JPH04368763A - イオン照射処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体工業における半
導体素子製造や表面処理等に用いる装置に関し、特に、
大面積の半導体素子や半導体薄膜等への不純物注入及び
表面処理を短時間で一様に行うイオン照射処理装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、大面積の半導体素子や半導体薄膜
等への不純物注入や表面処理を行う方法としては、（１
）　イオン源で発生したイオンをビーム状に絞り、この
イオンビームを加速し、質量分離及びビームの電気的な
走査を行って、機械的に走査されている大面積の基板に
対してイオンビームを照射する方法。 （２）　フィラメントから発生した熱電子と多極磁界に
よって大口径のイオンビームを発生させるバケット型イ
オン源を用いる方法。 （３）　真空槽内に高周波電極を設け、一方の高周波電
極上に大面積の試料を置き、高周波電極間で生じたプラ
ズマ中のイオンを照射する方法。等があった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
イオンを照射する方法について、 （１）　の絞ったイオンビームを電気的に走査し、さら
に機械的に走査した大面積の試料に対してイオンビーム
を照射注入する方法は、装置構成が複雑であり、かつ処
理時間が長いという課題があった。 （２）　のバケット型イオン源を用いる方法は、フィラ
メントから発生する不純物による汚染が起こるという課
題や、フィラメントが活性なガスのプラズマに曝される
ため、イオン源の寿命が短いという課題があった。 （３）　の高周波放電により発生するプラズマ中に試料
を置き、プラズマ中のイオンを照射する方法は、装置構
成が簡易であり、しかも大面積の試料に対して容易にイ
オンを照射することができるが、照射するイオンのエネ
ルギー及び量が正確に制御できず不均一となったり、ま
た、イオンのエネルギーが数十ｅＶ程度であることから
、照射するイオンの量や注入深さの制御が困難であると
いう課題があった。

【０００４】

【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
め、本発明のイオン照射処理装置は、高周波電界を印加
するための導体容器及び対向する第１多孔電極と、前記
導体容器内に磁界を印加する磁界発生源と、前記第１多
孔電極と試料の間に第２多孔電極を備え、前記第１多孔
電極と前記第２多孔電極の間に直流電界を印加してイオ
ンを前記試料に照射することを特徴とする。

【０００５】前記構成において、磁界発生源により導体
容器内部に印加する磁界の強さが、高周波電界の周波数
における電子サイクロトロン共鳴条件の磁界の強さより
大きいことが好ましい。

【０００６】また、前記構成において、導体容器又は第
１多孔電極の内面に、絶縁体を設けることが好ましい。

【０００７】また、前記構成において、高周波電界を印
加する高周波回路の接地側と、直流電界を印加する直流
回路の正電位側とを、コイルを介して接続することが好
ましい。

【０００８】

【作用】前記構成によれば、導体容器と対向して第１多
孔電極との間に高周波電圧をかけて、導体容器の内部に
高周波電界を印加すると共に、導体容器の外側にトロイ
ダルコイル等の磁界発生源を配置して、導体容器内に磁
界を印加することにより、大口径の容器内に、空間分布
が均一で電離度の大きいプラズマを発生させることが可
能となる。従って、放電のためのフィラメントが不要で
あるため、装置の寿命が長く、かつ汚染が発生しない。

【０００９】また、第１多孔電極と試料の間に第２多孔
電極を備え、第１多孔電極と第２多孔電極の間に直流電
界を印加することにより、導体容器内で発生したプラズ
マ中のイオンが、直流電界の強さに応じた速度で、各多
孔電極の孔から飛び出して試料に到達し、大面積の試料
に対して、大口径で且つ大電流のイオン流を照射するこ
とが可能となる。また、第１多孔電極と第２多孔電極の
間に印加する直流電界の強さを調整することにより、イ
オン流の量又は速度を制御することができ、照射するイ
オンの量や注入深さを容易に且つ精度良く制御すること
ができる。また、導体容器の開口部に、対向する第１多
孔電極を設け、それぞれの多孔電極について第２多孔電
極及び試料台を備えることにより、同時に２つの方向に
イオン流を発生させて、イオン照射等を行うことができ
る。

【００１０】また、磁界発生源により導体容器内部に印
加する磁界の強さを、高周波電界の周波数における電子
サイクロトロン共鳴条件の磁界の強さより大きく設定す
ることにより、電離度が大きく且つ均一なプラズマを発
生させることがができる。

【００１１】また、導体容器又は第１多孔電極の内面に
絶縁体を設けることにより、高周波電界を印加する際の
絶縁不良を防止することができ、高周波電界の強さを上
げることができる。

【００１２】また、高周波電界を印加する高周波回路の
接地側と、直流電界を印加する直流回路の正電位側とを
接続することにより、第１多孔電極を共用することがで
きると共に、その接続にコイルを介することにより、高
周波成分が高周波回路から直流回路へ逆流するのを防止
し、安定した直流電界を印加することができる。

【００１３】

【実施例】以下、図面に基づいて、本発明のイオン照射
処理装置を説明する。図１は、本発明に係るイオン照射
処理装置の１実施例の概略構成図である。Ａｌ、ステン
レス等で作られた導体容器１は、周波数１３．５６ＭＨ
ｚの高周波電源２にマッチングボックス３を介して接続
されている。なお、導体容器１は中空形状で、その断面
形状は円形、楕円形又は矩形の何れでもよい。更に、こ
の導体容器１の内部に軸方向（図１の水平方向に相当す
る。）の磁界を印加するため、トロイダルコイル等の磁
界発生源４を設ける。

【００１４】導体容器１の側面には、Ａｌ、ステンレス
等で作られた電極７、８が、セラミックス、ガラス、エ
ポキシ樹脂等の絶縁体５、１５及び絶縁体６、１６で挟
まれて設けられており、導体容器１と電極７、８は電気
的に絶縁されている。なお、導体容器１の側面の一部に
、絶縁された貫通型の電極７、８を設けることも好まし
い構成である。

【００１５】導体容器１と電極７、８の間には、高周波
電圧が印加され、電極７、８はコイル９を介して直流電
源１０の正電位側と接続されている。コイル９は、高周
波成分が直流電源１０に流入することを防ぐと共に、安
定した直流電圧を供給するために設けている。

【００１６】Ａｌ、ステンレス等からなる第１多孔電極
１１、１２は、それぞれ電極７、８に電気的に接続され
ている。また、第２多孔電極２４、２５は、真空容器の
外壁３６に接続されており、その電位は直流電源１０の
接地側と同じである。従って、導体容器１と真空容器の
外壁３６の間には、高周波電圧と直流電圧の和の電位差
が生ずるため、両者を電気的に絶縁するため、絶縁体１
５、１６が設けられる。

【００１７】次に、イオンの発生とその流れについて説
明する。プラズマを構成するイオンを供給する原料ガス
は、ガスボンベ３２、３３から流量制御装置３４、３５
を通じて、ガス導入管１７、１８によって真空槽１３、
１４へ導入される。また、イオン源の内部が１０−２Ｐ
ａ〜１０−４Ｐａの圧力となるように、流量制御装置３
４、３５でガス流量を制御しながら、ガス排出管１９、
２０により真空排気を行なう。

【００１８】イオン源の内部が１０−２Ｐａ〜１０−４
Ｐａの圧力となる条件下で、導体容器１と電極７、８の
間に印加される高周波電界、及び磁界発生源４により印
加される磁界により、導体容器１の内に電離度の大きく
且つ均一なプラズマ２１が発生する。このとき、導体容
器内の磁界強度が、１３．５６ＭＨｚにおける電子サイ
クロトロン共鳴条件の磁界強度（４．８Ｇａｕｓｓ）よ
り大きい１０〜５０Ｇａｕｓｓ程度であるとき、引き出
されるイオン流の電流が大きく且つ一様になり、特に３
０Ｇａｕｓｓ前後が好ましい。なお、電子サイクロトロ
ン共鳴条件の磁界強度Ｂは、Ｂ＝（２×π×ｆ×ｍ）／
ｑの式で求められる。但し、πは円周率、ｆは印加する
高周波電界の周波数、ｍは電子の質量、ｑは電子の素電
荷である。

【００１９】第１多孔電極１１、１２と第２多孔電極２
４、２５との間には、直流電界が印加されており、生成
されたプラズマ２１の中のイオンが、第１多孔電極１１
、１２の孔から飛び出すと、接地電位の第２多孔電極２
４、２５に向かって加速され、第２多孔電極２４、２５
の孔を通過したイオン流２２、２３は、加速された速度
を維持しながら慣性で、真空槽１３、１４を通って、試
料台２６、２７上の試料２８、２９に照射され、ドーピ
ング等の処理を行う。

【００２０】なお、導体容器１のプラズマに曝される内
面には、石英、セラミックス、ガラス等からなる絶縁体
３０が設けられている。また、第１多孔電極１１、１２
の内面に絶縁体を設けることも好ましい。

【００２１】次に、電界印加のための電気的接続につい
て説明する。ここで、高周波電源２の接地側の電位を直
流電源１０の接地電位と同じにする接続を行った場合、
図２に示すようなマッチングボックス３内のＬＣ回路、
特にコンデンサーと、絶縁体３０との合成による絶縁耐
圧により、接地電位に対して印加できる電圧の上限が決
定され、１０数ｋＶ程度までの加速電圧を印加すること
ができる。

【００２２】この接続に対して、高周波電源２の接地側
の電位を、電極７、８と直流的に接続して、且つ高周波
電源２の接地側の電位と直流電源１０の正電位側の電位
と同じにする接続を行った場合は、マッチングボックス
３及び高周波電源２の電位を全て直流電源１０の接地電
位に対して高電位となり、マッチングボックス３の中の
コンデンサーの耐圧に関係なく、１００ｋＶ程度まで印
加することができて加速電圧を向上させることができる
。この場合、マッチングボックス３及び高周波電源２の
電位は、真空容器の外壁３６や本処理装置のフレーム等
の全ての接地電位に対して高圧になっているため、高電
圧容器内に絶縁して隔離するとともに、マッチングボッ
クス３や高周波電源２の制御は光ファイバー等を用いて
遠隔操作を行ったり、高周波電源２への電源電力の供給
を絶縁トランスを介して行う等の高電圧対策を付加する
。

【００２３】更に、高周波電力の供給部（マッチングボ
ックス３の出力）と直流電源１０の正電位側の出力部と
を、コイル３１で接続することにより、導体容器１と電
極６、７を直流的に同電位として、イオン源内２１の直
流的な電位分布のバランスを維持している。

【００２４】

【発明の効果】以上詳説したように、本発明のイオン照
射処理装置は、大口径の容器内に、空間分布が均一で電
離度の大きいプラズマを発生させることができるため、
放電のためのフィラメントが不要となり、装置の寿命が
長くなる。また、イオン照射処理の際の不純物の発生量
が少なく、試料への汚染が減少する。

【００２５】また、対向する第１多孔電極について、各
々第２多孔電極及び試料台を備えているため、同時に２
つの方向にイオン流が発生して、簡素な装置構成で、同
時に２つのロットに対してイオン照射を行うことができ
、処理時間の短縮化を図ることができる。

【００２６】また、高周波電源の接地側の電位を直流高
圧電源で与えられる電位にすることにより、イオン加速
電圧を百ｋＶ程度まで印加することが可能となり、特に
、イメージスキャナーや、アクティブマトリックス方式
の液晶ディスプレイパネルにおける薄膜トランジスター
アレイ等の、大面積化の必要な半導体素子の製造工程に
おいて、高純度の不純物ドーピング又は表面処理を、複
数の試料に対して高精度かつ一様に短時間で行うことが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るイオン照射処理装置の１実施例の
概略構成図である。

【図２】マッチングボックスの等価回路の一例である。

【符号の説明】

１　　導体容器 ２　　高周波電源 ３　　マッチングボックス ４　　磁界発生源 ５、６　　絶縁体 ７、８　　電極 ９　　コイル １０　　直流電源 １１、１２　　第１多孔電極 １３、１４　　真空槽 １５、１６　　絶縁体 １７、１８　　ガス導入管 １９、２０　　ガス排出管 ２１　　プラズマ ２２、２３　　イオン流 ２４、２５　　第２多孔電極 ２６、２７　　試料台 ２８、２９　　試料 ３０　　絶縁体 ３１　　コイル ３２、３３　　ガスボンベ ３４、３５　　流量制御装置 ３６　　真空容器の外壁 ４１　　金属容器 ４２　　入力端子 ４３　　出力端子

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　高周波電界を印加するための導体容器
   及び対向する第１多孔電極と、前記導体容器内に磁界を
   印加する磁界発生源と、前記第１多孔電極と試料の間に
   第２多孔電極を備え、前記第１多孔電極と前記第２多孔
   電極の間に直流電界を印加してイオンを前記試料に照射
   するイオン照射処理装置。
2. 【請求項２】　　磁界発生源により導体容器内部に印加
   する磁界の強さが、高周波電界の周波数における電子サ
   イクロトロン共鳴条件の磁界の強さより大きい請求項１
   に記載のイオン照射処理装置。
3. 【請求項３】　　導体容器又は第１多孔電極の内面に、
   絶縁体を設ける請求項１又は２に記載のイオン照射処理
   装置。
4. 【請求項４】　　高周波電界を印加する高周波回路の接
   地側と、直流電界を印加する直流回路の正電位側とを、
   コイルを介して接続する請求項１、２又は３に記載のイ
   オン照射処理装置。