イオン照射装置
【課題】 大電流でしかも均一性の良いシート状のイオンビームをターゲットに照射することができるイオン照射装置を提供する。
【解決手段】 このイオン照射装置では、Ｘ方向に幅広のシート状のイオンビーム４を引き出すイオン源２のプラズマ生成容器８内に、Ｘ方向に伸びているカソード１８を設け、それを電子ビーム源３０からのＸ方向に走査される電子ビーム３８によって加熱して熱電子１９を放出させて、プラズマ１２を生成する。ターゲット６の近傍におけるイオンビーム４のＸ方向のビーム電流分布を計測するビーム計測器５８からのデータに基づいて、制御装置６０によって走査電源５２から出力する走査電圧ＶS の波形整形を行い、イオンビーム４の走査速度を制御して、上記ビーム電流分布を均一化する。
【解決手段】 このイオン照射装置では、Ｘ方向に幅広のシート状のイオンビーム４を引き出すイオン源２のプラズマ生成容器８内に、Ｘ方向に伸びているカソード１８を設け、それを電子ビーム源３０からのＸ方向に走査される電子ビーム３８によって加熱して熱電子１９を放出させて、プラズマ１２を生成する。ターゲット６の近傍におけるイオンビーム４のＸ方向のビーム電流分布を計測するビーム計測器５８からのデータに基づいて、制御装置６０によって走査電源５２から出力する走査電圧ＶS の波形整形を行い、イオンビーム４の走査速度を制御して、上記ビーム電流分布を均一化する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、イオン源からシート状（換言すれば、断面が細長い長方形状。以下同様）のイオンビームを引き出してそれをターゲットに照射して、当該ターゲットにイオン注入等の処理を施すイオン照射装置に関する。このイオン照射装置は、例えば、イオン注入装置である。
【背景技術】
【０００２】
電子ビーム源からのＸ方向に走査される電子ビームをプラズマ生成容器内に入射させて、当該電子ビームによる衝撃によってガスを電離させて、Ｘ方向に幅広のシート状のイオンビームを均一性良く引き出すことができるイオン源が特許文献１に記載されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３８６８９号公報（段落０００６−０００８、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記イオン源を用いて、シート状のイオンビームをターゲットに照射するイオン照射装置を構成した場合、イオン源からＸ方向に均一性の良いイオンビームを引き出せたとしても、イオンビームの輸送途中で均一性が悪化する場合があるので、ターゲットに照射されるときのイオンビームの均一性が良いという保証はない。
【０００５】
また、一般的にイオン源において、高密度のプラズマを生成するためには、ガスの電離用に低エネルギーで大電流の電子が必要であるけれども、上記イオン源では、電子ビーム源から大電流の電子ビームを取り出すためには、３／２乗法則により、引出し電圧を高めて電子ビームを高エネルギーにする必要があり、そのようにすると電子ビームとガスとの衝突確率が低下して電離効率が低下するので、高密度のプラズマを生成するのが難しく、従って大電流のイオンビームを引き出すのが難しい。
【０００６】
そこでこの発明は、大電流でしかも均一性の良いシート状のイオンビームをターゲットに照射することができるイオン照射装置を提供することを主たる目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係るイオン照射装置は、（ａ）ガスが導入されそれを電離させてプラズマを生成するための容器であって、Ｘ方向に沿って伸びているイオン引出しスリットを有するプラズマ生成容器と、加熱されることによって前記プラズマ生成容器内に熱電子を放出するものであって前記Ｘ方向に沿って伸びているカソードと、このカソードに前記Ｘ方向に走査される電子ビームを照射して当該カソードを加熱して前記熱電子を放出させる電子ビーム源と、前記プラズマ生成容器の外側に設けられていて１枚以上の電極から成り、プラズマ生成容器内で生成されたプラズマから前記イオン引出しスリットを通してシート状のイオンビームを引き出す引出し電極系とを有するイオン源と、（ｂ）前記プラズマ生成容器とカソードとの間に後者を負極側にして直流電圧を印加して、カソードから放出させた熱電子によって前記ガスを電離させてプラズマ生成容器内でプラズマを生成するカソード電源と、（ｃ）前記電子ビーム源に電子ビームを走査する走査信号を供給するものであって当該走査信号の波形が整形可能な走査電源と、（ｄ）前記イオンビームを受けて、前記ターゲットの近傍における前記イオンビームの前記Ｘ方向に沿う方向のビーム電流分布を計測するビーム計測器と、（ｅ）前記ビーム計測器によって計測した前記ビーム電流分布に基づいて前記走査電源を制御して、ビーム電流が相対的に小さい位置に対応する前記カソード上の位置における前記電子ビームの走査速度を相対的に遅くし、ビーム電流が相対的に大きい位置に対応する前記カソード上の位置における前記電子ビームの走査速度を相対的に速くして、前記ビーム電流分布を均一化するように前記走査電源から出力する走査信号の波形を整形する機能を有する制御装置とを備えていることを特徴としている。
【０００８】
上記構成によれば、イオン源において、電子ビーム源からのＸ方向に走査される電子ビームによって、Ｘ方向に伸びているカソードを加熱して、イオン引出しスリットに沿うＸ方向に伸びる広い領域から熱電子を多量に（即ち大電流で）放出させて高密度のプラズマを生成することができる。しかも、当該熱電子のエネルギーは、前記電子ビームのエネルギーに依存せずに、カソード電源から出力する直流電圧によって定めることができる。従って、プラズマの生成に、低エネルギーで大電流の熱電子を用いることができるので、プラズマ生成容器内において高密度のプラズマを生成して、イオン源から大電流のシート状のイオンビームを引き出すことが可能になる。
【０００９】
しかも、ビーム計測器によってターゲットの近傍におけるイオンビームのＸ方向に沿う方向のビーム電流分布を計測し、制御装置によって電子ビーム走査用の走査信号の波形を整形して、前記ビーム電流分布を均一化することができるので、均一性の良いシート状のイオンビームをターゲットに照射することが可能になる。
【００１０】
前記プラズマ生成容器は、前記Ｘ方向に沿って伸びている電子入射口を有しており、前記カソードは、前記プラズマ生成容器内に当該電子入射口を覆うように配置されており、前記電子ビーム源からの電子ビームは、前記電子入射口を通して前記カソードに照射されるように構成されていても良い。
【００１１】
前記カソードは、前記Ｘ方向において複数個に分割されていても良いし、前記Ｘ方向に並設された複数の溝を有していても良い。
【００１２】
前記プラズマ生成容器内であって前記カソードと対向する位置に、プラズマ生成容器に対して負電位または浮遊電位にされて、プラズマ生成容器内の電子を反射させる反射電極を更に備えていても良い。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に記載の発明によれば、イオン源において、プラズマの生成に、低エネルギーで大電流の熱電子を用いることができるので、プラズマ生成容器内において高密度のプラズマを生成して、イオン源から大電流のシート状のイオンビームを引き出すことが可能になる。
【００１４】
しかも、ビーム計測器によってターゲットの近傍におけるイオンビームのＸ方向に沿う方向のビーム電流分布を計測し、制御装置によって電子ビーム走査用の走査信号の波形を整形して、前記ビーム電流分布を均一化することができるので、均一性の良いシート状のイオンビームをターゲットに照射することが可能になる。
【００１５】
請求項２に記載の発明によれば次のような更なる効果を奏する。即ち、プラズマ生成容器内にカソードを配置しているので、カソードから放出させた熱電子をガスの電離に効率良く使用することができると共に、電子入射口を覆うように配置されたカソードによって、電子入射口部分のコンダクタンスを低下させて、電子入射口からガスが電子ビーム源側へ漏れ出ることを抑制することができるので、プラズマ生成容器内におけるガスの電離効率をより高めて、プラズマ密度をより高めることができる。その結果、イオン源から大電流のイオンビームを引き出すことがより容易になる。
【００１６】
しかも、電子ビーム源側へガスが漏れ出ることによる不具合発生、例えば電子ビームの引出し効率の低下や、電子ビーム源を構成するフィラメントまたはカソードの寿命低下等が発生することを抑制することができる。
【００１７】
請求項３および４に記載の発明によれば、カソード内における熱伝導を小さくして温度分布の平坦化を抑えて、電子ビームの走査速度の大小に応じた温度分布をカソード内で形成することが容易になるので、カソード内の温度分布ひいてはイオンビームのビーム電流分布の制御性および応答性が向上する、という更なる効果を奏する。
【００１８】
請求項５に記載の発明によれば次のような更なる効果を奏する。即ち、反射電極によって、プラズマ生成容器内の電子を反射させて、当該電子をガスの電離により効率良く使用することができるので、プラズマ生成容器内におけるガスの電離効率をより高めて、プラズマ密度をより高めることができる。その結果、イオン源から大電流のイオンビームを引き出すことがより容易になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１は、この発明に係るイオン照射装置の一実施形態を示す図である。図２は、図１中のカソード、反射電極および前面板をＰ視方向に見て示す図である。
【００２０】
このイオン照射装置は、イオン源２からＸ方向に幅広のシート状のイオンビーム４を引き出してそれをターゲット６に照射して、ターゲット６にイオン注入等の処理を施すよう構成されている。イオンビーム４のＸ方向の幅は、ターゲット６のそれよりも若干大きくしている。イオン注入を行う場合は、このイオン照射装置はイオン注入装置と呼ぶことができる。
【００２１】
ターゲット６は、例えば、半導体基板、ガラス基板等である。
【００２２】
ターゲット６をイオンビーム４のシート面を横切る方向、即ち前記Ｘ方向と交差（例えば実質的に直交）するＹ方向に機械的に往復走査するターゲット駆動装置を設けても良く、この実施形態ではそれを設けている（但し図示省略）。これによって、大面積のターゲット６の全面にイオンビームを照射して、ターゲット６の全面に均一性良くイオン注入等の処理を施すことができる。
【００２３】
イオン源２は、プラズマ１２を生成するためのプラズマ生成容器８と、熱電子１９を放出するカソード１８と、Ｘ方向に走査される電子ビーム３８をカソード１８に照射する電子ビーム源３０と、プラズマ１２からイオンビーム４を引き出す引出し電極系２６とを有している。
【００２４】
プラズマ生成容器８は、ガス導入口１０から所望のガス（蒸気の場合を含む）が導入され、それを電離させてプラズマ１２を生成するための容器である。ガスは、所望の元素（例えばＢ、Ｐ、Ａs 等のドーパント）を含むガスである。より具体例を挙げれば、ＢＦ3 、ＰＨ3 、ＡsＨ3 、Ｂ2Ｈ6 等の原料ガスを含むガスである。
【００２５】
プラズマ生成容器８は、その前面板９に、前記Ｘ方向に沿って伸びている（換言すればＸ方向に細長い）イオン引出しスリット１４を有している。更にこの実施形態では、イオン引出しスリット１４と反対側の面に、Ｘ方向に沿って伸びているスリット状の電子入射口１６を有している。
【００２６】
カソード１８は、電子ビーム３８によって加熱されてプラズマ生成容器８内に熱電子１９を放出するものであり、前記Ｘ方向に沿って伸びている。即ち、カソード１８は、イオン引出しスリット１４の長辺方向と同じ方向に長い板状のものである。このカソード１８は、この実施形態では、プラズマ生成容器８内に、電子入射口１６を覆うように配置されている。
【００２７】
更にこの実施形態のように、電子入射口１６の周囲とカソード１８との間に絶縁物２０を設けて、カソード１８および絶縁物２０によって電子入射口１６を密閉するのが好ましい。そのようにすると、プラズマ生成容器８から電子入射口１６を通して電子ビーム源３０側へガスが漏れ出るのを防止することができる。
【００２８】
プラズマ生成容器８とカソード１８との間には、カソード１８を負極側にして直流のカソード電圧ＶC を印加して、カソード１８から放出させた熱電子１９を適度に加速して当該熱電子１９による衝撃によって前記ガスを電離させてプラズマ１２を生成するカソード電源４２が接続されている。カソード電圧ＶC の大きさは、例えば、数十Ｖ〜百数十Ｖ程度、より具体的には６０Ｖ〜１００Ｖ程度である。
【００２９】
電子ビーム源３０は、カソード１８に、前記Ｘ方向に走査される電子ビーム３８を照射して、カソード１８を加熱して、それから前記熱電子１９を放出させるものである。電子ビーム３８は、この実施形態では、電子入射口１６を通してカソード１８に照射される。
【００３０】
電子ビーム源３０は、この実施形態では、電子を放出するフィラメント３４と、当該電子をフィラメント３４から電子ビーム３８として引き出す引出し電極３６と、この引出し電極３６から引き出された電子ビーム３８を静電的にＸ方向に走査する一対の走査電極４０とを備えており、これらは末広がりの形状をした真空容器３２内に収納されている。この真空容器３２の先端にプラズマ生成容器８が接続されている。
【００３１】
フィラメント３４の両端には、フィラメント３４を加熱して電子を放出させるフィラメント電源４８が接続されている。フィラメント電源４８は、この実施形態では直流電源であるが、交流電源でも良い。
【００３２】
フィラメント３４の一端と引出し電極３６との間には、フィラメント３４を負極側にして直流の引出し電圧ＶE を印加する引出し電源５０が接続されている。簡単に言えば、この引出し電圧ＶE の大きさによって、引き出される電子ビーム３８のエネルギーが決まり、当該エネルギーはＶE ｅＶとなる。この電子ビーム３８のエネルギーは、前述した従来例のイオン源の場合と違って、電子とガスとの衝突断面積の低下によるガスの電離効率低下を招くことなく、カソード１８の加熱に必要な大きさに高めることができる。即ち、高エネルギーの電子ビーム３８を使用することができる。例えば、電子ビーム３８のエネルギーは、３ｋｅＶ〜５ｋｅＶ程度であるが、これに限られるものではない。
【００３３】
一対の走査電極４０間には、走査電源５２から、電子ビーム３８をＸ方向に走査する走査信号として、この実施形態では三角波またはそれに近い波形の走査電圧ＶS が印加される。この走査電源５２は、後述する制御装置６０による制御によって、出力する信号の波形整形が可能な信号発生器５４と、それから出力される信号を増幅して前記走査電圧ＶS として出力する増幅器５６とを有しており、出力する走査電圧ＶS の波形整形が可能である。
【００３４】
プラズマ生成容器８の外側であってイオン引出しスリット１４の近傍に、プラズマ生成容器８内のプラズマ１２からイオン引出しスリット１４を通してシート状のイオンビーム４を引き出す引出し電極系２６が設けられている。引出し電極系２６は、図示例では１枚の電極２８から成るが、２枚以上の電極で構成されていても良い。各電極は、プラズマ生成容器８のイオン引出しスリット１４に対応する形状をしたスリット（電極２８のスリット２９参照）を有している。この実施形態では、イオンビーム引き出し用に、引出し電極系２６を構成する電極２８とプラズマ生成容器８との間に、プラズマ生成容器８を正極側にしてビーム引出し電源４６から直流のビーム引出し電圧ＶEXが印加される。簡単に言えば、このビーム引出し電圧ＶEXによって、引き出されるイオンビーム４のエネルギーが決まる。
【００３５】
イオン源２から引き出されたイオンビーム４は、必要に応じて質量分離マグネット、分析スリット、エネルギー分離マグネット等（いずれも図示省略）を通して、ターゲット６にまで輸送されてターゲット６に照射される。
【００３６】
ターゲット６の近傍、例えば図示例のようにターゲット６のすぐ後方、またはターゲット６のすぐ前方には、前記イオンビーム４を受けて、ターゲット６の近傍位置におけるイオンビーム４のＸ方向に沿う方向のビーム電流分布を計測するビーム計測器５８が設けられている。ビーム計測器５８がターゲット６の後方に設けられている場合は、計測時にはターゲット６を計測の邪魔にならない位置に移動させれば良い。ビーム計測器５８がターゲット６の前方に設けられている場合は、ターゲット６へのイオンビーム照射時にはビーム計測器５８を照射の邪魔にならない位置に移動させれば良い。
【００３７】
ビーム計測器５８は、この実施形態では、ビーム電流ＩB を計測する多数の計測器（例えばファラデーカップ。以下同様）をＸ方向に並設して成る多点ビーム計測器であるが、一つの計測器を移動機構によってＸ方向に移動させる構造のものでも良い。
【００３８】
ビーム計測器５８によって計測したビーム電流ＩB のＸ方向に沿う方向における分布（ビーム電流分布）のデータは、制御装置６０に与えられる。制御装置６０は、当該ビーム電流分布に基づいて走査電源５２（より具体的にはその信号発生器５４）を制御して、ビーム電流ＩB が相対的に小さい位置に対応するカソード１８上の位置における電子ビーム３８の走査速度を相対的に遅くし、ビーム電流ＩB が相対的に大きい位置に対応するカソード１８上の位置における電子ビーム３８の走査速度を相対的に速くして、前記ビーム電流分布を均一化するように走査電源５２から出力する走査電圧ＶS の波形を整形する機能を有している。
【００３９】
例えば、図３を参照して、走査電圧ＶS の波形が二点鎖線Ｅで示すように完全な三角波のときにビーム電流ＩB の分布が二点鎖線Ｃで示すようにＸ方向の中央付近が大きい山状である場合、走査電圧ＶS の波形を実線Ｆのように整形して、上記中央付近に対応する時点における走査電圧ＶS の傾き（即ち電子ビーム３８の走査速度。以下同様）を大きくし、両端付近に対応する時点における走査電圧ＶS の傾きを小さくすれば良い。
【００４０】
電子ビーム３８の走査速度を大きく（速く）した所では、当該電子ビーム３８によるカソード１８の加熱が弱まって温度が低下して熱電子１９の放出量が減少し、ひいてはプラズマ１２の密度が低下し、イオンビーム４の密度、即ちビーム電流ＩB が低下する。反対に、電子ビーム３８の走査速度を小さく（遅く）した所では、当該電子ビーム３８によるカソード１８の加熱が強まって温度が上昇して熱電子１９の放出量が増加し、プラズマ１２の密度が増加し、イオンビーム４の密度、即ちビーム電流ＩB が増加する。その結果、例えば図３中に実線Ｄで示すように、Ｘ方向に沿う方向のビーム電流分布を均一化することができる。即ち、ビーム計測器５８で計測したイオンビーム４のビーム電流分布に応じて、電子ビーム３８の走査速度を制御することによって、カソード１８のＸ方向における温度分布を変化させて、熱電子１９の放出量、プラズマ１２の密度分布およびイオンビーム４の密度分布を制御して、イオンビーム４のＸ方向におけるビーム電流分布を均一化することができる。
【００４１】
このイオン照射装置によれば、イオン源２において、電子ビーム源３０からのＸ方向に走査される電子ビーム３８によって、Ｘ方向に伸びているカソード１８を加熱して、イオン引出しスリット１４に沿うＸ方向に伸びる広い領域から熱電子１９を多量に（即ち大電流で）放出させて高密度のプラズマ１２を生成することができる。また、従来例のイオン源と違って、高エネルギーの電子ビーム３８を使うことができ、それによってカソード１８を強く加熱して多量の熱電子１９を放出させることができるので、この観点からも高密度のプラズマ１２を生成することができる。しかも、熱電子１９のエネルギーは、電子ビーム３８のエネルギーに依存せずに、カソード電源４２から出力するカソード電圧ＶC によって定めることができる。従って、プラズマ１２の生成に、低エネルギーで大電流の熱電子１９を用いることができるので、プラズマ生成容器８内において高密度のプラズマ１２を生成して、イオン源２から大電流のシート状のイオンビーム４を引き出すことが可能になる。
【００４２】
しかも、ビーム計測器５８によってターゲット６の近傍におけるイオンビーム４のＸ方向に沿う方向のビーム電流分布を計測し、制御装置６０によって電子ビーム走査用の走査電圧ＶS の波形を整形して、前記ビーム電流分布を均一化することができるので、均一性の良いシート状のイオンビーム４をターゲット６に照射することが可能になる。
【００４３】
また、この実施形態では、プラズマ生成容器８内にカソード１８を配置しているので、カソードから放出させた熱電子１９をガスの電離に効率良く使用することができると共に、電子入射口１６を覆うように配置されたカソード１８によって、電子入射口１６部分のコンダクタンスを低下させて、電子入射口１６からガスが電子ビーム源３０側へ漏れ出ることを抑制することができるので、プラズマ生成容器８内におけるガスの電離効率をより高めて、プラズマ密度をより高めることができる。その結果、イオン源２から大電流のイオンビーム４を引き出すことがより容易になる。
【００４４】
しかも、電子ビーム源３０側へガスが漏れ出ることによる不具合発生、例えば電子ビーム３８の引出し効率の低下や、電子ビーム源３０を構成するフィラメント３４（またはカソード）の寿命低下等が発生することを抑制することができる。
【００４５】
もっとも、この実施形態のようにカソード１８および絶縁物２０によって電子入射口１６を密閉するのが好ましいけれども、カソード１８が電子入射口１６を完全に、またはある程度覆うように配置されていれば良く、その場合に電子入射口１６に通じる幾らかの隙間があっても構わない。その場合でも、従来例のイオン源のように電子入射口が電子ビーム源に対して完全に開いている場合よりも、ガスのコンダクタンスを低下させることができるので、プラズマ生成容器８内のガスが電子ビーム源３０側へ漏れ出るのを小さく抑えることができる。
【００４６】
また、カソード１８は、プラズマ生成容器８の外側（電子ビーム源３０側）に設け、それから放出させた熱電子１９を電子入射口１６に相当する開口を通してプラズマ生成容器８内へ放出させるようにしても良い。
【００４７】
カソード１８および電子ビーム源３０は、この実施形態では、イオン引出しスリット１４の反対側の位置に設けているけれども、それに限定されるものではなく、この実施形態とは９０度位置を変えて、イオン引出しスリット１４を有する前面板９と交差する面側（図１の紙面の表側または裏側）に設けても良い。
【００４８】
カソード１８は、例えば図４に示す例のように、Ｘ方向に並設された複数の切れ目６２を設けて、Ｘ方向において複数個に（即ち複数のカソード片１８ａに）分割して、分割部で熱伝導を抑える構造にしても良い。
【００４９】
あるいは、完全な分割でなくても、例えば図５に示す例のように、カソード１８に、Ｘ方向に並設された複数の溝６４を設けて、各溝６４で熱伝導を抑える構造にしておいても良い。各溝６４は、カソード１８の表裏どちらに設けても良い。
【００５０】
カソード１８は、その寿命を長くするためには厚い方が好ましいけれども、厚くするほど熱伝導によって温度分布の平坦化が進み、電子ビーム３８の走査速度の大小に応じた温度分布をカソード１８内で形成しにくくなる。これに対して、カソード１８を上記のように分割したり、カソード１８に溝６４を設けておくと、当該分割部または溝によって、カソード１８内における熱伝導を小さくして温度分布の平坦化を抑えて、電子ビーム３８の走査速度の大小に応じた温度分布をカソード１８内で形成することが容易になるので、カソード１８内の温度分布ひいてはイオンビーム４のビーム電流分布の制御性および応答性が向上する。従って、カソード１８の厚さを大きくしてカソード１８の長寿命化を図ることも容易になる。
【００５１】
また、例えば図１に示す例のように、プラズマ生成容器８内であってカソード１８と対向する位置に反射電極２２を設けておいても良い。反射電極２２とプラズマ生成容器８との間は、絶縁物２４によって電気的に絶縁されている。反射電極２２は、この例では、反射電源４４からプラズマ生成容器８に対して負の反射電圧ＶR が印加され、プラズマ生成容器８に対して負電位にされる。反射電圧ＶR の大きさは、例えば、前記カソード電圧ＶC の大きさと同程度にすれば良い。
【００５２】
あるいは、反射電極２２に電源から強制的に負電圧を印加せずに、反射電極２２を浮遊電位にしておいても良い。この場合、反射電極２２はプラズマ１２に曝され、プラズマ１２中の電子の方がイオンよりも移動度が遙かに高いので、反射電極２２は負に帯電する。
【００５３】
上記のような反射電極２２を設けておくと、反射電極２２によって、プラズマ生成容器８内の電子、具体的にはカソード１８からの熱電子１９およびプラズマ１２中の電子を反射させて、これらの電子をガスの電離により効率良く使用することができる。より具体的には、上記電子は、反射電極２２とカソード１８との間を反復運動するので、プラズマ生成容器８内におけるガスの電離効率をより高めて、即ちプラズマ１２の生成効率をより高めて、プラズマ密度をより高めることができる。その結果、イオン源２から大電流のイオンビーム４を引き出すことがより容易になる。
【００５４】
反射電極２２を図１に示す例のようにイオン引出しスリット１４の内側に設ける場合は、反射電極２２に、イオン引出しスリット１４に対応する位置および形状のスリット２３を設けておけば良い。反射電極２２は上記のように負電圧が印加、または負帯電するので、プラズマ１２中のイオンは反射電極２２に向かって進み、スリット２３から射出されイオン引出しスリット１４からイオンビーム４として引き出される。反射電極２２をイオン引出しスリット１４の内側以外の場所に設ける場合は、それにスリット２３を設ける必要はない。
【００５５】
電子ビーム源３０においては、上記走査電極４０の代わりに、走査コイルを設けて、電子ビーム３８を磁界によって上記のように走査するようにしても良い。その場合は、走査電源５２から走査信号として走査電流を走査コイルに供給するようにして、この走査電流の波形を上記と同様に整形すれば良い。
【００５６】
イオン源２の運転中に、電子ビーム源３０の真空容器３２内は、真空排気装置によって真空排気するのが好ましい。そのようにすると、プラズマ生成容器８からガスが漏れて来ても、当該ガスによる前述した不具合の発生をより確実に防止することができる。
【００５７】
プラズマ生成容器８内に、例えば図１に示す例のように、イオン引出しスリット１４の長辺に沿う方向の磁界Ｂ（向きは図示例と逆でも良い）を印加するようにしても良い。あるいは、上記磁界Ｂとは直交する方向に、即ちイオン引出しスリット１４の短辺に沿う方向（換言すれば、イオンビーム４のシート面と直交する方向。即ち紙面の表裏方向）に磁界を印加するようにしても良い。いずれにしても、上記のような磁界を印加すると、当該磁界によって電子ひいてはプラズマ１２の閉込め効率が向上し、プラズマ１２の生成効率が向上するので、より高密度のプラズマ１２を生成してより大電流のイオンビーム４を引き出すことが容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】この発明に係るイオン照射装置の一実施形態を示す図である。
【図２】図１中のカソード、反射電極および前面板をＰ視方向に見て示す図である。
【図３】ビーム電流分布（Ａ）および走査電圧波形（Ｂ）の例を示す図である。
【図４】カソードの他の例を示す正面図である。
【図５】カソードの更に他の例を示す正面図である。
【符号の説明】
【００５９】
２ イオン源
４ イオンビーム
６ ターゲット
８ プラズマ生成容器
１２ プラズマ
１４ イオン引出しスリット
１６ 電子入射口
１８ カソード
２２ 反射電極
２６ 引出し電極系
３０ 電子ビーム源
３８ 電子ビーム
４２ カソード電源
５２ 走査電源
５８ ビーム計測器
６０ 制御装置
【技術分野】
【０００１】
この発明は、イオン源からシート状（換言すれば、断面が細長い長方形状。以下同様）のイオンビームを引き出してそれをターゲットに照射して、当該ターゲットにイオン注入等の処理を施すイオン照射装置に関する。このイオン照射装置は、例えば、イオン注入装置である。
【背景技術】
【０００２】
電子ビーム源からのＸ方向に走査される電子ビームをプラズマ生成容器内に入射させて、当該電子ビームによる衝撃によってガスを電離させて、Ｘ方向に幅広のシート状のイオンビームを均一性良く引き出すことができるイオン源が特許文献１に記載されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３８６８９号公報（段落０００６−０００８、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記イオン源を用いて、シート状のイオンビームをターゲットに照射するイオン照射装置を構成した場合、イオン源からＸ方向に均一性の良いイオンビームを引き出せたとしても、イオンビームの輸送途中で均一性が悪化する場合があるので、ターゲットに照射されるときのイオンビームの均一性が良いという保証はない。
【０００５】
また、一般的にイオン源において、高密度のプラズマを生成するためには、ガスの電離用に低エネルギーで大電流の電子が必要であるけれども、上記イオン源では、電子ビーム源から大電流の電子ビームを取り出すためには、３／２乗法則により、引出し電圧を高めて電子ビームを高エネルギーにする必要があり、そのようにすると電子ビームとガスとの衝突確率が低下して電離効率が低下するので、高密度のプラズマを生成するのが難しく、従って大電流のイオンビームを引き出すのが難しい。
【０００６】
そこでこの発明は、大電流でしかも均一性の良いシート状のイオンビームをターゲットに照射することができるイオン照射装置を提供することを主たる目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係るイオン照射装置は、（ａ）ガスが導入されそれを電離させてプラズマを生成するための容器であって、Ｘ方向に沿って伸びているイオン引出しスリットを有するプラズマ生成容器と、加熱されることによって前記プラズマ生成容器内に熱電子を放出するものであって前記Ｘ方向に沿って伸びているカソードと、このカソードに前記Ｘ方向に走査される電子ビームを照射して当該カソードを加熱して前記熱電子を放出させる電子ビーム源と、前記プラズマ生成容器の外側に設けられていて１枚以上の電極から成り、プラズマ生成容器内で生成されたプラズマから前記イオン引出しスリットを通してシート状のイオンビームを引き出す引出し電極系とを有するイオン源と、（ｂ）前記プラズマ生成容器とカソードとの間に後者を負極側にして直流電圧を印加して、カソードから放出させた熱電子によって前記ガスを電離させてプラズマ生成容器内でプラズマを生成するカソード電源と、（ｃ）前記電子ビーム源に電子ビームを走査する走査信号を供給するものであって当該走査信号の波形が整形可能な走査電源と、（ｄ）前記イオンビームを受けて、前記ターゲットの近傍における前記イオンビームの前記Ｘ方向に沿う方向のビーム電流分布を計測するビーム計測器と、（ｅ）前記ビーム計測器によって計測した前記ビーム電流分布に基づいて前記走査電源を制御して、ビーム電流が相対的に小さい位置に対応する前記カソード上の位置における前記電子ビームの走査速度を相対的に遅くし、ビーム電流が相対的に大きい位置に対応する前記カソード上の位置における前記電子ビームの走査速度を相対的に速くして、前記ビーム電流分布を均一化するように前記走査電源から出力する走査信号の波形を整形する機能を有する制御装置とを備えていることを特徴としている。
【０００８】
上記構成によれば、イオン源において、電子ビーム源からのＸ方向に走査される電子ビームによって、Ｘ方向に伸びているカソードを加熱して、イオン引出しスリットに沿うＸ方向に伸びる広い領域から熱電子を多量に（即ち大電流で）放出させて高密度のプラズマを生成することができる。しかも、当該熱電子のエネルギーは、前記電子ビームのエネルギーに依存せずに、カソード電源から出力する直流電圧によって定めることができる。従って、プラズマの生成に、低エネルギーで大電流の熱電子を用いることができるので、プラズマ生成容器内において高密度のプラズマを生成して、イオン源から大電流のシート状のイオンビームを引き出すことが可能になる。
【０００９】
しかも、ビーム計測器によってターゲットの近傍におけるイオンビームのＸ方向に沿う方向のビーム電流分布を計測し、制御装置によって電子ビーム走査用の走査信号の波形を整形して、前記ビーム電流分布を均一化することができるので、均一性の良いシート状のイオンビームをターゲットに照射することが可能になる。
【００１０】
前記プラズマ生成容器は、前記Ｘ方向に沿って伸びている電子入射口を有しており、前記カソードは、前記プラズマ生成容器内に当該電子入射口を覆うように配置されており、前記電子ビーム源からの電子ビームは、前記電子入射口を通して前記カソードに照射されるように構成されていても良い。
【００１１】
前記カソードは、前記Ｘ方向において複数個に分割されていても良いし、前記Ｘ方向に並設された複数の溝を有していても良い。
【００１２】
前記プラズマ生成容器内であって前記カソードと対向する位置に、プラズマ生成容器に対して負電位または浮遊電位にされて、プラズマ生成容器内の電子を反射させる反射電極を更に備えていても良い。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に記載の発明によれば、イオン源において、プラズマの生成に、低エネルギーで大電流の熱電子を用いることができるので、プラズマ生成容器内において高密度のプラズマを生成して、イオン源から大電流のシート状のイオンビームを引き出すことが可能になる。
【００１４】
しかも、ビーム計測器によってターゲットの近傍におけるイオンビームのＸ方向に沿う方向のビーム電流分布を計測し、制御装置によって電子ビーム走査用の走査信号の波形を整形して、前記ビーム電流分布を均一化することができるので、均一性の良いシート状のイオンビームをターゲットに照射することが可能になる。
【００１５】
請求項２に記載の発明によれば次のような更なる効果を奏する。即ち、プラズマ生成容器内にカソードを配置しているので、カソードから放出させた熱電子をガスの電離に効率良く使用することができると共に、電子入射口を覆うように配置されたカソードによって、電子入射口部分のコンダクタンスを低下させて、電子入射口からガスが電子ビーム源側へ漏れ出ることを抑制することができるので、プラズマ生成容器内におけるガスの電離効率をより高めて、プラズマ密度をより高めることができる。その結果、イオン源から大電流のイオンビームを引き出すことがより容易になる。
【００１６】
しかも、電子ビーム源側へガスが漏れ出ることによる不具合発生、例えば電子ビームの引出し効率の低下や、電子ビーム源を構成するフィラメントまたはカソードの寿命低下等が発生することを抑制することができる。
【００１７】
請求項３および４に記載の発明によれば、カソード内における熱伝導を小さくして温度分布の平坦化を抑えて、電子ビームの走査速度の大小に応じた温度分布をカソード内で形成することが容易になるので、カソード内の温度分布ひいてはイオンビームのビーム電流分布の制御性および応答性が向上する、という更なる効果を奏する。
【００１８】
請求項５に記載の発明によれば次のような更なる効果を奏する。即ち、反射電極によって、プラズマ生成容器内の電子を反射させて、当該電子をガスの電離により効率良く使用することができるので、プラズマ生成容器内におけるガスの電離効率をより高めて、プラズマ密度をより高めることができる。その結果、イオン源から大電流のイオンビームを引き出すことがより容易になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１は、この発明に係るイオン照射装置の一実施形態を示す図である。図２は、図１中のカソード、反射電極および前面板をＰ視方向に見て示す図である。
【００２０】
このイオン照射装置は、イオン源２からＸ方向に幅広のシート状のイオンビーム４を引き出してそれをターゲット６に照射して、ターゲット６にイオン注入等の処理を施すよう構成されている。イオンビーム４のＸ方向の幅は、ターゲット６のそれよりも若干大きくしている。イオン注入を行う場合は、このイオン照射装置はイオン注入装置と呼ぶことができる。
【００２１】
ターゲット６は、例えば、半導体基板、ガラス基板等である。
【００２２】
ターゲット６をイオンビーム４のシート面を横切る方向、即ち前記Ｘ方向と交差（例えば実質的に直交）するＹ方向に機械的に往復走査するターゲット駆動装置を設けても良く、この実施形態ではそれを設けている（但し図示省略）。これによって、大面積のターゲット６の全面にイオンビームを照射して、ターゲット６の全面に均一性良くイオン注入等の処理を施すことができる。
【００２３】
イオン源２は、プラズマ１２を生成するためのプラズマ生成容器８と、熱電子１９を放出するカソード１８と、Ｘ方向に走査される電子ビーム３８をカソード１８に照射する電子ビーム源３０と、プラズマ１２からイオンビーム４を引き出す引出し電極系２６とを有している。
【００２４】
プラズマ生成容器８は、ガス導入口１０から所望のガス（蒸気の場合を含む）が導入され、それを電離させてプラズマ１２を生成するための容器である。ガスは、所望の元素（例えばＢ、Ｐ、Ａs 等のドーパント）を含むガスである。より具体例を挙げれば、ＢＦ3 、ＰＨ3 、ＡsＨ3 、Ｂ2Ｈ6 等の原料ガスを含むガスである。
【００２５】
プラズマ生成容器８は、その前面板９に、前記Ｘ方向に沿って伸びている（換言すればＸ方向に細長い）イオン引出しスリット１４を有している。更にこの実施形態では、イオン引出しスリット１４と反対側の面に、Ｘ方向に沿って伸びているスリット状の電子入射口１６を有している。
【００２６】
カソード１８は、電子ビーム３８によって加熱されてプラズマ生成容器８内に熱電子１９を放出するものであり、前記Ｘ方向に沿って伸びている。即ち、カソード１８は、イオン引出しスリット１４の長辺方向と同じ方向に長い板状のものである。このカソード１８は、この実施形態では、プラズマ生成容器８内に、電子入射口１６を覆うように配置されている。
【００２７】
更にこの実施形態のように、電子入射口１６の周囲とカソード１８との間に絶縁物２０を設けて、カソード１８および絶縁物２０によって電子入射口１６を密閉するのが好ましい。そのようにすると、プラズマ生成容器８から電子入射口１６を通して電子ビーム源３０側へガスが漏れ出るのを防止することができる。
【００２８】
プラズマ生成容器８とカソード１８との間には、カソード１８を負極側にして直流のカソード電圧ＶC を印加して、カソード１８から放出させた熱電子１９を適度に加速して当該熱電子１９による衝撃によって前記ガスを電離させてプラズマ１２を生成するカソード電源４２が接続されている。カソード電圧ＶC の大きさは、例えば、数十Ｖ〜百数十Ｖ程度、より具体的には６０Ｖ〜１００Ｖ程度である。
【００２９】
電子ビーム源３０は、カソード１８に、前記Ｘ方向に走査される電子ビーム３８を照射して、カソード１８を加熱して、それから前記熱電子１９を放出させるものである。電子ビーム３８は、この実施形態では、電子入射口１６を通してカソード１８に照射される。
【００３０】
電子ビーム源３０は、この実施形態では、電子を放出するフィラメント３４と、当該電子をフィラメント３４から電子ビーム３８として引き出す引出し電極３６と、この引出し電極３６から引き出された電子ビーム３８を静電的にＸ方向に走査する一対の走査電極４０とを備えており、これらは末広がりの形状をした真空容器３２内に収納されている。この真空容器３２の先端にプラズマ生成容器８が接続されている。
【００３１】
フィラメント３４の両端には、フィラメント３４を加熱して電子を放出させるフィラメント電源４８が接続されている。フィラメント電源４８は、この実施形態では直流電源であるが、交流電源でも良い。
【００３２】
フィラメント３４の一端と引出し電極３６との間には、フィラメント３４を負極側にして直流の引出し電圧ＶE を印加する引出し電源５０が接続されている。簡単に言えば、この引出し電圧ＶE の大きさによって、引き出される電子ビーム３８のエネルギーが決まり、当該エネルギーはＶE ｅＶとなる。この電子ビーム３８のエネルギーは、前述した従来例のイオン源の場合と違って、電子とガスとの衝突断面積の低下によるガスの電離効率低下を招くことなく、カソード１８の加熱に必要な大きさに高めることができる。即ち、高エネルギーの電子ビーム３８を使用することができる。例えば、電子ビーム３８のエネルギーは、３ｋｅＶ〜５ｋｅＶ程度であるが、これに限られるものではない。
【００３３】
一対の走査電極４０間には、走査電源５２から、電子ビーム３８をＸ方向に走査する走査信号として、この実施形態では三角波またはそれに近い波形の走査電圧ＶS が印加される。この走査電源５２は、後述する制御装置６０による制御によって、出力する信号の波形整形が可能な信号発生器５４と、それから出力される信号を増幅して前記走査電圧ＶS として出力する増幅器５６とを有しており、出力する走査電圧ＶS の波形整形が可能である。
【００３４】
プラズマ生成容器８の外側であってイオン引出しスリット１４の近傍に、プラズマ生成容器８内のプラズマ１２からイオン引出しスリット１４を通してシート状のイオンビーム４を引き出す引出し電極系２６が設けられている。引出し電極系２６は、図示例では１枚の電極２８から成るが、２枚以上の電極で構成されていても良い。各電極は、プラズマ生成容器８のイオン引出しスリット１４に対応する形状をしたスリット（電極２８のスリット２９参照）を有している。この実施形態では、イオンビーム引き出し用に、引出し電極系２６を構成する電極２８とプラズマ生成容器８との間に、プラズマ生成容器８を正極側にしてビーム引出し電源４６から直流のビーム引出し電圧ＶEXが印加される。簡単に言えば、このビーム引出し電圧ＶEXによって、引き出されるイオンビーム４のエネルギーが決まる。
【００３５】
イオン源２から引き出されたイオンビーム４は、必要に応じて質量分離マグネット、分析スリット、エネルギー分離マグネット等（いずれも図示省略）を通して、ターゲット６にまで輸送されてターゲット６に照射される。
【００３６】
ターゲット６の近傍、例えば図示例のようにターゲット６のすぐ後方、またはターゲット６のすぐ前方には、前記イオンビーム４を受けて、ターゲット６の近傍位置におけるイオンビーム４のＸ方向に沿う方向のビーム電流分布を計測するビーム計測器５８が設けられている。ビーム計測器５８がターゲット６の後方に設けられている場合は、計測時にはターゲット６を計測の邪魔にならない位置に移動させれば良い。ビーム計測器５８がターゲット６の前方に設けられている場合は、ターゲット６へのイオンビーム照射時にはビーム計測器５８を照射の邪魔にならない位置に移動させれば良い。
【００３７】
ビーム計測器５８は、この実施形態では、ビーム電流ＩB を計測する多数の計測器（例えばファラデーカップ。以下同様）をＸ方向に並設して成る多点ビーム計測器であるが、一つの計測器を移動機構によってＸ方向に移動させる構造のものでも良い。
【００３８】
ビーム計測器５８によって計測したビーム電流ＩB のＸ方向に沿う方向における分布（ビーム電流分布）のデータは、制御装置６０に与えられる。制御装置６０は、当該ビーム電流分布に基づいて走査電源５２（より具体的にはその信号発生器５４）を制御して、ビーム電流ＩB が相対的に小さい位置に対応するカソード１８上の位置における電子ビーム３８の走査速度を相対的に遅くし、ビーム電流ＩB が相対的に大きい位置に対応するカソード１８上の位置における電子ビーム３８の走査速度を相対的に速くして、前記ビーム電流分布を均一化するように走査電源５２から出力する走査電圧ＶS の波形を整形する機能を有している。
【００３９】
例えば、図３を参照して、走査電圧ＶS の波形が二点鎖線Ｅで示すように完全な三角波のときにビーム電流ＩB の分布が二点鎖線Ｃで示すようにＸ方向の中央付近が大きい山状である場合、走査電圧ＶS の波形を実線Ｆのように整形して、上記中央付近に対応する時点における走査電圧ＶS の傾き（即ち電子ビーム３８の走査速度。以下同様）を大きくし、両端付近に対応する時点における走査電圧ＶS の傾きを小さくすれば良い。
【００４０】
電子ビーム３８の走査速度を大きく（速く）した所では、当該電子ビーム３８によるカソード１８の加熱が弱まって温度が低下して熱電子１９の放出量が減少し、ひいてはプラズマ１２の密度が低下し、イオンビーム４の密度、即ちビーム電流ＩB が低下する。反対に、電子ビーム３８の走査速度を小さく（遅く）した所では、当該電子ビーム３８によるカソード１８の加熱が強まって温度が上昇して熱電子１９の放出量が増加し、プラズマ１２の密度が増加し、イオンビーム４の密度、即ちビーム電流ＩB が増加する。その結果、例えば図３中に実線Ｄで示すように、Ｘ方向に沿う方向のビーム電流分布を均一化することができる。即ち、ビーム計測器５８で計測したイオンビーム４のビーム電流分布に応じて、電子ビーム３８の走査速度を制御することによって、カソード１８のＸ方向における温度分布を変化させて、熱電子１９の放出量、プラズマ１２の密度分布およびイオンビーム４の密度分布を制御して、イオンビーム４のＸ方向におけるビーム電流分布を均一化することができる。
【００４１】
このイオン照射装置によれば、イオン源２において、電子ビーム源３０からのＸ方向に走査される電子ビーム３８によって、Ｘ方向に伸びているカソード１８を加熱して、イオン引出しスリット１４に沿うＸ方向に伸びる広い領域から熱電子１９を多量に（即ち大電流で）放出させて高密度のプラズマ１２を生成することができる。また、従来例のイオン源と違って、高エネルギーの電子ビーム３８を使うことができ、それによってカソード１８を強く加熱して多量の熱電子１９を放出させることができるので、この観点からも高密度のプラズマ１２を生成することができる。しかも、熱電子１９のエネルギーは、電子ビーム３８のエネルギーに依存せずに、カソード電源４２から出力するカソード電圧ＶC によって定めることができる。従って、プラズマ１２の生成に、低エネルギーで大電流の熱電子１９を用いることができるので、プラズマ生成容器８内において高密度のプラズマ１２を生成して、イオン源２から大電流のシート状のイオンビーム４を引き出すことが可能になる。
【００４２】
しかも、ビーム計測器５８によってターゲット６の近傍におけるイオンビーム４のＸ方向に沿う方向のビーム電流分布を計測し、制御装置６０によって電子ビーム走査用の走査電圧ＶS の波形を整形して、前記ビーム電流分布を均一化することができるので、均一性の良いシート状のイオンビーム４をターゲット６に照射することが可能になる。
【００４３】
また、この実施形態では、プラズマ生成容器８内にカソード１８を配置しているので、カソードから放出させた熱電子１９をガスの電離に効率良く使用することができると共に、電子入射口１６を覆うように配置されたカソード１８によって、電子入射口１６部分のコンダクタンスを低下させて、電子入射口１６からガスが電子ビーム源３０側へ漏れ出ることを抑制することができるので、プラズマ生成容器８内におけるガスの電離効率をより高めて、プラズマ密度をより高めることができる。その結果、イオン源２から大電流のイオンビーム４を引き出すことがより容易になる。
【００４４】
しかも、電子ビーム源３０側へガスが漏れ出ることによる不具合発生、例えば電子ビーム３８の引出し効率の低下や、電子ビーム源３０を構成するフィラメント３４（またはカソード）の寿命低下等が発生することを抑制することができる。
【００４５】
もっとも、この実施形態のようにカソード１８および絶縁物２０によって電子入射口１６を密閉するのが好ましいけれども、カソード１８が電子入射口１６を完全に、またはある程度覆うように配置されていれば良く、その場合に電子入射口１６に通じる幾らかの隙間があっても構わない。その場合でも、従来例のイオン源のように電子入射口が電子ビーム源に対して完全に開いている場合よりも、ガスのコンダクタンスを低下させることができるので、プラズマ生成容器８内のガスが電子ビーム源３０側へ漏れ出るのを小さく抑えることができる。
【００４６】
また、カソード１８は、プラズマ生成容器８の外側（電子ビーム源３０側）に設け、それから放出させた熱電子１９を電子入射口１６に相当する開口を通してプラズマ生成容器８内へ放出させるようにしても良い。
【００４７】
カソード１８および電子ビーム源３０は、この実施形態では、イオン引出しスリット１４の反対側の位置に設けているけれども、それに限定されるものではなく、この実施形態とは９０度位置を変えて、イオン引出しスリット１４を有する前面板９と交差する面側（図１の紙面の表側または裏側）に設けても良い。
【００４８】
カソード１８は、例えば図４に示す例のように、Ｘ方向に並設された複数の切れ目６２を設けて、Ｘ方向において複数個に（即ち複数のカソード片１８ａに）分割して、分割部で熱伝導を抑える構造にしても良い。
【００４９】
あるいは、完全な分割でなくても、例えば図５に示す例のように、カソード１８に、Ｘ方向に並設された複数の溝６４を設けて、各溝６４で熱伝導を抑える構造にしておいても良い。各溝６４は、カソード１８の表裏どちらに設けても良い。
【００５０】
カソード１８は、その寿命を長くするためには厚い方が好ましいけれども、厚くするほど熱伝導によって温度分布の平坦化が進み、電子ビーム３８の走査速度の大小に応じた温度分布をカソード１８内で形成しにくくなる。これに対して、カソード１８を上記のように分割したり、カソード１８に溝６４を設けておくと、当該分割部または溝によって、カソード１８内における熱伝導を小さくして温度分布の平坦化を抑えて、電子ビーム３８の走査速度の大小に応じた温度分布をカソード１８内で形成することが容易になるので、カソード１８内の温度分布ひいてはイオンビーム４のビーム電流分布の制御性および応答性が向上する。従って、カソード１８の厚さを大きくしてカソード１８の長寿命化を図ることも容易になる。
【００５１】
また、例えば図１に示す例のように、プラズマ生成容器８内であってカソード１８と対向する位置に反射電極２２を設けておいても良い。反射電極２２とプラズマ生成容器８との間は、絶縁物２４によって電気的に絶縁されている。反射電極２２は、この例では、反射電源４４からプラズマ生成容器８に対して負の反射電圧ＶR が印加され、プラズマ生成容器８に対して負電位にされる。反射電圧ＶR の大きさは、例えば、前記カソード電圧ＶC の大きさと同程度にすれば良い。
【００５２】
あるいは、反射電極２２に電源から強制的に負電圧を印加せずに、反射電極２２を浮遊電位にしておいても良い。この場合、反射電極２２はプラズマ１２に曝され、プラズマ１２中の電子の方がイオンよりも移動度が遙かに高いので、反射電極２２は負に帯電する。
【００５３】
上記のような反射電極２２を設けておくと、反射電極２２によって、プラズマ生成容器８内の電子、具体的にはカソード１８からの熱電子１９およびプラズマ１２中の電子を反射させて、これらの電子をガスの電離により効率良く使用することができる。より具体的には、上記電子は、反射電極２２とカソード１８との間を反復運動するので、プラズマ生成容器８内におけるガスの電離効率をより高めて、即ちプラズマ１２の生成効率をより高めて、プラズマ密度をより高めることができる。その結果、イオン源２から大電流のイオンビーム４を引き出すことがより容易になる。
【００５４】
反射電極２２を図１に示す例のようにイオン引出しスリット１４の内側に設ける場合は、反射電極２２に、イオン引出しスリット１４に対応する位置および形状のスリット２３を設けておけば良い。反射電極２２は上記のように負電圧が印加、または負帯電するので、プラズマ１２中のイオンは反射電極２２に向かって進み、スリット２３から射出されイオン引出しスリット１４からイオンビーム４として引き出される。反射電極２２をイオン引出しスリット１４の内側以外の場所に設ける場合は、それにスリット２３を設ける必要はない。
【００５５】
電子ビーム源３０においては、上記走査電極４０の代わりに、走査コイルを設けて、電子ビーム３８を磁界によって上記のように走査するようにしても良い。その場合は、走査電源５２から走査信号として走査電流を走査コイルに供給するようにして、この走査電流の波形を上記と同様に整形すれば良い。
【００５６】
イオン源２の運転中に、電子ビーム源３０の真空容器３２内は、真空排気装置によって真空排気するのが好ましい。そのようにすると、プラズマ生成容器８からガスが漏れて来ても、当該ガスによる前述した不具合の発生をより確実に防止することができる。
【００５７】
プラズマ生成容器８内に、例えば図１に示す例のように、イオン引出しスリット１４の長辺に沿う方向の磁界Ｂ（向きは図示例と逆でも良い）を印加するようにしても良い。あるいは、上記磁界Ｂとは直交する方向に、即ちイオン引出しスリット１４の短辺に沿う方向（換言すれば、イオンビーム４のシート面と直交する方向。即ち紙面の表裏方向）に磁界を印加するようにしても良い。いずれにしても、上記のような磁界を印加すると、当該磁界によって電子ひいてはプラズマ１２の閉込め効率が向上し、プラズマ１２の生成効率が向上するので、より高密度のプラズマ１２を生成してより大電流のイオンビーム４を引き出すことが容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】この発明に係るイオン照射装置の一実施形態を示す図である。
【図２】図１中のカソード、反射電極および前面板をＰ視方向に見て示す図である。
【図３】ビーム電流分布（Ａ）および走査電圧波形（Ｂ）の例を示す図である。
【図４】カソードの他の例を示す正面図である。
【図５】カソードの更に他の例を示す正面図である。
【符号の説明】
【００５９】
２ イオン源
４ イオンビーム
６ ターゲット
８ プラズマ生成容器
１２ プラズマ
１４ イオン引出しスリット
１６ 電子入射口
１８ カソード
２２ 反射電極
２６ 引出し電極系
３０ 電子ビーム源
３８ 電子ビーム
４２ カソード電源
５２ 走査電源
５８ ビーム計測器
６０ 制御装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン源からシート状のイオンビームを引き出してそれをターゲットに照射する構成のイオン照射装置において、
（ａ）ガスが導入されそれを電離させてプラズマを生成するための容器であって、Ｘ方向に沿って伸びているイオン引出しスリットを有するプラズマ生成容器と、加熱されることによって前記プラズマ生成容器内に熱電子を放出するものであって前記Ｘ方向に沿って伸びているカソードと、このカソードに前記Ｘ方向に走査される電子ビームを照射して当該カソードを加熱して前記熱電子を放出させる電子ビーム源と、前記プラズマ生成容器の外側に設けられていて１枚以上の電極から成り、プラズマ生成容器内で生成されたプラズマから前記イオン引出しスリットを通してシート状のイオンビームを引き出す引出し電極系とを有するイオン源と、
（ｂ）前記プラズマ生成容器とカソードとの間に後者を負極側にして直流電圧を印加して、カソードから放出させた熱電子によって前記ガスを電離させてプラズマ生成容器内でプラズマを生成するカソード電源と、
（ｃ）前記電子ビーム源に電子ビームを走査する走査信号を供給するものであって当該走査信号の波形が整形可能な走査電源と、
（ｄ）前記イオンビームを受けて、前記ターゲットの近傍における前記イオンビームの前記Ｘ方向に沿う方向のビーム電流分布を計測するビーム計測器と、
（ｅ）前記ビーム計測器によって計測した前記ビーム電流分布に基づいて前記走査電源を制御して、ビーム電流が相対的に小さい位置に対応する前記カソード上の位置における前記電子ビームの走査速度を相対的に遅くし、ビーム電流が相対的に大きい位置に対応する前記カソード上の位置における前記電子ビームの走査速度を相対的に速くして、前記ビーム電流分布を均一化するように前記走査電源から出力する走査信号の波形を整形する機能を有する制御装置とを備えていることを特徴とするイオン照射装置。
【請求項２】
前記プラズマ生成容器は、前記Ｘ方向に沿って伸びている電子入射口を有しており、前記カソードは、前記プラズマ生成容器内に当該電子入射口を覆うように配置されており、前記電子ビーム源からの電子ビームは、前記電子入射口を通して前記カソードに照射されるように構成されている請求項１記載のイオン照射装置。
【請求項３】
前記カソードは、前記Ｘ方向において複数個に分割されている請求項１または２記載のイオン照射装置。
【請求項４】
前記カソードは、前記Ｘ方向に並設された複数の溝を有している請求項１または２記載のイオン照射装置。
【請求項５】
前記プラズマ生成容器内であって前記カソードと対向する位置に、プラズマ生成容器に対して負電位または浮遊電位にされて、プラズマ生成容器内の電子を反射させる反射電極を更に備えている請求項１ないし４のいずれかに記載のイオン照射装置。
【請求項１】
イオン源からシート状のイオンビームを引き出してそれをターゲットに照射する構成のイオン照射装置において、
（ａ）ガスが導入されそれを電離させてプラズマを生成するための容器であって、Ｘ方向に沿って伸びているイオン引出しスリットを有するプラズマ生成容器と、加熱されることによって前記プラズマ生成容器内に熱電子を放出するものであって前記Ｘ方向に沿って伸びているカソードと、このカソードに前記Ｘ方向に走査される電子ビームを照射して当該カソードを加熱して前記熱電子を放出させる電子ビーム源と、前記プラズマ生成容器の外側に設けられていて１枚以上の電極から成り、プラズマ生成容器内で生成されたプラズマから前記イオン引出しスリットを通してシート状のイオンビームを引き出す引出し電極系とを有するイオン源と、
（ｂ）前記プラズマ生成容器とカソードとの間に後者を負極側にして直流電圧を印加して、カソードから放出させた熱電子によって前記ガスを電離させてプラズマ生成容器内でプラズマを生成するカソード電源と、
（ｃ）前記電子ビーム源に電子ビームを走査する走査信号を供給するものであって当該走査信号の波形が整形可能な走査電源と、
（ｄ）前記イオンビームを受けて、前記ターゲットの近傍における前記イオンビームの前記Ｘ方向に沿う方向のビーム電流分布を計測するビーム計測器と、
（ｅ）前記ビーム計測器によって計測した前記ビーム電流分布に基づいて前記走査電源を制御して、ビーム電流が相対的に小さい位置に対応する前記カソード上の位置における前記電子ビームの走査速度を相対的に遅くし、ビーム電流が相対的に大きい位置に対応する前記カソード上の位置における前記電子ビームの走査速度を相対的に速くして、前記ビーム電流分布を均一化するように前記走査電源から出力する走査信号の波形を整形する機能を有する制御装置とを備えていることを特徴とするイオン照射装置。
【請求項２】
前記プラズマ生成容器は、前記Ｘ方向に沿って伸びている電子入射口を有しており、前記カソードは、前記プラズマ生成容器内に当該電子入射口を覆うように配置されており、前記電子ビーム源からの電子ビームは、前記電子入射口を通して前記カソードに照射されるように構成されている請求項１記載のイオン照射装置。
【請求項３】
前記カソードは、前記Ｘ方向において複数個に分割されている請求項１または２記載のイオン照射装置。
【請求項４】
前記カソードは、前記Ｘ方向に並設された複数の溝を有している請求項１または２記載のイオン照射装置。
【請求項５】
前記プラズマ生成容器内であって前記カソードと対向する位置に、プラズマ生成容器に対して負電位または浮遊電位にされて、プラズマ生成容器内の電子を反射させる反射電極を更に備えている請求項１ないし４のいずれかに記載のイオン照射装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００６−３２４２０４（Ｐ２００６−３２４２０４Ａ）
【公開日】平成１８年１１月３０日（２００６．１１．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１４８４３０（Ｐ２００５−１４８４３０）
【出願日】平成１７年５月２０日（２００５．５．２０）
【出願人】（３０２０５４８６６）日新イオン機器株式会社 (161)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１１月３０日（２００６．１１．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年５月２０日（２００５．５．２０）
【出願人】（３０２０５４８６６）日新イオン機器株式会社 (161)
【Ｆターム（参考）】
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