CN110828269B - 离子束中和方法和离子注入装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供能节约用于抑制离子束膨胀的离子束中和用气体量的方法和离子注入装置。在从导入离子源的掺杂气体的等离子体通过引出电极引出的离子束中，当所述掺杂气体含卤时，不向离子束轨道供给中和用气体，当所述掺杂气体不含卤时，向离子束轨道供给中和用气体。

Description

离子束中和方法和离子注入装置
技术领域
本发明涉及离子注入装置的领域，涉及用于中和离子束的改良方法及装置。
背景技术
近年，随着基板尺寸的大型化和离子束的束电流的大电流化、低能量化等要求，采用一个方向较长的带形离子束(以下，称带状离子束)。束电流的大电流化和高剂量对应，此外低能量能形成浅离子注入。由于正离子组成的离子束是带正电荷的离子束，所以离子束内正离子相互排斥，离子束膨胀状态(或，也称空间电荷效应)在高电流、低能量束中会成为问题。
为减少应用这种高电流、低能量时成为问题的离子束“膨胀”，专利文献1公开了用于中和利用水蒸汽的离子注入装置的离子束的系统和方法。
在正离子束的输送路径中，要求节约用于抑制离子束膨胀导致的离子束的发散的中和用气体量。
现有技术文献
专利文献1：日本专利公开公报特开平11-96961
发明内容
本发明提供能节约用于抑制离子束膨胀的离子束中和用气体量的方法和离子注入装置。
一种离子束中和方法，在从导入离子源的掺杂气体的等离子体通过引出电极引出的离子束中，根据所述掺杂气体是否含卤，对是否供给中和用气体进行切换，当所述掺杂气体含卤时，不向离子束轨道供给中和用气体，当所述掺杂气体不含卤时，向离子束轨道供给中和用气体。
一种离子束中和方法，将从导入离子源的掺杂气体的等离子体通过引出电极引出的离子束，通过质量分析电磁铁和分析狭缝，仅将期望的离子向基板照射的装置中，根据所述掺杂气体是否含卤，对是否供给中和用气体进行切换，当所述掺杂气体含卤时，不向从所述引出电极至分析狭缝间的离子束轨道供给中和用气体，当所述掺杂气体不含卤时，向从所述引出电极至分析狭缝间的离子束轨道供给中和用气体。
向离子束轨道供给的所述中和用气体是含卤气体的离子束中和方法。
向离子束轨道供给的中和用气体量通过质量流量控制器调整的离子束中和方法。
一种离子注入装置，包括：使掺杂气体离子化的离子源；将离子化的离子引出的引出电极；对引出的离子束进行质量分析的质量分析电磁铁；配置在所述质量分析电磁铁的下游的分析狭缝；配置在所述引出电极和所述分析狭缝间的中和用气体导入口；以及控制装置，根据所述掺杂气体是否含卤，对是否供给中和用气体进行切换，当所述掺杂气体含卤时，不向离子束轨道供给中和用气体，当所述掺杂气体不含卤时，向离子束轨道供给中和用气体。
优选所述离子束为带状离子束，所述中和用气体导入口处于所述带状离子束的长度方向的中央。
优选所述离子束为带状离子束，所述中和用气体导入口处于质量分析电磁铁内的所述带状离子束的轨道的中央。
按照本发明，可以提供能节约用于抑制离子束膨胀的离子束中和用气体量的方法和离子注入装置。
附图说明
图1是本发明的离子注入装置的示意图。
图2是本发明的离子注入装置的另一示意图。
图3是掺杂气体为PH3的质谱的示例。
图4是掺杂气体为AsH3的质谱的示例。
图5是掺杂气体为PH3，通过来自质量分析电磁铁的衬垫的二次电子释放与中和用气体分子的碰撞的负离子化的示意图。
图6是表示中和用气体量和束电流的变化的实验数据。
图7是表示中和用气体量和束电流变化率的实验数据。
图8是中和用气体导入口处于质量分析电磁铁内的带状离子束轨道的中央的示例。
附图标记说明
1离子源
11等离子体生成容器
U电流密度分布调整器
IM离子注入装置
7旗标法拉第
21储气瓶
22质量流量控制器
23开关阀
24中和用气体导入口
30中和用气体分子
具体实施方式
图1描绘了本发明的离子注入装置IM的结构示例。例示了离子束为带状离子束的情况。
离子源1是生成带状离子束RB的离子源，具有等离子体生成容器11，立方体状的所述等离子体生成容器11在图示的Y方向上较长，并且在一个面上设有离子束引出口。
等离子体生成容器11的一个面上，设有用于向内部导入掺杂气体的气体导入口。此外，等离子体生成容器11的未图示的Y方向侧的面上，安装有释放将所述气体电离后在容器内部生成等离子体的电子的灯丝等阴极。而且，等离子体生成容器11的Z方向侧的面上，形成有将容器内部和容器外部连通的离子束引出口。
离子束引出口的下游侧(Z方向侧)配置有引出电极系统E，所述引出电极系统E由用于通过离子束引出口以规定能量引出带状离子束RB的多枚电极构成。
引出电极系统E的下游具备用于监测离子束电流的旗标法拉第7、处理室4。旗标法拉第7能够在离子束轨道中出入。处理室4中配置有未图示的驱动机构，所述驱动机构将支撑基板5的托架6以在图的箭头方向横穿带状离子束RB的方式往返输送。
在上述引出电极系统E和基板5之间，配置有用于向本发明设计的带状离子束轨道供给中和用气体的中和用气体导入口24、进行流量调整的质量流量控制器22、开关阀23和储气瓶21。
当导入等离子体生成容器11的掺杂气体例如为BF3、PF3、GeF4等含卤气体时，卤成分电子亲和力高，容易负离子化。由于在等离子体生成容器11内生成的负离子成分会漏出到等离子体生成容器11外的带状离子束轨道，所以具有抑制带状离子束的膨胀的效果。因此，不必向离子束轨道供给中和用气体。
此外，导入等离子体生成容器11的掺杂气体例如为PH3、AsH3、N2、CO2等不含卤气体时，不能期待在等离子体生成容器11内生成的负离子成分。因此，向离子束轨道供给中和用气体，通过供给的中和用气体分子与带状离子束的碰撞生成的负离子成分将带状离子束中和。通过将带状离子束中和，可以提高离子束输送效率。
通过根据如上所述导入等离子体生成容器11的掺杂气体，供给或不供给中和用气体，能节约中和用气体量，因此费用削减的效果显著。
离子注入装置包括非质量分析型和质量分析型，质量分析型由于设有质量分析电磁铁，因此相比非质量分析型，离子束线变长。
质量分析型的离子注入装置的情况下，由于离子束线变长，所以根据将中和用气体注入到带状离子束轨道的哪个部位，离子束的输送效率会不同。此外考虑制造费用和耗电，质量分析电磁铁以能向离子束供给均匀磁场为目的设计。因此，容许通过质量分析电磁铁内的带状离子束的空间狭窄，此外，质量分析电磁铁为了进行质量分析而具有使长距离带状离子束回转的功能，从而相比离子束线中的其他离子束光学要素，离子束输送距离相对较长。因此，具有电荷的离子束，因离子束膨胀而发散。综合上述，通过在质量分析电磁铁内抑制离子束膨胀，离子束输送效率会大幅改善。
图2描绘了本发明的离子注入装置IM的另一结构例，表示了质量分析型的离子注入装置的结构示例。
在生成带状离子束RB的离子源1的下游，配置有用于引出带状离子束RB的由多枚电极构成的引出电极系统E。
在所述引出电极系统E的下游侧，配置有质量分析电磁铁2和分析狭缝3，仅使引出的带状离子束内的期望的质量的离子通过。
上述引出电极系统E与质量分析电磁铁2的入口间，配置有用于向本发明设计的带状离子束轨道供给中和用气体的中和用气体导入口24、进行流量调整的质量流量控制器22、开关阀23和储气瓶21。
分析狭缝3的下游，具备电流密度分布调整器U、用于监测带状离子束电流的旗标法拉第7、处理室4。旗标法拉第7可以在带状离子束轨道中出入。处理室4中配置有未图示的驱动机构，所述驱动机构将支撑基板5的托架6以在图的箭头方向横穿带状离子束RB的方式往返输送。
图3表示了在上述结构的离子注入装置中，掺杂气体为PH3的质谱的示例。期望离子P+以外，存在质量轻的离子和重的离子。
图4表示了在上述结构的离子注入装置中，掺杂气体为AsH3的质谱的示例。期望离子As+以外，存在质量轻的离子和重的离子。
图5表示掺杂气体为PH3，且通过来自质量分析电磁铁的衬垫的二次电子的释放与中和用气体分子的碰撞引起的负离子化的示意图。
掺杂气体为PH3或AsH3时，期望离子以外的质量轻的离子，与质量分析电磁铁2的未图示的内侧的碳制衬垫碰撞，此外期望离子以外的重的离子，与质量分析电磁铁2的未图示的外侧的碳制衬垫碰撞，产生二次电子。向从引出电极E至分析狭缝3间的带状离子束轨道供给中和用气体时，在质量分析电磁铁内产生的二次电子与向带状离子束轨道供给的中和用气体分子30碰撞，生成带负电的离子。通过带负电的离子将带状离子束中和。
图6和图7是表示中和用气体量与束电流的变化及束电流变化率的实验数据。离子束电流和离子束电流变化率是用旗标法拉第7监测的值。
可以看出，根据中和用气体量，离子束电流增加，离子束电流变化率降低。
向带状离子束轨道供给的中和用气体，优选电子亲和力高、且容易负离子化的含卤气体。
可以通过质量流量控制器调整向带状离子束轨道供给的中和用气体量。供给的中和用气体量可以优化。
图2表示了中和用气体导入口24配置在引出电极系统E和质量分析电磁铁2的入口间的示例，但是也可以配置在带状离子束的长度方向(Y方向)的中央。此时，带状离子束的中和高效进行。
如图8所示，优选中和用气体导入口24处于质量分析电磁铁2内的带状离子束轨道的中央。此时，带状离子束的中和也可以高效进行。
作为实施例，离子束为带状离子束，但是不限于带状离子束。
此外，本发明不限于上述实施方式，在不脱离发明思想的范围内可以实施各种变形。

Claims (9)

1.一种离子束中和方法，其特征在于，
在从导入离子源的掺杂气体的等离子体通过引出电极引出的离子束中，
根据所述掺杂气体是否含卤，对是否供给中和用气体进行切换，
当所述掺杂气体含卤时，不向离子束轨道供给中和用气体，
当所述掺杂气体不含卤时，向离子束轨道供给中和用气体。
2.根据权利要求1所述的离子束中和方法，其特征在于，向离子束轨道供给的所述中和用气体是含卤气体。
3.根据权利要求1所述的离子束中和方法，其特征在于，向离子束轨道供给的中和用气体量通过质量流量控制器调整。
4.一种离子束中和方法，其特征在于，
将从导入离子源的掺杂气体的等离子体通过引出电极引出的离子束，通过质量分析电磁铁和分析狭缝，仅将期望的离子向基板照射的装置中，
根据所述掺杂气体是否含卤，对是否供给中和用气体进行切换，
当所述掺杂气体含卤时，不向从所述引出电极至分析狭缝间的离子束轨道供给中和用气体，
当所述掺杂气体不含卤时，向从所述引出电极至分析狭缝间的离子束轨道供给中和用气体。
5.根据权利要求4所述的离子束中和方法，其特征在于，向离子束轨道供给的所述中和用气体是含卤气体。
6.根据权利要求4所述的离子束中和方法，其特征在于，向离子束轨道供给的中和用气体量通过质量流量控制器调整。
7.一种离子注入装置，其特征在于包括：
使掺杂气体离子化的离子源；
将离子化的离子引出的引出电极；
对引出的离子束进行质量分析的质量分析电磁铁；
配置在所述质量分析电磁铁的下游的分析狭缝；
配置在所述引出电极和所述分析狭缝间的中和用气体导入口；以及
控制装置，根据所述掺杂气体是否含卤，对是否供给中和用气体进行切换，当所述掺杂气体含卤时，不向离子束轨道供给中和用气体，当所述掺杂气体不含卤时，向离子束轨道供给中和用气体。
8.根据权利要求7所述的离子注入装置，其特征在于，
所述离子束为带状离子束，
所述中和用气体导入口处于所述带状离子束的长度方向的中央。
9.根据权利要求7所述的离子注入装置，其特征在于，
所述离子束为带状离子束，
所述中和用气体导入口处于质量分析电磁铁内的所述带状离子束的轨道的中央。
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