JP3780540B2 - イオン源 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、プラズマよりイオンビームを発生させるイオン源に係り、特に、所望の重イオンビームのみを発生させるイオン源に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種のイオン源は、プラズマ室内で作動ガスをプラズマ化させ、このプラズマに電場を与えてイオンを引出すものである。プラズマ室に満たされる作動ガスは、所望のイオンの元になる元素が水素と化合した水素化合物ガスであり、例えば、燐イオンを得るためにはＰＨ3 、硼素イオンを得るためにはＢ2 Ｈ6 が用いられる。実際には、取扱い易さ、安全性等を考慮し、水素化合物ガス単独ではなく水素ガスを混合することにより希釈した作動ガスＰＨ3 ／Ｈ2 ，Ｂ2 Ｈ6 ／Ｈ2 などが用いられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
作動ガスが水素化合物ガスであり、しかも水素ガスを混合してある。このため、プラズマ室内には混合プラズマ、即ち種々のイオンからなるプラズマが発生する。例えば、ＰＨ3 ／Ｈ2 を作動ガスとした場合、Ｐ+ イオンの他にＰＨX + イオン、Ｈ+ イオン、Ｈ2 + イオン等が発生する。その比率は、Ｐが３０％に対しＨが７０％になる。Ｂ2 Ｈ6 ／Ｈ2 を作動ガスとした場合、Ｂが１５％に対しＨが８５％。になる。
【０００４】
イオンドーピング等の目的からすると、プラズマ室から取り出されるＰ+ イオンにＰＨX + イオンが混在しても大きく差支えないが、Ｈ+ イオンやＨ2 + イオンは不要のものである。これらの不要なイオンは、プラズマ室壁や引出し電極或いはイオンドーピングの対象物等に衝突して熱負荷となる。また、加速電力を無駄に消費する。従って、良質のイオン源とするには、ＨイオンやＨ2 イオンが所望のイオンビーム中に含まれないようにする必要がある。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、所望の重イオンビームのみを発生させるイオン源を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、水素を含む作動ガスを満たし、放電によりプラズマ化させるプラズマ室を設けると共にそのプラズマ室の一側に引出し電極を設けてイオンビームを発生させるイオン源において、上記プラズマ室内のプラズマ発生部と引出し電極との間に、上記プラズマ発生部から拡散する軽イオンを捕捉し、重イオンを通過させる磁気フィルタを設けたものである。
【０００７】
上記磁気フィルタは、多数のスリットを有するスリット板にそのスリットを横断する磁場を形成する磁石を設けてもよい。
【０００８】
上記磁気フィルタと上記引出し電極との間のビーム引出し部に、上記磁気フィルタ通過時に電子が磁場に捕捉され、正電荷過剰となったプラズマを中和するための中和用フィラメントを設けてもよい。
【０００９】
【作用】
上記構成により、作動ガスがプラズマ化してプラズマ室内には種々のイオンからなる混合プラズマが発生する。これらのイオンがプラズマ室内で引出し電極へ拡散していくとき、磁気フィルタにより軽イオン、即ちＨ+ イオンやＨ2 + イオンが捕捉される。一方、所望のイオンである重イオンは磁気フィルタを通過して引出し電極へと拡散していく。これにより所望の重イオンビームのみを発生させることができる。
【００１０】
拡散する重イオン及び軽イオンは、スリット内に入ると、スリットを横断する磁場のために方向が曲げられる。軽イオンは質量が小さいので、磁場に捕捉される。重イオンは質量が大きいので、スリットを通過する。
【００１１】
磁気フィルタの通過によりプラズマ中の電子が磁場に捕捉され、ビーム引出し部プラズマが正電荷過剰となり、電場を形成してしまうので、磁気フィルタと引出し電極との間で、中和用フィラメントにより電子を放出し積極的にビーム引出し部プラズマを中和する。
【００１２】
【実施例】
以下本発明の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
【００１３】
図１に示されるように、イオン源は、一側が開放された有底円筒状のプラズマ室１内に、図示されない作動ガス注入部より注入された作動ガスＧが満たされている。プラズマ室底部１ａ中央に配置されたフィラメント２は放電用のカソードを兼用している。これに対する放電用のアノード３はプラズマ室１の側壁１ｂに沿って環状に設けられている。カソード兼用フィラメント２にはフィラメント電源４が接続され、このカソード兼用フィラメント２とアノード３との間には放電用電源５により放電用電位が印加されている。
【００１４】
プラズマ室１の側壁１ｂにはプラズマを閉じ込めるための磁場を形成する環状の磁石６が多段に設けられている。
【００１５】
イオンを加速する引出し電極７は、イオンビームを通過させる多数の穴を有するグリッド電極であり、プラズマ室１の開放された一側を覆うように設けられている。引出し電極７の外方にはイオンビームの照射対象である基板８を置くことができる。
【００１６】
プラズマ室１内、即ちプラズマ室底部１ａと引出し電極７との間にプラズマ室底部１ａ及び引出し電極７に平行に磁気フィルタ９が設けられている。磁気フィルタ９よりプラズマ室底部１ａ側をプラズマ発生部１０と呼び、磁気フィルタ９より引出し電極７側をビーム引出し部１１と呼ぶことにする。
【００１７】
磁気フィルタ９は、図２に示されるように、プラズマ室１の側壁１ｂに取り付けるための環状の周縁部２１と、その内側に所定間隔で多数形成された所定幅の直線状の骨部２２とからなるスリット板である。骨部２２と骨部２２と間に形成される隙間がイオンを拡散させるスリット２３である。
【００１８】
磁気フィルタ９を拡大すると共に一部を破断して示すと、図３に示されるように、骨部２２内には、周縁部と一体にモリブデン、ステンレス等で構成された外殻２４に覆われて、磁石２５が設けられている。この磁石２５は、スリット２３に面する骨部側面２２ａ，２２ｂにＮ極、Ｓ極を臨ませており、互いに隣り合う骨部２２のＮ極、Ｓ極との間に直線的な磁場を形成している。従って、磁気フィルタ９の全面に亘り、スリット２３間にはこれを横断する磁場が存在していることになる。この磁場の強さは、軽イオンを捕捉するべくラーマー半径を考慮し、骨部２２の間隔、使用する磁石の特性等から決める。
【００１９】
磁気フィルタ９と引出し電極７との間のプラズマ室１の側壁１ｂには中和用フィラメント１２が設けられている。中和用フィラメント１２には、フィラメント電源１３が接続されると共に、アノード３に対し、浮動電位になっているか、等電位又はバイアス電源１４により１０〜２０Ｖ程度の負バイアス電位が印加されている。また、この実施例では、磁気フィルタ９にもバイアス電源１５により負バイアス電位が印加されている。
【００２０】
次に実施例の作用を述べる。
【００２１】
プラズマ室１内のプラズマ発生部１０では、放電により作動ガスＧ、例えばＰＨ3 ／Ｈ2 がプラズマ化され、Ｐ+ イオン、ＰＨX + イオン、Ｈ+ イオン、Ｈ 2 + イオン等からなる混合プラズマが発生する。これらのイオンがプラズマ室１内でビーム引出し部１１へ拡散していくとき、磁気フィルタ９のスリット２３へ入る。
【００２２】
このとき、スリット２３間には図４に示されるように、イオンの通過方向に直交する磁場（骨部２２同士を結ぶ磁力線で示す）が形成されている。スリットへ入ったイオンのうち、軽イオン４１、即ちＨ+ イオンやＨ2 + イオンは質量が小さいので、この磁場によって移動方向が大きく曲げられ、ラーマー半径内に入ってこの磁場に捕捉される。捕捉された軽イオンによる電流は、磁気フィルタ９又は中和用フィラメント１２に流れ込むことになる。これにより軽イオンは中和され、ビーム引出し部１１へは軽イオン４１が拡散しなくなる。
【００２３】
一方、Ｐ+ イオンやＰＨX + イオンからなる重イオン４２は質量が大きいので、スリット２３を通過し、通過した後も移動方向があまり変わらず、ビーム引出し部１１へと拡散していく。従って、ビーム引出し部１１では所望のイオンの構成比が高められる。このビーム引出し部１１内のプラズマから引出し電極７によってイオンビームが引き出されることになる。
【００２４】
このようにして、所望の重イオンのみからなるイオンビームが基板８に照射されることになる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００２６】
（１）不要な軽イオンの衝突による熱負荷がないので、プラズマ室壁や引出し電極等の冷却装置を簡素化することができる。また、基板の温度上昇を抑えることができる。
【００２７】
（２）引出し電極が軽イオンを加速しないので、加速電力が節減され、電源の小型化及び運転コストの低減につながる。
【００２８】
（３）スリット間に磁場を形成するので、プラズマ室の口径が大きくても均一な磁場が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示すイオン源の断面図である。
【図２】本発明の磁気スリット板の正面図である。
【図３】本発明の磁気スリット板の部分拡大一部破断図である。
【図４】本発明のスリットによる磁場の図である。
【符号の説明】
１ プラズマ室
７ 引出し電極
９ 磁気フィルタ
２３ スリット
【産業上の利用分野】
本発明は、プラズマよりイオンビームを発生させるイオン源に係り、特に、所望の重イオンビームのみを発生させるイオン源に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種のイオン源は、プラズマ室内で作動ガスをプラズマ化させ、このプラズマに電場を与えてイオンを引出すものである。プラズマ室に満たされる作動ガスは、所望のイオンの元になる元素が水素と化合した水素化合物ガスであり、例えば、燐イオンを得るためにはＰＨ3 、硼素イオンを得るためにはＢ2 Ｈ6 が用いられる。実際には、取扱い易さ、安全性等を考慮し、水素化合物ガス単独ではなく水素ガスを混合することにより希釈した作動ガスＰＨ3 ／Ｈ2 ，Ｂ2 Ｈ6 ／Ｈ2 などが用いられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
作動ガスが水素化合物ガスであり、しかも水素ガスを混合してある。このため、プラズマ室内には混合プラズマ、即ち種々のイオンからなるプラズマが発生する。例えば、ＰＨ3 ／Ｈ2 を作動ガスとした場合、Ｐ+ イオンの他にＰＨX + イオン、Ｈ+ イオン、Ｈ2 + イオン等が発生する。その比率は、Ｐが３０％に対しＨが７０％になる。Ｂ2 Ｈ6 ／Ｈ2 を作動ガスとした場合、Ｂが１５％に対しＨが８５％。になる。
【０００４】
イオンドーピング等の目的からすると、プラズマ室から取り出されるＰ+ イオンにＰＨX + イオンが混在しても大きく差支えないが、Ｈ+ イオンやＨ2 + イオンは不要のものである。これらの不要なイオンは、プラズマ室壁や引出し電極或いはイオンドーピングの対象物等に衝突して熱負荷となる。また、加速電力を無駄に消費する。従って、良質のイオン源とするには、ＨイオンやＨ2 イオンが所望のイオンビーム中に含まれないようにする必要がある。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、所望の重イオンビームのみを発生させるイオン源を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、水素を含む作動ガスを満たし、放電によりプラズマ化させるプラズマ室を設けると共にそのプラズマ室の一側に引出し電極を設けてイオンビームを発生させるイオン源において、上記プラズマ室内のプラズマ発生部と引出し電極との間に、上記プラズマ発生部から拡散する軽イオンを捕捉し、重イオンを通過させる磁気フィルタを設けたものである。
【０００７】
上記磁気フィルタは、多数のスリットを有するスリット板にそのスリットを横断する磁場を形成する磁石を設けてもよい。
【０００８】
上記磁気フィルタと上記引出し電極との間のビーム引出し部に、上記磁気フィルタ通過時に電子が磁場に捕捉され、正電荷過剰となったプラズマを中和するための中和用フィラメントを設けてもよい。
【０００９】
【作用】
上記構成により、作動ガスがプラズマ化してプラズマ室内には種々のイオンからなる混合プラズマが発生する。これらのイオンがプラズマ室内で引出し電極へ拡散していくとき、磁気フィルタにより軽イオン、即ちＨ+ イオンやＨ2 + イオンが捕捉される。一方、所望のイオンである重イオンは磁気フィルタを通過して引出し電極へと拡散していく。これにより所望の重イオンビームのみを発生させることができる。
【００１０】
拡散する重イオン及び軽イオンは、スリット内に入ると、スリットを横断する磁場のために方向が曲げられる。軽イオンは質量が小さいので、磁場に捕捉される。重イオンは質量が大きいので、スリットを通過する。
【００１１】
磁気フィルタの通過によりプラズマ中の電子が磁場に捕捉され、ビーム引出し部プラズマが正電荷過剰となり、電場を形成してしまうので、磁気フィルタと引出し電極との間で、中和用フィラメントにより電子を放出し積極的にビーム引出し部プラズマを中和する。
【００１２】
【実施例】
以下本発明の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
【００１３】
図１に示されるように、イオン源は、一側が開放された有底円筒状のプラズマ室１内に、図示されない作動ガス注入部より注入された作動ガスＧが満たされている。プラズマ室底部１ａ中央に配置されたフィラメント２は放電用のカソードを兼用している。これに対する放電用のアノード３はプラズマ室１の側壁１ｂに沿って環状に設けられている。カソード兼用フィラメント２にはフィラメント電源４が接続され、このカソード兼用フィラメント２とアノード３との間には放電用電源５により放電用電位が印加されている。
【００１４】
プラズマ室１の側壁１ｂにはプラズマを閉じ込めるための磁場を形成する環状の磁石６が多段に設けられている。
【００１５】
イオンを加速する引出し電極７は、イオンビームを通過させる多数の穴を有するグリッド電極であり、プラズマ室１の開放された一側を覆うように設けられている。引出し電極７の外方にはイオンビームの照射対象である基板８を置くことができる。
【００１６】
プラズマ室１内、即ちプラズマ室底部１ａと引出し電極７との間にプラズマ室底部１ａ及び引出し電極７に平行に磁気フィルタ９が設けられている。磁気フィルタ９よりプラズマ室底部１ａ側をプラズマ発生部１０と呼び、磁気フィルタ９より引出し電極７側をビーム引出し部１１と呼ぶことにする。
【００１７】
磁気フィルタ９は、図２に示されるように、プラズマ室１の側壁１ｂに取り付けるための環状の周縁部２１と、その内側に所定間隔で多数形成された所定幅の直線状の骨部２２とからなるスリット板である。骨部２２と骨部２２と間に形成される隙間がイオンを拡散させるスリット２３である。
【００１８】
磁気フィルタ９を拡大すると共に一部を破断して示すと、図３に示されるように、骨部２２内には、周縁部と一体にモリブデン、ステンレス等で構成された外殻２４に覆われて、磁石２５が設けられている。この磁石２５は、スリット２３に面する骨部側面２２ａ，２２ｂにＮ極、Ｓ極を臨ませており、互いに隣り合う骨部２２のＮ極、Ｓ極との間に直線的な磁場を形成している。従って、磁気フィルタ９の全面に亘り、スリット２３間にはこれを横断する磁場が存在していることになる。この磁場の強さは、軽イオンを捕捉するべくラーマー半径を考慮し、骨部２２の間隔、使用する磁石の特性等から決める。
【００１９】
磁気フィルタ９と引出し電極７との間のプラズマ室１の側壁１ｂには中和用フィラメント１２が設けられている。中和用フィラメント１２には、フィラメント電源１３が接続されると共に、アノード３に対し、浮動電位になっているか、等電位又はバイアス電源１４により１０〜２０Ｖ程度の負バイアス電位が印加されている。また、この実施例では、磁気フィルタ９にもバイアス電源１５により負バイアス電位が印加されている。
【００２０】
次に実施例の作用を述べる。
【００２１】
プラズマ室１内のプラズマ発生部１０では、放電により作動ガスＧ、例えばＰＨ3 ／Ｈ2 がプラズマ化され、Ｐ+ イオン、ＰＨX + イオン、Ｈ+ イオン、Ｈ 2 + イオン等からなる混合プラズマが発生する。これらのイオンがプラズマ室１内でビーム引出し部１１へ拡散していくとき、磁気フィルタ９のスリット２３へ入る。
【００２２】
このとき、スリット２３間には図４に示されるように、イオンの通過方向に直交する磁場（骨部２２同士を結ぶ磁力線で示す）が形成されている。スリットへ入ったイオンのうち、軽イオン４１、即ちＨ+ イオンやＨ2 + イオンは質量が小さいので、この磁場によって移動方向が大きく曲げられ、ラーマー半径内に入ってこの磁場に捕捉される。捕捉された軽イオンによる電流は、磁気フィルタ９又は中和用フィラメント１２に流れ込むことになる。これにより軽イオンは中和され、ビーム引出し部１１へは軽イオン４１が拡散しなくなる。
【００２３】
一方、Ｐ+ イオンやＰＨX + イオンからなる重イオン４２は質量が大きいので、スリット２３を通過し、通過した後も移動方向があまり変わらず、ビーム引出し部１１へと拡散していく。従って、ビーム引出し部１１では所望のイオンの構成比が高められる。このビーム引出し部１１内のプラズマから引出し電極７によってイオンビームが引き出されることになる。
【００２４】
このようにして、所望の重イオンのみからなるイオンビームが基板８に照射されることになる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００２６】
（１）不要な軽イオンの衝突による熱負荷がないので、プラズマ室壁や引出し電極等の冷却装置を簡素化することができる。また、基板の温度上昇を抑えることができる。
【００２７】
（２）引出し電極が軽イオンを加速しないので、加速電力が節減され、電源の小型化及び運転コストの低減につながる。
【００２８】
（３）スリット間に磁場を形成するので、プラズマ室の口径が大きくても均一な磁場が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示すイオン源の断面図である。
【図２】本発明の磁気スリット板の正面図である。
【図３】本発明の磁気スリット板の部分拡大一部破断図である。
【図４】本発明のスリットによる磁場の図である。
【符号の説明】
１ プラズマ室
７ 引出し電極
９ 磁気フィルタ
２３ スリット
Claims (3)
- 水素を含む作動ガスを満たし、放電によりプラズマ化させるプラズマ室を設けると共にそのプラズマ室の一側に引出し電極を設けてイオンビームを発生させるイオン源において、上記プラズマ室内のプラズマ発生部と引出し電極との間に、上記プラズマ発生部から拡散する軽イオンを捕捉し、重イオンを通過させる磁気フィルタを設けたことを特徴とするイオン源。
- 上記磁気フィルタは、多数のスリットを有するスリット板にそのスリットを横断する磁場を形成する磁石を設けてなることを特徴とする請求項１記載のイオン源。
- 上記磁気フィルタと上記引出し電極との間のビーム引出し部に、上記磁気フィルタ通過時に電子が磁場に捕捉され、正電荷過剰となったプラズマを中和するための中和用フィラメントを設けたことを特徴とする請求項１又は２記載のイオン源。
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|---|---|---|---|
| JP01807195A JP3780540B2 (ja) | 1995-02-06 | 1995-02-06 | イオン源 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP01807195A JP3780540B2 (ja) | 1995-02-06 | 1995-02-06 | イオン源 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08209341A JPH08209341A (ja) | 1996-08-13 |
| JP3780540B2 true JP3780540B2 (ja) | 2006-05-31 |
Family
ID=11961442
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP01807195A Expired - Fee Related JP3780540B2 (ja) | 1995-02-06 | 1995-02-06 | イオン源 |
Country Status (1)
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Families Citing this family (6)
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| US6294862B1 (en) * | 1998-05-19 | 2001-09-25 | Eaton Corporation | Multi-cusp ion source |
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1995
- 1995-02-06 JP JP01807195A patent/JP3780540B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
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| JPH08209341A (ja) | 1996-08-13 |
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