JPH04368764A - Ion irradiation treatment device - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To accurately and uniformly perform a high purity impurity doping or the like for a large area semiconductor film to a plurality of specimens in a short time by applying a high frequency electric field to conductive vessels, conductor plates, and first porous electrodes in an opening of a vacuum tank processing a specimen base inside, while applying a magnetic field in the axial direction of the conductive vessel, so as to generate plasmas, followed by applying a DC electric field between the first porous electrodes and second porous electrodes so as to extract and accelerate ions. CONSTITUTION:By a high frequency electric field applied between conductive vessels (6 and 6'), conductor plates (11 and 11'), and first porous electrodes (12 and 12') and a magnetic field applied by a magnetic field generating source 9, large ionization degree and uniform plasmas (15 and 15') are generated in conductive vessels (6 and 6'), and subsequently plasma ions are accelerated and radiated onto specimens (19 and 19') by applying a DC electric field between the first porous electrodes (12 and 12') and the second porous electrodes (16 and 16').

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【０００１】0001

【産業上の利用分野】本発明は、半導体工業における半
導体素子製造や表面処理等に用いる装置に関し、特に、
大面積の半導体素子や半導体薄膜等への不純物注入及び
表面処理を短時間で一様に行うイオン照射処理装置に関
する。[Industrial Field of Application] The present invention relates to an apparatus used for manufacturing semiconductor elements, surface treatment, etc. in the semiconductor industry, and in particular,
The present invention relates to an ion irradiation processing apparatus that uniformly performs impurity implantation and surface treatment on large-area semiconductor elements, semiconductor thin films, etc. in a short time.

【０００２】0002

【従来の技術】従来、大面積の半導体素子や半導体薄膜
等への不純物注入や表面処理を行う方法としては、（１
）　イオン源で発生したイオンをビーム状に絞り、この
イオンビームを加速し、質量分離及びビームの電気的な
走査を行って、機械的に走査されている大面積の基板に
対してイオンビームを照射する方法。 （２）　フィラメントから発生した熱電子と多極磁界に
よって大口径のイオンビームを発生させるバケット型イ
オン源を用いる方法（Ｊａｐａｎｅｓｅ　Ｊｏｕｒｎａ
ｌ　ｏｆ　ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ　ｖｏｌ．２
９，　ｎｏ．１２，　（１９９０）　ｐ．Ｌ２３７０　
）。 （３）　真空槽内に高周波電極を設け、一方の高周波電
極上に大面積の試料を置き、高周波電極間で生じたプラ
ズマ中のイオンを照射する方法。等があった。[Prior Art] Conventionally, methods for implanting impurities and surface treatment into large-area semiconductor elements, semiconductor thin films, etc.
) The ions generated in the ion source are focused into a beam, the ion beam is accelerated, mass separation and electrical scanning of the beam is performed, and the ion beam is directed onto a large-area substrate that is being mechanically scanned. How to irradiate. (2) A method using a bucket-type ion source that generates a large-diameter ion beam using thermionic electrons generated from a filament and a multipolar magnetic field (Japanese Journa
l of Applied Physics vol. 2
9, no. 12, (1990) p. L2370
). (3) A method in which high-frequency electrodes are provided in a vacuum chamber, a large-area sample is placed on one of the high-frequency electrodes, and ions in the plasma generated between the high-frequency electrodes are irradiated. etc.

【０００３】0003

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
イオンを照射する方法について、 （１）　の絞ったイオンビームを電気的に走査し、さら
に機械的に走査した大面積の試料に対してイオンビーム
を照射注入する方法は、装置構成が複雑であり、かつ処
理時間が長いという課題があった。 （２）　のバケット型イオン源を用いる方法は、フィラ
メントから発生する不純物による汚染が起こるという課
題や、フィラメントが活性なガスのプラズマに曝される
ため、イオン源の寿命が短いという課題があった。 （３）　の高周波放電により発生するプラズマ中に試料
を置き、プラズマ中のイオンを照射する方法は、装置構
成が簡易であり、しかも大面積の試料に対して容易にイ
オンを照射することができるが、照射するイオンのエネ
ルギー及び量が正確に制御できず不均一となったり、ま
た、イオンのエネルギーが数十ｅＶ程度であることから
、照射するイオンの量や注入深さの制御が困難であると
いう課題があった。[Problems to be Solved by the Invention] However, regarding the above-mentioned ion irradiation method, (1) electrically scanning the focused ion beam, and then mechanically scanning the ion beam onto a large area sample. The method of irradiation injection has problems in that the equipment configuration is complicated and the processing time is long. The method using a bucket-type ion source (2) has problems such as contamination due to impurities generated from the filament and a short lifespan of the ion source because the filament is exposed to active gas plasma. . (3) The method of placing a sample in plasma generated by high-frequency discharge and irradiating it with ions in the plasma has a simple device configuration and can easily irradiate a large area of the sample with ions. However, the energy and amount of ions to be irradiated cannot be controlled accurately, resulting in non-uniformity, and since the energy of ions is about several tens of eV, it is difficult to control the amount of ions to be irradiated and the implantation depth. There was an issue.

【０００４】0004

【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
め、本発明のイオン照射処理装置は、試料台を内部に備
えた真空槽と、前記真空層の開口部に高周波電界を印加
するための導体容器、導体板及び第１多孔電極と、前記
導体容器内部に磁界を印加する磁界発生源と、前記第１
多孔電極と試料の間に第２多孔電極を備え、前記第１多
孔電極と前記第２多孔電極の間に直流電界を印加してイ
オンを前記試料に照射することを特徴とする。[Means for Solving the Problems] In order to solve the above-mentioned problems, the ion irradiation processing apparatus of the present invention includes a vacuum chamber having a sample stage therein, and a vacuum chamber for applying a high-frequency electric field to the opening of the vacuum layer. a conductor container, a conductor plate, and a first porous electrode; a magnetic field generation source that applies a magnetic field inside the conductor container;
A second porous electrode is provided between the porous electrode and the sample, and a DC electric field is applied between the first porous electrode and the second porous electrode to irradiate the sample with ions.

【０００５】前記構成において、磁界発生源により導体
容器内部に印加する磁界の強さが、高周波電界の周波数
における電子サイクロトロン共鳴条件の磁界の強さより
大きいことが好ましい。また、前記構成において、第１
多孔電極と第２多孔電極の間に印加する直流電圧が１ｋ
Ｖ以上であることが好ましい。In the above structure, it is preferable that the strength of the magnetic field applied to the inside of the conductor container by the magnetic field generation source is greater than the strength of the magnetic field under electron cyclotron resonance conditions at the frequency of the high-frequency electric field. Further, in the above configuration, the first
The DC voltage applied between the porous electrode and the second porous electrode is 1k.
It is preferable that it is V or more.

【０００６】また、前記構成において、導体容器、導体
板又は第１多孔電極の内面に、絶縁体を設けることが好
ましい。また、前記構成において、高周波電界を印加す
る高周波回路の接地側と、直流電界を印加する直流回路
の正電位側とを、コイルを介して接続することが好まし
い。Further, in the above structure, it is preferable that an insulator is provided on the inner surface of the conductor container, the conductor plate, or the first porous electrode. Further, in the above configuration, it is preferable that the ground side of the high frequency circuit that applies a high frequency electric field and the positive potential side of the DC circuit that applies a direct current electric field are connected via a coil.

【０００７】[0007]

【作用】前記構成によれば、試料台を内部に備えた真空
槽の開口部に、導体容器、導体板及び第１多孔電極を設
けて、導体容器と導体板及び第１多孔電極の間に高周波
電圧をかけて、導体容器の内部に高周波電界を印加する
と共に、導体容器の外側にトロイダルコイル等の磁界発
生源を配置して、導体容器内部に磁界を印加することに
より、大口径の真空容器（プラズマ発生室）内に、空間
分布が均一で電離度の大きいプラズマを発生させること
が可能となる。従って、放電のためのフィラメントが不
要であるため、装置の寿命が長く、かつ汚染が発生しな
い。[Operation] According to the above structure, the conductor container, the conductor plate, and the first porous electrode are provided in the opening of the vacuum chamber having the sample stage inside, and the conductor container, the conductor plate, and the first porous electrode are provided between the conductor container, the conductor plate, and the first porous electrode. By applying a high-frequency voltage and applying a high-frequency electric field inside the conductor container, and placing a magnetic field generation source such as a toroidal coil outside the conductor container to apply a magnetic field inside the conductor container, a large-diameter vacuum can be created. It becomes possible to generate plasma with a uniform spatial distribution and a high degree of ionization in the container (plasma generation chamber). Therefore, since a filament for discharge is not required, the life of the device is long and no contamination occurs.

【０００８】また、第１多孔電極と試料の間に第２多孔
電極を備え、第１多孔電極と第２多孔電極の間に直流電
界を印加することにより、導体容器内で発生したプラズ
マ中のイオンが、直流電界の強さに応じた速度で、各多
孔電極の孔から飛び出して試料に到達し、大面積の試料
に対して、大口径で且つ大電流のイオン流を照射するこ
とが可能となる。また、第１多孔電極と第２多孔電極の
間に印加する直流電界の強さを調整することにより、イ
オン流の量又は速度を制御することができ、照射するイ
オンの量や注入深さを容易に且つ精度良く制御すること
ができる。特に、第１多孔電極と第２多孔電極の間に印
加する直流電圧が１ｋＶ以上であることにより、イオン
加速が効率良く行われ、イオン照射処理を迅速に行うこ
とができる。また、真空槽の開口部に、対向する第１多
孔電極を設け、それぞれの多孔電極について第２多孔電
極及び試料台を備えることにより、同時に２つの方向に
イオン流を発生させて、イオン照射等を行うことができ
る。Furthermore, by providing a second porous electrode between the first porous electrode and the sample and applying a DC electric field between the first porous electrode and the second porous electrode, the plasma generated in the conductor container can be removed. Ions fly out of the holes in each porous electrode and reach the sample at a speed that corresponds to the strength of the DC electric field, making it possible to irradiate a large-area sample with a large-diameter, high-current ion stream. becomes. In addition, by adjusting the strength of the DC electric field applied between the first porous electrode and the second porous electrode, the amount or speed of the ion flow can be controlled, and the amount of ions to be irradiated and the implantation depth can be controlled. It can be controlled easily and accurately. In particular, when the DC voltage applied between the first porous electrode and the second porous electrode is 1 kV or more, ion acceleration can be performed efficiently and ion irradiation processing can be performed quickly. In addition, by providing first porous electrodes facing each other at the opening of the vacuum chamber, and providing a second porous electrode and a sample stage for each porous electrode, ion currents can be generated in two directions at the same time, allowing ion irradiation, etc. It can be performed.

【０００９】また、磁界発生源により導体容器内部に印
加する磁界の強さを、高周波電界の周波数における電子
サイクロトロン共鳴条件の磁界の強さより大きく設定す
ることにより、電離度が大きく且つ均一なプラズマを発
生させることができる。Furthermore, by setting the strength of the magnetic field applied to the inside of the conductor container by the magnetic field generation source to be greater than the strength of the magnetic field under the electron cyclotron resonance condition at the frequency of the high-frequency electric field, a uniform plasma with a high degree of ionization can be generated. can be generated.

【００１０】また、導体容器、導体板又は第１多孔電極
の内面に絶縁体を設けることにより、高周波電界を印加
する際の絶縁不良を防止することができ、高周波電界の
強さを上げることができる。[0010] Furthermore, by providing an insulator on the inner surface of the conductor container, the conductor plate, or the first porous electrode, it is possible to prevent insulation failure when applying a high-frequency electric field, and to increase the strength of the high-frequency electric field. can.

【００１１】また、高周波電界を印加する高周波回路の
接地側と、直流電界を印加する直流回路の正電位側とを
接続することにより、第１多孔電極を共用することがで
きると共に、その接続にコイルを介することにより、高
周波成分が高周波回路から直流回路へ逆流するのを防止
し、安定した直流電界を印加することができる。[0011] Furthermore, by connecting the ground side of the high-frequency circuit that applies a high-frequency electric field to the positive potential side of the DC circuit that applies a DC electric field, the first porous electrode can be shared. By using the coil, it is possible to prevent high frequency components from flowing back from the high frequency circuit to the DC circuit, and to apply a stable DC electric field.

【００１２】0012

【実施例】以下、図面に基づいて、本発明のイオン照射
処理装置を説明する。 （実施例１）図１は、本発明に係るイオン照射処理装置
の１実施例の断面構成図である。真空槽１には、ガス導
入管２及びガス排出管３が接続されている。真空槽１に
は開口部４、４´が対向して形成され、セラミックス、
ガラス、エポキシ樹脂等の絶縁体で作られた絶縁フラン
ジ５、５´及びＡｌ、ステンレス等で作られた導体容器
６、６´をそれぞれ開口部４、４´に形設する。導体容
器６、６´は、周波数１３．５６ＭＨｚの高周波電源７
、７´にマッチングボックス８、８´を介してそれぞれ
接続されている。なお、導体容器６、６´は中空形状で
あって、その断面形状は円形、楕円形又は矩形の何れで
もよい。導体容器６、６´の内部に軸方向（図１の水平
方向に相当する。）の磁界を印加するために、トロイダ
ルコイル等の磁界発生源９、９´をそれぞれ設ける。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The ion irradiation processing apparatus of the present invention will be described below with reference to the drawings. (Embodiment 1) FIG. 1 is a cross-sectional configuration diagram of an embodiment of an ion irradiation processing apparatus according to the present invention. A gas introduction pipe 2 and a gas discharge pipe 3 are connected to the vacuum chamber 1 . Openings 4 and 4' are formed in the vacuum chamber 1 to face each other, and ceramics,
Insulating flanges 5, 5' made of an insulator such as glass or epoxy resin and conductor containers 6, 6' made of Al, stainless steel, etc. are formed in the openings 4, 4', respectively. The conductor containers 6, 6' are connected to a high frequency power source 7 with a frequency of 13.56 MHz.
, 7' via matching boxes 8, 8', respectively. Note that the conductor containers 6, 6' have a hollow shape, and the cross-sectional shape may be circular, elliptical, or rectangular. In order to apply a magnetic field in the axial direction (corresponding to the horizontal direction in FIG. 1) inside the conductor containers 6, 6', magnetic field generating sources 9, 9' such as toroidal coils are provided, respectively.

【００１３】導体容器６、６´において、開口部４、４
´の反対側に、セラミックス、ガラス、エポキシ樹脂等
の絶縁フランジ１０、１０´を設け、そして導体板１１
、１１´を設ける。更に、開口部４、４´には、Ａｌ、
ステンレス等からなる第１多孔電極１２、１２´をそれ
ぞれ設ける。なお、導体容器６、６´の側面の一部に、
各多孔電極と外部回路を接続するため、絶縁された貫通
型のハーメチック電極等を設けることも好ましい構成で
ある。In the conductor containers 6, 6', the openings 4, 4
Insulating flanges 10, 10' made of ceramics, glass, epoxy resin, etc. are provided on the opposite side of the conductor plate 11.
, 11' are provided. Furthermore, the openings 4 and 4' are filled with Al,
First porous electrodes 12 and 12' made of stainless steel or the like are provided, respectively. In addition, on a part of the side surface of the conductor containers 6, 6',
In order to connect each porous electrode to an external circuit, it is also a preferable configuration to provide an insulated through-type hermetic electrode or the like.

【００１４】導体容器６、６´と導体板１１、１１´及
び第１多孔電極１２、１２´の間には、高周波電圧が印
加される。なお、本実施例においては、高周波電源７、
７´及びマッチングボックス８、８´からなる高周波回
路の接地側を導体板１１、１１´及び第１多孔電極１２
、１２´に接続し、高周波回路のホット側を導体容器６
、６´に接続している。また、高周波回路の接地側は、
コイル１３を介して直流電源１４の正電位側と接続され
ている。コイル１３は、高周波成分が直流電源１４に流
入することを防ぐと共に、安定した直流電圧を供給する
ために設けている。A high frequency voltage is applied between the conductor containers 6, 6', the conductor plates 11, 11', and the first porous electrodes 12, 12'. Note that in this embodiment, the high frequency power source 7,
7' and matching boxes 8, 8', the ground side of the high frequency circuit is connected to the conductor plates 11, 11' and the first porous electrode 12.
, 12', and connect the hot side of the high frequency circuit to the conductor container 6.
, 6'. Also, the ground side of the high frequency circuit is
It is connected to the positive potential side of a DC power supply 14 via a coil 13 . The coil 13 is provided to prevent high frequency components from flowing into the DC power supply 14 and to supply a stable DC voltage.

【００１５】Ａｌ、ステンレス等からなる第２多孔電極
１６、１６´は、真空槽の外壁２７に接続されており、
その電位は直流電源１４の接地側と同じである。従って
、導体容器６、６´と真空槽の外壁２７の間には、高周
波電圧と直流電圧の和の電位差が生ずるため、両者を電
気的に絶縁するため、絶縁フランジ５、５´が設けられ
る。The second porous electrodes 16, 16' made of Al, stainless steel, etc. are connected to the outer wall 27 of the vacuum chamber.
Its potential is the same as that of the ground side of the DC power supply 14. Therefore, since a potential difference equal to the sum of the high frequency voltage and the DC voltage is generated between the conductor containers 6, 6' and the outer wall 27 of the vacuum chamber, insulating flanges 5, 5' are provided to electrically insulate the two. .

【００１６】次に、イオンの発生とその流れについて説
明する。プラズマを構成するイオンを供給する原料ガス
は、ガスボンベ２３、２４から流量制御装置２５、２６
を通じて、ガス導入管２によって真空槽１へ導入される
。また、真空槽１、絶縁フランジ５、５´、導体容器６
、６´、絶縁フランジ１０、１０´及び導体板１１、１
１´によって真空容器（プラズマ発生部）を形成し、イ
オン源の内部が１０Ｐａ〜１０−２Ｐａの圧力となるよ
うに、流量制御装置２５、２６でガス流量を制御しなが
ら、ガス排出管３によりガス排気量を調整しながら真空
排気を行なう。Next, the generation and flow of ions will be explained. The raw material gas that supplies ions constituting the plasma is supplied from gas cylinders 23 and 24 to flow rate controllers 25 and 26.
The gas is introduced into the vacuum chamber 1 through the gas introduction pipe 2. Also, a vacuum chamber 1, insulating flanges 5, 5', a conductor container 6
, 6', insulating flanges 10, 10' and conductor plates 11, 1
1' forms a vacuum container (plasma generation part), and the gas discharge pipe 3 controls the gas flow rate with the flow rate controllers 25 and 26 so that the inside of the ion source has a pressure of 10 Pa to 10-2 Pa. Perform vacuum evacuation while adjusting the gas exhaust amount.

【００１７】イオン源の内部が１０Ｐａ〜１０−２Ｐａ
の圧力となる条件下で、導体容器６、６´と、導体板１
１、１１´及び第１多孔電極１２、１２´との間に印加
される高周波電界、及び磁界発生源９、９´により印加
される磁界により、真空容器１の内に電離度の大きく且
つ均一なプラズマ１５、１５´が生成される。このとき
、導体容器内の磁界強度が、１３．５６ＭＨｚにおける
電子サイクロトロン共鳴条件の磁界強度（４．８Ｇａｕ
ｓｓ）より大きい１０〜５０Ｇａｕｓｓ程度であるとき
、引き出されるイオン流の電流が大きく且つ一様になり
、特に３０Ｇａｕｓｓ前後が好ましい。なお、電子サイ
クロトロン共鳴条件の磁界強度Ｂは、Ｂ＝（２×π×ｆ
×ｍ）／ｑの式で求められる。但し、πは円周率、ｆは
印加する高周波電界の周波数、ｍは電子の質量、ｑは電
子の素電荷である。The internal pressure of the ion source is 10 Pa to 10-2 Pa.
The conductor containers 6, 6' and the conductor plate 1 are
1 and 11' and the first porous electrodes 12 and 12', and the magnetic field applied by the magnetic field generation sources 9 and 9', a high and uniform degree of ionization is generated within the vacuum vessel 1. plasma 15, 15' is generated. At this time, the magnetic field strength inside the conductor container is equal to the magnetic field strength of the electron cyclotron resonance condition at 13.56 MHz (4.8 Gau
When the current is about 10 to 50 Gauss, which is larger than ss), the current of the drawn ion flow becomes large and uniform, and it is particularly preferable to be about 30 Gauss. The magnetic field strength B under electron cyclotron resonance conditions is B=(2×π×f
×m)/q. However, π is pi, f is the frequency of the applied high-frequency electric field, m is the mass of the electron, and q is the elementary charge of the electron.

【００１８】第１多孔電極１２、１２´と第２多孔電極
１６、１６´との間には、直流電界が印加されており、
生成されたプラズマ１５、１５´の中のイオンが、第１
多孔電極１２、１２´の孔から飛び出すと、接地電位の
第２多孔電極１６、１６´に向かって加速され、第２多
孔電極１６、１６´の孔を通過したイオン流１７、１７
´は、加速された速度を維持しながら慣性で、真空槽１
を通って、試料台１８上の試料１９、１９´に照射され
、ドーピング等の処理を行う。A DC electric field is applied between the first porous electrodes 12, 12' and the second porous electrodes 16, 16',
The ions in the generated plasma 15, 15'
When the ion streams 17, 17 jump out of the holes in the porous electrodes 12, 12', they are accelerated toward the second porous electrodes 16, 16' at ground potential, and pass through the holes in the second porous electrodes 16, 16'.
´ is the inertia while maintaining the accelerated velocity and the vacuum chamber 1
Through the beam, the samples 19 and 19' on the sample stage 18 are irradiated, and treatments such as doping are performed.

【００１９】なお、導体容器６、６´及び導体板１１、
１１´のプラズマに曝される側には、石英、セラミック
ス、ガラス等からなる絶縁体２０、２０´及び絶縁体２
１、２１´がそれぞれ設けられている。また、第１多孔
電極１２、１２´の内面に絶縁体を設けることも好まし
い。Note that the conductor containers 6, 6' and the conductor plate 11,
Insulators 20 and 20' made of quartz, ceramics, glass, etc. and insulator 2 are placed on the side of 11' exposed to plasma.
1 and 21' are provided, respectively. It is also preferable to provide an insulator on the inner surface of the first porous electrodes 12, 12'.

【００２０】次に、電界印加のための電気的接続につい
て説明する。ここで、高周波電源７、７´の接地側の電
位を直流電源１４の接地電位と同じにする接続を行った
場合、図３に示すようなマッチングボックス８、８´内
のＬＣ回路、特にコンデンサーと、絶縁体２０、２０´
との合成による絶縁耐圧により、接地電位に対して印加
できる電圧の上限が決定され、１０ｋＶ程度までの加速
電圧を印加することができる。Next, electrical connections for applying an electric field will be explained. Here, if the connection is made so that the potential on the ground side of the high frequency power supplies 7, 7' is the same as the ground potential of the DC power supply 14, the LC circuit in the matching boxes 8, 8', especially the capacitor, as shown in FIG. and insulators 20, 20'
The upper limit of the voltage that can be applied with respect to the ground potential is determined by the dielectric strength obtained by combining the voltage and the voltage, and an accelerating voltage of up to about 10 kV can be applied.

【００２１】この接続に対して、高周波電源７、７´の
接地側の電位を、第１多孔電極１２、１２´と直流的に
接続して、且つ高周波電源７、７´の接地側の電位と直
流電源１４の正電位側の電位と同じにする接続を行った
場合は、マッチングボックス８、８´及び高周波電源７
、７´の電位を、全て接地電位に対して高電位とするこ
とにより、マッチングボックス８、８´の中のコンデン
サーの耐圧に関係なく、１００ｋＶ程度まで印加するこ
とができて加速電圧を向上させることができる。この場
合、マッチングボックス８、８´及び高周波電源７、７
´の電位は、真空槽の外壁２７や本処理装置のフレーム
等の全ての接地電位に対して高電圧になっているため、
高電圧容器内に絶縁して隔離するとともに、マッチング
ボックス８、８´や高周波電源７、７´の制御は光ファ
イバー等を用いて遠隔操作を行ったり、高周波電源７、
７´への電源電力の供給を絶縁トランスを介して行う等
の高電圧対策を付加する。For this connection, the potential on the ground side of the high frequency power sources 7, 7' is connected to the first porous electrodes 12, 12' in a DC manner, and the potential on the ground side of the high frequency power sources 7, 7' If the connection is made to have the same potential as the positive potential side of the DC power supply 14, the matching boxes 8, 8' and the high frequency power supply 7
, 7' are all at a higher potential than the ground potential, it is possible to apply up to about 100 kV regardless of the withstand voltage of the capacitors in the matching boxes 8 and 8', improving the acceleration voltage. be able to. In this case, matching boxes 8, 8' and high frequency power supplies 7, 7
The potential of ' is a high voltage with respect to all the ground potentials such as the outer wall 27 of the vacuum chamber and the frame of this processing equipment, so
In addition to insulating and isolating the matching boxes 8, 8' and high-frequency power sources 7, 7' in a high-voltage container, the matching boxes 8, 8' and high-frequency power sources 7, 7' can be controlled remotely using optical fibers, etc.
Countermeasures against high voltage are added, such as supplying power to 7' via an isolation transformer.

【００２２】更に、高周波電力の供給部（マッチングボ
ックス８、８´の出力）と直流電源１４の正電位側の出
力部とを、コイル２２、２２´で接続することにより、
導体板１１、１１´及び第１多孔電極１２、１２´と、
導体容器６、６´を直流的に同電位として、真空容器内
の直流的な電位分布のバランスをとることで、大口径の
均一なイオン流を安定して発生させることができる。 （実施例２）図２は、本発明に係るイオン照射処理装置
の他の実施例の断面構成図である。Furthermore, by connecting the high frequency power supply section (output of matching boxes 8, 8') and the positive potential side output section of DC power supply 14 through coils 22, 22',
Conductor plates 11, 11' and first porous electrodes 12, 12',
By setting the conductor containers 6 and 6' at the same DC potential and balancing the DC potential distribution within the vacuum container, a uniform ion flow with a large diameter can be stably generated. (Embodiment 2) FIG. 2 is a cross-sectional configuration diagram of another embodiment of the ion irradiation processing apparatus according to the present invention.

【００２３】本実施例のイオン照射処理装置は、実施例
１に示すイオン照射処理装置と比べて、真空槽１、絶縁
フランジ５、５´、導体容器６、６´、絶縁フランジ１
０、１０´、導体板１１、１１´、第１多孔電極１２、
１２´、第２多孔電極１６、１６´、磁界発生源９、９
´、試料台１８等の機械的構成が類似しており、電界印
加のための電気的接続が相違する。Compared to the ion irradiation treatment apparatus shown in Example 1, the ion irradiation treatment apparatus of this embodiment has a vacuum chamber 1, insulating flanges 5, 5', conductor containers 6, 6', and insulating flange 1.
0, 10', conductor plates 11, 11', first porous electrode 12,
12', second porous electrodes 16, 16', magnetic field generation sources 9, 9
', the mechanical configurations of the sample stage 18 and the like are similar, but the electrical connections for applying an electric field are different.

【００２４】導体容器６、６´において、開口部４、４
´の反対側に、セラミックス、ガラス、エポキシ樹脂等
の絶縁フランジ１０、１０´を設け、そして導体板１１
、１１´を設ける。更に、開口部４、４´には、Ａｌ、
ステンレス等からなる第１多孔電極１２、１２´をそれ
ぞれ設ける。導体板１１、１１´と導体容器６、６´及
び第１多孔電極１２、１２´の間には、高周波電圧が印
加される。なお、本実施例においては、高周波電源７、
７´及びマッチングボックス８、８´からなる高周波回
路のホット側を導体板１１、１１´に接続し、高周波回
路の接地側を導体容器６、６´及び第１多孔電極１２、
１２´に接続している。また、高周波回路の接地側は、
コイル１３を介して直流電源１４の正電位側と接続され
ている。コイル１３は、高周波成分が直流電源１４に流
入することを防ぐと共に、安定した直流電圧を供給する
ために設けている。In the conductor containers 6, 6', the openings 4, 4
Insulating flanges 10, 10' made of ceramics, glass, epoxy resin, etc. are provided on the opposite side of the conductor plate 11.
, 11' are provided. Furthermore, the openings 4 and 4' are filled with Al,
First porous electrodes 12 and 12' made of stainless steel or the like are provided, respectively. A high frequency voltage is applied between the conductor plates 11, 11', the conductor containers 6, 6', and the first porous electrodes 12, 12'. Note that in this embodiment, the high frequency power source 7,
7' and matching boxes 8, 8', the hot side of the high frequency circuit is connected to the conductor plates 11, 11', and the ground side of the high frequency circuit is connected to the conductor containers 6, 6' and the first porous electrode 12,
12'. Also, the ground side of the high frequency circuit is
It is connected to the positive potential side of a DC power supply 14 via a coil 13 . The coil 13 is provided to prevent high frequency components from flowing into the DC power supply 14 and to supply a stable DC voltage.

【００２５】導体板１１、１１´は、周波数１３．５６
ＭＨｚの高周波電源７、７´に、マッチングボックス８
、８´を介してそれぞれ接続されている。導体容器６、
６´の内部（プラズマ発生部）に軸方向（図２の水平方
向に相当する。）の磁界を印加するために、磁界発生源
９、９´をそれぞれ設ける。[0025] The conductor plates 11 and 11' have a frequency of 13.56
Matching box 8 to MHz high frequency power supply 7, 7'
, 8'. conductor container 6,
In order to apply a magnetic field in the axial direction (corresponding to the horizontal direction in FIG. 2) to the inside of the plasma generator 6' (plasma generation section), magnetic field generation sources 9 and 9' are provided, respectively.

【００２６】また、真空槽１、絶縁フランジ５、５´、
導体容器６、６´、絶縁フランジ１０、１０´及び導体
板１１、１１´によって真空容器（プラズマ発生部）を
形成し、イオン源の内部が１０Ｐａ〜１０−２Ｐａの圧
力となるように、ガス流量及びガス排気量を調整する。[0026] Also, the vacuum chamber 1, the insulating flanges 5, 5',
A vacuum container (plasma generation part) is formed by the conductor containers 6, 6', insulating flanges 10, 10', and conductor plates 11, 11', and the gas is Adjust the flow rate and gas exhaust amount.

【００２７】次に、イオンの発生とその流れについて説
明する。イオン源の内部が１０Ｐａ〜１０−２Ｐａの圧
力となる条件下で、導体容器６、６´と、導体板１１、
１１´及び第１多孔電極１２、１２´との間に印加され
る高周波電界、及び磁界発生源９、９´により印加され
る磁界により、真空容器１の内に電離度の大きく且つ均
一なプラズマ１５、１５´が生成される。このとき、導
体容器内の磁界強度が、１３．５６ＭＨｚにおける電子
サイクロトロン共鳴条件の磁界強度（４．８Ｇａｕｓｓ
）より大きい１０〜５０Ｇａｕｓｓ程度であるとき、引
き出されるイオン流の電流が大きく且つ一様になり、特
に３０Ｇａｕｓｓ前後が好ましい。Next, the generation and flow of ions will be explained. Under the condition that the inside of the ion source has a pressure of 10 Pa to 10-2 Pa, the conductor containers 6, 6', the conductor plate 11,
11' and the first porous electrodes 12, 12', and the magnetic field applied by the magnetic field generation sources 9, 9', a highly ionized and uniform plasma is created in the vacuum vessel 1. 15, 15' are generated. At this time, the magnetic field strength inside the conductor container is equal to the magnetic field strength of the electron cyclotron resonance condition at 13.56 MHz (4.8 Gauss
), when the current is about 10 to 50 Gauss, the current of the drawn ion flow becomes large and uniform, and it is particularly preferable to be about 30 Gauss.

【００２８】第１多孔電極１２、１２´と第２多孔電極
１６、１６´との間には、直流電界が印加されており、
生成されたプラズマ１５、１５´の中のイオンが、第１
多孔電極１２、１２´の孔から飛び出すと、接地電位の
第２多孔電極１６、１６´に向かって加速され、第２多
孔電極１６、１６´の孔を通過したイオン流１７、１７
´は、加速された速度を維持しながら慣性で、真空槽１
を通って、試料台１８上の試料１９、１９´に照射され
、ドーピング等の処理を行う。なお、導体板１１、１１
´のプラズマに曝される側には、石英、セラミックス、
ガラス等からなる絶縁体２１、２１´が設けられている
。A DC electric field is applied between the first porous electrodes 12, 12' and the second porous electrodes 16, 16'.
The ions in the generated plasma 15, 15'
When the ion streams 17, 17 jump out of the holes in the porous electrodes 12, 12', they are accelerated toward the second porous electrodes 16, 16' at ground potential, and pass through the holes in the second porous electrodes 16, 16'.
´ is the inertia while maintaining the accelerated velocity and the vacuum chamber 1
Through the beam, the samples 19 and 19' on the sample stage 18 are irradiated, and treatments such as doping are performed. In addition, the conductor plates 11, 11
On the side exposed to plasma, quartz, ceramics,
Insulators 21 and 21' made of glass or the like are provided.

【００２９】次に、電界印加のための電気的接続につい
て説明する。ここで、高周波電源７、７´の接地側の電
位を直流電源１４の接地電位と同じにする接続を行った
場合、図３に示すようなマッチングボックス８、８´内
のＬＣ回路、特にコンデンサーと、絶縁体２０、２０´
との合成による絶縁耐圧により、接地電位に対して印加
できる電圧の上限が決定され、１０ｋＶ程度までの加速
電圧を印加することができる。Next, electrical connections for applying an electric field will be explained. Here, if the connection is made so that the potential on the ground side of the high frequency power supplies 7, 7' is the same as the ground potential of the DC power supply 14, the LC circuit in the matching boxes 8, 8', especially the capacitor, as shown in FIG. and insulators 20, 20'
The upper limit of the voltage that can be applied with respect to the ground potential is determined by the dielectric strength obtained by combining the voltage and the voltage, and an accelerating voltage of up to about 10 kV can be applied.

【００３０】この接続に対して、高周波電源７、７´の
接地側の電位を、第１多孔電極１２、１２´と直流的に
接続して、且つ高周波電源７、７´の接地側の電位と直
流電源１４の正電位側の電位と同じにする接続を行った
場合は、マッチングボックス８、８´及び高周波電源７
、７´の電位を、全て接地電位に対して高電位とするこ
とにより、マッチングボックス８、８´の中のコンデン
サーの耐圧に関係なく、１００ｋＶ程度まで印加するこ
とができて加速電圧を向上させることができる。この場
合、マッチングボックス８、８´及び高周波電源７、７
´の電位は、真空槽の外壁２７や本処理装置のフレーム
等の全ての接地電位に対して高電圧になっているため、
高電圧容器内に絶縁して隔離するとともに、マッチング
ボックス８、８´や高周波電源７、７´の制御は光ファ
イバー等を用いて遠隔操作を行ったり、高周波電源７、
７´への電源電力の供給を絶縁トランスを介して行う等
の高電圧対策を付加する。For this connection, the potential on the ground side of the high frequency power sources 7, 7' is connected to the first porous electrodes 12, 12' in a DC manner, and the potential on the ground side of the high frequency power sources 7, 7' If the connection is made to have the same potential as the positive potential side of the DC power supply 14, the matching boxes 8, 8' and the high frequency power supply 7
, 7' are all at a higher potential than the ground potential, it is possible to apply up to about 100 kV regardless of the withstand voltage of the capacitors in the matching boxes 8 and 8', improving the acceleration voltage. be able to. In this case, matching boxes 8, 8' and high frequency power supplies 7, 7
The potential of ' is a high voltage with respect to all the ground potentials such as the outer wall 27 of the vacuum chamber and the frame of this processing equipment, so
In addition to insulating and isolating the matching boxes 8, 8' and high-frequency power sources 7, 7' in a high-voltage container, the matching boxes 8, 8' and high-frequency power sources 7, 7' can be controlled remotely using optical fibers, etc.
Countermeasures against high voltage are added, such as supplying power to 7' via an isolation transformer.

【００３１】更に、高周波電力の供給部（マッチングボ
ックス８、８´の出力）と直流電源１４の正電位側の出
力部とを、コイル２２、２２´で接続することにより、
導体板１１、１１´及び第１多孔電極１２、１２´と、
導体容器６、６´を直流的に同電位として、真空容器内
の直流的な電位分布のバランスをとることで、大口径の
均一なイオン流を安定して発生させることができる。Furthermore, by connecting the high frequency power supply section (outputs of matching boxes 8, 8') and the positive potential side output section of DC power supply 14 through coils 22, 22',
Conductor plates 11, 11' and first porous electrodes 12, 12',
By setting the conductor containers 6 and 6' at the same DC potential and balancing the DC potential distribution within the vacuum container, a uniform ion flow with a large diameter can be stably generated.

【００３２】[0032]

【発明の効果】以上詳説したように、本発明のイオン照
射処理装置は、大口径の容器内に、空間分布が均一で電
離度の大きいプラズマを発生させることができるため、
放電のためのフィラメントが不要となり、装置の寿命が
長くなる。また、イオン照射処理の際の不純物の発生量
が少なく、試料への汚染が減少する。[Effects of the Invention] As explained in detail above, the ion irradiation treatment apparatus of the present invention can generate plasma with a uniform spatial distribution and a high degree of ionization in a large-diameter container.
A filament for discharge is no longer required, extending the life of the device. Furthermore, the amount of impurities generated during ion irradiation treatment is small, reducing contamination of the sample.

【００３３】また、真空槽の開口部を２か所設けている
ため、プラズマ発生部及び試料台を２つ設置することが
できるため、同時に２つの方向にイオン流が発生して、
簡素な装置構成で、同時に２つのロットに対してイオン
照射を行うことができ、処理時間の短縮化を図ることが
できる。Furthermore, since the vacuum chamber has two openings, it is possible to install two plasma generators and two sample stands, so ion currents are generated in two directions at the same time.
With a simple device configuration, ion irradiation can be performed on two lots at the same time, and processing time can be shortened.

【００３４】また、高周波電源の接地側の電位を直流高
圧電源で与えられる電位にすることにより、イオン加速
電圧を百ｋＶ程度まで印加することが可能となり、特に
、イメージスキャナーや、アクティブマトリックス方式
の液晶ディスプレイパネルにおける薄膜トランジスター
アレイ等の、大面積化の必要な半導体素子の製造工程に
おいて、高純度の不純物ドーピング又は表面処理を、複
数の試料に対して高精度かつ一様に短時間で行うことが
できる。Furthermore, by setting the potential on the ground side of the high-frequency power supply to the potential given by a DC high-voltage power supply, it becomes possible to apply an ion accelerating voltage of up to about 100 kV, which is particularly useful for image scanners and active matrix type devices. In the manufacturing process of semiconductor elements that require a large area, such as thin film transistor arrays in liquid crystal display panels, high-purity impurity doping or surface treatment can be performed uniformly and with high precision on multiple samples in a short time. Can be done.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

【図１】本発明に係るイオン照射処理装置の１実施例の
断面構成図である。FIG. 1 is a cross-sectional configuration diagram of one embodiment of an ion irradiation processing apparatus according to the present invention.

【図２】本発明に係るイオン照射処理装置の他の実施例
の断面構成図である。FIG. 2 is a cross-sectional configuration diagram of another embodiment of the ion irradiation processing apparatus according to the present invention.

【図３】マッチングボックスの等価回路の一例である。FIG. 3 is an example of an equivalent circuit of a matching box.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１　　真空槽 ２　　ガス導入管 ３　　ガス排出管 ４、４´　　開口部 ５、５´　　絶縁フランジ ６、６´　　導体容器 ７、７´　　高周波電源 ８、８´　　マッチングボックス ９、９´　　磁界発生源 １０、１０´　　絶縁フランジ １１、１１´　　導体板 １２、１２´　　第１多孔電極 １３　　コイル １４　　直流電源 １５、１５´　　プラズマ １６、１６´　　第２多孔電極 １７、１７´　　イオン流 １８　　試料台 １９、１９´　　試料 ２０、２０´、２１、２１´　　絶縁体２２、２２´　
　コイル ２３、２４　　ガスボンベ ２５、２６　　流量制御装置 ２７　　真空槽の外壁 ４１　　金属容器 ４２　　入力端子 ４３　　出力端子1 Vacuum chamber 2 Gas introduction pipe 3 Gas discharge pipe 4, 4' Opening 5, 5' Insulating flange 6, 6' Conductor container 7, 7' High frequency power supply 8, 8' Matching box 9, 9' Magnetic field generation source 10, 10' Insulating flanges 11, 11' Conductor plates 12, 12' First porous electrode 13 Coil 14 DC power supply 15, 15' Plasma 16, 16' Second porous electrode 17, 17' Ion flow 18 Sample stage 19, 19' Sample 20, 20', 21, 21' Insulator 22, 22'
Coils 23, 24 Gas cylinders 25, 26 Flow rate control device 27 Vacuum chamber outer wall 41 Metal container 42 Input terminal 43 Output terminal

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】　　試料台を内部に備えた真空槽と、前記
真空層の開口部に高周波電界を印加するための導体容器
、導体板及び第１多孔電極と、前記導体容器内部に磁界
を印加する磁界発生源と、前記第１多孔電極と試料の間
に第２多孔電極を備え、前記第１多孔電極と前記第２多
孔電極の間に直流電界を印加してイオンを前記試料に照
射するイオン照射処理装置。1. A vacuum chamber including a sample stage therein, a conductor container, a conductor plate, and a first porous electrode for applying a high-frequency electric field to the opening of the vacuum layer, and a magnetic field applied to the inside of the conductor container. a magnetic field generation source, and a second porous electrode between the first porous electrode and the sample, and applying a DC electric field between the first porous electrode and the second porous electrode to irradiate the sample with ions. Ion irradiation treatment equipment. 【請求項２】　　磁界発生源により導体容器内部に印加
する磁界の強さが、高周波電界の周波数における電子サ
イクロトロン共鳴条件の磁界の強さより大きい請求項１
に記載のイオン照射処理装置。Claim 2: The strength of the magnetic field applied to the inside of the conductive container by the magnetic field generation source is greater than the strength of the magnetic field under electron cyclotron resonance conditions at the frequency of the high-frequency electric field.
The ion irradiation treatment device described in . 【請求項３】　　第１多孔電極と第２多孔電極の間に印
加する直流電圧が１ｋＶ以上である請求項１又は２に記
載のイオン照射処理装置。3. The ion irradiation treatment apparatus according to claim 1, wherein the DC voltage applied between the first porous electrode and the second porous electrode is 1 kV or more. 【請求項４】　　導体容器、導体板又は第１多孔電極の
内面に、絶縁体を設ける請求項１、２又は３に記載のイ
オン照射処理装置。4. The ion irradiation treatment apparatus according to claim 1, wherein an insulator is provided on the inner surface of the conductor container, the conductor plate, or the first porous electrode. 【請求項５】　　高周波電界を印加する高周波回路の接
地側と、直流電界を印加する直流回路の正電位側とを、
コイルを介して接続する請求項１、２、３又は４に記載
のイオン照射処理装置。5. A ground side of a high frequency circuit that applies a high frequency electric field and a positive potential side of a DC circuit that applies a direct current electric field,
The ion irradiation processing apparatus according to claim 1, wherein the ion irradiation processing apparatus is connected via a coil.