JP2719528B2 - イオン注入装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、イオン注入装置に関する。

（従来の技術） 一般にイオン注入装置は、例えば半導体ウエハ等に不
純物をドーピングする装置として広く使用されており、
そのイオン源として、ガスあるいは固体イオン種を用い
ている。

このようなイオン注入装置のうち、固体イオン種を用
いるイオン注入装置では、この固体イオン種を加熱し
て、昇華あるいは蒸発させてガス化するためのガス発生
機構が配置されている。

従来のイオン注入装置では、上記ガス発生機構は、例
えば次のように構成されている。すなわち、第８図に示
すように、真空チャンバ１の開口２を閉塞する如く外部
から挿入固定されたガス発生機構３は、例えば耐熱性の
ステンレス等から棒状に形成された基体４と、この基体
４の端部に設けられ、開口２を閉塞する如く真空チャン
バ１壁に固定される固定用板５および基体４の周囲に巻
回されたヒータ６とを備えており、基体４の先端部に
は、固体イオン種を収容するためのイオン種収容孔７が
穿設されている。

また、イオン種収容孔７の先端には、例えば螺子等に
より、着脱自在にノズル８が設けられており、このノズ
ル８を取り外してイオン種収容孔７内に粒径例えば数ミ
リ程度のリン、ヒ素アンチモン等の固体イオン種を充填
可能に構成されている。そして、ヒータ６に通電するこ
とにより、固体イオン種を加熱し、ガスを発生させ、こ
のガスをノズル８によって図示しないイオン生成室内に
導入し、例えば直流電圧を印加すること等によりイオン
を発生させる。

なお、上述のようにガス発生機構３のヒータ６は、真
空チャンバ１内に設けられるため、空気を介しての熱伝
導が生じない、そこで、ヒータ６で発生した熱が効率良
く基体４に伝わるように、ヒータ６は、例えばロー付け
等により基体４に溶接されている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、本発明者等が詳細に研究開発したとこ
ろ、上記説明の従来のイオン注入装置では、次のような
問題があることが判明した。

すなわち、前述のように固体イオン種として、例えば
粒径数ミリ程度のリンを用いた場合、縦軸をイオンビー
ム量、横軸を時間とした第９図のグラフに曲線Ｇで示す
ように、イオンビーム量がある立ち上げ時間内に急激に
上昇した後、長時間に亙り徐々に変動（上昇）を続け、
一定の値とならないということである。これは、固体イ
オン種から発生するガスの量が変動（増加）するためと
思われるが、このようなイオンビーム量の変動がある
と、ドーピング量の被処理物間の均一性が損われる恐れ
が生じる。

本発明は、かかる従来の事情に対処してなされたもの
で、従来に較べてイオンビーム量の変動を抑制すること
ができ、均一な処理を行うことのできるイオン注入装置
を提供しようとするものである。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） すなわち本発明は、真空容器内に設けられたガス発生
機構のイオン種収容部内に収容された固体イオン種を加
熱してガスを発生させ、このガスをガス発生機構のノズ
ルからイオン生成室内に導入し、イオン化してイオンビ
ームを発生させるイオン注入装置において、 前記イオン種収容部内に収容された前記固体イオン種
をメッシュ状の支持体で支持し、該固体イオン種を、主
として周囲からの輻射熱によって加熱するよう構成した
ことを特徴とする。

（作 用） 前述の第９図のグラフに示したように、従来のイオン
注入装置では、イオンビーム量がある立ち上げ時間内に
急激に上昇した後、長時間に亙り徐々に変動（上昇）を
続ける。これは、次のような現象により固体イオン種か
ら発生するガスの量が変動（増加）するためと推測され
る。

すなわち、ガス発生機構のイオン種収容孔内に収容さ
れた固体イオン種は、加熱開始時においてイオン種収容
孔内の壁面と点接触あるいは線接触状態で加熱される。
しかしながら、固体イオン種は、この接触部から消費さ
れるので、時間経過に伴い、固体イオン種とイオン種収
容孔内の壁面との接触状態は、徐々に面接触となり、壁
面から固体イオン種に熱が効率良く伝わるようになり、
ガスの発生量が増加する。

また、このような現象の発生を防止するため、粉末状
に粉砕した固体イオン種を用いた場合は、第９図のグラ
フに曲線Ｈで示すように、イオンビーム量は、徐々に減
少することも判明した。これは、時間経過に伴い、固体
イオン種から発生した残さが粉末状の固体イオン種と壁
面との間に介在するようになり、熱の伝達を阻害するた
めと推測される。

そこで、本発明のイオン注入装置では、固体イオン種
をメッシュ状の支持体で支持、例えば壁面をメッシュ状
に構成した容器内に収容し、高熱部との接触面積を減少
させて、固体イオン種を主として周囲からの輻射熱によ
って加熱するよう構成することにより、ガスの発生量の
変動を抑制してイオンビーム量の変動を抑制するように
したものである。

（実施例） 以下、本発明のイオン注入装置を図面を参照して一実
施例について説明する。

真空チャンバ11には、開口12が形成されており、この
開口12を閉塞する如く外部からガス発生機構13が挿入固
定されている。

すなわち、ガス発生機構13の端部には、第２図にも示
すように材質例えばステンレスのほぼ矩形の固定用板14
が設けられており、この固定用板14には、真空チャンバ
11と当接され気密性を確保するためのＯリング15が配置
されている。そして、この固定用板14を真空チャンバ11
に例えば螺子等で固定することにより、開口12が気密的
に閉塞され、真空チャンバ11内にガス発生機構13が突出
する如く設けられる。

また、固定用板14には、材質例えば耐熱性ステンレス
から棒状に構成された基体16がその一端を固定されてお
り、第２図にも示すように、この基体16には、固定用板
14側から長手方向に沿って４つのヒータ挿入孔17が穿設
され、これらのヒータ挿入孔17には、それぞれ棒状に構
成されたヒータ18が挿入されている。なお、これらのヒ
ータ18は、先端から前半部が発熱部18aとされており、
後半部は支持部（非発熱部）18bとされている。さら
に、これらのヒータ挿入孔17の間には、温度検出器挿入
孔19および３つの冷却気体導入孔20が穿設されている。
そして、第３図および第４図に示すように、温度検出器
挿入孔19には、温度検出器として例えば熱電対21が挿入
され、冷却気体導入孔20には、冷却用気体例えば空気を
送出するための配管22が挿入されている。なお、熱電対
21は、基体16内の温度を検出してヒータ16の通電量を調
節し、温度制御を行うためのものであり、配管22は、例
えばメンテナンス時等に急速に冷却を行うためのもので
ある。

一方、上記基体16の先端側には、固体イオン種カート
リッジ23の外形に合せて、この固体イオン種カートリッ
ジ23を収容するためのカートリッジ収容孔24が穿設され
ている。また、基体16の先端部には、この固体イオン種
カートリッジ23を係止するための機構として、例えばＬ
字状の切り欠き部25が２つ設けられている。

上記固体イオン種カートリッジ23は、第５図に示すよ
うに、材質例えばステンレスによりほぼ円柱状に形成さ
れており、その内部には、長手方向に沿って、円柱状の
イオン種収容室60が穿設されている。そして、このイオ
ン種収容室60内には、内部に粒径例えば数ミリ程度のリ
ン等の固体イオン種を収容するメッシュ容器61が挿入配
置される。

すなわち、このメッシュ容器61は、材質例えばステン
レス、メッシュ径例えば0.5mmのメッシュにより有底円
筒状に形成され、その開口端をリング状に構成された支
持部材62に固着され支持されている。上記メッシュ径
は、固体イオン種の大きさに応じて選択される。また、
この支持部材62には、着脱自在とされた円板状の蓋体63
が設けられており、この蓋体63を取り外して内部に固体
イオン種を充填可能とされている。なお、支持部材62
は、その外径がメッシュ部分よりわずかに大径とされて
おり、メッシュ容器61をイオン種収容室60内に配置した
場合に、メッシュ部分とイオン種収容室60内壁との間に
わずかに間隙が生じ、このメッシュ部分が直接イオン種
収容室60内壁に接触しないよう構成されている。

そして、イオン種収容室60の開口部分には、その中心
部に突出する如くノズル64を設けられた蓋体65が例えば
螺子等により、着脱自在設けられ、反対側には、伝熱棒
66が設けられている。また、イオン種収容室60の外側部
分には、開口側が大径となる如く段差部67が設けられ、
この段差部67には、Ｌ字状の爪68が設けられている。

したがって、基体16に設けられたカートリッジ収容孔
24は、小径となってヒータ18間の部位まで延在してお
り、ここに固体イオン種カートリッジ23の伝熱棒66が挿
入され、ヒータ18により固体イオン種を効率良く加熱す
ることができるよう構成されている。

そして、基体16のカートリッジ収容孔24に上記固体イ
オン種カートリッジ23を挿入し、基体16のＬ字状の切り
欠き部25にイオン種カートリッジ23の爪68を係止させ、
このイオン種カートリッジ23の先端にセットナット26お
よび例えば４枚の皿ばね27を配置して、第６図に示すよ
うに、円筒状の熱反射カバー28を被せ、この熱反射カバ
ー28に設けられたＬ字状の切り欠き部29と、基体16に設
けられた突起30とを係止させ、固定する。すなわち、固
体イオン種カートリッジ23は、皿ばね27によって基体16
に押圧された状態で固定され、基体16からの熱が固体イ
オン種カートリッジ23に効率良く伝わるように構成され
ている。また、上記熱反射カバー28は、基体16から輻射
によって放射される熱を反射して基体16に戻し、熱効率
を高めるためのものである。

上記構成のこの実施例のイオン注入装置では、メッシ
ュ容器61内に固体イオン種、例えば粒径数ミリのヒ素等
を例えば数十グラム程度充填し、このメッシュ容器61を
固体イオン種カートリッジ23の、イオン種収容室60内に
配置してガス発生機構13を上述の如く組み立て、真空チ
ャンバ11に配置する。そして、ヒータ18に通電すること
により固体イオン種を加熱し、ガスを発生させる。この
ガスは、イオン種収容室60内からノズル64を通り、例え
ば直流電圧の印加によりイオンを発生させる図示しない
イオン生成室に流入し、イオン化される。このイオン
は、イオン生成室内から電気的に引き出され、質量分析
マグネット、加速管、静電レンズ等によって所望の電子
ビームとされ、偏向電極等によって走査されて例えば半
導体ウエハ等に走査照射される。

この時、固体イオン種は、メッシュ容器61内に設けら
れており、イオン種収容室60内壁とは非接触な状態に保
持されている。したがって、メッシュ容器61を介しての
わずかな熱伝導はあるものの、主としてイオン種収容室
60内壁からの輻射熱によって加熱される。また、固体イ
オン種の消費によって発生する残さは、メッシュ容器61
からイオン種収容室60内に落下する。したがって、加熱
状態がほぼ一定となり、時間経過に伴うガス発生量の変
動を抑制することができる。

縦軸をイオンビーム量、横軸を時間とした第７図のグ
ラフに示す曲線Ｉは、この実施例のイオン注入装置を用
いて測定したイオンビーム量の変化を示している。な
お、固体イオン種としては粒径１〜２ミリのヒ素を用い
た。

このグラフに示すようにこの実施例のイオン注入装置
では、従来のイオン注入装置に較べてイオンビーム量の
変動を抑制することができ、均一な処理を行うことがで
きる。

なお、上記実施例では、基体16内にヒータ18を内蔵
し、このヒータ18のメンテナンスを真空チャンバ11外か
ら可能に構成したイオン注入装置について説明したが、
本発明は係る実施例に限定されるものではなく、例えば
第８図に示した従来のイオン注入装置のように、基体４
の周囲にヒータ６を巻回したイオン注入装置等にも同様
にして適用することができる。

［発明の効果］ 上述のように、本発明のイオン注入装置によれば従来
に較べてイオンビーム量の変動を抑制することができ、
均一な処理を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のイオン注入装置の要部構成
を示す一部切り欠き断面図、第２図は第１図のＡ矢視
図、第３図は第２図のＢ−Ｂ断面図、第４図は第２図の
Ｃ−Ｃ断面図、第５図は第１図に示す固体イオン種カー
トリッジの分解図、第６図は第１図の側面図、第７図は
実施例のイオン注入装置のイオンビーム量の時間的な変
化を示すグラフ、第８図は従来のイオン注入装置の要部
構成を示す断面図、第９図は従来のイオン注入装置のイ
オンビーム量の時間的な変化を示すグラフである。 11……真空チャンバ、13……ガス発生機構、18……ヒー
タ、23……固体イオン種カートリッジ、60……イオン種
収容室、61……メッシュ容器。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】真空容器内に設けられたガス発生機構のイ
   オン種収容部内に収容された固体イオン種を加熱してガ
   スを発生させ、このガスをガス発生機構のノズルからイ
   オン生成室内に導入し、イオン化してイオンビームを発
   生させるイオン注入装置において、 前記イオン種収容部内に収容された前記固体イオン種を
   メッシュ状の支持体で支持し、該固体イオン種を、主と
   して周囲からの輻射熱によって加熱するよう構成したこ
   とを特徴とするイオン注入装置。