KR920003157B1

KR920003157B1 - PIG(Penning Ionization Gause)형의 이온원

Info

Publication number: KR920003157B1
Application number: KR1019890004761A
Authority: KR
Inventors: 요시까즈 요시다
Original assignee: 마쯔시다덴기산교 가부시가가이샤; 다니이 아끼오
Priority date: 1988-04-12
Filing date: 1989-04-11
Publication date: 1992-04-20
Also published as: JPH077639B2; KR890016609A; JPH01264141A; US4931698A

Abstract

내용 없음.

Description

PIG(Penning Ionization Gause)형의 이온원

제1도는 본 발명의 제1실시예에 관한 이온원의 정면도.

제2도는 제1도의 평면도.

제3도는 이온원의 동작원리 설명도.

제4도는 본 발명의 제2실시예에 관한 이온원의 정면도.

제5도는 종래의 이온원의 정면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11), 31 : 방전실 12, 33 : 가스도입구

13, 34 : 이온도출구 14, 14', 38 : 원주음극

15, 39 : 양극 16, 40 : 솔레노이드

32 : 안테나

본 발명은 이온비임증착, 이온주입, 중이온(중이온) 과학등에 이용할 수 있는 PIG(Penning Ionization Gause)형의 이온원에 관한 것이다.

종래에는, 이 종류의 이온원으로서, Bennett에 의해서 개발된 자기가열형 음극직경방향 인출형이온원[이시가와준조; 이온원공학(아이오닉스, 1986) P 462]이 있으며, 제5도와 같은 구조로 되어 있었다.

제5도에 있어서, 아르곤등의 기체를 가스도입구(3)로부터 원통형상의 양극(1)내에 공급하고, 솔레노이드(4)에 의해서 발생되는 X방향의 자계와, 전원(5)에 의해서 발생되는 양극(1)과 음극(2)간의 전계를 알맞게 설정함으로서, 음극(2)으로부터 전자가 방출되고, 자력선을 따른 사이클로트론운동, 직교전자계에 의한 드리프트운동 및 음극(2)간의 진동운동의 합성에 의해서, 음극(2)로부터 방출된 전자는 중성입자와 충돌로 그 에너지을 거의 다 소비될때 까지 플라즈마를 생성하는데 이용된다. 즉, 상기의 PIG(Penning ionization Gause)방전에 의해서 플라즈마를 생성하고, 전원(7)과 접속된 이온인출전극(8)으로, 양극(1)의 측면에 개방된 슬릿형상의 이온도출구(6)로부터, Y방향으로 이온을 비임으로해서 인출한다.

그러나, 상기 구조로서는, PIG 방전용의 자계를 축방향으로 인가하기 때문에, 슬릿으로부터 이온을 인출하는 구조로 되어 있으므로, 인출된 이온비임이 스트라이프형으로 되어, 실리콘웨이퍼등의 샘플상의 넓은 면적에 균일하게 조사(照射)를 행하는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 균일하게 이온조사를 행할 수 있는 이온원을 제공하는 것을 목적으로 한다.

이 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 이온원은, 가스도입구와 이온도출구를 가진 방전실과, 상기 방전실의 측면에 설치된 2쌍의 음극과, 상기 2쌍의 음극의 각 음극간에 설치된 2쌍의 양극과, 상기 2쌍의 음극 중 1쌍의 음극에 각각 감겨지고, 서로 자기적으로 반발하는 1쌍의 솔레노이드를 가지며, 상기 솔레노이드가 감겨진 1쌍의 음극과는 다른 1쌍의 음극은 그 중심축상에서 영자장(zero magnetic field)을 가진 것으로 구성된다.

또, 본 발명은, 가스도입구와 이온도출구를 가진 방전실과, 상기 방전실의 측면에 설치되며, 중심축이 직교하는 2쌍의 음극과, 상기 2쌍의 음극의 각 음극사이에 설치된 2쌍의 양극과, 상기 2쌍의 음극중 1쌍의 음극에 각각 감겨지고, 서로 자기적으로 반발하여, 커스프자장(magnetic cusp)을 형성하는 1쌍의 솔레노이드를 가지며, 상기 솔레노이드가 감겨진 1쌍의 음극과 다른 1쌍의 음극은 그 중심축상에서 영자장을 가진 것으로 구성된다.

그리고, 이 구성에 의해서 스트라이프형의 이온비임 대신에, 대면적의 원통형상 이온비임을 얻을 수 있다.

이하, 본 발명의 일실시예를 첨부도면을 참조하면서 설명한다.

제1도와 제2도에 있어서, (11)은 방전실로, 가스도입구(12)와 이온도출구(13)를 가지고 있다. (14), (14')은 방전실(11)의 측면의 사방에 설치된 원주음극이고, 방전실(11)의 원주음극(14), (14')간에는 중심에 돌출된 곡률을 가진 직교하는 2축에 대칭인 양극(15)이 설치되어 있다. 방전실(11)의 바깥쪽에는 1쌍의 원주음극(14)의 중심축(X)의 양단부에 감겨진 1쌍의 솔레노이드(16)가 설치되어 있다.

이와 같은 구조에 있어서, 각각의 원주음극(14), (14')은 절연애자(17)에 의해서 방전실(11)과 전기적으로 절연되어 있으며, 전원(18)에 의해서 예를들면 -2OOV의 전압을 원주음극(14)에 인가한다. 이때 양극(15)을 접지전위로 하고, 가스도입구(12)로부터 예를 들면 아르곤을 도입한다. 또 제3도에 도시한 바와 같이, 1쌍의 솔레노이드(16)가 자기적으로 반발하도록 전류(19), (19')를 흐르게 하고, 솔레노이드(16)가 부착된 1쌍의 원주음극(14)과는 다른 1쌍의 원주음극(14')의 중심축(Y)상에 영자장이 되도록 커스프자계(20)(예를 들면, 솔레노이드(16)의 중앙에서 0.8킬로가우스) 배위 (配位)를 얻는다. 원주음극(14), (14')과 양극(15)의 전위차에 의한 전계(21)와 커스프자계(20)에 의해서, 전리된 전자를 방전실(11)에 가둘 수 있으며, 전자가 벽면으로 확산되는 일없이 입자와의 충돌에 의해서, 에너지를 다 소모할때까지 플라즈마 생성에 이용할 수 있다. 즉, 커스프자계(20)에 의해서 양극(15)에 수평방향의 자계(20)가 형성되고, 자계(20)의 방향으로 전자의 운동을 제한할 수 있으며, 양극(15)벽면으로 소멸되는 일없이 전자의 이동거리를 연장하는 효과가 있어, 커스프자계에 의해서 전자를 가둘 수 있다. 자계(20)가 수직으로 교차하는 원주음극(14), (14') 벽면에서 있는 전자가 소멸되지만, 전계(21)에 의해서 원주음극(14), (14')은 전자의 반사전극으로 된다. 자계(20)와 전계(21)를 동시에 형성함으로서, 전자를 벽면으로 확산시키는 일없이 방전실(11)내에 가둘 수 있으며, 방전실(11)의 부근에 고밀도의 플라즈마를 생성시킬 수 있다. 이때, 이온도출구(13)를 다공(예를 들면 ψ2mm의 구멍이 7개)으로 하고, 이온인출전극(22)에 예를들면 -10KV의 전위를 전원(23)에 의해서 인가하면, 방전실(11)내의 플라즈마에 의하여 아르곤 이온을 원통형상 이온비임(24)으로 형성시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 이온원의 방전실(11)의 내부 및 외부는 비자성체로 구성되어 있다.

다음에 본 발명의 제2실시예에 대해서 설명한다.

제4도는 제2실시예를 도시하고 있으며, 이 실시예는, 방전실(31)에 마이크로 파방사용의 안테나(32)가 설치되어 있는 점이 제1실시예와 크게 다른 점이다. 방전실(31)은 가스도입구(33)와 이온도출구(34)를 가지고 있으며, 방전실(31)에는 이온도출구(34)와 대향해서 마이크로파도입용의 커넥터(35)가 취부되어 있으며, 커넥터(35)에는 중앙에 절연물(36)로 지지된 동축선(37)이 있으며, 동축선(37)은 방전실(31)의 중앙에 위치하는 링형상의 안테나(32)에 접속되어 있다. 또 방전실(31)의 측면의 사방에는 원주음극(38)이 설치되어 있으며, 원주음극(38)의 사이에는 중심에 돌출된 곡률을 가진 직교하는 2축에 대해서 대칭인 양극(39)이 있다. 또, 방전실(31)의 바깥쪽에는 1쌍의 원주음극(38)의 중심축(X)의 양단부에 감겨진 1쌍의 솔레노이드(40)가 설치되어 있다.

이와 같은 구조에 있어서, 산소등의 반응성가스를 가스도입구(33)로부터 공급하면, 원주음극(38)과 양극(39)에 의해서 형성되는 전계와 솔레노이드(40)에 의해서 형성되는 커스프자계에 의한 PIG방전에 의해서, 방전실(31)에 플라즈마가 생성된다. 이 경우, 원주음극(38)이 방전유지용의 전자공급원으로 되어 있지만, 산소플라즈마에 의해서, 원주음극(38)의 표면이 산화되면 전자의 방출이 불안정하게 되어, 방전히 불안정해진다. 이때, 마이크로파전력(41)을 커넥터(35)를 통해서 안테나(32)로 방전실(31)에 방사하면, 플라즈마중의 전자가 마이크로파로부터 에너지를 받기 때문에, 원주음극(38)으로부터의 전자공급이 불안정하게 되어도 마이크로파에 의한 전자에너지의 공급이 가능하게 되어, 방전은 안정하게 된다. 이 안정된 플라즈마를 이온 인출전극(42)에 의해서 이온도출구(34)로부터 인출이온비임(43)을 형성한다. 또한, 가스도입구(33)로부터 공급하는 가스를 반응성가스로 하였지만, 불활성가스도 동일한 효과가 있다.

또한, 제1도 및 제4도에 있어서, (25), (44), (45)는 절연애자이다.

Claims

가스도입구(12)와 이온도출구(13)를 가진 방전실(11)과, 상기 방전실의 측면에 설치되며, 중심축이 직교하는 2쌍의 음극(14)와, 상기 2쌍의 음극의 각 음극사이에 설치된 2쌍의 양극(15)과, 상기 2쌍의 음극중 1쌍의 음극에 각각 감겨지고, 서로 자기적으로 반발하여, 커스프자장(magnetic cusp)을 형성하는 1쌍의 솔레노이드(16)를 가지며, 상기 솔레노이드가 감겨진 1쌍의 음극과 다른 1쌍의 음극은 그 중심축상으로 영자장(zero magnetic field)을 가진 PIG형의 이온원.
제1항에 있어서, 방전실내에 마이크로파를 방사하는 마이크로파방사수단(32)을 가진 PIG형의 이온원.