JP3066554B2 - 低エネルギ−イオンビ−ム発生装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、低エネルギ−イオン
ビ−ム発生装置に関する。イオンビ−ムは様々な用途に
用いられる。用途によりイオンの種類、イオンのエネル
ギ−、イオンビ−ムの密度等が異なる。半導体、誘電体
の内部にまでイオンを打ち込む場合は、数十ｋｅＶのエ
ネルギ−のイオンが必要である。軽い原子のイオン（例
えば水素、ヘリウム）のイオンを物性の測定に用いる場
合は、数百ｋｅＶに加速する場合もある。

【０００２】一方、低エネルギ−イオンビ−ムに対する
需要もある。ここで低エネルギ−というのは数ｅＶ〜数
百ｅＶのエネルギ−のことである。そして本発明はエネ
ルギ−ばらつきΔＥの小さい、低エネルギ−のイオンビ
−ムを発生させる装置を与える。

【０００３】

【従来の技術】イオン源は、蒸気または気体の状態の原
料を放電によりプラズマとし、これをビ−ムとして引き
出すものである。真空に引くことのできるチャンバと、
チャンバの前に設けられる電極系と、電極に電圧を印加
する電源等を含む。原料の気体を放電によって励起する
のであるが、これは直流ア−ク放電、高周波（ｒｆ）放
電、マイクロ波放電など多様な放電の形式がある。これ
に応じてチャンバ内の系電極は変わってくる。プラズマ
をチャンバ内に閉じ込めるためにチャンバの内部にミラ
−磁場を発生させたり、永久磁石を磁極が反対方向を向
くように多数並べカスプ磁場を発生させることもある。

【０００４】これをイオンとして引き出すための電極
は、２枚電極、３枚電極及びそれ以上の場合がある。い
ずれもイオンを通すための穴を一個あるいは複数個穿孔
してある。これらの穴は軸線方向にはほぼ合致するよう
になっている。３枚電極の場合は、正電極（又はプラズ
マ電極）、負電極、接地電極等と呼ばれる３枚の電極が
順に並んでいる。正電極はイオン源チャンバと同一の高
い正電圧が印加される。

【０００５】負電極は絶対値の小さい負電圧が印加され
る。正電極と負電極の間で正イオンビ−ムが加速され
る。これは、正イオンビ−ムが対象物や輸送部構成物さ
らに残留ガスなどに衝突した時に二次電子が発生する
が、二次電子がイオン源の方に入ってこないように途中
で斥力を与えるものである。接地電極は大地電位であ
り、ここを通過したイオンビ−ムは一定速度で走行し、
対象物に衝突するのである。衝突の際の運動エネルギ−
は、当然イオン源チャンバの電位にほぼ均しい。

【０００６】高エネルギ−イオンビ−ムの場合は、強く
加速するので、イオンビ−ムのエネルギ−の広がり幅Δ
Ｅは、エネルギ−Ｅそのものに対して小さい。ΔＥ／Ｅ
が小さいので幅ΔＥの大きさはあまり問題にならないこ
ともある。

【０００７】チャンバ中には空間的時間的に変化する電
場や磁場が存在し、これらは空間的時間的に異なる作用
をプラズマに及ぼす。電界変動のためにプラズマの電位
は時間的空間的に大きく揺らいでいる。プラズマ中で正
イオンは熱運動し、中性原子、分子、正イオンや電子と
衝突を繰り返している。プラズマの電位が時間的空間的
に変動し、プラズマ中でもイオン個々のエネルギ−は電
子との相互作用のためにばらついており、引き出された
ビ−ムを構成するイオンの運動エネルギ−分散が大き
い。従来引き出されたイオンビ−ムのエネルギ−分散を
小さくするような改良はなされていなかった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】低エネルギ−のイオン
ビ−ムの場合は、このような引き出されたイオンのエネ
ルギ−のばらつきが重大な問題となる。イオンエネルギ
−をＥ、エネルギ−ばらつきをΔＥとする。低エネルギ
−の場合、これらの比ΔＥ／Ｅが大きくなる。例えばエ
ネルギ−幅ΔＥが１００ｅＶとして、Ｅ＝１００ｋｅＶ
の高いエネルギ−の場合、相対比ΔＥ／Ｅは、１０^-3で
ある。しかし、Ｅ＝１００ｅＶの低エネルギ−の場合相
対比は１になってしまう。

【０００９】従来のイオン源では、チャンバ内の電場、
磁場のゆらぎがあるので、引き出されたイオンにはかな
りのエネルギ−ばらつきがある。イオンのエネルギ−の
分散の原因はなお明確でないが、次のようなものが考え
られる。まず第一にプラズマ電位φ_s が電界の作用で時
間的空間的に変動しているということである。イオン源
チャンバでは、カソード電位、アノ−ド電位、プラズマ
電位など異なるレベルの電位が存在する。一番高いのが
プラズマ電位であるが、これはアノ−ド電位に、電界を
積分した値を加えた値であるから電界変動により変化す
る。また磁場が時間的に変化するとこれが変動する。プ
ラズマ電位が変動するとこれから引き出されたイオンの
エネルギ−がゆらぐ。

【００１０】次にシ−ス部での問題である。イオン源チ
ャンバの内部で引出し電極２に極近い部分をシ−ス部と
いうのであるが、シ−ス端部でのイオンの平均エネルギ
−はＴ_e （電子温度、ｅＶ単位）＞＞Ｔ_i （イオン温
度、ｅＶ単位）の場合、ボ−ムの条件によりＴ_e ／２程
度となる。さらにシ−ス部での電圧降下が揺らぐという
問題がある。これは引出し電極２がフロ−テイング電位
の場合に起こる。引出し電極２がフロ−テイング電位で
あると、プラズマ電極での電圧をφ_f として、プラズマ
電位φ_s との差がイオン種により異なるがＴ_e の約数倍
という関係がある。これが成り立つので、電子温度Ｔ_e
が変動すると、シ−ス部でのイオンの得るエネルギ−は
変動してしまう。

【００１１】次に局所的な問題である。中性原子が励起
されてイオンになるが、電位分布があるからイオンにな
った地点の電位の相違によりエネルギ−が原初的に異な
る。最後にイオンエネルギ−のばらつきである。イオン
のエネルギ−はイオン温度Ｔ_i によって表現することが
できるが、例えばマックスウエル分布をしている場合
は、エネルギ−分散は温度に比例する。温度が高ければ
分散も大きいがイオン温度は数ｅＶ以下の程度で一般に
は小さい。

【００１２】ここに５つのイオンエネルギ−の揺らぐ原
因を上げたが、この内もっとも大きいのは電界変動（プ
ラズマ中の不安定波動も含む）によるプラズマ電位やイ
オンの加速エネルギ−の変化である。本発明は、低エネ
ルギ−であってしかもエネルギ−分散ΔＥの小さいビ−
ムを発生する装置を提供する事を目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明では、イオン源チ
ャンバ内における放電を間欠的に行い、放電をしていな
い一定期間にのみビ−ムを外部に取り出すこととし、イ
オン源内プラズマ中の電界や磁界の揺らぎに因る対象物
に照射されるイオンのエネルギ−の揺らぎを抑制する。
ビ−ムを一定期間だけ外部に取り出すための機構として
は、引出電極に印加する電圧を操作するか、イオンビ−
ム経路中にシャッタを設けるか、あるいはリタ−デイン
グ電極を設けることによってなされる。

【００１４】

【作用】図１は本発明の作用を説明するための時系列図
である。上の図はア−ク電圧である。下の図は、同じ時
間の経過に対応するプラズマイオン密度ｎ_i とプラズマ
電子温度Ｔ_e の変化を示す時系列図である。これはア−
ク放電で原料ガスを励起する場合である。ア−ク電圧を
間欠的に印加する。ア−ク電圧が印加される場合のみ原
料ガスが励起される。これを励起期間ｔ₁ と呼ぶ。

【００１５】ア−ク電圧が印加されない時は、原料ガス
が新たに励起されない。ためにチャンバ内の電子温度Ｔ
_e が低下してゆく。また正イオン密度も低下して行く。
放電の起こらない時間を休止期間ｔ₂ と呼ぶ。

【００１６】これはア−ク放電による励起を例にしてい
るが、他の励起手段を用いる場合も同様である。ＲＦ放
電でも、マイクロ波放電でも同様に放電を断続すること
ができる。目的や対象物にもよるが、励起期間ｔ₁ はμ
sec 〜sec である。休止期間ｔ₂ はμsec 〜数sec であ
る。また繰り返しパルスとは限らず、一つのパルスで十
分なこともある。

【００１７】励起期間ｔ₁ ではイオンビ−ムを外部に取
り出さない。また休止期間ｔ₂ においても全期間に渡っ
てビ−ムを取り出すのではなく、休止期間ｔ₂ が始まっ
てから待機時間ｔ₃ を経てからビ−ムを取り出す。これ
も短い時間ｔ₄ の間だけである。図１では引出し時間と
書いている。この時のみビ−ムを外部に引き出して有効
に利用する。さらにこの後休息時間ｔ₅ の後再び励起期
間ｔ₁ になる。このように、励起期間ｔ₁ と休止期間ｔ
₂ が交替するようになっている。これはア−ク放電の存
在非存在による期間の区別である。

【００１８】休止期間ｔ₂ の中においても、待機時間ｔ
₃ 、引出し時間ｔ₄ 、休息時間ｔ₅の区別がある。引出
し時間ｔ₄ のみにおいてイオンビ−ムを引き出す。どう
して間欠的にア−ク放電を行い、間欠的にイオンビ−ム
を引き出すかというと、つぎのような理由による。

【００１９】ア−ク放電を行うと、放電によって中性の
分子が励起されるので、プラズマイオン密度ｎ_i が増加
し、電子温度Ｔ_e も上昇する。しかしこの時は内部の電
極間に強い電界が発生している。電界の不均一が大きい
ので、この時にイオンビ−ムを引き出すとエネルギ−分
散ΔＥが大きくなる。低エネルギ−の場合はエネルギ−
分散ΔＥを小さくする必要性が高い。そこで電界の揺ら
ぎの大きい励起期間ｔ₁ にはビ−ムを引き出さず、プラ
ズマ密度を高めイオン源チャンバ内にプラズマを閉じ込
めるだけにする。

【００２０】ア−ク放電を停止し、休止期間ｔ₂ に入る
と、電極電圧による電界が全くなくなる。この時チャン
バ内に存在するプラズマを再結合過程プラズマという。
プラズマ密度の揺らぎや電子のマックスウエル分布から
のずれによる内部電界は存在するがこれは小さいしプラ
ズマの衝突過程により急速にエネルギ−の緩和が生じ内
部電界の消滅が起こる。つまり休止期間ｔ₂ に電界は殆
ど存在しない。休止期間ｔ₂ にビ−ムを引き出す利点の
一つはここにある。本発明は電界のほとんど存在しない
期間にビ−ムを外部に取り出しているので、イオンのエ
ネルギ−の分散が極めて小さくなる。であるから休止期
間に入った瞬間にビ−ムを外部に引き出すようにしても
良い。

【００２１】また電子温度Ｔ_e も急速に低下する。電子
は速度がイオンに比べて大きいので熱運動による速度が
大きく、中性原子や正イオンに高頻度で衝突し熱緩和し
てしまう。ために温度の降下が速いのである。電子温度
Ｔ_e の他にイオン温度も勿論定義できる。正イオンは電
子に比較して停止しているのと同様であるから、イオン
温度の低下上昇は遅いし、また電子温度Ｔ_e に比べても
ともと低いのであまり問題にならない。電子温度Ｔ_e が
低くなると、イオン温度も低くなる。しかし特に重要な
のは、電子温度Ｔ_e の低下である。

【００２２】イオンビ−ムとして引き出した正イオンの
エネルギ−の分散が問題なのであるから、プラズマ中の
イオン温度が重要なパラメ−タのように思えるがそうで
はない。イオンエネルギ−の分散はどうしてできるかと
いうと、イオン引き出し部でのプラズマシ−ス端部での
イオンの加速エネルギ−のばらつきである。シ−ス部に
至るまでの加速エネルギ−はＴ_e ／２である。シ−ス部
を通過するときにＴ_eの数倍のエネルギ−を得る。この
ために電子温度Ｔ_e が時間的、空間的にゆらいでいる
と、引き出されたイオンのエネルギ−が分散を持つこと
になる。ためにイオンエネルギ−の分散は、電子温度Ｔ
_e に依存する。

【００２３】電子がイオンとともに外部に引き出される
のではないにも拘らず、引き出された正イオンのエネル
ギ−の分散はチャンバ内に存在した電子の温度に依存す
る。引き出されたイオンのエネルギ−の揺らぎを支配す
るのはイオンそのものではなく電子のエネルギ−である
ことに由来する。このような理由で電子温度Ｔ_e が低い
と、正イオンのエネルギ−分散ΔＥが小さくなる。

【００２４】休止期間ｔ₂ に入って直ぐにイオンビ−ム
を引きだしても良い。電界非存在によるエネルギ−の均
一性が高いからである。しかし休止期間に入ってからし
ばらく経ってからのほうがなお良い。休止期間ｔ₂ に入
って内部電界が消滅してもなお電子温度Ｔ_e が高い。適
当な待機時間ｔ₃ を経た後であれば、電子温度Ｔ_e が十
分に低下しているので、この時に正イオンを引き出しビ
−ムとする。こうするとなお一層エネルギ−の均一性が
高揚する。

【００２５】単にエネルギ−分散ΔＥを小さくすれば良
いのであれば、待機時間ｔ₃ を長くすれば良い筈であ
る。しかしその反面、休止期間が長いと、プラズマイオ
ン密度ｎ_i も低下する。これが低いと引き出せるイオン
の量が少ないので、イオンビ−ムが弱く、使いものにな
らない。それで適当な待機時間ｔ₃ でビ−ムを引き出す
ことにする。最後の休息時間ｔ₅ は０であっても良い。
この例では、プラズマイオン密度ｎ_i の変化があまり大
きくないようにしたいので引出し時間ｔ₄ が短くなって
いる。プラズマイオン密度ｎ_i が変化しても構わなけれ
ば、休息時間を０として、比較的長い時間ビ−ムを引き
出すようにしても良い。

【００２６】

【実施例】図２に本発明のイオンビ−ム発生装置の概略
を示す。イオン源１は真空に引くことができ原料ガスを
導入しこれを放電によりプラズマにする容器である。内
部には電極や、ヒ−タ、輻射シ−ルドなどを設けること
がある。放電は、直流ア−ク放電、高周波（ＲＦ）放
電、マイクロ波放電など任意である。ア−ク放電の場合
はイオン源チャンバの内部にカソ−ドフィラメントがあ
り、これを陰極とし、チャンバを陽極として放電が行わ
れる。電圧は数十ボルトである。

【００２７】高周波（ｒｆ）放電の場合は、対向電極を
設けてこの間に高周波電圧を印加する。また内部電極と
チャンバ間に電圧を印加することもある。マイクロ波放
電の場合は外部のマイクロ波発振器から導波管を通じて
マイクロ波を導入する。この場合は電子サイクロトロン
共鳴させるために外部にコイルを設けて縦磁場を発生さ
せることがある。またチャンバの外部壁面には永久磁石
を多数設けてカスプ磁場を作りプラズマを閉じ込める場
合もある。これらのイオン源の構造は公知であるから図
示を略した。

【００２８】引出し電極２は一つまたは複数のイオンビ
−ムを通すための穴を有する電極板の集合である。これ
は２枚、３枚及びそれ以上のものがある。３枚のもの
は、正電極（又はプラズマ電極）、負電極、接地電極の
３枚からなる。ここでは３枚の引出し電極２を示す。正
電極にはイオン源１のチャンバとほぼ同一の高い正電圧
が印加される。負電極は対象物にイオンが当たり二次電
子が発生するのでこれがイオン源に入らないように追い
返すためのもので、低い正電圧を加えている。接地電極
はもちろん接地電位であるべきであるが、ここでは、一
旦加速して次に減速するようにしているから、引出し電
極２全体の電位が負電圧側にシフトしている。

【００２９】イオンビ−ムは、引出し電極２によって加
速されて、高速のイオンビ−ムとなる。イオンビ−ムの
経路には、シャッタ−３、リタ−デイング電極４、タ−
ゲット５等が設けられる。イオンビ−ムは図中左から右
へ走行する。タ−ゲット５はイオンを当てて何らかの処
理を行う対象物である。これら全ては真空中にあるが、
これらを囲む真空容器の図示を略している。

【００３０】シャッタ−３とリタ−デイング電極４はイ
オンビ−ムを開閉するための装置であり、いずれか一方
が在れば良いのである。またこれらがなくても良い。こ
れについては後に説明する。

【００３１】シャッタ−３は、平板がビ−ム経路で上下
運動しビ−ム経路を開閉する。リタ−デイング電極４は
電圧を印加することによりポテンシャルの山を作りイオ
ンビ−ムを止める。つまり、機械的あるいは電気的にビ
−ムの経路を開閉し、図１における引出し時間ｔ₄ のみ
イオンビ−ムを通すようにする。引出し時間ｔ₄ の間イ
オンビ−ムがタ−ゲット５に照射される。これ以外の時
間はシャッタ−３またはリタ−デイング電極４の作用で
イオンビ−ムが遮断される。タ−ゲット５に至らない。

【００３２】図２の下方に電位分布を示す。これは一旦
加速してそれから減速し低エネルギ−イオンビ−ムを得
るような電位分布になっている。高い正電圧であるイロ
はイオン源チャンバ１の内部と、引出し電極２の正電極
までの間にだいたい対応している。ロから電圧が急に下
降し大地電位ハを経て負の最大電圧ニ変化する。これは
負電極の位置になる。ロニ間でイオンビ−ムが加速され
る。引出し電極２の接地電極はホの電位に対応してい
る。ニホ間でイオンが少し減速される。

【００３３】イオンビ−ムの通過遮断のためにシャッタ
−を用いるときは、ホとチの間は平坦である。ホチ間で
は一定速度で走行する。チからリで電位が上昇し、ここ
でイオンが減速される。結局ロとリヌの電位差に対応す
る小さいエネルギ−でイオンビ−ムがタ−ゲットに入射
することになる。ロニ間は数ｋｅＶとして強くイオンを
加速し、ニとリヌ間も数ｋｅＶとし、差を１００ｅＶと
か２０ｅＶというふうに所望の低エネルギ−になるよう
に設定する。このような電位の分布は変わらず、シャッ
タ−３を上下することによりイオンビ−ムの流れを開閉
する。

【００３４】イオンビ−ムの通過段のためにリタ−デイ
ング電極４を用いるときは、これに電圧を印加するかし
ないかによりビ−ムを通したり止めたりする。ヘトチと
いうふうに電極に高正電圧を印加すると、イオンビ−ム
がこのポテンシャルの山を通過できず止まってしまう。
この状態を、励起期間ｔ₁ 、待機時間ｔ₃ 、休息時間ｔ
₅ の間保持する。引出し時間ｔ₄ の間は、リタ−デイン
グ電極４の電圧印加を止める。ヘチ間が平坦になり、イ
オンビ−ムがここを自由に通過できるようになる。

【００３５】イオンビ−ムを開閉する手段として、シャ
ッタ−３と、リタ−デイング電極４を説明した。ビ−ム
を間欠的に出す方法としてはもう一つの手段がある。こ
れは引出し電極２の電圧の印加を止めることである。ロ
ハの急激なポテンシャル降下によってビ−ムを引き出し
ているが、ロハのような電圧降下を与えなければビ−ム
が引出し電極２から引き出されない。つまりここではイ
オンビ−ムの制御のために３つの手段が示されている。

【００３６】シャッタ−３の開閉によるもの これはイオンビ−ムが安定でビ−ムの制御性も良い。し
かし引出し電極２の引き出し電圧は定常的に印加されて
いるから、イオンビ−ムの損失が大きいという欠点があ
る。また機械的な可動機構を真空中に持ち込むので内外
の連絡部の構造が複雑であるという難点もある。

【００３７】 リタ−デイング電極４の電圧の制御によるもの これは可動物を真空中に持ち込むものではないから、内
外連絡部の真空シ−ルなどが容易になる。これもイオン
ビ−ムは定定的に引き出されているので、イオンビ−ム
の損失が大きい。

【００３８】 引出し電極２の引き出し電圧の制御によるもの これは引出し時間ｔ₄ の間のみ、引出し電極２に電圧を
パルス的に与えるものである。その他の時間はプラズマ
からイオンは引き出されないから、引き出し電源の電力
消費は少ない。しかし、引出し電圧を直接に変化させる
からイオンビ−ムの安定性が良くないという難点があ
る。

【００３９】さて本発明では、励起期間ｔ₁ ではイオン
ビ−ムを遮断しタ−ゲットに当てない。励起期間ｔ₁ で
はチャンバ内部に強い電界があり、これがイオンのエネ
ルギ−にばらつきを与える。休止期間ｔ₂ の引出し時間
ｔ₄ にのみ消滅過程プラズマからイオンを引き出しイオ
ンビ−ムをタ−ゲットに当てる。引出し時間ｔ₄ では、
プラズマイオン密度ｎ_i はあまり下がっておらず、電子
温度Ｔ_e が低くなっているから、イオン引き出しシ−ス
部でのエネルギ−の揺らぎが少ない。また内部電界もな
い。従って低エネルギ−であってしかもエネルギ−分散
ΔＥの小さい高品質のイオンビ−ムを得ることができ
る。

【００４０】

【発明の効果】本発明は、イオン源における放電を間欠
的にし、放電を行っていない休止期間ｔ₂ の一部におい
てイオンビ−ムを引き出すようにしている。この時内部
電界によるイオンのエネルギ−揺らぎはない。また電子
温度Ｔ_e が低下しているので、イオン引き出しシ−ス部
でのエネルギ−分散ΔＥも小さい。したがってイオン源
チャンバを出るときの正イオンのエネルギ−のばらつき
が少ない。

【００４１】初めから低い引き出し電圧で引き出して、
低エネルギ−ビ−ムにする場合、チャンバ内部でのエネ
ルギ−分散ΔＥが小さいと当然に引き出されたビ−ムの
エネルギ−分散ΔＥが小さい。一度加速してから減速し
低エネルギ−のイオンビ−ムを作り出す場合でも、始め
からエネルギ−分散ΔＥが小さいと減速した後のエネル
ギ−分散ΔＥも小さい。そうすると、エネルギ−分散の
小さい高品質の低エネルギ−イオンビ−ムを得ることが
できる。

【００４２】図３に示すように、エネルギ−が１０ｅＶ
のイオンビ−ムといっても、分散が大きいもの（ワ）
と、分散が小さく分布が鋭いもの（カ）では、対象物に
照射された時の作用が異なってくる。エネルギ−が２０
ｅＶのものでも同様で分布の広いもの（タ）と分布の狭
いもの（ヨ）はビ−ムの品質という点で差がある。

【００４３】もしも拡がった１０ｅＶのビ−ム（ワ）
と、拡がった２０ｅＶのビ−ム（タ）を同時に照射する
とこれは１５ｅＶに中心を持つ一つのビ−ム（レ）と区
別できない。エネルギ−揺らぎは、低エネルギ−の場合
程重要な問題を投げかける。５０ｋｅＶのエネルギ−で
分散が１００ｅＶであっても差し支えない（ネ）が、１
００ｅＶのエネルギ−で分散が１００ｅＶもある（ツ）
とこれは極めて低品質のビ−ムと言わざるをえない。

【００４４】低エネルギ−のイオンビ−ムは薄膜を形成
するために用いられることが多いがこの場合、薄膜形成
に寄与できるイオンのエネルギ−の範囲は極めて狭いと
いうことがある。成膜のメカニズムは明らかではない
が、形成中の薄膜の表面には電子が電離することなくよ
り低いエネルギ−で２次元運動をしており、また原子が
これらの電子とともに共鳴準位などの励起準位を構成し
ている。するとこれらの励起準位に遷移するエネルギ−
を持つイオンしか膜形成に寄与しないということにな
る。

【００４５】エピタキシャル成長などを従来の方法（分
子線エピタキシ−、有機金属ＣＶＤ）ではなく低エネル
ギ−イオン照射により行うこともできようが、この場合
エネルギ−、照射角度などが重要なパラメ−タになる。
もしもエネルギ−分散ΔＥの大きいイオンビ−ムを照射
して膜成長を行うと、どのエネルギ−を持つイオンが膜
中に取り入れらているのか分からない。

【００４６】２０ｅＶのエネルギ−を持つビ−ムで２０
ｅＶの分散があると、個々のイオンの持つエネルギ−が
幾らであるか全く分からず、実験を重ねたところでパラ
メ−タを十分に押さえることができず再現性が不十分で
ある。同様の条件で行っても結果が異なるということに
なってしまう。

【００４７】本発明では、エネルギ−分散ΔＥの小さい
低エネルギ−イオンビ−ムを生成できる。例えば２０ｅ
Ｖのエネルギ−の場合、分散が２ｅＶ、１０ｅＶのエネ
ルギ−の場合分散が１ｅＶといった極めてエネルギ−分
散の小さい高品質ビ−ムを作りうる。このビ−ムを用い
ると、成膜を行う時にも幾らのエネルギ−のビ−ムが有
効なのかはっきりする。精度の高い成膜を行う時に極め
て有効である。またビ−ムで対象物の物性を測定する場
合でもエネルギ−が一定しているビ−ムを用いると測定
精度が向上し精密測定が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理的な操作を説明するための、放電
電圧と、プラズマイオン密度ｎ_i、電子温度Ｔ_e の時系
列図。

【図２】本発明の実施例に係る低エネルギ−イオンビ−
ム発生装置の概略構成図。

【図３】イオンビ−ムのエネルギ−と分散を説明するた
めのグラフ。

【符号の説明】

１ イオン源 ２ 引出し電極 ３ シャッタ− ４ リタ−デイング電極 ５ タ−ゲット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01J 27/00 - 27/26 H01J 37/08

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原料ガスまたは原料蒸気を放電によって
   励起しプラズマとするイオン源１と、イオン源１の前に
   設けられイオンを通す穴を有し電圧を印加することによ
   りイオン源からイオンをビ−ムとして引き出す引出し電
   極２と、ビ−ム流路にあってイオンビ−ムを遮断通過さ
   せる手段とを含み、引出し電極２でイオンを高い電圧で
   引き出し加速してから減速し低エネルギ−のイオンビ−
   ムを得るか、あるいは初めから低い電圧で引き出し低エ
   ネルギ−のイオンビ−ムを得て、対象物に照射すること
   としたイオンビ−ム発生装置であって、原料をプラズマ
   に励起する放電を間欠的に行い、放電を行っている励起
   期間ｔ₁ はイオンビ−ムを対象物に照射せず、放電を停
   止している休止期間ｔ₂ の一部の引出し時間ｔ₄にのみ
   イオンビ−ムをビ−ム流路に通して対象物に照射するよ
   うにしたことを特徴とする低エネルギ−イオンビ−ム発
   生装置。
2. 【請求項２】 原料ガスまたは原料蒸気を放電によって
   励起しプラズマとするイオン源１と、イオン源１の前に
   設けられイオンを通す穴を有し電圧を印加することによ
   りイオン源からイオンをビ−ムとして引き出す引出し電
   極２と、ビ−ム流路にあってイオンビ−ムを遮断通過さ
   せるためのシャッタ−３とを含み、引出し電極２でイオ
   ンを高い電圧で引き出し加速してから減速し低エネルギ
   −のイオンビ−ムを得るか、あるいは初めから低い電圧
   で引き出し低エネルギ−のイオンビ−ムを得て、対象物
   に照射することとしたイオンビ−ム発生装置であって、
   原料をプラズマに励起する放電を間欠的に行い、放電を
   行っている励起期間ｔ₁はシャッタ−を閉じてイオンビ
   −ムを対象物に照射せず、放電を停止している休止期間
   ｔ₂ の一部の引出し時間ｔ₄ にのみシャッタ−を開いて
   イオンビ−ムをビ−ム流路に通して対象物に照射するよ
   うにしたことを特徴とする低エネルギ−イオンビ−ム発
   生装置。
3. 【請求項３】 原料ガスまたは原料蒸気を放電によって
   励起しプラズマとするイオン源１と、イオン源１の前に
   設けられイオンを通す穴を有し電圧を印加することによ
   りイオン源からイオンをビ−ムとして引き出す引出し電
   極２と、ビ−ム流路にあってイオンビ−ムを遮断通過さ
   せるためのリタ−デイング電極４とを含み、引出し電極
   ２でイオンを高い電圧で引き出し加速してから減速し低
   エネルギ−のイオンビ−ムを得るか、あるいは初めから
   低い電圧で引き出し低エネルギ−のイオンビ−ムを得
   て、対象物に照射することとしたイオンビ−ム発生装置
   であって、原料をプラズマに励起する放電を間欠的に行
   い、放電を行っている励起期間ｔ₁ はリタ−デイング電
   極４に高電圧を印加しイオンビ−ムを対象物に照射せ
   ず、放電を停止している休止期間ｔ₂ の一部の引出し時
   間ｔ₄ にのみリタ−デイング電極４に電圧を印加せずイ
   オンビ−ムをビ−ム流路に通して対象物に照射するよう
   にしたことを特徴とする低エネルギ−イオンビ−ム発生
   装置。
4. 【請求項４】 原料ガスまたは原料蒸気を放電によって
   励起しプラズマとするイオン源１と、イオン源１の前に
   設けられイオンを通す穴を有し電圧を印加することによ
   りイオン源からイオンをビ−ムとして引き出す引出し電
   極２とを含み、引出し電極２でイオンを高い電圧で引き
   出し加速してから減速し低エネルギ−のイオンビ−ムを
   得るか、あるいは初めから低い電圧で引き出し低エネル
   ギ−のイオンビ−ムを得て、対象物に照射することとし
   たイオンビ−ム発生装置であって、原料をプラズマに励
   起する放電を間欠的に行い、放電を行っている励起期間
   ｔ₁ は引出し電極２に引き出し電圧を与えずイオンビ−
   ムを対象物に照射しないようにし、放電を停止している
   休止期間ｔ₂ の一部の引出し時間ｔ₄ にのみ引出し電極
   ２に引き出し電圧を印加しイオンビ−ムをビ−ム流路に
   通して対象物に照射するようにしたことを特徴とする低
   エネルギ−イオンビ−ム発生装置。