JPH05251032A - イオン注入装置及びガス供給装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 メンテナンス頻度の低いイオン注入装置の提
供を目的とする。 【構成】 イオン源装置２のプラズマ発生室２１には接
続部材８０を介してプラズマ発生用のガス供給管Ｇ１が
接続されている。プラズマ発生室２１の頂部２８と接続
部材８０は平面接触させられると共にその平面接触部分
を鏡面に形成しており、プラズマ発生室２１の頂部２８
と接続部材との密着性を高めてある。従ってプラズマ発
生室２１の頂部２８と接続部材８０との平面接触部分の
隙間からガスが漏洩するのを抑制することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、イオン注入装置及びガ
ス供給装置に関する。

【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】ここで本発明者等は、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１５、１５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。

【０００５】またイオン源装置１の電子生成室１１には
例えばアルゴンガスを供給するための放電用のガス供給
管１６ａの一端が接続され、イオン生成室１２には例え
ば取り付け部材を介してネジ止めなどにより原料用ガス
供給管１６ｂが接続されている。これらガス供給管１６
ａ、１６ｂの他端はバックプレート１４に固定され、イ
オン源装置１とバックプレート１４との間には、支柱１
７、導電性のストラップ１８などが接続されおり、イオ
ン源装置は、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。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところでイオン源装置
においては、プラズマ中のイオンによりイオン出力スリ
ット等がスパッタ、エッチングされて消耗し、またスパ
ッタやエッチングによる飛散物がイオン引き出し電極の
表面に被着、堆積するため、定期的にイオン源装置１を
ソースチャンバ内から取り出して分解し、上述の部品の
交換あるいはクリーニング等のメンテナンスを行う必要
がある。

【０００７】従って図７に示す構造体は容易に分解でき
る構造が採用されており、例えば放電用のガス供給管１
６ａについては、その先端部に小さなリング状の接続部
材８７を取り付け、この接続部材８７より突出する管状
部８８を電子生成室１１のガス導入孔２９に圧入するよ
うにしたり、（図８参照）、その先端部を電子生成室１
１のガス導入孔２９に圧入するようにして（図９参
照）、イオン源装置１に対して着脱できるように構成さ
れている。

【０００８】しかしながらこのような従来例において
は、接続部材８７と電子生成室１１との圧入嵌合部分、
即ち管状部８８とガス導入孔２９との接触面において十
分な密着性が得られないため、両接合面間の隙間から放
電用ガスが漏洩してしまう。このように放電用ガスが漏
洩すると、電子生成室１１内の圧力が低下するので、フ
ィラメント１３の摩耗が激しくなり、このためフィラメ
ント１３の寿命が短くなるのでフィラメント１３を頻繁
に交換しなければならず、メンテナンス作業の頻度が高
くなる。

【０００９】これを改善するため、放電用ガスの流量を
増加させることも考えられるが、この場合には前記した
第１のプラズマと第２のプラズマとが融合してしまい、
チャンバに設けられたスリットから所定のイオンの引き
出しを行うことができない。

【００１０】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、メンテナンスの頻度が低い
イオン注入装置を提供することにある。

【００１１】また他の目的は、ガス導入室へのガスの供
給を行うにあたり、漏洩を抑えることのできるガス供給
装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、イオ
ン源装置のプラズマ発生室に接続部材を介してプラズマ
発生用のガス供給管を接続してなるイオン注入装置にお
いて、前記プラズマ発生室の外周面と前記接続部材とを
平面接触させると共に、互いの平面接触部分を鏡面に形
成したことを特徴としている。

【００１３】請求項２の発明は、接続部材の頂部を平坦
に形成すると共に、プラズマ発生用のガス供給管を接続
部材の頂部よりも外方へ突出しないように当該接続部材
に連結固定したことを特徴としている。請求項３の発明
は、ガス導入室に接続部材を介してガス供給管を接続し
てなるガス供給装置において、前記ガス導入室と前記接
続部材とを平面接触させると共に、互いの接触部分を鏡
面に形成したことを特徴としている。

【００１４】

【作用】ガス導入室、例えばイオン源装置のプラズマ発
生室にガス供給管からガスを供給する場合、プラズマ発
生室と接続部材との接触部分の密着性が向上するため、
互いの間からガスが漏出するのを抑制でき、プラズマ発
生室の内圧を所定圧に維持することができる。

【００１５】又、イオン源装置は、接続部材の頂部が平
坦でかつその頂部からガス供給管が突出するようなこと
がないため、接続部材の頂部をイオン源装置の支持面と
して機能させ、当該イオン源装置の分解・組立作業を行
うことができる。

【００１６】

【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はこの例では図２
に示すように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、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。

【００１７】前記イオン源装置２は、各々導電性高融点
材料例えばモリブテンからなるプラズマ発生室をなす電
子生成室２１とイオン生成室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字状の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。

【００１８】前記フィラメント２３の両端には、夫々導
電路部材である導電棒４１、４２の一端側が接続され、
これら導電棒４１（４２）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、例えば
イオン源装置２とバックプレート３との中間部よりも若
干バックプレート３側に寄った位置にて、長さ方向に第
１の導電棒４１ａ（４２ａ）と第２の導電棒４１ｂ（４
２ｂ）とに分割されており、第２の導電棒４１ｂ、４２
ｂの相互離間距離が第１の導電棒４１ａ、４２ａの相互
離間距離よりも広くなるように設定されている。そして
第１の導電棒４１ａ（４２ａ）と第２の導電棒４１ｂ
（４２ｂ）は接続体５１（５２）により接続されてお
り、前記導電棒４１ｂ、４２ｂにおける分割側と反対側
の端部はバックプレート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。

【００１９】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４
１、４２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。

【００２０】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６１〜６４が延出して、その先端が図
１及び図３に示すように中間プレート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。

【００２１】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、図では見えない接続プレ
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。

【００２２】前記イオン源装置２の電子生成室２１の頂
部（外周面）２８には例えばアルゴンガス（放電ガス）
を供給するためのガス供給管Ｇ１が接続部材８０を介し
て接続されている。

【００２３】図４は、このような電子生成室２１とガス
供給管Ｇ１の接続構造を示すものである。この図に示す
ように、ガス供給管Ｇ１は、その先端が略直方体の接続
部材８０の側面８１に溶接されており、接続部材８０内
に形成されたガス導入路８２及び電子生成室２１のガス
導入孔２９を介して電子生成室２１の内部に連通されて
いる。そして、接続部材８０は、その底面８３にガス導
入路８２の開口端を囲繞する環状突起８４が突設されて
おり、この環状突起８４が電子生成室２１の頂部２８の
係合穴２９ａに係合され、電子生成室２１に対して位置
決めされるようになっている。又、接続部材８０は、環
状突起８４の外周側面及び底面８３が研摩等により鏡面
に形成されており、これと同様に鏡面に形成された電子
生成室２１の頂部２８及び係合穴２９ａの内周面と平面
接触するようになっている。そして接続部材８０は、図
１及び図３に示すように、電子生成室２１の頂部２８に
ネジ８５により着脱自在に取り付けられている。

【００２４】前記イオン生成室２２の背面には、所定の
原料ガスを供給するための原料ガス供給管Ｇ２の一端が
接続されている。このガス供給管Ｇ２及び前記ガス供給
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。ただし原料ガス供給管Ｇ２は、中間プレート６の
円孔部６０内を貫通している。

【００２５】なお本実施例のように中間プレート６を用
いてイオン源装置２とバックプレート３とを結合すれ
ば、図３に示すように、ネジ５３により支柱６１〜６４
を中間プレート６から分離することができるので、ガス
供給管Ｇ１、Ｇ２及び導電性ストラップ６６〜６８をイ
オン源装置２から取り外すと共に導電棒４１ａ、４１ｂ
を接続部５１、５２から取り外すことによって、イオン
源装置２をバックプレート３から容易に切り離すことが
できる。

【００２６】ここで前記イオン源装置２について図５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、
これにより前記ガス供給管Ｇ１より導入した放電ガスＱ
Ｋ例えばアルゴンガスを放電させる。

【００２７】前記電子生成室２１は、図５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２６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２
２内に引き出される。

【００２８】一方イオン生成室２２内には、前記ガス供
給管Ｇ２により原料ガスＱＡ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。

【００２９】また図５に示す電圧供給端子と図１に示す
導電部との対応について述べると、図５の端子Ｆ１、Ｆ
２は導電棒４１、４２に対応し、端子Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３
は夫々導電性ストラップ６８、６７、６６に対応し、端
子Ａは支柱６３に対応している。

【００３０】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を支持したバックプレート３をソース
チャンバ３０に装着し、図示しない電源部から図１に示
す導電棒４１、４２や支柱３２〜３４などを介して図５
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、図示しないガス供給源からガス供給管Ｇ１及び接
続部材８０を介して例えばアルゴンガスを０．０５ＳＣ
ＣＭ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２３が電圧Ｖｆにより例えば１０００℃から３
０００℃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
してガス供給管Ｇ２から原料ガスを例えば０．１５ＳＣ
ＣＭの流量でイオン生成室２２内に導入すると共に図示
しない排気口から排気すると、既述したようにアルゴン
ガスのプラズマから引き出された電子が原料ガスに衝突
してプラズマを発生させ、ここからイオンが引き出され
る。

【００３１】以上のように作用する本実施例は、接続部
材８０の底面８３と電子生成室２１の頂部２８とが各々
鏡面に形成されて平面接触しているため、両者が高い密
着性で接合し、しかも接続部材８０はガス供給管Ｇ１の
管径に比べて可成り水平面積の大きい直方体状に形成さ
れているので互いの接触面積が大きく、従って、接続部
材８０と電子生成室２１との接触部分の隙間から放電用
のガスが漏洩するのが抑制され、電子生成室２１内の圧
力を所定圧に維持することができる。その結果、電子生
成室２１内のフィラメント２３に急激な摩耗を生じるこ
とがなく、スリット２７から所定のイオンが引き出され
る。

【００３２】又、本実施例のイオン源装置２は、接続部
材８０の頂部が平坦でかつその頂部８６からガス供給管
Ｇ１が突出していないため、接続部材８０の頂部８６を
イオン源装置２の支持面として機能させることができ、
従って当該接続部材８０を下面側にしてイオン源装置を
作業台上に安定して載置することができるから、イオン
源装置２の固定手段（図示せず）等を容易に解放するこ
とができ、イオン源装置２の分解・組立作業が極めて簡
単かつ迅速に行われる。

【００３３】尚、以上説明した本実施例において、接続
部材８０のガス導入路８２とガス供給管Ｇ１の連結位置
は、接続部材８０の側面８１に限られず、ガス供給管Ｇ
１が接続部材８０の頂部８６から図１中上方へ突出しな
い範囲で適宜決定される。また接続部材８０とプラズマ
発生室２１との接続面はプラズマ発生室２１の頂部２８
に限られず、側部でもよい。

【００３４】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７１、可変スリット７２及び加速管７３が設置さ
れ、更に加速管７３の出口側には電子レンズ７４、Ｙ方
向走査電極７５及びＸ方向走査電極７６が配置される。
従ってイオンビームは、マグネット７１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７３で加速さ
れ、走査電極７５、７６にて所定のパターンで走査され
た後、ファラデーカップ７７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。

【００３５】本発明は以上説明したイオン注入装置の他
に、例えば原料ガスをフィラメント室内に導入してイオ
ンを発生させるイオン注入装置に適用してもよいし、更
にはイオン注入装置に限定されることなく例えば半導体
ウエハにエッチングやアッシングなどのプラズマ処理を
行う装置のガス供給部に適用することができる他、その
他のガスを利用したシステムにおいてガス導入室とガス
供給管との接続部分に適用することができる。

【００３６】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、接続部材とプ
ラズマ発生室の外周面とが鏡面に形成されて平面接触す
るため、互いの密着性が向上し、このため、互いの接触
部分の隙間における放電用ガスの漏洩が抑制され、プラ
ズマ発生室内の圧力が所定圧に維持されて、プラズマ発
生室内のフィラメント等の急激な摩耗が防止される結
果、イオン注入装置のメンテナンスの頻度を低くでき
る。

【００３７】請求項２の発明は、接続部材の頂部が平坦
でかつその頂部からガス供給管が突出することがないた
め、接続部材の頂部をイオン源装置の支持面として機能
させ、イオン源装置の分解、組立作業を容易に行うこと
ができる。

【００３８】請求項３の発明は、ガス導入室と接続部材
の平面接触部分が鏡面に形成されているため、互いの接
触部分の隙間からガスが漏洩するのを抑制でき、長期に
亘りガス導入室の圧力を所定圧に維持できるなど安定し
たガス供給機能を発揮できる。

【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】蓋体をソース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】本発明の実施例の一部を示す分解斜視図であ
る。

【図４】接続部材の取付状態を示す断面図である。

【図５】イオン源装置の一例の内部を示す斜視図であ
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。

【図８】従来のガス供給管の取付状態を示す断面図であ
る。

【図９】従来のガス供給管の取付状態の他の例を示す断
面図である。

【符号の説明】

２ イオン源装置 ２１ プラズマ発生室（電子生成室） ２８ 外周面（頂部） ８０ 接続部材 ８６ 接続部材の頂部 Ｇ１ 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 (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 イオン源装置のプラズマ発生室に接続部
   材を介してプラズマ発生用のガス供給管を接続してなる
   イオン注入装置において、 前記プラズマ発生室の外周面と前記接続部材とを平面接
   触させると共に、互いの平面接触部分を鏡面に形成した
   ことを特徴とするイオン注入装置。
2. 【請求項２】 接続部材の頂部を平坦に形成すると共
   に、プラズマ発生用のガス供給管を接続部材の頂部より
   も外方へ突出しないように当該接続部材に連結固定した
   請求項１記載のイオン注入装置。
3. 【請求項３】 ガス導入室に接続部材を介してガス供給
   管を接続してなるガス供給装置において、 前記ガス導入室と前記接続部材とを平面接触させると共
   に、互いの接触部分を鏡面に形成したことを特徴とする
   ガス供給装置。