JP2819420B2

JP2819420B2 - イオン源

Info

Publication number: JP2819420B2
Application number: JP1302730A
Authority: JP
Inventors: 公輿石; 剛平川村
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1989-11-20
Filing date: 1989-11-20
Publication date: 1998-10-30
Anticipated expiration: 2013-10-30
Also published as: JPH03163734A; US5083061A

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、イオン源に関する。

（従来の技術）一般に、イオン源は、例えば半導体ウエハに不純物と
してのイオンを注入するイオン注入装置等に配置され
る。

このようなイオン源としては、従来からフィラメント
とアノード電極との間に電圧を印加して所定のガスから
プラズマを発生させ、このプラズマ中から所望のイオン
を引き出して利用するイオン源、例えばフリーマン型の
イオン源等が多く用いられている。

また、本出願人は、このようなイオン源として、フィ
ラメントとアノード電極との間に電圧を印加して所定の
放電用ガスから第１のプラズマを発生させ、この第１の
プラズマ中から電子を引き出してイオン発生室内に導入
した所定の原料ガスに照射することにより所望のイオン
（第２のプラズマ）を発生させる電子ビーム励起イオン
源を提案している。

このような電子ビーム励起イオン源は、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、上記説明のイオン源においても、さら
にイオン生成効率を向上させ、低コストで大量のイオン
を発生させることにより、スループットの向上およびラ
ンニングコストの低減等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、従来に較べてイオン生成効率を高めることができ、
スループットの向上とランニングコストの低減を図るこ
とのできる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、請求項１の発明は、電子を電子引出電極に
よって引き出して原料ガスに照射し、イオンを発生させ
るイオン源において、前記電子引出電極を、電子ビームを通過させるための
電子ビーム通過孔と、前記電子ビーム通過孔の周囲に複
数設けられ前記電子ビーム通過孔より小径に構成された
前記放電用ガスを通過させるためのガス抜き孔とを有す
る導電性部材から構成したことを特徴とする。

また、請求項２の発明は、請求項１記載のイオン源に
おいて、タングステンからなりＵ字状に形成されたフィラメン
トが配設された電子発生室内で生起したプラズマから、
前記電子引出電極によって前記電子を引出すよう構成さ
れたことを特徴とする。

（作用）本発明者等が詳査したところ、放電用ガスをプラズマ
化して電子を発生させ、この電子を電子引出電極によっ
て引き出して所定の原料ガスに照射し、イオンを発生さ
せるイオン源においては、電子引出電極の形状等によっ
て電子の引き出し効率が変化し、イオン生成効率が大き
く変化することが判明した。

すなわち、上記電子引出電極は、当然の如く電子ビー
ムを電場によって加速して通過させる作用を有するが、
その他に放電用ガスをプラズマ化する電子発生室と、イ
オンを発生させるイオン生成室との間のオリフィスの作
用を有する。

このため、例えば電子引出電極の開口面積を大きく
し、例えば大径の透光を設けると、電子発生室内のプラ
ズマとイオン生成室内のプラズマがつながってしまい、
イオンの生成効率が極端に悪化してしまうことがある。
一方、電子引出電極の開口面積を小さくすると、電子発
生室内とイオン生成室内の圧力差が所望以上に高めら
れ、電子引出し電極通過時にプラズマが成立し、電子発
生室内のプラズマとイオン生成室内のプラズマがつなが
ってしまう。そのため、電子ビームに所望の電位を印加
できなくなるという問題を生ずる。

そこで、本発明のイオン源では、電子引出電極を、電
子ビームを通過させるための電子ビーム通過孔と、前記
放電用ガスを通過させるためのガス抜き孔とを有する導
電性部材から構成し、これらの開口面積を別々に調節す
ることにより、それぞれ最適値に制御可能とする。した
がって、従来に較べてプラズマの状態および電子ビーム
の引き出し状態をより良好に制御することが可能とな
り、イオン生成効率を高めることができ、スループット
の向上とランニングコストと低減を図ることができる。

（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、電子発生室１は、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、開口部が設けられており、その開
口部を閉塞する如く例えばSi₃N₄、BN等からなる板状の
耐熱性絶縁性部材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、例えばＵ字状に形成さ
れた高融点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内に突出する如く設けられている。

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
めの直径例えば２〜8mmの円孔５が設けられている。

また、上記電子発生室１の下部には、円孔５に連続し
て隘路６を形成する如く例えばSi₃N₄、BN等からなる絶
縁性部材７が設けられており、この絶縁性部材７の下部
には、電子引出電極８が設けられている。

上記電子引出電極８は、第２図にも示すように、高融
点材質例えばタングステンにより板状に構成されてい
る。なお、電子引出電極８の厚さは、例えば0.3mm以上
に設定することが好ましい。これは、電子引出電極８は
プラズマの作用を受け高温となるため、電子引出電極８
の厚さを薄くし、例えば0.2mmあるいは0.1mm等に設定す
ると、耐久性が著しく低下するためである。

また、上記電子引出電極８には、前述した隘路６に対
応して、電子ビームを通過させるための直径例えば２〜
3mm程度の例えば円形状電子ビーム通過孔９が形成され
ており、この電子ビーム通過孔９の周囲を囲む如くガス
抜き孔10（直径例えば１〜2mm程度）が複数（例えば８
つ）形成されている。このガス抜き孔10の位置、配列パ
ターン、個数、孔径、形状は、イオン粒子の用途により
適宜選択できる。

すなわち、上記電子ビーム通過孔９は、主として電子
ビームを通過させるためのものであり、ガス抜き孔10
は、専ら電子発生室１内に導入された放電用ガスを通過
させるためのものである。そして、これらの電子ビーム
通過孔９の径（開口面積）と、ガス抜き孔10の径および
数（開口面積）を調節することにより、電子ビームと放
電用ガスの流れを別々に制御可能に構成されている。

さらに、上記電子引出電極８の下部には、絶縁性部材
11を介してイオン生成室12が設けられている。このイオ
ン生成室12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、その内容は、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12の底部には、絶縁性部材13を介し、
このイオン生成室12の側壁部とはスイッチScにより電気
的に隔離された状態（フローティング状態）または電源
Vcにより負の電位を印加した状態で、例えば高融点材料
の底板14が固定されており、電子の照射によりこの底板
14が帯電し、電子を反射するよう構成されている。

また、上記イオン生成室12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12内に導入するための原料ガス導入口が設けられて
おり、この原料ガス導入口15に対向する如く、イオン引
き出し用スリット16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Bz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
加し通電加熱するとともに、このフィラメント３に対し
て、抵抗Ｒを介して電子発生室１に放電電圧Vdを印加
し、電子引出電極８に放電電圧Vdを印加し、電子引出電
極８とイオン生成室12との間に加速電圧Va印加する。

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所定流量例えば0.08〜
0.4SCCMで導入し、放電電圧Vdにより放電を生じさせ、
プラズマを発生させる。すると、このプラズマ中の電子
は、加速電圧Vaにより、円孔５、隘路６、電子引出電極
８の電子ビーム通過孔９を通過してイオン生成室12内に
引き出される。

なお、この時、放電用ガス導入孔４から電子発生室１
内に導入されたアルゴンガスは、電子引出電極８のガス
抜き孔10を通ってイオン生成室12内に流入し、イオン引
き出し用スリット16からイオン源の外部に導出される。

一方、イオン生成室12内には、原料ガス導入口15から
予め所定の原料ガス例えばBF₃を所定流量例えば、0.2〜
1.0SCCMで導入しておき、このイオン生成室12内を所定
圧力例えば0.001〜0.02Torrの原料ガス雰囲気としてお
く。

したがって、イオン生成室12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、イオン引き出し用スリット16によ
り、このプラズマ中からイオンを引き出し、例えば所望
のイオンビームとして半導体ウエハへのイオン注入等に
用いる。

すなわち、この実施例の電子ビーム励起イオン源で
は、電子引出電極８の電子ビーム通過孔９およびガス抜
き孔10により、電子ビーム流と、放電用ガス流とを別々
に、それぞれ最適に制御することができるので、従来に
較べてプラズマの状態および電子ビームの引き出し状態
をより良好な状態に維持することが可能となり、イオン
生成効率を高めることができ、スループットの向上とラ
ンニングコストの低減を図ることができる。

なお、上記実施例では、電子引出電極８の電子ビーム
通過孔９の直径を２〜3mm例えば2mmとし、ガス抜き孔10
の直径を１〜2mm例えば1mm、その数を８つとした例につ
いて説明したが、電子ビーム通過孔９の直径と、ガス抜
き孔10の直径、数、形状、位置、配列は、例えば電子発
生室１およびイオン生成室12の大きさ、放電用ガス原料
ガスの種類および流量の条件等により、適宜最適に設定
する必要がある。

このようなイオン源は、イオン注入装置、イオンリペ
ア、Ｘ線源、CVD、エッチング装置などイオン源を用い
る装置であれば何れにも適用できる。

［発明の効果］以上説明したように、本発明のイオン源によれば、従
来に較べてイオン生成効率を高めることができ、スルー
プットの向上とランニングコストの低減を図ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の電子ビーム励起イオン源の
構成を示す図、第２図は第１図の電子ビーム励起イオン
源の要部構成を示す図、第３図は第２図の断面を示す図
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……円孔、６……隘
路、７……絶縁性部材、８……電子引出電極、９……電
子ビーム通過孔、10……ガス抜き孔、11……絶縁性部
材、12……イオン生成室、13……絶縁性部材、14……底
板、15……原料ガス導入口、16……イオン引き出し用ス
リット。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】電子を電子引出電極によって引き出して原
料ガスに照射し、イオンを発生させるイオン源におい
て、前記電子引出電極を、電子ビームを通過させるための電
子ビーム通過孔と、前記電子ビーム通過孔の周囲に複数
設けられ前記電子ビーム通過孔より小径に構成された前
記放電用ガスを通過させるためのガス抜き孔とを有する
導電性部材から構成したことを特徴とするイオン源。
【請求項２】請求項１記載のイオン源において、タングステンからなりＵ字状に形成されたフィラメント
が配設された電子発生室内で生起したプラズマから、前
記電子引出電極によって前記電子を引出すよう構成され
たことを特徴とするイオン源。