JPS5836456B2 - microwave plasma ion source - Google Patents

microwave plasma ion source

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JPS5836456B2
JPS5836456B2 JP50126357A JP12635775A JPS5836456B2 JP S5836456 B2 JPS5836456 B2 JP S5836456B2 JP 50126357 A JP50126357 A JP 50126357A JP 12635775 A JP12635775 A JP 12635775A JP S5836456 B2 JPS5836456 B2 JP S5836456B2
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JP
Japan
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discharge
ion
ion source
plasma ion
microwave plasma
Prior art date
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JP50126357A
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Japanese (ja)
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訓之 作道
一郎 鹿又
英己 小池
克己 登木口
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明はマイクロ波放電を利用したイオン源の改良に関
する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to improvements in ion sources that utilize microwave discharge.

第1図は従来のマイクロ波放電形イオン源を示す図で、
1が放電電極であり、2はマイクロ波が放電電極間に入
ってくるために必要なマイクロ波マッチング用空隙であ
り、ここにはこの中で放電がおこらないようにするため
に絶縁物3が充填されている。
Figure 1 shows a conventional microwave discharge ion source.
1 is a discharge electrode, 2 is a gap for microwave matching necessary for microwaves to enter between the discharge electrodes, and an insulator 3 is provided here to prevent discharge from occurring within this gap. Filled.

又、3′も絶縁物であるが真空封止の役割をもち、この
部分に放電が広がらないようにしている。
Further, although 3' is also an insulator, it has the role of vacuum sealing and prevents discharge from spreading to this part.

4は試料ガス導入パイプで、5はイオン引出し電極、6
はレンズ電極である。
4 is a sample gas introduction pipe, 5 is an ion extraction electrode, 6 is
is the lens electrode.

なお、5は矩形の開口を有している。Note that 5 has a rectangular opening.

しかるに、このような従来のマイクロ波放電形イオン源
においては放電電極1の表面がイオン衝撃によりスパツ
タし、これがイオン化されるために引出されたイオンビ
ーム中に放電電極を構成する元素のイオンが混入してし
まったり、マイクロ波導入用の絶縁物表面を覆ってマイ
クロ波の導入をさまたげてしまう。
However, in such a conventional microwave discharge type ion source, the surface of the discharge electrode 1 is sputtered due to ion bombardment, and as this is ionized, ions of elements constituting the discharge electrode are mixed into the extracted ion beam. Otherwise, it may cover the surface of the insulating material used for introducing microwaves and hinder the introduction of microwaves.

本発明は従来のイオン源におけるこのような欠点をなく
シ、且つイオンスパツタ効果を積極的に利用し、効率よ
く固体物質のイオンを得ることを目的とするものである
It is an object of the present invention to eliminate these drawbacks of conventional ion sources, and to actively utilize the ion sputtering effect to efficiently obtain ions from solid substances.

第2図は本発明に用いたイオンスパツタ効果の原理を説
明する図である。
FIG. 2 is a diagram explaining the principle of the ion sputter effect used in the present invention.

放電電極間にはプラズマTが発生しているが、放電電極
1とプラズマ境界9の間にはイオンシース8が存在する
Although plasma T is generated between the discharge electrodes, an ion sheath 8 exists between the discharge electrode 1 and the plasma boundary 9.

そしてプラズマは放電電極1に対して、いわゆる浮遊電
位分だけ正の電位になっている。
The plasma has a positive potential with respect to the discharge electrode 1 by a so-called floating potential.

この浮遊電位はプラズマパラメータの函数であるが一般
に数ボルトから数10ボルトである。
This floating potential is a function of plasma parameters, but typically ranges from a few volts to several tens of volts.

したがってプラズマ境界をとび出したイオンは放電電極
に向って加速され、この浮遊電位分のエネルギーでこの
電極に衝突する。
Therefore, the ions that have jumped out of the plasma boundary are accelerated toward the discharge electrode and collide with this electrode with energy equal to this floating potential.

この時スパツタされる原子の単位面積当りの個数をn(
ケ/d)とすると、次式が成り立つ。
At this time, the number of sputtered atoms per unit area is n(
ke/d), the following equation holds true.

但しJ(A/i)は単位面積のプラズマ境界から流出す
るイオン電流で、αはイオン1個当りのスパツタ率であ
り、イオンは1価とした。
However, J (A/i) is the ion current flowing out from the plasma boundary of unit area, α is the sputtering rate per ion, and the ions are assumed to be monovalent.

αはイオン種、スパツタされる固体元素の種類およびイ
オン加速電圧の函数である。
α is a function of the ion species, the type of solid element being sputtered, and the ion accelerating voltage.

一般にスパッタリングのおこる閾値電圧は数ボルトであ
るから上記の条件ではαはゼロでない値をとる。
Since the threshold voltage at which sputtering generally occurs is several volts, α takes a value other than zero under the above conditions.

例えば文献( M . KamiskyのAtomic
and IonicImpact Phenomen
a or Metal Surfaces +Spr
inger−Veriag . Berlin ( 1
965)P151)に示されているごとく、アルゴンイ
オンで金属クロムをたたんだときには40Vでαは約0
.1である。
For example, in the literature (M. Kamisky's Atomic
and Ionic Impact Phenomen
a or Metal Surfaces +Spr
inger-Veriag. Berlin (1
965) As shown in P151), when metallic chromium is folded with argon ions, α is approximately 0 at 40V.
.. It is 1.

したがってもし電流密度として0.IA/iという値を
使えばnは約6X1016個/secとなる。
Therefore, if the current density is 0. If the value IA/i is used, n will be approximately 6×1016 pieces/sec.

固体の原子間距離を数Aとすれば、1秒間にほぼ1層の
割合でスパツタされることになる。
If the distance between atoms in a solid is several A, then approximately one layer will be sputtered per second.

第3図は本発明の実施例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an embodiment of the present invention.

放電電極1および絶縁物3,3′等により囲まれた放電
空間の内壁面に設けられた被覆材10は上記スパツタ効
果を利用するためにつけられたもので、たとえばボロン
イオンを得たいときには試料ガスとしてBC#3t B
FsまたはB2H6などの蒸気をガス導入パイプ4を通
して導入すると共に、この被覆材10としてボロンの結
晶または窒化ボロンのような化合物を使えばよい。
The coating material 10 provided on the inner wall surface of the discharge space surrounded by the discharge electrode 1 and the insulators 3, 3', etc. is provided to take advantage of the above-mentioned sputtering effect.For example, when it is desired to obtain boron ions, the coating material 10 is as BC#3t B
A vapor such as Fs or B2H6 may be introduced through the gas introduction pipe 4, and boron crystals or a compound such as boron nitride may be used as the coating material 10.

この10は放電電極1と絶縁物3,3′の内壁面に密接
されている。
This 10 is in close contact with the discharge electrode 1 and the inner wall surfaces of the insulators 3 and 3'.

いまBCl3の蒸気を導入した場合を考えるとマイクロ
波放電で生成されるイオン種は主としてB++++ BCII ,BC/l2,Cl およびCl2+な
どであり、全イオン中に占めるB+の割合は0.2〜0
.1である。
Now, considering the case where BCl3 vapor is introduced, the ion species generated by microwave discharge are mainly B++++ BCII, BC/l2, Cl, and Cl2+, and the proportion of B+ in the total ions is 0.2 to 0.
.. It is 1.

また一般に放電箱中で生成されたイオンの殆んどが放電
電極や放電箱の壁に衝突してしまうことを考慮すれば、
いまかりに上記各イオン種がボロン結晶に衝突するとき
にスパッタ効率αを0.05〜0.1と仮定した場合に
は壁に衝突するB+の数とほぼ同じ数のボロン原子がス
パッタされることになる。
Also, considering that most of the ions generated in the discharge box generally collide with the discharge electrode and the walls of the discharge box,
For a moment, when each of the above ion species collides with the boron crystal, if the sputtering efficiency α is assumed to be 0.05 to 0.1, approximately the same number of boron atoms as the number of B+ colliding with the wall will be sputtered. become.

したがって放電箱内のプラズマ中に占め+ るB の割合が増大するので引出されるB+イオンも増
大する。
Therefore, since the proportion of B+ occupying the plasma in the discharge box increases, the amount of B+ ions extracted also increases.

このように本発明の装置では電極構成元素の混入をふせ
ぐと共に、目的とする元素イオンを、スパツタ効果を利
用することにより有効に得ることができる。
As described above, in the apparatus of the present invention, contamination of electrode constituent elements can be prevented, and target element ions can be effectively obtained by utilizing the sputter effect.

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

第1図は従来のマイクロ波放電形イオン源を示す図、第
2図は本発明に利用するイオンスパッタ作用を説明する
図、第3図は本発明の実施例を示す図である。 図中、1・・・・・・放電電極、2・・・・・・マイク
ロ波マッチング用空隙、3・・・・・・絶縁性充填物、
3′・・・・・・真空封止用絶縁板、4・・・・・・試
料ガス導入孔、5・曲・イオン引出し電極、6・・・・
・・レンズ電極、7・・・・・・プラズマ、8・・・・
・・イオンシース、9・・旧プラズマ境界、10・・・
・・・イオン化すべき元素を含む固体物質よりなる被覆
材。
FIG. 1 is a diagram showing a conventional microwave discharge type ion source, FIG. 2 is a diagram explaining the ion sputtering effect used in the present invention, and FIG. 3 is a diagram showing an embodiment of the present invention. In the figure, 1...Discharge electrode, 2...Gap for microwave matching, 3...Insulating filling,
3'...Insulating plate for vacuum sealing, 4...Sample gas introduction hole, 5.Curved/ion extraction electrode, 6...
...Lens electrode, 7...Plasma, 8...
...Ion sheath, 9...Old plasma boundary, 10...
...A covering material made of a solid substance containing an element to be ionized.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 放電容器内にイオン化すべき元素を含む蒸気を導入
し、該放電容器内にマイクロ波放電プラズマを生成させ
ることにより、上記のイオン化すべき元素をイオン化せ
しめるようにしたマイクロ波プラズマイオン源において
、上記放電容器の内壁面を上記のイオン化すべき元素を
含む固体物質よりなる被覆材にて覆ってなることを特徴
とするマイクロ波プラズマイオン源。
1. A microwave plasma ion source that ionizes the element to be ionized by introducing vapor containing the element to be ionized into the discharge vessel and generating microwave discharge plasma in the discharge vessel, A microwave plasma ion source characterized in that the inner wall surface of the discharge vessel is covered with a covering material made of a solid substance containing the above-mentioned element to be ionized.
JP50126357A 1975-10-22 1975-10-22 microwave plasma ion source Expired JPS5836456B2 (en)

Priority Applications (1)

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JP50126357A JPS5836456B2 (en) 1975-10-22 1975-10-22 microwave plasma ion source

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JPS5252099A JPS5252099A (en) 1977-04-26
JPS5836456B2 true JPS5836456B2 (en) 1983-08-09

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JPS58137943A (en) * 1982-02-10 1983-08-16 Jeol Ltd Ion source
JPS5974659U (en) * 1982-11-10 1984-05-21 東京エレクトロン株式会社 Ion generator of ion implanter
JP4289837B2 (en) 2002-07-15 2009-07-01 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド Ion implantation method and method for manufacturing SOI wafer
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JPS5252099A (en) 1977-04-26

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