JPS6293834A

JPS6293834A - イオン源

Info

Publication number: JPS6293834A
Application number: JP60231202A
Authority: JP
Inventors: Yasunori Ono; 康則大野; Tomoe Kurosawa; 黒沢　巴; Tadashi Sato; 忠佐藤; Yukio Kurosawa; 黒沢　幸夫; Yoshimi Hakamata; 袴田　好美
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1985-10-18
Filing date: 1985-10-18
Publication date: 1987-04-30
Anticipated expiration: 2010-05-17
Also published as: JPH0746586B2

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】〔発明の利用分野〕本発明はイオン源、特に酸素やふつ素糸のガスのイオン
を発生する為のイオン源に関する。

〔発明の背景〕

近年、半導体プロセスのドライ化に伴い、プラズマ、特
にイオンビームを応用したエツチング装置のニーズカ高
マっている。この為のイオン源としては、例えば、特開
昭５７−４０８４５号公報等に示されるように、電子発
生室とプラズマ発生室とを別個に設けたものが提案され
ている。すなわち、第５図に示すように、イオン源は、
フィラメント室１０１、プラズマ室１０２より構成され
ている。

フィラメント室１０１にはフィラメント１１１を絶縁碍
子１１２ｆｔ介して取り付けてあり、フィラメント外周
へは熱電子放射口全開口したガラスあるいはセラミック
ス材によりなる絶縁円筒１１３を配しである。この熱電
子放射口の中心部へはフィラメント電位に対し相対的に
正の電位を有するリング状、メツシュ状、あるいは板状
の熱電子引出し電極１１４を配してあシ、更に不活性ガ
スの導入口により構成されている。プラズマ室１０２は
その外壁へ磁束コイル１２１を、内壁へ熱電子集束用ア
ノード電極１２２全配しこのアノード電極へは外部電源
１２６によりフィラメント電位に対し相対的に正の電位
を与える。プラズマ室１０２の中心部へはプラズマ室と
同心円となるようなフィラメント電位に等しいコイル状
、あるいはシリンダー状の電極１２３を配している。プ
ラズマ室１０２のイオン出口付近には接地電位であるイ
オン引出しメツシュ電極１２４を設は前記したフイラメ
ント室１０１のフィラメント１１１との間に負の高圧電
源１２７により電位を印加する構成となっている。プラ
ズマ室への活性ガスの導入はガス導入口１２５により行
なわれる。ここで、導入する活性ガスと不活性ガスとの
割合いは１：１程度になるように選ばれる。この方式で
は、フィラメント室１０１へは、不活性ガスが導入され
るため、ある程度フィラメントの寿命が長くなるが、そ
れでも不活性ガスと活性ガスが、拡散により混合するの
で、フィラメント案内へも不活性ガスが５０４程度入り
込むので、結局フィラメントの寿命が、そうは長くなら
ないという問題点があった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、活性ガスを使用してもフィラメントの
寿命の問題のないイオン源を提供するにある。

〔発明の概要〕本発明では上記した目的を達成するために、フィラメン
トの代りに電子発生室に高周波電力供給部並びに電子軌
道を回転軌道とする磁界印加手段を設ける。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。第１
図（Ａ）はイオン源の縦断面図である。

電子発生室１ば、円筒状の電子発生室側壁１５と上端全
村じているバックプレート２１と、下端に絶縁物９全介
して取り付けられている電子引出し電極２２に囲まれて
いる。プラズマ発生室２は、上端が絶縁物９を介してプ
ラズマ生成室１に連結され、円筒状のアーク放電室側壁
１Ｇとビーム引出し電極４で囲まれている。プラズマ発
生室の下方には、絶縁物９を介して真空容器１７が連結
されており、容器全体が排気口１８から排気されること
により真空となる。電子発生室１には、永久磁石１０が
、同図（Ａ）のＸ−Ｉ断面図ｋ（Ｂ）に示すように、Ｎ
極、Ｓ極が交互に現われるカスプ磁界を形成するように
絶縁物９によって固定されている。それを囲むように３
ターンの高周波コイル１１が、絶縁物９を介して固定さ
れ、これにバックプレート２１を気密にかつ電気的に絶
縁した状態で導入された導入端子１２全通して高周波電
力が与えられる。また、バックプレート２１には、ガス
導入口８があり、そこからガスを導入できる。下端には
単孔の電子引出し電極２２が取り付けられているが、こ
の電極には、電子発生室の側壁１５の電位に対して正の
電位になるように直流電圧ＶＩが印加される。プラズマ
発生室側壁１６の周囲には、同図（Ａ）中のｍ−ｍ断面
図を（Ｃ）に示すように、カスプ磁界を生じるように永
久磁石１０が取り付けられている。プラズマ発生室側壁
１６が陽極電極に、電子引出し電極２２が陰極電極にな
るよう直流電圧Ｖ、を印加する。

ビーム引出し電極４のアーク室側の電極には引出される
イオンビームのエネルギに相当する直流電圧Ｖ、が印加
される。真空容器中に、被加工物５が水冷され自転して
いるホールダ６に取り付けられている。

電子発生室１を５　Ｘ　１０””　Ｔｏｒｅ程度の真空
に排気した後、ガス導入口８から反応性ガス全供給し、
真空容器側でＩ　Ｘ　１０”〜５　Ｘ　１０−’Ｔｏｒ
ｒ　　程度の真空にする。次いで、図では省略している
が電子発生室１にある放電ギャップで放電音させながら
、高周波コイル８に１３．５６ＭＨ２の高周波電力全印
加し、電子発生室１にプラズマ全生成させて電子をつく
る。プラズマが安定すれば、放電ギャップで放電させる
必要はない。生成された電子は、電子発生室側壁１５に
向って拡散しようとするが永久磁石１０によるカスプ磁
界により、電子発生室１の中央の永久磁石１０で囲まれ
た領域に制限される。そのため、高周波コイル１１で絶
縁破壊奮起こすこともなく、高密度の電子が得られる。

本実施例に示す装ｆＩＬ全用いて、０２　ガスのプラズ
マを生成したところ、プラズマ中のイオン密度は、約Ｉ
　Ｘ　１０”　（ｃｍ′″３）となり、そこから直接多
孔ビーム引出し電極（図では記していない）を用いて、
５００Ω■の０２イオンビームを引出したところ、０．
６５ｍＡ／ｃｍ２のイオンビーム電流密度が得られた。

この値は、フィラメントを用いた場合のイオンビーム電
流密度と同等であった。このように本発明では、フイラ
メンｌｔ−使用せずに電子を発生させ、それ全プラズマ
発生室内に供給して有効なアーク放ｔを行なわせること
ができ、十分々イオンビームを引出すことができるから
、フィラメントの寿命の問題から全く解放されることが
できる。

第２図は本発明の別の実施例によるイオン源を示してい
る。

この実施例では、電子発生室１での電子の生成方法が、
第１図の実施例と異なっているが、他は同じである。電
子発生室側壁１５の周囲には円筒コイル１４が巻かれて
おり、円筒の軸方向に直流の磁界全印加できる構造にな
っている７、第１図の実施例の場合と同様、真空にした
電子発生室１に、ガス導入口８から反応性ガスを導入す
るとともに、導波管１３を通じて２．４５ＧＨ２のマイ
クロ波を注入する。印加する磁界の強度は、発生するプ
ラズマの電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）の周波数が
、注入するマイクロ波の周波数にほぼ等しくなるよう設
定するか、あるいは印加する磁界強度を高めに設定する
。本実施例は、上述したようにプラズマとマイクロ波の
共鳴現象全利用して、導入ガス全電離し、高密度の電子
全生成する方式である。

電子発生室１に生じたプラズマから、電子引出し電極２
２によって電子のみを引出し、プラズマ発生室２に供給
しながら、電子引出し電極２２とアーク放電室２２の間
でアーク放電を起こさせることによりプラズマを生成す
乙。

第３図はプラズマ発生室２でのプラズマ密度の分布を示
すグラフである。内壁近傍全除いてほぼ均一な分布をし
ている。本実施例の場合にも第１図の実施例と全く同様
の効果を奏することができる。

第４図はその他の実施例によるイオン源を示していて、
（Ａ）は縦断面図を、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれＩ−Ｉ
、ＩＩ−ＩＩ断面図を表わす。この実施例は、アノード
電極２３となる円筒状の導体が、プラズマ発生室２の側
に置かれ、１２個の支持体でアーク放電室側壁と内置き
アノード電極２３がほぼ同じ電位をもつように固定され
ていること以外は、第１図の実施例と同じである。この
ような構造を用いる利点を、次に述べる。我々の実験に
よれば、例えばＣＦ４　ガスを導入ガスとして、イオン
ビームを引出した時、アーク放電室２でのガス分解生成
物の化学反応によってできた生成物がアーク放電室側壁
に付着し、アーク放電が不安定になることが判明した。

これに対し、アーク放電室側壁を高温にすれば、付着物
の量を少なく抑えられ、安定な放電が維持できることが
わかった。

第５図の実施例では、内置きアノード電極２３が熱的に
は、通常は水冷され約１５０℃以下に保たれている側壁
１６とは分離されているため、同アノード電極は２００
〜４００℃の高温になり、付着物が付きにくくなるので
、安定なアーク放電が維持できるという効果がある。本
実施例のその他の効果については、第１図の実施例で述
べたのと同じである。

〔発明の効果〕

以上説明したように要するに本発明は、電子発生室とプ
ラズマ発生室とを別個に設けてなるイオン源において、
該電子発生室は高周波電力供給部並びに電子軌道全回転
軌道とする磁界印加手段金言し、プラズマ発生室にはプ
ラズマ全閉じ込めるためのカスプ磁界発生用磁石を備え
たものであるから、０２やＣＦ４　などの活性ガスのイ
オンビーム発生に使用しても、フィラメントがないため
、フィラメントの寿命の問題から全く解放されることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ本発明の一実施例によ
るイオン源の縦断面図及びＩ−Ｉ線、■−Ｘ線断面図、
第２図（Ａ）〜（Ｃ）は本発明の別の実施例によるイオ
ン源の縦断面図及びＩ−Ｉ線、ｍ−Ｘ線断面図、第３図
は第２図の実施例でのプラズマ密度の分布図、第４図（
Ａ）〜（Ｃ＞は本発明のその他の実施例によるイオン源
の断面図及びＩ−Ｉ線、ＩＩ−ＩＩ線断面図、第５図は
本発明の異なる他の実施例の説明図でちる。１・・・電子発生室、２・・・プラズマ発生室、４・・
・ビーム引出し電極、５・・・被加工物、７・・・イオ
ンビーム、８・・・ガス導入口、９・・・絶縁物、１０
・・・永久磁石、１１・・・高周波コイル、１２・・・
導入端子、１３・・・導波管、１４・・・円筒コイル、
１７・・・真空容器、１８００．排気口、２１・・・バ
ックプレート、２２・・・電子引出し電極、２３・・・
内置きアノード電極。

Claims

【特許請求の範囲】

１、電子発生室とプラズマ発生室とを別個に設けてなる
イオン源において、該電子発生室は高周波電力供給部並
びに電子軌道を回転軌道とする磁界印加手段を有し、プ
ラズマ発生室にはプラズマを閉じ込める為のカスプ磁界
発生用磁石を備えてなることを特徴とするイオン源。