JP2005259571A - Ion source - Google Patents
Ion source Download PDFInfo
- Publication number
- JP2005259571A JP2005259571A JP2004070494A JP2004070494A JP2005259571A JP 2005259571 A JP2005259571 A JP 2005259571A JP 2004070494 A JP2004070494 A JP 2004070494A JP 2004070494 A JP2004070494 A JP 2004070494A JP 2005259571 A JP2005259571 A JP 2005259571A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- chamber
- filament
- ion source
- ion
- wall surface
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 claims abstract description 22
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 5
- 238000007788 roughening Methods 0.000 claims description 2
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 abstract description 20
- 238000007599 discharging Methods 0.000 abstract description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 abstract 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 abstract 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 39
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 16
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 10
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 8
- 238000010292 electrical insulation Methods 0.000 description 7
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 5
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 5
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 3
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 2
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 1
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000006837 decompression Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000005488 sandblasting Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
Abstract
Description
本発明は、イオンビームを生成するイオン源であって、LSI(大規模集積回路)や平面型表示装置(フラットパネルディスプレイ)等に設けられる半導体の作製に用いるイオン注入装置等に用いるイオン源に関する。 The present invention relates to an ion source for generating an ion beam, and relates to an ion source used for an ion implantation apparatus used for manufacturing a semiconductor provided in an LSI (Large Scale Integrated Circuit), a flat display device (flat panel display), or the like. .
半導体を用いたLSIや平面型表示装置(フラットパネルディスプレイ,FDP)の作製工程で行われるプロセス処理において、不純物、例えば、ホウ素、燐、砒素等をイオン化し、電場を用いて加速してイオンビーム(プラズマビーム)を生成し、このプラズマビームをシリコン結晶中に照射することで、イオンを注入するイオン注入処理が行われる。このイオン注入処理には、イオンビームを生成するイオン源を備えたイオン注入装置が用いられる。 Impurities such as boron, phosphorus, arsenic, etc. are ionized and accelerated using an electric field in an ion beam in a process performed in a manufacturing process of an LSI using a semiconductor or a flat panel display (FDP). (Plasma beam) is generated, and this plasma beam is irradiated into the silicon crystal to perform ion implantation processing for implanting ions. In this ion implantation process, an ion implantation apparatus including an ion source that generates an ion beam is used.
イオン源は、例えば不純物となる原料ガスを導入したチャンバ内に抵抗導体線が1〜数回螺旋状に巻かれて折り返されたフィラメントが設けられている。このフィラメントに、上記チャンバと電気絶縁した状態で、10〜100Vの電圧を印加して加熱することによりチャンバ内に熱電子を供給するとともに、チャンバとフィラメント間に電圧を印加してグロー放電、さらにはアーク放電を生じさせてプラズマを生成する。この生成されたプラズマからイオンを取り出してイオンビームを生成する。このようにアーク放電を維持しつつイオンビームを生成するイオン源はバーナス源と呼ばれ広く知られている。 In the ion source, for example, a filament in which a resistance conductor wire is spirally wound one to several times in a chamber into which a source gas as an impurity is introduced is provided. A thermal electron is supplied to the filament by applying a voltage of 10 to 100 V and heating the filament while being electrically insulated from the chamber, and a glow discharge is applied by applying a voltage between the chamber and the filament. Causes arc discharge to generate plasma. Ions are extracted from the generated plasma to generate an ion beam. Such an ion source that generates an ion beam while maintaining an arc discharge is called a burner source and is widely known.
ところで、上記イオン源では、フィラメントとチャンバ間に電圧をかけて発生するアーク放電が、このアーク放電によって形成される堆積物の影響を受けて安定的に発生しない場合がある。例えば、チャンバ内のフィラメントを固定、支持するとともに、チャンバと電気絶縁するために設けられた絶縁部材が、アーク放電によって生成された堆積物の影響を受けて安定的に絶縁機能を発揮しない場合がある。 By the way, in the ion source, the arc discharge generated by applying a voltage between the filament and the chamber may not be stably generated under the influence of the deposit formed by the arc discharge. For example, the insulating member provided to fix and support the filament in the chamber and to electrically insulate the filament from the chamber may not exhibit the insulating function stably under the influence of deposits generated by arc discharge. is there.
このため、下記特許文献1では、イオン源のプラズマ生成容器(チャンバ)内に設けられた対向反射電極および背後反射電極とプラズマ生成容器の内壁面との間の空間を、この部分の内壁に溝を設けることにより、迷路構造とした構成のイオン源を提案している。これによって、アーク放電によって上記絶縁部材に堆積する堆積物の量を減らして、イオン源の運転可能時間を長くすることができるとされている。
下記特許文献2では、上記絶縁部材の表面に格子状の溝を形成したイオン源が提案されている。これによって、絶縁部材に堆積する堆積物の剥離を抑制し、イオン源の運転可能時間を長くすることができるとされている。
For this reason, in Patent Document 1 below, a space between the counter-reflection electrode and the back-reflection electrode provided in the plasma generation container (chamber) of the ion source and the inner wall surface of the plasma generation container is grooved in the inner wall of this portion. To provide an ion source having a labyrinth structure. Accordingly, it is said that the amount of deposits deposited on the insulating member by arc discharge can be reduced, and the operable time of the ion source can be extended.
Patent Document 2 below proposes an ion source in which lattice-like grooves are formed on the surface of the insulating member. Thereby, it is said that peeling of the deposits deposited on the insulating member can be suppressed and the operation time of the ion source can be extended.
下記特許文献3では、上記絶縁部材に堆積物が堆積しないように、ガスを導入する導入口を絶縁部材の近傍に設けることを提案している。
下記特許文献4では、フィラメントが絶縁部材を介することなくチャンバに非接触で設けられるイオン注入装置を提案している。これによって、チャンバ内に堆積物が付着して、チャンバとフィラメント間の電気絶縁性が阻害されることが解消できるとしている。
Patent Document 3 below proposes to provide an inlet for introducing a gas in the vicinity of the insulating member so that deposits do not accumulate on the insulating member.
Patent Document 4 below proposes an ion implantation apparatus in which a filament is provided in a non-contact manner in a chamber without using an insulating member. As a result, it can be solved that deposits adhere to the chamber and the electrical insulation between the chamber and the filament is hindered.
これらの特許文献の開示は、アーク放電によって上記絶縁部材に堆積する堆積物の影響を受けてフィラメントとチャンバ間の電気絶縁性が損なわれることがないように工夫したものである。
しかし、このような技術をもってしても、フィラメントとチャンバ間の電気絶縁性が必ずしも十分に確保できず、アーク放電が不安定となるといった問題が依然としてあった。
The disclosures of these patent documents are devised so that the electrical insulation between the filament and the chamber is not impaired under the influence of deposits deposited on the insulating member by arc discharge.
However, even with such a technique, the electrical insulation between the filament and the chamber cannot always be sufficiently ensured, and the arc discharge becomes unstable.
そこで、本発明は、フィラメントとチャンバ間の電気絶縁性を十分に確保することができ、アーク放電を安定して発生させることのできるイオン源を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide an ion source that can sufficiently ensure electrical insulation between a filament and a chamber and can stably generate arc discharge.
本願発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、上述したアーク放電の際に発生するフィラメントのスパッタリングにより、フィラメントの材料成分が飛散してフィラメント近傍のチャンバの内壁面に堆積することに注目するとともに、この堆積物がアーク放電の際に部分的に剥離することでチャンバとフィラメントとが容易に短絡し易くなることに注目した。一方、イオン源のチャンバ壁面には、アーク放電により生成されたプラズマからイオンを取り出してイオンビームとするためのイオンビーム取出口が設けられている。アーク放電を行うフィラメントは、イオンビーム取出口に近づける程フィラメントのスパッタによる消耗が少ないことがわかっており、これよりフィラメントはチャンバの内壁面近傍に設けることが行われている。このため、チャンバ壁面の堆積物が部分的にめくれ上がると、容易にフィラメントと接触し、フィラメントとチャンバ間の電気絶縁性が確保されない。本願発明はこのような知見に基づいて成されたものである。 As a result of intensive investigations to solve the above problems, the inventors of the present application have found that the filament material components are scattered and deposited on the inner wall surface of the chamber in the vicinity of the filament by the sputtering of the filament generated during the arc discharge described above. In addition, attention was paid to the fact that this deposit is partially peeled during arc discharge, so that the chamber and the filament are easily short-circuited. On the other hand, on the chamber wall surface of the ion source, an ion beam outlet is provided for extracting ions from plasma generated by arc discharge to form an ion beam. It has been found that the filament that performs arc discharge is less consumed by sputtering of the filament as it is closer to the ion beam outlet, so that the filament is provided near the inner wall surface of the chamber. For this reason, when the deposit on the wall surface of the chamber is partially turned up, it easily comes into contact with the filament, and electrical insulation between the filament and the chamber cannot be ensured. The present invention has been made based on such knowledge.
すなわち、本発明は、ガスを供給して電圧を印加することによりイオビームを生成するイオン源であって、ガスが供給されてプラズマを生成する、少なくとも一部に導体面を有する内部空間を備えたチャンバと、前記チャンバと電気絶縁され、前記内部空間のチャンバ内壁面から突出し、前記内部空間に熱電子を供給する熱電子供給源と、前記チャンバと前記熱電子供給源との間に電圧を印加することにより前記内部空間に生成されるプラズマからイオンビームを取り出す、前記チャンバに設けられたイオンビーム取出口と、を有し、前記チャンバ内壁面の熱電子供給源近傍領域に、前記熱電子供給源の周りを取り巻いて凹凸面が形成されていることを特徴とするイオン源を提供する。
前記チャンバ内壁面の熱電子供給源近傍領域とは、前記熱電子供給源の熱電子を供給する作用部分を前記突出方向と直交する方向に向けて前記チャンバ内壁面に射影した時のこの射影が位置するチャンバ内壁面の前記突出方向に沿った範囲をいう。
That is, the present invention is an ion source that generates an ion beam by supplying a gas and applying a voltage, and includes an internal space having at least a part of a conductor surface that is supplied with a gas and generates plasma. A voltage is applied between the chamber, the thermoelectron supply source that is electrically insulated from the chamber, protrudes from the inner wall surface of the internal space, and supplies thermoelectrons to the internal space. An ion beam outlet provided in the chamber for extracting an ion beam from plasma generated in the internal space, and supplying the thermoelectrons to a region near the thermoelectron supply source on the inner wall surface of the chamber Provided is an ion source characterized in that an uneven surface is formed around the source.
The region near the thermoelectron supply source on the inner wall surface of the chamber is the projection when the working portion of the thermoelectron supply source for supplying thermoelectrons is projected onto the inner wall surface of the chamber in a direction perpendicular to the projecting direction. The range along the said protrusion direction of the chamber inner wall surface located is said.
ここで、前記熱電子供給源の突出方向を基準方向としたとき、突出先端からみて、前記基準方向に対して45度〜135度の傾斜角度の範囲に位置する領域に前記凹凸面が形成されているのが好ましい。
前記チャンバの内部空間には、例えば反射電極板が設けられ、前記熱電子供給源は前記反射電極板の方向に対向するように突出している。
また、前記凹凸面は、例えば直線状の複数の切欠き溝が格子状に形成された面である。
あるいは、前記凹凸面は、前記チャンバの外側に向けて窪んだ凹部が複数形成された面である。その際、前記凹部は、この凹部の深さ方向に向かって凹部断面が広がった袋形状を成しているものであってもよい。
あるいは、前記凹凸面は、例えば粗面化処理が施されて形成された面である。
Here, when the protruding direction of the thermoelectron supply source is a reference direction, the uneven surface is formed in a region located in a range of an inclination angle of 45 degrees to 135 degrees with respect to the reference direction when viewed from the protruding tip. It is preferable.
In the internal space of the chamber, for example, a reflective electrode plate is provided, and the thermoelectron supply source protrudes so as to face the reflective electrode plate.
In addition, the uneven surface is a surface in which, for example, a plurality of linear notch grooves are formed in a lattice shape.
Alternatively, the uneven surface is a surface on which a plurality of recessed portions that are recessed toward the outside of the chamber are formed. In that case, the said recessed part may comprise the bag shape which the recessed part cross-section expanded toward the depth direction of this recessed part.
Alternatively, the uneven surface is a surface formed by, for example, roughening treatment.
本発明のイオン源のチャンバの内壁面には、チャンバ内壁面の熱電子供給源近傍領域に、熱電子供給源の周りを取り巻いて凹凸面が形成されている。このため、熱電子供給源近傍のチャンバ内壁面に導電性を有する膜(堆積物)が形成されても、前記凹凸面の形状効果により剥離が困難となる。たとえ部分的に剥離しても、凹凸面に堆積する膜状の堆積物は、凹凸面に応じて厚さが変化しているので、堆積物の内部応力の集中する部分が厚さに応じて存在し、この部分で堆積物が折れ曲がり易くなる。このため、剥離した堆積物は小片に分割され易い。また、堆積物が部分的に剥離してチャンバの内壁面から突出しても、突出した部分は堆積物の厚さの変化によって部分的に折れ曲がり、さらに場合によっては破断されるので、堆積物が浮き上がって熱電子供給源に接触することは少ない。このため、フィラメントとチャンバ間の電気絶縁性が阻害されてアーク放電が不安定化することが少なくなる。
また、堆積物はチャンバ内壁面の形状を反映して形成される。チャンバ内壁面が平面であれば、堆積物も平坦な形状を成し、この堆積物が容易に捲れ上がることでフィラメントとチャンバ間を短絡する。これに対し、チャンバ内壁面が凹面(凹部)を成すことで、堆積物は傘用の形状を成す。このため、上記平坦な場合と異なり堆積物が容易に捲れ上がることはない。この結果、フィラメントとチャンバ間の電気絶縁性を保持することで、イオン源のアーク放電の安定化、さらにはイオン源の安定運用が可能となる。
On the inner wall surface of the chamber of the ion source of the present invention, an uneven surface is formed around the thermoelectron supply source in the vicinity of the thermoelectron supply source on the inner wall surface of the chamber. For this reason, even if a conductive film (deposit) is formed on the inner wall surface of the chamber in the vicinity of the thermoelectron supply source, peeling becomes difficult due to the shape effect of the uneven surface. Even if partly peeled off, the thickness of the film-like deposit deposited on the uneven surface varies depending on the uneven surface, so the portion where the internal stress of the deposit is concentrated depends on the thickness. It exists and it becomes easy for a deposit to bend in this part. For this reason, the peeled deposit is easily divided into small pieces. In addition, even if the deposit partially peels and protrudes from the inner wall surface of the chamber, the protruding portion is partially bent due to a change in the thickness of the deposit, and in some cases is broken, the deposit is lifted up. Therefore, there is little contact with the thermionic source. For this reason, the electrical insulation between the filament and the chamber is hindered, and arc discharge is less likely to become unstable.
The deposit is formed reflecting the shape of the inner wall surface of the chamber. If the inner wall surface of the chamber is flat, the deposit also has a flat shape, and the deposit is easily swollen so that the filament and the chamber are short-circuited. In contrast, the inner wall surface of the chamber forms a concave surface (concave portion), so that the deposit forms an umbrella shape. For this reason, unlike the above-mentioned flat case, the deposits are not easily swollen. As a result, by maintaining the electrical insulation between the filament and the chamber, it is possible to stabilize the arc discharge of the ion source and further to stably operate the ion source.
以下、本発明のイオン源について、添付の図面に示される好適実施例を基に詳細に説明する。図1は、本発明のイオン源の一形態の構成を示す断面図である。
イオン源10は、原料ガスを供給し放電することによりプラズマを生成し、このプラズマからイオンを取り出すことによりイオビームを生成するバーナス源である。イオン源10は、図1に示す様に、チャンバ12、フィラメント14、反射電極板(リペラープレート)16、背面電極板18、絶縁部材20、原料ガス供給口22、イオンビーム取出口24、および所定の電圧を印加する引出電源26、アーク電源28、フィラメント電源30、原料ガス調整バルブ32を主に有して構成される。チャンバ12は、図示されないイオン注入装置の減圧容器内に収納され、チャンバ12内で10−2〜10−3(Pa)に減圧された状態となっている。
Hereinafter, the ion source of the present invention will be described in detail based on preferred embodiments shown in the accompanying drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of an embodiment of the ion source of the present invention.
The
チャンバ12は、耐高温性を有する導電性材料、例えばタングステン、モリブデン、タンタル、炭素等によって構成され、直方体形状の内部空間34を有する放電箱である。
チャンバ12の内部空間34の内壁面には、一方の端面から内部空間34に突出するフィラメント14が設けられ、他方の端面には反射電極板16が設けられ、フィラメント14が反射電極板16に対向するように配置されている。フィラメント14は、タングステン等の抵抗導体線が1〜数回螺旋状に巻かれて折り返された発熱素子体である。
The
The inner wall surface of the
フィラメント14と内壁面の端面との間には背面電極板18が設けられ、カソードプレートとなっている。フィラメント14には、フィラメント14から熱電子を放出するように、フィラメント14の両端間に所定の電圧、例えば数V〜10数Vを印加するフィラメント電源30が設けられ、2000℃程度に加熱されたフィラメント14から内部空間34に熱電子を放出する。また、フィラメント14の負極側の端と導電性を有するチャンバ12との間にアーク電圧を印加するように、アーク電源28が設けられている。アーク電圧は、チャンバ12の電位がフィラメント14の電位に対して高くなるようにアーク電圧が数10〜100V印加される。なお、フィラメント14と導電性を有するチャンバ12との間は、それぞれ絶縁性部材20によって電気絶縁されている。
A
反射電極板16は、フィラメント14に対向するように内部空間34に設けられ、反射電極板16に向かって移動する熱電子を反射する反射板である。反射電極板16とチャンバ12との間は、絶縁性部材20によって電気絶縁されている。反射電極板16は、フィラメント電源30の正極と接続されている。なお、フィラメント14に対して反射電極板16の方向と反対方向にある背面電極板18は、フィラメント14の陰極と接続されており、背面電極板18と反射電極板16との間には電位差が生じるように構成される。
一方、チャンバ12の外側には、背面電極板18、フィラメント14および反射電極板16の配置方向(図1中のX方向)に沿って磁場が形成されるようにN極、S極の磁石36、38が設けられている。
また、内部空間34の内壁面には、原料ガス供給口22が設けられ、供給管42を介して図示されないガス供給源と接続され、原料ガス調整バルブ32を介して原料ガスの供給が調整されるようになっている。
The
On the other hand, on the outside of the
A source gas supply port 22 is provided on the inner wall surface of the
このようなチャンバ12の内部空間14では、フィラメント14から放出された熱電子とチャンバ12とフィラメント14との間に印加されたアーク電圧によりアーク放電を開始し、プラズマが励起される。このプラズマ中の電子は、磁石36、38の磁場の作用によってらせん運動を起こしつつ反射電極板16に向けて移動しながら反射電極板16に到達し、反射電極板16で反射し、背面電極板18に向かう。さらに、背面電極板18において熱電子は反射される。このように内部空間34で移動する電子は、更にアルゴン等の原料ガス分子に衝突し、ガス分子はイオン化しプラズマが再生成され、生成されたプラズマが内部空間34全体で保持される。この状態で、チャンバ12の側壁に設けられたスリット状のイオンビーム取出口24から、引出電極40に印加された引出電圧によってイオンが引き出され、イオンビームが生成される。ここで、引出電極40は、チャンバ12との間で所定の電位が生ずるように引出電源26が設けられ、引出電極40がチャンバ12から見て電位が低く設定される。
In such an
一方、チャンバ12の内部空間34の内壁面の、図2に示す領域Aに、フィラメント14の周りを取り巻くように、凹凸面50(図中、凹凸形状は示されていない)が形成されている。図2は、図1中のフィラメント14の近傍を拡大した拡大図である。
ここで領域Aは、内壁面におけるフィラメント近傍領域であって、フィラメント14の突出先端から反射電極板16に向かう方向(図1中のX方向)を基準方向としたとき、フィラメント14の突出先端からみて、上記基準方向に対して45度〜135度の傾斜角度の範囲に位置する領域である。なお、本発明においては、フィラメント14の熱電子供給部分をX方向(基準方向)と直交する方向に向けて内壁面に射影した時のチャンバ内壁面のX方向に沿った射影範囲をフィラメント近傍領域として、この領域に凹凸面50がフィラメント14を取り巻くように形成されているとよい。
On the other hand, a concavo-convex surface 50 (the concavo-convex shape is not shown in the drawing) is formed in a region A shown in FIG. 2 on the inner wall surface of the
Here, the region A is a region near the filament on the inner wall surface, and the direction from the protruding tip of the
凹凸面50は、図3に示すように、チャンバ12の外側に向けて窪んだ大きな円形状の凹部52がフィラメント14の周りを囲むように設けられて構成されている。凹部52は、例えば深さ数mm、円形状の直径が数10mmとなった円弧状の曲面で形成されている。このような形状は特に制限されない。なお、凹部52を領域Aに形成するのは、イオン源の稼動中、領域Aに膜状の堆積物が形成されるが、この堆積物が剥離してフィラメント12と容易に接触しないようにするためである。この限りにおいて、凹部52の形状は特に制限されない。
As shown in FIG. 3, the
具体的には、アーク放電中、移動するイオンがフィラメント14に衝突してフィラメント14はスパッタリングを受ける。そして、スパッタリングを受けたフィラメント14の材料が堆積物として内部空間34の内壁面に膜状に形成される。フィラメント14の材料はスパッタリングにより飛散し、飛散領域は内壁面の領域Aに集中する。この堆積物は、フィラメント14とチャンバ12との間で流れるアーク電流等によって形成速度は大きく変化する。アルゴン等の質量数の大きい元素を原料ガス成分として用いてイオン源を稼動すると、フィラメント14の近傍領域に厚さ0.05〜0.2mmのフィラメント14と同種の成分からなる膜状の堆積物が数時間から数十時間の稼動によって形成され、時に容易に剥離される状態となっている。チャンバ12内に発生するプラズマは2000度以上に加熱されるとともに、このイオン源の稼動が断続的に行われることによりチャンバ12の内壁面の温度が1000度以上変化すると想定される。この温度変化により、膜状の堆積物は熱応力の作用を受けて歪み、更に剥離され易い状態となる。
Specifically, during arc discharge, moving ions collide with the
従来のように、領域Aに凹凸面が形成されていない場合、すなわち平滑面となっている場合、この領域Aのうち特にフィラメント14の先端からX方向に射影した内壁面の対応部分において膜厚が最も厚くなる堆積物が形成される。この堆積物は、この部分に熱応力、熱歪みが集中して浮き上がり易い。このため、この部分で堆積物が破断して、内壁面から剥離部分がカール状に捲れ上がりフィラメント14に近づく。堆積物は、フィラメント14の成分が主成分となって構成されているので導電性を有する。このため、剥離部分がフィラメント14と接触することで、チャンバ12とフィラメント14との間で容易に短絡する。
When the uneven surface is not formed in the region A as in the conventional case, that is, when the surface is a smooth surface, the film thickness is particularly at a portion corresponding to the inner wall surface projected from the tip of the
しかし、本発明のように、領域Aには凹部52がフィラメント14を取り巻くように形成されているので、膜状の堆積物は凹部の形状を転写したように曲率を持った形状に成長する。このため、曲率をもった堆積物は、曲率が0の平面状の膜に比べて曲がりにくい剛性を備えかつ力学強度が上昇するので破断されにくく、剥離が発生しにくい。さらに、カール状に変形しにくい。このように、凹部52に形成された堆積物は剥離しにくく、この剥離部分がフィラメント14に近づくことはない。領域Aに凹部52の替わりに凸部を形成して、凸状に曲率を持った堆積物が形成されるようにすることも考えられる。しかし、この場合、フィラメント14と内壁面の凸部との距離は近づくので、わずかな堆積物の部分的な剥離でも、剥離した部分がフィラメント14と接触し易くなり好ましくない。
このように、領域Aに、フィラメント14を取り巻くように凹状の曲率を持った凹部を形成するので、堆積物の一部分が剥離してフィラメント14と接触する可能性は極めて低くなる。
However, as in the present invention, since the
As described above, since a concave portion having a concave curvature is formed in the region A so as to surround the
本発明では、領域Aに、図4(a)に示すように、微小凹部53が複数形成された面を密に形成することもできる。その際、微小凹部53の凹部の径および隣接する微小凹部53の縁部間の離間距離は、フィラメント14と内壁面の領域Aとの間の最短距離よりも短くすることが好ましい。複数の微小凹部53に跨がって堆積物が形成されても、微小凹部53の縁部と平面状の内壁面の表面とが接する稜線上に応力が集中してこの部分から剥離してカール状に捲れ上がるので、フィラメント14と接する程度の剥離長さを有することは少ない。
また、微小凹部53は、この微小凹部の深さ方向に向かって凹部断面が広がった袋形状としてもよい。微小凹部53の内部が広く、表面で断面が狭い形状とすることにより、この微小凹部53に堆積した堆積物は、チャンバ12の内壁面の部材に逆くさび状に食い込んで容易に抜けにくくなり、剥離が発生しにくくなる。
In the present invention, as shown in FIG. 4A, the surface on which a plurality of minute recesses 53 are formed can be formed densely in the region A. At this time, it is preferable that the diameter of the concave portion of the minute
Further, the minute
さらに、領域Aには、図4(b)に示すように、直線状の複数の切欠き溝が格子状に形成された凹凸面であってもよい。複数の切欠き溝が形成されることで、膜状の堆積物の膜厚も溝形状に応じて変化し、したがって堆積物内に生ずる熱応力が厚さの変化に応じて一部分に集中し、この集中した部分から破断する。このため、堆積物は切欠き溝の間隔単位で剥離され易くなるので、切欠き溝の溝間隔をフィラメント14と内壁面との最短距離よりも短くすることで、剥離されて捲れ上がった部分がフィラメント14と接触する可能性を極めて少なくすることができる。また、剥離部分がフィラメント14に接触してフィラメント14とチャンバ12との間に短絡回路を形成しても、剥離した堆積物の厚さは切欠き溝の間隔で変化するので、膜厚の薄い部分に流れる電流密度は最大となり、流れる電流密度の過度の増大によって破壊され易くなる。このため剥離部分により短絡回路が形成されても、容易に短絡回路を消滅させることができる。
Further, as shown in FIG. 4B, the region A may be an uneven surface in which a plurality of linear notch grooves are formed in a lattice shape. By forming a plurality of cutout grooves, the film thickness of the film-like deposit also changes according to the groove shape, and therefore the thermal stress generated in the deposit concentrates on a part according to the change in thickness, It breaks from this concentrated part. For this reason, the deposits are easily peeled in the unit of the interval between the notched grooves. Therefore, by making the groove interval of the notched groove shorter than the shortest distance between the
また、図4(c)に示すように、凸部と凹部が整然と配列した構成により凹凸面を形成してもよい。上述したように、フィラメント14のスパッタリングが支配的に行われて内壁面に堆積物が形成されるので、フィラメント14から飛び出したフィラメント14の材料成分は、図4(c)に示す凸部の影となる部分には到達せず、堆積物が形成されにくい。このため、堆積物が形成され易いは凸部の上面で剥がれ易い。図4(c)に示す凸部上面の矩形形状の縦方向、あるいは横方向の長さを、フィラメント14と内壁面との最短距離よりも短くすることで、剥離して浮き上がった部分がフィラメント14に接触する可能性は極めて少なくなる。
Moreover, as shown in FIG.4 (c), you may form an uneven surface by the structure which the convex part and the recessed part arranged orderly. As described above, since the
また、領域Aには、凹凸面として、表面粗度を表す算術平均粗さRa(JIS B 0601−1994)が20μm以上とする粗面化処理面を形成してもよい。粗面化処理面は、例えばサンドブラスト処理によりあるいはエッチング処理により凹凸を形成することができる。このような粗面化処理面では、微細な凹凸に堆積物が食い込んで剥離が発生しにくくなる。 In the region A, a roughened surface having an arithmetic average roughness Ra (JIS B 0601-1994) representing surface roughness of 20 μm or more may be formed as an uneven surface. The roughened surface can be made uneven by, for example, sandblasting or etching. On such a roughened surface, the deposits bite into the fine irregularities, so that peeling does not easily occur.
従来、堆積物の剥離によりフィラメントとチャンバ間に短絡回路が形成されてアーク放電が発生しない状況は不定的に起こっていた。このような発生を予測したり、回避する方法はなかった。このため、従来、イオン源を用いたイオン注入装置等の安定的稼動が補償されていなかった。
一方、上述したように、チャンバ12の内壁面の領域A(フィラメント先端近傍領域)に凹凸面を形成するので膜状の堆積物の剥離は起きにくくなる。さらに、図4(a)〜(c)のような凹凸面にすることで、たとえ剥離しても捲れ上がった剥離部分は小さく、フィラメント14と接触する可能性は極めて低い。これにより、アーク放電を安定的に発生させることができ、イオン源を用いたイオン注入装置等の安定的稼動が実現される。
Conventionally, a situation in which a short circuit is formed between the filament and the chamber due to the separation of the deposit and no arc discharge occurs has occurred indefinitely. There was no way to predict or avoid such an occurrence. For this reason, conventionally, the stable operation of an ion implantation apparatus using an ion source has not been compensated.
On the other hand, as described above, since the uneven surface is formed in the region A (region near the tip of the filament) of the inner wall surface of the
以上、本発明のイオン源について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。 The ion source of the present invention has been described in detail above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various improvements and modifications may be made without departing from the spirit of the present invention. .
10 イオン源
12 チャンバ
14 フィラメント
16 反射電極板
18 背面電極板
20 絶縁部材
22 原料ガス供給口
24 イオンビーム取出口
26 引出電源
28 アーク電源
30 フィラメント電源
32 原料ガス調整バルブ
34 内部空間
36,38 磁石
DESCRIPTION OF
Claims (6)
ガスが供給されてプラズマを生成する、少なくとも一部に導体面を有する内部空間を備えたチャンバと、
前記チャンバと電気絶縁され、前記内部空間のチャンバ内壁面から突出し、前記内部空間に熱電子を供給する熱電子供給源と、
前記チャンバと前記熱電子供給源との間に電圧を印加することにより前記内部空間に生成されるプラズマからイオンビームを取り出す、前記チャンバに設けられたイオンビーム取出口と、を有し、
前記チャンバ内壁面の熱電子供給源近傍領域に、前記熱電子供給源の周りを取り巻いて凹凸面が形成されていることを特徴とするイオン源。 An ion source that generates an ion beam by supplying a gas and applying a voltage,
A chamber having an internal space at least partially having a conductor surface, in which gas is supplied to generate plasma;
A thermionic supply source that is electrically insulated from the chamber, protrudes from the inner wall surface of the interior space, and supplies thermionic electrons to the interior space;
An ion beam outlet provided in the chamber for extracting an ion beam from plasma generated in the internal space by applying a voltage between the chamber and the thermoelectron supply source;
An ion source characterized in that an uneven surface is formed around the thermoelectron supply source in a region near the thermoelectron supply source on the inner wall surface of the chamber.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004070494A JP4336228B2 (en) | 2004-03-12 | 2004-03-12 | Ion source |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004070494A JP4336228B2 (en) | 2004-03-12 | 2004-03-12 | Ion source |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005259571A true JP2005259571A (en) | 2005-09-22 |
JP4336228B2 JP4336228B2 (en) | 2009-09-30 |
Family
ID=35085076
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004070494A Expired - Lifetime JP4336228B2 (en) | 2004-03-12 | 2004-03-12 | Ion source |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4336228B2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2015191311A1 (en) * | 2014-06-10 | 2015-12-17 | Axcelis Technologies, Inc. | Ion implantation source with textured interior surfaces |
CN111279451A (en) * | 2017-11-03 | 2020-06-12 | 瓦里安半导体设备公司 | Polytropic component density for thermal insulation |
-
2004
- 2004-03-12 JP JP2004070494A patent/JP4336228B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2015191311A1 (en) * | 2014-06-10 | 2015-12-17 | Axcelis Technologies, Inc. | Ion implantation source with textured interior surfaces |
CN106463318A (en) * | 2014-06-10 | 2017-02-22 | 艾克塞利斯科技公司 | Ion implantation source with textured interior surfaces |
CN111279451A (en) * | 2017-11-03 | 2020-06-12 | 瓦里安半导体设备公司 | Polytropic component density for thermal insulation |
JP2021501963A (en) * | 2017-11-03 | 2021-01-21 | ヴァリアン セミコンダクター イクイップメント アソシエイツ インコーポレイテッド | Ion implantation system, ion implantation device and extraction plate |
JP7046175B2 (en) | 2017-11-03 | 2022-04-01 | ヴァリアン セミコンダクター イクイップメント アソシエイツ インコーポレイテッド | Ion implantation system, ion implanter and extraction plate |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP4336228B2 (en) | 2009-09-30 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3758667B1 (en) | Ion source | |
TWI667680B (en) | Ion generating device and hot electron emitting unit | |
US9659755B2 (en) | Plasma generator and thermal electron emitter | |
US6576909B2 (en) | Ion generation chamber | |
JP2010080429A (en) | Ion source | |
JP2007311118A (en) | Ion source and its operation method | |
JP2009520324A (en) | Technology to provide an inductively coupled radio frequency plasma flood gun | |
TW200813413A (en) | Method and apparatus for maintaining emission capabilities of hot cathodes in harsh environments | |
JP2018519649A (en) | Repeller for ion implanter, cathode, chamber wall, slit member, and ion generator including the same | |
JP5550565B2 (en) | Sputtering apparatus and sputtering method | |
JP5834783B2 (en) | Magnetron sputtering equipment | |
JP2007305485A (en) | Arc discharge device, and ion implantation device using the same | |
JP4401977B2 (en) | Method for producing filament used for ion source and ion source | |
JP4336228B2 (en) | Ion source | |
JP2016035925A (en) | Plasma beam generating method and plasma source | |
JP2015088218A (en) | Ion beam processing apparatus and neutralizer | |
JP4417945B2 (en) | Ion generator | |
CN114286930B (en) | Ionization gauge and cassette | |
TWI470662B (en) | Ion gun | |
JP2020167107A (en) | Ion source and vapor deposition device | |
JP6637285B2 (en) | Apparatus and method for generating discharge | |
JP2009266779A (en) | Ion doping device | |
JP5636931B2 (en) | Electron beam irradiation apparatus, electron beam irradiation processing apparatus using the same, and collector electrode used therefor | |
TWI659675B (en) | Plasma source and plasma processing device | |
TWI466595B (en) | A plasma generating device and a film forming method using the same |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060322 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20081030 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20081111 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090108 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20090203 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090401 |
|
A911 | Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20090525 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20090609 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20090626 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120703 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4336228 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130703 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140703 Year of fee payment: 5 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
EXPY | Cancellation because of completion of term |