JPS61271737A - 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】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は、半導体素子を製造するために用いるイオン注
入装置であって、゛導入された原料ガスからイオンを生
成するイオン源と該イオン源から引き出されてイオンビ
ームを形成するイオンの中から所定のイオン種を選択す
る質量分析マグネットとを収容し前記選択されたイオン
種を流出せしめる開口を備えた金属容器と、高圧電源装
置から直流高電圧が供給され前記金属容器から流出した
イオン種を加速する加速手段と、この加速されたイオン
種が注入される基板が積り付けられる基板装着部とを備
えてなるイオン注入装置に関する。

〔従来技術とその問題点〕

従来のイオン注入装置の構成例を第５図に概略ブロック
図にて示す。イオン注入装置は、導入された原料ガスか
らイオンを生成するイオン源１と、このイオン源からイ
オンを引き出すためにこのイオン源を正極性の高電位に
保つイオン引出し電源２と、引き出したイオンの中から
所定のイオン種を選択するための質量分析電磁石３と、
これら３者を収容し前記選択されたイオン種を流出せし
める開口を備えた金属容器４と、以下に説明する高圧電
源装置から直流高電圧が供給され金属容器４から流出し
たイオン種を所定のエネルギまで加速する加速管５と、
イオン被注入物である基板が摩り付けられる基板装着部
６と、以下に構造を説明する加速管５の一方の電極と同
電位にある金属容器４と大地との間に直流高電圧を印加
するための高圧電源装置７と、金属容器４内の各種機器
例えば質量分析電磁石３のソレノイドに励磁電流を供給
する励磁装置に電力を供給するための高圧絶縁変圧器と
を備えている。なお、図示してはいないが、イオン流路
は真空容器で構成されており、この真空容器は真空ポン
プによって高真空が維持されている。

このようなイオン注入装置では、基板へのイオンの注入
深さを調整するため、注入イオンのエネルギは数１０　
ＫｅＶから２００　ＫｅＶ程度必要とされており、これ
を満足するための高圧電源装置として直流高電圧発生器
が必要である。この直流高電圧発生器は、たとえば第６
図に示されるように、それぞれコツククロフトの回路（
後述の第２図参照）を用いて構成された直流高電圧発生
器７ａ、７ｂを２段直列に接続して構成され、それぞれ
の１ＩＩＩＪＬ高電圧■・とｖ雪とが加算された電圧が
金属容器４を介して加速度５の一方の電極５ａに印加さ
れる。なお、加速ｆ５は、この例では、絶縁筒５Ｃの両
端にそれぞれリング状の電極５ｍ、５ｂを備えた構造を
有し、この加速管に流入したイオンを両電極の間でＶ＋
＋■、により加速し、基板−こ向かりて射出する。

しかしながら、イオン注入装置はクリーンルーム内に設
置される装置であって、当然小形であることが要求され
、このため、イオン注入装置の構成要素である直流高電
圧発生器でも、この小形化に対応するために特に絶縁設
計的に苦慮している。

発生電圧が高くなると、絶縁設計的に発生器の寸法が発
生電圧増加分以上に大きくなり、また、装置全体の構成
上、設置位置が限定されてしまい、結果として装置全体
の設置スペースが広くなっているのが現状である。

〔発明の目的〕

本発明は、高い加速電圧を必要とする装置の場合でも、
小形のイオン注入装置を提供することを目的とする。

〔発明の要点〕

本発明は、導入された原料ガスからイオンを生成するイ
オン源と該イオン源から引き出されてイオンビームを形
成するイオンの中から所定のイオン種を選択する質量分
析マグネットとを収容し前記選択されたイオン種を流出
せしめる開口を備えた金属容器と、高圧電源装置から直
流高電圧が供給され前記金属容器から流出したイオン種
を加速する加速手段と、この加速されたイオン種が注入
される基板が取り付けらねる基板装着部とを備えてなる
イオン注入装置において、前記高圧電源装置が、前記金
属容器に収容され該金属容器に対して負極性の高圧直流
端子を有する第１の高圧電源装置と前記金属容器の外部
に設置され大地に対して正極性の高圧直流端子を有する
第２の高圧電源装置とからなるとともに前記第１の高圧
電源装置の負極性高圧直流端子と前記第２の高圧電源装
置の正極性高圧直流端子とを互いに接続することにより
、金属容器と同電位にある加速管の一方の電極に所定の
電圧を印加するようにして、高圧電源装置を第１．第２
の電源装置に分割して前記所定電圧を分担して発生せし
め、これら分担電圧と前記所定電圧との比以上にそれぞ
れの電源装置の絶縁寸法を縮小し、結果として装置全体
の設置スペースを縮小しようとするものである。すなわ
ち、絶縁寸法をり、この絶縁寸法を有する絶縁物両端の
電極間の耐電圧をＶとすれ（薫、Ｌと■との間には一般
に Ｌ　ｍ　ｋＶ”　、　ｎ）１ の関係が成立し、実機においては必ずｎ）ｌとなる点に
着目して、所定電圧を分割１発生せしめることにより個
々の電源装置をより小形化して前記の目的を達成しよう
とするものである。なお、第１の高圧電源装置を駆動す
る入力電源には、既存の高圧絶縁変圧器を利用すること
ができ、装置の小形化を妨げる付加的機器を必要としな
い。

〔発明の実施例〕

第１図は本発明の実施例を示すブロック図である。イオ
ン源１．イオン引出し電源２．質量分析電磁石３．金属
容器４．加速管５．基板装着部６については第５図に示
すものと同一である。金属容器４には高圧絶縁変圧器８
１を電力源とし、金属容器４に対して負極性の高圧直流
端子を有する第１の高圧電源装置としての直流高電圧発
生器７１が収容され、大地側には大地に対して正極性の
高圧直流端子を有する第２の高圧電源装置としての直流
高電圧発生器７２が配置してあり、それぞれの出力端子
を金属容器４と大地との間で互いに接続している。

このように配置することにより、両端子の接続部の電位
は、大地を基準にして直流高電圧発生器７２の出力電圧
（〉Ｏ）に、また、金属容器４を基はそれぞれの直流高
電圧発生器の発生電圧の絶対値の和になる。従って、そ
れぞれ小形に形成され、極性のみ異なる２台の直流高電
圧発生器のみで所定の加速電圧を加速管に印加すること
ができる。

ここで、直流高電圧発生器７１には高圧絶縁変圧器８１
から電力を供給しているが、従来の装置においても金属
容器内へは質量分析電磁石の励磁やイオン引出し電源用
として数１０ｋｌｆＦの電力を高圧絶縁変圧器８１を介
して供給しており、従ってこの変圧器の容量が若干増加
する糧度であって、装置全体の大きさに影響を与えるほ
どの寸法増加は来さない。

第２図は、第１図に示すイオン注入装置構成の実施例に
おける要部の構成を具体的に示す。金属容器４内に収容
される第１の高圧電源装置７１は、通常の２００　Ｖの
商用電源から高圧絶縁変圧器８１を介して励磁される昇
圧変圧器７１ａにより多段に整流、充電されるコツクク
ロフト回路からなり、整流のためのダイオードを図の方
向に接続することにより、出力端子Ｔ、には金属容器４
に対して負極性の直流電圧が現われる。この負極性の直
流電圧の大きさはコンデンサの段数（図では４段）に比
例し、昇圧変圧器の２次側電圧波高値の段数倍となるか
ら、この２次側電圧波高値とコンデンサの段数とを、個
個のコンデンサやダイオードの大きさを勘案しながら、
この高圧電源装置の大きさが最小となるように選定する
。第２の高圧電源装置７２も７１と全く同様に構成され
、大地に対して正極性の直流電圧が出力端子尤に現われ
る。従って、端子Ｔ、、Ｔ、を接続すれば、金属容器４
は大地に対して両高圧電源装置のそれぞれの出力電圧の
絶対値の和に等しい正極性の電位に保たれることになる
。

一方、イオンを加速する加速管は、前述のように、絶縁
筒５Ｃの両端にりング状の電極５ａ、５ｂを備え、その
一方の電極５ａは金属容器４と、他方の電極５ｂは大地
と接続されているから、加速管５に泥大したイオンは、
前記金属容器の大地電位に等しい電圧で加速され、他方
の電極５ｂから基板に向かって射出される。

第３図は本発明の他の実施例を示したものである。第２
図と異なる点は、加速管の中間に電極９を設けて第１加
速管５１と第２加速管５２とに分け、直流高電圧発生器
７１４もしくは７２の出力端子を電極９に接続した点に
あり、第４図に示された絶縁筒５１ｂと５２ｂとで分担
する電圧をそれぞれＶ、、Ｖ、、絶縁筒の軸方向寸法を
それぞれり、、Ｌ、とじ、前述の関係を用いて、 Ｌ、　ｎ　ｋＶ、”　、　Ｌ、　ｍ　ｋＶ７■冨＋Ｖ、
−Ｖ（Ｖは全加速電圧） トスレバ、Ｌｔ＋Ｌｔ　’Ｉｌｌ　ｋ　（Ｖｌ　＋Ｖｔ
）；ｋ　（Ｖ＋＋Ｖｔ　）”　ｗ　Ｌ（Ｌは第２図の加
速管における絶縁筒の軸方向長さ）となり、加速管の小
形化が可能になる。また、加速管の小形化を図らず、Ｌ
１＋Ｌ！−ＬとしてＬｌとり、の比を■コとｖＦとの比
に等しくすれば、加速管の耐電圧性能に余裕を生じ、運
転信頼性の極めて高いイオン注入装置を得ることができ
る。

なお、前述の実施例においては、金属容器４内に収容さ
れた各種−に電力を供給する装置が高圧絶縁変圧器であ
る場合１とついて説明したが、この高圧絶縁変圧器の代
わりに、発電機を金属容器内に収容し、この発電機を地
上に設置した電動機により絶縁棒を介して駆動する方法
も実施されており、この場合にも、この発電機の出方の
一部を藁１の高圧電源装置の駆動電力として用いること
により、容易に本発明を適用することができる。

〔急開の効果〕

以上に述べたように、本発明によれば、基板に注入され
るイオン種を加速する加速管に印加される加速電圧を発
生する高圧電源装置を２分割し、この分割されたそれぞ
れの高圧電源装置が発生する電圧を加算することにより
、前記加速管に印加される所定の加速電圧を得るように
したので、それぞれの高圧電源装置が発生する電圧と前
記加速電圧との比以上にそれぞれの高圧電源装置の大き
さが小さくなり、これにより、この分割された高圧電源
装置の一方を前記金属容器内に該容器の大きさをほとん
ど大きくすることなく収容することができ、従ってイオ
ン注入装置の占めるスペースが効果的に縮小される。な
お、金属容器内に収容される第１の高圧電源装置の駆動
電源は、同一容器内に収容されたイオン源や質量分析マ
グネットに電力を供給する電源と共用することができる
かせず、全体として小形なイオン注入装置が可能となる
。

また、上述の、を源分割の思想を加速管にも適用し、中
間電極を共用する２本の絶縁筒を用いて加速管を構成し
、この中間電極に前記第１．第２の高圧電源装置の出力
端子を接続して、２本の絶縁筒で加速電圧を分担するよ
うにすれば、それぞれの絶縁筒の軸方向長さの和は、絶
縁筒１本で加速管を構成する場合に比べて絶縁部の長さ
が短くてすみ、また、加速管の小形化を図らなければ、
加速管の耐電圧性能に余裕を生じ、運転信頼性の極めて
高いイオン注入装置が得られるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に基づいて構成されたイオン注入装置の
実施例を示す装置構成のブロック図、第２図は第１図の
実施例における要部詳細図、第３図は第１図の実施例の
変形例を示す装置構成のブロック図、第４図は第３図の
変形例における要部詳細図、第５図は従来のイオン注入
装置の構成例を示すブロック図、第６図は第５図に示さ
れた構成例における要部詳細図である。 １・・・イオン源、３・・・質量分析電磁石、４・・・
金属容器、５．父・・・加速管、６・・・基板装着部、
７・・・高圧電源装置、９・・・中間電極、７１・・・
第１の高圧電源装置、７２・・・第２の高圧電源装置、
ＴＩ・・・負極性高圧直流端子、Ｔ、・・・正極性高圧
直流４子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）導入された原料ガスからイオンを生成するイオン源
   と該イオン源から引き出されてイオンビームを形成する
   イオンの中から所定のイオン種を選択する質量分析マグ
   ネットとを収容し前記選択されたイオン種を流出せしめ
   る開口を備えた金属容器と、高圧電源装置から直流高電
   圧が供給され前記金属容器から流出したイオン種を加速
   する加速手段と、この加速されたイオン種が注入される
   基板が取り付けられる基板装着部とを備えてなるイオン
   注入装置において、前記高圧電源装置が、前記金属容器
   に収容され該金属容器に対して負極性の高圧直流端子を
   有する第１の高圧電源装置と前記金属容器の外部に設置
   され大地に対して正極性の高圧直流端子を有する第２の
   高圧電源装置とからなるとともに前記第１の高圧電源装
   置の負極性高圧直流端子と前記第２の高圧電源装置の正
   極性高圧直流端子とが互いに接続されていることを特徴
   とするイオン注入装置。 ２）特許請求の範囲第１項記載の装置において、金属容
   器内に収容された第１の高圧電源装置が該容器内に収容
   された質量分析マグネットなどに電力を供給する電源と
   同一電源から駆動電力を供給されることを特徴とするイ
   オン注入装置。 ３）特許請求の範囲第１項記載の装置において、金属容
   器から流出したイオン種を加速する加速手段が、リング
   状に形成された中間電極を挾んで同軸に配された２個の
   絶縁筒のそれぞれ反中間電極側にリング状の電極を備え
   た管状の加速管として構成され、第１の高圧電源装置の
   負極性高圧直流端子もしくは第２の高圧電源装置の正極
   性高圧直流端子が前記加速管の中間電極に接続されてい
   ることを特徴とするイオン注入装置。