JPH09129152A - 高周波イオン源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 プラズマ室を必要以上に大きくすることな
く、プラズマの均一性ひいてはそこから引き出すイオン
ビームの均一性を向上させることができる高周波イオン
源を提供する。 【解決手段】 この高周波イオン源２ａは、円筒状のプ
ラズマ室容器４内に、それと同電位であって円筒状の補
助電極４０を、プラズマ室容器４とほぼ同軸状に設けて
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えばイオンド
ーピング装置（非質量分離型のイオン注入装置）等に用
いられるものであって、高周波電極を用いたいわゆる容
量結合型の高周波イオン源に関し、より具体的には、そ
のイオンビームの均一性を向上させる手段に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５は、従来の高周波イオン源の一例を
その電源と共に示す断面図である。

【０００３】この高周波イオン源２は、ガスが導入され
それを高周波放電によって電離させてプラズマ１４を生
成するプラズマ室１０と、このプラズマ室１０の出口付
近に設けられていてプラズマ１４から電界の作用でイオ
ンビーム２８を引き出す引出し電極系２０とを備えてい
る。

【０００４】プラズマ室１０は、筒状（例えば円筒状）
のプラズマ室容器４と、その背面部を絶縁碍子８を介し
て蓋をする板状の高周波電極６とで構成されている。ガ
スは、この例では引出し電極系２０を通して下流側から
導入されるが、プラズマ室１０に直接導入される場合も
ある。

【０００５】この例ではプラズマ室容器４が一方の高周
波電極を兼ねており、このプラズマ室容器４と高周波電
極６との間に整合回路１８を介して高周波電源１６か
ら、例えば１３．５６ＭＨｚの周波数の高周波電力が供
給される。

【０００６】引出し電極系２０は、１枚以上、通常は複
数枚の電極で構成されている。具体的にはこの例では、
最プラズマ側から下流側に向けて配置された第１電極２
１、第２電極２２、第３電極２３および第４電極２４で
構成されている。２６は絶縁碍子である。各電極２１〜
２４は、この例では複数の孔を有する多孔電極である
が、複数のスリットを有する場合もある。

【０００７】第１電極２１は、引き出すイオンビーム２
８のエネルギーを決める電極であり、加速電源３１から
接地電位を基準にして正の高電圧が印加される。第２電
極２２は、第１電極２１との間に電位差を生じさせそれ
による電界によってプラズマ１４からイオンビーム２８
を引き出す電極であり、引出し電源３２から第１電極２
１の電位を基準にして負の電圧が印加される。第３電極
２３は、下流側からの電子の逆流を抑制する電極であ
り、抑制電源３３から接地電位を基準にして負の電圧が
印加される。第４電極２４は接地されている。

【０００８】プラズマ室容器４の外周および高周波電極
６の上面には、この例では、プラズマ室１０内にプラズ
マ閉じ込め用の磁場を発生させる複数の永久磁石１２が
配置されている。

【０００９】上記高周波イオン源２の動作を説明する
と、プラズマ室容器４即ちプラズマ室１０内に所望のガ
スを導入し、高周波電極６とプラズマ室容器４間に高周
波電源１６から高周波電力を供給すると、高周波電極６
とプラズマ室容器４間で高周波放電が生じてそれによっ
てガスが電離されてプラズマ１４が作られ、このプラズ
マ１４から引出し電極系２０によってイオンビーム２８
が引き出される。

【００１０】引き出されたイオンビーム２８は、例え
ば、質量分離を行うことなくそのまま基板（図示省略）
に照射されて、イオン注入（イオンドーピング）等に供
される。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上記高周波イオン源２
から引き出されるイオンビーム２８の均一性（即ちイオ
ン電流密度分布の均一性）は、主として、プラズマ室
１０内に生成されるプラズマ１４の均一性、引出し電
極系２０の各電極に設けられた孔の配置および各孔か
ら出るイオンビームの集束・発散状態によって決まる。

【００１２】ここではプラズマ１４の均一性に注目する
と、プラズマ１４の拡散に伴うプラズマ室内壁での損失
がプラズマ１４の均一性に大きく影響することを考慮す
ると、必要なイオンビーム２８の大きさよりもプラズマ
室１０をかなり大きくすることによって、プラズマ１４
の均一性を改善することは可能である。

【００１３】しかし、基板処理等に必要なイオンビーム
２８は、近年は非常に大面積化しており、プラズマ室１
０を更に大きくすることは、次の点で好ましくない。

【００１４】プラズマ室１０への投入高周波電力が大
幅に上昇し、高周波電源１６が大型化する。 プラズマ室１０への投入高周波電力の増大に伴って、
引出し電極系２０を構成する電極等の温度上昇が大きく
なり、その冷却能力の向上を必要とする。 プラズマ室１０の大型化に伴って高周波イオン源２全
体の重量が増大し、メンテナンス時の作業性が低下す
る。 コストアップになる。

【００１５】そこでこの発明は、プラズマ室を必要以上
に大きくすることなく、プラズマの均一性ひいてはそこ
から引き出すイオンビームの均一性を向上させることが
できる高周波イオン源を提供することを主たる目的とす
る。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明の高周波イオン源は、前記プラズマ室容器
内に、それと同電位であって筒状の補助電極をプラズマ
室容器とほぼ同軸状に設けたことを特徴とする。

【００１７】上記構成によれば、補助電極によってプラ
ズマ室容器内の空間が複数に分割され、それに伴って、
高周波放電によってプラズマを生成する空間も複数に分
割される。その結果、従来構造でプラズマの損失を生じ
ていたプラズマ室容器内周辺部においてプラズマを積極
的に生成することができ、その結果、プラズマ室を必要
以上に大きくすることなく、プラズマの均一性ひいては
そこから引き出すイオンビームの均一性を向上させるこ
とができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１は、この発明に係る高周波イ
オン源の一例をその電源と共に示す断面図である。図５
の従来例と同一または相当する部分には同一符号を付
し、以下においては当該従来例との相違点を主に説明す
る。

【００１９】この高周波イオン源２ａにおいては、前述
したプラズマ室容器４内に、筒状の補助電極４０をプラ
ズマ室容器４とほぼ同軸状に設けている。ほぼ同軸状と
言うのは、補助電極４０の中心軸とプラズマ室容器４の
中心軸とがほぼ一致していることであり、そのようにす
れば、この補助電極４０を用いてプラズマ室容器４内に
プラズマ１４を片寄らずに生成することができる。ま
た、プラズマ室容器４内に補助電極４０をほぼ同軸状に
設けることによって、補助電極４０の壁面は高周波電極
６に対してほぼ垂直に位置するようになる。

【００２０】この補助電極４０は、この例では複数の支
持金具４２によって、プラズマ室容器４に固定され、か
つプラズマ室容器４と同電位になるように電気的に接続
されている。各支持金具４２は、それによってプラズマ
室容器４内の高周波電界をできるだけ乱さないようにす
るために、板状のものよりも棒状のものにする方が、か
つできるだけ細いものにする方が好ましい。この実施例
では、３本の棒状の支持金具４２を用いている。この支
持金具４２のプラズマ室容器４への固定は、例えば、環
状の取付けフランジを用いてその内側に各支持金具４２
を固定しておき、そのような取付けフランジをプラズマ
室容器４とその上の絶縁碍子８との間に挟むことによっ
て行っても良い。

【００２１】補助電極４０は、プラズマ室容器４内にお
いてできるだけ均一に高周波電界を生じさせるために、
その平面形状をプラズマ室容器４と同形状にするのが好
ましい。例えば、プラズマ室容器４が円筒状の場合は補
助電極４０も円筒状に、プラズマ室容器４が角筒状の場
合は補助電極４０も角筒状にするのが好ましい。

【００２２】また、補助電極４０は、それと高周波電極
６との間で効果的に高周波電界を生じさせるために、図
示例のようにプラズマ室容器４内の上部寄りに設けるの
が好ましい。

【００２３】この高周波イオン源２ａにおいては、プラ
ズマ室容器４内における、高周波放電によってプラズマ
１４を生成する空間が、補助電極４０によって複数に
（この例では補助電極４０の内外の二つに）分割され
る。その結果、従来構造でプラズマ１４の損失を生じて
いたプラズマ室容器４内周辺部においてプラズマ１４を
積極的に生成することができ、プラズマ１４の均一性ひ
いてはイオンビーム２８の均一性を向上させることがで
きる。

【００２４】これを図２を参照してより詳しく説明する
と、従来の高周波イオン源２では補助電極４０がないの
でプラズマ室容器４内の周辺部上部から中央部に向けて
なだらかに広がっていた等電位面Ｅは、この高周波イオ
ン源２ａでは、プラズマ室容器４と同電位の補助電極４
０が存在するため、図示例のように補助電極４０の部分
でくびれた形状になる。その結果、プラズマ室容器４内
の周辺部に、即ちこの例では補助電極４０の外壁とプラ
ズマ室容器４の内壁との間に、電界が集中すると共に等
電位面Ｅがふくらんでいて電子の走行距離を適当にかせ
ぐことができ、従って比較的高密度のプラズマ１４を生
成することができるプラズマ生成空間Ａが形成されるの
で、従来の高周波イオン源２においてプラズマ１４の損
失を生じていたプラズマ室容器４内周辺部においてプラ
ズマ１４を積極的に生成することができる。その結果、
プラズマ室１０を必要以上に大きくすることなく、プラ
ズマ１４の均一性ひいてはそこから引き出すイオンビー
ム２８の均一性を向上させることができる。

【００２５】更には、イオンビーム２８の均一性を向上
させることができる結果、イオンビーム２８の有効利用
を図ることができる（即ちイオンビーム２８の利用効率
が向上する）と共に、それを例えば基板処理に用いる場
合、処理基板の特性の均一化を図ることができる。ま
た、プラズマ室１０を必要以上に大きくせずに済む結
果、高周波イオン源２ａの小型化、それ用の電源の低容
量化、更にはそれらの低コスト化を図ることができる。

【００２６】より具体的な実施例を説明すると、図１に
示すような構造の高周波イオン源２ａにおいて、内径７
００ｍｍφ、深さ約２００ｍｍの円筒状のプラズマ室１
０内に、外径６００ｍｍφ、長さ８０ｍｍのモリブデン
製の円筒状の補助電極４０を取り付けた。補助電極４０
の支持は、３本の丸棒状の支持金具４２で行った。そし
て、イオン源ガスに水素ガスを用い、イオンビーム２８
を５０ｋｅＶのエネルギーで引き出した場合のイオンビ
ーム２８の均一性（即ちビーム中心から半径方向のイオ
ン電流密度分布）の測定結果の一例を図３に示す。同図
中の従来例は、補助電極４０を設けない以外は上記実施
例と同条件下の測定結果を示す。

【００２７】この図３から、実施例では、従来例に比べ
て、イオンビーム２８の周辺部での均一性が著しく向上
していることが分かる。また、実施例では、従来例に比
べて、イオンビーム２８全体のイオン電流密度も若干増
大していることが分かる。これは、プラズマ室容器４内
のプラズマ生成空間を複数に分割したことによって、プ
ラズマ１４の全体的な密度も若干増大したためであると
考えられる。また、プラズマ室容器４内に補助電極４０
を設けることによって、その分、プラズマ１４の損失を
生じさせる壁面が増えることになるが、それよりも、図
２に示したようなプラズマ生成空間Ａを形成してそこで
プラズマ１４を積極的に生成する効果の方が大きいこと
が、この図２の結果からも分かる。

【００２８】なお、上記補助電極４０の直径や長さは、
使用するガスの種類やプラズマ室容器４の大きさ等に応
じて決めれば良い。

【００２９】また、プラズマ室容器４内には、図１の例
のような１個の補助電極４０ではなく、使用するガスの
種類やプラズマ室容器４の大きさ等に応じて、互いに大
きさの異なる複数の補助電極４０をプラズマ室容器４に
対してほぼ同軸状に設けても良い。その場合、各補助電
極４０の長さを同じにするか、内側のものを短くする
か、あるいは逆に内側のものを長くするか等は、使用す
るガスの種類やプラズマ室容器４の大きさ等に応じて決
めれば良い。図４は、互いに直径および長さの異なる円
筒状の二つの補助電極４０を設ける場合の例を示す。

【００３０】複数の補助電極４０を設ければ、プラズマ
室容器４内の、高周波放電によってプラズマ１４を生成
する空間をより多数に分割することができるので、プラ
ズマ１４の均一性ひいてはイオンビーム２８の均一性を
より向上させたり、より大口径のプラズマ室容器４を用
いてより大面積のイオンビーム２８を均一性良く引き出
すことが可能になる。

【００３１】

【発明の効果】この発明は上記のとおり構成されている
ので、次のような効果を奏する。

【００３２】請求項１の発明によれば、プラズマ室容器
内の、高周波放電によってプラズマを生成する空間が、
補助電極によって複数に分割されるので、従来構造でプ
ラズマの損失を生じていたプラズマ室容器内周辺部にお
いてプラズマを積極的に生成することができ、その結
果、プラズマ室を必要以上に大きくすることなく、プラ
ズマの均一性ひいてはそこから引き出すイオンビームの
均一性を向上させることができる。

【００３３】更には、イオンビームの均一性を向上させ
ることができる結果、イオンビームの有効利用を図るこ
とができると共に、それを例えば基板処理に用いる場
合、処理基板の特性の均一化を図ることができる。ま
た、プラズマ室を必要以上に大きくせずに済む結果、当
該高周波イオン源の小型化、それ用の電源の低容量化、
更にはそれらの低コスト化を図ることができる。

【００３４】請求項２の発明によれば、プラズマ室容器
内の、高周波放電によってプラズマを生成する空間をよ
り多数に分割することができるので、プラズマの均一性
ひいてはイオンビームの均一性をより向上させたり、よ
り大口径のプラズマ室容器を用いてより大面積のイオン
ビームを均一性良く引き出すことが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る高周波イオン源の一例をその電
源と共に示す断面図である。

【図２】図１の高周波イオン源のプラズマ室容器内にお
ける等電位面の分布を示す概略図である。

【図３】イオンビーム中のイオン電流密度分布の測定結
果の一例を示す図である。

【図４】補助電極が二つの場合の例を拡大して示す断面
図である。

【図５】従来の高周波イオン源の一例をその電源と共に
示す断面図である。

【符号の説明】

２ａ 高周波イオン源 ４ プラズマ室容器 ６ 高周波電極 １０ プラズマ室 １４ プラズマ １６ 高周波電源 ２０ 引出し電極系 ２８ イオンビーム ４０ 補助電極 ４２ 支持金具

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガスが導入される筒状のプラズマ室容器
   と、その背面部を絶縁碍子を介して蓋をする高周波電極
   とを備え、両者間に高周波電力を供給して高周波放電に
   よって前記ガスを電離させてプラズマ室容器内にプラズ
   マを生成し、このプラズマから引出し電極系によってイ
   オンビームを引き出す構成の高周波イオン源において、
   前記プラズマ室容器内に、それと同電位であって筒状の
   補助電極をプラズマ室容器とほぼ同軸状に設けたことを
   特徴とする高周波イオン源。
2. 【請求項２】 互いに大きさの異なる複数の前記補助電
   極を前記プラズマ室容器に対してほぼ同軸状に設けてい
   る請求項１記載の高周波イオン源。