JP4915671B2 - イオン源、イオン注入装置およびイオン注入方法 - Google Patents

イオン源、イオン注入装置およびイオン注入方法 Download PDF

Info

Publication number
JP4915671B2
JP4915671B2 JP2007243308A JP2007243308A JP4915671B2 JP 4915671 B2 JP4915671 B2 JP 4915671B2 JP 2007243308 A JP2007243308 A JP 2007243308A JP 2007243308 A JP2007243308 A JP 2007243308A JP 4915671 B2 JP4915671 B2 JP 4915671B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ion
current density
cathode
density distribution
ion source
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2007243308A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2009076287A (ja
Inventor
貴敏 山下
忠司 池尻
啓子 久澤
秀行 藤原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nissin Ion Equipment Co Ltd
Original Assignee
Nissin Ion Equipment Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nissin Ion Equipment Co Ltd filed Critical Nissin Ion Equipment Co Ltd
Priority to JP2007243308A priority Critical patent/JP4915671B2/ja
Priority to US12/233,151 priority patent/US7791041B2/en
Publication of JP2009076287A publication Critical patent/JP2009076287A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4915671B2 publication Critical patent/JP4915671B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J27/00—Ion beam tubes
    • H01J27/02—Ion sources; Ion guns
    • H01J27/08—Ion sources; Ion guns using arc discharge
    • H01J27/14—Other arc discharge ion sources using an applied magnetic field
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement, ion-optical arrangement
    • H01J37/08—Ion sources; Ion guns
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/30—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects
    • H01J37/317—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for changing properties of the objects or for applying thin layers thereon, e.g. for ion implantation
    • H01J37/3171—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for changing properties of the objects or for applying thin layers thereon, e.g. for ion implantation for ion implantation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/06—Sources
    • H01J2237/061—Construction
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/06—Sources
    • H01J2237/08—Ion sources
    • H01J2237/0815—Methods of ionisation
    • H01J2237/082—Electron beam
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/06—Sources
    • H01J2237/083—Beam forming
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/245—Detection characterised by the variable being measured
    • H01J2237/24507—Intensity, dose or other characteristics of particle beams or electromagnetic radiation
    • H01J2237/24514—Beam diagnostics including control of the parameter or property diagnosed
    • H01J2237/24542—Beam profile
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/30—Electron or ion beam tubes for processing objects
    • H01J2237/304—Controlling tubes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/30—Electron or ion beam tubes for processing objects
    • H01J2237/304—Controlling tubes
    • H01J2237/30472—Controlling the beam
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/30—Electron or ion beam tubes for processing objects
    • H01J2237/317—Processing objects on a microscale
    • H01J2237/31701—Ion implantation
    • H01J2237/31706—Ion implantation characterised by the area treated
    • H01J2237/31708—Ion implantation characterised by the area treated unpatterned
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/30—Electron or ion beam tubes for processing objects
    • H01J2237/317—Processing objects on a microscale
    • H01J2237/31701—Ion implantation
    • H01J2237/31706—Ion implantation characterised by the area treated
    • H01J2237/3171—Ion implantation characterised by the area treated patterned

Description

この発明は、進行方向と実質的に直交する平面内におけるＹ方向の寸法が当該Ｙ方向と実質的に直交するＸ方向の寸法よりも大きいリボン状（これはシート状または帯状と呼ばれることもある。以下同様）のイオンビームを発生させるイオン源、それを備えるイオン注入装置および当該イオン注入装置におけるイオン注入方法に関する。
図１に、進行方向Ｚと実質的に直交する平面内におけるＹ方向の寸法ＷY が当該Ｙ方向と実質的に直交するＸ方向の寸法ＷX よりも大きいリボン状のイオンビーム２の一例を示す。
特許文献１には、プラズマ生成容器内において、イオン引出しスリットの長手方向を挟んでフィラメントと反射電極とを対向させ、かつ両者を結ぶ軸に沿う方向に（即ちイオン引出しスリットの長手方向に沿う方向に）磁界を印加する、いわゆるバーナス型のイオン源が記載されている。このイオン源のイオン引出しスリットの長手方向をＹ方向とすることによって、上記のようなＹ方向の寸法の大きいリボン状のイオンビームを発生させることは一応可能である。
特開２００２−３３４６６２号公報（段落０００２−００１２、図１２）
上記イオン源を用いて、例えば、大型のターゲットに対して均一性の良いイオン注入を行うためには、当該イオン源から発生させる（引き出す）リボン状イオンビームの寸法を大きくし、かつＹ方向におけるビーム電流密度分布の均一性を良くする必要がある。そのためには、上記イオン源のプラズマ生成容器のＹ方向の寸法を大きくし、かつ当該プラズマ生成容器内のＹ方向におけるプラズマ密度分布の均一性を良くする必要がある。
しかし、プラズマ生成容器が大きくなると、プラズマ生成容器内のプラズマ密度分布はどうしても不均一になるので、Ｙ方向におけるビーム電流密度分布の均一性の良いイオンビームを引き出すことは困難である。
仮に何らかの方法で、プラズマ生成容器内のプラズマ密度分布を均一にする制御を行おうとしても、従来のイオン源では、磁界がＹ方向に沿って印加されていて、当該磁界の影響がＹ方向の全体に及ぶために、プラズマ密度をＹ方向において部分的に制御することは困難であり、従ってＹ方向におけるプラズマ密度分布の均一性を良くすることは困難である。換言すれば、上記Ｙ方向に沿う磁界が、却って、Ｙ方向におけるプラズマ密度分布の制御を困難にしている。かと言って、上記磁界の印加を止めると、当該磁界による電子の閉じ込め作用を奏さなくなるので、プラズマ生成効率が低下してしまう。
そこでこの発明は、プラズマ生成容器内のＹ方向におけるプラズマ密度を部分的に制御可能にして、リボン状イオンビームのＹ方向におけるビーム電流密度分布の均一性を良くすることや、所定の不均一な分布を実現可能にしたイオン源を提供することを一つの目的としている。
またこの発明は、注入室内におけるリボン状イオンビームのＹ方向におけるビーム電流密度分布の均一性を良くすることができるイオン注入装置を提供することを他の目的としている。
更にこの発明は、注入室内におけるリボン状イオンビームのＹ方向におけるビーム電流密度分布を所定の不均一な分布にすることができるイオン注入装置を提供することを他の目的としている。
更にこの発明は、上記所定の不均一な分布を実現することができるイオン注入装置を用いて、ターゲットの面内において一様でないドーズ量分布を形成することができるイオン注入方法を提供することを他の目的としている。
この発明に係る第１のイオン源は、進行方向と実質的に直交する平面内におけるＹ方向の寸法が当該Ｙ方向と実質的に直交するＸ方向の寸法よりも大きいリボン状のイオンビームを発生させるイオン源において、内部でプラズマを生成するための容器であって、陽極を兼ねていて内部にガスが導入され、かつ前記Ｙ方向に伸びたイオン引出し口を有するプラズマ生成容器と、前記プラズマ生成容器の前記Ｘ方向の少なくとも一方側に設けられていて、プラズマ生成容器内へ電子を放出してプラズマ生成容器内で放電を生じさせて前記ガスを電離させて前記プラズマを生成する１以上の陰極と、前記プラズマ生成容器内であって、前記Ｘ方向の少なくとも他方側に前記陰極に対向させて配置されていて、プラズマ生成容器に対して負電位または浮遊電位にされて、プラズマ生成容器内の電子を反射させる１以上の反射電極と、前記プラズマ生成容器内に、前記Ｘ方向に沿う磁界をそれぞれ発生させるものであって、前記Ｙ方向に沿って複数段に配置された複数の電磁石とを備えていることを特徴としている。
この第１のイオン源においては、プラズマ生成容器内の電子が陰極と反射電極との間で動くことのできる範囲は、Ｘ方向に沿う磁界によって主としてＸ方向に沿う方向に制限されるので、Ｙ方向への電子の移動は少なくなる。従って、各段の磁界によって閉じ込められた電子が他の部分のプラズマ生成に与える影響は小さくなる。しかも、Ｙ方向に沿って複数段に配置された複数の電磁石を備えていて、各段の電磁石から発生させる各段の磁界の強さを調整することができるので、各段の磁界による電子の閉じ込め作用ひいては当該電子によるプラズマ生成作用を個別に調整することができる。その結果、プラズマ生成容器内のＹ方向におけるプラズマ密度を部分的に制御することができる。
この発明に係る第２のイオン源は、進行方向と実質的に直交する平面内におけるＹ方向の寸法が当該Ｙ方向と実質的に直交するＸ方向の寸法よりも大きいリボン状のイオンビームを発生させるイオン源において、内部でプラズマを生成するための容器であって、陽極を兼ねていて内部にガスが導入され、かつ前記Ｙ方向に伸びたイオン引出し口を有するプラズマ生成容器と、前記プラズマ生成容器の前記Ｘ方向の少なくとも一方側に設けられていて、プラズマ生成容器内へ電子を放出してプラズマ生成容器内で放電を生じさせて前記ガスを電離させて前記プラズマを生成するものであって、前記Ｙ方向に沿って複数段に配置された複数の陰極と、前記プラズマ生成容器内であって、前記Ｘ方向の少なくとも他方側に前記陰極に対向させて配置されていて、プラズマ生成容器に対して負電位または浮遊電位にされて、プラズマ生成容器内の電子を反射させる１以上の反射電極と、前記プラズマ生成容器内に、しかも前記複数の陰極を含む領域に、前記Ｘ方向に沿う磁界を発生させる電磁石とを備えていることを特徴としている。
この第２のイオン源においては、プラズマ生成容器内の電子が陰極と反射電極との間で動くことのできる範囲は、Ｘ方向に沿う磁界によって主としてＸ方向に沿う方向に制限されるので、Ｙ方向への電子の移動は少なくなる。従って、上記磁界によって閉じ込められた電子が他の部分のプラズマ生成に与える影響は小さくなる。しかも、Ｙ方向に沿って複数段に配置された陰極を備えていて、各段の陰極から放出する電子量を調整することができるので、当該電子による各段のプラズマ生成作用を個別に調整することができる。その結果、プラズマ生成容器内のＹ方向におけるプラズマ密度を部分的に制御することができる。
この発明に係る第１のイオン注入装置は、前記第１のイオン源と、前記イオン源の各陰極をそれぞれ加熱して電子を放出させるための１以上の陰極電源と、前記イオン源の各電磁石に直流の励磁電流をそれぞれ供給する複数の励磁電源と、前記イオン源から発生させた前記イオンビームをターゲットに入射させるための注入室内における前記イオンビームの前記Ｙ方向におけるビーム電流密度分布を測定するビーム測定器と、前記ビーム測定器からの測定情報に基づいて前記各励磁電源を制御して、前記各電磁石から発生させる前記磁界の強さを制御して、前記ビーム測定器で測定するビーム電流密度分布を均一に近づける制御機能を有している制御装置とを備えていることを特徴としている。
この発明に係る第２のイオン注入装置は、前記第２のイオン源と、前記イオン源の各陰極をそれぞれ加熱して電子を放出させるための複数の陰極電源と、前記イオン源の電磁石に直流の励磁電流を供給する励磁電源と、前記イオン源から発生させた前記イオンビームをターゲットに入射させるための注入室内における前記イオンビームの前記Ｙ方向におけるビーム電流密度分布を測定するビーム測定器と、前記ビーム測定器からの測定情報に基づいて前記各陰極電源を制御して、前記各陰極から放出する電子量を制御して、前記ビーム測定器で測定するビーム電流密度分布を均一に近づける制御機能を有している制御装置とを備えていることを特徴としている。
この発明に係る第３のイオン注入装置は、前記第１のイオン源と、前記イオン源の各陰極をそれぞれ加熱して電子を放出させるための１以上の陰極電源と、前記イオン源の各電磁石に直流の励磁電流をそれぞれ供給する複数の励磁電源と、前記イオン源から発生させた前記イオンビームをターゲットに入射させるための注入室内における前記イオンビームの前記Ｙ方向におけるビーム電流密度分布を測定するビーム測定器と、前記ビーム測定器からの測定情報に基づいて前記各励磁電源を制御して、前記各電磁石から発生させる前記磁界の強さを制御して、前記ビーム測定器で測定するビーム電流密度分布を、ビーム電流密度が互いに異なる複数の領域を含む所定の不均一な分布に近づける制御機能を有している制御装置とを備えていることを特徴としている。
この発明に係る第４のイオン注入装置は、前記第２のイオン源と、前記イオン源の各陰極をそれぞれ加熱して電子を放出させるための複数の陰極電源と、前記イオン源の電磁石に直流の励磁電流を供給する励磁電源と、前記イオン源から発生させた前記イオンビームをターゲットに入射させるための注入室内における前記イオンビームの前記Ｙ方向におけるビーム電流密度分布を測定するビーム測定器と、前記ビーム測定器からの測定情報に基づいて前記各陰極電源を制御して、前記各陰極から放出する電子量を制御して、前記ビーム測定器で測定するビーム電流密度分布を、ビーム電流密度が互いに異なる複数の領域を含む所定の不均一な分布に近づける制御機能を有している制御装置とを備えていることを特徴としている。
この発明に係るイオン注入方法の一つは、前記第３または第４のイオン注入装置において、前記イオン源からのイオンビームを横切るようにターゲットを前記Ｘ方向に沿って機械的に移動させることと、ターゲットをその中心部を中心にして回転させることの少なくとも一方を行って、ターゲットの面内において一様でないドーズ量分布を形成することを特徴としている。
請求項１に記載の発明によれば、プラズマ生成容器内の電子が陰極と反射電極との間で動くことのできる範囲は、Ｘ方向に沿う磁界によって主としてＸ方向に沿う方向に制限されるので、Ｙ方向への電子の移動は少なくなる。従って、各段の磁界によって閉じ込められた電子が他の部分のプラズマ生成に与える影響は小さくなる。しかも、Ｙ方向に沿って複数段に配置された複数の電磁石を備えていて、各段の電磁石から発生させる各段の磁界の強さを調整することができるので、各段の磁界による電子の閉じ込め作用ひいては当該電子によるプラズマ生成作用を個別に調整することができる。その結果、プラズマ生成容器内のＹ方向におけるプラズマ密度を部分的に制御することができる。
その結果、例えば、リボン状イオンビームのＹ方向におけるビーム電流密度分布の均一性を良くすることや、所定の不均一な分布を実現することが可能になる。
請求項２に記載の発明によれば、各電磁石は、プラズマ生成容器をＸ方向において挟んで対を成している電磁石であるので、プラズマ生成容器内における磁界のＹ方向への広がりを少なくすることができる。その結果、各段の磁界によって閉じ込められた電子が他の部分のプラズマ生成に与える影響をより小さくして、プラズマ生成容器内のＹ方向におけるプラズマ密度を部分的に制御する作用効果をより確実にすることができる。
請求項３に記載の発明によれば、プラズマ生成容器内の電子が陰極と反射電極との間で動くことのできる範囲は、Ｘ方向に沿う磁界によって主としてＸ方向に沿う方向に制限されるので、Ｙ方向への電子の移動は少なくなる。従って、上記磁界によって閉じ込められた電子が他の部分のプラズマ生成に与える影響は小さくなる。しかも、Ｙ方向に沿って複数段に配置された陰極を備えていて、各段の陰極から放出する電子量を調整することができるので、当該電子による各段のプラズマ生成作用を個別に調整することができる。その結果、プラズマ生成容器内のＹ方向におけるプラズマ密度を部分的に制御することができる。
その結果、例えば、リボン状イオンビームのＹ方向におけるビーム電流密度分布の均一性を良くすることや、所定の不均一な分布を実現することが可能になる。
請求項４に記載の発明によれば、電磁石は、Ｘ方向の寸法よりもＹ方向の寸法が大きいレーストラック状のコイルを有しており、かつプラズマ生成容器をＸ方向において挟んで対を成している電磁石であるので、プラズマ生成容器内における磁界のＹ方向への広がりを少なくすることができる。その結果、上記磁界によって閉じ込められた電子が他の部分のプラズマ生成に与える影響をより小さくして、プラズマ生成容器内のＹ方向におけるプラズマ密度を部分的に制御する作用効果をより確実にすることができる。
請求項５、６に記載の発明によれば、ビーム測定器からの測定情報に基づいて各励磁電源を制御して、各電磁石から発生させる磁界の強さを制御して、ビーム測定器で測定するビーム電流密度分布を均一に近づける制御機能を有している制御装置を備えているので、注入室内におけるリボン状イオンビームのＹ方向におけるビーム電流密度分布の均一性を良くすることができる。
請求項７、１０に記載の発明によれば、制御装置が、全体調整機能および個別調整機能を有しているので、注入室内におけるリボン状イオンビームのＹ方向全体のビーム電流密度分布の平均値を第１の許容範囲内に入れることができると共に、Ｙ方向における各グループのビーム電流密度分布の平均値を全て第２の許容範囲内に入れることができる。従って、イオンビームのＹ方向におけるビーム電流密度分布の平均値を設定値に近づけると共に、当該ビーム電流密度分布の均一性をより確実に良くすることができる。
請求項８、９に記載の発明によれば、ビーム測定器からの測定情報に基づいて各陰極電源を制御して、各陰極から放出する電子量を制御して、ビーム測定器で測定するビーム電流密度分布を均一に近づける制御機能を有している制御装置を備えているので、注入室内におけるリボン状イオンビームのＹ方向におけるビーム電流密度分布の均一性を良くすることができる。
請求項１１に記載の発明によれば、ビーム測定器からの測定情報に基づいて各励磁電源を制御して、各電磁石から発生させる磁界の強さを制御して、ビーム測定器で測定するビーム電流密度分布を、ビーム電流密度が互いに異なる複数の領域を含む所定の不均一な分布に近づける制御機能を有している制御装置を備えているので、注入室内におけるリボン状イオンビームのＹ方向におけるビーム電流密度分布を所定の不均一な分布にすることができる。
請求項１２、１４に記載の発明によれば、制御装置によって、Ｙ方向における各グループのビーム電流密度分布の各平均値を、互いに値の異なる設定値を含む複数の設定値に対してそれぞれ許容範囲内に入れることができるので、注入室内におけるリボン状イオンビームのＹ方向におけるビーム電流密度分布をより確実に所定の不均一な分布にすることができる。
請求項１３に記載の発明によれば、ビーム測定器からの測定情報に基づいて各陰極電源を制御して、各陰極から放出する電子量を制御して、ビーム測定器で測定するビーム電流密度分布を、ビーム電流密度が互いに異なる複数の領域を含む所定の不均一な分布に近づける制御機能を有している制御装置を備えているので、注入室内におけるリボン状イオンビームのＹ方向におけるビーム電流密度分布を所定の不均一な分布にすることができる。
請求項１５〜１７に記載の発明によれば、上記所定の不均一なビーム電流密度分布を実現することができるイオン注入装置を用いて、ターゲットの面内において一様でないドーズ量分布を形成することができる。換言すれば、一つのターゲットの面内に互いにドーズ量の異なる複数の注入領域を形成することができる。その結果、例えば、ターゲットの面内に形成される半導体デバイスの内の特定領域の半導体デバイスの特性補正や特性変化をイオン注入によって行うこと等にも臨機応変に対応することができる。
（１）イオン源について
図２は、この発明に係るイオン源の一実施形態を、イオンビーム進行方向に見て示す断面図である。図３は、図２に示すイオン源を備えるイオン注入装置の一実施形態を示す図であり、イオン源は図２中の矢印Ｐ方向に見た断面図で示している。イオン注入装置については、後で詳述する。
このイオン源（第１のイオン源）１０ａは、例えば図１に示したような、進行方向Ｚと実質的に直交する平面内におけるＹ方向の寸法ＷY が当該Ｙ方向と実質的に直交するＸ方向の寸法ＷX よりも大きいリボン状のイオンビーム２を発生させるイオン源である。図４、図５に示すイオン源（第２のイオン源）１０ｂも同様である。
リボン状と言っても、厚さが紙や布のように薄いという意味ではない。例えば、イオンビーム２のＸ方向の寸法ＷX は５ｃｍ〜１０ｃｍ程度、Ｙ方向の寸法ＷY は３５ｃｍ〜５０ｃｍ程度である。但しこれに限られるものではない。
イオン源１０ａは、内部でプラズマ１６を生成するための容器であって、陽極を兼ねているプラズマ生成容器１２を備えている。プラズマ生成容器１２は、例えば、直方体の箱状をしている。プラズマ生成容器１２内には、プラズマ１６生成の原料となるガス（蒸気の場合を含む）が導入される。
プラズマ生成容器１２は、その一つの面（前面）に、Ｙ方向に伸びたイオン引出し口１４を有している。イオン引出し口１４は、例えば、イオン引出しスリットであり、イオンビーム２の断面に対応した形状をしている。
プラズマ生成容器１２内のＸ方向の一方側（図２における左側）に、プラズマ生成容器１２内へ電子（熱電子）を放出してプラズマ生成容器１２内で放電を生じさせて上記ガスを電離させてプラズマ１６を生成する複数の陰極２０が設けられている。陰極２０の数は、図示例では三つであるが、これに限られるものではない。各陰極２０は、この実施形態では、直熱型の陰極、即ちフィラメントである。
各陰極２０は、この実施形態では、棒状（線状とも言える）のものであって、横から見た形状がコ字状をしていて（図３参照）、その中央辺部分がＹ方向に沿って伸びる向きで、Ｙ方向に沿って複数段に配置されている。
各陰極２０には、それを加熱して電子を放出させるための陰極電源２２がそれぞれ接続されている。各陰極電源２２は、図示例のように直流電源でも良いし、交流電源でも良い。各陰極電源２２は、例えば、後述する制御装置７０からの制御によって、各陰極２０に流す電流ＩF を個別に制御（増減）することができる。それによって、各陰極２０から放出する電子量を制御することができる。
陰極２０とプラズマ生成容器１２との間には、各陰極２０から放出させた熱電子を加速して、プラズマ生成容器１２内に導入されたガスを電離させると共にプラズマ生成容器１２内でアーク放電を生じさせて、プラズマ１６を生成する直流のアーク電源２８が、各陰極２０を負極側にして接続されている。アーク電源２８は、この実施形態のように複数の陰極２０に共通のものでも良いし、各陰極２０とプラズマ生成容器１２との間に個別に設けても良い。
プラズマ生成容器１２内のＸ方向の他方側（図２における右側）に、陰極２０に対向させて、板状の第１の反射電極３０が配置されている。更にこの実施形態のように、陰極２０のＸ方向における背後側にも、板状の第２の反射電極３２を配置しておいても良い。各反射電極３０、３２は、この実施形態ではそれぞれ、プラズマ生成容器１２内の一つの側面の概ね全体をカバーする大きさをしている。
両反射電極３０、３２は、プラズマ生成容器１２および各陰極２０から電気的に絶縁されている。両反射電極３０、３２は、この実施形態のようにバイアス電源３４からプラズマ生成容器１２を基準にして負のバイアス電圧ＶB を印加して、プラズマ生成容器１２に対して負電位にしても良いし、電気的にどこにも接続せずに浮遊電位にしても良い。浮遊電位にしても、両反射電極３０、３２は、主に陰極２０から放出され、アーク電源２８の出力電圧相当のエネルギーの高い熱電子が入射して負電位に帯電するからである。
両反射電極３０、３２は、プラズマ生成容器１２に対して負電位になり、プラズマ生成容器１２内の電子（主として陰極２０からの電子）を反射させる（追い返す）働きをする。従って、反射電極３０、３２を設けると、電子は、後述する磁界５０の方向を軸として磁界５０中で旋回しながら両反射電極３０、３２間を往復運動するようになり、その結果、当該電子と原料のガスとの衝突確率が高くなってガスの電離効率が高くなるので、プラズマ１６の生成効率が高まる。反射電極３２を設けていない場合は、電子は、各陰極２０と反射電極３０との間を往復運動する。
反射電極は、陰極２０に対向する反射電極３０だけでも上記電子の反射、ガスの電離効率の向上、プラズマ１６の生成効率の向上の作用を奏することができるけれども、この実施形態のように陰極２０の背後にも反射電極３２を設けておくと、上記作用をより高めることができる。
更にこのイオン源１０ａは、プラズマ生成容器１２内に、Ｘ方向に沿う磁界５０をそれぞれ発生させる（印加する）ものであって、Ｙ方向に沿って複数段に配置された複数の電磁石４０を備えている。磁界５０の向きは図示例とは逆向きでも良い（後述するイオン源１０ｂにおいても同様）。電磁石４０の数は、図示例では三つであるが、これに限られるものではない。各電磁石４０は、陰極２０が複数の場合は、この実施形態のように各陰極２０の位置に対応させて設けるのが好ましい。
各電磁石４０は、磁極４２と、それに巻かれたコイル４４とを有している。
各電磁石４０は、この実施形態では、プラズマ生成容器１２をＸ方向において挟んで対を成している電磁石である。対を成す電磁石４０の磁極４２同士は、ヨーク（図示省略。以下同様）によって互いに磁気的に結合されている。全ての磁極４２をヨークによって磁気的に結合しておいても良い。
各電磁石４０には、複数の励磁電源（直流電源）４６から直流の励磁電流ＩE がそれぞれ供給される。この実施形態では、対を成している電磁石４０のコイル４４は互いに直列接続されており（図２中の各符号ａ〜ｆの内の同一符号の箇所同士は電気的に接続されている）、各励磁電源４６は対を成す電磁石４０にそれぞれ共通の電源である。但しそのようにせずに、各電磁石４０に励磁電源４６をそれぞれ設けても良い。
各励磁電源４６は、例えば、後述する制御装置７０からの制御によって、各電磁石４０に供給する励磁電流ＩE をそれぞれ制御することができる。それによって、各電磁石４０から発生させる磁界５０の強さを制御することができる。
イオン引出し口１４の出口付近には、プラズマ生成容器１２内のプラズマ１６からイオンビーム２を引き出す引出し電極系１８が設けられている。引出し電極系１８は、図示例のような１枚の電極に限られるものではない。
なお、例えばプラズマ生成容器１２と電磁石４０との間には、非磁性材から成る真空容器（これはイオン源チャンバーとも呼ばれる）が設けられるが、ここではその図示を省略している。図４、図５等においても同様である。
このイオン源１０ａにおいては、前述した従来のイオン源と違って、磁界５０はＸ方向に沿う方向に印加される。従って、プラズマ生成容器１２内の電子が陰極２０と反射電極３０との間、あるいは両反射電極３０、３２間で動くことのできる範囲は、Ｘ方向に沿う磁界５０によって主としてＸ方向に沿う方向に制限されるので、Ｙ方向への電子の移動は少なくなる。これは、電子は、磁界５０に巻き付く旋回運動（ラーモア運動）をするので、磁界に沿う方向（即ちＸ方向）に移動することはできても、磁界５０を横切る方向（即ちＹ方向）への移動は困難だからである。電子軌道のシミュレーションによっても、電子は、主として各陰極２０と反射電極３０との間にそれぞれ集まって、陰極２０または電磁石４０の段数に等しい数の集団を作ることが確かめられている。従って、各段の電磁石４０による磁界５０によって閉じ込められた電子が他の部分のプラズマ生成に与える影響は小さくなる。
しかも、Ｙ方向に沿って複数段に配置された複数の電磁石４０を備えていて、各段の電磁石４０から発生させる各段の磁界５０の強さを調整することができるので、各段の磁界５０による電子の閉じ込め作用ひいては当該電子によるプラズマ生成作用を個別に調整することができる。その結果、プラズマ生成容器１２内のＹ方向におけるプラズマ密度を部分的に制御することができる。
例えば、磁界５０を弱くすると、電子のラーモア半径が大きくなって電子密度が下がるので、電子がガス分子と衝突しにくくなると共に、ラーモア半径が大きいので電子がプラズマ生成容器１２の壁面等の構造物に衝突して消滅する割合も増える等の理由によって、プラズマ生成効率が低下してプラズマ密度は小さくなる。逆に磁界５０をある程度までは強くすると、電子のラーモア半径が小さくなって電子密度が上がるので、電子がガス分子と衝突しやすくなると共に、ラーモア半径が小さいので電子がプラズマ生成容器１２の壁面等の構造物に衝突して消滅する割合も減る等の理由によって、プラズマ生成効率が向上してプラズマ密度は大きくなる。しかも上述したように電子の動ける範囲は磁界５０によってＸ方向に制限されていてＹ方向への移動は少ないので、プラズマ密度の部分的な増減が他の部分のプラズマ密度に与える影響は小さい。
主として上記のような作用によって、各段の電磁石４０から発生させる各段の磁界５０の強さを調整することによって、プラズマ生成容器１２内のＹ方向におけるプラズマ密度を部分的に制御することができる。
その結果、例えば、このイオン源１０ａから引き出すリボン状イオンビーム２のＹ方向におけるビーム電流密度分布の均一性を良くすることができる。あるいはそれとは逆に、敢えてビーム電流密度分布が不均一になるように制御して、所定の不均一なビーム電流密度分布を実現することもできる。この所定の不均一な分布は、制御された不均一な分布と言うこともできる（以下同様）。
また、このイオン源１０ａでは、各電磁石４０は、プラズマ生成容器１２をＸ方向において挟んで対を成している電磁石であるので、プラズマ生成容器１２内における磁界５０のＹ方向への広がりを少なくすることができる。その結果、各段の磁界５０によって閉じ込められた電子が他の部分のプラズマ生成に与える影響をより小さくして、プラズマ生成容器１２内のＹ方向におけるプラズマ密度を部分的に制御する作用効果をより確実にすることができる。
なお、陰極２０の数、形状、配置等は、上記実施形態のものに限らない。例えば、図６に示す例のように、複数の陰極２０を、イオン引出し口１４をＸ方向において挟むように、プラズマ生成容器１２内のＸ方向における一方側と他方側とに分けて交互に配置しても良い。後述するイオン源１０ｂにおいても同様である。あるいは、このイオン源１０ａは、後述するイオン源１０ｂとは違って、各段の磁界５０の強さを調整して各段の磁界５０による電子閉じ込め作用ひいては当該電子によるプラズマ生成作用を個別に調整するものであるので、陰極２０は１以上あれば良い。例えば、陰極２０は、図２に示す三つの陰極２０を一つにしたようなＹ方向に長い一つの陰極（例えばフィラメント）でも良い。
もっとも、この実施形態のイオン源１０ａのように、Ｙ方向に沿って複数段に配置された複数の陰極２０を設けておいて、各電磁石４０から発生させる磁界５０の強さ制御と、各陰極２０から放出する電子量制御とを併用して、プラズマ生成容器１２内のＹ方向におけるプラズマ密度分布を部分的に制御するようにしても良い。そのようにすれば、制御可能対象が増えるので、プラズマ密度を部分的に制御しやすくなる。
また、各陰極２０は、上記実施形態のような直熱型の陰極（フィラメント）の代わりに、傍熱型の陰極にしても良い。後述するイオン源１０ｂにおいても同様である。傍熱型の陰極の一例を図７に示す。
図７に示す例では、各陰極２０は、プラズマ生成容器１２の壁面に設けられた複数の穴１３の部分にそれぞれ設けられている。反射電極３２には、各陰極２０に対応させて、各陰極２０から放出された電子を通す穴３３がそれぞれ設けられている。各陰極２０の背後には、各陰極２０を加熱して各陰極２０から電子（熱電子）をプラズマ生成容器１２内へ放出させるフィラメント２１がそれぞれ設けられている。各フィラメント２１には、それを加熱するフィラメント電源２４がそれぞれ接続されている。各フィラメント電源２４は、図示例のように直流電源でも良いし、交流電源でも良い。
各フィラメント２１と陰極２０との間には、フィラメント２１から放出された熱電子を陰極２０に向けて加速して、当該熱電子の衝撃を利用して陰極２０を加熱する直流のボンバード電源２６が、陰極２０を正極側にしてそれぞれ接続されている。この各ボンバード電源２６と上記各フィラメント電源２４とで各陰極電源２２を構成している。
各電源２４、２６の出力の少なくとも一方を増減させることによって、各陰極２０から放出する電子量を制御することができる。例えば、この例のように、各ボンバード電源２６の出力電圧ＶD を、上記制御装置７０によって個別に制御（増減）するようにしても良い。
アーク電源２８については、前述したとおりである。
なお、プラズマ生成容器１２に対して各陰極２０およびフィラメント２１を配置するより具体的な構造は、図７では簡略化して示しているが、例えば特許第３７５８６６７号公報等に記載されているような公知の構造を採用すれば良い。
また、各陰極２０およびフィラメント２１をプラズマ生成容器１２内に位置させても良い。例えば、反射電極３２を設ける場合は、図２に示す陰極２０と同様に、反射電極３２よりも内側に各陰極２０を位置させても良い。
反射電極３０、３２の数、形状、配置等も、上記実施形態のものに限らない。例えば、前述したように、陰極２０の背後の反射電極３２は必ずしも設けなくても良い。また、反射電極３０を（反射電極３２を設ける場合はそれも）、各陰極２０にそれぞれ対応する複数の反射電極に分割しても良い。その場合は、複数の各反射電極に、複数のバイアス電源３４からバイアス電圧ＶB を個別に印加するようにしても良い。反射電極３０、３２を分割しない場合は、それに印加するバイアス電圧ＶB によってプラズマ密度を全体的に調整することができる。反射電極３０、３２を分割してバイアス電圧ＶB を個別に印加する場合は、各バイアス電圧ＶB によってプラズマ密度を部分的に制御することができる。プラズマ密度の制御にこのような制御を併用しても良い。後述するイオン源１０ｂにおいても同様である。
また、プラズマ生成容器１２内へのガス導入は、１箇所からガスを導入しても良いし、Ｙ方向に沿って複数段に配置された複数のガス導入口から流量調節器をそれぞれ経由してガスを導入するようにしても良い。１箇所から導入する場合は、そのガス流量によってプラズマ密度を全体的に調整することができる。複数のガス導入口から導入する場合は、各ガス流量によってプラズマ密度を部分的に制御することができる。プラズマ密度の制御にこのような制御を併用しても良い。後述するイオン源１０ｂにおいても同様である。
図４は、この発明に係るイオン源の他の実施形態を、イオンビーム進行方向に見て示す断面図である。図５は、図４に示すイオン源を備えるイオン注入装置の一実施形態を示す図であり、イオン源は図４中の矢印Ｑ方向に見た断面図で示している。図２、図３に示したイオン源１０ａと同一または相当する部分には同一符号を付し、以下においては上記イオン源１０ａとの相違点を主体に説明する。イオン注入装置については、後で詳述する。
このイオン源１０ｂは、プラズマ生成容器１２内に、Ｙ方向に沿って複数段に配置された複数の陰極２０を備えている。各陰極２０については前述したとおりである。
更に、プラズマ生成容器１２内に、しかも上記複数の陰極２０を含む領域に、Ｘ方向に沿う磁界５０を発生させる電磁石４０を備えている。
電磁石４０は、この実施形態では、Ｘ方向の寸法よりもＹ方向の寸法が大きい長方形の磁極４２と、それに巻かれていてＸ方向の寸法よりもＹ方向の寸法が大きいレーストラック状のコイル４４とを有している。磁極４２のＹ方向の寸法は、例えば、プラズマ生成容器１２のＹ方向の寸法と同程度かそれよりも大きくしている。
電磁石４０は、この実施形態では、プラズマ生成容器１２をＸ方向において挟んで対を成している電磁石であり、対を成す電磁石４０の磁極４２は、ヨーク（図示省略）によって互いに磁気的に結合されている。
この実施形態では、対を成している電磁石４０のコイル４４は互いに電気的に直列接続されており、共通の励磁電源（直流電源）４６から直流の励磁電流ＩE が供給される。但しそのようにせずに、各コイル４４に励磁電源４６をそれぞれ設けても良い。
このイオン源１０ｂにおいても、前述した従来のイオン源と違って、磁界５０はＸ方向に沿う方向に印加される。従って、上記イオン源１０ａの場合と同様に、プラズマ生成容器１２内の電子が陰極２０と反射電極３０との間、あるいは両反射電極３０、３２間で動くことのできる範囲は、Ｘ方向に沿う磁界５０によって主としてＸ方向に沿う方向に制限されるので、Ｙ方向への電子の移動は少なくなる。これは、前述したように、電子は、磁界５０に巻き付く旋回運動（ラーモア運動）をするので、磁界に沿う方向（即ちＸ方向）に移動することはできても、磁界５０を横切る方向（即ちＹ方向）への移動は困難だからである。電子軌道のシミュレーションによっても、電子は、主として各陰極２０と反射電極３０との間にそれぞれ集まって、陰極２０の段数に等しい数の集団を作ることが確かめられている。従って、上記Ｘ方向の磁界５０によって閉じ込められた電子が他の部分のプラズマ生成に与える影響は小さくなる。
しかも、Ｙ方向に沿って複数段に配置された陰極２０を備えていて、各段の陰極２０から放出する電子量を調整することができるので、当該電子による各段のプラズマ生成作用を個別に調整することができる。その結果、プラズマ生成容器１２内のＹ方向におけるプラズマ密度を部分的に制御することができる。
例えば、陰極２０から放出する電子量を多くすると、電子がガス分子と衝突する確率が高くなってプラズマ密度は大きくなる。逆に陰極２０から放出する電子量を少なくすると、電子がガス分子と衝突する確率が低くなってプラズマ密度は小さくなる。しかも上述したように電子の動ける範囲は磁界５０によってＸ方向に制限されていてＹ方向への移動は少ないので、プラズマ密度の部分的な増減が他の部分のプラズマ密度に与える影響は小さい。
主として上記のような作用によって、各段の陰極２０から放出する電子量を調整することによって、プラズマ生成容器１２内のＹ方向におけるプラズマ密度を部分的に制御することができる。
その結果、例えば、このイオン源１０ｂから引き出すリボン状イオンビーム２のＹ方向におけるビーム電流密度分布の均一性を良くすることができる。あるいはそれとは逆に、敢えてビーム電流密度分布が不均一になるように制御して、所定の不均一なビーム電流密度分布を実現することもできる。
また、このイオン源１０ｂでは、電磁石４０は、Ｘ方向の寸法よりもＹ方向の寸法が大きいレーストラック状のコイルを有しており、かつプラズマ生成容器１２をＸ方向において挟んで対を成している電磁石であるので、プラズマ生成容器１２内における磁界５０のＹ方向への広がりを少なくすることができる。その結果、上記磁界５０によって閉じ込められた電子が他の部分のプラズマ生成に与える影響をより小さくして、プラズマ生成容器１２内のＹ方向におけるプラズマ密度を部分的に制御する作用効果をより確実にすることができる。
先のイオン源１０ａと比べると、このイオン源１０ｂには次の利点がある。（ａ）電磁石４０の数およびそれ用の励磁電源４６の数が少なくて済む。（ｂ）大きな電磁石４０によって、プラズマ生成容器１２内の広い領域に亘って、Ｘ方向に対して平行性の良い磁界５０、換言すればＹ方向への広がりの少ない磁界５０を発生させることができるので、電子のＹ方向への移動をより少なくして、各陰極２０から放出した電子を各陰極２０の前方付近により確実に閉じ込めることができる。従って、プラズマ密度の所定部分の制御が他の部分に及ぼす影響を小さくすることができるので、プラズマ密度分布の制御性が良い。
（２）イオン注入装置について
（２−１）ビーム電流密度分布の均一性を良くする場合
図３は、図２に示すイオン源を備えるイオン注入装置の一実施形態を示す図である。このイオン注入装置は、上記イオン源１０ａから引き出されたイオンビーム２をターゲット５２に入射させてイオン注入を行う装置であり、上記イオン源１０ａ、陰極電源２２および励磁電源４６に加えて、次のようなビーム測定器６０、制御装置７０等を備えている。イオン源１０ａからターゲット５２周りまでのイオンビーム２の輸送経路は、図示しない真空容器内にあって真空雰囲気に保たれる。
ターゲット５２は、例えば、半導体基板、ガラス基板等である。
ビーム測定器６０は、イオンビーム２をターゲット５２に入射させるための注入室（図示省略）内におけるイオンビーム２のＹ方向におけるビーム電流密度分布を測定するものである。ビーム測定器６０は、より具体的には、ターゲット５２の近傍に設けられていて、ターゲット５２に相当する位置におけるイオンビーム２のＹ方向におけるビーム電流密度分布を測定するものである。
ビーム測定器６０が図示例のようにターゲット５２の前方に設けられている場合は、ターゲット５２へのイオン注入時には、ビーム測定器６０をイオン注入の邪魔にならない位置に移動させれば良い。ビーム測定器６０がターゲット５２の後方に設けられている場合は、測定時にはターゲット５２等を測定の邪魔にならない位置に移動させれば良い。
ビーム測定器６０は、例えば、イオンビーム２のビーム電流密度を測定する多数の測定器（例えばファラデーカップ）をＹ方向に並設して成る多点ビーム測定器であるが、一つの測定器を移動機構によってＹ方向に移動させる構造のものでも良い。
このイオン注入装置は、ターゲット５２を保持するホルダ５４をターゲット５２と共に、例えば矢印Ｅに示すように、ターゲット５２の中心部５２ａを中心にして回転させる回転装置５６と、この回転装置５６、ホルダ５４およびターゲット５２の全体を、例えば矢印Ｆに示すように、Ｘ方向に沿って移動（例えば往復駆動）させる駆動装置５８とを備えている。
イオンビーム２のＹ方向の寸法ＷY をターゲット５２のＹ方向の寸法よりも大きくしておくことと、駆動装置５８によるターゲット５２の上記移動とを併用することによって、ターゲット５２の全面にイオン注入を行うことができる。
ビーム測定器６０からの測定情報ＤＡは、制御装置７０に供給される。制御装置７０は、例えば、測定情報ＤＡに基づいて前記各励磁電源４６（図２参照）を制御して、前記各電磁石４０から発生させる磁界５０の強さを制御して、ビーム測定器６０で測定するビーム電流密度分布を均一に近づける制御機能を有している。
より具体例を挙げると、制御装置７０は、ビーム測定器６０で測定したビーム電流密度が相対的に大きい領域に対応する電磁石４０から発生させる磁界５０を弱くすることと、同ビーム電流密度が相対的に小さい領域に対応する電磁石４０から発生させる磁界５０を強くすることの少なくとも一方を行って、ビーム測定器６０で測定するビーム電流密度分布を均一に近づける制御機能を有している。
従って、このイオン注入装置によれば、注入室内におけるリボン状イオンビーム２のＹ方向におけるビーム電流密度分布の均一性を良くすることができる。
制御装置７０は、次の（ａ）および（ｂ）に示す調整機能を有していても良い。
（ａ）ビーム測定器６０で測定した全体のビーム電流密度分布の平均値を演算して、当該平均値が所定の設定値に対して第１の許容範囲内に入るように、前記陰極２０から放出する電子量を一律に制御する全体調整機能。
（ｂ）ビーム測定器６０からの測定情報ＤＡを前記各電磁石４０に対応する範囲毎にグループ分けし、各グループのＹ方向におけるビーム電流密度分布の平均値をそれぞれ演算し、当該平均値が前記設定値に対する第２の許容範囲内に入っていないグル−プについては、当該平均値が前記設定値よりも大きければ当該グループに対応している電磁石４０から発生させる磁界を弱くし、当該平均値が前記設定値よりも小さければ当該グループに対応している電磁石４０から発生させる磁界を強くして、各グループのビーム電流密度分布の平均値が全て前記設定値に対して第２の許容範囲内に入るように制御する個別調整機能。
上記（ａ）、（ｂ）の調整機能における制御内容のより具体例を、図９、図１０を参照して説明する。また、均一化制御の前後におけるビーム電流密度分布の概略例を図８に示し、以下においてはこの図８も参照する。なお、下記の設定値ＳＥＴ、許容範囲εA 、εB は、例えば、制御装置７０に予め設定しておけば良い。
まず、図９に示す全体調整が行われる。即ち、ビーム測定器６０によって、イオンビーム２のＹ方向の全体のビーム電流密度分布を測定する（ステップ１００）。これによって、例えば、図８中のビーム電流密度分布Ａが得られる。そして、ビーム電流密度分布Ａの平均値ＡＶＥを演算する（ステップ１０１）。
次いで、この平均値ＡＶＥが、その設定値ＳＥＴに対する第１の許容範囲εA 内にあるか否かを判断する（ステップ１０２）。許容範囲εA 内にあれば、全体調整の目的は達成されているので、全体調整は終了する。
許容範囲εA 内になければ、ステップ１０３に進んで、平均値ＡＶＥが設定値ＳＥＴより大きいか否かを判断し、大きければステップ１０４に進んで、全ての陰極２０から放出する電子量を一律に少なくする制御を行う。小さければステップ１０５に進んで、全ての陰極２０から放出する電子量を一律に多くする制御を行う。「一律に」というのは、複数の陰極２０について互いに実質的に同じ量だけ電子量を増加または減少させることである。陰極２０が一つの場合は、それから放出する電子量を制御することである。
上記電子量の増減によって、前述したように、各陰極２０に対応する領域でのプラズマ１６の密度が増減し、ひいては当該各領域に対応するイオンビーム２のビーム電流密度が増減する。従って、イオンビーム２のＹ方向におけるビーム電流密度分布が変化する。その後は、ステップ１００に戻って、平均値ＡＶＥが許容範囲εA 内に入るまで、ステップ１００〜１０５の制御が繰り返される。
以上の全体調整によって、平均値ＡＶＥが許容範囲εA 内に入るように制御される。これによって、例えば、図８中のビーム電流密度分布Ｂが得られる。この状態では、まだ個別調整を行っていないので、ビーム電流密度分布Ｂは元のビーム電流密度分布Ａに似た形状をしており、ビーム電流密度分布Ａをほぼ平行移動させたようなものである。
通常は、上記全体調整に続いて、図１０に示す個別調整が行われる。この個別調整は、ビーム測定器６０からの測定情報ＤＡを、各電磁石４０に対応する範囲毎に複数のグループｉに分けて扱う。ｉは１からｎ（≧２）の自然数である。ｎは、より具体的には電磁石４０（図５に示すイオン注入装置の場合は陰極２０）の数である。
グループ１から測定・制御を始めるとして、ｉ＝１とする（ステップ１１０）。
ビーム測定器６０によって、イオンビーム２のＹ方向の全体のビーム電流密度分布を測定する（ステップ１１１）。これによって、例えば、図８中のビーム電流密度分布Ｂが得られる。
そして、ビーム測定器６０からの測定情報ＤＡを、各電磁石４０に対応する範囲毎にグループ分けする（ステップ１１２）。電磁石４０がＹ方向に３段に配置されている場合は、ｎ＝３であり、図８に示すようにグループ１〜３に分ける。このグループ分けは、換言すれば、各段の電磁石４０がＹ方向におけるプラズマ密度ひいてはビーム電流密度に影響を与える範囲毎にグループ分けすることである。このようにグループ分けすることができるのは、前述したように、イオン源１０ａがＹ方向におけるビーム電流密度を部分的に制御することができるからである。
そしてグループｉ（初めは１）のビーム電流密度分布の平均値ＡＶＥi を演算し（ステップ１１３）、平均値ＡＶＥi が前記設定値ＳＥＴに対する第２の許容範囲εB 内にあるか否かを判断する（ステップ１１４）。通常は、図８にも示すように、εA ＞εB としておく。許容範囲εB 内にあれば（例えば図８中の平均値ＡＶＥ1 、ＡＶＥ2 参照）、そのグループｉの調整は必要ないので、ステップ１１５に進んでｉがｎ（即ち最終グループ）か否かを判断し、ｎであれば個別調整は終了し、ｎでなければステップ１１６に進んでｉを１増やした後にステップ１１１に戻る。
平均値ＡＶＥi が許容範囲εB 内になければi ステップ１１７に進んで、平均値ＡＶＥi が前記設定値ＳＥＴより大か否かを判断し、大きければステップ１１８に進んで、当該グループｉに対応する電磁石４０から発生させる磁界５０を弱くし、小さければ（例えば図８中の平均値ＡＶＥ3 参照）、ステップ１１９に進んで、当該グループｉに対応する電磁石４０から発生させる磁界５０を強くする。
上記磁界５０の増減によって、前述したように、各電磁石４０に対応する領域でのプラズマ１６の密度が増減し、ひいては当該領域に対応するイオンビーム２のビーム電流密度が増減する。即ち、グループｉのビーム電流密度が増減する。これによって、グループｉの平均値ＡＶＥi が前記設定値ＳＥＴに近づくように制御される。その後はステップ１１１に戻って、平均値ＡＶＥi が許容範囲εB 内に入るまで、ステップ１１１〜１１４および１１７〜１１９の制御が繰り返される。
以上の個別調整によって、各グループｉの平均値ＡＶＥi が全て許容範囲εB 内に入るように制御される。これによって、例えば、図８中のビーム電流密度分布Ｃが得られる。
なお、必要に応じて、上記個別調整や全体調整を何回か繰り返すようにしても良い。
制御装置７０が上記のような全体調整機能および個別調整機能を有していると、注入室内におけるリボン状イオンビーム２のＹ方向全体のビーム電流密度分布の平均値ＡＶＥを第１の許容範囲εA 内に入れることができると共に、Ｙ方向における各グループｉのビーム電流密度分布の平均値ＡＶＥi を全て第２の許容範囲εB 内に入れることができる。従って、イオンビーム２のＹ方向におけるビーム電流密度分布の平均値を設定値ＳＥＴに近づけると共に、当該ビーム電流密度分布の均一性をより確実に良くすることができる。
図５は、図４に示すイオン源を備えるイオン注入装置の一実施形態を示す図である。図３に示したイオン注入装置と同一または相当する部分には同一符号を付し、以下においては図３に示したイオン注入装置との相違点を主体に説明する。
このイオン注入装置においては、制御装置７０は、例えば、ビーム測定器６０からの測定情報ＤＡに基づいて前記各陰極電源２２を制御して、前記各陰極２０から放出する電子量を制御して、ビーム測定器６０で測定するビーム電流密度分布を均一に近づける制御機能を有している。
より具体例を挙げると、制御装置７０は、ビーム測定器６０で測定したビーム電流密度が相対的に大きい領域に対応する陰極２０から放出する電子量を少なくすることと、同ビーム電流密度が相対的に小さい領域に対応する陰極２０から放出する電子量を多くすることの少なくとも一方を行って、ビーム測定器６０で測定する前記ビーム電流密度分布を均一に近づける制御機能を有している。
従って、このイオン注入装置によれば、注入室内におけるリボン状イオンビーム２のＹ方向におけるビーム電流密度分布の均一性を良くすることができる。
制御装置７０は、上記（ａ）および図９に示した全体調整機能、ならびに、次の（ｃ）に示す個別調整機能を有していても良い。
（ｃ）ビーム測定器６０からの測定情報ＤＡを前記各陰極２０に対応する範囲毎にグループ分けし、各グループのＹ方向におけるビーム電流密度分布の平均値をそれぞれ演算し、当該平均値が前記設定値ＳＥＴに対する第２の許容範囲εB 内に入っていないグル−プについては、当該平均値が前記設定値ＳＥＴよりも大きければ当該グループに対応している陰極２０から放出する電子量を少なくし、当該平均値が前記設定値ＳＥＴよりも小さければ当該グループに対応している陰極２０から放出する電子量を多くして、各グループのビーム電流密度分布の平均値が全て前記設定値ＳＥＴに対して第２の許容範囲εB 内に入るように制御する個別調整機能。
この（ｃ）の個別調整機能における制御内容のより具体例を図１１を参照して説明する。図１０の制御内容と同一または相当する部分には同一符号を付し、図１０の制御内容との相違点を主体に説明する。
ステップ１１２では、ビーム測定器６０からの測定情報ＤＡを、各陰極２０に対応する範囲毎にグループ分けする。陰極２０がＹ方向に３段に配置されている場合は、ｎ＝３であり、図８に示すようにグループ１〜３に分ける。このグループ分けは、換言すれば、各段の陰極２０がＹ方向におけるプラズマ密度ひいてはビーム電流密度に影響を与える範囲毎にグループ分けすることである。このようにグループ分けすることができるのは、前述したように、イオン源１０ｂがＹ方向におけるビーム電流密度を部分的に制御することができるからである。
ステップ１１７に続くステップ１２０では、グループｉに対応する陰極２０から放出する電子量を少なくし、ステップ１２１では同電子量を多くする。
上記放出電子量の増減によって、前述したように、各陰極２０に対応する領域でのプラズマ１６の密度が増減し、ひいては当該領域に対応するイオンビーム２のビーム電流密度が増減する。即ち、グループｉのビーム電流密度が増減する。これによって、グループｉの平均値ＡＶＥi が前記設定値ＳＥＴに近づくように制御される。その後はステップ１１１に戻って、平均値ＡＶＥi が許容範囲εB 内に入るまで、ステップ１１１〜１１４、１１７、１２０および１２１の制御が繰り返される。
以上の個別調整によって、各グループｉの平均値ＡＶＥi が全て許容範囲εB 内に入るように制御される。これによって、例えば、図８中のビーム電流密度分布Ｃが得られる。
なお、この場合も、必要に応じて、上記個別調整や全体調整を何回か繰り返すようにしても良い。
制御装置７０が上記のような全体調整機能および個別調整機能を有していると、注入室内におけるリボン状イオンビーム２のＹ方向全体のビーム電流密度分布の平均値ＡＶＥを第１の許容範囲εA 内に入れることができると共に、Ｙ方向における各グループｉのビーム電流密度分布の平均値ＡＶＥi を全て第２の許容範囲εB 内に入れることができる。従って、イオンビーム２のＹ方向におけるビーム電流密度分布の平均値を設定値ＳＥＴに近づけると共に、当該ビーム電流密度分布の均一性をより確実に良くすることができる。
（２−２）ビーム電流密度分布を所定の不均一な分布にする場合
図３に示すイオン注入装置において、制御装置７０を次のようなものにしても良い。
即ち、制御装置７０は、ビーム測定器６０からの測定情報ＤＡに基づいて前記各励磁電源４６（図２参照）を制御して、前記各電磁石４０から発生させる磁界５０の強さを制御して、ビーム測定器６０で測定するビーム電流密度分布を、ビーム電流密度が互いに異なる複数の領域を含む所定の不均一な分布に近づける制御機能を有している。
従って、このイオン注入装置によれば、注入室内におけるリボン状イオンビーム２のＹ方向におけるビーム電流密度分布を所定の不均一な分布にすることができる。
制御装置７０は、ビーム測定器６０からの測定情報ＤＡを前記各電磁石４０に対応する範囲毎にグループ分けし、各グループのＹ方向におけるビーム電流密度分布の平均値をそれぞれ演算し、当該各平均値が、互いに値の異なる設定値を含む複数の設定値に対してそれぞれ所定の許容範囲内に入るように、各グループに対応している各電磁石４０から発生させる磁界５０の強さをそれぞれ制御する制御機能を有していても良い。
この場合の制御装置７０における制御内容のより具体例を、図１３を参照して説明する。また、所定の不均一なビーム電流密度分布の概略例を図１２に示し、以下の説明においてはこの図１２も参照する。なお、下記の設定値ＳＥＴ1 〜ＳＥＴ3 、許容範囲ε1 〜ε3 は、例えば、制御装置７０に予め設定しておけば良い。
図１３は、図１０に示した制御内容と多くの点で同じである。同一または相当する部分には同一符号を付し、異なる部分を主体に以下に説明すると、図１０に示したステップ１１４、１１７の代わりにステップ１２２、１２３の制御を行う。
ステップ１２２では、グループｉのビーム電流密度分布の平均値ＡＶＥi が、当該グループｉについての設定値ＳＥＴi に対応する所定の許容範囲εi 内にあるか否かを判断する。この設定値ＳＥＴi は複数あり、その内には互いに値の異なる設定値が含まれている。図１２に示す例では、ＳＥＴ1 ＝ＳＥＴ3 ≠ＳＥＴ2 である。各許容範囲εi は、全て同じ許容範囲でも良いし、グループに応じて異なる許容範囲としても良い。
平均値ＡＶＥi が許容範囲εi 内になければ、ステップ１２３に進んで、平均値ＡＶＥi が設定値ＳＥＴi より大きいか否かを判断し、それに応じてステップ１１８または１１９に進む。このステップ１１８、１１９における制御内容および作用は、図１０の場合と同じである。その後はステップ１１１に戻って、平均値ＡＶＥi が許容範囲εi 内に入るまで、図１３に示す制御が繰り返される。
以上の制御によって、各グループｉの平均値ＡＶＥi が各設定値ＳＥＴi に対する許容範囲εi 内にそれぞれ入るように制御される。これによって、例えば、図１２に示すビーム電流密度分布が得られる。
制御装置７０が上記のような制御機能を有していると、Ｙ方向における各グループｉのビーム電流密度分布の各平均値ＡＶＥi を、互いに値の異なる設定値を含む複数の設定値ＳＥＴi に対してそれぞれ許容範囲εi 内に入れることができるので、注入室内におけるリボン状イオンビーム２のＹ方向におけるビーム電流密度分布をより確実に所定の不均一な分布にすることができる。
図５に示すイオン注入装置において、制御装置７０を次のようなものにしても良い。
即ち、制御装置７０は、ビーム測定器６０からの測定情報ＤＡに基づいて前記各陰極電源２２を制御して、前記各陰極２０から放出する電子量を制御して、ビーム測定器６０で測定するビーム電流密度分布を、ビーム電流密度が互いに異なる複数の領域を含む所定の不均一な分布に近づける制御機能を有している。
従って、このイオン注入装置によれば、注入室内におけるリボン状イオンビーム２のＹ方向におけるビーム電流密度分布を所定の不均一な分布にすることができる。
制御装置７０は、ビーム測定器６０からの測定情報ＤＡを前記各陰極２０に対応する範囲毎にグループ分けし、各グループのＹ方向におけるビーム電流密度分布の平均値をそれぞれ演算し、当該各平均値が、互いに値の異なる設定値を含む複数の設定値に対してそれぞれ所定の許容範囲内に入るように、各グループに対応している各陰極２０から放出する電子量をそれぞれ制御する制御機能を有していても良い。
この場合の制御装置７０における制御内容のより具体例を、図１４を参照して説明する。図１４は、図１１に示した制御内容と多くの点で同じである。同一または相当する部分には同一符号を付し、異なる部分を主体に以下に説明すると、図１１に示したステップ１１４、１１７の代わりにステップ１２２、１２３の制御を行う。このステップ１２２、１２３における制御内容は、図１３の場合と同じである。
従って、図１４に示す制御によって、各グループｉの平均値ＡＶＥi が各設定値ＳＥＴi に対する許容範囲εi 内にそれぞれ入るように制御される。これによって、例えば、図１２に示すビーム電流密度分布が得られる。
制御装置７０が上記のような制御機能を有していると、Ｙ方向における各グループｉのビーム電流密度分布の各平均値ＡＶＥi を、互いに値の異なる設定値を含む複数の設定値ＳＥＴi に対してそれぞれ許容範囲εi 内に入れることができるので、注入室内におけるリボン状イオンビーム２のＹ方向におけるビーム電流密度分布をより確実に所定の不均一な分布にすることができる。
（３）イオン注入方法について
上記所定の不均一なビーム電流密度分布を実現することができるイオン注入装置（図３、図５参照）を用いて、例えば次の（Ａ）、（Ｂ）または（Ｃ）に示すイオン注入方法によって、ターゲット５２の面内において一様でないドーズ量分布を形成することができる。換言すれば、一つのターゲット５２の面内に互いにドーズ量の異なる複数の注入領域を形成することができる。その結果、例えば、ターゲット５２の面内に形成される半導体デバイスの内の特定領域の半導体デバイスの特性補正や特性変化をイオン注入によって行うこと等にも臨機応変に対応することができる。
（Ａ）イオンビーム２を横切るようにターゲット５２をＸ方向に沿って機械的に移動させることと、ターゲット５２をその中心部５２ａを中心にして回転させることの少なくとも一方を行って、ターゲット５２の面内において一様でないドーズ量分布を形成する。
（Ｂ）イオンビーム２を横切るようにターゲット５２をＸ方向に沿って機械的に移動させることと、イオンビーム２の照射領域外においてターゲット５２をその中心部５２ａを中心にして回転させることとを併用して、ターゲット５２の面内において一様でないドーズ量分布を形成する。
（Ｃ）イオンビーム２の照射領域内でターゲット５２をその中心部５２ａを中心にして回転させることを行って、ターゲット５２の面内において一様でないドーズ量分布を形成する。
上記（Ｂ）のイオン注入方法のより具体例を図１５、図１６を参照して説明する。図１６は図１５に続くものである。イオンビーム２のＹ方向におけるビーム電流密度分布は、例えば、図１２に示すビーム電流密度分布とする（図１７においても同様）。当該ビーム電流密度分布を前記平均値ＡＶＥ1 〜ＡＶＥ3 で図１５〜図１７中に示している。
まず、図１５Ａに示すように、イオンビーム２を横切るようにターゲット５２をＸ方向に沿って機械的に移動させる（矢印Ｆ参照）。これは、前述した駆動装置５８を用いて行えば良い。この移動は、片道でも良いし、往復でも良く、必要な回数行えば良い（図１６Ａにおいても同様）。その結果、図１５Ｂに示すように、ターゲット５２の面内に、Ｘ方向に沿って三つの注入領域Ｒ1 〜Ｒ3 が形成される。例えば、注入領域Ｒ1 およびＲ3 のドーズ量をｄ1 、注入領域Ｒ2 のドーズ量をｄ2 とする。
なお、イオンビーム２のビーム電流密度分布が例えば図１２に示すようになだらかに変化している場合は、各注入領域Ｒ1 〜Ｒ3 間の境界部分は、実際は、グラデーションを持ったものとなる。即ち、ドーズ量がなだらかに変化しているものとなる。後述する他の注入領域間の境界部分についても同様である。
続いて、図１５Ｂに示すように、イオンビーム２の照射領域外において、ターゲット５２をその中心部５２ａを中心にして回転させる（矢印Ｅ参照）。これは、前述した回転装置５６を用いて行えば良い。この回転の角度は、この例では９０度であるが、それに限られるものではない。
次いで、図１６Ａに示すように、イオンビーム２を横切るようにターゲット５２をＸ方向に沿って機械的に移動させる。これは図１５Ａの場合と同じである。この移動によって、図１５Ａの場合と同様に、ターゲット５２の面内に、Ｘ方向に沿って三つの注入領域が形成され、これが先の注入領域Ｒ1 〜Ｒ3 に重ねられる。その結果、図１６Ｂに示すように、ターゲット５２の面内には、９個の注入領域Ｒ4 〜Ｒ12が形成される。各注入領域Ｒ4 〜Ｒ12のドーズ量ｄ4 〜ｄ12は、例えば、次式となる。
［数１］
ｄ4 ＝２ｄ2
ｄ5 ＝ｄ1 ＋ｄ2
ｄ6 ＝２ｄ1
ｄ7 ＝ｄ1 ＋ｄ2
ｄ8 ＝２ｄ1
ｄ9 ＝ｄ1 ＋ｄ2
ｄ10＝２ｄ1
ｄ11＝ｄ1 ＋ｄ2
ｄ12＝２ｄ1
このようにして、ターゲット５２の面内において一様でないドーズ量分布を形成することができる。
ターゲット５２の回転角度を上記９０度以外にして、例えば９０度よりも小さくして、図１５、図１６よりも多数回、ターゲット５２のＸ方向に沿う移動および回転を行っても良い。
上記（Ｃ）のイオン注入方法のより具体例を図１７を参照して説明する。図１７Ａに示すように、イオンビーム２の照射領域内で、ターゲット５２をその中心部５２ａを中心にして回転させる（矢印Ｅ参照）。これは、前述した回転装置５６を用いて行えば良い。回転の回数は、必要な回数にすれば良い。その結果、図１７Ｂに示すように、中心に円形の注入領域Ｒ13が形成され、その周囲に円環状の注入領域Ｒ14が形成される。両注入領域Ｒ13、Ｒ14のドーズ量をｄ13、ｄ14とすると、ｄ13≠ｄ14となる。
このようにして、ターゲット５２の面内において一様でないドーズ量分布を形成することができる。
なお、上記ドーズ量分布はあくまでも例であり、イオンビーム２のＹ方向におけるビーム電流密度分布の状況、ターゲット５２のＸ方向の移動およびターゲット５２の回転を上記例以外のものにすることによって、上記例以外のドーズ量分布を形成することもできる。
リボン状のイオンビームの一例を示す斜視図である。 この発明に係るイオン源の一実施形態を、イオンビーム進行方向に見て示す断面図である。 図２に示すイオン源を備えるイオン注入装置の一実施形態を示す図であり、イオン源は図２中の矢印Ｐ方向に見た断面図で示している。 この発明に係るイオン源の他の実施形態を、イオンビーム進行方向に見て示す断面図である。 図４に示すイオン源を備えるイオン注入装置の一実施形態を示す図であり、イオン源は図４中の矢印Ｑ方向に見た断面図で示している。 陰極の配置の他の例を示す図である。 傍熱型の陰極の例を示す図である。 均一化制御の前後におけるビーム電流密度分布の一例を示す概略図である。 ビーム電流密度分布を均一化する場合の全体調整の制御内容の一例を示すフローチャートである。 ビーム電流密度分布を均一化する場合の個別調整の制御内容の一例を示すフローチャートである。 ビーム電流密度分布を均一化する場合の個別調整の制御内容の他の例を示すフローチャートである。 ビーム電流密度分布を所定の不均一な分布にした一例を示す概略図である。 ビーム電流密度分布を所定の不均一な分布に調整する場合の制御内容の一例を示すフローチャートである。 ビーム電流密度分布を所定の不均一な分布に調整する場合の制御内容の他の例を示すフローチャートである。 ターゲットの面内において一様でないドーズ量分布を形成するイオン注入方法の一実施形態を示す図であり、図１６に続く。 ターゲットの面内において一様でないドーズ量分布を形成するイオン注入方法の一実施形態を示す図であり、図１５から続く。 ターゲットの面内において一様でないドーズ量分布を形成するイオン注入方法の他の実施形態を示す図である。
符号の説明
２ イオンビーム
１０ａ、１０ｂ イオン源
１２ プラズマ生成容器
１４ イオン引出し口
１６ プラズマ
２０ 陰極
２２ 陰極電源
３０、３２ 反射電極
４０ 電磁石
４６ 励磁電源
５０ 磁界
５２ ターゲット
６０ ビーム測定器
７０ 制御装置

Claims (17)

  1. 進行方向と実質的に直交する平面内におけるＹ方向の寸法が当該Ｙ方向と実質的に直交するＸ方向の寸法よりも大きいリボン状のイオンビームを発生させるイオン源において、
    内部でプラズマを生成するための容器であって、陽極を兼ねていて内部にガスが導入され、かつ前記Ｙ方向に伸びたイオン引出し口を有するプラズマ生成容器と、
    前記プラズマ生成容器の前記Ｘ方向の少なくとも一方側に設けられていて、プラズマ生成容器内へ電子を放出してプラズマ生成容器内で放電を生じさせて前記ガスを電離させて前記プラズマを生成する１以上の陰極と、
    前記プラズマ生成容器内であって、前記Ｘ方向の少なくとも他方側に前記陰極に対向させて配置されていて、プラズマ生成容器に対して負電位または浮遊電位にされて、プラズマ生成容器内の電子を反射させる１以上の反射電極と、
    前記プラズマ生成容器内に、前記Ｘ方向に沿う磁界をそれぞれ発生させるものであって、前記Ｙ方向に沿って複数段に配置された複数の電磁石とを備えていることを特徴とするイオン源。
  2. 前記各電磁石は、前記プラズマ生成容器を前記Ｘ方向において挟んで対を成している電磁石である請求項１記載のイオン源。
  3. 進行方向と実質的に直交する平面内におけるＹ方向の寸法が当該Ｙ方向と実質的に直交するＸ方向の寸法よりも大きいリボン状のイオンビームを発生させるイオン源において、
    内部でプラズマを生成するための容器であって、陽極を兼ねていて内部にガスが導入され、かつ前記Ｙ方向に伸びたイオン引出し口を有するプラズマ生成容器と、
    前記プラズマ生成容器の前記Ｘ方向の少なくとも一方側に設けられていて、プラズマ生成容器内へ電子を放出してプラズマ生成容器内で放電を生じさせて前記ガスを電離させて前記プラズマを生成するものであって、前記Ｙ方向に沿って複数段に配置された複数の陰極と、
    前記プラズマ生成容器内であって、前記Ｘ方向の少なくとも他方側に前記陰極に対向させて配置されていて、プラズマ生成容器に対して負電位または浮遊電位にされて、プラズマ生成容器内の電子を反射させる１以上の反射電極と、
    前記プラズマ生成容器内に、しかも前記複数の陰極を含む領域に、前記Ｘ方向に沿う磁界を発生させる電磁石とを備えていることを特徴とするイオン源。
  4. 前記電磁石は、前記Ｘ方向の寸法よりもＹ方向の寸法が大きいレーストラック状のコイルを有しており、かつ前記プラズマ生成容器を前記Ｘ方向において挟んで対を成している電磁石である請求項３記載のイオン源。
  5. 請求項１または２記載のイオン源と、
    前記イオン源の各陰極をそれぞれ加熱して電子を放出させるための１以上の陰極電源と、
    前記イオン源の各電磁石に直流の励磁電流をそれぞれ供給する複数の励磁電源と、
    前記イオン源から発生させた前記イオンビームをターゲットに入射させるための注入室内における前記イオンビームの前記Ｙ方向におけるビーム電流密度分布を測定するビーム測定器と、
    前記ビーム測定器からの測定情報に基づいて前記各励磁電源を制御して、前記各電磁石から発生させる前記磁界の強さを制御して、前記ビーム測定器で測定するビーム電流密度分布を均一に近づける制御機能を有している制御装置とを備えていることを特徴とするイオン注入装置。
  6. 前記制御装置は、前記ビーム測定器で測定したビーム電流密度が相対的に大きい領域に対応する前記電磁石から発生させる前記磁界を弱くすることと、同ビーム電流密度が相対的に小さい領域に対応する前記電磁石から発生させる前記磁界を強くすることの少なくとも一方を行って、前記ビーム測定器で測定する前記ビーム電流密度分布を均一に近づける制御機能を有している請求項５記載のイオン注入装置。
  7. 前記制御装置は、
    （ａ）前記ビーム測定器で測定した全体のビーム電流密度分布の平均値を演算して、当該平均値が所定の設定値に対して第１の許容範囲内に入るように、前記陰極から放出する電子量を一律に制御する全体調整機能と、
    （ｂ）前記ビーム測定器からの測定情報を前記各電磁石に対応する範囲毎にグループ分けし、各グループのＹ方向におけるビーム電流密度分布の平均値をそれぞれ演算し、当該平均値が前記設定値に対する第２の許容範囲内に入っていないグル−プについては、当該平均値が前記設定値よりも大きければ当該グループに対応している電磁石から発生させる磁界を弱くし、当該平均値が前記設定値よりも小さければ当該グループに対応している電磁石から発生させる磁界を強くして、各グループのビーム電流密度分布の平均値が全て前記設定値に対して第２の許容範囲内に入るように制御する個別調整機能とを有している請求項５記載のイオン注入装置。
  8. 請求項３または４記載のイオン源と、
    前記イオン源の各陰極をそれぞれ加熱して電子を放出させるための複数の陰極電源と、
    前記イオン源の電磁石に直流の励磁電流を供給する励磁電源と、
    前記イオン源から発生させた前記イオンビームをターゲットに入射させるための注入室内における前記イオンビームの前記Ｙ方向におけるビーム電流密度分布を測定するビーム測定器と、
    前記ビーム測定器からの測定情報に基づいて前記各陰極電源を制御して、前記各陰極から放出する電子量を制御して、前記ビーム測定器で測定するビーム電流密度分布を均一に近づける制御機能を有している制御装置とを備えていることを特徴とするイオン注入装置。
  9. 前記制御装置は、前記ビーム測定器で測定したビーム電流密度が相対的に大きい領域に対応する前記陰極から放出する電子量を少なくすることと、同ビーム電流密度が相対的に小さい領域に対応する前記陰極から放出する電子量を多くすることの少なくとも一方を行って、前記ビーム測定器で測定する前記ビーム電流密度分布を均一に近づける制御機能を有している請求項８記載のイオン注入装置。
  10. 前記制御装置は、
    （ａ）前記ビーム測定器で測定した全体のビーム電流密度分布の平均値を演算して、当該平均値が所定の設定値に対して第１の許容範囲内に入るように、前記陰極から放出する電子量を一律に制御する全体調整機能と、
    （ｂ）前記ビーム測定器からの測定情報を前記各陰極に対応する範囲毎にグループ分けし、各グループのＹ方向におけるビーム電流密度分布の平均値をそれぞれ演算し、当該平均値が前記設定値に対する第２の許容範囲内に入っていないグル−プについては、当該平均値が前記設定値よりも大きければ当該グループに対応している陰極から放出する電子量を少なくし、当該平均値が前記設定値よりも小さければ当該グループに対応している陰極から放出する電子量を多くして、各グループのビーム電流密度分布の平均値が全て前記設定値に対して第２の許容範囲内に入るように制御する個別調整機能とを有している請求項８記載のイオン注入装置。
  11. 請求項１または２記載のイオン源と、
    前記イオン源の各陰極をそれぞれ加熱して電子を放出させるための１以上の陰極電源と、
    前記イオン源の各電磁石に直流の励磁電流をそれぞれ供給する複数の励磁電源と、
    前記イオン源から発生させた前記イオンビームをターゲットに入射させるための注入室内における前記イオンビームの前記Ｙ方向におけるビーム電流密度分布を測定するビーム測定器と、
    前記ビーム測定器からの測定情報に基づいて前記各励磁電源を制御して、前記各電磁石から発生させる前記磁界の強さを制御して、前記ビーム測定器で測定するビーム電流密度分布を、ビーム電流密度が互いに異なる複数の領域を含む所定の不均一な分布に近づける制御機能を有している制御装置とを備えていることを特徴とするイオン注入装置。
  12. 前記制御装置は、前記ビーム測定器からの測定情報を前記各電磁石に対応する範囲毎にグループ分けし、各グループのＹ方向におけるビーム電流密度分布の平均値をそれぞれ演算し、当該各平均値が、互いに値の異なる設定値を含む複数の設定値に対してそれぞれ所定の許容範囲内に入るように、各グループに対応している各電磁石から発生させる磁界の強さをそれぞれ制御する制御機能を有している請求項１１記載のイオン注入装置。
  13. 請求項３または４記載のイオン源と、
    前記イオン源の各陰極をそれぞれ加熱して電子を放出させるための複数の陰極電源と、
    前記イオン源の電磁石に直流の励磁電流を供給する励磁電源と、
    前記イオン源から発生させた前記イオンビームをターゲットに入射させるための注入室内における前記イオンビームの前記Ｙ方向におけるビーム電流密度分布を測定するビーム測定器と、
    前記ビーム測定器からの測定情報に基づいて前記各陰極電源を制御して、前記各陰極から放出する電子量を制御して、前記ビーム測定器で測定するビーム電流密度分布を、ビーム電流密度が互いに異なる複数の領域を含む所定の不均一な分布に近づける制御機能を有している制御装置とを備えていることを特徴とするイオン注入装置。
  14. 前記制御装置は、前記ビーム測定器からの測定情報を前記各陰極に対応する範囲毎にグループ分けし、各グループのＹ方向におけるビーム電流密度分布の平均値をそれぞれ演算し、当該各平均値が、互いに値の異なる設定値を含む複数の設定値に対してそれぞれ所定の許容範囲内に入るように、各グループに対応している各陰極から放出する電子量をそれぞれ制御する制御機能を有している請求項１３記載のイオン注入装置。
  15. 請求項１１ないし１４のいずれかに記載のイオン注入装置において、
    前記イオン源からのイオンビームを横切るようにターゲットを前記Ｘ方向に沿って機械的に移動させることと、ターゲットをその中心部を中心にして回転させることの少なくとも一方を行って、ターゲットの面内において一様でないドーズ量分布を形成することを特徴とするイオン注入方法。
  16. 請求項１１ないし１４のいずれかに記載のイオン注入装置において、
    前記イオン源からのイオンビームを横切るようにターゲットを前記Ｘ方向に沿って機械的に移動させることと、イオンビームの照射領域外においてターゲットをその中心部を中心にして回転させることとを併用して、ターゲットの面内において一様でないドーズ量分布を形成することを特徴とするイオン注入方法。
  17. 請求項１１ないし１４のいずれかに記載のイオン注入装置において、
    前記イオン源からのイオンビームの照射領域内でターゲットをその中心部を中心にして回転させることを行って、ターゲットの面内において一様でないドーズ量分布を形成することを特徴とするイオン注入方法。
JP2007243308A 2007-09-20 2007-09-20 イオン源、イオン注入装置およびイオン注入方法 Expired - Fee Related JP4915671B2 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007243308A JP4915671B2 (ja) 2007-09-20 2007-09-20 イオン源、イオン注入装置およびイオン注入方法
US12/233,151 US7791041B2 (en) 2007-09-20 2008-09-18 Ion source, ion implantation apparatus, and ion implantation method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007243308A JP4915671B2 (ja) 2007-09-20 2007-09-20 イオン源、イオン注入装置およびイオン注入方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2009076287A JP2009076287A (ja) 2009-04-09
JP4915671B2 true JP4915671B2 (ja) 2012-04-11

Family

ID=40470649

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007243308A Expired - Fee Related JP4915671B2 (ja) 2007-09-20 2007-09-20 イオン源、イオン注入装置およびイオン注入方法

Country Status (2)

Country Link
US (1) US7791041B2 (ja)
JP (1) JP4915671B2 (ja)

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5040723B2 (ja) * 2008-02-26 2012-10-03 日新イオン機器株式会社 イオン源
JP4428467B1 (ja) * 2008-08-27 2010-03-10 日新イオン機器株式会社 イオン源
US7999479B2 (en) * 2009-04-16 2011-08-16 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Conjugated ICP and ECR plasma sources for wide ribbon ion beam generation and control
US8907307B2 (en) * 2011-03-11 2014-12-09 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Apparatus and method for maskless patterned implantation
JP2013004272A (ja) * 2011-06-15 2013-01-07 Nissin Ion Equipment Co Ltd イオン源およびイオン注入装置
US9142386B2 (en) 2013-03-15 2015-09-22 Nissin Ion Equipment Co., Ltd. Ion beam line
US9865422B2 (en) 2013-03-15 2018-01-09 Nissin Ion Equipment Co., Ltd. Plasma generator with at least one non-metallic component
US9502213B2 (en) 2013-03-15 2016-11-22 Nissin Ion Equipment Co., Ltd. Ion beam line
US8994272B2 (en) 2013-03-15 2015-03-31 Nissin Ion Equipment Co., Ltd. Ion source having at least one electron gun comprising a gas inlet and a plasma region defined by an anode and a ground element thereof
US9275819B2 (en) * 2013-03-15 2016-03-01 Nissin Ion Equipment Co., Ltd. Magnetic field sources for an ion source
WO2014201285A1 (en) 2013-06-12 2014-12-18 General Plasma, Inc. Linear duoplasmatron
WO2015094381A1 (en) * 2013-12-20 2015-06-25 White Nicholas R A ribbon beam ion source of arbitrary length
CN106932809B (zh) * 2015-12-30 2023-07-14 核工业西南物理研究院 一种w字形多板变角组合结构的主动水冷量热靶结构
US10553395B2 (en) * 2016-04-25 2020-02-04 Nissin Electric Co., Ltd. Ion beam irradiation device and ion beam irradiation method
US9734982B1 (en) * 2016-05-24 2017-08-15 Nissin Ion Equipment Co., Ltd. Beam current density distribution adjustment device and ion implanter
US9978554B1 (en) * 2017-01-26 2018-05-22 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Dual cathode ion source
US10153134B1 (en) * 2018-02-20 2018-12-11 Nissin Ion Equipment Co., Ltd. Plasma generation system
TWI695949B (zh) * 2019-04-03 2020-06-11 台灣氣立股份有限公司 節能型真空控制閥
US11798775B2 (en) 2021-09-30 2023-10-24 Axcelis Technologies, Inc. Extended lifetime dual indirectly-heated cathode ion source

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3797160B2 (ja) 2000-11-09 2006-07-12 日新イオン機器株式会社 イオン源およびその運転方法
JP3758667B1 (ja) 2005-05-17 2006-03-22 日新イオン機器株式会社 イオン源
JP4179337B2 (ja) * 2006-05-17 2008-11-12 日新イオン機器株式会社 イオン源およびその運転方法
US7589333B2 (en) * 2006-09-29 2009-09-15 Axcelis Technologies, Inc. Methods for rapidly switching off an ion beam
US8803110B2 (en) * 2006-09-29 2014-08-12 Axcelis Technologies, Inc. Methods for beam current modulation by ion source parameter modulation
JP5040723B2 (ja) * 2008-02-26 2012-10-03 日新イオン機器株式会社 イオン源

Also Published As

Publication number Publication date
US7791041B2 (en) 2010-09-07
US20090078890A1 (en) 2009-03-26
JP2009076287A (ja) 2009-04-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4915671B2 (ja) イオン源、イオン注入装置およびイオン注入方法
JP5040723B2 (ja) イオン源
JP4179337B2 (ja) イオン源およびその運転方法
JP5357759B2 (ja) イオンビームの磁場走査および補正のためのシステム
JP4049163B2 (ja) イオン注入装置
JP4875883B2 (ja) イオン化したクラスタ、分子及び単一原子を発生するためのイオン発生装置
US8324592B2 (en) Ion source and a method of generating an ion beam using an ion source
WO2014146569A1 (zh) 用于离子束系统的间热式宽带束离子源和宽带离子束系统
JP4449954B2 (ja) イオン注入装置およびその調整方法
JP4582065B2 (ja) 分析電磁石、その制御方法およびイオン注入装置
US9443698B2 (en) Hybrid scanning for ion implantation
JP3550831B2 (ja) 粒子線照射装置
US6242749B1 (en) Ion-beam source with uniform distribution of ion-current density on the surface of an object being treated
KR101398729B1 (ko) 이온 주입 장치
JP5634992B2 (ja) イオンビーム照射装置及びイオンビーム発散抑制方法
JP6052792B2 (ja) マイクロ波イオン源及びその運転方法
JP5257399B2 (ja) イオン源及びイオン注入装置
JP2004055390A (ja) イオン源
JP6752449B2 (ja) イオンビーム中和方法と装置
CN111133551B (zh) 离子源装置
JP2023132162A (ja) イオン源
JP5695805B2 (ja) イオンビーム処理のための磁場低減装置及び磁気プラズマ供給システム
WO2023075969A1 (en) Mismatched optics for angular control of extracted ion beam
JP2005038689A (ja) イオン源
CN118056258A (zh) 用于所提取离子束的角度控制的失配光学器件

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20100226

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20111215

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20120110

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20120113

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150203

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees