JPH02273440A - イオン源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、マイクロ波放電に基くプラズマ生成で電離さ
れた電子により、直流放電を持続してイオンヒームを生
成するイオン源装置そこ関する。

〔従来の技術〕

従来、イオンヒームスパッタリング、イオンヒムミキシ
ング、イオンアシスト等に用いられるカウフマン型イオ
ン源装置及びパケット型イオン源装置等には、マイクロ
波放電に基くプラズマ生成で電子を電離形成するマイク
ロ波プラズマカソード（以下ＭＰカソードという）室の
電子放出源を備え、電子放出材の消耗を皆無にして長寿
命化等を図るようにしたものがある。

従来のＭ　Ｐカソードを備えたカウフマン型イオン源装
置は、同軸ケーブルでマイクロ波を導入する場合、第６
図に示す構成になっている。

同図において、（１）はステンレス等の非磁ｉ生体の金
属製の主筐体、（２）は主筐体ｉｌ＋により形成された
主プラズマ室、（３）は主プラズマ室（２）ヲこ設けら
れた円筒状のアノード、（４）は主プラズマ室（２）へ
のカスの導入口、（５）はイオンビーム引出電極群であ
り、＠１電極（６）、第２電極（７）、第３電極（８）
から構成されている。＋９＋　、　ｔｌｏｌは各電極（
［１）　！　（７１ｔ　（８）間に介在された絶縁体、
（１１）は主筐体（１）の外側に設けられた円筒状の磁
場発生用の永久磁石又は電磁石である。

（１２）はアーク電源であり、陽極がアノード（３）に
。

陰極が高抵抗値の抵抗（１３）を介して主筐体（１）に
接続され、アノード（３）をアノード電位にする。（１
４）は加速電源であり、陽極がアーク電源（１２）の陰
極に接続され、主筐体［Ｆ）と同電位の第１電極（６）
にアノード電位より低い正の加速電圧を印加する。（１
５）は第２電極（７）に負の電圧を印加する減速電源で
ある。

（１６）は非磁性体からなる副筐体、（１７）は副筐体
（１Ｇ）により形成されたＭＰカソード室、Ｑ８）　！
　（＋９）は副筐体（国の両側の磁性体又は非磁性体か
らなる蓋板、（２０）は蓋板（１８）の中央の電子放出
開口、（２１）は副筐体（１６）と主筐体（１）間の絶
縁体、（２２）はカソード室（１７）へのカスの導入口
である。

（２３）はマイクロ波導入用の同軸ケーブル、（２４）
は同軸ケーブル（２３）の先端のアンテナ、（２５）は
副筐体（１６）の外側に設けられた永久磁石又は電磁石
であり、カソード室（１７）に電子サイクロトロン共鳴
（ＥＣＲ）条件以上の磁場を発生する。

そして、副筐体（１Ｇ）はアーク電源（１２）の陰極の
カソード電位に保持され、アンテナ（２４）の先端部が
マイクロ波放電を引き起し易いよう（こカソード室θ７
）の壁面に近接して設けられている。

つぎに、導入口−からカスを供給し、カソードｘｔ＋７
）に同軸ケーブル（２：３＋　１アンテナ（２４）を介
してマイクロ波が導入されると、カソード室（１７）が
マイクロ波空洞共振器条件で形成されていない場合でも
、アンテナ（２４）の先端部とカソード室（１７）の壁
面との間の高電界によりマイクロ波放電が容易に発生し
、導入口（２りからのガスが電離されて副ブラスマ（２
６）が生成される。

そして、主プラズマ室（２）がアーク電源＋１２）によ
りカソード室（１７）より高い電位にバイアスされてい
るため、副プラズマ（２６）の生成で電離された電子ｅ
が開口（２０）を通って主プラズマ室（２）ｃこ放出さ
れ、主プラズマ室（２）では、供給された電子ｅにより
直流放電が持続し、導入口（４）から導入された希カス
等のイオン化カスが電離されて主プラズマ（２７）が生
成される。

つぎ（こ、電極群（５）のヒーム引出し作用により、生
成された主プラズマ（２７）からイオンがイオンビーム
となってスパッタ室等に導出される。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の第６図に示す装置の場合、アーク電源（１２）に
基く直流放電の電圧は１００〜３００　Ｖと高く、この
放電電圧にほぼ等しい主プラズマ（２７）の高エネルギ
のアルゴンイオンＡ、ｌ−″−等のイオンがカソード室
（１７）の直壁である蓋板（１８）の主プラズマ室（２
）側の面をスパックする。

このとき、蓋板（＋８）の電位が低くスパッタエネルギ
が大きいため、蓋板（１８）から主プラズマ室（２）に
多量ノスハッタ粒子が飛出し、主プラズマ室ｆ２）　カ
汚染され、絶縁体（２１）の表面抵抗劣化、短絡等が発
生し、イオンビームの純度が低下する問題点がある。

また、高エネルギのイオンが電子放出開口（２ｏ）を通
ってカソード室（１７）に侵入し、アンテナ（２４）等
をスパッタし、カソード室（１７）の損傷、汚染が発生
する。

そして、主プラズマ室（２）の汚染及びカソード室（＋
７）の損傷、汚染により、イオンビームの生成効率及び
寿命が低下し、連続運転が困難になる。

本発明は、前記の点に留意し、主プラズマのイオンによ
る主プラズマ室及びカソード室の汚染を防止するように
したイオン源装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

前記課題を解決するため（こ、本発明のイオン源装置は
、マイクロ波放電で電子を生成するマイクロ波プラズマ
カソード室と、 前記カソード室に対して正電位に直流バイアスされ、前
記カソード室から放出された電子に基く直流放電でイオ
ンビームを生成する主プラズマ室と、 前記カソード室の電子放出開口を有する直壁の前記主プ
ラズマ室側に設けられ、前記カソード室の電位より高く
前記主プラズマ室の電位以下にパイアノされた保護板と
を備えたものである。

また、前記カソード室及び前記主プラズマ室と、前記カ
ソード室の電子放出開口を有する直壁の前記主プラズマ
室側の面にコーティングされた絶縁材からなる保護体と
を備えたものである。

また、前記カソード室及び前記主プラズマ室と、前記カ
ソード室の電位より高く前記主プラズマ室の電位以下に
バイアスされ、前記カソード室の電子放出開口を覆い前
記主プラズマ室から前記カソード室へのイオンの侵入を
遮蔽する遮蔽板とを備えたものである。

〔作用〕

前記のように構成された本発明のイオン源装置は、以下
に記載する作用を有する。

カソード室の電子放出開口を有する直壁の主プラズマ室
側に保護板を設け、この保護板をカソード室の電位より
高く主プラズマ室の電位以下にバイアスしたため、主プ
ラズマのイオンが前記直壁より電位の高い保護板をスパ
ッタし、このスパッタのエネルギが小さく、保護板から
飛出すスパッタ粒子が少ないため、主プラズマ室の汚染
が防止される。

また、カソード室の電子放出開口を有する直壁の主プラ
ズマ室側の面に絶縁材からなる保護体がコーティングさ
れているため、主、副プラスマの電位差に基き保護体の
表面電位がカソード室の電位より高くなり、前記保護板
を設けた場合と同様、主プラズマ室の汚染が防止される
。

また、カソード室の電位より高く主プラズマ室の電位以
下にバイアスされ、カソード室の電子放出開口を覆い主
プラズマ室からカソード室へのイオンの侵入を遮蔽する
遮蔽板が設けられているため、カソード室へのイオンの
侵入が阻止され、カソード室の損傷、汚染が防止される
。

〔実施例〕

実施例（こついて第１図ないし！５ｒＪ５図を参照して
説明する。

それらの図面において、第６図と同一記号は同一のもの
を示す。

（実施例１） 実施例１を第１図について説明する。

（２８）は第６図の主筐体（１）と絶縁体（２１）との
間に設けられた保護板であり、ステンレス、モリブデン
等の低スパック率の金属材料からなる。伐９）は保護板
（２８）に透設された開口であり、電子放出開口（２０
）に対応する位置（こ形成されている。そして、保護板
納が主筐体（１）、高抵抗値の抵抗（１３）を介してア
ーク電源（１２）の陰極に接続されている。

そのため、保護板（２８）には電流が殆ど流れず、保護
板怒の電位は、主、副プラズマ（２７）　９　（２６）
の電位差に基き、カソード室（１７）の電位より高く主
プラズマ室（２）の電位以下の電位にワローテイング制
御される。

このとき、アーク電源（＋、２）　）こ基く放電電圧が
１００〜３００ｖであれば、放電条件、イオン化ガス等
によって若干は異なるが、主プラズマ（２７）の電位に
対して保護板（２８）の電位が５０〜１００　Ｖになる
。

そして、蓋板（１８）の代りに保護板（２８）が主プラ
ズマ（２７）にさらされ、主プラズマ（２７）の高エネ
ルギのアルゴンイオンＡｒ＋等が保護板（２８）をスパ
ッタする。このとき従来のように１００〜３００ｖのエ
ネルギで蓋板（Ｉ８）をスパッタする場合に比しスパッ
タエネルギが減少し、スパッタ率が従来の約１７２以下
に低下し、保護板（２８）からイオンが殆ど飛出さなく
なり、主プラズマ室（２）の汚染が防止される。

（実施例２） 実施例２を第２図について説明する。

（３０）は第６図の蓋板（１８）の主プラズマ室（２）
側の面にコーティングされた絶縁材からなる保護体であ
る。

そして、主プラズマ（２７）にさらされる保護体（３ｏ
）は、第１図の保護板（２８）と同様、主、副プラズマ
（２７）　、　（２６＋の電位差（こ基き、カソード室
（１７）の電位より高く主プラズマ室（２）の電位以下
にフローティング制御され、第１図の場合と同様の効果
が得られる。

（実施例３） 実施例３を第３図について説明する。

（３１）は第１図の保護板（２８）の主プラズマ（２カ
側に支柱０２）により支持された円板状の遮蔽板であり
、保護板（２８）と同様、ステンレス、モリブテン等の
低スパツタ率の金属材料からなり、主プラズマ（２７）
がら見てカソード室（１７）が直接見えないよう、電子
放出開口Ｉ２０）　９保護板（２８）の開口（２９ｊを
覆っている。

そして、遮蔽板（３１）が支柱（３２）を介して保護板
（２８）に接続され、保護板（２８）と同電位（こバイ
アスされているため、電子放出開口（２０）を通ってカ
ソード室０７）へ侵入しようとする主プラズマ室の高エ
ネルギのイオンは、殆ど遮蔽板（３１）により遮蔽され
る。

また、遮蔽板（３１）により遮蔽されなかったイオンは
保護板（２８）により遮蔽される。

そのため、主プラズマ（２力の高エネルギのイオンのカ
ソード室（１７）への侵入が確実に防止され、カソード
室（１７）の損傷、汚染が防止される。

なお、遮蔽板（３１）の形状は円板状（こ限らず、主プ
ラズマ（２７）から見てカソード室（１７）が直接見え
ないよう形状であればよい。

（実施例４） 実施例４を第４図（こついて説明する。

この実施例が第３図と異なる点は、主筐体（１）と保護
板シ８）との間に絶縁体（３３）を設け、保護板ｔ２ｇ
）　、遮蔽板（３１）を独立したバイアス用の直流電源
（３４）に接続した点である。

そして、保護板−，遮蔽板（３１）の電位が主、副プラ
ズマ（２７）　、　（２６＋の状態等によらず電源（３
４）により決定されるため、画板＋２８）　ｊ　（３１
，］の電位を最適な電位に設定することができ、第３図
の場合より一層良好な防止効果が得られる。

（実施例５） 実施例５を第５図について説明する。

この実施例は、第２図における主筐体ｆｉ＋に、第３図
の遮蔽板（３１）が支柱（３４により取付けられている
。

そしてこの実施例の場合も、遮蔽板（３１）がフローテ
ィクロ波を供給する手段として、同軸ケーブル（２，’
３）　。

アンテナ（２４）を用いたが、導波管を用いてもよく、
また、本発明は、バケッＩ・型イオン源装置等（こも適
用することもできる。

〔発明の効果〕

本発明は、以上説明したように構成されているので、以
下に記載する効果を奏する。

保護板（２ｇ＋　、保護体（３０）　ｅ備えているため
、カット室（１７）の筐壁の代りにカソード室（１７）
の電位より高電位の保護板（ハ）、保護体（３０）が主
プラズマ（２力にさらされ、この主プラズマの高エネル
ギのイオンが保護板（２８）、保護体（３０）　ｋスパ
ッタし、そのスパッタエネルギが小さく、保護板（２８
＋　、保護体（３０）からのイオンの飛出しが前記筐壁
をスパッタする場合より減少し、主プラズマ室（２）の
汚染が防止され、主プラズマ室（２）側の異常に基くイ
オンビームの生成効率及び寿命の低下が防止され、長時
間の連続運転が可能になり、しかもイオンビームに不純
物の混入が防止され、イオンビームの純度の低下も防止
される。

また、遮蔽板（３１）を備えたことにより、主プラズマ
（２７）の高エネルギのイオンのカソード室（１７）へ
の侵入が遮蔽され、カソード室αカの損傷、汚染が防止
され、前記と同様の効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第５図はそれぞれ本発明のイオン源装置の
実施例１　、２　、３　、４．　、５の構成図、第６図
は従来例の構成図である。 ｆｉ＋・・主筐体、（２）・主プラズマ室、（＋２）・
アーク電源、（１６）・・副筐体、（＋７）・・カソー
ド室、（＋８＋　、　（＋９）・蓋板、（２０）・・・
電子放出開口、（２６）副プラズマ、（２η・・・主プ
ラスマ、 １３８ｊ 保護板、 保護体、 遮蔽板、 直流電源。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）マイクロ波放電で電子を生成するマイクロ波プラ
   ズマカソード室と、 前記カソード室に対して正電位に直流バイアスされ、前
   記カソード室から放出された電子に基く直流放電でイオ
   ンビームを生成する主プラズマ室と、 前記カソード室の電子放出開口を有する筐壁の前記主プ
   ラズマ室側に設けられ、前記カソード室の電位より高く
   前記主プラズマ室の電位以下にバイアスされた保護板と
   を備えたことを特徴とするイオン源装置。
2. （２）マイクロ波放電で電子を生成するマイクロ波プラ
   ズマカソード室と、 前記カソード室に対して正電位に直流バイアスされ、前
   記カソード室から放出された電子に基く直流放電でイオ
   ンビームを生成する主プラズマ室と、 前記カソード室の電子放出開口を有する筐壁の前記主プ
   ラズマ室側の面にコーティングされた絶縁材からなる保
   護体とを備えたことを特徴とするイオン源装置。
3. （３）マイクロ波放電で電子を生成するマイクロ波プラ
   ズマカソード室と、 前記カソード室に対して正電位に直流バイアスされ、前
   記カソード室から放出された電子に基く直流放電でイオ
   ンビームを生成する主プラズマ室と、 前記カソード室の電位より高く前記主プラズマ室の電位
   以下にバイアスされ、前記カソード室の電子放出開口を
   覆い前記主プラズマ室から前記カソード室へのイオンの
   侵入を遮蔽する遮蔽板とを備えたことを特徴とするイオ
   ン源装置。