KR101948231B1 - 이온 소스 - Google Patents

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유타카 이노우치
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닛신 이온기기 가부시기가이샤
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Abstract

드리프트 방향 측에 위치하는 필라멘트의 장수명화를 도모함과 함께, 그 필라멘트로부터 방출된 전자에 의해 생성된 플라즈마로부터 효율적으로 이온빔을 인출한다.
긴 형상의 플라즈마 생성 용기(10)와, 플라즈마 생성 용기(10)의 내부에 커스프 자장(B)을 형성하는 복수의 자석(30)과, 플라즈마 생성 용기(10)의 길이 방향을 따라서 열 형상으로 마련됨과 함께, 플라즈마 생성 용기(10)의 내부에 삽입된 복수의 제1 필라멘트(40A)를 구비하고, 제1 필라멘트(40A)로부터 방출된 전자가, 길이 방향의 한쪽 측에서 다른 쪽 측을 향하여 ExB 드리프트하도록 구성되어 있고, 플라즈마 생성 용기(10)의 길이 방향 중앙에서 길이 방향의 한쪽 끝에 위치하는 제1 필라멘트(40A)까지의 거리(L1a)보다도, 플라즈마 생성 용기(10)의 길이 방향 중앙에서 길이 방향의 다른 쪽 끝에 위치하는 제1 필라멘트(40A)까지의 거리(L2b)가 짧아지도록 했다.

Description

이온 소스{ION SOURCE}
본 발명은 플라즈마 생성 용기 내에 커스프 자장을 형성하는 버킷형(다극 자장형 또는 멀티 커스프형이라고도 함)의 이온 소스에 관한 것이다.
버킷형의 이온 소스으로는 특허문헌 1에 제시되는 바와 같이, 이온 소스 가스가 도입되는 직방체형상을 이루는 플라즈마 생성 용기와, 플라즈마 생성 용기의 내부에 커스프 자장을 형성하는 복수의 자석과, 플라즈마 생성 용기의 내부에 삽입된 복수의 필라멘트를 구비하고, 필라멘트로부터 방출시킨 전자에 의해 플라즈마를 생성하여, 그 일부를 플라즈마 생성 용기의 길이 방향을 따라서 형성된 이온 인출구로부터 이온빔으로서 인출하도록 구성된 것이 있다.
이 이온 소스은 상술한 복수의 필라멘트로부터 방출된 전자가 플라즈마 생성 용기의 길이 방향을 따라서 ExB 드리프트(이하, 간단히 드리프트라고 함)하도록 구성되어 있고, 구체적으로는 플라즈마 생성 용기의 길이 방향을 따라서 아래쪽에서 위쪽까지 마련된 복수의 필라멘트가, 등간격이면서 길이 방향 중앙에 대하여 대칭적으로 배치되어 있다.
그러나, 이러한 구성이라면, 전자가 플라즈마 생성 용기의 길이 방향을 따라서 드리프트하므로, 플라즈마 생성 용기 내에서의 드리프트 방향 측에서는 전자가 진행하여 쌓여져 플라즈마 밀도가 높아지고, 드리프트 방향과 반대 측에서는 플라즈마 밀도가 낮아진다. 그 결과, 플라즈마 밀도가 높은 드리프트 방향 측에 배치된 필라멘트는 플라즈마 밀도가 낮은 드리프트 방향과 반대 측에 배치된 필라멘트보다도 손상이 커서 수명이 짧아진다.
또한, 특허문헌 1에 제시되는 이온 소스은, 플라즈마 생성 용기로부터 인출 전극에 의해 인출되는 이온빔의 인출 영역이, 플라즈마 생성 용기에 형성된 이온 인출구보다도 길이 방향에 있어서 짧아지도록 구성되어 있다.
이것으로부터, 상술한 필라멘트 배치라면, 예를 들면 전자가 길이 방향을 따라서 아래쪽에서 위쪽으로 드리프트할 경우, 드리프트 방향 끝, 즉 가장 위쪽에 위치하는 필라멘트로부터 방출된 전자는 그 위치로부터 더 위쪽으로 드리프트하므로, 그 전자가 인출 영역보다도 더 위쪽으로 드리프트하고 있으면 그 전자에 의해 생성된 플라즈마는 인출 영역으로부터 인출되는 이온빔에 그다지 기여하고 있지 않게 된다. 또한, 전자가 길이 방향을 따라서 위쪽에서 아래쪽으로 드리프트할 경우는 드리프트 방향 끝인 가장 아래쪽에 위치하는 필라멘트로부터 방출된 전자에 의해 생성된 플라즈마가, 이온 인출 영역으로부터 인출되는 이온빔에 그다지 기여하지 않게 된다.
일본 공개특허공보 2011-228044호
그러므로 본 발명은 드리프트 방향 측에 위치하는 필라멘트의 장수명화를 도모함과 함께, 그 필라멘트가 방출한 전자에 의해 생성된 플라즈마로부터 효율적으로 이온빔을 인출시킬 수 있도록 하는 것을 그 주된 과제로 하는 것이다.
본 발명에 따른 이온 소스은 긴 형상의 플라즈마 생성 용기와, 상기 플라즈마 생성 용기의 내부에 커스프 자장을 형성하는 복수의 자석과, 상기 플라즈마 생성 용기의 길이 방향을 따라서 열(列) 형상으로 마련됨과 함께, 상기 플라즈마 생성 용기의 내부에 삽입된 복수의 제1 필라멘트를 구비하고, 상기 제1 필라멘트로부터 방출된 전자가, 상기 길이 방향의 한쪽 측에서 다른 쪽 측을 향하여 ExB 드리프트하도록 구성되어 있고, 상기 플라즈마 생성 용기의 상기 길이 방향 중앙에서 상기 길이 방향의 한쪽 끝에 위치하는 제1 필라멘트까지의 거리보다도, 상기 플라즈마 생성 용기의 상기 길이 방향 중앙에서 상기 길이 방향의 다른 쪽 끝에 위치하는 제1 필라멘트까지의 거리가 짧은 것을 특징으로 하는 것이다.
이러한 이온 소스이라면, 플라즈마 생성 용기의 길이 방향 중앙에서 길이 방향의 한쪽 끝에 위치하는 제1 필라멘트까지의 거리보다도, 해당 길이 방향 중앙에서 길이 방향의 다른 쪽 끝에 위치하는 제1 필라멘트까지의 거리가 짧으므로, 드리프트 방향 끝에 위치하는 제1 필라멘트가 종래보다도 길이 방향 중앙에 근접한다.
이로 인해, 제1 필라멘트로부터 방출되는 전자의 ExB 드리프트에 의한 진행에 따른 쌓임이 완화되므로, 플라즈마 생성 용기 내에서의 드리프트 방향 측의 플라즈마 밀도가 높아지는 것을 억제할 수 있고, 드리프트 방향 측에 위치하는 필라멘트의 장수명화를 도모할 수 있다.
또한, 제1 필라멘트로부터 방출된 전자가 예를 들면 길이 방향을 따라서 아래쪽에서 위쪽으로 ExB 드리프트할 경우, 드리프트 방향 끝에 위치하는 제1 필라멘트를 종래보다도 길이 방향 중앙에 근접시키고 있으므로, 이 제1 필라멘트로부터 방출된 전자를 이온 인출 영역보다도 위쪽으로 드리프트하기 전에 이온 소스 가스와 반응시켜서 플라즈마를 생성시킬 수 있고, 이 플라즈마로부터 이온빔을 효율적으로 인출할 수 있다.
상기 제1 필라멘트와 평행하게 마련됨과 함께, 상기 플라즈마 생성 용기의 내부에 삽입된 복수의 제2 필라멘트를 더 구비하고, 상기 제2 필라멘트로부터 방출된 전자가, 상기 길이 방향의 다른 쪽 측으로부터 한쪽 측을 향하여 ExB 드리프트하도록 구성되어 있고, 상기 플라즈마 생성 용기의 상기 길이 방향 중앙에서 상기 길이 방향의 다른 쪽 끝에 위치하는 제2 필라멘트까지의 거리보다도, 상기 플라즈마 생성 용기의 상기 길이 방향 중앙에서 상기 길이 방향의 한쪽 끝에 위치하는 제2 필라멘트까지의 거리가 짧은 것이 바람직하다.
이러한 구성이라면, 제2 필라멘트로부터 방출된 전자의 ExB 드리프트 방향이, 제1 필라멘트로부터 방출된 전자의 ExB 드리프트 방향과 반대 방향이 되므로, 플라즈마 생성 용기 내에 있어서, 제2 필라멘트로부터 방출된 전자에 의해 생성되는 플라즈마의 밀도가 높은 영역이, 제1 필라멘트로부터 방출된 전자에 의해 생성되는 플라즈마의 밀도가 낮은 영역과 겹치고, 제2 필라멘트로부터 방출된 전자에 의해 생성되는 플라즈마의 밀도가 낮은 영역이, 제1 필라멘트로부터 방출된 전자에 의해 생성되는 플라즈마의 밀도가 높은 영역과 겹친다. 이로 인해, 길이 방향을 따른 플라즈마 밀도를 보다 균일화할 수 있다.
또한, 플라즈마 생성 용기의 길이 방향 중앙에서 길이 방향의 다른 쪽 끝에 위치하는 제2 필라멘트까지의 거리보다도, 해당 길이 방향 중앙에서 길이 방향의 한쪽 끝에 위치하는 제2 필라멘트까지의 거리가 짧으므로, 상술한 드리프트 방향 끝의 제1 필라멘트와 마찬가지로, 드리프트 방향과 반대 측 끝에 위치하는 제2 필라멘트의 장수명화를 도모함과 함께, 그 제2 필라멘트가 방출한 전자에 의해 생성된 플라즈마로부터 효율적으로 이온빔을 인출할 수 있다.
플라즈마 생성 용기 내에서의 길이 방향 전체에 플라즈마를 생성시키기 위해서는, 상기 플라즈마 생성 용기의 상기 길이 방향 중앙에서 상기 길이 방향의 한쪽 끝에 위치하는 제1 필라멘트까지의 거리보다도, 상기 플라즈마 생성 용기의 상기 길이 방향 중앙에서 상기 길이 방향의 한쪽 끝에 위치하는 제2 필라멘트까지의 거리가 짧은 것이 바람직하다.
구체적인 실시 양태로는 상기 제1 필라멘트 및 상기 제2 필라멘트가, 상기 길이 방향을 따라서 비(非)등간격으로 배치되어 있는 구성을 들 수 있다.
플라즈마 밀도의 균일화를 더욱 도모하기 위해서는 상기 제1 필라멘트 및 상기 제2 필라멘트가 서로 점대칭의 배치인 것이 바람직하다.
상기 플라즈마 생성 용기가 대략 직방체형상을 이루고, 길이 방향을 따른 제1 측벽에 이온의 인출구가 형성된 것으로, 상기 복수의 자석이, 상기 제1 측벽에 수직인 상기 길이 방향을 따른 제2 측벽 및 상기 제1 측벽에 대향하는 제3 측벽 각각의 중앙에 상기 길이 방향을 따라서 배치되어 있고, 상기 제1 필라멘트가, 상기 제2 측벽 및 상기 제3 측벽에 의해 형성되는 모서리부로부터 상기 플라즈마 생성 용기의 내부에 삽입되어 있고, 그 선단(先端)이 상기 플라즈마 생성 용기의 횡단면에 있어서, 상기 제2 측벽 중앙에 배치된 자석과 상기 제3 측벽 중앙에 배치된 자석을 잇는 가상선보다도 상기 플라즈마 생성 용기의 안쪽에 위치하고 있는 것이 바람직하다.
이러한 구성이라면, 제1 필라멘트를, 제2 측벽 중앙에 배치된 자석과 제3 측벽 중앙에 배치된 자석을 잇는 가상선보다도 플라즈마 생성 용기의 안쪽에 삽입하고 있으므로, 플라즈마 생성 용기의 중심에 보다 가까운 위치에서 플라즈마를 생성할 수 있어서, 플라즈마를 플라즈마 생성 용기 내의 전체에 걸쳐서 생성할 수 있다.
이와 같이 구성한 본 발명에 의하면, 드리프트 방향 측에 위치하는 필라멘트의 장수명화를 도모함과 함께, 그 필라멘트가 방출한 전자에 의해 생성된 플라즈마로부터 효율적으로 이온빔을 인출할 수 있다.
도 1은 본 실시형태의 이온 소스의 구성을 나타내는 모식도이다.
도 2는 본 실시형태의 플라즈마 생성 용기의 횡단면도이다.
도 3은 본 실시형태의 플라즈마 생성 용기 내에서의 커스프 자장 분포를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 실시형태의 필라멘트의 배치를 나타내는 플라즈마 생성 용기의 배면도이다.
도 5는 본 실시형태의 필라멘트의 배치를 나타내는 플라즈마 생성 용기의 정면도이다.
본 발명에 따른 이온 소스의 한 실시형태에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.
본 실시형태의 이온 소스(100)은, 예를 들면 이온 주입 장치나 이온 도핑 장치 등의 이온빔 조사 장치에 이용되는 것으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 플라즈마 생성 용기(10)와, 플라즈마 생성 용기(10)로부터 이온빔을 인출하는 복수의 전극으로 이루어지는 인출 전극계(20)와, 플라즈마 생성 용기(10)의 내부에 커스프 자장을 형성하는 복수의 자석(30)과, 플라즈마 생성 용기(10)의 내부에 전자를 방출하는 복수의 필라멘트(40)를 구비한 것이다.
플라즈마 생성 용기(10)는 이온 소스 가스가 도입되어서 내부에서 플라즈마를 생성하기 위한 용기로서, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 예를 들면 대략 직방체형상 등의 긴 형상을 이루는 것이다. 이 플라즈마 생성 용기(10)는 길이 방향을 따른 제1 측벽(10a)(이하, 전측벽(10a)이라고 함)에 길이 방향을 따라서 연장되는 이온 인출구(10H)가 형성되어 있다.
인출 전극계(20)는 플라즈마로부터 전계의 작용으로 이온빔을 가속하여 인출하는 것으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 플라즈마 생성 용기(10)의 이온 인출구(10H) 근방에 마련되어 있다. 인출 전극계(20)를 구성하는 복수의 전극(21~24)은 길이 방향을 따라서 복수의 구멍이나 슬릿이 형성되어 있고, 이들의 구멍이나 슬릿이 형성되어 있는 영역이 이온빔을 인출하는 인출 영역(X)이 된다. 본 실시형태의 인출 전극계(20)는 이온빔의 상류 측으로부터 하류 측을 향하여 배치된 가속 전극(21), 인출 전극(22), 억제 전극(23), 및 접지 전극(24)으로 이루어지는데, 예를 들면 인출 전극(22), 억제 전극(23), 및 접지 전극(24)으로 구성되어 있어도 되고, 2장의 전극이나 5장 이상의 전극으로 구성되어 있어도 무방하다.
복수의 자석(30)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 플라즈마 생성 용기(10)의 내부를 둘러싸도록 마련되어 있다. 구체적으로는 플라즈마 생성 용기(10)의 이온 인출구(10H)가 형성된 전측벽(10a) 이외의 측벽, 즉 전측벽(10a)과 수직인 한 쌍의 길이 방향을 따른 제2 측벽(이하, 좌측벽(10b), 우측벽(10c)이라고 함), 전측벽(10a)과 대향하는 제3 측벽(이하, 후측벽(10d)이라고 함), 및 길이 방향에 대향하는 한 쌍의 제4 측벽(이하, 상측벽(10e), 하측벽(10f)이라고 함) 각각에 마련되어 있다.
본 실시형태의 자석(30)은 측벽 각각에 장착된 대략 직사각형 평판상의 지지판(31)에 의해 지지된 영구 자석이지만, 전자석을 이용해도 무방하다.
자석(30)의 배치에 대해서 보다 상세하게 설명하면, 본 실시형태에서는 적어도 좌측벽(10b), 우측벽(10c), 및 후측벽(10d) 각각의 중앙에 자석(30)이 배치되어 있다. 이들의 자석(30)은 좌측벽(10b) 및 우측벽(10c)의 중앙에 위치하는 자석(30)의 플라즈마 생성 용기(10) 안쪽의 극성(도 2에서는 S)과, 후측벽(10d)의 중앙에 위치하는 자석(30)의 플라즈마 생성 용기(10) 안쪽의 극성(도 2에서는 N)이 서로 다르도록, 플라즈마 생성 용기(10)의 길이 방향을 따라서 열 형상으로 배치되어 있다.
또한 본 실시형태에서는 좌측벽(10b) 및 우측벽(10c)에 있어서, 복수의 자석(30)이 이온 인출 방향을 따라서 극성이 서로 다르도록 대략 등간격으로 배열되어 있고, 후측벽(10d)에 있어서, 복수의 자석(30)이 이온 인출 방향과 직교하며 플라즈마 생성 용기(10)의 길이 방향과 직교하는 방향을 따라서 극성이 서로 다르도록 대략 등간격으로 배열되어 있다. 한편, 자석(30)의 배치 양태는 예를 들면 도 2에 도시된 자석(30) 각각의 자극을 반대로 하거나, 각 측벽(10b, 10c, 10d)에 배열한 자석(30)의 개수나 간격을 변경하는 등 적절히 변경 가능하다.
이와 같이 배열한 복수의 자석(30)에 의해 형성되는 커스프 자장(B)은 도 3에 도시된 바와 같이 된다. 이 커스프 자장(B)은 좌측벽(10b), 우측벽(10c), 및 후측벽(10d)의 각각에 3열의 자석(30)이 배치된 양태를 나타내고 있지만, 각 측벽에 배치하는 자석(30)의 열수는 적절히 변경해도 무방하다.
복수의 필라멘트(40)는 플라즈마 생성 용기(10) 내에 방출한 전자에 의해 이온 소스 가스를 전리시켜서 플라즈마를 생성하기 위한 것으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 플라즈마 생성 용기(10)의 인접하는 측벽 간에 형성된 모서리부(10K)로부터 플라즈마 생성 용기(10)의 내부에 삽입하여 마련되어 있다.
보다 구체적으로는 복수의 모서리부(10K)에 복수의 필라멘트(40)가 마련되어 있고, 본 실시형태에서는 이온 인출구(10H)의 길이 방향 및 이온 인출 방향으로 이루어지는 평면에 대하여 대칭 위치에 있는 모서리부(10K)(후측벽(10d)의 긴 변에 형성된 모서리부(10K))에 마련되어 있다.
이하, 각 모서리부(10K)에 마련된 필라멘트(40)를 구별할 경우, 좌측벽(10b) 및 후측벽(10d)의 사이에 형성된 모서리부(10K)에 마련된 필라멘트(40)를 제1 필라멘트(40A)라고 하고, 우측벽(10c) 및 후측벽(10d)의 사이에 형성된 모서리부(10K)에 마련된 필라멘트(40)를 제2 필라멘트(40B)라고 한다.
각 필라멘트(40)는 필라멘트 지지 기구(50)에 의해 지지되어 있고, 해당 필라멘트 지지 기구(50)에 필라멘트(40)를 가열하기 위한 필라멘트 전원이 접속된다. 필라멘트 지지 기구(50)는 필라멘트(40)를 지지하는 필라멘트 홀더(51)와, 1 또는 복수의 필라멘트 홀더(51)가 장착된 베이스 부재(52)를 가지고, 플라즈마 생성 용기(10)의 모서리부(10K)의 소정 위치에 형성된 개구(開口)를 막도록 베이스 부재(52)를 모서리부(10K)에 고정함으로써 필라멘트(40)가 플라즈마 생성 용기(10) 내에 배치된다.
이와 같이 배치된 각 필라멘트(40)는 도 2에 도시된 바와 같이, 모서리부(10K)를 형성하는 인접하는 각 측벽(우측벽(10c)과 후측벽(10d), 좌측벽(10b)과 후측벽(10d))에 대하여 대략 45도의 경사 각도를 가지도록 고정되어 있다.
또한 본 실시형태에서는, 제1 필라멘트(40A)의 선단은 플라즈마 생성 용기(10)의 횡단면에 있어서 좌측벽(10b)에 배치된 자석(30)과 후측벽(10d)에 배치된 자석(30)을 잇는 가상선(Z1)보다도 플라즈마 생성 용기(10)의 안쪽에 위치하고 있다. 또한, 제2 필라멘트(40B)의 선단도 마찬가지로 우측벽(10c)에 배치된 자석(30)과 후측벽(10d)에 배치된 자석(30)을 잇는 가상선(Z2)보다도 플라즈마 생성 용기(10)의 안쪽에 위치하고 있다. 이와 같이, 각 필라멘트(40)의 선단을 플라즈마 생성 용기(10)의 중심 부근에 위치시킴으로써 플라즈마 생성 용기(10)의 중심에 보다 가까운 위치에서 플라즈마를 생성할 수 있어서, 플라즈마 생성 용기(10) 내의 전체에 걸쳐서 플라즈마를 생성하는 것이 가능해 진다.
각 필라멘트(40)와 플라즈마 생성 용기(10) 사이에는 후자를 정극 측으로 하여 직류의 아크 전원이 접속된다. 이로 인해, 플라즈마 생성 용기(10)의 내부에서는 도 2에 도시된 전장(E)이 생기고, 각 필라멘트(40)로부터 방출된 전자는 이 전장(E)과 상술한 커스프 자장(B)에 직교하는 방향으로 ExB 드리프트(이하, 간단히 드리프트라고 함)하게 된다. 본 실시형태에서는 제1 필라멘트(40A)에 의해 생기는 전장(E)의 방향과, 제2 필라멘트(40B)에 의해 생기는 전장(E)의 방향이 직교하고 있으므로, 제1 필라멘트(40A)로부터 방출된 전자의 드리프트 방향과 제2 필라멘트(40B)로부터 방출된 전자의 드리프트 방향이 반대 방향이 된다. 본 실시형태에서는 제1 필라멘트(40A)로부터 방출된 전자가 플라즈마 생성 용기(10)의 길이 방향의 아래쪽에서 위쪽을 향하여 드리프트함과 함께, 제2 필라멘트(40B)로부터 방출된 전자가 상기 길이 방향의 위쪽에서 아래쪽을 향해서 드리프트한다.
제1 필라멘트(40A) 및 제2 필라멘트(40B)는 도 4에 도시된 바와 같이, 모서리부(10K)를 따라서(플라즈마 생성 용기(10)의 길이 방향을 따라서) 복수 마련되어 있고, 여기서는 서로 평행하게 열 형상으로 배치되어 있다.
또한, 제1 필라멘트(40A)와 제2 필라멘트(40B)가 서로 접촉하지 않도록 하기 위해서, 도 5에 도시된 바와 같이 제1 필라멘트(40A) 및 제2 필라멘트(40B)를 모서리부(10K)를 따른 방향에 있어서 서로 다른 위치에 마련하고 있다. 한편, 여기서 말하는 "모서리부(10K)를 따른 방향에 있어서 서로 다른 위치"란, 좌우 방향(길이 방향에 직교하는 방향)에서 보아, 제1 필라멘트(40A)와 제2 필라멘트(40B)가 서로 겹치지 않는 위치이다. 즉, 제1 필라멘트(40A) 및 제2 필라멘트(40B)는 제1 필라멘트(40A)의 중심선과 제2 필라멘트(40B)의 중심선이 일직선상이 되지 않도록 배치되어 있다. 한편, 여기서 말하는 중심선은 필라멘트(40)의 중심을 지나는 가상적인 선이며, 여기서는 필라멘트(40)의 선단을 지나는 선이다.
또한, 본 실시형태에서는 제1 필라멘트(40A)의 중심선과 제2 필라멘트(40B)의 중심선이 길이 방향에 있어서 교대로 되도록 제1 필라멘트(40A) 및 제2 필라멘트(40B)를 길이 방향을 따라서 지그재그 형상으로 배치하고 있다.
그리고, 본 실시형태에서는 도 5에 도시된 바와 같이, 플라즈마 생성 용기(10)의 길이 방향 중앙에서 길이 방향의 가장 아래쪽에 위치하는 제1 필라멘트(40A)까지의 거리(L1a)보다도, 플라즈마 생성 용기(10)의 길이 방향 중앙에서 길이 방향의 가장 위쪽에 위치하는 제1 필라멘트(40A)까지의 거리(L1b)가 짧아지도록 하고 있다.
바꿔 말하면, 플라즈마 생성 용기(10)의 길이 방향과 직교하는 중앙 가상선(O)에서 가장 아래쪽에 위치하는 제1 필라멘트(40A)의 중심선(C1a)까지의 이간(離間) 거리(L1a)보다도, 해당 중앙 가상선(O)에서 가장 위쪽에 위치하는 제1 필라멘트(40A)의 중심선(C1b)까지의 이간 거리(L1b)가 짧게 되어 있다.
또 바꿔 말하면, 가장 아래쪽에 위치하는 제1 필라멘트(40A)는 제1 필라멘트(40A)로부터 방출된 전자의 드리프트 방향과 반대 측 끝에 위치하는 제1 필라멘트(40A)이고, 가장 위쪽에 위치하는 제1 필라멘트(40A)는 제1 필라멘트(40A)로부터 방출된 전자의 드리프트 방향 끝에 위치하는 제1 필라멘트(40A)이다.
본 실시형태에서는 중앙 가상선(O)보다도 아래쪽에 위치하는 제1 필라멘트(40A)의 개수(여기서는 3개)보다도, 중앙 가상선(O)보다도 위쪽에 위치하는 제1 필라멘트(40A)의 개수(여기서는 2개)가 적어지도록 하고 있다. 보다 구체적으로는 가장 위쪽에 위치하는 베이스 부재(52)에 장착한 필라멘트 홀더(51)의 개수(여기서는 1개)를, 가장 아래쪽에 위치하는 베이스 부재(52)에 장착한 필라멘트 홀더(51)의 개수(여기서는 2개)보다도 적게 하고 있다.
이로 인해, 제1 필라멘트(40A)는 전체적으로 아래쪽에 치우쳐서 배치되어 있다. 즉, 본 실시형태의 제1 필라멘트(40A)는 중앙 가상선(O)의 위쪽보다도 아래쪽에 있어서 조밀하게 배치되어 있다.
또한, 제1 필라멘트(40A)는 길이 방향을 따라서 비등간격으로 배치되어 있고, 여기서는 서로 이웃하는 제1 필라멘트(40A)의 이간 거리의 모두가 서로 다른 거리가 되도록 배치되어 있다. 한편, 반드시 모든 이간 거리를 다른 거리로 할 필요는 없고, 일부의 이간 거리를 동일한 거리로 해도 된다.
제2 필라멘트(40B)는 플라즈마 생성 용기(10)의 길이 방향 중앙에서 길이 방향의 가장 위쪽에 위치하는 제2 필라멘트(40B)까지의 거리(L2a)보다도, 플라즈마 생성 용기(10)의 길이 방향 중앙에서 길이 방향의 가장 아래쪽에 위치하는 제2 필라멘트(40B)까지의 거리(L2b)가 짧아지도록 배치되어 있다.
바꿔 말하면, 중앙 가상선(O)에서 가장 위쪽에 위치하는 제2 필라멘트(40B)의 중심선(C2a)까지의 이간 거리(L2a)보다도, 중앙 가상선(O)에서 가장 아래쪽에 위치하는 제2 필라멘트(40B)의 중심선(C2b)까지의 이간 거리(L2b)가 짧게 되어 있다.
또 바꿔 말하면, 가장 위쪽에 위치하는 제2 필라멘트(40B)는 제2 필라멘트(40B)로부터 방출된 전자의 드리프트 방향과 반대 측 끝에 위치하는 제2 필라멘트(40B)이고, 가장 아래쪽으로 위치하는 제2 필라멘트(40B)는 제2 필라멘트(40B)로부터 방출된 전자의 드리프트 방향 끝에 위치하는 제2 필라멘트(40B)이다.
본 실시형태에서는 제2 필라멘트(40B)의 배치를 제1 필라멘트(40A)의 배치와 점대칭(상하 반대)으로 하고 있고, 제2 필라멘트(40B)는 전체적으로 위쪽에 치우쳐서 배치되어서 중앙 가상선(O)의 아래쪽보다도 위쪽에 있어서 조밀하고, 제1 필라멘트(40A)와 마찬가지로 길이 방향을 따라서 비등간격으로 배치되어 있다.
또한, 상술한 점대칭의 배치에 의해, 중앙 가상선(O)에서 가장 아래쪽에 위치하는 제1 필라멘트(40A)의 중심선(C1a)까지의 이간 거리(L1a)보다도, 중앙 가상선(O)에서 가장 아래쪽에 위치하는 제2 필라멘트(40B)의 중심선(C2b)까지의 이간 거리(L2b)가 짧아지도록 하고 있다. 또한, 중앙 가상선(O)에서 가장 위쪽에 위치하는 제2 필라멘트(40B)의 중심선(C2a)까지의 이간 거리(L2a)보다도, 중앙 가상선(O)에서 가장 위쪽에 위치하는 제1 필라멘트(40A)의 중심선(C1b)까지의 이간 거리(L1b)가 짧아지도록 하고 있다.
이와 같이 구성된 본 실시형태의 이온 소스(100)이라면, 플라즈마 생성 용기(10)의 중앙 가상선(O)에서 드리프트 방향과 반대 측 끝에 위치하는 제1 필라멘트(40A)의 중심선(C1a) 및 제2 필라멘트(40B)의 중심선(C2a)까지의 거리(L1a, L2a)보다도, 중앙 가상선(O)에서 드리프트 방향 끝에 위치하는 제1 필라멘트(40A)의 중심선(C1b) 및 제2 필라멘트(40B)의 중심선(C2b)까지의 거리(L1b, L2b)를 짧게 하고 있으므로, 드리프트 방향 끝에 위치하는 제1 필라멘트(40A) 및 제2 필라멘트(40B)는 종래보다도 길이 방향 중앙에 근접한다.
이로 인해, 드리프트 방향 측의 제1 필라멘트(40A) 및 제2 필라멘트(40B)로부터 방출되는 전자의 드리프트에 의한 진행에 따른 쌓임이 완화되므로, 플라즈마 생성 용기(10) 내에서의 드리프트 방향 측의 플라즈마 밀도가 높아지는 것을 억제할 수 있어서, 드리프트 방향 측에 위치하는 제1 필라멘트(40A) 및 제2 필라멘트(40B)의 장수명화를 도모할 수 있다.
또한, 드리프트 방향 끝에 위치하는 제1 필라멘트(40A)를 길이 방향 중앙에 근접시키고 있으므로, 이 제1 필라멘트(40A)로부터 방출된 전자를 인출 영역(X)보다도 위쪽으로 드리프트하기 전에 이온 소스 가스와 반응시켜서 플라즈마를 생성시킬 수 있어서, 이 플라즈마로부터 이온빔(IB)을 효율적으로 인출할 수 있다.
제2 필라멘트(40B)에 관해서도 마찬가지로, 드리프트 방향 끝에 위치하는 제2 필라멘트(40B)를 길이 방향 중앙에 근접시키고 있으므로, 이 제2 필라멘트(40B)로부터 방출된 전자를 인출 영역(X)보다도 아래쪽으로 드리프트하기 전에 이온 소스 가스와 반응시켜서 플라즈마를 생성할 수 있게 되어, 이 플라즈마로부터 이온빔(IB)을 효율적으로 인출할 수 있다.
더불어, 제1 필라멘트(40A)로부터 방출된 전자의 드리프트 방향과 제2 필라멘트(40B)로부터 방출된 전자의 드리프트 방향이 반대 방향이므로, 플라즈마 생성 용기(10) 내에 있어서, 제2 필라멘트(40B)로부터 방출된 전자의 드리프트 방향 측의 영역과, 제1 필라멘트(40A)로부터 방출된 전자의 드리프트 방향과 반대 측의 영역이 겹친다. 이로 인해, 제2 필라멘트(40B)로부터 방출된 전자에 의해 생성되는 플라즈마의 밀도가 높은 영역이, 제1 필라멘트(40A)로부터 방출된 전자에 의해 생성되는 플라즈마의 밀도가 낮은 영역과 겹쳐서 길이 방향을 따른 플라즈마 밀도를 보다 균일화할 수 있다.
또한 더불어, 중앙 가상선(O)에서 가장 아래쪽에 위치하는 제1 필라멘트(40A)까지의 이간 거리(L1a)보다도, 중앙 가상선(O)에서 가장 아래쪽에 위치하는 제2 필라멘트(40B)까지의 이간 거리(L2b)가 짧고, 중앙 가상선(O)에서 가장 위쪽에 위치하는 제2 필라멘트(40B)까지의 이간 거리(L2a)보다도, 중앙 가상선(O)에서 가장 위쪽에 위치하는 제1 필라멘트(40A)까지의 이간 거리(L1b)가 짧으므로, 플라즈마 생성 용기(10) 내에서의 길이 방향의 전체에 플라즈마를 생성시킬 수 있다.
한편, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것이 아니다.
예를 들면, 상기 실시형태에서는 제1 필라멘트(40A)로부터 방출된 전자가 길이 방향을 따라서 아래쪽에서 위쪽으로 드리프트하고, 제2 필라멘트(40B)로부터 방출된 전자가 길이 방향을 따라서 위쪽에서 아래쪽으로 드리프트하도록 구성되어 있었지만, 각 필라멘트(40A, B)로부터 방출된 전자의 드리프트 방향이 상기 실시형태와는 반대 방향이 되도록 구성해도 된다.
구체적으로는 예를 들면 S극의 자석(30) 및 N극의 자석(30)의 배치를 상기 실시형태와는 반대로 하는 등 하여, 제1 필라멘트(40A)로부터 방출된 전자가 길이 방향을 따라서 위쪽에서 아래쪽으로 드리프트하고, 제2 필라멘트(40B)로부터 방출된 전자가 길이 방향을 따라서 아래쪽에서 위쪽으로 드리프트하도록 구성되어 있어도 된다.
또한, 상기 실시형태에서는 제1 필라멘트(40A) 및 제2 필라멘트(40B)가 서로 점대칭의 배치였지만, 제1 필라멘트(40A)의 배치와는 독립적으로 제2 필라멘트(40B)를 배치해도 된다.
또한, 필라멘트(40)를 마련하는 모서리부는 상기 실시형태에 한정되지 않고, 이온 인출구가 형성된 전측벽(10a)의 긴 변에 형성되는 모서리부에 마련해도 되고, 전측벽(10a)의 긴 변에 형성되는 모서리부 및 후측벽(10d)의 긴 변에 형성되는 모서리부 각각에 필라멘트(40)를 마련해도 된다.
그 외, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되지 않고, 그 취지를 이탈하지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능한 것은 말할 것도 없다.
100: 이온 소스 10: 플라즈마 생성 용기
20: 인출 전극계 30: 자석
10K: 모서리부 40A: 제1 필라멘트
40B: 제2 필라멘트

Claims (6)

  1. 긴 형상의 플라즈마 생성 용기와,
    상기 플라즈마 생성 용기의 내부에 커스프 자장을 형성하는 복수의 자석과,
    상기 플라즈마 생성 용기의 길이 방향을 따라서 하나의 열(列) 형상으로 마련됨과 함께, 상기 플라즈마 생성 용기의 내부에 삽입된 복수의 제1 필라멘트를 구비하고,
    상기 제1 필라멘트로부터 방출된 전자가, 상기 길이 방향의 한쪽 측에서 다른 쪽 측을 향하여 ExB 드리프트하도록 구성되어 있고,
    상기 플라즈마 생성 용기의 상기 길이 방향 중앙에서 상기 길이 방향의 한쪽 끝에 위치하는 제1 필라멘트까지의 거리보다도, 상기 플라즈마 생성 용기의 상기 길이 방향 중앙에서 상기 길이 방향의 다른 쪽 끝에 위치하는 제1 필라멘트까지의 거리가 짧으며,
    상기 복수의 제1 필라멘트 중 상기 다른 쪽 끝에 위치하는 제1 필라멘트와 인접한 제1 필라멘트 간의 거리가 나머지 복수의 제1 필라멘트 중 서로 인접하는 제1 필라멘트 간의 거리의 어느 것보다도 더 멀리 떨어져 있는 것을 특징으로 하는 이온 소스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 필라멘트와 평행하게 마련됨과 함께, 상기 플라즈마 생성 용기의 내부에 삽입된 복수의 제2 필라멘트를 더 구비하고,
    상기 제2 필라멘트로부터 방출된 전자가, 상기 길이 방향의 다른 쪽 측에서 한쪽 측을 향하여 ExB 드리프트하도록 구성되어 있고,
    상기 플라즈마 생성 용기의 상기 길이 방향 중앙에서 상기 길이 방향의 다른 쪽 끝에 위치하는 제2 필라멘트까지의 거리보다도, 상기 플라즈마 생성 용기의 상기 길이 방향 중앙에서 상기 길이 방향의 한쪽 끝에 위치하는 제2 필라멘트까지의 거리가 짧으며,
    상기 복수의 제2 필라멘트 중 상기 한 쪽 끝에 위치하는 제2 필라멘트와 인접한 제2 필라멘트 간의 거리가 나머지 복수의 제2 필라멘트 중 서로 인접하는 제2 필라멘트 간의 거리의 어느 것보다도 더 멀리 떨어져 있는 것을 특징으로 하는 이온 소스.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 플라즈마 생성 용기의 상기 길이 방향 중앙에서 상기 길이 방향의 한쪽 끝에 위치하는 제1 필라멘트까지의 거리보다도, 상기 플라즈마 생성 용기의 상기 길이 방향 중앙에서 상기 길이 방향의 한쪽 끝에 위치하는 제2 필라멘트까지의 거리가 짧은 것을 특징으로 하는 이온 소스.
  4. 삭제
  5. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 제1 필라멘트 및 상기 제2 필라멘트가, 서로 점대칭의 배치인 것을 특징으로 하는 이온 소스.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플라즈마 생성 용기가, 직방체형상을 이루고, 상기 길이 방향을 따른 제1 측벽에 이온의 인출구가 형성된 것으로,
    상기 복수의 자석이, 상기 제1 측벽에 수직인 상기 길이 방향을 따른 제2 측벽 및 상기 제1 측벽에 대향하는 제3 측벽 각각의 중앙에 상기 길이 방향을 따라서 배치되어 있고,
    상기 제1 필라멘트가, 상기 제2 측벽 및 상기 제3 측벽에 의해 형성되는 모서리부로부터 상기 플라즈마 생성 용기의 내부에 삽입되어 있고, 그 선단(先端)이, 상기 플라즈마 생성 용기의 횡단면에 있어서, 상기 제2 측벽 중앙에 배치된 자석과 상기 제3 측벽 중앙에 배치된 자석을 잇는 가상선보다도 상기 플라즈마 생성 용기의 안쪽에 위치하고 있는 것을 특징으로 하는 이온 소스.
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