KR20120081009A

KR20120081009A - 이온원

Info

Publication number: KR20120081009A
Application number: KR1020110117298A
Authority: KR
Inventors: 유타카 이노우치
Original assignee: 닛신 이온기기 가부시기가이샤
Priority date: 2011-01-08
Filing date: 2011-11-11
Publication date: 2012-07-18
Also published as: JP5527617B2; KR101248126B1; CN102592930B; CN102592930A; JP2012146424A

Abstract

종래의 이온원에 비해 전극매수가 적음에도 불구하고, 종래의 이온원과 동등한 기능을 가지는 신규 이온원을 제공한다.
본 발명의 이온원(1)은 하류측(Z방향측)으로부터의 전자의 유입을 억제하는 억제 전극을 구비하지 않은 이온원(1)이다. 그리고 이온빔(3)의 인출방향(Z방향)을 따라 배치된 복수장의 전극(5, 6, 7)과, 그 전극(5, 6, 7)들의 하류측(Z방향측)에 배치되어, 이온원(1)에서 인출된 이온빔(3)을 가로지르는 자계를 발생시키는 적어도 한쌍의 자극(20, 21)을 가지는 자계 발생 수단(11)을 구비하고 있다.

Description

이온원{ION SOURCE}

본 발명은 이온원의 하류측에서 이온원으로 유입되는 전자를 포착하는 자계 발생 수단을 구비한 이온원에 관한 것이다.

이온 주입장치나 이온 도핑장치, 혹은 이온빔 배향장치와 같은 이온빔 조사장치의 이온원에는, 이온빔을 인출하기 위해 인출 전극계라고 불리는 복수장의 전극으로 구성되는 전극군이 이용되고 있다.

특허문헌 1의 도 2에는 이러한 인출 전극계의 예가 개시되어 있다. 여기서는 인출 전극계를 구성하는 전극으로서, 플라즈마 전극, 인출 전극, 억제 전극, 접지 전극의 4장의 전극이 이용되고 있다.

플라즈마 전극은 인출하는 이온빔의 에너지를 정하는 전극이고, 인출 전극은 플라즈마 전극과의 사이에 전위차를 발생시켜, 그로 인한 전계에 의해 플라즈마로부터 이온빔을 인출하기 위한 전극이다. 억제 전극은 이온원의 하류측에서 이온원으로 전자가 유입되는 것을 억제하는 전극으로서, 전극의 전위가 접지 전위에 대하여 음전위가 되도록 설정되어 있으며, 이로 인해 음의 전하를 가지는 전자를 이온원의 하류측으로 돌려보내는 기능을 가지고 있다. 그리고 접지 전극은 전위를 고정하기 위해 전기적으로 접지된 전극이다.

이러한 인출 전극계에서 이용되는 전극의 매수는 4장에 한정되지 않는다. 예를 들면 특허문헌 2의 도 1, 도 2에는 플라즈마 전극, 억제 전극, 접지 전극으로 이루어지는 3장의 전극으로 구성되는 인출 전극계가 개시되어 있고, 이러한 인출 전극계를 이용해서 이온원으로부터 이온빔의 인출이 이루어지는 경우도 있다.

일본국 공개특허공보 2007-115511(도 2, 단락 0037~단락 0039) 일본국 공개특허공보 평5-82075(도 1, 도 2, 단락 0011)

인출 전극계에서 이용되는 각 전극의 전위를 설정하기 위해, 복수의 전원이 이용되고 있다. 이러한 전원은 고가이기 때문에, 가능한 한 사용을 피하고자 하는 요망이 있다.

전원의 수를 줄이기 위해서는 전극의 매수를 줄이는 방법을 생각할 수 있는데, 단순히 전극을 제거하기만 한다면 이온원의 기능에 지장을 초래한다.

그래서 본 발명에서는 종래의 이온원에 비해 전극매수가 적음에도 불구하고, 종래의 이온원과 동등한 기능을 가지는 신규 이온원을 제공하는 것을 소기의 목적으로 한다.

본 발명의 이온원은 하류측으로부터의 전자의 유입을 억제하는 억제 전극을 구비하지 않은 이온원으로서, 이온빔의 인출방향을 따라 배치된 복수장의 전극과, 상기 전극의 하류측에 배치되어, 상기 이온원에서 인출된 상기 이온빔을 가로지르는 자계를 발생시키는 적어도 한쌍의 자극을 가지는 자계 발생 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하고 있다.

이러한 자계 발생 수단을 구비한 이온원이라면, 종래의 이온원보다 전극매수를 적게 할 수 있을 뿐 아니라, 종래의 이온원과 동등한 기능을 가질 수 있다.

또한 자계 발생 수단에 의해 편향되는 이온빔의 진행방향을 수정하기 위해서는, 상기 자계 발생 수단은, 상기 이온빔의 인출방향을 따라 다른 위치에서, 상기 이온빔을 사이에 끼고 배치된 한쌍의 자극을 가지는 제1 자극쌍과 제2 자극쌍을 구비하고 있는 동시에, 각 자극쌍 사이에서 발생되는 자계의 방향이 서로 반대방향인 것이 바람직하다.

이러한 구성을 채용하면, 이온빔의 진행방향을 수정할 수 있다.

나아가서는, 상기 제1 자극쌍과 상기 제2 자극쌍은 자성체로 구성되어 있고, 각 자극쌍을 구성하는 자성체는 영구 자석을 통해 연결되어 있는 것이 바람직하다.

이러한 구성을 채용하면, 자계 발생 수단을 간소한 구성으로 해 둘 수 있다.

또한 상기 제1 자극쌍 사이와 상기 제2 자극쌍 사이에서 발생되는 자계에 의해, 상기 이온빔에 대하여 방향이 반대방향이고 크기가 거의 같은 로렌츠힘(Lorentz force)이 작용하도록 구성해 두어도 된다.

이러한 구성을 채용하면, 이온빔이 자계 발생 수단을 통과하기 전과 후에, 이온빔의 진행방향을 거의 동일하게 유지할 수 있다. 그 때문에, 이온빔 조사장치 전체의 광학계를 용이하게 설계할 수 있다.

아울러 상기 자극에는 상기 이온빔의 인출방향과 대략 직교하는 방향으로 연장된 전극 지지홈이 형성되어 있어도 된다.

이러한 구성을 채용하면, 자계 발생 수단으로 전극을 지지할 수 있으므로, 전극의 지지 부재를 특별히 마련해 둘 필요가 없다.

또한 상기 자극의 면 위에, 상기 전극 중 가장 하류측에 위치하는 전극이 배치되어 있어도 된다.

이러한 구성을 이용해도, 상술한 구성과 마찬가지로 자계 발생 수단으로 전극을 지지할 수 있으므로, 전극의 지지 부재를 특별히 마련해 둘 필요가 없다.

종래의 인출 전극계에서 이용되고 있는 억제 전극 대신에 이온원의 하류측으로부터의 전자의 유입을 억제하는 자계 발생 수단을 이용하고 있으므로, 종래의 이온원보다 전극매수를 적게 할 수 있을 뿐 아니라, 종래의 이온원과 동등한 기능을 가질 수 있다.

도 1은 본 발명에서 이용되는 이온원의 일례를 나타내는 평면도이다.
도 2는 도 1의 이온원을 X방향에서 본 모습을 나타내는 평면도이다.
도 3은 자계 발생 수단에 전자가 유입되었을 때의 모습을 나타낸다.
도 4는 제1, 제2 자극쌍을 가지는 자계 발생 수단의 다른 예이다.
도 5는 한쌍의 자극을 가지는 자계 발생 수단의 예이다.
도 6은 한쌍의 자극을 가지는 자계 발생 수단의 다른 예이다.
도 7은 자계 발생 수단에 형성된 전극 지지 구조의 일례이다.
도 8은 자계 발생 수단에 형성된 전극 지지 구조의 다른 예이다.

본 발명에서 Z방향을 이온원에서 인출되는 이온빔의 인출방향으로 하고, Z방향에 대하여 서로 직교하는 2방향을 X방향, Y방향으로 하고 있다. 또한 본 발명에서 하류측이란, 이온빔 인출방향측(Z방향측)을 의미한다.

도 1에는 본 발명에서 이용되는 이온원의 일례가 나타나 있다. 이 이온원(1)은 소위 버킷형 이온원이라고 불리는 타입의 이온원의 일종이다.

이 이온원(1)은 직사각형상의 플라즈마 생성용기(4)를 구비하고 있으며, 플라즈마 생성용기(4)로부터 대략 리본형상의 이온빔(3)이 인출된다. 이하의 실시예에서는 이온원(1)에서 인출되는 이온빔(3)의 형상을, X방향으로 긴 변을 가지고 Y방향으로 짧은 변을 가지는 것으로 설명하지만, 본 발명이 적용되는 이온원(1)에서 이용되는 이온빔(3)의 형상은 이에 한정되지 않는다.

플라즈마 생성용기(4)에는 도시되지 않은 밸브를 통해 가스원(2)이 장착되어 있으며, 이 가스원(2)으로부터 이온빔(3)의 원료가 되는 가스의 공급이 이루어진다. 한편 이 가스원(2)에는 도시되지 않은 가스 유량 조절기(매스 플로우 컨트롤러)가 접속되어 있으며, 이로 인해 가스원(2)에서 플라즈마 생성용기(4) 내부로의 가스의 공급량이 조정되고 있다.

플라즈마 생성용기(4)의 일측면에는 X방향을 따라 복수의 U자형 필라멘트(8)가 장착되어 있다. 그리고 필라멘트(8)의 단자간에 접속되는 전원(V_F)을 이용해서, 각 필라멘트(8)에 흘려보내는 전류량을 조정할 수 있도록 구성되어 있다. 이러한 구성으로 해 둠으로써, 이온원(1)에서 인출되는 이온빔(3)의 전류밀도분포를 조정할 수 있게 된다.

필라멘트(8)에 전류를 흘려보내, 당해 필라멘트(8)를 가열시킴으로써, 거기에서 전자가 방출된다. 이 전자가, 플라즈마 생성용기(4) 내부에 공급된 가스에 충돌해 가스의 전리를 야기하여, 플라즈마 생성용기(4) 내에 플라즈마(9)가 생성된다.

또한 이 이온원(1)에서는 플라즈마 생성용기(4)의 외벽을 따라 복수의 영구 자석(12)이 장착되어 있다. 이 영구 자석(12)에 의해, 플라즈마 생성용기(4)의 내부영역에 커스프 자장이 형성되고, 필라멘트(8)에서 방출된 전자가 소정영역 내에 갇힌다.

이온원(1)은 인출 전극계로서 3장의 전극을 가지고 있으며, 플라즈마 생성용기(4)에서 Z방향을 따라 플라즈마 전극(5), 인출 전극(6), 접지 전극(7)의 순으로 배치되어 있다. 그리고 이 전극들에는 각각 복수의 구멍이 마련되어 있으며, 이 구멍들을 통해 이온빔(3)의 인출이 이루어진다. 이 전극들의 기능은 종래 기술에 설명되어 있는 기능과 동등하기 때문에 그 설명은 생략한다. 각 전극과 플라즈마 생성용기(4)의 전위는 복수의 전원(V₁~V₄)에 의해 각각 다른 값으로 설정되어 있는 동시에, 각 부재의 장착은 절연물(10)을 통해 이루어져 있다. 한편 상술한 플라즈마 전극(5)은 가속 전극이라고 불리기도 한다.

종래의 이온원에는, 상술한 전극군 중 하나로서, 접지 전극의 전위에 대하여 500V 정도의 음전위로 설정되어 있는 전극으로, 이온원의 하류측(본 발명에서는 이온원으로부터 Z방향측)에서 이온원으로 유입되는 전자를 억제하는 억제 전극이 구비되어 있지만, 본 발명에서는 이 억제 전극이 구비되어 있지 않다. 그 대신에 후술하는 자계 발생 수단(11)이 구비되어 있다.

억제 전극은 이온원(1)에서 인출되는 이온빔(3)의 에너지나 확산에 영향을 끼치지 않는 전극이다. 또한 억제 전극의 전위 설정에 이용되는 억제 전원에는, 인출 전극계의 전극간에서 이상 방전이 일어났을 때에, 대전류(大電流)가 흘러 버릴 가능성이 높다. 그 때문에, 억제 전원의 용량을 충분히 크게 해 두어야 한다. 그 경우, 전원의 가격도 고가가 된다. 이러한 점에 착안하여, 본 발명에서는 이온원의 인출 전극계에서 억제 전극을 삭제하였다.

본 실시형태의 자계 발생 수단(11)은 Z방향을 따라 제1 자극쌍(20)과 제2 자극쌍(21)을 가지고 있으며, 이온빔(3)은 각 자극쌍(20, 21) 사이를 통과하고 있다. 도 1에는 이러한 자극쌍(20, 21)의 이온빔(3)을 사이에 끼고 배치되는 한쪽의 모습이 도시되어 있다.

각 자극쌍(20, 21)은 개별 자성체(14)로 구성되어 있으며, 다른 자극쌍을 구성하는 자성체(14)는 영구 자석(13)을 통해 연결되어 있다. 이 도 1에 나타내는 구성과 동일한 것이, 이온빔(3)을 사이에 끼고 Y방향 반대측에도 마련되어 있다. 단, 다른 자극쌍을 구성하는 자성체(14) 사이에 마련된 영구 자석(13)의 극성의 방향은 도 1에 나타나 있는 것과 반대이다.

상술한 구성의 자계 발생 수단(11)에 있어서, 제1 자극쌍(20)에서는 이온빔(3)에 대하여 대략 X방향을 향해 로렌츠힘(F1)이 작용하게 된다. 한편, 제2 자극쌍(21)에서는 이온빔(3)에 대하여 대략 X방향과 반대방향을 향해 로렌츠힘(F2)이 작용하게 된다. 이러한 구성으로 함으로써, 제1 자극쌍(20)으로 편향된 이온빔(3)을, 제2 자극쌍(21)으로 반대방향으로 되굽힐 수 있으므로, 이온빔(3)의 진행방향을 수정할 수 있다.

이온빔(3)의 진행방향은 이온빔 조사장치로 제조되는 디바이스의 미세화의 정도나 이온원(1)의 하류측에 배치되는 광학요소(분석 전자석이나 가속관 등)의 성능이나 구성, 혹은 이온원(1)으로부터 이온빔(3)이 조사되는 타겟(웨이퍼나 유리 기판 등)까지의 거리와 같은 요소를 종합적으로 고려한다면, 반드시 Z방향에 평행해야 하는 것은 아니다.

이온빔 조사장치의 구성이나 제조하는 디바이스에 맞는 허용 범위가 마련되어 있으므로, 자계 발생 수단(11)을 통과한 후의 이온빔(3)의 진행방향이, 그러한 허용 범위 내에 들어가도록 수정되어 있다면 충분하다. 그 때문에, 상술한 이온빔(3)에 작용하는 로렌츠힘 F1과 F2가 같은 크기일 필요는 없다.

그러나 이온빔 조사장치 전체의 광학 설계를 고려했을 경우, 이것을 용이하게 실시하기 위해서는, 자계 발생 수단(11)을 이온빔(3)이 통과하기 전과 후에 그 진행방향을 거의 동일하게 유지해 두는 것이 요망된다. 그 때문에, 이러한 관점에서는 이온빔(3)에 작용하는 로렌츠힘 F1과 F2를 거의 동일하게 해 두는 것이 요망된다.

한편 로렌츠힘(F1)과 로렌츠힘(F2)이 방향이 반대이고 거의 같은 크기를 가질 경우, 자계 발생 수단(11)에 들어가기 전의 이온빔(3)의 중심 궤도의 위치(A1)와 자계 발생 수단(11)을 나온 후의 이온빔(3)의 중심 궤도의 위치(A2)는, X방향에 있어서 거리(D)만큼 떨어져 있게 된다. 단, 이 중심 궤도의 어긋남은 그다지 문제가 되지 않는다.

자계 발생 수단(11)을 이용해서, 이온원(1)측으로의 전자의 유입을 억제하기 위해서는, 수(mT)와 같은 작은 자속 밀도의 자계를 형성할 수 있으면 충분하다. 이온원(1)에서 인출되는 이온빔(3)의 에너지값이나 이온의 종류에 따라서도 다르지만, 자계 발생 수단(11)으로 이온빔(3)이 편향되는 양은 그다지 크지 않다. 그 때문에, 거리(D)의 값도 그다지 크지 않다.

거리(D)의 크기는 그다지 크지 않지만, 그래도 그 값을 작게 할 필요가 있을 경우에는 제1 자극쌍(20)과 제2 자극쌍(21)의 Z방향에서의 간격을 좁혀 두면 된다. 이 경우, 이온빔(3)은 처음으로 편향된 후, 곧 반대방향으로 편향되게 되므로, 거리(D)의 간격을 작게 할 수 있다. 단, 제1 자극쌍(20)과 제2 자극쌍(21)의 간격을 지나치게 좁히면, 영구 자석(13)에서 발생하는 자장이 이온빔(3)에 영향을 주는 것이 생각된다. 그 때문에, 제1 자극쌍(20)과 제2 자극쌍(21)의 간격은 영구 자석(13)에서 발생한 자장이 이온빔(3)에 끼치는 영향을 고려한 뒤에, 적당히 설정해 둘 필요가 있다.

또한 거리(D)를 예측하여, 미리 이온원(1)을 X방향 반대측으로 비켜 놓아서 배치해 두어도 된다. 그러한 배치로 해 둠으로써, 이온원(1)으로부터 하류측에 배치된 이온빔 광학계에서 이온빔(3)의 중심 궤도 어긋남에 의한 영향을 생기지 않게 할 수 있다.

도 2에는 도 1의 이온원(1)을 X방향에서 보았을 때의 모습이 도시되어 있다. 또한 이 도 2에서는 플라즈마 전극(5)이나 필라멘트(8) 등에 접속되어 있는 전원(V_F, V₁~V₄) 및 접지(그라운드)의 기재를 생략하였다.

제1 자극쌍(20)과 제2 자극쌍(21)을 구성하는 각 자성체(14)는 Y방향을 따라 이온빔(3)측으로 돌출되어 있다. 이와 같이 자성체(14)를 구성해 둠으로써, Z방향으로 인출되는 이온빔(3)을 가로지르는 자계를 용이하게 발생시킬 수 있다.

또한 제1 자극쌍(20)에 발생하는 자계의 방향과 제2 자극쌍(21)에 발생하는 자계의 방향은 반대방향으로 되어 있고, 이러한 자계에 의해 반대방향의 로렌츠힘(F1)과 로렌츠힘(F2)이 발생한다.

한편 자계 발생 수단(11)은 접지 전극(7)의 하면에서 Z방향을 향해 연장된 도시되지 않은 접지 전극(7)의 지지 프레임의 내벽에 볼트 등으로 장착되어 있어도 되고, 이와는 달리 이온원(1)의 플랜지에 장착되어 있어도 된다.

도 3에는 전자가 이온원(1)의 하류측에서 자계 발생 수단(11)으로 유입되는 모습이 도시되어 있다. 전자는 제2 자극쌍(21)에 형성된 자장영역에 진입하면, 자력선을 따라 나선 운동을 하면서 진행한다. 이와 같이 자계 발생 수단(11)에 의해 전자가 포착되게 되므로, 자계 발생 수단(11)보다 상류측(Z방향 반대측)으로의 전자의 진입을 방지할 수 있다.

도 4(a)~(e)에는 지금까지 설명해 온 자계 발생 수단(11)의 변형예가 도시되어 있다. 이들의 구성에 대하여 이하에 설명한다. 한편 각 도면에서 X, Y, Z축의 방향은 공통이며, 각 자극쌍(20, 21)에 그려진 화살표는 자계의 방향을 나타낸다.

도 4(a)에서는 각 자극쌍(20, 21)을 영구 자석(13)으로 구성하고 있다. 영구 자석(13)의 수는 도 1~3에서 기술한 구성에 비해 2개 늘어나게 되지만, 본 발명의 자계 발생 수단(11)으로서는 도 4(a)의 구성을 채용해도 된다.

도 4(b)에서도 도 4(a)와 마찬가지로 각 자극쌍(20, 21)을 영구 자석(13)으로 구성하고 있다. 영구 자석(13)은 자성체(14)의 단부에 마련되어 있을 필요는 없으므로, 도 4(b)에 나타내는 구성을 채용해도 되는 것은 말할 것도 없다. 또한 도 4(a), 도 4(b) 모두 자성체(14)로 한 부분은 비자성체로 해도 된다. 나아가 자성체, 비자성체를 막론하고, Z방향에 있어서 각 자극쌍을 개별적으로 지지하는 구성으로 해 두어도 된다.

도 4(c)에는 도 1~3에 도시된 자계 발생 수단(11)과 유사한 구성이 도시되어 있다. 도 4(c)와 같이 Z방향을 따라 연장된 자성체(14)의 도중에서 이온빔(3)측으로 돌출되도록 각 자극쌍(20, 21)을 구성해도 무방하다.

도 4(d)에서는 제1 자극쌍(20)을 영구 자석(13)으로 구성하고, 제2 자극쌍(21)을 자성체(14)로 구성하고 있다. 제2 자극쌍(21)을 구성하는 자성체(14)는 제1 자극쌍(20)을 구성하고 있는 영구 자석(13)에 연접(連接)해 있으므로, 도 4(c)의 예와 마찬가지로 영구 자석(13)의 수를 적게 할 수 있다. 한편 도 4(d)의 구성과는 반대로, 제1 자극쌍(20)을 자성체(14)로 구성하고, 제2 자극쌍(21)을 영구 자석(13)으로 구성해도 된다.

나아가서는 도 4(e)에 개시되어 있는 바와 같이, 영구 자석(13) 대신에 코일(15)을 Y방향으로 배치된 각 자성체(14)에 감아 두고, 거기에 전류를 흘려보냄으로써 자계를 발생시키도록 해 두어도 된다. 각 자성체(14)에 대하여 코일(15)을 같은 방향으로 감아 둘 경우에는, 각 코일에 흘려보내는 전류의 방향을 반대로 해 둔다. 반대로, 각 자성체(14)에 대하여 코일(15)을 반대방향으로 감아 둘 경우에는, 각 코일에 흘려보내는 전류의 방향을 같게 해 둔다. 도 4(e)의 예에서는 왼쪽 자성체(14)에 감기는 코일(15)의 방향이 오른쪽 감기인데 반해, 오른쪽 자성체(14)에 감기는 코일(15)의 방향은 왼쪽 감기로 되어 있다. 그 때문에, 각 코일(15)에 대하여 같은 방향(Z방향을 향해, 위에서 아래로)으로 전류를 흘려보내고 있다. 이러한 구성을 이용함으로써, 다른 예와 마찬가지로 이온빔(3)을 가로지르도록 반대방향이 되는 자계를 발생시킬 수 있게 된다.

한편 코일(15)을 이용했을 경우, 자계의 강도를 제어할 수 있다. 그 때문에, 이온원(1)의 하류측에서 이온빔(3)의 진행방향을 측정해 두고, 이에 따라서 자계 발생 수단(11)으로 이온빔(3)의 진행방향을 미조정하는 것도 가능하게 된다. 또한 도 4(e)에서는 각 자극쌍(20, 21)을 구성하는 자성체(14)를 일체화하였지만, 이것을 개별적으로 나눠 두고, 각각에 코일(15)을 감아 두도록 해도 된다. 그렇게 하면, 각 자극쌍에서 형성되는 자계의 강도를 각 자극쌍에서 미세하게 조정할 수 있다.

또한 도 4(a)~(e)에는 YZ 평면 내에서의 모습만 도시되어 있지만, 여기에 기재되어 있는 자계 발생 수단(11)도 X방향에 긴 변을 가지는 리본형상의 이온빔(3)을 취급할 경우, 도 1에 나타낸 자계 발생 수단(11)과 마찬가지로 X방향에 있어서 일정한 길이를 가지고 있다.

도 5(a)~(c)에는 한쌍의 자극(22)을 가지는 자계 발생 수단(11)의 예가 도시되어 있다. 도 4와 마찬가지로, 각 도면에서 X, Y, Z축의 방향은 공통인 동시에, 자극쌍에 그려진 화살표는 자계의 방향을 나타낸다. 이온빔(3)의 에너지가 비교적 높을 경우(예를 들면 300keV 이상), 자계 발생 수단(11)에서 발생되는 자계에 의해, 이온빔(3)은 거의 편향되지 않는다. 또한 이온빔(3)의 에너지가 낮은 경우에도, 상술한 바와 같이 자계 발생 수단(11)을 통과한 이온빔(3)의 진행방향이 허용 범위 내라면, 이온빔(3)을 되굽히기 위한 자계를 발생시킬 필요가 없다. 그 때문에, 도 5(a)~(c)에 나타내는 바와 같이 이온빔(3)을 가로지르는 자계가 한 방향으로만 발생되는 것이어도 무방하다.

도 5(a)에는 1조의 영구 자석(13)과 그것을 지지하는 자성체(14)로 구성된 자계 발생 수단(11)이 개시되어 있다. 이 예에서는 한쌍의 자극(22)을 구성하는 영구 자석(13)을 자성체(14)의 Z방향에 있어서의 중앙부에 배치하고 있지만, 이것을 단부에 마련하도록 해도 된다. 또한 영구 자석(13)의 지지 부재로서 자성체(14)를 이용하고 있지만, 이것을 비(非)자성체로 해도 된다.

도 5(b)에는 1조의 영구 자석(13)을 지지하는 자성체(14)가 Y방향으로 돌출하고, 이것이 한쌍의 자극(22)을 형성하고 있는 자계 발생 수단(11)이 개시되어 있다. 이러한 구성을 채용해도 된다.

도 5(c)에는 1조의 자성체(14)에 코일(15)이 감긴 자계 발생 수단(11)이 개시되어 있다. 코일(15)을 감는 방향과 그것에 흘려보내는 전류(I)의 방향에 대해서는 도 4(e)의 예와 같이 구성해 두면 된다.

한편 도 5(a)~(c)의 구성에 있어서도, X방향에 긴 변을 가지는 리본형상의 이온빔(3)을 취급할 경우, 도 1에 나타낸 자계 발생 수단(11)과 마찬가지로 X방향에 있어서 일정한 길이를 가지고 있다.

도 6에는 한쌍의 자극(22)을 가지는 자계 발생 수단(11)의 다른 예가 도시되어 있다. 이 예에서, 자성체(14)의 Y방향으로 돌기한 부분이 한쌍의 자극(22)을 구성하고 있다. 이 경우, 영구 자석(13)에 가까운 위치를 이온빔(3)이 통과하면, 영구 자석(13)으로부터의 강한 자장의 영향을 받아 이온빔(3)의 형상이 변형될 우려가 있다. 그 때문에, 이온빔(3)을 통과시키는 한쌍의 자극(22)의 부분을 영구 자석(13)에서 충분히 떼어 두는 것이 요망된다.

도 7에는 자계 발생 수단에 형성된 전극 지지 구조의 일례가 도시되어 있다. 자계 발생 수단(11)을 구성하는 인출 전극계측에 배치된 제1 자극쌍(20)에, 이온빔(3)의 인출방향과 대략 직교하는 방향으로 연장된 전극 지지홈(16)이 형성되어 있다.

이 예에서는 이 전극 지지홈(16)에 대하여, 제1 자극쌍(20)에 가장 가까운 위치에 있는 접지 전극(7)이 슬라이드에 의해 수납되도록 구성되어 있다. 이 경우, 접지 전극(7) 그 자체를 전기적으로 접지하지 않고, 접지 전극(7)을 지지하는 자성체(14)를 접지해 두어도 된다. 또한 이 예에서 자계 발생 수단(11)으로서 제1 자극쌍(20)과 제2 자극쌍(21)을 가지는 구성의 것을 예로 들었지만, 상술한 바와 같은 한쌍의 자극(22)을 가지는 구성의 자계 발생 수단(11)에 여기에 기재한 전극 지지홈(16)을 마련해도 된다.

도 8에는 자계 발생 수단에 형성된 전극 지지 구조의 다른 예가 도시되어 있다. 도 8(a)에는 자계 발생 수단(11)을 구성하는 인출 전극계측에 배치된 제1 자극쌍(20)의 상면을 전극 지지면(17)으로 하고, 여기에 접지 전극(7)을 볼트(18) 등으로 고정시킨다. 이 모습이 도 8(b)에 도시되어 있다.

도 7의 예와 같이, 도 5, 도 6에서 설명한 한쌍의 자극(22)을 가지는 구성의 자계 발생 수단(11)에 도 8의 예를 적용시켜도 된다.

이러한 전극 지지면(17)을 자계 발생 수단(11)의 일부에 구비해 둠으로써, 전극의 지지 부재를 별도로 준비해 둘 필요가 없게 된다.

<기타 변형예>

본 발명에서는 버킷형 이온원을 예로 들어 설명했지만, 이 타입의 이온원에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면 프리맨형(Freeman-type), 버나스형(Bernas-type) 혹은 방열형(傍熱型) 음극을 가지는 이온원이어도 무방하다.

또한 이온원으로부터 인출되는 이온빔(3)은 X방향에 긴 변을 가지고, Y방향에 짧은 변을 가지는 리본형상의 이온빔(3)을 예로 들어 설명했지만, 인출되는 이온빔(3)의 형상은 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면 인출되는 이온빔의 형상은 스폿형상이어도 된다.

또한 필라멘트(8)의 개수도 복수개가 아니라 1개여도 무방하다. 그리고 인출 전극계를 구성하는 전극군은 억제 전극을 갖고 있지 않다면, 어떤 매수여도 무방하다.

한편 본 발명에서 기술한 실시형태에서는 각 자극쌍 사이의 중앙에 이온빔(3)의 중심이 위치하도록 했지만, 이온빔(3)의 중심위치가 한쪽의 자극측에 비켜 있어도 무방하다. 단, 중심위치가 자극간의 중앙에 위치해 있을 경우, 자계를 통과했을 때에 이온빔(3)이 대칭성을 가지고 편향되게 되므로, 이온원의 후단에 이어지는 광학계에서 취급하기 쉽다고 할 수 있다.

또한 인출 전극계로서 사용되는 전극은 다공 전극에 한정되지 않으며, 슬릿을 가지는 전극이어도 된다.

또한 본 실시형태에서 자계 발생 수단(11)으로 발생되는 자계의 방향과 이온빔(3)의 진행방향이 대략 직교하는 관계인 것으로 도시되어 있지만, 그러한 관계가 아니어도 된다. 예를 들면 자계 발생 수단(11)에서 발생되는 자계의 방향과 이온빔(3)의 진행방향이 비스듬히 교차하고 있어도 되고, 자계 발생 수단(11)으로 발생되는 자계가 이온빔(3)을 가로지르도록 형성되어 있다면, 양자가 어떠한 관계여도 무방하다.

상술한 것 외에, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 각종 개량 및 변경을 해도 되는 것은 물론이다.

1 이온원
3 이온빔
4 플라즈마 생성용기
5 플라즈마 전극
6 인출 전극
7 접지 전극
8 필라멘트
9 플라즈마
10 절연물
11 자계 발생 수단
13 영구 자석
14 자성체
16 전극 지지홈
17 전극 지지면
20 제1 자극쌍
21 제2 자극쌍

Claims

하류측으로부터의 전자의 유입을 억제하는 억제 전극을 구비하지 않은 이온원으로서,
이온빔의 인출방향을 따라 배치된 복수장의 전극과,
상기 전극의 하류측에 배치되어, 상기 이온원에서 인출된 상기 이온빔을 가로지르는 자계를 발생시키는 적어도 한쌍의 자극을 가지는 자계 발생 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 이온원.
제1항에 있어서,
상기 자계 발생 수단은 상기 이온빔의 인출방향을 따라 다른 위치에서, 상기 이온빔을 사이에 끼고 배치된 한쌍의 자극을 가지는 제1 자극쌍과 제2 자극쌍을 구비하고 있는 동시에, 상기 제1 자극쌍과 상기 제2 자극쌍 사이에서 발생되는 자계의 방향이 서로 반대방향인 것을 특징으로 하는 이온원.
제2항에 있어서,
상기 제1 자극쌍과 상기 제2 자극쌍은 자성체로 구성되어 있고, 상기 제1 자극쌍과 상기 제2 자극쌍을 구성하는 자성체는 영구 자석을 통해 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 이온원.
제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 제1 자극쌍 사이와 상기 제2 자극쌍 사이에서 발생되는 자계에 의해, 상기 이온빔에 대하여 방향이 반대이고 크기가 거의 같은 로렌츠힘이 작용하는 것을 특징으로 하는 이온원.
제1항에 있어서,
상기 자극에는 상기 이온빔의 인출방향과 대략 직교하는 방향으로 연장된 전극 지지홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 이온원.
제1항에 있어서,
상기 자극의 면 위에, 상기 전극 중 가장 하류측에 위치하는 전극이 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 이온원.