JP3364928B2 - スパッタ型イオン源 - Google Patents
スパッタ型イオン源Info
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- plasma chamber
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- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
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- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、表層改質、表層処理、
薄膜形成装置等に用いられるイオン源に関するものであ
る。 【０００２】 【従来の技術】イオンビームは、被加工物に当てるとイ
オンビームの遊動エネルギーが熱エネルギーに変わり、
被加工物面で溶解，蒸発が起こるので、誘導、研磨，エ
ッチング，表層処理等の被加工物の加工に用いられてお
り、近年は、ＩＣ回路等の製作、半導体への不純物の注
入、酸化膜や窒化膜の作成等の表層処理及び薄膜を作成
する際などに用いられている。 【０００３】このイオンビームを得る装置としてはイオ
ン源が知られ、イオン源は、プラズマ発生室でプラズマ
を作り、このうちイオンだけを取り出し、高圧で加速す
ることによりイオンビームを作るように構成され、ガス
イオン専用イオン源やルツボ内の金属等の物質を蒸発さ
せ、これをプラズマ発生室でプラズマ化するタイプのイ
オン源がある。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の大電
流金属イオン源では、物質を蒸発させてイオンビームを
引き出すために、例えば蒸発させる物質がタングステン
等の高融点金属であると、蒸発部を数千度の高温にしな
ければならず、高融点金属のイオンビームを引き出すこ
とが実質的に不可能である。 【０００５】このため、本発明者らはスパッタ作用によ
り発生させた原子をイオンビームとして引き出す機能を
備えたスパッタ型のイオン源を提案した。これを図２に
より説明する。外周に多数の磁石ｄが設けられたアノー
ドとなるプラズマ室ａの前面にビーム引出電極ｆが設け
られ、後方に作動ガス導入部ｅが接続される。このプラ
ズマ室ａ内にカソードとなるフィラメントｂ設けられ、
またビーム引出電極ｆと対向してプラズマ室ａの後方に
スパッタターゲットｃが配置される。 【０００６】このスパッタ型イオン源は、イオンビーム
を発生させたい物質をスパッタターゲットｃとして構成
することで、数千度の高温にすることなくスパッタ作用
によりその原子ｇをたたきだせるので、高融点金属のイ
オンビームを得ることが可能となる。 【０００７】しかしながら、スパッタターゲットｃが、
一枚でビーム引出電極ｆと対向しているため、スパッタ
作用により、スパッタターゲットｃより生じたイオン化
すべき金属原子ｇ等の多くはイオン化されることなく、
対向するビーム引出電極ｆに付着してしまい、スパッタ
材の利用効率が悪い問題がある。またスパッタの際に生
じる２次電子ｈが、スパッタ電圧で加速され、高エネル
ギー電子ビームとしてビーム引出電極ｆへ入射し、ビー
ム引出電極ｆの変形など、ビーム引出電極ｆの劣化の原
因となる。 【０００８】そこで、本発明はこのような事情を考慮し
てなされたものであり、その目的は、スパッタ材の利用
効率がよくしかも電子によるビーム引出電極の変形等を
防止できるスパッタ型イオン源を提供することにある。 【０００９】 【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は、アノードとなる円筒状の壁で形成したプ
ラズマ室の外周にプラズマ閉じ込めのための永久磁石を
配置し、プラズマ室の前面に、プラズマ化した原子をイ
オンビームとして引き出すビーム引出電極を設け、その
プラズマ室の後方の略中央にカソードとなるフィラメン
トを設け、更にプラズマ室の後方に作動ガスを導入する
作動ガス導入部を設け、そのプラズマ室内に、スパッタ
ターゲットをビーム引出電極に対し垂直になるように対
向して設け、そのスパッタターゲットに負の高電圧を印
加するようにしたものである。 【００１０】 【作用】上記構成によれば、フィラメントからの電子が
スパッタターゲットに衝突するとスパッタ作用によりス
パッタターゲットから原子が放出され、プラズマ室内で
イオン化されビーム引出電極よりイオンビームとして引
き出される。この際、プラズマ室でイオン化されなかっ
た原子は、対向する負の高電圧が印加されたスパッタタ
ーゲットに付着し、そこで再びスパッタ材として利用さ
れる。またスパッタターゲットから原子がたたき出され
る際には、２次電子が生じるが、この電子は対向する負
の高電圧が印加されたスパッターターゲットの電位障壁
で反射されイオン化に寄与することとなり、その電子ビ
ームが引出電極へ入射することがなくなるため、その変
形などを防止することが可能となる。 【００１１】 【実施例】以下、本発明の一実施例を添付図面に基づい
て説明する。 【００１２】図１において、１は、アノードとなる円筒
状の壁１ａで形成したプラズマ室で、その外周に、これ
を囲繞するようにＳ極とＮ極とが交互になるよう永久磁
石４が配置される。これら永久磁石４は、隣接する磁石
同士で図に示すように磁力線９が形成され、この磁力線
９によりプラズマの閉じ込め効率が向上するように配設
されている。 【００１３】プラズマ室１の前面には、プラズマ化した
原子をイオンビームとして引き出すビーム引出電極（プ
ラズマグリット）６が設けられ、後方にはＡｒなどの作
動ガスを導入する作動ガス導入部５が設けられる。 【００１４】プラズマ室１の後方の略中央には、カソー
ドとなるフィラメント２が設けられる。 【００１５】プラズマ室１内には、ビーム引出電極６と
垂直でかつそれぞれ対向したスパッタターゲット３，３
が配置され、これらに図示していないが負の高電圧（Ｄ
Ｃ＋又はＤＣ＋高周波）が印加されるようになってい
る。 【００１６】次に本実施例の作用を説明する。 【００１７】作動ガス導入部５からＡｒ等の作動ガスが
プラズマ室１に導入されると、作動ガスは、フィラメン
ト２とアノードとなる壁１ａ間のアーク放電によりプラ
ズマ化される。またスパッタターゲット３に負の高電圧
を印加することにより、スパッタ作用によりスパッタ材
構成原子７が放出される。この原子７はプラズマ室１内
でイオン化し、ビーム引出電極６により収束され、更に
加速されて、大面積，大電流のイオンビームとして引き
出される。 【００１８】このスパッタ作用でターゲット３からたた
き出された原子７中、イオン化されなかった原子７は、
対向するスパッタターゲット３に付着し、そこで再びス
パッタとして利用されることとなる。 【００１９】またスパッタ材より発生し、スパッタ電圧
により加速された２次電子８は、負の高電圧が印加され
たスパッタターゲット３の電位障壁で反射され、プラズ
マ室１内に有効に閉じ込められ、プラズマ高密度化し、
イオン化に寄与することとなる。またスパッタターゲッ
ト３，３は、ビーム引出電極６にたいして垂直に配置さ
れるため、この高エネルギー２次電子がビーム引出電極
６に入射することはなく、ビーム引出電極６の熱負荷が
低減できる。これによりビーム引出電極６の変形など劣
化の原因を低減できる。 【００２０】以上により、イオンビームを発生させたい
物質（例えばタングステン等の高融点金属）をスパッタ
ターゲット３として構成することで、高融点金属の直
流，高電流のイオンビームを得ることができる。 【００２１】 【発明の効果】以上要するに本発明によれば、プラズマ
室の前面にビーム引出電極を設け、プラズマ室の後方の
略中央にフィラメントを設け、プラズマ室内に負の高電
圧が印加されるスパッタターゲットをビーム引出電極に
対して垂直に、かつ対向して設けることで、スパッタ作
用により放出された原子がプラズマ室内でイオン化され
なくても、その原子は対向するスパッタターゲットに付
着し、そこで再びスパッタ材として利用でき、また２次
電子も対向するスパッタターゲットの電位障壁で反射さ
れイオン化に寄与することとなり、ビーム引出電極へ入
射することがなくなるため、その変形等を防止すること
が可能となるという優れた効果を発揮する。
薄膜形成装置等に用いられるイオン源に関するものであ
る。 【０００２】 【従来の技術】イオンビームは、被加工物に当てるとイ
オンビームの遊動エネルギーが熱エネルギーに変わり、
被加工物面で溶解，蒸発が起こるので、誘導、研磨，エ
ッチング，表層処理等の被加工物の加工に用いられてお
り、近年は、ＩＣ回路等の製作、半導体への不純物の注
入、酸化膜や窒化膜の作成等の表層処理及び薄膜を作成
する際などに用いられている。 【０００３】このイオンビームを得る装置としてはイオ
ン源が知られ、イオン源は、プラズマ発生室でプラズマ
を作り、このうちイオンだけを取り出し、高圧で加速す
ることによりイオンビームを作るように構成され、ガス
イオン専用イオン源やルツボ内の金属等の物質を蒸発さ
せ、これをプラズマ発生室でプラズマ化するタイプのイ
オン源がある。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の大電
流金属イオン源では、物質を蒸発させてイオンビームを
引き出すために、例えば蒸発させる物質がタングステン
等の高融点金属であると、蒸発部を数千度の高温にしな
ければならず、高融点金属のイオンビームを引き出すこ
とが実質的に不可能である。 【０００５】このため、本発明者らはスパッタ作用によ
り発生させた原子をイオンビームとして引き出す機能を
備えたスパッタ型のイオン源を提案した。これを図２に
より説明する。外周に多数の磁石ｄが設けられたアノー
ドとなるプラズマ室ａの前面にビーム引出電極ｆが設け
られ、後方に作動ガス導入部ｅが接続される。このプラ
ズマ室ａ内にカソードとなるフィラメントｂ設けられ、
またビーム引出電極ｆと対向してプラズマ室ａの後方に
スパッタターゲットｃが配置される。 【０００６】このスパッタ型イオン源は、イオンビーム
を発生させたい物質をスパッタターゲットｃとして構成
することで、数千度の高温にすることなくスパッタ作用
によりその原子ｇをたたきだせるので、高融点金属のイ
オンビームを得ることが可能となる。 【０００７】しかしながら、スパッタターゲットｃが、
一枚でビーム引出電極ｆと対向しているため、スパッタ
作用により、スパッタターゲットｃより生じたイオン化
すべき金属原子ｇ等の多くはイオン化されることなく、
対向するビーム引出電極ｆに付着してしまい、スパッタ
材の利用効率が悪い問題がある。またスパッタの際に生
じる２次電子ｈが、スパッタ電圧で加速され、高エネル
ギー電子ビームとしてビーム引出電極ｆへ入射し、ビー
ム引出電極ｆの変形など、ビーム引出電極ｆの劣化の原
因となる。 【０００８】そこで、本発明はこのような事情を考慮し
てなされたものであり、その目的は、スパッタ材の利用
効率がよくしかも電子によるビーム引出電極の変形等を
防止できるスパッタ型イオン源を提供することにある。 【０００９】 【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は、アノードとなる円筒状の壁で形成したプ
ラズマ室の外周にプラズマ閉じ込めのための永久磁石を
配置し、プラズマ室の前面に、プラズマ化した原子をイ
オンビームとして引き出すビーム引出電極を設け、その
プラズマ室の後方の略中央にカソードとなるフィラメン
トを設け、更にプラズマ室の後方に作動ガスを導入する
作動ガス導入部を設け、そのプラズマ室内に、スパッタ
ターゲットをビーム引出電極に対し垂直になるように対
向して設け、そのスパッタターゲットに負の高電圧を印
加するようにしたものである。 【００１０】 【作用】上記構成によれば、フィラメントからの電子が
スパッタターゲットに衝突するとスパッタ作用によりス
パッタターゲットから原子が放出され、プラズマ室内で
イオン化されビーム引出電極よりイオンビームとして引
き出される。この際、プラズマ室でイオン化されなかっ
た原子は、対向する負の高電圧が印加されたスパッタタ
ーゲットに付着し、そこで再びスパッタ材として利用さ
れる。またスパッタターゲットから原子がたたき出され
る際には、２次電子が生じるが、この電子は対向する負
の高電圧が印加されたスパッターターゲットの電位障壁
で反射されイオン化に寄与することとなり、その電子ビ
ームが引出電極へ入射することがなくなるため、その変
形などを防止することが可能となる。 【００１１】 【実施例】以下、本発明の一実施例を添付図面に基づい
て説明する。 【００１２】図１において、１は、アノードとなる円筒
状の壁１ａで形成したプラズマ室で、その外周に、これ
を囲繞するようにＳ極とＮ極とが交互になるよう永久磁
石４が配置される。これら永久磁石４は、隣接する磁石
同士で図に示すように磁力線９が形成され、この磁力線
９によりプラズマの閉じ込め効率が向上するように配設
されている。 【００１３】プラズマ室１の前面には、プラズマ化した
原子をイオンビームとして引き出すビーム引出電極（プ
ラズマグリット）６が設けられ、後方にはＡｒなどの作
動ガスを導入する作動ガス導入部５が設けられる。 【００１４】プラズマ室１の後方の略中央には、カソー
ドとなるフィラメント２が設けられる。 【００１５】プラズマ室１内には、ビーム引出電極６と
垂直でかつそれぞれ対向したスパッタターゲット３，３
が配置され、これらに図示していないが負の高電圧（Ｄ
Ｃ＋又はＤＣ＋高周波）が印加されるようになってい
る。 【００１６】次に本実施例の作用を説明する。 【００１７】作動ガス導入部５からＡｒ等の作動ガスが
プラズマ室１に導入されると、作動ガスは、フィラメン
ト２とアノードとなる壁１ａ間のアーク放電によりプラ
ズマ化される。またスパッタターゲット３に負の高電圧
を印加することにより、スパッタ作用によりスパッタ材
構成原子７が放出される。この原子７はプラズマ室１内
でイオン化し、ビーム引出電極６により収束され、更に
加速されて、大面積，大電流のイオンビームとして引き
出される。 【００１８】このスパッタ作用でターゲット３からたた
き出された原子７中、イオン化されなかった原子７は、
対向するスパッタターゲット３に付着し、そこで再びス
パッタとして利用されることとなる。 【００１９】またスパッタ材より発生し、スパッタ電圧
により加速された２次電子８は、負の高電圧が印加され
たスパッタターゲット３の電位障壁で反射され、プラズ
マ室１内に有効に閉じ込められ、プラズマ高密度化し、
イオン化に寄与することとなる。またスパッタターゲッ
ト３，３は、ビーム引出電極６にたいして垂直に配置さ
れるため、この高エネルギー２次電子がビーム引出電極
６に入射することはなく、ビーム引出電極６の熱負荷が
低減できる。これによりビーム引出電極６の変形など劣
化の原因を低減できる。 【００２０】以上により、イオンビームを発生させたい
物質（例えばタングステン等の高融点金属）をスパッタ
ターゲット３として構成することで、高融点金属の直
流，高電流のイオンビームを得ることができる。 【００２１】 【発明の効果】以上要するに本発明によれば、プラズマ
室の前面にビーム引出電極を設け、プラズマ室の後方の
略中央にフィラメントを設け、プラズマ室内に負の高電
圧が印加されるスパッタターゲットをビーム引出電極に
対して垂直に、かつ対向して設けることで、スパッタ作
用により放出された原子がプラズマ室内でイオン化され
なくても、その原子は対向するスパッタターゲットに付
着し、そこで再びスパッタ材として利用でき、また２次
電子も対向するスパッタターゲットの電位障壁で反射さ
れイオン化に寄与することとなり、ビーム引出電極へ入
射することがなくなるため、その変形等を防止すること
が可能となるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す構成図である。
【図２】現在提案されているスパッタ型イオン源の一例
を示す断面図である。 【符号の説明】 １ プラズマ室 ２ フィラメント ３ スパッターターゲット ４ 永久磁石 ５ 作動ガス導入管 ６ ビーム引出電極
を示す断面図である。 【符号の説明】 １ プラズマ室 ２ フィラメント ３ スパッターターゲット ４ 永久磁石 ５ 作動ガス導入管 ６ ビーム引出電極
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 昭61−121240（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−96283（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−86864（ＪＰ，Ａ)
特開 昭64−52062（ＪＰ，Ａ)
特開 昭64−52063（ＪＰ，Ａ)
特開 平１−201466（ＪＰ，Ａ)
特開 平１−201467（ＪＰ，Ａ)
松岡茂登 ほか１名，電界ミラースパ
ッタ型イオン源，1990年春季第37回応用
物理学関係連合講演会予稿集，日本，応
用物理学会，1990年 ３月28日，30ａ−
ＺＧ−10 第524頁
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
C23C 14/00 -14/58
H01J 27/22
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 アノードとなる円筒状の壁で形成したプ
ラズマ室の外周にプラズマ閉じ込めのための永久磁石を
配置し、プラズマ室の前面に、プラズマ化した原子をイ
オンビームとして引き出すビーム引出電極を設け、その
プラズマ室の後方の略中央にカソードとなるフィラメン
トを設け、更にプラズマ室の後方に作動ガスを導入する
作動ガス導入部を設け、そのプラズマ室内に、スパッタ
ターゲットをビーム引出電極に対し垂直になるように対
向して設け、そのスパッタターゲットに負の高電圧を印
加するようにしたことを特徴とするスパッタ型イオン
源。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08554391A JP3364928B2 (ja) | 1991-04-17 | 1991-04-17 | スパッタ型イオン源 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08554391A JP3364928B2 (ja) | 1991-04-17 | 1991-04-17 | スパッタ型イオン源 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04318163A JPH04318163A (ja) | 1992-11-09 |
| JP3364928B2 true JP3364928B2 (ja) | 2003-01-08 |
Family
ID=13861779
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08554391A Expired - Fee Related JP3364928B2 (ja) | 1991-04-17 | 1991-04-17 | スパッタ型イオン源 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3364928B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109852931A (zh) * | 2019-01-07 | 2019-06-07 | 纳狮新材料(浙江)有限公司 | 真空镀膜机及复合涂层的镀膜方法 |
-
1991
- 1991-04-17 JP JP08554391A patent/JP3364928B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 松岡茂登 ほか１名，電界ミラースパッタ型イオン源，１９９０年春季第３７回応用物理学関係連合講演会予稿集，日本，応用物理学会，１９９０年 ３月２８日，３０ａ−ＺＧ−１０ 第５２４頁 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04318163A (ja) | 1992-11-09 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |