JP2007052941A - Ion implanter and ion implantation method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent charge-up of a substrate caused by electric charge of an implanted element without complicating an ion implanter constitution. <P>SOLUTION: In an ion implanter 10 in which ions are extracted from a plasma P formed in a vacuum chamber 1 via a grid electrode 6 and in which the ions are implanted into a substrate W, a voltage applying means to alternately supply positive ions and electrons in the plasma to the substrate via the grid electrode 6 is installed. The voltage applying means 8 is constituted of a stage 5 to support the substrate W, and a pulse power supply to periodically apply a positive potential and a negative potential to the stage 5. By this constitution, the charge up of the substrate W formed in an ion implanting process can be suppressed. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、真空チャンバ内で形成したプラズマからグリッド電極を介して引き出したイオンを被処理基板へ注入するイオン注入装置およびイオン注入方法に関する。   The present invention relates to an ion implantation apparatus and an ion implantation method for implanting ions extracted from plasma formed in a vacuum chamber through a grid electrode into a substrate to be processed.

従来より、半導体ウェーハやガラス基板等の被処理基板表面にデバイスを製造するに際して、イオンビームを用いた不純物イオンの打ち込みが行われている。特に、近年における基板の大型化、デバイスの微細化により、数十ｎｍ程度の浅い接合（シャロウ・ジャンクション）が要求され、そのために不純物イオンを数１００ｅＶ以下の低エネルギーで基板に導入する必要がある。   Conventionally, when manufacturing a device on a surface of a substrate to be processed such as a semiconductor wafer or a glass substrate, impurity ions are implanted using an ion beam. In particular, due to the recent increase in size of substrates and miniaturization of devices, shallow junctions (shallow junction) of about several tens of nanometers are required. For this reason, it is necessary to introduce impurity ions into the substrate with low energy of several hundred eV or less. .

低エネルギーでイオンを基板に導入する方法の一つに、イオンシャワードーピングあるいはプラズマドーピングと呼ばれるイオン注入方法がある。このイオン注入方法は、質量分離したイオンを基板に照射するビームラインイオン注入方法と異なり、基板を直接プラズマに曝してイオンを注入するようにしている（下記特許文献１参照）。   One method for introducing ions into a substrate with low energy is an ion implantation method called ion shower doping or plasma doping. This ion implantation method is different from the beam line ion implantation method in which the substrate is irradiated with mass-separated ions, and ions are implanted by directly exposing the substrate to plasma (see Patent Document 1 below).

この種のイオン注入装置には、真空チャンバ内をプラズマ形成空間と基板設置空間とに仕切るグリッド電極を備えたものがある（例えば下記特許文献２参照）。このイオン注入装置は、プラズマからグリッド電極を介して引き出したイオンを基板へ注入するもので、グリッド電極の電位を調整することで、イオンの加速エネルギーやイオンの導入量を制御することができる。   Some ion implantation apparatuses of this type include a grid electrode that partitions a vacuum chamber into a plasma formation space and a substrate installation space (see, for example, Patent Document 2 below). This ion implantation apparatus implants ions extracted from plasma through a grid electrode into a substrate. By adjusting the potential of the grid electrode, the acceleration energy of ions and the amount of ions introduced can be controlled.

特開２０００−１１４１９８号公報JP 2000-114198 A 特開平１１−３５４０６７号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-354067 特開２００２−３５３１７２号公報JP 2002-353172 A

グリッド電極を備えていないイオン注入装置（ＰＩＩＩ：Plasma immersion ion implantation ）においては、基板はプラズマ雰囲気に曝されており、ステージにＲＦ電圧を印加して基板にイオンを導入する過程で、電子が周期的に基板へ供給される。このため、注入イオン（正イオン）の電荷の蓄積に起因する基板のチャージアップが緩和される。   In an ion implantation apparatus (PIII: Plasma immersion ion implantation) that does not include a grid electrode, the substrate is exposed to a plasma atmosphere, and electrons are cycled during the process of introducing ions into the substrate by applying an RF voltage to the stage. To the substrate. For this reason, the charge-up of the substrate due to the accumulation of charges of implanted ions (positive ions) is alleviated.

これに対して、グリッド電極を備えたイオン注入装置においては、グリッド電極がイオン（正イオン）を引き出すために負の電位に設定されているため、プラズマから電子を引き出せず、従って基板表面のチャージアップが生じやすい。基板のチャージアップは、デバイスの絶縁破壊を引き起こすおそれがあるため、これを回避する手段が必要となる。   On the other hand, in an ion implantation apparatus equipped with a grid electrode, the grid electrode is set to a negative potential in order to extract ions (positive ions). Up is likely to occur. Since the charge-up of the substrate may cause breakdown of the device, a means for avoiding this is required.

このチャージアップを低減するため、例えば上記特許文献３には、基板表面に中和用の電子を照射する電子供給源を設置する構成が開示されている。しかしながら、電子供給源の設置は、イオン注入装置の構成を大型化、複雑化するという問題がある。   In order to reduce the charge-up, for example, Patent Document 3 discloses a configuration in which an electron supply source that irradiates neutralizing electrons on the substrate surface is installed. However, the installation of the electron supply source has a problem that the configuration of the ion implantation apparatus is enlarged and complicated.

本発明は上述の問題に鑑みてなされ、装置構成を複雑化することなく、基板のチャージアップを防止できるイオン注入装置およびイオン注入方法を提供することを課題とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an ion implantation apparatus and an ion implantation method capable of preventing the substrate from being charged up without complicating the apparatus configuration.

以上の課題を解決するに当たり、本発明のイオン注入装置は、真空チャンバと、この真空チャンバ内にプラズマを形成するプラズマ源と、プラズマからイオンを引き出すグリッド電極とを備え、前記プラズマから前記グリッド電極を介して引き出したイオンを被処理基板へ注入するイオン注入装置において、前記プラズマから前記グリッド電極を介して前記被処理基板側へ正イオンと電子を交互に引き出す電圧印加手段を備えたことを特徴とする。   In order to solve the above problems, an ion implantation apparatus of the present invention includes a vacuum chamber, a plasma source for forming plasma in the vacuum chamber, and a grid electrode for extracting ions from the plasma, and the grid electrode from the plasma. In the ion implantation apparatus for injecting ions extracted through the substrate into the substrate to be processed, voltage application means for alternately extracting positive ions and electrons from the plasma to the substrate to be processed through the grid electrode is provided. And

また、本発明のイオン注入方法は、真空チャンバ内で形成したプラズマからグリッド電極を介してイオンを引き出し、被処理基板へ当該イオンを注入するイオン注入方法において、前記グリッド電極からプラズマ中の正イオンを引き出して前記被処理基板へ供給する工程と、前記グリッド電極からプラズマ中の電子を引き出して前記被処理基板へ供給する工程とを有することを特徴とする。   Further, the ion implantation method of the present invention is a method of extracting ions from a plasma formed in a vacuum chamber through a grid electrode and implanting the ions into a substrate to be processed. And extracting the electrons in the plasma from the grid electrode and supplying them to the substrate to be processed.

本発明は、プラズマからグリッド電極を介して被処理基板側へ正イオンと電子を交互に引き出す電圧印加手段を設けることにより、正イオンの注入で生じた基板の正のチャージアップをプラズマから引き出した電子で中和し、基板のチャージアップを抑制するようにしている。   In the present invention, by providing a voltage application means for alternately extracting positive ions and electrons from the plasma to the substrate to be processed via the grid electrode, the positive charge-up of the substrate caused by the positive ion implantation is extracted from the plasma. Neutralization with electrons suppresses the charge-up of the substrate.

本発明において、電圧印加手段は、真空チャンバ内に配置された電極部と、この電極部に正電位と負電位とを周期的に印加するパルス電源とを有する構成とする。電極部への正負のパルス電圧の印加により、プラズマ電位と基板電位間に電位差を生じさせて、正イオンと電子を交互に引き出すことができる。電極部は、被処理基板を支持するステージで構成したり、プラズマの形成空間上部に配置したり、あるいは上記グリッド電極で構成することができる。   In the present invention, the voltage application means includes an electrode portion disposed in the vacuum chamber and a pulse power source that periodically applies a positive potential and a negative potential to the electrode portion. By applying positive and negative pulse voltages to the electrode portion, a potential difference is generated between the plasma potential and the substrate potential, and positive ions and electrons can be alternately extracted. The electrode part can be constituted by a stage that supports the substrate to be processed, can be arranged above the plasma formation space, or can be constituted by the grid electrode.

本発明によれば、プラズマから正イオンと電子を交互に引き出すようにしているので、正イオンの注入で生じた基板のチャージアップを電子の供給で中和でき、基板のチャージアップを抑制することができる。また、チャージアップ防止用の電子源を別途設置する必要がないので、装置構成の複雑化、大型化を回避することができる。   According to the present invention, positive ions and electrons are alternately extracted from the plasma, so that the substrate charge-up caused by the positive ion implantation can be neutralized by the supply of electrons, and the substrate charge-up can be suppressed. Can do. In addition, since it is not necessary to separately install an electron source for preventing charge-up, it is possible to avoid complication and enlargement of the apparatus configuration.

以下、本発明の各実施の形態について図面を参照して説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態によるイオン注入装置１０の概略構成図である。本実施の形態のイオン注入装置１０は、真空排気手段（図示略）に接続され、内部が所定の真空度に維持された真空チャンバ１を備えている。 (First embodiment)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an ion implantation apparatus 10 according to a first embodiment of the present invention. The ion implantation apparatus 10 according to the present embodiment includes a vacuum chamber 1 that is connected to an evacuation unit (not shown) and that is maintained at a predetermined degree of vacuum.

真空チャンバ１の内部には、プラズマＰの形成空間を画成する石英製のベルジャ２と、プラズマ形成用ガスを導入するためのガス導入管３と、ベルジャ２の外周部に巻回されプラズマ形成用ガスをプラズマ化するプラズマ源としての高周波アンテナ（コイル）４が配置されている。   Inside the vacuum chamber 1, a quartz bell jar 2 that defines a plasma P forming space, a gas introduction pipe 3 for introducing a plasma forming gas, and a plasma formed by being wound around the outer periphery of the bell jar 2. A high frequency antenna (coil) 4 is disposed as a plasma source for converting the working gas into plasma.

また、真空チャンバ１の内部には、半導体ウェーハやガラス基板等の被処理基板（以下単に「基板」という）Ｗを支持するステージ５が配置されている。ステージ５は、基板Ｗをその被処理面をベルジャ２側（図中上方側）に向けて支持する。ステージ５には、正電位と負電位とを周期的に印加するパルス電源８が接続されている。このパルス電源８は、グリッド電極６とステージ５との間に正イオン（本例ではＢ＋イオン）または電子を引き出すための所定のバイアス電位を付与する本発明の「電圧印加手段」を構成している。   In addition, a stage 5 that supports a substrate to be processed (hereinafter simply referred to as a “substrate”) W such as a semiconductor wafer or a glass substrate is disposed inside the vacuum chamber 1. The stage 5 supports the substrate W with its processing surface facing the bell jar 2 side (upper side in the figure). A pulse power supply 8 that periodically applies a positive potential and a negative potential is connected to the stage 5. This pulse power supply 8 constitutes the “voltage application means” of the present invention that applies a predetermined bias potential for extracting positive ions (B + ions in this example) or electrons between the grid electrode 6 and the stage 5. Yes.

ベルジャ２とステージ５との間には、グリッド電極６が配置されている。本実施の形態において、グリッド電極６は、図示するように３枚のグリッド６Ａ，６Ｂ，６Ｃで構成されているが、これに限られない。これら３枚のグリッド６Ａ〜６Ｃは、例えばシリコン製の薄板基板でなり、その面内にイオンが通過し得る複数のスリット又は孔が形成されている。   A grid electrode 6 is disposed between the bell jar 2 and the stage 5. In the present embodiment, the grid electrode 6 is composed of three grids 6A, 6B, 6C as shown in the figure, but is not limited thereto. The three grids 6A to 6C are made of, for example, a thin silicon substrate, and a plurality of slits or holes through which ions can pass are formed in the plane.

また、コンタミネーション抑制を目的として、グリッド６Ａ〜６Ｃの構成材料には、基板Ｗへ注入する元素（イオン）と同種の元素（例えばボロン、リン）が添加処理されている。なお、このような処理は、すべてのグリッド６Ａ〜６Ｃについて行われる場合に限らず、少なくとも、プラズマ形成空間に臨む最上段のグリッド６Ａにのみ行われていればよい。   For the purpose of suppressing contamination, the constituent materials of the grids 6 </ b> A to 6 </ b> C are added with the same kind of element (for example, boron or phosphorus) as the element (ion) implanted into the substrate W. In addition, such a process is not limited to the case where it is performed on all the grids 6A to 6C, and it is only necessary to be performed on at least the uppermost grid 6A facing the plasma formation space.

最上段に位置するグリッド６Ａは、プラズマＰの電位（ポテンシャル）を安定にするためのもので、浮遊電位とされている。グリッド６Ｂは、グリッド６Ａの直下に配置され、イオン引出し用のパルス電源９に接続されている。このグリッド６Ｂに基板用のパルス電源８に同期して負電位を印加することで、プラズマからイオン（正イオン）を引き出す作用を行う。最下段のグリッド６Ｃはグランド電位に接続されている。このようにプラズマと基板Ｗとの間に接地電位を設けることで、プラズマと基板Ｗとの電位を確実に制御でき、イオン照射と電子照射とを明確に制御できるようになる。   The grid 6A located at the uppermost stage is for stabilizing the potential (potential) of the plasma P, and is set to a floating potential. The grid 6B is disposed immediately below the grid 6A and is connected to a pulse power supply 9 for ion extraction. By applying a negative potential to the grid 6B in synchronization with the pulse power supply 8 for the substrate, ions (positive ions) are extracted from the plasma. The lowermost grid 6C is connected to the ground potential. By providing the ground potential between the plasma and the substrate W in this way, the potential between the plasma and the substrate W can be reliably controlled, and ion irradiation and electron irradiation can be clearly controlled.

真空チャンバ１の内部には、ベルジャ１１の上部を覆うようにして平板電極７が配置されている。平板電極７は、グランド電位に接続されている。   A flat plate electrode 7 is disposed inside the vacuum chamber 1 so as to cover the top of the bell jar 11. The plate electrode 7 is connected to the ground potential.

さて、本実施の形態のイオン注入装置１０においては、アンテナ４へ高周波（例えば１３．５６ＭＨｚ）電力を印加することにより、ベルジャ２の内部に導入された処理ガスをプラズマ化する。形成されたプラズマＰの電位は、グリッド６Ａと平板電極７との間で安定化される。一方、グリッド６Ｂには、パルス電源９から基板用のパルス電源８に同期して負電圧が印加されている。この負電圧の大きさは、プラズマ中のイオン（正イオン）をグリッド６Ｂに引き付けるのに十分な大きさで、基板Ｗからの２次電子がプラズマへ逆流しない電位が維持でき、かつ、パルス電源８の負の入力電位よりも（絶対値的に）小とされる。   In the ion implantation apparatus 10 of the present embodiment, the processing gas introduced into the bell jar 2 is turned into plasma by applying high frequency (for example, 13.56 MHz) power to the antenna 4. The potential of the formed plasma P is stabilized between the grid 6A and the plate electrode 7. On the other hand, a negative voltage is applied to the grid 6B in synchronization with the pulse power supply 8 for the substrate from the pulse power supply 9. The magnitude of the negative voltage is large enough to attract ions (positive ions) in the plasma to the grid 6B, and can maintain a potential at which secondary electrons from the substrate W do not flow back to the plasma. It is made smaller (in absolute value) than the negative input potential of 8.

パルス電源８からステージ５へ負のパルス電圧が入力されると、グリッド電極６とステージ５との間に、ステージ５側を負電位とするバイアス電位が発生する。このバイアス電位によりグリッド電極６で引き出されたイオンは加速されて基板Ｗへ照射される。   When a negative pulse voltage is input from the pulse power supply 8 to the stage 5, a bias potential is generated between the grid electrode 6 and the stage 5 with the stage 5 side being a negative potential. The ions extracted from the grid electrode 6 by this bias potential are accelerated and irradiated onto the substrate W.

一方、パルス電源８からステージ５へ正のパルス電圧が入力されると、グリッド６Ｂにはパルス電源８に同期して正電位が印加され、このバイアス電位を受けて、グリッド電極６の近傍に分布しているプラズマ中の電子がステージ５側へ加速され、グリッド電極６を通過して基板Ｗに照射される。   On the other hand, when a positive pulse voltage is input from the pulse power supply 8 to the stage 5, a positive potential is applied to the grid 6B in synchronization with the pulse power supply 8, and this bias potential is received and distributed in the vicinity of the grid electrode 6. Electrons in the plasma are accelerated to the stage 5 side, pass through the grid electrode 6 and irradiate the substrate W.

このように、基板Ｗに正イオンと電子を交互に供給することで、イオンの注入により基板Ｗに帯電する正の電荷を基板Ｗへの電子の供給によって中和でき、これにより基板Ｗのチャージアップを効果的に抑制することができる。なお、イオンおよび電子の加速エネルギーは、パルス電源８の入力パルス電圧の設定で調整される。   In this way, by alternately supplying positive ions and electrons to the substrate W, the positive charges charged to the substrate W by the ion implantation can be neutralized by supplying electrons to the substrate W, thereby charging the substrate W. Up can be effectively suppressed. The acceleration energy of ions and electrons is adjusted by setting the input pulse voltage of the pulse power supply 8.

さて、基板Ｗのチャージアップ防止の観点からは、基板Ｗに照射されるイオンの電荷量と電子の電荷量とは互いに同等であることが望ましい。つまり、単位面積あたりのイオン入射電荷量と電子入射電荷量が等価であればよい。   From the viewpoint of preventing charge-up of the substrate W, it is desirable that the charge amount of ions irradiated on the substrate W and the charge amount of electrons be equal to each other. That is, it is only necessary that the ion incident charge amount and the electron incident charge amount per unit area are equivalent.

そこで、イオン照射のための電圧印加時間をΔｔｉ、プラズマ内で生成されたイオンの電流面密度をＪｉ［Ａ／ｃｍ2］、電子照射のための電圧印加時間をΔｔｅ、プラズマ内で生成された電子の電流面密度をＪｅ［Ａ／ｃｍ2］とすると、
Δｔｉ×Ｊｉ＝Δｔｅ×Ｊｅ ……（１）
の関係を満たせばよい。 Therefore, the voltage application time for ion irradiation is Δti, the current surface density of the ions generated in the plasma is Ji [A / cm 2 ], the voltage application time for electron irradiation is Δte, and the voltage is generated in the plasma. Assuming that the electron current surface density is Je [A / cm 2 ],
Δti × Ji = Δte × Je (1)
Satisfy this relationship.

このとき、
Ｊｉ＝ｑ×ｎｉ×√（ｋ×Ｔｅ／（２．７１８×Ｍｉ））……（２）
また、
Ｊｅ＝（１／４）×ｑ×ｎｅ×√（８×ｋ×Ｔｅ／（π×Ｍｅ））×
ｅｘｐ｛−ｑ×（Ｖｓ−Ｖｐ）／（ｋ×Ｔｅ）｝……（３）
したがって、イオンを基板Ｗに照射した際に、二次電子が発生しないと仮定した場合、基板Ｗ（ステージ５）に印加する電圧の大きさ及び印加時間は、（２），（３）式より、以下の（４）式より導かれる。
Δｔｉ／Δｔｅ＝√（２．７１８×Ｍｉ／（２π×Ｍｅ））×
ｅｘｐ｛−ｑ×（Ｖｓ−Ｖｐ）／（ｋ×Ｔｅ）｝……（４）
ここで、Ｍｉはドーピングイオンの質量、Ｍｅは電子の質量、Ｖｓは基板電位、Ｖｐはプラズマ電位、ｑ×（Ｖｓ−Ｖｐ）は、基板電位とプラズマ電位間の電位差で加速される電荷の加速エネルギー、ｋ×Ｔｅは電子温度である。 At this time,
Ji = q × ni × √ (k × Te / (2.718 × Mi)) (2)
Also,
Je = (1/4) × q × ne × √ (8 × k × Te / (π × Me)) ×
exp {−q × (Vs−Vp) / (k × Te)} (3)
Therefore, when it is assumed that secondary electrons are not generated when the substrate W is irradiated with ions, the magnitude of the voltage applied to the substrate W (stage 5) and the application time are obtained from the equations (2) and (3). , Derived from the following equation (4).
Δti / Δte = √ (2.718 × Mi / (2π × Me)) ×
exp {−q × (Vs−Vp) / (k × Te)} (4)
Here, Mi is the mass of doping ions, Me is the mass of electrons, Vs is the substrate potential, Vp is the plasma potential, and q × (Vs−Vp) is the acceleration of the charge accelerated by the potential difference between the substrate potential and the plasma potential. Energy, k × Te, is the electron temperature.

図２はパルス電源８によるパルス入力例を示している。グリッド６Ｂに負電圧が印加されていない条件では、プラズマ電位Ｖｐを＋２０Ｖ、電子温度を３ｅＶとすると、基板Ｗにボロンイオンを注入するための基板電位Ｖｓｉを−４８０Ｖ、印加時間Δｔｉを２７．１μｓｅｃに設定した場合、基板電位Ｖｓｅ＝＋２５Ｖ、照射時間Δｔｅ＝１μｓｅｃとすれば、ボロンイオンが基板に入射した電荷量と同等の電子による電荷量を基板に与えられることになる。この場合、パルス電圧の入力周期Ｔは任意に設定可能である。   FIG. 2 shows an example of pulse input by the pulse power supply 8. Under the condition that no negative voltage is applied to the grid 6B, assuming that the plasma potential Vp is + 20V and the electron temperature is 3eV, the substrate potential Vsi for injecting boron ions into the substrate W is −480V, and the application time Δti is 27.1 μsec. If the substrate potential is Vse = + 25 V and the irradiation time is Δte = 1 μsec, a charge amount of electrons equivalent to the charge amount of boron ions incident on the substrate can be given to the substrate. In this case, the input period T of the pulse voltage can be arbitrarily set.

一方、本実施の形態では、イオン引き出しのためにグリッド６Ｂに基板用パルス電源８に同期したパルス電圧が印加されている。図３に示すように、プラズマ電位Ｖｐとグリッド６Ｂの電位ＶＢとの電位差によって、プラズマからイオン又は電子が引き出され、プラズマ電位Ｖｐと基板電位Ｖｓとの電位差によって加速エネルギーが設定される。   On the other hand, in this embodiment, a pulse voltage synchronized with the substrate pulse power supply 8 is applied to the grid 6B for ion extraction. As shown in FIG. 3, ions or electrons are extracted from the plasma by the potential difference between the plasma potential Vp and the potential VB of the grid 6B, and acceleration energy is set by the potential difference between the plasma potential Vp and the substrate potential Vs.

例えば、グリッド６Ｂの印加電圧を±３０Ｖのパルス出力、プラズマの電子温度（ｋ×Ｔｅ）を３ｅＶ、質量２６ａｍｕのイオンを注入する場合には、Δｔｉ／Δｔｅ＝５．１となるので、イオン注入（基板バイアスが負を印加する）時間（Δｔｉ）５．１μｓｅｃに対して、電子照射（基板バイアスが正を印加する）時間（Δｔｅ）は１μｓｅｃであれば、イオン／電子照射による電荷量が同等となる。   For example, in the case of implanting ions with a grid 6B applied voltage of ± 30 V pulse output, plasma electron temperature (k × Te) of 3 eV, and mass of 26 amu, Δti / Δte = 5.1. If the time (Δte) for electron irradiation (applying positive for the substrate bias) is 1 μsec with respect to the time (Δti) for 5.1 μsec (the substrate bias is negative), the charge amount by ion / electron irradiation is equivalent. It becomes.

なお、基板Ｗの表面にフォトレジスト等のマスク層が形成される場合、イオン照射の際に当該マスク層から二次電子が発生し、これがイオンドーピングによる電荷量緩和に寄与すると考えられる。このため、電子が基板に照射される時間は、上記計算値よりも数１０％短くなるように設定される。   When a mask layer such as a photoresist is formed on the surface of the substrate W, secondary electrons are generated from the mask layer during ion irradiation, which is considered to contribute to charge relaxation by ion doping. For this reason, the time for which the substrate is irradiated with electrons is set to be several tens of percent shorter than the calculated value.

図４は、イオン注入装置１０の作用を説明するタイミングチャートである。Ａはアンテナ（コイル）４に入力される高周波電圧、Ｂはパルス電源８からステージ５へ入力されるパルス電圧、ＣおよびＤは、正イオンおよび電子の照射タイミング（立上がり時）とその照射時間をそれぞれ示している。   FIG. 4 is a timing chart for explaining the operation of the ion implantation apparatus 10. A is a high-frequency voltage input to the antenna (coil) 4, B is a pulse voltage input from the pulse power supply 8 to the stage 5, and C and D are irradiation timing (at the time of rising) and irradiation time of positive ions and electrons. Each is shown.

図４に示したように、本実施の形態のイオン注入装置１０によれば、プラズマＰを形成している間、ステージ５へ所定周期、所定の大きさの正負パルス電圧を印加することで、基板Ｗに正イオンと電子が交互に供給される。これにより、基板Ｗへのイオン注入の際の基板Ｗの正へのチャージアップを電子の供給で効果的に抑制することができ、基板Ｗのチャージアップダメージを防ぐことができる。また、チャージアップ防止用の電子源を別途設置する必要がないので、装置構成の複雑化、大型化を回避することができる。   As shown in FIG. 4, according to the ion implantation apparatus 10 of the present embodiment, while the plasma P is being formed, by applying a positive / negative pulse voltage of a predetermined magnitude to the stage 5 by a predetermined period, Positive ions and electrons are alternately supplied to the substrate W. Thereby, the positive charge-up of the substrate W during the ion implantation into the substrate W can be effectively suppressed by supplying electrons, and the charge-up damage of the substrate W can be prevented. In addition, since it is not necessary to separately install an electron source for preventing charge-up, it is possible to avoid complication and enlargement of the apparatus configuration.

（第２の実施の形態）
図５は本発明の第２の実施の形態によるイオン注入装置２０の概略構成図である。なお図において上述の第１の実施の形態と対応する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略するものとする。 (Second Embodiment)
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of an ion implantation apparatus 20 according to the second embodiment of the present invention. In the figure, portions corresponding to those of the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

本実施の形態のイオン注入装置２０は、基板Ｗを支持するステージ５がグランド電位に接続されているとともに、パルス電源８がベルジャ２の上部に配置された平板電極７に接続されている点で、上述の第１の実施の形態と異なっている。   The ion implantation apparatus 20 of the present embodiment is such that the stage 5 that supports the substrate W is connected to the ground potential, and the pulse power source 8 is connected to the plate electrode 7 disposed on the top of the bell jar 2. This is different from the above-described first embodiment.

本実施の形態においては、平板電極７がプラズマ電位設定電極として機能し、パルス電源８から所定周期、所定の大きさの正電位および負電位が印加されることで、プラズマＰからグリッド電極６を介して基板Ｗ側へ正イオンと電子を交互に引き出す電圧印加手段を構成する。   In the present embodiment, the plate electrode 7 functions as a plasma potential setting electrode, and a positive potential and a negative potential having a predetermined magnitude and a predetermined magnitude are applied from the pulse power source 8, so that the grid electrode 6 is connected from the plasma P. Voltage application means for alternately extracting positive ions and electrons to the substrate W side.

具体的に、平板電極７へ正のパルス電位を印加することで、プラズマ電位が基板電位よりもパルス電位印加分高くなり、グリッド電極６で引き出されたプラズマ中の正イオンが基板Ｗ側へ加速される。また、平板電極７へ負のパルス電位を印加することで、プラズマＰより基板Ｗがバイアス電位分高くなり、グリッド電極６の近傍に分布するプラズマ中の電子が基板Ｗ側へ加速される。   Specifically, by applying a positive pulse potential to the plate electrode 7, the plasma potential becomes higher than the substrate potential by the amount of pulse potential applied, and positive ions in the plasma extracted by the grid electrode 6 are accelerated toward the substrate W side. Is done. Further, by applying a negative pulse potential to the plate electrode 7, the substrate W becomes higher than the plasma P by the bias potential, and electrons in the plasma distributed in the vicinity of the grid electrode 6 are accelerated toward the substrate W side.

したがって本実施の形態によれば、基板Ｗに対して正イオンの供給と電子の供給を交互に行うことが可能となり、上述の第１の実施の形態と同様に、イオン注入過程で生じる基板Ｗのチャージアップダメージを防ぐことができる。また、チャージアップ防止用の電子源を別途設置する必要がないので、装置構成の複雑化、大型化を回避することができる。   Therefore, according to the present embodiment, it is possible to alternately supply positive ions and electrons to the substrate W, and the substrate W generated in the ion implantation process as in the first embodiment described above. Can prevent charge-up damage. In addition, since it is not necessary to separately install an electron source for preventing charge-up, it is possible to avoid complication and enlargement of the apparatus configuration.

（第３の実施の形態）
図６は本発明の第３の実施の形態によるイオン注入装置３０の概略構成図である。なお図において上述の第１の実施の形態と対応する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略するものとする。 (Third embodiment)
FIG. 6 is a schematic configuration diagram of an ion implantation apparatus 30 according to the third embodiment of the present invention. In the figure, portions corresponding to those of the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

本実施の形態のイオン注入装置３０は、基板Ｗを支持するステージ５がグランド電位に接続されているとともに、パルス電源８がグリッド６Ａに接続されている点で、上述の第１の実施の形態と異なっている。   The ion implantation apparatus 30 of the present embodiment is the same as that of the first embodiment described above in that the stage 5 supporting the substrate W is connected to the ground potential, and the pulse power supply 8 is connected to the grid 6A. Is different.

本実施の形態においては、パルス電源８から所定周期、所定の大きさの正電位および負電位がグリッド６Ａに印加されることで、プラズマＰからグリッド電極６を介して基板Ｗ側へ正イオンと電子を交互に引き出す電圧印加手段を構成する。   In the present embodiment, positive ions and negative potentials having a predetermined period and a predetermined magnitude are applied from the pulse power supply 8 to the grid 6A, so that positive ions and ions are transferred from the plasma P to the substrate W side through the grid electrode 6. A voltage applying means for alternately extracting electrons is configured.

具体的に、グリッド６Ａへ正のパルス電位を印加することで、グリッド電極６からプラズマ中の正イオンを基板Ｗへ供給する。また、グリッド６Ａへ負のパルス電位を印加することで、グリッド電極６からプラズマ中の電子を基板Ｗへ供給する。   Specifically, positive ions in the plasma are supplied from the grid electrode 6 to the substrate W by applying a positive pulse potential to the grid 6A. Further, by applying a negative pulse potential to the grid 6A, electrons in the plasma are supplied from the grid electrode 6 to the substrate W.

したがって本実施の形態によれば、基板Ｗに対して正イオンの供給と電子の供給を交互に行うことが可能となり、上述の第１の実施の形態と同様に、イオン注入過程で生じる基板Ｗのチャージアップダメージを防ぐことができる。また、チャージアップ防止用の電子源を別途設置する必要がないので、装置構成の複雑化、大型化を回避することができる。   Therefore, according to the present embodiment, it is possible to alternately supply positive ions and electrons to the substrate W, and the substrate W generated in the ion implantation process as in the first embodiment described above. Can prevent charge-up damage. In addition, since it is not necessary to separately install an electron source for preventing charge-up, it is possible to avoid complication and enlargement of the apparatus configuration.

（第４の実施の形態）
図７は本発明の第４の実施の形態によるイオン注入装置４０の概略構成図である。なお図において上述の第２の実施の形態と対応する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略するものとする。 (Fourth embodiment)
FIG. 7 is a schematic configuration diagram of an ion implantation apparatus 40 according to the fourth embodiment of the present invention. In the figure, parts corresponding to those of the second embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

すなわち本実施の形態のイオン注入装置４０は、グリッド電極６を構成する各グリッド６Ａ〜６Ｃの略中央部には、プラズマＰからステージ５上の基板Ｗに対して局所的に正イオン又は電子を照射するための単一の開口６１がそれぞれ形成されている。また、真空チャンバ１の内部において、ステージ５には基板Ｗを支持面内で水平移動させる水平移動機構としてＸ方向移動機構６２およびＹ方向移動機構６３がそれぞれ設けられている。   That is, in the ion implantation apparatus 40 of the present embodiment, positive ions or electrons are locally applied from the plasma P to the substrate W on the stage 5 at the substantially central portion of each grid 6A to 6C constituting the grid electrode 6. A single opening 61 is formed for irradiation. In the vacuum chamber 1, the stage 5 is provided with an X-direction moving mechanism 62 and a Y-direction moving mechanism 63 as horizontal moving mechanisms for horizontally moving the substrate W within the support surface.

以上のように構成される本実施の形態のイオン注入装置４０においては、ステージ５をＸ方向移動機構６２およびＹ方向移動機構６３で水平駆動しながら、基板Ｗの表面全域に正イオンおよび電子が照射される。これにより、上述の各実施の形態と同様に、イオン注入過程で生じる基板Ｗのチャージアップを抑制することができるとともに、基板Ｗに対するイオンの注入効率と面内均一性の向上を図ることができる。   In the ion implantation apparatus 40 of the present embodiment configured as described above, positive ions and electrons are distributed over the entire surface of the substrate W while the stage 5 is horizontally driven by the X direction moving mechanism 62 and the Y direction moving mechanism 63. Irradiated. As a result, similar to the above-described embodiments, the charge-up of the substrate W that occurs during the ion implantation process can be suppressed, and the efficiency of ion implantation into the substrate W and the in-plane uniformity can be improved. .

また、基板Ｗにイオン注入範囲を限定するレジストマスクが形成されている場合等においては、イオンおよび電子の照射の際に当該マスクからアウトガスが発生する。本実施の形態によれば、グリッド電極６の開口６１の形成範囲が制限されているので、グリッド電極６がアウトガスのプラズマ形成空間への侵入を効果的に遮断でき、アウトガスによるプラズマ領域の汚染を防止することができる。   In addition, when a resist mask that limits the ion implantation range is formed on the substrate W, outgas is generated from the mask during ion and electron irradiation. According to the present embodiment, since the formation range of the opening 61 of the grid electrode 6 is limited, the grid electrode 6 can effectively block outgas from entering the plasma formation space, and contamination of the plasma region by outgas can be prevented. Can be prevented.

さらに、本実施の形態によれば、グリッド電極６の開口６１によって基板Ｗに対するイオンの照射量を制限しているので、プラズマＰからイオンをビーム状に引き出すことができ、これにより注入イオンのモニタリングを容易に行うことが可能となる。なお、イオンのモニタリングは、例えば、グリッド電極６の開口６１と基板Ｗとの間にファラデーカップを配置することで実施することができる。   Furthermore, according to the present embodiment, since the ion irradiation amount to the substrate W is limited by the openings 61 of the grid electrode 6, ions can be extracted from the plasma P in the form of a beam, thereby monitoring the implanted ions. Can be easily performed. The monitoring of ions can be performed, for example, by arranging a Faraday cup between the opening 61 of the grid electrode 6 and the substrate W.

以上、本発明の各実施の形態について説明したが、勿論、本発明はこれらに限定されることなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。   As mentioned above, although each embodiment of this invention was described, of course, this invention is not limited to these, A various deformation | transformation is possible based on the technical idea of this invention.

例えば、真空チャンバ１内にプラズマＰを形成するプラズマ源は、ＲＦアンテナ４を用いた誘導結合方式（ＩＣＰ）に限らず、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）や平行平板、磁気中性線放電（ＮＬＤ）等の他の方式のプラズマ源を採用してもよい。   For example, the plasma source for forming the plasma P in the vacuum chamber 1 is not limited to the inductive coupling method (ICP) using the RF antenna 4, but is electron cyclotron resonance (ECR), parallel plate, magnetic neutral line discharge (NLD). Other types of plasma sources may be used.

また、ベルジャ２の形状、大きさは任意に設定でき、例えば、グリッド電極６の形状、大きさに合わせたプラズマが形成できるように構成してもよい。更に、ベルジャ２の内面に、注入するイオンと同種材料の膜をコーティングしておくと、注入時のコンタミネーションの抑制を図ることができる。   Further, the shape and size of the bell jar 2 can be arbitrarily set. For example, the bell jar 2 may be configured such that plasma in accordance with the shape and size of the grid electrode 6 can be formed. Furthermore, if the inner surface of the bell jar 2 is coated with a film of the same material as the ions to be implanted, contamination during implantation can be suppressed.

本発明の第１の実施の形態によるイオン注入装置１０の概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of an ion implantation apparatus 10 according to a first embodiment of the present invention. イオン注入装置１０のステージ５に印加されるパルス電圧の入力例を説明するタイミング図である。4 is a timing chart for explaining an example of input of a pulse voltage applied to the stage 5 of the ion implantation apparatus 10. FIG. 基板電圧とグリッド６Ｂ電圧の印加タイミングを説明する図である。It is a figure explaining the application timing of a substrate voltage and a grid 6B voltage. イオン注入装置１０の作用を説明するタイミング図である。4 is a timing chart for explaining the operation of the ion implantation apparatus 10. FIG. 本発明の第２の実施の形態によるイオン注入装置２０の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the ion implantation apparatus 20 by the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第３の実施の形態によるイオン注入装置３０の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the ion implantation apparatus 30 by the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第４の実施の形態によるイオン注入装置４０の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the ion implantation apparatus 40 by the 4th Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１ 真空チャンバ
２ ベルジャ
３ ガス導入管
４ アンテナ（コイル）
５ ステージ
６ グリッド電極
７ 平板電極
８ パルス電源
９ 可変直流電源
１０，２０，３０，４０ イオン注入装置
６１ 開口
６２ Ｘ方向移動機構
６３ Ｙ方向移動機構
Ｐ プラズマ 1 vacuum chamber 2 bell jar 3 gas introduction pipe 4 antenna (coil)
5 Stage 6 Grid electrode 7 Flat plate electrode 8 Pulse power supply 9 Variable DC power supply 10, 20, 30, 40 Ion implanter 61 Aperture 62 X direction moving mechanism 63 Y direction moving mechanism P Plasma

Claims (11)

真空チャンバと、この真空チャンバ内にプラズマを形成するプラズマ源と、プラズマからイオンを引き出すグリッド電極とを備え、前記プラズマから前記グリッド電極を介して引き出したイオンを被処理基板へ注入するイオン注入装置において、
前記プラズマから前記グリッド電極を介して前記被処理基板側へ正イオンと電子を交互に引き出す電圧印加手段を備えたことを特徴とするイオン注入装置。 An ion implantation apparatus comprising: a vacuum chamber; a plasma source for forming plasma in the vacuum chamber; and a grid electrode for extracting ions from the plasma, and implanting ions extracted from the plasma through the grid electrode into a substrate to be processed In
An ion implantation apparatus comprising voltage application means for alternately extracting positive ions and electrons from the plasma to the substrate to be processed through the grid electrode. 前記電圧印加手段は、真空チャンバ内に配置された電極部と、この電極部に正電位と負電位とを周期的に印加するパルス電源とを有する請求項１に記載のイオン注入装置。   2. The ion implantation apparatus according to claim 1, wherein the voltage application unit includes an electrode unit disposed in a vacuum chamber and a pulse power source that periodically applies a positive potential and a negative potential to the electrode unit. 前記電極部は、被処理基板を支持するステージである請求項２に記載のイオン注入装置。   The ion implantation apparatus according to claim 2, wherein the electrode unit is a stage that supports a substrate to be processed. 前記電極部は、プラズマの形成空間上部に配置された平板電極である請求項２に記載のイオン注入装置。   The ion implantation apparatus according to claim 2, wherein the electrode part is a flat plate electrode disposed in an upper part of a plasma formation space. 前記電極部は、グリッド電極である請求項２に記載のイオン注入装置。   The ion implantation apparatus according to claim 2, wherein the electrode unit is a grid electrode. 前記グリッド電極は、複数のグリッドでなる請求項１に記載のイオン注入装置。   The ion implantation apparatus according to claim 1, wherein the grid electrode includes a plurality of grids. 前記複数のグリッドのうち最下段に位置するグリッドは、グランド電位に接続されている請求項６に記載のイオン注入装置。   The ion implantation apparatus according to claim 6, wherein a grid located at a lowermost stage among the plurality of grids is connected to a ground potential. 前記複数のグリッドのうち少なくとも最上段に位置するグリッドには、注入するイオンと同種の元素が添加されている請求項６に記載のイオン注入装置。   The ion implantation apparatus according to claim 6, wherein an element of the same type as ions to be implanted is added to at least the uppermost grid among the plurality of grids. 前記グリッド電極には、前記被処理基板に対して局所的に正イオン又は電子を供給する単一の開口が形成されており、
前記被処理基板を支持するステージには、当該被処理基板を支持面内で水平移動させる水平移動機構が設けられている請求項１に記載のイオン注入装置。 A single opening for supplying positive ions or electrons locally to the substrate to be processed is formed in the grid electrode,
The ion implantation apparatus according to claim 1, wherein the stage that supports the substrate to be processed is provided with a horizontal movement mechanism that horizontally moves the substrate to be processed within a support surface. 真空チャンバ内で形成したプラズマからグリッド電極を介してイオンを引き出し、被処理基板へ当該イオンを注入するイオン注入方法において、
前記グリッド電極からプラズマ中の正イオンを引き出して前記被処理基板へ供給する工程と、
前記グリッド電極からプラズマ中の電子を引き出して前記被処理基板へ供給する工程とを有することを特徴とするイオン注入方法。 In an ion implantation method for extracting ions from a plasma formed in a vacuum chamber through a grid electrode and implanting the ions into a substrate to be processed,
Extracting positive ions in plasma from the grid electrode and supplying them to the substrate to be processed;
An ion implantation method comprising: extracting electrons in plasma from the grid electrode and supplying the electrons to the substrate to be processed. 前記被処理基板へ正イオンを供給する工程と、前記被処理基板へ電子を供給する工程とを交互に行う請求項１０に記載のイオン注入方法。


The ion implantation method according to claim 10, wherein the step of supplying positive ions to the substrate to be processed and the step of supplying electrons to the substrate to be processed are alternately performed.


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