JPH05314940A - イオンビ−ム応用装置のイオン源 - Google Patents

イオンビ−ム応用装置のイオン源

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JPH05314940A
JPH05314940A JP4115651A JP11565192A JPH05314940A JP H05314940 A JPH05314940 A JP H05314940A JP 4115651 A JP4115651 A JP 4115651A JP 11565192 A JP11565192 A JP 11565192A JP H05314940 A JPH05314940 A JP H05314940A
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JP
Japan
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ionization chamber
gas
ion
ion beam
case
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JP4115651A
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English (en)
Inventor
Yasutsugu Usami
康継 宇佐見
Hidemi Koike
英巳 小池
Takayoshi Seki
関  孝義
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 多価イオンや分子イオン等のイオンビ−ムを
多量かつ安定に取り出すことができ、さらに洩れガスに
よる真空容器内部の汚染や加速電極等の絶縁破壊を防止
し、イオン化のガス効率を向上してガス消費量を低減
し、真空排気系の負担を削減することのできるイオンビ
−ム応用装置のイオン源を提供する。 【構成】 イオン化室のイオンビ−ム出射口の開口面積
を制御する。このため、上記出射口を移動可能なスリッ
トにより構成し、上記スリットを熱膨張部材により支持
し、これを加熱するしてスリットを開閉するようにす
る。また、上記スリットを電歪部材により支持し、上記
電歪部材に印加する電圧により開口面積を制御するよう
にする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体ウエハ加工用等の
イオンビ−ム応用装置に係り、とくにそのイオンビ−ム
の引き出し特性を適正に制御することのできるイオン打
ち込み装置やCVD装置等に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のイオン打ち込み装置やエッチング
装置等の半導体製造装置においてはマイクロ波イオン源
がフィラメントレスで長寿命なため多く用いられている 特公昭59−1670号公報にはマイクロ波発生器によ
り2.45GHzのマイクロ波をイオン化室内に導入し
てソレノイドコイルによりこのマイクロ波電界に直交す
る方向に磁界を発生し、バリアブルリ−クバルブやマス
フロ−コントロ−ラ等によりイオン化室内に導入された
AsH3、PH3、BF3等の試料ガスを上記マイクロ波
電界と磁界との相互作用によりプラズマ化するようにす
ることが開示されている。また、上記イオン化室内で生
成された高密度のプラズマを出射口より引き出して半導
体加工に利用するようにしていた。
【0003】また、特開昭63−124354号公報に
は、イオン化室から取り出されたイオンビ−ムを質量分
析部の下流に設けた可変スリットを通過させて試料に対
するイオンビ−ムの照射量を制御することが開示されて
いるが、イオン化室にて多価イオンや分子イオン等のプ
ラズマを効率良く生成してそのイオンビ−ムをガスとの
衝突少なく取り出す方法については開示されていない。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記従来装置において
はイオン化室からイオンビ−ムを安定に引き出すことが
重要な課題になっている。また、最近のイオン打ち込み
装置においては、上記イオン化室から引き出すイオンビ
−ム量が増えており、さらに、半導体ウエハ処理法の多
様化に伴って多価イオンや分子イオン等が用いられるこ
とが増えている。これに伴ってこのようなイオンビ−ム
をマイクロ波イオン源から長時間安定に取り出すための
制御法を確立することが課題となっている。
【0005】しかし、従来装置はシングル(単分子)イ
オンに特化されているため、これにより十分な量の多価
イオンや分子イオン等を得ようとすると、イオン源の最
適動作状態が大幅に異なるため、十分な量のイオンを得
ることが出来なかった。一般に多価イオンはシングルイ
オンの場合に比べてガス流量を少なくして生成するが、
従来装置ではガス流量を下げるとプラズマが消滅すると
いう問題があった。
【0006】このため、ガス流量をプラズマの維持が可
能な程度に下げると、プラズマイオン化室内で作られた
多価イオンが中性粒子と衝突して非イオン化される確率
が高くなり所要のイオンビ−ム量が得られなかった。ま
た、ガス流量を増してプラズマを維持するようにする
と、ガスがイオン化される割合、すなわちガス効率が悪
くなるいというという問題があった。ガス効率が悪いと
イオンビ−ムに伴ってイオン源から中性のガス分子が流
出しイオンビ−ムの加速を困難にする。さらに上記ガス
分子がイオン加速部等の真空度を低下させるので異常放
電が発生しやすくなる。
【0007】また、イオンビ−ムとガスとの衝突により
電荷交換が行なわれ多数の電子が発生する。この電子は
イオンビ−ムとは電荷の極性が逆なため、イオンビ−ム
とは逆方向に加速されて加速電極に衝突してこれを加熱
する。さらに、電子は加速の途中でガス分子に衝突して
電離するので電子の数は増倍され上記電極はますます加
熱され、ついには電極を破壊するようになる。本発明の
目的は上記の問題を改善して、イオン化室内では多価イ
オンや分子イオン等のプラズマ維持に十分なガス圧を維
持し、イオン化室からはガスの流出少ない状態で十分な
イオンビ−ムを取り出すことのできるイオンビ−ム応用
装置のイオン源を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、イオン化室のイオンビ−ム出射口の開口面積を制御
するようにする。このため、上記出射口を移動可能なス
リットにより構成し、上記スリットを支持する熱膨張部
材と、上記熱膨張部材を加熱する手段とを備えるように
する。また、上記スリットを電歪部材により支持し、上
記電歪部材に印加する電圧により開口面積を制御するよ
うにする。また、上記ガスを磁場中のマイクロ波放電に
よりプラズマ化するようにする。
【0009】
【作用】上記イオンビ−ム出射口の開口面積の制御によ
り、イオン化室内のガス圧を多価イオンおよび分子イオ
ンの生成に適した圧力に高め、同時にイオン化室から洩
れ出るガスの流量を低減する。また、上記熱膨張部材は
加熱量に応じて出射口スリットを移動し出射口の開口面
積を制御する。また、上記電歪部材は印加電圧に応じて
出射口スリットを移動し出射口の開口面積を制御する。
また、磁場中のマイクロ波放電により上記ガスがプラズ
マ化される。
【0010】
【実施例】図1は本発明によるイオン源実施例の断面図
である。イオン化室3には試料ガスがバリアブルリ−ク
バルブ(またはマスフロ−コントロ−ラ)5により流量
を調整されて導入され、同時にマグネトロン1が発生す
るマイクロ波2が導入され、ソレノイドコイル4による
磁場が印加される。上記磁場とマイクロ波2の電場との
相互作用により試料ガスは放電を開始してプラズマ6が
形成される。上記磁場とマイクロ波電場の大きさはそれ
ぞれソレノイドコイル4の電流とマグネトロン1の陽極
電流により調整される。
【0011】イオン化室3内のプラズマ6は電極7によ
り吸引されて出射口8より真空容器11内に出射してイ
オンビ−ム9となりウエハ10に照射される。また、真
空容器11はイオンビ−ム9を通過させるためのビ−ム
ラインの一部として形成されたりする。
【0012】出射口8より試料ガスが洩れ出るとガス分
子との衝突によりイオンビ−ム9が損失し、また試料ガ
スの付着によりウエハ10が汚染されるので、真空容器
11内はできるだけ高真空に保つ必要がある。このた
め、図1においてはイオン化室3内を真空ポンプ12に
より排気する。一方、十分なイオンビ−ム9を得るため
にはイオンイオン化室3内のガス圧を上げる必要があ
り、ガス圧を上げると真空容器11内の高真空度が低下
するという問題が発生する。
【0013】本発明では出射口8の(流体)コンダクタ
ンスを制御してイオン化室3内のガス圧を高めると同時
に真空容器11内の真空度も高めるようにする。すなわ
ち、出射口8を適正に絞って真空容器11から洩れ出る
ガス流量が少なくなるようにする。イオン化室3内の圧
力をP1、真空容器11内の圧力をP2、出射口8のコン
ダクタンスをCとすると、真空容器11から洩れ出るガ
ス流量Qは Q=C(P1−P2) ≒CP1 ……ただし、P1>>P2にて (1) であたえられる。
【0014】従来装置ではコンダクタンスCの値を適切
に絞れなかったため、イオン化室3内のガス圧P1を上
げるには流量Qを増加させる必要があった。このことは
真空容器11内の圧力P2は真空ポンプ12の排気速度
をSEとし、真空容器11の壁が吸着するガスの放出を
無視すると、 P2=Q/SE (2) で与えられるので、真空容器11内の圧力上昇につなが
るという問題があった。これに対して本発明ではCを絞
ってP1を上げるので流量Qの増加を防止することがで
き、真空容器11内の圧力P2は上昇しなくてすむ。
【0015】また、プラズマ6の生成条件を幅広く制御
する場合には、上記コンダクタンスCの制御と同時にバ
リアブルリ−クバルブ5によるガス流量Qの制御を併用
するようにする。図1においては出射口8の開口面積を
スリット131と同132により変えてコンダクタンス
Cを制御する。スリット131と同132はそれぞれヒ
−タ141と142が巻きつけられた熱膨張軸により固
定され、各ヒ−タ141、142等の電流を調整するこ
とにより上記各熱膨張軸の熱膨張長さを制御し出射口8
の開口面積を適切に設定する。上記ヒ−タの温度は熱電
対143により検出されて温度設定器144が出力する
温度設定値と比較され、温度差に比例する電流が各ヒ−
タに流される。
【0016】図2は本発明の他の実施例断面図であり、
図1とは出射口8の開口面積の制御方法が異なってい
る。スリット131と同132はそれぞれ例えば電歪素
子よりなる軸151、152に連結されて固定され、こ
の電歪素子に印加する電圧により出射口8の開口面積を
制御するようにする。
【0017】図3、図4はそれぞれ本発明による出射口
8の断面図例であり、図1、2等に適用することが出来
る。図3においては、スリット161と同162にはそ
れぞれ複数の開口部が設けられ、両者を反対方向に移動
することにより同図(b)に示すように、出射口8の開
口面積を制御する。図4は図3における各スリットを複
数の開口部を有する板にした場合であり、同様にスリッ
ト161と同162を反対方向に移動することにより同
図(b)に示すように、出射口8の開口面積を制御す
る。
【0018】
【発明の効果】本発明においては、イオン化室出射口の
コンダクタンス制御によりイオン化室内のガス圧を高
め、同時に真空容器内の真空度も高めて真空容器から洩
れ出るガス流量を低減するので、従来装置では困難であ
った多価イオンや分子イオン等のイオンビ−ムを多量か
つ安定に取り出すことのできるイオンビ−ム応用装置の
イオン源を提供することができる。さらに、上記真空容
器から洩れ出るガスによる真空容器内部の汚染を防止
し、加速電極等の絶縁破壊を防止することが出来る。ま
た、イオン化のガス効率を向上してガス消費量を低減
し、真空排気系の負担を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるイオン源実施例の断面図である。
【図2】本発明による他のイオン源実施例の断面図であ
る。
【図3】本発明に用いるイオン化室開口部のスリットの
断面図ならびに上面図である。
【図4】本発明に用いるイオン化室開口部の他のスリッ
トの断面図ならびに上面図である。
【符号の説明】
1…マグネトロン、2…マイクロ波、3…イオン化室、
4…ソレノイドコイル、5…バリアブルリ−クバルブ、
6…プラズマ、7…電極、8…出射口、9…イオンビ−
ム、10…ウエハ、11…真空容器、12…真空ポン
プ、131、161、171…スリット、141…ヒ−
タ、143…熱電対、144…温度設定器、151…
軸、153…電圧設定器。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 イオン化室とイオン化室に導入されたガ
    スをプラズマ化する手段と、イオン化室内のプラズマか
    らイオンを引き出すための出射口とを備えたイオンビ−
    ム応用装置のイオン源において、上記出射口の開口面積
    を制御する手段を備えたことを特徴とするイオンビ−ム
    応用装置のイオン源。
  2. 【請求項2】 請求項1において、上記出射口を移動可
    能なスリットにより構成し、上記スリットを支持する熱
    膨張部材と、上記熱膨張部材を加熱する手段とを備えた
    ことを特徴とするイオンビ−ム応用装置のイオン源。
  3. 【請求項3】 請求項1において、上記出射口を移動可
    能なスリットにより構成し、上記スリットを支持する電
    歪部材と、上記電歪部材に電圧を印加する手段とを備え
    たことを特徴とするイオンビ−ム応用装置のイオン源。
  4. 【請求項4】 請求項1ないし3のいずれかにおいて、
    上記ガスをプラズマ化する手段を磁場中のマイクロ波放
    電によりプラズマ化するようにしたことを特徴とするイ
    オンビ−ム応用装置のイオン源。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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