JPS60107246A - イオン源装置 - 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】 産栗上■肌朋分団 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。

ｌ米鬼狡術 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（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Ｄ；６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士１ぢ込
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
ェーへ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は、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（ＣＩ　Ｓ）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（１
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ホトレジストマス
キング 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。ＬＳＩ
Ｇ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１，４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全体に
広げ、次いで、マスクパターンヲ通じて、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（Ａ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図に示す打込め工程の後、−Ｆｍに、ウェーハ１０
を炉に入れ、ｊゾ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、打込め済みイ
オン即ちフィールド領域１４は半専体基体内へ追い込ま
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！・材を用いて第２のイオンＪｌ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ｌニーバントイオン１６をゲート酸化物層１７
を通じて軽打込み部ステップ状に打込んで打込み済み領
域即′ら活性装置領域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°Ｃウェーハ上に電
界効果トランジスタ装置を形成し、第３図に示ず装置？
ｌ形態を作る。その後、Ｎ形イオンの高濃度打込みを行
って、ノリコンゲート部材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、ノリコンゲ
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」１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間１」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ｍ体ＩＣ装置を作るために半導体ウェーハに対
し′（け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（またはバッチ処理操作におけるバッチのウ
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線
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（ｍ八）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装置につしくて説明する。

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、ｌ　ＯｍＡイオン打込み
装置としては、巾約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
１１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・メソッズ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ｒ２０（）ｋＶ工業
用高電流イオン打込み装置に対する設計原理」（Ｔｈｅ
　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｐｈｔｌｏｓｏｐｈｙ　ｆｏｒ　ａ　
２００　ｋＶＩｎｄｕｓｔｒｉａｌ　Ｉｌｉｇｈ　Ｃｕ
ｒｒｅｎｔ　Ｉｏｎ　Ｉｍｐｌａｎｔｏｒ　）から取っ
たシリーズＩＩＩ　ＡＩＴ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′Ｃ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＃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：工ないし３０：１の一般的
縦横比を有す。

イオン源３０からの発散ビームは、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ンプモ
ータによって駆動され、１ステツプ当たり約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１ＧＯｋ
Ｖまでの電圧で浮動して上記ビームの後段加速を行うこ
とができる。

上記イオンビームの後段加速は単一のギヤ７１５５両端
間で得られる。後段加速ギャップ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
におけ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
なイオンビームオブ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イクスを示すた
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３
２に必要な磁極ギャップ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
させ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ｄ８よりもがなり小さい磁極ギャップｄａ
の使用が可能となる。その結果、装置の分析用磁石装置
の小形化についてが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がなりの改善が、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３゜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ｌ」は、線状体の位置が解がるように拡
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、工ないし３ミ
リメートルの範囲内、通例は約２ミリメートルの中で形
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
Ａ′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、９０Ｍ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付随効果を伴う。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１
１１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
ての損失を避けるため、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
フィフク・インストルーメンツ」（ＲＥＶＩＥＷ　５Ｉ
ＩｉＮＴＩＦＩＣＩＮＳＴＲＵＭＨＮＴＳ　）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　（Ｉｉｉｇｈ　Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　Ｉｏｎ　
Ｂｅａｍ　ＡｃｃｅｌｅｒａｔｏｒＳｙｓｔｅｍ　）に
おいてジー・アストン（Ｇ、＾５ｏｏｎ　）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ｆ３２Ａ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（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３２Ａ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口スリットの巾よりも大
きいイオン分散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工な
いし３ｕ（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璽
真（０，０８２インチ）の直径を有す。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
、１１１約１２．７龍（約０．　５インチ）、長さ約２
５．４ｍ１（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１１］は非常に制限される。ｒｌｌ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
す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導体素子に対するイオン４ｊ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綿状
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１１
を増大させることができるという効果を奏する。

套凱鬼旦負 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［二ｌ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。

光護坏Ｕ創葭 （ａ）イオン源・解４Ｊｊ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
子に杓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（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＋ｉ１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
ン士］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（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、［］１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６［Ｌ素の６
７ミリアンベ了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
イオン源に与え、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
ば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
を有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ィクスおよびこれ
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見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イ」けられているイオン源室を具
Ｄｉｔｆ　シ、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γ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１１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、アンチモンを打ぢ込む場合に、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
効果的に増加させるのに有利である。

（、ｅ）イオンビーム発生及び分析方法法に、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だめの伺属のイオン分散平
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何
階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）イオン源作動力法 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−Ｕるだめの方法を
特徴とする。

この方法は、予（＋ｉｉｉ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（ｌｉｆｉ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幻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。

１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ソ
１〜）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）に増大させることができる。例えば、本発明
のイオンオブティクスを使用し且つ上述した１Ｊ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”ζ、硼素の２４ミリアンペアおよび砒素の６
７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、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°Ｃ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
収束させ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Ｉ−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散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
角度の人口磁極面（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源（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。一 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。

大嵐桝 先ず、本発明にかかる新規なイオンオプティクス及び基
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プティク
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＆Ｊ
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１、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Ｌ１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２０図）こともできる。直状のイオン出口スリットを
用いると、共通の見かりのｈｊＡ状体は無限大距離にあ
る。もっと重要なこととしＣ、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゛ζ可能であるよりもかなり大きなイオンビーム電流
光４−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１１図ないし第１３図の制限的構成を除い°ζ）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りの線状体がなく、そして多重
の実際の線像が分解スリン１−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
共通合焦像を自する単一の分析済みイオンビームを、多
電イオン出ロ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
、多止イオン源スリソＩ−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ブティク
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材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１１旧／Ｊ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ごともできるが、
ここでは磁界装置が好ましい。イオン源は、フリーマン
（Ｆｒｅｅｍａｎ）型プラズマ源、またはエーラーズ（
［Ｅｈｌｅｒｓ）ほか著の「多重光点イオン源の効率向
上」（Ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ　ｔｈｅ　［ｆｉｃｉｅｎ
ｃｙ　ｏｆ　ａ　Ｍｕｌｔｉｃｕｓｐ　ＩｏｎＳｏｕｒ
ｃｅ）　（「レビＪ、−・サイエンテイフイ・ツク・イ
ンスルーメンツＪ、５９　（３）１９８２年９月、ｐｐ
１４２９〜１４３３）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ヒ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１００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Ｄｌ比）に基づいて分離し、
分析装置１４０から出゛ζ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
来のイオンオブティクス形状に、Ｉ３りるイオン源装置
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１４０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−ご用いられる
。

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ば、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ｄ１を用いること
ができる。

第１５図は、直状のイオン源スリット１３２を用いる場
合の本発明の基本的なイオンビームオブティクスを示す
ものである。この場合には、イオン源スリッ＋−ｘ　３
２から出てくるイオンビーム１３１は真直くに走行して
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
１４０の磁極片のｌ＋を対応的に増大さ−ｌる必要なし
Ｑこ、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、
分解用スリンＩ・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における分析済めビーム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１３Ｇの有限面、及び分散面と垂直なビー
ムの全体的光１１に度によって定まる。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ブティクスが
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図におけるプラスマメニス
カス３１Ｂは凸状の形状を有す。上記プラスマメニスカ
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３１Ａはアパーチャ３２
に近接してその前面にある実のライン源３１八′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、イオン分散平面にお
けるイオンビーム３工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、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
オブティクスは、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、分析磁石の磁極ギヤ・ノブに入ってくるビーム
の中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ｒ
ｊＪを、さもなげ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１１が、イオン源
スリットから出るときよりも磁極ギヤツブに入るときの
方か狭（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１１に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、凹状弯曲用ロスリフ＋・１３
２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、直状出ロスリソ１〜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／原人リソｌ−１３２の長辺がイオ
ン分散平面内にあるイオン分散平面を」二から見た図で
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がイオン出ロスリソ１１
３２に隣接して設けられている。引出し電極１３　’Ｉ
がフリンジ電極１３６の下流側に設けられＣおり、接地
電極１３８が加速電極の下流側に設りられ−Ｃ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の磁極面への人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°Ｃ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°Ｃ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よりも若干質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、・１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１」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１
．）、上記ビームの縁において確実に停止さ・Ｕ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、多重イオン源スリソ１〜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１１に平面と垂
直な多重ライン源が分解用スリットの平面に多重綿状体
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
リットにすれば、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１３２Ａ
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単一焦点に収束するリボン状イオ
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１形の配置に
おいては、第２６図に示す電極構造を用いたとすると、
出ロスリソ）１３２Ａから出る中央ビームが引出し電極
１３７の加速電界から９ｊｔｔｊＭ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１３７Ａ、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スリツ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。このバイアスが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を設け、これにより、事実上、３つのイオン
ビーム１’３１Ａ、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
２６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１４
０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
なイオンオブ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１１】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、４２ｋＶの総計引出し電位に対して一２ｋＶ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−’ｌ　ｋ　Ｖは、さもないと接地電極３
８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ｌ、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備えておっ
て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。それにもがかわらず、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４．　Ｑ　ｋ　Ｖ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（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Ｃ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ン１〜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価分析加速電圧に
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図に示すように一３０ｋ
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
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
位差によって書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フ−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・ｌ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＋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綿量率に影響を
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ン１〜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士
］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、ビームライン
を組み込んだ装置の１１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の入口点にお番ノるフリンジ合
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図に示す入ロフリンジ台焦作用と第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。

磁極の鉄片１４１及び１４２を、電磁石の巻線１４７と
１４８との間の内部磁極面１４２Δ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、人ゲで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、ごれにより、例えば表面冶
金（即ち表面合金）の３）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、本発明のイオン源バイア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
域を半導体ウ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、ＶＩＳＩ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、特効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す
。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１１Ｊ制御装置２９０、及び真空ゲー
ト弁装置３００を有す。

イオン源モジュール２３０ば、内部にフィラメント２３
０１）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
及び動作電位はバイアス接続線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
材利は、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のオブ
ティクスのより小形の形状に適合させである。

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２３５Ｄによって支持された基板
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。

フリーマン型イオン源をイオン源ハウジング２３０Ｆ内
に取付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２３０Ｆ内にアーク室２３０Ｃの−り
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口の下でハウジング２３０１？
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を有ず。第３６図に略示する
ように、フリンジ磁極部ｔｊＡ’　２４１　Ａ　’及び
２４２Ａ’の人口面は傾斜しており、磁極片２４１と２
４２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１３制御装置２９０を第３５図、第３９図及び第
４０図に示す。電気ステップモータ２９１が親ねじ装置
２９２を回転させてカム板２９３を往復動させる。カム
板２９３の往復運動によってレバーアーム２９４が回転
させられ、該アームは、互いに噛み合っているギヤ２９
５．２９６及び２９７を回転させる。ギヤ２９５及び２
９７は輔２９５Ａ及び２９７Ａ取イ（］けられており、
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２９５Ｂ及び２９７
Ｂに設けられている。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か対応的に回転
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４Ｊ１磁石装置の真空室即ち飛行管２３４に入ってく
るイオンビームの中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の直ぐ下流
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ｒｌ＋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Ｊ
１．＋１１の微細調整度が増すという点において極めて
右利である。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
ステンプモータは、実際のビーム電流の検知に応答し”
Ｃ該ステップモータを駆動するサーボ機構装置によって
制御卸される。

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
３０Ｄ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
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３０
１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ｌ−３０５が、上記イオン源ハウジ
ングの上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ばレール３０７に乗っているガイド３
０６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Ｉ−ツブ装置３０８が上記真空ゲー１へ
の過大走行を妨げ、該ゲートを、アパーチャ２３０Ｆ′
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）２３０Ｄ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）′−り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°ζ
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
ムの不均一性を補償することができる。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からイオン出ロスリッＩ−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ト３１５が個々のアノード区域３１
７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がけされる。ま
た、カソードフィラメント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計器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せ、」二記個別のア
ノードの各々の領域においてイオン出ロスリソＩ−３３
２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、イオン出ロスリッＩ−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
リン１−を用いることにより、イメ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−っ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、ターゲラ１へ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量核子のいずれ
が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解することに対して両核子を用い
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、まつ
ずく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のようなまっずぐ
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１３１．　ｂ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１４０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１４
０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
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ば、上記個別イオン出ｌ
」スリットから出て（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５′１ず一
連りの間隅垂直パーを貝偏している。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
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視学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。即ぢ、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１コ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ツトの場合
には、イオン放出エンベロープは、別個の矩形スリン１
〜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°ζ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
破線矩形１３２　”及び１３２　で、即ち個別外縁イオ
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。このようにずべき論理的理
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ろ３１Ｊｉ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１ｍ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１３８
と分析磁石１４０との間に規準装置１３９を設りる必要
があるので、上記小形化の程度は若干減る。

ｌ吸Δ軌果 本発明の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できる。本発明の種々の特徴の各々
は、イオンビーム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杓込め装置の
極めて大きな改善が得られる。

策Ｉ尖失胤倣 第５１図は、本発明の好ましい実施例によるイオンイン
プラテーシジ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とを備えている
。イメ“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（Ｊｉｉｉ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４２２とを０１Ｇえている。質量分析系統４３
０は、真空ゲート弁４３１と、イメーン習Ｊ）１〜管４
３２と、質量分析スリ・ノド組立体４３３とを４Ｍえて
いる。後段階加速系統４４０心よ、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１、流路要素は、イオン源磁石組立体４１２以
外は、他の図面全参照して以下しこ詳細に説明する。イ
オン源磁石組立体４１２心よ、イオン源構成体４ＩＯに
フリーマン型イメーン源組立体を組み込んだ肋に用いら
れる。イオン源磁石組立体４１２ば、両側からイオン源
ノ＼ウジンク゛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４よ、垂直の磁
気戻りバー４１２０と、Ｕ字型の磁気戻りヨーク４１２
Ｄ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
作用を及ばずことばない。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゛Ｃ，磁極４１２Δの高さ
に設りられている場合には、ビーム分ＡＪ目；１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ＪＭ４１２八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
た電子がカン−１−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ヒームに平行な
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４１１　’Ａ酸
成分発生しないようにし、これにより、充ｌ））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、抽出することかできろ。

第５２図は、イオン源構成体４１０を詳細に示している
。イ」ン源ハウジング４６０ば、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」二壁に長方形
の孔４６１を有し、この孔は発生されたイオンビームな
この上壁の上に取りイ］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ト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を受け入れるためのボート４
６３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
をナエソ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４ＧＯの底壁に取りつけら耗てこれに支持
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４Ａ４１３Ｂ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、一体的な単一モジュ
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
能に取り付けられる。イオン源のフランジ４７１は、取
り付はボルト・翼ナンド構成体４７７によって絶縁体４
７２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ば、第５３図に示したようにペデスタル４７９に取
りイ」げられた垂直の支持構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ば、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４８２Ａに配置されている。フィラメ
ントクランプ４８３ばフィラメントカソード４８２の各
端にクランプされ、その各々はフィシメン１−リード４
８４に接続されていて、このフィラメントリード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”ζい
る。適当なフィラメント絶縁体４８６が、フィラメント
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
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、取り付はボルト・
翼ナッＩ・組立体によりイオン源のフランジ４７１に取
り付けられる。ガス供給組立体４９０は、フランジ４８
９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ば
、イオン出口孔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４ｉｉｉ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１．５台５０１が
の・已られている。この台は、整列支持構成体５０２に
よってフランジ５００に支（、＋Ｊされている。整列支
持構成体５０２は、円錐形の支持上面を有する１対の支
持ポスト５０３を備え、上記円錐形の支持上面にはリン
グ状の合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。張力ハネ５０５．は、
その一端が、電極支持台５０１に固定された取り付はポ
スト５０６に接続されていると共に、その他端が、フラ
ンジ５（）０に取り付けられた支持ポスト５０７に接続
されている。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。力Ａ　５０４
　Ｂは親ネジ５０８によって駆動され、この親ネジ５０
８ばギヤ機構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、減速電極自体社５
１１及び減速電極５１２と共に、端子電位にある。抽出
電極支持台５１３ば、金属の柱部分５１４と、絶ｋｌｌ
ｉ、ＪＡ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によって絶縁月部分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５１１に取り付けられる。

ふち取り電極構成体も同様に設けられており、ふち取り
電極支持柱５１８が支持台５０１に支１歳され、Ｕ字型
のふぢ取り電極５１９が片持梁式の取り（＝Ｊり構成で
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ン１−５１７
Ｂを含む厚い中央部分５１７ＡをＯｊｉ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５１２Ａを（ｌｉｆｆ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が片持梁式の取りイ
ζＪけ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
た電極取りイ」け構成体では、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
くように絶縛、利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（Ａ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夕景に逸脱し、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５
６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
（Ｊ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、イオン源のフロン１−プレー
１−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。ビーム翼制御系統５２０は、個々
の支持アーム５２３．５２４の一゛　端に取り付けられ
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
りられている。

シャフト５２５はカムアーム５２６も支持しており、こ
のカムアーム５２６は、張力ハネ５２７により、カムホ
ロワプレ−１−５２９に支持されたカムボｌコワ５２８
にのるように偏位される。カムホロワプレ−１−５２９
ばガイドボスｔ・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」二下に駆動
される。１対のソレノイド５３４．５３５は、参照番号
５２６で示されたノＪムアームに対し゛Ｃカムストソバ
をなすように、遠隔制御のもので個々に作動できる。

カムアーム５２Ｇが最も垂直となる位置にありそしてビ
ーム制御翼５２１の縁か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
シャツｌ−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。この上・）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−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に完全に取り付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＆Ｘｌｉ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５２
０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りであるか
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（（Ｊ’　＆；ｌシ、トソ
ト（真空シール５２５Ａを含む）は、高ｔ１；１のビー
ノ、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
の上面に設りられた長方形の孔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月料で形成さ
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（＝Ｉのみに
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６に１えている。内′部磁極片５５０の磁極面
５５２は、第６２は１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領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３５°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は、分析されたイオンビームであり
、選択さ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
５１図に示したようにドリフト管領域の端に配置されて
いるー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らをなす
。

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入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のイｊ近に磁界のない領域を形成する。この人口分路
がないと、充分なふら集束性能力に得られない。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が設げられている。

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ソト領域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。端壁５８５にば孔５
８６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ンＩ−ｉｊｌ立体５
８７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
た目的で複数の分解スリン１−用挿入体５８９が取り（
」け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５９
３は、イオンドリフト管領域５８０の終りにある端壁５
８５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ドフェンス
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に取り付けられる。イオンドリフト管領域
の端には抑制磁石系統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て保守作業を行う時
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
状態が失われるー、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
のだめの駆動機構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ばローラ６１５にのせら
れており、バ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６１４Ａとゾロツク上部６１４
Ｂ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６１６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６１４Ａ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が設けられていて、実際のシャフト位置、ひい
°ζば、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４９５に設けられた小寸法のイオン
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。ここに示ず１）′定の実施例では、フロントプ
レート４９５ば、ｊソみが約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５　ｍ
　ｍである。その長さは、大きい方の寸法で１１０　ｍ
ｍである。ｊソみ約０．２５ｒｎｍの垂直方向の段によ
り最初の垂直壁部分４９６Ｂが形成され、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。

５ｍｍ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てい
る１ないし３　ｍ　ｍ　１−１１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
ｒｌ】を１ないし３ｍｍの範囲内の値（典型的には約２
　ｍ　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　ＩＩＪ
の孔で首尾よく作動した。孔の１１１の十限は、分析系
統で許容できる最大ビーム発＋ｌｋ度の関数であると考
えられる。スリンｌ−１’ｌを限定する更に別のファク
タは、スリット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くこれは、
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Ｉｌｌ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。

上記したビーム電流は、磁極ギャプが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
は総重■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１１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だめの製造技術の選
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＋
１１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ＣＭＯ３回路の製造に特に強い影響を与えると考
えられる。又、ＣＭＯ８製造において必要とされる高イ
オン量のホウ素のインプランテーション、例えばイオン
間力月千カセンチメータ当たり１０′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ｒｌ
Ｊの広い・イオン出口孔（即し、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、ビームの大巾な発散を受り入れるように分析
磁石の入口面の中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、成る状態におい一ζ特に出口孔のＩｌｌ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、１１１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
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、中の広
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中の増加■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■及び需要電力を甚だシ、
＜増加するごとなく磁極ｒｌＪを増加できる。

更に、＋１３の広いイオン出口孔を、その長さを名干小
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＋ｌ＋を減少することができる。ｌ
Ｊが広く長さが短いイオン出に１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ｌ＋の広い磁イ」人口面を完
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１、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７第：（図は半導体処理におけるイオン打
込みの使用を示すための半導体ウェーへの一部の縦断面
図、第・１図は、従来のイオン打込み装置の上面図、第
５図は従来のイオン打込み装置に用いられているイオン
ビームオプテイクスの斜視図、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
説明するだめの略図、第１１１Ｊ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イ
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３７
図の３Ｅ１３８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１υ１し′
Ｃビーム制御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４０−４０線に沿って
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４ｌ−４１ＷＡ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
解スリソＩ〜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ライン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テーション
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６　（
１６０線に沿ってみた部分断面図、第６１図は、第６２
図の６１−６１線に沿ゲでみた分析磁石組立体の前面部
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図の分析磁石組立体を６３−６３線
に沿ってみた部分断面図、 第６４図は、本発明による質■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■分析系統の」上面図、　
第６６図は、第６５図の６６−６Ｇ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ット組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
・・・シリコンゲーＨＪｉ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・・・湾曲イオン出に１スリット、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・・・分解スリット装置、５Ｉ・・・分解用スリッ
ト、６０・・・後段加速装置、７ｏ・・・処理装置、７
２・・・ヒートシンク装置、１００・・・イオン打込み
装置、１３０・・・イオン源装置、１３２・・・イオン
出口アパーチャ、１３２　”・・・湾曲イオン源スリッ
ト、Ｉ３７・・・引出し電極、１３８・・・接地電極、
１３９・・・規準装置、１４０・・・ビーム分析装置、
１４３・・・ギャップ、１４７．１４８・・・電磁巻線
、１５０・・・ビーム分’Ａ！ｉ′装置、１７０・・ウ
ェーハ取扱い装置、１７１・・・半導体ウェーハ、１７
２・・・ヒートシンク、１８０・・・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、２３６・・・フリンジ電極、２３７・・・引出し電
磁ｉ、２３８・・・接地電極、２４３・・・飛行管、２
４７．２４８・・・電磁コイル、２９ｏ・・・ビーム幅
制御装置、２９１・・・ステップモータ、２９２・・・
親ねし装置、２９４・・・レバーアーム、３００・・・
真空ゲート弁装置、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、３５０・
・・ビー１１分Ｍ装置、２３０Ｆ・・・イオン源、４０
０・・・ビーム流路、４１０・・・イオン源構成体、４
１１・・・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、４２
０・・・イオン質量分析系統、４２１・・・イオンビー
ム飛行管、４２２・・・ビーｌ、分析磁石組立体、４３
０・・・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、４４０・・・後段階加速系統、４
５０・・・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
ト 図面の、ｖ（ぐＩ（内容に変更なし） ＦＩＧ、　８ ＦＩＧ、　１０ ＦＩＧ、　１３ ＦＩＧ、１６ ＦＩＧ、　２２　ＦＩＧ、　２３ ＦＩＧ、　３４ アクチュエータへ ＦＩＧ、　４１ ＦＩＧ、　５２ ＦＩＧ、　５３ ＦＩＧ　６１ ヌ　甜 昭和　年　月　日 １．事件の表示　昭和５９年特許願第１７０３３８号２
、発明の名称　イ　オ　ン　源装置 ３、７ｉｌ？正をする者 事件との関係　出願人 ４、代理人

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１１その−壁面に細長いイオン出口孔を有するイオン
   源室、前記イオン源室内に縦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両端に電位差を発
   生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
   を相殺するため不均一な磁界強さを有する前記不陰極に
   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
   するイオン源装置。 （２）　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ｙ′−直線に並んでいる１
   対の磁極片と、前記磁極片上に巻きイζＪけられ各磁極
   片の近くに生じた磁界の強さを独立に制御する独立した
   電流供給回路をもつ独立した磁界発生コイルを有してい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の装置。 （３）前記イオン源室は、さらに、前記細長いフィラメ
   ント陰極に作用上組み合わされた複数の独立した陽極構
   造と、前記独立した陽極構造に陽極バイアス電圧を独立
   して加える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。 （４）前記独立して陽極バイアス電圧を加える手段は、
   各陽極の近くのイオンの極部的発生を制御するためそれ
   ぞれ異なる陽極にそれぞれ異なるバイアス電圧を加える
   手段を有して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）　さらに、各々の１１：１記独立した陽極に接続
   され、各々の前記独立した陽極と前記フィラメント陰極
   の間を流れる電流を検出する手段を有していることを特
   徴とする特許請求の範囲第３項記載の装置。 （６）　その−壁面に細長いイオン出口孔が形成された
   イオン源室、前記イオン源室内に縦に配置され前記イオ
   ン出口孔には一′平行な細長いフィラメント陰極、前記
   イオン源室内に取り付けられ相互に電気的に隔離された
   複数の独立した陽極素子と、各々の前記独立した陽極素
   子と前記フィラメント陰極の間を流れる電流を検出する
   手段を含んでいて、各々の前記陽極素子に接続され前記
   陽極にバイアス電圧を加える手段を有していることを特
   徴とするイオン源装置。