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JP2507992B2 - Ion gun - Google Patents
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JP2507992B2 - Ion gun - Google Patents

Ion gun

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JP2507992B2
JP2507992B2 JP61058653A JP5865386A JP2507992B2 JP 2507992 B2 JP2507992 B2 JP 2507992B2 JP 61058653 A JP61058653 A JP 61058653A JP 5865386 A JP5865386 A JP 5865386A JP 2507992 B2 JP2507992 B2 JP 2507992B2
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JP
Japan
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sample
ionization chamber
porous plate
ion
processed
Prior art date
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茂宏 三田村
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Shimadzu Corp
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、イオン化室の出口に多孔プレートを設けた
カウフマン型イオン銃に関するものである。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a Kauffman type ion gun provided with a porous plate at the outlet of an ionization chamber.

カウフマン型イオン銃は、半導体装置製造用の基板と
して用いられるシリコンウエハーのような被加工物体を
エッチングにより微細加工する場合、あるいはESCAのよ
うな計測装置において深さ方向の分析を行なう場合など
に用いられる。
The Kaufman type ion gun is used for fine processing of an object to be processed such as a silicon wafer used as a substrate for semiconductor device manufacturing by etching, or for depth analysis in a measuring device such as ESCA. To be

(従来の技術) 第4図に従来のカウフマン型イオン銃を示す。(Prior Art) FIG. 4 shows a conventional Kauffman type ion gun.

2はイオン化室であり、一方が出口になっている。イ
オン化室出口にはイオン化室2とは絶縁されたグリッド
として2枚の多孔プレート4,6が設けられている。イオ
ン化室2内には多孔プレート4に対向してイオン化用の
フィラメント8が設けられており、このフィラメント8
にはイオン化室2の器壁の電位に対して負の電圧が印加
されている。多孔プレート4,6とフィラメント8は通常
同電位にされる。イオン化室2にはイオン化用のガスを
導入するための導入口10が設けられている。イオン化用
のガスとしては例えばアルゴンガスが使用されるが、エ
ッチングの場合には酸素なども使用される。
2 is an ionization chamber, one of which is an outlet. At the outlet of the ionization chamber, two perforated plates 4 and 6 are provided as a grid insulated from the ionization chamber 2. Inside the ionization chamber 2, a filament 8 for ionization is provided facing the porous plate 4, and the filament 8
Is applied with a negative voltage with respect to the potential of the wall of the ionization chamber 2. The perforated plates 4 and 6 and the filament 8 are normally set to the same potential. The ionization chamber 2 is provided with an inlet 10 for introducing a gas for ionization. Argon gas, for example, is used as the ionization gas, but oxygen or the like is also used in the case of etching.

2枚の多孔プレート4,6は、それぞれの穴が互いに重
なり合うように互いに対向して設けられている。2枚の
多孔プレート4,6の間には電源Voにより電界が印加さ
れ、イオン化室2内で発生したイオンはこの2枚の多孔
プレート4,6の間の電界により加速されてイオン化室2
から取り出される。
The two perforated plates 4 and 6 are provided so as to face each other so that their holes overlap each other. An electric field is applied between the two perforated plates 4 and 6 by the power source Vo, and the ions generated in the ionization chamber 2 are accelerated by the electric field between the two perforated plates 4 and 6 to be ionized in the ionization chamber 2.
Taken from.

12はイオン化室2の側方を取り巻くように設けられた
マグネットであり、このマグネット12の磁力線はイオン
化室2内を図で縦方向に貫通し、フィラメント8から発
生する電子をその磁力線に沿って螺旋運動をさせ、電子
の運動距離を増加させてイオン化効率を高めるためのも
のである。
Reference numeral 12 is a magnet provided so as to surround the side of the ionization chamber 2, and the magnetic force lines of this magnet 12 penetrate through the ionization chamber 2 in the vertical direction in the figure, and the electrons generated from the filament 8 are guided along the magnetic force lines. This is to increase the ionization efficiency by causing the spiral movement and increasing the movement distance of electrons.

イオン化室2の出口には試料室14が設けられている。
試料室14にはエッチングや分析を行なおうとする被加工
物体である試料16が設けられ、試料16とイオン化室2の
出口の多孔プレート6の間には、イオン化室2から放出
されるイオンの電荷を中和するためのニュートライザ18
が設けられている。20は排気ポンプにつながる排気口で
ある。
A sample chamber 14 is provided at the outlet of the ionization chamber 2.
The sample chamber 14 is provided with a sample 16 which is an object to be processed for etching or analysis, and between the sample 16 and the porous plate 6 at the exit of the ionization chamber 2, the ions emitted from the ionization chamber 2 are Neutralizer 18 for neutralizing charge
Is provided. 20 is an exhaust port connected to an exhaust pump.

このカウフマン型イオン銃において、ガス導入口10か
らガスが導入され、イオン化室2内においてフィラメン
ト8からの電子によりイオン化が行なわれる。イオン化
室2で発生したイオンは2枚の多孔プレート4,6の間の
電界で加速されて試料室14に取り出され、ニュートライ
ザ18により電荷が除去された後、試料16に照射される。
In this Kauffman type ion gun, gas is introduced from the gas inlet 10 and ionization is performed in the ionization chamber 2 by the electrons from the filament 8. Ions generated in the ionization chamber 2 are accelerated by the electric field between the two porous plates 4 and 6 to be taken out to the sample chamber 14, the charges are removed by the nutizer 18, and then the sample 16 is irradiated.

(発明が解決しようとする問題点) 2枚の多孔プレート4,6の穴は、小さくて多数設けら
れる程、それらの多孔プレート4,6を通過するイオンが
一様になり、また、電流密度が大きくなる。そこで多孔
プレート4,6の穴の直径は0.1ないし2mm程度に設定され
ている。
(Problems to be Solved by the Invention) As the holes of the two perforated plates 4 and 6 are smaller and provided in larger numbers, the ions passing through those perforated plates 4 and 6 become more uniform, and the current density is increased. Grows larger. Therefore, the diameter of the holes of the perforated plates 4 and 6 is set to about 0.1 to 2 mm.

このように微細な穴をもつ2枚の多孔プレート4,6
は、それぞれの穴の軸合わせがμmオーダで合っていな
いと、それらの多孔プレート4,6を通過するイオンの引
出し効率が非常に悪くなる。したがって、この種のイオ
ン銃ではイオンの引出し効率が2枚の多孔プレート4,6
の穴の軸合わせ技術に依存するため、イオン引出し効率
の高いイオン銃を製造することが容易ではないという問
題がある。
Two perforated plates with such fine holes 4,6
However, unless the holes are aligned in the order of μm, the extraction efficiency of the ions passing through the perforated plates 4 and 6 becomes very poor. Therefore, the ion extraction efficiency of this type of ion gun is two perforated plates 4, 6
There is a problem that it is not easy to manufacture an ion gun with high ion extraction efficiency because it depends on the hole alignment technology.

また、多孔プレート4,6と試料16の間には固定された
電圧が印加されているため、試料に照射されるイオンビ
ームの状態も固定されている。試料に照射されるイオン
ビームの状態は用途によって異なったものが要求される
ので、用途が限定される問題がある。
Further, since a fixed voltage is applied between the porous plates 4 and 6 and the sample 16, the state of the ion beam with which the sample is irradiated is also fixed. Since the state of the ion beam with which the sample is irradiated is required to be different depending on the use, there is a problem that the use is limited.

本発明は、組立てが容易で、イオンの引出し効率が高
く、しかも試料に照射されるイオンビームの状態が可変
で用途の広いカウフマン型イオン銃を提供することを目
的とするものである。
It is an object of the present invention to provide a Kaufman type ion gun which is easy to assemble, has a high ion extraction efficiency, and can change the state of the ion beam with which the sample is irradiated, and is versatile.

(問題点を解決するための手段) 一実施例を示す第1図を参照して説明すると、本発明
のイオン銃では、イオン化(2)室の出口に1枚の多孔
プレート(22)を設け、イオン化室(2)外で多孔プレ
ート(22)に対向して高さ可変の試料台(24)上に被加
工物体(16)を設け、かつ、多孔プレート(22)と被加
工物体(16)の間に電界を印加する電源(26)を設け、
この電源(26)の電圧を可変にして多孔プレート(22)
のレンズ作用を調節可能とするとともに、多孔プレート
(22)から被加工物体(16)までの距離を試料台(24)
により変えてイオンビームの絞りまたは広がりの程度を
調節可能とした。
(Means for Solving Problems) Referring to FIG. 1 showing an embodiment, in the ion gun of the present invention, one porous plate (22) is provided at the exit of the ionization (2) chamber. , The object to be processed (16) is provided outside the ionization chamber (2) on the sample table (24) of which height is variable, facing the porous plate (22), and the porous plate (22) and the object to be processed (16) A power supply (26) for applying an electric field between
The voltage of this power supply (26) is made variable and the perforated plate (22)
The lens action of the can be adjusted, and the distance from the perforated plate (22) to the object to be processed (16) can be adjusted to the sample stage (24).
It is possible to adjust the aperture or the extent of spread of the ion beam by changing the.

(実施例) 第1図は本発明の一実施例を表わす。第4図と同一の
部分には同一の記号を付す。
(Embodiment) FIG. 1 shows an embodiment of the present invention. The same parts as those in FIG. 4 are designated by the same symbols.

イオン化室2の出口にイオン化室2とは絶縁されてグ
リッドとして設けられる多孔プレート22は1枚である。
多孔プレート22とイオン化室2のフィラメント8の電位
は同電位とする。
The number of perforated plates 22 provided at the outlet of the ionization chamber 2 as a grid that is insulated from the ionization chamber 2 is one.
The electric potentials of the porous plate 22 and the filament 8 of the ionization chamber 2 are the same.

試料室14において、被加工物体である試料16は高さ可
変の試料台24に載置される。試料16の電位はグランド電
位とし、多孔プレート22と試料16の間には電源26により
電圧Vが印加される。電源26の電圧Vは可変である。28
はイオン照射により試料16に流れる電流を測定する電流
計である。
In the sample chamber 14, a sample 16 which is an object to be processed is placed on a sample table 24 whose height is variable. The potential of the sample 16 is the ground potential, and the voltage V is applied between the porous plate 22 and the sample 16 by the power source 26. The voltage V of the power supply 26 is variable. 28
Is an ammeter for measuring the current flowing through the sample 16 by ion irradiation.

多孔プレート22と試料16の間の距離Lは1cm程度であ
り、この距離Lは第4図の従来の場合の多孔プレート6
と試料16の間の距離に比べて小さい。そして、多孔プレ
ート22と試料16の間にはニュートライザは設けられてい
ない。
The distance L between the porous plate 22 and the sample 16 is about 1 cm, and this distance L is the conventional porous plate 6 shown in FIG.
Is smaller than the distance between the sample 16 and the sample 16. Further, no nutrizer is provided between the porous plate 22 and the sample 16.

多孔プレート22には従来の多孔プレート4,6と同様に
直径0.1ないし2mm程度の穴が開けられている。
Like the conventional porous plates 4 and 6, the porous plate 22 has holes with a diameter of about 0.1 to 2 mm.

多孔プレート22と試料16の間に印加される電圧Vは、
イオン化室2からイオンを引き出し試料16に加速して照
射するためのイオン引出し電圧である。
The voltage V applied between the porous plate 22 and the sample 16 is
This is the ion extraction voltage for extracting ions from the ionization chamber 2 and accelerating and irradiating the sample 16.

本実施例において試料16に照射されるイオンビームの
広がり方は、多孔プレート22におけるプラズマのしみ出
し具合により調整することができる。このプラズマのし
み出し具合の調節は、イオン引出し電圧Vと、多孔プレ
ート22と試料16の間の距離Lなどにより行なうことがで
きる。
In the present embodiment, the spread of the ion beam with which the sample 16 is irradiated can be adjusted by the degree of plasma seepage in the porous plate 22. The extent of the plasma exudation can be adjusted by the ion extraction voltage V, the distance L between the porous plate 22 and the sample 16, and the like.

本実施例において、イオンをイオン化室2のプラズマ
から引き出すときのイオンシースの状態を第2図及び第
3図に示す。
In this embodiment, the state of the ion sheath when extracting the ions from the plasma in the ionization chamber 2 is shown in FIGS. 2 and 3.

第2図は多孔プレート22の穴の部分でイオンシースが
凹状になっている状態を表わしている。このようなイオ
ンシースの状態は、イオン化室2内のプラズマ密度が小
さい場合、又はイオン引出で電圧Vが大きい場合に生じ
る。
FIG. 2 shows a state in which the ion sheath is concave at the hole portion of the porous plate 22. Such a state of the ion sheath occurs when the plasma density in the ionization chamber 2 is low or when the voltage V is high due to ion extraction.

第2図のような状態から試料16にイオンを引き出す
と、イオンビームが絞られた状態となって試料16を照射
する。
When ions are extracted from the state as shown in FIG. 2 to the sample 16, the ion beam is focused and the sample 16 is irradiated.

第3図はイオンシース30が多孔プレート22の穴からし
み出して凸状になっている状態を表わしている。このよ
うな状態は、イオン化室2内のプラズマ密度が大きい場
合、又はイオン引出し電圧Vが小さい場合に生じる。
FIG. 3 shows a state in which the ion sheath 30 is extruded from the hole of the porous plate 22 and has a convex shape. Such a state occurs when the plasma density in the ionization chamber 2 is high or when the ion extraction voltage V is low.

第3図の状態からイオンを引き出し試料16に照射させ
ると、イオンビームが広がった状態で試料16を照射す
る。このようにイオンビームが広がった状態での照射
は、イオンエッチングを行なう際に好都合である。
When ions are extracted from the state shown in FIG. 3 and irradiated onto the sample 16, the sample 16 is irradiated with the ion beam spread. Irradiation with the ion beam spread in this way is convenient when performing ion etching.

また、多孔プレート22と試料16の間の距離Lを変える
ことにより、イオンビームが絞られる程度又は広がる程
度を調整することができる。
Further, by changing the distance L between the porous plate 22 and the sample 16, the degree to which the ion beam is narrowed or spread can be adjusted.

このように多孔プレート22と試料16の間のイオン引出
し電圧V、距離L、又はプラズマ密度により多孔プレー
ト22にレンズ作用をもたせることができる。
In this way, the porous plate 22 can be made to have a lens action by the ion extraction voltage V, the distance L, or the plasma density between the porous plate 22 and the sample 16.

(発明の効果) 本発明のカウフマン型イオン銃では、イオン化室の出
口に設けられる多孔プレートを1枚とした。そのため、
従来のカウフマン型イオン銃のように多孔プレートを2
枚用いたものに比べると、多孔プレート間の穴の軸合わ
せが不要になる。それによりイオンビームの引出し効率
の高いイオン銃を容易に組立てることができるようにな
る。
(Effect of the Invention) In the Kauffman type ion gun of the present invention, the number of perforated plates provided at the exit of the ionization chamber is one. for that reason,
2 perforated plates like the conventional Kaufman type ion gun
Compared to the one using one, the alignment of the holes between the perforated plates becomes unnecessary. As a result, it becomes possible to easily assemble an ion gun having a high extraction efficiency of the ion beam.

また、多孔プレートと試料の間に電界を印加する電源
を設け、この電源の電圧を可変にして多孔プレートのレ
ンズ作用を調節するようにし、さらには、多孔プレート
と試料の間の距離を可変にしたので、イオンビームを絞
られた状態にして試料に照射したり、イオンビームを広
げた状態にして試料を照射するなど、用途に応じて試料
を照射するイオンビームの状態を調節することができ
る。
Further, a power source for applying an electric field is provided between the porous plate and the sample, the voltage of this power source is made variable to adjust the lens action of the porous plate, and further, the distance between the porous plate and the sample is made variable. Therefore, the state of the ion beam for irradiating the sample can be adjusted according to the application, such as irradiating the sample with the ion beam squeezed or irradiating the sample with the ion beam expanded. .

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明の一実施例を表わす概略断面図、第2図
及び第3図はそれぞれ同実施例における多孔プレートの
レンズ作用を説明する図、第4図は従来のカウフマン型
イオン銃を表わす概略断面図である。 2……イオン化室、16……被加工物体である試料、22…
…多孔プレート、26……イオン引出し電圧用電源。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an embodiment of the present invention, FIGS. 2 and 3 are views for explaining the lens action of the porous plate in the same embodiment, and FIG. 4 is a conventional Kauffman type ion gun. It is a schematic sectional drawing showing. 2 ... Ionization chamber, 16 ... Sample to be processed, 22 ...
… Perforated plate, 26 …… Power supply for ion extraction voltage.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】イオン化室の出口に1枚の多孔プレートを
設け、イオン化室外で前記多孔プレートに対向して高さ
可変の試料台上に被加工物体を設け、かつ、前記多孔プ
レートと前記被加工物体の間に電界を印加する電源を設
け、この電源の電圧を可変にして前記多孔プレートのレ
ンズ作用を調節可能とするとともに、前記多孔プレート
から被加工物体までの距離を前記試料台により変えてイ
オンビームの絞りまたは広がりの程度を調節可能とした
ことを特徴とするイオン銃。
1. A single perforated plate is provided at the exit of the ionization chamber, an object to be processed is provided outside the ionization chamber on the sample table of variable height facing the perforated plate, and the perforated plate and the object to be treated are provided. A power supply for applying an electric field is provided between the processed objects, and the voltage of this power supply is made variable so that the lens action of the porous plate can be adjusted, and the distance from the porous plate to the processed object is changed by the sample table. An ion gun characterized by being able to adjust the degree of aperture or spread of the ion beam.
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