JPS58166930A - 中和されたイオン・ビ−ムを発生させる装置 - Google Patents

中和されたイオン・ビ−ムを発生させる装置

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JPS58166930A
JPS58166930A JP57222199A JP22219982A JPS58166930A JP S58166930 A JPS58166930 A JP S58166930A JP 57222199 A JP57222199 A JP 57222199A JP 22219982 A JP22219982 A JP 22219982A JP S58166930 A JPS58166930 A JP S58166930A
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ion beam
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    • H—ELECTRICITY
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    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は基板表面に作業するためのスパッタリング・シ
ステムにおいて用いるためのイオン発生に関し、特にイ
オン・ビーム？中和するための装置ケ提供する。
〔背景技術〕
ターゲット基板の表面を精密に加工するためのスパッタ
リング技術は周知である。これらの技術は、イオン・ビ
ームの衝撃によって基板のターゲツト面から原子粒子を
除去するのに充分なエネルギー・レベルのイオン・ビー
ムケ発生する必要がある。またスパッタされた粒子はそ
れＣ−身、電子部品用の精密な付着鳴？形成するために
第２０基板に適当なマスクを経て付滑させる事もできる
。
先行技術のスパッタリング・システムの動車は、絶縁体
の基板を衝撃する時にはターゲット領柩の表面に蓄積す
る電荷のために制限？受ける。電荷（・ま、正イオン・
不バッタリング・ビームの場合は自由電子ケ、又は負イ
オン・スパッタリング・ビームの場合は正イオンを入射
イオン・ビームに付加する事によって減少される。
正イオン・ビームの場合、イオン・ビームの経路中に別
のエミッタ、普通（・ま電流の流れるフィラメントを設
ける事によって自由電子が正イオン・ビームに付加され
る。ビームを中和するこの技術はイオン・ビームに自由
電子を付加して、基板表面の電荷を中和する。
フィラメント中和技術を用いる時、いくつかつ欠点が存
在する。その第１のものは基板の汚染である。フィラメ
ントが蒸発又は昇華し、それによって汚染物・ｔＨＳイ
オン・ビームに付すロされる事は珍らしい事ではない３
、 またイオン・ビーム中にフィラメンＩｆ配置する事は、
基板が加熱される原因にもなり、これはある基板の場合
には基板表面の劣化の原因になる。。
さらにフィラメントは入射イオン・ビームによる衝撃を
受け、基板に至るイオン・ビーム中にフィラメント粒子
をスパッタする。
中和されたビームを作る１つの先行技術が米国特許第３
５２５２１０号及び第３５１５９３２号に説明されてい
る。この中和装置は、中和電子をイオン流に付加するた
めにプラズマのブリッジを維持するようにあるビーム電
流レベルが達成される事を必要とする。従って中和は、
プラズマの一部がプラズマ発生器を出てイオン流に入る
ようなプラズマ・ブリッジを形成するのに充分な電流強
度に頼っている。従ってプラズマ・ブリッジ中和に必要
な電流の要求により、低電流ビームの発生にはこの技術
を利用できない。プラズマ・ブリッジ中和技術はイオン
及び電子のプルーム（ｐｌｕｍｅ）乞発生し、遠方のタ
ーゲットをねらう事のできない方向性の弱いビームを生
じる。
〔発明の開示〕
本発明の目的は、スパッタリング及び材料変形処理で用
いられるイオン・ビームのための中和を与える事である
。
本発明によれば、イオン・ビームに重大な汚染粒子を付
加する事なくイオン・ビームの中和が行なわれる。
本発明によれば、スパッタリング・システムのイオン・
ビームに荷電粒子を付加する事は、スノくツタリング・
ビームに重大な汚染粒子を付加する事なく且つスパッタ
される基板？加熱する事なく行なわれる。
本発明の１実施例において、正イオン・ビームの中和は
イオン発生器の内部で行なわれる。プラズマは気体雰囲
気中に浸された陰極と陽極との間を流れる電流によって
イオン化される。気体中を流れる電子電流は正イオン及
び２次電子な発生する。スクリーン・グリッドはイオン
及び電子に関する出口アパーチャを形成する。スクリー
ン・グリッドは、陰極に対して僅かに正の電圧に維持さ
れ、等しい数の正イオン及び中和電子がコリメートされ
た正イオン・ビーム中に加速される事を可能にする。
本発明の他の実施例において、スパッタリング・ビーム
は、スパッタリング・ビームと交わる２次低エネルギー
・イオン・ビームによって中和される。２次ビームはス
パッタリング・ビームを中和するための適当な電荷乞有
する粒子、負イオン・スパッタリング−ビームの場合は
正イオン、正イオン・スパッタリング・ビームの場合は
自由電子ケ含む。低エネルギーのビームは、スパッタリ
ング・ビーム及び周囲の真空装置と最小限の相互作用し
かしない。
〔発明？実施するための最良の形態〕
第１図を参照すると、イオン化される気体９乞受は入れ
るための容器１１を備えたイオン源が示されている。気
体９は典型的な場合、１ミリトルの圧力を有するアルゴ
ンである。
当業者に知られているように、容器１１のイオン生成効
率？増加させるために、容器１１を横切って磁界８が加
えられる。
フィラメント１４は電源に接続され、電子を放出する。
陽極１６は電子を引き付ける電位に維持される。
移動する電子は第３図に示すようなエネルギー分布を有
する。最初の主要な電子分布は低エネルギーのマクスウ
ェル分布５１である。２番目の主要な電子分布は高エネ
ルギーの１次電子の群５２から成る。容器１・１内を移
動する電子は気体と衝突して、正イオン及び低エネルギ
ーの電子２作り出す。こうして陽極１３より数ボルト正
の電位を持つプラズマが生じる。
複数の開口１６ａ’ａ？有するグリッド１６は、プラズ
マ中の正イオンを加速して開口１６ｍ１経て容器１１の
外部に出すための電位に維持される。
スクリーン・グリッド１６の電位によりプラズマの境界
としてプラズマとグリッドとの間にシースが生じる。
第１図の装置は、正イオン゛・ビームに、ビームを中和
するための負の電子を供給する事ができる。
プラズマ内の電子を中和粒子として利用するために、グ
リッド１６は容器１１内の陰極１４よりも少し正の電位
に維持される。この条件のための容器１１内の電位は第
２哩に示されている。陰極１４の電位はゼロ・ボルトで
ある。陽極は陰極よりも４０ボルト正の電圧に保たれる
。プラズマは陰極に対して正の電位にあり、プラズマ、
陰極１４とグリッド１６との間には電位勾配が存在し、
プラズマに関するシースが形成される。
単一のスクリーン・グリッドイ６は陰極１４に対して少
し正の電圧、典型的には１〜５ポルトに維持される。容
器１１内の電位分布を第２図に示すように維持する事の
利点は、スクリーン・グリッド１６において形成される
正イオン・ビーム１８中に自由電子な導入する事である
。スクリーン・グリッド１６の正電圧は第３図の高エネ
ルギーの１次電子がグリッドに向って移動する事を可能
にする。これらの１次電子はスクリーン・グリッド１６
を出て行くイオンによって与えられる電荷を相殺する。
グリッド１６を通って出て行くプラズマ中の高エネルギ
ー１次電子は、グリッド１６を通過する時にその運動エ
ネルギーの大部分を失ない、中和に望ましいエネルギー
・レベルを有するようになる。
グリッド１６の電位は、グリッドをフロートさせグリッ
ド上の電子及びイオンの衝突によって電位が定められる
事を可能にする事、又は第１図に示すようにグリノ・ド
１６と容器１１との間に接続された電源１２を用いる事
によって、正イオンの自己中和されたビームを促進する
ための所望のレベルに維持される。
さらに、発生されるイオン・ビームの汚染の可能性を減
少させるために、イオン・ビームを照射されるターゲッ
トと陰極１４との間に視線路が存在しないように陰極１
４は容器１１内に配置される。自己中和されたビームを
発生させるためのこの装置は１００ｅＶよりも低いエネ
ルギーを有する低エネルギーのイオン・ビームの形成に
特に有用である。
自己中和された第１図のイオン源１．ま、第４図を説明
して参照するように、他の、より高い強度のイオン・ビ
ームを中和するのに有益である。
第４図を参照すると、イオン・ビームを中和するための
他の技術が示されている。低エネルギーの２次ビーム２
２が、１次スパッタリング・ビーム２４に指向される。
第４図の構成は正イオン・ビーム及び負イオン・ビーム
の両者の中和に有益である。１次スパッタリング・ビー
ムはマルチ・グリッド高エネルギー・イオン加速器２５
によって作られる。
第４図の構成は、２次ビームを発生する第１図の特別な
イオン源を必要としない。イオン源２０の外部にある耐
火性金属フィラメント２１を用いる事により、イオン源
２０及び２５により作られる２次イオン・ビーム２２及
び１次イオン・ビーム２４の両者を中和する自由電子が
与えられる。
フィラメント２１は主ビームから少なくとも１０αの位
置にあるので基板３５の加熱は最小限に保たれる。自己
中和型又は外部中和型のいずれの型の２次低エネルギー
・ビーム発生においても、適当な２次イオン・ビーム？
与える友めに単一グリラド２８イオン源が用いられる。
ｍ−グリッド加速器は、正イオン・ビームが負イオン・
ビーム？中和するような応用においても用いられる。負
イオン・ビームにおいて、２次ビームからの正イオンは
事実上ランダム化された熱エネルギーとして現われる。
この２次イオノ・ビームの中和能力は、次の例？考察す
ることで立証される。正イオンの２次３０ｅＶアルゴン
・ビームが、１ｃＩｎの半径及び１ｍＡ／　ｃｍ　２の
電流密電馨有する両ビームを中和するための電子を運ぶ
几めに用いられると仮定すると、イオンの速度は下記の
ように決定できる。
−１，３８９Ｘ１０’　〔１／４０）　１／２＝　１．
２０ＸＩ　Ｄ’　ｍ／ｓ イオン及び電子の密度は、 ｎ　＝　Ｊ　’　／　ｑ　Ｖｌ ＝１０／１．６０２Ｘ１０　　　に１．２０Ｘ１０’＝
５．２×１０１５Ｍ−３ 但しＪｉは電流密度、ｑは電子の電荷である。
ビームの飽和電子電流は次のように計算される。
Ｊ　　＝　ｎ　ｑ　ｖ　Ａ　／　４ 但し入はビーム断面積、ｖ　ｌ、ま平均電子速度である
。
平均的な中和装置の場合、電子温度は１〜２　ｅ　ｙあ
ると予想され、平均電子速度は６．６９　Ｘ　１１０５
ｍ／ｓ〜９．４６Ｘ１０’ｍ／ｓになる。従って飽和電
流Ｊ　は４４ｍＡ〜６２ｍＡの間である。
従って３０−ｅ　Ｖのアルゴン・ビームは４４〜６２ｍ
Ａの飽和電子電流を生じる事ができる。電子電流は、上
記計算に従って、電子温度の上昇に伴ない、又はビーム
の断面積を増加させる事によって増加させる事ができる
。
１０ｚの長さにわたる２次ビームにおける電子降下は２
次ビームの電子電流容量に大きな影＊Ｖ与えるべきでは
ない。１〜２ｅｖの電子エネルギーの場合典型的なプラ
ズマ抵抗率を考慮すると、１０ｃｒｎの長さの２次ビー
ムの抵抗値は０．２０〜０゜０８Ωの間であるべきであ
る。この時電圧降下は９ｍＶ〜５ｍＶである。これはビ
ームの電子電流保持能力に最小限の影響しか与えない。
以上、高エネルギーのイオン・ビームを中和する事ので
きる、内部的に中和させた低エネルギー・イオン・ビー
ムを発生させる技術について説明した。当業者は本発明
の他の実施例も認識できるであろう。
本発明の改良されたイオン・ビーム中和装置及び中和方
法は、スパッタリング工程及び材料変形工程に用いると
、スパッタリング・ビームの汚染及びエツチングされる
基板の加熱を最小限にする事ができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は自己中和ビームを供給する本発明の１実施例の
装置？示す図、 第２図は第１図の容器１１内の電位分布を示す図、 第６図は第１図の容器１１内の電子のエネルギー分布を
示す図、 第４図は中和された２次イオン・ビームを用いた他のイ
オン・ビーム中和技術？説明する図である。 ８・・・・磁界、９・・・・気体、１１・・・・容器、
１６・・・・陽極、１４・・・・陰極フィラメント、１
６・・・・グリッド、１８・・・・イオン・ビーム。 出願人　　インターナショカル・ビジネス・マンー×ズ
・コ＋乃ン代理人　弁理士　　岡　　　１）　　次　　
　生（外１名） ＋□ 田 第１頁の続き ０発　明　者　ハロルド・リチャード・カウフマン アメリカ合衆国コロラド州フォ ート・コリンズ・ステイナック ア４０１番地

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 イオンを発生させるための気体を受は入れるプラズマ容
    器と、 上記容器に含まれ、電圧に応答して、上記気体ケイオン
    化するための電子を発生させる陽極及び陰極と、 荷電粒子を通過させるための加速スクリーン・グリッド
    と、 上記陽極及び陰極の間に電圧を加える手段と、上記陰極
    に対して僅かに正の電圧及び上記陽極に対してより大き
    な負の電圧を上記スクリーン・グリッドに維持する事に
    よって、上記電子と上記気体との衝突により作られたイ
    オンと共に上記発生された電子における高エネルギー電
    子を上記グリッドに移動させる手段 馨具備する、中和されたイオン・ビームを発生させる装
    置。
JP57222199A 1982-03-05 1982-12-20 中和されたイオン・ビ−ムを発生させる装置 Granted JPS58166930A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

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US355067 1982-03-05
US06/355,067 US4419203A (en) 1982-03-05 1982-03-05 Apparatus and method for neutralizing ion beams

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS58166930A true JPS58166930A (ja) 1983-10-03
JPS6367744B2 JPS6367744B2 (ja) 1988-12-27

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US (1) US4419203A (ja)
EP (1) EP0093831B1 (ja)
JP (1) JPS58166930A (ja)
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