JPH0945255A - Microwave ion source - Google Patents

Microwave ion source

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JPH0945255A
JPH0945255A JP7190851A JP19085195A JPH0945255A JP H0945255 A JPH0945255 A JP H0945255A JP 7190851 A JP7190851 A JP 7190851A JP 19085195 A JP19085195 A JP 19085195A JP H0945255 A JPH0945255 A JP H0945255A
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JP
Japan
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plasma chamber
microwave
plasma
ion source
ion
Prior art date
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Application number
JP7190851A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masayasu Tanjiyou
正安 丹上
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Nissin Electric Co Ltd
Original Assignee
Nissin Electric Co Ltd
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Publication date
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  • Electron Sources, Ion Sources (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent the leak of a microwave from an ion source, when the size of a plasma chamber is made larger than a critical value, by providing a specific member, in the ion source having constitution where sputter voltage is applied between the plasma chamber and an ion drawing part. SOLUTION: This ion source is provided with a conductive waveguide member 13 and a conductive choke groove member 16. The member 13 abuts on an ion drawing part 2 at one end part to be provided so as to surround the outer wall surface of a plasma chamber (P) 1 main body to transmit a microwave, passed through an insulating member 7, along the outer wall surface of the P:1 main body. The member 16 is provided on the outer surface of the P:1 main body to be connected to the member 13 at a given interval with the other end part of the member 13 in between to reflect the microwave, guided by the member 13 to be transmitted along the outer wall surface of the Pal main body, by a bottom surface 16a. The depth L1 of the groove of the member 16 is set so that the wave length λg can be (1/4+N/2) λg, (n: 0, an positive integer), where L1 : the depth of the groove of the member 16, λg: the frequency length of microwave to be transmitted.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばイオン注入
装置などに供され、マイクロ波放電によってプラズマを
生成してそのプラズマからイオンを引き出すイオン源に
関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ion source that is used, for example, in an ion implantation apparatus and that generates plasma by microwave discharge and extracts ions from the plasma.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、元素をプラズマ化し、プラズマ中
のイオンをイオンビームとして引き出すイオン源は、イ
オン注入装置をはじめとして様々な分野に利用されてい
る。このイオン源には、ECR(Electron Cyclotron R
esonance)イオン源などのマイクロ波型や、フリーマン
イオン源などのPIG(Penning Ionization Gauge)型
といった多くの種類が存在しており、これらの各種のイ
オン源は、必要とされるイオン種やエネルギー、電流な
どに応じて最適の機種が使い分けられるようになってい
る。
2. Description of the Related Art In recent years, ion sources for converting elements into plasma and extracting ions in the plasma as ion beams have been used in various fields including an ion implantation apparatus. This ion source is equipped with ECR (Electron Cyclotron R
There are many types such as microwave type such as esonance) ion source and PIG (Penning Ionization Gauge) type such as Freeman ion source. These various ion sources are required to have required ion species and energy, The most suitable model can be used according to the current.

【0003】例えばフリーマンイオン源などのフィラメ
ントを有するイオン源の場合、当該フィラメントの消耗
によって比較的寿命が短く、保守を頻繁に行う必要があ
る。これに対して、マイクロ波を利用したECRイオン
源などでは、フィラメントを使用しないため比較的寿命
が長いという特徴がある。以下に、ECRイオン源を例
に挙げてその構成を説明する。
For example, in the case of an ion source having a filament such as a Freeman ion source, the life of the ion source is relatively short due to the consumption of the filament, and frequent maintenance is required. On the other hand, an ECR ion source using microwaves has a characteristic that it has a relatively long life because it does not use a filament. The structure of the ECR ion source will be described below as an example.

【0004】図3に示すように、上記ECRイオン源
は、図示しないマグネトロンから出力されたマイクロ波
を、導波管50、マイクロ波導入ロッド53、およびウ
インドウ(マイクロ波導入窓)54を介してプラズマチ
ャンバ51の内部に導入し、電子サイクロトロン共鳴
(ECR)条件の磁場中でマイクロ波放電を生じさせ、
図示しないガスフィードスルーを通して内部に導入され
ているガス状のイオン源物質をプラズマ化させるように
なっている。
As shown in FIG. 3, the ECR ion source described above outputs microwaves output from a magnetron (not shown) through a waveguide 50, a microwave introducing rod 53, and a window (microwave introducing window) 54. It is introduced into the plasma chamber 51 to generate microwave discharge in a magnetic field under electron cyclotron resonance (ECR) conditions,
A gaseous ion source material introduced inside through a gas feedthrough (not shown) is turned into plasma.

【0005】また、プラズマチャンバ51の熱がプラズ
マチャンバ51を収納しているイオン源チャンバ61に
輻射によって伝達されるのを抑制するため、プラズマチ
ャンバ51の周囲は、バネフック59の付勢力にて一端
がプラズマチャンバ51に引っ掛けられた状態で取り付
けられた熱シールド部材58にて覆われている。
Further, in order to suppress the heat of the plasma chamber 51 from being transferred to the ion source chamber 61 housing the plasma chamber 51 by radiation, the periphery of the plasma chamber 51 is temporarily urged by a spring hook 59. Are covered with a heat shield member 58 attached to the plasma chamber 51 in a hooked state.

【0006】また、上記プラズマチャンバ51内でプラ
ズマが生成された後、該プラズマチャンバ51とその外
部に設けられた引出電極系60との間に高電圧(引出し
電圧)を印加して電界を生じさせることにより、プラズ
マチャンバ51のプラズマスリット52からイオンが引
き出され、イオンビームが形成されるようになってい
る。このようにして形成されたイオンビームは、例えば
イオン注入などの処理に用いられる。
After the plasma is generated in the plasma chamber 51, a high voltage (extraction voltage) is applied between the plasma chamber 51 and the extraction electrode system 60 provided outside the plasma chamber 51 to generate an electric field. By doing so, ions are extracted from the plasma slit 52 of the plasma chamber 51, and an ion beam is formed. The ion beam thus formed is used for processing such as ion implantation.

【0007】上記プラズマチャンバ51の内壁はBNな
どの誘電体からなるライナ55で覆われている。これ
は、もしも導電性のプラズマチャンバ51の内壁が誘電
体で覆われていなければ、プラズマ形成物質によるスパ
ッタによってチャンバ内壁から飛び出した導電性物質が
ウインドウ54にも付着し、マイクロ波が反射されてプ
ラズマチャンバ51内にマイクロ波電力が供給されなく
なってしまうといった不都合が生じるからである。
The inner wall of the plasma chamber 51 is covered with a liner 55 made of a dielectric material such as BN. This is because if the inner wall of the conductive plasma chamber 51 is not covered with a dielectric material, the conductive material jumped out from the inner wall of the chamber due to the sputtering by the plasma-forming substance adheres to the window 54 and the microwave is reflected. This is because the microwave power cannot be supplied to the plasma chamber 51.

【0008】しかしながら、例えばBF3 ガスのような
腐食性のガスをイオン源物質として使用してプラズマを
生成すると、プラズマチャンバ51の内壁を形成するラ
イナ55がプラズマ形成物質によってエッチングされる
ことになり、その結果発生する物質がプラズマスリット
52のイオン引出孔52a付近に付着して目詰まりを起
こし、ビームが引き出せなくなるという不都合が生じ
る。
However, when a corrosive gas such as BF 3 gas is used as an ion source material to generate plasma, the liner 55 forming the inner wall of the plasma chamber 51 is etched by the plasma forming material. However, the resulting substance adheres to the vicinity of the ion extraction hole 52a of the plasma slit 52 to cause clogging, which causes a problem that the beam cannot be extracted.

【0009】上記の不都合を回避するために、従来で
は、プラズマスリット52を誘電体よりなる絶縁リング
56にてプラズマチャンバ51の本体とは電気的に絶縁
し、且つ、スパッタ電源57にてプラズマスリット52
をイオン源基準電位(プラズマチャンバ51の電位)よ
りも負電位におくことにより、プラズマ中のイオンをプ
ラズマスリット52に積極的に衝突させてプラズマスリ
ット52への付着物を取り除き、イオン源の長寿命を確
保するという構成が取られている。
In order to avoid the above inconvenience, conventionally, the plasma slit 52 is electrically insulated from the main body of the plasma chamber 51 by an insulating ring 56 made of a dielectric material, and the plasma slit 52 is supplied by a sputtering power source 57. 52
Is set to a negative potential higher than the ion source reference potential (potential of the plasma chamber 51), the ions in the plasma are positively collided with the plasma slit 52 to remove deposits on the plasma slit 52, and It is configured to ensure a long life.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】ところで、プラズマチ
ャンバ51内にプラズマが発生している場合は、マイク
ロ波がプラズマ内を伝搬して吸収されるが、プラズマが
発生していない場合(例えば、ガスを導入していないと
きなどにマイクロ波を導入した場合)は、マイクロ波が
プラズマチャンバ51内を伝搬することになる。この場
合、上記の構成では、プラズマチャンバ51のサイズ
(内径)がマイクロ波の遮断波長によって決まる臨界値
よりも大きければ、プラズマチャンバ51内を伝搬する
マイクロ波が、絶縁リング56からチャンバ外へと漏れ
出してしまう。
By the way, when plasma is generated in the plasma chamber 51, microwaves are propagated and absorbed in the plasma, but when plasma is not generated (for example, gas In the case where the microwaves are introduced when, for example, is not introduced), the microwaves propagate in the plasma chamber 51. In this case, in the above configuration, if the size (inner diameter) of the plasma chamber 51 is larger than the critical value determined by the cutoff wavelength of the microwaves, the microwaves propagating in the plasma chamber 51 travel from the insulating ring 56 to the outside of the chamber. It will leak out.

【0011】もし、プラズマチャンバ51から漏れたマ
イクロ波が、イオン源チャンバ61に設けられた絶縁ガ
イシ62などから外部へ漏れ出すと、イオン源の周辺に
ある電源・制御系のノイズとなる。さらに、イオン源チ
ャンバを囲むようにして設けられたシールドキャビネッ
ト(図示せず)の扉が開いていれば、その外までもマイ
クロ波が漏れ出すことにもなり兼ねない。
If the microwave leaking from the plasma chamber 51 leaks to the outside from the insulating insulator 62 provided in the ion source chamber 61, it becomes noise of the power supply / control system around the ion source. Furthermore, if the door of a shield cabinet (not shown) provided so as to surround the ion source chamber is opened, microwaves may leak to the outside.

【0012】そこで、上記従来のイオン源では、プラズ
マチャンバ51からのマイクロ波の漏れを防止するた
め、プラズマチャンバ51のサイズを、マイクロ波の遮
断波長によって決まる臨界値以下にする必要がある。
Therefore, in the above-mentioned conventional ion source, in order to prevent the microwave from leaking from the plasma chamber 51, the size of the plasma chamber 51 needs to be equal to or less than a critical value determined by the cutoff wavelength of the microwave.

【0013】例えば、円筒形のプラズマチャンバ51の
場合、2.45GHzのマイクロ波(TE11モードで伝搬
するものとする)を用いたときには、マイクロ波の波長
λ=12.2cmであるので、プラズマチャンバ51のサ
イズは内径7.16cm以下に制限される。
For example, in the case of a cylindrical plasma chamber 51, when a microwave of 2.45 GHz (which propagates in the TE 11 mode) is used, the wavelength of the microwave is λ = 12.2 cm. The size of the chamber 51 is limited to an inner diameter of 7.16 cm or less.

【0014】このように、上記従来の構成では、上記の
制限によってプラズマチャンバ51のサイズを大きくで
きないので、スリット状のイオン引出孔52aの長手方
向の幅もおのずと制限され、この構造上(設計上)の制
限によってプラズマチャンバ51から引き出すビーム量
が制限されてしまうという問題がある。
As described above, in the above-mentioned conventional structure, the size of the plasma chamber 51 cannot be increased due to the above-mentioned limitation, and therefore the width of the slit-shaped ion extraction hole 52a in the longitudinal direction is naturally limited. There is a problem that the amount of the beam extracted from the plasma chamber 51 is limited due to the restriction of (1).

【0015】また、上記従来の構成では、絶縁リング5
6が外部に露出しているので、この部分が汚染され易
い。これは、プラズマチャンバ51の外部には、プラズ
マチャンバ51より引き出されたイオンの一部が引出電
極系60などに衝突することによって発生した導電性の
粒子が存在するからである。長時間の使用により、絶縁
リング56の表面が汚染されてプラズマスリット52が
他の構造物に短絡すれば、プラズマスリット52とプラ
ズマチャンバ51本体との間の電位差が確保できなくな
り、プラズマスパッタによるクリーニング効果の低下を
招来する。
Further, in the above-mentioned conventional structure, the insulating ring 5 is used.
Since 6 is exposed to the outside, this portion is easily contaminated. This is because outside the plasma chamber 51, there are conductive particles generated by a part of the ions extracted from the plasma chamber 51 colliding with the extraction electrode system 60 and the like. If the surface of the insulating ring 56 is contaminated due to long-term use and the plasma slit 52 is short-circuited to another structure, a potential difference between the plasma slit 52 and the plasma chamber 51 main body cannot be secured, and cleaning by plasma sputtering is performed. The effect will be reduced.

【0016】本発明は、上記に鑑みてなされたものであ
り、その目的は、プラズマチャンバ本体とイオン引出部
(プラズマスリット52)との間にスパッタ電圧を印加
する構成のプラズマチャンバを備えたイオン源におい
て、プラズマチャンバのサイズを臨界値よりも大きくし
た場合でも、マイクロ波がイオン源より漏れるのを防止
することができるマイクロ波型イオン源を提供すること
にある。また、本発明のその他の目的は、絶縁部材(絶
縁リング56)の表面の汚染を防止し、長期間安定した
プラズマスパッタによるクリーニング効果が得られるマ
イクロ波型イオン源を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to provide an ion having a plasma chamber configured to apply a sputtering voltage between the plasma chamber main body and the ion extracting portion (plasma slit 52). It is an object of the present invention to provide a microwave ion source capable of preventing microwaves from leaking from the ion source even when the size of the plasma chamber in the source is made larger than a critical value. Another object of the present invention is to provide a microwave ion source capable of preventing the surface of the insulating member (insulating ring 56) from being contaminated and providing a stable cleaning effect by plasma sputtering for a long period of time.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】本発明に係るマイクロ波
型イオン源は、プラズマ中のイオンを外部へ引き出すた
めのイオン引出孔が穿設されている導電性のイオン引出
部を有し、内部でマイクロ波放電によってプラズマを生
成するためのプラズマチャンバを備え、内壁面が誘電体
で覆われた導電性のプラズマチャンバ本体とイオン引出
部とが絶縁部材によって電気的に絶縁されており、プラ
ズマチャンバ本体とイオン引出部との間にスパッタ電圧
が印加されるものであって、上記の課題を解決するため
に、以下の手段が講じられていることを特徴としてい
る。
A microwave type ion source according to the present invention has a conductive ion extraction portion having an ion extraction hole for extracting ions in plasma to the outside, and has an internal structure. In the plasma chamber, a plasma chamber for generating plasma by microwave discharge is provided, and the conductive plasma chamber main body whose inner wall surface is covered with a dielectric and the ion extracting portion are electrically insulated by an insulating member. A sputtering voltage is applied between the main body and the ion extracting portion, and the following means are taken to solve the above problems.

【0018】すなわち、上記マイクロ波型イオン源は、
一端部が上記イオン引出部に当接すると共に、プラズマ
チャンバ本体の外壁面を取り囲むようにして設けられ、
上記絶縁部材を通り抜けたマイクロ波をプラズマチャン
バ本体の外壁面に沿って伝搬させる導電性の導波部材
と、上記プラズマチャンバの外壁面に設けられ、上記導
波部材の他端部との間に所定の間隔をあけて当該導波部
材と接続され、導波部材に導かれてプラズマチャンバ本
体の外壁面に沿って伝搬するマイクロ波を底面で反射す
る導電性のチョーク溝部材とを備え、上記チョーク溝部
材の溝の深さは、導波部材に導かれてプラズマチャンバ
本体の外壁面に沿って伝搬するマイクロ波の波長をλg
とすると、略、 (1/4+n/2)λg ただし、nは0または正の整数 になるように設定されている。
That is, the microwave ion source is
The one end is in contact with the ion extracting part, and is provided so as to surround the outer wall surface of the plasma chamber body,
Between the conductive waveguide member for propagating the microwave passing through the insulating member along the outer wall surface of the plasma chamber body and the other end portion of the waveguide member provided on the outer wall surface of the plasma chamber. A conductive choke groove member that is connected to the waveguide member at a predetermined interval, is guided by the waveguide member, and reflects microwaves propagating along the outer wall surface of the plasma chamber body at the bottom surface; The groove depth of the choke groove member is λg, which is the wavelength of the microwave guided by the waveguide member and propagating along the outer wall surface of the plasma chamber body.
Then, approximately (1/4 + n / 2) λg, where n is set to 0 or a positive integer.

【0019】上記の構成において、プラズマチャンバの
サイズをマイクロ波の遮断波長によって決まる臨界値よ
りも大きく設計した場合を考えると、プラズマが発生し
ていないときにマイクロ波をプラズマチャンバ内に導入
すれば、マイクロ波がプラズマチャンバ内を伝搬し、絶
縁部材を通り抜けてチャンバ外へ出る。絶縁部材を通り
抜けたマイクロ波は、イオン引出部に当接し、且つ、プ
ラズマチャンバ本体の外壁面を取り囲むようにして設け
られた導波部材に導かれ、プラズマチャンバ本体の外壁
面に沿って伝搬する。そして、この導波部材に導かれて
伝搬するマイクロ波は、上記導波部材の端部に接続され
た導電性のチョーク溝部材の底面で反射される。このた
め、チョーク溝部材の中およびプラズマチャンバの外周
壁と導波部材との間のマイクロ波の導波路において、定
在波が立つ。
Considering the case where the size of the plasma chamber is designed to be larger than the critical value determined by the cutoff wavelength of microwaves in the above configuration, if microwaves are introduced into the plasma chamber when plasma is not generated. , Microwaves propagate in the plasma chamber, pass through the insulating member, and go out of the chamber. The microwaves passing through the insulating member are guided to the waveguide member provided so as to contact the ion extracting portion and surround the outer wall surface of the plasma chamber body, and propagate along the outer wall surface of the plasma chamber body. . The microwave guided and propagated in the waveguide member is reflected by the bottom surface of the conductive choke groove member connected to the end of the waveguide member. Therefore, a standing wave is generated in the choke groove member and in the microwave waveguide between the outer peripheral wall of the plasma chamber and the waveguide member.

【0020】上記の定在波は、チョーク溝部材の底面を
反射端としてそこより(1/4+n/2)λg だけ離れ
た各点(nは0または正の整数)で、電流が最小(電流
の節)となる。チョーク溝部材の溝の深さは、略(1/
4+n/2)λg に設定されており、したがって、電流
が最小となる点付近に導波部材とチョーク溝部材との接
続部(両者の端部間には所定の間隔が設けられている)
がくるので、この接続部の隙間からマイクロ波が外部へ
漏れ出ることを防止することができる。すなわち、導波
部材とチョーク溝部材との接続は、いわゆるチョーク結
合と考えることができる。
The above standing wave has a minimum current (current of 0 or a positive integer) at each point (n is 0 or a positive integer) distant from the bottom surface of the choke groove member by a reflection end by (1/4 + n / 2) λg. Section). The groove depth of the choke groove member is approximately (1 /
4 + n / 2) .lamda.g, and therefore the connection between the waveguide member and the choke groove member is provided near the point where the current is minimum (a predetermined interval is provided between both ends).
Therefore, it is possible to prevent the microwave from leaking to the outside from the gap of the connecting portion. That is, the connection between the waveguide member and the choke groove member can be considered as so-called choke coupling.

【0021】尚、スパッタ電圧の印加中は、導波部材は
イオン引出部に当接しているのでイオン引出部と同電
位、一方チョーク溝部材はプラズマチャンバ本体に設け
られているのでプラズマチャンバ本体と同電位になる。
このような電位状態の確保は、導波部材とチョーク溝部
材との接続部に所定の間隔が設けられているために可能
となっている。
While the sputtering voltage is being applied, the waveguide member is in contact with the ion extracting portion and therefore has the same potential as the ion extracting portion. On the other hand, the choke groove member is provided in the plasma chamber main body and therefore the plasma chamber main body. It becomes the same potential.
Such a potential state can be ensured because a predetermined space is provided at the connecting portion between the waveguide member and the choke groove member.

【0022】そして、導波部材がイオン引出部に当接す
ると共にプラズマチャンバ本体の外壁面を取り囲むよう
にして設けられていることから、絶縁部材が外部に露出
していない。このため、絶縁部材の表面の汚染を防止す
ることができるので、プラズマチャンバ本体とイオン引
出部との間の電位差(スパッタ電圧)を確実に確保で
き、長時間安定したプラズマスパッタによるクリーニン
グ効果が期待できる。
Since the waveguide member is provided so as to abut the ion extracting portion and surround the outer wall surface of the plasma chamber body, the insulating member is not exposed to the outside. Therefore, since the surface of the insulating member can be prevented from being contaminated, the potential difference (sputtering voltage) between the plasma chamber main body and the ion extracting part can be reliably ensured, and the cleaning effect by stable plasma sputtering is expected for a long time. it can.

【0023】上記のように本イオン源では、プラズマチ
ャンバのサイズを臨界値よりも大きくした場合でも、マ
イクロ波がイオン源より漏れるのを防止することがで
き、且つ、プラズマチャンバ本体とイオン引出部との間
にスパッタ電圧を印加することも可能である。
As described above, in the present ion source, microwaves can be prevented from leaking from the ion source even when the size of the plasma chamber is made larger than the critical value, and the plasma chamber main body and the ion extracting portion can be prevented. It is also possible to apply a sputter voltage between and.

【0024】[0024]

【発明の実施の形態】発明の実施の一形態について図1
および図2に基づいて説明すれば、以下の通りである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 shows an embodiment of the invention.
The following is a description with reference to FIG.

【0025】本実施形態に係るマイクロ波型イオン源
は、電子サイクロトロン共鳴条件の磁場中でマイクロ波
放電を生じさせてプラズマを生成し、このプラズマから
イオンをビームとして引き出すECRイオン源であり、
例えばイオン注入装置等のイオンビーム応用装置に適用
される。
The microwave type ion source according to the present embodiment is an ECR ion source that generates a plasma by generating a microwave discharge in a magnetic field under the electron cyclotron resonance condition, and extracts ions from the plasma as a beam.
For example, it is applied to an ion beam application device such as an ion implantation device.

【0026】上記イオン源は、例えば2.45GHzのマ
イクロ波を出力するマグネトロンと、このマグネトロン
を作動させるマグネトロン電源とを有しており、図1に
示すように、マグネトロンが発生したマイクロ波は、導
波管6およびセラミックなどの誘電体よりなるマイクロ
波導入ロッド3によって円筒状のプラズマチャンバ1へ
と導かれる。
The above ion source has, for example, a magnetron that outputs a microwave of 2.45 GHz and a magnetron power supply that operates this magnetron. As shown in FIG. 1, the microwave generated by the magnetron is It is guided to the cylindrical plasma chamber 1 by the waveguide 6 and the microwave introducing rod 3 made of a dielectric material such as ceramics.

【0027】上記のプラズマチャンバ1は、その内部が
イオン源物質をプラズマ化するためのプラズマ生成室に
なっており、各種イオン源物質をその内部に導入するた
めのガスフィードスルー(図示せず)が接続されてい
る。上記ガスフィードスルーには、BF3 等のガス状の
イオン源物質を供給するためのガスボックスまたは金属
等の固体イオン源物質を蒸気化する固体オーブンが接続
されている。
The inside of the plasma chamber 1 is a plasma generation chamber for converting the ion source substance into plasma, and a gas feedthrough (not shown) for introducing various ion source substances into the inside thereof. Are connected. A gas box for supplying a gaseous ion source substance such as BF 3 or a solid oven for vaporizing a solid ion source substance such as metal is connected to the gas feedthrough.

【0028】上記プラズマチャンバ1のマイクロ波導入
ロッド3と接続される壁面には、BN等の誘電体よりな
るウインドウ4が配設されている。このウインドウ4
は、マイクロ波導入ロッド3を通ってきたマイクロ波を
プラズマチャンバ1内に導入させるものである。
A window 4 made of a dielectric material such as BN is provided on the wall surface of the plasma chamber 1 connected to the microwave introducing rod 3. This window 4
Is to introduce the microwave that has passed through the microwave introducing rod 3 into the plasma chamber 1.

【0029】上記プラズマチャンバ1の外壁部はステン
レスやモリブデン等の金属により形成されていると共
に、その内側が電気絶縁性の高いBNからなるBNライ
ナ5によって被われている。
The outer wall of the plasma chamber 1 is formed of a metal such as stainless steel or molybdenum, and the inside thereof is covered with a BN liner 5 made of BN having high electric insulation.

【0030】上記プラズマチャンバ1のウインドウ4と
対向する壁面は、スリット状のイオン引出孔2aが穿設
されたプラズマスリット2(イオン引出部)にて形成さ
れており、このプラズマスリット2は、BNなどからな
る絶縁リング7(絶縁部材)によってプラズマチャンバ
1の本体と電気的に絶縁されている。そして、上記プラ
ズマスリット2がプラズマチャンバ1本体側よりも負電
位になるように、スパッタ電源11の正極端子がプラズ
マチャンバ1の本体に、その負極端子が何れも導電性の
バネフック12および熱シールド部材13(導波部材)
を介してプラズマスリット2にそれぞれ接続されてい
る。
The wall surface of the plasma chamber 1 facing the window 4 is formed with a plasma slit 2 (ion extraction portion) having a slit-shaped ion extraction hole 2a formed therein. It is electrically insulated from the main body of the plasma chamber 1 by an insulating ring 7 (insulating member) including the above. Then, the positive electrode terminal of the sputtering power source 11 is in the main body of the plasma chamber 1 and the negative electrode terminals are both conductive spring hooks 12 and heat shield members so that the plasma slit 2 has a negative potential than the main body side of the plasma chamber 1. 13 (waveguide member)
Are connected to the plasma slits 2 respectively.

【0031】上記スパッタ電源11の印加電圧(プラズ
マスリット2とプラズマチャンバ1本体との電位差)
は、プラズマスリット2に付着物が堆積する速度とスパ
ッタリングによって付着物が削り取られる速度とがほぼ
平衡となるように設定することが望ましく、通常、0.1
〜2.0kV程度である。
Voltage applied to the sputtering power source 11 (potential difference between the plasma slit 2 and the main body of the plasma chamber 1)
Is preferably set so that the speed at which the deposits are deposited on the plasma slit 2 and the speed at which the deposits are scraped off by sputtering are approximately in equilibrium.
It is about 2.0 kV.

【0032】上記熱シールド部材13は、高融点金属か
らなり、プラズマチャンバ1の径よりも大きな径を有す
る円筒状に形成されており、プラズマチャンバ1の周囲
を覆ってプラズマチャンバ1の熱がイオン源チャンバ1
5側へ輻射によって伝達されるのを抑制し、プラズマチ
ャンバ1の温度を高温に保持する保温機能を有する。こ
の円筒状の熱シールド部材13の一端には、プラズマチ
ャンバ1の径よりも小さな内径を有し、プラズマスリッ
ト2の端部2bに当接する係止部13aが形成されてい
る。また、熱シールド部材13の他端側の外壁面には、
バネフック12のフック部12aが係止される複数の突
起13b…が突設されている。
The heat shield member 13 is made of a refractory metal and is formed in a cylindrical shape having a diameter larger than that of the plasma chamber 1. The heat of the plasma chamber 1 is covered with ions by covering the periphery of the plasma chamber 1. Source chamber 1
It has a heat retaining function of suppressing the transmission to the 5 side by radiation and keeping the temperature of the plasma chamber 1 at a high temperature. A locking portion 13a having an inner diameter smaller than that of the plasma chamber 1 and abutting against the end portion 2b of the plasma slit 2 is formed at one end of the cylindrical heat shield member 13. Further, on the outer wall surface on the other end side of the heat shield member 13,
A plurality of protrusions 13b ... With which the hook portion 12a of the spring hook 12 is locked are projected.

【0033】上記熱シールド部材13は、その突起13
b…に引っ掛けられた複数のバネフック12…にて同図
中に矢印Xで示す方向に付勢され、その係止部13aが
プラズマスリット2の端部2bに当接して係止し、これ
にてプラズマチャンバ1と同軸状に取り付けられる。
The heat shield member 13 has protrusions 13
are urged in the direction indicated by arrow X in the figure by a plurality of spring hooks 12 hooked on b ..., and the engaging portion 13a abuts against the end 2b of the plasma slit 2 and engages with it. And is mounted coaxially with the plasma chamber 1.

【0034】尚、熱シールド部材13がスパッタ電圧を
印加するための導入端子の機能を兼ね備えているので、
上記バネフック12のフック部12aとは反対側の端部
は、絶縁支持部14にてイオン源チャンバ15とは電気
的に絶縁された状態で固定されている。但し、バネフッ
ク12の1つは、絶縁支持部14を貫通して上記スパッ
タ電源11に接続されている。
Since the heat shield member 13 also has the function of an introduction terminal for applying a sputtering voltage,
An end portion of the spring hook 12 opposite to the hook portion 12a is fixed by an insulating support portion 14 while being electrically insulated from the ion source chamber 15. However, one of the spring hooks 12 penetrates the insulating support portion 14 and is connected to the sputter power supply 11.

【0035】上記のように熱シールド部材13がプラズ
マチャンバ1と同軸状に取り付けられた状態では、絶縁
リング7からプラズマチャンバ1の外へ漏れ出したマイ
クロ波は、プラズマチャンバ1の外周壁と熱シールド部
材13の内周壁との間を伝搬するようになる。これは、
図2に示すように、プラズマチャンバ1を円筒導波管と
考えた場合にその外側に同軸線路が形成されてなる同軸
導波管とみなせ、この同軸導波管に蓋20をしたものと
想定することができる。
In the state where the heat shield member 13 is coaxially attached to the plasma chamber 1 as described above, the microwave leaking from the insulating ring 7 to the outside of the plasma chamber 1 is heated by the outer peripheral wall of the plasma chamber 1 and heat. It propagates between the inner peripheral wall of the shield member 13. this is,
As shown in FIG. 2, when the plasma chamber 1 is considered as a cylindrical waveguide, it can be regarded as a coaxial waveguide having a coaxial line formed on the outside thereof, and it is assumed that the coaxial waveguide is covered with a lid 20. can do.

【0036】そして、図1に示すように、上記プラズマ
チャンバ1の外周壁には、プラズマチャンバ1の外周壁
と熱シールド部材13の内周壁との間の同軸線路を伝搬
してきたマイクロ波の外部への漏れを防止するためのチ
ョーク溝部材16が設けられている。このチョーク溝部
材16は、上記熱シールド部材13と略同じ外径を有
し、その一端が熱シールド部材13の端部と所定の間隔
を保って接続され(この接続部は、チョーク結合的接続
により、機械的には不連続であるが、マイクロ波の経路
としては連続している)、その他端が閉塞されて反射端
16aを形成している。
Then, as shown in FIG. 1, on the outer peripheral wall of the plasma chamber 1, outside of the microwave propagated through the coaxial line between the outer peripheral wall of the plasma chamber 1 and the inner peripheral wall of the heat shield member 13. A choke groove member 16 is provided to prevent leakage to the. The choke groove member 16 has substantially the same outer diameter as the heat shield member 13, and one end of the choke groove member 16 is connected to the end portion of the heat shield member 13 with a predetermined gap (this connecting portion is a choke coupling connection). Therefore, although it is mechanically discontinuous, it is continuous as a microwave path), and the other end is closed to form a reflection end 16a.

【0037】上記のように、熱シールド部材13とチョ
ーク溝部材16との接続部とに隙間(絶縁破壊距離以上
の間隔)が設けられているので、上記熱シールド部材1
3をプラズマスリット2の電位、チョーク溝部材16を
その電位とは異なるプラズマチャンバ1本体の電位にす
ることができる。
As described above, since there is a gap (a gap greater than the dielectric breakdown distance) between the connection portion between the heat shield member 13 and the choke groove member 16, the heat shield member 1 is provided.
3 can be set to the potential of the plasma slit 2, and the choke groove member 16 can be set to the potential of the main body of the plasma chamber 1 different from the potential.

【0038】チョーク結合構造とするため、上記チョー
ク溝部材16のチョーク溝の深さ(マイクロ波の伝搬方
向の長さ)L1 は、プラズマチャンバ1の外周壁と熱シ
ールド部材13およびチョーク溝部材16とによって形
成される同軸線路を伝搬するマイクロ波の波長(管内波
長)をλg とすると、 L1 =(1/4+n/2)λg ・・・(1) ただし、nは0または正の整数1,2,… となる寸法におおよそ設定されている。
Since the choke coupling structure is employed, the depth (length in the microwave propagation direction) L 1 of the choke groove member 16 is determined by the outer peripheral wall of the plasma chamber 1, the heat shield member 13 and the choke groove member. Let λg be the wavelength (in-tube wavelength) of the microwave propagating through the coaxial line formed by 16 and L 1 = (1/4 + n / 2) λg (1) where n is 0 or a positive integer The dimensions are set to 1, 2, ...

【0039】尚、図3に示す従来構成のように熱シール
ド部材(58)の端部に貫通孔を穿設してそれにバネフ
ック(59)を引っ掛けるのではなく、図1に示すよう
に、熱シールド部材13の外壁面に突起13bを設けて
これにバネフック12を引っ掛けるようにしたのは、バ
ネフック12がアンテナの機能を持たないようにするた
めである(もし、熱シールド部材13の内側にバネフッ
ク12の先端が突出すれば、バネフック12がアンテナ
として働く)。
As shown in FIG. 1, the heat shield member (58) is provided with a through hole at the end thereof and a spring hook (59) is not hooked therein, unlike the conventional structure shown in FIG. The reason why the projection 13b is provided on the outer wall surface of the shield member 13 and the spring hook 12 is hooked on the projection 13b is that the spring hook 12 does not have the function of the antenna (if the spring hook 12 is inside the heat shield member 13, the spring hook 12 does not function as an antenna). If the tip of 12 projects, the spring hook 12 acts as an antenna).

【0040】また、上記プラズマチャンバ1の外部に
は、プラズマスリット2と対向する位置に引出電極系1
0が配設されている。この引出電極系10は、中央部に
ビーム通過孔8a・9aがそれぞれ形成された引出電極
8および接地電極9からなる。上記接地電極9は大地電
位に、そして、接地電極9よりもプラズマチャンバ1側
に設けられた引出電極8は、接地電極9よりも負電位に
おかれる。上記引出電極系10がプラズマチャンバ1側
よりも負電位になるような高電圧が図示しない電源より
印加されると、プラズマスリット2の周囲に強い外部電
界が形成され、この外部電界により、プラズマチャンバ
1内のイオンが引き出され、イオンビームが形成される
ようになっている。尚、上記のように、引出電極8を接
地電極9よりも負電位にすることにより、引出電極8よ
りも下流で発生した電子の逆流を防ぐことができる。
Outside the plasma chamber 1, the extraction electrode system 1 is provided at a position facing the plasma slit 2.
0 is provided. The extraction electrode system 10 is composed of a extraction electrode 8 and a ground electrode 9 each having beam passage holes 8a and 9a formed in the center thereof. The ground electrode 9 is set to the ground potential, and the extraction electrode 8 provided closer to the plasma chamber 1 than the ground electrode 9 is set to the negative potential than the ground electrode 9. When a high voltage such that the extraction electrode system 10 has a negative potential than that of the plasma chamber 1 side is applied from a power source (not shown), a strong external electric field is formed around the plasma slit 2, and the external electric field causes the plasma chamber Ions in 1 are extracted and an ion beam is formed. As described above, by setting the extraction electrode 8 to have a lower potential than the ground electrode 9, it is possible to prevent the backflow of electrons generated downstream of the extraction electrode 8.

【0041】上記プラズマチャンバ1は、図示しない真
空排気手段によって高真空状態に保持されている。ま
た、プラズマチャンバ1は、引出電極系10と共にイオ
ン源チャンバ15に収納されており、このイオン源チャ
ンバ15の内部も、図示しない真空排気手段によって高
真空状態に保持されている。尚、上記イオン源チャンバ
15には、プラズマチャンバ1を収納した高電位側と、
低電位側とを電気的に隔離するために絶縁ガイシ18が
設けられている。
The plasma chamber 1 is maintained in a high vacuum state by a vacuum exhaust means (not shown). Further, the plasma chamber 1 is housed in the ion source chamber 15 together with the extraction electrode system 10, and the inside of the ion source chamber 15 is also kept in a high vacuum state by a vacuum evacuation unit (not shown). The ion source chamber 15 has a high potential side in which the plasma chamber 1 is housed,
An insulating insulator 18 is provided to electrically isolate the low potential side.

【0042】また、プラズマチャンバ1の周囲には、ソ
レノイドコイルを備えたソースマグネット17が配設さ
れており、このソースマグネット17は、プラズマチャ
ンバ1内に、ビーム引き出し方向と略平行な電子サイク
ロトロン共鳴条件の磁場を形成するようになっている。
A source magnet 17 provided with a solenoid coil is arranged around the plasma chamber 1. The source magnet 17 has an electron cyclotron resonance in the plasma chamber 1, which is substantially parallel to the beam extraction direction. It is designed to generate a magnetic field of conditions.

【0043】上記の構成において、イオン源の動作につ
いて説明する。尚、上記プラズマチャンバ1は、マイク
ロ波の遮断波長によって決まる臨界値よりも大きいサイ
ズとなるように設計されている。
The operation of the ion source in the above structure will be described. The plasma chamber 1 is designed to have a size larger than a critical value determined by the cutoff wavelength of microwaves.

【0044】先ず、プラズマチャンバ1およびイオン源
チャンバが真空排気手段によって高真空に保持された状
態で、ソースマグネット17にてプラズマチャンバ1内
に電子サイクロトロン共鳴条件の磁場を形成し、マグネ
トロンより出力されて導波管6を通ってきたマイクロ波
をマイクロ波導入ロッド3およびウインドウ4を介して
プラズマチャンバ1内へ導入し、プラズマチャンバ1内
にガス状のイオン源物質を導入する。これにより、EC
R現象によるマイクロ波放電が生じ、プラズマチャンバ
1内に導入されているイオン源物質がプラズマ化してイ
オンが発生する。プラズマの点灯後は、プラズマチャン
バ1内に導入されたマイクロ波がプラズマに吸収され、
プラズマが維持される。その後、電界によってプラズマ
スリット2のイオン引出孔2aからプラズマチャンバ1
内のイオンを引き出してイオンビームを形成する。
First, in a state where the plasma chamber 1 and the ion source chamber are kept in a high vacuum by the vacuum exhaust means, a magnetic field of electron cyclotron resonance condition is formed in the plasma chamber 1 by the source magnet 17 and output from the magnetron. The microwave that has passed through the waveguide 6 is introduced into the plasma chamber 1 through the microwave introduction rod 3 and the window 4, and a gaseous ion source material is introduced into the plasma chamber 1. With this, EC
Microwave discharge due to the R phenomenon occurs, and the ion source material introduced into the plasma chamber 1 is turned into plasma to generate ions. After the plasma is turned on, the microwave introduced into the plasma chamber 1 is absorbed by the plasma,
The plasma is maintained. Then, an electric field is applied to the plasma chamber 1 from the ion extraction hole 2a of the plasma slit 2.
Ions are extracted to form an ion beam.

【0045】このイオン源の運転中は、プラズマチャン
バ1が高温になるが、熱シールド部材13およびチョー
ク溝部材16がプラズマチャンバ1の周囲を覆ってお
り、プラズマチャンバ1の熱がイオン源チャンバ15に
輻射するのが抑制される。
During operation of this ion source, the temperature of the plasma chamber 1 becomes high, but the heat shield member 13 and the choke groove member 16 cover the periphery of the plasma chamber 1, and the heat of the plasma chamber 1 is heated by the ion source chamber 15. Radiation to the body is suppressed.

【0046】ここで、イオン源物質としてBF3 等の腐
食性ガスを使用してプラズマを生成すると、プラズマ形
成物質によってチャンバ内壁のBNライナ5がエッチン
グされ、その結果発生するBやBN等の高融点物質が、
プラズマスリット2の内側部分に付着することになる。
そこで、BF3 等の腐食性ガスを使用してイオン源を運
転する場合、プラズマの点灯を確認した後、スパッタ電
源11を投入する。尚、プラズマ点灯の確認は、プラズ
マチャンバ1から引き出されるビームの電流(引出電
流)が所定値以上になったことで確認できる。
Here, when a plasma is generated using a corrosive gas such as BF 3 as the ion source material, the BN liner 5 on the inner wall of the chamber is etched by the plasma forming material, resulting in a high B or BN content. The melting point substance is
It will adhere to the inner part of the plasma slit 2.
Therefore, when operating the ion source using a corrosive gas such as BF 3 , the sputtering power supply 11 is turned on after confirming that the plasma is turned on. The confirmation of the plasma lighting can be confirmed by the fact that the current of the beam extracted from the plasma chamber 1 (extraction current) has become a predetermined value or more.

【0047】スパッタ電源11の投入により、プラズマ
スリット2はプラズマチャンバ1よりも負電位になり、
プラズマ中のイオンがプラズマスリット2に積極的に衝
突する。これにより、プラズマスリット2に堆積した付
着物が取り除かれる。
When the sputtering power source 11 is turned on, the plasma slit 2 has a negative potential more than that of the plasma chamber 1,
Ions in the plasma positively collide with the plasma slit 2. As a result, the deposits deposited on the plasma slit 2 are removed.

【0048】一方、プラズマが発生していない場合は、
プラズマチャンバ1内を伝搬したマイクロ波が、絶縁リ
ング7の内部を進行してプラズマチャンバ1の外周壁と
熱シールド部材13との間に回り込む。回り込んだマイ
クロ波は、プラズマチャンバ1の外周壁に沿って伝搬
し、チョーク溝部材16にて形成されるチョーク溝の底
面(反射端16a)で反射される。これにて、プラズマ
チャンバ1の外周壁と熱シールド部材13およびチョー
ク溝部材16との間の同軸線路に定在波が立つ。
On the other hand, when plasma is not generated,
The microwave propagating in the plasma chamber 1 travels inside the insulating ring 7 and wraps between the outer peripheral wall of the plasma chamber 1 and the heat shield member 13. The microwaves that have passed around propagate along the outer peripheral wall of the plasma chamber 1 and are reflected by the bottom surface (reflection end 16a) of the choke groove formed by the choke groove member 16. As a result, a standing wave stands on the coaxial line between the outer peripheral wall of the plasma chamber 1 and the heat shield member 13 and the choke groove member 16.

【0049】この定在波は、反射端16aよりλg /
4、3λg /4、…、(1/4+n/2)λg だけ離れ
た各点で、電流が最小(電流の節)となる(いわゆる開
放端の状態)。
This standing wave has a wavelength of λg /
4, 3λg / 4, ..., (1/4 + n / 2) λg at each point, the current becomes minimum (current node) (so-called open end state).

【0050】上記チョーク溝部材16のチョーク溝の深
さ(マイクロ波の伝搬方向の長さ)L1 は、上式(1)
のように、(1/4+n/2)λg に設定されており、
したがって、電流が最小となる点付近に熱シールド部材
13とチョーク溝部材16との接続部(隙間部分)がく
るので、この接続部の隙間からマイクロ波が外部へ漏れ
出ることを防止することができる。
The depth (length in the propagation direction of microwaves) L 1 of the choke groove of the choke groove member 16 is expressed by the above equation (1).
Is set to (1/4 + n / 2) λg,
Therefore, since the connection portion (gap portion) between the heat shield member 13 and the choke groove member 16 is located near the point where the current is minimized, it is possible to prevent the microwave from leaking to the outside from the gap of the connection portion. it can.

【0051】一例として、プラズマチャンバ1の外径2
a=9cm、熱シールド部材13の内径2b=10cm
とした場合について考える(プラズマチャンバ1の内径
は臨界値よりも大きい)。
As an example, the outer diameter 2 of the plasma chamber 1
a = 9 cm, inner diameter of heat shield member 13 2 b = 10 cm
Consider the case (the inner diameter of the plasma chamber 1 is larger than the critical value).

【0052】2.45GHzのマイクロ波(TE11モード
で伝搬するものとする)を用いたときには、マイクロ波
の波長λ=12.2cmである。また、プラズマチャンバ
1の外周壁と熱シールド部材13およびチョーク溝部材
16との間を伝搬するマイクロ波の管内波長λg は、次
式(2)にて示される。
When a microwave of 2.45 GHz (which propagates in the TE 11 mode) is used, the wavelength of the microwave is λ = 12.2 cm. Further, the in-tube wavelength λg of the microwave propagating between the outer peripheral wall of the plasma chamber 1 and the heat shield member 13 and the choke groove member 16 is expressed by the following equation (2).

【0053】 λg =λ/[1−{λ/π(a+b)}2 1/2 ・・・(2) λ=12.2cm、a=4.5cm、b=5cmより、上式
(2)の管内波長λgは、約13.4cmとなる。
Λg = λ / [1- {λ / π (a + b)} 2 ] 1/2 ... (2) From λ = 12.2 cm, a = 4.5 cm, b = 5 cm, the above equation (2 The in-tube wavelength λg is about 13.4 cm.

【0054】上式(1)においてn=0、すなわちL1
=λg /4とすると、チョーク溝の深さL1 は約3.3c
mとなる。
In the above equation (1), n = 0, that is, L 1
= Λg / 4, the depth L 1 of the choke groove is about 3.3c
m.

【0055】上記熱シールド部材13におけるマイクロ
波の伝搬方向の長さL2 は、チョーク結合構造にはなん
ら影響を与えるものではなく任意である。ここでは、一
例としてL2 =3λg /4とし、L2 を約10.0cmに
設定する。
The length L 2 of the heat shield member 13 in the microwave propagation direction does not affect the choke coupling structure and is arbitrary. Here, as an example, L 2 = 3λg / 4 and L 2 is set to about 10.0 cm.

【0056】上記のようにL1 とL2 とを設定したこと
により、L1 +L2 は約13.3cmとなり、熱シールド
部材13とチョーク溝部材16とでプラズマチャンバ1
の軸方向の略全体を覆って、プラズマチャンバ1の熱が
イオン源チャンバ15に輻射するのを抑制する。
By setting L 1 and L 2 as described above, L 1 + L 2 becomes about 13.3 cm, and the plasma chamber 1 is composed of the heat shield member 13 and the choke groove member 16.
The heat of the plasma chamber 1 is prevented from radiating to the ion source chamber 15 by covering substantially the entire axial direction of the.

【0057】また、従来通りプラズマチャンバ1本体と
プラズマスリット2との間にスパッタ電圧を印加するこ
とができるので、BF3 ガスなどの腐食性ガスを用いた
場合でも、BNがイオン引出孔2aの付近に堆積してこ
れを塞ぐことはなく、メンテナンス寿命が短くなること
はなかった。
Further, since the sputtering voltage can be applied between the main body of the plasma chamber 1 and the plasma slit 2 as in the conventional case, even if a corrosive gas such as BF 3 gas is used, the BN can be separated from the ion extraction hole 2a. It did not accumulate in the vicinity and block it, and the maintenance life was not shortened.

【0058】上記のように設計したイオン源において、
例えば、プラズマチャンバ1内に2.45GHz、300
Wのマイクロ波を導入し、且つ、BF3 ガスを1cc/
min導入すれば、プラズマを点灯することができる。
このイオン源において、プラズマチャンバ1内にガスを
導入せずに2.45GHz、300Wのマイクロ波のみを
導入し、絶縁ガイシ18の外側でのマイクロ波の漏れ量
を測定したら、0.5mW/cm2 以下であった。
In the ion source designed as described above,
For example, in the plasma chamber 1, 2.45 GHz, 300
W microwave is introduced and BF 3 gas is added at 1 cc /
If the plasma is introduced for a minimum of time, plasma can be turned on.
In this ion source, only a microwave of 2.45 GHz and 300 W was introduced without introducing a gas into the plasma chamber 1, and the amount of microwave leakage outside the insulating insulator 18 was measured to be 0.5 mW / cm. It was less than 2 .

【0059】これと比較するため、図3に示す従来の構
成のイオン源で上記と同サイズのプラズマチャンバを用
いて、上記と同様の条件でマイクロ波の漏れ量を測定し
たら、絶縁ガイシの外側で約10mW/cm2 ものマイ
クロ波漏れを検出した。
In order to compare with this, using a plasma chamber of the same size as the above with an ion source of the conventional configuration shown in FIG. 3, the amount of microwave leakage was measured under the same conditions as above, and the outside of the insulating insulator was measured. The microwave leakage of about 10 mW / cm 2 was detected.

【0060】これらの結果より、本実施形態のイオン源
は、マイクロ波の漏れを抑制する効果が高いことがわか
る。
From these results, it can be seen that the ion source of this embodiment has a high effect of suppressing microwave leakage.

【0061】尚、従来の構成では、プラズマチャンバの
サイズ(内径)を臨界値よりも大きく設計すれば、上記
のようにマイクロ波が多量に漏れるので、前記従来の技
術の欄に示した通り、プラズマチャンバのサイズは内径
7.16cm以下に制限されてしまい、この場合、イオン
引出孔のスリットサイズは、3mm×55mmに制限さ
れる。したがって、この従来構成のイオン源を例えばイ
オン注入装置に適用した場合、10keVのB+ ビーム
をターゲットウエハに注入する場合の最大ビーム電流は
7mA程度にとどまる。
In the conventional configuration, if the size (inner diameter) of the plasma chamber is designed to be larger than the critical value, a large amount of microwave leaks as described above. Therefore, as shown in the section of the prior art, Plasma chamber size is inner diameter
The size is limited to 7.16 cm or less, and in this case, the slit size of the ion extraction hole is limited to 3 mm × 55 mm. Therefore, when this conventional ion source is applied to, for example, an ion implanter, the maximum beam current when implanting a 10 keV B + beam into a target wafer is about 7 mA.

【0062】これに対して、図1に示す本実施態様のイ
オン源では、プラズマチャンバ1のサイズを臨界値より
も大きく設計することができるので、例えば上記のよう
にプラズマチャンバ1の外径を9cmに設計した場合、
イオン引出孔2aのスリットサイズを、3mm×75m
mにすることができる。このため、当該イオン源をイオ
ン注入装置に適用した場合、10keVのB+ ビーム1
0mAをターゲットウエハに注入することができる。
On the other hand, in the ion source of this embodiment shown in FIG. 1, since the size of the plasma chamber 1 can be designed to be larger than the critical value, for example, the outer diameter of the plasma chamber 1 is set as described above. When designed to be 9 cm,
The ion extraction hole 2a has a slit size of 3 mm x 75 m
m. Therefore, when the ion source is applied to an ion implanter, a 10 keV B + beam 1
0 mA can be injected into the target wafer.

【0063】以上のように、本実施形態のマイクロ波型
イオン源は、一端部がプラズマスリット2に当接すると
共に、プラズマチャンバ1本体の外壁面を取り囲むよう
にして設けられ、絶縁リング7を通り抜けたマイクロ波
をプラズマチャンバ1本体の外壁面に沿って伝搬させる
導電性の導波部材としての熱シールド部材13と、この
熱シールド部材13の他端部との間に所定の間隔をあけ
てチョーク結合的に接続され、マイクロ波を底面で反射
する導電性のチョーク溝部材16とを備え、チョーク溝
の深さを、略、(1/4+n/2)λg (ただし、nは
0または正の整数)になるように設定してなる構成であ
る。
As described above, the microwave ion source of this embodiment is provided so that one end thereof abuts on the plasma slit 2 and surrounds the outer wall surface of the main body of the plasma chamber 1, and passes through the insulating ring 7. And a heat shield member 13 as a conductive wave guide member for propagating microwaves along the outer wall surface of the main body of the plasma chamber 1 and the other end of the heat shield member 13 with a predetermined gap therebetween. And a conductive choke groove member 16 that is connected in a coupled manner and reflects microwaves on the bottom surface, and the depth of the choke groove is approximately (1/4 + n / 2) λg (where n is 0 or a positive value). It is configured so that it becomes an integer).

【0064】これにより、プラズマチャンバ1のサイズ
を臨界値よりも大きくした場合でも、マイクロ波がイオ
ン源より漏れるのを防止することができる。したがっ
て、従来よりもプラズマチャンバ1のサイズの設計の自
由度が高く、プラズマチャンバ1のサイズを大きく設計
することができ、この結果、イオン引出孔2aを大きく
してイオンビームの引き出し量を増大することができ
る。また、マイクロ波の漏れによるノイズ発生も抑制で
き、イオン源の周辺の電源・制御系の動作を妨げない。
また、マイクロ波に対するシールド効果が高いので、イ
オン源チャンバを囲むようにして設けられたシールドキ
ャビネット(図示せず)の扉が不注意に開いていても、
マイクロ波がその外まで漏れ出す量は極僅かであり、各
種インターロック機構がなくても高い安全性を有するこ
とから、インターロック機構を併用することにより安全
性に対する信頼性がさらに向上する。
As a result, even when the size of the plasma chamber 1 is made larger than the critical value, it is possible to prevent microwaves from leaking from the ion source. Therefore, the degree of freedom in designing the size of the plasma chamber 1 is higher than in the conventional case, and the size of the plasma chamber 1 can be designed to be large. As a result, the ion extraction hole 2a is enlarged to increase the extraction amount of the ion beam. be able to. Further, noise generation due to microwave leakage can be suppressed, and the operation of the power supply / control system around the ion source is not hindered.
In addition, since the shielding effect against microwaves is high, even if the door of the shield cabinet (not shown) provided so as to surround the ion source chamber is inadvertently opened,
The amount of microwaves leaking out to the outside is extremely small, and high safety is achieved even without various interlock mechanisms. Therefore, the reliability of safety is further improved by using the interlock mechanism together.

【0065】さらに、熱シールド部材13がプラズマス
リット2に当接すると共にプラズマチャンバ1本体の外
壁面を取り囲むようにして設けられていることから、絶
縁リング7が外部に露出していない。このため、絶縁リ
ング7の外側表面が汚染されることがなく、プラズマチ
ャンバ1本体とプラズマスリット2との間の電位差(ス
パッタ電圧)を確実に確保でき、長時間安定したプラズ
マスパッタによるクリーニング効果が期待できる。
Furthermore, since the heat shield member 13 is provided so as to abut the plasma slit 2 and surround the outer wall surface of the plasma chamber 1 main body, the insulating ring 7 is not exposed to the outside. Therefore, the outer surface of the insulating ring 7 is not contaminated, the potential difference (sputtering voltage) between the plasma chamber 1 main body and the plasma slit 2 can be reliably secured, and the cleaning effect by stable plasma sputtering for a long time can be obtained. Can be expected.

【0066】また、本実施形態のマイクロ波型イオン源
は、熱シールド部材13を導波部材として供用している
ので、部品点数の増加もない。
Further, since the microwave ion source of this embodiment uses the heat shield member 13 as a waveguide member, the number of parts does not increase.

【0067】また、本実施形態のマイクロ波型イオン源
は、スパッタ電圧を印加するための導入端子として導電
性の導波部材(熱シールド部材13)が供用できるの
で、図3に示す従来の構成よりもスパッタ電圧を印加す
るための配線構造が容易となる。さらに、導波部材(熱
シールド部材13)を導入端子とすることにより、従来
のように専用の導入端子を用いる必要がないので、従来
よりも導入端子と引出電極系10との間の距離も長くな
り、これらの間の放電の可能性も小さくなる。
In the microwave type ion source of this embodiment, since the conductive waveguide member (heat shield member 13) can be used as the introduction terminal for applying the sputtering voltage, the conventional structure shown in FIG. The wiring structure for applying the sputtering voltage becomes easier than that. Further, by using the waveguide member (heat shield member 13) as the introduction terminal, it is not necessary to use a dedicated introduction terminal as in the conventional case, and therefore the distance between the introduction terminal and the extraction electrode system 10 is also larger than in the conventional case. It becomes longer and the possibility of discharge between them becomes smaller.

【0068】尚、上記の実施形態では、プラズマチャン
バ1を円筒形として説明したが、方形など他の形状であ
ってもよい。勿論、マイクロ波の伝搬モードもTE11
ードには限定されない。また、本発明は、ECRイオン
源以外のマイクロ波を利用したイオン源全般に適用可能
である。上記の実施形態は、あくまでも、本発明の技術
内容を明らかにするものであって、そのような具体例に
のみ限定して狭義に解釈されるべきものではなく、本発
明の精神と特許請求の範囲内で、いろいろと変更して実
施することができるものである。
In the above embodiment, the plasma chamber 1 is described as a cylindrical shape, but it may have another shape such as a square shape. Of course, the microwave propagation mode is not limited to the TE 11 mode. Further, the present invention is applicable to all ion sources using microwaves other than the ECR ion source. The above-described embodiment is merely to clarify the technical contents of the present invention, and should not be construed in a narrow sense by limiting only to such specific examples. The spirit of the present invention and the claims Various modifications can be made within the range.

【0069】[0069]

【発明の効果】本発明のマイクロ波型イオン源は、以上
のように、一端部が上記イオン引出部に当接すると共
に、プラズマチャンバ本体の外壁面を取り囲むようにし
て設けられ、絶縁部材を通り抜けたマイクロ波をプラズ
マチャンバ本体の外壁面に沿って伝搬させる導電性の導
波部材と、上記プラズマチャンバの外壁面に設けられ、
上記導波部材の他端部との間に所定の間隔をあけて当該
導波部材と接続され、導波部材に導かれてプラズマチャ
ンバ本体の外壁面に沿って伝搬するマイクロ波を底面で
反射する導電性のチョーク溝部材とを備え、上記チョー
ク溝部材の溝の深さは、導波部材に導かれてプラズマチ
ャンバ本体の外壁面に沿って伝搬するマイクロ波の波長
をλgとすると、略、 (1/4+n/2)λg ただし、nは0または正の整数 になるように設定されている構成である。
As described above, the microwave type ion source of the present invention is provided such that one end thereof abuts on the ion extracting portion and surrounds the outer wall surface of the plasma chamber body, and passes through the insulating member. A conductive waveguide member for propagating microwaves along the outer wall surface of the plasma chamber body, and provided on the outer wall surface of the plasma chamber,
A microwave that is connected to the other end of the above-mentioned waveguide member with a predetermined gap and is guided by the waveguide member and propagates along the outer wall surface of the plasma chamber body is reflected on the bottom surface. And a conductive choke groove member, the depth of the groove of the choke groove member is approximately when the wavelength of the microwave guided by the waveguide member and propagating along the outer wall surface of the plasma chamber body is λg. , (1/4 + n / 2) λg where n is set to 0 or a positive integer.

【0070】それゆえ、プラズマチャンバのサイズを臨
界値よりも大きくした場合でも、マイクロ波がイオン源
より漏れるのを防止することができる。この結果、従来
よりもプラズマチャンバのサイズ(イオン引出孔のサイ
ズ)を大きく設計することができ、ビーム引き出し量の
増大を図ることができると共に、マイクロ波の漏れによ
るノイズ発生を抑制できる、安全性に対する信頼性が高
いなどの効果を奏する。さらに、絶縁部材の外側表面の
汚染を防止し、長時間安定したプラズマスパッタによる
クリーニング効果が得られるという効果を併せて奏す
る。
Therefore, even when the size of the plasma chamber is made larger than the critical value, it is possible to prevent microwaves from leaking from the ion source. As a result, the size of the plasma chamber (size of the ion extraction hole) can be designed larger than before, the amount of beam extraction can be increased, and noise generation due to microwave leakage can be suppressed. It has effects such as high reliability. Further, it also has an effect of preventing contamination of the outer surface of the insulating member and obtaining a cleaning effect by stable plasma sputtering for a long time.

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

【図1】本発明の一実施形態を示すものであり、マイク
ロ波型イオン源の概略の横断面図である。
FIG. 1 shows an embodiment of the present invention and is a schematic cross-sectional view of a microwave ion source.

【図2】上記マイクロ波型イオン源のプラズマチャンバ
を同軸導波管とみなして模式的に示した説明図である。
FIG. 2 is an explanatory view schematically showing the plasma chamber of the microwave ion source as a coaxial waveguide.

【図3】従来のマイクロ波型イオン源の概略の横断面図
である。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a conventional microwave ion source.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 プラズマチャンバ 2 プラズマスリット(イオン引出部) 2a イオン引出孔 3 マイクロ波導入ロッド 5 BNライナ 6 導波管 7 絶縁リング(絶縁部材) 10 引出電極系 11 スパッタ電源 12 バネフック 13 熱シールド部材(導波部材) 15 イオン源チャンバ 16 チョーク溝部材 16a 反射端(チョーク溝部材の底面) DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Plasma chamber 2 Plasma slit (ion extraction part) 2a Ion extraction hole 3 Microwave introduction rod 5 BN liner 6 Waveguide 7 Insulation ring (insulation member) 10 Extraction electrode system 11 Sputter power supply 12 Spring hook 13 Heat shield member (waveguide) Member) 15 ion source chamber 16 choke groove member 16a reflection end (bottom surface of choke groove member)

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】プラズマ中のイオンを外部へ引き出すため
のイオン引出孔が穿設されている導電性のイオン引出部
を有し、内部でマイクロ波放電によってプラズマを生成
するためのプラズマチャンバを備え、 内壁面が誘電体で覆われた導電性のプラズマチャンバ本
体とイオン引出部とが絶縁部材によって電気的に絶縁さ
れており、プラズマチャンバ本体とイオン引出部との間
にスパッタ電圧が印加されるマイクロ波型イオン源にお
いて、 一端部が上記イオン引出部に当接すると共に、プラズマ
チャンバ本体の外壁面を取り囲むようにして設けられ、
上記絶縁部材を通り抜けたマイクロ波をプラズマチャン
バ本体の外壁面に沿って伝搬させる導電性の導波部材
と、 上記プラズマチャンバの外壁面に設けられ、上記導波部
材の他端部との間に所定の間隔をあけて当該導波部材と
接続され、導波部材に導かれてプラズマチャンバ本体の
外壁面に沿って伝搬するマイクロ波を底面で反射する導
電性のチョーク溝部材とを備え、 上記チョーク溝部材の溝の深さは、導波部材に導かれて
プラズマチャンバ本体の外壁面に沿って伝搬するマイク
ロ波の波長をλgとすると、略、 (1/4+n/2)λg ただし、nは0または正の整数になるように設定されて
いることを特徴とするマイクロ波型イオン源。
1. A plasma chamber for producing a plasma by microwave discharge, comprising a conductive ion extracting portion having an ion extracting hole for extracting ions in plasma to the outside. The conductive plasma chamber body whose inner wall surface is covered with a dielectric is electrically insulated from the ion extracting portion by an insulating member, and a sputtering voltage is applied between the plasma chamber body and the ion extracting portion. In the microwave ion source, one end of the microwave ion source is in contact with the ion extracting portion and is provided so as to surround the outer wall surface of the plasma chamber body,
Between the conductive waveguide member for propagating the microwave passing through the insulating member along the outer wall surface of the plasma chamber body, and the other end portion of the waveguide member provided on the outer wall surface of the plasma chamber. A conductive choke groove member that is connected to the waveguide member at a predetermined interval, is guided by the waveguide member, and reflects the microwave propagating along the outer wall surface of the plasma chamber body at the bottom surface thereof; The depth of the groove of the choke groove member is approximately (1/4 + n / 2) λg, where n is the wavelength of the microwave guided by the waveguide member and propagating along the outer wall surface of the plasma chamber body. Is set to 0 or a positive integer, a microwave type ion source.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100821837B1 (en) * 2006-12-15 2008-04-14 동부일렉트로닉스 주식회사 A manipulator for ion implanters
JP2013211232A (en) * 2012-03-30 2013-10-10 Sumitomo Heavy Ind Ltd Microwave ion source

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