JPS60105154A - イオン注入装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 及朶上■■朋分団 本発明は一般に予め選定された化学元素のイオンをター
ゲット素子に打込むための装置及び方法に関し、特に、
例えば大規模集積回路チップのような半導体装置の製造
工程の一部として４電率変換用の化学不純物を半導体ウ
ェーハに打込むための装置及び方法に関する。

従来の技術 本発明の装置及び方法は、金属の表面にイオンを打込ん
で表面合金化を生じさせるのに有用であり、また他の用
途にも有用であるが、現今のイオン打込みの主な商業上
の使用は大規模集積回路（Ｌ　Ｓ　Ｉ　Ｃ）チップの製
造にある。それで、本明細書においては本発明の方法及
び装置をＬＳＩＣチップの製造について説明するが、本
発明はこれに限定されるものではない。ＬＳＩＣ分野に
おける本発明の重要性を理解するための一部として、Ｉ
Ｃ製造に対する若干の背景情報を以下説明する。

先ず、半導体処理過程におりるイオン打込みの作用につ
いて説明する。

集積回路（ＩＣ）チップ上の半導体装置の集積化の規模
及びかかる装置の動作速度における極めて大きな改良が
過去数年間において得られている。

かかる改良は、集積回路製造設備における数多くの進歩
、及び未加工の半導体ウェーハをＩＣチップに加工する
際に用いる材料及び方法の改良によって可能となったも
のである。製造設備における最も顕著な進歩は、リソグ
ラフィ及びエツチングのための装置の改良、及び導電率
変換用不純物のイオンを半導体ウェーハに打ち込むため
の装置の改良であった。

−Ｓに、集積回路の密度及びその動作速度は、半導体ウ
ェーハのマスキング層内に回路素子のパターンを形成す
るのに用いるリソグラフィ及びエツチング装置の精度及
び分解能に大きく依存する。

しかし、密度及び速度はまた、ウェーハのドーピング領
域、即ち導電率変換用不純分の実質的な温間が添加され
た領域の形状の厳格な制御にも依存する。ウェーハドー
ピングの厳格な制御は、イオン打込めの技術及び設Ｄｉ
ｕを用いて最良に達成することができる。

専電体絶縁体シリコン（ＣＩ　Ｓ）装置の大規校集積回
路（ＬＳＩ）及び超大規模集積回路（ＶＬＳＩ）は、ウ
ェーハ面積をより効率的に利用し、装置間の相互接続体
を短かくし、形状をより小さくし、及びノイズを減らず
ことによって改良される。これら改良の全ては、その大
部分が、イオン打込みドーピング方法を用いることによ
って可能となる。

バイポーラ回路の製造もイオン打込みで改良さされてき
ている。この加工技術においては、改良は、イオン打込
みで予備デポジションを行ない１、且つ同時に、イオン
打込み設備の特性である低汚染性及びホトレジストマス
キングとの融和性を利用することよってなされている。

ウェーハの表面にドーパント材の気体式またはスピンオ
ン式のデポジションを行ない、次いで高温炉波１ｉｋ　
ｈ作を行なってドーパント材を半導体ウェーハ内□に等
方性的に追い込む、即ち、ドーパント分子がウェーハ内
に横方向及び垂直方向に入ってゆく、という方法では半
導体ウェーハの小さな幾何学的領域のドーピングを適切
に行なうことができないということは業界に周知である
。ＬＳＩＣまたはＶＬＳＩＣ（超大規模集積回路）ウェ
ーハに対して要求されるドーパントの分布、濃度及び横
形状の種類により、イオン打込みは精選されたドーピン
グ加゛工となる。イオン打込みをもってのみ得られるド
ーピングの一様性は、より小形の装置の製作において極
めて重要なものである。また、ウェーハを横切るドーピ
ングの一様性及びウェーハからウェーハへの反復性は、
イオン打込みをもって得られるものであり、高密度装置
の製作歩留りを著しく改善する。

次に、イオン１］込みの使用例について説明する。

第１図ないし第３図に、半４体ウェーハ上にＣＩＳ集積
回路装置を作る際に用いる−続きのイオン打込み工程を
示す。第１図は、ウェーハのフィールド領域１４内に低
濃度打込み部を作るためにＰ形つェーハ１０に対して行
なわれる第１のイオン打込み工程を示すものである。フ
ィールド１１］域１４とは、ここでは、ホトレジストの
領域１１で覆われてないウェーハの領域と定義する。ホ
トレジストの領域１１は標準のりソグラフイ加工を用い
て形成される。即ぢ、レジストの薄い層をつ工−ハの全
面に広げ、次いで、マスクツ（ターンを通じて、または
直接走査式電子ビームによって、選択的に露光する。そ
の次に現像工程が続き、光または電子にさらされたホト
レジストの領域を除去する。これはポジティブレジスト
利を用いるポジティブリソグラフィ処理として知られζ
いる。

上記レジスト層を露光及び現像した後、一般に、熱酸化
物の薄層１２が上記半導体ウェーッ＼の露光済み面の上
をおおって成長させられ、フィールド領域１４内のＩＪ
込み部は上記薄い酸化物層を通して作られることになる
。

硼素のようなｌ）形祠料のイオンの軽い打込みを、イオ
ン打込め装置を用いて行なう。このフィールド打込み部
は、ホトレジス１月の領域１１の下に横たわっている活
性装置領域相互間の電気的絶縁を大きくするために作ら
れる。

第１図に示す打込み工程の後、一般に、ウェーハ１０を
炉に入れ、厚いフィールド酸化物領域１５を湿式酸化処
理で成長させる。この酸化処理中に、打込み済みイオン
即ちフィールド領域１４は半導体凸体内へ追い込まれて
フィールド酸化物領域１５の下に横たわる。

この工程の後、マスキング領域即ちホトレジスト領域１
１を除去し、薄いゲート酸化物１７を活性装置領域１８
内に形成する。この時点で、燐のようなＮ形ドーパント
拐を用い′こ第２のイオン打込みを行ない、上記活性領
域内に形成されるべきシリコンゲート電界効果トランジ
スタ装置のスレショルド電圧を調整する。即ぢ、Ｎ形ド
ーノくントイオン１６をゲート酸化物層１７を通して軽
打込め部ステップ状に打込んで打込み済み領域即ち活性
装置領域１８を作る。

この軽いスレショルド設定用打込め行なった後、リソグ
ラフィ及びエノチング工程を行なってつ工−ハ上に電界
効果トランジスタ装置を形成し、第３図に示す装置形態
を作る。その後、Ｎ形イオンの高濃度打込みを行って、
シリ：ｌソゲ−１−８１＋ＩＪ１９並びにソース領域２
１及びトレイン領域２２を同時にドーピングし、シリコ
ンゲート電界効果トランジスタ装置の基本的構造を作り
上げる。

集積回路を完成にするには上記のほかに多くの製作工程
が必要であり、これら工程としては、ウェーハ全体をお
おう酸化物または窒化物の絶縁層の形成、ソース、トレ
インおよびシリコンゲートに対する接点開口部を作るた
めにリソグラフィ及びエツチング処理による接点開口部
の形成、及びその後に、ウェーハ上の種々の装置を接続
して総合集積回路にするために８電体回路網を作るため
の導電材の通路の形成がある。

以上の概略説明から解るように、未加工のウェーハから
完成品半導体ＩＣ装置を作るために半専体つェーへに対
して行う多数の個別的処理工程がある。これら個別的処
理工程の各々は、歩留りの損失を生ずる可能性のある操
作である。即ち、該工程が適切に行われないと、個別の
ウェーハ（またはハツチ処理操作にお＆Ｊるハツチのウ
ェーハ）上のＩＣ装置の全部または大きな部分が不良と
なる可能性がある。また、イオン打込みのような処理工
程では、ウェーハの面を横切るイオン打込み部の放射Ｆ
Ａ量の均一性によって各個別的ウェーハ上の良品チップ
の歩留りが決まることが極めて大きい。

次に、イオン（コ込み装置の望ましい特徴を述べる。

イオン打込み技術を用いるＬＳＩ装置製造分野において
初留されているものの一つは、特に、ＬＳＩ製造処理に
おいて益々−最化しつつある高濃度打込みに対して、打
込み実施費用を甚だしく増大させることなしにイオン打
込み装置のつｊ−一ハ処理能力を改善することである。

イオン打込み装置におけろウェーハ処理量を決定する主
なパラメータはイオンビーム電流である。現代のイオン
打込む装置としてば、イオンビーム電流発生能力を大き
く異にする多数の異なる装置があり、そのうぢには、今
日のところ高電流装置と考えられている約１０ミリアン
ペア（ｌ６）のｔｉｌｔ素イオソイオンビーム電流ずる
ものである。

次に、従来のイオン打込み装置について説明する。

現時の高電ｄＬ装置は極めて大形且つ高価である。

例えば、代表的な１６０　ｋ　Ｖ、ｌ　Ｏｎｔ　Ａイオ
ン打込み装置としては、ＩＩＪ約３．　３５ｍ　Ｎ、−
１フイート）、長さ約５．４９ｍ（１８フイート）の装
置がある。イオン打込み装置の技術上の基本的な核心的
部分はイオンビームライン自体である。その代表的な一
例を第５図に示す。このビームラインの寸法により、イ
オン打込み装置全体の大きさがかなりの程度まで決まる
。

第４図及び第５図に、従来のイオン打込め装置の挿な構
成部材及び従来の全てのイオン打込め装置の代表的なイ
オンオプティクスを示す。第４図は、［ヌークリア・イ
ンストルーメンツ・アンド・メソソズＪ　（Ｎｕｃｌｅ
ａｒ　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ　ａｎｄ　Ｍｅｔｈｏｄ
ｓ）誌、第１３９巻（１９７６年）、第１２５頁ないし
第１３４頁に所載の本発明者の論文ｒ２００ｋＶ工業用
高電流イオン打込み装置に対する設計原理」（Ｔｈｅ　
Ｄｅｓｉｇｎ　Ｐｂ１ｌｏｓｏｐｈｙ　ｆｏｒ　ａ　２
００　ｋＶＩｎｄｕｓｔｒｉａｌ　ｌｌｉｇｈ　Ｃｕｒ
ｒｅｎｔ　Ｉｏｎ　ＩｍｐｌａｎＬｏｒ　）から取９た
シリーズＩＩＩＡＩＴイオン打込み装置の配置を略示す
るものである。この論文に記載されている装置は、商用
型を作る前に細部を若干変更したが、構成部材の一般的
配置は同じままになっている。第５図はビームライン構
成部材の略斜視図である。イオンビーム３１は引出し電
極組立体２５によってイオン源３０から引き出される。

上記イオン源から出てくるビームは横断面矩形のリボン
状ビームであり、８：１ないし３０：１の一般的縦横比
を有す。

イオン＃３０からの発ｊｌｋビームは、回転式入口磁極
４６を有する分析用磁石に入る。これにより、上記ビー
ムは、静電式合焦レンズを何等使用せずに、分解用スリ
ット５１内に合焦させられる。上記ビームが分析用磁石
４０の両極間の飛行管を通過すると直ぢに、該ビームは
、ウェーハ処理装置７０へ到達するビーム電流を制御す
るヘーン装置４８に来る。上記ベーン装置は高速ステン
プモータによって駆動され、■ステップ当たり約０．１
％ずつ電流を変化させることができる。このステンプ時
間は１ミリ秒である。上記ベーン装置及び分析用磁石並
びに上記イオン源は加速器端末内にあり、該端末は１６
０ｋＶまでの電圧で浮動して上記ビームの後段加速を行
うことかできる。

上記イオンビームの後段加速は単一のギャップ５５両端
間で得られる。後段加速ギヤツブ５５の直ぐ後には、ビ
ームがウェーハ処理装置７０に入る前のビーム電流測定
用の磁気的に制御されるシャッタ５６がある。

真空装置は、差動ポンプ作用する４つの段から成ってい
る。その拡１１にポンプの機能は、半否体用に使用され
る場合に、主として、装置内の空気分圧を低く保持する
ことである。

次に、従来の一般的のイオンビームオプティクスについ
て説明する。

第５図について説明すると、従来のイオン打込み装置に
おける代表的なビームラインは、イオンｔＡ装置３０、
分析用磁石装置４０、分解用スリット装置５０、後段加
速装置６０、及びウェーハ処理装置７０を有ず。イオン
＃３０において発生したイオンは電極構造体（図示せず
）によって引き出され、分析用磁石４０の磁極ギヤノブ
へ向かって導かれるリボン状ビームとなる。図示のよう
に、上記イオンビームは、分析用磁石４０の分散平面と
平行な平面内で発散する。上記平面は上部磁極面４１と
下部磁極面４２との間の中央平面である。

上部磁極４１と下部磁極４２との間の磁極ギャップ内て
、イオンビーム３１中のイオンはその電荷対質量比に従
って分類される。各個別イオンが上記磁極ギャップに入
ると、その飛行線は、該イオンの質量の平方根に比例す
る半径Ｒの通路内へ曲げられる。上記引出し装置は、イ
オンが上記磁石の両極間の飛行管に入るときに同質量の
全てのイオンが実質的に同じ速度を有するように働き、
従ってイオンの調和的分散が上記分析用磁石内で生ずる
。分析用磁石装置４０はまた、上記飛行管を飛行するイ
オンの半径路長の変化によって発散するビーｌ、を再収
束する。

選定された電荷対質量比を有するイオンは、分解用スリ
ット装置５０内のアパーチャ即ぢスリン）５１を通って
上記分析用磁石によって合焦されて後段加速装置６０？
二人り、該装置において該イオンは予め選定されたエネ
ルギーに更に加速され、その後、ウェーハ取扱装置即ち
処理装置７０内のヒートシンク装置７２上に取イ」けら
れているウェーハ７１を衝撃する。

電荷対質量比を実質的に異にするイオンは加速用磁石を
ｉ１Ｍ過して分解用スリット５１の左または右へ収束さ
せられ、このようにして、目標のつニーハフ１を衝撃す
る最終的イオンビームから選別される。

次に、従来のイオン打込み装置における発展的開発につ
いて説明する。

最初のイオン打込み装置においては、イオン源アパーチ
ャは一般に点源に近似した小さな穴であった。イオンビ
ーム電流を高めるために、この円形アパーチャの大きさ
を増大させたが、許容可能な品質のイオンビームを与え
ることのできる円形アパーチャの大きさの増大には限界
があるというコトカやがて見い出された。イオン源アパ
ーチャの垂直方向及び水平方向の寸法を同時に増した場
合に、不安定なプラズマのメニスカス（メニスカスにつ
いては後で詳述する）のためにビームが不安定になった
。しかし、円形穴を長くして矩形スリン１−にすること
により、ビームの不安定性なしニヨり高いビーム電流を
得ることができるということが見い出された。この矩形
スリットは磁石の分散平面に対して垂直方向に向いてお
り、分析用磁石のＭＩ　ＪＭ片に対して同じ方向に向い
ているイオン源出ロスリントヲ用いたアイソレータセパ
レータにおいてより高い電流を得たのと平行的な開発段
階をたどった。イオンオプティクスの観点からは、細長
いスリット状のイオン出口アパーチャは連続した一連の
点源と考えることかでき、この一連の点源は分解用スリ
ット５１におＬ−Ｊる長く伸びた矩形領域となる。

イオンビーム電流を益々高くするために、イオン出ロア
パーチャの長さを次第に大きくしたが、その真直ぐな垂
直方向の配置は第５図に示す如くに保持された。イオン
出口アパーチャ３２の増大した長さを受入れるために、
分析用磁石４０の磁極ギャップｄも増大させて、より大
きなビーム厚さを受入れるようにしなりればならなかっ
た。これは、分析用磁石装置が必要とする大きさ、費用
及び電力を著しく増大させることになった。これを第６
図に略示する。この図は、゛イオン分散平分散子行なイ
オンビームオプテイクスを水平に見たものである。（図
示の便宜上、イオン通路を展開してイオン源及び分解用
スリ・ノドを共通平面内に示しである。これは、イオン
分散平面と平行なイオンビームオプティクスを示すため
の標準的な方法である。）より小さな長さのイオン源ア
パーチャ３２′は、より長いイオン出口アパーチャ３２
に必要な磁極ギャップｄよりもかなり小さい磁極ギヤツ
ブｄ°を有する分析用磁石を用いることができた。

長く伸びたイオン出口アパーチャを取り扱うのに必要と
なる磁極ギャップの増大の程度を減らずために、従来の
若干の装置は、第７図及び第８図に示すように、磁石の
分散平面と垂直な平面内で収束するイオンビームを生じ
さ一毬る湾曲したイオン出口スリットをもって設計され
た。湾曲したイオン出ロスリソｌ−３２Ａにより、有効
イオンビーム源長ｄ１よりもかなり小さい磁極ギャップ
ｄ８の使用が可能となる。その結果、装置の分析用磁石
装置の小形化についてかなりの改良が得られた。

イオン源アパーチャの曲率半径は比較的高く保持されて
いなければならないが、イオンビーム電流と磁極ギャッ
プとの間の全体的関係のかなりの改善が、この湾曲した
イオン源形状を用いて得られた。

第７図及び第８図に示すように、イオン源３０は、イオ
ン源アパーチャ３２Ａの後ろに位置する見かけの線状体
から実質的に進みつつあって分析用磁石に入るイオンを
発生ずる。従来のイオンビームオプティクスにおける上
記細状体の位置は、第２２図及び第２３図に示すように
、厳密にプラズマメニスカスの形状の関数である。（第
８図、第２２図及び第２３図の各場合におけるイオン出
口アパーチャの＋ｌ＋は、線状体の位置が解かるように
拡大して描いである。実際には、上記アノイーチャは、
安定なプラズマメニスカスを保持するために、■ないし
３ミリメートルの範囲内、通例は約２ミリメートルの１
１］で形成されている。）第２２図には凹状メニスカス
を示してあり、線状体はアパーチャ３２の前面において
位置３１八′にある実の線状体である。第２３図には凸
状のメニスカスを示してあり、この形状の結果として、
第８図における位置と同じように、イオン源アパーチャ
の後ろに位置３１Ｂ′に普通の見かけの線状体があるこ
とになる。安定なプラズマメニスカス、従ってまた安定
な実または見かけの線状体の位置は、分解用スリットに
おける分析済みイオンビーム像の安定な合焦に対して極
めて重要である。

第９図及び第１０図は、イオン源アパーチャが湾曲した
形状のものであっても、ビーム電流をもっと高しようと
すると°、限界があるということを示すものである。例
えば、第７図に示す構成を用いると、９Ｑｍｍのイオン
源スリット長及び４０鰭のｔＳ１極ギャップを用いて１
０ないし１２ｒｎＡまでのイオンビームが可ｆ１ヒであ
った。しかし、イオン源スリット長をもっと長（してイ
オンビーム電流をもっと高くするには、第９図に示すよ
うに磁極ギャップをもっと大きくするか、または第１０
図に示すようにイオン源を分析用磁石からもっと遠く離
すことが必要である。しかし、イオンビーム′屯流を増
大させるためのこれらの試みはいずれも不所望なイ旧油
効果を伴う。第９図に示す試のを用いる磁極ギャップの
増大には上述の不所望な効果が伴う。

イオン源３０を分析用磁石４０から遠く離すと磁極ギャ
ップを大きくする必要がなくなるが、このような変更に
よって他の欠点が装置に生ずる。

例えば、より大きなビーム発散を取扱うために磁極のｒ
ｌ）を大きくしなり）ればならない。イオンビーム源３
０をもっと遠く離すと、イオンビームのより大きな部分
がイオン源と分析用磁石との間のより長い飛行線領域に
おいて中性化されるので、より長いイオン出口スリット
からの追加のビーム電流におりる利得の若干が失われる
。これを妨げるには、分析用磁石による分析及び分解用
スリンｌ−内への合焦が不可能である中性化された核種
としての損失を避けるため、イオン源から磁石までのｗ
４域内の圧力を低下させるためにより大形且つより高価
な真空ポンプが必要となる。従って、イオン源３０を分
析用磁石４０からもっと遠く離すと、これに対応して装
置全体の大きさが増大し、これは直ちに製造費及び設置
費を増大することになる。

ウェーハ処理量を高くするためにイオンビーム電流を増
大させようとする現時のイオン打込み装置における発展
中の開発としては、基本的には、第５図ないし第１０図
に示すイオンビームオプティクスの使用を継続している
。従って、この構成を用いる装置は、より高いイオンビ
ーム電流の追求において、ビームライン構成部材及び付
属の真空ポンプ設備の大きさ及び費用が著しく増大して
いる。

第１０図ないし第１３図は、「レビュー・サイエンティ
フィック・インストルーメンツ」（ＲＥＶＩＥｔｌ　５
ＩＥＮＴＩＦＩＣＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴＳ　）誌、１９
８１年９月号に所載の論文［高効率イオンビーム加速装
置Ｊ　（Ｉｌｉｇｂ　Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　Ｉｏｎ　
Ｂｅａｍ　ＡｃｃｅｌｅｒａｔｏｒＳｙｓｔｅｍ　）に
おいてジー・アストン（Ｇ、　Ａｓｔｏｎ　）によって
捉案されている従来のイオンオプティクス装置の変形型
を示すものである。この装置は、第１３図の拡大図に示
す如き六角形アレイに並んだイオン出口アパーチャの二
次元配Ｗ３２Ａを有するイオン源を用いている。このア
パーチャのアレイの長辺は、磁石４０のイオン分散平面
と垂直の平面内にある。上記アパーチャは、各列の中心
線がイオン源の前面の近くにある共通交点に集中するよ
うに形成され゛（いる。収束グリッド３６が、イオン出
口アパーチャのアレイ３２’Ａの前面に配置されており
、そして個々のイオン出口アパーチャからのビームに対
する個々の収束レンズを形成するようにバイアスがけさ
れている。このようにして、個々のアパーチャから引き
出された個々のビームは、引出し電極３７によって加速
させられるにつれて、イオン源の前面にある共通の綿状
体へ向かって導かれる。

この変形した装置においては、イオンビームは、第５図
に示すイオン源における細い出口スリットの中よりも大
きいイオン分子ｌｋ平面と平行な平面内に成る大きさの
延長を有するイオン放出エンベロープから発生される。

アストンのイオン源における個別アパーチャの各々は、
第５図に示す型の単一スリット形装置に用いられている
１ないし３　ａ＋ａ（０，０４ないし０．１２インチ）
の範囲のイオン源スリットの１１１の高い端部にある約
２．０８＋＋＋＋（０，０８２インチ）の直径を存ず。

アストンが用いたアレイにおける５３個のイオンスリッ
トアパーチャは、ｒｌ約１２．７１１（約０．５イ７チ
）、長さ約２５．４ｉｍ（約１インチ）のイオン放出エ
ンベロープを形成する。しかし、このイオンビームエン
ベロープは、次いで、個々のビームが上記共通綿状体へ
向かって合焦させられるにつれて狭くなり、その後、引
出し電極３７を通過する。イオン源の前面に位置する共
通線状体に個々のビームを収束させるという要件がある
ために、アストンが提案した装置に用いることのできる
穴のアレイの全体的１＋は非常に制限される。１１」が
もっとかなり広いアパーチャのアレイを用いたとすると
、ビームの品質が急速に低下し始めるであろう。

高度に収束した二次元アレイのアパーチャを用いること
により、イオン放出エンベロープがイオン分散平面と平
行に延び、そして単一イオン出口スリットにおいて発生
ずるよりもかなり大きなイオン電流密度を有するイオン
ビームが引き出される。アストン型イオン源においては
、イオン分散平面と平行な平面内でのイオン放出エンベ
ロープの実際上の延長の程度は、イオン源製作について
の実際的考慮及び半４体素子に対するイオン打込みにお
いて要求されるビーム品質′により、非常に制限される
。アストン型イオン源を５列のアパーチャを越えて延長
させると、個々のビームを該イオン源の近くの共通線状
体に収束させることが次第に困難になり、ビーム品質が
許容不能に劣化することになるであろう。従って、アス
トン型イオン源からの全体的イオンビーム電流を更に増
大させるには、従来の装置において一般的であるように
イオン分散平面と垂直の方向にイオン放出エンベロープ
を延長させることが必要となる。

アスＩ・ンのイオン源は、メニスカスの全体的統合形状
、即ちイオン放出エンベロープを横切る単一のメニスカ
スとみなされるメニスカスの形状が、収束したアパーチ
ャの機械的配列によって保持されるので、プラズマメニ
スカスの安定性の損失なしにイオン引出しスリットの１
１を増大させることができるという効果を奏する。

発明の目的 本発明の主な目的は改良させたイオン打込み装置及び方
法を提供することにある。

本発明の他の目的は、従来の装置よりも高いイオンビー
ム電流を発生し且つ同時にイオン打込み装置の全体的大
きさを減少させることのできるイオン打込み装置及び方
法を提供することにある。

本発明の更に他の目的は改良されたイオン源装置を提供
することにある。

本発明の更に他の目的は、イオン打込み施設の全体的大
きさの減少に寄与する改良されたイオン源装置を提供す
ることにある。

本発明の更に他の目的は改良された動作的特性を有する
イオンビーム源を提供することにある。

本発明の更に他の目的は改良されたビーム均一性を有す
るイオンビーム源装置を提供することにある。

本発明の更に他の目的は改良された配置のビームライン
構成部材を存するイオン士［込み装置を提供することに
ある。

本発明の更に他の目的は改良されたビーム分解装置を有
するイオン打込み装置を提供することにある。

本発明の更に他の目的は、単一のイオン核種を具備する
高電流イオンビームを発生ずるための改良された方法を
提供することにある。

本発明の更に他の目的はイオン源装置を作動させるため
の改良された方法を提供することにある。

発泄尺υ創槃 （ａ）イオン源・解析装置 先ず、本発明にかかる新規なイオン源・解析装置につい
て概略説明する。

本発明の一つの１点様においては、イオンをターゲット
素子に打込むための装置が提供される。

この装置は、イオンビームを発生ずるためのイオン源装
置、及び上記ビーム内の種々のイオン核種を質量に基つ
いて選択的に分離して分析済みビームを作るためのビー
ム分析装置（一般には分析用磁石）を有す。ビーム分解
装置が、予め選定されたイオン核種をクーゲット素子へ
通過させるために上記分析済めビームの通路内に配置さ
れている。解析手段は、これと関連するイオン分散平面
を有す。イオン源手段は、」二記イオン分散平面と平行
な平面内のかなりの延長面積を含むイ」属のイオン放出
エンベロープを有しており、該イオン源と」１記解析手
段との間の領域の全体にわたる上記イオン分散平面と平
行な平面内にかなりの延長面積を保持するエンベロープ
を有するイオンビームを発生ずる。上記分析手段に入る
イオンは、実ｒｆ的に、上記イオン分散平面と垂直な平
面内に在る共通の見かけの線状体へ向かってまたはこれ
から走行しつつある。

本発明の一実施例においては、イオン放出エンベロープ
、プラズマイオン源のアーク室内の連続した長く伸びた
矩形スロットのような実質的に連続したイオン放出領域
によって形成される。本発明の他の実施例においては、
イオン放出エンへローブは複数の別々のイオン放出領域
によって形成される。かかるイオン源の一例ば、複数の
矩形アパーチャを有するものであり、各矩形状イオン放
出アパーチャの長辺の各々はイオン分散平面と平行にな
っている。

前述したように、安定なイオンビームを保持し、及び充
分な分解用パワーを持つためには、イオン源のイオン出
１」スリットのＩｌ＋を１ないし３ミリメートルの範囲
内の寸法に制限することが必要であるというように、イ
オン打込みのためのイオン源の分野にたずされっ−ζい
る人々に従来から広く考えられていた。本発明によれば
、イオン出口スリットを３ミリノーｌ−ルよりもかなり
広く、例えば５または６ミリメードルにし、しかもなお
安定な充分なビームを保持することが可能であるという
ことが７５７明された。この解明は、従来よりもかなり
人里の未処理ビーム電流をイオン源から引き出すことを
容易ならしめるものである。例えば、本発明にかかる試
作品装置において、［１１が５ミリメートル、長さが１
００ミリメートルの出口スリットを有するイオン源から
、硼素の２４ミリアンペアの未処理ビーム電流及び砒素
の６７ミリアンペアの未処理ビーム電流が引き出された
。

本発明においては、イオン源装置は、イオン源及び該イ
オン源からイオンを引き出して加速するための電極装置
、並びに、上記電極装置を通過するイオンビームから、
共通の見かＩｄの線状体へ至りまたはこれから出てくる
通路から実質的にそれている通路上にあるイオンを実質
的に除去するために上記電極装置と分析装置との間に配
置された視セ（（装置を有す。プラズマ源アーク室内に
１つまたはそれ以上の長く伸びた矩形状のイオン出ｌ」
アパーチャを有しているイオン源装置の場合には、イオ
ンビームから、該ビーム内の個々のイオンの熱エネルギ
ー速度成分のために上記共通の見かけの線状体へ至りま
たはこれから出てくる通路から実質的にかたよった通路
を持つイオンを除去するために、上記規準装置が用いら
れる。

他の実施例においては、イオン源は、複数の対応のイオ
ンビームを発生ずるために所定の形状に配置された複数
の小さなイオン出口アパーチャを有しており、上記イオ
ンビームの外部線はイオン放出エンベロープを措成する
。この場合には、規準装置は第１及び第２の規準格子を
有し、各格子は、他力の格子の対応のアパーチャと、及
びイオン出口アパーチャと整合するアパーチャを有し、
上記イオンビームの各々から、共通の、見かけの線状体
へ至りまたはこれから出てくる通路から実質的にそれて
いる通路を持つイオンを実質的に除去するようになって
いる。

上記イオン出口アパーチャは、単一列に、またはアパー
チャの規則的な二次元アレイに、または上記イオン放出
エンベロープがイオン分散平面と平行な平面内にかなり
の延長面積を有している場合には任意の配置に配置され
る。

（ｂ）電極バイアス印加装置 次に、本発明にかかる新規な電極バイアス印加装置につ
いて概略説明する。

本発明の一実施例においては、イオン源装置は、予備分
析加速電圧に電気的にバイアス印加されたイオン源手段
を具備する。引出し電極がイオン放出領域の付近に配置
されており、出口アパーチャと該引出し電極との間の領
域においてイオン源からイオンを引き出して加速するた
めに上記予備分析加速電圧に対して成る電圧値にバイア
スがけされζいる。減速電極が上記引出し電極の下流側
に配置されており、上記電極相互間の領域を通過するイ
オンの速度をかなり低下させるために引出し電圧値に対
して成る電圧値にバイアスがすされている。先ず高電界
領域においてイオンが加速して高い引出し電流を得、そ
の後、上記イオンを分析手段に入る前に減速することに
より、イオンの速度が低下するのでより小形の分ＵＦ手
段を用いることができる。

好ましくは、安定した電源を用いて予備分析加速電圧を
イオン源に与え、そして非安定の電源を用い−ご引出し
電極に電圧を与える。このようにすると、火花放電（こ
れは全てのイオン打込み装置の本来的特性である）が上
記イオン源と引出し電極との間に住するときに上記引出
し電極の電圧は大きさが急速に低下する。これにより、
引き出されて分析手段に入ってゆくイオンの速度に実質
的な影響を与えることなしに、上記火花のエネルギーが
制限され、そして火花が迅速に消滅させられる。

（ｃ）　イオン源 次に、本発明にかかるイオン源について概略説明する。

本発明の装置はまたイオン源手段を特徴とするものであ
り、このイオン源手段は、各々が実質的に矩形状の形状
を存している複数のイオン出口アパーチャを有するイオ
ン源を有しており、上記矩形の長辺はイオン分散平面と
実質的に平行になっている。複数のイオン出口アパーチ
ャの使用は、イオンビーム出ロアパーチャの長辺を、従
来の構成における垂直関係から、イオン分散平面と平行
な関係に方向変更することによって可能となる。これに
より、上記以外の点ではイオンオプテイクスおよびこれ
に付属の諸部材の形状及び大きさに実質的な影響を与え
ることなしにより高いイオンビーム電流を得ることがで
きる。

本発明の一つの態様においては、イオン杓込み装置はイ
オン源室を具備するイオン源手段を用いており、上記イ
オン源室は、その一つの壁に長く伸びたイオン出口アパ
ーチャを有し・且つ該イオン源室内に縦に配置された長
く伸びたフィラメントカソードを有してい′る。上記フ
ィラメントカソード両端間に電流発生用電位差を４えて
該カソードを加熱するためのバイアス印加装置が用いら
れ、且つ同時に、上記室とフィラメントカソードとの間
にアーク発生用バイアスをかけて上記室に導入された蒸
気またはガスからイオンを発生させるための手段が用い
られる。イオン源の両端間に通例見られる不均一なイオ
ン発生特性を打ら消す不均一な場の強さを有しておって
上記フィラメントカソードと平行である磁界を適用する
ための磁気手段が用いられる。

好ましくは、上記イオン源手段はまた、複数の別々のア
ノード部材が内部に取付けられているイオン源室をＲ備
し、上記アノードと上記室とは電気的に絶縁されている
。上記側々のアノード構造体に別々のバイアス電圧を印
加して各アノード構造体付近に発生するイオン電流を独
立に制御するためのバイアス電圧装置が用いられる。こ
れにより、更に、イオンビームの１１１を横切るイオン
電流の分析及び制鉢を行なってビーム均一性を改善する
ことができる。

（ｄ）ビーム分解装置 次に、本説明にかかる新規なビーム分解装置について概
略説明する。

本発明にかかるイオン打込み装置は好ましくは、複数の
ビーム分解部材を具備するビーム分解装置を有し、上記
ビーム分解部材の各々は、分解用アパーチャ、及び上記
ビーム分解部材の一つを分析済みビームの通路内に選択
的に位置決めするための装置を有す。

複数のビーム分解部材を（ｌｆｉｉえることにより、該
部材の各々を特定のイオン核種の用に供し、他のイオン
核種からの汚染を排除することができる。即ぢ、上記他
のイオン核種は、分解部材の縁に沈着し、その後、他の
イオンを用いるイオン打込み処理中にたたき出される可
能性があるのである。また、複数の分解部材を用いて、
装置によって得られる最終的ビーム純度を選択的に変化
させることができる。例えば、アンチモンを打ち込む場
合に、ビーム純度を低下させて質（１ｔ１２１及び質量
１２３の両方のアンチモンイオンビームを分解用スリッ
トを通過させ、これにより、全体的のアンチモンイオン
ビーム電流を効果的に増加させるのに有利である。

（０）イオンビーム発生及び分析方法 次に、本発明にかかる新規なイオンビーム発生及び分析
方法について概略説明する。

本発明のこの方法は、イオンビーム内の種々のイオン核
種を質量に栽づいて分離するための付属のイオン分散平
面を有するイオンビーム分析フィールドを発生させる段
階を有す。イオンビームを発生させ、そして上記イオン
ビーム分析フィールド内に導く。上記イオンビームば付
随の全体的イオンビームエンへロープを有しており、該
エンベロープは、上記分析フィールド内へのビームの走
行領域の全体にわたって上記イオン分散平面と平行な平
面内にかなり延長した横断面積を有す。最終段階は、予
め選定されたイオン核種を具備するイオンを分析済みビ
ームから分離することである。

（ｆ）イオン源作動方法 次に、本発明にかかるイオン源作動方法について概略説
明する。

本発明はまた、イオン放出領域を有するイオン源と、上
記イオン放出領域の付近に配置された引出し電極と、上
記引出し電極に実質的に隣接して配置された第２の電極
とを具備するイオン源装置を作動させるための方法を特
徴とする。

この方法は、予備分析加速電圧を上記イオン源に印加す
る段階と、上記イオン源からイオンを引き出し且つ加速
するために上記予備分析加速電圧に対して成る値を有す
るバイアス電位を上記引出し電極に印加する段階と、上
記第２の電極と分析用磁石の入口と間のイオン走行速度
を実質的に低下させるために上記引出し電極上のバイア
ス電位値に対して成る値を有するバイアス電位を上記第
２の電極に印加する段階とを有す。

好ましくは、上記予備分析加速電圧をイオン源に印加す
る段階は、安定した電位を該イオン源に印加することを
含み、上記バイアス電位を引出し電極に印加する段階は
、上記イオン源と引出し電極との間にスパーク放電が生
ずるときに上記電位の大きさが急速に低下するように非
安定の電位を該電極に印加することを含む。これにより
、上述したように、スパークのエネルギーが制限され、
スパークが急速に消滅させられる。

炸■ （ａ）装置の小形化及びイオン電流の増大本発明の上記
の種々の特徴は、イオン打込み装置におけるイオン電流
を著しく増大させ、しかも装置の全体的大きさを減少さ
せることに寄与する。イオン放出エンベロープの延長領
域（例えば、実施例にお１３る長く伸びたイオン源スリ
ット）を、従来の装置における垂直の方向付けに対して
、分析用磁石のイオン分散平面と平行に向けるという新
規な方向付けにより、従来の１０ないし１２ｍＡ級の装
置よりも小形の装置において発生され且つ使用される砒
素のイオンビーム電流を少なくとも４または５倍（即ち
５０ｍＡ）に増大さ一已ることができる。例えば、本発
明のイオンオプティクスを使用し且つ上述した１１１広
のイオン源スリットを有する研究用試作品装置のビーム
ラインにおいて、硼素の２４ミリアンペアおよび砒素の
６７ミリアンペアの未処理ビーム電流が観測された。こ
れはイオン打込み性能の大きな進歩を示すものであり、
また本発明の他の改良特徴の極めて効果的な利用につな
がる。この改良特徴の若干はまた独立に従来の装置を改
良することができる。

また、この新規なイオン源方向（＝Ｊけをすれば、使用
するイオン出口スリットが弯曲しているかまたは直状で
あるかとは無関係に、イオン源を分析用磁石に極めて近
づりて配置することができる。これにより、分析用磁石
に入ってくるイオンビームの高さが減り、またイオン源
と分析用磁石との間の領域において生ずるイオン中性化
が減る。これにより、ＢＦ３ガスからの硼素のようなガ
スで与えられる核種で得られるビーム電流を高くするこ
とができる。本発明の他の特徴を用いることにより、分
析用磁石の大きさがかなり小さくなって、引出し済みイ
オンが引出し電極と減速電極との間で減速され、従って
該イオンはより低い速度を持って上記磁石に入る。イオ
ンビームの同じ弯曲角度をより小さい分析用磁石面積で
得ることができ、これも装置の大きさ、複雑性及び費用
を低減するのに大きく寄与する。

本発明のイオン？ｆＡ　７１１石の形状はイオン分散平
面におけるプラズマメニスカスの形状の機械的制御を４
に供するものであり、従ゲＣ１分析済みビームを分解用
スリット内に収束させるための磁石上の回転代入１」磁
極または静電式収束装置の必要がなくなる。

本発明のイオン源分散平面の形状により、イオン源スリ
ットを積み重ねることができるようになり、これにより
、同じイオン源対磁石形状内で及び分析用磁石内−の実
質的に同じ磁極ギャップをもって、より高いビーム電流
を得ろことができる。

従来可能と考えられていたよりも広いイオン出１−１ス
リットの有用性が解明されたので、かかる広いスリット
からのイオンビームはより大きく発１１シし易いという
ことになる。本発明のイオンオプティクス装置とともに
用いると、この大きなビーム発散のために磁極ギャップ
を大きくすることが必要となる傾向がある。しかし、充
分に鋭い角度の入１」磁極面（例えば約４５度）によっ
て与えられる強い入口収束作用を有する均質な磁石を使
用すれば、このビームのより大きな発散を取扱うのに必
要となる磁極ギャップの増加を最少限にすることができ
るということが判明した。

（ｂ）イオン源動作の改善 本発明の引出し及び減速電極装置を用いるイオンの加速
及び減速の組合せにより、上記減速電極から進んでゆく
リボン状ビームの発散を更に減少させる円筒状の収束レ
ンズが作られるという有利な効果が得られる。

故意に非安定化した電ｍ＜即ち、出力電圧の低下前に電
流発生能力が制限される電源）を用いて引出し電極に電
圧を与えるごとにより、分析用磁石に入ってゆくイオン
源核種の全体的速度を実質的に変えることなしに、火花
を極めて迅速に消滅させることかできる。従来の装置に
おいζは、イオン源と引出し電極との間に規則的に生ず
るかなりの火花発生は、イオン源に予備分析加速電圧を
与える電源の電流発生能力がなくなっ゛ζイオンの効果
的加速電位が低下するときにのみ消滅させられる。火花
を短時間消滅させると、イオン加速電圧が正常状態より
もかなり低くなる。このようになると、汚染性のイオン
核種が分解用スリットを通って合焦させられて後段加速
構造体に入り、そしてターゲット素子自体に入り込むこ
とになる。半４体処理作業においては、かかる汚染性の
イオン核種は該当のウェーハ状の良品装置の歩留りを低
下させる可能性がある。即ち、汚染性のイオンがウェー
ハを衝撃しつつある時間中にそのビームによっ゛ζ走査
されるウェーハの領域内に不良品装置が生じる。

本発明の装置はまた、イオンビームに対して選択的に位
置決め可能な多重分解用スリットという利点を提供する
ものであり、これにより、半導体処理環境内の他の汚染
源を排除することができる。

本発明の他の目的、特徴及び利点は、図面を参照して行
なう本発明の実施例についての以下の詳細な説明から明
らかになる。

犬施桝 先ず、本発明にかかる新規なイオンオプテイクス及び基
本原理について説明する。

本発明のイオンオブティクスと従来のイオンオブティク
スとの間の基本的な差異は、従来のオプティクスの一例
を示す第７図及び第８図と、本発明の一実施例における
イオンオプティクスを示す第１７図及び第１８図とを比
較すれば解る。第７図及び第８図（並びに第２２図及び
第２３図）に示すように、従来のイオンオプティクスに
おける共通線状体（見かりまたは実）の位置はプラズマ
メニスカスの形状によって決定され、何等かの幾何学的
因子によるのではない。

第１１図ないし第１３図の従来の構成においては、共通
線状体はイオン源アパーチャの共通焦点によって機械的
に制御され、良好な全体的ビーム品質を保持するために
イオン源の前面で閉じなければならない。これに対して
、本発明のイオンオプティクス原理を用いる装置におけ
る共通の見かけの線状体は、イオン分散平面内のイオン
出口アパーチャの幾何学的配置のみによって決定され、
イオン源の前面に遠く離れていることも（第１７図、第
１８図）またはイオン源の後ろにある（第１９図、第２
０図）こともできる。直状のイオン出ロスリソ１〜を用
いると、共通の見かけの線状体は無限大距離にある。も
っと重要なこととして、イオン分散平面と平行な平面内
のイオン源のイオン放出エンヘローブの延長の程度は、
第７図及び第８図に示す従来の標準的手段及び第１１図
ないし第１３図のアストンのイオン源におけるように制
限されるこということがない。

より小さな全体的装置大きさをもって、従来の装置にお
いて可能であるよりもかなり大きなイオンビーム電流発
生能力が得られるのはこの基本的差異によるのである。

積重ね形のイオン出口アパーチャは、従来の装置（第１
１図ないし第１３図の制限的構成を除いて）においては
用いることができない。即ち、多重イオン源スリットの
単一の共通の見かけの線状体がなく、そして多重の実際
の線像が分解スリットに現れるからである。換言すれば
、分解用スリットにおける各質量核子に対する共通合焦
像を有する単一の分析済みイオンビームを、多重イオン
出口スリットを有する従来の装置においては得ることが
できなかった。

本発明装置においては、共通の見か＆Ｊの線状体の位置
が、多重イオン源スリットの各々に対して同しにするこ
とのできる幾何学的因子によって決まるので、多重イオ
ン源スリットを用いることができる。即ち、多重スリッ
トは、分解用スリットにおいて選定された質量核子に対
して単一の合焦像になる。

また、第４６図ないし第５０図について後で詳述するよ
うに、イオン規準装置を用い、分析手段に入り込まされ
るイオン源のイオン放出エンヘローブ的で発止したイオ
ンを、イオン分散平面と垂直な平面内に在る共通の見か
けの線状体について、実質的にこれに向かってまたはこ
れから走行させるということを行なうならば、本発明の
イオンオプティクスは単一線延長部または二次元延長部
の多重の小さなアパーチャ源を用いることができる。

以上から解るように、本発明におけるイオンオプティク
ス原理の使用は従来の技術とは著しく異なっており、イ
オン打込み装置の性能を格段に改善するものである。

次にビームライン＋ｆ＆成部（Ａの一般的配置について
説明する。

第１４図は本発明にかかるイオンビームライン構成部材
の一般的配置を示すものである。イオン源装置１３０が
イオンビーム１３１を発生し、該ビームはビーム分析装
置１４０に入る。イオン源装置１３０は、ビーム分析装
置１４０のイオン分散平面と平行な平面内のかなりの延
長面積を含む付属のイオン放出エンヘローブを有す。更
に、イオン源装置１３０は、上記イオン分散平面と垂直
な平面内に在る共通の見かけの線状体について実質的に
これに向かってまたはこれから走行しておって分析装置
１４０に入るイオンを発生ずる。このイオン分散平面は
、第１４図に略示するように電磁石型ビーム分析装置を
使用する場合に、ビーム分析装置１４０の磁極面相互間
に横たわる中央平面である。組合せ形の電界磁界装置の
ような他の分析装置を用いることもできるが、ここでは
磁界装置が好ましい。イオン源は、フリーマン（Ｆｒｅ
ｅｍａｎ）型プラズマ源、またはエーラーズ（Ｅｂｌｅ
ｒｓ）ほか著の「多重光点イオン源の効率向上」（Ｉｎ
ｃｒｅａｓｉｎｇ　ｔｈｅ　Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｏ
ｒ　ａ　Ｍｕｌｔｉｃｕｓｐ　ＩｏｎＳｏｕｒｃｅ）　
（ｒレビュー・サイエンティフィツク・インスルーメン
ツ」、５９　（，３）１９８２年９月、ｐｐ１４２９〜
１４３３）に記載されているような多磁極プラズマ源で
あってよい。他の周知のイオン源、例えばソリソトイオ
ン放出面を有するイオン源及び電界放出源も成る場合に
は用いることができるが、半導体処理用には現在はプラ
ズマ源が好ましい。

第１７図及び第１８図に示すように収束形イオンビーム
の場合には、見かけの線状体はイオン源装置の前面にあ
る。第１９図及び第２０図に示す発散ビーム装置におい
ては、見かけの線状体はイオン源装置１３０の後ろにあ
る。イオン源のイオン出口アパーチャが凸状でも凹状で
もなく、第１５図及び第１６図におけるように直状であ
る場合には、共通の見かげの線状体は無限大距離にある
線であると数学的にみなされる。

第１５図及び第１６図は本発明の主な特徴のうちの一つ
の核心にある改良されたイオンビームオプティクスを略
示するものである。（このビームラインの構成部材は、
第５図の従来のものとの比較の便宜状、水平な平面内に
配置して示しであるが、好ましい配置方向は第３５図及
び第３６回に示す如くであり、イオンビームを分析用磁
極ギャツブ内へ垂直に導くようになっている。）第１５
図に示すイオン打込み装置１００は、ウェーッλ取扱い
装置１７０のヒートシンク１７２上に取付けられた半導
体ウェーハ１７１めようなターゲット素子にイオンを打
ち込むために用いられる。イオン打込み装置１００は、
イオンビーム１３１を発生するイオン源装置１３０を有
す。電磁石装置１４０のようなビーム分析装置がイオン
ビーム１３１を受入れ、そして該ビーム内の種々のイオ
ン核種を質量（即ち電荷対質量比）に栽づいて分離し、
分析装置１４０から出てゆく分析済みビーム１３１′を
作る。

ビーム分析装置１４０は、磁極面１４１と１４２との間
のギャップを通過する中央平面であるイオン分散平面を
有す。ビーム分解装Ｎ１５０が分析済みビーム１３１”
の通路内に配置されており、予め選定されたイオン核種
のみをターゲット素子１７１へ通過させる。第５図の従
来のイオンオブティクス形状におけるイオン源装置３０
の配置方向と比較すると、第１５図に示す本発明の実施
例におけるイオン源装置は、分析装置１４０に対して、
イオンビーム横断面の長辺１３１Ａがビーム分析装置１
４０のイオン分散平面とほぼ平行になるように方向付け
されている。第１５図に示す実施例においては、イオン
源装２１３０は、イオン出口アパーチャ１３２を有する
イオン源手段を有す。イオン出口アパーチャ１３２のほ
かに、種々の電極構造体（ここでは示してないが後で説
明する）がイオン源装置の部品として用いられる。

第１５図に示し、また第１６図の略立図面に示すように
、イオンビーム１３１は、イオン源スリット即ちアパー
チャ１３２から分析磁石装置１４０のギャップ１４３へ
向かって走行するにつれて発散する。後でもっと詳細に
説明するように、種々の選択自由な磁気収束装置がある
ので、上部磁極と下部磁極との間に配置されたイオン飛
行管を衝撃するビーム内のイオンを排除するために収束
的合焦作用が与えられる。

第１５図及び第１６図に示すように、矩形状イオンビー
ム１３１の長辺を分析装置１４０のイオン分散平面と平
行にし、及びイオン源と磁石との間隔を縮小するという
新規な配置により、狭い磁極ギャップｄ、を用いること
ができる。

第１５図は、直状のイオン源スリソｌ　１３２を用いる
場合の本発明の基本的なイオンビームオプティクスを示
すものである。この場合には、イオン源スリット１３２
から出てくるイオンビーム１３１は真直ぐに走行して分
析磁石装置１４０に入る。第１７図及び第１８図は、弯
曲しているイオン出口スリットにより、分析磁石装置１
４０の磁極片のｌｊを対応的に増大させる必要なしに、
ビーム電流をかなり増大させることができるということ
を示すものである。その収束するビームはまた、分解用
スリットを通過するビームの収束角度を減少させる。弯
曲したイオン源スリｙ　Ｌ　１３２から出てくるイオン
ビームは、イオン分散平面と垂直な平面内の見かけの線
状体に収束する。

第１５図に示すように、イオン源１３０によって発生ず
るイオンビーム１３１は、分析磁石装置１４０により、
第５図に示す従来の装置に対するイオン分散平面におい
て分析磁石装置によって行われる合焦と本質的に同じ仕
方で合焦させられる。

分解用スリット１５０における分析済みイオンビーム１
３１′の像は、イオン源形状を含むイオン源オプティク
ス装置の分解力及び分析手段１４０の分解力によって定
まる分散平面内の寸法を有す。

分解用スリット装置１５０における分析済みビーム１３
１′の像の高さは、第１６図に示すようにイオン源１３
２の投映物体１３６の有限高、及び分１’１面と垂直な
ビームの全体的発散度によって定まる。この発散は、分
析磁石装置により、または分析磁石及び第２１図に示す
分離静電レンズ１８０の組合わせによって分散平面と垂
直なビームに加えられる収束度によって定まる。

静電的合焦を用いてイオン分散平面と垂直な平面内のビ
ームの発散を変えることができるということは本発明の
有利な特徴である。かかる静電的合焦は、さもなげれば
分析磁石の磁極面相互間に配置されているイオン飛行管
を衝撃する可能性のあるビームからのイオンの損失を減
らし、また分析磁石の磁極ギャップを減らすことを可能
ならしめ、これにより、分析磁石に対する全体的小形化
及びパワー減少の必要条件に寄与する。この静電的合焦
は、イオン分散平面内にないので、イオンオブティクス
装置の分解力を妨げることがない。

イオンビーム３１の発散を減らずために第５図の従来の
イオン源装置において要求されるような分散平面におけ
る静電的合焦は、極めて高品質のイオンオプティクスが
提供されないと装置の分解力に悪影響を与える。しかし
、かかる高品質のイオンオプティクスは得ることが困難
である。一般に、イオンオプティクスの分野においては
、レンズの屈折力が弱く、そしてレンズの中央部のみを
使用するならば、高品質の静電レンズが提供される。強
い静電レンズは一般に低品質であり、分散平面において
適用するとかかるレンズの収差が分解力に悪影響を与え
る。後で詳述するように、本発明のイオンオプティクス
は、イオンビームの静電的合焦とイオンビームの組合わ
せ式加速減速との有利な組合わせを可能ならしめ、イオ
ン打込み装置におけるビームラインの全体的大きさの減
少に更に寄与する。

第２２図及び第２３図に示すように、長く伸びたイオン
出口アパーチャを有するフリーマン型イオン源のような
従来のプラズマ源は、イオンが引き出されるアパーチャ
におけるプラズマメニスカスの曲率に応じて、アパーチ
ャ３２に近接する実または虚のライン源形状を有す。第
２２図に示すように、イオンプラズマメニスカス３１Ａ
は凹状の形状を有し、第２３図におけるプラズマメニス
カス３１１３は凸状の形状を有す。上記プラズマメニス
カスの形状は、イオン源と引出し電極構造体との間のイ
オン引出し電位を含む複数の因子によって定まる（後で
説明する）。プラズマメニスカス３ｉＡはアパーチャ３
２に近接してその前面にある実のライン源３１Ａ′を作
り、プラズマメニスカス３１Ｂはアパーチャ３２に近接
してその後ろにある虚のライン源３１Ｂ′を作る。

第５図に示す従来の例においては、イオン分散　一平面
におけるイオンビーム３１の発散度はプラズマメニスカ
スの形状によって決まる。しかし、発散を減らずための
静電的合焦は、前述したように静電レンズの収差が分解
力に悪影響を与える可能性があるので、−Ｊｔｆｆｉに
用いることができない。これに対して、本発明にかかる
イオンビームオプティクスは、第１４図及び第１５図に
示すように、イオン分散平面と垂直な平面内の静電的合
焦を行い、プラズマメニスカスの形状に基づくイオンビ
ーム１３１の発散が、分析磁石の磁極ギャップに入って
くるビームの１１１に対して比較的小さな影響を持つよ
うにするようにすることができる。

次に、イオン源の形状及び電極構造体の変形例について
説明する。

長く伸びたイオン出口スリットにおけるプラズマメニス
カスの長辺の形状をａ械的に制御するための能力は、従
来の装置に対して第８図に示し及び本発明の装置の装置
に対して第１７図に示すように、これら２つの装置に用
いられる全体的イオンオプティクスに対して著しく異な
る結果を有す。

第５図の従来の装置においては、第８図に略示するよう
に、弯曲したイオン源スリッＩ・が磁極ギャップの大き
さの減少を可能ならしめる。しかし、磁極の人１」部分
の中を、さもなければ分散平面内で発散するイオンビー
ムの静電的合焦によって減少させることはできない。こ
れに対して、本発明のイオンオプティクスは、第１７図
に示すように分析磁極のｌ】をイオン源スリットのｒｌ
＋よりも小さくする（即ち、イオンビームの巾が、イオ
ン源スリットから出るときよりも磁極ギャップに入ると
きの方が狭くなる）ために長手方向のプラズマメニスカ
スの形状を機械的に制御する能力、及び装置の分解力に
悪影響を与えることなしに非分散平面内のビーム発散を
制御するために第２１図に示す如き静電的合焦の同時的
使用を利用するものである。

このように、本発明の手法を用い、非分散平面内のビー
ム発散の静電的制御及び分散平面内のビーム収束の機械
的制御によってビーム電流を増加させることが可能とな
ったのであり、これらはいずれも、より小形化したイオ
ン源対分析磁石の関係でより高いビーム電流を効果的に
得ることを可能ならしめる。

第２４図及び第２５図は、イオン源装置からイオンを引
き出すためにこれに用いられる弯曲したイオン源スリッ
ト及び電極装置の形状を略示するものである。説明の都
合上、イオン源１３０を、凹状弯曲出口スリット１３２
を有する普通のフリーマン型イオン源であると見なすが
、直状出口スリットまたは凸状スリットも用いることが
できる。

第２４図は、イオン源スリソ＋−１３２の長辺がイオン
分散平面内にあるイオン分散平面を上から見た図である
。第２５図は同じ電極構造を略立面図で示すものである
。フリンジ制御電極１３６がイオン出口スリット１３２
に隣接して設けられている。引出し電極１３７がフリン
ジ電極１３６の下流側に設けられており、接地電極１３
８が加速電極の下流側に設けられている。

説明の都合上、正イオンのビームを用いるものとする。

イオン出ロスリソＩ−１３２と接地電極１３８との間の
領域においては、正イオンはまだ、接地電極１３８と磁
石装置１４０の磁極面への入口との間の領域において発
生ずる傾向のある電子によって空間電荷中性化されてな
い。従って、イオンビーム１３１の中央部分を通過中の
イオンは周囲の正イオンに会うだけであり、従ってその
正常の走行路からそれることはないか、ビーム１３１の
縁領域にあるイオンは周囲に正イオンがなく、進路をそ
らされ易い。この理由で、フリンジ電極１３６は、イオ
ン出口スリット１３２と引出し電極１３７との間の分散
平面内でビームの広がりを制限する作用をなす正電位を
与えられている。

正イオン源・電極装置においては、引出し電極１３７は
、−ｆＧに、従来の装置においては、電極構造体と分析
磁石との間の領域に発生ずる電子をはね返すために、接
地電極１３８よりも若干負の電圧にバイアス印加される
。引出し電極上にこの負電圧がないと、上記電子がプラ
ズマ源内へ加速されることになる。その結果、正イオン
電流効果なしにプラズマ源電流が増加し、またＸ線が発
生し、プラズマ’ＪｆＸ　６Ｊｆ域における遮蔽作用を
増すことが必要となる。また、イオンビームを空間電荷
中性化する電子は殆ど存在しない。従来のバイアス印加
装置においては、接地電極１３８は、一般に、イオン源
に力■えられている＋４０ないし→−８０ｋＶの予台１
ｈ分析加速電圧、及び引出し電極１３７に加えられてい
る−２ないし一３ｋＶの電圧に対して、接地電位にある
。

第２４図に示すように、接地電極１３８と分析磁石装置
１４０への入口との間に収差制御ベーン１９０を用いて
イオンビーム１３１から異常イオンを除去する。即ち、
上記ビームの縁において確実に停止させないと未選択の
イオン核子を装置の分解用スリットに入り込ませる可能
性のある方向に走行しつつあるイオンを除去する。ビー
ムの縁は、かかる異常イオン通路が極めて生じ易い場所
である。異常イオン通路上のイオンを除去するだめの他
の装置については後で説明する。

イオン源スリットの長辺、即ち矩形状イオンビームの長
辺を分析装置のイオン分散平面と平行に向けることによ
り、多重イオン源スリットを用いてイオンビーム電流を
増加させることができる。

第５図に示す従来の装置においては、分散平面と垂直な
多重ライン源が分解用スリットの平面に多重線状体を作
るので、多重イオン源スリットを用いることができない
。従って、選定されたイオン核子の分析済みビームをか
かる装置において分解することはできない。

しかし、イオン分散平面と平行な長く伸びたイオン源ス
リソ１−にずれば、複数のイオン源スリットを用いるこ
とができる。第２６図に２つのイオン源スリット１３２
Ａ及び１３２Ｂを示す。これら２つのスリットとともに
、これから引き出されて４１−焦点に収束するりホン状
イオンビーム１３１Ａ及び１３１Ｂを示す。説明の都合
上、分散平面内のイオンビームの発散を無視するが、こ
れはプラズマメニスカスの形状によっては存在する。

第２６図に示すように、２スリント形の配置の対称性に
より、使用すべき２つのリボン状ビームに共通な単一の
引出し電極１３７及び接地電Ｉｈ１３８の配置を用いる
ことができる。しかし、第２７図の３スリツト形の配置
においては、第２６Ｍに示す電極構造を用いたとすると
、出Ｌ１スリソ）１３２Ａから出る中央ビームが引出し
電極１３７の加速電界から遮蔽され易い。従って、これ
ら３つのビームの各々に対する別々の引出し電極領域１
３７Ａ、１３７Ｂ及び１３７Ｃを有する引出し電極構造
１３７′が好ましく、これにより、３つのビーム全部に
対するビーム加速が実質的に同じになる。この同し配置
を第２６図の２スリット形イオン源に用いることができ
る。共通の接地電極１３８を用い、また選択自由の第２
の引出し電極１３７“を用い、そして第２の引出し電極
１３７　″と接地電極１３８との間の領域内でイオンビ
ームを減速するように接地電極１３８に対してバイアス
がけする。このバイアスかけによって収束レンズが形成
され、分析磁石装置１４０のギャップ１４３に入る前に
イオンビームを収束する。

第２８図に示す他の構成においては、別々の接地電極ア
パーチャ１３８Ａ、１３８Ｂ及び１３８Ｃを有する接地
電極１３８を設り、これにより、事実上、３つのイオン
ビーム１３１Ａ、１３１Ｂ及び１３１Ｃの各々に対して
別々の電極領域を提供するようにする。この構成は第２
６図の構造に適用することもできる。第２４図ないし第
２８図は、イオン源と′１′、Ｌ極構造体と分析磁石装
置１４０との間の形または幾何学的関係を正確に描写し
ようとするものではない。これらの図は本質的に略図で
あり、本発明の現実の機械的実施例においてば桃々の実
際的構造が用いられる。また、本発明は１個ないし３　
（ｆｌｉｔのイオン出口スリットに限定されるものでは
なく、３個を越えるスリットを用いることもできる。本
発明のこの新規なイオンオプティクスを用いると、イオ
ン源のイオン放出エンベロープをイオン分散平面と平行
及び垂直の両方の方向に大ｒｌｒに延長し、比較的小形
のイオン源及び磁石をもってビーム電流を格段に増大さ
せることができる。

ここで、従来のイオン源バイアス装置について説明する
。

即ち、第２９図は従来の代表的なフリーマン型イオン源
、引出し電極及び接地電極の）＼イアスがけ装置を示す
ものである。フリーマン型イオン源自体は例えば−ト４
０ｋＶの予偏加速電圧にノ＼イアス印加される。引出し
電極３７は、４２ｋ　Ｖの総計引出し電位に対して一２
ｋＶにバイアス印加される。接地電極３８は引出し電極
及びイオン源に対して＄電位にある。引出し電極３７と
接地電極３８との間の−２に■は、さもないと接地電極
３８と引出し電極３７との間の領域からイオン源３０１
体内へ加速され易い電子をはね返す。かかる電子は、分
析磁石４０のギャップ内で空間電荷中性化済みビームを
提供することによってビームのそれ以上の広がりを防止
することが必要である。

この従来のバイアスかり装置は本発明の改良されたイオ
ンオプティクス形状に利用することができる。

第２９図に示す従来の代表的なバイアス印加装置におい
て、フリーマン型イオン源３０に４０ｋＶの電位を与え
る電源は安定した電源（また強い電源とＩＩ）Ｉ々呼ば
れる）である。このことは、電源が高い電流能力をＯ；
ηえておってあらゆる電流値において電圧を４０　ｋ　
Ｖに保持しようとすることを意味する。全てのイオン１
］込め装置にある本来的特性の一つは、装置の作動中に
イオン源と引出し電極との間にスパーク放電が生ずる傾
向かあるということである。各装置はまた始動に際して
調整期間を通過して電源’＋’ｉ圧を一杯の値まで徐々
に上げ、これにより、低い電圧においては稔やかなスパ
ーク放電が生じ、また装置の実働中に余り激しい火花放
電の生しないよ・）にする。それにもかかわらず、実際
の装置作動中には、スパーク放電状態が時折り生ずる。

イオン源に＋４０ｋＶを与える安定した電源を用いであ
ると、イオン源３０と引出し電極３７との間の火花放電
は、スパーク放電状態中に高い電流が電源によって保持
されているために、極めて激しいまたは強いスパークを
含む傾向がある。このスパークは、上記安定した電源の
電流能力がなくなり、これにより上記４０ｋＶの電圧が
スパークの消滅するまでに低下してはじめて消滅する。

しかし、上記４ＱｋＶ電位が低下するにつれて、合計引
出し電位も低下し、イオンの合計予む；ｈ分析加速電位
が低下する。そのために、分析磁石に入ってゆくイオン
速度が著しく変化し、これにより、スパークが消滅して
いる期間中に、そして上記電圧が再び４０　、ｋ　Ｖま
で上昇する前に、ターゲット領域を衝撃させたい予め選
定されたイオンが分解用スリットを通って上記ターゲッ
トへ導かれなくなる。その代わりに、選定されていない
イオンがターゲットに導かれる可能性があり、そしてこ
のイオンは汚染性イオンである可能性があり、この期間
中にビームによって走査されるウェーハの部分上の良品
集積回路チップの歩留りを著しく低下させる可能性があ
る。

また、従来の装置において分析磁石４０に入ってくるビ
ーム内のイオンの速度は４０に■加速から生ずるもので
あり、この速度のビームを取扱うために分析磁石４０の
大きさ及び力を調節しなければならない。一般に、ビー
ムの速度が高いほど、全体的面積の観点または磁石ギヤ
ツブにおける磁束密度の観点から、分析磁石を大きくし
なければならない。磁束密度は飽和効果が生ずる前の成
る点までしか増大させることができず、従って、より大
きな磁石面積が通例必要となる。

次に、イオン源バイアス印加装置の改良について説明す
る。

第３０図は本発明の一つの特徴に従う改良されたイオン
源バイアス印加装置を示すものである。

このバイアス印加装置の全体的性質は、質的には、従来
の装置に見られる性質と同じである。しかし、本発明に
おいては、イオン源１３０を、従来用いられている４０
ないし８０ｋＶよりも実質的に低い予台；１１分析加速
電圧にバイアス印加する。そして、高い引出し電位を街
るために、引出し電極１３７を、接地電極１３Ｂよりも
実質的により負の電位、例えば第３０図に示すように一
３０ｋＶにバイアス印加する。従って、合計のイオン引
出し電位は５０ｋＶであることが解かる。しかし、引出
し電極１３７と接地電極１３８との間の領域においては
、イオンは実質的に減速され、そして全体的の２０ｋＶ
加速電界によって作られる速度で磁石ギャップに入る。

このように、本発明のバイアス印加装置は、高い引出し
電位という確実な利点と磁極相互間の飛行管に入ってゆ
く低い速度とを組み合わせ、これにより、磁石に必要な
大きさ及び力を低減し、装置全体の小形化に寄与するも
のである。また、接地電極（このバイアス印加手法にお
いてはまた減速電極として知られている）間のバイアス
の実質的差異により、引出し電極１３７と接地（減速）
電極との間の領域に円筒状静電レンズ１９０が形成され
る。この円筒状の収束レンズは、発散するイオンビーム
を、分析磁石１４０の飛行管に入る前に、より平行な通
路内に合焦させる傾向がある。

本発明のこの特徴は、バイアス電位極性を逆転すること
社より、負イオンについて用いることもできる。「実質
的」なる語は、ここでは、引出し電極と接地（減速）電
極との間のイオン減速が、電子はね返しの目的で、そし
て正イオンの有意な減速の目的ではなしに、従来の装置
において用いられていた一２ｋＶまたは一３ｋＶの電位
差によって得られていたものよりも有意に大きいという
ことを表すために用いである。

第３１図は、本発明のこの同じイオン加速減速バイアス
印加原理が、その結果発生してイオンオプティクスの分
解力を劣化させるビーム収差の導入を防止するように静
電レンズ１９０′の力を充分に低く保持するならば、第
５図に示す従来のイオンオプティクスに適用可能である
ということを示すものである。これは、電位差を小さく
し且つレンズを大きくすることによって可能となる。

第３０図に示す本発明のバイアス印加手法によって得ら
れる磁石設計の小形化可能という利点のほかに、安定な
または強い電源からイオン源１３０に＋３０ｋＶの予備
分析加速電圧を与え、且つ非安定なまたは弱い電源から
一３０ｋＶの引出し電位を与えることにより、更に他の
利点を得ることができる。このような組合わせにより、
電気火花が遥かに弱くなり、装置の作動中に迅速に消滅
させられる。これは、引出し電極に対する電源が高電流
を保持しないのでスパーク発生状態の下では急速に低下
する引出し電極１３７上の電位の結果として生ずる。引
出し電圧がスパーク発生中に著しく低下すると、スパー
クは急速に消滅し、そして、従来のバイアス印加及び電
源装置において到達したのと同じ電流値には到達しない
。

更にまた、そしてもっと重要なこととして、本発明のバ
イアス及び電源装置の下での火花発生状態は、引出し電
極上の電圧とは無関係に＋２０にνの予備分析加速電圧
が接地または減速電極に対して保持されるので、分析磁
極相互間の飛行管に入うてゆくイオンの速度を甚だしく
変えることがない。従って、ビーム電流は火花発生状態
の下で低下し、そして、弱いが急速に消滅する火花放電
中にウェーハの小さな区域内のイオンの線量率に影響を
及ぼすが、スパーク発生状態中の全体的イオン速度の変
化のために汚染性イオンが分解用スリット内に収束させ
られそしてそこからターゲットに入ってゆくということ
がない。イオン汚染が例えばす１〜リウムイオンの打込
みを含んでいるという臨界的な場合には、かかるイオン
の高い移動傾向は極めて大きな害となる可能性がある。

このように、本発明の新規なイオン源バイアスがけの特
徴は本発明のイオンオプティクス装置のより高い電流能
力の寄与を補足し、実際上極めて小形の高電流イオン打
込み装置を実現するのに寄与するものであり、この装置
は、分析磁石装置及びイオン源装置の大きさが極めて小
さいので、そのままのピームラ・インの状態で輸送する
ことができる。本発明の原理を用いると、ビームライン
を組み込んだ装置のＩＪを工場の１．８３ｍ（６フイー
ト）の二枚開き月収下にすることができるので、ビーム
ライン及びウェーハ処理装置の全体をそのままの状態で
輸送できるようにイオン打込み装置を作ることができる
。従って、ビームライン構成部材の望ましからざる分野
及び再組立てが必要でなくなる。従って、上述したよう
に、小形のビームライン及び全体的に小形のライン打込
み装置についての他の多くの利点を、本発明の原理を用
いて実現することができる。

次に、分析磁極の形状の変形例について説明する。

第３２図ないし第３４図に、イオン源バイアスとともに
便利に用いることのできる分析磁石装置１４０のいくつ
かの特徴の細部及び本発明の他の原理を示す。第３３図
は、分析磁石装置１４０の入口点におけるフリンジ合焦
の使用を示すものである。磁極片の前面１４６は、ビー
ム１３１０通路と垂直な線に対して、０°ないし４５°
の範囲内の角度θだけ傾斜している。磁極片の前面のこ
の角度はこの場所に収束用磁気レンズを形成し、該レン
ズは磁極ギャップに入ってくるビーム１３１に対して、
第１６図に示しである該ビームの発散の程度を減少させ
る作用をなす。

第３２図に示すように、電磁石の磁極１４１及び１４２
の内面１４１Ａ及び１４２Ａを互いに傾斜させて磁極ギ
ャップ内に不均質な磁界を作ることができる。この不均
質な磁界は、ビームが分析磁石を通過するときに該ビー
ムに対して連続収束的合焦作用をなす。これは、磁極側
相互間の磁石真空室の頂面及び底面を衝撃するイオンの
数を減らし、従って該磁石から出てゆく有効ビーム電流
を増大させるという利点を有す。

第２１図及び第３０図に示す収束的静電合焦作用及び第
３３図に示す入口フリンジ合焦作用と第３２図に示す連
続的不均質磁界合焦作用とを組み合わゼると、分析磁石
ギャップを通過して分析済みビームとして出てゆくイオ
ンビームの伝送効率を格段に改善することができる。

第３４図は本発明のイオンオプティクス装置に用いるこ
とのできる他の改善例を示すものである。

磁極の鉄片１４１及び１４２を、電磁石の巻線１４７と
１４８との間の内部磁極面１４２Ａ及び１４１Ａの領域
内に延長し、分析磁石装置の磁極ギャップ飛行管に入っ
°Ｃくるイオンビームを早く捕らえるようにする。この
ようにすると、入ってくるイオンビームに対して分析磁
石がより早く作用し始めるので、分析磁石装置全体をも
っと小形にすることができ、また装置の分解力が改善さ
れる。

これら手法の全てを、本発明のイオン源オプティクスで
得られる高電流能力及び小形設計と組み合わせると、業
界において今まで得られていたものよりも格段に高いビ
ーム電流を有する極めて小形のイオン打込み装置の製造
を可能ならしめることが期待される。また、本発明の原
理を極高電流装置に適用し、これにより、例えば表面冶
金（即ち表面合金）のう〕野を質量分析済めイオン打込
み技術に対して開き、及び半導体ＩＣ製作におりる新規
なイオン打込み処理を実施する機会を作ることができる
。例えば、本発明のイオンオブティクスを用いることに
より、埋設酸化物絶縁領域を作るために、打込み酸化物
領域を半ｎ体つェーハ内に深く作ってそこにある半導体
材料を局部的に酸化するということを初めて商業的に可
能化することができる。この能力により、ＶＩＳ１回路
が到達することのできる密度及び速度を更に格段に増大
させることができる。

次に、′１．１列の実施例について詳細に説明する。

第３５図ないし第４１図に、本発明の一般的原理を用い
たイオン源装置及び分析磁石装置の特殊の実施例を示ず
。ビームライン装置２００は、イオン源モジュール２３
０、イオンビーム電極モジュール２３５、イオン源モジ
ュール２３０に対する電磁石装置２８０、分析磁石装置
２４０、ビーム「ＩＪ制御装置２９０、及び直空ゲート
弁装置３００を有す。

イオン？原子ジュール２３０は、内部にフィラメン）２
３０Ｄが廷びているアーク室２３０Ｃを具Ｄ１（１する
フリーマン型イオン源を有す。上記イオン源に対するバ
イアス及び動作電位はバイアス接続）ｊ）！　２３　Ｏ
Ａによって与えられる。アーク室２３０Ｃ内でイオン化
されるべきガス状祠料は、供給配管装置２３０Ｂを通し
て、またはイオン源組立体に内設の気化炉から与えられ
る。イオン源モジュール２３０は比較的標準的なフリー
マン型イオン源構造であり、その外形を、ビームライン
装置２００のオプティクスのより小形の形状に連合させ
てあフリンジ電極２３６、引出し電極２３７及び接地ま
たは減速電極２３８が、柱２３５Ｌ）によって支持され
た基板２３５Ａ上にモジュール的に取イ・ｊりられてい
る。調節装置２３５Ｂにより、ビーム整合のために上記
電極モジュールの位置をイオン源に対して微調節するこ
とができる。上記電極構造体に対する冷却剤が、該電極
構造体に７Ｙ通の仕方で連結されている導管２３５Ｃを
介して供給される。上記諸電極の全体的構造を第３８　
ｒ、＜Ｊに示す。

フリーマン型イオン源をイオン源ハウジング２３０Ｆ内
に取（＝ｊけるにはいくつかの方法があり、また上記電
極構造体をハウジング２３０　Ｆ’内にアーク室２３０
Ｃの上方に取付けるにはいくつかの方法がある。イオン
源電磁石装置は、磁極２８１、別々の電磁石巻線２８２
、及び真空ポンプへ通ずる出入ｌ」の下でハウシング２
３０Ｆ”の一方の側を通る磁束戻りバーが２８３を存ず
。

分析磁石装置２４０は、該分析磁石装置２４０の人１」
面２４６において電磁石コイル２４７及び２４８の下に
延びる人１」フリンジ磁極２４１Ａ’及び２４２　Ａ　
’を：（ｊする磁極片２４１及び２４２を有ず。第３６
図に略示するように、フリンジ磁極部＋Ａ’　２４１　
Ａ　’及び２４２Ａ’の入口面は傾斜しており、磁極片
２４１と２４２との間の飛行管２４３に入ってくるビー
ムのフリンジ合焦作用を与えるようになっている。

ビーム１１１制御装置２９０を第３５図、第３９１Ｄ及
び第４０図に示す。電気ステ・ノブモータ２９１が親ね
し装置２９２を回転させてカム十反２９３を往復動さ−
Ｕる。カム板２９３の往復運動によってレバーアーム２
９４が回転させられ、該アームは、互いに噛み合ってい
るギヤ２９５．２９６及び２９７を回転させる。ギヤ２
９５及び２９７は軸２９５Ａ及び２９７Ａ取付けられて
おり、該軸は中空であり、冷却剤λｌ竹２９９を介して
冷却剤を受入れる。適当な真空封止装置が点２９５Ｂ及
び２９７Ｂに設げられている。軸２９５Ａ及び２９７八
回転すると、これに固定されているベーン２９８が対応
的に回転させられる。

ベーン２９８が回転して、接地または減速電極２３８か
ら出てくるイオンビームの通路に入す込むことにより、
分析磁石装置の真空室即ち飛行管２３４に入ってくるイ
オンビームの１↑Ｊが効果的に制御される。ベーン２９
８が第３５図に破線で示す広く開いた位置にあるときに
、最大１１］のビームが分析磁石の真空室に入る。しか
し、ビームの縁にある異常イオンビーム成分は、この広
く開いた位置にあるベーン２９８によってさえぎられ、
分析磁石に入ることを妨げられる。これば、このビーム
制御ベーンをイオン源電極モジュール２３５の直く下流
のこの場所に配置しておくことの極めて有利な点である
。

また、ビーム＋ｌ制御のために往復式ベーンの代りに回
転式ベーンを用いることは、ベーンが互いの方へ向かっ
て回転するにつれて得られる微細制御によってビーム１
１１の微細調整度が増すという点において極めて有利で
ある。上記ステップモータの各ステップに対するビーム
中の変化の程度は、上記ベーンがその角度的回転におい
て互いに近づくにつれて、該ベーンの端部が互いに遠く
離れているときよりも小さくなる。一般に、上記ステッ
プモータは、実際のビーム電流の検知に応答して該ステ
ップモータを駆動するサーボ機構装置によって制御され
る。

第３５図、第３６図及び第４１図に真空封止装置３００
を示す。この真空封止装置は、カソードフィラメンｌ−
２３０ｏの補給または他の保守のためにイオン源モジュ
ール装置２３０を変更しつつあるときに、イオン源室ハ
ウシング２３０Ｆの頂部アパーチャ２３０１−”を封止
し、これにより、分析磁極相互間の飛行管及びビームラ
インの他の構成部材内を真空に保持するようにする。軸
３０１が、１対のアーム３０３によってスライド式ゲー
ト弁３０４に連結されている作動用レバー３０２を作動
させる。矩形状ガスケツ＋−３０５が、上記イオン源ハ
ウジングの土壁に対して真空封止を行なっている。スラ
イド式ゲート弁３０４はレール３０７に乗っ°ζいるガ
イド３０６を有し、上記レールは該スライド式ゲートを
上記イオン源ハウジングの土壁と堅く嵌合接触させるよ
うに傾斜している。ストップ装置３０８が上記真空ゲー
トの過大走行を妨げ、該ゲートを、アパーチャ２３０　
！−’′を覆う所定位置にあらしめる。

第３５図及び第３６図に示すイオン源モジュール２３０
は、磁極２８１を該イオン源のフィラメンｌ−２３０１
）と整合させた電磁石装置２８０を用いており、これに
より、上記フィラメントから放出された電子を旋回させ
、アーク室２３０Ｃを満たしているガス状祠料のイオン
を発生させるようになっている。業界に周知のように、
アーク室からのイオン放出は該アーク室の一端から他端
へ向かって変化し、イオンビームの電流密度を不均一な
らしめる傾向かある。成る程度までは、本発明において
は、イオン源の各側にある磁極２８１和互間の磁極ギャ
ップ内に不均一磁界を発生することにより、イオンビー
ムの不均一性を補色することができる。これは、磁極の
各々に（マＪ属する界磁コイル即ち巻線２８２内の電流
を独立に制御することによって行なうことができる。

次に、フリーマン型イオン源の改良について説明する。

第４２図ないし第４４図に改良された型のフリーマン型
イオン源を示す。このイオン源はまた、イオン源室３３
０がらイオン出ロスリソｌ−３３２を通って出てくるイ
オンビームを均一化するために用いられる。イオン室ハ
ウシング３１４は、誘電体スペーサ手段３１６によって
該室ハウジング３１４から電気的に絶縁されている蝮数
の別々のＵ字形アノード構造体３１７を取り囲んでいる
。

カソートフィラメンｌ−３１５が個々のアノード区域３
１７の中央領域を通って延びている。第４２図に示すよ
うに、別々のアノード部材３１７の各各は個別のバイア
スかけ装置３１８を用いて別々にバイアスかＧ）される
。また、カソートフィラメンｌ−３１５と上記個々のア
ノード区域との間に流れる電流は個別の旧器３１９を用
いて別々に表示される。個別のバイアス電圧装置３１８
を用いて、イオン源の長さに沿う４重々の領」或におけ
るフィラメント対アノードのバイアスを変化させ、上記
個別のアノードの各々の領域においてイオン出ロスリソ
Ｉ−３３２から放出されるイオン電流を制御することが
できる。イオン源の不均一な磁気的バイアス印加及び個
別のアノード部材の不均一な電気的バイアス印加を組み
合わせると、イオン出口スリット３３２から出てくるリ
ボン状ビームに対する均一性が著しく改善される。比較
的均一なイオンビームが発生されるならば、他のイオン
源を本発明に用いることもできる。例えば、前掲のエー
ラーズはかの論文に示されているような多磁極型の適当
なイオン源を本発明に用いることができる。

次に、多重ビーム分解部材について説明する。

第４５図に、ビーム分解装置３５０を使用した本発明の
他の態様を示す。このビーム分解装置は多重のビーム分
解部材３５１Ａないし３５１Ｃを有し、該部材は適宜の
位置決め手段３５２を用いて分析済みビームの通路内に
選択的に位置決めすることが可能である。多重分解用ス
リットを用いることにより、イオン打込み装置において
いくつかの利点が得られる。これら利点の一つは、各分
解用スリットを一つの特定のイオン核子に専用としてイ
オン核子の相互汚染の可能性を除去することができると
いうことである。上記の相互汚染は、単一の分解用スリ
ットを用いる場合に生ずる可能性があり、一つの核子か
らのイオンはその前の打込み処理において選定された前
の核子からのイオンを分解用スリットの縁からたたき出
して、クーゲットを衝撃ずみ最終イオンビーム内に入ら
せる。多重分解用スリットの他の用途としては、質量選
択性及びビーム純度の選定がある。例えば、アンチモン
の両質量核子を分解用スリットを通過させてターゲット
ウェーハを衝撃させるためには広い分解用スリット（例
えば３１５Ａ）のあることが望ましい。アンチモンの打
込みは２つの比較的接近している質屋核子のいずれか一
方または両方をもて用いることができるから、一方また
は他方の核子を分力う″することに対して両核子を用い
ることにより、線■率従ってまたウェーハ処理量を増大
させることができる。

次に、イオンビーム規準装置について説明する。

本発明にかかるイオンビームライン構成部材の配置に含
まれている一つの因子は、装置の分解力が熱雑音によっ
て若干劣化するということである。

これは、個別のイオンがイオン源アパーチャから引き出
されるときに有する可能性のある瞬時的熱雑音のために
個別イオン通路の方向が変化することによって生ずる。

熱雑音のための上記引き出し済みイオンの瞬時的速度が
、実質的に引出し電界に基づくイオンの速度成分と垂直
であり且つイオン分散平面と平行であると、上記個別イ
オンは、分析磁石に入る直線イオン通路と垂直な速度成
分を有することとなり、その結果、イオン通路はこの直
線通路から若干角度かたよる。第４６図に示すように、
引き出し済みイオンの瞬時灼熱速度が、実質的に、まっ
すぐな通しのイオン通路と垂直であり且つイオン分散平
面と平行であるということのためにかたよったイオン通
路を持つイオンを、イオン源１３０から放出された全体
的イオンビームから除去するために規準装置１３９を用
いることができる。

規準装置１３９ば、減速即ち接地電極１３８と分析磁石
１４０の入ｒ二１面との間に配置された一連りの個別規
準構造体１３９Ａ、１３９Ｂ及び１３９Ｃを具備する。

他の配置の規準用格子及び／又はスクリーンを用いても
よい、２つまたはそれ以上の格子またはスクリーンは一
つの規準機能をなす。

第４６図に示すように、通路１３１ａのようなまっすぐ
なビーム通路を持つイオン規準格子装置をまっすぐに通
過して分析磁石１４０に入る。通路１３１ｂのようなか
たよった通路を走行するイオンは、一般に、規準格子装
置１３９内の一つのバーにつき当り、従って分析磁石１
４０に入ることかできない。しかし、規準格子装置１３
９が占めている体積があるので、１３１ｃのような直線
イオンビーム通路のうちの若干もまた分析磁石１４０に
入ることを阻止される。その正味の結果として、第４６
図の装置は分析磁石１４０に入る一全体的イオンビーム
電流を減少させる。従って、イオンビームの規準を用い
る際にはかね合いがある。即ち、装置の全体的分解力を
改善するためにビーム電流を犠牲にすることになる。

第４６図に示すように、装置１３９のような規準装置を
用いた場合に分析磁石１４０に入る実際のイオンビーム
ば、イオン源１３０の前面壁内の別々のアパーチャから
出てくるように見える一連のビームを倉んでいる。従っ
て、第４７図に示すように、個別的イオン出口アパーチ
ャ、例えばスリット１３２Ａ及び１３２Ｂを有するイオ
ン源１３０′を規準装置１３９とともに用いることがで
きる。第４８図及び第４９図に示すように、規準格子１
３９Ａ、１３９Ｂ及び１３９Ｃは、上記個別イオン出口
スリットから出てくるビームが分析磁石１４０のイオン
分散平面と垂直な平面内で発散することを許す一連りの
間隔垂直バーを具備している。従って、各イオン出口ア
パーチャから放出されるイオンビームの、上記イオン分
散平面と平行な平面内の発散成分のみが、分析磁石に入
るイオンビームから構成される装置において正確に分解
されない成分がある。

再び本発明の一般的概念について説明すると、第４７図
ないし第４９図のイオン源装置は本発明の新規な一般原
理、即ち、イオン源が、イオン分散平面と垂直な平面内
に在る共通の見かけの線状体について実質的にこれへ向
がってまたはこれから走行しておって分析手段（例えば
分析磁石１４ｏ）に入るイオンを発生するという原理を
用いるものである。第４４図及び第４５図に示す直状前
面壁のイオン源の場合には、共通の見がけの線状体は無
限大距離にある。しかし、第１７図ないし第２０図に示
す凸状または凹状のイオン源装置も、収束性または発散
性のビームを取扱うように規準格子の配置を適切に変更
すれば、使用可能である。

イオン源の前面が凸状または凹状である場合には、共通
の見かけの線状体はイオン源の後ろがまたはイオン源前
面にある。

第５０図に示すように、積み重ねた数列のイオン放出ア
パーチャをイオン源の前面壁に形成してもよい。この配
置は第２６図ないし第２８図に示す積重ね形のスリット
配置に類似している。即ち、一般的に言うと、本発明の
原理を実施するとじ−ムライン装置は、分析装置（例え
ば磁石１４０）のイオン分散平面と平行な平面内のかな
りの延長面積を含むイオン放出エンベロープを有するイ
オン源を有し、このビームエンベロープは、上記イオン
源と分析手段との間の領域全体にわたる分散平面内にか
なりの延長部を保有する。第１５図ないし第２５図に示
す単一のイオン源スリットの場合には、イオン放出エン
ベロープは単に単一の矩形スリットの面積である。明ら
かに解るように、矩形スリットの長辺はイオン分ｌｉ＆
平面と平行に向いているから、かかるイオン放出エンベ
ロープはイオン分散平面と平行な平面内にかなりの延長
面積を有す。

第２６図ないし第２８図に示す多重矩形スリットの場合
には、イオン放出エンベロープは、別個の矩形スリット
の最外縁によって境界づけされた幾何学的面積である。

この場合においては、また明らかに解るように、共同し
てイオン放出エンベロープを形成している矩形スリット
の各々がイオン分散平面と平行な平面内にかなりの長さ
を有しているから、上記イオン放出エンベロープは上記
イオン分散平面と平行な平面内にかなりの延長面積を有
している。

第４９図及び第５０図に示す個別イオン放出アパーチャ
の配置について説明すると、イオン放出エンベロープを
破１；！知形１３２″及び１３２　で、即ぢ個別外縁イ
オン放出アパーチャを境界づけする幾何学的面積で示し
である。この場合には、また、イオン分散平面と平行な
平面内に在るアパーチャの延長列があるので、このイオ
ン放出エンベロープは上記イオン分散平面と平行な平面
内にかなりの延長面積を有す。このようにすべき論理的
理由はないが、適切な規準装置を用い、もって、全体的
イオン源装置が、イオン分散平面と垂直な平面内に在る
共通の見かけの線状体について実質的にこれへ向かって
またはこれから走行して分析手段に入るイオンを発生ず
るという条件を満足するようにするならば、多重アパー
チャの場合における個別イオン出口アパーチャの配列は
不規則なイオン放出エンベロープを作る任意の不規則な
幾何学的形状であってよい。

第４７図ないし第５０図に示す多重イオン放出アパーチ
ャ装置は、単一の矩形スリットまたは複数の積み重ねた
矩形スリットを用いたイオン源装置はどの利点はない。

しかし、これら多重アパーチャの実施例は本発明の他の
多くの利点を有している。即ち、これら実施例を用いる
と、イオン放出エンベロープの面積をイオン分散平面と
平行な平面内に延長し、及びイオン源と分析磁石との間
の領域全体にわたるイオン分散平面内にかなりの延長部
を保持するという原理を用いることにより、従来のイオ
ン源が持ち得たよりも高い電流を持つイオンビームを発
生することができる。特に、第５０図に示す多重積重ね
アレイのイオン出■アパーチャは、より小さい全体的装
置の大きさにおいて、従来のビームライン装置から発生
させることのできたよりもかなり高いイオンビーム電流
を発生させることができる。小形化及び分析磁石の所要
電力の低減という他の全ての利点は上記多重アパーチャ
形イオン源をもって得られる。但し、減速電極１３８と
分析磁石１４０との間に規準装置１３９を設ける必要が
あるので、上記小形化の程度は若干域る。

光匪曵侠來 本発明の数多くの′１．１′徴及び実施例についての上
述の説明から解るように、本発明の原理は種々のイオン
打込み装置に対して広く適用できる。本発明の種々の特
徴の各々は、イオン打込み装置の性能の改善に大きく寄
与する。これら多くの特徴を互いに共同さゼて用いると
、装置設計の小形化、高いイオンビーム電流発生の可能
性、及び作用の信頼性の観点からの全体的イオン月込み
装置の極めて大きな改善か得られる。

鍜又見失施炭 第５１図は、本発明の好ましい実施例によるイオンイン
プラテーンヨン装置のビーム流路４００の主要素を示し
ている。このビーム流路４００は、イオン源構成体４１
０と、イオン質量分析系統４２０と、質量分析系統４３
０と、分析されたイオンビームをクーゲット素子４５０
に向って加速する後段階加速系統４４０とを備えている
。イオン源構成体４１０は、イオン源組立体４１１と、
イオン源磁石組立体４１２と、イオンビーム抽出組立体
４１３とを備えている。イオン質量分析系統４２０は、
イオンビーム飛行管４２１と、ビーム分析磁石組立体４
２２とを備えている。質量分析系統４３０は、真空ゲー
ト弁４３１と、イオンドリフト管４３２と、質量分析ス
リット組立体４３３とを備えている。後段階加速系統４
４０は、多数の構成をとることができる。

第５１図に示したイオンインプランテーション装置の種
々のビーム流路要素は、イオン源磁石組立体４１２以外
は、他の図面を参照して以下に詳細に説明する。イオン
源磁石組立体４１２は、イオン源構成体４１０にフリー
マン型イオン源組立体を組め込んだ時に用いられる。イ
オン源磁石組立体４１２は、両側からイオン源ハｌυソ
ング内へと延びている磁極４１２Ａと、コイル４１２Ｂ
とを含んでいる。各々のコイルは、これにより発生され
る磁界を個々に制御できるように、別々に作動されるの
が好ましい。磁界の戻り磁路は、垂直の磁気戻りバー４
１２０と、Ｕ字型の磁気戻りヨーク４１２Ｄとで構成さ
れ、このヨークは、イオン源構成体４１０の底部を経て
戻り磁界を通ず。

この構成を用いると、イオン源磁石組立体４１２の戻り
磁路は、イオン源室及びイオン源組立体４１１の前面至
近領域に垂直磁界成分、即ち、抽出イオンビームに平行
な磁界を発生して質量分析系統４２０の磁界成分に相互
作用を及ばずことはない。イオン源の戻り磁路が、単に
Ｕ字型の磁気戻りヨークとして、磁極４１２Ａの高さに
設りられている場合には、ビーム分析磁石組立体と相互
作用する磁界により、イオン源の効率を低下させるよう
な合成垂直磁界成分が形成されることが分かった。

換言すれば、フリーマン型のイオン源を効率よく作動す
るには、フリーマン型イオン源のフィラメントカソード
と整列された磁極４１２八間の磁界がフィシメン１〜カ
ソードと実質的に平行になって、カソードから放射され
た電子がカソードのまわりで螺旋状となり、イオン源内
のガスを高い効率でイオン化することが必要とされる。

もし、電子の螺旋路がその至近位置でビームに平行な磁
界成分によって妨げられた場合には、イオン源のイオン
発生効率が実質的に低干し、イオンビーム抽出組立体に
よって抽出できるイオンビームが相当に減少される。戻
り磁路の１１１ｙ成について示した第５１図のイオン源
磁石組立体４１２は、イオン源の前方に垂直磁界成分が
発生しないようにし、これにより、充分高い効率でフリ
ーマン型イオン源を作動して、イオンビーム流を多量に
形成し、抽出することができる。

第５２図は、イオン源構成体４１０を詳細に示している
。イオン源ハウシング４６０は、イオン源組立体４１１
及びビーム抽出組立体４１３のための基本的な真空の管
を構成する。ハウシング４６０ば、その上壁に長方形の
孔４６１を有し、この孔は発生されたイオンビームをこ
の上壁の上に取り付けられた飛行管４２１へ送り込むた
めのものである。ハウジング４６０の片側に設りられた
真空ポンプボー１−４６２は、ハウジングを真空にする
ための真空ポンプ構成体に連通している。

ハウジング４６０の底壁には、ビーム抽出組立体４１３
及びイオン源組立体４１１を受り入れるためのボー１−
４６３がある。ビーム抽出組立体４１３及びイオン１ｇ
、組立体４１１の両方は、個々に取り外しできるモジュ
ールとして構成され、即ち、各組立体は清掃及び保守を
行うために別々のユニットとして完全に取り外しできる
。更に、これら２つの組立体は、イオン源と抽出電極と
の整列をチェックするために一緒に取り外すことができ
る。

ビーム抽出組立体４１３は、多数の図面を参照して以下
で詳細に説明する。然し乍ら、ここでは、ビーム抽出組
立体４１３が、個々のモジュール構成とい・う点で、抽
出３、＋１立体のフランジ４１３Ａを含んでいて、この
フランジはハウシング４６０の底壁に取りつけられてこ
れに支持されるが、ビーム抽出組立体の他の全ての部品
、支持ヘース部材４１３Ｂ及び抽出・減速電極４１３Ｃ
を含む、は支持柱構成体４１３Ｄに取り（−１けられる
ことを理解されたい。このようなモジュール構成により
、抽出８１１立体のフランジ４１３Ａを取り外した時に
は、これら部品全部をハウジング４６０から取り外すこ
とができる。

同様に、イオン源組立体４１１は、一体向な単一モジュ
ールとしてハウジング４６０から取り外すことができ、
これについては、第５２図ないし５５図を参照して以下
で詳細に説明する。

イオン源組立体４１１の主たる要素は、イオン源組立体
フランジ４７１と、イオン源絶縁体４７２と、イオン源
室支持構成体４７４と、イオン源ガス供給構成体４７５
と、イオン源の電気バイアス構成体であり、このバイア
ス構成体は、フィラメントバイアス・電流供給構成体４
７６Ａ及び４７６Ｂと、アノード電流供給構成体４７６
Ｃとを含む。イオン源のフランジ４７１及びイオン源の
絶縁体４７２は、取り付はポル１〜（図示せず）を用い
て、ビーム抽出組立体のフランジ４１３Ａに取り外し可
能に取り付４Ｊられる。イオン源のフランジ４７１は、
取りイ」けボルト・翼ナンド構成体４７７によって絶縁
体４７２に取り付けられる。

イオン源のアーク室組立体４７３のための支持組立体４
７４は、第５３図に示したようにペデスタル４７９に取
り付りられた垂直の支持柱４７８をＤｌｈえている。ペ
デスタル４７９は、次いで、イオン源のフランジ４７１
に支持され、イオン源のガス供給組立体４７５を受け入
れる中空のペデスタル構造体をＤｌｈえている。

イオン源のアーク室４７３は、ハウジング４８０を含み
、その底壁には個々のＵ成型アノード４８１か支持され
ている。フィラメントカソード４８２は、その両端がフ
ィラメント支持体４８２Ａに配置されている。フィ・ン
メントクランプ４８３はフィラメントカソード４８２の
各端にクランプされ、その各々はフィラメントリード４
８４に接続されていて、このフィラメントリート４８４
はペデスタル４７９の上部を貫通してイオン源フランジ
４７１の大電流フィードスルー４８５に接続されている
。適当なフィラメント絶縁体４８６が、フィシメン１−
カソードをイオン源組立体４７８から電気的に分離して
いる。第５２図に示すように、個々の電気バイアスリー
トワイヤ４８７が個々のアノード４８１に接続されてい
て、第４２図ないし第４４図に関連して上記した目的で
個々のバイアス電圧を印加する。

複数の熱シールドフィンより成る熱シールドフィン構成
体４８８がイオン源の室４８０とペデスタル４７９との
間に挿入されていて、イオン源の室からの熱がペデスタ
ル及び蒸気供給系統４７５へ達しないように上記室に向
って反射する。

蒸気供給系統４７５は、フランジ４８９を含む別個のモ
ジュールであり、フランジ４８９は、取り（菟ｊけポル
１−・翼ナツト組立体によりイオン源のフランジ４７１
に取り４＝Ｊけられる。ガス供給組立体４９０は、フラ
ンジ４８９に支持されていてペデスタル４７９の上部を
貫通してアーク室４８０へ直接延びている管を備え、三
弗化炭素のようなガスをイオン源の室内に直接供給する
。１対の固体装填カプセル４９１がカートリッジヒータ
４９２及び熱電対型温度センサ４９３に組合わされてい
て、イオン源用の固体物質例えば砒素を蒸発させ、供給
管４９４を経てアーク室４８０へ蒸気を送り込む。

イオン源のアーク室４８０のフロントプレート４９５は
、イオン出１コ孔４９６を備えており、この構造細部に
ついては以下で説明する。

第５６図ないし第６０図は、イオンビーム抽出組立体４
１３を示しており、この組立体は、第５９図及び６０図
に示されたように、抽出組立体のフランジに支持された
ビーム制御翼組立体を備えている。

先ず、第５６図ないし第５８図を説明すれば、ビーム抽
出組立体のフランジ５００には電極支持台５０１がのせ
られている。この台は、整列支持構成体５０２によって
フランジ５００に支持されている。整列支持構成体５０
２は、円錐形の支持上面を有する１対の支持ポスト５０
３を６１にえ、上。

起因錐形の支持上面にはリング状の台５０１が傾斜可能
に支持される。カムホロワ構成体５０４は、支持ポスト
５０３にのせられた抽出電極支持台５０１の傾斜を制御
する。張力バネ５０５は、その一端が、電極支持台５０
１に固定された取り（＝ＪけボスＬ　５０６に接続され
ていると共に、その他端が、フランジ５００に取り付け
られた支持ボスト５０７に接続され°ζいる。この構成
により、カムホロワ５０４ａはカム５０４Ｂに接触する
ように偏位される。カム５０４Ｂは親ネジ５０８によっ
て駆動され、この親ネジ５０８はギヤ機構５０９を介し
て電気モータ５１０に接続される。このモータ制御式の
電極支持台傾斜機構により、ビーム抽出及び減速電極を
、イオン源のイオン出口スリットに対して整列すること
ができる。

この整列機構は、電極支持台５０１、減速電極支持柱５
１１及び減速電極５１２と共に、端子電位にある。抽出
電極支持柱５１３は、金属の柱部分５１４と、絶縁材の
柱部分５１５との複合体で構成され、セラミックのシー
ルｌ’構成体５１６によって絶縁材部分５１５が汚染粒
子及び沈着物から遮断される。抽出電極５１７は、片持
梁の形態で支持柱５１３の上部に取り付けられる。これ
と同様に、減速電極５１２も、片持梁の形態で支持柱５
１１に取りイ」レノられる。

ふら取り電極構成体も同様に設けられており、ふち取り
電極支持杆５１８が支持台５０１に支持され、Ｕ字型の
ふち取り電極５１９が片持梁式の取すイ」け構成でこれ
に支持されている。

抽出電極５１７は、一般的に長方形のスリット５１７Ｂ
を含むｊ７い中央部分５１７Ａを備え、抽出されたイオ
ンビームは上記スリットを通過する。

同様に、減速電極５１２も、一般的に長方形の孔通過す
る。

抽出電極５１７及び減速電極５１２が片持梁式の取り付
り構成にされていることにより、全電極取り付ＤＪ構成
体は開放空間が広くなり、イオン源のイオン出口スリッ
トから流れ出すガスのボンピングコンダクタンスが良く
なる。第３７図及び第３８図を参照して上記で説明した
電極取り付は構成体では、抽出電極２３７を減速電極支
持構成体２３５に支持している絶縁材を汚染から遮断す
る必要がある。この遮断構成体は、第３７図及び第３８
図に示してないが、減速電極の孔を効果的に取り巻くよ
うに絶縁材の内側に取り付けられ、従ってその領域の真
空ボンピングコンダクタンスが相当に低下する。

このようなイオン源及び電極組立体を三弗化ホウ素のよ
うなガス供給源で作動した時には、アーク室内の比較的
高いガス圧力によって相当量の三弗化ホウ素ガスがイオ
ン出口孔から抽出及び減速電極領域へと押し流される。

絶縁材のシールドが配置された状態では、この三弗化ホ
ウ素ガスがイオン飛行管へ多量に逸脱し、ビーム流路の
他の部品に浸透する傾向がある。これに対して、第５６
図及び第５７図に示された電極支持構成体では、抽出電
極が片持梁形態でそれ自体の支持柱に別個に取り付けら
れており、これら支持柱は、抽出及び減速電極自体のイ
」近に置かれていないシールド構成体５１６によって電
極支持台５０１から電気的に分離されている。この領域
でのポンピングコンダクタンスが改善されることにより
、第５２図に示されたようにイオン源ハウジングと連通
ずる真空ポンプ系統は、イオン源のフロン１〜プレート
に設けられたイオン出口孔から逸脱する三弗化ホウ素ガ
スを効果的に除去することができる。これにより、飛行
管及び下流のビーム成分に達するガスの星が減少される
。

第５９図及び第６０図を参照し、ビーム翼制御系統５２
０について説明する。ビーム翼制御系統５２０は、個々
の支持アーム５２３．５２４の一端に取りイリけられた
ビーム遮断翼素子５２１．５２２を備え、支持アームの
他端は第６０図に示すようにシャフト５２５に取り付け
られている。

シャフト５２５はカムアーム５２Ｇも支持しており、こ
のカムアーム５２６は、張力バネ５２７により、カムホ
ロワプレート５２９に支持されたカムホロワ５２８にの
るように偏位される。カムホロワプレート５２９ばガイ
ドボスト５３０に沿って垂直方向に移動し、電気モータ
５３２によりベルト伝動構成体５３３を介して付勢され
る駆動ネジ構成体５３１によって上下に、駆動される。

１対のソレノイｌ”５３４．５３５は、参照番号５２Ｇ
で示されたカムアームに対してカムストッパをなすよう
に、遠陥制御のもので個々に作動できる。

カムアーム５２６が最も垂直となる位置にありそしてビ
ーム制御翼５２１の縁がイオンビームの中心線に置かれ
ている間にソレノイド５３４．５３５の一方を作動する
ことにより、他方のビーム制御翼をカムホロワプレート
及びカムアーム構成体によって別個に作動して、ビーム
制御翼をビームに対してスイープさせて、ビーム電流を
増分的に１ｄｔ１１定することができる。

ホロワプレート５３７には位置感知ポテンショメータ５
３６が支持されており、このポテンショメータは、駆動
シャフト５３１に支持されたギヤ素子５３９を含むギヤ
措成体５３８によって駆動される。このようにして、ビ
ーム制御翼の位置を示す電気信号が、イオンインプラン
テーション装置の手動もしくはコンピュータ制御式の作
動制御系統に送られる。

ビーム制御翼組立体の通常の作動中には、両ソレノイド
５３４及び５３５が消勢され、従ってこれに対応するス
トッパ素子が引っ込められ、両方のカムアーム５２６が
自由に回転し、これと共にカムホロワプレー１−５２９
が動く。

このようにして、ビーム制御翼５２１及び５２２を用い
て、分析磁石組成体のビーム飛行管に入るビームの流れ
が制窃１される。

ビーム翼制御系統５２０は、ビーム抽出組立体のフラン
ジ５００に完全に取り付けられて支持されるので、ビー
ム制御翼組立体及び抽出電極組立体は単一のモジュール
としてイオン源ハウジング４６０から取り外すことがで
きる。この実施例に示すビーム翼制御組立体５２０は、
ビーム制御翼５２１及び５２２自体がビーム抽出電極系
統の上の高温領域に配置されているだけであるから、第
３５図及び第３６図の実施例で述べたビーム翼制御組立
体よりも好ましい。ビーム制御翼のためのアクチュエー
タ機構及び回転式取り付はシャフト（真空シール５２５
Ａを含む）は、高温のビーム抽出領域から離れたところ
に配置され、従って熱によって機能が低下することはほ
とんどない。

第５２図に示されたイオン源のハウジング４６０は、そ
の上面に設けられた長方形の孔４６１をシールする真空
ゲート弁を有していないことに注意されたい。この実施
例では、ビーム飛行管の信軌性を高めると共に、清掃の
ためにビーム飛行管を取り外した時に後段階加速系統と
連通しないようにするために、ビーム飛行管の他側に対
して真空ゲート弁が除去されている。第３６図に示され
たゲート弁構成体は、室の上面に設けれたビーム翼組立
体に冷媒が流れるにも関わらず、高い温度となる。第５
２図ないし第５９図に示した実施例では、Ｒ５２１，５
２２が高温に耐えるグラファイトのような材料で形成さ
れると共に、アクチュエータ系統の鋭敏な部品が高温領
域から取り去られているために、ビーム制御翼の冷却は
不要である。

第６１図ないし第６３図は、イオン質量分析系統４２０
を示しており、これは、基本的に、第５１図に示したイ
オンビーム飛行管４２１の各側に配置された個々の電磁
石組立体を備えている。

電磁石組立体の構造が分かりにくくならないようにする
ため、第６１図ないし第６３図にはイオンビーム飛行管
を示してない。ビーム分析磁石組立体では、電磁石が対
称的に配置されているので、全組立体の片側のめについ
て説明する。

電磁石組立体を中央のビーム飛行管領域から外方に向っ
て説明すると、この組立体は、内部磁極片５５０及び内
部コイル５５１と、外部磁極片５５５及び外部コイル５
５６とを備えている。内部磁極片５５０の磁極面５５２
は、第６２図の中央の斜線領域で示した一般的な形状を
有している。

内部磁極片５５０の入口縁５５３は、対向した内部磁極
面間にあるビーム飛行管ｖＪ域に入るリボン状イオンビ
ームの経路に対して約４５°の角度で配置されている。

内部磁極の出口縁５５４は、垂線に対して約３５６の角
度で配置されている。磁、極面間にあるビーム飛行管領
域から出るイオンビームば、分析されたイオンビームで
あり、選択すれた質量をもつイオン、即ち、選択された
イオン種に対応するイオンが、質量分解スリット−これ
は第５１１ＡＩに示したように１′リフト僧領域の☆：
１．；に配置されている−に位置した焦点に集束される
。

これらの比較的急な角度にされた内部磁臣の大口縁及び
出口縁は、両頭域に焦点の合ったビーム収斂ふちをなす
。

外部磁極片５５５、これに関連した電磁石コイル５５６
、並びに戻り磁路ヨーク５３７によって、ビーム分析磁
石３Ｊｌ立体４２０の半分が完成される。

ビーム分析磁石のイオンビーム入Ｉ」領域には人口分路
構成体５６０が設けられており、これはふら（ル界領Ｊ
ｊｌｉ５６２のイ＼Ｊ近に磁界のない領域を形成する。

この入口分路がないと、充分なふし集束性能が得られな
い。分析研石系統のビーム出口側でイオンの光学系を制
御するという本質−的に同じ目的で、内部磁極面間の領
域からイオンビームの出口縁に出口分路５６５が設りら
れている。

内部磁極の全体的な形状は、選択されたイオン種を分解
スリットに集束するような輪郭にされる。

どのようなイオン質ｆｆｌを分解スリットで分解するか
についての選択は、磁極ギ、トップ内の磁界強度によっ
て決まり、これは、次いで電磁石コイル５５１及び５５
６に供給する電流の大きさにょっ゛ζ制御される。

コイル５５６及び磁極片５５５より成る外部電磁石組立
体は、冷却容器（図示せず）内に収容され、これを通し
て冷却流体を循環し、コイルの電流によって発生した熱
を消散させる。

第６４図ないし第６８図は、質量分析系統４３０を示し
ており、この系統は１対のサイドフェンス５８１と５８
２との間に形成されたイオンドリフト領域５８０を有し
ている。サイドフェンスは円筒状の端子電極５８３内に
取り付けられており、この嵯）子電極は円筒カップ杖の
エンド４・ヤソプ５８４を有している。端壁５８５には
孔５８６が形成されており、これを通して、選択された
イオン種の集束イオンビームが分解スリット組立体５８
７へ送られる。分解スリット組立体５８７は第６６図に
拡大端面図で示されており、この組立体は、既に述べた
ｌ」的で複数の分解スリット用挿入体５８９が取り（＝
Ｊ番）られた多分解スリソトフレーム５８８をｆｌｔｆ
ｆえている。第６５図に示したように、多分層スリット
フレーム５８８は、片持梁式に揺動アーム５９０に取す
イ」けられており、該アームの他端は結合ブロック５９
１に取り付けられ、次いでこのブロックは第６９図に示
された回転シャフト構成体に取り付けられている。冷媒
管の平行構成体が揺動アーム５９０の長さ方向に延ひて
いて、分解スリットフレーム５８８を冷却するように働
く。第６４図及び第６７図に示したように、冷媒管５９
２及び５９３は、イオンドリフト管領域５８０の終りに
ある端壁５８５に冷却流体を供給する。これらの冷媒管
は、イオンビーム中の選択されないイオンが当たるサイ
トフェンス５８１及び５８２も冷却する。

第６４図及び６５図には、ファラデーカップ構成体５９
５が示されており、ファラデーカップ５９６が片持梁式
に揺動アーム５９７に取り付けられ、そしてこのアーム
は、ファラデーカップをイオンビームに近づけたり離し
たりするために回転可能なシャフトに固定された結合ブ
ロック５９８に取りイ」けられる。イオンドリフト管領
域の端には抑制（ｎ石系統６００が配置されており、こ
れは、孔５８６の長さに対して垂直な成分をもつθふ界
を形成し、ファラデーカップかビーム内に配置された時
に電子がファラデーカップから逃げないようにする。

第６８図及び第６９図は、スライド真空ゲート弁構成体
６１０を示している。この構成体は、分析磁石組立体又
はイオン源組立体のいずれかに対し゛（保守作業を行う
時に一ドリフト管より手前のビーム流路部品において真
空状態が失われる−、ドリフト管領域５８０の端を選択
的に密封して、ドリフト管及び後段階加速系統に真空状
態を維持するように作動される。第６８図及び第６９図
には、多分解スリット組立体及びファラデーカップ組立
体のための駆動機構６２０及び６２１も示されている。

これら駆動機構ば本質的に同じものであるから、駆動機
構６２０についてのみ詳細に示す。

ゲート弁構成体６１０は、空気シリンダ６１１を備え、
これはへロー構成体６１３を通して延びているシャツｉ
・６１２に接続されていて、ゲート弁６１４を駆動させ
る。このゲート弁ブロック６１４はローラ６１５にのせ
られており、ハネ付勢式のカム機構６１７によって互い
に接続されたブロック下部６１４八とブロック上部６１
４Ｂとを有している。シャフト６１２がスライド式のゲ
ート弁ブロック６１４を開方向に向って押すにつれて、
結局は、ブロック下部６１４Ａがストッパ６１６に当た
る。この点において、ブロック上部６１４１３の行き過
ぎ移動によってカム機構６１７がブロック下部６１４Ａ
を、壁５８０Ａと真空ソール接触状態に押しっりる。

アクチュエータ６２０は、シャツＩ−Ｇ　２４を駆動す
るように空気シリンダ６２３によって作動されるラチェ
ソ１−・ボール機構６２２をＤＨｆえている。

シャフト６２４は、カム機構６２６を介して、回転可能
に取り付けられたシャフト６２５を駆動する。シャツｌ
−６２５は中空シャフトであり、この中には同心的な流
体接触管が配置されていて、揺動アーム５９０を経て延
びる冷媒チャンネルへ冷媒流体を送る。光学式の位置セ
ン４トロ　２６が設けられていて、実際のシャフト位置
、ひいては、多分層スリットフレーム又はファラデーカ
ップの位置を表す信号を制御系統に送る。

第７０図は、第５２図及び第５３図に示されたイオン源
のフロントプレー１・４９５に設けられた小寸法のイオ
ン出１」孔４９６に対する好ましい形状を拡大断面図で
示している。ここに示す特定の実施例では、フロントプ
レート４９５は、厚みが約６ｍｍのグラファイトで形成
される。イオン出口孔４９６の底４９６Ａは約５ｍｍで
ある。その長さは、大きい方の寸法で１１０ｍｒｎであ
る。厚め約０．２５ｍｍの垂直方向の段により最初の垂
直壁部分４９６Ｂか形成され、この最初の壁部分に続い
て、約４５°の角度で第２の壁部分４９６Ｃが形成され
る。

５　ｍ　ｍ　ｆｉ＋のイオン出口孔は、市場に出回って
いる公知の全てのイオンインプランテーション装置に用
いられている１ないし３　ｍ　ｍ　ｌ’ｌ］の孔と対照
的である。前記したように、イオンインプランテージョ
ンの分野の当業者及び専門家は、安定なイオンビームを
維持しそして充分な分力１″性能を得るためにはイオン
出口スリットのＩｌｌを１ないし３ｍｍの範囲内の値（
典型的には約２ｍｍ＞に限定する必要があると誰もが考
えていた。本発明の原理を用いて試作したイオンインプ
ランテーション装置は、第７１図に示した５　ｒｎ　ｍ
中の孔で首尾よく作動した。孔の１１１の上限は、分析
系統で許容できる最大ビーム発散度の関数であると考え
られる。スリット中を限定する更に別のファクタは、ス
リンｌ−Ｉ’ｌｌを広くした場合にビームの質を維持す
るために必要とされるビーム抽出ギヤツブ及び抽出電圧
の増加である。特に抽出電圧を高（した場合にはスパー
ク発生の問題が多くなるので、成る点で実用限界に達す
る。

上記したビーム電流の数値（即ち、ホウ素について２８
ミリアンペアそして砒素につい６７ミリアンペア）から
容易に明らかなように、単一出口スリットシステムに１
１１の広い出口スリットを使用した場合には（これは、
出口スリットの前方に単一のフィラメントカソードが配
置されたフリーマン型イオン源にとって好ましい形態で
ある）、イオンインプランテーション装置に顕著な効果
が得られる。高いビーム電流を取り出すためにこのよう
な［１］の広い出口スリットを使用した場合の唯一の欠
点は、イオンビームの発散度が大きくなることである。

このようにビーム発散度が大きい場合、本発明のイオン
光学系では、一般に、質量分析系統の磁極ギヤ・ツブを
広げることが必要とされる。

然し乍ら、磁極ギ、トップを広げるというこの必要性は
、分析磁石の入口側にふち集束を用いることによって相
当に軽減できる。

上記したビーム電流は、磁極ギャブが６５ｍｍ−これは
ホウ素及び砒素のイオンビームに対して現在のところ最
適と考えられる−の場合に得られたものである。この同
じギヤツブを、アンチモンのイオンの場合は前段階加速
電圧を１２ＫＶにした状態で、使用することができる。

或いは又、アンチモンのイオンの場合には、前段階加速
電圧を２０ＫＶにした状態で、５０ｍｍの磁極ギャップ
を使用できる。

本発明による試作装置に用いられたビーム分析磁石系統
は総重量が約１トンであり、これは公知の光学系を用い
たイオンインプランテーション装置で同しビーム電流性
能を得るためにおそらく必要とされるであろう分析磁石
系統の重量６ないし７トンと比べて対照的である。磁石
系統の寸法及び重量についてのこの減少は、本発明の新
規なイオン光学系に含まれた多数のファクタと、新規な
イオン源及び抽出系統の作動パラメータとによって得ら
れる。本発明のシステムは、全体的にみれば、これと同
等のビーム電流の発生を開始できないような公知の“大
電流”装置と大きさ及び重量が同等である。

本発明によるイオンインプランテーションシステムのこ
の改良されたビーム電流発生容量は、商業的に利用され
るイオンインプランテーション装置の製造に今後大きな
影響を与えることになろう。

本発明によるイオンインプランテーションシステムは、
公知形式のイオンインプランテーション装置２台ないし
４台分の働きをすることができる。

この性能は、ビーム流路のコストを大中に増加せずに得
られる。従って、イオンインプランテーションは、半導
体集積回路装置をドーピングするための製造技術の選択
のみとなるので、本発明の原理及び本発明全体を構成す
る種々の特徴を用いたイオンインプランテーションシス
テムが市場に出れば、今後高密度の集積回路を製造する
システムに関連した全投下資本を節減するように大ｒｌ
に貢献することになろう。

本発明の新規な技術は、典型的に７段又は８段のイオン
インプランテーション工程−成るものはイオン注入量が
少なくそして成るものはイオン注入量が多い−を伴なう
高密度０Ｍ０５回路の製造に特に強い影ｔを与えると考
えられる。又、ＣＭＯ３製造において必要とされる高イ
オン■のホウ素のインプランテーション、例えばイオン
雇が１平方センチメータ当たり１０１６個というインプ
ランテーションに特に大きな影響を与える。

公知の光学系についてのビーム電流の改善公知の一般の
イオン光学系を用いたイオンインプランテーションシス
テムに本発明の幾つかの特徴を組め込んで、実用的なシ
ステム構成で高いイオンビーム電流を得ることも可能で
ある。第５図に示すような一般の光学系では、イオン出
口スリット３２の寸法の長い部分が分析磁石４０の分散
平面に垂直である。従って、イオンビームはこの分散平
面内で発散する。抽出ビーム電流を増加するために＋ｌ
ｊの広いイオン出口孔（即ち、中が４ｍｍ又は５　ｍ　
ｍ　）を用いた場合には、おそらく、分散平面内でのイ
オンの発散が相当に増加することになろう。この変化だ
けでは、ビームの大中な発散を受り入れるように分析磁
石の入口面の１１１を相当に広げない限り、より有効な
ビーム流がビーム分解スリットを通ることにならない。

これは、成る状態において特に出口孔の中を４ｍｍまで
広げただけの場合に実用的なものとなる。

然し乍ら、［１１の広いイオン出口孔を、第３１図につ
いて説明した本発明の加速−減速特徴と組め合わせて用
いた場合にはくおそらく成る程度他の変更を入念に行う
ことになる）、公知の光学系を用いたシステムでも相当
に高い有効なイオンビーム電流を得ることができる。本
発明の加速−減速特徴により、ビームを収斂する円筒レ
ンズが形成され、これを用いて分散面内でのイオンビー
ムの発散を減少することができる。これにより、Ｉｌ＋
の広いイオン源からの大きなビーム発散を処理するのに
要する分析磁石の入口面の１１」の増加量が減少される
。更に、本発明の加速−減速特徴により、イオンビーム
の速度が下がり、これにより、分析磁石の寸法／電力要
求が下がると共に、磁石の全寸法、重量及び需要電力を
甚だしく増加することなく磁極中を増加できる。

更に、巾の広いイオン出口孔を、その長さを若干小さく
した状態で（然し、全イオン抽出面積はより大きくする
）使用し、そしてイオン源を分析磁石に近づけて、磁石
に入る全ビーム［１１を減少することができる。Ｉｌ＋
が広く長さが短いイオン出口孔（然し、ビーム抽出面積
はより大きい）、抽出電極及び減速電極による加速−減
速バイアス機構、及び巾の広い磁石人ｌ」面を完全に組
み合わせることにより、公知のイオン光学系でも、相当
に大きな有効なイオンビーム電流を得ることができる。

このようなやり方で、特にホウ素（質量１１）のような
軽いイオンに対し、５０ないし１００％の範囲で有効ビ
ーム電流を増加することができる。

以上、本発明をその種々の実施例について説明したが、
当業者には、特許請求の範囲に記載の如き本発明の範囲
を逸１１１２することなしに種々の変更を行うことが可
能である。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は半導体処理におＬＪるイオン打込
のの使用を示すための半導体ウェーハの一部の縦断面図
、第４図は、従来のイオン打込め装置の上面図、第５図
は従来のイオン打込み装置に用いられているイオンビー
ムオプティクスの斜視図、第６図ないし第１０図は従来
の装置に用いられているイオン源バイアスの原理を説明
するための略図、第１１図ないし第１３図は従来のオプ
テイクス原理の変形を示すイオンビームオプティクスの
例の略図、第１４図は本発明にかかるイオン打込みのた
めの装置及び方法に用いるイオンビームオプテイクスの
概括的斜視図、第１５図は半導体処理に適用した本発明
の実施例イオンビームラインイクスを概括的に示す斜視
図、第１６図ないし第２８図は本発明にかかるイオンビ
ームオプテイクス及びイオン源装置の種々の実施例を示
す略図、第２９図は従来のイオン打込み装置に一般に用
いられているイオン源バイアスかけ装置の略図、第３０
図及び第３１図は本発明にかかるイオン源電極バイアス
印加装置の略図、第３２図ないし第３４図は本発明にか
かるイオンビームラインの構成部（Ａの種々のＮｉｌ造
的細部を示す略図、第３５は１は本発明の実施例におけ
るイオン源及び分析磁石装置の一部縦断側面図、第３６
図は本発明の実施例におけるイオン源及び分析磁石装置
の一部縦断正面図、第３７図は第３６図の３７−３７線
に沿うイオン源装置の一部横断平面図、第３８図は第３
７図の３８−３８線に沿う電極組立体の一部縦断面図、
第３９図は第３６図の３９−３９線に沿って截…１して
ビーム制御１１ヘーン装置の構造及び作動的細部を示す
部分側面図、第４０図は第３９図の４０　４０ＷＡに沿
って截断した本発明にかかるビーム制御ベーン装置の一
部横断上面図、第４１図は第３６図の４１−４１線に沿
って截断した真空封止装置の一部横断上面図、第４２図
ないし第４４図は本発明にかかる変形フリーマン型イオ
ン源装置の一部断面図、第４５図は本発明にかかる多重
分解スリット装置の斜視図、第４６図ないし第５０図は
本発明かかるイオンビームオプテイクス及びビームライ
ン構成部材の他の実施例を示す略図である。 第５１図は、本発明によるイオンインプランナージョン
システムのビーム流路モジュールを示す部分断面図、 第５２図は、イオン源ハウジング、イオン源及びビーム
抽出電極系より成る本発明のイオン源構成体を示す部分
断面側面図、 第５３図は、本発明によるフリーマン型イオン源モジュ
ールを示す部分断面側面図、 第５４図は、第５３図のイオン源モジュールを５４−５
４線に沿ってみた上面図、 第５５図は、第５３図のフリーマン型イオン源の底面図
、 第５６図ないし５８図は、イオン抽出電極モジュールの
各々前面図、側面図及び上面図、第５９図は、本発明に
よるビーム制御翼システムの側面図、 第６０図は、第５９図のビーム制御翼システムを６０−
６０線に沿ってみた部分断面図、第６１図は、第６２図
の６１−６１綿に沿ってゐた分析磁石組立体の前面部分
ｌｌｉ面図、第６２図は、第６１図の６２−６２線に沿
ってのだ分析磁石組立体の断面図、 第６３図は、第６２図の分析磁石組立体を６３−６３線
に沿ってのだ部分断面図、 第６４図は、本発明による質量分析系統及び後段階加速
系統を示す部分断面側面図、 第６５図は、本発明による質量分析系統の上面図、　第
６６図は、第６５図の６６−６６線に沿ってみた本発明
の質量分）Ｊｔの端面図、第６７図は、第６５図の６１
−６１線に沿ってみた本発明の質量分析系統を示す別の
部分断面端面図、　第６８図及び６９図は、質量分析系
統のゲート弁組立体と、質量分析系統の多分解スリット
８１■立体及びファラデーカップ組立体を駆動するラチ
ェット−カム機構とを示す部分断面図、そして、 第７０図は、本発明の好ましい実施例によるイオン源出
口スリットの全体的な構造形状を示す断面図である。 １０・・・ウェーハ、１４・・・フィールド領域、１５
・・・フィールド酸化領域、１８・・・活性領域、１９
・・・シリコンケ−１・領域、２１・・・ソース領域、
２２・・・ドレイン領域、２５・・・引出し電極組立体
、３０・・・イオン源、３２・・・イオン出口アパーチ
ャ、３２Ａ・・・湾曲イオン出ロスリソＩ・、３６・・
・収束グリッド、３７・・・引出し電極、３８・・・接
地電極、４０・・・分析磁石、４８・・・ベーン装置、
５０・・・分量′スリ・ノド装置、５１・・・分１ｊ・
１″用スリット、６０・・・後段加速装置、７０・・・
処理−装置、７２・・・ヒートシンク装置、１００・・
・イオン打込み装置、１３０・・・イオン源装置、１３
２・・・イオン出口アパーチャ、１３２　”・・・湾曲
イオン源スリット、１３７・・・引出し電極、１３８・
・・接地電極、１３９・・・視４Ｌ装置、１４０・・・
ビーム分析装置、１４３・・・ギャップ、１４７．１４
８・・・電磁巻線、１５０・・・ビーム分解装置、１７
０・・ウェーハ取扱い装置、１７１・・・半導体ウェー
ハ、１７２・・・ヒートシンク、１８０・・・分離静電
レンス、１９０・・・収差制御ベーン、２００・・・ビ
ームライン装置、２３０・・・イオンソースモジュール
、２３５・・・イオンビーム電極モジュール、２３５Ａ
・・・基板、２３Ｇ・・・フリンジ電極、２３７・・・
引出し電極、２３８・・・接地電極、２４３・・・飛行
管、２４７．２４８・・・電磁コイル、２９０・・・ビ
ーム幅制御装置、２９１・・・ステンプモータ、２９２
・・・視ねじ装置、２９４・・・レバーアーム、３００
・・・真空ゲート弁装置、３０２・・・作動用レバー、
３０４・・・スライド式ゲート弁、３０５・・・矩形状
ガスケット、３０８・・・ストップ装置、３１５・・・
カソードフィラメント、３１６・・・誘電体スペーサ、
３１８・・・バイアス装置、３１９・・・計器、３３０
・・・イオン源、３３２・・・イオン出口スリット、３
５０・・・ビーム分解装置、２３０Ｆ・・・イオン源、
４００・・・ビーム流路、４１０・・・イオン源構成体
、４１１・・・イオン源組立体、４１２・・・イオン源
の磁石組立体、４１３・・・イオンビーム抽出組立体、
４２０・・・イオン質量分析系統、４２１・・・イオン
ビーム飛行管、４２２・・・ビーム分析磁石組立体、４
３０・・・イオン質量分析系統、４３１・・・真空ゲー
ト弁、４３２・・・イオンドリフト管、４３３・・・質
量分解スリン）ＮＵ立体、４４０・・・後段階加速系統
、４５０・・・ターゲット素子、４６０・・・イオン源
ハウジング、４６１・・・孔、４６２・・・真空ポンプ
ボー１・ 図面の浄書（内容に変更なＬ） ＦＩＧ、　８ ＦＩＧ、　１０ ＦＩＧ、　＋３ ＦＩＧ、　１６ ＦＩＧ、　２１ ＦＩＧ、　２２　ＦＩＧ、　２３ ＦＩＧ、　３０ ＦＩＧ、　３１ トＩＧ、　５４ アクチュエータへ ＦＩＧ、　４１ ＦＩＧ、４３　ＦＩＧ、　４．４ ＦＩＧ、４９　４４７分”””　ＦＩＧ、５０　””Ｆ
ＩＧ、　５２ ＦＩＧ、　ｂ３ ＦＩＧ、　６１ 芭　量１ 昭和　年　月　Ｅｌ 、発明の名称　イオン注入装置 ３、補正をする有 事件との関係　出願人 名　称　アプライ１゛　マう一すアルズインコーボレー
テン１″

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１〕　発生したイオンが自由に通過することができる
   イオン出口孔を有し事前分析加速電圧に電気的にバイア
   スされたイオン源、前記イオン出口孔の近くに配置され
   前記イオン源からイオンを引き出し加速するため前記事
   前分析加速電圧に対応する電圧値にバイアスされた引出
   し電極、および前記引出し電極の下流に配置され電極間
   の領域を通過するイオンの速度を十分に落とすため前記
   引出し電゛圧値に対応する電圧値にバイアスされた減速
   電極、を有することを特徴とする、ターゲット素子にイ
   オンを注入する装置。 （２）　さらに、前記事前分析加速電圧を供給する安定
   化電源と、前記引出し電極に前記引出し電圧を供給する
   非安定化電源を有しており、前記イオン源と前記引出し
   電極との間にスパーク放電が起きたとき前記引出し電極
   ・の電圧が急速に低下することにより、引き出されて前
   記質量分析手段に入るイオンの速度にほとんど影響を与
   えずに、前記スパーク放電のエネルギーを制限し、前記
   スパーク放電を迅速に止めることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の装置。 （３）前記引出し電極に加えられた前記バイアス電圧は
   、前記事前分析加速電圧と前記減速電圧に加えられた電
   圧の差の少なくとも１０％の大きさを有することを特徴
   とする特許請求の範囲第２項記載の装置。 （４）　イオン放射領域を有するイオン源、前記イオン
   放射領域の近くに配置された引出し電極、および前記引
   出し電極には＼゛隣接て配置された第２電極を有するイ
   オン源装置を操作する、次の諸ステップより成る方法。 （イ）前記イオン源に事前分析加速電圧を加えること、 （ロ）前記イオン源からイオンを引き出し加速するため
   前記事前分析加速電圧に対応する値のバイアス電圧を前
   記引出し電池を加えること、および （ハ）前記引出し電極と前記第２電極の間を移動するイ
   オンの速度を十分に落とすため前記引−出し電極に加え
   られた前記バイアス電圧に対応する値のバイアス電圧を
   前記第２電圧に加えること。 （５）前記引出し電極に加えられた前記バイアス電圧は
   、前記事前分析加速電圧と前記第２電極に加えられた前
   記バイアス電圧の差の少なくとも１０％の大きさを有し
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の方
   法。 （６）　前記イオン源に前記事前分析加速電圧を加える
   前記ステップは、前記イオン源に安定化された電圧を加
   えるステップより成り、前記引出し電極にバイアス電圧
   を加える前記ステップは、前記引出し電極に安定化され
   ない電圧を加えるステップより成り、前記イオン源と前
   記引出し電極との間にスパーク放電が起きたとき前記電
   圧が急速に低下することにより、引き出されて前記質量
   分析手段に入るイオンの速度にほとんど影響を与えずに
   、前記スパーク放電のエネルギーを制限し、前記スパー
   ク放電を止めることを特徴とする特許請求の範囲第４項
   記載の方法。 （７）　イオン注入装置のためのイオン・ビーム’ｃ発
   生させる、次の諸ステップより成る方法。 （イ）はソ゛閉じられた容積の中でイオン・ビームのプ
   ラズマを作ること、 （ロ）加速電圧で前記プラズマからイオン・ビームを引
   き出すこと、および （ハ）前記加速電圧に対応する十分に減速させる電圧で
   前記イオン・ビームを減速させること。 （８）　前記減速電圧で生じる前記ビームの減速は、ビ
   ームの最終エネルギーの少なくとも１０％の大きさをも
   つことを特徴とする特許請求の範囲第７項記載の方法。