KR20230133188A - 이온원 - Google Patents

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KR20230133188A
KR20230133188A KR1020230004394A KR20230004394A KR20230133188A KR 20230133188 A KR20230133188 A KR 20230133188A KR 1020230004394 A KR1020230004394 A KR 1020230004394A KR 20230004394 A KR20230004394 A KR 20230004394A KR 20230133188 A KR20230133188 A KR 20230133188A
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히로아키 카이
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닛신 이온기기 가부시기가이샤
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Abstract

(과제) 이온 빔의 인출 효율의 저하를 억제하면서, 이온 빔 중의 원하는 이온종의 구성 비율을 변화시킬 수 있는 이온원을 제공한다.
(해결 수단) 이온화 가스가 도입되는 내부 공간(1s)을 갖는 장척형의 플라즈마 생성 용기(1)와, 상기 내부 공간(1s)에 상기 이온화 가스를 전리시키는 전자를 공급하는 전자 공급 수단(3)과, 상기 내부 공간(1s)을 통과하는 자기장을 형성하는 자기장 형성 수단(2)을 구비하고, 상기 내부 공간(1s)으로부터, 상기 플라즈마 생성 용기(1)의 길이 방향을 따른 하나의 측벽(11a)에 형성된 이온 인출구(1H)를 통하여 이온 빔(IB)을 상기 길이 방향과 교차하는 소정의 인출 방향으로 인출하도록 구성된 이온원(100)으로서, 상기 내부 공간(1s)에는, 상기 전자 공급 수단(3)으로부터 상기 전자가 공급되는 전자 공급 영역(Sa)과, 상기 이온 빔(IB)이 인출되는 이온 인출 영역(Sb)이 상기 길이 방향을 따라서 순서대로 설정되어 있고, 상기 자기장 형성 수단(2)이, 상기 내부 공간(1s)을 통과하는 자속을 변화시킬 수 있음과 함께, 상기 이온 인출 영역(Sb)의 자속 밀도가 상기 전자 공급 영역(Sa)의 자속 밀도보다 작아지도록 상기 자기장을 조정하고, 상기 이온 인출 영역(Sb)의 적어도 일부의 영역에 있어서, 상기 길이 방향에 있어서의 자속 밀도가 최대가 되는 영역이 상기 이온 인출구(1H)를 향하여 만곡되도록 상기 자기장을 형성할 수 있도록 구성되어 있는 이온원(100)이다.

Description

이온원{ION SOURCE}
본 발명은, 플라즈마 생성 용기 내에 자기장이 형성되는 전자 충격형의 이온원에 관한 것이다.
이러한 종류의 이온원으로서는, 특허문헌 1에 개시된 이온원이 있다. 이 이온원은, 이온화 가스가 도입되는 플라즈마 생성 용기와, 플라즈마 생성 용기 내에 전자를 공급하는 전자 공급 수단과, 전자 공급 수단으로부터의 전자를 포착하는 자기장을 플라즈마 생성 용기 내에 형성하는 전자석을 구비한다. 이 이온원은, 플라즈마 생성 용기 내에 공급된 이온화 가스와 전자로부터 플라즈마를 생성하고, 그 플라즈마에 포함되는 이온을 플라즈마 생성 용기에 형성한 이온 인출구로부터 이온 빔으로서 인출하도록 구성되어 있다. 플라즈마 생성 용기 내에서 생성된 플라즈마 중의 이온은, 플라즈마 생성 용기 내에 형성된 자기장에 포착되고, 전자와 마찬가지로 자기장에 포착되어, 자기장을 따라 이동하면서 선회 운동한다. 이 때, 이온의 질량이 클수록 이온의 선회 반경은 커진다.
이 특허문헌 1에 개시된 이온원은, 자기 실드 등을 이용하는 것에 의해, 플라즈마 생성 용기 내에 형성하는 자기장의 자속 밀도가 가장 커지는 위치인 자기장 중심 위치를 인출 방향으로 시프트시키고 있다. 예를 들어, 자기장 중심 위치를 플라즈마 생성 용기의 이온 빔을 인출하는 측과 반대 측의 후방 벽면에 근접하도록 시프트시키면, 선회 반경이 큰 이온, 즉 비교적 질량이 큰 이온이 플라즈마 생성 용기의 내벽면에 충돌하여 소실되는 비율이 커진다. 그 결과, 플라즈마 생성 용기로부터 인출되는 이온 빔에서는, 비교적 질량이 작은 이온이 포함되는 비율이 커진다. 반대로, 자기장 중심 위치를 플라즈마 생성 용기의 이온 빔을 인출하는 측으로 시프트시키면, 선회 반경이 큰 이온, 즉 비교적 질량이 큰 이온이 플라즈마 생성 용기의 후방 벽면에 충돌하여 소실되는 비율이 작아진다. 그 결과, 플라즈마 생성 용기로부터 인출되는 이온 빔에서는, 비교적 질량이 큰 이온이 포함되는 비율이 커진다.
이와 같이 하여, 이 이온원은, 인출되는 이온 빔에 포함되는 이온종의 구성 비율을 변경할 수 있다.
특허문헌 1: 일본 공개특허공보 2019-186104호
특허문헌 1의 이온원에서는, 플라즈마 생성 용기로부터 인출되는 이온 빔 중의 비교적 질량이 작은 이온종의 비율을 크게 하고자 하는 경우는, 자속 밀도가 큰 위치를 이온 인출구로부터 멀어지도록 이동시키고 있다. 그러나, 자속 밀도가 큰 영역일수록 생성되는 플라즈마 밀도가 커지기 때문에, 이 경우에는, 플라즈마 밀도가 큰 영역이 이온 인출구로부터 멀어지게 되고, 그 결과, 이온이 플라즈마 생성 용기로부터 인출되기 어려워지는, 즉, 이온 빔의 인출 효율이 저하된다고 하는 문제가 있다.
본 발명은, 상기 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것이며, 이온 빔의 인출 효율의 저하를 억제하면서, 이온 빔 중의 원하는 이온종의 구성 비율을 변화시킬 수 있는 이온원을 제공하는 것을 그 주된 과제로 하는 것이다.
즉, 본 발명에 따른 이온원은, 이온화 가스가 도입되는 내부 공간을 갖는 장척형의 플라즈마 생성 용기와, 상기 내부 공간에 상기 이온화 가스를 전리시키는 전자를 공급하는 전자 공급 수단과, 상기 내부 공간을 통과하는 자기장을 형성하는 자기장 형성 수단을 구비하고, 상기 내부 공간으로부터, 상기 플라즈마 생성 용기의 길이 방향을 따른 하나의 측벽에 형성된 이온 인출구를 통해 이온 빔을 상기 길이 방향과 교차하는 미리 정해진 인출 방향으로 인출하도록 구성된 이온원으로서, 상기 내부 공간에는, 상기 전자 공급 수단으로부터 상기 전자가 공급되는 전자 공급 영역과, 상기 이온 빔이 인출되는 이온 인출 영역이 상기 길이 방향을 따라 순서대로 설정되어 있고, 상기 자기장 형성 수단이, 상기 내부 공간을 통과하는 자속을 변화시킬 수 있음과 함께, 상기 이온 인출 영역의 자속 밀도가 상기 전자 공급 영역의 자속 밀도보다 작아지도록 상기 자기장을 조정하여, 상기 이온 인출 영역의 적어도 일부의 영역에 있어서, 상기 길이 방향에 있어서의 자속 밀도가 최대가 되는 영역이 상기 이온 인출구를 향하여 만곡되도록 상기 자기장을 형성할 수 있도록 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
이러한 이온원이면, 자기장 형성 수단이, 상기 내부 공간을 통과하는 자속을 변화시킬 수 있기 때문에, 자속을 변화시키는 것에 의해 이온 빔에 포함되는 이온종의 비율을 변경하는 것이 가능하다. 예를 들면, 자기장 형성 수단이 내부 공간을 통과하는 자속을 많게 했을 경우, 내부 공간 내의 자속 밀도가 커지기 때문에, 상대적으로 질량이 작은 이온이 자기장에 강하게 포착되어, 플라즈마 생성 용기로부터 인출되기 어려워진다. 따라서, 플라즈마 생성 용기로부터 인출되는 이온 빔에서는, 상대적으로 질량이 큰 이온이 포함되는 비율이 커진다.
반대로, 자기장 형성 수단이 내부 공간을 통과하는 자속을 적게 했을 경우, 내부 공간 내의 자속 밀도가 작아지기 때문에, 상대적으로 질량이 작은 이온이 자기장에 포착되는 힘이 약해져, 플라즈마 생성 용기로부터 인출되기 쉬워진다. 따라서, 플라즈마 생성 용기로부터 인출되는 이온 빔에서는, 상대적으로 질량이 작은 이온이 포함되는 비율이 커진다.
또한, 본 발명의 이온원에 있어서는, 이온 인출 영역의 자속 밀도가 전자 공급 영역의 자속 밀도보다 작아지도록 자기장을 조정하고, 이온 인출 영역의 적어도 일부의 영역에 있어서, 길이 방향에 있어서의 자속 밀도가 최대가 되는 영역이 상기 이온 인출구를 향하여 만곡되도록 자기장을 형성한다. 이것에 의해, 플라즈마 밀도가 큰 영역이 항상 이온 인출구의 근방에 형성되게 된다. 따라서, 상대적으로 질량이 작은 이온의 비율을 크게 하는 경우라도, 플라즈마 밀도가 큰 영역이 이온 인출구의 근방에 형성되게 되기 때문에, 종래와 달리, 이온 빔의 인출 효율의 저하가 억제된다.
상기 이온원의 구체적 양태로서는, 상기 내부 공간에 있어서, 상기 전자 공급 영역이 상기 길이 방향을 따른 양단부에 설정되고, 상기 이온 인출 영역이 상기 길이 방향을 따른 중앙부에 설정되어 있는 것을 들 수 있다.
또한, 상기 이온원은, 상기 내부 공간이, 상기 인출 방향에서 보아, 상기 길이 방향에 직교하는 상기 이온 인출 영역의 폭 치수가 상기 전자 공급 영역의 폭 치수보다 커지도록 형성되어 있는 구성이어도 좋다.
상기 이온원은, 자기장 형성 수단이 이온 인출 영역의 자속 밀도가 전자 공급 영역의 자속 밀도보다 작도록 자기장을 형성한다. 따라서, 상대적으로 질량이 작은 이온의 비율을 높이고 싶은 경우, 즉, 플라즈마 생성 용기 내의 자속을 적게 한 경우, 상대적으로 질량이 큰 이온의 선회 반경이 더욱 커져, 플라즈마 생성 용기 내의 내벽면에 충돌하여 소멸되기 쉬워진다. 이 때, 사용하는 이온화 가스에 따라서는, 생성한 이온이 내벽면에 충돌한 개소에 절연물이 형성되어 가고, 머지않아 방전 등의 문제가 발생하게 된다. 이에 대하여, 상기 구성에 의하면, 내부 공간에 있어서 이온 빔이 인출되는 이온 인출 영역의 폭을 전자 공급 영역의 폭보다 크게 하고 있기 때문에, 상대적으로 질량이 크고 회전 반경도 큰 플라즈마 중의 이온이 내부 공간을 형성하는 내벽면에 충돌하는 확률을 억제할 수 있다. 이에 의해, 내부 공간을 형성하는 내벽면에 있어서의 절연물의 형성이 억제되기 때문에, 이온 빔이 안정적으로 인출된다.
즉, 이러한 구성에서는, 내부 공간에 있어서, 그 전체의 폭 치수를 마찬가지로 넓히는 것이 아니라, 상대적으로 자기장이 약하여 이온이 내벽면에 충돌하여 절연물이 형성되기 쉬운 이온 공급 영역의 폭이 국소적으로 넓혀지고 있다. 그 때문에, 내벽면에 충돌하는 이온을 감소시켜 절연물의 형성을 억제하면서도, 플라즈마 생성 용기의 대형화를 억제하여, 이온원 자체의 부하의 증대를 억제하는 것이 가능하다.
또한, 상기 이온원은, 상기 자기장 형성 수단이, 상기 플라즈마 생성 용기를 사이에 두도록 배치된 한 쌍의 전자석을 구비하며, 상기 전자석이 각각, 인가되는 전류가 독립적으로 제어되는 적어도 2개의 코일을 갖고 있다.
이러한 구성에 따르면, 플라즈마 생성 용기 내에 형성되는 자기장은, 각 코일이 생성하는 자기장을 합성한 것으로 되고, 각 코일에 인가되는 전류를 개별적으로 설정하는 것에 의해, 플라즈마 생성 용기의 내부 공간을 통과하는 자속, 플라즈마 생성 용기 내에 형성되는 자기장의 형상, 및, 자속 밀도를 세밀하게 조정할 수 있다.
또한, 상기 이온원은, 상기 자기장 형성 수단이, 상기 전자석의 상기 인출 방향의 전방 측에 배치된 자기 실드를 구비하는 구성이어도 된다.
이러한 구성에 따르면, 자기 실드가 배치되지 않는 경우와 비교하여, 플라즈마 생성 용기 내의 자기장이 투자율이 높은 자기 실드에 당겨지도록 하여, 자기장이 인출 방향을 따라 더욱 팽출된 형상이 된다. 따라서, 플라즈마 밀도가 큰 영역을 이온 빔 인출구에 근접시키는 것에 의해 이온 빔이 보다 인출되기 쉬워지기 때문에, 이온 빔의 인출 효율이 향상된다. 또한, 자기 실드가 외부 자기장을 차폐하는 것에 의해, 플라즈마 생성 용기 내에 미치는 외부 자기장의 영향이 완화되어, 플라즈마 생성 용기 내에 원하는 자기장을 형성하는 것이 용이해진다.
또한, 상기 이온원은, 상기 내부 공간을 형성하는 상기 플라즈마 생성 용기의 내벽면이 카본재에 의해 형성되어 있는 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 플라즈마 생성 용기의 내벽면을, 알루미늄 등의 금속재보다 열전도율이 낮고, 내열 온도가 높은 카본재로 형성하는 것에 의해, 플라즈마 생성 중에 고온화된 내벽면의 온도를 고온으로 유지할 수 있다. 이에 의해 플라즈마 생성 용기의 내벽면에 있어서의 절연물의 생성 또는 부착을 보다 효과적으로 억제할 수 있다.
또한, 상기 이온원은, 상기 전자 공급 영역을 형성하는 상기 플라즈마 생성 용기의 측벽과, 상기 이온 인출 영역을 형성하는 상기 플라즈마 생성 용기의 측벽의 적어도 일부가 별도의 부재에 의해 형성됨과 함께, 열의 이동을 억제하는 단열부재를 통하여 서로 접속되어 있는 것이 바람직하다.
이러한 구성이면, 생성된 플라즈마에 의해 가열되어 고온이 되는 이온 인출 영역의 측벽으로부터 전자 공급 영역을 형성하는 측벽으로의 열의 이동을 억제할 수 있어, 플라즈마 생성 중에 있어서의 이온 인출 영역을 형성하는 내벽면의 온도를 고온으로 유지할 수 있다. 그 결과, 플라즈마 생성 용기의 내벽면에 있어서의 절연물의 생성 또는 부착을 보다 효과적으로 억제할 수 있다.
이와 같이 구성한 본 발명에 의하면, 이온 빔의 인출 효율의 저하를 억제하면서, 이온 빔 중의 원하는 이온종의 구성 비율을 변화시킬 수 있는 이온원을 제공할 수 있다.
도 1은, 본 실시 형태의 이온원을 구비하는 이온 주입 장치의 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 2는, 동일한 실시 형태의 이온원의 구성을 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 3은, 동일한 실시 형태의 이온원을 인출 방향에서 본 평면도이다.
도 4는, 동일한 실시 형태의 이온원을 폭 방향에서 본 단면도이다.
도 5는, 동일한 실시 형태의 이온원을 길이 방향에서 본 단면도이다.
도 6은, 동일한 실시 형태의 플라즈마 생성 용기 및 덮개의 구성을 모식적으로 나타내는 분해 사시도이다.
도 7은, 동일한 실시 형태의 플라즈마 생성 용기의 구성을 인출 방향에서 본 평면도이다.
도 8은, 다른 실시 형태의 플라즈마 생성 용기의 구성을 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 9는, 다른 실시 형태의 플라즈마 생성 용기의 구성을 인출 방향에서 본 평면도이다.
본 발명의 이온원은, 예를 들어, 반도체 제조 공정이나 플랫 패널 디스플레이 제조 공정에서 사용되는 이온 주입 장치나 이온 도핑 장치 등의 이온 빔 조사 장치에 이용되는 것이다. 이하에, 본 발명에 관한 이온원을 구비하는 이온 주입 장치의 일 실시 형태에 대하여, 도면을 참조하여 설명한다.
본 실시 형태의 이온 주입 장치(400)는, 도 1에 도시되는 바와 같이, 타겟인 기판(W)에, 이온 빔(IB)을 조사하여 이온 주입을 하기 위한 것이다. 구체적으로 이 이온 주입 장치(400)는, 소정의 인출 방향으로 이온 빔(IB)이 인출되는 이온원(100)과, 이온원(100)의 하류 측에 설치되어, 이온원(100)으로부터 인출된 이온 빔(IB)의 질량 분석을 행하는 질량 분석부(200)와, 기판(W)이 설치되는 처리실(300)을 구비하고 있다. 본 실시 형태의 이온 주입 장치(400)에서는, 이온원(100)으로부터는 도 1의 지면의 표리 방향인 폭이, 그에 직교하는 방향의 두께보다 충분히 큰 리본 형상의 이온 빔이 인출된다.
질량 분석부(200)는, 질량 분석 자석(210)과 분석 슬릿(220)을 갖고 있다. 질량 분석 자석(210)은, 이온 빔(IB)을 그 두께 방향으로 굽혀 원하는 이온을 선별하여 도출하는 것이다. 분석 슬릿(220)은, 질량 분석 자석(210)의 하류 측에 설치되어 있고, 질량 분석 자석(210)과 협동하는 것에 의해, 상기한 원하는 이온을 선별하여 통과시키는 것이다.
처리실(300)에 있어서, 기판(W)은, 그 처리면을 이온 빔(IB)을 향하여 기판 구동 장치(310)에 의해 유지되어 있다. 이 기판 구동 장치(310)는, 기판(W)을 유지함과 함께, 기판(W)에 입사하는 이온 빔(IB)의 두께를 따르는 방향으로 기계적으로 왕복 구동하도록 구성되어 있다. 이온 주입 장치(400)는, 이 기판 구동 장치(310)에 의한 기판(W)의 왕복 구동과, 리본 형상을 이루는 이온 빔(IB)의 조사에 의해, 기판(W)의 전체면에 이온 빔(IB)을 입사시켜 이온 주입을 실시할 수 있다.
이하, 이온원(100)의 구성에 대해서 상세하게 설명한다. 한편, 각 도면에서는 본 발명의 실시 형태의 이온원(100)의 주요부만이 기재되어 있고, 각종 부재를 생략하여 기재하고 있다.
구체적으로 이 이온원(100)은, 도 1∼도 5에 나타내는 바와 같이, 이온화 가스가 도입되어 플라즈마를 생성하기 위한 플라즈마 생성 용기(1)와, 플라즈마 생성 용기(1) 내에 자기장을 형성하는 자기장 형성 수단(2)과, 플라즈마 생성 용기(1) 내에 이온화 가스를 전리시키기 위한 전자를 방출하는 전자 공급 수단(3)과, 플라즈마 생성 용기(1)로부터 이온 빔(IB)을 인출하는 인출 전극계(4)와, 플라즈마 생성 용기(1)에 이온화 가스를 도입하는 가스원(5)을 구비하고 있다. 이 이온원(100)은, 자기장 형성 수단(2)이 형성하는 자기장의 강도를 변경하는 것에 의해 플라즈마 생성 용기(1) 내를 통과하는 자속을 변경하고, 이것에 의해, 플라즈마 생성 용기(1)로부터 인출되는 이온 빔(IB)에 포함되는 이온종의 비율을 변경하도록 구성되어 있다.
플라즈마 생성 용기(1)는, 예를 들어, 직방체 형상 등을 이루는 장척(長尺)형의 용기이다. 도 6 및 도 7에 도시하는 바와 같이, 이 플라즈마 생성 용기(1)의 내벽면에 의해, 이온화 가스가 도입되어 플라즈마를 생성하기 위한 내부 공간(1s)이 형성되어 있다. 이 내부 공간(1s)은 플라즈마 생성 용기(1)의 길이 방향을 따라서 연장되도록 형성된 대략 직방체 형상을 이루는 장척 형상의 공간이다. 길이 방향에 평행한 플라즈마 생성 용기(1)의 하나의 측벽(11a)(이하, 전방 측벽이라고 함)에는, 내부 공간(1s)으로부터 이온 빔(IB)을 인출하기 위한 개구인 이온 인출구(1H)가 형성되어 있다. 이온 인출구(1H)는, 내부 공간(1s)과 마찬가지로, 길이 방향을 따라서 연장되도록 전방 측벽(11a)에 형성되어 있다. 본 실시 형태에 있어서는, 이 전방 측벽(11a)은 이온 빔(IB)의 인출 방향에 직교하도록 형성되어 있다. 이하에 있어서, 인출 방향 및 길이 방향에 직교하는 방향을 폭 방향이라고 한다. 또한, 장척형이란, 인출 방향으로부터 보아, 서로 직교하는 2개의 축 방향에 있어서, 한 쪽의 축 방향의 길이(즉, 길이 방향의 길이)가, 다른 쪽의 축 방향의 길이(즉 폭 방향의 길이)보다도 길어지도록 형성된 임의의 형상을 의미하고, 직육면체 형상에 한정되지 않는다.
도 5 및 도 6에 도시하는 바와 같이, 플라즈마 생성 용기(1)의 전방 측벽(11a)에는, 이온 인출구(1H)를 덮도록 덮개(7)가 장착되어 있다. 덮개(7)에는, 덮개(7)의 폭 방향 중앙에 길이 방향을 따라 개구하는 덮개 개구부(7a)가 형성되어 있다. 본 실시 형태의 이온원(100)에 있어서, 이온 빔(IB)은, 덮개 개구부(7a)를 통해 이온 인출구(1H)로부터 플라즈마 생성 용기(1)의 외부로 인출된다. 또한, 도 2 및 도 3에서는, 덮개(7)의 도시는 생략되어 있다.
이 내부 공간(1s)은, 길이 방향을 따라 서로 대향하는 한 쌍의 내벽면과, 폭 방향을 따라 서로 대향하는 한 쌍의 내벽면에 의해 둘러싸여 형성되어 있다. 그리고, 이 내부 공간(1s)에는, 전자 공급 수단(3)으로부터 전자가 공급되는 전자 공급 영역(Sa)과, 이온 인출구(1H)를 통해 이온 빔(IB)이 인출되는 이온 인출 영역(Sb)이 길이 방향을 따라 순서대로 설정되어 있다. 보다 구체적으로는, 내부 공간(1s)에 있어서의 길이 방향을 따른 양단부에 전자 공급 영역(Sa)이 설정되고, 중앙부에 이온 인출 영역(Sb)이 설정되어 있다. 또한, 이온 인출 영역(Sb)은, 내부 공간(1s)에 있어서 주로(대부분의) 이온 빔(IB)이 인출되는 영역이며, 내부 공간(1s)에 있어서의 이온 인출 영역(Sb) 이외의 영역으로부터 이온 빔(IB)이 인출되는 것을 저해하는 것은 아니다. 즉, 이온 인출 영역(Sb)으로부터 주로 이온 빔(IB)이 인출되어 있으면, 전자 공급 영역(Sa)으로부터도 이온 빔(IB)이 인출되어 있어도 좋다.
전방 측벽(11a)에 대향하는 플라즈마 생성 용기(1)의 측벽(11b)(이하, 후방 측벽)에는, 가스원(5)에 연통하고, 내부 공간(1s)에 이온화 가스를 도입하기 위한 복수의 가스 도입 구멍(1g)이 형성되어 있다. 이 가스 도입 구멍(1g)으로부터, BF3 가스나 PH3 가스 등의 이온화 가스가 도입된다.
자기장 형성 수단(2)은, 플라즈마 생성 용기(1)의 내부 공간(1s)에 자기장을 형성하기 위한 한 쌍의 전자석(21)을 구비하고 있다. 이 한 쌍의 전자석(21)은, 플라즈마 생성 용기(1)의 외부에 설치되고, 플라즈마 생성 용기(1)를 사이에 두도록 배치되어 있다. 보다 상세하게는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 한 쌍의 전자석(21)은, 인출 방향으로부터 보아, 그 폭 방향의 양측으로부터 쌍을 이루도록 하여 내부 공간(1s)을 사이에 두도록 설치되어 있다. 각 전자석(21)은, 각각 인가되는 전류가 독립적으로 제어되는 3개의 코일(21a, 21b, 21c)을 갖고 있다.
구체적으로 3개의 코일(21a, 21b, 21c)은, 길이 방향을 따라 상방으로부터 이 순서대로 배열되어 있고, 철심 등의 자성 재료로 이루어지는 코어 부재(21z)에 감기도록 하여 형성되어 있다. 또한, 3개의 코일(21a, 21b, 21c)은, 플라즈마 생성 용기(1)의 전방 측벽(11a)과 교차하는 길이 방향을 따른 한 쌍의 측벽(11c, 11d)(이하, 우측벽 및 좌측벽) 각각의 외면에 대향함과 함께, 길이 방향을 따라 대략 등간격으로 배열되어 설치되어 있다.
자기장 형성 수단(2)은, 각 전자석(21)의 코일(21a), 코일(21b), 코일(21c)에 통전하는 전류값을 각각 변경함으로써, 각 전자석(21)이 생성하는 자기장의 강도를 변경하고, 그에 의해 내부 공간(1s)을 통과하는 자속을 변경할 수 있도록 구성되어 있다. 이후, 코일(21a)을 상부 코일(21a), 코일(21b)을 중앙 코일(21b), 코일(21c)을 하부 코일(21c)이라고도 칭하기로 한다.
자기장 형성 수단(2)은, 또한, 전자석(21)의 인출 방향의 전방 측에 배치된 자기 실드(22)를 더 구비하고 있다. 자기 실드(22)는, 후술하는 바와 같이, 플라즈마 생성 용기(1)의 내부 공간(1s)에 형성되는 자기장 형상을 인출 방향으로 팽출시키는 기능을 한다. 자기 실드(22)는, 또한, 플라즈마 생성 용기(1)의 내부 공간(1s)에 작용하는 외부 자기장, 특히, 질량 분석부(200)로부터의 누설 자기장을 차폐하고 있어, 내부 공간(1s)에 형성되는 자기장의 조정을 용이하게 하고 있다. 보다 상세하게는, 이 자기 실드(22)는, 플라즈마 생성 용기(1), 복수의 전자석(21) 및 인출 전극계(4)보다 인출 방향의 전방 측으로서, 이들과 질량 분석부(200)의 사이에 설치되어 있다. 구체적으로, 이 자기 실드(22)는, 예를 들어, 철이나 퍼멀로이 등의 높은 투자율을 갖는 자성 재료에 의해 형성된 판형을 이루는 것이다. 자기 실드(22)에 있어서, 플라즈마 생성 용기(1)의 이온 인출구(1H)와 덮개(7)를 통해 대향하는 부분에는, 그 두께 방향을 따라서 관통하는 자기 실드 개구부(22a)가 설치되어 있다. 덮개 개구부(7a)를 통하여 이온 인출구(1H)로부터 인출된 이온 빔(IB)은, 자기 실드(22)의 자기 실드 개구부(22a)를 통과한 후, 질량 분석부(200)에 도입된다.
이러한 자기장 형성 수단(2)에 의해 내부 공간(1s)에 형성되는 자기장에 대하여 설명한다. 내부 공간(1s)에는, 인출 방향으로부터 보면, 한 쌍의 전자석(21)이 형성하는 자기장에 의해, 길이 방향에 대략 평행하며, 또한, 길이 방향의 상방을 향하는 자기장이 형성되어 있다. 도 3에는, 내부 공간(1s)을 인출 방향으로부터 본 경우에 있어서의, 길이 방향을 따른 각 위치에 있어서의 자속 밀도가 최대가 되는 위치를 연결하는 선인 최대 자속 밀도선(MP)이 도시되어 있다. 즉, 최대 자속 밀도선(MP)의 근방이 길이 방향을 따른 각 위치에 있어서의 자속 밀도가 최대가 되는 영역이며, 생성하는 플라즈마의 플라즈마 밀도가 큰 영역이 된다. 또한, 최대 자속 밀도선(MP) 상의 각 위치에 있어서의 자속 밀도는 서로 동일한 것은 아니다. 여기서는, 최대 자속 밀도선(MP) 상에 있어서, 전자 공급 영역(Sa)에 있어서의 자속 밀도보다, 이온 인출 영역(Sb)에 있어서의 자속 밀도 쪽이 작게 되어 있다.
또한, 자기장 형성 수단(2)은, 이온 인출 영역(Sb)에 있어서의 자속 밀도가 전자 공급 영역(Sa)에 있어서의 자속 밀도보다 작아지도록 자기장을 조정하고 있다. 구체적으로는, 자기장 형성 수단(2)은, 상부 코일(21a) 및 하부 코일(21c)을 통전하는 전류치가, 중앙 코일(21b)을 통전하는 전류치보다 커지도록, 한 쌍의 전자석(21)을 제어한다. 그러면, 한 쌍의 전자석(21)이 내부 공간(1s) 내에 형성하는 합성 자기장의 형상은, 폭 방향으로부터 보아, 인출 방향의 전방 측으로 팽출하는 형상이 된다.
또한, 본 실시 형태에 있어서는, 자기 실드(22)가 배치되어 있음으로써, 자기장이 인출 방향의 전방 측에 의해 현저하게 팽출되는 자기장 형상이 된다. 보다 상세하게는, 도 4에 나타내는 바와 같이 폭 방향에서 보면, 내부 공간(1s)의 자기장은, 전자 공급 영역(Sa)으로부터 이온 인출 영역(Sb)을 향함에 따라 최대 자속 밀도선(MP)이 인출 방향의 전방 측으로 팽출하는 활과 같이 휘어진 형상을 이루도록 형성되어 있다. 본 실시 형태에서는, 내부 공간(1s) 내에 형성되는 자기장은, 최대 자속 밀도선(MP)이 이온 인출 영역(Sb)에서 가장 이온 인출구(1H)에 가까워지도록 팽출하는 형상으로 되어 있다. 즉, 내부 공간(1s)에 있어서는, 이온 인출 영역(Sb)에 있어서의 자기장이, 전체적으로 전자 공급 영역(Sa)보다 상대적으로 자속 밀도는 작지만, 길이 방향에 있어서의 자속 밀도가 큰 영역이 이온 인출구(1H)에 근접하는 형상으로 되어 있다.
전자 공급 수단(3)은, 플라즈마 생성 용기(1)의 내부 공간(1s)에 방출한 전자에 의해 이온화 가스를 전리시켜 플라즈마를 생성하기 위한 것이다. 전자 공급 수단(3)은, 예를 들면, 필라멘트, 판형 캐소드에 필라멘트를 조합한 구조물, 또는 소정 에너지로 가속된 전자를 공급하는 전자총 등이다. 이 전자 공급 수단(3)은, 플라즈마 생성 용기(1)의 길이 방향으로 대향하는 한 쌍의 측벽(11e, 11f)(이하, 상측벽, 하측벽)을 관통하여 내부 공간(1s)에 삽입하여 설치되어 있다. 이에 의해, 전자 공급 수단(3)은, 길이 방향을 따른 양단부에 설정된 전자 공급 영역(Sa)에 전자를 공급하도록 구성되어 있다. 본 실시 형태의 이온원(100)에서는, 전자 공급 수단(3)은, 가열되어 전자를 방출하는 필라멘트와, 당해 필라멘트로부터 방출된 전자에 의해 가열되는 것에 의해 전자 공급 영역(Sa)에 전자를 방출하는 캐소드를 구비하는 구성으로 되어 있다.
인출 전극계(4)는, 플라즈마 생성 용기(1)와의 사이에 전위차를 부여함으로써 이온 빔(IB)을 가속하여 인출하는 것이다. 이 인출 전극계(4)는, 플라즈마 생성 용기(1)의 이온 인출구(1H) 근방으로서, 길이 방향에 있어서 내부 공간(1s)의 이온 인출 영역(Sb)에 대응하는 위치에 설치되어 있다. 또한, 도 2∼도 5에서는 인출 전극계(4)의 도시를 생략하고 있다.
이와 같이 구성한 이온원(100)에서는, 전자 공급 수단(3)으로부터 공급된 전자와, 생성된 플라즈마 중의 이온은, 내부 공간(1s)에 형성된 자기장 중에서 로렌츠력을 받아, 길이 방향을 따른 축을 회전 중심으로 하여 원운동을 행한다. 이 원운동의 회전 반경(라머 반경)은, 질량이 큰 이온일수록 커지고, 질량이 작은 이온일수록 작아진다. 또한, 각 이온의 원운동의 회전 반경은, 내부 공간(1s)에 있어서의 자속 밀도가 클수록 작아지고, 자속 밀도가 작을수록 커진다.
그리고, 이 이온원(100)에서는, 자기장 형성 수단(2)에 의해, 한 쌍의 전자석(21)에 통전시키는 전류치를 변화시키는, 즉, 한 쌍의 전자석(21)이 형성하는 자기장의 강도를 변화시키는 것에 의해, 내부 공간(1s)을 통과하는 자속의 양을 변화시킬 수 있다. 이에 의해, 이온원(100)은, 플라즈마 생성 용기(1)로부터 인출되는 이온 빔(IB)에 포함되는 이온종의 비율을 변경할 수 있다.
예를 들면, 플라즈마 생성 용기(1)로부터 인출되는 이온 빔(IB)에 있어서, 상대적으로 질량이 큰 이온이 포함되는 비율을 크게 하고자 하는 경우에는, 자기장 형성 수단(2)에 의하여 내부 공간(1s)을 통과하는 자속을 많게 하면 좋다. 이 경우, 내부 공간(1s) 내의 자속 밀도가 커지기 때문에, 상대적으로 질량이 작은 이온이 자기장에 포착되기 쉬워져, 플라즈마 생성 용기(1)로부터 인출되기 어려워진다. 따라서, 플라즈마 생성 용기(1)로부터 인출되는 이온 빔(IB)에서는, 상대적으로 질량이 큰 이온이 포함되는 비율이 커진다.
반대로, 플라즈마 생성 용기(1)로부터 인출되는 이온 빔(IB)에 있어서, 상대적으로 질량이 작은 이온이 포함되는 비율을 크게 한 경우에는, 자기장 형성 수단(2)에 의하여 내부 공간(1s)을 통과하는 자속을 적게 하면 좋다. 이 경우, 내부 공간(1s) 내의 자속 밀도가 작아지기 때문에, 상대적으로 질량이 작은 이온이 자기장에 포착되기 어려워져, 플라즈마 생성 용기(1)로부터 인출되기 쉬워진다. 따라서, 플라즈마 생성 용기(1)로부터 인출되는 이온 빔(IB)에서는, 상대적으로 질량이 작은 이온이 포함되는 비율이 커진다.
한편, 원료 가스에 BF3 가스를 사용하는 경우, 예를 들어, B+나 F+가 상대적으로 질량이 작은 이온이고, BF+, BF2+가 상대적으로 질량이 큰 이온이 된다. 또한, 원료 가스에 PH3 가스를 사용하는 경우, 예를 들어, P+가 상대적으로 질량이 작은 이온이고, P2+가 상대적으로 질량이 큰 이온이 된다.
본 실시 형태의 이온원(100)에 있어서는, 이온 인출 영역(Sb)에 있어서의 자속 밀도가 전자 공급 영역(Sa)에 있어서의 자속 밀도보다 작아지도록 자기장을 조정하여, 이온 인출 영역(Sb)의 적어도 일부의 영역에 있어서, 길이 방향에 있어서의 자속 밀도가 최대가 되는 영역이 이온 인출구(1H)를 향하여 만곡하도록 자기장을 항상 형성하고 있다. 즉, 플라즈마 밀도가 큰 영역이 항상 이온 인출구(1H)의 근방에 항상 형성되게 된다. 따라서, 상대적으로 질량이 작은 이온의 비율을 크게 하는 경우라도, 플라즈마 밀도가 큰 영역이 이온 인출구(1H)의 근방에 형성되게 되기 때문에, 종래와 달리, 이온 빔(IB)의 인출 효율이 저하되는 것이 억제된다.
그리고, 본 실시 형태의 이온원(100)에서는, 플라즈마 생성 용기(1)는, 도 7에 나타내는 바와 같이, 내부 공간(1s)에 있어서의 이온 인출영역(Sb)의 폭 치수가 전자 공급 영역(Sa)의 폭 치수보다 커지도록 구성되어 있다.
구체적으로, 이 플라즈마 생성 용기(1)에서는, 길이 방향을 따른 중앙부에 있어서의 우측벽(11c) 및 좌측벽(11d)의 두께가, 길이 방향을 따른 양단부에 있어서의 우측벽(11c) 및 좌측벽(11d)의 두께보다도 작게 되어 있다. 이에 의해 내부 공간(1s)을 형성하는 우측벽(11c) 및 좌측벽(11d)의 각각의 내벽면 사이의 거리는, 전자 공급 영역(Sa)보다도 이온 인출 영역(Sb)의 쪽이 길게 되어 있다. 또한, 전자 공급 영역(Sa)과 이온 인출 영역(Sb)의 어느 쪽에 있어서도, 우측벽(11c) 및 좌측벽(11d)의 각각의 내벽면은 길이 방향 및 인출 방향에 대하여 대략 평행하게 되도록 형성되어 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 전자 공급 영역(Sa)에 있어서의 내부 공간(1s)의 폭 치수는 길이 방향의 위치에 의하지 않고 대략 일정하고, 이온 인출 영역(Sb)에 있어서의 내부 공간(1s)의 폭 치수도 길이 방향의 위치에 의하지 않고 대략 일정하게 되어 있다. 이와 같이 하여, 내부 공간(1s)은, 이온 인출 영역(Sb)에 있어서만 폭 치수가 국소적으로 넓어지도록 형성되어 있다.
또한, 본 실시 형태의 플라즈마 생성 용기(1)에서는, 내부 공간(1s)을 형성하는 측벽(11a∼11f)의 내벽면이 카본재에 의해 형성되어 있다. 예를 들어, 플라즈마 생성 용기(1)는 그 전체가 카본재에 의해 형성되어 있어도 좋고, 각 측벽(11a∼11f)의 내벽면만이 카본재에 의해 피복되어 있어도 좋다.
이와 같이 구성한 본 실시 형태의 이온원(100)에 의하면, 내부 공간(1s)에 있어서 이온 빔(IB)이 인출되는 이온 인출 영역(Sb)의 폭을 전자 공급 영역(Sa)의 폭보다 크게 하고 있기 때문에, 상대적으로 질량이 크고 회전 반경도 큰 플라즈마 중의 이온이 내부 공간(1s)을 형성하는 내벽면에 충돌할 확률을 억제할 수 있다.
플라즈마 생성 용기(1)로부터 인출되는 이온 빔(IB)에 있어서, 상대적으로 질량이 작은 이온의 비율을 높이고 싶은 경우는, 플라즈마 생성 용기(1) 내의 자속을 적게 한다. 이 때, 가령, 전자 공급로 영역(Sa)과 이온 인출 영역(Sb)의 폭 치수가 동일하다고 하면, 상대적으로 질량이 큰 이온의 선회 반경이 더욱 커지기 때문에, 플라즈마 생성 용기(1) 내의 내벽면에 충돌하여 소멸되기 쉬워진다. 이 때, 이온화 가스에 BF3 등의 불소를 포함하는 가스나, 산소를 포함하는 가스를 사용하는 경우 등, 사용하는 이온화 가스에 따라서는, 생성한 이온이 플라즈마 생성 용기(1)의 내벽면에 충돌한 개소에 절연물이 형성되어 가고, 머지않아 방전 등의 문제가 생기게 된다. 이에 대하여, 본 실시 형태의 이온원(100)에서는, 이온 인출 영역(Sb)의 폭 치수를 전자 공급로 영역(Sa)의 폭 치수보다 크게 하는 것에 의해, 플라즈마 생성 용기(1) 내의 자속을 적게 한 경우라도 상대적으로 질량이 큰 이온이 내벽면에 충돌하는 것을 억제하고 있다. 따라서, 이온원(100)은, 내부 공간(1s)을 형성하는 내벽면에 있어서의 절연물의 형성을 억제하여, 이온 빔(IB)의 인출 효율을 향상시키는 것이 가능하다. 또한, 이온원(100)에 있어서도, 경시적으로 절연물이 생성됨으로써 최종적으로는 청소 등의 메인터넌스가 필요해지는 것이 상정되지만, 절연물의 생성이 억제됨으로써 이온원(100)을 장기간에 걸쳐 가동시킬 수 있게 된다.
전자 공급 영역(Sa)에서는 전자 공급 수단(3)을 구성하는 캐소드에 가깝기 때문에, 플라즈마 생성 용기(1)의 전자 공급 영역(Sa)을 형성하는 영역의 온도가, 플라즈마 생성 용기(1)의 이온 인출 영역(Sb)을 형성하는 영역보다 높아지기 쉽다. 또한, 전자 공급 영역(Sa)은 이온 인출 영역(Sb)보다 자속 밀도가 크기 때문에, 전자 공급 영역(Sa)에 있어서의 플라즈마 밀도는 이온 인출 영역(Sb)에 있어서의 플라즈마 밀도보다 커진다. 따라서, 플라즈마 생성 용기(1)의 전자 공급 영역(Sa)을 형성하는 영역의 내벽은 열 부하나 이온 스퍼터에 의해 손모되기 쉽다. 그 때문에, 플라즈마 생성 용기(1)의 전자 공급 영역(Sa)을 형성하는 영역은, 이온 인출 영역(Sb)을 형성하는 영역보다 두께를 갖게 하는 것이 바람직하다. 만일, 이온의 충돌을 억제시키기 위해서, 내벽의 두께를 갖게 한 채로, 폭 치수를 단순히 넓힌 경우, 플라즈마 생성 용기(1)는 대형화하기 때문에, 부재비도 올라가고, 이온원(100) 자체의 부하도 증대해 버린다.
이에 대하여, 본 실시 형태의 이온원(100)에서는, 내부 공간(1s) 전체의 폭 치수를 넓히는 것이 아니라, 상대적으로 자기장이 약하여 이온이 내벽면에 충돌하기 쉬운 이온 인출 영역(Sb)의 폭만을 국소적으로 넓히도록 하고 있기 때문에, 내벽면에 충돌하는 이온을 감소시켜 절연물의 형성을 억제하면서도, 플라즈마 생성 용기(1)의 대형화를 억제하여, 이온원(100)의 부하의 과도한 증대를 억제할 수 있다.
또한, 플라즈마 생성 용기(1)의 내벽면이 카본재로 형성되어 있기 때문에, 알루미늄 등의 금속재로 형성하는 경우에 비해서, 플라즈마 생성 중에 있어서의 내벽면의 온도를 고온으로 유지할 수 있다. 이에 의해, 절연물의 생성 또는 부착을 보다 효과적으로 억제할 수 있어, 이온 빔(IB)의 인출 효율을 보다 향상시킬 수 있다.
또한, 플라즈마 생성 용기(1)의 내벽면을 카본재에 의해 형성하는 경우, 카본재에 형성되는 절연물에 대해서는 수소 클리닝이나 PH3 클리닝에 의한 세정이 유효하지 않다고 하는 문제가 있다. 이 때문에, 이온 인출 영역(Sb)의 폭을 전자 공급 영역(Sa)의 폭보다 크게 하는 것에 의해, 내벽면에 대한 이온의 충돌을 억제하여 절연물의 형성을 억제할 수 있다고 하는 본 실시 형태의 이온원(100)의 효과는, 플라즈마 생성 용기(1)의 내벽면을 카본재에 의해 형성하는 양태에 있어서 특히 현저해진다.
또한, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 상기 실시 형태의 이온원(100)에서는, 내부 공간(1s)을 형성하는 플라즈마 생성 용기(1)의 우측벽(11c) 및 좌측벽(11d)은, 전자 공급 영역(Sa)과 이온 인출 영역(Sb)에서 서로 동일한 부재에 의해 구성되어 있었지만, 이것에 한하지 않는다. 다른 실시 형태의 이온원(100)에서는, 내부 공간(1s)을 형성하는 플라즈마 생성 용기(1)의 우측벽(11c) 및 좌측벽(11d)은, 전자 공급 영역(Sa)과 이온 인출 영역(Sb)에서 상이한 부재에 의해 구성되어 있어도 좋다. 예를 들어, 다른 실시 형태에서는, 도 8 및 도 9에 도시되는 바와 같이, 플라즈마 생성 용기(1)의 우측벽(11c) 및 좌측벽(11d)은, 이온 인출 영역(Sb)에 대응하는 길이 방향을 따른 중앙부에 폭 방향(두께 방향)으로 관통하는 개구부(11h)가 형성되어 있어도 좋다. 그리고, 이 개구부(11h)를 막도록 폭 방향을 따른 외측으로부터 벽판 부재(12)가 장착되어 있어도 된다.
그리고, 이 벽판 부재(12)와, 우측벽(11c) 및 좌측벽(11d)은, 단열 부재(13)를 통해 서로 접속되어 있어도 좋다. 이 단열 부재(13)는, 벽판 부재(12)로부터 우측벽(11c) 및 좌측벽(11d)으로의 열의 이동을 억제하기 위한 것이다. 단열 부재(13)는, 예를 들어, 벽판 부재(12)의 내향면과 플라즈마 생성 용기(1)의 측벽(11c, 11d)의 외벽면 사이에 기밀하게 끼워진 판형의 부재이다. 이 단열 부재(13)는, 플라즈마 생성 용기(1)의 측벽(11c, 11d)을 구성하는 부재, 및 벽판 부재(12)보다도 열전도성이 낮은 재료에 의해 구성되어 있는 것이 바람직하다. 단열 부재(13)는, 예를 들어, 세라믹에 의해 형성할 수 있다. 또한, 이 단열 부재(13)와 벽판 부재(12)의 접촉 면적은, 벽판 부재(12)의 내향면과 측벽(11c, 11d)의 외벽면의 대향 면적보다도 작은 것이 바람직하다. 마찬가지로, 단열 부재(13)와 측벽(11c, 11d)의 접촉 면적도, 벽판 부재(12)의 내향면과 측벽(11c, 11d)의 외벽면의 대향 면적보다도 작은 것이 바람직하다. 또한, 이 경우, 이온 인출 영역(Sb)을 형성하는 판 부재(12)의 두께를, 전자 공급 영역(Sa)을 형성하는 우측벽(11c) 및 좌측벽(11d)의 두께와 대략 동일하게 하여도 좋다.
또한, 상기 실시 형태의 플라즈마 생성 용기(1)는, 내부 공간(1s)을 형성하는 각 측벽(11a∼11f)의 모든 내벽면이 카본재에 의해 형성되어 있었지만 이것에 한정되지 않는다. 다른 실시 형태의 이온원(100)의 플라즈마 생성 용기(1)에서는, 내부 공간(1s)을 형성하는 각 측벽(11a∼11f)의 내벽면 중, 이온 인출 영역(Sb)을 형성하는 내벽면만이 카본재에 의해 형성되어 있어도 좋다. 또한, 다른 실시 형태의 플라즈마 생성 용기(1)에서는, 내부 공간(1s)을 형성하는 각 측벽(11a∼11f)의 내벽면이 카본재가 아니라 알루미늄 등의 금속재에 의해 구성되어 있어도 좋다.
그 외, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되지 않고, 그 취지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지 변형이 가능한 것은 말할 필요도 없다.
IB 이온 빔
100 이온원
1 플라즈마 생성 용기
11a 전방 측벽
1s 내부 공간
Sa 전자 공급 영역
Sb 이온 인출 영역
1H 이온 인출구
2 자기장 형성 수단

Claims (6)

  1. 이온화 가스가 도입되는 내부 공간을 갖는 장척형의 플라즈마 생성 용기와, 상기 내부 공간에 상기 이온화 가스를 전리시키는 전자를 공급하는 전자 공급 수단과, 상기 내부 공간을 통과하는 자기장을 형성하는 자기장 형성 수단을 구비하고, 상기 내부 공간으로부터, 상기 플라즈마 생성 용기의 길이 방향을 따른 하나의 측벽에 형성된 이온 인출구를 통해 이온 빔을 상기 길이 방향과 교차하는 미리 정해진 인출 방향으로 인출하도록 구성된 이온원으로서,
    상기 내부 공간에는, 상기 전자 공급 수단으로부터 상기 전자가 공급되는 전자 공급 영역과, 상기 이온 빔이 인출되는 이온 인출 영역이 상기 길이 방향을 따라 순서대로 설정되어 있고,
    상기 자기장 형성 수단이,
    상기 내부 공간을 통과하는 자속을 변화시킬 수 있음과 함께,
    상기 이온 인출 영역의 자속 밀도가 상기 전자 공급 영역의 자속 밀도보다 작아지도록 상기 자기장을 조정하여, 상기 이온 인출 영역의 적어도 일부의 영역에 있어서, 상기 길이 방향에 있어서의 자속 밀도가 최대가 되는 영역이 상기 이온 인출구를 향하여 만곡되도록 상기 자기장을 형성할 수 있도록 구성되어 있는, 이온원.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 내부 공간은, 상기 인출 방향에서 보아, 상기 길이 방향에 직교하는 상기 이온 인출 영역의 폭 치수가 상기 전자 공급 영역의 폭 치수보다 커지도록 형성되어 있는 것인, 이온원.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 자기장 형성 수단이, 상기 플라즈마 생성 용기를 사이에 두도록 배치된 한 쌍의 전자석을 구비하고,
    상기 전자석이 각각, 인가되는 전류가 독립적으로 제어되는 적어도 2개의 코일을 갖고 있는 것인, 이온원.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 자기장 형성 수단이, 상기 전자석의 상기 인출 방향의 전방 측에 배치된 자기 실드를 구비하는 것인, 이온원.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 내부 공간을 형성하는 상기 플라즈마 생성 용기의 내벽면이 카본재에 의해 형성되어 있는 것인, 이온원.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 전자 공급 영역을 형성하는 상기 플라즈마 생성 용기의 측벽과, 상기 이온 인출 영역을 형성하는 상기 플라즈마 생성 용기의 측벽의 적어도 일부가 별도의 부재에 의해 형성됨과 함께, 열의 이동을 억제하는 단열 부재를 통해 서로 접속되어 있는 것인, 이온원.
KR1020230004394A 2022-03-10 2023-01-12 이온원 KR20230133188A (ko)

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