JP2587629B2

JP2587629B2 - 電子ビ−ム式プラズマ装置

Info

Publication number: JP2587629B2
Application number: JP62021303A
Authority: JP
Inventors: 信雄石井; 直樹高山; 剛平川村; 民夫原; 学浜垣; 進難波; 克信青柳
Original assignee: Tokyo Electron Ltd; RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Current assignee: Tokyo Electron Ltd; RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Priority date: 1987-01-31
Filing date: 1987-01-31
Publication date: 1997-03-05
Anticipated expiration: 2012-03-05
Also published as: JPS63190299A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、電子ビーム式プラズマ装置に関する。

（従来の技術）一般にプラズマ装置には、対向電極間にガスを導入さ
せて発生させるもの、マイクロ波放電により発生させる
ものがある。しかし、さらに大容量のイオンまたは電子
の出力を得るのにプラズマ発生室を設け、このプラズマ
発生室から電子を選択的に引き出す構造のプラズマ装置
がある。この電子の引き出し部の構造は、プラズマを発
生するための初期放電用の一方の電極をメッシュ状の電
極で構成し、このメッシュ状電極に近付けて電子引き出
し用のメッシュ電極を設けたもので、すなわち帯電した
粒子を通過させるための多数の透孔を有し、これらの帯
電した粒子を加速するための電圧などが印加されるプラ
ズマ装置用電極を用いたものがある。

（発明が解決しようとする課題）上述の従来のプラズマ装置用電極では、プラズマ装置
の密閉容器中に複数対の電極が配置され使用される場合
が多く、このような電極対の間隔を平行を保持し高精度
に組み込む必要があり、プラズマ装置の狭い密閉容器内
でこのような位置合わせをすることが非常に困難であっ
た。

本発明は、かかる従来の事情に対処して成されたもの
で、電極間の間隔を平行を保持して高精度に位置合せを
して組み込み、容易に高精度に構成することのできる電
子ビーム式プラズマ装置を提供しようとするものであ
る。

［発明の構成］すなわち本発明の電子ビーム式プラズマ装置は、容器
内に設けられたカソード電極とアノード電極との間に電
圧を印加してプラズマを生成する電源と、この生成されたプラズマより電子ビームを引出してチ
ャンバ内へ導入する加速用電極と、前記チャンバ内へ導入された電子ビームをガス分子に
衝突させてプラズマを発生させるガス供給手段とを備え
た電子ビーム式プラズマ装置であって、前記アノード電極と前記加速用電極は、電子ビームを
通過させるための複数の透孔を具備するとともに、これ
らの透孔の位置が一致するように当該アノード電極と加
速用電極とを、間に絶縁部材のスペーサを介して位置決
め、固定するための固定機構を具備し、前記固定機構により、前記アノード電極と前記加速用
電極とが固定され、一体化された状態で、前記容器内に
取り付け、および取り外し可能に構成されたことを特徴
とする。

（作用）本発明の電子ビーム式プラズマ装置によれば、カソー
ド電極との間でプラズマを生成するアノード電極、及
び、このプラズマから電子ビームを引き出して加速する
加速電極が、電子ビームを通過させるための複数の透孔
を具備するとともに、これらの透孔の位置が一致するよ
うに当該アノード電極と加速用電極とを、間に絶縁部材
のスペーサを介して位置決め、固定するための固定機構
を具備し、この固定機構により、アノード電極と加速用
電極とが固定され、一体化された状態で、容器内に取り
付け、および取り外し可能に構成されている。

したがって、これらの電極の位置精度を高めることが
でき、プラズマより引き出され加速される電子ビームを
精度よくチャンバ内に導入することができ、これによっ
て、チャンバ内でガス分子に衝突して発生するプラズマ
を、より精度よく制御することができる。

（実施例）以下本発明の一実施例を図面を参照して説明する。

第１図に示すプラズマ装置用電極対は、例えば第２図
に示すような電子ビームプラズマ生成装置を備えたイオ
ン注入装置に用いられる。

このプラズマ装置用電極１は、２枚の円板状の電極
２、３と、これらの電極２、３との間に介挿されるリン
グ状のスペーサ４と、電極２、３の周辺部に配置された
複数の固定用透孔2a、3aに挿入され、これらの電極２、
３を固定するための複数の固定用ピン５とから構成され
ている。

電極２、３は、例えばモリブデンやタングステン等の
高融点金属等から、直径数cm、圧さ0.2mm〜0.5mm程度の
円板状に形成され、その周辺部を除く領域に、直径0.5m
m程度の帯電した粒子を通過させるための通過用透孔2
b、3bが多数配置されている。

また、スペーサ４と固定用ピン５は、例えばアルミナ
系セラミックス等の絶縁性部材から構成され、スペーサ
４の厚さは電極２、３間の所定間隙例えば0.3mm〜1.5mm
に設定されている。

なおスペーサ４、固定用ピン５は、第３図に示すよう
に、固定用透孔2a、3aよりやや大径に構成され電極２、
３間に介挿されるスペーサー4aと、固定用透孔2a、3aに
挿入されるネジ5aと、固定用透孔2a、3aとネジ5aとの間
に介挿される絶縁部材5bと等から構成してもよい。

上記構成のプラズマ装置用電極１は、電極２と電極３
とが、スペーサ４を介して固定用ピン５により固定さ
れ、通過用透孔2b、3bの位置決めが行われた後、第２図
に示すようなイオン注入装置の密閉容器10内へ配置され
る。従って、従来に比べて簡単に電極２、３間の位置合
せを行うことができる。なお、プラズマ装置用電極１の
密閉容器10内での固定は、例えば第４図に示すように、
密閉容器10内壁にフランジ部10a、10b等を設けておき、
これらのフランジ部10a、10b間に挟持することによって
行なうことができる。

このようなプラズマ装置用電極１は、イオン注入装置
用イオン源の密閉容器10内で、例えば電極２が円筒状の
カソード11との間に放電電源を印加されるアノードとし
て用いられ、他方の電極３が、カソード11とアノード２
との間で生成されたプラズマ内から電子ビームを引出
し、加速する電子ビーム加速用電極として用いられる。

すなわち、例えばタンタル等からなる円筒状のカソー
ド11の貫通孔11aを通して、密閉容器10内に放電用ガ
ス、例えばアルゴンガス等が導入される。カソード11と
アノード２との間には、放電電源12から例えば500V程度
の放電電圧が印加され、グロー放電を起こし、プラズマ
が生成される。

カソード11とアノード２との間には、微小コンダクタ
ンスの隘路13例えば導電板にスリット状または円形状の
透孔が設けられている。

この隘路13は、カソード11側の密閉容器10内のガス圧
を0.3Torr〜1.00Torr例えば、0.8Torr程度とし、アノー
ド２側の密閉容器10内のガス圧を0.01Torr〜0.04Torr程
度とする大きさであり中間電極の役割も兼ねている。

また、隘路13の内面のうち、アノード２側の大部分が
絶縁物14例えばアルミナ系セラミックスで覆われてお
り、カソード11とアノード２との放電が容易に成される
ようにされている。この放電によりプラズマが発生す
る。

アノード２に対して0.5〜1.5mmの間隙で設けられた電
子ビーム加速用電極３は、電源15により例えば300V程度
の加速電圧が印加され、放電により生じたプラズマの中
から電子を引出し、例えば50eV〜300eVに加速してイオ
ンチャンバ16内に入射させる。

なお、アノード２と電子ビーム加速用電極３との間
は、例えば0.03Torr程度のガス圧とされる。

イオンチャンバ16内は、イオン注入のためのガス例え
ばヒ素（As）ガスがガス圧0.01Torr〜0.02Torrとなるよ
うに供給され、このイオンチャンバ16内に導入された電
子ビームは、ヒ素ガス分子に衝突し、濃いプラズマを発
生する。これは電離断面積の大きな電子ビームを用いて
ガス圧の少ない領域でプラズマを発生するためである。

イオンチャンバ16の電子ビーム加速用電極３に対向す
る側には、方形状のスリット17および楕円形状のスリッ
ト18が設けられている。

これらのスリット17、18の構成は、周知のイオン注入
装置のイオン源に用いられているイオン導出部の電極構
成で、スリット17は縦長の1.5mm×15.5mmの長方形状の
透孔であり、スリット18は短径0.5mm、直径20mmの楕円
形状である。

これらのスリット17により、イオンチャンバ16内から
引出されたイオンビームは、イオン注入装置の質量分析
用の磁場中（図示せず）へ出射される。

なお、上記構成のイオン注入装置においては、カソー
ド11とアノード２との間の放電電流を低く抑制して、カ
ソード11の寿命を長くし、かつ多量の電子ビームを引出
すことが好ましい。このような場合、アノード２および
電子ビーム加速用電極３の肉厚を薄くすることが有効で
ある。例えば、初期放電電流が1A、電子加速電圧が300
V、通過用透孔2b、3bの径が0.5mmの場合、肉厚0.5mmの
電極板を用いた場合400mAの電子ビーム電流が得られ、
肉厚0.3mmの電極板を用いた場合は、600mAの電子ビーム
電流を得ることができる。

［発明の効果］上述のように本発明の電子ビーム式プラズマ装置によ
れば、カソード電極との間でプラズマを生成するアノー
ド電極、及び、このプラズマから電子ビームを引き出し
て加速する加速電極が、電子ビームを通過させるための
複数の透孔を具備するとともに、これらの透孔の位置が
一致するように当該アノード電極と加速用電極とを、間
に絶縁部材のスペーサを介して位置決め、固定するため
の固定機構を具備し、この固定機構により、アノード電
極と加速用電極とが固定され、一体化された状態で、容
器内に取り付け、および取り外し可能に構成されてい
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を説明するためのプラズマ装
置用電極の対を示す斜視図、第２図は第１図に示す電極
対をイオン注入装置に適用した構成図、第３図は第１図
に示す電極体の変型例を示す斜視図、第４図は第２図の
要部を示す縦断面図である。１……プラズマ装置用電極、２、３……電極、2a、3a…
…固定用透孔、2b、3b……通過用透孔、４……スペー
サ、５……固定用ピン。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者高山直樹東京都新宿区西新宿１丁目26番２号東京エレクトロン株式会社内 (72)発明者川村剛平東京都新宿区西新宿１丁目26番２号東京エレクトロン株式会社内 (72)発明者原民夫和光市広沢２番１号理化学研究所内 (72)発明者浜垣学和光市広沢２番１号理化学研究所内 (72)発明者難波進和光市広沢２番１号理化学研究所内 (72)発明者青柳克信和光市広沢２番１号理化学研究所内 (56)参考文献特開昭61−34832（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−225737（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】容器内に設けられたカソード電極とアノー
ド電極との間に電圧を印加してプラズマを生成する電源
と、この生成されたプラズマより電子ビームを引出してチャ
ンバ内へ導入する加速用電極と、前記チャンバ内へ導入された電子ビームをガス分子に衝
突させてプラズマを発生させるガス供給手段とを備えた
電子ビーム式プラズマ装置であって、前記アノード電極と前記加速用電極は、電子ビームを通
過させるための複数の透孔を具備するとともに、これら
の透孔の位置が一致するように当該アノード電極と加速
用電極とを、間に絶縁部材のスペーサを介して位置決
め、固定するための固定機構を具備し、前記固定機構により、前記アノード電極と前記加速用電
極とが固定され、一体化された状態で、前記容器内に取
り付け、および取り外し可能に構成されたことを特徴と
する電子ビーム式プラズマ装置。