[发明专利]离子束引出电极和离子源

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于从等离子容器中引出离子束的离子束引出电极以及包括该电极的离子源。

背景技术

用于从等离子体容器中引出离子束的电极是已知的，所述电极包括离子能通过的圆形和缝隙形的多个离子引出孔。离子源中采用一组多片电极，且电极的各个片都在离子源的等离子体容器中彼此邻近地设置，以致形成在相应电极中的离子引出孔位于沿着离子束的引出方向的相同位置。

在离子源运行时，将合适的电压施加至相应电极以从在等离子体容器中产生的等离子体引出离子束。在这种情况下，从等离子体容器中引出的离子与电极碰撞，或热量从由高温加热的等离子体容器传递到电极，使得各个电极都升至高温。为此，可耐受高温的高熔点材料用作电极的材料。

但是，即使采用高熔点材料，也会发生热变形，虽然热变形是微小的。随着离子源长时间运行，会积累微小的热变形，使得其变形量增加。如果电极的热变形量增加，则形成于相应电极中的离子引出孔的位置会发生偏移。因此，难于引出所需引出角度或所需电流量的离子束。

为了抑制热变形，采用专利文献1中公开的电极。形成在电极中的缝隙形的离子束引出孔以一间隔设置在多个杆之间，该多个杆设置在形成于电极支撑框架中的开口中。杆的一个端部由电极支撑框架支撑，以致该端部可沿纵向移动。更具体而言，电极支撑框架的侧壁具备开口，杆可通过开口。当杆通过开口时，在纵向上的杆的端部和开口的终端部之间形成边缘部分（空间）。

对于采用杆的构造来说，当电极的温度高时，杆会因为受热而在其纵向上膨胀或收缩。因为其中发生热膨胀或收缩的杆由电极支撑框架在杆的端部在纵向上未被固定的状态下支撑，因此看来杆中并未发生热膨胀或收缩。因此，形成在多个杆之间的缝隙形离子引出孔的形状可几乎保持不变。此外，还能避免沿着离子束的引出方向设置的相应电极中的离子引出孔的位置偏移。

【专利文献1】JP-A-8-148106（图3和5至7）

发明内容

通过在相应电极之间设定合适的电势差从等离子体容器中引出离子束。在这种情况下，在电极之间产生的电场通过形成在一个电极中的离子引出孔而从电极向外泄漏。电场的泄漏量与离子引出孔的开口面积有关。随着开口面积增大，则电场的泄漏量增加。

下文说明从具备缝隙形的离子引出孔的电极泄漏的电场的泄漏量与从具备圆形的离子引出孔（具有与缝隙形离子引出孔的短边的距离相同的直径）的电极泄漏的电场的泄漏量的比较。

图14A和14B示出具有离子引出开口22的等离子体容器21，且离子源20具有用于引出离子束的四片电极23至26。图14A中所示的电极23至26具有缝隙形的离子引出孔4，且图14B中所示的电极23至26具有圆形的离子引出孔4。在这种情况下，注意到附图中由箭头A表示的方向上的离子引出孔4的开口面积，虽然形状不同，但是上述两图中所示的离子引出孔4的尺寸基本相等，使得从两个电极泄漏的电场的泄漏量在箭头A的方向上基本相等。同时，注意到由箭头B表示的方向上的离子引出孔4的开口面积，形成在电极中的缝隙形的离子束引出孔4要大于形成在电极中的圆形离子束引出孔4。等离子体容器21具有阴极（灯丝极）和进气端口，其在现有技术中众所周知，因此并未示出。

等离子体容器21中产生的朝向电极的等离子体的末端的形状与在加速电极23和引出电极24之间产生的电场强度有关。当引出离子束时，在四片电极中，在加速电极23和引出电极24之间产生的电场强度根据例如要被引出的离子束的能量或离子束的引出角度的情况而变化。如果电场强度弱，则等离子体的末端向加速电极23一侧移动，使得等离子体的末端在离子束要被引出的方向上形成为凸形。同时，如果电场强度强，则等离子体的末端移向等离子体容器21的内部，使得等离子体的末端在要被引出的离子束的方向的相反方向上形成为凸形。

如上所述，在包括如专利文献1中所述的缝隙形的离子引出孔4的电极中，因为电极之间产生的电场的泄漏量大，因此等离子体的末端会根据泄漏量而大幅扩展。为此，在包括了缝隙形的离子引出孔4的电极中的电场强度弱的情况下，等离子体的末端跨过加速电极23，且随后移向引出电极24的表面，由此使电极之间发生短路。因此，不能引出离子束。同时，在电场强度强的情况下，因为等离子体的末端向等离子体容器21突进的量增大，因此要被引出的离子束的引出角度小。如果引出角度非常小，则从离子源20引出的离子束的宽度将小于必要情况，因此考虑离子束不能辐照在具有所需宽度的目标（例如硅晶圆或玻璃衬底）的整个表面上。