JPH0222500B2 - - Google Patents
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- JPH0222500B2 JPH0222500B2 JP55117429A JP11742980A JPH0222500B2 JP H0222500 B2 JPH0222500 B2 JP H0222500B2 JP 55117429 A JP55117429 A JP 55117429A JP 11742980 A JP11742980 A JP 11742980A JP H0222500 B2 JPH0222500 B2 JP H0222500B2
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- Japan
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- chamber
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- plasma chamber
- thermionic
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- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 claims description 14
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/02—Details
- H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement, ion-optical arrangement
- H01J37/08—Ion sources; Ion guns
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明はイオンビーム発生装置、中でも熱電子
発生型イオンビーム発生装置に関するものであ
る。近年イオンビームを利用して微細パターンを
形成する技術がLSI、超LSI技術と関連して注目
を集めている。熱電子発生型イオンビーム発生装
置としては代表的にはカウフマン型イオン銃が知
られている。カウフマン型イオン銃は一般的には
アルゴンガスに代表される不活性ガスを使用す
る。フイラメントより発生した熱電子に外部磁場
によりトロコイダル運動を与え効率的なイオン化
によりプラズマを形成し、このプラズマからイオ
ンを引出し電極により引出し、加工を行なうもの
である。従来のカウフマン型イオン銃の熱電子発
生用フイラメントはプラズマ電位に対し負の電位
を有していて、かつ磁界によりフイラメント中心
部へプラズマの集中化があるので、フイラメント
はイオン衝撃によるスパツタ現象により細線化す
る不都合がある。更にまた、反応性エツチングを
目的に不活性ガスの代りに、酸素、フレオン系の
活性ガスを導入した場合、フイラメントは高温の
ため活性ガスと容易に反応し、細線化しその寿命
は著しく低下し数時間しか使用し得ない実情であ
つた。このため、従来のカウフマン型イオン銃を
用いて活性ガス下でのイオンエツチングは難かし
く、その解決策が待たれていた。
発生型イオンビーム発生装置に関するものであ
る。近年イオンビームを利用して微細パターンを
形成する技術がLSI、超LSI技術と関連して注目
を集めている。熱電子発生型イオンビーム発生装
置としては代表的にはカウフマン型イオン銃が知
られている。カウフマン型イオン銃は一般的には
アルゴンガスに代表される不活性ガスを使用す
る。フイラメントより発生した熱電子に外部磁場
によりトロコイダル運動を与え効率的なイオン化
によりプラズマを形成し、このプラズマからイオ
ンを引出し電極により引出し、加工を行なうもの
である。従来のカウフマン型イオン銃の熱電子発
生用フイラメントはプラズマ電位に対し負の電位
を有していて、かつ磁界によりフイラメント中心
部へプラズマの集中化があるので、フイラメント
はイオン衝撃によるスパツタ現象により細線化す
る不都合がある。更にまた、反応性エツチングを
目的に不活性ガスの代りに、酸素、フレオン系の
活性ガスを導入した場合、フイラメントは高温の
ため活性ガスと容易に反応し、細線化しその寿命
は著しく低下し数時間しか使用し得ない実情であ
つた。このため、従来のカウフマン型イオン銃を
用いて活性ガス下でのイオンエツチングは難かし
く、その解決策が待たれていた。
本発明は以上のカウフマン型イオン銃の欠点を
除去すべくなされたものであり、反応性イオンエ
ツチングに必要な活性イオンビームの形成を可能
とするものである。
除去すべくなされたものであり、反応性イオンエ
ツチングに必要な活性イオンビームの形成を可能
とするものである。
この目的を達成するため、本発明では熱電子発
生用フイラメントをフイラメント室内に納め、プ
ラズマ室と分離構成した。不活性ガス中で熱電子
を発生させ熱電子引出し電極により加速させるこ
とにより不活性ガスプラズマを形成し、このプラ
ズマによりプラズマ室で活性ガスプラズマを形成
するように構成した。
生用フイラメントをフイラメント室内に納め、プ
ラズマ室と分離構成した。不活性ガス中で熱電子
を発生させ熱電子引出し電極により加速させるこ
とにより不活性ガスプラズマを形成し、このプラ
ズマによりプラズマ室で活性ガスプラズマを形成
するように構成した。
次に図面を参照し本発明を詳細に説明する。第
１図は本発明に基づくイオンビーム発生装置の構
成を示す側断面図である。イオンビーム発生装置
はフイラメント室１、プラズマ室２により構成さ
れている。フイラメント室１にはフイラメント１
１を絶縁碍子１２を介して取付けてあり、フイラ
メント外周へは熱電子放射口を開口したガラス、
或いはセラミツクス材によりなる絶縁円筒１３を
配してある。この熱電子放射口の中心部へはフイ
ラメント電位に対し相対的に正の電位を有する、
リング状、メツシユ状、或いは板状の熱電子引出
し電極１４を配してあり、更に不活性ガスの導入
口１５により構成されている。プラズマ室２はそ
の外壁へ磁束コイル２１を、内壁へ熱電子集束用
アノード電極２２を配しこのアノード電極へは外
部電源２６によりフイラメント電位に対し相対的
に正の電位を与える。プラズマ室２の中心部へは
プラズマ室と同心円となる様なフイラメント電位
に等しいコイル状、或いはシリンダー状の電極２
３を配した。プラズマ室２のイオン出口付近には
接地電位であるイオン引出しメツシユ電極２４を
設け前記したフイラメント室１のフイラメント１
１との間に負の高圧電源２７により電位を印加す
る構成となつている。プラズマ室への活性ガスの
導入はガス導入口２５により行なわれる。
１図は本発明に基づくイオンビーム発生装置の構
成を示す側断面図である。イオンビーム発生装置
はフイラメント室１、プラズマ室２により構成さ
れている。フイラメント室１にはフイラメント１
１を絶縁碍子１２を介して取付けてあり、フイラ
メント外周へは熱電子放射口を開口したガラス、
或いはセラミツクス材によりなる絶縁円筒１３を
配してある。この熱電子放射口の中心部へはフイ
ラメント電位に対し相対的に正の電位を有する、
リング状、メツシユ状、或いは板状の熱電子引出
し電極１４を配してあり、更に不活性ガスの導入
口１５により構成されている。プラズマ室２はそ
の外壁へ磁束コイル２１を、内壁へ熱電子集束用
アノード電極２２を配しこのアノード電極へは外
部電源２６によりフイラメント電位に対し相対的
に正の電位を与える。プラズマ室２の中心部へは
プラズマ室と同心円となる様なフイラメント電位
に等しいコイル状、或いはシリンダー状の電極２
３を配した。プラズマ室２のイオン出口付近には
接地電位であるイオン引出しメツシユ電極２４を
設け前記したフイラメント室１のフイラメント１
１との間に負の高圧電源２７により電位を印加す
る構成となつている。プラズマ室への活性ガスの
導入はガス導入口２５により行なわれる。
次に本発明に基づくイオンビーム発生装置の作
用を実施例を基に説明する。
用を実施例を基に説明する。
先ずイオンビーム発生装置のフイラメント室１
へアルゴンガスを５×10-5toorr程度導入し、次
いでプラズマ室２内へ例えばCF4ガスを５×
10-5Torr導入する。一般的には活性ガスと不活
性ガスとの割合が１：１程度となる様な条件下で
の使用が好ましい。フイラメント室１のフイラメ
ント１１を加熱し、熱電子引出し電極１４へ
100V（80〜200V）の電位を、またプラズマ室２
の熱電子集束用アノード電極２２へ80V（50〜
100V）の電位を印加すればフイラメント１１か
ら発生した熱電子は熱電子引出し用電極１４へ加
速されアルゴンスのプラズマを形成する。フイラ
メント室１からの熱電子及びプラズマはフイラメ
ント室１の開口部を介してプラズマ室２へ放射さ
れる。フイラメント室１のフイラメント外周は絶
縁碍子１２によりなるので熱電子の外周への損失
がなく、かつ、磁界の影響を直接受けないのでフ
イラメントのイオン衝撃に基ずくスパツタリング
現象は排除出来る。一方フイラメント室１よりプ
ラズマ室へ放射されたアルゴンガスプラズマはプ
ラズマ室２のCF4ガスのプラズマ化を誘起する。
フイラメント室１より放射された熱電子及びプラ
ズマ室２内のプラズマ中の熱電子は外部磁場の影
響でトロコイダル運動を起こしながら正の電位を
有する熱電子集束用アノード電極２２へ集束さ
れ、この過程でCF4ガスをより効率的にイオン化
する。プラズマ室２のプラズマ強度はフイラメン
ト１１からの熱電子発生量、熱電子集束用アノー
ド電極２２への集束電流値に大きく依存し、熱電
子発生量一定の時は外部磁場により熱電子集束用
アノード電極２２への集束電流値は大きく変化す
る。さてフイラメント電位を接地電位に対し−
500Vから−2000Vへと変化すれば引出されるイ
オンビーム量は暫時増大し、イオン電流密度は３
ｍＡ／cm2程度迄得ることが出来る。プラズマ室２
より引出されるイオン電流密度分布はプラズマ室
２内のプラズマ密度分布の影響を強く受けるの
で、プラズマ室中心部へ配したフイラメント電位
に等しいコイル状、或いはシリンダー状電極２３
の直径を調整し、引出しイオン電流密度分布の均
一化を計る。一連の実験結果によれば、この電極
の直径はプラズマ室直径の1/10〜2/10程度が妥当
であることが明らかとなつている。
へアルゴンガスを５×10-5toorr程度導入し、次
いでプラズマ室２内へ例えばCF4ガスを５×
10-5Torr導入する。一般的には活性ガスと不活
性ガスとの割合が１：１程度となる様な条件下で
の使用が好ましい。フイラメント室１のフイラメ
ント１１を加熱し、熱電子引出し電極１４へ
100V（80〜200V）の電位を、またプラズマ室２
の熱電子集束用アノード電極２２へ80V（50〜
100V）の電位を印加すればフイラメント１１か
ら発生した熱電子は熱電子引出し用電極１４へ加
速されアルゴンスのプラズマを形成する。フイラ
メント室１からの熱電子及びプラズマはフイラメ
ント室１の開口部を介してプラズマ室２へ放射さ
れる。フイラメント室１のフイラメント外周は絶
縁碍子１２によりなるので熱電子の外周への損失
がなく、かつ、磁界の影響を直接受けないのでフ
イラメントのイオン衝撃に基ずくスパツタリング
現象は排除出来る。一方フイラメント室１よりプ
ラズマ室へ放射されたアルゴンガスプラズマはプ
ラズマ室２のCF4ガスのプラズマ化を誘起する。
フイラメント室１より放射された熱電子及びプラ
ズマ室２内のプラズマ中の熱電子は外部磁場の影
響でトロコイダル運動を起こしながら正の電位を
有する熱電子集束用アノード電極２２へ集束さ
れ、この過程でCF4ガスをより効率的にイオン化
する。プラズマ室２のプラズマ強度はフイラメン
ト１１からの熱電子発生量、熱電子集束用アノー
ド電極２２への集束電流値に大きく依存し、熱電
子発生量一定の時は外部磁場により熱電子集束用
アノード電極２２への集束電流値は大きく変化す
る。さてフイラメント電位を接地電位に対し−
500Vから−2000Vへと変化すれば引出されるイ
オンビーム量は暫時増大し、イオン電流密度は３
ｍＡ／cm2程度迄得ることが出来る。プラズマ室２
より引出されるイオン電流密度分布はプラズマ室
２内のプラズマ密度分布の影響を強く受けるの
で、プラズマ室中心部へ配したフイラメント電位
に等しいコイル状、或いはシリンダー状電極２３
の直径を調整し、引出しイオン電流密度分布の均
一化を計る。一連の実験結果によれば、この電極
の直径はプラズマ室直径の1/10〜2/10程度が妥当
であることが明らかとなつている。
第２図ａ，a′，a″はプラズマ室中心部の電極形
状を示す説明図で、第２図ａは電極なし、a′は
5φcm電極、a″は10φcm電極を示し、第２図ｂ，
b′，b″は第２図ａ，a′，a″に対応する引出しイオ
ン電流密度分布図である。
状を示す説明図で、第２図ａは電極なし、a′は
5φcm電極、a″は10φcm電極を示し、第２図ｂ，
b′，b″は第２図ａ，a′，a″に対応する引出しイオ
ン電流密度分布図である。
第２図ａの如く、電極を配さない時には、第２
図ｂに示すように、イオン電流密度は極めて不均
一だが、第２図a′，a″の如く、電極形状の変化に
従がい、第２図b′，b″に示すように均一化され
る。
図ｂに示すように、イオン電流密度は極めて不均
一だが、第２図a′，a″の如く、電極形状の変化に
従がい、第２図b′，b″に示すように均一化され
る。
以上述べた通り、本発明に基ずくイオンビーム
発生装置では、熱電子発生用フイラメントをプラ
ズマ室より分離構成したフイラメント室の不活性
ガスプラズマ中に置くので、プラズマ室に活性ガ
スを導入した時にも、反応に基ずくフイラメント
の急激な劣化を回避出来るうえ、従来に比較し10
倍上の連続運転が可能となつた。しかも装置の改
造に伴なうイオン化効率の低下もみられず、引出
しイオン電流密度が３ｍＡ／cm2迄可能であり、引
出しイオン電流密度分布の均一化が容易に計れる
など従来のカウフマン型イオン銃より優れた特性
を有するものである。
発生装置では、熱電子発生用フイラメントをプラ
ズマ室より分離構成したフイラメント室の不活性
ガスプラズマ中に置くので、プラズマ室に活性ガ
スを導入した時にも、反応に基ずくフイラメント
の急激な劣化を回避出来るうえ、従来に比較し10
倍上の連続運転が可能となつた。しかも装置の改
造に伴なうイオン化効率の低下もみられず、引出
しイオン電流密度が３ｍＡ／cm2迄可能であり、引
出しイオン電流密度分布の均一化が容易に計れる
など従来のカウフマン型イオン銃より優れた特性
を有するものである。
今後急速に展開が予想される反応性イオンエツ
チングへの利用として本発明によるイオンビーム
発生装置の効果は計り知れないものがある。
チングへの利用として本発明によるイオンビーム
発生装置の効果は計り知れないものがある。
なお、活性ガスの具体例としてCF4ガスを挙げ
たが、Ｃ−Ｆ系、Ｓ−Ｆ系、Ｂ−Ｆ系及びこれら
のガス中Ｆ原子をＨ原子又は他のハロゲン原子に
置換したもの、この他、O2、N2、NH3、HF、
Ｆ等の活性ガスを使用し得ることは言う迄もな
い。
たが、Ｃ−Ｆ系、Ｓ−Ｆ系、Ｂ−Ｆ系及びこれら
のガス中Ｆ原子をＨ原子又は他のハロゲン原子に
置換したもの、この他、O2、N2、NH3、HF、
Ｆ等の活性ガスを使用し得ることは言う迄もな
い。
第１図は本発明に基ずくイオンビーム発生装置
の構成を示す側断面図である。第２図ａ，a′，
a″はプラズマ室中心部の電極形状を示す説明図、
第２図ｂ，b′，b″は引出しイオン電流密度分布図
である。 １……フイラメント室、２……プラズマ室、１
１……フイラメント、１４……熱電子引出し電
極、１５……不活性ガス導入口、２１……外部磁
束コイル、２３……プラズマ室中心部電極、２５
……活性ガス導入口。
の構成を示す側断面図である。第２図ａ，a′，
a″はプラズマ室中心部の電極形状を示す説明図、
第２図ｂ，b′，b″は引出しイオン電流密度分布図
である。 １……フイラメント室、２……プラズマ室、１
１……フイラメント、１４……熱電子引出し電
極、１５……不活性ガス導入口、２１……外部磁
束コイル、２３……プラズマ室中心部電極、２５
……活性ガス導入口。
Claims (1)
- １ 中心部に熱電子発生用フイラメントを備え、
開口部近傍に熱電子引出し電極を有し、不活性ガ
スが導入されるフイラメント室と、周囲に外部磁
束コイルを配置し、活性ガスが導入されるプラズ
マ室とを分離構成し、さらにプラズマ室の中央部
に前記フイラメントと同電位の円筒コイル状のプ
ラズマ室中心部電極を配置したことを特徴とする
イオンビーム発生装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11742980A JPS5740845A (en) | 1980-08-26 | 1980-08-26 | Ion beam generator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11742980A JPS5740845A (en) | 1980-08-26 | 1980-08-26 | Ion beam generator |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5740845A JPS5740845A (en) | 1982-03-06 |
| JPH0222500B2 true JPH0222500B2 (ja) | 1990-05-18 |
Family
ID=14711419
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11742980A Granted JPS5740845A (en) | 1980-08-26 | 1980-08-26 | Ion beam generator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5740845A (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0746586B2 (ja) * | 1985-10-18 | 1995-05-17 | 株式会社日立製作所 | イオン源 |
| JPH0711072B2 (ja) * | 1986-04-04 | 1995-02-08 | 株式会社日立製作所 | イオン源装置 |
| JPH088072B2 (ja) * | 1986-07-03 | 1996-01-29 | 日本真空技術株式会社 | イオン源 |
| JP2794602B2 (ja) * | 1989-02-28 | 1998-09-10 | 東京エレクトロン株式会社 | 電子ビーム励起イオン源 |
| JP2733628B2 (ja) * | 1990-02-07 | 1998-03-30 | 東京エレクトロン株式会社 | イオン発生装置 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5318677A (en) * | 1976-08-04 | 1978-02-21 | Sumitomo Electric Industries | Process for making plastic containers |
-
1980
- 1980-08-26 JP JP11742980A patent/JPS5740845A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5318677A (en) * | 1976-08-04 | 1978-02-21 | Sumitomo Electric Industries | Process for making plastic containers |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5740845A (en) | 1982-03-06 |
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