JPH10241590A - Ion source - Google Patents

Ion source

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Publication number
JPH10241590A
JPH10241590A JP18838297A JP18838297A JPH10241590A JP H10241590 A JPH10241590 A JP H10241590A JP 18838297 A JP18838297 A JP 18838297A JP 18838297 A JP18838297 A JP 18838297A JP H10241590 A JPH10241590 A JP H10241590A
Authority
JP
Japan
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ion
plasma
ion source
ions
electrode
Prior art date
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Application number
JP18838297A
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Japanese (ja)
Inventor
一 ▲桑▼原
Hajime Kuwabara
Yoshinori Kawasaki
義則 川崎
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IHI Corp
Original Assignee
IHI Corp
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Publication date
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Priority to JP18838297A priority Critical patent/JPH10241590A/en
Publication of JPH10241590A publication Critical patent/JPH10241590A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ion source which can effectively remove a light ion. SOLUTION: In an ion source which is provided with a drawing electrode in a plasma chamber where plasma is generated using a mixed gas including hydrogen as a working gas, and a magnetic filter 9 which passes heavy ions among ions proceeding toward the extracting electrode, capturing light ions, the ion separation ability becomes spatially uniform, adjustment of the light ion removal rate becomes possible, and deposits are decreased by constituting the magnetic filter 9 of an electromagnetic coil 11.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマより重イ
オンビームを発生させるイオン源に係り、特に、効果的
に軽イオンを除去できるイオン源に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ion source for generating a heavy ion beam from plasma, and more particularly to an ion source capable of effectively removing light ions.

【0002】[0002]

【従来の技術】図10に示されるように、イオン源は、
有底円筒状のプラズマ室1を有し、このプラズマ室1に
は作動ガス注入部(図示せず)より水素を含む混合ガス
を作動ガスGとして注入するようになっている。プラズ
マ室底部1aの中央にはフィラメントが設けられてお
り、このフィラメントは放電用電極のうちカソード2を
構成している。プラズマ室1の側壁1bには放電用電極
のうちのアノード3が設けられており、このアノード3
はプラズマ室1の内周に沿わせて環状に形成されてい
る。カソード2には加熱用の電源4が接続され、カソー
ド2とアノード3との間には放電用電源5が接続されて
いる。プラズマ室1の側壁1bにはプラズマ閉じ込め用
磁石6が多段に設けられており、これらのプラズマ閉じ
込め用磁石6は環状に形成されて、側壁1b中に組み込
まれている。
2. Description of the Related Art As shown in FIG.
It has a bottomed cylindrical plasma chamber 1 into which a mixed gas containing hydrogen is injected as a working gas G from a working gas injection section (not shown). A filament is provided at the center of the plasma chamber bottom 1a, and this filament constitutes the cathode 2 of the discharge electrodes. An anode 3 of the discharge electrodes is provided on a side wall 1b of the plasma chamber 1.
Is formed in an annular shape along the inner periphery of the plasma chamber 1. A power supply 4 for heating is connected to the cathode 2, and a power supply 5 for discharge is connected between the cathode 2 and the anode 3. The plasma confinement magnets 6 are provided on the side wall 1b of the plasma chamber 1 in multiple stages, and these plasma confinement magnets 6 are formed in an annular shape and incorporated in the side wall 1b.

【0003】プラズマ室1の開口部には、これを覆うよ
うに引出し電極7が設けられている。引出し電極7に
は、図示しない電源により引出し用の電位が印加されて
おり、プラズマ室1内のイオンを加速することができる
と共に、加速されたイオンを通過させる多数のイオン通
過孔が設けられている。引出し電極7に臨ませて照射対
象、例えば基板8を置くようになっている。
An extraction electrode 7 is provided at the opening of the plasma chamber 1 so as to cover the opening. A potential for extraction is applied to the extraction electrode 7 by a power supply (not shown), so that ions in the plasma chamber 1 can be accelerated and a number of ion passage holes for passing the accelerated ions are provided. I have. An irradiation target, for example, a substrate 8 is placed so as to face the extraction electrode 7.

【0004】この種のイオン源は、プラズマ室内で作動
ガスをプラズマ化させ、電界で加速してイオンを引出す
ものである。プラズマ室に満たされる作動ガスは、所望
のイオンの元になる元素が水素と化合した水素化合物ガ
スであり、例えば、燐イオンを得るためにはPH3 、硼
素イオンを得るためにはB2 6 が用いられる。実際に
は、取扱い易さ、安全性等を考慮し、水素化合物ガス単
独ではなく水素ガスを混合することにより希釈した作動
ガスPH3 /H2 ,B2 6 /H2 などが用いられる。
In this type of ion source, a working gas is turned into plasma in a plasma chamber, and is accelerated by an electric field to extract ions. The working gas filled in the plasma chamber is a hydride gas in which an element which forms a desired ion is combined with hydrogen. For example, PH 3 is used to obtain phosphorus ions, and B 2 H is used to obtain boron ions. 6 is used. Actually, in consideration of ease of handling, safety and the like, a working gas PH 3 / H 2 , B 2 H 6 / H 2 or the like diluted by mixing a hydrogen gas is used instead of the hydrogen compound gas alone.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】作動ガスが水素化合物
ガスであり、しかも水素ガスを混合してある。このた
め、プラズマ室内には混合プラズマ、即ち種々のイオン
からなるプラズマが発生する。例えば、PH3 /H2
作動ガスとした場合、P+ イオンの他にPHX + イオ
ン、H+ イオン、H2 + イオン等が発生する。その比率
は、Pが30%に対しHが70%になる。B2 6 /H
2 を作動ガスとした場合、Bが15%に対しHが85%
になる。
The working gas is a hydrogen compound gas, and the working gas is mixed with hydrogen gas. Therefore, mixed plasma, that is, plasma composed of various ions, is generated in the plasma chamber. For example, when PH 3 / H 2 is used as the working gas, PH X + ions, H + ions, H 2 + ions, and the like are generated in addition to P + ions. The ratio is 30% for P and 70% for H. B 2 H 6 / H
When 2 is used as working gas, B is 15% and H is 85%
become.

【0006】イオンドーピング等の目的からすると、プ
ラズマ室から取り出されるP+ イオンにPHX + イオン
が混在しても大きく差支えないが、H+ イオンやH2 +
イオンは不要のものである。これらの不要なイオンは、
プラズマ室壁や引出し電極或いはイオンドーピングの対
象物等に衝突して熱負荷となる。また、加速電力を無駄
に消費する。従って、良質のイオン源とするには、Hイ
オンやH2 イオンが所望のイオンビーム中に含まれない
ようにする必要がある。
[0006] With the purpose of such an ion doping, although PH X + ions P + ions are taken out from the plasma chamber permissible not larger mixed, H + ions or H 2 +
Ions are unnecessary. These unwanted ions are
A collision with a plasma chamber wall, an extraction electrode, an object of ion doping, or the like causes a heat load. In addition, the accelerating power is wasted. Therefore, in order to obtain a high quality ion source, it is necessary to prevent H ions and H 2 ions from being included in a desired ion beam.

【0007】本出願人は、不要なイオンが引き出されな
いようにするために、引出し電極に向かうイオンのうち
重イオンを通過させ軽イオンを捕捉する磁気フィルタ9
を設けることを既に提案している。磁気フィルタ9は、
引出し電極7に平行させて永久磁石を一定間隔で並べた
ものであり、イオンの通過方向に直交する磁界により軽
イオンを捕捉するようになっている。しかし、磁気フィ
ルタを永久磁石で構成すると次のような問題点がある。
In order to prevent unnecessary ions from being extracted, the present applicant has proposed a magnetic filter 9 for passing heavy ions out of the ions heading for the extraction electrode and capturing light ions.
Has already been proposed. The magnetic filter 9
Permanent magnets are arranged at regular intervals in parallel with the extraction electrode 7, and light ions are captured by a magnetic field perpendicular to the ion passage direction. However, when the magnetic filter is constituted by permanent magnets, there are the following problems.

【0008】図11に示されるように、永久磁石22の
極間に形成される磁界23は膨らみを持つため一様な磁
界とはならず、しかも必要でない空間にも磁界が生じ
る。永久磁石22で構成した磁気フィルタは、重イオン
42を通過させ軽イオン41を捕捉することはできる
が、そのイオン分離能力が空間的に均一でなくなる。極
間距離を拡げるとこの傾向が強くなり、極間距離を縮め
ると、今度は永久磁石部分の太さが極間距離に比べて太
くなりイオン通過面積が確保できないというジレンマが
ある。
As shown in FIG. 11, the magnetic field 23 formed between the poles of the permanent magnet 22 has a swelling and thus is not a uniform magnetic field, and a magnetic field is also generated in an unnecessary space. The magnetic filter constituted by the permanent magnets 22 can pass the heavy ions 42 and capture the light ions 41, but the ion separation ability is not spatially uniform. When the distance between the poles is increased, this tendency becomes stronger, and when the distance between the poles is reduced, there is a dilemma that the thickness of the permanent magnet portion becomes thicker than the distance between the poles and an ion passage area cannot be secured.

【0009】また、永久磁石では磁界の強さは変えられ
ないから、磁界の強さによって軽イオン除去率を調整す
ることができない。
Further, since the strength of the magnetic field cannot be changed with a permanent magnet, the light ion removal rate cannot be adjusted by the strength of the magnetic field.

【0010】また、プラズマ室内は高温環境であり、永
久磁石が磁性を失うのを防ぐために永久磁石を冷却する
必要がある。しかし、冷却すると永久磁石にイオン元素
が付着して堆積物が生じてしまう。
Further, since the plasma chamber is in a high temperature environment, it is necessary to cool the permanent magnet in order to prevent the permanent magnet from losing magnetism. However, when cooled, the ionic element adheres to the permanent magnet and deposits are generated.

【0011】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、効果的に軽イオンを除去できるイオン源を提供する
ことにある。
It is an object of the present invention to solve the above problems and to provide an ion source capable of effectively removing light ions.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、水素を含む混合ガスを作動ガスとしてプラ
ズマを発生させるプラズマ室に引出し電極を設けると共
にこの引出し電極に向かうイオンのうち重イオンを通過
させ軽イオンを捕捉する磁気フィルタを設けたイオン源
において、上記磁気フィルタを電磁コイルで構成したも
のである。
In order to achieve the above object, the present invention provides an extraction electrode in a plasma chamber for generating a plasma using a mixed gas containing hydrogen as a working gas, and a heavy ion out of ions heading to the extraction electrode. In an ion source provided with a magnetic filter for passing ions and capturing light ions, the magnetic filter is constituted by an electromagnetic coil.

【0013】上記電磁コイルは、プラズマ室を横断する
往復の電流路をプラズマ室の縦断方向に多段に配置し、
これらの電流路を順次接続して構成してもよい。
In the electromagnetic coil, a reciprocating current path traversing the plasma chamber is arranged in multiple stages in a longitudinal direction of the plasma chamber.
These current paths may be sequentially connected.

【0014】上記電磁コイルの有磁場領域内に、軽イオ
ンを消滅させるための電極を設けてもよい。
An electrode for extinguishing light ions may be provided in the magnetic field region of the electromagnetic coil.

【0015】上記電磁コイルの両端に電位調整可能なイ
オン消滅電極をプラズマ室と絶縁して設けてもよい。
An ion-extinguishing electrode whose potential can be adjusted may be provided at both ends of the electromagnetic coil insulated from the plasma chamber.

【0016】電流路は、ロッドで形成し、そのロッドに
絶縁管を被覆して磁気フィルタを構成してもよい。
The current path may be formed by a rod, and the rod may be covered with an insulating tube to constitute a magnetic filter.

【0017】磁気フィルタと引出し電極間に、プラズマ
室と電気的に絶縁され、任意の電圧が印加可能なリング
状のプラズマ電位調整電極を設けるようにしてもよい。
A ring-shaped plasma potential adjusting electrode electrically insulated from the plasma chamber and capable of applying an arbitrary voltage may be provided between the magnetic filter and the extraction electrode.

【0018】引出し電極側に、プラズマ室と電気的に絶
縁され、任意の電圧が印加可能なプラズマグリットを設
けるようにしてもよい。
A plasma grid, which is electrically insulated from the plasma chamber and to which an arbitrary voltage can be applied, may be provided on the extraction electrode side.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を添付
図面に基づいて詳述する。
An embodiment of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.

【0020】図1に示される本発明のイオン源は、プラ
ズマ室1に作動ガス注入部、放電用電極、プラズマ閉じ
込め用磁石、引出し電極等を設けたものであるが、従来
技術に属するものは省略してある。プラズマ室1内には
引出し電極7より内側に引出し電極7に沿って電磁コイ
ル11からなる磁気フィルタ9が設けられている。この
イオン源の照射対象となる基板は角型のものであり、引
出し電極7のイオン通過孔は基板形状に合うよう角型に
配置され、磁気フィルタ9もまた角型に形成されてい
る。磁気フィルタ9を構成する電磁コイル11は、プラ
ズマ室1を横断する往復の電流路12a,12bを有
し、往路12aと復路12bとは引出し電極7からの距
離が異なる位置に設けられている。ここでは、引出し電
極7に近いほうの電流路が往路12aであり、遠いほう
の電流路が復路12bである。そして、この往復の電流
路12a,12bの対がプラズマ室1の縦断方向に多段
に配置されている。
The ion source of the present invention shown in FIG. 1 has a plasma chamber 1 provided with a working gas injection portion, a discharge electrode, a plasma confinement magnet, an extraction electrode, and the like. Omitted. Inside the plasma chamber 1, a magnetic filter 9 including an electromagnetic coil 11 is provided along the extraction electrode 7 inside the extraction electrode 7. The substrate to be irradiated by the ion source is of a square type, the ion passage holes of the extraction electrode 7 are arranged in a square shape so as to match the substrate shape, and the magnetic filter 9 is also formed in a square shape. The electromagnetic coil 11 constituting the magnetic filter 9 has reciprocating current paths 12 a and 12 b traversing the plasma chamber 1, and the forward path 12 a and the return path 12 b are provided at different positions from the extraction electrode 7. Here, the current path closer to the extraction electrode 7 is the outward path 12a, and the current path farther away is the return path 12b. The pair of reciprocating current paths 12 a and 12 b are arranged in multiple stages in the longitudinal direction of the plasma chamber 1.

【0021】図2に示されるように、電磁コイル11
は、電流路を構成する一定長さかつ一定径のモリブデン
製のロッド13を2列多段に並べ、一方の列のロッドが
往路用のロッド13a、他方の列のロッドが復路用のロ
ッド13bとし、これらロッドの一端側では往路用のロ
ッド13aと同段の復路用のロッド13bとを連結用導
体棒14で連結し、その反対端では復路用のロッド13
bと次段の往路用のロッド13aとを連結用導体棒15
で連結したものである。このように、往復するごとに一
段変えてロッド13a,13bを順次接続することによ
り角型の電磁コイルが構成されている。往路用のロッド
13aと復路用のロッド13bとの間隔は非常に狭く、
往路用のロッド13a,13a同士、復路用のロッド1
3b,13b同士の間隔は広くなっており、電磁コイル
11は偏平な外観を呈する。この電磁コイルは、各連結
用導体棒14,15を絶縁体スペーサ(図示せず)に固
定し、この絶縁体スペーサをプラズマ室の側壁に取り付
けることによって、電気的に絶縁されかつ構造的に支持
されている。
As shown in FIG. 2, the electromagnetic coil 11
Are arranged in two rows and rows of rods 13 made of molybdenum having a constant length and a constant diameter, which constitute a current path, and one of the rods is a forward rod 13a and the other is a return rod 13b. At one end of these rods, the forward rod 13a and the same-stage return rod 13b are connected by the connecting conductor rod 14, and at the opposite end, the return rod 13a is connected.
b and the connecting rod 13a for the forward path of the next stage
It is connected by. In this way, a rectangular electromagnetic coil is formed by sequentially connecting the rods 13a and 13b while changing one step each time it reciprocates. The distance between the forward rod 13a and the return rod 13b is very small,
Outgoing rods 13a, 13a, return rod 1
The interval between 3b and 13b is large, and the electromagnetic coil 11 has a flat appearance. This electromagnetic coil is electrically insulated and structurally supported by fixing each connecting conductor rod 14, 15 to an insulator spacer (not shown) and attaching the insulator spacer to the side wall of the plasma chamber. Have been.

【0022】電流Iによる磁界は、往路用のロッド13
aと復路用のロッド13bに挟まれた空間に矢印Hの方
向に生じる。この方向は、図1ではプラズマ室1の縦断
方向に相当する。
The magnetic field generated by the current I is transmitted to the rod 13 for the forward path.
a in the direction indicated by the arrow H in the space between the a and the return rod 13b. This direction corresponds to the longitudinal direction of the plasma chamber 1 in FIG.

【0023】図1のイオン源は、図示されない電磁コイ
ル用電源より電磁コイル11に電流を流すと矢印Hの磁
界が生じる。一方、プラズマ室1内に発生している重イ
オン及び軽イオンは、プラズマの拡散により電磁コイル
11を通過することになる。電磁コイル11による磁界
はイオンの通過方向に直交するのでイオンの移動方向が
影響され、重イオンは通過するが軽イオンは磁界に捕捉
される。従って、イオン源から発生する矢印Bのイオン
ビームには重イオンのみが含まれることになる。
In the ion source shown in FIG. 1, when a current is supplied to the electromagnetic coil 11 from an electromagnetic coil power supply (not shown), a magnetic field indicated by an arrow H is generated. On the other hand, heavy ions and light ions generated in the plasma chamber 1 pass through the electromagnetic coil 11 due to plasma diffusion. Since the magnetic field generated by the electromagnetic coil 11 is orthogonal to the direction in which the ions pass, the moving direction of the ions is affected, and heavy ions pass but light ions are captured by the magnetic field. Therefore, only the heavy ions are included in the ion beam indicated by the arrow B generated from the ion source.

【0024】電磁コイル11が形成する磁界は、電磁コ
イル11の内部空間にのみ限定的に存在し、しかも場所
によって偏りのない一様な磁界となる。このため、イオ
ン分離能力が空間的に均一なる。イオン通過面積を大き
く確保するにはロッド13a,13a(13b,13
b)の間隔を拡げるのがよいが、ロッドの間隔を拡げて
も、永久磁石のように磁界が膨らむことがない。
The magnetic field formed by the electromagnetic coil 11 exists only in the internal space of the electromagnetic coil 11 in a limited manner, and is a uniform magnetic field having no bias depending on the location. For this reason, the ion separation ability is spatially uniform. To secure a large ion passage area, the rods 13a, 13a (13b, 13
It is preferable to increase the interval of b), but even if the interval of the rods is increased, the magnetic field does not expand unlike the permanent magnet.

【0025】また、電磁コイル11の磁界の強さは電流
Iによって簡単に変えられるので、軽イオン除去率を調
整することが可能になる。
Further, since the strength of the magnetic field of the electromagnetic coil 11 can be easily changed by the current I, the light ion removal rate can be adjusted.

【0026】また、電磁コイル11は高温環境でも磁界
を失わずに使用できるので、冷却設備が不要で、しかも
堆積物が低減できる。さらに、イオン通過面積を大きく
確保するようにロッドの間隔を拡げる場合、巻線数が小
さくなるので、大電流を流すことで磁界の強さを確保す
ることになるが、大電流を流すとロッドが高熱になり堆
積物をいっそうよく除去することができ、好ましい。
Further, since the electromagnetic coil 11 can be used without losing the magnetic field even in a high temperature environment, no cooling equipment is required and the amount of deposits can be reduced. Furthermore, when the interval between the rods is increased so as to secure a large ion passage area, the number of windings is reduced, so that a large current flows to secure the strength of the magnetic field. However, it is preferable because the heat is high and the deposits can be removed even more.

【0027】図3にイオン消滅電極を設けた本発明のイ
オン源を示す。イオン消滅電極16は、電磁コイル11
の有磁場領域内に設けられている。即ち、プラズマ室1
を横断する板状のイオン消滅電極16が往復電流路12
a,12bの各段の中間の位置に、イオンの通過方向に
沿うように設けられている。イオン消滅電極16は、浮
動電位か又は放電アノード電位、あるいは、それより負
電位に設定する。例えば、プラズマ室の側壁に直接取り
付けることにより、プラズマ室の側壁が浮動電位である
からイオン消滅電極16も浮動電位とすることができ
る。
FIG. 3 shows an ion source of the present invention provided with an ion annihilation electrode. The ion annihilation electrode 16 is
Are provided in the magnetic field region. That is, the plasma chamber 1
The plate-like ion annihilation electrode 16 crossing the
It is provided in the middle position of each stage of a and 12b along the ion passing direction. The ion annihilation electrode 16 is set to a floating potential, a discharge anode potential, or a negative potential. For example, by directly attaching to the side wall of the plasma chamber, since the side wall of the plasma chamber has a floating potential, the ion annihilation electrode 16 can also be set to the floating potential.

【0028】イオン消滅電極16を設けたイオン源にあ
っては、磁界に捕捉された軽イオンがイオン消滅電極1
6を介してプラズマ中より電子を得やすくなるので、軽
イオン消滅(中性ガス化)が促進される。
In the ion source provided with the ion annihilation electrode 16, the light ions captured by the magnetic field cause the ion annihilation electrode 1 to emit light ions.
Since electrons can be more easily obtained than in the plasma through 6, light ion annihilation (neutral gasification) is promoted.

【0029】図4に本発明のイオン源を応用したドーピ
ング装置を示す。このドーピング装置は、イオン源31
内に磁気フィルタ32を備え、このイオン源31には照
射対象である基板を収容するプロセス室33が隣接して
いる。このプロセス室33にシャッタを隔て、プロセス
雰囲気中で稼働する搬送ロボットを収容したロボット室
34が設けられ、さらにロボット室34の両側にはそれ
ぞれシャッタを隔ててプロセス雰囲気又は大気を除去す
るロードロック室35が設けられている。ロードロック
室35の外には空気中で稼働する大気ロボット36が設
けられている。基板はカセット化され、そのカセットが
カセットステージ37に供給又は排出されるようになっ
ている。
FIG. 4 shows a doping apparatus to which the ion source of the present invention is applied. This doping apparatus includes an ion source 31.
The ion source 31 is adjacent to a process chamber 33 for accommodating a substrate to be irradiated. The process chamber 33 is provided with a robot chamber 34 containing a transfer robot operating in a process atmosphere, separated by a shutter, and a load lock chamber on both sides of the robot chamber 34 for removing the process atmosphere or the atmosphere through a shutter. 35 are provided. Outside the load lock chamber 35, an atmospheric robot 36 operating in air is provided. The substrate is formed into a cassette, and the cassette is supplied to or discharged from the cassette stage 37.

【0030】供給側のカセットステージ37に置かれた
カセットを大気ロボット36がロードロック室35に供
給し、ロードロック室35内の空気がパージガスに置換
されると、ロボット室34内の搬送ロボットがカセット
をプロセス室33内の照射位置に設置する。照射が終了
したカセットは、搬送ロボットが反対側のロードロック
室35に搬送する。ロードロック室35内の作動ガスが
パージガスに置換されると、大気ロボット36がカセッ
トをカセットステージ37に排出する。
The atmospheric robot 36 supplies the cassette placed on the cassette stage 37 on the supply side to the load lock chamber 35, and when the air in the load lock chamber 35 is replaced with the purge gas, the transfer robot in the robot chamber 34 is moved. The cassette is set at an irradiation position in the process chamber 33. After the irradiation, the cassette is transferred to the load lock chamber 35 on the opposite side by the transfer robot. When the working gas in the load lock chamber 35 is replaced with the purge gas, the atmospheric robot 36 discharges the cassette to the cassette stage 37.

【0031】図9に、上記ドーピング装置で加工される
基板を示す。この基板は、ポリシリコン膜51上にシリ
コン酸化膜52を形成したものである。PHX + を照射
する際にシリコン酸化膜52上にモリブデン膜53を形
成しておくことにより、ポリシリコン膜51の所望の区
画にPHX + を注入することができる。例えば、薄膜ト
ランジスタの製造において、ソース54及びドレイン5
5となる区画のみにPHX + を注入し、チャンネル56
となる区画にはPHX + を注入しないようにする。この
とき、イオンビーム中にH+ が含まれていると、ソース
54及びドレイン55の区画はH+ が通り抜け易いが、
チャンネル56の区画にはH+ が注入されてしまう。本
発明のイオン源を使用した場合、H+ が除去されたイオ
ンビームを照射することができるので、チャンネル56
の区画にH+ が注入されることがない。
FIG. 9 shows a substrate processed by the doping apparatus. This substrate is obtained by forming a silicon oxide film 52 on a polysilicon film 51. By forming the molybdenum film 53 on the silicon oxide film 52 when irradiating the PH X +, it is possible to inject PH X + the desired compartments of the polysilicon film 51. For example, in the manufacture of a thin film transistor, the source 54 and the drain 5
Inject PH X + only in the section that becomes 5 and make channel 56
Do not inject PH X + into the compartment where In this case, the inclusion of H + in the ion beam, partition of the source 54 and drain 55 are liable to pass through the H +,
H + is injected into the section of the channel 56. When the ion source of the present invention is used, an ion beam from which H + has been removed can be irradiated.
H + is not injected into the compartment.

【0032】本発明のイオン源を応用したドーピング装
置は、イオンビーム中に不要な軽イオンが含まれないの
で、PHX + やB2 6 + のドーピングに際し、基板温
度の上昇を低減し、レジストの使用を可能とすることが
できる。
In the doping apparatus to which the ion source of the present invention is applied, unnecessary light ions are not contained in the ion beam, so that the doping of PH X + or B 2 H 6 + can reduce the rise in the substrate temperature, The use of a resist can be enabled.

【0033】次に、図5に示した本発明の他の実施の形
態を説明する。
Next, another embodiment of the present invention shown in FIG. 5 will be described.

【0034】上述の図3の実施の形態の形態において
は、イオン消滅電極16を、電磁コイル11の有磁場領
域内に、浮動電位で設ける例を示したが、本実施の形態
においては、イオン消滅電極16を磁気フィルタ9を形
成する電磁コイル11の両端に配置すると共に、リング
状に形成したアノード3とイオン消滅電極16に所定の
電位をかけるようにしたものである。なお、2aはフィ
ラメント、7は引出しグリット7aと加速電極7bから
なる引出し電極である。
In the embodiment of FIG. 3 described above, an example is shown in which the ion annihilation electrode 16 is provided at a floating potential in the magnetic field region of the electromagnetic coil 11. The annihilation electrodes 16 are disposed at both ends of the electromagnetic coil 11 forming the magnetic filter 9, and a predetermined potential is applied to the ring-shaped anode 3 and the ion annihilation electrode 16. In addition, 2a is a filament, and 7 is an extraction electrode composed of an extraction grid 7a and an acceleration electrode 7b.

【0035】この図5の形態においては、イオン消滅電
極16を、プラズマ発生部と電気的に絶縁し、かつ外部
よりその電位を任意にコントロール可能にすることによ
り、イオン消滅電極16が挿入された磁気フィルタ9の
空間のプラズマ電位のコントロールが可能となり、イオ
ン消滅電極16の挿入と磁場によるイオントラップの両
立が可能となり、磁気フィルタ効果が向上し、所望の重
イオン発生効率が高まる。
In the embodiment shown in FIG. 5, the ion annihilation electrode 16 is inserted by electrically insulating the ion annihilation electrode 16 from the plasma generating section and enabling the potential to be arbitrarily controlled from the outside. The plasma potential in the space of the magnetic filter 9 can be controlled, and both the insertion of the ion annihilation electrode 16 and the ion trap by the magnetic field can be achieved, thereby improving the magnetic filter effect and increasing the desired heavy ion generation efficiency.

【0036】図6は、図5の電磁コイル11のMoで形
成したロッド13a,13bをアルミナ等の絶縁管17
でカバーしてイオン源を構成したものである。
FIG. 6 shows a rod 13a, 13b made of Mo of the electromagnetic coil 11 of FIG.
To form an ion source.

【0037】この実施の形態においては、プラズマ発生
時(イオン源作動時)、ロッド13a,13b外周の絶
縁管17表面は自動的にチャージアップし、その表面電
位は全域にわたって共通電位(=浮遊電位)となる。
In this embodiment, when plasma is generated (during operation of the ion source), the surface of the insulating tube 17 around the rods 13a and 13b is automatically charged up, and the surface potential is common potential (= floating potential) over the entire area. ).

【0038】これにより磁気フィルタ9のプラズマ電位
の空間的な変動をおさえられる。またロッド13a,1
3bへの印加電圧により過剰なプラズマ電位のしずみ込
みも防げる。
As a result, the spatial fluctuation of the plasma potential of the magnetic filter 9 can be suppressed. The rods 13a, 1
Excessive plasma potential can be prevented from dripping by the applied voltage to 3b.

【0039】図7は、図6を変形したもので、絶縁管1
7でカバーした電磁コイル11と引出し電極7間のプラ
ズマ拡散室20にプラズマ電位調整電極18を設け、こ
のプラズマ電位調整電極18とイオン消滅電極16間に
電位調整電源19を接続したものである。
FIG. 7 is a modified version of FIG.
A plasma potential adjustment electrode 18 is provided in a plasma diffusion chamber 20 between the electromagnetic coil 11 and the extraction electrode 7 covered by the electrode 7, and a potential adjustment power supply 19 is connected between the plasma potential adjustment electrode 18 and the ion annihilation electrode 16.

【0040】また、図8は、プラズマ電位調整電極18
に代えてプラズマ室1と電気的に絶縁するよう絶縁材2
1aを介してプラズマグリット21を設け、そのプラズ
マグリット21とイオン消滅電極16間に電位調整電源
19を接続したものである。
FIG. 8 shows a plasma potential adjusting electrode 18.
Insulating material 2 so as to be electrically insulated from plasma chamber 1
A plasma grit 21 is provided via 1a, and a potential adjusting power supply 19 is connected between the plasma grit 21 and the ion annihilation electrode 16.

【0041】この図7,図8の実施の形態においては、
プラズマ拡散室20内に、プラズマ室1と電気的に絶縁
され、かつ電位調整電源19にて、アノード3に対して
任意の電圧が印加可能なプラズマ電位調整電極18やプ
ラズマグリット21を設置し、その電極18やプラズマ
グリット21への印加電圧を調整することによりプラズ
マ拡散室20での電子イオンの消滅バランスを調整して
拡散室20のプラズマのプラズマ室1に対する相対電
位、磁気フィルタ9の発生磁界を調整可能とすること
で、拡散室20のプラズマ中の電子イオンのプラズマ電
位調整電極18やプラズマグリット21での消滅バラン
スが変化(フローティング電位に対して正にした場合
は、電子消滅を促進、イオン消滅を抑制し、フローティ
ング電位に対して負にした場合は、電子消滅を抑制、イ
オン消滅を促進)し、拡散室20のプラズマのプラズマ
室1に対する相対電位、磁気フィルタ発生電界を調整で
きる。これにより磁気フィルタ9でのイオンの加減速を
コントロールして、磁気フィルタ9のイオントラップ効
果を、所望のイオン種分離(PHX :HX ,B2 X
X 9に最適な条件に調整可能となる。
In the embodiment shown in FIGS. 7 and 8,
A plasma potential adjusting electrode 18 and a plasma grit 21 that are electrically insulated from the plasma chamber 1 and can apply an arbitrary voltage to the anode 3 by a potential adjusting power supply 19 are installed in a plasma diffusion chamber 20. By adjusting the voltage applied to the electrode 18 and the plasma grit 21, the elimination balance of the electron ions in the plasma diffusion chamber 20 is adjusted, and the relative potential of the plasma in the diffusion chamber 20 to the plasma chamber 1 and the magnetic field generated by the magnetic filter 9. Can be adjusted to change the annihilation balance of the electron ions in the plasma in the diffusion chamber 20 at the plasma potential adjusting electrode 18 and the plasma grit 21 (when the floating potential is made positive, the electron annihilation is promoted. When ion extinction is suppressed and the potential is negative with respect to the floating potential, electron extinction is suppressed and ion extinction is promoted). The relative potential with respect to the plasma chamber 1 of the plasma chamber 20 can be adjusted magnetic filter generating an electric field. Thereby, acceleration / deceleration of ions in the magnetic filter 9 is controlled, and the ion trapping effect of the magnetic filter 9 is set to a desired ion species separation (PH X : H X , B 2 H X :
The adjustable optimal conditions to H X 9.

【0042】[0042]

【発明の効果】本発明は次の如き優れた効果を発揮す
る。
The present invention exhibits the following excellent effects.

【0043】(1)イオン分離能力が空間的に均一なる
ので、良質のイオンビームが得られる。
(1) Since the ion separation ability is spatially uniform, a high-quality ion beam can be obtained.

【0044】(2)軽イオン除去率を容易に調整するこ
とができる。
(2) The light ion removal rate can be easily adjusted.

【0045】(3)堆積物が低減できるので、保守が容
易になる。
(3) Since the amount of deposits can be reduced, maintenance becomes easy.

【0046】(4)磁気フィルタ発生電界を調整でき、
磁気フィルタでのイオンの加減速をコントロールして、
磁気フィルタのイオントラップ効果を、所望のイオン種
分離に最適な条件に調整可能となる。
(4) The electric field generated by the magnetic filter can be adjusted.
By controlling the acceleration and deceleration of ions in the magnetic filter,
The ion trap effect of the magnetic filter can be adjusted to the optimum condition for desired ion species separation.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施形態を示すイオン源の断面図であ
る。
FIG. 1 is a sectional view of an ion source showing an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の電磁コイルによる磁気フィルタの拡大
斜視図である。
FIG. 2 is an enlarged perspective view of a magnetic filter using the electromagnetic coil of the present invention.

【図3】本発明の他の実施形態を示すイオン源の断面図
である。
FIG. 3 is a cross-sectional view of an ion source showing another embodiment of the present invention.

【図4】本発明のイオン源を応用したドーピング装置の
平面図である。
FIG. 4 is a plan view of a doping apparatus to which the ion source of the present invention is applied.

【図5】本発明の他の実施形態を示すイオン源の断面図
である。
FIG. 5 is a cross-sectional view of an ion source showing another embodiment of the present invention.

【図6】本発明の他の実施形態を示すイオン源の断面図
である。
FIG. 6 is a cross-sectional view of an ion source showing another embodiment of the present invention.

【図7】本発明の他の実施形態を示すイオン源の断面図
である。
FIG. 7 is a cross-sectional view of an ion source showing another embodiment of the present invention.

【図8】本発明の他の実施形態を示すイオン源の断面図
である。
FIG. 8 is a cross-sectional view of an ion source showing another embodiment of the present invention.

【図9】ドーピング装置で加工される基板の断面図であ
る。
FIG. 9 is a sectional view of a substrate processed by a doping apparatus.

【図10】従来のイオン源の断面図である。FIG. 10 is a sectional view of a conventional ion source.

【図11】永久磁石による磁気フィルタ磁場の図であ
る。
FIG. 11 is a diagram of a magnetic filter magnetic field by a permanent magnet.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 プラズマ室 7 引出し電極 9 磁気フィルタ 11 電磁コイル 16 イオン消滅電極 17 絶縁管 18 プラズマ電位調整電極 21 プラズマグリット REFERENCE SIGNS LIST 1 plasma chamber 7 extraction electrode 9 magnetic filter 11 electromagnetic coil 16 ion annihilation electrode 17 insulating tube 18 plasma potential adjusting electrode 21 plasma grit

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 水素を含む混合ガスを作動ガスとしてプ
ラズマを発生させるプラズマ室に引出し電極を設けると
共にこの引出し電極に向かうイオンのうち重イオンを通
過させ軽イオンを捕捉する磁気フィルタを設けたイオン
源において、上記磁気フィルタを電磁コイルで構成した
ことを特徴とするイオン源。
1. An ion having an extraction electrode provided in a plasma chamber for generating plasma using a mixed gas containing hydrogen as a working gas and having a magnetic filter for passing heavy ions out of the ions heading to the extraction electrode and capturing light ions. An ion source, wherein the magnetic filter comprises an electromagnetic coil.
【請求項2】 上記電磁コイルは、プラズマ室を横断す
る往復の電流路をプラズマ室の縦断方向に多段に配置
し、これらの電流路を順次接続して構成したことを特徴
とする請求項1記載のイオン源。
2. The electromagnetic coil according to claim 1, wherein reciprocating current paths traversing the plasma chamber are arranged in multiple stages in a longitudinal direction of the plasma chamber, and these current paths are sequentially connected. The ion source as described.
【請求項3】 上記電磁コイルの有磁場領域内に、軽イ
オンを消滅させるための電極を設けたことを特徴とする
請求項1又は2記載のイオン源。
3. The ion source according to claim 1, wherein an electrode for extinguishing light ions is provided in a magnetic field region of the electromagnetic coil.
【請求項4】 上記電磁コイルの両端に電位調整可能な
イオン消滅電極をプラズマ室と絶縁して設けたことを特
徴とする請求項1又は2記載のイオン源。
4. The ion source according to claim 1, wherein an ion-extinguishing electrode whose potential is adjustable is provided at both ends of said electromagnetic coil insulated from a plasma chamber.
【請求項5】 電流路がロッドからなり、そのロッドが
絶縁管で被覆された請求項2又は4記載のイオン源。
5. The ion source according to claim 2, wherein the current path comprises a rod, and the rod is covered with an insulating tube.
【請求項6】 磁気フィルタと引出し電極間に、プラズ
マ室と電気的に絶縁され、任意の電圧が印加可能なリン
グ状のプラズマ電位調整電極が設けられた請求項5記載
のイオン源。
6. The ion source according to claim 5, wherein a ring-shaped plasma potential adjusting electrode electrically insulated from the plasma chamber and capable of applying an arbitrary voltage is provided between the magnetic filter and the extraction electrode.
【請求項7】 引出し電極側に、プラズマ室と電気的に
絶縁され、任意の電圧が印加可能なプラズマグリットが
設けられた請求項5記載のイオン源。
7. The ion source according to claim 5, wherein a plasma grit which is electrically insulated from the plasma chamber and to which an arbitrary voltage can be applied is provided on the extraction electrode side.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2002054441A1 (en) * 2000-12-28 2002-07-11 Ishikawajima-Harima Jukogyo Kabushiki Kaisha Method and device for separating ion mass, and ion doping device
JP2019186104A (en) * 2018-04-12 2019-10-24 日新イオン機器株式会社 Ion source, ion beam irradiation apparatus, and operation method of ion source

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