CN108054071A - 离子源及离子注入装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种离子源及离子注入装置。利用具备多个阴极的离子源，监控通过各阴极生成的等离子体的密度。离子源(1)是在腔室(2)内部生成等离子体并从该等离子体引出离子束(4)的离子源(1)，离子源(1)具有：腔室(2)，呈在一方向上较长的大致矩形形状；多个阴极(F)，沿着腔室(2)的长度方向排列；弧电源(Va)，连接在腔室(2)与各阴极(F)之间；及电流计，测定弧电源(Va)中流动的电流，弧电源(Va)与腔室(2)之间的连接部分与配置各阴极(F)的部位对应。

Description

离子源及离子注入装置

技术领域

本发明涉及具备多个阴极的离子源和具备该离子源的离子注入装置。

背景技术

作为离子注入装置的结构例之一，已知有如下的结构：从离子源引出在一方向上尺寸比基板尺寸长的离子束，沿着与离子束的长度方向相交的方向对基板进行往复扫描，而对整个基板面进行离子注入处理。

作为在这种离子注入装置中使用的离子源，已知有专利文献1记载的具备多个丝极的离子源。

在该离子源中，根据配置在基板下游的束电流测定器的测定结果来控制各丝极中流动的丝极电流，以使从离子源引出的离子束的束电流密度分布在离子束的长度方向上是均匀的。

在实现向基板注入的特定离子种类的束电流密度分布的均匀化这一点上，虽然专利文献1记载的方法有效，但是在使离子源长期稳定作业方面存在不足之处。

在离子注入装置中，向基板照射的离子束的长度方向上的均匀性非常重要，因此，通常也希望从离子源引出的离子束在长度方向上的密度分布大致均匀。

同样，在等离子体生成部内的长度方向上的等离子体密度分布也需要大致均匀。为了生成均匀的等离子体而调整从各丝极放出的电子量，但是该电子量取决于丝极温度、等离子体与丝极间的电势差、放射区域(面积)等。通常，通过改变丝极电流来改变丝极温度，以调整放出量。

当考虑通过根据某等离子体密度分布对丝极电流进行调整来调整向基板照射的离子束在长度方向上的均匀性时，一般有多个丝极电流的组合可使均匀性在某值以下。即，很多情况下的丝极电流的组合，虽然确保了基板上的射束均匀性良好，但是引出射束或等离子体内分布却未必良好。

因此，虽然存在对上述多个组合加以限制来选择等离子体本身也尽可能均匀的组合的自由度，但是为了可靠地实现等离子体密度的均匀化，仍需要采用一些手段对其进行监控。

在先技术文献

专利文献1：日本特开2001-101990号公报

发明内容

发明要解决的课题

在本发明中，提供一种离子源及具备该离子源的离子注入装置，在具备多个阴极的离子源中，能够监控通过各阴极生成的等离子体密度。

用于解决课题的方案

一种离子源，是在腔室内部生成等离子体并从该等离子体引出离子束的离子源，上述离子源具有：腔室，呈在一方向上较长的大致矩形形状；多个阴极，沿着上述腔室的长度方向排列；弧电源，连接在上述腔室与各阴极之间；及电流计，测定上述弧电源中流动的电流，上述弧电源与上述腔室之间的连接部分对应于配置各阴极的部位。

弧电源中流动的电流与等离子体密度具有相关关系。由此，如果对应于各阴极的配置，将各弧电源连接于腔室，并监控该电源中流动的电流，则能够间接地掌握通过各阴极生成的等离子体的密度。

另一方面，为了减小通过各阴极生成的等离子体彼此之间的影响，增大在腔室整体中生成的等离子体密度，得到大电流的离子束，优选的是：上述阴极配置成多列，配置于各列的阴极位置互不相同。

在将通过各阴极生成的等离子体中所包含的特定离子的比例保持一定这一点上，优选的是：具备控制装置，上述控制装置监控上述弧电源中流动的电流，并对离子源的参数进行调整，以使监控值处于第一预定范围内。

另外，作为具备对束电流密度分布进行调整的功能的离子注入装置，优选的是：具有对从上述离子源引出的离子束的束电流进行测定的测定器，上述控制装置根据上述测定器的测定结果，对上述弧电源的电压值或流向上述阴极的电流值进行调整、或者对上述弧电源的电压值及流向上述阴极的电流值双方进行调整，以使上述弧电源中流动的电流值处于第二预定范围内。

发明效果

弧电源中流动的电流与等离子体密度具有相关关系。由此，如果对应于各阴极的配置，将各弧电源连接于腔室，并监控该电源中流动的电流，则能够间接地掌握通过各阴极生成的等离子体的密度。

附图说明

图1是离子注入装置的示意图。

图2是离子源的丝极配置的示意图。

图3是离子源的另一丝极配置的示意图。

具体实施方式

图1是描述离子注入装置IM的示意图。与专利文献1相同，该离子注入装置IM是使用未图示的扫描机构而使在X方向上尺寸比基板5的尺寸长的离子束4沿Z方向对基板5进行往复扫描，由此对整个基板面实施离子注入处理的离子注入装置。

离子源1具有在腔室2中排列的多个丝极F。在各丝极F的两端间连接有丝极电源Vf。通过该丝极电源Vf使丝极F发热，由此从丝极F放出热电子。

通过与腔室2连接的未图示的气体导入部，向腔室2导入离子化气体。该离子化气体被来自丝极F的热电子电离，由此生成等离子体。

通过由电位互不相同的四个电极构成的引出电极系统3，从腔室内的等离子体引出离子束4。

在该离子源1中，腔室2为在X方向上较长的大致长方体形状。在与引出电极系统3相向的腔室壁面上形成有用于从等离子体引出离子束的大致长方形形状的开口。

构成引出电极系统3的各电极的离子束引出面呈X方向的尺寸比Z方向长的长方形形状。在图1的结构例中，在引出面上形成有多个圆孔作为离子束引出孔，但是上述孔也可以是多个长孔。

在本发明中，在腔室2与各丝极F之间分别地连接有弧电源Va。即，一个丝极F对应于一个弧电源Va。这一点与专利文献1记载的结构差别很大。

在弧电源Va中流动的电流与等离子体密度具有相关关系。通过上述结构，能够间接地监控通过各丝极生成的等离子体的密度。

在离子源1运行时，利用电流计测定经过腔室2的壁面而流向弧电源Va的电流。将该测定结果发送给各控制装置C。

例如，在向与某丝极F对应的弧电源Va流动的电流的值与其他相比明显大的情况下，如果离子源以该状态继续运行，则电流的值大的丝极F的消耗较快地进展，因此控制装置C对弧电源Va或丝极电源Vf或这两方的参数进行再调整。

另外，控制装置C也可以在束电流密度分布的均匀化调整之前预先调整各部的参数，以使各弧电源Va中流动的电流成为相同的值。

理想的情况是，如果与各丝极F对应的弧电源Va的电流的监控值相同，则在周围生成的等离子体的特性大致相同。即，通过各丝极F生成的等离子体中所包含的特定离子的比例相同。在该情况下，从离子源1引出的离子束4的特定离子种类的束电流分布密度成为大致相同的值，因此能够期待简单地进行后续的均匀化调整即可。

另外，来自各丝极的放射电流相等表示各丝极周围的等离子体大致均匀，在这样的状态下，能够期待丝极的消耗程度也大致相等。

此外，关于对弧电源Va中流动的电流值的调整，例如可以以与预先规定的基准值一致的方式对各弧电源Va或丝极电源Vf、或各弧电源Va及丝极电源Vf双方进行调整。另一方面，也可以将一个弧电源Va中流动的电流值、或多个弧电源Va中流动的电流值的平均值作为进行调整时的基准值，来对其他弧电源Va中流动的电流值进行调整。

在测定基板位置处的束电流密度分布并根据测定结果来调整离子源的参数的情况下，与专利文献1相同，在基板5的下游侧附近预先设置测定器P。作为一例，测定器P由为了测定离子束4的长度方向上的束电流密度分布而在相同方向上被分割成多个测定区域的多点法拉第杯构成。

在照射离子束的位置不存在基板5时，离子束4照射于该测定器P，从而对束电流密度分布进行测定。在照射离子束的位置不存在基板5时是指：在向基板5进行注入处理的前后通过未图示的输送机构将基板5输送到注入室的前后、或在向基板5进行注入处理的期间基板5横穿离子束4而被往复扫描的前后的时间。

在离子源1开始运行前，预先进行调整以使各弧电源Va中流动的电流值处于第一预定范围。然后，利用束电流密度分布测定器P测定束电流密度分布，根据测定结果来调整丝极电源Vf。

一边对各丝极F的丝极电流进行调整，一边确认各弧电源Va中流动的电流值处于之前所调整的第一预定范围内。

若偏离了第一预定范围，则可以对弧电源Va中流动的电流值的基准值进行再设定，或者由于在对应的弧电源Va中流动的电流值最大的丝极F可能达到寿命而对其进行更换。

另外，在上述束电流密度分布的调整过程中设定的弧电源Va中流动的电流值的范围，可以设为与第一预定范围不同的第二预定范围。

在较密地配置多个丝极F的情况下，通过各丝极F生成的等离子体彼此相互影响，难以监控通过各丝极生成的等离子体密度。

因此，为了准确地监控通过各丝极F生成的等离子体密度，优选的是，丝极F如图2所示等间隔地配置，从而能够分别地监控通过各丝极F生成的等离子体P1～P4的密度。

另一方面，为了减小通过各丝极生成的等离子体彼此之间的影响，并增大在腔室整体中生成的等离子体密度，得到大电流的离子束，优选的是，多个丝极配置成多列，且配置于各列的阴极位置互不相同。

作为具体的结构，可考虑图3所示的丝极配置。

在图3(A)的结构中，丝极F配置成多列(L1、L2)。对表示配置于列L1的各丝极F的中心位置的辅助线C1与配置于列L2的各丝极F的中心位置进行比较可知，配置于各列的丝极位置互不相同。

另外，腔室2的形状不需要为图3(A)所示的长方体，也可以如图3(B)所示那样预先将腔室2的两个角部形成为平坦并在这些平坦面上安装丝极F。

在上述实施方式中，是使用丝极F的结构，但也可以是由间接加热型阴极和丝极构成的结构或使用空心阴极的结构作为取代丝极F的热电子放出单元。即，只要是放出热电子的阴极即可，也可以使用已知为公知技术的任意结构。

另外，在上述实施方式中，是分别地使用控制装置C来调整各电源的参数的结构，但也可以将各控制装置汇总而利用一个控制装置对各部进行调整。此外，也可以取代控制装置，预先将弧电流或束电流密度分布的测定值显示于显示器等，装置的操作者根据显示而手动地调整各电源的参数。

在上述实施方式中，作为离子注入装置，以非质谱型装置为例进行了说明，但是本发明也可以应用于质谱型装置。

此外，本发明并不限于上述实施方式，可以在不脱离其主旨的范围内进行各种变形，这是不言而喻的。

附图标记说明

1 离子源

2 腔室

F 丝极(阴极)

Va 弧电源

Vf 丝极电源

Claims (4)

1.一种离子源，在腔室内部生成等离子体并从该等离子体引出离子束，所述离子源具有：

腔室，呈在一方向上较长的大致矩形形状；

多个阴极，沿着所述腔室的长度方向排列；

弧电源，连接在所述腔室与各阴极之间；及

电流计，测定所述弧电源中流动的电流，

所述弧电源与所述腔室之间的连接部分和配置各阴极的部位对应。

2.根据权利要求1所述的离子源，其中，

所述阴极配置成多列，配置于各列的阴极位置互不相同。

3.根据权利要求1或2所述的离子源，其中，

所述离子源具备控制装置，所述控制装置监控所述弧电源中流动的电流，并对离子源的参数进行调整，以使监控值处于第一预定范围内。

4.一种离子注入装置，

具有对从权利要求3所述的离子源引出的离子束的束电流进行测定的测定器，

所述控制装置根据所述测定器的测定结果，对所述弧电源的电压值或所述阴极中流动的电流值进行调整、或者对所述弧电源的电压值及所述阴极中流动的电流值双方进行调整，以使所述弧电源中流动的电流值处于第二预定范围内。