JPH03163734A

JPH03163734A - イオン源

Info

Publication number: JPH03163734A
Application number: JP1302730A
Authority: JP
Inventors: Akira Koshiishi; 公輿石; Gohei Kawamura; 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: 1991-07-15
Anticipated expiration: 2013-10-30
Also published as: JP2819420B2; US5083061A

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】［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、例えば半導体ウェハに不純物とし
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、スルーブットの向上およびラン
ニングコストの低域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
ルーブ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、本発明のイオン源は、電子を電子引出電鵠に
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
から構威し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ａ遇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、
例えば大径の透孔を設けると、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ｔ！！ｉＩａ適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、スルーブットの向
上とランニングコストの低減を図ることができる。

（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、こ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字状に形戊され
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（Ａ『）
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２〜８ＩＩＩｌ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Ｓ　ｉ　３　Ｎ　４、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阪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０．３ｍｓ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０．２１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２〜３
１Ｉ１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（＠径例えば１〜２ＩＩＩ１程度）が複数
（例えば８つ）形戊されている。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威されている。

さらに、上記電子引出電極８の下部には、絶縁性部材１
１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
ば高融点材料の底仮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溝或
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１５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Ｖ『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
〜０．４３ＣＣＭ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〜ｌ　．　ＯＳＣＣＭ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０．００１〜０．０２　
Ｔｏｒｒ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、ＢＦ，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２〜３ｌＩ１例えば２ｍｓとし、ガス抜
き孔１０の直径をｌ〜２ＩＩＩ１例えばｌＩＩＩ１１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およびイオン生或室１
２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、スルーブ
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

【特許請求の範囲】

（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。