JP6083260B2 - Ion source and ion beam irradiation apparatus equipped with the ion source - Google Patents
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Description
本発明は、クリーニング機能を有するイオン源と当該イオン源を備えたイオンビーム照射装置に関する。 The present invention relates to an ion source having a cleaning function and an ion beam irradiation apparatus including the ion source.
イオン源の運転を長時間継続していると、イオン源を構成するプラズマ室の内壁やプラズマ室に隣接配置された引出電極系にBF3やPH3等のイオン化ガスの成分が付着して、付着物が堆積してしまう。 If the operation of the ion source is continued for a long time, components of ionized gas such as BF3 and PH3 adhere to the inner wall of the plasma chamber constituting the ion source and the extraction electrode system disposed adjacent to the plasma chamber. Will accumulate.
このような堆積物を放置しておくと、次第にその堆積量が多くなり、これに起因してプラズマ室内やプラズマ室とプラズマ室の端部に配置された引出電極系を構成する電極との間で異常放電が発生する。このような異常放電の発生によってプラズマ室内でのプラズマの生成が不安定になり、イオン源から所望するようなイオンビームを引出すことが困難になる。 If such a deposit is left unattended, the amount of the deposit gradually increases, and due to this, there is a gap between the plasma chamber and between the electrodes constituting the extraction electrode system disposed at the end of the plasma chamber and the plasma chamber. An abnormal discharge occurs. Generation of such an abnormal discharge makes the generation of plasma in the plasma chamber unstable, making it difficult to extract a desired ion beam from the ion source.
また、1台のイオンビーム照射装置でイオン化ガスを切り替えて、異なるイオン種のイオンビームをシリコンウェーハやガラス基板等の試料に照射する場合、先に使用していたイオン化ガスによる堆積物がプラズマ室等に堆積していると、次に異なるイオン化ガスでプラズマを生成した際に、先のイオン化ガスによる堆積物から不要なイオンが発生して、試料に照射されるイオンビーム内に混入してしまう。不要なイオンが混入したイオンビームが試料に照射されると、試料が製造不良となってしまうので、試料を破棄しなければならなくなる。 In addition, when the ionized gas is switched by one ion beam irradiation device and a sample such as a silicon wafer or a glass substrate is irradiated with an ion beam of a different ion species, the deposit by the previously used ionized gas is removed from the plasma chamber. When the plasma is generated with the next different ionized gas, unnecessary ions are generated from the deposit by the previous ionized gas and mixed into the ion beam irradiated to the sample. . When the sample is irradiated with an ion beam in which unnecessary ions are mixed, the sample becomes defective in manufacture, and the sample must be discarded.
上述した異常放電や製造不良の問題を解決する為に、イオン源の内部を適度にクリーニングしておく必要がある。イオン源内部のクリーニングにあたっては、クリーニングに要する時間と手間を考慮し、特許文献1に記載されているようにイオン源を大気開放せずにクリーニングすることが行われていた。
In order to solve the problems of abnormal discharge and manufacturing defects described above, it is necessary to clean the inside of the ion source appropriately. In cleaning the inside of the ion source, in consideration of the time and labor required for cleaning, as described in
特許文献1に記載のイオン源は、イオン注入装置で用いられる高周波型のイオン源で、イオン注入時以外の時にイオン源内に水素ガスを導入してプラズマ室内に水素プラズマを生成する。そして、このプラズマによるスパッタリング作用を利用してプラズマ室の内壁やプラズマ室に隣接配置された引出電極系の堆積物の引き剥しを行っている。
The ion source described in
特許文献1に記載のイオン源では、プラズマ室とプラズマ室の端部に配置された電極の電位は同電位で、これらの電位を決定する高周波電源の出力電圧は周期的に変化している。また、プラズマ室内で生成される水素プラズマの電位もこの高周波電源の出力電圧の変化により周期的に変化している。プラズマの電位がプラズマ室等の電位に対して十分に高い場合、プラズマ室等が水素プラズマによって強くスパッタリングされて、クリーニングを効果的に行うことができるが、高周波電源の出力電圧の変化により、プラズマの電位がプラズマ室等に対してそれほど高くない場合、プラズマ室等はほとんどスパッタリングされない。つまり、程度の差はあるが、この場合にはイオン源内部のクリーニングはほとんど行われていない。
In the ion source described in
上述したように、特許文献1のイオン源ではイオン源内部のクリーニングが高周波電源の出力電圧の変化に応じて周期的に行われるものであり、クリーニングの効率が悪いものであった。
As described above, in the ion source of
本発明では、上述した点を鑑み、高周波型のイオン源で行われるクリーニングの効率を改善することを主たる目的とする。 In view of the above points, the main object of the present invention is to improve the efficiency of cleaning performed by a high-frequency ion source.
イオン源は、高周波電源を用いてプラズマ室でプラズマを生成し、前記プラズマ室に隣接配置された複数枚の電極からなる引出電極系を用いて当該プラズマからイオンビームを引出すイオン源であって、クリーニング時には、前記プラズマ室内にクリーニング用のガスが導入されるとともに、前記高周波電源が前記プラズマ室に接続されていて、前記プラズマ室と前記引出電極系を構成するいずれかの電極との間にはバイアス電源が接続されている。 The ion source is an ion source that generates plasma in a plasma chamber using a high-frequency power source, and extracts an ion beam from the plasma using an extraction electrode system including a plurality of electrodes disposed adjacent to the plasma chamber, During cleaning, a cleaning gas is introduced into the plasma chamber, and the high-frequency power source is connected to the plasma chamber, and between the plasma chamber and any of the electrodes constituting the extraction electrode system Bias power supply is connected.
プラズマ室と引出電極系を構成するいずれかの電極との間にバイアス電源を設けているので、両部材の電位を異ならせることができる。その為、高周波電源の出力電圧や出力電流が変化しても、プラズマ室の内壁あるいはバイアス電源が接続されている電極の表面を効果的にクリーニングし続けることができる。 Since a bias power source is provided between the plasma chamber and any electrode constituting the extraction electrode system, the potentials of both members can be made different. Therefore, even if the output voltage or output current of the high frequency power source changes, the inner wall of the plasma chamber or the surface of the electrode to which the bias power source is connected can be effectively cleaned.
前記バイアス電源は、前記引出電極系を構成する複数枚の電極のうち、前記プラズマ室に最も近い位置に配置された電極に接続されていることが望ましい。 The bias power source is preferably connected to an electrode disposed at a position closest to the plasma chamber among a plurality of electrodes constituting the extraction electrode system.
引出電極系を構成する電極のうち、プラズマ室の端部に配置された電極の表面は、イオン化ガスと接触する割合が高いので、他の電極に比べて電極表面にイオン化ガスによる付着物が堆積し易い。その為、このような電極にバイアス電源を接続しておけば、引出電極系のクリーニングを効果的に行うことができる。 Of the electrodes that make up the extraction electrode system, the surface of the electrode arranged at the end of the plasma chamber has a high rate of contact with the ionized gas, so that deposits due to the ionized gas are deposited on the electrode surface compared to other electrodes. Easy to do. Therefore, if a bias power source is connected to such an electrode, the extraction electrode system can be effectively cleaned.
前記バイアス電源は、前記プラズマ室側が負極となるように接続されていることが望ましい。 The bias power source is preferably connected so that the plasma chamber side is a negative electrode.
このような構成であれば、イオン化ガスに曝される比較的面積の大きなプラズマ室を集中的にクリーニングすることができる。 With such a configuration, a relatively large plasma chamber exposed to the ionized gas can be intensively cleaned.
一方で、前記バイアス電源は、前記プラズマ室側が正極となるように接続されていてもよい。 On the other hand, the bias power source may be connected so that the plasma chamber side is a positive electrode.
このような構成であれば、引出電極系を構成する電極の表面を集中的にクリーニングすることができる。 With such a configuration, the surface of the electrode constituting the extraction electrode system can be intensively cleaned.
また、前記バイアス電源は交流電源であってもよい。 The bias power source may be an AC power source.
このような構成であれば、プラズマ室の内壁と引出電極系を交互にクリーニングすることができる。 With such a configuration, the inner wall of the plasma chamber and the extraction electrode system can be cleaned alternately.
そのうえ、前記プラズマ室は、前記イオンビームの引出方向と略直交する背面と、前記イオンビームの引出方向と略直交しない側面とを具備し、前記側面の周囲に沿って複数の永久磁石が配置されていることが望ましい。 In addition, the plasma chamber includes a back surface that is substantially orthogonal to the ion beam extraction direction and a side surface that is not substantially orthogonal to the ion beam extraction direction, and a plurality of permanent magnets are disposed along the periphery of the side surface. It is desirable that
このような構成であれば、プラズマ室を構成する背面のクリーニングを効果的に行うことができる。 With such a configuration, it is possible to effectively clean the back surface constituting the plasma chamber.
イオンビーム照射装置としては、上述したイオン源と、前記イオン源から引出されたイオンビームに含まれるイオンを質量に応じて偏向する質量分析電磁石と、前記質量分析電磁石で偏向されたイオンのうち特定の質量を有するイオンのみを通過させる分析スリットと、を備えたものであればよい。 The ion beam irradiation apparatus includes the above-described ion source, a mass analysis electromagnet that deflects ions contained in the ion beam extracted from the ion source according to mass, and a specific one of the ions deflected by the mass analysis electromagnet And an analysis slit that allows only ions having a mass of 1 to pass therethrough.
このような質量分析型のイオン注入装置であれば、イオン化ガスの切り換えを行って試料へのイオンビーム照射処理を行う際、先のイオンビーム照射処理で用いたイオン化ガスの堆積物がプラズマ室や電極に多少残っていても、この堆積物より発生したイオンを質量分離によりイオンビームから分離させることができるので、不要なイオンの混入による試料の製造不良を防止することができる。 In such a mass spectrometry type ion implantation apparatus, when ion beam irradiation processing is performed on the sample by switching the ionization gas, the deposit of the ionization gas used in the previous ion beam irradiation processing is stored in the plasma chamber or Even if some amount remains on the electrode, ions generated from the deposit can be separated from the ion beam by mass separation, so that it is possible to prevent a defective production of the sample due to the mixing of unnecessary ions.
プラズマ室と引出電極系を構成するいずれかの電極との間にバイアス電源を設け、両部材の電位を異ならせているので、高周波電源の出力電圧が時間的に変化しても、プラズマ室の内壁あるいは引出電極系のいずれか一方を効果的にクリーニングし続けることができる。 A bias power source is provided between the plasma chamber and any electrode constituting the extraction electrode system, and the potentials of both members are made different. Therefore, even if the output voltage of the high frequency power source changes with time, the plasma chamber Either the inner wall or the extraction electrode system can continue to be effectively cleaned.
図1には本発明で用いられるイオンビーム照射装置の一例としてイオン注入装置IMの全体を表す平面図が記載されている。 FIG. 1 is a plan view showing the entirety of an ion implantation apparatus IM as an example of an ion beam irradiation apparatus used in the present invention.
図示されるZ軸方向はイオンビームIBの進行方向を表しており、X軸とY軸はZ軸に対して互いに直交している。この図1の例に記載のイオンビームIBは、X軸方向における寸法がY軸方向における寸法よりも長いリボン状のイオンビームであり、XY平面でイオンビームIBを切断した際、その断面は略長方形状をしている。各軸に関する説明は、後述する図2〜図9においても同様である。 The Z-axis direction shown represents the traveling direction of the ion beam IB, and the X-axis and the Y-axis are orthogonal to the Z-axis. The ion beam IB described in the example of FIG. 1 is a ribbon-like ion beam whose dimension in the X-axis direction is longer than that in the Y-axis direction, and when the ion beam IB is cut on the XY plane, the cross section thereof is substantially It has a rectangular shape. The description regarding each axis is the same in FIGS.
図1において、Y軸方向とZ軸方向はイオンビームIBが輸送される経路において変化する。図1に記載の各軸は、後述する処理室5に入射するイオンビームIBに対して描かれている。以下に、図1を参照して、イオン注入装置IMについて説明する。 In FIG. 1, the Y-axis direction and the Z-axis direction change in the path along which the ion beam IB is transported. Each axis shown in FIG. 1 is drawn with respect to an ion beam IB incident on a processing chamber 5 described later. Hereinafter, the ion implantation apparatus IM will be described with reference to FIG.
プラズマ室1内でプラズマが生成され、プラズマ室1に隣接配置された引出電極系2によってイオン源ISからイオンビームIBが引出される。
Plasma is generated in the
イオン源ISから引き出されたイオンビームIBは質量分析電磁石3に入射する。イオンビームIBには多様な質量を有するイオンが含まれていて、質量分析電磁石3を通過した各イオンの偏向量は各イオンの質量に応じて異なっている。質量分析電磁石3では、質量分析電磁石3の下流(Z軸方向側)に設けられた分析スリット4を所望の質量を有するイオンのみが通過するように、電磁石内部で発生する磁束密度の調整が行われている。なお、図1には、所望の質量を有するイオンを含むイオンビームIBの軌道が描かれている。 The ion beam IB extracted from the ion source IS enters the mass analysis electromagnet 3. The ion beam IB includes ions having various masses, and the deflection amount of each ion that has passed through the mass analysis electromagnet 3 differs depending on the mass of each ion. In the mass analysis electromagnet 3, the density of magnetic flux generated inside the electromagnet is adjusted so that only ions having a desired mass pass through the analysis slit 4 provided downstream (on the Z-axis direction side) of the mass analysis electromagnet 3. It has been broken. In FIG. 1, the trajectory of the ion beam IB containing ions having a desired mass is depicted.
分析スリット4を通過したイオンビームIBは処理室5に入射する。処理室5にはイオン注入処理が施される試料6が配置されている。X軸方向において、イオンビームIBの寸法は試料6の寸法よりも長い。この例では、図示されない搬送機構によって、試料6は図示されている矢印の方向に沿って、イオンビームIBを横切るように走査される。この走査によって、試料6の全面にイオンビームIBが照射され、試料6へのイオン注入処理が実現される。 The ion beam IB that has passed through the analysis slit 4 enters the processing chamber 5. A sample 6 to be ion-implanted is disposed in the processing chamber 5. In the X-axis direction, the dimension of the ion beam IB is longer than the dimension of the sample 6. In this example, the sample 6 is scanned across the ion beam IB along the direction of the arrow shown by a transfer mechanism (not shown). By this scanning, the entire surface of the sample 6 is irradiated with the ion beam IB, and an ion implantation process to the sample 6 is realized.
このようなイオン注入装置IMのイオン源ISをクリーニングする際、図2〜図9に記載の構成を用いる。以下、具体的なイオン源ISの構成について説明する。 When cleaning the ion source IS of such an ion implanter IM, the structure shown in FIGS. 2 to 9 is used. Hereinafter, a specific configuration of the ion source IS will be described.
図2は、第1の実施形態に係るイオン源ISの断面図である。このイオン源ISは容量結合型の高周波放電を用いてプラズマ室1の内部にプラズマPを生成するイオン源である。
FIG. 2 is a cross-sectional view of the ion source IS according to the first embodiment. The ion source IS is an ion source that generates plasma P inside the
この例において、図1のプラズマ室1は側壁1aと背面板1bで構成されている。両部材間には絶縁部材(図中、ハッチングされている部材)が設けられていて、両部材は電気的に離間している。側壁1aと背面板1bの間には高周波電源Vh(高周波電力の周波数は13.56MHzから100MHz程度)が接続されていて、ガスボトル7よりクリーニングガス(水素や希ガス等)が側壁1aと背面板1bで構成されるプラズマ室内に導入されて、プラズマ室内にプラズマPが生成される。なお、高周波電源Vhと背面板1bとの間には図示されない整合回路が設けられている。
In this example, the
プラズマ室にはプラズマPからイオンビームIBを引出す為の開口が形成されている。この例では、Z軸方向において、背面板1bと対向する位置に開口が形成されている。この開口と隣接して複数枚の電極からなる引出電極系2が配置されている。この例では、引出電極系2は4枚の電極から構成されているが、例えば2枚や3枚の電極であってもよい。引出電極系2を構成する各電極間やプラズマ室を構成する側壁1aと側壁1aの端部に配置された電極との間には絶縁部材が設けられていて、各部が電気的に離間するように構成されている。また、引出電極系2を構成する各電極の表面には、複数の丸孔もしくはスリットが形成されている。
An opening for extracting the ion beam IB from the plasma P is formed in the plasma chamber. In this example, an opening is formed at a position facing the
イオン源ISのクリーニングを行う際、例えば、図示されているように側壁1aと側壁1aの端部に配置された引出電極系2の電極との間にバイアス電源Vbを接続しておく。イオン源ISの通常運転時(試料6へのイオン注入処理を行う場合の運転時)には、このバイアス電源Vbを取り外すようにしておいてもいい。また、バイアス電源Vbの出力電圧を可変に切り替えられるようにしておき、イオン源ISの通常運転時には出力電圧をゼロにして両部材間を短絡させて、側壁1aと側壁1aの端部に配置された電極との電位差がゼロになるように構成しておいてもいい。
When cleaning the ion source IS, for example, a bias power source Vb is connected between the
この例では、バイアス電源Vbの正極を側壁1aの端部に配置された電極に接続している。これにより、側壁1aを基準にして側壁1aの端部に配置された電極に正の電圧(例えば、数十V〜百数十V)が印加されている。
In this example, the positive electrode of the bias power source Vb is connected to the electrode disposed at the end of the
プラズマPの電位は、プラズマ室1を構成する部材(この例では側壁1aと背面板1b)の構成や電位によって決定される。高周波電源Vhの出力電圧が変化することによって、プラズマPの電位も変動する。プラズマPの電位が側壁1aの電位に対して十分に高ければ、側壁1aに堆積した堆積物をプラズマPによるスパッタリング作用にて取り除くことができる。しかしながら、高周波電源Vhの出力電圧の変化により、プラズマPの電位と側壁1aとの電位差が小さくなると、側壁1aはほとんどスパッタリングされなくなる。
The potential of the plasma P is determined by the configuration and potential of the members constituting the plasma chamber 1 (in this example, the
図2の例では側壁1aと側壁1aの端部に配置された引出電極系2を構成する電極との間にバイアス電源Vbを設け、側壁1aの端部に配置された電極に正電圧を印加するように構成しているので、プラズマPの電位が電極の電位により吊り上げられて高くなる。その結果、常にプラズマPの電位を側壁1aの電位に対して十分に高いものにすることができるので、常に側壁1aを十分にスパッタリングすることが可能となる。
In the example of FIG. 2, a bias power source Vb is provided between the
イオン源ISのクリーニング時に、このような構成を用いるようにすれば、高周波電源Vhの出力電圧が変化してもプラズマ室1の内壁(図2の例では、側壁1a)のクリーニングを継続させることができるので、従来例の構成に比べてクリーニングを効率的に行うことができる。また、クリーニングの効率が向上するので、クリーニングを早期に終了させて、短時間でイオン源ISの再立上げを行うことが可能となり、イオン注入装置IMの生産性を向上させることができる。
If such a configuration is used when cleaning the ion source IS, cleaning of the inner wall of the plasma chamber 1 (
図3には、第2の実施形態に係るイオン源ISの断面図が描かれている。図2の例との違いは、バイアス電源Vbの極性の向きが異なる点である。その他の点については、図2の例と同じ構成である為、同一の構成についての説明は省略する。 FIG. 3 shows a cross-sectional view of an ion source IS according to the second embodiment. The difference from the example of FIG. 2 is that the polarity direction of the bias power supply Vb is different. Since other configurations are the same as those in the example of FIG. 2, the description of the same configurations is omitted.
図3の例のように、バイアス電源Vbの正極を側壁1aに接続しておくと、側壁1aの端部に配置された引出電極系2を構成する電極の表面をプラズマPによるスパッタリング作用によりクリーニングすることができる。このような構成を用いると、高周波電源Vhの出力電圧の変化によらず、プラズマPの電位に対して引出電極系2の電極の電位を十分に低く保っておくことができる。このように、プラズマ室1のクリーニングに代えて、引出電極系2の電極表面を集中的にクリーニングさせることもできる。
If the positive electrode of the bias power source Vb is connected to the
図3の例では、引出電極系2を構成する電極のうち、側壁1aの端部に配置された電極にバイアス電源Vbが接続されているが、これとは異なる電極にバイアス電源Vbを接続しておき、これをクリーニングするようにしておいてもいい。例えば、バイアス電源Vbを側壁1aの端部から数えて2枚目の電極に接続するようにしておいてもいい。
In the example of FIG. 3, the bias power source Vb is connected to the electrode disposed at the end of the
また、図2の例や図3の例に基づいて、側壁1aと側壁1aの端部に配置された電極とのクリーニングを交互に行うようにしてもいい。例えば、クリーニング可能な時間が予め決まっているなら、イオン源ISの汚れの傾向を実験により確認しておき、汚れがひどい方を集中的にクリーニングするように時間の割り振りを行うようにしてもいい。この場合、クリーニングする場所毎にバイアス電源Vbの結線をつなぎかえるようにするか、バイアス電源Vbをバイポーラ電源にしておいて、バイアス電源Vbの極性を適宜切り替えて、クリーニングする場所を変更するようにしておいてもいい。
Further, based on the example of FIG. 2 or the example of FIG. 3, cleaning of the
図4には、第3の実施形態に係るイオン源ISの断面図が描かれている。クリーニングする場所を切り替える場合、図4の構成のように、側壁1aと側壁1aの端部に配置された電極との間に接続されているバイアス電源Vbを交流電源で構成しておいてもいい。その他の構成については、図2と同一である。
FIG. 4 shows a cross-sectional view of an ion source IS according to the third embodiment. When the place to be cleaned is switched, the bias power source Vb connected between the
結線のつなぎ替えの手間を考えると、図5に記載の構成を用いるようにしてもいい。図5には、第4の実施形態に係るイオン源ISの断面図が描かれている。 Considering the time and labor for changing the connection, the configuration shown in FIG. 5 may be used. FIG. 5 shows a cross-sectional view of an ion source IS according to the fourth embodiment.
図5の例では、側壁1aと側壁1aの端部に配置された電極との間に3つの回路が並列に接続されている。各回路は、制御装置8からの電気信号S1〜S3に基づいて、いずれかが選択されるように構成されている。このような構成を用いることで、イオン源ISの通常運転時とクリーニング時とで結線をつなぎかえる手間が省略できる。
In the example of FIG. 5, three circuits are connected in parallel between the
これまでに説明したイオン源ISの例は容量結合型のイオン源ISであったが、これに代えて誘導結合型のイオン源ISであってもいい。図6には、誘導結合型のイオン源ISの例が第5の実施形態として記載されている。 The example of the ion source IS described so far has been the capacitively coupled ion source IS. However, instead of this, an inductively coupled ion source IS may be used. FIG. 6 shows an example of an inductively coupled ion source IS as a fifth embodiment.
図6のイオン源ISは、プラズマ室1の内部に絶縁部材(図中ハッチングされている部材)を介してコイルLが導入されている。このコイルLの先端部分は、例えば螺旋状に複数巻回されている。このコイルLに高周波電源Vhにより高周波電流が流れると、プラズマ室1内に誘導電界が発生し、この誘導電界の作用によりガスボトル7より導入されたクリーニングガスがプラズマ化する。
In the ion source IS of FIG. 6, a coil L is introduced into the
イオン源ISのクリーニング時、高周波電源Vhはプラズマ室1に接続されている。また、プラズマ室1とプラズマ室1の端部に配置された引出電極系2を構成する電極との間には、電極側を正極にしてバイアス電源Vbが接続されている。このような構成を用いても、図2で説明した例と同様にプラズマ室1のクリーニングを効率よく行うことができる。
The high frequency power source Vh is connected to the
また、図3〜図5の例と同様に、図6の例においてもバイアス電源Vbの極性を逆転させて接続したり、バイアス電源Vbをバイポーラ電源で構成したり、交流電源で構成したり、回路を複数用意しておき、これを自動的に切り替えられるようにしておいてもいい。 Similarly to the examples of FIGS. 3 to 5, in the example of FIG. 6, the polarity of the bias power supply Vb is reversed, the bias power supply Vb is configured with a bipolar power supply, the AC power supply is configured, A plurality of circuits may be prepared so that these can be switched automatically.
さらに、誘導結合型のイオン源ISの変形例として、図7に記載のイオン源ISであってもよい。図7には、第6の実施形態に係るイオン源ISの断面図が描かれている。 Furthermore, as a modification of the inductively coupled ion source IS, the ion source IS shown in FIG. 7 may be used. FIG. 7 shows a cross-sectional view of an ion source IS according to the sixth embodiment.
図7のイオン源ISはコイルLを複数備えており、図2の例で背面板1bが設けられている箇所に、誘電体からなる窓W(絶縁部材)が配置されている。この窓Wを通して、側壁1aと窓Wにより構成された室内(図1に記載のプラズマ室1)に誘導電界を発生させ、ガスボトル7から導入されたクリーニングガスをプラズマ化する。
The ion source IS of FIG. 7 includes a plurality of coils L, and a window W (insulating member) made of a dielectric is disposed at a position where the
イオン源ISのクリーニング時には、各コイルLに接続されている高周波電源Vhのいずれか一つを側壁1aに接続しておく。そして、側壁1aと側壁1aの端部に配置された電極との間に、電極側を正極にしてバイアス電源Vbを接続しておく。このような構成を用いることで、プラズマ室1のクリーニングを効率的に行うことが可能となる。なお、図7の例においても、図6での説明と同様に、図3〜図5の例に記載された各種構成を適用するようにしてもいい。また、図6や図7に記載の高周波電源VhとコイルLとの間に、整合回路を設けて置くようにしてもいい。
When cleaning the ion source IS, one of the high-frequency power sources Vh connected to each coil L is connected to the
また、窓Wの表面をクリーニングする為に、図8(a)〜(c)に記載の構成を用いてもいい。図8(a)〜(c)には、第7の実施形態に係るイオン源の断面図が描かれている。 Moreover, in order to clean the surface of the window W, you may use the structure as shown to Fig.8 (a)-(c). 8A to 8C are sectional views of an ion source according to the seventh embodiment.
この例において、バイアス電源Vbは高周波電源で構成されている。このような構成で、ある時間帯において、このバイアス電源Vbで引出電極系2を構成する電極の電位を接地電位に対して正の電位にすることで、斥力によりプラズマP中に含まれる正の電荷を有するイオンを窓Wの表面に衝突させる。また、別の時間帯において、引出電極系2を構成する電極の電位を接地電位に対して負の電位にすることで、斥力によりプラズマP中の負の電荷を有する電子を窓Wに衝突させるように構成しておく。これにより、窓Wの表面のクリーニングが可能となる。なお、窓Wのクリーニングのみを行うのであれば、高周波電源Vhを側壁1aに接続しておく必要はなく、単に側壁1aを電気的に接地しておき、側壁1aと側壁1aの端部に配置された電極との間に高周波電源からなるバイアス電源Vbを設けるようにしておいてもいい。
In this example, the bias power source Vb is composed of a high frequency power source. With such a configuration, the positive electrode included in the plasma P is generated by repulsive force by making the potential of the electrode constituting the
また、図8(a)に記載されているように、側壁1aの周囲に沿って複数の永久磁石10を設けておいてもいい。図8(b)と図8(c)には図8(a)に記載の側壁1aのXY平面における断面の様子が描かれている。永久磁石10は、図8(b)に描かれているように側壁1aに沿って側壁1a側の極性が交互に変化するように配置されていてもいい。一方で、図8(c)に描かれているように側壁1aに沿って隣り合う永久磁石の極性が同一方向を向いているものであってもいい。
Further, as shown in FIG. 8A, a plurality of
このような永久磁石10によって、側壁1aの内部に矢印で描かれているようなカスプ磁場が発生する。この磁場により、引出電極系2を構成する電極側から窓W側に斥力により押し出されたイオンや電子が側壁1aに衝突して消失してしまうことを防止することができる。その為、このような構成を用いることで、より効果的に窓Wの表面をクリーニングすることが可能となる。
Such a
図7や図8(a)に記載の例では、図1に記載のプラズマ室1が側壁1aと窓Wにより構成されている。これを一般的に表現すると、プラズマ室1は、イオンビームの引出方向(この例では、図示されるZ軸の方向)と交差する背面(この例では、窓W)とイオンビームの引出方向と交差しない側面(この例では、側壁1a)を備えていて、この側面の周囲に沿って複数の永久磁石10を設けているものであれば、電気的な斥力を用いた背面のクリーニングを効果的に行うことができる。
In the example shown in FIG. 7 or FIG. 8A, the
なお、側壁1aの形状は、図8(b)や図8(c)に描かれているようにXY平面での断面形状が矩形状であってもいいし、これとは異なる形状であってもいい。例えば、円形状や多角形状であってもいい。また、側壁1aの外周に永久磁石10を保持する為の溝を設けてもいいし、永久磁石10を保持する為の特別なホルダーが側壁1aに取り付け可能となるように構成されていてもいい。
Note that the shape of the
<その他の変形例>
上述した実施形態では、引出電極系2を構成する電極の表面に、多孔あるいは複数のスリットが形成されている例を挙げて説明したが、本発明が適用される構成はこれに限られない。図9(a)には、第8の実施形態に係るイオン源ISの断面図が描かれている。この図9(a)に記載されているように、引出電極系2を構成する各電極の表面に大きな単一の孔が形成されているものであってもいい。具体的な構成としては、図9(b)に記載されているように、Z軸方向に沿って各電極面を視たとき、電極に形成された孔の形状は略ロの字状をしている。
<Other variations>
In the above-described embodiment, the example in which a porous or a plurality of slits are formed on the surface of the electrode constituting the
また、図1に挙げたイオン注入装置IMの構成は、質量分析電磁石3と分析スリット4を有するものであったが、これらの部材を備えていない、いわゆる非質量分離型のイオン注入装置であってもいい。しかしながら、質量分析型のイオン注入装置であれば、イオン化ガスを切り替えて試料へのイオン注入処理を行う場合にイオン源IS内部に付着した別のイオン化ガスによる付着物がイオン化して、これがイオンビーム中に混入しても、質量分析により取り除くことが可能となる。 The configuration of the ion implantation apparatus IM shown in FIG. 1 is a so-called non-mass separation type ion implantation apparatus that includes the mass analysis electromagnet 3 and the analysis slit 4 but does not include these members. It ’s okay. However, in the case of a mass spectrometry type ion implantation apparatus, when an ionization gas is switched to perform an ion implantation process on a sample, a deposit by another ionization gas adhered inside the ion source IS is ionized, and this is an ion beam. Even if it is mixed in, it can be removed by mass spectrometry.
さらに、上述した実施形態ではイオン源ISについて述べたが、本発明が適用されるイオン源ISはイオンビームを引出す為に使用されるものだけに限られない。例えば、プラズマドーピング装置と呼ばれる装置がある。この装置では、プラズマ室内でプラズマを生成し、このプラズマ室に隣接配置された引出電極でプラズマからイオンを引出して、試料に対してイオン注入を実施する装置であり、このような装置ではイオン源という名称に代えて、プラズマ源という名称が用いられているが、このようなプラズマ源もイオンを引き出すメカニズムはこれまでに説明したイオン源と同様であることから、当然ながら本発明のイオン源はこのようなプラズマ源も包含している。 Furthermore, although ion source IS was described in embodiment mentioned above, ion source IS to which this invention is applied is not restricted only to what is used in order to extract an ion beam. For example, there is an apparatus called a plasma doping apparatus. In this apparatus, plasma is generated in a plasma chamber, ions are extracted from the plasma by an extraction electrode disposed adjacent to the plasma chamber, and ion implantation is performed on a sample. In such an apparatus, an ion source is used. The name of the plasma source is used instead of the name of the plasma source, but since the mechanism for extracting ions from such a plasma source is the same as that of the ion source described so far, of course, the ion source of the present invention is Such plasma sources are also included.
また、上述した実施形態ではイオンビーム照射装置の一例としてイオン注入装置の構成を挙げて説明したが、本発明が適用されるイオンビーム照射装置はこれに限られない。イオンビームを照射することで試料の加工を行うものであれば、どのようなものであってもいい。例えば、イオンドーピング装置やイオンビーム配向装置であってもいい。 In the embodiment described above, the configuration of the ion implantation apparatus is described as an example of the ion beam irradiation apparatus. However, the ion beam irradiation apparatus to which the present invention is applied is not limited thereto. Any material can be used as long as the sample is processed by irradiation with an ion beam. For example, an ion doping apparatus or an ion beam alignment apparatus may be used.
前述した以外に、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良および変更を行っても良いのはもちろんである。 In addition to the above, it goes without saying that various improvements and modifications may be made without departing from the scope of the present invention.
1 プラズマ室
1a 側壁
1b 背面板
2 引出電極系
3 質量分析電磁石
4 分析スリット
5 処理室
6 試料
7 ガスボトル
IM イオン注入装置
IS イオン源
IB イオンビーム
Vb バイアス電源
Vh 交流電源
P プラズマ
L コイル
DESCRIPTION OF
Claims (7)
クリーニング時には、前記プラズマ室内にクリーニング用のガスが導入されるとともに、前記高周波電源の一端が前記プラズマ室に導体接続されていて、前記プラズマ室と前記引出電極系を構成するいずれかの電極との間にはバイアス電源が接続されているイオン源。 Plasma is generated in a plasma chamber using a high-frequency power source, and an ion beam is generated from the plasma using an extraction electrode system that is arranged adjacent to the plasma chamber and is electrically insulated from the plasma chamber. An ion source to be extracted;
At the time of cleaning, a cleaning gas is introduced into the plasma chamber, and one end of the high-frequency power source is conductively connected to the plasma chamber, and the plasma chamber and any electrode constituting the extraction electrode system An ion source with a bias power supply in between.
前記イオン源から引出されたイオンビームに含まれるイオンを質量に応じて偏向する質量分析電磁石と、
前記質量分析電磁石で偏向されたイオンのうち特定の質量を有するイオンのみを通過させる分析スリットと、を備えたイオンビーム照射装置。 An ion source according to any one of claims 1 to 6;
A mass analyzing electromagnet for deflecting ions contained in an ion beam extracted from the ion source according to mass;
An ion beam irradiation apparatus comprising: an analysis slit that allows passage of only ions having a specific mass among ions deflected by the mass analysis electromagnet.
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