专利名称：离子源和离子注入装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及生成带状(长条状)离子束的离子源和具有该离子源的离子注入装置。
背景技术：
近年来，进行离子注入的基板(硅片、玻璃基板等)的尺寸正在朝着大型化的方向发展。为了应对这样的基板的大型化，正在对增大向基板照射的离子束的尺寸的技术进行研究。作为增大向基板照射的离子束的尺寸的方法之一，可以考虑使生成离子束的离子源大型化。作为这种离子源，采用了在专利文献I中记载的所谓的桶式离子源，该桶式离子源具有生成会切磁场的多个永磁体和多个灯丝。 专利文献I :日本专利公开公报特开2000-315473号(图I)在专利文献I中记载的桶式离子源中，导入等离子体生成容器内的生成离子束用的可电离气体与由设置在等离子体生成容器内的多个灯丝放出的电子碰撞，生成等离子体。另外，通过构成与等离子体生成容器的开口部邻接设置的引出电极系统的多个电极，从该等离子体引出离子束。在这种离子源中，灯丝的一部分(前端部)设置于在等离子体生成容器内生成的等离子体中。长期设置在等离子体中的灯丝被等离子体内的离子溅射，会急剧地变细。在该情况下，无法稳定地供给电子，对在等离子体生成容器内生成的等离子体的生成效率会产生不利影响。通常，希望从离子源长期而稳定地供给离子束，但是，在因所述的溅射造成灯丝急剧变细的情况下，存在无法稳定供给离子束的问题。另外，在缩短离子注入处理所需要的时间的情况下及在被称为所谓的高剂量注入的注入大量离子的情况下，需要增大由离子源生成的离子束的束电流量(离子束的大电流化)。为了实现这样的大电流化，可以考虑例如增大来自灯丝的电子的放出量，使生成的等离子体的浓度变大。但是，由于电子放出量的增大意味着使流过灯丝的电流量增大，会将灯丝加热到更高的温度，于是因加热造成的灯丝的蒸发进一步发展，导致灯丝变细。在专利文献I的离子源中，如果增大流过灯丝的电流量，使离子束的束电流增大，则由于所述的因等离子体造成的对灯丝的溅射作用和因高温造成的灯丝的蒸发作用叠加，存在在极短时间内灯丝就消耗掉的问题。如果因灯丝的消耗导致灯丝断线，则必须停止离子源进行维护，所以装置的运行率变差。
发明内容
鉴于所述的问题，本发明的目的在于提供一种离子源和具有该离子源的离子注入装置，与以往的离子源相比，灯丝(阴极)的断线少，可以稳定地生成大型及大电流的离子束。
本发明提供一种离子源，其包括多个等离子体生成容器；阴极，在各个等离子体生成容器内至少设置有一个，向等离子体生成容器内突出的前端部配置在不与等离子体接触的位置；气体流量调节器，与各个等离子体生成容器连接，分别调节导入各个等离子体生成容器内的可电离气体的流量；狭缝状开口部，形成在各个等离子体生成容器上；引出电极，从所述狭缝状开口部引出带状离子束，该带状离子束在与引出方向垂直的平面内具有大体长方形的截面；以及磁场生成机构，沿着所述狭缝状开口部的长边方向在各个等离子体生成容器内产生磁场，其中，在从所述截面的短边方向观察从各个等离子体生成容器引出的所述带状离子束时，所述截面的长边方向的至少一方的端部相互重叠。由于阴极的前端部设置在不与等离子体接触的位置，所以可以大幅度地减轻等离子体对阴极的溅射。因此，阴极断线的可能性变低，可以长时间地稳定地生成离子束。另夕卜，即使在伴随大电流化，流过阴极的电流量增加的情况下，由于等离子体的溅射作用的影响小，所以也不会产生阴极在极短时间内消耗掉的问题。另外，从多个等离子体生成容器引出带状离子束，该离子束在与引出方向垂直的平面内具有大体长方形的截面，在从该截面的短边方向观查所述带状离子束时，长边方向上的至少一方的端部相互重叠，所以即使对于大型的基板，也可以与以往同样地进行应对。 为了提高等离子体生成容器内的等离子体生成效率，优选的是，在所述狭缝状开口部的长边方向上设置有反射电极，该反射电极在所述等离子体生成容器内与所述阴极相对配置。此外，优选的是，所述磁场生成机构设置有多个，所述磁场生成机构针对规定数量的等离子体生成容器独立地产生磁场。另一方面，优选的是，所述磁场生成机构在各个等离子体生成容器内部产生共同的磁场。在该情况下，由于磁场生成机构有一个即可，所以对应地具有维护简便的优点。此外，本发明提供一种离子注入装置，其包括如上所述的离子源；处理室，导入从各个等离子体生成容器引出的所述带状离子束；以及基板驱动机构，沿与所述带状离子束交叉的方向移动所述基板，使得在所述处理室内对所述带状离子束所照射的基板的整个面进行离子注入处理。另一方面，本发明还提供一种离子注入装置，其包括如上所述的离子源；分析电磁铁，对从各个等离子体生成容器弓I出的所述带状离子束进行质量分析；分析狭缝，仅使通过了所述分析电磁铁的带状离子束中的、包括所希望的离子的带状离子束通过；处理室，导入从各个等离子体生成容器引出的所述带状离子束；以及基板驱动机构，沿与所述带状离子束交叉的方向移动所述基板，使得在所述处理室内对所述带状离子束所照射的基板的整个面进行离子注入处理。按照所述的离子注入装置，通过分析电磁铁对离子束进行质量分析，可以仅将包括所希望的离子种类的离子束向基板照射。另外，优选的是，所述分析电磁铁具有多个磁极对，该多个磁极对以在所述带状离子束的长边方向上夹持从各个等离子体生成容器引出的所述带状离子束的方式相对设置，从各个等离子体生成容器引出的所述带状离子束在所述分析电磁铁中通过的距离越长，构成各个磁极对的磁极间的距离越宽。从各个等离子体生成容器引出的带状离子束在分析电磁铁内通过的路径不同。在分析电磁铁内通过的距离越长，带状离子束的偏向量对应地越大。因此，存在从各个等离子体生成容器引出的带状离子束通过分析电磁铁后，所述带状离子束的束路径交叉的问题。另外，如果各个带状离子束对基板的照射角度过于不同，则会导致对在基板上制造的器件的特性产生恶劣影响。与此相对，如以上所述的那样，如果从各个等离子体生成容器引出的带状离子束在分析电磁铁内通过的距离越长，使构成各磁极对的磁极之间的距离越大，则可以期待防止所述束路径的交叉，从而可以防止对在基板上制造的器件的特性的恶劣影响。此外，优选的是，在从所述离子源到所述处理室的路径中配置有导电性部件，该导电性部件在电位上分离从各个等离子体生成容器引出的所述带状离子束通过的路径。如果使用所述的导电性部件，则可以防止在通过相邻的束路径的一个离子束的周围产生的空间电荷效应引起的空间电位变化对另一个离子束造成影响的情况。此外，优选的是，所述离子注入装置还包括束电流测量器，该束电流测量器在所述处理室内测量各个离子束的束电流密度分布。 如果包括所述的束电流测量器，则可以监测测量结果，由此离子注入装置的操作人员可以进行下述操作改变离子注入装置的各种参数，从而调整照射到基板上的各个带状离子束的束电流密度分布。另外，优选的是，所述离子注入装置还包括控制器，该控制器根据由所述束电流测量器测量到的测量结果，判断将各个离子束的束电流密度分布合成的分布是否在所希望的范围内，并且在根据判断结果判断为将各个离子束的束电流密度分布合成的分布在所希望的范围之外的情况下，对所述离子源的运转参数进行调整。如果包括所述的控制器，则可以自动地将束电流密度分布调整到目标值。与以往的离子源相比，本发明的灯丝(阴极)的断线少，并可以稳定地生成大型及大电流的离子束。
图I表示在本发明的一个离子源中使用的等离子体生成容器的剖视图。图2表示从与Z方向相反一侧观察图I的等离子体生成容器时的情形。图3表示在本发明的离子源中使用的磁场生成机构的一个例子。图4表示在本发明的离子源中使用的磁场生成机构的另一个例子。图5表示在本发明的离子源中使用的引出电极的例子，图5的(A)为相对于多个等离子体生成容器具有共同的引出开口的引出电极的例子，图5的(B)为相对于多个等离子体生成容器具有各自的引出开口的引出电极的例子。图6表示在本发明的离子源中使用的等离子体生成容器的配置例子，图6的(A)为沿着Y方向配置、且在X方向上的位置相互不同的多个等离子体生成容器的配置例子，图6的(B)为图6的(A)所示的配置例子的变形例，图6的(C)为沿着Y方向不规则地配置等离子体生成容器的例子。图7表示在本发明的另一离子源中使用的等离子体生成容器的剖视图。图8表示本发明的一个离子注入装置的俯视图。图9表示在本发明的离子注入装置中使用的束电流测量器的一个例子。
图10为与由束电流测量器测量到的束电流密度分布的调整相关的说明图，图10的(A)表示调整前的束电流密度分布，图10的(B)表示调整后的束电流密度分布。图11表示在本发明的离子注入装置中使用的分析电磁铁的一个例子，图11的(A)表示从Z方向观察分析电磁铁内部时的情形，图11的(B)表示从X方向观察分析电磁铁时的情形。图12表示在本发明的离子注入装置中使用的遮蔽机构的一个例子，图12的(A)表示从Z方向观察遮蔽机构时的情形，图12的(B)表示从Y方向观察遮蔽机构时的情形。图13表示在本发明的离子注入装置中使用的基板驱动机构的一个例子。图14表示在本发明的离子注入装置中，在基板上照射离子束的情形。图15表示本发明的另一离子注入装置的俯视图。 附图标记说明1、U11、U12、U21、U22、U31、U32、U41、U42......等离子体生成容器2......灯丝3......等离子体7……气体流量调节器8......离子源11……狭缝状开口部12......磁场生成机构16......引出电极17......引出开口19......离子束20……分析电磁铁21......分析狭缝23......基板24......基板驱动机构31......导电性部件IM......离子注入装置
具体实施例方式图I中描绘了构成本发明的一个离子源的等离子体生成容器I的剖视图。X方向、Y方向和Z方向相互垂直相交于一点，Z方向为从等离子体生成容器I引出后述的离子束19的方向。在等离子体生成容器I的壁面上连接有气体供给路5。在该气体供给路5上通过阀9安装有气体源6，从该气体源6供给成为离子束19的原料的可电离气体。另外，在该气体供给路5上设置有气体流量调节器7 (质量流量控制器)，由此调整从气体源6向等离子体生成容器I提供的可电离气体的供给量。在等离子体生成容器I的一个侧面上，通过绝缘件10安装有U形的灯丝2。在灯丝2的端子之间连接有灯丝电源Vf，该灯丝电源％可以调节在灯丝2中流动的电流量。该灯丝电源Vf通过电弧电源Va与等离子体生成容器I连接。
通过使电流流过灯丝2，对灯丝2进行加热，从灯丝2放出电子。在等离子体生成容器I内部，通过后述的磁场生成机构12沿图示的箭头的方向生成磁场B，沿着该磁场B，从灯丝2放出的电子在等离子体生成容器I内部移动。该电子与供给到等离子体生成容器I内部的可电离气体碰撞，引起可电离气体的电离，在等离子体生成容器I内生成等离子体3。本发明的灯丝2的位于X方向上的前端部设置在不与等离子体3接触的位置。由此，可以减轻等离子体3对灯丝2的溅射。在此，对于灯丝2的个数，虽然只描绘了一个，但是，也可以与以往的技术相同，设置多个灯丝2。在等离子体生成容器I的内部，反射电极4设置在与灯丝2相对的位置。该反射电极4通过绝缘件10安装在等离子体生成容器I上，以等离子体生成容器I为基准电位，以使该反射电极4为负电位的方式连接电源VB。这样，使反射电极4的电位为负电位，由此在从灯丝2放出的电子通过磁场B向反射电极4 一侧移动时,可以将该电子向相反一侧反射。其结果，可电离气体和电子的碰撞概率得到提高，从而可以提高等离子体3的生成效率。另 夕卜，该反射电极4是用于提高等离子体3的生成效率的电极，并不是必须设置的电极。 另外，在此，使用电源Vb使反射电极4的电位为负电位，但是也可以不使用这样的电源，而使反射电极4处于悬浮电位。在该情况下，因从灯丝2放出的电子与反射电极4碰撞，反射电极4带负电，最终也可以将电子向灯丝2—侧反射。另外，虽然在图中未示出，但是也可以在灯丝2的背面一侧设置反射电极。图2中描绘了从与Z方向相反一侧观察图I时的等离子体生成容器I的情形。如该图2所示，在等离子体生成容器I的位于Z方向一侧的侧面上形成有狭缝状开口部11，通过该狭缝状开口部11，利用后述的引出电极16进行离子束19的引出。在本发明中，通过多个等离子体生成容器I构成离子源8。作为一个例子，在图3中公开了下述的例子具有基本按照行列状配置的四个等离子体生成容器Ull、U12、U21、U22。另外，各等离子体生成容器Ull、U12、U21、U22的结构与参照图I说明过的等离子体生成容器I的结构相同。如参照图I说明过的所示，在本发明的离子源8中设置有用于在等离子体生成容器I内部生成磁场B的磁场生成机构12。在图3的例子中公开了下述的磁场生成机构12的例子，即该磁场生成机构12针对全部的四个等离子体生成容器U11、U12、U21、U22，在它们的内部生成共同的磁场B。图3所示的磁场生成机构12包括大体口形的磁轭13，在该磁轭13内配置有各等离子体生成容器U11、U12、U21、U22 ;以及一对磁极14，沿X方向从磁轭13向磁轭13的内侧区域(配置有各等离子体生成容器的一侧的区域)突出，该一对磁极14相互相对地配置。在各磁极14上分别卷绕有线圈15，在各个线圈15上连接有图中未示出的电源。例如，如果使电流流过各线圈15，以使位于纸面上侧的磁极14为N极、位于纸面下侧的磁极14为S极，则如图所示，在各等离子体生成容器Ull、U12、U21、U22的内侧区域，生成共同的磁场B。在图3的例子中，使用一个磁场生成机构12在各等离子体生成容器U11、U12、U21、U22的内侧区域生成共同的磁场B，但是代替与此，如图4所示，也可以设置多个等离子体生成机构12。在图4的例子中，在由等离子体生成容器U11、U12构成的组以及由等离子体生成容器U21、U22构成的组中分别设置有磁场生成机构12。由于各磁场生成机构12的结构与通过前述的例子说明过的结构相同，故在此省略对其的详细说明，但是，在此，可以通过各个磁场生成机构12对各等离子体生成容器独立地产生磁场。另外，在图4的例子中，针对由等离子体生成容器Ull、U12构成的组生成磁场BI，与此相对，针对由等离子体生成容器U21、U22构成的组生成磁场B2，但是，也可以使针对各等离子体生成容器产生的磁场相同。在图4的例子中，将两个等离子体生成容器作为一组，使一个磁场生成机构12与该组相对应，但是，也可以使一个磁场生成机构12与各个等离子体生成容器相对应。另外，也可以由两个等离子体生成容器构成一组，由三个等离子体生成容器构成另一组。在该情况下，与前面的例子相同，针对每个组配置一个磁场生成机构12。另外，在此，作为磁场生成机构12使用了电磁铁，但是代替与此，也可以使用永磁体。在该情况下，可以准备两个永磁体，以将相互不同的极性在X方向上相对配置的方式，来安装配置在各个磁极14上就可以。在本发明的离子源8中设置有引出电极16，该引出电极16用于将离子束19从等离子体生成容器I引出。参照图5对该引出电极16的结构进行说明。在图5的(A)、图5 的(B)中描绘了在图3和图4中作为一个例子举出的四个等离子体生成容器U11、U12、U21、U22和配置于其前方(Z方向一侧)的引出电极16。另外，在该图中，用虚线表示各等离子体生成容器Ul I、U12、U21、U22及形成在等离子体生成容器上的狭缝状开口部11。在该例子中，假定作为引出的离子束是具有正电荷的离子束。为此，在引出电极16上连接有在图中没有示出的电源，使得以各等离子体生成容器Ull、U12、U21、U22为基准，使引出电极16的电位为负的电位。对引出电极16的结构进行具体说明。在图5的(A)的例子中，在一个大的引出电极16上形成有两个引出开口 17。各引出开口 17针对由等离子体生成容器Ull和离子体生成容器U12构成的组以及由等离子体生成容器U21和离子体生成容器U22构成的组而分别配置。在图5的(A)中，针对两个等离子体生成容器配置一个引出开口 17，但是，代替与此，如图5的(B)所示，针对各个等离子体生成容器也可以分别设置引出开口 17。另外，虽然在此在图中未示出，但是通过这样的引出电极16的引出开口 17引出的离子束19是在与引出方向(Z方向)垂直的平面内具有大体长方形的截面的带状离子束。在图3 图5中列举了配置有四个等离子体生成容器的例子，但是，本发明的等离子体生成容器的配置不限于此。在图6的(A) 图6的(C)中列举了构成本发明的离子源8的等离子体生成容器的配置例子。本发明的特征在于，用与引出方向垂直的平面切断从各等离子体生成容器引出的带状离子束，在此时的大体长方形的截面中，在从截面的短边方向观察各带状离子束时，截面的长边方向的至少一方的端部相互重叠。通过形成这样的结构，即使在基板尺寸为大型尺寸的情况下，也可以与以往同样地毫无问题地进行离子注入处理。通过引出电极16引出的带状离子束19的大体长方形的截面基本等于形成在各等离子体生成容器上的狭缝状开口部11的形状。因此，可以如图6的(A) 图6的(C)所示的配置各等离子体生成容器。具体地说，在图6的(A)中，在Y方向上配置在第奇数个的等离子体生成容器的组(由等离子体生成容器UlI、U12构成的组、由等离子体生成容器U31、U32构成的组)与在Y方向上配置在第偶数个的等离子体生成容器的组(由等离子体生成容器U21、U22构成的组，由等离子体生成容器U41、U42构成的组)在X方向上的位置不同。配置在第奇数个的等离子体生成容器的组与配置在第偶数个的等离子体生成容器的组在X方向上的位置配置成形成于在Y方向(相当于用与引出方向垂直的平面切断带状离子束时的大体长方形截面的短边方向)上相邻的等离子体生成容器上的狭缝状开口部11在X方向(相当于用与引出方向垂直的平面切断带状离子束时的大体长方形的截面的长边方向)上的至少一方的端部相互重叠。通过进行这样的配置，可以使得在从大体长方形截面的短边方向观察从各等离子体生成容器引出的带状离子束19时，大体长方形截面的长边方向的至少一方的端部相互重叠。在图6的(A)中表示了使第奇数个等离子体生成容器组和第偶数个等离子体生成容器组在X方向上的位置互相不同进行配置的例子，但是，也可以如图6的(B)所示进行变形。在图6的(B)中，配置成使在Y方向上配置在第一和第四的等离子体生成容器组(由等离子体生成容器Ull、U12构成的组及由等离子体生成容器U41、U42构成的组)与在Y方向上配置在第二和第三的等离子体生成容器组(由等离子体生成容器U21、U22构成的组及由等离子体生成容器U31、U32构成的组)在X方向上的位置不同。即使这样地进行配置，也可以实现与用图6的(A)表示的例子相同的作用及效果。 此外，也可以如图6的(C)所示，改变配置在Y方向上的各个等离子体生成容器组的结构。在此，在Y方向上配置在第一和第二的等离子体生成容器的个数为一个，在Y方向上配置在第三的等离子体生成容器的个数为两个。即使是该结构，只要以下述方式进行配置，则也可以实现与先前所示的图6的(A)、图6的⑶相同的效果，所述方式为从Y方向(相当于用与引出方向垂直的平面切断带状离子束时的大体长方形的截面的短边方向)观察时，形成在各等离子体生成容器Ul I、U21、U31、U32上的狭缝状开口部11在X方向(相当于用与引出方向垂直的平面切断带状离子束时的大体长方形截面的短边方向)上的至少一方的端部重叠。另外，当然，等离子体生成容器的数量并不限于在此给出的数量。等离子体生成容器的数量只要是两个以上即可。在图7中记载的等离子体生成容器I的结构中，图7中记载的阴极部分与图I中记载的结构不同。在图7的例子中，放出电子的阴极由旁热式阴极18构成。该结构是作为旁热式离子源公知的结构。通过灯丝电源Vf使电流流过灯丝2，对灯丝2进行加热，由此放出电子。以下述方式连接阴极电源Vc，S卩当以灯丝2为基准电位时，使旁热式阴极18的电位成为比灯丝2的电位更正的电位。通过该阴极电源Vc，将从灯丝2放出的电子拉向旁热式阴极18，并冲撞旁热式阴极18。如果电子冲撞旁热式阴极18，则旁热式阴极18被加热，如果被加热到某温度，则从旁热式阴极18放出电子。在放出电子之后生成等离子体3的方式与图I的例子相同，因此在此省略对其的说明，用于放出电子的阴极也可以使用这样的旁热式阴极18。另外，在本发明中所述的等离子体生成容器内部是指包括开口部的区域，在该开口部中配置有形成在等离子体生成容器中的旁热式阴极18。图8表示本发明的离子注入装置頂的例子。在此，为了简化离子源8的图示，省略了到此为止说明过的磁场生成机构12、引出电极16等的图示。另外，为了简化以后的说明，作为多个等离子体生成容器的结构，在此举出了具有图4所示的四个等离子体生成容器U11、U12、U21、U22中的两个等离子体生成容器Ull、U21的结构的例子。从各等离子体生成容器Ull、U21引出的离子束19中包含所希望的离子种类以外的离子。因此，为了仅使所希望的离子种类照射到基板23上，如以往以来所公知的，使用分析电磁铁20和分析狭缝21进行质量分析。将经过质量分析的离子束19向配置在处理室22内的束电流测量器25照射。在该束电流测量器25中，如后述的那样，沿X方向进行束电流密度分布的测量，该测量结果被作为信号S9向控制器26发送。在控制器26判断束电流密度在所希望的范围内的情况下，将控制信号S7发送给支承基板23的基板驱动机构24。接收到控制信号S7的基板驱动机构24沿与离子束19交差的方向(在此为Y方向)驱动基板23，使得用两个离子束19对基板23的整个面照射离子束19。另一方面，在控制器26判断为束电流密度分布在规定范围外的情况下，由控制器26将控制信号SI S4发送给离子源8，调整离子源8所具备的灯丝电源Vf、电弧电源\、质量流量控制器7及阴极电源\等离子源的运转参数的值。另外，除了进行该运转参数的调整以外，还在分析狭缝21的下游侧(处理室22 —侧)配置部分地遮蔽各离子束19的遮蔽机构27，利用该遮蔽机构27进行束电流密度分布的调整。另外，通过来自控制器26的控制信号S6对该遮蔽机构27进行控制，对沿图示的箭头方向移动的移动量进行调整。另外，在调整束电流密度分布时，通过束电流测量器25监测束电流密度分布。 从各等离子体生成容器Ull、U21引出的离子束19的路径在从离子源8到处理室22之间，被具有网眼状的孔的导电性部件31在电位上分离。另外，该导电性部件31例如由作为非磁性体的碳制成，并电气接地。如果通过这样的导电性部件31将两个离子束19的束路径在电位上分离，则可以防止因空间电荷效应在一个离子束19的周围产生的空间电位变化对另一个离子束19造成影响。另外，由于各离子束具有正电荷，如果过于接近，则相互排斥。但是，如果设置所述的导电性部件31，则由于在电位上被分离，所以可以使两个离子束19接近配置，从而可以使离子注入装置IM小型化，并可以使利用基板驱动机构24对基板23的整个面进行离子注入处理时的基板23的驱动范围变窄。下面对构成离子注入装置IM的各部分进行说明。图9表示束电流测量器25的例子。在束电流测量器25中，沿X方向配置有多个在Y方向上长的法拉第杯40。该法拉第杯40以下述方式配置有多个，该方式为在Y方向上大到能够覆盖从各等离子体生成容器UlU U21引出的两个离子束19的程度，并且在X方向上能够覆盖两个离子束19的从一端到另一端。该束电流测量器25的测量结果表示在图9中记载的束电流测量器25的纸面右侦U。在该测量结果中，纵轴表示在束电流测量器25上的位置，横轴表示束电流密度的大小。如果着眼于各离子束19的束电流密度分布，则在离子束19的中央部附近的束电流密度大，伴随向端部移动成为平缓的分布。在该例子中，从等离子体生成容器Ull和等离子体生成容器U21引出的各离子束19的X方向的端部在从Y方向观察时重叠。该重叠的部分位于在测量结果中作为区域A所示的区域，在该区域中，各个离子束19的束电流密度分布如虚线所示的那样，平缓地减小，但是在此，因各离子束19的电流密度重叠，所以测量到用实线记载的那样的束电流密度分布。参照图10的(A)、图10的(B)，对用于获得所希望的束电流密度分布的方法进行简单说明。在图10的(A)中示出了由束电流测量器25测量到的束电流密度分布。在此，假定使用束电流密度的值为H土 a、X方向的宽度为W的离子束19向基板23注入离子。在该情况下，在图示的区域C和区域D的区域中，束电流密度的值超出H+a的范围。由此，必须减少该区域中的束电流密度。在该情况下，例如通过控制器26，控制灯丝电源Vf，使流过灯丝2的电流量减少。如果电流量减少，则等离子体3的浓度变小，所以从等离子体生成容器I引出的离子束19的束流减少。其结果是，如图10的(B)所示的那样，束电流密度分布整体减少，从而满足在规定的范围内。在此，对调整灯丝电源Vf的控制例进行了说明，但是，除此之外，也可以控制离子源8具备的电弧电源Vc、导入等离子生成容器中的气体流量等。另外，可以考虑作为控制对象，预先确定顺序，将该顺序存储于控制器26内，按照规定的顺序，对控制对象进行控制。在该情况下，可以根据所希望的范围和测量到的束电流密度分布的差来确定控制的顺序。例如，在差值大的情况下，进行适合于粗调整的参数(通过少的调整能使束电流密度分布变化大的参数)调整，在差值小的情况下，进行适合于精细调整的参数(即使在调整量大的情况下，束电流密度分布也几乎不变化的参数)调整，由此确定成为调整对象的运转参数的顺序。另一方面，也可以不配置控制器26，由离子注入装置頂的操作人员通过手动进行调整。在该情况下，可以考虑准备反映束电流测量器25的测量结果的监视器，操作人员边 看该监视器边进行调整，使得测量到的束电流密度分布进入所希望的范围内。另外，作为束电流测量器25的结构，也可以是不一起测量多个离子束19的结构，而是对各个离子束19分别配置束电流测量器25，使得可以独立地测量各个离子束19。在该情况下，只要之后将测量结果累加起来即可。图11的⑷和图11的(B)为图8中记载的分析电磁铁20的一个例子。图11的(A)表不分析电磁铁20的剖面的情形。分析电磁铁20包括磁轭28,在磁轭28上设置有在X方向上的磁极间距(gap,间隙)不同的第一磁极对29和第二磁极对30。在Y方向上以覆盖在X方向上相对配置的第一磁极对29和第二磁极对30的两个磁极的方式卷绕有线圈15,在该例子中，生成从配置在纸面下侧的各磁极对朝向配置在纸面上侧的各磁极对的磁场。另外，第一磁极对29和第二磁极对30通过由马达等构成的磁极驱动机构39，可以独立地改变磁极间距。从图8中记载的等离子体生成容器Ul I引出的离子束19通过第一磁极对29之间，同样，从图8中记载的等离子体生成容器U21引出的离子束19通过第二磁极对30之间。另夕卜，设置有导电性部件31，使得各离子束19的束路径在Y方向上在电位上分离。从等离子体生成容器Ull、U21引出的离子束19的转弯半径，在所希望的离子种类和离子束的能量相同的情况下，在分析电磁铁20处的转弯半径相同。虽然还依赖于分析电磁铁20和基板23之间的距离等，但是，在转弯半径相同的情况下，存在各离子束19的路径交叉的问题。此外，如果各离子束19向基板23入射的入射角度的差异变大，则会导致在基板上制造出的器件的特性因位置不同而有很大的不同。因此，优选的是，使从各等离子体生成容器Ull、U21引出的离子束19的转弯半径不同，并尽可能地调整成使两个离子束19的轨道平行。在图8的情况下，由于各离子束19通过分析电磁铁20沿顺时针方向转弯，所以在外侧转弯(位于图11的(A)的Y方向一侧)的离子束19 (从等离子体生成容器Ull引出的离子束19)的转弯半径需要大于在内侧转弯的另一个离子束19(从等离子体生成容器U21引出的离子束19)的转弯半径。在离子束19的离子种类和能量相同的情况下，对应于使离子束19转弯的磁场的强度，转弯半径不同。由于磁场的强度伴随磁极间距的扩大而变弱，所以在该例子中，第一磁极对29的磁极间距比第二磁极30的磁极间距更大。对于磁极间距的大小关系而言是如上所述的关系，但是，根据分析电磁铁20和基板23的距离、在基板23上制造的器件的特性等各个条件来恰当地设定各磁极间距的间隔。这样，通过使各个磁极间距不同，可以使由第一磁极对29产生的第一磁场B3小于由第二磁极对30产生的第二磁场B4，根据磁极间距的设定，可以使各离子束19的束路径基本平行。在此，对于分析电磁铁20，为了使在外侧转弯的离子束19的转弯半径大于在内侧转弯的另一个离子束19的转弯半径，使用了在外侧转弯的离子束19通过的磁极间距大于另一个离子束19通过的磁极间距的表述，但是换言之，也可以如下述这样进行表述，即 离子束在分析电磁铁20内部通过的距离越长，形成在分析电磁铁20中的各磁极之间的距离越大。即，在分析电磁铁20内部，越是通过外侧的离子束19，在分析电磁铁20内通过的距尚越长。与此相对，在分析电磁铁20内部,越是通过内侧的尚子束19,在分析电磁铁20内通过的距离越短。因此，可以代替内侧、外侧的表述，采用离子束19在分析电磁铁20内通过的距离这样的表述。
磁极29和磁极30在Y方向上的宽度充分大于通过此处的离子束19在相同方向上的尺寸。另外，优选的是，通过磁极之间的离子束19在Y方向上通过各磁极的中央部分。其原因在于存在下述问题在Y方向上配置在相邻的磁极之间的磁极端部，因磁场之间干涉导致磁场分布产生形变，从而对离子束19的质量分析造成障碍。由于该原因，所以优选的是，如上所述那样地设定磁极尺寸和通过磁极之间的离子束的通过位置。图11的⑶表示从X方向观察分析电磁铁20时的情形。在该图中，在分析电磁铁20的内侧区域记载的单点划线表示第一磁极对29和第二磁极对30的外形，实线表示所希望的离子束19的轨道。另外，虚线表示导电性部件31。如该图所示，第一磁极对29的宽度和第二磁极对30的宽度分别沿离子束19的束路径是相同的。另外，图11的(B)中的X轴、Y轴、Z轴表示在分析电磁铁20的出口(纸面右侧)的方向，在分析电磁铁20内部，除了 X轴的方向，Y轴、Z轴的方向是酌情改变的。在图12的(A)、图12的⑶中记载有图8所记载的遮蔽机构27的一个例子。如在此所示的，例如，遮蔽机构27针对从各个等离子体生成容器U11、U21引出的离子束19独立地配置。该遮蔽机构27包括一对遮蔽部件34，该一对遮蔽部件34以在离子束19的短边方向(Y方向)上夹持离子束19的方式相对配置，成对的遮蔽部件34沿离子束19的长边方向(X方向)配置有多个。在各个遮蔽部件34上连接有支承轴33，该支承轴33通过遮蔽部件驱动机构32可以沿图示的箭头的方向独立地移动，由此遮蔽离子束19的一部分，从而调整束电流密度分布。作为遮蔽部件驱动机构32可以考虑由下述机构构成，所述机构为例如作为驱动源具有多个马达，分别驱动各个支承轴33。图12的(B)表示从Y方向观查遮蔽机构27时的情形。如该图所示，多个遮蔽部件34以沿X方向在Z方向上的位置交替不同的方式呈之字形配置。如果进行这样的配置，则可以沿着X方向的整个区域无间断地调整离子束19的电流密度分布。图13表示图8中记载的基板驱动机构24的一个例子。基板驱动机构24包括支承基板23的基板保持架38，该基板保持架38的下方端面(位于X方向一侧的端面)和从下方端面沿Z方向延伸设置的下方端部由四个旋转体37支承。支承基板保持架38的下方端面的两个旋转体37以能够沿图示的箭头的方向旋转的方式由安装于设在处理室22上的支承台41上的支承轴36支承。支承基板保持架38的下方端部的Z方向一侧的旋转体37以能够沿图示的箭头方向旋转的方式由设置于处理室22上的支承轴36支承。另一方面，支承下方端部的、与Z方向相反一侧的旋转体37通过真空密封件35固定在设置于处理室22的外侧的驱动源42 (马达)的转动轴43上，通过驱动源42使转动轴43旋转，由此，该旋转体37与转动轴43成为一体地沿图示的箭头的方向旋转。由此，可以使基板保持架38沿Y方向移动。另外，虽然省略了图示，但是具有所述四个旋转体37的基板保持架38的支承机构沿Y方向设置有多个。图14表示从各等离子体生成容器Ull、U21引出的离子束19照射到基板23上的情形。基板23沿Y方向在与两个离子束19交叉的方向(在该例子中为Y方向)上移动，由此实现向基板23的整个面注入离子。其它的变形例在图8的例子中，等离子体生成容器Ull和等离子体生成容器U21在Z方向上的位 置相同。在该情况下，从各等离子体生成容器引出的离子束19到照射到基板上的束路径的距离不同。如果束路径的距离不同，则由于各离子束19受到的空间电荷效应的影响不同，所以导致照射到基板23上的离子束19的形状产生差异。另外，在图8的例子中，等离子体生成容器的个数为两个，但是，在Y方向上配置的等离子体生成容器的数量越增加，各离子束19的束输送距离的差异越大。如果照射到基板23上的离子束19的形状基本相同，则可以容易地对各离子束19的束电流密度分布进行控制。其原因在于可以期待利用调整一个离子束的电流密度分布获得的结果，对另外的离子束的电流密度分布进行调整。因此，如图15所示，通过使各等离子体生成容器U11、U21的离子束19的在行进方向上的位置不同，使得离子束19从各等离子体生成容器Ull、U21到照射到基板23的距离LI、L2成为相同的距离。如果采用这样的结构，则可以使从各等离子体生成容器U11、U21引出的离子束19的形状在对基板23照射的位置基本相同。除了所述的内容以外，显然，在不脱离本发明的宗旨的范围内，也可以进行各种改进和变形。
权利要求
1.一种离子源，其特征在于包括 多个等离子体生成容器； 阴极，在各个等离子体生成容器内至少设置有一个，向等离子体生成容器内突出的前端部配置在不与等离子体接触的位置； 气体流量调节器，与各个等离子体生成容器连接，分别调节导入各个等离子体生成容器内的可电离气体的流量； 狭缝状开口部，形成在各个等离子体生成容器上； 引出电极，从所述狭缝状开口部引出带状尚子束，该带状尚子束在与引出方向垂直的平面内具有大体长方形的截面；以及 磁场生成机构，沿着所述狭缝状开口部的长边方向在各个等离子体生成容器内产生磁场，其中， 在从所述截面的短边方向观察从各个等离子体生成容器引出的所述带状离子束时，所述截面的长边方向的至少一方的端部相互重叠。
2.根据权利要求I所述的离子源，其特征在于，在所述狭缝状开口部的长边方向上设置有反射电极，该反射电极在所述等离子体生成容器内与所述阴极相对配置。
3.根据权利要求I或2所述的离子源，其特征在于，所述磁场生成机构设置有多个，所述磁场生成机构针对规定数量的等离子体生成容器独立地产生磁场。
4.根据权利要求I或2所述的离子源，其特征在于，所述磁场生成机构在各个等离子体生成容器内部产生共同的磁场。
5.根据权利要求3所述的离子源，其特征在于，所述磁场生成机构在各个等离子体生成容器内部产生共同的磁场。
6.一种离子注入装置，其特征在于包括 如权利要求I至5中任一项所述的离子源； 处理室，导入从各个等离子体生成容器弓I出的所述带状离子束；以及基板驱动机构，沿与所述带状离子束交叉的方向移动所述基板，使得在所述处理室内对所述带状离子束所照射的基板的整个面进行离子注入处理。
7.根据权利要求6所述的离子注入装置，其特征在于，在从所述离子源到所述处理室的路径中配置有导电性部件，该导电性部件在电位上分离从各个等离子体生成容器引出的所述带状离子束通过的路径。
8.根据权利要求6所述的离子注入装置，其特征在于，所述离子注入装置还包括束电流测量器，该束电流测量器在所述处理室内测量各个离子束的束电流密度分布。
9.根据权利要求8所述的离子注入装置，其特征在于，所述离子注入装置还包括控制器，该控制器根据由所述束电流测量器测量到的测量结果，判断将各个离子束的束电流密度分布合成的分布是否在所希望的范围内，并且在根据判断结果判断为将各个离子束的束电流密度分布合成的分布在所希望的范围之外的情况下，对所述离子源的运转参数进行调整
10.一种离子注入装置，其特征在于包括 如权利要求I至5中任一项所述的离子源； 分析电磁铁，对从各个等离子体生成容器弓I出的所述带状离子束进行质量分析；分析狭缝，仅使通过了所述分析电磁铁的带状离子束中的、包括所希望的离子的带状离子束通过； 处理室，导入从各个等离子体生成容器引出的所述带状离子束；以及 基板驱动机构，沿与所述带状离子束交叉的方向移动所述基板，使得在所述处理室内对所述带状离子束所照射的基板的整个面进行离子注入处理。
11.根据权利要求10所述的离子注入装置，其特征在于， 所述分析电磁铁具有多个磁极对，该多个磁极对以在所述带状离子束的长边方向上夹持从各个等离子体生成容器引出的所述带状离子束的方式相对设置， 从各个等离子体生成容器引出的所述带状离子束在所述分析电磁铁中通过的距离越长，构成各个磁极对的磁极间的距离越宽。
12.根据权利要求10或11所述的离子注入装置，其特征在于，在从所述离子源到所述处理室的路径中配置有导电性部件，该导电性部件在电位上分离从各个等离子体生成容器引出的所述带状离子束通过的路径。
13.根据权利要求10或11所述的离子注入装置，其特征在于，所述离子注入装置还包括束电流测量器，该束电流测量器在所述处理室内测量各个离子束的束电流密度分布。
14.根据权利要求12所述的离子注入装置，其特征在于，所述离子注入装置还包括束电流测量器，该束电流测量器在所述处理室内测量各个离子束的束电流密度分布。
15.根据权利要求13所述的离子注入装置，其特征在于，所述离子注入装置还包括控制器，该控制器根据由所述束电流测量器测量到的测量结果，判断将各个离子束的束电流密度分布合成的分布是否在所希望的范围内，并且在根据判断结果判断为将各个离子束的束电流密度分布合成的分布在所希望的范围之外的情况下，对所述离子源的运转参数进行调整。
16.根据权利要求14所述的离子注入装置，其特征在于，所述离子注入装置还包括控制器，该控制器根据由所述束电流测量器测量到的测量结果，判断将各个离子束的束电流密度分布合成的分布是否在所希望的范围内，并且在根据判断结果判断为将各个离子束的束电流密度分布合成的分布在所希望的范围之外的情况下，对所述离子源的运转参数进行调整。
全文摘要
本发明提供离子源和离子注入装置，与以往的离子源相比，灯丝(阴极)的断线少、能稳定生成大型及大电流的离子束。离子源(8)包括具有狭缝状开口部(11)及向内部突出的前端部配置在不与等离子体(3)接触的位置的至少一个阴极(2)的多个等离子体生成容器(U11～U42)；沿狭缝状开口部(11)的长边方向在各等离子体生成容器(U11～U42)中产生磁场的磁场生成机构(12)；通过狭缝状开口部(11)引出截面形状为大体长方形的带状离子束(19)的引出电极(6)。在从大体长方形截面的短边方向看时，从各等离子体生成容器(U11～U42)引出的带状离子束(19)在大体长方形截面的长边方向上的一方的端部相互重叠。
文档编号H01J37/317GK102832094SQ20121005313
公开日2012年12月19日 申请日期2012年3月2日 优先权日2011年6月15日
发明者山下贵敏 申请人:日新离子机器株式会社