JPH06325711A - Spatter type ion source - Google Patents

Spatter type ion source

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JPH06325711A
JPH06325711A JP11324493A JP11324493A JPH06325711A JP H06325711 A JPH06325711 A JP H06325711A JP 11324493 A JP11324493 A JP 11324493A JP 11324493 A JP11324493 A JP 11324493A JP H06325711 A JPH06325711 A JP H06325711A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
arc discharge
plasma
generated
filament
chamber
Prior art date
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Pending
Application number
JP11324493A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takayuki Nakayama
隆幸 中山
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IHI Corp
Original Assignee
IHI Corp
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Publication date
Application filed by IHI Corp filed Critical IHI Corp
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Publication of JPH06325711A publication Critical patent/JPH06325711A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To realize an automatic regeneration of an arc discharge by providing an arc discharge stabilizing electrode near a spatter target. CONSTITUTION:When an operating gas is led in a plasma chamber 1 as well as a filamant F14 is heated, a current flows from a power source Varc for arc discharge to arc discharge stabilizing electrodes 17 and 18 through a resistor R at the starting so as to operate them as anodes, an arc discharge is generated between the filamant F14 and the electrodes 17 and 18, and a plasma is generated in the chamber 10. Also an arc discharge is generated between an anode 10a and the filamant F14. When the plasma is extinguished in the chamber 10, a current flows from the power source Varc to the electrodes 17 and 18 so as to operate them as anodes, an arc discharge is generated between the filamant F14 and the electrodes 17 and 18, and a plasma is generated in the chamber 10. Consequently, it is not necessary to generate a plasma by an operator at the starting, and since the arc discharge is generated automatically even though the arc discharge is stopped, the plasma can be generated stably constantly.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、表層改質、表層処理お
よび薄膜形成装置に用いられるスパッタ型イオン源に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a sputter type ion source used for surface layer modification, surface layer treatment and thin film forming apparatus.

【0002】[0002]

【従来の技術】イオンビームは、被加工物に当てるとイ
オンビームの誘導エネルギーが熱エネルギーに変わり、
被加工物面で溶解、蒸発が生じるので、誘導、研磨、エ
ッチングおよび表層処理等の被加工物の加工に用いられ
ており、近年は、IC等の製造、半導体への不純物の注
入、酸化膜や窒化物の製造等の表層処理および薄膜を製
造する際などに用いられている。
2. Description of the Related Art When an ion beam hits a workpiece, the induced energy of the ion beam changes to thermal energy.
Since it dissolves and evaporates on the surface of the object to be processed, it is used for processing the object to be processed such as induction, polishing, etching, and surface treatment. In recent years, it has been used for manufacturing ICs, implanting impurities into semiconductors, and oxide films. It is used in the surface treatment such as the production of metal and nitride, and in the production of thin films.

【0003】このイオンビームを得る装置としてはイオ
ン源が知られ、イオン源は、プラズマ発生室でプラズマ
を作り、このうちイオンだけを取り出し、高電圧で加速
することによりイオンビームを作るように構成され、ガ
スイオン専用イオン源やルツボ内の金属等の物質を蒸発
させ、これをプラズマ発生室でプラズマ化するタイプの
イオン源がある。
An ion source is known as a device for obtaining this ion beam, and the ion source is constructed so that a plasma is generated in a plasma generation chamber, only ions of the plasma are taken out, and accelerated by a high voltage to produce an ion beam. There is an ion source for exclusive use of gas ions and an ion source of a type in which a substance such as a metal in a crucible is evaporated and turned into plasma in a plasma generation chamber.

【0004】図2は現在提案されているスパッタ型イオ
ン源の一例を示す断面図である。
FIG. 2 is a sectional view showing an example of a currently proposed sputter type ion source.

【0005】同図において、1はアノード電極となる円
筒状の壁1aで形成したプラズマ室で、その前面(図の
下側)にはビーム引出し電極2が設けられ、後方(図の
上側)には作動ガス導入部3が設けられている。このプ
ラズマ室1の後方にはカソードとなるフィラメント4が
設けられており、フィラメント4とビーム引出し電極2
との間には、ビーム引出し電極2と垂直でかつそれぞれ
対向したスパッタターゲット5、6が配置され、図示し
ない負の高電圧が印加されるようになっている。
In the figure, reference numeral 1 denotes a plasma chamber formed by a cylindrical wall 1a which serves as an anode electrode. A beam extraction electrode 2 is provided on the front surface (lower side of the figure) of the plasma chamber and rearward (upper side of the figure). Is provided with a working gas introduction part 3. A filament 4 serving as a cathode is provided behind the plasma chamber 1, and the filament 4 and the beam extraction electrode 2 are provided.
Between them and the sputtering targets 5 and 6 which are perpendicular to the beam extraction electrode 2 and face each other, a negative high voltage (not shown) is applied.

【0006】作動ガスがプラズマ室1内に導入される
と、作動ガスはフィラメント4とアノード電極1a間の
アーク放電によりプラズマ化される。またスパッタター
ゲット5、6に負の高電圧を印加することにより、スパ
ッタ作用でスパッタ材構成原子が放出される。この原子
はプラズマ室1内でイオン化されビーム引出し電極2よ
りイオンビームとして引き出される。この際プラズマ室
1内でイオン化されなかった原子7は、対向するスパッ
タターゲット5、6に付着し、そこで再びスパッタ材と
して利用される。またスパッタターゲット5、6から原
子がたたき出される際には2次電子8が生じるが、この
2次電子8は対向するスパッタターゲット5、6の電位
障壁で反射されイオン化に寄与することとなり、その電
子ビームが引出し電極2へ入射することがなくなるた
め、その変形等が防止されるようになっている。
When the working gas is introduced into the plasma chamber 1, the working gas is turned into plasma by arc discharge between the filament 4 and the anode electrode 1a. Further, by applying a negative high voltage to the sputter targets 5 and 6, the sputter material constituent atoms are emitted by the sputtering action. These atoms are ionized in the plasma chamber 1 and extracted as an ion beam from the beam extraction electrode 2. At this time, the atoms 7 that have not been ionized in the plasma chamber 1 adhere to the opposing sputtering targets 5 and 6 and are reused there as sputtering material. Further, when the atoms are knocked out from the sputter targets 5 and 6, secondary electrons 8 are generated, and these secondary electrons 8 are reflected by the potential barriers of the opposing sputter targets 5 and 6 and contribute to ionization. Since the electron beam does not enter the extraction electrode 2, its deformation or the like is prevented.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したイ
オン源は、図3(a)および(b)に示すようにアノー
ド電極1aからの距離に対する電界が直線状に印加され
ている場合にはフィラメント4から電子が放出しやすく
なって安定したアーク放電(L1 )が生じるが、イオン
源のサイズが非常に小さくスパッタターゲット5、6間
の間隔が狭い場合には、スパッタターゲット5、6にか
かっている数KVもの高電圧のため、空間全体が負にな
ってしまい、アーク放電が発生しにくくなることがあ
る。
By the way, the above-mentioned ion source is a filament when the electric field with respect to the distance from the anode electrode 1a is linearly applied as shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b). Although electrons are easily emitted from No. 4 and stable arc discharge (L 1 ) is generated, if the size of the ion source is very small and the distance between the sputter targets 5 and 6 is narrow, the sputter targets 5 and 6 are affected. Due to the high voltage of several KV, the entire space becomes negative, and arc discharge may be difficult to occur.

【0008】そこで、アーク放電を発生しやすくするた
めに、スパッタターゲット5、6にスパッタ電圧をかけ
る前にプラズマを発生させることにより、シース(電界
を消す)することが行われている。これは、プラズマが
発生しているときにスパッタターゲット5、6にバイア
ス電圧(スパッタ電圧)をかければフィラメント4から
電子が容易に放出するのを利用するものである。
Therefore, in order to easily generate an arc discharge, plasma is generated before the sputtering voltage is applied to the sputtering targets 5 and 6, so that the sheath (electric field is extinguished) is performed. This utilizes the fact that electrons are easily emitted from the filament 4 if a bias voltage (sputtering voltage) is applied to the sputtering targets 5 and 6 while plasma is being generated.

【0009】ところが、スパッタターゲット5、6にス
パッタ電圧印加中にプラズマ室1内で異常放電(L2
が生じることがある。異常放電が生じると電界は曲線L
3 で示すように変化し、フィラメント4から電子が放出
されなくなりアーク放電が消滅してしまうので、操作者
がその都度再始動させなければならない不都合が生じて
しまう。尚、図3は図2に示したイオン源におけるアー
ク放電および異常アーク放電を説明するための説明図で
あり、図3(a)はフィラメント、スパッタターゲット
およびアノードの模式図を示している。図3(b)は距
離と電界との関係を示しており、横軸がフィラメントか
らの距離を示し、縦軸が電界を示している。
However, an abnormal discharge (L 2 ) occurs in the plasma chamber 1 while the sputtering voltage is being applied to the sputtering targets 5 and 6.
May occur. When an abnormal discharge occurs, the electric field is curved L
As indicated by 3 , the filament 4 does not emit electrons and the arc discharge is extinguished, which causes a problem that the operator has to restart each time. 3 is an explanatory diagram for explaining the arc discharge and the abnormal arc discharge in the ion source shown in FIG. 2, and FIG. 3 (a) is a schematic diagram of the filament, the sputter target and the anode. FIG. 3B shows the relationship between the distance and the electric field, where the horizontal axis represents the distance from the filament and the vertical axis represents the electric field.

【0010】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、スタート時にプラズマを発生させなくてもアーク放
電が発生し、かつ、途中でアーク放電が消滅しても自動
的にアーク放電を再発生させることができるスパッタ型
イオン源を提供することにある。
Therefore, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and arc discharge is generated even if plasma is not generated at the time of start, and arc discharge is automatically restarted even if arc discharge is extinguished midway. It is to provide a sputter-type ion source that can be generated.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、プラズマを発生させるプラズマ室内に、ス
パッタターゲットをフィラメントを挟んで対向して設け
たスパッタ型イオン源において、スパッタターゲットの
近傍にアーク放電安定化電極を設けたものである。
In order to achieve the above object, the present invention provides a sputtering type ion source in which a sputtering target is provided in a plasma chamber for generating plasma so as to face each other with a filament interposed therebetween. It is provided with an arc discharge stabilizing electrode.

【0012】[0012]

【作用】上記構成によれば、スタート時にはアーク放電
安定化電極に電流が流れてアノードとして機能し、フィ
ラメントとアーク放電安定化電極との間でアーク放電が
発生する。アーク放電が発生すると同時にアーク放電安
定化電極には電流が流れなくなり、プラズマ室内にプラ
ズマが発生する。プラズマ室内に異常アーク放電が生じ
てプラズマが消滅した時には再度アーク放電安定化電極
に電流が流れてアノードとして機能しフィラメントとア
ーク放電安定化電極との間でアーク放電が発生してプラ
ズマ室内にプラズマが発生する。
According to the above structure, at the time of start, a current flows through the arc discharge stabilizing electrode to function as an anode, and an arc discharge is generated between the filament and the arc discharge stabilizing electrode. At the same time as the arc discharge is generated, no current flows through the arc discharge stabilizing electrode, and plasma is generated in the plasma chamber. When the abnormal arc discharge occurs in the plasma chamber and the plasma is extinguished, a current again flows through the arc discharge stabilization electrode and functions as an anode, and arc discharge occurs between the filament and the arc discharge stabilization electrode, causing plasma in the plasma chamber. Occurs.

【0013】[0013]

【実施例】以下、本発明の一実施例を添付図面に基づい
て詳述する。
An embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.

【0014】図1(a)は本発明のスパッタ型イオン源
の一実施例を示す構成図であり、図1(b)はそのA−
A線平面図である。
FIG. 1A is a constitutional view showing an embodiment of the sputter type ion source of the present invention, and FIG.
FIG.

【0015】同図において、10はアノードとなる円筒
状の壁10aで形成したプラズマ室であり、その外周に
はプラズマ室10を囲繞するようにS極とN極とが交互
になるように永久磁石11が配置されている。これらの
永久磁石11は、隣接する磁石同士で図に示すような磁
力線12を形成し、この磁力線12によりプラズマの閉
じ込め効率が向上するように配置されている。
In the figure, reference numeral 10 denotes a plasma chamber formed by a cylindrical wall 10a serving as an anode. Periphery of the plasma chamber 10 is surrounded by S poles and N poles alternately so as to surround the plasma chamber 10. The magnet 11 is arranged. These permanent magnets 11 are arranged so that adjacent magnets form magnetic force lines 12 as shown in the figure, and the magnetic force lines 12 improve the plasma confinement efficiency.

【0016】プラズマ室10の前面(図の下側)にはプ
ラズマ化した原子をイオンビームとして引き出すビーム
引出し電極(プラズマグリッド)13が設けられ、後方
にはAr等の作動ガスを導入する作動ガス導入部(図示
せず)が設けられている。
A beam extraction electrode (plasma grid) 13 for extracting plasmatized atoms as an ion beam is provided on the front surface of the plasma chamber 10 (the lower side of the drawing), and a working gas for introducing a working gas such as Ar is provided behind it. An introduction part (not shown) is provided.

【0017】プラズマ室10の後方にはカソードとなる
フィラメント14が設けられており、このフィラメント
14はフィラメント電源Vf に接続されている。
A filament 14 serving as a cathode is provided behind the plasma chamber 10, and the filament 14 is connected to a filament power source V f .

【0018】プラズマ室10内には、ビーム引出し電極
13と略垂直で、かつ、それぞれ互いに対向したスパッ
タターゲット15、16がフィラメント14の両側に配
置されており、負の直流高電圧(又は直流高電圧+高周
波)電源Vs が印加されている。
In the plasma chamber 10, sputter targets 15 and 16 which are substantially perpendicular to the beam extraction electrode 13 and face each other are arranged on both sides of the filament 14, and a negative DC high voltage (or DC high voltage) is provided. (Voltage + high frequency) power supply V s is applied.

【0019】スパッタターゲット15、16の間には、
フィラメント14の両側にビーム引出し電極13と略垂
直に、一対の棒状のアーク放電安定化電極17、18が
配置されており、高抵抗の抵抗器Rを介してアノード電
極に接続されている。アノード電極10aとフィラメン
ト14との間にはアーク放電用電源Varc が接続されて
いる。抵抗器Rの抵抗値は数KΩが好ましい。
Between the sputter targets 15 and 16,
A pair of rod-shaped arc discharge stabilizing electrodes 17 and 18 are arranged on both sides of the filament 14 substantially perpendicularly to the beam extraction electrode 13, and are connected to the anode electrode via a high resistance resistor R. A power source V arc for arc discharge is connected between the anode electrode 10 a and the filament 14. The resistance value of the resistor R is preferably several KΩ.

【0020】次に実施例の作用を述べる。Next, the operation of the embodiment will be described.

【0021】フィラメント14が加熱されると共に作動
ガス導入部からAr等の作動ガスがプラズマ室10内に
導入されると、スタート時にはアーク放電用電源Varc
から抵抗器Rを介してアーク放電安定化電極17、18
に電流が流れてアノードとして機能し、フィラメント1
4とアーク放電安定化電極17、18との間でアーク放
電が発生し、プラズマ室10内にプラズマが発生する。
プラズマ室10内にアーク放電が発生するとアノード電
極10aとフィラメント14との間でアーク放電が発生
する。この時、抵抗器Rにより、アーク放電安定化電極
17、18に流れる電流はアノード電極に流れる放電電
流より十分小さい。
When the filament 14 is heated and a working gas such as Ar is introduced into the plasma chamber 10 from the working gas inlet, the arc discharge power source V arc is started at the time of start.
From the arc discharge stabilizing electrodes 17 and 18 via the resistor R
Current flows into the filament and functions as an anode, and the filament 1
4 and arc discharge stabilizing electrodes 17 and 18, arc discharge is generated, and plasma is generated in the plasma chamber 10.
When arc discharge is generated in the plasma chamber 10, arc discharge is generated between the anode electrode 10a and the filament 14. At this time, due to the resistor R, the current flowing through the arc discharge stabilizing electrodes 17 and 18 is sufficiently smaller than the discharge current flowing through the anode electrode.

【0022】プラズマ室10内で異常アーク放電が生じ
てプラズマが消滅した時には再度アーク放電用電源V
arc から抵抗器Rを介してアーク放電安定化電極17、
18に電流が流れてアノードとして機能しフィラメント
14とアーク放電安定化電極17、18との間でアーク
放電が発生し、前述のようにプラズマ室10内にプラズ
マが発生する。これにより、スタート時に操作者がプラ
ズマを発生させる必要がなくなり、しかもアーク放電が
停止しても自動的にアーク放電が発生するので、常にプ
ラズマが安定して発生する。
When an abnormal arc discharge occurs in the plasma chamber 10 and the plasma is extinguished, the arc discharge power supply V is again supplied.
arc discharge stabilizing electrode 17 from arc through resistor R,
A current flows through 18 to function as an anode, arc discharge is generated between the filament 14 and the arc discharge stabilizing electrodes 17 and 18, and plasma is generated in the plasma chamber 10 as described above. This eliminates the need for the operator to generate plasma at the time of start, and since arc discharge is automatically generated even when arc discharge is stopped, plasma is always generated stably.

【0023】以上により、本実施例によれば、フィラメ
ントの近傍に抵抗器を介してアノード電極に接続された
アーク放電安定化電極を設けたので、スタート時にプラ
ズマを発生させなくてもアーク放電が発生し、かつ、途
中でアーク放電が消滅しても自動的にアーク放電を再発
生させることができる。
As described above, according to this embodiment, since the arc discharge stabilizing electrode connected to the anode electrode through the resistor is provided near the filament, the arc discharge can be generated without generating plasma at the start. Even if the arc discharge is generated and disappears on the way, the arc discharge can be automatically regenerated.

【0024】[0024]

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次のよう
な優れた効果を発揮する。
In summary, according to the present invention, the following excellent effects are exhibited.

【0025】スタート時にプラズマを発生させなくても
アーク放電が発生し、かつ、途中でアーク放電が消滅し
ても自動的にアーク放電を再発生させることができるス
パッタ型イオン源を実現することができる。
It is possible to realize a sputter type ion source capable of generating arc discharge without generating plasma at the start and automatically regenerating arc discharge even if the arc discharge is extinguished on the way. it can.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】(a)は本発明のスパッタ型イオン源の一実施
例を示す構成図であり、(b)はそのA−A線平面図で
ある。
FIG. 1A is a configuration diagram showing an embodiment of a sputtering type ion source of the present invention, and FIG. 1B is a plan view taken along the line AA.

【図2】現在提案されているスパッタ型イオン源の一例
を示す断面図である。
FIG. 2 is a sectional view showing an example of a currently proposed sputtering type ion source.

【図3】図2に示したイオン源におけるアーク放電およ
び異常アーク放電を説明するための説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining arc discharge and abnormal arc discharge in the ion source shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 プラズマ室 14 フィラメント 15、16 スパッタターゲット 17、18 アーク放電安定化電極 10 Plasma Chamber 14 Filament 15 and 16 Sputter Target 17 and 18 Arc Discharge Stabilizing Electrode

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 プラズマを発生させるプラズマ室内に、
スパッタターゲットをフィラメントを挟んで対向して設
けたスパッタ型イオン源において、前記スパッタターゲ
ットの近傍にアーク放電安定化電極を設けたことを特徴
とするスパッタ型イオン源。
1. A plasma chamber for generating plasma,
A sputter type ion source in which a sputter target is provided so as to face each other with a filament in between, and an arc discharge stabilizing electrode is provided in the vicinity of the sputter target.
JP11324493A 1993-05-14 1993-05-14 Spatter type ion source Pending JPH06325711A (en)

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Cited By (3)

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