JP4841983B2 - Plasma homogenization method and ion source apparatus in ion source apparatus - Google Patents
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Description
本発明はイオン源装置におけるプラズマ均一化方法及びイオン源装置に関する。 The present invention relates to a plasma homogenization method and an ion source device in an ion source device.
一般に、FPE用のリボンビームタイプのドーピング装置においては、水素希釈したB2H6、PH3等をイオン源装置に導入してイオン化しビーム引出系からリボンビームとして引き出す。この場合、B、Pを含むドーパントイオン(PHX +、P2HX +、または、BHX +、B2HX +)だけでなく、HX +イオンも同時に引き出されてしまう。 In general, in a ribbon beam type doping apparatus for FPE, hydrogen-diluted B 2 H 6 , PH 3 and the like are introduced into an ion source apparatus and ionized to be extracted as a ribbon beam from a beam extraction system. In this case, not only dopant ions (PH X + , P 2 H X + , or BH X + , B 2 H X + ) containing B and P, but also H X + ions are simultaneously extracted.
このように、従来のドーピング装置においては、イオン源装置で発生した水素イオンは不要であるにもかかわらずリボンビームに含まれてそのままガラス基板に打ち込まれていた。水素イオンはガラス基板(パネル)を不要に加熱したり、プロセス上不具合を生じさせたりするおそれがある。従って、従来のイオン源装置はこのような水素イオンの発生割合が出来るだけ低くなるような動作条件で運転されていた。しかしながら、動作条件による水素イオンの低減は高々70%程度までである。 As described above, in the conventional doping apparatus, hydrogen ions generated in the ion source apparatus are included in the ribbon beam and are directly implanted into the glass substrate, although they are unnecessary. Hydrogen ions may unnecessarily heat the glass substrate (panel) or cause problems in the process. Therefore, the conventional ion source apparatus is operated under such operating conditions that the generation rate of hydrogen ions is as low as possible. However, the reduction of hydrogen ions due to operating conditions is up to about 70%.
これに対し、特許文献1には、イオン源装置のプラズマ室においてN極とS極を向かい合わせた1組の永久磁石列を、アンテナを挟み込むように配置することにより、プラズマ中の水素イオンの生成割合を低減できることが開示されている。しかしながら、N極、S極の永久磁石列はイオン源装置におけるイオンビーム引出面に平行でかつビーム長手方向に直交した磁場(N→S)を生じる。ビーム長手方向というのはリボンビームの断面形状における長手方向を意味し、一般的には水平方向を意味する。いずれにしても、上記磁場はイオンビーム引出面に近づくにつれて弱くなる磁場勾配を持ち、この場合、上記磁場と磁場勾配によりプラズマ室内のイオンはビーム長手方向の一方向にドリフトを受け、ビーム長手方向でプラズマ密度が偏在することにより、プラズマから引出されたビームの長手方向の均一性が悪化する。
On the other hand, in
本発明の目的は、イオンビーム中の水素イオン(HX +)を低減し、且つ均一な電流分布を持つドーパント比率の高いイオンビームを生成できるプラズマ均一化方法及びイオン源装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a plasma homogenization method and an ion source apparatus capable of reducing hydrogen ions (H X + ) in an ion beam and generating an ion beam having a uniform current distribution and a high dopant ratio. is there.
本発明によるプラズマ均一方法は、イオンビーム引出面を持つプラズマ室と、該プラズマ室内にイオン源ガスを供給する供給部と、前記プラズマ室内で前記イオンビーム引出面に平行な第1の方向に配列されて高周波電源から供給される電力により前記プラズマ室内に高周波電界を生成し前記イオン源ガスと反応させてプラズマを生成するための複数のアンテナと、前記第1の方向に並ぶ該複数のアンテナを挟むように対向配置されて該複数のアンテナを横切る磁界を形成することにより高濃度の電子発生領域を形成させてプラズマ生成を補助する対のアンテナ対向磁石と、前記複数のアンテナに対して前記対のアンテナ対向磁石を相互に接近、離反させる第2の方向及び前記イオンビーム引出面に接近、離反させる第3の方向の少なくとも一方に移動させる位置調整手段と、前記プラズマ室の壁面部の周囲に配置されて生成されたプラズマを閉じ込めるカスプ磁場を形成する複数の永久磁石と、前記イオンビーム引出面に設けられて生成されたプラズマからイオンビームを引き出すための複数の電極からなるイオンビーム引出系とにより構成されるイオン源装置に適用される。 The plasma uniform method according to the present invention includes a plasma chamber having an ion beam extraction surface, a supply unit for supplying an ion source gas into the plasma chamber, and a first chamber parallel to the ion beam extraction surface in the plasma chamber. A plurality of antennas for generating a high-frequency electric field in the plasma chamber by electric power supplied from a high-frequency power source and reacting with the ion source gas to generate plasma; and the plurality of antennas arranged in the first direction. A pair of antenna-facing magnets that assist in plasma generation by forming a high-concentration electron generation region by forming a magnetic field across the plurality of antennas so as to be opposed to each other, and the pair of antenna-facing magnets with respect to the plurality of antennas At least in a second direction in which the antenna-facing magnets are moved toward and away from each other, and in a third direction in which the antenna-facing magnet is moved closer to and away from the ion beam extraction surface Position adjusting means for moving in the direction of the plasma chamber, a plurality of permanent magnets for forming a cusp magnetic field for confining the generated plasma disposed around the wall surface of the plasma chamber, and the ion beam extraction surface. The present invention is applied to an ion source apparatus constituted by an ion beam extraction system including a plurality of electrodes for extracting an ion beam from plasma.
本プラズマ均一化方法は、前記アンテナのループ形状を前記第1の方向に長い形状とすることにより、前記プラズマ室内でのプラズマ密度を前記第1の方向に関して均一化させることを特徴とする。 The present plasma uniformization method is characterized in that the plasma loop in the plasma chamber is made uniform in the first direction by making the loop shape of the antenna long in the first direction.
本発明によるイオン源装置は、イオンビーム引出面を持つプラズマ室と、該プラズマ室内にイオン源ガスを供給する供給部と、前記プラズマ室内で前記イオンビーム引出面に平行な第1の方向に配列されて高周波電源から供給される電力により前記プラズマ室内に高周波電界を生成し前記イオン源ガスと反応させてプラズマを生成するための複数のアンテナと、前記第1の方向に並ぶ該複数のアンテナを挟むように対向配置されて該複数のアンテナを横切る磁界を形成することにより高濃度の電子発生領域を形成させてプラズマ生成を補助する対のアンテナ対向磁石と、前記複数のアンテナに対して前記対のアンテナ対向磁石を相互に接近、離反させる第2の方向及び前記イオンビーム引出面に接近、離反させる第3の方向の少なくとも一方に移動させる位置調整手段と、前記プラズマ室の壁面部の周囲に配置されて生成されたプラズマを閉じ込めるカスプ磁場を形成する複数の永久磁石と、前記イオンビーム引出面に設けられて生成されたプラズマからイオンビームを引き出すための複数の電極からなるイオンビーム引出系とにより構成される。 An ion source apparatus according to the present invention includes a plasma chamber having an ion beam extraction surface, a supply unit for supplying an ion source gas into the plasma chamber, and a first chamber parallel to the ion beam extraction surface in the plasma chamber. A plurality of antennas for generating a high-frequency electric field in the plasma chamber by electric power supplied from a high-frequency power source and reacting with the ion source gas to generate plasma; and the plurality of antennas arranged in the first direction. A pair of antenna-facing magnets that assist in plasma generation by forming a high-concentration electron generation region by forming a magnetic field across the plurality of antennas so as to be opposed to each other, and the pair of antenna-facing magnets At least one of a second direction in which the antenna-facing magnets are moved toward and away from each other and a third direction in which the antenna-facing magnet is moved toward and away from the ion beam extraction surface A position adjusting means for moving, a plurality of permanent magnets for forming a cusp magnetic field confining the generated plasma arranged around the wall surface of the plasma chamber, and a plasma generated by being provided on the ion beam extraction surface And an ion beam extraction system including a plurality of electrodes for extracting the ion beam.
本イオン源装置においては、前記アンテナのループ形状を前記第1の方向に長い形状としたことを特徴とする。 In the present ion source device, the loop shape of the antenna is long in the first direction.
上記プラズマ均一化方法及びイオン源装置のいずれにおいても、前記アンテナのループ形状はレーストラック状あるいは長四角形状であることが好ましい。 In both the plasma homogenization method and the ion source device, the loop shape of the antenna is preferably a racetrack shape or a long square shape.
上記プラズマ均一化方法及びイオン源装置のいずれにおいても、前記アンテナを偶数個、前記第1の方向に並べて配置し、各アンテナ間の間隔をアンテナの長手方向の径より小さくすることが好ましい。 In both the plasma homogenization method and the ion source apparatus, it is preferable that an even number of the antennas are arranged in the first direction and the interval between the antennas is made smaller than the diameter in the longitudinal direction of the antennas.
上記プラズマ均一化方法及びイオン源装置のいずれにおいても、前記対のアンテナ対向磁石は前記第1の方向に関して等しい長さを有するとともに異磁極が対向するようにし、該対のアンテナ対向磁石を、前記プラズマ室における前記第1の方向の中心近傍において磁極が反転するように少なくとも2組、前記第1の方向に直列接続して配置することが好ましい。 In both of the plasma homogenization method and the ion source device, the pair of antenna facing magnets have the same length in the first direction and opposite magnetic poles face each other, and the pair of antenna facing magnets are It is preferable to arrange at least two sets of the plasma chambers connected in series in the first direction so that the magnetic poles are reversed in the vicinity of the center in the first direction in the plasma chamber.
上記プラズマ均一化方法及びイオン源装置のいずれにおいても、前記第1の方向に直列接続された少なくとも2組のアンテナ対向磁石の前記第1の方向に関する長さが、前記イオンビーム引出系における引出スリットの前記第1の方向に関する長さより大きいことが好ましい。 In any of the plasma homogenization method and the ion source apparatus, the length of the at least two sets of antenna facing magnets connected in series in the first direction with respect to the first direction is the extraction slit in the ion beam extraction system. Is preferably greater than the length in the first direction.
上記プラズマ均一化方法及びイオン源装置のいずれにおいても、前記カスプ磁場を形成する複数の永久磁石は、前記プラズマ室を形成している壁のうち、前記イオンビーム引出系に近い領域を除く壁に間隔をおいて配置されていることが好ましい。 In both of the plasma homogenization method and the ion source device, the plurality of permanent magnets that form the cusp magnetic field are formed on the walls other than the region close to the ion beam extraction system among the walls forming the plasma chamber. It is preferable that they are arranged at intervals.
上記プラズマ均一化方法及びイオン源装置のいずれにおいても、前記位置調整手段は、前記アンテナ対向磁石を前記アンテナの基部付近まで移動可能であることが好ましい。 In any of the plasma homogenization method and the ion source device, it is preferable that the position adjusting means can move the antenna facing magnet to the vicinity of the base of the antenna.
上記プラズマ均一化方法及びイオン源装置のいずれにおいても、前記アンテナ対向磁石は、前記アンテナに対向している対向ヨークと該対向ヨークに一方の磁極を密着させて前記第3の方向に重ねられた複数枚の永久磁石とを磁石ケース内に配置して構成されるとともに、前記対向ヨークの前記第3の方向のサイズと前記重ねられた複数枚の永久磁石の前記第3の方向のサイズとが等しくなるように構成されていることが好ましい。 In both of the plasma homogenization method and the ion source apparatus, the antenna facing magnet is overlapped in the third direction with the opposing yoke facing the antenna and one magnetic pole in close contact with the opposing yoke. A plurality of permanent magnets are arranged in a magnet case, and the size of the counter yoke in the third direction and the size of the stacked permanent magnets in the third direction are It is preferable that they are configured to be equal.
上記プラズマ均一化方法及びイオン源装置のいずれにおいても、前記複数枚の永久磁石のうち、前記第3の方向に関して両外側の永久磁石を内側の永久磁石よりも前記第2の方向に関して長くすることが好ましい。 In both of the plasma homogenization method and the ion source apparatus, out of the plurality of permanent magnets, the outer permanent magnets in the third direction are made longer in the second direction than the inner permanent magnets. Is preferred.
上記プラズマ均一化方法及びイオン源装置のいずれにおいても、前記磁石ケースに水冷管を複数設け、プラズマからの熱によって前記アンテナ対向磁石からの磁場が低下するのを防止することが好ましい。 In both of the plasma homogenization method and the ion source device, it is preferable to provide a plurality of water-cooled tubes in the magnet case to prevent the magnetic field from the antenna-facing magnet from being lowered by heat from the plasma.
上記プラズマ均一化方法及びイオン源装置のいずれにおいても、前記複数の水冷管は、前記対向ヨークの両側に設けた2本の水冷管と、前記磁石ケースの背面中央部に設けた1本の水冷管からなることが好ましい。 In both of the plasma homogenization method and the ion source device, the plurality of water cooling tubes include two water cooling tubes provided on both sides of the opposing yoke and one water cooling tube provided in the center of the back surface of the magnet case. It preferably consists of a tube.
本発明によればまた、上記のいずれかのイオン源装置を備えたドーピング装置が提供される。 According to the present invention, there is also provided a doping apparatus including any one of the above ion source devices.
本発明によれば、アンテナの形状及び配置形態の改良と少なくとも2組のアンテナ対向磁石の配置とにより、水素比率の低い、且つ、ビーム長手方向に均一な密度でプラズマを生成することができ、ビーム長手方向に関して一様な均一性を持つイオンビームを生成することができる。 According to the present invention, it is possible to generate plasma with a low hydrogen ratio and a uniform density in the longitudinal direction of the beam by improving the shape and arrangement of the antenna and the arrangement of at least two antenna facing magnets. An ion beam having uniform uniformity with respect to the longitudinal direction of the beam can be generated.
図1を参照して、本発明によるイオン源装置の実施形態について説明する。図1(a)は、イオン源装置を横方向から見た縦断面図であり、図1(b)は、図1(a)の一部(アンテナ対向磁石)を拡大して示した断面図である。 An embodiment of an ion source device according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1A is a longitudinal sectional view of the ion source device viewed from the lateral direction, and FIG. 1B is an enlarged sectional view of a part (antenna-facing magnet) of FIG. It is.
図1(a)において、イオン源装置1は、箱状の真空プラズマ室10を有する。真空プラズマ室10の前面側、すなわち図中右側の面はイオンビーム引出面となる。後で詳しく説明するが、以下では、便宜上、イオンビーム引出面に平行で図面に垂直な方向を第1の方向と呼び、図面の上下方向を第2の方向、図面の左右方向を第3の方向と呼ぶ。
In FIG. 1A, the
イオン源装置1は、偶数個のアンテナ装置20を備える。アンテナ装置20は、後で詳しく説明されるように、第1の方向に並べて設置されるので図1(a)では1個のみ図示している。アンテナ装置20は、真空プラズマ室10の背面側に設置されたRFエキサイター21と真空プラズマ室10内に配置されたアンテナ22とを有する。RFエキサイター21は、プラズマを励起するためにアンテナ22に高周波電力を供給する。RFエキサイター21には、生成すべきイオンビームのイオン種に応じたガスを真空プラズマ室10内に導入するためのガス導入部25が組み合わされている。ガス導入部25は、アンテナ22のロッドの周囲にガス導入口25aを持つ。
The
真空プラズマ室10内には、アンテナ22を挟むようにして対のアンテナ対向磁石30A、30Bが対向配置されている。これらのアンテナ対向磁石30A、30Bは第1の方向に関して等しい長さを有し、それぞれ図示しない駆動機構により第2の方向、つまり図1(a)の上下方向及び第3の方向、つまり図1(a)の左右方向に移動可能にされているが、詳しくは後で説明する。アンテナ対向磁石30A、30Bと真空プラズマ室10の背面側の内壁との間にはガス拡散板40が設けられている。ガス拡散板40は、複数のガス導入口25aから導入されたガスを真空プラズマ室10内に均一に拡散させるためのものである。
In the
真空プラズマ室10の前面側、つまりイオンビーム引出面側にはビーム引出系50が備えられる。ビーム引出系50は、後述される各種電極を有するほか、扉式に開閉するシャッター51を有する。シャッター51はドーズ量の変更の際に使用される。
A
イオン源装置1は、上記の他に、例えば真空プラズマ室10の真空引きを行うための真空排気装置(図示せず)を備える。
In addition to the above, the
図2〜図4を参照して、図1(a)に示したイオン源装置1における複数のアンテナ装置20の配置形態、アンテナ対向磁石30A、30Bの構造と配置形態、及び両者の関係について説明する。図2〜図4は、図1(a)に示したイオン源装置1の構造を理解し易くするために主要部の構成のみを抽出して模式的に示した図である。特に、図2は、イオン源装置1を上方向から見た横断面図であり、図3はイオン源装置1を図1(a)と同じ横方向から見た縦断面図である。図2、図3には、図1(a)において定義した第1、第2、第3の方向としてそれぞれX、Y、Zが示されている。図4(a)、図4(b)は、イオン源装置1を前面側から見た縦断面図である。
With reference to FIGS. 2-4, the arrangement | positioning form of the some
本実施形態では、偶数個のアンテナとして4個のアンテナ22−1〜22−4がイオンビーム引出面に平行な第1の方向に並べられている。特に、各アンテナを2ターンからなるループ形状で第1の方向に長いレーストラック状にしかつ互いの間隔を小さくしている。アンテナ間隔は、アンテナのループ径(第3の方向の外径)の2倍以下が好ましい。このような配置形態は、アンテナ間のプラズマ不均一を抑制するためであり、アンテナのループ形状は第1の方向に長い四角形状でも良い。 In the present embodiment, as the even number of antennas, four antennas 22-1 to 22-4 are arranged in a first direction parallel to the ion beam extraction surface. In particular, each antenna has a loop shape of two turns and a long race track shape in the first direction, and the distance between each antenna is small. The antenna interval is preferably not more than twice the loop diameter (outer diameter in the third direction) of the antenna. Such an arrangement is for suppressing plasma non-uniformity between the antennas, and the loop shape of the antenna may be a rectangular shape that is long in the first direction.
アンテナ対向磁石は、ここでは、異磁極が対向する対のアンテナ対向磁石30A−1及び30B−1と30A−2及び30B−2の2組から成る。これらのアンテナ対向磁石は、第1の方向に関する長さが等しく、特にN極をアンテナ側に向けたアンテナ対向磁石30A−1とS極をアンテナ側に向けたアンテナ対向磁石30A−2とが真空プラズマ室10における第1の方向のほぼ中心位置で磁極が反転し、かつ一直線に並ぶように接続、配置している。逆に、S極をアンテナ側に向けたアンテナ対向磁石30B−1とN極をアンテナ側に向けたアンテナ対向磁石30B−2とが真空プラズマ室10における第1の方向のほぼ中心位置で磁極が反転し、かつ一直線に並ぶように接続、配置している。また、アンテナ22−1、22−2がアンテナ対向磁石30A−1と30B−1との間に挟まれ、アンテナ22−3、22−4がアンテナ対向磁石30A−2と30B−2との間に挟まれるようにしている。つまり、2組のアンテナ対向磁石の磁極反転部がアンテナ22−2と22−3との間に対応した位置にあるようにされている。
Here, the antenna facing magnets are composed of two pairs of
アンテナ対向磁石30A−1と30A−2は、図示しない駆動機構により一体的に第2の方向及び第3の方向に移動可能にされ、アンテナ対向磁石30B−1と30B−2も同様に一体的に第2の方向及び第3の方向に移動可能にされている。但し、第2の方向の移動は、図3に実線と一点鎖線で示すように、アンテナ対向磁石30A−1及び30A−2とアンテナ対向磁石30B−1及び30B−2とが互いに接近、離反し合うような移動である。一方、第3の方向の移動は、図2に実線と一点鎖線で示すように、4つのアンテナすべてが一体的にイオンビーム引出面に接近、離反するような移動である。なお、第3の方向の移動は、真空プラズマ室10の背面側について言えば、各アンテナの基部付近まで移動可能にしている。
The
このようにして、2組のアンテナ対向磁石30A−1、30B−1及び30A−2、30B−2は、真空プラズマ室10の前面側に設置されるイオンビーム引出系(後述する)との間の距離が調節可能とされ、またアンテナ対向磁石30A−1と30B−1との対向距離とアンテナ対向磁石30A−2と30B−2との対向距離とが一体的に調節可能とされている。このような位置調節機構は、周知の技術、例えば特許文献1に開示されている位置調節機構により実現できるので、ここでは詳しい説明は省略する。
In this way, the two sets of
図1(b)に戻って、アンテナ対向磁石の1つについて説明する。図1(b)は、図1(a)に示されたアンテナ対向磁石30Bを拡大して示し、以下では図2、図3に示されたアンテナ対向磁石30B−1であるものとして説明する。残りのアンテナ対向磁石も同様の構造を持つ。ここではアンテナ対向磁石30B−1は、アンテナ22と対向する面を有して第1の方向に延在している対向ヨーク31B−1と、この対向ヨーク31B−1の対向面とは反対側の面に一方の磁極(ここではS極)を密着させて第3の方向に重ねられた複数枚(ここでは3枚)の永久磁石32B−1、33B−1、34B−1と、これらを収容しているケース35B−1とを有する。対向ヨーク31B−1の第3の方向のサイズと、第3の方向に重ねられた3枚の永久磁石32B−1、33B−1、34B−1の第3の方向のサイズは等しい。一方、永久磁石32B−1、33B−1、34B−1は第1の方向に延在し第1の方向に関しては同じ長さを有するが、第2の方向に関してはサイズが異なる。つまり、第3の方向に関して内側となる永久磁石33B−1の第2の方向のサイズが、外側となる、ここでは永久磁石32B−1、34B−1の第2の方向のサイズより小さくなるようにしている。このようにすることにより、アンテナに作用する磁場を均一にし、プラズマ生成を均一にすることができる。
Returning to FIG. 1B, one of the antenna facing magnets will be described. FIG. 1B is an enlarged view of the
ケース35B−1は、金属製、例えばステンレスやアルミ製であり、その内部であって対向ヨーク31B−1の両側(第3の方向の両側)と、対向ヨーク31B−1とは反対側(背面側)の中央部にそれぞれ、冷却水管36B−1を合計3本内蔵している。これら3本の冷却水管は、プラズマからの熱によってアンテナ対向磁石30B−1からの磁場が低下するのを防止する。各冷却水管は、図示を省略しているが、耐熱性材料で被覆された可撓性を持つ配管を介して真空プラズマ室10外に設けられた冷却水循環系に接続されている。この配管は、アンテナ対向磁石を保持して移動させるためのアーム61(図2、図3参照)に内蔵されても良い。
The case 35B-1 is made of metal, for example, stainless steel or aluminum. Inside the case 35B-1, both sides of the opposing yoke 31B-1 (both sides in the third direction) and the opposite side (rear surface) of the opposing yoke 31B-1 A total of three cooling water pipes 36 </ b> B- 1 are built in the central part of the side). These three cooling water tubes prevent the magnetic field from the
図2、図3に戻って、真空プラズマ室10を形成している壁のうち、イオンビーム引出系側の壁を除く5つの壁であってイオンビーム引出系に近い領域を除く部分に、定間隔をおいて複数の永久磁石11が設けられる。これらの永久磁石11はカスプ磁場を形成してプラズマ閉込めを行うためのものであり、したがって各永久磁石は磁極を真空プラズマ室10内に向け、かつ隣り合う永久磁石の磁極が互いに異なるように配置される。図2、図3では永久磁石11を真空プラズマ室10内に露出させて示しているが、図1(a)に示すように、各永久磁石は真空プラズマ室10の外壁側に設けられた溝に設置され、真空プラズマ室10内には露出しないようにするのが好ましい。なお、図1(a)では上記の溝のみを示し、カスプ磁場形成用の永久磁石11は図示を省略している。
2 and 3, among the walls forming the
次に、イオンビーム引出系50について説明する。イオンビーム引出系50は、真空プラズマ室10側から順に、プラズマ電極51及び引出電極52が設けられ、続いて絶縁碍子53を介して抑制電極54、接地電極55が設けられて成る。各電極には、引き出されるイオンビームの断面形状を規定するスリットが形成される。本実施形態では断面形状が横長のリボン形状のイオンビームとして引き出すようにしているので、各電極に形成されるスリットも、図2、図3から明らかなように、第1の方向のサイズが大きく、第2の方向のサイズが小さい。加えて、図2から明らかなように、各電極に形成されるスリットの第1の方向のサイズは、2組のアンテナ対向磁石の第1の方向のサイズより小さい。
Next, the ion
本イオン源装置1は、ドーピング装置の処理チャンバーにイオンビーム引出系50が連通するように設置される。
The
続いて、本イオン源装置1の作用について説明する。
Then, the effect | action of this
真空状態にされている真空プラズマ室10内にガス導入口25aからB2H6、PH3等のイオン化用のガスを導入する。
An ionizing gas such as B 2 H 6 or PH 3 is introduced into the
アンテナ22−1〜22−4にRFエキサイター21−1〜21−4から高周波電力を供給する。 High frequency power is supplied to the antennas 22-1 to 22-4 from the RF exciters 21-1 to 21-4.
すると、アンテナ22−1〜22−4に供給される高周波電力によりアンテナ周囲に誘導電界が形成される。 Then, an induction electric field is formed around the antenna by the high frequency power supplied to the antennas 22-1 to 22-4.
真空プラズマ室10内に導入されたガスは、誘導電界により電離されてプラズマとなる。生成されたプラズマは、複数の永久磁石11によるカスプ磁場によって真空プラズマ室10内に閉じ込められる。
The gas introduced into the
イオンビーム引出系の各電極に所定の電位を与えることで、スリットを通して、プラズマからイオンビームが引き出される。 By applying a predetermined potential to each electrode of the ion beam extraction system, the ion beam is extracted from the plasma through the slit.
以上のようなイオンビーム生成過程において、例えば対のアンテナ対向磁石30A−1と30B−1において対向し合うN極、S極はイオンビーム引出面、つまりイオンビーム引出系50の面に平行で第1の方向に直交した磁場(N→S)を生成する。この磁場が中性ガスのイオン化が行われるアンテナ近傍で生成されると、低エネルギー電子がこの磁場にトラップされて高濃度の低エネルギー電子発生領域が形成され、イオン化ポテンシャルの低いB2HX +、PHX +等のイオン化がH2のイオン化に比べて促進されることにより、プラズマ中のHX +イオンの割合が相対的に低くなり、水素比率の低いイオンビームが引き出される。
In the ion beam generation process as described above, for example, the N and S poles facing each other in the pair of
イオンビーム中の水素イオンを低減し、ドーパントフラクションを向上させることでイオン注入中のガラス基板の温度が下がり、冷却回数を減少させることができる。これにより、注入時間が短縮され、スループットが向上する。 By reducing hydrogen ions in the ion beam and improving the dopant fraction, the temperature of the glass substrate during ion implantation is lowered, and the number of cooling operations can be reduced. This shortens the injection time and improves the throughput.
一方、アンテナ対向磁石による磁場強度は、磁石中心から遠ざかるにつれて低下していく。つまり磁石中心から遠ざかる方向に磁場勾配が発生する。この磁場勾配が生じるとプラズマは磁場の向きと勾配の向きに直交する方向、即ち第1の方向にドリフトする。このため、仮にN極、S極のアンテナ対向磁石が1組であれば、磁場(N→S)も第1の方向に一様であるためプラズマから引き出されたイオンビームの長手方向(リボン状のビーム断面形状における長手方向、以下ビーム長手方向と呼ぶ)の均一性が悪化する。 On the other hand, the magnetic field strength by the antenna facing magnet decreases as the distance from the magnet center increases. That is, a magnetic field gradient is generated in a direction away from the magnet center. When this magnetic field gradient occurs, the plasma drifts in a direction perpendicular to the direction of the magnetic field and the direction of the gradient, that is, in the first direction. For this reason, if there is one set of N-pole and S-pole antenna facing magnets, the magnetic field (N → S) is also uniform in the first direction, so the longitudinal direction of the ion beam extracted from the plasma (ribbon shape) The uniformity in the longitudinal direction of the beam cross-sectional shape (hereinafter referred to as the beam longitudinal direction) is deteriorated.
また、アンテナ近傍及び引出電極近傍で生じるシース電圧のためにプラズマ中のイオン及び電子はビーム長手方向の一方向、つまり第1の方向にE×Bドリフト(電場Eと磁場Bが0ではない、ある角度で交わっている時、荷電粒子が電場と磁場とから受ける力でその両者に直行する方向へ移動するドリフト)を受け、ビーム長手方向でプラズマ密度が偏在し、プラズマから引き出されたイオンビームのビーム長手方向の均一性が悪化する。 In addition, because of the sheath voltage generated in the vicinity of the antenna and the extraction electrode, ions and electrons in the plasma are drifted in one direction in the longitudinal direction of the beam, that is, in the first direction (the electric field E and the magnetic field B are not 0, When the particles intersect at a certain angle, the charged particles undergo a drift that moves in a direction perpendicular to both the electric and magnetic fields), and the plasma density is unevenly distributed in the longitudinal direction of the beam, and the ion beam extracted from the plasma The uniformity in the longitudinal direction of the beam deteriorates.
これに対し、本実施形態では、N極、S極のアンテナ対向磁石1組と、これとは磁場が逆向きになるS極、N極のアンテナ対向磁石1組とを、真空プラズマ室10における第1の方向の中心部近傍(ビーム長手方向の中央)で反転するように直列に配置している。このようにすると、磁場勾配によるプラズマのドリフトやE×Bドリフトが相殺されてビーム長手方向中央で逆方向になるので、ビーム長手方向のプラズマ密度の偏在が解消され、ビーム長手方向に均一なイオンビームが引き出される。
On the other hand, in this embodiment, one set of N-pole and S-pole antenna facing magnets and one set of S-pole and N-pole antenna facing magnets whose magnetic fields are opposite to each other are provided in the
参考のために、図5にはドーパントフラクションプロファイルの測定結果の一例を示し、図6にはビームプロファイルの測定結果の一例を示す。ドーパントフラクション、ビームプロファイルにおけるビーム均一性のいずれもビーム長手方向に関して一様であることが理解できる。 For reference, FIG. 5 shows an example of the measurement result of the dopant fraction profile, and FIG. 6 shows an example of the measurement result of the beam profile. It can be understood that both the dopant fraction and the beam uniformity in the beam profile are uniform with respect to the beam longitudinal direction.
本実施形態によるイオン源装置の上記以外の主な効果は以下の通りである。 Other main effects of the ion source device according to the present embodiment are as follows.
偶数個のアンテナを小間隔で配列すると共にループ形状をアンテナの配列方向(第1の方向)に長い形状としたことにより、真空プラズマ室内での第1の方向に関するプラズマ密度を均一にすることができる。 By arranging an even number of antennas at small intervals and making the loop shape long in the antenna arrangement direction (first direction), the plasma density in the first direction in the vacuum plasma chamber can be made uniform. it can.
また、アンテナ対向磁石を少なくとも2組とし、アンテナ対向磁石の磁場方向を反転させて直列に並べ、アンテナ対向磁石の第1の方向に関する長さをイオンビーム引出系におけるスリット長より大きくすることにより、真空プラズマ室内での第1の方向に関するプラズマの偏りを少なくしてプラズマ密度を均―化させることができる。また、各アンテナ対向磁石を第3の方向に重ねられた複数枚の永久磁石で構成し、これらの永久磁石の第2の方向に関するサイズを内側が外側より小さくなるようにしてアンテナに作用する磁場を均一にしたことにより、プラズマ生成を均一にすることができる。 In addition, at least two sets of antenna facing magnets are arranged in series by reversing the magnetic field direction of the antenna facing magnet, and the length of the antenna facing magnet in the first direction is made larger than the slit length in the ion beam extraction system, The plasma density can be leveled by reducing the plasma bias in the first direction in the vacuum plasma chamber. In addition, each antenna facing magnet is composed of a plurality of permanent magnets stacked in the third direction, and the magnetic field acting on the antenna such that the size in the second direction of these permanent magnets is smaller on the inside than on the outside. Since plasma is uniform, plasma generation can be made uniform.
アンテナ対向磁石をアンテナの基部付近まで移動可能にしたことにより、アンテナの基部をアンテナ対向磁石の中心磁界が通過するよう配置することができる。アンテナの基部間ではRFによる誘導電圧差が大きいのでプラズマが発生しやすくプラズマ密度が高くなるので、この部分の低エネルギー電子の保持を強化できる。 Since the antenna facing magnet can be moved to the vicinity of the base of the antenna, the antenna can be arranged so that the central magnetic field of the antenna facing magnet passes through the base of the antenna. Since the induced voltage difference due to RF is large between the base portions of the antenna, plasma is likely to be generated, and the plasma density is increased, so that retention of low energy electrons in this portion can be enhanced.
以上述べたように、本発明によるイオン源装置によれば、アンテナの形状及び配置形態の改良と2組のアンテナ対向磁石の配置とにより、水素比率の低い、且つ、ビーム長手方向に均一な密度を持つプラズマを生成することができ、ビーム長手方向に一様な均一性を持つイオンビームを引き出すことができる。 As described above, according to the ion source device of the present invention, the hydrogen ratio is low and the density is uniform in the longitudinal direction of the beam by improving the shape and arrangement of the antenna and the arrangement of the two antenna facing magnets. Can be generated, and an ion beam having uniform uniformity in the longitudinal direction of the beam can be extracted.
なお、本発明によるイオン源装置は、上記の実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変更も可能である。 The ion source device according to the present invention is not limited to the above embodiment, and for example, the following modifications are possible.
アンテナ対向磁石をアンテナの数に対応して1対1で配置し、かつアンテナに印加される磁場の方向をアンテナ毎に交互になるよう配置する。 The antenna facing magnets are arranged in one-to-one correspondence with the number of antennas, and the magnetic field applied to the antennas is arranged alternately for each antenna.
2組のアンテナ対向磁石を第2の方向、第3の方向の一方のみに移動可能とする。 Two sets of antenna facing magnets can be moved only in one of the second direction and the third direction.
1 イオン源装置
10 真空プラズマ室
11 永久磁石
20 アンテナ装置
21、21−1〜21−4 RFエキサイター
22、22−1〜22−4 アンテナ
30A、30B、30A−1、30B−1、30A−2、30B−2 アンテナ対向磁石
40 ガス拡散板
50 イオンビーム引出系
51 シャッター
DESCRIPTION OF
Claims (16)
前記アンテナのループ形状を前記アンテナの配列方向である第1の方向に長い形状とすることにより、前記プラズマ室内でのプラズマ密度を前記第1の方向に関して均一化させるとともに、
前記対のアンテナ対向磁石は前記第1の方向に関して等しい長さを有するとともに異磁極が対向するようにされ、該対のアンテナ対向磁石を、前記プラズマ室における前記第1の方向の中心近傍において磁極が反転するように少なくとも2組、前記第1の方向に直列接続して配置することにより前記第1の方向のプラズマの偏りを少なくして、プラズマ密度を前記第1の方向に関して均―化させることを特徴とするプラズマ均一化方法。 A plasma chamber having an ion beam extraction surface, a supply unit for supplying an ion source gas into the plasma chamber, and a high frequency power source arranged in a first direction parallel to the ion beam extraction surface in the plasma chamber A plurality of antennas for generating a high-frequency electric field in the plasma chamber by electric power and reacting with the ion source gas to generate plasma, and being opposed to each other so as to sandwich the plurality of antennas arranged in the first direction, A pair of antenna facing magnets that assists plasma generation by forming a high concentration electron generation region by forming a magnetic field across the plurality of antennas, and the pair of antenna facing magnets close to each other Position adjusting means for moving in at least one of a second direction for separating and a third direction for approaching and separating from the ion beam extraction surface; A plurality of permanent magnets that are arranged around the wall portion of the plasma chamber and that form a cusp magnetic field that confines the generated plasma, and a plurality of ion magnets that are provided on the ion beam extraction surface for extracting the ion beam from the generated plasma. In a plasma homogenization method in an ion source device constituted by an ion beam extraction system comprising electrodes of
By making the loop shape of the antenna long in the first direction which is the arrangement direction of the antenna , the plasma density in the plasma chamber is made uniform with respect to the first direction, and
The pair of antenna facing magnets have an equal length with respect to the first direction and are opposed to different magnetic poles, and the pair of antenna facing magnets are arranged near the center of the plasma chamber in the first direction. At least two sets are arranged in series in the first direction so as to be inverted, thereby reducing the plasma bias in the first direction and equalizing the plasma density with respect to the first direction. A method for homogenizing plasma.
前記アンテナのループ形状を前記第1の方向に長い形状とするとともに、前記対のアンテナ対向磁石は前記第1の方向に関して等しい長さを有するとともに異磁極が対向するようにされ、該対のアンテナ対向磁石を、前記プラズマ室における前記第1の方向の中心近傍において磁極が反転するように少なくとも2組、前記第1の方向に直列接続して配置したことを特徴とするイオン源装置。 A plasma chamber having an ion beam extraction surface, a supply unit for supplying an ion source gas into the plasma chamber, and a high frequency power source arranged in a first direction parallel to the ion beam extraction surface in the plasma chamber A plurality of antennas for generating a high-frequency electric field in the plasma chamber by electric power and reacting with the ion source gas to generate plasma, and being opposed to each other so as to sandwich the plurality of antennas arranged in the first direction, A pair of antenna facing magnets that assists plasma generation by forming a high concentration electron generation region by forming a magnetic field across the plurality of antennas, and the pair of antenna facing magnets close to each other Position adjusting means for moving in at least one of a second direction for separating and a third direction for approaching and separating from the ion beam extraction surface; A plurality of permanent magnets that are arranged around the wall portion of the plasma chamber and that form a cusp magnetic field that confines the generated plasma, and a plurality of ion magnets that are provided on the ion beam extraction surface for extracting the ion beam from the generated plasma. in the ion source apparatus constructed by an ion beam extraction system consisting of the electrodes,
With a loop shape before Symbol antenna and elongated in the first direction, said pair of antenna opposing magnets different poles and having a length equal with respect to said first direction is to face, of the pair An ion source device , wherein at least two pairs of antenna facing magnets are connected in series in the first direction so that the magnetic poles are reversed in the vicinity of the center in the first direction in the plasma chamber .
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