JPH04101340A - イオン源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はイオン源装置に関し、特にイオンビームスパッ
タ、イオンビームによる酸化等の表面改質、微細パター
ン形成のためのエツチング、表面クリーニング等の表面
処理に適したイオン源装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来のイオン源装置では、例えば同軸導波路を経由して
プラズマ室にマイクロ波電力が供給され、これによって
プラズマを発生させ、プラズマ室の開口部に設けられた
イオン引出しグリッドによりシャワー状のイオンビーム
を引出すように構成されていた。かかるイオン源装置は
試料の表面における薄膜堆積や表面改質等に用いられて
いる。

第５図に基づき従来のイオン源装置の構成例を一説明す
る。このイオン源装置ではマイクロ波と磁界を用いてプ
ラズマを発生させる。第５図において１は内部が真空状
態に保持されるプラズマ室、２はマイクロ波電力導入フ
ィードスルー、３はプラズマ室の真空状態を保持する真
空シール用絶縁材、４はマイクロ波を放射するためのア
ンテナ、５は前記フィードスルーの水冷式冷却構造部、
６はプラズマ室の周囲に配設されプラズマ室１内に磁界
を発生させる磁界発生用コイル、７，８はイオン引出し
グリッド、９及び１ｏは絶縁体、１１はイオン輸送管、
１２〜１４は直流電源、１５はガス供給管、１６はプラ
ズマ室１の水冷式冷却構造部である。

上記構成においてイオン源装置が動作するときには、プ
ラズマ室１に対しガスがガス供給管１５より導入される
と共にマイクロ波がフィードスルー２を介して供給され
る。同時にプラズマ室１の内部にコイル６によって電子
サイクロトロン共鳴条件を満足する磁界を発生させる。

この結果、プラズマ室１の少なくとも一部でプラズマが
発生する。次いで、プラズマ室１からイオンを引き出す
ために、直流電源１２によってプラズマ室１に正の電圧
を印加し、グリッド８に直流電源１３によって負の電圧
を印加し、輸送管１１に直流電源１４によって負の電圧
を印加する。この場合において、グリッド８は浮遊電位
になっている。

次に従来のイオン源装置の取付は構造について説明する
。イオン源装置は、内部に試料室が形成された真空容器
に取付けられる。第５図中１７は真空容器の壁部の一部
を示し、部位１７の内部か真空になった容器となってい
る。第５図に示されるように、従来のイオン源装置では
、プラズマ室１とその周辺に配置される磁界発生用コイ
ル６等を真空容器１７の外部に配設するように構成して
いたので、真空容器１７内の所定位置に配置される試料
（図示せず）の所までイオンビームを効率良く案内する
ために相当に長い形状の輸送管１１を用いていた。従っ
て、取付は構造としては、プラズマ室１を形成し且つグ
リッド７．８及び輸送管１１の先部を収容する第１のハ
ウジング１８と、真空容器１７に固定される取付はフラ
ンジ１９ａを有した第２のハウジング１９を備え、第１
及び第２のハウジング１８．１９を絶縁体９を介設して
組付け、第２のハウジンク１９の取付はフランジ１９ａ
を、真空容器１７における輸送管挿通用の孔１７ａの周
囲のフランジ１７ｂに固定している。

第５図において、図では厳密に示されていないが、マイ
クロ波電力導入フィードスルー２と第１のハウジング１
８と第２のハウジング１９と真空容器１７とは、内部が
真空状態に保たれるように真空シール状態にて結合され
ている。また２０は絶縁体１０を固定するための固定部
材である。

なおイオン源装置については、金等による“デベロップ
メント・オン・ア・コンパクト・イー・シー・アール・
イオン・ソース”　プロシーディング・オン・ザートウ
エルフス・シンポジューム・オン・イオン・ソーシズ働
アンドφイオン・アシステツド・テクノロジー・ピー・
ピー　　８９９４．１９８９　　　　　（“　ＤＥＶＥ
ＬＯＰＭＥＮＴ　ＯＦ　ＡＣＯＭＰＡＣＴ　ＥＣＲＩＯ
Ｎ　５ＯＵＲＣＥ　　　　　？ｏｃｅｅｄｉｎｇ　ｏｆ
ｔｈｅ　Ｔｗｅｌ＋ｊｈ　Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ　ｏｎ　
ＩＯｎ　５ｏｕｒｃｅｓ　ａｎｄ　ｆａｎＡｓｓｉｒｔ
ｅｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇ７　、　ＰＰ８９−９４．１
９８９）に詳しく記載されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記の如〈従来のイオン源装置の構造によれば、プラズ
マ室１及びその周辺部の装置構成を真空容器１７の外部
に配設するようにしたため、プラズマ室１から引出し用
グリッド７．８を用いて引き出されたイオンビームを真
空容器１７の内部の試料まで誘導するためには、長形の
輸送管１１が必要とされた。このように、輸送管１１は
、イオン同士の相互反発に起因する発散作用の結果中し
るイオン電流密度の低減を防止し、所要量のイオン電流
密度を得るために設けられたものである。しかしながら
、反面において、従来のイオン源装置ではかかる輸送管
１１が存在するため、プラズマ室１から引き出されたイ
オンのうち相当量のイオンが輸送管１１の管壁に吸収さ
れ、その結果イオン引出しの効率が低下するという不具
合が生じていた。すなわち、輸送管１１の存在そのもの
がイオンの引出し効率を悪化させる要因にもなっていた
。

以上の如〈従来のイオン源装置では輸送管１１の印加状
態が接地電位近傍又は負電位に設定されているため、引
出し電流のうち相当な部分が輸送管１１に流入している
。これでは、引き出されたイオン電流を本来の目的のた
め十分に活用することができない。更に、引き出された
イオンが輸送管１１の内面に衝突し、輸送管の内部にお
いて好ましくない管壁のスパッタリングが発生するとい
う問題も提起される。

本発明の目的は、上記問題に鑑み、取り出すことのでき
るイオン電流を増加させ、引出し電流を有効に活用する
ことのできる構造を有したイオン源装置を提供すること
にある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係るイオン源装置は、プラズマを発生しイオン
を生成するためのプラズマ室と、プラズマ室に磁界を発
生させる磁界発生手段と、プラズマ室に導波路を用いて
マイクロ波を供給するマイクロ波導入手段と、プラズマ
室に生成されたイオンを引出しシャワー状のイオンビー
ムを形成するイオン引出しグリッドを備え、真空容器内
に配置された試料に対してイオンビームを照射するイオ
ン源装置において、突出した形状を有するハウジングを
備え、ハウジングの内部スペースにプラズマ室が形成さ
れると共に磁界発生手段が収容され、プラズマ室のイオ
ン引出し開口部にイオン引出しグリッドか配設されるよ
うに構成される。

〔作用〕

本発明によるイオン源装置では、プラズマ室及びその周
辺構成物が、真空容器内の試料に接近して配置されるよ
うに構成したため、イオン源装置のイオン引出し部と試
料との距離が小さくなり、輸送管を実質的に不要とする
ことが可能となった。

また所定の形状に形成されたハウジングを用いることに
より、その内部スペースにコンパクトにプラズマ室を形
成することができ、且つこのハウジングを、真空容器の
内部に対して突出する如く配置するように取付け、これ
によりプラズマ室等を試料へ接近させて配置することを
可能にしている。

〔実施例〕

以下に、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する
。

第１図は本発明に係るイオン源装置の第１実施例の縦断
面図であり、第２図はこのイオン源装置を動作させるた
めのマイクロ波電力系統を示す線図である。第１図にお
いて前述の第５図で示した同一要素には同一符号を付し
ている。第１図において１７は前述の真空容器の一部を
示し、１７ａは真空容器１７の壁部に形成された孔であ
る。真空容器］７の壁部に関して図中左側のＡが大気側
となり、右側のＢが真空側となっている。試料はＢの側
に配置される。３１は本実施例によるイオン源装置の外
観部分を形成するハウジングで、このハウジング３１は
第１図中左側から見て例えば円形をした凹部を形成する
突出部３１ａと取付はフランジ３１ｂとから形成される
。突出部３１ａの図中右端部には、引出しイオンを取出
すための開口部３１ｃが形成される。ハウジング３１は
、その突出部３１ａが真空容器１７の壁部の孔１７ａか
ら真空側Ｂへ突き出た状態で真空容器１７に配置され、
取付はフランジ３１ｂが真空容器の孔１７ａの周辺のフ
ランジ１７ｂに真空シール状態を保って固定される。図
中取付はフランジ３１ｂを固定するための結合手段の図
示は省略されているが、−船釣にアルミナのロウ付は等
が使用される。ハウジング３１は接地された状態にあり
、ゼロ電位に保持される。

ハウジング３１の突出部３１ａの内部には、プラズマ室
１を形成する導電性筒部材３２が同軸的に配設される。

筒部材３２の図中右側の開口部は、ハウジング３１の開
口部３１ｃとほぼ同径の大きさで、当該開口部３１ｃに
臨む。筒部材３２の左側端部の開口部は小径化され、フ
ィードスルー２の右端部に結合されている。筒部材３２
のプラズマ室１を形成する周囲の壁部には水冷式の冷却
構造９０が形成される。１５はガスをプラズマ室１に供
給するためのガス供給管である。筒部材３２の右端部と
ハウジング３１の開口部３１ｃの周辺部位との間にはリ
ング状の絶縁部材３３が配設され、この絶縁部材３３に
よって筒部材３２とハウジング３１との間を絶縁すると
共に真空シールを行っている。また筒部材３２の周囲の
スペースには磁界発生用コイル６が配設されている。ま
たハウジング３１ａの開口部３１ｃの外側の位置に、イ
オン引出し用グリッド７．８と、これらのグリッドの間
に配置された絶縁板３４とが配設される。

また軸方向の寸法が比較的に短いリング状の輸送管３５
が配設されている。

上記の構成において、筒部材３２には可変直流電源３６
によって正の電圧が印加され、グリッド８には可変直流
電源３７によって負の電圧が印加され、輸送管３５には
可変直流電源３８によって負の電圧が印加されている。

その他の構成については第５図に説明した構成と同じで
ある。

上記の構成を有するイオン源装置によれば、所定の真空
容器１７の孔１７ａとフランジ１７ｂの箇所にハウジン
グ３１の突出部３１ａを挿入して取付け、孔１７ａの周
辺のフランジ１７ｂに取付はフランジ３１ｂを真空シー
ル状態で固着する。

かかるイオン源装置の構造及び真空容器１７への取付は
構造により、イオン源装置のプラズマ室１は真空容器１
７の内部に位置し、真空容器内に配置される試料に接近
させることができる。従ってイオン源装置のプラズマ室
１において生成されるイオンをイオン引出しグリッド７
．８で引出し、試料に与える場合において、特に長形の
輸送管は必要とせず、短形の輸送管３５とグリッド８に
よる電界とによりイオンの収束をコントロールできるた
め十分に効率良くイオン電流を試料に供給することがで
きる。また輸送管３５は必ず必要というものではなく、
全く使用しなくてもかまわない。

イオン源装置では、ガス供給管１５から所要のガスをプ
ラズマ室に導入し、その圧力は１０〜６〜１０２　Ｔａ
ｃｔ程度とする。また図示しない直流電源から磁界発生
用コイル６に励磁電流を流してプラズマ室１に約８７５
Ｇの磁界を発生させる。この磁界とフィードスルー２か
ら供給されるマイクロ波電力と前記ガスによってプラズ
マ室１にプラズマが発生する。

第２図に示されるように、４１が第１図で説明したイオ
ン源装置であり、このイオン源装置４１のアンテナ４に
対してマイクロ波が供給される。

マイクロ波供給系として、４２はマイクロ波発振器、４
３はアイソレータ、４４は反射・入射センサ、４５は同
軸ケーブル、４６はスタブチューナ、４７はマイクロ波
電力を通過させ且つ直流を除去するＤＣブレイクである
。かかる系統によって２゜４５ＧＨｚのマイクロ波を発
生させ、同軸ケーブル、アンテナ４を経由してイオン源
装置のプラズマ室１に導入する。この場合において、前
記スタブチューナ４６によって反射電力が最低になるよ
うに調整されている。また４８は磁界発生用コイルの直
流電源である プラズマが発生した後、直流電源３６によりプラズマ室
に所定の加速電圧を印加し、且つグリッド８と輸送管３
５にそれぞれ直流電源３７．３８によって所定の電圧を
印加する。この場合グリッド８の印加電圧は輸送管３５
の印加電圧と異なってもよい。この結果、プラズマ室１
においてプラズマによって発生した所定のガスのイオン
がプラズマ室１とグリッド８との間で電圧により加速さ
れ、開口部３１ｃより真空側へ放出される。前述した如
く輸送管３５は軸方向の長さが短く形成されているので
、輸送管壁に入射されるイオンの量は低減される。

以上の如く、本実施例による構造を有するイオン源装置
では、真空容器内の試料とプラズマ室のイオンを引き出
す出口部に配設されるグリッドとの距離が短くなり、そ
のため、輸送管を短くするか又は全くゼロにすることが
できるので、試料に照射されるイオン量を増加すること
ができる。すなわち、プラズマ室１から引き出されるイ
オン電流の利用効率を一層高くすることかできる。イオ
ン電流の最大照射量は、プラズマ室に発生させる磁界及
び印加される電圧、グリッド及び輸送管のそれぞれに印
加される電圧を調整することによって最適化することが
できる。

第３図は本発明の第２実施例を示す。本実施例では、前
記の第１実施例において輸送管３５と可変直流電源３８
を除去した構成を有し、更にこの構成に対しイオン引出
しグリッド８の外側位置にてフィラメント５１と、この
フィラメント５１に正電圧を与える直流電源５２とを設
けるようにしている。フィラメント５１は、過剰の熱電
子放出を行うことにより、空間電荷効果によるイオンの
発散を軽減するものである。またフィラメント５１は正
電位に保持することにより、イオンの発散防止に併せて
プラズマ室から電子か真空容器側へ流入するのを防止す
ることもてきる。

第４図は本発明の第３実施例を示し、この実施例では前
記の第２の実施例の構成において、フィラメント５１及
び直流電源５２の代わりにリング状の強磁性体６１を設
けるようにしている。強磁性体６１は、磁界発生用コイ
ル６のグリッド７側の隣接位置に配設する。この強磁性
体６１によれば、コイル６によって形成される磁束を強
磁性体６１で吸収することができ、これによって電子の
磁界による発散を軽減できるためイオンの空間電荷効果
によるイオンの発散を軽減することができる。

前記の各実施例では、プラズマ室１にて磁界を発生する
手段としてコイル６を用いるようにしたが、磁石を用い
ることもできる。更にアンテナの形状、グリッド形状及
びグリッドの構成についても任意なものを用いることが
できる。

〔発明の効果〕

以上の説明で明らかなように本発明によれば、イオン源
装置においてその自体の構造及び真空容器への取付は構
造を変更することにより、引出したイオン電流を案内す
る輸送管を実質的になくすことができるようにしたため
、引出しイオン電流の輸送管への流入を軽減もしくはな
くすことができ、イオン電流の利用効率を高めることが
できると共に、真空容器内の試料とイオン源装置のプラ
ズマ室及び引出しグリッド等が接近するため、弓出しイ
オン電流を有効に試料に照射することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るイオン源装置の第１実施例を示す
縦断面図、第２図はイオン源装置のマイクロ波電力系統
を示す線図、第３図はイオン源装置の第２実施例を示す
縦断面図、第４図は第３実施例を示す縦断面図、第５図
は従来のイオン源装置の構成を示す縦断面図である。 〔符号の説明〕 １・・・・・ ２　・　・　・　・　・ ３　・　・　・　・　・ ４　・　・　・　φ　・ ６　・　・　・　・　・ ７、８　・　・　・ １１　＠　・　・　番 １７　・　・　・　・ ３１　・　・　・　・ ３１ａ　　・　・　・ ３１ｂ　　・　・　・ ３２　・　・　・　・ ３３　・　・　・　・ ３５　・　・　・　・ ３６、　３７゜ ４１　・　・　・　・ ・プラズマ室″ ・マイクロ波電力導入フィ スルー ・真空シール用絶縁材 ・アンテナ ・磁界発生用コイル ・イオン引出しグリッド ・輸送管 ・真空容器 ・ハウジング ・突出部 ・取付はフランジ ・プラズマ室形成用筒部材 ・リング状絶縁部材 ・輸送管 ・可変直流電源 ・イオン源装置 一ド 第１図 第２図 第 図 第 図 手続補正書 明細書の第５頁第６行の 「絶縁体１０を」 を 「輸送管１ １の一部で、 輸送管１ １を絶縁体１ 平成 ３年１０月２４日 ０を介してハウジング１９に」 と訂正する。 １゜ 事件の表示 平成　２年特許願第２１６６８２号 ２゜ 発明の名称 イオン源装置 名 称 日型アネルバ 株式会社 ５゜ 補正命令の日付 自発 ６゜ 補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）プラズマを発生しイオンを生成するためのプラズ
   マ室と、前記プラズマ室に磁界を発生させる磁界発生手
   段と、前記プラズマ室に導波路を用いてマイクロ波を供
   給するマイクロ波導入手段と、前記プラズマ室に生成さ
   れた前記イオンを引出しシャワー状のイオンビームを形
   成するイオン引出しグリッドを備えたイオン源装置にお
   いて、突出した形状を有するハウジングを備え、前記ハ
   ウジングの内部スペースに前記プラズマ室が形成される
   と共に前記磁界発生手段が収容され、前記プラズマ室の
   イオン引出し開口部に前記イオン引出しグリッドが配設
   されたことを特徴とするイオン源装置。