JP4116210B2

JP4116210B2 - Ion implantation method and apparatus

Info

Publication number: JP4116210B2
Application number: JP34976399A
Authority: JP
Inventors: 倫弘松木; 佐藤　　文昭
Original assignee: 株式会社Ｓｅｎ−Ｓｈｉ・アクセリスカンパニー
Priority date: 1999-12-09
Filing date: 1999-12-09
Publication date: 2008-07-09
Anticipated expiration: 2019-12-09
Also published as: JP2001168054A

Description

【発明の属する技術分野】
本発明はイオン注入方法とイオン注入装置に関し、Ｉｎのイオン注入とそのイオン源に関する。
【従来の技術】
従来、Ｉｎのイオン注入には、ＩｎＣＬ３（塩化インジウム）を用いている。ＩｎＣＬ３は固体の物質で、これをイオン源として用いるためには、ソース部に設けられたベーパライザーにて２００℃から２７０℃に加熱し気化させて用いていた。
この方法での問題としては、温度制御をする必要があり、一般的に温度制御は、応答性が悪く時間がかかることが多い。通常のベーパライザでは作業可能温度以上となるまでの昇温時間は数分程度を要する。また、この応答性の問題は、自動ビームセットアップの時間を長引かせる。
ＩｎＣＬ３は、吸湿性があり、吸湿してしまうとこの水分が、イオンビームの立ち上がりのビーム出しとビームの初期安定化に影響を与えるために、この対策（水抜きに）時間（１時間程度）を要する。これらの時間は生産性を悪化させる要因となる。また、ソースチャンバー内に再付着した塩化インジウムが、ソースメンテナンス時に吸湿してしまい粘着状物質となり、余分なクリーニング時間を要することがある。この吸湿した状態においては、吸湿した状態の再付着した塩化インジウムは、強酸性であり、ソースチャンバー材質のアルミ等を腐食させるおそれがある。
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、Ｉｎのイオン注入に置ける、イオンビームの立ち上がりのビーム出しとビームの初期安定化のための時間の短縮、ソースメンテナンス時間の短縮を目的とするイオン注入装置を提供することにある。
本発明の他の課題は、また塩化物による（塩酸等の）イオン注入装置の腐食等のダメージをなくすことにある。
【課題を解決するための手段】
本発明は、トリメチルインジウムをイオンソース物質として用いるイオン注入方法である。
ソース物質を充填したシリンダの下流にあるマスフロー部材によって、マスフロー流量制御することにより、イオンソース物質の量を制御する。
常温で真空状態でその蒸気圧により発生するトリメチルインジウムを用いる。
アルゴン等の不活性のキャリアガスを満たした状態でその蒸気圧により発生するトリメチルインジウムを用いる。
ソース部の高真空部とのトリメチルインジウムの蒸気圧力差でトリメチルインジウムを高真空としたソース部へ差圧導入する。
ソース物質のシリンダーを大容量化する。
ソース物質を恒温槽で温度制御する。
マスフロー流量制御と恒温槽での温度制御を併用した。
イオンソース物質を充填したシリンダの下流にあるマスフロー部材から、イオンソース物質をイオンソースに供給する第一項記載のイオン注入方法において、イオンソースまでの配管のうち、少なくともイオンソースの近傍の部分を加熱するよう構成し、配管部分のトリメチルインジウムの固体化による付着を抑制した。
【発明の実施の形態】
本発明は、トリメチルインジウムをイオンソース物質として用いるイオン注入方法である。
図２のように、通常のイオン注入装置のイオンソース部１には、プラズマ発生室２が設けられ、ソース物質が内部に導入される。図２のガスキャビネット３内には、ガスフィードシステムが収納されている。このガスフィードシステムは、通常、ソースガスボンベ４のソースガス（ＢＦ３等）を複数の制御弁、レギュレータ、マスフローバルブ７（ｃ）、手動弁を経て、さらに、主制御弁ＶＡからイオンソース部１へ、ガスフィードラインを経由して導かれている。また、手動用の流量調節弁と手動弁を組合せたバイパス経路が途中に設けられている。また、主制御弁には、キャリアガス導入用のガスラインが接続されており、ガスキャビネット３の外に置かれた、Ａｒ等のキャリアガスボンベ６から、逆止弁、停止弁、レギュレータ、制御弁、マスフローバルブ７（ｂ）、手動弁を経て主制御弁に導かれている。
通常、ソース物質にはＢＦ３等のガスの場合が用いられるが、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）を、ソース物質として用いてイオン注入を行う場合は、通常のガスラインシステムに加えて、図２に示すように、マスフローバルブ７（ａ）を有するトリメチルインジウム用のガスラインを追加する。トリメチルインジウム用のガスラインは、図３に示すように、 2個所の２方向弁を有するトリメチルインジウム専用の供給システム５と、複数の手動弁とマスフローバルブ７（ａ）にて構成されている。また、トリメチルインジウムにキャリヤガスを導入する場合は、図４に示すように、トリメチルインジウム用のガスラインの主制御弁もしくはマスフローバルブ７（ａ）の手前で合流させるか、供給システム５内にキャリアガスを導入するように構成する。
トリメチルインジウム専用の供給システム５の構成としては、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）に対して、常温で真空状態あるいは、アルゴン等のキャリアガスを満たした状態として、その蒸気圧により発生するＴＭＩガスを、高真空としたイオンソース部１へ導くよう構成する。
また、マスフローコントロールのためのマスフローバルブ７（ａ）にて、イオンソース物質であるＴＭＩガスの量を制御する。
つぎに、ソース部の高真空部とのトリメチルインジウムの蒸気圧力差でトリメチルインジウムを高真空としたイオンソース部へ差圧導入する。また、イオンソース物質のシリンダーを大容量化することが必要となる。
また、トリメチルインジウム専用の供給システム５の構成として、供給システム内にソース物質を恒温槽で加熱するよう構成し、しかも温度制御するよう構成する。マスフロー流量制御と恒温槽での温度制御を併用するとさらによいものとなる。
ソース物質を充填したシリンダの下流にあるマスフロー部材によって、マスフロー流量制御することにより、イオンソース物質の量を制御する。
常温で真空状態でその蒸気圧により発生するトリメチルインジウムを用いる。
アルゴン等の不活性のキャリアガスを満たした状態でその蒸気圧により発生するトリメチルインジウムを用いる。
ソース部の高真空部とのトリメチルインジウムの蒸気圧力差でトリメチルインジウムを高真空としたソース部へ差圧導入する。
ソース物質のシリンダーを大容量化する。
ソース物質を恒温槽で温度制御する。
マスフロー流量制御と恒温槽での温度制御を併用した。
イオンソース物質を充填したシリンダの下流にあるマスフロー部材から、イオンソース物質をイオンソースに供給する第一項記載のイオン注入方法において、イオンソースまでの配管のうち、少なくともイオンソースの近傍の部分を加熱するよう構成し、配管部分のトリメチルインジウムの固体化による付着を抑制した。
【発明の作用】
１．マスフローの制御を温度制御の代わりに使える為、ビームセットアップ時間を短縮できる。
２．塩化物がチャンバー内に固体化による付着しない為、チャンバーや後段の真空ポンプに悪影響を与えない。
３．ソース物質のシリンダーは、ベーパライザに比べ大容量化しやすく、ソース物質の寿命による再充填間隔を長く出来装置運転の効率化がはかれる。
４．吸湿性がない為ソース物質が水を含むことによる水抜き運転時間を短縮できる。
【発明の効果】
１. 蒸気圧で昇華したＴＭＩ分子は、高真空のソース部に導くことができ、精度のよいイオン源性能がえられる。この流量は、ソース物質を充填したシリンダの下流にあるマスフローによって制御することができる。
２. これによって他の高圧ガスやソースガスＳＤＳと同様にソースに導かれる量をマスフローで制御することが可能となる。
３. 蒸気圧は、温度に依存する為、必要によっては恒温槽で温度制御することができる。
４．Ａｒ，Ｈｅ,Ｎ２などの不活性ガスをシリンダに導き、ソースとの圧力差を大きくし、マスフローコントロールを容易にすることができる。
５．イオンソースまでの配管のうち、少なくともイオンソースの近傍の部分を加熱する構成により、配管部分のトリメチルインジウムの固体化による付着を抑制でき、スムーズで詰まりのないトリメチルインジウムの送出ができるすぐれた特徴を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のガスラインの構成を示した図である。
【図２】本発明の概略構成を示した図である。
【図３】本発明によるトリメチルインジウム用のガスラインを示した図である。
【図４】本発明によるガスラインの全体の構成を示した図である。
【符号の説明】
１イオンソース部
２プラズマ発生室
３ガスキャビネット
４ソースガスボンベ
５供給システム
６キャリアガスボンベ
７マスフローバルブBACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an ion implantation method and an ion implantation apparatus, and more particularly to an In ion implantation and an ion source thereof.
[Prior art]
Conventionally, InCL3 (indium chloride) is used for ion implantation of In. InCL3 is a solid substance, and in order to use it as an ion source, it was heated and vaporized from 200 ° C. to 270 ° C. with a vaporizer provided in the source part.
As a problem with this method, it is necessary to control the temperature. In general, the temperature control often has poor responsiveness and takes time. In a normal vaporizer, it takes about several minutes for the temperature to rise until the temperature exceeds the workable temperature. This responsiveness problem also lengthens the time for automatic beam setup.
InCL3 has a hygroscopic property, and when it absorbs moisture, this moisture affects the start-up of the ion beam and the initial stabilization of the beam, so this countermeasure (for draining) time (about 1 hour) Cost. These times are factors that deteriorate productivity. Further, indium chloride reattached in the source chamber absorbs moisture during source maintenance and becomes an adhesive substance, which may require extra cleaning time. In this moisture-absorbed state, the reattached indium chloride in the moisture-absorbed state is strongly acidic and may corrode aluminum or the like of the source chamber material.
[Problems to be solved by the invention]
It is an object of the present invention to provide an ion implantation apparatus that can be used for In ion implantation, aiming at shortening the time required for beam rising and initial stabilization of the ion beam, and shortening the source maintenance time. is there.
Another object of the present invention is to eliminate damage such as corrosion of an ion implantation apparatus (such as hydrochloric acid) caused by chloride.
[Means for Solving the Problems]
The present invention is an ion implantation method using trimethylindium as an ion source material.
The amount of ion source material is controlled by controlling the mass flow rate with a mass flow member downstream of the cylinder filled with the source material.
Trimethylindium generated by the vapor pressure in a vacuum state at room temperature is used.
Trimethylindium generated by the vapor pressure in an inert carrier gas such as argon is used.
A differential pressure is introduced into the source part where trimethylindium is in a high vacuum by a vapor pressure difference of trimethylindium from the high vacuum part of the source part.
Increase the capacity of the source material cylinder.
Control the temperature of the source material in a thermostatic chamber.
The mass flow control and the temperature control in the thermostat were used together.
In the ion implantation method according to claim 1, wherein the ion source material is supplied to the ion source from a mass flow member downstream of the cylinder filled with the ion source material, and at least a portion near the ion source is connected to the ion source. It comprised so that it might heat and the adhesion by solidification of the trimethylindium of a piping part was suppressed.
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention is an ion implantation method using trimethylindium as an ion source material.
As shown in FIG. 2, a plasma generation chamber 2 is provided in an ion source unit 1 of a normal ion implantation apparatus, and a source material is introduced therein. A gas feed system is accommodated in the gas cabinet 3 of FIG. In this gas feed system, the source gas (BF3 or the like) of the source gas cylinder 4 is usually passed through a plurality of control valves, regulators, mass flow valves 7 (c), and manual valves, and further from the main control valve VA to the ion source unit 1. Led through the gas feed line. In addition, a bypass path in which a manual flow control valve and a manual valve are combined is provided in the middle. A gas line for introducing a carrier gas is connected to the main control valve, and a check valve, a stop valve, a regulator, a control valve are provided from a carrier gas cylinder 6 such as Ar placed outside the gas cabinet 3. The mass flow valve 7 (b) is led to the main control valve through a manual valve.
Usually, a gas such as BF3 is used as a source material, but when ion implantation is performed using trimethylindium (TMI) as a source material, in addition to a normal gas line system, as shown in FIG. In addition, a gas line for trimethylindium having a mass flow valve 7 (a) is added. As shown in FIG. 3, the gas line for trimethylindium is composed of a trimethylindium dedicated supply system 5 having two two-way valves, a plurality of manual valves, and a mass flow valve 7 (a). In addition, when introducing a carrier gas into trimethylindium, as shown in FIG. 4, they are merged before the main control valve or the mass flow valve 7 (a) of the gas line for trimethylindium or in the supply system 5. It is configured to introduce gas.
The configuration of the supply system 5 dedicated to trimethylindium is that the TMI gas generated by the vapor pressure of the trimethylindium (TMI) in a vacuum state at normal temperature or a state in which a carrier gas such as argon is filled is high vacuum. It is configured to lead to the ion source unit 1.
Further, the mass flow valve 7 (a) for mass flow control controls the amount of TMI gas that is an ion source material.
Next, a differential pressure is introduced into the ion source portion where trimethylindium is in a high vacuum due to a vapor pressure difference of trimethylindium from the high vacuum portion of the source portion. In addition, it is necessary to increase the capacity of the cylinder of the ion source material.
Further, the supply system 5 dedicated to trimethylindium is configured such that the source material is heated in the thermostatic chamber in the supply system, and the temperature is controlled. It becomes even better if the mass flow flow control and the temperature control in the thermostat are used in combination.
The amount of ion source material is controlled by controlling the mass flow rate with a mass flow member downstream of the cylinder filled with the source material.
Trimethylindium generated by the vapor pressure in a vacuum state at room temperature is used.
Trimethylindium generated by the vapor pressure in an inert carrier gas such as argon is used.
A differential pressure is introduced into the source part where trimethylindium is in a high vacuum by a vapor pressure difference of trimethylindium from the high vacuum part of the source part.
Increase the capacity of the source material cylinder.
Control the temperature of the source material in a thermostatic chamber.
The mass flow control and the temperature control in the thermostat were used together.
In the ion implantation method according to claim 1, wherein the ion source material is supplied to the ion source from a mass flow member downstream of the cylinder filled with the ion source material, and at least a portion near the ion source is connected to the ion source. It comprised so that it might heat and the adhesion by solidification of the trimethylindium of a piping part was suppressed.
[Effects of the Invention]
1. Because mass flow control can be used instead of temperature control, beam setup time can be reduced.
2. Since chloride does not adhere to the chamber due to solidification, it does not adversely affect the chamber and the vacuum pump in the subsequent stage.
3. The cylinder of the source material is easy to increase in capacity compared to the vaporizer, and the refill interval due to the life of the source material can be lengthened, so that the operation of the apparatus can be improved.
4). Since there is no hygroscopicity, the drainage operation time due to the source material containing water can be shortened.
【The invention's effect】
1. TMI molecules sublimated by vapor pressure can be led to a high-vacuum source part, and accurate ion source performance can be obtained. This flow rate can be controlled by the mass flow downstream of the cylinder filled with the source material.
2. This makes it possible to control the amount led to the source by mass flow in the same manner as other high-pressure gas and source gas SDS.
3. Since the vapor pressure depends on the temperature, the temperature can be controlled in a thermostatic bath if necessary.
4). An inert gas such as Ar, He, or N2 can be guided to the cylinder to increase the pressure difference with the source and facilitate mass flow control.
5. The structure that heats at least the part in the vicinity of the ion source among the pipes to the ion source can suppress the adhesion due to the solidification of trimethylindium in the pipe part, and has an excellent feature that can deliver trimethylindium smoothly and without clogging. Have.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a conventional gas line.
FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of the present invention.
FIG. 3 shows a gas line for trimethylindium according to the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing the overall configuration of a gas line according to the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ion source part 2 Plasma generation chamber 3 Gas cabinet 4 Source gas cylinder 5 Supply system 6 Carrier gas cylinder 7 Mass flow valve

Claims

プラズマ発生室をイオンソース部に設け、該イオンソース部に隣接しガスフィードシステムを収納しているガスキャビネットに備えられたイオンソース物質をガスフィードラインを介して前記プラズマ発生室に導入するよう構成するとともに、A plasma generation chamber is provided in the ion source section, and an ion source material provided in a gas cabinet adjacent to the ion source section and containing a gas feed system is introduced into the plasma generation chamber via a gas feed line. And
前記ガスキャビネット内においては、主制御弁から前記イオンソース部のプラズマ発生室へガスフィードラインを経由してソースガスボンベのソースガスを導くとともに、第一マスフロー部材を介して接続されるイオンソースガスを充填したシリンダと、第二マスフロー部材を介して接続されるキャリヤガス導入用のガスラインと、第三マスフロー部材を介して接続されるトリメチルインジウムを充填したシリンダとを、前記ガスフィードラインにそれぞれ接続するよう構成し、In the gas cabinet, the source gas of the source gas cylinder is guided from the main control valve to the plasma generation chamber of the ion source section via the gas feed line, and the ion source gas connected via the first mass flow member is supplied. A cylinder filled with, a gas line for introducing a carrier gas connected via a second mass flow member, and a cylinder filled with trimethylindium connected via a third mass flow member are connected to the gas feed line, respectively. Configured to
前記第一〜第三の各マスフロー部材をそれぞれマスフロー流量制御することにより、前記イオンソース部に供給するイオンソース物質の量を制御するよう構成した、ガスソース物質およびトリメチルインジウム用のイオン注入装置において、In the ion source for the gas source material and trimethylindium configured to control the amount of the ion source material supplied to the ion source unit by controlling the mass flow rate of each of the first to third mass flow members. ,
トリメチルインジウム用のガスラインを、２個所の２方向弁を有するトリメチルインジウム専用の供給システムと手動弁と前記第三マスフロー部材にて構成し、前記２個所の２方向弁の間に前記手動弁を接続したことを特徴とする、ガスソース物質およびトリメチルインジウム用のイオン注入装置。A gas line for trimethylindium is constituted by a trimethylindium-only supply system having two two-way valves, a manual valve, and the third mass flow member, and the manual valve is disposed between the two two-way valves. A gas source material and an ion implanter for trimethylindium, characterized in that they are connected.

請求項１において、トリメチルインジウムにキャリヤガスを導入する場合は、トリメチルインジウム用の前記第三マスフロー部材の手前で合流させるように、前記第二マスフロー部材を介して接続されるキャリヤガス導入用のガスラインを分岐導入して接続することを特徴とする、ガスソース物質およびトリメチルインジウム用のイオン注入装置。2. The carrier gas introduction gas according to claim 1, wherein when introducing the carrier gas into trimethylindium, the gas for introducing the carrier gas connected via the second mass flow member is joined before the third mass flow member for trimethylindium. An ion implantation apparatus for a gas source material and trimethylindium, characterized by branching and connecting lines.

請求項１において、トリメチルインジウムにキャリヤガスを導入する場合は、前記トリメチルインジウム専用の供給システム内に直接キャリヤガスを導入するように、前記第二マスフロー部材を介して接続されるキャリヤガス導入用のガスラインを前記供給システム内に分岐導入して接続することを特徴とする、ガスソース物質およびトリメチルインジウム用のイオン注入装置。In Claim 1, when introducing a carrier gas into trimethylindium, a carrier gas for introducing a carrier gas connected via the second mass flow member so as to introduce the carrier gas directly into the supply system dedicated to trimethylindium. A gas source material and an ion implantation apparatus for trimethylindium, wherein a gas line is branched and connected to the supply system.

請求項１において、前記第三マスフロー部材の手前で合流、または、前記供給システム内に分岐導入のどちらか選択するためのバルブ配管を前記供給システムに設けたことを特徴とする、ガスソース物質およびトリメチルインジウム用のイオン注入装置。2. The gas source material according to claim 1, wherein the supply system is provided with a valve pipe for selecting either merging before the third mass flow member or branch introduction in the supply system. Ion implanter for trimethylindium.

請求項１において、アルゴン等の不活性のキャリヤガスを満たした状態でその蒸気圧により発生するトリメチルインジウムを用いることを特徴とする、ガスソース物質およびトリメチルインジウム用のイオン注入装置。2. An ion implantation apparatus for a gas source material and trimethylindium according to claim 1, wherein trimethylindium generated by the vapor pressure in a state filled with an inert carrier gas such as argon is used.

請求項１において、イオンソース部の高真空部とのトリメチルインジウムの蒸気圧力差でトリメチルインジウムを高真空としたイオンソース部へ差圧導入することを特徴とする、ガスソース物質およびトリメチルインジウム用のイオン注入装置。2. The gas source material and the trimethylindium for trimethylindium according to claim 1, wherein a differential pressure is introduced into the ion source part where trimethylindium is in a high vacuum by a vapor pressure difference of trimethylindium from the high vacuum part of the ion source part. Ion implanter.

請求項１において、マスフロー流量制御とソース物質の恒温槽での温度制御を併用したことを特徴とする、ガスソース物質およびトリメチルインジウム用のイオン注入装置。2. An ion implantation apparatus for a gas source material and trimethylindium according to claim 1, wherein the mass flow flow rate control and the temperature control in a constant temperature bath of the source material are used in combination.