JPH01319228A - Ecr type ion source - Google Patents
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- JPH01319228A JPH01319228A JP63151645A JP15164588A JPH01319228A JP H01319228 A JPH01319228 A JP H01319228A JP 63151645 A JP63151645 A JP 63151645A JP 15164588 A JP15164588 A JP 15164588A JP H01319228 A JPH01319228 A JP H01319228A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
この発明は、ECR型イオン源において、プラズマある
いはイオンにさらされる部品表面の材料に間するもので
ある。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention is applied to materials on the surfaces of components exposed to plasma or ions in an ECR type ion source.
[従来の技術]
第2図は従来の一般的なECR型イオン源の構成を示す
断面図である。図において、lはマイクロ波をマイクロ
波源から伝搬するためのマイクロ波導波管、2は真空状
態にあるプラズマ発生室、3はプラズマ発生室2にマイ
クロ波を導入するためのマイクロ波導入窓である。また
、4は電子サイクロトロン共鳴を引き起こさせるための
磁気回路を形成させるマグネット、5はプラズマ化ガス
をプラズマ発生室2へ導入するためのガス導入[J。[Prior Art] FIG. 2 is a cross-sectional view showing the configuration of a conventional general ECR type ion source. In the figure, l is a microwave waveguide for propagating microwaves from a microwave source, 2 is a plasma generation chamber in a vacuum state, and 3 is a microwave introduction window for introducing microwaves into the plasma generation chamber 2. . Further, 4 is a magnet for forming a magnetic circuit for causing electron cyclotron resonance, and 5 is a gas introduction [J] for introducing plasma gas into the plasma generation chamber 2.
6はプラズマ発生室2の一面に設けられ、電極6A、6
B、6Cから成る引出し電極系、7はプラズマ発生室2
に導入されたプラズマ化ガスがマイクロ波によりプラズ
マ化されたプラズマ、8はプラズマ7より引き出される
イオンビーム、11は電極6A〜6C間に設けられる絶
縁物である。6 is provided on one side of the plasma generation chamber 2, and electrodes 6A, 6
B, an extraction electrode system consisting of 6C, 7 is the plasma generation chamber 2
8 is an ion beam extracted from the plasma 7, and 11 is an insulator provided between the electrodes 6A to 6C.
次に、上記従来のECR型イオン源の動作について説明
する。マイクロ波はマイクロ波源(図示しない〉よりマ
イクロ波導波管lにより伝搬される。プラズマ発生室2
は電子サイクロトロン共鳴を引き起こすための一条件と
して、空洞共振器の条件を満たす形状に形成されている
。ガス導入口5からプラズマ発生室2に導入されたプラ
ズマ化ガスは、マイクロ波導入窓3を通じて当該プラズ
マ発生室2に導入されたマイクロ波によりプラズマ化さ
れ、プラズマ7が形成される。またプラズマ7は、マイ
クロ波の波長とそのパワー、マグネット4による磁場強
度、そしてプラズマ発生室2の形状の各条件を電子サイ
クロトロン共鳴が引き起こされるように整合することに
より電子サイクロトロン共鳴を引き起こし、その結果で
高エネルギーを得た電子の積極的なガスの励起及び電離
により高密度となる。イオンビーム8は、引出し電極系
6中のプラズマ7に直接面している電極6Aに接地電位
に対し適当な正電位を加えることにより、プラズマ7よ
り引き出される。ここで、プラズマ7と最も離れている
電極6Cは接地電位にあり、すなわち内電極6Aと6C
間の電位差がイオンビーム8のエネルギーとなる0通常
、引出し電極系6はそれぞれ絶縁物11を介在する3個
の電極6A、6B、6Cで構成されることが多く、この
3個の組み合わせで静電レンズ効果を持たせてビーム形
状を制御している。中間の電極6Bには接地電位に対し
負電位が印加されており、イオン源への逆流人の防止と
して使用されている。なお、形成されるイオンビーム8
の性格によって引出し電極系6の電極の例数は変化する
。Next, the operation of the above-mentioned conventional ECR type ion source will be explained. Microwaves are propagated from a microwave source (not shown) through a microwave waveguide l.Plasma generation chamber 2
is formed in a shape that satisfies the conditions for a cavity resonator, which is one of the conditions for causing electron cyclotron resonance. The plasma gas introduced into the plasma generation chamber 2 through the gas introduction port 5 is converted into plasma by the microwave introduced into the plasma generation chamber 2 through the microwave introduction window 3, and plasma 7 is formed. In addition, the plasma 7 causes electron cyclotron resonance by matching the wavelength and power of the microwave, the magnetic field strength of the magnet 4, and the shape of the plasma generation chamber 2 so as to cause electron cyclotron resonance. The electrons, which have gained high energy, actively excite and ionize the gas, resulting in high density. The ion beam 8 is extracted from the plasma 7 by applying a suitable positive potential with respect to ground potential to the electrode 6A directly facing the plasma 7 in the extraction electrode system 6. Here, the electrode 6C that is farthest from the plasma 7 is at ground potential, that is, the inner electrodes 6A and 6C
The potential difference between them becomes the energy of the ion beam 8. Normally, the extraction electrode system 6 is often composed of three electrodes 6A, 6B, and 6C with an insulator 11 interposed between them. The beam shape is controlled using an electric lens effect. A negative potential with respect to the ground potential is applied to the middle electrode 6B, and is used to prevent people from flowing back into the ion source. Note that the ion beam 8 formed
The number of electrodes in the lead-out electrode system 6 changes depending on the characteristics of the lead-out electrode system 6.
第3図は第2図のECR型イオン源における引出し電極
系の一つの電極の構成を示す断面図である。図において
、6Aは第2図に示す引出し電極系6の一つ電極、9は
電極6Aに設けられた複数のイオン引出し用の孔であり
、この孔9よりイオンが引き出される。孔9の個々の形
状は丸形であったり、六角形であったりする。なお、第
2図に示す電極6B、6Cについても電極6Aと類似し
ており、これらの電極の孔9は1個の場合もある。FIG. 3 is a sectional view showing the configuration of one electrode of the extraction electrode system in the ECR type ion source of FIG. 2. FIG. In the figure, 6A is one electrode of the extraction electrode system 6 shown in FIG. 2, and 9 is a plurality of ion extraction holes provided in the electrode 6A, from which ions are extracted. The individual shapes of the holes 9 may be round or hexagonal. Note that the electrodes 6B and 6C shown in FIG. 2 are also similar to the electrode 6A, and these electrodes may have only one hole 9.
また通常は、引出し電極系6の電極6A〜6Cは高温状
態のプラズマ7(第2図参照)に面しているか、あるい
は近接していることから、その構成材料は、例えば石川
順三著、アイオニクス株式会社出版の「イオン源工学」
のPP、323〜324に記載されているように、比較
的所望形状に加工しやすく、高温安定性、低熱膨張率の
性質を有する導体であるMo、Ta等の材料が用いられ
ている。また一方では、上記イオン源を半導体基板の加
工などの金属汚染をきらう加工工程に適用する場合に、
例えば特開昭55−141729号公報に開示されてい
るように、引出し電極系6の電極6A〜6Cの材料には
半導体基板の成分の少なくとも1つからなる半導体ある
いは導体、例えばSiやCを用いている。In addition, since the electrodes 6A to 6C of the extraction electrode system 6 usually face or are close to the high-temperature plasma 7 (see FIG. 2), their constituent materials may be, for example, those described by Junzo Ishikawa. “Ion Source Engineering” published by Ionics Co., Ltd.
As described in PP, 323-324, materials such as Mo and Ta are used, which are conductors that are relatively easy to process into a desired shape, have high temperature stability, and have a low coefficient of thermal expansion. On the other hand, when applying the above ion source to processing steps where metal contamination is avoided, such as processing of semiconductor substrates,
For example, as disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 55-141729, the material of the electrodes 6A to 6C of the extraction electrode system 6 is a semiconductor or a conductor made of at least one of the components of the semiconductor substrate, such as Si or C. ing.
[発明が解決しようとする課題]
上記従来のECR型イオン源は以上のように構成されて
いるので、引出し電極系6の電極6A〜6Cの表面はイ
オン衝突・除去によりスパッ摩耗を受けることになる。[Problems to be Solved by the Invention] Since the conventional ECR type ion source is configured as described above, the surfaces of the electrodes 6A to 6C of the extraction electrode system 6 are subject to spatter wear due to ion collision and removal. Become.
これにより、引出し電極系6の個々の電極6A〜6Cの
形状が変化して本来の機能を持たなくなる。すなわち、
引出し電極系6から引き出されるイオンビーム8の形状
あるいはイオンビーム8のIt(イオン電流j1)が変
化し、ECR型イオン源の安定性が損なわれ、長門的に
はECR型イオン源の寿命の低下を招くなどの問題点が
あった。As a result, the shapes of the individual electrodes 6A to 6C of the extraction electrode system 6 change and they no longer have their original functions. That is,
The shape of the ion beam 8 extracted from the extraction electrode system 6 or the It (ion current j1) of the ion beam 8 changes, which impairs the stability of the ECR type ion source and, in Nagato's view, shortens the life of the ECR type ion source. There were problems such as inviting
この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、引出し電極系の各電極の表面のスパッタ摩耗
を低減することにより、形成されるイオンビームが長時
間安定すると共に長寿命な、ECR型イオン源を得るこ
とを目的とする。This invention was made to solve the above-mentioned problems, and by reducing the sputter wear on the surface of each electrode of the extraction electrode system, the formed ion beam is stabilized for a long time and has a long life. , the purpose is to obtain an ECR type ion source.
[課題を解決するための手段]
この発明に係るECR型イオン源は、マイクロ波によっ
てプラズマを形成させるプラズマ発生室の一面に設けら
れた引出し電極系の各電極の表面に、高温安定性で、か
つ耐イオンスパッタ摩耗性の高いTiC,TaC,Ti
NあるいはTaN等の材料をコーティングしたものであ
る。[Means for Solving the Problems] The ECR type ion source according to the present invention has high-temperature stable, TiC, TaC, and Ti, which also have high ion sputter wear resistance.
It is coated with a material such as N or TaN.
[作用]
この発明におけるECR型イオン源は、マイクロ波によ
ってプラズマを形成させるプラズマ発生室の一面に設け
られた引出し電極系の各電極の表面に、耐イオンスパッ
タ摩耗性の高いTiC,TaC,TiNあるいはTaN
等の材料をコーティングしたので、引出し電極系の各電
極のイオンによるスパッタ摩耗が低減されると共に、プ
ラズマへの不純物の混入及びプラズマ発生室の汚染も軽
減でき、ECR型イオン源の寿命ならびに安定性を含む
性能を向上させることができる。[Function] The ECR type ion source according to the present invention has TiC, TaC, TiN, which has high ion sputter wear resistance, on the surface of each electrode of the extraction electrode system provided on one side of the plasma generation chamber where plasma is generated by microwaves. Or TaN
This coating reduces sputter wear caused by ions on each electrode in the extraction electrode system, and also reduces the incorporation of impurities into the plasma and contamination of the plasma generation chamber, thereby increasing the lifespan and stability of the ECR type ion source. can improve performance, including
[実施例]
第1図はこの発明の一実施例であるECR型イオン源に
おける引出し電極系の一つの電極の構成を示す断面図で
ある。図において、6Aは引出し電極系6(第2図参照
)の一つの電極、9は電極6Aに設けられた複数のイオ
ン引出し用の孔、lOは電極6Aの表面を均一に被覆す
るTiCのコーテイング膜である。また、電極6Aの材
料にはMoを用いており、電極6B、6C(第2図参照
)についても電極6Aと同様のコーティング処理がなさ
れ、これらにより引出し電極系6を構成している。[Example] FIG. 1 is a sectional view showing the configuration of one electrode of an extraction electrode system in an ECR type ion source which is an example of the present invention. In the figure, 6A is one electrode of the extraction electrode system 6 (see Figure 2), 9 is a plurality of ion extraction holes provided in the electrode 6A, and IO is a TiC coating that uniformly covers the surface of the electrode 6A. It is a membrane. Further, Mo is used as the material for the electrode 6A, and the electrodes 6B and 6C (see FIG. 2) are also coated in the same manner as the electrode 6A, and the extraction electrode system 6 is constructed by these.
上記引出し電極系6は、上記第2図に示す従来例のEC
R型イオン源と同様の位置に配置されており、またこの
発明によるECR型イオン源の他の構成部品は上記従来
例と同じであり、これらの配置も同一である。The extraction electrode system 6 is a conventional EC shown in FIG.
It is arranged at the same position as the R-type ion source, and the other components of the ECR-type ion source according to the present invention are the same as those of the above-mentioned conventional example, and their arrangement is also the same.
さて、上述したような電極6Aの表面に均一に被覆する
TiCのコーテイング膜lOのコーティング法としては
、CVD法のような気相化学蒸着法と、イオンスパッタ
コーティング法のような物理成膜法などがあり、電極6
Aへのコーテイング膜lOの仕様、例えば厚さ、結晶構
造、コーティング部位などにより適宜に使い分ければ良
い。ここでは、電極6Aの孔9の内壁にもコーティング
し、かつ数百μmのコーティング膜厚を必要とすること
から、前者のCVD法によりTICを電極6Aの表面に
コーティングしている。Now, as a coating method for uniformly coating the surface of the electrode 6A with the TiC coating film 1O, there are two methods: a vapor phase chemical vapor deposition method such as a CVD method, and a physical film formation method such as an ion sputter coating method. There is electrode 6
It may be used appropriately depending on the specifications of the coating film 10 for A, such as thickness, crystal structure, coating area, etc. Here, since the inner wall of the hole 9 of the electrode 6A is also coated and a coating thickness of several hundred μm is required, TIC is coated on the surface of the electrode 6A by the former CVD method.
ところで、ある物質にイオンが衝突することによりその
物質はスパッタ摩耗を受ける。その現象は衝突するイオ
ンの質量、エネルギー及びイオンが照射する物質の結晶
性2組成、物質を構成する原子の質量、結合エネルギー
等に影響され、未だに十分に解明されていない。従って
、イオンによる物質のスパッタ摩耗量は実験的に求めら
れることが多く、この発明についても我々が行った実験
をベースとしている。By the way, when ions collide with a certain material, that material undergoes sputter wear. This phenomenon is influenced by the mass and energy of the colliding ions, the crystallinity of the substance irradiated by the ions, the mass of atoms constituting the substance, the bond energy, etc., and has not yet been fully elucidated. Therefore, the sputter wear amount of materials caused by ions is often determined experimentally, and this invention is also based on experiments conducted by us.
次に、その実験の一例を挙げて説明する。1keVのエ
ネルギーを持ったキセノン(X e)イオンをMo、T
iC及びTiNの各材料に照射し、各々の摩耗速度を求
めた。同一のイオン照射量(単位イオン電流密度)に対
するそれぞれの材料のイオンによる摩耗速度は次のとお
りであった。Next, an example of the experiment will be described. Xenon (Xe) ions with an energy of 1 keV are
Each material of iC and TiN was irradiated and the wear rate of each was determined. The wear rates of each material due to ions for the same ion irradiation dose (unit ion current density) were as follows.
Mozloo (、μm/m1n−A/cm2)Ti
Nz36 (μm/m1n−A/cm2)TiNz3
6 (μm/m1n・A/am2)これらの結果から
Moに比べてTiC,TiN及びAl2O3はそのイオ
ンによる摩耗速度は1/3程度であった。これらの値は
イオンによるスパッタ現象の因子であるイオンの種類、
エネルギー。Mozloo (,μm/m1n-A/cm2)Ti
Nz36 (μm/m1n-A/cm2) TiNz3
6 (μm/m1n·A/am2) From these results, the wear rate of TiC, TiN, and Al2O3 due to ions was about 1/3 that of Mo. These values are based on the type of ion, which is a factor in the sputtering phenomenon caused by ions,
energy.
質量等によって変化すると考えられるが、経験的にそれ
らの傾向は同じと云える。以上のことから、電極6Aは
Mo単体で使用されるよりも、その表面にTICをコー
ティングした第1図に示すようなこの発明による電極構
造にすることにより、そのスパッタ摩耗を低減させるこ
とができる。It is thought that it changes depending on the mass, etc., but it can be said from experience that the trends are the same. From the above, the sputter wear of the electrode 6A can be reduced by using the electrode structure of the present invention as shown in FIG. 1, in which the surface is coated with TIC, rather than using Mo alone. .
なお、上記実施例では電極材料の母材としてMOを用い
ているが、Taを始めとする他の単一金属材料に間して
も同様のことが云える。Although MO is used as the base material of the electrode material in the above embodiment, the same can be said of other single metal materials such as Ta.
また、上記実施例ではコーテイング膜10にTiCを用
いているが、これ以外に立方晶系の結晶構造を有する炭
火物又は窒化物でも良い。Further, in the above embodiment, TiC is used for the coating film 10, but other materials such as charcoal or nitride having a cubic crystal structure may also be used.
また、上記実施例では引出し電極系6の各電極6A〜6
Cに低スパツタコーテイング膜10をコーティングする
場合について述べたが、プラズマ発生室2の内壁などの
プラズマ7にさらされる部分にコーティング処理する場
合にも有効である。Further, in the above embodiment, each electrode 6A to 6 of the extraction electrode system 6
Although the case of coating C with the low spatter coating film 10 has been described, it is also effective when coating a portion exposed to the plasma 7, such as the inner wall of the plasma generation chamber 2.
また、上記実施例ではECR型イオン源について述べた
が、他のイオン源に適用しても良い。Further, although the ECR type ion source was described in the above embodiment, the present invention may be applied to other ion sources.
[発明の効果]
以上のように、この発明のECR型イオン源によれば、
マイクロ波によってプラズマを形成させるノラズマ発生
室の一面に設けられた引出し電極系の各電極の表面に、
高温安定性で、かつ耐イオンスパッタ摩耗性の高いTi
c、TaCあるいはTaN等の材料をコーティングした
ので、電極のスパッタ摩耗を低減させることができ、こ
れらの電極によって構成される引出し電極系の長寿命化
を図ることができる。さらに、電極からスパッタされる
物質(不純物)のプラズマへの混入が低減できることに
より、不純物の少ないイオンビームの形成及びプラズマ
発生室の汚染の軽減ができ、またECR型イオン源の寿
命の向上、ならびにECR型イオン源により安定したイ
オンビームが得られるなどの優れた効果を奏するもので
ある。[Effects of the Invention] As described above, according to the ECR type ion source of the present invention,
On the surface of each electrode of the extraction electrode system installed on one side of the nolasma generation chamber where plasma is formed by microwaves,
Ti with high temperature stability and high ion sputter wear resistance
Since the electrodes are coated with a material such as c, TaC, or TaN, sputter wear of the electrodes can be reduced, and the life of the lead-out electrode system constituted by these electrodes can be extended. Furthermore, by reducing the mixing of substances (impurities) sputtered from the electrodes into the plasma, it is possible to form an ion beam with less impurities and reduce contamination of the plasma generation chamber, and also to improve the lifespan of the ECR type ion source. The ECR type ion source provides excellent effects such as being able to obtain a stable ion beam.
第1図はこの発明の一実施例であるECR型イオン源に
おける引出し電極系の一つの電極の構成を示す断面図、
第2図は従来の一般的なECR型イオン源の構成を示す
断面図、第3図は第2図のECR型イオン源における引
出し電極系の一つの電極の構成を示す断面図である。
図において、l・・・マイクロ波導波管、2・・・プラ
ズマ発生室、3・・・マイクロ波導入窓、4・・・マグ
ネット、5・・・ガス導入口、6・・・引出し電極系、
6A〜6C・・・電極、7・・・プラズマ、8・・・イ
オンビーム、9・・・孔、10・・・コーテイング膜、
11・・・絶縁物である。
なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。FIG. 1 is a sectional view showing the configuration of one electrode of an extraction electrode system in an ECR type ion source which is an embodiment of the present invention;
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the configuration of a conventional general ECR type ion source, and FIG. 3 is a cross-sectional view showing the configuration of one electrode of the extraction electrode system in the ECR type ion source of FIG. In the figure, l...Microwave waveguide, 2...Plasma generation chamber, 3...Microwave introduction window, 4...Magnet, 5...Gas inlet, 6...Extraction electrode system ,
6A to 6C... Electrode, 7... Plasma, 8... Ion beam, 9... Hole, 10... Coating film,
11... It is an insulator. In addition, in the figures, the same reference numerals indicate the same or equivalent parts.
Claims (1)
と、上記マイクロ波によってプラズマを形成させるプラ
ズマ発生室とを設け、このプラズマ発生室の形状を、そ
の内部の高密度化したプラズマにより電子サイクロトロ
ン共鳴を引き起こすための空洞共振器としての条件を満
たす構成とすると共に、上記プラズマ発生室の周囲に磁
気回路を形成させるためのマグネットを備え、さらに上
記プラズマからイオンを引き出しイオンビームを形成す
るために、上記プラズマ発生室の一面に設けられた引出
し電極の表面に、耐イオンスパッタ摩耗性の高いTiC
、TaC、TiNあるいはTaN等の材料をコーティン
グしたことを特徴とするECR型イオン源。A microwave introduction window for introducing microwaves into a vacuum and a plasma generation chamber for forming plasma using the microwaves are provided. It has a configuration that satisfies the conditions as a cavity resonator for causing resonance, and is equipped with a magnet for forming a magnetic circuit around the plasma generation chamber, and further for extracting ions from the plasma and forming an ion beam. , TiC with high ion sputter wear resistance is applied to the surface of the extraction electrode provided on one side of the plasma generation chamber.
An ECR type ion source characterized by being coated with a material such as , TaC, TiN or TaN.
Priority Applications (1)
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP63151645A Pending JPH01319228A (en) | 1988-06-20 | 1988-06-20 | Ecr type ion source |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH01319228A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1178513A2 (en) * | 2000-07-31 | 2002-02-06 | Agilent Technologies, Inc. | Ionization chamber |
-
1988
- 1988-06-20 JP JP63151645A patent/JPH01319228A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1178513A2 (en) * | 2000-07-31 | 2002-02-06 | Agilent Technologies, Inc. | Ionization chamber |
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