JPH11242936A - イオン引出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 長時間安定してイオンビームの引き出しを行
えるイオン引出装置を提供する。 【解決手段】 イオン捕獲器２のアクセルディセル電極
板８と支持板７中央に設けられた基準電位電極６とをイ
オン源１５に対してその順に配置し、電極４₁、４₂内に
納められた絶縁碍子２によってアクセルディセル電極板
８と支持板７とを互いに接続固定する。電極４₁、４₂で
コンデンサ４を形成させ、電圧を印加して電極４₁、４₂
間に電界を形成させると、電極４₁、４₂間に侵入した浮
遊イオンがその電界に捕獲され、電極４₂に捕集され
る。絶縁碍子３が浮遊イオンで汚染されないので絶縁耐
圧の低下を防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はイオン源からイオン
ビームを引き出すイオン引出装置にかかり、特に、イオ
ン捕獲器を有するイオン引出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の製造工程では、不純物ドー
ピング等のために、イオン注入装置やイオン加速装置等
のイオンビームをウェハーに照射する装置が使用されて
いる。そのような装置のうち、イオン注入装置内部に配
置されている、従来技術のイオン引出装置を例にとって
説明する。

【０００３】図４を参照し、符号１０２はイオン引出装
置であり、イオン注入装置の図示しない真空槽内に設け
られている。そのイオン引出装置１０２は、それぞれ金
属で構成された基準電位電極１０６と、支持板１０７
と、アクセルディセル電極板１０８と、碍子カバー１０
４とを有し、また、セラミックで構成された絶縁碍子１
０３と、グラファイトで構成された遮蔽物１０５とを有
している。

【０００４】支持板１０７、基準電位電極１０６、及び
アクセルディセル電極板１０８の中央位置にはそれぞれ
貫通孔が設けられている。支持板１０７の貫通孔には基
準電位電極１０６がはめ込まれており、基準電位電極１
０６とアクセルディセル電極板１０８の貫通孔はイオン
ビーム通路１２１、１２２を形成している。

【０００５】碍子カバー１０４は有底円筒形状をしてお
り、底面が支持板１０８に固定されている。絶縁碍子１
０３は円柱形状をしており、碍子カバー１０７内に配置
され、その絶縁碍子１０３の一方の底面が碍子カバー１
０７の底面上に当接された状態で、アクセルディセル電
極板１０８にねじ止め固定されている。他方の底面は、
支持板１０７に直接当接され、ねじ止め固定されてい
る。

【０００６】このイオン引出装置１０２は、真空槽内に
支持板１０７を固定して設けられており、その真空槽内
に配置されたイオン源１１５のイオン引出口に対し、ア
クセルディセル電極板１０８が向けられている。

【０００７】イオン源１１５に正電圧を、アクセルディ
セル電極板１０８に負電圧を印加すると、イオン源１１
５から正イオンが引き出され、イオンビーム通路１２
２、１２１を通過してイオンビーム１１６として下流の
ビームライン部へ照射される。

【０００８】真空槽は接地電位に置かれており、基準電
位電極１０６は支持板１０７を介して接地電位に置かれ
ている。従って、アクセルディセル電極板１０８の電位
が最も低い。アクセルディセル電極板１０８と基準電位
電極１０７との間では、イオンビーム１１６と残留ガス
との衝突によって電子が発生し、また、イオンビーム１
１６が基準電位電極１０６に照射されて二次電子が発生
するが、そのような電子は負電荷であるため、アクセル
ディセル電極板１０８から基準電位電極１０７方向に押
しやられ、イオン源１１５に逆流しないようにされてい
る。

【０００９】しかしながら、ビーム１１６が基準電位電
極１０６やアクセルディセル電極板１０８に照射された
ときに、二次電子ばかりでなく、反跳粒子やスパッタリ
ング粒子が発生する。

【００１０】そのような粒子が絶縁碍子１０３方向に飛
行すると、大部分は碍子カバー１０４に付着するが、一
部は露出した絶縁碍子１０３表面に到達し、絶縁碍子１
０３を汚染してしまう。汚染が進行すると、アクセルデ
ィセル電極板１０８と支持板１０７とが電気的に短絡
し、イオンビーム１１６を引き出し難くなるという問題
がある。

【００１１】そこで従来技術でも汚染に対する対策が採
られており、基準電位電極１０６のアクセルディセル電
極板１０８と対向する表面に遮蔽物１０５を設け、反跳
粒子やスパッタリング粒子が絶縁碍子１０３の露出する
部分に飛び込まないように構成されていた。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来技術
のイオン引出装置１０２では、上述の遮蔽物１０５と碍
子カバー１０４とを組み合わせ、絶縁碍子１０３の汚染
を防止しているが、スパッタリング粒子や反跳粒子によ
る汚染は防止しても、頻度は少なくなるものの、依然と
して短絡事故が発生し、イオンビームを長時間安定して
引き出すことができなかった。

【００１３】本発明は上記従来技術の不都合を解決する
ために創作されたもので、その目的は、長時間安定して
イオンビームの引き出しを行えるイオン引出装置を提供
することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１記載の発明は、基準電位電極とアクセルデ
ィセル電極板とを有し、イオン源と前記基準電位電極と
の間に前記アクセルディセル電極板が位置するように配
置され、前記基準電位電極と前記アクセルディセル電極
板とは絶縁碍子を介して互いに接続され、前記イオン源
と前記アクセルディセル電極板との間に電圧を印加して
前記イオン源からイオンビームを引き出せるように構成
されたイオン引出装置であって、前記絶縁碍子と前記基
準電位電極との間の前記絶縁碍子の近傍に、電界によっ
て浮遊イオンを捕獲するイオン捕獲器が設けられたこと
を特徴とする。

【００１５】その請求項１記載のイオン引出装置が、金
属製の支持板を有し、該支持板の中央位置に前記基準電
位電極が設けられ、前記絶縁碍子が前記基準電位電極の
周囲に２個以上配置され、前記支持板と前記アクセルデ
ィセル電極板とが前記各絶縁碍子を介して互いに接続さ
れている場合は、前記イオン捕獲器を、前記アクセルデ
ィセル電極板と前記支持板との間に設け、前記支持板の
前記基準電位電極近傍に、前記浮遊イオンの排気口を設
けるとよい。

【００１６】その場合には、請求項３記載の発明のよう
に、前記各絶縁碍子と前記基準電位電極とを、できるだ
け離間して配置すると効果的である。

【００１７】請求項２又は請求項３のいずれか１項記載
のイオン引出装置については、請求項４記載の発明のよ
うに、前記イオン捕獲器にコンデンサを設け、前記コン
デンサの二個の電極のうちの一方の電極を前記支持板に
固定し、他方の電極を前記アクセルディセル電極板に固
定するとよい。

【００１８】また、請求項１乃至請求項４のいずれか１
項記載のイオン引出装置のイオン捕獲器にコンデンサを
設けた場合には、請求項５記載の発明のように、そのコ
ンデンサの二個の電極を、前記基準電位電極と前記アク
セルディセル電極板とにそれぞれ電気的に接続させると
よい。

【００１９】請求項４又は請求項５のいずれか１項記載
のイオン引出装置の前記二個の電極については、請求項
６記載の発明のように、少なくとも前記基準電位電極と
前記絶縁碍子との間を遮るように配置するとよい。

【００２０】この請求項６記載のイオン引出装置につい
ては、請求項７記載の発明のように、前記二個の電極
を、前記絶縁碍子周囲を覆うように配置すると効果的で
ある。

【００２１】上述の本発明の構成によれば、イオン引出
装置のアクセルディセル電極板がイオン源と基準電位電
極との間に配置され、基準電位電極とアクセルディセル
電極板とが絶縁碍子を介して互いに接続され、イオン源
内に所望の不純物ガスを導入し、電子線を照射してその
不純物ガスの正イオンを発生させ、イオン源とアクセル
ディセル電極板との間に電圧を印加してアクセルディセ
ル電極板を負電位に置くと、イオン源からイオンビーム
を引き出すことができる。

【００２２】本発明の発明者等は、このようなイオンビ
ーム引出装置内の絶縁碍子の汚染は、スパッタリング粒
子や反跳粒子だけではなく、イオンビームによって発生
した浮遊イオンによっても引き起こされることを見出し
た。

【００２３】そこで、その絶縁碍子の近傍に、電界によ
って浮遊イオンを捕獲するイオン捕獲器を設け、低エネ
ルギーイオンや残留ガスの励起イオン等の浮遊イオン
が、浮遊しながら絶縁碍子に近寄る際に、イオン捕獲器
の電界で捕獲し、絶縁碍子には到達しないように構成し
た。

【００２４】特に、イオン引出装置が金属製の支持板を
有し、その支持板の中央付近に基準電位電極が設けられ
ており、また、絶縁碍子が基準電位電極の周囲に２個以
上配置され、各絶縁碍子を介して支持板とアクセルディ
セル電極板とが互いに接続されている場合には、アクセ
ルディセル電極板と支持板との間にイオン捕獲器を設
け、更に、支持板の基準電位電極近傍に排気口を設けて
おけば、支持板とアクセルディセル電極板との間で生成
された浮遊イオンを、先ず排気口から排気し、残った浮
遊イオンだけをイオン捕獲器によって捕獲させることが
可能となる。

【００２５】そのような排気口を設ける際には、絶縁碍
子と基準電位電極とをできるだけ離間配置しておくと、
絶縁碍子付近の浮遊イオンの密度が低くなり、汚染を効
果的に防止できるようになる。

【００２６】イオン捕獲器がコンデンサを有していれ
ば、そのコンデンサの二個の電極によって電界を形成さ
せ、正又は負に帯電している浮遊イオンを電界で捕獲
し、電極で捕集することが可能となる。その場合には、
二個の電極のうちの一方の電極を支持板に固定し、他方
の電極をアクセルディセル電極板に固定すると、イオン
ビームを引き出すときに、自動的に二個の電極に電圧を
印加することができる。但し、二個の電極を支持板とア
クセルディセル電極板とにそれぞれ電気的に接続させて
も同様である。

【００２７】そのような二個の電極が、少なくとも基準
電位電極と絶縁碍子との間を遮るように配置しておけ
ば、碍子カバーや遮蔽物を設けなくても、二個の電極に
よって反跳粒子やスパッタリング粒子を遮蔽することが
できる。従って、浮遊イオンだけではなく、スパッタリ
ング粒子等の、絶縁碍子に向けて直線的に飛来する粒子
の汚染も防止できる。

【００２８】二個の電極によって絶縁碍子の周囲を覆っ
ておくと、絶縁碍子の裏側に回り込んだ浮遊イオンも捕
獲できるので、一層効果的に汚染を防止できる。

【００２９】

【発明の実施の形態】このイオン引出装置２は、それぞ
れ金属で構成された基準電位電極６と、支持板７と、ア
クセルディセル電極板８と、イオン捕獲器４とを有し、
また、セラミックで構成された絶縁碍子３を有してい
る。

【００３０】支持板７、基準電位電極６、及びアクセル
ディセル電極板８の中央位置には貫通孔がそれぞれ設け
られており、支持板７の貫通孔には基準電位電極６がは
め込まれ、他方、基準電位電極６とアクセルディセル電
極板８の貫通孔によってイオンビーム通路２１、２２が
形成されている。

【００３１】イオン捕獲器４は、金属製で大きさが異な
る２個の有底円筒形状の電極４₁、４₂を有しており、電
極４₁、４₂は、その底面を支持板７とアクセルディセル
電極板８とにそれぞれ固定されている。

【００３２】絶縁碍子３は円柱形状をしており、電極４
₁、４₂の内部に配置され、支持板７とアクセルディセル
電極板８とは互いに平行にされた状態で、大きい方の電
極４₂内に小さい方の電極４₁がはめ込まれている。絶縁
碍子３の一方の底面は、電極４₁の底面上に当接され、
その電極４₁を介して支持板７にねじ止め固定されてい
る。他方の底面は、電極４₂の底面上に当接され、その
電極４₂を介してアクセルディセル電極板８にねじ止め
固定されている。従って、支持板７とアクセルディセル
電極板８とは、絶縁碍子３によって互いに固定されてい
る。

【００３３】このとき、電極４₁と電極４₂とは非接触の
状態にあり、その側面同士は略一定距離にされており、
その二個の電極４₁、４₂の円筒部分によってコンデンサ
４が構成されている。また、絶縁碍子３の側面と電極４
₁の円筒部分の内面とも非接触の状態にされており、絶
縁碍子３の沿面距離が大きくなるように構成されてい
る。イオンビーム引出装置２は、そのような絶縁碍子３
とコンデンサ４とを三個ずつ有している。

【００３４】支持板７とアクセルディセル電極板８とは
円盤状に成形され、支持板７の直径の方がアクセルディ
セル電極板８の直径よりも大きくなるようにされてい
る。各絶縁碍子３はアクセルディセル電極板８の縁近く
に配置され、正三角形の頂点上に位置するようにされて
おり、基準電位電極６からできるだけ離れるように構成
されている。

【００３５】支持板７には、基準電位電極６に近接して
排気口９が設けられ、また、絶縁碍子３が固定された位
置よりも外側に排気口２３が設けられている。

【００３６】このような支持板７の平面図を図２に示
す。支持板７の中央にイオンビーム通路６が位置してお
り、絶縁碍子３は基準電位電極６の周囲に前述したよう
に３個設けられている。各絶縁碍子３の間には排気口９
が一個ずつ(合計３個)設けられており、排気口２３は６
個設けられている。

【００３７】このイオン引出装置２を有するイオン注入
装置は、図示しない真空槽を有しておりその真空槽内に
は、不純物ガスをプラズマ化し、正イオンを発生させる
イオン源１５が設けられている。イオン引出装置２は、
アクセルディセル電極板８をイオン源１５に向けて、そ
の真空槽の槽壁に支持板８の周囲を固定されて設けられ
ている。真空槽は接地電位に置かれているので、基準電
位電極６は、支持板７を介して接地電位に置かれてい
る。

【００３８】基準電位電極６とアクセルディセル電極板
８とに設けられたイオンビーム通路２１、２２は、イオ
ン源１５に設けられたイオン引出口に対して一直線に並
ぶようにされており、真空槽内を真空雰囲気に置き、イ
オン源１５に正電圧、アクセルディセル電極板８に負電
圧を印加し、

【００３９】アクセルディセル電極板８ ＜ 基準電位電
極６ ＜ イオン源１５の順の電位にすると、イオン源１
５とアクセルディセル電極板８との間に形成される電界
によってイオン源１５内の正イオンが引き出され、イオ
ンビーム通路２２を通過する際にビーム径が絞られ、次
いで、アクセルディセル電極板８と基準電位電極６との
間に形成される電界によって減速され、基準電位電極６
のイオンビーム通路２１を通過して、イオンビーム１６
となって下流のビームライン部へ照射される。

【００４０】このようにイオンビーム１６が引き出され
る際、電極４₁は基準電位電極６と同電位になり、電極
４₂はアクセルディセル電極板８と同電位になるが、電
極４₁、４₂間は放電が生じない距離にされているので、
電極４₁、４₂間では安定して電界が形成される。

【００４１】イオンビーム１６が引き出されると、前述
したように、スパッタリング粒子や反跳粒子が発生し、
様々な方向に直線的に飛行して行くが、同時に浮遊イオ
ンも発生し、支持板７とアクセルディセル電極板８との
間で浮遊移動する。

【００４２】図３に、浮遊イオンを●⁺で表し、絶縁碍
子３及び電極４₁、４₂の部分を拡大して示す。真空槽内
を真空排気すると、浮遊イオンの一部は排気口９から排
気されるが、残りは絶縁碍子３方向に移動する。

【００４３】絶縁碍子３近傍まで移動して来た浮遊イオ
ンは、先ず、電極４₂の負電位に引きつけられ、その外
周面に捕集される。ごく少数が電極４₂と支持板７との
間の隙間からコンデンサ４内(電極４₁、４₂の側面の間)
に侵入するが、そのような浮遊イオンは電極４₁、４₂の
間に形成されている電界に捕獲される。浮遊イオンは普
通は正電荷であるので、低電位の電極４₂に捕集される
(負電荷であれば電極４₁に捕集される)。

【００４４】この図３では、スパッタリング粒子や反跳
粒子等の絶縁碍子３に向けて直線的に飛来する粒子は省
略したが、大部分は電極４₂の外周面に付着し、電極４₂
と支持板７との間を通過した粒子は電極４₁に付着する
ので、直線的に飛来する粒子によって絶縁碍子３が汚染
されることはない。

【００４５】なお、基準電位電極６はアクセルディセル
電極板８側に突き出され、基準電位電極６とアクセルデ
ィセル電極板８との距離ができるだけ小さくなり、且つ
絶縁碍子３の長さができるだけ長くなるようにされ、沿
面距離が大きくなるようにされている。なお、その基準
電位電極６とアクセルディセル電極板８との距離は放電
が生じない大きさにされている。

【００４６】以上は低電位(負電位)の電極４₂を外側、
高電位(接地電位)の電極４₁を内側にしてコンデンサ４
を構成したが、低電位(負電位)の電極４₂を内側、高電
位(接地電位)の電極４₁を外側にしてもよい。また、電
極４₁、４₂を支持板７やアクセルディセル電極板８と絶
縁させ、電源を接続して電圧を印加してもよい。

【００４７】電極４₁、４₂については、形状は円筒形に
限定されるものではない。例えば、平行平板型のコンデ
ンサを用い、基準電位電極６と絶縁碍子３との間を遮蔽
するように配置することができる。電極の材質は金属製
のものに限定されるものではなく、例えばセラミック材
料上に金属薄膜を成膜した電極であってもよい。

【００４８】

【発明の効果】絶縁碍子の寿命が長くなるので、イオン
ビーム引出を長時間安定して行えるようになる。従っ
て、真空装置の稼働率が上がり、生産性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のイオン引出装置の一例を示す図

【図２】 その構成部材の位置関係を説明するための図

【図３】 浮遊イオンが捕獲される様子を説明するため
の図

【図４】 従来技術のイオン引出装置の一例を示す図

【符号の説明】

２……イオン引出装置 ３……絶縁碍子 ４……イ
オン捕獲器(コンデンサ) ４₁、４₂……電極 ６……基準電位電極 ７……支
持板 ８……アクセルディセル電極板 ９……排気
口 １５……イオン源 １６……イオンビーム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木原 健一 神奈川県茅ヶ崎市萩園2500 日本真空技術 株式会社内 (72)発明者 花野 要次郎 兵庫県姫路市余部区上余部50番地 株式会 社東芝姫路半導体工場内 (72)発明者 郡安 貴久 兵庫県姫路市余部区上余部50番地 株式会 社東芝姫路半導体工場内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基準電位電極とアクセルディセル電極板
   とを有し、 イオン源と前記基準電位電極との間に前記アクセルディ
   セル電極板が位置するように配置され、 前記基準電位電極と前記アクセルディセル電極板とは絶
   縁碍子を介して互いに接続され、 前記イオン源と前記アクセルディセル電極板との間に電
   圧を印加して前記イオン源からイオンビームを引き出せ
   るように構成されたイオン引出装置であって、 前記絶縁碍子と前記基準電位電極との間の前記絶縁碍子
   の近傍に、電界によって浮遊イオンを捕獲するイオン捕
   獲器が設けられたことを特徴とするイオン引出装置。
2. 【請求項２】 金属製の支持板を有し、該支持板の中央
   位置に前記基準電位電極が設けられ、 前記絶縁碍子が前記基準電位電極の周囲に２個以上配置
   され、 前記支持板と前記アクセルディセル電極板とが前記各絶
   縁碍子を介して互いに接続されたイオン引出装置であっ
   て、 前記イオン捕獲器は、前記アクセルディセル電極板と前
   記支持板との間に設けられ、 前記支持板の前記基準電位電極近傍には、前記浮遊イオ
   ンの排気口が設けられたことを特徴とする請求項１記載
   のイオン引出装置。
3. 【請求項３】 前記各絶縁碍子と前記基準電位電極と
   は、できるだけ離間して配置されたことを特徴とする請
   求項２記載のイオン引出装置。
4. 【請求項４】 前記イオン捕獲器はコンデンサを有し、 前記コンデンサの二個の電極のうちの一方の電極は前記
   支持板に固定され、他方の電極は前記アクセルディセル
   電極板に固定されたことを特徴とする請求項２又は請求
   項３のいずれか１項記載のイオン引出装置。
5. 【請求項５】 前記イオン捕獲器はコンデンサを有し、 前記コンデンサの二個の電極は、前記基準電位電極と前
   記アクセルディセル電極板とにそれぞれ電気的に接続さ
   れたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか
   １項記載のイオン引出装置。
6. 【請求項６】 前記二個の電極は、少なくとも前記基準
   電位電極と前記絶縁碍子との間を遮るように配置された
   ことを特徴とする請求項４又は請求項５のいずれか１項
   記載のイオン引出装置。
7. 【請求項７】 前記二個の電極は、前記絶縁碍子周囲を
   覆うように配置されたことを特徴とする請求項６記載の
   イオン引出装置。