JPS5854461B2 - 荷電粒子ビ−ム装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、イオン源から出る気体状物質がビーム画成手
段に付着しないように設計されたイオン注入装置に関す
るものである。

イオン注入装置は、ＬＳＩ半導体回路の微細化に適応さ
れてきた。

例えば、米国特許第４０１１４４９号明細書には、半導
体ウェハーに不純物を注入するように適応されたイオン
注入装置が述べられている。

そのような注入において、イオン源から放出された、イ
オンビームは、整形され、周知の方法で配列された多数
のビーム整形部材を通って、ターゲットに向けられる。

それらのうち、ビームが加熱されたイオン源を出ると、
最初に出合うビーム整形部材は加速電極と呼ばれている
。

通常は、加速電極は、抽出器の機構部に取り付けられる
ための装着面を設けるのに十分な厚さ及び硬度を有し、
そしてビーム整形用の開口部分が形成されている。

従来は、所定の高い温度に加速電極を保つためのいかな
る設計上の考慮も、加速電極の配列や構造に払われてい
なかった。

本発明者らは次のことに気づいた。

即ち、加速電極として厚さ２ｍｍの銅を使った従来の装
置では、厚い電極のため高い熱的質量となり、また銅の
低いスペクトル放射率のため、注入されるイオン蒸気の
液化点より高い温度に電極を保つことができないことに
気づいた。

もしこの装置で注入される物質が例えば気相のヒ素であ
るならば、好ましくないことに、加熱イオン源を出ると
最初の低い温度の表面、即ち加速電極で沈積する。

本発明者らは、また次のようなことを発見した。

即ち、そのような沈積物は、一定の時間の後には、薄片
となってはがれ落ち始め、イオン源と、加速電極の間で
、アークを起こし、それによって、装置の動作を著しく
損なう。

アークの問題を取り除く１つの試みは沈積を取り除くた
めに、高い頻度で加速電極を清掃することである。

これは、装置の利用度の観点から好ましくないばかりか
、しばしば加速電極を清掃するために受ける危険度を増
加させる。

従って、本発明の目的は、イオン源の蒸気物質が、ビー
ム整形部材あるいはビーム画成部材上に沈積したり、堆
積することがないイオン注入装置を提供するにある。

本発明の他の目的は、液化した沈積物の堆積を防ぐに十
分な高温にビーム画成部材の表面を加熱し且つその温度
に保つ荷電粒子発生装置を提供するにある。

さらに、本発明の他の目的は液化を防ぐために、ビーム
画成部材を加熱するのに装置の運転中に放射される熱が
利用される荷電粒子発生装置を提提するにある。

一般に、前述の目的は、イオン源から出る蒸気物質の液
化点より高い温度に急速に上昇可能な構造を持った新規
なビーム画成部材又は手段と、上記の表面を路上記の温
度に保つ手段とより成る、荷電粒子ビーム発生源を持っ
た荷電粒子発生装置によって遠戚される。

さらに具体的に言うと、低い熱質量の構造を与えるに十
分に薄い高スペクトル放射率の材料を用いた新規なビー
ム画成部材を熱するために、荷電粒子源からの輻射熱が
利用されている。

この薄い層は、支持機構を与えるのに十分な厚さの低ス
ペクトル放射率の材料の板によって支えられている。

このようなビーム画成部材を用いた場合、荷電粒子発生
装置の運転中に十分な輻射熱が荷電粒子源あるいはイオ
ン源から発生するために、液化を防ぐのに十分な温度ま
でその部分を熱することができる。

普通は、この部材がこの温度に到達するのは、イオン注
入に先立ってイオン源を加熱する時間内に起きる。

運転中、イオン源から出る輻射熱は、高い放射率の材料
から成る層によって吸収され、この層は液化点より高い
温度まで熱くなり、また層は薄いためにこの加熱は急速
に行なわれる。

好ましくは、この層は厚さが０．２５關でスペクトル放
射率が最大０．５である、タンタル板から成るのが良い
。

他の材料としては、グラファイトやチタンやタングステ
ンのようなスペクトル放射率が０．４より太きく１．０
より小さい材料も含まれる。

この層の温度を保つために高い熱的絶縁材料、例えば、
セラミックスや金属でできた支持基板が層の背面に隣接
して形成され、できれば基板への熱伝導を減じるために
層と金属とを分離する小さな間隙を持たせるのがよい。

この間隙は、特に基板が金属の場合、好ましくない熱放
散を防ぎ、また基板の反射面により薄い層へ、輻射熱が
反射して戻ることができる。

これは、薄い層の動作温度を安定に保つのに役立ってい
る。

できれば、支持基板は、銅が良いが他のスペクトル放射
率が低い材料、例えばステンレス鋼やセラミックスも用
いられる。

代りに、基板は輻射遮蔽材を形成するように多数の層か
ら構成されてもよい。

第１図を参照するに、本発明のビーム画成手段がイオン
注入装置の加速減速部材に関して説明されている。

しかし、本発明の原理は、他の荷電粒子発生あるいは利
用装置の同じ部材に同様に適応できることは、勿論であ
る。

また、第１図に示されている装置は、米国特許第３７５
６８６２号や米国特許第４０１１４４９号等に述べられ
ている従来のイオン注入装置の概要を示すものである。

第１図の装置は、通常のイオン源１を含む。

このイオン源は図示の例では振動電子放電モードで動作
する熱フイラメント型電子衝撃イオン源であるが、他の
任意の高密度イオン源でよい。

注入されるイオン蒸気は、イオン源１の外部の図には示
されていない供給源から、イオン源１へ与えられる。

イオンビームは従来の方法で開口部３を通って抽出電極
２までイオン源１から引き出される。

加速電極として知られている電極２は、イオン源からイ
オンを引き出すために加減速電源２２により、負の電位
に保たれている。

一方、イオン源電極４は、抽出電源２５により正の電位
に保たれている。

減速電極として知られている他のビーム整形部材である
電極５は加速電極２と向かい合って置かれ、大地電位に
保たれている。

なお、２１はソレノイド電源、２３はフィラメント電源
、２４はアノード電源である。

加速電極２と減速電極５には所望の形状の開口部、ここ
では、スリットが設けられている。

バイアス電圧と開口部の形状は、装置の運転中に変えて
よいことは当業者に明らかであろつ。

ここに開示された電極の配列により、イオン源１から抽
出されたビームは、第１図の７に概略的に示された、ビ
ーム路を通り、通常の設計の分析マグネットへ送られる
。

ビームはさらに、通常の方法で分析マグネット９をはさ
んで両側に位置した、絞り板８と１０により画成される
。

以上のように画成されたビームは、半導体ウェハー１２
を載せたターゲット１１へ入射される。

次に、第２図には本発明の自動清掃式の実施例が示され
ている。

第２図に示されているように、第１図における加速電極
２は、スペクトル放射率の高い材料を用いて低い熱質量
にするに十分な薄さにして絞り穴をあけた薄い層１３と
、スペクトル放射率の低い材料を用いて支持機構を与え
るに十分な厚さにした基板１４から成る。

第１図と同じく、減速電極５が、加速電極の後に配置さ
れる。

層１３には、第１図の電極２と同じ、抽出機能を実行す
るために、電極２と同じ電圧がかけられる。

好ましくは、この層は、従来の銅電極より、厚さが１桁
薄い０．２５ｍ７１の厚さのタンクル板であるのが良い
。

タンタルのスペクトル放射率は、銅約０．１に比べて約
０．５である。

以上、列挙した数値や材料は、単に、説明の目的のため
であり、これらは装置の具体的設計や運転状態に応じて
変わることは勿論である。

層１３はここでは銅の材料を用いた支持基板１４に、層
と基板との間に小さな隔りを持たせて載置される。

ここでは、第２図に示されていないが層１３はステンレ
ス鋼のネジで、層１４に固定される。

また、２つの層は平らな面を持たないので点接触のみ存
在し、それによって、これらの間に間隙が形成されてい
る。

この間隙は、存在した方が望ましいがしかし、必ずしも
必要ではない。

この間隙は、層と基板との間の、熱伝達を効果的に減少
させるのに役立っている。

基板は、加速電極の動作温度を安定化し、構造上の強度
を与え、また適当な機構に取り付けるための装着面を有
する。

銅基外の材料でも、薄い層の裏側からの熱伝導や放射を
遮断し、層の動作温度を安定化するのに役立つなら基板
として用いることができることは勿論である。

それらは、反射能力においては銅のように熱伝導能力が
小さい点ではセラミックスのように、両方の能力におい
てはステンレス鋼のように働く。

運転中、電極４内に含まれる、イオン源１から放射され
た熱は、加速電極１３の表面に届き、電極へ熱エネルギ
ーを供給する。

タンタルの高いスペクトル放射率と薄い板による低い熱
的質量のために、この輻射熱により、タンタル板１３は
すばやく熱せられる。

基板１４の高い反射率と、低い熱伝導や、向かい合った
反射面間の間隙により、イオン蒸気が薄板１３の表面に
液化したり沈積したりしないように薄板１３は十分高い
温度に保たれている。

基板１４は、スペクトル放射率が低いために受けた輻射
熱を薄板１３に専ら与えて加速電極の動作温度を安定化
すると共に支持機構を与える。

電極をきれいに保つのに十分な温度を達成するため、イ
オン源から放射された熱を利用するのに第２図に示され
ている加速電極の構造は役立ち、それゆえに自己清掃型
と言える。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のビーム画成手段を組み込んだイオン
注入装置の概要図である。 第２図は、本発明のビーム画成手段の一部分の断面図で
ある。 １・・・・・・イオン源、２・・・・・・加速電極、３
・・・・・・開口部、４・・・・・・イオン源電極、５
・・・・・・減速電極、１３・・・・・・薄層、１４・
・・・・・基板。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 荷電粒子ビーム画成手段を、 荷電粒子放出源からの輻射熱を表側で吸収して、前記源
   から出る気体状物質を付着させない温度となる部材と、 前記部材の裏側における熱伝導及び熱輻射による前記部
   材の熱損失を押えて、前記部材を前記温度に保つ手段と
   、 で構成したことを特徴とする荷電粒子ビーム装置。