CN102592930B

CN102592930B - 离子源

Info

Publication number: CN102592930B
Application number: CN201110340962.8A
Authority: CN
Inventors: 井内裕
Original assignee: NINSSIN ION EQUIPMENT CO Ltd
Current assignee: NINSSIN ION EQUIPMENT CO Ltd; Nissin Ion Equipment Co Ltd
Priority date: 2011-01-08
Filing date: 2011-11-02
Publication date: 2014-07-30
Anticipated expiration: 2031-11-02
Also published as: JP2012146424A; KR20120081009A; CN102592930A; KR101248126B1; JP5527617B2

Abstract

本发明提供一种新的离子源，与以往的离子源相比，尽管电极个数少，也具有与以往的离子源相同的功能。本发明的离子源(1)不具有抑制电子从下游一侧(Z方向一侧)流入的抑制电极。离子源(1)包括：多个电极(5、6、7)，沿离子束(3)的引出方向(Z方向)配置；以及磁场产生部件(11)，配置在所述电极(5、6、7)的下游一侧(Z方向一侧)，至少具有一对磁极(20、21)，该一对磁极(20、21)产生横穿从所述离子源(1)引出的所述离子束(3)的磁场。

Description

离子源

技术领域

本发明涉及具有捕获从离子源的下游一侧流入离子源的电子的磁场产生部件的离子源。

背景技术

在离子注入装置、离子掺杂装置或离子束定向装置等离子束照射装置的离子源中，使用了被称为引出电极系统的、由多个电极构成的电极组，用于把离子束引出。

在专利文献1的图2中公开了这样的引出电极系统的例子。在此，作为构成引出电极系统的电极，使用了等离子体电极、引出电极、抑制电极及接地电极等四个电极。

等离子体电极决定引出的离子束的能量，引出电极用于在引出电极与等离子体电极之间产生电位差，并通过由此形成的电场从等离子体引出离子束。抑制电极抑制电子从离子源下游一侧流入离子源，抑制电极的电位被设定成相对于接地电位为负电位，由此具有使具有负电荷的电子折回离子源下游一侧的功能。接地电极在电的方面接地，用于固定电位。

在所述的引出电极系统中使用的电极不限于四个。例如，在专利文献2的图1、图2中公开了由等离子体电极、抑制电极及接地电极的三个电极构成的引出电极系统，使用这样的引出电极系统，也可以从离子源引出离子束。

专利文献1：日本专利公开公报特开2007－115511(图2、第0037段～第0039段)

专利文献2：日本专利公开公报特开平5－82075(图1、图2、第0011段)

为了设定在引出电极系统中所使用的各电极的电位，使用了多个电源。由于所述的电源价格昂贵，所以期望尽量不使用。

为了减少电源的数量，可以考虑减少电极的个数，但仅仅单纯取消电极会对离子源的功能造成障碍。

发明内容

所以，本发明的目的是提供一种新的离子源，该新的离子源与以往的离子源相比，尽管电极个数少，却具有与以往的离子源相同的功能。

本发明提供一种离子源，不具有抑制电子从下游一侧流入的抑制电极，所述离子源的特征在于，所述离子源包括：多个电极，沿离子束的引出方向配置；以及磁场产生部件，配置在所述电极的下游一侧，至少具有一对磁极，该一对磁极产生横穿从所述离子源引出的所述离子束的磁场。

按照所述的包括磁场产生部件的离子源与以往的离子源相比，不仅可以减少电极个数，还可以具有与以往的离子源相同的功能。

此外，为了修正因磁场产生部件而偏转的离子束的行进方向，优选的是，所述磁场产生部件在沿着所述离子束的引出方向上的不同位置具有第一磁极对和第二磁极对，并且在所述第一磁极对和所述第二磁极对之间产生的磁场的方向相反，所述第一磁极对和所述第二磁极对具有夹着所述离子束配置的一对磁极。

采用所述的结构可以修正离子束的行进方向。

此外，优选的是，所述第一磁极对和所述第二磁极对由磁体构成，构成所述第一磁极对和所述第二磁极对的磁体通过永磁体连接。

采用所述的结构可以简化磁场产生部件的结构。

此外，优选的是，通过在所述第一磁极对之间和在所述第二磁极对之间产生的磁场，对所述离子束施加方向相反、且大小基本相等的洛伦兹力。

采用所述的结构，可以在离子束通过磁场产生部件的前后保持离子束的行进方向大体相同。因此可以容易地设计离子束照射装置整体的光学系统。

除此以外，优选的是，在所述磁极上形成有电极支承槽，该电极支承槽沿与所述离子束的引出方向基本垂直的方向延伸设置。

采用所述的结构，由于可以用磁场产生部件支承电极，所以无需特别设置电极的支承构件。

此外，优选的是，在所述磁极的面上配置有所述电极中的位于离子束引出方向上的最下游一侧的电极。

即使采用这样的结构，也可以与前述的结构相同，可以用磁场产生部件支承电极，因此无需特别设置电极的支承构件。

由于使用了抑制电子从离子源下游一侧流入的磁场产生部件来代替在以往的引出电极系统中使用的抑制电极，所以与以往的离子源相比，不仅可以减少电极个数，而且可以具有与以往的离子源相同的功能。

附图说明

图1是表示本发明使用的离子源的一个例子的平面图。

图2是表示从X方向看图1的离子源情况的平面图。

图3表示电子流入磁场产生部件时的情况。

图4是具有第一磁极对、第二磁极对的磁场产生部件的其他例子。

图5是具有一对磁极的磁场产生部件的例子。

图6是具有一对磁极的磁场产生部件的其他例子。

图7是在磁场产生部件上形成的电极支承构造的一个例子。

图8是在磁场产生部件上形成的电极支承构造的其他例子。

附图标记说明

1.离子源

3.离子束

4.等离子体生成容器

5.等离子体电极

6.引出电极

7.接地电极

8.灯丝

9.等离子体

10.绝缘件

11.磁场产生部件

13.永磁体

14.磁体

16.电极支承槽

17.电极支承面

20.第一磁极对

21.第二磁极对

具体实施方式

在本发明中，设Z方向为从离子源引出的离子束的引出方向，设与Z方向相互垂直的两个方向为X方向、Y方向。此外，在本发明中，所谓的下游一侧是指离子束引出方向一侧(Z方向一侧)。

图1表示了本发明使用的离子源的一个例子。该离子源1是被称为桶式离子源类型的离子源的一种。

该离子源1具有长方形的等离子体生成容器4，从等离子体生成容器4引出大体为带状的离子束3。在下面的实施例中，将从离子源1引出的离子束3的形状设为在X方向上具有长边、在Y方向上具有短边的形状来进行说明，但是在应用本发明的离子源1中使用的离子束3的形状不限于此。

气体源2通过图中没有表示的阀安装在等离子体生成容器4上，从该气体源2提供作为离子束3的原料的气体。此外，在该气体源2上连接有图中没有表示的气体流量调节器(质量流量控制器)，由此来调节从气体源2向等离子体生成容器4内部提供的气体的供给量。

在等离子体生成容器4的一个侧面上，沿X方向安装有多个U形的灯丝8。使用连接在灯丝8端子之间的电源V_F，来对流经各灯丝8的电流量进行调节。通过采用所述的结构，可以调节从离子源1引出的离子束3的电流密度分布。

通过使电流在灯丝8中流动，使该灯丝8加热，从而可以从灯丝8释放出电子。该电子冲击提供到等离子体生成容器4内部的气体，引起气体的电离，在等离子体生成容器4内生成等离子体9。

此外，在所述的离子源1中，沿等离子体生成容器4外壁安装有多个永磁体12。通过该永磁体12在等离子体生成容器4的内部区域形成会切磁场，将从灯丝8释放出来的电子关在规定区域内。

离子源1具有三个电极作为引出电极系统，从等离子体生成容器4沿Z方向顺序配置有等离子体电极5、引出电极6及接地电极7。在这些电极上分别设置有多个孔，通过这些孔把离子束3引出。这些电极的功能由于与在以往技术中所说明的功能相同，所以省略了对它们的说明。通过多个电源(V₁～V₄)将各电极和等离子体生成容器4的电位分别设定为不同的值，并且通过绝缘件10对各部件进行安装。此外，所述的等离子体电极5也可以被称为加速电极。

在以往的离子源中，作为所述的电极组之一具有抑制电极，该抑制电极的电位被设定成相对于接地电极的电位为500V左右的负电位，并抑制电子从离子源的下游一侧(从本发明中所说的离子源靠向Z方向一侧)流入离子源，但在本发明中没有该抑制电极。代替与此，本发明具有后述的磁场产生部件11。

抑制电极对从离子源1引出的离子束3的能量和扩展没有影响。此外，在用于设定抑制电极的电位所使用的抑制电源中，在引出电极系统的电极之间产生异常放电时，导致流过大电流的可能性大。为此，必须使抑制电源的容量足够大。在该情况下，电源价格也变得昂贵。着眼于这方面，在本发明中从离子源的引出电极系统中删除了抑制电极。

本实施方式的磁场产生部件11沿Z方向具有第一磁极对20和第二磁极对21，离子束3通过各磁极对20、21之间。图1描绘了夹着离子束3配置的所述的磁极对20、21的一侧的情况。

各磁极对20、21由一个个的磁体14构成，构成不同磁极对的磁体14通过永磁体13连接。在Y方向上相对的一侧夹着离子束3也设置有与该图1所示的结构相同的结构，但是，在构成不同磁极对的磁体14之间设置的永磁体13的极性方向与图1所示的相反。

在所述结构的磁场产生部件11中，在第一磁极对20中，对离子束3作用有大致朝向X方向的洛伦兹力F1。另一方面，在第二磁极对21中，对离子束3作用有大致朝向与X方向相反方向的洛伦兹力F2。由于通过所述的结构，可以通过第二磁极对21使由第一磁极对20偏转了的离子束3向相反方向弯曲回去，所以可以修正离子束3的行进方向。

如果综合考虑通过离子束照射装置制造的器件的微细程度、配置在离子源1下游一侧的光学部件(分析磁铁和加速管等)的性能和结构、或者从离子源1到离子束3所照射的目标(晶片或玻璃基板等)的距离等因素，则离子束3的行进方向不一定必须与Z方向平行。

由于设置了与离子束照射装置的结构和所制造的器件对应的允许范围，所以只要把通过磁场产生部件11后的离子束3的行进方向修正成在所述的允许范围内就足够了。因此所述的作用在离子束3上的洛伦兹力F1和洛伦兹力F2的大小无须相同。

可是，在考虑了离子束照射装置整体的光学设计的情况下，为了可以容易地进行该光学设计，希望在离子束3通过磁场产生部件11的前后，使离子束3的行进方向保持大体相同。因此从这样的观点考虑，希望作用在离子束3上的洛伦兹力F1和洛伦兹力F2基本相等。

此外，在洛伦兹力F1和洛伦兹力F2方向相反、且大小基本相等的情况下，进入磁场产生部件11前的离子束3的中心轨道的位置A1和出了磁场产生部件11后的离子束3的中心轨道的位置A2，在X方向上仅分离距离D。但是该中心轨道的偏离并不会成为问题。

为了使用磁场产生部件11抑制电子向离子源1一侧流入，只要形成数mT这样的小磁通密度的磁场就足够了。虽然也与从离子源1引出的离子束3的能量值和离子种类有关，但离子束3因磁场产生部件11偏转的量并不会变得那么大。因此距离D的值也不是那么大。

距离D的大小不是那么大，但在即使这样也需要使距离D的值减小的情况下，只要使第一磁极对20和第二磁极对21在Z方向上的间隔变窄就可以。在这种情况下，由于离子束3在最初偏转后，马上向相反方向偏转，所以可以使距离D的间隔成为小间隔。但是，如果使第一磁极对20和第二磁极对21的间隔过窄，则要考虑由永磁体13产生的磁场对离子束3的影响。因此，需要在考虑了由永磁体13产生的磁场对离子束3的影响的基础上，将第一磁极对20和第二磁极对21的间隔设定成适当的值。

此外，也可以估计距离D，预先使离子源1配置成向与X方向相反的一侧偏离。通过进行这样的配置，可以在配置在离子源1的下游一侧的离子束光学系统中，不产生因离子束3的中心轨道的偏离造成的影响。

图2描绘了从X方向看图1的离子源1时的情况。此外，在该图2中省略了对连接在等离子体电极5和灯丝8等上的电源(V_F，V₁～V₄)和接地(ground)的记载。

构成第一磁极对20和第二磁极对21的各磁体14沿Y方向朝离子束3一侧突出。通过这样构成磁体14，可以容易地产生横穿向Z方向引出的离子束3的磁场。

此外，在第一磁极对20中产生的磁场方向和在第二磁极对21中产生的磁场方向相反，由这样的磁场产生相反方向的洛伦兹力F1和洛伦兹力F2。

此外，磁场产生部件11可以通过螺栓等安装在图中没有表示的接地电极7的支承框架的内壁上，所述接地电极7的支承框架从接地电极7下侧的面向Z方向延伸设置，此外与此不同，磁场产生部件11也可以安装在离子源1的凸缘上。

图3描绘了电子从离子源1的下游一侧流入磁场产生部件11的情况。如果电子进入到第二磁极对21形成的磁场区域，则电子沿磁力线边螺旋运动边行进。这样，由于通过磁场产生部件11捕获了电子，所以可以防止电子进入到磁场产生部件11的上游一侧(与Z方向相反的一侧)。

图4的(a)～图4的(e)描绘了至此为止叙述过的磁场产生部件11的变形例。下面对这些结构进行说明。此外，在各图中，X、Y、Z轴的方向是通用的，在各磁极对20、21上描绘的箭头表示磁场的方向。

在图4的(a)中，通过永磁体13构成各磁极对20、21。永磁体13的数量比在图1～图3中叙述过的结构增加了两个，本发明的磁场产生部件11也可以采用图4的(a)的结构。

在图4的(b)中也与图4的(a)相同，通过永磁体13构成各磁极对20、21。由于永磁体13无需设置在磁体14的端部，所以当然也可以采用图4的(b)所示的结构。此外，图4的(a)、图4的(b)中的磁体14的部分也都可以采用非磁体。此外，不管是磁体还是非磁体，也可以采用在Z方向上对各磁极对进行单独支承的结构。

图4的(c)描绘了与图1～图3描绘的磁场产生部件11类似的结构。如图4的(c)所示，也可以以使各磁极对20、21从在沿Z方向延伸的磁体14的中途向离子束3一侧突出的方式来构成各磁极对20、21。

在图4的(d)中用永磁体13构成第一磁极对20，用磁体14构成第二磁极对21。由于构成第二磁极对21的磁体14连接在构成第一磁极对20的永磁体13上，所以与图4的(c)的例子相同，可以减少永磁体13的数量。此外，也可以与图4的(d)的结构相反，用磁体14构成第一磁极对20，用永磁体13构成第二磁极对21。

此外，如图4的(e)所示，代替永磁体13，也可以通过把线圈15绕在配置在Y方向上的各磁体14上，在线圈15中流过电流产生磁场。在相对于各磁体14把线圈15向相同方向缠绕的情况下，预先使流过各线圈的电流方向相反。反之，在相对于各磁体14把线圈15向相反方向缠绕的情况下，预先使流过各线圈的电流方向相同。在图4的(e)的例子中，绕在左侧磁体14上的线圈15的方向为右旋，与此相反，绕在右侧磁体14上的线圈15的方向为左旋。因此，相对于各线圈15向相同的方向(在Z方向的朝向上从上向下)流过电流。与其他例子相同，通过这样的结构，也可以以横穿离子束3的方式产生相反方向的磁场。

此外，在使用了线圈15的情况下，可以控制磁场的强度。因此，预先在离子源1下游一侧测量离子束3的行进方向，据此可以用磁场产生部件11对离子束3的行进方向进行微调。此外，在图4的(e)中，可以把构成各磁极对20、21的磁体14做成一体，也可以把各磁极对20、21的磁体14分开成独立的磁体，分别缠绕线圈15。于是，可以通过各磁极对精细调节由各磁极对形成的磁场强度。

此外，在图4的(a)～图4的(e)中仅描绘了在YZ平面内的情况，但是在此记载的磁场产生部件11对在X方向上具有长边的带状离子束3进行处理的情况下，与图1所示的磁场产生部件11相同，在X方向上也具有一定长度。

图5的(a)～图5的(c)描绘了具有一对磁极22的磁场产生部件11的例子。与图4相同，在各图中，X、Y、Z轴的方向是通用的，并且在磁极对中所画的箭头表示磁场的方向。在离子束3的能量比较高的情况(例如300keV以上)下，离子束3几乎不会因由磁场产生部件11产生的磁场而偏转。此外，如前所述，即使在离子束3的能量低的情况下，如果通过磁场产生部件11后的离子束3的行进方向在允许范围内，则也无需产生用于使离子束3弯曲回去的磁场。因此，如图5的(a)～图5的(c)所示，也可以仅在一个方向上产生横穿离子束3的磁场。

图5的(a)公开了由一组永磁体13和支承它们的磁体14构成的磁场产生部件11。在该例子中，把构成一对磁极22的永磁体13配置在磁体14的Z方向上的中央部，但也可以把构成一对磁极22的永磁体13设置在磁体14的Z方向上的端部。此外，作为永磁体13的支承构件使用了磁体14，但也可以使用非磁体作为永磁体13的支承构件。

图5的(b)公开了支承一组永磁体13的磁体14在Y方向上突出，由此形成一对磁极22的磁场产生部件11。本发明也可以采用这样的结构。

图5的(c)公开了把线圈15绕在一组磁体14上的磁场产生部件11。关于缠绕线圈15的方向和在线圈15中流过的电流I的方向，也可以与图4的(e)的例子相同。

此外，在图5的(a)～图5的(c)的结构中，在对在X方向上有长边的带状离子束3进行处理的情况下，与图1所示的磁场产生部件11相同，在X方向上也有一定长度。

图6中描绘了具有一对磁极22的磁场产生部件11的其他例子。在该例子中，磁体14的在Y方向上突出的部分构成一对磁极22。在这种情况下，如果离子束3通过靠近永磁体13的位置，则离子束3受到来自永磁体13的强磁场的影响，存在离子束3的形状变形的问题。因此，优选的是使离子束3通过的一对磁极22的部分离永磁体13足够远。

图7中描绘了在磁场产生部件上形成的电极支承构造的一个例子。在配置在构成磁场产生部件11的引出电极系统一侧的第一磁极对20上，形成有在与离子束3的引出方向基本垂直的方向上延伸设置的电极支承槽16。

在该例子中，位于最靠近第一电极对20位置的接地电极7通过滑动的方式容纳在所述电极支承槽16中。在这种情况下，可以使接地电极7本身不与地电连接，而是把支承接地电极7的磁体14接地。此外，在该例子中，作为磁场产生部件11列举了具有第一磁极对20和第二磁极对21的结构，但也可以在前述的具有一对磁极22结构的磁场产生部件11上设置在此记载的电极支承槽16。

图8中描绘了在磁场产生部件上形成的电极支承构造的其他例子。图8的(a)为使配置在构成磁场产生部件11的引出电极系统一侧的第一磁极对20的上侧的面作为电极支承面，用螺栓18等把接地电极7固定在该电极支承面上。图8的(b)描绘了该情况。

与图7的例子相同，也可以将图8的例子应用于图5、图6中说明过的具有一对磁极22结构的磁场产生部件11。

这样，通过在磁场产生部件11的一部分上设置电极支承面17，可以无需另外准备电极的支承构件。

<其他变形例>

在本发明中，以桶式离子源为例进行了说明，但本发明不限于该类型的离子源。例如也可以是弗里曼式、伯纳斯式或具有旁热式阴极的离子源。

此外，从离子源引出的离子束3以在X方向上具有长边、在Y方向上具有短边的带状离子束3为例进行了说明，但引出的离子束3形状不限于此。例如引出的离子束的形状也可以是点状。

此外，灯丝8的个数也可以不是多个，可以是一个。此外，只要构成引出电极系统的电极组没有抑制电极，则什么样的个数都可以。

另一方面，在本发明说明的实施方式中，使离子束3的中心位于各磁极对之间的中央，但也可以使离子束3的中心位置偏向一个磁极一侧。但是，在离子束3的中心位置位于磁极之间的中央的情况下，由于通过磁场时离子束3对称地偏转，所以可以说在接在离子源之后的光学系统中容易处理。

此外，作为引出电极系统使用的电极不限于多孔电极，也可以是具有狭缝的电极。

此外，在本实施方式中，如图中表示的那样，由磁场产生部件11产生的磁场的方向和离子束3的行进方向是基本垂直的关系，但是也可以不是基本垂直的关系。例如，也可以是由磁场产生部件11产生的磁场的方向和离子束3的行进方向斜交叉的关系。只要由磁场产生部件11产生的磁场形成为可以横穿离子束3，则磁场产生部件11产生的磁场的方向和离子束3的行进方向二者的关系是什么样的都可以。

除了前面叙述的以外，在不脱离本发明宗旨的范围内，当然可以进行各种改进和变形。

Claims

1.一种离子源，不具有抑制电子从下游一侧流入的抑制电极，所述离子源的特征在于，所述离子源包括：

多个电极，沿离子束的引出方向配置；以及

磁场产生部件，配置在所述电极的下游一侧，至少具有一对磁极，该一对磁极产生横穿从所述离子源引出的所述离子束的磁场。

2.根据权利要求1所述的离子源，其特征在于，所述磁场产生部件在沿着所述离子束的引出方向上的不同位置具有第一磁极对和第二磁极对，并且在所述第一磁极对和所述第二磁极对之间产生的磁场的方向相反，所述第一磁极对和所述第二磁极对具有夹着所述离子束配置的一对磁极。

3.根据权利要求2所述的离子源，其特征在于，所述第一磁极对和所述第二磁极对由磁体构成，构成所述第一磁极对和所述第二磁极对的磁体通过永磁体连接。

4.根据权利要求2或3所述的离子源，其特征在于，通过在所述第一磁极对之间和在所述第二磁极对之间产生的磁场，对所述离子束施加方向相反、且大小基本相等的洛伦兹力。

5.根据权利要求1所述的离子源，其特征在于，在所述磁极上形成有电极支承槽，该电极支承槽沿与所述离子束的引出方向基本垂直的方向延伸设置。

6.根据权利要求1所述的离子源，其特征在于，在所述磁极的面上配置有所述电极中的位于离子束引出方向上的最下游一侧的电极。