JPH0551134B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、イオンビーム蒸着、イオン注入等に
用いられるマイクロ波イオン源に関するものであ
る。

従来の技術 近年、イオン注入等イオン源を用いた技術は半
導体分野において重要な技術の一つとなつてい
る。

以下図面を参照しながら、上述した従来のイオ
ン源について説明する。

第５図は従来のイオン源でデユオプラズマトロ
ン型イオン源を示している。

１はイオン種導入口、２はカソードチヤンバ
ー、３はカソードフイラメント、４はアノード、
５はプラズマ拡張カツプ、６は中間電極、７はイ
オン引き出し電極、８は励磁コイルである。

以上のように構成されたイオン源について説明
する。イオン種導入口１を通してアルゴン等のガ
スをカソードチヤンバー２内に導入し、カソード
フイラメント３とアノード４の間にアーク放電を
起こさせる。中間電極６とアノード４は軟鉄で作
られ磁路を形成し、２つの電極間にマグネツトコ
イル８により強い軸方向磁界（10³〜10⁴ガウス）
が作られ、アノード４の小孔付近のプラズマ拡張
カツプ５にプラズマを集中できるようになつてい
る。イオンはイオン引き出し電極７を通して、引
き出される。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら上記のような構成では、イオン源
内のガス圧は10^-2〜10^-1Torrと高く、またフイ
ラメント３を用いているので、寿命が６〜30時間
と短かい。また、磁界がイオン引き出し方向であ
るため、プラズマを閉じ込めることはできず、電
子のエネルギの上昇が十分に得られないので、多
量の一価イオンを取ることができても、わずかし
か多価イオンを取ることができないという問題点
を有していた。

本発明は上記問題点に鑑み、多量の多価イオン
を長時間安定に得ることができるイオン源を提供
するものである。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために本発明のマイクロ
波イオン源は、イオン種導入口とイオン導出口を
有する放電室と、前記放電室内にマイクロ波を放
射するマイクロ波放射手段と、前記放電室の外側
において前記イオン等出口に対向して位置し、電
位印加手段を有するイオン引き出し電極と、前記
イオン引き出し電極によつて引き出されるイオン
方向に対して垂直方向に前記放電室内に磁界を印
加する磁界印加手段と、前記磁界を得るために、
前記放電室内に対向するように配置した一対の磁
極と、前記一対の磁極を前記放電室に対して負の
電位を印加する手段とを備えたものである。

作 用 本発明は上記した構成によつて、マイクロ波放
電により安定なプラズマを生成することができ、
磁界がイオン引き出し方向に対して垂直であり、
対向する一対の磁極が放電室に対して負の電位で
あるために、プラズマ中の電子を両磁極間に閉じ
込めることができ、その結果としてプラズマをイ
オン源内に閉じ込めることができ、多量の多価イ
オンを得ることができる。

実施例 以下本発明の第１の実施例のマイクロ波イオン
源について、図面を参照しながら説明する。

第１図は本発明の第１の実施例におけるマイク
ロ波イオン源の断面図を示すものである。第２図
は第１図のマイクロ波イオン源の斜視図である。
第１図において、９は放電室で、イオン種導入口
１０とイオン導出口１１とを有している。第２図
に示したマイクロ波源１２から発生されたマイク
ロ波（たとえば周波数が2.45GHz）は、導波路１
３を通つて、放電室９内部のマクロ波放射体１４
（たとえばφ2mmのタンタル線で放電室９に突き出
した部分の長さが30mm、径15mmの環状アンテナ）
に供給され、放電室９内に放射される。

１５は磁気コイルで、磁気回路を形成し、放電
室９に磁界を印加する（たとえば14KGauss）。
イオン種導入口１０から、たとえば放電ガスとし
てのアルゴンガスを導入することにより、アミク
ロ波と磁界の作用で低ガス圧力（放電室９内10^-4
〜10^-2Torr）および低マイクロ波電力（30〜
50Watt）で高密度プラズマ（10¹¹〜10¹²個／cm³）
が生成される。このプラズマ中のイオンは、スリ
ツト状または円孔状のイオン導出口１１から放電
室９の外へ拡散し、スリツト状の穴を有したイオ
ン引き出し電極１７の形成する電界により第２図
に示したＸ方向へ放射される。前記イオン引き出
し電極１７にはイオン加速電源１６にて電位が印
加されている。

磁気コイル１５の磁力を放電室９に有効に印加
するためには、磁性体の継鉄１８を用いて、放電
室９内部に、第２図に示したＹ方向に磁界を印加
する必要があり、空隙部１９（例えば間隔18mm）
を有する磁気回路を形成する。放電室９と継鉄１
８とは電気的には、真空封じされた絶縁コネクタ
ー２０によつて絶縁されており、磁極２１は、電
源２２により、放電室９に対して負の電圧（例え
ば100V）が印加される。

このような構造において、第３図に示すよう
に、軸方向磁界２３と径方向電界２４により、電
極電子を放電室９に閉じ込めることができ、電子
が壁面に拡散することなく、粒子との衝突により
エネルギーを使い尽すまでプラズマ生成に利用で
きる。すなわち、磁気回路により軸方向に強い磁
界２３をかければ、磁界２３の方向に電子の運転
を制限することができ、ある限られた空間内での
電子の運動として、電子の飛行長を増す効果があ
り、径方向に電子が閉じ込められる。また電源２
２により、放電室９はアノード電位、磁極２１は
カソード電位になり、径方向電界２４を得、磁極
２１の先端は電子の反射電極となり、径方向電界
２４による軸方向を電子閉じ込めができる。こう
して、磁界２３と同時に電界２４を利用すること
により、電子を壁面に拡散させることなく放電室
９に閉じ込めることができる。マイクロ波放射体
１４は、電子の消滅を少なくするために磁極２１
の径より大きくし、放電室９と同電位である。

以上のように、イオン引き出し電極１７によつ
て引き出されるイオンの方向に対して垂直方向に
放電室９内に磁界を印加し、磁極２１を放電室９
に対して負の電位に保つことによりプラズマは放
電室９内に閉じこめられる。引き出されたイオン
を質量分離器で分析しフアラデーカツプで測定し
た結果、全体のイオンに対し10％程度の多価イオ
ンを得ることができた。

第４図は、本発明の第２の実施例を示すイオン
源の断面図である。

第１図と異なるのは、磁極２１の間隙とイオン
導出口１１までの部分を除く他の空間すべてに絶
縁物２５（たとえば窒化ボロン）を詰めたことに
ある。

上記のように構成されたマイクロ波イオン源に
ついて説明する。

第１の実施例と考え方は基本的に同じである
が、絶縁物２５を詰めたことにより、イオン消滅
係数が１である金属壁面の表面積の部分が減るの
で、イオンを放電室９内に閉じ込めることがで
き、低ガス圧力でもプラズマ密度を高くすること
ができるのである。

なお、第２の実施例において、絶縁物２５は窒
化ボロンとしたが、イオン消滅係数が小さいもの
であればよい。更に上記実施例において、磁極２
１の電位を放電室９より100V低い電圧としたが、
これはスパツタされるのを避けるためであり、磁
極２１の電圧が放電室９より低ければよい。

発明の効果 以上のように本発明は、イオン種導入口とイオ
ン導出口を有する放電室と、前記放電室内にマイ
クロ波を放射するマイクロ波放射手段と、放電室
内のイオンを引き出すイオン引き出し電極と、前
記イオン引き出し電極によつて引き出されるイオ
ンの方向に対して垂直方向に前記放電室内に磁界
を印加する磁界印加手段と、前記磁界を得るため
に、前記放電室内に対向するように配置した一対
の磁極と、前記一対の磁極を前記放電室内に対し
て負の電位にする手段を設けることにより、プラ
ズマをイオン源内に閉じ込めることができ、その
結果多量の多価イオンを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例におけるマイク
ロ波イオン源の断面図、第２図は第１図の斜視
図、第３図は放電室近傍における動作説明図、第
４図は本発明の第２の実施例におけるマイクロ波
イオン源の断面図、第５図は従来のイオン源の断
面図である。 ９……放電室、１０……イオン種導入口、１１
……イオン導出口、１２……マイクロ波源、１３
……導波路、１４……マイクロ波放射体、１５…
…磁気コイル、１７……イオン引き出し電極、１
８……継鉄、２１……磁極、２２……電源。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ イオン種導入口とイオン導出口を有する放電
   室と、前記放電室内にマイクロ波を放射するマイ
   クロ波放射手段と、前記放電室の外側において前
   記イオン導出口に対向して位置し、電位印加手段
   を有するイオン引き出し電極と、前記イオン引き
   出し電極によつて引き出されるイオン方向に対し
   て垂直方向に前記放電室内に磁界を発生させる一
   対の磁極と、前記一対の磁極に前記放電室に対し
   て負の電位を印加する電位印加手段とを備えたマ
   イクロ波イオン源。 ２ マイクロ波放射手段が、磁界に対して垂直な
   方向から放電室内に突出したアンテナである特許
   請求の範囲第１項に記載のマイクロ波イオン源。 ３ アンテナが、磁極の径よりも大きく、放電室
   内の径よりも小さい環状である特許請求の範囲第
   ２項に記載のマイクロ波イオン源。 ４ マイクロ波放射手段が、導波管、真空封じの
   マイクロ波導入窓、マイクロ波電力に対して空胴
   共振器の構造を有する放電室からなる特許請求の
   範囲第１項に記載のマイクロ波イオン源。