JPH0594796A - High frequency ion source - Google Patents
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- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、例えばイオン注入装
置等に利用されるものであって、高周波（この明細書に
おいてはマイクロ波を含む）放電によってプラズマを発
生させ、このプラズマからイオンビームを引き出す高周
波イオン源に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention is used in, for example, an ion implantation apparatus, in which plasma is generated by high-frequency (including microwave in this specification) discharge, and an ion beam is generated from this plasma. The high-frequency ion source to be extracted.
【０００２】[0002]
【従来の技術】この種の高周波イオン源の従来例を図５
および図６にそれぞれ示す。2. Description of the Related Art A conventional example of this type of high frequency ion source is shown in FIG.
And FIG. 6 respectively.
【０００３】いずれの高周波イオン源も、高周波放電に
よってプラズマ４を発生させるプラズマ室２と、そこで
作られたプラズマ４から電界の作用でイオンビーム２４
を引き出す引出し電極系１６とを備えている。In any high-frequency ion source, a plasma chamber 2 for generating a plasma 4 by a high-frequency discharge and an ion beam 24 by the action of an electric field from the plasma 4 created therein.
And an extraction electrode system 16 for drawing out.
【０００４】この内、図５の高周波イオン源は、プラズ
マ室２を形成するのにガラス容器６を用い、その外部に
半円筒状の電極８、８を配置し、これらに高周波電源１
２から整合回路１４を介して高周波電力を供給して容量
結合によってプラズマ室２内で高周波放電を起こさせて
プラズマ４を発生させるものである。In the high frequency ion source shown in FIG. 5, a glass container 6 is used to form a plasma chamber 2, and semi-cylindrical electrodes 8, 8 are arranged outside the glass container 6.
High-frequency power is supplied from 2 through the matching circuit 14 to cause high-frequency discharge in the plasma chamber 2 by capacitive coupling to generate plasma 4.
【０００５】一方、図６の高周波イオン源は、プラズマ
室２を形成するのに金属容器２６を用い、その一部（蓋
板）２６ａを絶縁物２８によって絶縁して電極とし、こ
れらに高周波電源１２から整合回路１４を介して高周波
電力を供給して容量結合によってプラズマ室２内で高周
波放電を起こさせてプラズマ４を発生させるものであ
る。On the other hand, in the high frequency ion source of FIG. 6, a metal container 26 is used to form the plasma chamber 2, and a part (cover plate) 26a of the metal container 26 is insulated by an insulator 28 to serve as electrodes. High-frequency power is supplied from 12 through a matching circuit 14 to cause high-frequency discharge in the plasma chamber 2 by capacitive coupling to generate plasma 4.
【０００６】なお、上記ガラス容器６あるいは金属容器
２６内には、プラズマ生成用の所要のガス１０が導入さ
れる。また、引出し電極系１６はこの例では２枚の多孔
電極１８、２０で構成されており、両者間に引出し電源
２２から直流高電圧が印加される。A required gas 10 for plasma generation is introduced into the glass container 6 or the metal container 26. Further, the extraction electrode system 16 is composed of two porous electrodes 18 and 20 in this example, and a high DC voltage is applied from the extraction power source 22 between them.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】上記いずれの高周波イ
オン源の場合も、高周波電源１２から供給される高周波
電力の周波数には、通常、１３．５６ＭＨｚが用いられ
ている。また、イオンビーム２４を引き出すために引出
し電極系１６に電圧を印加するためには、プラズマ室２
内の圧力は一般に１×１０-3Ｔｏｒｒ以下（例えば１０
-4〜１０-5Ｔｏｒｒ台）でなければならず、そうでなけ
れば引出し電極系１６を構成する電極１８、２０間で放
電が発生してイオンビーム２４の引き出しが不安定にな
る。In any of the above high-frequency ion sources, the frequency of the high-frequency power supplied from the high-frequency power source 12 is usually 13.56 MHz. In order to apply a voltage to the extraction electrode system 16 to extract the ion beam 24, the plasma chamber 2
The internal pressure is generally 1 × 10 −3 Torr or less (eg 10
-4 to 10 -5 Torr) or otherwise, discharge occurs between the electrodes 18 and 20 constituting the extraction electrode system 16 and the extraction of the ion beam 24 becomes unstable.
【０００８】一方、上記周波数では、プラズマ室２内の
圧力が１×１０-3Ｔｏｒｒ以下では、自発的に高周波放
電が起こってプラズマ４が発生するには不安定であるた
め、一時的にプラズマ室２内のガス圧を上昇させる（即
ち真空度を悪くする）か、あるいは非常に大きな高周波
電力を投入する必要がある。しかしどちらの場合も、高
周波放電発生時にプラズマ４が不安定であり、特に一時
的にガス圧を上昇させる場合には引出し電極系１６での
不安定化を生じる、という問題がある。On the other hand, at the above-mentioned frequency, when the pressure in the plasma chamber 2 is 1 × 10 −3 Torr or less, it is unstable for the high frequency discharge to occur spontaneously and the plasma 4 is unstable. It is necessary to increase the gas pressure in the chamber 2 (that is, reduce the degree of vacuum) or to input a very large high frequency power. However, in both cases, there is a problem that the plasma 4 is unstable when a high-frequency discharge is generated, and in particular, when the gas pressure is temporarily increased, the extraction electrode system 16 becomes unstable.
【０００９】そこでこの発明は、プラズマ室におけるプ
ラズマの発生をスムーズに行うことができ、しかも引出
し電極系での不安定化を生じさせない高周波イオン源を
提供することを主たる目的とする。Therefore, the main object of the present invention is to provide a high-frequency ion source which can smoothly generate plasma in a plasma chamber and which does not cause instability in the extraction electrode system.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明の高周波イオン源は、放電によってプラズ
マを発生させるトリガ室を、前述したようなプラズマ室
に開口部を介して接するように設けたことを特徴とす
る。In order to achieve the above object, the high frequency ion source of the present invention is provided with a trigger chamber for generating plasma by electric discharge so as to be in contact with the above-mentioned plasma chamber through an opening. It is characterized by
【００１１】[0011]
【作用】上記構成によれば、トリガ室でプラズマを発生
させると、このプラズマは、開口部を通してプラズマ室
に漏れ出る。そして、高周波電界が印加されたプラズマ
室においては、この漏れ出て来たプラズマを種にしてプ
ラズマが発生する。このようなトリガプラズマを用いれ
ば、プラズマ室においては、通常プラズマを点灯させる
のに不安定な真空領域においても、スムーズにプラズマ
を発生させることができる。しかも、プラズマ室のガス
圧を従来例のように一時的に上昇させなくて済むので、
引出し電極系での不安定化を生じさせることもない。According to the above construction, when plasma is generated in the trigger chamber, the plasma leaks into the plasma chamber through the opening. Then, in the plasma chamber to which the high frequency electric field is applied, plasma is generated by using the leaked plasma as a seed. By using such trigger plasma, it is possible to smoothly generate plasma in the plasma chamber even in a vacuum region where it is unstable to light the normal plasma. Moreover, since it is not necessary to temporarily increase the gas pressure in the plasma chamber as in the conventional example,
It does not cause instability in the extraction electrode system.
【００１２】[0012]
【実施例】図１は、この発明の一実施例に係る高周波イ
オン源を示す断面図である。図５あるいは図６の従来例
と同一または相当する部分には同一符号を付し、以下に
おいては当該従来例との相違点を主に説明する。1 is a sectional view showing a high frequency ion source according to an embodiment of the present invention. The same or corresponding portions as those of the conventional example of FIG. 5 or FIG. 6 are denoted by the same reference numerals, and the differences from the conventional example will be mainly described below.
【００１３】この実施例においては、放電によってプラ
ズマ（トリガプラズマ）３６を発生させるトリガ室３２
を、前述したようなプラズマ室２に開口部３０を介して
接するように設けている。In this embodiment, a trigger chamber 32 for generating plasma (trigger plasma) 36 by electric discharge
Are provided so as to be in contact with the plasma chamber 2 as described above through the opening 30.
【００１４】トリガ室３２はこの例では金属容器３４で
形成されており、それに絶縁物３８を介して棒状電極４
０が挿入されており、この棒状電極４０と金属容器３４
間にこの例ではトリガ電源４２から直流高電圧を印加し
て、直流放電によってトリガ室３２内にプラズマ３６を
発生させるようにしている。但し、直流のトリガ電源４
２の代わりに高周波電源を用いて、高周波放電によって
プラズマ３６を発生させるようにしても良い。The trigger chamber 32 is formed by a metal container 34 in this example, and the rod-shaped electrode 4 is provided with an insulator 38 therebetween.
0 is inserted, and the rod-shaped electrode 40 and the metal container 34
Meanwhile, in this example, a high DC voltage is applied from the trigger power source 42 to generate plasma 36 in the trigger chamber 32 by DC discharge. However, DC trigger power supply 4
Instead of 2, a high frequency power supply may be used to generate the plasma 36 by high frequency discharge.
【００１５】プラズマ生成用のガス１０は、この例で
は、このトリガ室３２に供給し、前記プラズマ室２へは
このトリガ室３２側から開口部３０を通して供給するよ
うにしている。但し、これとプラズマ室２へ直接ガスを
供給することを併用しても良い。In this example, the plasma generating gas 10 is supplied to the trigger chamber 32, and is supplied to the plasma chamber 2 from the trigger chamber 32 side through the opening 30. However, this may be used in combination with directly supplying the gas to the plasma chamber 2.
【００１６】上記例のようにトリガ室３２から開口部３
０を通してプラズマ室２へガス１０を供給する場合は、
プラズマ室２のガス圧を１０-4Ｔｏｒｒ台に維持しつ
つ、トリガ室３２のガス圧が１０×１０-3Ｔｏｒｒ以上
になるように、プラズマ室２とトリガ室３２との間のコ
ンダクタンスを設計するのが好ましい。より具体的に
は、この２室２、３２をつなぐ開口部３０は、大きくて
も１００ｍｍ2 程度にするのが好ましい。From the trigger chamber 32 to the opening 3 as in the above example.
When supplying the gas 10 to the plasma chamber 2 through 0,
The conductance between the plasma chamber 2 and the trigger chamber 32 is designed so that the gas pressure in the plasma chamber 2 is maintained at 10 −4 Torr level and the gas pressure in the trigger chamber 32 is 10 × 10 −3 Torr or more. Preferably. More specifically, the opening 30 connecting the two chambers 2 and 32 is preferably about 100 mm 2 at most .
【００１７】また、トリガ室３２で作られたプラズマ３
６がプラズマ室２に漏れ出やすくするために、開口部３
０の広がりｗに対してその部分の隔壁の厚みｄをｗ／ｄ
＞１にする、あるいは図２の例のように開口部３０をテ
ーパ状にしてその開き角度αを４５度以上にするのが好
ましい。Further, the plasma 3 created in the trigger chamber 32
In order to make 6 easily leak to the plasma chamber 2, the opening 3
With respect to the spread w of 0, the thickness d of the partition wall at that portion is w / d
It is preferable to make> 1 or to make the opening 30 tapered so that the opening angle α is 45 degrees or more as in the example of FIG.
【００１８】このような開口部３０は、図１の例のよう
にプラズマ室２を形成する金属容器２６（より具体的に
はその蓋板２６ａ）に設けても良いし、図２〜図４の例
のように別の隔壁板４６、４８、５０を設けてそこに設
けても良い。Such an opening 30 may be provided in the metal container 26 (more specifically, its cover plate 26a) forming the plasma chamber 2 as in the example of FIG. Alternatively, other partition plates 46, 48, 50 may be provided and provided there.
【００１９】また、直流高電圧あるいは高周波電力を印
加する電極は、図１、図３および図４の例のようにトリ
ガ室３２を形成する金属容器３４から絶縁保持した棒状
電極４０でも良いし、あるいは図２の例のようにトリガ
室３２を形成する金属容器３４の一部を成す蓋板３４ａ
等でも良い。図２中の４４は絶縁物である。また、この
ような電極に対する入力は、直流電圧の場合は例えば１
〜６ＫＶ程度の範囲内で、高周波電力の場合は例えば数
十〜１００Ｗ程度の範囲内で、ガス１０の種類によって
適宜選ばれる。Further, the electrode for applying the DC high voltage or the high frequency power may be the rod-shaped electrode 40 insulated from the metal container 34 forming the trigger chamber 32 as in the examples of FIGS. 1, 3 and 4. Alternatively, as in the example of FIG. 2, a lid plate 34a forming a part of the metal container 34 forming the trigger chamber 32.
And so on. Reference numeral 44 in FIG. 2 is an insulator. Further, the input to such an electrode is, for example, 1 in the case of a DC voltage.
In the range of about 6 KV, and in the case of high frequency power, for example, in the range of several tens to 100 W, it is appropriately selected depending on the type of gas 10.
【００２０】上記のような高周波イオン源の動作例を説
明すると、トリガ室３２および開口部３０を通してプラ
ズマ室２へ所要のガス１０を供給することにより、トリ
ガ室３２内のガス圧を１０×１０-3Ｔｏｒｒ以上に保持
した状態で、棒状電極４０と金属容器３４間にトリガ電
源４２から高電圧を印加することにより、トリガ室３２
内で放電を起こし、プラズマ３６を発生させる。パッシ
ェンの法則で知られるように、この真空度では容易にプ
ラズマを発生させることができる。Explaining an operation example of the above high-frequency ion source, by supplying the required gas 10 to the plasma chamber 2 through the trigger chamber 32 and the opening 30, the gas pressure in the trigger chamber 32 is 10 × 10 5. By applying a high voltage from the trigger power supply 42 between the rod-shaped electrode 40 and the metal container 34 in a state of being maintained at -3 Torr or more, the trigger chamber 32
A discharge is generated in the inside to generate plasma 36. As is known by Paschen's law, plasma can be easily generated at this degree of vacuum.
【００２１】トリガ室３２内で発生したプラズマ３６
は、開口部３０を通してプラズマ室２内に漏れ出る。こ
のとき、プラズマ室２に高周波電界を印加しておくと、
より具体的にはこの例では前述したような金属容器２６
とその蓋板２６ａ間に高周波電源１２から高周波電力を
供給しておくと、漏れ出て来たプラズマ３６を種にして
本来の（即ちイオンビーム２４の引出し用の）プラズマ
４が発生する。Plasma 36 generated in the trigger chamber 32
Leaks into the plasma chamber 2 through the opening 30. At this time, if a high frequency electric field is applied to the plasma chamber 2,
More specifically, in this example, the metal container 26 as described above is used.
When high-frequency power is supplied from the high-frequency power source 12 between the lid plate 26a and the lid plate 26a, the original plasma 4 (that is, for extracting the ion beam 24) is generated by using the leaked plasma 36 as a seed.
【００２２】このようなトリガプラズマ３６を用いれ
ば、プラズマ室２においては、通常プラズマを点灯させ
るのに不安定な真空領域においても、即時に、即ちスム
ーズにプラズマ４を発生させることができ、従ってイオ
ンビーム２４も即時に発生させることができる。しか
も、プラズマ室２のガス圧を従来例のように一時的に上
昇させなくて済むので、引出し電極系１６での不安定化
（即ちその電極１８、２０間で放電が発生しやすくなる
こと）を生じさせることもない。By using such a trigger plasma 36, in the plasma chamber 2, the plasma 4 can be generated immediately, that is, smoothly, even in a vacuum region where the plasma is unstable to turn on the plasma, and thus the plasma 4 can be generated smoothly. The ion beam 24 can also be generated immediately. Moreover, since it is not necessary to temporarily increase the gas pressure in the plasma chamber 2 as in the conventional example, the extraction electrode system 16 becomes unstable (that is, discharge easily occurs between the electrodes 18 and 20). Will not occur.
【００２３】次により具体的な実施例を二つ説明する。Two concrete examples will be described below.
【００２４】ａ） 図３に示すように、内径Ｄが２０ｍ
ｍφ、高さＨが６０ｍｍの円筒状のトリガ室３２の一方
より棒状電極４０を挿入し、他方の面に直径が２ｍｍφ
の開口部３０を持つ板厚が０．１ｍｍの隔壁板４８を配
置、これを前述したようなプラズマ室２に接続した。そ
して、ガス１０として窒素ガスをトリガ室３２の側面よ
り供給することにより、プラズマ室２内の真空度を約５
×１０-4Ｔｏｒｒにし、一方トリガ室３２内の真空度を
約５０×１０-3Ｔｏｒｒにした。そして、棒状電極４０
に１ＫＶの直流電圧を印加することによりトリガプラズ
マ３６を発生させた。これと同時に、高周波電力を１
０、５０あるいは１００Ｗ入力していたプラズマ室２内
にいずれの場合もプラズマ４（図１参照）を発生させる
ことができた。この際、整合回路１４（図１参照）はプ
ラズマ４の発生時に最適になるように設定していたが、
プラズマ４が発生すると共に高周波の反射電力は著しく
減少し、初期設定の最適状態を作ることができた。A) As shown in FIG. 3, the inner diameter D is 20 m.
The rod-shaped electrode 40 is inserted from one of the cylindrical trigger chambers 32 having mφ and a height H of 60 mm, and the other surface has a diameter of 2 mmφ.
A partition plate 48 having a plate thickness of 0.1 mm and having the opening 30 was arranged and connected to the plasma chamber 2 as described above. Then, by supplying nitrogen gas as the gas 10 from the side surface of the trigger chamber 32, the degree of vacuum in the plasma chamber 2 is about 5
× to 10 -4 Torr, whereas the vacuum degree of the trigger chamber 32 to approximately 50 × 10 -3 Torr. Then, the rod-shaped electrode 40
A trigger plasma 36 was generated by applying a DC voltage of 1 KV to. At the same time, the high frequency power
In any case, plasma 4 (see FIG. 1) could be generated in the plasma chamber 2 where 0, 50 or 100 W was input. At this time, the matching circuit 14 (see FIG. 1) was set to be optimum when the plasma 4 was generated.
As the plasma 4 was generated, the high frequency reflected power was significantly reduced, and the optimum initial setting could be created.
【００２５】ｂ） 上記実施例ａ）の場合の隔壁板４８
に替えて、図４に示すように、直径が２ｍｍ、開き角度
αが４５度の開口部３０を持つ板厚２ｍｍの隔壁板５０
を使用した。その結果、実施例ａ）の場合と同様の効果
が得られた。B) Partition plate 48 in the case of the above embodiment a)
In place of the above, as shown in FIG. 4, a partition plate 50 having a thickness of 2 mm and an opening 30 having a diameter of 2 mm and an opening angle α of 45 degrees.
It was used. As a result, the same effect as in the case of Example a) was obtained.
【００２６】なお、上記プラズマ室２やトリガ室３２を
形成するのに、図５の従来例と同様、ガラス容器を用い
ても良い。その場合は、図５の従来例のようにガラス容
器の外部に電極を配置して容量結合によって高周波放電
を起こさせても良いし、ガラス容器の外部にコイルを巻
いて誘導結合によって高周波放電を起こさせても良い。A glass container may be used to form the plasma chamber 2 and the trigger chamber 32, as in the conventional example shown in FIG. In that case, like the conventional example of FIG. 5, electrodes may be arranged outside the glass container to cause high frequency discharge by capacitive coupling, or a coil may be wound outside the glass container to generate high frequency discharge by inductive coupling. You may wake it up.
【００２７】また、引出し電極系１６の構成は上記例の
ようなものに限定されるものではなく、例えば１枚電極
でも３枚電極でも良く、またイオンビーム引出し孔はス
リット状でも良い。The structure of the extraction electrode system 16 is not limited to the above-mentioned example, and may be, for example, one electrode or three electrodes, and the ion beam extraction hole may be slit-shaped.
【００２８】[0028]
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、放電に
よってプラズマを発生させるトリガ室を、プラズマ室に
開口部を介して接するように設けたので、プラズマ室に
おいては、トリガ室から開口部を通して漏れ出て来たプ
ラズマを種にしてプラズマが発生するようになり、その
結果、通常プラズマを点灯させるのに不安定な真空領域
においてもプラズマをスムーズに発生させることができ
る。しかもプラズマ室のガス圧を従来例のように一時的
に上昇させなくて済むので、引出し電極系での不安定化
を生じさせることもない。As described above, according to the present invention, the trigger chamber for generating plasma by electric discharge is provided so as to be in contact with the plasma chamber through the opening. Therefore, in the plasma chamber, the opening from the trigger chamber is changed to the opening. Plasma comes to be generated by using the plasma leaked out through as a seed, and as a result, the plasma can be smoothly generated even in a vacuum region where the plasma is normally unstable for lighting. Moreover, since it is not necessary to temporarily increase the gas pressure in the plasma chamber as in the conventional example, destabilization of the extraction electrode system does not occur.
【図１】 この発明の一実施例に係る高周波イオン源を
示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view showing a high frequency ion source according to an embodiment of the present invention.
【図２】 この発明の他の実施例に係る高周波イオン源
のトリガ室周りを示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing the periphery of a trigger chamber of a high frequency ion source according to another embodiment of the present invention.
【図３】 この発明の更に他の実施例に係る高周波イオ
ン源のトリガ室周りを示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing the periphery of a trigger chamber of a radio frequency ion source according to still another embodiment of the present invention.
【図４】 この発明の更に他の実施例に係る高周波イオ
ン源のトリガ室周りを示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing the vicinity of a trigger chamber of a high-frequency ion source according to still another embodiment of the present invention.
【図５】 従来の高周波イオン源の一例を示す図であ
る。FIG. 5 is a diagram showing an example of a conventional high-frequency ion source.
【図６】 従来の高周波イオン源の他の例を示す断面図
である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing another example of a conventional high-frequency ion source.
２ プラズマ室 ４ プラズマ １２ 高周波電源 １６ 引出し電極系 ２４ イオンビーム ３０ 開口部 ３２ トリガ室 ３６ プラズマ ４２ トリガ電源 2 plasma chamber 4 plasma 12 high frequency power supply 16 extraction electrode system 24 ion beam 30 opening 32 trigger chamber 36 plasma 42 trigger power supply
Claims (1)
るプラズマ室と、このプラズマ室で作られたプラズマか
ら電界の作用でイオンビームを引き出す引出し電極系と
を備える高周波イオン源において、放電によってプラズ
マを発生させるトリガ室を、前記プラズマ室に開口部を
介して接するように設けたことを特徴とする高周波イオ
ン源。1. A high-frequency ion source comprising a plasma chamber for generating plasma by high-frequency discharge and an extraction electrode system for extracting an ion beam from the plasma produced in the plasma chamber by the action of an electric field, wherein plasma is generated by discharge. A high-frequency ion source, wherein a trigger chamber is provided so as to be in contact with the plasma chamber through an opening.
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014523607A (en) * | 2011-06-09 | 2014-09-11 | イオン ビーム サービス | Ion implanter in plasma immersion mode for low pressure process |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61124029A (en) * | 1984-11-21 | 1986-06-11 | Toshiba Corp | High frequency ion source |
-
1991
- 1991-09-30 JP JP3280490A patent/JP2697413B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61124029A (en) * | 1984-11-21 | 1986-06-11 | Toshiba Corp | High frequency ion source |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014523607A (en) * | 2011-06-09 | 2014-09-11 | イオン ビーム サービス | Ion implanter in plasma immersion mode for low pressure process |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2697413B2 (en) | 1998-01-14 |
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