JP4263806B2 - イオン発生方法およびイオン源 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、イオン発生方法およびイオン源に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、各種の研究開発分野、製造分野、例えばコンピュータのメモリなどに使用されるウエハ基板に原料分子を堆積させる際にプラズマが使用されている。 従来、プラズマすなわちイオンビームを発生させるためのイオン源は、図３に示すように、電子放出部（図示せず）を有する陰極５１と陽極５２とが配置されるとともにガス供給口５３から放電用ガスＧが供給されてイオンを発生するプラズマ発生室５４を有し、かつこのプラズマ発生室５４の外周部に永久磁石５５が配置された筒状体５６と、この筒状体５６の引出口に設けられたイオン引出し用の引出電極部５７および加速電極部５８とから構成されており、またこの引出電極部５７および加速電極部５８は、薄板に非常に小さい穴部が多数形成されたものが、２枚並列に配置されることにより構成されていた。
【０００３】
上記構成において、高真空下でプラズマ発生室５４内の電子放出部が加熱されるとともに陰極５１と陽極５２との間に所定の高電圧が印加された状態で、ガス供給口５３から放電用ガス（例えば、アルゴンガス）が供給されると、ガスが電離してイオンが発生し、プラズマ状態となる。このプラズマ状態のイオンが引出電極部５７により、引出口から引き出されるとともに加速電極部５８により加速されて、導出用通路部５９からターゲット６０に導かれる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、電極部５７，５８として、薄板に非常に小さい穴部が多数形成されたものが使用されて、多くのイオンが効率よく大面積で引き出されている。しかし、イオンの引き出し時に、電極部を強烈にスパッタリングして電極部の構成物質をイオン化させるため、本来のイオンビームの純度を低下させているという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は、電極部から不純物が飛び出すのを抑制し得るイオン発生方法およびイオン源を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明のイオン発生方法は、筒状体の内部空間部の一端側に設けられた電子放出部から放出された電子を放電用ガスに当ててプラズマを発生させるとともに、前記筒状体外周部の一端側に配置された第１の磁石体と、他端側に配置された第２の磁石体とによりイオンを前記筒状体の内部空間部の中心側に反発させ、かつ、前記第１の磁石体と第２の磁石体との間の筒状体外周部に配置された第３の磁石体によりペニング放電を行なわせ、さらに、前記筒状体の内部空間部の他端側に設けられた引出口からイオンを引き出す際に、この引出口の周囲に配置された第４の磁石体により、磁界（例えば強さが５０００ガウスの磁界）を与えるとともに引出口外側に配置された引出電極部により電界を与える方法である。
【０００７】
また、本発明のイオン源は、請求項１に記載のイオン発生方法を実施するためのイオン源であって、筒状体の一端側壁体部に放電用ガスの供給口を形成し、この筒状体内の一端側に電子放出部が配置されて電子を発生させる電子発生室を形成するとともに、筒状体内の中央から他端側に向かって上記電子発生室に連通するプラズマ発生用のプラズマ発生室を形成し、上記筒状体の他端側壁体部にイオンの引出口を形成し、上記筒状体内のプラズマ発生室の周囲に、前記第１の磁石体と、第２の磁石体と、第３の磁石体とを配置し、上記引出口の外側に、さらに第４の磁石体（例えば強さが５０００ガウスの磁石体）を配置するとともに引出電極部を配置したものである。
【０００８】
上記イオン発生方法およびイオン源の構成によると、プラズマ発生室にて発生されたイオンを引出電極部で引き出す際に、その周囲に磁石体を配置するようにしたので、引出電極部の穴部を通過する際に、磁界による反発力によりイオンが引出電極部に衝突するのを防止することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態におけるイオン発生方法およびイオン源を、図１および図２に基づき説明する。
本実施の形態に係るイオン源は、主として、電子を発生させる電子発生部、プラズマを発生させるプラズマ発生部が設けられた筒状体、筒状体のイオン引出側に設けられた引出電極部および筒状体の外周に配置された複数個の磁石体により構成されている。
【００１０】
以下、このイオン源について詳しく説明する。 すなわち、図１に示すように、イオン源１の本体部である筒状体２の一端側壁体部２ａには放電用ガス（例えば、アルゴンガス）Ｇの供給口３が形成されるとともに、筒状体２の一端側の内部には、電子放出部（図示せず）が設けられたカソード４とアノード５とが配置されて電子が発生される電子発生室（小径の円柱状空間部により構成されている）６が形成され、さらに筒状体２の中央から他端側に向かってプラズマ発生室（大径の円柱状空間部により構成されている）７が形成されている。
【００１１】
また、上記筒状体２の他端側壁体部２ｂには、イオンを引き出すための所定径（数十ミリ、より具体的には、直径が２４ミリ程度）の円形のイオン引出口８が形成されるとともに、この引出口８の外側には、イオンを引き出すための引出電極部９が設けられている。
そして、上記電子発生室６に対応する筒状体２の外周部およびプラズマ発生室７の引出口寄り位置での筒状体２の外周部には、イオンを中央に反発させる（磁気ミラーともいう）と同時にスピン運動をさせる第１永久磁石（磁石体）１１Ａおよび磁気ミラー用の第２永久磁石（磁石体）１１Ｂが環状に配置され、またこれら両永久磁石１１Ａ，１１Ｂの間の筒状体２の外周部には、ペニング放電用の第３永久磁石（磁石体）１２が環状に配置され、さらに引出電極部９の外周には、イオン軌道を拘束し反跳イオンをなくすための、すなわちイオンを平行に引き出すための第４永久磁石（磁石体）１３が環状に配置されている。上記第４永久磁石１３としては、磁界の強さが数千ガウス、より具体的には５０００ガウス程度のものが使用される。
【００１２】
また、上記引出電極部９は、例えばステンレス製の薄板に所定径（例えば、直径が１〜５ミリ程度）の穴部２１ａ，２２ａが複数個づつ形成されるとともに互いに並置された第１および第２引出電極２１，２２により構成され、また少なくとも第２引出電極２２には、加速用電圧として例えば−１０ｋＶが印加される。
上記構成において、電子発生室６にて発生された電子は、供給口３から供給された放電用ガスＧと一緒にプラズマ発生室７に移動し、ここで電子の衝突により正および負の荷電粒子並びに中性の粒子が発生して、プラズマ状態が得られる。なお、電子発生室６内においても、一部、プラズマ状態は発生する。
【００１３】
プラズマ発生室７等で発生したイオンは、第１および第２永久磁石１１Ａ，１１Ｂにより、筒状体２のプラズマ発生室７の中央部に反発されて、イオンが筒状体２の内壁面に衝突するのが防止されるとともに、第３永久磁石１２の磁界内でペニング放電が行われる。 このイオンは、引出口８から、その周囲に配置された引出電極部９により引き出されて加速されるが、このとき、第４永久磁石１３の磁界により、イオンは、引出電極部９を構成する各引出電極２１，２２に形成された穴部２１ａ，２２ａの中央に反発（移動）されるため、イオンは、各引出電極２１，２２に衝突してスパッタすることがなく、したがって不純物が発生するのが抑制される。
【００１４】
ここで、引出口から引き出されるイオンビームに、永久磁石および引出電極部により上述した磁界および電界を与えた場合のイオン軌跡Ｔを示すと図２のようになる。この図２から、プラズマ発生室から引き出されるイオンが、引出電極２１，２２に衝突していないのがよく分かる。なお、このイオン軌跡における解析条件は、磁場強度が５０００ガウス、加速電圧が−１０ｋＶ、イオン電流が１０ｍＡ（ＭＡＸ）および引出電極間距離が２ｍｍである。
【００１５】
【発明の効果】
以上のように本発明によると、イオン源を、筒状体の一端側壁体部に放電用ガスの供給口を形成し、この筒状体内の一端側に電子放出部が配置されて電子を発生させる電子発生室を形成するとともに、筒状体内の中央から他端側に向かって上記電子発生室に連通するプラズマ発生用のプラズマ発生室を形成し、上記筒状体の他端側壁体部にイオンの引出口を形成し、上記筒状体内のプラズマ発生室の周囲に、前記第１の磁石体と、第２の磁石体と、第３の磁石体とを配置し、上記引出口の外側に、さらに第４の磁石体を配置するとともに引出電極部を配置した構成とし、
イオン発生方法としては、筒状体の内部空間部の一端側に設けられた電子放出部から放出された電子を放電用ガスに当ててプラズマを発生させるとともに、前記筒状体外周部の一端側に配置された第１の磁石体と、他端側に配置された第２の磁石体とによりイオンを前記筒状体の内部空間部の中心側に反発させ、かつ、前記第１の磁石体と第２の磁石体との間の筒状体外周部に配置された第３の磁石体によりペニング放電を行なわせ、さらに、前記筒状体の内部空間部の他端側に設けられた引出口からイオンを引き出す際に、この引 出口の周囲に配置された第４の磁石体により磁界を与えるとともに引出口外側に配置された引出電極部により電界を与えるようにしたので、引出電極部を通過する際に、磁界による反発力によりイオンが引出電極部に衝突するのを防止することができ、したがって純度の高いイオンビームを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態におけるイオン源の構成を示す断面図である。
【図２】 同イオン源からのイオンビームの引出し状態を示す側面図である。
【図３】 従来例のイオン源の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１ イオン源
２ 筒状体
３ 供給口
４ カソード
５ アノード
６ 電子発生室
７ プラズマ発生室
８ イオン引出口
９ 引出電極部
１１Ａ 第１永久磁石
１１Ｂ 第２永久磁石
１２ 第３永久磁石
１３ 第４永久磁石
２１ 引出電極
２１ａ 穴部
２２ 引出電極
２２ａ 穴部
【発明の属する技術分野】
本発明は、イオン発生方法およびイオン源に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、各種の研究開発分野、製造分野、例えばコンピュータのメモリなどに使用されるウエハ基板に原料分子を堆積させる際にプラズマが使用されている。 従来、プラズマすなわちイオンビームを発生させるためのイオン源は、図３に示すように、電子放出部（図示せず）を有する陰極５１と陽極５２とが配置されるとともにガス供給口５３から放電用ガスＧが供給されてイオンを発生するプラズマ発生室５４を有し、かつこのプラズマ発生室５４の外周部に永久磁石５５が配置された筒状体５６と、この筒状体５６の引出口に設けられたイオン引出し用の引出電極部５７および加速電極部５８とから構成されており、またこの引出電極部５７および加速電極部５８は、薄板に非常に小さい穴部が多数形成されたものが、２枚並列に配置されることにより構成されていた。
【０００３】
上記構成において、高真空下でプラズマ発生室５４内の電子放出部が加熱されるとともに陰極５１と陽極５２との間に所定の高電圧が印加された状態で、ガス供給口５３から放電用ガス（例えば、アルゴンガス）が供給されると、ガスが電離してイオンが発生し、プラズマ状態となる。このプラズマ状態のイオンが引出電極部５７により、引出口から引き出されるとともに加速電極部５８により加速されて、導出用通路部５９からターゲット６０に導かれる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、電極部５７，５８として、薄板に非常に小さい穴部が多数形成されたものが使用されて、多くのイオンが効率よく大面積で引き出されている。しかし、イオンの引き出し時に、電極部を強烈にスパッタリングして電極部の構成物質をイオン化させるため、本来のイオンビームの純度を低下させているという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は、電極部から不純物が飛び出すのを抑制し得るイオン発生方法およびイオン源を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明のイオン発生方法は、筒状体の内部空間部の一端側に設けられた電子放出部から放出された電子を放電用ガスに当ててプラズマを発生させるとともに、前記筒状体外周部の一端側に配置された第１の磁石体と、他端側に配置された第２の磁石体とによりイオンを前記筒状体の内部空間部の中心側に反発させ、かつ、前記第１の磁石体と第２の磁石体との間の筒状体外周部に配置された第３の磁石体によりペニング放電を行なわせ、さらに、前記筒状体の内部空間部の他端側に設けられた引出口からイオンを引き出す際に、この引出口の周囲に配置された第４の磁石体により、磁界（例えば強さが５０００ガウスの磁界）を与えるとともに引出口外側に配置された引出電極部により電界を与える方法である。
【０００７】
また、本発明のイオン源は、請求項１に記載のイオン発生方法を実施するためのイオン源であって、筒状体の一端側壁体部に放電用ガスの供給口を形成し、この筒状体内の一端側に電子放出部が配置されて電子を発生させる電子発生室を形成するとともに、筒状体内の中央から他端側に向かって上記電子発生室に連通するプラズマ発生用のプラズマ発生室を形成し、上記筒状体の他端側壁体部にイオンの引出口を形成し、上記筒状体内のプラズマ発生室の周囲に、前記第１の磁石体と、第２の磁石体と、第３の磁石体とを配置し、上記引出口の外側に、さらに第４の磁石体（例えば強さが５０００ガウスの磁石体）を配置するとともに引出電極部を配置したものである。
【０００８】
上記イオン発生方法およびイオン源の構成によると、プラズマ発生室にて発生されたイオンを引出電極部で引き出す際に、その周囲に磁石体を配置するようにしたので、引出電極部の穴部を通過する際に、磁界による反発力によりイオンが引出電極部に衝突するのを防止することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態におけるイオン発生方法およびイオン源を、図１および図２に基づき説明する。
本実施の形態に係るイオン源は、主として、電子を発生させる電子発生部、プラズマを発生させるプラズマ発生部が設けられた筒状体、筒状体のイオン引出側に設けられた引出電極部および筒状体の外周に配置された複数個の磁石体により構成されている。
【００１０】
以下、このイオン源について詳しく説明する。 すなわち、図１に示すように、イオン源１の本体部である筒状体２の一端側壁体部２ａには放電用ガス（例えば、アルゴンガス）Ｇの供給口３が形成されるとともに、筒状体２の一端側の内部には、電子放出部（図示せず）が設けられたカソード４とアノード５とが配置されて電子が発生される電子発生室（小径の円柱状空間部により構成されている）６が形成され、さらに筒状体２の中央から他端側に向かってプラズマ発生室（大径の円柱状空間部により構成されている）７が形成されている。
【００１１】
また、上記筒状体２の他端側壁体部２ｂには、イオンを引き出すための所定径（数十ミリ、より具体的には、直径が２４ミリ程度）の円形のイオン引出口８が形成されるとともに、この引出口８の外側には、イオンを引き出すための引出電極部９が設けられている。
そして、上記電子発生室６に対応する筒状体２の外周部およびプラズマ発生室７の引出口寄り位置での筒状体２の外周部には、イオンを中央に反発させる（磁気ミラーともいう）と同時にスピン運動をさせる第１永久磁石（磁石体）１１Ａおよび磁気ミラー用の第２永久磁石（磁石体）１１Ｂが環状に配置され、またこれら両永久磁石１１Ａ，１１Ｂの間の筒状体２の外周部には、ペニング放電用の第３永久磁石（磁石体）１２が環状に配置され、さらに引出電極部９の外周には、イオン軌道を拘束し反跳イオンをなくすための、すなわちイオンを平行に引き出すための第４永久磁石（磁石体）１３が環状に配置されている。上記第４永久磁石１３としては、磁界の強さが数千ガウス、より具体的には５０００ガウス程度のものが使用される。
【００１２】
また、上記引出電極部９は、例えばステンレス製の薄板に所定径（例えば、直径が１〜５ミリ程度）の穴部２１ａ，２２ａが複数個づつ形成されるとともに互いに並置された第１および第２引出電極２１，２２により構成され、また少なくとも第２引出電極２２には、加速用電圧として例えば−１０ｋＶが印加される。
上記構成において、電子発生室６にて発生された電子は、供給口３から供給された放電用ガスＧと一緒にプラズマ発生室７に移動し、ここで電子の衝突により正および負の荷電粒子並びに中性の粒子が発生して、プラズマ状態が得られる。なお、電子発生室６内においても、一部、プラズマ状態は発生する。
【００１３】
プラズマ発生室７等で発生したイオンは、第１および第２永久磁石１１Ａ，１１Ｂにより、筒状体２のプラズマ発生室７の中央部に反発されて、イオンが筒状体２の内壁面に衝突するのが防止されるとともに、第３永久磁石１２の磁界内でペニング放電が行われる。 このイオンは、引出口８から、その周囲に配置された引出電極部９により引き出されて加速されるが、このとき、第４永久磁石１３の磁界により、イオンは、引出電極部９を構成する各引出電極２１，２２に形成された穴部２１ａ，２２ａの中央に反発（移動）されるため、イオンは、各引出電極２１，２２に衝突してスパッタすることがなく、したがって不純物が発生するのが抑制される。
【００１４】
ここで、引出口から引き出されるイオンビームに、永久磁石および引出電極部により上述した磁界および電界を与えた場合のイオン軌跡Ｔを示すと図２のようになる。この図２から、プラズマ発生室から引き出されるイオンが、引出電極２１，２２に衝突していないのがよく分かる。なお、このイオン軌跡における解析条件は、磁場強度が５０００ガウス、加速電圧が−１０ｋＶ、イオン電流が１０ｍＡ（ＭＡＸ）および引出電極間距離が２ｍｍである。
【００１５】
【発明の効果】
以上のように本発明によると、イオン源を、筒状体の一端側壁体部に放電用ガスの供給口を形成し、この筒状体内の一端側に電子放出部が配置されて電子を発生させる電子発生室を形成するとともに、筒状体内の中央から他端側に向かって上記電子発生室に連通するプラズマ発生用のプラズマ発生室を形成し、上記筒状体の他端側壁体部にイオンの引出口を形成し、上記筒状体内のプラズマ発生室の周囲に、前記第１の磁石体と、第２の磁石体と、第３の磁石体とを配置し、上記引出口の外側に、さらに第４の磁石体を配置するとともに引出電極部を配置した構成とし、
イオン発生方法としては、筒状体の内部空間部の一端側に設けられた電子放出部から放出された電子を放電用ガスに当ててプラズマを発生させるとともに、前記筒状体外周部の一端側に配置された第１の磁石体と、他端側に配置された第２の磁石体とによりイオンを前記筒状体の内部空間部の中心側に反発させ、かつ、前記第１の磁石体と第２の磁石体との間の筒状体外周部に配置された第３の磁石体によりペニング放電を行なわせ、さらに、前記筒状体の内部空間部の他端側に設けられた引出口からイオンを引き出す際に、この引 出口の周囲に配置された第４の磁石体により磁界を与えるとともに引出口外側に配置された引出電極部により電界を与えるようにしたので、引出電極部を通過する際に、磁界による反発力によりイオンが引出電極部に衝突するのを防止することができ、したがって純度の高いイオンビームを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態におけるイオン源の構成を示す断面図である。
【図２】 同イオン源からのイオンビームの引出し状態を示す側面図である。
【図３】 従来例のイオン源の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１ イオン源
２ 筒状体
３ 供給口
４ カソード
５ アノード
６ 電子発生室
７ プラズマ発生室
８ イオン引出口
９ 引出電極部
１１Ａ 第１永久磁石
１１Ｂ 第２永久磁石
１２ 第３永久磁石
１３ 第４永久磁石
２１ 引出電極
２１ａ 穴部
２２ 引出電極
２２ａ 穴部
Claims (4)
- 筒状体の内部空間部の一端側に設けられた電子放出部から放出された電子を放電用ガスに当ててプラズマを発生させるとともに、前記筒状体外周部の一端側に配置された第１の磁石体と、他端側に配置された第２の磁石体とによりイオンを前記筒状体の内部空間部の中心側に反発させ、かつ、前記第１の磁石体と第２の磁石体との間の筒状体外周部に配置された第３の磁石体によりペニング放電を行なわせ、さらに、前記筒状体の内部空間部の他端側に設けられた引出口からイオンを引き出す際に、この引出口の周囲に配置された第４の磁石体により磁界を与えるとともに引出口外側に配置された引出電極部により電界を与えることを特徴とするイオン発生方法。
- 引出口の周囲に配置される第４の磁石体の磁場の強さを５０００ガウスとすることを特徴とする請求項１記載のイオン発生方法。
- 請求項１に記載のイオン発生方法を実施するためのイオン源であって、筒状体の一端側壁体部に放電用ガスの供給口を形成し、この筒状体内の一端側に電子放出部が配置されて電子を発生させる電子発生室を形成するとともに、筒状体内の中央から他端側に向かって上記電子発生室に連通するプラズマ発生用のプラズマ発生室を形成し、上記筒状体の他端側壁体部にイオンの引出口を形成し、上記筒状体内のプラズマ発生室の周囲に、前記第１の磁石体と、第２の磁石体と、第３の磁石体とを配置し、上記引出口の外側に、さらに第４の磁石体を配置するとともに引出電極部を配置したことを特徴とするイオン源。
- 引出口の外周に配置される第４の磁石体の磁場の強さを５０００ガウスとしたことを特徴とする請求項３記載のイオン源。
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|---|---|---|---|
| JP10190499A JP4263806B2 (ja) | 1999-04-09 | 1999-04-09 | イオン発生方法およびイオン源 |
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|---|---|---|---|---|
| CN116114046A (zh) * | 2020-07-22 | 2023-05-12 | 佳能安内华股份有限公司 | 离子枪和真空处理设备 |
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1999
- 1999-04-09 JP JP10190499A patent/JP4263806B2/ja not_active Expired - Fee Related
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