KR20180030424A

KR20180030424A - 이온원

Info

Publication number: KR20180030424A
Application number: KR1020170047814A
Authority: KR
Inventors: 히로아키 가이; 입페이 니시무라
Original assignee: 닛신 이온기기 가부시기가이샤
Priority date: 2016-09-15
Filing date: 2017-04-13
Publication date: 2018-03-23
Also published as: CN107833818A; KR101918845B1; JP2018045905A; JP6455494B2; CN107833818B

Abstract

본 발명은 지지 베이스를 원하는 위치에 유지하기 위한 스토퍼나, 지지 베이스를 원하는 위치에 유지하기 위한 제어를 필요로 하지 않고, 지지 베이스를 원하는 위치에 간단히 유지할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
플라즈마 생성실 주위에 영구자석을 배치한 이온원으로서, 상기 플라즈마 생성실의 벽면에 형성되는 관통 구멍으로부터 상기 플라즈마 생성실 내로 삽입 관통되고, 상기 플라즈마 생성실 내에 전자를 방출하는 캐소드와, 상기 플라즈마 생성실의 외부에 설치되어 상기 캐소드를 지지하는 지지 베이스와, 상기 지지 베이스를 상기 플라즈마 생성실의 외벽면으로부터 분리시키는 방향으로 이동시키는 구동 기구와, 상기 지지 베이스와 상기 플라즈마 생성실의 외벽면 사이에 개재되고 상기 관통 구멍의 주위를 덮으며, 상기 지지 베이스와 상기 플라즈마 생성실의 외벽면 사이의 공간을 기밀하게 유지하는 신축 부재를 구비하고, 상기 구동 기구의 구동력에 의해 상기 플라즈마 생성실의 외벽면으로부터 분리된 후퇴 위치에 있는 상기 지지 베이스가, 상기 플라즈마 생성실의 진공 배기에 의해 발생하는 흡인력에 의해 상기 후퇴 위치보다 상기 플라즈마 생성실의 외벽면으로 끌어당겨져 전진 위치에 유지되도록 하였다.

Description

이온원{ION SOURCE}

본 발명은 이온 빔 조사 장치에 이용되는 이온원에 관한 것이다.

이러한 종류의 이온원으로서는, 특허문헌 1에 나타내는 바와 같이, 플라즈마 생성실 주위에 영구자석을 배치한, 이른바 버킷형 이온원에 있어서, 전자를 방출하는 캐소드를 플라즈마 생성실의 벽면에 형성되는 관통 구멍으로부터 플라즈마 생성실 내로 삽입 관통한 것이 있다.

이 이온원은, 플라즈마 생성실 내에 있어서의 캐소드 배치를 조정할 수 있게 하기 위해서, 지지 베이스와 플라즈마 생성실 사이에서 신축될 수 있는 벨로우즈를 설치하여, 지지 베이스와 플라즈마 생성실과의 거리를 가변으로 하고 있다. 캐소드 배치를 조정하는 방법으로서는, 수동으로 지지 베이스를 이동시키는 방법이나, 모터를 이용하여 기계적으로 이동시키는 방법을 들 수 있다.

전술한 방법에 의해 지지 베이스를 이동시킨 후, 내버려 두면 플라즈마 생성실의 진공 배기의 영향을 받아 지지 베이스가 플라즈마 생성실측으로 이동해 버리는 것이, 특허문헌 1에서는 염려되고 있다. 이 대책으로서, 수동으로 이동시키는 경우에는, 착탈할 수 있는 스토퍼를 이용하여 지지 베이스의 이동을 규제하는 것이나, 기계적으로 이동시키는 경우에는, 지지 베이스에 연결되는 구동 기구가 억제력이 되어 지지 베이스의 이동을 규제할 수 있는 것을 들 수 있다.

그러나, 수동으로 이동시킨 후에 스토퍼를 이용하여 지지 베이스의 이동을 규제하는 경우에는, 지지 베이스를 원하는 위치에 유지하는 것이 어렵다.

또한, 기계적으로 이동시키는 경우에 지지 베이스가 원하는 위치에 유지되기 위해서는, 예컨대 지지 베이스가 원하는 위치에서 정확히 정지하도록 모터를 동작시키는 제어가 필요해진다.

[특허문헌 1] 일본 특허 공개 제2016-76322호 공보

그래서 본 발명은 지지 베이스를 원하는 위치에 유지하기 위한 스토퍼나, 지지 베이스를 원하는 위치에 유지하기 위한 제어를 필요로 하지 않고, 종래와는 전혀 다른 발상을 이용하여 지지 베이스를 원하는 위치에 간단히 유지할 수 있도록 하는 것을 그 주된 과제로 하는 것이다.

본 발명에 따른 이온원은, 플라즈마 생성실 주위에 영구자석을 배치한 이온원으로서, 상기 플라즈마 생성실의 벽면에 형성되는 관통 구멍으로부터 상기 플라즈마 생성실 내로 삽입 관통되고, 상기 플라즈마 생성실 내에 전자를 방출하는 캐소드와, 상기 플라즈마 생성실의 외부에 설치되어 상기 캐소드를 지지하는 지지 베이스와, 상기 지지 베이스를 상기 플라즈마 생성실의 외벽면으로부터 분리시키는 방향으로 이동시키는 구동 기구와, 상기 지지 베이스와 상기 플라즈마 생성실의 외벽면 사이에 개재되고 상기 관통 구멍의 주위를 덮으며, 상기 지지 베이스와 상기 플라즈마 생성실의 외벽면 사이의 공간을 기밀하게 유지하는 신축 부재를 구비하는 것이다.

그리고, 이 이온원은, 상기 구동 기구의 구동력에 의해 상기 플라즈마 생성실의 외벽면으로부터 분리된 후퇴 위치에 있는 상기 지지 베이스가, 상기 플라즈마 생성실의 진공 배기에 의해 발생하는 흡인력에 의해 상기 후퇴 위치보다 상기 플라즈마 생성실의 외벽면으로 끌어당겨져 전진 위치에 유지되는 것을 특징으로 한다.

이러한 이온원이면, 플라즈마 생성실의 진공 배기에 의해 발생하는 흡인력에 의해 지지 베이스를 전진 위치로 끌어당겨 유지할 수 있기 때문에, 이 전진 위치를 미리 원하는 위치로 설정해 둠으로써, 지지 베이스를 유지하기 위한 스토퍼나 전용의 제어 등을 이용하지 않고, 지지 베이스를 간단히 원하는 위치에 유지하는 것이 가능해진다.

또한, 종래와 같이 수동으로 지지 베이스를 이동시키는 경우, 이동시킨 각 위치 각각에 대해 지지 베이스를 위치 결정하여 고정할 필요가 있으나, 본 발명에 따른 이온원이면, 적어도 전진 위치에 대해서는 지지 베이스가 흡인력에 의해 위치 결정되기 때문에, 전체로서 위치 결정에 필요한 시간을 종래보다 짧게 하는 것이 가능해진다.

전술한 바와 같이, 지지 베이스를 후퇴 위치와 전진 위치 사이에서 이동할 수 있게 하는 것은, 이온원을 반도체 소자의 제조에 이용할 때 등에, 제조 프로세스에 따라 필요해지는 이온종을 감안하여 지지 베이스의 배치를 적절히 전환할 수 있도록 하기 위함이다.

일례로서는, 이온 빔 중에 포함되는 P형 도펀트 이온(예컨대 B이온)의 비율을 높일 수 있는 위치를 후퇴 위치로서 설정하고, N형 도펀트 이온(예컨대 P이온)의 비율을 높일 수 있는 위치를 전진 위치로서 설정해 두는 것이 고려된다.

그런데, 지지 베이스의 위치에 따라 플라즈마 생성실의 내벽면으로부터 캐소드의 선단부까지의 돌출량은 변화한다. 본원 발명자가 실험을 거듭한 결과, 상기 돌출량의 변화에 의해, 캐소드와 플라즈마 생성실 사이에 흐르는 아크 전류나 이온 빔을 인출하기 위한 인출 전극에 흐르는 가속 전류가 변화하는 것을 알 수 있었다.

아크 전류가 커지면, 캐소드에 흐르는 전류가 커져, 캐소드의 수명이 짧아지고, 가속 전류가 커지면, 인출 전극 사이의 방전이 발생할 우려가 있어, 주입 불량으로 이어진다.

그래서, 예컨대 피처리물에 P형 도펀트 이온을 주입할 때나 N형 도펀트 이온을 주입할 때 각각에 있어서, 지지 베이스를 적절한 위치에 유지하기 위해서는, 상기 후퇴 위치 및 상기 전진 위치 각각이, 상기 플라즈마 생성실의 내벽면으로부터 상기 캐소드의 선단부까지의 돌출량에 기초하여 정해진 위치이고, 상기 후퇴 위치 및 상기 전진 위치 각각에 대한 상기 돌출량이, 상기 캐소드와 상기 플라즈마 생성실 사이에 흐르는 아크 전류, 또는 이온 빔을 인출하기 위한 인출 전극에 흐르는 가속 전류 중 적어도 한쪽을 파라미터로 하여 정해지는 것이 바람직하다.

구체적인 실시양태로서는, 상기 후퇴 위치 및 상기 전진 위치 각각에 대한 상기 돌출량이, 상기 아크 전류 또는 상기 가속 전류 중 적어도 한쪽이 최소가 되도록 설정되는 것이 바람직하다.

상기 구동 기구에 의해 상기 플라즈마 생성실의 외벽면으로부터 분리되는 상기 지지 베이스를 상기 후퇴 위치에 위치 결정하는 위치 결정 기구를 더 구비하고, 상기 위치 결정 기구가, 상기 지지 베이스와 함께 이동하는 접촉면과, 상기 지지 베이스가 상기 후퇴 위치로 이동한 경우에 상기 접촉면이 접촉하여, 상기 지지 베이스를 상기 후퇴 위치에 위치 결정하는 피접촉면을 갖는 것이 바람직하다.

이러한 구성이면, 전진 위치뿐만이 아니라, 후퇴 위치에 있어서도 지지 베이스를 간단히 위치 결정할 수 있다.

이와 같이 구성한 본 발명에 의하면, 플라즈마 생성실의 진공 배기에 의해 발생하는 흡인력을 이용하여 지지 베이스를 전진 위치에 유지하기 때문에, 종래에 비해 지지 베이스를 원하는 위치에 매우 간단히 유지할 수 있다.

도 1은 본 실시형태의 이온원의 구성을 도시한 모식도이다.
도 2는 동 실시형태의 캐소드가 플라즈마 생성실 내로 삽입 관통된 상태를 도시한 모식도이다.
도 3은 동 실시형태의 지지 베이스가 후퇴 위치에 있는 상태를 도시한 모식도이다.
도 4는 동 실시형태의 지지 베이스가 전진 위치에 있는 상태를 도시한 모식도이다.
도 5는 아크 전류와 돌출량의 상관 및 가속 전류와 돌출량의 상관을 도시한 실험 데이터이다.
도 6은 그 외의 실시형태에 있어서의 신축 부재를 도시한 모식도이다.
도 7은 그 외의 실시형태에 있어서의 수축 규제 기구를 도시한 모식도이다.

본 발명의 일 실시형태에 대해 설명한다.

본 실시형태의 이온원(IS)은, 예컨대 P형, N형의 반도체 소자를 제조하기 위한 이온 빔 조사 장치에 이용되는 것이며, 구체적으로는 도 1에 도시된 바와 같이, 내부에서 플라즈마가 생성되는 플라즈마 생성실(6)과, 플라즈마 생성실(6) 내에 삽입 관통되는 복수의 캐소드(1)와, 캐소드(1)를 지지하는 지지 베이스(20)와, 플라즈마 생성실(6)의 외벽면(61)과 지지 베이스(20) 사이에 설치되는 신축 부재(4)와, 지지 베이스(20)를 이동시키는 구동 기구(30)를 구비한다.

플라즈마 생성실(6)은, 직육면체, 정육면체 혹은 원기둥체의 방이며, 그 일면에 개구가 형성된다. 이 개구에는 절연 플랜지(8)가 부착되고, 절연 플랜지(8)에는 플라즈마 생성실(6)로부터 이온 빔을 인출하기 위한 인출 전극계(9)라고 불리는 복수 매의 전극이 전기적으로 이격된 상태로 지지된다. 또한, 플라즈마 생성실(6) 주위에는 복수의 영구자석(10)이 배치되고, 이 영구자석(10)에 의해 플라즈마 생성실(6) 내에 커스프 자기장이 생성된다.

캐소드(1)는, 플라즈마 생성실(6) 내에 전자를 방출하기 위한 것이며, 플라즈마 생성실(6)의 벽면에 형성되는 관통 구멍(H)으로부터 플라즈마 생성실(6) 내로 삽입 관통된다. 이 캐소드(1)로부터 방출되는 전자는 플라즈마 생성실(6) 내에 가스 포트(7)를 통해 도입되는 이온화 가스를 전리시키며, 이에 의해 플라즈마 생성실(6) 내에 플라즈마(P)가 생성된다.

여기서는 필라멘트가 캐소드(1)를 이루는 구성이지만, 캐소드(1)로서는, 필라멘트로 이루어지는 것에 한정되지 않고, 방열형(傍熱型) 혹은 간접형 이온원에서 이용되는 필라멘트와 캐소드 캡으로 이루어지는 캐소드여도 좋고, 중공 캐소드여도 좋다.

이 캐소드(1)인 필라멘트는, 기단부가 필라멘트 척(2)에 의해 지지된 상태에서, 선단부(11)가 전술한 인출 전극계(9)를 향하도록 플라즈마 생성실(6) 내에 삽입 관통된다. 필라멘트 척(2)은, 플라즈마 생성실(6) 밖에 설치되는 전류 도입 단자(3)에 접속된다. 이 전류 도입 단자(3)는 필라멘트에 전류를 도입하기 위한 단자이며, 세라믹으로 이루어지는 절연체(5)에 부착된다.

지지 베이스(20)는, 플라즈마 생성실(6) 밖에 배치되어 상기 캐소드(1)를 지지하는 것이며, 본 실시형태에서는 전술한 절연체(5)가 나사 고정 등에 의해 부착된 것이다.

이와 같이 지지 베이스(20)가 캐소드(1)를 지지함으로써, 지지 베이스(20)의 위치에 따라, 즉 지지 베이스(20)와 플라즈마 생성실(6)의 외벽면(61)과의 이격 거리에 따라, 플라즈마 생성실(6)의 내벽면(62)으로부터 캐소드(1)의 선단부(11)까지의 거리[이하, 돌출량(L)이라고 함]가 정해진다.

신축 부재(4)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 지지 베이스(20)와 플라즈마 생성실(6)의 외벽면(61) 사이에 개재시킨 예컨대 통 형상을 이루는 것이며, 플라즈마 생성실(6)의 벽면에 형성된 관통 구멍(H)의 주위를 덮고, 지지 베이스(20)와 플라즈마 생성실(6)의 외벽면(61) 사이의 공간을 기밀하게 유지하도록 배치된다.

이 신축 부재(4)는, 줄어드는 방향으로 한도가 있는 것이며, 구체적으로는 성형 벨로우즈나 용접 벨로우즈 등의 금속성의 벨로우즈나 비금속성인 주름상자와 같은 신축성이 있는 것이다.

구동 기구(30)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 지지 베이스(20)를 플라즈마 생성실(6)의 외벽면(61)으로부터 분리시키는 방향으로 이동시키는 것이며, 플라즈마 생성실(6) 밖에 배치된다.

이 구동 기구(30)는, 지지 베이스(20)에 고정되는 부재 또는 지지 베이스(20)에 접촉하여 지지 베이스(20)를 이동시키는 구동부(31)를 갖는 것이며, 여기서는 구동 기구(30)로서 에어 실린더를 이용하고 있다. 상세하게는, 에어 실린더에 도시하지 않은 압축 공기원으로부터 압축 공기를 공급함으로써, 샤프트[구동부(31)]를 구동하여, 지지 베이스(20)가 외벽면(61)으로부터 분리된다. 한편, 여기서는 하나의 압축 공기원으로부터의 압축 공기를 복수의 에어 실린더에 공급함으로써, 하나의 압축 공기원을 이용하여 복수의 캐소드(1)를 동시에 이동시킬 수 있도록 하고 있다.

이와 같이 구성되는 상기 구동 기구(30)는, 여기서는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 지지 베이스(20)를 미리 정해진 전진 위치(f)로부터, 이 전진 위치(f)보다 플라즈마 생성실(6)의 외벽면(61)으로부터 떨어진 후퇴 위치(b)를 향해 이동시키기 위한 것이다.

후퇴 위치(b)는, 피처리물에 P형 도펀트 이온을 주입할 때의 위치이며, 여기서는 P형 도펀트 이온으로서 B이온이 필요해질 때에, 이 후퇴 위치(b)로 지지 베이스(20)를 이동시킨다. 한편, 후퇴 위치(b)는, 신축 부재(4)가 다 신장된 상태에 있어서의 지지 베이스(20)의 위치 또는 그 위치보다 플라즈마 생성실(6)의 외벽면(61)측의 위치이다.

한편, 전진 위치(f)는, 피처리물에 N형 도펀트 이온을 주입할 때의 위치이며, 여기서는 N형 도펀트 이온으로서 P이온이 필요해질 때에, 이 전진 위치(f)로 지지 베이스(20)를 이동시킨다. 한편, 전진 위치(f)는, 신축 부재(4)가 다 줄어든 상태에 있어서의 지지 베이스(20)의 위치 또는 그 위치보다 플라즈마 생성실(6)의 외벽면(61)과 반대측의 위치이다.

다음으로, 후퇴 위치(b) 및 전진 위치(f)가 어떻게 결정되는지를 설명한다.

지지 베이스(20)를 플라즈마 생성실(6)의 외벽면(61)에 대해 전진 또는 후퇴시키면, 전술한 돌출량(L)이 변동한다. 그리고, 본원 발명자가 실험을 거듭한 결과, 도 5에 도시된 바와 같이, 돌출량(L)에 따라, 캐소드(1)와 플라즈마 생성실(6) 사이에 흐르는 아크 전류, 및 이온 빔을 인출하기 위한 인출 전극계(9)를 구성하는 전극에 흐르는 가속 전류가 변동하는 것을 알 수 있었다.

보다 상세하게는, 아크 전류 및 가속 전류는, 어느 돌출량(L)에 있어서 최소가 되고, 돌출량(L)이 그보다 크거나 또는 작아지면, 아크 전류 및 가속 전류는 모두 증대하는 경향이 있다. 이 원인은, 본 이온원(IS)이 돌출량(L)을 변동시키면, 즉 플라즈마 생성실(6) 내에서의 캐소드(1)의 배치를 변경하면, 플라즈마(P)가 생성되는 위치가 변하여, 플라즈마(P) 중의 이온에 작용하는 커스프 자기장의 영향이 변하도록 구성된 것이기 때문이라고 생각되며, 상세한 것은 이하와 같이 추정된다.

돌출량(L)을 크게 한 경우, 반도체 제조의 일 프로세스에 있어서 필요해지는 이온 외에, 불필요한 이온이 플라즈마(P) 내에 존재해 버린다. 이것은, 돌출량(L)이 크면 플라즈마 생성실(6)의 내벽면(62)으로부터 먼 위치에 플라즈마(P)가 생성되고, 불필요한 이온이 커스프 자기장에 포착되기 어려워져, 불필요한 이온을 플라즈마 생성실(6)의 내벽면(62)에서 소멸시키기 어려워지기 때문이다. 그 결과, 이온 빔 중의 필요해지는 이온의 비율을 높이고자 하면, 아크 전류가 커진다.

한편, 반도체 제조의 일 프로세스에 있어서 필요해지는 이온이나 불필요한 이온의 예로서는, B⁺가 P형 도펀트 이온으로서 필요해지고, BF⁺, BF₂ ⁺, F⁺가 불필요한 이온이 되며, P⁺, PH⁺, PH₂ ⁺, PH₃ ⁺가 N형 도펀트 이온으로서 필요해지고, H⁺, H₂ ⁺, H₃ ⁺가 불필요한 이온이 된다.

또한, 전술한 바와 같이 불필요한 이온이 플라즈마(P) 내에 존재하면, 이들의 불필요한 이온이 인출 전극계(9)를 구성하는 전극에 충돌하여 전류가 흐른다. 이것이, 돌출량(L)을 크게 한 경우에 가속 전류가 커지는 원인이라고 추정된다.

한편, 돌출량(L)을 작게 한 경우, 캐소드(1)의 선단부(11)가 인출 전극계(9)로부터 먼 위치에 있고, 플라즈마(P)가 인출 전극계(9)로부터 먼 위치에 플라즈마(P)가 생성되기 때문에, 인출 전극계(9)에 의해 인출되는 이온 빔을 원하는 빔 전류로 하기 위해서는, 아크 전류를 크게 할 필요가 있다.

또한, 전술한 바와 같이 원하는 빔 전류를 얻기 위해서 아크 전류를 크게 하면, 그만큼 이온 빔 중에 불필요한 이온이 많이 포함되게 되고, 그 결과, 불필요한 이온이 인출 전극계(9)를 구성하는 전극에 충돌하여 전류가 흘러, 가속 전류가 커진다.

이러한 이유에 의해, 아크 전류가 커지면 캐소드(1)에 흐르는 전류가 커져, 캐소드(1)의 수명이 짧아지고, 가속 전류가 커지면 인출 전극계(9)를 구성하는 전극 사이에 방전이 발생할 우려가 있어, 주입 불량으로 이어진다.

그래서 본 실시형태에서는, 아크 전류 또는 가속 전류 중 적어도 한쪽을 파라미터로 하여, 돌출량(L)이 최적이 되도록 후퇴 위치(b) 및 전진 위치(f)를 정하고 있다.

구체적으로는, 플라즈마 생성실(6) 내에서 B⁺를 발생시킨 경우에 아크 전류 및 가속 전류가 최소가 되는 제1 돌출량을 미리 실험 등에 의해 구해 두고, 지지 베이스(20)를 후퇴 위치(b)에 배치한 상태에 있어서의 돌출량(L)이 상기 제1 돌출량이 되도록 한다.

한편, 아크 전류가 최소가 되는 돌출량(L)과 가속 전류가 최소가 되는 돌출량(L)이 약간이라도 어긋나 있는 경우에는, 가속 전류가 최소가 되는 돌출량(L)을 제1 돌출량으로 해 두는 것이 바람직하다. 그 이유는, 플라즈마 생성실(6) 내에서 B⁺를 발생시키는 경우, 이온화 가스로서 BF₃가 이용되어, 인출 전극계(9)를 구성하는 전극에 불화 금속 등의 오염물이 생겨 방전이 발생하기 쉽기 때문이다.

또한, 제1 돌출량과 마찬가지로, 플라즈마 생성실(6) 내에서 P⁺, PH⁺, PH₂ ⁺, PH₃ ⁺를 발생시킨 경우에 아크 전류 및 가속 전류가 최소가 되는 제2 돌출량을 미리 실험 등에 의해 구해 두고, 지지 베이스(20)를 전진 위치(f)에 배치한 상태에 있어서의 돌출량(L)이 상기 제2 돌출량이 되도록 한다.

이와 같이 하여 정해진 후퇴 위치(b) 및 전진 위치(f)에 대해, 전술한 바와 같이 구동 기구(30)가 지지 베이스(20)를 전진 위치(f)로부터 후퇴 위치(b)를 향해 이동시킨다.

여기서, 본 실시형태의 이온원(IS)은, 후퇴 위치(b)와 전진 위치(f) 사이에 있어서의 지지 베이스(20)의 이동을 가이드하는 가이드 기구(40)와, 구동 기구(30)에 의해 후퇴 위치(b)를 향해 이동하는 지지 베이스(20)를 후퇴 위치(b)에 위치 결정하는 위치 결정 기구(50)를 더 구비한다.

가이드 기구(40)는, 지지 베이스(20)가 플라즈마 생성실(6)의 외벽면(61)에 대해 전진 또는 후퇴를 원활하게 행할 수 있도록 하기 위한 것이며, 지지 베이스(20)와 플라즈마 생성실(6)의 외벽면(61) 사이에 개재된다.

구체적으로 이것은, 예컨대 리니어 가이드 등을 이용하여 구성되는 것이며, 여기서는 지지 베이스(20)의 상하 양측 각각에 설치되어 있으나, 상하 한쪽에 설치되어도 좋고, 좌우 양측 또는 좌우 한쪽에 설치되어도 좋다.

위치 결정 기구(50)는, 지지 베이스(20)와 함께 이동하는 접촉면(51)과, 구동 기구(30)에 의해 지지 베이스(20)가 후퇴 위치(b)로 이동한 경우에 접촉면(51)이 접촉하여, 지지 베이스(20)를 후퇴 위치(b)에 위치 결정하는 피접촉면(52)을 갖는다.

구체적으로 위치 결정 기구(50)는, 플라즈마 생성실(6)의 외벽면(61) 또는 지지 베이스(20)의 한쪽에 고정되고 지지 베이스(20)의 이동 방향을 따라 슬라이드 홈(54)이 형성된 위치 결정 플레이트(53)와, 다른쪽에 고정되고 상기 슬라이드 홈(54) 내를 슬라이드하는 슬라이드부(55)로 구성된다.

본 실시형태에서는, 위치 결정 플레이트(53)가 플라즈마 생성실(6)의 외벽면(61)에 고정되어 있고, 슬라이드부(55)가 설치된 중간 부재(X)가 지지 베이스(20)에 고정되어 있다. 그리고, 지지 베이스(20)가 후퇴 위치(b)에 있는 상태에 있어서, 슬라이드부(55)의 외주면과 슬라이드 홈(54)의 일단부[플라즈마 생성실(6)의 외벽면(61)과 반대측의 단부]에 있어서의 내주면이 접촉하도록 위치 결정 플레이트(53) 및 슬라이드부(55)를 설치하고 있다. 즉, 슬라이드부(55)의 외주면이 상기 접촉면(51)으로서 형성되어 있고, 슬라이드 홈(54)의 일단부에 있어서의 내주면이 상기 피접촉면(52)으로서 형성되어 있다.

이러한 구성에 의해, 구동 기구(30)에 의해 이동하는 지지 베이스(20)가 후퇴 위치(b)에 도달하면, 전술한 접촉면(51)이 피접촉면(52)에 접촉하여, 지지 베이스(20)가 후퇴 위치(b)에 위치 결정되어 유지된다.

한편, 여기서는 슬라이드 홈(54) 및 슬라이드부(55)가 각각 2개 형성되어 있으나, 그 수는 이것에 한정되는 것이 아니다.

또한, 여기서는 하나의 지지 베이스(20)에 대해 하나의 위치 결정 기구(50)를 설치하고 있으나, 예컨대 지지 베이스(20)를 끼워 넣도록 지지 베이스(20)의 양측에 위치 결정 기구(50)를 설치해도 좋다. 이와 같이 하면, 접촉면(51)과 피접촉면(52)의 접촉 개소를 늘릴 수 있고, 접촉 시의 충격을 분산하여 각 접촉 개소에 있어서의 부하를 경감시킬 수 있다.

그리고, 본 실시형태의 이온원(IS)은, 후퇴 위치(b)에 있는 지지 베이스(20)가, 플라즈마 생성실(6)의 진공 배기에 의해 발생하는 흡인력에 의해 전진 위치(f)를 향해 이동하고, 이 흡인력에 의해 전진 위치(f)에 유지되도록 구성된다.

보다 상세히 설명하면, 플라즈마 생성실(6)을 진공 배기하면, 이에 의해 발생하는 흡인력이 신축 부재(4)의 내부 공간을 통해 지지 베이스(20)에 작용한다. 이 상태에 있어서, 전술한 구동 기구(30)의 구동력을 오프로 하거나, 혹은, 구동력을 흡인력보다 작게 함으로써, 지지 베이스(20)가 흡인력에 의해 플라즈마 생성실(6)의 외벽면(61)을 향해 끌어당겨지고 신축 부재(4)가 줄어든다.

여기서, 본 실시형태의 이온원(IS)은, 흡인력에 의한 지지 베이스(20)의 이동에 따르는 신축 부재(4)의 수축을 규제하는 수축 규제 기구(70)를 구비한다. 여기서는 전술한 바와 같이, 신축 부재(4)가 축 방향을 따르는 길이가 소정 길이보다 짧아지지 않도록 구성되는 것을 이용하여, 신축 부재(4)에 수축 규제 기구(70)를 구비시키고 있다.

즉, 지지 베이스(20)가 흡인력에 의해 플라즈마 생성실(6)의 외벽면(61)을 향해 이동하면, 그 이동에 따라 신축 부재(4)는 줄어들지만, 이 신축 부재(4)는 축 방향을 따르는 길이가 소정 길이가 되면 자기의 수축 규제 기구(70)에 의해 그 이상은 줄어들지 않는다. 이에 의해, 지지 베이스(20)의 이동도 규제되어 지지 베이스(20)는 정지한다. 이 정지한 상태에 있어서의 지지 베이스(20)의 위치가, 전진 위치(f)로서 설정된 위치이다.

이와 같이 구성되는 본 실시형태에 따른 이온원(IS)에 의하면, 플라즈마 생성실(6)의 진공 배기에 의해 발생하는 흡인력에 의해 지지 베이스(20)를 전진 위치(f)로 끌어당겨 유지할 수 있기 때문에, 지지 베이스(20)를 유지하기 위한 스토퍼나 전용의 제어 등을 이용하지 않고, 지지 베이스(20)를 간단히 또한 정밀도 좋게 원하는 위치에 유지하는 것이 가능해진다.

또한, 수동으로 지지 베이스(20)를 이동시키는 경우, 이동시킨 각 위치 각각에 대해 지지 베이스(20)를 위치 결정할 필요가 있으나, 본 실시형태에 따른 이온원(IS)이면, 후퇴 위치(b)에 대해서는 위치 결정 기구(50)에 의해 자동적으로 위치 결정되고, 전진 위치(f)에 대해서는 흡인력에 의해 자동적으로 위치 결정되기 때문에, 위치 결정에 필요한 시간을 짧게 할 수 있다.

또한, 지지 베이스(20)가 후퇴 위치(b) 및 전진 위치(f) 각각에 있는 상태에 있어서의 돌출량(L)을, 아크 전류가 최소가 되도록 설정하기 때문에, 캐소드(1)에 흐르는 전류가 커지는 것을 방지하여, 캐소드(1)의 수명을 길게 할 수 있다.

게다가, 지지 베이스(20)가 후퇴 위치(b) 및 전진 위치(f) 각각에 있는 상태에 있어서의 돌출량(L)을, 가속 전류가 최소가 되도록 설정하기 때문에, 인출 전극계(9)를 구성하는 전극 사이에 방전이 발생하는 것을 억제하여, 주입 불량을 저감할 수 있다.

한편, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니다.

예컨대, 지지 베이스는, 상기 실시형태에서는 절연체가 부착된 것이었으나, 절연체가 지지 베이스를 이루는 구성으로 해도 좋다.

구동 기구는, 상기 실시형태에서는 에어 실린더를 이용한 구성이었으나, 압축 공기 대신에 작동 유체를 이용하여 구동부를 구동시키는 구성이어도 좋고, 모터나 볼 나사 등을 이용하여 기계적으로 구동부를 구동시키는 구성이어도 좋다.

한편, 기계적으로 구동부를 구동시키는 경우에는, 구동부를 구동시켜 지지 베이스를 후퇴 위치로 이동시킨 후, 예컨대 래치 등으로 지지 베이스를 후퇴 위치에 유지하면서, 구동부를 지지 베이스로부터 분리시킨다. 이에 의해, 래치를 제거하면 진공 배기에 의한 흡인력에 의해 후퇴 위치에 있는 지지 베이스를 전진 위치로 이동시킬 수 있다.

신축 부재는, 상기 실시형태에서는 벨로우즈나 주름상자 등의 신축성을 갖는 것이었으나, 지지 베이스의 이동 방향을 따라 슬라이드하는 부재를 이용하여 구성되어도 좋다. 구체적으로는, 도 6에 도시된 바와 같이, 외통(外筒; 41)과, 외통(41)의 내측에 배치되고 축 방향으로 슬라이드할 수 있는 내통(內筒; 42)을 갖고, 지지 베이스(20)와 플라즈마 생성실(6)의 외벽면(61) 사이의 공간을 기밀하게 유지할 수 있는 2중 통 구조의 신축 부재(4)를 들 수 있다. 이러한 신축 부재(4)를 이용한 경우, 예컨대 외통(41) 또는 내통(42)의 한쪽을 지지 베이스(20)에, 다른쪽을 플라즈마 생성실(6)의 외벽면(61)에 고정하고, 외통(41)과 내통(42) 사이에 예컨대 도시하지 않은 시일 부재 등을 개재시킴으로써, 지지 베이스(20)와 플라즈마 생성실(6) 사이의 공간을 기밀하게 유지하면서, 신축 부재(4)를 신축시킬 수 있다.

한편, 이러한 신축 부재(4)로서는, 2중 통 구조의 것에 한하지 않고, 다중 통 구조의 것이어도 상관없다.

상기 실시형태에서는, 수축 규제 기구를 신축 부재에 구비시키고 있었으나, 신축 부재와는 별도의 부재에 수축 규제 기구를 구비시켜도 좋다.

일례로서는, 도 7에 도시된 바와 같이, 위치 결정 기구(50)에 수축 규제 기구(70)로서의 기능을 겸비시키는 것을 들 수 있다. 구체적으로 설명하면, 이 수축 규제 기구(70)는, 지지 베이스(20)와 함께 이동하는 제2 접촉면(71)과, 흡인력에 의해 지지 베이스(20)가 전진 위치(f)를 향해 이동하여 신축 부재(4)가 소정 길이가 된 경우에, 상기 제2 접촉면(71)이 접촉하는 제2 피접촉면(72)을 구비한다. 여기서는 슬라이드부(55)의 외주면에 있어서의 접촉면(51)과는 다른 부분이 제2 접촉면(71)으로서 형성되고, 슬라이드 홈(54)의 타단부[플라즈마 생성실(6)의 외벽면(61)측의 단부]에 있어서의 내주면이 상기 제2 피접촉면(72)으로서 형성되어 있다.

한편, 수축 규제 기구는, 신축 부재나 위치 결정 기구와는 별도의 부재로 구성해도 좋다.

그 외에, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되지 않고, 그 취지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지 변형이 가능한 것은 물론이다.

IS: 이온원 6: 플라즈마 생성실
61: 외벽면 62: 내벽면
1: 캐소드 11: 선단부
20: 지지 베이스 4: 신축 부재
30: 구동 기구 10: 영구자석
H: 관통 구멍 L: 돌출량
f: 전진 위치 b: 후퇴 위치

Claims

플라즈마 생성실 주위에 영구자석을 배치한 이온원으로서,
상기 플라즈마 생성실의 벽면에 형성되는 관통 구멍으로부터 상기 플라즈마 생성실 내로 삽입 관통되고, 상기 플라즈마 생성실 내에 전자를 방출하는 캐소드와,
상기 플라즈마 생성실의 외부에 설치되어 상기 캐소드를 지지하는 지지 베이스와,
상기 지지 베이스를 상기 플라즈마 생성실의 외벽면으로부터 분리시키는 방향으로 이동시키는 구동 기구와,
상기 지지 베이스와 상기 플라즈마 생성실의 외벽면 사이에 개재되고 상기 관통 구멍의 주위를 덮으며, 상기 지지 베이스와 상기 플라즈마 생성실의 외벽면 사이의 공간을 기밀하게 유지하는 신축 부재를 구비하고,
상기 구동 기구의 구동력에 의해 상기 플라즈마 생성실의 외벽면으로부터 분리된 후퇴 위치에 있는 상기 지지 베이스가, 상기 플라즈마 생성실의 진공 배기에 의해 발생하는 흡인력에 의해 상기 후퇴 위치보다 상기 플라즈마 생성실의 외벽면으로 끌어당겨져 전진 위치에 유지되는 것인, 이온원.
제 1항에 있어서,
상기 후퇴 위치 및 상기 전진 위치 각각이, 상기 플라즈마 생성실의 내벽면으로부터 상기 캐소드의 선단부까지의 돌출량에 기초하여 정해지는 위치이고,
상기 후퇴 위치 및 상기 전진 위치 각각에 대한 상기 돌출량이, 상기 캐소드와 상기 플라즈마 생성실 사이에 흐르는 아크 전류, 또는 이온 빔을 인출하기 위한 인출 전극에 흐르는 가속 전류 중 적어도 한쪽을 파라미터로 하여 정해지는 것인, 이온원.
제 2항에 있어서,
상기 후퇴 위치 및 상기 전진 위치 각각에 대한 상기 돌출량이, 상기 아크 전류 또는 상기 가속 전류 중 적어도 한쪽이 최소가 되도록 설정되는 것인, 이온원.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 구동 기구에 의해 상기 플라즈마 생성실의 외벽면으로부터 분리되는 상기 지지 베이스를 상기 후퇴 위치에 위치 결정하는 위치 결정 기구를 더 구비하고,
상기 위치 결정 기구가,
상기 지지 베이스와 함께 이동하는 접촉면과,
상기 지지 베이스가 상기 후퇴 위치로 이동한 경우에 상기 접촉면이 접촉하여, 상기 지지 베이스를 상기 후퇴 위치에 위치 결정하는 피접촉면을 갖는 것인, 이온원.