特許 6972693 イオン生成装置及びイオン生成方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6972693

(24)【登録日】2021年11月8日

(45)【発行日】2021年11月24日

(54)【発明の名称】イオン生成装置及びイオン生成方法

(51)【国際特許分類】

   H01J 27/08 20060101AFI20211111BHJP

   H01J 37/08 20060101ALI20211111BHJP

【ＦＩ】

   H01J27/08

   H01J37/08

【請求項の数】7

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2017-119688(P2017-119688)

(22)【出願日】2017年6月19日

(65)【公開番号】特開2019-3899(P2019-3899A)

(43)【公開日】2019年1月10日

【審査請求日】2020年6月2日

(73)【特許権者】

【識別番号】315002243

【氏名又は名称】ユナイテッド・セミコンダクター・ジャパン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(74)【代理人】

【識別番号】100119987

【弁理士】

【氏名又は名称】伊坪 公一

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 光弘

(72)【発明者】

【氏名】豊福 毅

【審査官】 大門 清

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０７−０１４６９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００７−５０３６９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−００７９００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０２−０６６８３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５８−１５８８４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１２６６３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００５／０１５１０８９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００５／００４５８３４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開平０３−１４９７３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５０３４６１２（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｊ ２７／０８

Ｈ０１Ｊ ３７／０８

Ｈ０５Ｈ １／００−１／５４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

イオンを生成するイオン生成部と、
前記イオン生成部により生成されたイオンに対して電場を印加し、イオンに引力を加えて前記イオン生成部からイオンを引き出す引出電極と、
前記イオン生成部から引き出されたイオンが移動する移動経路と前記引出電極との間に配置され、前記移動経路と前記引出電極との間を物理的に分離し、電気絶縁性を有する遮蔽部と、
を備え、
前記イオン生成部は、生成したイオンを放出する開口部を有し、
前記遮蔽部は、前記開口部内まで延びているイオン生成装置。

【請求項2】

前記移動経路を規定する前記遮蔽部の厚さは、前記イオン生成部側から前記イオン生成部とは反対側に向かうに従って薄くなっている請求項１に記載のイオン生成装置。

【請求項3】

前記移動経路は、前記遮蔽部に囲まれた空間であり、
前記移動経路の大きさは、前記イオン生成部側から前記イオン生成部とは反対側に向かうに従って小さくなる請求項１又は２に記載のイオン生成装置。

【請求項4】

前記引き出し電極は、
第１電極と、
前記第１電極に対して前記イオン生成部とは反対側に配置される第２電極と、
を有し、
前記第１電極は、前記移動経路が貫通する第１開口部を有し、
前記第２電極は、前記移動経路が貫通する第２開口部を有し、
前記第２開口部の大きさ、前記第１開口部よりも小さい請求項１〜３の何れか一項に記載のイオン生成装置。

【請求項5】

前記イオン生成部が生成するイオンとは反対の極性を有する荷電粒子を生成して、当該荷電粒子を前記移動経路内に放出可能な荷電粒子生成部を備える請求項１〜４の何れか一項に記載のイオン生成装置。

【請求項6】

所定の電位を有する引出電極を用いて、イオン生成部により生成されたイオンに電場を印加し、イオンに引力を加えて前記イオン生成部の開口部から放出されるイオンを引き出すことと、
イオンが移動する移動経路と前記引出電極との間に前記開口部まで延びるように配置され、前記移動経路と前記引出電極との間を物理的に分離し、電気絶縁性を有する遮蔽部により規定される前記移動経路に沿って、前記イオン生成部から引き出されたイオンを移動させることと、
を含むイオン生成方法。

【請求項7】

更に、
前記イオン生成部がイオンの生成を停止した状態で、前記遮蔽部に対して、前記イオン生成部が生成するイオンとは反対の極性を有する荷電粒子を、前記前記移動経路内へ放射すること、を含む請求項６に記載のイオン生成方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、イオン生成装置及びイオン生成方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、半導体装置の製造工程において、イオンを生成するイオン生成装置が使用されている。

【0003】

イオン生成装置は、原料となるガスをイオン化して、イオンを生成する（例えば、特許文献１参照）。イオン生成装置により生成されたイオンは、例えば、所定の入射エネルギーに加速されて基板に注入される。また、イオン生成装置により生成されたイオンは、集束イオンビームに成形されて、微細加工に使用される（例えば、特許文献２参照）。

【0004】

イオン生成装置では、イオンを生成するチャンバ内で生成されたイオンに対して、所定の電位を有する引出電極により生成された電場を用いて引力を加え、チャンバ内からイオンが引き出される。チャンバ内から引き出されたイオンは、軌道調整及び加速等の処理がなされて、基板等へ照射される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開平１−２１９１６１号公報

【特許文献2】特開平７−３２０６７０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

引出電極には、チャンバ内で生成されたイオンに対して引力を加えるために、イオンが有する極性に対して、反対の極性の電圧が印加される。例えば、正電荷を有するイオン（正イオン）に対して引力を加えるために、引出電極には負の電圧が印加される。

【0007】

引出電極と正イオンとの間には引力が働くので、引出電極は、正イオンが付着して帯電する場合がある。また、イオンの原料ガス又は分解物が、引出電極に付着する場合もある。

【0008】

このように、引出電極に、正イオンが付着して帯電すると、チャンバ内と引出電極の付着物との間に放電が生じて、引出電極の電圧を所定の電圧に保つことが困難になる場合がある。また、引出電極に対して放電が生じると、電極が損傷したり、付着物が引出電極に固着する場合もある。

【0009】

引出電極の電圧が不安定になると、チャンバ内からイオンを引き出す制御に影響を与えるので、場合によっては、イオン生成装置を停止して、装置の保守作業を行うことが生じ得る。

【0010】

本明細書では、引出電極へのイオン等の付着を防止するイオン生成装置及びイオン生成方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本明細書に開示するイオン生成装置の一形態によれば、イオンを生成するイオン生成部と、イオン生成部により生成されたイオンに対して電場を印加し、イオンに引力を加えてイオン生成部からイオンを引き出す引出電極と、イオン生成部から引き出されたイオンが移動する移動経路と引出電極との間に配置され、移動経路と引出電極との間を物理的に分離し、電気絶縁性を有する遮蔽部と、を備える。

【0012】

また、本明細書に開示するイオン生成方法の一形態によれば、所定の電位を有する引出電極を用いて、イオン生成部により生成されたイオンに電場を印加し、イオンに引力を加えてイオン生成部からイオンを引き出すことと、イオンが移動する移動経路と引出電極との間に配置され、移動経路と引出電極との間を物理的に分離し、電気絶縁性を有する遮蔽部により規定される移動経路に沿って、イオン生成部から引き出されたイオンを移動させることと、を含む。

【発明の効果】

【0013】

上述した本明細書に開示するイオン生成装置の一形態によれば、引出電極へのイオン等の付着を防止できる。

【0014】

また、上述した本明細書に開示するイオン生成方法の一形態によれば、引出電極へのイオン等の付着を防止できる。

【0015】

本発明の目的及び効果は、特に請求項において指摘される構成要素及び組み合わせを用いることによって認識され且つ得られるだろう。

【0016】

前述の一般的な説明及び後述の詳細な説明の両方は、例示的及び説明的なものであり、特許請求の範囲に記載されている本発明を制限するものではない。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本明細書に開示する第１実施形態のイオン生成装置を示す図である。

【図2】遮蔽部及び引出電極を示す図である。

【図3】イオン生成装置の中和工程を説明する図である。

【図4】本明細書に開示する第１実施形態のイオン生成装置の変形例１を示す図である。

【図5】本明細書に開示する第１実施形態のイオン生成装置の変形例２を示す図である。

【図6】本明細書に開示する第２実施形態のイオン生成装置を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本明細書で開示するイオン生成装置の好ましい第１実施形態を、図を参照して説明する。但し、本発明の技術範囲はそれらの実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶものである。

【0019】

図１は、本明細書に開示する第１実施形態のイオン生成装置を示す図である。図２は、遮蔽部及び引出電極を示す図である。

【0020】

イオン生成装置（以下、単に装置ともいう）１０は、原料に応じて各種のイオンを生成する。生成されたイオンは、例えば、質量分析器（図示せず）により選別された後、軌道を調整され、加速部（図示せず）により所定の入射エネルギーに加速されて基板等に照射される。

【0021】

装置１０は、アークチャンバ１１と、ガス供給部１２と、第１フィラメント１３と、第１磁力線生成部１４と、リフレクタ１５と、サプレッション電極１６と、引出電極１７と、遮蔽部１８と、第２フィラメント１９と、第２磁力線生成部２０を備える。

【0022】

アークチャンバ１１は、内部が所定の圧力に減圧され、原料ガスがアーク放電によりイオン化されてイオンが生成される空間を提供する。アークチャンバ１１は、第１開口部１１ａと、第１開口部１１ａと内部空間を介して対向する第２開口部１１ｂを有する。アークチャンバ１１は、電気導電性を有する。

【0023】

装置１０は、アークチャンバ１１に対して正の電圧を印加する直流電源Ｐ１と、アークチャンバ１１に対する電圧の印加を制御するスイッチＳ１を有する。スイッチＳ１は、図示しない制御部により制御される。

【0024】

ガス供給部１２は、イオンの原料となる原料ガスの分子３０を生成して、アークチャンバ１１の第１開口部１１ａからアークチャンバ１１内に供給する。装置１０は、ガス供給部１２に電力を供給する直流電源Ｐ２と、ガス供給部１２の作動を制御するスイッチＳ２を有する。スイッチＳ２は、図示しない制御部により制御される。原料ガスとして、例えばＢＦ_３を用いることができる。

【0025】

第１フィラメント１３は、直流電源Ｐ３から電力が供給されて加熱することにより電子３１をアークチャンバ１１内に放出する。装置１０は、第１フィラメント１３の動作を制御するスイッチＳ３を有する。スイッチＳ３は、図示しない制御部により制御される。また、直流電源Ｐ３は、直流電源Ｐ１と直列に接続しており、アークチャンバ１１に正の電圧を印加する。

【0026】

第１磁力線生成部１４は、磁力線を生成して、アークチャンバ１１内に向けて磁力線を放射する。装置１０は、第１磁力線生成部１４に電力を供給する直流電源Ｐ６と、第１磁力線生成部１４の動作を制御するスイッチＳ６を有する。スイッチＳ６は、図示しない制御部により制御される。

【0027】

第１磁力線生成部１４から放射された磁力線は、第１フィラメント１３が放出した電子３１にローレンツ力を加えて、アークチャンバ１１内で電子３１に回転運動を生じさせる。これにより、アークチャンバ１１内における電子３１の飛行距離を増大させて、電子３１が原料ガスの分子３０と衝突する確率を向上して、アークチャンバ１１内で正イオン３２を効率良く生成する。アークチャンバ１１内には、原料ガスの分子３０が電子を失って生成された正イオン３２と、原料ガスの分子３０から放出された電子等とを含むプラズマが生成される。原料ガスとしてＢＦ_３を用いた場合、装置１０により、Ｂの正イオン及びＦの正イオンが生成される。

【0028】

リフレクタ１５は、第１フィラメント１３が放出した電子３１が衝突することにより二次電子を放出する。リフレクタ１５が放出した電子も、アークチャンバ１１内で原料ガスの分子３０と衝突することにより、正イオン３２を生成する。

【0029】

装置１０では、上述したアークチャンバ１１と、ガス供給部１２と、第１フィラメント１３と、第１磁力線生成部１４と、リフレクタ１５とが協働して、イオンを生成する。

【0030】

サプレッション電極１６は、平面視して矩形の板形状を有し、内部に開口部１６ａを有する。開口部１６ａは、アークチャンバ１１内から引き出された正イオン３２が移動する移動経路Ｍの一部を形成する。サプレッション電極１６は、開口部１６ａが、正イオン３２の引き出し方向から見て、アークチャンバ１１の第２開口部１１ｂと重なるように配置される。

【0031】

サプレッション電極１６は、直流電源Ｐ５により、基準電位（イオンが照射される基板の電位であり、０〜１Ｅ−２Ｖ程度：レッドボック電位）よりも低い負の電圧が印加されて電場を生成する。サプレッション電極１６により生成される電場が、アークチャンバ１１内の電子３１に対して斥力を加えることにより、電子３１が、アークチャンバ１１内から第２開口部１１ｂを通って引き出されることを抑制する。装置１０は、サプレッション電極１６への電圧の印加を制御するスイッチＳ５を有する。スイッチＳ５は、図示しない制御部により制御される。また、直流電源Ｐ５は、図示しない制御部により制御されて、印加する電圧の極性を反転可能である。

【0032】

引出電極１７は、図２に示すように、平面視して矩形の板形状を有しており、内部に矩形の開口部１７ａを有する。開口部１７ａは、アークチャンバ１１内から引き出された正イオン３２が移動する移動経路Ｍの一部を形成する。上述したサプレッション電極１６の開口部１６ａを平面視した形状は、開口部１７ａと同じである。引出電極１７は、開口部１７ａが、サプレッション電極１６の開口部１６ａ及びアークチャンバ１１の第２開口部１１ｂと重なるように配置される。

【0033】

引出電極１７は、基準電位が印加されて電場を生成する。引出電極１７は、スイッチＳ４及び直流電源Ｐ４を介して、アークチャンバ１１と電気的に接続する。アークチャンバ１１の電位は、直流電源Ｐ４により印加される電圧の分だけ、基準電位にある引出電極１７よりも高くなる。引出電極１７により生成された電場は、アークチャンバ１１内の正イオン３２に対して引力を加えて、正イオン３２を第２開口部１１ｂから移動経路Ｍへ引き出す。また、アークチャンバ１１により生成される電場は、アークチャンバ１１内の正イオン３２に対して斥力を加えて、正イオン３２が第２開口部１１ｂから移動経路Ｍへ引き出されることを支援する。スイッチＳ４は、図示しない制御部により制御される。また、直流電源Ｐ４は、図示しない制御部により制御されて、印加する電圧の極性を反転可能である。

【0034】

遮蔽部１８は、図２に示すように、断面が四角形の角筒の形状を有しており、電気絶縁性を有する。遮蔽部１８は、サプレッション電極１６の開口部１６ａ及び引出電極１７の開口部１７ａ内を貫通して、アークチャンバ１１の第２開口部１１ｂ内まで延びている。遮蔽部１８の内部は、イオンが生成されたアークチャンバ１１から引き出されたイオンが移動する移動経路Ｍを規定する。移動経路Ｍは、遮蔽部１８に囲まれた四角柱状の空間であり、アークチャンバ１１内の空間と、引出電極１７の外側の空間とを接続する。

【0035】

遮蔽部１８は、アークチャンバ１１から引き出されたイオンが移動する移動経路Ｍと引出電極１７との間に配置され、移動経路Ｍと引出電極１７との間を物理的に分離する。

【0036】

引出電極１７は、アークチャンバ１１で生成されたイオンを、遮蔽部１８により規定される移動経路Ｍ内を移動させて、アークチャンバ１１内から引き出す。アークチャンバ１１のイオンは、遮蔽部１８のアークチャンバ１１側の開口部から引き込まれて、引出電極１７側の開口部から外部へ放出される。

【0037】

遮蔽部１８が、アークチャンバ１１の第２開口部１１ｂ内まで延びていることにより、アークチャンバ１１で生成されたイオンが、サプレッション電極１６又は引出電極１７に付着することが防止される。

【0038】

遮蔽部１８を形成する材料は、サプレッション電極１６及び引出電極１７が生成する電場を減衰させない観点から、誘電率は低いことが好ましい。

【0039】

遮蔽部１８を形成する材料の比誘電率として、例えば、４〜７程度のものが使用できる。また、遮蔽部１８を形成する材料の抵抗率として、例えば、１Ｅ１３〜１Ｅ１５オームｃｍのものが使用できる。

【0040】

遮蔽部１８を形成する材料として、例えば、酸化アルミニウム又は窒化硼素等のセラミックス、ＳｉＳｉＣ等の高比剛性セラミックス、又は石英（二酸化ケイ素）等を用いることができる。

【0041】

第２フィラメント１９は、直流電源Ｐ７から電力が供給されて加熱することにより電子を生成して、第１開口部１１ａからアークチャンバ１１内に電子を放出する。装置１０は、第２フィラメント１９の動作を制御するスイッチＳ７を有する。スイッチＳ７は、図示しない制御部により制御される。

【0042】

第２磁力線生成部２０は、磁力線を生成して、アークチャンバ１１内に向けて磁力線を放射する。装置１０は、第２磁力線生成部２０に電力を供給する直流電源Ｐ８と、第２磁力線生成部２０の動作を制御するスイッチＳ８を有する。スイッチＳ８は、図示しない制御部により制御される。

【0043】

第２磁力線生成部２０により生成された磁力線は、第２フィラメント１９が放出した電子にローレンツ力を加えて、アークチャンバ１１内で電子に回転運動を生じさせる。これにより、アークチャンバ１１内における電子の飛行距離を増大させて、遮蔽部１８の内部まで、電子を移動可能にする。

【0044】

次に、上述した装置１０の動作を以下に説明する。装置１０は、イオンを生成するイオン生成工程と、遮蔽部１８内に付着した正イオンを電子で中和する中和工程を有する。

【0045】

まず、イオン生成工程について説明する。

【0046】

イオン生成工程では、図１に示すように、スイッチＳ１〜６は、図示しない制御部に制御されて閉じられる。一方、スイッチＳ７、Ｓ８は、図示しない制御部に制御されて開かれる。

【0047】

ガス供給部１２は、イオンの原料となる原料ガスの分子３０を生成して、アークチャンバ１１の第１開口部１１ａからアークチャンバ１１に供給する。また、第１フィラメント１３は、直流電源Ｐ３から電力が供給されて加熱することにより電子３１をアークチャンバ１１内に放出する。第１磁力線生成部１４により生成された磁力線は、第１フィラメント１３が放出した電子３１に回転運動を生じさせる。リフレクタ１５は、第１フィラメント１３が放出した電子３１が衝突することにより二次電子を放出する。アークチャンバ１１内において、電子３１が原料ガスの分子３０と衝突することにより、正イオン３２が生成される。アークチャンバ１１内には、原料ガスの分子３０が電子を失って生成された正イオン３２と、原料ガスの分子３０から放出された電子等とを含むプラズマが生成される。

【0048】

引出電極１７により生成された電場は、アークチャンバ１１内の正イオン３２に対して引力を加えて、正イオン３２を第２開口部１１ｂから移動経路Ｍへ引き出す。アークチャンバ１１のイオンは、遮蔽部１８のアークチャンバ１１側の開口部から引き込まれ移動経路Ｍを移動して、引出電極１７側の開口部から外部へ放出される。また、アークチャンバ１１内の電子３１は、サプレッション電極１６により生成される電場により斥力を受けるので、移動経路Ｍへ移動することが規制される。サプレッション電極１６及び引出電極１７は、移動経路Ｍとの間に遮蔽部１８が配置されることにより、正イオン３２が付着することが防止される。

【0049】

次に、中和工程について説明する。

【0050】

図３は、イオン生成装置の中和工程を説明する図である。

【0051】

上述したイオン生成工程では、移動経路Ｍを規定する遮蔽部１８の内面は、正イオン３２が付着して帯電することがある。遮蔽部１８の内面の正に帯電した付着物に対して、アークチャンバ１１内の電子が放電する放電経路が形成されるおそれがある。そこで、装置１０では、中和工程において、正に帯電した付着物に電子を供給して電気的に中和する。

【0052】

中和工程では、図３に示すように、スイッチＳ４、Ｓ５、Ｓ７、Ｓ８は、図示しない制御部に制御されて閉じられる。一方、スイッチＳ１〜Ｓ３、Ｓ６は、図示しない制御部に制御されて開かれる。即ち、アークチャンバ１１内において、正イオンの生成は停止する。

【0053】

また、直流電源Ｐ４、Ｐ５は、図示しない制御部に制御されて、印加する電圧の極性がイオン生成工程の時に対して反転する。即ち、アークチャンバ１１に負の電圧が印加される。また、サプレッション電極１６に正の電圧が印加される。

【0054】

第２フィラメント１９は、直流電源Ｐ７から電力が供給されて加熱することにより電子を生成して、第１開口部１１ａからアークチャンバ１１内に電子を放出する。第２磁力線生成部２０により生成された磁力線は、第２フィラメント１９が放出した電子に回転運動を生じさせ、アークチャンバ１１内における電子の飛行距離を増大させて、第２フィラメント１９と対向する遮蔽部１８の内部まで到達させる。サプレッション電極１６により生成された電場は、アークチャンバ１１内の電子に対して引力を加えて、電子を第２開口部１１ｂから移動経路Ｍへ引き出す。また、また、アークチャンバ１１により生成される電場は、アークチャンバ１１内の電子に対して斥力を加えて、電子を第２開口部１１ｂから移動経路Ｍへ引き出されることを支援する。遮蔽部１８の内部に到達した電子は、遮蔽部１８の内面に付着した付着物に吸着して電荷を中和する。これにより、アークチャンバ１１内と遮蔽部１８の内面の正に帯電した付着物との間に放電が生じることが抑制される。

【0055】

また、中和工程は、アークチャンバ１１及び遮蔽部１８の内面に付着した付着物をドライエッチングするエッチングガスを、アークチャンバ１１及び遮蔽部１８に供給して、付着物を除去する工程を有していてもよい。

【0056】

上述した本実施形態の装置によれば、サプレッション電極及び引出電極と移動経路との間に遮蔽部が配置されることにより、サプレッション電極及び引出電極へのイオン等の付着を防止できる。これにより、アークチャンバ内から引出電極への放電が生じることが防止されるので、サプレッション電極及び引出電極の電圧を安定に保つことができる。また、サプレッション電極及び引出電極が放電により損傷することも防止できる。

【0057】

従って、本実施形態の装置によれば、装置を保守するために装置を停止する期間を短縮して、装置の稼働時間を長くすることができる。

【0058】

次に、上述した第１実施形態の装置１０の変形例１及び変形例２を、図４及び図５を参照しながら、以下に説明する。

【0059】

図４は、本明細書に開示する第１実施形態のイオン生成装置の変形例１を示す図である。

【0060】

本変型例では、移動経路Ｍを規定する遮蔽部１８の厚さは、アークチャンバ１１側から引出電極１７側に向かうに従って薄くなっている。具体的には、四角形の角筒を形成する遮蔽部１８の壁面の厚さは、アークチャンバ１１側から引出電極１７側に向かうに従って薄くなっている。

【0061】

引出電極１７により生成される電場の強度は、遮蔽部１８が配置されることにより、遮蔽部１８が配置されない場合よりも弱まる。

【0062】

そこで、本変型例では、引出電極１７側の遮蔽部１８の厚さを薄くすることにより、引出電極１７側の移動経路Ｍ内を移動するイオンに印加される電場の強度を増大して、イオンに与えられる引力を強めている。

【0063】

図４に示す例では、遮蔽部１８の厚さは、アークチャンバ１１側から引出電極１７側に向かうに従って、連続して薄くなっているが、遮蔽部１８の厚さは、階段状に薄くなっていてもよい。

【0064】

図５は、本明細書に開示する第１実施形態のイオン生成装置の変形例２を示す図である。

【0065】

本変型例では、遮蔽部１８により規定される移動経路Ｍの大きさは、アークチャンバ１１側から引出電極１７側に向かうに従って小さくなる。遮蔽部１８は、全体として、テーパ状の形状を有する角筒である。移動経路Ｍの大きさは、移動経路Ｍを移動するイオンの進行方向と直交する向きにおける移動経路Ｍの断面積といってもよい。

【0066】

上述したように、引出電極１７により生成される電場の強度は、遮蔽部１８が配置されることにより、遮蔽部１８が配置されない場合よりも弱まるので、イオンに対する引力が低下し且つイオンの集束度が低下して拡がる傾向にある。

【0067】

そこで、本変型例では、遮蔽部１８により規定される移動経路Ｍの断面積が、イオンの進行方向に向かってテーパ状に狭まるようにして、イオンに対する引力を増加すると共に、引き出されるイオンの集束度を高めている。

【0068】

図５に示す例では、移動経路Ｍの大きさは、アークチャンバ１１側から引出電極１７側に向かうに従って、連続して小さくなっているが、移動経路Ｍの大きさは、階段状に小さくなっていてもよい。

【0069】

次に、上述したイオン生成装置の第２実施形態を、図６を参照しながら以下に説明する。第２実施形態について特に説明しない点については、上述の第１実施形態に関して詳述した説明が適宜適用される。また、同一の構成要素には同一の符号を付してある。

【0070】

図６は、本明細書に開示する第２実施形態のイオン生成装置を示す図である。

【0071】

本実施形態の装置１０は、引出電極として、アークチャンバ１１側に配置される第１の引出電極１７（第１実施形態の引出電極に対応する）と、第１の引出電極１７に対してアークチャンバ１１とは反対側に配置される第２の引出電極２１を有する。

【0072】

第２の引出電極２１は、直流電源Ｐ９により、基準電位（イオンが照射される基板の電位であり、０〜１Ｅ−２Ｖ程度）よりも低い負の電圧が印加されて電場を生成する。装置１０は、第２の引出電極２１への電圧の印加を制御するスイッチＳ９を有する。スイッチＳ９は、図示しない制御部により制御される。

【0073】

第２の引出電極２１により生成された電場は、アークチャンバ１１内の正イオン３２に対して引力を加えて、正イオン３２を第２開口部１１ｂから移動経路Ｍへ引き出す。

【0074】

上述したように、第１の引出電極１７により生成される電場の強度は、遮蔽部１８が配置されることにより、遮蔽部１８が配置されない場合よりも弱まるので、イオンに対する引力が低下し且つイオンの集束度が低下して拡がる傾向にある。

【0075】

そこで、本実施形態では、第１の引出電極１７に加えて第２の引出電極２１を配置することにより、イオンに対する引力を増加すると共に、引き出されるイオンの集束度を高めている。

【0076】

第２の引出電極２１を平面視した輪郭は、第１の引出電極１７と同じ形状を有する。

【0077】

第１の引出電極１７は、上述したように、移動経路Ｍを規定する遮蔽部１８が貫通する開口部１７ａを有する。第２の引出電極２１も、移動経路Ｍを規定する遮蔽部１８が貫通する開口部２１ａを有する。

【0078】

第２の引出電極２１の開口部２１ａの大きさは、第１の引出電極１７の開口部１７ａよりも小さい。即ち、第２の引出電極２１の開口部２１ａの径は、第１の引出電極１７の開口部１７ａよりも小さい。

【0079】

第２の引出電極２１の開口部２１ａは、その中心の位置が、第１の引出電極１７の開口部１７ａの中心と一致するように配置される。

【0080】

そのため、遮蔽部１８の表面と、第２の引出電極２１の開口部２１ａの縁との距離は、遮蔽部１８の表面と、第１の引出電極１７の開口部１７ａの縁との距離よりも短くなる。

【0081】

従って、第２の引出電極２１により生成された電場が、アークチャンバ１１内の正イオン３２に対して働く引力は、第１の引出電極１７よりも大きい。これにより、装置１０では、イオンに対する引力を更に増加すると共に、引き出されるイオンの集束度を一層高めている。

【0082】

上述した本実施形態の装置１０によれば、イオンをアークチャンバ内から引き出す引力を増加すると共に、引き出されるイオンの集束度が高められている。また、上述した第１実施形態と同様の効果が奏される。

【0083】

本発明では、上述した実施形態のイオン生成装置及びイオン生成方法は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更が可能である。また、一の実施形態が有する構成要件は、他の実施形態にも適宜適用することができる。

【0084】

例えば、上述した各実施形態では、装置は、正イオンを生成していたが、負イオンを生成してもよい。装置が負イオンを生成する場合には、サプレッション電極及び接地電極に印加される電圧の極性は反対の極性となる。また、負イオンを生成する場合には、第２フィラメントは、負イオンとは反対の正の極性を有する荷電粒子（正イオン）を生成して、当該荷電粒子を移動経路内に放出可能な荷電粒子生成部を用いることが好ましい。

【0085】

また、上述した各実施形態では、遮蔽部が、アークチャンバの第２開口部内まで延びていたが、遮蔽部は、第２開口部内まで延びていなくてもよい。

【0086】

ここで述べられた全ての例及び条件付きの言葉は、読者が、発明者によって寄与された発明及び概念を深く理解することを助けるための教育的な目的を意図する。ここで述べられた全ての例及び条件付きの言葉は、そのような具体的に述べられた例及び条件に限定されることなく解釈されるべきである。また、明細書のそのような例示の機構は、本発明の優越性及び劣等性を示すこととは関係しない。本発明の実施形態は詳細に説明されているが、その様々な変更、置き換え又は修正が本発明の精神及び範囲を逸脱しない限り行われ得ることが理解されるべきである。

【符号の説明】

【0087】

１０ イオン生成装置
１１ アークチャンバ
１１ａ 第１開口部
１１ｂ 第２開口部
１２ ガス供給部
１３ 第１フィラメント
１４ 第１磁力線生成部
１５ リフレクタ
１６ サプレッション電極
１６ａ 開口部
１７ 引出電極
１７ａ 開口部
１８ 遮蔽部
１９ 第２フィラメント（荷電粒子生成部）
２０ 第２磁力線生成部
２１ 第２の引出電極
Ｓ１〜Ｓ９ スイッチ
Ｐ１〜Ｐ９ 直流電源
３０ ガス分子
３１ 電子
３２ イオン
Ｍ 移動経路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】