JP2797130B2

JP2797130B2 - イオン源装置

Info

Publication number: JP2797130B2
Application number: JP2017417A
Authority: JP
Inventors: 剛平川村; 昌彦松土; 直樹高山; 公輿石
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1990-01-25
Filing date: 1990-01-25
Publication date: 1998-09-17
Anticipated expiration: 2013-09-17
Also published as: JPH03222241A

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、イオン源装置に関する。

（従来の技術）一般に、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させるためのイオン
源が設けられている。

例えば、電子ビーム励起イオン源では、所定の放電ガ
ス雰囲気としたフィラメントの部位で放電によりプラズ
マを生じさせる。そして、イオン生成室内に、所定の原
料ガス例えばBF₃ガスを導入しておき、この原料ガス
に、上記プラズマ中の電子を引き出して照射し、該原料
ガスからイオンを生成する。

このようなイオン源は、イオン注入装置の真空チャン
バ内に設けられるが、このようなイオン源は、定期的に
部品交換、清掃等のメンテナンスを必要とする。このた
め、上記イオン注入装置の真空チャンバには、通常メン
テナンス用の開口が設けられている。このメンテナンス
用の開口には、着脱自在に閉塞する如く支持プレートが
設けられており、この支持プレートにイオン源が支持さ
れ、支持プレートを取り外すと、この支持プレートごと
イオン源を真空チャンバの外に引き出すことができるよ
う構成されたものが多い。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、上述したようなイオン源装置のイオン
源は、プラズマの作用等により高温となる。このため、
イオン注入装置においては、イオン源の近傍、特にイオ
ン源を支持する支持プレートが高温となり、例えば真空
チャンバと支持プレートとの間に介挿された気密保持部
材例えばＯリング（ゴム系）が熱により損傷を受け、真
空漏れ等を引き起こす恐れがあった。

本発明は、かかる従来の事情に対処してなされたもの
で、従来に較べてイオン源近傍の温度上昇を抑制するこ
とができ、Ｏリング等が損傷を受けて真空漏れ等が発生
することを防止することができ、従来に較べて信頼性お
よび安全性の向上を図ることのできるイオン源装置を提
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、請求項１のイオン源装置は、開口を有する
真空チャンバと、前記真空チャンバ内に設けられ、プラズマ中から引き
出した電子を原料ガスに照射し、該原料ガスをイオン化
するイオン源と、気密保持部材を介して前記真空チャンバの前記開口部
分に当接され、当該開口を気密に閉塞するとともに、前
記イオン源を支持する支持プレートと、内部に冷却媒体を循環可能に構成され、前記気密保持
部材を冷却する冷却手段と、前記イオン源と前記支持プレートの間に設けられた熱
遮蔽板とを具備したことを特徴とする。

また、請求項２のイオン源装置は、請求項１記載のイ
オン源装置において、前記熱遮蔽板は、絶縁性セラミックスから構成され、
前記イオン源の各部に所定の電圧を印加するための電気
系のターミナルを兼ねていることを特徴とする。

（作用）上記構成の本発明のイオン源装置では、真空チャンバ
の開口を閉塞する如く設けられたイオン源を支持する支
持プレートを冷却する冷却手段を備えている。また、こ
の支持プレートは、熱伝導性の高い材料、例えばアルミ
ニウム等で構成した。

この結果、従来に較べてイオン源近傍の温度情操を上
記冷却手段で抑制することができ、Ｏリング等が熱によ
り損傷を受けて真空漏れ等が発生することを防止するこ
とができる。

（実施例）以下、本発明をイオン注入装置に適用した実施例を図
面を参照して説明する。

第１図に示すように、イオン注入装置の真空チャンバ
１の端部には、形状例えば円形の開口２が形成されてお
り、この開口２の周縁部側面例えば左側面に段付きのフ
ランジを形成する如く、Ｏリング３を介して環状部材４
が固定されている。この環状部材４には、内部に冷媒例
えば冷却水等を循環させるための環状の冷媒流路５が設
けられている。

また、上記開口２には、この開口２を気密に閉塞する
如く、熱伝導性の高い材料、例えばアルミニウム等から
円板状に形成された支持プレート６が設けられている。
この支持プレート６は、フランジの左側面に接触される
Ｏリング７を介して環状部材４に係止される如く、例え
ば螺子6a止め等により着脱自在に固定されている。

上記支持プレート６には、複数例えば４本の電極棒８
の介して、絶縁性部材、例えば絶縁性セラミックス等か
ら板状に構成された熱遮蔽板９が固定されている。さら
に、この熱遮蔽板９には、複数例えば４本の支持棒10を
介して、後述する如く原料ガスに電子を照射してイオン
を発生させるイオン源11が固定されている。このイオン
源11の側方には、周知のイオン注入装置と同様にイオン
源11からイオンを引き出すためのイオン引出し電極、質
量分析マグネット、加速管、偏向走査板（いずれも図示
せず）等が設けられている。そして、イオン源11から引
き出したイオンを所定のイオンビームとして、被処理物
例えば半導体ウエハ等に照射し、このイオンをドーピン
グする如く構成されている。

なお、上記電極棒８は、熱遮蔽板９を支持プレート６
に支持するとともに、イオン源11の各部に所定の電圧を
印加するための電気的接続ラインの一部を構成するもの
で、支持プレート６の電極棒８固定部には、外部に設け
られた図示しない電源装置を接続するためのターミナル
12が設けられている。また、熱遮蔽板９は、イオン源11
からの熱を遮蔽して、支持プレート６の温度上昇を抑制
するためのものであるが、イオン源11の各部に所定の電
圧を印加するための電気系のターミナルも兼ねており、
イオン源11の各部から引き出された複数の電線13および
電極ロッド14と電極棒８とが、この熱遮蔽板９において
電気的に接続されている。さらに、イオン源11に所定の
ガスを供給するためのガス供給配管15、16も、支持プレ
ート６に設けられた配管接続部17（第１図には一方のみ
示す）を介して真空チャンバの外部に設けられたガス供
給源（図示せず）に接続されている。

そして、支持プレート６を、開口２を閉塞する如く真
空チャンバ１に固定することにより、イオン源11が真空
チャンバ１内の所定位置に支持されるように構成されて
いる。また、支持プレート６を真空チャンバ１から取り
外すことにより、イオン源11を真空チャンバ１の外部に
引き出し、所定のメンテナンス等を実施することができ
るよう構成されている。このように、支持プレート６を
真空チャンバ１から取り外してイオン源11を真空チャン
バ１の外部に引き出す際には、予め真空チャンバ１内を
に戻す必要がある。この場合、例えばガス供給配管15、
16等から真空チャンバ１内に不活性ガス例えばアルゴン
ガス、窒素ガス等を供給して真空チャンバ１内を常圧に
戻すことが好ましい。これは、高温となったイオン源11
が酸化したり腐触したりすることを防止するためであ
る。

なお、この実施例のイオン注入装置では、熱遮蔽板９
とイオン源11との間隔（第１図に示す間隔Ｄ）が30mm以
上となるよう構成されている。これは、熱遮蔽板９とイ
オン源11との間に工具等を挿入可能とする間隔を設け
て、電極棒８、熱遮蔽板９、支持棒10、イオン源11等の
脱着等のメンテナンスを容易にするためである。

また、上記イオン源11は、第２図に示すように構成さ
れている。

すなわち、イオン源11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21
が設けられている。この電子発生室21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22が設け
られている。そして、この絶縁板22に、例えばタングス
テンからなるＵ字状のフィラメント23がその両端を支持
されて、電子発生室21内に突出する如く設けられてい
る。

また、この電子発生室21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24が設けられており、ここに第１図に示したガス
供給配管15が接続される。一方、電子発生室21の底部に
は、電子発生室21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25が設けられている。

さらに、上記電子発生室21の下部には、円孔25に連続
して隘路26を係数する如く板状の絶縁性部材27が設けら
れており、この絶縁性部材27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
28が設けられている。また、このプラズマカソード室28
底部には、複数の透孔29を有する多孔電極30が設けられ
ている。

上記多孔電極30の下部には、絶縁性部材31を介してイ
オン生成室32が接続されている。このイオン生成室32
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32の底部には、絶縁性部材33を介して底板34が固定
されている。

さらに、このイオン生成室32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32内に導入するための原料ガス導入口35が設け
られており、この原料ガス導入口35には、第１図に示し
たガス供給配管16が接続される。また、イオン生成室32
側部の原料ガス導入口35に対向する位置には、イオン引
き出し用スリット開口36が設けられている。

また、上記イオン源11には、第１図に示したような電
極棒８、電線13、電極ロッド14等を介して次のような電
源装置が接続されている。

すなわち、フィラメント22には、フィラメント電源Vf
が接続されており、フィラメント22を通電加熱可能に構
成されている。また、電子発生室21には抵抗Ｒを介して
放電電源Vdが、多孔電極30には直接放電電源Vdが接続さ
れており、多孔電極30とイオン生成室32との間には、放
電電源Vdと直列に配列される如く、加速電源Vaが接続さ
れている。なお、上記放電電源Vdは例えば50ボルト程
度、加速電源Vaは、例えば100ボルト程度に設定され
る。

上記構成のイオン注入装置では、図示しない磁場生成
手段により、第２図に示す矢印Bzの如くイオン源11の電
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Vf、放電電源Vd、加
速電源Vaによってイオン源11の各部に所定の電圧を印加
する。

そして、放電用ガス導入口24から電子発生室21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、電場により加速さ
れ、円孔25、隘路26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28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28内のプ
ラズマ中の電子が、電子加速電圧Vaによって加速され、
この多孔電極30の透孔29を通ってイオン生成室32内に引
き出される。

一方、イオン生成室32内には、原料ガス導入口35から
予め所定の原料ガス例えばBF₃ガスを所定流量例えば0.9
SCCM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32内に流入した電子は、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、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32内から引き出し、前述した如
く、質量分析マグネット、加速管、偏向走査板等によっ
てこのイオンを所定のイオンビームとして、被処理物例
えば半導体ウエハ等に照射し、ドーピングする。

また、この時、Ｏリング７を収容する環状部材４に設
けられた冷媒流路５に冷媒例えば冷却水を循環させるこ
とにより、例えばアルミニウム等の熱伝導性の高い材料
から構成された支持プレート６を冷却する。したがっ
て、プラズマの作用により、イオン源11は高温となる
が、支持プレート６は効率的に冷却され、温度上昇を抑
制することができる。このため、例えば支持プレート６
と環状部材４との間に介挿されたＯリング７等が熱によ
り損傷を受け、真空漏れ等が発生することを防止するこ
とができる。

上記実施例では、イオン注入装置について説明した
が、プラズマを用いるイオン源装置であれば、例えばイ
オンリペア、CVD、エッチャー等の何れにも使用でき
る。

［発明の効果］以上説明したように、本発明のイオン源装置によれ
ば、従来に較べてイオン源近傍の温度上昇を抑制するこ
とができ、Ｏリング等が損傷を受けて真空漏れ等が発生
することを防止することができ、信頼性および安全性の
向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の要部構成を示す図、第２図
は第１図に示すイオン注入装置のイオン源の構成を示す
図である。１……真空チャンバ、２……開口、３……Ｏリング、４
……環状部材、５……冷媒流路、６……支持プレート、
７……Ｏリング、８……電極棒、９……熱遮蔽板、10…
…支持棒、11……イオン源、12……ターミナル、13……
電線、14……電極ロッド、15、16……ガス供給配管、17
……配管接続部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者輿石公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)参考文献実開昭64−16052（ＪＰ，Ｕ) 実開平１−98469（ＪＰ，Ｕ) 実開昭63−70650（ＪＰ，Ｕ) 実開昭63−61748（ＪＰ，Ｕ) 実開昭62−186351（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01J 27/00 - 27/26 H01J 37/08

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】開口を有する真空チャンバと、前記真空チャンバ内に設けられ、プラズマ中から引き出
した電子を原料ガスに照射し、該原料ガスをイオン化す
るイオン源と、気密保持部材を介して前記真空チャンバの前記開口部分
に当接され、当該開口を気密に閉塞するとともに、前記
イオン源を支持する支持プレートと、内部に冷却媒体を循環可能に構成され、前記気密保持部
材を冷却する冷却手段と、前記イオン源と前記支持プレートの間に設けられた熱遮
蔽板とを具備したことを特徴とするイオン源装置。
【請求項２】請求項１記載のイオン源装置において、前記熱遮蔽板は、絶縁性セラミックスから構成され、前
記イオン源の各部に所定の電圧を印加するための電気系
のターミナルを兼ねていることを特徴とするイオン源装
置。