JP2007087607A - イオン源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 イオンの生成室であるアークチャンバーの開口部が引き出し電極の開口部に対して確実に同軸状となるように組み立てできるイオン源装置を提供する。
【解決手段】 アークチャンバー２と、その土台となる固定台７と、アークチャンバー２を固定台７に対して着脱自在に締結する締結具８とを備える。締結具８は、アークチャンバー２の切欠き穴2ｂに側方より挿入可能な寸法で、切欠き穴2ｂの周囲部分に係止する突起部9aが一端に形成された複数の固定棒９と、各固定棒９の他端と固定台７の外周部とに結合され、各固定棒９を固定台７との結合部側へ付勢するバネ10などの弾性体と、アークチャンバー２が所定の姿勢で配置されたときのみ固定棒９の突起部9aが切欠き穴2ｂの周囲部分に係止するように、各固定棒９の最大移動量L3を規制する規制部11とで構成する。アークチャンバー２が所定の姿勢でない時には姿勢を正すことからやり直すことになる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、イオン注入機やイオンビーム照射機に用いられるイオン源装置に関するものである。

半導体装置の製造工程で従来より用いられているイオン注入機の概略構成を図３に示す。このイオン注入機は、外殻をなすイオン注入機本体１に、アークチャンバー２を持ったイオン源装置３が内設されるとともに、アークチャンバー２からイオンを引き出すための引き出し電極４が取り付けられており、注入機本体１内が高真空にされる状態において、アークチャンバー２内に材料ガスが導入されてプラズマが形成され、その内のイオンのみが、アークチャンバー２と引き出し電極４との間にかけられた高電圧によりアークチャンバー２の開口部５から引き出されてイオンビームＢとなり、引き出し電極４に形成されている開口部６を所定のエネルギーを持って通過する。

アークチャンバー２の開口部５と引き出し電極４の開口部６とはそれぞれの軸（中心線）が一致するように位置決めされていて、このことにより、イオンビームＢを所望の軌道でウェーハＷに注入することが可能となり、正常に動作するデバイスを製造することが可能となっている（特許文献１）。

この種のイオン注入機では、アークチャンバー２内で生成されたイオンは、引き出し電極４によって引き出される以外に、アークチャンバー２の内面で蓄積してデポ物として付着するものも存在し、絶縁不良の原因になる。例えばアークチャンバー２内には材料ガスをイオン化させるためのフィラメント（図示せず）が設けられており、デポ物によって内壁面とフィラメントとの間に絶縁不良が発生するとイオンが生成出来なくなるため、イオン源装置３、つまりはアークチャンバー２のメンテナンス(交換)が必要になる。

そのため、イオン源装置３は、アークチャンバー２の土台となる固定台７と、アークチャンバー２を固定台７に対して着脱自在に締結する締結具８とを備え、固定台７の端部でイオン注入機本体１の内面に固着されていて、組立ての際に、アークチャンバー２と固定台７とが互いの凸部２ａ，凹部７ａで噛み合って同軸状に配置されたときに、アークチャンバー２の開口部５が引き出し電極４の開口部６に一致する上述した所定の姿勢となるように構成されている。

締結具８は、外周方向に突出した突起部９ａが一端に形成された複数の固定棒９と、各固定棒９の他端と固定台７の外周部とに結合されたバネ１０などの弾性体を有しており、アークチャンバー２の前面外周部に形成されている切欠き穴２ｂに固定棒９が側方から挿入されたときに、その固定棒９がバネ１０により固定台７側へ付勢されて突起部９ａが切欠き穴２ｂの周囲部分に係止し、それによりアークチャンバー２が固定台７に向けて押圧されて固定される。
特開平８−１１１１９８号公報

しかしながら上記した従来のイオン源装置３では、固定棒９は単にバネ１０に結合されているだけなので、組立ての際に固定棒９を引っ張ると、バネ１０が最も伸びたときには固定棒９の一端は切欠き穴２ｂが本来配置される位置よりもかなり前方に達し、図４に示すように、アークチャンバー２が固定台７に対して傾いても組み付けられてしまうことがある。

このようにアークチャンバー２が傾くと、アークチャンバー２の開口部５の軸と引き出し電極４の開口部６の軸とは一致しなくなり、イオンビームＢが本来の経路（仮想線で示す）から外れてしまうため、ウェーハＷに対して予定している角度からずれた角度で注入されてしまい、正常に動作するデバイスを製造できないという問題が生じる。

たとえば、半導体デバイスのＭＯＳトランジスタのＬＤＤ領域にイオン注入する場合、ゲート寸法や設定している閾値電圧に応じて特性の劣化の具合も異なるが、ゲート寸法が０.１μｍ、設定閾値電圧が０.２Ｖのときに角度が１°ずれると、閾値電圧が１０％程度も変動することがある。

本発明は、上記問題に鑑み、アークチャンバーの開口部が引き出し電極の開口部に対して確実に同軸状となるように組み立てできるイオン源装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明は、イオンの生成室であるアークチャンバーと、前記アークチャンバーの土台となる固定台と、前記アークチャンバーを前記固定台に対して着脱自在に締結する締結具とを備えたイオン源装置において、前記締結具が、前記アークチャンバーの外周部に形成された複数の切欠き穴に側方より挿入可能な寸法を有し、切欠き穴の周囲部分に係止する突起部が一端に形成された複数の固定棒と、各固定棒の他端と固定台の外周部とに結合して設けられ、各固定棒を固定台との結合部側へ付勢する弾性体と、前記アークチャンバーが固定台上に所定の姿勢で配置されたときのみ各固定棒の一端の突起部がアークチャンバーの切欠き穴の周囲部分に係止するように、各固定棒の最大移動量を規制する規制部とで構成されていることを特徴とする。

これによれば、アークチャンバーが所定の姿勢で配置されているときには、各固定棒をその最大移動量の範囲内で進出させて、その一端の突起部をアークチャンバーの切欠き穴の周囲部分に係止させることができ、係止された固定棒は弾性体によって固定台との結合部側へ付勢されるため、アークチャンバーは固定台に組み付けられることになる。これに対し、アークチャンバーが所定の姿勢で配置されていないときには、各固定棒をその最大移動量の範囲内で進出させても、その一端の突起部をアークチャンバーの切欠き穴の周囲部分に係止させることはできないので、アークチャンバーの姿勢を正すことからやり直すことになる。

規制部は、固定棒の他端に外周方向に突出した突起部と、前記固定棒が挿通される穴部と前記固定棒の他端の突起部が係止する係止部とを有して固定台の外周に設けられたストッパーとで構成されていてよい。

固定棒の最大移動量は、その一端の突起部と所定の姿勢で配置されたときのアークチャンバーの切欠き穴の周囲部分との対向面間に２ｍｍ以下の間隙が形成される移動量であるのが好ましい。

本発明のイオン源装置は、アークチャンバーが所定の姿勢となるときのみ、つまりアークチャンバーの開口部が引き出し電極の開口部と同軸状をなしているときのみ、組み立てることができるので、アークチャンバーからのイオンビームを所望角度からほとんどズレルことなく対象物に導くことができ、それより形成されるデバイスの動作不良を抑制することが可能である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明のイオン源装置を備えたイオン注入機の概略構成を示す。図１（ａ）（ｂ）に示すように、このイオン注入機は、外殻をなすイオン注入機本体１に、アークチャンバー２を持ったイオン源装置３が内設されるとともに、アークチャンバー２からイオンを引き出すための引き出し電極４が取り付けられており、注入機本体１内が高真空にされる状態において、アークチャンバー２内に材料ガスが導入されてプラズマが形成され、その内のイオンのみが、アークチャンバー２と引き出し電極４との間にかけられた高電圧によりアークチャンバー２の開口部５から引き出されてイオンビームＢとなり、引き出し電極４に形成されている開口部６を所定のエネルギーを持って通過する。

イオン源装置３は、アークチャンバー２の土台となる固定台７と、アークチャンバー２を固定台７に対して着脱自在に締結する締結具８とを備え、固定台７の端部でイオン注入機本体１の内面に固着されていて、組立ての際に、アークチャンバー２と固定台７とが互いの凸部２ａ，凹部７ａで噛み合って同軸状に配置されたときに、アークチャンバー２の開口部５が引き出し電極４の開口部６に一致する所定の姿勢となるように構成されている。

締結具８は、外周方向に突出した突起部９ａが一端に形成された複数の固定棒９と、各固定棒９の他端と固定台７の外周部とに結合されたバネ１０などの弾性体を有しており、アークチャンバー２の前面外周部に形成されている切欠き穴２ｂに固定棒９が側方から挿入されたときに、その固定棒９がバネ１０により固定台７側へ付勢されて突起部９ａが切欠き穴２ｂの周囲部分に係止し、それによりアークチャンバー２が固定台７に向けて押圧されて固定される。なお、切欠き穴２ｂの周囲部分は突起部９ａを容易に位置決めできるように、アークチャンバー２の前面よりも一段低くなっており、その段部の寸法および形状は突起部９ａより一回り大きい程度である。

このイオン源装置３が先に図３を用いて説明した従来のものと相違するのは、アークチャンバー２が固定台７上に上述の所定の姿勢で配置されたときのみ各固定棒９の一端の突起部９ａがアークチャンバー２の切欠き穴２ｂの周囲部分に係止するように、各固定棒９ごとにその最大移動量を規制する規制部１１が設けられている点である。規制部１１は、固定棒９の他端に外周方向に突出した突起部９ｂと、固定台７の外周に設けられたストッパー１２とで構成されている。ストッパー１２は、固定棒９が挿通される穴部１２ａを有し、その周囲部分が固定棒９の他端の突起部９ｂを係止する係止部となっている。

図２はイオン源装置３の組み立て状況を示す。
図示したように、ストッパー１２の位置はたとえば、アークチャンバー２の軸方向に沿う寸法Ｌ１が約５０〜６０ｍｍのときに、アークチャンバー２と固定台７との接触面からの距離Ｌ２が約１０ｍｍとなる位置である。固定棒９の最大移動量Ｌ３は、固定棒９の一端の突起部９ａと、上述の所定の姿勢で配置されたときのアークチャンバー２の切欠き穴２ｂの周囲部分との対向面間に所定寸法の間隙、たとえば２ｍｍ以下の間隙が形成される移動量である。

図２（ａ）に示すように、アークチャンバー２が固定台７に対して互いの凸部２ａ，凹部７ａがほぼ隙間なく噛み合う上述の所定の姿勢になっていれば、固定棒９を切欠き穴２ｂへ挿入し、その一端の突起部９ａの下面をアークチャンバー２の切欠き穴２ｂの周囲部分（固定面）に当接させることで、アークチャンバー２を固定台７上に組み付けることができる。万が一アークチャンバー２が傾いていても、固定棒９の最大移動量が上記したような値なので、傾きを１°以下に抑えることができる。これにより、ウェーハＷへの注入角度のズレを０．５°以下に抑えることが可能である。

これに対し、図２（ｂ）に示すように、アークチャンバー２が、それからのイオンビームが半導体デバイス特性に影響を与えるほどに傾いている場合は、固定棒９を最大移動量まで進出させても、その一端の突起部９ａの下面はアークチャンバー２の切欠き穴２ｂの周囲部分（固定面）まで届かず、固定棒９を切欠き穴２ｂへ挿入することはできない。したがってアークチャンバー２の傾きを調整せざるを得なくなり、アークチャンバー２が傾斜したまま組み付けられることはなくなる。

本発明のイオン源装置は、アークチャンバーが所定の姿勢をとるときのみ組み立てることができ、アークチャンバーからのイオンビームを設計通りに対象物に導くことが可能なので、半導体デバイスの製造工程、たとえばＭＯＳトランジスタを製造する際のイオン注入などに有用である。

本発明の一実施形態におけるイオン源装置を備えたイオン注入機の概略構成図 図１のイオン源装置の組立て状況を示す断面図 従来のイオン源装置を備えたイオン注入機の概略構成図 図３のイオン源装置の組立て状況を示す断面図

符号の説明

１：イオン注入機本体
２：アークチャンバー
2b：切欠き穴
３：イオン源装置
４：引き出し電極
５：アークチャンバーの開口部
６：引き出し電極の開口部
７：固定台
８：締結具
９：固定棒
9a,9b：突起部
10：バネ
11：規制部
12：ストッパー
Ｂ：イオンビーム
Ｗ：ウェーハ
Ｌ３：固定棒の最大移動量

Claims (3)

1. イオンの生成室であるアークチャンバーと、前記アークチャンバーの土台となる固定台と、前記アークチャンバーを前記固定台に対して着脱自在に締結する締結具とを備えたイオン源装置であって、前記締結具は、前記アークチャンバーの外周部に形成された複数の切欠き穴に側方より挿入可能な寸法を有し、切欠き穴の周囲部分に係止する突起部が一端に形成された複数の固定棒と、各固定棒の他端と固定台の外周部とに結合して設けられ、各固定棒を固定台との結合部側へ付勢する弾性体と、前記アークチャンバーが固定台上に所定の姿勢で配置されたときのみ各固定棒の一端の突起部が切欠き穴の周囲部分に係止するように、各固定棒の最大移動量を規制する規制部とで構成されているイオン源装置。
2. 規制部は、固定棒の他端に外周方向に突出した突起部と、前記固定棒が挿通される穴部と前記固定棒の他端の突起部が係止する係止部とを有して固定台の外周に設けられたストッパーとで構成されている請求項１記載のイオン源装置。
3. 固定棒の最大移動量は、その一端の突起部と所定の姿勢で配置されたときのアークチャンバーの切欠き穴の周囲部分との対向面間に２ｍｍ以下の間隙が形成される移動量である請求項１または請求項２のいずれかに記載のイオン源装置。

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