JPH01183036A - Microwave ion source - Google Patents
Microwave ion sourceInfo
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- JPH01183036A JPH01183036A JP300788A JP300788A JPH01183036A JP H01183036 A JPH01183036 A JP H01183036A JP 300788 A JP300788 A JP 300788A JP 300788 A JP300788 A JP 300788A JP H01183036 A JPH01183036 A JP H01183036A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、例えばイオンビームエツチング、イオンビ
ームスパッタリング、イオンビームデポジション等に用
いられるものであって、プラズマ生成容器内にマイクロ
波を導入してマイクロ波放電によってプラズマを発生さ
せるマイクロ波イオン源に関し、特にプラズマ生成容器
内のプラズマ密度を増加させることによって引き出し得
るビーム電流を増加させる手段に関する。[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention is used for, for example, ion beam etching, ion beam sputtering, ion beam deposition, etc. The present invention relates to microwave ion sources that generate plasma by microwave discharge, and more particularly to means for increasing the extractable beam current by increasing the plasma density within the plasma generation vessel.
第２図は、従来のマイクロ波イオン源の一例を示す断面
図である。FIG. 2 is a sectional view showing an example of a conventional microwave ion source.
このマイクロ波イオン源は、例えばＥＣＲ型イオン源で
あり、プラズマ生成容器２内にガス導入口１０からガス
１８を導入すると共に、磁場コイル８によってプラズマ
生成容器２内にイオンビーム２４の引出し軸方向に磁場
を発生させ、かつプラズマ生成容器２内にマイクロ波導
入口６を通して導波管１４からのマイクロ波（周波数は
例えば２．４５ＧＨｚ）：２０を導入することによって
、プラズマ生成容器２内にマイクロ波放電を起こさせて
プラズマ２２を発生させる。このとき、ＥＣＲ型イオン
源の場合は、電子サイクロトロン共鳴を利用する。This microwave ion source is, for example, an ECR type ion source, in which a gas 18 is introduced into the plasma generation container 2 from a gas introduction port 10, and an ion beam 24 is introduced into the plasma generation container 2 by a magnetic field coil 8 in the extraction axial direction. By generating a magnetic field and introducing microwaves (frequency: 2.45 GHz, for example) from the waveguide 14 into the plasma generation container 2 through the microwave inlet 6, microwaves are generated in the plasma generation container 2. A discharge is caused to generate plasma 22. At this time, in the case of an ECR type ion source, electron cyclotron resonance is utilized.
そしてこのプラズマ２２から、プラズマ生成容器２のイ
オン引出し口４の近傍に設けた引出し電極系１６によっ
て電界の作用でイオンビーム２４を引き出す。なお１２
は、真空排気されるプラズマ生成容器２内と大気側にあ
る導波管１４間を真空シー゛ルするための例えばセラミ
ック板のような耐熱性絶縁板である。Then, an ion beam 24 is extracted from this plasma 22 by the action of an electric field by an extraction electrode system 16 provided near the ion extraction port 4 of the plasma generation container 2. Note 12
is a heat-resistant insulating plate, such as a ceramic plate, for creating a vacuum seal between the inside of the plasma generation vessel 2 to be evacuated and the waveguide 14 on the atmosphere side.
上記のようなイオン源では、−船釣に、そこがら引き出
し得るイオンビーム２４のビーム電流は、引出し電極系
１６の光学系（即ち孔径および電極間隔）およびプラズ
マ２２の密度に依存するが、ビーム電流の増加を図るた
めには、引出し電極系１６の最適化を図る以上にプラズ
マ密度の増加を図らなければならない。In the ion source as described above, the beam current of the ion beam 24 that can be extracted therefrom depends on the optical system of the extraction electrode system 16 (i.e. hole diameter and electrode spacing) and the density of the plasma 22; In order to increase the current, it is necessary to increase the plasma density more than optimizing the extraction electrode system 16.
そのためには、プラズマ生成容器２内に供給するマイク
ロ波２０の電力を増加させることが考えられるが、その
ようにしても、プラズマ２２の振動数がある値以上にな
るとマイクロ波のカットオフが起こってマイクロ波２０
がプラズマ２２内に入らなくなるため、即ちマイクロ波
２０がプラズマ２２に吸収されなくなるため、高密度プ
ラズマ２２の発生が困雛であり、従って引き出し得るビ
ーム電流をあまり増加させることができなかった。To this end, it is conceivable to increase the power of the microwave 20 supplied into the plasma generation container 2, but even if this is done, the microwave will be cut off when the frequency of the plasma 22 exceeds a certain value. Microwave 20
Since the microwaves 20 no longer enter the plasma 22, that is, the microwaves 20 are no longer absorbed by the plasma 22, it is difficult to generate high-density plasma 22, and therefore the extractable beam current cannot be increased much.
そこでこの発明は、プラズマ生成容器内のプラズマ密度
を従来のものよりも増加させることによって引き出し得
るビーム電流を増加させることができるようにしたマイ
クロ波イオン源を提供することを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a microwave ion source that can increase the beam current that can be extracted by increasing the plasma density within a plasma generation container compared to conventional sources.
この発明のマイクロ波イオン源は、前述したようなプラ
ズマ生成容器を電気的に２分割し、この２分割した部分
間にアーク放電用電力を供給して両者間でプラズマ生成
容器内においてアーク放電を起こさせることができるよ
うにしたことを特徴とする。The microwave ion source of the present invention electrically divides the plasma generation vessel as described above into two parts, supplies electric power for arc discharge between the two divided parts, and generates an arc discharge in the plasma generation vessel between the two parts. It is characterized by being able to wake up.
上記手段によってプラズマ生成容器内にアーク放電を起
こさせると、従来のマイクロ波放電のみの場合よりもプ
ラズマ生成容器内のプラズマ密度が増加するため、引き
出し得るビーム電流も増加する。When an arc discharge is caused within the plasma generation vessel by the above means, the plasma density within the plasma generation vessel increases compared to the case of only conventional microwave discharge, and therefore the beam current that can be extracted also increases.
第１図は、この発明の一実施例に係るマイクロ波イオン
源を示す断面図である。第２図の例と同一または相当す
る部分には同一符号を付し、以下においては従来例との
相違点を主に説明する。FIG. 1 is a sectional view showing a microwave ion source according to an embodiment of the present invention. The same reference numerals are given to the same or corresponding parts as in the example of FIG. 2, and the differences from the conventional example will be mainly explained below.
この実施例においては、前述したようなプラズマ生成容
器２を筒状部２ａと背面のマイクロ波導入口６を有する
１ｉ２ｂとに２分割し、両者間を例えばセラミック板の
ような耐熱性絶縁板２６で電気的に絶縁している。In this embodiment, the plasma generation container 2 as described above is divided into two parts, a cylindrical part 2a and a part 1i2b having a microwave inlet 6 on the back side, and a heat-resistant insulating plate 26 such as a ceramic plate is used between the two parts. Electrically insulated.
そしてこの筒状部２ａと蓋２ｂ間に、アーク放電用の電
源の一例としてこの例では直流電源２８ｄを接続し、こ
れからアーク放電用の直流電力を供給して筒状部２ａと
蓋２ｂ間でプラズマ生成容器２内においてアーク放電を
起こさせるようにしている。この直流電源２８ｄには、
例えば、出力電圧が８０〜１２０Ｖ、出力電流が５〜１
’ＯＡ程度のものを用いる。In this example, a DC power supply 28d is connected between the cylindrical part 2a and the lid 2b as an example of a power supply for arc discharge, and DC power for arc discharge is supplied from this to the cylindrical part 2a and the lid 2b. Arc discharge is caused within the plasma generation vessel 2. This DC power supply 28d has
For example, the output voltage is 80~120V, the output current is 5~1
'Use something about OA.
動作手順の例を説明すると、プラズマ生成容器２内にマ
イクロ波２０を導入する等して従来例と同じ方法でまず
プラズマ生成容器２内にプラズマ２２を発生させる。そ
してその状態で、直流電源２８ｄから筒状部２ａと蓋２
ｂ間に直流電力を供給して、両者間に上記プラズマ２２
を介してアーク放電を起こさせる。これによってプラズ
マ生成容器２内のプラズマ２２の密度がマイクロ波放電
のみの場合よりも増加する。従って、プラズマ生成容器
２内に供給するマイクロ波２０の電力を必ずしも増加さ
せなくても、プラズマ密度を高めて引き出し得るビーム
電流を増加させることができる。To explain an example of the operation procedure, first, plasma 22 is generated in the plasma generation container 2 in the same manner as in the conventional example by introducing microwaves 20 into the plasma generation container 2. In that state, the cylindrical part 2a and the lid 2 are connected to the DC power supply 28d.
DC power is supplied between b and the plasma 22 between them.
cause an arc discharge to occur. As a result, the density of the plasma 22 within the plasma generation vessel 2 is increased compared to the case of only microwave discharge. Therefore, without necessarily increasing the power of the microwave 20 supplied into the plasma generation container 2, the plasma density can be increased and the beam current that can be extracted can be increased.
しかも、従来のイオン源でＥＣＲ型のものは、磁場コイ
ル８による磁場強度が電子サイクロトロン共鳴条件近傍
以外では著しいプラズマ密度の減少（即ちビーム電流の
、減少）を引き起こすが、この実施例のようなイオン源
でＥＣＲ型のものは、アーク放電によるプラズマ生成が
併用できるため、上記条件近傍以外におけるプラズマ密
度の減少の割合が緩やかになり、磁場コイル８による磁
場強度の調整が容易になるという効果も得られる。Furthermore, in conventional ion sources of the ECR type, the magnetic field strength caused by the magnetic field coil 8 causes a significant decrease in plasma density (that is, a decrease in beam current) except near the electron cyclotron resonance conditions. ECR type ion sources can also generate plasma by arc discharge, which has the effect of slowing down the rate of decrease in plasma density outside the vicinity of the above conditions, and making it easier to adjust the magnetic field strength by the magnetic field coil 8. can get.
尚、アーク放電用の電源としては、上記のような直流電
源２８ｄの代わりに高周波電源２８ｒを用い、これから
筒状部２ａと１ｉ２ｂ間に高周波電力を供給するように
しても良い。この高周波電源２８ｒには、例えば、周波
数が１３．５６ＭＨｚ、出力が１００〜５００Ｗ程度の
ものを用いる。これによっても、直情型ｔＸ２８ｄの場
合と同等以上の効果が得られる。またこの場合は、高周
波放電によって、マイクロ波２０が供給されていない状
態においてもプラズマ２２の発生が可能であるため、直
流電源２８ｄの場合よりも動作シーケンス上の自由度が
増大する。As a power source for arc discharge, a high frequency power source 28r may be used instead of the DC power source 28d as described above, and high frequency power may be supplied between the cylindrical portions 2a and 1i2b. The high frequency power source 28r has a frequency of 13.56 MHz and an output of about 100 to 500 W, for example. This also provides an effect equal to or greater than that of the direct feeling type tX28d. Furthermore, in this case, plasma 22 can be generated by high-frequency discharge even when microwave 20 is not supplied, so the degree of freedom in the operation sequence is greater than in the case of DC power supply 28d.
また、蓋２ｂのマイクロ波導入口６の部分にこの実施例
のように例えばセラミック板のような耐熱性絶縁板３０
を設けて、前述した耐熱絶縁板１２の内側の面を覆って
も良く、そのようにすればプラズマ生成容器２内で発生
して磁場コイル８による磁力線に沿ってマイクロ波供給
側へ進行する高エネルギー電子が真空シール用の耐熱絶
縁板１２に衝突するのを阻止することができ、それによ
って高エネルギー電子による局部加熱によって耐熱性絶
縁板１２が破損して真空リークが発生するのを防止する
ことができるので、当該イオン源のより長時間運転が可
能になる。In addition, a heat-resistant insulating plate 30 such as a ceramic plate is installed at the microwave inlet 6 of the lid 2b as in this embodiment.
may be provided to cover the inner surface of the heat-resistant insulating plate 12 described above, and in this way, the high voltage generated within the plasma generation container 2 and proceeding to the microwave supply side along the magnetic field lines by the magnetic field coil 8. To be able to prevent energetic electrons from colliding with a heat-resistant insulating plate 12 for vacuum sealing, thereby preventing damage to the heat-resistant insulating plate 12 due to local heating by high-energy electrons and vacuum leakage. This makes it possible to operate the ion source for a longer period of time.
また、プラズマ生成容器２を電気的に２分割する場所や
構造等は必ずしも上記実施例のようなものに限定される
ものではなく、またイオン源のタイプも必ずしもＥＣＲ
型に限定されるものではな（非共鳴型等でも良い。Furthermore, the location and structure of electrically dividing the plasma generation vessel 2 into two are not necessarily limited to those in the above embodiment, and the type of ion source is not necessarily ECR.
It is not limited to the type (non-resonant type etc. may be used).
以上のようにこの発明によれば、プラズマ生成容器内に
アーク放電を起こさせることができるようにしたので、
従来のマイクロ波放電のみの場合よりも高密度プラズマ
の発生が可能になり、その結果引き出し得るビーム電流
を増加させることができる。As described above, according to the present invention, it is possible to cause arc discharge within the plasma generation container.
It is possible to generate a higher density plasma than in the case of conventional microwave discharge alone, and as a result, the extractable beam current can be increased.
第１図は、この発明の一実施例に係るマイクロ波イオン
源を示す断面図である。第２図は、従来のマイクロ波イ
オン源の一例を示す断面図である。
２・・・プラズマ生成容器、２ａ・１．筒状部、２ｂ・
・・蓋、２６・・・耐熱性絶縁板、２８ｄ・・・直流電
源、２８ｒ・・・高周波電源。FIG. 1 is a sectional view showing a microwave ion source according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of a conventional microwave ion source. 2... Plasma generation container, 2a.1. Cylindrical part, 2b・
...Lid, 26...Heat-resistant insulating plate, 28d...DC power supply, 28r...High frequency power supply.
Claims (1)
クロ波放電によってプラズマを発生させるマイクロ波イ
オン源において、前記プラズマ生成容器を電気的に２分
割し、この２分割した部分間にアーク放電用電力を供給
して両者間でプラズマ生成容器内においてアーク放電を
起こさせることができるようにしたことを特徴とするマ
イクロ波イオン源。(1) In a microwave ion source that introduces microwaves into a plasma generation container and generates plasma by microwave discharge, the plasma generation container is electrically divided into two parts, and an arc discharge is used between the two divided parts. A microwave ion source characterized in that electric power is supplied to cause arc discharge in a plasma generation container between the two.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP300788A JPH01183036A (en) | 1988-01-08 | 1988-01-08 | Microwave ion source |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP300788A JPH01183036A (en) | 1988-01-08 | 1988-01-08 | Microwave ion source |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01183036A true JPH01183036A (en) | 1989-07-20 |
Family
ID=11545291
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP300788A Pending JPH01183036A (en) | 1988-01-08 | 1988-01-08 | Microwave ion source |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01183036A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05101799A (en) * | 1991-03-28 | 1993-04-23 | Rikagaku Kenkyusho | Ion beam generator, film forming device, and film forming method |
| JP2005251743A (en) * | 2004-02-12 | 2005-09-15 | Thailand Research Fund | High current density ion source |
| JP2006107974A (en) * | 2004-10-07 | 2006-04-20 | Kanazawa Inst Of Technology | Ion source |
| EP1801845A1 (en) * | 2005-12-23 | 2007-06-27 | Obschestvo S Ogranichennoi Otvetstvennostiyu "TVINN" | Plasmachemical microwave reactor |
-
1988
- 1988-01-08 JP JP300788A patent/JPH01183036A/en active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05101799A (en) * | 1991-03-28 | 1993-04-23 | Rikagaku Kenkyusho | Ion beam generator, film forming device, and film forming method |
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| JP2006107974A (en) * | 2004-10-07 | 2006-04-20 | Kanazawa Inst Of Technology | Ion source |
| JP4534055B2 (en) * | 2004-10-07 | 2010-09-01 | 学校法人金沢工業大学 | Ion source |
| EP1801845A1 (en) * | 2005-12-23 | 2007-06-27 | Obschestvo S Ogranichennoi Otvetstvennostiyu "TVINN" | Plasmachemical microwave reactor |
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