JPH06101307B2 - 金属イオン源 - Google Patents

金属イオン源

Info

Publication number
JPH06101307B2
JPH06101307B2 JP62008491A JP849187A JPH06101307B2 JP H06101307 B2 JPH06101307 B2 JP H06101307B2 JP 62008491 A JP62008491 A JP 62008491A JP 849187 A JP849187 A JP 849187A JP H06101307 B2 JPH06101307 B2 JP H06101307B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
discharge chamber
microwave
ion
magnetic field
ion source
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP62008491A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS63175319A (ja
Inventor
善一 ▲吉▼田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP62008491A priority Critical patent/JPH06101307B2/ja
Priority to US07/144,464 priority patent/US4846953A/en
Publication of JPS63175319A publication Critical patent/JPS63175319A/ja
Publication of JPH06101307B2 publication Critical patent/JPH06101307B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J27/00—Ion beam tubes
    • H01J27/02—Ion sources; Ion guns
    • H01J27/16—Ion sources; Ion guns using high-frequency excitation, e.g. microwave excitation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement or ion-optical arrangement
    • H01J37/08—Ion sources; Ion guns

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Electron Sources, Ion Sources (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明はイオンビーム蒸着,イオン注入等に利用でき
るPIG(Penning Ionization Gauge)の電子閉じ込め方
式を用いたスパッタ型の金属イオン源に関する。
従来の技術 スパッタ型イオン源は高融点金属元素のイオンビームを
比較的手軽に得ることができる。従来のスパッタ型イオ
ン源は、たとえば『N.Angert,R.Keller,and M.Miiller:
Proc.Int'l Ion Engineering Congress ISITAT'83&IPA
T'83,Kyoto(1983),P225.』に示されているように、第
5図のような構造になっていた。これはアーク放電とス
パッタリングの技術を組み合わせたスパッタ形デュオ・
プラズマトロンイオン源である。
第5図において、ガス導入孔1を通してアルゴン等の放
電維持ガスをカソードチャンバー2内に導入し、カソー
ドフィラメント3とアノード4の間にアーク放電を起こ
させる。アノードチャンバー5内にある負電圧を印加し
たスパッタ電極6の一部にイオン化しようとする物質を
充填する。アーク放電によって生じたイオンが、カソー
ドフィラメント3の領域からアノード4に流れる間に、
負電位のスパッタ電極6をたたき、その物質をはじき飛
ばす。はじき飛ばされた中性粒子は、プラズマ中でイオ
ン化し引出し電極7により引き出される。中間電極8と
アノード4は軟鉄で作られていて磁路を形成し、2つの
電極間にマグネットコイル9により強い軸方向磁界(10
3〜104ガウス)が作られ、アノード4の小孔付近にプラ
ズマを集中させイオン化効率を高める。イオン化させた
い物質のイオンと放電を維持させるためのガスのイオン
との混合イオンが得られるが、イオンビームとして引き
出された後に両者を質量分離器で分離する。10は冷却水
供給用パイプである。
発明が解決しようとする問題点 しかし、このような構造のものでは、イオン源内のガス
圧は10-2〜10-1Torrと高く、イオン輸送室の真空度も10
-4Torrと悪くなる。またフィラメントを用いているの
で、寿命が6〜30時間と短かい。また、強磁界によりイ
オンが中心軸方向に捕えられてしまい、スパッタ電極を
十分にたたかない。
そこで本発明は、上記問題点に鑑み磁界と電界で電子を
閉じ込めることが可能な構造にし、マイクロ波放電によ
り安定なプラズマを生成し、大電流の金属イオンビーム
が低ガス圧力でも長時間安定して得ることができる金属
イオン源を提供するものである。
問題点を解決するための手段 上記問題点を解決する本発明の技術的な手段は、イオン
種導入口とイオン導出口を有する放電室と、前記放電室
内にマイクロ波を放射するマイクロ波放射手段と、前記
放電室の外側において前記イオン導出口に対向して位置
し電位印加手段を有するイオン引出し電極と、前記放電
室内において一対の磁極を対向するように突き出して、
イオン引出方向とは垂直方向に、磁界を印加する磁界印
加手段と、前記一対の磁極部の相対向する先端部の両方
に取付けられた一対のスパッタターゲットと、前記スパ
ッタターゲットに負の電圧を印加する電圧印加手段とを
備えたものである。
作用 この技術的手段による作用は次のようになる。
すなわち、マイクロ波と磁界の作用により、放電室内に
高密度プラズマができる。また、上記磁界を得るために
対向配置された磁極にスパッタターゲットを取り付け、
前記磁極すなわち前記スパッタターゲットを負電位にす
ることにより、前記プラズマ内のイオンがスパッタター
ゲットをスパッタターゲットの電位により電子は磁極間
に閉じ込められることになり、スパッタ物のイオン化効
率を高めることになる。
この結果、従来のように、プラズマの流れの中にスパッ
タターゲットを置くだけでなく、イオンを磁界により積
極的にスパッタさせ、同時に電子を閉じ込めることによ
りイオン化効率も上げることができ、スパッタ物のイオ
ン種を多量に、かつ安定して得ることができる。
実施例 以下、本発明の一実施例を添付図にもとづいて説明す
る。第1図において、11は放電室で、イオン種導入口12
とイオン導出口13とを有している。第2図に示したマイ
クロ波源14から発生されたマイクロ波(たとえば周波数
が2.45GHz)は、導波路15を通って、放電室11内部のマ
イクロ波放射体16(たとえばφ2mmのタンタル線で放電
室11に突き出した部分の長さが30mm,径15mmの環状アン
テナ)に供給され、放電室11内に放射される。
17は磁気コイルで、磁気回路を形成し、放電室11に磁界
を印加(たとえば1.4KG)する。イオン種導入口12か
ら、たとえば放電維持用のアルゴンガスを導入すること
により、マイクロ波と磁界の作用で低ガス圧力(放電室
11内10-4〜10-2Torr)および低マイクロ波電力(30〜50
Watt)で、高密度プラズマ(1011〜1012個/cm3)が生
成される。このプラズマ中のイオンは、スリット状また
は円孔状のイオン導出口13から放電室11の外へ拡散し、
イオン加速電源18により、スリット状の穴を有したイオ
ン引出し電極19の形成する電界によって第2図に示した
X方向へ放射される。
磁気コイル17の磁力を放電室11に有効に印加するために
は、磁性体の継鉄20を用いて、放電室11内部の、第2図
に示したY方向に磁界を印加する必要があり、空隙部2
(たとえば間隙18mm)を有する磁気回路を形成する。放
電室11と、継鉄20とは電気的にには、真空封じされた絶
縁コネクター22によって絶縁されており、継鉄20の先端
部(すなわち磁極20a,20b)に充填したスパッタリング
ターゲット23に、スパッタリング電源24により、放電室
11に対して負の電圧を印加することができる。
このような構造において、第3図に示すように、軸方向
磁界25と径方向電界26により、電離電子を放電室11に閉
じ込めることができ、電子が壁面に拡散することなく粒
子との衝突により、エネルギーを使い尽すまでプラズマ
生成に利用できる。すなわち、磁気回路により軸方向に
強い磁界25をかければ、磁界25の方向に電子の運動を制
限することができ、ある限られた空間内での電子の運動
として、電子の飛行長を増す効果があり、径方向に電子
が閉じ込められる。また、スパッタリング電源24によ
り、放電室11壁面はアノード電位,継鉄20及びスパッタ
リングターゲット23はカソード電位になり、径方向電界
26を得、スパッタリングターゲット23は電子の反射電極
となり、径方向電界26による軸方向の電子閉じ込めがで
きる。磁界25と同時に電界26を利用することにより、電
子を壁面に拡散させることなく放電室11内に閉じ込める
ことができる。
スパッタリングターゲット23の電位を、たとえば、−20
0〜−300Vにすると、マイクロ波放電でできたイオンが
スパッタリングターゲット23に衝突し、その材料の中性
粒子がはじき飛ばされ、閉じ込められた電子と衝突し電
離され、スパッタリングターゲット23の材料のイオンを
得ることができる。たとえば放電維持用ガスがアルゴン
のとき軸方向磁界25を1.2〜2KGにすると、一価のアルゴ
ンイオンのラーマ半径が数mm以下となり、一価のアルゴ
ンイオンは磁界に捕獲され、イオンが壁面へ拡散するこ
となくスパッタリングターゲット23を効率よくたたき、
その材料の中性粒子を多量に得ることができる。このと
き、スパッタリングターゲット23材料のイオンのラーマ
半径は、たとえばタンタルでは数十cmとなり、磁界に捕
獲されることなく、アルゴンイオンに比べて、引出され
る率が多くなる。
本発明の実験例を以下に示す。イオンビーム電流の検出
には開口径24mmのファラデーカップを用いた。また質量
分離器を有したイオン源テストスタンドのファラデーカ
ップまでの全イオン電流値に対するビーム輸送効率は17
%である。金属イオン源のターゲットはタンタル,放電
維持ガスはアルゴン,導出口の直径は2mm,イオン引出し
電圧は10KV,マイクロ波電力は60W,スパッタリングター
ゲット電圧−350V、またイオン源内部のガス圧力は3×
10-3Torrである。このときの一価のタンタルイオンは5
μ、また質量スペクトル比(タンタルイオン電流量/
全イオン電流量)は20%であった。
次に本発明の第2の実施例について説明する。
第4図は第2の実施例を示しており、この実施例では、
25はマイクロ波電力に対して空胴共振器条件を満足する
構造の放電室、26は放電室25に設けたマイクロ波導入用
窓であり、たとえば真空封じが可能なパイレックスガラ
ス板よりなる。27はマイクロ波導入窓26に取付けたマイ
クロ波導入のための矩形導波管であり、図示は省略した
が、スタブチューナー,アイソレータ等を経てマイクロ
波源に接続されている。これにより、大電力のマイクロ
波を導入することができ、金属イオン量を相対的に増加
させることができる。
発明の効果 本発明は、マイクロ波放電用の磁界とスパッタリング用
の電界を利用して、電子をプラズマ生成室内に長時間閉
じ込めるものであり、この時、磁界印加用の磁極にスパ
ッタリングターゲット材料を充填することにより、磁界
と電界の作用により、マイクロ波放電によって生じたイ
オンが効率よくターゲットをたたき、スパッタ量が多く
なる。また、このスパッタ粒子が閉じ込められた高密度
の電子と衝突してイオン化効率を上げることができる。
また、電子閉じ込めにはPIG(Penning Ionization Gaug
e)の構造になっているため、不安定で大消費電力のPIG
放電が起こる可能性があるが、本発明のイオン源ではマ
イクロ波放電により放電が維持されるので、安定して、
しかも低消費電力で高密度のプラズマを生成することが
でき、大電流の金属イオンビームを低ガス圧力で得るこ
とができた。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1の実施例における金属イオン源の
構成図、第2図は同斜視図、第3図は同実施例の放電近
傍における動作説明図、第4図は本発明の第2の実施例
における金属イオン源の斜視図、第5図は従来の金属イ
オン源の構成図である。 11……放電室、12……イオン種導入口、13……イオン導
出口、14……マイクロ波源、15……導波路、16……マイ
クロ波放射体、17……磁気コイル、19……イオン引出し
電極、20……継鉄、23……スパッタリングターゲット。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】イオン種導入口とイオン導出口を有する放
    電室と、前記放電室内にマイクロ波を放射するマイクロ
    波放射手段と、前記放電室の外側において前記イオン導
    出口に対向して位置し、電位印加手段を有するイオン引
    出し電極と、前記放電室内において、一対の磁極部を対
    向するように突き出して磁界をイオン引出し方向とは垂
    直方向に印加する磁界印加手段と、前記一対の磁極の相
    対向する先端部の両方に充填されたスパッタリングター
    ゲットと、前記スパッタリングターゲットに前記放電室
    に対して負の電位を印加する電位印加手段とを備えた金
    属イオン源。
  2. 【請求項2】マイクロ波放射手段が、磁界に対して垂直
    な方向から放電室内に突出したアンテナである特許請求
    の範囲第1項記載の金属イオン源。
  3. 【請求項3】アンテナが、磁極の径よりも大きく、放電
    室内の径よりも小さい環状である特許請求の範囲第2項
    記載の金属イオン源。
  4. 【請求項4】マイクロ波放射手段が、導波管,真空封じ
    のマイクロ波導入窓,マイクロ波電力に対して空胴共振
    器の構造を有する放電室からなる特許請求の範囲第1項
    記載の金属イオン源。
JP62008491A 1987-01-16 1987-01-16 金属イオン源 Expired - Lifetime JPH06101307B2 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP62008491A JPH06101307B2 (ja) 1987-01-16 1987-01-16 金属イオン源
US07/144,464 US4846953A (en) 1987-01-16 1988-01-19 Metal ion source

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP62008491A JPH06101307B2 (ja) 1987-01-16 1987-01-16 金属イオン源

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS63175319A JPS63175319A (ja) 1988-07-19
JPH06101307B2 true JPH06101307B2 (ja) 1994-12-12

Family

ID=11694586

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP62008491A Expired - Lifetime JPH06101307B2 (ja) 1987-01-16 1987-01-16 金属イオン源

Country Status (2)

Country Link
US (1) US4846953A (ja)
JP (1) JPH06101307B2 (ja)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5034612A (en) * 1989-05-26 1991-07-23 Micrion Corporation Ion source method and apparatus
US6583544B1 (en) * 2000-08-07 2003-06-24 Axcelis Technologies, Inc. Ion source having replaceable and sputterable solid source material
US6750600B2 (en) * 2001-05-03 2004-06-15 Kaufman & Robinson, Inc. Hall-current ion source

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06105597B2 (ja) * 1982-08-30 1994-12-21 株式会社日立製作所 マイクロ波プラズマ源
DE3378508D1 (en) * 1982-09-10 1988-12-22 Nippon Telegraph & Telephone Plasma deposition method and apparatus
US4691662A (en) * 1983-02-28 1987-09-08 Michigan State University Dual plasma microwave apparatus and method for treating a surface
DE3502902A1 (de) * 1984-01-31 1985-08-08 Futaba Denshi Kogyo K.K., Mobara, Chiba Ionenstrahl-aufdampfvorrichtung
US4523971A (en) * 1984-06-28 1985-06-18 International Business Machines Corporation Programmable ion beam patterning system
US4630566A (en) * 1984-08-16 1986-12-23 Board Of Trustees Operating Michigan State University Microwave or UHF plasma improved apparatus
EP0173164B1 (en) * 1984-08-31 1988-11-09 Hitachi, Ltd. Microwave assisting sputtering

Also Published As

Publication number Publication date
US4846953A (en) 1989-07-11
JPS63175319A (ja) 1988-07-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5212760B2 (ja) イオン注入装置用のイオン源およびそのためのリペラ
US4713585A (en) Ion source
US5198718A (en) Filamentless ion source for thin film processing and surface modification
US5006218A (en) Sputtering apparatus
US7038389B2 (en) Magnetron plasma source
JP7361092B2 (ja) サイクロトロンのための低エロージョン内部イオン源
JPH0641739A (ja) 高真空・高速イオン処理装置
JPS5813626B2 (ja) イオンシヤワ装置
RU2151438C1 (ru) Плазменный источник ионов с ленточным пучком (варианты)
JP2552701B2 (ja) イオン源
KR920003157B1 (ko) PIG(Penning Ionization Gause)형의 이온원
US4846953A (en) Metal ion source
JPH089778B2 (ja) イオン源
JPS62224686A (ja) イオン源
JPS60130039A (ja) イオン源
JPH06325710A (ja) マイクロ波イオン源及びイオン打ち込み装置
Matsubara et al. Development of oxygen ion source with microwave plasma cathode
JP2552697B2 (ja) イオン源
JP3010978B2 (ja) イオン源装置
JP3379151B2 (ja) マイクロ波型イオン源
Kerkow et al. A cold cathode ion source with a magnetic hollow cathode
JPH0551134B2 (ja)
JP2571894Y2 (ja) イオン源
JPS593814B2 (ja) 固体イオン源
Tonegawa et al. Double hollow cathode ion source for metal ion-beam production