JPWO2010029929A1 - Ion irradiation equipment - Google Patents

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Abstract

本発明のイオン照射装置（１０）は、イオン化室（３１）と引出電極（２５）との間にイオン化室（３１）よりも僅かに低電圧の中間電極（２４）を配置し、中間電極（２４）よりも下流側でイオンビームを収束させることにより、イオンビームの焦点位置を第一の収束装置（２６）に近づける。これにより、イオンビームが大きく発散する前に第一の収束装置（２６）に入射するので、イオンビームの収束度が高いイオン照射装置が実現できるようになった。In the ion irradiation apparatus (10) of the present invention, an intermediate electrode (24) having a voltage slightly lower than that of the ionization chamber (31) is disposed between the ionization chamber (31) and the extraction electrode (25). By focusing the ion beam downstream of 24), the focal position of the ion beam is brought closer to the first focusing device (26). As a result, since the ion beam is incident on the first focusing device (26) before the ion beam is greatly diverged, an ion irradiation device with a high degree of convergence of the ion beam can be realized.

Description

本発明は、処理対象物表面にイオンを照射するイオン照射装置に係り、特に、イオン化室から引き出したイオンビームを高効率で処理対象物に照射できるイオン照射装置に関する。   The present invention relates to an ion irradiation apparatus that irradiates ions on the surface of a processing object, and more particularly to an ion irradiation apparatus that can irradiate a processing object with an ion beam drawn from an ionization chamber with high efficiency.

図２の符号１１０は従来技術のイオン照射装置を示している。
このイオン照射装置１１０は、細長の真空槽１２０を有しており、真空槽１２０の内部の一端部には、イオン照射の対象である処理対象物１２９が配置され、他端部にはガス流形成装置１２１が配置されている。Reference numeral 110 in FIG. 2 represents a conventional ion irradiation apparatus.
The ion irradiation apparatus 110 has an elongated vacuum chamber 120. A processing object 129 that is an object of ion irradiation is disposed at one end of the vacuum chamber 120, and a gas flow is disposed at the other end. A forming apparatus 121 is arranged.

ガス流形成装置１２１には、ガス供給系１４３から照射ガスが供給されており、ガス流形成装置１２１によって照射ガスのクラスターが生成され、真空排気された真空槽１２０の内部にガスクラスター流として放出されるようになっている。放出されたガスクラスター流はイオン化装置１２２に照射され、イオン化装置１２２の内部でイオン化される。   Irradiation gas is supplied from the gas supply system 143 to the gas flow forming device 121, and a cluster of irradiation gas is generated by the gas flow forming device 121 and released as a gas cluster flow into the evacuated vacuum chamber 120. It has come to be. The discharged gas cluster stream is irradiated to the ionizer 122 and is ionized inside the ionizer 122.

イオン化装置１２２で生成されたイオンは、アース電位に接続された引出電極１２５によって、イオンビームとなって引き出され、一旦焦点を結び、発散した後、第一の収束装置１２６で収束されて偏向装置１２７に入射する。偏向装置１２７はモノマーイオン（単原子イオン、単分子イオン）や低サイズのクラスターイオンを除去するための直交する電磁界をもちいたウィーンフィルタ１３６及び高速中性粒子を除去する偏向電極１３７よりなる。通過した所望種類のイオンのイオンビームが第二の収束装置１２８で収束された後、処理対象物１２９に照射される。   The ions generated by the ionization device 122 are extracted as an ion beam by the extraction electrode 125 connected to the ground potential, once focused, diverged, and then converged by the first convergence device 126 to be deflected. 127 is incident. The deflection device 127 includes a Wien filter 136 using an orthogonal electromagnetic field for removing monomer ions (monoatomic ions, monomolecular ions) and low-size cluster ions, and a deflection electrode 137 for removing high-speed neutral particles. After the ion beam of the desired type of ions that has passed is focused by the second focusing device 128, the processing object 129 is irradiated.

上記のようなイオン照射装置１１０は、イオン照射によって処理対象物１２９の表面をスパッタ除去することに使用できるため、処理対象物１２９を試料とする表面分析に使用することができる。
この場合、イオンビームを引き出す部分の圧力は１０-3Ｐａ台であり、試料の表面分析で要求される１０-6Ｐａ台の真空度に比べて高いため、試料表面の分析を行うためにはビーム経路中に数段の差動排気系を設けることが必要である。Since the ion irradiation apparatus 110 as described above can be used for sputtering removal of the surface of the processing object 129 by ion irradiation, it can be used for surface analysis using the processing object 129 as a sample.
In this case, the pressure at the portion where the ion beam is extracted is on the order of 10 −3 Pa, which is higher than the vacuum level on the order of 10 −6 Pa required for the surface analysis of the sample. It is necessary to provide several stages of differential exhaust systems in the beam path.

このため各段のイオンビーム通過孔は可能な限り小さいことが必要である。また数ｍｍ□の小さい分析範囲をイオンビームのスキャンによって均一に照射するためには、イオンビーム径を細くすることが求められる。
イオンビームは、レンズ電極を用いた第一の収束装置１２６によって収束されており、ビーム絞りを効率よく行なうには前段の引出電極系の最適化が重要である。For this reason, the ion beam passage hole at each stage needs to be as small as possible. Further, in order to uniformly irradiate a small analysis range of several mm □ by scanning an ion beam, it is required to reduce the ion beam diameter.
The ion beam is focused by the first focusing device 126 using a lens electrode, and optimization of the extraction electrode system in the previous stage is important for efficient beam aperture.

第一の収束装置１２６によって収束されるイオンビームの焦点における直径をｄとするとｄはレンズ電極による倍率（縮小率）Ｍ、線源径ｄ0、球面収差により決まるビーム径ｄｓ、および色収差により決まるビーム径ｄｃより次のように表わされる。
ｄ2＝（Ｍｄ0）2＋ｄｓ2＋ｄｃ2 If the diameter at the focal point of the ion beam focused by the first focusing device 126 is d, d is determined by the magnification (reduction ratio) M by the lens electrode, the source diameter d 0 , the beam diameter ds determined by spherical aberration, and the chromatic aberration. It is expressed as follows from the beam diameter dc.
d 2 = (Md 0 ) 2 + ds 2 + dc 2

これは更に焦点面でのビーム半角をαi、球面収差係数をＣｓ、イオンビームのエネルギー幅を△Ｅ、色収差係数をＣｃとおくとき、次のように表わされる。
ｄ2＝（Ｍ・ｄ0）2＋（ｌ／２αi 3・Ｃｓ）2＋（αi・△Ｅ／Ｅ・Ｃｃ）2 This is expressed as follows, where the beam half angle at the focal plane is α i , the spherical aberration coefficient is Cs, the energy width of the ion beam is ΔE, and the chromatic aberration coefficient is Cc.
d 2 = (M · d 0 ) 2 + (l / 2α i 3 · Cs) 2 + (α i · ΔE / E · Cc) 2

レンズ電極ヘの入射角α0はα0＝Ｍαiで表わされるから、上式よりレンズ電極による縮小率Ｍを大きくするだけでなく、イオンビームのレンズ電極ヘの入射角度α0も小さいことが必要である。Since the incident angle α 0 to the lens electrode is expressed by α 0 = Mα i , not only the reduction rate M by the lens electrode is increased from the above equation, but also the incident angle α 0 of the ion beam to the lens electrode is small. is necessary.

しかし、イオン化装置１２２に所要エネルギーの加速電圧（５〜２０ｋＶ）を印加し、アース電位の引出電極１２５を用いてイオンビームを引き出したときに、電極間の電位差が過大であるため、イオンビームのビーム径は、イオン化装置１２２から引き出された直後に最小になり、焦点を結んだ後は大きな角度α0で発散しながら第一の収束装置１２６(レンズ電極)に入射する。大きな発散角で入射する場合、収差が大きくなるためイオンビームがレンズ電極によって十分絞れず、イオンビームのうちでも処理対象物１２９に照射されない割合が増加し、イオンビームの使用効率が低下する。
特開平８−１０４９８０号公報 特開平４−３５４８６５号公報 However, when an acceleration voltage (5 to 20 kV) having a required energy is applied to the ionizer 122 and the ion beam is extracted by using the extraction electrode 125 having the ground potential, the potential difference between the electrodes is excessive. beam diameter, the minimum will immediately drawn from the ionization device 122, after the focused is incident on the first focusing device 126 while diverging at a greater angle alpha 0 (lens electrode). When incident at a large divergence angle, since the aberration increases, the ion beam cannot be sufficiently focused by the lens electrode, and the proportion of the ion beam that is not irradiated on the processing object 129 increases, and the use efficiency of the ion beam decreases.
JP-A-8-104980 JP-A-4-354865

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、イオンビームの収束性を高める技術を提供することを課題とする。   The present invention was created to solve the above-described disadvantages of the prior art, and an object of the present invention is to provide a technique for improving the convergence of an ion beam.

上記課題を解決するために、本発明は、照射ガスをガスクラスターにして放出するガス流形成装置と、正電圧が印加され、前記ガスクラスターをイオン化するイオン化室と、前記イオン化室よりも低い電圧が印加され、前記イオン化室からイオンビームを引き出す引出電極と、前記イオンビームを収束させる第一の収束装置と、収束された前記イオンビーム中のイオンを電荷質量比に応じて進行方向を曲げる偏向装置と、進行方向が曲げられたイオンのうち、一部のイオンを収束させる第二の収束装置とを有し、前記第二の収束装置で収束されたイオンを処理対象物に照射するイオン照射装置であって、前記イオン化室と前記引出電極の間には、前記イオン化室よりも低く、前記引出電極よりも高い正電圧が印加された中間電極が配置され、前記イオン化室と前記中間電極の間の電位差よりも、前記中間電極と前記引出電極の間の電位差が大きくされたイオン照射装置である。
また、本発明は、前記中間電極には、前記イオンビームが前記引出電極と前記中間電極の間の位置で焦点を結ぶ大きさの電圧が印加されたイオン照射装置である。
また、本発明は、前記中間電極と前記イオン化室の間には、５ｋＶ／ｃｍ以下の電界の空間が配置されたイオン照射装置である。
また、本発明は、前記イオン照射装置は、Ｘ線照射装置と二次電子検出装置を有するイオン照射装置である。
また、本発明は、前記第一の収束装置と前記偏向装置の間に設けられ、前記イオンビームが通過する小孔を有する第一仕切り部材を有し、前記第一仕切り部材の上流側と下流側は個別に排気されるイオン照射装置である。
また、本発明は、前記第一仕切り部材の上流側の圧力は下流側の圧力よりも高いイオン照射装置である。
また、本発明は、前記偏向装置と前記第二の収束装置との間に設けられ、前記イオンビームが通過する小孔を有する第二仕切り部材を有し、前記第二仕切り部材の上流側と下流側は個別に排気されるイオン照射装置である。
また、本発明は、前記第二仕切り部材の上流側の圧力は、下流側の圧力よりも高いイオン照射装置である。In order to solve the above problems, the present invention provides a gas flow forming device that discharges an irradiation gas as a gas cluster, an ionization chamber that ionizes the gas cluster by applying a positive voltage, and a lower voltage than the ionization chamber. And a first converging device for converging the ion beam, and a deflection that bends the traveling direction of the ions in the ion beam according to a charge mass ratio. Ion irradiation that has a device and a second focusing device that converges some of the ions whose traveling direction is bent, and irradiates the object to be processed with the ions focused by the second focusing device An intermediate electrode to which a positive voltage lower than that of the ionization chamber and higher than that of the extraction electrode is applied is disposed between the ionization chamber and the extraction electrode; Than the potential difference between said serial ionization chamber intermediate electrode, an ion irradiation apparatus a potential difference is large between the intermediate electrode and the extraction electrode.
Further, the present invention is the ion irradiation apparatus in which the intermediate electrode is applied with a voltage having such a magnitude that the ion beam is focused at a position between the extraction electrode and the intermediate electrode.
Moreover, this invention is an ion irradiation apparatus by which the space of the electric field of 5 kV / cm or less is arrange | positioned between the said intermediate electrode and the said ionization chamber.
Moreover, this invention is an ion irradiation apparatus with which the said ion irradiation apparatus has an X-ray irradiation apparatus and a secondary electron detection apparatus.
The present invention further includes a first partition member provided between the first focusing device and the deflecting device and having a small hole through which the ion beam passes, and upstream and downstream of the first partition member. The side is an ion irradiator that is individually evacuated.
Moreover, this invention is an ion irradiation apparatus with the upstream pressure of said 1st partition member being higher than the downstream pressure.
In addition, the present invention includes a second partition member provided between the deflection device and the second focusing device, and having a small hole through which the ion beam passes, the upstream side of the second partition member, The downstream side is an ion irradiation device that is individually exhausted.
Moreover, this invention is an ion irradiation apparatus with the upstream pressure of the said 2nd partition member higher than the downstream pressure.

本発明は上記のように構成されており、レンズ電極への入射角α0はイオン化室と引出電極間の電界形状によって制御できる。このためイオン化室と引出電極の間に中間電極を設け、この中間電極にイオン化室の電位に比べて数ｋＶ低い電位の電圧を印加すると、イオンビーム径が最小になる焦点位置を中間電極と引出電極の間に位置させることができる。
中間電極と引出電極の間は大きな電位差があり、この間ではイオンビームの収束作用が生じるので、発散角を大きくせずに第一の収束装置へ入射させることが可能になる。The present invention is configured as described above, and the incident angle α 0 to the lens electrode can be controlled by the shape of the electric field between the ionization chamber and the extraction electrode. Therefore, an intermediate electrode is provided between the ionization chamber and the extraction electrode, and when a voltage having a potential several kV lower than the ionization chamber is applied to this intermediate electrode, the focal position where the ion beam diameter is minimized is extracted from the intermediate electrode. It can be located between the electrodes.
There is a large potential difference between the intermediate electrode and the extraction electrode, and the ion beam is converged during this period, so that it is possible to enter the first convergence device without increasing the divergence angle.

一方、イオン化室から放出されるクラスターイオンはクラスターサイズに比例した初期エネルギーを有している。通常のモノマー（原子・分子）イオンと異なり、ガスクラスターイオンは原子数が数百〜数千個の集団であり、原子１個あたり約６０ｍｅＶの熱速度を有するので断熱膨張によって並進運動エネルギーに変換されるから、イオン化室より放出されるイオンの初速度は例えばクラスターサイズが３０００のクラスターイオンは１８０ｅＶのエネルギーを有する。   On the other hand, the cluster ions released from the ionization chamber have an initial energy proportional to the cluster size. Unlike ordinary monomer (atom / molecule) ions, gas cluster ions are a group of hundreds to thousands of atoms, and have a thermal velocity of about 60 meV per atom, so they are converted to translational kinetic energy by adiabatic expansion. Therefore, the initial velocity of ions released from the ionization chamber is, for example, cluster ions having a cluster size of 3000 have an energy of 180 eV.

初期エネルギーが異なるクラスターイオンにおいては、ビーム径が最小になる位置はクラスターサイズによって異なる。従ってクラスターサイズ分布の強度が最大のクラスターイオンに対して、最小の発散角でレンズに入射できるように、可変電圧源によって中間電極に印加する電圧の大きさを変更することができる。   In cluster ions having different initial energies, the position where the beam diameter is minimized differs depending on the cluster size. Therefore, the magnitude of the voltage applied to the intermediate electrode by the variable voltage source can be changed so that the cluster ion having the maximum cluster size distribution can be incident on the lens with the minimum divergence angle.

イオンビームの発散角を大きくせず収束させることができるので、イオンビームが高効率で偏向装置に入射し、処理対象物に照射される。   Since the ion beam can be converged without increasing the divergence angle, the ion beam is incident on the deflecting device with high efficiency and is irradiated onto the object to be processed.

本発明の一例のイオン照射装置Example of ion irradiation apparatus of the present invention 従来技術のイオン照射装置Conventional ion irradiation equipment

１０……イオン照射装置
２１……ガス流形成装置
２４……中間電極
２５……引出電極
２６……第一の収束装置
２７……偏向装置
２８……第二の収束装置
３０……Ｘ線照射装置
３１……イオン化室
３６……ウィーンフィルタ
３７……偏向電極
３８……二次電子検出装置DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Ion irradiation device 21 ... Gas flow formation device 24 ... Intermediate electrode 25 ... Extraction electrode 26 ... First focusing device 27 ... Deflection device 28 ... Second focusing device 30 ... X-ray irradiation Device 31 ... Ionization chamber 36 ... Wien filter 37 ... Deflection electrode 38 ... Secondary electron detector

図１を参照し、符号１０は、本発明の一例のイオン照射装置を示している。
このイオン照射装置１０は、真空槽２０を有している。真空槽２０は細長であり、一端部には、イオンの照射対象である処理対象物２９が配置されている。
真空槽２０の内部の処理対象物２９とは反対側の端部には、ガス流形成装置２１が配置されている。With reference to FIG. 1, the code | symbol 10 has shown the ion irradiation apparatus of an example of this invention.
The ion irradiation apparatus 10 has a vacuum chamber 20. The vacuum chamber 20 is elongated, and a processing object 29 that is an irradiation target of ions is disposed at one end.
A gas flow forming device 21 is disposed at the end of the vacuum chamber 20 opposite to the processing object 29.

ガス流形成装置２１は、超音速ノズル４１とスキマー４２とを有している。真空槽２０内のスキマー４２の超音速ノズル４１側と反対側には、真空排気系４４、４５がそれぞれ接続されている。
超音速ノズル４１は、ガス導入系４３に接続されており、真空排気系４４、４５によって真空槽２０を真空排気し、真空槽２０の内部を真空雰囲気にした後、ガス導入系４３から超音速ノズル４１に照射ガスを供給し、照射ガスが超音速ノズル４１から真空槽２０内に放出される。The gas flow forming device 21 has a supersonic nozzle 41 and a skimmer 42. Vacuum exhaust systems 44 and 45 are connected to the side of the skimmer 42 in the vacuum chamber 20 opposite to the supersonic nozzle 41 side.
The supersonic nozzle 41 is connected to a gas introduction system 43, and the vacuum chamber 20 is evacuated by the evacuation systems 44 and 45, and the inside of the vacuum chamber 20 is made a vacuum atmosphere. An irradiation gas is supplied to the nozzle 41, and the irradiation gas is released from the supersonic nozzle 41 into the vacuum chamber 20.

放出された照射ガスは断熱膨張し、ガスクラスターが形成される。スキマー４２は、ガスクラスターの進行方向に位置しており、ガスクラスターはスキマー４２の前面に吹き付けられる。
スキマー４２の背面側にはイオン化装置２２が設けられている。スキマー４２には小孔５１が形成されており、スキマー４２に吹き付けられたガスクラスターは、スキマー４２の小孔５１を通過し、ガスクラスター流となってイオン化装置２２の内部に入射する。The emitted irradiation gas is adiabatically expanded to form a gas cluster. The skimmer 42 is located in the traveling direction of the gas cluster, and the gas cluster is sprayed on the front surface of the skimmer 42.
An ionizer 22 is provided on the back side of the skimmer 42. Small holes 51 are formed in the skimmer 42, and the gas clusters blown to the skimmer 42 pass through the small holes 51 of the skimmer 42 and enter the ionizer 22 as a gas cluster flow.

イオン化装置２２は、筒状のイオン化室３１と板状のプラズマ電極３２とを有している。イオン化室３１はプラズマ電極３２よりもガスクラスター流の上流側に配置されており、スキマー４２から放出されたガスクラスター流はイオン化室３１の開口からイオン化室３１の内部に入る。   The ionization device 22 has a cylindrical ionization chamber 31 and a plate-shaped plasma electrode 32. The ionization chamber 31 is disposed upstream of the plasma electrode 32 in the gas cluster flow, and the gas cluster flow discharged from the skimmer 42 enters the ionization chamber 31 through the opening of the ionization chamber 31.

真空槽２０は接地電位(アース電位)に接続されており、イオン化室３１とプラズマ電極３２には、加速電源４７によって同じ大きさの正電圧が印加されている。イオン化室３１の内部に導入されたガスクラスター流は、イオン化室３１内の加熱されたＷ線フィラメントからの熱電子によって電離され、正イオンが生成される。   The vacuum chamber 20 is connected to a ground potential (earth potential), and a positive voltage of the same magnitude is applied to the ionization chamber 31 and the plasma electrode 32 by the acceleration power supply 47. The gas cluster flow introduced into the ionization chamber 31 is ionized by thermoelectrons from the heated W-line filament in the ionization chamber 31 to generate positive ions.

プラズマ電極３２よりも下流側には、接地電位に接続された引出電極２５が配置されている。
プラズマ電極３２には引出孔５２が形成されており、イオン化室３１内で生成されたイオンは引出電極２５に引き付けられ、引出孔５２を通って、イオンビームとなってイオン化室３１の外部へ放出される。An extraction electrode 25 connected to the ground potential is arranged downstream of the plasma electrode 32.
An extraction hole 52 is formed in the plasma electrode 32, and ions generated in the ionization chamber 31 are attracted to the extraction electrode 25, and are emitted to the outside of the ionization chamber 31 through the extraction hole 52 as an ion beam. Is done.

引出電極２５の中央位置には開口５４が設けられており、イオン化室３１から放出されたイオンビームは、引出電極２５とプラズマ電極３２の間に形成される電界によって加速され、引出電極２５の開口５４を通過する。
引出電極２５よりも下流側には、第一の収束装置２６が配置されており、プラズマ電極３２と引出電極２５の間には中間電極２４が配置されている。An opening 54 is provided at the central position of the extraction electrode 25, and the ion beam emitted from the ionization chamber 31 is accelerated by an electric field formed between the extraction electrode 25 and the plasma electrode 32, and the opening of the extraction electrode 25 is formed. Pass through 54.
A first converging device 26 is disposed downstream of the extraction electrode 25, and an intermediate electrode 24 is disposed between the plasma electrode 32 and the extraction electrode 25.

中間電極２４の中央位置には通過孔５３が形成されており、イオン化室３１から引き出されたイオンビームは、中間電極２４の通過孔５３と引出電極２５の開口５４を通過して第一の収束装置２６に入射する。   A passage hole 53 is formed at the center position of the intermediate electrode 24, and the ion beam extracted from the ionization chamber 31 passes through the passage hole 53 of the intermediate electrode 24 and the opening 54 of the extraction electrode 25 to be first converged. It enters the device 26.

中間電極２４は可変電圧源４８に接続されており、この可変電圧源４８によって中間電極２４にはプラズマ電極３２よりも低い正電圧が印加されている。引出電極２５は接地電位であり、従って、プラズマ電極３２と、中間電極２４と、引出電極２５は、この順序で電位が低くなっている。
中間電極２４には、プラズマ電極３２の電位に近い大きさの電圧が印加されており、イオン化室３１と中間電極２４の電位差よりも、中間電極２４と引出電極２５の間の電位差が大きくなっている。The intermediate electrode 24 is connected to a variable voltage source 48, and a positive voltage lower than that of the plasma electrode 32 is applied to the intermediate electrode 24 by the variable voltage source 48. The extraction electrode 25 is at ground potential, and therefore the potential of the plasma electrode 32, the intermediate electrode 24, and the extraction electrode 25 decreases in this order.
A voltage close to the potential of the plasma electrode 32 is applied to the intermediate electrode 24, and the potential difference between the intermediate electrode 24 and the extraction electrode 25 becomes larger than the potential difference between the ionization chamber 31 and the intermediate electrode 24. Yes.

ここでは、プラズマ電極３２と中間電極２４の間の電界は５ｋＶ／ｃｍ以下になるように設定されており、イオン化室３１から引き出されたイオンビームは、プラズマ電極３２と中間電極２４の間では収束されず、中間電極２４を通過した後、中間電極２４と引出電極２５の間でビーム径が最小になり、その後再び発散しながら加速されるようになっている。   Here, the electric field between the plasma electrode 32 and the intermediate electrode 24 is set to be 5 kV / cm or less, and the ion beam extracted from the ionization chamber 31 is converged between the plasma electrode 32 and the intermediate electrode 24. Instead, after passing through the intermediate electrode 24, the beam diameter is minimized between the intermediate electrode 24 and the extraction electrode 25, and then accelerated while diverging again.

また、プラズマ電極３２と中間電極２４と引出電極２５の電位は、収束されたイオンビームが少なくとも中間電極２４と引出電極２５の間の位置で焦点を結ぶように設定されており、焦点位置下流側で発散するイオンビームが、中間電極２４と引出電極２５で形成される加速電界で発散角が小さく押さえられ第一の収束装置２６に入射するようにされている。   The potentials of the plasma electrode 32, the intermediate electrode 24, and the extraction electrode 25 are set so that the focused ion beam is focused at least at a position between the intermediate electrode 24 and the extraction electrode 25. The ion beam that diverges in (1) is made to enter the first converging device 26 with the divergence angle kept small by the acceleration electric field formed by the intermediate electrode 24 and the extraction electrode 25.

イオンビームの発散角が抑制されて第一の収束装置２６に入射する結果、第一の収束装置２６による収束性が高くなる。
第一の収束装置２６の下流側には、第一仕切り部材６３が設けられており、第一仕切り部材６３の下流側には、偏向装置２７が配置されている。As a result of the divergence angle of the ion beam being suppressed and entering the first focusing device 26, the convergence of the first focusing device 26 is enhanced.
A first partition member 63 is provided on the downstream side of the first converging device 26, and a deflection device 27 is disposed on the downstream side of the first partition member 63.

第一仕切り部材６３には小孔６８が設けられており、第一の収束装置２６で収束されたイオンビームは、ほぼ平行なイオン束のイオンビームとなって、第一仕切り部材６３に設けられた小孔６８を通って、偏向装置２７に入射する。   A small hole 68 is provided in the first partition member 63, and the ion beam focused by the first focusing device 26 becomes an ion beam of a substantially parallel ion bundle and is provided in the first partition member 63. The light enters the deflecting device 27 through the small hole 68.

偏向装置２７の内部には、互いに直交する磁界と電界が形成されたウィーンフィルタ３６が設置され、入射したイオンビーム中のイオンは、磁界と電界によって、進行方向とは垂直方向の力を受ける。
その結果イオンビーム中のイオンのうち、電荷質量比((電荷)／(質量))が大きいイオンは、電荷質量比が小さなイオンよりも進行方向が大きく曲げられ、ビーム経路中より除去される。A Wien filter 36 in which a magnetic field and an electric field orthogonal to each other are formed is installed inside the deflecting device 27, and ions in the incident ion beam receive a force perpendicular to the traveling direction by the magnetic field and the electric field.
As a result, among the ions in the ion beam, ions having a large charge mass ratio ((charge) / (mass)) are bent more in the traveling direction than ions having a small charge mass ratio, and are removed from the beam path.

ウィーンフィルタ３６を通過したイオンビームは高速中性粒子を除去するために、一対の電極からなる偏向電極板３７によって軌道が偏向される。偏向されたイオンの飛行方向前方には、第二仕切り部材６４が設けられており、第二仕切り部材６４の下流側には、第二の収束装置２８と処理対象物２９がこの順序で配置されている。   The ion beam that has passed through the Wien filter 36 is deflected by a deflecting electrode plate 37 comprising a pair of electrodes in order to remove high-speed neutral particles. A second partition member 64 is provided in front of the deflected ions in the flight direction, and the second focusing device 28 and the processing object 29 are arranged in this order on the downstream side of the second partition member 64. ing.

第二仕切り部材６４には小孔６９が設けられており、偏向装置２７で曲げられたビーム経路を飛行するイオンビームは、第二仕切り部材６４の小孔６９を通り、第二の収束装置２８に入射する。
第二の収束装置２８に入射したイオンビームは第二の収束装置２８によって収束され、処理対象物２９上で焦点を結ばれる。
その結果、処理対象物２９には、狭い範囲に高密度のイオンが照射され、スパッタリングによる処理対象物２９の表面層の剥離が行われる。A small hole 69 is provided in the second partition member 64, and the ion beam flying in the beam path bent by the deflecting device 27 passes through the small hole 69 of the second partition member 64, and the second focusing device 28. Is incident on.
The ion beam incident on the second focusing device 28 is converged by the second focusing device 28 and focused on the object 29 to be processed.
As a result, the processing object 29 is irradiated with high-density ions in a narrow range, and the surface layer of the processing object 29 is peeled off by sputtering.

スキマー４２と第一仕切り部材６３の間と、第一仕切り部材６３と第二仕切り部材６４の間と、第二仕切り部材６４よりも下流側であって第二の収束装置２８が位置する側には、真空排気系４５、６０、６１がそれぞれ接続され、それぞれ個別に真空排気されている。   Between the skimmer 42 and the first partition member 63, between the first partition member 63 and the second partition member 64, on the downstream side of the second partition member 64 and on the side where the second convergence device 28 is located. Are connected to vacuum evacuation systems 45, 60 and 61, respectively, and individually evacuated.

超音速ノズル４１からガスが放出されるが、第一仕切り部材６３と第二仕切り部材６４は、コンダクタンスが５Ｌ／secであり、上述したように、第一仕切り部材６３の上流側の部分と、第一仕切り部材６３と第二仕切り部材６４の間の部分と、第二の仕切り部材６４の下流側の部分とは、それぞれ個別に真空排気されているから、第二仕切り部材６４の下流側であって第二の収束装置２８が配置された部分の圧力が、第一仕切り部材６３と第二仕切り部材６４の間の部分の圧力よりも低くなっている。従って、処理対象物２９の周囲は低圧力になっている。
また、第一仕切り部材６３の上流側であって中間電極２２が配置された部分の圧力は、第一仕切り部材６３と第二仕切り部材６４間の圧力よりも高くなっている。Gas is released from the supersonic nozzle 41, but the first partition member 63 and the second partition member 64 have a conductance of 5 L / sec. As described above, the upstream portion of the first partition member 63, Since the portion between the first partition member 63 and the second partition member 64 and the downstream portion of the second partition member 64 are individually evacuated, the downstream portion of the second partition member 64 is Thus, the pressure at the portion where the second converging device 28 is disposed is lower than the pressure at the portion between the first partition member 63 and the second partition member 64. Therefore, the pressure around the object 29 is low.
Further, the pressure on the upstream side of the first partition member 63 and the portion where the intermediate electrode 22 is disposed is higher than the pressure between the first partition member 63 and the second partition member 64.

処理対象物２９の近傍には、Ｘ線照射装置３０と二次電子検出装置３８とが配置されており、表面が剥離された処理対象物２９の表面にＸ線が照射され、処理対象物２９の表面から放出された二次電子を検出すると、処理対象物２９の清浄な表面の分析を行うことができる。   An X-ray irradiation device 30 and a secondary electron detection device 38 are disposed in the vicinity of the processing object 29, and the surface of the processing object 29 whose surface has been peeled is irradiated with X-rays. When the secondary electrons emitted from the surface of the target object 29 are detected, the clean surface of the processing object 29 can be analyzed.

超音速ノズル４１からガスが放出されるが、第一仕切り部材６３と第二仕切り部材６４は、コンダクタンスが５Ｌ／secであり、上述したように、第一仕切り部材６３の上流側の部分と、第一仕切り部材６３と第二仕切り部材６４の間の部分と、第二の仕切り部材６４の下流側の部分とは、それぞれ個別に真空排気されているから、第二仕切り部材６４の下流側であって第二の収束装置２８が配置された部分の圧力が、第一仕切り部材６３と第二仕切り部材６４の間の部分の圧力よりも低くなっている。従って、処理対象物２９の周囲は低圧力になっている。
また、第一仕切り部材６３の上流側であって中間電極２４が配置された部分の圧力は、第一仕切り部材６３と第二仕切り部材６４間の圧力よりも高くなっている。
Gas is released from the supersonic nozzle 41, but the first partition member 63 and the second partition member 64 have a conductance of 5 L / sec. As described above, the upstream portion of the first partition member 63, Since the portion between the first partition member 63 and the second partition member 64 and the downstream portion of the second partition member 64 are individually evacuated, the downstream portion of the second partition member 64 is Thus, the pressure at the portion where the second converging device 28 is disposed is lower than the pressure at the portion between the first partition member 63 and the second partition member 64. Therefore, the pressure around the object 29 is low.
Further, the pressure at the portion where the intermediate electrode 24 is disposed on the upstream side of the first partition member 63 is higher than the pressure between the first partition member 63 and the second partition member 64.

Claims (8)

照射ガスをガスクラスターにして放出するガス流形成装置と、
正電圧が印加され、前記ガスクラスターをイオン化するイオン化室と、
前記イオン化室よりも低い電圧が印加され、前記イオン化室からイオンビームを引き出す引出電極と、
前記イオンビームを収束させる第一の収束装置と、
収束された前記イオンビーム中のイオンを電荷質量比に応じて進行方向を曲げる偏向装置と、
進行方向が曲げられたイオンのうち、一部のイオンを収束させる第二の収束装置とを有し、
前記第二の収束装置で収束されたイオンを処理対象物に照射するイオン照射装置であって、
前記イオン化室と前記引出電極の間には、前記イオン化室よりも低く、前記引出電極よりも高い正電圧が印加された中間電極が配置され、
前記イオン化室と前記中間電極の間の電位差よりも、前記中間電極と前記引出電極の間の電位差が大きくされたイオン照射装置。A gas flow forming device that discharges the irradiated gas into a gas cluster; and
An ionization chamber to which a positive voltage is applied to ionize the gas cluster;
A voltage lower than that of the ionization chamber is applied, and an extraction electrode for extracting an ion beam from the ionization chamber;
A first focusing device for focusing the ion beam;
A deflecting device that bends the traveling direction of ions in the focused ion beam according to a charge mass ratio;
A second focusing device that converges some of the ions whose traveling direction is bent, and
An ion irradiation apparatus for irradiating a processing object with ions converged by the second focusing apparatus,
Between the ionization chamber and the extraction electrode, an intermediate electrode that is lower than the ionization chamber and applied with a positive voltage higher than the extraction electrode is disposed,
An ion irradiation apparatus in which a potential difference between the intermediate electrode and the extraction electrode is made larger than a potential difference between the ionization chamber and the intermediate electrode. 前記中間電極には、前記イオンビームが前記引出電極と前記中間電極の間の位置で焦点を結ぶ大きさの電圧が印加された請求項１記載のイオン照射装置。   The ion irradiation apparatus according to claim 1, wherein the intermediate electrode is applied with a voltage having a magnitude that causes the ion beam to focus at a position between the extraction electrode and the intermediate electrode. 前記中間電極と前記イオン化室の間には、５ｋＶ／ｃｍ以下の電界の空間が配置された請求項１又は請求項２のいずれか１項記載のイオン照射装置。   The ion irradiation apparatus according to claim 1, wherein a space of an electric field of 5 kV / cm or less is disposed between the intermediate electrode and the ionization chamber. 前記イオン照射装置は、Ｘ線照射装置と二次電子検出装置を有する請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載のイオン照射装置。   The ion irradiation apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the ion irradiation apparatus includes an X-ray irradiation apparatus and a secondary electron detection apparatus. 前記第一の収束装置と前記偏向装置の間に設けられ、前記イオンビームが通過する小孔を有する第一仕切り部材を有し、
前記第一仕切り部材の上流側と下流側は個別に排気される請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載のイオン照射装置。A first partition member provided between the first focusing device and the deflection device and having a small hole through which the ion beam passes;
The ion irradiation apparatus according to claim 1, wherein an upstream side and a downstream side of the first partition member are individually exhausted. 前記第一仕切り部材の上流側の圧力は下流側の圧力よりも高い請求項５に記載のイオン照射装置。   The ion irradiation apparatus according to claim 5, wherein the pressure on the upstream side of the first partition member is higher than the pressure on the downstream side. 前記偏向装置と前記第二の収束装置との間に設けられ、前記イオンビームが通過する小孔を有する第二仕切り部材を有し、
前記第二仕切り部材の上流側と下流側は個別に排気される請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載のイオン照射装置。A second partition member provided between the deflection device and the second focusing device and having a small hole through which the ion beam passes;
The ion irradiation apparatus according to claim 1, wherein an upstream side and a downstream side of the second partition member are individually exhausted. 前記第二仕切り部材の上流側の圧力は、下流側の圧力よりも高い請求項７に記載のイオン照射装置。   The ion irradiation apparatus according to claim 7, wherein the pressure on the upstream side of the second partition member is higher than the pressure on the downstream side.
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