JP2523552B2 - 圧力勾配型イオン源 - Google Patents
圧力勾配型イオン源Info
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- JP2523552B2 JP2523552B2 JP61298892A JP29889286A JP2523552B2 JP 2523552 B2 JP2523552 B2 JP 2523552B2 JP 61298892 A JP61298892 A JP 61298892A JP 29889286 A JP29889286 A JP 29889286A JP 2523552 B2 JP2523552 B2 JP 2523552B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔概 要〕 本発明は、圧力勾配型イオン源であって、放電用カソ
ードによってプラズマ化される第１のガスを水素ガスで
構成し、且つ、イオン化すべき第２のガスを該イオン化
する元素の水素化合物で構成することによって、放電用
カソードの寿命を延長すると共に、必要とするイオンの
分離を簡単に行うことを可能とする。
ードによってプラズマ化される第１のガスを水素ガスで
構成し、且つ、イオン化すべき第２のガスを該イオン化
する元素の水素化合物で構成することによって、放電用
カソードの寿命を延長すると共に、必要とするイオンの
分離を簡単に行うことを可能とする。
本発明は、圧力勾配型イオン源に関し、特に、イオン
注入装置等に使用されるデュオプラズマトロン型、デュ
オピガトロン型、並びに、プラズマフィラメント型等の
プラズマ発生室およびイオン化室の２つの室を有する圧
力勾配型イオン源に関する。
注入装置等に使用されるデュオプラズマトロン型、デュ
オピガトロン型、並びに、プラズマフィラメント型等の
プラズマ発生室およびイオン化室の２つの室を有する圧
力勾配型イオン源に関する。
圧力勾配型イオン源は、イオン注入装置等に使用され
るもので、例えば、シリコン（Si）基板に注入するボロ
ン（Ｂ），燐（Ｐ）および砒素（As）等の不純物元素の
イオンを発生するための装置である。
るもので、例えば、シリコン（Si）基板に注入するボロ
ン（Ｂ），燐（Ｐ）および砒素（As）等の不純物元素の
イオンを発生するための装置である。
近年、イオン注入装置等に使用される圧力勾配型イオ
ン源として、例えば、デュオプラズマトロン型、デュオ
ピガトロン型、並びに、プラズマフィラメント型等のプ
ラズマ発生室およびイオン化室の２つの室を有する圧力
勾配型イオン源が利用されている。
ン源として、例えば、デュオプラズマトロン型、デュオ
ピガトロン型、並びに、プラズマフィラメント型等のプ
ラズマ発生室およびイオン化室の２つの室を有する圧力
勾配型イオン源が利用されている。
第３図は従来の圧力勾配型イオン源の一例を示す断面
図であり、デュオプラズマトロン型、および、デュオピ
ガトロン型の圧力勾配型イオン源を示すものである。
図であり、デュオプラズマトロン型、および、デュオピ
ガトロン型の圧力勾配型イオン源を示すものである。
この第３図に示される圧力勾配型イオン源は、アルゴ
ン（Ar）ガスをプラズマガス導入口102からプラズマ発
生室101に導入し、そして、プラズマ発生室101内に設け
られたカソード103で生じた放電によってプラズマが形
成されるようになされている。このプラズマ発生室101
の圧力は、イオン化室106の圧力よりも高圧にされてい
て、両室の圧力勾配によってプラズマ発生室101で発生
したプラズマガスが中間電極141の間隙105を通ってイオ
ン化室106に送出されるようになされている。イオン化
室106には、イオン化ガス導入口107からイオン化すべき
元素（例えば、B,P,As等）の水素化合物ガスが導入され
ている。この水素化合物ガスは、例えば、ジボラン（B2
H6），ホスフィン（PH3），アルシン（AsH3）等であ
り、これらの水素化合物ガスは水素ガス（H2）により、
例えば、６倍に希釈されてイオン化室106に導入される
ようになされている。この６倍に希釈された水素化合物
ガスはボトルに封入されていて、水素化合物ガスが無く
なった場合にはそのボトルを交換するようになされてい
る。ここで、イオン化すべき元素の水素化合物ガスを希
釈せずにイオン化室106に導入すると、そのイオン化す
べき元素がイオン化室106の内面に付着して絶縁不良等
を生じるので、その絶縁不良等の発生を防止するために
水素化合物ガスをH2ガスで希釈するのである。
ン（Ar）ガスをプラズマガス導入口102からプラズマ発
生室101に導入し、そして、プラズマ発生室101内に設け
られたカソード103で生じた放電によってプラズマが形
成されるようになされている。このプラズマ発生室101
の圧力は、イオン化室106の圧力よりも高圧にされてい
て、両室の圧力勾配によってプラズマ発生室101で発生
したプラズマガスが中間電極141の間隙105を通ってイオ
ン化室106に送出されるようになされている。イオン化
室106には、イオン化ガス導入口107からイオン化すべき
元素（例えば、B,P,As等）の水素化合物ガスが導入され
ている。この水素化合物ガスは、例えば、ジボラン（B2
H6），ホスフィン（PH3），アルシン（AsH3）等であ
り、これらの水素化合物ガスは水素ガス（H2）により、
例えば、６倍に希釈されてイオン化室106に導入される
ようになされている。この６倍に希釈された水素化合物
ガスはボトルに封入されていて、水素化合物ガスが無く
なった場合にはそのボトルを交換するようになされてい
る。ここで、イオン化すべき元素の水素化合物ガスを希
釈せずにイオン化室106に導入すると、そのイオン化す
べき元素がイオン化室106の内面に付着して絶縁不良等
を生じるので、その絶縁不良等の発生を防止するために
水素化合物ガスをH2ガスで希釈するのである。
そして、イオン化室106に導入された水素化合物ガス
は、中間電極141の間隙105を通って送出されたプラズマ
ガスによりイオン化され、アノード104のイオン引出孔1
08を通って引出電極109に向かって引き出されることに
なる。さらに、アノード104のイオン引出孔108を通って
引出電極109に向かって引き出されるイオン化されたガ
スは、印加された磁界（図示しない）で曲げられ、その
磁界によりイオンが曲げられる曲率を利用して、目的と
するイオン（B+,P+,As+等）が選択されることになる。
は、中間電極141の間隙105を通って送出されたプラズマ
ガスによりイオン化され、アノード104のイオン引出孔1
08を通って引出電極109に向かって引き出されることに
なる。さらに、アノード104のイオン引出孔108を通って
引出電極109に向かって引き出されるイオン化されたガ
スは、印加された磁界（図示しない）で曲げられ、その
磁界によりイオンが曲げられる曲率を利用して、目的と
するイオン（B+,P+,As+等）が選択されることになる。
上述した圧力勾配型イオン源は、プラズマ発生室101
の圧力が高圧とされているので、Ar分子（単元素分子）
の平均自由行程とカソード103のカソードシース距離
（例えば、〜1mm）との間に、平均自由行程≪カソード
シース距離なる関係が成立し、カソード103に衝突するA
rイオンの数が減少するようになされている。また、上
述の圧力勾配型イオン源は、プラズマガスとして不活性
ガスであるArガスを使用することにより、イオン化元素
や電極等と反応しないようになされている。
の圧力が高圧とされているので、Ar分子（単元素分子）
の平均自由行程とカソード103のカソードシース距離
（例えば、〜1mm）との間に、平均自由行程≪カソード
シース距離なる関係が成立し、カソード103に衝突するA
rイオンの数が減少するようになされている。また、上
述の圧力勾配型イオン源は、プラズマガスとして不活性
ガスであるArガスを使用することにより、イオン化元素
や電極等と反応しないようになされている。
上述したように、従来の圧力勾配型イオン源は、カソ
ード103が設けられたプラズマ発生室101にArガスを導入
し、カソード103による放電でプラズマガスを発生させ
るようになされている。
ード103が設けられたプラズマ発生室101にArガスを導入
し、カソード103による放電でプラズマガスを発生させ
るようになされている。
ところで、Arガスは電離電圧が低く簡単に放電を行わ
せることができ、また、不活性ガスのためにイオン化元
素や電極等と反応することがなく、さらに、低価格であ
る等のためにプラズマガスとして広く使用されている。
しかし、Arガスをプラズマガスとしてプラズマ発生室10
1に導入すると、Ar分子の平均自由行程≪カソードシー
ス距離なる関係が成立するのでカソード103に衝突するA
r+イオンの数は少ないとはいうものの、Ar+イオンの質
量は大きく（Ar原子の質量数は40）、カソード103にAr+
イオンが衝突してカソード103を削取り（イオンスパッ
タ）、カソード103の寿命を短くすることになってい
る。
せることができ、また、不活性ガスのためにイオン化元
素や電極等と反応することがなく、さらに、低価格であ
る等のためにプラズマガスとして広く使用されている。
しかし、Arガスをプラズマガスとしてプラズマ発生室10
1に導入すると、Ar分子の平均自由行程≪カソードシー
ス距離なる関係が成立するのでカソード103に衝突するA
r+イオンの数は少ないとはいうものの、Ar+イオンの質
量は大きく（Ar原子の質量数は40）、カソード103にAr+
イオンが衝突してカソード103を削取り（イオンスパッ
タ）、カソード103の寿命を短くすることになってい
る。
また、アノード104のイオン引出孔108を通って引出電
極109に向かって引き出されるイオン化されたガスは、
磁界で曲げられ、目的とするイオン（B+,P+,As+等）が
選択されるが、この引出電極109に向かって引き出され
るイオン化されたガスには、プラズマガスであるイオン
化されたAr+,Ar++イオンが含まれることになる。ここ
で、通常、イオン源でイオン化される原子とAr原子との
質量数を比較すると、Ｂ原子は質量数11、Ｐ原子は質量
数31、並びに、As原子は質量数75であり、それぞれAr原
子の質量数40と大差がない（第２図参照）。そのため、
目的とするB+,P+,As+等のイオンと混入しているAr+,Ar
++イオンとを分離又は識別するのに困難を生ずる事があ
る。
極109に向かって引き出されるイオン化されたガスは、
磁界で曲げられ、目的とするイオン（B+,P+,As+等）が
選択されるが、この引出電極109に向かって引き出され
るイオン化されたガスには、プラズマガスであるイオン
化されたAr+,Ar++イオンが含まれることになる。ここ
で、通常、イオン源でイオン化される原子とAr原子との
質量数を比較すると、Ｂ原子は質量数11、Ｐ原子は質量
数31、並びに、As原子は質量数75であり、それぞれAr原
子の質量数40と大差がない（第２図参照）。そのため、
目的とするB+,P+,As+等のイオンと混入しているAr+,Ar
++イオンとを分離又は識別するのに困難を生ずる事があ
る。
本発明は、上述した従来形の圧力勾配型イオン源の有
する問題点に鑑み、放電用カソードによってプラズマ化
される第１のガスを水素ガスまたはヘリウムガスの軽量
ガスで構成し、且つ、イオン化すべき第２のガスを該イ
オン化する元素の水素化合物で構成することによって、
必要とするイオンの分離を簡単に行うこと、および、放
電用カソードの寿命を延長することを目的とする。
する問題点に鑑み、放電用カソードによってプラズマ化
される第１のガスを水素ガスまたはヘリウムガスの軽量
ガスで構成し、且つ、イオン化すべき第２のガスを該イ
オン化する元素の水素化合物で構成することによって、
必要とするイオンの分離を簡単に行うこと、および、放
電用カソードの寿命を延長することを目的とする。
本発明によれば、第１のガスを導入して0.1Torr以上
の高圧に保ち、且つ、その内部に前記第１のガスをプラ
ズマ化する放電用カソードを有する第１室と、第２のガ
スを導入して前記第１室の圧力よりも低圧に保ち、且
つ、前記第２のガスより生じたイオンを含むイオンビー
ムを引出するイオン引出孔を有する第２室と、を具備
し、前記第１のガスは水素ガスで構成され、且つ、前記
第２のガスはイオン化する元素の水素化合物で構成され
ていることを特徴とする圧力勾配型イオン源が提供され
る。
の高圧に保ち、且つ、その内部に前記第１のガスをプラ
ズマ化する放電用カソードを有する第１室と、第２のガ
スを導入して前記第１室の圧力よりも低圧に保ち、且
つ、前記第２のガスより生じたイオンを含むイオンビー
ムを引出するイオン引出孔を有する第２室と、を具備
し、前記第１のガスは水素ガスで構成され、且つ、前記
第２のガスはイオン化する元素の水素化合物で構成され
ていることを特徴とする圧力勾配型イオン源が提供され
る。
〔作 用〕 上述した構成を有する本発明の圧力勾配型イオン源に
よれば、0.1Torr以上の高圧に保たれている第１室内に
設けられた放電用カソードでプラズマ化される第１のガ
スは水素ガスで構成される。また、イオン化すべき第２
のガスはそのイオン化する元素の水素化合物で構成さ
れ、これによって、必要とするイオンの分離を簡単に行
うことができると共に、放電用カソードの寿命を延長す
ることができる。
よれば、0.1Torr以上の高圧に保たれている第１室内に
設けられた放電用カソードでプラズマ化される第１のガ
スは水素ガスで構成される。また、イオン化すべき第２
のガスはそのイオン化する元素の水素化合物で構成さ
れ、これによって、必要とするイオンの分離を簡単に行
うことができると共に、放電用カソードの寿命を延長す
ることができる。
以下、図面を参照して本発明に係る圧力勾配型イオン
源の実施例を説明する。
源の実施例を説明する。
第１図は本発明に係る圧力勾配型イオン源の一実施例
を示す断面図である。
を示す断面図である。
第１図に示されるように、圧力勾配型イオン源は、H2
ガスをプラズマガス導入口２からプラズマ発生室１に導
入し、そして、プラズマ発生室１内に設けられたカソー
ド３で生じた放電によってプラズマが形成されるように
なされている。このプラズマ発生室１の圧力（例えば、
1Torr程度）は、イオン化室６の圧力（例えば、10-3Tor
r程度）よりも高圧とされていて、両室の圧力勾配によ
ってプラズマ発生室１で発生したプラズマガスがアノー
ド４の間隙５を通ってイオン化室６に送出されるように
なされている。イオン化室６には、イオン化ガス導入口
７からイオン化すべき元素の水素化合物ガスが導入され
るようになされている。
ガスをプラズマガス導入口２からプラズマ発生室１に導
入し、そして、プラズマ発生室１内に設けられたカソー
ド３で生じた放電によってプラズマが形成されるように
なされている。このプラズマ発生室１の圧力（例えば、
1Torr程度）は、イオン化室６の圧力（例えば、10-3Tor
r程度）よりも高圧とされていて、両室の圧力勾配によ
ってプラズマ発生室１で発生したプラズマガスがアノー
ド４の間隙５を通ってイオン化室６に送出されるように
なされている。イオン化室６には、イオン化ガス導入口
７からイオン化すべき元素の水素化合物ガスが導入され
るようになされている。
この水素化合物ガスは、B2H6,PH3,AsH3等であるが、
これらの水素化合物ガスはプラズマガスとしてプラズマ
発生室１に導入されるH2ガスで希釈されることになるの
で、イオン化室６に水素化合物ガスを導入するときに水
素化合物ガスをH2ガスで希釈しなくてもよい。このよう
に、水素化合物ガスをH2ガスで希釈せずにイオン化室６
に導入することによって、B2H6,PH3,AsH3といった毒性
の強いガスが封入されたボトルの交換期間を延長するこ
とが可能となる。
これらの水素化合物ガスはプラズマガスとしてプラズマ
発生室１に導入されるH2ガスで希釈されることになるの
で、イオン化室６に水素化合物ガスを導入するときに水
素化合物ガスをH2ガスで希釈しなくてもよい。このよう
に、水素化合物ガスをH2ガスで希釈せずにイオン化室６
に導入することによって、B2H6,PH3,AsH3といった毒性
の強いガスが封入されたボトルの交換期間を延長するこ
とが可能となる。
すなわち、上記した毒性の強い水素化合物ガスが封入
されたボトルの交換は、ただ単にボトルの交換作業を行
うだけでなく、ボトル交換を行った後の配管系のリーク
チェック作業等を行わなければならず、多くの時間およ
び手間を要する。そして、イオン化室６に導入する水素
化合物ガスH2ガスで希釈しないと、例えば、従来、H2ガ
スにより６倍に希釈されて封入されていたボトル内の実
質的な水素化合物ガスの量は、６倍に増加し、しかも、
イオン化ガス導入口７からイオン化室６に導入する水素
化合物ガスの量（ガスの容積）も1/6でよいことにな
り、ボトルの交換期間を大幅に延長することができる。
もちろん、従来のように、水素化合物ガスをH2ガスで希
釈したボトルを使用することもできるのはいうまでもな
い。
されたボトルの交換は、ただ単にボトルの交換作業を行
うだけでなく、ボトル交換を行った後の配管系のリーク
チェック作業等を行わなければならず、多くの時間およ
び手間を要する。そして、イオン化室６に導入する水素
化合物ガスH2ガスで希釈しないと、例えば、従来、H2ガ
スにより６倍に希釈されて封入されていたボトル内の実
質的な水素化合物ガスの量は、６倍に増加し、しかも、
イオン化ガス導入口７からイオン化室６に導入する水素
化合物ガスの量（ガスの容積）も1/6でよいことにな
り、ボトルの交換期間を大幅に延長することができる。
もちろん、従来のように、水素化合物ガスをH2ガスで希
釈したボトルを使用することもできるのはいうまでもな
い。
そして、イオン化室６に導入された水素化合物ガス
は、アノード４の間隙５を通って送出されたプラズマガ
スによりイオン化され、イオン引出孔８を通って引出電
極９に向かって引き出されることになる。さらに、イオ
ン引出孔８を通って引出電極９に向かって引き出される
イオン化されたガスは、磁界で曲げられ、目的とするイ
オン（B+,P+,As+等）が選択されることになる。
は、アノード４の間隙５を通って送出されたプラズマガ
スによりイオン化され、イオン引出孔８を通って引出電
極９に向かって引き出されることになる。さらに、イオ
ン引出孔８を通って引出電極９に向かって引き出される
イオン化されたガスは、磁界で曲げられ、目的とするイ
オン（B+,P+,As+等）が選択されることになる。
第２図は圧力勾配型イオン源の磁場の強度とビーム電
流との関係を示す図であり、縦軸はイオンビームの電流
IBであり、横軸は磁場の強さBSである。
流との関係を示す図であり、縦軸はイオンビームの電流
IBであり、横軸は磁場の強さBSである。
磁場の強さBSは、Ｍをイオンの質量とし、ｑをイオン
の価数をとし、ｋを定数とすると、 BS＝ｋ・（M/q）1/2 ……… なる関係が成立する。
の価数をとし、ｋを定数とすると、 BS＝ｋ・（M/q）1/2 ……… なる関係が成立する。
ここで、イオン引出孔８を通って引出電極９に向かっ
て引き出されるイオン化されたガスには、目的とする
B+,P+,As+等のイオン以外に相当量の水素イオン（例え
ば、H+,H2 +,H3 +等）が含まれることになる。しかし、上
記したように、磁場の強さBSには式なる関係が成立し
ているので、質量の小さいH+,H2 +,H3 +等の水素イオン
と、目的とするB+,P+,As+等のイオンとの分離は簡単に
行うことができる。
て引き出されるイオン化されたガスには、目的とする
B+,P+,As+等のイオン以外に相当量の水素イオン（例え
ば、H+,H2 +,H3 +等）が含まれることになる。しかし、上
記したように、磁場の強さBSには式なる関係が成立し
ているので、質量の小さいH+,H2 +,H3 +等の水素イオン
と、目的とするB+,P+,As+等のイオンとの分離は簡単に
行うことができる。
また、プラズマ発生室１に導入されるプラズマガス
は、質量の小さいH2ガスであるためカソード３にH+イオ
ン等の水素イオンが衝突してもカソード６を削取ること
がなく、カソード３の寿命を延長することができる。
は、質量の小さいH2ガスであるためカソード３にH+イオ
ン等の水素イオンが衝突してもカソード６を削取ること
がなく、カソード３の寿命を延長することができる。
以上、詳述したように、本発明に係る圧力勾配型イオ
ン源は、放電用カソードによってプラズマ化される第１
のガスを水素ガスで構成し、且つ、イオン化すべき第２
のガスを該イオン化する元素の元素化合物で構成するこ
とによって、水素ガスという軽元素のガスを使用するこ
とによるスパッタ損傷の低減を図ることができるだけで
なく、第１室に供給する第１のガスを第２室でのガスと
共用可能とすることで、必要とするイオンの分離を簡単
に行うことができると共に、ガス供給系を簡略化するこ
とができる。
ン源は、放電用カソードによってプラズマ化される第１
のガスを水素ガスで構成し、且つ、イオン化すべき第２
のガスを該イオン化する元素の元素化合物で構成するこ
とによって、水素ガスという軽元素のガスを使用するこ
とによるスパッタ損傷の低減を図ることができるだけで
なく、第１室に供給する第１のガスを第２室でのガスと
共用可能とすることで、必要とするイオンの分離を簡単
に行うことができると共に、ガス供給系を簡略化するこ
とができる。
第１図は本発明に係る圧力勾配型イオン源の一実施例を
示す断面図、 第２図は圧力勾配型イオン源の磁場の強度とビーム電流
との関係を示す図、 第３図は従来の圧力勾配型イオン源の一例を示す断面図
である。 （符号の説明） １……プラズマ発生室、 ２……プラズマガス導入口、 ３……カソード、４……アノード、 ５……アノード間隙、６……イオン化室、 ７……イオン化ガス導入口、 ８……イオン引出孔、９……引出電極。
示す断面図、 第２図は圧力勾配型イオン源の磁場の強度とビーム電流
との関係を示す図、 第３図は従来の圧力勾配型イオン源の一例を示す断面図
である。 （符号の説明） １……プラズマ発生室、 ２……プラズマガス導入口、 ３……カソード、４……アノード、 ５……アノード間隙、６……イオン化室、 ７……イオン化ガス導入口、 ８……イオン引出孔、９……引出電極。
Claims (2)
- 【請求項１】第１のガスを導入して0.1Torr以上の高圧
に保ち、且つ、その内部に前記第１のガスをプラズマ化
する放電用カソード（３）を有する第１室（１）と、 第２のガスを導入して前記第１室（１）の圧力よりも低
圧に保ち、且つ、前記第２のガスより生じたイオンを含
むイオンビームを引出するイオン引出孔（８）を有する
第２室（６）と、 を具備し、前記第１のガスは水素ガスで構成され、且
つ、前記第２のガスはイオン化する元素の水素化合物で
構成されていることを特徴とする圧力勾配型イオン源。 - 【請求項２】前記第２のガスは、前記水素ガスで希釈さ
れている特許請求の範囲第１項に記載のイオン源。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61298892A JP2523552B2 (ja) | 1986-12-17 | 1986-12-17 | 圧力勾配型イオン源 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61298892A JP2523552B2 (ja) | 1986-12-17 | 1986-12-17 | 圧力勾配型イオン源 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63152838A JPS63152838A (ja) | 1988-06-25 |
| JP2523552B2 true JP2523552B2 (ja) | 1996-08-14 |
Family
ID=17865512
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61298892A Expired - Fee Related JP2523552B2 (ja) | 1986-12-17 | 1986-12-17 | 圧力勾配型イオン源 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2523552B2 (ja) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60189841A (ja) * | 1984-03-12 | 1985-09-27 | Tokai Daigaku | イオン源 |
| JPH088072B2 (ja) * | 1986-07-03 | 1996-01-29 | 日本真空技術株式会社 | イオン源 |
-
1986
- 1986-12-17 JP JP61298892A patent/JP2523552B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63152838A (ja) | 1988-06-25 |
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