JPH05251030A - イオン注入装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 メンテナンスを容易にかつ円滑に行うこと。 【構成】 チャンバに装着されるバックプレート３に、
支柱３２〜３４、中間プレート６及び支柱６１〜６４を
介してイオン源装置２を保持させる。またイオン源装置
２の電子生成室２１のガス入口に放電ガス供給管Ｇ１を
連結させる。一方イオン源装置２のイオン生成室２２の
側面のガス入口に、原料ガス供給管Ｇ２を導入すると共
に、イオン生成室２２の背面のガス入口に、中間プレ−
ト６の孔部６０を貫通しているベーパライザ７を導入さ
せ、原料ガス供給管Ｇ２及びベーパライザ７の他端を夫
々バックプレート３にシール部材３１により気密に固定
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、イオン注入装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスの製造プロセスにおい
て、半導体ウエハに不純物をイオンとして注入するため
には、一般にイオン源から引き出されたイオンを質量分
析マグネット及び加速管を通した後静電偏光板により、
Ｘ、Ｙ方向に走査して、所定のパターンで半導体ウエハ
に注入するイオン注入装置が用いられている。このよう
なイオン注入装置のイオン源装置としては、アークチャ
ンバ内に、アノード電極と当該チャンバを貫通する棒状
のフィラメントとを設け、アノード電極及びフィラメン
ト間に電圧を印加すると共にアークチャンバ内に原料ガ
スを導入してプラズマ化し、このプラズマから引き出し
電極によりイオンを引き出すフリーマン型の装置が一般
に知られている。

【０００３】ここで本発明者は、フリーマン型とは方式
の異なる新しいイオン源装置として、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ガスから第１
のプラズマを発生させると共に、この第１のプラズマ中
から電子を引き出して所定の原料ガスに照射することに
より第２のプラズマを発生させ、チャンバに設けられた
スリットから第２のプラズマ中のイオンを引き出す電子
ビーム励起イオン源装置を開発し、検討している。この
装置は第１のプラズマの電子を利用して第２のプラズマ
からイオンを引き出しているため、低いイオンエネルギ
ーから高いイオン電流密度が得られる点で非常に有利で
ある。

【０００４】ところでイオン注入装置においては、ソー
スチャンバと呼ばれる円筒状の真空容器内にイオン源装
置が配置されており、イオン源装置はソースチャンバの
一端側開口部の蓋体をなすバックプレートに支柱を介し
て固定されている。図７はこのようなイオン源装置の従
来の固定構造を示す図である。この例においてイオン源
装置１は、第１のプラズマを発生するための電子生成室
１１と第２のプラズマを発生するためのイオン生成室１
２とからなり、電子生成室１１内にはＵ字状のフィラメ
ント１３が設けられると共に、フィラメント１３の両端
部にバックプレート１４に向かって並行状に延びる導電
棒１５ａ、１５ｂの一端が接続され、他端がバックプレ
ート１４に固定されている。更にイオン源装置１とバッ
クプレート１４との間には、支柱１６、導電性のストラ
ップ１７、ガス供給管１８ａ、１８ｂなどが接続されて
おり、イオン源装置１は、バックプレート１４を介して
ソースチャンバに対して装着、取り外しが行われる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで半導体ウエハ
に打ち込まれる不純物には種々の成分があるが、中でも
Ａｓ等の致死量が極めて低い毒性の強い成分を打ち込む
場合には、原料をガスとして取り扱うよりも固体として
取り扱うことが安全性の上からも好ましく、そのためＡ
ｓ等を固体状態にして筒状体内に収納したベーパライザ
をガス供給源として、原料ガス供給管１８ｂに代えてイ
オン源装置１とバックプレート１４との間に接続し、こ
のベーパライザを例えばベーパライザ内に設けたヒータ
等の加熱手段によって加熱して昇華させ、このガス化し
たＡｓ等をイオン生成室１２に供給する場合がある。

【０００６】そして半導体ウエハには通常複数の不純物
層が形成され、同じ半導体ウエハであっても互いに異な
る不純物を注入する場合があるし、ウエハのロットによ
っても不純物が異なるため、イオン注入の対象となる不
純物に応じて原料ガス供給管１８ｂとベーパライザとを
適宜交換してガス供給源を変えることが多い。このよう
に原料ガス供給管１８ｂに代えてベーパライザをイオン
源装置１に接続したり、あるいはベーパライザに代えて
原料ガス供給管１８ｂに接続する作業は、真空状態が保
持されているチャンバ内より一旦イオン源装置１をバッ
クプレート１４と共に取り外して行われ、このためチャ
ンバ内が大気圧になってしまう。

【０００７】従ってチャンバ内よりイオン源装置１を取
り外して原料ガス供給管１８ｂをベーパライザに、ある
いはベーパライザを原料ガス供給管１８ｂ又は他のベー
パライザに交換する作業が終了してイオン源装置１をチ
ャンバ内に装着した後、新たに例えば真空ポンプ等によ
って真空引きを行ってチャンバ内を再び所定の真空度ま
で減圧しなければならないが、この真空引きは可成り長
い時間がかかるため、ガス供給源やガス供給管の交換な
どのメンテナンスに多大な労力と時間を費やしてしまう
し、またイオン源装置１の装着及び取り外し回数が多く
なると、バックプレート１４とチャンバ間でのシール性
の低下によってチャンバ内の気密性が悪くなってしま
う。

【０００８】本発明は、このような事情のもとになされ
たものであり、その目的は、メンテナンスを容易に行う
ことができるイオン注入装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、真空容器に装
着される保持体に、支持部材を介してイオン源装置が保
持され、このイオン源装置内には、放電ガスをプラズマ
化して電子を生成するための電子生成室と、前記電子の
衝突により原料ガスをプラズマ化してイオンを生成する
ためのイオン生成室とを備えたイオン注入装置におい
て、原料ガス供給管と、固体原料を昇華して原料ガスを
発生させるベーパライザとを前記保持体に保持させ、前
記イオン生成室に、原料ガス供給管とベーパライザのガ
ス入口を導入したことを特徴とする。

【００１０】

【作用】例えば原料ガス供給管よりのイオン生成室内へ
のガスの供給を遮断しておき、ベーパライザを加熱手段
によって加熱することによって、ベーパライザ内に固体
状態で収納されている例えばＡｓ等が昇華し、ガス状態
となってイオン生成室内に供給される。一方、ベーパラ
イザの加熱手段をＯＦＦにすると共に、原料ガス供給管
を開放することによって、所定の原料供給源よりのガス
がイオン生成室内に供給される。従ってイオン源装置を
チャンバより取り外すことなく、チャンバ内の真空状態
を保持したまま原料ガス供給管よりのガスとベーパライ
ザよりのガスとを切り換えて所定のガスをイオン生成室
内に供給できるので、この切り換え作業によるチャンバ
内の真空引きが不要となるためメンテナンスの向上を図
ることができる。

【００１１】

【実施例】図１は本発明の実施例を示す図である。同図
において２はイオン源装置であり、後述の支柱などを介
して、保持体に相当する円形状のバックプレート３に固
定されている。このバックプレート３はこの例では真空
容器であるソースチャンバ３０の蓋体をなすものであ
り、図３に示すようにソースチャンバ３０に装着される
ことによって、イオン源装置２がソースチャンバ３０内
に設置される。

【００１２】前記イオン源装置２は、このイオン源装置
２内に放電ガスをプラズマ化して電子を生成するための
電子生成室２１とこの電子の衝突により原料をプラズマ
化してイオンを生成するイオン生成室２２とを備えてお
り、電子生成室２１内には、両端が電子生成室２１の背
面側に固定されたＵ字状例えばタングステンからなるフ
ィラメント２３が設けられている。

【００１３】前記フィラメント２３の両端には、各々導
電路部材である導電棒４１ａ、４２ａの一端側が接続さ
れ、これら導電棒４１ａ（４２ａ）は、イオン源装置２
からバックプレート３に向けて並行状に延び出すと共
に、その他端側は、夫々接続体５１、５２を介して、当
該導電棒４１ａ、４２ａよりも相互間隔の広い導電棒４
１ｂ、４２ｂの一端側にネジ５３により着脱自在に接続
されている。そして前記導電棒４１ｂ、４２ｂにおける
他端側はバックプレート３にシール部材３１を介してネ
ジ止めされ、図示しない電圧供給線に接続される。

【００１４】前記イオン源装置２とバックプレート３と
の間には、バックプレート３側からみて前記導電棒４１
ａ、４２ａよりも図１中イオン源装置２の下方側を略覆
うように、絶縁性材料よりなる四角形状の中間結合体と
しての中間プレート６が配置されており、この中間プレ
ート６の中央部には円孔部６０が形成されている。

【００１５】イオン源装置２のバックプレート３側の背
面からは、上下に２本づつ並行状に合計４本の例えばス
テンレス製の支柱が６１〜６４が延出して、その先端が
中間プレート６にバックプレート３側からネジ６５によ
り着脱自在に固定されると共に、イオン源装置２の側面
には導電性ストラップ６６〜６８の一端が接続され、こ
れら導電性ストラップ６６〜６８の他端は中間プレート
６に図では見えないネジにより固定されている。

【００１６】前記バックプレート３と中間プレート６と
の間には、３本の導電路を兼用した支柱３２〜３４が接
続され、その一端側はシール部材３１を介してバックプ
レート３にネジ止めされ、図示しない電圧供給線に接続
されている。前記支柱３２の他端は中間プレート６にて
前記導電性ストラップ６６に電気的に接続されて固定さ
れると共に、その接続部と前記導電性ストラップ６７と
は、中間プレート６のバックプレート３側の面に貼設さ
れた帯状の接続プレート３５により電気的に接続されて
いる。前記支柱３３の他端は、同様の図示しない接続プ
レートにより導電路を兼用するイオン源装置２側の支柱
６３に電気的に接続され、また前記支柱３４は前記導電
性ストラップ６８に電気的に接続されている。

【００１７】前記イオン源装置２の電子生成室２１の図
１中上面には、例えばアルゴンガス（放電ガス）を供給
するための放電ガス供給管Ｇ１の一端が接続されると共
に、この放電ガス供給管Ｇ１は途中Ｓ字状に屈曲されて
おり、その他端がバックプレート３にシール部材３１に
より気密に固定されている。

【００１８】前記イオン源装置２のイオン生成室２２の
側面のガス入口には、所定のガス供給源よりの原料を供
給するための原料ガス供給管Ｇ２が導入されており、こ
の原料ガス供給管Ｇ２は、バックプレ−ト３より直線状
に伸びると共に途中Ｓ字状に屈曲して再び直線状に伸
び、更に先端がイオン生成室２２に向けてＬ字状に屈曲
して再び直線状に伸び、更に先端がイオン生成室２２に
向けてＬ字状に屈曲している。またイオン生成室２２の
背面のガス入口には、例えば毒性の強いＡｓ等の原料成
分を固体状態で収納したベ−パライザ７のガス入口が導
入されており、このベ−パライザ７は中間プレート６の
孔部６０内を貫通している。これら原料ガス供給管Ｇ２
及びベ−パライザ７の他端は夫々バックプレート３にシ
ール部材３１により気密に固定されている。

【００１９】前記ベーパライザ７は、図３に示すよう
に、円筒体７１の先端部内に、例えばＡｓ等の原料ガス
の成分を固体状態で収納するための「るつぼ」７２を装
着し、更にこのるつぼ７２の先端にノズル７３を連結す
ると共に、円筒体７１内に、例えばヒータ７４等よりな
る加熱手段及び温度センサ７５を、るつぼ７２の外周面
に近接するように円筒体７１の基端側から挿入して構成
されており、これらヒータ７４及び温度センサ７５は図
示しないリード線を介して図示しないコントローラに接
続されている。

【００２０】ここで前記イオン源装置２について図４を
参照しながら簡単に説明すると、電子生成室２１内には
先述したようにＵ字状のフィラメント２３が配置され、
このフィラメント２３に電圧Ｖｆを印加して加熱すると
共に、電極を兼用する壁部との間に電圧Ｖｄを印加し、
これにより前記放電ガス供給管Ｇ１より導入した放電ガ
スＱＫ例えばアルゴンガスを放電させる。前記電子生成
室２１は、図４中その下面の孔部２４を介して、更に電
子引き出し電極２５の一部をなす板状部の多数の透孔２
６を通じてイオン生成室２２に連通しており、電子引き
出し電極２５とイオン生成室２２の側壁部との間に加速
電圧ＶＡを印加することにより、アルゴンガスのプラズ
マ中の電子がイオン生成室２２内に引き出される。

【００２１】一方イオン生成室２２内には、前記原料ガ
ス供給管Ｇ２あるいはベーパライザ７により原料ガスＱ
Ａが導入され、前記電子がこの原料ガスに衝突してプラ
ズマが発生し、図示の方向に形成された磁場ＢＺと、イ
オン生成室２２の下面及び側壁部間の電圧ＶＡとの作用
によりプラズマが締め付けられて集束化し、図示しない
イオン引き出し電極によりスリット２７を通してターゲ
ットである半導体ウエハに走査照射される。

【００２２】次に上述実施例の作用について述べる。先
ずイオン源装置２を保持したバックプレート３をソース
チャンバ３０に装着して例えば図示しない真空ポンプ等
によってチャンバ３０内を所定の真空度まで減圧し、図
示しない電源部から図１に示す導電棒４１ａ、４１ｂ、
４２ａ、４２ｂや支柱３２〜３４などを介して図４に示
すようにイオン源装置２に対して電圧を印加すると共
に、図示しない放電ガス供給源から放電ガス供給管Ｇ１
を介して例えばアルゴンガスを０．０５ＳＣＣＭ以上の
流量で電子生成室２１内に導入すると、フィラメント２
３が電圧Ｖｆにより例えば１０００℃から３０００℃付
近まで加熱されて熱電子を発生し、放電電圧Ｖｄにより
アルゴンガスが放電してプラズマ化する。そして原料ガ
ス供給管Ｇ２側から原料を用いる場合、ベーパライザ７
内に設けられたヒータ７４をＯＦＦにしておくと共に、
原料ガス供給管Ｇ２を開放することによって、所定の原
料供給源よりの原料を例えば０．１５ＳＣＣＭの流量で
原料ガス供給管Ｇ２を介してイオン生成室２２内に導入
すると、アルゴンガスのプラズマから引き出された電子
が原料に衝突してプラズマを発生させ、スリット２７か
らイオンが引き出される。

【００２３】こうして例えば半導体ウエハに不純物がド
ーピングされるが、次いでドーピングすべき不純物の種
類を変えるためにベーパライザ７側からの原料を用いる
場合には、原料ガス供給管Ｇ２よりのイオン生成室２２
内へのガスの供給を停止し、アルゴンガスを電子生成室
２１内に導入しフィラメント２３で加熱する一方、ヒー
タ７４をＯＮにすることによってベーパライザ７のるつ
ぼ７２内に固体状態で収納されているＡｓ等の原料成分
を昇華させ、この昇華したガスをベーパライザ７のノズ
ル７３を介してイオン生成室２２内に導入すると、同様
にイオンが引き出される。

【００２４】従って、上述実施例によれば、イオン生成
室２２に供給される原料の供給源を原料ガス供給管Ｇ２
とベーパライザ７との間で切り換えることにより半導体
ウエハにドーピングすべき不純物の種類を変える場合、
バックプレート３にイオン源装置２を保持してなるユニ
ットをチャンバ３０より取り外すことなく、原料ガス供
給管Ｇ２よりのガスとベーパライザ７よりのガスとを切
り換えて所定のガスをイオン生成室２２内に供給するこ
とができ、このためチャンバ３０の真空引きが不要であ
る。また、イオン源装置２の装着及び取り外し回数を低
減させることができるため、バックプレート３とチャン
バ３０間のシール性が低下することがなく気密性を良好
に保持できる。また、イオン注入装置のダウンタイムを
減少させることにもつなげることができる。

【００２５】更にまた上述実施例では、イオン源装置２
とバックプレート３との間に中間プレート６を介在さ
せ、この中間プレート６に円孔部６０を形成してこの中
にベーパライザ７を貫通させている構造であるため、こ
の中間プレート６がイオン源装置２よりの熱を遮断する
ので熱効率が高い上、中間プレート６からイオン源装置
２側の支柱を分離できるので、イオン源装置２の着脱が
簡単になる。

【００２６】以上において本発明は上述の実施例の構造
に限定されることなく、例えば図５に示すようにイオン
生成室２２のガス入口に互に異なる固体原料を収納した
複数のベーパライザ７とを連結させた構造であってもよ
く、このようにすれば、ベーパライザ７の固体原料を変
える場合においても前記ユニットをチャンバ３０より取
り外さなくて済む。そしてまた本発明は、放電ガスにつ
いてベーパライザ７を用いる場合にも適用することがで
き、電子生成室２１のガス入口に放電ガス供給管Ｇ１と
ベーパライザ７とを連結させるようにしてもよい。尚、
図５においては、便宜上導電棒４１ａ、４１ｂ、４２
ａ、４２ｂ、導電性ストラップ６６〜６８等は省略して
ある。

【００２７】上述のイオン源装置２を用いたイオン注入
装置の全体構成の一例を図６に示すと、イオン源装置２
よりのイオンビームの照射路に沿って質量分析用のマグ
ネット８１、可変スリット８２及び加速管８３が設置さ
れ、更に加速管８３の出口側には電子レンズ８４、Ｙ方
向走査電極８５及びＸ方向走査電極８６が配置される。
従ってイオンビームは、マグネット８１を通過して不要
な不純物のイオンが除去された後加速管８３で加速さ
れ、走査電極８５、８６にて所定のパターンで走査され
た後、ファラデーカップ８７内の半導体ウエハＷに照射
されて所定のイオン注入が行われる。

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば、イオン生成室のガス入
口に原料ガス供給管とベーパライザとを導入させている
ので、イオン源装置をチャンバに装着したまま原料ガス
供給管よりのガスとベーパライザよりのガスとを切り換
えて所定のガスをイオン生成室内に供給できる。従って
このような切り換えを行う場合にイオン源装置をチャン
バ内から取り出さなくて済み、チャンバの真空引きを行
う必要がなく、このためメンテナンスを容易にかつ円滑
に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す斜視図である。

【図２】バックプレートをチャンバに取り付けるときの
様子を示す斜視図である。

【図３】ベーパライザの一例の内部を示す概略断面図で
ある。

【図４】イオン源装置の一例の内部を示す斜視図であ
る。

【図５】本発明の他の実施例を示す概略斜視図である。

【図６】本発明の実施例の適用例を示す説明図である。

【図７】イオン注入装置の従来例を示す斜視図である。

【符号の説明】

２ イオン源装置 ２１ 電子生成室 ２２ イオン生成室 ２３ フィラメント ３ バックプレート ６ 中間プレート ７ ベーパライザ Ｇ１ 放電ガス供給管 Ｇ２ 原料ガス供給管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/265

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空容器に装着される保持体に、支持部
   材を介してイオン源装置が保持され、このイオン源装置
   内には、放電ガスをプラズマ化して電子を生成するため
   の電子生成室と、前記電子の衝突により原料ガスをプラ
   ズマ化してイオンを生成するためのイオン生成室とを備
   えたイオン注入装置において、 原料ガス供給管と、固体原料を昇華して原料ガスを発生
   させるベーパライザとを前記保持体に保持させ、 前記イオン生成室に、原料ガス供給管とベーパライザの
   ガス入口を導入したことを特徴とするイオン注入装置。