JP4229145B2 - Ion beam irradiation equipment - Google Patents
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Description
この発明は、イオン源から引き出されたイオンビームをターゲットに照射して、当該ターゲットに例えばイオン注入、イオンドーピング(登録商標)、イオンビーム配向処理、イオンミリング、イオンビームエッチング等の処理を施すイオンビーム照射装置に関し、より具体的には、イオン源が分割構造の電極を有しているイオンビーム照射装置に関する。 The present invention irradiates a target with an ion beam extracted from an ion source, and performs ion implantation, ion doping (registered trademark), ion beam alignment treatment, ion milling, ion beam etching, and the like on the target. More specifically, the present invention relates to an ion beam irradiation apparatus in which an ion source has a split structure electrode.
この種のイオンビーム照射装置の従来例を図15に示す。このイオンビーム照射装置は、イオンビーム12を発生させる(引き出す)イオン源2を備えている。イオン源2は、例えばアーク放電、高周波放電等を利用してプラズマ6を生成するプラズマ生成部4と、このプラズマ6から電界の作用でイオンビーム12を引き出す1枚以上の電極とを有している。より具体的には、この例では電極として2枚の電極、即ちイオンビーム引出し方向の最上流側に配置された第1電極8と、その下流側に配置された第2電極10とを有している。
A conventional example of this type of ion beam irradiation apparatus is shown in FIG. The ion beam irradiation apparatus includes an
一点で互いに直交する3軸をx軸、y軸およびz軸とすると、両電極8、10はxy平面に沿って配置されており、かつz軸に沿う方向に互いに所定の隙間をあけて配置されており、z軸に沿う方向にイオンビーム12を引き出すことができる。各電極8、10は、イオンビーム12を引き出すための複数の(より具体的には多数の)イオン引出し孔9、11を相対応する位置にそれぞれ有している。なお、この明細書において「沿う方向」の典型例は、実質的に平行(平行を含む)な方向である。
Assuming that the three axes orthogonal to each other at one point are the x-axis, y-axis, and z-axis, the
両電極8、10は、この例では、x軸に沿う方向の寸法がy軸に沿う方向の寸法よりも大きい長方形の平面形状をしている。従ってこのイオン源2から引き出されるイオンビーム12は、x軸に沿う方向の寸法がy軸に沿う方向の寸法よりも大きい、断面長方形に近い形状をしている。
In this example, both the
第1電極8には、図示しない直流電源から、イオンビーム12の引き出しおよび加速用に正の直流電圧が印加される。この第1電極8は、プラズマ電極または加速電極等と呼ばれることもある。第2電極10には、例えば、図示しない直流電源から、逆流電子抑制用に負の直流電圧が印加される。この第2電極10は、抑制電極または減速電極等と呼ばれることもある。
A positive DC voltage is applied to the
このイオンビーム照射装置は、更に、イオン源2から引き出されたイオンビーム12の照射領域内で、ターゲット14を、それを保持するホルダ16と共に、例えば矢印Yに示すように、平面的に見てy軸に沿う方向に直線的に移動させるターゲット駆動装置18を備えている。この移動は一方向の場合と、往復方向の場合とがある。「平面的に見て」というのは、イオン源2またはターゲット駆動装置18(通常はイオン源2)をx軸に実質的に平行な軸を中心にして所定角度回転させて、z軸をターゲット14の表面に対して垂直ではなく斜めに傾けて、ターゲット14の表面にイオンビーム12を90度よりも小さい入射角度で入射させる場合があり、その場合でもターゲット14はy軸に沿う方向に移動させるので、この場合をも含める意味である。
In this ion beam irradiation apparatus, the
ターゲット14は、例えば、半導体基板、ガラス基板、配向膜付基板、その他の基板である。配向膜付基板は、液晶分子を一定方向に配向させるための配向膜をガラス基板等の基板の表面に形成したものである。
The
イオンビーム12のx軸に沿う方向の寸法はターゲット14の同方向の寸法よりも大きく、これと、ターゲット14を上記のようにy軸に沿う方向に移動させることとによって、ターゲット14の全面にイオンビーム12を照射して、ターゲット14に、イオン注入、イオンドーピング(登録商標)、イオンビーム配向処理、イオンミリング、イオンビームエッチング等の処理を施すことができる。
The dimension of the
ところで、イオン源2から大面積のイオンビーム12を引き出す場合、それに応じて両電極8、10も大面積になる。その場合、電極8、10の一方または両方は、(a)1枚の電極材料で製作するのが難しい、(b)熱膨張による変形(熱変形)を減少させる、等の理由から、例えば特許文献1、2にも記載されているように、複数の電極片に分割して構成する場合がある。
By the way, when the
例えば、x軸に沿う方向の寸法が大きい(例えば600mm〜1200mm程度の)イオンビーム12を引き出す場合は、電極8、10は、x軸に沿う方向において複数の電極片に分割される場合がある。そのような分割構造にした電極を、第1電極8を例に図16に示す。この第1電極8は、x軸に沿う方向において複数の電極片81に分割して構成されている。その各分割部20は、y軸に対して実質的に平行に形成されている。各電極片81は、通常はそれぞれ同電位に保たれる。
For example, when extracting the
第2電極10を分割構造にする場合も、上記第1電極8と同様である。
The case where the
上記のように電極8、10を分割構造にすると、各分割部20には他の場所のようにイオン引出し孔9、11を配列することができないので、各分割部20の下流でイオンビーム12の密度が他とは異なり、イオンビーム12の密度分布が不均一になる。
If the
例えば、各分割部20が図16に示すように上下に貫通するギャップである場合は、各分割部20の下流でイオンビーム12の密度が他よりも大きくなる。
For example, when each
また、各分割部20を例えば特許文献1に記載されているような押え金具で押さえたり、例えば特許文献2に記載されているように、分割部20でその両側の電極片81を互いに重ねて配置したりすると、各分割部20の下流でイオンビーム12の密度が他よりも小さくなる。
Moreover, each division |
ところが、ターゲット14は上記のようにy軸に沿う方向に移動させられるので、各分割部20の下流におけるイオンビーム密度の大小のパターンが、ターゲット14の表面にそのまま転写されてしまう。その結果、ターゲット14に対して均一性の良い処理を施すことができなくなる。
However, since the
そこでこの発明は、イオン源が分割構造の電極を有していても、ターゲットに対して均一性の良い処理を施すことができるイオンビーム照射装置を提供することを主たる目的としている。 Therefore, the main object of the present invention is to provide an ion beam irradiation apparatus capable of performing a uniform processing on a target even if the ion source has an electrode having a divided structure.
この発明に係るイオンビーム照射装置の一つは、互いに直交する2軸をx軸およびy軸とすると、複数のイオン引出し孔をそれぞれ有していてxy平面に沿う電極をイオンビーム引出し方向に1枚以上有するイオン源と、このイオン源から引き出されたイオンビームの照射領域内で、ターゲットを平面的に見てy軸に沿う方向に移動させるターゲット駆動装置とを備えるイオンビーム照射装置において、前記イオン源の各電極の、前記複数のイオン引出し孔が分布している領域である引出し孔領域は、長辺がx軸に実質的に平行、短辺がy軸に実質的に平行な長方形状をしており、前記イオン源の電極の内の少なくとも1枚を、x軸に実質的に平行な方向において複数の電極片に分割して構成し、かつ各分割部をy軸に対して斜めに配置していることを特徴としている。
One of the ion beam irradiation apparatuses according to the present invention has a plurality of ion extraction holes each having two axes perpendicular to each other as an x axis and a y axis, and an electrode along the xy plane is 1 in the ion beam extraction direction. An ion beam irradiation apparatus comprising : an ion source having at least one sheet; and a target driving device that moves the target in a direction along the y axis in a planar view within an irradiation region of an ion beam extracted from the ion source. The extraction hole region of each electrode of the ion source, in which the plurality of ion extraction holes are distributed, has a rectangular shape in which the long side is substantially parallel to the x axis and the short side is substantially parallel to the y axis. And at least one of the electrodes of the ion source is divided into a plurality of electrode pieces in a direction substantially parallel to the x-axis, and each divided portion is inclined with respect to the y-axis. Placed in It is characterized in Rukoto.
このイオンビーム照射装置によれば、分割して構成された電極の各分割部をy軸に対して斜めに配置しているので、各分割部の下流においてイオンビーム密度に大小のパターンが生じても、そのパターンはターゲットのy軸に沿う方向の移動によって、ターゲット上では平均化される。その結果、ターゲットに対して均一性の良い処理を施すことができる。 According to this ion beam irradiation apparatus, each divided portion of the divided electrode is arranged obliquely with respect to the y-axis, so that a large or small pattern is generated in the ion beam density downstream of each divided portion. However, the pattern is averaged on the target by movement of the target along the y-axis. As a result, processing with good uniformity can be performed on the target.
前記分割して構成された電極のイオン引出し孔は、y軸に沿う方向における複数のイオン引出し孔の面積総和が、x軸に沿う方向において実質的に一定となるように配列されていても良い。 The ion extraction holes of the divided electrode may be arranged so that the total area of the plurality of ion extraction holes in the direction along the y-axis is substantially constant in the direction along the x-axis. .
前記分割して構成された電極の各分割部は直線状をしており、当該各分割部をx軸に沿う方向において互いに実質的に等しい距離で挟みかつ分割部に実質的に平行な2本の直線上であって、前記イオン引出し孔が分布している引出し孔領域の外側にそれぞれ位置する4箇所に、前記電極片を固定部に固定する固定手段をそれぞれ配置していても良い。 Each of the divided portions of the divided electrode has a linear shape, and the two divided portions are substantially parallel to each other and are sandwiched at a substantially equal distance in the direction along the x-axis. The fixing means for fixing the electrode piece to the fixing portion may be respectively arranged at four positions on the straight line and outside the extraction hole region where the ion extraction holes are distributed.
前記分割して構成された電極の各分割部においてその両側の電極片は、x軸に沿う方向において互いの間にギャップをあけて、かつイオンビーム引出し方向において互いに重ねて配置されていても良い。 In each divided portion of the divided electrode, the electrode pieces on both sides thereof may be arranged with a gap between each other in the direction along the x axis and overlapping each other in the ion beam extraction direction. .
請求項1に記載の発明によれば、上記のように分割して構成された電極の各分割部をy軸に対して斜めに配置しているので、各分割部の下流においてイオンビーム密度に大小のパターンが生じても、そのパターンはターゲットのy軸に沿う方向の移動によって、ターゲット上では平均化される。その結果、ターゲットに対して均一性の良い処理を施すことができる。 According to the first aspect of the present invention, since each divided portion of the electrode divided and formed as described above is disposed obliquely with respect to the y-axis, the ion beam density is reduced downstream of each divided portion. Even if a large or small pattern is generated, the pattern is averaged on the target by the movement of the target along the y-axis. As a result, processing with good uniformity can be performed on the target.
請求項2に記載の発明によれば、上記のように分割して構成された電極の各分割部をy軸に対して斜めに配置しているので、各分割部の下流においてイオンビーム密度に大小のパターンが生じても、そのパターンはターゲットのy軸に沿う方向の移動によって、ターゲット上では平均化される。その結果、ターゲットに対して均一性の良い処理を施すことができる。更に次の効果を奏する。
即ち、分割して構成された電極のイオン引出し孔は、y軸に沿う方向における複数のイオン引出し孔の面積総和が、x軸に沿う方向において実質的に一定となるように配列されているので、ターゲットに照射されるイオンビームの密度分布が、x軸に沿う方向においてより均一になる。その結果、ターゲットに対して均一性のより良い処理を施すことができる。
According to the second aspect of the present invention, since each divided portion of the electrode divided and formed as described above is disposed obliquely with respect to the y-axis, the ion beam density is reduced downstream of each divided portion. Even if a large or small pattern is generated, the pattern is averaged on the target by the movement of the target along the y-axis. As a result, processing with good uniformity can be performed on the target. Furthermore, the following effects are produced.
That is, the ion extraction holes of the divided electrodes are arranged so that the total area of the plurality of ion extraction holes in the direction along the y-axis is substantially constant in the direction along the x-axis. The density distribution of the ion beam applied to the target becomes more uniform in the direction along the x axis. As a result, a process with better uniformity can be performed on the target.
請求項3に記載の発明によれば、上記のように分割して構成された電極の各分割部をy軸に対して斜めに配置しているので、各分割部の下流においてイオンビーム密度に大小のパターンが生じても、そのパターンはターゲットのy軸に沿う方向の移動によって、ターゲット上では平均化される。その結果、ターゲットに対して均一性の良い処理を施すことができる。更に次の効果を奏する。
即ち、分割して構成された電極の各分割部付近の所定領域において、y軸に沿う方向に並ぶ複数のイオン引出し孔の、熱膨張によるx軸に沿う方向の変位の総和を実質的にゼロにすることができる。ターゲットはy軸に沿う方向に移動させられるので、ターゲット上では上記変位の総和を求めることと同等になる。その結果、各イオン引出し孔が熱膨張によってx軸に沿う方向に変位しても、上記領域内に対応するターゲット上では上記変位が打ち消されたのと同等になり、その分、ターゲットに対して均一性のより良い処理を施すことができる。
According to the third aspect of the present invention, since each divided portion of the electrode divided and configured as described above is disposed obliquely with respect to the y-axis, the ion beam density is reduced downstream of each divided portion. Even if a large or small pattern is generated, the pattern is averaged on the target by the movement of the target along the y-axis. As a result, processing with good uniformity can be performed on the target. Furthermore, the following effects are produced.
That is, the total sum of displacements in the direction along the x-axis due to thermal expansion of the plurality of ion extraction holes arranged in the direction along the y-axis is substantially zero in a predetermined region near each divided part of the divided electrode. Can be. Since the target is moved in the direction along the y-axis, this is equivalent to obtaining the sum of the displacements on the target. As a result, even if each ion extraction hole is displaced in the direction along the x-axis due to thermal expansion, it becomes equivalent to the cancellation of the displacement on the target corresponding to the region, and accordingly, Processing with better uniformity can be performed.
請求項4に記載の発明によれば、請求項3の構成および請求項4の構成を備えているので、請求項3の効果および請求項4の効果を奏することができる。その結果、ターゲットに対して均一性のより一層良い処理を施すことができる。 According to the fourth aspect of the present invention, since the structure of the third aspect and the structure of the fourth aspect are provided, the effects of the third aspect and the fourth aspect can be achieved. As a result, a process with better uniformity can be performed on the target.
請求項5に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、各分割部においてその両側の電極片はx軸に沿う方向において互いの間にギャップをあけて配置されているので、このギャップにおいて各電極片のx軸に沿う方向の熱膨張を逃がすことができる。その結果、各電極片の熱変形を小さくすることができるので、ターゲットに対して均一性のより良いイオンビームを照射して均一性のより良い処理を施すことができる。しかも、各分割部においてその両側の電極片は互いに重ねて配置されているので、各分割部からのイオンビームの漏れを防止することができる。その結果、この観点からも、ターゲットに対して均一性のより良いイオンビームを照射して均一性のより良い処理を施すことができる。 According to invention of Claim 5, there exists the following further effect. That is, in each divided portion, the electrode pieces on both sides thereof are arranged with a gap between each other in the direction along the x axis, so that the thermal expansion in the direction along the x axis of each electrode piece is released in this gap. Can do. As a result, since the thermal deformation of each electrode piece can be reduced, an ion beam with better uniformity can be irradiated to the target to perform treatment with better uniformity. Moreover, since the electrode pieces on both sides of each divided portion are arranged so as to overlap each other, leakage of the ion beam from each divided portion can be prevented. As a result, also from this viewpoint, it is possible to irradiate the target with an ion beam with better uniformity and perform processing with better uniformity.
図1は、この発明に係るイオンビーム照射装置の一実施形態を示す概略図である。図2は、図1中の第1電極の一例を、下方のターゲットと共に示す平面図である。図15、図16に示した従来例と同一または相当する部分には同一符号を付し、以下においては当該従来例との相違点を主に説明する。 FIG. 1 is a schematic view showing an embodiment of an ion beam irradiation apparatus according to the present invention. FIG. 2 is a plan view showing an example of the first electrode in FIG. 1 together with the lower target. Portions that are the same as or equivalent to those in the conventional example shown in FIGS. 15 and 16 are denoted by the same reference numerals, and differences from the conventional example will be mainly described below.
このイオンビーム照射装置は、前記と同様のイオン源2およびターゲット駆動装置18を備えている。但し、イオン源2の電極8、10周りの構造が、以下に説明するように、従来例とは異なる。
This ion beam irradiation apparatus includes the
(1)電極の分割構造
このイオンビーム照射装置においては、イオン源2の第1電極8を、x軸に沿う方向において複数の電極片82に分割して構成し、かつその各分割部(換言すれば、つなぎ目)22をy軸に対して斜めに配置している。即ち、各分割部22は直線状をしていて、そのy軸に対する角度をαとすると、0°<α<90°としている。各分割部22は、互いに実質的に平行である(他の例および分割部24においても同様)。電極片82の数は、即ち第1電極8の分割数は、図2に示す例では4であるが、それに限られるものではない。第1電極8のx軸に沿う方向の寸法等に応じて決めれば良い。第2電極10についても同様である。各電極片82は、通常はそれぞれ同電位に保たれる。
(1) Divided structure of electrode In this ion beam irradiation apparatus, the
イオン源2のプラズマ生成部4の下端部には支持枠26が設けられており、各電極片82は、前述したイオン引出し孔9が分布している引出し孔領域32の外側の部分で、固定ボルト34によって支持枠26に固定されている。この支持枠26が電極片82についての固定部の例であり、固定ボルト34が固定手段の例である。
A
更にこの実施形態では、イオン源2の第2電極10も、第1電極8と同様に、x軸に沿う方向において複数の電極片102に分割して構成し、かつその各分割部24をy軸に対して斜めに配置している。各電極片102は、通常はそれぞれ同電位に保たれる。
Further, in this embodiment, the
上記支持枠26の下流側には、絶縁物30を介在させて支持枠28が設けられており、第2電極10の各電極片102は、イオン引出し孔11が分布している引出し孔領域の外側の部分で、固定ボルト(図示省略)によって、支持枠28に固定されている。この支持枠28が電極片102についての固定部の例であり、固定ボルトが固定手段の例である。
A
第2電極10は、この実施形態では第1電極8と実質的に同じ構造をしている。そこで以下においては、第1電極8を主体に説明する。以下の説明は、断りがない限り、第2電極10についても適用される。
The
第1電極8の各分割部22は、図2や後述する図6等では図示の簡略化のために1本の直線で表しているが、上下に貫通するギャップであっても良い。あるいは、例えば図3〜図5に示す例のように、各分割部22においてその両側の電極片82は、x軸に沿う方向において互いの間にギャップをあけて、かつイオンビーム引出し方向(即ちz軸に沿う方向。以下同様)において互いに重ねて配置されていても良い。
Each divided
即ち、図3の例では、分割部22の両側の電極片82は、互いに重なり合う段部36、38を有しており、かつx軸に沿う方向において互いの間にギャップ40、42を有している。
That is, in the example of FIG. 3, the
図4の例では、分割部22の両側の電極片82は、斜めになったギャップ48をあけて互いに重なり合う斜面部44、46を有している。
In the example of FIG. 4, the
図5の例では、分割部22の両側の電極片82は、凸条部50とそれが嵌まる凹条部52とを有しており、かつx軸に沿う方向において互いの間にギャップ54、56を有している。
In the example of FIG. 5, the
このイオンビーム照射装置においては、分割して構成された電極8、10の各分割部22、24をy軸に対して斜めに配置しているので、各分割部22、24の下流においてイオンビーム密度に大小のパターンが生じても、そのパターンはターゲット14のy軸に沿う方向の移動によって、ターゲット14上では平均化される。
In this ion beam irradiation apparatus, the divided
これを主に図2を参照して詳述すると、例えば、各分割部22、24が図3〜図5に示した例のような構造をしていて各分割部22、24からイオンビーム12が引き出されない場合は、各分割部22、24の下流においてイオンビーム密度が他よりも小さいパターンが生じる。しかし、ターゲット14をy軸に沿う方向に移動させると、各分割部22、24がy軸に対して斜めに配置されているので、ターゲット14は各分割部22、24の下流のイオンビーム密度の小さい部分とその他の部分(密度の小さくない部分)とを共に通過することになる。その結果、上記パターンは、従来例のようにそのままターゲット14上に転写されることはなく、ターゲット14上では平均化される。換言すれば、上記パターンはターゲット14上では緩和または薄められる(以下同様)。
This will be described in detail mainly with reference to FIG. 2. For example, each of the dividing
各分割部22、24が上下に貫通しているギャップの場合は、上下の分割部22、24がイオンビーム引出し方向において互いに重なっていると、各分割部22、24を通してイオンビーム12が引き出されて、各分割部22、24の下流においてイオンビーム密度が他よりも大きいパターンが生じる場合があり得る。しかしこの場合も、ターゲット14をy軸に沿う方向に移動させると、各分割部22、24がy軸に対して斜めに配置されているので、ターゲット14は各分割部22、24の下流のイオンビーム密度の大きい部分とその他の部分(密度の大きくない部分)とを共に通過することになる。その結果、上記パターンは、従来例のようにそのままターゲット14上に転写されることはなく、ターゲット14上では平均化される。
In the case of a gap in which each of the divided
従って上記いずれの場合も、ターゲット14に対して均一性(具体的にはx軸に沿う方向における均一性。他においても同様)の良い処理を施すことができる。
Therefore, in any of the above cases, the
また、図3〜図5に示した例のように、各分割部22、24においてその両側の電極片82、102をx軸に沿う方向において互いの間にギャップをあけて配置しておくと、このギャップにおいて各電極片82、102のx軸に沿う方向の熱膨張を逃がすことができるので、各電極片82、102の熱変形を小さくすることができる。その結果、ターゲット14に対して均一性のより良いイオンビーム12を照射して均一性のより良い処理を施すことができる。
Also, as in the example shown in FIGS. 3 to 5, when the
更に図3〜図5に示した例のように、各分割部22、24においてその両側の電極片82、102を互いに重ねて配置しておくと、各分割部22、24からのイオンビーム12の漏れを防止することができるので、この観点からも、ターゲット14に対して、x軸に沿う方向における均一性のより良いイオンビーム12を照射して均一性のより良い処理を施すことができる。
Further, as in the example shown in FIGS. 3 to 5, if the
(2)イオン引出し孔の面積総和を一定にする構造
上記のように分割して構成された電極、例えば第1電極8のイオン引出し孔9は、例えば図2に示す例のように、(A)y軸に沿う方向における複数のイオン引出し孔9の面積総和が、x軸に沿う方向において実質的に一定となるように配列されているのが好ましい。
(2) Structure in which the total area of the ion extraction holes is constant The electrode divided as described above, for example, the
より具体的には、図2に示す例では、各イオン引出し孔9は互いに同じ面積の円孔であり、イオン引出し孔9を形成することのできない斜めの分割部22が存在していても、y軸に沿う方向におけるイオン引出し孔9の数は、x軸に沿う方向のどの列においても同じ数(図示例では8個)である。従って、y軸に沿う方向におけるイオン引出し孔9の面積総和は、x軸に沿う方向のどの列においても一定となる。
More specifically, in the example shown in FIG. 2, each
なお、この図2の例では、複数のイオン引出し孔の配列のx軸に沿う方向におけるピッチをPx 、y軸に沿う方向におけるピッチをPy とすると、各分割部22の上記角度αは次式の関係を満たしている。そして、一つの分割部22が引出し孔領域32の外側へ抜けると、次の分割部22が引出し孔領域32の内側へ入るように、各分割部22のx軸に沿う方向の位置を定めている。
In the example of FIG. 2, if the pitch in the direction along the x axis of the array of the plurality of ion extraction holes is P x and the pitch in the direction along the y axis is P y , the angle α of each divided
[数1]
α=tan-1(Px /Py )
[Equation 1]
α = tan −1 (P x / P y )
上記のようにすると、ターゲット14に照射されるイオンビーム12の密度分布が、x軸に沿う方向においてより均一になる。その結果、ターゲット14に対して均一性のより良い処理を施すことができる。
As described above, the density distribution of the
図6に示す例のように、各分割部22の上記角度αをより大きくしても、上記(A)に示した配列を実現することができる。この例の場合も、イオン引出し孔9を形成することのできない斜めの分割部22が存在しても、y軸に沿う方向におけるイオン引出し孔9の数は、x軸に沿う方向のどの列においても同じ数(図示例では8個)である。
As in the example shown in FIG. 6, the arrangement shown in (A) can be realized even if the angle α of each of the
図7に示す例のように、分割部22ではないけれども分割部22と同様にイオン引出し孔9が存在していない斜めの不存在領域58を設けておいても、上記(A)に示した配列を実現することができる。この不存在領域58は、y軸に対して、分割部22と実質的に同じ角度で傾けている。この不存在領域58に、仮想的に分割部22があると考えれば良い。
As in the example shown in FIG. 7, even if the oblique
この例の場合も、イオン引出し孔9を形成することができない分割部22およびイオン引出し孔9の不存在領域58が存在していても、y軸に沿う方向におけるイオン引出し孔9の数は、x軸に沿う方向のどの列においても同じ数(図示例では8個)である。この場合は、第1電極8の分割数を少なくすることができる。第1電極8のx軸に沿う方向の端と最初の分割部22間または隣り合う分割部22間に、不存在領域58を複数設けても良い。
In the case of this example as well, the number of the
図2、図6、図7は、同じ大きさで円孔状をした複数のイオン引出し孔9が正方(ま四角)に配列された例であるが、同様のイオン引出し孔9を図8、図9に示すように千鳥配列にしても良い。この例の場合も、イオン引出し孔9を形成することのできない分割部22が存在していても、y軸に沿う方向におけるイオン引出し孔9の数は、x軸に沿う方向のどの列においても同じ数(図示例では5個)である。図8、図9では隣り合うイオン引出し孔9の間隔を図2等の場合よりも広くして図示しているけれども、千鳥配列にすれば、一般的に、正方配列よりもイオン引出し孔9の密度を高くすることができる。
2, 6, and 7 are examples in which a plurality of
各イオン引出し孔9の形状は、円孔に限られるものではなく、図10、図11に示す例のようにスリット状でも良い。各イオン引出し孔9は互いに同じ幅を有している。これらの例の場合も、上記(A)に示した配列を実現することができる。スリット状の方が、電極面積に対するイオン引出し孔9の総面積を広くすることができる。
The shape of each
即ち、図10に示す例では、イオン引出し孔9を形成することのできない斜めの分割部22が存在していても、y軸に沿う方向におけるイオン引出し孔9の数は、x軸に沿う方向のどの位置においても同じ数(図示例では8個)である。
That is, in the example shown in FIG. 10, the number of the
図11に示す例では、イオン引出し孔9を形成することのできない斜めの分割部22が存在していても、y軸に沿う方向におけるイオン引出し孔9の合計の長さL1 +L2 は、x軸に沿う方向のどの列においても実質的に一定である。
In the example shown in FIG. 11, even if there is an oblique divided
(3)分割部付近の固定ボルトの配置構造
各分割部22をx軸に沿う方向において挟んでいる前述した固定ボルト34は、次の位置に設けるのが好ましい。即ち、図12を参照して、直線状の各分割部22をx軸に沿う方向において互いに等しい距離L3 で挟みかつ分割部22に実質的に平行な2本の直線60、62を考えると、この直線60、62上であって、前記引出し孔領域32の外側にそれぞれ位置する4箇所に固定ボルト34を配置しておくのが好ましい。そのようにすると、各分割部22付近の所定領域(図14に示す距離W内の領域)において、y軸に沿う方向に並ぶ複数のイオン引出し孔9の、熱膨張によるx軸に沿う方向の変位の総和を実質的にゼロにすることができる。
(3) Arrangement structure of fixing bolts in the vicinity of the divided portions The above-described fixing
これを詳述すると、上記の場合、分割部22、直線60および62と、引出し孔領域32のx軸に沿う辺との成す角度は、それぞれ実質的に等しい角度θとなる。かつ0°<θ<90°となる。この角度θは、前記角度αとの関係では、θ=90°−αである。また、図14を参照して、直線60が引出し孔領域32のx軸に沿う一方の辺と交わる点Bと、直線62が引出し孔領域32のx軸に沿う他方の辺と交わる点Gとの間を結ぶ直線BGは、y軸に対して実質的に平行になる。
More specifically, in the above case, the angles formed by the dividing
なお、各分割部22が、例えば図3〜図5に示した例のような構造をしていて、x軸に沿う方向において幅を有している場合は、その幅の中心の位置を、図12〜図14における分割部22の位置と考えれば良い。
In addition, when each division |
図13を参照して、ターゲット14は上記のようにy軸に沿う方向に(前述したように典型的にはy軸に実質的に平行に)移動させられるので、y軸に実質的に平行で分割部22を横切る直線PQ上に存在するイオン引出し孔9の熱膨張による変位について考えると、その直線PQ上の点、例えば点K、L、Mに存在する引出し孔領域9は、x軸に沿う方向にはそれぞれベクトルu、v、wの向きに、それぞれベクトルu、v、wの大きさに比例する量だけ熱膨張によって変位する。即ち、直線60、62よりも左側に位置するイオン引出し孔9は左側へ変位し、右側に位置するイオン引出し孔9は右側へ変位する。直線60、62上では、両側の固定ボルト34によって機械的に拘束されているからである。その変位の大きさは、各イオン引出し孔9と直線60、62間の距離に比例する。
Referring to FIG. 13, since the
なお、各ベクトルu、v、wは、本来は各点K、L、Mを始点としているが、その長さを分かりやすくするために、x軸に沿う方向に平行移動させて、各点K、L、Mを終点にして図示している。 The vectors u, v, and w originally start from the points K, L, and M. However, in order to make the lengths easy to understand, the vectors u, v, and w are translated in the direction along the x-axis, , L and M are shown as end points.
図13に示した考え方を直線PQ上の全ての点に拡張すると、図14に示すように、直線AC上に存在するイオン引出し孔9の変位の総和は+xの向きに大きさ△ABCであり、直線CE上に存在するイオン引出し孔9の変位の総和は−xの向きに大きさ△CDEであり、更に直線EH上に存在するイオン引出し孔9の変位の総和は+xの向きに大きさ□EFGHである。ここで、点A、Hは引出し孔領域32のx軸に沿う二つの辺と直線PQとの交点、点Cは直線60と直線PQとの交点、点B、Gは前述した交点、点Eは直線PQと分割部22との交点、点D、Fは点Eを通りx軸に平行な線と直線60、62との交点、点J、Nは引出し孔領域32のx軸に沿う二つの辺と分割部22との交点、点Iは直線62と直線PQとの交点である。
When the concept shown in FIG. 13 is expanded to all points on the straight line PQ, as shown in FIG. 14, the total displacement of the
そして、以下に証明するように、面積に関して△ABC+□EFGH=△CDEであり、かつ左辺と右辺で符号は逆であるから、直線PQ上に存在するイオン引出し孔9のx軸に沿う方向の変位を、y軸に沿う方向に足し算したもの(即ち総和)は実質的にゼロになる。この事実は、直線PQの点Jからの距離Xが0≦X≦Wの間では成り立つ。Wは点J、N間のx軸に沿う方向の距離である。
As will be proved below, the area is ΔABC + □ EFGH = ΔCDE, and the signs on the left side and the right side are opposite, so that the
従って、この距離Wの領域内においては、y軸に沿う方向に並んだイオン引出し孔9のx軸に沿う方向の変位を、y軸に沿う方向に足し算したものは、どの列をとっても実質的にゼロとなる。前述したようにターゲット14はy軸に沿う方向に移動させられるので、ターゲット14上では上記変位の総和を求めることと同等になる。従って、個々のイオン引出し孔9が熱膨張によってx軸に沿う方向に変位しても、0≦X≦Wの領域内に対応するターゲット14上では、上記変位が打ち消されたのと同等になる。イオン引出し孔9が変位すると、ターゲット14に対するイオンビーム照射の均一性ひいては処理の均一性の低下を惹き起こすが、上記のようにターゲット14上ではこの変位が打ち消されたのと同等になるので、その分、ターゲット14に対して均一性のより良い処理を施すことができる。
Accordingly, in this distance W region, the displacement in the direction along the x-axis of the
なお、引出し孔領域32のy軸に沿う方向における距離をdとすると、これと上記角度θ、距離Wとの間には次式が成立する。
If the distance in the direction along the y-axis of the
[数2]
θ=tan-1(d/W)
[Equation 2]
θ = tan −1 (d / W)
上述した△ABC+□EFGH=△CDEであることを証明する。図14において、△ABCと△GHIに注目すると、AB=HGであり、∠CAB=∠IHG、∠ABC=∠HGIであるから、一辺両端角相等により△ABCと△GHIは合同である。また、△CDEと△IFEに注目すると、DE=FEであり、∠CED=∠IEF、∠CDE=∠IFEであるから、一辺両端角相等により△CDEと△IFEは合同である。以上のことから次式が成立し、上記のことが証明される。 It is proved that ΔABC + □ EFGH = ΔCDE described above. In FIG. 14, paying attention to ΔABC and ΔGHI, since AB = HG, ∠CAB = ∠IHG, and ∠ABC = ∠HGI, △ ABC and △ GHI are congruent due to the angular phase at one end. Further, paying attention to ΔCDE and ΔIFE, DE = FE, ∠CED = ∠IEF, and ∠CDE = ∠IFE, and therefore, ΔCDE and ΔIFE are congruent due to the corners of both sides. From the above, the following equation is established and the above is proved.
[数3]
△ABC+□EFGH
=△GHI+□EFGH
=△IFE
=△CDE
[Equation 3]
△ ABC + □ EFGH
= △ GHI + □ EFGH
= △ IFE
= △ CDE
各分割部22をx軸に沿う方向において挟む片側2本の固定ボルト34は、典型的には、各分割部22を挟んでx軸に沿う方向において対称の位置に配置されているが、各分割部22を挟んで配置された4本の固定ボルト34は、直線60、62上にあれば上記関係は成立するので、例えば図12中に二点鎖線で示すように、直線60上で多少外側(またはその反対側の内側)にずれていても良い。他の固定ボルト34についても同様である。
The two fixing
イオン引出し孔9の形状、配置は、前記と同様に例えば図2、図6、図7に示したような円孔の正方配列でも良いし、例えば図8、図9に示したような円孔の千鳥配列でも良いし、図10、図11に示したようなスリット状でも良い。
The shape and arrangement of the
各分割部22の構造は、前記と同様に、例えば図3〜図5に示した構造を採用しても良い。
As the structure of each
この(3)に示した固定ボルト34の配置構造と、上記(2)に示したイオン引出し孔9の面積総和を一定にする構造とを併用しても良く、そのようにすれば、両者の効果を奏することができるので、ターゲット14に対して均一性のより一層良い処理を施すことができる。
The arrangement structure of the fixing
電極片82を固定部に固定する手段として、固定ボルト34の代わりに、固定ピン等を採用しても良い。固定部は、上記例では支持枠26であるが、それ以外のフランジ等を採用しても良い。
As means for fixing the
前述したように、第2電極10に関しても、上記第1電極8に関して上記(1)に示した分割部を斜めにする構造に加えて、上記(2)に示したイオン引出し孔の面積総和を一定にする構造、上記(3)に示した分割部付近の固定ボルトの配置構造の一方または両方を採用しても良い。
As described above, regarding the
イオン源2の電極は上記例のように2枚でも良いし、3枚以上でも良い。例えば、第2電極10の下流側に、第3電極および第4電極を有していても良い。その場合は、第2電極10はプラズマ生成部4に対して負電圧が印加されて引出し電極と呼ばれ、第3電極は負電圧が印加されて抑制電極と呼ばれ、第4電極は接地電位にされて接地電極と呼ばれることもある。このようにイオン源2が複数枚の電極を有している場合、その内の少なくとも1枚について、上記(1)〜(3)に示した構造の内の所望のものを採用しても良いし、複数枚について採用しても良いし、全枚について採用しても良く、採用した電極について上記効果を奏することができる。特に、最上流側の第1電極8は、プラズマ生成部4に一番近くてプラズマ生成部4からの熱によって加熱されやすいので、上記(1)〜(3)の構造を採用する効果は大きい。
The number of electrodes of the
複数枚の電極に上記(1)に示した分割構造を採用する場合、各分割部が図3〜図5に示した例のような構造をしていて各分割部からイオンビーム12が引き出されない場合は、各電極の分割部は、イオンビーム引出し方向においてそれぞれ重なる位置に配置するのが好ましい。そのようにすると、イオンビーム12が引き出されない箇所の数を減らすことができるので、イオンビーム量を多くすることができる。
When the divided structure shown in the above (1) is adopted for a plurality of electrodes, each divided part has a structure like the example shown in FIGS. 3 to 5 and the
複数枚の電極に上記(1)に示した分割構造を採用する場合、各分割部が上下に貫通するギャップであって各分割部からイオンビーム12が引き出される場合は、各電極の分割部は、イオンビーム引出し方向においてそれぞれ重ならない位置(即ち、ずらした位置)に配置するのが好ましい。そのようにすると、分割部からイオンビーム12が引き出されても、イオンビーム密度の大きい部分が分散されると共に、一の電極の分割部を通るイオンビームは他の電極の分割部でない所を通ることになってピークが幾分緩和されるので、x軸に沿う方向におけるイオンビーム12の密度分布を均一化することができる。更に、複数枚の電極の内の2枚の電極に着目した場合、例えばこれらを上記第1電極8および第2電極10とすると、図17に示す例のように、第1電極8の分割部22の直下に第2電極10のイオン引出し孔不存在領域59が存在し、かつ第2電極10の分割部24の直上に第1電極8のイオン引出し孔不存在領域58が存在するように配置しても良い。そのようにすると、上の分割部22から漏れ出たイオンビームは下の不存在領域59で阻止され、かつ下の分割部24へは上の不存在領域58からイオンビームが漏れて来ないので、x軸に沿う方向におけるイオンビーム2の密度分布をより均一化することができる。3枚以上の電極においても同様である。
When the divided structure shown in the above (1) is adopted for a plurality of electrodes, each divided portion is a gap penetrating vertically, and when the
イオン源2が1枚の電極を有している場合は、その電極について、上記(1)〜(3)に示した構造の内の所望のものを採用すれば良い。
When the
2 イオン源
8 第1電極
9 イオン引出し孔
10 第2電極
11 イオン引出し孔
12 イオンビーム
14 ターゲット
18 ターゲット駆動装置
22、24 分割部
26、28 支持枠(固定部)
32 引出し孔領域
34 固定ボルト(固定手段)
82、102 電極片
2
32
82, 102 electrode pieces
Claims (5)
前記イオン源の各電極の、前記複数のイオン引出し孔が分布している領域である引出し孔領域は、長辺がx軸に実質的に平行、短辺がy軸に実質的に平行な長方形状をしており、
前記イオン源の電極の内の少なくとも1枚を、x軸に実質的に平行な方向において複数の電極片に分割して構成し、かつ各分割部をy軸に対して斜めに配置していることを特徴とするイオンビーム照射装置。 Assuming that two axes orthogonal to each other are an x-axis and a y-axis, an ion source having a plurality of ion extraction holes and having at least one electrode along the xy plane in the ion beam extraction direction is extracted from the ion source. An ion beam irradiation apparatus comprising: a target driving device that moves the target in a direction along the y axis when viewed in plan in the ion beam irradiation region;
The extraction hole region, which is the region where the plurality of ion extraction holes are distributed, of each electrode of the ion source is a rectangle whose long side is substantially parallel to the x axis and whose short side is substantially parallel to the y axis. The shape
At least one of the electrodes of the ion source is divided into a plurality of electrode pieces in a direction substantially parallel to the x axis, and each divided portion is disposed obliquely with respect to the y axis. An ion beam irradiation apparatus characterized by that.
前記イオン源の電極の内の少なくとも1枚を、x軸に沿う方向において複数の電極片に分割して構成し、かつ各分割部をy軸に対して斜めに配置しており、
更に、前記分割して構成された電極のイオン引出し孔は、y軸に沿う方向における複数のイオン引出し孔の面積総和が、x軸に沿う方向において実質的に一定となるように配列されていることを特徴とするイオンビーム照射装置。 Assuming that two axes orthogonal to each other are an x-axis and a y-axis, an ion source having a plurality of ion extraction holes and having at least one electrode along the xy plane in the ion beam extraction direction is extracted from the ion source. An ion beam irradiation apparatus comprising: a target driving device that moves the target in a direction along the y axis when viewed in plan in the ion beam irradiation region;
At least one of the electrodes of the ion source is divided into a plurality of electrode pieces in a direction along the x-axis, and each divided portion is arranged obliquely with respect to the y-axis,
Further, the ion extraction holes of the divided electrodes are arranged so that the total area of the plurality of ion extraction holes in the direction along the y-axis is substantially constant in the direction along the x-axis. An ion beam irradiation apparatus characterized by that.
前記イオン源の電極の内の少なくとも1枚を、x軸に沿う方向において複数の電極片に分割して構成し、かつ各分割部をy軸に対して斜めに配置しており、
更に、前記分割して構成された電極の各分割部は直線状をしており、当該各分割部をx軸に沿う方向において互いに実質的に等しい距離で挟みかつ分割部に実質的に平行な2本の直線上であって、前記イオン引出し孔が分布している引出し孔領域の外側にそれぞれ位置する4箇所に、前記電極片を固定部に固定する固定手段をそれぞれ配置していることを特徴とするイオンビーム照射装置。 Assuming that two axes orthogonal to each other are an x-axis and a y-axis, an ion source having a plurality of ion extraction holes and having at least one electrode along the xy plane in the ion beam extraction direction is extracted from the ion source. An ion beam irradiation apparatus comprising: a target driving device that moves the target in a direction along the y axis when viewed in plan in the ion beam irradiation region;
At least one of the electrodes of the ion source is divided into a plurality of electrode pieces in a direction along the x-axis, and each divided portion is arranged obliquely with respect to the y-axis,
Furthermore, each divided portion of the divided electrode is linear, and is sandwiched at a substantially equal distance from each other in the direction along the x-axis and substantially parallel to the divided portion. Fixing means for fixing the electrode pieces to the fixing portions are respectively arranged at four positions on two straight lines and outside the extraction hole region where the ion extraction holes are distributed. A featured ion beam irradiation apparatus.
前記イオン源の電極の内の少なくとも1枚を、x軸に沿う方向において複数の電極片に分割して構成し、かつ各分割部をy軸に対して斜めに配置しており、
更に、前記分割して構成された電極のイオン引出し孔は、y軸に沿う方向における複数のイオン引出し孔の面積総和が、x軸に沿う方向において実質的に一定となるように配列されており、
かつ前記分割して構成された電極の各分割部は直線状をしており、当該各分割部をx軸に沿う方向において互いに実質的に等しい距離で挟みかつ分割部に実質的に平行な2本の直線上であって、前記イオン引出し孔が分布している引出し孔領域の外側にそれぞれ位置する4箇所に、前記電極片を固定部に固定する固定手段をそれぞれ配置していることを特徴とするイオンビーム照射装置。 Assuming that two axes orthogonal to each other are an x-axis and a y-axis, an ion source having a plurality of ion extraction holes and having at least one electrode along the xy plane in the ion beam extraction direction is extracted from the ion source. An ion beam irradiation apparatus comprising: a target driving device that moves the target in a direction along the y axis when viewed in plan in the ion beam irradiation region;
At least one of the electrodes of the ion source is divided into a plurality of electrode pieces in a direction along the x-axis, and each divided portion is arranged obliquely with respect to the y-axis,
Further, the ion extraction holes of the divided electrodes are arranged so that the total area of the plurality of ion extraction holes in the direction along the y-axis is substantially constant in the direction along the x-axis. ,
Each of the divided portions of the divided electrode has a linear shape, and is sandwiched between the divided portions at a substantially equal distance in the direction along the x axis and substantially parallel to the divided portions. Fixing means for fixing the electrode pieces to the fixing portion are respectively arranged at four positions on the straight line of the book and outside the extraction hole region where the ion extraction holes are distributed. Ion beam irradiation device.
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