JP4841983B2

JP4841983B2 - イオン源装置におけるプラズマ均一化方法及びイオン源装置

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Publication number: JP4841983B2
Application number: JP2006077354A
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Inventors: 裕彦村田; 正輝佐藤
Original assignee: 株式会社Ｓｅｎ
Priority date: 2006-03-20
Filing date: 2006-03-20
Publication date: 2011-12-21
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Description

本発明はイオン源装置におけるプラズマ均一化方法及びイオン源装置に関する。

一般に、ＦＰＥ用のリボンビームタイプのドーピング装置においては、水素希釈したＢ_２Ｈ_６、ＰＨ_３等をイオン源装置に導入してイオン化しビーム引出系からリボンビームとして引き出す。この場合、Ｂ、Ｐを含むドーパントイオン（ＰＨ_Ｘ ^＋、Ｐ_２Ｈ_Ｘ ^＋、または、ＢＨ_Ｘ ^＋、Ｂ_２Ｈ_Ｘ ^＋）だけでなく、Ｈ_Ｘ ^＋イオンも同時に引き出されてしまう。

このように、従来のドーピング装置においては、イオン源装置で発生した水素イオンは不要であるにもかかわらずリボンビームに含まれてそのままガラス基板に打ち込まれていた。水素イオンはガラス基板（パネル）を不要に加熱したり、プロセス上不具合を生じさせたりするおそれがある。従って、従来のイオン源装置はこのような水素イオンの発生割合が出来るだけ低くなるような動作条件で運転されていた。しかしながら、動作条件による水素イオンの低減は高々７０％程度までである。

これに対し、特許文献１には、イオン源装置のプラズマ室においてＮ極とＳ極を向かい合わせた１組の永久磁石列を、アンテナを挟み込むように配置することにより、プラズマ中の水素イオンの生成割合を低減できることが開示されている。しかしながら、Ｎ極、Ｓ極の永久磁石列はイオン源装置におけるイオンビーム引出面に平行でかつビーム長手方向に直交した磁場（Ｎ→Ｓ）を生じる。ビーム長手方向というのはリボンビームの断面形状における長手方向を意味し、一般的には水平方向を意味する。いずれにしても、上記磁場はイオンビーム引出面に近づくにつれて弱くなる磁場勾配を持ち、この場合、上記磁場と磁場勾配によりプラズマ室内のイオンはビーム長手方向の一方向にドリフトを受け、ビーム長手方向でプラズマ密度が偏在することにより、プラズマから引出されたビームの長手方向の均一性が悪化する。

特開２００５−５１９７号公報

本発明の目的は、イオンビーム中の水素イオン（Ｈ_Ｘ ^＋）を低減し、且つ均一な電流分布を持つドーパント比率の高いイオンビームを生成できるプラズマ均一化方法及びイオン源装置を提供することにある。

本発明によるプラズマ均一方法は、イオンビーム引出面を持つプラズマ室と、該プラズマ室内にイオン源ガスを供給する供給部と、前記プラズマ室内で前記イオンビーム引出面に平行な第１の方向に配列されて高周波電源から供給される電力により前記プラズマ室内に高周波電界を生成し前記イオン源ガスと反応させてプラズマを生成するための複数のアンテナと、前記第１の方向に並ぶ該複数のアンテナを挟むように対向配置されて該複数のアンテナを横切る磁界を形成することにより高濃度の電子発生領域を形成させてプラズマ生成を補助する対のアンテナ対向磁石と、前記複数のアンテナに対して前記対のアンテナ対向磁石を相互に接近、離反させる第２の方向及び前記イオンビーム引出面に接近、離反させる第３の方向の少なくとも一方に移動させる位置調整手段と、前記プラズマ室の壁面部の周囲に配置されて生成されたプラズマを閉じ込めるカスプ磁場を形成する複数の永久磁石と、前記イオンビーム引出面に設けられて生成されたプラズマからイオンビームを引き出すための複数の電極からなるイオンビーム引出系とにより構成されるイオン源装置に適用される。

本プラズマ均一化方法は、前記アンテナのループ形状を前記第１の方向に長い形状とすることにより、前記プラズマ室内でのプラズマ密度を前記第１の方向に関して均一化させることを特徴とする。

本発明によるイオン源装置は、イオンビーム引出面を持つプラズマ室と、該プラズマ室内にイオン源ガスを供給する供給部と、前記プラズマ室内で前記イオンビーム引出面に平行な第１の方向に配列されて高周波電源から供給される電力により前記プラズマ室内に高周波電界を生成し前記イオン源ガスと反応させてプラズマを生成するための複数のアンテナと、前記第１の方向に並ぶ該複数のアンテナを挟むように対向配置されて該複数のアンテナを横切る磁界を形成することにより高濃度の電子発生領域を形成させてプラズマ生成を補助する対のアンテナ対向磁石と、前記複数のアンテナに対して前記対のアンテナ対向磁石を相互に接近、離反させる第２の方向及び前記イオンビーム引出面に接近、離反させる第３の方向の少なくとも一方に移動させる位置調整手段と、前記プラズマ室の壁面部の周囲に配置されて生成されたプラズマを閉じ込めるカスプ磁場を形成する複数の永久磁石と、前記イオンビーム引出面に設けられて生成されたプラズマからイオンビームを引き出すための複数の電極からなるイオンビーム引出系とにより構成される。

本イオン源装置においては、前記アンテナのループ形状を前記第１の方向に長い形状としたことを特徴とする。

上記プラズマ均一化方法及びイオン源装置のいずれにおいても、前記アンテナのループ形状はレーストラック状あるいは長四角形状であることが好ましい。

上記プラズマ均一化方法及びイオン源装置のいずれにおいても、前記アンテナを偶数個、前記第１の方向に並べて配置し、各アンテナ間の間隔をアンテナの長手方向の径より小さくすることが好ましい。

上記プラズマ均一化方法及びイオン源装置のいずれにおいても、前記対のアンテナ対向磁石は前記第１の方向に関して等しい長さを有するとともに異磁極が対向するようにし、該対のアンテナ対向磁石を、前記プラズマ室における前記第１の方向の中心近傍において磁極が反転するように少なくとも２組、前記第１の方向に直列接続して配置することが好ましい。

上記プラズマ均一化方法及びイオン源装置のいずれにおいても、前記第１の方向に直列接続された少なくとも２組のアンテナ対向磁石の前記第１の方向に関する長さが、前記イオンビーム引出系における引出スリットの前記第１の方向に関する長さより大きいことが好ましい。

上記プラズマ均一化方法及びイオン源装置のいずれにおいても、前記カスプ磁場を形成する複数の永久磁石は、前記プラズマ室を形成している壁のうち、前記イオンビーム引出系に近い領域を除く壁に間隔をおいて配置されていることが好ましい。

上記プラズマ均一化方法及びイオン源装置のいずれにおいても、前記位置調整手段は、前記アンテナ対向磁石を前記アンテナの基部付近まで移動可能であることが好ましい。

上記プラズマ均一化方法及びイオン源装置のいずれにおいても、前記アンテナ対向磁石は、前記アンテナに対向している対向ヨークと該対向ヨークに一方の磁極を密着させて前記第３の方向に重ねられた複数枚の永久磁石とを磁石ケース内に配置して構成されるとともに、前記対向ヨークの前記第３の方向のサイズと前記重ねられた複数枚の永久磁石の前記第３の方向のサイズとが等しくなるように構成されていることが好ましい。

上記プラズマ均一化方法及びイオン源装置のいずれにおいても、前記複数枚の永久磁石のうち、前記第３の方向に関して両外側の永久磁石を内側の永久磁石よりも前記第２の方向に関して長くすることが好ましい。

上記プラズマ均一化方法及びイオン源装置のいずれにおいても、前記磁石ケースに水冷管を複数設け、プラズマからの熱によって前記アンテナ対向磁石からの磁場が低下するのを防止することが好ましい。

上記プラズマ均一化方法及びイオン源装置のいずれにおいても、前記複数の水冷管は、前記対向ヨークの両側に設けた２本の水冷管と、前記磁石ケースの背面中央部に設けた１本の水冷管からなることが好ましい。

本発明によればまた、上記のいずれかのイオン源装置を備えたドーピング装置が提供される。

本発明によれば、アンテナの形状及び配置形態の改良と少なくとも２組のアンテナ対向磁石の配置とにより、水素比率の低い、且つ、ビーム長手方向に均一な密度でプラズマを生成することができ、ビーム長手方向に関して一様な均一性を持つイオンビームを生成することができる。

図１を参照して、本発明によるイオン源装置の実施形態について説明する。図１（ａ）は、イオン源装置を横方向から見た縦断面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）の一部（アンテナ対向磁石）を拡大して示した断面図である。

図１（ａ）において、イオン源装置１は、箱状の真空プラズマ室１０を有する。真空プラズマ室１０の前面側、すなわち図中右側の面はイオンビーム引出面となる。後で詳しく説明するが、以下では、便宜上、イオンビーム引出面に平行で図面に垂直な方向を第１の方向と呼び、図面の上下方向を第２の方向、図面の左右方向を第３の方向と呼ぶ。

イオン源装置１は、偶数個のアンテナ装置２０を備える。アンテナ装置２０は、後で詳しく説明されるように、第１の方向に並べて設置されるので図１（ａ）では１個のみ図示している。アンテナ装置２０は、真空プラズマ室１０の背面側に設置されたＲＦエキサイター２１と真空プラズマ室１０内に配置されたアンテナ２２とを有する。ＲＦエキサイター２１は、プラズマを励起するためにアンテナ２２に高周波電力を供給する。ＲＦエキサイター２１には、生成すべきイオンビームのイオン種に応じたガスを真空プラズマ室１０内に導入するためのガス導入部２５が組み合わされている。ガス導入部２５は、アンテナ２２のロッドの周囲にガス導入口２５ａを持つ。

真空プラズマ室１０内には、アンテナ２２を挟むようにして対のアンテナ対向磁石３０Ａ、３０Ｂが対向配置されている。これらのアンテナ対向磁石３０Ａ、３０Ｂは第１の方向に関して等しい長さを有し、それぞれ図示しない駆動機構により第２の方向、つまり図１（ａ）の上下方向及び第３の方向、つまり図１（ａ）の左右方向に移動可能にされているが、詳しくは後で説明する。アンテナ対向磁石３０Ａ、３０Ｂと真空プラズマ室１０の背面側の内壁との間にはガス拡散板４０が設けられている。ガス拡散板４０は、複数のガス導入口２５ａから導入されたガスを真空プラズマ室１０内に均一に拡散させるためのものである。

真空プラズマ室１０の前面側、つまりイオンビーム引出面側にはビーム引出系５０が備えられる。ビーム引出系５０は、後述される各種電極を有するほか、扉式に開閉するシャッター５１を有する。シャッター５１はドーズ量の変更の際に使用される。

イオン源装置１は、上記の他に、例えば真空プラズマ室１０の真空引きを行うための真空排気装置（図示せず）を備える。

図２〜図４を参照して、図１（ａ）に示したイオン源装置１における複数のアンテナ装置２０の配置形態、アンテナ対向磁石３０Ａ、３０Ｂの構造と配置形態、及び両者の関係について説明する。図２〜図４は、図１（ａ）に示したイオン源装置１の構造を理解し易くするために主要部の構成のみを抽出して模式的に示した図である。特に、図２は、イオン源装置１を上方向から見た横断面図であり、図３はイオン源装置１を図１（ａ）と同じ横方向から見た縦断面図である。図２、図３には、図１（ａ）において定義した第１、第２、第３の方向としてそれぞれＸ、Ｙ、Ｚが示されている。図４（ａ）、図４（ｂ）は、イオン源装置１を前面側から見た縦断面図である。

本実施形態では、偶数個のアンテナとして４個のアンテナ２２−１〜２２−４がイオンビーム引出面に平行な第１の方向に並べられている。特に、各アンテナを２ターンからなるループ形状で第１の方向に長いレーストラック状にしかつ互いの間隔を小さくしている。アンテナ間隔は、アンテナのループ径（第３の方向の外径）の２倍以下が好ましい。このような配置形態は、アンテナ間のプラズマ不均一を抑制するためであり、アンテナのループ形状は第１の方向に長い四角形状でも良い。

アンテナ対向磁石は、ここでは、異磁極が対向する対のアンテナ対向磁石３０Ａ−１及び３０Ｂ−１と３０Ａ−２及び３０Ｂ−２の２組から成る。これらのアンテナ対向磁石は、第１の方向に関する長さが等しく、特にＮ極をアンテナ側に向けたアンテナ対向磁石３０Ａ−１とＳ極をアンテナ側に向けたアンテナ対向磁石３０Ａ−２とが真空プラズマ室１０における第１の方向のほぼ中心位置で磁極が反転し、かつ一直線に並ぶように接続、配置している。逆に、Ｓ極をアンテナ側に向けたアンテナ対向磁石３０Ｂ−１とＮ極をアンテナ側に向けたアンテナ対向磁石３０Ｂ−２とが真空プラズマ室１０における第１の方向のほぼ中心位置で磁極が反転し、かつ一直線に並ぶように接続、配置している。また、アンテナ２２−１、２２−２がアンテナ対向磁石３０Ａ−１と３０Ｂ−１との間に挟まれ、アンテナ２２−３、２２−４がアンテナ対向磁石３０Ａ−２と３０Ｂ−２との間に挟まれるようにしている。つまり、２組のアンテナ対向磁石の磁極反転部がアンテナ２２−２と２２−３との間に対応した位置にあるようにされている。

アンテナ対向磁石３０Ａ−１と３０Ａ−２は、図示しない駆動機構により一体的に第２の方向及び第３の方向に移動可能にされ、アンテナ対向磁石３０Ｂ−１と３０Ｂ−２も同様に一体的に第２の方向及び第３の方向に移動可能にされている。但し、第２の方向の移動は、図３に実線と一点鎖線で示すように、アンテナ対向磁石３０Ａ−１及び３０Ａ−２とアンテナ対向磁石３０Ｂ−１及び３０Ｂ−２とが互いに接近、離反し合うような移動である。一方、第３の方向の移動は、図２に実線と一点鎖線で示すように、４つのアンテナすべてが一体的にイオンビーム引出面に接近、離反するような移動である。なお、第３の方向の移動は、真空プラズマ室１０の背面側について言えば、各アンテナの基部付近まで移動可能にしている。

このようにして、２組のアンテナ対向磁石３０Ａ−１、３０Ｂ−１及び３０Ａ−２、３０Ｂ−２は、真空プラズマ室１０の前面側に設置されるイオンビーム引出系（後述する）との間の距離が調節可能とされ、またアンテナ対向磁石３０Ａ−１と３０Ｂ−１との対向距離とアンテナ対向磁石３０Ａ−２と３０Ｂ−２との対向距離とが一体的に調節可能とされている。このような位置調節機構は、周知の技術、例えば特許文献１に開示されている位置調節機構により実現できるので、ここでは詳しい説明は省略する。

図１（ｂ）に戻って、アンテナ対向磁石の１つについて説明する。図１（ｂ）は、図１（ａ）に示されたアンテナ対向磁石３０Ｂを拡大して示し、以下では図２、図３に示されたアンテナ対向磁石３０Ｂ−１であるものとして説明する。残りのアンテナ対向磁石も同様の構造を持つ。ここではアンテナ対向磁石３０Ｂ−１は、アンテナ２２と対向する面を有して第１の方向に延在している対向ヨーク３１Ｂ−１と、この対向ヨーク３１Ｂ−１の対向面とは反対側の面に一方の磁極（ここではＳ極）を密着させて第３の方向に重ねられた複数枚（ここでは３枚）の永久磁石３２Ｂ−１、３３Ｂ−１、３４Ｂ−１と、これらを収容しているケース３５Ｂ−１とを有する。対向ヨーク３１Ｂ−１の第３の方向のサイズと、第３の方向に重ねられた３枚の永久磁石３２Ｂ−１、３３Ｂ−１、３４Ｂ−１の第３の方向のサイズは等しい。一方、永久磁石３２Ｂ−１、３３Ｂ−１、３４Ｂ−１は第１の方向に延在し第１の方向に関しては同じ長さを有するが、第２の方向に関してはサイズが異なる。つまり、第３の方向に関して内側となる永久磁石３３Ｂ−１の第２の方向のサイズが、外側となる、ここでは永久磁石３２Ｂ−１、３４Ｂ−１の第２の方向のサイズより小さくなるようにしている。このようにすることにより、アンテナに作用する磁場を均一にし、プラズマ生成を均一にすることができる。

ケース３５Ｂ−１は、金属製、例えばステンレスやアルミ製であり、その内部であって対向ヨーク３１Ｂ−１の両側（第３の方向の両側）と、対向ヨーク３１Ｂ−１とは反対側（背面側）の中央部にそれぞれ、冷却水管３６Ｂ−１を合計３本内蔵している。これら３本の冷却水管は、プラズマからの熱によってアンテナ対向磁石３０Ｂ−１からの磁場が低下するのを防止する。各冷却水管は、図示を省略しているが、耐熱性材料で被覆された可撓性を持つ配管を介して真空プラズマ室１０外に設けられた冷却水循環系に接続されている。この配管は、アンテナ対向磁石を保持して移動させるためのアーム６１（図２、図３参照）に内蔵されても良い。

図２、図３に戻って、真空プラズマ室１０を形成している壁のうち、イオンビーム引出系側の壁を除く５つの壁であってイオンビーム引出系に近い領域を除く部分に、定間隔をおいて複数の永久磁石１１が設けられる。これらの永久磁石１１はカスプ磁場を形成してプラズマ閉込めを行うためのものであり、したがって各永久磁石は磁極を真空プラズマ室１０内に向け、かつ隣り合う永久磁石の磁極が互いに異なるように配置される。図２、図３では永久磁石１１を真空プラズマ室１０内に露出させて示しているが、図１（ａ）に示すように、各永久磁石は真空プラズマ室１０の外壁側に設けられた溝に設置され、真空プラズマ室１０内には露出しないようにするのが好ましい。なお、図１（ａ）では上記の溝のみを示し、カスプ磁場形成用の永久磁石１１は図示を省略している。

次に、イオンビーム引出系５０について説明する。イオンビーム引出系５０は、真空プラズマ室１０側から順に、プラズマ電極５１及び引出電極５２が設けられ、続いて絶縁碍子５３を介して抑制電極５４、接地電極５５が設けられて成る。各電極には、引き出されるイオンビームの断面形状を規定するスリットが形成される。本実施形態では断面形状が横長のリボン形状のイオンビームとして引き出すようにしているので、各電極に形成されるスリットも、図２、図３から明らかなように、第１の方向のサイズが大きく、第２の方向のサイズが小さい。加えて、図２から明らかなように、各電極に形成されるスリットの第１の方向のサイズは、２組のアンテナ対向磁石の第１の方向のサイズより小さい。

本イオン源装置１は、ドーピング装置の処理チャンバーにイオンビーム引出系５０が連通するように設置される。

続いて、本イオン源装置１の作用について説明する。

真空状態にされている真空プラズマ室１０内にガス導入口２５ａからＢ_２Ｈ_６、ＰＨ_３等のイオン化用のガスを導入する。

アンテナ２２−１〜２２−４にＲＦエキサイター２１−１〜２１−４から高周波電力を供給する。

すると、アンテナ２２−１〜２２−４に供給される高周波電力によりアンテナ周囲に誘導電界が形成される。

真空プラズマ室１０内に導入されたガスは、誘導電界により電離されてプラズマとなる。生成されたプラズマは、複数の永久磁石１１によるカスプ磁場によって真空プラズマ室１０内に閉じ込められる。

イオンビーム引出系の各電極に所定の電位を与えることで、スリットを通して、プラズマからイオンビームが引き出される。

以上のようなイオンビーム生成過程において、例えば対のアンテナ対向磁石３０Ａ−１と３０Ｂ−１において対向し合うＮ極、Ｓ極はイオンビーム引出面、つまりイオンビーム引出系５０の面に平行で第１の方向に直交した磁場（Ｎ→Ｓ）を生成する。この磁場が中性ガスのイオン化が行われるアンテナ近傍で生成されると、低エネルギー電子がこの磁場にトラップされて高濃度の低エネルギー電子発生領域が形成され、イオン化ポテンシャルの低いＢ_２Ｈ_Ｘ ^＋、ＰＨ_Ｘ ^＋等のイオン化がＨ_２のイオン化に比べて促進されることにより、プラズマ中のＨ_Ｘ ^＋イオンの割合が相対的に低くなり、水素比率の低いイオンビームが引き出される。

イオンビーム中の水素イオンを低減し、ドーパントフラクションを向上させることでイオン注入中のガラス基板の温度が下がり、冷却回数を減少させることができる。これにより、注入時間が短縮され、スループットが向上する。

一方、アンテナ対向磁石による磁場強度は、磁石中心から遠ざかるにつれて低下していく。つまり磁石中心から遠ざかる方向に磁場勾配が発生する。この磁場勾配が生じるとプラズマは磁場の向きと勾配の向きに直交する方向、即ち第１の方向にドリフトする。このため、仮にＮ極、Ｓ極のアンテナ対向磁石が１組であれば、磁場（Ｎ→Ｓ）も第１の方向に一様であるためプラズマから引き出されたイオンビームの長手方向（リボン状のビーム断面形状における長手方向、以下ビーム長手方向と呼ぶ）の均一性が悪化する。

また、アンテナ近傍及び引出電極近傍で生じるシース電圧のためにプラズマ中のイオン及び電子はビーム長手方向の一方向、つまり第１の方向にＥ×Ｂドリフト(電場Ｅと磁場Ｂが０ではない、ある角度で交わっている時、荷電粒子が電場と磁場とから受ける力でその両者に直行する方向へ移動するドリフト)を受け、ビーム長手方向でプラズマ密度が偏在し、プラズマから引き出されたイオンビームのビーム長手方向の均一性が悪化する。

これに対し、本実施形態では、Ｎ極、Ｓ極のアンテナ対向磁石１組と、これとは磁場が逆向きになるＳ極、Ｎ極のアンテナ対向磁石１組とを、真空プラズマ室１０における第１の方向の中心部近傍（ビーム長手方向の中央）で反転するように直列に配置している。このようにすると、磁場勾配によるプラズマのドリフトやＥ×Ｂドリフトが相殺されてビーム長手方向中央で逆方向になるので、ビーム長手方向のプラズマ密度の偏在が解消され、ビーム長手方向に均一なイオンビームが引き出される。

参考のために、図５にはドーパントフラクションプロファイルの測定結果の一例を示し、図６にはビームプロファイルの測定結果の一例を示す。ドーパントフラクション、ビームプロファイルにおけるビーム均一性のいずれもビーム長手方向に関して一様であることが理解できる。

本実施形態によるイオン源装置の上記以外の主な効果は以下の通りである。

偶数個のアンテナを小間隔で配列すると共にループ形状をアンテナの配列方向（第１の方向）に長い形状としたことにより、真空プラズマ室内での第１の方向に関するプラズマ密度を均一にすることができる。

また、アンテナ対向磁石を少なくとも２組とし、アンテナ対向磁石の磁場方向を反転させて直列に並べ、アンテナ対向磁石の第１の方向に関する長さをイオンビーム引出系におけるスリット長より大きくすることにより、真空プラズマ室内での第１の方向に関するプラズマの偏りを少なくしてプラズマ密度を均―化させることができる。また、各アンテナ対向磁石を第３の方向に重ねられた複数枚の永久磁石で構成し、これらの永久磁石の第２の方向に関するサイズを内側が外側より小さくなるようにしてアンテナに作用する磁場を均一にしたことにより、プラズマ生成を均一にすることができる。

アンテナ対向磁石をアンテナの基部付近まで移動可能にしたことにより、アンテナの基部をアンテナ対向磁石の中心磁界が通過するよう配置することができる。アンテナの基部間ではＲＦによる誘導電圧差が大きいのでプラズマが発生しやすくプラズマ密度が高くなるので、この部分の低エネルギー電子の保持を強化できる。

以上述べたように、本発明によるイオン源装置によれば、アンテナの形状及び配置形態の改良と２組のアンテナ対向磁石の配置とにより、水素比率の低い、且つ、ビーム長手方向に均一な密度を持つプラズマを生成することができ、ビーム長手方向に一様な均一性を持つイオンビームを引き出すことができる。

なお、本発明によるイオン源装置は、上記の実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変更も可能である。

アンテナ対向磁石をアンテナの数に対応して１対１で配置し、かつアンテナに印加される磁場の方向をアンテナ毎に交互になるよう配置する。

２組のアンテナ対向磁石を第２の方向、第３の方向の一方のみに移動可能とする。

図１（ａ）は本発明によるイオン源装置を横方向から見た縦断面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）の一部（アンテナ対向磁石）を拡大して示した断面図である。図２は、図１（ａ）に示したイオン源装置の構造を理解し易くするために主要部の構成のみを抽出して模式的に示した図であり、イオン源装置を上方向から見た横断面図である。図３は、図１（ａ）に示したイオン源装置の構造を理解し易くするために主要部の構成のみを抽出して模式的に示した図であり、イオン源装置を図１（ａ）と同じ横方向から見た縦断面図である。図４（ａ）、図４（ｂ）は、図１（ａ）に示したイオン源装置の構造を理解し易くするために主要部の構成のみを抽出して模式的に示した図であり、イオン源装置を前面側から見た縦断面図である。図５は、ドーパントフラクションプロファイルの測定結果の一例を示す。図６はビームプロファイルの測定結果の一例を示す。

符号の説明

１イオン源装置
１０真空プラズマ室
１１永久磁石
２０アンテナ装置
２１、２１−１〜２１−４ＲＦエキサイター
２２、２２−１〜２２−４アンテナ
３０Ａ、３０Ｂ、３０Ａ−１、３０Ｂ−１、３０Ａ−２、３０Ｂ−２アンテナ対向磁石
４０ガス拡散板
５０イオンビーム引出系
５１シャッター

Claims

イオンビーム引出面を持つプラズマ室と、該プラズマ室内にイオン源ガスを供給する供給部と、前記プラズマ室内で前記イオンビーム引出面に平行な第１の方向に配列されて高周波電源から供給される電力により前記プラズマ室内に高周波電界を生成し前記イオン源ガスと反応させてプラズマを生成するための複数のアンテナと、前記第１の方向に並ぶ該複数のアンテナを挟むように対向配置されて該複数のアンテナを横切る磁界を形成することにより高濃度の電子発生領域を形成させてプラズマ生成を補助する対のアンテナ対向磁石と、前記複数のアンテナに対して前記対のアンテナ対向磁石を相互に接近、離反させる第２の方向及び前記イオンビーム引出面に接近、離反させる第３の方向の少なくとも一方に移動させる位置調整手段と、前記プラズマ室の壁面部の周囲に配置されて生成されたプラズマを閉じ込めるカスプ磁場を形成する複数の永久磁石と、前記イオンビーム引出面に設けられて生成されたプラズマからイオンビームを引き出すための複数の電極からなるイオンビーム引出系とにより構成したイオン源装置におけるプラズマ均一化方法において、
前記アンテナのループ形状を前記アンテナの配列方向である第１の方向に長い形状とすることにより、前記プラズマ室内でのプラズマ密度を前記第１の方向に関して均一化させるとともに、
前記対のアンテナ対向磁石は前記第１の方向に関して等しい長さを有するとともに異磁極が対向するようにされ、該対のアンテナ対向磁石を、前記プラズマ室における前記第１の方向の中心近傍において磁極が反転するように少なくとも２組、前記第１の方向に直列接続して配置することにより前記第１の方向のプラズマの偏りを少なくして、プラズマ密度を前記第１の方向に関して均―化させることを特徴とするプラズマ均一化方法。
請求項１に記載のプラズマ均一化方法において、前記アンテナのループ形状を第１の方向に長いレーストラック状あるいは長四角形状とし、ループ形状のアンテナの基部をアンテナ対向磁石の中心磁界が通過するよう配置することを特徴とするプラズマ均一化方法。
請求項１又は２に記載のプラズマ均一化方法において、前記アンテナを偶数個、前記第１の方向に並べて配置し、アンテナ間隔をアンテナ径の２倍以下とすることによりプラズマ密度を前記第１の方向に関して均一化させることを特徴とするプラズマ均―化方法。
請求項１〜３のいずれか１項に記載のプラズマ均一化方法において、前記カスプ磁場を形成する複数の永久磁石は、前記プラズマ室を形成している壁のうち、前記イオンビーム引出系に近い領域を除く壁に間隔をおいて配置されることを特徴とするプラズマ均一化方法。
請求項１〜４のいずれか１項に記載のプラズマ均一化方法において、前記アンテナ対向磁石を前記アンテナの基部付近まで移動可能にしていることを特徴とするプラズマ均一化方法。
イオンビーム引出面を持つプラズマ室と、該プラズマ室内にイオン源ガスを供給する供給部と、前記プラズマ室内で前記イオンビーム引出面に平行な第１の方向に配列されて高周波電源から供給される電力により前記プラズマ室内に高周波電界を生成し前記イオン源ガスと反応させてプラズマを生成するための複数のアンテナと、前記第１の方向に並ぶ該複数のアンテナを挟むように対向配置されて該複数のアンテナを横切る磁界を形成することにより高濃度の電子発生領域を形成させてプラズマ生成を補助する対のアンテナ対向磁石と、前記複数のアンテナに対して前記対のアンテナ対向磁石を相互に接近、離反させる第２の方向及び前記イオンビーム引出面に接近、離反させる第３の方向の少なくとも一方に移動させる位置調整手段と、前記プラズマ室の壁面部の周囲に配置されて生成されたプラズマを閉じ込めるカスプ磁場を形成する複数の永久磁石と、前記イオンビーム引出面に設けられて生成されたプラズマからイオンビームを引き出すための複数の電極からなるイオンビーム引出系とにより構成したイオン源装置において、
前記アンテナのループ形状を前記第１の方向に長い形状とするとともに、前記対のアンテナ対向磁石は前記第１の方向に関して等しい長さを有するとともに異磁極が対向するようにされ、該対のアンテナ対向磁石を、前記プラズマ室における前記第１の方向の中心近傍において磁極が反転するように少なくとも２組、前記第１の方向に直列接続して配置したことを特徴とするイオン源装置。
請求項６に記載のイオン源装置において、前記アンテナのループ形状がレーストラック状あるいは長四角形状であることを特徴とするイオン源装置。
請求項６又は７に記載のイオン源装置において、前記アンテナが偶数個、前記第１の方向に並べて配置され、アンテナ間隔をアンテナ径の２倍以下としたことを特徴とするイオン源装置。
請求項６〜８のいずれか１項に記載のイオン源装置において、前記第１の方向に直列接続された少なくとも２組のアンテナ対向磁石の前記第１の方向に関する長さが、前記イオンビーム引出系における引出スリットの前記第１の方向に関する長さより大きいことを特徴とするイオン源装置。
請求項６〜９のいずれか１項に記載のイオン源装置において、前記カスプ磁場を形成する複数の永久磁石は、前記プラズマ室を形成している壁のうち、前記イオンビーム引出系に近い領域を除く壁に間隔をおいて配置されていることを特徴とするイオン源装置。
請求項６〜１０のいずれか１項に記載のイオン源装置において、前記位置調整手段は、前記アンテナ対向磁石を前記アンテナの基部付近まで移動可能であることを特徴とするイオン源装置。
請求項６〜１１のいずれか１項に記載のイオン源装置において、前記アンテナ対向磁石は、前記アンテナに対向している対向ヨークと該対向ヨークに一方の磁極を密着させて前記第３の方向に重ねられた複数枚の永久磁石とを磁石ケース内に配置して構成されるとともに、前記対向ヨークの前記第３の方向のサイズと前記重ねられた複数枚の永久磁石の前記第３の方向のサイズとが等しくなるように構成されていることを特徴とするイオン源装置。
請求項１２に記載のイオン源装置において、前記複数枚の永久磁石のうち、前記第３の方向に関して両外側の永久磁石を内側の永久磁石よりも前記第２の方向に関して長くしたことを特徴とするイオン源装置。
請求項１２又は１３に記載のイオン源装置において、前記磁石ケースに水冷管を複数設け、プラズマからの熱によって前記アンテナ対向磁石からの磁場が低下するのを防止したことを特徴とするイオン源装置。
請求項１４に記載のイオン源装置において、前記複数の水冷管は、前記対向ヨークの両側に設けた２本の水冷管と、前記磁石ケースの背面中央部に設けた１本の水冷管からなることを特徴とするイオン源装置。
請求項６〜１５のいずれか１項に記載のイオン源装置を備えたドーピング装置。