JPH0547338A - イオンビーム中性化装置 - Google Patents

イオンビーム中性化装置

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JPH0547338A
JPH0547338A JP20604791A JP20604791A JPH0547338A JP H0547338 A JPH0547338 A JP H0547338A JP 20604791 A JP20604791 A JP 20604791A JP 20604791 A JP20604791 A JP 20604791A JP H0547338 A JPH0547338 A JP H0547338A
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JP
Japan
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ion beam
discharge chamber
plasma
gas
microwave
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Withdrawn
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JP20604791A
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English (en)
Inventor
Hideaki Tawara
英明 田原
Katsuo Matsubara
克夫 松原
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Nissin Electric Co Ltd
Original Assignee
Nissin Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 酸素ガス等の活性ガス雰囲気中でも長時間安
定して作動する信頼性の高いイオンビーム中性化装置を
提供する。 【構成】 ガス導入口35及び電子放出用開口36を有
するマイクロ波放電室30と、マイクロ波放電室30に
マイクロ波電力を導入するためのアンテナ33と、マイ
クロ波放電室30に生成されるマイクロ波プラズマ37
から電子を放出させるためのバイアス電源38とを備え
たイオンビーム中性化装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はイオンビームスパッタリ
ング装置、イオンビームエッチング装置等に採用される
イオンビーム中性化装置に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体デバイス、液晶表示装置、EL表
示装置、太陽電池等の各種薄膜デバイスの製造、機械部
品等の表面への耐摩耗性薄膜、耐食性薄膜等の形成など
に、イオンビームスパッタリング装置、イオンビームエ
ッチング装置等が広く使用されている。
【0003】例えば、イオンビームスパッタリング装置
では、イオン源からイオンビームをターゲットに照射す
ることで、該ターゲットからスパッタ粒子を基板表面に
向け放射させて、該基板表面に所望の薄膜を形成する。
この場合、薄膜の密着性向上等の目的で、同時に、サイ
ドイオン源からイオンビームを基板へ向け、さらに照射
することもある。
【0004】また、イオンビームエッチング装置におい
ては、イオン源からイオンビームをエッチング対象物面
に照射して該面をエッチングする。このようにイオン源
からイオンビームを照射されるターゲット、基板、エッ
チング対象物が絶縁性のときには、イオンビームの電荷
によりそれらが帯電し、ついには放電によりそれらが損
傷する恐れがある。
【0005】そこで、イオンビームスパッタリング装
置、イオンビームエッチング装置等では、通常、イオン
ビーム中性化装置が備えられる。図4及び図5はその代
表的な例を示している。図4のイオンビーム中性化装置
は、熱フィラメント式中性化装置であり、イオン源1と
基板等におけるイオンビーム照射面2の間にイオンビー
ム6を横切るように熱フィラメント3が配置され、該フ
ィラメントの両端に加熱電源4が接続され、さらに、加
熱電源4が、バイアス電源5により照射面2に対し負電
位とされている。この装置によると、フィラメント3の
通電加熱により、熱電子が放出され、ここに正の電荷を
もったイオンビーム6を通過させることにより、放出さ
れた熱電子がイオンとともに照射面2に到達し、イオン
ビームが中性化される。
【0006】図5のイオンビーム中性化装置は、プラズ
マブリッジ式中性化装置であり、図5の(A)に示すよ
うな位置に配置される電子放出源7を中心とするもので
ある。電子放出源7は、通常、図5の(B)に示すホロ
ーカソードタイプのものであり、一端にガス導入口15
を、他端にオリフィス16を有する筒状のホローカソー
ド10を有し、その内部には、ランタンヘキサボライト
(LaB6 )、タングステン(W)等の電子放出材14
が配置され、また、その外部には加熱のためのヒータ1
2が配置されている。カソード10にはこれと中心軸線
を一致させたキーパ13が絶縁体11を介して外嵌さ
れ、該キーパの端部開口17がオリフィス16の前方に
配置されている。ヒータ12の一端はカソード10に接
続され、該ヒータの他端とカソード10間に加熱電源1
8が接続され、さらに、カソード10とキーパ13の間
にはキーパ13が正電位となるように放電電源19が接
続されている。以上の構成の電子放出源7は、図5の
(A)に示すように、バイアス電源8により、照射面2
に対し負電位とされる。
【0007】この装置によると、ヒータ12により電子
放出材14を加熱すると、カソード10内に、多量の熱
電子が発生する。このとき、ガス導入口よりArガス等
の不活性ガスを導入し、放電電源19により、カソード
−キーパ間に電圧を印加すると、いわゆる、ホロー放電
によってプラズマ20が生成される。さらに、バイアス
電源8により、負にバイアスすることで、プラズマ20
と、イオンビーム6の間でプラズマブリッジ9が形成さ
れ、イオンビーム内に電子が供給される。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図4に
示す装置では、熱フィラメントが直接イオンビーム中に
曝されるため、短時間でフィラメントが劣化し、30〜
40時間程度の運転が限度である。図5に示すプラズマ
ブリッジ式中性化装置は、電子放出材が直接イオンビー
ムに曝されることに起因して発生する問題はないもの
の、酸素等の活性ガス中で使用すると、カソード10内
へ活性ガスが混入し、電子放出材15の消耗、変化が激
しく、その特性の劣化を招いたり、延いては運転不能と
なる問題がある。
【0009】そこで本発明は、酸素ガス等の活性ガス雰
囲気中でも長時間安定して動作する信頼性の高いイオン
ビーム中性化装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は前記目的に従
い、ガス導入口及び電子放出用開口を有するマイクロ波
放電室と、前記マイクロ波放電室にマイクロ波電力を導
入するための手段と、前記マイクロ波放電室に生成され
るマイクロ波プラズマからの電子放出を制御する電圧印
加手段とを備えたことを特徴とするイオンビーム中性化
装置を提供するものである。
【0011】前記電圧印加手段としては、普通には、プ
ラズマに負極性のバイアス電圧を印加する手段が考えら
れる。前記マイクロ波電力導入手段は、各種考えられる
が、簡易なものとして、マイクロ波導入アンテナを挙げ
ることができる。前記マイクロ波放電室の周囲には、必
要に応じ、磁石を配置して磁場を形成できるようにして
もよい。
【0012】前記マイクロ波放電室の電子放出用開口の
前方には電極を配置し、前記電圧印加手段を該電極と前
記放電室間に直流電圧を印加する手段とし、該直流電圧
印加による直流放電を重畳できるようにしてもよい。こ
の場合、該電極を、前記放電室外壁を覆うように形成し
て、該放電室をイオンビームによるスパッタから保護す
るとともに、放電室の電位によるイオンビームへの影響
を少なくしてもよい。
【0013】
【作用】本発明イオンビーム中性化装置によると、プラ
ズマ放電室にガス導入口から動作ガスが導入されるとと
もに、マイクロ波電力導入手段にてマイクロ波電力が供
給され、該電力供給によるマイクロ波放電のもとに導入
ガスがプラズマ化される。生成されたマイクロ波プラズ
マに電子放出制御用の電圧が印加されることで、プラズ
マ中の電子が、放電室の電子供給用開口から放出され、
イオンビームに供給され、これが電気的に中性化され
る。
【0014】前記マイクロ波放電室の電子放出用開口の
前方に電極を配置し、該電極と前記放電室間に直流電圧
を印加する手段を設けるときは、該手段による直流電圧
印加により直流放電を重畳することができ、これによっ
て電子放出効率を上げることができる。この電極が、前
記放電室壁を覆うように形成してあるときは、放電室壁
がイオンビームから保護されるるとともに、放電室の電
位によるイオンビームへの影響を少なくできる。
【0015】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図1は一実施例の概略断面を示している。この装
置は、マイクロ波放電室30を提供する円筒形の本体3
1を備えている。この本体31は前端に電子放出用開口
36を有するとともに後端部にガス導入口35を有す
る。この導入口35は動作ガス源350に接続されてい
る。本体31の後端部には、本体と中心軸線を一致させ
たマイクロ波導入用アンテナ33が挿入されており、そ
の先端部は放電室30に達している。アンテナ33と本
体31の間は絶縁体34により隔てられている。また、
本体31のマイクロ波放電室30の周囲には磁石32が
配置されており、この磁石により電子サイクロトロン共
鳴(ECR)条件以上の磁場(本例では875ガウス)
が形成されている。さらに、放電室30には負極性のバ
イアスを印加するための電源38が接続されている。
【0016】この装置は、図5に示す従来の電子放出源
7と同様の位置に配置され、放電室30にガス導入口3
5より動作ガスが導入されるとともにアンテナ33から
マイクロ波電力(本例では2.45GHz)が供給され
る。かくして、導入ガスがマイクロ波放電によりプラズ
マ化され、生成されたプラズマに電源38により負極性
のバイアスが印加されることで、該プラズマから電子放
出用開口36を経てイオンビーム6(図5参照)中へ電
子eが供給され、イオンビーム6の中性化がなされる。
【0017】図2は本発明の他の実施例の概略断面を示
している。この中性化装置は、図1の装置の変形例であ
り、図1の装置において、その放電室30の前方に絶縁
体41を介して電極39を配置し、この電極に直流電源
42の正極を、放電室30に該電源42の負極を接続し
たものである。電極39は、放電室の開口36と同軸配
置の開口40を有するリング状電極である。電源42の
電圧は30〜100V程度の範囲から選択さる。なお、
図示例では、電極40に負極性のバイアス電源38を接
続してあるが、これは無くてもかまわない。
【0018】この装置によると、放電室30においてマ
イクロ波放電によりプラズマを生成する点は図1の装置
と同様であるが、電源42により30〜100V程度の
直流電圧を電極39と放電室30の間に印加すること
で、直流放電が重畳され、これによって電子放出性能及
び制御性が向上している。図3は本発明のさらに他の実
施例を示すもので、図2に示す装置の改良であり、図2
に示す装置中の電極39を本体31を覆うように形成し
て、本体31をイオンビームによるスパッタから保護す
るとともに、本体の電位によるイオンビームへの影響を
少なくしたものである。
【0019】なお、前記各実施例において放電室30に
導入する動作ガスは通常Arガスのような不活性ガスで
あるが、必ずしもこれに限定されない。イオンビームス
パッタリング装置の成膜室等のプロセス室の雰囲気ガス
と同じガスを動作ガスとして採用してもよい。いずれの
装置でも、マイクロ波によりプラズマを生成するため、
マイクロ波放電室内にプロセス室の活性ガス(酸素等)
が混入しても、特性の劣化がなく、長時間にわたり安定
して運転できる。また、マイクロ波放電室内にプロセス
室のガスと同種のガスを導入しても問題ないため、プロ
セス室への異種ガスの混入を防ぐことも可能である。
【0020】以上説明したように、前記いずれの実施例
においても、従来の中性化装置のように熱フィラメント
や電子放出材を使用していないので、基本的に消耗材料
がなく、酸素等の活性ガス中で使用しても、長期にわた
り、安定作動する。
【0021】
【発明の効果】本発明によると、酸素ガス等の活性ガス
雰囲気中でも長時間安定して作動する信頼性の高いイオ
ンビーム中性化装置を提供することができる。前記マイ
クロ波放電室の電子放出用開口の前方に電極を配置し、
該電極と前記放電室間に直流電圧を印加する手段を設け
るときは、該手段による直流電圧印加により直流放電を
重畳することができ、これによって電子放出性能及び制
御性が向上する。
【0022】この電極が、前記放電室壁を覆うように形
成してあるときは、放電室壁がイオンビームによるスパ
ッタから保護されるるとともに、放電室の電位によるイ
オンビームへの影響を少なくできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の概略断面図である。
【図2】本発明の他の実施例の概略断面図である。
【図3】本発明のさらに他の実施例の概略断面図であ
る。
【図4】従来例の説明図である。
【図5】他の従来例の説明図であり、図(A)はイオン
ビームエッチング装置等における使用状態の説明図、図
(B)は電子放出源の詳細説明図である。
【符号の説明】
30 プラズマ放電室 31 本体 32 磁石 33 アンテナ 34 絶縁体 35 ガス導入口 350 動作ガス源 36 電子放出用開口 37 プラズマ e 電子 38 バイアス電源 39 電極 40 電子放出用開口 41 絶縁体 42 直流電源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/265

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ガス導入口及び電子放出用開口を有する
    マイクロ波放電室と、前記マイクロ波放電室にマイクロ
    波電力を導入するための手段と、前記マイクロ波放電室
    に生成されるマイクロ波プラズマからの電子放出を制御
    するための電圧印加手段とを備えたことを特徴とするイ
    オンビーム中性化装置。
  2. 【請求項2】 前記マイクロ波放電室の電子放出用開口
    の前方に電極を配置し、前記電圧印加手段を、該電極と
    前記放電室間に直流電圧を印加する手段とした請求項1
    記載のイオンビーム中性化装置。
  3. 【請求項3】前記電極を、前記放電室壁を覆うように形
    成してある請求項2記載のイオンビーム中性化装置。
JP20604791A 1991-08-16 1991-08-16 イオンビーム中性化装置 Withdrawn JPH0547338A (ja)

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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 19981112