JP2001210245A - イオン源およびイオン引き出し電極 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明の目的は，装置全体を大型にしなくて
も大直径イオンビームを得ることができる高周波型のイ
オン源およびイオン引き出し電極を提供することにあ
る。 【解決手段】 本発明は、発生させたプラズマからイオ
ンを引き出してイオンビームを発生させるイオン源Ｓで
ある。開口６を有する放電室１内に配置されたプラズマ
発生手段３と、開口６を塞ぐ第１のイオン引き出し電極
７と、第２のイオン引き出し電極８と、第１のイオン引
き出し電極７と第２のイオン引き出し電極８との間に電
位差を付与する手段２８，２９と、を備える。各イオン
引き出し電極７，８は、複数のイオン引き出し孔２２を
備えて放電室１の外側に向かって凸となる曲面領域２０
を備えた板状体からなり、第１のイオン引き出し電極７
と第２のイオン引き出し電極８との間には、所定の間隔
を置くための絶縁体からなるスペーサ９が配設される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はイオン源およびイオ
ン引き出し電極に係り、特にドライエッチングや薄膜形
成のために使用されるイオン源およびイオン引き出し電
極、特に大直径イオンビームを発生する熱陰極を使用し
ない高周波（ＲＦ）型イオン源およびイオン引き出し電
極に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体分野では、半導体装置等を作成す
る工程中、エッチングや薄膜形成等の工程で、イオン源
を用いる技術が用いられている。例えば、イオン源を用
いるドライエッチングとして、静電位状態に保ったイオ
ン源で、不活性ガスを用いてプラズマを発生させ、この
プラズマから不活性ガスイオンを引き出してウェハに照
射し、エッチングを行う「イオンビームエッチング」が
知られている。また、イオン源を用いる薄膜形成とし
て、金属蒸発源から蒸発させた金属蒸気と、イオン源か
ら引き出したイオンビームを同時に基板に供給し、薄膜
の性質を変化させながら薄膜形成する「イオンビームア
シスト蒸着」が知られている。

【０００３】これらの方法では、熱陰極電子衝撃（Ｋａ
ｕｆｍａｎ）型イオン源が一般的に用いられている。熱
陰極電子衝撃型イオン源は、電子ビームを材料に照射し
加熱して蒸発させるなどによりガスを導入し、このガス
からイオン化用グリッドとフィラメント等の熱陰極を用
いてプラズマを発生させるものである。このプラズマ中
のイオンは、イオン源放電室の一端に設けられた図９
（Ｂ）のような平らな板状のイオン引き出し電極で加速
されて、イオンビームが形成される。

【０００４】しかし、上述の構成のイオン源は、上記ガ
スとして、酵素等の反応性プラズマ生成用ガスを導入し
た場合、陰極部が酸化燃焼により数時間で消耗・切断し
てしまうという問題点があり、実用上、長寿命のイオン
銃が要求される半導体技術の分野では、解決が望まれ
る。また、上述の平らな板状のイオン引き出し電極によ
れば、図９（Ｂ）の３８のように、引出されたイオンビ
ームの発散角が制限され、実用的直径のイオンビームが
得られないというという問題点がある。実用的直径のイ
オンビームを得るため、電極口径を大きくすると、大型
なイオン源になり、取り扱いが難しくなるという問題点
がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
問題点を解決することにあり、熱陰極を用いない長寿命
の高周波型のイオン源を提供することにある。また、本
発明の他の目的は、装置全体を大型にしなくても大直径
イオンビームを得ることができる高周波型のイオン源お
よびイオン引き出し電極を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題は、請求項１に
係る発明によれば、発生させたプラズマからイオンを引
き出してイオンビームを発生させるイオン源であって、
開口を有する放電室内に配置されたプラズマ発生手段
と、前記放電室の前記開口を塞ぐ第１のイオン引き出し
電極と、該第１のイオン引き出し電極と所定の間隔を置
いて配置された第２のイオン引き出し電極と、前記第１
のイオン引き出し電極と前記第２のイオン引き出し電極
との間に電位差を付与する手段と、を備え、前記各イオ
ン引き出し電極は、該イオン引き出し電極を貫通する複
数のイオン引き出し孔を備えて前記放電室の外側に向か
って凸となる曲面領域を備えた板状体からなり、前記第
１のイオン引き出し電極と前記第２のイオン引き出し電
極との間には、前記所定の間隔を置くための絶縁体から
なるスペーサが配設されたことにより解決される。

【０００７】このように、イオン引き出し電極を、前記
放電室の外側に向かって凸となる曲面として形成してい
るので、装置全体を大型にしなくても大直径イオンビー
ムを得ることができる。

【０００８】このとき、前記複数のイオン引き出し孔
は、前記曲面領域の中心付近よりも前記曲面領域の周縁
付近に密度を高めて形成されるように構成すると好適で
ある。

【０００９】前記複数のイオン引き出し孔は、前記放電
室側から前記放電室の外側に向かって、放射状に形成さ
れ、前記第１のイオン引き出し電極のそれぞれの前記イ
オン引き出し孔と、前記第２のイオン引き出し電極のそ
れぞれの前記イオン引き出し孔とが、２つの前記イオン
引き出し電極を貫通する直線上に存在すると好適であ
る。このように構成することにより、放電室から、イオ
ンをスムーズに引き出すことが可能となる。

【００１０】前記プラズマ発生手段は、原料ガスを前記
放電室内に導入するガス導入手段と、前記放電室内に配
置された高周波電圧を印加するためのアンテナと、前記
放電室の内壁に沿って配置された複数の磁石と、を備
え、前記複数の磁石は、隣接する該磁石のＳ極とＮ極が
隣り合い、前記アンテナを取り囲むように配置され、前
記アンテナは、誘導結合方式の誘導コイルからなるよう
に構成すると好適である。このように構成することによ
り、放電室内に、高密度のプラズマを発生させることが
可能となる。

【００１１】上記課題は、請求項５に係る発明によれ
ば、プラズマが発生したイオン源から、イオンを引き出
すイオン引き出し電極であって、前記イオン引き出し電
極は、該イオン引き出し電極を貫通する複数のイオン引
き出し孔を備えて前記放電室の外側に向かって凸となる
曲面領域を備えた板状体からなることにより解決され
る。このように、イオン引き出し電極を、前記放電室の
外側に向かって凸となる曲面として形成しているので、
装置全体を大型にしなくても大直径イオンビームを得る
ことができる。

【００１２】前記複数のイオン引き出し孔は、前記曲面
領域の中心付近よりも前記曲面領域の周縁付近に密度を
高めて形成されると好適である。

【００１３】前記複数のイオン引き出し孔は、前記曲面
の内側から前記曲面の外側に向かって、放射状に形成さ
れると好適である。このように構成することにより、放
電室から、イオンをスムーズに引き出すことが可能とな
る。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明は、発生させたプラズマか
らイオンを引き出してイオンビームを発生させるイオン
源に関する発明である。本発明のイオン源は、図１，図
５に示すように、開口６を有する放電室１内に配置され
たプラズマ発生手段と、放電室１の開口６を塞ぐ第１の
イオン引き出し電極７と、この第１のイオン引き出し電
極７と所定の間隔を置いて配置された第２のイオン引き
出し電極８と、第１のイオン引き出し電極７と前記第２
のイオン引き出し電極８との間に電位差を付与する手段
２８，２９と、を備えている。

【００１５】前記各イオン引き出し電極７，８は、放電
室１の外側に向かって凸となる曲面領域２０を備えた板
状体からなる。この曲面領域２０は、これらのイオン引
き出し電極７，８を貫通する複数のイオン引き出し孔２
２を備えている。第１のイオン引き出し電極７と第２の
イオン引き出し電極８との間には、所定の間隔を置くた
めの絶縁体からなるスペーサ９が配設されている。複数
のイオン引き出し孔２２は、図６に示すように、曲面領
域２０の中心２３付近よりも曲面領域２０の周縁２４付
近に密度を高めて形成されている。

【００１６】複数のイオン引き出し孔２２は、図１に示
すように、放電室１側から放電室１の外側，すなわち図
１の図面上側に向かって、放射状に形成されている。そ
して、第１のイオン引き出し電極７のそれぞれのイオン
引き出し孔２２と、第２のイオン引き出し電極８のそれ
ぞれのイオン引き出し孔２２とが、図９に示すように、
２つのイオン引き出し電極７，８を貫通する直線上に存
在するように形成されている。

【００１７】前記プラズマ発生手段は、原料ガスを放電
室１内に導入するガス導入手段２と、放電室１内に配置
された高周波電圧を印加するためのアンテナ３と、図７
のように放電室１の内壁に沿って配置された複数の磁石
５と、を備えている。前記複数の磁石５は、図１，図７
に示すように、隣接する磁石５のＳ極１９とＮ極１８が
隣り合い、アンテナ３を取り囲むように配置されてい
る。そして、アンテナ３は、誘導結合方式の誘導コイル
からなる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。なお、以下に説明する部材，配置等は本発明を
限定するものでなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変
することができるものである。なお、図３、図８は、本
例において、放電室１の底面上に永久磁石４５Ａ，４５
Ｂを配置する場合を示す図であり、図１は、永久磁石４
５Ａ，４５Ｂを配置する場合を示す図である。

【００１９】本例は、イオン源およびイオン引き出し電
極に関する発明である。本例のイオン源Ｓは、イオンビ
ームアシスト蒸着法（ＩＢＡＤ）に用いられるものであ
り、図２に示すように、成膜装置３５に設置される。成
膜装置３５内には、図示しない基板，この基板を保持す
るサセプタ３６等が配置されている。また成膜装置３５
は、図示しない配管を通して真空ポンプに接続され，成
膜装置３５内を減圧できるように構成されている。ま
た、成膜装置３５内には、図示しない金属蒸発源が、サ
セプタ３６に対向するように配置されている。イオン源
Ｓは、後に説明するイオン引き出し電極７，８が、基板
を保持するサセプタ３６に対向するように、配置されて
いる。

【００２０】本例のイオン源Ｓは、放電室１内でプラズ
マを発生させて、イオン引き出し電極７，８によりイオ
ンを引き出し、イオンビームを発生させる装置であり、
図１に示すように、放電室１と、ガス導入手段としての
ガス導入口２と、アンテナ３と、磁石としての永久磁石
５と、第１のイオン引き出し電極としてのスクリーン電
極７と、第２のイオン引き出し電極としての加速電極８
と、を主要構成要素とする。

【００２１】放電室１は、ステンレス製の円筒体からな
り、プラズマを発生させる室としての役割を果たす。放
電室１には、図５に示すように、加速電源２８の正極端
子が接続され、正の電圧が印加可能に構成されている。
この放電室１には、図１に示すように、ガス導入手段と
してのガス導入口２が配設される。ガス導入口２は、直
径１ｍｍのオリフィス形状からなり、プラズマがこのガ
ス導入口２を通して逆流しないように形成されている。
このガス導入口２は、図２に示すように、ガス導入ユニ
ット１１を介してガスボンベ１０に接続され、ガスボン
ベ１０内のガスが放電室１内に導入可能に形成されてい
る。

【００２２】アンテナ３は、径６．４ｍｍのステンレス
パイプからなり、図３、図４に示すように、放電室１と
同軸的な渦巻き状の形状として形成されている。アンテ
ナ３は、２つの脚部１２，１３を有し、図１、図３、図
４に示すように放電室１の底面に、脚部１２，１３で、
セラミックスからなる絶縁体４を介して固定され、絶縁
体４により、放電室１と電気的に絶縁されている。アン
テナ３は、図５に示すように、マッチングボックス１４
を介してＲＦ電源に接続されている。アンテナ３に高周
波電流が流れると、誘導起電力が生じて、誘導結合方式
のＲＦ放電によって、放電室１内にプラズマを発生可能
に構成されている。

【００２３】また、放電室１の内壁に沿って、２０個の
縦長の直方体の永久磁石５が縦方向に固定されている。
永久磁石５としては、例えば、１キロガウス以上２キロ
ガウス以下の磁界強さを有するサマリウム−コバルト磁
石を用いる。永久磁石５の数は、偶数であれば、２０以
外の数とすることもできる。図７は、１０個の永久磁石
５を配置した例を示している。これらの永久磁石５は、
図１，図７に示すように、所定の間隔をおいて放電室１
の周縁に配列されている。永久磁石５の最も長い辺が、
放電室１の側壁面と平行になるようにされている。永久
磁石５は、放電室１の半径方向の磁軸を有し、それぞれ
のＮ極１８，Ｓ極１９の磁極面が交互に反転するように
配置され、この配置によりカスプ型の磁界が形成されて
いる。

【００２４】また、図３、図８に示すように、放電室１
の底面上に、永久磁石４５Ａ，４５Ｂを配置してもよ
い。永久磁石４５Ａ，４５Ｂは、直方体からなる永久磁
石である。アンテナ３の脚部１２，１３の両側に、永久
磁石４５Ｂが、長手方向が放電室１の底面と平行になる
ように１本ずつ配置され、永久磁石４５Ｂの外側に、永
久磁石４５Ａが、永久磁石４５Ｂと平行に１本ずつ配置
される。そして、隣り合う永久磁石４５Ａ，Ｂは、放電
室１の底面側と放電室１内側との極性が互いに逆になる
ように配置される。すなわち、永久磁石４５Ａは、放電
室１の底面側がＮ極、放電室１内側がＳ極となるよう
に、永久磁石４５Ｂは、放電室１の底面側がＳ極、放電
室１内側がＮ極となるように配置される。

【００２５】このように、アンテナ３の脚部１２，１３
の両側に、アンテナ３のコイルと平行になるように永久
磁石４５Ａ，Ｂを配置して、アンテナ３の下で電子を捕
獲することにより、初期放電性および放電維持性が良く
なる。ここで、初期放電性とは、電源をオンにしたとき
に、確実に放電が開始されることをいう。また、放電維
持性とは、放電中に、自然に放電が止まらないことをい
う。

【００２６】永久磁石５と放電室１の上下壁面との間に
は、図１に示すように、空間３９が空けられている。こ
の空間３９は、それぞれの永久磁石５の間に設けられた
図７に示す空間４０と連絡しており、空間３９，４０
は、放電室１の壁面と永久磁石５との間に純水を流すた
めの純水循環路として形成されている。この循環路を流
れる純水により、永久磁石５が冷却され、永久磁石５が
減磁されることが防止されている。純水循環路は、図２
に示すように、配管１６を介して純水循環器１７に接続
され、純水循環器１７から純水循環路に純水が供給され
ている。

【００２７】第１のイオン引き出し電極としてのスクリ
ーン電極７，第２のイオン引き出し電極としての加速電
極８は、図１に示すように、放電室１の上端の開口６を
塞ぐように取り付けられている。スクリーン電極７，加
速電極８は、酸素に腐食されにくいモリブデン製で、図
１、図６に示すように、所定の厚さの板状体からなる。
スクリーン電極７，加速電極８は、平面方向の中央に、
放電室１の外側に向かって凸となる曲面としての球弧面
に形成された曲面領域２０と、該曲面領域の周囲に形成
された平面領域２１とを備えている。

【００２８】スクリーン電極７は、曲面領域２０の球弧
の曲率半径が１００ｍｍに形成され、開口径，すなわち
曲面領域２０の球弧面と平面領域２１の平面とが交差す
る円の直径が１２０ｍｍに形成されている。また、加速
電極８の曲面領域２０の球弧の曲率半径は、スクリーン
電極７よりも大きい１０１．８ｍｍで、加速電極８の開
口径は、スクリーン電極７と同様の１２０ｍｍに形成さ
れている。

【００２９】スクリーン電極７，加速電極８の曲面領域
２０には、図６に示すように、厚さ方向にスクリーン電
極７，加速電極８を貫通する小さなイオン引き出し孔２
２が、多数設けられている。曲面領域２１の中心２３か
ら周縁２４に向かって、イオン引き出し孔２２の密度
が、徐々に高くなるようにされている。また、それぞれ
のイオン引き出し孔２２は、図１に示すように、曲面領
域２１の厚さ方向に対してそれぞれ直線となるように穿
孔されている。すなわち、イオン引き出し孔２２は、上
面が曲面領域２１の表面で、底面が曲面領域２１の底面
である略円柱形状となるように、穿孔されている。この
とき、イオン引き出し孔２２は、その壁面が、曲面領域
２１の球弧の接面に垂直となる面として形成するとよ
い。

【００３０】スクリーン電極７，加速電極８のイオン引
き出し孔２２は、図１，図９に示すように、両電極７，
８のイオン引き出し孔が同じ直線上にのるように穿孔さ
れている。より厳密にいえば、両電極７，８のイオン引
き出し孔は、略円柱形状の延長上にのるように形成され
ている。したがって、曲面の内側に位置するスクリーン
電極７のイオン引き出し孔２２は、外側に位置する加速
電極８のイオン引き出し孔２２よりも、それぞれ内側に
形成されることとなる。スクリーン電極７，加速電極８
の平面領域２１には、これらの電極７，８と放電室１，
後に説明するスペーサ９とをボルト，ナットで固定する
ための取付孔２５が設けられている。

【００３１】放電室１の開口６には、スクリーン電極７
が、開口６を塞ぐように、平面領域２１で固定されてい
る。スクリーン電極７の平面領域２１の開口６と反対側
の面には、図１に示すように、両電極７，８の間隔を精
度よく１ｍｍに保つためのスペーサ９が固定されてい
る。このスペーサ９は、電気的に絶縁を保つことができ
るアルミナ製からなり、厚さ１ｍｍで、両電極７，８の
平面領域２１と同軸状のリング形状からなる。スペーサ
９のリング形状の径は、スペーサ９が、両電極７，８の
平面領域２１内に収まる大きさとされている。スペーサ
９のスクリーン電極７と反対側の面には、スクリーン電
極７と加速電極８が平行になるように、加速電極８が、
平面領域２１で固定されている。このとき、図１に示す
ように、両電極７，８は、両電極７，８のイオン引き出
し孔２２それぞれが、同じ直線上にのるように固定され
ている。

【００３２】スクリーン電極７は、加速電源２８の正極
端子が接続された放電室１に直接固定されているため、
放電室１と同じ正の電圧が印加可能に構成されている。
加速電極８には、図５に示すように、サプレッサ電源２
９の負極端子が接続されており、負の電圧が印加可能と
されている。これにより、加速電極８とスクリーン電極
７との間に電位差が生じて強い外部電界が形成されるよ
うに構成されている。

【００３３】また、加速電極８の成膜装置３５側には、
周知のニュートラライザ３１が配置されている。ニュー
トラライザ３１は、電子を供給してイオン値を制御し、
電気的に中性な状態を維持するものであり、加速電極８
にイオンが溜まってイオン引き出しの効率が低下するこ
とを防止する役割を果たす。

【００３４】次に、本例のイオン源Ｓ及びイオン引き出
し電極７，８の動作について説明する。まず、ガス導入
ユニット１１を作動させ、ガスボンベ１０内のガスを、
ガス導入口２から放電室１内に導入する。このとき、ア
ルゴンガス，酸素ガス，窒素ガスや、これらのガスの混
合ガスを導入する。また、純水循環器１７を作動させて
永久磁石５の周囲の純水循環路に純水を流し、永久磁石
５を冷却する。放電室１内が所定のガス圧力に達した
ら、ＲＦ電源１５をオンにして、アンテナ３に高周波
（１３．５６ＭＨｚ）電流を流す。この高周波電流に起
因する誘導起電力により、放電室１内にプラズマが発生
する。このＲＦによる放電は、誘導結合方式の放電と呼
ばれている。放電室１の真空中に存在する電子が、高周
波により振動し、これが、ガス導入口２から導入された
中性ガスに衝突することにより、中性ガス分子がイオン
化され、放電室１内にプラズマが形成されるのである。
また、図７のような永久磁石５の磁力線３７によって形
成されたカスプ型の磁界により、電子が効率よく閉じこ
められ、密度の高いプラズマが保持される。さらに、ア
ンテナ３の脚部１２，１３の両側に、アンテナ３のコイ
ルと平行になるように永久磁石４５Ａ，Ｂを配置して、
アンテナ３の下で電子を捕獲することにより、初期放電
性および放電維持性が良くなる。

【００３５】また、加速電源２８，サプレッサ電源２９
の電源をオンにする。これにより、正の電圧が印加され
たスクリーン電極７と、負の電圧が印加された加速電極
８との間に、電位差が生じて強い外部電界が形成され
る。この外部電界により、放電室１内で生成されたプラ
ズマ中の正イオンが、イオン引出イオン引き出し孔２２
から引き出され、イオンビームが形成される。また、同
時にニュートラライザ電源３０の電源をオンにする。こ
れにより、ニュートラライザ３１に電子が供給され、イ
オンビームのイオン値を一定に保つことが可能となる。

【００３６】以上のようにして、アルゴン，酸素，窒素
等のイオンビームがイオン源Ｓから引き出される。本例
のイオン源Ｓは、例えば、図２に示すイオンビームアシ
スト蒸着装置で用いられる。イオンビームアシスト蒸着
では、基板に対向して設けられた金属蒸発源から、電子
ビーム蒸着装置で金属蒸気を蒸発させる。同時に、本例
のイオン源Ｓを上記の手順で作動させてイオンビームを
発生させる。こうして、金属の蒸着粒子とイオンビーム
を、基板に同時に供給する。アルゴン等の希ガスイオン
ビームを発生させた場合には、結晶性向上など、薄膜の
性質を変化させることができる。また、炭素（メタン
等），窒素，酸素等のイオンビームを発生させた場合に
は、炭化物，窒化物，酸化物等の化合物薄膜を形成する
ことができる。

【００３７】なお、本例では、イオン源Ｓをイオンビー
ムアシスト蒸着法に用いる場合について説明したが、本
例のイオン源Ｓを、イオンビームエッチングに用いても
よい。このイオンビームエッチング装置は、真空容器
と、真空容器内に配置された基板と、この基板に加速電
極８が対向するように配置された本例のイオン源Ｓと、
を備える。イオンビームエッチングは、基板を配置して
真空容器内を減圧した後、上記の手順により本例のイオ
ン源Ｓで発生させたイオンビームを基板に照射して行
う。本例のイオン源Ｓを用いると、太くて均一なイオン
ビームを得ることができるので、大きなシリコンウェハ
を一挙にエッチングしたり、大きなレンズの表面を一様
にエッチングしたりする場合に好適である。また、イオ
ンビームによるエッチングは、完全異方性を実現できる
というメリットがある。

【００３８】以上のように、本例では、イオン引き出し
電極７，８を、放電室１の外側に向かって凸となる曲面
として形成し、複数のイオン引き出し孔２２を、放電室
１側から放電室１の外側に向かって、放射状に形成して
いるので、図９の（Ａ）に示すような、大直径のイオン
ビームを得ることができる。

【００３９】図９（Ｂ）に示すような従来の平らな板状
のイオン引き出し電極では、イオンビームは、両電極
７，８の平行するように設けられたイオン引き出し孔２
２から、図１０（Ｂ）のように両側に広がる。しかし、
すべてのイオン引き出し孔が図９（Ｂ）のように、平行
に設けられているため、全体としては、広角なイオンビ
ームを得ることはできない。それに対し、本発明のイオ
ン引き出し電極でも、従来のイオン引き出し電極と同様
に、イオン引き出し孔２２からイオンビームが両側に広
がるが、イオン引き出し孔２２が、曲面領域２０の曲率
に応じて外側に傾いているため、全体として、図９の
（Ａ）に示すような広角なイオンビームを得ることが可
能となるのである。

【００４０】

【発明の効果】本発明では、イオン引き出し電極を、前
記放電室の外側に向かって凸となる曲面として形成して
いるので、装置全体を大型にしなくても大直径イオンビ
ームを得ることができる。また、本発明では、複数のイ
オン引き出し孔を、前記放電室側から前記放電室の外側
に向かって、放射状に形成され、前記第１のイオン引き
出し電極のそれぞれの前記イオン引き出し孔と、前記第
２のイオン引き出し電極のそれぞれの前記イオン引き出
し孔とが、２つの前記イオン引き出し電極を貫通する直
線上に存在するようにしているため、放電室から、イオ
ンをスムーズに引き出すことが可能となる。

【００４１】また、本発明では、プラズマ発生手段は、
原料ガスを前記放電室内に導入するガス導入手段と、前
記放電室内に配置された高周波電圧を印加するためのア
ンテナと、前記放電室の内壁に沿って配置された複数の
磁石と、を備え、前記複数の磁石は、隣接する該磁石の
Ｓ極とＮ極が隣り合い、前記アンテナを取り囲むように
配置され、前記アンテナは、誘導結合方式の誘導コイル
からなるように形成しているので、熱陰極を用いない長
寿命の高周波型のイオン源を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るイオン源およびイオン
取り出し電極を示す縦断面説明図である。

【図２】本発明の一実施例に係るイオン源と周辺装置と
の接続を示す説明図である。

【図３】本発明の一実施例に係るイオン源を示す縦断面
説明図である。

【図４】図３のＡ−Ａ線における断面図である。

【図５】本発明の一実施例に係るイオン源と各電源との
接続を示す説明図である。

【図６】本発明の一実施例に係るイオン引き出し電極を
示す平面説明図である。

【図７】本発明の一実施例に係るイオン源の磁石の配置
を説明するための放電室横断面説明図である。

【図８】放電室の底面上に、アンテナのコイルと平行に
なるように永久磁石を配置する場合における、これらの
永久磁石の配置を示す説明図である。

【図９】本発明のイオン引き出し電極を用いた場合のイ
オンビームの発散角（Ａ）と、従来のイオン引き出し電
極を用いた場合のイオンビームの発散角（Ｂ）とを示す
説明図である。

【図１０】本発明のイオン引き出し電極を用いた場合の
イオンビームの発散角（Ａ）と、従来のイオン引き出し
電極を用いた場合のイオンビームの発散角（Ｂ）とを示
す説明図である。

【符号の説明】 Ｓ イオン源 １ 放電室 ２ ガス導入口 ３ アンテナ ４ 絶縁体 ５，４５Ａ，４５Ｂ 永久磁石 ６ 開口 ７ スクリーン電極 ８ 加速電極 ９ スペーサ １０ ガスボンベ １１ ガス導入ユニット １２，１３ 脚部 １４ マッチングボックス １５ ＲＦ電源 １６ 配管 １７ 純水循環器 １８ Ｎ極 １９ Ｓ極 ２０ 曲面領域 ２１ 平面領域 ２２ イオン引き出し孔 ２３ 中心 ２４ 周縁 ２５ 取付孔 ２６ 壁面 ２７ 接面 ２８ 加速電源 ２９ サプレッサ電源 ３０ ニュートラライザ電源 ３１ ニュートラライザ ３２ ＤＣ電源 ３３ 出力設定器 ３４ フィルタボックス ３５ 成膜装置 ３６ サセプタ ３７ 磁力線 ３８ ビーム発散広がり ３９，４０ 空間

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１２年１１月６日（２０００．１１．
６）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００６

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題は、請求項１に
係る発明によれば、発生させたプラズマからイオンを引
き出してイオンビームを発生させるイオン源であって、
開口を有する放電室内に配置されたプラズマ発生手段
と、前記放電室の前記開口を塞ぐ第１のイオン引き出し
電極と、該第１のイオン引き出し電極と所定の間隔を置
いて配置された第２のイオン引き出し電極と、前記第１
のイオン引き出し電極と前記第２のイオン引き出し電極
との間に電位差を付与する手段と、を備え、前記各イオ
ン引き出し電極は、該イオン引き出し電極を貫通する複
数のイオン引き出し孔を備えて前記放電室の外側に向か
って凸となる曲面領域を備えた板状体からなり、前記第
１のイオン引き出し電極と前記第２のイオン引き出し電
極との間には、前記所定の間隔を置くための絶縁体から
なるスペーサが配設され、前記複数のイオン引き出し孔
は、前記曲面領域の中心付近よりも前記曲面領域の周縁
付近に密度を高めて形成され前記複数のイオン引き出し
孔は、前記放電室側から前記放電室の外側に向かって、
放射状に形成され、前記第１のイオン引き出し電極のそ
れぞれの前記イオン引き出し孔と、前記第２のイオン引
き出し電極のそれぞれの前記イオン引き出し孔とが、２
つの前記イオン引き出し電極を貫通する直線上に存在す
ることにより解決される。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００８

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００８】また、前記複数のイオン引き出し孔は、前
記放電室側から前記放電室の外側に向かって、放射状に
形成され、前記第１のイオン引き出し電極のそれぞれの
前記イオン引き出し孔と、前記第２のイオン引き出し電
極のそれぞれの前記イオン引き出し孔とが、２つの前記
イオン引き出し電極を貫通する直線上に存在するように
構成しているため、放電室から、イオンをスムーズに引
き出すことが可能となる。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００９

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００９】このとき、前記プラズマ発生手段は、原料
ガスを前記放電室内に導入するガス導入手段と、前記放
電室内に配置された高周波電圧を印加するためのアンテ
ナと、前記放電室の内壁に沿って配置された複数の磁石
と、を備え、前記複数の磁石は、隣接する該磁石のＳ極
とＮ極が隣り合い、前記アンテナを取り囲むように配置
され、前記アンテナは、誘導結合方式の誘導コイルから
なり、前記複数の磁石と前記放電室の壁面との間には、
冷却水循環路が形成されていると好適である。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１０】このように構成することにより、放電室内
に、高密度のプラズマを発生させることが可能となる。
また、冷却水循環路が形成されているため、冷却水循環
路に水を流して磁石が減磁されることを防止することが
可能となる。

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１１】また、前記プラズマ発生手段は、原料ガス
を前記放電室内に導入するガス導入手段と、前記放電室
内に配置された高周波電圧を印加するためのアンテナ
と、を備え、前記アンテナは、誘導結合方式の誘導コイ
ルからなり、前記放電室内には、前記アンテナの脚部の
両側に、磁石が配置されているように構成してもよい。
このように構成することにより、放電室内に、高密度の
プラズマを発生させることが可能となる。

【手続補正７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１２】上記課題は、請求項４に係る発明によれ
ば、プラズマが発生したイオン源から、イオンを引き出
すイオン引き出し電極であって、前記イオン引き出し電
極は、該イオン引き出し電極を貫通する複数のイオン引
き出し孔を備えて前記放電室の外側に向かって凸となる
曲面領域と、該曲面領域に延設された平面領域と備えた
板状体からなり、前記複数のイオン引き出し孔は、前記
曲面領域の中心付近よりも前記曲面領域の周縁付近に密
度を高めて形成され、前記複数のイオン引き出し孔は、
前記曲面の内側から前記曲面の外側に向かって、放射状
に形成されたことにより解決される。

【手続補正８】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１３】このように、イオン引き出し電極を、前記
放電室の外側に向かって凸となる曲面として形成してい
るので、装置全体を大型にしなくても大直径イオンビー
ムを得ることができる。

【手続補正９】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１７】前記プラズマ発生手段は、原料ガスを放電
室１内に導入するガス導入手段２と、放電室１内に配置
された高周波電圧を印加するためのアンテナ３と、図７
のように放電室１の内壁に沿って配置された複数の磁石
５と、を備えている。前記複数の磁石５は、図１，図７
に示すように、隣接する磁石５のＳ極１９とＮ極１８が
隣り合い、アンテナ３を取り囲むように配置されてい
る。そして、アンテナ３は、誘導結合方式の誘導コイル
からなる。前記複数の磁石５と前記放電室１の壁面との
間３９には、冷却水循環路が形成されている。また、ア
ンテナ３は、誘導結合方式の誘導コイルからなり、放電
室内には、アンテナ３の脚部１２，１３の両側に、磁石
４５Ａ，Ｂが配置されている。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 和広 東京都品川区南大井３丁目２番６号 株式 会社シンクロン内 (72)発明者 丸 一孝 山形県鶴岡市宝田１丁目19番71号 株式会 社シンクロン鶴岡内 Ｆターム(参考） 5C030 DD01 DE04 DE07

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発生させたプラズマからイオンを引き出
   してイオンビームを発生させるイオン源であって、 開口を有する放電室内に配置されたプラズマ発生手段
   と、前記放電室の前記開口を塞ぐ第１のイオン引き出し
   電極と、該第１のイオン引き出し電極と所定の間隔を置
   いて配置された第２のイオン引き出し電極と、前記第１
   のイオン引き出し電極と前記第２のイオン引き出し電極
   との間に電位差を付与する手段と、を備え、 前記各イオン引き出し電極は、該イオン引き出し電極を
   貫通する複数のイオン引き出し孔を備えて前記放電室の
   外側に向かって凸となる曲面領域を備えた板状体からな
   り、 前記第１のイオン引き出し電極と前記第２のイオン引き
   出し電極との間には、前記所定の間隔を置くための絶縁
   体からなるスペーサが配設されたことを特徴とするイオ
   ン源。
2. 【請求項２】 前記複数のイオン引き出し孔は、前記曲
   面領域の中心付近よりも前記曲面領域の周縁付近に密度
   を高めて形成されたことを特徴とする請求項１記載のイ
   オン源。
3. 【請求項３】 前記複数のイオン引き出し孔は、前記放
   電室側から前記放電室の外側に向かって、放射状に形成
   され、 前記第１のイオン引き出し電極のそれぞれの前記イオン
   引き出し孔と、前記第２のイオン引き出し電極のそれぞ
   れの前記イオン引き出し孔とが、２つの前記イオン引き
   出し電極を貫通する直線上に存在することを特徴とする
   請求項１または２記載のイオン源。
4. 【請求項４】 前記プラズマ発生手段は、原料ガスを前
   記放電室内に導入するガス導入手段と、前記放電室内に
   配置された高周波電圧を印加するためのアンテナと、前
   記放電室の内壁に沿って配置された複数の磁石と、を備
   え、 前記複数の磁石は、隣接する該磁石のＳ極とＮ極が隣り
   合い、前記アンテナを取り囲むように配置され、 前記アンテナは、誘導結合方式の誘導コイルからなるこ
   とを特徴とする請求項１記載のイオン源。
5. 【請求項５】 プラズマが発生したイオン源から、イオ
   ンを引き出すイオン引き出し電極であって、 前記イオン引き出し電極は、該イオン引き出し電極を貫
   通する複数のイオン引き出し孔を備えて前記放電室の外
   側に向かって凸となる曲面領域を備えた板状体からなる
   ことを特徴とするイオン引き出し電極。
6. 【請求項６】 前記複数のイオン引き出し孔は、前記曲
   面領域の中心付近よりも前記曲面領域の周縁付近に密度
   を高めて形成されたことを特徴とする請求項５記載のイ
   オン引き出し電極。
7. 【請求項７】 前記複数のイオン引き出し孔は、前記曲
   面の内側から前記曲面の外側に向かって、放射状に形成
   されたことを特徴とする請求項５記載のイオン引き出し
   電極。