TWI673747B - 射束引出狹縫構造及離子源 - Google Patents
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Abstract
本發明提供有助於提高離子植入裝置的生產率之射束引出狹縫構造及離子源。本發明的射束引出狹縫構造具備：電漿室內側表面(66)，使用時與電漿接觸；電漿室外側表面(67)，與引出電極對向；及狹縫表面部(68)，射束引出方向上在電漿室內側表面(66)與電漿室外側表面(67)之間形成射束引出狹縫(42)。狹縫表面部(68)具備：電漿界面固定部(69)，將電漿的電漿界面保持為固定；及電漿界面非固定部(70)，將電漿的電漿界面保持為可向射束引出方向移動。電漿界面固定部(69)形成於狹縫長邊方向上的電漿的高密度區域。電漿界面非固定部(70)形成於狹縫長邊方向上的電漿的低密度區域。
Description
本發明係有關射束引出狹縫構造及離子源。
在半導體製程中，出於改變導電性以及改變半導體晶片的晶體構造的目的，標準化地實施向半導體晶片植入離子之製程。該製程中所使用之裝置通常被稱為離子植入裝置。
在這種離子植入裝置中的離子源方面，已知有旁熱型離子源。旁熱型離子源藉由直流電流加熱燈絲以產生熱電子，並藉由該熱電子加熱陰極。並且，自被加熱的陰極所產生之熱電子在電弧室內被加速，並與電弧室內的源氣體分子相撞，使得源氣體分子中所含之原子被離子化。
〔專利文獻1〕日本發明專利第2961326號公報
從離子源的射束引出，係藉由依施加於引出電極與電弧室的射束引出狹縫之間之電壓而在引出狹縫產生之電場從而進行。藉由該電場，離子從電弧室內的電漿以離子束的形式而通過引出狹縫被引出。在離子從電漿以射束的形式被引出之位置會形成電漿的交界面。該交界面亦被稱為電漿界面。電漿界面的位置或形狀隨著電漿密度或電場強度而產生大的變化。例如，若電漿密度下降，則電漿界面向電漿側後退，相反，若上升則向引出電極側突出。電漿界面的位置或形狀影響被引出之離子束的特性。射束特性影響離子植入裝置中的射束傳輸效率甚至植入裝置的生產率。
本發明的一種態樣的例示性目的之一，在於提供有助於提高離子植入裝置的生產率的射束引出狹縫構造及離子源。
依本發明的一種態樣，提供與引出電極相鄰之離子源電漿室的射束引出狹縫構造。前述引出電極從前述射束引出狹縫構造的細長狹縫向射束引出方向隔著間隙配置。前述細長狹縫沿著與前述射束引出方向正交之狹縫長邊方向延伸。前述射束引出狹縫構造具備：電漿室內側表面，使用時與電漿接觸；電漿室外側表面，與前述引出電極對向；及細長狹縫表面，前述射束引出方向上在前述內側表面與前述外側表面之間形成前述細長狹縫。前述細長狹縫
表面具備：電漿界面固定部，將前述電漿的電漿界面保持為固定；及電漿界面非固定部，將前述電漿的電漿界面保持為可向前述射束引出方向移動。前述電漿界面固定部形成於前述狹縫長邊方向上的細長狹縫中央部。前述電漿界面非固定部形成於前述狹縫長邊方向上的細長狹縫端部。
依本發明的一種態樣，提供與引出電極相鄰之離子源電漿室的射束引出狹縫構造。前述引出電極從前述射束引出狹縫構造的細長狹縫向射束引出方向隔著間隙配置。前述細長狹縫沿著與前述射束引出方向正交之狹縫長邊方向延伸。前述射束引出狹縫構造具備：電漿室內側表面，使用時與電漿接觸；電漿室外側表面，與前述引出電極對向；及細長狹縫表面，前述射束引出方向上在前述內側表面與前述外側表面之間形成前述細長狹縫。前述細長狹縫表面具備：電漿界面固定部，將前述電漿的電漿界面保持為固定；及電漿界面非固定部，將前述電漿的電漿界面保持為可向前述射束引出方向移動。前述電漿界面固定部形成於前述狹縫長邊方向上的前述電漿的高密度區域。前述電漿界面非固定部形成於前述狹縫長邊方向上的前述電漿的低密度區域。
依本發明的一種態樣，提供具備上述任一種態樣的射束引出狹縫構造之離子源。前述離子源電漿室從前述射束引出方向觀察時可以係向前述狹縫長邊方向細長的電弧室。前述離子源還可以具備：熱電子放出部，向前述電弧室內放出熱電子；及磁場產生器，向前述電弧室內施加沿
著前述狹縫長邊方向之磁場。
另外，在方法、裝置、系統等之間相互替換以上構成要件的任意組合或本發明的構成要件或表現形式的發明，作為本發明的態樣同樣有效。
依本發明，即能夠提供有助於提高離子植入裝置的生產率之射束引出狹縫構造及離子源。
B‧‧‧離子束
P‧‧‧電漿
M‧‧‧磁場
12‧‧‧離子源
30‧‧‧電弧室
32‧‧‧熱電子放出部
36‧‧‧第1引出電極
42‧‧‧射束引出狹縫
46‧‧‧狹縫構件
62‧‧‧磁場產生器
66‧‧‧電漿室內側表面
67‧‧‧電漿室外側表面
68‧‧‧狹縫表面部
69‧‧‧電漿界面固定部
70‧‧‧電漿界面非固定部
74‧‧‧狹縫
78‧‧‧電漿界面
90‧‧‧中央稜線部
92‧‧‧端部稜線部
94‧‧‧楔狀平坦區域
96‧‧‧分支點
98‧‧‧狹縫入口
100‧‧‧狹縫出口
102‧‧‧第1輪廓線
104‧‧‧第2輪廓線
106‧‧‧內側傾斜面
108‧‧‧外側傾斜面
110‧‧‧電漿界面
第1圖係概略表示本發明的一種實施形態之離子植入裝置之圖。
第2圖係概略表示本發明的一種實施形態之離子源的局部之立體剖面圖。
第3圖係與離子源的相關要件一同概略表示本發明的一種實施形態之離子源的局部的概要剖面圖之圖。
第4圖係本發明的一種實施形態之狹縫構件的概要剖面圖。
第5圖(a)至第5圖(c)係概略表示本發明的一種實施形態之狹縫構件之剖面圖。
第6圖係例示第2圖及第3圖所示之射束引出狹縫中的狹縫長邊方向的電漿密度分佈之圖。
第7圖係概略表示一種狹縫構件的長邊方向中央部之剖面圖。
第8圖係概略表示另一種狹縫構件的長邊方向中央部之剖面圖。
第9圖係概略本發明的一種實施形態之狹縫構件之圖。
第10圖(a)及第10圖(b)係概略表示本發明的另一種實施形態之狹縫構件之圖。
第11圖係概略本發明的另一種實施形態之狹縫構件之圖。
以下，參閱附圖對用於實施本發明的形態進行詳細說明。另外，附圖說明中對相同的要件標註相同的符號，並適當省略重複說明。並且，以下所述構成為例示，並不對本發明的範圍做任何限定。
第1圖係概略表示本發明的一種實施形態之離子植入裝置10之圖。第1圖的上部係表示離子植入裝置10的概略構成之俯視圖，第1圖的下部係表示離子植入裝置10的概略構之側視圖。
離子植入裝置10構成為在真空空間內對於被處理物的表面進行離子植入處理。被處理物例如為基板W，例如為半導體晶片。因此，以下為便於說明有時將被處理物稱為基板W或半導體晶片，但這並不表示將植入處理的對象限定在特定物體。
離子植入裝置10構成為，藉由射束掃描及機械掃描
中的至少一種方式對於整個基板W照射離子束B。本說明書中為便於說明，將設計上的離子束B的行進方向作為z方向，將與z方向垂直的面定義為xy面。如同後述，向被處理物掃描離子束B時，將掃描方向作為x方向，與z方向及x方向垂直的方向作為y方向。藉此，射束掃描向x方向進行，機械掃描向y方向進行。
離子植入裝置10具備離子源12、射束線裝置14及植入處理室16。離子源12構成為向射束線裝置14賦予離子束B。射束線裝置14構成為，從離子源12將離子傳輸至植入處理室16。並且，離子植入裝置10具備離子源12、射束線裝置14、及用於對於植入處理室16提供所希望的真空環境之真空排氣系統(未圖示)。
如圖所示，射束線裝置14例如自上游依序具備質量分析磁鐵裝置18、射束整形裝置20、偏向掃描裝置22、P透鏡等射束平行化裝置24及角能量過濾器26。另外，本說明書中上游是指靠近離子源12的一側，下游是指靠近植入處理室16的一側。
質量分析磁鐵裝置18設置於離子源12的下游，且構成為藉由質量分析從自離子源12引出之離子束B中選擇所需的離子種類。射束整形裝置20具備Q透鏡等收斂透鏡，且構成為將離子束B整形為所希望的剖面形狀。
偏向掃描裝置22構成為提供射束掃描。偏向掃描裝置22向x方向掃描離子束B。如此，離子束B遍及比基板W的直徑更長的x方向的掃描範圍而掃描。第1圖中
用箭頭C例示射束掃描及其掃描範圍，分別以實線及虛線表示掃描範圍的一端及另一端上的離子束B。另外，為明確區分在離子束B上標斜線的方式圖示。
射束平行化裝置24構成為將所掃描之離子束B的行進方向設為平行。角能量過濾器26構成為，分析離子束B的能量並使所需能量的離子向下方偏向以導入到植入處理室16。由此，射束線裝置14將應照射到基板W之離子束B供給到植入處理室16。
植入處理室16具備保持1片或複數片基板W且構成為根據需要向基板W提供相對於離子束B之例如y方向的相對移動(所謂機械掃描)之物體保持部(未圖示)。第1圖中，用箭頭D例示機械掃描。並且，植入處理室16在射束線末端具備束霖止器28。離子束B上不存在基板W時，離子束B入射到束霖止器28。
在另一種實施形態中，離子植入裝置10可以構成為向植入處理室16賦予在與z方向垂直的一方向具有較長的剖面之離子束。此時，離子束例如具有比y方向的寬度相比更長的x方向的寬度。這種細長剖面的離子束有時被稱為帶狀射束。或者，在又一種實施形態中，離子植入裝置10亦可以構成為不掃描離子束，而是賦予離子植入處理室16具有斑點狀的剖面之離子束。
第2圖係概略表示本發明的一種實施形態之離子源12的局部之立體剖面圖。第3圖係與離子源12的相關要件一同概略表示本發明的一種實施形態之離子源12的局
部的概要剖面圖之圖。
離子源12為旁熱型離子源，其具備電弧室30、熱電子放出部32、反射極34、第1引出電極36、第2引出電極38及各種電源。
電弧室30具有大致長方體的箱型形狀。電弧室30在一方向上具有細長的形狀，以下將該方向稱為電弧室30的縱向。縱向係第2圖及第3圖的紙面上的上下方向。
電弧室30由高熔點材料構成，具體而言由鎢(W)、鉬(Mo)、鉭(Ta)等高融點金屬或它們的合金、石墨(C)等構成。藉此，即便在電弧室內部變成較高溫的環境下亦能夠不易使電弧室融化。
電弧室30的縱向一側設有熱電子放出部32。電弧室30的縱向另一側設有反射極34。反射極34與熱電子放出部32對向。以下，為便於說明，將電弧室30的熱電子放出部32側稱為上側，將電弧室30的反射極34側稱為下側。
並且，電弧室30一側部上設有導入源氣體之氣體導入口40。電弧室30的另一側部上形成有作為引出離子束B之開口部的射束引出狹縫42。
作為源氣體使用稀有氣體或氫(H2)、磷化氫(PH3)、砷化氫(AsH3)等氫化物、三氟化硼(BF3)、四氟化鍺(GeF4)等氟化物、三氯化銦(InCl3)等氯化物等鹵化物。並且，作為源氣體還使用二氧化碳(CO2)、一氧化碳(CO)、氧(O2)等包含氧原
子(O)之物質。
電弧室30具備腔室主體44和狹縫構件46。狹縫構件46上形成有射束引出狹縫42。腔室主體44係其中一側部被開放之箱構件。狹縫構件46係安裝於腔室主體44的開放側之蓋子。藉由在腔室主體44安裝狹縫構件46，以形成離子源12的電漿室。熱電子放出部32、反射極34及氣體導入口40設置於腔室主體44。
電弧室30與高電壓電源48的正極連接。藉此，腔室主體44及狹縫構件46上藉由高電壓電源48被施加正高電壓。
射束引出狹縫42係從狹縫構件46的上側向下側延伸之細長狹縫。射束引出狹縫42亦被稱為前狹縫。這種上下長孔的面積與圓形等小孔相比較大，因能夠增加從離子源12引出之離子束量。
以下，為便於說明，將射束引出狹縫42的延伸方向稱為狹縫長邊方向。狹縫長邊方向相當於電弧室30的縱向。狹縫長邊方向與離子源12的射束引出方向正交。並且，以下將與狹縫長邊方向及射束引出方向雙方正交之方向稱為狹縫寬度方向。藉此，第2圖及第3圖所示之剖面係與基於狹縫長邊方向及射束引出方向平行的平面的射束引出狹縫42中的剖面。第3圖中狹縫長邊方向係上下方向，射束引出方向係左右側向，狹縫寬度方向係與紙面垂直的方向。
熱電子放出部32係向電弧室30內部放出熱電子者，
具有燈絲50和陰極52。熱電子放出部32插入於腔室主體44的陰極安裝孔，在與電弧室30絕緣之狀態下被固定。並且，與熱電子放出部32相關聯地設有燈絲電源54、陰極電源56及電弧電源58。
燈絲50通過燈絲電源54被加熱，並在前端產生熱電子。燈絲50中所產生之(1次)熱電子在由陰極電源56產生之陰極電場被加速。(1次)熱電子與陰極52碰撞，通過其碰撞時所產生之熱量加熱陰極52。被加熱之陰極52產生(2次)熱電子。
藉由電弧電源58在陰極52與電弧室30之間被施加電弧電壓。藉由電弧電壓(2次)熱電子被加速。(2次)熱電子作為具有供氣體分子電離之充分的能量之射束電子放出到電弧室30內部。射束電子存在於被磁場M大致限定之範圍內，因此離子主要在該範圍內生成。射束電子藉由擴散到達電弧室30的內壁、射束引出狹縫42、陰極52及反射極34，並在牆面消失。
反射極34具有反射極板60。反射極板60被設置成與陰極52對向且大致平行。反射極板60使電弧室30內的電子反彈，以供電子滯留於生成電漿P之區域，由此提高離子生成效率。
離子源12上設有磁場產生器62。磁場產生器62配置於電弧室30的外部。磁場產生器62具備一對源磁場線圈，其中一個在電弧室30的上方，另一個在電弧室30的下方。藉由磁場產生器62向電弧室30內部施加磁場M。
磁場M向電弧室30的縱向施加。
從陰極52放出到電弧室30之射束電子沿著磁場M在陰極52與反射極34之間往復移動。往復移動之射束電子與導入到電弧室30之源氣體分子碰撞而電離，以產生離子，並在電弧室30生成電漿P。電弧室30係縱長，因此電漿P亦係縱長。
第1引出電極36與電弧室30的外側相鄰而設。第1引出電極36從狹縫構件46向射束引出方向隔著間隙配置。第2引出電極38在狹縫構件46的相反側與第1引出電極36相鄰而設。第2引出電極38從第1引出電極36向射束引出方向隔著間隙配置。
如圖所示，第1引出電極36及第2引出電極38分別設有用於供離子束B通過之與射束引出狹縫42相對應之開口。這些開口與射束引出狹縫42同樣具有上下長孔形狀。第1引出電極36及第2引出電極38例如由不鏽鋼、石墨、鉬或鎢形成。
第1引出電極36與抑制電源64連接。抑制電源64為相對於第2引出電極38而向第1引出電極36施加負電位而設。第2引出電極38呈接地狀態。第1引出電極36亦被稱為抑制電極。第2引出電極38亦被稱為接地電極。
第4圖係本發明的一種實施形態之狹縫構件46的概要剖面圖。第4圖的上部係從第1引出電極36側觀察之狹縫構件46的概略俯視圖。第4圖的中部所示之剖面係
狹縫構件46的概要剖面圖，概略表示基於與狹縫長邊方向及射束引出方向平行的平面的射束引出狹縫42中的剖面。第4圖的下部係從電弧室30的內側觀察之狹縫構件46的概略俯視圖。
狹縫構件46具備電漿室內側表面66和電漿室外側表面67。電漿室內側表面66在使用時與電漿P接觸(參閱第2圖及第3圖)。如第3圖所示，電漿室外側表面67與第1引出電極36對向。
電漿室內側表面66係平面，相對而言，電漿室外側表面67係朝向第1引出電極36之凹面。該凹面例如係具有充分小的曲率之橢圓面(例如圓弧面)，藉由具有向狹縫寬度方向延伸之軸線之橢圓柱(例如圓柱)而定。藉此，電漿室內側表面66與電漿室外側表面67在射束引出狹縫42的長邊方向中央部彼此接近，在射束引出狹縫42的長邊方向的兩側端部相隔。亦即狹縫構件46在狹縫中央部較薄，在狹縫端部較厚。射束引出狹縫42具有這種彎曲之形狀。該彎曲形狀向從射束引出狹縫42引出之離子束B賦予縱向的收斂效果。由此，能夠有效通過質量分析磁鐵裝置18。
並且，狹縫構件46具備確定射束引出狹縫42之狹縫孔的狹縫表面部(平面部(或可以係曲面部)、稜線狀部)68。狹縫表面部68在射束引出方向上，在電漿室內側表面66與電漿室外側表面67之間形成射束引出狹縫42。狹縫表面部68包圍通過射束引出狹縫42被引出之離
子束B。
藉由根據施加於第1引出電極36與狹縫構件46之間之電壓而在射束引出狹縫42產生之電場進行射束引出。藉由該電場，離子束B從電漿通過射束引出狹縫42而被引出。離子束B通過第1引出電極36及第2引出電極38，並藉由射束線裝置14傳輸至植入處理室16，而照射到基板W。
射束引出狹縫42或其附近，在離子作為從電漿引出之位置形成電漿的交界面。該交界面亦被稱為電漿界面。電漿界面的位置或形狀隨著電漿密度或電場強度而產生大的變化。例如，若電漿密度下降，則電漿界面向電漿側倒退，相反，若上升，則向第1引出電極36側突出。電漿界面的位置或形狀影響被引出之離子束B的特性。作為射束特性例如有射束強度或發散角等。射束特性影響離子植入裝置10中至植入處理室16的射束傳輸。射束特性越差，流入基板W的植入射束電流越低，導致離子植入裝置10的生產率變差。
狹縫表面部(平面部(或可以係曲面部)、稜線狀部)68具備：形成於狹縫長邊方向上的中央部之電漿界面固定部(稜線狀部)69；及形成於狹縫長邊方向上的兩個端部的電漿界面非固定部(平面部(或可以係曲面部))70。電漿界面非固定部70形成於射束引出狹縫42的兩端部。電漿界面固定部69將電漿的電漿界面保持為固定。電漿界面固定部69決定射束引出方向上的電漿界
面的位置。電漿界面非固定部70將電漿的電漿界面保持為可向射束引出方向移動。
如第4圖所示，電漿界面固定部69具備中央稜線部90。中央稜線部90係將電漿界面保持為固定之單一的稜線部。電漿界面非固定部70具備2個端部稜線部92。2個端部稜線部92中的一個位於電漿室外側表面67側(亦即第1引出電極36側)，另一個位於電漿室內側表面66側(亦即電漿P側)。2個端部稜線部92之間確定有楔狀的平坦區域。該楔狀平坦區域94分別形成於射束引出狹縫42的兩端部。電漿界面在楔狀平坦區域94中被保持為可向射束引出方向移動。
2個端部稜線部92在射束引出狹縫42的長邊方向中間部從中央稜線部90分支。楔狀平坦區域94係射束引出方向上的寬度從2個端部稜線部92的分支點96向射束引出狹縫42的末端逐漸變寬。為易於理解，第4圖中用灰色表示楔狀平坦區域94。
如此，電漿界面固定部69具備藉由中央稜線部90確定之脊部。該脊部沿著狹縫長邊方向延伸。並且，電漿界面非固定部70具備藉由端部稜線部92及楔狀平坦區域94確定之平台部。平台部與脊部相比在射束引出方向上變厚且具有較寬的寬度。
狹縫構件46具備：形成於電漿P側之狹縫入口98；及經由中央稜線部90及楔狀平坦區域94而形成於第1引出電極36側之狹縫出口100。狹縫入口98具有第1輪廓
線102，狹縫出口100具有第2輪廓線104。第1輪廓線102藉由中央稜線部90和電漿室內側表面66側的楔狀平坦區域94的端部稜線部92而形成。第2輪廓線104藉由中央稜線部90和電漿室外側表面67側的楔狀平坦區域94的端部稜線部92而形成。
狹縫入口98的第1輪廓線102位於與狹縫寬度方向及狹縫長邊方向平行的平面上。從射束引出方向觀察時第1輪廓線102及第2輪廓線104呈沿著狹縫長邊方向細長延伸之大致矩形。
第2輪廓線104在射束引出狹縫42的長邊方向中央部上與第1輪廓線102共通，在射束引出狹縫42的長邊方向端部經由楔狀平坦區域94從第1輪廓線102分離。
第5圖(a)係射束引出狹縫42的長邊方向中央部中的狹縫構件46的概要剖面圖。第5圖(b)係射束引出狹縫42的長邊方向中間部中的狹縫構件46的概要剖面圖。在此，長邊方向中間部是指射束引出狹縫42的長邊方向上的中央部與端部之間的區域。第5圖(c)係射束引出狹縫42的長邊方向端部中的狹縫構件46的概要剖面圖。第5圖(a)、第5圖(b)、第5圖(c)分別係第4圖的E-E剖面、F-F剖面、G-G剖面，表示包括射束引出狹縫42及其極附近之局部區域。第5圖(a)至第5圖(c)概略表示基於與狹縫寬度方向及射束引出方向平行的平面的射束引出狹縫42中的剖面，上下方向之狹縫寬度方向，左右方向係射束引出方向。狹縫長邊方向係與紙
面垂直的方向。
第5圖(a)中，中央稜線部90被圖示成與狹縫寬度方向對向之一對邊緣部(狹縫表面部的稜線狀部)。如此，電漿界面固定部69在與狹縫長邊方向垂直的剖面具備向狹縫寬度方向突出之邊緣部。電漿界面固定部69中，各邊緣部的電漿P側形成有內側傾斜面106。並且，各邊緣部的第1引出電極側形成有外側傾斜面108。如此，狹縫中央部中邊緣部間形成有電漿界面110。
內側傾斜面106具有從60度至120度的範圍選擇之開口角。在此，開口角是指在與狹縫長邊方向垂直的剖面(亦即第5圖(a)所示之剖面)相對向之一個內側傾斜面106與另一內側傾斜面106所成之角。並且，外側傾斜面108具有從60度至120度的範圍選擇之開口角。圖示之實施形態中，內側傾斜面106及外側傾斜面108各自的開口角係90度。
射束引出狹縫42的剖面圖即第5圖(b)及第5圖(c)中，楔狀平坦區域94被圖示成沿著射束引出方向之一對平坦部。各平坦部係夾在射束引出方向上之2個端部稜線部92的部分。一個平坦部在狹縫寬度方向上位於射束引出狹縫42的一側，另一平坦部在狹縫寬度方向上位於射束引出狹縫42的另一側。這些兩側的平坦部之間形成有電漿界面110。如上所述，楔狀平坦區域94為比第5圖(b)所示之狹縫中間部在第5圖(c)所示之狹縫端部中的寬度更寬。因此，平坦部亦同樣相比狹縫中間部在狹
縫端部更長。如此，電漿界面非固定部70具備在與狹縫長邊方向垂直的剖面沿著射束引出方向延伸之平坦部。
電漿界面非固定部70中，內側傾斜面106與楔狀平坦區域94相鄰而形成於電漿P側。並且，外側傾斜面108與楔狀平坦區域94相鄰而形成於第1引出電極側。
電漿界面非固定部70在電漿室內側表面側具備具有從20度以內的範圍選擇之開口角之平坦面。亦即，圖示之實施形態中，楔狀平坦區域94的平坦部的開口角係0度。另外，楔狀平坦區域94的平坦部的開口角可以為20度以內。
如此，狹縫開口形狀在電漿密度最高的狹縫中央部具有邊緣形狀。並且，本狹縫開口形狀具有隨著從狹縫中央部朝向兩端而沿著射束引出方向之平坦部。藉由本狹縫形狀引出射束時，調整源參數和射束傳輸參數，以使在射束引出電流密度最多的狹縫中央部的邊緣部確立電漿界面。如此一來，在狹縫端部中沿著狹縫長邊方向而在平坦部的適當位置自動產生穩定的電漿界面。藉此，存在於長壽命狹縫中的低能量導致的電流的下降得以改善。並且，電漿密度低的狹縫端部中存在若干的離子化物質的堆積，但狹縫中央部中係邊緣形狀，因此未發現有顯著的堆積。藉此，藉由本狹縫形狀，長期不會出現射束電流的下降，能夠實現長期穩定的射束引出。因此，藉由使用本狹縫，能夠提供高生產率的離子植入裝置。
另外，一種實施形態中，電漿界面固定部可形成於狹縫長邊方向上的電漿的高密度區域，電漿界面非固定部可形成於狹縫長邊方向上的電漿的低密度區域。如此，可以提供適於任意電漿密度分佈之射束引出狹縫。例如，假定在狹縫端部形成有電漿高密度區域，在狹縫中央部形成有電漿低密度區域，該情況下電漿界面固定部可形成於狹縫端部，電漿界面非固定部形成於狹縫中央部。
第6圖係例示第2圖至第5圖所示之射束引出狹縫42中的狹縫長邊方向的電漿密度分佈之圖。第6圖中，橫軸表示離射束引出狹縫42的長邊方向中心的距離，縱軸表示離子密度。第6圖的右側表示熱電子放出部32側，左側表示反射極34側。實線表示模擬結果，正方形圖標表示實驗結果。
生成電漿P時，電弧室30內從外部朝向縱向施加有磁場M。藉由磁場方向的兩極性擴散，射束引出狹縫42的長邊方向中央部之電漿密度變得最高，狹縫兩端降至其2/3左右。因此，狹縫長邊方向的中央與端部中電漿界面的位置有所不同。由此，狹縫中央與狹縫端部中的離子束B的特性會有所差異。
為了盡可能將植入到基板W之射束電流量設大，有效方法為改善在射束引出狹縫42中從電漿密度較高區域引出之射束的部分特性。因此，電漿參數和電極間距離電漿源12的各種參數根據電漿的高密度區域而被調整為最佳。例如，將離子源12的參數調整為，使電漿的高密度
區域中的電漿界面保持在規定位置。為第6圖中例示之電漿密度分佈時，將離子源12的參數調整為，使從射束引出狹縫42的中央部引出之射束部分的特性變得最佳。
但是，被如此調整之參數的就電漿的低密度區域而言不是最佳。因此，從低密度區域引出之射束部分的特性相對變差。例如，低密度區域中的電漿界面保持在不同於高密度區域的位置，其結果，從低密度區域引出之射束部分具有不同於所希望的射束特性的射束特性。如第6圖所示，射束引出狹縫42的端部的電漿密度較低時，難以良好地保持從射束引出狹縫42的端部引出之射束部分的特性。
第7圖係概略表示一種狹縫構件72的長邊方向中央部之剖面圖。第7圖中表示形成於狹縫構件72的狹縫74及包括其極附近的局部區域。該狹縫74可使用於第1圖至第3圖所示之離子源12。第7圖中，上下方向係狹縫寬度方向，左右方向係射束引出方向。狹縫長邊方向係與第7圖的紙面垂直的方向。
狹縫74藉由一對平坦部76而定。第7圖中平坦部76被圖示成沿著射束引出方向之一對直線狀平坦部。其中一個平坦部76位於狹縫寬度方向上的狹縫74一側，另一平坦部76位於狹縫寬度方向上的狹縫74的另一側。這兩側的平坦部76之間形成有電漿界面78。平坦部76在狹縫長邊方向上遍及狹縫74全長而形成。
電漿界面78在狹縫74中可沿著平坦部76向射束引
出方向移動。因此，在與電漿密度或引出電場強度等條件相應之地方生成電漿界面，且易於在狹縫74穩定地確立電漿界面78。這種狹縫74的優點在於即便在電漿P的能量尤為低的情況下亦能夠被穩定地引出射束。因此，狹縫74亦被稱為低能量狹縫。
但是，狹縫74具有容易因堆積物而產生堵塞的缺點。平坦部76中位於電漿界面78後方之部分被電漿P所覆蓋，因此有可能使電漿物質堆積在該部分並生長。當使用反應性較高的氟系源氣體時，這種堆積較為常見，電漿密度較高的狹縫中央部尤為顯著。因此，會產生狹縫74的開口寬度短時間內減少而導致引出射束電流減少之不良結果。
第8圖係概略表示另一種狹縫構件80的長邊方向中央部之剖面圖。狹縫構件80上形成有狹縫82。狹縫82可使用於第1圖至第3圖所示之離子源12。狹縫82藉由一對突出部84而定。第8圖中突出部84被圖示成向狹縫寬度方向對向之一對邊緣部。突出部84在狹縫長邊方向上遍及狹縫82全長而形成。這些突出部84之間形成有電漿界面86。
第8圖所示之狹縫82不同於第7圖所示之狹縫74，其不具有被電漿P覆蓋之平坦部。因此，電漿物質的堆積及生長得到抑制。藉此，開口寬度及引出射束電流的減少亦得到抑制，且能夠獲得壽命長的狹縫。
但是，狹縫82中電漿界面86的形成部位限定在突出
部84。若根據電漿密度或引出電場強度等條件而決定之電漿界面86的位置與突出部84一致，則容易形成電漿界面86，但若偏離，則難以形成電漿界面86。因此，第8圖的狹縫82與第7圖的狹縫74相比，在穩定地確立電漿界面86這一點上不利。如上所述，電漿密度較低的狹縫端部不處於確立電漿界面86的最佳的條件下，因此與狹縫中央部相比射束特性有可能會差。這會影響射束傳輸，根據情況能夠使低能量下的植入射束電流下降。
第9圖係概略表示本發明的一種實施形態之狹縫構件46之圖。第9圖的上部係從第1引出電極36側觀察之狹縫構件46的概略俯視圖。第9圖的中部係狹縫構件46的概要剖面圖，概略表示基於與狹縫長邊方向及射束引出方向平行的平面的射束引出狹縫42中的剖面。第9圖的下部係從電弧室30的內側觀察之狹縫構件46的概略俯視圖。
射束引出狹縫可以係其他各種形狀。例如，如第10圖(a)所示，第2輪廓線可以位於向狹縫寬度方向延伸之橢圓柱面112上，第1輪廓線位於與狹縫寬度方向及長邊方向平行的平面114上。橢圓柱在狹縫中央部可以與平面114接觸。橢圓柱可以係中等粗細的橢圓柱或橢圓體。並且，如第10圖(b)所示，第2輪廓線可以位於向狹縫寬度方向延伸之第2橢圓柱面116上，而第1輪廓線位於向狹縫寬度方向延伸之第1橢圓柱面118上。第1橢圓柱包含第2橢圓柱，且在狹縫中央部可以與第2橢圓柱接
觸。
第1輪廓線及第2輪廓線可以係其他任意形狀。如第11圖所示，例如從射束引出方向觀察時第1輪廓線及第2輪廓線可以係沿著狹縫長邊方向細長的橢圓或跑道形的長圓。
並且，電漿界面固定部的脊部不限於直線平坦狀，亦可以彎曲。電漿界面非固定部的平台部不限於平坦的平面狀，亦可以係曲面狀。
能夠將本發明的實施形態如下表示。
依本發明的一種態樣，因熱電子碰撞而電弧放電由此在電弧室內部生成高密度電漿之離子源中，提供縱長且朝向射束引出方向之凹形的縱向收斂型射束引出狹縫構造。射束引出狹縫構造中，縱長狹縫的剖面形狀中與長邊方向中央部的射束引出通道接觸之局部長邊方向的一部分構成邊緣(稜線部)，其餘部分可以由沿著射束引出開口部的引出方向之平坦部構成。
射束引出狹縫構造可以由如下構成，即縱長狹縫的剖面形狀中，確定沿著射束引出開口部的引出方向之平坦部的形狀由在縱長狹縫的中央部接觸之兩個橢圓柱成形之電漿側和射束引出側之2個面、以及藉由向射束引出方向縱長插入鍃孔而成形之稜線。亦即長邊方向中央部以外的部分可以由沿著射束引出開口部的引出方向之平坦部構成。
射束引出狹縫構造可以由如下構成，即縱長狹縫的剖面形狀中，確定沿著射束引出開口部的引出方向之平坦部
的形狀由在縱長狹縫的中央部接觸之平面與橢圓柱成形之電漿側和射束引出側之2個面、以及藉由向射束引出方向縱長插入鍃孔而成形之稜線。亦即長邊方向中央部以外的部分可以由沿著射束引出開口部的引出方向之平坦部構成。
射束引出狹縫構造可以由如下構成，即縱長狹縫的剖面形狀中，確定沿著射束引出開口部的引出方向之平坦部的形狀由在縱長狹縫的中央部接觸之平面與多邊柱成形之電漿側和射束引出側之2個面、以及藉由向射束引出方向縱長插入鍃孔而成形之稜線。亦即長邊方向中央部以外的部分可以由沿著射束引出開口部的引出方向之平坦部構成。
射束引出狹縫構造可以由如下構成，即縱長狹縫的剖面形狀中，確定沿著射束引出開口部的引出方向之平坦部的形狀由在縱長狹縫的中央部接觸之電漿側和射束引出側之2個面、以及藉由向射束引出方向縱長插入鍃孔而成形之稜線。亦即長邊方向中央部以外的部分可以由沿著射束引出開口部的引出方向之平坦部構成。射束引出狹縫構造中，在電漿側可以設有開口角為60°~120°的面。
射束引出狹縫構造可以由如下構成，即縱長狹縫的剖面形狀中，確定沿著射束引出開口部的引出方向之平坦部的形狀由在縱長狹縫的中央部接觸之電漿側和射束引出側之2個面、以及藉由向射束引出方向縱長插入鍃孔而成形之稜線。亦即長邊方向中央部以外的部分可以由沿著射束
引出開口部的引出方向之平坦部構成。射束引出狹縫構造中，平坦部可以具有朝向電漿側為20°以內的開口角。
以上，參閱上述各實施形態對本發明進行了說明，但本發明並不限定於上述實施形態，適當組合或置換實施形態的構成的方式亦屬於本發明。並且，可依據本領域技術人員的知識對實施形態中的組合或處理順序適當進行重新排列或對實施形態加以各種設計變更等變形，加以這種變形的實施形態亦屬於本發明的範圍。
Claims (11)
- 一種射束引出狹縫構造，其為與引出電極相鄰之離子源電漿室的射束引出狹縫構造，其特徵為：前述引出電極從前述射束引出狹縫構造的細長狹縫向射束引出方向隔著間隙配置，前述細長狹縫沿著與前述射束引出方向正交之狹縫長邊方向延伸，前述射束引出狹縫構造具備：電漿室內側表面，使用時與電漿接觸；電漿室外側表面，與前述引出電極對向；及細長狹縫表面，前述射束引出方向上在前述內側表面與前述外側表面之間形成前述細長狹縫，前述細長狹縫表面具備：電漿界面固定部，將前述電漿的電漿界面保持為固定；及電漿界面非固定部，將前述電漿的電漿界面保持為可向前述射束引出方向移動，前述電漿界面固定部形成於前述狹縫長邊方向上的細長狹縫中央部，前述電漿界面非固定部形成於前述狹縫長邊方向上的細長狹縫端部。
- 如申請專利範圍第1項所述之射束引出狹縫構造，其中，前述電漿界面固定部具備脊部，沿著前述狹縫長邊方向延伸，前述電漿界面非固定部具備平台部，該平台部與前述脊部相比在前述射束引出方向上具有更寬的寬度。
- 如申請專利範圍第1或2項所述之射束引出狹縫 構造，其中，前述電漿界面固定部在與前述狹縫長邊方向垂直的剖面具備向與前述長邊方向及射束引出方向正交之前述細長狹縫的寬度方向突出之邊緣部，前述電漿界面非固定部在與前述狹縫長邊方向垂直的剖面具備沿著前述射束引出方向延伸之平坦部。
- 如申請專利範圍第1或2項所述之射束引出狹縫構造，其中，前述電漿界面固定部具備將前述電漿界面保持為固定的單一的稜線部，前述電漿界面非固定部具備確定將前述電漿界面保持為可向前述射束引出方向移動的楔狀區域的2個稜線部，前述2個稜線部在前述狹縫長邊方向上於前述細長狹縫中央部與前述細長狹縫端部之間的細長狹縫中間部從前述單一的稜線部分支，前述楔狀區域係前述射束引出方向上的寬度從前述2個稜線部的分支點朝向前述細長狹縫端部逐漸變寬。
- 如申請專利範圍第1或2項所述之射束引出狹縫構造，其中，前述細長狹縫具備：狹縫入口，形成於電漿側且具有第1輪廓線；及狹縫出口，形成於引出電極側且具有第2輪廓線，前述第2輪廓線在前述細長狹縫的長邊方向中央部與前述第1輪廓線共通，在前述細長狹縫的長邊方向端部從 前述第1輪廓線分離。
- 如申請專利範圍第5項所述之射束引出狹縫構造，其中，前述第2輪廓線位於向前述細長狹縫的寬度方向延伸之第2橢圓柱面上，前述第1輪廓線位於向前述細長狹縫的寬度方向延伸且包含前述第2橢圓柱之第1橢圓柱面上，前述第2橢圓柱在前述細長狹縫中央部與前述第1橢圓柱接觸。
- 如申請專利範圍第5項所述之射束引出狹縫構造，其中，前述第2輪廓線位於向前述細長狹縫的寬度方向延伸之橢圓柱面上，前述第1輪廓線位於與前述細長狹縫的寬度方向及長邊方向平行的平面上，前述橢圓柱在前述細長狹縫中央部與前述平面接觸。
- 如申請專利範圍第1或2項所述之射束引出狹縫構造，其中，前述電漿界面固定部具備具有從60度至120度的範圍選擇之開口角之傾斜面，前述傾斜面設置於電漿室內側表面側。
- 如申請專利範圍第1或2項所述之射束引出狹縫構造，其中，前述電漿界面非固定部在電漿室內側表面側具備具有 從20度以內的範圍選擇之開口角之面。
- 一種離子源，具備申請專利範圍第1至9中任一項所述之射束引出狹縫構造，其特徵為：前述離子源電漿室從前述射束引出方向觀察時為向前述狹縫長邊方向的細長電弧室，前述離子源還具備：熱電子放出部，向前述電弧室內放出熱電子；以及磁場產生器，向前述電弧室內施加沿著前述狹縫長邊方向之磁場。
- 一種射束引出狹縫構造，其為與引出電極相鄰之離子源電漿室的射束引出狹縫構造，其特徵為：前述引出電極從前述射束引出狹縫構造的細長狹縫向射束引出方向隔著間隙配置，前述細長狹縫沿著與前述射束引出方向正交之狹縫長邊方向延伸，前述射束引出狹縫構造具備：電漿室內側表面，使用時與電漿接觸；電漿室外側表面，與前述引出電極對向；及細長狹縫表面，前述射束引出方向上在前述內側表面與前述外側表面之間形成前述細長狹縫，前述細長狹縫表面具備：電漿界面固定部，將前述電漿的電漿界面保持為固定；及電漿界面非固定部，將前述電漿的電漿界面保持為可向前述射束引出方向移動，前述電漿界面固定部形成於前述狹縫長邊方向上的前述電漿的高密度區域，前述電漿界面非固定部形成於前述狹縫長邊方向上的前述電漿的低密度區域。
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