JP2024124014A - イオン源 - Google Patents

Abstract

【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、イオン引出口近傍でのプラズマ密度を向上でき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容器であり、その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ものであり、前記プラズマ生成容器の外部に設けられ、高周波電源に接続されて高周波磁場を生じさせるアンテナと、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プラズマ生成手段と、前記内部空間における前記イオン引出口の近傍に設けられた放電電極と、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るイオン源である。【選択図】図２

Description

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。

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。

特開２０１１－２２８０４４号公報

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。

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。
また、イオン引出口近傍におけるプラズマ密度を一層向上させることも求められる。

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、イオン引出口近傍でのプラズマ密度を向上でき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。

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容器であり、その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ものであり、前記プラズマ生成容器の外部に設けられ、高周波電源に接続されて高周波磁場を生じさせるアンテナと、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プラズマ生成手段と、前記内部空間における前記イオン引出口の近傍に設けられた放電電極と、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ることを特徴とする。

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、イオン引出口近傍でのプラズマ密度を向上できるイオン源を提供できる。

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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

また本実施形態のイオン源１００では、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。

そして本実施形態のイオン源１００では、図２及び図３に示すように、プラズマ生成容器１の内部空間において、イオン引出口１Ｈの近傍には放電電極７が設けられている。この放電電極７は、誘導結合により内部空間１ｓ内に形成されたプラズマを用いて、引出電極系４においてプラズマ生成容器１に最も近い電極（ここではプラズマ電極４１）との間に直流放電又は低周波放電を生じさせることで、内部空間１ｓにおけるイオン引出口１Ｈ近傍に生成されるプラズマ密度を向上させるものである。

本実施形態の放電電極７は棒状又は直管状をなす金属製のものであり、内部空間１ｓにおいてイオン引出口１Ｈを臨む位置（具体的にはアンテナ３１とイオン引出口１Ｈとを結ぶ線上、あるいはイオン引出軸線Ｌ１上ともいえる）に、長手方向に沿って平行となるように設けられている。すなわちこの放電電極７は、イオン引出口１Ｈ及び引出電極系４を構成する電極４１～４４に形成されたスリット４ｘの長手方向に一致するように配置されている。

放電電極７は、棒状を成すものである場合、例えばタングステンなどの高融点材料からなるのが好ましい。また放電電極７は、管状である場合には、ステンレス管、アルミニウム（又はアルミニウム合金）管、銅（又は銅合金）管等で構成され、内部に冷却流体が流れる流路が形成されているのが好ましい。

放電電極７には、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）に対して、負の直流電圧を印加するようにしてもよく、あるいは約１０ｋＨｚ程度又はそれ以下の周波数の交番電圧を印加するようにしてもよい。またプラズマ生成容器１とプラズマ電極４１との間は、短絡、あるいは抵抗器を介して接続してもよい。あるいは、直流電源を用いてプラズマ電極４１に対してプラズマ生成容器１に正電圧を印加するようにしてもよい。

＜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。またイオン引出方向口に沿って延びる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るので、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。
さらにイオン引出口１Ｈの近傍に放電電極７を設けることで、内部空間１ｓに発生したプラズマを利用して、引出電極系４（具体的にはイオン引出口１Ｈに最も近い電極４１）との間で直流放電や低周波放電を生じさせることができ、イオン引出口１Ｈ近傍に生成するプラズマ密度を増加することができる。

ここで、広い面積を有する大型イオン源や長尺イオン源の場合には、プラズマ室内のガス圧（真空度）と、高電圧の印加される引出電極系４の領域の真空度との間では、引出電極系４のスリット４ｘのスリットコンダクタンスが大きいため圧力差が出ず、ほぼ同等になる。一方で、引出電極系４に高電圧を安定に印加するためには、引出電極系４が設置される領域の圧力を約１ｍＴｏｒｒ（約１３３ｍＰａ）を上限として設定する必要がある。このような圧力状況下において、引出電極系４のスリット４ｘに相当する約数ミリ～約十数ミリ程度の間隔で配置された平行平板電極単体をプラズマ生成手段３として用いた場合には、直流電圧によるプラズマ生成は不可能であり、また通常の高周波放電でもプラズマ生成は不可能である。
一方本実施形態のイオン源１００によれば、誘導結合型放電の放電可能な下限付近であるこのような低圧力下において、高周波プラズマによるプラズマ点灯の種（種プラズマ）を放電電極７と引出電極系４との間に供給でき、一方でその種プラズマを利用した直流放電や交番電圧（高周波電圧）によりプラズマ密度を増加させることができ、これによりフィラメントを用いることなく、効率的にイオンビームを引き出すことができる。
さらに、プラズマ生成手段３として平行平板電極を用いる場合には、真空内の電極間距離の必要箇所を調整することはほぼ不可能であるが、本実施形態のイオン源１００では、プラズマ生成手段３として外部アンテナ３１を用いることで、種プラズマの分布によるプラズマ分布の調整を行えるため、外部アンテナ３１と真空内の放電電極７との組み合わせは非常に有効な構成であると言える。

＜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。

例えば他の実施形態のイオン源１００は、図５（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。

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。

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。

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。

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５（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。

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６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。

また前記実施形態では、放電電極７は、棒状又は直管状をなすものであったがこれに限らない。他の実施形態の放電電極７は、図７に示すように、イオン引出軸線Ｌ１を挟んで向かい合って配置された、互いに平行な一対の板状電極により構成されてもよい。この場合、放電電極７には、プラズマ生成容器１を基準電位として、約１０ｋＨｚ程度、あるいはそれ以下の周波数の交番電圧を印加するようにするのが好ましい。そしてこの場合には、放電電極７の背面及び側面（互いに対向する面以外の側面）を覆うシールド部材７１を備えるのが好ましい。このシールド部材７１は、放電電極７とプラズマ生成容器１の内壁面との間で、電圧による不要な放電を防止するためのものである。このシールド部材７１は、耐熱性、加工性及びガス種による耐蝕性に優れた材質により構成されるが好ましく、例えばステンレス鋼、タングステン、モリブデン、タンタル又はこれらのいずれかを含む合金を含んで構成されるのが好ましいが、これらに限らない。このようなシールド部材７１を備えることで、一対の放電電極７間での放電に対して電力を有効に利用することができる。

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。

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、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。

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。

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。

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。

さらに本明細書の開示は、以下の態様１－６を含み得る。

（態様１）イオン源ガスが導入される内部空間を有する容器であり、その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ものであり、前記プラズマ生成容器の外部に設けられ、高周波電源に接続されて高周波磁場を生じさせるアンテナと、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プラズマ生成手段と、前記内部空間における前記イオン引出口の近傍に設けられた放電電極と、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るイオン源。

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。
また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るので、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。
さらにイオン引出口の近傍に放電電極を設けることで、内部空間に発生したプラズマを利用して、引出電極系との間で直流放電や低周波放電を生じさせることができ、イオン引出口近傍に生成するプラズマ密度を増加することができる。

（態様２）前記プラズマ生成容器が長尺状をなし、その長手方向に沿った前記１つの側壁に前記イオン引出口が形成されたものであり、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、前記アンテナと前記放電電極とが前記長手方向に沿って伸びる形状をなす態様１に記載のイオン源。
このような態様であれば、アンテナ及び放電電極が伸びる方向と引出電極系のスリットが伸びる方向とをいずれも長手方向に揃えることで、アンテナに高周波電力を流すことで発生したプラズマを種にして、イオン引出口近傍に効率的にプラズマを生成することができるようになる。

（態様３）前記長手方向から視て、前記放電電極が、前記アンテナと前記イオン引出口とを結ぶ線上に配置されている態様２に記載のイオン源。
このような態様であれば、１本の放電電極を用いた簡易な構成により、効率よくプラズマを生成することができるようになる。

（態様４）前記放電電極は、冷却流体が流れる流路が内部に形成された管状をなすものである態様２又は３に記載のイオン源。
このような態様であれば、冷却流体を流すことで放電電極の温度上昇による変形を抑えることができ、放電電極と、引出電極等の周辺構造物との距離を安定に保つことができ、プラズマを安定して生成できるとともに、プラズマ分布を安定化させることができる。

（態様５）前記長手方向から視て、前記放電電極が、前記アンテナと前記イオン引出口とを結ぶ線を挟んで向かい合って配置された一対の板状電極により構成されている態様２に記載のイオン源。
このような態様であれば、イオン引出口を挟むように一対の板状電極を配置することで、発生した高周波プラズマの高密度の領域をイオン引出口近傍に設定することができるとともに、イオン引出口を挟む電極間で効率よくプラズマを生成することができる。

（態様６）前記一対の板状電極のそれぞれの背面側に、前記板状電極の背面と前記プラズマ生成容器の内壁との間における放電を抑制するシールド部材が配置されている態様５に記載のイオン源。
イオン引出口近傍に生成されるプラズマがイオンビームとして引き出されるため、この位置にプラズマを効率的に生成することが好ましい。板状電極の背面側（すなわち互いが対向する面の裏面側）にシールド部材を設置することで、板状電極とプラズマ生成容器の内壁間における不要なプラズマ生成を抑え、電力を有効利用して、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るようになる。

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
７ ・・・放電電極
Ｗ ・・・基板
ＩＢ ・・・イオンビーム

Claims (6)

1. イオン源ガスが導入される内部空間を有する容器であり、その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ものであり、
   前記プラズマ生成容器の外部に設けられ、高周波電源に接続されて高周波磁場を生じさせるアンテナと、
   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プラズマ生成手段と、
   前記内部空間における前記イオン引出口の近傍に設けられた放電電極と、
   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るイオン源。
2. 前記プラズマ生成容器が長尺状をなし、その長手方向に沿った前記１つの側壁に前記イオン引出口が形成されたものであり、
   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、
   前記アンテナと前記放電電極とが前記長手方向に沿って伸びる形状をなす請求項１に記載のイオン源。
3. 前記長手方向から視て、前記放電電極が、前記アンテナと前記イオン引出口とを結ぶ線上に配置されている請求項２に記載のイオン源。
4. 前記放電電極は、冷却流体が流れる流路が内部に形成された管状をなすものである請求項２又は３に記載のイオン源。
5. 前記長手方向から視て、前記放電電極が、前記アンテナと前記イオン引出口とを結ぶ線を挟んで向かい合って配置された一対の板状電極により構成されている請求項２に記載のイオン源。
6. 前記一対の板状電極のそれぞれの背面側に、前記板状電極の背面と前記プラズマ生成容器の内壁との間における放電を抑制するシールド部材が配置されている請求項５に記載のイオン源。