JPH11260275A - イオン源装置及びイオン注入装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 イオン源装置の絶縁材の劣化を緩慢にしてそ
の寿命を延ばすことによりイオン源装置の交換頻度を少
なくすること。 【解決手段】 アークチェンバ２内のフィラメント１の
支持部１１側に、保護ガス４００を吹き込むための導入
管７と、吹き込まれた保護ガスを外部に排出するための
排出管８を設け、プラズマ３００が発生している期間、
導入管７から保護ガスをフィラメント１の支持部１１付
近に吹き込み、フィラメント１を絶縁する絶縁材４及び
その周囲を前記保護ガスで覆う。この保護ガスは、プラ
ズマ３００でアークチェンバ２がスパッタリングされた
時に生じる粒子やプロセスガス１００のイオン活性種が
フィラメント１の支持部１１側に侵入するのを防止す
る。このため、前記粒子やイオン活性種によるフィラメ
ント１の絶縁材４のエッチング速度を遅くして、絶縁材
４の劣化によるフィラメント１の絶縁低下を緩慢にす
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、半導体製造工程中
の不純物拡散工程などに使用されるイオン注入装置及び
そのイオン源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、イオン注入装置にはフリーマン型
やバーナス型のイオン源装置が用いられおり、バーナス
型のイオン源装置はフリーマン型のそれよりも、フィラ
メント寿命が長いことが知られている。

【０００３】図７は従来のバーナス型イオン源装置の構
成例を示した断面図である。フィラメント１に通電する
ことにより、フィラメント１が発熱して熱電子を放出す
る。フィラメント１とアークチャンバ２間に負、正の直
流電圧を印加すると、熱電子はアークチャンバ２側に引
き寄せられる。この時、アークチャンバ２内に導入され
たプロセスガス１００と熱電子が衝突してプロセスガス
１００が電離し、プラズマ３００が発生する。

【０００４】その後、イオンビーム２００がプラズマ３
００からアークチャンバ２の外部に取り出される。この
際、熱電子がフロセスガス１００と衝突する確率を増や
すために、リペラプレート（反射プレート）３に負の電
圧をかけることにより、フィラメント１とリペラプレー
ト３間で熱電子を反射させている。

【０００５】尚、実際には図示されない磁束発生手段に
よって、磁界がフィラメント１とリペラプレート３間方
向にかかっていて、フィラメント１から出る熱電子を磁
束に沿って移動させることにより、プラズマ３００を図
の位置に発生させている。又、フィラメント１の温度は
通常２０００℃程度まで上昇し、アークチャンバ２自体
も１０００℃程度になる。

【０００６】フィラメント１の支持部１１とリペラプレ
ート３の支持部３１はアークチャンバ２と印加される電
圧の極性が逆のため、フィラメント１の支持部１１とリ
ペラプレート３の支持部３１はアークチャンバ２と夫々
絶縁材（セラミック等）４を用いて電気的に絶縁されて
いる。尚、フィラメント１の支持部１１は熱電子などの
反射板５とも絶縁材４により絶縁されている。更に、ア
ークチャンバ２の前面にはプラズマ引き出し用の開口部
を有するフロントスリット６が設けられている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来のバ
ーナス型のイオン源装置で、プロセスガス１００を電離
してプラズマ３００を生成して、イオンビーム２００を
外部に引き出している。この時、モリブデンなどの高融
点金属のアークチャンバ２がプラズマ３００によりスパ
ッタリングされて生成される粒子が図７の白抜き矢印の
如くフィラメント１の支持部１１側に回り込み、絶縁材
４及びその周囲のアークチャンバ２を物理的にエッチン
グする。又、プロセスガス１００として弗化ホウ素（Ｂ
Ｆ₃ ）を用いた場合、フッ素（Ｆ）イオン（イオン活性
種）もフィラメント１の支持部１１側に回り込み、絶縁
材４及びその周囲のアークチャンバ２や反射板（モリブ
デン）５などを化学的にエッチングする。

【０００８】このようなことは、リペラプレート３の支
持部３１側にも生じるが、フィラメント１の支持部１１
側の方が高温となるため、リペラプレート３の支持部３
１側の絶縁材４よりもフィラメント１側の絶縁材４のエ
ッチングが促進され、この絶縁材４のエッチングによる
劣化によって、アークチャンバ２とフィラメント１間の
絶縁が２〜３日の短期間しか保持できなくなり、フィラ
メント１の寿命（７日程度）に比べて２〜４日で絶縁材
４の寿命が尽きてしまう。これにより、２〜４日でイオ
ン源装置をイオン注入装置に対して交換しなくてはなら
ないという問題があった。しかも、この交換に１日程度
を要するため、イオン注入装置の稼働率を低下させてし
まうという問題もあった。

【０００９】本発明は、上述の如き従来の課題を解決す
るためになされたもので、その目的は、イオン源装置の
絶縁材の劣化を緩慢にしてその寿命を延ばすことにより
イオン源装置の交換頻度を少なくすることができるイオ
ン源装置及びこのイオン源装置を用いて稼働率を向上さ
せることができるイオン注入装置を提供することであ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第１の発明の特徴は、フィラメントから放出される
熱電子によって、別途流入されるプロセスガスを電離し
てプラズマ状態とし、このプラズマからイオン粒子を外
部に放出するイオン源装置において、前記フィラメント
をその支持部から絶縁する絶縁材及びその周囲を保護ガ
スで覆う絶縁材保護装置を備えたことにある。

【００１１】この第１の発明によれば、フィラメントを
その支持部から絶縁する絶縁材及びその周囲を保護ガス
で覆うと、前記プラズマにより装置の筐体などがスパッ
タリングされて生成される粒子などの前記絶縁材やその
周囲への侵入も妨げられると共に、前記プラズマからの
イオン活性種の前記絶縁材やその周囲への侵入が妨げら
れる。これにより、前記粒子による前記絶縁材の物理的
エッチングや前記イオン活性種による前記絶縁材の化学
的エッチングが少なくなり、前記絶縁材のエッチングに
よる劣化を緩慢にして、その寿命を少なくともフィラメ
ントの寿命と同じ程度にすることができる。

【００１２】第２の発明の特徴は、前記絶縁材保護装置
は、前記フィラメントの支持部材を構成する装置筐体の
外部から前記絶縁材及びその周囲に前記保護ガスを吹き
込む導入管と、前記装置筐体内から前記保護ガスを外部
に排出する排出管とを有することにある。

【００１３】第３の発明の特徴は、前記保護ガスは前記
プロセスガスと同一成分のガスであることにある。

【００１４】第４の発明の特徴は、前記保護ガスは不活
性ガスであることにある。

【００１５】第５の発明の特徴は、熱電子を放出するフ
ィラメントと、このフィラメントから放出される熱電子
を反射させる反射プレートとを有し、前記熱電子によっ
て、別途流入されるプロセスガスを電離してプラズマ状
態とし、このプラズマからイオン粒子を外部に放出する
イオン源装置において、前記フィラメントをその支持部
から絶縁する絶縁材及びその周囲を保護ガスで覆うと共
に、前記反射プレートをその支持部から絶縁する絶縁材
及びその周囲を保護ガスで覆う絶縁材保護装置を備えた
ことにある。

【００１６】この第５の発明によれば、フィラメント側
の絶縁材及びその周囲と反射プレート側の絶縁材及びそ
の周囲の両方を保護ガスで覆うため、フィラメント側の
絶縁材の寿命が従来よりも延びると共に、反射プレート
側の絶縁材の寿命も従来よりも延びる。

【００１７】第６の発明の特徴は、イオン源装置を装着
したイオンソースチャンバと、このイオンソースチャン
バから放出されるイオン粒子の中から特定のイオン粒子
を分離する質量分離部と、この質量分離部により分離さ
れたイオン粒子を加速する加速部と、この加速部により
加速された前記イオン粒子が予め内部に載置された資料
に打ち込まれるプロセスチャンバとを備え、前記イオン
源装置は、フィラメントから放出される熱電子によっ
て、別途流入されるプロセスガスを電離してプラズマ状
態とし、このプラズマからイオン粒子を前記イオンソー
スチャンバ内に放出するものであって、前記フィラメン
トをその支持部から絶縁する絶縁材及びその周囲を保護
ガスで覆う絶縁材保護装置を有することにある。

【００１８】この第６の発明によれば、イオン源装置の
絶縁材を保護ガスで保護することによって、その寿命が
少なくともフィラメントの寿命と同じ程度になるため、
イオン源装置のイオンソースチャンバに対する交換頻度
が少なくなり、イオン注入装置の稼働率が向上する。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１は本発明のイオン源装置の第
１の実施の形態を示した断面図である。但し、従来例に
対応する部分は同一符号を用い、適宜その説明を省略す
る。アークチャンバ２の内部に、フィラメント１が設置
され、このフィラメント１に対向して、リペラプレート
３が配置されている。フィラメント１はその支持部１１
を絶縁材４を介してアークチャンバ２の側壁に貫通させ
ることにより支持され、支持部１１のフィラメント１側
には絶縁材４を介して電子の反射板５が設けられてい
る。又、リペラプレート３はその支持部３１を絶縁材４
を介してアークチャンバ２の側壁に貫通させることによ
り、支持されている。更に、アークチャンバ２のフィラ
メント１側の背面壁を貫通して保護ガス４００の導入管
７が配設され、アークチャンバ２のフロントスリット６
を貫通して保護ガス４００の排出管８が配設されてい
る。

【００２０】次に本実施の形態の動作について説明す
る。フィラメント１に通電し、且つこのフィラメント１
及びリラプレート３に負の電圧を、アークチャンバ２に
正の電圧を印加すると共に、プロセスガス１００をアー
クチャンバ２内に流入させると、フィラメント１から放
出された熱電子とプロセスガス１００との衝突により、
プロセスガス１００が電離してプラズマ３００がフィラ
メント１とリペラプレート３間で発生し、このプラズマ
３００よりプロセスガス１００の構成成分のイオンビー
ム２００が外部に取り出される。

【００２１】上記のようにプラズマ３００を発生させて
いる期間、本例では、導入管７からプロセスガス１００
と同一の成分の保護ガス４００がアークチャンバ２のフ
ィラメント１の支持側に吹き込まれる。これにより、保
護ガス４００によりフィラメント１を絶縁している絶縁
材４及びその周囲はこの保護ガス４００で覆われる。そ
の後、保護ガス４００は排出管８を通って、アークチャ
ンバ２の外部に排出される。

【００２２】このようにフィラメント１の支持側が保護
ガス４００により覆われると、プラズマ３００によりア
ークチャンバ２がスパッタリングされることにより生じ
る粒子が前記保護ガスで邪魔されてフィラメント１の支
持側に回り込みにくく、又、プロセスガス１００のイオ
ン化した活性種などもフィラメント１の支持側に流入し
にくくなり、フィラメント１側の絶縁材４及びその周囲
のアークチャンバ２や反射板５の物理的、化学的エッチ
ングの程度が著しく緩慢となる。

【００２３】尚、保護ガス４００の吹き込み量はプロセ
スガス１００の流入量の１／２以下程度（この程度であ
れば装置の周囲の真空度を悪化させない）で、上記した
保護機能を失わない程度の量であれば、少ないほどよ
い。

【００２４】本実施の形態によれば、フィラメント１の
支持部１１側に保護ガス４００を吹き込むことにより、
フィラメント１の絶縁材４のエッチングによる劣化が原
因の絶縁性の低下を緩慢とすることができ、絶縁材４の
寿命を少なくともフィラメント１の寿命である７日程度
にすることができる。

【００２５】これにより、フィラメント１の寿命が尽き
る前に、絶縁不良によるイオン源装置の交換を避けるこ
とができ、このイオン源装置を用いるイオン注入装置の
稼働率を向上させることができる。また、メンテナンス
頻度も削減できるため、保守費用などを低減することも
できる。

【００２６】尚、保護ガス４００としては、プロセスガ
ス１００と同一成分ではなく、アルゴンなどの不活性ガ
スでもよく、同様の効果がある。

【００２７】図２は本発明のイオン源装置の第２の実施
の形態を示した断面図である。本例は、アークチャンバ
２内のフィラメント１の支持部１１側の側壁に、保護ガ
ス４００の導入管７と保護ガス４００の排出管８が配設
されており、他の構成は図１で示した第１の実施の形態
と同様で、導入管７から保護ガス４００をフィラメント
１の支持部１１側に吹き込むことにより、第１の実施の
形態と同様の効果を得ることができる。

【００２８】図３は本発明のイオン源装置の第３の実施
の形態を示した断面図である。本例は、アークチャンバ
２内のフィラメント１の支持部１１側の側壁に、保護ガ
ス４００の導入管７が配設され、アークチャンバ２内の
フロントスリット６を貫通して保護ガス４００の排出管
８が配設されている。他の構成は図１で示した第１の実
施の形態と同様で、導入管７から保護ガス４００をフィ
ラメント１の支持部１１側に吹き込むことにより、第１
の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

【００２９】図４は本発明のイオン源装置の第４の実施
の形態を示した断面図である。本例は、アークチャンバ
２内のフィラメント１の支持部１１側の背面壁を貫通し
て保護ガス４００の導入管７が配設され、アークチャン
バ２内のフィラメント１の支持部１１側の側壁に保護ガ
ス４００の排出管８が配設されている。他の構成は図１
で示した第１の実施の形態と同様で、導入管７から保護
ガス４００をフィラメント１の支持部１１側に吹き込む
ことにより、第１の実施の形態と同様の効果を得ること
ができる。

【００３０】図５は本発明のイオン源装置の第５の実施
の形態を示した断面図である。本例は、アークチャンバ
２内のフィラメント１側の背面壁を貫通して保護ガス４
００の導入管７が配設され、アークチャンバ２内のフィ
ラメント１側のフロントスリット６を貫通して保護ガス
４００の排出管８が配設されている。その上、アークチ
ャンバ２内のリペラプレート３側の背面壁を貫通して保
護ガス４００の導入管９が配設され、アークチャンバ２
内のリペラプレート３側のフロントスリット６を貫通し
て保護ガス４００の排出管１０が配設されている。

【００３１】プラズマ３００が生成されている期間、導
入管７から保護ガス４００をフィラメント１の支持部１
１側に吹き込むと共に、リペラプレート３の支持部３１
側にも保護ガス４００を導入管９から吹き込む。これに
より、フィラメント１の支持部１１側の絶縁材４を保護
ガス４００が覆うと共に、リペラプレート３の支持部３
１側の絶縁材４も保護ガス４００で覆われることにな
る。

【００３２】これにより、リペラプレート３の支持部３
１側の絶縁材４のエッチングによる劣化をほとんど無く
すことができ、リペラプレート３の支持部３１側の絶縁
材４の保守を著しく容易にすることができる。フィラメ
ント１の支持部１１側の絶縁材４については、図１に示
した第１の実施の形態と同様の効果がある。

【００３３】図６は本発明のイオン注入装置の一実施の
形態を示した断面図である。イオンソースチャンバ６１
内に、図１乃至図５のいずれかに示したイオン源装置６
０が装着されている。イオンソースチャンバ６１の出口
に対向して、一定の曲率で曲がった管状の質量分離部６
２が配設され、この質量分離部６２の出口に粒子加速部
６３が配置されている。この粒子加速部６３に対向し
て、イオン注入処理を受けるウエハ５００を内部に載置
したプロセスチャンバ６４が配置されている。尚、イオ
ンソースチャンバ６１、質量分離部６２、粒子加速部６
３及びプロセスチャンバ６４は真空で、夫々の構成部の
間も真空になっているものとする。

【００３４】次に本実施の形態の動作について説明す
る。イオン源装置６０から取り出されたイオン粒子はイ
オンビームとなって、イオンソースチャンバ６１から質
量分離部６２に入り、ここで、必要なイオン粒子のみが
分離され、分離されたイオン粒子は質量分離部６２の出
口から粒子加速部６３に入って加速される。加速された
イオン粒子は、プロセスチャンバ６４に入り、ウエハ５
００の目標領域に打ち込まれる。

【００３５】本実施の形態によれば、イオン源装置６０
として図１乃至図５のいずれかに示した構造のものを使
用して、イオン源装置６０の絶縁低下を緩慢にすること
により、フィラメントの寿命が尽きるまで、イオン源装
置６０を使用できる。これにより、イオン源装置６０は
フィラメントの寿命が尽きる７日程度は持ち、その交換
頻度を少なくすることができるため、イオン注入装置の
稼働率を上げることができる。又、イオン源装置６０の
交換頻度を少なくした分、装置のランニングコストを低
下させることができる。

【００３６】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、第１から第
４の発明によれば、フィラメントの絶縁材を保護ガスで
覆うことにより、前記絶縁材のエッチング速度を低減し
て、イオン源装置の絶縁劣化を緩慢にすることができ、
イオン注入装置に対するイオン源装置の交換頻度を少な
くすることができる。

【００３７】第５の発明によれば、フィラメントの絶縁
材及び導電プレートの絶縁材を保護ガスで覆うことによ
り、前記絶縁材のエッチング速度を低減して、イオン源
装置の絶縁劣化を緩慢にすることができ、イオン注入装
置に対するイオン源装置の交換頻度を少なくすることが
できる。

【００３８】第６の発明によれば、絶縁低下が遅く寿命
の長いイオン源装置を用いることによって、イオン注入
装置の稼働率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のイオン源装置の第１の実施の形態を示
した断面図である。

【図２】本発明のイオン源装置の第２の実施の形態を示
した断面図である。

【図３】本発明のイオン源装置の第３の実施の形態を示
した断面図である。

【図４】本発明のイオン源装置の第４の実施の形態を示
した断面図である。

【図５】本発明のイオン源装置の第５の実施の形態を示
した断面図である。

【図６】本発明のイオン注入装置の一実施の形態を示し
た断面図である。

【図７】従来のイオン源装置の構成例を示した断面図で
ある。

【符号の説明】

１ フィラメント ２ アークチャンバ ３ リベラプレート ４ 絶縁材 ５ 反射板 ６ フロントスリット ７、９ 導入管 ８、１０ 排出管 １１、３１ 支持部 ６０ イオン源装置 ６１ イオンソースチャンバ ６２ 質量分離部 ６３ 粒子加速部 ６４ プロセスチャンバ １００ プロセスガス ２００ イオンビーム ３００ プラズマ ４００ 保護ガス ５００ ウェハ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 フィラメントから放出される熱電子によ
   って、別途流入されるプロセスガスを電離してプラズマ
   状態とし、このプラズマからイオン粒子を外部に放出す
   るイオン源装置において、 前記フィラメントをその支持部から絶縁する絶縁材及び
   その周囲を保護ガスで覆う絶縁材保護装置を備えたこと
   を特徴とするイオン源装置。
2. 【請求項２】 前記絶縁材保護装置は、前記フィラメン
   トの支持部材を構成する装置筐体の外部から前記絶縁材
   及びその周囲に前記保護ガスを吹き込む導入管と、 前記装置筐体内から前記保護ガスを外部に排出する排出
   管とを有することを特徴とする請求項１記載のイオン源
   装置。
3. 【請求項３】 前記保護ガスは前記プロセスガスと同一
   成分のガスであることを特徴とする請求項１又は２記載
   のイオン源装置。
4. 【請求項４】 前記保護ガスは不活性ガスであることを
   特徴とする請求項１又は２記載のイオン源装置。
5. 【請求項５】 熱電子を放出するフィラメントと、この
   フィラメントから放出される熱電子を反射させる反射プ
   レートとを有し、前記熱電子によって、別途流入される
   プロセスガスを電離してプラズマ状態とし、このプラズ
   マからイオン粒子を外部に放出するイオン源装置におい
   て、 前記フィラメントをその支持部から絶縁する絶縁材及び
   その周囲を保護ガスで覆うと共に、前記反射プレートを
   その支持部から絶縁する絶縁材及びその周囲を保護ガス
   で覆う絶縁材保護装置を備えたことを特徴とするイオン
   源装置。
6. 【請求項６】 イオン源装置を装着したイオンソースチ
   ャンバと、 このイオンソースチャンバから放出されるイオン粒子の
   中から特定のイオン粒子を分離する質量分離部と、 この質量分離部により分離されたイオン粒子を加速する
   加速部と、 この加速部により加速された前記イオン粒子が予め内部
   に載置された資料に打ち込まれるプロセスチャンバとを
   備え、 前記イオン源装置は、フィラメントから放出される熱電
   子によって、別途流入されるプロセスガスを電離してプ
   ラズマ状態とし、このプラズマからイオン粒子を前記イ
   オンソースチャンバ内に放出するものであって、前記フ
   ィラメントをその支持部から絶縁する絶縁材及びその周
   囲を保護ガスで覆う絶縁材保護装置を有することを特徴
   とするイオン注入装置。