(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマを生成するプラズマソース部と、このプラズマからイオンビームを引き出す引出し電極系とを備え、かつこの引出し電極系が、多数のイオン引き出し用の電極孔を互いに対応する位置に有する４枚の多孔電極であって、最プラズマ側に配置されていて接地電位を基準にして正の電圧が印加されるプラズマ電極と、このプラズマ電極のすぐ下流側に配置されていて当該プラズマ電極の電位を基準にして負の電圧が印加される引出し電極と、この引出し電極のすぐ下流側に配置されていて接地電位を基準にして負の電圧が印加される抑制電極と、この抑制電極のすぐ下流側に配置されていて接地電位にされる接地電極とを有するイオン源において、前記引出し電極の電極孔形成領域を取り囲む外周部に、当該引出し電極の電極孔と実質的に同じ大きさの孔であって、プラズマ電極において対応する電極孔が存在しないダミー孔を設けたことを特徴とするイオン源。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば、ターゲットにイオンビームを照射してイオン注入を行うイオン注入装置、ターゲットに質量分離を行うことなくイオンビームを照射してイオン注入を行うイオンドーピング装置（非質量分離型のイオン注入装置）、ターゲットにイオンビームを照射してエッチングを施すイオンビームエッチング装置、ターゲットにイオンビームを照射するイオンビーム照射装置等に用いられるイオン源に関し、より具体的には、それから引き出すイオンビームの均一性を向上させる手段に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のイオン源の従来例をその電源と共に図６に示す。なお、これと同様のイオン源が、例えば特開平９−１６１７０４号公報に開示されている。
【０００３】
このイオン源２は、この例では高周波イオン源であり、イオン源ガス１０が導入されそれを高周波放電によって電離させてプラズマ１４を生成するプラズマソース部４と、このプラズマソース部４の出口付近に設けられていて、プラズマソース部４内のプラズマ１４から電界の作用でイオンビーム２８を引き出す引出し電極系２０とを備えている。このイオン源２は、プラズマソース部４内にプラズマ閉じ込め用のカスプ磁場を形成する複数の永久磁石１２を有しているので、バケット型イオン源とも呼ばれる。
【０００４】
プラズマソース部４は、側壁６ａと、それに絶縁物８を介して取り付けられた背面板６ｂとを有するプラズマ生成容器６を備えており、その内部に上記イオン源ガス１０が導入される。また、この例では側壁６ａおよび背面板６ｂがそれぞれ電極（放電電極）を兼ねており、両者６ａ、６ｂ間に、高周波電源１６から整合回路１８を介して、例えば１３．５６ＭＨｚまたは１００ＭＨｚの周波数の高周波電力が供給される。もっともプラズマソース部４は、高周波放電形以外のもの、例えば熱電子発生用のフィラメントとプラズマ生成容器６との間でアーク放電を起こさせてプラズマ１４を生成するフィラメントカソード形の場合もある。
【０００５】
引出し電極系２０は、多数のイオン引き出し用の電極孔２１ａ〜２４ａを互いに対応する位置に有する４枚の多孔電極を有している。
【０００６】
プラズマ電極２１は、最プラズマ側（最上流側）に配置されていて、引き出すイオンビーム２８のエネルギーを決める電極であり、直流の加速電源３１から、接地電位を基準にして正の加速電圧Ｖ1 が印加される。このプラズマ電極２１とプラズマソース部４（より具体的にはそれを構成するプラズマ生成容器６）とは互いに接続されて同電位にされている。加速電圧Ｖ1 の大きさは、例えば３ｋＶ〜１００ｋＶ程度である。
【０００７】
引出し電極２２は、プラズマ電極２１のすぐ下流側に配置されていて、プラズマ電極２１との間に電位差を生ぜしめそれによる電界によってプラズマ１４からイオンビーム２８を引き出す電極であり、直流の引出し電源３２から、プラズマ電極２１の電位を基準にして負の引出し電圧Ｖ2 が印加される。引出し電圧Ｖ2 の大きさは、例えば１ｋＶ〜３ｋＶ程度である。
【０００８】
抑制電極２３は、引出し電極２２のすぐ下流側に配置されていて、下流側からの逆流電子を抑制する電極であり、直流の抑制電源３３から、接地電位を基準にして負の抑制電圧Ｖ3 が印加される。抑制電圧Ｖ3 の大きさは、例えば０．５ｋＶ〜１ｋＶ程度である。
【０００９】
接地電極２４は、抑制電極２３のすぐ下流側に配置されていて、接地電位にされる。即ち接地される。
【００１０】
上記イオン源２の動作例を説明すると、プラズマソース部４に所望のイオン源ガス１０を供給すると共に高周波電源１６から高周波電力を供給すると、プラズマ生成容器６内で高周波放電が生じてそれによってイオン源ガス１０が電離されてプラズマ１４が作られ、このプラズマ１４から引出し電極系２０によってイオンビーム２８が引き出される。
【００１１】
引き出されたイオンビーム２８は、例えば、質量分離を行うことなくそのままターゲット（例えば半導体基板や液晶用基板等）３４に照射されて、イオン注入（イオンドーピング）等に供される。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
近年、ターゲット３４は大面積化する傾向にあり、そのような大面積のターゲット３４の全面に均一にイオン注入等の処理を施すために、イオン源２から引き出すイオンビーム２８も大面積かつ均一性（即ちイオン電流密度分布の均一性）の高いものが要求されている。
【００１３】
このイオンビーム２８の均一性を左右する主な要因として、▲１▼プラズマソース部４で生成するプラズマ１４の均一性、▲２▼引出し電極系２０からイオンビーム２８を引き出すときの均一性、および、▲３▼４枚の電極２１〜２４の各電極孔２１ａ〜２４ａから引き出されるときのイオンビームの発散角の大小、が挙げられる。
【００１４】
ここでは▲２▼の引出し電極系２０からイオンビーム２８を引き出すときの均一性に注目すると、従来のイオン源２では、引出し電極系２０内の電界分布に不均一な領域があり、それによって引出し電極系２０からイオンビーム２８を引き出すときの均一性に改善の余地があることが分かった。
【００１５】
これを詳述すると、イオンビーム２８の大面積化に対応するために、引出し電極系２０を構成する４枚の電極２１〜２４には、例えば図７に示すように、多数の電極孔２１ａ〜２４ａを開けている。各電極孔２１ａ〜２４ａは、互いに１対１で対応した位置に開けている。
【００１６】
このような４枚の電極２１〜２４を有する引出し電極系２０の端部付近における電界分布の一例を図８に示す。４枚の電極２１〜２４間には、前述した電圧Ｖ1 〜Ｖ3 によって所定の電界が生じるけれども、一番大きな電界が生じる所は、通常は引出し電極２２と抑制電極２３との間である。即ち、引出し電極２２と抑制電極２３との間の電圧は、図６を参照すれば分かるように、（Ｖ1 −Ｖ2 ＋Ｖ3 ）となり、例えばＶ1 ＝３０ｋＶ、Ｖ2 ＝１ｋＶ、Ｖ3 ＝０．５ｋＶとすると、２９．５ｋＶになる。ちなみに同じ電圧Ｖ1 〜Ｖ3 の場合、プラズマ電極２１と引出し電極２２との間の電圧はＶ2 ＝１ｋＶ、抑制電極２３と接地電極２４との間の電圧はＶ3 ＝０．５ｋＶになる。
【００１７】
このように引出し電極２２と抑制電極２３との間の電界は特に大きいため、それが引出し電極２２の各電極孔２２ａを通してプラズマ電極２１と引出し電極２２との間に滲み出して、そこの電界分布を変化させる。その状況の一例を図８中に等電位面４０で示す。なお、図８においては、プラズマ電極２１と引出し電極２２との間の等電位面４０は、その形状を分かりやすくするために、引出し電極２２と抑制電極２３との間の等電位面４０よりも間隔を細かく図示している。図３においても同様である。
【００１８】
引出し電極２２の最外周の電極孔２２ａよりも内側の電極孔２２ａについては、図７も参照して、周囲に一様に隣の電極孔２２ａが開いていて電極孔配置の対称性が良いので、プラズマ電極２１と引出し電極２２との間に当該電極孔２２ａを通して引出し電極２２の下流側から滲み出て来る電界の偏りは少ない（即ち対称性が良い）。従って、図８中のＡ部付近の等電位面４０は電極面にほぼ平行になっている。従ってこのＡ部付近からは、即ち最外周の電極孔２２ａよりも内側の電極孔２２ａからは、イオンビーム（図示省略）を対称性良く引き出すことができる。イオンビームの対称性とは、イオンビームの中心軸の周囲における対称性のことである。
【００１９】
これに対して、最外周の電極孔２２ａについては、それよりも外側に電極孔２２ａが開いてなくて電極孔配置の対称性に欠けるので、プラズマ電極２１と引出し電極２２間に当該電極孔２２ａを通して引出し電極２２の下流側から滲み出て来る電界には比較的大きな偏りがある（即ち対称性が悪い）。例えば、図８中のＢ部付近の等電位面４０は電極面に対して右下に傾いている。従って、このＢ部付近から引き出される、即ち最外周の電極孔２２ａを通して引き出されるイオンビーム２８は、図８中に示すように、対称性が悪化して不均一になる。具体的には、外側に大きく広がる軌道を取るイオンが増大し、イオンビーム２８のイオン電流密度は外側寄りに偏る。
【００２０】
その結果、このイオン源２から引き出されるイオンビーム２８全体として見れば、イオンビーム２８の周縁部のイオン電流密度が他よりも特に高くなり、イオンビーム２８の均一性が低下する。例えば、図４中に従来例として示すように、イオンビーム２８の周縁部に、上記最外周の電極孔２２ａを通って外に偏って広がったイオンビームによるピークＰが表れ、これがイオンビーム２８全体の均一性を低下させている。
【００２１】
そこでこの発明は、プラズマ電極と引出し電極との間の電極孔形成領域における電界分布の偏りを少なくして、イオン源から引き出すイオンビームの均一性を向上させることを主たる目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
この発明のイオン源は、前記引出し電極の電極孔形成領域を取り囲む外周部に、当該引出し電極の電極孔と実質的に同じ大きさの孔であって、プラズマ電極において対応する電極孔が存在しないダミー孔を設けたことを特徴としている。
【００２３】
上記構成によれば、引出し電極の最外周の電極孔の外側にも、当該電極孔と実質的に同じ大きさのダミー孔が存在することになるので、最外周の電極孔についても、電極孔配置の対称性が良くなる。その結果、プラズマ電極と引出し電極との間に引出し電極の下流側から滲み出して来る電界の偏りは、最外周の電極孔の部分においても、それよりも内側の電極孔の部分と同程度に少なくなるので、プラズマ電極と引出し電極との間の電極孔形成領域における電界分布の偏りが少なくなる。仮にダミー孔の上流側部分で電界分布に偏りが生じても、プラズマ電極側には対応する電極孔が存在せず、このダミー孔からはイオンビームを引き出さないので、何ら支障はない。以上の結果、このイオン源から引き出すイオンビームの均一性を向上させることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明に係るイオン源の一例をその電源と共に示す断面図である。図２は、図１中の引出し電極の一例を示す平面図である。図３は、図１のイオン源の引出し電極系の端部付近における電界分布の計算結果の一例を示す図である。図６〜図８の従来例と同一または相当する部分には同一符号を付し、以下においては当該従来例との相違点を主に説明する。
【００２５】
このイオン源２ａにおいては、前述した引出し電極系２０を構成する引出し電極２２の電極孔形成領域（即ち電極孔２２ａを形成している領域）３６を取り囲む外周部に、当該引出し電極２２の電極孔２２ａと実質的に同じ大きさのダミー孔３８を設けている。実質的に同じ大きさであるから、当然、実質的に同じ形状をしている。ここで実質的と言うのは、製作上の誤差程度のわずかな違いは許容する意味である。この引出し電極２２に対向するプラズマ電極２１側には、ダミー孔３８に対応する電極孔２１ａは存在しない。
【００２６】
他の電極２１、２３および２４の構造は、図７に示した従来例と同じである。
【００２７】
なお、上記ダミー孔３８は、この実施例のように少なくとも１列設ければ良く、２列以上設けても良いけれども、その後述する作用効果は１列のときと大差はない。
【００２８】
また、抑制電極２３および接地電極２４側に、ダミー孔３８に対応する電極孔２３ａおよび２４ａを設けるか否かは任意であり、それを設けてもイオンビームの引き出しに供しないので、敢えて設ける必要はなく、従ってこの実施例では設けていない。
【００２９】
このイオン源２ａにおいては、引出し電極２２の最外周の電極孔２２ａの外側にも、当該電極孔２２ａと実質的に同じ大きさのダミー孔３８が存在することになるので、最外周の電極孔２２ａについても、電極孔配置の対称性が良くなる。その結果、プラズマ電極２１と引出し電極２２との間に引出し電極２２の下流側から滲み出して来る電界の偏りは、最外周の電極孔２２ａの部分においても、それよりも内側の電極孔２２ａの部分と同程度に少なくなる。即ち、図３に示すように、プラズマ電極２１と引出し電極２２との間の等電位面４０は、最外周の電極孔２２ａの上流側部分Ｂにおいても、それより内側の電極孔２２ａの上流側部分Ａと同程度に電極面に平行になっている。その結果、プラズマ電極２１および引出し電極２２との間の電極孔形成領域３６（図２参照）における電界分布の偏りが少なくなる。
【００３０】
ちなみに、ダミー孔３８の上流側部分Ｃにおいては、従来例の最外周の電極孔２２ａの上流側部分Ｂの場合と同様に、引出し電極２２の下流側から滲み出して来る電界に偏りが生じて等電位面４０が右下に傾いているけれども、プラズマ電極２１側には対応する電極孔２１ａが存在せず、このダミー孔３８からはイオンビームを引き出さないので、何ら支障はない。
【００３１】
以上の結果、最外周の電極孔２２ａを通して引き出されるイオンビーム２８は、図３中に示すように、図８に示した従来例の場合よりも遙かに対称性の良いものとなる。勿論、最外周よりも内側の電極孔２２ａから引き出されるイオンビームは、図３中には図示していないけれども、前述した理由から、その対称性は良い。つまり、最外周の電極孔２２ａから引き出されるイオンビーム２８の対称性は、それよりも内側の電極孔２２ａから引き出されるイオンビームの対称性と同程度に良くなる。その結果、この引出し電極系２０から引き出すイオンビーム２８の周縁部にピークが生じることを防止して、このイオン源２ａから引き出すイオンビーム２８全体の均一性を高めることができる。
【００３２】
このイオン源２ａから引き出したイオンビーム２８の均一性、即ちイオン電流密度分布を測定した結果の一例を図４に示す。図４中に実線で示す実施例は、引出し電極２２として、図６に示したダミー孔３８を有する引出し電極２２を用いた場合であり、破線で示す実施例は、図７に示した従来の引出し電極２２を用いた場合である。他の電極２１、２３および２４には、実施例および従来例共、図７に示した構造の電極を用いた。なお、どの電極も、図２および図７から分かるように、ここでは電極孔形成領域は長方形をしている。
【００３３】
動作条件としては、高周波電源１６からプラズマソース部４に１００ＭＨｚ、１００Ｗの高周波電力を投入し、加速電圧Ｖ1 を３０ｋＶ、引出し電圧Ｖ2 を１ｋＶ、抑制電圧Ｖ3 を０．５ｋＶとしてイオンビーム２８を引き出した。
【００３４】
イオンビーム２８のイオン電流密度分布は、接地電極２４の７０ｃｍ下流の所に、７点のファラデーカップを電極の幅Ｗ（図２参照）方向に１列に並べて、そのファラデーカップを電極の長さＬ方向に一括して走査し、そのときの各ファラデーカップに流れるイオン電流を測定することによって行った。これによって、イオンビーム２８の二次元におけるイオン電流密度分布を測定することができた。その内の、幅Ｗ方向の中央部付近における長さＬ方向のイオン電流密度分布を示したのが図４である。なお、図示は省略するけれども、幅Ｗ方向の他の位置においても図４とほぼ同様の傾向を示している。
【００３５】
この図４から分かるように、従来例ではイオンビーム２８の周縁部に大きなピークＰが表れて均一性が悪化しているのに対して、実施例ではそのようなピークは表れておらず、イオンビーム２８の均一性が向上している。
【００３６】
なお、４枚の電極２１〜２４の電極孔形成領域の形状は、上記例のような長方形に限られるものではなく、その他の形状、例えば正方形、円形等でも良い。
【００３７】
また、プラズマ電極２１へは、図５に示す例のように、加速電源３１からの加速電圧Ｖ1 に引出し電源３２からの引出し電圧Ｖ2 を加えた電圧を印加するようにしても良い。
【００３８】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、引出し電極に上記のようなダミー孔を設けたことによって、プラズマ電極と引出し電極との間に引出し電極の電極孔を通して引出し電極の下流側から滲み出して来る電界の偏りが、電極孔形成領域の全体において少なくなり、それによってプラズマ電極と引出し電極との間の電極孔形成領域における電界分布の偏りが少なくなるので、イオン源から引き出すイオンビームの均一性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係るイオン源の一例をその電源と共に示す断面図である。
【図２】図１中の引出し電極の一例を示す平面図である。
【図３】図１のイオン源の引出し電極系の端部付近における電界分布の計算結果の一例を示す図である。
【図４】イオンビームのイオン電流密度分布を測定した結果の一例を示す図である。
【図５】電源の接続の仕方の他の例を示す図である。
【図６】従来のイオン源の一例をその電源と共に示す断面図である。
【図７】図６中の電極の一例を示す平面図である。
【図８】図６のイオン源の引出し電極系の端部付近における電界分布の計算結果の一例を示す図である。
【符号の説明】
２ａ  イオン源
４  プラズマソース部
２０  引出し電極系
２１  プラズマ電極
２２  引出し電極
２３  抑制電極
２４  接地電極
２１ａ〜２４ａ  電極孔
２８  イオンビーム
３６  電極孔形成領域
３８  ダミー孔
【図１】
0003736086.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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