JPH05128984A - イオン源 - Google Patents

イオン源

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JPH05128984A
JPH05128984A JP3311456A JP31145691A JPH05128984A JP H05128984 A JPH05128984 A JP H05128984A JP 3311456 A JP3311456 A JP 3311456A JP 31145691 A JP31145691 A JP 31145691A JP H05128984 A JPH05128984 A JP H05128984A
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ions
hydrogen
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Yasunori Ando
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 水素化物ガスを用いるイオン源において、水
素またはヘリウムイオンの引出しを防止すること。 【構成】 プラズマ室1には、導入口3から水素または
ヘリウムで希釈された水素化物ガスが供給される。引出
し電極系の引出し電極4の直上に、ビーム引出し孔の位
置を避けてマグネット17を配置し、電極面にそって磁
界(50ないし500ガウス)を生じさせる。高周波電
源15から上部室壁2と引出し電極間に高周波電力を供
給し、ガスを放電させてプラズマを生成する。水素また
はヘリウムイオンは磁界で捕捉されてその引出しが抑制
され、所要の元素、分子のイオンビームのみを引出すこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、水素希釈又はヘリウム
希釈の水素化物ガスを用いてイオンビ−ムを発生させる
イオン源に関し、質量分析を行うことなく半導体に所要
のイオンを引出すことができるイオン源に関する。
【0002】
【従来の技術】液晶装置の駆動回路となる薄膜トランジ
スタ(TFT)アレイ、多結晶シリコン、アモルファス
シリコンによる半導体装置のドーピングにあっては、注
入イオンビ−ムを発生するイオン源における目的物質源
ガスとしてB26(ジボラン)、PH3(シラン)等の
5ないし10%水素で希釈された水素化物ガスが用いら
れている。通常の正イオン引出し用イオン源ではイオン
化された元素は全て引出されるから、イオン源に、その
安定化のために水素或いはヘリウムで希釈した水素化物
ガス、PH3ガスが供給されている場合には、P+(Pの
1価のプラスイオン。以下、“+”記号は1価のプラス
イオンを意味するものとする。)、PHx+(x=1〜
3)と共に、水素イオンH+も引出されてしまう。
【0003】イオン源から引出されたビ−ムを質量分析
を行うことなく半導体に注入すると、当然に、水素イオ
ンH+も注入される。水素イオンは、質量の軽さから、
必要とされる不純物イオンよりはるかに深く侵入し、不
要な領域に欠陥を生じさせるにすぎないものではある
が、イオン注入に係るビ−ム輸送のために本来不要のエ
ネルギを電源から供給しなければならない。例えば5%
水素希釈の場合についてみると、電源から供給されたエ
ネルギのうち、必要とされる不純物イオン分は2ないし
3割にすぎず、残りは水素イオンの加速、水素イオンビ
−ム電流の発生に消費されており、さらに、水素イオン
の注入は被注入基板の加熱、温度上昇を生じさせること
になる。
【0004】かかる好ましくない事態は、プラズマ中か
ら目的とする元素ないし分子イオンのみを引出せれば回
避することができる。この点、イオン源における荷電粒
子の分離引出しについてみると、核融合の分野で、水素
の負イオンビ−ムを発生させる体積生成型負イオン源に
関し、磁界作用下で、水素イオンの質量と電子の質量と
の違いに伴う両者の回転半径の大きさの違いから、電子
を閉じ込め、負イオンビ−ムを発生させるものがある。
しかし、これはあくまでも極端に質量も異なる電子とイ
オンの分離でしかないし、プラズマの発生も通常の、フ
ィラメントによる熱電子放出下でのアーク放電に基づく
ものであり、半導体装置のドーピングに係る、活性ガス
供給下でイオン源プラズマ室内に発生する元素イオンの
分離については、何ら考慮するところのないものであ
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、原理的に
は、上述の体積生成型負イオン源における荷電粒子の分
離引出し技術と軌を同じくするものではあるが、水素希
釈又はヘリウム希釈の水素化物ガスを用いてイオンビ−
ムを発生させる場合、プラズマ中の元素、分子イオンの
質量、運動エネルギによれば、ビーム引出し部に適切な
磁界を作用させることにより、水素イオン又はヘリウム
イオンの引出しを抑制することができるという知見に基
づくものであり、不純物イオンの発生、引出しを防止
し、所望のイオンのみを引出すことができるイオン源を
提供することを目的とするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、イオン源ガス
として水素化物ガスを用いるイオン源において、高周波
あるいはマイクロ波電力による放電機構と、引出し電極
の近傍のプラズマ室内に配置されて電極面に沿った磁界
を発生させる複数個のマグネットとを備えてなることを
主たる特徴とするものである。
【0007】そして、各マグネット間における磁界の磁
束密度は50ないし500ガウスの範囲とされ、イオン
源ガスとしては水素又はヘリウムで希釈されたガスが使
用されることを特徴とするものである。
【0008】
【作用】引出し電極の近傍に作用する磁界によって水素
イオンは閉じ込められ、水素化物イオンのみが引きださ
れる。高周波或いはマイクロ波電力によりイオン源ガス
は放電し、プラズマを生成しているから、フィラメント
を用いるときにみられるアーク放電に伴うプラズマ室内
壁からの金属不純物発生を防止することができ、イオン
源から所要のイオンビ−ムのみを引出せる。そして、磁
界の磁束密度を、水素化物ガスの種類、プラズマ中のイ
オンの質量、運動エネルギに応じて50ないし500ガ
ウスの範囲内で選定することにより、水素イオンの閉じ
込めを最適な状態にすることができる。
【0009】
【実施例】本発明の実施例について図1ないし図4を参
照して説明する。図1は高周波放電機構を有するイオン
源の断面構成図を示し、イオン源のプラズマ室1には、
上部室壁2に形成されたガス導入口3から水素或いはヘ
リウムで希釈された目的元素を含む水素化物ガスが供給
する。イオン源の引出し電極系は、図では3枚方式の多
孔(または多スリット)電極系を示しており、引出し電
極4、抑制電極5及び接地電極6からなる。これら各電
極は、それぞれ電極支持枠7、同8及び同9に取り付け
られている。上部室壁2、電極支持枠7、8、9はセラ
ミック、エポキシ樹脂等で形成された絶縁スペーサ1
0、11、絶縁筒12を介して結合されている。引出し
電極4及び抑制電極5は引出し電源13と抑制電源14
によって、接地電極6に対し、それぞれ正電位、負電位
にバイアスする。
【0010】13.56MHzに代表される周波数(他
に、27.12MHz、40.68MHz、108.5
MHz)の高周波電源15から整合回路16を介し、高
周波電極として働く上部室壁2と引出し電極4間に高周
波電力を給電する。プラズマ室1内の引出し電極4の近
傍すなわち直上に、電極面に沿って磁束密度50ないし
500ガウス(Gauss)の磁界が発生できるよう
に、電極のイオンビ−ム引出し孔又はスリットの位置を
避けて複数個のマグネット17を配置する。マグネット
17は、その側面部が図示極性となるように着磁されて
いる。
【0011】上部室壁2と引出し電極4間に給電した高
周波電力でガス導入口3からのイオン源ガスを放電さ
せ、プラズマを生成する。プラズマ生成に際しフィラメ
ントの使用によるアーク放電の場合とは異なり、プラズ
マ室の内壁との間の放電が生じないから、内壁面からの
金属不純物の発生を防止することができる。イオン源ガ
スが水素或いはヘリウムで希釈した水素化物であること
から、放電により分解、イオン化されて、生成されるイ
オン種としては、水素イオン或いはヘリウムイオン、水
素化物による重い原子或いは分子イオンとなる。例え
ば、半導体用としてシランPH3ガスを用いた場合に
は、H+と共に、重い原子、分子イオンとして、P+、P
Hx+(x=1,2,3)が生成される。
【0012】引出し電極系によって引出されるイオンは
マグネット17による磁界の影響を受ける。引出し電極
3の直上の磁界によるイオンの回転半径はラーマー半径
r、 r2=2ME/(qB)2 で見積もることができる。ここで、Mはイオンの質量、
qは電荷量であり、一般的に、プラズマ中のイオンの運
動エネルギEを、高々100eVと見積もると、磁束密
度B=100ガウス(Gauss)に対し、H+ではr
=14.5mm、P+ではr=80mmとなり、図2に
示すように、H+イオンのみを磁界(細い実線は磁力線
を示す)で閉じ込めることができ、P+イオン、さらに
は、より重いイオンPHx+(x=1,2,3)を優先
的に取り出すことができる。したがって、既に述べたよ
うに、イオン源は、高周波電力による放電機構により、
金属不純物イオンの発生が抑制されることから、イオン
源から引出されるイオンビ−ムは、PHx+(x=0〜
3)のきれいな、不純物の少ないものとすることができ
る。
【0013】水素化物ガスの種類、したがって引出すべ
きイオンの質量、プラズマ中のイオンの運動エネルギに
応じてマグネット17による磁界の磁束密度を50ない
し500ガウスの範囲内において選定することにより、
水素イオンの閉じ込め、所望のイオンの引出しを最適な
状態にすることができる。
【0014】図3及び図4にマグネット17の支持、冷
却構造についての断面図を示す。図3は図1に対して9
0度異なる方向から見た図であり、図4は図3のA−A
線での断面図である。直方体状のマグネット17は角形
パイプ18内に収納され、同パイプは閉塞板19で端部
を封止し気密構造とされる。角形パイプ18は引出し電
極4が取り付けられている電極支持枠7の段部71に載
置保持される。パイプ18の一側部内には冷媒通路20
が形成されており、同通路に、電極支持枠7のフランジ
部に形成された冷媒通路21、管路22、マニホールド
23、管路24を介して冷媒例えば冷却水を流し、高温
状態にあるプラズマ室1に配置されたマグネット17の
過度の温度上昇を防止する。
【0015】上述の実施例では、高周波放電型イオン源
について説明したが、本発明はマイクロ波放電型イオン
源、例えば電子サイクロトロン共鳴(ECR)型イオン
源に対しても適用することができる。ECR型イオン源
にあってはプラズマの生成に磁界は不可欠のものである
が、高周波放電型イオン源にあっても、プラズマの生成
に関し、プラズマ室内に、高周波による交番電界のみで
なく、プラズマの安定化、高密度化のために磁界を作用
させることが望ましい。また、マグネット17の冷却に
係る冷媒通路19については、マグネットを収納する角
形パイプ18の一側部内に形成したものを示したが、冷
媒管路(パイプ)をマグネット収納パイプにロウ付け等
により固着取付けるようにしてもよい。
【0016】
【発明の効果】本発明は以上説明したように構成したの
で、引出し電極の近傍に作用する磁界によって不要な水
素イオンを効果的に閉じ込めることができ、プラズマの
生成も高周波或いはマイクロ波電力による放電を利用し
ているから、プラズマ室内壁からの金属不純物の発生が
防止され、イオン源から水素イオンの引出しを抑制し、
質量分析を行うことなく、所要のイオンビ−ムのみを引
出すことができる。そして、水素イオン及び金属不純物
イオンの引出しが抑制、防止されることにより、イオン
ビ−ム輸送エネルギを減らすことができるから、これに
係る電源容量を低減することができ、被処理基板に不要
のイオンが注入されないから、その発熱、温度上昇を低
減することができる。
【0017】水素化物ガスの種類、したがって引出すべ
きイオンの質量、プラズマ中のイオンの運動エネルギに
応じてマグネット17による磁界の磁束密度を、50な
いし500ガウスの範囲内において選定することによ
り、水素イオンの閉じ込めを最適なものとすることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の断面構成図である。
【図2】水素イオンの閉じ込めについての説明図であ
る。
【図3】マグネットの支持、冷却部の断面図である。
【図4】図3のA−A線での断面図である。
【符号の説明】 1 プラズマ室 2 上部室壁 3 ガス導入口 4 引出し電極 5 抑制電極 6 接地電極 7 電極支持枠 15 高周波電源 17 マグネット 18 角形パイプ 19 閉塞板 20 冷媒通路

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 イオン源ガスとして水素化物ガスを用い
    るイオン源において、高周波あるいはマイクロ波電力に
    よる放電機構と、引出し電極の近傍のプラズマ室内に配
    置されて電極面に沿った磁界を発生させる複数個のマグ
    ネットとを備えてなることを特徴とするイオン源。
  2. 【請求項2】 各マグネット間における磁界の磁束密度
    が50ないし500ガウスの範囲内にあることを特徴と
    する請求項1記載のイオン源。
  3. 【請求項3】 イオン源ガスが水素又はヘリウムで希釈
    されていることを特徴とする請求項1記載のイオン源。
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CN118494791A (zh) * 2024-07-22 2024-08-16 中国科学院地质与地球物理研究所 一种太空氢离子捕获收集存储装置

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