JPH065220A - Metallic ion source - Google Patents

Metallic ion source

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Publication number
JPH065220A
JPH065220A JP18467492A JP18467492A JPH065220A JP H065220 A JPH065220 A JP H065220A JP 18467492 A JP18467492 A JP 18467492A JP 18467492 A JP18467492 A JP 18467492A JP H065220 A JPH065220 A JP H065220A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
coaxial transmission
transmission line
inner conductor
microwave
plasma chamber
Prior art date
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Pending
Application number
JP18467492A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shinichi Yamaki
晋一 山木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Japan Steel Works Ltd
Original Assignee
Japan Steel Works Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Japan Steel Works Ltd filed Critical Japan Steel Works Ltd
Priority to JP18467492A priority Critical patent/JPH065220A/en
Publication of JPH065220A publication Critical patent/JPH065220A/en
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  • Electron Sources, Ion Sources (AREA)

Abstract

PURPOSE:To perform conformity adjustment between coaxial impedance and plasma and position adjustment for a sputter target, in a metallic ion source jointly using microwave discharge and sputtering. CONSTITUTION:A plasma chamber 2 is arranged at the tip part of a coaxial transmission path 3 extending in a straight line. A microwave supplied from a microwave source 10 is transmitted to the plasma chamber 2 through a coaxial microwave supply line 11, a capacitance coupling part 12, and the coaxial transmission path 3. A short-circuit plate 13, blocking a microwave transmitted to the opposite side to the plasma chamber 2 of the coaxial transmission path 3, is made movable in the axial line direction of the coaxial transmission path 3. A conductive member 5, composing the inner conductor 3a of the coaxial transmission path 3, is also made movable in the axial line direction. Negative voltage 19 for sputtering is made to be applied to a metallic target 18, fitted to the tip of the conductive member 5, through it.

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、所望の金属のイオンビ
ームを得るためなどに用いられる金属イオン源に関する
もので、特に、マイクロ波放電とスパッタリングとを併
用して金属イオンを生成するようにしたスパッタ方式の
金属イオン源に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a metal ion source used for obtaining an ion beam of a desired metal, and more particularly, to use a microwave discharge and sputtering together to generate metal ions. The present invention relates to a sputtering type metal ion source.

【0002】[0002]

【従来の技術】例えば半導体に不純物を注入して半導体
素子を製造したり、鉄にチタンを注入してその硬度を高
めたりするときには、その不純物としての金属をイオン
化し、その金属イオンをイオンビームとして照射注入す
るようにする。その場合、その金属イオンビームは純度
の高いものであることが求められる。そのような金属イ
オンビームを得るためには、所望の金属が効率よくイオ
ン化されるようにすることが必要となる。そのように所
望の金属のイオンを高純度で生成することのできる金属
イオン源としては、例えば特公昭58−51378号公
報に開示されているようなスパッタ方式のものが知られ
ている。スパッタ方式の金属イオン源は、磁場が存在す
るプラズマ室内にガスとマイクロ波とを導入してガスプ
ラズマを発生させ、そのガスプラズマによって、プラズ
マ室内に設置されている金属ターゲットの表面でスパッ
タリングを起こさせるとともにその金属ターゲットから
飛び出す金属原子をイオン化するというものである。し
たがって、そのターゲットとして所望の金属を配置して
おけば、その金属のイオンを効率よく生成させることが
できる。
2. Description of the Related Art For example, when a semiconductor element is manufactured by implanting impurities into a semiconductor, or when titanium is implanted into iron to increase its hardness, the metal as an impurity is ionized and the metal ion is ion beamed. As for irradiation injection. In that case, the metal ion beam is required to have high purity. In order to obtain such a metal ion beam, it is necessary to efficiently ionize the desired metal. As a metal ion source capable of producing ions of a desired metal with high purity in this way, a sputtering method disclosed in, for example, Japanese Patent Publication No. 58-51378 is known. A sputtering type metal ion source introduces a gas and a microwave into a plasma chamber in which a magnetic field exists to generate gas plasma, and the gas plasma causes sputtering on the surface of a metal target placed in the plasma chamber. This is to ionize the metal atoms that fly out of the metal target. Therefore, if a desired metal is placed as the target, ions of the metal can be efficiently generated.

【0003】ところで、そのようなスパッタ方式の金属
イオン源においては、プラズマ室にマイクロ波を伝送す
るとともに、そのプラズマ室内に配置される金属ターゲ
ットに、そのプラズマ室に対して負の電圧を印加するこ
とが必要となる。通常、マイクロ波の伝送には同軸構造
の伝送路が用いられる。同軸伝送路は、内導体と外導体
とを互いに絶縁した状態で同軸上に配置したものであ
る。そのような同軸伝送路を介してプラズマ室にマイク
ロ波を伝送するときには、同軸伝送路の基端部にマイク
ロ波を発生するマイクロ波源を取り付け、その同軸伝送
路の先端部にプラズマ室を設けるようにする。その場
合、同軸伝送路の内導体は、その先端部がプラズマ室内
に露出することになる。しかも、その内導体とプラズマ
室とは絶縁状態に保たれる。したがって、プラズマ室内
に金属ターゲットがそのプラズマ室に対して絶縁状態で
配置され、そのプラズマ室にマイクロ波が伝送されると
ともに、金属ターゲットに負電圧が印加されるようにす
るためには、マイクロ波を伝送する同軸伝送路の内導体
の先端部をその金属ターゲットとし、その内導体に負電
圧を印加するようにすることが考えられる。しかしなが
ら、マイクロ波を発生するマイクロ波源には、金属ター
ゲットに印加される直流電圧が加わることのないように
しなければならない。すなわち、同軸伝送路の内導体を
介して金属ターゲットに負電圧が印加されるようにする
場合には、その内導体が、プラズマ室側とマイクロ波源
側との間で直流的に絶縁されることが必要となる。ま
た、マイクロ波が効率よくプラズマ室に伝送されるよう
にするためには、内導体への直流電圧印加部から外部に
マイクロ波が漏れることのないようにしなければならな
い。
By the way, in such a sputtering type metal ion source, a microwave is transmitted to the plasma chamber and a negative voltage is applied to the metal target arranged in the plasma chamber. Will be required. Usually, a coaxial transmission line is used for microwave transmission. The coaxial transmission line is arranged coaxially with the inner conductor and the outer conductor insulated from each other. When transmitting microwaves to the plasma chamber through such a coaxial transmission line, attach a microwave source that generates microwaves to the proximal end of the coaxial transmission line and provide the plasma chamber at the tip of the coaxial transmission line. To In that case, the tip of the inner conductor of the coaxial transmission line is exposed in the plasma chamber. Moreover, the inner conductor and the plasma chamber are kept in an insulating state. Therefore, in order to dispose the metal target in the plasma chamber in an insulated state with respect to the plasma chamber and to transmit the microwave to the plasma chamber and to apply the negative voltage to the metal target, It is conceivable that the tip end of the inner conductor of the coaxial transmission line that transmits the is used as the metal target and a negative voltage is applied to the inner conductor. However, it is necessary to prevent the direct-current voltage applied to the metal target from being applied to the microwave source that generates microwaves. That is, when a negative voltage is applied to the metal target through the inner conductor of the coaxial transmission line, the inner conductor must be galvanically isolated between the plasma chamber side and the microwave source side. Is required. Further, in order to efficiently transmit the microwave to the plasma chamber, it is necessary to prevent the microwave from leaking to the outside from the DC voltage applying section to the inner conductor.

【0004】そこで、上記公報記載の金属イオン源にお
いては、マイクロ波源からプラズマ室にマイクロ波を伝
送する同軸構造のマイクロ波伝送路の長手方向中間部
に、その同軸伝送路の内導体に直流電圧を印加するため
の同軸構造の分岐線路を設けるとともに、その分岐部と
マイクロ波源との間に、マイクロ波は通過させるが直流
的には絶縁される絶縁手段を設けるようにしている。す
なわち、図2に示されているように、マイクロ波源01
からプラズマ室02にマイクロ波を伝送する同軸構造の
マイクロ波伝送路03には、その長手方向中間部に、同
軸構造の分岐線路04が設けられている。その同軸分岐
線路04の終端部にはマイクロ波に対するチョーク構造
05が設けられ、それによって、その分岐線路04の内
導体04aと外導体04bとの間が直流的に絶縁される
とともに、その終端部がマイクロ波的に短絡端となるよ
うにされている。しかも、分岐線路04はマイクロ波の
1/4波長に相当する長さとされている。したがって、
その分岐方向へのマイクロ波の伝播が防止されるように
なっている。そして、その分岐線路04の内導体04a
の端末部に直流電源06が接続され、その内導体04a
を介して同軸伝送路03の内導体03aに負電圧が印加
されるようになっている。また、その分岐部とマイクロ
波源01との間の同軸伝送路03の内導体03aにはチ
ョーク構造07が設けられ、マイクロ波源01から供給
されるマイクロ波は通過させるが、直流的にはマイクロ
波源01側とプラズマ室02側との間が絶縁されるよう
にされている。
Therefore, in the metal ion source described in the above publication, a DC voltage is applied to the inner conductor of the coaxial transmission line at the longitudinal intermediate portion of the microwave transmission line having a coaxial structure for transmitting microwaves from the microwave source to the plasma chamber. In addition to providing a coaxial branch line for applying a voltage, an insulating means is provided between the branch portion and the microwave source for allowing microwaves to pass therethrough but insulating in terms of direct current. That is, as shown in FIG.
In the microwave transmission path 03 having a coaxial structure for transmitting microwaves to the plasma chamber 02, a branch line 04 having a coaxial structure is provided at an intermediate portion in the longitudinal direction. A choke structure 05 for microwaves is provided at the terminal end of the coaxial branch line 04, whereby the inner conductor 04a and the outer conductor 04b of the branch line 04 are galvanically insulated, and the terminal end thereof is provided. Is a short-circuited end in the microwave. Moreover, the branch line 04 has a length corresponding to a quarter wavelength of the microwave. Therefore,
The propagation of microwaves in the branch direction is prevented. Then, the inner conductor 04a of the branch line 04
DC power source 06 is connected to the terminal of the
A negative voltage is applied to the inner conductor 03a of the coaxial transmission line 03 via the. Further, a choke structure 07 is provided on the inner conductor 03a of the coaxial transmission line 03 between the branch portion and the microwave source 01 to allow the microwave supplied from the microwave source 01 to pass, but for the direct current microwave source The 01 side and the plasma chamber 02 side are insulated from each other.

【0005】同軸伝送路03の内導体03aの先端部
は、マイクロ波は透過させる絶縁板08により、外導体
03bに対して絶縁された状態で支持されている。その
絶縁板08は内導体03aと外導体03bとの間を気密
に閉塞するもので、それによってプラズマ室02が真空
状態で保持されるようになっている。こうして、同軸伝
送路03の内導体03aの先端部がプラズマ室02内に
突出するようにされている。その先端部は、イオン化し
ようとする金属によって形成されている。プラズマ室0
2内には、磁場発生用のコイル09により磁場が形成さ
れ、また、ガス導入口010からガスが導入されるよう
になっている。更に、そのプラズマ室02の壁面には、
直流電源011によって正電位が付与されるようになっ
ている。そして、プラズマ室02内で生成された金属イ
オンは、そのプラズマ室02の先端面に形成されている
イオン引出し孔012から、その近傍に設けられている
アースされた引出し電極013によって外部に引き出さ
れるようになっている。
The tip of the inner conductor 03a of the coaxial transmission line 03 is supported by the insulating plate 08 that allows microwaves to pass therethrough while being insulated from the outer conductor 03b. The insulating plate 08 hermetically closes the space between the inner conductor 03a and the outer conductor 03b, whereby the plasma chamber 02 is held in a vacuum state. In this way, the tip of the inner conductor 03a of the coaxial transmission line 03 is projected into the plasma chamber 02. The tip is formed of the metal to be ionized. Plasma chamber 0
A magnetic field is formed inside 2 by a coil 09 for generating a magnetic field, and gas is introduced from a gas inlet 010. Furthermore, on the wall surface of the plasma chamber 02,
A positive potential is applied by the DC power supply 011. Then, the metal ions generated in the plasma chamber 02 are extracted to the outside from the ion extraction hole 012 formed in the front end surface of the plasma chamber 02 by the grounded extraction electrode 013 provided in the vicinity thereof. It is like this.

【0006】このように構成された金属イオン源におい
ては、プラズマ室02内に磁場を形成した状態でそのプ
ラズマ室02内にガスを導入し、更にマイクロ波源01
からマイクロ波を供給すると、そのプラズマ室02内に
ガスプラズマが発生する。したがって、同軸伝送路03
の内導体03aに負電圧を印加しておけば、プラズマ室
02内に露出する内導体03aの先端部がそのガスプラ
ズマによってスパッタされ、その先端部から、その先端
部を構成する金属の原子が飛び出す。そして、その金属
原子がプラズマ中でイオン化され、その金属イオンによ
って内導体03aの先端部が更にスパッタされる。こう
して、プラズマ室02内に濃度の高い金属イオンが生成
される。その金属イオンは、引出し電極013によりイ
オンビーム014として引出し孔012から引き出され
る。その場合、直流電源06に接続される同軸伝送路0
3の内導体03aとマイクロ波源01との間にはチョー
ク構造07が設けられているので、マイクロ波源01に
直流電圧が加わえられるおそれはない。また、同軸分岐
線路04がマイクロ波的には無視されるので、その直流
電源接続部からマイクロ波が外部に漏れるようなことも
ない。したがって、マイクロ波電力が有効に利用される
ようになる。
In the metal ion source configured as described above, a gas is introduced into the plasma chamber 02 while a magnetic field is formed in the plasma chamber 02, and the microwave source 01 is further introduced.
When a microwave is supplied from the gas chamber, gas plasma is generated in the plasma chamber 02. Therefore, the coaxial transmission line 03
If a negative voltage is applied to the inner conductor 03a, the tip portion of the inner conductor 03a exposed in the plasma chamber 02 is sputtered by the gas plasma, and the metal atoms forming the tip portion are sputtered from the tip portion. Jump out. Then, the metal atoms are ionized in the plasma, and the tip of the inner conductor 03a is further sputtered by the metal ions. In this way, highly concentrated metal ions are generated in the plasma chamber 02. The metal ions are extracted from the extraction hole 012 as an ion beam 014 by the extraction electrode 013. In that case, the coaxial transmission line 0 connected to the DC power source 06
Since the choke structure 07 is provided between the inner conductor 03a of 3 and the microwave source 01, there is no fear that a DC voltage is applied to the microwave source 01. Further, since the coaxial branch line 04 is neglected in terms of microwave, the microwave does not leak to the outside from the DC power supply connection portion. Therefore, the microwave power can be effectively used.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、そのよ
うな同軸分岐線路04を設ける金属イオン源では、その
分岐線路04のために同軸マイクロ波伝送路03の内導
体03aの位置等を調整することが不可能となるので、
次のような問題を解決することができない。すなわち、
マイクロ波源01が発生するマイクロ波は、プラズマ室
02の内部に形成される放電プラズマに効率よく供給さ
れるようにすることが求められるが、そのプラズマは必
ずしも同軸伝送路03のインピーダンスに整合した負荷
とはならないので、投入したマイクロ波電力のすべてが
プラズマに供給されるようにすることは困難である。マ
イクロ波の供給効率を上げるためには、スタブチューナ
等の可変整合装置を別個に設けることが必要となる。し
たがって、装置全体が高価となる。また、このように同
軸伝送路03の内導体03aの先端部でスパッタリング
を行なうスパッタ方式の金属イオン源の場合には、運転
時間の経過に伴う内導体先端部の損耗により、イオン発
生に最適な内導体03aの先端位置が変化する。しか
も、その位置は、使用する金属によっても異なる。した
がって、それに対処することができるようにしておくこ
とが求められるが、その内導体03aは固定されている
ので、そのようにすることは極めて難しい。更に、スパ
ッタリング部分である内導体03a先端部はイオン衝撃
により加熱され、その熱によって、内導体03aの先端
部を支持する絶縁板08の真空シール部等が劣化するこ
とがあるので、その除熱を考慮する必要があるが、その
内導体03a先端部に連なり外部に露出する同軸分岐線
路04の内導体04aは同軸伝送路03の内導体03a
に対して角度をなしているので、その除熱のための冷却
機構を設けることも難しい。
However, in a metal ion source provided with such a coaxial branch line 04, the position of the inner conductor 03a of the coaxial microwave transmission line 03 can be adjusted for the branch line 04. It will be impossible,
We cannot solve the following problems. That is,
The microwave generated by the microwave source 01 is required to be efficiently supplied to the discharge plasma formed inside the plasma chamber 02, but the plasma is not necessarily a load matched with the impedance of the coaxial transmission path 03. Therefore, it is difficult to ensure that all of the input microwave power is supplied to the plasma. In order to increase the microwave supply efficiency, it is necessary to separately provide a variable matching device such as a stub tuner. Therefore, the entire device becomes expensive. Further, in the case of a sputtering type metal ion source in which sputtering is performed at the tip of the inner conductor 03a of the coaxial transmission line 03 in this way, wear of the tip of the inner conductor with the lapse of operating time is optimal for ion generation. The tip position of the inner conductor 03a changes. Moreover, its position also differs depending on the metal used. Therefore, it is required to be able to deal with it, but it is extremely difficult to do so because the inner conductor 03a is fixed. Further, the tip portion of the inner conductor 03a, which is the sputtering portion, is heated by ion bombardment, and the heat may deteriorate the vacuum seal portion of the insulating plate 08 that supports the tip portion of the inner conductor 03a. However, the inner conductor 04a of the coaxial branch line 04 connected to the tip of the inner conductor 03a and exposed to the outside is the inner conductor 03a of the coaxial transmission line 03.
Since it forms an angle with respect to, it is difficult to provide a cooling mechanism for removing the heat.

【0008】本発明は、このような問題に鑑みてなされ
たものであって、その目的は、運転状態に応じて同軸イ
ンピーダンスやスパッタリング位置等を調整可能とする
ことができ、また、スパッタリング部分を冷却すること
も容易な金属イオン源を得ることである。
The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to make it possible to adjust the coaxial impedance, the sputtering position, etc. according to the operating state, and to reduce the sputtering portion. It is to obtain a metal ion source that is easy to cool.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明では、プラズマ室にマイクロ波を伝送する同
軸構造のマイクロ波伝送路をほぼ直線状のものとし、そ
の同軸伝送路に、側面からマイクロ波を供給するように
している。すなわち、本発明による金属イオン源は、ほ
ぼ直線状に延びる同軸伝送路の先端部にプラズマ室を配
置し、その同軸伝送路の長手方向中間部に、その同軸伝
送路にマイクロ波を供給する同軸構造のマイクロ波供給
線路を接続したことを特徴としている。そのマイクロ波
供給線路は、直流的には同軸伝送路の内導体から絶縁さ
れるようにされている。そして、そのマイクロ波供給線
路の接続部から見てプラズマ室とは反対側には、同軸伝
送路の内導体と外導体との間をマイクロ波的に短絡する
が直流的には絶縁する短絡板が設けられている。プラズ
マ室内のプラズマによってスパッタされる金属ターゲッ
トは、同軸伝送路の内導体のプラズマ室内に露出する先
端部に配置され、その内導体のプラズマ室とは反対側の
端部に、金属ターゲットに負電圧を印加する直流電源が
接続されるようになっている。マイクロ波供給線路から
同軸伝送路へのマイクロ波の供給は、例えば、そのマイ
クロ波供給線路の内導体の先端に容量結合板を取り付
け、その容量結合板を同軸伝送路の内導体に近接して配
置するという容量結合によって行われる。
In order to achieve this object, in the present invention, the microwave transmission line having a coaxial structure for transmitting microwaves to the plasma chamber is made substantially linear, and the coaxial transmission line is The microwave is supplied from the side. That is, in the metal ion source according to the present invention, a plasma chamber is arranged at the tip of a coaxial transmission line that extends substantially linearly, and a coaxial chamber that supplies microwaves to the coaxial transmission line at an intermediate portion in the longitudinal direction of the coaxial transmission line. It is characterized by connecting the microwave supply line of the structure. The microwave supply line is designed to be insulated from the inner conductor of the coaxial transmission line in terms of direct current. On the side opposite to the plasma chamber as seen from the connection part of the microwave supply line, a short-circuit plate that short-circuits between the inner conductor and the outer conductor of the coaxial transmission line in a microwave manner but insulates from a direct current manner. Is provided. The metal target sputtered by the plasma in the plasma chamber is placed at the end of the inner conductor of the coaxial transmission line exposed in the plasma chamber.At the end of the inner conductor opposite to the plasma chamber, a negative voltage is applied to the metal target. A DC power supply for applying a voltage is connected. For supplying microwaves from the microwave supply line to the coaxial transmission line, for example, a capacitive coupling plate is attached to the tip of the inner conductor of the microwave supply line, and the capacitive coupling plate is placed close to the inner conductor of the coaxial transmission line. This is done by capacitive coupling of placement.

【0010】[0010]

【作用】このように構成することにより、同軸構造のマ
イクロ波伝送路の内導体は、マイクロ波供給線路に取り
付けられるマイクロ波源から直流的に絶縁されるように
なるので、その同軸伝送路の内導体を介してその内導体
のプラズマにさらされる先端部にスパッタ用の負電圧を
印加することが可能となる。また、マイクロ波供給線路
から同軸伝送路に供給されたマイクロ波は、プラズマ室
と反対側では短絡板によって遮られるので、外部に漏れ
ることはなく、効率よくプラズマ室側に導かれる。した
がって、プラズマにマイクロ波電力を投入しながらスパ
ッタリングを行い、高効率で金属イオンを発生させるこ
とができる。そして、その同軸伝送路の内導体がほぼ直
線状とされるので、その外周に設けられる短絡板を軸線
方向に移動可能とすることができるようになり、その短
絡板の位置調整によって、マイクロ波伝送路とプラズマ
室内に形成されるプラズマとのインピーダンス整合を最
適化することが可能となる。したがって、イオン生成効
率を向上させることができる。また、同軸伝送路の内導
体先端部に設けられる金属ターゲットの位置調整も可能
となるので、スパッタ部の金属の消耗に伴ってイオン発
生の最適位置が変化したときや、使用する金属種の変更
に伴ってその最適位置が変化したときなどにも、それら
の変化に対応させることが可能となる。更に、同軸伝送
路の内導体がほぼ直線状とされることにより、その内導
体の内部に、その先端部に対して冷却媒体を供給排出す
るための流路を設けることが容易となる。したがって、
スパッタリングが行われる内導体先端部の除熱を行うこ
とが可能となり、熱による真空シール部材等の劣化やス
パッタ部の融解などの防止を図ることが可能となる。
With this configuration, the inner conductor of the microwave transmission line having the coaxial structure is galvanically isolated from the microwave source attached to the microwave supply line. A negative voltage for sputtering can be applied to the tip of the inner conductor exposed to the plasma through the conductor. Further, since the microwave supplied from the microwave supply line to the coaxial transmission line is blocked by the short-circuit plate on the side opposite to the plasma chamber, it does not leak to the outside and is efficiently guided to the plasma chamber side. Therefore, it is possible to generate metal ions with high efficiency by performing sputtering while applying microwave power to plasma. Since the inner conductor of the coaxial transmission line is substantially linear, it becomes possible to move the short-circuit plate provided on the outer periphery in the axial direction. It is possible to optimize impedance matching between the transmission line and the plasma formed in the plasma chamber. Therefore, the ion generation efficiency can be improved. In addition, the position of the metal target provided at the tip of the inner conductor of the coaxial transmission line can be adjusted, so when the optimal position for ion generation changes due to metal consumption in the sputter part, or when the type of metal used changes. When the optimum position changes due to, it is possible to respond to those changes. Furthermore, by making the inner conductor of the coaxial transmission line substantially linear, it becomes easy to provide a flow path inside the inner conductor for supplying and discharging the cooling medium to and from the tip portion thereof. Therefore,
It is possible to remove heat from the tip of the inner conductor where sputtering is performed, and it is possible to prevent deterioration of the vacuum seal member and the like and melting of the sputtered portion due to heat.

【0011】[0011]

【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。図中、図1は本発明による金属イオン源の一実施例
を示す概略縦断面図である。この図から明らかなよう
に、この金属イオン源1のプラズマ室2は、内導体3a
と外導体3bとからなる同軸構造のマイクロ波伝送路3
の先端側(図で右側)に配置されている。その同軸伝送
路3の内導体3aは、先端から後端まで連続して直線状
に延びる円筒状の外筒4と、その内部に軸線方向に摺動
可能に嵌合される導電部材5とによって構成されてい
る。その導電部材5は外筒4よりも長いもので、その両
端は外筒4の両端からそれぞれ突出するようにされてい
る。そして、その内導体3aの外筒4は、先端部が円形
の絶縁板6を介して、また、後端部が絶縁スペーサ7を
介して、それぞれ外導体3bにより支持され、それによ
って、同軸伝送路3の内導体3aと外導体3bとが同軸
上で保持されるとともに、その間が絶縁状態に保たれる
ようになっている。プラズマ室2は、内導体3aの先端
部を支持する絶縁板6とフランジ面2aとを両底面とす
る円柱形の室で、その外周壁2bはボルト等によって外
導体3bの先端に直接結合され、その間が電気的に導通
するようにされている。また、内導体3aを構成する外
筒4と導電部材5との間も、電気的導通状態に保たれる
ようになっている。内導体3aの先端部を支持する絶縁
板6は、石英ガラスのようにマイクロ波は透過させるが
気体の通過は阻止する気密材料によって形成されてい
る。そして、その絶縁板6の内周部と内導体3aの先端
部との間、及び絶縁板6の外周部とプラズマ室2の外周
壁2bとの間はそれぞれ固定シール部材8a,8bによ
って気密にシールされている。また、内導体3aの外筒
4と導電部材5との間は摺動可能なシール部材9によっ
て真空シールされている。こうして、プラズマ室2内が
真空に保持されるようになっている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the drawings, FIG. 1 is a schematic vertical sectional view showing an embodiment of a metal ion source according to the present invention. As is clear from this figure, the plasma chamber 2 of the metal ion source 1 has the inner conductor 3a.
Microwave transmission line 3 having a coaxial structure composed of an outer conductor 3b and
Is located on the tip side (right side in the figure) of the. The inner conductor 3a of the coaxial transmission line 3 is formed by a cylindrical outer cylinder 4 which continuously extends linearly from the front end to the rear end, and a conductive member 5 which is fitted inside thereof to be slidable in the axial direction. It is configured. The conductive member 5 is longer than the outer cylinder 4, and both ends thereof are projected from both ends of the outer cylinder 4, respectively. The outer cylinder 4 of the inner conductor 3a is supported by the outer conductor 3b through the insulating plate 6 having a circular tip, and through the insulating spacer 7 at the rear end, whereby coaxial transmission is performed. The inner conductor 3a and the outer conductor 3b of the path 3 are coaxially held, and an insulating state is maintained between them. The plasma chamber 2 is a cylindrical chamber having an insulating plate 6 supporting the tip of the inner conductor 3a and a flange surface 2a as both bottom surfaces, and its outer peripheral wall 2b is directly coupled to the tip of the outer conductor 3b by a bolt or the like. , And electrically connected between them. Further, the electrically conductive member 5 and the outer cylinder 4 forming the inner conductor 3a are also kept electrically connected. The insulating plate 6 that supports the tip of the inner conductor 3a is formed of an airtight material, such as quartz glass, that allows microwaves to pass through but blocks the passage of gas. The fixed seal members 8a and 8b are used to hermetically seal between the inner peripheral portion of the insulating plate 6 and the tip of the inner conductor 3a, and between the outer peripheral portion of the insulating plate 6 and the outer peripheral wall 2b of the plasma chamber 2. It is sealed. The outer cylinder 4 of the inner conductor 3a and the conductive member 5 are vacuum-sealed by a slidable seal member 9. Thus, the inside of the plasma chamber 2 is kept vacuum.

【0012】同軸伝送路3の長手方向中間部には、一端
にマイクロ波を発生するマイクロ波源10を取り付けた
内導体11aと外導体11bとからなる同軸構造のマイ
クロ波供給線路11が接続されている。その内導体11
aの先端には容量結合板12が取り付けられており、そ
の容量結合板12が同軸伝送路3の内導体3aに小間隔
を置いて位置するようにされている。したがって、それ
らの内導体3a,11a間は直流的には絶縁されるよう
になっている。一方、そのマイクロ波供給線路11の外
導体11bは同軸伝送路3の外導体3bに接合されてい
る。こうして、マイクロ波源10から供給されるマイク
ロ波が、マイクロ波供給線路11と同軸伝送路3との間
の容量結合によりその同軸伝送路3に伝えられるように
なっている。そのマイクロ波供給線路11の接続部から
見てプラズマ室2と反対側の同軸伝送路3内には、マイ
クロ波の波長のほぼ1/4程度離れた位置に、マイクロ
波に対する短絡板13が設けられている。その短絡板1
3は軸線方向に摺動可能とされており、外部に突出する
操作部材14の操作によってその位置が調整されるよう
になっている。その短絡板13は、同軸伝送路3の外導
体3bの内周面と接触し、内導体3aとはその内導体3
aの外周面に被覆されている薄い絶縁層としての絶縁フ
ィルム15を介して接するものとされている。そして、
その短絡板13の内導体3aに面する部分にはチョーク
構造16が設けられている。したがって、同軸伝送路3
の内導体3aと外導体3bとは、その短絡板13によっ
てマイクロ波的には短絡されるが、直流的には絶縁され
るようになっている。こうして、マイクロ波源10から
同軸伝送路3に供給されたマイクロ波は、プラズマ室2
と反対側では短絡板13によって遮られてプラズマ室2
側に向かい、同軸伝送路3から絶縁板6を透過してプラ
ズマ室2に伝送されるようになっている。同軸伝送路3
の外導体3bには、マイクロ波供給線路11の接続部か
らプラズマ室2寄りの位置に、その外導体3bを貫通し
て内導体3aとの間の空間内に突出する2本の導体棒1
7,17が摺動可能に挿入されている。したがって、そ
の導体棒17の先端位置は、同軸伝送路3の径方向に可
変となっている。
A microwave supply line 11 having a coaxial structure, which is composed of an inner conductor 11a and an outer conductor 11b, to which a microwave source 10 for generating a microwave is attached, is connected to an intermediate portion in the longitudinal direction of the coaxial transmission line 3. There is. The inner conductor 11
A capacitive coupling plate 12 is attached to the tip of a, and the capacitive coupling plate 12 is positioned on the inner conductor 3a of the coaxial transmission line 3 with a small space therebetween. Therefore, the inner conductors 3a and 11a are galvanically insulated. On the other hand, the outer conductor 11b of the microwave supply line 11 is joined to the outer conductor 3b of the coaxial transmission line 3. In this way, the microwave supplied from the microwave source 10 is transmitted to the coaxial transmission line 3 by capacitive coupling between the microwave supply line 11 and the coaxial transmission line 3. In the coaxial transmission path 3 on the side opposite to the plasma chamber 2 when viewed from the connection portion of the microwave supply line 11, a short-circuit plate 13 for microwaves is provided at a position separated by about 1/4 of the wavelength of the microwave. Has been. The short-circuit board 1
3 is slidable in the axial direction, and its position is adjusted by operating the operation member 14 protruding to the outside. The short-circuit plate 13 contacts the inner peripheral surface of the outer conductor 3b of the coaxial transmission line 3, and the inner conductor 3a is the inner conductor 3b.
The outer peripheral surface of a is contacted via an insulating film 15 as a thin insulating layer. And
A choke structure 16 is provided on a portion of the short-circuit plate 13 facing the inner conductor 3a. Therefore, the coaxial transmission line 3
The inner conductor 3a and the outer conductor 3b are short-circuited by microwaves by the short-circuiting plate 13 but are insulated by direct current. Thus, the microwaves supplied from the microwave source 10 to the coaxial transmission line 3 are transmitted to the plasma chamber 2
On the opposite side, the plasma chamber 2 is blocked by the short-circuit plate 13.
It is designed to be transmitted to the plasma chamber 2 from the coaxial transmission path 3 through the insulating plate 6 toward the side. Coaxial transmission line 3
In the outer conductor 3b, two conductor rods 1 projecting into the space between the inner conductor 3a and the outer conductor 3b at a position closer to the plasma chamber 2 from the connection portion of the microwave supply line 11 are formed.
7, 17 are slidably inserted. Therefore, the tip position of the conductor rod 17 is variable in the radial direction of the coaxial transmission line 3.

【0013】同軸伝送路3の内導体3aを構成する導電
部材5の先端には、イオン化しようとする金属からなる
スパッタターゲット18が取り付けられている。したが
って、その金属ターゲット18は、導電部材5を進退さ
せることによりプラズマ室2内で軸線方向に移動される
ようになっている。また、その導電部材5の後端部、す
なわちプラズマ室2とは反対側の外部に突出する端部に
は、同軸伝送路3の外導体3bに対して負の電圧を印加
する直流電源19が接続されている。そして、その外導
体3bには、直流電源20により正電位が付与されるよ
うになっている。こうして、プラズマ室2が正電位に保
たれ、金属ターゲット18にはそのプラズマ室2に対し
て負電圧が印加されるようになっている。導電部材5
は、その先端近くまで、すなわち金属ターゲット18に
近接する部分までが中空とされている。そして、その内
部に、後端が外部に突出し、先端が導電部材5の先端部
近傍にまで達する小径のパイプ21が挿入されている。
また、導電部材5の後端部には、その内部空間に連通す
る冷却媒体排出口22が設けられている。こうして、同
軸伝送路3の内導体3aの内部に冷却媒体の流路23が
形成され、パイプ21の後端から冷却媒体を供給するこ
とによってその先端部が冷却されるようになっている。
A sputter target 18 made of a metal to be ionized is attached to the tip of the conductive member 5 constituting the inner conductor 3a of the coaxial transmission line 3. Therefore, the metal target 18 is moved in the axial direction in the plasma chamber 2 by moving the conductive member 5 forward and backward. A DC power supply 19 for applying a negative voltage to the outer conductor 3b of the coaxial transmission line 3 is provided at the rear end of the conductive member 5, that is, the end projecting to the outside opposite to the plasma chamber 2. It is connected. Then, a positive potential is applied to the outer conductor 3b by the DC power supply 20. In this way, the plasma chamber 2 is maintained at a positive potential, and a negative voltage is applied to the metal target 18 with respect to the plasma chamber 2. Conductive member 5
Is hollow up to near its tip, that is, up to a portion close to the metal target 18. Then, a small-diameter pipe 21 having a rear end protruding to the outside and a front end reaching the vicinity of the front end of the conductive member 5 is inserted therein.
A cooling medium discharge port 22 that communicates with the internal space is provided at the rear end of the conductive member 5. In this way, the flow path 23 for the cooling medium is formed inside the inner conductor 3a of the coaxial transmission path 3, and the front end portion is cooled by supplying the cooling medium from the rear end of the pipe 21.

【0014】プラズマ室2の外周には、そのプラズマ室
2内に磁場を形成する磁場発生手段としての永久磁石2
4が設けられている。また、プラズマ室2の外周壁2b
にはガス導入口25が設けられており、そのガス導入口
25からプラズマ室2内にアルゴン等の不活性ガスが導
入されるようになっている。更に、プラズマ室2のフラ
ンジ面2aにはイオン引出し孔26が設けられ、プラズ
マ室2の外部には、そのイオン引出し孔26の近傍に、
プラズマ室2内で生じたイオンを引き出す引出し電極2
7が設けられている。その引出し電極27はアースされ
ている。そして、プラズマ室2内に露出する金属ターゲ
ット18の表面のうち、絶縁板6のプラズマ室2側の面
6aを見込む側面部分は、その絶縁板6から突出する非
導電性の円筒状遮蔽物28によって覆われるようになっ
ている。
A permanent magnet 2 as a magnetic field generating means for forming a magnetic field in the plasma chamber 2 is provided on the outer periphery of the plasma chamber 2.
4 are provided. In addition, the outer peripheral wall 2b of the plasma chamber 2
Is provided with a gas inlet 25, and an inert gas such as argon is introduced into the plasma chamber 2 through the gas inlet 25. Further, the flange surface 2 a of the plasma chamber 2 is provided with an ion extraction hole 26, and outside the plasma chamber 2, in the vicinity of the ion extraction hole 26,
Extraction electrode 2 for extracting ions generated in plasma chamber 2
7 is provided. The extraction electrode 27 is grounded. Then, of the surface of the metal target 18 exposed in the plasma chamber 2, the side surface portion of the insulating plate 6 which faces the surface 6 a on the plasma chamber 2 side is a non-conductive cylindrical shield 28 protruding from the insulating plate 6. It is supposed to be covered by.

【0015】次に、このように構成された金属イオン源
1の作用について説明する。この金属イオン源1により
所望の金属のイオンビームを得ようとするときには、そ
の金属からなるスパッタターゲット18を同軸伝送路3
の内導体3aの先端、すなわち導電部材5の先端に取り
付ける。そして、あらかじめプラズマ室2内を真空排気
しておき、そのプラズマ室2内に例えばアルゴンガスを
ガス導入口25から導入する。また、マイクロ波源10
から同軸マイクロ波供給線路11、容量結合部、及び同
軸伝送路3を介してプラズマ室2にマイクロ波を投入す
る。そのプラズマ室2内には磁石24によって磁場が形
成されている。したがって、その磁場とマイクロ波とに
よりプラズマ室2内にガスプラズマが形成される。一
方、導電部材5と同軸伝送路3の外導体3bとの間に直
流電源19が接続されることにより、プラズマ室2内に
配置される金属ターゲット18にはそのプラズマ室2に
対して負の電圧が印加される。その金属ターゲット18
は、プラズマ室2内のプラズマ中にさらされている。そ
の結果、金属ターゲット18の表面でスパッタリングが
起き、その表面から金属原子が飛び出す。その金属原子
はプラズマ中でイオン化される。そして、その金属イオ
ンによって金属ターゲット18が更にスパッタされる。
このようにして、プラズマ室2内にアルゴンイオンと金
属イオンとの混合イオンが生成される。そのイオンは、
直流電源20からプラズマ室2に印加されている正電位
と引出し電極27のアース電位との間の電位差により、
イオン引出し孔26から外部にイオンビーム29として
引き出される。そのイオンビーム29は、図示されてい
ないが外部に設けられている質量分析器に送られて、ア
ルゴンイオンと金属イオンとに分離される。こうして、
所望の金属イオンのみからなる純度の高い金属イオンビ
ームが得られることになる。
Next, the operation of the metal ion source 1 thus constructed will be described. When an ion beam of a desired metal is to be obtained by the metal ion source 1, the sputter target 18 made of the metal is attached to the coaxial transmission line 3
Is attached to the tip of the inner conductor 3a, that is, the tip of the conductive member 5. Then, the inside of the plasma chamber 2 is evacuated in advance, and, for example, argon gas is introduced into the plasma chamber 2 through the gas introduction port 25. In addition, the microwave source 10
Microwave is injected into the plasma chamber 2 through the coaxial microwave supply line 11, the capacitive coupling section, and the coaxial transmission line 3. A magnetic field is formed in the plasma chamber 2 by the magnet 24. Therefore, gas plasma is formed in the plasma chamber 2 by the magnetic field and the microwave. On the other hand, since the DC power source 19 is connected between the conductive member 5 and the outer conductor 3b of the coaxial transmission line 3, the metal target 18 arranged in the plasma chamber 2 has a negative potential with respect to the plasma chamber 2. A voltage is applied. The metal target 18
Are exposed to the plasma in the plasma chamber 2. As a result, sputtering occurs on the surface of the metal target 18, and metal atoms fly out from the surface. The metal atoms are ionized in the plasma. Then, the metal ions further sputter the metal target 18.
In this way, mixed ions of argon ions and metal ions are generated in the plasma chamber 2. The ion is
Due to the potential difference between the positive potential applied to the plasma chamber 2 from the DC power source 20 and the ground potential of the extraction electrode 27,
An ion beam 29 is extracted from the ion extraction hole 26 to the outside. The ion beam 29 is sent to a mass analyzer (not shown) provided outside, and is separated into argon ions and metal ions. Thus
A highly pure metal ion beam consisting of only desired metal ions can be obtained.

【0016】この間において、前述したように、短絡板
13は同軸伝送路3のマイクロ波供給線路11との接続
部からマイクロ波の波長のおおむね1/4の距離に位置
するようにされる。したがって、その接続部から見てプ
ラズマ室2と反対側の同軸伝送路3は、マイクロ波的に
はほとんどないものとみなされる。しかしながら、その
短絡板13の位置を変えると、同軸伝送路3のインピー
ダンスが変化する。そこで、その同軸インピーダンスと
プラズマ負荷との整合をとり、マイクロ波電力が効率よ
くプラズマに伝えられてイオン発生の効率が向上される
ようにするために、その短絡板13の位置を調整する。
また、同軸伝送路3の外導体3bに挿入されている導体
棒17,17はスタブチューナとして機能し、その挿入
長を変えても同軸インピーダンスが変化する。そこで、
同様の目的でその導体棒17の挿入長を調整する。一
方、使用する金属の種類によりプラズマ室2内における
金属ターゲット18の最適位置が異なる場合、あるいは
金属ターゲット18のスパッタによる消耗のためにその
表面が最適位置からずれた場合などには、導電部材5の
外部に突出する後端部を押し引きすることにより、その
金属ターゲット18の位置を調整する。その場合、導電
部材5と外筒4との間は摺動可能なシール部材9によっ
て真空シールされているので、その調整によってプラズ
マ室2の真空が損なわれるおそれもない。このような短
絡板13や導電部材5の先端に取り付けられている金属
ターゲット18の位置調整は、同軸伝送路3の内導体3
aが連続した直線状のものとされることによって可能と
なる。
In the meantime, as described above, the short-circuit plate 13 is positioned at a distance of about 1/4 of the wavelength of the microwave from the connection portion of the coaxial transmission line 3 with the microwave supply line 11. Therefore, the coaxial transmission line 3 on the side opposite to the plasma chamber 2 when viewed from the connecting portion is considered to have almost no microwave. However, if the position of the short-circuit plate 13 is changed, the impedance of the coaxial transmission line 3 changes. Therefore, the position of the short-circuit plate 13 is adjusted in order to match the coaxial impedance with the plasma load and efficiently transmit the microwave power to the plasma to improve the efficiency of ion generation.
Further, the conductor rods 17, 17 inserted into the outer conductor 3b of the coaxial transmission line 3 function as stub tuners, and the coaxial impedance changes even if the insertion length is changed. Therefore,
The insertion length of the conductor rod 17 is adjusted for the same purpose. On the other hand, when the optimum position of the metal target 18 in the plasma chamber 2 differs depending on the type of metal used, or when the surface of the metal target 18 deviates from the optimum position due to consumption of the metal target 18 due to sputtering, the conductive member 5 is used. The position of the metal target 18 is adjusted by pushing and pulling the rear end portion that protrudes to the outside. In that case, since the conductive member 5 and the outer cylinder 4 are vacuum-sealed by the slidable seal member 9, there is no possibility that the vacuum of the plasma chamber 2 is damaged by the adjustment. The position adjustment of the metal target 18 attached to the tip of the short-circuit plate 13 or the conductive member 5 is performed by adjusting the inner conductor 3 of the coaxial transmission line 3.
This is possible when a is a continuous straight line.

【0017】更に、同軸伝送路3の内導体3aを連続し
た直線状のものとすることにより、その内導体3aを構
成する導電部材5内にパイプ21を挿入してその導電部
材5を2重管構造とすることが容易となる。そして、そ
れによって形成される流路23に冷却媒体を流すことに
より、導電部材5の先端部分の除熱が可能となるので、
スパッタ熱による真空シール部材9等の劣化や金属ター
ゲット18の融解を防ぐことができる。また、プラズマ
室2内に配置される金属ターゲット18の側面を絶縁性
の遮蔽物28で覆うことにより、その側面において生ず
るスッパタリングに由来する金属原子が絶縁板6の表面
に付着堆積することが防止される。その絶縁板6はマイ
クロ波を透過させるものであるので、その絶縁板6に金
属原子が堆積すると、その絶縁板6のマイクロ波透過効
率が損なわれることになる。しかしながら、この金属イ
オン源1の場合には、上述のようにその絶縁板6への金
属原子の堆積が防止されるので、同軸伝送路3を通して
プラズマ室2内のプラズマに投入されるマイクロ波の伝
達効率を高く維持することができる。そして、同軸マイ
クロ波供給線路11から同軸マイクロ波伝送路3へのマ
イクロ波の供給を容量結合によって行うようにすること
ことにより、その接続部の構成を簡素化するとともに、
その間の直流的な絶縁を容易に確保することができる。
更に、導電部材5の先端に取り付けられる金属ターゲッ
ト18を着脱可能とすることにより、その金属ターゲッ
ト18が消耗したとき、あるいは使用する金属種を変更
するときなどにおける金属ターゲット18の交換の作業
性を向上させることができる。このように、この金属イ
オン源1によれば、高効率で金属イオンを発生させるこ
とができ、耐久性が高く、しかも構造の簡単な金属イオ
ン源とすることができる。
Further, by making the inner conductor 3a of the coaxial transmission line 3 continuous and straight, the pipe 21 is inserted into the conductive member 5 constituting the inner conductor 3a to double the conductive member 5. It becomes easy to make it a tubular structure. Then, by flowing the cooling medium through the flow path 23 formed thereby, it is possible to remove heat from the tip portion of the conductive member 5,
It is possible to prevent the deterioration of the vacuum seal member 9 and the melting of the metal target 18 due to the heat of sputtering. Further, by covering the side surface of the metal target 18 arranged in the plasma chamber 2 with the insulating shield 28, metal atoms derived from spattering generated on the side surface may be attached and deposited on the surface of the insulating plate 6. To be prevented. Since the insulating plate 6 transmits microwaves, if metal atoms are deposited on the insulating plate 6, the microwave transmission efficiency of the insulating plate 6 will be impaired. However, in the case of this metal ion source 1, the deposition of metal atoms on the insulating plate 6 is prevented as described above, so that microwaves that are injected into the plasma in the plasma chamber 2 through the coaxial transmission path 3 are prevented. The transmission efficiency can be kept high. Then, by supplying the microwave from the coaxial microwave supply line 11 to the coaxial microwave transmission line 3 by capacitive coupling, the configuration of the connecting portion is simplified, and
It is possible to easily secure direct current insulation during that time.
Further, by making the metal target 18 attached to the tip of the conductive member 5 detachable, the workability of exchanging the metal target 18 when the metal target 18 is consumed or when the type of metal to be used is changed. Can be improved. As described above, according to the metal ion source 1, it is possible to generate metal ions with high efficiency and to provide a metal ion source having high durability and a simple structure.

【0018】なお、上記実施例においては、同軸伝送路
3の内導体3aを、外筒4とその外筒4によって摺動可
能に支持される導電部材5とからなるものとしている
が、その外筒4が絶縁板6及び絶縁スペーサ7によって
摺動可能に支持されるようにすれば、それら外筒4と導
電部材5とを一体として、内導体3aを単一部品とする
こともできる。また、金属ターゲット18を導電部材5
とは別体のものとしているが、それら全体をイオン化さ
せたい金属からなるものとすることも可能である。更
に、同軸マイクロ波供給線路11と同軸マイクロ波伝送
路3との接続にチョーク構造などを採用することも可能
である。
In the above embodiment, the inner conductor 3a of the coaxial transmission line 3 is composed of the outer cylinder 4 and the conductive member 5 slidably supported by the outer cylinder 4. If the cylinder 4 is slidably supported by the insulating plate 6 and the insulating spacer 7, the outer cylinder 4 and the conductive member 5 can be integrated to form the inner conductor 3a as a single component. In addition, the metal target 18 is connected to the conductive member 5
Although it is separate from the above, it is also possible to make them entirely of a metal to be ionized. Further, it is possible to employ a choke structure or the like for the connection between the coaxial microwave supply line 11 and the coaxial microwave transmission line 3.

【0019】[0019]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、プラズマ室にマイクロ波を伝送する同軸伝送
路の内導体をほぼ直線状に延びるものとしているので、
その同軸伝送路の内導体と外導体とを直流的に絶縁する
マイクロ波に対する短絡板を、その同軸伝送路の軸線方
向に可動とすることができる。そして、その短絡板を可
動とすることにより、同軸伝送路のインピーダンスとプ
ラズマ室内のプラズマとの整合調整が可能となるので、
プラズマへのマイクロ波電力の投入効率を向上させるこ
とができる。また、その内導体を、プラズマ室内に露出
する先端部から外部に露出する後端部に至るまで連続す
るものとしているので、その内導体の先端部に設けられ
る金属ターゲットを移動可能とすることができる。そし
て、そのようにすることにより、金属ターゲットをイオ
ン発生の最適位置に位置させることが可能となるので、
イオン生成効率を高めることができる。更に、その内導
体の内部に冷却媒体の流路を設けることが容易となるの
で、内導体先端のスパッタリングを受ける金属ターゲッ
ト部分の除熱を行なうことが可能となり、その部分の発
熱に起因する真空シール部材の劣化や金属ターゲットの
融解を回避して、寿命の延長及び信頼性の向上を図るこ
とができる。
As is clear from the above description, according to the present invention, the inner conductor of the coaxial transmission line for transmitting microwaves to the plasma chamber extends substantially linearly.
The short-circuiting plate for microwaves that insulates the inner conductor and the outer conductor of the coaxial transmission line from a direct current can be movable in the axial direction of the coaxial transmission line. Then, by making the short-circuit plate movable, it is possible to adjust the impedance of the coaxial transmission line and the plasma in the plasma chamber,
The efficiency of inputting microwave power to plasma can be improved. Further, since the inner conductor is continuous from the tip exposed to the plasma chamber to the rear exposed to the outside, the metal target provided at the tip of the inner conductor can be moved. it can. And by doing so, it becomes possible to position the metal target at the optimum position for ion generation,
The ion generation efficiency can be increased. Furthermore, since it becomes easy to provide a flow path for the cooling medium inside the inner conductor, it is possible to remove heat from the metal target portion that receives sputtering at the tip of the inner conductor, and the vacuum caused by the heat generation at that portion can be performed. By avoiding deterioration of the seal member and melting of the metal target, it is possible to extend the life and improve the reliability.

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

【図1】本発明による金属イオン源の一実施例を示す概
略縦断面図である。
FIG. 1 is a schematic vertical sectional view showing an embodiment of a metal ion source according to the present invention.

【図2】従来の金属イオン源を示す縦断面図である。FIG. 2 is a vertical sectional view showing a conventional metal ion source.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 金属イオン源 2 プラズマ室 3 同軸マイクロ波伝送路 3a 内導体 3b 外導体 4 外筒 5 導電部材 6 絶縁板 9 シール部材 10 マイクロ波源 11 同軸マイクロ波供給線路 12 容量結合板 13 短絡板 15 絶縁フィルム(絶縁層) 16 チョーク構造 17 導体棒 18 金属ターゲット 19 スパッタ用直流電源 23 冷却媒体流路 24 永久磁石(磁場発生手段) 25 ガス導入口 28 遮蔽物 29 イオンビーム 1 Metal Ion Source 2 Plasma Chamber 3 Coaxial Microwave Transmission Line 3a Inner Conductor 3b Outer Conductor 4 Outer Cylinder 5 Conductive Member 6 Insulating Plate 9 Sealing Member 10 Microwave Source 11 Coaxial Microwave Supply Line 12 Capacitive Coupling Plate 13 Short Circuit Plate 15 Insulating Film (Insulating layer) 16 Choke structure 17 Conductor rod 18 Metal target 19 DC power source for sputtering 23 Cooling medium flow path 24 Permanent magnet (magnetic field generating means) 25 Gas inlet port 28 Shield 29 Ion beam

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 磁場が形成されるとともに、ガス及びマ
イクロ波が導入されることによってガスプラズマを発生
するプラズマ室内に、そのプラズマ室に対して負電圧が
印加される金属ターゲットを配置し、前記ガスプラズマ
により、前記金属ターゲットの表面でスパッタリングを
起こさせるとともにその金属ターゲットから放出される
金属原子をイオン化して、金属イオンとして引き出すよ
うにした金属イオン源において;前記プラズマ室が、連
続してほぼ直線状に延びる内導体とその内導体に対して
絶縁された状態で同軸上に配置される外導体とからなる
同軸構造のマイクロ波伝送路の先端部に設けられてお
り、 その同軸伝送路の長手方向中間部に、その同軸伝送路に
マイクロ波を供給する同軸構造のマイクロ波供給線路
が、前記同軸伝送路の内導体からは絶縁されるようにし
て接続されていて、 その接続部から見て前記プラズマ室とは反対側に、前記
同軸伝送路の内導体と外導体との間をマイクロ波的に短
絡するが直流的には絶縁する短絡板が設けられていると
ともに、 前記金属ターゲットが、前記同軸伝送路の内導体の前記
プラズマ室内に露出する先端部に配置され、 その金属ターゲットに前記負電圧を印加する直流電源
が、前記同軸伝送路の内導体の前記プラズマ室とは反対
側の端部に接続されるようにされていることを特徴とす
る、 金属イオン源。
1. A metal target, to which a negative voltage is applied to the plasma chamber, is disposed in the plasma chamber where a gas magnetic field is generated and gas and microwave are introduced to generate gas plasma. In a metal ion source adapted to cause sputtering on the surface of the metal target by gas plasma and to ionize metal atoms emitted from the metal target so as to be extracted as metal ions; It is provided at the tip of a microwave transmission line having a coaxial structure composed of an inner conductor that extends linearly and an outer conductor that is coaxially arranged while being insulated from the inner conductor. A microwave supply line having a coaxial structure for supplying microwaves to the coaxial transmission line is provided in the middle portion in the longitudinal direction by the coaxial transmission. Is connected so as to be insulated from the inner conductor, and the inner conductor and the outer conductor of the coaxial transmission line are short-circuited in a microwave manner on the side opposite to the plasma chamber when viewed from the connecting portion. However, with a short circuit plate that is insulated in terms of direct current, the metal target is arranged at the tip of the inner conductor of the coaxial transmission line exposed in the plasma chamber, and the negative voltage is applied to the metal target. A metal ion source, wherein a direct current power source to be applied is connected to an end of the inner conductor of the coaxial transmission path opposite to the plasma chamber.
【請求項2】 前記マイクロ波供給線路の内導体の先端
に、前記同軸伝送路の内導体に近接して配置される容量
結合板が取り付けられており、その容量結合板と前記同
軸伝送路の内導体との間の容量結合によって、それらマ
イクロ波供給線路と同軸伝送路とがマイクロ波的に結合
されている、 請求項1記載の金属イオン源。
2. A capacitive coupling plate disposed near the inner conductor of the coaxial transmission line is attached to the tip of the inner conductor of the microwave supply line, and the capacitive coupling plate and the coaxial transmission line are connected to each other. The metal ion source according to claim 1, wherein the microwave supply line and the coaxial transmission line are microwave-coupled by capacitive coupling with the inner conductor.
【請求項3】 前記金属ターゲットが、前記同軸伝送路
の内導体の軸線方向に移動可能とされている、 請求項1又は2記載の金属イオン源。
3. The metal ion source according to claim 1, wherein the metal target is movable in the axial direction of the inner conductor of the coaxial transmission line.
【請求項4】 前記短絡板が、前記同軸伝送路の内導体
の軸線方向に移動可能とされている、 請求項1ないし3のいずれか記載の金属イオン源。
4. The metal ion source according to claim 1, wherein the short-circuit plate is movable in the axial direction of the inner conductor of the coaxial transmission line.
【請求項5】 前記短絡板が、前記同軸伝送路の外導体
と接触するとともにその同軸伝送路の内導体とは薄い絶
縁層を介して接しており、その短絡板の前記内導体に面
する側に、マイクロ波に対するチョーク構造が設けられ
ている、 請求項1ないし4のいずれか記載の金属イオン源。
5. The short-circuit plate is in contact with the outer conductor of the coaxial transmission line and is in contact with the inner conductor of the coaxial transmission line via a thin insulating layer, and faces the inner conductor of the short-circuit plate. The metal ion source according to claim 1, wherein a choke structure for microwaves is provided on the side.
【請求項6】 前記同軸伝送路の外導体に、その外導体
を貫いて前記同軸伝送路の内導体との間の空間内に突出
する導体棒が径方向位置可変に挿入されている、 請求項1ないし5のいずれか記載の金属イオン源。
6. A conductor rod that penetrates the outer conductor and projects into a space between the outer conductor of the coaxial transmission line and the inner conductor of the coaxial transmission line is variably inserted in the radial direction. Item 7. A metal ion source according to any one of items 1 to 5.
【請求項7】 前記同軸伝送路の内導体が中空とされて
おり、その内導体の内部に、その後端部から先端部に至
る冷却媒体の流路が形成されている、 請求項1ないし6のいずれか記載の金属イオン源。
7. The inner conductor of the coaxial transmission line is hollow, and a flow path for a cooling medium from a rear end portion to a front end portion is formed inside the inner conductor. The metal ion source according to any one of 1.
【請求項8】 前記同軸伝送路の内導体の先端部が、そ
の同軸伝送路の外導体に対して、前記プラズマ室の真空
は保持するがマイクロ波は透過させる絶縁板により絶縁
しつつ支持されていて、 前記金属ターゲットの表面のうち、その絶縁板の前記プ
ラズマ室側の面を見込む側面部分が非導電性の遮蔽物に
よって覆われている、 請求項1ないし7のいずれか記載の金属イオン源。
8. The end portion of the inner conductor of the coaxial transmission line is supported by the outer conductor of the coaxial transmission line while being insulated from the outer conductor of the coaxial transmission line by an insulating plate that holds the vacuum of the plasma chamber but transmits microwaves. The metal ion according to any one of claims 1 to 7, wherein a side surface portion of the surface of the metal target that faces the surface of the insulating plate on the plasma chamber side is covered with a non-conductive shield. source.
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