DD245978A1

DD245978A1 - DEVICE FOR INCREASING THE AVAILABILITY OF REN'E-BERNAS TYPE ION SOURCES

Info

Publication number: DD245978A1
Application number: DD28628986A
Authority: DD
Inventors: Reinhard Quenzel; Udo Willkommen
Original assignee: Mikroelektronik Zt Forsch Tech
Priority date: 1986-01-13
Filing date: 1986-01-13
Publication date: 1987-05-20
Also published as: DE3700625A1

Abstract

Die Erfindung kann zur Ausgestaltung von Ionenquellen des Rene-Bernas-Typs, beispielsweise zum Einsatz in Ionenimplantationsanlagen der Mikroelektronikindustrie eingesetzt werden, um deren Betriebsfaehigkeit zu verlaengern. Das Ziel und die Aufgabe der Erfindung bestehen darin, Hochspannungsueberschlaege zwischen Massen- und Extraktionspotential im Bereich eines Isolators dadurch zu verhindern, dass Oberflaechenerosionen und/oder Verschmutzungen an diesem Isolator vermieden werden, um damit die Verfuegbarkeit derartiger Ionenquellen zu erhoehen. Erfindungsgemaess wird dies dadurch geloest, dass das zur Erzeugung eines Ionenstrahles notwendige Magnetfeld durch geeignetes Einbringen von Abschirmungen aus magnetisch leitendem Material im Bereich des Isolators und des dem Isolator vorgelagerten Teiles der Ionenquelle geschwaecht wird.The invention can be used to design ion sources of the Rene-Bernas type, for example for use in ion implantation systems of the microelectronics industry, in order to extend their operability. The object and the object of the invention are to prevent high-voltage flashovers between the mass and extraction potential in the region of an insulator by avoiding surface erosions and / or contamination on this insulator in order to increase the availability of such ion sources. According to the invention, this is achieved by weakening the magnetic field necessary for generating an ion beam by suitably introducing shields of magnetically conductive material in the region of the insulator and the part of the ion source upstream of the insulator.

Description

Hierzu 1 Seite ZeichnungenFor this 1 page drawings

Field of application of the invention

Die Erfindung kann an lonenquellen des Rene-Bernas-Typs eingesetzt werden, um deren Betriebsfähigkeit zu verlängern. Das Anwendungsgebiet ist mit dem Gebiet der Anwendung derartiger Quellen identisch.The invention can be used on ion sources of the Rene-Bernas type in order to extend their operability. The field of application is identical to the field of application of such sources.

Characteristic of the known technical solutions

An lonenimplantationsanlagen, die insbesondere für die Herstellung mikroelektronischer Schaltkreise eingesetzt werden, werden lonenquellen verschiedener Typen, so auch des Rene-Bernas-Typs, verwendet.Ion implantation equipment used in particular for the manufacture of microelectronic circuits uses ion sources of various types, including the Rene-Bernas type.

Bei lonenquellen dieses Typs wird zwischen planparallelen, mit einem Extraktionsschlitz versehenen Elektroden eine Potentialdifferenz eingestellt. Im Bereich des Extraktionssystems wird ein Magnetfeld erzeugt, dessen magnetische Feldlinien zum Extraktionsschlitz parallel, zu den elektrischen Feldlinien der Potentialdifferenz jedoch senkrecht, verlaufen.For ion sources of this type, a potential difference is set between plane-parallel electrodes provided with an extraction slot. In the region of the extraction system, a magnetic field is generated whose magnetic field lines extend parallel to the extraction slit but perpendicular to the electric field lines of the potential difference.

Die Elektroden des Extraktionssystems bilden jeweils ein Endstück zweier koaxialer Rohre.The electrodes of the extraction system each form an end piece of two coaxial tubes.

In deren einem Ende weisen diese je einen Extraktionsschlitz auf, welche in Strahlrichtung hintereinander liegen.In one end, they each have an extraction slot, which lie one behind the other in the beam direction.

Am anderen Ende sind beide Rohrstücke mit einem gemeinsamen Isolator versehen. Bei dieser Ausführung von lonenquellen des Rene-Bernas-Typs kommt es im Bereich der Mittelebene des Quellenmagneten zu Überschlagen am Isolator. Um die Quelle weiter betreiben zu können, muß der Isolator gereinigt oder erneuert werden, da eine Reinigung nur begrenzt möglich ist.At the other end, both pipe sections are provided with a common insulator. In this embodiment of ion sources of the Rene-Bernas type, it comes in the region of the center plane of the source magnet to roll over the insulator. In order to continue to operate the source, the insulator must be cleaned or replaced, since a cleaning is limited.

Object of the invention

Ziel der Erfindung ist es, an lonenquellen des Rene-Bernas-Typs Hochspannungsüberschläge zwischen Massen- und Extraktionspotential im Bereich des Isolators zu vermeiden, um damit die Verfügbarkeit derartiger lonenquellen zu erhöhen.The aim of the invention is to avoid high voltage flashover between mass and extraction potential in the region of the insulator at ion sources of the Rene-Bernas type in order to increase the availability of such ion sources.

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Isolationseigenschaften des Isolators an lonenquellen des Rene-Bernas-Typs dadurch beizubehalten, daß Oberflächenerosionen und/oder Verschmutzungen an diesem Isolator vermieden werden. Zur Lösung der Aufgabe wird davon ausgegangen, daß lonenquellen des Rene-Bernas-Typs zwei rohrförmige Extraktionselektroden aufweisen, die koaxial ineinanderliegen, ohne eine elektrisch leitende Verbindung zu besitzen. An einem Ende sind sie über einen Isolator verbunden und am anderen Ende weisen sie je einen Boden mit je einem Extraktionsschlitz auf. Parallel zu diesen Extraktionsschlitzen verlaufen Feldlinien eines außerhalb des Elektrodensystems erzeugten Magnetfeldes. Die äußere Extraktionselektrode liegt auf Masse- und die innere auf Hochspannungspotential. Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein magnetisch leitendes Material.auf die äußere oder innere Mantelfläche der äußeren Extraktionselektrode aufgebracht wird. Dabei überdeckt dieses magnetisch leitende Material teilweise den Isolator und erstreckt sich in Richtung zum Extraktionsschlitz. Diese Erstreckung darf jedoch nur so groß sein, daß das magnetisch leitende Material nicht in den zur Plasmaerzeugung notwendigen Teil des Magnetfeldes eingreift. Eine besonders günstige Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, auf die äußere Mantelfläche der inneren Extraktionselektrode zusätzlich ein magnetisch leitendes Material derart aufzubringen, daß es sich von dem Isolator in Richtung zum Extraktionsschlitz erstreckt, ohne in den zur Plasmaerzeugung notwendigen Teil des Magnetfeldes einzugreifen.The invention has for its object to maintain the insulating properties of the insulator at ion sources of the Rene-Bernas type in that surface erosion and / or contamination on this insulator are avoided. To solve the problem, it is believed that ion sources of the Rene-Bernas type have two tubular extraction electrodes which are coaxial with each other without having an electrically conductive connection. At one end they are connected by an insulator and at the other end they each have a bottom with one extraction slot each. Field lines of a magnetic field generated outside the electrode system run parallel to these extraction slots. The outer extraction electrode is at ground potential and the inner is at high voltage potential. According to the invention, the object is achieved in that a magnetically conductive material is applied to the outer or inner circumferential surface of the outer extraction electrode. In this case, this magnetically conductive material partially covers the insulator and extends in the direction of the extraction slot. However, this extent may only be so great that the magnetically conductive material does not engage in the necessary part of the magnetic field for plasma generation. A particularly advantageous embodiment of the invention provides on the outer surface of the inner extraction electrode in addition to apply a magnetically conductive material such that it extends from the insulator in the direction of the extraction slot, without interfering with the necessary part of the magnetic field for plasma generation.

Eine weitere günstige Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, das magnetisch leitende Material auf der äußeren Mantelfläche der inneren Extraktionselektrode und der inneren Mantelfläche der äußeren Extraktionselektrode anzuordnen. Dabei überdecken sich beide Materialien in axialer Richtung der rohrförmigen Elektroden teilweise, ohne jedoch eine elektrisch leitendeA further advantageous embodiment of the invention provides to arrange the magnetically conductive material on the outer circumferential surface of the inner extraction electrode and the inner circumferential surface of the outer extraction electrode. In this case, both materials overlap in the axial direction of the tubular electrodes partially, but without an electrically conductive

Verbindung einzugehen.To connect.

Die Wirkung der Erfindung ist daraufgerichtet, eine parasitäre Penningentladung im Bereich des Isolators, die als Ursache für den regelmäßigen Verschleiß des Quellenisolators zu sehen ist, zu verhindern.The effect of the invention is to prevent a parasitic Penning discharge in the region of the insulator, which is to be regarded as the cause of the regular wear of the source insulator.

Zur Erzeugung eines lonenstrahlers ist es notwendig, im Bereich des Extraktionsschlitzes ein Plasma zu erzeugen, wofür ein Magnetfeld benötigt wird. Werden keine Maßnahmen zur Bündelung oder Abschirmung dieses Magnetfeldes — wie die erfindungsgemäßen Maßnahmen — getroffen, so durchdringt dieses nicht nur das Extraktionsgebiet, sondern auch die koaxialen Rohre und den Quellenisolator.To produce an ion radiator, it is necessary to generate a plasma in the region of the extraction slot, for which purpose a magnetic field is required. If no measures for bundling or shielding this magnetic field are taken - as are the measures according to the invention - this penetrates not only the extraction area but also the coaxial pipes and the source insulator.

Im Bereich der Mittelebene eines Quellenmagneten stehen zwischen den koaxialen Rohren der Quelle elektrische und magnetische Feldlinien senkrecht aufeinander, wodurch die parasitäre Penningentladung hervorgerufen wird. Mit zunehmender Entfernung von der Mittelebene des Quellenmagneten wird der Winkel zwischen elektrischen und magnetischen Feldlinien immer kleiner, so daß die parasitäre Penningentladung auf den Bereich der Mittelebene beschränkt bleibt.In the center plane of a source magnet, electric and magnetic field lines are perpendicular to each other between the coaxial tubes of the source, causing the parasitic Penning discharge. With increasing distance from the center plane of the source magnet, the angle between electric and magnetic field lines becomes smaller and smaller so that the parasitic Penning discharge is restricted to the area of the midplane.

Gemäß der Erfindung wird nunmehr die Zerstörung des Isolators durch die parasitäre Penningentladung dadurch verhindert, daß das Magnetfeld durch Abschirmung im Bereich des Isolators und des dem Isolator vorgelagerten Teiles der Ionenquelle geschwächt wird.According to the invention, the destruction of the insulator is now prevented by the parasitic Penningentladung that the magnetic field is weakened by shielding in the region of the insulator and the insulator upstream part of the ion source.

Vorteilhaft ist es, die magnetisch leitende Abschirmung so auszubilden, daß auf dem Quellenisolator die Ablagerung von dem Betreiben der Quelle entstehenden Neutralteilchen verhindert wird."It is advantageous to form the magnetically conductive shield so that the deposition of neutral particles resulting from the operation of the source is prevented on the source insulator. "

embodiment

Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigtThe invention will be explained in more detail with reference to an embodiment. In the accompanying drawings shows

Fig. 1: einen axialen Schnitt durch eine erfindungsgemäß gestaltete Ionenquelle und Fig. 2: einen radialen Schnitt durch diese Ionenquelle.1 shows an axial section through an ion source designed according to the invention, and FIG. 2 shows a radial section through this ion source.

Die innere Elektrode 1 des Extraktionssystems ist durch einen Grundflansch 2 und einen Isolator 3 mit der äußeren Elektrode 4 des Extraktionssystem verbunden. Zwischen der äußeren Elektrode 4 und der inneren Elektrode 1 besteht eine Potentialdifferenz, die dem Extraktionspotential entspricht.The inner electrode 1 of the extraction system is connected by a base flange 2 and an insulator 3 to the outer electrode 4 of the extraction system. Between the outer electrode 4 and the inner electrode 1, there is a potential difference corresponding to the extraction potential.

Um das zur Ionenerzeugung im Bereich der Extraktionsöffnung 5 erforderliche Magnetfeld 9 vom Isolator 3 abzuschirmen, weisen die innere Elektrode 1 und die äußere Elektrode 4 Abschirmungen 6 und 7 aus magnetisch leitendem Material auf. Die Abschirmungen 6 und 7 bewirken eine Verringerung des magnetischen Feldes im Bereich des Isolators 3, wodurch die Bildung von Ionen im Bereich des Isolators 3 vermindert wird.In order to shield the magnetic field 9 required for ion generation in the region of the extraction opening 5 from the insulator 3, the inner electrode 1 and the outer electrode 4 have shields 6 and 7 of magnetically conductive material. The shields 6 and 7 cause a reduction of the magnetic field in the region of the insulator 3, whereby the formation of ions in the region of the insulator 3 is reduced.

Um den Isolator 3 vor Restentladungen und Neutralteilchen zu schützen, sind die Abschirmungen 6 und 7 so ausgebildet, daß der Isolator 3 auch optisch von der zwischen den Elektroden 1 und 4 sich ausbildenden Penningentladung getrennt ist.In order to protect the insulator 3 from residual discharges and neutral particles, the shields 6 and 7 are formed so that the insulator 3 is also optically separated from the Penning discharge forming between the electrodes 1 and 4.

Eine Penningentladung findet statt, wenn elektrische und magnetische Feldlinien etwa senkrecht zueinander verlaufen. Bei den lonenquellen von Rene-Bernas-Typ ist diese Bedingung außer im Bereich der Extraktionsöffnung 5 noch zwischen der inneren Elekrode 1 und der äußeren Elektrode 4 für jene Ebene gegeben, die von den durch den Quellenmagneten erzeugten magnetischen Feldlinien 9 senkrecht durchstoßen wird. Die magnetisch leitenden Abschirmungen 6 und 7 erstrecken sich daher nur über einen diese Ebene mit Sicherheit umfassenden Bereich, so daß zur Evakuierung des vom Isolator umschlossenen Gebiets genügend große Öffnungen 8 verbleiben.A Penning discharge occurs when electric and magnetic field lines are approximately perpendicular to each other. In the case of the ion sources of the Rene-Bernas type, this condition is given, except in the region of the extraction opening 5, between the inner electrode 1 and the outer electrode 4 for that plane which is pierced perpendicularly by the magnetic field lines 9 generated by the source magnet. The magnetically conductive shields 6 and 7 therefore only extend over a region encompassing this plane with certainty, so that sufficiently large openings 8 remain to evacuate the area enclosed by the insulator.

Claims

- 1 - <£ HO 3 / Ö

Invention claim:

1. A device for increasing the availability of ion sources of the Rene Bernas type with two tubular extraction electrodes coaxial with each other, without having an electrically conductive connection, are connected at one end via an insulator and at the other end in each case a bottom, each with an extraction slot have parallel to the field lines of a magnetic field generated outside the electrode system and the outer extraction electrode to ground and the inner is at high voltage potential, characterized in that a magnetically conductive material is applied to the outer or inner circumferential surface of the outer extraction electrode such that partially covers the insulator and extends toward the extraction slot, without in the

- Plasma generation necessary part of the magnetic field to intervene.

2. Device according to item 1, characterized in that in addition a magnetically conductive material is applied to the outer circumferential surface of the inner extraction electrode such that it extends from the insulator in the direction of the extraction slot, without interfering with the plasma generation necessary for the part of the magnetic field.

3. Device according to item 1 and item 2, characterized in that the magnetically conductive material on the outer circumferential surface of the inner extraction electrode and the inner circumferential surface of the outer extraction electrode is arranged so that both materials in the axial direction of the tubular electrodes partially overlap, without to make an electrically conductive connection.