JP2794602B2 - 電子ビーム励起イオン源 - Google Patents

電子ビーム励起イオン源

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JP2794602B2 JP1329981A JP32998189A JP2794602B2 JP 2794602 B2 JP2794602 B2 JP 2794602B2 JP 1329981 A JP1329981 A JP 1329981A JP 32998189 A JP32998189 A JP 32998189A JP 2794602 B2 JP2794602 B2 JP 2794602B2
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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、電子ビーム励起イオン源に関する。
(従来の技術) 例えば半導体装置の製造等に利用されるイオン注入装
置ではICの生産性向上のため、大電流、長寿命のイオン
源の開発が求められている。
電子ビーム励起イオン源は、アーク放電等により形成
したプラズマ中から電子を引出し、加速して、所定のイ
オンを生成するための原料ガス雰囲気とされたイオン生
成室内に導入し、この電子を上記原料ガス分子に衝突さ
せてプラズマ化し、イオンを発生させるもので、低いイ
オンエネルギーで高いイオン電流値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、上記説明の電子ビーム励起イオン源に
おいても、さらにイオン電流値を高め、処理時間の短縮
およびスループットの向上を図ることが当然要求され
る。
本発明は、かかる従来の事情に対処してなされたもの
で、高効率でイオンを発生させることができ、高いイオ
ン電流値を得ることにより、処理時間の短縮およびスル
ープットの向上、および長寿命化を図ることのできる電
子ビーム励起イオン源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) すなわち本発明は、放電によりプラズマを発生させる
電子発生室と、 前記電子発生室内の前記プラズマ中から、電子引き出
し孔を介して引き出し、加速した電子を、原料ガスに照
射してイオンを生成させるイオン生成室とを備えた電子
ビーム励起イオン源において、 前記イオン生成室の内側の前記電子引き出し孔と対向
する側の面を、導電性セラミックスからなり、電気的に
フローティング状態とされた電子反射面とするととも
に、 前記電子引き出し孔と前記電子反射面とを結ぶ線と直
交する方向に、前記イオン生成室からイオンを引き出す
ためのイオン引き出し用スリットを設けたことを特徴と
する。
(作用) 上記構成の本発明の電子ビーム励起イオン源では、電
子を原料ガスに照射してイオンを生成させるイオン生成
室の内側の少なくとも一部に電子反射面が形成されてい
る。
したがって、電子反射面方向に行路を有する電子ビー
ムは反射され、再び原料ガス分子に衝突することにより
イオンの発生に寄与する。すなわち、電子を高効率で使
用することが可能となる。このため、より高いイオン電
流値および高い電子温度を得ることができ、処理時間の
短縮およびスループットの向上を図ることができる。
また、請求項2記載の発明では、上記電子反射面が、
導電性セラミックス、例えば、コンポジットEC(商品
名、電気化学工業社製)、SiC、TiC、ZrB2、TiB2等から
形成されている。このように、電子反射面を導電性セラ
ミックスで形成することにより、例えば電子反射面を金
属等で形成した場合に較べて、プラズマ中のイオンによ
るスパッタリング、エッチング等による電子反射面の消
耗を抑制することができ、装置の長寿命化を図ることが
できる。
(実施例) 以下、本発明を電子ビーム励起イオン源に適用した一
実施例を図面を参照して説明する。
電子発生室1は、第1図に示すように導電性高融点材
料例えばモリブデンから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ている。また、この電子発生
室1の1側面には、例えば方形状開口部が設けられてお
り、この開口部を閉塞する如く、高融点の絶縁性セラミ
ックス例えばSi3N4、BN等からなる板状の絶縁性部材2
が設けられ、電子発生室1が気密に構成されている。
また、上記絶縁性部材2には、カソードとして作用す
る例えばU字状に形成された材質例えばタングステンか
らなるフィラメント3が電子発生室1内に突出する如
く、両端部を支持されている。さらに、電子発生室1の
上部には、プラズマを生起させ電子を発生させるための
ガス、例えばアルゴン(Ar)ガス等の放電用ガスを導入
するための放電用ガス導入孔4が設けられており、電子
発生室1の下部には、電子発生室1内で発生させたプラ
ズマ中から電子を引き出すための例えば円形状電子引き
出し孔5が設けられている。
なお、放電用ガス導入孔4および電子引き出し孔5
は、電子発生室1の中心から後述するイオン引き出し用
スリット14側に偏心して配設され、イオンを効率良く引
き出せるよう構成されている。また、フィラメント3
は、放電用ガス導入孔4および電子引き出し孔5を結ぶ
線上に位置しないよう配設されており、電子引き出し孔
5から逆流したイオンがフィラメント3に到達しにくく
することにより、この逆流したイオンによりフィラメン
ト3がスパッタリングされ、消耗することを防止するよ
う構成されている。
また、上記電子発生室1の下部の電子行路には、電子
引き出し孔5に連続して溢路6を形成する如く、絶縁性
部材7が設けられており、この絶縁性部材7から間隔を
設けて高融点材質例えばモリブデンからなり、多数の透
孔を有する多孔電極8が配設されている。
さらに、上記多孔電極8の下部電子通過行路には、絶
縁性部材9を介在して例えば方形状イオン生成室10が配
設されている。このイオン生成室10は、導電性高融点材
料、例えばモリブデンから容器状に形成されており、そ
の内空間部は、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、このイオン生成室10内に
は、例えば次のようにして電子反射面が形成されてい
る。
すなわち、多孔電極8と対向するイオン生成室10の底
部には、絶縁性部材11を介在して、このイオン生成室10
の側壁部とは電気的に絶縁された状態(フローティング
状態)で、高融点の導電性セラミックス、例えば、コン
ポジットEC(商品名、電気化学工業社製)、SiC、TiC、
ZrB2、TiB2等からなる底板12が設けられている。
すなわち、この底板12は、イオン生成室10内に電子反
射面を形成するもので、反応が開始すると、電子の照射
によりこの電子反射板12が負に帯電し、電子を反射する
よう構成されている。
なお、上記底板12等の電子反射面は、導電性の高融点
金属等で構成してもよい。ただし、この場合、使用する
原料ガスの種類等により、スパッタ、エッチングにより
金属が消耗し、頻繁に交換等のメンテナンスを実施する
必要が生じる。
また、電子反射面は、導電体に限らず例えば絶縁性部
材により構成してもよい。さらに、電子反射面にカソー
ドに対して負電圧を印加してもよい。
また、上記イオン生成室10の側面には、所望のイオン
例えばイオン注入装置用イオンすなわち半導体ウエハに
イオンを注入するための原料ガス例えばBF3等をこのイ
オン生成室10内に導入するための原料ガス導入口13が設
けられている。この原料ガス導入口13に対向する側壁に
は、例えば、方形状のイオン引き出し用スリット14が設
けられている。
上記構成のこの実施例の電子ビーム励起イオン源で
は、図示しない磁場生成手段により、図示矢印Bの如く
垂直方向に電子をガイドするための磁場を印加した状態
で、次のようにして所望のイオンを発生させる。
すなわち、フィラメント3にフィラメント電圧Vfを印
加しフィラメント電流を流し過熱するとともに、このフ
ィラメント3に対して、電子発生室1および多孔電極8
に放電電圧Vdを印加し、多孔電極8とイオン生成室9と
の間に加速電圧Vaを印加する。なお、電子発生室1に
は、抵抗Rを介して放電電圧Vdを印加するが、この抵抗
Rに並列にスイッチSを接続しておき、装置の立ち上げ
時にこのスイッチSをONとし、立ち上げ後OFFとするこ
とにより、速やかな放電の立ち上げを行うことができ
る。
そして、放電用ガス導入孔4から電子発生室1内に、
放電用ガス例えばアルゴンガスを導入し、放電電圧Vdに
より放電を生起させ、プラズマを発生させる。すると、
このプラズマ中の電子は、加速電圧Vaにより、電子引き
出し孔5、溢路6、多孔電極8の透孔を通過してイオン
生成室10内に引き出される。
一方、イオン生成室10内には、原料ガス導入口13から
予め所定の原料ガス例えばBF3を導入しておき、このイ
オン生成室10内を所定圧力例えば0.001〜0.02 Torrの原
料ガス雰囲気としておく。
したがって、イオン生成室10内に流入した電子は、加
速電界により加速され、BF3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イオン引き出
し用スリット14によりイオンを引き出し、例えばイオン
注入装置の質量分析用の磁場(図示せず)へ射出して、
イオン注入装置によるイオン注入操作を行う。
すなわち、この実施例の電子ビーム励起イオン源は、
電子を原料ガスに照射してイオンを生成させるイオン生
成室10の底板12をフローティング状態とすることによ
り、この底板12が電子反射面となるよう構成されてい
る。したがって、イオン生成室10の内側面における電子
の吸収を抑制して、電子を効率的に使用することが可能
となり、従来に較べて高いイオン電流値を得ることがで
き、処理時間の短縮およびスループットの向上を図るこ
とができる。
また、この実施例では、電子反射面、すなわち底板12
が導電性セラミックスから構成されているので、原料ガ
スとして例えばBF3等を用いた場合でも、エッチング、
スパッタリング等による底板12の消耗を抑制し、長寿命
化を図ることができる。
[発明の効果] 上述のように、本発明の電子ビーム励起イオン源によ
れば、従来に較べて効率的に所望のイオンを発生させる
ことができ、高いイオン電流値を得ることにより、処理
時間の短縮およびスループットの向上を図ることができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の電子ビーム励起イオン源の一実施例の
構成を示す切り欠き斜視図である。 1……電子発生室、2……絶縁性部材、3……フィラメ
ント、4……放電用ガス導入孔、5……電子引き出し
孔、6……溢路、7……絶縁性部材、8……多孔電極、
9……絶縁性部材、10……イオン生成室、11……絶縁性
部材、12……底板(電子反射面)。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高山 直樹 東京都新宿区西新宿1丁目26番2号 東 京エレクトロン株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−278736(JP,A) 特開 昭64−27155(JP,A) 特開 昭61−290629(JP,A) 特開 昭62−190635(JP,A) 特開 昭57−40845(JP,A) 特開 昭63−237529(JP,A) 実開 昭62−193973(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01J 27/00 - 27/26 H01J 37/08

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】放電によりプラズマを発生させる電子発生
    室と、 前記電子発生室内の前記プラズマ中から、電子引き出し
    孔を介して引き出し、加速した電子を、原料ガスに照射
    してイオンを生成させるイオン生成室とを備えた電子ビ
    ーム励起イオン源において、 前記イオン生成室の内側の前記電子引き出し孔と対向す
    る側の面を、導電性セラミックスからなり、電気的にフ
    ローティング状態とされた電子反射面とするとともに、 前記電子引き出し孔と前記電子反射面とを結ぶ線と直交
    する方向に、前記イオン生成室からイオンを引き出すた
    めのイオン引き出し用スリットを設けたことを特徴とす
    る電子ビーム励起イオン源。
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