JP3398352B2 - Cluster ion beam generator - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウェーハへ
不純物(ドーパント)イオンを注入(インプランテーシ
ョンimplantation)する際等に使用されるクラスターイ
オンビーム発生装置に関し、特に、ボロン(ホウ素)等
の非金属物質、あるいはTiC等の金属炭化物のクラス
ターを効率よく発生するクラスターイオンビーム発生装
置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cluster ion beam generator used for implanting impurity (dopant) ions into a semiconductor wafer, and more particularly to a nonmetal such as boron (boron). The present invention relates to a cluster ion beam generator that efficiently generates a cluster of a substance or a metal carbide such as TiC.
【0002】[0002]
【従来の技術】半導体製造技術分野では、半導体ウェー
ハに不純物イオンの注入深度をなるべく浅くすることに
より、半導体ウェーハをより薄くし、半導体デバイスを
よりコンパクトにすることが望まれている。現在、例え
ばボロンイオンの注入では、注入深度が40nmが技術的
限界であるが、これを解決するイオンの注入技術は未だ
開発されていない。2. Description of the Related Art In the field of semiconductor manufacturing technology, it is desired to make the semiconductor wafer thinner and the semiconductor device more compact by making the implantation depth of impurity ions into the semiconductor wafer as shallow as possible. At present, for example, in the implantation of boron ions, the implantation depth is 40 nm, which is a technical limit, but an ion implantation technique that solves this is not yet developed.
【0003】イオンの注入では、イオンを1個ずつ半導
体ウェーハに打ち込むには、その1個のイオンに大きな
エネルギーをかけなくてはならず、この結果このイオン
は半導体ウェーハの深い位置に打ち込まれる。半導体ウ
ェーハの表面に浅く打ち込むために、1個のイオンに小
さいエネルギーをかけると、半導体ウェーハ内への打ち
込みが不可能となる。In the ion implantation, in order to implant the ions into the semiconductor wafer one by one, a large amount of energy must be applied to each one of the ions, and as a result, the ions are implanted deep into the semiconductor wafer. If a small energy is applied to one ion in order to shallowly implant the surface of the semiconductor wafer, implantation into the semiconductor wafer becomes impossible.
【0004】そこで、本発明者らは、イオンをクラスタ
ー化して、クラスター全体として打込可能なエネルギー
をかけて打込み、ボロンイオン1個あたりのエネルギー
としてはより小さいエネルギーで浅い状態で打ち込むこ
とを可能とする、クラスターイオンの注入技術について
鋭意研究開発を進めてきた。Therefore, the present inventors can implant ions by clustering them with energy that can be implanted as the whole cluster, and implanting them in a shallow state with a smaller energy per boron ion. We have been engaged in R & D on cluster ion implantation technology.
【0005】従来知られているクラスターイオンビーム
発生装置36を図4(a)に示す。従来のクラスターイ
オンビーム発生装置36は、プラズマでスパッタリング
を行うためにマグネトロン放電部を設けている。このマ
グネトロン放電部は、互いに同軸的に配列された環状及
び柱状の永久磁石37の前方にターゲット38(例えば
ボロンターゲット)を設け、その側方にアノード39を
設け、ターゲット38の面に沿うように導入口40から
スパッタ用ガスとして、例えばアルゴンガスを導入する
ような構成である。A conventionally known cluster ion beam generator 36 is shown in FIG. The conventional cluster ion beam generator 36 is provided with a magnetron discharge part for performing sputtering with plasma. In this magnetron discharge part, a target 38 (for example, a boron target) is provided in front of annular and columnar permanent magnets 37 coaxially arranged with each other, and an anode 39 is provided on the side thereof so that the target 38 is along the surface of the target 38. Argon gas, for example, is introduced as a sputtering gas from the inlet 40.
【0006】この従来の構成による作用は、ターゲット
38とアノード39の間にRF電源を印加して放電させ
てアルゴンガスを一部プラズマ化して、このプラズマイ
オンによりボロンターゲットをスパッタして、注入すべ
きイオンを発生させて、これを成長槽41で冷却してク
ラスター化し、成長槽41の開口から、半導体ウェーハ
へ打込んで注入を行うものである。The operation of this conventional structure is as follows. An RF power source is applied between the target 38 and the anode 39 to discharge the argon gas to partially turn the argon gas into plasma, and the boron ions are sputtered and injected by the plasma ions. The desired ions are generated, and these are cooled in the growth tank 41 to form clusters, which are then implanted into the semiconductor wafer through the openings of the growth tank 41 and implanted.
【0007】なお、ガスクラスターイオンビームによる
注入方法は公知である(特開平9−41138号公報参
照)。又、マグネトロンでスパッタする方法は、公知で
ある(特開平10−324969号公報参照)。An implantation method using a gas cluster ion beam is known (see Japanese Patent Laid-Open No. 9-41138). Also, a method of sputtering with a magnetron is known (see Japanese Patent Laid-Open No. 10-324969).
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】上記従来のクラスター
イオンビーム発生装置36は次のような問題点があっ
た。
(1)従来のマグネトロン放電部は、例えばボロン等の
非金属物質をスパッタする際にRF電源(主に13.5
6MHz)を使用するが、マグネトロン放電部におい
て、電源の出力インピーダンス(通常50Ω)との間で
インピーダンス不整合生じてしまう。この結果、電源か
ら供給された電力が反射し、反射された電力を故意にR
−C回路を設けて消費するという、非効率な方法で採用
してた。よって、本発明の課題は、このインピーダンス
不整合を解消することが課題である。The conventional cluster ion beam generator 36 has the following problems. (1) The conventional magnetron discharge part uses an RF power source (mainly 13.5 mm) when sputtering a non-metal substance such as boron.
6 MHz) is used, but an impedance mismatch occurs with the output impedance of the power source (usually 50Ω) in the magnetron discharge part. As a result, the power supplied from the power source is reflected, and the reflected power is intentionally
-It was adopted in an inefficient way of consuming the C circuit. Therefore, an object of the present invention is to eliminate this impedance mismatch.
【0009】(2)従来のマグネトロン放電は、図4
(b)に示すように、アルゴンガスが導入口40から導
入され、プラズマ42が発生し、このプラズマ中のAr
イオンによりボロンターゲットがスパッタされ、このス
パッタで中性ボロンBやB+が発生される。これらの中
性ボロンBやB+が成長槽内を前方に進行する。ところ
が、従来のマグネトロン放電では、アルゴンガスがター
ゲット38の面にほぼ平行方向に流れるように導入口4
0が設けられていたので、導入口40からターゲット3
8に平行に流入してきたアルゴンガスにより、スパッタ
で発生したターゲット38近辺の中性ボロンBやB
+は、側方へ吹き飛ばされてしまう。これによって、中
性ボロンBやB+が成長槽内を直接前方への移動するこ
とが阻害され、有効にB(ボロン)を活用できないとい
う問題があった。よって、本発明の課題は、このアルゴ
ンガスの流入方向を改善して、プラズマによるB(ボロ
ン)の成長槽内での前方への移動の阻害の問題を解決す
ることである。(2) The conventional magnetron discharge is shown in FIG.
As shown in (b), argon gas is introduced through the inlet 40, plasma 42 is generated, and Ar in the plasma is generated.
A boron target is sputtered by the ions, and neutral boron B or B + is generated by this sputter. These neutral boron B and B + move forward in the growth tank. However, in the conventional magnetron discharge, the introduction port 4 is arranged so that the argon gas flows in a direction substantially parallel to the surface of the target 38.
0 was provided, so the target 3 from the inlet 40
Neutral boron B or B near the target 38 generated by sputtering by argon gas flowing in parallel to
+ Is blown away to the side. As a result, neutral boron B or B + is prevented from directly moving forward in the growth tank, and there is a problem that B (boron) cannot be effectively used. Therefore, an object of the present invention is to improve the inflow direction of the argon gas and solve the problem of obstruction of forward movement of B (boron) by plasma in the growth tank.
【0010】(3)従来のクラスターイオンビーム発生
装置36は、成長槽41の先端壁43により、図4
(a)に示すように、クラスターイオンのバックスキャ
ッタリング(押し戻される現象)が発生し、クラスター
イオンを有効に利用することができなかった。又、成長
槽41内のクラスターイオンの流れは、中心部の速度が
大きく周辺部が小さい、いわゆる層流となっている。こ
のために中心部より流速が遅い周辺部の方が、成長槽4
1内での滞留時間がより長くなり、より冷却されるため
に、イオンの凝集、集合(クラスター化)がより進む。
この結果、中心部と中心部とでは、クラスターのサイズ
(Bn のnで示される。)が異なり、クラスターのサ
イズが不均一となってしまうという問題があった。よっ
て、本発明の課題は、このような成長槽41内における
クラスターのバックスキャッタリングやクラスターサイ
ズの不均一化の問題を解決することである。(3) In the conventional cluster ion beam generator 36, the tip wall 43 of the growth tank 41 is used, as shown in FIG.
As shown in (a), backscattering of cluster ions (a phenomenon of being pushed back) occurred, and the cluster ions could not be effectively used. Further, the flow of cluster ions in the growth tank 41 is a so-called laminar flow in which the velocity of the central portion is large and the peripheral portion is small. For this reason, the peripheral part where the flow velocity is slower than the central part
Since the residence time in 1 is longer and is further cooled, the aggregation and clustering of ions are further promoted.
As a result, there is a problem that the size of the cluster (indicated by n in B n ) is different between the central part and the central part, and the size of the cluster becomes nonuniform. Therefore, an object of the present invention is to solve such problems of backscattering of clusters and nonuniformity of cluster size in the growth tank 41.
【0011】(4)半導体ウェーハへのクラスター注入
では、クラスターサイズが大きすぎると半導体性能に悪
影響を与えるから、クラスターサイズが50以下、好ま
しくは5〜7程度という小さいものが望まれていた。し
かしながら、従来は、クラスターのサイズをコントロー
ルして、50以下のクラスターイオンを発生することは
困難であった。よって、本発明の課題は、成長槽内にお
いて形成されるクラスターのサイズをコントロールし、
小さいクラスターサイズのものを実現できるようにする
ことである。(4) In the cluster injection into the semiconductor wafer, if the cluster size is too large, the semiconductor performance is adversely affected. Therefore, it is desired that the cluster size is as small as 50 or less, preferably about 5 to 7. However, conventionally, it was difficult to control the size of clusters and generate 50 or less cluster ions. Therefore, the object of the present invention is to control the size of clusters formed in the growth tank,
It is to be able to realize a small cluster size.
【0012】(5)以上が本発明の主要な課題である
が、上記課題を解決しながらも、複雑な装置とならず、
装置全体としてきわめてシンプルな構造で低価格で製造
でき、しかも取り扱いの簡単なクラスターイオンビーム
発生装置を実現することが、さらに本発明の課題であ
る。(5) The above is the main problem of the present invention, but while solving the above problems, a complicated device is not obtained,
It is a further object of the present invention to realize a cluster ion beam generator which has a very simple structure as a whole and can be manufactured at a low price and is easy to handle.
【0013】[0013]
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、スパッタ用ガスに放電してプラズマを発
生させ、該プラズマのイオンにより非金属物質又は金属
炭化物のターゲットをスパッタして注入するイオン源を
発生するマグネトロン放電部と、上記注入するイオン源
からクラスターイオンビームを成長させる筒型の成長槽
と、を有するクラスターイオンビーム発生装置であっ
て、上記マグネトロン放電部は、互いに逆極性で同軸的
に配設された永久磁石と、該永久磁石の前方に配設さ
れ、導電材からなる内側支持部材と、該内側支持部材に
より支持されたターゲットと、該ターゲットの周囲に配
設された導電材からなる外側支持部材と、該外側支持部
材と一体又は別体で形成されたアノードとから成り、上
記内側支持部材は、コーン形状をしており、その大径部
は上記ターゲットを支持しかつ電気的に接続するととも
に、その小径部はRF電源に接続されており、上記外側
支持部材は、上記内側支持部材の外側に同軸的に配設さ
れ、コーン形状をしており、その大径部に、上記アノー
ドが一体で形成され、又は別体で形成されて支持されか
つ電気的に接続されているとともに、その小径部は接地
されており、上記成長槽は、周囲から冷却され、その先
端壁には、クラスターイオンビーム通過用の開口が形成
されていることを特徴とするクラスターイオンビーム発
生装置を提供する。In order to solve the above-mentioned problems, the present invention discharges a sputtering gas to generate a plasma, and sputters a target of a non-metal substance or a metal carbide with the ions of the plasma. A cluster ion beam generator having a magnetron discharge part for generating an ion source to be injected and a cylindrical growth tank for growing a cluster ion beam from the ion source to be injected, wherein the magnetron discharge parts are opposite to each other. A permanent magnet coaxially arranged with polarity, an inner supporting member disposed in front of the permanent magnet and made of a conductive material, a target supported by the inner supporting member, and disposed around the target. An outer support member made of a conductive material and an anode formed integrally with or separately from the outer support member. Has a large diameter portion that supports and electrically connects the target, and a small diameter portion that is connected to an RF power source, and the outer support member is provided outside the inner support member. It is coaxially arranged and has a cone shape, and the large-diameter portion thereof is integrally formed with the above-mentioned anode, or is separately formed and is supported and electrically connected, and the small-diameter portion thereof. Is provided with a ground, the growth tank is cooled from the surroundings, and an opening for passing a cluster ion beam is formed in the tip wall of the growth tank.
【0014】上記スパッタ用ガスは、上記成長槽内に上
記成長槽の長手方向に流入するように、上記ターゲット
と上記アノードの隙間に導入口が形成されている構成と
してもよい。An introduction port may be formed in the gap between the target and the anode so that the sputtering gas flows into the growth tank in the longitudinal direction of the growth tank.
【0015】上記成長槽の先端側の内部には、上記開口
に向けて序々に縮径するテーパ状案内面が設けられてい
る構成としてもよい。The inside of the growth tank on the tip side may be provided with a tapered guide surface whose diameter gradually decreases toward the opening.
【0016】上記成長槽の先端壁には、上記開口の口径
を調整する絞り装置が付設されており、該絞り装置を調
整することにより上記成長槽内の圧力及び上記クラスタ
ーイオンビームの速度が調整可能であり、これによりク
ラスターのサイズを調整できるような構成としてもよ
い。A throttling device for adjusting the diameter of the opening is attached to the tip wall of the growth tank. By adjusting the throttling device, the pressure in the growth tank and the velocity of the cluster ion beam are adjusted. This is possible, and the size of the cluster can be adjusted accordingly.
【0017】上記成長槽は、その周壁に冷却用のチュー
ブが設けられ、該冷却用チューブには冷却媒体としてフ
ロンガスが流されている構成としてもよい。The growth tank may have a structure in which a cooling tube is provided on the peripheral wall of the growth tank, and CFC gas as a cooling medium is flown through the cooling tube.
【0018】[0018]
【発明の実施の形態】本発明に係るクラスターイオンビ
ーム発生装置の実施の形態を実施例に基づいて図面を参
照して以下説明する。図1は、本発明に係るクラスター
イオンビーム発生装置の実施例であるボロンクラスター
イオンビーム発生装置を、インプランテーションセル
(注入用セル)に装着し、半導体インプランター(半導
体ウェーハへのイオン注入機)のインプランテーション
ヘッドとして使用する状態の全体構成を示す図である。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of a cluster ion beam generator according to the present invention will be described below based on embodiments with reference to the drawings. FIG. 1 shows a boron cluster ion beam generator, which is an embodiment of the cluster ion beam generator according to the present invention, mounted on an implantation cell (implantation cell), and a semiconductor implanter (ion implanter for a semiconductor wafer). It is a figure which shows the whole structure in the state used as an implantation head.
【0019】この実施例におけるクラスターイオンビー
ム発生装置1は、その主要構成部として、マグネトロン
放電部2と成長槽3(アグリゲーションセルAggregatio
n cell)とを有する。マグネトロン放電部2は、スパッ
タガスとしてのアルゴン(Ar)ガスをプラズマ化し
て、Ar+ をボロン固形物で形成されたボロンターゲ
ットにスパッタして中性ボロンB、B+等を発生させる
機能を有する。The cluster ion beam generator 1 in this embodiment has a magnetron discharge part 2 and a growth tank 3 (aggregation cell Aggregatio) as its main constituent parts.
n cell). The magnetron discharge unit 2 has a function of converting argon (Ar) gas as a sputtering gas into plasma and sputtering Ar + onto a boron target formed of a boron solid substance to generate neutral boron B, B + or the like. .
【0020】又、成長槽3は、ボロンを集合させ、ボロ
ンイオンクラスターに成長させる機能を有する。成長槽
3は、上記のとおり、インプランテーションセル4内に
装着され、半導体ウェーハ5にボロンクラスターイオン
ビームを打ち込むことができる。The growth tank 3 has a function of collecting boron and growing it into boron ion clusters. As described above, the growth tank 3 is mounted in the implantation cell 4 and can implant the boron cluster ion beam into the semiconductor wafer 5.
【0021】マグネトロン放電部2の構成について説明
する。マグネトロン放電部2は、互いに同軸的に配置さ
れたコーン型の内側支持部材6と外側支持部材7とを有
している。内側支持部材6及び外側支持部材7は、導電
材で形成されている。この内側支持部材6は、後述する
ボロンターゲット(カソード)の支持部材として機能す
るとともに、電力供給用の導電材として機能するもので
ある。一方、外側支持部材7は、後述するアノードを一
体的に形成する(連成する)か又は導電材から成るアノ
ードを取り付けて支持しかつ電気的に接続するととも
に、電力供給用の導電材として機能する。内側支持部材
6及び外側支持部材7は、あたかもコーン型の同軸ケー
ブルのような構成となっている。The structure of the magnetron discharge section 2 will be described. The magnetron discharge part 2 has a cone-shaped inner support member 6 and an outer support member 7 which are coaxially arranged. The inner support member 6 and the outer support member 7 are made of a conductive material. The inner support member 6 functions as a support member for a boron target (cathode) described later and also as a conductive material for power supply. On the other hand, the outer supporting member 7 functions as a conductive material for power supply while integrally forming (coupling) an anode described later or attaching and supporting and electrically connecting an anode made of a conductive material. To do. The inner support member 6 and the outer support member 7 are configured as if they were cone-type coaxial cables.
【0022】内側支持部材6の先端の拡開部は内側大径
筒部(内側大径部)8として形成されており、この内側
大径筒部8の先端には、ボロンターゲット10を取り付
けて支持しかつ電気的に接続している。ボロンターゲッ
ト10はマグネトロン放電におけるカソードとして機能
するとともにスパッタされる材料でもある。The expanded portion at the tip of the inner supporting member 6 is formed as an inner large-diameter cylindrical portion (inner large-diameter portion) 8. A boron target 10 is attached to the tip of the inner large-diameter cylindrical portion 8. Supporting and electrically connecting. The boron target 10 functions as a cathode in the magnetron discharge and is also a material to be sputtered.
【0023】内側大径筒部8内にあり、かつボロンター
ゲット10の基端側(図中左側)に、環状の永久磁石1
1と、その中心位置に柱状の永久磁石12が同軸的に配
設されている。同軸的に配設された環状の永久磁石11
と柱状の永久磁石12は、図2に示すように極性が互い
に逆向きに配設されており、図2に示すような磁場35
が形成される。An annular permanent magnet 1 is provided inside the inner large-diameter cylindrical portion 8 and on the base end side (left side in the figure) of the boron target 10.
1, and a columnar permanent magnet 12 is coaxially arranged at the center position thereof. An annular permanent magnet 11 arranged coaxially
The columnar permanent magnets 12 are arranged such that the polarities thereof are opposite to each other as shown in FIG. 2, and the magnetic field 35 as shown in FIG.
Is formed.
【0024】外側支持部材7の先端の拡開部は、外側大
径筒部(外側大径部)9として形成されており、外側大
径筒部9の先端には、マグネトロン放電におけるアノー
ド9’を一体的に形成する(連成する)か、又は外側大
径筒部9と別体に導電材(金属材料等)で形成されたア
ノード9’を取り付けて支持し電気的接続している。外
側支持部材7のコーン部にアルゴンガスを供給する供給
管13の先端が開口するように取り付けられている。コ
ーン型の内側支持部材6と外側支持部材7の間の空間は
アルゴンガスの通路となり、ボロンターゲット10とア
ノード9’の間の環状の隙間がアルゴンガスの成長槽3
内への導入口14として形成されており、ここからアル
ゴンガスは成長槽3内へ成長槽の長手方向(軸方向)へ
流入する。The expanded portion at the tip of the outer supporting member 7 is formed as an outer large-diameter cylindrical portion (outer large-diameter portion) 9, and the tip of the outer large-diameter cylindrical portion 9 has an anode 9'in magnetron discharge. Is integrally formed (coupled), or an anode 9 ′ formed of a conductive material (metal material or the like) is attached and supported separately from the outer large-diameter cylindrical portion 9 for electrical connection. The tip of a supply pipe 13 for supplying argon gas is attached to the cone portion of the outer support member 7 so that the tip end of the supply pipe 13 is open. The space between the cone-shaped inner support member 6 and the outer support member 7 serves as a passage for the argon gas, and the annular gap between the boron target 10 and the anode 9'is the growth chamber 3 for the argon gas.
It is formed as an introduction port 14 into the inside, from which argon gas flows into the growth tank 3 in the longitudinal direction (axial direction) of the growth tank.
【0025】内側支持部材6の基端部は内側小径筒部
(内側小径部)15として形成されている。外側支持部
材7の基端部は外側小径筒部(外側小径部)16として
形成されている。内側小径筒部15には、−400Vの
直流電圧又は13.56MHzのRF電源が接続されて
いる(図1ではRF電源が示されている。)。一方、外
側小径筒部16はアースされている。これにより、互い
に近接したボロンターゲット10とアノード9’との間
に放電用の電圧が印加されることとなる。The base end of the inner support member 6 is formed as an inner small-diameter cylindrical portion (inner small-diameter portion) 15. A base end portion of the outer support member 7 is formed as an outer small diameter cylindrical portion (outer small diameter portion) 16. A DC voltage of -400 V or an RF power source of 13.56 MHz is connected to the inner small-diameter tubular portion 15 (the RF power source is shown in FIG. 1). On the other hand, the outer small diameter cylindrical portion 16 is grounded. As a result, a discharge voltage is applied between the boron target 10 and the anode 9 ′ that are close to each other.
【0026】次に成長槽3の構成について説明する。成
長槽3は、外側大径筒部9、あるいは外側大径筒部9と
一体又は別体で形成されたアノード9’と密封して(水
密的に)接合された筒状のケース17を有する。このケ
ース17は、その周壁18に冷却チューブ19が埋設又
は外側に巻かれるように配設され、冷却チューブ19に
冷却用の媒体としてフロンガスが流されるような構成と
なっている。この構成により、成長槽3内は、−5〜5
℃に冷却されている。Next, the structure of the growth tank 3 will be described. The growth tank 3 has a tubular case 17 hermetically (watertightly) joined to the outer large-diameter cylindrical portion 9 or the anode 9 ′ formed integrally with or separately from the outer large-diameter cylindrical portion 9. . The case 17 has a peripheral wall 18 in which a cooling tube 19 is embedded or wound so as to be wound on the outside, and a fluorocarbon gas is flown into the cooling tube 19 as a cooling medium. With this configuration, the inside of the growth tank 3 is -5 to 5
It is cooled to ℃.
【0027】成長槽3の先端壁20には開口21が形成
されており、この開口21に対応して、先端壁20の外
側には、開口21の開度(開き具合のことであり、具体
的には開いている口径)を調整する絞り装置22が配設
されている。この絞り装置22の機構は、カメラの絞り
装置22として採用されている周知の絞り装置と同様で
あるから、ここでは一例の概要の説明だけにとどめ、詳
細な説明は省略する。An opening 21 is formed in the tip wall 20 of the growth tank 3. Corresponding to this opening 21, the opening degree of the opening 21 (the degree of opening of the opening 21 is provided outside the tip wall 20). Specifically, a diaphragm device 22 for adjusting the opening diameter) is provided. The mechanism of the diaphragm device 22 is the same as a known diaphragm device adopted as the diaphragm device 22 of a camera, and therefore, only the outline of an example will be described here, and detailed description thereof will be omitted.
【0028】その概要は、図3(a)〜(c)において
示すように、開口21の外周に沿って複数の絞り羽根2
3が夫々枢着軸により枢着されている。モータ24の出
力歯車25と噛み合って回転される環状回転輪26(軸
受で回転可能に支持されている)のカムピンが上記複数
の絞り羽根23のカム孔に摺動可能に係入している。As shown in FIGS. 3 (a) to 3 (c), the outline thereof includes a plurality of diaphragm blades 2 along the outer periphery of the opening 21.
3 are pivoted by pivot shafts. A cam pin of an annular rotary wheel 26 (which is rotatably supported by a bearing) that meshes with the output gear 25 of the motor 24 and is rotated is slidably engaged in the cam holes of the plurality of diaphragm blades 23.
【0029】モータ24が回動すると、出力歯車25に
より環状回転輪26が回動して、カムピンがカム孔内を
摺動することにより、絞り羽根23を枢着軸を中心に回
転させて、これにより開口21の開度を変える(図3
(c)中の絞り開口の径を変える)ことができるような
構成となっている。絞り装置22の絞り羽根23を駆動
するモータ24は、成長槽3の外部から絞り制御装置2
7により制御ライン28を介して電気的に制御できるよ
うな構成となっている。When the motor 24 rotates, the output gear 25 rotates the ring-shaped rotary wheel 26, and the cam pin slides in the cam hole to rotate the diaphragm blade 23 about the pivot shaft. This changes the opening degree of the opening 21 (see FIG.
The configuration is such that the diameter of the aperture opening in (c) can be changed). The motor 24 that drives the diaphragm blades 23 of the diaphragm device 22 uses the diaphragm control device 2 from the outside of the growth tank 3.
7 is configured to be electrically controllable via the control line 28.
【0030】絞り装置22は、その開閉動作により開口
21の開度を調整し、成長槽3のインプランテーション
セル4に対する圧力を調整し、成長槽3内の圧力は大体
0.4〜1.5Torrに保持する。又、絞り装置22は、
その開閉動作によりクラスターイオンビームの流速を調
整する。後述するが、絞り装置22で開口21の開度を
調整し、成長槽3内における圧力及びクラスターイオン
ビームの流速を調整することで、クラスターのサイズを
調整できる。The expansion device 22 adjusts the opening degree of the opening 21 by its opening / closing operation, adjusts the pressure to the implantation cell 4 of the growth tank 3, and the pressure in the growth tank 3 is approximately 0.4 to 1.5 Torr. Hold on. Further, the diaphragm device 22 is
The opening / closing operation adjusts the flow velocity of the cluster ion beam. As will be described later, the size of the cluster can be adjusted by adjusting the opening degree of the opening 21 with the diaphragm device 22, adjusting the pressure in the growth tank 3 and the flow velocity of the cluster ion beam.
【0031】成長槽3の先端側内部には、開口21に向
けて徐々に縮径するテーパ状案内面(コーン状案内面)
29が形成されている。このテーパ状案内面29のテー
パ角度cは、およそ20〜30゜である。このテーパ状
案内面29の機能については後述する。Inside the tip of the growth tank 3, a tapered guide surface (conical guide surface) whose diameter gradually decreases toward the opening 21.
29 are formed. The taper angle c of the tapered guide surface 29 is approximately 20 to 30 °. The function of the tapered guide surface 29 will be described later.
【0032】以上の構成のクラスターイオンビーム発生
装置1は、インプランテーションセル4の基端側に封止
状態(水密状態)で装着されて使用されるが、このイン
プランテーションセル4の構成について説明する。イン
プランテーションセル4は、囲い壁30により密閉され
た室31を有し、真空ポンプ32によりおよそ10− 6
Torr以下の真空状態が保たれている。The cluster ion beam generator 1 having the above-mentioned configuration is used by being mounted in a sealed state (watertight state) on the proximal end side of the implantation cell 4, and the configuration of the implantation cell 4 will be described. . Implantation cell 4 has a chamber 31 which is sealed by the surrounding wall 30, by the vacuum pump 32 for approximately 10 - 6
The vacuum below Torr is maintained.
【0033】絞り装置22によりその開度の調整される
開口21を通じてインプランテーションセル4は成長槽
3と連通しており、成長槽3内の圧力とインプランテー
ションセル4の室3内の圧力との差により、アルゴンガ
ス、クラスターイオンビームは、成長槽3から室31内
に引っ張られるように流出する。絞り装置22の絞り動
作により、成長槽3内の圧力が調整され、これによりク
ラスターイオンビームの流速は調整される。The implantation cell 4 communicates with the growth tank 3 through the opening 21 whose opening is adjusted by the expansion device 22, and the pressure in the growth tank 3 and the pressure in the chamber 3 of the implantation cell 4 are connected to each other. Due to the difference, the argon gas and the cluster ion beam flow out from the growth tank 3 so as to be pulled into the chamber 31. By the diaphragm operation of the diaphragm device 22, the pressure in the growth tank 3 is adjusted, and thereby the flow velocity of the cluster ion beam is adjusted.
【0034】絞り装置22でその開度が調整される開口
21に対向して、半導体ウェーハ5が取り付けられる。
なお、インプランテーションセル4内にコリメーティン
グスリット33を設け、クラスターイオンビームをこの
コリメーティングスリット33を通して収束し、半導体
ウェーハ5に打ち込んでもよい。The semiconductor wafer 5 is attached so as to face the opening 21 whose opening is adjusted by the diaphragm device 22.
Alternatively, a collimating slit 33 may be provided in the implantation cell 4, and the cluster ion beam may be converged through the collimating slit 33 and strike the semiconductor wafer 5.
【0035】以上の構成のクラスターイオンビーム発生
装置1の作用について以下説明する。アルゴンガスが、
供給管13からコーン型の内側支持部材6と外側支持部
材7の間の空間に供給される。このアルゴンガスは、導
入口14から成長槽3内に導入される。The operation of the cluster ion beam generator 1 having the above structure will be described below. Argon gas
It is supplied from the supply pipe 13 to the space between the cone-shaped inner support member 6 and the outer support member 7. This argon gas is introduced into the growth tank 3 through the inlet 14.
【0036】ボロンターゲット10には内側支持部材6
を介して−400Vの直流電圧又はRF電源に接続さ
れ、アノード9’は外側支持部材7を介してアースされ
ていることにより、ボロンターゲット10とアノード
9’の間で放電が生じ、導入口14から成長槽3内に流
入するアルゴンガスの一部がプラズマ34となる。一
方、図2に示すように、永久磁石により磁場35が形成
されており、この磁場35によりボロンターゲット10
の前方(図中右側)には、プラズマ34が封じ込められ
た状態となる。The boron target 10 includes an inner support member 6
Is connected to a DC voltage of −400 V or an RF power source via the anode 9 ′ and is grounded via the outer supporting member 7, discharge occurs between the boron target 10 and the anode 9 ′, and the introduction port 14 A part of the argon gas flowing into the growth tank 3 from the above becomes the plasma 34. On the other hand, as shown in FIG. 2, a magnetic field 35 is formed by a permanent magnet.
The plasma 34 is contained in front of (in the figure, on the right side).
【0037】封じ込められたプラズマ34中のイオンA
r+ によりボロンターゲット10がスパッタされ、中
性のボロンBと、僅かながらB+ 、e− 等が発生す
る。この中性のボロンBは、成長槽3内に導入され、前
方に進むアルゴンガスの流れに乗って成長槽3内を前方
に進むとともに、途中、プラズマ34の発生する光子
(フォトン)の影響を受けてイオン化してB+ とな
る。そして、成長槽3は冷却されているから、成長槽3
内を進行中の中性のボロンBやB+ は、互い凝集して
集合体、即ち、クラスター化されてクラスターイオンビ
ームとなる。Ions A in the enclosed plasma 34
The boron target 10 is sputtered by r + , and neutral boron B and a small amount of B + , e −, etc. are generated. This neutral boron B is introduced into the growth tank 3 and travels forward in the growth tank 3 along with the forward flow of argon gas, and at the same time, the influence of photons (photons) generated by the plasma 34 is affected. When it is received, it is ionized and becomes B + . Since the growth tank 3 is cooled, the growth tank 3
Neutral boron B and B + which are proceeding inside are aggregated with each other, that is, clustered into a cluster ion beam.
【0038】このように形成されたクラスターイオンビ
ームは、絞り装置22により開度が制御された開口21
を通過してインプランテーションセル4内に流入し、半
導体ウェーハ5の表面に打ち込まれ、ボロンクラスター
イオンの注入が行われる。The cluster ion beam thus formed has an opening 21 whose opening is controlled by a diaphragm device 22.
After passing through, it flows into the implantation cell 4, is implanted into the surface of the semiconductor wafer 5, and boron cluster ions are implanted.
【0039】以上が、クラスターイオンビーム発生装置
1の作用であるが、本発明に係るクラスターイオンビー
ム発生装置の、特に新規かつ特徴的構成、及びその作
用、機能についてさらに説明する。The operation of the cluster ion beam generator 1 has been described above. The particularly novel and characteristic configuration of the cluster ion beam generator according to the present invention, and its operation and function will be further described.
【0040】本発明に係るクラスターイオンビーム発生
装置の第1の特徴的な構成は、マグネトロン放電部2
は、互いに同軸的に配列されたコーン型の内側支持部材
6と外側支持部材7を有している点である。電源の出力
インピーダンス(通常は50Ω)とマグネトロン放電部
の負荷インピーダンスの差により、インピーダンス不整
合が生じやすい。The first characteristic configuration of the cluster ion beam generator according to the present invention is the magnetron discharge unit 2.
Is that it has a cone-shaped inner support member 6 and an outer support member 7 that are coaxially arranged. Impedance mismatch is likely to occur due to the difference between the output impedance of the power source (usually 50Ω) and the load impedance of the magnetron discharge part.
【0041】本発明は上記コーン型の内外支持部材6、
7を採用することにより、従来のクラスターイオンビー
ム発生装置36の課題であった、インピーダンス不整合
の問題を解消し、反射された電力を故意に消費し電力損
失を大きくするという非効率な問題を解決することがで
きる。In the present invention, the cone-shaped inner and outer supporting members 6,
By adopting No. 7, the problem of impedance mismatch, which was the problem of the conventional cluster ion beam generator 36, is solved, and the inefficient problem of deliberately consuming the reflected power and increasing the power loss. Can be resolved.
【0042】ところで、電源の出力インピーダンスと負
荷側の負荷インピーダンスの差に基づくインピーダンス
不整合を、内外の導電部材をコーン型にすることにより
解消できる理論は、すでに知られている(1973年に
New York 等で頒布された、O.Zinke・H.Burnswing著「L
ehrbuch der Hochfrequenztechnik 」参照。)ところで
ある。By the way, a theory that can solve the impedance mismatch due to the difference between the output impedance of the power source and the load impedance on the load side by making the inner and outer conductive members into a cone type is already known (in 1973).
O.Zinke H. Burnswing distributed in New York, etc.
ehrbuch der Hochfrequenztechnik ". ) By the way.
【0043】この公知技術は、電源に接続された内側の
導電部材の負荷インピーダンスを急激に大きくするよう
にすることなく、等価的に序々に大きくさせ、そのため
に内側の導電部材をコーン型にするとともに、外側に位
置する接地側の外側導電部材をコーン型にすることで、
インピーダンスの不整合を解消しようとするものであ
る。この公知の技術では、内側支持部材と外側支持部材
の夫々のテーパ角度a、bの関係を次式のように算出し
ている。According to this known technique, the load impedance of the inner conductive member connected to the power source is gradually and equivalently increased without suddenly increasing the load impedance, and therefore the inner conductive member is formed into a cone shape. At the same time, by making the ground side outer conductive member located on the outer side into a cone type,
It is intended to eliminate impedance mismatch. In this known technique, the relationship between the taper angles a and b of the inner support member and the outer support member is calculated by the following equation.
【0044】Z=(60/εr )・In{(cota/2)
/(cotb/2)}
ここで、Zは、負荷インピーダンスであり、εr は比
誘電率である。Z = (60 / ε r ) · In {(cota / 2)
/ (Cotb / 2)} Here, Z is a load impedance and ε r is a relative dielectric constant.
【0045】この技術は、あくまでも一般的な電磁気学
的な技術であるが、本発明は、この一般的な技術を、マ
グネトロン放電部のターゲットを支持する内側支持部材
6及びアノードを一体に形成又は別体で支持する外側支
持部材7に適用することにより、支持部材としての機
能を発揮させる、電力供給用の導電部材としての機能
を発揮させる、インピーダンス不整合の問題を解消す
る、という、複合的、相乗的機能を発揮させるようにし
たものである。この点は、極めてユニークであり新規な
着想である。なお、内側支持部材6と外側支持部材7の
夫々のテーパ角度a、bの関係は上記式で算出可能であ
る。Although this technique is only a general electromagnetic technique, the present invention uses this general technique by integrally forming the inner support member 6 and the anode for supporting the target of the magnetron discharge part. By applying it to the outer support member 7 that is supported separately, it is possible to realize the function as a support member, the function as a conductive member for power supply, and solve the problem of impedance mismatch. , Is designed to exert a synergistic function. This point is a very unique and new idea. The relationship between the taper angles a and b of the inner support member 6 and the outer support member 7 can be calculated by the above formula.
【0046】本発明に係るクラスターイオンビーム発生
装置の第2の特徴的な構成は、マグネトロン放電部にお
ける、アルゴンガスを成長槽3内に流入させる導入口1
4の構造である。従来のクラスターイオンビーム発生装
置36、あるいはスパッタ装置では、前述したとおり、
流入するガスはターゲット38の面と平行となる方向に
流れるように導入口40が設けられていた。これによ
り、導入口40からターゲット38に平行に流入してき
たアルゴンガスにより、スパッタで発生したターゲット
38近辺の中性ボロンBやB+は、側方へ吹き飛ばされ
てしまい、成長槽内を直接前方への移動することが阻害
され、有効にB(ボロン)を活用できないという問題が
あった。The second characteristic configuration of the cluster ion beam generator according to the present invention is the introduction port 1 for flowing the argon gas into the growth tank 3 in the magnetron discharge part.
4 structure. In the conventional cluster ion beam generator 36 or the sputtering device, as described above,
The inlet 40 was provided so that the inflowing gas would flow in a direction parallel to the surface of the target 38. As a result, due to the argon gas flowing in parallel to the target 38 from the inlet 40, the neutral boron B or B + generated in the vicinity of the target 38 by the sputtering is blown off to the side and directly in the growth tank. However, there is a problem in that B (boron) cannot be effectively used because the movement to B is blocked.
【0047】本発明に係るクラスターイオンビーム発生
装置1では、アルゴンガスがボロンターゲット10に平
行な方向ではなく、成長槽3の長手方向(長軸方向)に
前方(図1、2中右方向)に進むように導入口14を構
成した。この導入口14の構成により、導入口14から
流入したアルゴンガスは、成長槽3内を前方に進むとと
もに成長槽3の中心方向にも拡がり、アルゴンガスが放
電されてプラズマ34が発生する。そして、プラズマ3
4中のAr+ によりボロンターゲット10がスパッタ
されて発生した中性状態のBやB+は、成長槽3内を前
方に流れるアルゴンガスの流れに乗って前方にスムース
に運ばれ、効率的にスパッタで発生したB(ボロン)を
利用することができる。In the cluster ion beam generator 1 according to the present invention, the argon gas is not in a direction parallel to the boron target 10 but forward in the longitudinal direction (long axis direction) of the growth tank 3 (rightward in FIGS. 1 and 2). The inlet 14 was configured to proceed to. With the configuration of the introduction port 14, the argon gas flowing in from the introduction port 14 advances forward in the growth tank 3 and spreads toward the center of the growth tank 3 to discharge the argon gas and generate plasma 34. And plasma 3
Neutral B and B + generated by the sputtering of the boron target 10 by Ar + in 4 are carried smoothly forward by the flow of the argon gas flowing forward in the growth tank 3, and efficiently. B (boron) generated by sputtering can be used.
【0048】この導入口14の構成は、きわめて簡単な
構造であるが、従来は、ターゲットのスパッタ用のプラ
ズマはターゲットの面に近接して発生させるためにター
ゲットにほぼ平行にアルゴンガスを導入するべきである
という固定的な観念があったが、本発明はこの考えにと
らわれないきわめてユニークな着想である。この着想に
基づくと、アルゴンガスがボロンターゲット10に平行
な方向に導入されないから、流入するアルゴンガスによ
り、スパッタされて発生した中性状態のBやB +は、側
方に吹き飛ばされるようなことなく、成長槽3内を前方
に進行することができ有効にボロンを利用することがで
きる。The structure of the inlet 14 is extremely simple.
Although it is a structure, conventionally, it is a plastic for sputtering the target.
Zuma is a target to be generated in the vicinity of the surface of the target.
Argon gas should be introduced almost parallel to the get
Although there was a fixed idea that this invention is based on this idea
It is a very unique idea that does not appear. With this idea
Based on this, the argon gas is parallel to the boron target 10.
Since it is not introduced in any direction,
, B or B in a neutral state generated by sputtering +Is the side
Forward in the growth tank 3 without being blown away
Can effectively utilize boron.
Wear.
【0049】本発明に係るクラスターイオンビーム発生
装置の第3の特徴的な構成は、成長槽3の先端側内部に
開口21に向けて徐々に縮径するテーパ状案内面29が
形成されている構成である。前述したとおり、従来の成
長槽41ではバックスキャッタリングが発生し、ボロン
イオンを効率的に半導体ウェーハの注入に利用すること
ができなかった。又、従来の成長槽41では、ボロンの
流れが層流となっているために中心部より流速の小さい
周辺部の方がより冷却され中性ボロンやB+の凝集、集
合によるクラスター化が一層すすみ、この結果、中心部
と周辺部ではクラスターのサイズ不均一となっていた。In the third characteristic configuration of the cluster ion beam generator according to the present invention, a tapered guide surface 29 is formed inside the growth tank 3 so that the diameter gradually decreases toward the opening 21. It is a composition. As described above, back-scattering occurs in the conventional growth tank 41, and boron ions cannot be efficiently used for implanting a semiconductor wafer. Further, in the conventional growth tank 41, since the flow of boron is a laminar flow, the peripheral part where the flow velocity is smaller than the central part is cooled more, and the clustering due to the aggregation and aggregation of neutral boron and B + is further enhanced. As a result, as a result, the size of the cluster was not uniform in the central part and the peripheral part.
【0050】ところが、本発明に係るクラスターイオン
ビーム発生装置1では、テーパ状案内面29が形成され
ているから、成長槽3の先端側で層流状態が改善され、
成長槽3内での、クラスターイオンの流速乃至冷却が均
等となるから、中性ボロンやB+イオンの凝集、集合も
中心部と周辺部において均等に生じ、クラスターサイズ
の不均一さが改善される。However, in the cluster ion beam generator 1 according to the present invention, since the tapered guide surface 29 is formed, the laminar flow state is improved on the tip side of the growth tank 3,
Since the flow velocity and cooling of the cluster ions in the growth tank 3 are uniform, the aggregation and aggregation of neutral boron and B + ions also occur uniformly in the central part and the peripheral part, and the nonuniformity of the cluster size is improved. It
【0051】本発明に係るクラスターイオンビーム発生
装置の第4の特徴的な構成は、成長槽3の開口21の開
度を絞り装置22で調整できるようにした構成である。
この構成により、成長槽3内の圧力及びクラスターイオ
ンビームの流速を制御し、クラスターの冷却状態を調整
してボロンの冷却による凝集、集合の状態を変えてクラ
スターのサイズを適宜調整することができる。この結
果、従来はサイズ50以下にすることが困難であった
が、サイズを50以下は当然のこと、サイズ5〜7程度
の好ましいサイズまで自由に調整すること可能となっ
た。The fourth characteristic configuration of the cluster ion beam generator according to the present invention is a configuration in which the aperture of the opening 21 of the growth tank 3 can be adjusted by the diaphragm device 22.
With this configuration, the pressure in the growth tank 3 and the flow velocity of the cluster ion beam can be controlled, and the cooling state of the cluster can be adjusted to change the state of aggregation and aggregation due to the cooling of boron to appropriately adjust the size of the cluster. . As a result, it has been difficult to reduce the size to 50 or less in the related art, but it is possible to freely adjust the size to 50 or less, or to a preferable size of about 5 to 7.
【0052】以上が本発明のきわめて特徴的な構成であ
るが、さらに、本発明の特徴的な構成としては、成長槽
3の冷却を従来は液体窒素により行っていたが、フロン
を冷媒として利用し、これを冷却チューブを通して流し
成長槽3の冷却を行うような構成とすることにより、液
体窒素による冷却に比べて取り扱いが簡単となる。The above is a very characteristic constitution of the present invention. Further, as a characteristic constitution of the present invention, although the growth tank 3 is conventionally cooled by liquid nitrogen, Freon is used as a refrigerant. However, by adopting a configuration in which the growth tank 3 is cooled by flowing it through a cooling tube, the handling becomes simpler than that of cooling by liquid nitrogen.
【0053】以上、本発明に係るクラスターイオンビー
ム発生装置の実施例として、半導体の打込に利用される
ボロンクラスターイオンビーム発生装置を説明したが、
本発明は、このような実施例に限定されるものではな
く、特許請求の範囲記載の技術的事項範囲内で、いろい
ろな実施例があることは言うまでもない。The boron cluster ion beam generator used for implanting a semiconductor has been described above as an example of the cluster ion beam generator according to the present invention.
It goes without saying that the present invention is not limited to such embodiments, and there are various embodiments within the technical scope of the claims.
【0054】例えば、ターゲット材料は、用途に応じ
て、ボロン以外にもホウ素等の非金属物質、あるいはT
iC等の金属炭化物でもよい。又、本発明に係るクラス
ターイオンビーム発生装置は、半導体のイオン打込以外
にも、基板等への絶縁薄膜の蒸着等その他の用途にも利
用できる。For example, the target material may be a non-metal substance such as boron or T, or T other than boron, depending on the application.
It may be a metal carbide such as iC. Further, the cluster ion beam generator according to the present invention can be used for other purposes such as vapor deposition of an insulating thin film on a substrate or the like, in addition to ion implantation of a semiconductor.
【0055】[0055]
【発明の効果】以上のような構成の本発明に係るクラス
ターイオンビーム発生装置によれば次のような効果を奏
する。
(1)電源とマグネトロン放電部とのインピーダンス不
整合を解消又はなるべく減少させることができ、電力損
失を少なくしてエネルギー効率の向上を図ることができ
る。
(2)アルゴンガスの流入方向を成長槽の長手方向とし
たので、スパッタで発生したボロンがアルゴンガスによ
り側方に吹き飛ばされることなく前方にスムースに移動
し、ボロンを効率よく利用できる。
(3)成長槽の先端側にテーパ状案内面が形成されてい
るから、バックスキャッタリングやクラスターサイズの
不均一化の問題を解決でき、サイズが均一なクラスター
を安定的に効率よく発生させることができる。
(4)成長槽の開口に絞り装置を設けたので、成長槽内
の圧力、クラスターイオンビームの流れの速度を調整可
能として、この結果、注入されるべき半導体の基板の種
類、用途等に応じてクラスターのサイズを適宜調整する
ことができる。
(5)装置全体として複雑な構造となることなく、きわ
めてシンプルな構造で低価格化し、しかも取り扱いの簡
単なクラスターイオンビーム発生装置を実現することが
できる。According to the cluster ion beam generator of the present invention having the above-mentioned structure, the following effects can be obtained. (1) Impedance mismatch between the power source and the magnetron discharge part can be eliminated or reduced as much as possible, and power loss can be reduced to improve energy efficiency. (2) Since the inflow direction of the argon gas is the longitudinal direction of the growth tank, boron generated by sputtering moves smoothly forward without being blown off sideways by the argon gas, and boron can be efficiently used. (3) Since the tapered guide surface is formed on the tip side of the growth tank, problems such as backscattering and non-uniformity of cluster size can be solved, and clusters of uniform size can be stably and efficiently generated. You can (4) Since the expansion device is provided at the opening of the growth tank, the pressure in the growth tank and the velocity of the flow of the cluster ion beam can be adjusted. As a result, depending on the type and application of the semiconductor substrate to be implanted, etc. The size of the cluster can be adjusted accordingly. (5) It is possible to realize a cluster ion beam generator which has an extremely simple structure, is inexpensive, and is easy to handle, without having a complicated structure as a whole.
【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]
【図1】本発明に係るクラスターイオンビーム発生装置
の全体を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an entire cluster ion beam generator according to the present invention.
【図2】図2は、本発明に係るクラスターイオンビーム
発生装置の作用を説明する図である。FIG. 2 is a diagram for explaining the operation of the cluster ion beam generator according to the present invention.
【図3】絞り装置の概要を説明する図であり、図3
(a)は、全体の断面図であり、その要部拡大図が図3
(b)であり、図3(c)は平面図である。3 is a diagram illustrating an outline of a diaphragm device, and FIG.
FIG. 3A is a sectional view of the whole, and an enlarged view of a main part thereof is shown in FIG.
It is (b) and FIG.3 (c) is a top view.
【図4】従来のクラスターイオンビーム発生装置を説明
する図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a conventional cluster ion beam generator.
1、36 クラスターイオンビーム装置 2 マグネトロン放電部 3、41 成長槽 4 インプランテーションセル 5 半導体ウェーハ 6 内側支持部材 7 外側支持部材 8 内側大径筒部(内側大径部) 9 外側大径筒部(外側大径部) 9’ アノード 10、38 ターゲット(カソード) 11、12、37 永久磁石 13 Arガス供給管 14、40 導入口 15 内側小径筒部(内側小径部) 16 外側小径筒部(外側小径部) 17 筒状ケース 19 冷却チューブ 20、43 先端壁 21 開口 22 絞り装置 27 絞り制御装置 29 テーパー状案内面 32 真空ポンプ 34、42’ プラズマ 35 磁場 1,36 Cluster ion beam system 2 Magnetron discharge part 3,41 Growth tank 4 Implantation cell 5 Semiconductor wafer 6 Inner support member 7 Outer support member 8 Inner large diameter cylinder (Inner large diameter) 9 Outside large diameter cylinder part (outside large diameter part) 9'anode 10,38 Target (cathode) 11, 12, 37 Permanent magnet 13 Ar gas supply pipe 14,40 inlet 15 Inner Small Diameter Tube (Inner Small Diameter) 16 Outside small diameter cylinder part (outside small diameter part) 17 Cylindrical case 19 cooling tubes 20, 43 Tip wall 21 opening 22 Throttle device 27 Aperture control device 29 Tapered guide surface 32 vacuum pump 34, 42 'plasma 35 magnetic field
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C23C 14/48 G21K 5/04 H01L 21/265 JICSTファイル(JOIS)─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) C23C 14/48 G21K 5/04 H01L 21/265 JISST file (JOIS)
Claims (5)
生させ、該プラズマのイオンにより非金属物質又は金属
炭化物のターゲットをスパッタして注入するイオン源を
発生するマグネトロン放電部と、上記注入するイオン源
からクラスターイオンビームを成長させる筒型の成長槽
と、を有するクラスターイオンビーム発生装置であっ
て、 上記マグネトロン放電部は、互いに逆極性で同軸的に配
設された永久磁石と、該永久磁石の前方に配設され、導
電材からなる内側支持部材と、該内側支持部材により支
持されたターゲットと、該ターゲットの周囲に配設され
た導電材からなる外側支持部材と、該外側支持部材と一
体又は別体で形成されたアノードとから成り、 上記内側支持部材は、コーン形状をしており、その大径
部は上記ターゲットを支持しかつ電気的に接続するとと
もに、その小径部はRF電源に接続されており、 上記外側支持部材は、上記内側支持部材の外側に同軸的
に配設され、コーン形状をしており、その大径部に、上
記アノードが一体で形成され、又は別体で形成されて支
持されかつ電気的に接続されているとともに、その小径
部は接地されており、 上記成長槽は、周囲から冷却され、その先端壁には、ク
ラスターイオンビーム通過用の開口が形成されているこ
とを特徴とするクラスターイオンビーム発生装置。1. A magnetron discharge unit for generating an ion source for injecting a target of a non-metallic substance or a metal carbide by sputtering by generating plasma by discharging into a gas for sputtering, and the injected ion. A cluster ion beam generator having a cylindrical growth tank for growing a cluster ion beam from a source, wherein the magnetron discharge part is a permanent magnet coaxially arranged with opposite polarities, and the permanent magnet. An inner support member made of a conductive material, a target supported by the inner support member, an outer support member made of a conductive material arranged around the target, and the outer support member. The inner support member has a cone shape, and the large diameter portion thereof supports the target. In addition, the small diameter portion is connected to an RF power source, and the outer supporting member is coaxially arranged outside the inner supporting member and has a cone shape. In the diameter portion, the anode is integrally formed, or formed separately and supported and electrically connected, and the small diameter portion is grounded, the growth tank is cooled from the surroundings, A cluster ion beam generator characterized in that an opening for passing a cluster ion beam is formed in the tip wall thereof.
上記成長槽の長手方向に流入するように、上記ターゲッ
トと上記アノードの隙間に導入口が形成されていること
を特徴とする請求項1記載のクラスターイオンビーム発
生装置。2. An introduction port is formed in a gap between the target and the anode so that the sputtering gas flows into the growth tank in a longitudinal direction of the growth tank. 1. The cluster ion beam generator according to 1.
口に向けて序々に縮径するテーパ状案内面が設けられて
いることを特徴とする請求項1又は2記載のクラスター
イオンビーム発生装置。3. The cluster ion beam according to claim 1, wherein a tapered guide surface gradually decreasing in diameter toward the opening is provided inside the tip of the growth tank. Generator.
径を調整する絞り装置が付設されており、該絞り装置を
調整することにより上記成長槽内の圧力及び上記クラス
ターイオンビームの速度が調整可能であり、これにより
クラスターのサイズを調整できることを特徴とする請求
項1、2又は3記載のクラスターイオンビーム発生装
置。4. A throttling device for adjusting the diameter of the opening is attached to the tip wall of the growth tank, and the pressure in the growth tank and the velocity of the cluster ion beam are adjusted by adjusting the throttling device. Is adjustable, and the size of the cluster can be adjusted by this.
ーブが設けられており、該冷却用チューブには冷却媒体
としてフロンガスが流されていることを特徴とする請求
項1、2、3又は4記載のクラスターイオンビーム発生
装置。5. The growth tank is provided with a cooling tube on a peripheral wall thereof, and CFC gas is flown as a cooling medium into the cooling tube. Alternatively, the cluster ion beam generator according to item 4.
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