JPH077059U - イオンビーム引出し電極系装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 磁界のみによりドーパントイオンとバランス
ガスイオンの分離を行うこと。 【構成】 ソースプラズマからドーパントイオンＭとバ
ランスガスイオンｍがプラズマ電極１と引出し電極２’
によって引出される。引出し電極と抑制電極４’は磁性
体で形成されており、両電極間に永久磁石１７が設けら
れている。イオンは同磁石による磁界Ｂ内でラーマー運
動を行い、曲げられる。ドーパントイオンとバランスガ
スイオンは質量の違いにより曲がり方が異なる。磁界よ
りビーム上流側のプラズマ電極、引出し電極、抑制電極
のビーム引出し孔７の軸ｘと、下流側の電子抑制電極
５、接地電極６のビーム引出し孔の軸ｘ’とは、ずらせ
てある。バランスガスイオンは電子抑制電極あるいは接
地電極に衝突し、カットされ、ドーパントイオンのみが
引出される。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、Ｅ×Ｂフィルタを構成する質量分離電極を用いることなく、ドーバ ントイオンとバランスガスイオンを分離することができる大面積イオン注入装置 におけるイオンビ−ム引出し電極系装置に関する。

【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、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イオン注入に際しては、断面積の大きい、面イオン ビ−ムが用いられるが、かかる大面積イオン注入装置にあってもイオン源から引 出されたイオンに対し、Ｅ×Ｂ（ＥクロスＢ）フィルタ（別名、ウィーンフィル タ）による質量分離手段を用い、必要なイオンのみを注入し、注入品質を向上さ せたものが開発されている。

【０００３】 図３は、かかる大面積イオン注入装置におけるビーム引出し電極系に関し、先 に本考案者等が提案したＥ×Ｂフィルタを構成する質量分離電極が組み込まれて いる面イオンビ−ム引出し電極系の断面構成図であり、図４はビーム上流側から 見た質量分離電極の正面図である。図３に示すように、面イオンビ−ム引出し電 極系は、例えば高周波イオン源側から、プラズマ電極１、引出し電極２を有し、 質量分離電極３は引出し電極２と抑制電極（同じく引出し電極とも言う）４の間 に配置されている。そして引出し電極系には、抑制電極４の下流側に更に電子抑 制電極（減速電極）５、接地電極６が設けられている。

【０００４】 質量分離電極３を除く各電極は多数のビーム引出し孔７を有する多孔電極であ り、質量分離電極にはこれらビーム引出し孔の位置に合わせて質量分離のための 多数のビーム引出し空間部８が形成されている。ビーム引出し電極系の各電極に は図示極性で引出し電源９、加速電源１０、減速電源１１が接続されており、イ オン源からイオンビ−ムを引出し、加速する。

【０００５】 質量分離電極３は間隔を置いて平行に並設されている複数の非磁性体製のホル ダー１２を有する。各ホルダーには間隔を置いて磁石配置孔１３が形成されてお り、その中に、それぞれフィルタ磁界形成用永久磁石１４が収容、固定されてい る。

【０００６】 各ホルダー１２には各永久磁石１４の固定位置の間に、永久磁石を収容する磁 石配置孔１３と直交関係方向に長孔１５が穿孔形成されている。複数のホルダー １２のこれら長孔１５内に、互いに絶縁関係にあるそれぞれ２枚のフィルタ電界 形成用の電極体１６₁，１６₂を挿通配置する。したがって、各ホルダー１２に固 定された永久磁石１４が対向関係にあるホルダーの間の空間がフィルタ電界形成 用電極体１６₁，１６₂で仕切られ、それぞれ質量分離のためのＥ×Ｂフィルタの ビーム引出し空間部８を形成している。

【０００７】 永久磁石１４は図示極性に着磁されており、ホルダー１２の長孔１５内に挿通 した２枚の電極体１６₁，１６₂にはフィルタ電源１７によって電位差が与えられ ている。これに伴い、各ビーム引出し空間部８には、対向する２個の永久磁石１ ４と、同空間部に面し、電位差が与えられている電極体１６₁及び同１６₂とによ って互いに直交するフィルタ磁界と電界が形成され、電界による作用力と磁界に よる作用力がバランス関係にあるイオンのみが空間部を通過し、必要とするイオ ンの質量分離が行われる。

【０００８】

【考案が解決しようとする課題】

大面積イオン注入装置において、被注入体にボロン、リン等のドーパントを注 入する場合、イオン源における目的物質源ガスとして、ジボラン、シラン等の材 料ガスに水素、ヘリウム等のバランスガスを混合希釈した水素化物ガスが用いら れ、イオン源にはドーパントイオンとバランスガスイオンの混合プラズマが生成 される。この混合プラズマをソースプラズマとするイオン源からイオンを引出す と、目的のドーパントイオンと共に、バランスガスイオンも引出される。上述し たビーム引出し電極系によれば、多数のＥ×Ｂフィルタを構成する質量分離電極 ３が組み込まれていることにより、バランスガスイオンを除去し、目的のドーパ ントイオンのビームのみを引出すことができる。

【０００９】 しかしながら、Ｅ×Ｂフィルタを構成する質量分離電極３は、各電極のビーム 引出し孔７の位置にあわせ、大面積にわたって多数のＥ×Ｂフィルタ単位を形成 しなければならない。したがって、質量分離電極３は複雑且つ精密な構造が要求 され、その製造に際しては、高度な技術と多額の費用が必要となる。

【００１０】 本考案は、Ｅ×Ｂフィルタ方式によらずに、磁界内でのイオンのラーマー運動 を利用したイオンの質量分離機構を有するイオンビ−ム引出し電極系装置の提供 を目的とするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】

本考案は、ドーパントイオンとバランスガスイオンの混合プラズマをソースプ ラズマとする大面積イオン注入装置において、イオンビ−ム引出し電極系が、そ れぞれ磁性体で形成された引出し電極及び抑制電極と、これら両電極間に設けら れた永久磁石とを備えてなることを主たる特徴とするものである。

【００１２】 さらに、本考案は、かかるイオンビ−ム引出し電極系装置において、永久磁石 で形成された磁界よりビーム上流側の電極とビーム下流側の電極が、それらに形 成されたビーム引出し孔の軸をずらせて配置されていることを特徴とするもので ある。

【００１３】

【作用】

引出されたイオンは、永久磁石で形成される磁界によってラーマー運動を行い 、イオンビ−ムは曲げられる。曲がり方は、質量の小さいバランスガスイオンは 大きく、同イオンより質量の大きいドーパントイオンは小さく、両イオンの分離 を行うことができる。

【００１４】 永久磁石の磁界によってイオンビ−ムは曲げられ、ドーパントイオンとバラン スガスイオンの曲がり方は異なるから、磁界よりビーム上流側の電極とビーム下 流側の電極のビーム引出し孔の軸をずらすことにより、バランスガスイオンをビ ーム下流側の電極でカットし、ドーパントイオンのビームのみを引出せる。

【００１５】

【実施例】

本考案の実施例について図面を参照して説明する。図１はビーム引出し電極系 の断面図、図２は図１の断面から９０°回転した断面位置での引出し電極と抑制 電極部分の断面図であり、図３，図４と同一符号は同一もしくは同等部分を示す 。イオン源のソースプラズマからプラズマ電極１及び引出し電極２’によってイ オンビームを引出す。引出し電極２’及び抑制電極４’は磁性体で形成されてお り、両電極のビーム引出し孔７間の空間部に図１の紙面に垂直に磁界Ｂが形成さ れている。

【００１６】 引出し電極２’と抑制電極４’間の空間部に導入されたイオンビームは磁界Ｂ による作用力を受ける。イオンはその質量に比例したラーマー半径をもつ円運動 、ラーマー運動を行う。既に述べたように、大面積イオン注入装置においては、 ドーパントイオンを作る材料ガスと水素やヘリウム等のバランスガスを混合させ てソースプラズマを生成しているが、この場合、同プラズマから引出された必要 なドーパントイオンと不要のバランスガスイオンとの質量比は大きく、よって、 ラーマー半径の比も大きくなる。

【００１７】 磁性体製の引出し電極２’と抑制電極４’間に図２に示す極性に着磁されてい る永久磁石１７が配置されている。引出し電極２’及び抑制電極４’におけるビ ーム引出し孔７の内側部分を永久磁石１７の着磁面より僅かに孔の中心側に出っ 張るように位置させることにより、永久磁石１７による磁界の端効果を補償し、 両電極のビーム引出し孔７間の空間部に形成される磁界Ｂを矢印で示すようにほ ぼ平行な磁界構造とすることができる。これに伴い、ビーム引出し孔７のどの部 分、どの位置を通るイオンもほぼ同じ磁界による作用力、ローレンツ力を受け、 イオンビ−ムの質量分解能の低下を防ぐことができる。

【００１８】 プラズマ電極１、引出し電極２’、抑制電極４’の各ビーム引出し孔７の軸ｘ と、電子抑制電極５及び接地電極６のビーム引出し孔７の軸ｘ’とは、図１に示 すように、若干ずらして各電極が構成されている。このように、永久磁石１７で 形成された磁界よりビーム上流側電極とビーム下流側電極が、ビーム引出し孔の 軸ｘ，ｘ’をずらせて配置されていることにより、ラーマー運動によって異なっ た軌道を進むドーパントイオンＭとバランスガスイオンｍは、ドーパントイオン のみが最終的に接地電極６のビーム引出し孔７を通過して引出され、ラーマー半 径が小さいバランスガスイオンｍは電子抑制電極５または接地電極６に衝突し、 カットされる。

【００１９】

【考案の効果】

本考案は、以上説明したように構成したので、ドーパントイオンとバランスガ スイオンの混合ソースプラズマから引出されたイオンは、永久磁石の磁界によっ て、その質量に比例したラーマー半径をもつ円運動、ラーマー運動を行い、質量 の違いにより、Ｅ×Ｂフィルタを用いることなく、磁界のみを利用した簡単な構 造で、ドーパントイオンとバランスガスイオンの分離を行うことができる。

【００２０】 永久磁石の磁界によってイオンビ−ムは曲げられ、ドーパントイオンとバラン スガスイオンの曲がり方は異なるから、磁界よりビーム上流側の電極とビーム下 流側の電極のビーム引出し孔の軸をずらしたことにより、バランスガスイオンを ビーム下流側の電極でカットし、ドーパントイオンのビームのみを引出すことが できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の実施例の断面図である。

【図２】図１の断面から９０°回転した断面位置におけ
る引出し電極と抑制電極部分の断面図である。

【図３】先に提案したＥ×Ｂフィルタを構成する質量分
離電極が組み込まれているイオンビ−ム引出し電極系の
断面構成図である。

【図４】ビーム上流側から見た質量分離電極の断面図で
ある。

【符号の説明】

1 プラズマ電極 2' 磁性体製の引出し電極 4' 磁性体製の抑制電極 5 電子抑制電極 6 接地電極 7 ビーム引出し孔 17 永久磁石

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 ドーパントイオンとバランスガスイオン
   の混合プラズマをソースプラズマとする大面積イオン注
   入装置において、それぞれ磁性体で形成された引出し電
   極及び抑制電極と、これら両電極間に設けられた永久磁
   石とを備えてなることを特徴とするイオンビ−ム引出し
   電極系装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載のイオンビ−ム引出し電極
   系装置において、永久磁石で形成された磁界よりビーム
   上流側電極とビーム下流側電極が、それらに形成された
   ビーム引出し孔の軸をずらせて配置されていることを特
   徴とするイオンビ−ム引出し電極系装置。