JPH04132146A - 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） この発明はイオン源に関するものであって、特に、プラ
ズマ生成部の磁場が電子サイクトロン共鳴磁場またはそ
れ以上の磁場強度を持つイオン源（以下、ＥＣＲイオン
源という）に係るものである。

（従来の技術） 従来のイオン源、特にＥＣＲイオン源は第４図に示され
ている。同図において、マイクロ波発生器の導波管１内
のマイクロ波はプラズマ室２の背部より導入されるよう
になっている。プラズマ室２の外周には磁場形成用コイ
ル３が配置され、そのコイル３による磁場がプラズマ室
２の軸方向に形成されている。プラズマ室２の開口部の
前方にはイオン引き出し電極４が配置されている。プラ
ズマ室２はその開口部側にプロセス室５が連通され、そ
のプロセス室５内には試料６が配置されている。

なお、図中、７はプラズマ室２内にガスを導入するガス
導入管である。

したがって、上記のようなＥＣＲイオン源においては、
ガス導入管７よりプラズマ室２内にガスを導入している
ときに、マイクロ波発生器の導波管ｌよりプラズマ室２
内に導入されるマイクロ波によってガスが解離または電
離して、プラズマが発生するようになる。しかし、この
とき、プラズマにはコイル３による磁場が作用している
ため、電子はサイクトロン運動を起こしている。そして
、電子のサイクトロン周波数、マイクロ波の周波数およ
びプラズマパラメーター間の相互作用により高密度のプ
ラズマが得られるようになる。この高密度のプラズマ中
のイオンは引き出し電極４によって引き出され、プロセ
ス室２内の試料６に照射されるようになる。

（発明が解決しようとする課題） 従来のイオン源は、上記のようにコイル３による磁場が
プラズマ室２の軸方向に形成されているため、その磁場
は引き出し電極４の近傍および試料６の近傍に存在する
ようになる。そのため、磁場の不均一性によりプラズマ
密度の一様性が十分に得られなくなる問題が起きた。こ
のようにプラズマ密度の一様性が得られないため、液晶
デイスプレィの発達や半導体プロセスのウェハの大口径
化によって、大面積の試料にイオンを照射しようとする
ときには、プラズマ源を大面積化し、中央部の割合均一
性が得られる部分のみ使用しなければならなくなった。

しかし、プラズマ源を大面積化したとしても、ウェハ付
近で磁場が存在する以上、この磁場影響によりプラズマ
の不均一性が生じ、使用不可能になる問題が起きた。

この発明の目的は、従来の問題を解決して、大面積であ
って、しかも密度の十分に濃い一様なプラズマを発生し
得るイオン源を提供することにある。

（発明が解決しようとする手段） 上記目的を達成するために、この発明のイオン源は、プ
ラズマを生成する横断面積の小さいプラズマ生成室と、
このプラズマ生成室と連通し、プラズマを拡大する横断
面積の大きいプラズマ拡大室と、上記プラズマ生成室の
外周に配置され、上記プラズマ生成室の軸線方向に磁場
を形成するプラズマ生成室用外部コイルと、上記プラズ
マ拡大室の外周に所定のピッチで配置され、上記プラズ
マ拡大室内にマルチカスブ型磁場を形成する複数のプラ
ズマ拡大室用永久磁石と、上記プラズマ拡大室の外周に
配置され、上記プラズマ拡大室先端部領域の軸線方向の
磁場を小さくするプラズマ拡大室用外部コイルと、上記
プラズマ拡大室先端部領域のプラズマ内部に設けられた
磁束吸収体と、上記プラズマ拡大室先端に配置された引
き出し電極とを備えたことを特徴とするものである。

（作用） この発明においては、横断面積の小さいプラズマ生成室
でプラズマが生成されるが、そのプラズマはプラズマ生
成室用外部コイルと永久磁石とによりプラズマ生成室に
形成された磁場の働きによって高密度になっている。そ
して、この高密度なプラズマは横断面積の大きいプラズ
マ拡大室に流れ込み、そこで拡大する。だが、プラズマ
が拡大するといっても、そのプラズマは複数のプラズマ
拡大室用永久磁石によるマルチカスブ型磁場の影響を受
けて、一定の範囲内に封じ込められる。このようにして
一定の範囲内に封じ込められたプラズマはプラズマ拡大
室先端部領域に流れるが、そこでの軸線方向の磁場がプ
ラズマ拡大室用外部コイル、及び拡大室先端部領域のプ
ラズマ内部に設けられた磁束吸収体によって小さくなっ
ているため、プラズマは封じ込められている一定の範囲
において一様になっている。このようにして、−様にな
ったプラズマ中のイオンは引き出し電極によって引き出
され、そして試料に照射されるようになる。

（実施例） 以下、この発明の実施例について図面を参照しながら説
明する。

第１図はこの発明の実施例のＥＣＲイオン源を示してお
り、同図において、横断面積の小さいプラズマ生成室１
１の背後にはマイクロ波発生器の導波管１が接続され、
導波管ｌ内のマイクロ波がプラズマ生成室１１内に導入
されるようになっている。プラズマ生成室１１の外周に
はプラズマ生成室用外部磁石１２とプラズマ生成室用外
部コイル１３とが配置され、これらによってプラズマ生
成室１１の内部に磁場が形成され、この磁場の働きによ
りプラズマ生成室ｌｌ内に高密度のプラズマが形成され
るようになる。プラズマ生成室１１の前方には横断面積
の大きいプラズマ拡大室１４が連通され、プラズマ生成
室１１よりそこに流れ込んだプラズマがそこで拡大され
る。だが、プラズマ拡大室１４の外周には第２図に示す
ように磁極が交互に反転するように所定のピッチで複数
のプラズマ拡大室用永久磁石１５．１９が配置され、こ
のプラズマ拡大室用永久磁石１５．１９により、プラズ
マ拡大室内にマルチカスプ型磁場が形成されるため、拡
大されたプラズマはマルチカスプ型磁場により一定の範
囲内に封じ込められる。永久磁石１５．１９の並べ方は
軸に対して垂直、平行、斜め等　考えられるが、いずれ
にしてもマルチカスプ型多極磁場配位を形成することが
条件である。

更に、プラズマ拡大室１４の外周にはプラズマ拡大室用
外部コイル１６か配置され、又、プラズマ拡大室Ｉ４先
端部領域のプラズマ内部には磁束吸収体１７が配置され
、コイル１６及び磁束吸収体１７により、プラズマ拡大
室１４先端部領域の軸線方向の磁場が小さくなり、プラ
ズマ密度がマルチカスプ型磁場により封じ込められた一
定の範囲内において一様になる。このようにして−様な
密度になったプラズマ中のイオンはプラズマ拡大室１４
先端に配置された引き出し電極１８により引き出され、
試料（図示せず）に照射される。なお、図中、２０はガ
スを導入するガス導入管である。

したがって、上記実施例においては、横断面積の小さい
プラズマ生成室１１でプラズマが生成されるが、そのプ
ラズマはプラズマ生成室用外部磁石１２およびプラズマ
生成室用外部コイル１３とにより形成される磁場の働き
によって高密度になっている。この高密度なプラズマは
横断面積の大きいプラズマ拡拡大室１４に流れ込み、そ
こで拡大する。だが、プラズマが拡大するといっても、
そのプラズマは複数のプラズマ拡大室用永久磁石１５．
１９によるマルチカスプ型磁場の影響を受けて、一定の
範囲内に封じ込められる。このようにして一定の範囲内
に封じ込められたプラズマはプラズマ拡大室１４の先端
部領域に流れるが、そこでの軸線方向の磁場がプラズマ
拡大室用外部コイル１６、及び磁束吸収体１７によって
小さくなっているため、プラズマは封じ込められている
一定の範囲において一様になる。このようにして、−様
になったプラズマ中のイオンは引き出し電極１Ｂによっ
て引き出され、そして試料（図示せず）に照射されるよ
うになる。

ところで、上記実施例はＥＣＲイオン源の場合であるが
、この代わりに第４図に示すようなホローカソードイオ
ン源２１を使用してもよい。更に、熱陰極等のイオン源
を使用してもよい。

（発明の効果） この発明は、上記のようにプラズマの外周に所定のピッ
チで配置された複数のプラズマ拡大室用永久磁石により
、プラズマ拡大室内にマルチカスプ型磁場が形成され、
そのマルチカスプ型磁場によってプラズマが一定の範囲
内に封じ込められたうえ、プラズマ拡大室用外部コイル
、及び磁束吸収体により、プラズマ拡大室先端部領域の
プラズマ密度の一様性が十分に得られるようになり、大
面積の試料にもイオンやプラズマの照射を可能にするよ
うになる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例のイオン源を示す説明図、第
２図は第１図のＩ−Ｉ線で切断したもので、プラズマ拡
大室用永久磁石によるマルチカスプ型磁場の形成を示す
親図、第３図はＥＣＲイオン源の代わりにホローカソー
ドイオン源を使用したこの発明のその他の実施例を示す
説明図である。 第４５１Ｊは従来のイオン源を示す説明図である。 図中、 １１・・・・・プラズマ生成室 １２・・・・・プラズマ生成室用外部磁石１３・・・・
・プラズマ生成室用外部コイルエ４・・・・・プラズマ
拡大室 １５・・・・・プラズマ拡大室用永久磁石・プラズマ拡
大室用外部コイル ■ ・磁束吸収体

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、プラズマを生成する横断面積の小さいプラズマ生成
   室と、このプラズマ生成室と連通し、プラズマを拡大す
   る横断面積の大きいプラズマ拡大室と、上記プラズマ生
   成室の外周に配置され、上記プラズマ生成室の軸線方向
   に磁場を形成するプラズマ生成室用外部コイルと、上記
   プラズマ拡大室の外周に所定のピッチで配置され、上記
   プラズマ拡大室内にマルチカスプ型磁場を形成する複数
   のプラズマ拡大室用永久磁石と、上記プラズマ拡大室の
   外周に配置され、上記プラズマ拡大室先端部領域の軸線
   方向の磁場を小さくするプラズマ拡大室用外部コイルと
   、上記プラズマ拡大室先端部のプラズマ内部に設けられ
   た磁束吸収体と、上記プラズマ拡大室先端に配置された
   引き出し電極とを備えたことを特徴とするイオン源。