JP3010059B2 - イオン源 - Google Patents

イオン源

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JP3010059B2
JP3010059B2 JP2251580A JP25158090A JP3010059B2 JP 3010059 B2 JP3010059 B2 JP 3010059B2 JP 2251580 A JP2251580 A JP 2251580A JP 25158090 A JP25158090 A JP 25158090A JP 3010059 B2 JP3010059 B2 JP 3010059B2
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仁 二瓶
惇二 森川
信幸 井上
憲一 高木
秀夫 坪井
明 星野
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日本真空技術株式会社
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【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明はイオン源に関するものであって、特に、プ
ラズマ生成部の磁場が電子サイクトロン共鳴磁場または
それ以上の磁場強度を持つイオン源(以下、ECRイオン
源という)に係るものである。
(従来の技術) 従来のイオン源、特にECRイオン源は第4図に示され
ている。同図において、マイクロ波発生器の導波管1内
のマイクロ波はプラズマ室2の背部より導入されるよう
になっている。プラズマ室2の外周には磁場生成用コイ
ル3が配置され、そのコイル3による磁場がプラズマ室
2の軸方向に形成されている。プラズマ室2の開口部の
前方ににイオン引き出し電極4が配置されている。プラ
ズマ室2はその開口部側にプロセス室5が連通され、そ
のプロセス室5内には試料6が配置されている。
なお、図中、7はプラズマ室2内にガスを導入するガ
ス導入管である。
したがって、上記のようなECRイオン源においては、
ガス導入管7よりプラズマ室2内にガスを導入している
ときに、マイクロ波発生器の導波管1よりプラズマ室2
内に導入されるマイクロ波によってガスが解離または電
離して、プラズマが発生するようになる。しかし、この
ときプラズマにはコイル3による磁場が作用しているた
め、電子はサイクトロン運動を起こしている。そして、
電子のサイクトロン周波数、マイクロ波の周波数および
プラズマパラメーター間の相互作用により、高密度のプ
ラズマが得られるようになる。この高密度のプラズマ中
のイオンは引き出し電極4によって引き出され、プロセ
ス室2内の試料6に照射されるようになる。
(発明が解決しようとする課題) 従来のイオン源は、上記のようにコイル3による磁場
がプラズマ室2の軸方向に形成されているため、その磁
場は引き出し電極4の近傍および試料6の近傍に存在す
るようになる。そのため、磁場の不均一性によりプラズ
マ密度の一様性が十分に得られなくなる問題が起きた。
このようにプラズマ密度の一様性が得られないため、液
晶ディスプレイの発達や半導体プロセスのウエハの大口
径化によって、大面積の試料にイオンを照射しようとす
るときには、プラズマ源を大面積化し、中央部の割合均
一性が得られる部分のみ使用しなければならなくなっ
た。しかし、プラズマ源を大面積化したとしても、ウエ
ハ付近で磁場が存在する以上、この磁場影響によりプラ
ズマの不均一性が生じ、使用不可能になる問題が起き
た。
この発明の目的は、従来の問題を解決して、大面積で
あって、しかも密度の十分に濃い一様なプラズマを発生
し得るイオン源を提供することにある。
(発明が解決しようとする手段) 上記目的を達成するために、この発明のイオン源は、
プラズマを生成する横断面積の小さいプラズマ生成室
と、このプラズマ生成室と連通し、プラズマを拡大する
横断面積の大きいプラズマ拡大室と、上記プラズマ生成
室の外周に配置され、上記プラズマ生成室の軸線方向に
磁場を形成するプラズマ生成室用外部コイルと、上記プ
ラズマ生成室内にマルチカスプ型磁場を形成する永久磁
石と、上記プラズマ拡大室の外周に所定のピッチで配置
され、上記プラズマ拡大室内にマルチカスプ型磁場を形
成する複数のプラズマ拡大室用永久磁石と、上記プラズ
マ拡大室の外周に配置され、上記プラズマ拡大室先端部
領域の軸線方向の磁場を小さくするプラズマ拡大室用外
部コイルと、上記プラズマ拡大室先端に配置された引き
出し電極とを備えたことを特徴とするものである。
(作用) この発明においては、横断面積の小さいプラズマ生成
室でプラズマが生成されるが、そのプラズマはプラズマ
生成室用外部コイルと永久磁石によりプラズマ生成室に
形成された磁場の働きによって高密度になっている。そ
して、この高密度なプラズマは横断面積の大きいプラズ
マ拡大室に流れ込み、そこで拡大する。だが、プラズマ
が拡大するといっても、そのプラズマは複数のプラズマ
拡大室用永久磁石によるマルチカスプ型磁場の影響を受
けて、一定の範囲内に封じ込められる。このようにして
一定の範囲内に封じ込められたプラズマはプラズマ拡大
室先端領域へと流れるが、そこでの軸線方向の磁場がプ
ラズマ拡大室用外部コイルによって小さくなっているた
め、プラズマは封じ込められている一定の範囲において
一様になっている。このようにして、一様になったプラ
ズマ中のイオンは引き出し電極によって引き出され、そ
して試料に照射されるようになる。
(実施例) 以下、この発明の実施例について図面を参照しながら
説明する。
第1図はこの発明の第1実施例のECRイオン源を示し
ており、同図において、横断面積の小さいプラズマ生成
室11の背後にはマイクロ波発生器の導波管1が接続さ
れ、導波管1内のマイクロ波がプラズマ生成室11内に導
入されるようになっている。プラズマ生成室11の外周に
はプラズマ生成室用外部磁石12とプラズマ生成室用外部
コイル13とが配置され、これらによってプラズマ生成室
11の内部に磁場が形成され、この磁場の働きによりプラ
ズマ生成室11内に高密度のプラズマが形成されるように
なる。プラズマ生成室11の前方には横断面積の大きいプ
ラズマ拡大室14が連通され、プラズマ生成室11よりそこ
に流れ込んだプラズマがそこで拡大される。だが、プラ
ズマ拡大室14の外周には第2図に示すように磁極が交互
に反転するように所定のピッチで複数のプラズマ拡大室
用永久磁石15、19が配置され、このプラズマ拡大室用永
久磁石15、19により、プラズマ拡大室内にマルチカスプ
型磁場が形成されるため、拡大されたプラズマはマルチ
カスプ型磁場により一定の範囲内に封じ込められる。永
久磁石15、19の並べ方は軸に対して垂直、並行、斜め等
が考えられるが、いずれにしてもマルチカスプ型多極磁
場配位を形成することが条件である。更に、プラズマ拡
大室14の外周にはプラズマ拡大室用外部コイル16が配置
され、このコイル16により、プラズマ拡大室14先端部領
域の軸線方向の磁場が小さくなり、プラズマ密度がマル
チカスプ型磁場により封じ込められた一定の範囲内にお
いて一様になる。このようにして一様な密度になったプ
ラズマ中のイオンはプラズマ拡大室14先端に配置された
引き出し電極18により引き出され、試料(図示せず)に
照射される。プラズマ拡大室14先端部領域の軸線方向の
磁場はプラズマの一様性を得るために十分小さくする必
要があるが、その方向は軸線方向に関してプラズマ生成
部磁場と同方向または逆方向、あるいは磁場強度がほぼ
零である3つの場合があり得る。なお、図中、20はガス
を導入するガス導入管である。
したがって、上記第1実施例においては、横断面積の
小さいプラズマ生成室11でプラズマが生成されるが、そ
のプラズマはプラズマ生成室用外部磁石12およびプラズ
マ生成室用外部コイル13とにより形成される磁場の働き
によって高密度になっている。この高密度なプラズマは
横断面積の大きいプラズマ拡拡大室14に流れ込み、そこ
で拡大する。だが、プラズマが拡大するといっても、そ
のプラズマは複数のプラズマ拡大室用永久磁石15、19に
よるマルチカスプ型磁場の影響を受けて、一定の範囲内
に封じ込められる。このようにして一定の範囲内に封じ
込められたプラズマはプラズマ拡大室14の先端部領域に
流れるが、そこでの軸線方向の磁場がプラズマ拡大室用
外部コイル16によって小さくなっているため、プラズマ
は封じ込められている一定の範囲において一様になる。
このようにして、一様になったプラズマはイオンが引き
出し電極18によって引き出され、そして試料(図示せ
ず)に照射されるようになる。
次に、第2実施例として、装置パラメーターに依存す
るが、生成されるプラズマの安定性および閉じ込め条件
が確保される場合には、必要に応じてプラズマ生成室用
永久磁石12、またはプラズマ拡大室上部の永久磁石19は
無くてもよい。
その次に、第3実施例として、プラズマの安定性およ
び閉じ込めが十分に良い場合は、プラズマ生成室用永久
磁石12と、プラズマ拡大室上部の永久磁石19の両者が無
くてもよい。
更にその次に、第4実施例として、本装置では高密度
で一様性の良いプラズマが広い面積にわたって生成され
るので、引き出し電極18の位置にターゲットを置けば、
薄膜形成、エッチング等のプラズマプロセス用プラズマ
源として使用することができる。
最後に、第5実施例として、上記第1実施例はECRイ
オン源の場合であるが、この代わりに第3図に示すよう
なホローカソードイオン源14を使用してもよい。また、
熱陰極等のイオン源を使用してもよい。
(発明の効果) この発明は、上記のようなプラズマの外周に所定のピ
ッチで配置された複数のプラズマ拡大室用永久磁石によ
り、プラズマ拡大室内にマルチカスプ型磁場が形成さ
れ、そのマルチカスプ型磁場によってプラズマが一定の
範囲内に封じ込められたうえ、プラズマ拡大室用外部コ
イルにより、プラズマ拡大室先端のプラズマ引出口にお
けるプラズマ拡大室の軸線方向の磁場が小さくされるた
め、プラズマ密度の一様性が十分に得られるようにな
り、大面積の試料にもイオンやプラズマの照射を可能に
するようになる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の第1実施例のイオン源を示す説明
図、第2図は第1図のI−I線で切断したもので、プラ
ズマ拡大室用永久磁石によるマルチカスプ型磁場の形成
を示す説図、第3図はこの発明の第5実施例のイオン源
を示す説明図である。第4図は従来のイオン源を示す説
明図である。 図中、 11……プラズマ生成室 12……プラズマ生成室用外部磁石 13……プラズマ生成室用外部コイル 14……プラズマ拡大室 15……プラズマ拡大室用永久磁石 16……プラズマ拡大室用外部コイル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高木 憲一 神奈川県茅ケ崎市萩園2500番地 日本真 空技術株式会社内 (72)発明者 坪井 秀夫 神奈川県茅ケ崎市萩園2500番地 日本真 空技術株式会社内 (72)発明者 星野 明 神奈川県茅ケ崎市萩園2500番地 日本真 空技術株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−80950(JP,A) 特開 平3−215665(JP,A) 特開 昭63−96839(JP,A) 特開 昭60−41735(JP,A) 特開 平4−129133(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01J 27/00 - 27/26 H01J 37/08 H01J 37/317

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】プラズマを生成する横断面積の小さいプラ
    ズマ生成室と、このプラズマ生成室と連通し、プラズマ
    を拡大する横断面積の大きいプラズマ拡大室と、上記プ
    ラズマ生成室の外周に配置され、上記プラズマ生成室の
    軸線方向に磁場を形成するプラズマ生成室用外部コイル
    と、上記プラズマ生成室内にマルチカスプ型磁場を形成
    する永久磁石と、上記プラズマ拡大室の外周に所定のピ
    ッチで配置され、上記プラズマ拡大室内にマルチカスプ
    型磁場を形成する複数のプラズマ拡大室用永久磁石と、
    上記プラズマ拡大室の外周に配置され、上記プラズマ拡
    大室先端部領域の軸線方向の磁場を小さくするプラズマ
    拡大室用外部コイルと、上記プラズマ拡大室先端に配置
    された引き出し電極とを備えたことを特徴とするイオン
    源。
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JP2644958B2 (ja) * 1993-04-02 1997-08-25 株式会社日立製作所 イオン源装置およびそのイオン源装置を備えたイオン打ち込み装置
FR2933532B1 (fr) * 2008-07-02 2010-09-03 Commissariat Energie Atomique Dispositif generateur d'ions a resonance cyclotronique electronique

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