JPS62278734A - イオン源 - Google Patents

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】 λ　発明の詳細な説明 （産業上の利用分野） 不発明は、イオン注入装置、１オ／マイクロアナライザ
その他イオンを利用する装置に通用されるイオン源に関
する。

（従来の技術） 従来１代表的なイオン源としてタングステンフィラメン
トを便用してプラズマを発生させるフリーマン型イオン
源が仰られている。このイオン源は、タングステンフィ
ラメントがイオンによりスパッタされ、或は化学的に活
性なガスを放電ガスとして使用するとフィラメントが化
学反応してその損耗が甚だしく、フィラメントの又換の
ためにイオン源の作動？停止しなければならない。これ
に伴ない該イオン源全便用する装置の停止も要求され、
装βの稼動効率が低下する不都合がある。

そこで吊願人等は、先に、イオンｒｆ１の放電室を、細
孔を備えた隔壁を欅により主放電室と副放電室に区画し
、フィラメントを設けた副放電室には希ガスを導入し、
でた主放電室には所望のイオンを発生する放（ガス全導
入し、副放電室の出力？主放電室の圧力よりも高め、）
１うメントと隔壁を極と主放電室の陽極との間で複合放
ｔを行なうことによりイオンｆ！：発生させ。

フィラメントの寿命を長くするようにしたものを提案し
た（′＃開昭６０−１８９８４１　）。

（発明が解決しようとする問題点） 前記提案のものは化学的に活性な放電ガスを使用出来、
しかも比較的長時間の使用に耐える有利性があるが、大
きなイオン電流を得るには萱だ元弁でない。

本発明の目的は、長寿命でしかも大きなイオン逼流を得
ることが出来るづオン源を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明では、前記問題点の解決のために、放電室を、隔
壁により主放電室とフィラメント２投けた副放電室とに
区画すると共にこれら両室？該＠壁に設けたアノード電
極の細孔を介して連通さぜ、該副放電室に希ガスを導入
すると共に主放電室に所望のくオンを発生させる放電ガ
スを導入し、獲副放電室の圧力を主放電室の圧力よりも
高く保持するようにしたものに於て。

該放電室の側方に、前記細孔の軸方向にほぼ沿った磁場
を形成する磁石を設けるようにした。

これに於て放電ガスに酸素ガスを使用することも可能で
ある。

（ｆＰｒ−用） 副放電室にＡｒガス等の希ガスを導入すると共に主放電
室に０２ガス等の化学活性の窩い放電ガスを４入し、該
副放電室の圧力を主放電室の圧力よりも高める。そして
副放電室内のフィラメントへ通電すると共に細孔が形成
されたアノ−１′［極及び主放電室にアノ−１′電圧を
印力ａすると、副放電室内では）１ラメントからの熱電
子の供給を得てアノード電極との間でプラズマが発生す
る。このプラズマは開放を室の圧力が高いのでアノード
’ｉａｅに形成した細孔から主放電室内へとＩ！！き出
し、この噴出プラズマと主放電室との間で放電ガスが電
離し、イオンが発生する。発生したイオンは主放電室の
側方のイオンビーム引き出し口から引き出し［＆により
ビーーム状に引き出される。

電１放電室から細孔を介して主放電室へと噴出するプラ
ズマは、両放電室の圧力差だけではわずかの高さにしか
噴出しないが、放電室の外部側方に磁石を設けてこれに
より該細孔の軸方向に沿つｆｃ磁場を与えることで細孔
から王放屯室内に細く長いフィラメント状のプラズマを
噴出させ得、イオン引き出し口の近くに１でプラズマを
４ぐことが出来、多くのイオンを引き出し得て大きなイ
オンｉＩ流を得ることが出来る。、また、王放１室で生
成さｎたイオン及び中性活性ガスは副放電室との圧力差
のために副放電室へと逆流することがなく、フィラメン
トのスノゼッタ及び活性ガスとの反応による損耗を防げ
、副放電室では希ガスが用いられているのでフィラメン
トが解化することもなく、イオン源の寿命も長（なゐ。

（実施例） 本発明の実施例を別紙図面につき説明すると、第１図に
於て符＋ｆｉ（１１は円筒形室内金有する改（室、（２
）は該放電室（１）を上方の主放電室（３）と下方の副
放電室（４）とに区ｌする隔壁を示し、図示のものでは
該隔壁（２）を副放電室（４）の天板（５）と申開にア
ノード電極（６）全介在さゼたセラミック板（７）（７
）とで構成した。主放電室（３１ｄ　、内面にセラミッ
ク板（８）を設けたフロートｘ位の第２アノード電惨（
９）と、前記隔壁（２）と、円筒形空室を有する第３ア
ノード電極００とで構成し、第３アノード！［祢（Ｉ＋
）に、上下方ｒｑノ幅２　ｔｍ、　＊さ２５ｍのスリッ
ト状のイオン引き出し口＋＋１１と、その反対側１に装
置し”ＣＡｓＦ’５ガス、０２ガス等の活性ガスやＡｒ
ガス等の不活性ガスの放電ガス’ｋｌｊ１人する放電ガ
ス導入孔口とを形成した。

Ｏ：つはアノード電極（６）に形成した細孔で、天板（
５）及びセラミック板（７）　（７）にも該細孔ｆ１３
に連らなる延長孔０４α４１全形成し、主放電室（３）
と副放電室（４）とが連通するようにした。、該細孔０
３及び延長孔（１４Ｑ４１は隔壁（２）に直線状に開孔
形成し、しかも４オン引き出し口α１）に接近させて形
成することが好ましい。

□□□は副放電室（４）に形成した人「ガス等の希ガス
の導入孔、（至）は副放電室（４）に開孔する延長孔０
４の前方に設けｔフィラメント、α力は主放電室（３）
の第２アノード￥ｊＬ極（９）の前方のセラミック板（
８）に延長孔α４と対問させて形成した放電用の７１％
孔（至）０９はイオン引出口αυの前方に設けた引出し
電極である。放電室（１）を構成する主放電室（３）の
上方と副族１１Ｌ’４　（４）の下方には、アノード電
極（６）の細孔■の軸方向にほぼ沿った磁場ωを与える
ように磁石１２］）　ａｍ）が設けられる、第２図は第
１図示の実施例に於ける電気配線を示すもので、Ｑはア
ノード電極（６）に副放電内（４）内での放電のための
電位を与える副放電用電源、いは第３アノードを極０１
に主放電室（３）内での放電のための゛電位を与える玉
数電用電源、弼はフ１ラメント（至）の発熱用のフィラ
メント電源。

（イ）は引出し［極０＆α９にイオン引き出し用の電位
を与λる引出し電源、翰は減速電源である。□□□はイ
オン引出し口α］）から引出されるビーム状イオンのイ
オン′亀流を測定するためにイオン引出し口（］ｌ）か
ら３００１１離【７て設けたファラデーカップである。

以上の構成のものに於ける作動は次の通りである。

１ず１ｍ１１放成室（４）内の真空度が１〜（Ｊ、Ｉ　
ＩｏｒｒとなるようにＡｒガスを導入口０９から１−２
ｓｃａｎの割合で流し込み、玉数を室（：（）の真空度
が１υ〜１Ｏｔｏｒ　ｒととなるように放電ガス導入口
じからＡＳＦＳガスを流し、放電室（１）の外部の真空
度をｌＯ〜ＩＬＪｔｏｒｒとした６次で各電源■＠Ｉ２
４１＠を作動させると、フィラメント（至）からの電子
の供給全党け。

これとアノードを祢（６）との間で放電し、ｒＬｒガス
のプラズマが発生する。該フィラメント卵は直径ｕ、ａ
　ｍで２％のトリウム入りタングステン線をステンレス
のコネクター■を介して絶縁物の甘□□□に固定して構
成した。

この放電は、Ｘ外的にはアノード電極（６）の細孔α３
の内面に於て行なわれる副放電であり、そのプラズマが
主放電室（３）と副放電室（４）の圧力差により細孔α
Ｊ及び延長孔０４）から玉数［室（３）内へと流れ込む
と、これと第３アノ−ｒ電極頭との間で生ずる玉数Ｗ、
を誘起し、　ＡｓＦ５ガスのプラズマが生ずる。副放電
室（４）から主放電室（３）に流れ込むプラズマは、玉
数ｔ’を起すためのフ１ラメントの役目を営むが王副成
を室＋３１　（４１間の圧力差のみに頓ると主放電室（
：（）内で拡散希釈化し。

ＡｓＦ５ガスの多くを電離さぞ得ないので、更に磁石ａ
ｌ）１２υを設けて細孔Ｕの方向のａ場■金発生さぜ、
これに沿って副放電によるプラズマが光軸状に主放電室
（３）に大きく噴出してＡｓＦ５ガスの多くを電離する
ようにした。電離した入Ｓイオン等は引出し電極０跨０
９によりづオン引き出しロロｌ）からビーム状に引き出
される。

引き出されたイオンの象はファラデーカップ＠に於てフ
ァラデーカップ電流（４オン″？１１．光）として測定
されるが、フィラメント（ト）に２υ、５Ａ。

アノード１極（６）に与える副放電１電流を３．（ＪＡ
、第３７ノード電極１１Ｇに与える玉数１１Ｌ亀流り、
を人とした場合、第３図の曲線入で示すように引出し電
極明α９の電圧を変えることにより仄第に太きくなるフ
ァラデーカップ電流が得られ％最大４（ＪｍＡ／−の大
きな値の多量のイオンを発生させ得た、仝図の曲線Ｂは
引出し電極（卯的？流れる引き出し電流で、その引出し
電圧の増大には余り依存しないことが分った。

更に第１図及び銅２図示のものに於て、副族ｍ！（４１
にＡ「ガスｆ　１．２　ｓｅｃｍ　ａし、主放電室（３
）にり、３　ｓｅｃｍの入ＳＦＳ　　を流し、フィラメ
ント【旨の篭＠ｉ乙うケ２６．５　Ａ、アノード電極（
６）に副放電１用ｒ６源のから１．５Ａの電流を与え、
引出１．７電極（１８叫の′ぼ、源（イ）の電圧を４　
ｔＪ　ＫＶとし、玉数電用亀源０３の電流を変化させた
ところ、引出し電極ｑ勾α９の引出し電流は第４図の曲
線Ｃで示すように玉数電亀流の増加に比し１１シて増加
すると共にファラデーカップ（イ）で測定された電流も
曲＠　Ｉ）のように玉数亀亀流に比例することが分った
。これによれば玉数電′邂流の調繁によってイオン発生
ｆｔ　ｋコントロール出来、イオン源の使用上１更利で
あゐ。

史ｆζ副成逼室（４ンにＡｒガス金１．２ｓｅｃｍ、ま
た王放電室（３）にＡｓＦ５ガスを（Ｊ、３　ｓｅｃｍ
流し、フィラメント（ト）の電源勿に２　ｔｌ、５　Ａ
、１放′は用電源＠からアノードを極（６）に３．ＯＡ
、玉数電用電源（ハ）から第３アノードｔ＊ｎｏに１．
１Ａ、引出し電源（至）から引出しｔ極Ｑ８１　Ｑ（ｉ
に４１ＪＫＶ金夫々与えて連続して使用したところ、１
５図の曲、ＩＪＷに見られるようにファラデーカップ＠
で測定される電流は、ドリフト、リップル共に１％以下
で安定性は良好であった。この状態でフリーマン型イオ
ン源のＲ命２　Ｕ　（Ｊ　ｍＡ　＠ｈｏｕｒｓ　’（越
え、る約４０時間の連続運転を行なえた。

主放電室（３）に導入される活性ガスＡ　ｓ　Ｆ５の放
電ガスに代え０２ガスを使用１７でも、大きなファラデ
ーカップ電流即ち大葉のＯづオンを安定して長時間に亘
９得ることが可能で１例えばシリコンウェハの５ｉ０２
絶縁層の形成に有効に利用出来る。

（発明の効果） 以上のように不発明では、希ガスのプラズマが形成され
る副放電室とこれよりも低圧でしかも細孔？介して該プ
ラズマが導入される主放電室を設けるようにしたイオン
源に、ｔＪ細孔の軸方口にほぼ沿つ友出湯を形成する磁
石を設けるようにしたので、副放ｉ！！で発生する希ガ
スのプラズマを玉数電室円に細孔から尋人して元軸状に
噴出させ得、放′亀ガスの′邂４効率を高めて大量のイ
オンを発生させることが出来、また放電ガスは１放＊ｙ
に逆流しないので酸素等の活性ガスを使用して長時間運
転することが出来でウェハ等の処理能率を高めることが
出来る特の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の半裁斜視図、第２図は第１図
示のものの配線図、第３図乃至第５図はファラデーカッ
プで測定した不発明のイオン源のｔ流密度の線図である
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、放電室を、隔壁により主放電室とフィラメントを設
   けた副放電室とに区画すると共にこれら両室を該隔壁に
   設けたアノード電極の細孔を介して連通させ、該副放電
   室に希ガスを導入すると共に主放電室に所望のイオンを
   発生させる放電ガスを導入し、該副放電室の圧力を主放
   電室の圧力よりも高く保持するようにしたものに於て、
   該放電室の側方に、前記細孔の軸方向にほぼ沿つた磁場
   を形成する磁石を設けたことを特徴とするイオン源。 ２、前記放電ガスは酸素ガスであることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項に記載のイオン源。