JPH07130496A - イオン打込み装置 - Google Patents

イオン打込み装置

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JPH07130496A
JPH07130496A JP5274046A JP27404693A JPH07130496A JP H07130496 A JPH07130496 A JP H07130496A JP 5274046 A JP5274046 A JP 5274046A JP 27404693 A JP27404693 A JP 27404693A JP H07130496 A JPH07130496 A JP H07130496A
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JP
Japan
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frequency
plasma
electrodes
resonance
impedance
Prior art date
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Pending
Application number
JP5274046A
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English (en)
Inventor
Tetsuya Matsui
哲也 松井
Kazuteru Tsuchida
一輝 土田
Shinji Tsuda
申士 津田
Kazumichi Suzuki
一道 鈴木
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【構成】電極間のプラズマ1に共鳴する周波数を制御し
て、常に同一の周波数の高周波を印加して、イオンを引
き出し打込む。電極間のプラズマに共鳴する周波数を制
御する手段に、整合器6と電極との間に可変コンデンサ
および/または可変コイル、電極に直列に設置した回路
を設ける。プラズマ密度,電子温度,イオン温度,磁場
強度等が変化して、電極間の共鳴周波数が変化しても追
加した可変コンデンサまたは可変コイルによりその変動
分を補正し、元の周波数のままで共鳴を維持する。 【効果】電極間のプラズマが変動しても、共鳴周波数を
維持でき、効率よくイオンを打込むことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はイオン打込み装置に係
り、特に、プラズマからイオンを引き出して打込み利用
する半導体製造プロセス、およびイオン源に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の高周波電界によるイオン引き出し
装置は、プラズマをはさんだ平行平板電極に共鳴する高
周波をプラズマに印加し、プラズマ中に電界を浸透させ
て、プラズマ中でもイオンを加速することによりイオン
を効率よく打込む方法が特願平3−107081 号明細書に記
載されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前者の従来技
術では、共鳴する高周波の周波数はプラズマ密度,電子
温度,イオン温度,磁場強度,電極長さ,電極間隔,プ
ラズマと電極間の隙間の厚みなどによって変動する。し
たがって、印加している周波数が共鳴からずれたり、或
いは、そもそも共鳴周波数が未知で、共鳴からずれた状
態の周波数を印加してしまうという問題があり、印加す
る周波数を制御する必要があった。
【0004】本発明の目的は、電極間のプラズマに共鳴
する周波数を常時電極に印加できるイオン打込み装置を
提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、高周波により電極間のプラズマからイオンを引き出
すプロセスにおいて、電極間のプラズマに共鳴する周波
数を制御して、常に同一の周波数の高周波を印加して、
イオンを引き出し打込むようにする。電極間のプラズマ
に共鳴する周波数を制御する手段は、整合器と電極との
間に可変コンデンサまたは可変コイル、或いはその双方
を電極に直列に設置したした回路を設ける。電界がプラ
ズマに浸透する共鳴状態であれば、電極間のプラズマ
は、コイルとコンデンサが直列で並んだ状態の等価回路
で表され、かつその回路が直列共鳴の状態となってい
る。ここに、前述の可変コンデンサまたは可変コイルが
追加されるとその追加分だけ共鳴周波数がずれることに
なる。すなわち、逆に、プラズマ密度、電子温度、イオ
ン温度、磁場強度等が変化して、電極間の共鳴周波数が
変化しても追加した可変コンデンサまたは可変コイルに
よりその変動分を補正し、元の周波数のままで共鳴を維
持することができる。
【0006】更に、常に共鳴状態にあることをモニタす
るために、プラズマに共鳴する周波数を検知するように
する。電極間のプラズマに共鳴する周波数を検知する手
段としては、まず、電極間のインピーダンスを検出する
方法がある。この方法は、この系の等価回路が直列共鳴
の状態となることを利用する。すなわち、直列共鳴のと
き、回路のインピーダンスの大きさは極小となり、ま
た、インピーダンスの位相は0となる。したがって、イ
ンピーダンスを測定し、大きさが極小、または、インピ
ーダンスの位相が0となっていることを確認することに
より、共鳴状態にあることを検知することができる。
【0007】更に、共鳴周波数であれば、プラズマ中の
電界で加速された電子が中性原子に衝突することによっ
てプラズマ発光が生ずるので、その発光を検出して、共
鳴状態にあることを検知することができる。
【0008】
【作用】高周波により電極間のプラズマからイオンを引
き出して打込む装置において、高周波印加装置はプラズ
マに共鳴する高周波を発振する。その高周波印加装置か
らの高周波が電極から反射するのを抑えるためにインピ
ーダンス整合をとる整合器を用いる。イオン打込み電極
は、プラズマからのイオンを引き出して打込むために高
周波を印加される。ここで、整合器とイオン打込み電極
との間に、共鳴周波数を制御するため、可変コンデン
サ、または可変コイル、或いはその双方からなる回路を
設ける。
【0009】更に、共鳴周波数検知装置は共鳴状態にあ
るか否かを検知し、共鳴周波数でない場合は周波数制御
回路を駆動して共鳴状態にするようにする。ここで、共
鳴周波数検知装置としては、二つの装置が考えられる。
一つは、電極間のインピーダンスを検出する装置を用
い、電極間のインピーダンスの大きさが極小であるか、
或いは、電極間のインピーダンスの位相が0であること
によって、共鳴状態にあることを確認するようにする。
もう一つの装置としては、プラズマの発光を検出する装
置を用いて、その発光強度が最大であることで共鳴状態
にあることを検知するようにする。
【0010】
【実施例】以下、本発明の実施例を図を用いて詳細に説
明する。
【0011】図1に本発明の一実施例の装置構成を示
す。真空容器4内のイオン打込み電極2とアース電極3
の間に放電等により生成されたプラズマ1が存在する系
において、イオンを引き出し打込むために、この電極間
のプラズマ1に共鳴する高周波を高周波印加装置5によ
り印加する。印加した高周波は整合器6でインピーダン
ス整合がとられ、ほとんど反射することなくイオン打込
み電極2に印加されるようにする。この共鳴周波数は、
プラズマ密度,電子温度,イオン温度,磁場強度,電極
長さ,電極間隔,プラズマと電極間の隙間の厚みによっ
て決まるものである。ここで、イオン打込み電極2とア
ース電極3の間のインピーダンスZは、プラズマ1のイ
ンピーダンス(コイル成分)Lpと、プラズマと電極間
の隙間のインピーダンス(コンデンサ成分)Cvとが直
列に接続される形で表され、Z=1/(2iπfCv)
+2iπfLp、但し、f:印加周波数となる。いま、
共鳴状態にあるとすると、Z=0となるので、そのとき
の周波数をfrとすると、
【0012】
【数1】
【0013】となる。
【0014】さて、いま、この系に何らかの変化が生じ
たとすると、LpまたはCvが変化し、共鳴周波数が変
化する。仮に、Lpが変化したとし、その変化分をΔL
pとすると、系のインピーダンスZ′はZ′=1/(2
iπfCv)+2iπf(Lp+ΔLp)となり、周波
数がfrのときは上式より、Z′=2iπfΔLpとな
る。すなわち、ΔLp分の変化がインピーダンスに現れ
る。そこで、この状態においても直列共鳴状態を維持す
るため、周波数制御用回路7においてΔLp分を打ち消
すコンデンサ成分Cexを付加する。すなわち、Cexを系
に直列に付加したときのインピーダンスをZ″とする
と、Z″=1/(2iπfCex)+2iπfΔLpとなるか
ら、このZ″が0になるようなCexを付加すれば良いこ
とがわかる。すなわち、Cexは、
【0015】
【数2】
【0016】となる。
【0017】同様にして、Cvが変化したときは周波数
制御用回路7において、その変化分を打ち消すコイル成
分Lexを付加してやれば良い。
【0018】このように、本実施例によれば、共鳴周波
数を変化させるような変動が生じても、真空容器4の外
部に設置した周波数制御用回路7によりその変動を補正
できるので、共鳴状態を維持することができる。また、
この効果により、印加する周波数は一定に保たれるの
で、周波数可変型の高周波印加装置5を用いる必要がな
いのでコストを低減できる。更には、周波数固定型の高
周波印加装置5でよいので、工業的に使用が許されてい
る13.56MHz の周波数を使用することができる。
【0019】本発明の第二の実施例を図2を用いて説明
する。本実施例では、系が共鳴状態にあることをモニタ
するために、インピーダンス計測を用いる一実施例につ
いて説明する。図2ではインピーダンス計測法の一例と
して、パワーモニタ8,電流プローブ9,電圧プローブ
10を用いてインピーダンスを計測する方法を示す。パ
ワーモニタ8では電極に印加される高周波のパワーPを
測定し、また、電流プローブ9および電圧プローブ10
を用いて、電極に印加される高周波の電流振幅(実効
値)Irms,電圧振幅(実効値)Vrms、及び電圧
波形に対する電流波形の位相差θをそれぞれ電流電圧計
測器11により求める。求めたこれらの値から、電極間
のプラズマのインピーダンスの大きさ|Z|および位相
Θはそれぞれ
【0020】
【数3】
【0021】
【数4】 Θ=θ …(数4) で求められる。数3,数4の演算をインピーダンス演算
器12で行う。ここで、このようにして電極間のプラズ
マのインピーダンスを測定した一例を図3に示す。この
図はXeのプラズマを生成してインピーダンスを測定し
たもので、プラズマ密度は約10の10乗毎cm3 、プラ
ズマ温度が約8eVで、磁束密度50ガウス、電極長さ
30cm,電極間隔5cmの実験条件での結果である。この
図から、|Z|は約10MHzでほぼ0で最小となり、
このときΘも0となっていることがわかる。これは、こ
の周波数のとき、この系がコイルとコンデンサが直列で
並んだ状態の等価回路で表され、いわゆる直列共鳴の状
態にあることを示している。この実験条件でのイオンの
引き出し特性を図4に示すが、約10MHzの共鳴のと
きに引き出されたイオン電流が最大になり、イオンが引
き出され打込まれていることがわかる。これらのことか
ら、|Z|が最小になり、Θが0になるような周波数を
検知すれば、最大のイオン電流が得られることがわか
る。したがって、|Z|およびΘの双方またはそのいず
れかをインピーダンス演算器12で求め、その値が共鳴
状態からずれていれば、周波数制御用回路7により共鳴
周波数に近づけるようにフィードバック制御して、その
時点における共鳴周波数をイオン打込み電極2に印加で
きる。
【0022】よって、本実施例によれば、共鳴周波数が
常にモニタされているので、プラズマ密度,電子温度,
イオン温度,磁場強度,電極長さ,電極間隔,プラズマ
と電極間の隙間の厚みなどが変動することによって、共
鳴周波数が変動してもその変動に追随でき、効率よくイ
オンを打込むことができる。
【0023】本発明の第三の実施例を図5を用いて説明
する。この実施例では共鳴周波数を検知する方法とし
て、プラズマ発光を用いた方法を示している。共鳴時に
はプラズマ中に電界が浸透し、その電界によってイオン
だけでなく電子も加速される。その加速された電子が中
性原子やイオンに衝突し、中性原子やイオンが励起され
て光を放出して緩和する。したがって、その発光を検出
するようにして周波数をサーベイすれば共鳴周波数を検
知することができる。図5ではプラズマ発光14を集光
用光学系15を通して分光機能付き光学系16へ導く。
プラズマは共鳴状態でなくとも光っている背景光成分が
あるので、その背景光と共鳴による発光とを分離するた
めに、波長で分離するようにするために分光機能付き光
学系16を用いる。分光機能付き光学系16としては、
例えば、回折格子により光を分散させる分光器や特定の
波長(本発明では共鳴によるプラズマ発光波長)のみを
透過させる波長フィルタなどが用いられる。分離された
共鳴による発光成分は発光検出器17で発光量を検出す
る。得られた発光量を発光量演算器18に伝送し、発光
量が最大となる周波数を求め、その周波数を周波数制御
装置13に伝送して、その周波数を電極に印加する。
【0024】本実施例によれば、プラズマの内部状態を
検出できるので、プラズマが共鳴状態にあることをより
確実に検知でき、また、光を検出するので非接触で共鳴
状態を検知できる。
【0025】
【発明の効果】本発明によれば、電極間のプラズマに共
鳴する周波数が変動する場合でも、共鳴周波数を一定に
維持することができ、効率よくイオンを打込むことがで
きる。また、印加する周波数は一定に保たれるので、周
波数可変型の高周波印加装置を用いる必要がなく、コス
トを低減できる。更には、周波数固定型の高周波印加装
置でよいので、工業的に使用が許されている13.56
MHzの周波数を使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例のブロック図。
【図2】本発明の第二の実施例のブロック図。
【図3】電極間のインピーダンスの周波数特性図。
【図4】プラズマから引き出されるイオン量の周波数特
性図。
【図5】本発明の第三の実施例のブロック図。
【符号の説明】
1…プラズマ、2…イオン打込み電極、3…アース電
極、4…真空容器、5…高周波印加装置、6…整合器、
7…周波数制御用回路、20…イオンの流れ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 一道 茨城県日立市大みか町七丁目2番1号 株 式会社日立製作所エネルギー研究所内

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】プラズマからイオンを引き出すために、一
    組の電極間のプラズマに共鳴する高周波を印加する高周
    波印加装置と、前記高周波印加装置からの高周波が電極
    から反射するのを抑えるためにインピーダンス整合をと
    る整合器と、プラズマからのイオンを打込むために高周
    波を印加するイオン打込み電極とからなるイオン打ち込
    み装置において、整合器とイオン打込み電極との間に共
    鳴周波数を制御するための回路を設けることを特徴とす
    るイオン打込み装置。
  2. 【請求項2】請求項1において、前記共鳴周波数を制御
    するための回路が可変コンデンサおよび/または可変コ
    イルからなるイオン打込み装置。
  3. 【請求項3】請求項1または2において、前記電極間の
    プラズマに共鳴する周波数を検知する装置と、検知した
    周波数の高周波を印加する装置を有するイオン打込み装
    置。
  4. 【請求項4】請求項3において、前記電極間のプラズマ
    に共鳴する周波数を検知するために電極間のインピーダ
    ンスを検出する装置を有するイオン打込み装置。
  5. 【請求項5】請求項4において、前記電極間のプラズマ
    に共鳴する周波数を検知するために電極間のインピーダ
    ンスの大きさが極小となる周波数を検出する装置を有す
    るイオン打込み装置。
  6. 【請求項6】請求項4において、前記電極間のプラズマ
    に共鳴する周波数を検知するために電極間のインピーダ
    ンスの位相が0となる周波数を検出する装置を有するイ
    オン打込み装置。
  7. 【請求項7】請求項3において、前記電極間のプラズマ
    に共鳴する周波数を検知するためにプラズマの発光を検
    出する装置を有するイオン打込み装置。
JP5274046A 1993-11-02 1993-11-02 イオン打込み装置 Pending JPH07130496A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1593753A2 (en) * 2004-05-03 2005-11-09 Applied Materials, Inc. Method for ion implantation
US7642180B2 (en) 2000-08-11 2010-01-05 Applied Materials, Inc. Semiconductor on insulator vertical transistor fabrication and doping process
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JP2016076428A (ja) * 2014-10-08 2016-05-12 春日電機株式会社 放電処理装置

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