JPH0132626B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は低エネルギのイオン・ビームを発生す
るためのコンパクトで取外し可能なイオン発生器
に関し、更に詳細にいえば、制御されたスパツタ
リング・ビームを発生できるプラグ装着型のイオ
ン発生器に関する。

〔背景技術〕

イオン・スパツタリング・ビームは回路部品の
製造において、基板上に金属粒子を付着したり、
基板から金属を除去したりするのに用いられる。
イオン発生器はイオン衝撃されるべきターゲツト
と共に真空小室に入れられる。付着プロセスで
は、ターゲツトをスパツタリングしてターゲツト
表面から金属粒子を飛び出させ、スパツタリング
された金属粒子を工作片に付着させる。

回路製造の効率を上げるためには、真空小室内
で薄膜蒸着ステツプ、イオン・スパツタリング・
クリーニング・ステツプ等の種々の処理ステツプ
を行なうことができるのが望ましいが、従来のイ
オン発生器は主として所与のビーム径を与えるた
めにイオン発生器の磁極片に必要とされるスペー
スのために寸法が大きく、真空小室を大きくしな
ければ充分な処理スペースが得られなかつた。ま
た従来のイオン発生器は一部が真空小室の内部
に、一部が真空小室の外部に出るように組立てら
れ、その組立て構造及び外部接続構造による制約
のためビーム位置を変えることができず、また定
期的検査あるいは部品の交換のために解体するが
非常に面倒であつた。もしイオン発生器をコンパ
クトに且つ取外し可能に形成するならば、イオン
発生器を完全に真空小室内に配置しても真空小室
内に大きな処理スペースを与えることができ、且
つ検査、部品の交換も容易になり、またイオン発
生器をピボツト装着すればビーム位置を変えるこ
ともでき、大きな利点を得ることができる。

〔発明の目的〕

本発明の目的は基板表面を処理するためのコン
パクトで取外し可能なイオン発生器を提供するこ
とである。

本発明の他の目的は真空小室内にプラグ装着さ
れる光電流イオン・ビーム発生器を提供すること
である。

〔発明の概要〕

本発明による取外し可能なイオン発生器は、ソ
ケツトに挿入される複数の接続ピンを持つた絶縁
ベース部材を有する。ベース部材には、イオン化
ガスを通すためのガス連絡開孔が設けられる。

ベース部材はソケツトと反対の側に磁極片を含
み、磁極片は弧状に延びるフリンジ磁界を形成す
る。ベース部材には陰極素子及び陽極素子が支持
される。陰極素子は１対の支持体に取外し可能に
取付けられたフイラメント線よりなる。陽極素子
は同様にベース部材に支持される。陽極素子及び
陽極素子は陰極から陽極に向けて移動する電子が
フリンジ磁界に入るようにお互いに位置づけされ
る。

筒状包囲部材はベース部材と共に包囲体を形成
し、ベース部材を通して入れられるガスのための
プラズマ小室を形成する。筒状部材の他端には少
なくとも１つのグリツドが設けられ、イオン出口
を与える。

イオン発生器の陰極、陽極及びグリツドに対す
るすべての接続はベース部材を通して行なわれ、
イオン発生器をソケツトから取外し可能にする。
イオン化ガスはベース部材を通してイオン発生器
に入れられる。陰極から発生される電子は陽極の
方へ移動しガス分子と衝突する。フリンジ磁界は
電子の走行距離を増大させて衝突回数を増加さ
せ、イオンに富んだプラズマを発生する。この磁
極片の配置はイオン源をコンパクトにする。ソケ
ツトは小室内にピボツト可能に装着でき、したが
つてイオン・ビームを位置づけ可能である。

〔実施例〕

第１図は本発明の良好な実施例のイオン発生器
１３を用いたスパツタリング装置を示している。
真空小室１１は基板１２からのスパツタリング原
子のための低圧雰囲気を与える。イオン源１３は
複数の導電接続ピンを有するベース部材１３ａを
含む。導電ピンはソケツト１５に挿入される。ベ
ース部材１３ａとソケツト１５の間には冷却板１
４が置かれる。ソケツト１５はベース部材１３ａ
の接続ピンの各々へ電圧を与えるための複数の導
電ワイヤを含む。

典型的にはアルゴンであるイオン化ガスは、ガ
ス管１９、ソケツト１５の開孔を介して供給され
る。冷却水供給管２１及びケーブル１６、ガス管
１９は夫々部材１８及び２０を介して真空小室１
１へ延びている。真空はポート９を介して小室１
１へ与えられる。イオン発生器をピボツト可能に
装着することにより、ビーム位置を変えることが
できる。

第２図はイオン発生器１３の概略図である。ガ
スはポート１９を介してイオン発生器１３のプラ
ズマ小室に入る。外側磁極片２２は中心磁極片２
３を取り囲んでいる。磁極片２２，２３は弧状に
延びるフリンジ磁界２４を発生する。フリンジ磁
界の中に陰極２６が配置されている。陽極２６は
電源３１により供給される電流に応答して電子を
発生する。第１及び第２の陽極素子２８，２９が
同様にフリンジ磁界２４へ延びて設けられてい
る。

フリンジ磁界２４はイオン発生器の中心軸で始
まつてプラズマ小室壁近くで終端する弧状の、放
射状に延びた磁界成分である。陰極２６は中心の
磁極片２３に中心を合わせて設けられている。陽
極素子２８，２９は中心の磁極片２３の各々の側
に配置されており、フリンジ磁界に関して最適位
置に置かれる。陰極及び陽極は、陰極から陽極へ
移動する電子がフリンジ磁界を通るように置かれ
る。フリンジ磁界は電子の有効走行距離を増大さ
せることにより、イオン量の多いプラズマを与え
る。

中心の磁極片２３を取り囲むように磁極片２２
を配置して弧状のフリンジ磁界２４を発生させる
ようにした構造によれば、コンパクトなイオン源
１３をつくることができる。結果として得られる
磁界はガス分子と自由電子の衝突回数を増やし、
効果的にイオンを発生する。イオンはイオン鞘２
５によつて囲まれたプラズマを発生する。

イオン源１３は第１及び第２の対向端１３Ａ，
１３Ｂを有する。入口側１３Ｂは陽極及び陰極へ
の接続線を受取るための開孔を有し、出口端１３
Ａはイオン源１３内で発生されたイオンを供給す
るための開孔を有する。出口端１３Ａはイオンを
出すための複数の出口開孔を有する少なくとも１
つのスクリーン・グリツド２７を含む。第２図に
は加速グリツド３４も示されている。加速グリツ
ド３４はスクリーン・グリツド２７とは電気的に
分離され、電源３０の電圧を受取る。グリツド２
７，３４は整列した開孔を持つ標準のグラフアイ
ト・グリツドである。

残りの電源３２，３３は陽極電圧を与えると共
に陰極を陽極よりも負電位に保つ。周知のように
イオン・ビームに中和電子を加えるために、イオ
ン・ビームに中和フイラメント３５が置かれる。
中和フイラメント３５及び関連する電源３６はイ
オン源の外部にあつて、これは多くのスパツタリ
ング装置に共通である。

イオン発生器１３の電位は第３図に示されてい
る。陽極電位は典型的には500V、陰極電位は
460Vに保たれる。陰極フイラメント２６からの
電子はフリンジ磁界２４の影響を受けながら陽極
２８へ移動し、ガス分子と衝突してイオンを発生
する。

スクリーン・グリツド２７はスクリーン・グリ
ツドへの電子衝突のために陽極電位よりも少し低
い電位にある。加速グリツド３４はターゲツト電
位よりも50V低い電圧に保たれる。イオン源から
出るイオン流はターゲツトのイオン鞘によつて約
＋5Vの電位を帯びる。加速グリツドの電圧はイ
オン電流を増大させるもつと負の値に調節でき
る。しかし加速グリツド３４は反集束レンズとし
て働き、加速電極３４の負電位を小さく保つこと
によつて発散は最小にされる。従つて加速グリツ
ド３４の電位を調節することによりビーム発散を
効果的に制御しうる。

イオン発生器１３は、加速グリツド３４を取り
除いて加速グリツド３４の位置に１つのグリツド
２７を設けるようにしても実施できる。この場
合、この単一グリツドは電子の逆流を防止するた
めにわずかに負電位に保たれる。

第４図は第２図の構造を有するイオン発生器１
３の分解図である。ソケツト４０はベース部材４
３の接続ピンを受取るための複数のコネクタ開孔
４０ａを有する。これらのピンは陰極４７、陽極
４８，４９、磁極片５０、加速グリツド５７に対
する電気的接続を与える。冷却板４１は２つのね
じ４０ｃによつてソケツト４０に取付けられる。
ガス管４２はソケツト４０の後部から開孔４０ｂ
に挿入される。ベース部材４３にはガス連絡開孔
４３ｂ（第５図）が設けられ、ソケツト４０の開
孔４０ｂを通して供給されるガスをイオン小室側
に通す。実際には、短い管を開孔４０ｂの出口側
にエポキシ樹脂で取付け、開孔４０ｂを開孔４３
ｂに気密接続する。ベース部材の開孔４３ａ（第
５図）には、ソケツト４０のコネクタ４０ａと接
続されるピン４１ａ，４１ｂ，４１ｃが延びてい
る。

ベース部材４３は中心の磁極片５０を取り囲む
磁極片４５を含む。中心の磁極片５０は磁極片４
５と同じ高さに延びている。磁極片４５は陽極４
８，４９及び陰極支持体４７ａ，４７ｂのための
４つの開孔を含むベース部分４５ａ（第５図）を
有する。陽極支持体は図示されていないが、これ
は陰極支持体４７ａ，４７ｂと同様につくられ
る。陰極支持体４７ａ，４７ｂは磁極片４５のベ
ース部分４５ａを通つて延びた絶縁部材４７ｆを
有し、その中に、ねじみぞ付きの導電ピン４１ａ
が通つている。ねじみぞ付きの導電ピン４１ｃは
磁極片５０を通つてベース部材４３を貫通してい
る。ピン４１ａ，４１ｃは開孔４３ａにねじ込み
されているが、第６図に示すように陰極支持体４
７ａ，４７ｂはベース部材４３にナツトで取付け
られてもよい。磁極片４５のベース部分４５ａに
は、アルゴンを通すための、スクリーンで覆われ
た２つの開孔４６，５１が設けられている。陰極
支持体４７ａ，４７ｂの先端にはフイラメント・
コネクタ４７ｃ，４７ｄが設けられ、陰極フイラ
メント４７の取付けを容易にしている。第５図に
は示されていないが、陽極４８，４９は同様に、
ねじみぞ付きのピン４１ｂ及び絶縁部材によつて
支持される。磁極片４５，５０の背後には永久磁
石５５が置かれる。この磁石は20−50Oeの範囲
の磁界強度を持つように選ばれる。磁石５５はひ
も状のもので磁極片４５の下側に取付けられる。
ピン４１ｃは磁極片４５を通つて延び、スペーサ
５０ａを介在して磁極片５０にねじ込みされてい
る。第６図はピン４１ａ，４１ｂ，４１ｃの相対
位置を示している。

第４図において、筒状包囲部材５２はイオン化
ガスのためのプラズマ小室を形成する。包囲部材
５２は磁極片４５を包囲するに十分な内径を有す
る。包囲部材５２は２つのフランジ５３，５４を
有する。フランジ５３は取付けねじを受取る孔５
３ａを含む。包囲部材５２はこの取付けねじによ
つてベース部材４３に固定される。フランジ５４
は包囲部材５２の出口側の端に設けられ、２つの
スクリーン・グリツド５６，５７を支持する。フ
ランジ５４はスクリーン・グリツド５６のリム部
分と孔と一致する孔を有する。スクリーン・グリ
ツド５７はスクリーン・グリツド５６の孔の整列
した孔をリム部分に有する。スクリーン・グリツ
ド５６は包囲部材５２に電気的に接続される。２
つのスクリーン・グリツドはスペーサ６０によつ
て間隔をあけて保持される。スペーサ６０、スク
リーン・グリツド５６，５７はねじ６２，６８に
よつて一体に取付けられる。

スクリーン・グリツド５７は加速グリツドとし
て働く。加速グリツド５７への電気的接続はロツ
ド６３によつて行なわれる。ロツド６３はフラン
ジ５３の孔を通つて延びる。フランジ５３の孔に
はブツシユ６５が挿入され、ロツド６３をフラン
ジ５３から電気的に分離する。ロツド６３の端に
は、ねじみぞが切られた金属支持体６６が設けら
れ、ねじ６８はこれに挿入され加速グリツド５７
をロツド６３に保持する。ねじ６８は加速グリツ
ド５７をロツド６３に電気的に接続する。ロツド
６３の反対側の端はピン６３ａとなつていてベー
ス部材４３の開孔を通つて延び、ソケツト４０の
コネクタ４０ａに接続される。ロツド６３はグリ
ツド５６の孔を貫通し、グリツド５６とは分離さ
れている。

従つて、イオン源に対するすべての電気接続は
ピン４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，６３ａによつて行
なわれる。

包囲部材５２のまわりにはシールド部材７０が
置かれる。フランジ７０ａには孔が設けられ、孔
７０ｂはソケツト４０から突出するねじ４０ｄを
受取る。フランジ７０ａの残りの孔もねじを受取
り、フランジ７０ａをソケツト４０に固定する。

第６図はベース部材４３のピン側を示してい
る。ベース部材４３は２つのジヤンパ・ワイヤ７
２，７３を含む。ジヤンパ・ワイヤ７２は２つの
陽極４８，４９を一緒に接続して両方のピンを同
電位にする。ジヤンパ・ワイヤ７３は開孔５３ａ
と関連する取付けねじを介して磁極片４５，５０
を包囲部材５２に電気的に接続する。

上述したように、本発明によれば、ガスの供給
だけでなくすべての電気的接続を、ソケツトを通
して供給するようにした、コンパクトで取外し可
能なイオン源が得られる。このイオン発生器はプ
ラグ差込みを取外して解体し、断線した陰極フイ
ラメント又はグリツドを簡単に取り換えることが
できる。このイオン源は所望のイオン・ビーム強
度に依存して単一のグリツドで又は加速電極を用
いて動作できる。この磁極構造は最小のパツケー
ジ寸法を可能とし、且つ同時に、効率よく十分な
イオン化を与えることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるイオン発生器を含むスパ
ツタリング装置を示す図、第２図は第１図のイオ
ン発生器の動作を示す図、第３図は第２図のイオ
ン発生器の動作電圧を示す図、第４図は本発明に
よるイオン発生器の良好な実施例の分解図、第５
図は第４図のイオン発生器の陰極及び磁極片の構
造を示す図、第６図はベース部材をピン側から見
た平面図である。 第２図において、１９……ガス供給ポート、２
３……中心磁極片、２２……外側磁極片、２６…
…陰極、２８，２９……陽極。第４図及び第５図
において、４０……ソケツト、４０ａ……コネク
タ、４０ｂ……ガス供給開孔、４２……ガス供給
管、４３……ベース部材、４１ａ，４１ｂ，４１
ｃ……接続ピン、４３ｂ……ガス連絡開孔、４７
……陰極、４８，４９……陽極、５０……中心磁
極片、４５……外側磁極片、５２……筒状包囲部
材。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 接続ピンを受取るための複数のコネクタ及び
   ガス供給開孔を有するソケツト部材と、複数の接
   続ピン及びガス連絡開孔を有するベース部材であ
   つて、前記接続ピンの一端は前記コネクタに接続
   され他端は前記ベース部材を貫通して前記ベース
   部材の他方の側に延びたものと、前記ベース部材
   の前記他方の側に設けられた磁界発生手段であつ
   て、中心磁極片及び該磁極片を取囲む外側磁極片
   を含み、弧状に延びたフリンジ磁界を発生するも
   のと、前記ベース部材の前記他方の側において
   夫々所定の前記接続ピンに接続された陰極素子及
   び陽極素子であつて、前記陰極素子から前記陽極
   素子へ向う電子が前記フリンジ磁界を通るように
   配置されたものと、前記の磁界発生手段、陰極、
   及び陽極を包囲し、その一端が前記ベース部材に
   取付けられてイオン化小室を形成しその他端にイ
   オン出口を有する包囲部材とを有するイオン発生
   器。