JPH06124673A - イオン注入装置におけるプラズマ発生方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高周波イオン源の放電室にプラズマを安定、
確実に発生させること。 【構成】 放電室２にはガス供給ライン１６からトリガ
ープラズマ室１３を介してガスが供給される。放電室に
高周波プラズマを発生させる際、シーケンサ１８からの
流量値設定信号Ｖｆに応答するマスフローコントローラ
１７は、イオン注入プロセス用のガス流量より大きいト
リガー用のガス流量をトリガープラズマ室に供給する。
トリガー電源２０によって電圧が印加される同プラズマ
室に、確実にトリガープラズマが生成され、同プラズマ
中の電子が放電室に射出される。高周波電源２２から給
電されている放電室に高周波プラズマが点灯、発生す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子線を用いて高周波
プラズマを安定して発生させる高周波イオン源搭載イオ
ン注入装置のプラズマ発生方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】高周波放電によるプラズマを用いた装置
では、例えばプラズマＣＶＤ装置のように、一般的に１
×１０^-4Torr台の圧力を使用しない。通常の高周波プラ
ズマ応用装置では１×１０^-3Torr以上の圧力を使用して
おり、高周波電力の投入と同時にスムーズにプラズマを
点灯させることができる。

【０００３】しかし、高周波プラズマ技術を用い、大面
積ビ−ムで基板にイオンを注入する装置、例えば液晶装
置の駆動回路となる薄膜トランジスタアレイを形成する
イオン注入装置にあっては、基板がセットされる真空処
理チャンバは、イオン注入プロセス時において１×１０
^-4Torr台の圧力となるように真空排気されている。そし
てイオンビ−ムの発生源である高周波イオン源の放電室
（プラズマ室）は真空処理チャンバとイオンビ−ム引出
し電極系を介して結合されており、この引出し電極系は
大面積ビームを引出す関係上、その排気コンダクタンス
が大きいから、イオン源ガスが供給される放電室も１×
１０^-4Torr台の低ガス圧状態になる。そして、このよう
な低ガス圧下では、周波数が１３．５６ＭＨｚに代表さ
れる高周波の放電によりプラズマを点灯させるのは一般
に困難である。

【０００４】図１は、本発明の発明者等による別途特許
出願の発明に関連し、電子線を入射することにより、か
かる低ガス圧下でも高周波プラズマの点灯を可能にした
ものであって、本発明の前提技術であり、本発明の適用
対象の一例となる高周波イオン源搭載イオン注入装置の
構成図である。高周波イオン源１の放電室２は、筒状容
器部３と、これに絶縁材４を用いて取り付けられ、放電
室の上蓋となる高周波フランジ部５からなり、放電室内
に生成されたプラズマから、３枚或いは４枚の電極で構
成された引出し電極系、図示装置の場合、４枚方式の電
極系を構成する引出し電極６、加速電極７、抑制電極８
及び接地電極９によってイオンビ−ムが引出される。イ
オンビ−ムは、質量分離、偏向を行うことなく真空ポン
プに接続されている真空処理チャンバ１０に導入され、
基板１１にイオンが注入される。

【０００５】放電室２の高周波フランジ部５に絶縁碍子
１２を介してトリガープラズマ室１３を取り付け、放電
室に対して電気的に絶縁してトリガープラズマ室を設け
る。トリガープラズマ室１３及び放電室の高周波フラン
ジ部５にはそれぞれ電子射出孔１４、１５が設けられて
おり、イオン源ガス供給ライン１６からトリガープラズ
マ室を通して必要なガスを導入することによりトリガー
プラズマ室内のガス圧力を放電室２の圧力に比べて上昇
させている。イオン源ガス供給ライン１６は、ガスボン
ベに接続されたマスフローコントローラ（流量調節器）
１７を備え、同コントローラはシーケンサ１８からのガ
ス流量値設定信号Ｖｆに応答し、トリガープラズマ室１
３を経て放電室２にイオン注入プロセスに要する流量の
ガスを供給する。放電室２を１×１０^-4Torr台の低ガス
圧にしたとき、例えばガス種、ガス流量値に応じて、ト
リガープラズマ室１３内の圧力が１×１０^-1Torrから１
×１０^-3Torrの範囲になるように電子射出孔１４、１５
を設計する。これら射出孔の口径は、具体的には１ｍｍ
φ前後である。

【０００６】トリガープラズマ室１３に絶縁して取り付
けたトリガー電極１９と高周波フランジ部５間にトリガ
ー電源２０によって直流電圧を印加するようにし、トリ
ガープラズマ室と高周波フランジ部との間に抵抗器２１
を接続する。また、イオン源の筒状容器部３及び引出し
電極６と高周波フランジ部５間には高周波電源２２から
整合回路２３を介して高周波電力を供給する。また、引
出し電極系の各電極には、引出し電源２４、加速電源２
５、抑制電源２６によって所要の直流電圧が印加されて
いる。

【０００７】トリガープラズマ室１３及び放電室２にイ
オン源ガスを供給し、放電室内を低ガス圧状態とし、高
周波電源２２から高周波電力を放電室に供給する。トリ
ガー電源２０から抵抗器２１を介してトリガープラズマ
室１３とトリガー電極１９間に、同電極が負電位となる
ように直流電圧を印加する。トリガープラズマ室に直流
放電が発生し、トリガープラズマが生成される。この放
電によるプラズマ分の電流がトリガー電源２０から抵抗
器２１を介して流れ、同抵抗器の端子電圧によりトリガ
ープラズマ室１３は、自動的に放電室、具体的には放電
室の高周波フランジ部に対して負電位にバイアスされ、
トリガープラズマも放電室に対して負電位になり、同プ
ラズマ中の電子は電子射出孔１４、１５を通してビーム
となって放電室に射出される。放電室に入射した電子ビ
ームは、高周波電力が供給されている同室内のイオン源
ガス分子に衝突し、スムーズに放電室内に主プラズマが
点灯し、高周波放電により主プラズマの生成が持続す
る。主プラズマの点灯後、トリガー電源２１によるトリ
ガープラズマ室への給電を遮断し、電子ビームの入射を
停止する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】かかる電子線の入射に
より放電室２に主プラズマを点灯、発生させる方法は、
瞬間的な主プラズマの点灯、発生を可能とし、非常に有
効なものである。しかし、イオン源ガス供給ライン１６
から、通常のイオン注入プロセスに必要な流量のイオン
源ガスをトリガープラズマ室に与えたときに、ガス種、
ガス流量値によっては、トリガープラズマ室にトリガー
プラズマが生成できなかったり、十分な電子ビーム量
（電子線量）を得ることができず、高周波イオン源の放
電室に安定的に主プラズマを発生させることが困難にな
る場合がある。かかる事態は、プロセスガス流量を増大
させることにより解消することができるが、放電室内の
ガス圧力上昇に伴い、引出し電極系での放電によりイオ
ンビ−ムの引出し、加速が難しくなり、また、ビーム引
出し及び輸送路においてイオンがガス分子、中性粒子に
衝突し、イオンのエネルギーロス発生という他の問題点
が派生する。

【０００９】本発明は、簡単な手段により、高周波イオ
ン源の放電室に安定的に高周波プラズマを発生させるこ
とを目的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、高周波イオン
源と、この高周波イオン源の放電室に電子線を射出する
トリガープラズマ室と、このプラズマ室に接続され、同
室及び同室を通して前記放電室にイオン源ガスを供給す
るガス供給ラインとを備えたイオン注入装置のプラズマ
発生方法において、前記電子線の発生時に、トリガープ
ラズマ室に供給するイオン源ガスの流量値をイオン注入
プロセスの流量値より増加させることを特徴とするもの
である。

【００１１】

【作用】電子線発生時にトリガープラズマ室へのイオン
源ガス流量を増加させることにより、トリガープラズマ
を確実に発生させ、放電室に高周波プラズマを発生させ
るに十分な電子線を入射することができる。

【００１２】

【実施例】本発明の一実施例を図１に示した高周波イオ
ン源搭載イオン注入装置の構成図を参照して説明する。
図２は実施例の動作説明図である。イオン源ガス供給ラ
イン１６に設けられて、トリガープラズマ室１３へのイ
オン源ガスの流量を調節するマスフローコントローラ１
７はシーケンサ１８からのガス流量値設定信号Ｖｆに応
答し、シーケンサは、通常、イオン注入プロセスに必要
とされるイオン注入プロセス用ガス流量値の設定信号を
コントローラ１７に与える。

【００１３】高周波イオン源１の放電室２内にプラズマ
を点灯、発生させるために、トリガープラズマ室１３か
ら電子線を放電室に射出するトリガーオン時、シーケン
サ１８は、トリガー用ガス流量値の設定信号Ｖｆをマス
フローコントローラ１７に与える。このトリガー用ガス
流量値の設定信号に応答し、マスフローコントローラ１
７は、図２に示すように、イオン注入プロセスに必要と
されるガス流量より大きい流量のガスをトリガープラズ
マ室１３に供給する。

【００１４】かかるトリガーオン時におけるガス流量の
増加に伴い、トリガープラズマ室内には確実にプラズマ
が生成し、イオン源の放電室に主プラズマを安定に点
灯、発生させるに十分な電子線が発生する。主プラズマ
の発生後、トリガーオンからトリガーオフに切り換えら
れ、トリガーオフ時にはシーケンサ１８から通常のイオ
ン注入プロセス用ガス流量値の設定信号Ｖｆがマスフロ
ーコントローラ１７に与えられる。

【００１５】

【発明の効果】このように電子線をイオン源の高周波放
電室に入射するトリガーオン時に、トリガープラズマ室
に供給するガスの流量を、イオン注入プロセスのガス流
量より増加させるようにしたから、安定的に電子線を得
ることができ、高周波プラズマを安定的に発生させるこ
とができる。したがって、プラズマが生成しない等の理
由によりイオン注入プロセスを中断することがなくな
り、システムの自動化が可能になる。

【００１６】トリガーオン時におけるガス流量の増加
は、トリガープラズマ室のガス圧を一時的に上げてトリ
ガープラズマを確実に生成させることにあり、増加して
いる時間も短くて済むから、放電室のガス圧を特に上昇
させることもなく、トリガーオフ時には、プロセス用の
ガス流量値に設定されるから、イオン注入プロセスに何
ら影響を及ぼさない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の前提技術であり、且つ一実施例である
高周波イオン源搭載イオン注入装置の構成図である。

【図２】実施例の動作説明図である。

【符号の説明】

1 高周波イオン源 2 放電室 3 筒状容器部 5 高周波フランジ部 13 トリガープラズマ室 14,15 電子射出孔 16 イオン源ガス供給ライン 17 マスフローコントローラ 18 シーケンサ 19 トリガー電極 20 トリガー電源 21 抵抗器 22 高周波電源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森本 浩史 京都府京都市右京区梅津高畝町47番地 日 新電機株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高周波イオン源と、この高周波イオン源
   の放電室に電子線を射出するトリガープラズマ室と、こ
   のプラズマ室に接続され、同室及び同室を通して前記放
   電室にイオン源ガスを供給するガス供給ラインとを備え
   たイオン注入装置において、前記電子線の発生時に、ト
   リガープラズマ室に供給するイオン源ガスの流量値をイ
   オン注入プロセスの流量値より増加させることを特徴と
   するプラズマ発生方法。