JP6810391B2 - イオン源 - Google Patents

Description

本発明は、長孔を通してイオンビームの引出しを行うイオン源に関する。

イオン注入装置では、イオンビームを生成するためのイオン源が使用されている。
イオン源の例としては、特許文献１に記載のイオン源のように、プラズマ生成容器で生成されたプラズマから断面がテーパー状に加工された長孔を通して、イオンビームの引出しを行うイオン源が知られている。

多くの半導体製造工程では、金属汚染を嫌うこともあり、イオン源からターゲット側へ飛散する金属成分の防止や抑制対策が採用されている。その対策の一つとして、特許文献２に示されるように、プラズマが生成されるプラズマ生成容器を構成する部材にカーボンを含有する部材（以下、カーボン部材）を使用することが考えられている。

カーボン部材をプラズマ生成容器の長孔が形成される部位に使用した場合、イオン源運転時の温度が１０００℃以上と非常に高温な環境下では、カーボン部材が再黒鉛化してマイクロカーボンが発生する。

再黒鉛化で生じたマイクロカーボンとイオンビームに含まれるイオン成分とが反応すると、長孔のエッジ部分に反応物が堆積する傾向にある。これはエッジ部分にはダングリングボンドが多いことが影響しているのではないかと考えられている。

図４には、カーボン部材Ｃに形成された長孔Ｈのエッジ部分に反応物が付着堆積したときの例が描かれている。同図に描かれている堆積物Ｕは、あるタイミングで剥離する。これは、堆積物と付着先であるカーボン部材Ｃとの材質が異なり、熱膨張係数が相違していることが影響しているのではないかと考えられている。
剥離した堆積物Ｕが長孔Ｈに架かった場合、堆積物Ｕで遮られた場所からのイオンビームの引出しが困難となり、引出されるビーム電流量が減少する等の不具合が生じる。

特開２００６−１４７２２６ 特表２０１７−５００７０９

本発明では、イオンビーム引出用の長孔が形成されたカーボン部材で、剥離された堆積物が長孔に架かり、引出されるイオンビームのビーム電流量が減少することを抑制することを主たる目的とする。

イオン源は、
イオンビーム引出用の長孔が形成されたカーボン部材を有するイオン源で、
前記長孔の長辺に切欠きが形成されている。

上記構成のイオン源であれば、切欠きが形成されているために、長孔のエッジ部分に付着堆積する堆積物を切欠き部分で分断することが可能となる。
この堆積物の分断により、剥離されたときの堆積物の寸法を従来よりも短くすることができるので、堆積物が剥離して長孔に架かったとしても、イオンビームが通過できる領域を十分に確保することができ、引出されるイオンビームのビーム電流量の減少を抑制できる。

前記切欠きが、前記長孔の各長辺に形成されていることが望ましい。

そのうえ、各長辺に形成された前記切欠きが、前記長孔の長辺方向にずれていることが望ましい。

前記切欠きが、前記長孔の長辺に複数形成されていて、
前記長孔の長辺方向に形成された前記切欠き間の寸法が、前記長孔の短辺方向での寸法よりも短い構成であってもよい。

前記切欠きが、前記長孔の各長辺に複数形成されていて、
前記長孔の短辺方向で対向している前記切欠き間があり、対向関係にある２つの切欠き間の合計寸法が、長孔の短辺方向の寸法よりも短い構成であってもよい。

プラズマ生成容器で使用されるプラズマ生成用のガスは、フッ素を含有している。

切欠きが形成されているために、長孔のエッジ部分に付着堆積する堆積物を切欠き部分で分断することが可能となる。
この堆積物の分断により、剥離されたときの堆積物の寸法を従来よりも短くすることができるので、堆積物が剥離して長孔に架かったとしても、イオンビームが通過できる領域を十分に確保することができ、引出されるイオンビームのビーム電流量の減少を抑制できる。

イオン源全体を示す概略断面図 図１に示すカーボン部材を異なる方向から視たときの平面図 図２（Ｂ）における長孔形状についての変形例に係る平面図 従来の長孔における問題を示す説明図

図１は、イオン源の全体を示す概略断面図である。図示される断面は、Ｙ方向に長い外形が概略直方体形状のイオン源ＩＳをその中央で切断したときのものである。Ｚ方向はイオンビームの引出し方向であり、Ｙ方向はイオン源ＩＳの長手方向である。Ｘ方向はイオン源ＩＳの短手方向であり、Ｙ方向とＺ方向に直交している。

イオン源ＩＳは、大きくはプラズマ生成容器１と同容器内で生成されたプラズマからイオンビームを引き出すための複数枚の引出電極２で構成されている。

プラズマ生成容器１は、内部にプラズマ生成用ガスを導入するためのガス導入口Ｇと、容器に弾性支持されたカーボン部材Ｃを備えている。プラズマ生成容器１で生成されたプラズマからのイオンビームの引き出しは、カーボン部材Ｃに形成された長孔Ｈを通して行われる。

カーボン部材Ｃには、段差部３が形成されていて、この部分でプラズマ生成容器１に対する位置決めが行われる。長孔Ｈは、第一のテーパー部４と第二のテーパー部５で部材が先細りしたエッジ部分で形成されている。

図２は、カーボン部材Ｃの平面図である。図２（Ａ）にはＺ方向側の面が、図２（Ｂ）にはＺ方向と反対側の面がそれぞれ描かれている。各図に描かれているように、切欠きＥが長孔Ｈの長辺に形成されている。

堆積物は長孔Ｈのエッジ部分に沿って形成されるが、エッジ部分を分断するような切欠きＥが形成されていれば、堆積物が付着堆積するエッジ部分の長さが短くなる。 エッジ部分が短くなれば、そこに付着堆積する堆積物の長さも短くなる。
堆積物が短くなれば、剥離した堆積物が長孔をかかったとしても、従来よりも広い
ビーム通過領域を確保することができるので、引出されるイオンビームのビーム電流量の減少を抑制できる。

切欠きＥが連結された長孔Ｈの形状については、種々の構成が考えられる。図３（Ａ）〜（Ｅ）には、長孔Ｈの変形例が描かれている。

例えば、図３（Ａ）に示すように、切欠きＥは、長孔Ｈの各長辺のいずれかのエッジ部分に形成されていてもいい。このような構成であれば、切欠きＥが形成されていない場合に比べれば、長孔Ｈのエッジ部分に堆積される堆積物の長さを短くすることができる。

また、図３（Ｂ）のように、長孔Ｈの各長辺に切欠きＥを設ける場合、各辺の切欠きＥの個数や形状を異ならせるようにしてもいい。

さらに、長孔Ｈの各長辺に形成される切欠きＥの位置を、長孔Ｈの長辺方向で同じ位置としてもいい。ただし、この場合には、局所的にイオンビームの通過する領域が大きくなることから、長孔Ｈから引出されるイオンビームの制御性に悪影響を及ぼす恐れがある。そのため、長孔Ｈの各長辺に形成される切欠きＥの位置は長孔Ｈの長辺方向にずらして形成しておく方がいい。

長孔Ｈを通して引き出されるイオンビームのビーム電流量は、長孔Ｈの中央ほど多くなる傾向にある。引出されるビーム電流量の大きな減少を避けるという点では、長孔Ｈの中央領域から引出されるイオンビームが堆積物によって遮蔽されることを避けるのが望ましい。
この点を考慮して、図３（Ｃ）のように、遮蔽物となる堆積物が長孔Ｈの中央領域ではより短くなるように、長孔Ｈの中央領域での切欠きＥの間隔を、長孔Ｈの端部領域での切欠きＥの間隔に比べて狭くなるようにしておくことが考えられる。

切欠きＥは、Ｚ方向で必ずしもエッジ部分を貫通するような構成に限られない。例えば、図３（Ｄ）のように、エッジ部分の一部を取り除くような切欠きＥであってもよい。図３（Ｄ）には、左側に示す図のＳ−Ｓ線でのエッジ部分を拡大したときの断面図が同図の右側に示されている。

長孔Ｈのエッジ部分から剥離された堆積物が長孔Ｈの短辺方向で長孔Hを跨いでしまうと、局所的ではあるがその部分ではビーム電流が大幅に減少する。
切欠きEを除く他の部位の長さによって長孔Hのエッジ部分から剥離される堆積物の長さが概ね決定される。よって、この部分の長さを長孔Hの短辺方向の幅よりも短くしておけば、剥離された堆積物が長孔Hを跨ぐ可能性が低減できる。具体例を挙げれば、図３（Ｅ）において、切欠き間Ａ、Ｂ、Ｃの寸法が、長孔Ｈの短辺方向での幅Ｗの寸法よりも短くしておければいい。

しかしながら、剥離した堆積物同士が結合して、長孔Ｈを跨いでしまうことも考えられる。この場合については、次のようにして各寸法関係を設定する。
切欠き間Ａに対して、切欠き間Ｂ、Ｃが長孔Hの短辺方向で対向している。対向関係にある切欠き間から剥離された堆積物は、長孔Hの領域で互いに結合する可能性があるので、対向切欠き間の距離の合計である切欠き間Ａと切欠き間Ｃの合計寸法と切欠き間Ａと切欠き間Ｂの合計寸法が、各切欠き間が対向している場所での長孔Ｈの短辺方向の寸法よりも短くしておく。このように各部の寸法を設定することで、剥離された堆積物が結合して長孔Ｈを跨ぐ可能性が低減できる。

各図に記載の切欠きＥの形状は概略半円形をしているが、切欠きＥの形状は図示される構成に限らず、矩形や三角形であってもよい。
また、切欠きＥは長孔ＨからＸ方向に延びる形状に限られるわけではなく、同方向に対して斜めに延びる形状をしていてもいい。
さらには、長孔Ｈの長辺全域に亘って複数の切欠きＥを連続して形成しおいてもいい。

切欠きＥは、長孔Ｈの長辺に形成されていたが、短辺にも形成しておいてもいい。具体例を言えば、図３（Ｅ）の紙面上下方向にある短辺にも切欠きＥを形成しておく。ただし、引出されるイオンビームの長手方向の端部が、イオン注入処理に寄与しておらず、この部分でのビーム電流量が多少減少してもいいのであれば、長孔Ｈの短辺には切欠きＥを設ける必要はない。

上記実施形態では、カーボン部材Ｃとして２つのテーパー部を有する構成を例示して説明したが、テーパー部は、カーボン部材Ｃの表裏いずれかにだけ形成されている構成であってもよい。また、プラズマ生成容器１に対するカーボン部材Ｃの支持は弾性支持に限らず、嵌合、締結等の別の支持構成が使用されていてもよい。

プラズマの元となるプラズマ生成用ガスとして、フッ素含有ガス（ＢＦ₃、ＰＦ₃、ＣＦ₄、ＧｅＦ₄等）を使用する場合、カーボン部材Ｃに付着堆積する堆積物の量が多くなる傾向にある。これはフッ素成分による部材の浸食が影響している。
しかしながら、本発明のイオン源であれば、プラズマ生成用ガスとしてフッ素含有ガスを用いたとしても、剥離される堆積物を短くすることができるので、引出されるイオンビームのビーム電流量の減少を抑制することが可能となる。

Ｚ方向からみたときの長孔Ｈの形状として概略長方形状のものを例示して説明したが、長孔Hの形状はこれに限らずに概略楕円形状であってもよい。この場合、長辺が湾曲していることになるが、そのような形状であってもこれまでに説明した切欠きEを形成することで、本発明の効果を奏することができる。

その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であることは言うまでもない。

１ プラズマ生成容器
２ 引出電極
３ 段差部
４ 第一テーパー部
５ 第二テーパー部
ＩＳ イオン源
Ｈ 長孔
Ｃ カーボン部材
Ｇ ガス導入口

Claims (6)

1. イオンビーム引出用の長孔が形成されたカーボン部材を有するイオン源で、
   前記長孔の長辺に複数の切欠きが形成されていて、
   前記切欠き間に位置する前記長孔のエッジ部分の寸法が、前記長孔の短辺方向の寸法よりも短いイオン源。
2. 前記切欠きが、前記長孔の各長辺に形成されている請求項１記載のイオン源。
3. 各長辺に形成された前記切欠きが、前記長孔の長辺方向にずれている請求項２記載のイオン源。
4. 前記切欠きが、前記長孔の長辺に複数形成されていて、
   前記長孔の長辺方向に形成された前記切欠き間の寸法が、前記長孔の短辺方向での寸法よりも短い請求項１乃至３のいずれか一項に記載のイオン源。
5. 前記切欠きが、前記長孔の各長辺に複数形成されていて、
   前記長孔の短辺方向で対向している前記切欠き間があり、対向関係にある２つの切欠き間の合計寸法が、長孔の短辺方向の寸法よりも短い請求項２または３に記載のイオン源。
6. プラズマ生成用のガスは、フッ素を含有している請求項１乃至５のいずれか一項に記載のイオン源。