JPH03254047A - Microwave ion gun - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明はイオン銃に関し、特に放電室中の気体に発生さ
せた電子サイクロトロン運動の周波数にほぼ等しい周波
数のマイクロ波を用いて、該気体に電子サイクロトロン
共鳴を生じさせ、それによって生じたホットエレクトロ
ンプラズマからイオンビームを引き出すマイクロ波イオ
ン銃に関する。Detailed Description of the Invention (Industrial Field of Application) The present invention relates to an ion gun, and in particular to an ion gun that uses microwaves of a frequency approximately equal to the frequency of electron cyclotron motion generated in a gas in a discharge chamber. This invention relates to a microwave ion gun that generates an electron cyclotron resonance and extracts an ion beam from the resulting hot electron plasma.
（従来の技術）
従来、大イオン電流を得るためのイオン銃として、カウ
フマン型イオン銃に代表される電子衝撃型イオン銃がｉ
案されている＊ （Ｈ，Ｒ，Ｋａｕｆ＋＋＋ａｎｎａ
ｎｄ Ｐ、 Ｄ、 Ｒｅａｄｅｒ＋ Ｅｘｐｅｒｉｍｅ
ｎｔａｌ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆＩｏｎ Ｒｏ
ｃｋｅｔｓ Ｅｍｐｌｏｙｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ
−Ｂｏｓ＋ｂａｒｄ＋＊ｅｎｔｔｏｎ ５ｏｕｒｃｅ
ｓ、 ｐ３ ｉｎ Ｄ、 Ｂ、 Ｌａｎｇｗ
ｕｉｒ、 Ｅ、 Ｓｔｕｈｌｉｎｇｅｒ、 ａｎ
ｄ Ｊ、 Ｍ、 ５ｅｌｌｅｎ、 Ｊｒ、 （ｅｄｓ
、）： ＥｌｅｃｔｒｏｓｔａＬｉｃ ａｎｄ ’Ｒｏ
ｃｋｅＬｒｙ、 Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ、
ＮｅｗＹｏｒｋ （１９６１））、これは、加熱したカ
ソード（フィラメント）より電子をガスに照射し、生成
されたプラズマからイオンを、遮蔽電極と引き出し電極
により効率良く取り出そうとするものである。しかし、
放電の際にカソードが活性ガスに攻撃され、カソードワ
イヤが切断することが多かった。そのため、イオン化の
ためのイオン化室は希ガス等の不活性なガスがイオン化
できるだけであった。(Prior art) Conventionally, as an ion gun for obtaining a large ion current, an electron impact ion gun, represented by a Kauffman type ion gun, has been used.
proposed* (H, R, Kauf+++anna
nd P, D, Reader+ Experiment
Performance of Ion Ro
ckets Employing Electron
-Bos+bard+*entton 5source
s, p3 in D, B, Langw
uir, E., Stuhlinger, an
d J, M, 5ellen, Jr, (eds
): ElectrostaLic and 'Ro
ckeLry, Academic Press,
New York (1961)), which aims to irradiate a gas with electrons from a heated cathode (filament) and efficiently extract ions from the generated plasma using a shielding electrode and an extraction electrode. but,
During discharge, the cathode was attacked by the active gas, and the cathode wire often broke. Therefore, the ionization chamber for ionization can only ionize inert gases such as rare gases.
マイクロ波イオン銃は、放電室中の気体に発生させた電
子サイクロトロン運動の周波数にほぼ等しい周波数のマ
イクロ波を用いて、該気体に電子サイクロトロン共鳴を
生じさせ、それによって生じたホットエレクトロンプラ
ズマからイオンビームを引き出すイオン銃である。放電
に際して、カソード（フィラメント）等を用いないため
、活性ガスの放電が容易である。 Ｓｔ、 ＧａＡｓ、
およびＩｎＰ等の薄膜成長用の有機金属ガス（ＭＯガス
）およびデバイス製作用のエッチャントガス等の活性ガ
スの放電が可能なため、マイクロ波イオン銃を用いたプ
ロセス技術の研究が進められてきた。しかし、放電でき
る対象がガスに限られるために、金属化合物の中でも塩
化物のように揮発性が高いなど（伊藤糾夫、鶴島稔夫、
谷田和雄、大泊厳、イオン・インプランチーシラン、昭
晃堂、 ｐ７２ （１９７６））、限られた化学状態
でのみ、放電室にイオン導入することが難しかった。ま
た、導入できる場合でも、化合物が不安定な場合には、
外気との遮断装置や安全装置等特殊な設備を要する場合
が多かった。ＭＯガスやエッチャントガスに関しては、
精製が困難な場合には、プロセス上ガス中の不純物が問
題となることが多かった。A microwave ion gun uses microwaves with a frequency approximately equal to the frequency of electron cyclotron motion generated in a gas in a discharge chamber to cause electron cyclotron resonance in the gas, and ions are extracted from the hot electron plasma generated by this. It is an ion gun that pulls out a beam. Since a cathode (filament) or the like is not used during discharge, the active gas can be easily discharged. St, GaAs,
Since it is possible to discharge active gases such as organic metal gas (MO gas) for growing thin films such as InP and etchant gas for device fabrication, research has been carried out on process technology using microwave ion guns. However, because the objects that can be discharged are limited to gases, they are highly volatile like chlorides among metal compounds (Yuo Ito, Minoru Tsurushima,
Kazuo Tanida, Tsuyoshi Ohdomari, Ion Implant Silane, Shokodo, p72 (1976)), it was difficult to introduce ions into the discharge chamber only under limited chemical conditions. In addition, even if the compound can be introduced, if the compound is unstable,
In many cases, special equipment was required, such as an isolation device from the outside air and a safety device. Regarding MO gas and etchant gas,
When purification is difficult, impurities in the gas often pose a problem during the process.
（発明が解決しようとする課題）
上述の従来のイオン銃では、放電できる対象がガスに限
られるために、金属化合物の中でも揮発性が高いなど、
限られた化学状態でしか放電室に導入することができず
、取り出せるイオンが限られることが問題であった。ま
た、不安定な化合物の場合には放電室に導入するのに、
特別な施設を要することが問題であった。(Problems to be Solved by the Invention) In the conventional ion gun described above, the targets that can be discharged are limited to gases, and therefore, gases are highly volatile among metal compounds, etc.
The problem is that it can only be introduced into the discharge chamber in a limited chemical state, which limits the number of ions that can be taken out. In addition, in the case of unstable compounds, when introducing them into the discharge chamber,
The problem was that special facilities were required.
本発明は上記の欠点を改善するために提案されたもので
、その目的は、希ガス等の不活性ガスのイオン化のみな
らず、従来取り出すことが困難であったイオンの取り出
しを可能とする装置を提供することにある。The present invention was proposed to improve the above-mentioned drawbacks, and its purpose is to provide a device that not only ionizes inert gases such as rare gases, but also makes it possible to extract ions that were previously difficult to extract. Our goal is to provide the following.
（課題を解決するための手段）
上記の目的を遠戚するため、本発明は放電室中の気体に
発生させた電子サイクロトロン運動の周波数にほぼ等し
い周波数のマイクロ波を用いて前記気体に電子サイクロ
トロン共鳴を生じさせ、それによって生じたホットエレ
クトロンプラズマからイオンビームを引き出すマイクロ
波イオン銃において、反応ガスを導入するためのガス導
入部を備えた外管と、前記外管の端部に形成された引き
出し電極と、前記外管に挿入され、その先端部にマイク
ロ波出力を集中させて放電を起こし、且つ反応中心とな
るアンテナ部を備え、かつ周囲に冷却管を設けた導波管
を前記外管内に収容し、前記外管と前記冷却管を具備し
た導波管とは閉鎖系を権威すると共に、前記アンテナ部
側に面する前記外管の一方の閉鎖端面略中心には引き出
し電極が設けられ、前記閉！１端面近傍の前記外管の外
側には、プラズマを放電室中に閉じ込めるためのラジア
ル永久磁石が対向して設けられていることを特徴とする
マイクロ波イオン銃を発明の要旨とするものである。(Means for Solving the Problems) In order to achieve the above object, the present invention provides an electron cyclotron motion generated in the gas in a discharge chamber using microwaves having a frequency approximately equal to the frequency of the electron cyclotron motion generated in the gas. In a microwave ion gun that generates resonance and extracts an ion beam from hot electron plasma generated by the resonance, an outer tube is provided with a gas introduction section for introducing a reactive gas, and an outer tube is formed at an end of the outer tube. A waveguide, which is inserted into the outer tube and includes an antenna section that concentrates microwave output at its tip to cause a discharge and serves as a reaction center, and a cooling tube around the outer tube, is inserted into the outer tube. A waveguide housed in a tube and provided with the outer tube and the cooling tube constitutes a closed system, and an extraction electrode is provided approximately at the center of one closed end surface of the outer tube facing the antenna section. It is closed! The gist of the invention is a microwave ion gun characterized in that radial permanent magnets for confining plasma in a discharge chamber are provided facing each other on the outside of the outer tube near one end surface. .
（作用）
本発明のマイクロ波イオン銃は、反応させるためのガス
を入れるためのガス導入部と、マイクロ波出力を集中さ
せ放電を起こし、且つ反応中心となるアンテナと、その
外部に生じたプラズマを閉じ込めるためのラジアル永久
磁石を有するため、反応させるガスをガス導入部より導
入し、アンテナによりマイクロ波放電させて生成したプ
ラズマを、ラジアル永久磁石により閉じ込め、アンテナ
とプラズマとの反応によりイオンを発生させることがで
きる。また、ガスとアンテナ構成材料を選択することに
より、従来、取り出すことが困難であったイオンを取り
出せる可能性がある。(Function) The microwave ion gun of the present invention includes a gas introduction section for introducing gas for reaction, an antenna that concentrates microwave output to cause discharge and serves as a reaction center, and a plasma generated outside the antenna. Because it has a radial permanent magnet to confine the gas, the gas to be reacted is introduced from the gas introduction part, and the plasma generated by microwave discharge by the antenna is confined by the radial permanent magnet, and ions are generated by the reaction between the antenna and the plasma. can be done. In addition, by selecting the gas and antenna constituent materials, it is possible to extract ions that have been difficult to extract in the past.
（実施例）
次に本発明の実施例について説明する。なお、実施例は
一つの例示であって、本発明の精神を逸脱しない範囲で
、種々の変更があるいは改良を行いうることは言うまで
もない。(Example) Next, an example of the present invention will be described. Note that the embodiments are merely illustrative, and it goes without saying that various changes and improvements can be made without departing from the spirit of the present invention.
第１図は本発明のイオン銃の一実施例を示す。FIG. 1 shows an embodiment of the ion gun of the present invention.
図において、１は導波管、２はこの導波管の先端に設け
られたアンテナ部を示す、マイクロ波は導波管１からア
ンテナ部２に導入される。またこの導波管１の周囲には
一方の端部にＢＮスペーサ３を介して冷却管９が配設さ
れ、この冷却管９の外側には石英管５が配設され、この
石英管５の一方の端部には引き出し電極８が設けられ、
この引き出し電極８の中心には孔１０が設けられている
。さらに、石英管５の内側と冷却管９の外側と、アンテ
ナ部２とによって形成される空間には放電室４が設けら
れている。しかして引き出し電極８と石英管（３ｃｍ径
）５とによって囲まれる空間はできるだけ小さくして形
成されている。In the figure, 1 is a waveguide, and 2 is an antenna section provided at the tip of the waveguide. Microwaves are introduced from the waveguide 1 to the antenna section 2. A cooling pipe 9 is disposed around the waveguide 1 at one end via a BN spacer 3, and a quartz tube 5 is disposed outside the cooling pipe 9. An extraction electrode 8 is provided at one end,
A hole 10 is provided in the center of this extraction electrode 8 . Further, a discharge chamber 4 is provided in a space formed by the inside of the quartz tube 5, the outside of the cooling tube 9, and the antenna section 2. Therefore, the space surrounded by the extraction electrode 8 and the quartz tube (3 cm diameter) 5 is formed to be as small as possible.
放電室４の外部には８極子のラジアル永久磁石６があり
、生成したプラズマを閉じ込めている。There is an octupole radial permanent magnet 6 outside the discharge chamber 4, which confines the generated plasma.
アンテナ部２にはガス導入部７から、ガスを吹き付は放
電に伴った反応によりイオンが住威され、それが引き出
しｔ極８により糸外へ導かれる。When gas is sprayed into the antenna part 2 from the gas introduction part 7, ions are collected by the reaction accompanying the discharge, and the ions are guided out of the thread by the t-pole 8.
第２図は、第１図の装置で放電ガスにＣＦ、を、アンテ
ナにＢＮを用いて、放電を起こした際の生成イオンの質
量スペクトルである。放電と化学反応を組み合わせるこ
とにより、Ｓｉのｐ型ドーパントであるＢのイオン注入
に用いられるＢＦｚ″が容易に取り出せることが分かっ
た。従来は、ＢＦ３ガスを用い、それを電子衝撃により
イオン化することにより、ＢＦｔ”を得ていた。しかし
、ＢＦｓガスは、大気中の水と反応して、フルオロヒド
ロオキソホウ酸類を生成し、Ｆを遊離するため取り扱い
上危険であった６本発明の装置によれば、安定なＣＦａ
ガスとＢＮアンテナにより、容易にＢＦｌを取り出すこ
とが可能である。FIG. 2 is a mass spectrum of ions generated when a discharge is caused in the apparatus shown in FIG. 1 using CF as the discharge gas and BN as the antenna. By combining electric discharge and chemical reaction, it was found that BFz'', which is used for ion implantation of B, which is a p-type dopant of Si, can be easily extracted. Conventionally, BF3 gas was used and ionized by electron bombardment. Accordingly, BFt'' was obtained. However, BFs gas is dangerous to handle because it reacts with water in the atmosphere to generate fluorohydroxoboric acids and liberate F.6 According to the device of the present invention, stable CFa
BFl can be easily extracted using gas and a BN antenna.
第３図は、第１図の装置で放電ガスに０□を、アンテナ
にＢＮを用いて、放電を起こした際の生成イオンの質量
スペクトルである。放電と反応により、容易にＮＯ゛イ
オンが得られた。ＮＯガスをそのまま使う場合、ＮＯは
速やかに、Ｎ２と０２、またはＮ、Ｏと０２に分解して
しまうため、１１１０”の収率が悪かった６本発明の装
置によれば、安定な０エガスとＢＮを用いることにより
容易にＮＯ゛を得ることができる。FIG. 3 is a mass spectrum of ions produced when a discharge is caused in the apparatus shown in FIG. 1 using 0□ as the discharge gas and BN as the antenna. NO' ions were easily obtained by discharge and reaction. When NO gas is used as it is, NO quickly decomposes into N2 and 02, or N, O and 02, resulting in a poor yield of 1110"6. According to the apparatus of the present invention, stable 0 gas can be produced. By using and BN, NO can be easily obtained.
（発明の効果）
以上説明したように、本発明のマイクロ波イオン銃は、
反応させるガスをガス導入部より導入し、アンテナによ
りマイクロ波放電させて生成したプラズマを、ラジアル
永久磁石により閉じ込め、アンテナとプラズマとの反応
によりイオンを発生させるため、ガスとアンテナ構成材
料を選択することにより、従来、取り出すことが困難で
あったイオンを取り出せることが可能になる効果を有す
る。(Effects of the Invention) As explained above, the microwave ion gun of the present invention has
The gas to be reacted is introduced through the gas introduction part, and the plasma generated by microwave discharge by the antenna is confined by a radial permanent magnet, and ions are generated by the reaction between the antenna and the plasma, so the gas and antenna component materials are selected. This has the effect of making it possible to extract ions that have conventionally been difficult to extract.
第２図は本発明によるマイクロ波イオン銃の一実施例を
示す構成図、第２．３図はその装置から得られるイオン
の質量スペクトルの例を示す図である。
１・・・導波管
３ ・ ・
４ ・ ・
５ ・ ・
６ ・ ・
７ ・ ・
８ ・ ・
９ ・ ・
１０・ ・
ＢＮスペーサ
放電室
石英管
ラジアル永久磁石
ガス導入部
引き出し電極
冷却管
孔
２・・・アンテナ部
第
１
図
第
図
ｔFIG. 2 is a block diagram showing an embodiment of a microwave ion gun according to the present invention, and FIGS. 2 and 3 are diagrams showing examples of mass spectra of ions obtained from the device. 1... Waveguide 3 ・ ・ 4 ・ ・ 5 ・ ・ 6 ・ ・ 7 ・ ・ 8 ・ ・ 9 ・ ・ 10・Antenna part 1 Figure t
Claims (1)
周波数にほぼ等しい周波数のマイクロ波を用いて前記気
体に電子サイクロトロン共鳴を生じさせ、それによって
生じたホットエレクトロンプラズマからイオンビームを
引き出すマイクロ波イオン銃において、 反応ガスを導入するためのガス導入部を備えた外管と、
前記外管の端部に形成された引き出し電極と、前記外管
に挿入され、その先端部にマイクロ波出力を集中させて
放電を起こし、且つ反応中心となるアンテナ部を備え、
かつ周囲に冷却管を設けた導波管を前記外管内に収容し
、前記外管と前記冷却管を具備した導波管とは閉鎖系を
構成すると共に、前記アンテナ部側に面する前記外管の
一方の閉鎖端面略中心には引き出し電極が設けられ、前
記閉鎖端面近傍の前記外管の外側には、プラズマを放電
室中に閉じ込めるためのラジアル永久磁石が対向して設
けられていることを特徴とするマイクロ波イオン銃。[Claims] Microwaves having a frequency approximately equal to the frequency of electron cyclotron motion generated in the gas in the discharge chamber are used to cause electron cyclotron resonance in the gas, and the hot electron plasma generated thereby produces an ion beam. In a microwave ion gun that draws out the
an extraction electrode formed at the end of the outer tube; and an antenna section that is inserted into the outer tube, concentrates microwave output at the tip thereof to cause discharge, and serves as a reaction center;
and a waveguide provided with a cooling pipe around the outer tube is accommodated in the outer tube, and the outer tube and the waveguide provided with the cooling tube constitute a closed system, and the outer tube facing the antenna part side An extraction electrode is provided approximately at the center of one closed end surface of the tube, and a radial permanent magnet is provided facing the outside of the outer tube near the closed end surface for confining plasma in the discharge chamber. A microwave ion gun featuring
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5127590A JPH03254047A (en) | 1990-03-02 | 1990-03-02 | Microwave ion gun |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP5127590A JPH03254047A (en) | 1990-03-02 | 1990-03-02 | Microwave ion gun |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03254047A true JPH03254047A (en) | 1991-11-13 |
Family
ID=12882396
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5127590A Pending JPH03254047A (en) | 1990-03-02 | 1990-03-02 | Microwave ion gun |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03254047A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US6354240B1 (en) * | 1996-07-03 | 2002-03-12 | Tegal Corporation | Plasma etch reactor having a plurality of magnets |
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-
1990
- 1990-03-02 JP JP5127590A patent/JPH03254047A/en active Pending
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