JPS6271147A - 蒸発炉付イオン源 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は，固体または液体を気化してイオン化する蒸発
炉付イオン源に係り，特に半導体製造工程において用い
られるイオン打込装置に好適な蒸発炉イオン源に関する
。

〔発明の背景〕

１０ｍＡ級の大電流のイオンビームを半導体基板に打込
むための大電流用イオン打込装置では、イオン源として
フィラメントを用いる場合には。

その消耗が激しいという問題がある為に、フィラメント
から発生される熱電子によるイオン化の代わりに、マイ
クロ波の高周波電界によるプラズマ放電を利用したイオ
ン源が用いられている。

第４図に．従来のマイクロ波放電型イオン源の概略断面
図を示す。

マグネトロン８によって発生されたマイクロ波１３は、
チョークフランジ１４を通して、高電圧加速電極１０に
導びかれ、イオン化箱２に達する。

イオン化箱２には、励磁コイル１２によって磁界が印加
されると共に、ガス導入パイプ９より原料ガスが供給さ
れる。その結果、イオン化箱内２にプラズマが点火され
、これによって前記原料ガスがイオン化される。

さらに、接地電位に近い引出電圧のかかった引出電極１
５によって、イオンビーム７が引出され。

例えばイオン打込みに利用される。

この場合、良く知られているように、イオン種によって
は、常温では固体（または液体）の試料（たとえば、Ａ
　Ｑ”＊　Ｇ　ａ　４ｇ　Ｐ”ｇ　Ａ　ｓ”ＨＳ　ｂ”
等）が用いられることがある。

これらの固体または液体試料をイオン化するために、第
４図に示したような従来のイオン源では、図中の蒸発炉
１内に固体（または液体）試料３を装填し、ヒータ４で
加熱して気化させ、得られた気化ガスを第２のガス導入
パイプ１１によりイオン化箱２に導入してイオン化させ
ていた。

また、第５図は従来のフィラメント加熱型イオン源の要
部断面図である。なお、同図において第４図と同一の符
号は、同一または同等部分をあられしている。

内部に固体または液体試料３を装填されるように構成さ
れた蒸発炉１は、その周囲に配設されたヒータ４によっ
て加熱される。加熱の温度は熱電対等の温度計１８によ
って監視され、所定値に制御・保持される。

固体または液体試料３が蒸発すると、その気化ガスは、
ガス導入パイプ１１を通してイオン化箱２内に導かれる
。前記イオン化箱２内には、フィラメント１９が張設さ
れている。前記フィラメント１９に通電してこれを加熱
すると、熱電子２０がイオン化箱２内に放出され、これ
が前記気化ガスと衝突してイオンを発生する。

第５図においては１図の簡単化のために図示は省略して
いるが、イオン化箱２には外部から磁場が印加されて、
熱電子２０に回転力を与え、気化ガスとの衝突確率を上
げるようにしている。

前述のようにして発生したイオンは、引出電極（図示せ
ず）によって引出され、イオンビーム７となる。

前述のように、従来のイオン源では、マイクロ波放電型
も含めて、蒸発炉は１台しか設けられない構成であった
。この場合の問題点は次の通りである。

異なるイオン種（例えば、Ａｓ＋、Ｐつの試料を同時に
装填することができないので、異なるイオンを連続して
発生させることができない。

このために、異なるイオン種が必要な場合は。

ある固定または液体試料のイオンを発生させた後、蒸発
炉とイオン源が冷却するのを待って真空を破り、他のイ
オン種の試料を挿入して再び真空を引き、さらに蒸発炉
を昇温し、ビームを引出すという操作が必要となる。こ
の間に１通常は約２時間の装置停止時間を要する。

このために作業能率が低下するばかりでなく。

イオン源の稼動率も低下する。

また、所望量のイオン打込みが終了しないうちに、蒸発
炉の固体または液体試料が無くなってしまった場合にも
、前記と同様の操作を行って試料の再装填を行わなけれ
ばならず、同様に作業能率および装置の稼動率低下を余
儀なくされる。

〔発明の目的〕

本発明は、上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、その目的は、複数の蒸発炉を装着可能とした
イオン源を提供することにある。

〔発明の概要〕

前記の目的を達成するために、本発明は、従来のフィラ
メント型およびマイクロ波放電型のいずれのイオン源に
おいても、その内部に複数の蒸発炉を設置するスペース
が残されていることに着目し、既存のスペースを巧みに
利用して複数の蒸発炉を装備した点に特徴がある。

〔発明の実施例〕

本発明をマイクロ波放電型イオン源に適用した実施例の
要部構造の断面図を第１図に示す。なお、同図中第４図
と同一の符号は、同一または同等部分をあられしている
。

図からも明らかなように、イオン源の中心部には、マイ
クロ波を伝播する絶縁物１６のつまった導波管部がある
ので１本発明による複数の蒸発炉ＬＡ、ＩＢ等は、前記
導波管部の周辺に設置される。そして、これらの蒸発炉
ＬＡ、ＩＢの構造は、全く同じであってよい。

第１図のイオン源のフランジ部１７の平面図（フランジ
部１７を、第１図の左方向から見た平面図）を第２図に
示す。この図において、１７はイオン源のフランジ部、
２２はマイクロ波導波管開口部、２３，２４，２５．２
６は、前記導波管開口部２２の周辺に設けられた複数（
図示例では、４個）の固体または液体用蒸発炉ＩＡ、１
Ｂ・・・・・・の取付用開口である。

通常の半導体製造に用いられるイオン打込装置では、し
ばしば砒素とリンが固体試料として用いられる。その理
由は、ガス試料としての、Ａｓ）ｌδやＰＨ８が有害ガ
スであるからであり、安全上、固体試料が使われるので
ある。

このような場合１本発明のように、複数の蒸発炉を設備
しておき１例えば第２図の蒸発炉取付用開口２３．２５
をリン用に、また残りの２つの蒸発炉取付用開口２４．
２６を砒素用に設定しておけば、一方の蒸発炉が空にな
っても、他方の蒸発炉を昇温することにより、連続して
同種のイオン打込が可能になる。

また、異なる２種類の試料をそれぞれの蒸発炉に装填し
ておけば例えばリンイオンの打込が終了した後、砒素イ
オンを打込みたい場合も、連続運転ができるので、製造
能率とイオン打込装置の稼動率を格段に向上することが
できる。

この発明は、フィラメント加熱型イオン源に対しても容
易に適用することができる。その概要を、第３図に断面
図で示す。

なお、同図において、第１図および第５図と同一の符号
は、同一または同等部分をあられしている。

イオン化箱２は、イオン化箱支柱１８によって。

筒状の絶縁碍子２１内の所定位置に支持される。

前記イオン化箱支柱１８はイオン源フランジ１７に同値
され、またイオン源フランジ１７は絶縁碍子２１の端部
に気密に接合される。

イオン化箱支柱１８の内部には、ガス導入パイプ９が、
前記イオン化箱２からイオン源フランジ１７を貫通して
外方へ延びるように設けられる。

前記イオン化箱支柱１８の周囲には、複数の蒸発炉ＩＡ
、ＩＢ・・・・・・が配設され、それぞれガス導入パイ
プＩＩＡ、ＩＩＢ・・・・・・を介して、前記イオン化
箱２に連結される。

また、それぞれの蒸発炉ＩＡ、ＩＢ・・・・・・には加
熱用のヒータ４Ａ、４Ｂ・・・・・・が設けられ電源に
接続される。

第６図に、更に詳細な本発明の他の実施例として、マイ
クロ波放電形イオン源における。内磁路形イオン源の場
合に、２個の蒸発炉を装着した場合を示す。

図中の番号は、第１図と同一符号は同一物を示すが、励
磁コイル１２は加速電圧が印加されるイオン化箱２の周
囲に装着されているのが特徴である。フランジ１７．加
速電極１０．コイルボビン２９、磁極片２８Ａ、２８Ｂ
は磁性体材料であり。

イオン化箱２に磁界を導く役目をしている。このように
励磁コイルをイオン化箱の近傍に設置することにより、
第１図の場合と比べて、加速電圧が印加されたフランジ
１７と励磁コイル間の内で放電が無くなり、イオン源全
体がコンパクトになる利点がある。

蒸発炉ＩＡ、ＩＢと導入部１１Ａ、ＩＩＢの周囲にヒー
タ４Ａ、４Ｂが巻きつけられて加熱する。

蒸発炉のヒータの電源３０への切替は、切替スイッチ２
７での接点Ａ、Ｂを切替えることにより実施される。

夫々の試料３Ａ、３Ｂの存在する部屋は図から明らかな
ごとく連通しており、１つの真空ポンプで共通に真空引
きされている。そして、予め装着された試料は、ヒータ
４Ａ、４Ｂの切替のみによって行われる。このため、試
料交換のため改めて真空引きする必要はなく、単にヒー
タ４Ａ、４Ｂの切替で行われるので、能率が向上する。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明のイオン源によ
れば、従来技術の試料交換にともなう諸問題がはマ完全
に解決される。すなわちイオン打込装置の運転時間が延
び、これによって半導体製造の能率が向上すると共にイ
オン打込装置の稼動率も改善されるので、その工業的価
値は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明をマイクロ波放電型イオン源に適用した
第１実施例の要部構造の断面図、第２図は第１図のフラ
ンジ部の平面図、第３図は本発明のフィラメント加熱型
のイオン源に適用した第２実施例の要部断面図、第４図
は従来のマイクロ波放電型イオン源の構造を示す断面図
、第５図は従来のフィラメント加熱型イオン源の概略断
面図である。第６図は本発明の他の実施例を示す。 １、ＩＡ、ＩＢ・・・蒸発炉、２・・・イオン化箱、３
・・・固体（または液体）試料、４・・・ヒータ、７・
・・イオンビーム、８・・・マグネトロン、９．１１・
・・ガス導入パイプ、１０・・・加速電極、１５・・・
引出電極、１７・・・フランジ部、１８・・・イオン化
箱支柱、２２・・・マイクロ波導波管開口部、２３〜２
６・・・蒸発炉取付用開口。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、固体あるいは液体の試料をヒータにより加熱して蒸
   発させる蒸発炉と、前記蒸発炉で発生された蒸気をイオ
   ン化箱に導入する手段と、イオン化箱内に導入された前
   記蒸気をイオン化する手段と、前記イオン化箱内のイオ
   ンをイオンビームとして引出す手段とを具備した蒸発炉
   付イオン源において、前記蒸発炉およびイオン化箱への
   蒸気導入手段が複数対設けイオン化箱への試料の切替え
   を各蒸発炉のヒータの切替えにより行うことを特徴とす
   る蒸発炉付イオン源。 ２、複数の蒸発炉は、イオン源の軸の周囲に配設された
   ことを特徴とする前記特許請求の範囲第１項記載の発蒸
   炉付イオン源。 ３、複数の蒸発炉は、イオン源の軸の周囲にほぼ対称に
   配設されたことを特徴とする前記特許請求の範囲第１項
   記載の蒸発炉イオン源。 ４、イオン源がマイクロ波放電型イオン源であることを
   特徴とする前記特許請求の範囲第１項ないし第３項のい
   ずれかに記載の蒸発炉付イオン源。 ５、イオン源がフィラメント加熱型イオン源であること
   を特徴とする前記特許請求の範囲第１項ないし第３項の
   いずれかに記載の蒸発炉付イオン源。