JPS6380449A - Microwave metallic ion source - Google Patents
Microwave metallic ion sourceInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は半導体プロセス技術、表面処理技術等において
、イオンビームにより、膜付け、イオン注入等の薄膜処
理をするためのイオン源に関し、特に大電流の金属イオ
ンビーム輸送により高速で従来の技術
近年、イオンのエネルギーを利用して物性制御を行なう
膜形成等の薄膜処理技術が注目されている。特に金属膜
や金属酸化物膜形成のためには、一般に多量の高純度金
属イオンを低エネルギーで基板に照射する必要があるが
、化合物ガスを利用するイオン源では、金属イオン種に
限りがあり、また膜形成に十分な金属イオンは得られて
いない。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application The present invention relates to an ion source for thin film processing such as film deposition and ion implantation using an ion beam in semiconductor processing technology, surface treatment technology, etc. Conventional technology for high-speed metal ion beam transport In recent years, thin film processing technology such as film formation that uses ion energy to control physical properties has been attracting attention. In particular, in order to form metal films or metal oxide films, it is generally necessary to irradiate a substrate with a large amount of high-purity metal ions at low energy, but ion sources that use compound gases have a limited number of metal ion species. , and sufficient metal ions for film formation have not been obtained.
そこで任意の金属イオンビームを得るために、イオン源
内に金属のスパッタリングターゲットを設けて、放電維
持用ガスでスパッタされた金属中性原子は、プラズマ中
でイオン化し、放電維持ガスのイオンと共に引き出され
、質量分離器で分離する方法が考えられる。Therefore, in order to obtain an arbitrary metal ion beam, a metal sputtering target is provided in the ion source, and the metal neutral atoms sputtered with the sustaining gas are ionized in the plasma and extracted together with the ions of the sustaining gas. , a method of separating using a mass separator is considered.
この考え方を採用した技術としては、例えば”M、 Y
amashita and J、Shimizu :
Proceedingsof the Interna
tional Ion EngineeringCon
gress、 l5IAT’s3& IPAT’ 83
、 Kyot。Examples of technologies that adopt this concept include "M, Y"
amashita and J, Shimizu:
Proceedings of the Interna
tionalIon EngineeringCon
gress, l5IAT's3&IPAT'83
, Kyot.
(1983) 、P、385.” がある。このイオン
源の概要を第2図に示す。(1983), P, 385. Figure 2 shows an overview of this ion source.
円筒状のプラズマ生成室1内に、ターゲット2と高周波
コイル3が設けてあり、プラズマ生成室1はガス導入口
4とイオン導出口5とを有しており、イオン導出口6に
対してイオン引出電極6が設けである。A target 2 and a high-frequency coil 3 are provided in a cylindrical plasma generation chamber 1, and the plasma generation chamber 1 has a gas inlet 4 and an ion outlet 5. An extraction electrode 6 is provided.
ガス導入口4を通してアルゴンなどの放電維持ガスを導
入し、13.56MHz の高周波を高周波コイル3か
ら放射し、高周波放電を起こさせる。負電圧を印加した
スパッタリングターゲット2の一部にイオン化しようと
する物質を充填すれば、高周波放電によって生じたイオ
ンがこの負電極をたたき、その物質をスパッタさせる。A discharge sustaining gas such as argon is introduced through the gas inlet 4, and a high frequency wave of 13.56 MHz is emitted from the high frequency coil 3 to cause high frequency discharge. When a part of the sputtering target 2 to which a negative voltage is applied is filled with a substance to be ionized, ions generated by high-frequency discharge strike this negative electrode and sputter the substance.
スパッタした中性原子は、プラズマ中でイオン化され、
イオン引出電極6により放電維持ガスのイオンと共Oで
引き出され、質量分離器で分離される。Sputtered neutral atoms are ionized in the plasma,
O is extracted together with ions of the discharge sustaining gas by the ion extraction electrode 6, and separated by a mass separator.
なお、第2図における7はターゲットホルダー、8は冷
却水管、9.9a 、9bは絶縁ガイシ、10は高周波
電源、11はスパッタ電源、12はイオン引出電源であ
る。In FIG. 2, 7 is a target holder, 8 is a cooling water pipe, 9, 9a and 9b are insulating insulators, 10 is a high frequency power source, 11 is a sputtering power source, and 12 is an ion extraction power source.
このような構造の場合、高周波放射用コイルがプラズマ
生成室内にあるためスパッタ物が付着しても安定に動作
することや、プラズマがコイル内に閉じ込められるので
電力効率がよいという利点があった。This structure has the advantage that the high-frequency radiation coil is located inside the plasma generation chamber, so it operates stably even if sputtered matter adheres to it, and that the plasma is confined within the coil, resulting in good power efficiency.
発明が解決しようとする問題点
しかしながら、無磁場の高周波放電を利用するために、
プラズマ密度が低いので、これを是正するには、イオン
源内の圧力を10 Torrと高くしなければならず
、イオン輸送室も圧力が高くなりイオンビームが十分に
輸送できないという問題があった。Problems to be Solved by the Invention However, in order to utilize high-frequency discharge without a magnetic field,
Since the plasma density is low, in order to correct this problem, the pressure inside the ion source must be increased to 10 Torr, and the pressure in the ion transport chamber also becomes high, resulting in the problem that the ion beam cannot be transported sufficiently.
問題点を解決するための手段
本発明は、上記問題点を解決するもので、プラズマの生
成には電子サイクロトロン共鳴を利用したマイクロ波放
電を用い、プラズマ生成室へのマイクロ波の放射にはリ
ジタノコイルを用いたものである。Means for Solving the Problems The present invention solves the above problems, and uses microwave discharge using electron cyclotron resonance to generate plasma, and uses a rigid coil to radiate microwaves into the plasma generation chamber. This is what was used.
作 用
上記構成によって、マイクロ波の電子サイクロトロン共
鳴により、低圧力(10”3Torr)で高密度(10
個/cJ)のプラズマが得られ、マイクロ波放射手段で
あるリジタノコイルの作用で、高密度プラズマがスパッ
タリングターゲラ)K対して局所放電となシ、スパッタ
した中性原子のイオン化率も向上する。Operation With the above configuration, microwave electron cyclotron resonance generates high density (10"3 Torr) low pressure (10"3 Torr)
By the action of the rigid coil, which is a microwave radiation means, the high-density plasma causes a local discharge to the sputtering target (kJ), and the ionization rate of the sputtered neutral atoms is also improved.
実施例
以下、本発明の一実施例を添付図面にもとづいて説明す
る。Embodiment Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described based on the accompanying drawings.
第1図において、21はプラズマ生成室、22はプラズ
マ生成室21に放電維持ガスを導入するためのガス導入
口、23はイオン導出口、24はイオン導出口23から
イオンを引き出すためのイオン引出電極である。プラズ
マ生成室21にはマイクロ波導入口25があシ、内部に
はリジタノコイル26(たとえば、内径28鴫、厚さ2
■、長さ80mIの銅パイプにスリット幅2閣、ピッチ
18簡の溝を全長360+a++にわたってらせん状に
設けたもの)が設けられている。このリジタノコイルと
呼ばれるものは、リジタノによって開発されたスロット
ライン型のヘリカルコイルであシ、マイクロ波放射用ア
ンテナとして用いられる。リジタノコイル26の一端に
は水冷管27が付いたターゲットホルダー28があり、
ターゲットホルダー28にはスパッタリングターゲット
29が取り付けてあり、これらはプラ、ズマ生成室21
とは絶縁ガイシ30で電気的に絶縁されている。また、
プラズマ生成室21の外周にはマイクロ波に対して電子
サイクロトロン共鳴を起こす磁場を得るためのマグネッ
トコイル31が設置されている。In FIG. 1, 21 is a plasma generation chamber, 22 is a gas inlet for introducing discharge sustaining gas into the plasma generation chamber 21, 23 is an ion outlet, and 24 is an ion extractor for extracting ions from the ion outlet 23. It is an electrode. There is a microwave inlet 25 in the plasma generation chamber 21, and a rigid coil 26 (for example, inner diameter 28mm, thickness 2mm) inside.
(2) A copper pipe with a length of 80 mI is provided with a spiral groove with a slit width of 2 mm and a pitch of 18 grooves over a total length of 360 + a++. This so-called Rigitano coil is a slot line type helical coil developed by Rigitano, and is used as a microwave radiation antenna. At one end of the rigid coil 26 there is a target holder 28 with a water cooling pipe 27 attached.
A sputtering target 29 is attached to the target holder 28, and these targets are connected to the plastic and sputtering generation chamber 21.
It is electrically insulated from the insulating insulator 30. Also,
A magnet coil 31 is installed around the outer periphery of the plasma generation chamber 21 to obtain a magnetic field that causes electron cyclotron resonance in response to microwaves.
このような構造において、ガス導入口22を通してアル
ゴンなどの放電維持用ガスを導入する。In such a structure, a discharge sustaining gas such as argon is introduced through the gas inlet 22.
マイクロ波源32(たとえば周波数2.45GHzのマ
グネトロン)から、50 Wa t tの平均出力が同
軸線33を通って、マイクロ波導入口26を経て、リジ
タノコイル26へ導かれる。このとき、マグネットコイ
ル31の磁場をリジタノコイル26上で電子サイクロト
ロン共鳴になるように設定(たとえば、2.45GHz
の周波数に対しては876ガウス)すると、リジタノコ
イル26内に高密度のプラズマが生成される(参考文献
: R,De Dionigi 。From a microwave source 32 (eg, a magnetron with a frequency of 2.45 GHz), an average power of 50 W t t is conducted through a coaxial line 33 via a microwave inlet 26 to a rigid coil 26 . At this time, the magnetic field of the magnet coil 31 is set so that electron cyclotron resonance occurs on the rigidano coil 26 (for example, 2.45 GHz
876 Gauss for a frequency of ), a high-density plasma is generated in the rigidanocoil 26 (Reference: R, De Dionigi).
M、FontaneBi、E、5indoni and
G、Li5itano :Applied Phys
ics Letters、Vol、19.(1971)
。M, FontaneBi, E, 5indoni and
G. Li5itano: Applied Phys.
ics Letters, Vol. 19. (1971)
.
P、19)。ターゲットホルダー28に取り付けである
スパッタリングターゲット29にスパッタ電源34から
プラズマ生成室21に対して負電圧(たとえば−1KV
) を印加すれば、マイクロ波電子サイクロトン共鳴
放電によって生じたイオンがこのスパッタリングターゲ
ット29をたたき、その物質をスパッタさせる。スパッ
タリングにより放出されたターゲット物質は、リジタノ
コイル26内のプラズマ中でイオン化される。リジタノ
コイル26の長さとガス圧力を最適(たとえばリジタノ
コイルの長さ80W+の時、ガス圧力2 x 1O−2
Torr )にすることによりターゲット物質のイオン
化効率を高めることができる。また、イオン引出電源3
6により、イオン引出電極24にプラズマ生成室21に
対して負電圧(たとえば−30KV)を印加すれば、タ
ーゲット物質のイオンと放電維持用ガスのイオンとの混
合イオンビームが得られるが、質量分離器で分離するこ
とによシ、ターゲット物質の純粋なイオンビームを得る
ことができる。P, 19). A negative voltage (for example, -1KV) is applied to the sputtering target 29 attached to the target holder 28 from the sputtering power supply 34 to the plasma generation chamber 21.
), ions generated by microwave electron cycloton resonance discharge strike this sputtering target 29 and sputter the material. The target material released by sputtering is ionized in the plasma within the rigidano coil 26. Optimize the length and gas pressure of the rigid coil 26 (for example, when the length of the rigid coil 26 is 80W+, the gas pressure is 2 x 1O-2
Torr), the ionization efficiency of the target material can be increased. In addition, the ion extraction power source 3
6, if a negative voltage (for example, -30 KV) is applied to the ion extraction electrode 24 with respect to the plasma generation chamber 21, a mixed ion beam of target material ions and discharge sustaining gas ions can be obtained. A pure ion beam of the target material can be obtained by separating the target material.
また本実施例においては、リジタノコイル26をらせん
状に切れ目があるヘリカル型となっているが、切れ目が
軸と垂直であるデジタル型にしても同様の効果を奏する
。また33は同軸線となっているが、同波管にしても同
様の効果を奏する。In this embodiment, the rigid coil 26 is of a helical type with spiral cuts, but the same effect can be achieved even if it is of a digital type with cuts perpendicular to the axis. Further, although 33 is a coaxial line, the same effect can be achieved even if a coaxial tube is used.
発明の効果
このように本発明によれば、リジタノコイルによるマイ
クロ波電子サイクロトロン共鳴放電によシ低ガス圧力で
も高密度のプラズマが生成され、この中にスパッタリン
グターゲットを導入することにより、スパッタした中性
原子のイオン化効率を高めることができるため、イオン
電流100μA以上の金属(71,T6.Mo等)イオ
ンビームを高真空中で効率よく輸送することができる。Effects of the Invention According to the present invention, high-density plasma is generated even at low gas pressure by microwave electron cyclotron resonance discharge using a rigidanocoil, and by introducing a sputtering target into this plasma, sputtered neutral Since the ionization efficiency of atoms can be increased, a metal (71, T6.Mo, etc.) ion beam with an ion current of 100 μA or more can be efficiently transported in a high vacuum.
第1図は本発明の一実施例のマイクロ波金属イオン源の
断面図、第2図は従来の金属イオン源の断面図である。
21・・・・・・プラズマ生成室、22・・・・・・ガ
ス導入口、23・・・・・・イオン導出口、24・・・
・・・イオン引出電極、26・・・・・・リジタノコイ
ル、29・・・・・・スパッタリングターゲット、31
・・・・・・マグネットコイル(磁界印加手段)、32
・・・・・・マイクロ波源、34・・・・・・スパッタ
電源。
代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名?/
−7’乏Z’7ヱAt
22−−一乃ス鳥^つ
23−−イτン噂出℃コ
さ−−−〜 51tt!&
?5− マイ7コ〉夫琳入〇
第 1 図 2針−
°ソジデノコ1ル27−−−紋、)1
2δ−一一ターテ井和しグー
29・−ダーγ、ドFIG. 1 is a sectional view of a microwave metal ion source according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a sectional view of a conventional metal ion source. 21... Plasma generation chamber, 22... Gas inlet, 23... Ion outlet, 24...
... Ion extraction electrode, 26 ... Rigidano coil, 29 ... Sputtering target, 31
...Magnet coil (magnetic field applying means), 32
......Microwave source, 34...Sputter power supply. Name of agent: Patent attorney Toshio Nakao and one other person? /
-7'sho Z'7ヱAt 22--Ichinosutori^tsu23--Rumors of In ℃kosa----~ 51tt! & ? 5- My 7 pieces〉Furiniri〇Figure 1 2 stitches-
° Sojidenoko 1 le 27 --- Crest, ) 1 2 δ-11 Tate Iwashi Gu 29・-Dar γ, Do
Claims (2)
成室と、前記プラズマ生成室内に配されたスパッタリン
グターゲットと、前記スパッタリングターゲットに前記
プラズマ生成室に対して負の電位を印加する手段と、前
記プラズマ生成室内に磁界を印加する磁界印加手段と、
イオン引出電極と、前記プラズマ生成室内にマイクロ波
を放射するマイクロ波放射手段とを備え、前記マイクロ
波放射手段として、マイクロ波源に連結されたリジタノ
コイルを用いたことを特徴とするマイクロ波金属イオン
源。(1) a plasma generation chamber having a gas inlet and an ion outlet; a sputtering target disposed within the plasma generation chamber; and means for applying a negative potential to the sputtering target with respect to the plasma generation chamber; a magnetic field applying means for applying a magnetic field within the plasma generation chamber;
A microwave metal ion source comprising an ion extraction electrode and a microwave radiating means for radiating microwaves into the plasma generation chamber, wherein a rigidano coil connected to a microwave source is used as the microwave radiating means. .
子サイクロトロン共鳴を満足する磁界を供給することを
特徴とする特許請求の範囲第1項記載のマイクロ波金属
イオン源。(2) The microwave metal ion source according to claim 1, wherein the magnetic field applying means supplies the microwave emitting means with a magnetic field that satisfies electron cyclotron resonance.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP22526486A JPS6380449A (en) | 1986-09-24 | 1986-09-24 | Microwave metallic ion source |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP22526486A JPS6380449A (en) | 1986-09-24 | 1986-09-24 | Microwave metallic ion source |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6380449A true JPS6380449A (en) | 1988-04-11 |
JPH0544769B2 JPH0544769B2 (en) | 1993-07-07 |
Family
ID=16826590
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP22526486A Granted JPS6380449A (en) | 1986-09-24 | 1986-09-24 | Microwave metallic ion source |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6380449A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01283745A (en) * | 1988-05-11 | 1989-11-15 | Hitachi Ltd | Microwave exciting plasma generator |
JPH088238A (en) * | 1995-05-10 | 1996-01-12 | Hitachi Ltd | Machining method and device |
CN112176406A (en) * | 2020-09-16 | 2021-01-05 | 北京清碳科技有限公司 | Single crystal diamond growth equipment |
-
1986
- 1986-09-24 JP JP22526486A patent/JPS6380449A/en active Granted
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01283745A (en) * | 1988-05-11 | 1989-11-15 | Hitachi Ltd | Microwave exciting plasma generator |
JPH088238A (en) * | 1995-05-10 | 1996-01-12 | Hitachi Ltd | Machining method and device |
CN112176406A (en) * | 2020-09-16 | 2021-01-05 | 北京清碳科技有限公司 | Single crystal diamond growth equipment |
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Publication number | Publication date |
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JPH0544769B2 (en) | 1993-07-07 |
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