JP2654769B2 - Ion implanter - Google Patents
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Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、イオン打込み装置
および中性粒子入射装置などのイオン注入装置に係り、
特に高周波コイルを用いて高周波放電によりプラズマを
生成するイオン源を備えたイオン注入装置に関するもの
である。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ion implantation apparatus such as an ion implantation apparatus and a neutral particle injection apparatus.
In particular, the present invention relates to an ion implantation apparatus provided with an ion source that generates plasma by high-frequency discharge using a high-frequency coil.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、半導体や機能性薄膜の生成および
加工に際しイオンビームが用いられるようになってい
る。例えば、いわゆるサブミクロンデバイスを製作する
うえで不可欠なドライエッチング装置の１つとして、特
開昭５９−４６７４８号ではマイクロ波を使ったイオン
ビームエッチング装置が提案されている。この装置によ
れば、高精度のエッチングが可能であると同時に、酸素
やフッ素系、塩素系ガス等の反応性ガスを使用した場合
でも、電子衝撃型のイオン源を用いたエッチング装置の
ようにフィラメントが消滅するという問題もなく、長時
間の使用に耐え得るという利点がある。しかし、電子サ
イクロトン共鳴（ＥＣＲ）を利用してプラズマを生成し
ているため、広範囲で均一なイオンビームを得ることは
難しく、したがって多数のウエハを一度に処理するよう
な用途には向いていない。2. Description of the Related Art In recent years, ion beams have been used for producing and processing semiconductors and functional thin films. For example, as one of the indispensable dry etching devices for manufacturing a so-called submicron device, Japanese Patent Application Laid-Open No. S59-46748 proposes an ion beam etching device using microwaves. According to this apparatus, high-precision etching is possible, and at the same time, even when a reactive gas such as oxygen, fluorine, or chlorine gas is used, as in an etching apparatus using an electron impact ion source. There is an advantage that the filament can be used for a long time without a problem that the filament disappears. However, since plasma is generated using electron cyclotron resonance (ECR), it is difficult to obtain a uniform ion beam over a wide range, and thus it is not suitable for applications in which a large number of wafers are processed at one time. .
【０００３】一方、米国ローレンス・バークレイ研究所
は、核融合用の中性粒子入射装置に用いるイオン源とし
て、高周波イオン源を開発し、１００ｍｍ×１００ｍｍ
の均一な強度の水素イオンビームを得ることに成功し、
このことが「ＲadioＦrequency Ｉon Ｓource Ｄevelop
ment for Ｎeutral Ｂeam Ａpplication」（Ｋ.Ｈ.Ｌeu
ng et，al，Ｊ.Ｖac，Ｓci，Ｔechnol Ａ２（２），Ａp
r,−Ｊune，1984）で報告されている。このイオン源に
よれば、広範囲で均一なイオンビームが得られると同時
に、プラズマを生成する際に高周波放電を用いているた
めに反応性ガスの下でも電子衝撃型のイオン源に比較し
て長時間安定に動作させ得るという利点がある。On the other hand, the Lawrence Berkeley Laboratory in the United States has developed a high-frequency ion source as a 100 mm × 100 mm ion source for use in a neutral particle injector for nuclear fusion.
Successfully obtained a hydrogen ion beam of uniform intensity
This is called "RadioFrequency Ion Source Devlop
ment for Neutral Beam Application ”(KH Leu
ng et, al, J. Vac, Sci, Technol A2 (2), Ap
r,-June, 1984). According to this ion source, a uniform ion beam can be obtained over a wide range, and at the same time, the plasma is generated using a high-frequency discharge. There is an advantage that it can be operated stably for a long time.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記バークレ
イ研究所の開発したイオン源は、高周波放電を用いてい
るとは言え、それを開始させる際の種となる電子は放電
開始当初にフィラメントを短時間点灯させることによっ
て得ているため、フィラメントの消耗によってイオン源
としての耐久性が低下するという問題がある。However, although the ion source developed by the Berkeley Laboratory uses a high-frequency discharge, electrons serving as seeds for starting the discharge shorten the filament at the beginning of the discharge. Since it is obtained by lighting for a long time, there is a problem that durability of the ion source is reduced due to consumption of the filament.
【０００５】本発明が解決しようとする課題は、電子サ
イクロトン共鳴を用いたイオン源よりも広範囲で均一な
イオンビームが得られると同時に、耐久性に優れたイオ
ン源を実現することにある。It is an object of the present invention to provide an ion source which can obtain a uniform ion beam over a wider area than an ion source using electron cycloton resonance and has excellent durability.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、まず、電子サイクロトン共鳴を用いたイオン源より
も広範囲で均一なイオンビームが得られるようにするた
めに、イオン源を、高周波放電によって生成されるプラ
ズマを保持する気密性のプラズマ生成室と、高周波放電
を行わせるための高周波コイルと、生成されたプラズマ
からイオンビームを引出すためのビーム引出部とを有す
る高周波イオン源とする。これに加えて、フィラメント
や放電電極の耐久性を向上させるため、高周波放電を開
始させるための種となる電子を得る手段として、プラズ
マ生成室へ電子を注入する電子ビーム発生器を設けるこ
とを特徴とする。周知のとおり、電子ビーム発生器は発
生した電子をビームに形成するための加速電極を備えて
いるから、プラズマ生成室で発生したプラズマはその加
速電極により遮られて電子ビーム発生器の内部に進入し
にくいので、電子ビーム発生器の電子発生源であるフィ
ラメントや放電極がプラズマにより消耗することを防ぐ
ことができる。In order to solve the above-mentioned problems, first, in order to obtain a wider and more uniform ion beam than an ion source using electron cycloton resonance, an ion source is set to a high-frequency discharge. A high-frequency ion source having an airtight plasma generation chamber for holding plasma generated by the above, a high-frequency coil for performing high-frequency discharge, and a beam extraction unit for extracting an ion beam from the generated plasma. In addition, in order to improve the durability of the filament and the discharge electrode, an electron beam generator for injecting electrons into the plasma generation chamber is provided as a means for obtaining electrons serving as seeds for starting high-frequency discharge. And As is well known, an electron beam generator is provided with an accelerating electrode for forming generated electrons into a beam, so that the plasma generated in the plasma generation chamber is blocked by the accelerating electrode and enters the inside of the electron beam generator. Therefore, it is possible to prevent the filament or discharge electrode, which is the electron source of the electron beam generator, from being consumed by the plasma.
【０００７】この場合において、電子ビーム発生器は、
少なくともその電子ビームの放射端をプラズマ生成室に
挿入して設けてもよく、又はイオンビーム引出部を介し
たプラズマ生成室の反対側、つまりイオンビーム引出部
の加工室側に設けてもよい。In this case, the electron beam generator
At least the emission end of the electron beam may be inserted into the plasma generation chamber, or may be provided on the opposite side of the plasma generation chamber via the ion beam extraction unit, that is, on the processing chamber side of the ion beam extraction unit.
【０００８】[0008]
【発明の実施の形態】図１は本発明の実施の形態の一例
を示す縦断面図であり、イオン打込み装置に本発明を適
用したものである。図２は高周波放電開始時の動作を説
明するためのタイムチャートである。図１において、プ
ラズマ生成室１は側壁が絶縁物で形成された真空容器構
造となっており、例えば１×１０~6Ｔorr程度の真空状
態にて運転される。プラズマ生成室１の上部には、例え
ばフレオンガス（ＣＦ4）等の所望のガスを導入するガ
ス導入口２が設けられている。また、制御装置３によっ
て制御される電子ビーム発生器４と、電源５から加速電
圧が印加される加速電極６が設けられている。さらに、
プラズマ生成室１の外部周囲には高周波コイル７が設け
られ、電源８から高周波コイル７に印加する高周波電力
および生成室外壁に印加する電位を制御装置９によって
調整可能に構成されている。そして、加速電極６に高電
圧を印加することによってイオンビーム引出部１０から
引出されたイオンビーム１１は質量分離器１２によって
特定のエネルギーを持つイオンのみが選別され、選別さ
れたイオンはスリット１３を介して加工室１４の被加工
物に所定量だけ打込まれるようになっている。FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an example of an embodiment of the present invention, in which the present invention is applied to an ion implantation apparatus. FIG. 2 is a time chart for explaining the operation at the start of high-frequency discharge. In FIG. 1, a plasma generation chamber 1 has a vacuum vessel structure in which a side wall is formed of an insulating material, and is operated in a vacuum state of, for example, about 1 × 10 to 6 Torr. A gas inlet 2 for introducing a desired gas such as freon gas (CF 4 ) is provided at an upper portion of the plasma generation chamber 1. Further, an electron beam generator 4 controlled by the control device 3 and an acceleration electrode 6 to which an acceleration voltage is applied from a power supply 5 are provided. further,
A high-frequency coil 7 is provided around the outside of the plasma generation chamber 1, and a high-frequency power applied from the power supply 8 to the high-frequency coil 7 and a potential applied to the outer wall of the generation chamber can be adjusted by the control device 9. Then, by applying a high voltage to the acceleration electrode 6, only ions having a specific energy are selected by the mass separator 12 from the ion beam 11 extracted from the ion beam extraction unit 10, and the selected ions pass through the slit 13. The workpiece is driven into the workpiece in the processing chamber 14 by a predetermined amount.
【０００９】この構成において、高周波コイル７に印加
する高周波電力、加速電極６に印加する加速電圧、電子
ビーム発生器の制御装置３に対するビーム発生指令を、
図２（ａ）〜（ｃ）に示すようなシーケンスで制御し、
電子ビーム発生器４からの電子ビームを、高周波放電開
始当初にプラズマ発生室１に一時的に入射することによ
り、高周波放電が開始される。すなわち、時刻ｔ0で高
周波電力を高周波コイル７に印加した後、時刻ｔ1で電
子ビーム発生器４から電子ビームを一定時間だけ発生さ
せてプラズマ生成室１に入射する。すると、この時の電
子ビームを種として高周波放電が開始され、時刻ｔ1以
後は持続的な放電状態に移行する。以後は、時刻ｔ2に
おいて加速電圧を印加してイオンビーム１１をプラズマ
生成室１のイオンビーム引出部１０から引出して加工室
２に導く。In this configuration, the high-frequency power applied to the high-frequency coil 7, the acceleration voltage applied to the accelerating electrode 6, and the beam generation command to the control device 3 of the electron beam generator are
Control is performed in a sequence as shown in FIGS.
The high-frequency discharge is started by temporarily inputting the electron beam from the electron beam generator 4 into the plasma generation chamber 1 at the beginning of the high-frequency discharge. That is, after applying high-frequency power to the high-frequency coil 7 at time t 0 , an electron beam is generated from the electron beam generator 4 for a certain time at time t 1 and is incident on the plasma generation chamber 1. Then, high-frequency discharge is started using the electron beam at this time as a seed, and after time t 1 , transition to a continuous discharge state is made. Thereafter, at time t 2 , an acceleration voltage is applied to extract the ion beam 11 from the ion beam extraction unit 10 of the plasma generation chamber 1 and guide the ion beam 11 to the processing chamber 2.
【００１０】このように、図１のイオン打ち込み装置に
よれば、フィラメントや放電極をプラズマ生成室１内で
用いることなく高周波放電を開始させることができるか
ら、フィラメント等が化学的に活性なプラズマにより損
傷するのを防ぐことができる。As described above, according to the ion implantation apparatus shown in FIG. 1, high-frequency discharge can be started without using a filament or a discharge electrode in the plasma generation chamber 1, so that the filament or the like can be chemically activated. Damage can be prevented.
【００１１】なお、図１の例において、電子ビーム発生
器４をイオンビーム引出部１０の加工室１４側に取付け
て、この電子ビーム発生器１４で発生した電子ビームを
プラズマ生成室１へ導くように構成してもよい。[0011] The Contact, in the example of FIG. 1, is attached to an electron beam generator 4 to the machining chamber 14 side of the i Onbimu lead portion 10 guides the electron beam generated by the electron beam generator 14 to the plasma generating chamber 1 It may be configured as follows.
【００１２】[0012]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
プラズマ生成室内にフィラメントや放電電極を設けるこ
となく高周波放電を開始することができるため、反応性
ガスの雰囲気で使用しても頻繁な部品交換や清掃が不要
となり、イオン源装置としての耐久性を向上させること
が可能になる。また、電子サイクロトロン共鳴によるイ
オン源よりも、広範囲で均一なイオンビームを得ること
ができる。As described above, according to the present invention,
Since high-frequency discharge can be started without providing a filament or discharge electrode in the plasma generation chamber, frequent component replacement and cleaning is unnecessary even when used in an atmosphere of a reactive gas, and durability as an ion source device is improved. Can be improved. Further, a wider and more uniform ion beam can be obtained than an ion source based on electron cyclotron resonance.
【図１】本発明の実施の形態の一例を示す縦断面図であ
る。FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an example of an embodiment of the present invention.
【図２】高周波放電開始時の動作を説明するためのタイ
ムチャートである。FIG. 2 is a time chart for explaining an operation at the start of high-frequency discharge.
１ プラズマ生成室 ２ ガス導入口 ３ 制御装置 ４ 電子ビーム発生器 ６ 加速電極 ７ 高周波コイル １０ イオンビーム引出部 １１ イオンビーム １２ 質量分離器 １４ 加工室 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Plasma generation chamber 2 Gas inlet 3 Control device 4 Electron beam generator 6 Acceleration electrode 7 High frequency coil 10 Ion beam extraction part 11 Ion beam 12 Mass separator 14 Processing chamber
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 黒沢 幸夫 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社 日立製作所 日立研究所内 (72)発明者 袴田 好美 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社 日立製作所 日立研究所内 (56)参考文献 特開 昭57−40845（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−273840（ＪＰ，Ａ) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Yukio Kurosawa 4026 Kuji-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Within Hitachi Research Laboratory, Hitachi, Ltd. In-house (56) References JP-A-57-40845 (JP, A) JP-A-61-273840 (JP, A)
Claims (3)
を保持する気密性のプラズマ生成室と、前記高周波放電
を行わせるための高周波コイルと、前記生成されたプラ
ズマからイオンビームを引出すためのビーム引出部とを
有するイオン源を備えたイオン注入装置において、 前記高周波放電を開始させるための種となる電子を得る
手段として、前記プラズマ生成室へ電子を注入する電子
ビーム発生器を設けたことを特徴とするイオン注入装
置。An airtight plasma generation chamber for holding a plasma generated by a high-frequency discharge, a high-frequency coil for performing the high-frequency discharge, and a beam extraction unit for extracting an ion beam from the generated plasma. An ion implantation apparatus provided with an ion source having the following features: An electron beam generator for injecting electrons into the plasma generation chamber is provided as means for obtaining electrons serving as seeds for starting the high-frequency discharge. Ion implanter.
ビームの放射端を前記プラズマ生成室に挿入して設けた
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のイオン
注入装置。2. The ion implantation apparatus according to claim 1, wherein at least a radiation end of the electron beam of the electron beam generator is inserted into the plasma generation chamber.
ム引出部の前記プラズマ生成室の反対側に設け、前記イ
オンビーム引出部を介して前記プラズマ生成室へ電子ビ
ームを入射することを特徴とする特許請求の範囲第１項
に記載のイオン注入装置。3. The method according to claim 1, wherein the electron beam generator is provided on a side of the ion beam extraction section opposite to the plasma generation chamber, and the electron beam is incident on the plasma generation chamber via the ion beam extraction section. The ion implantation apparatus according to claim 1.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8025525A JP2654769B2 (en) | 1996-02-13 | 1996-02-13 | Ion implanter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8025525A JP2654769B2 (en) | 1996-02-13 | 1996-02-13 | Ion implanter |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61077751A Division JPH0711072B2 (en) | 1986-04-04 | 1986-04-04 | Ion source device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08253860A JPH08253860A (en) | 1996-10-01 |
| JP2654769B2 true JP2654769B2 (en) | 1997-09-17 |
Family
ID=12168473
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8025525A Expired - Lifetime JP2654769B2 (en) | 1996-02-13 | 1996-02-13 | Ion implanter |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2654769B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101141520B1 (en) * | 2009-06-26 | 2012-05-15 | 염세환 | Manufacturing apparatus of wire-net using of electron cyclotron resonance ion source |
-
1996
- 1996-02-13 JP JP8025525A patent/JP2654769B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08253860A (en) | 1996-10-01 |
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