JPH0737232Y2 - イオンビーム照射装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この考案は、例えばイオン注入装置、イオンビームエッ
チング装置等のように、イオン源からイオンビームを引
き出してそれを真空容器内で被照射物に照射するイオン
ビーム照射装置に関し、特にイオン源の電極間隔調整の
自動化手段に関する。

〔従来の技術〕

第３図は、従来のイオンビーム照射装置の一例を示す概
略断面図である。

この装置は、イオン源２からイオンビーム14を引き出
し、これを真空容器26内で基板等の被照射物30に照射し
て、イオン注入、エッチング等の処理を施すようにして
いる。28はホルダである。

イオン源２は、この例ではバケット型イオン源であり、
プラズマ生成容器４内にガスを導入して、アノード兼用
のプラズマ生成容器４とフィラメント６間でアーク放電
を起こさせてプラズマを生成させ、このプラズマからこ
の例では３枚の多孔電極、即ちプラズマ電極10、抑制電
極11および接地電極12から成る引出し電極系８によって
電界の作用でイオンビーム14を引き出す構造をしてい
る。尚、プラズマ閉じ込め磁場発生用の磁石は図示を省
略している。

また、このイオン源２には電極間隔調整機構16が設けら
れている。即ち、引出し電極系８内の抑制電極11および
接地電極12を支持板18で支持し、駆動部（例えば手動ハ
ンドルやパルスモータ等）24の回転運動をボールねじ22
およびボールナット20の組合わせで支持板18の上下方向
の直線運動に変換し、それによってプラズマ電極10と抑
制電極11間の電極間隔ｄを調整できるようにしている。

上記のような装置において、イオンビーム14の発散角を
最小にして被照射物30上でのビーム電流密度分布の均一
性を良くするためには、与えられたイオンビーム14のエ
ネルギー（即ち加速電圧）およびビーム電流の組合わせ
に対する最適の電極間隔ｄがそれぞれあり、従来はその
ような電極間隔ｄを予めテストスタンドや計算等で求め
ておき、それになるように電極間隔調整機構16を用いて
手動で調整していた。

〔考案が解決しようとする問題点〕

ところが、電極間隔ｄの上記のような手動調整では、イ
オンビーム14のビーム電流密度分布が確実に所定の（最
適の）ものになっているか否かは分からず、またイオン
源２の動作中にそのプラズマ状態が変化する等してビー
ム密度分布が変化してもそれを補正することができな
い、等といった問題があった。

そこでこの考案は、ビーム電流密度分布が所定のものに
なるようにイオン源の電極間隔を自動調整することがで
きるようにしたイオンビーム照射装置を提供することを
目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この考案のイオンビーム照射装置は、被照射物が収納さ
れる真空容器と、当該真空容器に取り付けられていてイ
オンビームを引き出してそれを前記被照射物に照射する
イオン源と、当該イオン源の引出し電極系内のプラズマ
電極と残りの電極間の電極間隔を調整する電極間隔調整
機構と、前記被照射物の横の方の近傍に、被照射物の中
心を基準にして互いに内外に配置されていて前記イオン
源から引き出されるイオンビームを受けてそのビーム電
流をそれぞれ計測する二つのビーム電流計測電極を有し
ていて、前記イオン源から引き出されるイオンビームの
ビーム電流密度分布を測定するビーム電流密度分布測定
器と、このビーム電流密度分布測定器を構成する二つの
ビーム電流測定電極で計測する二つのビーム電流間の差
電流を求める差電流検出手段およびこの差電流検出手段
で求める差電流が所定の設定値になるように前記電極間
隔調整機構を制御して前記電極間隔を調整する制御回路
を有する電極間隔制御回路とを備えることを特徴とす
る。

〔作用〕

上記構成によれば、ビーム電流密度分布測定器によって
イオン源から引き出されるイオンビームのビーム電流密
度分布が測定され、電極間隔制御回路によって、当該ビ
ーム電流密度分布が所定のものになるように、電極間隔
調整機構を制御して電極間隔が自動的に調整される。従
って、ビーム電流密度分布が確実に所定のものになると
共に、イオン源の動作中にそのプラズマ状態が変化する
等してビーム電流密度分布が変化してもそれが自動的に
補正される。

〔実施例〕

第１図は、この考案の一実施例に係るイオンビーム照射
装置を示す概略図である。第３図の例と同一または相当
する部分には同一符号を付し、以下においては従来例と
の相違点を主に説明する。

この実施例においては、前述した電極間隔調整機構16の
駆動部24を、後述する電極間隔制御回路34で制御できる
ように、パルスモータのような可逆転式のモータで構成
している。

また、ホルダ28上の被照射物30の横の方の近傍に、ビー
ム電流計測電極の一例として、二つのファラデーカップ
32aおよび32bを、被照射物30の中心を基準にして互いに
内外になるように並設しており、これらによってビーム
電流密度分布測定器32を構成している。

このファラデーカップ32a、32bには、第２図を参照し
て、イオンビーム14の照射に伴って、そのビーム電流密
度分布に応じて、ビーム電流Ia、Ibがそれぞれ流れる。
従って例えば、イオンビーム14のビーム電流密度分布が
最適なときのビーム電流IaとIbとの差電流Id（＝Ia−I
b）を予め求めておけば、差電流Idがその所定値か否か
でイオンビーム14のビーム電流密度分布が最適なものか
否かを検出することができる。この差電流Idの所定値
は、後述する制御回路38に設定しておく。

尚、最適のビーム電流密度分布でビーム電流Ia＝Ib、即
ち差電流Id＝０となるように、ファラデーカップ32a側
よりも32b側の面積を大きくしておいても良い。またこ
れらのファラデーカップ32a、32bは、図示例と違って被
照射物30の回りを取り囲むリング状のものとしても良
い。

一方、両ファラデーカップ32a、32bからのビーム電流I
a、Ibを比較してその差電流Idを出力する差動アンプ36
（差電流検出手段）と、当該差電流Idが前述した所定の
設定値になるように電極間隔調整機構16の駆動部24を制
御して前記電極間隔ｄを調整する制御回路38とによっ
て、電極間隔制御回路34を構成している。

更にこの実施例では、ホルダ28を真空容器26から電気的
に絶縁して支持し、ホルダ28に流れるイオンビーム14の
ビーム電流Ｉを電流計40で計測してそれに対応する信号
をビーム電流制御回路42に与え、それによってビーム電
流Ｉが所定の設定値になるようにイオン源２のプラズマ
発生電源、この例ではフィラメント電源44を制御するよ
うにしている。

上記装置の動作例を説明すると、まず初期設定として好
ましくは、与えられたビームエネルギー（ビーム加速電
圧）とビーム電流とによってチャイルドラングミュア則
に従って決まる電極間隔またはそれに近い電極間隔にな
るように前記電極間隔ｄを手動または自動で調整するも
のとする。自動で調整する場合は例えば、与えられたビ
ームエネルギーとビーム電流とによって最適の電極間隔
ｄを求める演算回路を制御回路38内に更に設ける等して
おき、初期設定のときは、与えられたビームエネルギー
とビーム電流とに基づいて、電極間隔ｄが演算結果にな
るように電極間隔調整機構16を制御するようにしてもよ
い。

電極間隔ｄの初期設定後は、ビーム電流制御回路42を働
かせる等して、ビーム電流Ｉが設定値になるようにフィ
ラメント電源44の出力を制御する。

次いで被照射物30にイオンビーム14を照射して処理する
モードに入るが、この場合は電極間隔制御回路34を働か
せて、ビーム電流密度分布測定器32によって測定するイ
オンビーム14のビーム電流密度分布が所定のものになる
ように、即ち前述した差電流Idが設定値になるように、
電極間隔調整機構16を制御して電極間隔ｄを自動的に調
整する。これによって、イオンビーム14のビーム電流密
度分布が確実に所定のものになると共に、運転中にイオ
ン源２中のプラズマ状態が変化する等してビーム電流密
度分布が変化してもそれが自動的に補正される。従っ
て、被照射物30に対する最適の処理状態を常に維持する
ことができるようになる。

ちなみに上記の場合、電極間隔ｄの調整によってビーム
電流Ｉが所定値より変動するようなことが起こったとし
ても、この例ではビーム電流制御回路42を設けているの
で、ビーム電流Ｉは自動的に所定値に補正されるが、そ
のような必要がない場合は、この制御ループは設けなく
ても良い。

尚、イオン源２の引出し電極系８の電極構成は、プラズ
マ電極10と抑制電極11あるいは接地電極12のいずれか一
方との２枚電極構成であっても良い。また、イオン源２
がフィラメントを有しないECR型イオン源の場合は、ビ
ーム電流制御回路42によって前記フィラメント電源44を
制御する代わりに、マイクロ波発振器を制御して当該イ
オン源に供給するマイクロ波電力を制御するようにすれ
ば良い。

〔考案の効果〕

以上のようにこの考案によれば、ビーム電流密度分布測
定器によってイオン源から引き出されるイオンビームの
ビーム電流密度分布が測定され、電極間隔制御回路によ
って、当該ビーム電流密度分布が所定のものになるよう
に、電極間隔調整機構を制御して電極間隔が自動的に調
整されるので、ビーム電流密度分布を自動的にかつ確実
に所定のものにすることができる。

しかも、ビーム電流密度分布測定器を構成する内外二つ
のビーム電流計測電極は、被照射物の横の方の近傍に配
置されているので、被照射物に対するイオンビーム照射
中も上記のようなビーム電流密度分布の測定および電極
間隔の自動調整を行うことができ、それによって被照射
物に対するイオンビーム照射中にイオン源のプラズマ状
態が変化する等してビーム電流密度分布が変化しても、
それを自動的に補正することができる。その結果、被照
射物に対するビーム照射精度ひいては処理精度が向上す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この考案の一実施例に係るイオンビーム照射
装置を示す概略図である。第２図は、第１図の装置にお
ける被照射物とその近傍におけるビーム電流密度分布の
一例を示す図である。第３図は、従来のイオンビーム照
射装置の一例を示す概略断面図である。 ２…イオン源、８…引出し電極系、14…イオンビーム、
16…電極間隔調整機構、26…真空容器、30…被照射物、
32…ビーム電流密度分布測定器、34…電極間隔制御回
路、44…ビーム電流制御回路。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】被照射物が収納される真空容器と、当該真
   空容器に取り付けられていてイオンビームを引き出して
   それを前記被照射物に照射するイオン源と、当該イオン
   源の引出し電極系内のプラズマ電極と残りの電極間の電
   極間隔を調整する電極間隔調整機構と、前記被照射物の
   横の方の近傍に、被照射物の中心を基準にして互いに内
   外に配置されていて前記イオン源から引き出されるイオ
   ンビームを受けてそのビーム電流をそれぞれ計測する二
   つのビーム電流計測電極を有していて、前記イオン源か
   ら引き出されるイオンビームのビーム電流密度分布を測
   定するビーム電流密度分布測定器と、このビーム電流密
   度分布測定器を構成する二つのビーム電流測定電極で計
   測する二つのビーム電流間の差電流を求める差電流検出
   手段およびこの差電流検出手段で求める差電流が所定の
   設定値になるように前記電極間隔調整機構を制御して前
   記電極間隔を調整する制御回路を有する電極間隔制御回
   路とを備えることを特徴とするイオンビーム照射装置。