JPH0246627A - マイクロ波イオン源 - 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 本発明はイオン注入やエツチング等の薄膜加よる。

従来の技術 近年、マイクロ波電力とそのマイクロ波に対する共鳴磁
界を用いた大電流のイオン源が開発されている。

これは例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波に対して共鳴
磁界強度である８７５Ｇの磁界を印加する事により電子
サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ共鳴）を発生させマイクロ
波を効率的に吸収して高密度のプラズマを得、大電流の
イオンビームを引き出すもので２Ｌｌしにし′２　？ン
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ノセー堡ｓｔｒｕｍｅｎ（ｓ　ａｎｄ　Ｍｅｔｈｏｄｓ
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Ｂ２１　（１９８７）　ｐｐ１７８−１８１に記載され
ているものがある。この従来例の放電室部分と、磁界発
生装置であるソレノイドにより印加している磁界の様子
を第７図に示す。

第７図において、１はこの内部でプラズマを発生する円
筒型の放電室、２はマイクロ波電力３を伝達する導波管
、４は真空シールのためのセラミックであり、ソレノイ
ド５により磁界を印加して放電を発生している。なお、
放電室１の出口６にはイオンを引き出すための引出し電
極を有しているが、図ではこれを省略している。

この従来例ではソレノイド５により印加しているイオン
源の中心軸Ｃ上の磁界の強度分布は第５図のようになっ
ており、共鳴磁界強度である８７５Ｇの点は放電室の中
央付近の点ａに存在し、この点ａで前記ＥＣＲ共鳴によ
る高密度のＥＣＲ放電が生じている。

発明が解決しようとする課題 ＥＣＲ放電を用いる上記従来例により大電流のイオンビ
ームを引き出すことが可能なマイクロ波イオン源を得る
事ができる。しかし生産性の向上にともない薄膜の加工
速度を更に増加するためには、より一層の大電流化が望
まれる。

またこれまでは被加工物を均一に加工するために被加工
物を回転する等の工夫がなされていたが、真空装置内で
の機械的な回転等は望ましくなく、放電室の半径方向に
対して均一な量のイオンビームを引き出すことが不可欠
になっている。

課題を解決するための手段 本発明は大電流化とイオンビームの均一化を達成するた
めに放電室内のイオン引出し電極の近傍に、しかもイオ
ン引出し電極と略平行にマイクロ波電力を共鳴吸収する
強度の磁界面を形成する。

作用 イオン引出し電極の近傍に、しかもイオン引出し電極と
略平行に共鳴磁界面を形成することにより、高密度のＥ
ＣＲ放電プラズマをイオン引出し電極の面に沿って均一
に発生できる。

実施例 本発明の詳細な説明する前に、先ず本発明の原理につい
て説明する。

従来例の項で述べたように、マイクロ波電力は共鳴磁界
により高効率で吸収されてＥＣＲ放電が発生するが、放
電室の内部ではこの共鳴磁界が均一に発生しているわけ
ではない。しかもイオン源から引き出されるイオンは、
放電室内に面した引出し電極表面のごく近傍のプラズマ
から引き出されるため、大電流のイオンビームを引き出
すためにはこの引出し電極表面の近傍に、しかも引出し
電極に沿って平行に高密度のプラズマを発生することが
望ましい。

例えば第７図の従来例の場合では点ａで共鳴磁界強度に
なっておりこの部分ではＥＣＲ放電により高密度のプラ
ズマが発生するが、このプラズマからイオンを引き出す
ためには先ず点ａから放電室の出口の点すまでイオンが
拡散して行かなければならない。

ところが点ａから点すの間の区間はＥＣＲ放電ではない
ためにプラズマの密度が低く、イオンが拡散していく間
にイオンと電子の再結合が生じ点すに到達したときには
イオンの量が減ってしまう。

そのために点ａに発生する高密度のＥＣＲプラズマを十
分に利用することができないという現状にあった。

またこの従来例では、中心軸Ｃ上では点ａに共鳴磁界が
存在するが８７５Ｇの共鳴磁界はソレノイド５の内側部
分、すなわち放電室１の内部に三次元的に存在している
はずである。しかし、第７図の従来例に限らず従来のＥ
ＣＲプラスマ装置では中心軸以外の共鳴磁界の三次元的
な形状についてあまり検討されていなかった。

本発明は以上の点に鑑みてなされたものであり、放電室
内のイオンを引き出す引出し電極の近傍に、引出し電極
の面に沿って三次元的にほぼ平行に共鳴磁界強度の磁界
面を形成することを特徴としている。

そこで先ずソレノイドにより形成される磁界の３次元的
な形状について、第８図を参照しながら説明する。

第８図はソレノイド７に適当な電流を流した場合の、等
磁界強度面８の断面図を表わしている。

第８図のソレノイド７は中心軸ｄに対して軸対称であり
、しかも上下方向にも対称であるため、等磁界強度面も
軸及び上下に対して対称に生じる。

なお、図中の等磁界強度面８に付記した数字は磁界強度
である。第８図により、等磁界強度面の８−２と８−３
の間の８面の付近には２．４５ＧＨｚのマイクロ波に対
して共鳴磁界強度である８７５Ｇの共鳴磁界強度面が平
面的に形成されていることが分かる。

但し、ソレノイドに流す電流の大きさにより等磁界面の
形状はあまり変化しないものの、磁界の強度は当然変化
する。すなわち、第８図において電流が小さいと等磁界
面は例えば等磁界強度面の８−６の様に大きく曲がった
り、あるいは８−７の様にリング状になってしまうし、
逆に電流が大きいと等磁界強度面の８−１の様に曲面に
なってしまう。

なお、第８図のように平面的な共鳴磁界面が形成される
電流値はソレノイドの形状や大きさにより決まり、−概
に決めることはできない。

そこで、以下本発明の第１の実施例を第１図を参照しな
がら説明する。

第１図において９は２．４５ＧＨｚマイクロ波を放射す
るアンテナ１０を有する同軸管型の放電室で、１１はマ
イクロ波電力１２を伝達しアンテナ１０に供給する同軸
管、１３は真空シールのためのセラミック、１４はイオ
ンを引き出すための引出し電極、１５は真空容器であり
、１６はソレノイドである。

本実施例で同軸管型の放電室９を用いている理由は、同
軸管型の放電室はその大きさを任意に設計できるためで
ある。ソレノイド１６は第８図に示したように平面的な
共鳴磁界強度を形成する電流を流しており、８７５Ｇの
共鳴磁界強度面は１７の様に生じている。すなわち、共
鳴磁界強度面は放電室９内の引出し電極１４の近傍に、
しかも引出し電極１４に沿って平面的に形成している。

第１図には、第７図の従来例と比較するために中心軸ｆ
上の磁界分布を並記しているが、従来例に比べて共鳴磁
界強度面１７が放電室９の出口、すなわち引出し電極１
４のきわめて近くに存在している。

共鳴磁界強度面１７をこの様に形成することにより、第
２図に示したようにマイクロ波電力による高密度なＥＣ
Ｒ放電１８がイオン引出し電極１４の内側近傍に平面的
に発生する。従って第７図の従来例に対応する点ａから
点すまでの区間が非常に短いために、ＥＣＲ放電１８で
発生した高密度プラズマ中のイオンを減少させる事なく
引き出すことができ、その結果として大電流のイオンビ
ームを得ることができる。しかも第２図のようにＥＣＲ
放電が引出し電極１４に沿って平面的に均一に発生する
ため、第２図の点ｇｚ　　ｈ１１各々の点から引き出さ
れるイオンの量が等しく、均一な量のイオンビームを得
ることができる。

次に、本発明の第２の実施例を第３図を参照しながら説
明する。

第３図において、第１図と同一の構成要素には同一の番
号を付している。

第３図の実施例は、図の左側から伝達してくるマイクロ
波電力１２に対して磁界が徐々に増大するようにソレノ
イド１６を配置したものであり、放電室の形状等によっ
てはこの構成の方がインピーダンスのマツチングをとり
やすい場合がある。

更に、本発明の第３の実施例を第４図を参照しながら説
明する。

第４図においても、第１図と同一の構成要素には同一の
番号を付している。

第４図の実施例は第１図の実施例のソレノイド１８の厚
さを放電室９の長さより短＜シ、ソレノイド１６の両側
に生じる２つの共鳴磁界強度面１７−１および１７−２
を放電室９内に形成したものである。この実施例では２
つの共鳴磁界面１７−１と１７−２により、マイクロ波
電力をほぼ完全に吸収してより高密度なプラズマを発生
することができ、第１の実施例よりも更に大電流のイオ
ンビームを得ることができる。

第５図と第６図には平面的な共鳴磁界強度面を形成する
方法を図示している。前述した様に、第８図の通常の形
状のソレノイドであっても電流を調節することにより平
面的な共鳴磁界強度面を形成することができる。

しかしソレノイドに第６図や第６図の工夫をすることに
より、平面的な共鳴磁界面をより形成しやすくなる。

第５図はソレノイド１８の一部に切り欠き部１ｄを設け
たものである。第６図はソレノイド２０に高透磁率材料
である軟鋼から成るヨーク２１を設けたものである。こ
の様に構成することにより、第５図と第６図に図示した
様に平面的な共鳴磁界強度面ｇ１　ｈを容易に形成する
ことができる。

なお、上記実施例では磁界発生装置としてソレノイドを
用いたが、本発明の特徴は引出し電極の近傍にしかも引
出し電極とほぼ平行に共鳴磁界強度面を形成する点にあ
り、そのためには永久磁石を用いても、あるいはソレノ
イドと永久磁石を組み合わせて用いてもかまわない。

また上記実施例では同軸管型の放電室を用いたが、本発
明は放電室の形吠を同軸管型に限るものではない。

発明の効果 本発明により、マイクロ波イオン源のより一層の大電流
化が可能となり薄膜の加工速度の大幅な向上が可能とな
る。

さらに本発明により、放電室の半径方向に対して均一な
量のイオンビームを引き出すことが可能になるため、被
加工物を回転する等の工夫をすること無しに加工の均一
性を大幅に向上することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のマイクロ波イオン源の第１の実施例の
概略構成図、第２図は引出し電極近傍のＥＣＲ放電の説
明図、第３図は本発明のマイクロ波イオン源の第２の実
施例の概略構成図、第４図は本発明のマイクロ波イオン
源の第３の実施例のされる等磁界強度面の説明図、第７
図は従来装置における磁界の様子を示す図である。 ９・・放電室、１４・・イオン引出し電極、１６・・ソ
レノイド、１７・・共鳴磁界強度面。 代理人の氏名　弁理士　粟野重平　ほか１名１図 Ａ ｑ−−一於ン琶鼠 ／４−＝イオン３！出し電、＆ １６−　　ソレノイド １７・−云に島穐辱５王友面 第２図 １才心軸］二μクイｉＪ 第 図 第 図 第 図 里心１＄１−のイ立」［ 尤 ａｙｅｔ 第 図 第 図 里心神上の侃ｌ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）イオン引出し電極を有する放電室と、該放電室に
   マイクロ波電力を供給するマイクロ波伝達回路と、前記
   放電室内に磁界を発生する磁界発生装置を有し、前記放
   電室内のイオン引出し電極近傍に、しかも前記イオン引
   出し電極と略平行にマイクロ波電力を共鳴吸収する強度
   の磁界面を形成したマイクロ波イオン源。
2. （２）一部に切り欠き部を設けたソレノイドを磁界発生
   装置に用いる請求項１記載のマイクロ波イオン源。
3. （３）高透磁率材料から成るヨークとソレノイドを磁界
   発生装置に用いる請求項１記載のマイクロ波イオン源。