JPS63108645A - イオン源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、いわゆる多孔式電極を用いたイオン源に関
し、特にその電極構造の改良に関する。

〔従来の技術〕

この種のイオン源としては、例えば、多極磁場型のいわ
ゆるパケット型イオン源、熱陰極とマグネトロン放電を
組み合わせたいわゆるカウフマン型イオン源、マイクロ
波による冷陰極放電を用いたいわゆるＥＣＲ型イオン源
等があるが、いずれも後述するような問題を同様に有し
ているので、以下においてはパケット型イオン源を例に
説明する。

第４図のイオン源２はパケット型イオン源の一例を示す
ものであり、アークチャンバー４内にガスを導入して、
アノード兼用のアークチャンバー４とフィラメント６間
でアーク放電を起こさせてアークチャンバー４内にプラ
ズマ（図示省略）を生成させ、そしてこのプラズマから
引出し電極系１０によって電界の作用でイオンビーム２
０を引き出すようにしている。８は、上記プラズマ閉込
め用の多極磁場を発生させるための磁石である。

引出し電極系１０は、この例では、互いに平行に配置さ
れていてしかも相対応する位置に多数の小孔１６〜１８
をそれぞれ有する３枚の電極、即ち正の高電位にされる
引出し電極１２、負電位にされる抑制電極１３および接
地電位にされる接地電極１４から構成されている。

その場合、電極１２〜１４の小孔１６〜１８の形状は、
種々のものがあるが、従来は同一電極内では同一形状が
用いられている。また小孔１６〜１８の形状は、イオン
ビーム２０の利用効率および面内均一性の点で、イオン
ビーム２０の発散が小さくなるように設計されている。

一方、小孔１６〜１８の電極面内での配置は、通常は均
一配置が用いられている。その場合のビーム電流密度分
布の一例を第５図に示す。また場合によっては、イオン
ビーム２０の均一性を良くするために、小孔１６〜１８
の密度を変化させた、即ち中心部の密度を減少させ周辺
部の密度を増加させた配置が用いられる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記のようなイオン源２においては、それを用いて立体
的な試料２２にイオンビーム２０を照射して処理、例え
ばイオン注入するような場合、イオンビーム２０に交差
する面２２ａへのイオン注入は可能であるが（第４図に
お、いて注入領域をハツチングで模式的に示す）、イオ
ンビーム２０の発散が小さいためにイオンビーム２０と
平行な面２２ｂへのイオン注入は殆ど不可能であるとい
う問題がある。

また、イオンビーム２０の面内均一性を良くするために
前述したように電極１２〜１４の中心部の小孔１６〜１
８の密度を減少させると、引き出される総ビーム量が減
少してしまうという問題もある。

そこでこの発明は、多孔式電極を用いたものであって上
記のような点を改善したイオン源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〕

この発明のイオン源は、前述したような電極の内の少な
くとも１枚の電極における小孔の形状を２種以上にし、
それによって引出し電極系から引き出されるイオンビー
ムの中心部のものの発散を相対的に大きく周辺部のもの
の発散を相対的に小さくしていることを特徴とする。

〔作用〕

引出し電極系から引き出されるイオンビームの中心部の
ものの発散を大きくしているため、その部分のイオンビ
ームの軌道は直線状でなくなり、それによって見かけ上
ビームラインと平行な面に対してもイオンビーム照射が
可能になる。

また、中心部のイオンビームの発散が大きいため、電極
の小孔を均一配置しても、実効的には引出し電極系の中
心部の小孔密度を減少させたのと同一の効果が得られ、
それによって総ビーム量を減少させることなくイオンビ
ームの面内均一性を良くすることができる。

〔実施例〕

第１図は、この発明の一実施例に係るイオン源を試料と
共に示す概略断面図である。第４図と同一または対応す
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。

この実施例のイオン源２４においては、−例として接地
電極１４における小孔１８の形状を２種類にし、それに
よって引出し電極系１０から引き出されるイオンビーム
２０の中心部のものの発散を大きく周辺部のものの発散
を小さくしている。

これを第２図を参照して説明すると、この実施例におい
ては、接地電極１４の中心部の小孔１８ａの形状を、そ
こから引き出されるイオンビーム２０の発散が大きくな
るように例えばビーム進行方向に開いたテーパ状にし、
一方周辺部の小孔１８ｂの形状を、そこから引き出され
るイオンビーム２０の発散が小さくなるように例えばス
トレート状にしている。

その場合の中心部および周辺部におけるイオンビーム２
０の発散角は、用途等に応じて種層のものが採り得るが
、−例を示せばそれぞれ４〜７度程度および２〜５度程
度の範囲内とする。

尚、小孔１６〜１８　（１８ａ、１８ｂ）の配置は、均
一配置あるいは前述したような不均一配置のいずれでも
良い。

上記のようなイオン源２４においては、引出し電極系１
０から引き出されるイオンビーム２ｏの中心部のものの
発散を大きくしているため、その部分のイオンビームの
軌道は直線状でなくなり、即ちイオンビーム２０のいわ
ゆる回り込みが良くなり、それによって第１図に示すよ
うに、試料２２の見かけ上ビームラインと平行な面２２
ｂに対してもイオンビーム２０の照射、即ちイオン注入
が可能になる。

また、電極１２〜１４の面内において小孔１６〜１８を
均一に配置しても、中心部のイオンビーム２０の発散が
大きくて試料２２上の中心部のビーム電流密度が減少す
るため、実効的には中心部の小孔１６〜１８の密度を減
少させたのと同一の効果が得られ、それによって例えば
第３図に示すように、ビーム電流密度の面内均一性が向
上する。

しかも、上述のように中心部の小孔１６〜１８の密度、
即ち孔数を減少させる必要が無いため、引き出せるイオ
ンビーム２０のｔｔｉは減少しない。

従って、試料２２上でのイオンビーム２０内の電流密度
の大きな減少も無い。

もっとも、イオンビーム２０の均一性をより向上させる
ためには、小孔１６〜１８の前述したような不均一配置
と組み合わせても良い。

尚、イオンビーム２０の発散を上記のようにするには、
接地電極Ｉ４の小孔Ｉ８の形状を上記のように２種１（
１８ａ、１８ｂ）にする代わりに、抑制電極１３の小孔
１７あるいは引出し電極１２の小孔１６の形状を２種類
にしても良く、あるいは小孔の形状を２種類にする電極
を適当に組み合わせても良く、更には全電極１２〜１４
内の小孔１６〜１８の形状をそれぞれ２種類にしても良
い。

更には、電極１２〜１４内の小孔１６〜１８の形状は３
種以上としても良く、その場合は中心部から周辺部に向
かって徐々にイオンビーム２０の発散が小さくなるよう
に構成するものとする。

また、引出し電極系１０の構成は、必ずしも上記のよう
なものに限定されるものではなく、例えば引出し電極１
２のみの場合、あるいは引出し電極１２と接地電極１４
の組み合わせの場合等でも良い。

また、イオン源のタイプも必ずしも上記のようなパケッ
ト型に限定されるものではなく、例えば一番初めに示し
たようなカウフマン型あるいはＥＣＲ型等でも良い。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明によれば、見かけ上ビームライン
と平行な面に対してもイオンビーム照射が可能になる。

しかも、総ビーム量を減少させることなくイオンビーム
の面内均一性を良くすることができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は、この発明の一実施例に係るイオン源を試料と
共に示す概略断面図である。第２図は、第１図のイオン
源の引出し電極系を拡大して部分的に示す断面図である
。第３図は、第１図の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゛布の一例を示す図である。 第４図は、従来のイオン源の一例を試料と共に示す概略
断面図である。第５図は、第４図の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の一例を示す
図である。 １０・・・引出し電極系、１２・・・引出し電極、１３
・・・抑制電極、１４・・・接地電極、１６〜１８・・
・小孔、２０・・・イオンビーム、２２．、、を料、２
４・・・実施例に係るイオン源。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）プラズマからイオンビームを引き出すための引出
   し電極系を多数の小孔をそれぞれ有する１枚以上の電極
   で構成しているイオン源において、前記電極の内の少な
   くとも１枚の電極における小孔の形状を２種以上にし、
   それによって引出し電極系から引き出されるイオンビー
   ムの中心部のものの発散を相対的に大きく周辺部のもの
   の発散を相対的に小さくしていることを特徴とするイオ
   ン源。