离子源和离子注入装置的制作方法

本发明涉及引出带状束的离子源和具备该离子源的离子注入装置。

背景技术：

近年来，根据基板尺寸大型化和离子束的束电流大电流化等的要求，利用在一个方向上长的带状离子束(以下称为带状束)。

作为对这样的带状束进行处理的离子注入装置的例子有专利文献1记载的离子注入装置。该离子注入装置包括磁透镜，该磁透镜用于使带状束的长度方向上的束电流密度分布均匀。该磁透镜具有使束电流大的区域的束向束电流小的区域局部偏转的功能。

由正离子构成的离子束是带有正电荷的束。

在带状束的情况下，即使基于束长度方向的位置的束电流相同，束的电位(束电位)也具有束中央比束两端部高的倾向。

在正离子束的输送路径上，为了抑制因空间电荷效应引起的离子束的发散，利用电子源或淹没式等离子体枪等进行电子的供给。由于输送路径中的电子被大量地向束电位高的束中央吸引，所以抑制因空间电荷效应引起的发散的作用越接近束中央越大。

作为结果，束在发散抑制作用小的束两端部大幅度发散，与束中央相比束电流变小。

在输送到磁透镜为止的期间，发散作用大的束两端部与形成束输送路径的室的壁面、配置于束输送路径上的其它束光学部件碰撞而消失。

在均匀化调整中，为了补充束消失的束两端部的束电流，磁透镜使束中央局部大幅度偏转，因此虽然实现了带状束长度方向上的束电流的均匀化，但是在带状束的长度方向上的各位置的束行进方向上的分布产生了很大的不均衡。

现有技术文献

专利文献1：日本专利公开公报特开2006-313750号。

技术实现要素：

本发明提供用于改善带状束的束输送效率的离子源和具备该离子源的离子注入装置。

本发明提供一种离子源，其包括：等离子体生成容器，在端部形成有束引出口；以及遮挡构件，封闭所述束引出口，在所述遮挡构件上，沿相同方向形成有三个以上的长孔，所述长孔在通过所述遮挡构件引出的带状束的长度方向上长，各长孔的长度尺寸如下设置：配置在中央的所述长孔的长度尺寸比配置在端部的所述长孔的长度尺寸短

通过在遮挡构件上形成三个以上的长孔，并且使中央的长孔的长度尺寸比端部的长孔的长度尺寸短，能够使引出的带状束的中央附近的束电流减小。由此，束长度方向上的束电位的分布被平均化，能够减少束长度方向上的电子的引入量的差异，进而能够抑制束端部的发散，从而能够改善束输送效率。

作为更具体的结构，优选的是，所述离子源包括从所述等离子体生成容器引出离子束的多个电极，所述遮挡构件被夹持在所述电极中的与所述等离子体生成容器最近的电极和所述等离子体生成容器之间。

此外，作为另一种结构，优选的是，所述离子源包括从所述等离子体生成容器引出离子束的多个电极，所述电极中的与所述等离子体生成容器最近的电极兼作为所述遮挡构件。

作为离子注入装置的结构，本发明还提供一种离子注入装置，其包括所述的离子源，所述离子注入装置包括电流密度分布调整器，所述电流密度分布调整器在所述带状束的长度方向上调整束电流的密度分布。

通过使用改善了束输送效率的离子源，电流密度分布调整器中的局部偏转量小即可。如果局部偏转量小，则即使进行了束电流密度分布的均匀化调整，在带状束长度方向的各位置的束行进方向的分布也不会产生大的不均衡。按照这样的离子注入装置，能够实现带状束的长度方向上均匀性高的束电流密度分布，并且能够以高精度控制向基板面注入离子的角度。

通过在遮挡构件上形成三个以上的长孔，并且使中央的长孔的长度尺寸比端部的长孔的长度尺寸短，能够减少引出的带状束的中央附近的束电流。由此，在束长度方向上的束电位的分布平均化，能够减少束长度方向的电子的引入量的差异，进而能够抑制束端部的发散，从而能够改善束输送效率。

附图说明

图1是离子源的剖视图。

图2是图1中图示的遮挡构件的平面图。

图3是表示束电流密度分布和束电位分布的关系的说明图。

图4是另一种离子源的剖视图。

图5是离子注入装置的示意图。

图6是另一种遮挡构件的平面图。

附图标记说明

1离子源

11等离子体生成容器

13遮挡构件

13a长孔

u电流密度分布调整器

im离子注入装置

h束引出口

具体实施方式

下面，参照图1至图3，对本发明的离子源的结构例进行说明。

离子源1是引出带状束的离子源，具有立方体形状的等离子体生成容器11，该等离子体生成容器11在图示的y方向上长，并且在一个面上具有束引出口h。图1中描绘了在长度方向的中央位置剖切该离子源时的剖视图。

在等离子体生成容器11的一个面上设置有用于向内部导入气体的气体导入口12。此外，在等离子体生成容器11的未图示的y方向侧的面上安装有灯丝等阴极c，该灯丝等阴极c释放用于使所述气体电离并在容器内部生成等离子体的电子。此外，在等离子体生成容器11的z方向侧的面上形成有连通容器内部和容器外部的束引出口h。

所述离子源是电子轰击式离子源，在等离子体生成容器11的外部具有未图示的电磁铁，该电磁铁在容器内部生成沿着容器长边方向的磁场。

在束引出口h的下游侧(z方向侧)配置有引出电极系统e，该引出电极系统e由用于通过束引出口h以规定能量引出带状束的多个电极构成。上述构成引出电极系统e的电极有时从等离子体生成容器11侧依次以加速电极、引出电极、抑制电极和接地电极这样的名称来称呼，由于具有各种称呼方式，所以在本发明中将它们称为第一电极14、第二电极15、第三电极16和第四电极17。

在各电极14～17上形成有用于引出带状束的一个或多个开口14a、15a、16a、17a。

在图1所示的离子源1中，遮挡构件13配置在封闭等离子体生成容器11的束引出口h的位置，在该遮挡构件13上形成有后述的图2描绘的在y方向上长的多个长孔13a。

在本结构例中，在等离子体生成容器11的侧壁上沿z方向以与第一电极14相对的方式设置有突起部p。在该突起部p和第一电极14之间悬挂架设有螺旋弹簧s，利用螺旋弹簧s以弹性方式对第一电极14施加朝向等离子体生成室11的作用力。

遮挡构件13被夹持在等离子体生成容器11和第一电极14之间，在等离子体生成容器11、遮挡构件13和第一电极14之间未使用螺丝等紧固件。因此，由于能够防止高温下的紧固件的咬死，所以提高了伴随构件更换的维护时的操作性。此外，按照这样的结构，能够充分释放遮挡构件13、第一电极14的热变形时的应力。

关于遮挡构件13，在此采用在等离子体生成容器11的外侧配置有一部分的结构，也可以采用整体嵌入等离子体生成容器11的内侧的结构。但是，图1中图示的结构的优点在于遮挡构件13的更换作业简单。

图2是图1所示的遮挡构件13的xy平面图。在遮挡构件13上形成有五个长孔13a。各长孔13a是在引出的带状束的长度方向(y方向)上长的长孔，并且形成为沿y方向排列。

各长孔13a的长度尺寸(y方向的尺寸)根据长孔的配置位置不同而不同。具体地说，配置于中央的长孔的长度尺寸比配置于端部的长孔的长度尺寸短。

图3是带状束长度方向的束电流密度分布和束电位分布的说明图。

图3的(a)是从与现有技术相同的细长的一个孔引出束时的图。如图所示，如果在带状束的长度方向上束电流密度分布大体均匀，则在带状束的性质上束中央附近的束电位变高。

图3的(b)是从多个长孔引出束时的图。

假设在图1的离子源中由各单一的孔形成各电极14～17的开口14a～17a，则各开口的口径具有大到能包含形成在遮挡构件13上的全部长孔13a的程度的尺寸。

另一方面，如果在图1的离子源中由多个孔分别形成各电极14～17的开口14a～17a，则形成各开口的各个孔与形成于遮挡构件13的多个长孔13a对应。

通过使遮挡构件13的长孔13a和形成于电极的开口14a～17a的关系成为上述方式的关系，能够从离子源引出具有在图3的(b)的左侧描绘的束电流密度分布的带状束。

形成于遮挡构件13的长孔13a以如下方式形成：与束中央对应的长孔13a的尺寸比与束端部对应的长孔13a的尺寸短。

此外，在带状束的输送路径中，如果考虑从相邻的长孔引出的束扩展至长孔间的未引出束的区域并填充该间隙的区域，则能够将用实线描绘的束电流密度分布置换为用虚线描绘的束电流密度分布。

如果像用虚线描绘的束电流密度分布那样在束中央的束电流减少，则在束中央附近的束电位下降，因此横跨束长度方向的束电位的分布被平均化，从而能够使束电位的分布大体平坦。因此，由于能够减少束长度方向的电子的引入量的差异，因此改善了束输送效率。

另外，图示的束电流密度分布和束电位表示了利用后述的图5的离子注入装置就要射入质量分析电磁铁之前的带状束的特性。

本发明的离子源1的结构并不限定于上述实施方式。图4中描绘了本发明的离子源1的变形例。以下，对变形例的结构进行说明，省略了结构与在图1至图3中说明过的实施方式共通的部分的说明，与之前的实施方式的不同点如下所述。

图4的离子源1的第一电极14兼作为图1的遮挡构件13。在该情况下，在第一电极14的开口14a形成有图2中图示的多个长孔13a。即使是这样的离子源1，也能够得到与至此为止说明过的离子源1同等的效果。

此外，也可以不完全去掉遮挡构件13而是在图1的离子源1中使遮挡构件13和第一电极14一体化。

在带状束的引出过程中，束的一部分与第二电极15碰撞而产生二次电子。第一电极14因该二次电子而高温化，容易在电极上产生破裂或裂缝。在图1的结构中，由于遮挡构件13是决定引出的带状束的大体外形的构件，所以在该构件上产生了破裂等的情况下，会导致通过离子源的运转引出的束形状的稳定性欠缺，因此如果优先考虑引出稳定的带状束，则优选的是像图1那样使遮挡构件13和第一电极14彼此分开。

图5中描绘了具备本发明的离子源的离子注入装置im的结构例。该离子注入装置im包括：离子源1、质量分析电磁铁2、分析狭缝3、电流密度分布调整器u和处理室4。在处理室4中配置有未图示的驱动机构，该驱动机构以沿图中的箭头方向横穿带状束rb的方式往返输送支承基板5的支架6。

如果使用本发明的离子源1，则减少了带状束的长度方向的端部的束消失，因此电流密度分布调整器u中的局部偏转量变小。如果局部偏转减小，则即使进行束电流密度分布的均匀化调整，也不会在束长度方向上使束行进方向上的分布产生大的不均衡。

此外，在局部偏转量大的情况下，还存在偏转作用会影响到带状束的短边方向(x方向)的隐患。但是，按照局部偏转量小的本发明的结构，也消除了该隐患。

按照这样的离子注入装置，能够实现带状束在长度方向上均匀性高的束电流密度分布，并且能够高精度地控制向基板面注入的离子注入角度。

使用本发明的遮挡构件，控制从各孔引出的束，以在图5所示的离子注入装置中向基板照射带状束的位置使带状束的长边方向的各位置的束行进方向大体平行、且成为束电流密度分布大体均匀的带状束的方式，输送束，则不需要利用电流密度分布调整器的调整。

通过这样做，即使由于改变从离子源引出的带状束的离子种类和能量而需要进行电流密度分布调整器中的束的局部偏转时，偏转量微小就能够完成。由此，起到了能够减小电流密度分布调整器的电源容量等效果。

电流密度分布调整器u可以是任意结构，只要是利用以往公知的装置使带状束沿长度方向局部偏转来进行电流密度分布调整的电流密度分布调整器即可。

例如，可以考虑具有调整部件的电流密度分布调整器，所述调整部件利用具有以夹持带状束的方式沿着束的长边方向的一对磁极的磁场，或者是所述调整部件利用具有以夹持带状束的方式沿着束的长边方向配置的电极对的电场。

在如上所述的实施方式中，形成在遮挡构件13上的长孔13a的数量是五个，但是也可以形成图6所示的八个长孔13a。

对于形成与束中央和束端部对应的长孔13a这方面来说，长孔13a的数量只要为三个以上，则可以是任意数量。此外，各长孔13a并不是必须沿y方向形成，也可以形成为在x方向上稍许偏离。

此外，本发明并不限定于所述实施方式，在不脱离本发明宗旨的范围内可以进行各种变形。