JPH02142046A - 外部共振回路型ｒｆｑ加速器 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、外部共振回路型ＲＦＱ　（ラジオ　フレクエ
ンシー　クアドラボール、Ｒａｄｉｏ　Ｆｒｅｑｕｅｎ
ｃｙＱｕｄｒｕｐｏｌｅ　：高周波高電圧）加速器を備
えたＭｅＶイオン打込み装置に係り、特に、半導体基板
にイオン打込みするに際し、重金属粒子の基板汚染を減
らすことのできるＲ　ＦＱ加速器に関する。

〔従来の技術〕

第２図（Ａ）は、ＲＦＱ加速器によるＭ　ｅ　Ｖイオン
打込み装置の構成を示す従来例の一つである。

イオン源１から出たイオンビームはＲＦＱ加速器２でＭ
　ｅ　Ｖの桁のエネルギーに加速され、試料基板５にイ
オン打込みされる。第２図（Ｂ）は、ＲＦＱ加速器２の
詳細構成を説明する図である。

ＲＦＱ加速器は、ＲＦＱ容器２内に、波打った形状を持
つ四本の電極２ａ〜２ｄが設置されている。

円筒容器２内に数１０〜数１００ＭＨｚ帯の高周波電力
を導入し、波打ち四重極電極２ｄ〜２ｄに高周波高電圧
を誘起させ、発生する高周波電界を使って、イオンビー
ムを加速する。

イオンビームは四重極電極２ａ〜２ｄて囲まれた中心軸
付近を通って加速される。第２図の従来例と類似のもの
として、特開昭６０−１２１６５６号公報があげられる
。

さて従来例では、イオン源から出た種々のイオン種のう
ち特定のイオン種のみが加速を受けて試料基板５に打込
まれ、それ以外のイオン種は一般に波打ち四重極内の加
速中に発散され電極に衝突する。このため、電極材（通
常は銅）がイオンビームスパッターされ、試料基板５に
これら重金属粒子が付着し汚染をおこしていた。特に試
料基板５に半導体材料を用いた場合、重金属汚染による
半導体特性の致命的な欠陥がしばしば発生し、不良品を
作る原因になっていた。

一方、第２図（Ｂ）に示す従来例では、波打ち四重極電
極材に銅あるいはその類似材料以外の材料を用いること
はできなかった。これは円筒容器２内に高周波電力を導
入した場合、銅以外の材料を用いるとその電気抵抗が高
くなるため熱損失が大きくなり、円筒容器内で高周波高
電圧発生が困難になるからである。実際、発生電圧は電
気抵抗ｒの１／２乗しこ逆比例することが知られている
。

ところで、第２図に示した従来のＲＦ　Ｑ加速器では１
重金属汚染以外の別の基本的問題点がある。

これは、従来のＲＦＱ加速器では円筒容器２の寸法は謂
ゆる空洞共振器を構成する特定の寸法で作られるため、
投入できる高周波電力の周波数は１種類であった。この
ため、イオン種が決まると加速エネルギーが決まってし
まい１種類の加速エネルギーしか進入ない問題がある。

加速エネルギーを可変にするには励振周波数を自在に変
える必要があり、これを実現した従来例を第３図に示す
（特開昭６０−１１５１９９号公報参照）。図において
波打ち四重極電極２ａ〜２ｄは、容器２内に収納されて
いる。しかしこの容器は単なる容器であり空洞共振器を
構成するための特定の寸法にはなっていない、電％　２
　ａ〜２ｄに給電される高周波高電圧はインダクタンス
９．容量可変コンデンサー１０で構成された電気共振回
路で発生させる。更に、容量ＣやインダクタンスＬの値
を変化させ、共振周波数を変えることにより周波数可変
を実現している。即ち、電極２ａ〜２ｄには貼に電圧が
印加されているだけとなる。このため、高周波高電圧の
発生を容易にする電気抵抗の低い材料を使用しなければ
ならない部分は、外部のり、Ｃ等で構成される電気共振
回路部のみで良い。即ち、共振回路内の高周波電流は第
２図の従来例と異なり波打ち四重極電極には流入しない
。第３図において容量可変コンデンサー１０やインダグ
タンスコイル９、その配線材料を銅あるいは銀メツキし
た材料で構成すれば高周波高電圧の発生は充分に実現で
きる。この事から、波打ち四重接電（＠２ａ〜２ｄは、
特に低電気抵抗の金属で作る必要はなく、試料基板５に
重金属汚染を引起さない材料で作っても良いことになる
。

〔発明が解決しようとする課題〕

第２図に示した従来例では、空洞共振器構造が採られて
いたため、波打ち四重極電極２ａ〜２ｄの材料に銅ある
いは銀等の低電気抵抗材を用いることが本質的に必要不
可欠であった。一方、第３図の従来例により初めて四重
極電極２ａ〜２ｄの材質について電気的な制約は解除さ
れたことになる。しかしながら、第３図の従来例につい
て、打込み試料基板への重金属汚染を避ける視点からの
電極材の選択２重金属防止法の考察、考案等はなされて
いなかった。

本発明の目的は、第３図に示した従来例に対し、これを
Ｍ　ｅ　Ｖイオン打込み装置に適用した場合に、打込み
試料基板に重金属汚染を引越さない打込み装置を提供す
ることにある。

〔課題を解決するための手段〕

波打ち四重極電極によるイオンビーム加速を使ったＭ　
ｅ　Ｖイオン打込み装置で、打込み基板に重金属汚染を
発生させない打込みを実現するには、外部共振回路型Ｒ
ＦＱ加速器構成を採用し、かっこの四重極電極表面に打
込み基板と同種の材料あるいは軽元素材料を被覆すれば
良い。これにより、イオンビームが電極に衝突し、電極
材がスパッターされても、スパッター粒子が試料基板と
同じであるため、基板の特性が変ったり、半導体デバイ
スとしての電気特性等に影響が現われなくなる。

また、四重極電極以外の部分にも、加速ビームは衝突し
うるから、電極支持具や容器内壁に同様な表面被覆をほ
どこせば、更に大きな効果が期待できる。

〔作用〕

一般に、波打ち四重極電極２８〜２ｄの電極形状は複雑
であり、その表面状態は高電圧印加時の電極間絶縁破壊
を防ぐため、滑らかであることが要求される。一方、こ
の様な複雑な電極形状を得るには、謂ゆるＮＣ（Ｎｕｍ
ｅｒｉｃａｌ　Ｃｏｎｔｒｏｌ、数値制御）加工が用い
られるが、電極加工時のソリや曲りを防止するため、加
工可能な材質には制限があり、通常、銅、アルミニウム
、鋼材などが使われている。以上述べた様に波打ち形状
が複雑であり、その表面も滑らかであることまた材質等
にも制限があることから、電極表面に異種の板材等をネ
ジ等を使い機械的に張り付けることは一般に困雉である
。従って、波打ち電極表面に異種の物質を被覆するにあ
たっては、メツキやＣＶＤ　（化学気相成長）法、ある
いは物理的にイオンビームを使い表面コーティングする
方法等が有効である。この様にして表面コーティングさ
れた四重極電極を用いれば、ビーム加速中に電極に当る
イオンビームで表面がスパッターされても重金属イオン
の試料基板の汚染は激減できる。また上記、膜形成を行
えば、仕上り面も滑らかにできるため、電極間の絶縁破
壊も起りにくくなり、安定なビーム加速運転が可能とな
る。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。（Ａ
）図は従来通りに加工された波打ち電極２ａ　　（材質
は銅）にシリコン膜２ａ“を厚み数μｍ〜１００μｍ程
度で一様にコーティングしたものである。コーティング
には、真空中でのプラズマによるデポジションにより行
った。デポジション用のプラズマ放電ガスには５ｉＨｉ
　を使い、銅波打ち電極に負のバイアス電圧をかけプラ
ズマ中のイオンがシリコン膜生成中に、エネルギーを得
て電極照射されるようにした。これにより生成１摸の密
着力が格段に増大した。

図（１３）は、この様にしてシリコン膜が表面被覆され
た波打ち四重極電極を使ってＲＦＱ加速器を構成し、Ｍ
　ｅ　Ｖ打込み装置とした一実施例である。イオン源１
にはマイクロ波放電型のマイクロ波イオン源を使った。

引出された硼素（Ｂ＋）イオンビームをＭ　ｅ　Ｖに加
速して、シリコンウェハ試料基板５に打込んだ。打込み
後のウェーハ５を、二次イオン質量分析計（ＳＩＭＳ）
及びオージェ電子分光分析計を使って重金属イオン分析
した。その汚染量をシリコンコーティングしない電極を
用いた時と本発明の電極を用いた時とについて比較した
。従来の表面被覆をほどこさない波打ち四重ＶｉＡ電極
２ａ〜２ｄを用いた場合、電極材に起因する重金属粒子
（実施例では鋼を観測）が、表面から数μｍの深さに亘
ってｐｐｍ　　（１０１８ケ／Ｃ１１１の個数に対応）
以上の高濃度で検出された。

Ｂ＋ビームを得る場合、イオン源への試料ガスには一般
にＢＦａガスが用いられる。従ってイオン源１からは種
々のイオン種、例えばＢ十以外にもＦ＋、　Ｂ　Ｆ＋、
　Ｂ　Ｆ２＋イオンが同時に引出される。

ＲＦＱ加速器ではＢ＋が加速されウェーハ５に打込まれ
るが、その他のイオンは発散し、一部は四重極電極にあ
たる。ＢＦａガス使用時には、Ｂ＋以外のイオンも大量
に生成されるため、試料基板への重金属汚染量も充分検
出できる程の高濃度レベルであった。

一方、第１図の図（Ａ）のシリコン膜２ａ’を被覆した
四重極電極を使ってＢ＋ビームをＭｅＶに加速しイオン
打込みを行ったところ、重金属汚染量は１　ｐｐｍをは
るかに下まわるレベルにあることが分った。更に、四重
極電極を支持している支持具（金属性）や容器２の内面
にもシリコン膜を被覆させたところ、ＳＩＭＳの分析で
は電極材や容器等に起因する重金属粒子の量は、検出計
最高感度で検出がやっと可能なレベル（１０１４ケ／　
ａＪの桁）に減った。また容器２と打込み室３の途中の
配管や種々の内蔵物に同様なシリコン膜のコーティング
をほどこしたところ、上記最高感度の検出レベルでも重
金属粒子は測定できない程度まで減少した。

本発明を使ってシリコン基板にＢ＋のＭ　ｅＶ打込みを
実施し、半導体素子を作製したところ、重金属汚染によ
る電気的特性劣化や不良の発生が激減した。

ところで銅や鉄などの重金属に比べ、カーボン（Ｃ）な
どの粒子汚染は半導体特性劣化の影響が少ないことが知
られている。このため別の実施例としてシリコンの代り
にカーボンを被覆して四重極電極を作製し、実験したと
ころ、この場合にも、重金属汚染に伴う不良は発生しな
いことが分った。

第４図は、本発明に基づく別の実施例を説明する図であ
る。本発明に基づく外部共振型ＲＦ　Ｑ加速器（表面被
覆した波打ち四重極電極を内蔵した外部共振回路付加速
器）を長時間運転した場合、ビームスバッターを受けて
徐々にコーテイング膜が薄くなり、下地の金属材が現わ
れる問題があった。第４図の発明は、この様な問題に対
し再びコーテイング膜をつけるためのプラズマ発生装置
を備えたＲＦＱ装置を提供したものである。即ち、本実
施例ではプラズマ発生用の別の高周波電源（ｔ　３　、
５６　Ｍ　Ｉ−１ｚを利用）１３を備え、放電用コイル
１２に高周波電力を供給する。容器２には、放電ガス供
給システム１４を使って５ｉＩ−（＋　を導入しプラズ
マを発生させ、四重極電極２ａ２ｃ’　にシリコンを被
膜（〜１００μｍ厚）する。

これにより、四重極電極を交換することなく再）■転が
可能となり、コーテイング膜の寿命に伴う加速器運転停
止が防止できた。なお、被膜作製時にはビーム加速は行
わない。

次に、表面コーティングするにあたり、本実施例ではシ
リコン膜を対象として述へたが、シリコンに微量の硼素
やリン、ヒ素がドープされたシリコン膜でも良いことは
発明の目的、構造から明らかである。実際の実施例では
、第４図の放電ガスとして５ｉＩ（＋に微量のＢＦａあ
るいはＰ　）ｉａ　＋ＡｓＨ３を混入したものを用いれ
ば、上述の硼素。

リンあるいはヒ素等がドープしたシリコン膜が得られて
いる。なお本発明では、銅や鋼の四重極電極に表面コー
ティングしたものを示したが、電極全てがシリコンであ
っても良いことは明らかである。

〔発明の効果〕

本発明によれば、外部共振回路型ＲＦＱ加速器を用いて
ＭｅＶ級の高エネルギーイオン打込み装置を構成した場
合、試料基板に重金属汚染の少ないイオン打込みが実現
でき、実用に供しその効果は著しく大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を説明する図で、（Ａ）図は
本発明に基づく波打ち四重極電極の構造、（Ｂ）図はこ
れを用いた外部共振回路型ＲＦ　Ｑ加速器によるＭｅＶ
イオン打込み装置を説明する図、第２図は従来のＲｌ”
　Ｑ加速器を備えたイオン打込み装置を説明する図、第
７３図は従来の外部共振回路型ＲＦ　Ｑ加速器を説明す
る図、第４図は本発明に伴う別の実施例を説明する図で
ある。 Ｊ・・イオン源、２・・・ＲＦ　Ｑ容器、２ａ〜２ｄ・
・波打ち四重極電極、２ａ’〜２ｄ’　・・・波打ち四
重極゛氾極下地、２ａ　〜２ｄ“・・・コーテイング膜
、３・・・打込み室、４・・ファラデーカップ、５・・
・試料基板、６・・高周波電源、７・・・マツチング回
路、８・・・カンプリングコイル、９・・・インダクタ
ンスコイル、１０・・・容量可変コンデンサー、１１・
・外部共振回路収納容器、１２・・放電用コイル、１３
・・高周波電源、１４・・・放電ガス供給システム。 特許出願人　工業技術院長　飯塚幸二 第２区 （Ａ）（］ （Ｂ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、四重極電極の向い合つた面を波打たせ、この電極に
   別の高周波共振回路で生成する高周波高電圧を給電する
   外部共振回路型ＲＦＱ加速器において、上記波打ち四重
   極電極、及びこれを支持する金属性支持具や給電線の少
   なくとも一部をシリコンで表面被覆するか、或いは硼素
   、燐、ヒ素等を微量に含むシリコンで表面被覆したこと
   を特徴とする外部共振回路型ＲＦＱ加速器。 ２、特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、前記表
   面被覆物としてシリコンの代りに質量数が２８以下の軽
   元素物質を用いたことを特徴とする外部共振回路型ＲＦ
   Ｑ加速器。 ３、波打ち四重極電極が構成される部分と高周波高電圧
   を発生する高周波共振回路が構成される部分とをそれぞ
   れ別の容器に収納し、かつ、四重極電極が収納された真
   空容器の内面の少なくとも一部をシリコン、不純物ドー
   プされたシリコン、或いは軽元素物質で表面被覆したこ
   とを特徴とする外部共振回路型ＲＦＱ加速器。 ４、特許請求の範囲第１項、第２項、又は第３項記載に
   基づくＲＦＱ加速器にシリコン半導体基板を打込む打込
   み室を結合して、構成したことを特徴とする外部共振回
   路型ＲＦＱ付きイオン打込み装置。 ５、特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、波打ち
   四重極電極そのものが、シリコン、及び不純物ドープさ
   れたシリコンから加工された電極であることを特徴とす
   る外部共振回路型ＲＦＱ加速器。 ６、特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、波打ち
   四重極電極が内蔵された真空容器に、シリコンや不純物
   ドープされたシリコンを波打ち四重極電極に表面被覆さ
   せるプラズマデポジション機構を付加したことを特徴と
   する外部共振回路型ＲＦＱ加速器。