JP7412074B2 - Negative ion irradiation device and control method for negative ion irradiation device - Google Patents

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Description

本発明は、負イオン照射装置、及び負イオン照射装置の制御方法に関する。 The present invention relates to a negative ion irradiation device and a method of controlling the negative ion irradiation device.

従来、化合物半導体として特許文献1に記載されたものが知られている。このような化合物半導体を構成する単結晶基板には、結晶欠陥が多くなる。特許文献1では、製造方法を工夫する事により、単結晶基板の結晶欠陥を低減しようとしている。 Conventionally, a compound semiconductor described in Patent Document 1 has been known. A single crystal substrate constituting such a compound semiconductor has many crystal defects. Patent Document 1 attempts to reduce crystal defects in a single crystal substrate by devising a manufacturing method.

特開2014-22711号公報JP2014-22711A

しかしながら、単結晶基板を製造する際は、製造方法を工夫しても、結晶欠陥の発生を防ぐことは困難であった。更には、単結晶基板に結晶欠陥が発生した場合、当該結晶欠陥を埋めるための実用的な手法が存在していなかった。よって、単結晶基板の結晶欠陥はそのままの状態で用いられていた。単結晶基板は、結晶欠陥の量に応じてグレード(品質)が決定され、グレードに応じて用途が決定される。従って、化合物半導体に用いることができる単結晶基板の数量が限定されてしまうことで、化合物半導体の製造効率が低下してしまうという問題がある。一方、グレードの低い単結晶基板を化合物半導体として用いた場合、化合物半導体の品質が低下してしまうという問題がある。 However, when manufacturing a single crystal substrate, it is difficult to prevent crystal defects from occurring even if the manufacturing method is devised. Furthermore, when a crystal defect occurs in a single crystal substrate, there is no practical method for filling the crystal defect. Therefore, single-crystal substrates with crystal defects have been used as they are. The grade (quality) of a single crystal substrate is determined according to the amount of crystal defects, and the use is determined according to the grade. Therefore, there is a problem in that the number of single crystal substrates that can be used for compound semiconductors is limited, resulting in a decrease in the manufacturing efficiency of compound semiconductors. On the other hand, when a low-grade single crystal substrate is used as a compound semiconductor, there is a problem that the quality of the compound semiconductor deteriorates.

そこで本発明は、化合物半導体の製造効率及び品質を向上できる負イオン照射装置、及び負イオン照射装置の制御方法を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a negative ion irradiation device and a method for controlling the negative ion irradiation device that can improve the manufacturing efficiency and quality of compound semiconductors.

上記課題を解決するため、本発明に係る負イオン照射装置は、化合物半導体へ負イオンを照射する負イオン照射装置であって、内部で負イオンの生成が行われるチャンバーと、化合物半導体を形成するイオンと同じ元素を含むガスを供給するガス供給部と、チャンバー内において、プラズマ及び電子を生成するプラズマ生成部と、化合物半導体を配置する配置部と、負イオン照射装置の制御を行う制御部と、を備え、制御部は、ガス供給部を制御して、チャンバー内にガスを供給し、プラズマ生成部を制御して、チャンバー内にプラズマ及び電子を生成し、且つ、プラズマの生成を停止することで電子とガスとにより負イオンを生成し、当該負イオンを化合物半導体へ照射する。 In order to solve the above problems, a negative ion irradiation device according to the present invention is a negative ion irradiation device that irradiates a compound semiconductor with negative ions, and includes a chamber in which negative ions are generated and a compound semiconductor. A gas supply unit that supplies a gas containing the same element as the ions, a plasma generation unit that generates plasma and electrons in the chamber, a placement unit that arranges the compound semiconductor, and a control unit that controls the negative ion irradiation device. , the control unit controls the gas supply unit to supply gas into the chamber, controls the plasma generation unit to generate plasma and electrons in the chamber, and stops the generation of plasma. This generates negative ions using electrons and gas, and irradiates the compound semiconductor with the negative ions.

本発明に係る負イオン照射装置では、制御部は、ガス供給部を制御して、チャンバー内にガスを供給する。ガス供給部は、化合物半導体を形成するイオンと同じ元素を含むガスを供給する。従って、チャンバー内には、化合物半導体を形成するイオンと同じ元素が存在することとなる。そして、制御部は、プラズマ生成部を制御して、チャンバー内にプラズマ及び電子を生成し、且つ、プラズマの生成を停止することで電子とガスとにより負イオンを生成し、当該負イオンを化合物半導体へ照射する。これにより、化合物半導体を形成するイオンと同じ元素の負イオンが、化合物半導体へ照射される。これにより、負イオンが化合物半導体内の陰イオン由来の結晶欠陥に入り込むことで、当該結晶欠陥を埋めることができる。このように化合物半導体の結晶欠陥を埋めることができるため化合物半導体の品質を向上することができる。また、負イオン照射前は化合物半導体としてのグレードが十分でなかった場合であっても、負イオン照射で品質を向上できるため、事前の単結晶基板のグレードの選別の必要性を低減することができる。以上により、化合物半導体の製造効率及び品質を向上できる。 In the negative ion irradiation device according to the present invention, the control section controls the gas supply section to supply gas into the chamber. The gas supply unit supplies a gas containing the same element as ions forming the compound semiconductor. Therefore, the same element as the ions forming the compound semiconductor is present in the chamber. The control unit controls the plasma generation unit to generate plasma and electrons in the chamber, and stops the generation of plasma to generate negative ions from the electrons and gas, and converts the negative ions into a compound. Irradiates the semiconductor. As a result, the compound semiconductor is irradiated with negative ions of the same element as the ions forming the compound semiconductor. Thereby, the negative ions enter the crystal defects derived from the anions in the compound semiconductor, thereby making it possible to fill the crystal defects. Since crystal defects in the compound semiconductor can be filled in this way, the quality of the compound semiconductor can be improved. In addition, even if the grade of a compound semiconductor is not sufficient before negative ion irradiation, the quality can be improved by negative ion irradiation, reducing the need to select the grade of single crystal substrates in advance. can. With the above, manufacturing efficiency and quality of compound semiconductors can be improved.

本発明に係る負イオン照射装置の制御方法は、化合物半導体へ負イオンを照射する負イオン照射装置の制御方法であって、負イオン照射装置は、内部で負イオンの生成が行われるチャンバーと、化合物半導体を形成するイオンと同じ元素を含むガスを供給するガス供給部と、チャンバー内において、プラズマ及び電子を生成するプラズマ生成部と、化合物半導体を配置する配置部と、負イオン照射装置の制御を行う制御部と、を備え、制御部によりガス供給部を制御して、チャンバー内にガスを供給するガス供給工程と、制御部によりプラズマ生成部を制御して、チャンバー内にプラズマ及び電子を生成し、且つ、プラズマの生成を停止することで電子とガスとにより負イオンを生成し、当該負イオンを化合物半導体へ照射する負イオン照射工程と、を有する。 A method for controlling a negative ion irradiation device according to the present invention is a method for controlling a negative ion irradiation device that irradiates negative ions to a compound semiconductor, and the negative ion irradiation device includes a chamber in which negative ions are generated; A gas supply unit that supplies a gas containing the same element as the ions forming the compound semiconductor, a plasma generation unit that generates plasma and electrons in the chamber, a placement unit that arranges the compound semiconductor, and control of the negative ion irradiation device. and a gas supply step in which the control unit controls the gas supply unit to supply gas into the chamber, and the control unit controls the plasma generation unit to supply plasma and electrons into the chamber. and a negative ion irradiation step of generating negative ions from electrons and gas by stopping plasma generation, and irradiating the compound semiconductor with the negative ions.

本発明に係る負イオン照射装置の制御方法によれは、上述の負イオン照射装置と同趣旨の作用・効果を得ることができる。 According to the method for controlling a negative ion irradiation device according to the present invention, the same functions and effects as those of the above-described negative ion irradiation device can be obtained.

本発明によれば、化合物半導体の製造効率及び品質を向上できる負イオン照射装置、及び負イオン照射装置の制御方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a negative ion irradiation device and a method for controlling the negative ion irradiation device that can improve the manufacturing efficiency and quality of compound semiconductors.

本発明の実施形態に係る負イオン照射装置の構成を示す概略断面図であって、プラズマ生成時における動作状態を示す図である。1 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a negative ion irradiation device according to an embodiment of the present invention, and a diagram showing an operating state during plasma generation. 図1の負イオン照射装置の構成を示す概略断面図であって、プラズマ停止時における動作状態を示す図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the negative ion irradiation device of FIG. 1, and is a diagram showing an operating state when plasma is stopped. 本実施形態に係る負イオン照射装置の制御方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the control method of the negative ion irradiation apparatus based on this embodiment. 負イオンが化合物半導体へ照射されるときの様子を模式的に示す図である。FIG. 2 is a diagram schematically showing how a compound semiconductor is irradiated with negative ions. 比較例として、化合物半導体に正イオンを注入するときの様子を模式的に示した図である。As a comparative example, it is a diagram schematically showing the situation when positive ions are implanted into a compound semiconductor. 化合物半導体に負イオンを注入するときの様子を模式的に示した図である。FIG. 2 is a diagram schematically showing a state when negative ions are implanted into a compound semiconductor.

以下、添付図面を参照しながら本発明の一実施形態に係る負イオン照射装置について説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A negative ion irradiation device according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. In addition, in the description of the drawings, the same elements are given the same reference numerals, and redundant description will be omitted.

まず、図1及び図2を参照して、本発明の実施形態に係る負イオン照射装置の構成について説明する。図1及び図2は、本実施形態に係る負イオン照射装置の構成を示す概略断面図である。図1は、プラズマ生成時の動作状態を示し、図2は、プラズマ停止時における動作状態を示している。 First, with reference to FIGS. 1 and 2, the configuration of a negative ion irradiation apparatus according to an embodiment of the present invention will be described. 1 and 2 are schematic cross-sectional views showing the configuration of a negative ion irradiation device according to this embodiment. FIG. 1 shows the operating state when plasma is generated, and FIG. 2 shows the operating state when plasma is stopped.

図1及び図2に示すように、本実施形態の負イオン照射装置1は、いわゆるイオンプレーティング法に用いられる成膜技術を負イオン照射に応用した装置である。なお、説明の便宜上、図1及び図2には、XYZ座標系を示す。Y軸方向は、後述する化合物半導体が搬送される方向である。X軸方向は、化合物半導体の厚さ方向である。Z軸方向は、Y軸方向とX軸方向とに直交する方向である。 As shown in FIGS. 1 and 2, the negative ion irradiation apparatus 1 of this embodiment is an apparatus in which a film forming technique used in so-called ion plating is applied to negative ion irradiation. Note that for convenience of explanation, an XYZ coordinate system is shown in FIGS. 1 and 2. The Y-axis direction is a direction in which a compound semiconductor, which will be described later, is transported. The X-axis direction is the thickness direction of the compound semiconductor. The Z-axis direction is a direction perpendicular to the Y-axis direction and the X-axis direction.

負イオン照射装置1は、化合物半導体11の板厚方向が略鉛直方向となるように化合物半導体11が真空チャンバー10内に配置されて搬送されるいわゆる横型の負イオン照射装置であってもよい。この場合には、Z軸及びY軸方向は水平方向であり、X軸方向は鉛直方向且つ板厚方向となる。なお、負イオン照射装置1は、化合物半導体11の板厚方向が水平方向(図1及び図2ではX軸方向)となるように、化合物半導体11を直立又は直立させた状態から傾斜した状態で、化合物半導体11が真空チャンバー10内に配置されて搬送される、いわゆる縦型の負イオン照射装置であってもよい。この場合には、X軸方向は水平方向且つ化合物半導体11の板厚方向であり、Y軸方向は水平方向であり、Z軸方向は鉛直方向となる。本発明の一実施形態に係る負イオン照射装置は、以下、横型の負イオン照射装置を例として説明する。 The negative ion irradiation device 1 may be a so-called horizontal negative ion irradiation device in which the compound semiconductor 11 is placed in the vacuum chamber 10 and transported so that the thickness direction of the compound semiconductor 11 is substantially vertical. In this case, the Z-axis and Y-axis directions are horizontal, and the X-axis direction is vertical and the plate thickness direction. Note that the negative ion irradiation device 1 is configured to hold the compound semiconductor 11 upright or in a tilted state from an upright state so that the thickness direction of the compound semiconductor 11 is in the horizontal direction (X-axis direction in FIGS. 1 and 2). It may be a so-called vertical negative ion irradiation device in which the compound semiconductor 11 is placed in the vacuum chamber 10 and transported. In this case, the X-axis direction is a horizontal direction and the thickness direction of the compound semiconductor 11, the Y-axis direction is a horizontal direction, and the Z-axis direction is a vertical direction. A negative ion irradiation device according to an embodiment of the present invention will be described below using a horizontal negative ion irradiation device as an example.

負イオン照射装置1は、真空チャンバー10、搬送機構(配置部)3、プラズマ生成部14、ガス供給部40、回路部34、電圧印加部90、及び制御部50を備えている。 The negative ion irradiation device 1 includes a vacuum chamber 10, a transport mechanism (arrangement section) 3, a plasma generation section 14, a gas supply section 40, a circuit section 34, a voltage application section 90, and a control section 50.

真空チャンバー10は、化合物半導体11を収納し成膜処理を行うための部材である。真空チャンバー10は、化合物半導体11を搬送するための搬送室10aと、負イオンを生成するための生成室10bと、プラズマガン7からビーム状に照射されるプラズマPを真空チャンバー10に受け入れるプラズマ口10cとを有している。搬送室10a、生成室10b、及びプラズマ口10cは互いに連通している。搬送室10aは、所定の搬送方向(図中の矢印A)に(Y軸に)沿って設定されている。また、真空チャンバー10は、導電性の材料からなり接地電位に接続されている。搬送室10aには、化合物半導体11を加熱するための加熱部30が設けられる。加熱部30は、搬送室10aのうち、生成室10bとの連通部よりも搬送方向における上流側に設けられる。従って、生成室10bからの負イオンは、加熱された状態の化合物半導体11へ照射される。 The vacuum chamber 10 is a member for accommodating a compound semiconductor 11 and performing a film forming process. The vacuum chamber 10 includes a transfer chamber 10a for transferring the compound semiconductor 11, a generation chamber 10b for generating negative ions, and a plasma port for receiving plasma P irradiated in the form of a beam from the plasma gun 7 into the vacuum chamber 10. 10c. The transfer chamber 10a, the generation chamber 10b, and the plasma port 10c communicate with each other. The transport chamber 10a is set along a predetermined transport direction (arrow A in the figure) (along the Y axis). Further, the vacuum chamber 10 is made of a conductive material and is connected to ground potential. A heating section 30 for heating the compound semiconductor 11 is provided in the transfer chamber 10a. The heating unit 30 is provided in the transport chamber 10a on the upstream side in the transport direction of the communication part with the generation chamber 10b. Therefore, the negative ions from the generation chamber 10b are irradiated onto the heated compound semiconductor 11.

生成室10bは、壁部10Wとして、搬送方向(矢印A)に沿った一対の側壁と、搬送方向(矢印A)と交差する方向(Z軸方向)に沿った一対の側壁10h,10iと、X軸方向と交差して配置された底面壁10jと、を有する。 The generation chamber 10b includes, as a wall portion 10W, a pair of side walls along the transport direction (arrow A), and a pair of side walls 10h and 10i along the direction (Z-axis direction) intersecting the transport direction (arrow A). It has a bottom wall 10j arranged to intersect with the X-axis direction.

搬送機構3は、生成室10bと対向した状態で化合物半導体11を保持する化合物半導体保持部材16を搬送方向(矢印A)に搬送する。搬送機構3は、化合物半導体11を配置する配置部として機能する。例えば化合物半導体保持部材16は、化合物半導体11の外周縁を保持する枠体である。搬送機構3は、搬送室10a内に設置された複数の搬送ローラ15によって構成されている。搬送ローラ15は、搬送方向(矢印A)に沿って等間隔に配置され、化合物半導体保持部材16を支持しつつ搬送方向(矢印A)に搬送する。なお、化合物半導体11は、板状の基板である。化合物半導体11の材質等については後述する。 The transport mechanism 3 transports the compound semiconductor holding member 16 that holds the compound semiconductor 11 in a state facing the generation chamber 10b in the transport direction (arrow A). The transport mechanism 3 functions as a placement section where the compound semiconductor 11 is placed. For example, the compound semiconductor holding member 16 is a frame that holds the outer peripheral edge of the compound semiconductor 11. The transport mechanism 3 includes a plurality of transport rollers 15 installed in the transport chamber 10a. The conveyance rollers 15 are arranged at regular intervals along the conveyance direction (arrow A), and convey the compound semiconductor holding member 16 in the conveyance direction (arrow A) while supporting it. Note that the compound semiconductor 11 is a plate-shaped substrate. The material of the compound semiconductor 11 will be described later.

続いて、プラズマ生成部14の構成について詳細に説明する。プラズマ生成部14は、真空チャンバー10内において、プラズマ及び電子を生成する。プラズマ生成部14は、プラズマガン7と、ステアリングコイル5と、ハース機構2と、を有している。 Next, the configuration of the plasma generation section 14 will be explained in detail. The plasma generation unit 14 generates plasma and electrons within the vacuum chamber 10 . The plasma generation section 14 includes a plasma gun 7, a steering coil 5, and a hearth mechanism 2.

プラズマガン7は、例えば圧力勾配型のプラズマガンであり、その本体部分が生成室10bの側壁に設けられたプラズマ口10cを介して生成室10bに接続されている。プラズマガン7は、真空チャンバー10内でプラズマPを生成する。プラズマガン7において生成されたプラズマPは、プラズマ口10cから生成室10b内へビーム状に出射される。これにより、生成室10b内にプラズマPが生成される。 The plasma gun 7 is, for example, a pressure gradient type plasma gun, and its main body is connected to the generation chamber 10b via a plasma port 10c provided on the side wall of the generation chamber 10b. The plasma gun 7 generates plasma P within the vacuum chamber 10. The plasma P generated in the plasma gun 7 is emitted in the form of a beam from the plasma port 10c into the generation chamber 10b. As a result, plasma P is generated within the generation chamber 10b.

プラズマガン7は、陰極60により一端が閉塞されている。陰極60とプラズマ口10cとの間には、第1の中間電極(グリッド)61と、第2の中間電極(グリッド)62とが同心的に配置されている。第1の中間電極61内にはプラズマPを収束するための環状永久磁石61aが内蔵されている。第2の中間電極62内にもプラズマPを収束するため電磁石コイル62aが内蔵されている。 The plasma gun 7 has one end closed by a cathode 60. A first intermediate electrode (grid) 61 and a second intermediate electrode (grid) 62 are arranged concentrically between the cathode 60 and the plasma port 10c. An annular permanent magnet 61a for converging the plasma P is built in the first intermediate electrode 61. An electromagnetic coil 62a is also built into the second intermediate electrode 62 to converge the plasma P.

プラズマガン7は、負イオンを生成するときは、生成室10b内において間欠的にプラズマPを生成する。具体的には、プラズマガン7は、後述の制御部50によって生成室10b内において間欠的にプラズマPを生成するように制御されている。この制御については、制御部50の説明において詳述する。 When generating negative ions, the plasma gun 7 intermittently generates plasma P within the generation chamber 10b. Specifically, the plasma gun 7 is controlled by a control unit 50, which will be described later, to intermittently generate plasma P within the generation chamber 10b. This control will be detailed in the description of the control unit 50.

ステアリングコイル5は、プラズマガンが装着されたプラズマ口10cの周囲に設けられている。ステアリングコイル5は、プラズマPを生成室10b内に導く。ステアリングコイル5は、ステアリングコイル用の電源(不図示)により励磁される。 The steering coil 5 is provided around the plasma port 10c to which the plasma gun is attached. The steering coil 5 guides the plasma P into the generation chamber 10b. The steering coil 5 is excited by a steering coil power source (not shown).

ハース機構2は、プラズマガンからのプラズマPを所望の位置へ導く機構である。ハース機構2は、主ハース17及び輪ハース6を有している。主ハース17は、負イオン照射装置1を用いて成膜を行う場合に、成膜材料を保持する陽極として機能する。ただし、負イオン生成を行う際には、プラズマPが成膜材料に導かれないように、輪ハース6へプラズマが誘導される。従って、負イオン照射装置1が成膜を行わず、負イオン照射のみを行う場合は、主ハース17に成膜材料は保持されていなくてよい。あるいは、ハース機構2は、プラズマPを導くだけの構成を有していればよい。 The Haas mechanism 2 is a mechanism that guides plasma P from a plasma gun to a desired position. The hearth mechanism 2 has a main hearth 17 and a wheel hearth 6. The main hearth 17 functions as an anode that holds a film forming material when forming a film using the negative ion irradiation device 1 . However, when generating negative ions, plasma is guided to the ring hearth 6 so that the plasma P is not guided to the film forming material. Therefore, when the negative ion irradiation device 1 performs only negative ion irradiation without forming a film, the main hearth 17 does not need to hold the film forming material. Alternatively, the Haas mechanism 2 only needs to have a configuration that is sufficient to guide the plasma P.

輪ハース6は、プラズマPを誘導するための電磁石を有する陽極である。輪ハース6は、主ハース17の充填部17aの周囲に配置されている。輪ハース6は、環状のコイル9と環状の永久磁石部20と環状の容器12とを有し、コイル9及び永久磁石部20は容器12に収容されている。本実施形態では、搬送機構3から見てX負方向にコイル9、永久磁石部20の順に設置されているが、X負方向に永久磁石部20、コイル9の順に設置されていてもよい。 The ring hearth 6 is an anode having an electromagnet for inducing plasma P. The ring hearth 6 is arranged around the filling part 17a of the main hearth 17. The ring hearth 6 includes an annular coil 9, an annular permanent magnet part 20, and an annular container 12, and the coil 9 and the permanent magnet part 20 are housed in the container 12. In this embodiment, the coil 9 and the permanent magnet section 20 are installed in this order in the X negative direction when viewed from the transport mechanism 3, but the permanent magnet section 20 and the coil 9 may be installed in this order in the X negative direction.

ガス供給部40は、真空チャンバー10の外部に配置されている。ガス供給部40は、生成室10bの側壁(例えば、側壁10h)に設けられたガス供給口41を通し、真空チャンバー10内へガスを供給する。ガスの具体的な例は、後述する。 The gas supply section 40 is arranged outside the vacuum chamber 10. The gas supply unit 40 supplies gas into the vacuum chamber 10 through a gas supply port 41 provided in the side wall (for example, the side wall 10h) of the generation chamber 10b. Specific examples of the gas will be described later.

ガス供給口41の位置は、生成室10bと搬送室10aとの境界付近の位置が好ましい。この場合、ガス供給部40からのガスを、生成室10bと搬送室10aとの境界付近に供給することができるので、当該境界付近において後述する負イオンの生成が行われる。よって、生成した負イオンを、搬送室10aにおける化合物半導体11に好適に注入させることができる。なお、ガス供給口41の位置は、生成室10bと搬送室10aとの境界付近に限られない。 The gas supply port 41 is preferably located near the boundary between the generation chamber 10b and the transfer chamber 10a. In this case, the gas from the gas supply unit 40 can be supplied near the boundary between the generation chamber 10b and the transfer chamber 10a, so that negative ions, which will be described later, are generated near the boundary. Therefore, the generated negative ions can be suitably injected into the compound semiconductor 11 in the transfer chamber 10a. Note that the position of the gas supply port 41 is not limited to the vicinity of the boundary between the generation chamber 10b and the transfer chamber 10a.

回路部34は、可変電源80と、第1の配線71と、第2の配線72と、抵抗器R1~R4と、短絡スイッチSW1,SW2と、を有している。 The circuit section 34 includes a variable power supply 80, a first wiring 71, a second wiring 72, resistors R1 to R4, and shorting switches SW1 and SW2.

可変電源80は、接地電位にある真空チャンバー10を挟んで、負電圧をプラズマガン7の陰極60に、正電圧をハース機構2の主ハース17に印加する。これにより、可変電源80は、プラズマガン7の陰極60とハース機構2の主ハース17との間に電位差を発生させる。 The variable power supply 80 applies a negative voltage to the cathode 60 of the plasma gun 7 and a positive voltage to the main hearth 17 of the hearth mechanism 2, with the vacuum chamber 10 at ground potential interposed therebetween. Thereby, the variable power supply 80 generates a potential difference between the cathode 60 of the plasma gun 7 and the main hearth 17 of the hearth mechanism 2 .

第1の配線71は、プラズマガン7の陰極60を、可変電源80の負電位側と電気的に接続している。第2の配線72は、ハース機構2の主ハース17(陽極)を、可変電源80の正電位側と電気的に接続している。 The first wiring 71 electrically connects the cathode 60 of the plasma gun 7 to the negative potential side of the variable power source 80. The second wiring 72 electrically connects the main hearth 17 (anode) of the hearth mechanism 2 to the positive potential side of the variable power supply 80 .

抵抗器R1は、一端がプラズマガン7の第1の中間電極61と電気的に接続されていると共に、他端が第2の配線72を介して可変電源80と電気的に接続されている。すなわち、抵抗器R1は、第1の中間電極61と可変電源80との間において直列接続されている。 The resistor R1 has one end electrically connected to the first intermediate electrode 61 of the plasma gun 7, and the other end electrically connected to the variable power source 80 via the second wiring 72. That is, the resistor R1 is connected in series between the first intermediate electrode 61 and the variable power supply 80.

抵抗器R2は、一端がプラズマガン7の第2の中間電極62と電気的に接続されていると共に、他端が第2の配線72を介して可変電源80と電気的に接続されている。すなわち、抵抗器R2は、第2の中間電極62と可変電源80との間において直列接続されている。 The resistor R2 has one end electrically connected to the second intermediate electrode 62 of the plasma gun 7, and the other end electrically connected to the variable power supply 80 via the second wiring 72. That is, resistor R2 is connected in series between second intermediate electrode 62 and variable power supply 80.

抵抗器R3は、一端が生成室10bの壁部10Wと電気的に接続されていると共に、他端が第2の配線72を介して可変電源80と電気的に接続されている。すなわち、抵抗器R3は、生成室10bの壁部10Wと可変電源80との間において直列接続されている。 The resistor R3 has one end electrically connected to the wall 10W of the generation chamber 10b, and the other end electrically connected to the variable power supply 80 via the second wiring 72. That is, the resistor R3 is connected in series between the wall portion 10W of the generation chamber 10b and the variable power source 80.

抵抗器R4は、一端が輪ハース6と電気的に接続されていると共に、他端が第2の配線72を介して可変電源80と電気的に接続されている。すなわち、抵抗器R4は、輪ハース6と可変電源80との間において直列接続されている。 One end of the resistor R4 is electrically connected to the ring hearth 6, and the other end is electrically connected to the variable power source 80 via the second wiring 72. That is, the resistor R4 is connected in series between the wheel hearth 6 and the variable power source 80.

短絡スイッチSW1,SW2は、それぞれ制御部50からの指令信号を受信することにより、ON/OFF状態に切り替えられる切替部である。 The short-circuit switches SW1 and SW2 are switching units that are switched to ON/OFF states by receiving command signals from the control unit 50, respectively.

短絡スイッチSW1は、抵抗器R2に並列接続されている。短絡スイッチSW1は、プラズマPを生成するときはOFF状態とされる。これにより、第2の中間電極62と可変電源80とが抵抗器R2を介して互いに電気的に接続されるので、第2の中間電極62と可変電源80との間には電流が流れにくい。その結果、プラズマガン7からのプラズマPが真空チャンバー10内に出射される。なお、プラズマガン7からのプラズマPを真空チャンバー10内に出射する場合、第2の中間電極62への電流を流れにくくする事に代えて、第1の中間電極61への電流を流れにくくしてもよい。この場合、短絡スイッチSW1は、第2の中間電極62側に代えて、第1の中間電極61側に接続される。 Shorting switch SW1 is connected in parallel to resistor R2. The short-circuit switch SW1 is turned off when plasma P is generated. Thereby, the second intermediate electrode 62 and the variable power source 80 are electrically connected to each other via the resistor R2, so that it is difficult for current to flow between the second intermediate electrode 62 and the variable power source 80. As a result, plasma P from the plasma gun 7 is emitted into the vacuum chamber 10. Note that when emitting plasma P from the plasma gun 7 into the vacuum chamber 10, instead of making it difficult to make the current flow to the second intermediate electrode 62, it is made to make it difficult to make the current flow to the first intermediate electrode 61. You can. In this case, the short circuit switch SW1 is connected to the first intermediate electrode 61 side instead of the second intermediate electrode 62 side.

一方、短絡スイッチSW1は、プラズマPを停止するときはON状態とされる。これにより、第2の中間電極62と可変電源80との間の電気的な接続が短絡するので、第2の中間電極62と可変電源80との間に電流が流れる。すなわち、プラズマガン7に短絡電流が流れる。その結果、プラズマガン7からのプラズマPが真空チャンバー10内に出射されなくなる。 On the other hand, the short circuit switch SW1 is turned on when stopping the plasma P. As a result, the electrical connection between the second intermediate electrode 62 and the variable power source 80 is short-circuited, so that a current flows between the second intermediate electrode 62 and the variable power source 80. That is, a short circuit current flows through the plasma gun 7. As a result, the plasma P from the plasma gun 7 is no longer emitted into the vacuum chamber 10.

負イオンを生成するときは、短絡スイッチSW1のON/OFF状態が制御部50によって所定間隔で切り替えられることにより、プラズマガン7からのプラズマPが真空チャンバー10内において間欠的に生成される。すなわち、短絡スイッチSW1は、真空チャンバー10内へのプラズマPの供給と遮断とを切り替える切替部である。 When generating negative ions, the control unit 50 switches the ON/OFF state of the short-circuit switch SW1 at predetermined intervals, so that the plasma P from the plasma gun 7 is intermittently generated within the vacuum chamber 10. That is, the short-circuit switch SW1 is a switching unit that switches between supplying and cutting off the plasma P into the vacuum chamber 10.

短絡スイッチSW2は、抵抗器R4に並列接続されている。短絡スイッチSW2は、プラズマPを主ハース17側に導くか輪ハース6側へ導くかにより、制御部50でON/OFF状態が切り替えられる。短絡スイッチSW2がON状態とされると、輪ハース6と可変電源80との間の電気的な接続が短絡するので、主ハース17よりも輪ハース6に電流を流しやすくなる。これにより、プラズマPは、輪ハース6に導かれやすくなる。一方、短絡スイッチSW2がOFF状態とされると、輪ハース6と可変電源80が抵抗器R4を介して電気的に接続されるので、輪ハース6よりも主ハース17に電流を流しやすくなり、プラズマPが主ハース17側へ導かれやすくなる。なお、負イオン生成時には、短絡スイッチSW2はON状態で保たれる。負イオン照射装置1で成膜を行わない場合は、短絡スイッチSW2はON状態で保たれてよい。 Shorting switch SW2 is connected in parallel to resistor R4. The ON/OFF state of the short-circuit switch SW2 is switched by the control unit 50 depending on whether the plasma P is guided to the main hearth 17 side or to the wheel hearth 6 side. When the short circuit switch SW2 is turned on, the electrical connection between the wheel hearth 6 and the variable power source 80 is short-circuited, so that it becomes easier to flow current to the wheel hearth 6 than to the main hearth 17. Thereby, the plasma P is easily guided to the ring hearth 6. On the other hand, when the short-circuit switch SW2 is turned OFF, the wheel hearth 6 and the variable power source 80 are electrically connected via the resistor R4, so it becomes easier to flow current to the main hearth 17 than to the wheel hearth 6. Plasma P is easily guided to the main hearth 17 side. Note that when negative ions are generated, the short circuit switch SW2 is kept in the ON state. When film formation is not performed using the negative ion irradiation apparatus 1, the short circuit switch SW2 may be kept in the ON state.

電圧印加部90は、成膜後の化合物半導体(対象物)11に正の電圧を印加可能である。電圧印加部90は、バイアス回路35と、トロリ線18と、を備える。 The voltage application unit 90 can apply a positive voltage to the compound semiconductor (object) 11 after film formation. The voltage application section 90 includes a bias circuit 35 and a contact wire 18.

バイアス回路35は、成膜後の化合物半導体11に正のバイアス電圧を印加するための回路である。バイアス回路35は、化合物半導体11に正のバイアス電圧(以下、単に「バイアス電圧」ともいう)を印加するバイアス電源27と、バイアス電源27とトロリ線18とを電気的に接続する第3の配線73と、第3の配線73に設けられた短絡スイッチSW3とを有している。バイアス電源27は、バイアス電圧として、周期的に増減する矩形波である電圧信号(周期的電気信号)を印加する。バイアス電源27は、印加するバイアス電圧の周波数を制御部50の制御によって変更可能に構成されている。第3の配線73は、一端がバイアス電源27の正電位側に接続されていると共に、他端がトロリ線18に接続されている。これにより、第3の配線73は、トロリ線18とバイアス電源27とを電気的に接続する。 The bias circuit 35 is a circuit for applying a positive bias voltage to the compound semiconductor 11 after film formation. The bias circuit 35 includes a bias power supply 27 that applies a positive bias voltage (hereinafter also simply referred to as "bias voltage") to the compound semiconductor 11, and a third wiring that electrically connects the bias power supply 27 and the contact wire 18. 73, and a short circuit switch SW3 provided on the third wiring 73. The bias power supply 27 applies a voltage signal (periodic electric signal) that is a rectangular wave that increases and decreases periodically as a bias voltage. The bias power supply 27 is configured to be able to change the frequency of the applied bias voltage under the control of the control unit 50 . The third wiring 73 has one end connected to the positive potential side of the bias power supply 27 and the other end connected to the contact wire 18 . Thereby, the third wiring 73 electrically connects the contact wire 18 and the bias power supply 27.

短絡スイッチSW3は、第3の配線73によって、トロリ線18とバイアス電源27の正電位側との間において直列に接続されている。短絡スイッチSW3は、トロリ線18へのバイアス電圧の印加の有無を切り替える切替部である。短絡スイッチSW3は、制御部50によってそのON/OFF状態が切り替えられる。短絡スイッチSW3は、負イオン生成時に所定のタイミングでON状態とされる。短絡スイッチSW3がON状態とされると、トロリ線18とバイアス電源27の正電位側とが互いに電気的に接続され、トロリ線18にバイアス電圧が印加される。 The shorting switch SW3 is connected in series between the contact wire 18 and the positive potential side of the bias power supply 27 via the third wiring 73. The short-circuit switch SW3 is a switching unit that switches whether or not a bias voltage is applied to the contact wire 18. The ON/OFF state of the short-circuit switch SW3 is switched by the control unit 50. The short-circuit switch SW3 is turned on at a predetermined timing when negative ions are generated. When the short-circuit switch SW3 is turned on, the contact wire 18 and the positive potential side of the bias power supply 27 are electrically connected to each other, and a bias voltage is applied to the contact wire 18.

一方、短絡スイッチSW3は、負イオン生成時における所定のタイミングにおいてOFF状態とされる。短絡スイッチSW3がOFF状態とされると、トロリ線18とバイアス電源27とが互いに電気的に切断され、トロリ線18にはバイアス電圧が印加されない。 On the other hand, the short-circuit switch SW3 is turned off at a predetermined timing when negative ions are generated. When the short-circuit switch SW3 is turned off, the contact wire 18 and the bias power supply 27 are electrically disconnected from each other, and no bias voltage is applied to the contact wire 18.

トロリ線18は、化合物半導体保持部材16への給電を行う架線である。トロリ線18は、搬送室10a内に搬送方向(矢印A)に延伸して設けられている。トロリ線18は、化合物半導体保持部材16に設けられた給電ブラシ42と接触することで、給電ブラシ42を通して化合物半導体保持部材16への給電を行う。トロリ線18は、例えばステンレス製の針金等により構成されている。 The contact wire 18 is an overhead wire that supplies power to the compound semiconductor holding member 16. The contact wire 18 is provided inside the transfer chamber 10a and extends in the transfer direction (arrow A). The contact wire 18 supplies power to the compound semiconductor holding member 16 through the power feeding brush 42 by contacting the power feeding brush 42 provided on the compound semiconductor holding member 16 . The contact wire 18 is made of, for example, stainless steel wire.

制御部50は、負イオン照射装置1全体を制御する装置であり、装置全体を統括的に管理するECU[Electronic Control Unit]を備えている。ECUは、CPU[Central Processing Unit]、ROM[Read Only Memory]、RAM[Random Access Memory]、CAN[Controller Area Network]通信回路等を有する電子制御ユニットである。ECUでは、例えば、ROMに記憶されているプログラムをRAMにロードし、RAMにロードされたプログラムをCPUで実行することにより各種の機能を実現する。ECUは、複数の電子ユニットから構成されていてもよい。 The control unit 50 is a device that controls the entire negative ion irradiation device 1, and includes an ECU (Electronic Control Unit) that centrally manages the entire device. The ECU is an electronic control unit that includes a CPU [Central Processing Unit], a ROM [Read Only Memory], a RAM [Random Access Memory], a CAN [Controller Area Network] communication circuit, and the like. The ECU realizes various functions by, for example, loading a program stored in a ROM into a RAM and executing the program loaded into the RAM by a CPU. The ECU may be composed of multiple electronic units.

制御部50は、真空チャンバー10の外部に配置されている。また、制御部50は、ガス供給部40によるガス供給を制御するガス供給制御部51と、プラズマ生成部14によるプラズマPの生成を制御するプラズマ制御部52と、電圧印加部90による電圧の印加を制御する電圧制御部53と、を備えている。 The control unit 50 is arranged outside the vacuum chamber 10. The control unit 50 also includes a gas supply control unit 51 that controls gas supply by the gas supply unit 40, a plasma control unit 52 that controls generation of plasma P by the plasma generation unit 14, and voltage application by a voltage application unit 90. A voltage control section 53 that controls the voltage control section 53 is provided.

ガス供給制御部51は、ガス供給部40を制御して、生成室10b内にガスを供給する。続いて、制御部50のプラズマ制御部52は、プラズマガン7からのプラズマPを生成室10b内で間欠的に生成するようにプラズマ生成部14を制御する。例えば、制御部50によって、短絡スイッチSW1のON/OFF状態が所定間隔で切り替えられることにより、プラズマガン7からのプラズマPが生成室10b内で間欠的に生成される。 The gas supply control section 51 controls the gas supply section 40 to supply gas into the generation chamber 10b. Subsequently, the plasma control section 52 of the control section 50 controls the plasma generation section 14 to intermittently generate plasma P from the plasma gun 7 within the generation chamber 10b. For example, the controller 50 switches the ON/OFF state of the short-circuit switch SW1 at predetermined intervals, so that the plasma P from the plasma gun 7 is intermittently generated within the generation chamber 10b.

短絡スイッチSW1がOFF状態とされているとき(図1の状態)は、プラズマガン7からのプラズマPが生成室10b内に出射されるため、生成室10b内にプラズマPが生成される。プラズマPは、中性粒子、正イオン、負イオン(酸素ガスなどの負性気体が存在する場合)、及び電子を構成物質としている。従って、生成室10b内に電子が生成されることとなる。短絡スイッチSW1がON状態とされているとき(図2の状態)は、プラズマガン7からのプラズマPが生成室10b内に出射されないので生成室10b内におけるプラズマPの電子温度が急激に低下する。このため、生成室10b内に供給されたガスの粒子に、電子が付着し易くなる。これにより、生成室10b内には、負イオンが効率的に生成される。 When the short circuit switch SW1 is in the OFF state (the state shown in FIG. 1), the plasma P from the plasma gun 7 is emitted into the generation chamber 10b, so that plasma P is generated in the generation chamber 10b. The plasma P is composed of neutral particles, positive ions, negative ions (if a negative gas such as oxygen gas is present), and electrons. Therefore, electrons are generated within the generation chamber 10b. When the short-circuit switch SW1 is in the ON state (the state shown in FIG. 2), the plasma P from the plasma gun 7 is not emitted into the generation chamber 10b, so the electron temperature of the plasma P in the generation chamber 10b decreases rapidly. . Therefore, electrons tend to attach to particles of the gas supplied into the generation chamber 10b. Thereby, negative ions are efficiently generated within the generation chamber 10b.

制御部50は、電圧印加部90による電圧の印加を制御する。制御部50は、所定のタイミング(例えば、プラズマPが停止されているタイミング)にて、電圧印加部90による電圧を印加する。なお、電圧印加部90による電圧の印加を開始するタイミングは、制御部50にて予め設定される。電圧印加部90によって化合物半導体11に正のバイアス電圧が付与されることで、真空チャンバー10内の負イオンが化合物半導体11へ導かれる。これにより、負イオンが化合物半導体へ照射される。 The control unit 50 controls voltage application by the voltage application unit 90. The control unit 50 applies a voltage by the voltage application unit 90 at a predetermined timing (for example, the timing when the plasma P is stopped). Note that the timing at which the voltage application unit 90 starts applying the voltage is set in advance by the control unit 50. By applying a positive bias voltage to the compound semiconductor 11 by the voltage application section 90, negative ions in the vacuum chamber 10 are guided to the compound semiconductor 11. This irradiates the compound semiconductor with negative ions.

ここで、化合物半導体11と負イオンとの関係について説明する。化合物半導体11は陽イオン(カチオン)と陰イオン(アニオン)によって形成される。このような化合物半導体11に対して、当該化合物半導体11を形成する陰イオンと同じ元素を含む負イオンが照射される。また、ガス供給部40によって供給されるガスは、化合物半導体11を形成する陰イオンと同じ元素を含む。なお、ガスは、Arなどの希ガスも含む。 Here, the relationship between the compound semiconductor 11 and negative ions will be explained. The compound semiconductor 11 is formed of positive ions (cations) and negative ions (anions). Such a compound semiconductor 11 is irradiated with negative ions containing the same element as the anions forming the compound semiconductor 11. Further, the gas supplied by the gas supply section 40 contains the same element as the anion forming the compound semiconductor 11. Note that the gas also includes rare gases such as Ar.

例えば、化合物半導体11がZnO、Gaなどで形成される場合、Oなどの負イオンが照射される。ガス供給部40のガスは、Oなどを含む。化合物半導体11がAlN、GaNなどで形成される場合、NHなどの窒化物の負イオンが照射される。なお、注入したHはアニールによって除去される。ガス供給部40のガスは、NH、NHなどを含む。その他、化合物半導体11がSiCなどで形成される場合、CやSiなどの負イオンが照射される。ガス供給部40のガスは、CやSiHなどを含む。なお、化合物半導体11がSiCの場合には、Siも負イオンとすることができるので、カチオン側も負イオンとして照射することが可能である。 For example, when the compound semiconductor 11 is made of ZnO, Ga 2 O 3 , etc., it is irradiated with negative ions such as O - . The gas in the gas supply unit 40 includes O 2 and the like. When the compound semiconductor 11 is formed of AlN, GaN, etc., it is irradiated with negative ions of nitride such as NH 2 - . Note that the implanted H is removed by annealing. The gas in the gas supply unit 40 includes NH 2 , NH 4 , and the like. In addition, when the compound semiconductor 11 is formed of SiC or the like, negative ions such as C 2 - and Si 2 - are irradiated. The gas in the gas supply section 40 contains C 2 H 6 , SiH 4 , and the like. Note that when the compound semiconductor 11 is SiC, since Si can also be a negative ion, the cation side can also be irradiated as a negative ion.

なお、電子親和力が正の原子、分子は負イオンになりやすい。従って、そのような原子、分子の陰イオンが化合物半導体11に含まれている場合、同じ原子、分子を含む負イオンを照射してよい。例えば、負イオンにし易いものとして、H、He、C、O、F、Si、S、Cl、Br、I、H、O、Cl、Br、I、CH、OH、CN、HCl、HBr、NH、NO、NO、CCl、SF等が挙げられる。 Note that atoms and molecules with positive electron affinity tend to become negative ions. Therefore, when the compound semiconductor 11 contains negative ions of such atoms and molecules, negative ions containing the same atoms and molecules may be irradiated. For example, H, He, C, O, F, Si, S, Cl, Br, I, H 2 , O 2 , Cl 2 , Br 2 , I 2 , CH, OH, CN, Examples include HCl, HBr, NH 2 , N 2 O, NO 2 , CCl 4 , SF 6 and the like.

次に、図3を参照して、負イオン照射装置1の制御方法について説明する。図3は、本実施形態に係る負イオン照射装置1の制御方法を示すフローチャートである。なお、ここでは、化合物半導体11がZnOで形成されており、Oの負イオンを照射する場合を例にして説明する。 Next, with reference to FIG. 3, a method of controlling the negative ion irradiation device 1 will be described. FIG. 3 is a flowchart showing a method of controlling the negative ion irradiation device 1 according to this embodiment. Here, an example will be explained in which the compound semiconductor 11 is made of ZnO and is irradiated with O 2 - negative ions.

図3に示すように、負イオン照射装置1の制御方法は、ガス供給工程S10と、プラズマ生成工程S20(負イオン照射工程の一部)と、電圧印加工程S30(負イオン照射工程の一部)と、を備える。各工程は、制御部50によって実行される。 As shown in FIG. 3, the control method of the negative ion irradiation device 1 includes a gas supply step S10, a plasma generation step S20 (part of the negative ion irradiation step), and a voltage application step S30 (part of the negative ion irradiation step). ) and. Each step is executed by the control unit 50.

まず、制御部50のガス供給制御部51は、ガス供給部40を制御して、真空チャンバー10内にガスを供給する(ガス供給工程S10)。これにより、真空チャンバー10の生成室10bにはOのガスが存在した状態となる。その後、プラズマ生成工程S20が実行される。 First, the gas supply control section 51 of the control section 50 controls the gas supply section 40 to supply gas into the vacuum chamber 10 (gas supply step S10). As a result, O 2 gas is present in the generation chamber 10b of the vacuum chamber 10. After that, a plasma generation step S20 is performed.

制御部50のプラズマ制御部52は、プラズマ生成部14を制御して、真空チャンバー10内にプラズマP及び電子を生成し、且つ、プラズマPの生成を停止することで電子とガスとにより負イオンを生成する(プラズマ制御工程S20)。真空チャンバー10の生成室10b内でプラズマP及び電子が生成されると、プラズマPによって「O+e→2O+e」という反応が進む。その後、プラズマPの生成が停止されると、生成室10b内では、電子温度が急激に低下することで、「O+e→O」という反応が進む。プラズマ生成工程S20が実行された後の所定のタイミングで、電圧印加工程S30が実行される。なお、厳密にはプラズマ生成中にも負イオンは生成されており、負イオン照射時には、プラズマ生成時に生成された負イオンも照射される。 The plasma control unit 52 of the control unit 50 controls the plasma generation unit 14 to generate plasma P and electrons in the vacuum chamber 10, and stops the generation of the plasma P to generate negative ions by the electrons and gas. (plasma control step S20). When plasma P and electrons are generated within the generation chamber 10b of the vacuum chamber 10, the plasma P causes the reaction "O 2 +e →2O+e " to proceed. Thereafter, when the generation of plasma P is stopped, the electron temperature rapidly decreases in the generation chamber 10b, so that the reaction "O+e →O " progresses. At a predetermined timing after the plasma generation step S20 is performed, the voltage application step S30 is performed. Note that, strictly speaking, negative ions are generated even during plasma generation, and during negative ion irradiation, the negative ions generated during plasma generation are also irradiated.

制御部50の電圧制御部53は、電圧印加部90を制御して化合物半導体11にバイアス電圧を印加する(電圧制御工程S30)。これにより、生成室10b内のOの負イオン81が化合物半導体11側へ向かい、当該化合物半導体11へ照射される(図2及び図4参照)。 The voltage control unit 53 of the control unit 50 controls the voltage application unit 90 to apply a bias voltage to the compound semiconductor 11 (voltage control step S30). As a result, the O 2 − negative ions 81 in the generation chamber 10b head toward the compound semiconductor 11 and are irradiated onto the compound semiconductor 11 (see FIGS. 2 and 4).

次に、本実施形態に係る負イオン照射装置1及びその制御方法の作用・効果について説明する。 Next, the functions and effects of the negative ion irradiation device 1 and its control method according to this embodiment will be explained.

本実施形態に係る負イオン照射装置1では、制御部50は、ガス供給部40を制御して、真空チャンバー10内にガスを供給する。ガス供給部40は、化合物半導体11を形成するイオンと同じ元素を含むガスを供給する。従って、真空チャンバー10内には、化合物半導体11を形成するイオンと同じ元素が存在することとなる。そして、制御部50は、プラズマ生成部14を制御して、真空チャンバー10内にプラズマP及び電子を生成し、且つ、プラズマPの生成を停止することで電子とガスとにより負イオンを生成し、当該負イオンを化合物半導体11へ照射する。 In the negative ion irradiation device 1 according to this embodiment, the control section 50 controls the gas supply section 40 to supply gas into the vacuum chamber 10 . The gas supply unit 40 supplies a gas containing the same element as the ions forming the compound semiconductor 11 . Therefore, the same element as the ions forming the compound semiconductor 11 is present in the vacuum chamber 10. The control unit 50 controls the plasma generation unit 14 to generate plasma P and electrons in the vacuum chamber 10, and stops generation of the plasma P to generate negative ions from the electrons and gas. , irradiates the compound semiconductor 11 with the negative ions.

例えば、図4(a)に示すように、化合物半導体11を形成するイオンと同じ元素の負イオン81が、化合物半導体11へ照射される。負イオン81は、化合物半導体11の表面11aから内部へ入り込む。これにより、負イオン81が化合物半導体11内の陰イオン由来の結晶欠陥85に入り込むことで、図4(b)に示すように、当該結晶欠陥85を埋めることができる。 For example, as shown in FIG. 4A, negative ions 81 of the same element as the ions forming the compound semiconductor 11 are irradiated onto the compound semiconductor 11. Negative ions 81 enter into the compound semiconductor 11 from the surface 11a. As a result, the negative ions 81 enter the crystal defects 85 derived from anions in the compound semiconductor 11, so that the crystal defects 85 can be filled as shown in FIG. 4(b).

ここで、図5及び図6を参照して、化合物半導体11に対して負イオンを照射することのメリットについて説明する。図5及び図6では、化合物半導体11を形成する陽イオン86及び陰イオン87のイオン結合構造が示されている。図5は、比較例として、化合物半導体に正イオン83を注入するときの様子を模式的に示した図である。図5に示すように、化合物半導体11に正イオン83が注入されると、正イオン83は、陽イオン86と陰イオン87とのクーロン力の影響の中を通過していかなくてはならないため、化合物半導体11内部へスムーズに入っていきにくいという問題がある。また、正イオン83の注入によって二次電子としての電子82の放出が生じると、基板がチャージアップしてしまうという問題が生じる。 Here, the merits of irradiating the compound semiconductor 11 with negative ions will be explained with reference to FIGS. 5 and 6. 5 and 6 show the ionic bonding structure of the cations 86 and anions 87 forming the compound semiconductor 11. FIG. 5 is a diagram schematically showing a situation when positive ions 83 are implanted into a compound semiconductor as a comparative example. As shown in FIG. 5, when positive ions 83 are implanted into the compound semiconductor 11, the positive ions 83 must pass through the influence of the Coulomb force between the positive ions 86 and the negative ions 87. , there is a problem that it is difficult to enter the compound semiconductor 11 smoothly. Further, when electrons 82 are emitted as secondary electrons due to the injection of positive ions 83, a problem arises in that the substrate is charged up.

これに対し、化合物半導体11へ向かう負イオン81(図6(a)参照)が当該化合物半導体11に到達すると、図6(b)に示すように、衝突によって電子82が取れ易い。従って、負イオン81は、電子82が取れた中性状態の粒子81aとして、イオン結合の中を進行してゆく。中性状態の粒子81aは、陽イオン86と陰イオン87とのクーロン力の影響を受けずに化合物半導体11内部へスムーズに入っていくことができる。従って、負イオン81のエネルギーは例えば70eV以下の低エネルギーでよい。また、負イオン81を注入する際には、基板のチャージアップも生じない。なお、負イオン81は、加熱部30(図1参照)で加熱された状態の化合物半導体11へ注入される。従って、濃度拡散によって化合物半導体11の奥へ所望の元素が入っていき、また、熱処理によって余分な元素が抜けてゆくため、粒子81aが結晶欠陥のみを埋めることができる。 On the other hand, when negative ions 81 (see FIG. 6(a)) heading towards the compound semiconductor 11 reach the compound semiconductor 11, electrons 82 are likely to be taken out by collision, as shown in FIG. 6(b). Therefore, the negative ions 81 proceed through the ionic bond as particles 81a in a neutral state from which electrons 82 have been removed. Particles 81a in a neutral state can smoothly enter the inside of compound semiconductor 11 without being affected by the Coulomb force between cations 86 and anions 87. Therefore, the energy of the negative ions 81 may be as low as, for example, 70 eV or less. Further, when the negative ions 81 are implanted, charge-up of the substrate does not occur. Note that the negative ions 81 are implanted into the compound semiconductor 11 that is heated by the heating section 30 (see FIG. 1). Therefore, the desired element enters deep into the compound semiconductor 11 by concentration diffusion, and the excess element is removed by heat treatment, so that the particles 81a can fill only the crystal defects.

また、例えば、比較例として負イオン源を用いて負イオン照射する場合、負イオンを照射できる面積が小さい。一方、本実施形態のように、プラズマ生成部14を備える負イオン照射装置1は、化合物半導体11に対して大面積で負イオンを照射することができる。また、例えば、比較例として単一のエネルギーの負イオンのみを照射した場合、化合物半導体11の所定の深さ位置にのみ負イオンが入り込むため、深さ方向の広い範囲にわたって結晶欠陥を埋めることができない。一方、本実施形態に係る負イオン照射装置1は、幅広いエネルギーの負イオンを生成することができるため、深さ方向の広い範囲にわたって結晶欠陥を埋めることができる。 Further, for example, when negative ions are irradiated using a negative ion source as a comparative example, the area that can be irradiated with negative ions is small. On the other hand, as in this embodiment, the negative ion irradiation device 1 including the plasma generation section 14 can irradiate the compound semiconductor 11 with negative ions over a large area. Further, for example, when only negative ions of a single energy are irradiated as a comparative example, the negative ions enter only a predetermined depth position of the compound semiconductor 11, so it is not possible to fill crystal defects over a wide range in the depth direction. Can not. On the other hand, the negative ion irradiation device 1 according to this embodiment can generate negative ions with a wide range of energies, and therefore can fill crystal defects over a wide range in the depth direction.

以上のように、本実施形態に係る負イオン照射装置1は、化合物半導体11の結晶欠陥を埋めることができるため化合物半導体11の品質を向上することができる。また、負イオン照射前は化合物半導体11としてのグレードが十分でなかった場合であっても、負イオン照射で品質を向上できるため、事前の単結晶基板のグレードの選別の必要性を低減することができる。以上により、化合物半導体の製造効率及び品質を向上できる。 As described above, the negative ion irradiation device 1 according to the present embodiment can fill crystal defects in the compound semiconductor 11, thereby improving the quality of the compound semiconductor 11. Furthermore, even if the grade of the compound semiconductor 11 is not sufficient before negative ion irradiation, the quality can be improved by negative ion irradiation, reducing the need to select the grade of the single crystal substrate in advance. Can be done. With the above, manufacturing efficiency and quality of compound semiconductors can be improved.

本実施形態に係る負イオン照射装置1の制御方法は、ガス供給部40を制御して、真空チャンバー10内にガスを供給するガス供給工程S10と、プラズマ生成部14を制御して、真空チャンバー10内にプラズマP及び電子を生成し、且つ、プラズマPの生成を停止することで電子とガスとにより負イオンを生成し、当該負イオンを化合物半導体11へ照射する負イオン照射工程(プラズマ制御工程S20、電圧印加工程S30)と、を有する。 The method for controlling the negative ion irradiation apparatus 1 according to the present embodiment includes a gas supply step S10 for supplying gas into the vacuum chamber 10 by controlling the gas supply section 40, and a gas supply step S10 for supplying gas into the vacuum chamber 10 by controlling the plasma generation section 14 to A negative ion irradiation step (plasma control) in which plasma P and electrons are generated in the compound semiconductor 10, and negative ions are generated from the electrons and gas by stopping the generation of the plasma P, and the compound semiconductor 11 is irradiated with the negative ions. The method includes step S20 and voltage application step S30).

本実施形態に係る負イオン照射装置1の制御方法によれは、上述の負イオン照射装置1と同趣旨の作用・効果を得ることができる。 Depending on the method of controlling the negative ion irradiation device 1 according to this embodiment, the same functions and effects as those of the negative ion irradiation device 1 described above can be obtained.

以上、本実施形態の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。 Although one embodiment of the present embodiment has been described above, the present invention is not limited to the above embodiment, and may be modified or applied to other things without changing the gist of each claim. It may be something.

また、上記実施形態では、イオンプレーティング型の成膜装置としての機能も備えた負イオン照射装置について説明したが、負イオン照射装置は、成膜装置の機能を有していなくてもよい。従って、プラズマPは、例えばプラズマガンと対向する壁部の電極などに導かれてよい。 Further, in the above embodiment, a negative ion irradiation device that also functions as an ion plating type film forming device has been described, but the negative ion irradiation device does not need to have the function of a film forming device. Therefore, the plasma P may be guided, for example, to an electrode on a wall facing the plasma gun.

例えば、上記実施形態では、プラズマガン7を圧力勾配型のプラズマガンとしたが、プラズマガン7は、真空チャンバー10内にプラズマを生成できればよく、圧力勾配型のものには限られない。 For example, in the above embodiment, the plasma gun 7 is a pressure gradient type plasma gun, but the plasma gun 7 is not limited to a pressure gradient type as long as it can generate plasma in the vacuum chamber 10.

また、上記実施形態では、プラズマガン7とプラズマPを導く箇所(ハース機構2)の組が真空チャンバー10内に一組だけ設けられていたが、複数組設けてもよい。また、一箇所に対して、複数のプラズマガン7からプラズマPを供給してもよい。 Further, in the above embodiment, only one set of the plasma gun 7 and the point (Haas mechanism 2) for guiding the plasma P is provided in the vacuum chamber 10, but a plurality of sets may be provided. Alternatively, plasma P may be supplied to one location from a plurality of plasma guns 7.

1…負イオン照射装置(負イオン照射装置)、3…搬送機構(配置部)、7…プラズマガン、10…真空チャンバー、11…化合物半導体、14…プラズマ生成部、40…ガス供給部、50…制御部、P…プラズマ。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Negative ion irradiation device (negative ion irradiation device), 3... Transport mechanism (arrangement part), 7... Plasma gun, 10... Vacuum chamber, 11... Compound semiconductor, 14... Plasma generation part, 40... Gas supply part, 50 ...Control unit, P...Plasma.

Claims (2)

化合物半導体からなる単結晶基板へ負イオンを照射する負イオン照射装置であって、
内部で前記負イオンの生成が行われるチャンバーと、
前記化合物半導体からなる単結晶基板を形成するイオンと同じ元素を含むガスを供給するガス供給部と、
前記チャンバー内において、プラズマ及び電子を生成するプラズマ生成部と、
前記化合物半導体からなる単結晶基板を配置する配置部と、
前記負イオン照射装置の制御を行う制御部と、を備え、
前記化合物半導体からなる単結晶基板は、前記チャンバーの外部において予め製造され、
前記配置部は、外部で予め製造された前記化合物半導体からなる単結晶基板を配置可能に構成され、
前記制御部は、
前記ガス供給部を制御して、前記チャンバー内に前記ガスを供給し、
前記プラズマ生成部を制御して、前記チャンバー内に前記プラズマ及び前記電子を生成し、且つ、前記プラズマの生成を停止することで前記電子と前記ガスとにより前記負イオンを生成し、当該負イオンを前記チャンバー内に配置された前記化合物半導体からなる単結晶基板へ照射する、負イオン照射装置。
A negative ion irradiation device that irradiates a single crystal substrate made of a compound semiconductor with negative ions,
a chamber in which the negative ions are generated;
a gas supply unit that supplies a gas containing the same element as the ions forming the single crystal substrate made of the compound semiconductor;
a plasma generation section that generates plasma and electrons in the chamber;
an arrangement section in which the single crystal substrate made of the compound semiconductor is arranged;
A control unit that controls the negative ion irradiation device,
The single crystal substrate made of the compound semiconductor is manufactured in advance outside the chamber,
The placement section is configured to be able to place a single crystal substrate made of the compound semiconductor manufactured in advance externally,
The control unit includes:
controlling the gas supply unit to supply the gas into the chamber;
Controlling the plasma generation unit to generate the plasma and the electrons in the chamber, and stopping generation of the plasma to generate the negative ions from the electrons and the gas, and generate the negative ions. A negative ion irradiation device that irradiates a single crystal substrate made of the compound semiconductor arranged in the chamber.
化合物半導体からなる単結晶基板へ負イオンを照射する負イオン照射装置の制御方法であって、
前記負イオン照射装置は、
内部で前記負イオンの生成が行われるチャンバーと、
前記化合物半導体からなる単結晶基板を形成するイオンと同じ元素を含むガスを供給するガス供給部と、
前記チャンバー内において、プラズマ及び電子を生成するプラズマ生成部と、
前記化合物半導体からなる単結晶基板を配置する配置部と、
前記負イオン照射装置の制御を行う制御部と、を備え、
前記化合物半導体からなる単結晶基板は、前記チャンバーの外部において予め製造され、
前記配置部は、外部で予め製造された前記化合物半導体からなる単結晶基板を配置可能に構成され、
前記制御部により前記ガス供給部を制御して、前記チャンバー内に前記ガスを供給するガス供給工程と、
前記制御部により前記プラズマ生成部を制御して、前記チャンバー内に前記プラズマ及び前記電子を生成し、且つ、前記プラズマの生成を停止することで前記電子と前記ガスとにより前記負イオンを生成し、当該負イオンを前記チャンバー内に配置された前記化合物半導体からなる単結晶基板へ照射する負イオン照射工程と、を有する、負イオン照射装置の制御方法。
A method for controlling a negative ion irradiation device that irradiates a single crystal substrate made of a compound semiconductor with negative ions, the method comprising:
The negative ion irradiation device includes:
a chamber in which the negative ions are generated;
a gas supply unit that supplies a gas containing the same element as the ions forming the single crystal substrate made of the compound semiconductor;
a plasma generation section that generates plasma and electrons in the chamber;
an arrangement section in which the single crystal substrate made of the compound semiconductor is arranged;
A control unit that controls the negative ion irradiation device,
The single crystal substrate made of the compound semiconductor is manufactured in advance outside the chamber,
The placement section is configured to be able to place a single crystal substrate made of the compound semiconductor manufactured in advance externally,
a gas supply step of controlling the gas supply unit by the control unit to supply the gas into the chamber;
The control unit controls the plasma generation unit to generate the plasma and the electrons in the chamber, and stops generation of the plasma to generate the negative ions from the electrons and the gas. A method for controlling a negative ion irradiation device, comprising: a negative ion irradiation step of irradiating the single crystal substrate made of the compound semiconductor disposed in the chamber with the negative ions.
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