JPH0620631A

JPH0620631A - プラズマ電子銃

Info

Publication number: JPH0620631A
Application number: JP4174248A
Authority: JP
Inventors: Tadayoshi Otani; 忠義男谷
Original assignee: Jeol Ltd
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 1992-07-01
Filing date: 1992-07-01
Publication date: 1994-01-28
Anticipated expiration: 2015-04-17
Also published as: JP3032380B2

Abstract

(57)【要約】【目的】スクリーン電極へのイオンの衝突を著しく少
なくして電極がスパッタされることを防止した、高出力
のプラズマ電子銃を実現する。【構成】イオンは、電子ビームの取りだしの向きとは
逆の向きに加速されてスクリーン電極１２とオリフィス
３０に向かって進行する。このイオンは、スクリーン電
極１２の前面に配置されたシールド電極３３に衝突す
る。シールド電極３３はイオンの衝突によってスパッタ
されるが、スパッタされたシールド電極物質粒子は、加
速部壁２６の内面に付着する。しかし、シールド電極３
３の材料は、加速部壁２６と同じ材料で形成されている
ので、放電部壁２６内面を汚染することはない。また、
碍子３２にはスパッタされた粒子が付着しないので、シ
ールド電極３３や加速部壁２６はスクリーン電極とは常
に絶縁され、電気的にフローティングの状態が維持され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アルゴンガスなどを放
電部に供給し、更に、放電部に電子を供給し、該放電部
においてプラズマを生成するようにしたプラズマ生成装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図２は、プラズマ生成装置からの電子を
用いた従来のイオンプレーティング装置を示しており、
１は真空チャンバーである。真空チャンバー１の下部に
は、ルツボ２が配置され、その中に被蒸発材料３が入れ
られている。４はフィラメント、５は高圧電源であり、
このフィラメント４から発生した電子ビームは、図示し
ていない磁石により２７０°偏向され、ルツボ２中の被
蒸発材料３に照射される。チャンバー１の上部には、イ
オン化された蒸発材料が付着させられる基板６が配置さ
れる。チャンバー１の底部には、図示していないターボ
モレキュラーポンプなどの真空ポンプに接続された排気
管７が設けられている。また、チャンバー１の内部に
は、後述するプラズマ電子銃からの電子を引き出すため
のアース電位の電極８が設けられている。チャンバー１
の一方の側部には、プラズマ電子銃９が設けられてい
る。このプラズマ電子銃９には、ランタニウムヘキサボ
ライドの如きフィラメント１０、第１の電極である中間
電極１１、第２の電極であるスクリーン電極１２、第３
の電極である加速電極１３、環状直流コイル１４，１
５、ニードルバルブ１６を有したアルゴンガス供給管１
７、フィラメント加熱電源１８、放電安定化抵抗１９、
放電電源２０、中間電極負荷抵抗２１、加速電源２２よ
り構成されている。また、２３は排気管であり、図示し
ていないターボモレキュラーポンプなどの真空ポンプに
接続されている。

【０００３】上記した構成において、まず、チャンバー
１内部とプラズマ電子銃９の内部を、排気管７，２３を
介して１０^-5Torr以下にまで排気する。その後、プラズ
マ電子銃９のアルゴンガス供給管１７に設けられている
ニードルバルブ１６を徐々に開け、アルゴンガスをプラ
ズマ電子銃９内に導入する。そして、フィラメント加熱
電源１８をオンにし、フィラメント電流をフィラメント
定格温度にまで徐々に増加させ、フィラメント１６から
電子を放出させる。次に、放電電源２０をオンとし、放
電電圧を中間電極１１とスクリーン電極１２との間に印
加すると、両電極間に放電が発生し、放電電流が流れ
る。この放電による電子がアルゴンガス分子と衝突し、
アルゴンガス分子を電離し、この電離が進行することに
より電子励起のプラズマＰが発生する。なお、この時の
アルゴンガスの流量と放電電圧とは、パッシニンの法則
に従った放電が開始される値に調整される。また、プラ
ズマ電子銃９内で発生したプラズマＰは、環状の直流コ
イル１４による磁場により発散が防止され、中心方向へ
集束される。

【０００４】このプラズマＰ中で生成した電子は、加速
電源２２から１００Ｖ程度の加速電圧が印加された加速
電極１３とチャンバー１内の電子引き出し電極８によっ
て引き出され、真空チャンバー１の内部に向け加速され
る。この時、電子は、直流コイル１４，１５による磁場
により中心方向に集束され、電子が加速電極１３などに
衝突して消滅するのを防止している。真空チャンバー１
内では、フィラメント４を加熱させて電子を放出させ、
ルツボ２中の被蒸発材料３に電子が照射されている。材
料３は電子の照射によって加熱され、蒸発させられる。
この蒸発した材料は、真空チャンバー１内でプラズマ電
子銃９からの電子と衝突し、イオン化，活性化されプラ
ズマが生成される。このプラズマ中のイオン化された材
料は、基板６に引き寄せられて該基板６に付着しイオン
プレーティングが行われる。なお、ルツボ２内の材料３
の蒸発と同時に、チャンバー１内に反応ガスを供給すれ
ば、蒸発材料と反応ガスとの反応に基づく物質を基板に
付着させることができる。例えば、蒸発物質がシリコン
で、反応ガスが酸素ガスの場合、基板には、二酸化シリ
コン（ＳｉＯ₂）がイオンプレーティングされる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記した構成で、チャ
ンバー１内でプラズマが発生するが、このプラズマ中の
正イオンがプラズマ電子銃内の負電位により電子ビーム
の引き出しとは逆の向きに加速され、スクリーン電極１
２に衝突する。また、電子ビームの出力を上げるため、
多量のガスをプラズマ電子銃９内に導入すると、スクリ
ーン電極１２と加速電極１３の間の圧力が上昇し、電極
１２と１３との間でグロー放電が発生し、この放電によ
り発生したイオンがスクリーン電極１２に衝突する。図
２はスクリーン電極１２の詳細を図示したもので、スク
リーン電極１２は、それぞれステンレスで形成された筒
状の放電部壁２５と加速部壁２６との間に碍子２７，２
８を介して取り付けられている。また、スクリーン電極
１２の中心部分にはモリブデンなどの高融点金属のオリ
フィス２９が設けられている。なお、放電部壁２５とか
加速部壁２６とは電気的にフローティングの状態とされ
ている。

【０００６】このようなスクリーン電極１２にイオンが
衝突すると、電極１２やオリフィス２９がイオンによっ
てスパッタされ、このスパッタ物質により加速部壁２６
の内面が汚染される。また、碍子２８の表面にスパッタ
された導電物質が付着し、碍子２８がショートし、スク
リーン電極１２に印加されている電圧が加速部壁２６に
も印加され、その結果、加速部壁２６にもイオンが衝突
し加速部壁２６内面も激しくスパッタされてしまう。従
って、電子ビームの電流を大きくすることができず、イ
オンによるスパッタ現象は、プラズマ電子銃における電
子ビーム出力を制限する大きな要因となっている。

【０００７】本発明は、このような点に鑑みてなされた
もので、その目的は、スクリーン電極へのイオンの衝突
を著しく少なくして電極がスパッタされることを防止し
た、高出力のプラズマ電子銃を実現するにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に基づくプラズマ
電子銃は、第１の電極と第２の電極との間に形成される
放電部と、第２の電極と第３の電極との間に形成される
加速部と、該放電部に不活性ガスを導入する手段と、該
放電部に供給する電子を発生するフィラメントとを備
え、該放電部でプラズマを生成し、生成したプラズマか
ら加速部に電子ビームを取り出すように構成したプラズ
マ電子銃において、第２の電極の加速部側の面を覆うよ
うに加速部壁と同電位のシールド部材を設けたことを特
徴としている。

【０００９】

【作用】本発明に基づくプラズマ電子銃は、イオンが向
かう第２電極（スクリーン電極）の加速部側の面を覆う
ようにシールド電極を設け、第２電極がスパッタされる
ことを防止する。

【００１０】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。図３は、本発明に基づくプラズマ電子銃の
要部を示しており、図１と図２の従来装置と同一部分は
同一番号が付されている。この実施例において、スクリ
ーン電極１２の中心部分にはカーボンで形成されたオリ
フィス３０が設けられている。また、スクリーン電極１
２は碍子３１によって放電部壁２５に接続され、碍子３
２によって加速部壁２６に接続されている。加速部壁２
６には、スクリーン電極１２の加速部側の面を覆うよう
に設けられたステンレス製のシールド電極３３が取り付
けられている。シールド電極３３の中心開口の径は、オ
リフィス３０によって形成される電子ビームの通過開口
Ｅの径とほぼ同じか若干大きくされている。オリフィス
３０の加速部側には、オリフィスカバー３４が取り付け
られており、オリフィスカバー３４には突起部３５が設
けられ、後述するスパッタされた物質が碍子３２の方向
に向かうことを阻止している。このような構成の動作を
次に説明する。

【００１１】放電部で生成されたプラズマから引き出さ
れた電子ビームは、オリフィス３０の中心開口Ｅを通っ
て加速部内に導入される。一方、加速部や図示していな
いイオンプレーティング装置のチャンバー内で発生した
イオンは、電子ビームの取りだしの向きとは逆の向きに
加速されてスクリーン電極１２とオリフィス３０に向か
って進行する。このイオンの一部は、スクリーン電極１
２の前面に配置されたシールド電極３３に衝突する。シ
ールド電極３３はイオンの衝突によってスパッタされる
が、スパッタされたシールド電極物質粒子は、加速部壁
２６の内面に付着する。しかし、シールド電極３３の材
料は、加速部壁２６と同じ材料で形成されているので、
放電部壁２６内面を汚染することはない。また、碍子３
２にはスパッタされた粒子が付着しないので、シールド
電極３３や加速部壁２６はスクリーン電極とは常に絶縁
され、電気的にフローティングの状態が維持される。ま
た、イオンは、オリフィス３０にも衝突するが、オリフ
ィス３０の材料としてカーボンを用いているので、オリ
フィスへのイオンの衝突によってスパッタされる粒子は
僅かである。さらに、スパッタされた僅かなオリフィス
物質粒子もオリフィスカバー３４に設けられた突起部３
５によって碍子３２方向への侵入が阻止されることか
ら、碍子３２に導電性物質が付着することは完全に防止
される。なお、オリフィスカバー３４にもイオンが衝突
することが考えられるため、オリフィスカバー３４もカ
ーボンで形成し、スパッタの量を少なくすることが望ま
しい。

【００１２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に基づくプ
ラズマ電子銃は、イオンが向かうスクリーン電極の加速
部側の面を覆うようにシールド電極を設け、スクリーン
電極がスパッタされることを防止するように構成したの
で、プラズマ電子銃における電子ビーム出力を大きくす
ることができる。また、加速部内の汚染も防止すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のプラズマ電子銃を用いたイオンプレーテ
ィング装置を示す図である。

【図２】図１の電子銃のスクリーン電極部の詳細を示す
図である。

【図３】本発明に基づくプラズマ電子銃の要部を示す図
である。

【符号の説明】

１真空チャンバー２ルツボ３被蒸発材料４フィラメント５，１６，１８，２１電源６基板７電極８，２３排気管９プラズマ電子銃１０フィラメント１１中間電極１２スクリーン電極１３加速電極１４，１５環状直流コイル１６ニードルバルブ１７アルゴンガス供給管２５放電部壁２６加速部壁３０オリフィス３１，３２碍子３４オリフィスカバー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の電極と第２の電極との間に形成さ
れる放電部と、第２の電極と第３の電極との間に形成さ
れる加速部と、該放電部に不活性ガスを導入する手段
と、該放電部に供給する電子を発生するフィラメントと
を備え、該放電部でプラズマを生成し、生成したプラズ
マから加速部に電子ビームを取り出すように構成したプ
ラズマ電子銃において、第２の電極の加速部側の面を覆
うように加速部壁と同電位のシールド部材を設けたこと
を特徴とするプラズマ電子銃。