JP2733628B2

JP2733628B2 - イオン発生装置

Info

Publication number: JP2733628B2
Application number: JP2029109A
Authority: JP
Inventors: 直樹高山
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1990-02-07
Filing date: 1990-02-07
Publication date: 1998-03-30
Anticipated expiration: 2013-03-30
Also published as: JPH03233834A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、イオン発生装置に関する。

（従来の技術）一般に、被処理物、例えば半導体ウエハ等に不純物と
してのイオンを注入するイオン注入装置等には、所定の
原料ガス（あるいは固体原料）から所望のイオンを生成
するためのイオン発生装置が設けられている。

本発明者等は、このようなイオン発生装置として従来
から電子ビームを原料ガスに照射してイオンを発生させ
るイオン発生装置の開発を行っている。このイオン発生
装置では、フィラメント近傍を所定の放電ガス雰囲気と
し、フィラメント電源によりフィラメントを通電加熱す
るとともに、このフィラメントと所定の電極部との間に
放電電源により放電電圧を印加して放電を生じさせる。
そして、放電によって生じたプラズマから、加速電源に
よって印加された加速電圧により、イオン生成室内に電
子を引き出し、この電子をイオン生成室内に導入した原
料ガスに照射してイオンを発生させる。

このようなイオン発生装置は、低いイオンエネルギー
で高いイオン電流密度を得ることができるという特徴を
有する。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、上述したイオン発生装置では、複数の
電源機構および複数のガス供給機構等を用いており、か
つ、微妙な調節を必要とするプラズマを制御する必要が
あるため、その操作が複雑になるという欠点がある。特
に、装置の立ち上げ時には、所定条件でプラズマを着火
し、この後所望の平衡状態に移行させる必要があるた
め、その操作が複雑になり、誤操作を招くという問題が
あった。

本発明は、かかる従来の事情に対処してなされたもの
で、繁雑な操作を必要とせず、装置の立ち上げを自動的
に実施することができ、誤操作の発生を防止することの
できるイオン発生装置を提供しようとするものである。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）すなわち、本発明のイオン発生装置は、電子発生室内
に設けられたフィラメントに電圧を印加して通電加熱す
るフィラメント電源と、前記電子発生室内に放電ガスを供給する放電ガス供給
機構と、前記フィラメントと所定の電極部との間に放電電圧を
印加して、前記放電ガスに放電を生じさせる放電電源
と、前記電子発生室とプラズマカソード室を介して接続さ
れたイオン生成室内に原料ガスを供給する原料ガス供給
機構と、前記放電によって生じさせたプラズマから前記イオン
生成室内に電子を引き出して、該イオン生成室内に導入
した原料ガスに照射し、イオンを発生させるための加速
電圧を印加する加速電源とを具備したイオン発生装置において、前記放電ガス供給機構と前記原料ガス供給機構の流量
を初期値に設定し、前記放電ガスおよび前記原料ガスの
供給を開始する第１のステップと、前記放電電源の電圧、電流を初期値に設定し、放電電
圧の印加を開始する第２のステップと、前記フィラメント電源による前記フィラメントへの通
電を開始し、フィラメント電流を徐々に上昇させて、前
記放電ガスに放電を生じさせる第３のステップと、前記放電電源の電流設定を初期値から所定値に変更す
る第４のステップと、前記放電ガス供給機構の放電ガス流量を初期値から所
定値に変更する第５のステップと、前記放電電源の放電電圧が所定値になるよう、前記フ
ィラメント電源のフィラメント電流を調整する第６のス
テップと、前記加速電源の加速電圧を所定値に設定する第７のス
テップとを順次実行するプログラムが入力された制御部を設けた
ことを特徴とする。

（作用）上記構成の本発明のイオン発生装置では、電子流路に
磁界を形成するステップと、放電ガスおよび原料ガスを
供給し初期設定するステップと、このステップ後、各電
源に予め定められた電圧を印加するステップと、次にフ
ィラメント電流を流すステップとを予め設定されたプロ
グラムで自動的に実行する手段を備えている。

したがって、繁雑な操作を必要とせず、装置の立ち上
げを自動的に実施することができ、誤操作の発生を防止
することができる。

（実施例）以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図に示すように、イオン発生チャンバ１の上部に
は、各辺の長さが例えば数センチ程度の矩形容器状に形
成された電子発生室２が設けられている。この電子発生
室２は、導電性の高融点材料、例えばモリブデンから構
成されており、その一側面に設けられた開口を閉塞する
如く、絶縁板３が設けられている。そして、この絶縁板
３に、例えばタングステンからなるＵ字状のフィラメン
ト４がその両端を支持して、電子発生室２内に突出する
如く設けられている。

また、この電子発生室２の天井部には、放電用ガス、
例えばアルゴン（Ar）ガスを導入するための放電ガス供
給機構５が接続されている。一方、電子発生室２の底部
には、電子発生室２内で発生させたプラズマ中から電子
を引き出すための円孔６が設けられている。

さらに、上記電子発生室２の下部には、円孔６に連続
して隘路７を形成する如く板状の絶縁性部材８が設けら
れており、この絶縁性部材８の下部には、導電性の高融
点材料、例えばモリブデンからなるプラズマカソード室
９が設けられている。また、このプラズマカソード室９
底部には、複数の透孔10を有する多孔電極11が設けられ
ている。

上記多孔電極11の下部には、絶縁性部材12を介してイ
オン生成室13が接続されている。このイオン生成室13
は、導電性の高融点材料例えばモリブデンから容器状に
形成されており、その内部は、直径および高さが共に数
センチ程度の円筒形状とされている。そして、イオン生
成室13の底部には、絶縁性部材14を介して底板15が固定
されている。

さらに、このイオン生成室13の側面には、所望のイオ
ンを生成するための原料ガス、例えばBF₃等をこのイオ
ン生成室13内に導入するための原料ガス供給機構16が接
続されており、この原料ガス供給機構16の接続部に対向
する位置にイオン引き出し用スリット開口17が設けられ
ている。

また、前述したフィラメント４には、フィラメント電
源20が接続されており、このフィラメント４を通電加熱
可能に構成されている。さらに、このフィラメント４
と、電子発生室２および多孔電極11との間には、放電電
源21が設けられている。なお、この放電電源21と電子発
生室２との間には、抵抗Ｒが介挿されている。また、多
孔電極11とイオン生成室13との間には、これらの間に加
速電圧を印加可能に構成された加速電源22が設けられて
いる。

そして、この実施例では、上述した放電ガス供給機構
５、原料ガス供給機構16、フィラメント電源20、放電電
源21、加速電源22を制御するための制御部23が設けられ
ている。

上記構成のイオン発生装置では、制御部23によって、
放電ガス供給機構５、原料ガス供給機構16、フィラメン
ト電源20、放電電源21、加速電源22を次のように制御
し、装置の立ち上げを行い、所望のイオンを生成する。

所望するイオン発生量に応じた各動作手順をプログラ
ムとしてメモリに記憶し、操作開始に際し、初期値を入
力し、開始信号を入力すると、自動的にコンピュータが
最適手順を出力し、自動操作を実行するように構成す
る。

すなわち、図示しない地場生成手段により、図示矢印
Bzの如く電子引出し方向に対して電子をガイドするため
の磁場を印加した状態で、第２図に示すように、まず、
放電ガス供給機構５の放電ガス流量を初期値（例えば1.
0SCCM）に設定し（イ）、原料ガス供給機構16の原料ガ
ス流量を所定値（例えば0.5SCCM）に設定する（ロ）。

なお、放電ガス流量の初期値は、放電を生じさせ易く
するため、通常の処理時における所定値よりも多く設定
される。

次に、放電電源21の放電電圧および放電電流を初期値
（例えば100V,1A）に設定する（ハ）。

なお、放電電源21は、定電圧または定電流制御可能に
構成されている。この時点では、まだ放電が生じていな
いため、電流はゼロとなり、定電圧制御される。

この後、フィラメント電源20によるフィラメント４に
対する通電加熱を開始し、フィラメント電流を徐々に上
昇させて熱電子を放出させる。そして、フィラメント４
と電子発生室２内壁との間に放電を生じさせる（ニ）。

このようにして放電が開始（プラズマが着火）する
と、前述したように初期値に設定された放電電源21が、
放電電流が流れ始めるため、定電流制御に移行する。そ
こで、次にこの放電電源21の放電電流設定を所定値（例
えば３〜5A）に変更する（ホ）。

しかる後、放電ガス供給機構５からの放電ガス流量を
所定値（例えば0.5SCCM）に減少させる（ヘ）。

次に、放電電源21の放電電圧が所定値（例えば40〜80
V）となるように、フィラメント電源20のフィラメント
電流を調整する（ト）。

そして、次に加速電源22の加速電圧を所定値（例えば
100V）に設定し（チ）、立ち上げを終了する。

この状態では、放電によって電子発生室２内に発生し
たプラズマ中の電子は、電場により加速され、円孔６、
隘路７を通ってプラズマカソード室９内に引き出され、
このプラズマカソード室９内にもプラズマを形成する。
そして、このプラズマカソード室９内のプラズマ中の電
子が、加速電圧によって加速され、この多孔電極11の透
孔10を通ってイオン生成室13内に引き出され、原料ガス
例えばBF₃ガスに照射されて原料ガスをイオン化する。

このイオン生成室13内のイオンを、イオン引き出し用
スリット開口17から、図示しないイオン引き出し電極に
よって引き出し、例えば半導体ウエハへのイオン注入等
の処理に用いる。

すなわち、この実施例のイオン発生装置では、制御部
23によって、放電ガス供給機構５、原料ガス供給機構1
6、フィラメント電源20、放電電源21、加速電源22を制
御し、装置の立ち上げを自動的に行い、所望のイオンを
生成することができるので、繁雑な操作を必要とせず、
誤操作の発生を防止することができる。

なお、発生させるイオンの種類等により使用する原料
ガスおよび立ち上げ条件等が異なるので、例えば制御部
23に、予め幾つかのイオン種に対する立ち上げ条件を入
力しておき、使用するイオン種によってこれらを選択す
るよう構成すれば、複数種のイオンに対応することがで
きる。

［発明の効果］以上説明したように、本発明のイオン発生装置によれ
ば、繁雑な操作を必要とせず、装置の立ち上げを自動的
に実施することができるので誤操作の発生を防止するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のイオン発生装置の構成を示
す図、第２図は第１図に示すイオン発生装置の動作を説
明するための図である。１……イオン発生チャンバ、２……電子発生室、３……
絶縁板、４……フィラメント、５……放電ガス供給機
構、６……円孔、７……隘路、８……絶縁性部材、９…
…プラズマカソード室、10……透孔、11……多孔電極、
12……絶縁性部材、13……イオン生成室、14……絶縁性
部材、15……底板、16……原料ガス供給機構、17……イ
オン引き出し用スリット開口、20……フィラメント電
源、21……放電電源、22……加速電源、23……制御部。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】電子発生室内に設けられたフィラメントに
電圧を印加して通電加熱するフィラメント電源と、前記電子発生室内に放電ガスを供給する放電ガス供給機
構と、前記フィラメントと所定の電極部との間に放電電圧を印
加して、前記放電ガスに放電を生じさせる放電電源と、前記電子発生室とプラズマカソード室を介して接続され
たイオン生成室内に原料ガスを供給する原料ガス供給機
構と、前記放電によって生じさせたプラズマから前記イオン生
成室内に電子を引き出して、該イオン生成室内に導入し
た原料ガスに照射し、イオンを発生させるための加速電
圧を印加する加速電源とを具備したイオン発生装置において、前記放電ガス供給機構と前記原料ガス供給機構の流量を
初期値に設定し、前記放電ガスおよび前記原料ガスの供
給を開始する第１のステップと、前記放電電源の電圧、電流を初期値に設定し、放電電圧
の印加を開始する第２のステップと、前記フィラメント電源による前記フィラメントへの通電
を開始し、フィラメント電流を徐々に上昇させて、前記
放電ガスに放電を生じさせる第３のステップと、前記放電電源の電流設定を初期値から所定値に変更する
第４のステップと、前記放電ガス供給機構の放電ガス流量を初期値から所定
値に変更する第５のステップと、前記放電電源の放電電圧が所定値になるよう、前記フィ
ラメント電源のフィラメント電流を調整する第６のステ
ップと、前記加速電源の加速電圧を所定値に設定する第７のステ
ップとを順次実行するプログラムが入力された制御部を設けた
ことを特徴とするイオン発生装置。