专利名称：引出电极系统及狭缝电极的制作方法
技术领域：
本发明涉及在离子束照射装置的离子源中使用的狭缝电极(7 U 〃卜電極)的结构。
背景技术：
作为用于从离子源引出离子束的引出电极系统，使用多个狭缝电极。在该狭缝电极上形成有多个狭缝状开口部。具体而言，专利文献I公开了所述狭缝电极的例子。在此，通过在电极框体的开口部内沿电极棒的短边方向排列设置多个电极棒，构成在各电极棒之间具有多个狭缝状开口部的狭缝电极。此外，专利文献2中也公开了与专利文献I相同的狭缝电极。在此，在矩形的电极支承框上设有多个棒贯通孔，在该孔中插入多个棒，由此构成各棒之间具有狭缝状开口部的狭缝电极。专利文献专利文献1:日本公告特许公报特公平7-34358号(图2、图3)专利文献2:日本专利公开公报特开平8-148106号(图3、图5 图7)以往公知的是，从离子源引出的离子束的电流量及其形状控制，与在电极上形成的引出开口的尺寸和电极的厚度尺寸的比有关。简单地讲，设在电极上形成的引出开口的尺寸为A、电极的厚度尺寸为D，当用A/D表示的高宽比7 々卜比)越大，则通过电极引出的离子束的电流量越大。当高宽比过大时，形成在引出开口附近的离子的放出面在外部干扰(例如电极间放电)时难以复原，产生难以稳定地引出离子束等控制性问题。此外，公知的是，对于各电极间的对准偏差9 U >卜f Λ)，偏转角会变大。此外，由于电极变薄，还会产生强度上的问题。反之，如果高宽比变小，则通过电极引出的离子束的电流量也变小。另一方面，由于离子的放出面可以稳定地形成，所以离子束的形状控制变得容易。在离子束照射装置的运用中，为了以短时间处理晶片等基板，从离子源引出的离子束的电流量越大越有利。另一方面，离子束的稳定化在装置运用上非常重要。因此，在考虑离子束的电流量和稳定性、进而考虑电极的强度的基础上，需要对所述高宽比进行优化。此外，为了得到发散角小的离子束，特别是加速电极的形状的优化很重要。对此，从专利文献1、2中记载的狭缝电极所具备的电极棒或棒的形状全部为圆柱形状可知，对于用于从离子源顺利引出具有某种程度的电流量和控制性的、平衡良好的离子束的方法，没有任何公开。
发明内容
本发明的目的在于提供一种离子源的引出电极系统及狭缝电极，可以引出电流量和控制性取得平衡的离子束。本发明提供一种引出电极系统，其作为离子源的引出电极系统，包括多个狭缝电极，所述狭缝电极包括:电极框体，具有开口部；以及多个电极棒，排列设置在所述开口部内，并且在构成沿从所述离子源发生的离子束的行进方向位于最上游的所述狭缝电极的所述电极棒中，在相邻的电极棒之间形成的狭缝状开口部的形状沿着所述离子束的行进方向呈大致锥台(7—A—)形。通过采用所述的结构，可以引出束电流量和控制性取得平衡的离子束。此外，如果考虑制造成本，则优选的是，沿从所述离子源发生的离子束的行进方向位于最上游的所述狭缝电极以外的所述狭缝电极所具备的所述电极棒的形状为大致圆柱形。大致圆柱形的电极棒制造成本低廉。因此，由于将沿离子束的行进方向位于最上游的狭缝电极以外的狭缝电极所具备的电极棒形成为大致圆柱形状，所以在整体考虑构成引出电极系统的狭缝电极时，能够降低费用。作为沿离子束的行进方向位于最上游的狭缝电极所具备的电极棒的具体结构，优选的是，构成沿从所述离子源发生的离子束的行进方向位于最上游的所述狭缝电极的所述电极棒，沿着所述离子束的行进方向具有大宽度部和小宽度部。另一方面，优选的是，构成沿从所述离子源发生的离子束的行进方向位于最上游的所述狭缝电极的所述电极棒，沿所述离子束的行进方向，在所述大宽度部和所述小宽度部之间具有倾斜部。本发明还提供一种狭缝电极，其用于离子源的引出电极系统，所述狭缝电极包括:电极框体，具有开口部；以及多个电极棒，排列设置在所述开口部内，并且在相邻的所述电极棒之间形成的狭缝状开口部的形状沿着从所述离子源发生的离子束的行进方向呈大致锥台形。 此外，优选的是，所述电极棒的截面形状为大致锥台形。由于以使由相邻的电极棒间构成的狭缝状开口部的形状沿着离子束的行进方向呈大致锥台形的方式形成构成沿从离子源发生的离子束的行进方向位于最上游的狭缝电极的电极棒的形状，所以能够引出电流量和控制性取得平衡的离子束。
图1是表示本发明的离子源的一个例子的剖视图。图2是表示图1的离子源所具备的狭缝电极的一个例子的俯视图。图3是图2的主要部分放大图，图3的(a)表示从狭缝电极取下一部分盖体时的样子，图3的(b)表示沿图3的(a)中的A-A线剖开的加速电极的截面的样子，图3的(c)表示沿图3的(a)中的A-A线剖开的引出电极、抑制电极、接地电极的截面的样子。图4是构成图1中记载的各电极的电极棒的截面形状放大图。
图5是构成图4中记载的加速电极的电极棒的立体图，图5的(a)是使离子束的行进方向朝向纸面上侧时的电极棒的立体图，图5的(b)是使离子束的行进方向朝向纸面下侧时的电极棒的立体图。图6的(a) 图6的(C)表示构成图4中记载的加速电极的电极棒的变形例。附图标记说明I…离子源
2…离子束7…加速电极8…引出电极9…抑制电极10…接地电极14…电极框体15…开口部16…电极棒 17…狭缝状开口部21…大宽度部22…小宽度部23…倾斜部
具体实施例方式在下面的实施方式中，各图中描绘的X、Y、Z各轴相互垂直。图1表示了本发明的离子源I的一个例子。该离子源I是被称为桶式离子源类型的离子源的一种。另外，在此表示了在图示的X方向的中央部沿Z方向切断离子源I时的截面的样子。所述离子源I包括长方形的等离子体生成容器4，从等离子体生成容器4引出带形的离子束2。气体源6通过未图示的阀门安装在等离子体生成容器4上，从所述气体源6供给作为离子束2的原料的气体(例如，PH3, BF3或被氢气或氦气稀释的气体)。此外，所述气体源6上连接有未图示的气体流量调节器(质量流量控制器)，通过所述气体流量调节器调节从气体源6向等离子体生成容器4内部供给的气体的供给量。在等离子体生成容器4的一个侧面上，沿Y方向安装有多个U型的灯丝5。使用与灯丝5的端子间连接的电源Vf，可以调节各灯丝5中流过的电流量。按照该结构，能够调节从离子源I引出的离子束2的电流密度分布。通过使电流流过灯丝5从而对灯丝5进行加热，从灯丝5放出电子。该电子与供给到等离子体生成容器4内部的气体(PH3或BF3等)碰撞后引起气体的电离，在等离子体生成容器4内生成等离子体3。在所述离子源I中，沿等离子体生成容器4的外壁安装有多个永磁体11。通过所述永磁体11，在等离子体生成容器4的内部区域形成会切磁场，从灯丝5放出的电子被封闭在规定区域内。另外，永磁体11以容纳在未图示的托架上的状态下安装在等离子体生成容器4上。离子源I包括四个电极作为引出电极系统，从等离子体生成容器4起沿离子束2的引出方向(图示的Z方向，也称为离子束2的行进方向)顺序配置有加速电极7、引出电极
8、抑制电极9、接地电极10。通过多个电源(V1 V5),将各电极和等离子体生成容器4的电位分别设定为不同的值，各电极电性独立地安装在绝缘凸缘13上。在作为引出电极系统使用的各电极上设有后述的多个狭缝状开口部17，通过这些狭缝状开口部17引出离子束2。另外，说明了具有四个电极作为引出电极系统的离子源1，但不限于此，电极的个数只要至少在两个以上即可。此外，灯丝5的个数也可以不是多个，即使是一个也可以。图2中表示了图1中说明过的构成引出电极系统的加速电极7、引出电极8、抑制电极9和接地电极10的例子。这些电极为专利文献I和专利文献2中举出的、具有狭缝状开口部17的狭缝电极，在图2中加速电极7 接地电极10各电极朝向纸面内侧方向(Z方向)排列配置。除了构成狭缝状开口部17的电极棒16的结构以外，其他的结构在各电极中相同，所以在此以一个电极为例说明其结构。所述狭缝电极主要包括:电极框体14，具有开口部15 ;以及多个电极棒16 (图中标有斜线的部件)，配置在开口部15内。各电极棒16以长边方向沿着X方向的方式支承在电极框体14上，并且沿Y方向以大致等间隔排列设置。沿Y方向排列设置的各电极棒16之间及位于Y方向的端部的各电极棒16与电极框体14之间，形成有狭缝状开口部17。为简化图示，在所述图2和后述图3的(a) 图3的(c)中，仅标注了部分电极棒16和狭缝状开口部17的附图标记。各电极棒16的X方向上的端部支承于形成在电极框体14上的电极棒支承部20，盖体18通过螺钉19以覆盖在电极棒支承部20上方的方式安装在电极框体14上。图3的(a)表示了从图2中记载的狭缝电极取下一部分盖体18时的样子。参照该图，可以理解各电极棒16的端部上方被所述的盖体18覆盖。图3的(b)、图3的(c)表示了沿图3的(a)中的A-A线剖开的截面的样子。图3的(b)表示了沿离子束的行进方向位于最上游的加速电极7的截面的样子，图3的(c)表示其他的狭缝电极(引出电极8、抑制电极9、接地电极10)的截面的样子。如果考虑制造费用，则电极棒16的形状优选大致圆柱形。这样的方式在制造电极棒16时不需要额外的加工，所以能降低制造费用。主要在从等离子体生成容器4的等离子体3引出离子束2时，决定从离子源I引出的离子束2的电流量和控制性。因此，构成加速电极7以外的狭缝电极(引出电极8、抑制电极9、接地电极10)的电极棒16的形状，优选制造费用低廉的大致圆柱形。另外，即使制造在设计上截面为真圆的电极棒16，因制造误差有时会发生少许偏差。这时形状可能会成为椭圆，由于这样的电极棒也包含在本发明中，所以本发明将电极棒16的形状设定为大致圆柱形。图4是构成图1中记载的各狭缝电极的电极棒16的截面形状样子的放大图。该截面相当于沿图3的(a)中的B-B线剖开的截面。另外，如图3的(b)所示，在构成加速电极7的电极棒16的端部，截面形状与图4所示的不同。具体而言，配置在开口部15的内侧的电极棒16的形状为图4所示的形状，而配置在开口部15的外侧的电极棒16的端部为图3的(b)所示的形状。这是因为在电极棒16的长度方向上，如果整体都形成具有图4所示的截面形状的电极棒16，则电极棒16的支承变得不稳定，形成在各电极棒16之间的狭缝状开口部17的形状难以保持均等。如图4所示，在各狭缝电极中，狭缝状开口部17的中心位置大体一致。此外，构成沿离子束2的行进方向(图示的Z方向)位于最上游(Z方向的相反一侧)的加速电极7的电极棒16形成为使相邻的电极棒16之间的狭缝状开口部17的形状为大致锥台形。
如图4所示，在此所述的大致锥台形是指:当沿着电极棒16的外形画用虚线描绘的辅助线(连接后述的大宽度部21和小宽度部22的线)时，狭缝状开口部17的形状为大致锥台形。这样，通过使狭缝状开口部17的形状为大致锥台形，并使离子束2的行进方向上的电极厚度沿离子束2的行进方向逐渐变厚，由此可以使引出开口的尺寸和电极厚度尺寸的比沿着离子束2的行进方向变化，由此能够引出电流量和控制性取得平衡的离子束2。理想的是考虑将电极棒16的形状加工为使狭缝状开口部17的形状呈锥台形，但是将电极棒16加工为所述的形状在制造精度和加工价格方面都是不实用的。因此，使用所述形状的电极棒16，使狭缝状开口部17的形状为大致锥台形。图5的(a)、图5的(b)表示了构成前述的加速电极7的电极棒16的立体图。图5的(a)所示的电极棒端部M配置在位于开口部15的外侧的电极棒支承部20，电极棒中央部N配置在开口部15的内侧。图中，当具备所述电极棒16的加速电极7安装在离子源I上时，箭头IB相当于离子束2引出的方向(离子束2的行进方向)。关注电极棒中央部N时可以确定:该电极棒16沿离子束2的行进方向(图中的箭头IB)具有大宽度部21和小宽度部22。图5的(b)表不了从图5的(a)所不的电极棒16的背面(位于图5的(a)的纸面下侧的面)一侧观察电极棒16时的样子。如图所示，电极棒16的背面为大体平坦的形状。由于采用图5的(a)、图5的(b)所记载的结构，所以机械加工容易、加工费用也低。另外，在本发明中，在狭缝状开口部17内配置多个电极棒16时,关于各电极棒16在排列设置方向上的尺寸，在沿离子束2的行进方向观察电极棒16时，将前述的电极棒16的尺寸最大的部分称做大宽度部，并将尺寸最小的部分称做小宽度部。图6的(a)、图6的(b)表示了所述的电极棒16的变形截面的例子。在这些图中，图示的Z方向相当于离子束2的行进方向，图示的电极棒16的截面为配置在开口部15的内侧的电极中央部的截面。如图所示，沿离子束2的行进方向，各电极棒16具有倾斜部23，该倾斜部23在大宽度部21和小宽度部22之间，与离子束2的行进方向倾斜交差。即使使用该结构的电极棒16，也如图中虚线所示，可以使形成在相邻的电极棒16之间的狭缝状开口部17的形状呈大致锥台形。另外，电极棒端部和其背面的结构，与图5的(a)、图5的(b)所示的结构相同。此外，如图6的(c)所示，电极棒16可以具有两个以上的倾斜部23。在所述内容以外，在不脱离本发明宗旨的范围内，当然还可以进行各种改良和变形。
权利要求
1.一种引出电极系统，其特征在于， 作为离子源的引出电极系统，包括多个狭缝电极， 所述狭缝电极包括:电极框体，具有开口部；以及多个电极棒，排列设置在所述开口部内， 并且在构成沿从所述离子源发生的离子束的行进方向位于最上游的所述狭缝电极的所述电极棒中，在相邻的电极棒之间形成的狭缝状开口部的形状沿着所述离子束的行进方向呈大致锥台形。
2.根据权利要求1所述的引出电极系统，其特征在于，沿从所述离子源发生的离子束的行进方向位于最上游的所述狭缝电极以外的所述狭缝电极所具备的所述电极棒的形状为大致圆柱形。
3.根据权利要求1或2所述的引出电极系统，其特征在于，构成沿从所述离子源发生的离子束的行进方向位于最上游的所述狭缝电极的所述电极棒，沿着所述离子束的行进方向具有大宽度部和小宽度部。
4.根据权利要求3所述的引出电极系统，其特征在于，构成沿从所述离子源发生的离子束的行进方向位于最上游的所述狭缝电极的所述电极棒，沿所述离子束的行进方向，在所述大宽度部和所述小宽度部之间具有倾斜部。
5.根据权利要求1所述的引出电极系统，其特征在于，构成沿从所述离子源发生的离子束的行进方向位于最上游的所述狭缝电极的所述电极棒的截面形状为大致锥台形。
6.一种狭缝电极，其特征在于， 用于离子源的引出电极系统， 所述狭缝电极包括:电极框体，具有开口部；以及多个电极棒，排列设置在所述开口部内， 并且在相邻的所述电极棒之间形成的狭缝状开口部的形状沿着从所述离子源发生的离子束的行进方向呈大致锥台形。
7.根据权利要求6所述的狭缝电极，其特征在于，所述电极棒的截面形状为大致锥台形。
全文摘要
本发明提供一种引出电极系统及狭缝电极，在具有多个狭缝电极的离子源中，引出电流量和控制性取得平衡的离子束。所述的离子源(1)具有多个狭缝电极(7)～(10)作为引出电极系统。狭缝电极(7)～(10)包括具有开口部(15)的电极框体(14)、以及在开口部(15)内排列设置的多个电极棒(16)，在构成沿从离子源(1)发生的离子束(2)的行进方向位于最上游的狭缝电极(7)的电极棒(16)中，在相邻的电极棒(16)之间形成的狭缝状开口部(17)的形状沿着离子束(2)的行进方向呈大致锥台形。
文档编号H01J37/08GK103094027SQ20121020830
公开日2013年5月8日 申请日期2012年6月19日 优先权日2011年10月31日
发明者井内裕, 谷井正博 申请人:日新离子机器株式会社