JP2009217980A - Voltage determination method of ion source - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、イオン源から引き出すイオンビームの偏差角度および発散角度が小さくなるように、イオン源の引出し電極系を構成する電極に印加する電圧を決定する方法に関する。 The present invention relates to a method for determining a voltage to be applied to an electrode constituting an extraction electrode system of an ion source so that a deviation angle and a divergence angle of an ion beam drawn from the ion source become small.
イオン源から引き出すイオンビームの偏差角度(即ち、イオンビームの設計上の進行方向と実際の進行方向との差の角度。以下同様)および発散角度(即ち、イオンビームが広がる角度。以下同様)は、当該イオンビームを用いて行う被照射物の処理に大きな影響を及ぼす。 The deviation angle of the ion beam drawn from the ion source (that is, the angle of the difference between the designed traveling direction of the ion beam and the actual traveling direction; the same applies hereinafter) and the divergence angle (ie, the angle at which the ion beam spreads) applies. This greatly affects the processing of the irradiated object performed using the ion beam.
例えば、イオンビームを用いて、被照射物である配向膜付基板に配向処理を施す場合、イオン源から引き出すイオンビームの偏差角度および発散角度は、当該配向処理に大きな影響を及ぼす。両角度によって、配向膜面内での液晶分子の配向方向が変わるからである。 For example, when an alignment process is performed on the substrate with an alignment film, which is an object to be irradiated, using an ion beam, the deviation angle and the divergence angle of the ion beam extracted from the ion source greatly affect the alignment process. This is because the orientation direction of the liquid crystal molecules in the alignment film plane changes depending on both angles.
上記偏差角度および発散角度は、主に、イオン源の引出し電極系を構成する複数の電極の組立誤差や、当該電極の熱膨張によって発生する。これをもう少し詳しく説明すると、組立誤差によって、複数の電極のイオン引出し孔の位置が電極ごとに微小にずれていることによって、偏差角度が発生すると共に、発散角度が変化する。また、組立誤差が小さくても、イオン源運転時に発生する熱によって電極が膨張することによっても、イオン引出し孔のずれが発生する。この熱膨張の影響は、大型のイオン源ほど大きくなる。偏差角度および発散角度が小さい方が、より望ましい処理(例えば上記配向処理)を実現することができる。 The deviation angle and the divergence angle are mainly generated by an assembly error of a plurality of electrodes constituting the extraction electrode system of the ion source and thermal expansion of the electrodes. This will be explained in more detail. As a result of the assembly error, the positions of the ion extraction holes of the plurality of electrodes are slightly shifted for each electrode, thereby generating a deviation angle and a divergence angle. Further, even if the assembly error is small, the ion extraction hole is displaced due to the expansion of the electrode due to the heat generated during the ion source operation. The influence of this thermal expansion becomes larger as the ion source becomes larger. The smaller the deviation angle and the divergence angle, the more desirable processing (for example, the orientation processing) can be realized.
偏差角度および発散角度を小さくする方法の一つとして、従来は、次のような方法が用いられていた。 As one method for reducing the deviation angle and the divergence angle, conventionally, the following method has been used.
即ち、例えば特許文献1に開示されているように、イオン源の引出し電極系を構成する複数の電極に印加する電圧を調整することによって、イオンビームの引出し方向を調整することができることが知られている。但し、特許文献1には、どの電極の電圧をどのように調整するかについての具体的な技術は記載されていない。
That is, for example, as disclosed in
また、例えば特許文献2に開示されているように、イオンビーム測定装置によって、イオン源から引き出すイオンビームの偏差角度および発散角度を測定する技術が知られている。
Further, as disclosed in, for example,
従来は、上述した二つの技術を利用して、イオン源の引出し電極系を構成する複数の電極に印加する電圧を調整しながら、イオン源から引き出すイオンビームの偏差角度および発散角度を測定し、両角度が小さくなるように、引出し電極系を構成する複数の電極に印加する電圧の最適値を試行錯誤で見つけ出すという電圧決定方法が用いられていた。 Conventionally, using the two techniques described above, the deviation angle and divergence angle of the ion beam extracted from the ion source are measured while adjusting the voltage applied to the plurality of electrodes constituting the extraction electrode system of the ion source, A voltage determination method has been used in which the optimum value of the voltage applied to the plurality of electrodes constituting the extraction electrode system is found by trial and error so that both angles become small.
上記のような従来の電圧決定方法では、イオン源から引き出すイオンビームの偏差角度および発散角度を測定するのに多くの時間がかかる。これは、引出し電極系を構成する複数の電極に印加する電圧の組み合わせは多くあり、その組み合わせを変えながら、その度に、偏差角度および発散角度の両方の測定を行う必要があるからである。 In the conventional voltage determination method as described above, it takes a lot of time to measure the deviation angle and divergence angle of the ion beam extracted from the ion source. This is because there are many combinations of voltages applied to the plurality of electrodes constituting the extraction electrode system, and it is necessary to measure both the deviation angle and the divergence angle each time the combination is changed.
また、複数の電極に印加する電圧の多くの組み合わせの内、どの組み合わせが偏差角度および発散角度の両方を小さくすることに適しているのか、手探りで試行錯誤しなければならない。特に、イオン源の引出し電極系を構成する電極の数は、多くの場合、3枚以上あるので、各電極に印加する電圧の組み合わせはかなり多くなる。熟練の技術者であれば、経験や勘を頼りに、ある程度は早く最適な電圧の組み合わせを見つける(決定する)ことは可能かもしれないが、多くの場合はそうはいかない。また、イオン源には通常は個性があるので、他のイオン源での経験や勘が生かせない場合もある。従って、この観点からも多くの時間がかかる。 In addition, it is necessary to make a trial and error by searching for which of the many combinations of voltages applied to the plurality of electrodes is suitable for reducing both the deviation angle and the divergence angle. In particular, since the number of electrodes constituting the extraction electrode system of the ion source is often three or more, the number of combinations of voltages applied to each electrode is considerably large. A skilled engineer may be able to find (determine) the optimal voltage combination as early as possible, depending on experience and intuition, but in many cases this is not the case. In addition, since ion sources usually have individuality, experience and intuition in other ion sources may not be utilized. Therefore, it takes a lot of time from this viewpoint.
そこでこの発明は、イオン源の引出し電極系を構成する電極に印加する電圧について、イオン源から引き出すイオンビームの偏差角度および発散角度の両方を小さくするのに適した電圧を、短時間で、かつ熟練者でなくても容易に決定することができる電圧決定方法を提供することを主たる目的としている。 Therefore, the present invention provides a voltage suitable for reducing both the deviation angle and the divergence angle of the ion beam drawn from the ion source in a short time with respect to the voltage applied to the electrodes constituting the extraction electrode system of the ion source. The main purpose is to provide a voltage determination method that can be easily determined even by a non-expert.
この発明に係る電圧決定方法の一つは、プラズマを生成するプラズマ生成部と、このプラズマ生成部内のプラズマから電界の作用でイオンビームを引き出す電極系であって、最プラズマ側からイオンビーム引出し方向に配置された第1電極、第2電極および第3電極を少なくとも有している引出し電極系とを備えているイオン源の前記第1電極に印加する第1電圧V1 、第2電極に印加する第2電圧V2 および第3電極に印加する第3電圧V3 を決定する方法において、前記第1電圧V1 を所要の電圧に設定し、前記第2電圧V2 と第3電圧V3 との差である第2差電圧V23を一つの値に設定しておいて、前記第1電圧V1 と第2電圧V2 との差である第1差電圧V12を変化させて、前記イオン源から引き出されるイオンビームのビーム電流を測定して、当該ビーム電流のピーク値および当該ピーク値の時の前記第1差電圧V12を求める動作を、前記第2差電圧V23を所定の範囲内で所定の電圧刻みで変えて行い、前記ビーム電流のピーク値の比較を行って、当該ピーク値が最大となる時の前記第1差電圧V12を求めてそれをピーク時第1差電圧V12P とし、前記第1差電圧V12が前記ピーク時第1差電圧V12P 以下という条件を満たす範囲内で、前記第1電圧V1 は変えずに、前記第2電圧V2 と第3電圧V3 の組み合わせを複数に変化させて、前記イオン源から引き出されるイオンビームの設計上の進行方向と実際の進行方向との差である偏差角度αを測定し、前記第2電圧V2 と第3電圧V3 の組み合わせの内で、前記偏差角度αが最小となる前記第2電圧V2 と第3電圧V3 の組み合わせを決定することを特徴としている。 One of the voltage determination methods according to the present invention is a plasma generation unit that generates plasma and an electrode system that extracts an ion beam from the plasma in the plasma generation unit by the action of an electric field, and the ion beam extraction direction from the most plasma side A first voltage V 1 applied to the first electrode of an ion source having at least a first electrode, a second electrode, and an extraction electrode system having a third electrode disposed on the second electrode, In the method of determining the second voltage V 2 to be applied and the third voltage V 3 to be applied to the third electrode, the first voltage V 1 is set to a required voltage, and the second voltage V 2 and the third voltage V 3 are set. The second difference voltage V 23 that is the difference between the first voltage V 1 and the second voltage V 2 is changed by changing the first difference voltage V 12 that is the difference between the first voltage V 1 and the second voltage V 2 . Measure the beam current of the ion beam extracted from the ion source. To, the operation for obtaining said first differential voltage V 12 at the time of the peak value and the peak value of the beam current, performs the second differential voltage V 23 is changed by a predetermined voltage increments within a predetermined range, performing a comparison of the peak value of the beam current, the peak value and the peak it seeking first differential voltage V 12 first differential voltage V 12P when the maximum, the first differential voltage V 12 Within the range satisfying the condition that the first differential voltage V 12P is less than or equal to the peak, the first voltage V 1 is not changed, and the combination of the second voltage V 2 and the third voltage V 3 is changed to a plurality. , Measuring a deviation angle α which is a difference between a design traveling direction of the ion beam drawn from the ion source and an actual traveling direction, and among the combinations of the second voltage V 2 and the third voltage V 3 , the deviation angle α wherein the combination of the second voltage V 2 and the third voltage V 3 which is a minimum It is characterized by determining.
この電圧決定方法によれば、第1電圧V1 は所要の電圧に設定すれば良い。第2電圧V2 と第3電圧V3 の組み合わせは、第1差電圧V12がピーク時第1差電圧V12P 以下という条件を満たす範囲内で試みれば良いので、しかも第1電圧V1 が決まっているから第2電圧V2 の範囲もある程度限られたものになるので、偏差角度αが最小となる第2電圧V2 と第3電圧V3 の組み合わせの数は、従来の方法に比べて遥かに少なくなる。しかも、第1差電圧V12をピーク時第1差電圧V12P 以下という条件を満たす範囲内にすることによって、発散角度は小さい範囲にあることが実験結果から明らかとなったので、発散角度の測定を行わなくて済む。 According to this voltage determination method, the first voltage V 1 may be set to a required voltage. A second voltage V 2 the combination of the third voltage V 3, since the first differential voltage V 12 may if you try within range satisfying hereinafter first differential voltage V 12P peak, yet the first voltages V 1 Since the range of the second voltage V 2 is also limited to some extent, the number of combinations of the second voltage V 2 and the third voltage V 3 at which the deviation angle α is minimized is the same as the conventional method. Much less. Moreover, by the first differential voltage V 12 in the range satisfying hereinafter peak first differential voltage V 12P, so that the divergence angle is in the small range is revealed from the experimental results, the divergence angle of the There is no need to make measurements.
このように、この発明によれば、試みる電圧の組み合わせの数が減ると共に、発散角度の測定を行わなくて済むので、イオン源から引き出すイオンビームの偏差角度および発散角度の両方を小さくするのに適した電圧を、短時間で決定することができる。しかも、上記のような方法に従って電圧決定を行えば良いので、熟練者でなくても容易に決定することができる。 As described above, according to the present invention, the number of voltage combinations to be tried is reduced, and it is not necessary to measure the divergence angle. Therefore, it is possible to reduce both the deviation angle and the divergence angle of the ion beam extracted from the ion source. A suitable voltage can be determined in a short time. In addition, since the voltage should be determined according to the method as described above, it can be easily determined even by an unskilled person.
上記のようにビーム電流のピーク値および当該ピーク値の時の第1差電圧V12を求める動作を、第2差電圧V23を所定の電圧刻みで変えて行う代わりに、第2差電圧V23を一つの値に設定しておいて、ビーム電流がピーク値の時の第1差電圧V12をそのままピーク時第1差電圧V12P としても良い。 Instead of performing the operation of obtaining the peak value of the beam current and the first difference voltage V 12 at the peak value as described above by changing the second difference voltage V 23 at a predetermined voltage step, the second difference voltage V 23 may be set to one value, and the first difference voltage V 12 when the beam current is at the peak value may be used as the peak first difference voltage V 12P as it is.
前記引出し電極系は、前記第3電極のイオンビーム引出し方向側に第4電極を更に有していて、当該第4電極に印加する電圧は0Vに固定しておいても良い。 The extraction electrode system may further include a fourth electrode on the ion beam extraction direction side of the third electrode, and a voltage applied to the fourth electrode may be fixed to 0V.
この発明によれば、試みる電圧の組み合わせの数が減ると共に、発散角度の測定を行わなくて済むので、イオン源から引き出すイオンビームの偏差角度および発散角度の両方を小さくするのに適した電圧を、短時間で決定することができる。しかも、上記のような方法に従って電圧決定を行えば良いので、熟練者でなくても容易に決定することができる。 According to the present invention, since the number of voltage combinations to be tried is reduced and the divergence angle does not have to be measured, a voltage suitable for reducing both the deviation angle and the divergence angle of the ion beam extracted from the ion source can be obtained. Can be determined in a short time. In addition, since the voltage should be determined according to the method as described above, it can be easily determined even by an unskilled person.
図1は、この発明に係る電圧決定方法を用いるイオン源を備えているイオンビーム照射装置の一例を示す概略図である。図2は、図1中のイオン源、イオンビームおよび被照射物を示す平面図である。 FIG. 1 is a schematic view showing an example of an ion beam irradiation apparatus provided with an ion source using the voltage determination method according to the present invention. FIG. 2 is a plan view showing the ion source, ion beam, and irradiated object in FIG.
図面には、各機器の向き、イオンビームの進行方向等を分かりやすくするために、一点で互いに直交するx軸、y軸およびz軸を図示している。例えば、x軸およびy軸は水平方向、z軸は垂直方向であるが、それに限られるものではない。 In the drawing, in order to make it easy to understand the orientation of each device, the traveling direction of the ion beam, etc., the x axis, the y axis, and the z axis that are orthogonal to each other at one point are illustrated. For example, the x-axis and y-axis are in the horizontal direction, and the z-axis is in the vertical direction, but are not limited thereto.
このイオンビーム照射装置は、イオン源2から引き出したイオンビーム20を被照射物32に照射するように構成されている。被照射物32は、例えば、矢印Bで示すように、x軸に沿って搬送される。イオンビーム20は、例えば、被照射物32の表面に対して斜めに照射されるが(図2はその状態を示す)、それに限られるものではない。
This ion beam irradiation apparatus is configured to irradiate an
イオン源2から引き出されるイオンビーム20は、この例では、x軸に沿う方向の寸法よりもy軸に沿う方向の寸法Wy が大きい、断面長方形の形状をしているが、それに限られるものではない。この例のような形状をしているイオンビーム20は、リボン状、シート状または帯状イオンビームと呼ばれる場合がある。但し、x軸に沿う方向の寸法が紙のように薄いという意味ではない。
In this example, the
被照射物32は、例えば、基板(例えばガラス基板)の表面に配向膜を形成した配向膜付基板である。このような配向膜付基板にイオンビーム20を照射することによって、配向処理を施すことができる。その場合は、このイオンビーム照射装置は、配向処理装置と呼ぶこともできる。
The
イオン源2は、プラズマ6を生成するプラズマ生成部4と、このプラズマ生成部4内のプラズマ6から電界の作用でイオンビーム20を引き出す引出し電極系10とを備えている。
The
プラズマ生成部4は、この例では、プラズマ生成容器5内に設けられたフィラメント8から熱電子を放出させて、フィラメント8と、陽極を兼ねるプラズマ生成容器5との間で放電を生じさせて原料ガス(蒸気の場合を含む)を電離させてプラズマ6を生成するものであるが、このタイプに限られるものではない。フィラメント8の数も図示例のものに限られるものではない。この例では、各フィラメント8にはそれの加熱用のフィラメント電源22がそれぞれ接続されている。各フィラメント8の一端とプラズマ生成容器5との間には、プラズマ生成容器5を陽極側にして、アーク放電発生用のアーク電源24が接続されている。
In this example, the
引出し電極系10は、この例では、最プラズマ側からイオンビーム引出し方向にかけて配置された4枚の電極、即ち第1電極11、第2電極12、第3電極13および第4電極14を有している。但し、電極は、4枚に限られるものではなく、3枚以上であれば良い。16は絶縁物である。各電極11〜14は、相対応する位置に(但し、組立誤差程度のずれは許容される)、複数の(多数の)イオン引出し孔15をそれぞれ有している。
In this example, the
各電極11〜14の各イオン引出し孔15は、例えば円孔であるが、それに限られるものではない。例えば、y軸に沿う方向に長いスリット状のものでも良い。また、各電極11〜14の相対応する位置のイオン引出し孔15は、それぞれ同一寸法でも良いし、異なる寸法でも良い。
Each
イオン源2用の電源として、この例では、上記フィラメント電源22、アーク電源24に加えて、加速電源26、引出し電源28および抑制電源30を有している。この例ではいずれの電源も電圧可変の直流電源である。
In this example, the power source for the
より具体的にはこの例では、プラズマ生成容器5と接地電位部との間に、プラズマ生成容器5を正極側にして加速電源26が接続されており、それの出力電圧VACによって、イオン源から引き出すイオンビーム20のエネルギーを、より具体的には被照射物32(これは通常は接地電位部にある)に入射するイオンビーム20のエネルギーを決めることができる。第1電極11は、上記アーク電源24の負極側に接続されている。このアーク電源24の出力電圧をVA とする。第2電極12とプラズマ生成容器5との間に、主としてプラズマ6からイオンを引き出すための引出し電源28が、第2電極12を負極側にして接続されている。この引出し電源28の出力電圧をVE とする。第3電極13と接地電位部との間に、主として下流側からの逆流電子抑制のための抑制電源30が、第3電極13を負極側にして接続されている。この抑制電源30の出力電圧をVS とする。第4電極14は、この例では接地電位部に接続されていて、0Vの電圧に固定されている。
More specifically, in this example, an
従って、第1電極11、第2電極12、第3電極13および第4電極14に印加する電圧を、それぞれ、第1電圧V1 、第2電圧V2 、第3電圧V3 および第4電圧V4 とすると、それらはこの例では次式で表すことができる。
Accordingly, the voltages applied to the
[数1]
V1 =VAC−VA
V2 =VAC−VE
V3 =VS
V4 =0
[Equation 1]
V 1 = V AC -V A
V 2 = V AC -V E
V 3 = V S
V 4 = 0
イオン源2から引き出されるイオンビーム20の前述した偏差角度αおよび発散角度φを、図2を参照して説明する。偏差角度αは、イオンビーム20の設計上の進行方向40と実際の進行方向42との成す角度である。発散角度φは、イオンビーム20が広がる角度である。イオンビーム20の設計上の進行方向40は、例えば、被照射物32が前述した配向膜付基板の場合は、当該配向膜付基板に対する配向処理方向44に実質的に平行に設定される。
The aforementioned deviation angle α and divergence angle φ of the
次に、イオン源2から引き出すイオンビーム20の偏差角度αおよび発散角度φの両方を小さくするように、引出し電極系10を構成する第1電極11に印加する第1電圧V1 、第2電極12に印加する第2電圧V2 および第3電極13に印加する第3電圧V3 を決定する電圧決定方法の実施形態を、図3も参照しながら説明する。
Next, the first voltage V 1 and the second electrode applied to the
なお、電圧V1 〜V3 によって、イオンビーム20の偏差角度αおよび発散角度φが変化するのは、簡単に言えば、引出し電極系10を構成する電極11〜14の相対応するイオン引出し孔15の位置には、組立誤差等によって微小なずれがあり、そのような状態において、電圧V1 〜V3 を変化させると、第1電極11と第2電極12との間および第2電極12と第3電極13との間において、各イオン引出し孔15付近の電界の状態(形状)が変化し、それによってイオンの軌道が変化するからである。
Note that the deviation angle α and the divergence angle φ of the
まず、例えばイオンビーム20の必要とするエネルギーに応じて、第1電圧V1 を所要の電圧に設定(固定)する(ステップ100)。これは、図1に示す例では、具体的には上記数1に示す電圧VAC、VA によって設定することができる。電圧V2 、V3 についても数1に示す各電圧によって設定することができる。
First, for example, depending on the energy required for the
次に、第2電圧V2 と第3電圧V3 との差である第2差電圧V23(=V2 −V3 )を一つの値(例えば100V)に設定(固定)しておいて(ステップ101)、第1電圧V1 と第2電圧V2 との差である第1差電圧V12(=V1 −V2 )を変化させて、イオン源2から引き出されるイオンビーム20のビーム電流を測定して、当該ビーム電流のピーク値および当該ピーク値の時の第1差電圧V12を求める(ステップ102)。求めたデータは、例えば記憶手段(図示省略)に記憶しておけば良い。他のデータも同様である。第1差電圧V12を変化させるためには、上記のように第1電圧V1 が固定だから、第2電圧V2 を変化させる。このとき、上記のように第2差電圧V23が固定だから、第3電圧V3 も変化させる。
Next, the second difference voltage V 23 (= V 2 −V 3 ), which is the difference between the second voltage V 2 and the third voltage V 3 , is set (fixed) to one value (for example, 100 V). (Step 101), the first differential voltage V 12 (= V 1 −V 2 ) that is the difference between the first voltage V 1 and the second voltage V 2 is changed to change the
イオンビーム20のビーム電流の測定は、例えば、図1中に示すビーム電流測定装置34を、測定時だけ、矢印Cで示すようにイオンビーム20の経路に移動させて、当該ビーム電流測定装置34を用いて行えば良い。ビーム電流測定装置34は、例えば、単一または複数のビーム電流検出器(例えばファラデーカップ)を有している。
The measurement of the beam current of the
そして、上記ステップ102の動作を、第2差電圧V23を所定の範囲内(例えば−1000V〜+1000Vの範囲内)で所定の電圧刻み(例えば100V刻み)で行う(ステップ102〜104)。具体的には、ステップ102に続いて、第2差電圧V23の変更範囲を全て終了したか否かを判断して(ステップ103)、終了していればステップ105に進み、終了していなければステップ104に進んで第2差電圧V23を上記電圧刻みだけ変更して、ステップ102に戻って上記動作を繰り返す。 Then, the operation of the step 102 is performed at the second differential voltage V 23 within a predetermined range (e.g. -1000V~ + 1000V range of) a predetermined voltage increment (for example 100V increments) (step 102 to 104). Specifically, after step 102, it is determined whether or not all the processes are terminated range of change in the second differential voltage V 23 (step 103), if it has been completed the flow proceeds to step 105, it has not ended if the second differential voltage V 23 by changing only increment the voltage proceeds to step 104 to repeat the above operation returns to step 102.
以上によって、例えば図4に示す例のようなデータが得られる。なお、図4は、図を見やすくするために、データを間引いて示している(図5も同様)。 As described above, data such as the example shown in FIG. 4 is obtained. In FIG. 4, data is thinned out for easy understanding of the drawing (the same applies to FIG. 5).
次に、例えば上記記憶手段に記憶されているデータを用いて、上記ビーム電流のピーク値の比較を行って、当該ビーム電流のピーク値が最大となる時の第1差電圧V12を求めてそれをピーク時第1差電圧V12P とする(ステップ105)。例えば図4に示す例の場合は、第2差電圧V23=700[V]の時のビーム電流のピーク値が最大であるので、その時の第1差電圧V12をピーク時第1差電圧V12P とする。 Next, for example, using the data stored in the storage means, the peak value of the beam current is compared, and the first differential voltage V 12 when the peak value of the beam current becomes maximum is obtained. This is set as the peak first differential voltage V 12P (step 105). For example, in the case of the example shown in FIG. 4, the peak value of the beam current when the second differential voltage V 23 = 700 [V] is the maximum, so the first differential voltage V 12 at that time is the first differential voltage at the peak. V 12P .
但し、上記のようにビーム電流のピーク値および当該ピーク値の時の第1差電圧V12を求める動作を、第2差電圧V23を所定の電圧刻みで変えて行う代わりに、第2差電圧V23を一つの値に設定しておいて、ビーム電流がピーク値の時の第1差電圧V12をそのままピーク時第1差電圧V12P としても良い。これは、図4に示すように、ビーム電流がピークとなる時の第1差電圧V12の値は、第2差電圧V23を変えても殆ど変わらないことが分かったからである。このようにすれば、工程を削減することができるので、電圧決定に要する時間をより短縮することができる。 However, instead of performing the operation of obtaining the peak value of the beam current and the first difference voltage V 12 at the peak value as described above by changing the second difference voltage V 23 at a predetermined voltage step, the second difference keep in setting the voltage V 23 to one value, the beam current may be used as the first differential voltage V 12P as peak a first differential voltage V 12 at the time of the peak value. This is because, as shown in FIG. 4, it has been found that the value of the first differential voltage V 12 when the beam current reaches a peak hardly changes even if the second differential voltage V 23 is changed. In this way, since the number of steps can be reduced, the time required for voltage determination can be further shortened.
また、イオン源2から引き出すイオンビーム20の発散角度φは、第1差電圧V12を、ピーク時第1差電圧V12P 以下という条件を満たす範囲内に、より具体的には次の数2の条件を満たす範囲内に設定すれば、小さい範囲にあることが実験の結果から明らかとなった。その実験結果の一例を図5に示す。従って、この数2の条件を満たしていれば、イオンビーム20の発散角度φは小さい範囲にあるので、発散角度φの測定を行う必要はない。
Moreover, the divergence angle φ of the
[数2]
0<V12≦V12P
[Equation 2]
0 <V 12 ≦ V 12P
次に、ステップ105に続いて、第1電圧V1 は変えずに、上記数2の条件を満たす範囲内で、第2電圧V2 と第3電圧V3 の組み合わせ(V2 ,V3 )を複数に変化させて、イオン源2から引き出されるイオンビーム20の偏差角度αを測定する(ステップ106)。そしてこの測定は、測定すべき組み合わせ(V2 ,V3 )がなくなるまで行う(ステップ107、106)。この電圧の組み合わせ(V2 ,V3 )をどのように選定するかは、基本的には、経験等に基づいた試行錯誤による。但し、後述するように、組み合わせ(V2 ,V3 )の数は従来の方法に比べて遥かに少なくなる。しかも上述したように、発散角度φは小さい範囲にあるのでその測定は行わなくて良い。
Next, following step 105, the first voltage V 1 is not changed, and the combination of the second voltage V 2 and the third voltage V 3 (V 2 , V 3 ) is within the range satisfying the condition of the
イオンビーム20の偏差角度αの測定は、例えば、図1中に示す偏差角度測定装置36を、測定時だけ、矢印Dで示すようにイオンビーム20の経路に移動させて、当該偏差角度測定装置36を用いて行えば良い。
The measurement of the deviation angle α of the
偏差角度測定装置36としては、公知の測定装置を用いれば良い。例えば、上記特許文献2に記載されているような、イオンビームの一部を通過させる開口を有する遮蔽板と、当該遮蔽板の開口を通過したイオンビームのビーム電流を検出する検出器と、当該検出器を遮蔽板の開口の下流部を横切って移動させる検出器駆動装置とを有している測定装置を用いても良い。あるいは、特開2004−205223号公報に記載されているような、イオンビームを通過させる開口を有する遮蔽板と、複数の検出器を有する検出器ユニットとを有している測定装置を用いても良い。
A known measuring device may be used as the deviation
上記ステップ106、107の工程では、第2電圧V2 と第3電圧V3 の組み合わせ(V2 ,V3 )は、第1差電圧V12が上記数2に示す条件を満たす範囲内で試みれば良いので、しかも第1電圧V1 が決まっているから第2電圧V2 の範囲もある程度限られたものになるので、偏差角度αが最小となる第2電圧V2 と第3電圧V3 の組み合わせ(V2 ,V3 )の数は、従来の方法に比べて遥かに少なくなる。しかも上述したように、数2に示す条件を満たす範囲内では、発散角度φは小さい範囲にあるので発散角度φの測定を行わなくて済み、偏差角度αの測定のみを行えば良い。
In the
そして、上記複数の電圧の組み合わせ(V2 ,V3 )の内で、偏差角度αが最小となる電圧の組み合わせ(V2 ,V3 )を決定する(ステップ108)。 Then, among the combination of the plurality of voltage (V 2, V 3), determines a combination of voltage deviation angle α is minimized (V 2, V 3) (step 108).
上記ステップ106〜108のより具体例を示すと、第1電圧V1 は固定しておいて、上記数2に示す条件を満たす範囲内で、第2電圧V2 と第3電圧V3 を変化させる。このとき、第2差電圧V23の値は、例えば、上記ビーム電流のピーク値を求めた時(ステップ102〜105の説明参照)と同じ範囲(例えば、−1000V〜+1000Vで、100V刻み)にしておく。そして、電圧V2 とV3 を変化させながら(例えば、−1000V〜+1000Vで、100V刻み)、即ち電圧の組み合わせ(V2 ,V3 )を変えながら、偏差角度αを測定し、当該偏差角度αが最小となる時の第2電圧V2 、第3電圧V3 および偏差角度αの値を記憶手段に記憶しておく。そして所定範囲の測定が終った段階で、記憶させていた偏差角度αの比較を行う。これによって、偏差角度が最小となる電圧V2 、V3 の組み合わせ(V2 ,V3 )を決定することができる。
As a more specific example of
第1電圧V1 は前述したように初めに設定した電圧を維持するので、以上によって、偏差角度αが最小となる電圧、即ち第1電圧V1 、第2電圧V2 および第3電圧V3 の決定が終了する(ステップ109)。発散角度φを測定しなくてもそれが小さい範囲になることは、前述したとおりである。 Since the first voltage V 1 maintains the initially set voltage as described above, the voltage at which the deviation angle α is minimized, that is, the first voltage V 1 , the second voltage V 2, and the third voltage V 3 is as described above. This determination is finished (step 109). As described above, even if the divergence angle φ is not measured, it becomes a small range.
なお、図1に示す例のように引出し電極系10が第4電極14を有している場合もあるが、当該第4電極14に印加する第4電圧V4 は通常は固定(通常は接地電位に固定)であるので、第4電圧V4 は簡単に決まる。
Although the
ここで、発散角度φではなく偏差角度αに着目して、それが最小となるようにするのは、イオンビーム20を用いた被照射物32の処理においては、当該処理に与える影響は、発散角度φよりも偏差角度αの方が通常は大きいからである。これは、簡単に言えば、発散角度φはイオンビーム20内でのイオンの方向性に関わるものであるのに対して、偏差角度αはイオンビーム20全体の方向性に関わるのでその影響が大きいからである。例えば、配向膜付基板の配向処理においては、特にイオンビーム20の偏差角度αを最小にすることは、所望の配向処理を実現する上で重要である。
Here, focusing on the deviation angle α, not the divergence angle φ, and minimizing the deviation angle α, in the processing of the
後は、必要に応じて、上記のようにして決定した電圧を用いて(即ち上記のようにして決定した電圧を設定して)、イオン源2からイオンビーム20を引き出してそれを被照射物32に照射して、被照射物32の処理を行う等の動作を行えば良い。
Thereafter, if necessary, the
以上のようにこの電圧決定方法によれば、試みる電圧の組み合わせの数が減ると共に、発散角度φの測定を行わなくて済むので、イオン源2から引き出すイオンビーム20の偏差角度αおよび発散角度φの両方を小さくするのに適した電圧を、短時間で決定することができる。しかも、上記のような方法に従って電圧決定を行えば良いので、熟練者でなくても容易に決定することができる。
As described above, according to this voltage determination method, the number of combinations of voltages to be tried is reduced and the divergence angle φ need not be measured. Therefore, the deviation angle α and the divergence angle φ of the
なお、上記偏差角度測定装置36がビーム電流測定装置34の機能を兼ね備えていても良い。そのようにすれば、ビーム電流測定装置34を省略することができるので、構成を簡素化することができる。
The deviation
また、イオン源2が、より具体的にはその引出し電極系10が大面積となる等の場合に、引出し電極系10を構成する各電極をその面内で複数の部分に分割した構成にして、各部分から引き出されるイオンビーム20の偏差角度αがそれぞれ最小になるように、各部分ごとに印加する電圧を上記方法によって決定しても良い。そのようにすれば、より広い面積に亘って偏差角度αを小さくすることができる。
In addition, when the
また、上記数2に示す条件を満たす範囲内においては、図5からも分かるように、第2差電圧V23の違いによる発散角度φの違いは比較的小さいので、第3電極13に印加する第3電圧V3 は変化させずに固定値としても良い。そのようにすれば、変化させる電圧が一つ減るので、そのぶん、偏差角度αを小さくするには限りがあるかもしれないけれども、電圧決定がより容易になり、電圧決定に要する時間をより短縮することができる。
Further, within the range satisfying the condition shown in the
2 イオン源
4 プラズマ生成部
6 プラズマ
10 引出し電極系
11 第1電極
12 第2電極
13 第3電極
14 第4電極
20 イオンビーム
32 被照射物
34 ビーム電流測定装置
36 偏差角度測定装置
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記第1電圧(V1 )を所要の電圧に設定し、
前記第2電圧(V2 )と第3電圧(V3 )との差である第2差電圧(V23)を一つの値に設定しておいて、前記第1電圧(V1 )と第2電圧(V2 )との差である第1差電圧(V12)を変化させて、前記イオン源から引き出されるイオンビームのビーム電流を測定して、当該ビーム電流のピーク値および当該ピーク値の時の前記第1差電圧(V12)を求める動作を、前記第2差電圧(V23)を所定の範囲内で所定の電圧刻みで変えて行い、
前記ビーム電流のピーク値の比較を行って、当該ピーク値が最大となる時の前記第1差電圧(V12)を求めてそれをピーク時第1差電圧(V12P )とし、
前記第1差電圧(V12)が前記ピーク時第1差電圧(V12P )以下という条件を満たす範囲内で、前記第1電圧(V1 )は変えずに、前記第2電圧(V2 )と第3電圧(V3 )の組み合わせを複数に変化させて、前記イオン源から引き出されるイオンビームの設計上の進行方向と実際の進行方向との差である偏差角度(α)を測定し、
前記第2電圧(V2 )と第3電圧(V3 )の組み合わせの内で、前記偏差角度(α)が最小となる前記第2電圧(V2 )と第3電圧(V3 )の組み合わせを決定することを特徴とする、イオン源の電圧決定方法。 A plasma generation unit that generates plasma, and an electrode system that extracts an ion beam from the plasma in the plasma generation unit by the action of an electric field, and includes a first electrode, a second electrode, A first voltage (V 1 ) applied to the first electrode of the ion source having an extraction electrode system having at least a third electrode; a second voltage (V 2 ) applied to the second electrode; In the method of determining the third voltage (V 3 ) applied to the three electrodes,
The first voltage (V 1 ) is set to a required voltage;
A second differential voltage (V 23 ), which is a difference between the second voltage (V 2 ) and the third voltage (V 3 ), is set to one value, and the first voltage (V 1 ) and the first voltage (V 1 ) The beam current of the ion beam extracted from the ion source is measured by changing the first difference voltage (V 12 ) that is the difference from the two voltages (V 2 ), and the peak value and the peak value of the beam current are measured. The operation of obtaining the first differential voltage (V 12 ) at the time of the above is performed by changing the second differential voltage (V 23 ) within a predetermined range at predetermined voltage increments,
The peak value of the beam current is compared to determine the first differential voltage (V 12 ) when the peak value is maximized, and this is used as the peak first differential voltage (V 12P ).
As long as the first differential voltage (V 12 ) satisfies the condition that the peak first differential voltage (V 12P ) or less, the first voltage (V 1 ) is not changed, and the second voltage (V 2 ) is not changed. ) And the third voltage (V 3 ) are changed to a plurality of combinations, and the deviation angle (α), which is the difference between the designed traveling direction of the ion beam drawn from the ion source and the actual traveling direction, is measured. ,
Among the combinations of the second voltage (V 2) and the third voltage (V 3), the combination of the deviation angle (alpha) is minimum the second voltage (V 2) and the third voltage (V 3) Determining a voltage of the ion source.
前記第1電圧(V1 )を所要の電圧に設定し、
前記第2電圧(V2 )と第3電圧(V3 )との差である第2差電圧(V23)を一つの値に設定しておいて、前記第1電圧(V1 )と第2電圧(V2 )との差である第1差電圧(V12)を変化させて、前記イオン源から引き出されるイオンビームのビーム電流を測定して、当該ビーム電流のピーク値および当該ピーク値の時の前記第1差電圧(V12)を求め、
前記ビーム電流がピーク値の時の前記第1差電圧(V12)をピーク時第1差電圧(V12P )とし、
前記第1差電圧(V12)が前記ピーク時第1差電圧(V12P )以下という条件を満たす範囲内で、前記第1電圧(V1 )は変えずに、前記第2電圧(V2 )と第3電圧(V3 )の組み合わせを複数に変化させて、前記イオン源から引き出されるイオンビームの設計上の進行方向と実際の進行方向との差である偏差角度(α)を測定し、
前記第2電圧(V2 )と第3電圧(V3 )の組み合わせの内で、前記偏差角度(α)が最小となる前記第2電圧(V2 )と第3電圧(V3 )の組み合わせを決定することを特徴とする、イオン源の電圧決定方法。 A plasma generation unit that generates plasma, and an electrode system that extracts an ion beam from the plasma in the plasma generation unit by the action of an electric field, and includes a first electrode, a second electrode, A first voltage (V 1 ) applied to the first electrode of the ion source having an extraction electrode system having at least a third electrode; a second voltage (V 2 ) applied to the second electrode; In the method of determining the third voltage (V 3 ) applied to the three electrodes,
The first voltage (V 1 ) is set to a required voltage;
A second differential voltage (V 23 ), which is a difference between the second voltage (V 2 ) and the third voltage (V 3 ), is set to one value, and the first voltage (V 1 ) and the first voltage (V 1 ) The beam current of the ion beam extracted from the ion source is measured by changing the first difference voltage (V 12 ) that is the difference from the two voltages (V 2 ), and the peak value and the peak value of the beam current are measured. The first differential voltage (V 12 ) at the time of
The first differential voltage (V 12 ) when the beam current has a peak value is defined as a peak first differential voltage (V 12P ),
As long as the first differential voltage (V 12 ) satisfies the condition that the peak first differential voltage (V 12P ) or less, the first voltage (V 1 ) is not changed, and the second voltage (V 2 ) is not changed. ) And the third voltage (V 3 ) are changed to a plurality of combinations, and the deviation angle (α), which is the difference between the designed traveling direction of the ion beam drawn from the ion source and the actual traveling direction, is measured. ,
Among the combinations of the second voltage (V 2) and the third voltage (V 3), the combination of the deviation angle (alpha) is minimum the second voltage (V 2) and the third voltage (V 3) Determining a voltage of the ion source.
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