JP2003303569A

JP2003303569A - イオン注入装置及びイオン注入方法

Info

Publication number: JP2003303569A
Application number: JP2002106282A
Authority: JP
Inventors: Masahito Kawashima; 将人河島
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2002-04-09
Filing date: 2002-04-09
Publication date: 2003-10-24

Abstract

(57)【要約】【課題】空打ちによる汚染イオンのクリーニング効果
を高めて、生産性向上と低コンタミネーション化を同時
に実現する。【解決手段】イオン注入装置の構成として、イオン注
入の対象となる試料を保持するディスク２３と、イオン
源で生成されたイオンを試料に向けて加速させる加速手
段と、この加速手段とディスク２３との間に配置された
ビームフィルタ７と、このビームフィルタ７を注入室に
連結する接続管２７と、これらビームフィルタ７と接続
管２７の外壁部に設置された複数のイオン発生器２６と
を備えるもので、イオン移動経路内に残留する汚染イオ
ンと化学反応してガス化する反応性イオンを各々のイオ
ン発生器２６で発生させて汚染イオンの除去を容易にす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造プロセ
ス等に用いられるイオン注入装置及びイオン注入方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造プロセスの中には、試料とな
る半導体ウエハ（以下、単にウエハと記す）に各種のイ
オン（例えば、ボロン、リンなど）を注入して試料の物
性を制御するイオン注入工程がある。イオン注入工程で
は、半導体製造装置の１つであるイオン注入装置が用い
られる。イオン注入装置は、主として、イオン源、引出
電極系、質量分析系、加速系、注入室等により構成され
ている。

【０００３】イオン注入に際しては、目的不純物のイオ
ン（以下、目的イオンとも記す）と異なるイオンが試料
に注入される、いわゆるコンタミネーションが、製品の
歩留まりやデバイスの信頼性などの点で問題視されてい
る。また、イオン注入装置の中では、モリブデン（Ｍ
ｏ）などの金属が、イオン源や加速系などの構造体材料
にも使われている。こうした構造体材料には、イオン源
などが１０００℃以上の高温となって十分な耐熱性が求
められることから、モリブデンやタングステン（Ｗ）な
どの高融点金属が使用されている。ただし、現状では材
料費の安さからモリブデンが多く使用されている。こう
した事情により、コンタミネーションの発生形態とし
て、イオン注入装置の構造材である金属のイオンによる
汚染（以下、メタルコンタミネーションとも記す）が問
題となっている。

【０００４】メタルコンタミネーションは、例えば図５
（Ａ）に示すように、イオン源５１の容器材料にモリブ
デン（Ｍｏ）を使用し、このイオン源５１でリン（Ｐ）
のイオンを生成して試料５２に注入しようとした場合
に、次のような原理で発生する。即ち、目的イオンとし
てリン（原子量≒３１）のシングルチャージイオンＰ+
を試料５２に注入する際、イオン源５１で生成したイオ
ンのビーム軌道を分析マグネット５３により曲げて目的
イオン種を選択しようとしたときに、Ｐ+のビーム曲が
り角度に比較して、Ｐ+よりも質量の軽いイオンはより
大きな角度で曲がり（図中、点線で示す）、Ｐ+よりも
質量の重いイオンはより小さな角度で曲がる（図中、二
点鎖線で示す）。ただし、モリブデン（原子量≒９６）
のトリプルチャージイオンＭｏ+++は、Ｐ+と同等の質量
となるため、分析マグネット５３によるビーム曲がり角
度が等しくなり、結果的にＰ+と同じ軌道を辿ることに
なる（図中、一点鎖線で示す）。そのため、Ｐ+を試料
５２に注入するときにＭｏ+++が混入し、金属イオンに
よるコンタミネーションを招いてしまう。

【０００５】そこで従来においては、Ｐ+とＭｏ+++のエ
ネルギーの違い（Ｐ+よりもＭｏ+++の方がエネルギーが
高い）を利用し、汚染イオンとなるＭｏ+++の混入を防
止する方法が採用されている。この方法では、図５
（Ｂ）に示すように、分析マグネット５３よりも後段部
分にビームフィルタ５４を設け、このビームフィルタ５
４で再びイオンビームを曲げることにより、Ｍｏ+++の
イオンビームを分離して、目的イオン種のＰ+を試料５
２に注入する。この場合、電位障壁を設けたビームフィ
ルタ５４をイオンビームが通過する際に、エネルギーの
高いＭｏ+++のイオンビームは強い直進性を示して小さ
く曲がるのに対し（図中、太い二点鎖線で示す）、それ
よりもエネルギーの低いＰ+のイオンビームはＭｏ+++の
イオンビームよりも大きく曲がる（図中、細い二点鎖線
で示す）。そのため、ビームフィルタ５４を通過する際
の、Ｐ+のイオンビームの曲げ角度に対応した位置に試
料５２を配置し、Ｍｏ+++の混入を防止している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ようにビームフィルタ５４を設置した場合でも、汚染イ
オンとなるＭｏ+++の混入を完全に防止するには至って
いない。特に、Ｐ+のイオンビームから分離したＭｏ+++
のイオンビームは、目的イオン種と別の軌道を辿って装
置内壁部に照射される。そのため、試料５２にＰ+のイ
オンを注入するときは、それと並行して装置内壁部にＭ
ｏ+++のイオン（汚染イオン）が打ち込まれる。そうし
た場合、Ｐ+に次いで別のイオン種（例えば、ボロン）
を試料に注入する際に、これに先立ってＭｏイオンが打
ち込まれた装置内壁部がボロン（Ｂ）のイオンビームで
スパッタされ、このスパッタによって弾き出されたＭｏ
イオンの混入によってコンタミネーション量の増加を招
いてしまう。

【０００７】この対策としては、次の目的イオン種であ
るＢのイオンを試料に注入する前に、イオン源で生成し
たイオンのビームを利用して装置内壁部をスパッタす
る、いわゆる空打ちを行い、この空打ちを終えた後に、
Ｂのイオン注入を行う手法が採用されている。しかしな
がら、空打ちには長い時間がかかるため、生産性の大幅
な低下が避けられなかった。また、装置内壁部に打ち込
まれたＭｏイオンをイオンビームでスパッタしても、こ
れによって弾き出されたＭｏがイオン移動経路上に停留
する場合があり、十分なクリーニング効果を得ることが
困難であった。

【０００８】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたもので、その目的とするところは、空打ちによる汚
染イオンのクリーニング効果を高めて、生産性向上と低
コンタミネーション化を同時に実現することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係るイオン注入
装置は、イオン注入の対象となる試料を保持する保持手
段と、イオン源で生成されたイオンを試料に向けて加速
させる加速手段と、イオン源から保持手段に至るイオン
移動経路内に残留する汚染イオンと化学反応してガス化
する反応性イオンを供給する供給手段とを備えた構成と
なっている。

【００１０】上記構成からなるイオン注入装置において
は、イオン源から保持手段に至るイオン移動経路内に残
留する汚染イオンに対し、この汚染イオンと化学反応
（化学結合）する反応性イオンを供給手段によって供給
することにより、汚染イオンと反応性イオンの化合物が
生成される。この化合物は、イオン移動経路に留まるこ
となくガス化される。そのため、イオン移動経路内に残
留する汚染イオンの除去が容易になる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しつつ詳細に説明する。

【００１２】図１は本発明が適用されるイオン注入装置
の構成例を示す概略図である。図示したイオン注入装置
１は、超高エネルギーイオン注入装置であって、大きく
は、イオン源２と、引出電極３と、質量分析を行う分析
マグネット（アナライザーマグネット）４と、プレアク
セル部５と、タンデム加速機構部６と、ビームフィルタ
７と、試料保持部８とを備えて構成されている。イオン
源２で生成されたイオンは、引出電極３、分析マグネッ
ト４、プレアクセル部５、タンデム加速機構部６、ビー
ムフィルタ７等を順に通して試料保持部８へと移動す
る。そのため、イオン源２から試料保持部８に至る部分
には、それぞれの機能部に適した径をもって中空状のイ
オン移動経路が連続的に形成されている。

【００１３】引出電極３と分析マグネット４との間に
は、ＭｇＣｅｌｌと呼ばれるマグネシウム（Ｍｇ）の蒸
気るつぼ９が設けられている。また、プレアクセル部５
とタンデム加速機構部６との間にはファラディ１０が設
けられている。ファラディ１０は、プレアクセル部５を
通過したイオンビームの電流量を検出するものである。

【００１４】タンデム加速機構部６には、第１四重極レ
ンズ１１、方向制御器１２、第１加速管１３、荷電変換
部１４、第２加速管１５、第２四重極レンズ１６、コッ
ククロフト電極１７が設けられている。荷電変換部１４
には、エレクトロンストリッパーとなる窒素ガス（Ｎ₂
ガス）の導入管１８が接続されるとともに、導入された
窒素ガスを循環させるためのターボポンプ１９が組み込
まれている。コッククロフト電源１７は、第１加速管１
３及び第２加速管１５に対して所定の電圧を印加するも
のである。このコッククロフト電源１７にはドライバ電
源２０が接続されている。

【００１５】ビームフィルタ７と試料保持部８との間に
は、分離スリット２１と、ファラディ２２が設けられて
いる。分離スリット２１は、ビームフィルタ７で曲げら
れた目的イオン種のイオンビームを通過させる一方、そ
れ以外のイオンビームの通過を阻止するためのものであ
る。ファラディ２２は、分離スリット２１を通過したイ
オンビーム（実際に試料に照射されるイオンビーム）の
電流量を検出するものである。

【００１６】試料保持部８は、図示しない注入室でウエ
ハ等の基板状の試料を保持する機能を有するもので、複
数の試料を並べて装填可能な円板状のディスク２３と、
このディスク２３を支持するスキャン軸２４と、このス
キャン軸２４を介してディスク２３を回転（自転）させ
るモータ２５と、上記スキャン軸２４とともにディスク
２３を一軸方向（矢印方向）に移動させる移動駆動機構
（不図示）とによって構成されている。試料保持部８で
は、例えばディスク２３をチルト動作させることによ
り、試料面に対するイオンビームの入射角（イオンの打
ち込み角度）を任意に可変できる構成となっている。

【００１７】上記構成からなるイオン注入装置１におい
て、イオン源２で生成されたイオンは、当該イオン源２
と引出電極３との間に引出電圧を印加することで得られ
るクーロン力の作用によって引き出される。こうしてイ
オン源２から引き出されたイオンは蒸気るつぼ９を通っ
て分析マグネット４の入口部分に達する。その際、Ｍｇ
原子から自由電子を受け取った+イオンは負に帯電す
る。つまり、Ｍｇの蒸気るつぼ９内を通ることによって
+イオンから-イオンに荷電変換される。

【００１８】荷電変換されたイオンは、分析マグネット
４の入口部分から進入して当該分析マグネット４の磁界
によりプレアクセル部５側に曲げられる。このとき、荷
電変換されなかった-イオンは、荷電変換されたイオン
と逆方向に曲げられる。また、蒸気るつぼ９を通るとき
に電荷量が無くなったもの（ラジカル）は分析マグネッ
ト４内を曲がらずに真っ直ぐ進む。そして、荷電変換さ
れたイオンのうち、分析マグネット４の磁界の強さに応
じた質量・エネルギーをもつイオンだけが分析マグネッ
ト４の扇形状に沿って曲げられ、分析マグネット４の出
口部分からプレアクセル部５へと進む。プレアクセル部
５ではイオンが加速され、これによってエネルギーを得
たイオンビームがタンデム加速機構部６の入口部分から
取り込まれる。

【００１９】タンデム加速機構部６では、先ず、第１四
重極レンズ１１の電界によりイオンビームが集束される
とともに、このイオンビームの進行方向が方向制御器１
２によって決められる。次に、コッククロフト電源１７
により第１加速管１３に印加された電圧の作用でイオン
ビームが加速される。次いで、荷電変換部１４に充填さ
れた窒素ガスにより、イオンビームがもつ電子が奪われ
る。これにより、-イオンから+イオンへの荷電変換が行
われる。続いて、コッククロフト電源１７により第２加
速管１５に印加された電圧の作用でイオンビームが加速
される。このとき、荷電変換部１４で荷電変換されなか
った-イオンやラジカルは加速されずに留まる。その
後、第２四重極レンズ１６の電界によりイオンビームが
集束される。

【００２０】こうしてタンデム加速機構部６を通過した
イオンビームは、当該タンデム加速機構部６の出口部分
を抜けてビームフィルタ７の入口部分に達し、そのまま
ビームフィルタ７内に進入する。ビームフィルタ７内で
は、当該ビームフィルタ７の磁界によりイオンビームが
曲げられ、これによって目的イオン種とエネルギー量の
異なるイオンが除外される。ここでは先の荷電変換部１
３で荷電変換されたイオンのうち、目的イオン種と電荷
数の異なるイオンが除外される。ビームフィルタ７で曲
げられた目的イオン種のイオンビームは、分離スリット
２１の開口を通して注入室（不図示）内に進入する。注
入室内では、試料保持部８のディスク２３に装填された
各々の試料が、モータ２５の駆動に伴うディスク２３の
回転と、移動駆動機構（不図示）の駆動に伴うスキャン
軸２４の移動によりスキャン移動し、このスキャン移動
している各々の試料（ウエハ等）に対してイオンが均一
に注入される。

【００２１】その際、ビームフィルタ７の内壁部や分離
スリット２１の表面などに対し、目的イオン種と異なる
イオンが打ち込まれる。また、ビームフィルタ７で分離
できなかった目的イオン種以外のイオンがディスク２３
やその近傍に打ち込まれる。そうしたイオンの中には、
イオン注入装置１のイオン源２やタンデム加速機構部６
の構造体材料として使用されるモリブデン（或いはタン
グステン）などの金属イオン、即ちメタルコンタミネー
ションの汚染源となる汚染イオンも含まれる。

【００２２】そのため、例えば、試料保持部８において
ディスク２３に装填した各々の試料にリンのシングルチ
ャージイオンＰ+を注入した後、他の目的イオン種であ
るＢ（ボロン）のイオンを注入する場合、これに先立っ
てビームフィルタ７の近傍や分離スリット２１、さらに
はディスク２３やその近傍に打ち込まれたモリブデンの
イオンがＢイオンビームによりスパッタされて混入する
恐れがある。

【００２３】そこで本実施形態においては、加速手段と
なるタンデム加速機構部６（より詳しくはタンデム加速
機構部６の出口部分）と保持手段となる試料保持部８
（より詳しくはディスク２３の設置部分）との間のイオ
ン移動経路（換言すると、イオンライン）上で、上述の
ような装置内壁部へのイオン打ち込みにより上記イオン
移動経路内に残留する汚染イオンと化学反応してガス化
する反応性イオンを供給する供給手段を設けることとし
た。

【００２４】汚染イオンとしては、イオン注入装置の構
造体材料として使用されるモリブデンやタングステンな
どの金属イオンが考えられる。また、汚染イオンと化学
反応してガス化する反応性イオンとしては、汚染イオン
と反応しやすい気体元素、例えば、フッ素（Ｆ）イオ
ン、水素（Ｈ）イオン、塩素（Ｃｌ）イオンなどが考え
られる。特に、フッ素は、モリブデンなどの金属と反応
性が高く、しかも水素などと比べて取り扱いが容易であ
るため、反応性イオンとして採用するのに好ましい元素
となる。本実施形態においては、汚染イオンがＭｏイオ
ンで、反応性イオンがＦイオンである場合を例にとっ
て、上記供給手段の具体的な構成を以下に記述する。

【００２５】供給手段としては、タンデム加速機構部６
と試料保持部８との間のイオン移動経路全体にＦイオン
を均一かつ十分に供給できるよう、例えば図２に示すよ
うに、略扇状をなすビームフィルタ７の外壁部に複数
（図例では４つ）のイオン発生器２６を設けるととも
に、ビームフィルタ７の出口部分を注入室（不図示）の
入口部分に連結する接続管２７の外壁部に１つのイオン
発生器６を設けた構成を採用している。つまり、タンデ
ム加速機構部６と試料保持部８との間のイオン移動経路
に沿って複数（図例では計５つ）のイオン発生器２６を
所定の間隔で連続的に配置した構成を採用している。

【００２６】接続管２７は、ビームフィルタ７と注入室
とを連結する際に両者の位置調整用として適宜（必要に
応じて）設けられるものである。各々のイオン発生器２
６は、その設置場所に対応する複数の箇所で、それぞれ
反応性イオンとなるＦイオンを発生するものである。ち
なみに、各々のイオン発生器２６の構成は同様であるた
め、ここではビームフィルタ７の外壁部に設けられた１
つのイオン発生器２６を例にとってその構成を説明す
る。

【００２７】先ず、ビームフィルタ７は、図３に示すよ
うに、断面略四角形の筒状空間を形成（区画）する上下
左右の壁部２８Ａ〜２８Ｄを有するもので、そのうちの
上壁部２８Ａにイオン発生器２６が設置されている。イ
オン発生器２６は、アーク放電によってＦイオンの生成
を行うアークチャンバ２９と、アークチャンバ２９の内
部を貫通する状態で絶縁体３０により支持されたフィラ
メント３１と、アームチャンバ２９の上部に接続されて
当該アームチャンバ２９の内部空間にガス（本例ではフ
ッ素ガス）を導入するガス導入管３２とを備えている。
アームチャンバ２９の内部空間とビームフィルタ７の内
部空間とは、当該ビームフィルタ７の上壁部２８Ａに穿
孔された供給孔（貫通孔）３３を介して互いに連通し得
るものとなっている。

【００２８】供給孔３３はゲートバルブ３４によって開
閉されるもので、その開閉操作のための駆動軸３５がゲ
ートバルブ３４に接続されている。供給孔３３を開放す
る場合は、駆動軸３５の昇降駆動によりゲートバルブ３
４が下降して上壁部２８Ａから離間した後、駆動軸３５
の回転駆動によりゲートバルブ３４がアームチャンバ２
９との対向位置から退避する。また、供給孔３３を閉塞
する場合は、駆動軸３５の回転駆動によりゲートバルブ
３４がアークチャンバ２９との対向位置に進出した後、
駆動軸３５の昇降駆動によりアークチャンバ３４が上壁
部２８Ａに近接する。

【００２９】アークチャンバ２９の底面部と上壁部２８
Ａの上面部との対面部分には、気密性を維持するための
第１のシールド機構が組み込まれている。第１のシール
ド機構は、アークチャンバ２９の底面部のリング状凹部
に組み込まれたＯリング３６と、このＯリング３６より
も内側（内周側）に形成された凹凸状のシールドリング
３７とによって構成されている。シールドリング３７
は、アークチャンバ２９の底面部にこれと一体構造で同
心円状に形成された凹状リング部と、ビームフィルタ７
の上壁部２８Ａにこれと一体構造で同心円状に形成され
た凸状リング部とからなり、これら凹状リング部と凸状
リング部を互いに嵌合させることにより所望のシールド
機能を発揮するものとなっている。

【００３０】また、上壁部２８Ａの下面部とゲートバル
ブ３４の上面部との対面部分にも、気密性を維持するた
めの第２のシールド機構が組み込まれている。第２のシ
ールド機構は、ビームフィルタ７の上壁部２８Ａ下面部
のリング状凹部に組み込まれたＯリング３８と、このＯ
リング３８よりも内側（内周側）に形成された凹凸状の
シールドリング３９とによって構成されている。シール
ドリング３９は、ビームフィルタ７の上壁部２８Ａにこ
れと一体構造で同心円状に形成された凹状リング部と、
ゲートバルブ３４の上面部にこれと一体構造で同心円状
に形成された凸状リング部とからなり、これら凹状リン
グ部と凸状リング部を互いに嵌合させることにより所望
のシールド機能を発揮するものとなっている。

【００３１】ちなみに、上述したシールドリング３８，
３９は、その外側（外周側）に配置されたＯリング３
６，３８がＦイオンとの化学反応によって早期に劣化し
ないよう、Ｏリング３６，３８に対するＦイオンの回り
込みを抑制するものである。ただし、Ｏリング３６，３
８へのＦイオンの回り込みを完全に阻止することはでき
ないため、Ｏリング３６，３８の材料としてフッ化され
難い材料を用いることが望ましい。

【００３２】一方、ビームフィルタ７の内部空間には、
ゲートバルブ３４をイオンビームによるスパッタから保
護する保護プレート４０が配置されている。この保護プ
レート４０は、複数本の支柱４１を用いてビームフィル
タ７の上壁部２８Ａに取り付けられている。保護プレー
ト４０は、イオンビームの進行方向の上流側に図示しな
い遮蔽部を有し、この遮蔽部でイオンビームを受けるこ
とにより、ゲートバルブ３４側へのイオンビームの進出
を阻止し、イオンビームの照射によるゲートバルブ３４
のスパッタ損傷を防止する。

【００３３】続いて、上記構成からなる供給手段（複数
のイオン発生器２６を含む）を備えたイオン注入装置を
用いてイオン注入を行う際の処理手順について説明す
る。ここでは、最初にＰイオンを試料に注入し、その
後、空打ちを行ってから、Ｂイオンを試料に注入する場
合を例に挙げて、全体的な処理手順を説明する。

【００３４】先ず、最初の目的イオンであるＰイオンを
試料に注入するにあたっては、各々のイオン発生器２６
の動作を停止しかつゲートバルブ３４で供給孔３３を閉
塞した状態とする。そして、この状態の下で、試料保持
部８のディスク２３に所定枚数の試料を装填するととも
に、イオン源２で生成したＰイオンを引出電極３で引き
出し、この引き出したＰイオンを、蒸気るつぼ９、分析
マグネット４、プレアクセル部５、タンデム加速機構部
６、ビームフィルタ７等を順に通して各々の試料に注入
する。

【００３５】Ｐイオンの注入が終了したら、一旦、各々
の試料をディスク２３から取り外すとともに、イオン源
２に供給するガスラインの切り換えを行う。この場合
は、次に注入すべき目的イオンがＢイオンであるため、
Ｂイオン生成のためのガスラインに切り換える。そし
て、この切り換えが済んだら、イオン源２でＢイオンを
生成し、このＢイオンによるイオンビームを用いた空打
ち（スパッタ）を行う。その際、イオンビームで装置内
壁部が十分にスパッタされるよう、通常のイオン注入時
（実際に試料にイオンを注入するとき）よりもイオンビ
ームのビーム径を太くすると良い。ビーム径について
は、四重極レンズ１１，１６の集束作用（レンズ強度）
を変化させることで調整可能である。

【００３６】この空打ちは、ガスラインの切り換えをせ
ずにイオン源２でＰイオンを生成し、このＰイオンによ
るイオンビームを用いて行ってもよい。また、ガスライ
ンを切り換えてＢイオン以外のイオンをイオン源２で生
成し、そのイオンビームを用いて空打ちを行っても良
い。ただし、次に注入すべき目的イオン種（ボロン）の
イオンビームを用いて行った方が、その後のイオン注入
に際してガスラインの切り換えが不要となるため、処理
効率の観点から好ましいものとなる。

【００３７】こうした空打ちを行うにあたっては、この
空打ちと並行して複数のＦイオン供給器２６を動作させ
る。このとき、各々のイオン発生器２６の設置箇所で
は、アークチャンバ２９内にガス導入管３２からフッ素
ガスが導入されるとともに、アークチャンバ２９とフィ
ラメント３１間に所定の電圧が印加される。これによ
り、アークチャンバ２９内でアーク放電によりＦイオン
が生成される。また、Ｆイオンの生成に合わせて、駆動
軸３５の昇降駆動及び回転駆動によるゲートバルブ３４
の開動作によって供給孔３３が開放される。これによ
り、アークチャンバ２９の内部空間とビームフィルタ７
の内部空間が連通した状態となる。そのため、各々のイ
オン発生器２６で発生させたＦイオンが供給孔３３を通
してビームフィルタ７や接続管２７の内部、即ちタンデ
ム加速機構部６と試料保持部８との間のイオン移動経路
内に均一に供給される。

【００３８】このような動作にしたがって各々のイオン
発生器２６で発生させたＦイオンを、ビームフィルタ７
や接続管２７の内部に供給（導入）することにより、Ｐ
イオンを試料に注入する際に装置内壁部に打ち込まれた
Ｍｏイオン（イオン移動経路内に残留する汚染イオン）
が空打ち用のイオンビームでスパッタされた際に、この
スパッタによって弾き出されたＭｏイオンとＦイオン
（反応性イオン）が化学反応（化学結合）し、これによ
ってＭｏイオンとＦイオンのフッ化物（フッ化モリブデ
ン）が生成される。このフッ化物は、イオン移動経路内
に留まることなく、上記化学反応によってガス化され、
イオン移動経路から速やかに（素早く）取り除かれる。

【００３９】その後、空打ちの終了と同時に、又は空打
ちの終了に先立って、各々のイオン発生器２６の動作を
停止するとともに、駆動軸３５の昇降駆動及び回転駆動
によるゲートバルブ３４の閉動作によって供給孔３３を
閉塞する。これにより、Ｆイオンの供給が完全に断たれ
た状態となる。この状態の下で、再び試料保持部８のデ
ィスク２３に所定枚数の試料を装填するとともに、イオ
ン源２で生成したＢイオンを引出電極３で引き出し、こ
の引き出したＢイオンを、蒸気るつぼ９、分析マグネッ
ト４、プレアクセル部５、タンデム加速機構部６、ビー
ムフィルタ７等を順に通して各々の試料に注入する。

【００４０】このようにイオン注入の合間に行われる空
打ち時に各々のイオン発生器２６で発生させたＦイオン
をビームフィルタ７や接続管２７の内部に供給（導入）
することにより、最初のＰイオンの注入に際して、ビー
ムフィルタ７の近傍や分離スリット２１、さらにはディ
スク２３やその近傍に打ち込まれたＭｏイオンをＦイオ
ンとの化学反応によりガス化してイオン移動経路から効
率良く除去（排除）することができる。これにより、空
打ちによる汚染イオンのクリーニング効果を大幅に高め
ることができるため、空打ち時間の短縮とコンタミネー
ション量の低減を同時に実現することができる。また、
次の目的イオンであるＢイオンを試料に注入する際に、
Ｍｏイオンによるコンタミネーション量を大幅に低減す
ることができる。

【００４１】また、供給手段を構成するイオン発生器２
６の設置場所については、当該イオン発生器２６の設置
が可能な場所であれば、イオン源２から試料保持部８に
至るイオン移動経路のどこに設置してもよいが、装置内
壁部への汚染イオン（Ｍｏイオン等）の打ち込みは、タ
ンデム加速機構部（加速手段）６と試料保持部（保持手
段）８との間のイオン移動経路で顕著に起こり、この部
分での汚染イオンの残留量が他の部分よりも多くなる。
そのため、汚染イオンをより効果的に除去するうえで
は、タンデム加速機構部（加速手段）６と試料保持部
（保持手段）８との間のイオン移動経路上にイオン発生
器２６を配置し、そのイオン移動経路上で反応性イオン
を供給することが好ましい。

【００４２】さらに、複数のイオン発生器２６を用いて
供給手段を構成する場合に、イオン源２から試料保持部
８に至るイオン移動経路上、あるいはその一部となるタ
ンデム加速機構部６と試料保持部８との間のイオン移動
経路上で、それぞれイオン移動経路に沿って複数のイオ
ン発生器２６を配置し、これによってイオン移動経路に
沿う複数の箇所でそれぞれ反応性イオンを供給すること
により、イオン移動経路内に均一かつ十分に反応性イオ
ンを供給することができる。特に、本実施形態で例示し
たように、タンデム加速機構部６と試料保持部８との間
のイオン移動経路に沿って複数のイオン発生器２６を配
置した場合は、当該イオン移動経路内に残留する多くの
汚染イオンを集中的に反応性イオンと化学反応させて除
去することができるため、より大きなクリーニング効果
が期待できる。

【００４３】なお、本実施形態においては、Ｐイオンを
注入した後に空打ちを行い、その後、Ｂイオンを注入す
る場合を例に挙げて説明したが、試料に注入される目的
イオンの種類や順序については任意に変更可能である。
また、例えば、ある同一の目的イオンを連続的に２回に
わけて注入する場合は、１回目のイオン注入を終えた後
に、上記同様の空打ち及び反応性イオンの供給を行い、
その後、２回目のイオン注入を行うことにより、上記同
様の効果を得ることができる。

【００４４】また、本実施形態においては、超高エネル
ギーイオン注入装置への適用例について説明したが、本
発明はこれに限らず、他のイオン注入装置（高エネルギ
ーイオン注入装置、中エネルギーイオン注入装置、低エ
ネルギーイオン注入装置や、ビーム電流量で区分された
各種のイオン注入装置）にも適用可能である。また、供
給手段を構成するイオン発生器は、ビームフィルタ等の
既存構造体に設置してもよいし、筒状構造体を新たに設
けて当該筒状構造体に設置してもよい。

【００４５】さらに、先の図３に示すイオン発生器２６
はアーク放電を利用してＦイオンを発生するものである
が、供給手段を構成するイオン発生器としてはこれ以外
のものを採用してもよい。具体的には、例えば図４に示
すように、ＩＣＰ(InductiveCuppling Plasma)方式を採
用したイオン発生器４２を採用することも可能である。

【００４６】ここで例示したイオン発生器４２は、プラ
ズマ発生室となるプラズマチャンバ４３と、このプラズ
マチャンバ４３の外壁を囲むように巻かれたコイル４４
と、このコイル４４にプラズマ放電のための励起電力を
印加するＲＦ電源（高周波電源）４５と、プラズマチャ
ンバ４３の上部に接続されて当該プラズマチャンバ４３
の内部空間にプラズマ生成用のガス（フッ素ガス等）を
導入するガス導入管４６と、プラズマチャンバ４３の底
部に設けられたシールドプレート４７とを備えている。

【００４７】上記構成のイオン発生器４２においては、
ガス導入管４６によりプラズマチャンバ４３内にフッ素
ガスを導入しつつ、プラズマチャンバ４３外側のコイル
４４にＲＦ電源４５によって励起電力を印加することに
より、プラズマ放電によってＦイオンが生成される。こ
のＦイオンは、先述と同様にゲートバルブ３４で開放さ
せた供給孔３３よりビームフィルタ７の内部空間に供給
（導入）される。そのため、このイオン発生器４２を用
いた場合でも、上記同様の効果を得ることができる。

【００４８】また、このイオン発生器４２を採用した場
合は、ＩＣＰによりスパッタされる部分がプラズマチャ
ンバ４３の内壁部だけとなるため、当該チャンバ内壁部
を例えば石英ガラスやサファイヤガラスなどようにスパ
ッタされ難い材料（難スパッタ材料）で構成することに
より、プラズマチャンバ４３内でのスパッタ発生を抑制
し、このスパッタ発生に起因した汚染イオンの導入によ
るコンタミネーションを低減することができる。

【００４９】さらに、プラズマチャンバ４３の底部に当
該チャンバ内壁部と同一素材（難スパッタ材料）で形成
したシールドプレート４７を併設することにより、プラ
ズマチャンバ４３内でのスパッタ発生に起因したコンタ
ミネーションを一層低減することができる。また、シー
ルドプレート４７と同様のシールドプレートを、先のア
ーク放電方式によるイオン発生器２６のチャンバ底部に
併設した場合も、チャンバ内でのスパッタ発生に起因し
たコンタミネーションを低減することができる。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、イ
オン移動経路内に残留する汚染イオンに対してこれと化
学反応する反応性イオンを供給してガス化することによ
り、イオン移動経路から汚染イオンを効率良く取り除く
ことができる。これにより、空打ちによる汚染イオンの
クリーニング効果を高めることができる。そのため、空
打ち時間の短縮とコンタミネーション量の低減を両立さ
せ、生産性向上と低コンタミネーション化を同時に実現
することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用されるイオン注入装置の構成例を
示す概略図である。

【図２】イオン発生器の設置例を示す斜視図である。

【図３】イオン発生器の構成例を示す断面図である。

【図４】イオン発生器の他の構成例を示す断面図であ
る。

【図５】従来技術を説明する図である。

【符号の説明】

１…イオン注入装置、２…イオン源、６…タンデム加速
機構部、７…ビームフィルタ、８…試料保持部、２６，
４２…イオン発生器、２７…接続管

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】イオン注入の対象となる試料を保持する
保持手段と、イオン源で生成されたイオンを前記試料に向けて加速さ
せる加速手段と、前記イオン源から前記保持手段に至るイオン移動経路内
に残留する汚染イオンと化学反応してガス化する反応性
イオンを供給する供給手段とを備えることを特徴とする
イオン注入装置。
【請求項２】前記加速手段と前記保持手段との間のイ
オン移動経路上に前記供給手段を配置してなることを特
徴とする請求項１記載のイオン注入装置。
【請求項３】前記供給手段は、前記反応性イオンを発
生する複数のイオン発生器を有するとともに、当該複数
のイオン発生器を前記イオン移動経路に沿って配置して
なることを特徴とする請求項１記載のイオン注入装置。
【請求項４】前記供給手段は、前記反応性イオンとし
てフッ素イオンを供給することを特徴とする請求項１記
載のイオン注入装置。
【請求項５】保持手段で保持した試料に対し、イオン
源で生成しかつ加速手段で加速されたイオンを注入する
第１の工程と、前記第１の工程が終了した後、前記イオン源で生成した
イオンによるイオンビームを用いて空打ちを行うととも
に、この空打ちに際して、前記イオン源から前記保持手
段に至るイオン移動経路内に残留する汚染イオンと化学
反応してガス化する反応性イオンを供給することによ
り、前記イオン移動経路から前記汚染イオンを除去する
第２の工程とを有することを特徴とするイオン注入方
法。
【請求項６】前記加速手段と前記保持手段との間の前
記イオン移動経路上に前記反応性イオンを供給すること
を特徴とする請求項５記載のイオン注入方法。
【請求項７】前記イオン移動経路に沿う複数の箇所
で、それぞれ前記反応性イオンを供給することを特徴と
する請求項５記載のイオン注入方法。
【請求項８】前記第２の工程において、前記反応性イ
オンとしてフッ素イオンを供給することを特徴とする請
求項５記載のイオン注入方法。