(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマを発生しイオンを生成するプラズマ室と、前記プラズマ室に磁場を発生させる磁場発生手段と、前記プラズマ室で生成されたイオンを電界で引き出しイオンビームを生成する引き出し電極を備えたイオン源を、隣接して複数個配列したイオン源装置、
あるいは前記引き出し電極のかわりに前記プラズマを試料台方向に拡散放出させるプラズマ放出口を備えたプラズマ源を、隣接して複数個配列したプラズマ源装置において、
前記プラズマ室外形状、あるいはイオン引き出し電極形状またはプラズマ源形状を多角形状とし、
かつ、前記磁場発生手段を隣接するイオン源あるいはプラズマ源と共有した粒子線照射装置。
【請求項２】
磁場発生手段としてイオン源あるいはプラズマ源にコイルを設け、このコイルによってプラズマ室内に形成される磁場の方向を、隣接するイオン源あるいはプラズマ源に設けられたコイルによって当該プラズマ室内に形成される磁場の方向と、同一方向あるいは反対方向にした請求項１記載の粒子線照射装置。
【請求項３】
複数のイオン源あるいはプラズマ源のプラズマ室外形状、あるいはイオン引き出し電極形状またはプラズマ源形状を同一とした請求項１または請求項２記載の粒子線照射装置。
【請求項４】
プラズマを発生しイオンを生成するプラズマ室と、前記プラズマ室に磁場を発生させる磁場発生手段と、前記プラズマ室で生成されたイオンを電界で引き出しイオンビームを生成する引き出し電極を備えたイオン源を、隣接して複数個配列したイオン源装置、
あるいは前記引き出し電極のかわりに前記プラズマを試料台方向に拡散放出させるプラズマ放出口を備えたプラズマ源を、隣接して複数個配列したプラズマ源装置において、
前記プラズマ室外形状、あるいはイオン引き出し電極形状またはプラズマ源形状を多角形状とし、
かつ、前記複数のイオン源あるいはプラズマ源の粒子線照射方向を、外広がりあるいは中央部寄りにした粒子線照射装置。
【請求項５】
複数のイオン源あるいはプラズマ源の粒子線照射方向を、外広がりあるいは中央部寄りにした請求項１，２または請求項３記載の粒子線照射装置。
【請求項６】
プラズマを発生しイオンを生成するプラズマ室と、前記プラズマ室に磁場を発生させる磁場発生手段と、前記プラズマ室で生成されたイオンを電界で引き出しイオンビームを生成する引き出し電極を備えたイオン源を、隣接して複数個配列したイオン源装置、
あるいは前記引き出し電極のかわりに前記プラズマを試料台方向に拡散放出させるプラズマ放出口を備えたプラズマ源を、隣接して複数個配列したプラズマ源装置において、
前記プラズマ室外形状、あるいはイオン引き出し電極形状またはプラズマ源形状を多角形状とし、
かつ、中央部の空間の外側に前記複数のイオン源あるいはプラズマ源を隣接して配列した粒子線照射装置。
【請求項７】
中央部の空間の外側に複数のイオン源あるいはプラズマ源を隣接して配列した請求項１，２，３，４または請求項５記載の粒子線照射装置。
【請求項８】
各イオン源あるいは各プラズマ源のイオン化ガス導入口と、ガス流量調整手段との間に、それぞれガスコンダクタンス調整手段を設けた請求項１，２，３，４，５，６または請求項７記載の粒子線照射装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、イオン注入やイオン照射などの薄膜形成に用いるイオン源装置あるいはプラズマ源装置において、特に大面積の基板の加工に適した粒子線照射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のイオン源装置の１例を、図１１に示す熱フィラメントを用いたバケット型イオン源装置について説明する。
【０００３】
同図において、１はイオン源装置の金属製の筐体、２は筐体１により形成され，プラズマを発生し，イオンを生成するためのプラズマ室、３はプラズマ室２に導入された熱フィラメント、４はフィラメント３の加熱用のフィラメント電源、５はプラズマ室２へのガス導入口、６は筐体１に絶縁体７を介して設けられたイオンビーム引き出し電極であり、加速電極８，減速電極９，接地電極１０から構成されている。１１は筐体１の外側に設けられた複数個の永久磁石であり、環状体ないしは棒状体から形成され、筐体１の内部にカスプ磁場を形成する。
【０００４】
１２はアーク電源であり、陽極が筐体１に，陰極がフィラメント電源４に接続され，筐体１にアノード電圧を印加する。１３は加速電源であり、陽極が加速電極８及びアーク電源１２の陰極に接続され、陰極が接地されている。１４は減速電極９に負の電圧を印加する減速電源である。
【０００５】
そして、フィラメント３はカソードとしての熱電子放出源であり、フィラメント電源４の抵抗加熱により高温に保持されて熱電子を放出し、その放出された熱電子がアーク電源１２によって形成される直流電界により加速され、ガス導入口５から導入されたガス粒子を衝突により電離してプラズマ１５を生成する。
【０００６】
さらに、永久磁石１１によりカスプ磁場が形成され、プラズマ１５を閉じ込め、引き出し電極６のビーム引き出し作用により、プラズマ１５中のイオンがイオンビームとなって引き出される。
【０００７】
また、イオン源やプラズマ源の生成方法としては、このほかに高周波放電を利用する高周波イオン源、マイクロ波放電を利用するマイクロ波イオン源、一次プラズマを電子源とするプラズマカソード型イオン源、電子ビームを引き出して衝突電離させる電子ビーム励起型イオン源など様々なイオン源や、ビーム引き出し電極群を持たないプラズマ源がある。
【０００８】
ところで、このようなイオン源やプラズマ源により大面積基板にイオンビームやプラズマを照射しようとした場合、基板サイズに伴ってイオン源やプラズマ源の照射面積を大口径にする必要があるため、装置が非常に大型となっている。
【０００９】
そして、大型装置となった場合、特にイオン引き出し電極はビームを均一に引き出すために反りや歪を極限まで抑える必要があり、その加工が非常に難しくなる。
【００１０】
特に近年求められているような１ｍ四方以上の基板の照射となると、電極の加工難度とコストが飛躍的に上昇する。また、たとえ従来例のようにプラズマ閉じ込めにカスプ磁場を用いても、１ｍ四方以上のイオン源やプラズマ源となると、均一にプラズマを生成することが困難であり、フィラメントの位置などに十分配慮する必要がある。
【００１１】
さらに、これらイオン源やプラズマ源のサイズは、基板サイズや配置関係によって左右されるものであり、個々の要求に応じるため、これまで規格サイズを定めて量産化によって低価格化を図るなどは全く出来ない。
【００１２】
そのため個々の装置に対して初期から設計が必要であり、設計費が軽減できず、また部品も共通化できないため高コストとなり、納期も非常に長くならざるを得ない。
【００１３】
また、このような装置は、高コスト，特殊であるため、予備品を準備することができず、故障の場合、生産ラインが長期間停止してしまうという危険性を含んでいる。
【００１４】
一方、特開平４−１４７９７２号公報（Ｃ２３Ｃ    １４／４８）に記載されているように、広い面積に対応するため、イオンビーム発生装置を、複数台並設して照射することが発明されている。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記公報に記載のように、装置を複数台併設した場合、装置の外形状が円形であるため、隣接する装置間に大きな隙間を生じ、デッドスペースとなり、有効にイオンビームを照射できないという問題点がある。
【００１６】
本発明は、前記の点に留意し、種々の大面積の形状に対応し、照射面積の有効化を図るようにした粒子線照射装置を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明の粒子線照射装置は、プラズマを発生しイオンを生成するプラズマ室と、前記プラズマ室に磁場を発生させる磁場発生手段と、前記プラズマ室で生成されたイオンを電界で引き出しイオンビームを生成する引き出し電極を備えたイオン源を、隣接して複数個配列したイオン源装置、
【００１８】
あるいは前記引き出し電極のかわりに前記プラズマを試料台方向に拡散放出させるプラズマ放出口を備えたプラズマ源を、隣接して複数個配列したプラズマ源装置において、
【００１９】
前記プラズマ室外形状、あるいはイオン引き出し電極形状またはプラズマ源形状を多角形状とし、かつ、前記磁場発生手段を隣接するイオン源あるいはプラズマ源と共有したものである。
従って、各イオン源あるいは各プラズマ源を隙間なく近接させることができ、デッドスペースを生じなく、大面積形状に対応でき、照射面積の有効化を図ることができる。さらに、個々のイオン源あるいはプラズマ源の構造を共通化することもでき、量産化効果により低価格化を図ることができる。しかも、共通化により予備として準備しておくことができ、故障時にも瞬時の交換が可能となる。
【００２０】
かつ、磁場の印加手段が共用されるため、より低価格化を図ることができる。
【００２１】
さらに、磁場発生手段としてイオン源あるいはプラズマ源に１個以上のコイルを設け、このコイルによってプラズマ室内に形成される磁場の方向を、隣接するイオン源あるいはプラズマ源に設けられたコイルによって当該プラズマ室内に形成される磁場の方向と、同一方向あるいは反対方向にしたものである。
【００２２】
従って、前記磁場の方向を反対方向にすることにより、隣接するイオン源のコイルによって生じる磁場を有効に利用することができ、このことにより、コイルへの通電に要する電源の容量低減によるコストダウン及びコイル巻き数の減少によるスペースの低減が可能になる。
【００２３】
また、逆に、前記磁場の方向を同一方向にすることにより、引き出し電極の近傍での磁場強度を小さくすることができ、引き出し電極の近傍への漏れ磁場によるビームの発散増加を抑えることができる。
【００２４】
その上、複数のイオン源あるいはプラズマ源のプラズマ室外形状、あるいはイオン引き出し電極形状またはプラズマ源形状を同一としたものである。
従って、形状が同一であるため、量産化ができ、コストを一層低下させることができる。
【００２５】
また、複数のイオン源あるいはプラズマ源の粒子線照射方向を、外広がりあるいは中央部寄りにしたものである。
従って、照射方向を外広がりにすることができ、低密度，大面積のイオンビームを形成することができ、また、照射方向を中央部寄りにすることにより、高密度，小面積のイオンビームを形成することができる。
【００２６】
さらに、中央部の空間の外側に複数のイオン源あるいはプラズマ源を隣接して配列したものである。
従って、中央部にイオン源あるいはプラズマ源が配置されていないため、照射面積の中央部への照射の集中を避けることができ、均一に照射することができる。
【００２７】
また、各イオン源あるいは各プラズマ源のイオン化ガス導入口と、ガス流量調整手段との間に、それぞれガスコンダクタンス調整手段を設けたものである。
従って、各イオン源あるいは各プラズマ源にそれぞれ高価なガス流量調整器を設ける必要がなく、１個のガス流量調整手段と複数個の安価なガスコンダクタンス調整手段とにより、個々のガス流量を調整でき、コストダウンを図ることができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図１ないし図１０を参照して説明する。それらの図において、同一符号は同一もしくは相当するものを示す。
【００２９】
（形態１）
形態１を図１ないし図３について説明する。図１は複数個のバケット型イオン源を密接して配列した場合の断面図、図２Ａは図１のＳーＳ’線断面図、図２Ｂは図１のＴ矢視図、図３Ａ及びＢはそれぞれ各イオン源及び各プラズマ源からのビームプロファイルの形状を示している。
【００３０】
断面正方形の筐体１６に導入された熱フィラメント１７を通電加熱して熱電子を放出させ、熱フィラメント１７を負電位に、筐体１６を正電位にして直流電界を印加することにより、プラズマ室１８にプラズマ１９を生成する。このプラズマ１９中で生成されたイオンは、加速電極２０，減速電極２１，接地電極２２からなるイオンビーム引き出し電極２３によって形成される電界によって引き出され、イオンビームが形成され、筐体１６および引き出し電極２３により区切られる構成体が１個のイオン源を形成し、このイオン源が複数個碁盤の目のように配列されている。
【００３１】
そして、プラズマ閉じ込め用のカスプ磁場は、永久磁石２４によって構成され、図２Ａに示すような磁力線２５を形成し、各永久磁石２４は隣接するイオン源と共用され、引き出し電極２３は各イオン源にそれぞれ取り付けられており、加工が簡単，安価な小面積電極で構成されている。
【００３２】
従って、小面積であるため、１個あたりのイオン源から引き出されるビーム照射面積は小さいが、全体で従来と同等以上の大面積イオンビーム照射が可能である。
【００３３】
また、イオンビームの均一性は、図３ＡおよびＢに示すように、個々のイオン源のビームプロファイル２６が均一である場合、あるいはガウシアン形状のような場合、ともに、個々のイオン源の間隔を調整することにより、全体で均一な全体のビームプロファイル２７を得ることができる。
【００３４】
（形態２）
さらに、イオン源は、必ずしも図１のような構造に限らず、様々な構造が適用可能である。即ち、図４は、一般にカウフマン型イオン源といわれるイオン源を応用したものであり、磁力線２５が図示するように軸方向に形成されている。この場合も永久磁石２４は隣接するイオン源と共用されている。
【００３５】
（形態３）
また、フィラメントを使用しないイオン源の代表例としてマイクロ波イオン源があり、図５はこれを応用した例を示し、導波管２８によりマイクロ波を誘電体窓２９を介し、磁場が形成されているプラズマ室１８に供給している。
さらに、マイクロ波伝送方法としてアンテナの使用も可能である。
【００３６】
（形態４）
また、図６に示すように、副プラズマ室（ＭＰカソード）３０でマイクロ波プラズマを生成し、これを電子供給源とするマイクロ波プラズマカソード（ＭＰカソード）型イオン源、電子ビームを引き出してガスを衝突電離させ、プラズマを生成する電子ビーム励起型イオン源或いはプラズマカソード型イオン源など、様々なイオン源及びプラズマの生成方法がある。
【００３７】
そして、本発明は、前記のような構造やプラズマの生成方法には全く影響を受けず、全て応用することが可能である。
【００３８】
（形態５）
また、プラズマ室１８内の磁場形成方法としては、永久磁石だけでなく、図７Ａ，Ｂに示すように、コイル３１を用いることも可能であり、図７Ａは、隣接するイオン源とコイル３１に通電する方向を逆方向にしたものであり、この場合、隣接するイオン源のコイル３１によって生じる磁場を有効に利用することができる。このことは、コイル３１の通電に要する電源の容量低減によるコストダウンや、コイル巻き数減少による無駄なスペースの低減が可能となる。また、図７Ｂは、逆に隣接するイオン源のコイル３１と同方向に通電したものであり、この場合、イオンビーム引き出し電極２３の近傍への漏れ磁場によるビームの発散増加を抑えることができ、引き出し電極２３の近傍での磁場強度を小さくすることができる。即ち、コイル３１の通電方向は目的によって選ばれる。
【００３９】
一方、プラズマ源は、基本的にイオン源と引き出し電極が異なるだけであり、開口端あるいは１枚電極としているものが大半であり、イオン源と同様の本発明が適用できる。
【００４０】
以上により大面積のイオン源あるいはプラズマ源が容易に実現できることを説明したが、配列方法によって様々な形状のイオン源あるいはプラズマ源が実現できる。
【００４１】
即ち、図１，図２は角形のイオンビームを形成する場合のイオン源配列であるが、図８Ａあるいは図８Ｂに示す配列にすることにより、円形あるいはリニア形のイオンビーム形成が可能である。
【００４２】
また、個々のイオン源あるいはプラズマ源のサイズを規格化することにより、様々な形状の要求に答えながら、量産化によって大幅なコストダウンを図ることができ、納期も大幅に短縮することができる。これは部品の共通化と設計の大幅な単純化が可能になることによる。
【００４３】
さらに、安価で同一形状のイオン源が実現できることから、予備のイオン源を複数個有することにより、故障時の瞬時の復旧が可能となり、装置の信頼性が向上する。
【００４４】
また、図９Ａ，Ｂに示すように、隣接するイオン源あるいはプラズマ源の間に角度を設けることができる。図９Ａは粒子線の照射方向を外広がりにし、低密度，大面積のイオンビームを形成する場合であり、図９Ｂは粒子線の照射方向を中央部寄りにし、高密度，小面積のイオンビームを形成する場合であり、照射方向により様々なイオンビームを形成することができる。さらに、中央部に空間を形成し、その空間の外側に複数のイオン源あるいはプラズマ源を隣接して配列することも可能であり、この場合、中央部の高密度化を避けることができる。
【００４５】
その上、イオン源あるいはプラズマ源の断面形状は、配列したときに実質的な照射面積が小さくならないように、即ち無駄な面積が極力少なくなるように、図２に示すような正方形状ないしは長方形状あるいは六角形状，三角形状など多角形状が望ましい。
【００４６】
（形態６）
また、多数のイオン源へのガス導入手段として、各イオン源毎にガス流量調整器を設けると、きわめて高価になる。そこで、高価なガス流量調整器を可能な限り小数とする。即ち、図１０に示すように、ボンベ３２にバルブ３３を介して設けられたガス流量調整手段としてのガス流量調整器３４と、各イオン源あるいはプラズマ源の入り口との間に、それぞれニードルバルブなどの安価なガスコンダクタンス調整手段３５を設ける。そして、各ガスコンダクタンス調整手段３５により個々のガス流量を調整し、コストダウンを図ることができる。
【００４７】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成されているので、つぎに記載する効果を奏する。
プラズマ室外形状、あるいはイオン引き出し電極形状またはプラズマ源形状を多角形状とすることにより、各イオン源あるいは各プラズマ源を隙間なく近接させることができ、デッドスペースを生じなく、大面積形状に対応でき、照射面積の有効化を図ることができる。さらに、個々のイオン源あるいはプラズマ源の構造を共通化することもでき、量産化効果により低価格化を図ることができる。しかも、共通化により予備として準備しておくことができ、故障時にも瞬時の交換が可能となる。
【００４８】
かつ、磁場発生手段を隣接するイオン源あるいはプラズマ源と共有することにより、より低価格化を図ることができる。
【００４９】
さらに、磁場発生手段としてイオン源あるいはプラズマ源に設けたコイルにより、プラズマ室内に形成される磁場の方向を、隣接するイオン源あるいはプラズマ源に設けられたコイルによって当該プラズマ室内に形成される磁場の方向と、反対方向にすることにより、隣接するイオン源のコイルによって生じる磁場を有効に利用することができ、このことにより、コイルへの通電に要する電源の容量低減によるコストダウン及びコイル巻き数の減少によるスペースの低減が可能になる。
【００５０】
また、逆に、前記磁場の方向を同一方向にすることにより、引き出し電極の近傍での磁場強度を小さくすることができ、引き出し電極の近傍への漏れ磁場によるビームの発散増加を抑えることができる。
【００５１】
その上、複数のイオン源あるいはプラズマ源のプラズマ室外形状、あるいはイオン引き出し電極形状またはプラズマ源形状を同一とすることにより、量産化ができ、コストを一層低下させることができる。
【００５２】
また、複数のイオン源あるいはプラズマ源の粒子線照射方向を外広がりにすることにより、低密度，大面積のイオンビームを形成することができ、また、照射方向を中央部寄りにすることにより、高密度，小面積のイオンビームを形成することができる。
【００５３】
さらに、中央部の空間の外側に複数のイオン源あるいはプラズマ源を隣接して配列することにより、照射面積の中央部への照射の集中を避けることができ、均一に照射することができる。
【００５４】
また、各イオン源あるいは各プラズマ源のイオン化ガス導入口と、ガス流量調整手段との間に、それぞれガスコンダクタンス調整手段を設けることにより、各イオン源あるいは各プラズマ源にそれぞれ高価なガス流量調整器を設ける必要がなく、１個のガス流量調整手段と複数個の安価なガスコンダクタンス調整手段とにより、個々のガス流量を調整でき、コストダウンを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の要部の断面図である。
【図２】Ａは図１のＳ−Ｓ’線断面図、Ｂは図１のＴ矢視図である。
【図３】Ａ，Ｂはそれぞれビームプロファイルの形状図である。
【図４】本発明の実施の形態２の要部の断面図である。
【図５】本発明の実施の形態３の要部の断面図である。
【図６】本発明の実施の形態４の要部の断面図である。
【図７】Ａ，Ｂはそれぞれ本発明の実施の形態５の要部の断面図である。
【図８】Ａ，Ｂはそれぞれ本発明の配列の例示図である。
【図９】Ａ，Ｂはそれぞれ本発明の照射方向の例示図である。
【図１０】本発明の実施の形態６の略線図である。
【図１１】従来例の概略図である。
【符号の説明】
１８    プラズマ室
１９    プラズマ
２３    引き出し電極
【図１】
0003550831.tif 000002
【図２】
0003550831.tif 000003
【図３】
0003550831.tif 000004
【図４】
0003550831.tif 000005
【図５】
0003550831.tif 000006
【図６】
0003550831.tif 000007
【図７】
0003550831.tif 000008
【図８】
0003550831.tif 000009
【図９】
0003550831.tif 000010
【図１０】
0003550831.tif 000011
【図１１】
0003550831.tif 000012