JP2003282298A - ドーピング装置 - Google Patents
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- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32431—Constructional details of the reactor
- H01J37/32532—Electrodes
- H01J37/3255—Material
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- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、安定したプラズマを生成するため
の装置を提供することを課題とする。また、スループッ
トを高めるためにはプラズマ密度を高める必要がある。
そのため、電界放出特性に優れ、また寿命の長い陰極電
極を備えた装置を提供することを課題とする。 【解決手段】本発明のプラズマ生成装置に関する構成
は、壁面に囲まれ、材料ガスをプラズマ化するためのプ
ラズマ室を有するプラズマ生成装置であって、前記プラ
ズマ室は、陰極電極と、陽極電極と、前記材料ガスの導
入手段と、排気手段と、を有し、前記陰極電極の一方の
表面にカーボンナノチューブが形成されており、前記陰
極電極の前記表面側に前記陽極電極が設置されているこ
とを特徴としている。
の装置を提供することを課題とする。また、スループッ
トを高めるためにはプラズマ密度を高める必要がある。
そのため、電界放出特性に優れ、また寿命の長い陰極電
極を備えた装置を提供することを課題とする。 【解決手段】本発明のプラズマ生成装置に関する構成
は、壁面に囲まれ、材料ガスをプラズマ化するためのプ
ラズマ室を有するプラズマ生成装置であって、前記プラ
ズマ室は、陰極電極と、陽極電極と、前記材料ガスの導
入手段と、排気手段と、を有し、前記陰極電極の一方の
表面にカーボンナノチューブが形成されており、前記陰
極電極の前記表面側に前記陽極電極が設置されているこ
とを特徴としている。
Description
【０００１】
【発明の属する分野】本発明は高密度のプラズマの生成
を行うための装置に関する。また、それを利用した装置
に関する。例えば、ドーピング装置、エッチング装置、
スパッタ装置、成膜装置において適用される。
を行うための装置に関する。また、それを利用した装置
に関する。例えば、ドーピング装置、エッチング装置、
スパッタ装置、成膜装置において適用される。
【０００２】
【従来の技術】近年、薄膜を用いて薄膜トランジスタ
（ＴＦＴ）を作製する研究が広く行われている。ＴＦＴ
を作製するにあたって、成膜、エッチング、イオンの導
入工程等は欠く事のできないプロセスであり、これらの
工程はプラズマを利用して行われることが多い。即ち、
反応性の高いイオンやラジカルをエッチングや成膜に利
用し、運動エネルギーが大きい粒子をスパッタに利用
し、プラズマ中の電荷粒子をエッチングやイオン注入に
利用している。これらスパッタ法。プラズマＣＶＤ法、
エッチング法、イオンドーピング法等を利用する工程を
経てＴＦＴは作製される。
（ＴＦＴ）を作製する研究が広く行われている。ＴＦＴ
を作製するにあたって、成膜、エッチング、イオンの導
入工程等は欠く事のできないプロセスであり、これらの
工程はプラズマを利用して行われることが多い。即ち、
反応性の高いイオンやラジカルをエッチングや成膜に利
用し、運動エネルギーが大きい粒子をスパッタに利用
し、プラズマ中の電荷粒子をエッチングやイオン注入に
利用している。これらスパッタ法。プラズマＣＶＤ法、
エッチング法、イオンドーピング法等を利用する工程を
経てＴＦＴは作製される。
【０００３】プラズマを生成するための方法として、平
行に設置された２枚の平板電極（５１は陰極電極、５２
は陽極電極である。）の間に一様な電場を掛ける方法
（図４（Ａ））、タングステンなどの融点の高い金属を
２５００℃程度に加熱して、熱電子を放出させる直熱形
熱陰極電極５３を用いる方法（図４（Ｂ））、陰極電極
面に仕事関数の小さい物質を用いて間接的に背面から加
熱する方法（図４（Ｃ））、片端が閉じて他端が開いた
円筒のホロー形の電極を陰極電極として用い、高密度の
プラズマを生成する方法（ホロー陰極放電５４）（図４
（Ｄ））などがある。また、プラズマ室の壁面に沿って
多数の永久磁石を並べることにより（図４（E））、壁
表面に局在する磁場（表面磁場または多極磁場）を利用
してプラズマを形成する方法、マグネトロン放電と呼ば
れる平板状陰極電極の面に平行に磁場を掛けて放電させ
る方法（図４（Ｆ））もある。これらは直流放電の例で
あるが、交流放電によって生成することもできる。
行に設置された２枚の平板電極（５１は陰極電極、５２
は陽極電極である。）の間に一様な電場を掛ける方法
（図４（Ａ））、タングステンなどの融点の高い金属を
２５００℃程度に加熱して、熱電子を放出させる直熱形
熱陰極電極５３を用いる方法（図４（Ｂ））、陰極電極
面に仕事関数の小さい物質を用いて間接的に背面から加
熱する方法（図４（Ｃ））、片端が閉じて他端が開いた
円筒のホロー形の電極を陰極電極として用い、高密度の
プラズマを生成する方法（ホロー陰極放電５４）（図４
（Ｄ））などがある。また、プラズマ室の壁面に沿って
多数の永久磁石を並べることにより（図４（E））、壁
表面に局在する磁場（表面磁場または多極磁場）を利用
してプラズマを形成する方法、マグネトロン放電と呼ば
れる平板状陰極電極の面に平行に磁場を掛けて放電させ
る方法（図４（Ｆ））もある。これらは直流放電の例で
あるが、交流放電によって生成することもできる。
【０００４】その主な例は、容量結合プラズマと呼ばれ
る高周波やマイクロ波を平行平板電極に掛ける方法（図
５（Ａ））、誘導結合プラズマと呼ばれるヘリカル状の
コイルやスパイラル状のコイルに高周波電流を流す方法
（図５（Ｂ）、（Ｃ））、表面波プラズマと呼ばれる電
磁波を高密度プラズマに照射して励起される表面波を強
いマイクロ波に当てる方法（図５（Ｄ））、ＥＣＲ（El
ectron Cyclotron Resonance）プラズマと呼ばれる磁場
中の電子サイクロトロン共鳴を利用する方法（図５
（E））、ヘリコン波プラズマと呼ばれる電子サイクロ
トロン周波数より十分低い周波数の高周波電流をアンテ
ナに流す方法（図５（F））などが挙げられる。
る高周波やマイクロ波を平行平板電極に掛ける方法（図
５（Ａ））、誘導結合プラズマと呼ばれるヘリカル状の
コイルやスパイラル状のコイルに高周波電流を流す方法
（図５（Ｂ）、（Ｃ））、表面波プラズマと呼ばれる電
磁波を高密度プラズマに照射して励起される表面波を強
いマイクロ波に当てる方法（図５（Ｄ））、ＥＣＲ（El
ectron Cyclotron Resonance）プラズマと呼ばれる磁場
中の電子サイクロトロン共鳴を利用する方法（図５
（E））、ヘリコン波プラズマと呼ばれる電子サイクロ
トロン周波数より十分低い周波数の高周波電流をアンテ
ナに流す方法（図５（F））などが挙げられる。
【０００５】また、イオンドーピング装置は主に大型ガ
ラス基板上の薄膜トランジスタ（TFT）の作製に利用さ
れ、ソース領域やドレイン領域を形成するためのドーピ
ングでは1015ions/cm2台のドーズ量を必要とし、チャネ
ルドープやLDD（Light DopedDrain）領域を形成するた
めのドーピングでは１×1012〜１×1014ions/cm2のドー
ズを必要とする。このように、領域によって必要とされ
るドーズ量が3桁も異なる為、イオンドーピング装置に
は高電流密度から低電流密度まで制御できる性能が求め
られている。例えば、フィラメントを用いたDCイオン源
イオンドーピング装置は使用できる電流密度の範囲が広
いため、一般によく用いられている。
ラス基板上の薄膜トランジスタ（TFT）の作製に利用さ
れ、ソース領域やドレイン領域を形成するためのドーピ
ングでは1015ions/cm2台のドーズ量を必要とし、チャネ
ルドープやLDD（Light DopedDrain）領域を形成するた
めのドーピングでは１×1012〜１×1014ions/cm2のドー
ズを必要とする。このように、領域によって必要とされ
るドーズ量が3桁も異なる為、イオンドーピング装置に
は高電流密度から低電流密度まで制御できる性能が求め
られている。例えば、フィラメントを用いたDCイオン源
イオンドーピング装置は使用できる電流密度の範囲が広
いため、一般によく用いられている。
【０００６】
【本発明が解決しようとする課題】例えば、フィラメン
トを用いたDCイオン源イオンドーピング装置において、
フィラメント寿命が短いことが問題となっている。フィ
ラメント交換によって装置の稼働率が低下し、スループ
ットが低下する。またイオンドーピング装置で使用され
る材料ガスはフォスフィンやジボラン等の有毒ガスであ
る場合が多く、クリーンルームの汚染、人体への悪影響
の観点から、フィラメント交換の頻度はできるだけ少な
くすることが望まれる。しかし、ソース領域やドレイン
領域を形成するための高ドーズ処理ではスループットを
上げる為にイオン電量密度を増加させるため、フィラメ
ントの寿命は一層短くなる。その他の問題として、フィ
ラメント使用時間が増加するに従い、フィラメントの劣
化、フィラメント表面への膜の付着等がある。これらの
フィラメントの変化によってフィラメント表面からの電
界放出特性が経時変化し、プラズマ中のイオン種割合が
変わってしまい、安定したドーズ制御ができなくなる。
イオンドーピング装置に限らず、プラズマを扱う装置で
は、プラズマの安定化が最重要課題である。
トを用いたDCイオン源イオンドーピング装置において、
フィラメント寿命が短いことが問題となっている。フィ
ラメント交換によって装置の稼働率が低下し、スループ
ットが低下する。またイオンドーピング装置で使用され
る材料ガスはフォスフィンやジボラン等の有毒ガスであ
る場合が多く、クリーンルームの汚染、人体への悪影響
の観点から、フィラメント交換の頻度はできるだけ少な
くすることが望まれる。しかし、ソース領域やドレイン
領域を形成するための高ドーズ処理ではスループットを
上げる為にイオン電量密度を増加させるため、フィラメ
ントの寿命は一層短くなる。その他の問題として、フィ
ラメント使用時間が増加するに従い、フィラメントの劣
化、フィラメント表面への膜の付着等がある。これらの
フィラメントの変化によってフィラメント表面からの電
界放出特性が経時変化し、プラズマ中のイオン種割合が
変わってしまい、安定したドーズ制御ができなくなる。
イオンドーピング装置に限らず、プラズマを扱う装置で
は、プラズマの安定化が最重要課題である。
【０００７】本発明は、安定したプラズマを生成するた
めの装置を提供することを課題とする。また、スループ
ットを高めるためにはプラズマ密度を高める必要があ
る。そのため、電界放出特性に優れ、また寿命の長い陰
極電極を備えた装置を提供することを課題とする。
めの装置を提供することを課題とする。また、スループ
ットを高めるためにはプラズマ密度を高める必要があ
る。そのため、電界放出特性に優れ、また寿命の長い陰
極電極を備えた装置を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、ドーピング装
置、エッチング装置、成膜装置などに代表されるプラズ
マ生成装置において、陰極電極にカーボン、特にカーボ
ンナノチューブ（ＣＮＴ）を用いることを特徴としてい
る。カーボンナノチューブは直径1ｎｍ前後から数十ｎ
ｍのチューブ状のグラファイト構造をもつ炭素系材料で
ある。カーボンナノチューブには単層カーボンナノチュ
ーブ（SWNT：Single Wall Carbon NanoTube）、多層カ
ーボンナノチューブ（MWNT：Multi Wall Carbon Nano T
ube）、VGCF（Vapor Growth Carbon Fiber）、ナノホー
ン、ナノグラスファイバーなどの様々な構造体が知られ
ている。以降、これらを総称してカーボンナノチューブ
と表記する。
置、エッチング装置、成膜装置などに代表されるプラズ
マ生成装置において、陰極電極にカーボン、特にカーボ
ンナノチューブ（ＣＮＴ）を用いることを特徴としてい
る。カーボンナノチューブは直径1ｎｍ前後から数十ｎ
ｍのチューブ状のグラファイト構造をもつ炭素系材料で
ある。カーボンナノチューブには単層カーボンナノチュ
ーブ（SWNT：Single Wall Carbon NanoTube）、多層カ
ーボンナノチューブ（MWNT：Multi Wall Carbon Nano T
ube）、VGCF（Vapor Growth Carbon Fiber）、ナノホー
ン、ナノグラスファイバーなどの様々な構造体が知られ
ている。以降、これらを総称してカーボンナノチューブ
と表記する。
【０００９】カーボンナノチューブの形状は細く、長い
ことが特徴である。直径がわずか数ｎｍであるにも関わ
らず長さが数千ｎｍに及ぶ場合もある。また炭素同士が
非常に強く結合しているため、カーボンナノチューブは
化学的に非常に安定している。またナノチューブは導電
性があり、炭素同士の結合が強いため大量の電流を流す
ことができ、さらに、耐熱性にも優れている。
ことが特徴である。直径がわずか数ｎｍであるにも関わ
らず長さが数千ｎｍに及ぶ場合もある。また炭素同士が
非常に強く結合しているため、カーボンナノチューブは
化学的に非常に安定している。またナノチューブは導電
性があり、炭素同士の結合が強いため大量の電流を流す
ことができ、さらに、耐熱性にも優れている。
【００１０】また、カーボンナノチューブの一端を帯電
させておくと、カーボンナノチューブの先端から電子が
驚異的な頻度で放出される。これはカーボンナノチュー
ブの細長い形状、すなわちアスペクト比が高いことに起
因していると考えられている。従ってこの電界放出は通
常の金属と比べて、低い電圧で起こり、また損傷もほと
んどなく寿命が長い。
させておくと、カーボンナノチューブの先端から電子が
驚異的な頻度で放出される。これはカーボンナノチュー
ブの細長い形状、すなわちアスペクト比が高いことに起
因していると考えられている。従ってこの電界放出は通
常の金属と比べて、低い電圧で起こり、また損傷もほと
んどなく寿命が長い。
【００１１】このようにカーボンナノチューブは優れた
特性を有するものである。本発明は、カーボンナノチュ
ーブの電界放出特性を、プラズマを利用した装置のプラ
ズマ生成源に利用することを特徴とする。カーボンナノ
チューブをイオン源に設置する陰極電極として利用する
ことによって、アーク室に効率よく電子を供給できる。
多数のカーボンナノチューブの先端から電子が放出され
ることから、イオン源中のプラズマ密度を高めることが
できる。またカーボンナノチューブは耐熱性、電流輸送
特性に優れるため、安定したプラズマを形成することが
できる。
特性を有するものである。本発明は、カーボンナノチュ
ーブの電界放出特性を、プラズマを利用した装置のプラ
ズマ生成源に利用することを特徴とする。カーボンナノ
チューブをイオン源に設置する陰極電極として利用する
ことによって、アーク室に効率よく電子を供給できる。
多数のカーボンナノチューブの先端から電子が放出され
ることから、イオン源中のプラズマ密度を高めることが
できる。またカーボンナノチューブは耐熱性、電流輸送
特性に優れるため、安定したプラズマを形成することが
できる。
【００１２】本発明のプラズマ生成装置に関する構成
は、壁面に囲まれ、材料ガスをプラズマ化するためのプ
ラズマ室を有するプラズマ生成装置であって、前記プラ
ズマ室は、陰極電極と、陽極電極と、前記材料ガスの導
入手段と、排気手段と、を有し、前記陰極電極の一方の
表面にカーボンナノチューブが形成されており、前記陰
極電極の前記表面側に前記陽極電極が設置されているこ
とを特徴としている。
は、壁面に囲まれ、材料ガスをプラズマ化するためのプ
ラズマ室を有するプラズマ生成装置であって、前記プラ
ズマ室は、陰極電極と、陽極電極と、前記材料ガスの導
入手段と、排気手段と、を有し、前記陰極電極の一方の
表面にカーボンナノチューブが形成されており、前記陰
極電極の前記表面側に前記陽極電極が設置されているこ
とを特徴としている。
【００１３】上記構成において、前記カーボンナノチュ
ーブは、単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノ
チューブ、VGCF、ナノホーンまたはナノグラスファイバ
ーであることを特徴としている。
ーブは、単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノ
チューブ、VGCF、ナノホーンまたはナノグラスファイバ
ーであることを特徴としている。
【００１４】また、上記構成において、前記カーボンナ
ノチューブは、アーク法もしくはレーザ照射法によって
作製され、伝導性ペーストによって金属部材に接着され
ていることを特徴としている。もしくは、前記カーボン
ナノチューブは、メタン、エタン、エチレン、アセチレ
ン、またはその混合である炭化水素系ガスと水素ガスを
導入ガスとして、気相法、好ましくはプラズマCVD法に
よって金属部材に堆積されてことを特徴としている。
ノチューブは、アーク法もしくはレーザ照射法によって
作製され、伝導性ペーストによって金属部材に接着され
ていることを特徴としている。もしくは、前記カーボン
ナノチューブは、メタン、エタン、エチレン、アセチレ
ン、またはその混合である炭化水素系ガスと水素ガスを
導入ガスとして、気相法、好ましくはプラズマCVD法に
よって金属部材に堆積されてことを特徴としている。
【００１５】このように、本発明は、カーボンナノチュ
ーブが形成されている陰極電極を用いてプラズマを生成
することで、効率良く高密度のプラズマを得ることが可
能である。また、カーボンナノチューブは耐熱性、電流
輸送特性に優れるため、安定したプラズマを形成するこ
とが可能となる。そして、このような陰極電極を有する
イオンドーピング装置や、エッチング装置、スパッタ装
置、成膜装置を用いて半導体膜に対して様々な処理を行
うことが可能となり、半導体膜に非常に安定した処理を
行うことが可能となる。
ーブが形成されている陰極電極を用いてプラズマを生成
することで、効率良く高密度のプラズマを得ることが可
能である。また、カーボンナノチューブは耐熱性、電流
輸送特性に優れるため、安定したプラズマを形成するこ
とが可能となる。そして、このような陰極電極を有する
イオンドーピング装置や、エッチング装置、スパッタ装
置、成膜装置を用いて半導体膜に対して様々な処理を行
うことが可能となり、半導体膜に非常に安定した処理を
行うことが可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】［実施の形態１］本実施形態にお
いて、図１を用いて陰極電極と陽極電極を有するプラズ
マ生成装置の説明を行う。
いて、図１を用いて陰極電極と陽極電極を有するプラズ
マ生成装置の説明を行う。
【００１７】図１に本発明のプラズマ生成装置の例を示
す。図１において、チャンバーには、プラズマ室１０
１、処理室１０２、ロードロック室１０３、真空排気手
段１０６、ガス供給系１１１、プラズマを形成するため
の陰極電極１１６、陽極電極１１７が備えられている。
図１の構成は、容量結合型高周波放電の形式を示してい
るが、その他、フィラメント型の電極を用いても良い。
す。図１において、チャンバーには、プラズマ室１０
１、処理室１０２、ロードロック室１０３、真空排気手
段１０６、ガス供給系１１１、プラズマを形成するため
の陰極電極１１６、陽極電極１１７が備えられている。
図１の構成は、容量結合型高周波放電の形式を示してい
るが、その他、フィラメント型の電極を用いても良い。
【００１８】陰極電極１１６には金属部材には電子放出
源であるカーボンナノチューブ１１８を形成させる。カ
ーボンナノチューブ１１８はアーク放電法やグラファイ
トへのレーザ照射法により作製し、精製したものを導電
性のペーストで金属部材に接着する。特に、アーク法に
よるカーボンナノチューブは結晶性がよく、欠陥が少な
い。
源であるカーボンナノチューブ１１８を形成させる。カ
ーボンナノチューブ１１８はアーク放電法やグラファイ
トへのレーザ照射法により作製し、精製したものを導電
性のペーストで金属部材に接着する。特に、アーク法に
よるカーボンナノチューブは結晶性がよく、欠陥が少な
い。
【００１９】またカーボンナノチューブを気相法によっ
て、金属部材に直接堆積してもよい。プラズマCVD法、
好ましくは電界印加型プラズマCVD法により、メタン、
エタン、エチレン、アセチレンまたはその混合である炭
化水素系ガスと水素ガスを導入ガスとして、カーボンナ
ノチューブを金属部材に直接成長させる。カーボンナノ
チューブを堆積する際の助剤として、例えばNi、Fe、Co
又はこれらの金属の複数からなる合金を利用することが
望ましい。これらの助剤の塗布方法はスパッタ、メッ
キ、有機金属化合物の塗布後焼成などで行う。
て、金属部材に直接堆積してもよい。プラズマCVD法、
好ましくは電界印加型プラズマCVD法により、メタン、
エタン、エチレン、アセチレンまたはその混合である炭
化水素系ガスと水素ガスを導入ガスとして、カーボンナ
ノチューブを金属部材に直接成長させる。カーボンナノ
チューブを堆積する際の助剤として、例えばNi、Fe、Co
又はこれらの金属の複数からなる合金を利用することが
望ましい。これらの助剤の塗布方法はスパッタ、メッ
キ、有機金属化合物の塗布後焼成などで行う。
【００２０】これらの気相法を用いると、カーボンナノ
チューブの成長方向を金属部材に対して垂直に揃えるこ
とが可能であり、カーボンナノチューブの先端部分が上
を向いているため電界放出特性が向上する。さらに、こ
のように揃えることにより、カーボンナノチューブの面
積当たりの密度が増加し、高密度のプラズマを得ること
ができる。
チューブの成長方向を金属部材に対して垂直に揃えるこ
とが可能であり、カーボンナノチューブの先端部分が上
を向いているため電界放出特性が向上する。さらに、こ
のように揃えることにより、カーボンナノチューブの面
積当たりの密度が増加し、高密度のプラズマを得ること
ができる。
【００２１】陽極電極１１７はグリッド電極とし、陰極
電極１１６との距離を短くすることによって、効果的に
電圧を印加することができる。カーボンナノチューブ１
１８から放出された電子は陽極電極１１７のグリッド孔
を通過し、チャンバー内で材料ガスと衝突し、材料ガス
をイオン化させる。またグリッド孔の径を小さくするこ
とによって、チャンバー内のイオンや中性分子の陰極電
極１１６への到達を抑制することができる。また、材料
ガスの導入時のチャンバー内の圧力は１×１０ -1Pa〜１
×１０-3Paであることが望ましい。
電極１１６との距離を短くすることによって、効果的に
電圧を印加することができる。カーボンナノチューブ１
１８から放出された電子は陽極電極１１７のグリッド孔
を通過し、チャンバー内で材料ガスと衝突し、材料ガス
をイオン化させる。またグリッド孔の径を小さくするこ
とによって、チャンバー内のイオンや中性分子の陰極電
極１１６への到達を抑制することができる。また、材料
ガスの導入時のチャンバー内の圧力は１×１０ -1Pa〜１
×１０-3Paであることが望ましい。
【００２２】このような陰極電極１１６および陽極電極
１１７を有するプラズマ発生装置で生成されるプラズマ
は、高密度であって、安定したものとなる。
１１７を有するプラズマ発生装置で生成されるプラズマ
は、高密度であって、安定したものとなる。
【００２３】［実施の形態２］本実施形態では、実施の
形態１とは異なる陰極電極の構成を図２を用いて説明す
る。なお、図２（Ａ）は鳥瞰図であり、図２（Ｂ）は陰
極電極と平行方向に形成される磁場に対して垂直な断面
から見た図である。
形態１とは異なる陰極電極の構成を図２を用いて説明す
る。なお、図２（Ａ）は鳥瞰図であり、図２（Ｂ）は陰
極電極と平行方向に形成される磁場に対して垂直な断面
から見た図である。
【００２４】陰極電極３１は金属部材とその表面に形成
したカーボンナノチューブからなる。カーボンナノチュ
ーブは実施の形態１と同様、アーク放電法やレーザ照射
法によって作製し、精製したカーボンナノチューブを伝
導性ペーストで金属部材に接着する。あるいはプラズマ
CVD法によって直接金属部材にカーボンナノチューブを
気相成長させる。
したカーボンナノチューブからなる。カーボンナノチュ
ーブは実施の形態１と同様、アーク放電法やレーザ照射
法によって作製し、精製したカーボンナノチューブを伝
導性ペーストで金属部材に接着する。あるいはプラズマ
CVD法によって直接金属部材にカーボンナノチューブを
気相成長させる。
【００２５】陰極電極３１の両サイドには板状もしくは
棒状の磁石３２を、Ｎ極とＳ極が向かい合うように設置
し、磁石３２の間には複数の遮蔽板３３を設置する。遮
蔽板３３は金属材料または絶縁材料によって形成され、
陰極電極とプラズマの間に形成されるシース電界に対し
て傾斜させる。傾斜角は陰極電極３１と陽極電極間の電
圧、磁石３２の磁力、磁石３２の設置間隔、さらにカー
ボンナノチューブの電界放出特性によって決定する。
棒状の磁石３２を、Ｎ極とＳ極が向かい合うように設置
し、磁石３２の間には複数の遮蔽板３３を設置する。遮
蔽板３３は金属材料または絶縁材料によって形成され、
陰極電極とプラズマの間に形成されるシース電界に対し
て傾斜させる。傾斜角は陰極電極３１と陽極電極間の電
圧、磁石３２の磁力、磁石３２の設置間隔、さらにカー
ボンナノチューブの電界放出特性によって決定する。
【００２６】陰極電極３１と陽極電極間に電圧を印加す
ることによって、カーボンナノチューブから電子が放出
されるが、磁石３２による磁場によって電子の軌道は曲
げられることとなる。遮蔽板３３は電子の軌道が曲げら
れても遮蔽板３３に衝突しない角度に傾斜させる。この
とき、遮蔽板３３は曲率を有する形状であることが望ま
しいが、平板であっても良い。
ることによって、カーボンナノチューブから電子が放出
されるが、磁石３２による磁場によって電子の軌道は曲
げられることとなる。遮蔽板３３は電子の軌道が曲げら
れても遮蔽板３３に衝突しない角度に傾斜させる。この
とき、遮蔽板３３は曲率を有する形状であることが望ま
しいが、平板であっても良い。
【００２７】一方、プラズマ中の正イオンは、陰極電極
31とプラズマの間に形成されるシース電界によって加速
されるが、ラーモア半径の大きい正イオンは磁場によっ
て軌道がまげられることなく遮蔽板３３と衝突する。こ
のためカーボンナノチューブに正イオンがカーボンナノ
チューブと高エネルギーで衝突することを防止できる。
さらに正イオンと遮蔽板３３の衝突箇所を2次電子を放
出しやすいBaOやLaB6等とすることによって、プラズマ
中に電子を更に効果的に補給することができる。
31とプラズマの間に形成されるシース電界によって加速
されるが、ラーモア半径の大きい正イオンは磁場によっ
て軌道がまげられることなく遮蔽板３３と衝突する。こ
のためカーボンナノチューブに正イオンがカーボンナノ
チューブと高エネルギーで衝突することを防止できる。
さらに正イオンと遮蔽板３３の衝突箇所を2次電子を放
出しやすいBaOやLaB6等とすることによって、プラズマ
中に電子を更に効果的に補給することができる。
【００２８】このような陰極電極３１および陽極電極３
２を有するプラズマ発生装置で生成されるプラズマは、
高密度であって、安定したものとなる。
２を有するプラズマ発生装置で生成されるプラズマは、
高密度であって、安定したものとなる。
【００２９】なお、本実施形態は、実施形態１と組み合
わせることが可能である。
わせることが可能である。
【００３０】
【実施例】［実施例１］本実施例では、ドーピング装置
を例に挙げて、図１に基づいて説明する。
を例に挙げて、図１に基づいて説明する。
【００３１】図１のドーピング装置の主な構成はイオン
源１０１、処理室１０２、ロードロック室１０３、真空
排気手段１０６から成っている。処理室１０２は基板を
保持しイオンを注入する場所であり、基板ステージ１０
４、クランパー１０５が備えられている。基板を基板ス
テージ上で上下させるピン１０８は、ロードロック室１
０３から搬送手段１０９により基板を基板ステージ１０
４に乗せる際に用いる。この基板の搬出入に伴って、ク
ランパー１０５はアーム１０７により上下する機構が備
えられている。
源１０１、処理室１０２、ロードロック室１０３、真空
排気手段１０６から成っている。処理室１０２は基板を
保持しイオンを注入する場所であり、基板ステージ１０
４、クランパー１０５が備えられている。基板を基板ス
テージ上で上下させるピン１０８は、ロードロック室１
０３から搬送手段１０９により基板を基板ステージ１０
４に乗せる際に用いる。この基板の搬出入に伴って、ク
ランパー１０５はアーム１０７により上下する機構が備
えられている。
【００３２】アーム１０７によりクランパー１０５を基
板ステージから持ち上げた状態で搬送手段１０９により
基板を搬入する。この時、ピン１０８は基板ステージ１
０４から突き出た状態となり、その上に基板１００が乗
せられる。その後、ピン１０８が下がり、続いて、アー
ム１０７が下がることによりクランパー１０５が基板１
００を基板ステージ上で固定する。
板ステージから持ち上げた状態で搬送手段１０９により
基板を搬入する。この時、ピン１０８は基板ステージ１
０４から突き出た状態となり、その上に基板１００が乗
せられる。その後、ピン１０８が下がり、続いて、アー
ム１０７が下がることによりクランパー１０５が基板１
００を基板ステージ上で固定する。
【００３３】排気手段１０６は、ドライポンプ、メカニ
カルブースターポンプ、ターボ分子ポンプなどを適宜組
み合わせて用いる。
カルブースターポンプ、ターボ分子ポンプなどを適宜組
み合わせて用いる。
【００３４】イオン源１０１は、材料ガスを供給するガ
ス供給系１１１、プラズマを形成するための陰極電極１
１６、陽極電極１１７が備えられている。図１の構成
は、容量結合型高周波放電の形式を示しているが、その
他の電極を用いても良い。
ス供給系１１１、プラズマを形成するための陰極電極１
１６、陽極電極１１７が備えられている。図１の構成
は、容量結合型高周波放電の形式を示しているが、その
他の電極を用いても良い。
【００３５】陰極電極１１６には金属部材には電子放出
源であるカーボンナノチューブ１１８を形成させる。カ
ーボンナノチューブ１１８はアーク放電法やグラファイ
トへのレーザ照射法により作製し、精製したものを導電
性のペーストで金属部材に接着する。特に、アーク法に
よるカーボンナノチューブは結晶性がよく、欠陥が少な
い。
源であるカーボンナノチューブ１１８を形成させる。カ
ーボンナノチューブ１１８はアーク放電法やグラファイ
トへのレーザ照射法により作製し、精製したものを導電
性のペーストで金属部材に接着する。特に、アーク法に
よるカーボンナノチューブは結晶性がよく、欠陥が少な
い。
【００３６】陰極電極１１６と陽極電極１１７に電圧を
印加することにより、陰極電極の表面に形成されている
カーボンナノチューブ１１８から電子が放出され、ガス
供給系１１１から供給される材料ガスの分子とが衝突す
ることにより、プラズマが形成される。
印加することにより、陰極電極の表面に形成されている
カーボンナノチューブ１１８から電子が放出され、ガス
供給系１１１から供給される材料ガスの分子とが衝突す
ることにより、プラズマが形成される。
【００３７】このような陰極電極１１６および陽極電極
１１７を有するプラズマ発生装置で生成されるプラズマ
は、高密度であって、安定したものとなる。
１１７を有するプラズマ発生装置で生成されるプラズマ
は、高密度であって、安定したものとなる。
【００３８】さらに、引き出し電極系として、引き出し
電極１１２、加速電極１１３、抑制電極１１４、接地電
極１１５が備えられ、これらの電極には多数の開口が設
けられその開口をイオンが通過する。イオンの加速は引
き出し電圧Ｖexが印加される引き出し電極１１２と、加
速電圧Ｖacが印加される加速電極１１３により行い、抑
制電極１１４では発散するイオンを捕集してイオン流の
方向性を高めている。引き出し電圧Ｖexに１０kVを印加
して、加速電圧Ｖacを変化させることにより５０〜１０
０keVのエネルギーでイオンを加速することができる。
電極１１２、加速電極１１３、抑制電極１１４、接地電
極１１５が備えられ、これらの電極には多数の開口が設
けられその開口をイオンが通過する。イオンの加速は引
き出し電圧Ｖexが印加される引き出し電極１１２と、加
速電圧Ｖacが印加される加速電極１１３により行い、抑
制電極１１４では発散するイオンを捕集してイオン流の
方向性を高めている。引き出し電圧Ｖexに１０kVを印加
して、加速電圧Ｖacを変化させることにより５０〜１０
０keVのエネルギーでイオンを加速することができる。
【００３９】材料ガスはＰＨ3、Ｂ2Ｈ6などであり、水
素や不活性ガスで０．１〜３０％程度に希釈したものを
用いる。ＰＨ3の場合、ＰＨx +、Ｐ2Ｈx +、Ｈx +などがイ
オン種として生成され、質量分離をしない場合はこれら
のイオンが引き出し電極系により加速され基板が設置さ
れた処理室に引き出される。イオンは、図１の中で矢印
で示すとように４枚の電極によりほぼ直線的に引き出さ
れ基板に照射される。
素や不活性ガスで０．１〜３０％程度に希釈したものを
用いる。ＰＨ3の場合、ＰＨx +、Ｐ2Ｈx +、Ｈx +などがイ
オン種として生成され、質量分離をしない場合はこれら
のイオンが引き出し電極系により加速され基板が設置さ
れた処理室に引き出される。イオンは、図１の中で矢印
で示すとように４枚の電極によりほぼ直線的に引き出さ
れ基板に照射される。
【００４０】本実施例では、生成されたプラズマが安定
しているため、基板１００に対して均一にイオンを導入
することができる。また、陰極電極１１６にはＣＮＴが
形成されているため、陰極１１６の寿命を長くすること
が可能である。
しているため、基板１００に対して均一にイオンを導入
することができる。また、陰極電極１１６にはＣＮＴが
形成されているため、陰極１１６の寿命を長くすること
が可能である。
【００４１】［実施例２］本実施例では、イオン源を例
に挙げて、図３に基づいて説明する。
に挙げて、図３に基づいて説明する。
【００４２】イオン源は、壁面１１と壁面１１によって
形成されるアーク室（プラズマ室）１２を有し、ホスフ
ィンやジボランなどの半導体材料ガスを入口１３から導
入する。アーク室１２内には陰極電極１４と陽極電極１
５を設置し、陰極電極１４には単層カーボンナノチュー
ブ（SWNT：Single Wall Carbon Nano Tube）、多層カー
ボンナノチューブ（MWNT：Multi Wall Carbon Nano Tub
e）、VGCF（Vapor Growth Carbon Fiber）、ナノホー
ン、ナノグラスファイバーなどの炭素ナノ構造体を用い
る。
形成されるアーク室（プラズマ室）１２を有し、ホスフ
ィンやジボランなどの半導体材料ガスを入口１３から導
入する。アーク室１２内には陰極電極１４と陽極電極１
５を設置し、陰極電極１４には単層カーボンナノチュー
ブ（SWNT：Single Wall Carbon Nano Tube）、多層カー
ボンナノチューブ（MWNT：Multi Wall Carbon Nano Tub
e）、VGCF（Vapor Growth Carbon Fiber）、ナノホー
ン、ナノグラスファイバーなどの炭素ナノ構造体を用い
る。
【００４３】陰極電極１４と陽極電極１５の間に、外部
に設置された電源によって電圧を印加することによっ
て、高エネルギーの電子を陰極電極１４から放出させ、
入口１３から導入された材料ガスの分子と電子が衝突
し、高密度のプラズマが生成する。イオンドーピング装
置においては引出電極によって、このプラズマ中のイオ
ンを引き出し、更に加速電極によってイオンを任意のエ
ネルギーに加速し、所定の半導体基板にイオンを注入す
る。
に設置された電源によって電圧を印加することによっ
て、高エネルギーの電子を陰極電極１４から放出させ、
入口１３から導入された材料ガスの分子と電子が衝突
し、高密度のプラズマが生成する。イオンドーピング装
置においては引出電極によって、このプラズマ中のイオ
ンを引き出し、更に加速電極によってイオンを任意のエ
ネルギーに加速し、所定の半導体基板にイオンを注入す
る。
【００４４】また壁面１１の外側に棒磁石のＮ極とＳ極
を交互に並べ、いわゆるラインカプスとよばれる磁場を
形成することによって、アーク室１２中心部のプラズマ
密度を上昇させ、プラズマ密度分布を均一化することが
できる。また大型基板に対応した大容積イオン源の場
合、アーク室１２には複数個の陰極電極１４を設置する
ことが望ましい。
を交互に並べ、いわゆるラインカプスとよばれる磁場を
形成することによって、アーク室１２中心部のプラズマ
密度を上昇させ、プラズマ密度分布を均一化することが
できる。また大型基板に対応した大容積イオン源の場
合、アーク室１２には複数個の陰極電極１４を設置する
ことが望ましい。
【００４５】このように、カーボンナノチューブが形成
されている陰極電極１４を用いてプラズマを生成する
と、効率良く高密度のプラズマを得ることが可能であ
る。また、カーボンナノチューブは耐熱性、電流輸送特
性に優れるため、イオン源中に安定したプラズマを形成
することが可能となる。そして、このような陰極電極を
有するイオンドーピング装置を用いて不純物元素の導入
が行われた半導体膜は、安定した処理が行われるため、
半導体装置の歩留まりを向上させることが可能となる。
されている陰極電極１４を用いてプラズマを生成する
と、効率良く高密度のプラズマを得ることが可能であ
る。また、カーボンナノチューブは耐熱性、電流輸送特
性に優れるため、イオン源中に安定したプラズマを形成
することが可能となる。そして、このような陰極電極を
有するイオンドーピング装置を用いて不純物元素の導入
が行われた半導体膜は、安定した処理が行われるため、
半導体装置の歩留まりを向上させることが可能となる。
【００４６】なお、本実施例は、実施例１と組み合わせ
ることが可能である。
ることが可能である。
【００４７】
【発明の効果】本発明の構成を採用することにより、陰
極電極の寿命を伸ばすことが可能となる。そのため、陰
極電極を交換する回数を著しく減らすことができ、クリ
ーンルームの汚染のみならず、人体への悪影響を低減す
る上、コストの低減をも実現し得る。
極電極の寿命を伸ばすことが可能となる。そのため、陰
極電極を交換する回数を著しく減らすことができ、クリ
ーンルームの汚染のみならず、人体への悪影響を低減す
る上、コストの低減をも実現し得る。
【００４８】また、安定した高密度のプラズマを生成す
ることが可能となる。すなわち、プラズマを用いて行わ
れる成膜、エッチング、イオンの導入と言った工程の安
定化を図ることができる。延いては、このような工程を
経て作製される半導体装置の歩留まりを向上することが
可能となる。
ることが可能となる。すなわち、プラズマを用いて行わ
れる成膜、エッチング、イオンの導入と言った工程の安
定化を図ることができる。延いては、このような工程を
経て作製される半導体装置の歩留まりを向上することが
可能となる。
【図１】 本発明の一例を示す図。
【図２】 本発明の一例を示す図。
【図３】 本発明を用いたイオン源の例を示す図。
【図４】 直流放電の例を示す図。
【図５】 交流放電の例を示す図。
１１ 壁面
１２、１３ プラズマ室
１４、３１、１１８ 陰極電極
１５、１１７ 陽極電極
３２ 磁石
３３ 遮蔽板
１１９ ＣＮＴ
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１５年３月２７日（２００３．３．２
７）
７）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】発明の名称
【補正方法】変更
【補正内容】
【発明の名称】 ドーピング装置
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
Claims (7)
- 【請求項１】 壁面に囲まれ、材料ガスをプラズマ化す
るためのプラズマ室を有するプラズマ生成装置であっ
て、前記プラズマ室は、陰極電極と、陽極電極と、前記
材料ガスの導入手段と、排気手段と、を有し、前記陰極
電極の一方の表面にカーボンナノチューブが形成されて
おり、前記陰極電極の前記表面側に前記陽極電極が設置
されていることを特徴とするプラズマ生成装置。 - 【請求項２】 壁面に囲まれ、材料ガスをプラズマ化す
るためのプラズマ室を有するプラズマ生成装置であっ
て、前記プラズマ室は、陰極電極と、前記陰極電極の一
方の表面に形成されたカーボンナノチューブを保護する
手段と、前記カーボンナノチューブから放出される電子
の進行方向を制御するための磁場を形成する手段と、前
記陰極電極の前記表面側に設置された陽極電極と、前記
材料ガスの導入手段と、排気手段と、を有することを特
徴とするプラズマ生成装置。 - 【請求項３】 壁面に囲まれ、材料ガスをプラズマ化す
るためのプラズマ室を有するプラズマ生成装置であっ
て、前記プラズマ室は、陰極電極と、陽極電極と、前記
材料ガスの導入手段と、排気手段と、を有し、前記陰極
電極の一方の表面にカーボンナノチューブと伝導性ペー
ストを有し、前記陰極電極の前記表面側に前記陽極電極
が設置されていることを特徴とするプラズマ生成装置。 - 【請求項４】 壁面に囲まれ、材料ガスをプラズマ化す
るためのプラズマ室を有するプラズマ生成装置であっ
て、前記プラズマ室は、陰極電極と、前記陰極電極の一
方の表面に伝導性ペーストを用いて接着されたカーボン
ナノチューブを保護する手段と、前記カーボンナノチュ
ーブから放出される電子の進行方向を制御するための磁
場を形成する手段と、前記陰極電極の前記表面側に設置
された陽極電極と、前記材料ガスの導入手段と、排気手
段と、を有することを特徴とするプラズマ生成装置。 - 【請求項５】 請求項３または請求項４において、前記
カーボンナノチューブを保護する手段は、前記陰極電極
とプラズマ化された前記材料ガスの間に形成されるシー
スからの正イオンを遮蔽することを特徴とするプラズマ
生成装置。 - 【請求項６】 請求項３乃至５のいずれか一項におい
て、前記カーボンナノチューブを保護する手段は、前記
陰極電極に対して傾斜して設置されていることを特徴と
するプラズマ生成装置。 - 【請求項７】 請求項３乃至６のいずれか一項におい
て、前記カーボンナノチューブを保護する手段の材料
は、導電材料または絶縁材料であることを特徴とするプ
ラズマ生成装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002087233A JP3842159B2 (ja) | 2002-03-26 | 2002-03-26 | ドーピング装置 |
| US10/390,882 US7026764B2 (en) | 2002-03-26 | 2003-03-19 | Plasma producing apparatus and doping apparatus |
| US11/362,259 US7382098B2 (en) | 2002-03-26 | 2006-02-27 | Plasma producing apparatus and doping apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002087233A JP3842159B2 (ja) | 2002-03-26 | 2002-03-26 | ドーピング装置 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003087725A Division JP4076890B2 (ja) | 2003-03-27 | 2003-03-27 | プラズマ生成装置、エッチング装置、スパッタ装置及び成膜装置。 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003282298A true JP2003282298A (ja) | 2003-10-03 |
| JP3842159B2 JP3842159B2 (ja) | 2006-11-08 |
Family
ID=28449363
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002087233A Expired - Fee Related JP3842159B2 (ja) | 2002-03-26 | 2002-03-26 | ドーピング装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US7026764B2 (ja) |
| JP (1) | JP3842159B2 (ja) |
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| KR100698618B1 (ko) * | 2005-07-12 | 2007-03-22 | 삼성전자주식회사 | 플라즈마 가속장치 및 그것을 구비하는 플라즈마 처리시스템 |
| JP2007095536A (ja) * | 2005-09-29 | 2007-04-12 | Univ Nagoya | ラジカル発生装置 |
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| TW200849344A (en) * | 2007-03-23 | 2008-12-16 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Apparatus and method for plasma doping |
| US9001956B2 (en) * | 2007-11-28 | 2015-04-07 | Schlumberger Technology Corporation | Neutron generator |
| CN101582449B (zh) * | 2008-05-14 | 2011-12-14 | 清华大学 | 薄膜晶体管 |
| JP5393667B2 (ja) * | 2008-06-02 | 2014-01-22 | シャープ株式会社 | プラズマ処理装置、それを用いた成膜方法およびエッチング方法 |
| EP2324687B1 (en) * | 2008-08-20 | 2016-01-27 | Vision Dynamics Holding B.V. | Device for generating a plasma discharge for patterning the surface of a substrate |
| JP5380263B2 (ja) * | 2009-12-15 | 2014-01-08 | キヤノンアネルバ株式会社 | イオンビーム発生器 |
| CN104701123A (zh) * | 2015-03-24 | 2015-06-10 | 中国计量学院 | 一种碳纳米管冷阴极考夫曼离子源装置 |
| KR20210094694A (ko) * | 2020-01-21 | 2021-07-30 | 삼성전자주식회사 | 기판 처리 장치, 물질막 증착 장치, 및 상압 화학 기상 증착 장치 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JPH0447647A (ja) | 1990-06-11 | 1992-02-17 | Nissin Electric Co Ltd | イオン源装置 |
| JP3254819B2 (ja) | 1993-06-10 | 2002-02-12 | 石川島播磨重工業株式会社 | イオン源装置 |
| JPH07105893A (ja) | 1993-10-01 | 1995-04-21 | Hitachi Ltd | イオンビーム処理装置および加工法 |
| CN100367461C (zh) * | 1993-11-05 | 2008-02-06 | 株式会社半导体能源研究所 | 一种制造薄膜晶体管和电子器件的方法 |
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| JP4562818B2 (ja) * | 1997-02-14 | 2010-10-13 | パナソニック株式会社 | 人工格子多層膜の着膜装置 |
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