JP2903118B2 - 電子サイクロトロン共鳴イオン源 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、加工物のイオンビーム処理を用いられるイ
オン注入装置（イオンインプランタ）用のイオン源に関
するものである。

［従来の技術］ シリコンウェーハにドーパントを導入するための１つ
の従来技術では、ビーム進行路に沿うようにイオンビー
ムを指向させ、そのイオンビームをさえぎるようにシリ
コンウェーハを選択的に配置する。

この技術では、イオン化した物質の濃度を制御してウ
ェーハにドープする。

商業的イオン注入装置の１つの例は、イートン（Eato
n）NV200酸素注入装置である。この従来技術のイオン注
入装置は、酸素分子をイオン化するための電子を供給す
るフィラメントを含む陰極を有する酸素イオン源を用い
ている。陰極から放射された電子は、濃度の制御された
酸素ガス中で加速される。その時、電子はガス分子と衝
突を繰返し、その分子のイオン化に必要なエネルギーを
分子に与える。いったんイオン化されると、荷電酸素分
子は加速され、シリコンウェーハに注入するために輪郭
のはっきりした酸素イオンビームの形状に整形される。
陰極フィラメントを用いたイオン源は、シャバリー（Sh
ubaly）によって米国特許第4,714,834号に開示されてお
り、この米国特許は、それを参照することで本明細書の
一部とする。

イオン源構成についての別の提案は、陰極または陰極
フィラメントを必要としないマイクロ波イオン源を使用
するものである。マイクロ波電力を供給されるイオン源
は、イオン化室内でサイクロトロン共鳴周波数で自由電
子を励起する。これらの電子とガス分子との衝突によっ
てガス分子をイオン化し、室内にイオンおよび一層多く
の自由電子を供給する。次にこれらのイオンは、加速電
界を受け、イオンビームの形でイオン化室を出る。

マイクロ波イオン源の理論および動作は、Sakudoによ
る「Microwave Ion Source For Ion Implantation（イ
オン注入のためのマイクロ波イオン源）」［Nuclear In
struments and Methods In Physics Research,B21（198
7）,pgs.168-177］およびToriiその他による「Very Hig
h Current ECR Ion Source For An Oxygen Ion Implant
er（酸素イオン注入装置のための大電流ECRイオン
源）」［Nuclear Instruments and Methods In Physics
Research,B21（1987）,pgs.178-181］の２つの刊行物
に論じられている。これら２つの刊行物の開示は、これ
ら刊行物を参照することで本明細書の一部とする。

上述の２つの刊行物に記載されているイオン源は、イ
オン化室内に電子プラズマを閉じ込めるための磁界を与
える構造体によって取り囲まれたイオン化室を含んでい
る。イオン化室内にほぼ軸方向の磁界を与えることが必
要であることが認識されている。それは、電子サイクロ
トロン共鳴効果にとって欠くことのできないものであ
り、イオン化室の壁に電子が衝突する頻度を減ずる。そ
のような衝突は、室の温度を上昇させるのみならず、イ
オン源に供給されたマイクロ波エネルギーを充分に利用
できなくなる結果に至る。

マイクロ波エネルギーが導入されるイオン化室の領域
中に生じる電子，低エネルギーイオンは、磁力線の周り
に螺旋軌道を描いてドリフトするであろう。従って、生
成されたイオンの大部分を取出しに利用できるようにす
るためには、磁界は室の取出し領域を越えるまで著しい
発散をしない状態であるべきである。

双方の刊行物共、イオン化室内に軸方向に整列した磁
界を生じさせるために１つまたは２つ以上の環状ソレノ
イドを有するイオン化室の実施例を開示している。前述
のNV200酸素注入装置の一部分と取り替えるのに適した
イオン化室を構成するために、軸方向に整列した磁界を
発生させるためのソレノイドを用いると、存在する注入
装置とイオン源との間で大きさの不整合を生ずる。

Sakudoによる刊行物の第13図には、軸方向の磁界を与
えるための磁気コイルを鉄または高透磁性金属で取囲ん
だ磁気回路構造で、イオン化室内に磁界を集束させてい
る別の装置が開示されている。Sakudoの第13図に示され
た第２の提案では、イオン室の出口部分に鉄の加速電極
を使用している。Sakudoはこの開示に従って構成された
イオン源を市販のイオン注入装置と組合せて使用したこ
とを示すデータを適切な結果をもって提示している。

［発明の開示］ 本発明は、電子サイクロトロン共鳴（ECR）イオン源
における磁界を定める問題の解決を図るものである。本
出願人によって提案された解決法は、引出し電極および
電子抑制電極を通ってイオン化室の外側の領域中へ軸方
向の磁界の整列領域を伸ばすことが重要なことを認識し
たものである。

本発明に従って構成されたマイクロ波励起イオン源
は、ほぼ長手方向の軸と、イオン化室へ濃度の制御され
た酸素を供給するためのガス導入口とを有する円筒状イ
オン化室を有する構造体からなる。マイクロ波発生器か
らのマイクロ波エネルギーを構造体の一方の端から導入
し、その反対側の端からガス／電子衝突により容器内で
発生したイオンを取出す。

磁界規定構造体は、容器の外側に長手方向に支持され
ている１つまたは２つの環状コイルを有し、通電された
ときに、そのコイルは、容器室内のほぼ軸方向に整列し
た磁界を生ずる。

室の端にあるフランジ中の多数の孔があいた有孔板は
イオンのための出口路となる。それらの孔は、ここで参
照したシャバリーの特許により開示されたものと類似の
引出し電極および絶縁体構成で、他の２つのフランジ
（すなわち電子抑制電位および接地電位にそれぞれ保た
れた電極）の有孔板の孔と位置が合わせられている。最
外側の孔，すなわち接地孔およびそれが設けられている
電極の最上側の部分は、室からの磁界にとって低磁気抵
抗路になっている。後述する如く、磁界の好ましい帰路
の残りを定めるために他の２つの電極の選択された領域
中にも透磁性材料を用いる。

本発明の他の形態は、正に荷電した酸素イオンを室内
から取出すことのできる内側有孔板を取付けるための技
術にある。３つの有孔板全てがフランジによって支持さ
れており、それらフランジはイオン化室に対し、３つの
有孔板が互いにほぼ平行に整列されるように嵌合されて
いる。最内側の有孔板は、外側部分が透磁性材料から作
られたフランジによって支持されている。この外側部分
はイオン源の磁界規定構造体に当接している。支持フラ
ンジのこの透磁性部分にはステンレス鋼挿入部材が溶接
され、最内側の有孔板を直接支持している。その有孔板
は、好ましい実施例では、モリブデンから作られてい
る。

電子抑制孔と呼ばれる中間孔およびそれを支持する電
極の大部分は、同じく非磁性材料から作られている。し
かし、電極のテーパ付き部分中の環状領域は、透磁性材
料から作られている。この材料は、もしそれがなければ
広い間隙になるであろう接地電極の磁性材料とイオン引
出し電極の外側部分の磁性材料との間を部分的に橋絡
し、それによって磁界のために意図した帰路を形成して
いる。すなわち、有孔板を通って最外側の軟鋼電極に至
る一層長い通路の磁気抵抗をさらに減少させ、イオン源
の磁界規定構造体に向けて半径方向に外側へ発散して戻
ることを防いでいる。

イオン化室の出力フランジ中に埋め込まれたサマリウ
ム コバルト環状永久磁石もまた、磁界を整形するのに
付加的に寄与する。この環状磁石の外径は、隣接する取
付けフランジの軟鋼部分の内径よりもわずかに大きい。
磁石は軸方向に磁化されており、その磁場がイオン引出
し領域中で電磁石コイルによって生ずる磁界に加算させ
るように設置されている。

イオン源を一緒に設置するのにモジュール式構成方法
を用いると、均一なイオンビームを生成させるのに必要
な較正および保守が容易になる。コイルおよびコイル囲
いを含む磁界規定構造体は、透磁性有孔板取付けフラン
ジから切り離すことができ、この目的のために特別に設
計されたトラックに沿って回転すればイオン化室から離
間させることができる。イオン化室および有孔板取付け
構造が露出されたなら、イオン化室を、カメラのレンズ
マウントで用いられているものと類似のロック機構に
よってイオン取出し有孔板から取外すことができる。イ
オン化室を回転し、次に取出し有孔板および取付けフラ
ンジから持ち上げて離す。

いったんイオン化室か取外されると、電極および絶縁
体の組立体に触れることができ、孔の位置合わせまたは
取替えのためにこの組立体を注入装置から容易に取外す
ことができる。特別に構成された固定具または治具を用
いて孔の位置合わせを行う。いったん有孔板が適切に位
置合わせされると、イオン化室は取付けフランジに再び
接続され、磁界規定構造体をローラにより元の位置へ戻
すことができる。

本発明の他の重要な特徴は、マイクロ波エネルギーを
イオン化室の内部へ結合する機構に関する。イオン化室
の真空内に取付けられた複数の誘電体ブロックは、マイ
クロ波発生器からのマイクロ波エネルギーをイオン室の
内部へ伝達する窓を形成する。

窓の構成および配置は、室を密封したまま室内の高密
度プラズマに極めて効率よくマイクロ波エネルギーを結
合するように定める。これらのセラミックブロックは、
温度の変化と共にわずかに膨張および収縮するが、最外
側の石英ブロックの周りに半径方向のＯリングシールを
用いることにより、そのような温度変化に伴うこの膨張
および収縮に順応させることができる。

上述より、本発明の１つの形態は、イオン引出し領域
の磁界の整列性が改良された新規なECRイオン源にあ
る。本発明のこれらおよび他の目的、利点および特徴
は、添付図に関連して記述する好ましい実施例について
の詳細な記述から一層よく理解されるであろう。

［発明を実施するための最良の形態］ 図を参照するに、第１図は、イオン注入ステーション
16において加工物に衝突するイオンビーム14を形成する
イオンを与えるイオン源12を有するイオン注入装置10を
描いた模式的概観図である。１つの典型的な注入ステー
ション16では、イオンビーム14がシリコンウェーハ（図
示せず）に衝突して、選択的に不純物を導入してシリコ
ンウェーハをドープし、半導体ウェーハを形成する。第
１図に描かれたイオン注入装置10では、イオンビーム14
は決められた進行路を通り、イオン注入量についての制
御はイオンビーム14を通過するシリコンウェーハの選択
的移動により維持される。

従来技術の注入装置10の一つの例は、イートン・コー
ポレーションから市販されているNV200型注入装置であ
る。この注入装置は上述され、本明細書の一部とされた
シャバリーに対する米国特許第4,714,834号に開示され
ているものと類似のイオン源を用いている。

第１図に描かれたイオン源12は、異なった形式のイオ
ン生成法を用いている。マイクロ波発生器20はマイクロ
波エネルギーをイオン化室22へ伝達する。イオン化室22
はNV200注入装置の既存の構造へ接続されている。室22
を出るイオンは、イオン源12の一部を形成する加速用電
極によって付与された初期エネルギー（例えば、40〜50
kev）を有する。加速用電位および電磁コイルの励起に
ついての制御は、第１図に模式的に描かれた電源エレク
トロニクス23によって維持される。

イオン源12を出たイオンは、２つの真空ポンプ24によ
って真空にされたビームラインに入る。イオンはビーム
進行路14に従って、分析磁石26へ行く。その磁石26は荷
電イオンを注入ステーション16に向けて曲げる。多価の
電荷をもつイオンおよび不適切な原子番号をもつ異なっ
た種（species）のイオンは、分析磁石26によって形成
された磁界とイオンとの相互作用により、ビーム進行路
14からはずれる。分析磁石26と注入ステーション16との
間をイオンが通過する際に加速管（図示せず）によっ
て、注入ステーション16でウェーハと衝突する以前に一
層高いエネルギーへ加速される。

制御エレクトロニクス（図示せず）によって注入ステ
ーション16に達する注入量を監視し、その注入ステーシ
ョン16においてシリコンウェーハに望まれるドープ量に
基いてイオンビームの濃度を増減する。ビーム量を監視
する技術は従来から知られており、典型的にはビーム量
を監視するために、ファラデーカップを用いてイオンビ
ームと選択的に交差させている。

既存のNV200注入装置と本発明によって構成されたイ
オン源12との間の係り合いは、第２図および第３図に描
かれている。イオンビーム注入装置10は、接地されたビ
ームラインフランジ52によって定められたイオン源12と
結合できる接続開口50を有している。

ほぼ円筒状のステンレス鋼室ハウジング54は、主軸58
を有する円筒状イオン化室22を定める内側に向いた壁56
を有する。室22の注入装置フランジ52から遠い方のマイ
クロ波入力端は、発生器20からイオン化するために必要
なエネルギーを導波管60を経て受け取る。その導波管60
は発生器20によって送出された周波数のマイクロ波を伝
播させる特性を有している。好ましいマイクロ波発生器
としては、アメリカン・サイエンス・アンド・テクノロ
ジー社（American Science and Technology Inc.）から
市販されているS-1000型がある。

導波管60はマイクロ波エネルギーを窓Ｗを通してイオ
ン化室22へ導く。この窓Ｗは、ハウジング54の内部で、
半径方向の内側に延在したステンレス鋼フランジ66およ
び室入力フランジ70によって設置された３つの誘電体デ
ィスク62〜64および１つの石英ディスク65を有する。デ
ィスク64はアルミナから作られ、ディスク63および62は
共に窒化硼素から作られており、それぞれ25mmおよび6m
mの厚さを有する。フランジ66に当接するディスク62
は、室22の方向からの高速逆流電子との衝突やイオンお
よび電子との接触などによる使用中の劣化を考慮して周
期的な取替えを行うのに対し、ディスク63は永久的なも
のである。

室入力フランジ70は透磁性材料（好ましくは軟鋼）か
ら作られている。導波管60は端部フランジ68を含み、そ
のフランジ68は、室入力フランジ70と当接し、導波管の
内部と同じ大きさをもつ矩形の開口71を通して電磁エネ
ルギーを伝達し、導波管60を通して伝達されたマイクロ
波エネルギーを誘導体ディスク62〜64に到達させ、そし
てそれらディスクを通過させることができるようにす
る。

イオン源の寿命を増大し、かつ一層大きなイオン電流
を得るために、誘導体窓Ｗの構造とイオン電流との間の
関係について研究された。

右回りに円偏光したマイクロ波は主に室22中のECRプ
ラズマによって吸収される。静磁界に沿ったこの波に対
するプラズマの誘導率Epは、次の式によって与えられ
る： 式中、ω，ω_pe，ω_ceは入射マイクロ波周波数，プラ
ズマ周波数および電子サイクロトロン周波数である。プ
ラズマ密度が高くなってEpが非常に大きくなると（ω_pe
≫ω、および通常の状態ではω_ceω、ただしω_ce／ω
＞１）、そのプラズマからのマイクロ波の強い反射が予
測される。その反射を減少させるために、多層誘導体デ
ィスクを、それらディスクの厚さおよび誘導率を最適に
することによりインピーダンス整合用チューナとして用
いる。

第10図に見られるように、ｎ枚の誘導体板を含む多層
窓系のための反射率の計算は次の通りである。第１の誘
導体板の面のところで見られるインピーダンスR₁は次の
通りである： 式中、Z₁は厚さl₁の第１誘電体板で満たされた導波管
の特性インピーダンスであり、R₂は第２板の面において
見られるインピーダンスであり、θ_１は２πl₁／λ_１で
あり、λ_１は導波管中の波長である。インピーダンス
R₂,R₃……はR₁と同様に計算することができる。

反射係数は、 である。窒化硼素をプラズマに面する板62のための誘導
体材料として選択した。その理由は、窒化硼素は高い融
点および良好な熱伝導度を有するからである。石英を真
空封止板として用い、アルミナをその誘電率が高いため
インピーダンス整合用板として用いた。

ω_CE／ω＝1.1,（ω_PE／ω）²＝13に対して開示した
窓構造体の寸法を用いて計算すると、窒化硼素ブロック
を組合せたときの厚さと反射係数との間の関係が得られ
る。第11図に、反射係数がBNの厚さに対して周期的に変
化することが示されており、インピーダンス整合が窓Ｗ
の製造に際し、考慮すべき重要な設計条件であることは
明らかである。

第12図には計算されたマイクロ波透過率と実験的に得
られたイオン電流との間の関係が示されている。イオン
電流は透過率が増大するに従って増大する。BNの厚さ
は、第11図に示されているように、逆流する電子に対す
る許容度を大きくするために、反射率の第２の最小値に
近くなるような厚いBNが選択されている。この窓構造を
用いると、このイオン源の寿命は200時間たっても、ほ
とんど劣化しなくなる。

環状封止部材72は石英ディスク65に嵌合し、イオン化
室22内を真空に維持する。封止部材72はハウジング54中
の溝中に支持されている。石英ディスク65に接する誘電
体ディスク62〜64は温度と共に自由に膨張収縮する。そ
の理由は、石英ディスク65は、室22内に軸方向には剛固
に固定されていないからである。第２導電性封止部材74
は室入力フランジ70に設けた溝に支持されており、導波
管60を経て室22に入るマイクロ波エネルギーが漏れるの
を防止する。

付属部材80（第４図に最も明瞭に示されている）は、
導管（図示せず）からのガスをステンレス鋼ハウジング
54を経て室22中へ送り、その室内に存在する自由電子と
相互作用させる。本発明の好ましい用途として、付属部
材80は濃度の制御された酸素分子を送り、注入装置10が
シリコンウェーハに酸素イオンを選択的にドープできる
ようにする。

使用中、室22はビームラインと真空系システムとして
つながっており、従って、操作前に真空にしなければな
らない。空気は室22中の誘導体ディスク62〜64の間で捕
捉されることがあり、イオン源を高真空にするのに時間
がかかる。これを避けるため、２つの溝82を室壁56中に
加工して設け、ディスク間の空気が室22から一層容易に
ポンプで除去されるようにする（第５図）。

室22内には、ある量の自由電子が常に存在し、発生器
20によって供給されたマイクロ波エネルギーによって最
初に励起される。それら励起された電子は、室22の主軸
58にほぼ平行な通路に沿って螺旋状に流れる。その螺旋
状の流れは軸58とほぼ整列した磁界の存在によって起こ
される。電子は酸素分子と衝突し、それらの分子をイオ
ン化し、室22中にさらに自由電子を生じ、さらに酸素を
イオン化する。

イオン化室22のイオン引出し端においては、３枚の離
隔されたイオン取出し板110〜112により室22中のイオン
に対する出口路を定める。板110〜112は、ビームライン
フランジ52と室22との間に介在させた３つの嵌合された
取付けフランジ120〜122によって注入装置10に取付けら
れている。

第１取付けフランジ120は接地され、ビームラインフ
ランジ52に結合されている。Ｏリング封止部材124は、
第１取付けフランジ120とビームラインフランジ52との
間の界面に沿ってビームライン内を真空に維持する。Ｏ
リング124から半径方向に内側に、フランジ120が円筒状
部分120aを定める。その部分120aはイオン化室の主軸58
とほぼ一致する軸を有する。第３図の断面図はフランジ
120中の切欠部分120bを通って切断したものである。そ
の切欠部分120bはポンプによる導通をよくし、フランジ
120〜122の領域の真空状態を改善する。

フランジ120はステンレス鋼から作られており、それ
により、有孔板支持体130が蝋付けされている端面を定
める。支持体130は軟鋼から作られており、軸方向に磁
界が整列される領域をイオン化室22の外へ延在させるよ
う作用する。支持体130には、同じく軟鋼から作られた
接地された取替可能な有孔板110が結合されている。有
孔板110は、コネクタによって支持体130に結合されて、
その板110が周期的に取外せるようにする。その理由
は、その板110によって定められた孔は、イオンが孔の
縁に衝突するにつれて徐々に腐食されるからである。こ
れにより、板110〜112を位置合わせさせるときに、フラ
ンジ120に対しそれら板110〜112を再配列させることも
できる。

中間取出し板111は、フランジ120に対し約−2.5kvの
電位に維持される。この取出し板111は、第１フランジ1
20に結合された第２取付けフランジ121によって支持さ
れている。第２取付けフランジは、ビーム通路に沿って
真空を維持するためのＯリング封止部材146を有する電
気絶縁性スペーサ部材140に当接している。好ましいス
ペーサ部材140は酸化アルミニウムから作られている。
組立て中、第２取付けフランジ121は、スペーサ部材140
に対向して配置され、フランジ120,121を一緒に結合す
るのに多数のガラス繊維エポキシコネクタ142が用いら
れる。中間取出し板111は、注入装置10からの電子がイ
オン化室に入るのを防止する。スペーサ部材140とフラ
ンジ120,121との間の界面は、Ｏリング146によって封止
されている。

最内側のイオン取出し板112は、接地電位に対して約4
0〜50kVの電位に維持する。最内側の取出し板112を取付
けフランジ122に結合し、第１および第２取出し板110,1
11に対してほぼ平行な配向にして維持する。第３取付け
フランジ122は、第２絶縁性スペーサ部材150によって中
間取付けフランジ121から離隔されている。スペーサ部
材150とフランジ121,122との間に付設されたＯリング14
6により、イオンビーム通路に沿って真空に維持する。

フランジ122は、透磁性材料から作られており、例え
ば、好ましい実施例として、軟鋼から作られている。ス
ペーサ部材150は、架橋されたポリエチレン材料から作
られている。イオン源の組立に際し、そのスペーサ部材
150は、取付れフランジ121によって定められた切り込み
または溝中に配置する。固着（retaining）リップ153を
有するスプリットリング152をスペーサ部材150の周りに
置いて適切に整列させて、スプリットリング152中の孔
がフランジ121の開口と整列するようにする。次に、ね
じ付きコネクタ155を、フランジ121の周辺に設けた開口
を通してリング152中へねじ込む。同様なやり方で、第
２固着リング156および複数のコネクタによって第３取
付けフランジ122をスペーサ部材150に結合する。

半径方向に内側の位置において第３取付けフランジ12
2へ、最内側の取出し板112を直接支持するステンレス鋼
挿入部材154が蝋付けされている。ステンレス鋼挿入部
材154を使用することは、取出し板110〜112の領域中に
軸方向に整列する磁界を定めるのに役立つ。内側から２
つの取出し板111および112はモリブデンから作られてい
る。

イオン源の組立中、３つの有孔板110〜112は、板110
〜112の孔を整列させる２つの特殊な取付けジグＦと
Ｆ′（第８図および第９図）を用いることにより適切に
整列させられる。各板110〜112は、コネクタによって各
々に関連する支持体に結合されている。これらコネクタ
は、板が特定の向きにしっかりと固着される前に軸58の
周りに回転できるようにしている。異なる注入装置に適
用するためには、板110〜112に異なる孔パターンが用い
られる。典型的な孔パターンは、中心の孔と、その中心
の孔の周りに６個または12個の等間隔で開けられた他の
開口とが配置されている。

２つの取付ジグＦおよびＦ′は、基本157を動かすた
めのハンドル158および基体157から突出している複数の
ピン159を有する。板110〜112を整列させる間、それら
部材を各フランジに緩く固定しておき、孔を大略整列さ
せる。一方の取付ジグ、例えばＦのピン159を板110に通
して押し込み、この取付ジグＦのピン159が中間板111の
開口中に挿入されるようになるまで板110を回転する。
板111の反対側から他方の取付ジグＦ′を、板112を再び
整列させるのに用い、特に取付ジグＦ′のピン159が取
付ジクＦのピン159に係合するまで、この取付ジグＦ′
を板112を整列させるのに用いる。このように係合する
と、取付ジグＦ′の延在部159aが取付ジグＦの溝159b内
に嵌まる。

イオン化室22内の磁界は、イオン化室22の軸の長さに
またがって巻回された２つの磁気コイル162aおよび162b
を有する電磁石160（第３図）によって形成される。磁
石支持体（コイル囲い）164は好ましくは軟鋼の壁を有
し、イオン化室22に対し離間してコイルを維持する。一
連の半径方向に延在した支持体ピン166は、支持体164の
壁を通って延在しており、コイル162とイオン化室22と
の間の相対的位置の調節を可能にしている。

コイル支持体164は、ローラ172が回転するように取付
けられたベアリング170（第４図）をコイル支持体164の
両側に取り付けられている。固定されたレール174は、
ローラ172およびコイル支持体164を、イオン化室22の主
軸58に大略平行な通路に沿って前後に移動できるように
支持している。イオン化室22が後述する機構によって取
付フランジ122にいったん結合されたならば、コイル支
持体164を第２図に描いた位置へ回転させて配置するこ
とができる。コイル支持体164は、取付けフランジ122中
に形成された切り欠き122aに嵌合し、コネクタ178は、
支持体164をイオン化室ハウジング54へ結合する。透磁
性の取付けフランジ122、磁石支持体164および室フラン
ジ70によって、イオン源12が動作状態にある時、コイル
の励起により発生した磁界を閉じ込める。

第２図〜第４図は、冷却用流体、最も好ましくは水を
イオン源と接触させて循環させるための複数の付属部材
を示す。第４図の端部正面図から最もよく示されている
ように、付属部材180は室22を取り囲むハウジング54中
の管状通路183中へ水を送ることができるようにしてい
る。その水は、出口付属部材182を経て容器54を出る。
他の付属部材184〜187はコイル支持体164に結合され
て、コイル支持体164によって形成された囲いの中へ冷
却材を送れるようにしている。最後に、付属部材190お
よび191は、水をフランジ120中に形成された管状溝192
から出し入れすることにより最外側の取付フランジ120
が冷却されるようにする。

イオン化を促進するためにプラズマ室へ送られるマイ
クロ波エネルギーの大部分は、最終的には紫外線（一部
はプラズマ）の形で室の壁に衝突するであろう。以上に
列挙した付属部材は、可撓性水流通導管193が作動中に
おいてイオン源に接続されるようにしているので、紫外
線が室の壁の温度を不当に上昇させることはない。有孔
板112に不必要な紫外線（一部はプラズマ）が当らない
ようにこの有孔板112を遮蔽することが望ましいことが
見出されており、それに関して、ハウジング54が、板11
2を部分的に遮蔽するようにその板112の方へ突出してい
る端部壁55を有するのが分かるであろう。

導水管193をイオン源から外し、およびマイクロ波部
材を取外すことにより、磁石160はイオン化室22から押
し戻して離すことができる。そのようにして露出させた
時、室の囲い（ハウジング）54は、取付けフランジ122
から切り離し、取出し板110〜112を露出させることがで
きる。しかし、磁石160を動かす前に、第２図に示され
ているレール174にレール増設部を継ぎ足すことが必要
である。

端部壁55の外方に面した表面には、円周方向に延在す
るリッジ201によって支持されている一連の等間隔に配
置されたタブ200（第７図）を形成する。そのリッジ201
はフランジ122の溝中へ挿入することができる。次に、
ハウジング54全体を回転して、タブ200をフランジ122中
の対応するタブ204の背後にはめこむ。この機構は、カ
メラレンズマウントの筒端部ロック機構に似ている。タ
ブ200は面取りされたベベル面206（第７図）を有し、こ
の面206は、リッジ201をいったんフランジ122に対して
押し付けてからハウジング54をねじると、カム作用を発
揮する。

端部壁55とフランジ122の合致した表面によって、サ
マリウム・コバルト環状磁石210を支持する環状スロッ
トを形成する。室へ入ったマイクロ波エネルギーはガス
分子を十分にイオン化するのに必要な電子サイクロトロ
ン共鳴条件を満足するためには、少なくとも875ガウス
の軸方向の磁界が必要である。このような磁界は有孔板
111によって定められる領域で大部分が軸方向に保たれ
続ける必要がある。磁石210、電磁石162aと162b、軟鋼
支持体164、軟鋼フランジ122、軟鋼有孔板110、ステン
レス鋼挿入部材154およびモリブデン板111と112を組合
せて用いることにより、大部分が軸方向に整列した磁力
線が板110の領域にまで伸びる結果になる。

動作 動作にあたっては、イオン化室22中の自由電子を発生
器20からのマイクロ波エネルギーによって励起し、それ
ら電子は室22内で螺旋状の運動を生じさせられる。それ
ら電子は、イオン化室22中へ送られた酸素分子と衝突
し、それら分子をイオン化し、一層多くの自由電子およ
び正に荷電されたイオンを発生するであろう。取出し板
110と112との間の領域では、正にバイアスした板112か
ら接地板110へ延在する電力線を有する強い電界が生ず
る。取出し板112の孔を通って室22を出たイオンがイオ
ン化室22から運び去られ、約40kevのエネルギーを得
る。電磁石162aおよび162bを励起すると、環状永久磁石
210によって生じた磁界および取付けフランジ122と磁石
支持体（コイル囲い）164のための材料の選択と相俟っ
て、取出し板110〜112を通る磁界が軸方向に整列して延
在するようになる。次に、磁力線は丸く曲がり、軟鋼の
取付けフランジ122を経て電磁石へ入る。イオン源の動
作中、種々の可撓性導管193によって冷却剤、典型的に
は水をイオン源12の中へ送り、室の内壁に紫外線が衝突
することによって生じる熱を取り去る。

有孔板110〜112の再整列または他の保守手順が必要な
場合には、導水管193を外すことができるような結合部
材が使われており、この結果、電磁石を２つの平行なレ
ール174に沿ってイオン化室22からローラで離すことが
できる。次に、イオン化室22を外し、取付けフランジ12
2から持ち上げて離すと、取付けフランジ120〜122およ
び有孔板110〜112に容易に近付くことができる。１つの
標準的な手順では、保守にあたって、それらフランジ12
0〜122および有孔板110〜112をユニットとして接地ビー
ムフランジ52から完全に取外す。

以下の第１表は本発明に従って構成されたECR源12に
ついての性能の基準を示している。これらのパラメータ
を、シャバリーの特許に示されているようなイオン源を
用いた従来法の装置と比較してある。

ウェハ打込イオン電流が等しくなるように動作した場
合であるが、ECR源12の場合には、同じウェーハ注入量
に対し、引出しイオン電流が顕著に少なくてよい。注入
装置を通るビームの輸送効率は、加速電流および注入ス
テーションより上流のビームラインの温度が一層低いこ
とによって示されているように、効率が一層向上してい
る。

本発明を実施することによって得られる他の利点は、
従来法のイオン源で用いられているフィラメントを除い
ていることに起因する。これは、イオン源の動作寿命を
１桁も増大し、一層大きな動作安定性をもたらし、操作
者の介入を少なくしている。

以上では、本発明を実施例に沿って説明してきた。し
かし、本発明は、その要旨、すなわち特許請求の範囲に
入るかぎり、開示された構成からの全ての変更および変
形を含むものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はイオン注入装置の一実施例を示す模式的平面
図、 第２図は第１図示の注入装置に関連して用いられるイオ
ン源の一実施例を示す平面図、 第３図は第２図示のイオン源の部分的断面図、 第４図は第２図および第３図に示したイオン源の端部正
面図、 第５図はイオン化室ハウジングの断面図、 第６図は第５図示のハウジングの端部正面図、 第７図はイオン化室ハウジングの一端の側面図、 第８図はイオン化室の出口端において３つの有孔板を整
列させるための２つの固定部材の立面図、 第９図は固定部材が有孔板中の孔に適切に整列してはめ
込まれた状態でのそれら固定部材の立面図、 第10図はマイクロ波エネルギーをイオン化室へ結合する
ための窓を形成する一連のマイクロ波伝送ディスクの模
式的断面図、 第11図は伝送ディスクの厚さを種々変えたときの反射率
のグラフ、 第12図はマイクロ波透過効率に対するイオン電流のグラ
フである。 10……イオン注入装置、12……イオン源、14ビーム進行
路、16……注入ステーション、20……マイクロ波発生
器、22……イオン化室、54……室ハウジング、62,63,64
……誘電体ディスク、110,111,112……イオン取出し有
孔板、120,121,122……取付けフランジ、201……リッ
ジ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡辺 巌 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日本電信電話株式会社内 (72)発明者 ジェームズ イー．ヒップル アメリカ合衆国 02173 マサチューセ ッツ州 レキシトン プレストンロード 26 (72)発明者 ジェラルド エル．ディオネ アメリカ合衆国 01982 マサチューセ ッツ州 サウス ハミルトン ハイラン ドストリート 17 (56)参考文献 特開 昭63−257166（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01J 27/00 - 27/26 H01J 37/08

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】マイクロ波によって励起される電子サイク
   ロトロン共鳴イオン源において、 ａ）長手方向の軸およびイオン化可能なガスを制御され
   た濃度で供給するためのガス導入口を有し、円筒状のイ
   オン生成室を定める構造体であって、該構造体が、前記
   イオン生成室の一端に設けたイオンビーム引出し開口お
   よびその開口の反対側の端に設けたエネルギー導入開口
   を含む構造体と、 ｂ）前記イオン生成室の長手方向に沿って支持された１
   つまたは２つ以上の環状コイルを有し、前記コイルが励
   起された時に、前記イオン生成室の軸方向にほぼ整列し
   た磁界を与える磁界規定構造体であって、該磁界規定構
   造体が前記コイルの励起によって発生した磁界を整形す
   るために透磁性材料で構成されている構造体によりコイ
   ルの外側を包囲された磁界規定構造体と、 ｃ）前記イオンビーム引出し開口を覆い、かつ前記イオ
   ン生成室を出るイオンの出口路を与えるための整列され
   た開口を有する内側、中間および外側の３つの隔離した
   有孔板を有するイオン加速構造体であって、前記外側有
   孔板が、前記内側および中間の隔離した２つの有孔板を
   通して軸方向の磁界の整列の領域を伸ばすために、前記
   内側有孔板および前記中間有孔板より高い透磁性の材料
   から構成されているイオン加速構造体と、 ｄ）前記イオン生成室にマイクロ波エネルギーを供給す
   ることにより、前記イオン生成室中のイオン化用電子を
   励起するための構造体であって、該構造体が前記イオン
   生成室のエネルギー導入開口部分において支持された１
   つまたは２つ以上のマイクロ波伝達素子を有する構造体
   と ｅ）前記イオン生成室の端部壁に設置された永久磁石で
   あって、前記内側有孔板の領域中に、当該永久磁石より
   半径方向に内側の場所では、環状コイルによって発生す
   るほぼ軸方向に整列した磁界に加算され、および当該永
   久磁石より半径方向に外側の場所では、環状コイルによ
   って発生する磁界から減算される磁界を発生させる環状
   永久磁石と を具えたことを特徴とする電子サイクロトロン共鳴イオ
   ン源。
2. 【請求項２】前記内側、中間および外側の間隔をおいて
   設置された３つの有孔板が、絶縁体によって一緒に結合
   されたほぼ凹型の３つの取付フランジによって互いにほ
   ぼ平行に整列され、および前記フランジのうちの前記内
   側有孔板を支持する第１のフランジは： ａ）前記イオンビーム源が作動している時に、前記磁界
   規定構造体に当接し、前記磁界規定構造体の近辺に磁界
   を閉じ込めるために透磁性材料から構成されている半径
   方向外側部分と、 ｂ）荷電イオンが前記円筒状イオン生成室を出る時に通
   る内側有孔板を支持するためのステンレス鋼挿入部材か
   ら構成され、かつ前記半径方向外側部分より半径方向に
   内側にある部分と で規定されていることを特徴とする請求項１に記載のイ
   オン源。
3. 【請求項３】前記内側および中間の２つの有孔板がモリ
   ブデンで構成されていることを特徴とする請求項２に記
   載のイオン源。
4. 【請求項４】前記外側有孔板が軟鋼で構成されているこ
   とを特徴とする請求項２に記載のイオン源。
5. 【請求項５】前記イオン生成室を定める前記構造体は、
   複数の半径方向に延在する離隔したタブを支持する環状
   リッジを有する端壁表面を具備し、前記環状リッジは前
   記第１のフランジの前記半径方向外側部分に設けた溝に
   挿入することができ、回転すると、前記第１のフランジ
   に設けた複数の突き出たタブ保持部分によって前記タブ
   を適所にロックすることができるようにしたことを特徴
   とする請求項２に記載のイオン源。