JPH08306334A - Ion beam generating device - Google Patents
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- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、例えばイオン注入装
置、イオンドーピング装置（非質量分離型イオン注入装
置）、イオン照射と真空蒸着を併用する薄膜形成装置等
のように、イオンビームを処理対象物に照射して処理を
行う場合に用いられるイオンビーム発生装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ion beam processing object such as an ion implantation apparatus, an ion doping apparatus (non-mass separation type ion implantation apparatus), and a thin film forming apparatus using both ion irradiation and vacuum deposition. The present invention relates to an ion beam generator used when irradiating an object for processing.
【０００２】[0002]
【従来の技術】図７は、従来のイオンビーム発生装置を
用いたイオン注入装置の一例を示す断面図である。この
イオン注入装置は、イオンビーム４０を射出するイオン
源２と、それにイオンビーム引出し用の電圧を印加する
電源装置３０とを有するイオンビーム発生装置のイオン
源２を、処理室４２の上部に取り付けた構造をしてい
る。2. Description of the Related Art FIG. 7 is a sectional view showing an example of an ion implantation apparatus using a conventional ion beam generator. In this ion implantation apparatus, an ion source 2 of an ion beam generator having an ion source 2 for ejecting an ion beam 40 and a power supply device 30 for applying a voltage for extracting the ion beam thereto is attached to an upper part of a processing chamber 42. It has a different structure.
【０００３】処理室４２内には、処理対象物の一例であ
る基板４６を保持するホルダ４４が設けられている。ま
た、この処理室４２は、図示しない真空排気装置によっ
て真空排気される。A holder 44 for holding a substrate 46, which is an example of an object to be processed, is provided in the processing chamber 42. The processing chamber 42 is evacuated by a vacuum exhaust device (not shown).
【０００４】イオン源２は、図示例のものは高周波イオ
ン源であり、ガスが導入されそれを高周波放電によって
電離させてプラズマ１４を発生させるプラズマソース部
４と、このプラズマソース部４の出口付近に設けられて
いて、プラズマソース部４内のプラズマ１４から電界の
作用でイオンビーム４０を引き出す引出し電極系２０と
を有している。The ion source 2 shown in the figure is a high frequency ion source, and a plasma source section 4 for generating a plasma 14 by ionizing the gas by a high frequency discharge and a vicinity of an outlet of the plasma source section 4 And an extraction electrode system 20 for extracting the ion beam 40 from the plasma 14 in the plasma source section 4 by the action of an electric field.
【０００５】プラズマソース部４は、側壁６ａと、それ
に絶縁碍子８を介して取り付けられた背面板６ｂとを有
するプラズマ生成容器６を備えており、その内部に、こ
の例では引出し電極系２０を通して下流側からガスが導
入される。また、この例では側壁６ａおよび背面板６ｂ
がそれぞれ電極（放電電極）を兼ねており、両者間に整
合回路１８を介して高周波電源１６が接続されている。
但し、ガスは、プラズマ生成容器６内に直接導入される
場合もある。The plasma source part 4 is provided with a plasma generating container 6 having a side wall 6a and a back plate 6b attached to the side wall 6a with an insulator 8 interposed therebetween. Gas is introduced from the downstream side. Also, in this example, the side wall 6a and the back plate 6b
Also serve as electrodes (discharge electrodes), and a high frequency power supply 16 is connected between them via a matching circuit 18.
However, the gas may be directly introduced into the plasma generation container 6.
【０００６】引出し電極系２０は、この例では、最プラ
ズマ側から下流側に向けて配置された第１電極２１、第
２電極２２、第３電極２３および第４電極２４を有して
いる。２６は絶縁碍子である。これらの各電極２１〜２
４は、この例では多孔電極であるが、イオン引出しスリ
ットを有する場合もある。In this example, the extraction electrode system 20 has a first electrode 21, a second electrode 22, a third electrode 23 and a fourth electrode 24 arranged from the most plasma side toward the downstream side. Reference numeral 26 is an insulator. Each of these electrodes 21 to 2
Although 4 is a porous electrode in this example, it may have an ion extraction slit.
【０００７】第１電極２１は、引き出すイオンビーム４
０のエネルギーを決める電極であり、電源装置３０を構
成する第１電源３１から、接地電位を基準にして正の高
電圧が印加される。この第１電極２１とプラズマソース
部４（より具体的にはそれを構成するプラズマ生成容器
６）とは、互いに接続されて同電位にある。The first electrode 21 is used for extracting the ion beam 4
It is an electrode for determining the energy of 0, and a positive high voltage is applied from the first power supply 31 constituting the power supply device 30 with the ground potential as a reference. The first electrode 21 and the plasma source portion 4 (more specifically, the plasma generation container 6 constituting the same) are connected to each other and have the same potential.
【０００８】第２電極２２は、第１電極２１との間に電
位差を生ぜしめそれによる電界によってプラズマ１４か
らイオンビーム４０を引き出す電極であり、電源装置３
０を構成する第２電源３２から、第１電極２１の電位を
基準にして負の電圧が印加される。The second electrode 22 is an electrode that produces a potential difference between the second electrode 22 and the first electrode 21 and extracts the ion beam 40 from the plasma 14 by the electric field generated by the potential difference.
A negative voltage based on the potential of the first electrode 21 is applied from the second power source 32 forming 0.
【０００９】第３電極２３は、下流側からの逆流電子を
抑制する電極であり、電源装置３０を構成する第３電源
３３から、接地電位を基準にして負の電圧が印加され
る。The third electrode 23 is an electrode for suppressing backflow electrons from the downstream side, and a negative voltage is applied from the third power supply 33 constituting the power supply device 30 with reference to the ground potential.
【００１０】第４電極２４は、接地されている。The fourth electrode 24 is grounded.
【００１１】図７のイオン注入装置の動作例を説明する
と、処理室４２内のホルダ４４上に所望の基板４６を保
持して処理室４２内を真空排気しながら、イオン源２の
プラズマソース部４内に引出し電極系２０の下流側から
所望のガスを導入し、側壁６ａと背面板６ｂ間に高周波
電源１６から例えば１３．５６ＭＨｚの周波数の高周波
電力を供給すると、側壁６ａと背面板６ｂ間で高周波放
電が起こりそれによってガスが分解されてプラズマ１４
が作られる。このプラズマ１４中のイオンは、引出し電
極系２０によってイオンビーム４０として引き出され
る。引き出されたイオンビーム４０は、質量分離を行う
ことなくそのまま基板４６に照射され、イオン注入（イ
オンドーピング）が行われる。Explaining an operation example of the ion implantation apparatus of FIG. 7, while holding a desired substrate 46 on a holder 44 in the processing chamber 42 and evacuating the inside of the processing chamber 42, a plasma source part of the ion source 2 is provided. When a desired gas is introduced into the inside of 4 from the downstream side of the extraction electrode system 20 and a high frequency power having a frequency of, for example, 13.56 MHz is supplied from the high frequency power source 16 between the side wall 6a and the back plate 6b, the space between the side wall 6a and the back plate 6b. High-frequency discharge occurs in the plasma 14
Is made. Ions in the plasma 14 are extracted as an ion beam 40 by the extraction electrode system 20. The extracted ion beam 40 is directly applied to the substrate 46 without mass separation, and ion implantation (ion doping) is performed.
【００１２】[0012]
【発明が解決しようとする課題】例えば多結晶シリコン
薄膜トランジスタを製造するような場合、１０11〜１０
12イオン／ｃｍ2 台の低ドーズ量の注入を行う必要があ
る。For example, in the case of manufacturing a polycrystalline silicon thin film transistor, 10 11 to 10 10
Implantation with a low dose of 12 ions / cm 2 is required.
【００１３】このような低ドーズ量注入に上記イオンビ
ーム発生装置を用いるためには、そのイオン源２から引
き出すイオンビーム４０のイオン電流密度を小さくしな
ければならないが、従来のイオンビーム発生装置では当
該イオン電流密度を小さくするには限界があった。In order to use the above ion beam generator for such a low dose implantation, the ion current density of the ion beam 40 extracted from the ion source 2 must be reduced, but in the conventional ion beam generator. There was a limit in reducing the ion current density.
【００１４】これは、プラズマソース部４内で生成した
プラズマ１４は、それを構成する電子の移動速度の方が
イオンのそれよりも遙かに大きいため、多数の電子によ
ってプラズマ生成容器６および第１電極２１はプラズマ
１４に対して負の電位になり、見方を変えればプラズマ
１４はプラズマ生成容器６および第１電極２１に対して
正の電位になるため、第２電源３２の出力電圧Ｖ２をた
とえ０にしても、プラズマ１４と第１電極２１との間に
存在する上記電位差でイオンが引き出され、イオンビー
ム４０のイオン電流密度を０にすることはできないから
である。そのため従来は、イオンビーム４０のイオン電
流密度を下げる際には、プラズマ１４の密度を下げるこ
とを併用していたが、プラズマ１４の密度を下げるため
にはプラズマ１４への投入電力、即ち高周波電源１６か
らプラズマ１４に供給する電力を下げる必要があり、そ
のようにすると、プラズマ１４が維持できなくなった
り、維持できたとしても維持できる下限があるため、イ
オンビーム４０のイオン電流密度を小さくするには限界
があった。This is because the plasma 14 generated in the plasma source section 4 has a much higher moving speed of the electrons forming the plasma 14 than that of the ions, so that a large number of electrons cause the plasma generation chamber 6 and the plasma generating chamber 6 to move. The first electrode 21 has a negative potential with respect to the plasma 14, and from a different perspective, the plasma 14 has a positive potential with respect to the plasma generation container 6 and the first electrode 21, so that the output voltage V2 of the second power supply 32 is changed. This is because even if it is set to 0, ions are extracted due to the above-mentioned potential difference existing between the plasma 14 and the first electrode 21, and the ion current density of the ion beam 40 cannot be set to 0. Therefore, conventionally, when the ion current density of the ion beam 40 is reduced, the density of the plasma 14 is also reduced. However, in order to reduce the density of the plasma 14, the power supplied to the plasma 14, that is, the high frequency power source is used. It is necessary to reduce the electric power supplied from 16 to the plasma 14. If this is done, the plasma 14 cannot be maintained, or even if it can be maintained, there is a lower limit that can be maintained, so that the ion current density of the ion beam 40 can be reduced. There was a limit.
【００１５】図８は、上記の状況を図示したものであ
り、プラズマ１４への投入電力をプラズマ維持の下限よ
り下げると、プラズマが消え、イオンビーム４０を引き
出せなくなる。FIG. 8 illustrates the above situation. When the power supplied to the plasma 14 is lowered below the lower limit for maintaining the plasma, the plasma disappears and the ion beam 40 cannot be extracted.
【００１６】イオンビーム４０のイオン電流密度をあま
り小さくできないと、低ドーズ量注入を行う場合には、
注入時間が例えば数秒あるいは１秒以下となり、所定の
ドーズ量注入を行うための制御性および再現性が悪くな
ってしまう。If the ion current density of the ion beam 40 cannot be made too small, when low dose implantation is performed,
The implantation time becomes, for example, several seconds or 1 second or less, and the controllability and reproducibility for performing the prescribed dose implantation deteriorate.
【００１７】そこでこの発明は、イオン源から引き出す
イオンビームのイオン電流密度を従来の下限よりも更に
小さくすることができるイオンビーム発生装置を提供す
ることを主たる目的とする。Therefore, the main object of the present invention is to provide an ion beam generator capable of making the ion current density of an ion beam extracted from an ion source smaller than the conventional lower limit.
【００１８】[0018]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明のイオンビーム発生装置は、前記イオン源
においてその引出し電極系を構成する電極の内の最プラ
ズマ側の電極とプラズマソース部との間に絶縁物を設け
て両者間を電気的に絶縁しており、かつ前記電源装置
が、前記最プラズマ側の電極に、プラズマソース部を基
準にして、正または負のバイアス電圧を印加する直流の
バイアス電源を有していることを特徴とする。In order to achieve the above object, the ion beam generator of the present invention comprises an electrode on the most plasma side of the electrodes constituting the extraction electrode system of the ion source and a plasma source section. An insulator is provided between the two to electrically insulate the two from each other, and the power supply device applies a positive or negative bias voltage to the electrode on the most plasma side with reference to the plasma source unit. It is characterized by having a DC bias power supply.
【００１９】[0019]
【作用】上記構成によれば、バイアス電源によって、イ
オン源の最プラズマ側の電極に、プラズマソース部を基
準にして正または負の電位を印加した状態でイオンビー
ムを引き出すことができる。正電位を印加した場合、プ
ラズマソース部内のプラズマから引き出されようとする
イオンの一部は、この最プラズマ側の電極によって跳ね
返される。その結果、イオン源から引き出すイオンビー
ムのイオン電流密度を従来の下限よりも更に小さくする
ことができる。負電位を印加した場合、プラズマソース
部内のプラズマから引き出されようとするイオンの一部
は、この最プラズマ側の電極に吸収される。その結果こ
の場合も、イオン源から引き出すイオンビームのイオン
電流密度を従来の下限よりも更に小さくすることができ
る。According to the above construction, the ion beam can be extracted by the bias power source while applying a positive or negative potential to the electrode on the most plasma side of the ion source with reference to the plasma source. When a positive potential is applied, some of the ions that are about to be extracted from the plasma in the plasma source unit are repelled by the electrode on the outermost plasma side. As a result, the ion current density of the ion beam extracted from the ion source can be made smaller than the conventional lower limit. When a negative potential is applied, some of the ions that are about to be extracted from the plasma in the plasma source unit are absorbed by the electrode on the most plasma side. As a result, also in this case, the ion current density of the ion beam extracted from the ion source can be made smaller than the conventional lower limit.
【００２０】[0020]
【実施例】図１は、この発明に係るイオンビーム発生装
置を用いたイオン注入装置の一例を示す断面図である。
図７の従来例と同一または相当する部分には同一符号を
付し、以下においては当該従来例との相違点を主に説明
する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a sectional view showing an example of an ion implantation apparatus using the ion beam generator according to the present invention.
The same or corresponding portions as those of the conventional example in FIG. 7 are denoted by the same reference numerals, and in the following, differences from the conventional example will be mainly described.
【００２１】この実施例では、前述したイオン源２にお
いて、その引出し電極系２０を構成する第１電極２１と
プラズマソース部４（より具体的にはそのプラズマ生成
容器６。以下同じ）との間に絶縁物５０を設けて、第１
電極２１とプラズマソース部４との間を電気的に絶縁し
ている。In this embodiment, in the above-mentioned ion source 2, between the first electrode 21 constituting the extraction electrode system 20 and the plasma source portion 4 (more specifically, the plasma generation container 6; the same applies hereinafter). Insulator 50 is provided on the first
The electrode 21 and the plasma source part 4 are electrically insulated.
【００２２】更にこの実施例では、従来の電源装置３０
に相当するものであって、上記イオン源２と共にイオン
ビーム発生装置を構成する次のような構成の電源装置３
０ａを備えている。Further, in this embodiment, the conventional power supply device 30 is used.
And a power supply device 3 having the following configuration that constitutes an ion beam generator together with the ion source 2 described above.
It has 0a.
【００２３】即ち、この電源装置３０ａは、上記第１電
極２１に、プラズマソース部４を基準にして、正または
負のバイアス電圧ＶＢを印加する直流のバイアス電源３
８と、プラズマソース部４に接地電位を基準にして正の
高電圧を印加する第１電源３１と、第２電極２２にプラ
ズマソース部４の電位を基準にして負の電圧を印加する
第２電源３２と、第３電極２３に接地電位を基準にして
負の電圧を印加する第３電源３３とを有している。That is, the power supply device 30a is a DC bias power supply 3 for applying a positive or negative bias voltage VB to the first electrode 21 with reference to the plasma source section 4.
8, a first power source 31 for applying a positive high voltage to the plasma source portion 4 with reference to the ground potential, and a second power source 31 for applying a negative voltage to the second electrode 22 with reference to the potential of the plasma source portion 4. It has a power supply 32 and a third power supply 33 that applies a negative voltage to the third electrode 23 with reference to the ground potential.
【００２４】バイアス電源３８は、例えば図２に示すよ
うに、出力電圧が正から負まで連続的に可変の、いわゆ
る両極性電源であるが、正のみ、または負のみを出力す
る直流電源でも良い。但し、これらの場合も、出力電圧
可変の方が制御性が良いので好ましい。第１電源３１な
いし第３電源３３の出力電圧Ｖ１ないしＶ３を可変とす
るか固定とするかは任意である。The bias power source 38 is a so-called bipolar power source whose output voltage is continuously variable from positive to negative as shown in FIG. 2, but may be a DC power source which outputs only positive or negative. . However, also in these cases, the variable output voltage is preferable because the controllability is better. It is arbitrary whether the output voltages V1 to V3 of the first power supply 31 to the third power supply 33 are variable or fixed.
【００２５】上記各電圧の大きさを例示すると、出力電
圧Ｖ１は例えば３０ｋＶ〜１００ｋＶ程度、出力電圧Ｖ
２は例えば５００Ｖ〜１ｋＶ程度、出力電圧Ｖ３は例え
ば５００Ｖ〜１ｋＶ程度、バイアス電圧ＶＢは例えば０
〜±２００Ｖ程度である。To illustrate the magnitude of each of the above voltages, the output voltage V1 is, for example, about 30 kV to 100 kV, and the output voltage V1 is
2 is about 500 V to 1 kV, the output voltage V3 is about 500 V to 1 kV, and the bias voltage VB is 0, for example.
Is about ± 200V.
【００２６】このような電源装置３０ａを用いた場合の
イオン源２における電位の一例を図３に示す。プラズマ
ソース部４の電位は第１電源３１の出力電圧Ｖ１によっ
て決められ、それよりバイアス電源３８の出力電圧（即
ちバイアス電圧ＶＢ）だけ正側（実線で示す状態）また
は負側（２点斜線で示す状態）に第１電極２１の電位が
あり、またプラズマソース部４より第２電源３２の出力
電圧Ｖ２だけ下がった所に第２電極２２の電位があり、
第３電極２３の電位は第３電源３３の出力電圧Ｖ３によ
って決められる。また、プラズマ１４が、背面板６ｂお
よび側壁６ａから成るプラズマ生成容器６に対して正の
電位になるのは前述のとおりである。FIG. 3 shows an example of the potential of the ion source 2 when using the power supply device 30a. The potential of the plasma source unit 4 is determined by the output voltage V1 of the first power supply 31, and the output voltage of the bias power supply 38 (that is, the bias voltage VB) is positive side (state shown by a solid line) or negative side (indicated by a two-dot diagonal line). (State shown) has the electric potential of the first electrode 21, and the electric potential of the second electrode 22 is lower than the output voltage V2 of the second power source 32 from the plasma source portion 4.
The potential of the third electrode 23 is determined by the output voltage V3 of the third power supply 33. As described above, the plasma 14 has a positive potential with respect to the plasma generation container 6 including the back plate 6b and the side wall 6a.
【００２７】このようにこの実施例では、バイアス電源
３８によって、イオン源２の第１電極２１に、プラズマ
ソース部４を基準にして正または負の電圧を印加した状
態でイオンビーム４０を引き出すことができる。As described above, in this embodiment, the ion beam 40 is extracted by the bias power source 38 while applying a positive or negative voltage to the first electrode 21 of the ion source 2 with respect to the plasma source section 4. You can
【００２８】第１電極２１に正電位を印加した場合、プ
ラズマソース部４内のプラズマ１４から引き出されよう
とするイオンの一部は、この正電位の第１電極２１によ
って跳ね返される。この作用は、第１電極２１の電位
を、プラズマ１４の電位よりも高くなるように設定した
場合は特に大きい。このようにして跳ね返される分、引
き出せるイオンの量が減少する。その結果、プラズマ１
４への投入電力を下げなくても、イオン源２から引き出
すイオンビーム４０のイオン電流密度を従来の下限より
も更に小さくすることができる。When a positive potential is applied to the first electrode 21, some of the ions to be extracted from the plasma 14 in the plasma source section 4 are repelled by the first electrode 21 having the positive potential. This action is particularly great when the potential of the first electrode 21 is set to be higher than the potential of the plasma 14. In this way, the amount of ions that can be extracted is reduced by the amount of rebound. As a result, plasma 1
The ion current density of the ion beam 40 extracted from the ion source 2 can be made smaller than the conventional lower limit without lowering the input power to the ion source 4.
【００２９】第１電極２１に負電位を印加した場合、プ
ラズマソース部４内のプラズマ１４から引き出されよう
とするイオンの一部は、この負電位の第１電極２１に吸
収される。この作用は、第１電極２１の電位を、プラズ
マ１４の電位よりも低くなるように設定した場合に特に
大きい。このようにして吸収される分、引き出せるイオ
ンの量が減少する。その結果、この場合も、プラズマ１
４への投入電力を下げなくても、イオン源２から引き出
すイオンビーム４０のイオン電流密度を従来の下限より
も更に小さくすることができる。When a negative potential is applied to the first electrode 21, some of the ions to be extracted from the plasma 14 in the plasma source section 4 are absorbed by the first electrode 21 having the negative potential. This action is particularly great when the potential of the first electrode 21 is set to be lower than the potential of the plasma 14. In this way, the amount of ions that can be extracted is reduced by the amount that is absorbed. As a result, also in this case, plasma 1
The ion current density of the ion beam 40 extracted from the ion source 2 can be made smaller than the conventional lower limit without lowering the input power to the ion source 4.
【００３０】上記正、負いずれの場合も、イオンビーム
４０のイオン電流密度は、バイアス電源３８から出力す
るバイアス電圧ＶＢの大きさに依存する。また、プラズ
マ１４への投入電力にも依存することは前述のとおりで
ある。このバイアス電圧ＶＢとイオン電流密度との関係
の実測結果の一例を図４に示す。In both the positive and negative cases, the ion current density of the ion beam 40 depends on the magnitude of the bias voltage VB output from the bias power source 38. Further, it depends on the electric power input to the plasma 14 as described above. FIG. 4 shows an example of the measurement result of the relationship between the bias voltage VB and the ion current density.
【００３１】この図において、バイアス電圧ＶＢが０の
ときのイオン電流密度Ｊ1 またはＪ 2 が従来の下限に相
当し、この実施例ではバイアス電圧ＶＢを正または負に
大きくすることで、イオン電流密度を従来の下限よりも
更に小さくすることができる。In this figure, the bias voltage VB is 0
Ion current density J1Or J 2Is lower than the conventional lower limit
In this embodiment, the bias voltage VB is set to be positive or negative.
By making it larger, the ion current density will be lower than the conventional lower limit.
It can be further reduced.
【００３２】また、この図からも分かるように、バイア
ス電圧ＶＢを正にして第１電極２１に正電位を与えた方
が、イオン電流密度をより小さくすることができる。こ
れは、第１電極２１に正電位を与えると、プラズマ１４
中の電子は軽くて第１電極２１に吸収されやすいためプ
ラズマ１４の密度が薄くなり、このこともイオン電流密
度の減少に寄与するのに対して、第１電極２１に負電位
を与えてもプラズマ１４中のイオンは重くて第１電極２
１に吸収されにくいためプラズマ１４の密度が薄くなり
にくく、このことがイオン電流密度の減少に殆ど寄与し
ないためであると考えられる。Further, as can be seen from this figure, when the bias voltage VB is made positive and a positive potential is applied to the first electrode 21, the ion current density can be made smaller. This is because when a positive potential is applied to the first electrode 21, the plasma 14
Since the electrons inside are light and easily absorbed by the first electrode 21, the density of the plasma 14 becomes thin, which also contributes to the reduction of the ion current density, but even if a negative potential is applied to the first electrode 21. Ions in the plasma 14 are heavy and the first electrode 2
It is considered that this is because the density of the plasma 14 is unlikely to be thin because it is difficult to be absorbed by 1, and this hardly contributes to the decrease of the ion current density.
【００３３】また、第１電極２１に正電位を与えると、
プラズマ１４中のイオンを跳ね返す作用が大きくなり、
プラズマ１４中のイオンによって第１電極２１がスパッ
タされる割合が小さくなるので、第１電極２１を構成す
る物質がプラズマ１４およびイオンビーム４０中に不純
物として混入する可能性が小さくなる。When a positive potential is applied to the first electrode 21,
The action of repelling the ions in the plasma 14 becomes large,
Since the rate at which the first electrode 21 is sputtered by the ions in the plasma 14 becomes small, the possibility that the substance forming the first electrode 21 will be mixed into the plasma 14 and the ion beam 40 as an impurity becomes small.
【００３４】上記のような二つの理由から、第１電極２
１には正電位を与える方が好ましい。For the above two reasons, the first electrode 2
It is preferable to apply a positive potential to 1.
【００３５】なお、図４中においてバイアス電圧ＶＢが
＋０〜＋５０Ｖ付近で、イオン電流密度がＶＢ＝０のと
きよりも増加しているのは、プラズマ１４のイオン放出
面が第１電極２１に近づいたため、引き出されるイオン
量が増加したからであると考えられる。In FIG. 4, when the bias voltage VB is around +0 to +50 V, the ion current density increases more than when VB = 0, because the ion emission surface of the plasma 14 approaches the first electrode 21. This is probably because the amount of extracted ions increased.
【００３６】上記のようにして、イオン源２から引き出
すイオンビーム４０のイオン電流密度を従来の下限より
も更に小さくすることができる結果、基板４６に対して
低ドーズ量注入を行う場合に注入時間を長くすることが
できるので、所定のドーズ量注入を行う場合の制御性お
よび再現性が向上する。As described above, the ion current density of the ion beam 40 extracted from the ion source 2 can be made smaller than the lower limit of the prior art, and as a result, the implantation time when the substrate 46 is implanted at a low dose. Since it can be made longer, the controllability and reproducibility in the case of implanting a predetermined dose amount are improved.
【００３７】ところで、プラズマソース部４から引き出
すイオンビーム４０のイオン電流密度を従来の下限より
も更に小さくする手段として、図７に示した第２電源３
２の極性を図示とは逆にして、第２電極２２に第１電極
２１の電位を基準にして正の電圧を印加する、という考
えもある。By the way, as a means for making the ion current density of the ion beam 40 extracted from the plasma source section 4 smaller than the conventional lower limit, the second power source 3 shown in FIG.
There is also an idea that the polarity of 2 is reversed to that shown in the figure and a positive voltage is applied to the second electrode 22 with reference to the potential of the first electrode 21.
【００３８】そのようにすれば、第２電極２２と第１電
極２１との間の電位差による電界は、イオンビーム４０
の引出し方向とは逆向きの電界となるので、第１電極２
１を介してプラズマソース部４内のプラズマ１４からイ
オンが引き出されるのを抑制する作用をする結果、イオ
ン源２から引き出すイオンビーム４０のイオン電流密度
を従来の下限よりも更に小さくすることはできる。By doing so, the electric field due to the potential difference between the second electrode 22 and the first electrode 21 is generated by the ion beam 40.
Since the electric field is in the opposite direction to the extraction direction of the first electrode 2
As a result of the effect of suppressing the extraction of ions from the plasma 14 in the plasma source unit 4 via 1, the ion current density of the ion beam 40 extracted from the ion source 2 can be made smaller than the conventional lower limit. .
【００３９】ところが、上記のようにすると、第２電極
２２がプラズマソース部４および第１電極２１に対して
正電位になるため、プラズマ１４から引き出された電子
が第１電極２１と第２電極２２間で加速されて第２電極
２２に入射衝突しやすく、これが引き金になって第１電
極２１と第２電極２２との間で放電が生じて、イオンビ
ーム４０の引出しが不安定になる恐れがある。However, in the above-described manner, the second electrode 22 has a positive potential with respect to the plasma source section 4 and the first electrode 21, so that the electrons extracted from the plasma 14 are absorbed by the first electrode 21 and the second electrode. 22 is likely to be accelerated and collide with the second electrode 22 due to the acceleration, and this may trigger the discharge between the first electrode 21 and the second electrode 22 to make the extraction of the ion beam 40 unstable. There is.
【００４０】これに対して、この実施例では、第２電極
２２の電位を第１電極２１の電位よりも高くする必要が
ないので、即ち従来例と同様に、第２電極２２には第２
電源３２から負電圧を印加しておけば良いので、第２電
極２２にプラズマ１４中の電子が入射衝突して第１電極
２１と第２電極２２との間で放電が生じてイオンビーム
４０の引き出しが不安定になる、という恐れはない。On the other hand, in this embodiment, it is not necessary to make the potential of the second electrode 22 higher than that of the first electrode 21, that is, as in the conventional example, the second electrode 22 has a second electrode.
Since it suffices to apply a negative voltage from the power source 32, the electrons in the plasma 14 are incident on the second electrode 22 and collide with each other to generate a discharge between the first electrode 21 and the second electrode 22, which causes the ion beam 40 There is no fear that the drawer will become unstable.
【００４１】図５は、この発明に係るイオンビーム発生
装置を構成する電源装置の他の例を示す図である。この
例の電源装置３０ａは、第１電極２１にプラズマソース
部４（より具体的にはそのプラズマ生成容器６）を基準
にして正または負のバイアス電圧ＶＢを印加する直流の
バイアス電源３８と、第１電極２１に接地電位を基準に
して正の高電圧を印加する第１電源３１と、第２電極２
２に第１電極２１の電位を基準にして負の電圧を印加す
る第２電源３２と、第３電極２３に接地電位を基準にし
て負の電圧を印加する第３電源３３とを有している。各
電源３１ないし３３の出力電圧は、それぞれＶ１ないし
Ｖ３である。FIG. 5 is a diagram showing another example of the power supply device constituting the ion beam generator according to the present invention. The power supply device 30a of this example includes a DC bias power supply 38 for applying a positive or negative bias voltage VB to the first electrode 21 with the plasma source unit 4 (more specifically, the plasma generation container 6) as a reference, A first power supply 31 for applying a positive high voltage to the first electrode 21 with reference to the ground potential, and a second electrode 2
2 has a second power supply 32 that applies a negative voltage based on the potential of the first electrode 21 and a third power supply 33 that applies a negative voltage to the third electrode 23 based on the ground potential. There is. The output voltages of the power supplies 31 to 33 are V1 to V3, respectively.
【００４２】図６は、この発明に係るイオンビーム発生
装置を構成する電源装置の更に他の例を示す図である。
この例の電源装置３０ａは、第１電極２１にプラズマソ
ース部４（より具体的にはそのプラズマ生成容器６）を
基準にして正または負のバイアス電圧ＶＢを印加する直
流のバイアス電源３８と、第２電極２２に接地電位を基
準にして正の高電圧を印加する第１電源３１と、第１電
極２１に第２電極２２の電位を基準にして正の電圧を印
加する第２電源３２と、第３電極２３に接地電位を基準
にして負の電圧を印加する第３電源３３とを有してい
る。各電源３１ないし３３の出力電圧は、それぞれＶ１
ないしＶ３である。FIG. 6 is a diagram showing still another example of the power supply device constituting the ion beam generator according to the present invention.
The power supply device 30a of this example includes a DC bias power supply 38 for applying a positive or negative bias voltage VB to the first electrode 21 with the plasma source unit 4 (more specifically, the plasma generation container 6) as a reference, A first power supply 31 that applies a positive high voltage to the second electrode 22 with reference to the ground potential, and a second power supply 32 that applies a positive voltage to the first electrode 21 with reference to the potential of the second electrode 22. , And a third power supply 33 that applies a negative voltage to the third electrode 23 with reference to the ground potential. The output voltage of each power supply 31 to 33 is V1
Through V3.
【００４３】図５および図６の例の場合も、バイアス電
源３８によって、第１電極２１に、プラズマソース部４
を基準にして正または負のバイアス電圧ＶＢを印加した
状態でイオンビーム４０を引き出すことができるので、
図１に示した例の場合と同様に、イオンビーム４０のイ
オン電流密度を従来の下限よりも更に小さくすることが
できる。In the case of the examples of FIG. 5 and FIG. 6 as well, the bias power supply 38 causes the first electrode 21 to reach the plasma source portion 4
Since the ion beam 40 can be extracted with a positive or negative bias voltage VB applied with reference to
As in the case of the example shown in FIG. 1, the ion current density of the ion beam 40 can be made smaller than the conventional lower limit.
【００４４】但し、図５および図６に示した電源装置３
０ａを用いる場合は、バイアス電源３８から出力するバ
イアス電圧ＶＢを変化させることによってプラズマソー
ス部４の電位が上下するので、そのぶん、イオン源２か
ら引き出されるイオンビーム４０のエネルギーが変化す
ることになる。図１に示した電源装置３０ａの場合は、
プラズマソース部４の電位は第１電源３１の出力電圧Ｖ
１によって定まっているので、そのようなことは起こら
ない。もっとも、第１電源３１の出力電圧Ｖ１に比べ
て、バイアス電源３８から出力するバイアス電圧ＶＢは
前述したように遙かに小さいので、上記によるイオンビ
ーム４０のエネルギー変化は通常は殆ど問題にならな
い。However, the power supply device 3 shown in FIG. 5 and FIG.
When 0a is used, the potential of the plasma source unit 4 rises and falls by changing the bias voltage VB output from the bias power source 38, and accordingly, the energy of the ion beam 40 extracted from the ion source 2 changes. Become. In the case of the power supply device 30a shown in FIG.
The potential of the plasma source unit 4 is the output voltage V of the first power supply 31.
It doesn't happen because it is determined by 1. However, since the bias voltage VB output from the bias power source 38 is much smaller than the output voltage V1 of the first power source 31, as described above, the energy change of the ion beam 40 due to the above is usually not a problem.
【００４５】なお、イオン源２のプラズマソース部４
は、上記例のように高周波放電によってガスを電離させ
てプラズマ１４を生成する方式のものに限定されるもの
ではなく、それ以外の方式のもの、例えばマイクロ波放
電によってガスを電離させてプラズマ１４を生成する方
式のもの、あるいは直流のアーク放電によってガスを電
離させてプラズマ１４を生成する方式のもの等でも良
い。The plasma source unit 4 of the ion source 2
Is not limited to the method of ionizing gas by high frequency discharge to generate plasma 14 as in the above example, but other methods, for example, plasma 14 by ionizing gas by microwave discharge. A method of generating plasma or a method of generating plasma 14 by ionizing gas by DC arc discharge may be used.
【００４６】また、イオン源２の引出し電極系２０を構
成する電極の枚数も、上記例のような４枚に限定される
ものではなく、それ以外の複数枚、例えば２枚、３枚、
５枚等でも良い。Further, the number of electrodes constituting the extraction electrode system 20 of the ion source 2 is not limited to four as in the above example, but a plurality of other electrodes, for example, two or three,
5 or the like may be used.
【００４７】[0047]
【発明の効果】この発明は、上記のとおり構成されてい
るので、次のような効果を奏する。Since the present invention is configured as described above, it has the following effects.
【００４８】請求項１のイオンビーム発生装置によれ
ば、バイアス電源によって、イオン源の最プラズマ側の
電極に、プラズマソース部を基準にして正または負の電
圧を印加した状態でイオンビームを引き出すことがで
き、プラズマソース部内のプラズマから引き出されるイ
オンの一部は、この最プラズマ側の電極によって跳ね返
されたり吸収されたりするので、プラズマへの投入電力
を下げなくても、イオン源から引き出すイオンビームの
イオン電流密度を従来の下限よりも更に小さくすること
ができる。According to the ion beam generator of the first aspect, the ion beam is extracted by the bias power source in a state where a positive or negative voltage is applied to the electrode on the most plasma side of the ion source with reference to the plasma source portion. Since some of the ions extracted from the plasma in the plasma source part are repelled or absorbed by the electrode on the outermost plasma side, the ions extracted from the ion source can be extracted without lowering the power input to the plasma. The ion current density of the beam can be made smaller than the conventional lower limit.
【００４９】従ってこのようなイオンビーム発生装置を
例えばイオン注入に用いれば、基板に対して低ドーズ量
注入を行う場合に注入時間を長くすることができるの
で、所定のドーズ量注入を行う場合の制御性および再現
性が向上する。Therefore, if such an ion beam generator is used for ion implantation, for example, the implantation time can be lengthened when a low dose implantation is performed on a substrate, so that when a predetermined dose implantation is performed. Controllability and reproducibility are improved.
【００５０】しかも、最プラズマ側の電極よりも下流側
にある電極の電位を当該最プラズマ側の電極の電位より
も高くする場合と違って、イオンビームの引き出しが不
安定になるという恐れもない。Moreover, unlike the case where the potential of the electrode on the downstream side of the electrode on the most plasma side is made higher than the potential of the electrode on the most plasma side, there is no fear that the extraction of the ion beam becomes unstable. .
【００５１】請求項２のイオンビーム発生装置によれ
ば、請求項１の効果に加えて更に次のような効果を奏す
る。According to the ion beam generator of claim 2, in addition to the effect of claim 1, the following effect is further exhibited.
【００５２】即ち、バイアス電源から第１電極にプラズ
マソース部を基準にして正の電圧を印加するので、負の
電圧を印加する場合に比べてイオン電流密度をより小さ
くすることができる。That is, since a positive voltage is applied from the bias power source to the first electrode with reference to the plasma source portion, the ion current density can be made smaller than that when a negative voltage is applied.
【００５３】また、プラズマ中のイオンによって第１電
極がスパッタされる割合が小さくなるので、第１電極を
構成する物質がプラズマおよびイオンビーム中に不純物
として混入する可能性が小さくなる。Further, since the proportion of the first electrode sputtered by the ions in the plasma is reduced, the possibility that the substance forming the first electrode is mixed as an impurity in the plasma and the ion beam is reduced.
【００５４】また、バイアス電源から出力するバイアス
電圧を変化させても、プラズマソース部の電位は第１電
源の出力電圧によって定まっていて変化しないので、イ
オン源から引き出すイオンビームのエネルギーが変化し
ない。Even if the bias voltage output from the bias power supply is changed, the potential of the plasma source portion is determined by the output voltage of the first power supply and does not change. Therefore, the energy of the ion beam extracted from the ion source does not change.
【図１】この発明に係るイオンビーム発生装置を用いた
イオン注入装置の一例を示す断面図である。FIG. 1 is a sectional view showing an example of an ion implantation apparatus using an ion beam generator according to the present invention.
【図２】図１中のバイアス電源の一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an example of a bias power supply in FIG.
【図３】図１中のイオン源における電位の一例を示す図
である。FIG. 3 is a diagram showing an example of a potential in the ion source in FIG.
【図４】図１中のイオン源に印加するバイアス電圧とイ
オン電流密度との関係の実測結果の一例を示す図であ
る。FIG. 4 is a diagram showing an example of an actual measurement result of a relationship between a bias voltage applied to the ion source in FIG. 1 and an ion current density.
【図５】この発明に係るイオンビーム発生装置を構成す
る電源装置の他の例を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing another example of a power supply device constituting the ion beam generator according to the present invention.
【図６】この発明に係るイオンビーム発生装置を構成す
る電源装置の更に他の例を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing still another example of the power supply device constituting the ion beam generator according to the present invention.
【図７】従来のイオンビーム発生装置を用いたイオン注
入装置の一例を示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing an example of an ion implanter using a conventional ion beam generator.
【図８】図７中のイオン源における投入電力とイオン電
流密度との関係の一例を示す概略図である。8 is a schematic diagram showing an example of a relationship between input power and ion current density in the ion source in FIG.
２ イオン源 ４ プラズマソース部 ６ プラズマ生成容器 １４ プラズマ １６ 高周波電源 ２０ 引出し電極系 ２１ 第１電極 ２２ 第２電極 ２３ 第３電極 ２４ 第４電極 ３０ａ 電源装置 ３１ 第１電源 ３２ 第２電源 ３３ 第３電源 ３８ バイアス電源 ４０ イオンビーム ４２ 処理室 ４６ 基板 ５０ 絶縁物 2 Ion Source 4 Plasma Source Section 6 Plasma Generation Container 14 Plasma 16 High Frequency Power Supply 20 Extraction Electrode System 21 First Electrode 22 Second Electrode 23 Third Electrode 24 Fourth Electrode 30a Power Supply 31 First Power Supply 32 Second Power Supply 33 Third Power supply 38 Bias power supply 40 Ion beam 42 Processing chamber 46 Substrate 50 Insulator
Claims (2)
させてプラズマを発生させるプラズマソース部およびこ
のプラズマソース部内のプラズマから電界の作用でイオ
ンビームを引き出すものであって複数枚の電極を有する
引出し電極系を有するイオン源と、このイオン源の引出
し電極系を構成する電極にイオンビーム引出し用の電圧
を印加する電源装置とを備えるイオンビーム発生装置に
おいて、前記イオン源においてその引出し電極系を構成
する電極の内の最プラズマ側の電極とプラズマソース部
との間に絶縁物を設けて両者間を電気的に絶縁してお
り、かつ前記電源装置が、前記最プラズマ側の電極に、
プラズマソース部を基準にして、正または負のバイアス
電圧を印加する直流のバイアス電源を有していることを
特徴とするイオンビーム発生装置。1. A plasma source part for introducing a gas and ionizing it by discharge to generate plasma, and an ion beam for extracting the ion beam from the plasma in the plasma source part by the action of an electric field, the extractor having a plurality of electrodes. In an ion beam generator including an ion source having an electrode system and a power supply device for applying a voltage for extracting an ion beam to an electrode forming an extraction electrode system of the ion source, the extraction electrode system is configured in the ion source. Insulating material is provided between the electrode on the most plasma side and the plasma source portion of the electrodes to electrically insulate the two, and the power supply device is disposed on the electrode on the most plasma side.
An ion beam generator comprising a direct current bias power source for applying a positive or negative bias voltage based on the plasma source part.
下流側に向けて配置された第１電極、第２電極、第３電
極および第４電極を有していて、第４電極は接地されて
おり、前記電源装置が、プラズマソース部に接地電位を
基準にして正の電圧を印加する第１電源と、第２電極に
プラズマソース部の電位を基準にして負の電圧を印加す
る第２電源と、第３電極に接地電位を基準にして負の電
圧を印加する第３電源とを更に有しており、かつ前記バ
イアス電源が、第１電極にプラズマソース部を基準にし
て正の電圧を印加する電源である請求項１記載のイオン
ビーム発生装置。2. The extraction electrode system has a first electrode, a second electrode, a third electrode and a fourth electrode arranged from the most plasma side toward the downstream side, and the fourth electrode is grounded. The power supply device includes a first power supply for applying a positive voltage to the plasma source section with reference to the ground potential, and a second power supply for applying a negative voltage to the second electrode with reference to the potential of the plasma source section. The power supply further includes a third power supply for applying a negative voltage to the third electrode with reference to the ground potential, and the bias power supply has a positive voltage with respect to the plasma source portion for the first electrode. The ion beam generator according to claim 1, wherein the ion beam generator is a power source for applying the.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13600395A JP3577785B2 (en) | 1995-05-09 | 1995-05-09 | Ion beam generator |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13600395A JP3577785B2 (en) | 1995-05-09 | 1995-05-09 | Ion beam generator |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08306334A true JPH08306334A (en) | 1996-11-22 |
| JP3577785B2 JP3577785B2 (en) | 2004-10-13 |
Family
ID=15164925
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13600395A Expired - Lifetime JP3577785B2 (en) | 1995-05-09 | 1995-05-09 | Ion beam generator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3577785B2 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100585937B1 (en) * | 2004-12-06 | 2006-06-07 | 학교법인 성균관대학 | Improved ion beam source |
| KR100735668B1 (en) * | 2004-12-06 | 2007-07-06 | 성균관대학교산학협력단 | Improved ion beam source and ion beam extracting method |
| US8147705B2 (en) | 2005-10-20 | 2012-04-03 | Nissin Ion Equipment Co., Ltd. | Method of operating ion source and ion implanting apparatus |
-
1995
- 1995-05-09 JP JP13600395A patent/JP3577785B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100585937B1 (en) * | 2004-12-06 | 2006-06-07 | 학교법인 성균관대학 | Improved ion beam source |
| KR100735668B1 (en) * | 2004-12-06 | 2007-07-06 | 성균관대학교산학협력단 | Improved ion beam source and ion beam extracting method |
| US8147705B2 (en) | 2005-10-20 | 2012-04-03 | Nissin Ion Equipment Co., Ltd. | Method of operating ion source and ion implanting apparatus |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3577785B2 (en) | 2004-10-13 |
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