JP2000012293A - Neutral beam generating device - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、ドライエッチン
グや薄膜形成などに利用する中性ビーム発生装置に関す
る。[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a neutral beam generator used for dry etching or thin film formation.
【０００２】[0002]
【従来の技術】中性粒子を利用した半導体装置製造のプ
ロセス、たとえば、ドライエッチングでは、イオンやプ
ラズマ（イオン＋電子）などの荷電粒子を用いた場合で
は到底実現し得ないチャージフリープロセスを実現する
ことが可能となる。このような、ドライプロセスに用い
られる中性粒子は、通常、イオンと電子の衝突再結合，
あるいは，イオンとガスとの電荷交換衝突により生成さ
れる。一般に、これらの過程により生成される中性粒子
の個数は、衝突における衝突断面積の大小に左右され
る。従って、イオンとガスの電荷交換衝突の方が、より
効率的に中性粒子を生成することができる。このため、
電荷交換衝突を利用した中性粒子発生装置（中性ビーム
発生装置）が開発されている。2. Description of the Related Art In a process of manufacturing a semiconductor device using neutral particles, for example, in a dry etching, a charge-free process which cannot be realized by using charged particles such as ions or plasma (ion + electrons) is realized. It is possible to do. Neutral particles used in such a dry process usually include collision recombination of ions and electrons,
Alternatively, it is generated by charge exchange collision between ions and gas. In general, the number of neutral particles generated by these processes depends on the size of the collision cross section in the collision. Therefore, neutral particles can be generated more efficiently by charge exchange collision between ions and gas. For this reason,
Neutral particle generators (neutral beam generators) utilizing charge exchange collisions have been developed.
【０００３】以上に説明したような中性粒子発生装置と
して、ＵＬＳＩ製造に用いられるプロセス装置として、
たとえば、図４に示すものがある（土澤ら、Jpn.J.App
l.Phys.,33(1994)2200）。この図４に示した中性粒子発
生装置では、まず、チャンバー４０１内を排気口４０２
に連通している図示していない真空ポンプで所定の真空
度に排気した後、ＥＣＲプラズマ源４０３にガス導入口
４０４より所望の放電用のガスを導入する。続いて、マ
イクロ波導入口４０５に２．４５ＧＨｚのマイクロ波を
導入するとともに、磁場発生コイル４０６により８７５
ガウスの磁場をＥＣＲプラズマ源４０３内の所定の箇所
に印加することで、ＥＣＲプラズマ源４０３内にプラズ
マ４０７を生成する。[0003] As a neutral particle generator as described above, as a process device used in ULSI manufacturing,
For example, there is one shown in Fig. 4 (Tsuchizawa et al., Jpn.J.App
l.Phys., 33 (1994) 2200). In the neutral particle generator shown in FIG.
After a predetermined degree of vacuum is evacuated by a vacuum pump (not shown) connected to the ECR, a desired discharge gas is introduced into the ECR plasma source 403 from the gas inlet 404. Subsequently, a microwave of 2.45 GHz is introduced into the microwave introduction port 405, and 875
By applying a Gaussian magnetic field to a predetermined location in the ECR plasma source 403, a plasma 407 is generated in the ECR plasma source 403.
【０００４】ここで、磁場発生コイル４０６の作る拡散
磁界に沿って、プラズマ４０７中の電子が輸送され、こ
れに付随してイオンが輸送される。この状態において、
ガス導入口４０８から電荷交換衝突用の所望のガスをチ
ャンバー４０１内に導入すると、プラズマ４０７のイオ
ンと電荷交換衝突用のガスとが電荷交換衝突を行い、プ
ラズマ４０７中のイオンの一部が中性粒子となって基板
ステージ４０９上に輸送されることになる。そして、基
板ステージ４０９裏面には永久磁石４１０が配置されて
いるので、荷電粒子である電子やイオンは基板ステージ
４０９上に輸送されずに排除される。従って、基板ステ
ージ４０９上には、中性粒子のみが輸送されることにな
る。Here, electrons in the plasma 407 are transported along the diffusion magnetic field generated by the magnetic field generating coil 406, and ions are transported along with the electrons. In this state,
When a desired gas for charge exchange collision is introduced into the chamber 401 from the gas inlet 408, ions of the plasma 407 and the gas for charge exchange collision perform charge exchange collision, and some of the ions in the plasma 407 become medium. The particles will be transported onto the substrate stage 409 as the conductive particles. Since the permanent magnet 410 is disposed on the back surface of the substrate stage 409, electrons and ions as charged particles are eliminated without being transported onto the substrate stage 409. Therefore, only the neutral particles are transported onto the substrate stage 409.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したＥ
ＣＲプラズマは、マイクロ波と磁界との共鳴現象によっ
て、１０-4〜１０-5Ｔｏｒｒ程度の低いガス圧領域にお
いて生成できる。通常、このＥＣＲプラズマにおけるプ
ラズマ密度は、１０9 〜１０10ｃｍ-3程度であり、この
密度のプラズマから得られるイオンビーム電流密度は、
おおむね１ｍＡ／ｃｍ2 程度である。なお、イオンビー
ム電流密度は、単位面積あたりのイオンの粒子密度に相
当する。一方、イオンとガスとの電荷交換衝突における
中性粒子生成確率は、ＡｒイオンとＡｒガスとを例にと
ると、１０％程度といわれている。従って、前述した従
来よりある中性粒子発生装置において、ＥＣＲプラズマ
源より引き出したイオンビームをガスと電荷交換衝突さ
せて得られる中性粒子の密度は、最大でも０．１ｍＡ／
ｃｍ2 である。The above-mentioned E
CR plasma can be generated in a low gas pressure region of about 10 −4 to 10 −5 Torr by a resonance phenomenon between a microwave and a magnetic field. Usually, the plasma density in this ECR plasma is about 10 9 to 10 10 cm −3 , and the ion beam current density obtained from the plasma of this density is
It is about 1 mA / cm 2 . Note that the ion beam current density corresponds to the ion particle density per unit area. On the other hand, the probability of generating neutral particles in charge exchange collision between ions and gas is said to be about 10% when Ar ions and Ar gas are taken as an example. Therefore, in the above-described conventional neutral particle generator, the density of neutral particles obtained by subjecting the ion beam extracted from the ECR plasma source to charge exchange collision with gas is 0.1 mA / max.
cm 2 .
【０００６】このように、従来の中性粒子発生装置で得
られる中性粒子密度は、イオン電流密度に比較して約１
／１０である。このため、たとえば、ドライエッチング
などに利用した場合のエッチング速度が、中性粒子を用
いた場合はイオンを用いた場合に比較して、１０倍遅く
なってしまう。すなわち、中性粒子を用いた半導体装置
製造のプロセスは、処理時間が増加してしまうという問
題があった。[0006] As described above, the neutral particle density obtained by the conventional neutral particle generator is about 1 compared with the ion current density.
/ 10. Therefore, for example, the etching rate when used for dry etching or the like is ten times slower when neutral particles are used than when ions are used. That is, the process of manufacturing a semiconductor device using neutral particles has a problem that the processing time increases.
【０００７】この発明は、以上のような問題点を解消す
るためになされたものであり、より多くの中性粒子を生
成できるようにすることを目的とする。The present invention has been made to solve the above problems, and has as its object to enable generation of more neutral particles.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】この発明の中性ビーム発
生装置は、真空容器を形成して真空排気手段により内部
が真空排気されるチャンバーおよびこの上に連通して配
置されたプラズマ生成室と、このプラズマ生成室の中心
軸で対向してプラズマ生成室の上部外側に配置されてプ
ラズマ生成室内上下方向に磁場を発生させる第１の磁場
発生手段と、プラズマ生成室の中心軸で対向してプラズ
マ生成室の下部外側の第１の磁場発生手段下に配置され
てプラズマ生成室内に第１の磁場発生手段と同一方向の
磁場を発生させる第２の磁場発生手段と、プラズマ生成
室の中心軸で対向してプラズマ生成室外側の第１および
第２の磁場発生手段の中央部に配置されてプラズマ生成
室内に第１および第２の磁場発生手段とは反対の方向の
磁場を発生させる第３の磁場発生手段と、第３の磁場発
生手段の内側に配置されてプラズマ生成室内に電場を発
生させる電場発生用電極と、プラズマ生成室内の上部に
配置され、負電圧が印加されて電子を反射する電子遮蔽
電極と、プラズマ生成室とチャンバーとの間に配置さ
れ、負電圧が印加されてプラズマ生成室よりチャンバー
内にイオンを引き出すイオン引き出し電極と、プラズマ
生成室内にガスを導入する第１のガス導入口と、チャン
バー内のイオン引き出し電極下部にガスを導入する第２
のガス導入口と、チャンバー内底部にイオン引き出し電
極に対向配置されて処理対象の基板が配置される基板ス
テージとを備え、第１，第２，および，第３の磁場発生
手段により、プラズマ生成室内の中央部に所定の領域を
囲うように磁場強度が零となる磁気中性面が形成される
ようにした。従って、プラズマは磁気中性面を含むその
近傍で生成されては溢れ出し、周囲に拡散していく。ま
た、上方向に拡散していく電子は、電子遮蔽電極近傍で
跳ね返され、磁気中性面が形成された空間に戻される。According to the present invention, there is provided a neutral beam generating apparatus comprising a chamber formed with a vacuum vessel, the inside of which is evacuated by an evacuating means, and a plasma generation chamber communicated with the chamber. A first magnetic field generating means which is disposed on the upper outer side of the plasma generation chamber so as to face the central axis of the plasma generation chamber and generates a magnetic field in the vertical direction of the plasma generation chamber; A second magnetic field generating means disposed below the first magnetic field generating means outside the lower portion of the plasma generating chamber and generating a magnetic field in the same direction as the first magnetic field generating means in the plasma generating chamber; Are disposed at the center of the first and second magnetic field generating means outside the plasma generation chamber and generate a magnetic field in the plasma generation chamber in a direction opposite to the first and second magnetic field generation means. A third magnetic field generating means, an electric field generating electrode disposed inside the third magnetic field generating means for generating an electric field in the plasma generation chamber, and a third magnetic field generating means disposed above the plasma generation chamber and applying a negative voltage to generate electrons. An electron-shielding electrode for reflection, an ion extraction electrode disposed between the plasma generation chamber and the chamber and applied with a negative voltage to extract ions from the plasma generation chamber into the chamber, and a first electrode for introducing gas into the plasma generation chamber. Gas introduction port and a second gas introduction port under the ion extraction electrode in the chamber.
And a substrate stage in which a substrate to be processed is disposed at the bottom of the chamber so as to face the ion extraction electrode, and the first, second, and third magnetic field generating means generate plasma. A magnetic neutral plane having a magnetic field intensity of zero is formed in the center of the room so as to surround a predetermined area. Therefore, the plasma is generated in the vicinity including the magnetic neutral plane, overflows, and diffuses to the surroundings. Also, the electrons that diffuse upward are rebounded in the vicinity of the electron shielding electrode and returned to the space where the magnetic neutral surface is formed.
【０００９】また、基板ステージ上部に配置されてイオ
ン引き出し電極に印加される負電圧と絶対値が等しい正
電圧が印加されるイオン阻止電極と、基板ステージとイ
オン阻止電極との間に配置されて負電圧が印加される電
子阻止電極とを備えるようにした。この結果、基板ステ
ージには、イオンおよび電子が到達しにくくなる。ま
た、チャンバー内のイオン引き出し電極下部に配置さ
れ、イオン引き出し電極に対向配置するイオン導入口と
基板ステージに対向配置する排出口とを有し、真空排気
手段とは別の真空排気手段により内部が真空排気される
電荷交換室を備え、第２のガス導入口は電荷交換室内に
ガスを導入するようにした。この結果、電荷交換室内の
みをガス圧の高い状態とすることができる。そして、第
１，第２，および，第３の磁場発生手段はリング状に形
成され、それらがプラズマ生成室周囲を囲うように配置
されているようにした。この結果、球面を上下につぶし
たような閉曲面に磁気中性面は形成され、この磁気中性
面によって閉じた空間が形成される。An ion blocking electrode disposed above the substrate stage and applied with a positive voltage having an absolute value equal to the negative voltage applied to the ion extraction electrode, and disposed between the substrate stage and the ion blocking electrode. And an electron blocking electrode to which a negative voltage is applied. As a result, ions and electrons hardly reach the substrate stage. In addition, it is disposed below the ion extraction electrode in the chamber, and has an ion introduction port arranged to face the ion extraction electrode and an exhaust port arranged to face the substrate stage, and the inside is evacuated by a vacuum exhaust means different from the vacuum exhaust means. A charge exchange chamber that is evacuated is provided, and the second gas inlet is configured to introduce gas into the charge exchange chamber. As a result, only the charge exchange chamber can be brought into a high gas pressure state. The first, second, and third magnetic field generating means are formed in a ring shape, and are arranged so as to surround the periphery of the plasma generation chamber. As a result, the magnetic neutral surface is formed on a closed curved surface obtained by crushing the spherical surface up and down, and a closed space is formed by the magnetic neutral surface.
【００１０】[0010]
【発明の実施の形態】以下この発明の実施の形態を図を
参照して説明する。 実施の形態１ はじめに、この発明の第１の実施の形態について説明す
る。図１は、この実施の形態１における中性ビーム発生
装置の構成を示す概略的な断面図である。この中性ビー
ム発生装置は、チャンバー１０１と、この上に連通して
配置されたプラズマ生成室１０２とを備えている。そ
の、プラズマ生成室１０２の周囲には、リング状の第１
および第２の磁場発生コイル１０３，１０４と、その中
間に配置するリング状の第３の磁場発生コイル１０５が
備えられている。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Embodiment 1 First, a first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a schematic sectional view showing the configuration of the neutral beam generator according to the first embodiment. This neutral beam generator includes a chamber 101 and a plasma generation chamber 102 disposed on the chamber 101 in communication therewith. Around the plasma generation chamber 102, a ring-shaped first
And second magnetic field generating coils 103 and 104, and a ring-shaped third magnetic field generating coil 105 disposed therebetween.
【００１１】第１の磁場発生コイル１０３は、プラズマ
生成室１０２上部周囲に配置され、第２の磁場発生コイ
ル１０４は、プラズマ生成室１０２下部周囲に配置され
ている。また、それらは互いに水平な状態に配置されて
いる。また、プラズマ生成室１０２周囲には、プラズマ
生成室１０２内に電場を形成するための高周波コイル１
０６が配置され、これには高周波電源１０７が接続され
ている。また、プラズマ生成室１０２内の上部には、電
子遮蔽電極１０８が配置され、この電子遮蔽電極１０８
には負電圧を印加する電源１０９が接続されている。ま
た、プラズマ生成室１０２の出口には、イオン引き出し
電極１１０が配置され、負電圧を印加する電源１１１が
接続されている。The first magnetic field generating coil 103 is arranged around the upper part of the plasma generating chamber 102, and the second magnetic field generating coil 104 is arranged around the lower part of the plasma generating chamber 102. They are also arranged horizontally with respect to each other. A high frequency coil 1 for forming an electric field in the plasma generation chamber 102 is provided around the plasma generation chamber 102.
Reference numeral 06 is provided, to which the high-frequency power supply 107 is connected. In addition, an electron shielding electrode 108 is disposed at an upper portion in the plasma generation chamber 102, and the electron shielding electrode 108
Is connected to a power supply 109 for applying a negative voltage. At the outlet of the plasma generation chamber 102, an ion extraction electrode 110 is arranged, and a power supply 111 for applying a negative voltage is connected.
【００１２】そして、チャンバー１０１底部には、基板
ステージ１１２が配置され、この上に処理対象の基板１
１３が載置される。また、チャンバー１０１側壁の排気
口１１４には、図示していないが、真空ポンプが接続さ
れており、チャンバー１０１およびプラズマ生成室１０
２内を真空排気できるように構成されている。また、プ
ラズマ生成室１０２には、放電用のガスが導入されるガ
ス導入口１０２ａが備えられ、チャンバー１０１には電
荷交換衝突用のガスが導入されるガス導入口１０１ａが
備えられている。At the bottom of the chamber 101, a substrate stage 112 is disposed, on which a substrate 1 to be processed is placed.
13 is placed. Although not shown, a vacuum pump is connected to the exhaust port 114 on the side wall of the chamber 101, and the chamber 101 and the plasma generation chamber 10 are not connected to each other.
2 is configured to be evacuated. The plasma generation chamber 102 is provided with a gas introduction port 102a for introducing a discharge gas, and the chamber 101 is provided with a gas introduction port 101a for introducing a charge exchange collision gas.
【００１３】次に、この中性ビーム発生装置の動作につ
いて説明する。まず、排気口１１４に連通する図示して
いない真空ポンプにより、チャンバー１０１およびプラ
ズマ生成室１０２内を１０-4〜１０-5Ｐａ程度にまで真
空排気する。次いで、ガス導入口１０２ａより、たとえ
ばアルゴンガスを導入し、プラズマ生成室１０２内が１
０-1〜１０-2Ｐａ程度の真空度となるようにする。そし
て、この状態において、第１および第２の磁場発生コイ
ル１０３，１０４に、同じ方向の同じ大きさの電流を流
す。このことにより、プラズマ生成室１０２内のそれら
第１および第２の磁場発生コイル１０３，１０４の中間
の位置に、磁界の強度が０となる磁気中性面が形成され
る。Next, the operation of the neutral beam generator will be described. First, the inside of the chamber 101 and the plasma generation chamber 102 is evacuated to about 10 -4 to 10 -5 Pa by a vacuum pump (not shown) communicating with the exhaust port 114. Next, for example, an argon gas is introduced from the gas inlet 102a, and the inside of the plasma
The degree of vacuum is set to about 0 -1 to 10 -2 Pa. Then, in this state, currents of the same magnitude in the same direction are applied to the first and second magnetic field generating coils 103 and 104. As a result, a magnetic neutral surface having a magnetic field intensity of 0 is formed at an intermediate position between the first and second magnetic field generating coils 103 and 104 in the plasma generation chamber 102.
【００１４】さらに、第３の磁場発生コイル１０５に、
第１および第２の磁場発生コイル１０３，１０４とは逆
向きの電流を流して磁場を発生させると、磁界の強度が
０となる所がプラズマ生成室１０２内とその外との二箇
所に分離される。すなわち、図１に示すように、プラズ
マ生成室１０２内に球面を上下方向につぶした形状の磁
気中性面１２０が形成され、プラズマ生成室１０２外に
磁気中性面１２１が形成されるようになる。そして、そ
の形成された磁気中性面１２０に沿って、高周波コイル
１０６を用いて高周波電界を印加すると、その磁気中性
面１２０が形成される付近の電子は、電界によりエネル
ギーを得て導入ガスをイオン化する。この結果、プラズ
マ生成室１０２内の磁気中性面１２０を含む空間に、電
子とイオンとからなるいわゆる磁気中性線プラズマ１２
２がリング状に形成され、放電電流を流すに至る。Further, the third magnetic field generating coil 105 includes:
When a magnetic field is generated by passing a current in the opposite direction to the first and second magnetic field generating coils 103 and 104, a place where the strength of the magnetic field becomes zero is separated into two places, inside and outside the plasma generation chamber 102. Is done. That is, as shown in FIG. 1, a magnetic neutral surface 120 having a shape obtained by crushing a spherical surface in the vertical direction is formed in the plasma generation chamber 102, and a magnetic neutral surface 121 is formed outside the plasma generation chamber 102. Become. When a high-frequency electric field is applied along the formed magnetic neutral surface 120 using the high-frequency coil 106, electrons near the magnetic neutral surface 120 are formed by obtaining energy by the electric field and introducing gas. To ionize. As a result, in the space including the magnetic neutral plane 120 in the plasma generation chamber 102, the so-called magnetic neutral line plasma 12 composed of electrons and ions is provided.
2 are formed in a ring shape, leading to the flow of discharge current.
【００１５】このように、高周波誘導放電電流がプラズ
マに流れ続ける間、プラズマ１２２は磁気中性面１２０
を含むその近傍において、生成されてはその磁気中性面
１２０よりあふれ出し、周囲に拡散していく。この中
で、磁気中性面１２０が形成されている付近の多量の電
子は、Ａｒガスとの衝突電離を繰り返してイオン化を繰
り返し、結果的にプラズマ生成室１０２内のプラズマ密
度は益々高くなっていく。このように、磁場強度がゼロ
の閉曲面である磁気中性面１２０が、一種の磁気井戸の
役割を果たし、飛散する電子をその場に滞留させて放電
の種を多く宿させることができる。Thus, while the high frequency induction discharge current continues to flow through the plasma, the plasma 122
Is generated in the vicinity thereof and overflows from the magnetic neutral plane 120 and diffuses to the surroundings. Among them, a large amount of electrons near the formation of the magnetic neutral surface 120 repeats ionization by repeating impact ionization with Ar gas, and as a result, the plasma density in the plasma generation chamber 102 increases more and more. Go. As described above, the magnetic neutral surface 120 which is a closed curved surface having a zero magnetic field intensity serves as a kind of magnetic well, and allows scattered electrons to stay at the place to allow a large number of discharge seeds.
【００１６】この際、イオンに比べて遙かに質量が小さ
い電子は、粒子間の衝突頻度が少ないため、第１および
第２の磁場発生コイル１０３，１０４によって発生した
縦方向の磁場に沿って上下方向に拡散していく。ここ
で、電子が流れていく上方には、電子遮蔽電極１０８が
設けてあり、プラズマ電位−Ｖp （ｅＶ）を持って空間
を運動する電子に対し、その電子遮蔽電極１０８には負
のバイアスとなる電位−ＶB （ｅＶ）（−Ｖp＜−ＶB）
を印加する。この結果、上方に拡散していく電子は、電
子遮蔽電極１０８の近傍において跳ね返され、磁気中性
面１２０が形成された空間に向かって再び輸送される。At this time, an electron having a much smaller mass than an ion has a low collision frequency between the particles, and therefore, along the vertical magnetic field generated by the first and second magnetic field generating coils 103 and 104. Spreading up and down. Here, an electron shielding electrode 108 is provided above the flowing electrons, and a negative bias is applied to the electron shielding electrode 108 for electrons moving in space with the plasma potential −V p (eV). Potential −V B (eV) (−V p <−V B )
Is applied. As a result, the electrons that diffuse upward are rebounded in the vicinity of the electron shielding electrode 108 and are transported again toward the space where the magnetic neutral surface 120 is formed.
【００１７】これらの電子の中で、磁気中性面１２０が
形成された空間に到達した電子は、この空間に形成され
た電界，磁界の作用により、導入されているＡｒガスの
イオン化促進に役立ち、さらにそれらガスのイオン化が
促進され、プラズマ生成室１０２内のプラズマ量は益々
増加する。ここで，第１および第２の磁場発生コイル１
０３，１０４に流す電流値の比を変えると、プラズマ生
成室１０２のイオン引き出し方向の任意の位置に磁気中
性面１２０を形成することができる。たとえば、第１の
磁場発生コイル１０３に流す電流の大きさを第２の磁場
発生コイル１０４に流す電流の大きさに比較して大きく
していくと、磁気中性面１２０の位置をイオン引き出し
電極１１０の近傍に移動させることができる。Among these electrons, the electrons that have reached the space where the magnetic neutral plane 120 is formed are useful for promoting the ionization of the introduced Ar gas by the action of the electric and magnetic fields formed in this space. Further, ionization of these gases is promoted, and the amount of plasma in the plasma generation chamber 102 is further increased. Here, the first and second magnetic field generating coils 1
By changing the ratio of the current flowing through the plasma generation chambers 03 and 104, the magnetic neutral plane 120 can be formed at any position in the ion extraction direction of the plasma generation chamber 102. For example, when the magnitude of the current flowing through the first magnetic field generating coil 103 is increased as compared with the magnitude of the current flowing through the second magnetic field generating coil 104, the position of the magnetic neutral surface 120 is changed to the ion extraction electrode. It can be moved to the vicinity of 110.
【００１８】また、この実施の形態１では、リング状の
磁気コイルをプラズマ生成室１０２周囲に配置するよう
にしたので、第１および第２の磁場発生コイル１０３，
１０４に流す電流を一定とし、第３の磁場発生コイル１
０５に流す電流値を変えることで、形成される磁気中性
面の径を任意の値に制御することができる。このことに
よって、プラズマ生成室１０２において、その内壁に影
響を受けることなくプラズマを生成させることができ
る。加えて、プラズマ生成の源となる閉曲面である磁気
中性面の径を自由に変えられるので、プラズマ生成室の
水平方向の空間的に均一なプラズマを生成することが可
能となる。In the first embodiment, since the ring-shaped magnetic coil is arranged around the plasma generation chamber 102, the first and second magnetic field generation coils 103,
104, and the third magnetic field generating coil 1
The diameter of the magnetic neutral surface formed can be controlled to an arbitrary value by changing the value of the current flowing through the magnetic field 05. Thus, plasma can be generated in the plasma generation chamber 102 without being affected by the inner wall thereof. In addition, since the diameter of the magnetic neutral surface, which is a closed curved surface serving as a source of plasma generation, can be freely changed, it is possible to generate spatially uniform plasma in the horizontal direction of the plasma generation chamber.
【００１９】また、プラズマが発生しているプラズマ生
成室１０２内においては、イオンシース領域において、
イオン引き出し電極１１０方向に輸送されるイオン電流
密度Ｊ（ｍＡ／ｃｍ2 ）は、プラズマ密度ｎ（ｃｍ-3）
に比例することが知られている。ここで、前述したよう
に、この実施の形態１では、上下に水平に配置された第
１および第２の磁場発生コイル１０３，１０４に流す電
流値の比を変えることができる。そしてこのことによ
り、プラズマ生成室１０２内の軸方向（イオン引き出し
方向）の任意の位置に磁気中性面１２０を形成すること
ができる。従って、イオンシース領域が形成されるイオ
ン引き出し電極１１０の近くに、その磁気中性面１２０
を形成することが可能となり、イオンシース領域のプラ
ズマ密度を飛躍的に高めることができる。この結果、プ
ラズマからのイオン引き出しの効率を向上させることが
可能となり、多量のイオンの生成が可能となる。Further, in the plasma generation chamber 102 where plasma is generated, in the ion sheath region,
The ion current density J (mA / cm 2 ) transported in the direction of the ion extraction electrode 110 is the plasma density n (cm −3 ).
Is known to be proportional to Here, as described above, in the first embodiment, it is possible to change the ratio of the value of the current flowing through the first and second magnetic field generating coils 103 and 104 that are vertically arranged horizontally. Thus, the magnetic neutral surface 120 can be formed at an arbitrary position in the axial direction (ion extraction direction) in the plasma generation chamber 102. Therefore, near the ion extraction electrode 110 where the ion sheath region is formed, its magnetic neutral surface 120 is located.
Can be formed, and the plasma density in the ion sheath region can be dramatically increased. As a result, the efficiency of extracting ions from plasma can be improved, and a large amount of ions can be generated.
【００２０】以上に示したように、プラズマ生成室１０
２内において高密度な磁気中性線プラズマを生成させた
状態で、イオン引き出し電極１１０に電源１１１より負
電圧を印加すると、プラズマよりイオン１２３のみが引
き出される。このように、イオン引き出し電極１１０よ
りイオン１２３が引き出されている状態で、ガス導入口
１０１ａよりたとえばアルゴンガスを導入させると、そ
のイオン１２３と導入したアルゴンガスとが電荷交換衝
突を行い、その一部が中性粒子１２４となって基板１１
３の方向に輸送される。そして、この実施の形態１にお
いては、プラズマ生成室１０２において生成されるプラ
ズマ密度が高いことに起因して、イオン引き出し電極１
１０により引き出すことができるイオン電流密度が、１
０ｍＡ／ｃｍ2 程度が得られる。この結果、この実施の
形態１では、得られる中性粒子１２４の密度として、従
来の１０倍程度である１ｍＡ／ｃｍ2 が実現できた。As described above, the plasma generation chamber 10
When a negative voltage is applied to the ion extraction electrode 110 from the power supply 111 in a state where a high-density magnetic neutral plasma is generated in the plasma 2, only the ions 123 are extracted from the plasma. As described above, when, for example, argon gas is introduced from the gas introduction port 101a in a state where the ions 123 are being extracted from the ion extraction electrode 110, the ions 123 and the introduced argon gas collide with each other for charge exchange. The part becomes the neutral particles 124 and the substrate 11
Transported in three directions. In the first embodiment, due to the high plasma density generated in the plasma generation chamber 102, the ion extraction electrode 1
The ion current density that can be extracted by 10 is 1
About 0 mA / cm 2 can be obtained. As a result, in the first embodiment, a density of the obtained neutral particles 124 of 1 mA / cm 2, which is about ten times the conventional density, was realized.
【０００２１】実施の形態２ 次に、この発明の第２の実施の形態について説明する。
図２は、この実施の形態２における中性ビーム発生装置
の構成を示す概略的な断面図である。この中性ビーム発
生装置は、チャンバー２０１と、この上に連通して配置
されたプラズマ生成室２０２とを備えている。その、プ
ラズマ生成室２０２の周囲には、リング状の第１および
第２の磁場発生コイル２０３，２０４と、その中間に配
置するリング状の第３の磁場発生コイル２０５が備えら
れている。第１の磁場発生コイル２０３は、プラズマ生
成室２０２上部周囲に配置され、第２の磁場発生コイル
２０４は、プラズマ生成室２０２下部周囲に配置されて
いる。また、それらは互いに水平な状態に配置されてい
る。Second Embodiment Next, a second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 2 is a schematic sectional view showing the configuration of the neutral beam generator according to the second embodiment. The neutral beam generator includes a chamber 201 and a plasma generation chamber 202 disposed on the chamber 201 in communication therewith. Around the plasma generation chamber 202, there are provided ring-shaped first and second magnetic field generating coils 203 and 204, and a ring-shaped third magnetic field generating coil 205 disposed therebetween. The first magnetic field generating coil 203 is arranged around the upper part of the plasma generation chamber 202, and the second magnetic field generating coil 204 is arranged around the lower part of the plasma generation chamber 202. They are also arranged horizontally with respect to each other.
【００２２】また、プラズマ生成室２０２周囲には、プ
ラズマ生成室２０２内に電場を形成するための高周波コ
イル２０６が配置され、これには高周波電源２０７が接
続されている。また、プラズマ生成室２０２内の上部に
は、電子遮蔽電極２０８が配置され、この電子遮蔽電極
２０８には負電圧を印加する電源２０９が接続されてい
る。また、プラズマ生成室２０２の出口には、イオン引
き出し電極２１０が配置され、負電圧を印加する電源２
１１が接続されている。A high frequency coil 206 for forming an electric field in the plasma generation chamber 202 is disposed around the plasma generation chamber 202, and a high frequency power supply 207 is connected to the high frequency coil 206. An electron shielding electrode 208 is disposed in an upper part of the plasma generation chamber 202, and a power supply 209 for applying a negative voltage is connected to the electron shielding electrode 208. At the outlet of the plasma generation chamber 202, an ion extraction electrode 210 is disposed, and a power source 2 for applying a negative voltage is provided.
11 are connected.
【００２３】そして、チャンバー２０１底部には、基板
ステージ２１２が配置され、この上に処理対象の基板２
１３が載置される。また、チャンバー２０１側壁の排気
口２１４には、図示していないが、真空ポンプが接続さ
れており、チャンバー２０１およびプラズマ生成室２０
２内を真空排気できるように構成されている。また、プ
ラズマ生成室２０２には、放電用のガスが導入されるガ
ス導入口２０２ａが備えられ、チャンバー２０１には電
荷交換衝突用のガスが導入されるガス導入口２０１ａが
備えられている。At the bottom of the chamber 201, a substrate stage 212 is disposed, on which the substrate 2 to be processed is placed.
13 is placed. Although not shown, a vacuum pump is connected to the exhaust port 214 on the side wall of the chamber 201, and the chamber 201 and the plasma generation chamber 20 are not connected to each other.
2 is configured to be evacuated. Further, the plasma generation chamber 202 is provided with a gas inlet 202a for introducing a discharge gas, and the chamber 201 is provided with a gas inlet 201a for introducing a charge exchange collision gas.
【００２４】以上の構成は、前述した実施の形態１とほ
ぼ同様であり、この実施の形態２では、新たに、イオン
阻止電極２３１と電子阻止電極２３２とを設けるように
したものである。このイオン阻止電極２３１には、電源
２３３によりイオン引き出し電極２１０に加えられてい
る負電圧と絶対値の等しい正電圧が印加できるようにさ
れている。また、電子阻止電極２３２には、電源２３４
により負電圧が印加できるようにされている。The above configuration is almost the same as that of the first embodiment. In the second embodiment, an ion blocking electrode 231 and an electron blocking electrode 232 are newly provided. A positive voltage having an absolute value equal to the negative voltage applied to the ion extraction electrode 210 by the power supply 233 is applied to the ion blocking electrode 231. The power supply 234 is connected to the electron blocking electrode 232.
Allows a negative voltage to be applied.
【００２５】次に、この実施の形態２における中性ビー
ム発生装置の動作について説明する。まず、排気口２１
４に連通する図示していない真空ポンプにより、チャン
バー２０１およびプラズマ生成室２０２内を１０-4〜１
０-5Ｐａ程度にまで真空排気する。次いで、ガス導入口
２０２ａより、たとえばアルゴンガスを導入し、プラズ
マ生成室２０２内が１０-1〜１０-2Ｐａ程度の真空度と
なるようにする。そして、この状態において、第１およ
び第２の磁場発生コイル２０３，２０４に、同じ方向の
同じ大きさの電流を流す。このことにより、プラズマ生
成室２０２内のそれら第１および第２の磁場発生コイル
２０３，２０４の中間の位置に磁界の強度が０となる磁
気中性面が形成される。Next, the operation of the neutral beam generator according to the second embodiment will be described. First, the exhaust port 21
The inside of the chamber 201 and the plasma generation chamber 202 is 10 −4 to 1 by a vacuum pump (not shown) communicating with the chamber 4.
Evacuate to about 0 -5 Pa. Next, for example, argon gas is introduced from the gas inlet 202a so that the inside of the plasma generation chamber 202 has a vacuum degree of about 10 -1 to 10 -2 Pa. In this state, currents of the same magnitude in the same direction are applied to the first and second magnetic field generating coils 203 and 204. As a result, a magnetic neutral surface having a magnetic field intensity of 0 is formed at an intermediate position between the first and second magnetic field generating coils 203 and 204 in the plasma generation chamber 202.
【００２６】さらに、第３の磁場発生コイル２０５に、
第１および第２の磁場発生コイル２０３，２０４とは逆
向きの電流を流して磁場を発生させると、磁界の強度が
０となる所が、プラズマ生成室２０２内とその外との二
箇所に分離される。すなわち、図２に示すように、プラ
ズマ生成室２０２内に球面を上下方向につぶした形状の
磁気中性面２２０が形成され、プラズマ生成室２０２外
に磁気中性面２２１が形成されるようになる。そして、
その形成された磁気中性面２２０に沿って、高周波コイ
ル２０６を用いて高周波電界を印加すると、その磁気中
性面２２０が形成される付近の電子は、電界によりエネ
ルギーを得て導入ガスをイオン化する。この結果、プラ
ズマ生成室２０２内の磁気中性面２２０を含む空間に、
電子とイオンとからなるいわゆる磁気中性線プラズマ２
２２がリング状に形成され、放電電流を流すに至る。Further, the third magnetic field generating coil 205
When a magnetic field is generated by applying a current in the opposite direction to the first and second magnetic field generating coils 203 and 204, two places, the inside of the plasma generation chamber 202 and the outside thereof, where the strength of the magnetic field becomes zero. Separated. That is, as shown in FIG. 2, a magnetic neutral surface 220 having a shape obtained by crushing a spherical surface in the vertical direction is formed in the plasma generation chamber 202, and a magnetic neutral surface 221 is formed outside the plasma generation chamber 202. Become. And
When a high-frequency electric field is applied using the high-frequency coil 206 along the formed magnetic neutral surface 220, electrons near the magnetic neutral surface 220 are formed by the energy obtained by the electric field to ionize the introduced gas. I do. As a result, in the space including the magnetic neutral surface 220 in the plasma generation chamber 202,
The so-called magnetic neutral plasma 2 composed of electrons and ions
22 are formed in a ring shape, leading to the flow of discharge current.
【００２７】このように、高周波誘導放電電流がプラズ
マに流れ続ける間、プラズマ２２２は磁気中性面２２０
を含むその近傍において、生成されてはその磁気中性面
２２０よりあふれ出し、周囲に拡散していく。この中
で、磁気中性面２２０が形成されている付近の多量の電
子は、Ａｒガスとの衝突電離を繰り返してイオン化を繰
り返し、結果的にプラズマ生成室２０２内のプラズマ密
度は益々高くなっていく。このように、磁場強度がゼロ
の閉曲面である磁気中性面２２０が、一種の磁気井戸の
役割を果たし、飛散する電子をその場に滞留させて放電
の種を多く宿させることができる。Thus, while the high frequency induction discharge current continues to flow through the plasma, the plasma 222
Is generated and overflows from the magnetic neutral plane 220 and diffuses around. Among them, a large amount of electrons near the formation of the magnetic neutral plane 220 repeats impact ionization with Ar gas and repeats ionization. As a result, the plasma density in the plasma generation chamber 202 increases more and more. Go. As described above, the magnetic neutral surface 220, which is a closed curved surface with zero magnetic field intensity, plays a role of a kind of magnetic well, and allows scattered electrons to stay on the spot and allow a large number of discharge seeds.
【００２８】この際、イオンに比べて遙かに質量が小さ
い電子は、粒子間の衝突頻度が少ないため、第１および
第２の磁場発生コイル２０３，２０４によって発生した
縦方向の磁場に沿って上下方向に拡散していく。ここ
で、電子が流れていく上方には、電子遮蔽電極２０８が
設けてあり、プラズマ電位−Ｖp （ｅＶ）を持って空間
を運動する電子に対し、その電子遮蔽電極２０８には負
のバイアスとなる電位−ＶB （ｅＶ）（−Ｖp＜−ＶB）
を印加する。この結果、上方に拡散していく電子は、電
子遮蔽電極２０８の近傍において跳ね返され、磁気中性
面２２０が形成された空間に向かって再び輸送される。At this time, electrons having a much smaller mass than ions do not collide between the particles so that the electrons move along the vertical magnetic field generated by the first and second magnetic field generating coils 203 and 204. Spreading up and down. Here, above the electron flows, is provided with a electron shield electrode 208, with respect to electrons moving space with plasma potential -V p (eV), a negative bias to the electron shield electrode 208 Potential −V B (eV) (−V p <−V B )
Is applied. As a result, the electrons that diffuse upward are rebounded in the vicinity of the electron shielding electrode 208, and are transported again toward the space where the magnetic neutral surface 220 is formed.
【００２９】これらの電子の中で、磁気中性面２２０が
形成された空間に到達した電子は、この空間に形成され
た電界，磁界の作用により、導入されているＡｒガスの
イオン化促進に役立ち、さらにそれらガスのイオン化が
促進され、プラズマ生成室２０２内のプラズマ量は益々
増加する。ここで，第１および第２の磁場発生コイル２
０３，２０４に流す電流値の比を変えると、プラズマ生
成室２０２のイオン引き出し方向の任意の位置に磁気中
性面２２０を形成することができる。たとえば、第１の
磁場発生コイル２０３に流す電流の大きさを第２の磁場
発生コイル２０４に流す電流の大きさに比較して大きく
していくと、磁気中性面２２０の位置をイオン引き出し
電極２１０の近傍に移動させることができる。Among these electrons, the electrons that have reached the space where the magnetic neutral plane 220 is formed are useful for promoting the ionization of the introduced Ar gas by the action of the electric and magnetic fields formed in this space. Further, ionization of these gases is promoted, and the amount of plasma in the plasma generation chamber 202 further increases. Here, the first and second magnetic field generating coils 2
By changing the ratio of the current flowing through the plasma generation chambers 03 and 204, the magnetic neutral plane 220 can be formed at any position in the ion extraction direction of the plasma generation chamber 202. For example, when the magnitude of the current flowing through the first magnetic field generating coil 203 is increased as compared with the magnitude of the current flowing through the second magnetic field generating coil 204, the position of the magnetic neutral surface 220 is changed to the ion extraction electrode. 210 can be moved to the vicinity.
【００３０】また、この実施の形態２でも、リング状の
磁気コイルをプラズマ生成室２０２周囲に配置するよう
にしたので、第１および第２の磁場発生コイル２０３，
２０４に流す電流を一定とし、第３の磁場発生コイル２
０５に流す電流値を変えることで、形成される磁気中性
面の径を任意の値に制御することができる。このことに
よって、プラズマ生成室２０２において、その内壁に影
響を受けることなくプラズマを生成させることができ
る。加えて、プラズマ生成の源となる磁気中性面の径を
自由に変えられるので、プラズマ生成室の水平方向の空
間的に均一なプラズマを生成することが可能となる。Also in the second embodiment, since the ring-shaped magnetic coil is arranged around the plasma generation chamber 202, the first and second magnetic field generation coils 203,
The current flowing through the second magnetic field generating coil 204 is kept constant.
The diameter of the magnetic neutral surface formed can be controlled to an arbitrary value by changing the value of the current flowing through the magnetic field 05. Thus, plasma can be generated in the plasma generation chamber 202 without being affected by the inner wall thereof. In addition, since the diameter of the magnetic neutral surface serving as a source of plasma generation can be freely changed, it is possible to generate a spatially uniform plasma in the horizontal direction of the plasma generation chamber.
【００３１】以上に示したように、プラズマ生成室２０
２内において高密度な磁気中性線プラズマを生成させた
状態で、イオン引き出し電極２１０に電源２１１より負
電圧を印加すると、プラズマよりイオン２２３のみが引
き出される。このように、イオン引き出し電極２１０よ
りイオン２２３が引き出されている状態で、ガス導入口
２０１ａよりたとえばアルゴンガスを導入させると、そ
のイオン２２３と導入したアルゴンガスとが電荷交換衝
突を行い、その一部が中性粒子２２４となって基板２１
３の方向に輸送される。そして、この実施の形態２にお
いては、プラズマ生成室２０２において生成されるプラ
ズマ密度が高いことに起因して、イオン引き出し電極２
１０により引き出すことができるイオン電流密度が、１
０ｍＡ／ｃｍ2 程度が得られる。そして、得られる中性
粒子２２４の密度として、従来の１０倍程度である１ｍ
Ａ／ｃｍ2 の中性粒子ビームの生成が実現できる。As described above, the plasma generation chamber 20
When a negative voltage is applied from the power supply 211 to the ion extraction electrode 210 in a state where a high-density magnetic neutral plasma is generated in the plasma 2, only the ions 223 are extracted from the plasma. As described above, when, for example, argon gas is introduced from the gas introduction port 201a in a state where the ions 223 are extracted from the ion extraction electrode 210, the ions 223 and the introduced argon gas collide with each other in charge exchange. The part becomes the neutral particle 224 and the substrate 21
Transported in three directions. In the second embodiment, due to the high plasma density generated in the plasma generation chamber 202, the ion extraction electrode 2
The ion current density that can be extracted by 10 is 1
About 0 mA / cm 2 can be obtained. Then, the density of the obtained neutral particles 224 is 1 m, which is about 10 times the conventional density.
Generation of a neutral particle beam of A / cm 2 can be realized.
【００３２】以上のことは、前述した実施の形態１と同
様であり、この実施の形態２においては、まず、基板２
１３方向に輸送される残留しているイオンをイオン阻止
電極２３１で阻止し、また、ここで生成される二次電子
を電子阻止電極２３２で阻止するようにしたものであ
る。前述したように、イオン引き出し電極２１０に引き
出されたイオンの内、電荷交換衝突によりイオンの電荷
が移転して生成される中性子はその一部である。従っ
て、残りのイオンは電荷交換されずに基板２１３の方向
に輸送されることになる。The above is the same as in the first embodiment. In the second embodiment, first, the substrate 2
The remaining ions transported in the 13 directions are blocked by the ion blocking electrode 231, and the secondary electrons generated here are blocked by the electron blocking electrode 232. As described above, of the ions extracted to the ion extraction electrode 210, neutrons generated by transfer of the charge of the ions due to charge exchange collision are a part thereof. Therefore, the remaining ions are transported toward the substrate 213 without charge exchange.
【００３３】ここで、イオン阻止電極２３１に電源２３
３によりイオン引き出し電極２１０に加えられている負
電圧と絶対値の等しい正電圧を印加しておくと、それら
残留イオンはその電界により基板２１３方向への流れが
阻止される。また、イオン阻止電極２３１には、イオン
や中性粒子が衝突することになるが、この衝突により二
次電子が生成されることになる。この二次電子に関して
は、電源２３４により負の電圧が印加された電子阻止電
極２３２により阻止する。以上のことにより、この実施
の形態２によれば、基板２１３には残留イオンや電子が
到達することがなく、中性粒子のみを基板２１３に輸送
することが可能となる。Here, the power supply 23 is connected to the ion blocking electrode 231.
When a positive voltage having an absolute value equal to the negative voltage applied to the ion extraction electrode 210 by 3 is applied in advance, these residual ions are prevented from flowing toward the substrate 213 by the electric field. Further, ions and neutral particles collide with the ion blocking electrode 231, and secondary electrons are generated by the collision. The secondary electrons are blocked by the electron blocking electrode 232 to which a negative voltage is applied by the power supply 234. As described above, according to the second embodiment, no residual ions or electrons reach the substrate 213, and only the neutral particles can be transported to the substrate 213.
【００３４】実施の形態３ 次に、この発明の第３の実施の形態について説明する。
図３は、この実施の形態３における中性ビーム発生装置
の構成を示す概略的な断面図である。この中性ビーム発
生装置は、チャンバー３０１と、この上に連通して配置
されたプラズマ生成室３０２とを備えている。その、プ
ラズマ生成室３０２の周囲には、第１および第２の磁場
発生コイル３０３，３０４と、その中間に配置する第３
の磁場発生コイル３０５が備えられている。第１の磁場
発生コイル３０３は、プラズマ生成室３０２上部周囲に
配置され、第２の磁場発生コイル３０４は、プラズマ生
成室３０２下部周囲に配置されている。また、それらは
互いに水平な状態に配置されている。Third Embodiment Next, a third embodiment of the present invention will be described.
FIG. 3 is a schematic sectional view showing the configuration of the neutral beam generator according to the third embodiment. This neutral beam generating device includes a chamber 301 and a plasma generation chamber 302 disposed in communication with the chamber 301. Around the plasma generation chamber 302, first and second magnetic field generation coils 303 and 304 and a third
Are provided. The first magnetic field generating coil 303 is arranged around the upper part of the plasma generation chamber 302, and the second magnetic field generating coil 304 is arranged around the lower part of the plasma generation chamber 302. They are also arranged horizontally with respect to each other.
【００３５】また、プラズマ生成室３０２周囲には、プ
ラズマ生成室３０２内に電場を形成するための高周波コ
イル３０６が配置され、これには高周波電源３０７が接
続されている。また、プラズマ生成室３０２内の上部に
は、電子遮蔽電極３０８が配置され、この電子遮蔽電極
３０８には負電圧を印加する電源３０９が接続されてい
る。また、プラズマ生成室３０２の出口には、イオン引
き出し電極３１０が配置され、負電圧を印加する電源３
１１が接続されている。A high frequency coil 306 for forming an electric field in the plasma generation chamber 302 is disposed around the plasma generation chamber 302, and a high frequency power supply 307 is connected to the high frequency coil 306. An electron shielding electrode 308 is disposed in the upper part of the plasma generation chamber 302, and a power supply 309 for applying a negative voltage is connected to the electron shielding electrode 308. At the outlet of the plasma generation chamber 302, an ion extraction electrode 310 is disposed, and a power supply 3 for applying a negative voltage is provided.
11 are connected.
【００３６】そして、チャンバー３０１底部には、基板
ステージ３１２が配置され、この上に処理対象の基板３
１３が載置される。また、チャンバー３０１側壁の排気
口３１４には、図示していないが、真空ポンプが接続さ
れており、チャンバー３０１およびプラズマ生成室３０
２内を真空排気できるように構成されている。また、プ
ラズマ生成室３０２には、放電用のガスが導入されるガ
ス導入口３０２ａが備えられている。At the bottom of the chamber 301, a substrate stage 312 is arranged, on which the substrate 3 to be processed is placed.
13 is placed. Although not shown, a vacuum pump is connected to the exhaust port 314 on the side wall of the chamber 301, and the chamber 301 and the plasma generation chamber 30 are not connected.
2 is configured to be evacuated. Further, the plasma generation chamber 302 is provided with a gas introduction port 302a into which a discharge gas is introduced.
【００３７】以上の構成は、前述した実施の形態１，２
とほぼ同様であり、また、この実施の形態３でも、実施
の形態２と同様に、イオン阻止電極３３１と電子阻止電
極３３２とを設けるようにした。このイオン阻止電極３
３１には、電源３３３によりイオン引き出し電極３１０
に加えられている負電圧と絶対値の等しい正電圧が印加
できるようにされている。また、電子阻止電極３３２に
は、電源３３４により負電圧が印加できるようにされて
いる。The above configuration is the same as in the first and second embodiments.
In the third embodiment, the ion blocking electrode 331 and the electron blocking electrode 332 are provided in the same manner as in the second embodiment. This ion blocking electrode 3
31 is provided with an ion extraction electrode 310 by a power supply 333.
And a positive voltage having an absolute value equal to the negative voltage applied to the negative electrode. Further, a negative voltage can be applied to the electron blocking electrode 332 by a power supply 334.
【００３８】そして、この実施の形態３では、イオン引
き出し電極３１０と基板ステージ３１２との間に、電荷
交換室３４０を設けるようにしたものである。この電荷
交換室３４０には電荷交換衝突用のガスが導入されるガ
ス導入口３４１が備えられ、かつ、チャンバー３０１と
は異なる真空排気系を備えるようにした。すなわち、電
荷交換室３４０の排気口３４２が、図示していないが、
新たな真空ポンプに連通されているようにし、チャンバ
ー３０１内とは独立に真空排気ができる状態とした。こ
の電荷交換室３４０は、イオン引き出し電極３１０に対
向する箇所にイオン導入口３４０ａを備え、また、基板
ステージ３１２と対向する箇所に排出口３４０ｂを備え
るようにした。In the third embodiment, the charge exchange chamber 340 is provided between the ion extraction electrode 310 and the substrate stage 312. The charge exchange chamber 340 is provided with a gas inlet 341 into which a gas for charge exchange collision is introduced, and has a vacuum exhaust system different from that of the chamber 301. That is, although the exhaust port 342 of the charge exchange chamber 340 is not shown,
It was made to communicate with a new vacuum pump, and it was possible to evacuate independently of the inside of the chamber 301. The charge exchange chamber 340 is provided with an ion introduction port 340a at a position facing the ion extraction electrode 310 and a discharge port 340b at a position facing the substrate stage 312.
【００３９】また、この実施の形態３においては、前述
したイオン阻止電極３３１と電子阻止電極３３２とを、
電荷交換室３４０内の排出口３４０ｂ近くに配置するよ
うにした。なお、イオン阻止電極３３１および電子阻止
電極３３２は、電荷交換室３４０内に配置する必要はな
く、電荷交換室３４０の排出口３４０ｂ下の基板ステー
ジ３１２上に配置するようにしてもよい。また、イオン
阻止電極３３１および電子阻止電極３３２は、電荷交換
室３４０の排出口３４０ｂの位置に配置するようにして
もよい。In the third embodiment, the ion blocking electrode 331 and the electron blocking electrode 332 are
It was arranged near the discharge port 340b in the charge exchange chamber 340. The ion blocking electrode 331 and the electron blocking electrode 332 do not need to be arranged in the charge exchange chamber 340, and may be arranged on the substrate stage 312 below the outlet 340b of the charge exchange chamber 340. Further, the ion blocking electrode 331 and the electron blocking electrode 332 may be arranged at the position of the outlet 340b of the charge exchange chamber 340.
【００４０】次に、この実施の形態３における中性ビー
ム発生装置の動作について説明する。まず、排気口３１
４に連通する図示していない真空ポンプにより、チャン
バー３０１およびプラズマ生成室３０２内を１０-4〜１
０-5Ｐａ程度にまで真空排気する。次いで、ガス導入口
３０２ａより、たとえばアルゴンガスを導入し、プラズ
マ生成室３０２内が１０-1〜１０-2Ｐａ程度の真空度と
なるようにする。そして、この状態において、第１およ
び第２の磁場発生コイル３０３，３０４に、同じ方向の
同じ大きさの電流を流す。このことにより、プラズマ生
成室３０２内のそれら第１および第２の磁場発生コイル
３０３，３０４の中間の位置に磁界の強度が０となる磁
気中性面が形成される。Next, the operation of the neutral beam generator according to the third embodiment will be described. First, the exhaust port 31
The inside of the chamber 301 and the plasma generation chamber 302 is 10 −4 to 1 by a vacuum pump (not shown) communicating with the chamber 4.
Evacuate to about 0 -5 Pa. Next, for example, argon gas is introduced from the gas inlet 302a so that the inside of the plasma generation chamber 302 has a vacuum degree of about 10 -1 to 10 -2 Pa. Then, in this state, currents of the same magnitude in the same direction are applied to the first and second magnetic field generating coils 303 and 304. As a result, a magnetic neutral surface having a magnetic field intensity of 0 is formed at an intermediate position between the first and second magnetic field generating coils 303 and 304 in the plasma generation chamber 302.
【００４１】さらに、第３の磁場発生コイル３０５に、
第１および第２の磁場発生コイル３０３，３０４とは逆
向きの電流を流して磁場を発生させると、磁界の強度が
０となる所が、プラズマ生成室３０２内とその外との二
箇所に分離される。すなわち、図３に示すように、プラ
ズマ生成室３０２内に球面を上下方向につぶした形状の
磁気中性面３２０が形成され、プラズマ生成室３０２外
に磁気中性面３２１が形成されるようになる。そして、
その形成された磁気中性面３２０に沿って、高周波コイ
ル３０６を用いて高周波電界を印加すると、その磁気中
性面３２０が形成される付近の電子は、電界によりエネ
ルギーを得て導入ガスをイオン化する。この結果、プラ
ズマ生成室３０２内の磁気中性面３２０を含む空間に、
電子とイオンとからなるいわゆる磁気中性線プラズマ３
２２がリング状に形成され、放電電流を流すに至る。Further, the third magnetic field generating coil 305
When a magnetic field is generated by applying a current in the opposite direction to the first and second magnetic field generating coils 303 and 304, two places, where the strength of the magnetic field becomes zero, inside and outside the plasma generation chamber 302, Separated. That is, as shown in FIG. 3, a magnetic neutral surface 320 having a shape obtained by crushing a spherical surface in the vertical direction is formed in the plasma generation chamber 302, and a magnetic neutral surface 321 is formed outside the plasma generation chamber 302. Become. And
When a high-frequency electric field is applied using the high-frequency coil 306 along the formed magnetic neutral surface 320, electrons near the magnetic neutral surface 320 are formed by the electric field to gain energy and ionize the introduced gas. I do. As a result, in the space including the magnetic neutral surface 320 in the plasma generation chamber 302,
The so-called magnetic neutral plasma 3 composed of electrons and ions
22 are formed in a ring shape, leading to the flow of discharge current.
【００４２】このように、高周波誘導放電電流がプラズ
マに流れ続ける間、プラズマ３２２は磁気中性面３２０
を含むその近傍において、生成されてはその磁気中性面
３２０よりあふれ出し、周囲に拡散していく。この中
で、磁気中性面３２０が形成されている付近の多量の電
子は、Ａｒガスとの衝突電離を繰り返してイオン化を繰
り返し、結果的にプラズマ生成室３０２内のプラズマ密
度は益々高くなっていく。このように、磁場強度がゼロ
の閉曲面である磁気中性面３２０が、一種の磁気井戸の
役割を果たし、飛散する電子をその場に滞留させて放電
の種を多く宿させることができる。As described above, while the high frequency induction discharge current continues to flow through the plasma, the plasma 322 is generated by the magnetic neutral plane 320.
Is generated and overflows from the magnetic neutral plane 320 and diffuses around. Among them, a large amount of electrons in the vicinity of the formation of the magnetic neutral plane 320 repeats ionization by repeating impact ionization with Ar gas, and as a result, the plasma density in the plasma generation chamber 302 increases more and more. Go. As described above, the magnetic neutral surface 320, which is a closed curved surface having a zero magnetic field strength, plays a role of a kind of magnetic well, and allows scattered electrons to stay at the place to allow a large number of discharge seeds.
【００４３】この際、イオンに比べて遙かに質量が小さ
い電子は、粒子間の衝突頻度が少ないため、第１および
第２の磁場発生コイル３０３，３０４によって発生した
縦方向の磁場に沿って上下方向に拡散していく。ここ
で、電子が流れていく上方には、電子遮蔽電極３０８が
設けてあり、プラズマ電位−Ｖp （ｅＶ）を持って空間
を運動する電子に対し、その電子遮蔽電極３０８には負
のバイアスとなる電位−ＶB （ｅＶ）（−Ｖp＜−ＶB）
を印加する。この結果、上方に拡散していく電子は、電
子遮蔽電極３０８の近傍において跳ね返され、磁気中性
面３２０が形成された空間に向かって再び輸送される。At this time, an electron having a much smaller mass than an ion has a low collision frequency between particles, and therefore, along the vertical magnetic field generated by the first and second magnetic field generating coils 303 and 304. Spreading up and down. Here, above the electron flows, is provided with a electron shield electrode 308, with respect to electrons moving space with plasma potential -V p (eV), a negative bias to the electron shield electrode 308 Potential −V B (eV) (−V p <−V B )
Is applied. As a result, the electrons that diffuse upward are rebounded in the vicinity of the electron shielding electrode 308, and are transported again toward the space where the magnetic neutral surface 320 is formed.
【００４４】これらの電子の中で、磁気中性面３２０が
形成された空間に到達した電子は、この空間に形成され
た電界，磁界の作用により、導入されているＡｒガスの
イオン化促進に役立ち、さらにそれらガスのイオン化が
促進され、プラズマ生成室３０２内のプラズマ量は益々
増加する。ここで，第１および第２の磁場発生コイル３
０３，３０４に流す電流値の比を変えると、プラズマ生
成室３０２のイオン引き出し方向の任意の位置に磁気中
性面３２０を形成することができる。たとえば、第１の
磁場発生コイル３０３に流す電流の大きさを第２の磁場
発生コイル３０４に流す電流の大きさに比較して大きく
していくと、磁気中性面３２０の位置をイオン引き出し
電極３１０の近傍に移動させることができる。Among these electrons, the electrons that have reached the space where the magnetic neutral plane 320 is formed are useful for promoting the ionization of the introduced Ar gas by the action of the electric and magnetic fields formed in this space. Further, the ionization of these gases is promoted, and the amount of plasma in the plasma generation chamber 302 further increases. Here, the first and second magnetic field generating coils 3
By changing the ratio of the current flowing through the cells 03 and 304, the magnetic neutral plane 320 can be formed at any position in the ion extraction direction of the plasma generation chamber 302. For example, when the magnitude of the current flowing through the first magnetic field generating coil 303 is increased as compared with the magnitude of the current flowing through the second magnetic field generating coil 304, the position of the magnetic neutral surface 320 is changed to the ion extraction electrode. 310 can be moved.
【００４５】また、この実施の形態３でも、リング状の
磁気コイルをプラズマ生成室３０２周囲に配置するよう
にしたので、第１および第２の磁場発生コイル３０３，
３０４に流す電流を一定とし、第３の磁場発生コイル３
０５に流す電流値を変えることで、形成される磁気中性
面の径を任意の値に制御することができる。このことに
よって、プラズマ生成室３０２において、その内壁に影
響を受けることなくプラズマを生成させることができ
る。加えて、プラズマ生成の源となる磁気中性面の径を
自由に変えられるので、プラズマ生成室の水平方向の空
間的に均一なプラズマを生成することが可能となる。Also in the third embodiment, since the ring-shaped magnetic coil is arranged around the plasma generation chamber 302, the first and second magnetic field generation coils 303,
A constant current is supplied to the third magnetic field generating coil 3.
The diameter of the magnetic neutral surface formed can be controlled to an arbitrary value by changing the value of the current flowing through the magnetic field 05. Thus, plasma can be generated in the plasma generation chamber 302 without being affected by the inner wall thereof. In addition, since the diameter of the magnetic neutral surface serving as a source of plasma generation can be freely changed, it is possible to generate a spatially uniform plasma in the horizontal direction of the plasma generation chamber.
【００４６】以上に示したように、プラズマ生成室３０
２内において高密度な磁気中性線プラズマを生成させた
状態で、イオン引き出し電極３１０に電源３１１より負
電圧を印加すると、プラズマよりイオン３２３のみが引
き出される。そして、このイオン３２３は電荷交換室３
４０に輸送され、電荷交換衝突により中性粒子が生成さ
れる。ここで、この実施の形態３では、たとえばアルゴ
ンガスをガス導入口３３１より電荷交換室３４０内に導
入させるようにした。この電荷交換室３４０は、前述し
たように、チャンバー３０１とは異なる真空排気系によ
り真空排気するようにしてある。このため、この実施の
形態３においては、電荷交換衝突用のガスの濃度が独立
に制御できるようになる。As described above, the plasma generation chamber 30
When a negative voltage is applied from the power supply 311 to the ion extraction electrode 310 in a state where a high-density magnetic neutral plasma is generated in the plasma 2, only the ions 323 are extracted from the plasma. The ions 323 are transferred to the charge exchange chamber 3
40, and neutral particles are generated by the charge exchange collision. Here, in the third embodiment, for example, argon gas is introduced into the charge exchange chamber 340 from the gas inlet 331. As described above, the charge exchange chamber 340 is evacuated by a vacuum evacuation system different from that of the chamber 301. Therefore, in the third embodiment, the concentration of the charge exchange collision gas can be controlled independently.
【００４７】よく知られたように、イオン−ガスの電荷
交換衝突で生成される中性粒子密度を高めるためには、
そのガスの濃度を高くすればよい。しかし、前述した実
施の形態１，２の構成では、電荷交換衝突用のガスの濃
度を高めようとすると、プラズマ生成室内のガス圧も高
くなり、プラズマ生成における最適動作条件と必ずしも
一致しない場合がある。これに対し、この実施の形態３
においては、上述したように、電荷交換衝突が行われる
電荷交換室３４０を独立で真空排気するようにした。こ
の結果、この実施の形態３においては、チャンバー３０
１の真空度のあまり影響を与えることなく、電荷交換衝
突におけるガスの濃度を高めることが可能となる。As is well known, to increase the density of neutral particles generated by ion-gas charge exchange collision,
What is necessary is just to raise the density | concentration of the gas. However, in the configurations of Embodiments 1 and 2 described above, when an attempt is made to increase the concentration of the gas for charge exchange collision, the gas pressure in the plasma generation chamber also increases, which may not always match the optimal operating conditions in plasma generation. is there. On the other hand, Embodiment 3
In the above, as described above, the charge exchange chamber 340 where the charge exchange collision takes place is independently evacuated. As a result, in the third embodiment, the chamber 30
It is possible to increase the gas concentration in the charge exchange collision without significantly affecting the degree of vacuum of 1.
【００４８】この結果、この実施の形態３においては、
電荷交換室３４０において、前述した実施の形態１，２
に比較して、生成される中性粒子密度を増加させること
ができた。そして、この実施の形態３においては、イオ
ン引き出し電極３１０とイオン導入口３４０ａとの間、
および、排出口３４０ｂと基板ステージ３１２との間の
空間（チャンバー３０１）は、電荷交換室３４０とは独
立して真空排気しており、より高い真空度の状態とする
ことができる。つまり、電荷交換衝突のガス濃度を高く
しても、イオン導入口３４０ａに輸送されるイオンや、
排出口３４０ｂより輸送される中性粒子の衝突を増加さ
せることがない。この結果、所望の運動エネルギーやビ
ーム方向性が維持された中性粒子のビームを得ることが
可能となる。As a result, in the third embodiment,
In the charge exchange chamber 340, the first and second embodiments described above are used.
As a result, the density of the generated neutral particles could be increased. In the third embodiment, between the ion extraction electrode 310 and the ion introduction port 340a,
Further, the space (chamber 301) between the outlet 340b and the substrate stage 312 is evacuated independently of the charge exchange chamber 340, so that a higher degree of vacuum can be achieved. That is, even if the gas concentration of the charge exchange collision is increased, the ions transported to the ion introduction port 340a,
The collision of neutral particles transported from the outlet 340b is not increased. As a result, it is possible to obtain a neutral particle beam in which desired kinetic energy and beam directionality are maintained.
【００４９】そして、この実施の形態３においても、ま
ず、基板３１３方向に輸送される残留しているイオンを
イオン阻止電極３３１で阻止し、また、ここで生成され
る二次電子を電子阻止電極３３２で阻止するようにし
た。前述したように、イオン引き出し電極３１０に引き
出されたイオンの内、電荷交換衝突によりイオンの電荷
が移転して生成される中性子はその一部である。従っ
て、残りのイオンは電荷交換されずに基板３１３の方向
に輸送されることになる。ここで、イオン阻止電極３３
１に電源３３３によりイオン引き出し電極３１０に加え
られている負電圧と絶対値の等しい正電圧を印加してお
くと、それら残留イオンはその電界により基板３１３方
向への流れが阻止される。In the third embodiment as well, first, the remaining ions transported in the direction of the substrate 313 are blocked by the ion blocking electrode 331, and the secondary electrons generated here are blocked by the electron blocking electrode. At 332, it was stopped. As described above, of the ions extracted to the ion extraction electrode 310, neutrons generated by transfer of the charge of the ions due to charge exchange collision are a part thereof. Therefore, the remaining ions are transported toward the substrate 313 without charge exchange. Here, the ion blocking electrode 33
When a positive voltage having an absolute value equal to the negative voltage applied to the ion extraction electrode 310 by the power supply 333 is applied to 1, the residual ions are prevented from flowing toward the substrate 313 by the electric field.
【００５０】また、イオン阻止電極３３１には、イオン
や中性粒子が衝突することになるが、この衝突により二
次電子が生成されることになる。この二次電子に関して
は、電源３３４により負の電圧が印加された電子阻止電
極３３２により阻止する。以上のことにより、この実施
の形態３によれば、基板３１３には残留イオンや電子が
到達することがなく、中性粒子のみを基板３１３に輸送
することが可能となる。Further, ions and neutral particles collide with the ion blocking electrode 331, and secondary electrons are generated by the collision. The secondary electrons are blocked by the electron blocking electrode 332 to which a negative voltage is applied by the power supply 334. As described above, according to the third embodiment, no residual ions or electrons reach the substrate 313, and only the neutral particles can be transported to the substrate 313.
【００５１】なお、上記実施の形態１〜３では、第１〜
第３の磁場発生コイルをリング状に配置するようにした
が、これに限るものではない。それぞれ、プラズマ生成
室の中心軸で対向して配置され、プラズマ生成室内上下
方向に磁場を発生させる構成となっていればよい。すな
わち、プラズマ生成室上方から見た場合、少なくとも２
つ以上の偶数個の磁場発生部がプラズマ生成室の中心軸
で対向して配置されていればよい。ただし、それら磁場
発生コイルをリング状に形成した方が、上記実施の形態
１〜３で示したように、球面を上下につぶしたような閉
曲面に磁気中性面を形成することができ、この磁気中性
面により閉じた空間を形成することが可能となり、より
理想的にプラズマを生成することが可能となる。In the first to third embodiments, the first to third embodiments are described.
Although the third magnetic field generating coil is arranged in a ring shape, the present invention is not limited to this. It suffices that each of them is arranged to face the center axis of the plasma generation chamber and generate a magnetic field in the vertical direction of the plasma generation chamber. That is, when viewed from above the plasma generation chamber, at least 2
It suffices that at least two or more even-numbered magnetic field generators are arranged to face each other at the center axis of the plasma generation chamber. However, when the magnetic field generating coils are formed in a ring shape, as described in the first to third embodiments, a magnetic neutral surface can be formed on a closed curved surface having a spherical surface crushed up and down, A closed space can be formed by this magnetic neutral surface, and plasma can be generated more ideally.
【００５２】[0052]
【発明の効果】以上説明したように、この発明では、真
空容器を形成して真空排気手段により内部が真空排気さ
れるチャンバーおよびこの上に連通して配置されたプラ
ズマ生成室と、このプラズマ生成室の中心軸で対向して
プラズマ生成室の上部外側に配置されてプラズマ生成室
内上下方向に磁場を発生させる第１の磁場発生手段と、
プラズマ生成室の中心軸で対向してプラズマ生成室の下
部外側の第１の磁場発生手段下に配置されてプラズマ生
成室内に第１の磁場発生手段と同一方向の磁場を発生さ
せる第２の磁場発生手段と、プラズマ生成室の中心軸で
対向してプラズマ生成室外側の第１および第２の磁場発
生手段の中央部に配置されてプラズマ生成室内に第１お
よび第２の磁場発生手段とは反対の方向の磁場を発生さ
せる第３の磁場発生手段と、第３の磁場発生手段の内側
に配置されてプラズマ生成室内に電場を発生させる電場
発生用電極とを備える。As described above, according to the present invention, there is provided a chamber in which a vacuum vessel is formed and the inside of which is evacuated by vacuum evacuation means, a plasma generation chamber communicated therewith, First magnetic field generating means arranged opposite to the central axis of the chamber and arranged outside the upper part of the plasma generation chamber to generate a magnetic field in the vertical direction of the plasma generation chamber;
A second magnetic field that is disposed under the first magnetic field generating means outside the lower part of the plasma generating chamber so as to face the center axis of the plasma generating chamber and generate a magnetic field in the same direction as the first magnetic field generating means in the plasma generating chamber; The first and second magnetic field generating means are disposed at the center of the first and second magnetic field generating means outside the plasma generation chamber and opposed to each other at the center axis of the plasma generation chamber, and are disposed in the plasma generation chamber. A third magnetic field generating means for generating a magnetic field in the opposite direction, and an electric field generating electrode arranged inside the third magnetic field generating means for generating an electric field in the plasma generation chamber are provided.
【００５３】また、プラズマ生成室内の上部に配置さ
れ、負電圧が印加されて電子を反射する電子遮蔽電極
と、プラズマ生成室とチャンバーとの間に配置され、負
電圧が印加されてプラズマ生成室よりチャンバー内にイ
オンを引き出すイオン引き出し電極と、プラズマ生成室
内にガスを導入する第１のガス導入口と、チャンバー内
のイオン引き出し電極下部にガスを導入する第２のガス
導入口と、チャンバー内底部にイオン引き出し電極に対
向配置されて処理対象の基板が配置される基板ステージ
とを備え、第１，第２，および，第３の磁場発生手段に
より、プラズマ生成室内の中央部に所定の領域を囲うよ
うに磁場強度が零となる磁気中性面が形成されるように
した。An electron shielding electrode disposed above the plasma generation chamber and reflecting electrons when a negative voltage is applied thereto, and an electron shielding electrode disposed between the plasma generation chamber and the chamber and applied with a negative voltage to the plasma generation chamber An ion extraction electrode for extracting ions into the chamber, a first gas introduction port for introducing a gas into the plasma generation chamber, a second gas introduction port for introducing a gas below the ion extraction electrode in the chamber, A substrate stage on which a substrate to be processed is disposed opposed to the ion extraction electrode at the bottom, and a predetermined region is provided at the center of the plasma generation chamber by the first, second, and third magnetic field generating means; , A magnetic neutral plane where the magnetic field intensity becomes zero is formed.
【００５４】従って、プラズマは磁気中性面を含むその
近傍で生成されては溢れ出し、周囲に拡散していく。ま
た、上方向に拡散していく電子は、電子遮蔽電極近傍で
跳ね返され、磁気中性面が形成された空間に戻される。
従って、プラズマ生成室においては、より多くのプラズ
マを生成することが可能となり、結果として、より多く
のイオンをチャンバー内に引き出すことができる。この
結果、この発明の中性ビーム発生装置によれば、チャン
バー内に導入したガスと引き出したイオンとの電荷交換
衝突を増加させ、より多くの中性粒子を生成できるよう
になる。Therefore, the plasma is generated in the vicinity including the magnetic neutral plane, overflows, and diffuses around. Also, the electrons that diffuse upward are rebounded in the vicinity of the electron shielding electrode and returned to the space where the magnetic neutral surface is formed.
Therefore, more plasma can be generated in the plasma generation chamber, and as a result, more ions can be extracted into the chamber. As a result, according to the neutral beam generator of the present invention, the charge exchange collision between the gas introduced into the chamber and the extracted ions is increased, and more neutral particles can be generated.
【００５５】また、基板ステージ上部に配置されてイオ
ン引き出し電極に印加される負電圧と絶対値が等しい正
電圧が印加されるイオン阻止電極と、基板ステージとイ
オン阻止電極との間に配置されて負電圧が印加される電
子阻止電極とを備えるようにした。この結果、基板ステ
ージには、イオンおよび電子が到達しにくくなるので、
基板ステージ上に中性粒子のみを選択的に輸送すること
ができるようになる。An ion-blocking electrode disposed above the substrate stage and applied with a positive voltage having an absolute value equal to the negative voltage applied to the ion extraction electrode, and disposed between the substrate stage and the ion-blocking electrode. And an electron blocking electrode to which a negative voltage is applied. As a result, ions and electrons hardly reach the substrate stage.
Only the neutral particles can be selectively transported onto the substrate stage.
【００５６】また、チャンバー内のイオン引き出し電極
下部に配置され、イオン引き出し電極に対向配置するイ
オン導入口と基板ステージに対向配置する排出口とを有
し、真空排気手段とは別の真空排気手段により内部が真
空排気される電荷交換室を備え、第２のガス導入口は電
荷交換室内にガスを導入するようにした。この結果、電
荷交換室内のみをガス圧の高い状態とすることができる
ので、より電荷交換衝突を増加させることができ、より
多くの中性粒子を生成できるようになる。Further, the chamber has an ion introduction port disposed below the ion extraction electrode in the chamber and opposed to the ion extraction electrode, and an exhaust port disposed opposite to the substrate stage. And a second gas inlet is provided for introducing gas into the charge exchange chamber. As a result, only the charge exchange chamber can be brought into a high gas pressure state, so that the charge exchange collision can be further increased and more neutral particles can be generated.
【００５７】そして、第１，第２，および，第３の磁場
発生手段はリング状に形成され、それらがプラズマ生成
室周囲を囲うように配置されているようにした。この結
果、球面を上下につぶしたような閉曲面に磁気中性面は
形成され、この磁気中性面により閉じた空間が形成され
るので、プラズマ生成室の内壁との相互作用を少なくし
た状態でプラズマ生成させることが可能となり、より均
一に中性粒子を生成させることが可能となる。The first, second, and third magnetic field generating means are formed in a ring shape, and are arranged so as to surround the plasma generation chamber. As a result, the magnetic neutral surface is formed on a closed curved surface that is formed by crushing the spherical surface up and down, and a closed space is formed by the magnetic neutral surface, so that the interaction with the inner wall of the plasma generation chamber is reduced. , It is possible to generate plasma, and it is possible to generate neutral particles more uniformly.
【図１】 この発明の第１の実施の形態における中性ビ
ーム発生装置の構成を示す概略的な断面図である。FIG. 1 is a schematic sectional view showing a configuration of a neutral beam generator according to a first embodiment of the present invention.
【図２】 この発明の第２の実施の形態における中性ビ
ーム発生装置の構成を示す概略的な断面図である。FIG. 2 is a schematic sectional view showing a configuration of a neutral beam generator according to a second embodiment of the present invention.
【図３】 この発明の第３の実施の形態における中性ビ
ーム発生装置の構成を示す概略的な断面図である。FIG. 3 is a schematic sectional view showing a configuration of a neutral beam generator according to a third embodiment of the present invention.
【図４】 従来よりある中性粒子発生装置の構成を示す
概略的な断面図である。FIG. 4 is a schematic sectional view showing a configuration of a conventional neutral particle generator.
１０１…チャンバー、１０２…プラズマ生成室、１０３
…第１の磁場発生コイル、１０４…第２の磁場発生コイ
ル、１０５…第３の磁場発生コイル、１０６…高周波コ
イル、１０７…高周波電源、１０８…電子遮蔽電極、１
０９，１１１…電源、１１０…イオン引き出し電極、１
１２…基板ステージ、１１３…基板、１１４…排気口、
１２０，１２１…磁気中性面、１２２…磁気中性線プラ
ズマ、１２３…イオン、１２４…中性粒子。101: chamber, 102: plasma generation chamber, 103
.., A first magnetic field generating coil, 104, a second magnetic field generating coil, 105, a third magnetic field generating coil, 106, a high frequency coil, 107, a high frequency power supply, 108, an electron shielding electrode, 1
09, 111: power supply, 110: ion extraction electrode, 1
12: substrate stage, 113: substrate, 114: exhaust port,
120, 121: magnetic neutral plane, 122: magnetic neutral plasma, 123: ion, 124: neutral particles.
Claims (4)
内部が真空排気されるチャンバーおよびこの上に連通し
て配置されたプラズマ生成室と、 このプラズマ生成室の中心軸で対向して前記プラズマ生
成室の上部外側に配置されて前記プラズマ生成室内上下
方向に磁場を発生させる第１の磁場発生手段と、 前記プラズマ生成室の中心軸で対向して前記プラズマ生
成室の下部外側の前記第１の磁場発生手段下に配置され
て前記プラズマ生成室内に前記第１の磁場発生手段と同
一方向の磁場を発生させる第２の磁場発生手段と、 前記プラズマ生成室の中心軸で対向して前記プラズマ生
成室外側の前記第１および第２の磁場発生手段の中央部
に配置されて前記プラズマ生成室内に前記第１および第
２の磁場発生手段とは反対の方向の磁場を発生させる第
３の磁場発生手段と、 前記第３の磁場発生手段の内側に配置されて前記プラズ
マ生成室内に電場を発生させる電場発生用電極と、 前記プラズマ生成室内の上部に配置され、負電圧が印加
されて電子を反射する電子遮蔽電極と、 前記プラズマ生成室と前記チャンバーとの間に配置さ
れ、負電圧が印加されて前記プラズマ生成室より前記チ
ャンバー内にイオンを引き出すイオン引き出し電極と、 前記プラズマ生成室内にガスを導入する第１のガス導入
口と、 前記チャンバー内の前記イオン引き出し電極下部にガス
を導入する第２のガス導入口と、 前記チャンバー内底部に前記イオン引き出し電極に対向
配置されて処理対象の基板が配置される基板ステージと
を備え、 前記第１，第２，および，第３の磁場発生手段により、
前記プラズマ生成室内の中央部に所定の領域を囲うよう
に磁場強度が零となる磁気中性面が形成されることを特
徴とする中性ビーム発生装置。1. A plasma processing apparatus, comprising: a chamber formed with a vacuum container, the inside of which is evacuated by evacuation means, a plasma generation chamber communicated with the chamber, and the plasma facing a center axis of the plasma generation chamber. First magnetic field generating means disposed outside the upper part of the generation chamber to generate a magnetic field in the vertical direction of the plasma generation chamber, and the first magnetic field generation means opposed to the center axis of the plasma generation chamber and outside the lower part of the plasma generation chamber A second magnetic field generating means disposed under the magnetic field generating means for generating a magnetic field in the same direction as the first magnetic field generating means in the plasma generating chamber; It is arranged at the center of the first and second magnetic field generating means outside the generation chamber, and generates a magnetic field in the opposite direction to the first and second magnetic field generation means in the plasma generation chamber. A third magnetic field generating means, an electric field generating electrode disposed inside the third magnetic field generating means for generating an electric field in the plasma generation chamber, and a third magnetic field generating means disposed above the plasma generation chamber and having a negative voltage. An electron shielding electrode that is applied to reflect electrons, is disposed between the plasma generation chamber and the chamber, and an ion extraction electrode that is applied with a negative voltage to extract ions from the plasma generation chamber into the chamber; A first gas inlet for introducing a gas into the plasma generation chamber; a second gas inlet for introducing a gas below the ion extraction electrode in the chamber; and a lower portion in the chamber opposed to the ion extraction electrode. And a substrate stage on which a substrate to be processed is disposed, wherein the first, second, and third magnetic field generating means
A neutral beam generator, wherein a magnetic neutral surface having a magnetic field intensity of zero is formed in a central portion of the plasma generation chamber so as to surround a predetermined region.
いて、 前記基板ステージ上部に配置されて前記イオン引き出し
電極に印加される負電圧と絶対値が等しい正電圧が印加
されるイオン阻止電極と、 前記基板ステージと前記イオン阻止電極との間に配置さ
れて負電圧が印加される電子阻止電極とを備えたことを
特徴とする中性ビーム発生装置。2. The neutral beam generator according to claim 1, further comprising: an ion blocking electrode disposed above the substrate stage and applied with a positive voltage having an absolute value equal to a negative voltage applied to the ion extraction electrode. A neutral beam generator, comprising: an electron blocking electrode disposed between the substrate stage and the ion blocking electrode, to which a negative voltage is applied.
装置において、 前記チャンバー内の前記イオン引き出し電極下部に配置
され、前記イオン引き出し電極に対向配置するイオン導
入口と前記基板ステージに対向配置する排出口とを有
し、前記真空排気手段とは別の真空排気手段により内部
が真空排気される電荷交換室を備え、 前記第２のガス導入口は前記電荷交換室内にガスを導入
することを特徴とする中性ビーム発生装置。3. The neutral beam generator according to claim 1, wherein the ion beam inlet is disposed below the ion extraction electrode in the chamber, and is opposed to the ion introduction port and the substrate stage. A charge exchange chamber, the inside of which is evacuated by vacuum evacuation means different from the vacuum evacuation means, and wherein the second gas introduction port introduces gas into the charge exchange chamber. A neutral beam generator.
ーム発生装置において、 前記第１，第２，および，第３の磁場発生手段は、リン
グ状に形成されて前記プラズマ生成室周囲を囲うように
配置されていることを特徴とする中性ビーム発生装置。4. The neutral beam generating apparatus according to claim 1, wherein said first, second, and third magnetic field generating means are formed in a ring shape and said plasma generating chamber is formed. A neutral beam generator, which is arranged so as to surround the periphery.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP10175709A JP2000012293A (en) | 1998-06-23 | 1998-06-23 | Neutral beam generating device |
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|---|---|---|---|
| JP10175709A JP2000012293A (en) | 1998-06-23 | 1998-06-23 | Neutral beam generating device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000012293A true JP2000012293A (en) | 2000-01-14 |
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ID=16000877
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|---|---|---|---|
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- 1998-06-23 JP JP10175709A patent/JP2000012293A/en active Pending
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