特開 2024-124011 イオン源

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024124011

(43)【公開日】2024-09-12

(54)【発明の名称】イオン源

(51)【国際特許分類】

   H01J 37/08 20060101AFI20240905BHJP

【ＦＩ】

H01J37/08

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023031885

(22)【出願日】2023-03-02

【公序良俗違反の表示】

（特許庁注：以下のものは登録商標）

１．テフロン

(71)【出願人】

【識別番号】000003942

【氏名又は名称】日新電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100121441

【弁理士】

【氏名又は名称】西村 竜平

(74)【代理人】

【識別番号】100154704

【弁理士】

【氏名又は名称】齊藤 真大

(74)【代理人】

【識別番号】100206151

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 惇志

(74)【代理人】

【識別番号】100218187

【弁理士】

【氏名又は名称】前田 治子

(74)【代理人】

【識別番号】100227673

【弁理士】

【氏名又は名称】福田 光起

(72)【発明者】

【氏名】安東 靖典

(72)【発明者】

【氏名】松尾 大輔

【テーマコード（参考）】

5C101

【Ｆターム（参考）】

5C101AA25

5C101BB01

5C101BB02

5C101BB05

5C101BB07

5C101BB09

5C101CC01

5C101CC17

5C101DD03

5C101DD17

5C101DD20

5C101DD23

5C101DD25

5C101DD26

5C101DD27

5C101DD28

5C101DD29

5C101DD31

(57)【要約】

【課題】メンテナンスの周期が長く、メンテナンス時の作用性がよく、さらには装置全体の小型化を図ることができ、製造コストも抑えられるイオン源を提供する。
【解決手段】イオン源ガスが導入される内部空間を有する長尺状をなす容器であり、その長手方向に沿った１つの側壁にイオン引出口が形成されたプラズマ生成容器と、前記イオン源ガスを電離させて前記内部空間にプラズマを生成させるプラズマ生成手段と、プラズマ生成容器の外部に設けられ、前記イオン引出口を通じて前記内部空間からイオンビームを引き出す引出電極系とを備え、前記プラズマ生成手段が、前記プラズマ生成容器の外部において、前記長手方向に沿って設けられたアンテナと、前記アンテナに高周波を印加する高周波電源と、前記プラズマ生成容器の側壁における前記アンテナに臨む位置に形成され、前記アンテナから生じた高周波磁場を前記内部空間に透過させる磁場透過窓とを備えるイオン源である。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

イオン源ガスが導入される内部空間を有する長尺状をなす容器であり、その長手方向に沿った１つの側壁にイオン引出口が形成されたプラズマ生成容器と、
前記イオン源ガスを電離させて前記内部空間にプラズマを生成させるプラズマ生成手段と、
プラズマ生成容器の外部に設けられ、前記イオン引出口を通じて前記内部空間からイオンビームを引き出す引出電極系とを備え、
前記プラズマ生成手段が、
前記プラズマ生成容器の外部において、前記長手方向に沿って設けられたアンテナと、
前記アンテナに高周波を印加する高周波電源と、
前記プラズマ生成容器の側壁における前記アンテナに臨む位置に形成され、前記アンテナから生じた高周波磁場を前記内部空間に透過させる磁場透過窓とを備えるイオン源。

【請求項2】

前記引出電極系が、前記イオン引出口に臨む位置に設けられた１枚又は複数枚の板状の電極を備えており、当該各電極における前記イオン引出口に対応する位置には、その厚み方向に貫通するスリットが前記長手方向に沿って形成されており、
当該スリットが伸びる方向と前記アンテナが伸びる方向とが一致する請求項１に記載のイオン源。

【請求項3】

前記磁場透過窓が、前記プラズマ生成容器の側壁に形成された開口と、当該開口を塞ぐスリット板と、当該スリット板に形成されたスリットを前記プラズマ生成容器の外側から塞ぐ誘電体板とを備える請求項１に記載のイオン源。

【請求項4】

前記磁場透過窓が、前記スリット板に形成されたスリットを前記プラズマ生成容器の内側から間隙を空けて覆うマスク板を更に備える請求項３に記載のイオン源。

【請求項5】

前記アンテナと前記磁場透過窓との間の距離を部分的に調整する距離調整機構をさらに備える請求項１に記載のイオン源。

【請求項6】

前記距離調整機構が、前記長手方向に沿った前記アンテナの複数箇所の位置を変位させるものである請求項５に記載のイオン源。

【請求項7】

前記プラズマ生成容器には、前記内部空間にイオン源ガスを導入するための複数のガス導入孔が前記長手方向に沿って設けられており、
当該複数のガス導入孔は、前記長手方向に沿った両端部における孔径が中央部における孔径よりも相対的に大きい、又は前記長手方向に沿った両端部における配置間隔が中央部における配置間隔よりも相対的に狭い請求項１に記載のイオン源。

【請求項8】

前記長手方向から視て、前記磁場透過窓が、前記プラズマ生成容器における、前記イオン引出口が形成された側壁に対向する側壁に形成されている請求項１に記載のイオン源。

【請求項9】

前記長手方向から視て、前記磁場透過窓が、前記プラズマ生成容器における、イオン引出口を通って、前記イオンビームの引出方向に伸びるイオン引出軸線を挟んで対向する２つの側壁の一方又は両方に形成されている請求項１に記載のイオン源。

【請求項10】

前記長手方向から視て、前記磁場透過窓が形成された２つの側壁は、その内壁面が前記イオン引出口を向くように、前記イオン引出軸線に対して傾斜している請求項９に記載のイオン源。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、例えばイオン注入装置等に用いられるイオン源に関するものである。

【背景技術】

【0002】

この種のイオン源としては、特許文献１に示すように、イオン源ガスが導入される直方体形状をなすプラズマ生成容器と、当該プラズマ生成容器の側面外側に配置され、プラズマ生成容器内部にカスプ磁場を形成する複数の磁石と、プラズマ生成容器の側壁から内部に挿入して設けられた、電子を放出するフィラメントとを有するものがある。このイオン源においては、プラズマ生成容器が陽極を兼ねており、フィラメントから放出される電子をプラズマ生成容器内で放電させて、イオン源ガスを電離させてプラズマが生成される。そして、プラズマ生成容器の１つの側壁に形成されたイオン引出口近傍に設けられた引出電極系を用いて、プラズマからイオンビームを引き出すよう構成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１１－２２８０４４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述のような、フィラメントをプラズマ生成容器の側壁から内部に挿入したイオン源では、プラズマを生成するのにプラズマ生成容器に負電圧を印加させるので、フィラメントは、正イオンによるスパッタリングを受けて消耗してしまう。特にＢＦ_３等のハロゲン化物のイオン源ガスを使ってプラズマを発生させる場合には、フィラメントは化学反応を伴うスパッタリングを受け、より一層消耗しやすい。フィラメントの消耗が進むと、これを交換する等のメンテナンスが必要となるため、従来のイオン源においては、フィラメントの寿命が、イオン源のメンテナンス周期を決める主たる要因となっている。

【0005】

また、プラズマ生成容器内に略均一なプラズマを生成するには、多数のフィラメントを設ける必要があり、そして各フィラメントに対して電源を設ける必要があるため、部品点数が増加し、装置が大型化してしまう。また部品点数が増加することでその取り付けに要する加工工数も増大し、さらには電源が増加することで制御点数も比例して増加し、コストが高くなってしまう。さらには、多数のフィラメントを設けることから、フィラメント結線用の高電流用ケーブルの本数も増加し、これにより配線経路が複雑化しメンテナンス時の作業性が悪いという問題もなる。

【0006】

本発明は、かかる問題を一挙に解決するべくなされたものであり、メンテナンスの周期が長く、メンテナンス時の作用性がよく、さらには装置全体の小型化を図ることができ、製造コストも抑えられるイオン源を提供することをその主たる課題とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

すなわち本発明に係るイオン源は、イオン源ガスが導入される内部空間を有する長尺状をなす容器であり、その長手方向に沿った１つの側壁にイオン引出口が形成されたプラズマ生成容器と、前記イオン源ガスを電離させて前記内部空間にプラズマを生成させるプラズマ生成手段と、プラズマ生成容器の外部に設けられ、前記イオン引出口を通じて前記内部空間からイオンビームを引き出す引出電極系とを備え、前記プラズマ生成手段が、前記プラズマ生成容器の外部において、前記長手方向に沿って設けられたアンテナと、前記アンテナに高周波を印加する高周波電源と、前記プラズマ生成容器の側壁における前記アンテナに臨む位置に形成され、前記アンテナから生じた高周波磁場を前記内部空間に透過させる磁場透過窓とを備えることを特徴とする。

【発明の効果】

【0008】

このように構成した本発明によれば、メンテナンスの周期が長く、メンテナンス時の作用性がよく、さらには装置全体の小型化を図ることができ、製造コストも抑えられるイオン源を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の一実施形態に係るイオン注入装置の全体構成を示す模式図である。

【図2】同実施形態のイオン源の構成を模式的に示す横断面図である。

【図3】同実施形態のイオン源の構成を模式的に示す縦断面図である。

【図4】同実施形態の窓部材の構成を模式的に示す図であり、（ａ）横断面図、（ｂ）アンテナ側から視た平面図、（ｃ）内部空間側から視た平面図である。

【図5】同実施形態のイオン源を用いた誘導結合プラズマのプラズマ密度分布を示すグラフ。

【図6】他の実施形態の窓部材の構成を模式的に示す図であり、（ａ）横断面図、（ｂ）内部空間側から視た見た平面図である。

【図7】他の実施形態のイオン注入装置における電流分布モニタの機能を説明する図である。

【図8】他の実施形態のイオン源の構成を模式的に示す横断面図である。

【図9】他の実施形態のイオン源の構成を模式的に示す横断面図である。

【図10】他の実施形態のイオン源の構成を模式的に示す縦断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本発明のイオン源は、例えば、半導体製造工程やフラッットパネルディスプレイ製造工程で使用されるイオン注入装置やイオンドーピング装置等のイオンビーム照射装置に用いられるものである。以下に、本発明の一実施形態に係るイオン源１００を備えるイオン注入装置４００について、図面を参照して説明する。

【0011】

本実施形態のイオン注入装置４００は、図１に示すように、ターゲットである基板Ｗに、イオンビームＩＢを照射してイオン注入をするためのものである。具体的にこのイオン注入装置４００は、所定の引出方向にイオンビームＩＢが引き出されるイオン源１００と、イオン源１００の下流側に設けられ、イオン源１００から引き出されたイオンビームＩＢの質量分析を行う質量分析部２００と、基板Ｗが設置される処理室３００とを備えている。本実施形態のイオン注入装置４００では、イオン源１００からは図１の紙面の表裏方向である幅が、それに直交する方向の厚さよりも十分に大きいリボン状のイオンビームＩＢが引き出される。

【0012】

質量分析部２００は、質量分析磁石２１０と分析スリット２２０とを有している。質量分析磁石２１０は、イオンビームＩＢをその厚さ方向に曲げて所望のイオンを選別して導出するものである。分析スリット２２０は、質量分析磁石２１０の下流側に設けられており、質量分析磁石２１０と協働することにより、上記した所望のイオンを選別して通過させるものである。質量分析磁石２１０の入口には、入射スリットを形成するスリット板２１１が設けられている。このスリット板２１１は、質量分析部２１０に入射する際のイオンビームＩＢの入射角度とビーム幅とを制限するものであり、これにより分析スリット２２０を通過するイオンビームの分析性能を向上できる。

【0013】

処理室３００において、基板Ｗはその処理面をイオンビームＩＢに向けて基板駆動装置３１０により保持されている。この基板駆動装置３１０は、基板Ｗを保持するとともに、基板Ｗに入射するイオンビームＩＢの厚さに沿う方向に機械的に往復駆動するよう構成されている。イオン注入装置４００は、この基板駆動装置３１０による基板Ｗの往復駆動と、リボン状をなすイオンビームＩＢの照射とによって、基板Ｗの全面にイオンビームＩＢを入射させてイオン注入を行うことができる。

【0014】

以下、イオン源１００の構成について詳細に説明する。なお、各図では本発明の実施形態のイオン源１００の要部のみが記されており、各種の部材を省略して記している。

【0015】

具体的にこのイオン源１００は、図２及び図３に示すように、イオン源ガスが導入されてプラズマを生成するためのプラズマ生成容器１と、プラズマ生成容器１の外部に設けられて当該プラズマ生成容器１内に磁場（具体的にはカスプ磁場、より厳密に言えばマルチカスプ磁場。多極磁場ともいう。）を形成する複数の磁石２と、プラズマ生成容器１内にプラズマを形成するプラズマ生成手段３と、プラズマ生成容器１からイオンビームＩＢを引き出す引出電極系４と、プラズマ生成容器１にイオン源ガスを一定流量で供給するガス源５とを備えている。

【0016】

プラズマ生成容器１は、例えば直方体形状等をなす長尺状の容器である。このプラズマ生成容器１の内壁面により、イオン源ガスが導入されてプラズマを生成するための内部空間１ｓが形成されている。この内部空間１ｓはプラズマ生成容器１の長手方向に沿って延びるように形成された概略直方体形状をなす長尺状の空間であり、引出方向に沿って互いに対向する一対の内壁面と、幅方向に沿って互いに対向する一対の内壁面とによって囲まれて形成されている。なお内部区間は図示しない真空排気装置によって真空排気される。

【0017】

長手方向に平行なプラズマ生成容器１の一つの側壁（以下、前側壁１１ａという）には、内部空間１ｓからイオンビームＩＢを引き出すための開口であるイオン引出口１Ｈが形成されている。イオン引出口１Ｈは、内部空間１ｓと同様に、長手方向に沿って延びるように前側壁１１ａに形成されている。本実施形態においては、この前側壁１１ａはイオンビームＩＢの引出方向に直交するように形成されている。以下において、引出方向及び長手方向に直交する方向を幅方向という。なお長尺状とは、引出方向から視て、互いに直交する２つの軸方向において、一方の軸方向の長さ（すなわち長手方向の長さ）が、他方の軸方向の長さ（すなわち幅方向の長さ）よりも長くなるように形成された任意の形状を意味し、直方体形状に限らない。

【0018】

長手方向から視て、イオン引出口１Ｈを通って引出方向に伸びる軸線（以下、イオン引出軸線Ｌ１ともいう）を挟んで対向（幅方向において対向する）する２つの側壁（以下、横側壁１１ｃ、ｄともいう）には、ガス源５に連通し、ガス流量調整器（図示しない）を介して内部空間１ｓにイオン源ガスを導入するための複数のガス導入孔１ｇが形成されている。複数のガス導入孔１ｇは、互いに略同一径であり、横側壁１１ｃ、ｄにおけるイオン引出口１Ｈ近傍（すなわち、前側壁１１ａとの接合部近傍）に、プラズマ生成容器１の長手方向に沿って略等間隔に設けられている。このガス導入孔１ｇから、ＢＦ_３ガスやＰＨ_３ガス等のイオン源ガスが内部空間１ｓに導入される。

【0019】

なお複数のガス導入孔１ｇは、２つの横側壁１１ｃ、ｄの一方のみに形成されていてもよく、また横側壁１１ｃ、ｄにおける、前側壁１１ａと対向する後側壁１１ｂとの接合部近傍（すなわち、後述する磁場透過窓３ｗ近傍）に設けられていてもよい。また複数のガス導入孔１ｇは、互いに略等間隔に設けるとともに、長手方向に沿った両端部における孔径が、中央部における孔径よりも相対的に大きくなるようにしてもよい。あるいは、複数のガス導入孔１ｇは、互いに略同一の孔径にするとともに、長手方向に沿った両端部における配置間隔が、中央部における配置間隔よりも相対的に狭くなるようにしてもよい。さらにガス導入孔１ｇは、プラズマ生成容器１の側壁の内面に開口するように設けられていたが、プラズマ生成容器１内に配置されたガス供給管の管壁に開口するように設けられていてもよい。

【0020】

複数の磁石２は、前側壁１１ａ以外の他の側壁（具体的には横側壁１１ｃ、ｄ）の外面に沿って外部に設けられるものであり、横側壁１１ｃ、ｄの内面近傍にカスプ磁場を形成するものである。本実施形態の各磁石２は永久磁石であるが、電磁石を用いてもよい。この複数の磁石２は、イオン引出方向に直交する方向に沿って、極性が互いに異なるように、かつ略等間隔に配列されている。なお、複数の磁石２の配列態様はこれに限らず適宜変更可能である。

【0021】

プラズマ生成手段３は、プラズマ生成容器１の内部空間１ｓに高周波磁場を供給することでイオン源ガスを電離させてプラズマを生成するものである。

【0022】

引出電極系４は、プラズマ生成容器１のイオン引出口１Ｈ近傍に設けられ、プラズマ生成容器１との間に電位差を与えることでイオンビームＩＢを加速して引き出すものである。具体的にこの引出電極系４は、スリット４ｘが形成された複数枚の板状電極４１～４４を有しており、より具体的には、図２及び図３に示すように、イオン引出方向に沿ってプラズマ生成容器１から下流に向けて順に配置された、プラズマ電極４１、引出電極４２、抑制電極４３及び接地電極４４を有している。これらの各電極はいずれもその中央部に、厚み方向に貫通し、長手方向に沿って伸びる細長形状のスリット４ｘが形成されている。そして各電極は中央部に形成されたスリット４ｘが、プラズマ生成容器１のイオン引出口１Ｈに向かい合うようにして配置されている。なお各電極間は、例えば絶縁物（図示しない）によって互いに電気的に絶縁されている。なおこの引出電極系４は、プラズマ生成容器１に最も近い電極（ここではプラズマ電極４１）のスリット幅が可変に構成されているのが好ましい。このようにすれば、プラズマ室内のガス圧力を可変にすることができ、プラズマ生成容器１内の圧力と、引出電極領域の真空度の設定に自由度を付与することができ、これにより電極間に印加する耐電圧に裕度を持たせることができる。

【0023】

しかして本実施形態のイオン源１００は、プラズマ生成手段３が、プラズマ生成容器１の内部空間１ｓに誘導結合型のプラズマを生じさせるよう構成されており、プラズマ生成容器１の外部に設けられたアンテナ３１と、アンテナ３１に高周波を引加する高周波電源３２と、プラズマ生成容器１の側壁におけるアンテナ３１に臨む位置に形成され、アンテナ３１から生じた高周波磁場を内部空間１ｓに透過させる磁場透過窓３ｗとを備えている。かかる構成において、アンテナ３１に高周波電源３２から高周波を印加することによりアンテナ３１には高周波電流が流れて、プラズマ生成容器１内に誘導電界が発生して誘導結合型のプラズマが生成される。

【0024】

アンテナ３１は、外観視して長さが数十ｃｍ以上の直線状（具体的には円柱状）をなすものである。このアンテナ３１は、プラズマ生成容器１の外部において磁場透過窓３ｗに対して間隙をもって、プラズマ生成容器１の長手方向に沿って真っすぐになるように設けられている。すなわちアンテナ３１は、イオン引出口１Ｈや引出電極系４のスリット４ｘの長手方向に沿って真っすぐになるように設けられている。そしてイオン引出方向から視て、アンテナ３１は、イオン引出口１Ｈを望む位置に配置されており、より具体的には前記したイオン引出軸線Ｌ１上に配置されている。アンテナ３１の一端部である給電端部は、整合回路３２１を介して高周波電源３２が接続されている。

【0025】

高周波電源３２は、整合回路３２１を介してアンテナ３１に高周波電流を流すことができる。高周波の周波数は例えば一般的な１３．５６ＭＨｚであるが、これに限られるものではなく適宜変更してもよい。

【0026】

磁場透過窓３ｗは、プラズマ生成容器１における前側壁１１ａに対向する側壁（後側壁１１ｂという）に形成されている。具体的にこの磁場透過窓３ｗは、図４（ａ）～（ｃ）に示すように、プラズマ生成容器１の後側壁１１ｂに設けられた開口１ｘと、当該開口１ｘを塞ぐようにプラズマ生成容器１に取付けられた窓部材３３とにより形成されている。

【0027】

この開口１ｘは、イオン引出方向から視て、プラズマ生成容器１の長手方向に沿った長さが幅方向に沿った長さより大きい矩形状をなしている。そしてこの開口１ｘは、後側壁１１ｂにおいて、アンテナ３１とイオン引出口１Ｈの両方を臨む位置に形成されており、より具体的にはアンテナ３１とイオン引出口１Ｈとを結ぶ線上に位置するように形成されている。

【0028】

窓部材３３は、プラズマ生成容器１の後側壁１１ｂに形成された開口１ｘを外側から塞ぐスリット板３３１と、スリット板３３１に形成されたスリット３３１ｘをプラズマ生成容器１の外側から塞ぐ誘電体板３３２とを備えている。

【0029】

スリット板３３１は、アンテナ３１から生じた高周波磁場をプラズマ生成容器１内に透過させるとともに、プラズマ生成容器１の外部からプラズマ生成容器１の内部への電界の入り込みを防ぐものである。具体的にこのスリット板３３１は、その厚さ方向に貫通してなるスリット３３１ｘがアンテナ３１の長手方向に沿って複数形成された平板状のものである。このスリット板３３１は、後述する誘電体板３３２よりも機械強度が高いことが好ましく、誘電体板３３２よりも厚み寸法が大きいことが好ましい。そして複数のスリット３３１ｘは、厚さ方向から視て、互いに平行であって、且つアンテナ３１に交差するように（具体的には直交するように）形成されている。複数のスリット３３１ｘはいずれも同形状（具体的には平面視矩形状）である。

【0030】

具体的にこのスリット板３３１は金属製のものであり、例えばＣｕ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｃ、Ｍｏ、Ｗ又はＣｏを含む群から選択される１種の金属又はそれらの合金（例えばステンレス合金、アルミニウム合金等）等の金属材料を圧延加工（例えば冷間圧延や熱間圧延）等により製造したものである。

【0031】

このスリット板３３１は、平面視においてプラズマ生成容器１の開口１ｘよりも大きいものであり、後側壁１１ｂに支持された状態（すなわち、後側壁１１ｂに載せられた状態）で開口１ｘを塞いでおり、プラズマ生成容器１と同電位にされている。スリット板３３１と後側壁１１ｂとの間には、Ｏリングやガスケット等のシール部材が介在しており、これらの間は真空シールされている。

【0032】

誘電体板３３２は、スリット板３３１においてプラズマ生成容器１の外側を向く外向き面（プラズマ生成容器１の内部を向く内向き面の裏面）に載せられて、スリット板３３１のスリット３３１ｘを塞ぐものである。この誘電体板３３２とスリット板３３１との間にはシール部材が介在しており、これらの間は真空シールされている。

【0033】

誘電体板３３２は、全体が誘電体物質で構成された平板状をなすものであり、例えばアルミナ、炭化ケイ素、窒化ケイ素等のセラミックス、石英ガラス、無アルカリガラス等の無機材料、フッ素樹脂（例えばテフロン）等の樹脂材料等からなる。

【0034】

かかる構成により、スリット板３３１及び誘電体板３３２は、アンテナ３１から発生した磁場を透過させる磁場透過窓３ｗとして機能を担う。すなわち、高周波電源３２からアンテナ３１に高周波を印加すると、アンテナ３１から発生した高周波磁場が、スリット板３３１及び誘電体板３３２からなる磁場透過窓３ｗを透過してプラズマ生成容器１内に形成（供給）される。これにより、プラズマ生成容器１内の空間に誘導電界が発生し、誘導結合型のプラズマが生成される。

【0035】

そして、本実施形態のプラズマ処理装置では、窓部材３３はさらに、スリット板３３１に形成された各スリット３３１ｘを、プラズマ生成容器１の内側から間隙を空けて覆うマスク板３３３をさらに備えている。

【0036】

より具体的に説明すると、マスク板３３３はその厚さ方向に貫通してなるスリット３３３ｘがアンテナ３１の長手方向に沿って複数形成された平板状のものである。厚さ方向から視て、この複数のスリット３３３ｘは互いに平行であって、かつスリット板３３１に形成された複数のスリット３３１ｘと平行になるように形成されている。ここでは、各スリット３３３ｘは、アンテナ３１に交差するように（具体的には直交するように）形成されている。複数のスリット３３３ｘはいずれも同形状（具体的には平面視矩形状）となるように形成されている。

【0037】

マスク板３３３における隣り合うスリット３３３ｘ間には、各スリット３３３ｘに平行な梁状領域３３３ｚが形成されている。この梁状領域３３３ｚは、スリット板３３１に形成された複数のスリット３３１ｘに対応するように複数形成されており、各梁状領域３３３ｚによりスリット板３３１の各スリット３３１ｘが覆われている。ここでは、アンテナ３１の長手方向に沿った梁状領域３３３ｚの長さ（幅）は、スリット板３３１のスリット３３１ｘの幅と略同一であり、各梁状領域３３３ｚがスリット板３３１の各スリット３３１ｘの略全部を覆っている。各梁状領域３３３ｚは、各スリット３３１ｘの一部のみを覆うように形成されてもよい。なおマスク板３３３は、スリット板３３１の内向き面に接続され、同電位とされている。

【0038】

具体的にマスク板３３３は、例えばＣｕ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｃ、Ｍｏ、Ｗ又はＣｏを含む群から選択される１種の金属又はそれらの合金（例えばステンレス合金、アルミニウム合金等）等の金属材料により構成されている。マスク板３３３の厚みは、スリット板３３１の厚みより小さいことが好ましい。

【0039】

またこの実施形態では、スリット板３３１には水等の冷却媒体が流れる流路３３１ｒが形成されている。この流路３３１ｒは、スリット板３３１におけるマスク板３３３の接続領域の近傍にアンテナ３１の長手方向に沿って形成されている。ここでは、流路３３１ｒは、スリット板３３１の厚み方向に沿って接続領域の直上に位置するように形成されている。

【0040】

また本実施形態のイオン源１００では、引出電極系４におけるプラズマ生成容器１に最も近い電極（プラズマ電極４１）は、プラズマを生成した際における、プラズマ密度のピークとなる位置近傍～プラズマ密度がピークの半分となる位置近傍に設けられるのが好ましい。プラズマ密度分布のピーク位置の変化は、供給するイオン源ガスの圧力や、印加する高周波電力の密度に対して小さく、そのためプラズマ密度のピークとなる位置近傍にプラズマ電極４１を設置することはイオン電流の効率的な引出の点で好ましいためである。一方で、このピーク位置近傍は、強い高周波磁場が生じている領域であるため、誘導電流による過熱を生じることがある。そのため、誘導電流による過熱を抑える観点からは、プラズマ電極４１は、プラズマ密度がピークの半分となる位置近傍までの間のプラズマの拡散領域に設置されるのが好ましい。

【0041】

図５に示すように、本実施形態にかかるイオン源１００を用いて、磁場透過窓３ｗを通して高周波プラズマを点灯させた結果、プラズマ密度分布は約４５ｍｍの位置でピークを示し、約１４０ｍｍの位置で半減することが確認できた。また、供給するイオン源ガスの圧力や、印加する高周波電力の密度の変化に対して、プラズマ密度のピーク位置の変化が小さいことを確認できた。このため、磁場透過窓３ｗにおける内向き面（具体的にはスリット板３３１の内向き面）と、引出電極系４におけるプラズマ生成容器１に最も近い電極の表面との間の距離が、約４５ｍｍ～約１４０ｍｍの範囲に設定されているのが好ましい。

【0042】

＜本実施形態の効果＞
このように構成した本実施形態のイオン源１００によれば、プラズマ生成容器１の内部空間１ｓに突出するフィラメントを用いることなく、プラズマ生成容器１の外部に設けたアンテナ３１により内部空間１ｓにプラズマを発生させるようにしているので、プラズマ生成容器１内においてスパッタリングによる消耗を受ける部品を低減することができ、メンテナンスの周期を長くすることができる。しかも、プラズマ生成容器１の長手方向に沿ってアンテナ３１を設けるようにしているので、イオン引出口１Ｈに沿って延びる１本のアンテナ３１と１台の高周波電源３２により内部空間１ｓに略均一なプラズマを発生させることができ、部品点数を大幅に低減でき、装置を小型化するとともに、取付けに要する加工工数や電源の制御点数を低減でき、製造コストを抑えることができる。さらには、電源数を少なくすることで、電力供給の線材及び機器の制御線の大幅な削減が可能であり、組立時の配線作業やメンテナンス時の脱着作業を簡単にでき、作業性を向上できる。

【0043】

＜その他の変形実施形態＞
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。

【0044】

例えば他の実施形態のイオン源１００は、図６（ａ）に示すように、アンテナ３１と磁場透過窓３ｗとの間の距離を調整する距離調整機構６を備えていてもよい。この距離調整機構６は、アンテナ３１の複数箇所の位置を調整することにより、アンテナ３１と磁場透過窓３ｗとの間の距離を部分的に調整するよう構成されたものであり、具体的にはアンテナ３１の長手方向に沿った一部分又は複数部分の位置を調整可能に構成されている。

【0045】

より具体的に説明すると、距離調整機構６は、窓部材３３の上面に設けられて、アンテナ３１の両端部を支持するアンテナ支持部材６１と、アンテナ３１の複数箇所を把持するとともに、当該把持した部位を磁場透過窓３ｗ（具体的には誘電体板３３２）に対して変位させる複数の把持部６２と、これらの把持部６２を独立して移動させるモータ等の図示しない駆動源とを備えている。

【0046】

複数の把持部６２は、アンテナ３１とは電気的に絶縁された絶縁物である。これらの把持部６２のうちの１つは、プラズマ生成容器１の開口１ｘの中央部の直上に配置されており、この把持部６２に対してアンテナ３１の長手方向に沿った対称的な位置に別の把持部６２が設けられている。また本実施形態では、複数の把持部６２が等間隔に配置されており、これらは何れも、プラズマ生成容器１の開口１ｘに直交する方向から視て、開口１ｘの内側に設けられている。

【0047】

具体的にこの把持部６２は、アンテナ３１の側面を窓部材３３側に押圧する押し治具６２１と、アンテナ３１と窓部材３３との間に突っ張るように設けられたギャップ調整治具６２２とを備えている。この押し治具６２１は、例えばバネ材等を用いることで、アンテナ３１を常に窓部材３３側へ押し込むように構成されたものである。ギャップ調整治具６２２は、窓部材３３の厚み方向に沿った長さを調整可能に構成されたものである。ここではギャップ調整治具６２２は、断面が楕円形状をなす治具であり、回転することにより厚み方向に沿った長さが変更され、アンテナ３１と窓部材３３との間の距離を調整するよう構成されている。

【0048】

また前記実施形態のイオン源１００では、マスク板３３３は複数のスリット３３３ｘが形成され、この複数のスリット３３３ｘ間に形成される梁状領域３３３ｚによりスリット板３３１のスリット３３１ｘを覆うものであったが、これに限らない。他の実施形態のマスク板３３３は、図６（ｂ）に示すように、短冊状をなす金属板により構成されていてもよい。この場合、マスク板３３３は、スリット板３３１に形成された複数のスリット３３１ｘのそれぞれに臨む位置に１枚又は複数枚設けられてよい。１つのスリット３３１ｘに対して複数枚のマスク板３３３を設ける場合、これらを厚み方向において互いに段違いとなるように配置するのが好ましい。

【0049】

また他の実施形態のイオン注入装置４００は、引き出したイオンビームＩＢの電流値に応じて、アンテナ３１と磁場透過窓３ｗの間の距離や、高周波電源３２の出力を調整するように構成されてもよい。具体的にイオン注入装置４００は、図７に示すように、質量分析磁石２１０の後段に、長手方向に沿ったイオンビームＩＢの電流分布をモニタリングする電流分布モニタを備えており、モニタリングしたイオンビームＩＢの電流分布と、平均電流密度や均一性の目標値とを比較演算器により比較し、その比較結果に応じてアンテナ３１と磁場透過窓３ｗの間の距離や、高周波電源３２の出力を調整するように構成されてもよい。

【0050】

また前記実施形態では、磁場透過窓３ｗはプラズマ生成容器１の後側壁１１ｂに形成されていたがこれに限らない。例えば他の実施形態では、磁場透過窓３ｗは、長手方向から視て、イオン引出軸線Ｌ１を挟んで対向する２つの側壁（横側壁１１ｃ、ｄ）の一方又は両方に形成されていてもよい。この場合、プラズマ生成容器１の横側壁１１ｃ、ｄは、図８に示すようにその内壁面がイオン引出口１Ｈを向くように傾斜していてもよく、図９に示すように引出方向に沿って真っすぐとなっていてもよい。

【0051】

図８のように、傾斜した横側壁１１ｃ、ｄに磁場透過窓３ｗを設ける場合、アンテナ３１と磁場透過窓３ｗの中心（開口１ｘの中心）とを結ぶ軸線（以下、磁場透過軸線Ｌ２ともいう）が、イオン引出口１Ｈ近傍を通るように構成するのが好ましい。また２つの磁場透過窓３ｗのそれぞれの磁場透過軸線Ｌ２が、イオン引出軸線Ｌ１上で交わるようにするのが好ましい。また磁場透過軸線Ｌ２と、引出電極系を構成する板状の電極の電極面とのなす角度が、約２０°以上約４５°以下であるのが好ましい。

【0052】

またこの場合、イオン引出口１Ｈに正対する後側壁１１ｂの外壁側に、冷却流路１ｃが形成されているのが好ましい。この冷却流路１ｃは、イオン引出軸線Ｌ１を通り、かつプラズマ生成容器１の長手方向に沿って延びるように形成されているのが好ましい。このようにイオン引出軸線Ｌ１条に冷却流路を設けることで、逆流電子による加熱を効率的に冷却することができる。またこの実施形態では、長手方向から視て磁石２は、各横側壁１１ｃ、１１ｄの外面において、磁場透過窓３ｗを両側から挟むように設けられているのが好ましい。

【0053】

図９のように、プラズマ生成容器１の横側壁１１ｃ、ｄを引出方向に沿って真っすぐとなるようにした場合、プラズマ密度のピーク位置を考慮することなく、引出電極系４（具体的にはプラズマ電極４１）をイオン引出口１Ｈに近付けることができるようになる。すなわち、図２や図８に示すものでは、イオン引出口１Ｈに対向するように磁場透過窓３ｗが設置されているため、イオン引出口１Ｈ近傍における磁場が強くなり、誘導電流による過熱を考慮してプラズマ電極４１を設置する必要がある。これに対して図９に示すものでは、磁場透過窓３ｗがイオン引出口１Ｈに対向しておらず、イオン引出口１Ｈにおける磁場が図２や図８のものに比べて弱くなるため、誘導電流による過熱を考慮することなくプラズマ電極４１を設置することができる。
また、プラズマ生成容器１の内壁において、イオン引出口１Ｈに対向する箇所は、プラズマ内の電子の逆流による加熱を受けやすいが、図９のように、イオン引出口１Ｈに対向しない位置に磁場透過窓３ｗを形成することで、イオン引出口１Ｈに対向する位置に磁場透過窓３ｗを形成した図２や図８に比べて、窓部材３３（特に誘電体板３３２）の汚れを軽減でき、磁場の透過率の低下を抑えて動作を安定させることができる。また誘電体板３３２自体が発熱や破損する等といった問題を回避することもできる。

【0054】

また図９に示す実施形態においても、図８の実施形態と同様に、イオン引出口１Ｈに正対する後側壁１１ｂの外壁側におけるイオン引出軸線Ｌ１上に冷却流路１ｃが形成されていてもよい。このようにすることで、逆流電子による加熱を効果的に冷却することができる。

【0055】

また前記実施形態のイオン源１００は、高周波電源３２と整合回路３２１が高電圧部に設置されていたがこれに限らない。他の実施形態のイオン源１００は、図１０に示すように、高周波電源３２と整合回路３２１を接地電位に設置してもよい。このようにすることで、高電圧部に電力供給するための絶縁トランスの容量低減に寄与し、さらにはシステム全体の小型化、低コスト化及び高電圧による放電トラブル時の機器故障回避に寄与し得る。

【0056】

またアンテナ３１は、内部に冷却液が流通可能な流路が形成されている中空構造のものであってよい。またアンテナ３１は、少なくとも２つの導体要素と、互いに隣り合う導体要素と電気的に直列接続された定量素子であるコンデンサとを備える、いわゆるＬＣアンテナ３１であってもよい。例えばアンテナ３１は、３つの導体要素と２つのコンデンサとを備えており、各導体要素は、内部に冷却液が流れる直線状の流路が形成された直管状（具体的には円管状）をなす同一形状のものであってもよい。各導体要素の材質は、例えば、銅、アルミニウム、これらの合金又はステンレス等の金属等であってよい。

【0057】

アンテナ３１をこのように構成することによって、アンテナ３１の合成リアクタンスは、簡単に言えば、誘導性リアクタンスから容量性リアクタンスを引いた形になるので、アンテナ３１のインピーダンスを低減させることができる。その結果、アンテナ３１を長くする場合でもそのインピーダンスの増大を抑えることができ、アンテナ３１に高周波電流が流れやすくなり、内部空間１ｓに誘導結合型のプラズマを効率良く発生させることができる。

【0058】

その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。

【0059】

さらに本明細書の開示は、以下の態様１－１０を含み得る。

【0060】

（態様１）イオン源ガスが導入される内部空間を有する長尺状をなす容器であり、その長手方向に沿った１つの側壁にイオン引出口が形成されたプラズマ生成容器と、前記イオン源ガスを電離させて前記内部空間にプラズマを生成させるプラズマ生成手段と、プラズマ生成容器の外部に設けられ、前記イオン引出口を通じて前記内部空間からイオンビームを引き出す引出電極系とを備え、前記プラズマ生成手段が、前記プラズマ生成容器の外部において、前記長手方向に沿って設けられたアンテナと、前記アンテナに高周波を印加する高周波電源と、前記プラズマ生成容器の側壁における前記アンテナに臨む位置に形成され、前記アンテナから生じた高周波磁場を前記内部空間に透過させる磁場透過窓とを備えるイオン源。

【0061】

このような態様であれば、プラズマ生成容器の内部空間に突出するフィラメントを用いることなく、プラズマ生成容器の外部に設けたアンテナにより内部空間にプラズマを発生させるようにしているので、プラズマ生成容器内においてスパッタリングによる消耗を受ける部品を低減することができ、メンテナンスの周期を長くすることができる。
しかも、プラズマ生成容器の長手方向に沿ってアンテナを設けるようにしているので、イオン引出方向口に沿って延びる１本のアンテナと１台の高周波電源により内部空間に略均一なプラズマを発生させることができ、部品点数を大幅に低減でき、装置を小型化するとともに、取付けに要する加工工数や電源の制御点数を低減でき、製造コストを抑えることができる。さらには、電源数を少なくすることで、電力供給の線材及び機器の制御線の大幅な削減が可能であり、組立時の配線作業やメンテナンス時の脱着作業を簡単にでき、作業性を向上できる。

【0062】

（態様２）前記引出電極系が、前記イオン引出口に臨む位置に設けられた１枚又は複数枚の板状の電極を備えており、当該各電極における前記イオン引出口に対応する位置には、その厚み方向に貫通するスリットが前記長手方向に沿って形成されており、当該スリットが伸びる方向と前記アンテナが伸びる方向とが一致する態様１に記載のイオン源。
このような態様であれば、引出電極を構成する電極に形成されたスリットと、アンテナとの延びる方向が一致しているので、長手方向に沿って略均一な電流密度のイオンビームを引き出すことができるようになる。

【0063】

（態様３）前記磁場透過窓が、前記プラズマ生成容器の側壁に形成された開口と、当該開口を塞ぐスリット板と、当該スリット板に形成されたスリットを前記プラズマ生成容器の外側から塞ぐ誘電体板とを備える態様１又は２に記載のイオン源。
このような態様であれば、例えば金属製のスリット板に形成されたスリットと、その上に配置された誘電体板とによって、アンテナから発生する高周波磁場を内部空間に透過させる磁場透過窓を形成することで、磁場透過窓を形成する部材の一部をセラミックス等の誘電体材料よりも靭性が大きい金属材料で構成できるので、誘電体材料だけで磁場透過窓を構成する場合に比べて磁場透過窓の厚みを小さくすることができる。また、誘電体板が金属板に接触して支持されているので、真空処理時における誘電体板の変形を軽減し、誘電体板内に発生する曲げ応力を低減できる。そのため誘電体板自体の厚みを小さくすることができる。これにより、アンテナから内部空間までの距離を短くすることができ、アンテナから生じた高周波磁場をプラズマ生成容器内に効率よく供給することができる。

【0064】

（態様４）前記磁場透過窓が、前記スリット板に形成されたスリットを前記プラズマ生成容器の内側から間隙を空けて覆うマスク板を更に備える態様３に記載のイオン源。
このような態様であれば、高周波電力が投入されたアンテナがマスク板で光学的及び電気的に遮蔽されることにより、アンテナの高周波電圧を遮蔽することができ、生成したプラズマ中のイオンエネルギーとそのエネルギー幅を小さくできる。これによりイオン源から引き出されたイオンイオンの質量分離への影響を小さくできる。このような効果は、低エネルギーのイオンを引き出す場合に特に有効である。
またイオン源では、引出電極によりプラズマからイオンが引き出される一方で、引出電極側からプラズマ生成容器内に向かって電子が逆流するが、磁場透過窓をマスク板で遮蔽した構造にすることで、磁場透過窓を構成する誘電体板への電子流の入射を防止できる。これにより加熱・帯電・放電による誘電体板の破損の可能性を低減できる。さらにこの部分に高融点金属を使用すれば、熱変形を低減することができ、安定動作を可能にできる。
さらに、プラズマ生成による導電性被膜がスリットを通って誘電体板に付着して堆積すると、高周波磁場の透過率が低下し、プラズマ生成効率の低下を招くとともに、堆積被膜の発熱により磁場透過窓を構成する部材を破損させるそれがあるが、スリットを覆うマスク板を設けることで、誘電体板への導電性被膜の付着を防止することができる。

【0065】

（態様５）前記アンテナと前記磁場透過窓との間の距離を部分的に調整する距離調整機構をさらに備える態様１～４のいずれかに記載のイオン源。
このような態様であれば、距離調整機構が、アンテナと磁場透過窓との間の距離を部分的に調整することで、１個の高周波電源の出力調整のみでアンテナの長手方向に沿ったプラズマ密度分布を細やかに調整することができるので、長手方向に沿ったイオンビームの平均電流密度の調整を簡易な構成で実現できる。

【0066】

（態様６）前記距離調整機構が、前記長手方向に沿った前記アンテナの複数箇所の位置を変位させるものである態様５に記載のイオン源。
このような態様であれば、アンテナの長手方向に沿ったプラズマ密度分布をより細やかに調整できる。

【0067】

（態様７）前記プラズマ生成容器には、前記内部空間にイオン源ガスを導入するための複数のガス導入孔が前記長手方向に沿って設けられており、当該複数のガス導入孔は、前記長手方向に沿った両端部における孔径が中央部における孔径よりも相対的に大きい、又は前記長手方向に沿った両端部における配置間隔が中央部における配置間隔よりも相対的に狭い態様１～６のいずれかに記載のイオン源。
外部アンテナによりプラズマを生成する場合、内部空間におけるアンテナの長手方向に沿った両端部では、中央部に比べてプラズマ密度が相対的に低下する傾向がある。そこで、イオン源ガスを導入する複数のガス導入孔を、長手方向に沿った両端部における孔径を中央部における孔径よりも大きくしたり、長手方向に沿った両端部における配置間隔を中央部における配置間隔よりも狭くして、長手方向の両端領域におけるイオン源ガスの圧力を増加させることで、当該両端領域におけるプラズマ密度を増加させるようにすることで、均一性がよいイオンビームを引き出すことができるようになる。そしてこのような状態で、例えばアンテナと磁場透過窓との間の距離を調整することで、平均電流密度を増加させたイオンビームを引き出すことができるようにもなる。

【0068】

（態様８）前記長手方向から視て、前記磁場透過窓が、前記プラズマ生成容器における、前記イオン引出口が形成された側壁に対向する側壁に形成されている態様１～７のいずれかに記載のイオン源。
このような態様であれば、前記長手方向とイオンの引出方向に直交する幅方向において、イオン引出口近傍にプラズマ分布のピークを生じさせることができ、イオン引出口近傍に効率よくプラズマを生成することができ、平均電流密度を増加させたイオンビームを引き出すことができるようになる。

【0069】

（態様９）前記長手方向から視て、前記磁場透過窓が、前記プラズマ生成容器における、イオン引出口を通って、前記イオンビームの引出方向に伸びるイオン引出軸線を挟んで対向する２つの側壁の一方又は両方に形成されている態様１～７のいずれかに記載のイオン源。
このような態様であれば、引出電極側からプラズマ生成容器内に流れ込む逆流電子の磁場透過窓への入射を防止でき、プラズマ生成動作を安定化できる。また２つの側壁の両方に磁場透過窓を設ければ、イオン引出口近傍におけるプラズマ密度を高くすることもできる。

【0070】

（態様１０）前記長手方向から視て、前記磁場透過窓が形成された２つの側壁は、その内壁面が前記イオン引出口を向くように、前記イオン引出軸線に対して傾斜している態様９に記載のイオン源。
このような態様であれば、イオン引出口近傍におけるプラズマ密度をより一層高くすることができる。

【符号の説明】

【0071】

１００・・・イオン源
１ ・・・プラズマ生成容器
１ｓ ・・・内部空間
１１ａ・・・側壁（前側壁）
１Ｈ ・・・イオン引出口
３ ・・・プラズマ生成手段
３１ ・・・アンテナ
３２ ・・・高周波電源
３ｗ ・・・磁場透過窓
４ ・・・引出電極系
Ｗ ・・・基板
ＩＢ ・・・イオンビーム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】