JP5524070B2 - Double plasma ion source - Google Patents

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Description

本発明は、概して、イオン注入装置、より具体的にはイオン注入のためのダブルプラズマイオンソースを利用するシステムおよび方法に関する。   The present invention relates generally to ion implanters, and more particularly to systems and methods that utilize a double plasma ion source for ion implantation.

半導体素子およびそれを使用した製品の製造において、半導体の半加工品、表示パネル、ガラス基板などにドーパント要素を注入するためにイオン注入システムが使用されている。   In the manufacture of semiconductor devices and products using the same, ion implantation systems are used to implant dopant elements into semi-finished semiconductor products, display panels, glass substrates and the like.

通常のイオン注入システム、すなわちイオン注入機は、不純物のイオンビームを用いて半加工品に注入し、ｎ−型ドープ領域、および／または、ｐ−型ドープ領域を生成する、または半加工品に保護層を形成する。半導体のドーピングに使用する場合、イオン注入システムは、選択されたイオン種を半加工品に注入し、所望の付加的な材料特性を半加工品に付与する。   Conventional ion implantation systems, i.e., ion implanters, implant an n-type doped region and / or p-type doped region using an ion beam of impurities to produce a semi-worked product. A protective layer is formed. When used for semiconductor doping, the ion implantation system implants selected ionic species into the workpiece and imparts the desired additional material properties to the workpiece.

一般的には、ドーパント原子または分子をイオン化して分離し、加速および／または減速させ、ビームに形成し、半加工品に注入する。ドーパントイオンを半加工品の表面に物理的に衝突させることで、半加工品の表面にドーパントイオンを進入させ、通常、半加工品の結晶格子構造を有する表面下に配置する。   In general, dopant atoms or molecules are ionized and separated, accelerated and / or decelerated, formed into a beam, and implanted into a workpiece. The dopant ions are made to physically impinge on the surface of the semi-processed product by allowing the dopant ions to physically collide with the surface of the semi-processed product, and are usually disposed below the surface having the crystal lattice structure of the semi-processed product.

通常のイオン注入システムは、概して、精密な各サブシステムの集合体であり、当該システムにおいて、各サブシステムのそれぞれがドーパントイオンに対して特定の作用を及ぼす。ドーパント要素をガス（例えばプロセスガス）の状態で供給してもよいし、または固体として供給し、その後、ガス化させてもよい。   A typical ion implantation system is generally a collection of precise subsystems, each of which has a specific effect on dopant ions. The dopant element may be supplied in the form of a gas (eg, process gas) or supplied as a solid and then gasified.

このようにして供給されたドーパント要素は、イオン化室に供給されて、好適なイオン化処理によってイオン化される。高電流または中電流を使用するイオン注入システムの工業規格として、いわゆる「バーナス型（Bernas-style）」が、今日までの数十年間、一般的に受け入れられてきた。   The dopant element supplied in this way is supplied to the ionization chamber and ionized by a suitable ionization process. The so-called “Bernas-style” as an industry standard for ion implantation systems using high or medium currents has been generally accepted for decades to date.

例えば、イオン化室を低圧（例えば真空）に維持し、例えばフィラメントをイオン化室内に配置し、フィラメントから電子が放出される温度まで当該イオン化室を加熱する。そして、フィラメントから放出された負の電荷を帯びた電子は、イオン化室内における逆の電荷を帯びた陽極に引き寄せられる。   For example, the ionization chamber is maintained at a low pressure (for example, vacuum), for example, a filament is disposed in the ionization chamber, and the ionization chamber is heated to a temperature at which electrons are emitted from the filament. The negatively charged electrons emitted from the filament are attracted to the oppositely charged anode in the ionization chamber.

フィラメントから陽極への移動の間に、電子がドーパントソース要素（たとえば分子または原子）と衝突し、その結果、電子がソースガス材料から分離し、ソースガスをイオン化し、プラズマ、すなわちドーパントソース要素から得られた複数の正の電荷を帯びたイオンおよび負の電荷を帯びた電子が生成される。   During the transfer from the filament to the anode, the electrons collide with the dopant source element (eg molecules or atoms), so that the electrons separate from the source gas material, ionize the source gas, and from the plasma, ie the dopant source element The resulting plurality of positively charged ions and negatively charged electrons are generated.

そして、正の電荷を帯びたイオンが、取り出し電極介してスリットまたは開口部を通りイオン化室から取り出される。該イオンは、通常、半加工品に向かうイオンビーム経路に沿って方向付けられる。   Then, positively charged ions are taken out from the ionization chamber through the slit or opening through the take-out electrode. The ions are typically directed along an ion beam path toward the workpiece.

通常、上述した型の加熱フィラメント陰極は、時間の経過に伴い急速に劣化する。その結果、上記型のイオンソースについての一般的な改良型が開発され、商業用イオン注入システムに採用されている。   Usually, a heated filament cathode of the type described above degrades rapidly over time. As a result, general improvements to the above type of ion source have been developed and employed in commercial ion implantation systems.

当該イオン注入システムは、傍熱陰極（ＩＨＣ）を使用している。当該システムにおいて、電子エミッタは、代表的には直径１０ｍｍ、厚さ５ｍｍの円筒陰極であり、イオン化室内に設けられている。   The ion implantation system uses an indirectly heated cathode (IHC). In this system, the electron emitter is typically a cylindrical cathode having a diameter of 10 mm and a thickness of 5 mm, and is provided in an ionization chamber.

この陰極は、陰極内に配置されているフィラメントから取り出される電子ビームにより加熱され、これによりイオン化室内の厳しい環境から守られている。ＩＨＣイオンソースの例としては、例えば同一出願人による特許文献１に示されているものが挙げられる。   The cathode is heated by an electron beam taken from a filament disposed in the cathode, thereby protecting the harsh environment in the ionization chamber. Examples of the IHC ion source include those shown in Patent Document 1 by the same applicant.

フィラメント陰極では、陰極の加熱電力は約数百ワット、ＩＨＣの場合は約１キロワットである。三フッ化ホウ素（BF3）やホスフィン（PH3）、アルシン（AsH3）などの標準的な注入ガスを用いて操作する場合、最大取り出しイオンビーム電流は、通常、５０ｍＡ〜１００ｍＡの範囲内であり、数百ワットの放電電力（陰極の電圧×陰極の電流）を必要とする。これらの陰極加熱電力および放電電力によって、イオンソースの壁は４００℃以上の温度に達する。 For filament cathodes, the heating power of the cathode is about several hundred watts and for IHC about 1 kilowatt. When operating with standard implantation gases such as boron trifluoride (BF 3 ), phosphine (PH 3 ), arsine (AsH 3 ), the maximum extracted ion beam current is typically in the range of 50 mA to 100 mA. Yes, it requires several hundred watts of discharge power (cathode voltage x cathode current). With these cathode heating power and discharge power, the walls of the ion source reach a temperature of 400 ° C. or higher.

標準的なガスを使用する場合、これらの壁を高温にすることが好ましい。これは、これらの壁を高温にすると、壁にリンおよび砒素が凝縮することを防ぐことができ、これにより、使用するドーパント種を変えたときに各ドーパント種同士のクロスコンタミネーション（交差汚染）を大幅に低減できるからである。   If standard gases are used, it is preferred that these walls be hot. This is because when these walls are heated to high temperatures, phosphorus and arsenic can be prevented from condensing on the walls, so that when the dopant species used are changed, cross-contamination between the dopant species is caused. It is because it can reduce significantly.

デカボラン（B10H14）、およびオクタデルボラン（B18H22）などの大きい一価イオンなどを用いた低エネルギーのホウ素注入によってスループットを大幅に向上できることが実証された。 It has been demonstrated that low-energy boron implantation using large monovalent ions such as decaborane (B 10 H 14 ) and octadelborane (B 18 H 22 ) can significantly improve throughput.

当該大分子プラズマにおける放電電力およびプラズマ密度は、分子の解離を避けるために、標準的なプラズマガスよりもずっと低いレベルにて維持する必要がある。代表的な構成としては、取り出されたイオン電流は５ｍＡ〜１０ｍＡであり、数十ワットの放電電力しか必要としない。   The discharge power and plasma density in the large molecule plasma need to be maintained at a much lower level than the standard plasma gas to avoid molecular dissociation. As a typical configuration, the extracted ion current is 5 mA to 10 mA, and only a discharge power of several tens of watts is required.

上述した標準的なソースは、標準的な注入ガスを用いた場合でも低電力にて安定的に動作するが、デカボランまたはオクタデカボランを使用する場合に問題が生じる。フィラメントがガスと接触するバーナス（Bernas）ソースの場合、この種のボランはフィラメントを攻撃するので、安定的な放電が維持できない。   Although the standard sources described above operate stably at low power even with standard injection gases, problems arise when using decaborane or octadecaborane. In the case of a Bernas source where the filament is in contact with the gas, this type of borane attacks the filament and cannot maintain a stable discharge.

ＩＨＣの場合、放電はずっと安定的であるが、この大きな分子の熱解離は許容できないほど高い。高い陰極の放射パワーのために低温に保つことが困難であるため、高熱になっている陰極および壁の両方において解離が生じる。   In the case of IHC, the discharge is much more stable, but the thermal dissociation of this large molecule is unacceptably high. Because of the high cathode radiation power, it is difficult to keep it cold, so dissociation occurs at both the hot cathode and the wall.

デカボランおよびオクタデカボランなどのガスを用いた場合に発生する上記問題は、イオン化室から電子ソースを除去することによって解決できる。特許文献２には、そのような解決策のひとつが記載されており、従来の広域ビーム電子銃がイオン化室に外付けされており、電子ビームが開口部を介してイオン化室の中に導かれる。   The above problem that occurs when using gases such as decaborane and octadecaborane can be solved by removing the electron source from the ionization chamber. Patent Document 2 describes one such solution, in which a conventional wide beam electron gun is externally attached to an ionization chamber, and the electron beam is guided into the ionization chamber through an opening. .

しかし、このソース形態では、電子銃の設計の根本的な制約により、イオン化室に注入される電子電流が数十ミリアンペアに制限される。５０ｍＡ〜１００ｍＡの標準的なイオンビーム電流での標準的な注入ガスを用いた構成では、数百ミリアンペア〜数百アンペアの電子電流を必要とすることから、上記イオンソースはこのような構成には不適である。   However, this source configuration limits the electron current injected into the ionization chamber to tens of milliamps due to fundamental limitations in electron gun design. The configuration using a standard implantation gas with a standard ion beam current of 50 mA to 100 mA requires an electron current of several hundred milliamps to several hundred amps, so the ion source is not suitable for such a configuration. Unsuitable.

実際のところ、上記問題は、イオン注入システムの製造業者にはよく知られており、例えば、特許文献３に記載されたような１つの解決策が挙げられている。当該特許文献３では、イオン化室を低電子電力での電離適用モード、高電子電力での電離適用モードという２つの別個の動作モードに設定することが提案されている。   In fact, the above problem is well known to manufacturers of ion implantation systems, for example one solution as described in US Pat. In Patent Document 3, it is proposed to set the ionization chamber to two separate operation modes, that is, an ionization application mode with low electron power and an ionization application mode with high electron power.

また、特許文献４には、第１電子ソースおよび第２電子ソースがアーク状のイオン化室の両端に配置されており、各電子ソースのそれぞれが、いわゆる高熱動作モードと低熱動作モードのうちの一方にて作動するイオンソースの構成が記載されている。   In Patent Document 4, a first electron source and a second electron source are arranged at both ends of an arc-shaped ionization chamber, and each of the electron sources has one of a so-called high heat operation mode and low heat operation mode. The configuration of the ion source operating at is described.

米国特許第５，４９７，００６号明細書（１９９６年３月５日登録）US Pat. No. 5,497,006 (registered on March 5, 1996) 米国特許第６，６８６，５９５号明細書（２００４年２月３日登録）US Pat. No. 6,686,595 (registered February 3, 2004) 米国特許第７，０２２，９９９号明細書（２００６年４月４日登録）US Pat. No. 7,022,999 (registered on April 4, 2006) 米国特許公開第２００６／０１６９９１５号公報（２００６年８月３日公開）US Patent Publication No. 2006/0169915 (published August 3, 2006)

したがって、イオン注入業界のニーズを満たすため、大分子ガス（いわゆる分子種）のためには、低いソース壁面温度、および低い放電電力をもって動作し、かつ、標準的な注入ガス（いわゆるモノマー種）のためには、高い壁面温度、および高い放電電力をもって動作するイオンソースが必要とされている。   Therefore, to meet the needs of the ion implantation industry, for large molecular gases (so-called molecular species), it operates with a low source wall temperature and low discharge power, and a standard implantation gas (so-called monomer species) Therefore, an ion source that operates with a high wall temperature and a high discharge power is required.

本発明は、デカボランやオクタデカボランなどの大分子、およびＢＦ3や、ＰＨ3、ＡｓＨ3などの標準的注入ガスの双方を使用可能とする、イオンソースを効率的に動作させる、２つのプラズマイオンソースシステムすなわちダブルプラズマイオンソースシステム、並びに、その動作方法を提供することによって、従来技術の制約を克服するものである。 The present invention provides two plasmas that efficiently operate an ion source that can use both large molecules such as decaborane and octadecaborane, and standard implantation gases such as BF 3 , PH 3 , AsH 3. By providing an ion source system, or double plasma ion source system, and a method of operation thereof, the limitations of the prior art are overcome.

したがって、本発明のいくつかの形態の基本を理解するために、以下に本発明の要約を記す。本要約は、本発明の広範囲に渡る概説ではない。本要約は、本発明のキー、すなわち重要な要素を特定するものではなく、本発明の範囲を表すものでもない。本要約の目的は、後述する、より詳しい説明の前置きとして、本発明のいくつかの概念を簡単な形で表すことにある。   Accordingly, the following summary of the invention is provided in order to provide a basic understanding of some aspects of the invention. This summary is not an extensive overview of the invention. This summary does not identify the key or key elements of the invention, nor does it represent the scope of the invention. The purpose of this summary is to present some concepts of the invention in a simplified form as a prelude to the more detailed description that is discussed later.

本発明は、概して、イオン注入システムに使用するイオンソースに焦点を当てており、イオンソースは、２つ以上の各プラズマ室を内蔵しており、第１プラズマ室が第２プラズマ室に注入する電子を生成するように動作可能であり、それによって、第２プラズマ室がイオン注入システムのイオンビームラインに注入するための各イオンを効率的かつ効果的に生成することができる。   The present invention generally focuses on an ion source for use in an ion implantation system, where the ion source incorporates two or more plasma chambers, and the first plasma chamber injects into the second plasma chamber. Operable to generate electrons, whereby the second plasma chamber can efficiently and effectively generate each ion for injection into the ion beam line of the ion implantation system.

本発明の例示の実施形態によると、イオンソースは、以下では電子ソースプラズマ室と称される第１プラズマ室が、第１ソースガスのイオン化からプラズマを生成するプラズマ生成部を有し、以下ではイオンソースプラズマ室と称される第２プラズマ室の中に、電子ソースプラズマ室からの電子が注入され、第２ソースガスからプラズマを生成することを含むように構成されている。   According to an exemplary embodiment of the present invention, the ion source has a first plasma chamber, hereinafter referred to as an electron source plasma chamber, having a plasma generator for generating plasma from ionization of the first source gas, Electrons from the electron source plasma chamber are injected into a second plasma chamber called an ion source plasma chamber to generate plasma from the second source gas.

イオンソースは、高電圧取り出しシステムを備えており、当該高電圧取り出しシステムは、イオンソースプラズマ室における取り出し開口部を介して当該イオンソースプラズマ室からイオンを取り出すように構成された電極システムを含む。   The ion source includes a high voltage extraction system, and the high voltage extraction system includes an electrode system configured to extract ions from the ion source plasma chamber through an extraction opening in the ion source plasma chamber.

本発明に係る他の例示の実施形態によれば、第１プラズマ室に電子ソースプラズマを形成するステップと、第１プラズマ生成室において形成されたプラズマから電子を取り出し、取り出された電子を第２プラズマ室に方向付け、それによって取り出された電子が、第２プラズマ室内にプラズマを生成するステップと、第２プラズマ室に配置された取り出し開口部を介してイオンを取り出すステップとを含むイオン生成のための方法が開示されている。   According to another exemplary embodiment of the present invention, the step of forming an electron source plasma in the first plasma chamber, taking out electrons from the plasma formed in the first plasma generation chamber, and removing the extracted electrons into the second plasma chamber. Ion generation comprising: directing electrons into the plasma chamber and electrons extracted thereby generating plasma in the second plasma chamber and extracting ions through an extraction opening disposed in the second plasma chamber A method for disclosing is disclosed.

本発明に係るさらなる他の実施形態では、イオン注入システムは、半加工品への注入のためにイオンビームラインにイオンを注入するイオンソースを有するように構成されており、当該イオンソースは、第１ソースガスのイオン化によってプラズマを生成する第１プラズマ室（電子ソースプラズマ室）、および第２プラズマ室（イオンソースプラズマ室）を有し、当該第２プラズマ室の中に電子ソースプラズマ室からの電子が注入され、第２ソースガスからプラズマを生成する。イオン注入システムは、取り出しシステムを備えており、当該取り出しシステムは、イオンソースプラズマ室における取り出し開口部を介してイオンソースプラズマ室からイオンを取り出すように構成された電極を含む。   In yet another embodiment according to the invention, the ion implantation system is configured to have an ion source that implants ions into the ion beam line for implantation into the workpiece, the ion source comprising: A first plasma chamber (electron source plasma chamber) that generates plasma by ionization of one source gas; and a second plasma chamber (ion source plasma chamber), and the second plasma chamber includes a first plasma chamber (electron source plasma chamber) Electrons are injected to generate plasma from the second source gas. The ion implantation system includes an extraction system that includes an electrode configured to extract ions from the ion source plasma chamber through an extraction opening in the ion source plasma chamber.

上述の目的および関連する目的を達成するために、本発明は、以下に詳述する特徴、および請求項において特に記載した特徴を含む。下記説明および添付の図面は、本発明の特定の例示の実施形態を詳述する。しかし、これらの実施形態は、本発明の本質を使用する可能性がある様々な方法を示す。図面と組み合わせて考えると、本発明の下記詳細な説明から、本発明の他の目的、利点および新規な特徴が明らかとなる。   To the accomplishment of the foregoing and related ends, the invention includes the features detailed below and those specifically set forth in the claims. The following description and the annexed drawings set forth in detail certain illustrative embodiments of the invention. However, these embodiments illustrate various ways in which the essence of the invention may be used. Other objects, advantages and novel features of the invention will become apparent from the following detailed description of the invention when considered in conjunction with the drawings.

本発明の一実施形態に係る、例示のイオンソースの等測図法による斜視図である。1 is a perspective view of an exemplary ion source according to an isometric method, according to an embodiment of the present invention. FIG. 本発明の一実施形態に係る例示のイオンソースの部分断面斜視図である。1 is a partial cross-sectional perspective view of an exemplary ion source according to an embodiment of the present invention. 本発明の他の実施形態に係る、イオンソースからイオンを生成および取り出すための例示の方法を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram illustrating an exemplary method for generating and extracting ions from an ion source, according to another embodiment of the present invention. 本発明の他の実施形態に係る、例示のイオンソースを使用した例示のイオン注入システムの概略図である。3 is a schematic diagram of an example ion implantation system using an example ion source, according to another embodiment of the present invention. FIG.

本発明は、主に、イオン注入に使用される改良型のイオンソース装置を目的としている。より詳しくは、本発明に係るシステムおよび方法は、三フッ化ホウ素、ホスフィン、およびアルシンなどのモノマーイオン注入種の生成のための標準的なイオン化ガスだけではなく、例えばカルボラン、デカボラン、オクタデカボラン、およびイコサボランなどの分子イオン注入種の生成のための大きい分子のイオン化ガスを効率的にイオン化する方法を提供する。   The present invention is primarily directed to an improved ion source apparatus used for ion implantation. More particularly, the system and method according to the present invention includes not only standard ionized gases for the production of monomer ion implanted species such as boron trifluoride, phosphine, and arsine, but also, for example, carborane, decaborane, octadecaborane. And a method for efficiently ionizing a large molecular ionized gas for the generation of molecular ion implanted species such as icosaborane.

上述したイオン注入種のリストは、例示のみを目的としており、イオン注入種を生成するのに使用され得るイオン化ガスの完全なリストを示すと捉えるべきではないことを理解されたい。したがって、本発明について、図面を参照しながら説明するが、全文を通して同様の部材番号は同様の部材を表すのに使用されている。これらの形態についての説明は単なる例示であり、限定的に捉えられるべきではない。下記の説明では、説明を目的として本発明の理解を深めるために、具体的な詳細を数多く記載しているが、当業者であればこれらの詳細がなくとも、本発明を実施できるだろう。   It should be understood that the above list of ion implanted species is for illustrative purposes only and should not be taken as indicating a complete list of ionized gases that can be used to generate the ion implanted species. Accordingly, the invention will be described with reference to the drawings, wherein like reference numerals are used to refer to like parts throughout. The description of these forms is merely illustrative and should not be taken as limiting. In the following description, for the purposes of explanation, numerous specific details are set forth in order to provide a thorough understanding of the present invention. However, one of ordinary skill in the art will be able to practice the invention without these details.

図１および図２には、本発明に係る簡略化されたイオンソース１００が示されており、イオンソース１００は、本発明の１つ以上の形態を実施するのに適している。図１に示されたイオンソース１００は、例示を目的としており、イオンソースの全ての形態、構成要素および特徴を含むことを意図しておらず、本発明についての理解を深めるために例示されているものである。   1 and 2 illustrate a simplified ion source 100 according to the present invention, which is suitable for implementing one or more aspects of the present invention. The ion source 100 shown in FIG. 1 is for purposes of illustration and is not intended to include all forms, components and features of the ion source, and is illustrated for a better understanding of the present invention. It is what.

例えばイオンソース１００は、第２プラズマ室１１６に隣り合って配置された第１プラズマ室１０２を有する。第１プラズマ室１０２は、ガスソース供給ライン１０６を備え、第１ソースガスからプラズマを生成するためのプラズマ生成部１０４を備えるように構成されている。ガス供給ライン１０６によって、第１プラズマ室１０２内にソースガスが注入される。   For example, the ion source 100 includes a first plasma chamber 102 disposed adjacent to the second plasma chamber 116. The first plasma chamber 102 includes a gas source supply line 106 and is configured to include a plasma generation unit 104 for generating plasma from the first source gas. Source gas is injected into the first plasma chamber 102 by the gas supply line 106.

ソースガスは、アルゴン（Ａｒ）や、キセノン（Ｘｅ）などの不活性ガス、三フッ化ホウ素（BF3）、アルシン（AsH3）やホスフィン（PH3）などの標準的なイオン注入ガス、および酸素（O2）や三フッ化窒素（NF3）などの反応性ガスの少なくとも１つを含む。繰り返しになるが、前述したソースガスのリストは、例示のみを目的としており、第１プラズマ室に分配され得るソースガスの完全なリストと解釈されるべきではないことを理解されたい。 The source gas is an inert gas such as argon (Ar) or xenon (Xe), a standard ion implantation gas such as boron trifluoride (BF 3 ), arsine (AsH 3 ) or phosphine (PH 3 ), and It contains at least one reactive gas such as oxygen (O 2 ) or nitrogen trifluoride (NF 3 ). Again, it should be understood that the list of source gases described above is for illustrative purposes only and should not be interpreted as a complete list of source gases that can be distributed to the first plasma chamber.

プラズマ生成部１０４は、陰極１０８／陽極１１０の組み合せを有している。陰極１０８は、簡素なバーナス（Bernas）型フィラメント構成を含むか、または図１および図２に図示されたタイプの傍熱陰極を含む。また、本願と譲請人を同じくする米国特許第５，６６１，３０８号明細書に記載されているように、プラズマ生成部１０４は、高周波伝導セグメントを有し、支持されたＲＦ誘導コイルアンテナを有していてもよく、当該高周波伝導セグメントは、ガス閉じ込めチェンバ内に直接設けられており、イオン化エネルギーをガスイオン化領域に伝送するものである。   The plasma generation unit 104 has a combination of a cathode 108 and an anode 110. Cathode 108 includes a simple Bernas-type filament configuration or includes an indirectly heated cathode of the type illustrated in FIGS. Further, as described in US Pat. No. 5,661,308, which is the same as the present applicant, the plasma generation unit 104 has a high-frequency conductive segment, and a supported RF induction coil antenna. The high-frequency conductive segment may be provided directly in the gas confinement chamber and transmits ionization energy to the gas ionization region.

第１プラズマ室すなわち電子源プラズマ室１０２は、高真空領域のイオン注入システムへの経路を形成する開口部１１２を規定して有している。上記高真空領域は、第１プラズマ室１０２におけるソースガスの圧力よりも圧力がずっと低い領域である。開口部１１２は、以下に詳述するように、ソースガスの純度を高レベルに保つためのポンピング開口部となる。   The first plasma chamber, ie, the electron source plasma chamber 102, has an opening 112 that defines a path to an ion implantation system in a high vacuum region. The high vacuum region is a region where the pressure is much lower than the pressure of the source gas in the first plasma chamber 102. As will be described in detail below, the opening 112 serves as a pumping opening for keeping the purity of the source gas at a high level.

また、電子ソースプラズマ室１０２は、電子ソースプラズマ室１０２から電子を取り出すための取り出し開口部を形成する開口部１１４を規定して有している。好適な実施形態では、図２に示されたように、取り出し開口部１１４は、取り外し可能な陽極要素１１０の形状にて設けられている。陽極要素１１０は、その中に形成された開口部１１４を有している。   Further, the electron source plasma chamber 102 has an opening 114 that defines a take-out opening for taking out electrons from the electron source plasma chamber 102. In the preferred embodiment, the extraction opening 114 is provided in the form of a removable anode element 110, as shown in FIG. The anode element 110 has an opening 114 formed therein.

以上のように、当業者であれば、電子ソースプラズマ室１０２が、いわゆる非反射モードにおいてプラズマから電子を誘引するための（陰極１０８に対して）正のバイアスをかけられた電極１１９を有するように構成されていてもよいことがわかるであろう。   As described above, those skilled in the art will recognize that the electron source plasma chamber 102 has an electrode 119 that is positively biased (relative to the cathode 108) to attract electrons from the plasma in a so-called non-reflective mode. It will be understood that it may be configured as follows.

また、電極１１９は、陰極１０８に対して負のバイアスをかけられ、いわゆる反射モードにおいて電子を電子ソースプラズマ室１０２内に弾き返すように構成されていてもよい。上記反射モードの形態は、プラズマ室壁に適切なバイアスを印加し、ならびに電極１１９を電気的に絶縁させた上で別途バイアスを印加することを必要とすることが理解されよう。   The electrode 119 may be configured to be negatively biased with respect to the cathode 108 and to repel electrons into the electron source plasma chamber 102 in a so-called reflection mode. It will be appreciated that the reflection mode configuration requires applying an appropriate bias to the plasma chamber wall and applying a separate bias after the electrode 119 is electrically isolated.

上述したように、本発明に係るイオンソース１００は、第２イオンソース室、すなわちイオンソース室１１６を有する。第２イオンソースプラズマ室１１６は、ソースガスを第２イオンソースプラズマ室１１６に注入する第２ガスソース供給ライン１１８を有しており、さらに電子ソースプラズマ室１０２からの電子を受け取るように構成されている。これにより、電子と第２ソースガス間での衝突を介して第２イオンソースプラズマ室１１６内にプラズマが生成される。   As described above, the ion source 100 according to the present invention includes the second ion source chamber, that is, the ion source chamber 116. The second ion source plasma chamber 116 has a second gas source supply line 118 for injecting a source gas into the second ion source plasma chamber 116, and is configured to receive electrons from the electron source plasma chamber 102. ing. Thereby, plasma is generated in the second ion source plasma chamber 116 through collision between the electrons and the second source gas.

第２ソースガスは、電子ソースプラズマ室１０２について上述したガスのうちのいずれか、またはカルボラン（C2B10H12）や、デカボラン（B10H14）、オクタデカボラン（B18H22）、イコサデカボランなどの大分子ガスのいずれかを含んでいてもよい。繰り返しになるが、上述したソースガスは例示のみを目的として挙げられており、第２プラズマ室１１６に分配され得るソースガスの完全なリストを表すものと捉えられるべきではないことを理解されたい。 The second source gas is any one of the gases described above for the electron source plasma chamber 102, or carborane (C 2 B 10 H 12 ), decaborane (B 10 H 14 ), or octadecaborane (B 18 H 22 ). Any of large molecular gases such as icosadecaborane may be included. Again, it should be understood that the source gases described above are given for illustrative purposes only and should not be taken as representing a complete list of source gases that can be distributed to the second plasma chamber 116.

第２プラズマ室、すなわちイオンソースプラズマ室１１６は、第１プラズマ室１０２の取り出し開口部１１４の位置に合わせて配置された開口部１１７を規定して有しており、電子が第１プラズマ室１０２から第２プラズマ室１１６に流入できるように、取り出し開口部１１４と開口部１１７との間には経路が形成されている。   The second plasma chamber, that is, the ion source plasma chamber 116, defines an opening 117 arranged in accordance with the position of the extraction opening 114 of the first plasma chamber 102, and electrons are supplied to the first plasma chamber 102. A path is formed between the extraction opening 114 and the opening 117 so that the second plasma chamber 116 can flow into the second plasma chamber 116.

好適には、イオンソースプラズマ室１１６は、正のバイアスをかけられた電極１１９を有するように構成されている。電極１１９は、いわゆる非反射モードにおいて、イオンソースプラズマ室１１６に注入された電子を誘引し、電極とガス分子との間に所望の衝突を生じさせ、イオン化プラズマを生成する。また、電極１１９は、いわゆる反射モードにおいて、負のバイアスをかけられ、イオンソースプラズマ室１１６内に電子を弾き返すという構成であってもよい。   Preferably, the ion source plasma chamber 116 is configured to have a positively biased electrode 119. The electrode 119 attracts electrons injected into the ion source plasma chamber 116 in a so-called non-reflection mode, causes a desired collision between the electrode and gas molecules, and generates ionized plasma. Further, the electrode 119 may be configured to be negatively biased in a so-called reflection mode and to repel electrons into the ion source plasma chamber 116.

取り出し開口部１２０は、第２プラズマ室１１６内に配置され、一般的な方法にて注入するイオンビームの形成のための各イオンを取り出すように構成されている。   The extraction opening 120 is disposed in the second plasma chamber 116 and is configured to extract each ion for forming an ion beam to be implanted by a general method.

外付けのバイアス用の電源１１５によって、第２プラズマ室１１６が第１プラズマ室１０２に対して正のバイアスをかけられることに注目されたい。その結果、電子が電子ソースプラズマ室１０２から取り出され、イオンソースプラズマ室１１６に注入される。   Note that the second plasma chamber 116 is positively biased with respect to the first plasma chamber 102 by an external biasing power supply 115. As a result, electrons are extracted from the electron source plasma chamber 102 and injected into the ion source plasma chamber 116.

このとき、第２プラズマ室内１１６において、第１プラズマ室１０２に供給される電子と、第２ガスソース供給ライン１１８を介して第２プラズマ室１１６に供給される供給ガスとの間において、衝突が誘発され、プラズマが生成される。   At this time, in the second plasma chamber 116, there is a collision between the electrons supplied to the first plasma chamber 102 and the supply gas supplied to the second plasma chamber 116 via the second gas source supply line 118. Induced and plasma is generated.

第１プラズマ室１０２および第２プラズマ室１１６は、ガス注入口（例えば第１ガス供給入口１２２および第２ガス供給入口１２４）、高真空領域への開口部（例えばポンピング開口部１１２および取り出し開口部１２０）、および第１プラズマ室１０２および第２プラズマ室１０４の間の共通経路をそれぞれ形成する各共通境界部開口部１１４、１１７という、開口部を備えた３つの各開境界部を有している。   The first plasma chamber 102 and the second plasma chamber 116 include a gas inlet (for example, a first gas supply inlet 122 and a second gas supply inlet 124) and an opening to a high vacuum region (for example, a pumping opening 112 and an extraction opening). 120), and three common boundary openings 114, 117 that form a common path between the first plasma chamber 102 and the second plasma chamber 104, respectively, and three open boundary portions with openings. Yes.

好適には、各共通境界部開口部１１４、１１７の領域は、下記の理由から、高真空領域に面する、各開口部１１２、１２０、すなわち第１プラズマ室開口部１１２および第２プラズマ室開口部１２０と比較して小さい形状に維持されている。   Preferably, the area of each common boundary opening 114, 117 faces each opening 112, 120, ie, the first plasma chamber opening 112 and the second plasma chamber opening, facing the high vacuum region for the following reasons: The shape is maintained smaller than that of the portion 120.

本発明に係る例示のイオンソース形態では、本発明のイオンソースは、マサチューセッツ州ビバリーのアクセリステクノロジーズが製造販売している型の標準的ＩＨＣイオンソースの要素を備え、当該イオンソースにおいて、イオンソースプラズマ室は、標準的陽極、取り出しシステムおよびソース供給管を備えるように構成された標準的アーク室を有する。   In an exemplary ion source configuration according to the present invention, the ion source of the present invention comprises elements of a standard IHC ion source of the type manufactured and sold by Axcelis Technologies, Beverly, Mass., In which the ion source plasma The chamber has a standard arc chamber configured to include a standard anode, an extraction system and a source supply tube.

本発明に係る例示のイオンソース形態では、本発明のイオンソースは、標準的ＩＨＣソースの内部加熱陰極要素を除去し、当該要素のあった場所に小型の電子ソースプラズマ室を代わりに配置したものである。当該小型の電子ソースプラズマ室は、マサチューセッツ州ビバリーのアクセリステクノロジーズが製造販売している型の標準的ＩＨＣイオンソースと同様の要素を含み、アーク室、標準的内部加熱陰極要素およびソース供給管を含む。   In an exemplary ion source configuration according to the present invention, the ion source of the present invention removes the internally heated cathode element of a standard IHC source and replaces it with a small electron source plasma chamber where the element was located. It is. The small electron source plasma chamber includes elements similar to a standard IHC ion source of the type manufactured and sold by Axcelis Technologies, Beverly, Mass., And includes an arc chamber, a standard internally heated cathode element, and a source supply tube. .

両方の各プラズマ室が、標準的なアクセリスのソース磁石（部材番号１３０として示す）によって設けられた、取り出し開口部に沿って配向された磁場を共有する。イオン化工程（およびこの場合電子生成工程）は、プラズマ生成室において、垂直方向の磁場を形成することによって、より効率的になり得ることはよく知られている。   Both plasma chambers share a magnetic field oriented along the extraction opening provided by a standard Axcelis source magnet (shown as part number 130). It is well known that the ionization process (and in this case the electron generation process) can be made more efficient by forming a vertical magnetic field in the plasma generation chamber.

このように、好適な実施形態では、電磁石部材１３０は、第１プラズマ室１０２および第２プラズマ室１１６の外に、好適にはそれらの間の共有された境界部の軸に沿って配置されている。これらの電磁石要素１３０は、電子を閉じ込める磁界を形成し、イオン化工程の効率性を高める。   Thus, in a preferred embodiment, the electromagnet member 130 is disposed outside the first plasma chamber 102 and the second plasma chamber 116, preferably along the axis of the shared boundary between them. Yes. These electromagnet elements 130 create a magnetic field that confines electrons and increase the efficiency of the ionization process.

電子ソース室１０２は、好適には、イオンソースプラズマ室１１６から、上記両者の間に配置された絶縁部材１２６を介して熱分離される。イオンソースプラズマ室１１６に接続された唯一の電力は、通常、約１０Ｗといった小さな放電力量である。   The electron source chamber 102 is preferably thermally separated from the ion source plasma chamber 116 via an insulating member 126 disposed between the two. The only power connected to the ion source plasma chamber 116 is typically a small discharge power, such as about 10W.

上記電力は、陰極１０８から、各開口部１１４、１１７によって形成される共通境界部開口部を介して供給される。デカボランまたはオクタデカボランの放電のためのイオンソースプラズマ室１１６への電子電流の注入に関連した放電電力は、通常、１０Ｗである。   The power is supplied from the cathode 108 through a common boundary opening formed by the openings 114 and 117. The discharge power associated with injection of electron current into the ion source plasma chamber 116 for decaborane or octadecaborane discharge is typically 10W.

イオンソースプラズマ室１１６に接続された低電力量は、大分子ガスの解離を防止するには十分な低温度に壁面温度を維持する。電子ソース室１０２は、絶縁部材１２６によってイオンソースプラズマ室１１６から電気的に分離されている。   The low power connected to the ion source plasma chamber 116 maintains the wall temperature at a sufficiently low temperature to prevent dissociation of the large molecular gas. The electron source chamber 102 is electrically separated from the ion source plasma chamber 116 by an insulating member 126.

好適な実施形態では、イオンソースプラズマ室１１６は、約３００ｍｍ2（５ｍｍ×６０ｍｍ）の領域を有する、取り出し開口部１２０を備えるように構成されている。また、電子ソース室１０２は、全領域が３００ｍｍ2のポンピング開口部１１２を備えるように構成されている。２つの各プラズマ室が共有する各開口部１１４、１１７によって形成された共通境界部開口部は、好適には約３０ｍｍ2（４×７．５ｍｍ）の領域を有する。 In a preferred embodiment, the ion source plasma chamber 116 is configured with an extraction opening 120 having an area of about 300 mm 2 (5 mm × 60 mm). Further, the electron source chamber 102 is configured to include a pumping opening 112 having a total area of 300 mm 2 . The common boundary opening formed by the openings 114, 117 shared by the two plasma chambers preferably has an area of about 30 mm 2 (4 × 7.5 mm).

本形態では、電子ソースプラズマ室に連結されたアルゴンガスソース、およびイオンソースプラズマ室１１６に連結されたデカボランまたはオクタデカボランガスを用いて動作することによって、取り出された約５ｍＡのイオンビーム電流が取り出し開口部１２０を介して容易に得られる。   In this embodiment, by operating using an argon gas source connected to the electron source plasma chamber and a decaborane or octadecaborane gas connected to the ion source plasma chamber 116, the extracted ion beam current of about 5 mA is obtained. It can be easily obtained through the extraction opening 120.

これらの条件下では、電子ソース室１０２の、通常では、約４０Ｖにて０．２Ａのアルゴン放電の電流および電圧によって、０．１Ａの電子電流がイオンソースプラズマ室１１６に注入される（バイアス電源１１５における電圧設定が１００Ｖである）。   Under these conditions, an electron current of 0.1 A is injected into the ion source plasma chamber 116 by the current and voltage of the argon discharge of the electron source chamber 102, typically about 40 V at 0.2 A (bias power supply). The voltage setting at 115 is 100V).

同様の物理形態では、イオンソースプラズマ室１１６においてガスソースとしてホスフィンに切り替え、６０Ｖにて５０Ａまで電子ソースプラズマ放電パラメータを増大させることによって、イオンソースプラズマに注入される電子電流がバイアス供給において１２０Ｖの設定にて３Ａまで増大することができ、５０ｍＡを超えるイオンビーム電流が取り出し開口部１２０を介して取り出される。   In a similar physical form, by switching to phosphine as the gas source in the ion source plasma chamber 116 and increasing the electron source plasma discharge parameter to 50A at 60V, the electron current injected into the ion source plasma is 120V at the bias supply. The ion beam current exceeding 50 mA can be extracted through the extraction opening 120.

上述したように、電流ソースプラズマ室のポンピング開口部１１２およびイオンソースプラズマ室の取り出し開口部１２０の領域の選択は、各開口部１１４、１１７によって生成された共通境界部開口部よりも好適には大きく、その結果、各室１０２、１１６における比較的高濃度のガス純度が得られる。   As described above, the selection of the pumping opening 112 of the current source plasma chamber and the extraction opening 120 of the ion source plasma chamber is more preferable than the common boundary opening generated by each opening 114, 117. As a result, a relatively high concentration of gas purity in each chamber 102, 116 is obtained.

上記例を参照すると、アルゴンが３０ｍｍ2の共通取り出し開口部１１４からイオンソースプラズマ室１１６に流入し、３００ｍｍ2の取り出し開口部１２０から流出する。その結果、イオンソースプラズマ室１１６におけるアルゴン濃度は、電子ソースプラズマ室１０２の１０％のみである。 Referring to the above example, argon flows from the common extraction opening 114 of 30 mm 2 into the ion source plasma chamber 116 and out of the extraction opening 120 of 300 mm 2 . As a result, the argon concentration in the ion source plasma chamber 116 is only 10% of the electron source plasma chamber 102.

同じ理由から、ガス供給ライン１１８を介してイオンソースプラズマ室１１６に供給される第２ガスの濃度は、イオンソースプラズマ室１１６におけるガスの濃度の１０％のみであり、当該ガスは、電子ソースプラズマ室１０２に流入し得る。代表的な応用例では、電子ソースプラズマ室１０２のアルゴン濃度、およびイオンソースプラズマ室１１６の第２ガス濃度がほぼ同一であり、各プラズマ室のガスは、約９０％の純度である。   For the same reason, the concentration of the second gas supplied to the ion source plasma chamber 116 via the gas supply line 118 is only 10% of the concentration of the gas in the ion source plasma chamber 116, and the gas is an electron source plasma. It can flow into the chamber 102. In a typical application, the argon concentration in the electron source plasma chamber 102 and the second gas concentration in the ion source plasma chamber 116 are approximately the same, and the gas in each plasma chamber is approximately 90% pure.

上述したイオンソースハードウエア形態の結果、本発明者は、第１プラズマ室１０２からの電子を利用した、第２プラズマ室１１６内におけるデカボラン（B10H14）またはオクタデカボラン（B18H22）の各イオンなどの分子イオン種の形成によって、陰極に関する、通常のイオンソース汚染問題を回避することができる。 As a result of the above-described ion source hardware configuration, the present inventor has used decaborane (B 10 H 14 ) or octadecaborane (B 18 H 22 ) in the second plasma chamber 116 using electrons from the first plasma chamber 102. The formation of molecular ionic species, such as each ion, can avoid the usual ion source contamination problems associated with the cathode.

例えば、当該ハードウエアのワット損特性によって、通常、分子種のイオン化に関する電子電流イオン化の適用例、および、通常、モノマー種イオン化に関する高電子電流イオン化の適用例といった、広範囲の電子電流イオン化の適用を可能とする。   For example, depending on the power dissipation characteristics of the hardware, a wide range of electron current ionization applications are typically applied, such as electron current ionization applications typically associated with molecular species ionization and high electron current ionization applications typically associated with monomer species ionization. Make it possible.

図３に示されたように、本発明に係る方法２００は、真空状態にある第１プラズマ室１０２（図１参照）にガス供給ライン１０６を介して第１ガスを供給し、真空状態である第２プラズマ室１１６（図１参照）に第２ガスソース供給ライン１１８を介して第２ガスを供給することによって開始される（２０２）。   As shown in FIG. 3, the method 200 according to the present invention supplies a first gas to the first plasma chamber 102 (see FIG. 1) in a vacuum state via a gas supply line 106 and is in a vacuum state. The process starts by supplying a second gas to the second plasma chamber 116 (see FIG. 1) via the second gas source supply line 118 (202).

例えば、イオンソース１００（図１）は、第１プラズマ室１０２を備えており、第１プラズマ室１０２は、第１ガスを含み、第１ガスからプラズマを生成するプラズマ生成部１０４（図１）を備えるように構成されている。   For example, the ion source 100 (FIG. 1) includes a first plasma chamber 102, and the first plasma chamber 102 includes a first gas and generates a plasma from the first gas (FIG. 1). It is comprised so that it may be provided.

２０４では、プラズマ生成部１０４（図１参照）は、プラズマ生成部１０４と第１ソースガス（例えばアルゴン）との相互作用から、第１プラズマ室１０２（図１参照）においてプラズマを生成するように作動される。例えば、上記プラズマは、０．４ミリアンペアの放電電流および６０ボルトの放電電圧による直流放電によって生成されてもよい。   In 204, the plasma generation unit 104 (see FIG. 1) generates plasma in the first plasma chamber 102 (see FIG. 1) from the interaction between the plasma generation unit 104 and the first source gas (eg, argon). Actuated. For example, the plasma may be generated by a direct current discharge with a discharge current of 0.4 milliamperes and a discharge voltage of 60 volts.

２０６において、第１プラズマ室１０２（図１参照）にて生成されたプラズマから電子が取り出され、各開口部１１４、１１７によって形成された共通境界部領域を介して第２プラズマ室１１６（図１参照）に注入される。当該共通境界部領域は、第１プラズマ室１０２および第２プラズマ室１１６にそれぞれ形成された各開口部１１４、１１７によって形成されており、その間を流体連通できるように構成されている（例えば、流体は、電子、イオン、およびプラズマからなる）。   In 206, electrons are extracted from the plasma generated in the first plasma chamber 102 (see FIG. 1), and the second plasma chamber 116 (see FIG. 1) passes through the common boundary region formed by the openings 114 and 117. Injected). The common boundary region is formed by the openings 114 and 117 formed in the first plasma chamber 102 and the second plasma chamber 116, respectively, and is configured to be able to communicate with the fluid (for example, fluid Consists of electrons, ions, and plasma).

ガスライン１１８を介して供給される第２プラズマ室１１６内の第２ガスは、第１プラズマ室１０２（図１参照）から取り出された電子との衝突によって衝撃が付与され、その結果、第２プラズマ室１１６（図１参照）において第２プラズマを形成する（２０８）。最後に、取り出し開口部１２０（図１）を介して第２プラズマ室１１６（図１参照）におけるプラズマから各イオンを取り出す（２１０）。   The second gas in the second plasma chamber 116 supplied via the gas line 118 is given an impact by collision with electrons taken out from the first plasma chamber 102 (see FIG. 1). A second plasma is formed in the plasma chamber 116 (see FIG. 1) (208). Finally, each ion is extracted from the plasma in the second plasma chamber 116 (see FIG. 1) through the extraction opening 120 (FIG. 1) (210).

したがって、本発明は「ダブルプラズマイオンソース」を記述する。上述したダブルプラズマイオンソースは、図４に例示したイオン注入システム３００に図示されているように、イオン注入システムに使用するために組み込まれている。   Thus, the present invention describes a “double plasma ion source”. The double plasma ion source described above is incorporated for use in an ion implantation system, as illustrated in the ion implantation system 300 illustrated in FIG.

イオン注入装置３００（イオン注入機とも称される）は、イオン注入装置３００において実施される様々な動作および処理を制御するコントローラ３０２に動作可能に接続されている。   The ion implanter 300 (also referred to as an ion implanter) is operatively connected to a controller 302 that controls various operations and processes performed in the ion implanter 300.

本発明によると、イオン注入装置３００は、上述のような、ダブルプラズマイオンソースアセンブリ３０６を有しており、ダブルプラズマイオンソースアセンブリ３０６は、イオンビーム経路Ｐに沿って移動するイオンビームを生成するための、大量の各イオンを生成し、半加工品支持プレート３１２上に保持された半加工品３１０（例えば半導体半加工品、表示パネルなど）にイオンを注入する。   According to the present invention, the ion implanter 300 includes a double plasma ion source assembly 306 as described above, which generates an ion beam that moves along the ion beam path P. Therefore, a large amount of each ion is generated, and ions are implanted into a semi-processed product 310 (for example, a semiconductor semi-processed product or a display panel) held on the semi-processed product support plate 312.

上記各イオンは、アルゴン（Ａｒ）およびキセノン（Ｘｅ）などの不活性ガス、三フッ化ホウ素（BF3）、アルシン（AsH3）およびホスフィン（PH3）などの標準的イオン注入ガス、酸素（O2）および三フッ化窒素（NF3）などの反応性ガス、並びにデカボラン（B10H14）およびオクタデカボラン（B18H22）などの大分子ガスなどから形成することが可能である。 Each of the above ions includes an inert gas such as argon (Ar) and xenon (Xe), a standard ion implantation gas such as boron trifluoride (BF 3 ), arsine (AsH 3 ) and phosphine (PH 3 ), oxygen ( It can be formed from reactive gases such as O 2 ) and nitrogen trifluoride (NF 3 ) and large molecular gases such as decaborane (B 10 H 14 ) and octadecaborane (B 18 H 22 ) .

イオンソースアセンブリ３０６は、第１プラズマ室３１４（例えばプラズマ室またはアーク室）および第２プラズマ室３１６を有している。第１プラズマ室３１４は、プラズマ生成部３１８を備えるように構成されている。   The ion source assembly 306 includes a first plasma chamber 314 (eg, a plasma chamber or an arc chamber) and a second plasma chamber 316. The first plasma chamber 314 is configured to include a plasma generation unit 318.

当該プラズマ生成部３１８は、陰極１０８（図２参照）および陽極１１０（図２参照）を含んでいてもよい。陰極１０８および陽極１１０は、第１ガス供給源３０１から第１ガス供給ライン３２２を介して第１プラズマ室３１４内に注入される第１ガスからプラズマを生成する。また、プラズマ生成部３１８は、ＲＦ誘導コイルなどを代わりに備えていてもよい。   The plasma generator 318 may include a cathode 108 (see FIG. 2) and an anode 110 (see FIG. 2). The cathode 108 and the anode 110 generate plasma from the first gas injected into the first plasma chamber 314 from the first gas supply source 301 through the first gas supply line 322. Further, the plasma generation unit 318 may include an RF induction coil or the like instead.

第１ガスは、アルゴン（Ａｒ）や、キセノン（Ｘｅ）などの不活性ガス、三フッ化ホウ素（BF3）、アルシン（AsH3）やホスフィン（PH3）などの標準的なイオン注入ガス、および、酸素（O2）や三フッ化窒素（NF3）などの反応性ガスの少なくとも１つを含んでいてもよい。 The first gas is an inert gas such as argon (Ar) or xenon (Xe), a standard ion implantation gas such as boron trifluoride (BF 3 ), arsine (AsH 3 ) or phosphine (PH 3 ), In addition, it may contain at least one reactive gas such as oxygen (O 2 ) or nitrogen trifluoride (NF 3 ).

第２プラズマ室３１６は、第１プラズマ室３１４と第２プラズマ室３１６との間に形成された共通境界部開口部３２６を介して第１プラズマ室３１４と流体連通するように配置されており、第２ガス供給ライン３２８によって第２ガス供給源３２０から注入される第２ガスを含む。   The second plasma chamber 316 is disposed so as to be in fluid communication with the first plasma chamber 314 through a common boundary opening 326 formed between the first plasma chamber 314 and the second plasma chamber 316. The second gas supplied from the second gas supply source 320 by the second gas supply line 328 is included.

第２ガスは、アルゴン（Ａｒ）や、キセノン（Ｘｅ）などの不活性ガス、三フッ化ホウ素（BF3）、アルシン（AsH3）やホスフィン（PH3）などの標準的なイオン注入ガス、および酸素（O2）や三フッ化窒素（NF3）などの反応性ガス、およびデカボラン（B10H14）およびオクタデカボラン（B18H22）などの大分子ガスの少なくとも１つを含んでいてもよい。 The second gas is an inert gas such as argon (Ar) or xenon (Xe), a standard ion implantation gas such as boron trifluoride (BF 3 ), arsine (AsH 3 ) or phosphine (PH 3 ), And at least one of reactive gases such as oxygen (O 2 ) and nitrogen trifluoride (NF 3 ), and large molecular gases such as decaborane (B 10 H 14 ) and octadecaborane (B 18 H 22 ) You may go out.

第２プラズマ室３１６は、バイアス用の電源３３２によって第１プラズマ室３１４に対して正のバイアスが印加され、第２プラズマ室３１６に注入する電子を第１プラズマ室３１４から取り出すことができる。取り出された電子が第２プラズマ室３１６において第２ガスと衝突すると、第２プラズマ室３１６において、上記電子および第２ガスがプラズマを生成する。第２プラズマ室３１６内に取り出し開口部３３４が設けられており、第２プラズマ室３１６内で形成されたプラズマからイオンを取り出す。   In the second plasma chamber 316, a positive bias is applied to the first plasma chamber 314 by the bias power source 332, and electrons injected into the second plasma chamber 316 can be taken out from the first plasma chamber 314. When the extracted electrons collide with the second gas in the second plasma chamber 316, the electrons and the second gas generate plasma in the second plasma chamber 316. An extraction opening 334 is provided in the second plasma chamber 316, and ions are extracted from the plasma formed in the second plasma chamber 316.

イオン注入システム３００は、ソースアセンブリ３０６に関連する取り出し電極アセンブリ３３１をさらに有している。取り出し電極アセンブリ３３１は、取り出し開口部を介した取り出しのために、ソースアセンブリ３０６から荷電イオンを引き出すようにバイアスが印加されている。   The ion implantation system 300 further includes an extraction electrode assembly 331 associated with the source assembly 306. The extraction electrode assembly 331 is biased to extract charged ions from the source assembly 306 for extraction through the extraction opening.

ビームラインアセンブリ３３６が、イオンソースアセンブリ３０６の下流側にさらに設けられており、通常、ソース３０６からの荷電イオンを受け取る。ビームラインアセンブリ３３６は、例えば、ビームガイド３４２、マスアナライザー３３８、および解像度調整用開口部３４０を有している。ビームラインアセンブリ３３６は、半加工品３１０に各イオンを注入するためにイオンビーム経路Ｐに沿って上記各イオンを搬送するように動作可能である。   A beamline assembly 336 is further provided downstream of the ion source assembly 306 and typically receives charged ions from the source 306. The beam line assembly 336 includes, for example, a beam guide 342, a mass analyzer 338, and a resolution adjustment opening 340. The beam line assembly 336 is operable to carry the ions along the ion beam path P to inject the ions into the workpiece 310.

例えば、マスアナライザー３３８は、磁石（図示せず）などの磁場形成要素をさらに有しており、マスアナライザー３３８は、通常、イオンビーム３０８を横切る磁界を提供し、ソース３０６から取り出された各イオンに関する、マス（質量）に対する電荷の比に応じて異なる軌道にて、イオンビーム３０８から上記各イオンを偏向させる。   For example, the mass analyzer 338 further includes a magnetic field forming element, such as a magnet (not shown), which typically provides a magnetic field across the ion beam 308 to provide each ion extracted from the source 306. The ions are deflected from the ion beam 308 in different trajectories depending on the charge to mass ratio.

例えば、磁界を通って移動する各イオンは、所望のマス／電荷の比を備えた個々のイオンをビーム経路Ｐに沿って方向付けるように偏向させる力を受けると共に、所望しないマス／電荷の比を備えた個々のイオンをビーム経路Ｐから離れるように偏向させる力を受ける。   For example, each ion moving through a magnetic field is subjected to a force that deflects individual ions with the desired mass / charge ratio to direct it along the beam path P, and an undesired mass / charge ratio. Is subjected to a force for deflecting individual ions with a distance away from the beam path P.

一旦、マスアナライザー３３８を通過すると、イオンビーム３０８は、解像度調整用開口部３４０を通過するように方向付けられる。このとき、イオンビーム３０８は、末端ステーション３４４内に配置された半加工品３１０に注入するために、加速、減速、収束または補正されてもよい。   Once passed through the mass analyzer 338, the ion beam 308 is directed to pass through the resolution adjustment aperture 340. At this time, the ion beam 308 may be accelerated, decelerated, converged, or corrected for injection into a workpiece 310 disposed in the end station 344.

特定の好適な実施形態に関して本発明を説明しているが、当業者が本明細書および添付の図面を読んで理解すれば、同等の変形および修正を考えることができることは明らかである。特に上述した要素（アセンブリ、装置、回路など）によって実施される様々な機能に関して、当該要素を記述するのに使用した用語（「手段」を含む）は、特に指定しない限りは、本発明の例示の実施形態に示された機能を実施する開示の構造と構造的に異なっていたとしても、上述した要素の特定の機能を実施するあらゆる要素に対応することを意図している。加えて、複数の実施形態のうちのただ１つについて、本発明に係る特定の実施形態を開示してきたが、あらゆる既定の用途のために望ましく好適であると考えられる他の実施形態の１つ以上の特徴と当該特徴とを組み合わせてもよい。   While the invention has been described in terms of certain preferred embodiments, it is evident that equivalent variations and modifications can be envisaged by those of ordinary skill in the art upon reading and understanding the specification and the accompanying drawings. The terms (including “means”) used to describe such elements, particularly with respect to the various functions performed by the elements (assemblies, devices, circuits, etc.) described above, are illustrative of the invention unless otherwise indicated. It is intended to cover any element that performs a particular function of the elements described above, even if structurally different from the disclosed structure that performs the functions shown in the embodiments. In addition, while only one of the embodiments has been disclosed for a particular embodiment according to the present invention, one of the other embodiments that may be desirable and suitable for any given application You may combine the above characteristic and the said characteristic.

Claims (19)

第１ガスを受け取るための第１ガス注入口とプラズマ生成部とを有する第１プラズマ室であって、当該プラズマ生成部および当該第１ガスが協働して上記第１プラズマ室内に第１プラズマを生成し、上記第１プラズマ室が、上記第１プラズマから電子を取り出す開口部をさらに規定している第１プラズマ室、および、
第２ガスを受け取るための第２ガス注入口を有する第２プラズマ室であって、上記第２プラズマ室が、上記第１プラズマ室の開口部と実質的に合う位置に開口部を規定しており、上記開口部から取り出された電子を受容し、上記電子および上記第２ガスが協働して上記第２プラズマ室内に第２プラズマを生成し、上記第２プラズマ室が、上記第２プラズマからイオンを取り出す取り出し開口部をさらに規定し、
上記第１プラズマ室が、高真空領域への経路を形成するポンピング開口部を規定しており、上記ポンピング開口部が、上記第１プラズマから電子を取り出すための上記開口部の面積寸法よりも大きい面積寸法を有し、
上記取り出し開口部の面積と上記ポンピング開口部の面積とは同一であるイオンソース。 A first plasma chamber having a first gas inlet for receiving a first gas and a plasma generator, wherein the plasma generator and the first gas cooperate with each other in the first plasma chamber. A first plasma chamber, wherein the first plasma chamber further defines an opening for extracting electrons from the first plasma, and
A second plasma chamber having a second gas inlet for receiving a second gas, wherein the second plasma chamber defines an opening at a position substantially matching the opening of the first plasma chamber. And accepts electrons taken out from the opening, and the electrons and the second gas cooperate to generate a second plasma in the second plasma chamber, and the second plasma chamber has the second plasma. Further defining an extraction opening for extracting ions from the
The first plasma chamber defines a pumping opening that forms a path to a high vacuum region, and the pumping opening is larger than an area size of the opening for extracting electrons from the first plasma. Have area dimensions,
An ion source in which the area of the extraction opening and the area of the pumping opening are the same . 上記プラズマ生成部は、陰極および陽極を有している請求項１に記載のイオンソース。   The ion source according to claim 1, wherein the plasma generation unit includes a cathode and an anode. 上記プラズマ生成部は、ＲＦアンテナを有している請求項１に記載のイオンソース。   The ion source according to claim 1, wherein the plasma generation unit includes an RF antenna. 上記第１プラズマ室と上記第２プラズマ室との間に相対的電圧差を生じさせ、上記第１プラズマ室から取り出された電子を上記第２プラズマ室に移動させるためのバイアス電源をさらに有している請求項１に記載のイオンソース。   A bias power source for generating a relative voltage difference between the first plasma chamber and the second plasma chamber and moving electrons extracted from the first plasma chamber to the second plasma chamber; The ion source according to claim 1. 上記第１ガスが、アルゴン（Ａｒ）、キセノン（Ｘｅ）、三フッ化ホウ素（BF3）、アルシン（AsH3 ）、ホスフィン（PH3 ）、三フッ化窒素（NF3）および酸素（O2 ）の少なくとも１つを含む請求項１に記載のイオンソース。 The first gas is argon (Ar), xenon (Xe), boron trifluoride (BF 3), arsine (AsH 3), phosphine (PH 3), nitrogen trifluoride (NF 3) and oxygen (O 2 At least the ion source of claim 1 comprising one of). 上記第２ガスが、アルゴン（Ａｒ）、キセノン（Ｘｅ）、三フッ化ホウ素（BF3 ）、アルシン（AsH3）、ホスフィン（PH3 ）、三フッ化窒素（NF3 ）、酸素（O2 ）、デカボラン（B10H14）およびオクタデカボラン（B18H22 ）の少なくとも１つを含む請求項１に記載のイオンソース。 The second gas is argon (Ar), xenon (Xe), boron trifluoride (BF 3), arsine (AsH 3), phosphine (PH 3), nitrogen trifluoride (NF 3), oxygen (O 2 ), at least the ion source of claim 1 comprising one of de Kaboran (B 10 H 14) and octadecaborane (B 18 H 22). 上記取り出し開口部に関連する取り出し電極アセンブリをさらに備えており、
上記取り出し電極アセンブリは、上記イオンソースから各イオンを取り出してイオンビームを生成するように動作可能なものである請求項１に記載のイオンソース。 Further comprising an extraction electrode assembly associated with the extraction opening;
The ion source of claim 1, wherein the extraction electrode assembly is operable to extract each ion from the ion source to generate an ion beam. 請求項１から７の何れか１項に記載のイオンソースにおけるイオン生成方法であって、
第１プラズマ室に第１プラズマを生成するステップと、
上記第１プラズマ室によって規定された開口部を介して上記第１プラズマから電子を取り出すステップと、
第２プラズマ室に上記取り出された電子を方向付け、上記第２プラズマ室内に第２プラズマを生成するステップと、
上記第２プラズマ室によって規定された取り出し開口部を介して上記第２プラズマから各イオンを取り出すステップを含む方法。 An ion generation method in an ion source according to any one of claims 1 to 7 ,
Generating a first plasma in the first plasma chamber;
Extracting electrons from the first plasma through an opening defined by the first plasma chamber;
Directing the extracted electrons into a second plasma chamber and generating a second plasma in the second plasma chamber;
Extracting each ion from the second plasma through an extraction opening defined by the second plasma chamber. 上記取り出された電子は、上記第１プラズマ室と上記第２プラズマ室との間の電圧差によって生じる請求項８に記載の方法。 9. The method of claim 8 , wherein the extracted electrons are generated by a voltage difference between the first plasma chamber and the second plasma chamber. プラズマ生成部１０４と、第１ガスを受け取るための第１ガス注入口１２２とを有する第１プラズマ室１０２であって、当該プラズマ生成部１０４および当該第１ガスが協働して上記第１プラズマ室１０２内に第１プラズマを生成し、上記第１プラズマ室１０２が、上記第１プラズマから電子を取り出す開口部１１４をさらに規定している第１プラズマ室１０２、および、
第２ガスを受容するための第２ガス注入口１２４を有する第２プラズマ室１１６であって、上記第２プラズマ室１１６が、上記第１プラズマ室１０２の開口部１１４と実質的に流体連通する開口部１１７を規定しており、当該開口部から取り出された電子を受け取り、上記電子および上記第２ガスが協働して上記第２プラズマ室１１６内に第２プラズマを生成し、当該第２プラズマ室１１６が、上記第２プラズマから各イオンを取り出す取り出し開口部１２０をさらに規定している第２プラズマ室１１６を有するイオンソース１００を備え、
上記第１プラズマ室は、高真空領域への経路を形成するポンピング開口部をさらに規定し、
上記ポンピング開口部は、上記第１プラズマから電子を取り出す上記開口部に関する面積寸法よりも大きい面積寸法の領域を有しているイオンソース。 A first plasma chamber 102 having a plasma generation unit 104 and a first gas inlet 122 for receiving a first gas, wherein the plasma generation unit 104 and the first gas cooperate to form the first plasma. a first plasma generated in the chamber 102, the first plasma chamber 102, the first plasma chamber 102 is further define an opening 114 for taking out the electrons from the first plasma and,
A second plasma chamber 116 having a second gas inlet 124 for receiving a second gas, wherein the second plasma chamber 116 is in substantial fluid communication with the opening 114 of the first plasma chamber 102. An opening 117 is defined, and electrons taken out from the opening are received. The electrons and the second gas cooperate to generate a second plasma in the second plasma chamber 116, and the second plasma plasma chamber 116, e Bei ion source 100 having a second plasma chamber 116 that further defines the withdrawal opening 120 for taking out the respective ions from the second plasma,
The first plasma chamber further defines a pumping opening that forms a path to a high vacuum region;
The ion source , wherein the pumping opening has a region with an area size larger than an area size related to the opening for extracting electrons from the first plasma . 上記プラズマ生成部は、陰極ヒータおよび陽極を有している請求項１０に記載のイオンソース。 The ion source according to claim 10 , wherein the plasma generation unit includes a cathode heater and an anode. 上記プラズマ生成部は、ＲＦアンテナを有している請求項１０に記載のイオンソース。 The ion source according to claim 10 , wherein the plasma generation unit includes an RF antenna. 上記第１プラズマ室と上記第２プラズマ室との間に相対的電圧差を生じさせ、上記第１プラズマ室から取り出された電子を上記第２プラズマ室に搬送させるバイアス電源をさらに有している請求項１０に記載のイオンソース。 A bias power source is further provided for causing a relative voltage difference between the first plasma chamber and the second plasma chamber and transporting electrons taken out of the first plasma chamber to the second plasma chamber. The ion source according to claim 10 . 上記第１ガスが、アルゴン（Ａｒ）、キセノン（Ｘｅ）、三フッ化ホウ素（BF3）、アルシン（AsH3 ）、ホスフィン（PH3 ）、三フッ化窒素（NF3）および酸素（O2 ）の少なくとも１つを含む請求項１０に記載のイオンソース。 The first gas is argon (Ar), xenon (Xe), boron trifluoride (BF 3), arsine (AsH 3), phosphine (PH 3), trifluoride nitrogen (NF 3) and oxygen (O 2 At least the ion source of claim 10 comprising one of). 上記第２ガスが、アルゴン（Ａｒ）、キセノン（Ｘｅ）、三フッ化ホウ素（BF3 ）、アルシン（AsH3）、ホスフィン（PH3 ）、三フッ化窒素（NF3 ）、酸素（O2 ）、デカボラン（B10H14）およびオクタデカボラン（B18H22 ）の少なくとも１つを含む請求項１０に記載のイオンソース。 The second gas is argon (Ar), xenon (Xe), boron trifluoride (BF 3), arsine (AsH 3), phosphine (PH 3), nitrogen trifluoride (NF 3), oxygen (O 2 ), at least the ion source of claim 10 comprising one of de Kaboran (B 10 H 14) and octadecaborane (B 18 H 22). 上記取り出し開口部に関する取り出し開口部をさらに有しており、
上記取り出し開口部は、上記イオンソースからイオンを取り出し、イオンビームを形成するように動作可能なものである請求項１０に記載のイオンソース。 And further having a take-out opening for the take-out opening,
The ion source according to claim 10 , wherein the extraction opening is operable to extract ions from the ion source to form an ion beam. 請求項１、５および６の何れか１項に記載のイオンソースと、
上記イオンソースから上記イオンビームを受け取り、所望の質量／エネルギーの範囲のイオンを含むマスアナライズされたイオンビームを提供するマスアナライザーを有しているビームラインアセンブリと、
加速、減速および収束を含む上記イオンビームの特性を変更するための解像度調整用開口部と、
上記イオンビームを用いて半加工品にイオン注入を行うように構成された末端ステーションとを有するイオン注入システム。 The ion source according to any one of claims 1, 5 and 6 ,
A beamline assembly having a mass analyzer that receives the ion beam from the ion source and provides a mass-analyzed ion beam that includes ions in a desired mass / energy range;
A resolution adjustment opening for changing the characteristics of the ion beam including acceleration, deceleration and convergence;
An ion implantation system having a terminal station configured to perform ion implantation on the workpiece using the ion beam. イオンソースが、上記第１プラズマ室と上記第２プラズマ室との間に相対的電圧差を生じさせ、上記第１プラズマ室から取り出された電子を上記第２プラズマ室に搬送させるためのバイアス電源をさらに有する、請求項１７に記載のイオン注入システム。 Bias for ion sources, the cause relative voltage difference between the first plasma chamber and the second plasma chamber, to transport the said first plasma chamber or we retrieved electronic in the second plasma chamber The ion implantation system of claim 17 , further comprising a power source. イオンソースが、陰極ヒータフィラメントおよび陽極またはＲＦアンテナを有しているプラズマ生成部をさらに含む請求項１７に記載のイオン注入システム。
Ionso scan An ion implantation system according to claim 17, further comprising a plasma generator having a cathode heater filament and the anode or the RF antenna.
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