JPH02284341A - イオン打込み装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、材料表面の改質や半導体製造プロセスで用
いられているイオン打込装置における打込み量制御のた
めのイオン打込み装置の構成に関する。

〔従来の技術〕

従来のイオン打込み装置の概要を第３図に示す。

このイオン打込み装置はイオン源１．大地電位にある真
空容器２．プロセスチャンバ３．真空排気系４および高
圧直流電源等の付帯設備で構成される。イオン源ｌでは
、プラズマ室１０１に導入された対象ガス５を低気圧放
電等の適当な手段でプラズマ化し、このプラズマの中か
らプラズマ室１０１と引出し電極１０２との間に形成さ
れる電界の作用でイオンビーム６を引き出す、引き出さ
れたイオンは電源８からプラズマ室１０１に供給される
対地電圧すなわち加速電圧ｖ１゜で表わされるエネルギ
で真空容器２内を走行し、プロセスチャンバ３内に配さ
れたターゲット７に打ち込まれる。打ち込むイオンの純
度が要求される場合には、質量分析のための電磁石をプ
ロセスチャンバ３の前段に設置する場合もある。なお、
イオンの引出し電圧は通常数１０にνが使われており、
また、打ち込みイオン量は、ここには特に図示していな
いが、ターゲット後方にターゲット側が開口した金属箱
すなわちファラデカップを配置し、ターゲットをイオン
ビームからずらせた状態でファラデカップ内にイオンビ
ームを受け、ファラデカップに接続された微小電流計ま
たは電位計により計測していた。なお、図中、符号９は
絶縁物を示す。

〔発明が解決しようとする課題〕

ターゲットへの打込み原子数はターゲット物性と密接に
関係するが、前述したように、従来は、ファラデカップ
を用いてビーム電流を計測し、この電流を打込み原子数
として取り扱っていた。しかしながら、真空容器内では
以下に述べるような荷電変換現象も発生しており、プラ
ズマ室から引き出され高エネルギＶ　ａｃに加速された
高エネルギイオンがターゲットへの走行中に浮遊中性原
子との荷電変換により浮遊中性原子に電荷を与えてみず
からは中性となった一高エネルギ中性原子もターゲット
に打ち込まれ、これはイオンとして計数されないので打
ち込み誤差になっていた。すなわち、第４図に示すよう
に、イオン源から引き出された高エネルギイオンは、■
直接ターゲットに打ち込まれるもの、■ターゲット以外
の真空容器等に打ち込まれるもの、■高エネルギイオン
中浮遊中性原子と荷電変換して高エネルギ中性原子にな
るもの、に分けられ、さらに■はターゲットに打ち込ま
れるもの■とターゲット以外に打ち込まれるもの■とに
分かれる。ターゲットに打ち込まれる原子は■と■との
和であるが、ファラデカップで検出できるのは■のみで
あり、■が打ち込み誤差になる。荷電変換で高エネルギ
イオンが高エネルギ中性原子に変換される度合は、 ｎ−ｎｏ　（１−ｅｘｐ　（−ｔｔｙｐ　ｌ”）　）　
　−・−−−−−−（１１ｎ：高エネルギ中性原子数 ｎｏ　：入射高エネルギイオン数 σ：ｉ電変換断面積 ｐ：雰囲気圧力 １：走行距離 に：定数 で表わされ、例えば＾ｒ゛を７５ｋｅＶのエネルギで走
行チャンネルに射出したとき、１−１ｍの場合、ｐ＝　
５　Ｘ　１０−’Ｔｏｒｒの時に２２％＋　　１）　−
１Ｘ　１Ｇ−’Ｔｏｒｒで３８％にもなる。

この発明の目的は、荷電変換により生じた高エネルギ中
性原子に基づく打込み原子数の計測誤差を排除して所望
の打込み原子数が精度高く得られるイオン打込み装置を
提供することである。

〔課題を解決するための手段） 上記課題を解決するために、この発明においては、低気
圧放電等の手段により対象とするガスあるいは金属蒸気
をプラズマ化するプラズマ室と、該プラズマ室との間に
電界を形成してプラズマ室からイオンを引き出す引出し
電極と、引き出されたイオンが走行する走行チャンネル
を形成する。

大地電位にある真空容器と、イオンが注入されるターゲ
ットが配されるプロセスチャンバとを備えたイオン打込
み装置を、前記真空容器内圧力を計測する圧力計測手段
と、前記プラズマ室から引き出されるイオン電流を計測
する引出しイオン電流計測手段と、該圧力計測手段と引
出しイオン電流計測手段とによりそれぞれ計測された真
空容器内圧力と引出しイオン電流とから中性原子を含む
ターゲットへの打込み原子数を計算する演算手段とを備
え、該演算手段により計算された打込み原子数が所望の
打込み原子数と一敗するように真空容器内圧力およびま
たは引出しイオン電流が制御される装置として形成する
ものとする。

〔作用〕

まず、真空容器内圧力と引出しイオン電流とからターゲ
ットへの打込み原子数を計算する１本発明で用いた方法
につき説明する。

前述の＋１１式から分かるように、ターゲット部に到達
しファラデカップで計測されるイオン電流をｌ　ｆｃと
すると、ｊ　ｎ（ｌ□）と圧力ｐとは直線関係にあるか
ら、対象ガスと同一ガスを真空容器内ヘパージして真空
容器内圧力を変化させて両者の回帰直線を求め、この直
線を延長して荷電変換断面積σと圧力ｐとが零のときの
ｓｅｃ”ｔｏを求める。

この１０は実質的に引出しイオン電流ｌ　ｍｃに等しい
、一方、別の針側手段により、ターゲットに到達する。

イオンを含む総原子数すなわち高エネルギイオンと高エ
ネルギ中性原子との総数を計測し、高エネルギ中性原子
が高エネルギイオンであったとしてターゲットに到達す
る等価電流ＪＦ−１ｃを求める。ここでターゲットに到
達した高エネルギ中性原子は、プラズマ室から引き出さ
れたイオンの走行中に荷電変換により生じた総高エネル
ギ中性原子の一部であるから、その割合をｋｔとすると
、ｉｃ　　＝　ｌｏ　ｅｘｐ（−ｋ　ｅ　ｐ　Ｊ）　　
＋ｋｘｌｏ　　（１−ｅｘｐ　　（−ｋ　ａ　ｐ　ｊり
　　）　　−−−−＝　（２＋となる。ここで五〇はす
でに前述の回帰直線により得られており、また指数関数
中の積ｋａｊも回帰直線の傾斜角として得られている。

従って、等価電流１９を求めたときの圧力ｐを（２）式
に代入することによりに、が求められる。従って以後、
（２）式を用いれば１０すなわち引出しイオン電流ｌａ
Ｃと真空容器内圧力ｐとのみにより、等価電流ｌゎすな
わちターゲットに打込まれる原子数を求めることができ
る。この原子数を所望の原子数と比較し、両者の差が零
となるように真空容器内圧力を対象ガスの流量を調整し
て変化させ、あるいは引出し電極に供給される引出し電
圧を調整して引出しイオン電流を変化させることにより
所望の打込み量を精度高く得ることができる。

〔実施例〕

第１図に本発明の一実施例によるイオン打込み装置の構
成を示す、真空容器２に圧力計測手段である真空系ｌＯ
を配置し、この真空系ｌＯにより計測された真空容器内
圧力ｐの信号１１と、プラズマ室１０１に接続された電
源８の出力電流ｔａｃの信号１２とを演算手段である演
算系１３に送る構成としている。また、ターゲット７の
後方にファラデカップ１４とカロリーメータ１５とを配
置し、ターゲット７を下方へずらせてそれぞれターゲッ
ト部に到達したイオン電流１０と入射エネルギとを計測
し、それぞれの信号１６．１７を演算系１３に送ってい
る。

本実施例の動作を第２図に示すフローチャートをもとに
説明する。イオンビームを引き出しくステップＳ１）、
安定なビームになることを確認する（ステップＳ２）、
真空容器に付設されたリークパルプ　（図示せず）を調
整して対象ガスと同一のガスをパージして真空容器内圧
力を変化させ（ステップＳ３）、ファラデカップ電流１
ｆｃ＋　カロリーメータ出力、圧力ｐ、引出しイオン電
流１　ａｃを計測する。カロリーメータ出力をもとに入
射原子数を求め、等価電流１ｃを算出する０以上の動作
をパージ量を変えて規定回数繰り返す（ステップＳ４）
。

次に、設定された検体数を全て計測したか否かにより　
（ステップＳ５）、前述の計測を再び繰り返すか、次の
ステップＳ孕に進んでＩｎ（ｌｒｃ）とｐとの回帰直線
を求める一一一一４畦、この回帰直線から１０すなわち
イオン源ｌ　（第１図）から走行チャンネルに射出され
るイオン電流と荷電変換断面積σ　（もしくはｋｅｌ）
とを求めるとともに、すでに求められたｌｃ’＋　　σ
　（もしくはにσ１）と。

ｌｃが得られたときのｐとを用い、真空容器内で生じた
総高エネルギ中性原子のうちターゲット部へ到達した高
エネルギ中性原子の割合に２を前述の式（２）により求
める　（ステップ５７）０以上により、任意の圧力ｐと
引出しイオン電流ｉ　ａｃとの条件でのターゲットへの
入射原子による等価電流ｉｃを求めることができる。

そこで、実際にターゲットにイオンを打ち込み（ステッ
プＳ８）、引出しイオン電流１　ａｃと圧力ｐとを計測
しながら等価電流ｌｃを算出し、これを時間積分してタ
ーゲットへの入射原子数Ａを求め（ステップＳ９）、設
定原子数Ａ０と比較する　（ステップ５１０）、引出し
イオン電流１　ａｃの激減等、イオン源（図ではｉ　／
　ｓと表示）１の制御が必要になった時には（ステップ
５１１）、ガスの流量を調整して真空容器内圧力ｐを変
化させ、あるいは引出し電極に供給する引出し電圧を調
整して引出しイオン電流ｉ　ａｃを変化させるなど、イ
オン源１の運転条件の制御動作を行い（ステップ５１２
）、再び打込みを行う。

以上のように計測系、演算系および制御系を構成するこ
とにより、ターゲットに精度よく所望の原子数を打込む
ことができる。

なお、各定数を求めるまでのプロセスは、これを演算系
１３に組み込まなくても、前もって各ガス種と各エネル
ギ毎に測定、算出し、データベースとして演算系に記憶
させても同一機能が得られる。

〔発明の効果〕

以上に述べたように、本発明によれば、低気圧放電等の
手段により対象とするガスあるいは金属蒸気をプラズマ
化するプラズマ室と、該プラズマ室との間に電界を形成
してプラズマ室からイオンを引き出す引出し電極と、引
き出されたイオンが走行する走行チャンネルを形成する
。大地電位にある真空容器と、イオンが注入されるター
ゲットが配されるプロセスチャンバとを備えたイオン打
込み装置を、前記真空容器内圧力を計測する圧力計測手
段と、前記プラズマ室から引き出されるイオン電流を計
測する引出しイオン電流計測手段と、該圧力計測手段と
引出しイオン電流計測手段とによりそれぞれ計測された
真空容器内圧力と引出しイオン電流とから中性原子を含
むターゲットへの打込み原子数を計算する演算手段とを
備えた装置として形成したので、外部からの計測が比較
的容易な真空容器内圧力と引出しイオン電流とにより打
込み原子数を所望値と一敗させる制御の容易なイオン打
込み装置が可能となった。さらに、打込み原子数の計算
に用いられる演算係数を、ターゲットに到達するイオン
電流と、ターゲットに到達するイオンを含む総原子数と
関連した物理量（例えばカロリーメータが受ける入射エ
ネルギ）との。

それぞれ打込み原子数と直接的に関連した計測値を用い
て求めることにより、演算の結果得られた計算値に対し
高い信鯨性が得られる効果が付加される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例によるイオン打込み装置の構
成を示す断面図、第２図は第１図のイオン打込み装置に
おける。打込み原子数制御に到るまでの計測ならびに演
算の流れを示す流れ図、第３図は従来のイオン打込み装
置の構成例を示す断面図、第４図はプラズマ室から引き
出されたイオンの真空容器内における挙動を示す説明図
である。 １：イオン源、２：真空容器、３：プロセスチャンバ、
５：ガス　（対象とするガスあるいは金属蒸気）、６：
イオンビーム、８：電源、ｌＯ：真空系（圧力計測手段
）、１３：演算系（演算手段）、１４：ファラデカップ
、１５８カロリーメータ、１８−制御系。 第１図 第 図 第 図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）低気圧放電等の手段により対象とするガスあるいは
   金属蒸気をプラズマ化するプラズマ室と、該プラズマ室
   との間に電界を形成してプラズマ室からイオンを引き出
   す引出し電極と、引き出されたイオンが走行する走行チ
   ャンネルを形成する、大地電位にある真空容器と、イオ
   ンが注入されるターゲットが配されるプロセスチャンバ
   とを備えたイオン打込み装置において、前記真空容器内
   圧力を計測する圧力計測手段と、前記プラズマ室から引
   き出されるイオン電流を計測する引出しイオン電流計測
   手段と、該圧力計測手段と引出しイオン電流計測手段と
   によりそれぞれ計測された真空容器内圧力と引出しイオ
   ン電流とから中性原子を含むターゲットへの打込み原子
   数を計算する演算手段とを備え、該演算手段により計算
   された打込み原子数が所望の打込み原子数と一致するよ
   うに真空容器内圧力およびまたは引出しイオン電流が制
   御されることを特徴とするイオン打込み装置。 ２）請求項第１項に記載のイオン打込み装置において、
   ターゲットへの打込み原子数を計算する演算手段におけ
   る該計算のための演算係数がターゲットに到達するイオ
   ン電流と、ターゲットに到達するイオンを含む総原子数
   とのそれぞれの計測値を用いて決められていることを特
   徴とするイオン打込み装置。