KR0158875B1

KR0158875B1 - 전자비임 여기(勵起) 이온 원(源)

Info

Publication number: KR0158875B1
Application number: KR1019900001933A
Authority: KR
Inventors: 나오끼 다까야마; 고오헤이 가와무라; 아키라 고시이시
Original assignee: 고다까 토시오; 도오교오 에레구토론 가부시끼 가이샤
Priority date: 1989-02-16
Filing date: 1990-02-16
Publication date: 1998-12-01
Also published as: GB2230644B; KR900013563A; US5089747A; GB2230644A; GB9003454D0

Abstract

내용 없슴.

Description

전자비임 여기(勵起) 이온 원(源)

제1도는 본 발명의 전자비임 여기이온원의 1실시예의 구성을 나타낸 절결 사시도.

제2도는 제1도의 이온 생성실의 횡단면도.

제3도는 이온 생성실의 변형예를 나타낸 횡단면도.

제4도는 전자의 흐름 및 플라즈마의 상태를 설명하기 위한 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 전자 발생실 2 : 절연성 부재

3 : 필라멘트 4 : 방전용 가스 도입 구멍

5 : 전자인출구멍 5a : 둥근 구멍

5b : 좁은 통로 7 : 절연성 부재

8 : 다공전극(多孔電極) 9 : 절연성 부재

10 : 이온생성실 10a : 안쪽벽

11 : 원료가스 도입구 12 : 이온인출용 슬릿트

13 : 안쪽통 13a : 원형개구

13b : 장방형 개구 15 : 밑바닥판

20 : 절연성 부재 21 : 판 형상 부재

Vd : 방전 전압 Va : 가속 전압

본 발명은, 전자비임 여기이온원에 관한 것이다.

에를들면 반도체 장치의 제조등에 이용되는 이온주입장치에서는 IC의 생산성 향상을 위하여, 대전류, 긴 수명의 이온원의 개발이 요구되고 있다.

그래서, 본 출원인은, 전자 비임에 의하여 원료가스를 이온화하는 전자비임여기이온원을 일본국 특개속 61-290629호, 일본국 특원소 61-121967호등에서 제안하고 있다.

이와같은 전자비임 여기이온원에서는, 글로우 방전등에 의하여 형성한 플라즈마 중으로부터 전자를 인출하고, 가속하여, 소정의 이온을 생성하기 위한 원료가스 분위기로된 이온생성실내로 도입하고 이 전자를 상기 원료가스분자에 충돌시켜서 플라즈마화 한다.

그리고, 이온생성실에 형성된 이온 인출용 슬릿트에 의하여 이 플라즈마중으로부터 이온을 인출하도록 구성되어 있고, 낮은 이온에너지에서 높은 이온 전류밀도를 얻을 수가 있다고 하는 특징을 갖는다.

그러나, 상기 설명한 전자비임 여기이온원에 있어서도, 또한 이온전류밀도를 높이고, 처리시간의 단축 및 수율의 향상을 도모하는 일이 당연히 요구된다.

본 발명은, 이러한 종래의 사정에 대처하여 이루어진 것으로서, 비교적 효율이 좋게 이온을 인출할 수가 있고, 높은 이온전류밀도를 얻으므로써, 처리시간의 단축 및 수율의 향상을 도모할 수가 있는 전자비임 여기이온원을 제공하도록 한 것이다. 즉, 본 발명은, 이온생성실내에 도입한 원료가스에 전자를 조사하여 이온을 발생시키고, 이 이온을 상기 이온 생성실에 형성된 이온 인출용 슬릿트로부터 인출하도록 구성된 전자비임 여기이온원에 있어서, 상기 이온인출에 따른 방전이, 주로 상기 이온 인출용 슬릿트 근방에 발생하도록 구성한 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은, 전자를 인출하기 위한 제1의 플라즈마를 발새어시키는 전자생성실과, 이 전자 생성실에 형성된 전자인출구에 대향하도록 형성되어 이 전자인출구로부터 상기 전자를 인출하기 위한 다공전극(多孔電極)과, 이 다공전극에 연이어 형성되어 소정의 원료가스에 상기 전자를 조사하여 제2의 플라즈마를 발생시켜 이온을 생성하는 이온 생성실과를 구비한 전자비임 여기이온원에 있어서, 상기 제2의 플라즈마의 지름이, 상기 전자 인출구의 지름의 1내지 6배의 범위로 되도록 구성한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 전자 비임 여기이온원에서는, 이온 인출에 따른 방전을, 주로 이온 인출용 슬릿트 근방에서 발생하도록 구성되어 있다.

따라서, 발생한 이온을 효율이 좋게 인출할 수가 있고, 높은 이온 전류밀도를 얻으므로써, 처리시간의 단축 및 수율의 향상을 도모할 수가 있다.

또한, 본 발명자등이 상세히 조사한 바에 의하면, 일반적으로 전자비임 여기이온원에서는, 전자생성실의 전자인출구로부터 예를들면 다공전극에 의하여 인출한 전자는 방사형상으로 확산하고, 이 때문에 이 전자의 조사에 의하여 발생하는 플라즈마의 지름이 크게 되고, 그 밀도가 저하하기 때문에 이온의 인출이 효율적으로 행하여지지 않고, 높은 이온 전류밀도를 얻을 수가 없는 것이 판명되었다.

따라서, 본 발명의 전자비임 여기이온원에서는, 예를들면 다공전극과 전자인출구와의 간격을 10㎜이하, 예를들면 5내지 6㎜로 단축시켜(종래에는 예를들면 30㎜정도로 되어 있다.) 전자생성실의 전자인출구멍으로부터 방사형상으로 인출되는 전자의 확산을 억제하고 다공전극을 통한 전자의 조사에 의하여 발생하는 이온생성실의 제2의 플라즈마의 지름이 전자인출구멍의 지름의 1 내지 6배의 범위내에 오도록 구성함으로써 종래에 비하여 높은 이온전류밀도를 얻을 수가 있고 처리시간의 단축 및 수율의 향상을 도모할 수 가 있도록 한 것이다.

[실시예]

이하, 본 발명의 전자비임 여기이온원의 1실시예를 도면을 참조하여 설명한다.

전자 발생실(1)은 고융점 도전성재료 예를들면 몰리브덴으로 각변의 길이를 예를들면 수 센티미터 정도의 사각형 용기 형상으로 형성되어 있다.

또한, 이 전자발생실(1)의 일측면에는 개구부가 형성되어 있고, 이 개구부를 막도록, 예를들면 Si₃4, BN등으로 이루어진 판 형상의 절연성부재(2)가 일측면에 설치되어 전자발생실(1)의 기밀을 유지하도록 구성되어 있다.

또한, 상기 절연성부재(2)에는, 거의 U자 형상으로 형성된 재질 예를들면 텅스텐으로 이루어진 필라멘트(3)가 전자 발생실(1)내에 돌출하도록 형성되어 있다.

또한, 전자발생실(1)의 상부에는, 플라즈마를 일으켜 전자를 발생시키기 위한 가스, 예를들면 아르곤(Ar)가스등의 방전용 가스를 도입하기 위한 방전용 가스 도입구멍(4)이 형성되어 있고, 전자발생실(1)의 하부에는, 전자발생실(1)내에서 발생시킨 플라즈마 중으로부터 전자를 인출하기 위한 직경 예를들면 ㎜정도의 둥근구멍(5a)이 형성되어 있다.

또한, 상기 전자 발생실(1)의 하부에는, 둥근구멍(5a)에 연이어 접속하여 좁은 통로(5b)를 형성하도록, 절연성부재(7)가 형성되어 있고, 이 절연성부재(7)를 통하여 고융점재질 예를들면 텅스텐으로 이루어지고, 다수의 관통구멍을 가지는 다공전극(8)이 접속되어 있다.

또한, 방전용가스 도입구멍(4) 및 전자인출구멍(5)은, 전자 발생실(1)의 중심으로부터 후술하는 이온인출용 슬릿트쪽으로 편심하여 배열설치되고, 이온을 효율이 좋게 인출시키도록 구성되어 있다.

또한, 상기 다공전극(8)의 하부에는, 절연성 부재(9)를 통하여 이온 생성실(10)이 접속되어 있다.

이 이온생성실(10)은 도전성 고융점 재료, 예를들면 몰리브덴으로부터 용기형상으로 형성되어 있고, 그 내부는, 직경 및 높이가 함께 수 센치미터 정도의 원통형상으로 되어 있다.

또한, 이 이온생성실(10)의 측면에는, 소망의 이온을 생성하기 위한 원료가스 예를들면 BF₃등을 이 이온 생성실(10)내로 도입하기 위한 원료가스 도입구(11)가 형성되어 있고, 이 원료가스 도입구(11)에 대향하도록 이온 인출용 슬릿트(12)가 형성되어 있다.

또한, 제2도에도 나타낸 바와 같이, 이온 생성실(10)내에는, 이 이온생성실(10)의 내부 형상에 맞추어 절연성부재 예를들면 Si₃N₄, BN등으로 바닥이 있는 원통형상으로 형성된 안쪽통(13)이 형성되어 있다.

이 안쪽통(13)에는, 원료가스 도입구(11)에 따른 원형개구(13a)와, 이온 인출용 슬릿트(12)에 따른 세로길이의 장방형개구(13b)가 형성되어 있으나, 이 장방형개구(13b)는, 이온 인출용 슬릿트(12)의 개구부 근방의 고융점 재료제 안쪽벽(10a)이 노출하도록 이온 인출용 슬릿트(12)보다 개구 치수가 크게 구성되어 있다.

이것은, 이온 인출시에, 이 고융점 재료제 안족벽(10a)의 노출부분을 전극으로 하여 작동시키고, 이 전극 노출면에 전자를 수집시켜 주로 이부분에 이온인출에 따른 방전을 발생시키도록 구성한 것이다.

상기 구성의 본 실시예의 전자비임 여기이온원에서는, 도시하지 않은 자장생성수단에 의하여, 도시의 화살표(B)아 같이 수직방향으로 전자를 안내하기 위한 자장을 인가한 상태에서 다음과 같이 하여 소망의 이온을 생성시킨다.

즉, 필라멘트(3)에 필라멘트 전압(Vf)을 인가하여 통전 가열함과 동시에, 이 필라멘트(3)에 대하여, 전자 발생실(1)에 저항(R)을 통하여 방전전압(Vd), 다공전극(8)에 방전전압(Vd)을 인가하고, 다공전극(8)과 이온생성실(10)과의 사이에 가속전압(Va)을 인가한다.

그리고, 방전용 가스 도입구멍(4)으로부터 전자발생실(1)내에, 방전용가스 예를들면 아르곤가스를 도입하고, 방전전압(Vd)에 의하여 방전을 일으키고, 플라즈마를 발생시킨다.

이와 같이 하면, 이 플라즈마중의 전자는, 가속전압(Va)에 의하여 전자입출구멍(5), 다공전극(8)의 투공을 통과하여 이온생성실(10)내로 인출된다.

한편, 이온 생성실(10)내에는, 원료가스 도입구(11)로부터 미리 소정의 원료가스 예를들면 BF₃를 도입하여 놓고, 이 이온생성실(10)내를 소정압력 예를들면 0.001내지 0,02Torr의 원료가스 분위기로 하여 놓는다.

따라서, 이온 생성실(10)내로 유입한 전자는 가속전계에 의하여 가속되고, BF₃와 충돌하여, 짙은 플라즈마를 발생시킨다.

그리고, 이 플라즈마 중으로부터 이온인출용 슬릿트(12)에 의하여 이온을 인출하고, 예를들면 이온 주입장치의 질량분석용의 자장(도시하지 않음)으로 사출하여, 이온 주입장치에 의한 이온 주입조작을 행한다.

이때, 상기에서 설명한 바와 같이 이온 생성실(10)의 안쪽은, 대부분 절연성의 안쪽통(13)에 의하여 덮여져 있고, 이온 인출용 슬릿트(12)의 근방의 안쪽벽(10a)만이 노출하여 있기 때문에, 이 부분에서만 이온인출에 따른 방전이 발생하고, 적은 방전 전류로서 효율적으로 이온의 인출을 행할 수가 있다.

따라서, 종래에 비하여 높은 이온 전류밀도를 얻을 수가 있고, 처리시간의 단축 및 수율의 향상을 도모할 수가 있다.

또한, 상기 실시예에서는 이온생성실(10)내에 안쪽통(13)을 배치한 예에 대하여 설명하였으나, 예를들면 제3도에 나타낸 바와 같이, 이온 생성실(10)에 절연성부재(20)를 통하여 이온 인출용 슬릿트(12)를 가지는 고융점 재료등으로 이루어진 도전성의 판형상부재(21)를 형성하고, 이 판형상부재(21)에만 전압을 인가하도록 하여, 이온인출용 슬릿트(12)의 근방에서만 이온인출에 따른 방전이 발생하도록 구성할 수도 있다.

또한 제1도에 있어서, 전자인출구의 지름과 제2의 플라즈마 지름과의 관계는 제4도에 나타낸 바와 같다.

제4도에 있어서, 다공전극(8)과 전자인출구멍(5)과의 간격은(D)은, 10㎜이하 예를들면 5내지 6㎜로 되어 있다.

또한, 방전용 가스 도입구멍(4) 및 전자인출구멍(5)은, 전자 발생실(1)의 중심으로부터 후술하는 이온인출용 슬릿트(12)쪽으로 편심하여 배열설치되고, 이온을 효율이 좋게 인출시키도록 구성되어 있다.

또한, 필라멘트(3)는, 방전용 가스 도입구멍(4) 및 전자인출구멍(5)을 연결선상에 위치하지 않도록 배열설치되어 있고, 전자 인출구멍(5)으로부터 역류한 이온이 필라멘트(3)에 도달하기 어렵게 함으로써, 이 역류한 이온에 의하여 필라멘트(3)가 스퍼터링되고, 소모하는 것을 방지하도록 구성되어 있다.

또한, 상기 다공전극(8)의 하부에는 절연성부재(9)를 통하여 이온생성실(10)이 접속되어 있다.

이 이온생성실(10)은, 도전성 고융점재료, 예를들면 몰리브덴으로 용기형상으로 형성되고 있고, 그 내부는, 직경 및 높이가 함께 수 센티미터 정도의 원통형상으로 되어 있다.

그리고, 다공전극(8)과 대향하는 이온생성실(10)의 바닥부에는, 절연성 부재를 통하여, 이 이온생성실(10)의 측벽부와는 전기적으로 격리된 상태(플로우팅상태)에서 예를들면 고융점 재료의 바닥판(15)이 고정되어 있고, 전자의 조사에 의하여 이 바닥판(15)이 대전하고, 전자를 반사하도록 구성되어 있다.

또한, 예를들면 바닥판(15)을 절연성부재로 구성하여 전자반사면을 형성할 수도 있다.

또한, 상기 이온 생성실(10)의 측면에는, 소망의 이온을 생성하기 위한 원료가스 예를들면 BF₃등을 이 이온생성실(10)내로 도입하기 위한 원료가스 도입구(11)가 형성되어 있고, 이 원료가스 도입구(11)에 대향하도록 이온인출용 슬릿트(12)가 형성되어 있다.

상기 구성의 본 실시예의 전자비임 여기이온원에서는 도시하지 않은 자장생성수단에 의하여, 도시의 화살표(B)와 같이 수직방향으로 전자를 안내하기위한 자장을 인가한 상태에서, 다음과 같이 하여 소망의 이온을 발생시킨다.

즉, 필라멘트(3)에 필라멘트전압(Vf)을 인가하여 통전가열함과 동시에, 이 필라멘트(3)에 대항, 저항(R)을 통하여 전자발생실(1)에 방전전압(Vd)을 인가하고, 다공전극(8)에 방전전압(Vd)을 인가하고, 다공전극(8)과 이온생성실(10)과의 사이에 가속전압(Va)을 인가한다.

그리고, 방전용 가스도입구멍(4)으로부터 전자발생실(1)내에, 방전용가스 예를들면, 아르곤가스를 도입하고, 방전전압(Vd)에 의하여 방전을 일으켜 플라즈마를 발생시킨다.

그러면, 이 플라즈마 중의 전자는 가속전압(Va)에 의하여 전자인출구멍(5), 다공전극(8)의 관통구멍을 통과하여 이온 생성실(10)내로 인출된다.

한편, 이온생성실(10)내에는, 원료가스도입구(11)로부터 미리소정의 원료가스 예를들면 BF₃를 도입하여 놓고, 이 이온 생성실(10)내를 소정압력 예를 들면 0.001내지 0.02torr의 원료가스분위기로 하여 놓는다.

따라서, 이온생성실(10)내로 유입한 전자는, 가속전계에 의하여 가속되고, BF₃와 충돌하여, 짙은 플라즈마를 발생시킨다.

이때, 제4도에 나타낸 바와 같이 다공전극(8)과 전자인출구멍(5)과의 간격이 10㎜이하, 예를들면 5내지 6㎜로 되도록 다공전극(8)이 전자인출구멍(5)에 근접하여 배열설치되어 있기 때문에, 도시의 화살표에서 나타낸 바와 같이 전자가 거의 확산하지 않은 상태에서 원료가스에 조사되고, 발생하는 플라즈마(제2의 플라즈마)의 지름(A)이 전자인출구(5)의 지름에 대하여 1내지 6배, 예를들면 2배 정도의 고밀도의 플라즈마가 형성된다.

따라서, 이 고밀도의 플라즈마로부터 이온인출용 슬릿트(12)에 의하여 효율이 좋게 이온을 인출할 수가 있고, 종래에 비하여 높은 이온전류밀도를 얻을수가 있으며, 예를들면 이온주입장치에 의한 이온 주입조작 등에 있어서, 처리시간의 단축 및 수율의 향상을 도모할 수가 있다.

상술한 바와같이, 본 발명의 전자비임 여기이온원에 의하여, 종래에 비하여 효율적으로 소망의 이온을 발생시킬 수가 있고, 높은 이온전류밀도를 얻으므로써, 처리시간의 단축 및 수율의 향상을 도모할 수가 있다.

Claims

이온생성실(10)내로 도입한 원료가스에 전자를 조사하여 이온을 발생시키고, 이 이온을 상기 이온생성실(10)에 형성한 이온 인출용 슬릿트(12)으로부터 인출하도록 구성된 전자비임 여기이온원에 있어서, 상기 이온인출에 따른 방전이, 주로 상기 이온인출용 슬릿트(12)근방에 발생하도록 구성한 것을 특징으로 하는 전자비임 여기이온원.
전자를 인출하기 위한 제1의 플라즈마를 발생시키는 전자발생실(1)과, 이 전자발생실(1)에 형성된 전자인출구멍(5)에 대향하도록 형성되어 이 전자인출구멍(5)로부터 상기 전자를 인출하기 위한 다공전극(8)과, 이 다공전극(8)에 연이어 형성되고, 소정의 원료가스에 상기 전자를 조사하여 제2의 플라즈마를 발생시켜 이온을 생성하는 이온생성실(10)을 구비한 전자비임여기이온원에 있어서, 상기 제2의 플라즈마의 지름은, 상기 전자인출구멍(5)의 지름의 1내지 6배의 범위로 되도록 구성한 것을 특징으로 하는 전자비임 여기이온원.