JPH07153417A

JPH07153417A - イオン注入装置

Info

Publication number: JPH07153417A
Application number: JP5321182A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Igari; 浩猪狩; Katsuto Hirose; 勝人広瀬
Original assignee: Tel Varian Ltd
Current assignee: Tel Varian Ltd
Priority date: 1993-11-26
Filing date: 1993-11-26
Publication date: 1995-06-16
Anticipated expiration: 2018-04-21
Also published as: JP3399608B2

Abstract

(57)【要約】【目的】接触抵抗を安定させて、フイラメントでの発
熱量を一定化し、これによって、イオン照射によって発
生する正電荷の蓄積を確実に抑制することができる電極
構造を備えた減圧処理装置を提供する。【構成】イオン注入の際の被処理体の帯電防止用電子
を放出する熱電子放出部１０は、フィラメント１６の端
部が予め軸方向一端に一体化され、軸方向他端に電極接
続部１４Ａを有する一対のロッドからなるフィラメント
クランプ１４と、電子を被処理体に向け引出すためのプ
ラズマを生成する箇所の筐体に固定されていて、フィラ
メントクランプ１４の挿通部を有する絶縁部材１２と、
絶縁部材１２に挿通されたフィラメントクランプ１４を
絶縁部材１２に固定する絶縁性の保持部材１８とを備え
ている。このため、電極接続部１４Ａからフイラメント
１６に至る給電路中に結合部を存在させることがないの
で、放電や異常加熱による溶着部の発生を防止すること
ができる。しかも、溶着部分がないので、予め一体化さ
れているフィラメントクランプ１４とフイラメント１６
とのみを交換するだけですむ。

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
し、特に、イオン注入の際に被処理体の帯電防止を行な
うために用いられる電子放出部の構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、半導体ウエハの製造時に
おいては、例えば、イオン注入装置を用いて被処理体で
ある半導体ウエハ（以下、単にウエハという）に不純物
を注入する場合がある。

【０００３】このイオン注入処理は、真空雰囲気下に保
たれた処理室内で、カセットに収容されているウエハを
ハンドリング装置によって円形の処理台上に並べ、この
処理台の回転運動と摺動運動とによりウエハを走査して
イオンビームを均一に照射する。

【０００４】このようなイオンビーム照射装置の構造と
しては、例えば、図３に示す構造がある。

【０００５】すなわち、このイオンビーム照射装置は、
イオン源１から出射されるガスの出射方向（図中、矢印
で示す方向）に沿って、引出し電極２、質量分析器３、
スリット４、加速管５を備えている。そして、このよう
な構成のイオンビーム照射装置にあっては、イオン源１
から出射されたガスあるいは蒸気がプラズマ化され、こ
のプラズマ内の正イオンのみが引出し電極２によって一
定のエネルギーで引出された後、質量分析器３により質
量分析が行なわれ、所望のイオンを分離してさらにスリ
ット４により分離が行なわれる。また、分離されたイオ
ンビームが加速管５を介して最終エネルギーにまで加速
された後、モータ６によって駆動される処理台７上に配
置されているウエハＷに対して照射され、ウエハＷの表
面に不純物を注入する。

【０００６】また、図において、符号８は、ファラデー
カップを示し、ウエハ表面にイオンが注入された際に発
生する二次電子を外部に流出させないように閉じ込め
て、イオン注入量を正確に測定するためのものである。

【０００７】ところで、イオンビームをウエハに注入す
る場合、ウエハ表面に露出している絶縁膜にイオンの正
電荷が蓄積され、その電荷量が絶縁破壊電荷量以上にな
ると、絶縁膜が破壊されてウエハの不良品が得られてし
まう。また、絶縁破壊を起こさないまでも、パティキュ
レートを付着させたりする弊害があった。

【０００８】そこで、ウエハの近傍でイオンビームに臨
む位置にプラズマ発生器を設け、このプラズマ発生器で
発生したプラズマ中の電子をプラズマ発生部とウエハと
の間の電位勾配によってウエハ表面に引き付けてウエハ
表面上を電気的に中和させる場合がある。

【０００９】上記した中和のための機構としては、例え
ば、図３において、ウエハ近傍に位置するファラデーカ
ップ８に連結して設けられたプラズマ発生部９を備えた
構造がある。このプラズマ発生部９は、例えばカーボン
やモリブデン等を用いた壁部で構成されているプラズマ
発生室とこの室内に配置された熱電子放出用のフィラメ
ント９Ａとを有し、プラズマ発生室内に導入されたアル
ゴンガス等の反応ガスにフィラメント９Ａからの熱電子
を衝突させることでプラズマを生成するようになってい
る。そして、プラズマ発生室におけるファラデーカップ
８側には開口が設けられており、この開口は、ウエハが
帯電した場合にこのウエハ表面とプラズマ発生室との間
に電位勾配が生じることを利用してプラズマ発生室内か
ら電子を放出させるようになっている。また、開口から
放出された電子は、上記電位勾配によりウエハ表面に引
き付けられて帯電している正電荷を中和する。

【００１０】ところで、上記プラズマ発生部９に設けら
れているフィラメント９Ａは、例えば、図４に示す構造
によって支持されている。

【００１１】すなわち、フィラメント９Ａは、導電性部
材からなるフィラメントクランプ９Ａ１によって支持さ
れている。フィラメントクランプ９Ａ１は、プラズマ発
生部９の壁部に取付けられた絶縁性部材９Ａ２に挿通さ
れており、挿通方向一端、つまり、フィラメント９Ａが
支持される側にはテーパ部が、そして、挿通方向他端に
は絶縁性部材９Ａ２から突出するネジ部がそれぞれ形成
されている。また、フィラメントクランプ９Ａ１のテー
パ部に対向する位置には、絶縁性部材９Ａ２に固定され
て上記テーパ部に嵌合するクランプホルダ９Ａ３が設け
られ、さらに、フィラメントクランプ９Ａ１のネジ部に
は、フィラメントターミナル９Ａ４が捩じ込まれてい
る。

【００１２】このような構造においては、絶縁性部材９
Ａ２の下方からフィラメントクランプ９Ａ１を挿入し、
フィラメントクランプ９Ａ１のネジ部にフィラメントタ
ーミナル９Ａ３を仮止めする。次いで、フィラメント９
Ａをフィラメントクランプ９Ａ１のテーパ部に形成され
たスリット内に差込み、フィラメントターミナル９Ａ４
を捩じ込むことでフィラメントクランプ９Ａ２を上方に
移動させるとともに上記テーパ部を縮径させてスリット
の幅を縮めることにより、フィラメント９Ａを挟持して
保持することができる。

【００１３】したがって、フイラメント９Ａへの給電路
は、ネジ結合されているフィラメントクランプ９Ａ２お
よびフィラメントターミナル９Ａ４とフィラメントクラ
ンプ９Ａ２のテーパ部に形成されているスリットとを介
して構成されていることになる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図４に示し
たフィラメントの構造においては、フィラメントへの給
電路における接触抵抗が安定しないという問題があっ
た。

【００１５】つまり、フィラメント９Ａは、フィラメン
トクランプ９Ａ３とフィラメントターミナル９Ａ４とを
介して給電路を構成されるが、フィラメントクランプ９
Ａ３の軸方向両端で疑似的な一体化がなされているだけ
であるので、その部分での接触抵抗が安定しない。

【００１６】具体的には、フィラメント９Ａが単にフィ
ラメントクランプ９Ａ２によって挟持されているのみで
あり、また、フィラメントクランプ９Ａ３とフィラメン
トターミナル９Ａ４とはネジ結合されているに過ぎな
い。したがって、挟持部およびネジ結合部での接触状態
が均一であるとはいえない。例えば、ネジ結合されてい
るフィラメントクランプ９Ａ９２の移動ストロークに影
響されてフィラメント９Ａに対する挟持圧が充分に得ら
れない場合には、テーパ部内面との間の接触が不安定と
なる。また、フィラメントクランプ９Ａ３とフィラメン
トターミナル９Ａ４とのネジ結合部においても、ネジ山
同士の接触がネジ結合領域で全て同じとはいえず、ネジ
結合領域での接触状態が均一でないこともある。このた
め、接触状態が均一でないと、接触抵抗もばらついてし
まい、部分的な接触しか得られていない場合には、その
接触位置での放電や異常加熱を招いて接触部が溶着して
しまうことがある。

【００１７】一方、このような溶着が発生すると、消耗
品であるフィラメント９Ａの交換にも悪影響を及ぼす。
つまり、上記構造での交換対象となる部品としては、フ
イラメントクランプ９Ａ２に挟持されているだけのフィ
ラメント９Ａが相当するが、上記給電路中での結合部に
おいて溶着が生じていると、その部分での部品同士の分
離が不可能になる。このため、フィラメント９Ａばかり
でなく、これが結合されているフィラメントクランプ９
Ａ３およびネジ部によって結合されているフィラメント
ターミナル９Ａ４の取出しも不可能になるので、結果的
には、インシュレータ９Ａ２を含めたアッセンブリーそ
のものを交換しなければならない。

【００１８】このため、交換しなくてもよい部品までも
交換する必要が生じることで、部品調達コストが上昇し
てしまうことになる。

【００１９】また一方、上記したように接触状態が不均
一であると、フィラメント９Ａでの発熱状態も不均一と
なる。このため、フィラメント９Ａでの発熱量が不安定
な場合には、熱電子放出量も不安定となり、ウエハに蓄
積している正電荷の中和を行なうことができなくなる場
合もあった。このような熱電子放出量が変化する要因と
しては、発熱量だけでなく、プラズマ生成量によっても
起こる。このプラズマ生成量は、熱電子と反応ガスとの
衝突行程長さによっても影響される。このため、フィラ
メントの配置位置が不適正であると、所望するプラズマ
生成量が得られず、被処理体上に蓄積している電荷の中
和が行なえるに足る電子の放出ができない場合もある。

【００２０】そこで、本発明の目的とするところは、上
記従来のイオン注入装置における電極の支持構造での問
題に鑑み、交換する際の部品点数を最少限に止めること
ができるとともに接触不良の発生をなくしてフィラメン
トでの発熱量を安定化し、これによって、イオン照射に
よって発生する正電荷の蓄積を確実に抑制することがで
きる電極の支持構造を備えたイオン注入装置を提供する
ことにある。

【００２１】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、請求項１記載の発明は、減圧雰囲気下で被処理体に
不純物を注入するイオン注入装置において、上記イオン
注入される被処理体の近傍に配置されていて、プラズマ
生成ガスを導入されるプラズマ生成部と、上記プラズマ
生成部に配置されて熱電子を放出するフィラメントを備
えた熱電子放出部とを備え、上記熱電子放出部は、上記
フィラメントの端部が予め軸方向一端に一体化され、軸
方向他端に電極接続部を有する一対のロッドからなるフ
ィラメントクランプと、上記プラズマ生成部の筐体に固
定されていて、上記フィラメントクランプの挿通部を有
する絶縁部材と、上記絶縁部材に挿通された上記フィラ
メントクランプを上記絶縁部材に固定する絶縁性の保持
部材と、を、備えていることを特徴としている。

【００２２】請求項２記載の発明は、請求項１におい
て、上記フィラメントクランプは、一対のロッド途中に
段部が形成され、上記保持部材は、一対のロッドの段部
に面接触し、その段部の一面を基準としてフィラメント
の位置決めを行なうスペーサを構成していることを特徴
としている。

【００２３】請求項３記載の発明は、請求項１または２
において、上記フィラメントクランプとフィラメントと
は、かしめにより面接触させた状態で一体化されている
ことを特徴としている。

【００２４】請求項４記載の発明は、請求項１乃至３の
一つにおいて、上記フィラメントは上記一対のロッドよ
りも小径に形成されていることを特徴としている。

【００２５】

【作用】本発明では、フィラメントの端部が予め軸方向
一端に一体化され、軸方向他端に電極接続部を有する一
対のロッドからなるフィラメントクランプを備えてい
る。このため、電極接続部からフイラメントに至る範囲
には部品同士を結合する部分が存在していないので、そ
の結合部を設けた場合に発生する接触不良をなくすこと
ができる。しかも、唯一、結合部を有するフィラメント
とフィラメントクランプとは、かしめによる一体加工に
よって面接触させてあるので、この部分での接触状態も
均一なものとされる。したがって、電極接続部からフィ
ラメントに至る範囲で接触不良による放電や異常加熱を
起こす部分をなくすことができるので、溶着による交換
部品の増加を抑えることができる。特に、交換部品とし
ては、予め一体化されているフイラメントとフィラメン
トクランプのみに抑えることができる。

【００２６】また、本発明では、絶縁部材に対して挿通
されるフィラメントクランプをその絶縁部材に固定する
とともにフィラメントの位置決めを行なうスペーサとし
ての保持部材を備えている。しかも、保持部材は、フィ
ラメントクランプに形成された段部に嵌合することがで
きる。このため、フィラメントクランプは、保持部材に
嵌合することで絶縁部材に固定されるばかりでなく、絶
縁部材に嵌合した時点で、段部の一面を基準としたフィ
ラメントの位置決めが可能となる。

【００２７】さらに本発明では、かしめにより面接触状
態で一体化されているフィラメントとフイラメントクラ
ンプとは、フィラメントをフィラメントクランプよりも
小径にされている。このため、フィラメントに至る給電
路でのフィラメントの発熱量を他の部分に比べて多くす
ることができる。したがって、フィラメントに至る領域
での異常加熱を招くことなく、しかも、フィラメントに
至る範囲での接触抵抗の変化を来す箇所がないので、フ
ィラメントでの発熱量を安定させることが可能となる。

【００２８】

【実施例】以下、図面に示した実施例により本発明の詳
細を説明する。

【００２９】図１は、本発明によるイオン注入装置に用
いられるプラズマ生成部での熱電子放出部の構造を示し
ている。

【００３０】すなわち、熱電子放出部１０は、図３にお
いて示したプラズマ発生部９に相当するプラズマ生成部
の筐体に取付けられた絶縁部材１２およびこの絶縁部材
１２に挿通されたフィラメントクランプ１４を備えてい
る。

【００３１】フィラメントクランプ１４は、絶縁部材１
２に穿たれた支持孔１２Ａ内に挿通されたタングステン
からなる一対のロッドで構成されており、挿通方向一端
が絶縁部材１２の下面から下方に、また挿通方向他端が
絶縁部材１２の上面から上方にそれぞれ突出している。
そして、フィラメントクランプ１４の軸方向一端には、
Ｕ字状のフィラメント１６（以下、フィラメントとい
う）の端部が予め一体化され、また、挿通方向他端に
は、給電部からの電極（図示されず）が取付けられる電
極接続部１４Ａが形成されている。本実施例では、フィ
ラメントクランプ１４における電極接続部１４Ａの外径
寸法が、絶縁部材１２に挿通されている箇所よりも小径
に設定されており、例えば、絶縁部材１２に挿通されて
いる箇所が４ｍｍであるのに対し、電極接続部が３ｍｍ
に設定されている。これは、フイラメントクランプ１４
を絶縁部材１２から抜出す際に電極接続部１４Ａが絶縁
部材１２の孔縁と干渉しないようにするためである。

【００３２】さらに、フィラメント１６が一体化されて
いるフィラメントクランプ１４の挿通方向一端には、そ
の中心部に１０ｍｍ程度の深さで孔（図示されず）が穿
たれており、この孔に対してフィラメント１６を差込む
ことができるようになっている。

【００３３】一方、フィラメント１６は、フィラメント
クランプ１４よりも小径のタングステン製線材によって
構成されており、その端部がフィラメントクランプ１４
の孔に差込まれたうえでかしめられることにより、孔の
内面と面接触した状態で一体化されている。

【００３４】ところで、上記フィラメントクランプ１４
を単に絶縁部材１２に挿通しただけでは、重力方向に落
下する虞れがある。そこで、本実施例では、フィラメン
トクランプ１４を絶縁部材１２に固定するための構造が
設けられている。

【００３５】すなわち、フィラメントクランプ１４にお
ける絶縁部材１２から上方に突出する部分には、絶縁部
材１２内に挿通された部分よりも縮径された段部１４Ｂ
が形成されている。そして、この段部１４Ｂには、図２
に示すように、絶縁部材１２の上面に載置される保持部
材１８に形成された長孔１８Ａが嵌合できるようになっ
ている。この保持部材１８は、長孔１８Ａの他に、締結
部材２０を挿通するための長孔１８Ｂが形成されてお
り、この長孔１８Ｂに挿通された締結部材２０が絶縁部
材１２に形成されたネジ孔に締め付けられることにてフ
ィラメントクランプ１４の段部１４Ｂの一面を載置した
状態で絶縁部材１２上に固定される。

【００３６】また、保持部材１８は、フィラメントクラ
ンプ１４の段部１４Ｂの一面を載置することで、この一
面を基準としてフィラメント１６の位置決めを行なうた
めのスペーサとして構成されている。つまり、フィラメ
ントクランプ１４の挿通方向一端に差込まれているフィ
ラメント１６は、その湾曲先端部の位置がフイラメント
クランプ１４に形成された孔の深さで規定されている。
したがって、フイラメント１６の突出量が一定している
ので、段部１８Ｂの一面からフィラメント１６の湾曲先
端部までの距離を一定の状態で維持させることができ
る。

【００３７】本実施例は以上のような構成であるから、
電極部１０の組立てに際しては、まず、絶縁部材１２の
孔にフィラメントクランプ１４が挿通される。なお、フ
ィラメントクランプ１４の挿通に先立ち、フィラメント
クランプ１４の軸方向他端にフィラメント１６を差込
み、その差込んだ部分をかしめることでフイラメントク
ランプ１４にフィラメント１６を一体化される。このよ
うにすることで、アッセンブリー段階での加工数を減ら
すことができる。そして、絶縁部材１２にフィラメント
クランプ１４を挿通した後、保持部材１８の長孔１８Ａ
をフィラメントクランプ１４の段部１４Ｂに嵌合させた
うえで締結部材に２０を用いて保持部材１８を絶縁部材
１２の上面に固定する。

【００３８】このようにして組立てられた熱電子放出部
１０は、フィラメントクランプ１４の軸方向一端に位置
する電極部１４Ａから軸方向他端に位置するフィラメン
ト１６との一体部に至る領域に機械的な結合部が介在し
ておらず、その領域内で接触不良を発生させる部分が存
在していない。従って、電極部１４Ａからフィラメント
１６への給電路で接触抵抗が変化する部分がないので、
フィラメント１６への給電量を常に一定化させることが
できる。このため、フィラメント１６での発熱量を常に
一定に維持することができるので、中和に必要な熱電子
を一定状態で生成することができる。しかも、接触抵抗
が変化する部分がないので、このような部分が存在した
場合に発生する放電や異常加熱が防止されることによ
り、給電路中での溶着も起きない。

【００３９】一方、フィラメント１６への給電が行なわ
れる場合には、フィラメントクランプ１４とフィラメン
ト１６との外径寸法の違い、この場合には、フィラメン
ト１６の外径寸法を小さくした関係に設定してあるの
で、フィラメント１６での発熱量を他の部分よりも多く
することができるので、フィラメント１６において集中
的な発熱を行なわせることができる。このため、フィラ
メント１６への給電量が一定することも相俟って、フィ
ラメント１６で生成される熱電子の量を一定化させるこ
とができる。

【００４０】また、フィラメント９Ａの交換時には、締
結部材２０を弛めることで保持部材１８の長孔１８Ａを
フィラメントクランプ１４の段部１４Ｂから外し、フィ
ラメントクランプ１４を絶縁部材１２の孔から抜出す。
この場合、フィラメントクランプ１４の電極部１４Ａの
外径がフィラメントクランプ１４の本体の外径よりも小
さくされているので、フィラメントクランプ１４が、図
１において下方に向け容易に抜出される。しかも、絶縁
部材１２とフィラメントクランプ１４との間には、機械
的な結合部が存在していないので上記両者が溶着するよ
うなことがないので、交換部品としてはフィラメントク
ランプ１４およびこれに一体化されたフィラメント１６
のみですみ、交換部品の点数を従来構造に比べて少なく
することができる。

【００４１】なお、本発明は、上記実施例に限られるも
のではなく、本発明の要旨の範囲内であれば、種々変更
することが可能である。例えば、フィラメントクランプ
は、ロッド状であればよく、その断面形状が特定される
ものではなく、多角形状の断面形状をとすることも可能
である。

【００４２】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、給電部か
らの電極が接続される接続部が位置するフィラメントク
ランプの軸方向一端からフィラメントが結合される軸方
向他端までの間に構成される給電路中に結合部を存在さ
せないロッド状に構成したので、嵌合や締結等の機械的
連結構造をなくすことができる。このため、機械的連結
構造を備えた場合に生じる連結部での放電あるい異常加
熱による溶着を未然に防止することが可能となる。した
がって、給電路内での溶着部分の発生を防止されること
で、交換に要する部品点数を少なくすることができ、特
に交換に際しては、予めかしめによって一体化されてい
るフィラメントおよびフィラメントクランプのみで済
む。

【００４３】また、フィラメントクランプは、ロッドの
一部に形成された段部に嵌合する保持部材によって絶縁
部材に取付けられている。このため、フィラメントは、
保持部材が嵌合しているフィラメントクランプの段部の
一面を基準として位置決めされることが可能となる。し
たがって、熱電子放出位置をプラズマ生成条件に応じた
最適位置とすることができる。

【００４４】さらに本発明によれば、フィラメントクラ
ンプに対してかしめにより一体化されているフィラメン
トは、フィラメントクランプよりも小径とされて発熱量
が多くなる構成であるので、フィラメント以外の箇所が
異常加熱状態になるような事態を防止することができ
る。しかも、フィラメントに至る範囲での接触抵抗の変
化を来す箇所がないので、フィラメントでの発熱量を安
定させることが可能となる。したがって、イオン照射に
よる電荷の中和に必要な熱電子の放出を安定的に行なわ
せることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例によるイオン注入装置に用いられ
るプラズマ発生部での電極部の構造を示す断面図でる。

【図２】図１に示した電極部の斜視図である。

【図３】イオン注入装置の従来構造を説明するための模
式図である。

【図４】図３に示したイオン注入装置に用いられる電荷
中和用プラズマ発生部の電極構造の一例を示す断面図で
ある。

【符号の説明】

９プラズマ生成部に相当するプラズマ発生部１０熱電子放出部１２絶縁部材１４フィラメントクランプ１４Ａ電極部１４Ｂ段部１６フィラメント１８位置決め部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 21/265

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】減圧雰囲気下で被処理体に不純物を注入
するイオン注入装置において、上記イオン注入される被処理体の近傍に配置されてい
て、プラズマ生成ガスを導入されるプラズマ生成部と、上記プラズマ生成部に配置されて熱電子を放出するフィ
ラメントを備えた熱電子放出部とを備え、上記熱電子放出部は、上記フィラメントの端部が予め軸方向一端に一体化さ
れ、軸方向他端に電極接続部を有する一対のロッドから
なるフィラメントクランプと、上記プラズマ生成部の筐体に固定されていて、上記フィ
ラメントクランプの挿通部を有する絶縁部材と、上記絶縁部材に挿通された上記フィラメントクランプを
上記絶縁部材に固定する絶縁性の保持部材と、を、備え
ていることを特徴とするイオン注入装置。
【請求項２】請求項１において、上記フィラメントクランプは、一対のロッド途中に段部
が形成され、上記保持部材は、一対のロッドの段部に面接触し、その
段部の一面を基準としてフィラメントの位置決めを行な
うスペーサを構成していることを特徴とするイオン注入
装置。
【請求項３】請求項１または２において、上記フィラメントクランプとフィラメントとは、かしめ
により面接触させた状態で一体化されていることを特徴
とするイオン注入装置。
【請求項４】請求項１乃至３の一つにおいて、上記フィラメントは上記一対のロッドよりも小径に形成
されていることを特徴とするイオン注入装置。