JPH0636735A - Substrate manufacturing device by polyvalent ion implanting method and manufacture of substrate - Google Patents
Substrate manufacturing device by polyvalent ion implanting method and manufacture of substrateInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、多価イオン注入法に
よる基板製造装置および基板製造方法に関し、さらに詳
しくは、高エネルギーによるイオン注入を実現できる多
価イオン注入法による基板製造装置および基板製造方法
に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a substrate manufacturing apparatus and a substrate manufacturing method by a multivalent ion implantation method, and more specifically, a substrate manufacturing apparatus and a substrate manufacturing method by a multivalent ion implantation method capable of realizing ion implantation with high energy. Regarding the method.
【０００２】[0002]
【従来の技術】半導体基板に不純物を導入する方法とし
て、また、耐摩耗性，耐食性などを向上させる表面改質
の方法としてイオン注入法が用いられている。図４は、
イオン注入法による基板製造装置の一般的構成の説明図
である。この基板製造装置Ｊでは、試料ガスとして例え
ばＡｓＦ3 を用いてイオン源ＫでＡｓ+1を生成する。生
成されたＡｓ+1はイオン引出部Ｌによりイオン源Ｋから
引き出されてイオンビームを形成し、ビーム集束部Ｍを
介して質量分析部Ｎへ導かれる。イオンビーム中のＡｓ
+1は、質量分析部Ｎにて他の不要なイオン（例えば、真
空の不完全性に起因するＯ+1）などから分離され、ビー
ム偏向部Ｐにて基板ｓの照射野に応じて偏向され、ビー
ム加速部Ｑにて目的エネルギーに加速されてから基板ｓ
に照射される。なお、図中、二点鎖線でイオン（ビー
ム）の飛跡を示している。前記ビーム加速部Ｑは、例え
ば電子ビームの加速に用いられる線形加速器であり、加
速電圧を印加してＡｓ+1を 200keV 程度の目的エネルギ
ーに加速する。2. Description of the Related Art Ion implantation is used as a method for introducing impurities into a semiconductor substrate and as a surface modification method for improving wear resistance and corrosion resistance. Figure 4
It is explanatory drawing of the general structure of the board | substrate manufacturing apparatus by the ion implantation method. In the substrate manufacturing apparatus J, As +1 is generated by the ion source K using, for example, AsF 3 as a sample gas. The generated As +1 is extracted from the ion source K by the ion extraction unit L to form an ion beam, and is guided to the mass analysis unit N via the beam focusing unit M. As in the ion beam
+1 is separated from other unnecessary ions (for example, O +1 due to incomplete vacuum) in the mass analysis unit N, and is deflected by the beam deflection unit P according to the irradiation field of the substrate s. Substrate s after being accelerated to the target energy in the beam accelerating section Q
Is irradiated. In the figure, the two-dot chain line indicates the track of the ion (beam). The beam accelerator Q is a linear accelerator used for accelerating an electron beam, for example, and applies an accelerating voltage to accelerate As +1 to a target energy of about 200 keV.
【０００３】なお、関連する他の従来技術は、例えば特
開昭60-91600号公報や，特開昭62-229641号公報に開示
されている。Incidentally, other related conventional techniques are disclosed in, for example, JP-A-60-91600 and JP-A-62-229641.
【０００４】[0004]
【発明が解決しょうとする課題】近年、新たな材料開発
などのために、より高いエネルギーによるイオン注入を
実現できる装置が要望されている。ところが、イオンを
高エネルギーにしようとすると、線形加速器などのビー
ム加速部が大型化し且つ複雑になってしまう問題点があ
る。例えば、Ａｓ+1を2000keV 程度の目的エネルギーに
加速しようとすると、２〜３ｍの長さの線形加速器が必
要になる。In recent years, an apparatus capable of realizing ion implantation with higher energy has been demanded for new material development and the like. However, when trying to increase the energy of ions, there is a problem that the beam accelerating portion such as a linear accelerator becomes large and complicated. For example, in order to accelerate As +1 to a target energy of about 2000 keV, a linear accelerator with a length of 2 to 3 m is required.
【０００５】そこで、この発明の目的は、装置の大型化
を抑えて，高いエネルギーによるイオン注入を実現でき
るようにした多価イオン注入法による基板製造装置およ
び基板製造方法を提供することにある。Therefore, an object of the present invention is to provide a substrate manufacturing apparatus and a substrate manufacturing method by the multivalent ion implantation method, which can suppress the size increase of the apparatus and realize ion implantation with high energy.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】第１の観点ではこの発明
は、電子サイクロトロン共振を利用してプラズマチャン
バ内で多価イオンを生成する多価イオン生成手段と、生
成された多価イオンをプラズマチャンバ内から引き出す
引出手段と、引き出された多価イオンによるイオンビー
ムを集束させてそのイオンビームの発散を抑制するビー
ム集束手段と、前記イオンビーム中の目的価数の多価イ
オンを価数の異なる他の多価イオンから選別する価数選
別手段と、基板の照射野などに応じて前記目的価数の多
価イオンによるイオンビームを偏向させるビーム偏向手
段と、前記目的価数の多価イオンによるイオンビームを
加速するビーム加速手段と、前記目的価数の多価イオン
によるイオンビームを照射して基板にイオン注入するビ
ーム照射手段とを具備したことを構成上の特徴とする多
価イオン注入法による基板製造装置を提供する。According to a first aspect of the present invention, there is provided a multiply charged ion generating means for generating multiply charged ions in a plasma chamber by utilizing electron cyclotron resonance, and the generated multiply charged ions as plasma. Extraction means for extracting the ion beam from the chamber, beam focusing means for converging the ion beam by the extracted multiply-charged ions to suppress the divergence of the ion beam, and multiply charged ions of the target valence number in the ion beam A valence number selecting means for selecting from other different multiply charged ions, a beam deflecting means for deflecting an ion beam by the multiply charged ions having the target valence according to the irradiation field of the substrate, and the multiply charged ions having the target valence. A beam accelerating means for accelerating the ion beam by means of the above and a beam irradiating means for irradiating the ion beam with the multiply charged ions of the target valence number to implant the ions into the substrate Providing a substrate manufacturing apparatus according to a polyvalent ion implantation, characterized in construction that Bei was.
【０００７】上記構成において、多価イオンとは、一般
に２価以上のイオンを意味するが、５価〜２０価が好ま
しく、８価〜１２価がさらに好ましい。イオンの種類
は、特に限定されないが、例えばＰ，Ｓ，Ｂ，Ｂａ，Ａ
ｓ，Ａｒ，Ｎｅ，Ｏ2，ＣＯ2，Ｎ2 などが挙げられる。In the above-mentioned constitution, the polyvalent ion generally means an ion having a valence of 2 or more, but the valence of 5 to 20 is preferable, and the valence of 8 to 12 is more preferable. The type of ion is not particularly limited, but for example, P, S, B, Ba, A
s, Ar, Ne, O 2 , CO 2 , N 2 and the like.
【０００８】第２の観点ではこの発明は、電子サイクロ
トロン共振を利用してプラズマチャンバ内で多価イオン
を生成させ、前記プラズマチャンバ内から引き出した前
記多価イオンによるイオンビームを集束させてから、前
記イオンビーム中の目的価数の多価イオンを価数の異な
る他の多価イオンから選別し、基板の照射野などに応じ
て前記目的価数の多価イオンによるイオンビームを偏向
させたのち目的エネルギーまで加速して、前記目的エネ
ルギーに達した前記目的価数の多価イオンによるイオン
ビームを照射して基板にイオン注入することを構成上の
特徴とする多価イオン注入法による基板製造方法を提供
する。In a second aspect, the present invention uses electron cyclotron resonance to generate multiply charged ions in a plasma chamber and focuses an ion beam of the multiply charged ions extracted from the plasma chamber, After selecting highly charged ions of the target valence in the ion beam from other multiply charged ions having different valences, after deflecting the ion beam by the multiply charged ions of the target valence according to the irradiation field of the substrate and the like. A method of manufacturing a substrate by a multiply-charged ion implantation method, characterized by accelerating to a target energy and irradiating an ion beam of polyvalent ions having the target valence that have reached the target energy to ion-implant the substrate I will provide a.
【０００９】[0009]
【作用】この発明のイオン注入法による基板製造装置で
は、多価イオン生成手段が電子サイクロトロン共振を利
用してプラズマチャンバ内で多価イオンを生成する。生
成される多価イオンは、例えばＡｓ+2，Ａｓ+3，…，Ａ
ｓ+10，… のように異なる価数の多価イオンからなって
いる。引出手段は前記多価イオンをラズマチャンバ内か
ら引き出し、引き出された多価イオンによるイオンビー
ムをビーム集束手段が集束させて前記イオンビームの発
散を抑制する。価数選別手段は、前記イオンビーム中の
目的価数の多価イオンと価数の異なる他の多価イオンと
を選別する。例えばＡｓ+10 イオンを、Ａｓ+1，…，Ａ
ｓ+9，Ａｓ+11，… イオンから選別する。In the substrate manufacturing apparatus by the ion implantation method of the present invention, the multiply-charged ion generating means uses the electron cyclotron resonance to generate multiply-charged ions in the plasma chamber. The generated multiply-charged ions are, for example, As +2 , As +3 , ..., A
It consists of multiply charged ions with different valences such as s +10 . The extraction means extracts the multiply-charged ions from the inside of the plasma chamber, and the beam focusing means focuses the extracted ion beam of the multiply-charged ions to suppress the divergence of the ion beam. The valence number selecting means sorts the multiply-charged ions having the target valence number and the other multiply-charged ions having different valence numbers in the ion beam. For example, As +10 ions are converted into As +1 , ..., A
s +9 , As +11 , ... Ions are selected.
【００１０】ビーム偏向手段は基板の照射野などに応じ
て前記目的価数の多価イオンによるイオンビームを偏向
させ、ビーム加速手段は前記目的価数の多価イオンによ
るイオンビームを加速する。前記ビーム加速手段は、１
価イオンによるイオンビームを加速する従来のビーム加
速手段と同等なものであっても、目的価数を例えば１０
とすることによって従来に比べて１０倍のエネルギーま
で加速できることになる。例えば、Ａｓ+1を200keV程度
のエネルギーに加速するビーム加速部を用いても、Ａｓ
+10 イオンなら2000keV 程度の目的エネルギーに加速す
ることが出来る。なお、従来と同じエネルギーまで加速
するのであれば、従来より小型のビーム加速部を用いる
ことが出来る。ビーム照射手段は、前記目的価数の多価
イオンによるイオンビームを基板に照射して、イオン注
入する。The beam deflecting means deflects the ion beam of the multiply-charged ions having the target valence according to the irradiation field of the substrate, and the beam accelerating means accelerates the ion beam of the multiply-charged ions having the target valence. The beam acceleration means is 1
Even if it is equivalent to the conventional beam accelerating means for accelerating the ion beam by valence ions, the target valence is, for example, 10
By doing so, the energy can be accelerated up to 10 times that of the conventional one. For example, even if a beam acceleration unit that accelerates As +1 to an energy of about 200 keV is used,
+10 ions can be accelerated to the target energy of about 2000 keV. A beam accelerating unit smaller than the conventional one can be used as long as it accelerates to the same energy as the conventional one. The beam irradiating means irradiates the substrate with an ion beam of the multiply-charged ions having the target valence and implants the ions.
【００１１】この発明の多価イオン注入法による基板製
造方法は、上記多価イオン注入法による基板製造装置に
より好適に実施される。The substrate manufacturing method by the polyvalent ion implantation method of the present invention is preferably carried out by the substrate manufacturing apparatus by the polyvalent ion implantation method.
【００１２】[0012]
【実施例】以下、図に示す実施例に基づいてこの発明を
さらに詳細に説明する。なお、これによりこの発明が限
定されるものではない。図１は、この発明の一実施例の
イオン注入法による基板製造装置の説明図である。この
基板製造装置Ａは、多価イオン生成部Ｂ，ビーム集束部
Ｃ，質量分析部Ｄ，ビーム偏向部Ｅ，ビーム加速部Ｆ，
ビーム照射部Ｇから構成されている。なお、二点鎖線は
イオン（ビーム）の飛跡を示している。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described in more detail based on the embodiments shown in the drawings. The present invention is not limited to this. FIG. 1 is an explanatory diagram of a substrate manufacturing apparatus by an ion implantation method according to an embodiment of the present invention. This substrate manufacturing apparatus A includes a multiply-charged ion generation unit B, a beam focusing unit C, a mass analysis unit D, a beam deflection unit E, a beam acceleration unit F,
It is composed of a beam irradiation unit G. The two-dot chain line indicates the track of the ion (beam).
【００１３】以下、各構成要素について説明する。図２
は、多価イオン生成部Ｂの縦断面図である。この多価イ
オン生成部Ｂは、その中央部分に両端が開口した円筒状
のプラズマチャンバ２を備えており、その一方の開口端
側（図中、右側）に配設されたガス導入管ｇ（図１参
照）と導波管ｍ（図１参照）とからそれぞれ試料ガスと
マイクロ波とが前記プラズマチャンバ２の内部に導入さ
れるようになっている。Each component will be described below. Figure 2
[FIG. 3] is a vertical sectional view of a multiply-charged ion generator B. The multiply-charged ion generator B is provided with a cylindrical plasma chamber 2 having both ends opened at the center thereof, and a gas introduction pipe g (disposed at the one open end side (right side in the drawing)). The sample gas and the microwave are introduced into the plasma chamber 2 from the waveguide m (see FIG. 1) and the waveguide m (see FIG. 1), respectively.
【００１４】前記プラズマチャンバ２の外周には、永久
磁石３が設けられている。この永久磁石３は、前記プラ
ズマチャンバ２の径方向に６個の棒磁石を放射状に配置
してなる６極永久磁石の組をプラズマチャンバ２の軸線
方向に複数組だけ配列したものであって、その永久磁石
３により前記プラズマチャンバ２の径方向に磁場が形成
されるようになっている。A permanent magnet 3 is provided on the outer circumference of the plasma chamber 2. The permanent magnet 3 is formed by arranging a plurality of sets of 6-pole permanent magnets in which six bar magnets are radially arranged in the radial direction of the plasma chamber 2 in the axial direction of the plasma chamber 2. A magnetic field is formed in the radial direction of the plasma chamber 2 by the permanent magnet 3.
【００１５】前記永久磁石３の両側には、一対のソレノ
イドコイル４，５が配置されている。それらのソレノイ
ドコイル４，５は、その内外両側面及び外周面を取り囲
む鉄ヨーク６，７によってそれぞれ保持されている。そ
して、それら鉄ヨーク６，７の間は完全に切り離されて
いる。A pair of solenoid coils 4 and 5 are arranged on both sides of the permanent magnet 3. The solenoid coils 4 and 5 are held by iron yokes 6 and 7 that surround both inner and outer side surfaces and outer peripheral surfaces thereof. The iron yokes 6 and 7 are completely separated.
【００１６】各鉄ヨーク６，７の外側壁６ａ，７ａ及び
内側壁６ｂ，７ｂのプラズマチャンバ側の端面は、いず
れもプラズマチャンバ２の軸線に平行とされている。そ
して、その外側壁６ａ，７ａのプラズマチャンバ側の端
面は、ソレノイドコイル４，５の内周面とほぼ同径位置
となるようにされている。また、その外側壁６ａ，７ａ
のプラズマチャンバ側の端部は、プラズマチャンバ側に
向かって延出するようにされ、その端面の面積が大きく
なるようにされている。こうして、鉄ヨーク６，７は、
ソレノイドコイル４，５をそれぞれ個々に保持するもの
とされ、プラズマチャンバ２の軸線方向に独立して移動
可能とされている。The end faces on the plasma chamber side of the outer walls 6a, 7a and the inner side walls 6b, 7b of the iron yokes 6, 7 are all parallel to the axis of the plasma chamber 2. The end surfaces of the outer walls 6a and 7a on the plasma chamber side are arranged to have substantially the same diameter as the inner peripheral surfaces of the solenoid coils 4 and 5. Also, the outer walls 6a and 7a thereof
The end of the plasma chamber on the side of the plasma chamber is extended toward the side of the plasma chamber, and the area of the end face is increased. Thus, the iron yokes 6 and 7 are
The solenoid coils 4 and 5 are individually held, and are independently movable in the axial direction of the plasma chamber 2.
【００１７】プラズマチャンバ２の両端面には、それぞ
れＯリング８，９を介して絶縁碍子１０，１１が気密に
取り付けられている。また、その絶縁碍子１０，１１の
外端面には、それぞれＯリング１２，１３を介して鉄ヨ
ーク延長部材１４，１５が気密に取り付けられている。
それら鉄ヨーク延長部材１４，１５は鉄ヨーク６，７と
同様の強磁性材料からなるもので、プラズマチャンバ２
の入口側、すなわち図で右側の鉄ヨーク延長部材１４
は、プラズマチャンバ２の軸線方向に延びる円筒状のも
のとされている。また、プラズマチャンバ２の出口側、
すなわち図で左側の鉄ヨーク延長部材１５は、プラズマ
チャンバ２の軸線方向に延び、外側に向かって拡開する
円錐筒状のものとされている。Insulators 10 and 11 are airtightly attached to both end surfaces of the plasma chamber 2 via O-rings 8 and 9, respectively. Further, iron yoke extension members 14 and 15 are airtightly attached to the outer end surfaces of the insulators 10 and 11 via O-rings 12 and 13, respectively.
The iron yoke extension members 14 and 15 are made of the same ferromagnetic material as the iron yokes 6 and 7, and are used in the plasma chamber 2
Of the iron yoke extension member 14 on the inlet side of the
Has a cylindrical shape extending in the axial direction of the plasma chamber 2. In addition, the exit side of the plasma chamber 2,
That is, the iron yoke extension member 15 on the left side in the drawing has a conical cylindrical shape extending in the axial direction of the plasma chamber 2 and expanding outward.
【００１８】こうして、図で右側の鉄ヨーク延長部材１
４から左側の鉄ヨーク延長部材１５に至るまでの内側
に、ソレノイドコイル４，５側から気密に遮蔽された空
間が形成され、その空間を真空吸引することによってプ
ラズマチャンバ２内が真空状態に保たれるようになって
いる。Thus, the iron yoke extension member 1 on the right side in the figure
4 to the iron yoke extension member 15 on the left side, a space that is airtightly shielded from the solenoid coils 4 and 5 side is formed, and the inside of the plasma chamber 2 is maintained in a vacuum state by vacuum suction of the space. It is designed to be drunk.
【００１９】鉄ヨーク延長部材１４，１５には、プラズ
マチャンバ２の軸線に平行な円筒状の外周面が形成され
ている。そして、その外周面が鉄ヨーク６，７の外側壁
６ａ，７ａの端面に接するようにされ、それによって、
その間に磁気的に接続されるようになっている。The iron yoke extension members 14, 15 are formed with a cylindrical outer peripheral surface parallel to the axis of the plasma chamber 2. The outer peripheral surface of the iron yokes 6 and 7 is brought into contact with the end surfaces of the outer walls 6a and 7a, whereby
In the meantime, they are magnetically connected.
【００２０】プラズマチャンバ２の出口側の鉄ヨーク延
長部材１５には、その先端に引出し電極のカソード１６
が取り付けられている。そのカソード１６はプラズマチ
ャンバ２の中心軸線側に向かって突出するようにされて
いる。一方、プラズマチャンバ２の出口側の端部にはア
ノード１７が取り付けられている。そして、これらアノ
ード１７とカソード１６との間に１０〜２０kV程度の高
電圧が印加され、それによって、プラズマチャンバ２内
で生成されたイオンが出口側へと引き出されるようにな
っている。The iron yoke extension member 15 on the outlet side of the plasma chamber 2 has a cathode 16 as an extraction electrode at its tip.
Is attached. The cathode 16 is arranged to project toward the central axis of the plasma chamber 2. On the other hand, an anode 17 is attached to the end of the plasma chamber 2 on the outlet side. Then, a high voltage of about 10 to 20 kV is applied between the anode 17 and the cathode 16, whereby the ions generated in the plasma chamber 2 are extracted to the outlet side.
【００２１】次に、この多価イオン生成部Ｂの作用につ
いて説明する。プラズマチャンバ２の入口側の鉄ヨーク
延長部材１４には、ガス導入管ｇ，導波管ｍが気密に接
続される。そこで、ガス導入管ｇを利用してプラズマチ
ャンバ２内を真空吸引し、そのプラズマチャンバ２内を
１０-7Torr程度の高真空に保つ。そして、そのプラズマ
チャンバ２内に試料ガス及びマイクロ波を導入する。す
ると、試料ガスはマイクロ波によって励起されてプラズ
マ状となる。Next, the operation of the multiply-charged ion generating section B will be described. A gas introduction pipe g and a waveguide m are hermetically connected to the iron yoke extension member 14 on the inlet side of the plasma chamber 2. Therefore, the inside of the plasma chamber 2 is vacuum-sucked by using the gas introduction pipe g, and the inside of the plasma chamber 2 is maintained at a high vacuum of about 10 −7 Torr. Then, the sample gas and the microwave are introduced into the plasma chamber 2. Then, the sample gas is excited by the microwave and becomes plasma.
【００２２】このとき、プラズマチャンバ２内には永久
磁石３によって径方向の磁場が形成されている。また、
ソレノイドコイル４，５に通電することによって、各鉄
ヨーク６，７を通りその端部から出る磁力線が形成され
る。そして、各鉄ヨーク６，７の外側壁６ａ，７ａの端
部からそれに磁気的に接続されている鉄ヨーク延長部材
１４，１５内をとおり、その延長部材１４，１５間を結
ぶ磁力線２０が形成される。すなわち、プラズマチャン
バ２内に軸線方向の磁場が形成される。At this time, a radial magnetic field is formed in the plasma chamber 2 by the permanent magnet 3. Also,
By energizing the solenoid coils 4 and 5, magnetic lines of force passing through the iron yokes 6 and 7 and exiting from the ends thereof are formed. Then, magnetic force lines 20 are formed from the end portions of the outer side walls 6a, 7a of the iron yokes 6, 7 through the iron yoke extension members 14, 15 magnetically connected to the ends and connecting the extension members 14, 15 with each other. To be done. That is, an axial magnetic field is formed in the plasma chamber 2.
【００２３】こうして、プラズマチャンバ２内に、永久
磁石３による径方向の磁場とソレノイドコイル４，５に
よる軸線方向の磁場とを重畳した合成磁場が形成され
る。そして、その合成磁場によって、プラズマチャンバ
２内のプラズマがほぼ軸線方向に向かうものを除いて閉
じ込められる。Thus, in the plasma chamber 2, a composite magnetic field is formed by superposing the radial magnetic field by the permanent magnet 3 and the axial magnetic field by the solenoid coils 4, 5. Then, the synthetic magnetic field confines the plasma in the plasma chamber 2 except for the plasma that is directed substantially in the axial direction.
【００２４】一方、プラズマチャンバ２内の試料ガスに
は、そのプラズマチャンバ２内に導入されるマイクロ波
の周波数とそのプラズマチャンバ２内に形成される磁場
の強さとを所定の条件に合致させることによって、電子
サイクロトロン共振が起こされる。したがって、その共
振によってプラズマ内の電子が加速され、高速電子とな
る。そして、その高速電子が試料ガスの粒子に衝突する
ことによって、その粒子のまわりの電子が跳ね飛ばされ
る。こうして、試料ガスの粒子が電離される。その場
合、試料ガスはプラズマ状として閉じ込められているの
で、一つの粒子に多数の高速電子が衝突する。その結
果、一つの粒子から複数個の電子が跳ね飛ばされ、その
粒子が多価イオンとなる。On the other hand, for the sample gas in the plasma chamber 2, the frequency of the microwave introduced into the plasma chamber 2 and the strength of the magnetic field formed in the plasma chamber 2 should be matched to predetermined conditions. Causes an electron cyclotron resonance. Therefore, the resonance accelerates the electrons in the plasma to become high-speed electrons. Then, when the high-speed electrons collide with the particles of the sample gas, the electrons around the particles are splashed. Thus, the particles of the sample gas are ionized. In that case, since the sample gas is confined in a plasma state, a large number of high-speed electrons collide with one particle. As a result, a plurality of electrons are splashed from one particle, and the particle becomes a multiply-charged ion.
【００２５】このようにして、プラズマチャンバ２内に
おいて多価イオンが生成される。例えばＡｓガスを試料
ガスとして導入すると、Ａｓ+2，Ａｓ+3，…,Ａｓ+10，
…のように異なる価数の多価イオンが生成される。な
お、１価イオンのＡｓ+1も生成される。生成された多価
イオンは引出し電極のカソード１６によってプラズマチ
ャンバ２の出口側に引き寄せられ、軸線方向のイオン流
としてプラズマチャンバ２から引き出される。In this way, multiply charged ions are generated in the plasma chamber 2. For example, when As gas is introduced as a sample gas, As +2 , As +3 , ..., As +10 ,
As shown, multivalent ions with different valences are generated. In addition, a monovalent ion As +1 is also generated. The generated multiply-charged ions are attracted to the exit side of the plasma chamber 2 by the cathode 16 of the extraction electrode, and are extracted from the plasma chamber 2 as an axial ion flow.
【００２６】ところで、この多価イオン生成部Ｂにおい
ては、鉄ヨーク６，７の外側壁６ａ，７ａの端部に鉄ヨ
ーク延長部材１４，１５が接続され、その外側壁６ａ，
７ａの端部を内側に向かって延出させたのと同様とされ
ている。したがって、ソレノイドコイル４，５によって
形成される磁力線はその延長部材１４，１５から出るこ
とになる。そして、その延長部材１４，１５と鉄ヨーク
６，７の内側壁６ｂ，７ｂの端部との間の距離は小さく
なっている。その結果、それらの間にも磁力線２１，２
２が形成されることになる。By the way, in the multiply charged ion generating portion B, the iron yoke extension members 14 and 15 are connected to the ends of the outer walls 6a and 7a of the iron yokes 6 and 7, and the outer walls 6a and 7a are connected.
It is similar to the case where the end of 7a is extended inward. Therefore, the magnetic field lines formed by the solenoid coils 4 and 5 come out from the extension members 14 and 15. The distance between the extension members 14 and 15 and the ends of the inner side walls 6b and 7b of the iron yokes 6 and 7 is small. As a result, the magnetic field lines 21 and
2 will be formed.
【００２７】こうして、プラズマチャンバ２の端部近傍
には、一対の鉄ヨーク延長部材１４，１５間を結ぶ磁力
線２０，及び延長部材１４，１５と鉄ヨーク６，７の内
側壁６ｂ，７ｂの端部との間を結ぶ磁力線２１，２２が
形成される。したがって、その部分の磁束密度が高くな
り、磁場が強められる。その結果、ミラー磁場における
極大磁束密度が高められ、プラズマの閉じ込めが良好と
なる。また、引出し電極であるカソード１６付近の磁場
が高められることにより、プラズマの閉じ込め領域をそ
の引出し電極位置に近付けることが可能となるので、プ
ラズマチャンバ２内で生成されたイオンの引出しが効率
よく行われるようになり、大電流のイオンビームを得る
ことが可能となる。Thus, in the vicinity of the end portion of the plasma chamber 2, the magnetic lines of force 20 connecting between the pair of iron yoke extension members 14 and 15, and the ends of the extension members 14 and 15 and the inner side walls 6b and 7b of the iron yokes 6 and 7. Magnetic force lines 21 and 22 are formed to connect the portions. Therefore, the magnetic flux density in that portion is increased, and the magnetic field is strengthened. As a result, the maximum magnetic flux density in the mirror magnetic field is increased, and the confinement of plasma is improved. Further, since the magnetic field near the cathode 16 which is the extraction electrode is increased, it is possible to bring the plasma confinement region closer to the extraction electrode position, so that the ions generated in the plasma chamber 2 can be extracted efficiently. As a result, it becomes possible to obtain a high-current ion beam.
【００２８】更に、この多価イオン生成部Ｂにおいて
は、各ソレノイドコイル４，５を保持する鉄ヨーク６，
７が互いに独立したものとされるので、その鉄ヨーク
６，７を軸線方向に移動させることによって、ソレノイ
ドコイル４，５間の間隔を変えることができる。そし
て、一定位置にあるソレノイドコイル４，５によって形
成される磁場の磁束密度が図３に実線で示されているよ
うなものであるとき、ソレノイドコイル４，５間の間隔
を小さくすると、その磁束密度は図３に一点鎖線で示さ
れているように変化し、ソレノイドコイル４，５間の中
央部における磁束密度の極小値が高くなる。また、ソレ
ノイドコイル４，５間の間隔を大きくすると、図３に破
線で示されているように、その間の磁束密度の極小値が
低くなる。一方、その磁束密度の極大値はほとんど変化
しない。そして、ソレノイドコイル４，５によって形成
されるミラー磁場のミラー比は、それら磁束密度の極大
値と極小値との比によって決定される。Further, in the multiply charged ion generating section B, the iron yoke 6, which holds the solenoid coils 4 and 5, is provided.
Since 7 is independent of each other, the spacing between the solenoid coils 4 and 5 can be changed by moving the iron yokes 6 and 7 in the axial direction. Then, when the magnetic flux density of the magnetic field formed by the solenoid coils 4 and 5 at a fixed position is as shown by the solid line in FIG. The density changes as shown by the one-dot chain line in FIG. 3, and the minimum value of the magnetic flux density in the central portion between the solenoid coils 4 and 5 becomes high. Further, if the distance between the solenoid coils 4 and 5 is increased, the minimum value of the magnetic flux density between them becomes low as shown by the broken line in FIG. On the other hand, the maximum value of the magnetic flux density hardly changes. The mirror ratio of the mirror magnetic field formed by the solenoid coils 4 and 5 is determined by the ratio between the maximum value and the minimum value of the magnetic flux density.
【００２９】したがって、ソレノイドコイル４，５間の
間隔を調整することによりミラー比を変えることがで
き、その最適化を図ることが可能となる。また、引出し
電極位置と電子サイクロトロン共振領域との位置関係も
最適化することができる。その結果、この多価イオン生
成部Ｂにより、大電流の多価イオンを効率よく得ること
が可能となる。Therefore, the mirror ratio can be changed by adjusting the distance between the solenoid coils 4 and 5, and the optimization can be achieved. Also, the positional relationship between the extraction electrode position and the electron cyclotron resonance region can be optimized. As a result, the multiply-charged ion generator B can efficiently obtain the multiply-charged ions with a large current.
【００３０】なお、各鉄ヨーク６，７の外側壁６ａ，７
ａの端部を内側に延出させてその端面の面積を大きくす
ることにより、それらの鉄ヨーク６，７を軸線方向に移
動させたときにも鉄ヨーク延長部材１４，１５との接触
面積が十分に確保されるようにしているが、ミラー比の
調整のために移動される鉄ヨーク６，７の移動量は比較
的小さいので、そのような延出部は必ずしも必要ではな
い。そのような延出部をなくすと、ソレノイドコイル
４，５の装着がより容易となる。The outer walls 6a, 7 of the iron yokes 6, 7 are
By extending the end portion of “a” inward and increasing the area of the end surface, the contact area with the iron yoke extension members 14, 15 is increased even when the iron yokes 6, 7 are moved in the axial direction. Although it is ensured that the iron yokes 6 and 7 are moved for adjusting the mirror ratio, the amount of movement of the iron yokes 6 and 7 is relatively small. Eliminating such an extension makes it easier to mount the solenoid coils 4, 5.
【００３１】図１に戻り、ビーム集束部Ｃは、複数段の
静電レンズを備えており、前記多価イオン生成部Ｂから
引き出されたイオンビームを集束させてイオンビームが
発散するのを抑制する。Returning to FIG. 1, the beam focusing unit C is provided with a plurality of stages of electrostatic lenses and focuses the ion beam extracted from the multiply charged ion generating unit B to suppress the divergence of the ion beam. To do.
【００３２】質量分析部Ｄは、扇形の電磁石を備えてお
り、その電磁石により所定強度の磁場を発生させて、目
的価数の多価イオンとそれ以外の多価イオンとを選別す
る。前記所定強度の磁場内で、目的価数の多価イオン、
例えばＡｓ+10 は、旋回半径Ｒに沿ったイオンビームを
形成し、ビーム偏向部Ｅへ導かれる。価数が９以下の多
価イオンは旋回半径Ｒより大きな旋回半径に沿ってイオ
ンビームを形成し、図示せぬ吸収板に吸収される。ま
た、価数が１１以上の多価イオンは旋回半径Ｒより小さ
な旋回半径に沿ってイオンビームを形成し、図示せぬ吸
収板に吸収される。The mass spectrometric section D is provided with a fan-shaped electromagnet, and a magnetic field of a predetermined intensity is generated by the electromagnet to select polyvalent ions having a target valence number and polyvalent ions other than that. In the magnetic field of the predetermined intensity, multiply charged ions of the target valence,
For example, As +10 forms an ion beam along the radius of gyration R and is guided to the beam deflection unit E. The multiply-charged ions having a valence of 9 or less form an ion beam along a turning radius larger than the turning radius R and are absorbed by an absorption plate (not shown). Further, multivalent ions having a valence of 11 or more form an ion beam along a turning radius smaller than the turning radius R and are absorbed by an absorption plate (not shown).
【００３３】ビーム偏向部Ｅは、対向する一対の電極か
らなる偏向電極を２組だけ備えており、基板ｓの照射野
に応じて前記目的価数の多価イオンによるイオンビーム
のビーム径，向きを調整できるようになっている。The beam deflecting section E is provided with only two sets of deflecting electrodes consisting of a pair of electrodes facing each other, and the beam diameter and direction of the ion beam by the multiply charged ions of the target valence number according to the irradiation field of the substrate s. Can be adjusted.
【００３４】ビーム加速部Ｆは、例えば電子ビームの加
速に用いられる線形加速器であり、加速電圧を印加して
前記目的価数の多価イオンによるイオンビームを目的エ
ネルギーに達するように加速する。前記ビーム加速部Ｆ
が従来のビーム加速部Ｑと同等なものとしても、目的価
数の多価イオンをＡｓ+10 とすると2MeV（=200keV×10
（価数））程度の高エネルギーまでは加速できることに
なる。The beam accelerating unit F is a linear accelerator used for accelerating an electron beam, for example, and applies an accelerating voltage to accelerate an ion beam of multiply charged ions having the target valence to reach a target energy. The beam acceleration unit F
There is also as being equivalent to the conventional beam accelerating unit Q, when multivalent ions of interest valence and As +10 2MeV (= 200keV × 10
It can be accelerated up to high energy of about (valence)).
【００３５】ビーム照射部Ｇは、基板ｓを所望の位置に
セットするための基板ホルダｈ，イオンビームの照射時
間などを制御するためのシャッタｔなどを備えている。The beam irradiation unit G includes a substrate holder h for setting the substrate s at a desired position, a shutter t for controlling the irradiation time of the ion beam, and the like.
【００３６】[0036]
【発明の効果】この発明のイオン注入法による基板製造
装置および基板製造方法によれば、多価イオンをイオン
注入に用いるため、価数の大きなものを目的価数の多価
イオンに設定して、高いエネルギーによるイオン注入を
実現できる。また、ビーム加速手段に依らず、注入する
多価イオンの価数に依って高いエネルギーによるイオン
注入を実現させるため、装置の大型化が抑えられる。According to the substrate manufacturing apparatus and the substrate manufacturing method by the ion implantation method of the present invention, since multiply-charged ions are used for ion implantation, those having a large valence are set as the multiply-charged ions having the target valence. It is possible to realize ion implantation with high energy. Further, since the ion implantation with high energy is realized depending on the valence of the multiply-charged ions to be implanted without depending on the beam accelerating means, the enlargement of the apparatus can be suppressed.
【図１】この発明のイオン注入法による基板製造装置の
一実施例の説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram of an embodiment of a substrate manufacturing apparatus by the ion implantation method of the present invention.
【図２】図１の装置の多価イオン生成部についての縦断
面図である。FIG. 2 is a vertical cross-sectional view of a multiply-charged ion generator of the apparatus shown in FIG.
【図３】図２の多価イオン生成部に係る一対のソレノイ
ドコイル間の間隔を変えたときの磁束密度の変化を示す
グラフである。FIG. 3 is a graph showing a change in magnetic flux density when the distance between a pair of solenoid coils according to the multiply-charged ion generator of FIG. 2 is changed.
【図４】従来のイオン注入法による基板製造装置の一例
の説明図である。FIG. 4 is an explanatory view of an example of a conventional substrate manufacturing apparatus by an ion implantation method.
Ａ 基板製造装置 Ｂ 多価イオン生成部 Ｃ ビーム集束部 Ｄ 質量分析部 Ｅ ビーム偏向部 Ｆ ビーム加速部 Ｇ ビーム照射部 ｇ ガス導入管 ｍ 導波管 ｓ 基板 ２ プラズマチャンバ ３ 永久磁石 A substrate manufacturing apparatus B multiply-charged ion generation unit C beam focusing unit D mass analysis unit E beam deflection unit F beam acceleration unit G beam irradiation unit g gas introduction pipe m waveguide s substrate 2 plasma chamber 3 permanent magnet
フロントページの続き (72)発明者 磯谷 嘉彦 千葉県四街道市鷹の台一丁目３番 株式会 社日本製鋼所内Continuation of the front page (72) Inventor Yoshihiko Isoya, Takanodai 1-3-3, Yotsukaido, Chiba Stock Company Japan Steel Works
Claims (2)
ズマチャンバ内で多価イオンを生成する多価イオン生成
手段と、生成された多価イオンをプラズマチャンバ内か
ら引き出す引出手段と、引き出された多価イオンによる
イオンビームを集束させてそのイオンビームの発散を抑
制するビーム集束手段と、前記イオンビーム中の目的価
数の多価イオンを価数の異なる他の多価イオンから選別
する価数選別手段と、基板の照射野などに応じて前記目
的価数の多価イオンによるイオンビームを偏向させるビ
ーム偏向手段と、前記目的価数の多価イオンによるイオ
ンビームを加速するビーム加速手段と、前記目的価数の
多価イオンによるイオンビームを照射して基板にイオン
注入するビーム照射手段とを具備したことを特徴とする
多価イオン注入法による基板製造装置。1. A multiply charged ion generating means for generating multiply charged ions in a plasma chamber by using electron cyclotron resonance, an extracting means for extracting the generated multiply charged ions from the plasma chamber, and an extracted multiply charged ion. Beam focusing means for focusing an ion beam by ions to suppress the divergence of the ion beam, and valence selection means for selecting multivalent ions having a target valence in the ion beam from other multivalent ions having different valences. A beam deflecting means for deflecting the ion beam of the multiply-charged ions having the target valence according to the irradiation field of the substrate, a beam accelerating means for accelerating the ion beam of the multiply-charged ions having the target valence, And a beam irradiation means for irradiating an ion beam with multivalent ions of valence to implant the ions into the substrate. PCB manufacturing equipment.
ズマチャンバ内で多価イオンを生成させ、前記プラズマ
チャンバ内から引き出した前記多価イオンによるイオン
ビームを集束させてから、前記イオンビーム中の目的価
数の多価イオンを価数の異なる他の多価イオンから選別
し、基板の照射野などに応じて前記目的価数の多価イオ
ンによるイオンビームを偏向させたのち目的エネルギー
まで加速して、前記目的エネルギーに達した前記目的価
数の多価イオンによるイオンビームを照射して基板にイ
オン注入することを特徴とする多価イオン注入法による
基板製造方法。2. A multivalent ion is generated in the plasma chamber by utilizing electron cyclotron resonance, and the ion beam by the multivalent ion extracted from the plasma chamber is focused, and then the target valence in the ion beam is increased. The number of multiply-charged ions is selected from other multiply-charged ions having different valences, and the ion beam is deflected by the multiply-charged ions of the target valence according to the irradiation field of the substrate, and then accelerated to the target energy, A method of manufacturing a substrate by a multiply-charged ion implantation method, which comprises irradiating an ion beam of multiply-charged ions having the target valence having reached the target energy to implant ions into the substrate.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4189288A JPH0636735A (en) | 1992-07-16 | 1992-07-16 | Substrate manufacturing device by polyvalent ion implanting method and manufacture of substrate |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4189288A JPH0636735A (en) | 1992-07-16 | 1992-07-16 | Substrate manufacturing device by polyvalent ion implanting method and manufacture of substrate |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0636735A true JPH0636735A (en) | 1994-02-10 |
Family
ID=16238821
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4189288A Pending JPH0636735A (en) | 1992-07-16 | 1992-07-16 | Substrate manufacturing device by polyvalent ion implanting method and manufacture of substrate |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0636735A (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2718568A1 (en) * | 1994-04-06 | 1995-10-13 | France Telecom | High energy implantation method from a low or medium current type implanter and corresponding devices. |
| US6703628B2 (en) | 2000-07-25 | 2004-03-09 | Axceliss Technologies, Inc | Method and system for ion beam containment in an ion beam guide |
| US6891174B2 (en) | 2003-07-31 | 2005-05-10 | Axcelis Technologies, Inc. | Method and system for ion beam containment using photoelectrons in an ion beam guide |
| JP2005277341A (en) * | 2004-03-26 | 2005-10-06 | Tateyama Machine Kk | Manufacturing method for semiconductor |
| JP2011014333A (en) * | 2009-07-01 | 2011-01-20 | Ricoh Co Ltd | Ion implantation method |
-
1992
- 1992-07-16 JP JP4189288A patent/JPH0636735A/en active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| WO1995027996A1 (en) * | 1994-04-06 | 1995-10-19 | France Telecom | Method for high energy implantation using a low or medium current implanter, and devices therefor |
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