JP7476090B2

JP7476090B2 - イオン源およびイオンビーム装置

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Publication number: JP7476090B2
Application number: JP2020208388A
Authority: JP
Inventors: 健柏木; 春生笠原
Original assignee: Jeol Ltd
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 2020-12-16
Filing date: 2020-12-16
Publication date: 2024-04-30
Anticipated expiration: 2040-12-16
Also published as: JP2022095202A

Description

本発明は、イオン源およびイオンビーム装置に関する。

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。

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。

特開２０１５－１２２３２５号公報

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。

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。

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。

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。

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。

第１実施形態に係るイオン源の構成を示す図。第２実施形態に係るイオン源の構成を示す図。第３実施形態に係るイオン源の構成を示す図。第４実施形態に係るイオン源の構成を示す図。第５実施形態に係るイオン源の構成を示す図。第６実施形態に係るイオンビーム装置の構成を示す図。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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Ｖ_Ｌｅｎｓが印加される。

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。

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Ｖ_Ｌｅｎｓを供給する。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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Ｖ_Ｌｅｎｓ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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

Claims

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。
請求項１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。
請求項２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。
請求項１ないし３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。
請求項１ないし４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。
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。
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。
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。
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。
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。