JP2020173984A - Ion source, ion implanter, and magnesium ion generation method - Google Patents
Ion source, ion implanter, and magnesium ion generation method Download PDFInfo
- Publication number
- JP2020173984A JP2020173984A JP2019075461A JP2019075461A JP2020173984A JP 2020173984 A JP2020173984 A JP 2020173984A JP 2019075461 A JP2019075461 A JP 2019075461A JP 2019075461 A JP2019075461 A JP 2019075461A JP 2020173984 A JP2020173984 A JP 2020173984A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ion
- raw material
- cathode electrode
- electrode
- generation container
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 title claims abstract description 128
- JLVVSXFLKOJNIY-UHFFFAOYSA-N Magnesium ion Chemical compound [Mg+2] JLVVSXFLKOJNIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 31
- 229910001425 magnesium ion Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 31
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 8
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 104
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims description 15
- 150000002681 magnesium compounds Chemical class 0.000 claims description 14
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 claims description 10
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical group [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 claims description 9
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 9
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 claims description 8
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 8
- 238000005477 sputtering target Methods 0.000 claims description 7
- ORUIBWPALBXDOA-UHFFFAOYSA-L magnesium fluoride Chemical group [F-].[F-].[Mg+2] ORUIBWPALBXDOA-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 38
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 22
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 17
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 17
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 10
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 4
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 3
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 3
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 2
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 2
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 2
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 2
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- -1 argon ions Chemical class 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000010292 electrical insulation Methods 0.000 description 1
- 239000007943 implant Substances 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 229910001635 magnesium fluoride Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 239000003870 refractory metal Substances 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Plasma Technology (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
Abstract
Description
本発明は、イオン源に関し、特に、マグネシウム(Mg)をイオン化して基板に注入するイオン注入装置に用いるイオン源の技術に関する。 The present invention relates to an ion source, and more particularly to an ion source technique used in an ion implantation apparatus that ionizes magnesium (Mg) and implants it into a substrate.
近年、例えば窒化ガリウム(GaN)からなる基板にマグネシウム(Mg)イオンをドーパントとして注入するプロセスを行う技術が実用化しつつあり、マグネシウムのイオンビームを生成するイオン源を有するイオン注入装置が開発されている。 In recent years, for example, a technique for implanting magnesium (Mg) ions as a dopant on a substrate made of gallium nitride (GaN) has been put into practical use, and an ion implantation device having an ion source for generating an ion beam of magnesium has been developed. There is.
このようなイオン源において、マグネシウムイオンを生成するには、真空中で容器内に配置された固体のマグネシウムを加熱して昇華させて気化し、このマグネシウムの気体をイオン生成容器内においてアーク放電させてプラズマを生成し、イオン化する方法がある。 In order to generate magnesium ions in such an ion source, solid magnesium placed in a container is heated in a vacuum to sublimate and vaporize, and the magnesium gas is arc-discharged in the ion generation container. There is a method of generating plasma and ionizing it.
この場合、装置構成の簡素化を目的として、イオン生成容器内においてマグネシウムの放電を補助(アシスト)するために例えばアルゴン等の放電補助ガスを供給する管をマグネシウムの気体を導入する原料気体導入管に接続し、一つの原料気体導入管のみを介してこれら2種類の気体をイオン生成容器内に導入することが広く行われている。 In this case, for the purpose of simplifying the device configuration, a raw material gas introduction pipe that introduces a magnesium gas into a pipe that supplies a discharge auxiliary gas such as argon in order to assist the discharge of magnesium in the ion generation container. It is widely practiced to introduce these two types of gases into the ion generation container via only one raw material gas introduction pipe.
しかし、このような従来技術においては、固体のマグネシウムを昇華させる際、例えば図10に示すように、イオン原料供給部内の温度が500℃より低い場合に蒸気圧が急激に変化するため、安定したイオンビームを得るためには、イオン原料供給部内の温度を約500℃に高精度で調節する必要がある。 However, in such a conventional technique, when sublimating solid magnesium, for example, as shown in FIG. 10, when the temperature in the ion raw material supply section is lower than 500 ° C., the vapor pressure changes rapidly, so that it is stable. In order to obtain an ion beam, it is necessary to adjust the temperature inside the ion raw material supply unit to about 500 ° C. with high accuracy.
また、放電補助ガスをマグネシウムの気体と共に原料気体導入管を介してイオン生成容器内に導入すると、常温に近い温度の放電補助ガスが原料気体導入管内に流入するため、原料気体導入管と放電補助ガス供給管の先端部との接続部分にマグネシウムの気体が固体化して付着し、放電補助ガス供給管の導入口を塞いでしまうことがある。その結果、従来技術ではイオン源の寿命を延ばすことが困難である。 Further, when the discharge auxiliary gas is introduced into the ion generation container together with the magnesium gas through the raw material gas introduction pipe, the discharge auxiliary gas having a temperature close to room temperature flows into the raw material gas introduction pipe, so that the raw material gas introduction pipe and the discharge auxiliary are discharged. Magnesium gas may solidify and adhere to the connection portion with the tip of the gas supply pipe, blocking the introduction port of the discharge auxiliary gas supply pipe. As a result, it is difficult to extend the life of the ion source with the prior art.
本発明は、このような従来の技術の課題を考慮してなされたもので、その目的とするところは、簡素な構成で安定したマグネシウムイオンを生成することができるとともに、寿命の長いイオン源を提供することにある。 The present invention has been made in consideration of such problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide an ion source having a long life as well as being able to generate stable magnesium ions with a simple configuration. To provide.
上記従来技術の課題を解決するためになされた本発明は、真空中でスパッタリングによってマグネシウムイオンを生成するイオン生成容器と、前記イオン生成容器内の一端に配置されたカソード電極と、前記イオン生成容器内の他端に配置され、前記カソード電極の表面と対向するように設けられたリペラ電極と、前記カソード電極に対して前記イオン生成容器の外部側に配置されたフィラメントとを有するとともに、前記イオン生成容器内に、マグネシウム化合物からなるスパッタリングターゲットとしての固体状態の原料ブロックが設けられ、通電された前記フィラメントによって前記カソード電極を加熱し、電子放出面から前記リペラ電極に向かって熱電子を放出させ、当該熱電子が前記カソード電極と前記リペラ電極との間で往復移動するように当該カソード電極及び当該リペラ電極の電位を制御し、導入されたスパッタガスを前記熱電子によって分解して当該スパッタガスのプラズマを生成し、当該プラズマ中のイオンによって前記原料ブロックをスパッタして正電荷のマグネシウムイオンを生成するように構成されているイオン源である。
本発明では、前記カソード電極と前記リペラ電極のいずれか一方又は両方の近傍に前記原料ブロックが設けられていることも効果的である。
本発明では、前記原料ブロックが酸化マグネシウム(MgO)である場合にも効果的である。
本発明では、前記原料ブロックがフッ化マグネシウム(MgF2)である場合にも効果的である。
本発明では、前記リペラ電極が前記マグネシウム化合物からなる場合にも効果的である。
また、本発明は、上述したいずれかのイオン源を有し、当該イオン源から放出されたイオンビームを基板に照射して注入するように構成されているイオン注入装置である。
さらに、本発明は、真空中でスパッタリングによってマグネシウムイオンを生成するイオン生成容器と、前記イオン生成容器内の一端に配置されたカソード電極と、前記イオン生成容器内の他端に配置され、前記カソード電極の表面と対向するように設けられたリペラ電極と前記カソード電極に対して前記イオン生成容器の外部側に配置されたフィラメントとを有するイオン源を用いてマグネシウムイオンを生成する方法であって、前記イオン生成容器内に、マグネシウム化合物からなるスパッタリングターゲットとしての固体状態の原料ブロックを設け、通電された前記フィラメントによって前記カソード電極を加熱し、電子放出面から前記リペラ電極に向かって熱電子を放出させ、当該熱電子が前記カソード電極と前記リペラ電極との間で往復移動するように当該カソード電極及び当該リペラ電極の電位を制御し、導入されたスパッタガスを前記熱電子によって分解して当該スパッタガスのプラズマを生成し、当該プラズマ中のイオンによって前記原料ブロックをスパッタして正電荷のマグネシウムイオンを生成する工程を有するマグネシウムイオン生成方法である。
The present invention made to solve the above-mentioned problems of the prior art has an ion generation container that generates magnesium ions by sputtering in a vacuum, a cathode electrode arranged at one end of the ion generation container, and the ion generation container. It has a repeller electrode arranged at the other end of the inside and provided so as to face the surface of the cathode electrode, and a filament arranged on the outer side of the ion generation container with respect to the cathode electrode, and the ion. A solid raw material block as a sputtering target made of a magnesium compound is provided in the production container, and the cathode electrode is heated by the energized filament to emit thermoelectrons from the electron emitting surface toward the repeller electrode. The potentials of the cathode electrode and the repeller electrode are controlled so that the thermoelectrons reciprocate between the cathode electrode and the repeller electrode, and the introduced sputter gas is decomposed by the thermoelectrons to decompose the sputter gas. It is an ion source configured to generate the plasma of the above and sputter the raw material block with the ions in the plasma to generate positively charged magnesium ions.
In the present invention, it is also effective that the raw material block is provided in the vicinity of either one or both of the cathode electrode and the repeller electrode.
In the present invention, it is also effective when the raw material block is magnesium oxide (MgO).
In the present invention, it is also effective when the raw material block is magnesium fluoride (MgF 2 ).
The present invention is also effective when the repeller electrode is made of the magnesium compound.
Further, the present invention is an ion implantation apparatus having any of the above-mentioned ion sources and configured to irradiate and inject an ion beam emitted from the ion source onto a substrate.
Further, the present invention comprises an ion generation container that generates magnesium ions by sputtering in a vacuum, a cathode electrode arranged at one end of the ion generation container, and the cathode arranged at the other end of the ion generation container. A method of generating magnesium ions using an ion source having a repeller electrode provided so as to face the surface of the electrode and a filament arranged on the outer side of the ion generation container with respect to the cathode electrode. A solid raw material block as a sputtering target made of a magnesium compound is provided in the ion generation container, the cathode electrode is heated by the energized filament, and thermoelectrons are emitted from the electron emitting surface toward the repeller electrode. Then, the potentials of the cathode electrode and the repeller electrode are controlled so that the thermoelectrons reciprocate between the cathode electrode and the repeller electrode, and the introduced sputter gas is decomposed by the thermoelectrons to decompose the spatter. This is a magnesium ion generation method including a step of generating a gas plasma and sputtering the raw material block with the ions in the plasma to generate positively charged magnesium ions.
本発明によれば、マグネシウム化合物からなるスパッタリングターゲットとしての固体状態の原料ブロックがイオン生成容器内に設けられ、この原料ブロックをスパッタリングしてマグネシウムイオンを生成するようにしたことから、非常に簡素な構成で安定したマグネシウムイオンを生成することができる。 According to the present invention, a raw material block in a solid state as a sputtering target made of a magnesium compound is provided in an ion generation container, and the raw material block is sputtered to generate magnesium ions, which is very simple. It is possible to generate stable magnesium ions in the composition.
また、本発明によれば、マグネシウムの気体をイオン生成容器内に導入してプラズマを生成する従来技術のような、マグネシウムの気体の導入部分における気体の固体化によるマグネシウムの付着の問題は発生しないので、イオン源の長寿命化を図ることができる。 Further, according to the present invention, the problem of magnesium adhesion due to solidification of the gas at the introduction portion of the magnesium gas does not occur as in the conventional technique of introducing the magnesium gas into the ion generation container to generate plasma. Therefore, the life of the ion source can be extended.
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
<イオン注入装置>
図1は、本発明のイオン源を用いた本発明のイオン注入装置1の全体を示す概略構成図である。
<Ion implanter>
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing the entire
図1に示すように、本例のイオン注入装置1は、後述するイオン源10と、走行室2と、質量分析装置3と、加速装置4と、走査装置5と、注入室6とが、これらの順に接続されて構成されている。
As shown in FIG. 1, in the
なお、このイオン注入装置1は、イオン源10、走行室2、加速装置4、注入室6が、真空排気装置9a〜9dによってそれぞれ真空排気されるようになっている。
In the
イオン源10にはガス供給部12が接続されており、イオン源10はガス供給部12が供給するスパッタガスを用いてスパッタリングによってマグネシウムイオンを生成する。
A
マグネシウムイオンは、走行室2の内部に引き出され、走行室2の内部を走行し、質量分析装置3の内部に入射するようになっている。
Magnesium ions are drawn into the
本実施の形態では、正電荷のマグネシウムイオンが質量分析装置3の内部を通過する際に質量分析され、所望の質量電荷比を有するイオンが通過して加速装置4に入射される。
In the present embodiment, positively charged magnesium ions are mass-analyzed when passing through the inside of the
加速装置4では、入射したマグネシウムイオンが加速され、走査装置5に入射すると、イオンビームは走査装置5によって進行方向が制御されて注入室6の内部に入射する。
In the
注入室6の内部には、複数(ここでは二つ)の基板8が配置されており、上述した走査装置5によって、イオンビームは複数の基板8のうちいずれかの基板方向に向けられ、その基板8の表面に照射される。基板8の表面はイオンビームによって走査され、マグネシウムイオンが注入される。
A plurality of (two in this case)
<イオン源>
図2は、本発明に係るイオン源の実施の形態の内部を示す概略構成図である。
<Ion source>
FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing the inside of the embodiment of the ion source according to the present invention.
図2に示すように、本実施の形態のイオン源10は、筒状(ここでは四角筒)のイオン生成容器21を有し、このイオン生成容器21の内部は、図1に示した真空排気装置9aによって真空雰囲気に真空排気される。
As shown in FIG. 2, the
イオン生成容器21は二つの底面31,32を有し、一方の底面31はイオン生成容器21の一端に位置するとともに、他方の底面32はイオン生成容器21の他端に位置し、各底面31,32には、それぞれ取付孔47,48が設けられている。
The
イオン生成容器21の内部には、一方の底面31の近傍にフィラメント20が配置され、他方の底面32の近傍にリペラ電極23が配置されている。このフィラメント20はイオン生成容器21の外部側、すなわち、以下に説明するカソード電極22に対してイオン生成容器21の外部側の真空雰囲気中に設けられている。
Inside the
イオン生成容器21の内部であって、フィラメント20とリペラ電極23との間のフィラメント20の近傍には、カソード電極22が配置されている。
A
カソード電極22とリペラ電極23は共に平板又は柱状に形成され、互いに向きあう面が平面で平行にされている。また、フィラメント20はカソード電極22の背面側に位置している。
Both the
イオン生成容器21の外部であって底面31の近傍には、ベース板30が配置されている。ベース板30は絶縁された状態でイオン生成容器21に固定されている。
A
イオン生成容器21の底面31の取付孔47には、原料支持体26と電極支持体33が挿通され、電極支持体33の一端である先端は、イオン生成容器21の内部に配置され、他端である根元部分はベース板30に固定されている。
The
カソード電極22は電極支持体33の先端に取り付けられている。なお、電極支持体33とカソード電極22は一体構造としてもかまわない。
The
イオン生成容器21の底面32の取付孔48には、支持棒36が挿通されている。支持棒36の先端はイオン生成容器21の内部に配置され、リペラ電極23が固定されている。
A
そして、支持棒36の先端に対する反対側の部分はイオン生成容器21の外部に配置されている。
The portion of the
支持棒36は絶縁体41によってイオン生成容器21に固定され、支持棒36とイオン生成容器21との間は絶縁されている。
The
原料支持体26は、イオン生成容器21と電極支持体33とに対して接触しないように、取付孔47の縁と電極支持体33との間に配置されている。したがって、原料支持体26は、イオン生成容器21との間の電気的絶縁性が維持された状態でイオン生成容器21に固定されている。
The
原料支持体26の根元部分はベース板30に固定され、その先端部分には所定形状に成形された、スパッタリングターゲットとしての固体の原料ブロック28が取り付けられている。
The root portion of the
本発明の場合、原料ブロック28としては、酸化マグネシウム(MgO)を用いることが好ましい。
In the case of the present invention, it is preferable to use magnesium oxide (MgO) as the
すなわち、酸化マグネシウムの融点は2800℃以上であるから、マグネシウムイオンの生成時にカソード電極22が高温(2200℃程度)になった場合であっても、原料ブロック28が溶融することがないからである。
That is, since the melting point of magnesium oxide is 2800 ° C. or higher, the
電極支持体33と原料支持体26とは電気伝導性を有しており、ベース板30と同電位になるから、カソード電極22と原料ブロック28ともベース板30と同電位になる。
Since the
原料ブロック28は、カソード電極22の側面とイオン生成容器21の側面25の間に、カソード電極22及びイオン生成容器21の両方に接触しないように配置されている。
The
原料ブロック28のリペラ電極23に対向する部分には平面状のスパッタ面37が設けられ、このスパッタ面37は上述したカソード電極22とリペラ電極23とが対向する面と平行にされている。
A
カソード電極22のリペラ電極23と対向する面を電子放出面38とすると、原料ブロック28のスパッタ面37は、リペラ電極23のカソード電極22と対向する面と電子放出面38との間に位置している。
Assuming that the surface of the
すなわち、原料ブロック28のスパッタ面37は、スパッタ面37が位置する平面とリペラ電極23との間の距離が、電子放出面38とリペラ電極23との間の距離よりも小さくなる位置に配置されている。
That is, the sputtered
またスパッタ面37は、スパッタ面37が位置する平面と電子放出面38との間の距離が、スパッタ面37が位置する平面とリペラ電極23との間の距離よりも小さくなる位置に配置されている。
Further, the sputtering
原料ブロック28は、金属体の中央に窓孔27が形成されたリング形状のものであり(図3(a)(b)参照)、中央部分に形成された窓孔27の中に、カソード電極22の電子放出面38が配置され、窓孔27の中部において電子放出面38が露出するように構成されている。
The
原料ブロック28の窓孔27は円形に形成され、カソード電極22は円盤状に形成され、窓孔27の直径がカソード電極22の直径よりも大きくなるように設定されている。
The
イオン生成容器21の外部には、放電電源52と、カソード加熱電源53と、フィラメント加熱電源54とが配置されている。放電電源52の正電圧端子には、イオン生成容器21が電気的に接続されている。
A
放電電源52の負電圧端子にはベース板30が電気的に接続されている。ここでは原料支持体26を介して電気的に接続されている。したがって、放電電源52が動作すると、カソード電極22と原料ブロック28とに、イオン生成容器21に対して負電圧が印加される。
The
また、放電電源52の負電圧端子はカソード加熱電源53の正電圧端子に電気的に接続され、カソード加熱電源53の負電圧端子はフィラメント20の一端に電気的に接続されている。これによりカソード加熱電源53が動作した場合に、フィラメント20にはカソード電極22に対して負電圧が印加される。
Further, the negative voltage terminal of the
フィラメント20の一端はカソード加熱電源53の負電圧端子とフィラメント加熱電源54の負電圧端子とに電気的に接続され、フィラメント20の他端はフィラメント加熱電源54の正電圧端子に電気的に接続されている。
One end of the
カソード電極22とリペラ電極23とフィラメント20とは真空雰囲気に置かれており、フィラメント加熱電源54が動作して真空雰囲気中でフィラメント20が通電されると発熱する。
The
その状態でカソード加熱電源53によってフィラメント20に負電圧が印加されると、熱電子がフィラメント20からカソード電極22に向けて放出され、熱電子がカソード電極22に衝突してカソード電極22が加熱される。
When a negative voltage is applied to the
放電電源52によってカソード電極22にイオン生成容器21に対して負電圧が印加されている状態で、カソード電極22が加熱されると、カソード電極22の露出された電子放出面38からリペラ電極23に向かって熱電子が放出され、加速される。
When the
リペラ電極23は、カソード電極22と同等の負電位(本実施の形態では浮遊電位)になるように構成されている。そして、カソード電極22から放出・加速された熱電子(一次電子)は静電気力によって、飛行方向が反転され、カソード電極22に向かって飛行する。
The
カソード電極22に向かった熱電子も、カソード電極22によって飛行方向が反転され、リペラ電極23に向かって反転する。
The flight direction of the thermions directed toward the
このように、熱電子はカソード電極22とリペラ電極23との間を繰り返し往復移動する。
In this way, thermions repeatedly reciprocate between the
イオン生成容器21の外部には、N極とS極の二個の磁極のうちイオン生成容器21に向けて一方の磁極が向けられた磁石58と、他方の磁極が向けられた磁石59とが配置され、N極とS極との間に形成される磁力線が、カソード電極22とリペラ電極23とを貫通するように構成されている。
Outside the
その結果、イオン生成容器21内において、熱電子は磁力線に巻き付いて螺旋状に移動しながら往復移動する。これらの作用により、イオン生成容器21内のアルゴンガスと熱電子との衝突確率を高め、プラズマ生成効率の増大を図っている。
As a result, in the
イオン生成容器21の側面には、ガス導入孔34とイオン放出孔35とが設けられている。
A
ガス導入孔34はガス供給部12に接続されており(図1参照)、ガス供給部12からスパッタガスであるアルゴンガスが供給される。
The
カソード電極22は高融点金属で構成されており、フィラメント20によって2200℃程度の温度に加熱される。
The
原料ブロック28はカソード電極22の近傍においてカソード電極22及びイオン生成容器21に対して非接触状態で配置されている。
The
これにより原料ブロック28は、カソード電極22から放出される熱線によって、イオン生成容器21に熱が流出しないように加熱され、昇温する。
As a result, the
イオン生成容器21に導入されたアルゴンガスは熱電子によってアルゴンのプラズマが生成され、このアルゴンプラズマはスパッタ面37と接触する。
Argon gas introduced into the
そして、アルゴンプラズマ中のアルゴンイオン(Ar+)が原料ブロック28のスパッタ面37にて露出したマグネシウム化合物と接触し、スパッタリングによって、Mg原子が放電室内に放出され、カソードから放出された熱電子を利用した電子衝撃法によって、放出されたMg原子から正電荷のマグネシウムイオン(Mg+)が生成される。
Then, argon ions (Ar + ) in the argon plasma come into contact with the magnesium compound exposed on the sputtering
イオン生成容器21の外部のイオン放出孔35の近傍には、イオン生成容器21に対して負電圧が印加された平板状の引出電極24が配置されており、イオン生成容器21の内部で生成された正電荷のマグネシウムイオンは引出電極24が形成する電界によって引出電極24に吸引され、イオン放出孔35からイオン生成容器21の外部に引き出されて、引出電極24の中央の孔39を通過して図1に示す走行室2の内部に入射する。
A flat plate-shaped
図3(a)は、原料ブロックの構成を示す平面図、図3(b)は、原料ブロックの構成を示す斜視図である。 FIG. 3A is a plan view showing the structure of the raw material block, and FIG. 3B is a perspective view showing the structure of the raw material block.
図4(a)は、装着部材の構成を示す平面図、図4(b)は、装着部材の構成を示す斜視図である。 FIG. 4A is a plan view showing the configuration of the mounting member, and FIG. 4B is a perspective view showing the configuration of the mounting member.
図5(a)は、原料支持体の構成を示す平面図、図5(b)は、原料支持体の構成を示す斜視図である。 FIG. 5A is a plan view showing the structure of the raw material support, and FIG. 5B is a perspective view showing the structure of the raw material support.
図6は、原料ブロックを原料支持体に装着した場合の構成を示す正面図である。 FIG. 6 is a front view showing a configuration when the raw material block is attached to the raw material support.
本例の電極支持体33及び原料支持体26は、共に円筒形状のものであり、電極支持体33の直径が原料支持体26の直径より小さくなるように構成されている(図2参照)。
Both the
ここで、電極支持体33と原料支持体26は、中心軸線が一致するように配置され、電極支持体33が原料支持体26の中空内部に配置されてそれぞれベース板30に固定されている。
Here, the
図3(a)(b)に示すように、原料ブロック28には図6に示すネジ43が挿入可能な挿通孔29aが形成されている。
As shown in FIGS. 3A and 3B, the
装着部材44は、原料ブロック28を原料支持体26に装着するための平板状の部材で、図4(a)(b)に示すように、装着部材44には内周面にネジ溝が形成されたねじ孔29bが設けられている。
The mounting
装着部材44には、半円形状の切り欠きである装着部45が形成されている。
The mounting
この装着部45の半円の直径の大きさは、原料支持体26の外径と同じであるか、若干大きく形成されている。したがって、装着部材44の装着部45の位置に原料支持体26が配置されるように、装着部材44を原料支持体26に嵌め込むことができる。
The size of the diameter of the semicircle of the mounting
図5(a)(b)に示すように、原料支持体26の先端には突状部46が設けられている。この突状部46は、原料支持体26の側面に対して垂直で外側方向に突き出されており、例えばフランジ状に形成されている。
As shown in FIGS. 5A and 5B, a protruding
本実施の形態では、リペラ電極23はイオン生成容器21の下方の位置に配置され、原料支持体26は突状部46が原料支持体26の下端に位置するように鉛直に配置されている。
In the present embodiment, the
装着部材44は、原料支持体26に装着された場合に、原料支持体26の突状部46の上に乗るように装着部45の半円の直径の大きさが設定されている。
When the mounting
原料ブロック28を原料支持体26に装着するには、原料支持体26の突状部46のリペラ電極23と対向する面に原料ブロック28を当接させ、突状部46を原料ブロック28と装着部材44との間に配置した状態で、図6に示すように、原料ブロック28の挿通孔29aにネジ43を挿通し、ネジ43の先端を装着部材44のネジ孔29bにねじ込む。
In order to mount the
そして、ネジ43を回転させ、原料ブロック28と装着部材44とに互いに近づく方向の力を加え、ネジ43のネジ頭部分を原料ブロック28に当接させ、原料ブロック28と装着部材44とによって突状部46を挟み込み、原料ブロック28を原料支持体26に固定する。
Then, the
以上述べた本実施の形態によれば、マグネシウム化合物からなるスパッタリングターゲットとしての固体状態の原料ブロック28がイオン生成容器21内に設けられ、この原料ブロック28をスパッタリングしてマグネシウムイオンを生成するようにしたことから、非常に簡素な構成で安定したマグネシウムイオンを生成することができる。
According to the present embodiment described above, the
また、本実施の形態によれば、マグネシウムの気体をイオン生成容器内に導入してプラズマを生成する従来技術のような、マグネシウムの気体の導入部分における気体の固体化によるマグネシウムの付着の問題は発生しないので、イオン源の長寿命化を図ることができる。 Further, according to the present embodiment, there is a problem of magnesium adhesion due to solidification of the gas in the introduction portion of the magnesium gas, as in the conventional technique of introducing the magnesium gas into the ion generation container to generate plasma. Since it does not occur, the life of the ion source can be extended.
図7〜図9は、本発明に係るイオン源の他の実施の形態の内部を示す概略構成図である。以下、上記実施の形態と対応する部分には同一の符号を付しその詳細な説明を省略する。 7 to 9 are schematic configuration diagrams showing the inside of another embodiment of the ion source according to the present invention. Hereinafter, the parts corresponding to the above-described embodiments are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
図7に示す実施の形態のイオン源10Aは、原料ブロック28Aが、リペラ電極23Aの近傍に設けられ、カソード電極22の近傍には原料ブロックは設けていないものである。
In the
本実施の形態では、壁部23aを有するカップ状のリペラ電極23Aが設けられ、リペラ電極23Aに原料ブロック28Aが配置されている。
In the present embodiment, the cup-shaped
リペラ電極23Aは、その底部23bがカソード電極22と対向するように設けられ、この底部23b内にマグネシウム化合物からなる原料ブロック28Aが配置されている。
The
本発明の場合、原料ブロック28Aとしては、それぞれの融点を考慮すると、上述した酸化マグネシウム(MgO)の他、融点が1200℃程度のフッ化マグネシウム(MgF2)を用いることが好ましい。
In the case of the present invention, as the
この理由は、マグネシウムイオンの生成時において、リペラ電極23Aの温度はカソード電極22の温度と比べてかなり(1000℃程度)低いからである。
The reason for this is that the temperature of the
また、原料ブロック28Aとしてフッ化マグネシウム(MgF2)を用いた場合は、原料ブロック28Aからの酸素供給が無いことから、周辺環境の酸化による問題(腐食や膜剥がれ等)の発生がなく、フッ化による問題の発生を考慮しても、メンテナンス周期を延ばすことができる効果の面で、より好ましいと言える。
In addition, when magnesium fluoride (MgF 2 ) is used as the
本実施の形態において、例えばカソード電極22が上側、リペラ電極23Aが下側になるようにイオン生成容器21が配置される場合には、原料ブロック28Aは、リペラ電極23Aから脱落することはないので、リペラ電極23Aの底部23bにそのまま置くだけでよい。
In the present embodiment, for example, when the
一方、リペラ電極23Aが上側になるようにイオン生成容器21が配置される場合、又は、カソード電極22及びリペラ電極23Aが同じ高さ位置となるようにイオン生成容器21が配置される場合には、例えばネジによって原料ブロック28Aをリペラ電極23Aの底部23bに固定すればよい。
On the other hand, when the
このような本実施の形態によっても、上記実施の形態と同等の効果を発揮させることができる。 Even with such an embodiment, the same effect as that of the above-described embodiment can be exhibited.
図8に示す実施の形態のイオン源10Bは、カソード電極22の近傍に図2に示す原料ブロック28が設けられるとともに、リペラ電極23Aの近傍に図7に示す原料ブロック28Aが設けらているものである。
In the
このような本実施の形態によれば、マグネシウムイオンの生成効率を向上させることができる。 According to this embodiment, the efficiency of magnesium ion generation can be improved.
図9に示す実施の形態のイオン源10Cは、リペラ電極23Cそのものがマグネシウム化合物からなるものである。
In the
本実施の形態の場合、マグネシウム化合物としては、上述した酸化マグネシウム、フッ化マグネシウムのいずれも用いることができる。 In the case of this embodiment, either magnesium oxide or magnesium fluoride described above can be used as the magnesium compound.
このような本実施の形態によっても、上記実施の形態と同等の効果を発揮させることができる。 Even with such an embodiment, the same effect as that of the above-described embodiment can be exhibited.
なお、本発明は上述した実施の形態に限られず、種々の変更を行うことができる。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made.
例えば、図2に示す実施の形態では、カソード電極22の近傍にリング形状の原料ブロック28を設けるようにしたが、本発明はこれに限られず、カソード電極22のリペラ電極23と対向する面上に原料ブロック28を配置することもできる。
For example, in the embodiment shown in FIG. 2, a ring-shaped
この場合は、カソード電極22のリペラ電極23と対向する面の大半が原料ブロック28によって覆われないように原料ブロック28の形状・大きさを調整することが好ましい。
In this case, it is preferable to adjust the shape and size of the
また、マグネシウム化合物からなるリペラ電極23Cを設けた図9に示す実施の形態においては、リペラ電極23Cのカソード電極22と対向する面上に更に図7に示すマグネシウム化合物からなる原料ブロック28Aを配置することもできる。
Further, in the embodiment shown in FIG. 9 in which the
1……イオン注入装置
10……イオン源
12……ガス供給部
20……フィラメント
21……イオン生成容器
22……カソード電極
23……リペラ電極
26……原料支持体
28、28A……原料ブロック
37…スパッタ面
38……電子放出面
1 ...
Claims (7)
前記イオン生成容器内の一端に配置されたカソード電極と、
前記イオン生成容器内の他端に配置され、前記カソード電極の表面と対向するように設けられたリペラ電極と、
前記カソード電極に対して前記イオン生成容器の外部側に配置されたフィラメントとを有し、
前記イオン生成容器内に、マグネシウム化合物からなるスパッタリングターゲットとしての固体状態の原料ブロックが設けられるとともに、
通電された前記フィラメントによって前記カソード電極を加熱し、電子放出面から前記リペラ電極に向かって熱電子を放出させ、当該熱電子が前記カソード電極と前記リペラ電極との間で往復移動するように当該カソード電極及び当該リペラ電極の電位を制御し、導入されたスパッタガスを前記熱電子によって分解して当該スパッタガスのプラズマを生成し、当該プラズマ中のイオンによって前記原料ブロックをスパッタして正電荷のマグネシウムイオンを生成するように構成されているイオン源。 An ion generation container that generates magnesium ions by sputtering in a vacuum,
A cathode electrode arranged at one end in the ion generation container and
A repeller electrode arranged at the other end of the ion generation container and provided so as to face the surface of the cathode electrode.
It has a filament arranged on the outer side of the ion generation container with respect to the cathode electrode.
A solid raw material block as a sputtering target made of a magnesium compound is provided in the ion generation container, and is also provided.
The cathode electrode is heated by the energized filament to emit thermoelectrons from the electron emitting surface toward the repeller electrode, and the thermoelectrons reciprocate between the cathode electrode and the repeller electrode. The potentials of the cathode electrode and the repeller electrode are controlled, the introduced sputter gas is decomposed by the thermoelectrons to generate plasma of the sputter gas, and the raw material block is sputtered by the ions in the plasma to have a positive charge. An ion source that is configured to produce magnesium ions.
当該イオン源から放出されたイオンビームを基板に照射して注入するように構成されているイオン注入装置。 The ion source according to any one of claims 1 to 5 is provided.
An ion implantation device configured to irradiate a substrate with an ion beam emitted from the ion source and inject it.
前記イオン生成容器内に、マグネシウム化合物からなるスパッタリングターゲットとしての固体状態の原料ブロックを設け、
通電された前記フィラメントによって前記カソード電極を加熱し、電子放出面から前記リペラ電極に向かって熱電子を放出させ、当該熱電子が前記カソード電極と前記リペラ電極との間で往復移動するように当該カソード電極及び当該リペラ電極の電位を制御し、導入されたスパッタガスを前記熱電子によって分解して当該スパッタガスのプラズマを生成し、当該プラズマ中のイオンによって前記原料ブロックをスパッタして正電荷のマグネシウムイオンを生成する工程を有するマグネシウムイオン生成方法。 An ion generation container that generates magnesium ions by sputtering in a vacuum, a cathode electrode arranged at one end of the ion generation container, and a cathode electrode arranged at the other end of the ion generation container and facing the surface of the cathode electrode. A method of generating magnesium ions using an ion source having a repeller electrode provided as described above and a filament arranged on the outer side of the ion generation container with respect to the cathode electrode.
A solid raw material block as a sputtering target made of a magnesium compound is provided in the ion generation container.
The cathode electrode is heated by the energized filament to emit thermoelectrons from the electron emitting surface toward the repeller electrode, and the thermoelectrons reciprocate between the cathode electrode and the repeller electrode. The potentials of the cathode electrode and the repeller electrode are controlled, the introduced sputter gas is decomposed by the thermoelectrons to generate plasma of the sputter gas, and the raw material block is sputtered by the ions in the plasma to have a positive charge. A method for producing a magnesium ion, which comprises a step of producing a magnesium ion.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019075461A JP2020173984A (en) | 2019-04-11 | 2019-04-11 | Ion source, ion implanter, and magnesium ion generation method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019075461A JP2020173984A (en) | 2019-04-11 | 2019-04-11 | Ion source, ion implanter, and magnesium ion generation method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2020173984A true JP2020173984A (en) | 2020-10-22 |
Family
ID=72831556
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2019075461A Pending JP2020173984A (en) | 2019-04-11 | 2019-04-11 | Ion source, ion implanter, and magnesium ion generation method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2020173984A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114242549A (en) * | 2021-12-21 | 2022-03-25 | 北京凯世通半导体有限公司 | Ion source device for forming plasma by sputtering substance |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002117780A (en) * | 2000-08-07 | 2002-04-19 | Axcelis Technologies Inc | Ion source for ion implantation device and repeller for it |
JP2010080429A (en) * | 2008-08-27 | 2010-04-08 | Nissin Ion Equipment Co Ltd | Ion source |
JP2012221629A (en) * | 2011-04-05 | 2012-11-12 | Nissin Ion Equipment Co Ltd | Ion source and reflective electrode structure |
-
2019
- 2019-04-11 JP JP2019075461A patent/JP2020173984A/en active Pending
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002117780A (en) * | 2000-08-07 | 2002-04-19 | Axcelis Technologies Inc | Ion source for ion implantation device and repeller for it |
JP2010080429A (en) * | 2008-08-27 | 2010-04-08 | Nissin Ion Equipment Co Ltd | Ion source |
JP2012221629A (en) * | 2011-04-05 | 2012-11-12 | Nissin Ion Equipment Co Ltd | Ion source and reflective electrode structure |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114242549A (en) * | 2021-12-21 | 2022-03-25 | 北京凯世通半导体有限公司 | Ion source device for forming plasma by sputtering substance |
CN114242549B (en) * | 2021-12-21 | 2024-02-20 | 北京凯世通半导体有限公司 | Ion source device for forming plasma by material sputtering |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5212760B2 (en) | Ion source for ion implanter and repeller therefor | |
US7700925B2 (en) | Techniques for providing a multimode ion source | |
US11158481B2 (en) | Ion milling device, ion source, and ion milling method | |
JP6514425B1 (en) | Ion source and ion implanter | |
US5315121A (en) | Metal ion source and a method of producing metal ions | |
JP2020173984A (en) | Ion source, ion implanter, and magnesium ion generation method | |
JP3481953B2 (en) | Equipment for coating substrates | |
US3517240A (en) | Method and apparatus for forming a focused monoenergetic ion beam | |
CN114242549B (en) | Ion source device for forming plasma by material sputtering | |
US4939425A (en) | Four-electrode ion source | |
US12051560B2 (en) | Ion gun and ion milling machine | |
CN209312712U (en) | Ion beam deposition focusedion source | |
JPH0488165A (en) | Sputtering type ion source | |
RU2716825C1 (en) | Device and method for formation of multicharged ion beams | |
JP2666143B2 (en) | Ion neutralizer | |
JP6595734B1 (en) | Ion implanter, ion source | |
JP2005251502A (en) | Electric field electron emitting device | |
JPH01161699A (en) | High-speed atomic beam source | |
JPS594045Y2 (en) | Ionization device for thin film production | |
SU439231A1 (en) | Source of orienting ions | |
Baruah et al. | Optimization of electron beam transport for a 3-MeV DC accelerator | |
RU2013137080A (en) | METHOD FOR OBTAINING DIAMOND-LIKE CARBON COATINGS AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION | |
JPH0695480B2 (en) | Ion neutralizer | |
JPH089771B2 (en) | Molecular flow generator | |
JPH01209633A (en) | High velocity atomic beam source |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20200727 |
|
RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20200805 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20220315 |
|
RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20220315 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20221129 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20221130 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20230523 |