(57)【要約】      （修正有）【課題】集束イオン・ビーム・システム内で使用する誘導結合プラズマ・イオン源に電極を取外し可能に取り付けるためのシステムを提供する。【解決手段】集束イオン・ビーム・システム用の誘導結合プラズマ荷電粒子源２００は、源電極２０６が取外し可能に取り付けられたプラズマ反応室を含む。固定機構が、源電極をプラズマ反応室に接続し、熱伝導性の真空シールを形成することを可能にする。取外し可能な源電極を用いると、プラズマ源管の保守容易性の向上およびプラズマ源管の再使用が可能になる。【選択図】図２Ａ
2013137994.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘導結合プラズマ源に電極を取外し可能に取り付けるためのシステムであって、
反応室を有する誘導結合プラズマ源と、
前記反応室に付着させた界面層と、
前記界面層に付着された装着リングと、
前記装着リングに取り付けられた源電極と
を備え、前記界面層、前記装着リングおよび前記源電極の組合せが、前記反応室の取付け部分と前記源電極の間の熱伝導性シールを形成するシステム。
【請求項２】
前記界面層が金属の薄い層を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記金属が、モリブデン、マンガン、ニッケル、インジウム、アルミニウム、銀または金を含む、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記装着リングおよび前記源電極が、プラズマ環境に耐える金属であり、製造および動作中に受ける温度の範囲にわたって前記反応室の熱膨張率と両立できる熱膨張率を有する金属を含む、請求項１から３のいずれかに記載のシステム。
【請求項５】
前記装着リングまたは前記源電極がモリブデン、ニッケルまたはコバルトを含む、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記装着リングが、鑞付けによって前記界面層に付着された、請求項１から５のいずれかに記載のシステム。
【請求項７】
前記源電極が装着リングにプレスばめされた、請求項１から６のいずれかに記載のシステム。
【請求項８】
前記源電極が、１つまたは複数の固定具を使用して前記装着リングに取り付けられた、請求項１から６のいずれかに記載のシステム。
【請求項９】
前記１つまたは複数の固定具が、前記源電極の周囲に沿って配置された１つまたは複数のねじを含む、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記１つまたは複数の固定具が１つまたは複数のカムを含む、請求項８または請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記カムが、前記反応室のボディに装着された、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記固定具がバイオネット・カップリングを含む、請求項８に記載のシステム。
【請求項１３】
誘導結合プラズマ源に電極を取外し可能に取り付けるためのシステムであって、
源電極取付け部分を有する反応室を有する誘導結合プラズマ源と、
前記室に取外し可能に取り付けられた源電極と、
前記反応室と前記源電極の間または前記反応室と前記源電極が装着された構成要素との間に、真空シールが形成された熱伝導性の接合部を提供する、前記反応室の表面の界面層と
を備えるシステム。
【請求項１４】
前記界面層が軟らかい金属の層を含む、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記界面層が多層金属層を含む、請求項１３または請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記多層金属層の第１の層が、前記反応室に結合する材料を含み、前記多層金属層の第２の層が、前記源電極が取り付けられた装着リングに結合する材料を含む、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記界面層が、モリブデン、マンガン、ニッケル、インジウム、アルミニウム、銀または金を含む、請求項１から１６のいずれかに記載のシステム。
【請求項１８】
誘導結合プラズマ源に電極を取外し可能に取り付けるための方法であって、
前記源電極または前記源電極が取り付けられた構成要素が装着される一部分の表面に界面層を有する反応室を有する誘導結合プラズマ源を用意するステップと、
前記プラズマ源に前記源電極を取外し可能に取り付けるステップと、を含み、前記界面層が、前記反応室と前記源電極の間または前記反応室と前記源電極が取り付けられた構成要素との間に、真空シールが形成された熱伝導性の接合部を提供する方法。
【請求項１９】
界面層を有する反応室を有する誘導結合プラズマ源を用意する前記ステップが、前記界面層に装着リングを取り付けるステップを含み、前記プラズマ源に前記源電極を取外し可能に取り付ける前記ステップが、前記装着リングに前記源電極を取外し可能に取り付けるステップを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記装着リングから前記源電極を取り外すステップと、前記装着リングに第２の源電極を取り付けるステップとをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記装着リングに前記源電極を取外し可能に取り付ける前記ステップが、固定具を使用して、前記装着リングに前記源電極を取外し可能に取り付けるステップを含む、請求項１９または請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記装着リングに前記源電極を取外し可能に取り付ける前記ステップが、前記装着リングに前記源電極をプレスばめするステップを含む、請求項１９または請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記装着リングが、鑞付けによって前記界面層に取り付けられる、請求項１９から２２のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、集束荷電粒子ビーム・システム内で使用される誘導結合プラズマ荷電粒子源に関し、より具体的には、取外し可能な源電極を有するプラズマ・イオン源に関する。
【背景技術】
【０００２】
誘導結合プラズマ（ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  ｃｏｕｐｌｅｄ  ｐｌａｓｍａ）（ＩＣＰ）源は、荷電粒子の集束ビーム、すなわちイオンまたは電子の集束ビームを形成するために集束カラムとともに使用されたときに、他のタイプのプラズマ源にはない利点を有する。本発明の譲受人に譲渡されたＫｅｌｌｅｒ他の「Ｍａｇｎｅｔｉｃａｌｌｙ  Ｅｎｈａｎｃｅｄ，Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ  Ｓｏｕｒｃｅ  ｆｏｒ  ａ  Ｆｏｃｕｓｅｄ  Ｉｏｎ  Ｂｅａｍ  Ｓｙｓｔｅｍ」という名称の米国特許第７，２４１，３６１号に記載されている誘導結合プラズマ源などの誘導結合プラズマ源は、幅の狭いエネルギー範囲内の荷電粒子を供給し、それにより色収差を低減させ、荷電粒子を小さなスポットに集束させることを可能にすることができる。
【０００３】
誘導結合プラズマ・システムから引き出された荷電粒子は、プラズマ反応室の１つの境界壁内に位置する小さな穴（直径約０．２ｍｍ）から出てくる。この特定の壁は一般に金属であり、「ソース」電極と呼ばれる。しかしながら、反応室の周囲に磁場の分路が形成されないように、室壁の大部分は、セラミック、石英などの絶縁材料から製作される。
【０００４】
現在のＩＣＰイオン源では源電極が固着されており、装着後に取り外すことができない。取付け方法は一般に、源管の下部開口内に源電極を接着する（エポキシ樹脂で接着する）方法である。第１のステップで、源管の源電極を接着する位置に薄い金属層を直接に付着させる。次いで、精確に位置決めされた取付け具の助けを借りて、この金属化層（ｍｅｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ  ｌａｙｅｒ）に源電極を接着する。接着剤は真空シールを形成し、接着剤はプラズマ反応室内には接していない。
【０００５】
一部の動作モードではプラズマがエポキシ樹脂を劣化させ、それにより動作上の重大な問題が生じることが分かっている。そのような１つの問題は、エポキシ樹脂によってプラズマ源が汚染されることであり、これは、エポキシ樹脂から反応室の側壁への炭素の再分配につながり、それによって反応室の周囲にエネルギーの誘導結合の分路が形成される。源管の使用によって源管が一旦汚染されると、源管を洗浄することはできず、その源管は廃棄しなければならない。源管の交換費用はＩＣＰ源を動作させる費用を増大させる。他の問題は、プラズマ衝撃および渦電流加熱よる源電極温度の上昇によってエポキシ樹脂が加熱されることによって生じる。このエポキシ樹脂の加熱が能動冷却によって十分に補償されない場合には、エポキシ樹脂が熱分解し、エポキシ樹脂の結合が破壊されることがある。他の問題は、エポキシ樹脂シールが開くことにより、源管とＦＩＢカラムの間の真空シールの漏れが生じることであり、それにより達成可能な源管内のガス圧が低下し、これは、イオン発生の低下につながる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第７，２４１，３６１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、集束イオン・ビーム・システム内で使用する誘導結合プラズマ・イオン源に電極を取外し可能に取り付けるためのシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の実施形態は、集束イオン・ビーム・システム内で使用されるプラズマ反応室に源電極を取外し可能に取り付けるためのシステムおよび方法を提供する。プラズマ室に取外し可能に取り付けることができるこの源電極は、好ましいことに、密封性が高く真空を維持し、熱伝導性であり、精確に位置決めされており、強い電場の中でも頑丈（ｒｏｂｕｓｔ）であり、再構成および保守のために容易に取り外せる。
【０００９】
以上では、以下の本発明の詳細な説明をより十分に理解できるように、本発明の特徴および技術上の利点をかなり広く概説した。以下では、本発明の追加の特徴および利点を説明する。開示される着想および特定の実施形態を、本発明の同じ目的を達成するために他の構造を変更しまたは設計するベースとして容易に利用することができることを当業者は理解すべきである。さらに、このような等価の構造は、添付の特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨および範囲を逸脱しないことを当業者は理解すべきである。
【００１０】
次に、本発明および本発明の利点のより完全な理解のため、添付図面に関して書かれた以下の説明を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１Ａ】源電極が源内にプレスばめされた、誘導結合プラズマ荷電粒子源の一部分の断面図である。この断面の平面内の特徴物を見やすくするため、いくつかある背景の線は省略されている。
【図１Ｂ】図１Ａの切断線Ａ−Ａから見た断面図である。
【図２Ａ】ねじクランプによって源電極が源に取り付けられた、誘導結合プラズマ荷電粒子源の一部分の断面図である。この断面の平面内の特徴物を見やすくするため、いくつかある背景の線は省略されている。
【図２Ｂ】図２Ａの切断線Ｂ−Ｂから見た断面図である。
【図３Ａ】カム・クランプによって源電極が源に取り付けられた、誘導結合プラズマ荷電粒子源の一部分の断面図である。この断面の平面内の特徴物を見やすくするため、いくつかある背景の線は省略されている。
【図３Ｂ】図３Ａの切断線Ｃ−Ｃから見た断面図である。
【図４Ａ】ねじによって源電極が保持された、誘導結合プラズマ荷電粒子源の一部分の断面図である。この断面の平面内の特徴物を見やすくするため、いくつかある背景の線は省略されている。
【図４Ｂ】図４Ａの切断線Ｄ−Ｄから見た断面図である。
【図５Ａ】プラズマ室内からねじによって源電極が源に取り付けられた、誘導結合プラズマ荷電粒子源の一部分の断面図である。この断面の平面内の特徴物を見やすくするため、いくつかある背景の線は省略されている。
【図５Ｂ】図５Ａの切断線Ｅ−Ｅから見た断面図である。
【図６Ａ】バイアス・ピン（ｂｉａｓｉｎｇ  ｐｉｎ）によって源電極が源に取り付けられた、誘導結合プラズマ荷電粒子源の一部分の断面図である。この断面の平面内の特徴物を見やすくするため、いくつかある背景の線は省略されている。
【図６Ｂ】図６Ａの切断線Ｆ−Ｆから見た断面図である。
【図７】取外し可能な源電極を製作し使用する方法を示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明のさまざまな実施形態は、ＩＣＰ荷電粒子源内に源電極を装着するいくつかの装着方法を含む。源電極は、プラズマに高電圧を印加すること（この高電圧は、加工物の位置におけるイオンまたは電子のエネルギーを決定する）、プラズマの発生を可能にするのに十分な反応室内の圧力レベルを維持し、同時に源の下方のＦＩＢカラムまたは電子カラム内を高真空に維持するためのポンピング・バリヤ（ｐｕｍｐｉｎｇ  ｂａｒｒｉｅｒ）を提供すること、および集束カラム内の最初のレンズの最初の要素の役目を果たすことを含む、いくつかの機能をプラズマ源内で実行する。集束カラム内の最初のレンズの最初の要素の役目を果たすためには、引出し電極に対する同心度（ｃｏｎｃｅｎｔｒｉｃｉｔｙ）および平行度（ｐａｒａｌｌｅｌｉｓｍ）を維持してレンズ歪みを防ぐために、高い位置決め精度が必要である。
【００１３】
源電極と反応室の残りの部分との間の接合部は以下の要件を満たすべきである：反応室とその下流の容積との間の最大圧力差を維持することができるように、この接合部は、真空シールを形成しなければならず；源電極は、プラズマおよび誘導結合性の渦電流から熱を吸収し、反応室はヒート・シンクの働きをするため、この接合部は、可能な限り効率的に熱を伝導しなければならず；プラズマ放電と接触する場合でも、この接合部は、頑丈であり続けなければならず；高性能のイオン・ビームを保証するため、この接合部は、位置と向きの両方に関して源電極を精確に配置しなければならず；源電極と異なる電位にある近くの部品との間の高電圧場にもかかわらず、この接合部は、アーク放電を防ぐために安定であり続けなければならない。
【００１４】
プラズマに高電圧を印加するためには、源電極への電気接続を提供する必要がある。ポンピング・バリヤを提供するためには、装着方法が、源電極の取付け後に良好な真空シールを維持する必要がある。レンズの最初の要素の役目を果たすためには、装着システムが、集束カラムに対する良好な同心度および平行度を維持する必要がある。
【００１５】
源電極系は、プラズマ室の苛酷な環境と両立できる、モリブデン、Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ  Ｃ２０００などのニッケル基超合金等の材料からなることが好ましい。プラズマ室の温度は高い動作温度と室温の間を上下するため、源電極系はさらに、セラミック製または石英製のプラズマ室の熱膨張率と両立できる熱膨張率を有していなければならない。用語「両立できる（ｃｏｍｐａｔｉｂｌｅ）」は、製造中および動作中に遭遇する温度範囲全体にわたって、個々の構成要素もアセンブリも、損傷を受けたりまたは弱められたりしないことを意味する。苛酷な環境と両立できる多くの材料は、セラミックとの熱膨張率の整合が良好ではなく、このことが電極取付けシステムの設計を難しくしている。
【００１６】
本発明のさまざまな実施形態はこの問題を解決し、プラズマ反応室に源電極を取り付ける複数の手段を含む。この取付けは、密封性が高く真空を維持し、熱伝導性であり、精確に位置決めされており、強い電場の中でも安定であり、再構成のために容易に取り外せる。本発明のいくつかの実施形態では、絶縁反応室の取付け部分の表面、すなわち源電極に面する部分が、一般に金属の薄い界面層でコーティングされている。一実施形態では、反応室がアルミナ・セラミック製であり、界面層が、ツー・ステップ工程によって形成された金属化層である。最初のステップは、モリブデン−マンガン層を焼結させてセラミックにするステップであり、第２のステップは、最初の層の上にニッケルを電気化学めっきまたは機械めっきするステップである。このニッケル層は、この薄い金属層に鑞付けされたリングに対して適当な機械的な付着を提供する。さらに、この薄い金属層によって、源電極領域の外側の電場が真空室から追い出され、絶縁側壁内へ入る。基層に対してモリブデン−マンガンが好ましいのは、高温焼成工程の後、モリブデンは、アルミナ内へある程度拡散し、それによってアルミナ表面との優れた共形の結合を保証するためである。本発明は特定の材料に限定されない。本明細書に記載された例およびガイダンスに基づいて、各種構成要素および界面層に対する代替材料を選択することができる。この界面層に金属装着リングを鑞付けし、または他の方法で恒久的に付着させ、次いでこの金属装着リングに源電極を好ましくは取外し可能に取り付ける。いくつかの実施形態では、装着リングの柔軟性を高め、リングと反応室の側壁の熱膨張の差をより都合よく適応するため、装着リングが、ベローズ（ｂｅｌｌｏｗｓ）などの可撓性の領域を含む。源電極は、プラズマおよび誘導結合性の渦電流から熱を吸収するため、上記のどの実施形態でも、装着リングと室の取付け部分の間または源電極と室の取付け部分の間の接触界面または接合部は熱伝導性であることが好ましい。
【００１７】
図１Ａは、誘導結合プラズマ荷電粒子源１００の一部分を含む本発明の一実施形態の側断面図であり、この実施形態では、源アセンブリにプレスばめすることによって源電極が取り付けられる。絶縁源室１０２の装着タブ部分１２４に対して一般に鑞付けまたは接着によって装着リング１０４が固着された絶縁源室１０２が示されている。室のこの固着面は、電極系を取り巻く大きな電場を処理するため、薄い金属化層１２２を有する。装着リング１０４には、装着リング１０４の内径にプレスばめすることによって源電極１０６が取外し可能に取り付けられており、このプレスばめは真空シールを形成する。源電極１０６のプラズマに面する面は、プラズマの腐食性に耐える金属を含むことが好ましい。例えば、Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ  Ｃ２０００などのニッケル基超合金は酸素プラズマの強い腐食効果に耐え、したがって容易に酸化する材料よりも長期にわたってその性能を維持する。装着リング１０４が付着する反応室の壁の取付け部分の表面の接触界面層は例えば、モリブデン−マンガンで金属化され、ニッケルでさらにコーティングされた界面層であることが好ましい。他の実施形態では、界面層が、金、インジウム、アルミニウムなどの軟らかい金属を含む。源電極は、プラズマおよび誘導結合性の渦電流から熱を吸収するため、この接触界面は熱伝導性であることが好ましい。
【００１８】
例えば源管１０２内のプラズマによる腐食または壊食（ｅｒｏｓｉｏｎ）によって源電極１０６が損傷した場合には、装着リング１０４から源電極１０６を取り外すことによってＩＣＰ源１００を修理することができる。源管１０２は一般に高価な精密構成要素であり、したがって源電極１０６の交換が必要な場合でも源管１０２を再使用することができることが望ましいため、源電極１０６を取り外すことができることは有益である。源電極１０６への電気接続は、源接触電極１１２が、複数の接続ピン１１０（１本の接続ピンが示されている）によって提供する。接続ピン１１０は、図示されているように、源接触電極１１２から上方へ突き出し、源電極１０６の下面を押す。源電極の下方には、源引出し電極１１４の上部が示されている。源電極１０６の穴１０８は、源電極１０６と源引出し電極１１４の間の電場によって源管１０２の内部からイオン・ビームが引き出されることを可能にする。この電場はさらに、ＩＣＰイオン源１００が発生させたイオン・ビームに対する最初の集束レンズの電場の一部を構成する。この最初の集束レンズを最適に動作させるためには、穴１０８と穴１２０の間の同心度を、最大でも穴１０８の直径の４％以内に維持すべきである。図１Ｂは、図１Ａの切断線Ａ−Ａ  １５０から源電極の底を上向きに見た図を示す。
【００１９】
図２Ａは、誘導結合プラズマ荷電粒子源２００の一部分を含む本発明の好ましい一実施形態の側断面図であり、この実施形態では、ねじクランプ型の固定機構が源電極を取外し可能に固定する。絶縁源室２０２の装着タブ部分２２４に対して一般に鑞付けまたは接着によって装着リング２０４が固着された絶縁源管２０２が示されている。室のこの固着面は、電極系を取り巻く大きな電場を処理するため、薄い金属化層２２２を有する。装着リング２０４には源電極２０６が取外し可能に取り付けられており、この取付けは、複数の装着ねじ２１６、ボルトまたは類似の固定具を装着リング２０４に差し込み、源電極２０６の外縁を締め付け、源電極を押して装着リングと密着させ、真空シールを形成することによって達成される。装着リング２０４は、源管２０２と熱的に両立できる金属を含むことが好ましい。源電極２０６のプラズマに面する面は、プラズマの腐食性に耐える金属を含むことが好ましい。プラズマ源１００の構成要素を製作するための材料は、プラズマ源２００の構成要素および後述する他のプラズマ源の構成要素を製作する目的にも適している。図１Ａの実施形態１００の費用および保守性（ｍａｉｎｔａｉｎａｂｉｌｉｔｙ）に関する考慮と同じ考慮がこの実施形態にも適用される。源電極２０６への電気接続は、源接触電極２１２が、複数の接続ピン２１０（１本の接続ピンが示されている）によって提供する。接続ピン２１０は、図示されているように、源接触電極２１２から上方へ突き出し、源電極２０６の下面を押す。源電極の下方には、源引出し電極２１４の上部が示されている。源電極２０６の穴２０８は、源電極２０６と源引出し電極２１４の間の電場によって源管２０２の内部からイオン・ビームが引き出されることを可能にする。この電場はさらに、ＩＣＰイオン源２００が発生させたイオン・ビームに対する最初の集束レンズの一部を構成する。この最初の集束レンズを最適に動作させるためには、穴２０８と穴２２０の間の同心度を、最大でも穴２０８の直径の４％以内に維持すべきである。図２Ｂは、図２Ａの切断線Ｂ−Ｂ  ２５０から源電極の底を上向きに見た図を示す。
【００２０】
図３Ａは、カム・クランプ型の固定機構を使用して源電極を取外し可能に取り付ける、誘導結合プラズマ荷電粒子源３００の一部分を含む本発明の好ましい一実施形態の側断面図である。プラズマ室の取付け部分の周囲に沿って複数のカム固定具３１６が配置されている。それらのカムは、室の壁の取付け部分の保持タブ３２４の下方の室の外側に装着されている。六角ヘッドまたはソケット・ヘッドのねじ、ボルトまたは類似の固定具が、取付け部分の壁にカムを取り付ける。カムをしっかりと締めると、源電極が押されて室と密着し、真空シールを形成する。いくつかの実施形態では、源電極の精確な位置決めおよびアライメントが、固定機構のカムを調整することによって達成される。一般に鑞付けまたは接着によって装着リング３０４が固着された絶縁源管３０２が示されている。室のこの固着面は、電極系を取り巻く大きな電場を処理するため、薄い金属化層３２２を有する。装着リング３０４には源電極３０６が取外し可能に取り付けられており、この取付けは、図示のように、複数の装着カム３１６を装着リング３０４に差し込み、源電極３０６の外縁を締め付けることによって達成される。源電極３０６を締め付けないように回転させたカム３１８が示されている。この同じ位置にカム３１６を回転させれば、装着リング３０４から源電極３０６を取り外すことができることになる。図１Ａの第１の実施形態１００の材料、費用および保守性に関する考慮と同じ考慮がこの実施形態にも適用される。源電極３０６への電気接続は、源接触電極３１２が、複数の接続ピン３１０（１本の接続ピンが示されている）によって提供する。接続ピン３１０は、図示されているように、源接触電極３１２から上方へ突き出し、源電極３０６の下面を押す。源電極３０６の下方には、源引出し電極３１４の上部が示されている。源電極３０６の穴３０８は、源電極３０６と源引出し電極３１４の間の電場によって源管３０２の内部からイオン・ビームが引き出されることを可能にする。この電場はさらに、ＩＣＰイオン源３００が発生させたイオン・ビームに対する最初の集束レンズの一部を構成する。この最初の集束レンズを最適に動作させるためには、穴３０８と穴３２０の間の同心度を、最大でも穴３０８の直径の４％以内に維持すべきである。図３Ｂは、図３Ａの切断線Ｃ−Ｃ  ３５０から源電極の底を上向きに見た図を示す。
【００２１】
図４Ａは、誘導結合プラズマ荷電粒子源４００の一部分を含む本発明の好ましい一実施形態の側断面図であり、この実施形態では、スクリューイン（ｓｃｒｅｗ−ｉｎ）固定機構を使用して源電極が源４００に取外し可能に取り付けられる。管４０２の装着タブ４２４のところに一般に鑞付けまたは接着によって装着リング４０４が固着された絶縁源管４０２が示されている。室のこの固着面は、電極系を取り巻く大きな電場を処理するため、薄い金属化層４２２を有する。装着リング４０４には、複数の装着ねじ４１６によって源電極４０６が取外し可能に取り付けられている。ねじ４１６は、（ねじ２１６とは違い）源電極を貫通するように源電極に通され、ねじをしっかりと締めると源電極が押されて装着リング４０４と密着し真空シールを形成するような態様で、装着リング４０４に差し込まれる。装着リング４０４は、源管４０２と熱的に両立できる金属を含むことが好ましい。源電極４０６のプラズマに面する面は、プラズマの腐食性に耐える金属を含むことが好ましい。いくつかの実施形態では、装着リング４０４が付着する反応室の壁の取付け部分の表面の接触界面が、金、インジウム、アルミニウムなどの軟らかい金属で金属化されている。源電極は、プラズマおよび誘導結合性の渦電流から熱を吸収するため、この接触界面は熱伝導性であることが好ましい。図１Ａの第１の実施形態１００の材料、費用および保守性に関する考慮と同じ考慮がこの実施形態にも適用される。源電極４０６への電気接続は、源接触電極４１２が、複数の接続ピン４１０（１本の接続ピンが示されている）によって提供する。接続ピン４１０は、図示されているように、源接触電極４１２から上方へ突き出し、源電極４０６の下面を押す。源電極の下方には、源引出し電極４１４の上部が示されている。源電極４０６の穴４０８は、源電極４０６と源引出し電極４１４の間の電場によって源管４０２の内部からイオン・ビームが引き出されることを可能にする。この電場はさらに、ＩＣＰイオン源４００が発生させたイオン・ビームに対する最初の集束レンズの一部を構成する。この最初の集束レンズを最適に動作させるためには、穴４０８と穴４２０の間の同心度を、最大でも穴４０８の直径の４％以内に維持すべきである。図４Ｂは、図４Ａの切断線Ｄ−Ｄ  ４５０から源電極の底を上向きに見た図を示す。
【００２２】
図５Ａは、誘導結合プラズマ荷電粒子源５００の一部分を含む本発明の一実施形態の側断面図であり、この実施形態では、室内スクリューイン固定機構によって源電極が源に取り付けられる。絶縁源室５０２の装着タブ部分５２４に対して一般に鑞付けまたは接着によって装着リング５０４が固着された絶縁源管５０２が示されている。室のこの固着面は、電極系を取り巻く大きな電場を処理するため、薄い金属化層５２２を有する。装着リング５０４には源電極５０６が取外し可能に取り付けられており、この取付けは、図示のように、複数の装着ねじ５１６を装着リング５０４のクリアランス・ホール（ｃｌｅａｒａｎｃｅ  ｈｏｌｅ）に通し、次いで源電極５０６の外縁のねじ穴にねじ込むことによって達成される。図１Ａの第１の実施形態１００の費用および保守性に関する考慮と同じ考慮がこの実施形態にも適用される。源電極５０６への電気接続は、源接触電極５１２が、複数の接続ピン５１０（１本の接続ピンが示されている）によって提供する。接続ピン５１０は、図示されているように、源接触電極５１２から上方へ突き出し、源電極５０６の下面を押す。源電極の下方には、源引出し電極５１４の上部が示されている。源電極５０６の穴５０８は、源電極５０６と源引出し電極５１４の間の電場によって源管５０２の内部からイオン・ビームが引き出されることを可能にする。この電場はさらに、ＩＣＰイオン源５００が発生させたイオン・ビームに対する最初の集束レンズの一部を構成する。この最初の集束レンズを最適に動作させるためには、穴５０８と穴５２０の間の同心度を、最大でも穴５０８の直径の４％以内に維持すべきである。図５Ｂは、図５Ａの切断線Ｅ−Ｅ  ５５０から源電極の底を上向きに見た図を示す。
【００２３】
図６Ａは、誘導結合プラズマ荷電粒子源６００の一部分を含む本発明の一実施形態の側断面図であり、この実施形態では、ピン固定機構を使用して源電極がプラズマ源に固定される。半径方向内側へ装着ステップ６０４が突き出た絶縁源管６０２が示されており、装着ステップ６０４は、電極系を取り巻く大きな電場を処理するため、薄い金属化層６２２を有する。装着ステップ６０４に対して、源電極６０６が、複数の接続／装着ピン６１０によって垂直上向きに取外し可能に押し付けられている。１本のピン６１０が示されており、この断面図の平面よりも後方の２本のピンは、図を見やすくするため省略されている。源電極６０６への電気接続は、源接触電極６１２が、接続／装着ピン６１０によって提供する。接続／装着ピン６１０は、図示されているように、源接触電極６１２から上方へ突き出し、源電極６０６の下面を押す。ピン６１０は例えばばねもしくは他の機構によって源電極に押し付けることができ、または、源電極６０６にピン６１０を押し付けて源電極６０６をその場に保持するように、源接触電極６１２の位置を調整することができる。この実施形態では、装着ステップ６０２の金属化層に源電極が直接に押し付けられるため装着リングが不要だが、装着リングを使用することもできる。源電極の下方には、源引出し電極６１４の上部が示されている。源電極６０６の穴６０８は、源電極６０６と源引出し電極６１４の間の電場によって源管６０２の内部からイオン・ビームが引き出されることを可能にする。この電場はさらに、ＩＣＰイオン源６００が発生させたイオン・ビームに対する最初の集束レンズの一部を構成する。この最初の集束レンズを最適に動作させるためには、穴６０８と穴６２０の間の同心度を、最大でも穴６０８の直径の４％以内に維持すべきである。図１Ａの第１の実施形態１００の費用および保守性に関する考慮と同じ考慮がこの実施形態にも適用される。図６Ｂは、図６Ａの切断線Ｆ−Ｆ  ６５０から源電極の底を上向きに見た図を示す。
【００２４】
他の実施形態では、バイオネット・カップリング（ｂａｙｏｎｅｔ  ｃｏｕｐｌｉｎｇ）を使用してプラズマ室の源取付け部分に源電極が取り付けられる。室の取付け部分の壁の対合溝への挿入を可能にする複数の外タブが、円筒形の源電極の周囲に沿って配置される。これらの源電極のタブを対合溝に挿入した後、源電極を回転させると、タブは溝に沿って進み、その結果、源電極は押されて室と密着し、真空シールを形成する。あるいは、源電極をバイオネット方式で取り付けるための対合溝を、反応室の取付け部分に固着された装着リングが有する。源電極と室の取付け部分との間の接触界面または接合部は、他の実施形態に関して上で説明したとおりに金属化されていることが好ましい。源電極は、プラズマおよび誘導結合性の渦電流から熱を吸収するため、この接触界面は熱伝導性であることが好ましい。
【００２５】
以上の実施形態では、必要に応じて源電極を取り外し、交換することができる。源電極を取り外すには、固定機構をゆるめて取り外すか、または固定具を使用せず源電極を単に押し込んだだけの場合には源電極を強制的に押し出す。このようにして源電極を取り外せば、プラズマ源管を洗浄し、再使用することができる。
【００２６】
図７は、交換可能な源電極を有するプラズマ・システムを製作し使用する方法を示す流れ図である。ステップ７０２で、好ましくはセラミック製または石英製の絶縁プラズマ室を用意する。ステップ７０４で、プラズマ室の接触部分を、ニッケル、モリブデン−マンガン、インジウム、アルミニウムなどの薄い金属層でコーティングする。このコーティングは、例えば金属化層を形成する焼結、塗付けまたは電気めっきによって付着させることができる。前述のツー・ステップ金属化工程などの多ステップ工程を使用して、異なる金属の多層コーティングを付着させることができる。任意選択のステップ７０６で、この薄い金属に、好ましくはモリブデンまたはニッケル基超合金の金属装着リングを、例えば鑞付けまたは接着によって恒久的に取り付ける。図６Ａおよび６Ｂに示した実施形態などいくつかの実施形態では、金属リングが不要である。ステップ７０８では、任意選択で、室−装着リング・アセンブリをさらに機械加工して、源電極を装着する装着面を、集束カラム内でのレンズ歪みを防ぐのに適当な機械的な公差で形成する。このような公差は例えば、源電極上の傾斜が最大０．０５度であることを保証する。いくつかの実施形態では、リングを精確に整列させる取付け具を使用してリングが取り付けられ、そのため取付け後の機械加工が不要である。装着リングを精確な位置および向きに配置すると、リング内に源電極を取り付けたときに、源電極も精確な位置および向きに配置される。ステップ７１０で、装着リング内に源電極を固定する。いくつかの実施形態では、源電極をリングにプレスばめする。いくつかの実施形態では、源電極を取り外すために容易に緩めることができる固定具を使用して源電極を固定する。ステップ７１２で、プラズマ源を動作させる。ステップ７０４から７１０は、プラズマ荷電粒子源内にプラズマ室を装着する前に実行されることが理解される。
【００２７】
判断ブロック７１４で、源電極を交換する必要があると判定されたとき、またはプラズマ管を開いてプラズマ管を洗浄する必要があるときには、ステップ７１６で固定具または他の取付け手段を緩め、ステップ７１８で源電極を取り外す。この方法をステップ７０８から再び開始し、金属リング内に新しい源電極を配置し、固定し、プラズマ源を動作させる。源電極は、プラズマ源アセンブリからプラズマ室を取り外すことなく交換することができることが好ましい。
【００２８】
本発明のいくつかの実施形態によれば、誘導結合プラズマ源に電極を取外し可能に取り付けるためのシステムは、反応室を有する誘導結合プラズマ源と、反応室に付着させた界面層と、界面層に付着された装着リングと、装着リングに取り付けられた源電極とを備え、界面層、装着リングおよび源電極の組合せが、反応室の取付け部分と源電極の間の熱伝導性シールを形成する。
【００２９】
いくつかの実施形態では、界面層が金属の薄い層を含む。いくつかの実施形態では、この金属が、モリブデン、マンガン、ニッケル、インジウム、アルミニウム、銀または金を含む。
【００３０】
いくつかの実施形態では、装着リングおよび源電極が、プラズマ環境に耐える金属であり、製造および動作中に受ける温度の範囲にわたって反応室の熱膨張率と両立できる熱膨張率を有する金属を含む。いくつかの実施形態では、装着リングまたは源電極がモリブデン、ニッケルまたはコバルトを含む。いくつかの実施形態では、装着リングが、鑞付けによって界面層に付着されている。
【００３１】
いくつかの実施形態では、源電極が装着リングにプレスばめされている。いくつかの実施形態では、源電極が、１つまたは複数の固定具を使用して装着リングに取り付けられている。いくつかの実施形態では、この固定具がバイオネット・カップリングを含む。いくつかの実施形態では、１つまたは複数の固定具が、源電極の周囲に沿って配置された１つまたは複数のねじを含む。いくつかの実施形態では、１つまたは複数の固定具が１つまたは複数のカムを含む。いくつかの実施形態では、このカムが、反応室のボディに装着されている。
【００３２】
本発明のいくつかの実施形態によれば、誘導結合プラズマ源に電極を取外し可能に取り付けるためのシステムは、源電極取付け部分を有する反応室を有する誘導結合プラズマ源と、反応室に取外し可能に取り付けられた源電極と、反応室と源電極の間または反応室と源電極が装着された構成要素との間に、真空シールが形成された熱伝導性の接合部を提供する、反応室の表面の界面層とを備える。
【００３３】
いくつかの実施形態では、界面層が軟らかい金属の層を含む。いくつかの実施形態では、界面層が多層金属層を含む。いくつかの実施形態では、界面層が、モリブデン、マンガン、ニッケル、インジウム、アルミニウム、銀または金を含む。いくつかの実施形態では、多層金属層の第１の層が、反応室に接着する材料を含み、多層金属層の第２の層が、源電極が取り付けられた装着リングに接着する材料を含む。
【００３４】
本発明のいくつかの実施形態によれば、誘導結合プラズマ源に電極を取外し可能に取り付けるための方法は、反応室を有する誘導結合プラズマ源を用意するステップであり、反応室が、源電極または源電極が取り付けられた構成要素が装着される反応室の一部分の表面に界面層を有する、ステップと、プラズマ源に源電極を取外し可能に取り付けるステップであり、界面層が、反応室と源電極の間または反応室と源電極が取り付けられた構成要素との間に、真空シールが形成された熱伝導性の接合部を提供する、ステップとを含む。
【００３５】
いくつかの実施形態では、界面層を有する反応室を有する誘導結合プラズマ源を用意するステップが、界面層に装着リングを取り付けるステップを含み、プラズマ源に源電極を取外し可能に取り付けるステップが、装着リングに源電極を取外し可能に取り付けるステップを含む。いくつかの実施形態では、この方法が、装着リングから源電極を取り外すステップと、装着リングに第２の源電極を取り付けるステップとをさらに含む。
【００３６】
いくつかの実施形態では、装着リングに源電極を取外し可能に取り付けるステップが、固定具を使用して、装着リングに源電極を取外し可能に取り付けるステップを含む。いくつかの実施形態では、装着リングに源電極を取外し可能に取り付けるステップが、装着リングに源電極をプレスばめするステップを含む。いくつかの実施形態では、装着リングが、鑞付けによって界面層に取り付けられる。
【００３７】
本発明および本発明の利点を詳細に説明したが、添付の特許請求の範囲によって定義された本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、本明細書に、さまざまな変更、置換および改変を加えることができることを理解すべきである。さらに、本出願の範囲が、本明細書に記載されたプロセス、機械、製造、組成物、手段、方法およびステップの特定の実施形態に限定されることは意図されていない。当業者なら本発明の開示から容易に理解するように、本明細書に記載された対応する実施形態と実質的に同じ機能を実行し、または実質的に同じ結果を達成する既存のまたは今後開発されるプロセス、機械、製造、組成物、手段、方法またはステップを、本発明に従って利用することができる。したがって、添付の特許請求の範囲は、その範囲内に、このようなプロセス、機械、製造、組成物、手段、方法またはステップを含むことが意図されている。
【符号の説明】
【００３８】
１００  誘導結合プラズマ荷電粒子源
１０２  絶縁源室
１０４  装着リング
１０６  源電極
１１０  接続ピン
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【外国語明細書】
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2013137994000002.pdf
2013137994000003.pdf
2013137994000004.pdf