JP2995388B2 - イオン注入機に使用するイオン発生装置とその方法 - Google Patents
イオン注入機に使用するイオン発生装置とその方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、加工片をビーム処
理するためのイオンビームを形成するためにイオンを放
出するイオン発生装置を備えたイオン注入機に関するも
のである。
理するためのイオンビームを形成するためにイオンを放
出するイオン発生装置を備えたイオン注入機に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】イオン注入機は、シリコンウェハにビー
ムを衝突させることによってシリコンウェハを処理する
ために使用されている。イオンビームは、ウェハに制御
された濃度の不純物を添加することによって半導体を形
成し、その半導体は集積回路の製造に使用される。その
ような注入機の１つの重要な要素は、処理量、すなわち
所定時間内に処理できるウェハの数である。
ムを衝突させることによってシリコンウェハを処理する
ために使用されている。イオンビームは、ウェハに制御
された濃度の不純物を添加することによって半導体を形
成し、その半導体は集積回路の製造に使用される。その
ような注入機の１つの重要な要素は、処理量、すなわち
所定時間内に処理できるウェハの数である。
【０００３】高電流イオン注入機は、多数のシリコンウ
ェハがイオンビームを通過移動できるようにする回転デ
ィスク支持体を設けている。イオンビームは、支持体が
各ウェハを回転させてイオンビームを通過させる時に、
ウェハ表面全体に衝突できる広さである。
ェハがイオンビームを通過移動できるようにする回転デ
ィスク支持体を設けている。イオンビームは、支持体が
各ウェハを回転させてイオンビームを通過させる時に、
ウェハ表面全体に衝突できる広さである。
【０００４】中電流イオン注入機は、一度に１枚のウェ
ハを処理する。ウェハは、カセット内に支持されてお
り、一度に１枚が引き出されて、プラテン上に載置され
る。ウェハは、イオンビームがその１枚のウェハに衝突
するような注入向きに方向が定められる。これらの中電
流注入機は、ウェハ表面全体に選択的に添加または処理
できるように、比較的狭いビームをそれの最初の軌道か
ら偏向させるためにビーム成形電子機器を用いている。
ハを処理する。ウェハは、カセット内に支持されてお
り、一度に１枚が引き出されて、プラテン上に載置され
る。ウェハは、イオンビームがその１枚のウェハに衝突
するような注入向きに方向が定められる。これらの中電
流注入機は、ウェハ表面全体に選択的に添加または処理
できるように、比較的狭いビームをそれの最初の軌道か
ら偏向させるためにビーム成形電子機器を用いている。
【０００５】公知の注入機に使用されるイオンビームを
発生するイオン発生装置は、一般的に加熱フィラメント
陰極を設けているが、これは使用に伴って劣化しやす
い。比較的短期間の使用で、イオンを再び十分な効率で
発生できるようにするため、フィラメント陰極を交換し
なければならない。フィラメント陰極の交換間隔を最大
にすれば、ウェハに注入する時間量が増加し、これによ
って注入機の効率が上昇する。
発生するイオン発生装置は、一般的に加熱フィラメント
陰極を設けているが、これは使用に伴って劣化しやす
い。比較的短期間の使用で、イオンを再び十分な効率で
発生できるようにするため、フィラメント陰極を交換し
なければならない。フィラメント陰極の交換間隔を最大
にすれば、ウェハに注入する時間量が増加し、これによ
って注入機の効率が上昇する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】このような事情に基づ
いて、本発明は、フィラメント陰極の寿命を向上させた
新規の改良型イオン発生装置とそのためのイオン発生方
法を提供し、さらに、このイオン発生装置に使用する陰
極を提供することを目的としている。
いて、本発明は、フィラメント陰極の寿命を向上させた
新規の改良型イオン発生装置とそのためのイオン発生方
法を提供し、さらに、このイオン発生装置に使用する陰
極を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明のイオン発生装置
は、陰極フィラメントをプラズマ流から遮蔽する陰極を
用いている。そのような遮蔽は、フィラメントの作動寿
命を増加させることがわかっている。さらに、陰極及び
フィラメントの構造配置によって、交換または修理が簡
単で迅速になるため、注入機の停止時間が短縮される。
は、陰極フィラメントをプラズマ流から遮蔽する陰極を
用いている。そのような遮蔽は、フィラメントの作動寿
命を増加させることがわかっている。さらに、陰極及び
フィラメントの構造配置によって、交換または修理が簡
単で迅速になるため、注入機の停止時間が短縮される。
【０００８】本発明に従ったイオン発生装置は、最も好
ましくはイオン注入機に使用されるもので、このイオン
発生装置は、ガスイオン化ゾーンを形成する導電性室壁
を備えたガス封入室を備えている。ガス封入室は、イオ
ンを室外へ流出させてイオンビームを形成できるように
する出口を設けている。ベースが、ガス封入室から出る
イオンからイオンビームを形成する構造体に対してガス
封入室を位置決めする。イオン化物質をガス封入室内へ
導入するため、消耗性供給源がガス封入室に連通してい
る。
ましくはイオン注入機に使用されるもので、このイオン
発生装置は、ガスイオン化ゾーンを形成する導電性室壁
を備えたガス封入室を備えている。ガス封入室は、イオ
ンを室外へ流出させてイオンビームを形成できるように
する出口を設けている。ベースが、ガス封入室から出る
イオンからイオンビームを形成する構造体に対してガス
封入室を位置決めする。イオン化物質をガス封入室内へ
導入するため、消耗性供給源がガス封入室に連通してい
る。
【０００９】陰極が、ベースによって支持されて、ガス
イオン化ゾーン内にイオン化電子を放出できるように前
記ガス封入室に対して位置決めされている。陰極は、ガ
ス封入室内へ部分的に延出した管状の導電体を有し、ま
たイオン化電子をガス封入室内へ放出できるようにガス
封入室内に面した導電性キャップを設けている。キャッ
プを加熱してイオン化電子をキャップからガス封入室内
へ放出するため、フィラメントが陰極の管状導電体の内
側の位置にベースによって支持されている。
イオン化ゾーン内にイオン化電子を放出できるように前
記ガス封入室に対して位置決めされている。陰極は、ガ
ス封入室内へ部分的に延出した管状の導電体を有し、ま
たイオン化電子をガス封入室内へ放出できるようにガス
封入室内に面した導電性キャップを設けている。キャッ
プを加熱してイオン化電子をキャップからガス封入室内
へ放出するため、フィラメントが陰極の管状導電体の内
側の位置にベースによって支持されている。
【００１０】本発明の好適な実施例では、フィラメント
を加熱して電子を放出させることによって、キャップが
加熱されるため、今度はキャップが電子をガス封入室内
へ放出する。ベースは、陰極をガス封入室の導電性壁か
ら離して支持する取付けプレートを設けている。取付け
プレートは、少なくとも１つの絶縁体によってベースに
対して支持されている。ガス封入室は、陰極の管状導電
体が室内へ突出できるようにする大きさのアクセス開口
を備えて、それによって導電性キャップをガス封入室内
に位置決めする室壁を備えている。管状導電体は、陰極
の管状導電体の外表面とアクセス開口を形成している室
壁の表面との間に隙間が維持される大きさになってい
る。
を加熱して電子を放出させることによって、キャップが
加熱されるため、今度はキャップが電子をガス封入室内
へ放出する。ベースは、陰極をガス封入室の導電性壁か
ら離して支持する取付けプレートを設けている。取付け
プレートは、少なくとも１つの絶縁体によってベースに
対して支持されている。ガス封入室は、陰極の管状導電
体が室内へ突出できるようにする大きさのアクセス開口
を備えて、それによって導電性キャップをガス封入室内
に位置決めする室壁を備えている。管状導電体は、陰極
の管状導電体の外表面とアクセス開口を形成している室
壁の表面との間に隙間が維持される大きさになってい
る。
【００１１】陰極は、前記導電性キャップとは軸方向に
反対の位置に開放端部を備えている。フィラメントは、
少なくとも１つの絶縁体によって取付けプレートから離
された取付けアームに取り付けられている。フィラメン
トは、陰極の開放端部から陰極内に延出している。フィ
ラメントがイオン化ガスのプラズマに触れないようにす
るため、フィラメントは前記ガス封入室の外部に配置さ
れている。イオン発生装置はさらに、フィラメントを前
記取付けアームに取り外し可能に取り付けるクランプを
備えている。
反対の位置に開放端部を備えている。フィラメントは、
少なくとも１つの絶縁体によって取付けプレートから離
された取付けアームに取り付けられている。フィラメン
トは、陰極の開放端部から陰極内に延出している。フィ
ラメントがイオン化ガスのプラズマに触れないようにす
るため、フィラメントは前記ガス封入室の外部に配置さ
れている。イオン発生装置はさらに、フィラメントを前
記取付けアームに取り外し可能に取り付けるクランプを
備えている。
【００１２】陰極は、軸方向長さの大部分に渡って半径
方向に離れている、同軸的な内側及び外側管状部材を備
えている。内側管状部材は、ねじ付き端部と、外表面か
ら半径方向外向きに延出した肩部とを備えている。外側
管状部材は、内側管状部材のねじ付き端部を取付けプレ
ートにねじ込んだ時に、一方の軸方向端部で内側管状部
材の肩部と、軸方向に反対の端部で取付けプレートと係
合するように半径方向内向きに延出したフランジを備え
ている。内側及び外側管状部材は、モリブデン合金物質
で形成されている。陰極の導電性キャップは、タングス
テン合金物質で形成されている。
方向に離れている、同軸的な内側及び外側管状部材を備
えている。内側管状部材は、ねじ付き端部と、外表面か
ら半径方向外向きに延出した肩部とを備えている。外側
管状部材は、内側管状部材のねじ付き端部を取付けプレ
ートにねじ込んだ時に、一方の軸方向端部で内側管状部
材の肩部と、軸方向に反対の端部で取付けプレートと係
合するように半径方向内向きに延出したフランジを備え
ている。内側及び外側管状部材は、モリブデン合金物質
で形成されている。陰極の導電性キャップは、タングス
テン合金物質で形成されている。
【００１３】イオン発生装置はさらに、ガス封入室内で
陰極とは反対の位置に反射電極を備えている。イオン発
生装置はさらに、ガス封入室をベースの支持部分と係合
した状態に保持するための索構造体を備えている。
陰極とは反対の位置に反射電極を備えている。イオン発
生装置はさらに、ガス封入室をベースの支持部分と係合
した状態に保持するための索構造体を備えている。
【００１４】本発明のさらなる特徴は、添付の図面を参
照した以下の詳細な説明を読めば、当該分野の専門家に
は明らかになるであろう。
照した以下の詳細な説明を読めば、当該分野の専門家に
は明らかになるであろう。
【００１５】
【発明の実施の形態】図１は、高圧ハウジング16によっ
て支持された本発明によるイオン発生装置12及びビーム
分析磁石14を備えたイオン注入装置10を示している。イ
オン発生装置12から出たイオンビーム20は、ハウジング
16を出てから脱気管18を通ってイオン注入室22に入る制
御移動経路を進む。イオン発生装置12からイオン注入室
22までのイオンビーム20の移動経路に沿って、イオンビ
ーム20は成形、評価されて、所望注入エネルギーまで加
速される。
て支持された本発明によるイオン発生装置12及びビーム
分析磁石14を備えたイオン注入装置10を示している。イ
オン発生装置12から出たイオンビーム20は、ハウジング
16を出てから脱気管18を通ってイオン注入室22に入る制
御移動経路を進む。イオン発生装置12からイオン注入室
22までのイオンビーム20の移動経路に沿って、イオンビ
ーム20は成形、評価されて、所望注入エネルギーまで加
速される。
【００１６】分析磁石14は、適当な質量のイオンだけを
イオン注入室22に到達させる。イオンビーム20がハウジ
ング16から出る領域で、イオンビーム20は、高圧ハウジ
ング16を注入室22から隔離する電気絶縁材で構成された
高圧絶縁ブッシュ26を通過する。
イオン注入室22に到達させる。イオンビーム20がハウジ
ング16から出る領域で、イオンビーム20は、高圧ハウジ
ング16を注入室22から隔離する電気絶縁材で構成された
高圧絶縁ブッシュ26を通過する。
【００１７】イオン注入室22は、注入室22をイオンビー
ム20に対して整合させることができる可動台28上に支持
されている。イオンビーム20は、軸線42回りに回転可能
に取り付けられたウェハ支持体40に衝突する。ウェハ支
持体40は、その外周上に多数のシリコンウェハを支持し
ており、これらのウェハを円形経路に沿って移動させ
る。イオンビーム20が各ウェハに衝突して、これらのウ
ェハにイオン不純物を選択的に添加する。ウェハ支持体
40は、支持体40及びウェハを回転させるモータ50によっ
て高速回転する。線形駆動部52が、室22内で支持体40を
前後方向に位置合わせする。支持体40は、未処理ウェハ
を室22内へ移動させ、処理済みウェハを室22から引き出
すことができる。従来形イオン注入装置に関するさらな
る詳細は、アームストロング(Armstrong) 他の米国特許
第4,672,210 号に記載されており、これは本発明の譲受
人に譲渡されており、この特許の主題は参考文献として
本説明に含まれる。
ム20に対して整合させることができる可動台28上に支持
されている。イオンビーム20は、軸線42回りに回転可能
に取り付けられたウェハ支持体40に衝突する。ウェハ支
持体40は、その外周上に多数のシリコンウェハを支持し
ており、これらのウェハを円形経路に沿って移動させ
る。イオンビーム20が各ウェハに衝突して、これらのウ
ェハにイオン不純物を選択的に添加する。ウェハ支持体
40は、支持体40及びウェハを回転させるモータ50によっ
て高速回転する。線形駆動部52が、室22内で支持体40を
前後方向に位置合わせする。支持体40は、未処理ウェハ
を室22内へ移動させ、処理済みウェハを室22から引き出
すことができる。従来形イオン注入装置に関するさらな
る詳細は、アームストロング(Armstrong) 他の米国特許
第4,672,210 号に記載されており、これは本発明の譲受
人に譲渡されており、この特許の主題は参考文献として
本説明に含まれる。
【００１８】シリコンウェハが、ロボットアーム70によ
って真空ポート71からイオン注入室22内へ挿入される。
室22は、真空ポンプ72によって、脱気管18の圧力と同じ
低圧まで脱気されている。ロボットアーム70は、ウェハ
をウェハ保管用カセット73との間で前後方向に移送す
る。この移送を行う機構は従来より公知である。さらな
る真空ポンプ74、75が、イオン発生装置12から注入室22
までのイオンビーム経路を脱気する。
って真空ポート71からイオン注入室22内へ挿入される。
室22は、真空ポンプ72によって、脱気管18の圧力と同じ
低圧まで脱気されている。ロボットアーム70は、ウェハ
をウェハ保管用カセット73との間で前後方向に移送す
る。この移送を行う機構は従来より公知である。さらな
る真空ポンプ74、75が、イオン発生装置12から注入室22
までのイオンビーム経路を脱気する。
【００１９】イオン発生装置12は、細長いほぼ楕円形の
イオン出口開口78を設けた高密度プラズマ室の封入室76
（図２）を備えている。従来型イオン発生装置に関する
さらなる詳細は、ベンベニステ他の米国特許第5,026,99
7 号に開示されており、これは本発明の譲受人に譲渡さ
れており、この特許の主題は参考文献として本説明に含
まれる。イオンがプラズマ室76から出ると、それらは、
出口開口のすぐ外側に配置された引出し電極80（図１）
によって形成された電界によって室76から離れる方向に
加速される。分析磁石14は、適正質量を有するイオンを
注入軌道に曲げる磁界を発生する。これらのイオンは、
分析磁石14を出てから、イオン注入室22まで続いた移動
経路に沿って加速される。高圧ハウジング16内に注入機
コントローラ82が配置されており、磁界巻線の電流を制
御することによって分析磁石14の磁界強さを調節する。
イオン出口開口78を設けた高密度プラズマ室の封入室76
（図２）を備えている。従来型イオン発生装置に関する
さらなる詳細は、ベンベニステ他の米国特許第5,026,99
7 号に開示されており、これは本発明の譲受人に譲渡さ
れており、この特許の主題は参考文献として本説明に含
まれる。イオンがプラズマ室76から出ると、それらは、
出口開口のすぐ外側に配置された引出し電極80（図１）
によって形成された電界によって室76から離れる方向に
加速される。分析磁石14は、適正質量を有するイオンを
注入軌道に曲げる磁界を発生する。これらのイオンは、
分析磁石14を出てから、イオン注入室22まで続いた移動
経路に沿って加速される。高圧ハウジング16内に注入機
コントローラ82が配置されており、磁界巻線の電流を制
御することによって分析磁石14の磁界強さを調節する。
【００２０】イオン源12は、注入に使用されるイオンと
は異なった質量のイオンを高い割合で発生する。これら
の望ましくないイオンも分析磁石14で曲げられるが、注
入軌道から分離される。例えば、重いイオンは大きい半
径の軌道を取り、注入に用いられるものより軽いイオン
は、もっと小さい半径の軌道を取る。
は異なった質量のイオンを高い割合で発生する。これら
の望ましくないイオンも分析磁石14で曲げられるが、注
入軌道から分離される。例えば、重いイオンは大きい半
径の軌道を取り、注入に用いられるものより軽いイオン
は、もっと小さい半径の軌道を取る。
【００２１】ビーム移動経路上の磁石14の下流側にファ
ラディーカップ（図示せず）が配置されている。ファラ
ディーカップは、イオンビーム20内へ移動して、イオン
を遮断してそれが注入室22に到達しないようにすること
ができる。ビームの準備中にファラディーカップを使用
して、イオンビーム電流を監視することができる。ファ
ラディーカップはまた、ウェハを室22に出し入れする時
等、イオン注入を中断する他の時間にもイオンを遮断す
るために使用される。
ラディーカップ（図示せず）が配置されている。ファラ
ディーカップは、イオンビーム20内へ移動して、イオン
を遮断してそれが注入室22に到達しないようにすること
ができる。ビームの準備中にファラディーカップを使用
して、イオンビーム電流を監視することができる。ファ
ラディーカップはまた、ウェハを室22に出し入れする時
等、イオン注入を中断する他の時間にもイオンを遮断す
るために使用される。
【００２２】磁石14から離れた後、イオンビーム20は、
高圧絶縁ブッシュ26の領域内に配置された四重極レンズ
112 によって集束される。四重極レンズ112 は、イオン
ビーム20内のイオンを互いに直角方向に偏向させて、凸
レンズが光線に対して持つ集束効果と同様にしてイオン
ビームを像面上に集束させる。四重極レンズ112 によっ
て十分に偏向、集束されないビーム20内のイオンは、イ
オンビームから出て、イオン注入室22に到達しない。像
面の領域に到達するイオンは、加速電極116 によって所
望の最終注入エネルギーまで加速される。
高圧絶縁ブッシュ26の領域内に配置された四重極レンズ
112 によって集束される。四重極レンズ112 は、イオン
ビーム20内のイオンを互いに直角方向に偏向させて、凸
レンズが光線に対して持つ集束効果と同様にしてイオン
ビームを像面上に集束させる。四重極レンズ112 によっ
て十分に偏向、集束されないビーム20内のイオンは、イ
オンビームから出て、イオン注入室22に到達しない。像
面の領域に到達するイオンは、加速電極116 によって所
望の最終注入エネルギーまで加速される。
【００２３】本発明に従ったイオン発生装置12（図２〜
図６）は、プラズマアーク室76及び電子放出陰極124 を
支持する支持ブロック（ベース）120 を備えている。イ
オン源磁石126 （図示せず）がプラズマ室76を取り囲ん
で、プラズマ発生電子を室76内の厳密に拘束された移動
経路に封入する。支持ブロック120 は、蒸発して気体に
なってから室76内へ注入される砒素等の蒸発性固体を充
填することができる空洞部も備えている。
図６）は、プラズマアーク室76及び電子放出陰極124 を
支持する支持ブロック（ベース）120 を備えている。イ
オン源磁石126 （図示せず）がプラズマ室76を取り囲ん
で、プラズマ発生電子を室76内の厳密に拘束された移動
経路に封入する。支持ブロック120 は、蒸発して気体に
なってから室76内へ注入される砒素等の蒸発性固体を充
填することができる空洞部も備えている。
【００２４】下側及び上側スペーサ支持部材130 、132
（図２）が、支持ブロック120 に固定されている。プラ
ズマアーク室76を引出し電極80に対して位置決めするた
め、プラズマアーク室76は、下側及び上側スペーサ支持
部材130 、132 と係合してそれらによって支持されてい
る。出口開口78を形成したプレート133 が、引出し電極
80側に面して上部及び底部溝134 、135 （図６）を設け
ている。プラズマアーク室76を支持部材130 、132 に押
し付けて固定するため、１対の索136 、137 の中間ケー
ブル部分が、それぞれ対応の溝134 、135 にはめ込ま
れ、その軸方向の対向端部が、支持ブロック120 に連結
されたばね138 によって保持されている。アーク室76の
導電性壁によって形成された空間内で、陰極24から放出
された電子が気体分子と係合してイオンを発生する。イ
オンは、開口78から流出して、引出し電極80によって加
速される。
（図２）が、支持ブロック120 に固定されている。プラ
ズマアーク室76を引出し電極80に対して位置決めするた
め、プラズマアーク室76は、下側及び上側スペーサ支持
部材130 、132 と係合してそれらによって支持されてい
る。出口開口78を形成したプレート133 が、引出し電極
80側に面して上部及び底部溝134 、135 （図６）を設け
ている。プラズマアーク室76を支持部材130 、132 に押
し付けて固定するため、１対の索136 、137 の中間ケー
ブル部分が、それぞれ対応の溝134 、135 にはめ込ま
れ、その軸方向の対向端部が、支持ブロック120 に連結
されたばね138 によって保持されている。アーク室76の
導電性壁によって形成された空間内で、陰極24から放出
された電子が気体分子と係合してイオンを発生する。イ
オンは、開口78から流出して、引出し電極80によって加
速される。
【００２５】蒸発物質は、支持ブロック120 からプラズ
マアーク室76の両側の継手142 内の導管139 （点線で示
されている）によってプラズマアーク室76の内部へ注入
される。導管139 は、プラズマアーク室76に開いている
ポート140 まで継手を介して延在している。また、ガス
は、室の後壁のポートまたは開口141 から室76内へ直接
に送り込むことができる。スペーサ支持部材130 、132
によって定められた領域内において室76のすぐ後方に断
熱シールド144 が円筒形支持部材146 によって支持され
ており、この円筒形支持部材146 は支持ブロック120 に
連結されている。第２断熱シールド148 も支持ブロック
120 に連結されている。シールド144 、148 に適当に配
置された孔を通って、導管が支持ブロック120 からポー
ト141 または継手142 まで延在できるようになってい
る。
マアーク室76の両側の継手142 内の導管139 （点線で示
されている）によってプラズマアーク室76の内部へ注入
される。導管139 は、プラズマアーク室76に開いている
ポート140 まで継手を介して延在している。また、ガス
は、室の後壁のポートまたは開口141 から室76内へ直接
に送り込むことができる。スペーサ支持部材130 、132
によって定められた領域内において室76のすぐ後方に断
熱シールド144 が円筒形支持部材146 によって支持され
ており、この円筒形支持部材146 は支持ブロック120 に
連結されている。第２断熱シールド148 も支持ブロック
120 に連結されている。シールド144 、148 に適当に配
置された孔を通って、導管が支持ブロック120 からポー
ト141 または継手142 まで延在できるようになってい
る。
【００２６】プラズマアーク室76は、図２及び図６にお
いて下側端部に開口158 を形成した表面を備えている。
開口158 は、陰極124 がその開口158 を形成している室
壁に接触することなくプラズマアーク室76の内部へ延出
できる大きさになっている。陰極124 は、支持ブロック
120 に取り付けられているがそれから電気的に絶縁され
ている取付けプレート150 によって支持されている。陰
極124 は、取付けプレート150 にそれへの螺着によって
取り付けられている。３つの絶縁体152 （図３及び図
６）が、取付けプレート150 を支持ブロック120 に連結
している。絶縁体152 は、ねじ付きスタッド151 によっ
て支持ブロック120 に連結されており、またねじ付き締
結具153 によって取付けプレート150 に連結されてい
る。絶縁体152 は、セラミックコア148 と、セラミック
コア絶縁体148 の外表面を覆うことによってイオンがセ
ラミックコア絶縁体148 を横切って短絡するのを防止す
る２つの金属シールドカップ154 、156 とを備えてい
る。
いて下側端部に開口158 を形成した表面を備えている。
開口158 は、陰極124 がその開口158 を形成している室
壁に接触することなくプラズマアーク室76の内部へ延出
できる大きさになっている。陰極124 は、支持ブロック
120 に取り付けられているがそれから電気的に絶縁され
ている取付けプレート150 によって支持されている。陰
極124 は、取付けプレート150 にそれへの螺着によって
取り付けられている。３つの絶縁体152 （図３及び図
６）が、取付けプレート150 を支持ブロック120 に連結
している。絶縁体152 は、ねじ付きスタッド151 によっ
て支持ブロック120 に連結されており、またねじ付き締
結具153 によって取付けプレート150 に連結されてい
る。絶縁体152 は、セラミックコア148 と、セラミック
コア絶縁体148 の外表面を覆うことによってイオンがセ
ラミックコア絶縁体148 を横切って短絡するのを防止す
る２つの金属シールドカップ154 、156 とを備えてい
る。
【００２７】陰極124 は、３つの部材で構成されてい
る。陰極124 の外側の管状部材160 は、取付けプレート
150 に当接する下側端部にフランジ161 を備えたモリブ
デン合金物質で形成されている。内側の管状部材162
も、モリブデン合金物質で形成されており、ねじ付きの
下側端部163 と、軸方向端部の中間位置の肩部165 とを
備えている。内側管状部材162 のねじ付き端部163 を取
付けプレート150 のねじ付き開口167 にねじ込んだ時
に、肩部165 が外側管状部材160 のフランジ161 上表面
と係合することによって、フランジを取付けプレート15
0 に押し付けた状態に維持する。管状部材160 、162
は、共にモリブデン合金物質であるので導電体であり、
その形状は円筒形であることが好ましい。
る。陰極124 の外側の管状部材160 は、取付けプレート
150 に当接する下側端部にフランジ161 を備えたモリブ
デン合金物質で形成されている。内側の管状部材162
も、モリブデン合金物質で形成されており、ねじ付きの
下側端部163 と、軸方向端部の中間位置の肩部165 とを
備えている。内側管状部材162 のねじ付き端部163 を取
付けプレート150 のねじ付き開口167 にねじ込んだ時
に、肩部165 が外側管状部材160 のフランジ161 上表面
と係合することによって、フランジを取付けプレート15
0 に押し付けた状態に維持する。管状部材160 、162
は、共にモリブデン合金物質であるので導電体であり、
その形状は円筒形であることが好ましい。
【００２８】陰極124 のキャップ164 が、導電性であっ
て、タングステン物質で形成されている。キャップ164
は、管状部材162 の端部の座ぐり穴にはめ込まれてい
る。座ぐり穴は、キャップ164 の直径よりもわずかに小
さい内径を有する内向きの隆起部分を備えている。陰極
124 を組み付ける時に、キャップは管状部材162 に圧入
されて、イオン注入機10の作動中は摩擦で所定位置に保
持される。内側及び外側の管状部材160 、162 の長さ
は、キャップ164 がアーク室76内へ上向きに延出するよ
うに選択される。
て、タングステン物質で形成されている。キャップ164
は、管状部材162 の端部の座ぐり穴にはめ込まれてい
る。座ぐり穴は、キャップ164 の直径よりもわずかに小
さい内径を有する内向きの隆起部分を備えている。陰極
124 を組み付ける時に、キャップは管状部材162 に圧入
されて、イオン注入機10の作動中は摩擦で所定位置に保
持される。内側及び外側の管状部材160 、162 の長さ
は、キャップ164 がアーク室76内へ上向きに延出するよ
うに選択される。
【００２９】２つの導電性の取付けアーム170a,170b
が、陰極124 の内部にフィラメント178 を支持してい
る。アームは、絶縁体172 によって取付けプレート150
に対して間隔をおいて取り付けられている。導電性フィ
ラメントの励起バンド168a,168bが、電力フィードスル
ー169a,169b に連結されている。バンドの他端部は、そ
れぞれ対応の取付けアーム170a,170b に電気接続されて
いる。セラミック絶縁体172 は、絶縁体をブロック120
に連結するねじ付きスタッド151 をコネクタ173 と交換
したことを除いて、絶縁体152 と同一の構造である。
が、陰極124 の内部にフィラメント178 を支持してい
る。アームは、絶縁体172 によって取付けプレート150
に対して間隔をおいて取り付けられている。導電性フィ
ラメントの励起バンド168a,168bが、電力フィードスル
ー169a,169b に連結されている。バンドの他端部は、そ
れぞれ対応の取付けアーム170a,170b に電気接続されて
いる。セラミック絶縁体172 は、絶縁体をブロック120
に連結するねじ付きスタッド151 をコネクタ173 と交換
したことを除いて、絶縁体152 と同一の構造である。
【００３０】２つのクランプ174a,174b が、陰極の内側
管状部材162 によって定められた空隙部176 内にタング
ステンフィラメント178 を固定している。フィラメント
178は、タングステンワイヤを螺旋ループ状（図５を参
照されたい）に曲げて形成されている。フィラメント17
8 の端部は、クランプ174a,174b によって２つのアーム
170a,170b と電気接続状態に保持されている第１及び第
２タンタル脚部179a,179b によって支持されている。フ
ィードスルー169a,169b の両側に電位差を加えることに
よってタングステンワイヤフィラメント178 を励起する
と、フィラメントが電子を放出し、その電子が陰極124
のキャップ164 に向かって加速して、それに衝突する。
キャップ164 が電子衝突で十分に加熱されると、今度は
それが電子をアーク室76内へ放出し、その電子がガス分
子と衝突して、室76内にイオンを発生させる。イオンプ
ラズマが発生して、このプラズマ内のイオンが開口78か
ら出ることによって、イオンビームが形成される。キャ
ップ164 からの２次電子放出を利用することによって、
フィラメントが室内のイオンプラズマと接触することが
防止され、フィラメントの寿命を延ばすことができる。
また、このフィラメント支持方法によって、フィラメン
トの交換が容易になる。
管状部材162 によって定められた空隙部176 内にタング
ステンフィラメント178 を固定している。フィラメント
178は、タングステンワイヤを螺旋ループ状（図５を参
照されたい）に曲げて形成されている。フィラメント17
8 の端部は、クランプ174a,174b によって２つのアーム
170a,170b と電気接続状態に保持されている第１及び第
２タンタル脚部179a,179b によって支持されている。フ
ィードスルー169a,169b の両側に電位差を加えることに
よってタングステンワイヤフィラメント178 を励起する
と、フィラメントが電子を放出し、その電子が陰極124
のキャップ164 に向かって加速して、それに衝突する。
キャップ164 が電子衝突で十分に加熱されると、今度は
それが電子をアーク室76内へ放出し、その電子がガス分
子と衝突して、室76内にイオンを発生させる。イオンプ
ラズマが発生して、このプラズマ内のイオンが開口78か
ら出ることによって、イオンビームが形成される。キャ
ップ164 からの２次電子放出を利用することによって、
フィラメントが室内のイオンプラズマと接触することが
防止され、フィラメントの寿命を延ばすことができる。
また、このフィラメント支持方法によって、フィラメン
トの交換が容易になる。
【００３１】陰極124 から発生して、アーク室76内へ放
出されたが、ガスイオン化ゾーン内でガス分子と係合し
ない電子は、反射電極180 付近へ移動する。反射電極18
0 の金属部材181 が、アーク室76内に配置されて、ガス
分子と接触するように電子をガスイオン化ゾーンへ跳ね
返す。金属部材181 はモリブデン製である。セラミック
絶縁体182 が、反射電極部材181 をプラズマアーク室76
の壁の電位から隔離している。従って、陰極124 及び反
射電極180 は、アーク室壁から電気的及び熱的に絶縁さ
れている。反射電極部材181 の短絡が、イオンが絶縁体
182 を被覆しないようにする金属カップ184 によって阻
止されている。
出されたが、ガスイオン化ゾーン内でガス分子と係合し
ない電子は、反射電極180 付近へ移動する。反射電極18
0 の金属部材181 が、アーク室76内に配置されて、ガス
分子と接触するように電子をガスイオン化ゾーンへ跳ね
返す。金属部材181 はモリブデン製である。セラミック
絶縁体182 が、反射電極部材181 をプラズマアーク室76
の壁の電位から隔離している。従って、陰極124 及び反
射電極180 は、アーク室壁から電気的及び熱的に絶縁さ
れている。反射電極部材181 の短絡が、イオンが絶縁体
182 を被覆しないようにする金属カップ184 によって阻
止されている。
【００３２】室76の壁は、局所大地すなわち基準電位に
保持されている。陰極は、陰極端部キャップ164 を含め
て、室壁の局所大地電位より低い50〜150 ボルトの電位
に保持されている。この電位は、プレート150 に接続し
た導体212 を励起する電力フィードスルー210 によって
維持される。フィラメント178 は、端部キャップ164り
低い400 〜1000ボルトの電圧に保持される。フィラメン
トと陰極との間の大きい電圧差によって、端部キャップ
164 を加熱して熱電子的に電子を室76内へ放出すること
ができる高エネルギが、フィラメントから出る電子に与
えられる。反射電極部材181 は、室76内のガスプラズマ
の電位で変動することができる。
保持されている。陰極は、陰極端部キャップ164 を含め
て、室壁の局所大地電位より低い50〜150 ボルトの電位
に保持されている。この電位は、プレート150 に接続し
た導体212 を励起する電力フィードスルー210 によって
維持される。フィラメント178 は、端部キャップ164り
低い400 〜1000ボルトの電圧に保持される。フィラメン
トと陰極との間の大きい電圧差によって、端部キャップ
164 を加熱して熱電子的に電子を室76内へ放出すること
ができる高エネルギが、フィラメントから出る電子に与
えられる。反射電極部材181 は、室76内のガスプラズマ
の電位で変動することができる。
【００３３】図７は、陰極と陽極（室壁）との間のアー
ク電流を制御する回路200 を概略的に示している。回路
200 は、３つのプログラマブル電源210 、212 、214 を
備えている。第１電源210 は、フィラメント178 の両端
に電圧を印加し、またフィラメント電流に対応したフィ
ードバック信号を発生する。
ク電流を制御する回路200 を概略的に示している。回路
200 は、３つのプログラマブル電源210 、212 、214 を
備えている。第１電源210 は、フィラメント178 の両端
に電圧を印加し、またフィラメント電流に対応したフィ
ードバック信号を発生する。
【００３４】回路200 の１つの制御変数は、入力部220
に供給される所望アーク電流である。所望アーク電流
は、所望イオンビーム電流に基づいた注入コントローラ
（図示せず）によって決定された値を有している。比較
器222 が、入力部220 における所望アーク電流と、陰極
124 を励起する負の電位（−50Ｖ〜−150 Ｖ）を印加す
るアーク電源214 によって供給される電流を監視する電
流センサ226 からのフィードバック信号224 とを比較す
る。比較器からの差信号が増幅器228 によって増幅され
て、フィルタ230 でろ過された後、陰極124 のフィラメ
ント178 と端部キャップ164 との間の相対電位を維持す
る電源212 の制御入力部231 へフィードバックされる。
この電位差を増大させると、キャップ124 に衝突する電
子のエネルギが、従ってアーク電流密度が増加する。
に供給される所望アーク電流である。所望アーク電流
は、所望イオンビーム電流に基づいた注入コントローラ
（図示せず）によって決定された値を有している。比較
器222 が、入力部220 における所望アーク電流と、陰極
124 を励起する負の電位（−50Ｖ〜−150 Ｖ）を印加す
るアーク電源214 によって供給される電流を監視する電
流センサ226 からのフィードバック信号224 とを比較す
る。比較器からの差信号が増幅器228 によって増幅され
て、フィルタ230 でろ過された後、陰極124 のフィラメ
ント178 と端部キャップ164 との間の相対電位を維持す
る電源212 の制御入力部231 へフィードバックされる。
この電位差を増大させると、キャップ124 に衝突する電
子のエネルギが、従ってアーク電流密度が増加する。
【００３５】陰極124 を流れる放出電流も、感知電流と
回路200 の入力部234 に送られた陰極制御電流信号とを
比較する比較器232 に接続された陰極電源からの電流フ
ィードバック信号233 によって制御される。この比較器
からの差信号が増幅器236 で増幅されて、フィルタ238
でろ過された後、フィラメント178 の両端に電圧を印加
する電源210 へ制御入力240 としてフィードバックされ
る。
回路200 の入力部234 に送られた陰極制御電流信号とを
比較する比較器232 に接続された陰極電源からの電流フ
ィードバック信号233 によって制御される。この比較器
からの差信号が増幅器236 で増幅されて、フィルタ238
でろ過された後、フィラメント178 の両端に電圧を印加
する電源210 へ制御入力240 としてフィードバックされ
る。
【００３６】本発明の好適な実施例の以上の説明から、
当該分野の専門家であれば、本発明は、特許請求の範囲
内で様々な変更を考えることができるであろう。
当該分野の専門家であれば、本発明は、特許請求の範囲
内で様々な変更を考えることができるであろう。
【図１】回転支持体に取り付けられたシリコンウェハな
どの加工片をイオンビーム処理するためのイオン注入機
の概略図である。
どの加工片をイオンビーム処理するためのイオン注入機
の概略図である。
【図２】図１のイオン注入機においてイオンビームを発
生するための、本発明に従ったイオン発生装置の部分断
面図である。
生するための、本発明に従ったイオン発生装置の部分断
面図である。
【図３】図２の３−３面から見た図２のイオン発生装置
の底面図である。
の底面図である。
【図４】図２の４−４面から見た図２のイオン発生装置
の部分断面図である。
の部分断面図である。
【図５】イオン化電子を放出する陰極の一部を形成する
フィラメントの平面図である。
フィラメントの平面図である。
【図６】図２に示されているイオン発生装置の一部分の
拡大断面図である。
拡大断面図である。
【図７】イオン発生装置の陽極（室壁）と陰極（電子
源）との間を流れるアーク電流を制御する制御回路図で
ある。
源）との間を流れるアーク電流を制御する制御回路図で
ある。
12 イオン発生装置 76 プラズマアーク室 78 イオン出口開口 120 支持ブロック 124 陰極 150 取付けプレート 152 絶縁体 160,162 管状部材 164 導電性キャップ 178 フィラメント
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (73)特許権者 390033020 Ｅａｔｏｎ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｃｌｅｖｅ ｌａｎｄ，Ｏｈｉｏ 44114，Ｕ．Ｓ. Ａ. (72)発明者 エドワード キルビー マッキンタイヤ ー，ジュニア アメリカ合衆国 マサチューセッツ 02038 フランクリン ジェファーソン ロード 34 (72)発明者 ウイリアム エドワード レイノルズ アメリカ合衆国 マサチューセッツ 01983 トップスフィールド パーキン ズ ロウ 210 (72)発明者 リチャード マウリス クロウティアー アメリカ合衆国 マサチューセッツ 01952 サリスバリー ウイロー スト リート 185 (72)発明者 トーマス ネイル ホースキー アメリカ合衆国 マサチューセッツ 01719 ボックスボロー デポット ロ ード 816 (56)参考文献 特開 平３−233835（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−236774（ＪＰ，Ａ) 実開 平４−102154（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01J 37/317 H01J 27/20 H01J 37/08
Claims (12)
- 【請求項１】 イオン注入機に使用するイオン発生装置
(12)であって、 ａ）封入室内部を形成する導電性の室壁を備えており、
イオンを流出させるイオン出口開口(78)を設けており、
さらに、導電性室壁の１つの出口開口から離れた位置
に、室外から室内へアクセスできるようにするアクセス
開口(158) を設けている封入室(76)と、 ｂ）イオン出口開口(78)から前記封入室を出るイオンか
らイオンビーム(20)を形成するための、前記封入室から
離設された構造体(14、80) に対応する位置に前記封入室
を支持するベース(120) と、 ｃ）イオン化物質を封入室の内部へ送り込むため、前記
封入室と連通している供給源(142) とを設けており、 前記イオン発生装置は、 ｄ）前記ベースによって支持されて、前記物質をイオン
化するために室内部へイオン化電子を放出するように前
記封入室に対して位置決めされた陰極(124) で、アクセ
ス開口から前記封入室内へ延出した導電体(160、162)
が、封入室の内部にある一方の端部に導電性キャップ(1
64) を支持しており、前記導電性キャップとは軸方向に
反対の位置に開放端部を備えている陰極(124) と、 ｅ）前記キャップを加熱してイオン化電子を導電性キャ
ップ(164) から前記封入室内へ放出するため、前記陰極
の管状導電体の内側の位置で前記ベースによって支持さ
れているフィラメント(178) と、 ｆ）少なくとも１つの絶縁体(152) によって前記ベース
から離して設けられており、陰極をアクセス開口内に、
アクセス開口を形成している導電性室壁から離して、ま
た導電性キャップ(164) が前記封入室の内部に位置する
ようにして支持する取付けプレート(150) とを有してい
ることを特徴とするイオン発生装置。 - 【請求項２】 フィラメント(178) を励起して、前記キ
ャップ(164) に衝突するように電子を放出できる温度ま
で加熱し、また電子が封入室(76)内へ放出される温度ま
で前記キャップを加熱する電源(210) を有していること
を特徴とする請求項１のイオン発生装置。 - 【請求項３】 前記フィラメント(178) は、少なくとも
１つの絶縁体(172)よって取付けプレートから離されて
いる取付けアーム(170a 、170b) 取り付けられており、
前記フィラメントは、開口端部から前記陰極内へ延出し
ていることを特徴とする請求項１のイオン発生装置。 - 【請求項４】 さらに、前記フィラメントを前記取付け
アームに取り外し可能に取り付けるための２部材形クラ
ンプ(174a 、174b) を有していることを特徴とする請求
項３のイオン発生装置。 - 【請求項５】 絶縁体(152、172) は、封入室(76)の外部
に位置しており、電気的及び熱的に絶縁することを特徴
とする請求項１のイオン発生装置。 - 【請求項６】 前記取付けプレート(150) にねじ付き開
口(167) が設けられており、前記陰極は、前記取付けプ
レートのねじ付き開口への螺着によって取付けプレート
(150) に取り付けられた同軸状の内側(162) 及び外側(1
60) 管状部材を備えていることを特徴とする請求項１の
イオン発生装置。 - 【請求項７】 前記外側管状部材(160) は、取付けアー
ムに当接する下側端部にフランジ(161) を備えており、
内側管状部材(162) は、ねじ付きの下側端部と、軸方向
端部の中間位置の外向き肩部(165) とを備えており、内
側管状部材のねじ付き端部を取付けアーム(150) のねじ
付き開口(167) にねじ込んだ時に、前記外向き肩部が外
側管状部材のフランジ(161) の上表面と係合することに
よって、フランジを取付けアームに押し付けた状態に維
持できるようにしたことを特徴とする請求項６のイオン
発生装置。 - 【請求項８】 前記内側管状部材(162) は、ねじ付きの
端部と、外表面から半径方向外向きに延出した肩部とを
備えており、前記外側管状部材(160) は、前記内側管状
部材のねじ付き端部を前記取付けプレートのねじ付き開
口にねじ込んだ時に、一方の軸方向端部で前記内側管状
部材の前記肩部と、また軸方向に反対の端部で取付けプ
レートと係合するように半径方向内向きに延出したフラ
ンジを備えていることを特徴とする請求項７のイオン発
生装置。 - 【請求項９】 加工片を処理するためのイオンビーム(2
0)を発生する方法であって、 ａ）イオンビームを形成するために内部のイオンを流出
させる出口開口(78)を設けており、さらに、内部へ開い
たアクセス開口(158) を備えているイオン化室(76)を準
備し、 ｂ）アクセス開口の周囲のイオン化室の壁から外表面が
離れた状態で、陰極カップ(124) をイオン化室の壁のア
クセス開口から挿入することによって、電子をイオン化
室内へ放出する導電性端部キャップ(164) を備えた陰極
カップ(124) を支持し、 ｃ）電子放出部分を備えたフィラメント(178) を陰極カ
ップの開放端部に挿入して、フィラメントを端部キャッ
プから離した状態で固定し、 ｄ）イオン化物質をイオン化室へ送り、 ｅ）フィラメントを励起して、電子を放出させ、 ｆ）陰極カップ及びフィラメントに相対的なバイアスを
掛けることによって、フィラメントから放出された電子
が端部キャップに衝突して、端部キャップからイオン化
室の内部への二次電子放出を誘発することによって、イ
オン化室内へ送られた物質をイオン化する、各ステップ
を有していることを特徴とする方法。 - 【請求項１０】 さらに、イオン化室を出たイオンを目
標へ送るビーム形成装置に対してイオン化室をベース(1
20) 上に支持し、そして陰極カップをイオン化室から電
気的に絶縁するステップを有していることを特徴とする
請求項９の方法。 - 【請求項１１】 さらに、１つまたは複数の絶縁体(15
2) によってベース(120) から離された取り付けプレー
ト(150) に陰極を取り付け、また絶縁体によって取り付
けプレートから離された１対のアームにフィラメントを
取り付けることによって、フィラメント、陰極カップ及
びイオン化室を互いに電気的に絶縁するステップを有し
ていることを特徴とする請求項１０の方法。 - 【請求項１２】 イオン発生装置用の３部材形陰極であ
って、 ａ）取り付けプレート(150) に当接する下側端部にフラ
ンジ(161) を備えたモリブデン合金物質で形成された陰
極の外側管状部材(160) と、 ｂ）モリブデン合金物質で形成されて、ねじ付きの下側
端部と、軸方向端部の中間位置の肩部(165) とを備えて
おり、ねじ付き端部を取り付けプレートのねじ付き開口
にねじ込んだ時に、肩部が外側管状部材のフランジの上
表面と係合することによって、フランジを取り付けプレ
ート(150）に押し付けた状態に維持することができる陰
極の内側管状部材(162) と、 ｃ）管状部材の端部の座ぐり穴にはめ込まれて、イオン
発生装置の作動中は摩擦で所定位置に保持される、タン
グステン物質で形成された導電性キャップ(164) と、 ｄ）前記キャップが電子を放出する温度まで前記キャッ
プを加熱するため、前記キャップとは軸方向に反対側に
ある、前記管状部材の一方の開放端部内へ延出可能であ
り、かつ交換可能で、前記管状部材及び導電性キャップ
から電気的に絶縁されているフィラメント(78)とを有し
ていることを特徴とする陰極。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US339554 | 1994-11-15 | ||
| US08/339,554 US5497006A (en) | 1994-11-15 | 1994-11-15 | Ion generating source for use in an ion implanter |
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