end C2. The second coupling capacitor 34 and the second variable capacitor 24 are connected in series.

アノード40は、プラズマ発生空間3で発生したイオンを加速させるための加速電極である。アノード40には、加速電圧Vaccが印加される。アノード40は、プラズマ発生空間3に加速電圧Vaccを印加する。 The anode 40 is an acceleration electrode for accelerating ions generated in the plasma generation space 3. An acceleration voltage Vacc is applied to the anode 40. The anode 40 applies the acceleration voltage Vacc to the plasma generation space 3.

引出電極42は、プラズマ発生空間3で発生したイオンを引き出すための電極である。引出電極42には、引出電圧Vexが印加される。 The extraction electrode 42 is an electrode for extracting ions generated in the plasma generation space 3. An extraction voltage Vex is applied to the extraction electrode 42.

レンズ電極44は、引出電極42によって引き出されたイオンビームを集束させるための電界を発生させる。レンズ電極44には、レンズ電圧VLensが印加される。 The lens electrode 44 generates an electric field for focusing the ion beam extracted by the extraction electrode 42. A lens voltage V Lens is applied to the lens electrode 44.

カソード46は、プラズマ発生空間3で発生したイオンを加速させるための電極である。アノード40とカソード46との間に加速電圧Vaccが印加される。カソード46は、例えば、グランドGに接続されている。 The cathode 46 is an electrode for accelerating ions generated in the plasma generation space 3. An acceleration voltage Vacc is applied between the anode 40 and the cathode 46. The cathode 46 is connected to, for example, ground G.

加速電圧電源50は、加速電圧Vaccを発生させる。加速電圧電源50は、アノード40に加速電圧Vaccを供給する。引出電圧電源52は、引出電極42に引出電圧Vexを供給する。引出電圧Vexは、加速電圧Vaccを基準電圧とする引出電圧電源52によってバイアスされた電圧である。レンズ電圧電源54は、レンズ電極44にレンズ電圧VLensを供給する。 The acceleration voltage power supply 50 generates an acceleration voltage Vacc. The acceleration voltage power supply 50 supplies the acceleration voltage Vacc to the anode 40. The extraction voltage power supply 52 supplies an extraction voltage Vex to the extraction electrode 42. The extraction voltage Vex is a voltage biased by the extraction voltage power supply 52 with the acceleration voltage Vacc as a reference voltage. The lens voltage power supply 54 supplies a lens voltage V Lens to the lens electrode 44.

抵抗60は、第2コイル端C2に接続されている。抵抗60は、第2コイル端C2と加速電圧電源50の出力との間に電気的に接続されている。なお、抵抗60は、第1コイル端C1に接続されていてもよい。 The resistor 60 is connected to the second coil end C2. The resistor 60 is electrically connected between the second coil end C2 and the output of the acceleration voltage power supply 50. The resistor 60 may also be connected to the first coil end C1.

抵抗60は、高周波に対して高いインピーダンスを有しているインピーダンス素子として機能する。抵抗60は、加速電圧Vaccに起因してプラズマ発生用コイル4に流れ込む電流を制限する。なお、インピーダンス素子として、チョークコイル等を用いてもよい。プラズマ発生用コイル4には、抵抗60を介して、加速電圧Vaccが供給される。 The resistor 60 functions as an impedance element that has a high impedance at high frequencies. The resistor 60 limits the current that flows into the plasma generating coil 4 due to the acceleration voltage Vacc. A choke coil or the like may also be used as the impedance element. The acceleration voltage Vacc is supplied to the plasma generating coil 4 via the resistor 60.

1.2. 動作
次に、イオン源100の動作について説明する。以下では、加速電圧Vaccが30kVの場合について説明する。
1.2 Operation Next, a description will be given of the operation of the ion source 100. The following describes the case where the acceleration voltage Vacc is 30 kV.

高周波電源10により生成された高周波電圧は、第1可変コンデンサ22および第2可変コンデンサ24を含む整合回路20を介して、第1カップリングコンデンサ32の一方の極および第2カップリングコンデンサ34の一方の極に印加される。 The high-frequency voltage generated by the high-frequency power supply 10 is applied to one pole of the first coupling capacitor 32 and one pole of the second coupling capacitor 34 via a matching circuit 20 including a first variable capacitor 22 and a second variable capacitor 24.

ここで、第1カップリングコンデンサ32の他方の極は、第1コイル端C1に接続され、第2カップリングコンデンサ34の他方の極は、第2コイル端C2に接続されている。また、プラズマ発生用コイル4には、抵抗60を介して加速電圧Vaccが印加されている。そのため、プラズマ発生用コイル4の電位は、プラズマ発生空間3と近い電位、すなわち、30kV付近の電位となる。したがって、高周波電源10の出力端子とプラズマ発生用コイル4との間には、30kVの直流電圧が印加される。 Here, the other pole of the first coupling capacitor 32 is connected to the first coil end C1, and the other pole of the second coupling capacitor 34 is connected to the second coil end C2. In addition, an acceleration voltage Vacc is applied to the plasma generation coil 4 via a resistor 60. Therefore, the potential of the plasma generation coil 4 is close to that of the plasma generation space 3, that is, a potential of about 30 kV. Therefore, a DC voltage of 30 kV is applied between the output terminal of the high frequency power supply 10 and the plasma generation coil 4.

イオン源100では、第2可変コンデンサ24と第2カップリングコンデンサ34は、直列に接続されている。例えば、抵抗26が存在しない場合には、30kVの直流電圧は、第2可変コンデンサ24と第2カップリングコンデンサ34により分圧される。そのため、第2可変コンデンサ24には、高電圧が印加されてしまう。 In the ion source 100, the second variable capacitor 24 and the second coupling capacitor 34 are connected in series. For example, if the resistor 26 does not exist, the DC voltage of 30 kV is divided by the second variable capacitor 24 and the second coupling capacitor 34. Therefore, a high voltage is applied to the second variable capacitor 24.

イオン源100は、第2可変コンデンサ24と並列に接続された抵抗26を含む。そのため、第2可変コンデンサ24に印加される直流成分は0Vとなり、高周波成分は第2可変コンデンサ24を通過する。したがって、30kVの直流成分は、第2カップリングコンデンサ34にのみに印加され、第2可変コンデンサ24に印加される直流成分は0Vとなる。このように、イオン源100では、抵抗26を用いて、第2可変コンデンサ24に高電圧が印加されることを防ぐことができる。なお、抵抗26の抵抗値は、高周波電力の伝達に影響しない十分な大きさとする。抵抗26は、例えば、10MΩとする。 The ion source 100 includes a resistor 26 connected in parallel with the second variable capacitor 24. Therefore, the DC component applied to the second variable capacitor 24 is 0 V, and the high frequency component passes through the second variable capacitor 24. Therefore, the DC component of 30 kV is applied only to the second coupling capacitor 34, and the DC component applied to the second variable capacitor 24 is 0 V. In this way, the ion source 100 can prevent a high voltage from being applied to the second variable capacitor 24 by using the resistor 26. The resistance value of the resistor 26 is set to a value large enough not to affect the transmission of high frequency power. The resistor 26 is set to, for example, 10 MΩ.

上述したように、プラズマ発生用コイル4には、抵抗60を介して加速電圧Vaccが印加されている。そのため、第1カップリングコンデンサ32および第2カップリングコンデンサ34には、30kVの直流電圧が印加される。したがって、プラズマ発生空間3の電位とプラズマ発生用コイル4の電位の差は、ほぼ0Vとなる。すなわち、プラズマ発生空間3とプラズマ発生用コイル4との間には、高電圧が印加されない。この結果、真空容器2とプラズマ発生用コイル4との間に、数mm~数十mm程度の厚みの絶縁体を挟む必要がなく、プラズマ発生空間3とプラズマ発生用コイル4との間の距離を小さくできる。 As described above, the acceleration voltage Vacc is applied to the plasma generation coil 4 via the resistor 60. Therefore, a DC voltage of 30 kV is applied to the first coupling capacitor 32 and the second coupling capacitor 34. Therefore, the difference between the potential of the plasma generation space 3 and the potential of the plasma generation coil 4 is approximately 0 V. In other words, no high voltage is applied between the plasma generation space 3 and the plasma generation coil 4. As a result, there is no need to sandwich an insulator with a thickness of several mm to several tens of mm between the vacuum vessel 2 and the plasma generation coil 4, and the distance between the plasma generation space 3 and the plasma generation coil 4 can be reduced.

同様に、ファラデーシールド6には、加速電圧Vaccが印加されている。そのため、プラズマ発生空間3の電位とファラデーシールド6の電位の差は、ほぼ0Vとなる。また、ファラデーシールド6の電位とプラズマ発生用コイル4の電位の差は、ほぼ0Vとなる。したがって、プラズマ発生空間3とファラデーシールド6との間の距離、およびファラデーシールド6とプラズマ発生用コイル4との間の距離を小さくできる。 Similarly, an acceleration voltage Vacc is applied to the Faraday shield 6. Therefore, the difference between the potential of the plasma generation space 3 and the potential of the Faraday shield 6 is approximately 0 V. Also, the difference between the potential of the Faraday shield 6 and the potential of the plasma generation coil 4 is approximately 0 V. Therefore, the distance between the plasma generation space 3 and the Faraday shield 6, and the distance between the Faraday shield 6 and the plasma generation coil 4 can be reduced.

高周波電源10により生成された高周波電圧は、プラズマ発生用コイル4に印加され、真空容器2内のプラズマ発生空間3にプラズマが継続的に生成される。不図示のガス導入口から真空容器2内に導入されたガスは、プラズマによりイオン化される。生成されたイオンは引出電圧Vexによって引き出され、引き出されたイオンは加速電圧Vaccによって加速する。このようにして生成されたイオンビームは、レンズ電圧VLensが印加されたレンズ電極44がつくるレンズ(静電場)によって集束され、イオン源100から
放出される。
A high frequency voltage generated by the high frequency power supply 10 is applied to the plasma generation coil 4, and plasma is continuously generated in the plasma generation space 3 in the vacuum vessel 2. Gas introduced into the vacuum vessel 2 from a gas inlet (not shown) is ionized by the plasma. The generated ions are extracted by an extraction voltage Vex, and the extracted ions are accelerated by an acceleration voltage Vacc. The ion beam generated in this manner is focused by a lens (electrostatic field) created by the lens electrode 44 to which a lens voltage V Lens is applied, and is emitted from the ion source 100.

1.3. 作用効果
イオン源100は、ガスが導入される真空容器2と、真空容器2の外に配置され、真空容器2内のプラズマ発生空間3にプラズマを発生させるプラズマ発生用コイル4と、プラズマ発生用コイル4にカップリング回路30を介して高周波電圧を供給する高周波電源10と、プラズマ発生空間3で発生したイオンを加速するための加速電極としてのアノード40と、アノード40に加速電圧Vaccを供給する加速電圧電源50と、を含む。また、プラズマ発生用コイル4には、抵抗60を介して加速電圧Vaccが供給される。
1.3. Effects and Effects The ion source 100 includes a vacuum vessel 2 into which a gas is introduced, a plasma generation coil 4 that is disposed outside the vacuum vessel 2 and generates plasma in a plasma generation space 3 in the vacuum vessel 2, a high frequency power supply 10 that supplies a high frequency voltage to the plasma generation coil 4 via a coupling circuit 30, an anode 40 as an accelerating electrode for accelerating ions generated in the plasma generation space 3, and an acceleration voltage power supply 50 that supplies an acceleration voltage Vacc to the anode 40. The acceleration voltage Vacc is also supplied to the plasma generation coil 4 via a resistor 60.

このように、イオン源100では、プラズマ発生用コイル4に、抵抗60を介して加速電圧Vaccが供給されるため、プラズマ発生空間3の電位とプラズマ発生用コイル4の電位の差を小さくでき、プラズマ発生空間3とプラズマ発生用コイル4との間の距離を小さくできる。したがって、プラズマ発生空間3とプラズマ発生用コイル4との間の磁気的な結合を強めることができ、エネルギー伝達効率を高めることができる。この結果、高周波電源10の小型化が可能である。また、イオン源100では、エネルギー伝達効率を高めることができるため、プラズマ発生空間3以外への漏れ磁束を低減でき、装置の発熱を低減できる。 In this way, in the ion source 100, the acceleration voltage Vacc is supplied to the plasma generating coil 4 via the resistor 60, so that the difference between the potential of the plasma generating space 3 and the potential of the plasma generating coil 4 can be reduced, and the distance between the plasma generating space 3 and the plasma generating coil 4 can be reduced. Therefore, the magnetic coupling between the plasma generating space 3 and the plasma generating coil 4 can be strengthened, and the energy transfer efficiency can be improved. As a result, the high frequency power supply 10 can be made smaller. In addition, in the ion source 100, the energy transfer efficiency can be improved, so that the leakage magnetic flux to areas other than the plasma generating space 3 can be reduced, and the heat generation of the device can be reduced.

イオン源100では、高周波電源10は、整合回路20を介して、プラズマ発生用コイル4に高周波電圧を供給する。また、整合回路20は、プラズマ発生用コイル4と並列に接続された第1可変コンデンサ22と、プラズマ発生用コイル4と直列に接続された第2可変コンデンサ24と、第2可変コンデンサ24と並列に接続された抵抗26と、を含む。このように、イオン源100では、抵抗26が第2可変コンデンサ24と並列に接続されているため、第2可変コンデンサ24に高電圧が印加されることを防ぐことができる。 In the ion source 100, the high-frequency power supply 10 supplies a high-frequency voltage to the plasma generation coil 4 via a matching circuit 20. The matching circuit 20 also includes a first variable capacitor 22 connected in parallel to the plasma generation coil 4, a second variable capacitor 24 connected in series to the plasma generation coil 4, and a resistor 26 connected in parallel to the second variable capacitor 24. In this way, in the ion source 100, since the resistor 26 is connected in parallel to the second variable capacitor 24, it is possible to prevent a high voltage from being applied to the second variable capacitor 24.

イオン源100では、ファラデーシールド6は、真空容器2とプラズマ発生用コイル4との間に配置され、ファラデーシールド6には、加速電圧Vaccが供給される。そのため、イオン源100では、プラズマ発生空間3の電位とファラデーシールド6の電位の差を小さくでき、かつ、ファラデーシールド6の電位とプラズマ発生用コイル4の電位の差を小さくできる。したがって、プラズマ発生空間3とファラデーシールド6との間の距離、およびファラデーシールド6とプラズマ発生用コイル4との間の距離を小さくできる。すなわち、イオン源100では、プラズマ発生空間3とプラズマ発生用コイル4との間の距離を小さくできる。 In the ion source 100, the Faraday shield 6 is disposed between the vacuum vessel 2 and the plasma generating coil 4, and an acceleration voltage Vacc is supplied to the Faraday shield 6. Therefore, in the ion source 100, the difference between the potential of the plasma generating space 3 and the potential of the Faraday shield 6 can be reduced, and the difference between the potential of the Faraday shield 6 and the potential of the plasma generating coil 4 can be reduced. Therefore, the distance between the plasma generating space 3 and the Faraday shield 6, and the distance between the Faraday shield 6 and the plasma generating coil 4 can be reduced. That is, in the ion source 100, the distance between the plasma generating space 3 and the plasma generating coil 4 can be reduced.

1.4. 変形例
図1に示す例では、整合回路20は、第1可変コンデンサ22、第2可変コンデンサ24、および抵抗26を含んでいたが、整合回路20の構成はこれに限定されない。また、高周波電源10およびプラズマ発生用コイル4の条件によっては、イオン源100は、整合回路20を含まなくてもよい。
1, the matching circuit 20 includes the first variable capacitor 22, the second variable capacitor 24, and the resistor 26, but the configuration of the matching circuit 20 is not limited to this. Depending on the conditions of the high frequency power supply 10 and the plasma generating coil 4, the ion source 100 may not include the matching circuit 20.

2. 第2実施形態
2.1. イオン源の構成
次に、第2実施形態に係るイオン源について、図面を参照しながら説明する。図2は、第2実施形態に係るイオン源200の構成を示す図である。以下、第2実施形態に係るイオン源200において、第1実施形態に係るイオン源100の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
2. Second embodiment 2.1. Configuration of ion source Next, an ion source according to a second embodiment will be described with reference to the drawings. Fig. 2 is a diagram showing the configuration of an ion source 200 according to the second embodiment. Hereinafter, in the ion source 200 according to the second embodiment, components having the same functions as those of the ion source 100 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

上述した図1に示すイオン源100では、プラズマ発生用コイル4に、抵抗60を介して加速電圧Vaccが印加されていた。これに対して、図2に示すイオン源200は、分
圧回路210を含み、プラズマ発生用コイル4には、加速電圧Vaccを分圧回路210で分圧した電圧が印加される。このように、イオン源200では、分圧回路210によって、プラズマ発生用コイル4の電位を加速電圧VaccとグランドGとの間の所望の電位にできる。
In the ion source 100 shown in Fig. 1 described above, the acceleration voltage Vacc is applied to the plasma generation coil 4 via the resistor 60. In contrast to this, the ion source 200 shown in Fig. 2 includes a voltage dividing circuit 210, and a voltage obtained by dividing the acceleration voltage Vacc by the voltage dividing circuit 210 is applied to the plasma generation coil 4. In this way, in the ion source 200, the potential of the plasma generation coil 4 can be set to a desired potential between the acceleration voltage Vacc and the ground G by the voltage dividing circuit 210.

ここで、プラズマ発生用コイル4に加速電圧Vaccが供給されるとは、図1に示すように、プラズマ発生用コイル4に、直接、加速電圧Vaccが印加される場合と、図2に示すように、プラズマ発生用コイル4に、分圧回路210などを介して、加速電圧Vaccが印加される場合と、を含む。 Here, supplying the acceleration voltage Vacc to the plasma generating coil 4 includes a case where the acceleration voltage Vacc is applied directly to the plasma generating coil 4 as shown in FIG. 1, and a case where the acceleration voltage Vacc is applied to the plasma generating coil 4 via a voltage divider circuit 210 or the like as shown in FIG. 2.

分圧回路210は、抵抗60と、抵抗212と、を含む。抵抗212は、プラズマ発生用コイル4の第2コイル端C2とグランドGとの間に電気的に接続されている。 The voltage divider circuit 210 includes a resistor 60 and a resistor 212. The resistor 212 is electrically connected between the second coil end C2 of the plasma generation coil 4 and the ground G.

イオン源200は、さらに、分圧回路220を含む。ファラデーシールド6には、加速電圧Vaccを分圧回路220で分圧した電圧が供給される。 The ion source 200 further includes a voltage divider circuit 220. A voltage obtained by dividing the acceleration voltage Vacc by the voltage divider circuit 220 is supplied to the Faraday shield 6.

分圧回路220は、抵抗222と、抵抗224と、を含む。抵抗222は、ファラデーシールド6と加速電圧電源50の出力との間に電気的に接続されている。抵抗224は、ファラデーシールド6とグランドGとの間に電気的に接続されている。 The voltage divider circuit 220 includes a resistor 222 and a resistor 224. The resistor 222 is electrically connected between the Faraday shield 6 and the output of the acceleration voltage power supply 50. The resistor 224 is electrically connected between the Faraday shield 6 and ground G.

2.2. 動作
次に、イオン源200の動作について説明する。以下、イオン源200の動作について、イオン源100の動作と異なる点について説明し、同様の点については説明を省略する。
2.2 Operation Next, a description will be given of the operation of the ion source 200. Below, the operation of the ion source 200 will be described with respect to points that are different from the operation of the ion source 100, and a description of similar points will be omitted.

例えば、抵抗60を200MΩ、抵抗212を100MΩ、抵抗222を100MΩ、抵抗224を200MΩとし、加速電圧Vaccを30kVとする。この場合、分圧回路210によって30kVの加速電圧Vaccが分圧されて、プラズマ発生用コイル4に10kVの電圧が印加される。また、分圧回路220によって30kVの加速電圧Vaccが分圧されて、ファラデーシールド6には20kVの電圧が印加される。 For example, resistor 60 is 200 MΩ, resistor 212 is 100 MΩ, resistor 222 is 100 MΩ, resistor 224 is 200 MΩ, and acceleration voltage Vacc is 30 kV. In this case, the acceleration voltage Vacc of 30 kV is divided by voltage divider circuit 210, and a voltage of 10 kV is applied to plasma generation coil 4. In addition, the acceleration voltage Vacc of 30 kV is divided by voltage divider circuit 220, and a voltage of 20 kV is applied to Faraday shield 6.

すなわち、プラズマ発生空間3の電位が30kV、ファラデーシールド6の電位が20kV、プラズマ発生用コイル4の電位が10kVとなる。そのため、第1カップリングコンデンサ32に印加される電圧および第2カップリングコンデンサ34に印加される電圧は、10kVとなる。 That is, the potential of the plasma generation space 3 is 30 kV, the potential of the Faraday shield 6 is 20 kV, and the potential of the plasma generation coil 4 is 10 kV. Therefore, the voltage applied to the first coupling capacitor 32 and the voltage applied to the second coupling capacitor 34 is 10 kV.

2.3. 作用効果
イオン源200は、プラズマ発生用コイル4に加速電圧Vaccを分圧した電圧を供給する分圧回路210を含む。そのため、イオン源200では、プラズマ発生用コイル4の電位を加速電圧VaccとグランドGとの間の所望の電位にできる。したがって、イオン源200では、第1カップリングコンデンサ32に印加される電圧および第2カップリングコンデンサ34に印加される電圧を低減できる。これにより、第1カップリングコンデンサ32および第2カップリングコンデンサ34の耐圧を低くでき、第1カップリングコンデンサ32および第2カップリングコンデンサ34として、耐圧が低い部品を用いることができる。さらに、イオン源200では、配線の絶縁電圧を変更でき、設計の自由度を高めることができる。
2.3. Effects The ion source 200 includes a voltage dividing circuit 210 that supplies a voltage obtained by dividing the acceleration voltage Vacc to the plasma generating coil 4. Therefore, in the ion source 200, the potential of the plasma generating coil 4 can be set to a desired potential between the acceleration voltage Vacc and the ground G. Therefore, in the ion source 200, the voltage applied to the first coupling capacitor 32 and the voltage applied to the second coupling capacitor 34 can be reduced. This allows the withstand voltage of the first coupling capacitor 32 and the second coupling capacitor 34 to be lowered, and components with low withstand voltage can be used as the first coupling capacitor 32 and the second coupling capacitor 34. Furthermore, in the ion source 200, the insulation voltage of the wiring can be changed, thereby increasing the degree of freedom in design.

イオン源200では、ファラデーシールド6に加速電圧Vaccを分圧した電圧を供給する分圧回路220を含む。そのため、イオン源200では、ファラデーシールド6の電位を加速電圧VaccとグランドGとの間の所望の電位にできる。したがって、イオン源
200では、プラズマ発生用コイル4の電位をファラデーシールド6の電位よりも低くし、かつ、ファラデーシールド6の電位をプラズマ発生空間3の電位よりも低くできる。
The ion source 200 includes a voltage dividing circuit 220 that supplies a voltage obtained by dividing the acceleration voltage Vacc to the Faraday shield 6. Therefore, in the ion source 200, the potential of the Faraday shield 6 can be set to a desired potential between the acceleration voltage Vacc and the ground G. Therefore, in the ion source 200, the potential of the plasma generation coil 4 can be made lower than the potential of the Faraday shield 6, and the potential of the Faraday shield 6 can be made lower than the potential of the plasma generation space 3.

3. 第3実施形態
3.1. イオン源の構成
次に、第3実施形態に係るイオン源について、図面を参照しながら説明する。図3は、第3実施形態に係るイオン源300の構成を示す図である。以下、第3実施形態に係るイオン源300において、第1実施形態に係るイオン源100の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
3. Third embodiment 3.1. Configuration of ion source Next, an ion source according to a third embodiment will be described with reference to the drawings. Fig. 3 is a diagram showing the configuration of an ion source 300 according to the third embodiment. Hereinafter, in the ion source 300 according to the third embodiment, components having the same functions as those of the ion source 100 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

上述した図1に示すイオン源100では、整合回路20は、第2カップリングコンデンサ34の一端に接続された第2可変コンデンサ24を有していた。 In the ion source 100 shown in FIG. 1 described above, the matching circuit 20 had a second variable capacitor 24 connected to one end of the second coupling capacitor 34.

これに対して、イオン源300では、図3に示すように、整合回路20は、第2可変コンデンサ24に加えて、第1カップリングコンデンサ32の一端に接続された第3可変コンデンサ324を含む。 In contrast, in the ion source 300, as shown in FIG. 3, the matching circuit 20 includes, in addition to the second variable capacitor 24, a third variable capacitor 324 connected to one end of the first coupling capacitor 32.

整合回路20は、第1可変コンデンサ22と、第2可変コンデンサ24と、抵抗26と、第3可変コンデンサ324と、抵抗326と、を含む。 The matching circuit 20 includes a first variable capacitor 22, a second variable capacitor 24, a resistor 26, a third variable capacitor 324, and a resistor 326.

第3可変コンデンサ324は、プラズマ発生用コイル4に直列に接続されている。第1可変コンデンサ22、第2可変コンデンサ24、および第3可変コンデンサ324は、高周波電力の反射波が小さくなるように調整される。 The third variable capacitor 324 is connected in series to the plasma generation coil 4. The first variable capacitor 22, the second variable capacitor 24, and the third variable capacitor 324 are adjusted so that the reflected waves of the high-frequency power are reduced.

抵抗326は、第3可変コンデンサ324と並列に接続されている。抵抗326の抵抗値は、高周波電力の伝達に影響しない十分な大きさとする。 Resistor 326 is connected in parallel with third variable capacitor 324. The resistance value of resistor 326 is large enough not to affect the transmission of high frequency power.

3.2. 動作
次に、イオン源300の動作について説明する。以下、イオン源300の動作について、イオン源100の動作と異なる点について説明し、同様の点については説明を省略する。
3.2 Operation Next, a description will be given of the operation of the ion source 300. Below, the operation of the ion source 300 will be described with respect to points that are different from the operation of the ion source 100, and a description of similar points will be omitted.

上述したように、高周波電源10により生成された高周波電圧をプラズマ発生用コイル4に印加して、プラズマ発生用コイル4が高周波の磁界を発生させると、高周波の磁界とともに、静電的な振動が生じる。整合回路20に、第3可変コンデンサ324を追加することによって、この静電的な振動の中心を調整できる。例えば、第2可変コンデンサ24および第3可変コンデンサ324を調整することで、プラズマ発生用コイル4の第1コイル端C1における静電的な振動と、プラズマ発生用コイル4の第2コイル端C2における静電的な振動と、を相殺することができる。これにより、静電的な振動が、真空容器2内に発生するプラズマに与える影響を低減できる。そのため、イオン源300では、ファラデーシールド6を用いなくてもよい。 As described above, when the high-frequency voltage generated by the high-frequency power supply 10 is applied to the plasma generating coil 4 and the plasma generating coil 4 generates a high-frequency magnetic field, electrostatic vibration occurs along with the high-frequency magnetic field. The center of this electrostatic vibration can be adjusted by adding the third variable capacitor 324 to the matching circuit 20. For example, by adjusting the second variable capacitor 24 and the third variable capacitor 324, the electrostatic vibration at the first coil end C1 of the plasma generating coil 4 and the electrostatic vibration at the second coil end C2 of the plasma generating coil 4 can be offset. This reduces the effect of the electrostatic vibration on the plasma generated in the vacuum vessel 2. Therefore, the ion source 300 does not need to use the Faraday shield 6.

4. 第4実施形態
4.1. イオン源の構成
次に、第4実施形態に係るイオン源について、図面を参照しながら説明する。図4は、第4実施形態に係るイオン源400の構成を示す図である。以下、第4実施形態に係るイオン源400において、第1実施形態に係るイオン源100、第2実施形態に係るイオン源200、および第3実施形態に係るイオン源300の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
4. Fourth embodiment 4.1. Configuration of ion source Next, an ion source according to a fourth embodiment will be described with reference to the drawings. Fig. 4 is a diagram showing the configuration of an ion source 400 according to the fourth embodiment. Hereinafter, in the ion source 400 according to the fourth embodiment, members having the same functions as those of the ion source 100 according to the first embodiment, the ion source 200 according to the second embodiment, and the ion source 300 according to the third embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

イオン源400は、図4に示すように、プラズマ発生用コイル4に加速電圧Vaccを分圧した電圧を供給する分圧回路410を含む。 As shown in FIG. 4, the ion source 400 includes a voltage divider circuit 410 that supplies a divided voltage of the acceleration voltage Vacc to the plasma generation coil 4.

分圧回路410は、抵抗26と、抵抗326と、抵抗402と、抵抗404と、抵抗60と、を含む。抵抗402は、第1カップリングコンデンサ32と並列に接続されている。抵抗404は、第2カップリングコンデンサ34と並列に接続されている。 The voltage divider circuit 410 includes resistor 26, resistor 326, resistor 402, resistor 404, and resistor 60. Resistor 402 is connected in parallel with the first coupling capacitor 32. Resistor 404 is connected in parallel with the second coupling capacitor 34.

4.2. 動作
次に、イオン源400の動作について説明する。以下、イオン源400の動作について、イオン源100、イオン源200、およびイオン源300の動作と異なる点について説明し、同様の点については説明を省略する。
4.2 Operation Next, a description will be given of the operation of the ion source 400. Below, the operation of the ion source 400 will be described with respect to differences from the operations of the ion source 100, the ion source 200, and the ion source 300, and a description of similarities will be omitted.

例えば、抵抗26を200MΩ、抵抗326を200MΩ、抵抗402を200MΩ、抵抗404を200MΩ、抵抗60を100MΩ、加速電圧Vaccを30kVとする。 For example, resistor 26 is 200 MΩ, resistor 326 is 200 MΩ, resistor 402 is 200 MΩ, resistor 404 is 200 MΩ, resistor 60 is 100 MΩ, and the acceleration voltage Vacc is 30 kV.

この場合、分圧回路410によって30kVの加速電圧Vaccが分圧されて、プラズマ発生用コイル4に20kVの電圧が印加される。また、第1カップリングコンデンサ32に10kVの電圧が印加され、第2カップリングコンデンサ34に10kVの電圧が印加される。また、第2可変コンデンサ24に10kVの電圧が印加され、第3可変コンデンサ324に10kVの電圧が印加される。 In this case, the 30 kV acceleration voltage Vacc is divided by the voltage divider circuit 410, and a voltage of 20 kV is applied to the plasma generation coil 4. A voltage of 10 kV is applied to the first coupling capacitor 32, and a voltage of 10 kV is applied to the second coupling capacitor 34. A voltage of 10 kV is applied to the second variable capacitor 24, and a voltage of 10 kV is applied to the third variable capacitor 324.

このように、イオン源400では、上述したイオン源200と同様に、第1カップリングコンデンサ32に印加される電圧および第2カップリングコンデンサ34に印加される電圧を低減できる。したがって、イオン源400では、イオン源200と同様の作用効果を奏することができる。 In this way, in the ion source 400, like the above-mentioned ion source 200, the voltage applied to the first coupling capacitor 32 and the voltage applied to the second coupling capacitor 34 can be reduced. Therefore, the ion source 400 can achieve the same effects as the ion source 200.

5. 第5実施形態
5.1. イオン源の構成
次に、第5実施形態に係るイオン源について、図面を参照しながら説明する。図5は、第5実施形態に係るイオン源500の構成を示す図である。以下、第5実施形態に係るイオン源500において、第4実施形態に係るイオン源400の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
5. Fifth embodiment 5.1. Configuration of ion source Next, an ion source according to a fifth embodiment will be described with reference to the drawings. Fig. 5 is a diagram showing the configuration of an ion source 500 according to the fifth embodiment. Hereinafter, in the ion source 500 according to the fifth embodiment, components having the same functions as those of the ion source 400 according to the fourth embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

上述した図4に示すイオン源400では、カップリングコンデンサおよび当該カップリングコンデンサと並列に接続された抵抗の組を1段設けていたが、イオン源500では、図5に示すように、当該組を2段設けている。 The ion source 400 shown in FIG. 4 described above has one stage of a coupling capacitor and a resistor connected in parallel with the coupling capacitor, but the ion source 500 has two stages of such a set, as shown in FIG. 5.

イオン源500では、図5に示すように、カップリング回路30は、第1カップリングコンデンサ32と、第2カップリングコンデンサ34と、第3カップリングコンデンサ532と、第4カップリングコンデンサ534と、を含む。また、イオン源500では、分圧回路410は、抵抗26と、抵抗326と、抵抗402と、抵抗404と、抵抗502と、抵抗504と、抵抗60と、を含む。 5, in the ion source 500, the coupling circuit 30 includes a first coupling capacitor 32, a second coupling capacitor 34, a third coupling capacitor 532, and a fourth coupling capacitor 534. Also, in the ion source 500, the voltage divider circuit 410 includes a resistor 26, a resistor 326, a resistor 402, a resistor 404, a resistor 502, a resistor 504, and a resistor 60.

第3カップリングコンデンサ532は、第1カップリングコンデンサ32と直列に接続されている。第4カップリングコンデンサ534は、第2カップリングコンデンサ34と直列に接続されている。第3カップリングコンデンサ532は、プラズマ発生用コイル4の第1コイル端C1に接続されている。第4カップリングコンデンサ534は、プラズマ発生用コイル4の第2コイル端C2に接続されている。 The third coupling capacitor 532 is connected in series with the first coupling capacitor 32. The fourth coupling capacitor 534 is connected in series with the second coupling capacitor 34. The third coupling capacitor 532 is connected to the first coil end C1 of the plasma generation coil 4. The fourth coupling capacitor 534 is connected to the second coil end C2 of the plasma generation coil 4.

抵抗502は、第3カップリングコンデンサ532と並列に接続されている。抵抗50
4は、第4カップリングコンデンサ534と並列に接続されている。
The resistor 502 is connected in parallel with the third coupling capacitor 532.
4 is connected in parallel with the fourth coupling capacitor 534 .

5.2. 動作
次に、イオン源500の動作について説明する。以下、イオン源500の動作について、イオン源400の動作と異なる点について説明し、同様の点については説明を省略する。
5.2 Operation Next, a description will be given of the operation of the ion source 500. Below, the operation of the ion source 500 will be described with respect to points that are different from the operation of the ion source 400, and a description of similar points will be omitted.

例えば、抵抗26を200MΩ、抵抗326を200MΩ、抵抗402を200MΩ、抵抗404を200MΩ、抵抗502を200MΩ、抵抗504を200MΩ、抵抗60を100MΩとし、加速電圧Vaccを30kVとする。 For example, resistor 26 is 200 MΩ, resistor 326 is 200 MΩ, resistor 402 is 200 MΩ, resistor 404 is 200 MΩ, resistor 502 is 200 MΩ, resistor 504 is 200 MΩ, resistor 60 is 100 MΩ, and the acceleration voltage Vacc is 30 kV.

この場合、分圧回路410によって30kVの加速電圧Vaccが分圧されて、プラズマ発生用コイル4に22.5kVの電圧が印加される。また、第3カップリングコンデンサ532に7.5kVの電圧が印加され、第4カップリングコンデンサ534に7.5kVの電圧が印加される。また、第1カップリングコンデンサ32に7.5kVの電圧が印加され、第2カップリングコンデンサ34に7.5kVの電圧が印加される。また、第2可変コンデンサ24に7.5kVの電圧が印加され、第3可変コンデンサ324に7.5kVの電圧が印加される。 In this case, the 30 kV acceleration voltage Vacc is divided by the voltage divider circuit 410, and a voltage of 22.5 kV is applied to the plasma generation coil 4. A voltage of 7.5 kV is applied to the third coupling capacitor 532, and a voltage of 7.5 kV is applied to the fourth coupling capacitor 534. A voltage of 7.5 kV is applied to the first coupling capacitor 32, and a voltage of 7.5 kV is applied to the second coupling capacitor 34. A voltage of 7.5 kV is applied to the second variable capacitor 24, and a voltage of 7.5 kV is applied to the third variable capacitor 324.

この結果、整合回路20と第1カップリングコンデンサ32および第2カップリングコンデンサ34との間の配線501には、7.5kVの電圧が印加される。このように、イオン源500では、配線501に印加される電圧を低減できる。 As a result, a voltage of 7.5 kV is applied to the wiring 501 between the matching circuit 20 and the first coupling capacitor 32 and the second coupling capacitor 34. In this way, the ion source 500 can reduce the voltage applied to the wiring 501.

なお、図5に示す例では、カップリングコンデンサおよび当該カップリングコンデンサと並列に接続された抵抗の組を2段設ける場合について説明したが、当該組の段数は特に限定されず、3段以上であってもよい。このようにカップリングコンデンサと抵抗の組の段数を増やすことで、各素子に印加される電圧をより低減できる。 In the example shown in FIG. 5, a case is described in which two sets of coupling capacitors and resistors connected in parallel with the coupling capacitors are provided, but the number of sets is not particularly limited and may be three or more. Increasing the number of sets of coupling capacitors and resistors in this way makes it possible to further reduce the voltage applied to each element.

6. 第6実施形態
次に、第6実施形態に係るイオンビーム装置について説明する。図6は、第6実施形態に係るイオンビーム装置600の構成を示す図である。
6. Sixth Embodiment Next, an ion beam apparatus according to a sixth embodiment will be described. Fig. 6 is a diagram showing the configuration of an ion beam apparatus 600 according to the sixth embodiment.

イオンビーム装置600は、例えば、集束イオンビームを利用して、試料を加工し、試料を観察する集束イオンビーム装置である。イオンビーム装置600は、本発明に係るイオン源を含む。ここでは、イオンビーム装置600がイオン源100を含む場合について説明する。 The ion beam device 600 is, for example, a focused ion beam device that uses a focused ion beam to process and observe a sample. The ion beam device 600 includes an ion source according to the present invention. Here, a case will be described in which the ion beam device 600 includes an ion source 100.

イオンビーム装置600は、図6に示すように、イオン源100と、集束レンズ602と、ブランキング電極604と、対物レンズ絞り606と、対物レンズ608と、偏向板610と、検出器612と、ガス供給装置614と、を含む。 As shown in FIG. 6, the ion beam device 600 includes an ion source 100, a focusing lens 602, a blanking electrode 604, an objective lens aperture 606, an objective lens 608, a deflection plate 610, a detector 612, and a gas supply device 614.

イオン源100から放出されたイオンビームは、集束レンズ602および対物レンズ608で集束される。また、対物レンズ絞り606では、不要なイオンビームがカットされる。これにより、集束イオンビームが形成され、形成された集束イオンビームが試料Sに照射される。 The ion beam emitted from the ion source 100 is focused by the focusing lens 602 and the objective lens 608. In addition, the objective lens aperture 606 cuts off unnecessary ion beams. This forms a focused ion beam, which is then irradiated onto the sample S.

イオンビームをブランキング電極604で偏向させることで、イオンビームを遮断できる。また、偏向板610で集束イオンビームを2次元的に偏向させることで、集束イオンビームで試料Sを走査できる。これにより、試料Sを加工できる。さらに、集束イオンビームが試料Sに照射されることによって発生した2次電子を検出器612で検出すること
で、走査イオン像(SIM像)を取得できる。
The ion beam can be blocked by deflecting it with the blanking electrode 604. In addition, the focused ion beam can be scanned over the sample S by two-dimensionally deflecting it with the deflection plate 610. This allows the sample S to be processed. Furthermore, a scanning ion image (SIM image) can be obtained by detecting secondary electrons generated by irradiating the sample S with the focused ion beam with a detector 612.

また、ガス供給装置614で化合物ガスを試料Sの表面に供給し、イオンビームと化合物ガスを反応させることによって、選択的な成膜を行うことができる。 In addition, selective film formation can be performed by supplying a compound gas to the surface of the sample S using the gas supply device 614 and reacting the ion beam with the compound gas.

なお、上述した実施形態及び変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば各実施形態および変形例は、適宜組み合わせることが可能である。 The above-described embodiments and modifications are merely examples, and the present invention is not limited to these. For example, the embodiments and modifications can be combined as appropriate.

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、さらに種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成を含む。実質的に同一の構成とは、例えば、機能、方法、及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成である。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible. For example, the present invention includes configurations that are substantially the same as the configurations described in the embodiments. Substantially the same configurations are, for example, configurations that have the same functions, methods, and results, or configurations that have the same purpose and effect. The present invention also includes configurations in which non-essential parts of the configurations described in the embodiments are replaced. The present invention also includes configurations that have the same effects as the configurations described in the embodiments, or that can achieve the same purpose. The present invention also includes configurations in which publicly known technology is added to the configurations described in the embodiments.

2…真空容器、3…プラズマ発生空間、4…プラズマ発生用コイル、6…ファラデーシールド、10…高周波電源、20…整合回路、22…第1可変コンデンサ、24…第2可変コンデンサ、26…抵抗、30…カップリング回路、32…第1カップリングコンデンサ、34…第2カップリングコンデンサ、40…アノード、42…引出電極、44…レンズ電極、46…カソード、50…加速電圧電源、52…引出電圧電源、54…レンズ電圧電源、60…抵抗、100…イオン源、200…イオン源、210…分圧回路、212…抵抗、220…分圧回路、222…抵抗、224…抵抗、300…イオン源、324…第3可変コンデンサ、326…抵抗、400…イオン源、402…抵抗、404…抵抗、410…分圧回路、500…イオン源、501…配線、502…抵抗、504…抵抗、532…第3カップリングコンデンサ、534…第4カップリングコンデンサ、600…イオンビーム装置、602…集束レンズ、604…ブランキング電極、606…対物レンズ絞り、608…対物レンズ、610…偏向板、612…検出器、614…ガス供給装置 2...vacuum vessel, 3...plasma generation space, 4...plasma generation coil, 6...Faraday shield, 10...high frequency power supply, 20...matching circuit, 22...first variable capacitor, 24...second variable capacitor, 26...resistance, 30...coupling circuit, 32...first coupling capacitor, 34...second coupling capacitor, 40...anode, 42...extraction electrode, 44...lens electrode, 46...cathode, 50...acceleration voltage power supply, 52...extraction voltage power supply, 54...lens voltage power supply, 60...resistance, 100...ion source, 200...ion source, 210...voltage division circuit, 212 ...resistor, 220...voltage divider circuit, 222...resistor, 224...resistor, 300...ion source, 324...third variable capacitor, 326...resistor, 400...ion source, 402...resistor, 404...resistor, 410...voltage divider circuit, 500...ion source, 501...wiring, 502...resistor, 504...resistor, 532...third coupling capacitor, 534...fourth coupling capacitor, 600...ion beam device, 602...focusing lens, 604...blanking electrode, 606...objective lens aperture, 608...objective lens, 610...deflection plate, 612...detector, 614...gas supply device

Claims (10)

ガスが導入される真空容器と、
前記真空容器の外に配置され、前記真空容器内のプラズマ発生空間にプラズマを発生させるプラズマ発生用コイルと、
前記プラズマ発生用コイルにカップリング回路を介して高周波電圧を供給する高周波電源と、
前記プラズマ発生空間で発生したイオンを加速するための加速電極と、
前記加速電極に加速電圧を供給する加速電圧電源と、
整合回路と、
を含み、
前記プラズマ発生用コイルには、インピーダンス素子を介して前記加速電圧が供給され
前記高周波電源は、前記整合回路を介して、前記プラズマ発生用コイルに高周波電圧を供給し、
前記整合回路は、
前記プラズマ発生用コイルと並列に接続された第1可変コンデンサと、
前記プラズマ発生用コイルと直列に接続された第2可変コンデンサと、
前記第2可変コンデンサと並列に接続された第1抵抗と、
を含む、イオン源。
a vacuum vessel into which a gas is introduced;
a plasma generating coil disposed outside the vacuum vessel and configured to generate plasma in a plasma generating space within the vacuum vessel;
a high frequency power source for supplying a high frequency voltage to the plasma generating coil via a coupling circuit;
an acceleration electrode for accelerating ions generated in the plasma generation space;
an accelerating voltage power supply for supplying an accelerating voltage to the accelerating electrode;
A matching circuit;
Including,
The acceleration voltage is supplied to the plasma generation coil via an impedance element ,
The high frequency power supply supplies a high frequency voltage to the plasma generation coil via the matching circuit,
The matching circuit includes:
A first variable capacitor connected in parallel with the plasma generating coil;
A second variable capacitor connected in series with the plasma generating coil;
a first resistor connected in parallel with the second variable capacitor;
an ion source comprising :
請求項において、
前記カップリング回路は、
前記プラズマ発生用コイルの第1コイル端に接続された第1カップリングコンデンサと、
前記プラズマ発生用コイルの第2コイル端に接続された第2カップリングコンデンサと、
を含み、
前記整合回路は、
前記プラズマ発生用コイルと直列に接続された第3可変コンデンサと、
前記第3可変コンデンサと並列に接続された第2抵抗と、
を含み、
前記第2可変コンデンサは、前記第2カップリングコンデンサの一端に接続され、
前記第3可変コンデンサは、前記第1カップリングコンデンサの一端に接続されている、イオン源。
In claim 1 ,
The coupling circuit includes:
a first coupling capacitor connected to a first coil end of the plasma generation coil;
a second coupling capacitor connected to a second coil end of the plasma generation coil;
Including,
The matching circuit includes:
a third variable capacitor connected in series with the plasma generating coil;
a second resistor connected in parallel with the third variable capacitor;
Including,
the second variable capacitor is connected to one end of the second coupling capacitor;
The third variable capacitor is connected to one end of the first coupling capacitor.
請求項において、
前記第1カップリングコンデンサと並列に接続された第3抵抗と、
前記第2カップリングコンデンサと並列に接続された第4抵抗と、
を含む、イオン源。
In claim 2 ,
a third resistor connected in parallel with the first coupling capacitor;
a fourth resistor connected in parallel with the second coupling capacitor;
an ion source comprising:
請求項1ないしのいずれか1項において、
前記プラズマ発生用コイルに前記加速電圧を分圧した電圧を供給する分圧回路を含む、イオン源。
In any one of claims 1 to 3 ,
an ion source including a voltage divider circuit for supplying a voltage obtained by dividing the acceleration voltage to the plasma generation coil;
請求項1ないしのいずれか1項において、
前記プラズマ発生用コイルと前記真空容器との間に配置されたファラデーシールドを含み、
前記ファラデーシールドには、前記加速電圧が供給される、イオン源。
In any one of claims 1 to 4 ,
a Faraday shield disposed between the plasma generating coil and the vacuum vessel;
The accelerating voltage is supplied to the Faraday shield.
ガスが導入される真空容器と、
前記真空容器の外に配置され、前記真空容器内のプラズマ発生空間にプラズマを発生させるプラズマ発生用コイルと、
前記プラズマ発生用コイルにカップリング回路を介して高周波電圧を供給する高周波電源と、
前記プラズマ発生空間で発生したイオンを加速するための加速電極と、
前記加速電極に加速電圧を供給する加速電圧電源と、
前記プラズマ発生用コイルに前記加速電圧を分圧した電圧を供給する分圧回路と、
を含み、
前記プラズマ発生用コイルには、インピーダンス素子を介して前記加速電圧が供給される、イオン源。
a vacuum vessel into which a gas is introduced;
a plasma generating coil disposed outside the vacuum vessel and configured to generate plasma in a plasma generating space within the vacuum vessel;
a high frequency power source for supplying a high frequency voltage to the plasma generating coil via a coupling circuit;
an acceleration electrode for accelerating ions generated in the plasma generation space;
an accelerating voltage power supply for supplying an accelerating voltage to the accelerating electrode;
a voltage dividing circuit for supplying a voltage obtained by dividing the acceleration voltage to the plasma generating coil;
Including,
The accelerating voltage is supplied to the plasma generating coil via an impedance element.
ガスが導入される真空容器と、
前記真空容器の外に配置され、前記真空容器内のプラズマ発生空間にプラズマを発生させるプラズマ発生用コイルと、
前記プラズマ発生用コイルにカップリング回路を介して高周波電圧を供給する高周波電源と、
前記プラズマ発生空間で発生したイオンを加速するための加速電極と、
前記加速電極に加速電圧を供給する加速電圧電源と、
前記プラズマ発生用コイルと前記真空容器との間に配置されたファラデーシールドと、を含み、
前記プラズマ発生用コイルには、インピーダンス素子を介して前記加速電圧が供給され、
前記ファラデーシールドには、前記加速電圧が供給される、イオン源。
a vacuum vessel into which a gas is introduced;
a plasma generating coil disposed outside the vacuum vessel and configured to generate plasma in a plasma generating space within the vacuum vessel;
a high frequency power source for supplying a high frequency voltage to the plasma generating coil via a coupling circuit;
an acceleration electrode for accelerating ions generated in the plasma generation space;
an accelerating voltage power supply for supplying an accelerating voltage to the accelerating electrode;
a Faraday shield disposed between the plasma generating coil and the vacuum vessel;
The acceleration voltage is supplied to the plasma generation coil via an impedance element ,
The accelerating voltage is supplied to the Faraday shield .
請求項7において、
前記ファラデーシールドに前記加速電圧を分圧した電圧を供給する分圧回路を含む、イオン源。
In claim 7,
an ion source including a voltage divider circuit for supplying a voltage obtained by dividing the acceleration voltage to the Faraday shield;
請求項7または8において、
前記プラズマ発生用コイルの電位は、前記ファラデーシールドの電位よりも低く、
前記ファラデーシールドの電位は、前記プラズマ発生空間の電位よりも低い、イオン源。
In claim 7 or 8,
the potential of the plasma generation coil is lower than the potential of the Faraday shield;
An ion source, wherein the potential of the Faraday shield is lower than the potential of the plasma generation space.
請求項1ないし9のいずれか1項に記載のイオン源を含む、イオンビーム装置。 An ion beam device including an ion source according to any one of claims 1 to 9.
JP2020208388A 2020-12-16 2020-12-16 Ion source and ion beam device Active JP7476090B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020208388A JP7476090B2 (en) 2020-12-16 2020-12-16 Ion source and ion beam device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020208388A JP7476090B2 (en) 2020-12-16 2020-12-16 Ion source and ion beam device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2022095202A JP2022095202A (en) 2022-06-28
JP7476090B2 true JP7476090B2 (en) 2024-04-30

Family

ID=82162961

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020208388A Active JP7476090B2 (en) 2020-12-16 2020-12-16 Ion source and ion beam device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7476090B2 (en)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013089594A (en) 2011-10-19 2013-05-13 Fei Co Internal split faraday shield for inductively coupled plasma source

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6394546A (en) * 1986-10-09 1988-04-25 Hitachi Ltd ion source
JPS6396840A (en) * 1986-10-13 1988-04-27 Hitachi Ltd ion source
JPH1074600A (en) * 1996-05-02 1998-03-17 Tokyo Electron Ltd Plasma processing equipment

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013089594A (en) 2011-10-19 2013-05-13 Fei Co Internal split faraday shield for inductively coupled plasma source

Also Published As

Publication number Publication date
JP2022095202A (en) 2022-06-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2776855B2 (en) High frequency ion source
JP6198211B2 (en) Plasma source apparatus and method for generating a charged particle beam
US7241361B2 (en) Magnetically enhanced, inductively coupled plasma source for a focused ion beam system
US9655223B2 (en) RF system, magnetic filter, and high voltage isolation for an inductively coupled plasma ion source
JP5852769B2 (en) Plasma ignition system for inductively coupled plasma ion source
JP4988216B2 (en) Charged particle beam equipment equipped with an aberration correction device
TW202013415A (en) Dense high-energy ion implantation system and equipment and method for generating high-energy ion beam
JP2015122325A (en) Plasma generation method and plasma source
JP7190436B2 (en) Ion source device
US20140264062A1 (en) High throughput scan deflector and method of manufacturing thereof
US12185451B2 (en) Resonator, linear accelerator, and ion implanter having dielectric-free resonator chamber
JP7476090B2 (en) Ion source and ion beam device
US10128076B1 (en) Inductively coupled plasma ion source with tunable radio frequency power
CN116417317B (en) A structure for improving the acceleration efficiency of radio frequency acceleration barrel in ion implantation system
TWI879092B (en) Drift tube electrode arrangement having direct current optics
JP2002329600A (en) Ion accelerator
Shikhovtsev et al. A 10 mA, steady-state, charge exchange negative ion beam source
JP2004006109A (en) Ion beam processing equipment
US12308206B2 (en) Three layer resonator coil for linear accelerator
RU2352015C1 (en) Microwave device
US20240387151A1 (en) Inductively coupled plasma apparatus with novel faraday shield
US3925664A (en) Field emission electron gun
WO2017221832A1 (en) Plasma source and plasma processing device
JPS617542A (en) microwave ion source

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20230612

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20240112

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20240123

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20240321

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20240402

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20240417

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7476090

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150