JP5520555B2 - イオン照射方法 - Google Patents

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Description

本発明は、イオン源及びイオン照射方法に関する。
イオン源からのイオンビームを処理対象物表面に照射してスパッタ現象によりエッチングする微細加工技術(ION BEAM FIGURING:IBF)は、ビーム径や加工速度等に優れた特徴を持ち、現在、光学レンズ及び金型の形状修正や仕上げ加工等の分野で注目されている。
図2は従来のイオン源110の一般的な構成を示している。プラズマを生成する放電室(プラズマ室)112にイオンビームを引き出すための引出孔114が設けられ、対向して引出電極120が設置されている。引出電極120との間に生じる電界で放電室112内からイオンが引き出され、イオンビームとなる。引き出されたイオンビームは通常、アインツェルレンズ等の静電レンズ123によりイオンビームを収束又は発散させて所望のビーム径にしてから処理対象物125に照射する。
一般にエッチングレートは高いほど好ましいが、処理対象物を微細に削る場合、加工精度との兼ね合いでエッチングレートをある範囲に収める必要がある。
エッチングレートは、ビーム電流密度を増減することで制御できる。例えば1nm/sで処理対象物125をエッチングするには、1mA/cm2程度のビーム電流密度が要求される。エッチングレートをその10分の1の0.1nm/sにするのであれば、ビーム電流密度を0.1mA/cm2程度に制御する。
なお、一回当たりあるいは単位時間当たりに処理する領域を例えば0.1mmから10mm程度にすると、ビーム電流値としては10nAから1mA前後の範囲で可変となることが要求される。
このように加工精度との兼ね合いで、イオンビームの強度を広範囲に渡って可変にする必要があるが、従来のイオン源110では、放電室112内における放電電力を下げすぎるとプラズマが消えてしまうため、放電電力によるイオンビームの強度の可変範囲は二桁程度が限度であり、放電電力の調節のみでは希望する加工精度が実現できなかった。
そこで、従来では、イオンビームが引き出された後に、一種類あるいは数種類の固定された穴径を持つ絞りを機械的駆動で設置して、ビーム電流の強度の制御に対応してきたが、高エネルギーのイオンビームによって絞りがスパッタされるという問題があった。すなわち、経時的に絞りの穴径が変化し、かつスパッタ粒子によって処理対象物125が汚染されていた。また、開口径を任意に設定できないという問題があった。
特開昭63−69966号公報 特開平1−197950号公報
本発明は上記従来技術の不都合を解決するために創作されたものであり、その目的は、絞りを用いずに、イオンビームの強度を従来より広い範囲で可変にできるイオン源及びイオン照射方法を提供することを目的としている。
上記課題を解決するために本発明は、真空雰囲気中に導入されたプラズマガスをプラズマ発生装置がプラズマにし、引出電極によって前記プラズマ中のイオンを引出孔から引き出し、前記イオンをイオンビームにして処理対象物に照射するイオン照射方法であって、それぞれ真空排気される第一、第二のプラズマ室のうち、前記引出孔が設けられた前記第二のプラズマ室と接続孔で接続された第一のプラズマ室内に前記プラズマガスを導入し、前記第一のプラズマ室内でプラズマを発生させ、前記プラズマ中のイオンのうち、前記接続孔を通過して前記第二のプラズマ室内に移動したイオンを前記引出電極によって前記引出孔から前記第二のプラズマ室の外部に引き出し、第一のイオンビームを形成する弱イオンビーム動作と、前記第二のプラズマ室内に前記プラズマガスを導入し、前記第二のプラズマ室内でプラズマを発生させ、前記引出電極によって前記引出孔から引き出し、前記第二のイオンビームを形成する強イオンビーム動作とを、選択して行えるイオン照射方法である。
本発明はイオン照射方法であって、前記第一のプラズマ室内では、前記第一のプラズマ室内に導入された前記プラズマガスに電子線を照射して前記プラズマを発生させ、第二のプラズマ室内では、前記第二のプラズマ室内に導入された前記プラズマガスに、前記接続孔を通過した電子線を照射して前記プラズマを発生させるイオン照射方法である。
引出孔を介して外部と接続されたプラズマ室内のイオンの密度を従来より広い範囲で可変とすることができるので、イオンビームの強度を広範囲で制御可能となる。これにより、イオンビームを対象物に応じて最適なビーム径及び電流密度に制御でき、加工効率が向上する。
絞りを用いずにイオンビームの強度を制御できるので、処理対象物が絞りのスパッタ粒子によって汚染される問題が生じない。
本発明のイオン源の第一例を説明するための模式図 従来のイオン源の構造を説明するための模式図 本発明のイオン源の第二例を説明するための模式図 本発明のイオン源の第三例を説明するための模式図
本発明のイオン源の構造を説明する。図1の符号10aは本発明のイオン源の第一例の模式図を示している。
イオン源10aは、第一、第二のプラズマ室11a、12aと、ガス導入部60aと、プラズマ生成手段30aとを有している。
第一のプラズマ室11aと第二のプラズマ室12aとの間には絶縁性の主絶縁壁51aが配置されている。主絶縁壁51aには、径が第一、第二のプラズマ室11a、12a内の径の両方より狭い接続孔13aが設けられている。第一のプラズマ室11a内と第二のプラズマ室12a内とは接続孔13aを介して接続されている。
図1で、第一、第二のプラズマ室11a、12aにはそれぞれ第一、第二の真空排気部62a、63aが設けられ、第一、第二のプラズマ室11a、12a内はそれぞれ真空排気されているが、第一、第二の真空排気部62a、63aは省略してもよい。
ガス導入部60aは、第一、第二のプラズマ室11a、12a内に接続されている。ガス導入部60aには制御装置70aが接続され、制御装置70aから制御信号を受けると、各室11a、12a内のいずれか一方又は両方にプラズマガスを独立に導入可能に構成されている。
第一のプラズマ室11aの外側には絶縁性の副絶縁壁52aを介して電子発生室53aが配置されている。副絶縁壁52aには、径が第一のプラズマ室11a内の径と電子発生室53a内の径の両方より狭い貫通孔16aが設けられている。第一のプラズマ室11a内と電子発生室53a内とは貫通孔16aを介して接続されている。
プラズマ生成手段30aは、電子発生装置31aと、第一、第二の正電極32a、33aとを有している。
電子発生装置31aは電子発生室53a内に配置されている。第一、第二の正電極32a、33aは円筒形状であり、それぞれ第一、第二のプラズマ室11a、12aの側壁部に配置されている。
電子発生室53aと第一、第二の正電極32a、33aは導体からなり、ここではモリブデンが用いられている。電子発生室53aと第一の正電極32aとは副絶縁壁52aを介して電気的に絶縁されており、第一の正電極32aと第二の正電極33aとは主絶縁壁51aを介して電気的に絶縁されている。
電子発生装置31aにはここではタングステン等の金属細線からなる電子発生装置が用いられている。電子発生装置31aには電子発生用直流電源47aが電気的に接続されている。電子発生用直流電源47aには制御装置70aが接続され、制御装置70aから制御信号を受けると、電子発生装置31aに直流電圧を印加可能にされている。
電子発生装置31aに直流電圧を印加し直流電流を流すと、発熱した電子発生装置31aは真空雰囲気中に電子を放出する。
電子発生室53aと第一、第二の正電極32a、33aにはそれぞれ電源装置40aが電気的に接続されている。電源装置40aには制御装置70aが接続され、制御装置70aから制御信号を受けると、電子発生室53aと第一、第二の正電極32a、33aとの間の相対的な電位を所定の値に制御できるようにされている。
電源装置40aは具体的にはここでは、副直流電源45aと第一、第二の可変抵抗41a、42aとを有している。副直流電源45aの負端子側は電子発生室53aに電気的に接続され、正端子側は第一、第二の正電極32a、33aにそれぞれ第一、第二の可変抵抗41a、42aを介して電気的に接続されている。
本発明の電源装置40aはこれに限定されず、電子発生室53aと第一の正電極32aとにそれぞれ独立に直流電源を電気的に接続してもよい。
電子発生室53aに負電圧を、第一、第二の正電極32a、33aのいずれか一方又は両方に正電圧を印加し、電子発生装置31aに直流電圧を印加すると、電子発生装置31aから放出された電子は、電子発生室53aと正電圧を印加された正電極との間に形成された電場から電磁力を受け、正電圧を印加された正電極に引かれて、貫通孔16aを通り、正電圧を印加された正電極を有するプラズマ室内に入射する。
第二の正電極33aには導体からなるプラズマ電極54aが電気的に接続されており、プラズマ電極54aには主直流電源43aが電気的に接続されている。主直流電源43aには制御装置70aが接続され、制御装置70aから制御信号を受けると、プラズマ電極54aと、プラズマ電極54aに電気的に接続された第二の正電極33aとに所定の電位を印加可能にされている。
第二のプラズマ室12aの外側にはプラズマ電極54aを介して真空槽15aが配置されている。真空槽15aは接地されており、第二のプラズマ室12aとプラズマ電極54aの両方とは不図示の絶縁物を介して電気的に絶縁されている。真空槽15aには真空槽真空排気部65aが設けられ、槽内は真空排気されている。
プラズマ電極54aには引出孔14aが設けられている。引出孔14aは、第二のプラズマ室12a内と外部の真空槽15a内とを接続している。
真空槽15a内にはプラズマ電極54aと対向するように引出電極20aが配置されている。
引出電極20aは、ここでは第一、第二の電極板21a、22aを有している。第一、第二の電極板21a、22aはどちらもプラズマ電極54aと平行に配置されている。第一の電極板21aはプラズマ電極54aと直接対向するように配置され、第二の電極板22aは第一の電極板21aをプラズマ電極54aとの間に挟むように配置されている。
第一、第二の電極板21a、22aは引出用直流電源48aを介して電気的に接続されている。引出用直流電源48aには制御装置70aが接続され、第一、第二の電極板21a、22aに所定の電圧を印加可能にされている。
真空槽15a内の放出されたイオンの飛行経路上には、静電レンズ23aが配置されている。静電レンズ23aとしてここではアインツェルレンズを用いている。
静電レンズ23aはイオンの飛行経路上に電場を形成し、イオンビームを収束又は発散させて所望のビーム径にして、真空槽15a内の静電レンズ23aの後方に配置された処理対象物25aに照射可能にされている。
引出電極20aから放出されるイオンビームの強度は、第二のプラズマ室12a内のイオンの密度に比例する。
本発明は、後述するように第一のプラズマ室11a内でプラズマを生成することにより弱イオンビームを、第二のプラズマ室12a内でプラズマを生成することにより強イオンビームを形成するものである。
まず、第一のプラズマ室11a内でプラズマを生成することによる第一のイオンビーム形成方法を説明する。
第一のプラズマ室11a内にプラズマガスを導入し、所定の圧力にする。第二のプラズマ室12a内にはガスを導入してもよいし、導入しなくてもよい。
電子発生室53aに負電圧を印加し、第一の正電極32aに正電圧を印加する。このとき第二の可変抵抗42aの値を例えば無限大にし、第二の正電極33aを副直流電源45aに対して電気的にフローティングの状態にしておく。
電子発生装置31aに、直流電圧を印加し、直流電流を流す。発熱した電子発生装置31aは、真空排気された電子発生室53a内に電子を放出する。
放出された電子は、電子発生室53aと第一の正電極32aとの間に形成された電場から電磁力を受け、第一の正電極32aに引かれて、貫通孔16aを通って第一のプラズマ室11a内のプラズマガスに照射される。電子線が照射されたプラズマガスは電離され、プラズマ化する。
プラズマ中のイオンは接続孔13aを通って第二のプラズマ室12a内に拡散し、充満する。接続孔13aを通って拡散しながら移動することにより、第二のプラズマ室12a内のイオンの密度は、第一のプラズマ室11a内のイオンの密度より小さくなる。
なお、第二のプラズマ室12a内にイオンを中和するようなガスを導入していると、第二のプラズマ室12a内のイオンの密度は更に小さくなる。
次いで、引出電極20aに所定の電圧を印加して、プラズマ電極54aと引出電極20aとの間に電場を形成し、第二のプラズマ室12a内から引出孔14aを通して外部にイオンを引き出し、イオンビームとして放出する。
次いで、第二のプラズマ室12a内でプラズマを生成することによる第二のイオンビーム形成方法を説明する。
第二のプラズマ室12a内にプラズマガスを導入し、所定の圧力にする。このとき第一のプラズマ室11a内にはプラズマガスを導入しない。
電子発生室53aに負電圧を印加し、第二の正電極33aに正電圧を印加する。第一の正電極32aには、後述するように第一のプラズマ室11a内の放電が維持される程度に、第二の正電極33aより低い正電圧を印加する。
電子発生装置31aに、直流電圧を印加し、直流電流を流す。発熱した電子発生装置31aは、真空排気された電子発生室53a内に電子を放出する。
放出された電子は、電子発生室53aと第一の正電極32aとの間に形成された電場と、電子発生室53aと第二の正電極33aとの間に形成された電場との合成電場から電磁力を受け、第二の正電極33aに引かれて、貫通孔16aを通って第一のプラズマ室11a内に入射し、次いで接続孔13aを通って第二のプラズマ室12a内のプラズマガスに照射される。電子線が照射されたプラズマガスは電離され、プラズマ化する。
次いで、引出電極20aに所定の電圧を印加して、プラズマ電極54aと引出電極20aとの間に電場を形成し、第二のプラズマ室12a内から引出孔14aを通して外部にイオンを引き出し、イオンビームとして放出する。
第二のプラズマ室12a内で生成する場合と同程度の量のプラズマを、第一のプラズマ室11a内で生成した場合には、生成したプラズマ中のイオンは接続孔13aを通って第二のプラズマ室12a内に移動するので、第二のプラズマ室12a内のイオンの密度は第二のプラズマ室12a内で生成する場合よりも小さくなり、従って、第二のプラズマ室12a内で生成する場合よりもイオンビームの強度は小さくなる。
本発明のイオン源のプラズマ生成手段は上述したように電子発生室内に配置された電子発生装置と、各プラズマ室の側壁部に配置された正電極とを有するものに限定されず、各プラズマ室内でそれぞれプラズマを生成できるものであればよい。
図3の符号10bは本発明の第二例であるイオン源の模式図を示している。
第一例と同様に、イオン源10bは、第一、第二のプラズマ室11b、12bと、ガス導入部60bと、プラズマ生成手段30bとを有している。
第一のプラズマ室11bと第二のプラズマ室12bとの間には絶縁性の主絶縁壁51bが配置されている。主絶縁壁51bには、径が第一、第二のプラズマ室11b、12b内の径の両方より狭い接続孔13bが設けられている。第一のプラズマ室11b内と第二のプラズマ室12b内とは接続孔13bを介して接続されている。
第一、第二のプラズマ室11b、12bにはそれぞれ第一、第二の真空排気部62b、63bが設けられ、第一、第二のプラズマ室11b、12b内はそれぞれ真空排気されている。
ガス導入部60bは、第一、第二のプラズマ室11b、12b内に接続されている。ガス導入部60bには制御装置70bが接続され、制御装置70bから制御信号を受けると、各室11b、12b内のいずれか一方又は両方にプラズマガスを独立に導入可能に構成されている。
プラズマ生成手段30bは、電子発生装置31bと、正電極33bとを有している。電子発生装置31bは第一のプラズマ室11b内に配置され、正電極33bは第二のプラズマ室12bの側壁に配置されている。
正電極33bは導体からなり、ここではモリブデンが用いられている。
電子発生装置31bにはここではタングステン等の金属細線が用いられている。電子発生装置31bには電子発生用直流電源47bが電気的に接続されている。電子発生用直流電源47bには制御装置70bが接続され、制御装置70bから制御信号を受けると、電子発生装置31bに直流電圧を印加可能にされている。
電子発生装置31bに直流電圧を印加し直流電流を流すと、発熱した電子発生装置31bは真空雰囲気中に電子を放出する。
正電極33bには導体からなるプラズマ電極54bが電気的に接続されており、プラズマ電極54bには主直流電源43bが電気的に接続されている。主直流電源43bには制御装置70bが接続され、制御装置70bから制御信号を受けると、プラズマ電極54bと、プラズマ電極54bと電気的に接続された正電極33bとに所定の電圧を印加可能にされている。
第二のプラズマ室12bの外側にはプラズマ電極54bを介して真空槽15bが配置されている。真空槽15bは接地されており、第二のプラズマ室12bとプラズマ電極54bの両方とは不図示の絶縁物を介して電気的に絶縁されている。真空槽15bには真空槽真空排気部65bが設けられ、槽内は真空排気されている。
プラズマ電極54bには引出孔14bが設けられている。引出孔14bは、第二のプラズマ室12b内と外部の真空槽15b内とを接続している。
真空槽15b内にはプラズマ電極54bと対向するように引出電極20bが配置されている。
引出電極20bには引出用直流電源48bが電気的に接続されている。引出用直流電源48bには制御装置70bが接続され、引出電極20bに所定の直流電圧を印加可能にされている。
後述するように第一、第二のプラズマ室11b、12b内のいずれか一方でプラズマを生成したのち、引出電極20bに直流電圧を印加すると、引出孔14b付近のイオンはプラズマ電極54bと引出電極20bとの間に形成された電場から電磁力を受け、第二のプラズマ室12b内から外部に引き出され、イオンビームとして放出される。
真空槽15b内の放出されたイオンの飛行経路上には、静電レンズ23bが配置されている。静電レンズ23bとしてここではアインツェルレンズを用いている。
静電レンズ23bはイオンの飛行経路上に電場を形成し、イオンビームを収束又は発散させて所望のビーム径にして、真空槽15b内の静電レンズ23bの後方に配置された処理対象物25bに照射可能にされている。
第二例では、第一例と異なり、プラズマ生成手段30bは、RFアンテナ34bを有している。
第一のプラズマ室11bの側壁部には誘電体からなる放電室55bが配置されている。RFアンテナ34bは放電室55bの外側を一巻き以上で巻回するように配置されている。
RFアンテナ34bにはRF用交流電源46bが電気的に接続されている。RF用交流電源46bには制御装置70bが接続され、制御装置70bから制御信号を受けると、RFアンテナ34bに交流電圧を印加可能にされている。
RFアンテナ34bに交流電圧を印加すると、RFアンテナ34bは放電室55bを介して第一のプラズマ室11b内に誘導結合プラズマが生成する。
本例は、第一例と同様に、第一のプラズマ室11b内でプラズマを生成することにより弱イオンビームを、第二のプラズマ室12b内でプラズマを生成することにより強イオンビームを形成するものである。
まず、第一のプラズマ室11b内でプラズマを生成することによる第一のイオンビーム形成方法を説明する。
第一のプラズマ室11b内を真空排気しながら、第一のプラズマ室11b内にプラズマガスを導入し、所定の圧力にする。このとき第二のプラズマ室12b内にはガスを導入してもよいし、導入しなくてもよい。
RFアンテナ34bに交流電圧を印加する。このとき電子発生装置31bには直流電圧を印加せず、正電極33bには正電圧を印加しないでおく。
交流電圧を印加されたアンテナ34bは、放電室55bを介して第一のプラズマ室11b内に電波を放射する。第一のプラズマ室11b内で電波を受けたプラズマガスは励起し、電離され、プラズマ化する。
プラズマ中のイオンは接続孔13bを通って第二のプラズマ室12b内に拡散し、充満する。接続孔13bを通って移動することにより、第二のプラズマ室12b内のイオンの密度は、第一のプラズマ室11b内のイオンの密度より小さくなる。
なお、第二のプラズマ室12b内にイオンを中和するようなガスを導入していると、第二のプラズマ室12b内のイオンの密度は更に小さくなる。
次いで、引出電極20bに所定の電圧を印加して、プラズマ電極54bと引出電極20bとの間に電場を形成し、第二のプラズマ室12b内から引出孔14bを通して外部にイオンを引き出し、イオンビームとして放出する。
次いで、第二のプラズマ室12b内でプラズマを生成することによる第二のイオンビーム形成方法を説明する。
第二のプラズマ室12b内を真空排気しながら、第二のプラズマ室12b内にプラズマガスを導入し、所定の圧力にする。このとき第一のプラズマ室11b内にはプラズマガスを導入しない。
正電極33bに正電圧を印加する。このときRFアンテナ34bには交流電圧を印加しないでおく。
電子発生装置31bに、直流電圧を印加し、直流電流を流す。発熱した電子発生装置31bは、真空排気された第一のプラズマ室11b内に電子を放出する。
放出された電子は、正電極33bにより形成された電場から電磁力を受け、正電極33bに引かれて、主絶縁壁51bの接続孔13bを通って第二のプラズマ室12b内のプラズマガスに照射される。電子線が照射されたプラズマガスは電離され、プラズマ化する。
次いで、引出電極20bに所定の電圧を印加して、プラズマ電極54bと引出電極20bとの間に電場を形成し、第二のプラズマ室12b内から引出孔14bを通して外部にイオンを引き出し、イオンビームとして放出する。
第一例と同様に、第二のプラズマ室12b内で生成する場合と同程度の量のプラズマを、第一のプラズマ室11b内で生成した場合には、プラズマ中のイオンは接続孔13bを通って第二のプラズマ室12b内に移動するので、第二のプラズマ室12b内のイオンの密度は第二のプラズマ室12b内で生成する場合よりも小さくなり、従って、第二のプラズマ室12b内で生成する場合よりもイオンビームの強度は小さくなる。
図4の符号10cは本発明の第三例であるイオン源の模式図を示している。
第二例と同様に、イオン源10cは、第一、第二のプラズマ室11c、12cと、ガス導入部60cと、プラズマ生成手段30cとを有している。
第一のプラズマ室11cと第二のプラズマ室12cとの間には絶縁性の主絶縁壁51cが配置されている。主絶縁壁51cには、径が第一、第二のプラズマ室11c、12c内の径の両方より狭い接続孔13cが設けられている。第一のプラズマ室11c内と第二のプラズマ室12c内とは接続孔13cを介して接続されている。
第一、第二のプラズマ室11c、12cにはそれぞれ第一、第二の真空排気部62c、63cが設けられ、各室11c、12c内は真空排気されている。
ガス導入部60cは、第一、第二のプラズマ室11c、12c内に接続されている。ガス導入部60cには制御装置70cが接続され、制御装置70cから制御信号を受けると、各室11c、12c内のいずれか一方又は両方にプラズマガスを独立に導入可能に構成されている。
プラズマ生成手段30cは、第一のRFアンテナ34cを有している。
第一のプラズマ室11cの側壁部には誘電体からなる第一の放電室55cが配置されている。第一のRFアンテナ34cは第一の放電室55cの外側を一巻き以上で巻回するように配置されている。
第一のRFアンテナ34cには第一のRF用交流電源46cが電気的に接続されている。第一のRF用交流電源46cには制御装置70cが接続され、制御装置70cから制御信号を受けると、第一のRFアンテナ34cに交流電圧を印加可能にされている。
第一のRFアンテナ34cに交流電圧を印加すると、第一のRFアンテナ34cは第一の放電室55cを介して第一のプラズマ室11c内に電波を放射する。
第二のプラズマ室11cには導体からなるプラズマ電極54cが設けられており、プラズマ電極54cには主直流電源43cが電気的に接続されている。主直流電源43cには制御装置70cが接続され、制御装置70cから制御信号を受けると、プラズマ電極54cに所定の電位を印加できるようにされている。
第二のプラズマ室12cの外側にはプラズマ電極54cを介して真空槽15cが配置されている。真空槽15cは接地されており、第二のプラズマ室12cとプラズマ電極54cの両方とは不図示の絶縁物を介して電気的に絶縁されている。真空槽15cには真空槽真空排気部65cが設けられ、槽内は真空排気されている。
プラズマ電極54cには引出孔14cが設けられている。引出孔14cは、第二のプラズマ室12c内と外部の真空槽15c内とを接続している。
真空槽15c内にはプラズマ電極54cと対向するように引出電極20cが配置されている。
引出電極20cには引出用直流電源48cが電気的に接続されている。引出用直流電源48cには制御装置70cが接続され、引出電極20cに所定の直流電圧を印加可能にされている。
後述するように第一、第二のプラズマ室11c、12c内のいずれか一方でプラズマを生成したのち、引出電極20cに直流電圧を印加すると、引出孔14c付近のイオンはプラズマ電極54cと引出電極20cとの間に形成された電場から電磁力を受け、第二のプラズマ室12c内から外部に引き出され、イオンビームとして放出される。
真空槽15c内の放出されたイオンの飛行経路上には、静電レンズ23cが配置されている。静電レンズ23cとしてここではアインツェルレンズを用いている。
静電レンズ23cはイオンの飛行経路上に電場を形成し、イオンビームを収束又は発散させて所望のビーム径にして、真空槽15c内の静電レンズ23cの後方に配置された処理対象物25cに照射可能にされている。
第三例では、第二例と異なり、プラズマ生成手段30cは、第二のRFアンテナ35cを有している。
第二のプラズマ室12cの側壁部には誘電体からなる第二の放電室56cが配置されている。第二のRFアンテナ35cは第二の放電室56cの外側を一巻き以上で巻回するように配置されている。
第二のRFアンテナ35cには第二のRF用交流電源49cが電気的に接続されている。第二のRF用交流電源49cには制御装置70cが接続され、制御装置70cから制御信号を受けると、第二のRFアンテナ35cに交流電圧を印加可能にされている。
第二のRFアンテナ35cに交流電圧を印加すると、第二のRFアンテナ35cは第二のRF放電室56cを介して第二のプラズマ室12c内に電波を放射する。
本例は、第一、第二例と同様に、第一のプラズマ室11c内でプラズマを生成することにより弱イオンビームを、第二のプラズマ室12c内でプラズマを生成することにより強イオンビームを形成するものである。
まず、第一のプラズマ室11c内でプラズマを生成することによる第一のイオンビーム形成方法を説明する。
第一のプラズマ室11c内を真空排気しながら、第一のプラズマ室11c内にプラズマガスを導入し、所定の圧力にする。このとき第二のプラズマ室12c内を真空排気しておく。第二のプラズマ室12c内にはガスを導入してもよいし、導入しなくてもよい。
第一のRFアンテナ34cに交流電圧を印加する。このとき第二のRFアンテナ35cには交流電圧を印加しないでおく。
交流電圧を印加された第一のRFアンテナ34cは、第一のRF放電室55cを透過して第一のプラズマ室11c内に電波を放射する。第一のプラズマ室11c内で電波を受けたプラズマガスは励起し、電離され、プラズマ化する。
プラズマ中のイオンは接続孔13cを通って第二のプラズマ室12c内に拡散し、充満する。接続孔13cを通って移動することにより、第二のプラズマ室12c内のイオンの密度は、第一のプラズマ室11c内のイオンの密度より小さくなる。
なお、第二のプラズマ室12c内にイオンを中和するようなガスを導入していると、第二のプラズマ室12c内のイオンの密度は更に小さくなる。
次いで、引出電極20cに所定の電圧を印加して、プラズマ電極54cと引出電極20cとの間に電場を形成し、第二のプラズマ室12c内から引出孔14cを通して外部にイオンを引き出し、イオンビームとして放出する。
次いで、第二のプラズマ室12c内でプラズマを生成することによる第二のイオンビーム形成方法を説明する。
第二のプラズマ室12c内を真空排気しながら、第二のプラズマ室12c内にプラズマガスを導入し、所定の圧力にする。このとき第一のプラズマ室11c内を真空排気しておくが、第一のプラズマ室11c内にはガスを導入しない。
第二のRFアンテナ35cに交流電圧を印加する。このとき第一のRFアンテナ34cには交流電圧を印加しないでおく。
交流電圧を印加された第二のRFアンテナ35cは、第二のRF放電室56cを透過して第二のプラズマ室12c内に電波を放射する。第二のプラズマ室12c内で電波を受けたプラズマガスは励起し、電離され、プラズマ化する。
次いで、引出電極20cに所定の電圧を印加して、プラズマ電極54cと引出電極20cとの間に電場を形成し、第二のプラズマ室12c内から引出孔14cを通して外部にイオンを引き出し、イオンビームとして放出する。
第一、第二例と同様に、第二のプラズマ室12c内で生成する場合と同程度の量のプラズマを、第一のプラズマ室11c内で生成した場合には、プラズマ中のイオンは接続孔13cを通って第二のプラズマ室12c内に移動するので、第二のプラズマ室12c内のイオンの密度は第二のプラズマ室12c内で生成する場合よりも小さくなり、従って、第二のプラズマ室12c内で生成する場合よりもイオンビームの強度は小さくなる。
本発明におけるプラズマ生成手段は上述したような装置に限定されず、第一、第二のプラズマ室内に熱陰極放電と、冷陰極放電と、RF放電と、マイクロ波放電とからなる群より選択される少なくとも一つの放電を発生可能に構成され、各室内でそれぞれプラズマを生成できる装置であればよい。
本発明のイオン源は上述したようにプラズマ室を2室有するものに限定されず、一列に並んで配置され、隣り合うプラズマ室内がそれぞれ接続孔で接続された3室以上のプラズマ室を有してもよい。
プラズマ生成を行うプラズマ室が引出孔から離れるほど、プラズマ中のイオンが引出孔が設けられたプラズマ室内まで移動するために接続孔を通過する回数が多くなり、従って引出孔が設けられたプラズマ室内のイオンの密度は小さくなり、放出されるイオンビームの強度は小さくなる。
10a、10b、10c……イオン源
11a、11b、11c……第一のプラズマ室
12a、12b、12c……第二のプラズマ室
13a、13b、13c……接続孔
14a、14b、14c……引出孔
20a、20b、20c……引出電極
23a、23b、23c……静電レンズ
25a、25b、25c……処理対象物
30a、30b、30c……プラズマ生成手段
31a、31b……電子発生装置
60a、60b、60c……ガス導入部

Claims (2)

  1. 真空雰囲気中に導入されたプラズマガスをプラズマ発生装置がプラズマにし、
    引出電極によって前記プラズマ中のイオンを引出孔から引き出し、前記イオンをイオンビームにして処理対象物に照射するイオン照射方法であって、
    それぞれ真空排気される第一、第二のプラズマ室のうち、前記引出孔が設けられた前記第二のプラズマ室と接続孔で接続された第一のプラズマ室内に前記プラズマガスを導入し、前記第一のプラズマ室内でプラズマを発生させ、
    前記プラズマ中のイオンのうち、前記接続孔を通過して前記第二のプラズマ室内に移動したイオンを前記引出電極によって前記引出孔から前記第二のプラズマ室の外部に引き出し、第一のイオンビームを形成する弱イオンビーム動作と、
    前記第二のプラズマ室内に前記プラズマガスを導入し、前記第二のプラズマ室内でプラズマを発生させ、前記引出電極によって前記引出孔から引き出し、前記第二のイオンビームを形成する強イオンビーム動作とを、選択して行えるイオン照射方法。
  2. 前記第一のプラズマ室内では、前記第一のプラズマ室内に導入された前記プラズマガスに電子線を照射して前記プラズマを発生させ、第二のプラズマ室内では、前記第二のプラズマ室内に導入された前記プラズマガスに、前記接続孔を通過した電子線を照射して前記プラズマを発生させる請求項記載のイオン照射方法。
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