JP2750465B2

JP2750465B2 - イオン発生装置

Info

Publication number: JP2750465B2
Application number: JP2020243A
Authority: JP
Inventors: 直樹高山
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1990-01-30
Filing date: 1990-01-30
Publication date: 1998-05-13
Anticipated expiration: 2013-05-13
Also published as: JPH03225726A

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
るイオン発生装置を開発している。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、加速電源によって印加された加速電圧により、この
放電によって生じたプラズマから電子を引き出し、この
電子を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、各構成
部材例えばフィラメント、電極部等がプラズマによるス
パッタリング、エッチング等の作用を受けて消耗する。
このため、例えば各電源による印加電圧、ガス流量等を
一定とし、長時間に渡って一定の条件で作動させ続ける
と、イオン出力量が変動（例えば減少）してしまう。こ
のため、所定の処理を行うためには、途中で条件設定を
変更、例えば各電源による印加電圧を変更する等の操作
を必要とした。

本発明は、かかる従来の事情に対処してなされたもの
で、安定した量のイオンを長時間に渡って自動的に出力
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、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
して放電を生じさせる放電電源と、前記放電によって生
じさせたプラズマから電子を引き出して原料ガスに照射
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、前記加速電圧によって生じる電流を検知し、こ
の電流値を所定の値に保持する如く前記フィラメント電
源または前記放電電源を制御する手段を具備したことを
特徴とする。

また、請求項２のイオン発生装置は、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
印加して放電を生じさせる放電電源と、前記放電によって生じさせたプラズマから電子を引き
出して、イオン発生室内の原料ガスに照射し、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、前記イオン発生室に流入する電子電流を検知し、この
電子電流値を所定の値に保持する如く前記フィラメント
電源または前記放電電源を制御する手段を具備したこと
を特徴とする。

（作用）放電によって生じさせたプラズマから電子を引き出し
て原料ガスに照射し、イオンを発生させるイオン発生装
置では、電子を引き出すための加速電圧によって生じる
電流、すなわち電子の流れによって生じる電流（以下電
子電流と称す）の大きさが、この電子の照射によって発
生するイオンの量に依存している。

このため、本発明のイオン発生装置では、加速電圧に
よって生じる電子電流を検知し、この電子電流値を所定
の値に保持する如くフィラメント電源または放電電源を
制御することにより、安定した量のイオンを長時間に渡
って自動的に供給することができる。

（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、通電性の高融点材料、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がその両端を支持されて、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用ガス
導入口５が設けられている。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導入口16が設け
られており、この原料ガス導入口16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、定電
圧制御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、上記加速電源22によって多孔
電極11とイオン生成室13との間に印加された加速電圧に
応じてこれらの間に流れる電子電流を検出し、この電流
値を一定に保持する如く放電電源21を制御する制御部23
が設けられている。

上記構成のイオン発生装置では次のようにして所望の
イオンを生成する。

すなわち、図示しない磁場生成手段により、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
の磁場を印加するとともに、フィラメント電源20、放電
電源21、加速電源22によって各部に所定の電圧を印加す
る。なお、加速電源22による加速電圧は、例えば、100
ボルト程度に設定され、定電圧制御が行われる。ここ
で、加速電源22には、電流検出回路22a、照合回路22b、
制御信号発生回路22cおよびメモリ22dが設けられてい
る。上記制御信号発生回路22cからの信号は制御部23に
伝達されるようになっている。

そして、放電用ガス導入口５から電子発生室２内に、
放電用ガス例えばアルゴンガスを所定流量例えば0.4SCC
Mで導入し、放電を生じさせ、プラズマを発生させる。
すると、このプラズマ中の電子は、フィラメント４と多
孔電極11間に印加される放電電圧による電界により加速
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
多量の電子が、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
る。

一方、イオン生成室13内には、原料ガス導入口16から
予め所望するイオンの原料ガス例えばBF₃ガスを所定流
量例えば0.9SCCMで導入し、所定の原料ガス雰囲気とし
ておく。したがって、イオン生成室13内に流入した上記
電子は、上記原料ガス分子と衝突し、濃いプラズマを発
生させる。

そして、このプラズマ中から図示しないイオン引き出
し電極によってこのイオンをイオン生成室13内から引き
出し、例えば半導体ウエハへのイオン注入等の処理に利
用する。

この時、制御部23は、加速電源22によって多孔電極11
とイオン生成室13との間に印加された加速電圧によりこ
れらの間に流れる電子電流を検出し、この電流値を一定
に保持する如く放電電源21を制御する。

すなわち、通常、上述したようなイオン生成を長時
間、例えば数十分ないし数時間に渡って行うと、イオン
発生チャンバ１を構成する各部材、例えばフィラメント
４等が消耗し、得られるイオンの量が変動（例えば減
少）する傾向を示す。これは、プラズマカソード室９の
プラズマ中から引き出される電子の量が減少するためで
ある。このようにプラズマ中から引き出される電子の量
が減少すると、当然多孔電極11とイオン生成室13との間
に流れる電子電流が減少する。ところで、この電子電流
の大きさは、放電電源21を流れる電流（以下放電電流と
称す）の大きさとほぼ比例する関係にある。例えば第３
図の特性をメモリに予め記憶する。

そこで、この実施例のイオン発生装置では、例えばイ
オン発生室13に流入する電子電流を検出し、この検出値
を上記予め記憶された特性に応じてイオン出力量が一定
になるよう制御する。即ち、電子電流が減少すると、こ
の電子電流の減少を検知して放電電源21の印加電圧を増
大させ、放電電流を増加することによってプラズマカソ
ード室９のプラズマ量の減少するのを抑制するように制
御し、イオン発生室13への電子電流の減少を抑制し、電
子電流を所定の値に保持する如く制御部23が作用する。
これらはマイクロコンピュータにより容易に制御でき
る。

したがって、電子電流が常に一定値に保持され、常に
一定量の電子が原料ガスに照射されるので、第４図に示
す如く一定量のイオンを長時間に渡って自動的に供給す
ることができる。このため、例えばこのイオン発生装置
をイオン注入装置によるイオン注入に用いれば、被処理
物に常に一定量のイオンを注入することが可能となる。

第２図は、他の実施例のイオン発生装置の構成を示す
もので、この実施例のイオン発生装置では、前述した実
施例における制御部23の換わりに、電子電流を一定値に
保持する如くフィラメント電源20を制御する制御部23a
が設けられている。

すなわち、前述した如く多孔電極11とイオン生成室13
との間に流れる電子電流の大きさは、放電電流の大きさ
とほぼ比例する関係にあるが、この電子電流の大きさ
は、フィラメント４を流れるフィラメント電流の大きさ
とも、ほぼ比例する関係にある。このため、この実施例
では、例えば電子電流が減少すると、この電子電流の減
少を検知してフィラメント電源20の印加電圧を増大さ
せ、フィラメント電流を増加することによって電子電流
の減少を抑制し、電子電流を所定の値に保持する如く制
御部23aが作用する。このように構成された実施例にお
いても前述の実施例と同様な効果を得ることができる。

上記実施例ではイオン注入装置用イオン源に適用した
例について説明したが、Ｘ線源イオンリペアなどイオン
源であれば何れも適用することができる。

［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、安定した量のイオンを長時間に渡って自動的に出力
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図は他の実施例のイオン発生装置の構成を示
す図、第３図および第４図は実施例装置の動作を説明す
るためのグラフである。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……放電用ガス導入
口、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……原料ガス導入口、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】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
加して放電を生じさせる放電電源と、前記放電によって生じさせたプラズマから電子を引き出
して原料ガスに照射し、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、前記加速電圧によって生じる電流を検知し、この電流値
を所定の値に保持する如く前記フィラメント電源または
前記放電電源を制御する手段を具備したことを特徴とす
るイオン発生装置。
【請求項２】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
加して放電を生じさせる放電電源と、前記放電によって生じさせたプラズマから電子を引き出
して、イオン発生室内の原料ガスに照射し、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、前記イオン発生室に流入する電子電流を検知し、この電
子電流値を所定の値に保持する如く前記フィラメント電
源または前記放電電源を制御する手段を具備したことを
特徴とするイオン発生装置。