JPH08203458A - イオン源及びイオン生成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】半導体製造装置に用いられるイオン源におい
て、多価イオンの生成量を増やす。 【構成】アークチャンバー室３にて生成した１価および
多価イオンを、フィルター電源１７により与えられる電
界でフィルター室１５へ引き出し、多価イオンが多価イ
オン室１６に到達すると、フィルター電源１７からの電
界を逆向きにして１価イオンをアークチャンバー室へ戻
すので、電離による多価イオンの生成量が増える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はイオン源およびイオン生
成方法に関し、特に半導体製造装置に利用される多価イ
オンの生成に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の半導体製造に用いられるイオン注
入装置のイオン源は、高いエネルギーでのニーズが特に
無かったために１価イオンしか用いない図３に示すよう
なフリーマン型が一般的であった。イオン源は、タンタ
ル等で作った直線状の熱電子を供給するフィラメント２
を備えプラズマを生成するアークチャンバー室３と、こ
のアークチャンバー室３からイオンを引き出す加速減速
電極１３と、電子がアークチャンバー室に流入するのを
防ぐ接地電極１４と、アークチャンバー室に外部より磁
界をかけて放電を行なわせるソースマグネット８とを有
している。アークチャンバー室３は、ガスまたは蒸気を
供給する導入口５と、プラズマからイオンビーム１０を
引き出すビーム引出口６を備えている。フィラメント２
とアークチャンバー室３の間には電位差を与えるアーク
電源７が接続されている。アークチャンバー室３からイ
オンを引き出すための引出電源１１と減速電源１２が直
列に加速減速電極１３に接続されている。なお、４はフ
ィラメント２をアークチャンバー室３から電気絶縁する
ための碍子である。

【０００３】次に動作について説明する。ソースマグネ
ット８からの磁界中で、導入口５からアークチャンバー
室３へ入ったガスまたは蒸気がフィラメント２からの電
子と衝突してプラズマが生成される。このプラズマ中の
１価および２価や３価などの多価イオンが加速減速電極
１３とアークチャンバー室３との電位差によりイオンビ
ーム１０となって引き出される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この従来のイオン源で
は、アークチャンバー室内でのイオン生成に関し、特に
多価イオンを配慮しておらず多価イオンの生成量は少な
い。実際に１価イオンに対する２価イオンの生成割合は
数％程度である。

【０００５】また、多価イオンで使用している時にも１
価イオンがアークチャンバー室から引き出されてしまう
ため、フィラメントやビーム引出口をスパッタして寿命
を縮めたり、真空度を悪化させるような問題点があっ
た。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明のイオン源は、ア
ークチャンバー室から引き出したイオンを１価と多価に
分離するフィルター室と、多価イオンがフィルター室を
通過して入る多価イオン室と、アークチャンバー室およ
び多価イオン室の電位を制御するフィルター電源とを備
えている。

【０００７】また、本発明によれば、アークチャンバー
室および多価イオン室の電位をフィルター電源によって
制御することで、アークチャンバー室で生成した多価イ
オンは、フィルター室を通過して多価イオン室へ到達
し、１価イオンはアークチャンバー室からフィルター室
へ引き出されるがアークチャンバー室へ戻り、多価にな
るまでアークチャンバー室とフィルター室を往復させる
ことで、多価イオンをより多く生成させるイオン生成方
法が得られる。

【０００８】

【実施例】次に本発明について図面を参照して説明す
る。図１は本発明の一実施例の構造図である。この実施
例のイオン源は、特に、プラズマを生成するアークチャ
ンバー室３に隣接して、混在している１価と多価のイオ
ンから多価イオンのみを取り出すフィルター室１５と、
フィルター室１５を通過した多価イオンが入る多面イオ
ン室１６とを備えているのが特徴である。そしてフィル
ター室用碍子１８により電気的に絶縁されているアーク
チャンバー室３と多価イオン室１６の電位を制御するフ
ィルター電源１７が接続されている。

【０００９】多価イオン室１６がアークチャンバー室３
に対して負電位となるようにフィルター電源１７から電
圧が印加されると、１価と多価の正イオンがフィルター
室１５方向へイオン引出口１９から引き出される。例え
ば２価イオンは、１価イオンに比べて２倍の力を受ける
ので、先に多価イオン室１６へ到達する。この時、フィ
ルター電源１７からの出力電圧を正負逆向きにすること
で、１価イオンはフィルター室１５内で減速しながら停
止し、更に運動方向が反対向きになってアークチャンバ
ー室３へ戻り、電子との衝突により電離が生じ多価イオ
ンとなる。

【００１０】フィルター電源１７からの連続した出力電
圧波形により、１価イオンはアークチャンバー室３とフ
ィルター室１５を往復し、最終的には多価イオンとな
る。多価イオン室１６へ到達した多価イオンは、ビーム
引出口６から引き出されてイオンビームとなる。

【００１１】次に図２を用いて、図１に示した実施例の
フィルター電源１７の出力波形とイオンの挙動を説明す
る。フィルター電源１７からは、図２（ａ）に示すよう
に正方向にオフセットのかけられた正弦波電圧が出力さ
れる。アークチャンバー室３を基準とした時の多価イオ
ン室１６の電位をＶとすると、図２（ｂ）に示すように
時刻ｔ₁ 〜ｔ₂ で正の１価イオン（Ｍ⁺ ）と多価イオン
（Ｍ⁺⁺）がアークチャンバー室３からフィルター室１５
へ入射する。多価イオンは、１価イオンよりも２倍の力
を受けるので、先にフィルター室１５へ時刻ｔ₂ で到達
し、イオンビームとなって引出される。これに対して１
価イオンは、時刻ｔ₂ を過ぎると反対向きの力を受ける
ので、時刻ｔ₃ で停止し、時刻ｔ₄ でアークチャンバー
室３へ戻る。そして電子と衝突して電離する。この様な
一連の動作を繰り返すことで、１価イオンは最終的に多
価イオンとなる。

【００１２】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、アークチ
ャンバー室にて混在している１価イオンと多価イオンを
フィルター室内で、多価イオンは多価イオン室へ到達さ
せ、１価イオンは再びアークチャンバー室に戻すので、
１価イオンが電子と衝突して多価イオンになり、多価イ
オンの生成量を増やすという結果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構造図である。

【図２】（ａ），（ｂ）は図１に示した実施例のフィル
ター電源波形とイオンの挙動説明図である。

【図３】従来のイオン源の構造図である。

【符号の説明】

１ フィラメント電源 ２ フィラメント ３ アークチャンバー室 ４ 碍子 ５ 導入口 ６ ビーム引出口 ７ アーク電源 ８ ソースマグネット ９ ソースマグネット電源 １０ イオンビーム １１ 引出電源 １２ 減速電源 １３ 加速減速電極 １４ 接地電極 １５ フィルター室 １６ 多価イオン室 １７ フィルター電源 １８ フィルター室用碍子 １９ イオン引出口

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プラズマによりイオンを生成するイオン
   源において、プラズマを生成させるアークチャンバー室
   から引き出したイオンを１価と多価に分離するフィルタ
   ー室と、多価イオンが前記フィルター室を通過して入る
   多価イオン室と、前記アークチャンバー室および多価イ
   オン室の電位を制御するフィルター電源とを備えること
   を特徴とするイオン源。
2. 【請求項２】 アークチャンバー室および多価イオン室
   の電位をフィルター電源により制御することで、前記ア
   ークチャンバー室で生成した多価イオンは、フィルター
   室を通過して多価イオン室へ到達し、１価イオンはアー
   クチャンバー室からフィルター室へ引き出されるがアー
   クチャンバー室へ戻り、多価になるまでアークチャンバ
   ー室とフィルター室を往復させることで、多価イオンを
   より多く生成させることを特徴とするイオン生成方法。