JPH0997571A - Ion beam generating device - Google Patents
Ion beam generating deviceInfo
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- JPH0997571A JPH0997571A JP7276987A JP27698795A JPH0997571A JP H0997571 A JPH0997571 A JP H0997571A JP 7276987 A JP7276987 A JP 7276987A JP 27698795 A JP27698795 A JP 27698795A JP H0997571 A JPH0997571 A JP H0997571A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】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9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. 9 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、この例では電源装
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
This is an electrode for determining the energy of 0, and in this example, a positive high voltage is applied from the first power supply 31 constituting the power supply device 30 with reference to the ground potential. 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、この例では
電源装置30を構成する第2電源32から、第1電極2
1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. From the first electrode 2
A negative voltage is applied with reference to the potential of 1.
【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、この例では電源装置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 in this example, 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9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. 9, 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 of, for example, 13.56 MHz is supplied from the high frequency power supply 16 between the side wall 6a and the back plate 6b, the space between the side wall 6a and the back plate 6b is 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】ところで、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、1011〜1012イオン
/cm2 台の低ドーズ量の注入を行う必要がある。By the way, for example, in the case of manufacturing a polycrystalline silicon thin film transistor, it is necessary to perform implantation with a low dose amount of 10 11 to 10 12 ions / cm 2 .
【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、上述した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 the conventional ion beam generator described above is used. There was a limit in reducing the ion current density in the device.
【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10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. 10 illustrates the above situation. When the power input 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】このような従来技術の課題を解決すること
ができるイオンビーム発生装置が、同一出願人によって
先に提案されている(特願平7−136003号)。そ
の一例を図11に示す。An ion beam generator capable of solving such problems of the prior art has been previously proposed by the same applicant (Japanese Patent Application No. 7-136003). One example is shown in FIG.
【0018】このイオンビーム発生装置は、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。)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
縁すると共に、従来の電源装置30に相当する電源装置
30a内に、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38を設けたものである。In this ion beam generator, between the first electrode 21 constituting the extraction electrode system 20 and the plasma source portion 4 (more specifically, the plasma generation container 6) in the ion source 2 described above. Insulator 50 is installed on
The first electrode 21 and the plasma source part 4 are electrically insulated from each other, and the first electrode 21 is positive or negative with respect to the plasma source part 4 in the power supply device 30a corresponding to the conventional power supply device 30. The DC bias power supply 38 for applying the bias voltage VB is provided.
【0019】このバイアス電圧VBを正または負に大き
くすることよって、例えば図12に示すように、プラズ
マ14への投入電力を下げなくても、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。これ
は、バイアス電圧VBを正にして第1電極21に正電位
を印加した場合は、プラズマソース部4内のプラズマ1
4から引き出されようとするイオンの一部がこの正電位
の第1電極21によって跳ね返され、逆にバイアス電圧
VBを負にして第1電極21に負電位を印加した場合
は、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がこの負電位の第1電極21
に吸収され、いずれも引き出せるイオンの量が減少する
からであると考えられる。ちなみに、バイアス電圧VB
が0のときのイオン電流密度J1 またはJ2 が従来の下
限に相当する。By increasing the bias voltage VB positively or negatively, for example, as shown in FIG. 12, the ion current density can be made smaller than the conventional lower limit without lowering the power supplied to the plasma 14. You can This is because when the bias voltage VB is made positive and a positive potential is applied to the first electrode 21, the plasma 1 in the plasma source unit 4 is
4 are partially repelled by the first electrode 21 having a positive potential, and conversely, when the bias voltage VB is made negative and a negative potential is applied to the first electrode 21, the plasma source unit 4 Some of the ions that are about to be extracted from the plasma 14 inside the first electrode 21 of this negative potential.
It is considered that this is because the amount of ions that are absorbed by and are both extracted decreases. By the way, the bias voltage VB
The ion current density J 1 or J 2 when is 0 corresponds to the conventional lower limit.
【0020】[0020]
【発明が解決しようとする課題】上記先行例のイオンビ
ーム発生装置においては、第1電極21に正または負の
バイアス電圧VBを印加すると確かにイオン電流密度を
減少させることはできるが、イオン電流の低密度化は、
図12からも分かるように、より効果的な正のバイアス
電圧VBを印加した時でも、0バイアスの時と比較して
せいぜい3分の1程度、イオン電流密度にして下限は5
0〜60nA/cm2 程度であった。これでは、低ドー
ズ量注入を行うには、例えば1011イオン/cm2 台の
注入を行うには、制御性や再現性を確保する上で必ずし
も十分とは言えない場合もある。In the ion beam generator of the above-mentioned prior art example, when the positive or negative bias voltage VB is applied to the first electrode 21, the ion current density can surely be reduced, but the ion current is reduced. The lower density of
As can be seen from FIG. 12, even when a more effective positive bias voltage VB is applied, the ion current density is at most about one-third compared with the case of 0 bias, and the lower limit is 5
It was about 0 to 60 nA / cm 2 . This may not always be sufficient to ensure controllability and reproducibility for low dose implantation, for example, for implanting 10 11 ions / cm 2 .
【0021】そこでこの発明は、上記のような先行例の
装置を更に改良して、より低密度のイオンビームを引き
出すことができるようにした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 extracting an ion beam having a lower density by further improving the above-mentioned prior art device.
【0022】[0022]
【課題を解決するための手段】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もプラズマ側の第1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、この第1電極に、プ
ラズマソース部を基準にして正のバイアス電圧を印加す
る直流のバイアス電源と、この第1電極のすぐ下流側の
第2電極に、プラズマソース部を基準にして正の制御電
圧を印加する直流の制御電源とを有していることを特徴
とする。In the ion beam generator of the present invention, an insulator is provided between the first electrode on the most plasma side of the electrodes constituting the extraction electrode system of the ion source and the plasma source portion. Is provided to electrically insulate the two from each other, and the power supply device applies a positive bias voltage to the first electrode with a positive bias voltage based on the plasma source portion; and the first electrode. It is characterized in that it has a direct current control power supply for applying a positive control voltage based on the plasma source part to the second electrode immediately downstream thereof.
【0023】上記構成によれば、第2電極の電位は、プ
ラズマソース部内のプラズマからイオンを引き出す障壁
になり、しかもこの第2電極の電位は、間に、バイアス
電圧によって電位の固定された第1電極が存在するた
め、プラズマの電位に影響を及ぼさない。従って、制御
電圧によって第2電極の電位を高くすることによって、
より低密度のイオンビームを引き出すことが可能にな
る。According to the above structure, the potential of the second electrode serves as a barrier for extracting the ions from the plasma in the plasma source portion, and the potential of the second electrode is fixed between them by the bias voltage. Since there is one electrode, it does not affect the plasma potential. Therefore, by increasing the potential of the second electrode by the control voltage,
It becomes possible to extract a lower density ion beam.
【0024】[0024]
【発明の実施の形態】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9の従来例および図11の先行例と同一ま
たは相当する部分には同一符号を付し、以下においては
前記先行例との相違点を主に説明する。1 is a sectional view showing an example of an ion implantation apparatus using an ion beam generator according to the present invention. The same or corresponding portions as those of the conventional example of FIG. 9 and the preceding example of FIG. 11 are denoted by the same reference numerals, and the differences from the preceding example will be mainly described below.
【0025】この実施例においても、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。Also in this embodiment, in the above-mentioned ion source 2, 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 hereafter). An insulator 50 is provided in between to electrically insulate the first electrode 21 and the plasma source portion 4 from each other.
【0026】更にこの実施例では、先行例の電源装置3
0aに対応するものであって、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30bを備えている。Further, in this embodiment, the power supply device 3 of the preceding example is used.
0a, which is equipped with a power supply device 30b having the following configuration that constitutes an ion beam generator together with the ion source 2.
【0027】即ち、この電源装置30bは、上記第1電
極21に、プラズマソース部4を基準にして正のバイア
ス電圧VBを印加する直流のバイアス電源37と、この
第1電極21のすぐ下流側の第2電極22に、プラズマ
ソース部4を基準にして正の制御電圧VSを印加する直
流の制御電源39とを有している。この電源装置30b
は更に、先行例の場合と同様に、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3
1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 30b includes a DC bias power supply 37 for applying a positive bias voltage VB to the first electrode 21 with respect to the plasma source portion 4, and a downstream side of the first electrode 21. The second electrode 22 has a direct-current control power supply 39 for applying a positive control voltage VS based on the plasma source unit 4. This power supply device 30b
Further, as in the case of the prior example, the first power supply 3 for applying a positive high voltage to the plasma source section 4 with reference to the ground potential.
1 and a third power supply 33 that applies a negative voltage to the third electrode 23 with reference to the ground potential.
【0028】バイアス電源37および制御電源39は、
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および第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 37 and the control power source 39 are
Variable output voltage is preferable because it has better controllability. It is arbitrary whether the output voltages V1 to V3 of the first power supply 31 and the third power supply 33 are variable or fixed.
【0029】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
3は例えば500V〜1kV程度、バイアス電圧VBは
例えば0〜200V程度、制御電圧VSは例えば0〜2
00V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 V
3 is, for example, about 500 V to 1 kV, the bias voltage VB is, for example, about 0 to 200 V, and the control voltage VS is, for example, 0 to 2
It is about 00V.
【0030】このような電源装置30bを用いた場合の
イオン源2における電位分布の一例を図2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37の出力電圧
(即ちバイアス電圧VB)だけ上がった所に第1電極2
1の電位があり、またプラズマソース部4より制御電源
39の出力電圧(即ち制御電圧VS)だけ上がった所に
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. 2 shows an example of the potential distribution in the ion source 2 when such a power supply device 30b is used. The potential of the plasma source unit 4 is determined by the output voltage V1 of the first power supply 31, and the first electrode 2 is located at a position higher than the output voltage of the bias power supply 37 (that is, the bias voltage VB).
There is a potential of 1, the potential of the second electrode 22 is higher than the output voltage of the control power supply 39 (that is, the control voltage VS) from the plasma source unit 4, and the potential of the third electrode 23 is the third.
It is determined by the output voltage V3 of the 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.
【0031】図11に示した先行例のイオンビーム発生
装置において、第1電極21に正のバイアス電圧VBを
印加しても、イオン電流密度を0バイアス時の3分の1
程度にしか下げられなかったのは、次の理由によるもの
と考えられる。In the ion beam generator of the prior art shown in FIG. 11, even if a positive bias voltage VB is applied to the first electrode 21, the ion current density is 1/3 of that in the 0 bias.
The reason why it could be lowered only to a certain degree is considered to be due to the following reasons.
【0032】即ち、第1電極21に正のバイアス電圧V
Bを印加した時のイオン電流密度は、プラズマ14の電
位と第1電極21の電位との間の電位差ΔVに依存し、
それが小さいとイオン電流密度も小さくなる。図13は
先行例の装置においてバイアス電圧VBが小さい場合の
電位分布を、図14はバイアス電圧VBが大きい場合の
電位分布をそれぞれ示すが、バイアス電圧VBを大きく
しても、図14に示すように、第1電極21に面してい
るプラズマ14の電位も第1電極21の電位に引きずら
れて上昇するため、上記電位差ΔVはあまり小さくなら
ず、これがイオン電流密度をあまり下げることができな
い理由であると考えられる。That is, a positive bias voltage V is applied to the first electrode 21.
The ion current density when B is applied depends on the potential difference ΔV between the potential of the plasma 14 and the potential of the first electrode 21,
If it is small, the ion current density also becomes small. FIG. 13 shows the potential distribution when the bias voltage VB is small in the device of the prior art, and FIG. 14 shows the potential distribution when the bias voltage VB is large, but even if the bias voltage VB is increased, as shown in FIG. In addition, since the potential of the plasma 14 facing the first electrode 21 is also dragged by the potential of the first electrode 21 and rises, the potential difference ΔV is not so small, which is the reason why the ion current density cannot be lowered so much. Is considered to be.
【0033】これに対してこの実施例では、上述したよ
うに、第2電極22にもプラズマソース部4を基準にし
て正の制御電圧VSを印加するように構成しており、こ
の第2電極22の電位は、間に、バイアス電圧VBによ
って電位の固定された第1電極21が存在するため、プ
ラズマ14の電位に影響を及ぼさない。従って、制御電
圧VSによって第2電極22の電位をプラズマ14の電
位に近づけたりプラズマ14の電位よりも高くすること
ができる。図2の例では、プラズマ14と第2電極22
との間の電位差ΔV′はほぼ0である。この第2電極2
2の電位は、プラズマ14からイオンを引き出す障壁に
なるので、第2電極22の電位を上記のように高くする
ことによって、イオン源2から引き出すイオンビーム4
0のイオン電流密度の下限を先行例の場合よりも更に小
さくすることができ、より低密度のイオンビーム40を
引き出すことが可能になる。On the other hand, in this embodiment, as described above, the positive control voltage VS is applied to the second electrode 22 with the plasma source portion 4 as a reference. The potential of 22 does not affect the potential of the plasma 14 because the first electrode 21 whose potential is fixed by the bias voltage VB exists between them. Therefore, the potential of the second electrode 22 can be brought closer to the potential of the plasma 14 or higher than the potential of the plasma 14 by the control voltage VS. In the example of FIG. 2, the plasma 14 and the second electrode 22
The potential difference .DELTA.V 'between and is almost zero. This second electrode 2
Since the electric potential of 2 becomes a barrier for extracting ions from the plasma 14, the ion beam 4 extracted from the ion source 2 is increased by increasing the electric potential of the second electrode 22 as described above.
The lower limit of the ion current density of 0 can be made smaller than in the case of the preceding example, and the ion beam 40 having a lower density can be extracted.
【0034】図3は、制御電圧VSとイオン電流密度と
の関係の実測結果の一例を示すものであり、これはイオ
ン源2への投入高周波電力が10W、出力電圧V1が1
0kV、出力電圧V3が0.2kVのときのものであ
る。この図から、制御電圧VSによってイオン電流密度
を制御することができ、例えば制御電圧VSを80V程
度以上にすれば、イオン電流密度を先行例の場合よりも
更に小さくして0にまで下げられることが分かる。FIG. 3 shows an example of the actual measurement result of the relationship between the control voltage VS and the ion current density. The high frequency power applied to the ion source 2 is 10 W and the output voltage V1 is 1.
This is when 0 kV and the output voltage V3 is 0.2 kV. From this figure, it is possible to control the ion current density by the control voltage VS. For example, if the control voltage VS is set to about 80 V or more, the ion current density can be made smaller than in the case of the preceding example and can be reduced to 0. I understand.
【0035】またこの図3から、バイアス電圧VBを大
きくする方が、カーブの傾きが緩やかになるので、制御
電圧VSによるイオン電流密度の制御を行いやすいこと
が分かる。It is also understood from FIG. 3 that the bias voltage VB is increased so that the slope of the curve becomes gentler, and thus the control of the ion current density by the control voltage VS is easier.
【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先行例の下限よ
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より長くする
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一層向上する。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 example, and as a result, the implantation is performed when the low dose implantation is performed on the substrate 46. Since the time can be made longer, the controllability and reproducibility when performing a predetermined dose injection is further improved.
【0037】図4ないし図7は、それぞれ、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。いずれの例の場合も、バイアス電源3
7によって第1電極21にプラズマソース部4を基準に
して正のバイアス電圧VBを印加すると共に、制御電源
39によって第2電極22にプラズマソース部4を基準
にして正の制御電圧VS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先行
例の下限よりも更に小さくすることができる。この内、
図5〜図7の例では、第2電極22のプラズマソース部
4に対する電位は、バイアス電圧VBと制御電圧VSと
を加算したものとなるので、制御電源39自体の出力電
圧は、図1または図4の例の場合よりも小さくて済む。FIGS. 4 to 7 are views showing other examples of the power supply unit constituting the ion beam generator according to the present invention. In either case, the bias power source 3
7, a positive bias voltage VB is applied to the first electrode 21 with reference to the plasma source section 4, and the control power supply 39 applies a positive control voltage VS to the second electrode 22 with reference to the plasma source section 4. Since the ion beam 40 can be extracted in this state, the ion current density of the ion beam 40 can be made smaller than the lower limit of the preceding example, as in the case of the example shown in FIG. Of these,
In the examples of FIGS. 5 to 7, since the potential of the second electrode 22 with respect to the plasma source unit 4 is the sum of the bias voltage VB and the control voltage VS, the output voltage of the control power supply 39 itself is the same as that of FIG. It can be smaller than in the case of the example of FIG.
【0038】なお、上記制御電源39の出力電圧すなわ
ち制御電圧VSを、正と負とに切り換えて出力すること
ができるようにしても良く、そのようにすれば、イオン
電流密度を下げての低ドーズ量注入およびイオン電流密
度を上げての高ドーズ量注入の両方に対応することがで
きる。前者の場合は前述のとおりであり、後者の場合を
ここで説明すると、制御電圧VSを負にすると、イオン
源2における電位分布は例えば図8に示すようになり、
プラズマ14と第2電極22との間の電位差ΔV′は大
きくなるので、イオン源2から引き出すイオンビーム4
0のイオン電流密度は大きくなり、従って高ドーズ量注
入に適用することができる。この場合は、バイアス電圧
VBは例えば0にすれば良い。The output voltage of the control power supply 39, that is, the control voltage VS may be switched between positive and negative to be output. By doing so, the ion current density can be reduced to a low level. Both dose implantation and high dose implantation with increased ion current density can be supported. The former case is as described above, and the latter case will be described here. When the control voltage VS is made negative, the potential distribution in the ion source 2 becomes as shown in FIG.
Since the potential difference ΔV ′ between the plasma 14 and the second electrode 22 becomes large, the ion beam 4 extracted from the ion source 2
The ionic current density of 0 is large and therefore applicable to high dose implants. In this case, the bias voltage VB may be set to 0, for example.
【0039】また、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。Further, the plasma source portion 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.
【0040】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, and a plurality of other electrodes, for example, two, three,
5 or the like may be used.
【0041】[0041]
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、制御電
源から出力する正の制御電圧によって、第2電極の電位
をプラズマソース部内のプラズマの電位に近づけたりプ
ラズマの電位よりも高くすることができるので、イオン
源から引き出すイオンビームのイオン電流密度の下限を
先行例の場合よりも更に小さくすることができ、より低
密度のイオンビームを引き出すことが可能になる。As described above, according to the present invention, the potential of the second electrode is brought closer to or higher than the potential of the plasma in the plasma source section by the positive control voltage output from the control power source. Therefore, the lower limit of the ion current density of the ion beam extracted from the ion source can be made smaller than in the case of the preceding example, and the ion beam of lower density can be extracted.
【0042】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より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
現性が一層向上する。Therefore, if such an ion beam generator is used for ion implantation, for example, it is possible to prolong the implantation time when performing low dose implantation on a substrate, and thus when performing a predetermined dose implantation. The controllability and reproducibility of is further improved.
【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中のイオン源における電位分布の一例を示
す図である。FIG. 2 is a diagram showing an example of potential distribution in the ion source in FIG.
【図3】図1中のイオン源に印加する制御電圧とイオン
電流密度との関係の実測結果の一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an example of an actual measurement result of the relationship between the control voltage applied to the ion source in FIG. 1 and the ion current density.
【図4】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. 4 is a diagram showing another example of a power supply device that constitutes the ion beam generator according to the present invention.
【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
る電源装置の他の例を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing another example of a power supply device that constitutes the ion beam generator according to the present invention.
【図7】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. 7 is a diagram showing another example of a power supply device that constitutes the ion beam generator according to the present invention.
【図8】高ドーズ量注入を行う場合の図1中のイオン源
における電位分布の一例を示す図である。8 is a diagram showing an example of a potential distribution in the ion source in FIG. 1 when high dose implantation is performed.
【図9】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. 9 is a cross-sectional view showing an example of an ion implanter using a conventional ion beam generator.
【図10】図9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。10 is a schematic diagram showing an example of a relationship between input power and ion current density in the ion source in FIG.
【図11】先行例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. 11 is a cross-sectional view showing an example of an ion implantation apparatus using the ion beam generator of the preceding example.
【図12】図11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. 12 is a diagram showing an example of an actual measurement result of the relationship between the bias voltage applied to the ion source in FIG. 11 and the ion current density.
【図13】図11中のイオン源においてバイアス電圧が
小さい場合の電位分布の一例を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing an example of potential distribution when the bias voltage is small in the ion source in FIG.
【図14】図11中のイオン源においてバイアス電圧を
大きくした場合の電位分布の一例を示す図である。FIG. 14 is a diagram showing an example of potential distribution when the bias voltage is increased 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 30b 電源装置 31 第1電源 33 第3電源 37 バイアス電源 39 制御電源 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 30b Power Supply 31 First Power Supply 33 Third Power Supply 37 Bias Power Supply 39 Control power supply 40 Ion beam 42 Processing chamber 46 Substrate 50 Insulator
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/203 H01L 21/203 Z 21/22 21/22 E 21/265 21/265 F D ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI Technical display location H01L 21/203 H01L 21/203 Z 21/22 21/22 E 21/265 21/265 FD
Claims (1)
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
する電極の内の最もプラズマ側の第1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、この第1電極に、プラズ
マソース部を基準にして正のバイアス電圧を印加する直
流のバイアス電源と、この第1電極のすぐ下流側の第2
電極に、プラズマソース部を基準にして正の制御電圧を
印加する直流の制御電源と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. An insulating material is provided between the first electrode on the most plasma side of the electrodes and the plasma source portion to electrically insulate them from each other, and the power supply device supplies the plasma source to the first electrode. A DC bias power source for applying a positive bias voltage with reference to the second portion, and a second power supply immediately downstream of the first electrode.
An ion beam generator comprising: an electrode; and a direct current control power supply for applying a positive control voltage based on the plasma source portion.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP27698795A JP3473219B2 (en) | 1995-09-28 | 1995-09-28 | Ion beam generator |
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