JP2000077005A - プラズマ発生装置及びそのためのフィラメント - Google Patents
プラズマ発生装置及びそのためのフィラメントInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】ノイズのないかつ高密度のプラズマを与えるプ
ラズマ発生源及びそのためのフィラメントを提供するこ
と。 【解決手段】イオン源、プラズマシャワー用のフィラメ
ント18は、第１，第２脚部20a,20b と、第１，第２脚部
のそれぞれに接続される端部を有する熱放射用の中央部
分40を有する。脚部はタンタルで、中央部分はタングス
テンで構成される。中央部分は、その全長にわたってコ
イル状に巻かれて、トロイダル形状の閉ループの形で、
反対方向に巻かれた２つの半割部から構成され、半割部
は、ほぼ全長に渡ってねじれた複数のフィラメントスト
ランドから構成される。コイルは、熱放射用の中央部分
に電流が流れると、そこに閉ループの磁力線を形成す
る。この磁力線は、コイルによる閉ループ空間内で中央
部分の表面から放出された電子を閉じ込める。
ラズマ発生源及びそのためのフィラメントを提供するこ
と。 【解決手段】イオン源、プラズマシャワー用のフィラメ
ント18は、第１，第２脚部20a,20b と、第１，第２脚部
のそれぞれに接続される端部を有する熱放射用の中央部
分40を有する。脚部はタンタルで、中央部分はタングス
テンで構成される。中央部分は、その全長にわたってコ
イル状に巻かれて、トロイダル形状の閉ループの形で、
反対方向に巻かれた２つの半割部から構成され、半割部
は、ほぼ全長に渡ってねじれた複数のフィラメントスト
ランドから構成される。コイルは、熱放射用の中央部分
に電流が流れると、そこに閉ループの磁力線を形成す
る。この磁力線は、コイルによる閉ループ空間内で中央
部分の表面から放出された電子を閉じ込める。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般的にイオン注
入用のプラズマ発生装置に関し、特に、このような発生
源内で使用するためのトロイダルフィラメントに関す
る。
入用のプラズマ発生装置に関し、特に、このような発生
源内で使用するためのトロイダルフィラメントに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】イオン注入は、集積回路やフラットパネ
ルディスプレイ等の製品を大規模生産する際に、シリコ
ンウェハまたはガラス基板等の加工物(workpiece) に不
純物を注入するのに使用される標準的に受け入れられた
技術になってきた。従来のイオン注入装置は、所望のド
ーパント元素をイオン化して、それを加速して規定エネ
ルギのイオンビームを形成できるようにするイオン源を
含む。このイオンビームは加工物の表面に向けられ、加
工物にドーパント元素を注入する。
ルディスプレイ等の製品を大規模生産する際に、シリコ
ンウェハまたはガラス基板等の加工物(workpiece) に不
純物を注入するのに使用される標準的に受け入れられた
技術になってきた。従来のイオン注入装置は、所望のド
ーパント元素をイオン化して、それを加速して規定エネ
ルギのイオンビームを形成できるようにするイオン源を
含む。このイオンビームは加工物の表面に向けられ、加
工物にドーパント元素を注入する。
【０００３】一般的に、イオンビームの活性化イオンが
加工物の表面に貫入して、その物質の結晶格子に埋め込
まれることによって、所望の導電率を有する領域を形成
する。このイオン注入処理は、一般的に、残留ガス分子
との衝突によるイオンビームの拡散を防止すると共に、
空気中浮遊粒子によって加工物が汚染される危険性を最
小限に抑える高真空処理室内で実施される。
加工物の表面に貫入して、その物質の結晶格子に埋め込
まれることによって、所望の導電率を有する領域を形成
する。このイオン注入処理は、一般的に、残留ガス分子
との衝突によるイオンビームの拡散を防止すると共に、
空気中浮遊粒子によって加工物が汚染される危険性を最
小限に抑える高真空処理室内で実施される。
【０００４】イオン化されたプラズマは、イオン注入装
置内の少なくとも２つの分離した場所で発生する。第１
は、イオン注入装置の前端部でのイオン源において、プ
ラズマが発生し、このイオン源から活性ガスをイオン化
することによって、イオンビームが引き出される。この
ようなイオン源の例は、スフェラッゾー(Sferlazzo)等
に付与され、かつ本発明の譲受人に譲渡された米国特許
第５，４９７，００６号明細書に示されており、また、
この特許は、ここに十分説明される参考文献として包含
される。
置内の少なくとも２つの分離した場所で発生する。第１
は、イオン注入装置の前端部でのイオン源において、プ
ラズマが発生し、このイオン源から活性ガスをイオン化
することによって、イオンビームが引き出される。この
ようなイオン源の例は、スフェラッゾー(Sferlazzo)等
に付与され、かつ本発明の譲受人に譲渡された米国特許
第５，４９７，００６号明細書に示されており、また、
この特許は、ここに十分説明される参考文献として包含
される。
【０００５】図１には、従来のイオン源の単純化した構
造が示されている。ボロンまたはリン等のガスが、入口
Ｉを介してアーク室ＡＣ内に入力し、そして励起したフ
ィラメントに向けられる。フィラメントは、リペラー(r
epeller)Ｒによって追い出された高エネルギーの電子を
放出して、電子をフィラメントとリペラーの間のイオン
化領域に閉じ込める。反射した電子は、イオン化領域内
のイオン化可能ガスと衝突し、このイオン化領域で、イ
オン化可能ガスとの衝突確率が最大となる。
造が示されている。ボロンまたはリン等のガスが、入口
Ｉを介してアーク室ＡＣ内に入力し、そして励起したフ
ィラメントに向けられる。フィラメントは、リペラー(r
epeller)Ｒによって追い出された高エネルギーの電子を
放出して、電子をフィラメントとリペラーの間のイオン
化領域に閉じ込める。反射した電子は、イオン化領域内
のイオン化可能ガスと衝突し、このイオン化領域で、イ
オン化可能ガスとの衝突確率が最大となる。
【０００６】このように、作り出されるプラズマは、少
なくとも部分的に正電荷に帯電したイオンを含んでい
る。一般的に正に帯電したイオンビームは、アーク室内
のイオン源開口ＳＡを通って、一般的に、このプラズマ
からイオンビームが引き出される。
なくとも部分的に正電荷に帯電したイオンを含んでい
る。一般的に正に帯電したイオンビームは、アーク室内
のイオン源開口ＳＡを通って、一般的に、このプラズマ
からイオンビームが引き出される。
【０００７】このリペラーに加えて、一般的なイオン源
は、また、図１（電源は図示略）で示すようなイオン源
磁石を含んでいる。このイオン源磁石ＳＭは、アーク室
ＡＣを横切る磁界を形成する。この磁界は、従来の技術
で良く知られるように、フィラメントＦによって放出さ
れかつアーク室を通過する電子Ｅのらせん径路Ｐを変え
る。これによって、電子は、入口Ｉを介して供給されて
フィラメントＦとリペラーＲの間に閉じ込められるイオ
ン化可能ガス分子と衝突する確率が増加する。イオン源
磁石ＳＭによる電流は、イオンビーム電流とビーム特性
が最大となるように調整する。従って、イオン源磁石Ｓ
ＭとリペラーＲは、フィラメントによって放出される高
エネルギーの電子をイオン化領域に閉じ込める。
は、また、図１（電源は図示略）で示すようなイオン源
磁石を含んでいる。このイオン源磁石ＳＭは、アーク室
ＡＣを横切る磁界を形成する。この磁界は、従来の技術
で良く知られるように、フィラメントＦによって放出さ
れかつアーク室を通過する電子Ｅのらせん径路Ｐを変え
る。これによって、電子は、入口Ｉを介して供給されて
フィラメントＦとリペラーＲの間に閉じ込められるイオ
ン化可能ガス分子と衝突する確率が増加する。イオン源
磁石ＳＭによる電流は、イオンビーム電流とビーム特性
が最大となるように調整する。従って、イオン源磁石Ｓ
ＭとリペラーＲは、フィラメントによって放出される高
エネルギーの電子をイオン化領域に閉じ込める。
【０００８】また、プラズマは、イオン注入装置の下流
にプラズマシャワーを発生する。このプラズマシャワー
は、ウエハが帯電する作用に逆らうように動作する。さ
もなければ、正に帯電したイオンビームがウエハに注入
されずに残ることになる。このような装置は、本明細書
に参考として包含され、本発明の譲受人に譲渡されたフ
ァーレイに付与された米国特許明細書第４，８０４，８
３７号に開示されている。
にプラズマシャワーを発生する。このプラズマシャワー
は、ウエハが帯電する作用に逆らうように動作する。さ
もなければ、正に帯電したイオンビームがウエハに注入
されずに残ることになる。このような装置は、本明細書
に参考として包含され、本発明の譲受人に譲渡されたフ
ァーレイに付与された米国特許明細書第４，８０４，８
３７号に開示されている。
【０００９】図２には、一般的なプラズマシャワー装置
の単純化した構成が示されている。プラズマシャワー装
置は、アルゴン等の不活性ガスが入口Ｉから供給されて
活性化したフィラメントＦにさらされるアーク室を含ん
でいる。フィラメントＦは、不活性ガス分子をイオン化
する高エネルギー電子を放出し、アーク室内にプラズマ
を形成する。このプラズマは、開口Ａを介して真空室Ｖ
Ｃを通過するイオンビームＢの径路内に拡散する。プラ
ズマは、ビームの正味電荷を中性化するのに役立ち、イ
オンビームがウエハ表面に衝突するとき、ウエハに蓄積
された正の電荷を減少させる。
の単純化した構成が示されている。プラズマシャワー装
置は、アルゴン等の不活性ガスが入口Ｉから供給されて
活性化したフィラメントＦにさらされるアーク室を含ん
でいる。フィラメントＦは、不活性ガス分子をイオン化
する高エネルギー電子を放出し、アーク室内にプラズマ
を形成する。このプラズマは、開口Ａを介して真空室Ｖ
Ｃを通過するイオンビームＢの径路内に拡散する。プラ
ズマは、ビームの正味電荷を中性化するのに役立ち、イ
オンビームがウエハ表面に衝突するとき、ウエハに蓄積
された正の電荷を減少させる。
【００１０】しかし、イオン源内のリペラー及びイオン
源磁石を用いることによってこれらの装置の複雑化、コ
スト、寸法、及び電力消費が付加される。さらに、イオ
ン源磁石は、イオン源内のプラズマを混乱させる電気ノ
イズを発生する。また、公知のプラズマシャワー装置に
おけるフィラメントは、このフィラメントＦによって放
出された高エネルギー電子Ｅに対する抑制機構の欠乏に
より十分高密度のプラズマを形成することができない。
その上、一般的にプラズマ密度を増加させようとする
と、フィラメントＦは、かなり多量のエネルギーを消費
することになる。
源磁石を用いることによってこれらの装置の複雑化、コ
スト、寸法、及び電力消費が付加される。さらに、イオ
ン源磁石は、イオン源内のプラズマを混乱させる電気ノ
イズを発生する。また、公知のプラズマシャワー装置に
おけるフィラメントは、このフィラメントＦによって放
出された高エネルギー電子Ｅに対する抑制機構の欠乏に
より十分高密度のプラズマを形成することができない。
その上、一般的にプラズマ密度を増加させようとする
と、フィラメントＦは、かなり多量のエネルギーを消費
することになる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的は、プラズマ発生装置であるイオン注入用のイオン
源またはプラズマシャワー装置に使用でき、さらに、公
知のイオン源またはプラズマ発生装置の欠点を改善し
て、ノイズのないかつ高密度のプラズマを与えるプラズ
マ発生装置及びそのためのフィラメントを提供すること
である。
目的は、プラズマ発生装置であるイオン注入用のイオン
源またはプラズマシャワー装置に使用でき、さらに、公
知のイオン源またはプラズマ発生装置の欠点を改善し
て、ノイズのないかつ高密度のプラズマを与えるプラズ
マ発生装置及びそのためのフィラメントを提供すること
である。
【００１２】更なる本発明の目的は、イオン源またはプ
ラズマシャワー装置内に一次電子を閉じ込めて高密度で
ノイズのないプラズマを作り出すための、単純で、エネ
ルギー効率の良い、経済的でかつ小型化された機構を提
供することである。
ラズマシャワー装置内に一次電子を閉じ込めて高密度で
ノイズのないプラズマを作り出すための、単純で、エネ
ルギー効率の良い、経済的でかつ小型化された機構を提
供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は各請求項に記載の構成を有する。イオン注
入用のイオン源またはプラズマシャワー装置に使用する
本発明のフィラメントは、第１，第２脚部と、第１，第
２脚部のそれぞれに接続される端部を有する熱放射用の
中央部分を有する。好ましくは、この脚部は、タンタル
から構成され、また、中央部分は、タングステン(W) か
ら構成されている。
に、本発明は各請求項に記載の構成を有する。イオン注
入用のイオン源またはプラズマシャワー装置に使用する
本発明のフィラメントは、第１，第２脚部と、第１，第
２脚部のそれぞれに接続される端部を有する熱放射用の
中央部分を有する。好ましくは、この脚部は、タンタル
から構成され、また、中央部分は、タングステン(W) か
ら構成されている。
【００１４】中央部分は、その全長にわたってコイル状
に巻かれて、トロイダル(toroidal)形状、即ち、環状体
のほぼ閉ループの形に形成されている。この環状体は、
反対方向に巻かれた２つの半割部から構成される。半割
部は、ほぼ全長に渡ってねじれた複数のフィラメントス
トランドから構成される。環状体のコイルは、熱放射用
の中央部分に電流が流れると、そこに閉ループの磁力線
を形成する。この閉ループの磁力線は、コイルによる閉
ループ空間内で中央部分の表面から放出された電子を閉
じ込める。
に巻かれて、トロイダル(toroidal)形状、即ち、環状体
のほぼ閉ループの形に形成されている。この環状体は、
反対方向に巻かれた２つの半割部から構成される。半割
部は、ほぼ全長に渡ってねじれた複数のフィラメントス
トランドから構成される。環状体のコイルは、熱放射用
の中央部分に電流が流れると、そこに閉ループの磁力線
を形成する。この閉ループの磁力線は、コイルによる閉
ループ空間内で中央部分の表面から放出された電子を閉
じ込める。
【００１５】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
いて説明する。図３において、本発明の第１実施形態が
示されており、ここで、本発明のフィラメントは、イオ
ン源１０内に包含されている。イオン源は、壁面１４に
よって形成されるアーク室１２を有する。ボロンまたは
リン等のイオン化可能ガスが、入口１６を介してアーク
室１２内に入力され、本発明の原理に従って構成された
フィラメント１８にさらされる。
いて説明する。図３において、本発明の第１実施形態が
示されており、ここで、本発明のフィラメントは、イオ
ン源１０内に包含されている。イオン源は、壁面１４に
よって形成されるアーク室１２を有する。ボロンまたは
リン等のイオン化可能ガスが、入口１６を介してアーク
室１２内に入力され、本発明の原理に従って構成された
フィラメント１８にさらされる。
【００１６】フィラメント１８は、図示しない電源によ
って励起し、フィラメントの脚部２０間に電圧を印加し
てそこに電流の流れを形成する。これにより、フィラメ
ントは、ガスをイオン化する高エネルギーの電子を熱放
射し、出口開口２２を介してアーク室を出るプラズマを
作り出す。フィラメントの一般的な形状は、以下で詳述
するように、ほぼ閉ループの形に形成されたコイルであ
り、このコイル内に高エネルギーの電子を閉じ込めるの
で、図１の従来のイオン源において示されたリペラーま
たはイオン源磁石を必要としない。
って励起し、フィラメントの脚部２０間に電圧を印加し
てそこに電流の流れを形成する。これにより、フィラメ
ントは、ガスをイオン化する高エネルギーの電子を熱放
射し、出口開口２２を介してアーク室を出るプラズマを
作り出す。フィラメントの一般的な形状は、以下で詳述
するように、ほぼ閉ループの形に形成されたコイルであ
り、このコイル内に高エネルギーの電子を閉じ込めるの
で、図１の従来のイオン源において示されたリペラーま
たはイオン源磁石を必要としない。
【００１７】図４において、本発明の第２実施形態が示
されており、この発明は、プラズマシャワー装置３０を
含んでいる。プラズマシャワー装置３０は、壁３３によ
って形成されたアーク室３２を含み、アルゴン等の不活
性ガスが入口３４からアーク室内に供給され、励起した
フィラメント１８にさらされるようになっている。フィ
ラメントは、高エネルギーの電子を放出し、この電子は
閉ループ形状のフィラメントの複数のコイル内に閉じ込
められる。高エネルギーの電子は、イオン化可能なガス
分子と衝突して、少なくとも部分的に低エネルギーの電
子ｅを含むプラズマを作り出す。
されており、この発明は、プラズマシャワー装置３０を
含んでいる。プラズマシャワー装置３０は、壁３３によ
って形成されたアーク室３２を含み、アルゴン等の不活
性ガスが入口３４からアーク室内に供給され、励起した
フィラメント１８にさらされるようになっている。フィ
ラメントは、高エネルギーの電子を放出し、この電子は
閉ループ形状のフィラメントの複数のコイル内に閉じ込
められる。高エネルギーの電子は、イオン化可能なガス
分子と衝突して、少なくとも部分的に低エネルギーの電
子ｅを含むプラズマを作り出す。
【００１８】低エネルギーの電子は、アーク室３２から
出口開口３８を通り、隣接する真空室２６に移動し、そ
こで、電子は、真空室を貫通するイオンビームＢ内に捕
捉される。また、フィラメントの一般的な形状は、以下
で詳述するように閉ループであり、ここに高エネルギー
の電子を閉じ込め、アーク室３２内に高密度のプラズマ
を発生させ、同時に図２の従来のプラズマシャワー装置
よりも電力消費を少なくする。
出口開口３８を通り、隣接する真空室２６に移動し、そ
こで、電子は、真空室を貫通するイオンビームＢ内に捕
捉される。また、フィラメントの一般的な形状は、以下
で詳述するように閉ループであり、ここに高エネルギー
の電子を閉じ込め、アーク室３２内に高密度のプラズマ
を発生させ、同時に図２の従来のプラズマシャワー装置
よりも電力消費を少なくする。
【００１９】本発明のフィラメント１８は、図３および
図４の装置に用いられ、その詳細は図５ないし図７に示
されている。図５において、フィラメント１８は、一対
の脚部（第１，第２脚部）２０ａ，２０ｂを有し、これ
らの脚部はコイル状に巻かれた熱放射用の中央部分４０
に取付られている。脚部は、好ましくは、タンタル（Ｔ
ａ）で構成され、また中央部分４０は、タングステン
（Ｗ）で構成されている。熱放射用の中央部分４０は、
溶接、圧着、クリンピング(crimping)によって脚部２０
に結合される。あるいは、脚部と中央部分は、単一要素
として１部品として構成することもできる。このよう
に、脚部と中央部分は、一体に結合している。
図４の装置に用いられ、その詳細は図５ないし図７に示
されている。図５において、フィラメント１８は、一対
の脚部（第１，第２脚部）２０ａ，２０ｂを有し、これ
らの脚部はコイル状に巻かれた熱放射用の中央部分４０
に取付られている。脚部は、好ましくは、タンタル（Ｔ
ａ）で構成され、また中央部分４０は、タングステン
（Ｗ）で構成されている。熱放射用の中央部分４０は、
溶接、圧着、クリンピング(crimping)によって脚部２０
に結合される。あるいは、脚部と中央部分は、単一要素
として１部品として構成することもできる。このよう
に、脚部と中央部分は、一体に結合している。
【００２０】脚部２０ａ，２０ｂ間に正の電位差を印加
することによって、電流Ｉは、図５に示す方向に、脚部
２０ａを通って、中央部分４０を通り、さらに脚部２０
ｂを出る。その結果、熱放射は、コイル状に巻かれた熱
放射用の中央部分４０の表面で起こり、高エネルギーの
電子Ｅを発生する。このような高エネルギーの電子Ｅ
は、イオン化可能ガス分子と衝突するのに適している。
することによって、電流Ｉは、図５に示す方向に、脚部
２０ａを通って、中央部分４０を通り、さらに脚部２０
ｂを出る。その結果、熱放射は、コイル状に巻かれた熱
放射用の中央部分４０の表面で起こり、高エネルギーの
電子Ｅを発生する。このような高エネルギーの電子Ｅ
は、イオン化可能ガス分子と衝突するのに適している。
【００２１】図６において、好ましい実施形態が示され
ており、フィラメント１８の中央部分４０は、環状体の
形状となっている。環状体４０は、２つの半割部４０
ａ，４０ｂを有し、この半割部の各々は、脚部２０ａ，
２０ｂ間を伸びている。各半割部は、図７の断面図で示
すように、３つのタングステンフィラメント４２，４
４，４６のストランド(strand)の群から構成される。図
７には、３つのフィラメントが示されているが、多かれ
少なかれ中央部分の半割部４０ａ，４０Ｂｂを構成する
のに利用することもできる。
ており、フィラメント１８の中央部分４０は、環状体の
形状となっている。環状体４０は、２つの半割部４０
ａ，４０ｂを有し、この半割部の各々は、脚部２０ａ，
２０ｂ間を伸びている。各半割部は、図７の断面図で示
すように、３つのタングステンフィラメント４２，４
４，４６のストランド(strand)の群から構成される。図
７には、３つのフィラメントが示されているが、多かれ
少なかれ中央部分の半割部４０ａ，４０Ｂｂを構成する
のに利用することもできる。
【００２２】３つのフィラメント（４２，４４，４６）
は、その全長に渡ってねじれている。フィラメントの両
端部は、脚部２０ａ，２０ｂで固定され、各端部で脚部
２０から外側に伸びるように見るとき、フィラメントは
反時計方向にねじれている。単一のフィラメントの代わ
りに、複数のねじれたフィラメントを用いると、１本の
太いフィラメントよりも細線の束による方が長いフィラ
メント寿命を生じ、かつ太いフィラメントと比較して、
細いフィラメントの方が欠点が少ない。
は、その全長に渡ってねじれている。フィラメントの両
端部は、脚部２０ａ，２０ｂで固定され、各端部で脚部
２０から外側に伸びるように見るとき、フィラメントは
反時計方向にねじれている。単一のフィラメントの代わ
りに、複数のねじれたフィラメントを用いると、１本の
太いフィラメントよりも細線の束による方が長いフィラ
メント寿命を生じ、かつ太いフィラメントと比較して、
細いフィラメントの方が欠点が少ない。
【００２３】また、半割分４０ａ，４０ｂは、各脚部２
０のそれぞれの端部からみたとき、反対方向に巻かれて
いる。例えば、線５０に沿って脚部２０ａから見たと
き、半割部４０ａは、反時計方向に巻かれており、ま
た、線５２に沿って見たとき、半割部４０ｂは、時計方
向に巻かれている。同様に、線５４に沿って見たとき、
半割部４０ａは、反時計方向に巻かれており、線線５６
に沿って見たとき、半割部４０ｂは、時計方向に巻かれ
ている。
０のそれぞれの端部からみたとき、反対方向に巻かれて
いる。例えば、線５０に沿って脚部２０ａから見たと
き、半割部４０ａは、反時計方向に巻かれており、ま
た、線５２に沿って見たとき、半割部４０ｂは、時計方
向に巻かれている。同様に、線５４に沿って見たとき、
半割部４０ａは、反時計方向に巻かれており、線線５６
に沿って見たとき、半割部４０ｂは、時計方向に巻かれ
ている。
【００２４】作動において、脚部２０ａ，２０ｂ間に正
の電位差が印加され、フィラメントに矢印Ｉ（図６参
照）で示す方向にトロイダル形状の熱放射用の中央部分
を介して脚部２０ａから脚部２０ｂに電流の流れを生じ
させる。コイル形状の半割部を通過する電流は、磁界を
形成する。半割部は反対方向に巻かれているので、磁界
は、図６に示すようにコイルの範囲内に磁力線を形成す
る。
の電位差が印加され、フィラメントに矢印Ｉ（図６参
照）で示す方向にトロイダル形状の熱放射用の中央部分
を介して脚部２０ａから脚部２０ｂに電流の流れを生じ
させる。コイル形状の半割部を通過する電流は、磁界を
形成する。半割部は反対方向に巻かれているので、磁界
は、図６に示すようにコイルの範囲内に磁力線を形成す
る。
【００２５】一次電子Ｅは、フィラメントの熱放射によ
って発生し、かつトロイダルコイルの内側の回りで磁力
線Ｂに沿う緻密な軌道内のらせん表面から放出される。
これらの磁力線は閉じているので、高エネルギーの電子
Ｅは、コイルの内側に閉じ込められる。これらの一次電
子Ｅは、イオン化可能ガス分子に対して最適であり、こ
れらはアーク室内で接触するようになる。アーク室内で
の電子とガス分子との多数の衝突の後、高エネルギーの
電子は、かなりのエネルギーを失って、熱せられた低エ
ネルギーの電子となり、トロイダルコイル内の閉じ込め
状態を逃れることができる。このような低エネルギーの
電子は、トロイダルコイルの閉じ込め状態から逃れて拡
散でき、また、図３及び図４でそれぞれ示すイオン源ま
たはプラズマシャワー装置内のアーク室の壁に向かって
移動する。
って発生し、かつトロイダルコイルの内側の回りで磁力
線Ｂに沿う緻密な軌道内のらせん表面から放出される。
これらの磁力線は閉じているので、高エネルギーの電子
Ｅは、コイルの内側に閉じ込められる。これらの一次電
子Ｅは、イオン化可能ガス分子に対して最適であり、こ
れらはアーク室内で接触するようになる。アーク室内で
の電子とガス分子との多数の衝突の後、高エネルギーの
電子は、かなりのエネルギーを失って、熱せられた低エ
ネルギーの電子となり、トロイダルコイル内の閉じ込め
状態を逃れることができる。このような低エネルギーの
電子は、トロイダルコイルの閉じ込め状態から逃れて拡
散でき、また、図３及び図４でそれぞれ示すイオン源ま
たはプラズマシャワー装置内のアーク室の壁に向かって
移動する。
【００２６】本発明のフィラメント構造は、高効率のフ
ィラメントとなり、このフィラメントは、励起されて、
図３のイオン源のアーク室１２内に、または、図４のプ
ラズマシャワー装置の対応するアーク室内に、低ノイズ
で高密度のプラズマを作り出す。 このプラズマは、イ
オン源磁石を用いないので、図１に示す従来のイオン源
において発生するものよりもノイズを少なくすることが
できる。このような磁石は、一般的にプラズマを乱し、
この乱れは、高密度プラズマの場合、磁石により増加し
た電流によってより強調される。したがって、本発明の
フィラメントを用いることにより、電流は、図１に示す
従来の装置に使用されるフィラメントと比較して増加
し、高密度で低ノイズのプラズマを作ることができる。
ィラメントとなり、このフィラメントは、励起されて、
図３のイオン源のアーク室１２内に、または、図４のプ
ラズマシャワー装置の対応するアーク室内に、低ノイズ
で高密度のプラズマを作り出す。 このプラズマは、イ
オン源磁石を用いないので、図１に示す従来のイオン源
において発生するものよりもノイズを少なくすることが
できる。このような磁石は、一般的にプラズマを乱し、
この乱れは、高密度プラズマの場合、磁石により増加し
た電流によってより強調される。したがって、本発明の
フィラメントを用いることにより、電流は、図１に示す
従来の装置に使用されるフィラメントと比較して増加
し、高密度で低ノイズのプラズマを作ることができる。
【００２７】上記に開示した本発明の実施形態は、コイ
ル形状に形成された、一般的にトロイダルのねじれたフ
ィラメントの一群を用いているが、本発明はこれに限定
されるものではなく、例えば、ほぼ閉ループ内に形成さ
れたコイル状の単一ストランドフィラメントの形式であ
れば、どのようなものでも本発明の目的を達成できる。
ル形状に形成された、一般的にトロイダルのねじれたフ
ィラメントの一群を用いているが、本発明はこれに限定
されるものではなく、例えば、ほぼ閉ループ内に形成さ
れたコイル状の単一ストランドフィラメントの形式であ
れば、どのようなものでも本発明の目的を達成できる。
【００２８】以上、イオン注入装置におけるイオン源ま
たはプラズマシャワー装置のための改良されたフィラメ
ントの好ましい実施形態を記載してきた。しかし、上述
した記載を考慮して、この記載は例示としてのみ作られ
ており、本発明は、個々に記載された特定の実施形態に
制限されるものではなく、また、本発明の範囲から逸脱
しないで、特許請求の範囲及びその等価物によって形成
される上記記載に関する、種々の変更、修正、及び置換
が含まれることは理解できるであろう。
たはプラズマシャワー装置のための改良されたフィラメ
ントの好ましい実施形態を記載してきた。しかし、上述
した記載を考慮して、この記載は例示としてのみ作られ
ており、本発明は、個々に記載された特定の実施形態に
制限されるものではなく、また、本発明の範囲から逸脱
しないで、特許請求の範囲及びその等価物によって形成
される上記記載に関する、種々の変更、修正、及び置換
が含まれることは理解できるであろう。
【図１】イオン注入装置のための従来のイオン源の断面
図である。
図である。
【図２】イオン注入装置のための従来のプラズマシャワ
ー装置の断面図である。
ー装置の断面図である。
【図３】本発明のフィラメントを用いるイオン注入用の
イオン源の断面図である。
イオン源の断面図である。
【図４】本発明のフィラメントを用いるイオン注入用の
プラズマシャワー装置の断面図である。
プラズマシャワー装置の断面図である。
【図５】図３のイオン源と図４のプラズマシャワー装置
で示されたフィラメントを、一部断面で示す斜視図であ
る。
で示されたフィラメントを、一部断面で示す斜視図であ
る。
【図６】図５の６−６線に沿って見たフィラメントの斜
視図である。
視図である。
【図７】図５の７−７線に沿って見たフィラメントの部
分断面図である。
分断面図である。
１０ イオン源 １２，３２ アーク室 １４，３３ 壁 １６，３４ 入口 １８ フィラメント ２０ 脚部 ２２，３８ 出口開口 ２６ 真空室 ３０ プラズマシャワー装置 ４０ 中央部分 ４０ａ，４０ｂ 半割部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 390033020 Ｅａｔｏｎ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｃｌｅｖｅｌ ａｎｄ，Ｏｈｉｏ 44114，Ｕ．Ｓ．Ａ. (72)発明者 ロナルド アンソニー カポディルポ アメリカ合衆国 マサチューセッツ 01915 ベバリー ベルトラム ストリー ト 40 (72)発明者 スコット バルソー アメリカ合衆国 マサチューセッツ 01930 グロウセスター ハニーサックル ロード ２ (72)発明者 フィリップ ジョン リング アメリカ合衆国 マサチューセッツ 01915 ベバリー デイビス ロード 23 (72)発明者 クイ ジン アメリカ合衆国 マサチューセッツ 01915 ベバリー コーネル ロード 41
Claims (20)
- 【請求項１】第１，第２脚部(20a,20b) と、 前記第１，第２脚部のそれぞれに接続される端部を有
し、閉ループの形に形成され、その全長にわたってコイ
ル状に巻かれた熱放射用の中央部分(40)とを含んでいる
ことを特徴とするイオン源用のフィラメント。 - 【請求項２】前記第１，第２脚部(20a,20b) は、タンタ
ル(Ta)から構成されていることを特徴とする請求項１記
載のフィラメント。 - 【請求項３】前記中央部分(40)は、タングステン(W) か
ら構成されていることを特徴とする請求項１記載のフィ
ラメント。 - 【請求項４】前記中央部分(40)は、複数のフィラメント
ストランド(42,44,46)から構成され、これらのストラン
ドは、その全長にわたってねじられていることを特徴と
する特徴とする請求項１記載のフィラメント。 - 【請求項５】前記中央部分(40)は、トロイダル形状であ
ることを特徴とする請求項１記載のフィラメント。 - 【請求項６】前記中央部分(40)は、反対方向にコイル状
に巻かれた２つの半割部(40a,40b)を形成していること
を特徴とする請求項１記載のフィラメント。 - 【請求項７】前記中央部分(40)のコイルは、電流が前記
中央部分に流れるとき、閉ループの磁力線(B) を作り出
すことを特徴とする請求項６記載のフィラメント。 - 【請求項８】前記閉ループの磁力線(B) は、前記中央部
分(40)の表面から前記コイルの境界内に放出された電子
(E) を閉じ込めることを特徴とする請求項７記載のフィ
ラメント。 - 【請求項９】壁面(14)により形成されたアーク室(12)
と、 イオン化可能ガスを前記アーク室内に導くための入口(1
6)と、 イオン化されたプラズマが引き出される出口開口(22)
と、 第１，第２脚部(20a,20b) 、および第１，第２脚部のそ
れぞれに接続される端部を有する熱放射用の中央部分(4
0)を有するフィラメント(18)とを含み、 前記中央部分(40)は、その全長にわたってコイル状に巻
かれて、閉ループの形に形成されていることを特徴とす
るイオン注入用のイオン源。 - 【請求項１０】前記第１，第２脚部(20a,20b) は、タン
タル(Ta)から構成され、また、前記中央部分(40)は、タ
ングステン(W) から構成されていることを特徴とする請
求項９記載のイオン源。 - 【請求項１１】前記中央部分(40)は、複数のフィラメン
トストランド(42,44,46)から構成され、これらのストラ
ンドは、その全長にわたってねじられていることを特徴
とする請求項９記載のイオン源。 - 【請求項１２】前記中央部分(40)は、トロイダル形状で
あることを特徴とする請求項９記載のイオン源。 - 【請求項１３】前記中央部分(40)は、反対方向にコイル
状に巻かれた２つの半割部(40a,40b)を形成しているこ
とを特徴とする請求項９記載のイオン源。 - 【請求項１４】前記中央部分(40)のコイルは、電流が前
記中央部分に流れるとき、閉ループの磁力線(B) を作り
出し、かつこの磁力線(B) は、前記中央部分(40)の表面
から前記コイルの境界内に放出された電子(E) を閉じ込
めることを特徴とする請求項１３記載のイオン源。 - 【請求項１５】壁面(33)により形成されたアーク室(32)
と、 イオン化可能ガスを前記アーク室内に導くための入口(3
4)と、 イオン化されたプラズマが引き出される出口開口(38)
と、 第１，第２脚部(20a,20b) 、および第１，第２脚部のそ
れぞれに接続される端部を有する熱放射用の中央部分(4
0)を有するフィラメント(18)とを含み、 前記中央部分(40)は、その全長にわたってコイル状に巻
かれて、閉ループの形に形成されていることを特徴とす
るイオン注入用のプラズマシャワー装置。 - 【請求項１６】前記第１，第２脚部(20a,20b) は、タン
タル(Ta)から構成され、また、前記中央部分(40)は、タ
ングステン(W) から構成されていることを特徴とする請
求項１５記載のプラズマシャワー装置。 - 【請求項１７】前記中央部分(40)は、複数のフィラメン
トストランド(42,44,46)から構成され、これらのストラ
ンドは、その全長にわたってねじられていることを特徴
とする請求項１５記載のプラズマシャワー装置。 - 【請求項１８】前記中央部分(40)は、トロイダル形状で
あることを特徴とする請求項１５記載のプラズマシャワ
ー装置。 - 【請求項１９】前記中央部分(40)は、反対方向にコイル
状に巻かれた２つの半割部(40a,40b)を形成しているこ
とを特徴とする請求項１５記載のプラズマシャワー装
置。 - 【請求項２０】前記中央部分(40)のコイルは、電流が前
記中央部分に流れるとき、閉ループの磁力線(B) を作り
出し、かつこの磁力線(B) は、前記中央部分(40)の表面
から前記コイルの境界内に放出された電子(E) を閉じ込
めることを特徴とする請求項１９記載のプラズマシャワ
ー装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/130,662 US6204508B1 (en) | 1998-08-07 | 1998-08-07 | Toroidal filament for plasma generation |
| US130662 | 1998-08-07 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000077005A true JP2000077005A (ja) | 2000-03-14 |
| JP2000077005A5 JP2000077005A5 (ja) | 2006-07-20 |
Family
ID=22445746
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11220978A Ceased JP2000077005A (ja) | 1998-08-07 | 1999-08-04 | プラズマ発生装置及びそのためのフィラメント |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6204508B1 (ja) |
| EP (1) | EP0980088B1 (ja) |
| JP (1) | JP2000077005A (ja) |
| KR (1) | KR100479372B1 (ja) |
| DE (1) | DE69911869T2 (ja) |
| SG (1) | SG74159A1 (ja) |
| TW (1) | TW430853B (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7026764B2 (en) | 2002-03-26 | 2006-04-11 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Plasma producing apparatus and doping apparatus |
| JP2014224285A (ja) * | 2013-05-15 | 2014-12-04 | Hoya株式会社 | 薄膜形成装置、及び薄膜形成方法 |
| CN105304448A (zh) * | 2014-07-25 | 2016-02-03 | 布鲁克·道尔顿公司 | 用于质谱电子轰击离子源的灯丝 |
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| KR100505040B1 (ko) * | 2003-12-19 | 2005-07-29 | 삼성전자주식회사 | 이온 소스 및 이를 갖는 이온 주입 장치 |
| US7446326B2 (en) * | 2005-08-31 | 2008-11-04 | Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. | Technique for improving ion implanter productivity |
| KR100706799B1 (ko) * | 2005-10-07 | 2007-04-12 | 삼성전자주식회사 | 필라멘트 부재 및 이를 가지는 이온 주입 장치의 이온 소스 |
| JP2010153095A (ja) * | 2008-12-24 | 2010-07-08 | Showa Shinku:Kk | イオンガン |
| US9070538B2 (en) * | 2013-10-25 | 2015-06-30 | Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. | Pinched plasma bridge flood gun for substrate charge neutralization |
| CN217933703U (zh) * | 2022-09-05 | 2022-11-29 | 台湾积体电路制造股份有限公司 | 离子源灯丝结构、离子源装置及离子注入设备 |
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|---|---|---|---|---|
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| US2479193A (en) * | 1946-07-08 | 1949-08-16 | Gen Electric | Articulated cathode |
| FR1175593A (fr) * | 1957-05-21 | 1959-03-27 | Radio Electr Soc Fr | Perfectionnements aux filaments des tubes électroniques |
| US4176293A (en) * | 1978-02-17 | 1979-11-27 | Varian Associates, Inc. | Thermionic cathode heater having reduced magnetic field |
| GB2192751B (en) * | 1986-07-14 | 1991-02-13 | Denki Kagaku Kogyo Kk | Method of making a thermionic cathode structure. |
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| US4918354A (en) | 1987-12-18 | 1990-04-17 | Gte Products Corporation | Compact coiled coil incandescent filament with supports and pitch control |
| US4804837A (en) | 1988-01-11 | 1989-02-14 | Eaton Corporation | Ion implantation surface charge control method and apparatus |
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-
1998
- 1998-08-07 US US09/130,662 patent/US6204508B1/en not_active Expired - Fee Related
-
1999
- 1999-08-04 KR KR10-1999-0031960A patent/KR100479372B1/ko not_active IP Right Cessation
- 1999-08-04 JP JP11220978A patent/JP2000077005A/ja not_active Ceased
- 1999-08-05 EP EP99306209A patent/EP0980088B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1999-08-05 DE DE69911869T patent/DE69911869T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1999-08-06 SG SG1999003846A patent/SG74159A1/en unknown
- 1999-08-07 TW TW088113509A patent/TW430853B/zh not_active IP Right Cessation
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| KR20000017070A (ko) | 2000-03-25 |
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| US6204508B1 (en) | 2001-03-20 |
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| TW430853B (en) | 2001-04-21 |
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