JPS60105156A - 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】 皇栗上ｑ肌朋分肪 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
工程の一部として導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。

狐米■及歪 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（ＬＳＩＣ）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、ＩＣ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け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りる数多くの進歩
、及び未加工の半導体ウェーハをＩＣチソ＼ 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ｂｉｔ°■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。

一般に、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
び分解能に犬Δ５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濃度が添加され
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ば、イオン打込みの技術及び設備を
用いて最良に達成することができる。

導電体絶縁体シリコン（ＣＩＳ）装置の大規模集積回路
（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、及びノイズを減らすこ
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、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ボトレジストマスキ
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、次いで高温炉拡散操作を
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、ドーバ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
ーへ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。ＬＳＩ
ＣまたばＶＬＳＩＣ（超大規模集積回路）ろニームに対
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、イオン釣込みは精選されたドーピングカーエ
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、イオン打込みの使用例について説明する。

第１図ないし第３図に、半導体ウェーハ上に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
ィールド領域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ィ加工を用いて
形成される。即ち、レジストの薄い層をウェーハの全面
に広げ、次いで、マスクパターンを通じて、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材を
用いるポジティブリソグラフィ処理として知られている
。

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ハ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内の打込み
部は上記薄い酸化物層を通じて作られることになる。

硼素のようなＰ形材料のイオンの軽い打込みを、イオン
打込み装置を用いて行なう。このフィールド打込み部は
、ホトレジスト材の領域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、１］込め済みイオ
ン即ぢフィールド領域１４は半導体栽体内へ追い込まれ
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、マスキング領域即ぢホトレジスト領域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
材を用いて第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。即ち、Ｎ形ドー
パントイオン１６をゲート酸化物層１７を通じて軽ｔ−
１込み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み行なった後、リソグ
ラフィ及びエツチング処理を行なってウェーハ上に電界
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、
シリコンゲート部材１９並びにソース領域２１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、ドレ
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導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導体ウェーハに対
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（まタハハッチ処理操作におけるハツチのウェ
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め部の放射線量
の均一性によって各個別的ウェーハ」二の良品チップの
歩留りが決まることが極めて大きい。

次に、イオン打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
切望されているものの一つは、特に、ＬＳＩ製造処理に
おいて益々一般化しつつある高濃度月込みに対して、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
込み装置のウェー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る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
込む装置としては、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、そのうちには、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（ｍＡ　）“の砒素イオンビーム電流を発生するもの
である。

次に、従来のイオン打込みｉ置について説明する。

現時の高電流装置は極めて大形且つ高価である。

例えば、代表的な１６０ｋＶ、１０ｍＡイオン打込み装
置としては、１１】約３．３５ｍ（１１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、従来のイオン打込み装置の種な構
成部材及び従来の全てのイオン打込み装置の代表的なイ
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」（Ｔｂｅ　
Ｄｅｓｉｇｎ　Ｐｈ１ｌｏｓｏｐｂｙ　ｒｏｒ　ａ　２
　０　０　ｋＶＩｎｄｕｓｔｒｉａｌ　Ｉｌｉｇｈ　Ｃ
ｕｒｒｅｎｔ　Ｊｏｎ　１ｍｐｌａｎｔｏｒ　）から取
ったシリーズＩＩＩＡＩＴイオン月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からの全敗ビームは、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ちに、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ベ
ーン装置４８に来る。上記ベーン装置は高速ステップモ
ータによって駆動され、■ステップ当たり約０．　１％
ずつ電流を変化さセることができる。このステップ時間
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１．６
０ｋＶまでの電圧で浮動して車 上記ビームの後段加速を行うことができる。

上記イオンビーム１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の直く後には、
ビームがウェーハ処理袋Ｍ７０に入る前のビーム電流測
定用の磁気的に制御されるシ十ツタ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。その拡散ポンプの機能は、半導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、イオン源装置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を有す。イオ
ン源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の磁極ギャッ
プ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。上記平面ば上部磁極面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との間の磁極ギヤツブ内で
、イオンビーム３１中のイオンはその電荷対質量比に従
って分頬される。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’ｆｔ
Ｍ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ムを再
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内のアパーチャ即ちスリット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に
入り、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上に取付けられて
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
通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、目標のウェーハ７１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
があるということが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ットにすることに
より、ビームの不安定性なしによ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
、分析用磁石の磁極片に対して同じ方向に向いているイ
オン源出口スリットを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
えることができ、この一連の点源は分解用スリット５１
におり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、イオン出口ア
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ければならなかっ
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、イオン分散平面と平行なイオ
ンビームオプティ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
リット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
要な磁極ギヤングｄよりもかなり小さい磁極ギャップ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すために、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・ヒる湾曲したイオン出口スリットをもって設計され
た。湾曲したイオン出口スリット３２Ａにより、有効イ
オンビーム源長ｄ、よりもかなり小さい磁極ギャップｄ
８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ば、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
発生する。従来のイオンビームオプティクスにおける上
記線状体の位置は、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ｒｌｌ＆よ、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、上記アパーチャは、
安定なプラズマメニスカスを保持するために、１ないし
３ミリメートルの範囲内、通例は約２ミリメートルの巾
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
３１Ａ′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′に普通の見かけの綿状体があることに
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くしよう
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、９０鶴のイオン源
スリット長及び４０龍の磁極ギャップを用いて１０ない
し１２ｍＡまでのイオンビームが可能であった。しかし
、イオン源スリット長をもっと長く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、イオンビーム電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（＝Ｊ随効果を伴う。

第９図に示す試みを用いる磁極ギヤツブの増大には上述
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（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中
を大きくしなければならない。イオンビーム源３０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け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ッ
ト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）ため、イオン源から磁石までの領域内の圧
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４
０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ブ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５いし第１３図は、１−レビュー・サイエン
ティフィック・インストルーメンツ」（ＲＵＶＩＨＷ　
５ＩＥＮＴＩＦＩＣＩＮＳＴＲＵＭＩ：ＮＴＳ　）誌、
１９８１年９月号に所載の論文［高効率イオンビーム加
速装置Ｊ　（Ｉｌｉｇｈ　ｆｉｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　Ｉ
ｏｎムｅ　＋ｌ　Ｉｌｌ八ｃへｃ　ｔｅｒａ　ｔｏｒＳ
ｙｓｔｅｍ　）においてジー・アストン（Ｇ、八５ｔｏ
ｎ　）によって提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置３２Ａ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ている。収束グリッド３６
が、イオン出口アパーチャのアレイ３２Δの前面に配置
されており、そして個々のイオン出し」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
る共通の線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ロスリントの巾よりも大
きいイオン分散平面と平行な平面内ニ成る大きさの延長
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龍（０，（１４ないし０．１２インチ）の範囲の
イオン源スリットのＴＩ］の高い端部にある約２．０８
ｍｍ（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、１１約１２．７鮪（約０．５インチ）、Ｈす約２５
．　４ｍ１（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線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（
１υ々のビームを収束さ−Ｕ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プ
レイの全体的ＩＩ３は非常に制限される。中がもっとか
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７バーチヤを用いること
により、イオン放出エンへし１−プがイオン分散平面と
平行に延び、そしてＵｉｌ−イオン出口スリットにおい
て発生するよりもかなり大きなイオン電流密度を存する
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導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。

アストンのイオン源は、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、プラスマメニス
カスの安定性の損失なしにイオン引出しスリットの１１
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杓込め装置の全体的大
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１に供することにある。

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
構成部材を有するイオンビームみ装置を提供するごとに
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。

光１坏１１収 （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。

本発明の一つの態様においては、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す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づ
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！　（−Ｉｎ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ターゲット
素子へ通過させるために上記分析済みビームの通路内に
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、上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付属のイオン放
出エンベロープを有しており、該イオン源と上記解析手
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、実質的に、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、
イオン放出エンベロープ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は、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
口スリットの＋ｌ＋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１１込みのためのイオン源の分野にたずされっている
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ミリメート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
が解明された。この解明は、従来よりもかなり大量の未
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、巾が５ミリメートル、長さが１００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Ｇこ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
置された規準装置を有す。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口アパー
チャをイｊ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構成する
。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、他方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、共通の見かレノの線状
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子（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
スがけされている。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けされている。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析手段
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
イ第１に与え、そして非安定の電源を用いて引出し電極
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生ず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人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、各々力く実質的に矩形状の形
状を有している複数のイメ°ン出ロ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Ｇこ平行になっている。複数のイオン出ロア
／＜−チャの使用は、イオンビーム出ロアノ々−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Ｇこよって可能と
なる。これにより、上記以外の点ではイオンオプテイク
スおよびこれにイ」属の諸＠■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、イオン打込み装置はイ
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。上記フイ
ラメントカソード両端間に電流発生用電位差を与えて該
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具られる不均一なイオン
発生特性を打ち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具備
し、上記アノードと上記室とは電気的に絶縁されている
。上記別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ずるイオン電流を独
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ｌ】を横切るイオン電
流の分析及び制御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
ビーム勿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備えることにより、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。即ち、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量１２１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
効果的に増加さゼるのに有利である。

（ｅ）イオンビーム発生及び分析力法 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
種を質量に基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。上記イオンビームは付
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
面内にが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イ］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存す
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。

止朋 （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、実施例における長く伸びたイオン源スリッ
ト）を、従来の装置におり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５
０ｍへ）に増大させることができる。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中広のイオン
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付けをすれば、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け
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、Ｂ　Ｆｚ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。

本発明のイオン源磁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提供するもの
であり、従って、分析済みビームを分解用スリット内に
収束さ−Ｕるための磁石上の回転式入口磁極または静電
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＋３７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
流を得ることができる。

従来可能と考えられていたよりも広いイオン出口スリッ
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敗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
角度の入口磁極面（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ａ（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
圧を与えることにより、分析用磁石に入っ一ζ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ができる。従来の装置
においては、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てイオンの効果
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。半導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て走査さ
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。

失施炭 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。

本発明のイオンオプティクスと従来のイオンオプティク
スとの間の基本的な差異は、従来のオブティクスの一例
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（見かけまたは実）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
、本発明のイオンオブティクス原理を用いる装置におり
る共通の見かりの線状体は、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。直状のイオン出口スリットを用い
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りるように制限
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、共通の見かけの線状体の位置が
、多重イオン源スリットの各々に対して同じにすること
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ベロープ内で発生したイオ
ンを、イオン分散平面と垂直な平面内に在る共通の見か
けの綿状体について、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。

次にビームライン構成部月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ベロープを有す。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する。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（Ｅｈｌｅ
ｒｓ）ほか著の「多重光点イオン源の効率向上」（Ｉｎ
ｃｒｅａｓｉｎｇ　ｔｈｅ　Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｏ
ｆ　ａ　Ｍｕｌｔｉｃｕｓｐ　ＩｏｎＳｏｕｒｃｅ）　
（ｒレビュー・サイエンティフィック・インスルーメン
ツＪ、５９　（３）１９８２年９月、ｐｐ１４２９〜１
４３３）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、例えばソリッドイオン
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、見かり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、共通の見かけの線状体は無限大距離にある
綿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ブティクスを略
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図に示す如くであり、イオンビームを分析用磁
極ギャップ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ｌＯＯは、ウェーハ取扱い装
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の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を発生ずるイオン源装置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）に基づいて分離し、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。ビーム分解装置１５０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
来のイオンオプ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１ｉｔ（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、
イオン源装置１３０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１３
２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ｄ８を用いること
ができる。１第１５図は、直状のイオン源スリット１３
２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１
８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１４０の磁極片のｒ［Ｊ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ット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によって発生す
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子ｉｔ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。

分解用スリント装置１５０にお番）る分析済みビーム１
３１′の像の高さは、第１６図に示すようにイオン源１
３２の投映物体１３６の有限高、及び分散面と垂直なビ
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、さもなければ
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、イオンオプティクス
装置の分解力を妨げることがない。

イオンビーム３１の発散を減らすために第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等与える。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、イオンオブ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、本発明のイオンオブティクス
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〉マーチ
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図に示ずように、イオンプラズマメニスカス３１
Ａ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３１Ｂ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′ｒＡ３１八′
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＃３１Ｂ′を作る。

第５図に示す従来の例においては、イオン分散平面にお
けるイオンビーム３１の発１１に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、一般に用いるこ
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益づくイオンビーム１３
１の発散が、分析磁石の磁極ギャップに入ってくるビー
ムの巾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ｌ］スリットにおけるプラズマメニ
スカスの長辺の形状を機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ト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、磁極の入口部分の巾
を、さもなり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−ζ、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巾をイオン源スリットの中よりも
小さくする（即ち、イオンビームの中が、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スマメニスカスの形状
を機械的に制御ｚ１１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
合方、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、イオン源スリット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。

イオン出口スリット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が、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
、一般に、従来の装置におい°ζ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、プラズマ源領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、イオン源に加えられて
いる＋４０ないし＋８０ｋＶの予備分析加速電圧、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への人口との間に収差制御へ一ヅ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ための他
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・ノド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肝ノドの平面に多重線状体を作
るので、多重イオン源スリ・ノド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
リットにすれば、複数のイオン源スリ・ノドを用いるこ
とができる。第２６１Ｄに２つのイオン源スリソ１〜１
３２Ａ及び１３２１３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単一焦点に収束するリボ
ン状イオンビーム１３１Ａ及びＬ　３１１３を示す。説
明の都合上、分散平面内のイオンビームの発ｆｉｋ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スリッ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及び接地電極１３８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、ｌ第２６図に示す電極構造を用いたとすると
、化ロスリソ）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ｔａ　ｂ
−ｘ１３７Ａ、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しになる。この同
じ配置を第２６図の２スリン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、別々の接他電極ア
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１３１Δ、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、イオン源と電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は種々の実際的構造
が用いられる。また、本発明は１個ないし３個のイオン
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゛イクスを用いると、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ｌ】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バイアスかけ装置を示すも
のである。フリーマン型イオン源自体は例えば＋４０ｋ
Ｖの予備加速電圧にバイアス印加される。引出し電極３
７は、１４２ｋＶの総計引出Ｌ７電位に対して一２ｋＶ
にバイアス印加される。接地電極３８は引出し電極及び
イオン源に対して零電位にある。引出し電極３７と接地
電極３８との間の一２ｋＶ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３０自体内
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のギヤツブ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け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（また強い電源と屡々呼ばれる）
である。このことは、電源が高い電流能力をＤｌｌｌえ
−ＣおっＣあらゆる電流値において電圧を４０ｋＶに保
持しようとすることを意味する。全てのイオン（１込み
装置にある本来的特性の−っは、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があ
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電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穏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じな
いようにする。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４０ｋＶ電位が低下するにつれて、合計引
出し電位も低下し、イオンの合計予備分析加速電位が低
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４０ｋＶ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
ーゲラＩ・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セる可能性がある。

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４０ｋＶ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ャ
ップにおりる磁束密度の観点から、分析磁石を大きくし
なりればならない。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１Ｊｉｉｆ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
得るために、引出し電極１３７を、接地電極１３８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
−３０ｋ、　Ｖにバイアス印加する。従って、合計のイ
オン引出し電位は５ＱｋＶ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２
０ｋＶ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イ頃向がある。

本発明のこの特徴は、バイアス電位極性を逆転すること
により、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、）ｉいて用いられ°ζいた一２ｋＶまたは一３ｋ
Ｖ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・ｆ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一ζ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ζ得ら
れる磁石設旧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
−３０１、■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）１１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晩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で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＋２０ｋＶ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っ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ソトに入ってゆくということ
がない。イオン汚染が例えばナト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
高い移動仰向は極めて大きな店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ハイアスカ＋ＬＪ
の１ろ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、そのままのビ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、ピームラ
・インを組み込んだ装置のｒｌＪを工場の１．８３ｍ（
６フイート）の二枚開き戸板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う
・ｆンＪ１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、イオンオプティクスととも
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１及び本発明の他の原理を示す。第３
３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１３１の通路と垂直な線に対して、０°ないし４
５°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を互いに傾斜さゼて磁極ギ
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爪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右動ビーム電流
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の合わせると、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）１’　１４１及び１４２を、電磁石の巻線１
４７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
に入って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４オプテイクスで
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
ーム電流を存する極めて小形のイオン打込み装置の製Δ
垢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）の分野を質量分析済みイオン打込み
技術に対して開）き゛・及び半導体ＩＣ製作における新
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、本発明のイオンオプティクスを用いること
により、埋設酸化物８Ｉ！！縁領域を作るために、打込
み酸化物領域を半導体ウェーハ内に深く作ってそこにあ
る半導体月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、ＶＩ
Ｓ１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、特開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−Ｉ股的原理を用
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
す。ビームライン装置２００は、イオン源モジュール２
３０、イオンビーム電極モジュール２３５、イオン源・
［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ＩＩ＋制御装置２９０、及び真空ケ
ート弁装置３００を有ず。

イオン源モジュール２３０は、内部にフィラメント２３
０Ｄが延びているアーク室２３０Ｃを具備するフリーマ
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）＼イアス接続線２３０Ａ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
刊料は、供給配管装置２３０Ｂを通じて、またはイオン
源組立体に内股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適合さゼてあフリンジ電極
２３６、引出し電極２３７及び接地または減速電極２３
８が、柱２３５１）によって支持された裁板２３５Ａ上
にモジュール的に取付けられている。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、該電極構造体に普通の仕方で
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図に示す。

フリーマン型１イオン源をイオン源ハウジング２３０Ｆ
内に取イ（］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
、及び真をポンプへ通ずる出入口の下でハウジング２３
０　Ｆの一方の側を通る磁束戻りバーが２８３を有す。

分析磁石装置２４０は、該分析磁石装置２４０の入口面
２４６において電磁石コイル２４７及び２４８の下に延
びる入口フリンジ磁極２４１Ａ’及び２４２Ａ’を有す
る磁極片２４１及び２４２を有す。第３６図に略示する
ように、フリンジ磁極部祠２４１Ａ’及び２４２Ａ’の
入口面は傾斜しＣおり、磁極Ｊ４２４１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。

ビーム中制御装置２９０を第３５図、第３９図及び第４
０図に示す。電気ステップモータ２９１が親ねじ装置２
９２を回転さセ°Ｃカム板２９３を往復動させる。カム
仮２９３の往復運動によってレバーアーム２９４が回転
さゼられ、該アー１、は、互いに噛み合っているギヤ２
９５．２９６及び２９７を回転させる。ギヤ２９５及び
２９７は軸２９５Ａ及び２９７Ａ取イ」番ノられており
、該軸は中空であり、冷却剤導管２９９を介して冷却剤
を受入れる。適当な真空封止装置が点２９５１３及び２
９７１３に設けられている。軸２１］５Δ及び２９７八
回転すると、これに固定されている・＼−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り込むことにより、
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１１が効果的に制御される。ベーン２９８
が第３５図に破線で示す広く開いた位置にあるときに、
最大中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。これは、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Ｉｌｌ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
ｌ」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。上記ステンプモータの各ステップに対するビーム
ｒｌ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°Ｃ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・す・−ボａ措装置によって
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ト２
３０１）の補給または他の保守のためにイオン源モジュ
ニル装置２３０を変更しつつあるときに、イオン源室ハ
ウジング２３０Ｆの頂部アパーチャ２３０Ｆ’を封止し
、これにより、分析磁極相互間の飛行管及びビー１１う
・Ｃ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゛ζ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ｌ−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に乗っている
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
１Ｆ′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を該イオン源のフイラメンｌ−２３０Ｄ
と整合させた電磁石装置ｋ２８０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材料のイオン
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
ならしめる傾向がある。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相互間の磁極ギ
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傷することができる。これは、磁極
の各々に付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からイオン出Ｉ」スリン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
ハウジング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複
数の別々のＵ字形アノード構造体３１７を取り囲んでい
る。

カソードフィラメンＩ−３１５か個々のアノード区域３
１７の中央領域を通って延び°ζいる。第４２図に示す
ように、別々のアノード部材部伺３１７の各各は個別の
バイアスがげ装置３１８を用い゛ζ別々にバイアスがけ
される。また、カソートフィラメンｌ−３１’５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計器３
１９を用いて別々に表示される。個別のバイアス電圧装
置３１Ｂを用いて、イオン源の長さに沿・う種々の領域
におけるフィラメント対アノードのバイアスを変化さ・
Ｉ、上記個別のアノードの各々の領域においてイオン出
口スリット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一イオン核Ｊ′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、ｊｉｉ−の分
解用スリンｉ・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杓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、ターゲットを衝撃する最終イオンビー
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、
アンチモンの画質間核子を分解用スリットを通過さセて
ターゲットウェーハを衝９１さ・ｌ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Ｉ］込めは２つの比較的接近しζいる質量
核子のいずれか一方または両方をもζ用いることができ
るから、−力または他方の核子を分解することに対し゛
Ｃ両核子を用いることにより、線量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、イオンビーム視ｒ（Ｂ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は、減速即ち接地電極１３８と分析磁石
１４０の入口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０１１１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
一つの視（１（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ずくに通
過して分析磁石１４０に入る。通路１３１ｂのようなか
たよった１ｆｆｌ路を走行するイオンは、一般に、規準
格子装置１３９内の−っのバーにつき当り、従って分析
磁石１．１０に入ることができない。しかし、規準格子
装置１３９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に入る全体的イオン
ビーム電流を減少さ一ロる。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１ｑ、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
は、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含んでいる。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１１に平面と垂直な平
面内に在る共通の見かりの綿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おって分析手段（例
えば分析磁石１４０）に入るイオンを発生ずるという原
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、共通の見かりの線状体
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Ｌノの線状体゛はイオン源の後ろかまたはイオン
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
原理を実施するとビームライン装置は、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
オン牟を有し、このビームエンヘローブは、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散平
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ζ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
破線矩形１３２″及び１３２　で、即′ら個別外縁イオ
ン放出アパーチャを境界づり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ｌｌ−１な平
面内にかなりの延長面積を存ず。このようにす”　＠　
＃＾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１ｉｋ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り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Ｇこかなりの延長
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口アパーチャは、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１３
８と分析磁石１４０との間に規準装置１３９を設ける必
要があるの乙」二記小形化の程度は若干減る。

光凱ｑ処米 本発明め数多くの特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゛Ｃきる。本発明の種々の特徴の各
々は、イオン１］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せて用いると、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１］め装置
の極めて大きな改善が得られる。

策Ｉ■尖狙桝 第５１図は、本発明の好ましい実施例によるイオンイン
プラチージョ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ターゲット素子４５０
に向って加速する後段階加速系統４４０とを（ｌｉｉｉ
えている。イオン源構成体４１０は、イオン源組立体４
１１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４
２０は、イオンビーム飛行管４２１と、ビーム分析磁石
組立体４２２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１〜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４４０ば、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チ−ジョン装置の種々
のビーム流路要素は、イオン＃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
磁石組立体迭１２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み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ウジング
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４１２
０と、Ｕ字型の磁気戻りヨーク４１２Ｄとで構成され、
この＝！−りは、イオン源構成体４１０の底部を経”ζ
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
ｔｊ主路は、イオン源室及びイオン源３．１■立体４１
１の前面至近領域に垂直磁界成分、即し、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ぼずことはない。イオン源の戻り磁
路が、ｉｆｔにＵ字型の磁気戻りヨークとして、磁極４
１２Ａの高さに設けられている場合には、ビーム分相磁
石３，１１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４１２Ａ間の磁界がフィラメントカソ
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ｌ、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下し、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
り磁路の構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
。イオン源ハウジング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。ハウジング４６０は、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の片側に設けられた
真空ポンプボー１−４６２は、ハウジングを真空にする
だ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を受け入れるためのボー１−
４６３がある。ビーム抽出組立体４１３及びイオン源組
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じ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
組立体のフランジ４１３Ａを含んでいて、このフランジ
はハウジング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、支持ベ
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に取り付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、抽出組立体
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４１３０から取り外すことができる。

同様に、イオン源組立体４１１は、一体部な単一モジュ
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、取り付はボルト（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
に取り付けられる。イオン源のフランジ４７１は、取り
付はボルト・翼ナツト構成体４７７によって絶縁体４７
２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杆４７８を備えている。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備えている。

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吹型アノード４８１が支持され
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４８２Δに配置されている。フィラメ
ントクランゾ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４８
（４に接続されていζ、このフィラメントリード４８４
はペデスタル４７９の」二部を貫通してイオン源フラン
ジ４、７１の大電流フィードスルー４８５に接続されて
いる。ｊ段当なフィシメン体−１色縁休４８６が、フィ
ラメンＩ・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Ｊ゛ように、個々の電気
バイアスリードワイヤ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
記した目的で個十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ｆ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？＝Ｊけボル
ト・翼ナツト組立体によりイオン源のフランジ４７１に
取りイ」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倫え、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１〜リツジヒータ４
９２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
、イオン出口孔４９６を（１１η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３、■立
体４１３を示しており、この組立体は、第５９図及び６
０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°ζいる。

先ず、第５　（ｉ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（Ｉｌ）成体５０
２によってフランジ５００に支持され°ζいる。整列支
持構成体５０２は、円錐形の支持上面を有するｌ対の支
持ボスＩ・５０３をＤｌｉえ、上記円錐形の支持上面に
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、支持ボスト５０３にのせられた抽
出電極支持台５０１の傾斜を制御する。張カハ不５０５
は、その一端が、電極支持台５０１に固定された取りイ
１けボスト５０６に接続されていると共に、その他端が
、フランジ５００に取りイζ］げられた支持ボスト５０
７に接続されている。この構成により、カムホロワ５０
４ａばカム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
ルド構成体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５１
１に取すイ・Ｊけられる。

ふち取り電極構成体も同様に設けられ°ζおり、ふち取
り電極支持柱５１８が支持台５０１に支持され、Ｕ字型
のふち取り電極５１９が片持梁式の取りイ」け構成でこ
れに支持され“ζいる。

抽出電極５１７は、−ＩＱ的に長方形のスリット５１７
Ｂを含む厚い中央部分５１′ｌ八を備え、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５１２
Ｂが形成された中央部分５１２Δを備え、イオン源から
抽出されたイオンビームはこの孔を通過する。

抽出電極５１７及び減速電極５１２が片持梁式の取り付
は構成にされていることにより、全電極取り付は構成体
は開放空間が広くなり、・イオン源のイオン出口スリッ
トから流れ出ず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付
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
のボ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ｌ」ンＩ・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ボウ索ガ
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ｌ、成分に達するガスの量が減少され
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。ビームレ；（制御系統５２０は、
個々の支持アーム５２３．５２４の一端に取りイト）ら
れたビーム遮ｌυｉ翼素子５２１．５２２を０１ｎえ、
支持アームの他０：１：は第６０図に示ずようにシ中フ
Ｉ・５２５に取りイ（］りられでいる。

シシッフｌ−５２５はカムアーム５２６も支持しζおり
、この力１、アーＪ、、　５２　Ｇは、張力ハネ５２７
により、力Ｊ、ポＵソブレ−１・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はガ・イトボスＩ・５３０に沿って垂直方
向に移動し、電気モータ５３２によりハル１−伝動構成
体５３３を介し°ζ（＝Ｊ勢される駆動ネジ構成体５３
１によって上下に駆動される。ｌ対のソレノイド５３４
．５３５は、参照番号５２６で示されたカムアームに対
してカムストソバをなすように、遠隅制御のもので個々
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ｔｉｌｌ］　？］ｌｌ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］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Ｇこ測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
構成体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ト５２９が
動く。

このようにし′Ｃ、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
れが制御される。

ビーム翼制御系統５２０は、ビーム抽出組立体のフラン
ジ５００に完全に取りイ」り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′ＣいるだＬＪ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＆、Ｉ立体よりも好ましい。ビー１、制御翼のための
アクチュエータ機構及び回転式取り付＆Ｊシャフト（真
空シール５２５Ａを含む）は、高温のビーム抽出領域か
ら離れたとごろに配置され、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、ビーム飛行管の信頼性を高めると共に、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、翼５２１．５
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（ｉｌ、ｌＩ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０３図にはイオンビーＪ、飛行
管を示し°ζない。ビーＪ、分ＪＪｒ　Ｌ’ｔ’を石組
立体では、電磁石が対称的に配置されているので、全組
立体の片側のみについて説明する。

電磁石組立体を中央のビー１、飛１ｊ”ｉ３”領域から
外方に向って説明すると、ごのＳ：ｌ［−１’／体は、
内部磁極片５５０及び内）１１；コイル５５１と、外部
磁極片５５５及び外部コイル５５６とを（Ｉｉｉｉえて
いる。内部磁極片５５０の磁極面５５２　ｌＪ、第６２
図の中央の斜線領域で示した一般的な形状を有しζいる
。

内部磁極片５５０の入１」縁５５３４；ｔ、対向した内
部磁極面間にあるビーム飛行管領域に入るリボン状イオ
ンビームの１１１８に対して約４５°の角度で配置され
ている。内部磁極の出Ｉｌｉ、＝ｉ５５４は、垂線に対
して約３５″の角度で配置さ４・している。磁極面間に
あるビーム飛行管領域から出る・ｆオンビームは、分析
されたイオンビームであり、選択された質量をも一フイ
オン、即ら、泗１尺されたイオン種に対応するイオンが
、ｆｆｆｆ１分５１ｑスリット−ごれは第５１図に示し
たようにト′リフト管領域の端に配置されている−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極の入口縁及び
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
石組立体４２０の半分が完成される。

ビーム分析磁石のイオンビーム人口領域には入口分路構
成体５６０が設けられており、これはふぢ磁界領域５６
２の付近に磁界のない領域を形成する。この入口分路が
ないと、充分なふち集束性能が得られない。分析磁石系
統のビーム出口側でイオンの光学系を制御するという木
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Ｙスに出口分路５６５が設けられている。

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量を分解スリットで分解するかにつ
いての選択は、磁極ギャ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５５６に供
給する電流の大きさによって制御される。

コイル５５６及びる８極片５５５より成る外部電磁石組
立体は、冷却容器（図示−ｌず）内に収容され、これを
通して冷却流体を循環し、二ｒ−（ルの電流によって発
生した熱を？削ｌ（さ−Ｖる。

第６４図ないし第６８図は、り゛■星分４ｎ系統４３０
を示しており、この系統は１幻のリイトフェンス５８１
と５８２との間に形成され〕こイオンドリフト領域５８
０をイｊしている。′ソー１１フエンスは円筒状の端子
電極５８３内に取りイ・］りられており、この端子電極
は円筒カップ状のエンドキャップ５８４を有している。

０ｉｉｉ壁５８５にｋｌ孔５８６が形成され”ζ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
が分解スリンＩ−＆ＪＩ立体５８７へ送られる。分解ス
リットＫ、■立体５８７は第ｆｉ　６図に拡大端面図で
示されており、この組立体は、既に述べた目的で複数の
分解スリット用挿入体５８９が取りイ」りられた多分解
スリソ１−フレーム５８８を備えている。第６５図に示
したように、多分解スリットフレーム５８８は、片持梁
式に揺動アーム５９０に取り付けられており、該アーム
の他端は結合ブロック５９１に取り（＝Ｊ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の長さ方向に延びていて、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５９２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５
８２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に取り付りられる。イオンドリフト管領域
の端には抑制磁石系統６，００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磁界を形
成し、ファラデーカップが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］・”真空ゲート′Ｊ
ｔ措成体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て保守作業
を行う時に−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ー、ドリフト管領域５８０のｙ
：ｊｊを選択的に蜜月して、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。これら駆動機構は木質的に同しものである
から、駆動機構６２０についＣのみ詳細に示す。

ゲート弁構成体６１０は、空気シリンダ６１１を６１１
１え、ごれはベロー措成体６１３を通して延びているシ
ャフト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、バネ（］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６１４Ｂとを有している。シャツｌ−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６１
６に当たる。この点において、ブロック上部６１４Ｂの
行き過ぎ移動によってカム機構６１７がブロック下部６
１４Ａを、壁５８０Ａと真空シール接触状態に押しつけ
る。

アクチュエータ６２０は、シャフト６２４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ット
・ボール機構６２２を備えている。

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。シャフト
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
サ６２６が設けられ”ζいて、実際のシャツ！・位置、
ひい”Ｃは、多分解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
のフロントプレート 小寸法のイオン出口孔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６　ｒｎ　ｍのグ
ラファイトで形成される。・ｆオン出口孔４９６の底４
９６Ａは約５　ｍ　ｏｌである。その長さは、大きい方
の寸法で１１０＋旧口である。厚み約０．２５ｒｎｒｎ
の垂直方向の段により最初の垂直壁Ｑｉ分４９６Ｂが形
成され、この最ｉ刀の壁部分に続いζ、約４５°の角度
で第２の壁部分４９６Ｃが形成される。

５　ｍ　Ｉｌｌ中のイオン出口孔は、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“ζいるｌないし：ｌ　ｍ　ｍ巾の孔と対照的であ
る。前記したように、イオン−インプランテーションの
分野の当業者及び専門家は、安定なイオンビームを維持
しそして充分な分解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２　ｒｒｔ　ｍ　）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　ｍ　ｍ
　ｆｉ＋の孔で首尾よく作動した。孔のｒｌＪ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。スリン１〜中を限定する更に別のファク
タＩｔ：、スリン）−　ｉ１ノ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ャップ
及び抽出電圧の増加である。特に抽出電圧を高くした場
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（即ぢ、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−出ロスリソ１ーシステム
に中の広い出ロスリソトヲ使用した場合には（これは、
出口スリットの前方に単−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頭打な効果
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＋ｌ＋の広い出口スリットを使用した場合の唯一の欠
点ば、イオンビームの発散度３（大きくなることである
。このようにビーム発ｔｉｋ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ャッ
プを広げることが必要とされる。

然し乍ら、磁極ギャ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。

」二記したビーム電流は、磁極ギャプが６５ｍｒｎ−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
の同じギャップを、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１ｇ　ｆｉ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じビーム
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■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Ｉ・を人１１目こ増加せ
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１１５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１こ出れば、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
ように人１＋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′１段又は８段のイオ
ンインプランテーション１−稈一成るものはイメン注入
■が少なくそして成るムのはイオン注入■が多い−を伴
なう高密度ＣＭ　ＯＳ回路の製造に特に強い影響を与え
ると考えられる。又、０ＭＯ３製造において必要とされ
るｊｔ’７ｊ　（オン■のホウ素のインプランテーショ
ン、例えばイオン用が１平方センチメータ当たり１０１
６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み込んで
、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＋ｉの広いイオン出口孔（即ち、巾が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１１１な発散を受け入れ
るように分析磁石の入口面の＋ｌを相当に広げない限り
、より存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４　ｍ　ｍ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−減速特徴と組み合わせて用い
た場合には（おそらく成る程度他の変更を入念に行うご
とになる）、公知の光学系を用いたシステムでも相当に
高いイｊ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１１に面内での・イオ
ンビームの発ｔｉｋを減少−３ることができる。これに
より、中の広いイオン源からの大きなビー１、発散を処
理するのに要する分析磁石の入口面の１１１の増加量が
減少される。更に、本発明の加速−減速！ｌ、’Ｎ　ｆ
’ａ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
１法、重量及び需要電力を甚だしく増加することなく磁
極１＋を増加できる。

更に、ｌ＋の広いイオン出１」孔を、その長さを若干小
さくした状態で（然し、全イオン抽出面イＪ１２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ＩＩて、磁石に入る全ビーム中を減少することができ
る。ｌ＋が広く長さが短いイオン出口孔（然し、―−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−減速ハイアス機構、及び１１１の広い磁石入口面
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ごと
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
を逸脱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りるイオン打込み
の使用を示すだめの半４体ウェーハの一部の縦断面図、
第４図は、従来のイオン打込み装置の上面図、第５図は
従来のイオンビームみ装置に用いられているイオンビー
ムオシティクスの斜視図、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オシテイクスの原理を説
明するための略図、第１１図ないし第１３図は従来のオ
シテイクス原理の変形を示すイオンビームオシティクス
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シティクス
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・イオンビームオシティ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
ンビームオシティクス及びイオン源装置の種々の実施例
を示す略図、第２９図は従来のイオン月込の装置に一般
に用いられているイオン？Ｉ４し＼イアスがり装置の略
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祠の種々の
構造的細部を示す略図、第３５図は本発明の実施例にお
けるイオン源及び分ＪＪｉ’　（４Ｘ石装置の一部縦断
側面図、第３６図は本発明の実施例におりるイオン源及
び分ｌＪｒ磁石装置の一部８イ断正面図、第３７図は第
３６図の３７−３７綿に沿うイオン源装置の一部横１！
Ｊｉ平面図、第３８図は第３７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３４
］　−３９線に沿って截断してビーム制御ベーン装置の
構造及び作動的細部を示す部分側面図、第４０図は第３
９図の４０−４０線に沿って他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３
６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シ
ティクス及びビーム移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テーション
システムのビーム流路モジュールを示ず部夛断面図、 第５２図は、イオン源ハウシング、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−ヒジュールを５４−
５４線に沿ってみた」二面し１、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Ａン抽出電極モジムールの
各々前面図、側面し１及び上面図、第５９図は、本発明
によるし−Ｊ、制御翼システムの側面図、 第６０図は、第５９図のビーＪ、制御翼システムを６０
−６０　＆ｊ＋に沿ってのだ部分１υｉ面図、第６１図
は、第６２図の６１−　Ｇ　Ｉ線に沿ってのた分ＩＪｉ
’　（Ｈｚ磁石組立体前面部分断面図、第６２図は、第
６１図の６２．−６２線に沿ってみた分析磁石組立体の
断面図、 第６３図は、第６２図の分析ルＳ多イｉ　！＋１１１立
体を６３−６３線に沿ってみた部分１１Ｊｉ面図、第６
４図は、本発明による質量分析系統及び後段階加速系統
を示す部分断面倒曲図、 第６５図は、本発明による質晴分ＪＪｒ系統の上面図、
　第６６図は、第６５図の（ｉ　Ｇ　−６６線に沿って
みた本発明の質量分析の端面図、 第６７図は、第６５図の６フー６７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ソＩ−組立体及びファラデーカ
ップ＆１１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。　
１ 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
・・・シリコンゲート領域、２１・・・ソース領域、２
２・・・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・・・湾曲イオン出口スリット、３６・・・収
束グリツド、３７・・・引出し電極、３８・・・接地電
極、４０・・・分析磁石、４８・・・ベーン装置、５０
・・・分解スリット装置、５１・・・分解用スリット、
６０・・・後段加速装置、７０・・・処理装置、７２・
・・ビー１〜シンク装置、１００・・・イオン打込め装
置、Ｉ３０・・・イオン源装置、１３２・・・・イオン
出Ｌ１）′パーチャ、１３２　”・　・・湾曲イオン源
スリット、１ｊ（７・・・引出し電極、１３８・・・接
ｌｌ！！電極、１３９・・・規準装置、１４０・・・じ
−ノ・：５ｉ４Ｊｊ装置、１４３・・・ギャップ、１４
７、］４８・・・電磁巻線、１５０・・・ビーム分１１
つ″装置、１７０・・ウェーハ取扱い装置、１７１・・
・半専体ウェーハ、１７２・・・ヒートシンク、１）（
０・・・分離静電レンズ、１９０・・・収差制御ベーン
、２００・・・ビームライン装置、２３０・・・イメン
ソースモジｊ、−ル、２３５・・・・イオンビーム電極
モジュール、２３５Δ・・・基板、２３６・・・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１、幅制御装置、２９１・・・
ステソゾモータ、２９２・・・親ねし装置、２９４・・
・レバーアーム、３００・・・真空ゲート弁装置、３０
２・・・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、３
１９・・・計器、３３０・・・イオン源、３３２・・・
イオン出ロスリソ］・、３５０・・・ビーム分解装置、
２３０Ｆ・・・イオン源、４００・・・ビーム流路、４
１０・・・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、４３０・・・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・・・質量分解スリット組立体、４４
０・・・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（内容に変更なし） ＦＩＧ、　１０ ＦＩＧ、　＋３ ＦＩＧ、　１６ ＦＩＧ、　２２　ＦＩＧ、　２３ ＦＩＧ、　３１ アクチュエータへ ＦＩＧ、　４１ ＦＩＧ、　４３　ＦＩＧ、　４４ ト１（、ｉ、　５２ ＦＩＧ、　５３ ＦＩＧ、　６１ ．ｇ　量１ １、事件の表示　昭和５９年特許願第１７０３３７号２
、発明の名称　イオン注入装置 ３、補正をする者 事件との関係　出願人 ４、代理人 ５、補正命令の日付　昭和５９年１１月２７日６、補正
の対象　＋１１願　書

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）　イオン・ビームを発止させるソース手段、前記
   イオン・ビームを受４ノ入れ前記ビーム内ノイろいろな
   種類のイオンを質量に拮づいて選択的に分離し質量分析
   されたビームを作るＩｉ１早分１ｊｆ手段、および前記
   質量分析されたビームの径路に配置され所定の種類のイ
   オンがターゲット素子へ向かって通過することを５１ず
   ビーム分解手段、を備えており、前記ソース手段は、長
   方形のイオン出口孔が設りられた前部プレートを有する
   イオン源アーク室、前記イオン出口孔の前方に取り（ス
   Ｊけられ前記イオン出口孔を通して前記イオン源アーク
   室からイオン・ビームを引き出すため前記前部プレート
   に対応して電気的にバイアスされた引出し電極を有して
   おり、前記イオン出口孔は３ミリメートルよりかなり大
   きな幅を有しセいることにより、前記イオン源アーク室
   から大電流イオン・ビームが引き出されることを特徴と
   する、ターゲット素子にイオンを注入する装置。
2. （２）前記イオン源アーク室の前記前部プレートの厚さ
   は、約６ミリメードルであり、前記イオン出口孔の幅は
   約５ンリメートルに作られており、そして、前記イオン
   出口孔の断面形状は、前記前部プレートの後面には＼垂
   直に延びている約０．２５ミリメートルの長さの第１壁
   部と、前記第１壁部から約４５°の角度で前記前部プレ
   ートの前壁面に向かって延びている第２壁部より成るこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の装置。
3. （３）前記質量分析手段は、相互にそこを横切っては−
   等しい距離だけ離して配置された内壁をもつ１対の磁極
   片を含む質量分析磁石装置より成っており、前記磁極片
   の前部入口縁は、前記磁極片のビーム入口端において、
   磁石装置の非拡散面内でイオン・ビームに収斂レンズ作
   用を生じさせる強い集束用フリンジ磁界が得られるよう
   に、前記磁極間の領域を横断するイオン・ビ−ムの人Ｌ
   １経路に対し十分に角度がつけられζおり、前記イオン
   出１−１孔の幅は、より狭い幅の孔よりもかなり大きく
   発散するイオン・ビームを作り、ぞして前記質量分析磁
   石装置の前記入Ｌｉ面の前記集束用フリンジ磁界は前記
   発散するビームを前記磁極ギャップ内に収斂するのを助
   けることを特徴とする特許請求の１・ｎ間第１項記載の
   装置。
4. （４）前記角度をなしている磁極片縁の前記集束用フリ
   ンジ磁界に出合う前に、前記イオン・ビームに磁界のな
   い人口領域を提供し、前記集束角フリンジ磁界の効果を
   高めるために、前記磁極片のビーム人口端に前記磁極片
   から短い距離をおいて、ビーム人口磁界分路が設けられ
   °ζいることを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の
   装置。
5. （５）　前記ソース手段は、さらに、１）：１記引出し
   電極の下流に取り付けられた減速電極を有しており、前
   記イオン源アーク室の前記前部プレートは事前分析加速
   電圧にバイアスされ”こおり、前記引出し電極は前記イ
   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
   加速電極に対応する電圧値にバイアスされており、そし
   て、前記減速電極は前記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ていることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の装置。
6. （６）　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電圧を供給する非安定
   化電源とを有しており、前記前部プレートと前記引出し
   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
   パーク放電を止めることを特徴とする特許請求の範囲第
   ５項記載の装置。
7. （７）前記引出し電極に対する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極に加えられた電圧の
   差の少なくとも約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６項記載の装置。
8. （８）　さらに、前記引出し電極の下流にとり付けられ
   た減速電極を有しており、前記イオン源と前記引出し電
   極と前記減速電極はイオン源室ハウジングの中に取り付
   けられており、さらに、電極支持台、前記電極支持台の
   一面に取り付りられ片持らはり方式で前記引出し電極を
   支持し、前記引出し、電極から遠い所にシールド付き絶
   縁体を有する第１支柱構造、および前記引出し電極の上
   方にそこから間隔をおいて片持ちはり方式で前記減速電
   極を支持する第２支柱構造を含む前記引出し電極と前記
   減速電極用の支持構造を有しており、前記支柱構造に対
   し平行に走るその一面に開口を有する１）：Ｊ記・イオ
   ン源室ハウジングと１ｉ；１記両支持構造と前記両電極
   の片持らはり取イζＪけとにより、そこに高い真空吸引
   コンダクタンスの領域が得られるのでガスが供給された
   イオン源から漏れたガスが１１ｉＪ記・イオン源室から
   より容易に除去され、前記ガスがビーム質量分析手段や
   装置の他の部分に侵入しないようになっていることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の装置。
9. （９）前記ソース手段は、さらに、前記イオン源室内に
   縦方向に配置された細長いフィラメント陰極、前記フィ
   ラメント陰極の近くに配置された細長い陽極、前記フィ
   シメン１〜陰極の両端に電位差を生じさせる電流を加え
   る手段、前記イオン源室内にイオンを発生させるため前
   記イオン源室と前記フィラメント陰極との間にアーク発
   生バイアスを加える手段、および前記イオン源の一端か
   ら他端まで不均一なイオン発生特性を相殺するために、
   前記フィラメント陰極の一端から他端まで不均一な磁界
   強さを有し前記フィラメント陰極に平行な磁界を加える
   磁気手段を有していることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の装置。 ＱＯＩ　前記磁気手段は、前記イオン源の両端に配置さ
   れ前記フィラメント陰極とは一一直線に並んでいる１対
   の磁極片と、前記磁極片上に配置され各磁極片の近くに
   生じた硼界の強さを独立に制御する独立した界磁コイル
   を有していることを特徴とする特許請求の範囲第９項記
   載の装置。