JPH07262948A - バケット型イオン源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】プラズマ室壁に沿って磁石が配置されたバケッ
ト型イオン源装置であって、装置を大型化、複雑化する
ことなく、磁石の温度上昇を抑えることができるバケッ
ト型イオン源装置を提供する。 【構成】カスプ磁場形成のためにプラズマ室１の壁に沿
って配設される磁石２とプラズマ室１の壁との間に断熱
材９を介在させたバケット型イオン源装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、イオンビームを利用し
た薄膜形成（イオン蒸着薄膜形成（ＩＶＤ）、イオンビ
ームスパッタ蒸着（ＩＢＳ）等）、エッチング、表面改
質等に用いられるバケット型イオン源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般にバケット型イオン源としては、図
３、図４に示すものが用いられている。図３は側方から
見た概略構成図であり、図４は図３におけるＸ−Ｘ線切
断端面図である。この装置は、底面が開口した円筒形の
プラズマ室１を有し、室１外周には偶数個の永久磁石２
が、隣り合う磁石の磁極の向きが互いに逆になるように
ほぼ等間隔で配置されている。また、プラズマ室１の材
質には通常非磁性のステンレス鋼が用いられる。プラズ
マ室１内部にはフィラメント３が絶縁体４により室１と
絶縁されて配置され、フィラメント３両端には図示しな
いフィラメント電源が接続されている。一方、フィラメ
ント３と室１との間には図示しない放電電源が接続され
て、フィラメント３を陰極、プラズマ室１を陽極として
該両者間に電力印加できるようになっている。プラズマ
室１底部の開口部には絶縁体５を介してイオン引き出し
電極系６が設置されている。イオン引き出し電極系６は
加速電極６１、減速電極６２及び接地電極６３から構成
され、電極６１、６２は図示しない電源に接続されてイ
オン加速エネルギを調節できるようになっている。ま
た、室１にはプラズマ原料ガスのガス供給部７が配管接
続されており、ガス供給部７には１又は２以上のマスフ
ローコントローラ７１１、７１２・・・及び開閉弁７２
１、７２２・・・を介して接続されたプラズマ原料ガス
のガス源７３１、７３２・・・が含まれる。またプラズ
マ室１を囲繞して、上下２つの環状の管と該管を連通す
る複数の縦の管からなる冷却管８が設置され、その内部
に冷却水を流すことで、この装置の温度上昇を防いでい
る。

【０００３】この装置によると、ガス供給部７からプラ
ズマ原料ガスがプラズマ室１内に導入される。同時に、
フィラメント３両端に電圧印加されることによりフィラ
メント３が１０００〜３０００℃程度の温度にまで加熱
されて熱電子が放出されるとともに、フィラメント３と
プラズマ室１との間に４０〜１００Ｖ程度の放電電圧が
印加され、これらにより前記導入されたプラズマ原料ガ
スが電離してプラズマＰが生成される。さらにイオン引
き出し電極系６に印加される電圧により、プラズマＰか
らイオンが引き出されて加速され、イオンビームＩが形
成される。

【０００４】このときプラズマ室１内部では、永久磁石
により形成されたカスプ磁場によりカスプラインＢ１に
沿って効率よくプラズマＰの封じ込めが行われる。この
プラズマＰは個々の永久磁石２に近接した領域Ｂ２でプ
ラズマ室１と接し、プラズマＰ中の熱が領域Ｂ２を介し
てプラズマ室１の周方向及び近接した永久磁石２に主に
熱伝導により伝わるため、領域Ｂ２は非常に高温にな
る。また、永久磁石２は、その磁力をプラズマ室１内へ
効率よく及ぼすために、室１の磁石２取り付け部分の厚
みを小さくする等してできるだけ室１内部に近くなるよ
うに配置されているため、プラズマＰ中の熱は容易に磁
石２に伝導する。さらに、永久磁石２の材質には、一般
に小型で大きな磁力が得られる希土類元素が用いられる
が、その熱伝導効率はプラズマ室１に通常用いられるス
テンレス鋼とほぼ同程度であるため領域Ｂ２からプラズ
マ室１に伝導した熱は磁石２にも同様に伝導する。さら
に、磁石２は体積が小さいために伝導した熱により全体
が容易に温度上昇し、表面積が小さいために外部に熱が
放出され難い。これらの結果、磁石２はプラズマＰの発
生に伴い容易に高温になり、温度劣化し易い。しかし、
磁石２の磁力が低下しない耐熱温度は１００〜３００℃
程度であるため、水冷管８の縦の管を磁石２近傍に配置
することで磁石２周辺の温度を低下させている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この方
法では磁石２の配置に対応させて水冷管を配置しなけれ
ばならないため、装置の構造が制約されて装置が大型
化、複雑化する。また、前述したようにプラズマＰ中の
熱は主に伝導により永久磁石２に伝わるため、磁石２を
プラズマ室１から若干離して配置することも考えられる
が、この方法では磁石２の固定が困難で実用化し難い。

【０００６】そこで本発明は、プラズマ室壁に沿って磁
石が配置されたバケット型イオン源装置であって、該装
置を大型化、複雑化することなく、該磁石の温度上昇を
抑えることができるバケット型イオン源装置を提供する
ことを課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決する本発
明のバケット型イオン源装置は、カスプ磁場形成のため
にプラズマ室壁に沿って配設される磁石と該プラズマ室
壁との間に断熱材を介在させたことを特徴とする。前記
断熱材の材質は、前記磁石よりも熱伝導率が低く、耐熱
性に優れ、非磁性体であれば特に限定されないが、中で
も熱伝導率は０．１ｋｃａｌ／ｍ・ｈ・℃以下であるこ
とが望ましく、このとき断熱材の熱伝導率はプラズマ室
の熱伝導率より大幅に低くなり、プラズマ室内で発生し
た熱は主にプラズマ室周方向に伝導するようになる。ま
た、耐熱温度は２００℃以上であることが望ましい。こ
のような断熱材の材質として、グラスウール、ロックウ
ール、石綿、バーミュライト、珪酸カルシウムその他の
セラミックス及びこれらの組合せ等を挙げることができ
る。

【０００８】前記断熱材は所定のカスプ磁場形成に支障
の無い範囲でその厚み及び体積を大きくすることがで
き、このとき磁石への熱伝導が遅くなり、その温度上昇
が低減する。同様に、前記断熱材は所定のカスプ磁場形
成に支障の無い範囲でその表面積を大きくすることがで
き、このとき外部へ熱が放出され易く、その温度上昇が
低減する。

【０００９】前記磁石には永久磁石等を用いることがで
きる。

【００１０】

【作用】本発明のバケット型イオン源装置によると、フ
ィラメント室壁に沿って配設される磁石と該プラズマ室
壁との間に、該磁石より熱伝導率の低い材質からなる断
熱材を配置する。これによりプラズマ室内部に生成され
たプラズマとプラズマ室壁との接点部分から、プラズマ
室壁を介して該磁石へ伝導する熱が低減し、該磁石の温
度上昇による劣化が抑制される。

【００１１】前記断熱材の熱伝導率がプラズマ室壁の熱
伝導率より大幅に低いときには、前記プラズマからプラ
ズマ室壁に伝導する熱は主に該プラズマ室周方向に伝導
するため、該磁石の温度上昇による劣化は一層効率良く
抑制される。

【００１２】

【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は本発明の１実施例であるバケット型イオン
源装置の概略構成図であり、図２は図１に示す装置の磁
石付近の拡大断面図である。この装置は、図３、図４に
示す従来装置において、永久磁石２の温度上昇を抑制す
るために永久磁石２とプラズマ室１との間に断熱材９が
挟着され、また、冷却管８は有していない。その他の構
成は図３、図４に示す従来装置と同様であり、その動作
も同様である。

【００１３】なお、ここでは断熱材９の材質には珪酸カ
ルシウム（熱伝導率０．０６ｋｃａｌ／ｍ・ｈ・℃（２
００℃））を用い、プラズマ室１の材質にはステンレス
鋼（ＳＵＳ３１６）（熱伝導率１４ｋｃａｌ／ｍ・ｈ・
℃（０〜１００℃））を用いた。この結果、プラズマ室
１内でのプラズマＰ生成に伴い発生する熱が領域Ｂ２を
介して永久磁石２に伝導するのが抑制され、永久磁石２
の温度上昇による劣化が防がれる。また、断熱材９の設
置によって装置のその他の部分の構造が冷却管による制
約を受けることがなく、装置が大型化、複雑する恐れが
ない。

【００１４】

【発明の効果】本発明によると、プラズマ室壁に沿って
磁石が配置されたバケット型イオン源装置であって、該
装置を大型化、複雑化することなく、該磁石の温度上昇
を抑えることができるバケット型イオン源装置を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のバケット型イオン源装置の一実施例の
概略構成を示す図である。

【図２】図１に示す装置の磁石付近の拡大断面図であ
る。

【図３】従来のバケット型イオン源装置例の概略構成を
示す図である。

【図４】図３に示す装置のＸ−Ｘ線切断端面図である。

【符号の説明】

１ プラズマ室 ２ 永久磁石 ３ フィラメント ４、５ 絶縁体 ６ イオン引き出し電極系 ７ プラズマ原料ガス供給部 ８ 冷却管 ９ 断熱材 Ｐ プラズマ Ｂ１ カスプライン Ｉ イオンビーム

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 カスプ磁場形成のためにプラズマ室壁に
   沿って配設される磁石と該プラズマ室壁との間に断熱材
   を介在させたことを特徴とするバケット型イオン源装
   置。