JPH0230038A - 電子サイクロトロン共鳴イオン源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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に用いられるイオ
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］ シリコンウェー八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
な指向させ、そのイオンビームをさえぎるようにシリコ
ンウェー八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（Ｅａｔ
ｏｎ）　ＮＶ２０Ｇ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、シリコンウェー八に注入する
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（Ｓｈｕｂａｌｙ）によフて米国特許第４，７１
４，８３４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０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、５ａｋｕｄｏ
によるｒＭｉｃｒｏｗａｖｅ　Ｉｏｎ　５ｏｕｒｃｅ　
Ｆｏｒ　ＪｏｎＩｍｐｌａ口ｔａｔｉｏｎ（イオン注入
のためのマイクロ波イオン源）」［Ｎｕｃｌｅａｒ　Ｉ
ｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ　ａｎｄ　Ｍｅｔｈｏｄｓ　Ｉｎ
Ｐｈｙｓｉｃｓ　ｌ１ｅｓｅａｒｃｈ、Ｂ２１（１９８
７）、ｐｇｓ、１６Ｂ−１７７］　およびＴｏｒｉｉそ
の他によるｒＶｅｒｙ　Ｉｌｉｇｈ　Ｃｕｒｒｅｎｔ　
ＥＣＲｌｏｎ　５ｏｕｒｃｅ　Ｆｏｒ　Ａｎ　Ｏｘｙｇ
ｅｎ　Ｉｏｎ　Ｉｍｐｌａｎｔｅｒ　（酸素イオン注入
装置のための大電流ＥＣＲイオン源）」［Ｎｕｃｌｅａ
ｒ　Ｉｎ５ｔｒｕｌｎｅｎｔｓ　ａｎｄ　Ｍｅｔｈｏｄ
ｓ　Ｉｎ　ＰｈｙｓｉｃｓＲｅｓｅａｒｃｈ、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、
イオン他室の壁に電子が衝突する頻度を減する。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
ＮＶ２Ｏ０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。

５ａｋｕｄｏ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ｓ　５ａｋｕｄｏ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。５ａｋｕｄｏ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、
はぼ長手方向の軸と、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歿りを定
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つの有孔板金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、電極のテーバ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
は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な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、透磁性有孔板取付はフランジ
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フて回転すればイオン化室から前間
させることができる。イオン化室および有孔板取付は構
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はフラン
ジから持ち上げて離す。

いったんイオン化室が取外されると、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、イオン化室は取付はフランジに再び接
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０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
０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１ 図を参照するに、第１図は、イオン注入ステーション１
６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、
半導体ウェー八を形成する。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１
４を通過するシリコンウェーへの選択的移動により維持
される。

従来技術の注入装置ｌＯ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ＮＶ２Ｏ０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ＮＶ２Ｏ０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、４０〜５０ｋｅｙ）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によフて維持さ
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ｆｆｆｉ（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１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１
６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八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ＮＶ２Ｏ０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。

はぼ円筒状のステンレス両室ハウジング５４は、主軸５
８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を経て受は取る
。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　５ｃｉ
ｅｎｃｅ　ａｎｄ　ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＩｎｃ、）か
ら市販されているＳ−１０００型がある。

導波管６０はマイクロ波エネノ？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および室入カフランシフ０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６ｍｍ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。

室人カフランシフ０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、室入カフランシフ０と当接し、
導波管の内部と同じ大きさをもつ矩形の開ロア１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電体ディスク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−層大きなイオン電流を
得るために、誘電体窓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ＥＣｎ
プラズマによって吸収される。静磁界に沿ったこの波に
対するプラズマの読電率Ｅｐは、次の式によって与えら
れる： 式中、ω、ω、６．ωＣ，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、。）ω、および通常の状態ではωｃｌｌｚω、た
だしωｃ６／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
、多層誘電体ディスクを、それらディスクの厚さおよび
誘電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枚の誘電体板を含む多層
窓系のための反射率の計算は次の通りである。第１の誘
電体板の面のところで見られるインピーダンスｎ１は次
の通りである： 式中、２．は厚さＡ、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、は２π１．／
λ１であり、λ、は導波管中の波長である。インピーダ
ンスＲ２、Ｒ３・・・はｎＩ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Ｂ２のための誘
電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０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。

ωＣ’！／ω−１，１，（ωｐｃ／　ω）’−１３ニ対
シテ開示シた窓構造体の寸法を用いて計算すると、窒化
硼素ブロワ°り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、はとんど劣化しなくなる。

環状封止部材７２は石英デイ、スフ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２
２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は室入カフランシフ０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ａＯ（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０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！０がシリコンウェー八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中の誘電体ディスク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５Ｂ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１ｉｄ５８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どの間に介在させ
た３つの嵌合された取付はフランジ１２０〜１２２によ
って注入装ｆｉｌＱに取付けらねている。

第１取付はフランジ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。０リング封止部材１２４
は、第１取付はフランジ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。０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１２０
ａ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１２（１−１２２
の領域の真空状態を改善する。

フランジ１２Ｇ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１１Ｇは、コネクタによって支持体１
３０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　Ｎ１１２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〜
！！２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，
ＳｋＶの電位に維持される。この取出し板１１１は、第
１フランジ１２０に結合された第２取付はフランジ１２
１によって支持されている。第２取付はフランジ１２１
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１４８を有する電気絶縁性スペーサ部材１４Ｇ
に当接している。好ましいスペτす部材１４０は酸化ア
ルミニウムから作られている０組立て中、第２取付はフ
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が用しごられる。

中間取出し板１１１は、注入装置ｌＯ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、０リング１４８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
４０〜５０ｋＶの電位に維持する。最内側の取出し板１
１２を取付はフランジ１２２に結合し、第１および第２
取出し板１１０．１１１に対してほぼ平行な配向にして
維持する。第３取付はフランジ１２２は、第２絶縁性ス
ペーサ部材１５０によって中間取付はフランジ１２１か
ら離隔されている。スペーサ部材１５０とフランジ１２
１，１２２との間に付設された０リング１４６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、架橋されたポリスチレン材料から
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、取付はフランジ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（ｒｅｔａｉｎｉ
ｎｇ）　　リップ１５３を有するスプリットリング１５
２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０次に、ねじ付きコネクタ１
５５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取付はフ
ランジ１２２をスペーサ部材１５０に結合する。

（以下余白） 半径方向に内側の位置において第３取付はフランジ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１１０〜１
１２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つの特殊な取付はジ
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、基体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が取付ジグ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
にまたがフて巻回された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
１６Ｂ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との間の相対的位緩の調
節を可能にしている。

コイル支持体１６４は、ロー？１７２が回転するように
取付けられたベアリング１７０（ｉ４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１１ｉ４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、取付はフランジ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１
６４をイオン化室ハウジング５４へ結合する。透磁性の
取付はフランジ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５
４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５
４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１２
０中に形成された管状溝１９２から出し入れすることに
より最外側の取付はフランジ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０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１１２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、取付はフラン
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１８（ｌ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０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２０
１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９５５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１６２
ａと１６２ｂ。

軟鋼支持体１６４、軟鋼フランジ１２２、軟鋼有孔板１
１０、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。

肱−立 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、−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４０
ｋｅｙのエネルギーを得る。電磁石１６２ａおよび１６
２ｂを励起すると、環状永久磁石２１０によって生じた
磁界および取付はフランジ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、軟鋼の取付は
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、その結果、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
はフランジ１２２から持ち上げて離すと、取付はフラン
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１２０〜１２２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５
２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である。

第　　１　　表 引出し電圧（ｋν）４５ 引出しイオン電流（ｍＡ）８６ 抑制電圧（ｋＶ）　　　　　　　　−２，５抑制電流（
ｌ＾）２．４ 加速電圧（ｋＶ）　　　　　　　１５５加速電流（ｍＡ
）”　　　　　　　５５ウエ八　打込イオン　電流（ｍ
Ａ）’″　　　　４８．３ビ一ムライン温度（ｘＣ）　
　　　４２（注入ステーションより上流） ＊　冷却水ラインを通る推定面性電流３ｍＡを含む＊＊
注入ステーションの熱量計で測定 ウニへ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、同じウェーハ注大
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、−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、箪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、１１０．１１
１，１１２・・・イオン取出し有孔板、１２０．１２１
．１２２・・・取付はフランジ、２０１・・・リッジ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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、透磁
   性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 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）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つの取付け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）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）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。 ５）前記内側有孔板の領域中に磁界を発生させる環状永
   久磁石をさらに具え、前記磁界は、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、および前記永久磁
   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ようにしたことを特徴とす
   る請求項１に記載のイオン源。 ６）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
   た濃度でイオン生成室中へ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有する構造体と、 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、コイルの励起によって発生した磁界を整形する
   ため透磁性材料で構成されて、コイルの外側を包囲した
   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、中間および外側の隔離した３つの
   有孔板からなるイオン加速構造体であって、前記外側有
   孔板は、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透磁性材
   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し、第１の
   最外側の石英マイクロ波伝達素子はマイクロ波発生器か
   らマイクロ波エネルギーを受け、第２の最内側の窒化硼
   素マイクロ波伝達素子は前記マイクロ波エネルギーを室
   内部へ供給し、組合わされたそれら伝達素子の全インピ
   ーダンスは、前記イオン生成室内で効率よくイオンを生
   成するために前記室内の高密度プラズマの予想インピー
   ダンスに整合した値を有しているイオン化用電子励起用
   構造体と 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。 ７）第３のインピーダンス整合マイクロ波伝達素子をア
   ルミナで構成し、前記石英および窒化硼素のマイクロ波
   伝達素子の間に挿入し、それらの伝達素子の全インピー
   ダンスは前記室内の高密度プラズマの予想インピーダン
   スに整合した値を有することを特徴とする請求項６に記
   載のイオン源。