CN1269692A - 等离子体源 - Google Patents

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Abstract

防止在发射的等离子体中包含高能量的电子。等离子体源2a配有电磁铁40(磁场发生装置),该电磁铁在等离子体室容器内,在与等离子体发射孔8的等离子体发射方向22交叉的方向上产生引起电子回旋共振的磁场B。

Description

等离子体源
本发明涉及等离子体源，该等离子体源用于例如在靶上照射离子束的离子束照射装置(例如离子注入装置)中对离子束供给等离子体，利用该等离子体中的电子实现离子束的中性化，防止靶带电等，更具体地说，涉及在发射的等离子体中防止包含高能量电子的装置。
例如在半导体晶片那样的靶上照射离子束实施离子注入等处理的情况下，因离子束的正电荷，会产生使靶带正电(充电)的问题。
为了解决该带电问题，例如在特开平5-234562号公报和特开平5-47338号公报中披露了在靶的附近设置等离子体源，对离子束供给等离子体，利用该等离子体中的电子，实现离子束的中性化，防止靶带电的技术。再有，把按这种目的使用的等离子体源称为离子束中性化装置。
如果参照附图说明该装置，那么图6表示把以往的等离子体源安装在离子束照射装置上的一例。
该装置这样构成，以便在真空容器32内，对被固定在托架38上的靶36照射离子束34，在该靶36上，实施离子注入、离子束腐蚀等处理。靶36例如可以为半导体晶片、其它基片等。
在靶36附近的真空容器32的侧壁部分上设有开口部分33，在其外侧附近，通过绝缘物30，安装等离子体源2。
该等离子体源2为ECR(电子回旋共振)型等离子体源，包括生成等离子体20的金属制的等离子体室容器4，在该等离子体室容器4内导入例如氩、氙等生成等离子体用的气体12的气体导入管10(气体导入装置)，在等离子体室容器4内导入例如2.45GHz频率的微波15的金属制成的天线14(微波导入装置)，以及磁线圈18，该线圈在等离子体室容器4内，沿等离子体发射方向22产生使电子回旋共振的强磁场B(例如，在微波15为2.45GHz的情况下约为87.5mT)。16为连接器。
在等离子体室容器4和真空容器32之间，由于向真空容器32内引入等离子体20很容易，所以如该例所示，以真空容器32侧为正极，就可以从直流引出电源28施加直流电压(引出电压)。
在本例中，等离子体室容器4的前面部分由带有等离子体发射孔8的前面板6构成，在等离子体室容器4内由微波放电和电子回旋共振高效率生成的等离子体20从该等离子体发射孔8发射到真空容器32内，供给离子束34(也称为等离子体桥)。因此，利用等离子体20中的电子实现离子束34的中性化，随着离子束的照射，可以抑制靶36带正电。
此外，在该等离子体源2中，由于在等离子体20的生成中使用微波15，不使用灯丝，所以可以防止灯丝构成物质从等离子体发射孔8射出，污染靶36。
而且，在该等离子体源2中，与特开平9-245997号公报披露的技术一样，由于用绝缘物制成的盖24和26覆盖等离子体室容器4的内壁和天线14，所以可以防止金属制成的等离子体室容器4、其前面板6和天线14被等离子体20溅射，防止金属溅射粒子从等离子体发射孔8射出，污染靶36。
如果在从上述等离子体源2中发射的等离子体20中包含的电子能量高，那么这些高能量的电子到达靶36，直至与该电子能量对应的电压，存在使靶36带负电(充电)的可能性。不能忽视这种靶36带负电的问题。
例如，近年来，由于在靶晶片的表面上形成的晶体管(FET)尺寸不断微细化(例如，一边为0.18μm左右)，并且其栅极氧化膜的膜厚不断极薄化(例如，5nm)左右，所以必须把处理中的充电电压抑制得非常低(例如，5V以下)。如果不这样，那么因充电上升会产生绝缘损坏，造成晶体管良品率下降和可靠性降低。
但是，在上述以往的等离子体源2中，沿从等离子体发射孔8的等离子体发射方向22产生使等离子体室容器4内的电子回旋共振的磁场B，等离子体室容器4内的等离子体20中的电子通过电子回旋共振沿该磁场B被加速，由于在该电子加速方向上存在等离子体发射孔8，所以高速(即高能量)的电子从等离子体发射孔8中发射，这些电子被供给离子束34，到达靶36，因而存在靶36的充电电压会升高的课题。
例如，虽然参照图4可进行下述详细说明，但从以往的等离子体源2中发射的等离子体20中的电子能量分布在数eV～100eV左右的宽范围内。因此，靶36的充电电压最大可上升至100V左右。
因此，本发明的主要目的在于防止在发射等离子体中包含高能量的电子。
本发明的等离子体源的特征在于，配有磁场发生装置，该磁场发生装置在所述等离子体室容器内，在与所述等离子体发射孔的等离子体发射方向交叉的方向上产生引起所述电子回旋共振的磁场。
按照上述结构，由于在等离子体室容器内因电子回旋共振而被加速的电子沿与等离子体发射方向交叉的方向上的磁场运动，所以可消除对等离子体室容器内壁的轰击。因此，从等离子体发射孔发射的电子在该等离子体发射孔附近仅变为扩散的等离子体中的低速电子。其结果，可以防止在发射的等离子体中包含高能量的电子。
图1是表示把本发明的等离子体源安装在离子束照射装置上的实例的剖面图。
图2是沿图1所示的线A-A剖切的放大剖面图。
图3是表示在磁场发生装置中使用永久磁铁实例的剖面图，与图2所示的例相对应。
图4是表示从图6所示的以往的等离子体源发射的等离子体中的电子能量分布的测定结果一例的图。
图5是表示从图1所示的等离子体源发射的等离子体中的电子能量分布的测定结果一例的图。
图6是表示把以往的等离子体源安装在离子束照射装置上的实例的剖面图。
【发明的实施形态】
图1是表示把本发明的等离子体源安装在离子束照射装置上的实例的剖面图。图2是沿图1所示的线A-A剖切的放大剖面图。与图6所示的以往例相同或相当的部分被附以相同的符号，以下主要说明与该以往例的不同点。
该等离子体源2a是与以往的等离子体源2相同的ECR型等离子体源，作为上述磁场发生装置的一例，在所述等离子体室容器4内，在与所述等离子体发射孔8的等离子体发射方向22交叉(例如，垂直或大体垂直)的方向上，配有可产生使所述电子回旋共振的磁场B的电磁铁40。
由于所述天线14在该例中与等离子体发射方向22平行地配置，所以换句话说，在与天线14交叉(例如垂直或大体垂直)的方向上产生上述磁场。
如上所述，等离子体室容器4内的上述磁场B的强度在例如微波15的频率为2.45GHz的情况下为约87.5mT(875高斯)。磁场B的方向也可以是图示例的逆方向(与图3所示例的情况相同)。
在该例中，电磁铁40包括夹住等离子体室容器4在横方向上对置的一对磁极42、在各磁极42上各自卷绕的线圈46和连接在两磁极42之间的磁轭44。两线圈46由图中未示出的直流电源驱动(励磁)。
如果采用该等离子体源2a，那么虽然在等离子体室容器4内生成的等离子体20中的电子因电子回旋共振被加速，但由于该电子沿与等离子体发射方向22交叉的方向的磁场B运动，所以可消除对等离子体室容器4内壁(或覆盖该内壁的盖24)的轰击。因此，从等离子体发射孔8发射的电子在该等离子体发射孔8附近仅变为扩散的等离子体20中的低速电子。其结果，可以防止在从该等离子体源2a发射的等离子体20中包含高能量电子。
因此，在把该等离子体源2a如该例这样用于离子束34中性化(换句话说，作为离子束中性化装置)的情况下，可以抑制降低靶36的负充电电压。因此，例如可以实现在靶晶片表面上形成的晶体管良品率的提高和可靠性的提高等。
产生上述磁场B的磁场发生装置也可以用永久磁铁构成。图3表示这样的实例。在该例中，在夹住等离子体室容器4的横方向上配有对置的一对永久磁铁，利用该磁铁可产生上述那样的磁场B。
再有，上述前面板6也可以用铁、磁性不锈钢等磁性体形成。如果这样，那么由于从上述电磁铁40或永久磁铁50漏泄的磁场可以被前面板抑制向等离子体发射孔8的外侧扩宽，所以从等离子体发射孔8发射的等离子体20中的电子因上述漏泄磁场变得弯曲，可以防止被漏泄磁场捕捉，提高电子的引出效率。与从等离子体发射孔8发射的电子能量为低能量的情况相比，其效果显著。
覆盖等离子体室容器4的内壁和天线14的上述盖24、26例如可以用铝、氮化硼等杂质放出少的陶瓷、或没有重金属污染问题的硅或碳等来形成。
但是，如果把包括前面板6内壁的整个等离子体室容器4的内壁用绝缘物覆盖，那么由于电子不流动，难以进行电子的发射，所以为了防止这种情况，可以用导电性材料形成等离子体室容器4内壁盖的至少一部分。在图1所示的例中，用硅或碳等导电性材料形成覆盖等离子体发射孔8附近的盖27。
向等离子体室容器4内导入微波15的微波导入装置除了天线14以外，例如也可以用微波15的波导管和导入窗构成。
【实施例】
图4表示在下述实验条件下从图6所示的以往等离子体源2中发射的等离子体20中的电子能量分布测定结果的一例，图5表示从图1所示的本发明的等离子体源2a中发射的等离子体20中的电子能量分布测定结果的一例。用静电型能量分析器进行测定。
导入气体：氙，0.2ccm
投入微波功率：100W
引出电压：30V
如图4所示，显然，从以往的等离子体源2发射的等离子体20中的电子能量分布在数eV～100eV左右的宽范围内，高能量的电子被大量地发射。
与此相对，如图5所示，显然，从图1所示的等离子体源2a发射的等离子体20中的电子几乎完全是具有5eV左右能量的电子，可以防止高能量电子包含在等离子体20中。
按照以上所述的本发明，由于配有在与从等离子体发射孔的等离子体发射方向交叉的方向上产生磁场的磁场发生装置，所以从等离子体发射孔发射的电子在该等离子体发射孔附近扩散，仅变为等离子体中的低速电子，因此，可以防止在发射的等离子体中包含高能量电子。

Claims (7)

1.一种等离子体源，在导入微波的等离子体室容器内利用电子的回旋共振生成等离子体，从设置在等离子体室容器的前面部分的等离子体发射孔中发射该等离子体，其特征在于，配有磁场发生装置，该磁场发生装置在所述等离子体室容器内，在与所述等离子体发射孔的等离子体发射方向交叉的方向上产生引起所述电子回旋共振的磁场。
2.如权利要求1所述的等离子体源，其特征在于，在与从等离子体发射孔的该等离子体发射方向大致垂直的方向上产生磁场。
3.如权利要求1所述的等离子体源，其特征在于，磁场发生装置是电磁铁。
4.如权利要求1所述的等离子体源，其特征在于，磁场发生装置是永久磁铁。
5.如权利要求1所述的等离子体源，其特征在于，用导电性材料形成等离子体室容器内壁盖的至少一部分。
6.如权利要求1-5所述的等离子体源，其特征在于，用绝缘物覆盖微波发射用的天线。
7.一种利用权利要求1-6所述的等离子体源进行离子中性化的离子注入装置。
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