JPS5916703B2 - マイクロ波イオン源 - Google Patents

マイクロ波イオン源

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JPS5916703B2
JPS5916703B2 JP55177288A JP17728880A JPS5916703B2 JP S5916703 B2 JPS5916703 B2 JP S5916703B2 JP 55177288 A JP55177288 A JP 55177288A JP 17728880 A JP17728880 A JP 17728880A JP S5916703 B2 JPS5916703 B2 JP S5916703B2
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waveguide
microwave
discharge
ion source
magnetic field
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JP55177288A
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訓之 作道
克己 登木口
英己 小池
一郎 鹿又
文彦 中島
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Hitachi Ltd
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    • 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)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Electron Sources, Ion Sources (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はイオン源ζこ関し、特に、半導体ウェハへのイ
オン打込みに適したマイクロ波イオン源の改良lこ関す
るものである。
マイクロ波イオン源は長寿命で大電流が得やすいためl
こイオン打込み機用イオン源に適しておシ、実際に利用
されている。
第1図は従来のイオン打込み機用マイクロ波イオン源の
概略構成を示したものである。
同図ζこおいて、マグネトロンのようなマイクロ波発生
源(図示せず)で発生した周波数が2.45GHzのマ
イクロ波は内側にリッジ8,8を有する導波管2を通っ
て放電箱1に導入される。
放電箱1は真空封止用のセラミックのような誘電体から
なる円板3を介して導波管2と接続されている。
また、放電箱1は放電電極5,5と、放電電極5,5間
に形成された放電室と、イオン化すべきガスの導入口と
、放電室以外の空間暑こ充填された窒化硼素のような誘
電体とから構成されており、放電箱1に導入されたマイ
クロ波は放電電極5,5間に形成された放電室番こ強い
マイクロ波電界を発生する。
さらに、放電室番こは放電電極5,5間に生じるマイク
ロ波電界と直交する方向(第1図において軸方向)に強
い磁界が印加されている。
この磁界を発生するため、放電箱1の外周にはソレノイ
ドコイル(図示せず)が設置されている。
放電室でプラズマを生成するにはリークパルプ9を開い
てホスフィンガス(PH3)のような試別ガスを放電室
lこ導入し、マイクロ波電界と磁界との相互作用により
放電室内に高密度なプラズマを発生させる。
イオンビーム22はこのようにして生成された高密度プ
ラズマからイオン引き出し電極系6,7゜7′ζこより
引き出される。
4′はスリットを持つ窒化硼素のような誘電体からなる
円板であり、これによりマイクロ波電界がイオンビーム
引き出し部分で最も強くなり、従って、引き出し部分で
最も高いプラズマ密度が達成される。
イオン引き出し電極系6,7.7’において、電極6に
は+50KV。
電極1には一2KV、電極7′にはOvの電圧が印加さ
れている。
従って、電極6と接続されている放電箱1、導波管2も
また電極6と同電位となり、これらは高電圧側を形成し
、これに対して、電極7.7′は低電圧側を形成するこ
とlこなる。
さて、イオン打込み機は今後ますます大電流化し、引き
出し電圧の高電圧化が予想されているが、しかしながら
、マイクロ波イオン源の大電流化やイオン引き出し電圧
の高電圧化をはかる場合に上述したような従来タイプの
マイクロ波イオン源では次のような難点がある。
すなわち、上述したように高電位に保持されるべき放電
箱1の外側にこれを囲むように零電位のソレノイドコイ
ルが配置されており、しかも、このソレノイドコイルは
その中心部分、すなわち放電室で約1キロガウスの磁界
を発生する必要がある。
上述したマイクロ波イオン源(スリット長4Q1ml、
イオン引き出し電圧50KV)では内径180mm、外
径350+otのソレノイドコイルを使用しているが、
イオン源の大電流化(これはスリット長を大きくするこ
とにつながり、大きな放電室が必要となる)のためには
ソレノイドコイルの内径を大きくする必要がある。
しかも、この場合、その中心部分すなわち放電室の磁場
強度は同じにしなければならないので、ソレノイドコイ
ルの外径は益々大きくなり、また、このソレノイドコイ
ルを励磁するための電源の容量も非常に大きなものが必
要となる。
さらに、上述のマイクロ波イオン源では第2図ζこ示し
た模式図のように放電領域20(放電電極5,5間に形
成された放電室)IIこ平行な磁力線21を有する磁場
あるいはイオン引き出し方向22に向って発散する磁力
線を有する磁場が必要である。
このためlこ、放電領域20fこ対して第2図に示した
ように3つのソレノイドコイル17,18,19を配置
している。
ところがソレノイドコイル17.18は上述したように
高電圧側23に配置する必要があり、また、ソレノイド
コイル19も高電圧側23と低電圧側24とにまたがっ
て配置する必要がある。
しかしながら、このような配置関係にあると、+50K
Vという高電圧側を形成する導波管2、放電箱1、電極
5とアース電位(こあるソレノイドコイル17,18゜
19との間の放電防止のための絶縁対策が難しく、高電
圧化をはかる場合はより一層困難となる。
この問題を解決するためには互いの間隔を難せばよいが
、そうするとソレノイドコイル17,18゜19の内、
外径が大きくなり、上述したような問題が発生すること
になる。
従って、本発明の目的は上述した問題点を解消した、小
形で低消費電力のマイクロ波イオン源を提供することに
ある。
上記目的を達成するために、本発明においては、上述し
たマイクロ波イオン源において引出W系の低電圧側に電
磁石を設け、かつ、導波管側(こ位置してマイクロ波の
伝播を妨げない領域に高透磁率部材を設けて放電室にお
いて必要な磁界形状と磁界強度とを有する磁界を形成さ
ぜるよ壇こ構成したことを特徴としている。
かかる本発明の特徴的な構成により、イオン源の高電圧
化を図っても電磁石であるソレノイドコイルの内、外径
は高電圧側を形成する電極、放電箱、導波管の寸法、形
状の影響を受けない。
その結果、マイクロ波イオン源全体を小形化することが
できると同時に、消費電力の増加も抑えることができる
。
さらζこ、ソレノイドコイルを低電圧側に配置すること
によって、従来構成で必要であった高電圧部との絶縁が
不必要になり、その結果、絶縁が非常に容易になる。
また、高透磁率部材とソレノイドコイルとの配置構成に
よって、放電領域に形成される磁場形状が理想的なミラ
ー状になり、その結果、高密度なプラズマが得られる。
以下、本発明を図面を使用して詳細に説明する。
第3図は本発明(こよるマイクロ波イオン源の原理的な
構成を示したものである。
本発明によるマイクロ波イオン源は放電領域20に磁場
を形成するための磁場発生手段の構成を除−°く以外は
第1図に示した従来の構成と同じである。
従って、第3図には第1図における放電箱1の放電電極
5,5間に形成される放電室を放電領域20として代表
して示している。
第3図に示したように、本発明によるマイクロ波イオン
源は低電圧側24にソレノイドコイル25を配置し、ソ
レノイドコイル25によって発生した磁力線21の磁束
密度を高めてマイクロ波放電に必要な磁場形状と磁場強
度とを有する磁場を放電領域20に形成するため、純鉄
のような透磁率の大きな磁性体12を放電領域20に対
してマイクロ波26の進入側、すなわち導波管側に配置
したものである。
ここで、高透磁率部材12はマイクロ波26の進入を妨
げないような形状、配置であることが望ましい。
このような配置構成とすること瘉こよって、上述したよ
・うな数々の優れた特徴を有するマイクロ波イオン源を
実現することが可能となる。
以下、具体的な実施例によって本発明をさらに説明する
。
実施例 1 第4図は本発明によるマイクロ波イオン源の1実施例で
ある断面構造を示したものである。
本実施例の特徴点は導波管と放電箱とのマイクロ波整合
をとるために導波管2の内側に設けられているリッジを
純鉄のような磁性体からなるリッジ8′。
「に置換したことと、低電圧側にソレノイドコイル25
を設けたことである。
このような構成とすることにより、導波管2、放電箱、
引き出し電極系6 、7 、7’などを全く変えること
なくソレノイドコイル25に弱い励磁電流を流しても放
電電極5.5間に形成される放電室には放電に必要な形
状と強度とを有する磁場を発生させることができる。
なお、10は高電圧絶縁碍子である。実施例 2 第5図は本発明によるマイクロ波イオン源の他の実施例
である断面構造を示したものである。
本実施例の特徴点は放電箱1′にある。
放電箱1′はL形に整形された矩形導波管に窒化硼素の
ような誘電体4を放電領域のみを残して充填したもので
ある。
放電領域に適当な磁場を発生させる手段は低電圧側に設
けたソレノイドコイル25と放電箱1′のし形部分の近
くに設けた純鉄のような磁性体12とから構成されてい
る。
なお、本実施例における導波管もまた矩形導波管1を用
いていることは言うまでもない。
実施例 3 第6図は本発明によるマイクロ波イオン源の他の実施例
である断面構造を示したものである。
本実施例の特徴点は放電箱1〃にある。
すなわち、放電箱1〃はL形に整形された矩形リッジ導
波管のリッジ間に窒化硼素のような誘電体4を放電領域
のみを残して充填したものである。
つまシ、第5図において示した実施例2の放電箱1′に
リッジ(放電電極)5,5をつけたものである。
放電領域をこ適当な磁場を発生させる手段は実施例2と
全く同じ構成である。
実施例 4 第7図は本発明によるマイクロ波イオン源の他の実施例
である断面構造を示したものである。
本実施例の特徴点は導波管として同軸形溝波管’2’y
x用いたことと、これに応じて放電箱も同軸形の放電箱
1″′としたことおよび引き出し電極系を多孔形の電極
6′、γ′、γ″としたことである。
放電領域に適当な磁場を発生させる手段は低電圧側に設
けたソレノイドコイル25と放電箱1″′の近くの同軸
形導波管1を囲むようにして設けた純鉄のような円筒形
磁性体12′とから構成されている。
なお、11はアンテナである。
実施例 5 第8図は本発明によるマイクロ波イオン源の他の実施例
である断面構造を示したものである。
本実施例の特徴点は実施例1において使用しているソレ
ノイドコイル25をなくして他の励磁手段に置換したこ
とにある。
ソレノイドコイル25にかわる励磁手段はイオン引き出
し電極系6,7.7’のうちの電極6を純鉄のような磁
性体からなる電極Cにし、同様の磁性体からなるリッジ
8’ 、 8’と電極6〃とを外部磁路13,13で結
び、その外部磁路13,13の中間に永久磁石あるいは
コイル14を設けてなるものである。
このような励磁機構とすることによって放電電極5,5
間に形成される放電室に放電を起すために必要な磁場を
形成することができる。
上述の励磁機構は実施例2〜4においてもソレノイドコ
イル25に置換して設けることができるのはもちろんで
ある。
実施例 6 第9図は本発明によるマイクロ波イオン源の他の実施例
である断面構造を示したものである。
本実施例の特徴点は実施例1において使用しているソレ
ノイドコイル25をなくして他の励磁手段に置換したこ
とにある。
さらに、本実施例では磁場の印加方向を軸方向ではなく
放電電極5,5間において軸と直角方向にし、かつ磁場
印加部分を放電電極5,5間のみに局在させている。
すなわち、第1図における従来構成では窒化硼素のよう
な誘電体4が充填されていた部分にフェライト15゜1
5を充填し、その外部に磁路13を設け、コイル14に
よって励磁する。
このように構成することによって磁場はフエライN5,
15の間にのみ発生し、マイクロ波電界とその磁場方向
B(!:は直交する。
この場合、フェライト15,15の透磁率が大きいので
コイル14による励磁が少なくてもフェライト15.1
5間(こは強磁場が発生する。
また、コイル140代りに磁路13の途中に永久磁石を
設けてもよい。
なお、フェライト15゜15は半円形状でなく、放電電
極5,5間に形成される放電室の幅に対応する部分にの
み設けてもよい。
もちろん、この場合は残りの空間に窒化硼素のような誘
電体を充填することが必要である。
上述の励磁機構は実施例2〜3における矩形導波管形放
電箱にも適用できることは言うまでもない。
以上述べた如く、本発明によって小形化、省電力化され
たマイクロ波イオン源を実現することができた。
なお、磁性体としては上述した純鉄の他にパーマロイの
ようfxFe−Ni系合金、フェライト、珪素鋼などが
適当である。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のマイクロ波イオン源の概略構成図、第2
図は第1図に示した従来のマイクロ波イオン源の磁場発
生機構を説明するための模式図、第3図は本発明による
マイクロ波イオン源の磁場発生機構を説明するための原
理的説明図、第4〜9図はそれぞれ本発明によるマイク
ロ波イオン源の実施例を示す概略構成図である。 1・・・放電箱、2・・・導波管、3・・・真空封止用
セラミック円板、4・・・誘電体、5・・・放電電極、
6,7・・引き出し電極系、8・・・リッジ、9・・・
リークバルブ、10・・・絶縁碍子、12・・・高透磁
率部材、11・・・アンテナ、14・・・コイルまたは
永久磁石、15・・・フェライト、17,18,19,
25・・・ソレノイドコイル、20・・・放電領域。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 マイクロ波を発生するための源と、上記マイクロ波
    を伝播するため上記源に接続された導波管と、上記導波
    管の端部に設けられ、かつ、室内に導入された放電ガス
    壷こ上記マイクロ波による電界と磁界とを印加すること
    によってプラズマを形成する放電室と、上記プラズマか
    らイオンを引き出すため上記放電室に隣接して設けられ
    た引出電極系と、上記放電室lこ上記磁界を形成するた
    め上記引出電極系の低電圧側に設けられた電磁石と、上
    記磁界の形状を整えるため上記導波管側に位置し、かつ
    、上記マイクロ波の伝播を妨げない領域Iこ設けられた
    高透磁率部材とを備えてなることを特徴とするマイクロ
    波イオン源。 2 上記導波管がリッジ導波管であって、かつ、上記高
    透磁率部材が上記リッジを構成するように設けられてい
    ることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載のマイク
    ロ波イオン源。 3 上記導波管が同軸導波管であって、かつ、上記高透
    磁率部材が上記同軸導波管の周囲を取り囲むように設け
    られていることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
    のマイクロ波イオン源。 4 上記高透磁率部材が純鉄からなることを特徴とする
    特許請求の範囲第1項から第3項までのいずれか一つの
    項に記載のマイクロ波イオン源。
JP55177288A 1980-12-17 1980-12-17 マイクロ波イオン源 Expired JPS5916703B2 (ja)

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