JP3550831B2 - Particle beam irradiation equipment - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、イオン注入やイオン照射などの薄膜形成に用いるイオン源装置あるいはプラズマ源装置において、特に大面積の基板の加工に適した粒子線照射装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のイオン源装置の1例を、図11に示す熱フィラメントを用いたバケット型イオン源装置について説明する。
【0003】
同図において、1はイオン源装置の金属製の筐体、2は筐体1により形成され,プラズマを発生し,イオンを生成するためのプラズマ室、3はプラズマ室2に導入された熱フィラメント、4はフィラメント3の加熱用のフィラメント電源、5はプラズマ室2へのガス導入口、6は筐体1に絶縁体7を介して設けられたイオンビーム引き出し電極であり、加速電極8,減速電極9,接地電極10から構成されている。11は筐体1の外側に設けられた複数個の永久磁石であり、環状体ないしは棒状体から形成され、筐体1の内部にカスプ磁場を形成する。
【0004】
12はアーク電源であり、陽極が筐体1に,陰極がフィラメント電源4に接続され,筐体1にアノード電圧を印加する。13は加速電源であり、陽極が加速電極8及びアーク電源12の陰極に接続され、陰極が接地されている。14は減速電極9に負の電圧を印加する減速電源である。
【0005】
そして、フィラメント3はカソードとしての熱電子放出源であり、フィラメント電源4の抵抗加熱により高温に保持されて熱電子を放出し、その放出された熱電子がアーク電源12によって形成される直流電界により加速され、ガス導入口5から導入されたガス粒子を衝突により電離してプラズマ15を生成する。
【0006】
さらに、永久磁石11によりカスプ磁場が形成され、プラズマ15を閉じ込め、引き出し電極6のビーム引き出し作用により、プラズマ15中のイオンがイオンビームとなって引き出される。
【0007】
また、イオン源やプラズマ源の生成方法としては、このほかに高周波放電を利用する高周波イオン源、マイクロ波放電を利用するマイクロ波イオン源、一次プラズマを電子源とするプラズマカソード型イオン源、電子ビームを引き出して衝突電離させる電子ビーム励起型イオン源など様々なイオン源や、ビーム引き出し電極群を持たないプラズマ源がある。
【0008】
ところで、このようなイオン源やプラズマ源により大面積基板にイオンビームやプラズマを照射しようとした場合、基板サイズに伴ってイオン源やプラズマ源の照射面積を大口径にする必要があるため、装置が非常に大型となっている。
【0009】
そして、大型装置となった場合、特にイオン引き出し電極はビームを均一に引き出すために反りや歪を極限まで抑える必要があり、その加工が非常に難しくなる。
【0010】
特に近年求められているような1m四方以上の基板の照射となると、電極の加工難度とコストが飛躍的に上昇する。また、たとえ従来例のようにプラズマ閉じ込めにカスプ磁場を用いても、1m四方以上のイオン源やプラズマ源となると、均一にプラズマを生成することが困難であり、フィラメントの位置などに十分配慮する必要がある。
【0011】
さらに、これらイオン源やプラズマ源のサイズは、基板サイズや配置関係によって左右されるものであり、個々の要求に応じるため、これまで規格サイズを定めて量産化によって低価格化を図るなどは全く出来ない。
【0012】
そのため個々の装置に対して初期から設計が必要であり、設計費が軽減できず、また部品も共通化できないため高コストとなり、納期も非常に長くならざるを得ない。
【0013】
また、このような装置は、高コスト,特殊であるため、予備品を準備することができず、故障の場合、生産ラインが長期間停止してしまうという危険性を含んでいる。
【0014】
一方、特開平4−147972号公報(C23C 14/48)に記載されているように、広い面積に対応するため、イオンビーム発生装置を、複数台並設して照射することが発明されている。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記公報に記載のように、装置を複数台併設した場合、装置の外形状が円形であるため、隣接する装置間に大きな隙間を生じ、デッドスペースとなり、有効にイオンビームを照射できないという問題点がある。
【0016】
本発明は、前記の点に留意し、種々の大面積の形状に対応し、照射面積の有効化を図るようにした粒子線照射装置を提供することを目的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明の粒子線照射装置は、プラズマを発生しイオンを生成するプラズマ室と、前記プラズマ室に磁場を発生させる磁場発生手段と、前記プラズマ室で生成されたイオンを電界で引き出しイオンビームを生成する引き出し電極を備えたイオン源を、隣接して複数個配列したイオン源装置、
【0018】
あるいは前記引き出し電極のかわりに前記プラズマを試料台方向に拡散放出させるプラズマ放出口を備えたプラズマ源を、隣接して複数個配列したプラズマ源装置において、
【0019】
前記プラズマ室外形状、あるいはイオン引き出し電極形状またはプラズマ源形状を多角形状とし、かつ、前記磁場発生手段を隣接するイオン源あるいはプラズマ源と共有したものである。
従って、各イオン源あるいは各プラズマ源を隙間なく近接させることができ、デッドスペースを生じなく、大面積形状に対応でき、照射面積の有効化を図ることができる。さらに、個々のイオン源あるいはプラズマ源の構造を共通化することもでき、量産化効果により低価格化を図ることができる。しかも、共通化により予備として準備しておくことができ、故障時にも瞬時の交換が可能となる。
【0020】
かつ、磁場の印加手段が共用されるため、より低価格化を図ることができる。
【0021】
さらに、磁場発生手段としてイオン源あるいはプラズマ源に1個以上のコイルを設け、このコイルによってプラズマ室内に形成される磁場の方向を、隣接するイオン源あるいはプラズマ源に設けられたコイルによって当該プラズマ室内に形成される磁場の方向と、同一方向あるいは反対方向にしたものである。
【0022】
従って、前記磁場の方向を反対方向にすることにより、隣接するイオン源のコイルによって生じる磁場を有効に利用することができ、このことにより、コイルへの通電に要する電源の容量低減によるコストダウン及びコイル巻き数の減少によるスペースの低減が可能になる。
【0023】
また、逆に、前記磁場の方向を同一方向にすることにより、引き出し電極の近傍での磁場強度を小さくすることができ、引き出し電極の近傍への漏れ磁場によるビームの発散増加を抑えることができる。
【0024】
その上、複数のイオン源あるいはプラズマ源のプラズマ室外形状、あるいはイオン引き出し電極形状またはプラズマ源形状を同一としたものである。
従って、形状が同一であるため、量産化ができ、コストを一層低下させることができる。
【0025】
また、複数のイオン源あるいはプラズマ源の粒子線照射方向を、外広がりあるいは中央部寄りにしたものである。
従って、照射方向を外広がりにすることができ、低密度,大面積のイオンビームを形成することができ、また、照射方向を中央部寄りにすることにより、高密度,小面積のイオンビームを形成することができる。
【0026】
さらに、中央部の空間の外側に複数のイオン源あるいはプラズマ源を隣接して配列したものである。
従って、中央部にイオン源あるいはプラズマ源が配置されていないため、照射面積の中央部への照射の集中を避けることができ、均一に照射することができる。
【0027】
また、各イオン源あるいは各プラズマ源のイオン化ガス導入口と、ガス流量調整手段との間に、それぞれガスコンダクタンス調整手段を設けたものである。
従って、各イオン源あるいは各プラズマ源にそれぞれ高価なガス流量調整器を設ける必要がなく、1個のガス流量調整手段と複数個の安価なガスコンダクタンス調整手段とにより、個々のガス流量を調整でき、コストダウンを図ることができる。
【0028】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図1ないし図10を参照して説明する。それらの図において、同一符号は同一もしくは相当するものを示す。
【0029】
(形態1)
形態1を図1ないし図3について説明する。図1は複数個のバケット型イオン源を密接して配列した場合の断面図、図2Aは図1のSーS’線断面図、図2Bは図1のT矢視図、図3A及びBはそれぞれ各イオン源及び各プラズマ源からのビームプロファイルの形状を示している。
【0030】
断面正方形の筐体16に導入された熱フィラメント17を通電加熱して熱電子を放出させ、熱フィラメント17を負電位に、筐体16を正電位にして直流電界を印加することにより、プラズマ室18にプラズマ19を生成するこのプラズマ19中で生成されたイオンは、加速電極20,減速電極21,接地電極22からなるイオンビーム引き出し電極23によって形成される電界によって引き出され、イオンビームが形成され、筐体16および引き出し電極23により区切られる構成体が1個のイオン源を形成し、このイオン源が複数個碁盤の目のように配列されている。
【0031】
そして、プラズマ閉じ込め用のカスプ磁場は、永久磁石24によって構成され、図2Aに示すような磁力線25を形成し、各永久磁石24は隣接するイオン源と共用され、引き出し電極23は各イオン源にそれぞれ取り付けられており、加工が簡単,安価な小面積電極で構成されている。
【0032】
従って、小面積であるため、1個あたりのイオン源から引き出されるビーム照射面積は小さいが、全体で従来と同等以上の大面積イオンビーム照射が可能である。
【0033】
また、イオンビームの均一性は、図3AおよびBに示すように、個々のイオン源のビームプロファイル26が均一である場合、あるいはガウシアン形状のような場合、ともに、個々のイオン源の間隔を調整することにより、全体で均一な全体のビームプロファイル27を得ることができる。
【0034】
(形態2)
さらに、イオン源は、必ずしも図1のような構造に限らず、様々な構造が適用可能である。即ち、図4は、一般にカウフマン型イオン源といわれるイオン源を応用したものであり、磁力線25が図示するように軸方向に形成されている。この場合も永久磁石24は隣接するイオン源と共用されている。
【0035】
(形態3)
また、フィラメントを使用しないイオン源の代表例としてマイクロ波イオン源があり、図5はこれを応用した例を示し、導波管28によりマイクロ波を誘電体窓29を介し、磁場が形成されているプラズマ室18に供給している。
さらに、マイクロ波伝送方法としてアンテナの使用も可能である。
【0036】
(形態4)
また、図6に示すように、副プラズマ室(MPカソード)30でマイクロ波プラズマを生成し、これを電子供給源とするマイクロ波プラズマカソード(MPカソード)型イオン源、電子ビームを引き出してガスを衝突電離させ、プラズマを生成する電子ビーム励起型イオン源或いはプラズマカソード型イオン源など、様々なイオン源及びプラズマの生成方法がある。
【0037】
そして、本発明は、前記のような構造やプラズマの生成方法には全く影響を受けず、全て応用することが可能である。
【0038】
(形態5)
また、プラズマ室18内の磁場形成方法としては、永久磁石だけでなく、図7A,Bに示すように、コイル31を用いることも可能であり、図7Aは、隣接するイオン源とコイル31に通電する方向を逆方向にしたものであり、この場合、隣接するイオン源のコイル31によって生じる磁場を有効に利用することができる。このことは、コイル31の通電に要する電源の容量低減によるコストダウンや、コイル巻き数減少による無駄なスペースの低減が可能となる。また、図7Bは、逆に隣接するイオン源のコイル31と同方向に通電したものであり、この場合、イオンビーム引き出し電極23の近傍への漏れ磁場によるビームの発散増加を抑えることができ、引き出し電極23の近傍での磁場強度を小さくすることができる。即ち、コイル31の通電方向は目的によって選ばれる。
【0039】
一方、プラズマ源は、基本的にイオン源と引き出し電極が異なるだけであり、開口端あるいは1枚電極としているものが大半であり、イオン源と同様の本発明が適用できる。
【0040】
以上により大面積のイオン源あるいはプラズマ源が容易に実現できることを説明したが、配列方法によって様々な形状のイオン源あるいはプラズマ源が実現できる。
【0041】
即ち、図1,図2は角形のイオンビームを形成する場合のイオン源配列であるが、図8Aあるいは図8Bに示す配列にすることにより、円形あるいはリニア形のイオンビーム形成が可能である。
【0042】
また、個々のイオン源あるいはプラズマ源のサイズを規格化することにより、様々な形状の要求に答えながら、量産化によって大幅なコストダウンを図ることができ、納期も大幅に短縮することができる。これは部品の共通化と設計の大幅な単純化が可能になることによる。
【0043】
さらに、安価で同一形状のイオン源が実現できることから、予備のイオン源を複数個有することにより、故障時の瞬時の復旧が可能となり、装置の信頼性が向上する。
【0044】
また、図9A,Bに示すように、隣接するイオン源あるいはプラズマ源の間に角度を設けることができる。図9Aは粒子線の照射方向を外広がりにし、低密度,大面積のイオンビームを形成する場合であり、図9Bは粒子線の照射方向を中央部寄りにし、高密度,小面積のイオンビームを形成する場合であり、照射方向により様々なイオンビームを形成することができる。さらに、中央部に空間を形成し、その空間の外側に複数のイオン源あるいはプラズマ源を隣接して配列することも可能であり、この場合、中央部の高密度化を避けることができる。
【0045】
その上、イオン源あるいはプラズマ源の断面形状は、配列したときに実質的な照射面積が小さくならないように、即ち無駄な面積が極力少なくなるように、図2に示すような正方形状ないしは長方形状あるいは六角形状,三角形状など多角形状が望ましい。
【0046】
(形態6)
また、多数のイオン源へのガス導入手段として、各イオン源毎にガス流量調整器を設けると、きわめて高価になる。そこで、高価なガス流量調整器を可能な限り小数とする。即ち、図10に示すように、ボンベ32にバルブ33を介して設けられたガス流量調整手段としてのガス流量調整器34と、各イオン源あるいはプラズマ源の入り口との間に、それぞれニードルバルブなどの安価なガスコンダクタンス調整手段35を設ける。そして、各ガスコンダクタンス調整手段35により個々のガス流量を調整し、コストダウンを図ることができる。
【0047】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成されているので、つぎに記載する効果を奏する。
プラズマ室外形状、あるいはイオン引き出し電極形状またはプラズマ源形状を多角形状とすることにより、各イオン源あるいは各プラズマ源を隙間なく近接させることができ、デッドスペースを生じなく、大面積形状に対応でき、照射面積の有効化を図ることができる。さらに、個々のイオン源あるいはプラズマ源の構造を共通化することもでき、量産化効果により低価格化を図ることができる。しかも、共通化により予備として準備しておくことができ、故障時にも瞬時の交換が可能となる。
【0048】
かつ、磁場発生手段を隣接するイオン源あるいはプラズマ源と共有することにより、より低価格化を図ることができる。
【0049】
さらに、磁場発生手段としてイオン源あるいはプラズマ源に設けたコイルにより、プラズマ室内に形成される磁場の方向を、隣接するイオン源あるいはプラズマ源に設けられたコイルによって当該プラズマ室内に形成される磁場の方向と、反対方向にすることにより、隣接するイオン源のコイルによって生じる磁場を有効に利用することができ、このことにより、コイルへの通電に要する電源の容量低減によるコストダウン及びコイル巻き数の減少によるスペースの低減が可能になる。
【0050】
また、逆に、前記磁場の方向を同一方向にすることにより、引き出し電極の近傍での磁場強度を小さくすることができ、引き出し電極の近傍への漏れ磁場によるビームの発散増加を抑えることができる。
【0051】
その上、複数のイオン源あるいはプラズマ源のプラズマ室外形状、あるいはイオン引き出し電極形状またはプラズマ源形状を同一とすることにより、量産化ができ、コストを一層低下させることができる。
【0052】
また、複数のイオン源あるいはプラズマ源の粒子線照射方向を外広がりにすることにより、低密度,大面積のイオンビームを形成することができ、また、照射方向を中央部寄りにすることにより、高密度,小面積のイオンビームを形成することができる。
【0053】
さらに、中央部の空間の外側に複数のイオン源あるいはプラズマ源を隣接して配列することにより、照射面積の中央部への照射の集中を避けることができ、均一に照射することができる。
【0054】
また、各イオン源あるいは各プラズマ源のイオン化ガス導入口と、ガス流量調整手段との間に、それぞれガスコンダクタンス調整手段を設けることにより、各イオン源あるいは各プラズマ源にそれぞれ高価なガス流量調整器を設ける必要がなく、1個のガス流量調整手段と複数個の安価なガスコンダクタンス調整手段とにより、個々のガス流量を調整でき、コストダウンを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1の要部の断面図である。
【図2】Aは図1のS−S’線断面図、Bは図1のT矢視図である。
【図3】A,Bはそれぞれビームプロファイルの形状図である。
【図4】本発明の実施の形態2の要部の断面図である。
【図5】本発明の実施の形態3の要部の断面図である。
【図6】本発明の実施の形態4の要部の断面図である。
【図7】A,Bはそれぞれ本発明の実施の形態5の要部の断面図である。
【図8】A,Bはそれぞれ本発明の配列の例示図である。
【図9】A,Bはそれぞれ本発明の照射方向の例示図である。
【図10】本発明の実施の形態6の略線図である。
【図11】従来例の概略図である。
【符号の説明】
18 プラズマ室
19 プラズマ
23 引き出し電極
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an ion source device or a plasma source device used for forming a thin film such as ion implantation or ion irradiation, and particularly to a particle beam irradiation device suitable for processing a substrate having a large area.
[0002]
[Prior art]
As an example of a conventional ion source device, a bucket type ion source device using a hot filament shown in FIG. 11 will be described.
[0003]
In the figure, reference numeral 1 denotes a metal casing of an ion source device, 2 denotes a plasma chamber formed by the casing 1 for generating plasma and generating ions, and 3 denotes a hot filament introduced into the plasma chamber 2. Reference numeral 4 denotes a filament power supply for heating the filament 3, reference numeral 5 denotes a gas inlet to the plasma chamber 2, and reference numeral 6 denotes an ion beam extraction electrode provided in the housing 1 via an insulator 7, and includes an acceleration electrode 8, a deceleration electrode It comprises an electrode 9 and a ground electrode 10. Reference numeral 11 denotes a plurality of permanent magnets provided outside the housing 1 and is formed from an annular body or a rod-like body, and forms a cusp magnetic field inside the housing 1.
[0004]
Reference numeral 12 denotes an arc power supply, the anode of which is connected to the housing 1 and the cathode of which is connected to the filament power supply 4, and applies an anode voltage to the housing 1. Reference numeral 13 denotes an accelerating power source. The anode is connected to the accelerating electrode 8 and the cathode of the arc power source 12, and the cathode is grounded. Reference numeral 14 denotes a deceleration power supply for applying a negative voltage to the deceleration electrode 9.
[0005]
The filament 3 is a thermoelectron emission source serving as a cathode. The filament 3 is maintained at a high temperature by the resistance heating of the filament power supply 4 and emits thermoelectrons. The emitted thermoelectrons are generated by a DC electric field formed by the arc power supply 12. The plasma 15 is generated by accelerating and ionizing the gas particles introduced from the gas inlet 5 by collision.
[0006]
Further, a cusp magnetic field is formed by the permanent magnet 11, confining the plasma 15, and the ions in the plasma 15 are extracted as an ion beam by the extraction operation of the extraction electrode 6.
[0007]
Other methods of generating the ion source and the plasma source include a high-frequency ion source using a high-frequency discharge, a microwave ion source using a microwave discharge, a plasma cathode ion source using a primary plasma as an electron source, and an electron source. There are various ion sources such as an electron beam excitation type ion source for extracting a beam and performing impact ionization, and a plasma source having no beam extraction electrode group.
[0008]
By the way, when it is attempted to irradiate a large-area substrate with an ion beam or plasma using such an ion source or a plasma source, it is necessary to increase the irradiation area of the ion source or the plasma source according to the substrate size. Is very large.
[0009]
In the case of a large-sized apparatus, in particular, the ion extraction electrode needs to suppress warpage and distortion to the maximum in order to extract a beam uniformly, and its processing becomes extremely difficult.
[0010]
Particularly, in the case of irradiation of a substrate of 1 m square or more, which is required in recent years, the processing difficulty and cost of the electrode dramatically increase. Even if a cusp magnetic field is used for confining the plasma as in the conventional example, it is difficult to generate plasma uniformly when the ion source or the plasma source is 1 m square or more, and the position of the filament must be carefully considered. There is a need.
[0011]
Furthermore, the size of these ion sources and plasma sources depends on the size and arrangement of the substrate. To meet individual requirements, there is no way to set a standard size and reduce the price by mass production. Can not.
[0012]
Therefore, it is necessary to design each device from the beginning, and the design cost cannot be reduced. Also, since the components cannot be shared, the cost is high and the delivery time has to be very long.
[0013]
In addition, since such a device is expensive and special, no spare parts can be prepared, and in the case of a failure, there is a risk that the production line will be stopped for a long period of time.
[0014]
On the other hand, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-147772 (C23C 14/48), it has been invented that a plurality of ion beam generators are arranged side by side to cope with a large area. .
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, as described in the above publication, when a plurality of devices are provided side by side, a large gap is generated between adjacent devices because the outer shape of the devices is circular, dead space occurs, and ion beam irradiation cannot be performed effectively. There is a problem.
[0016]
It is an object of the present invention to provide a particle beam irradiation apparatus which takes into account the above points, and which responds to various large-area shapes and makes the irradiation area effective.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the particle beam irradiation apparatus of the present invention comprises a plasma chamber for generating generates the plasma ions, and magnetic field generating means for generating a magnetic field to the plasma chamber, generated in the plasma chamber An ion source device having a plurality of ion sources provided with extraction electrodes for extracting ions by an electric field and generating an ion beam,
[0018]
Alternatively, in the plasma source device, a plurality of plasma sources having a plasma emission port for diffusing and emitting the plasma in the direction of the sample table in place of the extraction electrode are arranged adjacently.
[0019]
The shape outside the plasma chamber, the shape of the ion extraction electrode or the shape of the plasma source is polygonal , and the magnetic field generating means is shared with an adjacent ion source or plasma source .
Therefore, each ion source or each plasma source can be brought close to each other without any gap, dead space does not occur, it is possible to cope with a large area shape, and effective irradiation area can be achieved. Furthermore, the structure of each ion source or plasma source can be shared, and the cost can be reduced due to the effect of mass production. In addition, it can be prepared as a spare by common use, and instantaneous replacement is possible even in case of failure.
[0020]
In addition , since the means for applying the magnetic field is shared, the cost can be further reduced.
[0021]
Further, one or more coils are provided in the ion source or the plasma source as the magnetic field generating means, and the direction of the magnetic field formed in the plasma chamber by the coils is changed by the coil provided in the adjacent ion source or the plasma source. In the same direction as or opposite to the direction of the magnetic field formed in
[0022]
Therefore, by setting the direction of the magnetic field to the opposite direction, it is possible to effectively use the magnetic field generated by the coil of the adjacent ion source. Space can be reduced by reducing the number of coil turns.
[0023]
Conversely, by setting the direction of the magnetic field in the same direction, the magnetic field intensity in the vicinity of the extraction electrode can be reduced, and the increase in the divergence of the beam due to the leakage magnetic field in the vicinity of the extraction electrode can be suppressed. .
[0024]
In addition, a plurality of ion sources or plasma sources have the same shape outside the plasma chamber, or the shape of the ion extraction electrode or the shape of the plasma source.
Therefore, since the shapes are the same, mass production can be performed, and the cost can be further reduced.
[0025]
In addition, the irradiation direction of the particle beam of the plurality of ion sources or plasma sources is expanded outward or closer to the center.
Therefore, the irradiation direction can be expanded outward, and a low-density, large-area ion beam can be formed. Also, by setting the irradiation direction closer to the center, a high-density, small-area ion beam can be formed. Can be formed.
[0026]
Further, a plurality of ion sources or plasma sources are arranged adjacent to each other outside the space at the center.
Therefore, since the ion source or the plasma source is not arranged at the center, the concentration of the irradiation to the center of the irradiation area can be avoided, and the irradiation can be performed uniformly.
[0027]
Further, a gas conductance adjusting means is provided between the ionized gas inlet of each ion source or each plasma source and the gas flow rate adjusting means.
Therefore, it is not necessary to provide an expensive gas flow controller for each ion source or each plasma source, and each gas flow can be adjusted by one gas flow adjusting device and a plurality of inexpensive gas conductance adjusting devices. Thus, cost can be reduced.
[0028]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In these drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding components.
[0029]
(Form 1)
Embodiment 1 will be described with reference to FIGS. 1 is a cross-sectional view when a plurality of bucket-type ion sources are closely arranged, FIG. 2A is a cross-sectional view taken along the line SS ′ in FIG. 1, FIG. 2B is a view as viewed from the arrow T in FIG. Indicates the shape of the beam profile from each ion source and each plasma source.
[0030]
The hot filament 17 introduced into the casing 16 having a square cross section is heated by heating to emit thermoelectrons, and the hot filament 17 is set to a negative potential and the casing 16 is set to a positive potential to apply a DC electric field. A plasma 19 is generated at 18 . The ions generated in the plasma 19 are extracted by an electric field formed by an ion beam extraction electrode 23 including an acceleration electrode 20, a deceleration electrode 21, and a ground electrode 22, and an ion beam is formed. The components delimited by 23 form one ion source, and a plurality of the ion sources are arranged like a grid.
[0031]
The cusp magnetic field for confining the plasma is constituted by the permanent magnets 24, and forms magnetic lines of force 25 as shown in FIG. 2A. Each permanent magnet 24 is shared with an adjacent ion source, and the extraction electrode 23 is connected to each ion source. Each is mounted, and is composed of small-area electrodes that are simple and inexpensive to process.
[0032]
Therefore, although the area of the beam is small, the beam irradiation area per one ion source is small, but a large area ion beam irradiation equal to or more than the conventional one can be performed as a whole.
[0033]
Also, as shown in FIGS. 3A and 3B, the uniformity of the ion beam can be adjusted by adjusting the interval between the individual ion sources when the beam profile 26 of the individual ion source is uniform or in a Gaussian shape. By doing so, a uniform overall beam profile 27 can be obtained.
[0034]
(Form 2)
Further, the ion source is not necessarily limited to the structure as shown in FIG. 1, and various structures can be applied. That is, FIG. 4 shows an application of an ion source generally called a Kauffman-type ion source, in which magnetic lines of force 25 are formed in the axial direction as shown. Also in this case, the permanent magnet 24 is shared with an adjacent ion source.
[0035]
(Form 3)
A typical example of an ion source that does not use a filament is a microwave ion source, and FIG. 5 shows an example in which the ion source is applied. A microwave is applied by a waveguide 28 through a dielectric window 29 to form a magnetic field. To the plasma chamber 18.
Further, an antenna can be used as a microwave transmission method.
[0036]
(Form 4)
As shown in FIG. 6, a microwave plasma is generated in a sub-plasma chamber (MP cathode) 30, a microwave plasma cathode (MP cathode) type ion source using the generated plasma as an electron supply source, and an electron beam is extracted to generate a gas. There are various ion sources and plasma generation methods, such as an electron beam excitation type ion source or a plasma cathode type ion source for generating ionized plasma by impact ionization.
[0037]
The present invention is completely unaffected by the structure and the method of generating plasma as described above, and can be applied to all of them.
[0038]
(Form 5)
As a method for forming a magnetic field in the plasma chamber 18, not only a permanent magnet but also a coil 31 can be used as shown in FIGS. 7A and 7B. FIG. The direction in which the power is supplied is reversed, and in this case, the magnetic field generated by the coil 31 of the adjacent ion source can be used effectively. This makes it possible to reduce costs by reducing the capacity of the power supply required for energizing the coil 31 and to reduce unnecessary space by reducing the number of coil turns. FIG. 7B shows the case where the current is applied in the same direction as the coil 31 of the adjacent ion source. In this case, the increase in the divergence of the beam due to the leakage magnetic field near the ion beam extraction electrode 23 can be suppressed. The magnetic field intensity in the vicinity of the extraction electrode 23 can be reduced. That is, the energizing direction of the coil 31 is selected according to the purpose.
[0039]
On the other hand, the plasma source basically differs from the ion source only in the extraction electrode, and most of the plasma sources have an open end or a single electrode, and the present invention similar to the ion source can be applied.
[0040]
Although it has been described above that an ion source or a plasma source having a large area can be easily realized, ion sources or plasma sources having various shapes can be realized depending on the arrangement method.
[0041]
That is, FIGS. 1 and 2 show an ion source arrangement in the case of forming a square ion beam. By using the arrangement shown in FIG. 8A or 8B, a circular or linear ion beam can be formed.
[0042]
In addition, by standardizing the size of each ion source or plasma source, it is possible to greatly reduce costs by mass production and significantly shorten the delivery time while responding to requests for various shapes. This is because the parts can be shared and the design can be greatly simplified.
[0043]
Furthermore, since an ion source of the same shape can be realized at low cost, provision of a plurality of spare ion sources enables instantaneous recovery from a failure, thereby improving the reliability of the apparatus.
[0044]
Further, as shown in FIGS. 9A and 9B, an angle can be provided between adjacent ion sources or plasma sources. FIG. 9A shows the case where the irradiation direction of the particle beam is expanded outward to form a low-density, large-area ion beam. FIG. 9B shows the case where the irradiation direction of the particle beam is shifted toward the center, and the high-density, small-area ion beam is formed. Is formed, and various ion beams can be formed depending on the irradiation direction. Furthermore, it is also possible to form a space in the center and arrange a plurality of ion sources or plasma sources adjacent to the outside of the space. In this case, it is possible to avoid high density in the center.
[0045]
In addition, the cross-sectional shape of the ion source or the plasma source should be square or rectangular as shown in FIG. 2 so that a substantial irradiation area does not become small when arranged, that is, a useless area is reduced as much as possible. Alternatively, a polygonal shape such as a hexagonal shape and a triangular shape is desirable.
[0046]
(Form 6)
Further, if a gas flow controller is provided for each ion source as a means for introducing gas to a large number of ion sources, it becomes extremely expensive. Therefore, the number of expensive gas flow controllers is reduced as much as possible. That is, as shown in FIG. 10, a needle valve or the like is provided between a gas flow controller 34 as a gas flow controller provided in a cylinder 32 via a valve 33 and an inlet of each ion source or plasma source. Inexpensive gas conductance adjusting means 35 is provided. The individual gas flow rates can be adjusted by the respective gas conductance adjusting means 35 to reduce the cost.
[0047]
【The invention's effect】
The present invention is configured as described above, and has the following effects.
By making the external shape of the plasma chamber, or the shape of the ion extraction electrode or the plasma source a polygonal shape, each ion source or each plasma source can be brought close to each other without any gap, and dead space does not occur, and a large area shape can be handled. The irradiation area can be made effective. Furthermore, the structure of each ion source or plasma source can be shared, and the cost can be reduced due to the effect of mass production. In addition, it can be prepared as a spare by common use, and instantaneous replacement is possible even in case of failure.
[0048]
Further , by sharing the magnetic field generating means with an adjacent ion source or plasma source, it is possible to further reduce the cost.
[0049]
Furthermore, the direction of the magnetic field formed in the plasma chamber by the coil provided in the ion source or plasma source as the magnetic field generating means changes the direction of the magnetic field formed in the plasma chamber by the coil provided in the adjacent ion source or plasma source. By making the direction opposite to the direction, the magnetic field generated by the coil of the adjacent ion source can be used effectively, thereby reducing the cost of the power supply required for energizing the coil and reducing the number of coil turns. Space can be reduced by the reduction.
[0050]
Conversely, by setting the direction of the magnetic field in the same direction, the magnetic field intensity in the vicinity of the extraction electrode can be reduced, and the increase in the divergence of the beam due to the leakage magnetic field in the vicinity of the extraction electrode can be suppressed. .
[0051]
In addition, when the plurality of ion sources or plasma sources have the same shape outside the plasma chamber, or the shape of the ion extraction electrode or the shape of the plasma source, the mass production can be achieved and the cost can be further reduced.
[0052]
In addition, by widening the irradiation direction of the particle beam from a plurality of ion sources or plasma sources, a low-density, large-area ion beam can be formed. A high-density, small-area ion beam can be formed.
[0053]
Furthermore, by arranging a plurality of ion sources or plasma sources adjacent to each other outside the space in the central portion, it is possible to avoid the concentration of irradiation to the central portion of the irradiation area, and to perform uniform irradiation.
[0054]
Further, by providing gas conductance adjusting means between the ionized gas inlet of each ion source or each plasma source and the gas flow rate adjusting means, an expensive gas flow rate adjuster is provided for each ion source or each plasma source. Need not be provided, each gas flow rate can be adjusted by one gas flow rate adjusting means and a plurality of inexpensive gas conductance adjusting means, and the cost can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view of a main part according to a first embodiment of the present invention.
2A is a cross-sectional view taken along the line SS ′ of FIG. 1, and FIG.
3A and 3B are shape diagrams of a beam profile, respectively.
FIG. 4 is a sectional view of a main part according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a sectional view of a main part according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a sectional view of a main part according to a fourth embodiment of the present invention.
FIGS. 7A and 7B are cross-sectional views of main parts of a fifth embodiment of the present invention.
FIGS. 8A and 8B are illustrations of the sequences of the present invention.
FIGS. 9A and 9B are illustrations of irradiation directions according to the present invention.
FIG. 10 is a schematic diagram of a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a schematic view of a conventional example.
[Explanation of symbols]
18 Plasma chamber 19 Plasma 23 Extraction electrode

Claims (8)

プラズマを発生しイオンを生成するプラズマ室と、前記プラズマ室に磁場を発生させる磁場発生手段と、前記プラズマ室で生成されたイオンを電界で引き出しイオンビームを生成する引き出し電極を備えたイオン源を、隣接して複数個配列したイオン源装置、
あるいは前記引き出し電極のかわりに前記プラズマを試料台方向に拡散放出させるプラズマ放出口を備えたプラズマ源を、隣接して複数個配列したプラズマ源装置において、
前記プラズマ室外形状、あるいはイオン引き出し電極形状またはプラズマ源形状を多角形状とし
かつ、前記磁場発生手段を隣接するイオン源あるいはプラズマ源と共有した粒子線照射装置。
An ion source including a plasma chamber that generates plasma and generates ions, a magnetic field generating unit that generates a magnetic field in the plasma chamber, and an extraction electrode that extracts an ion generated in the plasma chamber by an electric field and generates an ion beam. A plurality of adjacent ion source devices,
Alternatively, in the plasma source device, a plurality of plasma sources having a plasma emission port for diffusing and emitting the plasma in the direction of the sample table in place of the extraction electrode are arranged adjacently.
The plasma chamber outer shape, or the ion extraction electrode shape or the plasma source shape is a polygonal shape ,
A particle beam irradiation apparatus in which the magnetic field generating means is shared with an adjacent ion source or plasma source .
磁場発生手段としてイオン源あるいはプラズマ源にコイルを設け、このコイルによってプラズマ室内に形成される磁場の方向を、隣接するイオン源あるいはプラズマ源に設けられたコイルによって当該プラズマ室内に形成される磁場の方向と、同一方向あるいは反対方向にした請求項1記載の粒子線照射装置。 A coil is provided in the ion source or plasma source as a magnetic field generating means, and the direction of the magnetic field formed in the plasma chamber by the coil is changed by the coil provided in the adjacent ion source or plasma source. The particle beam irradiation apparatus according to claim 1 , wherein the direction is the same as or opposite to the direction . 複数のイオン源あるいはプラズマ源のプラズマ室外形状、あるいはイオン引き出し電極形状またはプラズマ源形状を同一とした請求項1または請求項2記載の粒子線照射装置。 3. The particle beam irradiation apparatus according to claim 1, wherein a plurality of ion sources or plasma sources have the same shape outside the plasma chamber, or the shape of an ion extraction electrode or the shape of the plasma source . プラズマを発生しイオンを生成するプラズマ室と、前記プラズマ室に磁場を発生させる磁場発生手段と、前記プラズマ室で生成されたイオンを電界で引き出しイオンビームを生成する引き出し電極を備えたイオン源を、隣接して複数個配列したイオン源装置、
あるいは前記引き出し電極のかわりに前記プラズマを試料台方向に拡散放出させるプラズマ放出口を備えたプラズマ源を、隣接して複数個配列したプラズマ源装置において、
前記プラズマ室外形状、あるいはイオン引き出し電極形状またはプラズマ源形状を多角形状とし、
かつ、前記複数のイオン源あるいはプラズマ源の粒子線照射方向を、外広がりあるいは中央部寄りにした粒子線照射装置。
An ion source including a plasma chamber that generates plasma and generates ions, a magnetic field generating unit that generates a magnetic field in the plasma chamber, and an extraction electrode that extracts an ion generated in the plasma chamber by an electric field and generates an ion beam. A plurality of adjacent ion source devices,
Alternatively, in the plasma source device, a plurality of plasma sources having a plasma emission port for diffusing and emitting the plasma in the direction of the sample table in place of the extraction electrode are arranged adjacently.
The plasma chamber outer shape, or the ion extraction electrode shape or the plasma source shape is a polygonal shape,
And, wherein the plurality of particle beam irradiation direction of the ion source or a plasma source, the particle beam irradiation apparatus which splayed or central portion closer.
複数のイオン源あるいはプラズマ源の粒子線照射方向を、外広がりあるいは中央部寄りにした請求項1,2または請求項記載の粒子線照射装置。A plurality of the particle beam irradiation direction of the ion source or a plasma source, the claims and the splayed or central closer 1, 2 or the particle beam irradiation apparatus according to claim 3. プラズマを発生しイオンを生成するプラズマ室と、前記プラズマ室に磁場を発生させる磁場発生手段と、前記プラズマ室で生成されたイオンを電界で引き出しイオンビームを生成する引き出し電極を備えたイオン源を、隣接して複数個配列したイオン源装置、
あるいは前記引き出し電極のかわりに前記プラズマを試料台方向に拡散放出させるプラズマ放出口を備えたプラズマ源を、隣接して複数個配列したプラズマ源装置において、
前記プラズマ室外形状、あるいはイオン引き出し電極形状またはプラズマ源形状を多角形状とし、
かつ、中央部の間の外側に前記複数のイオン源あるいはプラズマ源を隣接して配列した粒子線照射装置。
An ion source including a plasma chamber that generates plasma and generates ions, a magnetic field generating unit that generates a magnetic field in the plasma chamber, and an extraction electrode that extracts an ion generated in the plasma chamber by an electric field and generates an ion beam. A plurality of adjacent ion source devices,
Alternatively, in the plasma source device, a plurality of plasma sources having a plasma emission port for diffusing and emitting the plasma in the direction of the sample table in place of the extraction electrode are arranged adjacently.
The plasma chamber outer shape, or the ion extraction electrode shape or the plasma source shape is a polygonal shape,
And particle sagittal irradiation apparatus arranged adjacent to the outside more ion source or plasma source between an empty central portion.
中央部の空間の外側に複数のイオン源あるいはプラズマ源を隣接して配列した請求項1,2,3,4または請求項5記載の粒子線照射装置。 6. The particle beam irradiation apparatus according to claim 1, wherein a plurality of ion sources or plasma sources are arranged adjacent to each other outside the central space . 各イオン源あるいは各プラズマ源のイオン化ガス導入口と、ガス流量調整手段との間に、それぞれガスコンダクタンス調整手段を設けた請求項1,2,3,4,5,6または請求項7記載の粒子線照射装置。The gas conductance adjusting means is provided between the ionized gas inlet of each ion source or each plasma source and the gas flow rate adjusting means, respectively. Particle beam irradiation device.
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