JP2597485B2 - Microwave ion source - Google Patents

Microwave ion source

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JP2597485B2
JP2597485B2 JP62185383A JP18538387A JP2597485B2 JP 2597485 B2 JP2597485 B2 JP 2597485B2 JP 62185383 A JP62185383 A JP 62185383A JP 18538387 A JP18538387 A JP 18538387A JP 2597485 B2 JP2597485 B2 JP 2597485B2
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microwave introduction
plasma
ion source
ion
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康弘 鳥居
巌 渡辺
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体層への不純物のドーピング、材料合
成、表面改質あるいは新材料開発などに使用されるイオ
ン注入装置、イオンビーム照射加工装置等に用いるマイ
クロ波イオン源の改良に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to an ion implantation apparatus used for doping impurities into a semiconductor layer, material synthesis, surface modification or new material development, and an ion beam irradiation processing apparatus. The present invention relates to an improvement of a microwave ion source used for the above-mentioned methods.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

イオン注入装置は半導体製造プロセスには不可欠で、
必要な不純物ドーズ量に応じて種々の実用装置が開発さ
れている。しかしながら、従来不純物ドーズ量は高濃度
のものでも1016イオン/cm2であったため、大電流イオン
注入装置といわれるものでもそのイオン電流は1〜10mA
であった。これに対し、例えばシリコン基板内部にSiO2
層を合成するSIMOX(Separation by IMplanted OXyge
n)基板形成技術、金属表面を表面改質(窒化・酸化処
理等)して表面物性を変える技術のように、ドーズ量10
18イオン/cm2以上のイオン打込みを要する半導体製造技
術が進展しており、それに伴い50〜100mAの大電流イオ
ン注入装置の開発が切望されている。
Ion implantation equipment is indispensable for the semiconductor manufacturing process,
Various practical devices have been developed according to the required impurity dose. However, since the impurity dose has been 10 16 ions / cm 2 even at a high concentration in the past, the ion current is 1 to 10 mA even in what is called a high-current ion implanter.
Met. On the other hand, for example, SiO 2
SIMOX (Separation by IMplanted OXyge)
n) As with the substrate formation technology and the technology to change the physical properties of the metal surface by surface modification (nitriding / oxidation treatment, etc.), the dose amount is 10
With the progress of semiconductor manufacturing technology requiring ion implantation of 18 ions / cm 2 or more, development of a high-current ion implanter of 50 to 100 mA is strongly desired.

この種の装置を開発するには、総イオン電流が100〜2
00mA以上で、しかも酸素などの活性ガスに対して長寿命
のイオン源が不可欠である。マイクロ波イオン源は無電
極放電であることから、この種の用途に最適とみなされ
ている。
To develop this type of device, the total ion current must be between 100 and 2
An ion source that is at least 00 mA and has a long life for an active gas such as oxygen is indispensable. Microwave ion sources are considered optimal for this type of application because of the electrodeless discharge.

第6図に従来のマイクロ波イオン源の基本構成を示
す。これは、特願昭61−212382号に記載されたものであ
る。第6図において、1はプラズマ発生室、2はマイク
ロ波導入窓、3は導波管、4は磁気コイル、5はガス導
入口、6はイオン引出し電極系、7は引き出されたイオ
ンビーム、8は絶縁固定部、9はプラズマリミッタ、10
は冷却用パイプ、11は真空封じ用のOリングである。プ
ラズマ発生室1にガス導入口5よりガスを導入し、導波
管3からマイクロ波(例えば2.45GHz)を導入し(マイ
クロ波発振源、アイソレータ、整合器、マイクロ波電力
計は図示せず)、磁気コイル4によって電子サイクロト
ロン共鳴(ECR)条件(875ガウス)の直流磁場をマイク
ロ波電界に対して直角方向に印加すると、これらの相互
作用で、プラズマ発生室1に導入されたガスはプラズマ
となる。このように生成されたプラズマから、加速・減
速系で構成したイオン引出し電極系6によってイオンビ
ーム7が引き出される。
FIG. 6 shows a basic configuration of a conventional microwave ion source. This is described in Japanese Patent Application No. 61-212382. In FIG. 6, 1 is a plasma generation chamber, 2 is a microwave introduction window, 3 is a waveguide, 4 is a magnetic coil, 5 is a gas inlet, 6 is an ion extraction electrode system, 7 is an extracted ion beam, 8 is an insulating fixing part, 9 is a plasma limiter, 10
Is a cooling pipe, and 11 is an O-ring for vacuum sealing. Gas is introduced into the plasma generation chamber 1 from the gas inlet 5 and microwaves (for example, 2.45 GHz) are introduced from the waveguide 3 (a microwave oscillation source, an isolator, a matching device, and a microwave power meter are not shown). When a DC magnetic field under electron cyclotron resonance (ECR) conditions (875 gauss) is applied by the magnetic coil 4 in a direction perpendicular to the microwave electric field, the gas introduced into the plasma generation chamber 1 by the interaction between them and the plasma Become. From the plasma thus generated, an ion beam 7 is extracted by an ion extraction electrode system 6 constituted by an acceleration / deceleration system.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

マイクロ波イオン源は無電極放電であるため、反応性
ガスに対しても消耗部が無く半永久的に使用可能と考え
られている。しかしながら、高密度イオンビームを得よ
うとすると、マイクロ波導入窓2が高温になって損傷す
る問題がある。この誘電体窓の昇温、破壊の原因は単純
にプラズマのみによって起こるのでなく、イオン引出し
電極系6の近傍で生成する電子もしくはイオン源の外部
から流入する電子に起因していると考えられる。すなわ
ち、高密度イオンビームを得るために引出し電極系6の
加速電圧を高くするので、これらの電子はこの加速電圧
でマイクロ波導入窓2の方向に加速されて高エネルギー
の高速逆流電子となり、マイクロ波導入窓2に衝突す
る。その上、これらの高速逆流電子はプラズマ発生室内
にかけられている磁場の影響で広がらずにむしろ絞られ
て誘電体に衝突する。よって、高密度エネルギーを有す
る電子が衝突することになり、マイクロ波導入窓2が昇
温・破壊するものと考えられる。特に、加速−減速系の
3枚電極構成で減速電極系が放電などでその機能を果た
していないと、マイクロ波イオン源の外部からの電子が
大量にイオン源内に流入するため、瞬間的に温度が上昇
する。
Since the microwave ion source is an electrodeless discharge, it is considered that the microwave ion source can be used semi-permanently without a consumable part even for a reactive gas. However, when trying to obtain a high-density ion beam, there is a problem that the microwave introduction window 2 becomes hot and is damaged. It is considered that the cause of the temperature rise and destruction of the dielectric window is not simply caused by the plasma alone, but is caused by electrons generated near the ion extraction electrode system 6 or electrons flowing from outside the ion source. That is, since the accelerating voltage of the extraction electrode system 6 is increased to obtain a high-density ion beam, these electrons are accelerated in the direction of the microwave introduction window 2 by this accelerating voltage to become high-energy high-speed countercurrent electrons, It collides with the wave introduction window 2. In addition, these high-speed back-flow electrons do not spread under the influence of the magnetic field applied in the plasma generation chamber, but rather are squeezed and collide with the dielectric. Therefore, it is considered that electrons having high density energy collide, and the microwave introduction window 2 is heated and destroyed. In particular, if the deceleration electrode system does not fulfill its function due to discharge or the like in the three-electrode configuration of the acceleration-deceleration system, a large amount of electrons from the outside of the microwave ion source flow into the ion source. To rise.

一般にマイクロ波導入窓2が誘電体で構成され、大量
の高速逆流電子が衝突する可能性がある限り、長時間の
使用の間に誘電体の劣化が生じるので、半永久的な使用
は困難である。さらに誘電体は一般に、熱伝導が悪いた
め、この導入窓部が高温になり、真空封じ部のOリング
11が損傷され易い。
Generally, as long as the microwave introduction window 2 is made of a dielectric material and a large amount of high-speed countercurrent electrons may collide with the microwave introduction window 2, the dielectric material deteriorates during long-time use, so that semi-permanent use is difficult. . Further, since the dielectric generally has poor heat conduction, the temperature of the introduction window becomes high, and the O-ring of the vacuum sealing portion is formed.
11 is easily damaged.

このように、高速逆流電子が衝突する位置に誘電体の
マイクロ波導入窓2が設置されているため、この導入窓
2が長時間の使用に対して劣化し、半永久的な使用は困
難であった。また、一般にマイクロ波導入窓2の熱伝導
が悪いため、マイクロ波導入窓2は高温になり、これを
真空封じしているOリング11は劣化しやすかった。
As described above, since the microwave introduction window 2 made of a dielectric material is provided at the position where the high-speed back-flow electrons collide, the introduction window 2 deteriorates for a long-time use, and it is difficult to use it semi-permanently. Was. In general, the microwave introduction window 2 generally has poor heat conduction, so that the temperature of the microwave introduction window 2 becomes high, and the O-ring 11 for vacuum sealing the window 2 easily deteriorates.

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、
その目的とするところは、マイクロ波導入部の損傷部分
をなくし、半永久的に使用できる信頼性の高い大電流イ
オン源を提供することにある。
The present invention has been made in view of such a point,
An object of the present invention is to provide a highly reliable high-current ion source that can be used semi-permanently by eliminating a damaged portion of a microwave introduction part.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

このような問題点を解決するために本発明によるマイ
クロ波イオン源は、プラズマを発生させるプラズマ生成
用空洞部にマイクロ波を導入するマイクロ波導入部を備
え、このマイクロ波導入部に、複数のマイクロ波導入窓
部を設け、マイクロ波導入窓部間の間隔がイオン引出し
電極のビーム引出し開口の外径以上となるようにしたも
のである。また、イオン引出し電極系方向から逆流する
高速逆流電子に対しマイクロ波導入窓部を遮蔽する位置
に遮蔽体を設けるようにしたものである。
In order to solve such a problem, the microwave ion source according to the present invention includes a microwave introduction unit that introduces a microwave into a plasma generation cavity that generates plasma, and the microwave introduction unit includes a plurality of microwave introduction units. A microwave introduction window is provided so that the interval between the microwave introduction windows is equal to or larger than the outer diameter of the beam extraction aperture of the ion extraction electrode. In addition, a shield is provided at a position where the microwave introduction window is shielded against high-speed backflow electrons flowing backward from the direction of the ion extraction electrode system.

〔作用〕[Action]

本発明によるマイクロ波イオン源においては、高速逆
流電子の衝突部の熱を効率良く逃がし、真空封じ用のO
リングに接している誘電体の温度上昇が抑えられる。
In the microwave ion source according to the present invention, the heat at the collision portion of the high-speed back-flow electrons is efficiently released, and O
The temperature rise of the dielectric in contact with the ring is suppressed.

〔実施例〕〔Example〕

第1図は本発明に係わるマイクロ波イオン源の一実施
例を示す構成図である。同図において、1は円筒状の空
洞を有するステンレス鋼(SUS)からなるプラズマ生成
用空洞部としてのプラズマ発生室、3は導波管、4は磁
気コイル、5はガス導入口、6は複数の透孔(円形もし
くは矩形)からなるイオン引出し電極系、7はイオンビ
ーム、8は絶縁体、9はプラズマリミッタ、10は冷却用
パイプ、12はマイクロ波導入部、121はマイクロ波導波
管分岐部、122はマイクロ波導入口部、122aはマイクロ
波導入窓部、122bは高速逆流電子衝突部、123はマイク
ロ波導入口支持部、13は冷却水による冷却機構、14は真
空封じ用Oリングである。第1図のA−A線断面図、B
−B線断面図を第2図(a),(b)に示す。第2図
(a)のような矩形導波管3が、マイクロ波導波管分岐
部121で、第2図(b)に示すように、複数の導波管に
分岐されている。よって、矩形導波管3より導入された
マイクロ波はマイクロ波導波管分岐部121で分岐され
て、マイクロ波導入窓部122aに損失することなく導かれ
る。また導波管3は矩形が一般的であるが、それに限定
されることはない。プラズマ発生室1の空洞も円筒に限
定されることなく、直方体状であってもよい。プラズマ
リミッタ9はマイクロ波の遮蔽・プラズマの遮蔽(閉じ
込め)を行ない、イオンビームの安定性、引出し電極の
温度上昇の緩和などに有効であるが、高密度イオン源と
しては必ずしも設けなければならないものではない。
FIG. 1 is a configuration diagram showing one embodiment of a microwave ion source according to the present invention. In the figure, 1 is a plasma generation chamber as a plasma generation cavity made of stainless steel (SUS) having a cylindrical cavity, 3 is a waveguide, 4 is a magnetic coil, 5 is a gas inlet, and 6 is a plurality. Extraction electrode system consisting of through holes (circular or rectangular), 7 is an ion beam, 8 is an insulator, 9 is a plasma limiter, 10 is a cooling pipe, 12 is a microwave introduction part, and 121 is a microwave waveguide branch. , 122 is a microwave introduction port, 122a is a microwave introduction window, 122b is a high-speed countercurrent electron collision section, 123 is a microwave introduction port support, 13 is a cooling mechanism using cooling water, and 14 is an O-ring for vacuum sealing. . FIG. 1 is a sectional view taken along line AA of FIG. 1;
FIGS. 2 (a) and 2 (b) are cross-sectional views taken along line -B. A rectangular waveguide 3 as shown in FIG. 2A is branched into a plurality of waveguides at a microwave waveguide branch portion 121 as shown in FIG. 2B. Therefore, the microwave introduced from the rectangular waveguide 3 is branched at the microwave waveguide branch part 121 and guided to the microwave introduction window part 122a without loss. The waveguide 3 is generally rectangular, but is not limited thereto. The cavity of the plasma generation chamber 1 is not limited to a cylinder, but may be a rectangular parallelepiped. The plasma limiter 9 shields microwaves and shields (confines) the plasma, and is effective for stabilizing the ion beam and reducing the temperature rise of the extraction electrode. However, the plasma limiter 9 must be provided as a high-density ion source. is not.

第6図のイオン源と基本的に異なっているのは、マイ
クロ波導入部12の構成であり、高速電子が衝突する高速
逆流電子衝突部122bを金属にして、その両側にマイクロ
波を導入するマイクロ波導入窓部122aが設置されてい
る。この高速逆流電子が衝突する領域は、イオン引出し
電極のビーム引出し開口の外径にほぼ等しい。本実施例
の場合は約20mmφである。よって、高速逆流電子衝突部
122bの大きさは少なくてもこの程度必要である。プラズ
マ発生室1はマイクロ波導入窓部122aの真空封じ用Oリ
ング14で真空封じされており、ガス導入口からイオン化
すべきガスが導入される。マイクロ波(通常2.45GHz)
は、導波管3よりマイクロ波導入窓部122aを通ってプラ
ズマ発生室1に導入される。イオン引出し電極系6は複
数(通常は3枚電極構成)の電極板からなる加速−減速
電極構成であり、本実施例は相互に絶縁体8で絶縁した
3枚の電極からなる構成例を示してあるが、これ以上の
多段電極構成でもよいことはいうまでもない。本実施例
では、加速電極6aに5〜40kVの高電圧を印加し、減速電
極6bに−0.5〜−5kVの負電圧を印加し、接地電極6cはア
ース電位に接地する。なお、減速電極6bは、引出しビー
ムの広がりを制御するとともに、イオン源外部からの電
子の流入を防止する機能を有している。また、引出し電
極系6のイオン引出し開口は通常複数の透孔から構成さ
れている。円形イオンビームを得るためには7,13,19個
の細密充填の配置をし、矩形ビームを得るためには2×
5,3×5個のように配置すれば良い。例えば、5mmφ×7
個の透孔で20mmφのイオンビームが得られる。
6 is basically different from the ion source in FIG. 6 in the configuration of the microwave introduction unit 12, in which the high-speed back-flow electron collision unit 122b against which high-speed electrons collide is made of metal, and microwaves are introduced on both sides thereof. A microwave introduction window 122a is provided. The region where the high-speed back-flow electrons collide is substantially equal to the outer diameter of the beam extraction aperture of the ion extraction electrode. In the case of this embodiment, it is about 20 mmφ. Therefore, the high-speed reverse electron collision
The size of 122b is necessary at least to this extent. The plasma generation chamber 1 is vacuum-sealed by a vacuum-sealing O-ring 14 of the microwave introduction window 122a, and a gas to be ionized is introduced from a gas inlet. Microwave (usually 2.45GHz)
Is introduced from the waveguide 3 into the plasma generation chamber 1 through the microwave introduction window 122a. The ion extraction electrode system 6 has an acceleration-deceleration electrode configuration composed of a plurality of (usually three-electrode configuration) electrode plates. This embodiment shows a configuration example composed of three electrodes mutually insulated by an insulator 8. However, it goes without saying that a multi-stage electrode configuration larger than this may be used. In the present embodiment, a high voltage of 5 to 40 kV is applied to the acceleration electrode 6a, a negative voltage of -0.5 to -5 kV is applied to the deceleration electrode 6b, and the ground electrode 6c is grounded to the ground potential. The deceleration electrode 6b has a function of controlling the spread of the extraction beam and a function of preventing the inflow of electrons from outside the ion source. The ion extraction opening of the extraction electrode system 6 is usually composed of a plurality of through holes. To obtain a circular ion beam, 7,13,19 densely packed arrangements are required. To obtain a rectangular beam, 2 ×
What is necessary is just to arrange like 5,3x5 pieces. For example, 5mmφ × 7
An ion beam with a diameter of 20 mm can be obtained with each through hole.

このイオン源を動作させて、イオンビームを引き出し
ていると、生成されたプラズマがマイクロ波導入口122
にぶつかっているだけでなく、イオン引出し電極系6の
近傍で生成する電子もしくはイオン源の外部から流入す
る電子がイオン引出し電極系6で加速されて、マイクロ
波導入部12の方向に高速に運動する高速逆流電子にな
る。その上、プラズマを発生させるためにかけられてい
る磁場の作用で、この高速逆流電子は広がらずに電極の
開口(通常丸い穴)の大きさ以下に絞られて、2つのマ
イクロ波導入口の間の金属部に高密度パワーで衝突す
る。すなわち、非常に高密度の電力が局所的に照射され
ていることに対応している。特に、放電などで負の減速
電圧が印加されないで加速電圧のみが印加されている
と、イオン源の外部からの電子の流入が抑止されずに、
加速電圧で加速された大量の電子がマイクロ波導入部12
を直撃する。このような逆流高速電子によるエネルギー
は非常に大きいが、高速逆流電子衝突部122bは熱伝導の
良好な高融点金属で構成されているため、金属の表面に
荷電粒子が衝突し表面の温度が上がっても、金属部の熱
はその上部にある冷却機構13によって熱が奪われ、温度
上昇が抑えられる。よって、この高速逆流電子の衝突部
122bは熱によって損傷されることはない。さらに、マイ
クロ波導入窓部122aが高速逆流電子の衝突によって加熱
されることもなく、Oリング14と接している金属部が高
温になることはないので、マイクロ波導入窓部122aを真
空封じする真空封じ用Oリング14は損傷されることがな
い。よって、高密度プラズマに対してもこのイオン源は
安定に動作する。
When this ion source is operated to extract the ion beam, the generated plasma is supplied to the microwave inlet 122.
In addition to the collision, electrons generated in the vicinity of the ion extraction electrode system 6 or electrons flowing from outside the ion source are accelerated by the ion extraction electrode system 6 and move at high speed in the direction of the microwave introduction unit 12. Become fast back-flow electrons. In addition, due to the action of the magnetic field applied to generate the plasma, the high-speed countercurrent electrons are not spread and are reduced to the size of the electrode opening (usually a round hole), and the distance between the two microwave inlets is reduced. Collides with metal parts with high density power. That is, it corresponds to the fact that very high-density power is locally applied. In particular, when only the acceleration voltage is applied without applying the negative deceleration voltage due to discharge or the like, the inflow of electrons from outside the ion source is not suppressed,
A large amount of electrons accelerated by the accelerating voltage
Directly hit. Although the energy of such back-flow high-speed electrons is very large, the high-speed back-flow electron collision part 122b is made of a high-melting-point metal with good heat conduction, so that charged particles collide with the metal surface and the surface temperature rises. However, the heat of the metal part is taken away by the cooling mechanism 13 above the metal part, and the temperature rise is suppressed. Therefore, this high-speed countercurrent electron collision
122b is not damaged by heat. Further, since the microwave introduction window 122a is not heated by the collision of the high-speed back-flow electrons and the metal portion in contact with the O-ring 14 does not become hot, the microwave introduction window 122a is vacuum-sealed. The vacuum sealing O-ring 14 is not damaged. Therefore, this ion source operates stably even for high-density plasma.

第3図は本発明の第2の実施例を示す構成図であり、
第1図とマイクロ波導入口支持部124の構成が異なって
いる。マイクロ波導入窓部122a′の誘電体を長くし、高
速逆流電子の衝突部122bの前面を凹部の空洞にしてい
る。動作原理は第1図のイオン源と同一である。このよ
うな構成とすることにより、イオン引出し電極系6の方
向からくる高速逆流電子が高速逆流電子の衝突部122bに
衝突し、仮にこの部分の金属が高温になり瞬間的に蒸発
したとしても、蒸発した金属はマイクロ波導入窓部122
a′に付着しにくくなる。よって、この構成では、マイ
クロ波導入窓部122a′は金属の付着によってマイクロ波
の伝播を妨げることはないので、信頼性がより向上す
る。また、このような構成にすることにより、高速逆流
電子衝突部122bの前面の凹部にマイクロ波が伝播しにく
いため、この部分のプラズマ密度は弱くなる。よって、
高速逆流電子の衝突部122bの金属がプラズマによって加
熱されたり、プラズマ中のイオンでスパッタリングされ
て消耗したりすることが極めて少なくなる。また、マイ
クロ波導入口支持部124はマイクロ波をプラズマ発生室
1の中央に導くような構成になっているので、プラズマ
発生室1の中央部のプラズマ密度が高くなるようになっ
ている。
FIG. 3 is a block diagram showing a second embodiment of the present invention.
The configuration of the microwave introduction port support 124 is different from that of FIG. The dielectric of the microwave introduction window 122a 'is made longer, and the front surface of the high-speed back-flow electron collision portion 122b is formed as a hollow cavity. The principle of operation is the same as that of the ion source shown in FIG. With such a configuration, even if the high-speed back-flow electrons coming from the direction of the ion extraction electrode system 6 collide with the high-speed back-flow electron collision portion 122b, and even if the metal in this portion becomes hot and evaporates instantaneously, The evaporated metal is introduced into the microwave introduction window 122
It is difficult to adhere to a '. Therefore, in this configuration, the microwave introduction window 122a 'does not hinder the propagation of the microwave due to the adhesion of the metal, so that the reliability is further improved. In addition, with such a configuration, the microwave does not easily propagate to the concave portion on the front surface of the high-speed countercurrent electron collision portion 122b, and the plasma density in this portion is weakened. Therefore,
The metal in the collision portion 122b of the high-speed back-flow electrons is extremely unlikely to be heated by the plasma or consumed by being sputtered by the ions in the plasma. In addition, since the microwave introduction port supporting portion 124 is configured to guide the microwave to the center of the plasma generation chamber 1, the plasma density at the center of the plasma generation chamber 1 is increased.

第4図,第5図は本発明の第3,第4の実施例を示す構
成図である。第4図,第5図共に、マイクロ波導入口支
持部125,126が第1図と異なっている。動作原理は第1
図のイオン源と全く同一である。第4図では、マイクロ
波が導入された直後に干渉しないように中央に隔壁125a
が設置されている。なお、この隔壁125aの先端部分を穴
のあいた板もしくは金属メッシュにして、ガス,プラズ
マを透過させ、マイクロ波を遮蔽しても有効である。こ
のような構成にすることにより、マイクロ波がプラズマ
に吸収され、しかも安定なプラズマが生成されてからマ
イクロ波およびプラズマが合体することになるため、均
一で安定したプラズマが得られる。第5図のマイクロ波
イオン源は、更にマイクロ波をプラズマ発生室1の中央
部に導くようにして、プラズマ発生室1の中央部にプラ
ズマ密度を向上させたものである。さらに、この構成で
は、マイクロ波導入窓部122aはマイクロ波導入口支持部
126bによって高速逆流電子の衝突から保護されている。
そのため、各マイクロ波導入窓部122aの間隔の制約はな
くなり、イオン源構成上の自由度は増大する。
FIG. 4 and FIG. 5 are configuration diagrams showing third and fourth embodiments of the present invention. 4 and 5, the microwave introduction port support portions 125 and 126 are different from those in FIG. The operating principle is the first
It is exactly the same as the ion source in the figure. In FIG. 4, a partition wall 125a is provided at the center so as not to interfere immediately after the microwave is introduced.
Is installed. In addition, it is effective to form a plate or a metal mesh at the tip of the partition wall 125a so as to allow gas and plasma to pass therethrough and shield microwaves. With this configuration, the microwave is absorbed by the plasma, and the microwave and the plasma are united after the generation of the stable plasma, so that a uniform and stable plasma can be obtained. The microwave ion source shown in FIG. 5 further improves the plasma density at the center of the plasma generation chamber 1 by further guiding the microwave to the center of the plasma generation chamber 1. Further, in this configuration, the microwave introduction window portion 122a is
126b protects against fast back-flow electron impact.
Therefore, there is no restriction on the interval between the microwave introduction windows 122a, and the degree of freedom in the configuration of the ion source is increased.

また、本願発明者は、積層構造のマイクロ波導入窓が
高密度プラズマの生成に密接に関係していることを見出
している。これは、マイクロ波のプラズマに対するイン
ピーダンス整合と関係しており、プラズマの誘電率を考
慮してマイクロ波導入窓を構成する必要がある。形状
(大きさ・厚み)はインピーダンス整合をとってマイク
ロ波の反射が小さくなるように設計すれば良いが、一般
に高密度プラズマとインピーダンス整合をとるために
は、誘電率の高い誘電体(例えばアルミナ)の使用が効
果的である。また、プラズマと接触する部分は熱伝導率
が高く高融点の誘電体が有効なので、その目的にはBNが
適している。例えば、真空封じのために加工,平坦性に
すぐれた石英を用いると、石英,アルミナ,BNの3種の
誘電体の組合せが有効であるが、石英とアルミナの組み
合わせでも、アルミナ単独でも高密度プラズマを生成で
きることはいうまでもない。
In addition, the inventors of the present application have found that the microwave introduction window having a laminated structure is closely related to generation of high-density plasma. This is related to the impedance matching of the microwave to the plasma, and it is necessary to configure the microwave introduction window in consideration of the dielectric constant of the plasma. The shape (size / thickness) may be designed so that the reflection of microwaves is reduced by impedance matching. Generally, however, in order to achieve impedance matching with high-density plasma, a dielectric having a high dielectric constant (for example, alumina) is used. ) Is effective. In addition, BN is suitable for the purpose because a portion having a high thermal conductivity and a high melting point dielectric are effective in a portion that comes into contact with the plasma. For example, if quartz is used for vacuum sealing, which is excellent in processing and flatness, a combination of three kinds of dielectric materials, quartz, alumina, and BN, is effective. It goes without saying that plasma can be generated.

なお第3図,第5図において15,16は冷却機構であ
る。
3 and 5, reference numerals 15 and 16 denote cooling mechanisms.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明したように本発明は、プラズマを発生させる
プラズマ生成用空洞部にマイクロ波を導入するマイクロ
波導入部を備え、このマイクロ波導入部に、複数のマイ
クロ波導入窓部とマイクロ波導入口支持部とを設けたこ
とにより、マイクロ波導入窓部に高速逆流電子が衝突す
るのを防止することができるので、マイクロ波導入窓部
の損傷を防止できる効果がある。また、マイクロ波導入
窓部の間に高融点で熱伝導のよい金属を設置すれば、高
速逆流電子の衝突によって発生したマイクロ波導入窓部
の間の熱を上記金属により効率良く逃がすことができる
とともに、真空封じ用のOリングに接している誘電体の
温度上昇を抑えることができるので、高密度プラズマま
で安定にマイクロ波イオン源が動作するという効果があ
る。よって、高密度イオンビーム発生源として有用であ
る。
As described above, the present invention includes a microwave introduction unit that introduces a microwave into a plasma generation cavity that generates plasma, and the microwave introduction unit includes a plurality of microwave introduction windows and a microwave introduction port support. By providing the portion, it is possible to prevent the high-speed backflow electrons from colliding with the microwave introduction window, and thus it is possible to prevent the microwave introduction window from being damaged. In addition, if a metal having a high melting point and good heat conductivity is provided between the microwave introduction windows, the heat between the microwave introduction windows generated by the collision of the high-speed back-flow electrons can be efficiently released to the metal. At the same time, the temperature rise of the dielectric in contact with the O-ring for vacuum sealing can be suppressed, so that the microwave ion source can operate stably up to high-density plasma. Therefore, it is useful as a high-density ion beam source.

また本発明によるマイクロ波イオン源は酸素・硼素な
どの活性ガスに対して安定で長寿命な大電流イオン源と
して使用可能であり、50〜200mA級の大電流イオン注入
装置用イオン源として有用である。さらに、単葉引出し
電極の低エネルギー(200eV以下程度)のイオン・プラ
ズマの生成源としてエッチング・付着に用いれば、高密
度のイオン源・プラズマを照射できるため、処理速度
(エッチング速度・付着速度)を速くすることができ
る。
Further, the microwave ion source according to the present invention can be used as a large-current ion source that is stable and has a long life for active gases such as oxygen and boron, and is useful as an ion source for a high-current ion implanter of 50 to 200 mA class. is there. Furthermore, if a single energy extraction electrode is used for etching and deposition as a source of low-energy (about 200 eV or less) ion plasma, it can be irradiated with a high-density ion source and plasma, so the processing speed (etching rate and deposition rate) can be reduced. Can be faster.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明に係わるマイクロ波イオン源の第1の実
施例を示す構成図、第2図(a),(b)は第1図のA
−A線断面図,B−B線断面図、第3図は本発明に係わる
マイクロ波イオン源の第2の実施例を示す構成図、第4
図,第5図は本発明に係わるマイクロ波イオン源の第3,
第4の実施例を示す構成図、第6図は従来のマイクロ波
イオン源を示す構成図である。 1……プラズマ発生室、3……導波管、4……磁気コイ
ル、5……ガス導入口、6……イオン引出し電極系、6a
……加速電極、6b……減速電極、6c……接地電極、7…
…イオンビーム、8……絶縁体、9……プラズマリミッ
タ、10……冷却用パイプ、11……Oリング、12……マイ
クロ波導入部、13,15,16……冷却機構、14……真空封じ
用のOリング、121……マイクロ波導波管分岐部、122…
…マイクロ波導入口部、122a,122a′……マイクロ波導
入窓部、122b……高速逆流電子衝突部、123,124,125,12
6,126b……マイクロ波導入口支持部、。
FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of a microwave ion source according to the present invention, and FIGS. 2 (a) and 2 (b) are A in FIG.
FIG. 3 is a sectional view showing a second embodiment of the microwave ion source according to the present invention, FIG.
FIG. 5 and FIG.
FIG. 6 is a configuration diagram showing a fourth embodiment, and FIG. 6 is a configuration diagram showing a conventional microwave ion source. 1 ... plasma generating chamber, 3 ... waveguide, 4 ... magnetic coil, 5 ... gas inlet, 6 ... ion extraction electrode system, 6a
…… Acceleration electrode, 6b …… Deceleration electrode, 6c …… Ground electrode, 7…
... Ion beam, 8 ... Insulator, 9 ... Plasma limiter, 10 ... Cooling pipe, 11 ... O-ring, 12 ... Microwave introduction part, 13,15,16 ... Cooling mechanism, 14 ... O-ring for vacuum sealing, 121 ... microwave waveguide branch part, 122 ...
... Microwave introduction port, 122a, 122a '... Microwave introduction window, 122b ... High-speed countercurrent electron collision section, 123,124,125,12
6,126b …… Microwave inlet support.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 嶋田 勝 神奈川県厚木市森の里若宮3番1号 日 本電信電話株式会社厚木電気通信研究所 内 (56)参考文献 特開 昭62−108441(JP,A) 特開 昭63−38585(JP,A) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor Masaru Shimada 3-1 Morinosatowakamiya, Atsugi-shi, Kanagawa Pref. Atsugi Telecommunications Research Institute, Nippon Telegraph and Telephone Corporation (56) References JP-A-62-108441 (JP, A ) JP-A-63-38585 (JP, A)

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】導波管からのマイクロ波を複数に分岐して
プラズマを発生させるプラズマ生成用空洞部に導入する
マイクロ波導入部を備え、このマイクロ波導入部は、複
数のマイクロ波導入窓部を有し、マイクロ波導入窓部間
の間隔がイオン引出し電極のビーム引出し開口の外径以
上であることを特徴とするマイクロ波イオン源。
A microwave introduction section for introducing a microwave from a waveguide into a plurality of plasma generation cavities for generating a plasma by branching the microwave into a plurality of microwaves; A microwave ion source, wherein the distance between the microwave introduction windows is equal to or greater than the outer diameter of the beam extraction aperture of the ion extraction electrode.
【請求項2】マイクロ波導入窓部間の領域が、マイクロ
波導入窓部より凹んだ空洞となっていることを特徴とす
る特許請求の範囲第1項記載のマイクロ波イオン源。
2. The microwave ion source according to claim 1, wherein a region between the microwave introduction windows is a cavity depressed from the microwave introduction window.
【請求項3】導波管からのマイクロ波を複数に分岐して
プラズマを発生させるプラズマ生成用空洞部に導入する
マイクロ波導入部を備え、このマイクロ波導入部は、複
数のマイクロ波導入窓部を有すると共に、イオン引出し
電極系方向から逆流する高速逆流電子に対しマイクロ波
導入窓部を遮蔽する位置に遮蔽体を有することを特徴と
するマイクロ波イオン源。
3. A microwave introduction unit for introducing a microwave from a waveguide into a plurality of plasma generation cavities for generating a plasma by branching into a plurality of microwaves, the microwave introduction unit comprising a plurality of microwave introduction windows. A microwave ion source, comprising: a shielding member at a position that shields the microwave introduction window from high-speed back-flow electrons flowing backward from the direction of the ion extraction electrode system.
【請求項4】前記遮蔽体が、マイクロ波導入窓部からプ
ラズマ生成用空洞部の中央部につながるマイクロ波導入
路を構成していることを特徴とする特許請求の範囲第3
項記載のマイクロ波イオン源。
4. The microwave oven according to claim 3, wherein said shield constitutes a microwave introduction path extending from the microwave introduction window to the center of the plasma generation cavity.
The microwave ion source according to the item.
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