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JP2013004272A - Ion source and ion implantation device - Google Patents

Ion source and ion implantation device Download PDF

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JP2013004272A JP2011133324A JP2011133324A JP2013004272A JP 2013004272 A JP2013004272 A JP 2013004272A JP 2011133324 A JP2011133324 A JP 2011133324A JP 2011133324 A JP2011133324 A JP 2011133324A JP 2013004272 A JP2013004272 A JP 2013004272A
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ion beam
ribbon
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Takatoshi Yamashita
貴敏 山下
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Nissin Ion Equipment Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ion source in which less filament (cathode) disconnection occurs and larger-scale and higher-current ion beam is stably generated, compared to a conventional ion source.SOLUTION: An ion source 8 comprises: a plurality of plasma generation containers U11 to U42, each of which has a slit opening part 11 and at least one cathode 2 arranged at such a position that the tip end portion of the cathode 2 protruded inward does not contact a plasma 3; magnetic field generation means 12 for generating a magnetic field in each of the plasma generation containers U11 to U42 along the longer-side direction of the slit opening part 11; and an extraction electrode 6 for drawing out a ribbon-shaped ion beam 19 of which cross section having a substantially rectangular shape, through the slit opening part 11. Regarding the ribbon-shaped ion beams 19 drawn out from the respective plasma generation containers U11 to U42, when viewed from a shorter-side direction of the substantially rectangular cross-sectional surfaces, one end portions in a longer-side direction of the substantially rectangular cross-sectional surfaces overlap with each other.

Description

本発明は、リボン状(長尺状)のイオンビームを生成するイオン源と当該イオン源を備えたイオン注入装置に関する。   The present invention relates to an ion source that generates a ribbon-like (long) ion beam and an ion implantation apparatus including the ion source.

年々、イオン注入される基板(シリコンウェハやガラス基板等)の寸法は大型化の一途をたどっている。このような基板の大型化に対応すべく、基板に照射されるイオンビームの寸法を大きくすることが検討されている。   The size of substrates (silicon wafers, glass substrates, etc.) into which ions are implanted has been increasing year by year. In order to cope with such an increase in the size of the substrate, it has been studied to increase the size of the ion beam applied to the substrate.

基板に照射されるイオンビームの寸法を大きくする手法の一つとして、イオンビームを生成するイオン源を大型にすることが考えられている。この種のイオン源としては、特許文献1に記載されるようなカスプ磁場を生成する複数の永久磁石と複数本のフィラメントを備えたいわゆるバケット型イオン源が用いられてきた。   As one method for increasing the size of an ion beam irradiated on a substrate, it is considered to increase the size of an ion source that generates the ion beam. As this type of ion source, a so-called bucket ion source including a plurality of permanent magnets and a plurality of filaments that generate a cusp magnetic field as described in Patent Document 1 has been used.

特開2000−315473号公報(図1)JP 2000-315473 A (FIG. 1)

特許文献1に記載のバケット型イオン源では、プラズマ生成容器内に導入されたイオンビーム生成用のイオン化ガスとプラズマ生成容器内に配置された複数本のフィラメントより放出された電子が衝突して、プラズマが生成される。そして、プラズマ生成容器の開口部に隣接して配置された引出電極系を構成する複数枚の電極によって、このプラズマからイオンビームの引出が行われる。   In the bucket ion source described in Patent Document 1, an ionized gas for generating an ion beam introduced into the plasma generation container collides with electrons emitted from a plurality of filaments arranged in the plasma generation container, Plasma is generated. The ion beam is extracted from the plasma by a plurality of electrodes constituting an extraction electrode system arranged adjacent to the opening of the plasma generation container.

この種のイオン源では、プラズマ生成容器内で生成されたプラズマ中に、フィラメントの一部(先端部)が配置されている。長時間プラズマ中に配置されたフィラメントは、プラズマ内のイオンによってスパッタリングされて、急激にやせ細ってしまう。その場合、安定して電子の供給ができなくなり、プラズマ生成容器内で生成されるプラズマの生成効率に悪影響を及ぼしてしまう。一般的に、長時間、イオン源から安定してイオンビームを供給することが望まれるが、前述したスパッタリングによってフィラメントが急激にやせ細ってしまった場合、イオンビームの安定供給ができなくなってしまうという問題があった。   In this type of ion source, a part (tip portion) of a filament is arranged in plasma generated in a plasma generation container. The filament placed in the plasma for a long time is sputtered by ions in the plasma and rapidly thins. In that case, electrons cannot be stably supplied, and the generation efficiency of plasma generated in the plasma generation container is adversely affected. In general, it is desired to stably supply an ion beam from an ion source for a long time. However, if the filament is suddenly thinned by sputtering as described above, the problem that the stable supply of the ion beam cannot be performed. was there.

また、イオン注入処理に要する時間を短縮させる場合やいわゆる高ドーズ注入といわれる多量のイオンを注入する場合には、イオン源で生成されるイオンビームのビーム電流量を増加させること(イオンビームの大電流化)が必要となる。   Further, when the time required for the ion implantation process is shortened or when a large amount of ions called so-called high dose implantation is implanted, the beam current amount of the ion beam generated by the ion source is increased (large ion beam size). Current) is required.

このような大電流化を実現する為に、例えば、フィラメントからの電子の放出量を増加させ、生成されるプラズマを濃くすることが考えられる。しかしながら、電子放出量の増加は、フィラメントに流す電流量を多くして、フィラメントをより高温に加熱することを意味するので、そうなるとフィラメントの加熱による蒸発が進み、フィラメントがやせ細ってしまう。   In order to realize such a large current, for example, it is conceivable to increase the amount of electrons emitted from the filament and to thicken the generated plasma. However, an increase in the amount of electron emission means that the amount of current flowing through the filament is increased and the filament is heated to a higher temperature. Therefore, evaporation due to heating of the filament proceeds and the filament becomes thin.

特許文献1のイオン源において、フィラメントへ流す電流量を多くしてイオンビームの大電流化を行うと、前述したプラズマによるフィラメントのスパッタリング作用と高温によるフィラメントの蒸発作用とが相俟って、ごく短時間でフィラメントが消耗してしまう恐れがある。フィラメントの消耗により、フィラメントが断線してしまうと、イオン源を停止してメンテナンスを行わなければならないので、装置の可動効率が悪くなってしまう。   In the ion source of Patent Document 1, when the amount of current flowing to the filament is increased to increase the current of the ion beam, the above-described sputtering action of the filament by plasma and the evaporation action of the filament by high temperature are combined. There is a risk that the filament will be consumed in a short time. If the filament breaks due to exhaustion of the filament, the ion source must be stopped and maintenance must be performed, so that the moving efficiency of the apparatus is deteriorated.

このような事情を鑑み、本発明では、従来のイオン源に比べて、フィラメント(カソード)の断線が少なく、安定して大型かつ大電流のイオンビームを生成することのできるイオン源および当該イオン源を備えたイオン注入装置を提供することを期所の目的とする。   In view of such circumstances, in the present invention, an ion source capable of stably generating a large and large current ion beam with less filament (cathode) disconnection compared to a conventional ion source and the ion source It is an object of the present invention to provide an ion implantation apparatus including

本発明に係るイオン源は、複数のプラズマ生成容器と、各プラズマ生成容器内に設けられ、プラズマ生成容器内部に突出した先端部がプラズマと接触しない位置に配置された少なくとも1つのカソードと、各プラズマ生成容器に連結され、各プラズマ生成容器内に導入されるイオン化ガスの流量を個別に調整するガス流量調節器と、各プラズマ生成容器に形成されたスリット状開口部と、前記スリット状開口部より、引出し方向と垂直な平面内で略長方形状の断面を有するリボン状のイオンビームを引き出す引出電極と、前記スリット状開口部の長手方向に沿って、各プラズマ生成容器内に磁場を発生させる磁場生成手段とを備えたイオン源であって、各プラズマ生成容器から引き出された前記リボン状のイオンビームを前記断面の短手方向から見たとき、前記断面の長手方向における少なくとも一方の端部が互いに重なるように構成されていることを特徴としている。   An ion source according to the present invention includes a plurality of plasma generation containers, at least one cathode provided in each plasma generation container, and disposed at a position where a tip portion protruding into the plasma generation container does not contact plasma, A gas flow rate controller that is connected to the plasma generation container and individually adjusts the flow rate of ionized gas introduced into each plasma generation container, a slit-shaped opening formed in each plasma generation container, and the slit-shaped opening Accordingly, an extraction electrode for extracting a ribbon-shaped ion beam having a substantially rectangular cross section in a plane perpendicular to the extraction direction, and a magnetic field is generated in each plasma generation container along the longitudinal direction of the slit-shaped opening. An ion source including a magnetic field generation unit, wherein the ribbon-like ion beam drawn from each plasma generation container When viewed al, it is characterized in that at least one end portion is configured to overlap each other in the longitudinal direction of the cross section.

カソードの先端部をプラズマと接触しない位置に配置しているので、プラズマによるカソードのスパッタリングが大幅に軽減される。その為、カソードが断線する可能性が低く、長時間、安定してイオンビームを生成することができる。また、大電流化に伴ってカソードへ流す電流量が増加したとしても、プラズマによるスパッタリング作用の影響が小さいので、カソードが著しく短時間で消耗してしまうといった問題も生じない。さらに、複数のプラズマ生成容器から引出し方向と垂直な平面内で略長方形状の断面を有するリボン状のイオンビームを引出し、それらをその断面の短手方向から見たとき、長手方向における少なくとも一方の端部が互いに重なるように構成したので、大型基板に対しても従来と同様に対応することができる。   Since the tip of the cathode is disposed at a position where it does not come into contact with the plasma, the sputtering of the cathode by the plasma is greatly reduced. Therefore, the possibility that the cathode is disconnected is low, and an ion beam can be generated stably for a long time. Further, even if the amount of current flowing to the cathode increases with the increase in current, the influence of the sputtering action by plasma is small, so that the problem that the cathode is consumed in a very short time does not occur. Further, when a ribbon-like ion beam having a substantially rectangular cross section in a plane perpendicular to the extraction direction is extracted from a plurality of plasma generation containers and viewed from the short direction of the cross section, at least one of the longitudinal directions Since the end portions are configured to overlap each other, it is possible to cope with a large substrate in the same manner as in the conventional case.

プラズマ生成容器内でのプラズマ生成効率を向上させる為に、前記スリット状開口部の長手方向において、前記プラズマ生成容器内に前記カソードと対向配置された反射電極が設けられていることが望まれる。   In order to improve the plasma generation efficiency in the plasma generation container, it is desirable that a reflective electrode disposed opposite to the cathode is provided in the plasma generation container in the longitudinal direction of the slit-shaped opening.

前記磁場生成手段は複数個設けられており、所定数のプラズマ生成容器毎に独立して磁場を発生させるようにしておいても良い。   A plurality of the magnetic field generating means may be provided, and the magnetic field may be generated independently for each predetermined number of plasma generation containers.

一方で、前記磁場生成手段は、各プラズマ生成容器の内部に共通した磁場を発生させるようにしておいても良い。この場合、磁場生成手段が一つで済むので、その分、メンテナンスが簡便になるといったメリットがある。   On the other hand, the magnetic field generation means may generate a common magnetic field inside each plasma generation container. In this case, since only one magnetic field generating means is required, there is an advantage that maintenance is simplified accordingly.

本発明に係るイオン注入装置は、上記したイオン源を備えたイオン注入装置であって、当該イオン注入装置は、各プラズマ生成容器より引き出されたリボン状のイオンビームが導入される処理室と、 前記処理室内で、前記リボン状のイオンビームが照射される基板の全面にイオン注入処理がなされるように、前記基板を前記リボン状のイオンビームと交差する方向に移動させる基板駆動機構とを備えていることを特徴としている。   An ion implantation apparatus according to the present invention is an ion implantation apparatus including the above-described ion source, and the ion implantation apparatus includes a processing chamber into which a ribbon-like ion beam drawn from each plasma generation container is introduced, A substrate drive mechanism for moving the substrate in a direction intersecting the ribbon-like ion beam so that an ion implantation process is performed on the entire surface of the substrate irradiated with the ribbon-like ion beam in the processing chamber; It is characterized by having.

一方で、本発明に係る他のイオン注入装置は、上記したイオン源を備えたイオン注入装置であって、当該イオン注入装置は、各プラズマ生成容器より引き出されたリボン状のイオンビームの質量分析を行う分析電磁石と、前記分析電磁石を通過したリボン状のイオンビームのうち、所望するイオンを含むイオンビームのみを通過させる分析スリットと、各プラズマ生成容器より引き出されたリボン状のイオンビームが導入される処理室と、前記処理室内で、前記リボン状のイオンビームが照射される基板の全面にイオン注入処理がなされるように、前記基板を前記リボン状のイオンビームと交差する方向に移動させる基板駆動機構とを備えていることを特徴としている。   On the other hand, another ion implantation apparatus according to the present invention is an ion implantation apparatus including the above-described ion source, and the ion implantation apparatus performs mass analysis of a ribbon-like ion beam drawn from each plasma generation container. An analysis electromagnet that performs the analysis, an analysis slit that passes only the ion beam containing the desired ions out of the ribbon ion beam that has passed through the analysis electromagnet, and a ribbon ion beam drawn from each plasma generation vessel are introduced. The substrate is moved in a direction intersecting the ribbon-shaped ion beam so that ion implantation processing is performed on the entire surface of the processing chamber and the substrate irradiated with the ribbon-shaped ion beam. And a substrate driving mechanism.

このようなイオン注入装置であれば、分析電磁石によりイオンビームの質量分析を行って所望するイオン種を含むイオンビームのみを基板に照射することができる。   With such an ion implantation apparatus, the substrate can be irradiated with only an ion beam containing a desired ion species by performing mass analysis of the ion beam with an analysis electromagnet.

また、前記分析電磁石は、各プラズマ生成容器より引き出されたリボン状のイオンビームをその長辺方向より挟むように対向配置された磁極対を複数有しており、各プラズマ生成容器より引き出されたリボン状のイオンビームが前記分析電磁石を通過する距離が長くなるほど、各磁極対を構成する磁極間の距離が広がるように構成されていることが望まれる。   The analysis electromagnet has a plurality of magnetic pole pairs arranged to face each other so as to sandwich the ribbon-like ion beam drawn from each plasma generation vessel from its long side direction, and is drawn from each plasma generation vessel. It is desirable that the distance between the magnetic poles constituting each magnetic pole pair is increased as the distance that the ribbon-like ion beam passes through the analysis electromagnet becomes longer.

各プラズマ生成容器より引き出されたリボン状のイオンビームは、分析電磁石内を通過する経路が異なる。分析電磁石内を通過する距離が長ければ、その分、リボン状のイオンビームの偏向量が大きくなる。そうなると、分析電磁石を通過した後で、各プラズマ生成容器から引き出されたリボン状のイオンビームのビーム経路が交差してしまう恐れがある。また、各リボン状のイオンビームの基板への照射角度が過度に異なると、基板上に製造されるデバイスの特性に悪影響を及ぼしてしまう。これに対して、上記したように、各プラズマ生成容器より引き出されたリボン状のイオンビームが分析電磁石を通過する距離が長くなるほど、各磁極対を構成する磁極間の距離が広がるように構成しておくと、上記したビーム経路の交差を防止し、基板上に製造されるデバイスの特性への悪影響を防止することが期待できる。   The ribbon-like ion beam drawn from each plasma generation container has a different path through the analysis electromagnet. The longer the distance that passes through the analysis electromagnet, the greater the amount of deflection of the ribbon-like ion beam. Then, after passing through the analysis electromagnet, there is a possibility that the beam paths of the ribbon-like ion beams drawn out from the respective plasma generation containers intersect each other. In addition, if the irradiation angle of each ribbon-like ion beam to the substrate is excessively different, the characteristics of devices manufactured on the substrate are adversely affected. On the other hand, as described above, the distance between the magnetic poles constituting each magnetic pole pair increases as the distance that the ribbon-like ion beam drawn from each plasma generation container passes through the analysis electromagnet becomes longer. Therefore, it can be expected that the crossing of the beam paths described above is prevented, and the adverse effect on the characteristics of the device manufactured on the substrate is prevented.

さらに、前記イオン源と前記処理室までの経路には、各プラズマ生成容器より引き出されたリボン状のイオンビームが通過する経路を、電位的に分離する導電性部材が配置されていることが望ましい。   Furthermore, it is desirable that a conductive member for separating the path through which the ribbon-like ion beam drawn from each plasma generation vessel passes is disposed in the path to the ion source and the processing chamber. .

このような導電性部材を用いると、隣り合うビーム経路を通過している一方のイオンビームの周囲で生じた空間電荷効果による空間的な電位の変動が、他方のイオンビームへ影響を及ぼすことを防止することができる。   When such a conductive member is used, it is confirmed that the fluctuation of the spatial potential due to the space charge effect generated around one ion beam passing through the adjacent beam path affects the other ion beam. Can be prevented.

また、前記イオン注入装置は、前記処理室内に各イオンビームのビーム電流密度分布を測定するビーム電流計測器を備えていることが望ましい。   The ion implantation apparatus preferably includes a beam current measuring device for measuring a beam current density distribution of each ion beam in the processing chamber.

このようなビーム電流計測器を備えておけば、測定結果をモニターし、イオン注入装置の操作者がイオン注入装置の各種パラメーターを変更して、基板に照射される各リボン状のイオンビームのビーム電流密度分布を調整するといった作業を行うことが可能となる。   If such a beam current measuring device is provided, the measurement result is monitored, and the operator of the ion implantation apparatus changes various parameters of the ion implantation apparatus, and the beam of each ribbon-like ion beam irradiated on the substrate. Work such as adjusting the current density distribution can be performed.

さらに、前記ビーム電流計測器での計測結果に応じて、各リボン状のイオンビームのビーム電流密度分布を合成した分布が所望範囲内であるかどうかを判断し、当該判断に基づき、所望範囲外であると判断された場合に、前記イオン源の運転パラメーターの調整を行う機能を有する制御装置を備えていることが望ましい。   Further, according to the measurement result of the beam current measuring device, it is determined whether or not the distribution obtained by combining the beam current density distributions of the respective ribbon-like ion beams is within a desired range. It is desirable to provide a control device having a function of adjusting the operating parameters of the ion source when it is determined that

このような制御装置を備えていれば、自動的にビーム電流密度分布を目標とする値に調整することが可能となる。   If such a control device is provided, the beam current density distribution can be automatically adjusted to a target value.

従来のイオン源に比べて、フィラメント(カソード)の断線が少なく、安定して、大型かつ大電流のイオンビームを生成することができる。   Compared to a conventional ion source, the filament (cathode) is less disconnected, and a large and large current ion beam can be generated stably.

本発明に係る一のイオン源で用いられるプラズマ生成容器の断面図を表す。The sectional view of the plasma generation container used with one ion source concerning the present invention is expressed. 図1のプラズマ生成容器をZ方向反対側から見たときの様子を表す。The state when the plasma production container of FIG. 1 is seen from the Z direction opposite side is represented. 本発明に係るイオン源で用いられる磁場生成手段の一例を表す。An example of the magnetic field production | generation means used with the ion source which concerns on this invention is represented. 本発明に係るイオン源で用いられる磁場生成手段の別の例を表す。Another example of the magnetic field generation means used in the ion source according to the present invention is shown. 本発明に係るイオン源で用いられる引出電極の例を表す。(A)は複数のプラズマ生成容器に対して、共通の引出し開口を有する引出電極の例で、(B)は複数のプラズマ生成容器に対して、個別の引出し開口を有する引出電極の例である。The example of the extraction electrode used with the ion source which concerns on this invention is represented. (A) is an example of an extraction electrode having a common extraction opening for a plurality of plasma generation containers, and (B) is an example of an extraction electrode having individual extraction openings for a plurality of plasma generation containers. . 本発明に係るイオン源で用いられるプラズマ生成容器の配置例を表す。(A)はY方向に沿って、X方向の位置を互い違いに異ならせた複数のプラズマ生成容器の配置例で、(B)は(A)で示した配置例の変形例で、(C)はY方向に沿って、不規則にプラズマ生成容器を配置した例である。An arrangement example of a plasma generation container used in an ion source according to the present invention is shown. (A) is an arrangement example of a plurality of plasma generation containers in which the positions in the X direction are staggered along the Y direction. (B) is a modification of the arrangement example shown in (A). Is an example in which plasma generation containers are irregularly arranged along the Y direction. 本発明に係る他のイオン源で用いられるプラズマ生成容器の断面図を表す。Sectional drawing of the plasma production container used with the other ion source which concerns on this invention is represented. 本発明に係る一のイオン注入装置の平面図を表す。The top view of the one ion implantation apparatus which concerns on this invention is represented. 本発明に係るイオン注入装置で用いられるビーム電流計測器の一例を表す。An example of the beam current measuring device used with the ion implantation apparatus which concerns on this invention is represented. ビーム電流計測器で計測されたビーム電流密度分布の調整に係る説明図である。(A)は調整前のビーム電流密度分布を表し、(B)は調整後のビーム電流密度分布を表す。It is explanatory drawing which concerns on adjustment of the beam current density distribution measured with the beam current measuring device. (A) represents the beam current density distribution before adjustment, and (B) represents the beam current density distribution after adjustment. 本発明に係るイオン注入装置で用いられる分析電磁石の一例を表す。(A)はZ方向から分析電磁石内部を見た時の様子を表し、(B)はX方向から分析電磁石を見た時の様子を表す。An example of the analysis electromagnet used with the ion implantation apparatus which concerns on this invention is represented. (A) represents the state when the inside of the analysis electromagnet is viewed from the Z direction, and (B) represents the state when the analysis electromagnet is viewed from the X direction. 本発明に係るイオン注入装置で用いられる遮蔽手段の一例を表す。(A)はZ方向から遮蔽手段を見た時の様子を表し、(B)はY方向から遮蔽手段を見た時の様子を表す。An example of the shielding means used with the ion implantation apparatus which concerns on this invention is represented. (A) represents a state when the shielding unit is viewed from the Z direction, and (B) represents a state when the shielding unit is viewed from the Y direction. 本発明に係るイオン注入装置で用いられる基板駆動機構の一例を表す。An example of the board | substrate drive mechanism used with the ion implantation apparatus which concerns on this invention is represented. 本発明に係るイオン注入装置で、基板上にイオンビームが照射される様子を表す。The ion implantation apparatus which concerns on this invention represents a mode that an ion beam is irradiated on a board | substrate. 本発明に係る他のイオン注入装置の平面図を表す。The top view of the other ion implantation apparatus which concerns on this invention is represented.

図1には、本発明に係る一のイオン源を構成するプラズマ生成容器1の断面図が描かれている。X方向、Y方向およびZ方向は互いに1点で直交しており、Z方向はプラズマ生成容器1より後述するイオンビーム19が引き出される方向である。   FIG. 1 shows a cross-sectional view of a plasma generation vessel 1 constituting one ion source according to the present invention. The X direction, the Y direction, and the Z direction are orthogonal to each other at one point, and the Z direction is a direction in which an ion beam 19 described later is extracted from the plasma generation container 1.

プラズマ生成容器1の壁面には、ガス供給路5が連結されている。このガス供給路5には、バルブ9を介してガス源6が取り付けられており、このガス源6よりイオンビーム19の原料となるイオン化ガスの供給がなされる。また、ガス供給路5にはガス流量調節器7(マスフローコントローラー)が設けられており、これによってガス源6からプラズマ生成容器1内部へのイオン化ガスの供給量が調整される。   A gas supply path 5 is connected to the wall surface of the plasma generation container 1. A gas source 6 is attached to the gas supply path 5 via a valve 9, and an ionized gas as a raw material for the ion beam 19 is supplied from the gas source 6. The gas supply path 5 is provided with a gas flow rate regulator 7 (mass flow controller), which adjusts the supply amount of ionized gas from the gas source 6 into the plasma generation vessel 1.

プラズマ生成容器1の一側面には、絶縁物10を介して、U字型のフィラメント2が取り付けられている。フィラメント2の端子間には、フィラメント電源Vが接続されており、フィラメント2に流す電流量の調整が行えるように構成されている。このフィラメント電源Vは、アーク電源Vを介してプラズマ生成容器1に接続されている。 A U-shaped filament 2 is attached to one side surface of the plasma generation container 1 via an insulator 10. Between the filament 2 terminals are connected filament power supply V F is configured to allow adjustment of the amount of current flowing through the filament 2. The filament power supply V F is connected to the plasma generating vessel 1 through the arc power source V A.

フィラメント2に電流を流して、フィラメント2を加熱させることによって、そこから電子が放出される。プラズマ生成容器1内部には、後述する磁場生成手段12により、プラズマ生成容器1内部に図示される矢印の方向に磁場Bが生成されており、この磁場Bに沿って、フィラメント2から放出された電子が移動する。この電子が、プラズマ生成容器1の内部に供給されたイオン化ガス(PHやBF等)に衝突してイオン化ガスの電離を引き起こし、プラズマ生成容器1内にプラズマ3が生成される。 By passing an electric current through the filament 2 and heating the filament 2, electrons are emitted therefrom. Inside the plasma generation vessel 1, a magnetic field B is generated in the direction of the arrow shown inside the plasma generation vessel 1 by a magnetic field generation means 12, which will be described later, and emitted from the filament 2 along this magnetic field B. Electrons move. The electrons collide with ionized gas (PH 3 , BF 3, etc.) supplied into the plasma generation container 1 to cause ionization of the ionized gas, and plasma 3 is generated in the plasma generation container 1.

本発明のフィラメント2は、X方向に位置する先端部がプラズマ3に接触しない位置に配置されている。この為、プラズマ3によるフィラメント2のスパッタリングを軽減させることができる。ここでは、フィラメント2の本数は1本しか描かれていないが、従来技術と同様に複数本のフィラメント2を配置するようにしても良い。   The filament 2 of the present invention is arranged at a position where the tip portion located in the X direction does not contact the plasma 3. For this reason, sputtering of the filament 2 by the plasma 3 can be reduced. Here, only one filament 2 is depicted, but a plurality of filaments 2 may be arranged as in the prior art.

プラズマ生成容器1内部には、反射電極4がフィラメント2と対向する位置に設けられている。この反射電極4は、絶縁物10を介してプラズマ生成容器1に取り付けられており、プラズマ生成容器1を基準電位にして、負の電位となるように電源Vが接続されている。このようにして、反射電極4の電位を負電位にしておくことで、フィラメント2より放出された電子が磁場Bによって反射電極4側に移動した際、これを反対側に反射させることができる。その結果、イオン化ガスと電子との衝突確率が向上し、プラズマ3の生成効率を高めることができる。なお、この反射電極4はプラズマ3の生成効率を向上させる為のものであって、必ず設けなければならないといったものではない。 A reflective electrode 4 is provided inside the plasma generation container 1 at a position facing the filament 2. The reflective electrode 4 is attached to the plasma generating vessel 1 through an insulator 10, and the plasma generating chamber 1 to a reference potential, the power supply V B is connected to a negative potential. Thus, by setting the potential of the reflective electrode 4 to a negative potential, when the electrons emitted from the filament 2 move to the reflective electrode 4 side by the magnetic field B, it can be reflected to the opposite side. As a result, the collision probability between the ionized gas and the electrons is improved, and the generation efficiency of the plasma 3 can be increased. The reflective electrode 4 is for improving the generation efficiency of the plasma 3 and is not necessarily provided.

また、ここでは、電源Vを用いて反射電極6の電位が負電位となるように構成したが、このような電源を用いずに、浮遊電位にしておいても良い。その場合、フィラメント2より放出された電子が反射電極6に衝突することで、反射電極6が負に帯電し、最終的にはフィラメント2側に電子を反射させることができる。また、図示はなされていないが、フィラメント2の背面側にも反射電極を設けておいても良い。 Further, here, the potential of the reflective electrode 6 is configured such that the negative potential with the power V B, without using such a power supply may be set to the floating potential. In that case, the electrons emitted from the filament 2 collide with the reflective electrode 6, whereby the reflective electrode 6 is negatively charged, and finally the electrons can be reflected to the filament 2 side. Although not shown, a reflective electrode may also be provided on the back side of the filament 2.

図2には、図1をZ方向反対側より見た時のプラズマ生成容器1の様子が描かれている。この図2に示されているように、プラズマ生成容器1のZ方向側に位置する側面には、スリット状開口部11が形成されており、ここを通して、後述する引出電極16を用いてイオンビーム19の引き出しが行われる。   FIG. 2 shows a state of the plasma generation container 1 when FIG. 1 is viewed from the opposite side in the Z direction. As shown in FIG. 2, a slit-like opening 11 is formed on the side surface of the plasma generating vessel 1 located on the Z direction side, and through this, an ion beam is extracted using an extraction electrode 16 described later. 19 withdrawals are made.

本発明では、複数のプラズマ生成容器1によって、イオン源8が構成されている。図3には、その一例として、おおよそ行列状に配置された4つのプラズマ生成容器(U11、U12、U21、U22)を備えた例が開示されている。なお、各プラズマ生成容器(U11、U12、U21、U22)の構成は、図1で説明したプラズマ生成容器1と同一の構成である。   In the present invention, the ion source 8 is constituted by the plurality of plasma generation containers 1. As an example, FIG. 3 discloses an example including four plasma generation containers (U11, U12, U21, U22) arranged approximately in a matrix. In addition, the structure of each plasma production container (U11, U12, U21, U22) is the same structure as the plasma production container 1 demonstrated in FIG.

図1で説明したように、本発明のイオン源8には、プラズマ生成容器1内部に磁場Bを生成する為の磁場生成手段12が設けられている。図3の例では、4つのプラズマ生成容器(U11、U12、U21、U22)の全てに対して、その内部に共通した磁場Bを生成する磁場生成手段12の例が開示されている。   As described with reference to FIG. 1, the ion source 8 of the present invention is provided with the magnetic field generation means 12 for generating the magnetic field B inside the plasma generation container 1. In the example of FIG. 3, the example of the magnetic field production | generation means 12 which produces | generates the magnetic field B common to the inside with respect to all the four plasma production | generation containers (U11, U12, U21, U22) is disclosed.

図3に描かれる磁場生成手段12は、内部に各プラズマ生成容器(U11、U12、U21、U22)が配置される略ロの字状のヨーク13と当該ヨーク13よりX方向に沿って、ヨーク13の内側領域(各プラズマ生成容器が配置される側の領域)に突出し、互いに対向配置された一対の磁極14を備えている。各磁極14にはそれぞれコイル15が巻回されており、それぞれのコイル15には図示されない電源に接続されている。   The magnetic field generation means 12 depicted in FIG. 3 includes a substantially square-shaped yoke 13 in which each plasma generation container (U11, U12, U21, U22) is disposed, and the yoke 13 along the X direction. 13 is provided with a pair of magnetic poles 14 that protrude in the inner region (region on the side where each plasma generation container is disposed) and are arranged to face each other. A coil 15 is wound around each magnetic pole 14, and each coil 15 is connected to a power source (not shown).

例えば、紙面上側に位置する磁極14がN極、紙面下側に位置する磁極14がS極となるように、各コイル15に電流を流すと、図示されるように各プラズマ生成容器(U11、U12、U21、U22)の内側領域に共通した磁場Bが生成される。   For example, when a current is passed through each coil 15 such that the magnetic pole 14 located on the upper side of the paper is an N pole and the magnetic pole 14 located on the lower side of the paper is an S pole, as shown in FIG. A magnetic field B common to the inner region of U12, U21, U22) is generated.

図3の例では、1つの磁場生成手段12を用いて、各プラズマ生成容器(U11、U12、U21、U22)の内側領域に共通した磁場Bを生成したが、これに代えて、図4のように、磁場生成手段12を複数設けても良い。図4の例では、プラズマ生成容器U11とU12からなる組と、プラズマ生成容器U21とU22からなる組とで、個別に磁場生成手段12が設けられている。各磁場生成手段12の構成は、前述の例で説明したものと同一である為、その詳細な説明は省略するが、ここでは、個々の磁場生成手段12によって、各プラズマ生成容器組に対して独立して磁場を発生させることが可能となる。なお、図4の例では、プラズマ生成容器U11とU12からなる組に対して磁場B1が生成されているのに対して、プラズマ生成容器U21とU22からなる組では磁場B2が生成されているが、各プラズマ生成容器組に対して発生される磁場を同じにしても良い。  In the example of FIG. 3, the magnetic field B common to the inner regions of the plasma generation containers (U11, U12, U21, U22) is generated using one magnetic field generation means 12, but instead of this, the magnetic field B of FIG. As described above, a plurality of magnetic field generation means 12 may be provided. In the example of FIG. 4, the magnetic field generating means 12 is individually provided for a set including the plasma generation containers U11 and U12 and a set including the plasma generation containers U21 and U22. Since the configuration of each magnetic field generation unit 12 is the same as that described in the above example, a detailed description thereof will be omitted, but here, each magnetic field generation unit 12 applies each plasma generation container set to each plasma generation container set. It becomes possible to generate a magnetic field independently. In the example of FIG. 4, the magnetic field B1 is generated for the pair of plasma generation containers U11 and U12, whereas the magnetic field B2 is generated for the pair of plasma generation containers U21 and U22. The magnetic field generated for each plasma generation container set may be the same.

図4の例では、2つのプラズマ生成容器を組として、それに1つの磁場生成手段12を対応させる構成であったが、各プラズマ生成容器に対して、1つの磁場生成手段12を対応させるようにしても良い。さらに、1つの組を2つのプラズマ生成容器で構成し、別の組を3つのプラズマ生成容器で構成するようにしても良い。その場合、先の例と同じく、各組に対して1つずつ磁場生成手段12設けておく。また、ここでは、磁場生成手段12として電磁石を用いたが、これに代えて、永久磁石を用いるようにしても良い。その場合、2つの永久磁石を用意し、互いに異なる極性がX方向において対向配置されるようにして、各々の磁極14に取り付けて置けば良い。   In the example of FIG. 4, the configuration is such that two plasma generation containers are paired and one magnetic field generation means 12 is associated therewith. However, one magnetic field generation means 12 is associated with each plasma generation container. May be. Furthermore, one set may be configured by two plasma generation containers, and another set may be configured by three plasma generation containers. In that case, as in the previous example, one magnetic field generating means 12 is provided for each group. Here, although an electromagnet is used as the magnetic field generation means 12, a permanent magnet may be used instead. In that case, two permanent magnets may be prepared and attached to the respective magnetic poles 14 so that different polarities are opposed to each other in the X direction.

本発明のイオン源8には、イオンビーム19をプラズマ生成容器1より引き出す為の引出電極16が設けられている。この引出電極16の構成について、図5を基に説明する。図5(A)、図5(B)には、図3と図4で一例として挙げた4つのプラズマ生成容器(U11、U12、U21、U22)とその前方(Z方向側)に配置された引出電極16が描かれている。なお、この図において、各プラズマ生成容器(U11、U12、U21、U22)とプラズマ生成容器に形成されたスリット状開口部11は、破線で描かれている。   The ion source 8 of the present invention is provided with an extraction electrode 16 for extracting the ion beam 19 from the plasma generation container 1. The configuration of the extraction electrode 16 will be described with reference to FIG. 5A and 5B, four plasma generation containers (U11, U12, U21, U22) cited as an example in FIGS. 3 and 4 and the front (Z direction side) thereof are arranged. An extraction electrode 16 is depicted. In this figure, each plasma generation container (U11, U12, U21, U22) and the slit-shaped opening 11 formed in the plasma generation container are drawn by broken lines.

この例では、引き出されるイオンビームとして正の電荷を有するイオンビームを想定している。その為、引出電極16には、各プラズマ生成容器(U11、U12、U21、U22)を基準にして、引出電極16の電位が負の電位となるような図示されない電源が接続されている。引出電極16の構成について具体的に説明する。図5(A)の例では、1枚の大きな引出電極16に2つの引出し開口17が形成されている。各引出し開口17は、プラズマ生成容器U11とプラズマ生成容器U12からなる組とプラズマ生成容器U21とプラズマ生成容器U22からなる組に対して個別に設けられている。   In this example, an ion beam having a positive charge is assumed as the extracted ion beam. Therefore, a power supply (not shown) is connected to the extraction electrode 16 so that the potential of the extraction electrode 16 becomes a negative potential with reference to each plasma generation container (U11, U12, U21, U22). The configuration of the extraction electrode 16 will be specifically described. In the example of FIG. 5A, two extraction openings 17 are formed in one large extraction electrode 16. Each drawer opening 17 is individually provided for a set including the plasma generation container U11 and the plasma generation container U12 and a set including the plasma generation container U21 and the plasma generation container U22.

図5(A)では2つプラズマ生成容器に対して1つの引出し開口17が配置される構成であったが、これに代えて図5(B)に示されるように、個々のプラズマ生成容器に対して個別に引出し開口17を設けておいても良い。また、ここには図示されていないが、このような引出電極16の引出し開口部17を通して引き出されるイオンビーム19は、引出し方向(Z方向)に垂直な平面内で略長方形状の断面を有するリボン状のイオンビームとなる。   In FIG. 5A, one drawer opening 17 is arranged for two plasma generation containers, but instead of this, as shown in FIG. On the other hand, the drawer opening 17 may be provided individually. Although not shown here, the ion beam 19 extracted through the extraction opening 17 of the extraction electrode 16 is a ribbon having a substantially rectangular cross section in a plane perpendicular to the extraction direction (Z direction). In the form of ion beam.

図3〜図5では、4つのプラズマ生成容器を配置した例を挙げたが、本発明のプラズマ生成容器の配置はこれに限られない。図6(A)〜(C)には、本発明のイオン源8を構成するプラズマ生成容器の配置例が挙げられている。   3-5, the example which has arrange | positioned four plasma production | generation containers was given, However, The arrangement | positioning of the plasma production | generation container of this invention is not restricted to this. 6A to 6C show arrangement examples of plasma generation containers constituting the ion source 8 of the present invention.

本発明では、各プラズマ生成容器から引き出されたリボン状のイオンビームを引出し方向に垂直な平面で切断し、そのときの略長方形状の切断面において、切断面の短手方向から各リボン状のイオンビームを見たときに、切断面の長手方向における少なくとも一方の端部が互いに重なっていることを特徴としている。このような構成にすることで、基板寸法が大型になった場合でも、従来と同様に問題なくイオン注入処理を行うことができる。引出電極16によって引き出されるリボン状のイオンビーム19の略長方形状断面は、各プラズマ生成容器に形成されたスリット状開口部11の形状にほぼ等しい。その為、図6(A)〜(C)に描かれるように、各プラズマ生成容器を配置することができる。   In the present invention, the ribbon-like ion beam drawn from each plasma generation container is cut along a plane perpendicular to the drawing direction, and each ribbon-like shape is cut from the short side of the cut surface at a substantially rectangular cut surface at that time. When the ion beam is viewed, at least one end in the longitudinal direction of the cut surface is overlapped with each other. With such a configuration, even when the substrate size becomes large, the ion implantation process can be performed without any problem as in the conventional case. The substantially rectangular cross section of the ribbon-like ion beam 19 extracted by the extraction electrode 16 is substantially equal to the shape of the slit-shaped opening 11 formed in each plasma generation container. Therefore, as shown in FIGS. 6A to 6C, each plasma generation container can be arranged.

具体的に説明すると、図6(A)では、Y方向において、奇数番目に配置されるプラズマ生成容器の組(U11とU12からなる組、U31とU32からなる組)と、偶数番目に配置されるプラズマ生成容器の組(U21とU22からなる組、U41とU42からなる組)とのX方向における位置が異なっている。奇数番目に配置されたプラズマ生成容器組と偶数番目に配置されたプラズマ生成容器組のX方向における位置は、Y方向(リボン状のイオンビームを引出し方向に垂直な平面で切断したときの略長方形状の切断面の短手方向に相当)において隣り合うプラズマ生成容器に形成されたスリット状開口部11のX方向(リボン状のイオンビームを引出し方向に垂直な平面で切断したときの略長方形状の切断面の長手方向に相当)における少なくとも一方の端部が互いに重なるように配置されている。このような配置にすることで、各プラズマ生成容器から引き出されたリボン状のイオンビーム19を略長方形状断面の短手方向から見たとき、略長方形状断面の長手方向における少なくとも一方の端部が互いに重なるように構成することができる。   More specifically, in FIG. 6 (A), in the Y direction, a pair of plasma generation containers (a group consisting of U11 and U12, a group consisting of U31 and U32) and an even number are arranged in the Y direction. The positions in the X direction of the plasma generation container groups (the group consisting of U21 and U22, the group consisting of U41 and U42) are different. The positions of the odd-numbered plasma generation container groups and the even-numbered plasma generation container groups in the X direction are in the Y direction (roughly rectangular when a ribbon-like ion beam is cut along a plane perpendicular to the extraction direction). In the X direction of the slit-shaped opening 11 formed in the adjacent plasma generation container (corresponding to the short direction of the cut surface of the ribbon) when the ribbon-like ion beam is cut along a plane perpendicular to the extraction direction. Are arranged so that at least one end thereof overlaps each other. With such an arrangement, when the ribbon-like ion beam 19 drawn from each plasma generation container is viewed from the short direction of the substantially rectangular cross section, at least one end in the longitudinal direction of the substantially rectangular cross section Can be configured to overlap each other.

図6(A)では、奇数番目のプラズマ生成容器組と偶数番目のプラズマ生成容器組とのX方向における位置を交互に異ならせて配置した例を示したが、これを図6(B)に示すように、変形しても良い。図6(B)では、Y方向に沿って1番目と4番目に配置されるプラズマ生成容器組(U11とU12からなる組、U41とU42からなる組)と2番目と3番目に配置されるプラズマ生成容器組(U21とU22からなる組、U31とU32からなる組)とのX方向における位置が異なるように配置されている。このようにしても、図6(A)で示した例と同様の作用効果を奏することができる。   FIG. 6A shows an example in which the odd-numbered plasma generation container group and the even-numbered plasma generation container group are arranged at different positions in the X direction. This is shown in FIG. 6B. As shown, it may be deformed. In FIG. 6B, the first and fourth plasma generation container groups (the group consisting of U11 and U12, the group consisting of U41 and U42) and the second and third positions are arranged along the Y direction. The plasma generation container group (a group composed of U21 and U22, a group composed of U31 and U32) is arranged so that the positions in the X direction are different. Even if it does in this way, there can exist an effect similar to the example shown in FIG. 6 (A).

また、図6(C)に示すように、Y方向に配置される各プラズマ生成容器組の構成を変更しても良い。ここでは、Y方向において1番目と2番目に配置されるプラズマ生成容器の個数は1つであって、3番目に配置されるプラズマ生成容器の個数は2つである。このような構成であっても、各プラズマ生成容器(U11、U21、U31、U32)に形成されたスリット状開口部11のX方向(リボン状のイオンビームを引出し方向に垂直な平面で切断したときの略長方形状の切断面の長手方向に相当)における少なくとも一方の端部が、Y方向(リボン状のイオンビームを引出し方向に垂直な平面で切断したときの略長方形状の切断面の短手方向に相当)から見たときに重なるように配置されていれば、先に示した図6(A)、図6(B)と同等の効果を奏することができる。なお、当然ながら、プラズマ生成容器の数は、ここに示されるものに限定されない。プラズマ生成容器の数は、2個以上であれば良い。   Further, as shown in FIG. 6C, the configuration of each plasma generation container set arranged in the Y direction may be changed. Here, the number of plasma generation containers arranged first and second in the Y direction is one, and the number of plasma generation containers arranged third is two. Even in such a configuration, the X-direction of the slit-shaped opening 11 formed in each plasma generation container (U11, U21, U31, U32) (ribbon-shaped ion beam was cut along a plane perpendicular to the extraction direction) At least one end of the substantially rectangular cut surface at the time is a short of the substantially rectangular cut surface when the ribbon-shaped ion beam is cut along a plane perpendicular to the extraction direction. If they are arranged so as to overlap when viewed from the (corresponding to the hand direction), the same effects as those shown in FIGS. 6A and 6B can be obtained. Of course, the number of plasma generation containers is not limited to that shown here. The number of plasma generation containers may be two or more.

図7に記載のプラズマ生成容器1の構成は、図1に記載のものとカソード部分が異なっている。図7の例では、電子を放出するカソードが傍熱型カソード18によって構成されている。この構成は、傍熱型イオン源として知られる構成である。フィラメント電源Vによってフィラメント2に電流を流し、フィラメント2を加熱して電子を放出させる。フィラメント2を基準電位にして、傍熱型カソード18の電位がそれよりも正の電位となるようにカソード電源Vが接続されている。このカソード電源Vによって、フィラメント2より放出された電子が傍熱型カソード18に引き寄せられて、そこにたたきつけられる。電子が傍熱型カソード18にたたきつけられると、傍熱型カソード18が加熱され、ある温度まで加熱されると、傍熱型カソード18より電子が放出される。以降、プラズマ3の生成に仕組みについては、図1の例と同じである為、ここではその説明を省略するが、電子を放出するためのカソードとしてこのような傍熱型カソード18を用いても良い。なお、本発明で言うプラズマ生成容器の内部とは、プラズマ生成容器に形成された傍熱型カソード18が配置される開口部も含めた領域を意味する。 The configuration of the plasma generation vessel 1 shown in FIG. 7 is different from that shown in FIG. 1 in the cathode portion. In the example of FIG. 7, the cathode that emits electrons is constituted by the indirectly heated cathode 18. This configuration is known as an indirectly heated ion source. Flowing a current to the filament 2 by filament power supply V F, it emits electrons by heating a filament 2. The filaments 2 to the reference potential, the cathode power source V C so that the potential of the indirectly heated cathode 18 becomes the positive potential than it is connected. By this cathode power source V C , electrons emitted from the filament 2 are attracted to the indirectly heated cathode 18 and knocked there. When the electrons are struck by the indirectly heated cathode 18, the indirectly heated cathode 18 is heated, and when heated to a certain temperature, the electrons are emitted from the indirectly heated cathode 18. Since the mechanism for generating the plasma 3 is the same as that in the example of FIG. 1, the description thereof is omitted here. However, such a indirectly heated cathode 18 may be used as a cathode for emitting electrons. good. In addition, the inside of the plasma generation container as used in the field of this invention means the area | region also including the opening part in which the indirectly heated cathode 18 formed in the plasma generation container is arrange | positioned.

図8には、本発明に係るイオン注入装置IMの例が描かれている。ここではイオン源8の図示を簡略化する為に、これまでに説明した磁場生成手段12、引出電極16等の図示を省略している。また、以降の説明を簡略化する為、複数のプラズマ生成容器の構成としては、ここでは図4に示した4つのプラズマ生成容器(U11、U12、U21、U22)のうち、2つのプラズマ生成容器(U11とU21)を備えた構成を例として挙げている。   FIG. 8 shows an example of an ion implantation apparatus IM according to the present invention. Here, in order to simplify the illustration of the ion source 8, the magnetic field generating means 12, the extraction electrode 16 and the like described so far are omitted. In addition, in order to simplify the following description, the configuration of the plurality of plasma generation containers includes two plasma generation containers among the four plasma generation containers (U11, U12, U21, U22) shown in FIG. A configuration provided with (U11 and U21) is taken as an example.

各プラズマ生成容器(U11、U21)より引き出されたイオンビーム19には、所望するイオン種以外のものが含まれている。その為、所望するイオン種のみを基板23に照射する為に、従来から知られているように、分析電磁石20と分析スリット21を用いて質量分析が行われる。質量分析されたイオンビーム19は、処理室22内に配置されたビーム電流計測器25に照射される。ビーム電流計測器25では、後述するようにX方向に沿ってビーム電流密度分布の計測がなされ、その計測結果が制御装置26に信号S9として送信される。制御装置26は、ビーム電流密度分布が所望する範囲内にあると判断した場合、基板23を支持する基板駆動機構24に制御信号S7を送信する。制御信号S7を受信した基板駆動機構24は、2本のイオンビーム19を用いて、基板23の全面にイオンビーム19が照射されるように、当該イオンビーム19と交差する方向(ここでは、Y方向)に基板23を駆動する。   The ion beam 19 extracted from each plasma generation container (U11, U21) contains things other than the desired ion species. Therefore, mass spectrometry is performed using the analysis electromagnet 20 and the analysis slit 21 as conventionally known in order to irradiate the substrate 23 with only the desired ion species. The ion beam 19 subjected to mass analysis is irradiated to a beam current measuring instrument 25 disposed in the processing chamber 22. The beam current measuring device 25 measures the beam current density distribution along the X direction as will be described later, and the measurement result is transmitted to the control device 26 as a signal S9. When it is determined that the beam current density distribution is within a desired range, the control device 26 transmits a control signal S7 to the substrate driving mechanism 24 that supports the substrate 23. The substrate driving mechanism 24 that has received the control signal S7 uses the two ion beams 19 to cross the ion beam 19 so that the entire surface of the substrate 23 is irradiated with the ion beam 19 (here, Y Direction).

一方、ビーム電流密度分布が所定範囲外であると判断された場合には、制御装置26によって、イオン源8に制御信号S1〜S4が送信され、イオン源8に備えられたフィラメント電源V、アーク電源V、マスフローコントローラー7、カソード電源Vといったイオン源の運転パラメーターの値が調整される。また、この運転パラメーターの調整に加えて、分析スリット21の下流側(処理室22側)に、各イオンビーム19を部分的に遮蔽する遮蔽手段27を設けておき、これを用いてビーム電流密度分布の調整を行うようにしても良い。なお、この遮蔽手段27は、制御装置26からの制御信号S6によって制御され、図示される矢印の方向への移動量の調整が行われる。また、ビーム電流密度分布の調整時にはビーム電流計測器25によってビーム電流密度分布のモニタリングがなされている。 On the other hand, when it is determined that the beam current density distribution is out of the predetermined range, the control device 26 transmits control signals S1 to S4 to the ion source 8, and the filament power supply V F provided in the ion source 8; The operating parameter values of the ion source such as the arc power source V A , the mass flow controller 7 and the cathode power source V C are adjusted. Further, in addition to the adjustment of the operation parameters, a shielding means 27 for partially shielding each ion beam 19 is provided on the downstream side (processing chamber 22 side) of the analysis slit 21, and the beam current density is used by using this. The distribution may be adjusted. The shielding means 27 is controlled by a control signal S6 from the control device 26, and the amount of movement in the direction of the arrow shown is adjusted. In addition, when the beam current density distribution is adjusted, the beam current density distribution is monitored by the beam current measuring device 25.

各プラズマ生成容器(U11、U21)より引き出されるイオンビーム19の経路は、イオン源8から処理室22までの間で、メッシュ状の孔を有する導電性部材31によって電位的に分離されている。また、この導電性部材31は、例えば、非磁性体であるカーボンで構成されており、電気的に接地されている。このような導電性部材31によって、2本のイオンビーム19のビーム経路を電位的に分離しておくと、空間電荷効果によって一方のイオンビーム19の周囲で生じた空間的な電位の変動が、他方のイオンビーム19へ影響を及ぼすことを防止することができる。また、各イオンビームは正の電荷を有しているので、近づけ過ぎると互いに反発し合う。しかしながら、このような導電性部材31を設けておくと、電位的に分離されるので、2本のイオンビーム19を近づけて配置することが可能となり、イオン注入装置IMの小型化や、基板駆動機構24を用いて基板23の全面にイオン注入処理を施す時の基板23の駆動範囲を狭くすることができる。   The path of the ion beam 19 extracted from each plasma generation container (U11, U21) is electrically isolated from the ion source 8 to the processing chamber 22 by a conductive member 31 having a mesh-shaped hole. Further, the conductive member 31 is made of, for example, carbon that is a non-magnetic material and is electrically grounded. When the beam paths of the two ion beams 19 are separated from each other by such a conductive member 31, the spatial potential fluctuation generated around one ion beam 19 due to the space charge effect is The influence on the other ion beam 19 can be prevented. In addition, since each ion beam has a positive charge, they repel each other if they are too close. However, if such a conductive member 31 is provided, the two ion beams 19 can be disposed close to each other because of potential separation, and the ion implantation apparatus IM can be downsized and the substrate can be driven. The drive range of the substrate 23 when the ion implantation process is performed on the entire surface of the substrate 23 using the mechanism 24 can be narrowed.

イオン注入装置IMを構成する各部について以下に説明する。図9には、ビーム電流計測器25の例が描かれている。ビーム電流計測器25は、例えば、Y方向に長いファラデーカップ40が、X方向に沿って複数個配置されている。このファラデーカップ40は、Y方向において各プラズマ生成容器(U11、U21)より引き出された2本のイオンビーム19を覆うほど大きく、X方向において2本のイオンビーム19の一端から他端を覆うように複数個配置されている。   Each part constituting the ion implantation apparatus IM will be described below. FIG. 9 illustrates an example of the beam current measuring instrument 25. In the beam current measuring instrument 25, for example, a plurality of Faraday cups 40 that are long in the Y direction are arranged along the X direction. The Faraday cup 40 is large enough to cover the two ion beams 19 drawn from the plasma generation containers (U11, U21) in the Y direction, and covers one end to the other end of the two ion beams 19 in the X direction. A plurality are arranged.

このビーム電流計測器25での計測結果が、図9に記載のビーム電流計測器25の紙面右側に描かれている。この計測結果において、縦軸はビーム電流計測器25上の位置を表し、横軸はビーム電流密度の大きさを表す。各イオンビーム19のビーム電流密度分布に着目すると、イオンビーム19の中央部近傍でのビーム電流密度は大きく、端部に行くに従ってなだらかな分布となる。この例では、プラズマ生成容器U11とプラズマ生成容器U21から引き出された各イオンビーム19のX方向における端部は、Y方向から見たときに重なっている。この重なり部分は、計測結果にAとして示される領域に位置しており、この領域において、各イオンビーム19によるビーム電流密度分布は、破線で示されるようになだらかに減少しているが、ここでは各イオンビーム19の電流密度が重ね合わされて、実線で記載されているようなビーム電流密度分布が計測される。   The measurement result of the beam current measuring instrument 25 is drawn on the right side of the page of the beam current measuring instrument 25 shown in FIG. In this measurement result, the vertical axis represents the position on the beam current measuring instrument 25, and the horizontal axis represents the magnitude of the beam current density. When attention is paid to the beam current density distribution of each ion beam 19, the beam current density in the vicinity of the central portion of the ion beam 19 is large and becomes a gentle distribution toward the end portion. In this example, the ends in the X direction of the ion beams 19 drawn from the plasma generation container U11 and the plasma generation container U21 overlap when viewed from the Y direction. This overlapping portion is located in a region indicated as A in the measurement result, and in this region, the beam current density distribution by each ion beam 19 is gradually decreased as shown by a broken line. The current density of each ion beam 19 is superimposed, and a beam current density distribution as indicated by a solid line is measured.

図10(A)、図10(B)を用いて、所望するビーム電流密度分布を得るための手法について、簡単に説明する。図10(A)には、ビーム電流計測器25で計測されたビーム電流密度分布が描かれている。ここでは、ビーム電流密度の値がH±αであって、X方向における幅がWのイオンビーム19を用いて、基板23へのイオン注入を行うことを想定している。   A method for obtaining a desired beam current density distribution will be briefly described with reference to FIGS. 10 (A) and 10 (B). In FIG. 10A, the beam current density distribution measured by the beam current measuring device 25 is drawn. Here, it is assumed that ion implantation into the substrate 23 is performed using an ion beam 19 having a beam current density value of H ± α and a width in the X direction of W.

この場合、図示されるCとDの領域では、ビーム電流密度の値がH+αの範囲を超えている。その為、この領域でのビーム電流密度を減らさなければならない。この場合、例えば、制御装置26によって、フィラメント電源Vが制御され、フィラメント2に流れる電流量が減少させられる。電流量が減少すると、プラズマ3の濃度が薄くなるので、プラズマ生成容器1より引き出されるイオンビーム19のビーム量が減少する。その結果、図10(B)に示すように、ビーム電流密度分布が全体的に減少し、所定の範囲内を満たすようになる。 In this case, in the regions C and D shown in the figure, the value of the beam current density exceeds the range of H + α. Therefore, the beam current density in this region must be reduced. In this case, for example, by the control device 26, the filament power supply V F is controlled, the amount of current flowing through the filament 2 is reduced. When the amount of current decreases, the concentration of the plasma 3 decreases, so that the amount of the ion beam 19 drawn from the plasma generation container 1 decreases. As a result, as shown in FIG. 10B, the beam current density distribution decreases as a whole and satisfies a predetermined range.

ここでは、フィラメント電源Vを調整する制御例を述べたが、これ以外に、前述したイオン源8に備えられたアーク電源Vやプラズマ生成容器に導入されるガス流量等を制御するようにしても良い。また、制御対象としては、予め順番を決めておき、その順番を制御装置26内に記憶させておいて、所定の順番に従って、制御対象を制御していくようにすることが考えられる。この場合、制御する順番は、所望する範囲と計測されたビーム電流密度分布との差で決定されるようにしても良い。例えば、差が大きい場合には、粗い調整に適したパラメーター(少しの調整で、大きくビーム電流密度分布が変動するパラメーター)の調整を行うようにし、差が小さくなった場合には、細かい調整に適したパラメーター(調整量が多くても、ほとんどビーム電流密度分布が変動しないパラメーター)の調整を行うようにして、調整対象とする運転パラメーターの順番が決定されるようにしても良い。 Here it has been described a control example for adjusting the filament power supply V F, other in, so as to control the gas flow rate, etc. to be introduced into the arc power supply V C and the plasma generating chamber provided in the ion source 8 described above May be. In addition, it is conceivable that the control target is determined in advance, the order is stored in the control device 26, and the control target is controlled according to a predetermined order. In this case, the control order may be determined by the difference between the desired range and the measured beam current density distribution. For example, if the difference is large, adjust the parameters suitable for coarse adjustment (parameters that greatly vary the beam current density distribution with a little adjustment), and if the difference decreases, make fine adjustments. The order of the operation parameters to be adjusted may be determined by adjusting suitable parameters (parameters in which the beam current density distribution hardly fluctuates even if the adjustment amount is large).

一方、制御装置26を設けずに、イオン注入装置IMの操作者(オペレーター)が手動で調整できるようにしておいても良い。その場合、ビーム電流計測器25による計測結果を映し出すモニターを用意しておき、このモニターを見ながら、計測されたビーム電流密度分布が所望の範囲内に入るように、操作者が調整できるように構成しておくことが考えられる。   On the other hand, the operator (operator) of the ion implantation apparatus IM may be manually adjusted without providing the control device 26. In that case, a monitor for displaying the measurement result by the beam current measuring instrument 25 is prepared, and the operator can adjust the measured beam current density distribution so that the measured beam current density distribution falls within a desired range while viewing this monitor. It is conceivable to configure it.

また、ビーム電流計測器25の構成としては、複数本のイオンビーム19を一括して計測する構成ではなく、個々のイオンビーム19を個別に計測できるように、各イオンビーム19に対して個別にビーム電流計測器25を設けておいても良い。その場合、計測結果は、後で足し合わせが行われるようにしておけば良い。   Further, the configuration of the beam current measuring device 25 is not a configuration in which a plurality of ion beams 19 are measured at once, but individually for each ion beam 19 so that each ion beam 19 can be measured individually. A beam current measuring device 25 may be provided. In that case, the measurement results may be added later.

図11(A)と図11(B)は、図8に記載の分析電磁石20の一例である。図11(A)には分析電磁石20の断面の様子が描かれている。分析電磁石20は、ヨーク28を備えており、ヨーク28には、X方向における磁極間距離(ギャップ)の異なる第一の磁極対29と第二の磁極対30が設けられている。Y方向において、X方向に対向配置された第一の磁極対29と第二の磁極対30の両磁極を覆うようにコイル15が巻回されており、この例では、紙面上側に配置された各磁極対より紙面下側に配置された各磁極対に向けて、磁場が生成されている。また、第一の磁極対29と第二の磁極対30は、モーター等からなる磁極駆動機構39によって、独立して磁極間距離の変更ができるように構成されている。   FIG. 11A and FIG. 11B are examples of the analyzing electromagnet 20 shown in FIG. FIG. 11A shows a cross-sectional state of the analysis electromagnet 20. The analyzing electromagnet 20 includes a yoke 28, and the yoke 28 is provided with a first magnetic pole pair 29 and a second magnetic pole pair 30 having different distances (gap) between the magnetic poles in the X direction. In the Y direction, the coil 15 is wound so as to cover both magnetic poles of the first magnetic pole pair 29 and the second magnetic pole pair 30 that are arranged to face each other in the X direction. In this example, the coil 15 is arranged on the upper side of the drawing. A magnetic field is generated toward each magnetic pole pair arranged on the lower side of the drawing with respect to each magnetic pole pair. The first magnetic pole pair 29 and the second magnetic pole pair 30 are configured such that the distance between the magnetic poles can be changed independently by a magnetic pole driving mechanism 39 made of a motor or the like.

第一の磁極対29間には、図8に記載のプラズマ生成容器U11から引き出されたイオンビーム19が通過し、同様に、第二の磁極対30間には、図8に記載のプラズマ生成容器U21から引き出されたイオンビーム19が通過する。また、Y方向において、各イオンビーム19のビーム経路を電位的に分離するように、導電性部材31が設けられている。   The ion beam 19 extracted from the plasma generation container U11 illustrated in FIG. 8 passes between the first magnetic pole pairs 29, and similarly, the plasma generation illustrated in FIG. 8 is performed between the second magnetic pole pairs 30. The ion beam 19 extracted from the container U21 passes. In addition, in the Y direction, a conductive member 31 is provided so as to separate the beam paths of the ion beams 19 in terms of potential.

各プラズマ生成容器(U11、U21)から引き出されたイオンビーム19の旋回半径は、所望するイオン種とイオンビームのエネルギーが同じである場合、分析電磁石20での旋回半径が同一となる。分析電磁石20と基板23までの距離等にもよるが、旋回半径が同一である場合、各イオンビーム19の経路が交差してしまう恐れがある。また、各イオンビーム19による基板23への入射角度の差が大きくなると、基板上に製造されるデバイスの特性が場所によって大きく異なってしまう。 その為、各プラズマ生成容器(U11、U21)から引き出されたイオンビーム19の旋回半径を異ならせ、出来るだけ両イオンビーム19の軌道が平行となるように調整することが望まれる。   The turning radius of the ion beam 19 extracted from each plasma generation container (U11, U21) is the same as the turning radius of the analysis electromagnet 20 when the desired ion species and the energy of the ion beam are the same. Although depending on the distance between the analysis electromagnet 20 and the substrate 23, etc., if the turning radii are the same, the paths of the ion beams 19 may cross each other. In addition, when the difference in the incident angle of each ion beam 19 onto the substrate 23 increases, the characteristics of devices manufactured on the substrate vary greatly depending on the location. For this reason, it is desirable to adjust the trajectories of both ion beams 19 to be as parallel as possible by making the turning radii of the ion beams 19 drawn from the plasma generation containers (U11, U21) different.

図8の場合、各イオンビーム19は分析電磁石20で時計回りに旋回させられるので、外側を旋回する(図11(A)でY方向側に位置する)イオンビーム19(プラズマ生成容器U11より引き出されたイオンビーム19)の旋回半径を、内側を旋回する他方のイオンビーム19(プラズマ生成容器U21より引き出されたイオンビーム19)の旋回半径よりも大きくしておく必要がある。イオンビーム19のイオン種とエネルギーが同じ場合、イオンビーム19を旋回させる磁場の強度に応じて、旋回半径は異なる。磁場の強度は、磁極間距離が広がるのに従って弱くなるので、この例では第一の磁極対29の磁極間距離を第二の磁極対30の磁極間距離よりも広くしている。磁極間距離の大小関係については、上記した通りであるが、各磁極間距離の間隔をどのように設定するかは、分析電磁石20と基板23までの距離、基板23上に製造されるデバイスの特性等の諸条件に応じて、適宜、設定される。   In the case of FIG. 8, since each ion beam 19 is swung clockwise by the analysis electromagnet 20, the ion beam 19 swung outward (located on the Y direction side in FIG. 11A) (extracted from the plasma generation vessel U11). It is necessary to make the turning radius of the ion beam 19) larger than the turning radius of the other ion beam 19 (ion beam 19 extracted from the plasma generation container U21) turning inside. When the ion species and energy of the ion beam 19 are the same, the turning radius varies depending on the strength of the magnetic field for turning the ion beam 19. Since the strength of the magnetic field becomes weaker as the distance between the magnetic poles increases, the distance between the magnetic poles of the first magnetic pole pair 29 is made wider than the distance between the magnetic poles of the second magnetic pole pair 30 in this example. The magnitude relationship between the magnetic pole distances is as described above. How to set the interval between the magnetic pole distances depends on the distance between the analysis electromagnet 20 and the substrate 23, the device manufactured on the substrate 23, and the like. It is appropriately set according to various conditions such as characteristics.

このように各磁極間距離を異ならせることで、第一の磁極対29で発生する第一の磁場B1を第二の磁極対30で発生する第二の磁場B2よりも弱くすることができ、磁極間距離の設定次第では、各イオンビーム19のビーム経路をほぼ平行にすることができる。ここでは、分析電磁石20において、外側を旋回するイオンビーム19の旋回半径を、内側を旋回する他方のイオンビーム19の旋回半径よりも大きくする為に、外側を旋回するイオンビーム19が通過する磁極間の距離を他方のイオンビーム19が通過する磁極間の距離よりも広げる旨の表現を用いたが、これを換言すると、次のように表現することができる。分析電磁石20の内部をイオンビームが通過する距離が長くなるほど、分析電磁石20に形成された各磁極間の距離は広がるように構成されている。つまり、分析電磁石20内部で、外側を通過するイオンビーム19ほど、分析電磁石20内を通過する距離は長くなる。反対に、分析電磁石20内部で、内側を通過するイオンビーム19ほど、分析電磁石20内を通過する距離は短くなる。その為、内側、外側という表現に代えて、イオンビーム19が分析電磁石20内を通過する距離という表現を用いることができる。   Thus, by making the distance between the magnetic poles different, the first magnetic field B1 generated in the first magnetic pole pair 29 can be made weaker than the second magnetic field B2 generated in the second magnetic pole pair 30, Depending on the setting of the distance between the magnetic poles, the beam paths of the ion beams 19 can be made substantially parallel. Here, in the analysis electromagnet 20, in order to make the turning radius of the ion beam 19 turning outwardly larger than the turning radius of the other ion beam 19 turning inside, the magnetic pole through which the ion beam 19 turning outward passes. The expression that the distance between them is wider than the distance between the magnetic poles through which the other ion beam 19 passes is used. In other words, the expression can be expressed as follows. The distance between the magnetic poles formed on the analysis electromagnet 20 increases as the distance that the ion beam passes through the analysis electromagnet 20 increases. That is, in the analysis electromagnet 20, the distance that passes through the analysis electromagnet 20 becomes longer as the ion beam 19 passes outside. On the contrary, the ion beam 19 passing through the inside of the analysis electromagnet 20 has a shorter distance to pass through the analysis electromagnet 20. Therefore, the expression of the distance that the ion beam 19 passes through the analysis electromagnet 20 can be used instead of the expression of inside and outside.

磁極29と磁極30のY方向における幅は、そこを通過するイオンビーム19の同方向における寸法に比べて、十分に広くしておく。また、磁極間を通過するイオンビーム19は、Y方向において各磁極の中央部分を通過するように構成しておくことが望まれる。これは、Y方向において隣り合う磁極間に配置された磁極端部では、磁場同士が干渉して磁場分布に歪みが生じて、イオンビーム19の質量分析に支障を来す恐れがある為である。このような理由から、上記したように磁極寸法と磁極間を通過するイオンビームの通過位置を設定することが望ましい。   The widths of the magnetic pole 29 and the magnetic pole 30 in the Y direction are sufficiently wider than the dimensions of the ion beam 19 passing therethrough in the same direction. Further, it is desirable that the ion beam 19 passing between the magnetic poles is configured to pass through the central portion of each magnetic pole in the Y direction. This is because at the magnetic pole ends arranged between the magnetic poles adjacent in the Y direction, the magnetic fields interfere with each other and the magnetic field distribution is distorted, which may hinder mass analysis of the ion beam 19. . For this reason, it is desirable to set the size of the magnetic pole and the passage position of the ion beam that passes between the magnetic poles as described above.

図11(B)には、X方向から分析電磁石20を見たときの様子が描かれている。この図で、分析電磁石20の内側領域に記載の一点鎖線は第一の磁極対29と第二の磁極対30の外形を表し、実線は所望するイオンビーム19の軌道を表す。そして、破線は導電性部材31を表している。この図を見れば理解できるように、第一の磁極対29の幅と第二の磁極対30の幅は、それぞれイオンビーム19のビーム経路に沿って同一である。なお、図11(B)に記載のX軸、Y軸、Z軸は、分析電磁石20の出口(紙面右側)での方向を示しており、分析電磁石20内部では、X軸の方向を除いて、これらの方向は適宜変更される。   FIG. 11B shows a state when the analyzing electromagnet 20 is viewed from the X direction. In this figure, the alternate long and short dash line in the inner region of the analysis electromagnet 20 represents the outer shape of the first magnetic pole pair 29 and the second magnetic pole pair 30, and the solid line represents the trajectory of the desired ion beam 19. A broken line represents the conductive member 31. As can be understood from this figure, the width of the first magnetic pole pair 29 and the width of the second magnetic pole pair 30 are the same along the beam path of the ion beam 19. Note that the X-axis, Y-axis, and Z-axis shown in FIG. 11B indicate directions at the outlet of the analysis electromagnet 20 (on the right side in the drawing), and inside the analysis electromagnet 20 except for the X-axis direction. These directions are appropriately changed.

図12(A)、図12(B)には、図8に記載の遮蔽手段27の一例が記載されている。ここに示されているように、例えば、遮蔽手段27は、各プラズマ生成容器(U11、U21)より引き出されたイオンビーム19に対して、個別に設けられている。この遮蔽手段27は、各イオンビーム19をその短辺方向(Y方向)より挟むように対向配置された一対の遮蔽部材34を備えており、対を成す遮蔽部材34はイオンビーム19の長辺方向(X方向)に沿って複数配置されている。   12A and 12B show an example of the shielding means 27 shown in FIG. As shown here, for example, the shielding means 27 is individually provided for the ion beam 19 extracted from each plasma generation container (U11, U21). The shielding means 27 includes a pair of shielding members 34 arranged so as to sandwich each ion beam 19 from the short side direction (Y direction). The shielding members 34 forming a pair are long sides of the ion beam 19. A plurality are arranged along the direction (X direction).

個々の遮蔽部材34には、支持軸33が連結されており、この支持軸33が遮蔽部材駆動機構32により図示される矢印の方向に、独立して移動させられることで、イオンビーム19の一部を遮蔽して、ビーム電流密度分布の調整が行われる。遮蔽部材駆動機構32としては、例えば、動力源として複数のモーターを有し、個々の支持軸33を個別に駆動させる機構で構成されるものが考えられる。   Support shafts 33 are connected to the individual shielding members 34, and the support shafts 33 are independently moved in the directions of the arrows shown by the shielding member driving mechanism 32, so that one of the ion beams 19 can be moved. The beam current density distribution is adjusted by shielding the part. As the shielding member driving mechanism 32, for example, a mechanism having a plurality of motors as a power source and configured to individually drive the individual support shafts 33 is conceivable.

図12(B)には、遮蔽手段27をY方向から見たときの様子が描かれている。この図に描かれているように、複数の遮蔽部材34は、X方向に沿って、Z方向における位置が交互に異なるように、千鳥状に配置されている。このような配置にしておくと、イオンビーム19の電流密度分布をX方向全域に渡って、切れ目無く調整することができる。   FIG. 12B illustrates a state when the shielding unit 27 is viewed from the Y direction. As illustrated in this drawing, the plurality of shielding members 34 are arranged in a staggered manner along the X direction so that the positions in the Z direction are alternately different. With this arrangement, the current density distribution of the ion beam 19 can be adjusted seamlessly over the entire X direction.

図13には、図8に記載の基板駆動機構24の一例が描かれている。基板駆動機構24は、基板23を支持する基板ホルダ38を備えており、基板ホルダ38の下方端面(X方向側に位置する端面)と下方端面よりZ方向に沿って延設された下方端部は、4つの回転体37によって支持されている。基板ホルダ38の下方端面を支持する2つの回転体37は、処理室22上に配置された支持台41に取り付けられた支持軸36によって、図示される矢印の方向へ回動可能に支持されている。基板ホルダ38の下方端部のZ方向側を支持する回転体37は、処理室22上に設けられた支持軸36によって図示される矢印の方向へ回動可能に支持されている。一方、下方端部のZ方向反対側を支持する回転体37は、真空シール35を介して処理室22の外側に設けられた駆動源42(モーター)の回転軸43に固定されており、駆動源42によって回転軸43が回転されることで、回転軸43と一体となって図示される矢印の方向へ回転させられる。これによって、基板ホルダ38をY方向へ移動させることができる。なお、図示は省略しているが、上記した4つの回転体37を有する基板ホルダ38の支持機構は、Y方向に沿って、複数設けられている。   FIG. 13 illustrates an example of the substrate driving mechanism 24 illustrated in FIG. The substrate drive mechanism 24 includes a substrate holder 38 that supports the substrate 23, and includes a lower end surface (an end surface located on the X direction side) of the substrate holder 38 and a lower end portion that extends from the lower end surface along the Z direction. Is supported by four rotating bodies 37. Two rotating bodies 37 that support the lower end surface of the substrate holder 38 are supported by a support shaft 36 attached to a support base 41 disposed on the processing chamber 22 so as to be rotatable in the direction of the arrow shown in the figure. Yes. A rotating body 37 that supports the Z-direction side of the lower end of the substrate holder 38 is supported by a support shaft 36 provided on the processing chamber 22 so as to be rotatable in the direction of the arrow shown in the figure. On the other hand, a rotating body 37 that supports the opposite side of the lower end in the Z direction is fixed to a rotating shaft 43 of a driving source 42 (motor) provided outside the processing chamber 22 via a vacuum seal 35, and is driven. When the rotation shaft 43 is rotated by the source 42, the rotation shaft 43 is integrally rotated with the rotation shaft 43 in the direction indicated by the arrow. Thereby, the substrate holder 38 can be moved in the Y direction. In addition, although illustration is abbreviate | omitted, the support mechanism of the substrate holder 38 which has the above-mentioned four rotary body 37 is provided with two or more along the Y direction.

図14には、基板23上に、各プラズマ生成容器(U11、U21)から引き出されたイオンビーム19が照射される様子が描かれている。基板23はY方向に沿って2本のイオンビーム19と交差する方向(この例では、Y方向)に移動されるので、これによって基板23の全面へのイオン注入が達成される。
<その他変形例>
FIG. 14 illustrates a state in which the ion beam 19 extracted from each plasma generation container (U11, U21) is irradiated onto the substrate 23. Since the substrate 23 is moved along the Y direction in a direction intersecting with the two ion beams 19 (in this example, the Y direction), ion implantation to the entire surface of the substrate 23 is thereby achieved.
<Other variations>

図8の例では、プラズマ生成容器U11とプラズマ生成容器U21のZ方向における位置を同一にしていた。その場合、各プラズマ生成容器から引き出されたイオンビーム19が基板に照射されるまでのビーム経路の距離が異なる。ビーム経路の距離が異なると、各イオンビーム19が受ける空間電荷効果の影響が異なるので、基板23に照射されるイオンビーム19の形状に差が生じてしまう。また、図8の例では、プラズマ生成容器の個数は2つであるが、Y方向に配置するプラズマ生成容器の数が増えるほど、各イオンビーム19のビーム輸送距離の差が大きくなってしまう。   In the example of FIG. 8, the positions of the plasma generation container U11 and the plasma generation container U21 in the Z direction are the same. In that case, the distance of the beam path until the ion beam 19 extracted from each plasma generation container is irradiated onto the substrate is different. If the distance of the beam path is different, the influence of the space charge effect received by each ion beam 19 is different, so that the shape of the ion beam 19 irradiated on the substrate 23 is different. In the example of FIG. 8, the number of plasma generation containers is two. However, as the number of plasma generation containers arranged in the Y direction increases, the difference in the beam transport distance of each ion beam 19 increases.

基板23に照射されるイオンビーム19の形状がほぼ同一であれば、各イオンビーム19のビーム電流密度分布の制御を容易に行うことができる。これは、1本のイオンビームの電流密度分布を調整して得られた結果を用いて、別のイオンビームの電流密度分布の調整が行うことが期待できるからである。   If the shape of the ion beam 19 applied to the substrate 23 is substantially the same, the beam current density distribution of each ion beam 19 can be easily controlled. This is because adjustment of the current density distribution of another ion beam can be expected using the result obtained by adjusting the current density distribution of one ion beam.

その為、図15に描かれているように各プラズマ生成容器(U11、U21)のイオンビーム19の進行方向における位置を異ならせて、各プラズマ生成容器(U11、U21)から基板23にイオンビーム19が照射されるまでの距離L1とL2が同じ距離となるようにしておく。このような構成を用いると、基板23への照射位置で、各プラズマ生成容器(U11、U21)より引き出されたイオンビーム19の形状をほぼ同一にすることができる。   Therefore, as shown in FIG. 15, the positions of the plasma generation containers (U11, U21) in the traveling direction of the ion beam 19 are made different from each plasma generation container (U11, U21) to the substrate 23. The distances L1 and L2 until 19 is irradiated are set to be the same distance. When such a configuration is used, the shape of the ion beam 19 extracted from each plasma generation container (U11, U21) can be made substantially the same at the irradiation position on the substrate 23.

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、U11、U12、U21、U22、U31、U32、U41、U42・・・プラズマ生成容器
2・・・フィラメント
3・・・プラズマ
7・・・ガス流量調節器
8・・・イオン源
11・・・スリット状開口部
12・・・磁場生成手段
16・・・引出電極
17・・・引出し開口
19・・・イオンビーム
20・・・分析電磁石
21・・・分析スリット
23・・・基板
24・・・基板駆動機構
31・・・導電性部材
IM・・・イオン注入装置
1, U11, U12, U21, U22, U31, U32, U41, U42 ... Plasma generation vessel 2 ... Filament 3 ... Plasma 7 ... Gas flow rate regulator 8 ... Ion source 11 ... Slit-shaped opening 12 ... Magnetic field generating means 16 ... Extraction electrode 17 ... Extraction opening 19 ... Ion beam 20 ... Analysis electromagnet 21 ... Analysis slit 23 ... Substrate 24 ... -Substrate drive mechanism 31 ... conductive member IM ... ion implantation apparatus

また、ここでは、電源Vを用いて反射電極の電位が負電位となるように構成したが、このような電源を用いずに、浮遊電位にしておいても良い。その場合、フィラメント2より放出された電子が反射電極に衝突することで、反射電極が負に帯電し、最終的にはフィラメント2側に電子を反射させることができる。また、図示はなされていないが、フィラメント2の背面側にも反射電極を設けておいても良い。 Further, here, the potential of the reflecting electrode 4 are configured such that the negative potential with the power V B, without using such a power supply may be set to the floating potential. In this case, since the electrons emitted from the filament 2 impinges on the reflective electrode 4, the reflective electrode 4 is negatively charged, and eventually can be reflected electrons to the filament 2 side. Although not shown, a reflective electrode may also be provided on the back side of the filament 2.

図11(A)と図11(B)は、図8に記載の分析電磁石20の一例である。図11(A)には分析電磁石20の断面の様子が描かれている。分析電磁石20は、ヨーク28を備えており、ヨーク28には、X方向における磁極間距離(ギャップ)の異なる第一の磁極対29と第二の磁極対30が設けられている。Y方向において、X方向に対向配置された第一の磁極対29と第二の磁極対30の両磁極を覆うようにコイル15が巻回されており、この例では、紙面側に配置された各磁極対より紙面側に配置された各磁極対に向けて、磁場が生成されている。また、第一の磁極対29と第二の磁極対30は、モーター等からなる磁極駆動機構39によって、独立して磁極間距離の変更ができるように構成されている。

FIG. 11A and FIG. 11B are examples of the analyzing electromagnet 20 shown in FIG. FIG. 11A shows a cross-sectional state of the analysis electromagnet 20. The analyzing electromagnet 20 includes a yoke 28, and the yoke 28 is provided with a first magnetic pole pair 29 and a second magnetic pole pair 30 having different distances (gap) between the magnetic poles in the X direction. In the Y direction, the coil 15 is wound so as to cover both of the first magnetic pole pair 29 and the second magnetic pole pair 30 that are opposed to each other in the X direction. In this example, the coil 15 is disposed on the lower side of the drawing. and toward each pole pairs arranged in the plane above side of the pole pair, the magnetic field is generated. The first magnetic pole pair 29 and the second magnetic pole pair 30 are configured such that the distance between the magnetic poles can be changed independently by a magnetic pole driving mechanism 39 made of a motor or the like.

このように各磁極間距離を異ならせることで、第一の磁極対29で発生する第一の磁場Bを第二の磁極対30で発生する第二の磁場Bよりも弱くすることができ、磁極間距離の設定次第では、各イオンビーム19のビーム経路をほぼ平行にすることができる。ここでは、分析電磁石20において、外側を旋回するイオンビーム19の旋回半径を、内側を旋回する他方のイオンビーム19の旋回半径よりも大きくする為に、外側を旋回するイオンビーム19が通過する磁極間の距離を他方のイオンビーム19が通過する磁極間の距離よりも広げる旨の表現を用いたが、これを換言すると、次のように表現することができる。分析電磁石20の内部をイオンビームが通過する距離が長くなるほど、分析電磁石20に形成された各磁極間の距離は広がるように構成されている。つまり、分析電磁石20内部で、外側を通過するイオンビーム19ほど、分析電磁石20内を通過する距離は長くなる。反対に、分析電磁石20内部で、内側を通過するイオンビーム19ほど、分析電磁石20内を通過する距離は短くなる。その為、内側、外側という表現に代えて、イオンビーム19が分析電磁石20内を通過する距離という表現を用いることができる。 Thus, by making the distance between the magnetic poles different, the first magnetic field B 3 generated in the first magnetic pole pair 29 can be made weaker than the second magnetic field B 4 generated in the second magnetic pole pair 30. Depending on the setting of the distance between the magnetic poles, the beam paths of the ion beams 19 can be made substantially parallel. Here, in the analysis electromagnet 20, in order to make the turning radius of the ion beam 19 turning outwardly larger than the turning radius of the other ion beam 19 turning inside, the magnetic pole through which the ion beam 19 turning outward passes. The expression that the distance between them is wider than the distance between the magnetic poles through which the other ion beam 19 passes is used. In other words, the expression can be expressed as follows. The distance between the magnetic poles formed on the analysis electromagnet 20 increases as the distance that the ion beam passes through the analysis electromagnet 20 increases. That is, in the analysis electromagnet 20, the distance that passes through the analysis electromagnet 20 becomes longer as the ion beam 19 passes outside. On the contrary, the ion beam 19 passing through the inside of the analysis electromagnet 20 has a shorter distance to pass through the analysis electromagnet 20. Therefore, the expression of the distance that the ion beam 19 passes through the analysis electromagnet 20 can be used instead of the expression of inside and outside.

Claims (10)

複数のプラズマ生成容器と、
各プラズマ生成容器内に設けられ、プラズマ生成容器内部に突出した先端部がプラズマと接触しない位置に配置された少なくとも1つのカソードと、
各プラズマ生成容器に連結され、各プラズマ生成容器内に導入されるイオン化ガスの流量を個別に調整するガス流量調節器と、
各プラズマ生成容器に形成されたスリット状開口部と、
前記スリット状開口部より、引出し方向と垂直な平面内で略長方形状の断面を有するリボン状のイオンビームを引き出す引出電極と、
前記スリット状開口部の長手方向に沿って、各プラズマ生成容器内に磁場を発生させる磁場生成手段とを備えたイオン源であって、
各プラズマ生成容器から引き出された前記リボン状のイオンビームを前記断面の短手方向から見たとき、前記断面の長手方向における少なくとも一方の端部が互いに重なるように構成されていることを特徴とするイオン源。
A plurality of plasma generation vessels;
At least one cathode provided in each plasma generation container and disposed at a position where a tip portion protruding into the plasma generation container does not come into contact with plasma;
A gas flow rate controller that is connected to each plasma generation vessel and individually adjusts the flow rate of ionized gas introduced into each plasma generation vessel;
A slit-shaped opening formed in each plasma generation container;
An extraction electrode for extracting a ribbon-like ion beam having a substantially rectangular cross section in a plane perpendicular to the extraction direction from the slit-shaped opening,
An ion source comprising magnetic field generation means for generating a magnetic field in each plasma generation container along the longitudinal direction of the slit-shaped opening,
When the ribbon-like ion beam drawn from each plasma generation container is viewed from the short direction of the cross section, at least one end in the longitudinal direction of the cross section is configured to overlap each other. Ion source.
前記スリット状開口部の長手方向において、前記プラズマ生成容器内に前記カソードと対向配置された反射電極が設けられていることを特徴とする請求項1記載のイオン源。     The ion source according to claim 1, wherein a reflective electrode disposed opposite to the cathode is provided in the plasma generation container in a longitudinal direction of the slit-shaped opening. 前記磁場発生手段は複数個設けられており、所定数のプラズマ生成容器毎に独立して磁場を発生させることを特徴とする請求項1または2記載のイオン源。   3. The ion source according to claim 1, wherein a plurality of the magnetic field generating means are provided, and the magnetic field is generated independently for each predetermined number of plasma generation containers. 前記磁場発生手段は、各プラズマ生成容器の内部に共通した磁場を発生させることを特徴とする請求項1、2または3記載のイオン源。   4. The ion source according to claim 1, wherein the magnetic field generating means generates a common magnetic field inside each plasma generation container. 請求項1、2、3または4に記載のイオン源を備えたイオン注入装置であって、
当該イオン注入装置は、各プラズマ生成容器より引き出されたリボン状のイオンビームが導入される処理室と、
前記処理室内で、前記リボン状のイオンビームが照射される基板の全面にイオン注入処理がなされるように、前記基板を前記リボン状のイオンビームと交差する方向に移動させる基板駆動機構とを備えていることを特徴としている。
An ion implantation apparatus comprising the ion source according to claim 1, 2, 3, or 4.
The ion implantation apparatus includes a processing chamber into which a ribbon-like ion beam drawn from each plasma generation container is introduced;
A substrate drive mechanism for moving the substrate in a direction intersecting the ribbon-like ion beam so that an ion implantation process is performed on the entire surface of the substrate irradiated with the ribbon-like ion beam in the processing chamber; It is characterized by having.
請求項1、2、3または4に記載のイオン源を備えたイオン注入装置であって、
当該イオン注入装置は、各プラズマ生成容器より引き出されたリボン状のイオンビームの質量分析を行う分析電磁石と、
前記分析電磁石を通過したリボン状のイオンビームのうち、所望するイオンを含むリボン状のイオンビームのみを通過させる分析スリットと、
各プラズマ生成容器より引き出されたリボン状のイオンビームが導入される処理室と、
前記処理室内で、前記リボン状のイオンビームが照射される基板の全面にイオン注入処理がなされるように、前記基板を前記リボン状のイオンビームと交差する方向に移動させる基板駆動機構とを備えていることを特徴としている。
An ion implantation apparatus comprising the ion source according to claim 1, 2, 3, or 4.
The ion implantation apparatus includes an analysis electromagnet for performing mass analysis of a ribbon-like ion beam drawn from each plasma generation container,
Of the ribbon-like ion beam that has passed through the analysis electromagnet, an analysis slit that allows passage of only the ribbon-like ion beam containing desired ions;
A processing chamber into which a ribbon-like ion beam drawn from each plasma generation container is introduced;
A substrate drive mechanism for moving the substrate in a direction intersecting the ribbon-like ion beam so that an ion implantation process is performed on the entire surface of the substrate irradiated with the ribbon-like ion beam in the processing chamber; It is characterized by having.
前記分析電磁石は、各プラズマ生成容器より引き出されたリボン状のイオンビームをその長辺方向より挟むように対向配置された磁極対を複数有しており、各プラズマ生成容器より引き出されたリボン状のイオンビームが前記分析電磁石を通過する距離が長くなるほど、各磁極対を構成する磁極間の距離が広がるように構成されていることを特徴とする請求項6記載のイオン注入装置。   The analysis electromagnet has a plurality of magnetic pole pairs arranged to oppose each other so as to sandwich a ribbon-like ion beam drawn from each plasma generation vessel from its long side direction, and has a ribbon-like shape drawn from each plasma generation vessel 7. The ion implantation apparatus according to claim 6, wherein the distance between the magnetic poles constituting each magnetic pole pair increases as the distance that the ion beam passes through the analysis electromagnet increases. 前記イオン源と前記処理室までの経路には、各プラズマ生成容器より引き出されたリボン状のイオンビームが通過する経路を電位的に分離する導電性部材が配置されていることを特徴とする請求項5、6または7記載のイオン注入装置。   The path to the ion source and the processing chamber is provided with a conductive member that potential-separates a path through which a ribbon-like ion beam drawn from each plasma generation container passes. Item 8. The ion implantation apparatus according to Item 6, 6 or 7. 前記イオン注入装置は、前記処理室内に各イオンビームのビーム電流密度分布を測定するビーム電流計測器を備えていることを特徴とする請求項5、6、7または8記載のイオン注入装置。   9. The ion implantation apparatus according to claim 5, wherein the ion implantation apparatus includes a beam current measuring device for measuring a beam current density distribution of each ion beam in the processing chamber. 前記ビーム電流計測器での計測結果に応じて、各イオンビームのビーム電流密度分布を合成した分布が所望範囲内であるかどうかを判断し、当該判断に基づき、所望範囲外であると判断された場合に、前記イオン源の運転パラメーターの調整を行う機能を有する制御装置を備えていることを特徴とする請求項9記載のイオン注入装置。
According to the measurement result of the beam current measuring device, it is determined whether or not the distribution obtained by combining the beam current density distributions of the respective ion beams is within a desired range. The ion implantation apparatus according to claim 9, further comprising a control device having a function of adjusting an operation parameter of the ion source.
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