JP2020068161A - イオン源 - Google Patents
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Abstract
【課題】引出電極に反応物が堆積するのを抑制し、イオン源の長期安定稼働を実現する。【解決手段】イオン源1は、内部にハロゲン含有原料が供給されるプラズマ生成室2と、プラズマ生成室2のイオンビームが引き出される側の端部に取り付けられる板体3と、板体3の下流に配置される引出電極Eと、を有し、板体3にはガス供給路7が形成されていて、ガス供給路7を通じて引出電極Eに水素ガスが供給される。【選択図】図1
Description
本発明は、イオンビームの引出しに使用されるイオン源で、長期間安定してイオンビームの引出しが可能なイオン源に関する。
イオン注入装置では、イオン源のプラズマチャンバ内でハロゲン含有のガスや蒸気を原料としてプラズマを生成し、当該プラズマからチャンバ下流側に配置された複数枚のイオンビーム引出し用の電極(以下、引出電極)を通してイオンビームの引き出しが行われている。
プラズマ生成に係る具体的な原料としてはBF3、PF3、AlI3、AlCl3等があり、原料に含まれるフッ素、ヨウ素、塩素等のハロゲン成分は、プラズマの生成に伴ってイオン化されて、プラズマチャンバの内壁やチャンバ前方に配置される引出電極と反応する。
プラズマチャンバ内は、プラズマが生成されていることもあり、比較的高温である。上述した反応物がプラズマチャンバ内で生成されたとしても熱により解離される。一方、チャンバ前方に配置された引出電極は、熱歪みを防止する目的で冷却されていることが多く、チャンバ温度よりも比較的低温になる。このことから、引出電極表面には反応物が堆積し易い。
イオン源の運転時間が長くなるのに従って、上述した反応物の堆積量は増加する。反応物の堆積は、引出電極の絶縁化やチャンバと引出電極との間で異常放電を引き起こす原因となり、堆積量が多過になればイオン源を正常に運転することが不可能になる。
そこで、特許文献1のように、ある段階で引出電極上に堆積した反応物を取り除くことが考えられている。
そこで、特許文献1のように、ある段階で引出電極上に堆積した反応物を取り除くことが考えられている。
しかしながら、特許文献1の手法では引出電極上に堆積した反応物を取り除くことはできるものの、反応物を取り除くためのクリーニングまでの時間を長くして、いかにしてイオン源を長期間安定して稼動させるようにするのかについては何ら述べられていない。
量産製品を取り扱う半導体工場では生産性が求められており、上述したイオン源の長期安定稼働という課題を克服することが要求されている。
量産製品を取り扱う半導体工場では生産性が求められており、上述したイオン源の長期安定稼働という課題を克服することが要求されている。
本発明では、引出電極に反応物が堆積するのを抑制して、イオン源の長期安定稼働を実現する。
本発明のイオン源は、
内部にハロゲン含有原料が供給されるプラズマ生成室と、
前記プラズマ生成室のイオンビームが引き出される側の端部に取り付けられる板体と、
前記板体の下流に配置される引出電極と、を有し、
前記板体にはガス供給路が形成されていて、
前記ガス供給路を通じて前記引出電極に水素ガスが供給される。
内部にハロゲン含有原料が供給されるプラズマ生成室と、
前記プラズマ生成室のイオンビームが引き出される側の端部に取り付けられる板体と、
前記板体の下流に配置される引出電極と、を有し、
前記板体にはガス供給路が形成されていて、
前記ガス供給路を通じて前記引出電極に水素ガスが供給される。
上記構成であれば、ハロゲン成分が引出電極と反応する前に引出電極に供給された水素ガスと反応するので、引出電極に反応物が堆積することを抑制することができる。その結果、引出電極をクリーニングするまでの時間が延びて、イオン源の長期安定稼働が実現できる。
前記板体は前記プラズマ生成室の壁面を構成していてもいい。
板体をプラズマ生成室の壁面と兼用させることができるので、プラズマ生成室を構成する部材を減らすことができる。
板体をプラズマ生成室の壁面と兼用させることができるので、プラズマ生成室を構成する部材を減らすことができる。
イオンビームの引き出し方向からみて、前記板体は前記プラズマ生成室より突出した領域を有し、前記突出領域に前記水素ガスが導入される構成としてもよい。
上記構成であれば、この領域を使って様々なガス供給路を形成することが容易となる。
上記構成であれば、この領域を使って様々なガス供給路を形成することが容易となる。
前記ガス供給路の一部は、前記板体に形成された溝と当該溝を塞ぐカバーとで構成されていてもいい。上記構成であれば、ガス供給路の形成やメンテナンスが容易となる。
前記引出電極にはイオンビーム引き出し用の孔が形成されていて、前記板体から前記孔に向けて水素ガスの供給が行われる。
異常放電は引出電極のイオンビーム引き出し用の孔近傍での堆積物が原因となって発生する。引出電極のイオンビーム引き出し用の孔に向けて水素ガスを供給する構成にすることで、孔近傍での堆積物の生成を効果的に抑制することでき、ひいては異常放電の発生を抑制することが可能となる。
前記引出電極にはイオンビーム引き出し用の長孔が形成されていて、
前記板体には前記長孔の長手方向に沿って一又は複数の水素ガスの放出口が形成されている。
前記板体には前記長孔の長手方向に沿って一又は複数の水素ガスの放出口が形成されている。
また、前記プラズマ生成室に水素ガスを供給する供給源を備える構成を併用してもよい。
ハロゲン成分が引出電極と反応する前に引出電極に供給された水素ガスと反応するので、引出電極に反応物が堆積することを抑制することができる。その結果、引出電極をクリーニングするまでの時間が延びて、イオン源の長期安定稼働が実現できる。
図1は本発明に係るイオン源の模式的平面図である。図示されるZ方向はイオンビームの引き出し方向であり、Y方向はプラズマ生成室2の長手方向である。X方向はY方向とZ方向の両方向に直交している。
イオン源1は、主にプラズマ生成室2、板体3および引出電極Eから構成されている。
板体3は、プラズマ生成室2のイオンビームが引き出される側の端部に取付けられる部材で、Z方向で引出電極Eと対向している。
この例では、引出電極Eは、抑制電極10と接地電極11から構成されているが、この枚数に限定されているわけではなく、イオン源の構成によっては電極枚数を3枚や4枚にしてもよい。
板体3は、プラズマ生成室2のイオンビームが引き出される側の端部に取付けられる部材で、Z方向で引出電極Eと対向している。
この例では、引出電極Eは、抑制電極10と接地電極11から構成されているが、この枚数に限定されているわけではなく、イオン源の構成によっては電極枚数を3枚や4枚にしてもよい。
プラズマ生成室2には、ドーパントガス供給源21からハロゲン含有原料(例えば、BF3)が供給されて、アーク放電によってプラズマ生成室2の内部にプラズマが生成される。プラズマ生成室2の内部に生成されたプラズマは、引出電極Eを通してイオンビームとしてプラズマ生成室2の外部に引き出される。
板体3にはガス供給路7が形成されていて、水素ガスの供給源22から板体3に形成されたガス供給路7を通じて、引出電極E(特に、抑制電極10)に向けて水素ガスの供給が行われる。
プラズマ生成室2でハロゲン含有原料から生成されたハロゲンイオン(例えば、フッ素イオン)が、イオンビームの引き出しに伴って引出電極E側に放出される。放出されたハロゲンイオンは引出電極Eと反応し、その反応物が引出電極E上に堆積する。
しかしながら、図1の構成では、板体3の供給路を通して水素ガスを引出電極Eに供給しているので、ハロゲンイオンが引出電極Eと反応する前にハロゲンイオンと水素ガスとを反応させることが可能となる。
しかしながら、図1の構成では、板体3の供給路を通して水素ガスを引出電極Eに供給しているので、ハロゲンイオンが引出電極Eと反応する前にハロゲンイオンと水素ガスとを反応させることが可能となる。
その結果、引出電極での反応物の生成量が減り、上述した反応物の堆積量が減少するので、引出電極をクリーニングするまでの時間が延びて、イオン源の長期安定稼働が実現できる。
なお、ハロゲンイオンと水素ガスとの反応物は気体となり、図示されない真空ポンプを通じて真空チャンバ外に排出される。
なお、ハロゲンイオンと水素ガスとの反応物は気体となり、図示されない真空ポンプを通じて真空チャンバ外に排出される。
上述した水素ガスの引出電極への供給に関し、以下に図2乃至図10を用いて種々の構成例を説明する。
図2は、イオン源1の斜視図である。同図では引出電極Eの図示を省略している。図2に描かれているように、水素ガスを引出電極E側に放出するガス放出口5を複数個設けておいてもいい。
また、板体3とプラズマ生成室2との関係は、Z方向において、板体3がプラズマ生成室2から突出した突出領域(図中のハッチングされている領域)を有するように構成されている。本構成例において、突出領域に関して別の言い方をすると、XY平面で寸法関係を比べたときに、板体3の寸法がプラズマ生成室2の寸法よりも大きい関係にあると言える。
上述した突出領域を設けておけば、この領域を使って様々なガス供給路を形成することが容易となり、ガス供給路の設計自由度が向上する。
上述した突出領域を設けておけば、この領域を使って様々なガス供給路を形成することが容易となり、ガス供給路の設計自由度が向上する。
図3は、図2に描かれる突出領域を有するイオン源の構成例で、イオン源をプラズマ生成室2側からみたときのXY平面図である。この例では、1つのガス導入口8から水素ガスを導入し、板体3に形成されたガス供給路7を通じて複数のガス放出口5から引出電極Eに水素ガスの供給が行われている。
ガス供給路7の形成については、例えば、板体3に一方向に延びた貫通孔を空ける等して形成してもいいが、図4に示す構成を用いることが望ましい。
例えば、図4(A)に描かれる凸状の溝71を板体3の表面に形成しておき、ここに同溝を部分的に塞ぐカバー6を配置する。カバー6の配置により、図4(B)に描かれているように、ガス供給路7が板体3に形成される。
例えば、図4(A)に描かれる凸状の溝71を板体3の表面に形成しておき、ここに同溝を部分的に塞ぐカバー6を配置する。カバー6の配置により、図4(B)に描かれているように、ガス供給路7が板体3に形成される。
図4で述べたガス供給路7の形成手法を用いれば、カバー6を取り外すことでガス供給路7内のメンテナンスを容易に行うことができる。この手法であれば、板体3の表面ではなく、内部のみを切削してガス供給路を形成する手法に比べ、様々な形状のガス供給路を容易に形成することができる等の点で優れている。
図3の構成では、板体3のガス導入口8が1つであったが、これでは引出電極E側に供給される水素ガスの供給分布に偏りが発生することが懸念されるため、図5に示す構成を用いてもよい。図5では、板体3に形成されるガス導入口8とガス放出口5をイオンビーム引き出し孔4の中心に対して左右上下で対称配置にしている。このような構成を採用することで、水素ガスの供給分布の偏りをなくすようにしてもいい。
ただし、必ずしも上述した対称配置構造を採用する必要はなく、局所的に水素ガスの供給量を多くする等の理由でこれまでに述べた非対称配置の構成例を採用してもよい。
ただし、必ずしも上述した対称配置構造を採用する必要はなく、局所的に水素ガスの供給量を多くする等の理由でこれまでに述べた非対称配置の構成例を採用してもよい。
また、図3の構成では、突出領域内にガス導入口8、ガス放出口5およびガス供給路7をそれぞれ設けていたが、本発明は必ずしもこのような構成に限定されるものではない。
例えば、図6のようにガス放出口5をイオンビーム引き出し孔4側に寄せておき、ガス供給路7をイオンビーム引き出し孔4側に突出させて、部分的に板体3の突出領域以外の領域を利用してもいい。
例えば、図6のようにガス放出口5をイオンビーム引き出し孔4側に寄せておき、ガス供給路7をイオンビーム引き出し孔4側に突出させて、部分的に板体3の突出領域以外の領域を利用してもいい。
さらに、Y方向で広範囲に水素ガスの供給を行いつつ、ガス放出口5の数を減らすのであれば、図7のように、イオンビーム引き出し孔4の左右に形成されるガス供給路7でガス放出口5の配置を千鳥配置にしてもよい。
また、ガス供給路7はイオンビーム引き出し孔4を囲うように板体3に形成されている必要はなく、板体3の一部に形成されていればいい。例えば、図7に描かれているように、板体3に複数本のガス供給路7が形成されていてもよい。
これまでの構成例では、プラズマ生成室2との関係で板体3には突出領域が設けられていたが、このような突出領域が板体3に設けられていない構成であってもよい。この場合、XY平面での寸法関係を言えば、プラズマ生成室2の寸法と板体3の寸法が同じか、板体3の寸法の方が小さくなる。
図8や図9の構成例では、板体3は突出領域を有していない。これらの構成例で図示されているように、板体3への水素ガスの導入はX方向側の板体3の端部から行われている。
これまでの構成例では、プラズマ生成室2に加えて、板体3にもイオンビーム引き出し孔4を形成していたが、本発明はこのような構成に限定されるものではない。例えば、図9(A)、図9(B)のようにプラズマ生成室2の中央端部を引出電極E側に突出する構成とし、その周囲に板体3を配置する構成にしてもよい。このような構成にすれば、板体3にイオンビーム引き出し孔4を形成する必要がない。
ガス供給路7について、直線状やクランク状の構成以外に、曲線状の構成を採用してもいい。また、ガス供給路は、X方向、Z方向に平行な経路にする必要はなく、図9(A)のように、引出電極Eのイオンビーム引き出し孔4に向かうようにガス供給路7を形成しておいてもいい。異常放電は引出電極Eのイオンビーム引き出し孔4近傍での堆積物が原因となる。イオンビーム引き出し孔4に向けて水素ガスを供給する構成にすることで、孔近傍での堆積物の生成を効率的に抑制することできる。
引出電極Eのイオンビーム引き出し孔4に向けて水素ガスを供給する構成については、必ずしもガス供給路7をX方向あるいはZ方向に対して斜めに設ける必要はない。図8のようにクランク状にガス供給路7を形成しておき、ガス放出口5を引出電極Eのイオンビーム引き出し孔4の近傍と対向する位置に配置するようにしてもいい。
これまでの構成例では、プラズマ生成室2の外側から板体3へ水素ガスを導入して、板体3を通じて引出電極Eに水素ガスを供給する構成について説明したが、同構成に加えて、プラズマ生成室2にも水素ガスを導入するようにしてもいい。この構成例が図10に描かれている。
図10の構成では、図8の構成に加えて、プラズマ生成室2に水素ガスを導入するための水素ガスの供給源23を備えている。プラズマ生成室2の内部に水素ガスが供給されることで、供給された水素ガスがイオン化される。
例えば、ドーパントガス供給源21からハロゲン含有原料(例えば、BF3)が供給されると、イオンビームの引き出しに際して、図示されるフッ素イオンF+と水素イオンH+が放出される。
例えば、ドーパントガス供給源21からハロゲン含有原料(例えば、BF3)が供給されると、イオンビームの引き出しに際して、図示されるフッ素イオンF+と水素イオンH+が放出される。
フッ素イオンはガス供給路7から供給される水素ガスH2と結びついて、引出電極Eでのフッ化物の堆積を抑制することができるが、水素ガスの供給場所やプラズマ生成室2側から放出されるフッ素イオンの量によっては引出電極E上でのフッ化物の堆積が十分に発生してしまうことが考えられる。
このような場合でも、プラズマ生成室2側から水素イオンも供給する構成にしておけば、水素イオンが電極表面のフッ化物に作用して、引出電極上に堆積したフッ化物を取り除くことが可能となる。
上記構成例で述べたハロゲン含有原料はガスとしてプラズマ生成室2に供給されるものであってもいいが、固体の状態でベーパライザーに供給されて、ベーパライザーで気化した後にプラズマ生成室2に供給されるものであってもいい。ハロゲン含有原料の具体例としては、BF3、PF3、AlI3、AlCl3等が考えられる。
プラズマ生成室2や板体3の形状については、特段の限定はなく、直方体や矩形状、円筒状や円板状のものであってもよい。
プラズマ生成室2へのガス供給に関し、ドーパントガス供給源21と水素ガスの供給源23から個別に行う構成が図10に描かれているが、プラズマ生成室2への各ガスの供給に先立ち、途中の経路で両ガスを混合し、混合ガスをプラズマ生成室2へ供給する構成であってもよい。
また、新たな供給源を追加することなく、もともと備わっている水素ガスの供給源22を利用して、プラズマ生成室2と板体3の両方に水素ガスを供給してもいい。
上述した実施形態において、水素ガスの供給は引出電極Eに対して行われているが、必ずしも引出電極Eを構成する全ての電極に対して水素ガスの供給が行われる必要はない。例えば、プラズマ生成室2から最も近い位置にある抑制電極10は反応物が堆積し易い傾向にあるので、この電極だけに水素ガスが供給される構成にしてもよい。
また、ガス放出口5として板体3に複数の孔を設ける構成を挙げて説明したが、各孔を連結して一つの長孔にしても構わない。
さらに、板体3とプラズマ生成室2とを別体にしてもいいが、板体3がプラズマ生成室2の一部を兼ねるようにしてもいい。例えば、プラズマ生成室2の引出電極E側の端面を開放しておき、この開放面を板体3で塞ぐようにすれば、板体3をプラズマ生成室2の一面と兼用することが可能となり、部材費用が低減できる。
その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であることは言うまでもない。
1 イオン源
2 プラズマ生成室
3 板体
4 イオンビーム引き出し孔
6 カバー
7 ガス供給路
10 抑制電極
11 接地電極
22 水素ガスの供給源
E 引出電極
2 プラズマ生成室
3 板体
4 イオンビーム引き出し孔
6 カバー
7 ガス供給路
10 抑制電極
11 接地電極
22 水素ガスの供給源
E 引出電極
Claims (7)
- 内部にハロゲン含有原料が供給されるプラズマ生成室と、
前記プラズマ生成室のイオンビームが引き出される側の端部に取り付けられる板体と、
前記板体の下流に配置される引出電極と、を有し、
前記板体にはガス供給路が形成されていて、
前記ガス供給路を通じて前記引出電極に水素ガスが供給されるイオン源。 - 前記板体は前記プラズマ生成室の壁面を構成している請求項1記載のイオン源。
- イオンビームの引き出し方向からみて、前記板体は前記プラズマ生成室より突出した領域を有し、前記突出領域に前記水素ガスが導入される請求項1または2記載のイオン源。
- 前記ガス供給路の一部は、前記板体に形成された溝と当該溝を塞ぐカバーとで構成されている請求項1乃至3のいずれか一項に記載のイオン源。
- 前記引出電極にはイオンビーム引き出し用の孔が形成されていて、
前記板体から前記孔に向けて水素ガスの供給が行われる請求項1乃至4のいずれか一項に記載のイオン源。 - 前記引出電極にはイオンビーム引き出し用の長孔が形成されていて、
前記板体には前記長孔の長手方向に沿って一又は複数の水素ガスの放出口が形成されている請求項1乃至4のいずれか一項に記載のイオン源。 - 前記プラズマ生成室に水素ガスを供給する供給源を備えた請求項1乃至6のいずれか一項に記載のイオン源。
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