JPH04132144A - 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］ この発明は、電子放出用のフィラメントの代わりにプラ
ズマ室を備えるイオン源とそのための電源等から成るイ
オン源装置に関し、より具体的には、そのイオン源の連
続運転可能領域を拡大させる手段に関する。

〔従来の技術］ この種のイオン源装置の従来例を第２図に示す。

この装置におけるイオン源１は、副プラズマ室２、主プ
ラズマ室２２および引出し電極系３２を備えている。

副プラズマ室２は、非磁性金属製の容器４で形成されて
おり、ガス導入口８を有し、内部に何本かのこの例では
スパイラル形のアンテナ１０が設けられており、その各
々に同軸ケーブル１２を経由して高周波電源（この例で
はマイクロ波電源）１３から高周波（この例ではマイク
ロ波）が供給される。

この容器４には、その主プラズマ室２２側に、幾つかの
電子放出孔１６が設けられており、また外周部には、例
えばＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）条件を満たす磁
場を発生させる磁石６が配置されている。

主プラズマ室２２は、前記容器４に絶縁物２０を介して
接続された非磁性金属製の容器２４で形成されている。

この容器２４には、ガス導入口２８が設けられており、
また外周部にはこの例ではプラズマ閉じ込め用の多極磁
場（カスプ磁場）を発生させる磁石２６が配置されてい
る。

主プラズマ室２２の出口部には、この例では３枚の多孔
電極３３〜３５から成る引出し電極系３２が設けられて
いる。その電極３３は、高抵抗４４によってフローティ
ング電位とされる。電極３４は抑制電源４２によって負
電位とされる。電極３５は接地されている。

そして、容器４と２４との間に、主プラズマ室２２にお
ける直流放電の電力を供給する放電電源３８が接続され
ており、この放電電源３８の正側とアース間に引出し電
源４０が接続されている。

但し、引出し電源４０の正側を放電量ａ！３８の負側に
接続しても良く、また電極３３を高抵抗４４を用いずに
放電型″源３８の負側に直接接続しても良い。

動作例を説明すると、主プラズマ室２２およびそれにつ
ながる副プラズマ室２内を真空排気すると共に副プラズ
マ室２内に所要のガス（例えばアルゴン等の不活性ガス
や酸素等）を導入し、かつアンテナ１０に供給する電力
を徐々に増加させると、副プラズマ室２内で高周波放電
（この例ではマイクロ波放電）が生じて副プラズマ１４
が作られる。

そしてこの副プラズマ１４から、放電電源３８の電圧に
よって、電子放出孔１６を通して電子１８が主プラズマ
室２２内に引き出され、それによって主プラズマ室２２
内で直流放電が生じてそこにガス導入口２８から導入さ
れたガス、または副プラズマ室２から電子放出孔１６を
通して流入して来たガスが電離されて主プラズマ３０が
作られる。そしてこの主プラズマ３０から、引出し電極
系３２を介して電界の作用でイオンビーム３６が引き出
される。

このとき、第３図に示すように、主プラズマ室２２にお
ける直流放電は、副プラズマ室２に投入する高周波電力
をあるしきい値Ｐ０にしたときに突然点火し、−旦点火
した後は、投入高周波電力を徐々に下げると電力上昇時
には得られなかった領域でも直流放電の維持、即ち主プ
ラズマ３０の維持が可能である。

〔発明が解決しようとする課題〕

近年、この種のイオン源装置を例えば薄膜形成装置等に
利用する場合、種々の成膜条件等に応じて、イオン源１
より引き出されるイオンビーム３６のビーム電流値にも
幅広い値が要求されるようになって来ている。

その場合、このイオン源１では、投入高周波電力と放電
電流とは第３図に示したような関係にあり、また放電電
流とビーム電流とは第４図に示すような比例関係にある
ので、低ビーム電流値で運転したいときには例えば投入
高周波電力を上記しきい値２０未満にしなければならな
い場合が生じる。

しかし、この領域では主プラズマ室２２における直流放
電が不安定な状態にあり、何らかの原因で主プラズマ３
０が消滅してしまうと再点火が不可能であり、従って従
来はしきい値２０以上の領域でないと連続した運転は無
理であった。

しかもこのしきい値Ｐ０は、主プラズマ室２２における
ガス圧が低くなると高くなる傾向にあるので、低ガス圧
の場合は連続運転可能領域は一層狭くなる。

そこでこの発明は、従来不可能であった小高周波電力領
域でのイオン源の連続運転を可能にしたイオン源装置を
提供することを主たる目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、この発明に係る第１のイオン
源装置は、前記放電電源に流れる放電電流を計測する電
流計測器と、この電流計測器からの放電電流を表す信号
に応答して、前記放電電流がＯかほぼ０になったら、前
記高周波電源の出力を、前記イオン源の主プラズマ室に
おいて直流放電が点火するしきい値以上に一旦上げ、そ
の後所定の放電電流が得られるように出力を下げる機能
を有する制御装置とを設けたことを特徴とする。

また、この発明に係る第２のイオン源装置は、上記制御
装置の代わりに、電流計測器からの放電電流を表す信号
に応答して、前記放電電流が０かほぼ０になったら、そ
のときの前記高周波電源の出力が、前記イオン源の主プ
ラズマ室において直流放電が点火するしきい値以上であ
るか否かを判断し、当該しきい値以上ならばそのときの
出力を保ち、当該しきい値未満であれば出力を当該しき
い値以上に一旦上げ、その後所定の放電電流が得られる
ように出力を下げる機能を有する制御装置を設けたこと
を特徴とする。

〔作用〕

上記第１のイオン源装置によれば、イオン源の運転中に
何らかの原因によって主プラズマが消滅して直流放電の
放電電流が０かほぼ０になると、制御装置によって高周
波電源の出力が前記しきい値以上に一旦上げられる。こ
れによって、主プラズマが点火する条件が成立するので
、直前の高周波電力が前記しきい値以上であるか否かに
かかわりなく、直流放電が再び始まって主プラズマが再
点火され、その後所定の放電電流値になるように高周波
電源の出力が制御される。

そしてこのような制御が瞬時に行われるため、実質的に
は、従来不可能であった小高周波電力領域でのイオン源
の連続運転が可能になる。

また、上記第２のイオン源装置によれば、イオン源の運
転中に主プラズマが消滅すると、制御装置はそのときの
高周波電源の出力が前記しきい値以上であるか否かを判
断し、しきい値以上ならばそのときの出力を保つ。この
ようにするのは、敢えて高周波電源の出力を上げるまで
もなく、主プラズマが点火する条件が整っているので、
主プラズマがすぐに再点火するからである。

一方、主プラズマ消滅時の高周波電源の出力が前記しき
い値未満の場合は、制御装置は上記第１のイオン源装置
の場合と同様の制御を行う。

従って、この第２のイオン源装置においても、実質的に
は、従来不可能であった小高周波電力領域でのイオン源
の連続運転が可能になる。

〔実施例〕

第１図は、この発明の一実施例に係るイオン源装置を示
す図である。第２図の従来例と同等部分には同一符号を
付し、以下においては当該従来例との相違点を主に説明
する。

この実施例においては、前述したような放電電源３８に
直列に、そこに流れる放電電流を計測する電流計測器４
６を挿入している。

また、この電流計測器４６からの放電電流を表す信号Ｓ
に応答して、この例では前述したような各高周波電源１
３の出力を次のように制御する制御装置４８を設けてい
る。

即ちこの制御装置４８は、−例として、前記放電電流が
０かほぼ０になったら、各高周波電源１３の出力を、副
プラズマ室２に投入される高周波電力が前記しきい値Ｐ
ａ以上になるように一旦上げ、その後所定の放電電流が
得られるように各高周波電源１３の出力を下げる機能を
有している。

上記構成によれば、イオン源１の運転中に何らかの原因
によって、例えば異常放電が起こり保護動作のために放
電電源３８の出力が瞬断する等によって、主プラズマ室
２２における主プラズマ３０が消滅して放電電源３Ｂに
流れる放電電流が０かほぼ０になると、これが電流計測
器４６によって検出され、そして制御装置４８によって
各高周波電源１３の出力が、副プラズマ室２に投入され
る高周波電力が前記しきい値２０以上になるように一旦
上げられる。

これによって、主プラズマ３０が点火する条件が成立す
るので、直前の投入高周波電力がしきい値Ｐ、以上であ
ったか否かにかかわりなく、直流放電が再び始まって主
プラズマ３０が再点火され、その後所定の放電電流値に
なるように各高周波電源１３の出力が制御される。

そしてこのような制御が瞬時に行われるため、実質的に
は、従来不可能であった小高周波電力領域での、即ちし
きい値Ｐ０未溝の領域でのイオン源１の連続運転が可能
になる。

その結果、このイオン源装置によれば、イオン源１から
従来よりも低ビーム電流値を安定に得ることができるの
で、薄膜形成装置において種々の成膜条件に対処可能に
なる等、その利用範囲が広がる。

また、制御装置４８には、上記例のような機能の代わり
に、前記放電電流がＯかほぼ０になったら、そのときに
副プラズマ室２に投入されている高周波電力が前記しき
い値２０以上であるか否かを判断し、しきい値２０以上
ならばそのときの各高周波電源１３の出力を保ち、しき
い値Ｐ０未満であれば各高周波電源１３の出力を投入高
周波電力がしきい値２０以上になるように一旦上げ、そ
の後所定の放電電流が得られるように各高周波電源１３
の出力を下げる、という機能を持たせても良い。

このようにすると、イオン源１の運転中に主プラズマ３
０が消滅すると、制御装置４８はそのときの投入高周波
電力がしきい値２０以上であるか否かを判断し、しきい
値２０以上ならば各高周波電源１３の出力をそのまま保
つ。このようにするのは、敢えて各高周波電源工３の出
力を上げるまでもなく、主プラズマ３０が点火する条件
が整っているので主プラズマ３０がすぐに再点火するか
らである。

一方、主プラズマ３０消滅時の投入高周波電力がしきい
値Ｐ０未溝の場合は、制御装置４８は、先に述べた例の
場合と同様に、各高周波電源１３の出力を一旦上げた後
に下げる制御を行う。

従ってこのような制御装置４８を用いても、先に述べた
例の場合と同様に、実質的には、従来不可能であった小
高周波電力領域でのイオン源１の連続運転が可能になる
。

先の制御装置４８と後の制御装置４８とを比べた場合、
先の制御装置４８の場合は、投入高周波電力がしきい値
２０以上であるか否かを判断する機能が不要なので当該
制御装置４８の構成が簡単になるという利点があり、後
の制御装置４８の場合は、不必要に投入高周波電力を上
げたり下げたりしなくて済む場合があるので制御が速い
という利点がある。

なお、副プラズマ室２に設けるアンテナ１０の数は上記
例の３本に限定されるものではなく、１本以上で任意で
ある。その形状も上記例のスパイラル形に限定されるも
のではなく、逆り形、Ｔ形、これらの変形等でも良い。

また、アンテナｌＯと高周波電源１３とは必ずしも上記
例のように１対１で対応させる必要はなく、例えば１台
の高周波電源１３で複数本のアンテナ１０に高周波電力
を供給するようにしても良い。

また、主プラズマ室２２周りの構成、引出し電極系３２
の構成、電源構成等も上記例のようなものに限定される
ものではない。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明によれば、実質的には、従来不可
能であった小高周波電力領域での、即ち前記しきい値未
満の領域でのイオン源の連続運転が可能になる。その結
果、イオン源から従来よりも低ビーム電流値を安定に得
ることができるようになり、当該イオン源装置の利用範
囲が広がる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例に係るイオン源装置を示
す図である。第２図は、従来のイオン源装置の一例を示
す図である。第３図は、副プラズマ室に投入する高周波
電力と主プラズマ室における直流放電の放電電流との関
係の一例を示す図である。第４図は、主プラズマ室にお
ける直流放電の放電電流とイオンビームのビーム電流と
の関係の一例を示す図である。 １・・・イオン源、２・・・副プラズマ室、１０・・・
アンテナ、１３・・・高周波電源、１４・・・副プラズ
マ、１８・・・電子、２２・・・主プラズマ室、３０・
・・主プラズマ、３２・・・引出し電極系、３６・・・
イオンビーム、３８・・・放電電源、４６・・・電流計
測器、４８・・・制御装置。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）直流放電によって主プラズマを生成する主プラズ
   マ室および高周波放電によって副プラズマを生成して前
   記直流放電に必要な電子を主プラズマ室に供給する副プ
   ラズマ室を有し、前記主プラズマからイオンビームを引
   き出すようにしたイオン源と、前記主プラズマ室におけ
   る直流放電の電力を供給する放電電源と、前記副プラズ
   マ室に高周波電力を供給する高周波電源とを備えるイオ
   ン源装置において、前記放電電源に流れる放電電流を計
   測する電流計測器と、この電流計測器からの放電電流を
   表す信号に応答して、前記放電電流が０かほぼ０になっ
   たら、前記高周波電源の出力を、前記イオン源の主プラ
   ズマ室において直流放電が点火するしきい値以上に一旦
   上げ、その後所定の放電電流が得られるように出力を下
   げる機能を有する制御装置とを設けたことを特徴とする
   イオン源装置。
2. （２）直流放電によって主プラズマを生成する主プラズ
   マ室および高周波放電によって副プラズマを生成して前
   記直流放電に必要な電子を主プラズマ室に供給する副プ
   ラズマ室を有し、前記主プラズマからイオンビームを引
   き出すようにしたイオン源と、前記主プラズマ室におけ
   る直流放電の電力を供給する放電電源と、前記副プラズ
   マ室に高周波電力を供給する高周波電源とを備えるイオ
   ン源装置において、前記放電電源に流れる放電電流を計
   測する電流計測器と、この電流計測器からの放電電流を
   表す信号に応答して、前記放電電流が０かほぼ０になっ
   たら、そのときの前記高周波電源の出力が、前記イオン
   源の主プラズマ室において直流放電が点火するしきい値
   以上であるか否かを判断し、当該しきい値以上ならばそ
   のときの出力を保ち、当該しきい値未満であれば出力を
   当該しきい値以上に一旦上げ、その後所定の放電電流が
   得られるように出力を下げる機能を有する制御装置とを
   設けたことを特徴とするイオン源装置。