JPH01274347A - Ion beam device - Google Patents

Ion beam device

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Publication number
JPH01274347A
JPH01274347A JP10224288A JP10224288A JPH01274347A JP H01274347 A JPH01274347 A JP H01274347A JP 10224288 A JP10224288 A JP 10224288A JP 10224288 A JP10224288 A JP 10224288A JP H01274347 A JPH01274347 A JP H01274347A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ion beam
slit
metal container
electrode
filament
Prior art date
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Pending
Application number
JP10224288A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yasutaka Harada
原田 靖孝
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Electric Co Ltd filed Critical Fuji Electric Co Ltd
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Publication of JPH01274347A publication Critical patent/JPH01274347A/en
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Abstract

PURPOSE:To reduce the pollution of a drawing electrode by disposing a movable shutter in a required position. CONSTITUTION:A movable shutter 7 is provided between the slit 1a of a metal vessel 1 containing a filament 2 and a drawing electrode 4. This shutter 7 is closed during drawing no ion but forming a plasma, so that it is polluted by the chemical reaction with a neutron emitted from the slit 1a, while the electrode 4 is not polluted. Thus, the electrode 4 is less polluted but at the time of ion drawing, and the maintenance interval for disassembly, cleaning and exchange of the electrode can be extended, resulting in an increase in availability of the ion beam device.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、牛導体へのイオン注入などに用いられる熱
陰極型のイオン源を備えたイオンビーム装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to an ion beam device equipped with a hot cathode type ion source used for ion implantation into bovine conductors.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

イオンビーム装置における従来の熱陰極型のイオン源部
のr4成を第3図に示す。第3図(a)は横断面図で第
3図(b)は縦断面図である。このイオン源は、イオン
注入装置に広く用いられているもので、熱陰極PIG型
、あるいはフリーマン型と呼ばれるものである。1は角
筒状に形成されその側壁面にスリ7)laが設けられた
牛密閉の金属容器で通常アークチャンバと呼ばれる。こ
の金属容器1は、その上壁面と下壁面の夫々中央部に取
り付けられた絶縁ブツシュ3を軸線方向に貫き金属容器
1とは電気的に絶縁された熱陰極であるフィラメント2
を備えている。金属容器1は図示されない真空容器内に
収納され【いるものであり、その内部はスリ7)laを
介して真空状態に保持されている。
FIG. 3 shows the r4 configuration of a conventional hot cathode type ion source in an ion beam apparatus. FIG. 3(a) is a cross-sectional view, and FIG. 3(b) is a longitudinal sectional view. This ion source is widely used in ion implantation devices and is called a hot cathode PIG type or Freeman type. Reference numeral 1 denotes a hermetically sealed metal container which is formed into a rectangular tube shape and has a slot 7) la on its side wall surface, and is usually called an arc chamber. This metal container 1 has a filament 2 which is a hot cathode and is electrically insulated from the metal container 1 by penetrating in the axial direction through insulating bushings 3 attached to the center of each of the upper and lower wall surfaces.
It is equipped with The metal container 1 is housed in a vacuum container (not shown), and the inside thereof is maintained in a vacuum state via a pickpocket 7) la.

フィラメント2に、図示されないフィラメント加熱用電
源から電流を流し、2000に前後にまで加熱して熱電
子を放出させる。一方フィラメント2と金属容器1との
間に直流電源11により図示の極性で数砧;?数百Vの
電圧を印加する。するとこの印加電圧に相当する加速度
でフィラメント2から放出された熱電子が金属容器1に
向う。ここで金属容器1の内部に図示されないガス供給
手段によりプラズマ原料ガスを供給すると、熱電子が原
料ガスの分子と衝突してガス分子を雪崩的に電離し、ア
ーク放電が生じ、金属容器内部に高密度のプラズマが生
成される。この際、加速される熱電子が金属容器1に達
するまでの飛程距離を長くして原料ガス分子の電離効率
を増加させるために、金属容器1内にフィラメント2の
軸方向、即ち矢印6の方向に磁束密度が数十ないし数百
ガウスとなる磁界が印加されるよう、真空容器外部に磁
界発生手段を設ける。
A current is applied to the filament 2 from a filament heating power source (not shown), and the filament 2 is heated to around 2000° C. to emit thermoelectrons. On the other hand, a DC power supply 11 is connected between the filament 2 and the metal container 1 to connect several wires with the polarity shown. A voltage of several hundred volts is applied. Then, thermionic electrons emitted from the filament 2 head toward the metal container 1 with an acceleration corresponding to this applied voltage. When plasma source gas is supplied into the metal container 1 by a gas supply means (not shown), thermionic electrons collide with the molecules of the source gas and ionize the gas molecules in an avalanche-like manner, causing an arc discharge to flow inside the metal container. A high-density plasma is generated. At this time, in order to increase the range of the accelerated thermoelectrons until they reach the metal container 1 and increase the ionization efficiency of the source gas molecules, the filament 2 is placed in the axial direction of the filament 2 in the metal container 1, that is, in the direction of the arrow 6. A magnetic field generating means is provided outside the vacuum container so that a magnetic field with a magnetic flux density of several tens to hundreds of Gauss in the direction is applied.

このようにして生成されたプラズマ中のイオンは、スリ
ットlaから、金属容器1とスリットlaに対向して配
置された引き出し電極4との間に金属容器l5I11が
正になるよう印加された図示されない高圧直流電源によ
る高電圧の電界により引き出され、イオンビーム5とな
って引き出し電極4のスリット4aを通過し、被加工物
に向う。
Ions in the plasma generated in this manner are applied from the slit la so that the metal container l5I11 becomes positive between the metal container 1 and the extraction electrode 4 arranged opposite to the slit la. The ion beam is extracted by a high-voltage electric field from a high-voltage DC power supply, becomes an ion beam 5, passes through the slit 4a of the extraction electrode 4, and heads toward the workpiece.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

従来のこの種の熱陰極型のイオン源を備えたイオンビー
ム装置の問題点は次のとおりである。即ち、プラズマ中
のイオンがフィラメントに向って加速され、フィラメン
トに衝突してフィラメントをスパッタするため、フィラ
メント物質(例えばタングステンW)の中性粒子が発生
し、この中性粒子がスリットから外部に流出し、引き出
し電極やその近傍の構成物に付着し汚損する。また、プ
ラズマ中の化学的に活性なラジカル(例えは原料ガスが
ホスフィンPH,の場合はPH,)が同じくスリットか
ら外部に流出し、引き出し電極やその近傍の構成物に化
学反応を起こして付着し汚損する。
Problems with conventional ion beam apparatuses equipped with this type of hot cathode type ion source are as follows. That is, ions in the plasma are accelerated toward the filament, collide with the filament, and sputter the filament, so that neutral particles of the filament material (for example, tungsten W) are generated, and these neutral particles flow out from the slit. However, it adheres to and stains the extraction electrodes and nearby components. In addition, chemically active radicals in the plasma (for example, PH if the raw material gas is phosphine PH) also flow out from the slit and cause a chemical reaction and adhere to the extraction electrode and components in its vicinity. and deface it.

熱陰極型のイオン源ではプラズマ生成中にこのような現
象が生じるのを防ぐことができない。そのため、イオン
ビーム装置を長時間運転すると引き出し電極等は汚損さ
れ、その表面に薄膜が形成されてしまう。このWI膜は
、随時と(わずかな振動等で剥離する。薄膜が剥離する
と段差等尖った部分が生じ、そこに電界が集中する。そ
の結果、引き出し電極と金属容器との間で異常放電が生
じ、装置の運転に支障をきたすことになる。この異常放
電を防止するためには、定期的に長時間を費してイオン
源および引き出し電極の分解、清掃あるいは交換を行う
必要がある。このため、イオンビーム装置としての稼動
率が低くなり、ランニングコストが高くなるという問題
があった。
Hot cathode ion sources cannot prevent such phenomena from occurring during plasma generation. Therefore, when the ion beam device is operated for a long time, the extraction electrodes and the like become contaminated and a thin film is formed on their surfaces. This WI film peels off from time to time (with slight vibrations, etc.) When the thin film peels off, sharp parts such as steps are created, and the electric field is concentrated there. As a result, abnormal discharge occurs between the extraction electrode and the metal container. This occurs and interferes with the operation of the device.In order to prevent this abnormal discharge, it is necessary to periodically disassemble, clean, or replace the ion source and extraction electrode over a long period of time. Therefore, there was a problem that the operating rate of the ion beam device was low and the running cost was high.

この発明の目的は、前記従来の問題点を除去し、引き出
しXa等の汚損が少なく、稼動率が高くランニングコス
トの低い、熱陰極型のイオン源を備えたイオンビーム装
置を提供することKある。
It is an object of the present invention to provide an ion beam device equipped with a hot cathode type ion source that eliminates the above-mentioned conventional problems, has less contamination of the drawer Xa, etc., has a high operating rate, and has low running costs. .

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

上記目的を達成するために、この発明によれば、壁面に
スリットが設けられその内部にフィラメントを備えた半
密閉の金4容器内に生成されたプラズマから、前記金属
容器の外側に前記スリットと対向して配された引き出し
電極と前記金属容器との間に電圧を印加することにより
、イオンを前記金属容器外に引き出してイオンビームな
形成する熱陰極型のイオン源を備えたイオンビーム装置
において、前記スリットと前記引き出し電極との間に可
動シャッタを備えることとする。
In order to achieve the above object, according to the present invention, plasma generated in a semi-hermetically sealed metal container having a slit on the wall and a filament inside the metal container is connected to the slit on the outside of the metal container. In an ion beam apparatus equipped with a hot cathode type ion source that draws ions out of the metal container to form an ion beam by applying a voltage between extraction electrodes arranged facing each other and the metal container. , a movable shutter is provided between the slit and the extraction electrode.

〔作 用〕[For production]

このように、熱陰極型のイオン源を備えたイオンビーム
装置において、金属容器と引き出し電極との間に可動シ
ャッタを設け、プラズマが生成されていてかつイオンを
引き出さない時にはシャッタを閉じるようにする。この
構成でイオンビーム装置を運転すると、プラズマが生成
されていてかつイオンを!’き出さない時にはシャッタ
が汚損されるだけで、引き出し電極等が汚損されること
はない。従って引き出し電極等が汚損されるのはイオン
を引き出す時のみとなる。よって引き出し電極等の分解
や清掃等のメンテナンスの間隔を長くでき、イオンビー
ム装置の稼動率を高くしランニングコストを低くするこ
とが可能となる。
In this way, in an ion beam device equipped with a hot cathode type ion source, a movable shutter is provided between the metal container and the extraction electrode, and the shutter is closed when plasma is being generated and ions are not being extracted. . When the ion beam device is operated with this configuration, plasma is generated and ions are generated! When it is not extracted, the shutter is only contaminated, but the extraction electrode etc. are not contaminated. Therefore, the extraction electrode etc. are contaminated only when ions are extracted. Therefore, the interval between maintenance such as disassembly and cleaning of the extraction electrode etc. can be extended, and it is possible to increase the operating rate of the ion beam device and reduce running costs.

〔実施例〕〔Example〕

第1図に、本発明の一実施例になるイオンビーム装置の
熱陰極型のイオン源部の構成を示す。第1図(a)は横
断面図、第1図(b)は縦断面図であり、第3図と同一
の部材には同一の符号を付し説明を省略する。金属容器
1のスリン)laと引き出し電極4との間に配設された
可動シャッタ7は、この実施例では真空容器9の外部か
ら真空容器9を軸封貫通して気密に導入されたロッド8
に取り付けてあり、真空容器9の外部から矢印10の方
向に駆動可能となっている。駆動方式はこの実施例に限
られるものではない。可動シャッタ7の配置構成の横断
面図を第2図に示す。ここでも第3図と同一の部材には
同一の符号を付し説明を省略する。第2図(a)はプラ
ズマが生成されていてかつイオンを引き出さない場合の
シャッタ位置を示すものである。このような場合は、例
えは、イオン注入装置で被加工物への注入を、引き出し
電極4に加えられる高電圧のオン、オフにより制御する
場合のオフ状態で生じるものである。可動シャッタ7を
この位置に配置すれは、引き出し電極4等にスパッタ粒
子やラジカルが付着することはない。第2図(b)はプ
ラズマが生成されていてかつイオンを引き出す場合のシ
ャッタ位置を示すものである。可動シャッタ7をこの位
置まで移動すればイオンの引き出しに可動シャッタ7が
悪影響をおよ多fすことはない。
FIG. 1 shows the configuration of a hot cathode type ion source section of an ion beam apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 1(a) is a cross-sectional view, and FIG. 1(b) is a longitudinal sectional view, and the same members as in FIG. 3 are given the same reference numerals and explanations are omitted. In this embodiment, the movable shutter 7 disposed between the lead electrode 4 and the lead electrode 4 of the metal container 1 is a rod 8 which is introduced from the outside of the vacuum container 9 into the vacuum container 9 in a sealed manner.
The vacuum chamber 9 can be driven in the direction of the arrow 10 from the outside of the vacuum container 9. The driving method is not limited to this embodiment. A cross-sectional view of the arrangement of the movable shutter 7 is shown in FIG. Here too, the same members as in FIG. 3 are given the same reference numerals and their explanations will be omitted. FIG. 2(a) shows the shutter position when plasma is generated and ions are not extracted. Such a case occurs, for example, in an OFF state when an ion implanter controls implantation into a workpiece by turning on and off a high voltage applied to the extraction electrode 4. By arranging the movable shutter 7 at this position, sputtered particles and radicals will not adhere to the extraction electrode 4 and the like. FIG. 2(b) shows the shutter position when plasma is being generated and ions are extracted. If the movable shutter 7 is moved to this position, the movable shutter 7 will not adversely affect the extraction of ions.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上に述べたように、本発明によれは、金属容器のスリ
ットと引き出し電極との間に可動シャッタを配設したの
で、プラズマが生成されていてかつイオンを引き出さな
い時には、スリットからの中性粒子やラジカルの外部へ
の流出を防止でき、引き出し電極やその近傍の構成物の
表面への薄膜の形成を確実に低減することが可能になる
。従って薄膜が剥離した場合にその部分に電界が集中し
て異常放電を起こしイオンビーム装置の運転に支障をき
たすような事態を招(ことがなくなる。この結果イオン
源や引き出し電極の分解や清掃あるいは部分の交換等の
ようなメンテナンスの間隔を長(することができるので
、イオンビーム装置の稼動率を高くしランニングコスト
を低くすることが可能になる。
As described above, according to the present invention, since a movable shutter is disposed between the slit of the metal container and the extraction electrode, when plasma is generated and ions are not extracted, neutrals from the slit are removed. It is possible to prevent particles and radicals from flowing out, and it is possible to reliably reduce the formation of a thin film on the surface of the extraction electrode and components in its vicinity. Therefore, if the thin film peels off, the electric field will concentrate in that area, causing abnormal discharge and causing trouble in the operation of the ion beam device. Since maintenance intervals such as replacement of parts can be lengthened, the operating rate of the ion beam device can be increased and running costs can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の一実施例になるイオンビーム装置の熱
陰極型のイオン源部の構成図で(a)は横断面図で(b
)は縦断面図、第2図は一般的なシャッタの配置構成の
横断面図で(a)はイオンを引き出さない場合で(b)
はイオンを引き出す場合、第3図はイオンビーム装置の
従来の熱陰極型のイオン源部の構成図で(a)は横断面
図で(b)は縦断面図である。 1:金属容器、1aニスリツト、2:フィラメント、4
:引き出し電極、7:可動シャッタ。 ta スリット i2区
FIG. 1 is a configuration diagram of a hot cathode type ion source section of an ion beam apparatus according to an embodiment of the present invention, in which (a) is a cross-sectional view and (b) is a cross-sectional view.
) is a longitudinal cross-sectional view, and Figure 2 is a cross-sectional view of a typical shutter arrangement; (a) is a case in which ions are not extracted; (b)
When extracting ions, FIG. 3 is a block diagram of a conventional hot cathode type ion source section of an ion beam apparatus, in which (a) is a cross-sectional view and (b) is a vertical cross-sectional view. 1: Metal container, 1a Nislit, 2: Filament, 4
: Extraction electrode, 7: Movable shutter. ta slit i2 section

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1)内部にフィラメントを有し壁面にスリットを有する
金属容器と、該金属容器の外側に前記スリットと対向し
て設けられた引き出し電極とを備えたイオンビーム装置
において、前記スリットと前記引き出し電極との間に可
動シャッタを備えたことを特徴とするイオンビーム装置
1) In an ion beam device comprising a metal container having a filament inside and a slit on the wall, and an extraction electrode provided on the outside of the metal container facing the slit, the slit and the extraction electrode An ion beam device characterized by having a movable shutter between.
JP10224288A 1988-04-25 1988-04-25 Ion beam device Pending JPH01274347A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100518528B1 (en) * 1999-06-15 2005-10-04 삼성전자주식회사 ion source portion of implanter reducing a secondary election activation

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