CN107833818A

CN107833818A - 离子源

Info

Publication number: CN107833818A
Application number: CN201710521360.XA
Authority: CN
Inventors: 甲斐裕章; 西村平; 西村一平
Original assignee: NINSSIN ION EQUIPMENT CO Ltd
Current assignee: NINSSIN ION EQUIPMENT CO Ltd
Priority date: 2016-09-15
Filing date: 2017-06-30
Publication date: 2018-03-23
Anticipated expiration: 2037-06-30
Also published as: KR101918845B1; JP2018045905A; JP6455494B2; KR20180030424A; CN107833818B

Abstract

本发明提供一种离子源，不需要用于将支承基体保持在所希望的位置的止动件或控制就能将支承基体简单地保持在所希望的位置。在等离子体生成室周围配置永磁铁的离子源具备：阴极，插通于等离子体生成室内，向等离子体生成室内放出电子；支承基体，设置于等离子体生成室外部而支承阴极；驱动机构，使支承基体向从等离子体生成室的外壁面拉开的方向移动；以及伸缩部件，介于支承基体与等离子体生成室的外壁面之间并覆盖贯通孔的周围，将支承基体与等离子体生成室的外壁面之间的空间保持为气密，被驱动机构的驱动力从等离子体生成室的外壁面拉开的处于后退位置的支承基体被吸引力向相比后退位置靠等离子体生成室的外壁面处拉近而被保持在前进位置。

Description

离子源

技术领域

本发明涉及用于离子束照射装置的离子源。

背景技术

作为这种离子源，如专利文献1所示，在等离子体生成室的周围配置有永磁铁的所谓桶式离子源中，将放出电子的阴极从形成于等离子体生成室的壁面的贯通孔插通到等离子体生成室内。

该离子源为了能够调整等离子体生成室内的阴极配置，而在支承基体与等离子体生成室之间设置能够伸缩的波纹管，使支承基体与等离子体生成室的距离可变。作为调整阴极配置的方法，可列举手动使支承基体移动的方法、使用电动机而机械性地使支承基体移动的方法。

在专利文献1中存在如下担心：在通过上述的方法使支承基体移动之后，如果放任不管，则受到等离子体生成室的真空排气的影响而支承基体向等离子体生成室侧移动。作为其对策，可列举：在手动地移动的情况下，使用能够拆装的止动件来限制支承基体的移动的对策；在机械性地移动的情况下，与支承基体连结的驱动机构成为抑制力而能够限制支承基体的移动的对策。

然而，在手动地移动之后使用止动件来限制支承基体的移动的情况下，难以将支承基体保持在所希望的位置。

另外，在机械性地移动的情况下，为了将支承基体保持在所希望的位置，例如需要使电动机动作以使支承基体正确地停止在所希望的位置的控制。

专利文献1：日本特开2016-76322号公报

发明内容

因此，本发明的主要课题在于不需要用于将支承基体保持在所希望的位置的止动件、或者用于将支承基体保持在所希望的位置的控制，使用与以往截然不同的想法而能够简单地将支承基体保持在所希望的位置。

本发明的离子源在等离子体生成室的周围配置有永磁铁，具备：阴极，从在所述等离子体生成室的壁面形成的贯通孔插通于所述等离子体生成室内，并向所述等离子体生成室内放出电子；支承基体，设置于所述等离子体生成室的外部而支承所述阴极；驱动机构，使所述支承基体向从所述等离子体生成室的外壁面拉开的方向移动；以及伸缩部件，介于所述支承基体与所述等离子体生成室的外壁面之间并覆盖所述贯通孔的周围，将所述支承基体与所述等离子体生成室的外壁面之间的空间保持为气密。

并且，该离子源的特征在于，被所述驱动机构的驱动力从所述等离子体生成室的外壁面拉开的处于后退位置的所述支承基体被吸引力向相比所述后退位置靠所述等离子体生成室的外壁面处拉近而被保持在前进位置，所述吸引力利用所述等离子体生成室的真空排气而产生。

如果是这样的离子源，则通过利用等离子体生成室的真空排气产生的吸引力而能够将支承基体拉近并保持在前进位置，因此通过将该前进位置预先设定为所希望的位置，无需使用用于保持支承基体的止动件或专用的控制等，而能够简单地将支承基体保持在所希望的位置。

此外，如以往那样手动地使支承基体移动的情况下，需要将支承基体相对于移动的各位置分别进行定位并固定，但如果是本发明的离子源，则至少通过吸引力将支承基体相对于前进位置定位，因此与以往相比能够缩短整体定位所需的时间。

如上所述，使支承基体能够在后退位置与前进位置之间移动是因为，在将离子源使用于半导体元件的制造时等，能够参照根据制造工序所需的离子种类来适当地切换支承基体的配置。

作为一例，可考虑将能够提高离子束中包含的P型掺杂离子(例如B离子)的比率的位置设定作为后退位置，将能够提高N型掺杂离子(例如P离子)的比率的位置设定作为前进位置。

然而，根据支承基体的位置而从等离子体生成室的内壁面至阴极的末端部为止的突出量变化。本申请发明人反复实验的结果可知，由于所述突出量的变化，因而在阴极与等离子体生成室之间流动的电弧电流、向用于引出离子束的引出电极流动的加速电流变化。

当电弧电流增大时，向阴极流动的电流增大，阴极的寿命缩短，当加速电流增大时，可能会产生引出电极间的放电，导致注入不良。

因此，例如在向被处理物分别注入P型掺杂离子时、注入N型掺杂离子时，为了将支承基体保持在适当的位置，优选所述后退位置及所述前进位置分别是基于从所述等离子体生成室的内壁面至所述阴极的末端部为止的突出量而确定的位置，针对所述后退位置及所述前进位置的各位置的所述突出量以在所述阴极与所述等离子体生成室之间流动的电弧电流以及向用于引出离子束的引出电极流动的加速电流中的至少一个为参数来确定。

作为具体的实施方式，优选的是，针对所述后退位置及所述前进位置的各位置的所述突出量以使所述电弧电流和所述加速电流中的至少一个成为最小的方式设定。

优选的是，还具备定位机构，该定位机构将被所述驱动机构从所述等离子体生成室的外壁面拉开的所述支承基体定位于所述后退位置，所述定位机构具有：抵接面，与所述支承基体一起移动；以及被抵接面，在所述支承基体移动到所述后退位置时与所述抵接面抵接，将所述支承基体定位于所述后退位置。

如果是这样的结构，则不仅在前进位置，在后退位置也能够简单地将支承基体定位。

根据这样构成的本发明，使用通过等离子体生成室的真空排气产生的吸引力来将支承基体保持在前进位置，因此与以往相比，能够极其简单地将支承基体保持在所希望的位置。

附图说明

图1是表示本实施方式的离子源的结构的示意图。

图2是表示该实施方式的阴极插通于等离子体生成室内的状态的示意图。

图3是表示该实施方式的支承基体处于后退位置的状态的示意图。

图4是表示该实施方式的支承基体处于前进位置的状态的示意图。

图5是表示电弧电流与突出量的密切关联及加速电流与突出量的密切关联的实验数据。

图6是表示其他的实施方式的伸缩部件的示意图。

图7是表示其他的实施方式的收缩限制机构的示意图。

图8是表示其他的实施方式的离子源的结构的示意图。

标号说明

IS…离子源

6…等离子体生成室

61…外壁面

62…内壁面

63…侧壁1

64…侧壁2

65…侧壁3

71…角部1

72…角部2

1…阴极

11…末端部

20…支承基体

4…伸缩部件

30…驱动机构

10…永磁铁

H…贯通孔

L…突出量

F…前进位置

B…后退位置

具体实施方式

说明本发明的一实施方式。

本实施方式的离子源IS使用于例如用于制造P型、N型的半导体元件的离子束照射装置，具体而言，如图1所示，具备在内部生成等离子体的等离子体生成室6、插通于等离子体生成室6内的多个阴极1、对阴极1进行支承的支承基体20、设置在等离子体生成室6的外壁面61与支承基体20之间的伸缩部件4及使支承基体20移动的驱动机构30。

等离子体生成室6为长方体、立方体或圆柱体的房间，且在其一面形成有开口。在该开口安装有绝缘凸缘8，用于从等离子体生成室6引出离子束的被称为引出电极系9的多片电极以电分离的状态支承于绝缘凸缘8。而且，在等离子体生成室6的周围配置有多个永磁铁10，通过该永磁铁10在等离子体生成室6内生成勾形磁场。

阴极1用于向等离子体生成室6内放出电子，从形成于等离子体生成室6的壁面的贯通孔H插通于等离子体生成室6内。从该阴极1放出的电子使通过进气口7而导入到等离子体生成室6内的离子化气体电离，由此使等离子体生成室6内生成等离子体P。

在此，灯丝是作为阴极1的结构，但是作为阴极1，并不局限于由灯丝构成的情况，也可以是在旁热型或间接型离子源使用的由灯丝和阴极罩构成的阴极，还可以是空心阴极。

该作为阴极1的灯丝在基端部由灯丝夹头2支承的状态下，以末端部11朝向上述的引出电极系9的方式插通于等离子体生成室6内。灯丝夹头2与设置在等离子体生成室6外的电流导入端子3连接。该电流导入端子3是用于向灯丝导入电流的端子，安装于由陶瓷构成的绝缘体5。

支承基体20配置在等离子体生成室6外而对所述阴极1进行支承，在本实施方式中，上述的绝缘体5通过螺纹紧固等来安装。

由此，通过支承基体20支承阴极1，根据支承基体20的位置，即根据支承基体20与等离子体生成室6的外壁面61的分离距离，来确定从等离子体生成室6的内壁面62至阴极1的末端部11为止的距离(以下，称为突出量L)。

如图2所示，伸缩部件4是介于支承基体20与等离子体生成室6的外壁面61之间的呈例如筒状的结构，配置成覆盖形成于等离子体生成室6的壁面的贯通孔H的周围并将支承基体20与等离子体生成室6的外壁面61之间的空间保持为气密。

该伸缩部件4在收缩的方向上存在限度，具体而言是成型波纹管或焊接波纹管等金属性的波纹管、非金属性的蛇纹管等具有伸缩性的结构。

如图2所示，驱动机构30使支承基体20向从等离子体生成室6的外壁面61拉开的方向移动，配置在等离子体生成室6外。

该驱动机构30具有固定于支承基体20的部件或者与支承基体20接触而使支承基体20移动的驱动部31，在此，利用气缸作为驱动机构30。详细而言，从未图示的压缩空气源向气缸供给压缩空气，由此轴(驱动部31)进行驱动，将支承基体20从外壁面61拉开。此外，在此通过将来自1个压缩空气源的压缩空气向多个气缸供给而能够使用1个压缩空气源使多个阴极1同时移动。

在此，如图3及图4所示，这样构成的所述驱动机构30用于使支承基体20从预先确定的前进位置f朝向相比该前进位置f从等离子体生成室6的外壁面61离开的后退位置b移动。

后退位置b是向被处理物注入P型掺杂离子时的位置，在此，在需要B离子作为P型掺杂离子时，使支承基体20移动到该后退位置b。此外，后退位置b是伸缩部件4伸长的状态下的支承基体20的位置或者相比该位置靠等离子体生成室6的外壁面61侧的位置。

另一方面，前进位置f是向被处理物注入N型掺杂离子时的位置，在此，在需要P离子作为N型掺杂离子时，使支承基体20移动到该前进位置f。此外，前进位置f是伸缩部件4收缩的状态下的支承基体20的位置或相比该位置靠与等离子体生成室6的外壁面61相反的一侧的位置。

接下来，说明如何决定后退位置b及前进位置f。

当使支承基体20相对于等离子体生成室6的外壁面61前进或后退时，上述的突出量L变动。并且，本申请发明人反复实验的结果可知，如图5所示，根据突出量L，在阴极1与等离子体生成室6之间流动的电弧电流及向构成用于引出离子束的引出电极系9的电极流动的加速电流发生变动。

更详细而言，电弧电流及加速电流在某突出量L下成为最小，当突出量L比其变大变小时，电弧电流及加速电流都处于增大的倾向。其原因可考虑是因为，当本离子源IS使突出量L变动、即变更等离子体生成室6内的阴极1的配置时，生成等离子体P的位置改变，等离子体P中的作用于离子的勾形磁场的影响改变，可推定为详情如下。

在增大突出量L的情况下，除了半导体制造的一个工序内所需的离子之外，不需要的离子也存在于等离子体P内。这是因为，如果突出量L大，则在距等离子体生成室6的内壁面62远的位置生成等离子体P，勾形磁场难以捕捉不需要的离子，难以通过等离子体生成室6的内壁面62消灭不需要的离子。其结果是，如果想要提高离子束中的需要的离子的比率，则电弧电流增大。

此外，作为在半导体制造的一个工序中所需的离子或不需要的离子的例子，需要B⁺作为P型掺杂离子，BF⁺、BF₂ ⁺、F⁺成为不需要的离子，需要P⁺、PH⁺、PH₂ ⁺、PH₃ ⁺作为N型掺杂离子，H⁺、H₂ ⁺、H₃ ⁺成为不需要的离子。

另外，如上所述不需要的离子存在于等离子体P内时，这些不需要的离子与构成引出电极系9的电极碰撞而流过电流。这推定为是增大突出量L的情况下加速电流增大的原因。

另一方面，在减小突出量L的情况下，阴极1的末端部11处于距引出电极系9远的位置，在等离子体P距引出电极系9远的位置生成等离子体P，因此为了使通过引出电极系9引出的离子束成为所希望的射束电流而需要增大电弧电流。

另外，如上所述为了得到所希望的射束电流而增大电弧电流时，离子束中多包含相应的量的不需要的离子，其结果是，不需要的离子与构成引出电极系9的电极碰撞而流过电流，加速电流增大。

由于这样的理由，当电弧电流增大时，向阴极1流动的电流增大，阴极1的寿命变短，当加速电流增大时，在构成引出电极系9的电极间可能会产生放电，导致注入不良。

因此，在本实施方式中，将电弧电流或加速电流中的至少一个作为参数，以使突出量L成为最优的方式确定后退位置b及前进位置f。

具体而言，在等离子体生成室6内产生B⁺的情况下，预先通过实验等求出电弧电流及加速电流成为最小的第一突出量，使得支承基体20配置于后退位置b的状态下的突出量L成为所述第一突出量。

此外，在电弧电流成为最小的突出量L与加速电流成为最小的突出量L稍错开的情况下，优选将加速电流成为最小的突出量L预先设为第一突出量。其理由是，在等离子体生成室6内产生B⁺的情况下，使用BF₃作为离子化气体，构成引出电极系9的电极产生氟化金属等污染而容易产生放电。

另外，与第一突出量同样，在等离子体生成室6内产生P⁺、PH⁺、PH₂ ⁺、PH₃ ⁺的情况下，预先通过实验等求出电弧电流及加速电流成为最小的第二突出量，使得支承基体20配置于前进位置f的状态下的突出量L成为所述第二突出量。

针对这样确定的后退位置b及前进位置f，如上所述驱动机构30使支承基体20从前进位置f朝向后退位置b移动。

在此，本实施方式的离子源IS还具备：引导机构40，对于后退位置b与前进位置f之间的支承基体20的移动进行引导；和定位机构50，将通过驱动机构30朝向后退位置b移动的支承基体20定位于后退位置b。

引导机构40用于使支承基体20相对于等离子体生成室6的外壁面61顺畅地进行前进或后退，并介于支承基体20与等离子体生成室6的外壁面61之间。

具体而言，引导机构40是例如利用线性引导件等而构成的结构，在此分别设于支承基体20的上下两侧，但也可以设于上下单侧，还可以设置在左右两侧或左右单侧。

定位机构50具有：抵接面51，与支承基体20一起移动；和被抵接面52，在通过驱动机构30而支承基体20移动到后退位置b时与抵接面51抵接，将支承基体20定位于后退位置b。

具体而言，定位机构50包括：定位板53，固定于等离子体生成室6的外壁面61或支承基体20的一方，并沿着支承基体20的移动方向形成有滑动槽54；和滑动部55，固定于另一方并在所述滑动槽54内滑动。

在本实施方式中，定位板53固定于等离子体生成室6的外壁面61，设有滑动部55的中间部件X固定于支承基体20。并且，在支承基体20处于后退位置b的状态下，以使滑动部55的外周面与滑动槽54的一端部(与等离子体生成室6的外壁面61相反的一侧的端部)的内周面接触的方式设置定位板53及滑动部55。即，滑动部55的外周面作为所述抵接面51而形成，滑动槽54的一端部的内周面作为所述被抵接面52而形成。

通过上述结构，通过驱动机构30而移动的支承基体20到达后退位置b时，上述的抵接面51与被抵接面52抵接，支承基体20被定位而保持在后退位置b。

此外，在这里滑动槽54及滑动部55分别设置2个，但是其个数并不限定于此。

另外，在此，相对于1个支承基体20而设置1个定位机构50，但是也可以例如以夹入支承基体20的方式在支承基体20的两侧设置定位机构50。这样的话，能够增加抵接面51与被抵接面52的抵接部位，能够使抵接时的冲击分散而减轻各抵接部位的负载。

然而，本实施方式的离子源IS构成为，处于后退位置b的支承基体20通过由等离子体生成室6的真空排气所产生的吸引力而朝向前进位置f移动，并通过该吸引力而保持在前进位置f。

更详细而言，当对等离子体生成室6进行真空排气时，由此产生的吸引力经由伸缩部件4的内部空间而作用于支承基体20。在此状态下，将上述的驱动机构30的驱动力中断，或者使驱动力小于吸引力，由此，支承基体20被吸引力朝向等离子体生成室6的外壁面61拉近，并且伸缩部件4收缩。

在此，本实施方式的离子源IS具备收缩限制机构70，该收缩限制机构70限制与基于吸引力的支承基体20的移动相伴的伸缩部件4的收缩。在此，如上所述，利用构成为避免伸缩部件4沿轴向的长度比规定长度短的情况而使伸缩部件4具备收缩限制机构70。

即，当支承基体20由于吸引力而朝向等离子体生成室6的外壁面61移动时，伴随该移动而伸缩部件4收缩，但是该伸缩部件4沿轴向的长度成为规定长度时，通过自身的收缩限制机构70而避免再进一步收缩。由此，支承基体20的移动也受到限制而支承基体20停止。该停止的状态下的支承基体20的位置是作为前进位置f而设定的位置。

根据这样构成的本实施方式的离子源IS，通过利用等离子体生成室6的真空排气所产生的吸引力而能够将支承基体20拉近并保持在前进位置f，因此不必使用用于保持支承基体20的止动件或专用的控制等，能够简单且高精度地将支承基体20保持在所希望的位置。

另外，在手动地使支承基体20移动时，需要将支承基体20相对于移动的各位置分别进行定位，但如果是本实施方式的离子源IS，则相对于后退位置b通过定位机构50自动地定位，相对于前进位置f通过吸引力自动地定位，因此能够缩短定位所需的时间。

此外，以使电弧电流成为最小的方式设定支承基体20分别处于后退位置b及前进位置f的状态下的突出量L，因此，能够防止向阴极1流动的电流的增大，能够延长阴极1的寿命。

而且，以使加速电流成为最小的方式设定支承基体20分别处于后退位置b及前进位置f的状态下的突出量L，因此能够抑制在构成引出电极系9的电极间产生放电的情况，能够减少注入不良。

此外，本发明并不局限于所述实施方式。

例如，支承基体在所述实施方式中是安装有绝缘体的结构，但也可以是绝缘体成为支承基体的结构。

驱动机构在所述实施方式中是利用了气缸的结构，但也可以是取代压缩空气而使用工作流体使驱动部驱动的结构，还可以是使用电动机或滚珠丝杠等而机械性地使驱动部驱动的结构。

此外，在机械性地使驱动部驱动的情况下，使驱动部驱动而使支承基体移动到后退位置之后，例如通过止动销等将支承基体保持在后退位置，并将驱动部从支承基体拉开。由此，如果使止动销松脱，则通过真空排气产生的吸引力能够使处于后退位置的支承基体移动到前进位置。

伸缩部件在所述实施方式中是波纹管或蛇纹管等的具有伸缩性的结构，但也可以使用沿着支承基体的移动方向滑动的部件构成。具体而言，如图6所示，可列举双重筒构造的伸缩部件4，该伸缩部件4具有外筒41和配置在外筒41的内侧且能够沿轴向滑动的内筒42，能够将支承基体20与等离子体生成室6的外壁面61之间的空间保持为气密。在使用这样的伸缩部件4的情况下，例如将外筒41或内筒42的一方固定于支承基体20，将另一方固定于等离子体生成室6的外壁面61，并且在外筒41与内筒42之间介有例如未图示的密封部件等，由此能够将支承基体20与等离子体生成室6之间的空间保持为气密，并使伸缩部件4伸缩。

此外，作为这样的伸缩部件4，并不局限于双重筒构造，也可以是多重筒构造。

在所述实施方式中，在伸缩部件具备收缩限制机构，但也可以在与伸缩部件不同的部件具备收缩限制机构。

作为一例，如图7所示，可列举使定位机构50兼具作为收缩限制机构70的功能的情况。具体而言，该收缩限制机构70具备：第二抵接面71，与支承基体20一起移动；第二被抵接面72，在由于吸引力而支承基体20朝向前进位置f移动而伸缩部件4成为规定长度时，与所述第二抵接面71抵接。在此，滑动部55的外周面中的与抵接面51不同的部分作为第二抵接面71而形成，滑动槽54的另一端部(等离子体生成室6的外壁面61侧的端部)的内周面作为所述第二被抵接面72而形成。

此外，收缩限制机构可以由与伸缩部件、定位机构不同的部件构成。

在所述实施方式中，离子源具备在内部生成等离子体的等离子体生成室、从在等离子体生成室的壁面形成的贯通孔插通于等离子体生成室内的多个阴极、对阴极进行支承的支承基体、设置在等离子体生成室的外壁面与支承基体之间的伸缩部件及使支承基体移动的驱动机构，但也可以是如图8所示，离子源具备在内部生成等离子体的等离子体生成室、从在等离子体生成室的相邻的侧壁间形成的角部插入于内部的多个阴极、对阴极进行支承的支承基体、设置在等离子体生成室的外壁面与支承基体之间的伸缩部件及使支承基体移动的驱动机构。

此外，本发明并不局限于所述实施方式，在不脱离其主旨的范围内当然能够进行各种变形。

Claims

1.一种离子源，在等离子体生成室的周围配置有永磁铁，其特征在于，具备：

阴极，从在所述等离子体生成室的壁面形成的贯通孔插通于所述等离子体生成室内，并向所述等离子体生成室内放出电子；

支承基体，设置于所述等离子体生成室的外部而支承所述阴极；

驱动机构，使所述支承基体向从所述等离子体生成室的外壁面拉开的方向移动；以及

伸缩部件，介于所述支承基体与所述等离子体生成室的外壁面之间并覆盖所述贯通孔的周围，将所述支承基体与所述等离子体生成室的外壁面之间的空间保持为气密，

被所述驱动机构的驱动力从所述等离子体生成室的外壁面拉开的处于后退位置的所述支承基体被吸引力向相比所述后退位置靠所述等离子体生成室的外壁面处拉近而被保持在前进位置，所述吸引力利用所述等离子体生成室的真空排气而产生。

2.根据权利要求1所述的离子源，其中，

所述后退位置及所述前进位置分别是基于从所述等离子体生成室的内壁面至所述阴极的末端部为止的突出量而确定的位置，

针对所述后退位置及所述前进位置的各位置的所述突出量以在所述阴极与所述等离子体生成室之间流动的电弧电流以及向用于引出离子束的引出电极流动的加速电流中的至少一个为参数来确定。

3.根据权利要求2所述的离子源，其中，

针对所述后退位置及所述前进位置的各位置的所述突出量以使所述电弧电流和所述加速电流中的至少一个成为最小的方式设定。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的离子源，其中，

还具备定位机构，该定位机构将被所述驱动机构从所述等离子体生成室的外壁面拉开的所述支承基体定位于所述后退位置，

所述定位机构具有：

抵接面，与所述支承基体一起移动；以及

被抵接面，在所述支承基体移动到所述后退位置时与所述抵接面抵接，将所述支承基体定位于所述后退位置。