JPH02304842A - イオン発生方法及びイオン発生装置 - 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】 〔概　要〕 ガスをプラズマにしてイオン化するイオン源を用いてソ
ースガスのイオンを発生させることに関し、 ソースガスのイオン化開始に滞りが少なくなるようにす
るイオン発生方法及びそれを行うイオン発生装置の提供
を目的とし、 方法においては、ガスをプラズマにしてイオン化するイ
オン源を用いてソースガスのイオンを発生させるに際し
て、ソースガスをイオン化するに先立ちイオン源により
ソースガスよりもプラズマ化し易い補助ガスをプラズマ
化し、該プラズマによりソースガスのイオン化を開始さ
せるように構成し、装置においては、供給されたガスを
プラズマにしてイオン化するイオン源と、イオン源にソ
ースガスを供給する手段と、イオン源にソースガスより
もプラズマ化し易い補助ガスを供給する手段と、イオン
源に供給されたガスがプラズマ化したことを検出して該
補助ガスの供給を停止させる手段とを具えるように構成
する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、イオン注入装置などにおけるイオン発生方法
及びそれを行うイオン発生装置に関する。

イオン注入装置は、イオン源によりソースガスをイオン
化してそのイオンを対象物に照射するもので、半導体装
置の製造に貫層されており、スループットが低下しない
ように、始動の際に上記イオン化（イオン発生）を速や
かに開始させることが望まれている。

〔従来の技術〕

イオン注入装置におけるイオンの発生方法では、ソース
ガスをアークチャンバ内でアーク放電させてプラズマに
する方法が一般的に行われている。

第３図はそれを行うイオン源の１例の構成図である。

第３図において、このイオン源１０は、フリーマンタイ
プと称せられるもので、以下に説明するメカニズムによ
ってイオンを発生させる。

即ち、フィラメント１１から発生した熱電子Ｅは、アー
クチャンバ１２に印加されたアーク電圧によって引き出
され、マグネット１３からの磁界によりチャンバ１２内
で回転運動をしている。この状態にガスが供給されると
、ガス分子Ｍが電子Ｅの衝突によりプラズマ状態になる
アーク放電が起こり、ガスのイオンを発生させる。発生
したイオンはスリット１４を通して外部に引き出される
。ガス供給時のチャンバＩ２内の圧力は３　ｘｉｏ−５
〜Ｉ　Ｘｌ０−’Ｔｏｒｒ程度である。

このようなイオン源としては、上記フリーマンタイプの
他に、高周波を利用したＲＦタイプなどがあるが、何れ
も供給したガスをプラズマにしイオンを発生させるもの
である。

そして半導体装置の製造では、イオン注入に使用するソ
ースガスが、ＢＦ：ｌ　、ＰＨ３、ＡｓＨ３などのガス
であることから、イオン注入を行うためにイオン注入装
置の始動として上記ソースガスのイオン化（イオン発生
）を開始させる際に、従来はイオン源に上記ソースガス
を直接供給している。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら実際には、アーク放電を起こしにくい場合
が多くてイオン発生開始までに装置の調整に大きく手間
取る場合がある。そしてこの滞りは、イオン注入装置の
場合にイオン注入のスループットを低下させる問題とな
る。

そこで本発明は、ガスをプラズマにしてイオン化するイ
オン源を用いてソースガスのイオンを発生させることに
おいて、ソースガスのイオン化開始に滞りが少なくなる
ようにするイオン発生方法及びそれを行うイオン発生装
置の提供を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、ガスをプラズマにしてイオン化するイオン
源を用いてソースガスのイオンを発生させるに際して、
ソースガスをイオン化するに先立ちイオン源によりソー
スガスよりもプラズマ化し易い補助ガスをプラズマ化し
、該プラズマによりソースガスのイオン化を開始させる
本発明のイオン発生方法によって解決され、 また、供給されたガスをプラズマにしてイオン化するイ
オン源と、イオン源にソースガスを供給する手段と、イ
オン源にソースガスよりもプラズマ化し易い補助ガスを
供給する手段と、イオン源に供給されたガスがプラズマ
化したことを検出して該補助ガスの供給を停止させる手
段とを具える本発明のイオン発生装置によって解決され
る。

〔作　用〕

先に述べたイオン化開始までの滞りは、装置を調整する
作業者の未熟練ににもよるが、ソースガス自体がイオン
化しに（い点に原因している。

本発明はこの点に着目し、上記滞りを少なくするために
次のことを利用したものである。

それは、予めプラズマが存在していれば多少イオン化し
にくいガスであっても直ちにイオン化し、然もそのプラ
ズマは他のガスのプラズマであっても良いと言う現象で
ある。この現象は、本発明者がイオン注入装置の操作か
ら経験的に知り得た知見である。

即ち、ソースガスは、それ自体がイオン化しにくいもの
であっても上記補助ガスのプラズマによりイオン化され
るので、イオン化開始に滞りがなくなる。そして補助ガ
スは、ソースガスよりもプラズマ化し易いのでプラズマ
にするのに大きな手間を必要としない。このことからソ
ースガスのイオン化開始までの滞りは大幅に少なくなる
。

そして、ソースガスをイオン化させるように補助ガスが
プラズマ化したところで補助ガスの供給を停止すれば、
イオン源の中の補助ガスが消失して発生するイオンはソ
ースガスの分のみとなる。

上記のイオン発生装置は、その構成に補助ガスの供給を
停止させる上記手段が含まれることより、補助ガスの供
給停止が適時に自動的に行われて、ソースガスイオン発
生の立ち上がりに対する滞りの解消が効果的になり、然
も、そのための操作を単純なものにさせる。

〔実施例〕

以下本発明の実施例について第１図及び第２図を用いて
説明する。第１図はイオン発生装置の実施例の構成図、
第２図は該実施例のガスコントロールシステム回路図で
あり、イオン発生方法は、このイオン発生装置の動作説
明を通して理解されたい。

第１図において、１０は第３図で説明したイオン源、２
１はソースガスボンベ、２２は補助ガスボンベ、２３は
ソースガスパルプ、２４は補助ガスバルブ、２５はアー
ク電流計、３０はガスコントロールシステム、４０はオ
ペレータ操作盤、４１はソースガススイッチ、４２は補
助ガススイッチ、である。

ソースガスパルプ２３はボンベ２１からソースガスをイ
オン源１０に供給するのを開閉し、補助ガスバルブ２４
はボンベ２２から補助ガスをイオン源１０に供給するの
を開閉する。アーク電流計２５はイオン源１０でガスが
プラズマ状態になるアーク放電の電流を示す。

また、ガスコントロールシステム３０は、アーク電流計
２５の電流、ソースガススイッチ４１、補助ガススイッ
チ４２の信号を入力にして、ソースガスパルプ２２及び
補助ガスバルブ２４を開閉する回路で、その回路は例え
ば第２図に示すようである。

第２図において、３１はアーク電流計２５に接続するス
イッチ、３２はソースガススイッチ４１に接続するスイ
ッチ、３３は補助ガススイッチ４２に接続するスイッチ
、である。このシステム３０は、ソースガススイッチ４
１をＯＮにするとスイッチ３１及び３２がＯＮになり、
イオン源１０がアーク放電を起こすまで補助ガスバルブ
２４を開状態にし、そのアーク放電を起こすと、電流計
２５を流れるアーク電流の信号により補助ガスバルブ２
４を閉じてソースガスパルプ２３を開状態にする。また
、補助ガススイッチ４２をＯＮにするとスイッチ３３が
ＯＮになって補助ガスバルブ２４を開状態にする。なお
、３４はアンプ、３５はＮ０７回路、３６はＡＮＤ回路
、３７はＯＲ回路、３８はオペアンプ、３９はダイオー
ド、である。

従って、前述のソースガスを供給する手段、補助ガスを
供給する手段、及び、補助ガスの供給を停止させる手段
は、それぞれ、ボンベ２１＋バルブ２３＋システム３０
、ボンベ２２＋バルブ２４＋システム３０、及び、電流
計２５のアーク電流信号子バルブ２４＋システム３０で
構成される。

そして、補助ガスには、イオン源１ｏによりソースガス
よりもプラズマ化し易いものを用いる。

以上のことからこのイオン発生装置の動作は、次のよう
になる。

■　オペレータ操作盤４０で作業者がソースガススイッ
チ４１をＯＮにする。

■　この信号によりガスコントロールシステム３０が補
助ガスバルブ２４を開状態にし、イオン源１０に補助ガ
スが供給される。

■　イオン源１０は補助ガスの供給により容易にアーク
放電を起こし、アーク電流計２５に電流が流れる。同時
に補助ガスはプラズマ状態になる。

■　このアーク電流により、システム３０が補助ガスバ
ルブ２４を閉じてソースガスパルプ２３を開状態にする
。

■　イオン源１０では補助ガスがプラズマ状態になって
いるところへソースガスが供給されて、ソースガスは直
ちにイオン化を開始する。

■　上記■により補助ガスの供給が停止されたイオン源
１０は、補助ガスが次第に消失してソースガスのイオン
のみを発生するようになる。

従って、このイオン発生装置を用いれば、ソースガスイ
オン発生の立ち上がりに対する滞りが解消し、然も、そ
のための操作がソースガススイッチ４１のＯＮ動作のみ
で済んで単純となる。

ここでは、半導体装置製造のイオン注入として、ソース
ガスにＢ　Ｆ　３　、Ｐ　Ｈ３、ＡＳＨ３などを用いる
が、これらの中でＡ５Ｈ：ｌが最もプラズマ化し易いこ
とが経験的知見として得られたので、Ｂ　Ｆ　ｓ、ＰＨ
３をソースガスにする際に、ＡｓＨ，を補助ガスにしで
ある。

そして、例えばＢＦ、をソースガスにしてｐ型不純物を
注入する際に、ｎ型不純物のソースガスとなるＡｓＨｚ
を補助ガスにしても、上記■の動作によりイオン注入に
何らの不都合を起こすことがない。

以上の説明はソースカ２スを１種類にしであるが、例え
ば１台のイオン注入装置で複数種類のソースガスの中か
ら適宜の１種類を選択してそのイオンを発生させたい場
合には、第１図においてソースガスボンベ２１及びソー
スガスバルブ２３並びにソースガススイッチ４１の組を
複数組並列に配置し、ソースガススイッチ４１の選択Ｏ
Ｎにより、対応したソースガスバルブ２３が選択される
回路を第２図の回路に付加すれば良い。

なお、補助ガスは、ソースガス見合いで選定されれば良
いものであり、上述したＡＳＨ３に限定されない。

また、上記実施例では、イオンａ１０がアーク放電を起
こしたところで補助ガスの供給停止とソースガスの供給
開始を同時に切り換えているが、この時点で補助ガスの
供給とソースガスの供給を暫時オーバラップさせても良
い。但し、アーク放電を起こす前にソースガスの供給を
開始する場合には、イオン源１０内のガス圧が過大にな
るとアーク放電を起こしにくくなることを考慮しておく
必要がある。

更に、上記実施例はイオン源１０．６＜フリーマンタイ
プの場合であるが、このイオン源が先に述べたＲＦタイ
プなどの場合であっても同様にすることができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明の構成によれば、ガスをプラ
ズマにしてイオン化するイオン源を用いてソースガスの
イオンを発生させることにおいて、ソースガスのイオン
化開始に滞りが少なくなるようにするイオン発生方法及
びそれを単純な操作で行い得るイオン発生装置が提供さ
れて、例えばイオン注入装置におけるイオン注入のスル
ープット低下を防止させる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はイオン発生装置の実施例の構成図、第２図は実
施例のガスコントロールシステム回路図、 第３図はイオン源の１例の構成図、 である。 図において、 １０はイオン源、 ２１はソースガスボンベ、 ２２は補助ガスボンベ、 ２３はソースガスバルブ、 ２４は補助ガスバルブ、 ２５はアーク電流計、 ３０はガスコントロールシステム、 ４０はオペレータ操作盤、 ４１はソースガススイッチ、 ４２は補助ガススイッチ、 である。 ２２　ネ酊、助′ケ°７Ｊ、、−公゛ ２３．ソースプｒズハル７゛ ２４、イ耐■かｉ”久ハ”°ルフ゛ ４０　オＸし一７季更イ乍濃朱 ４１　・／−Ｘ乃′Ｘ又不ソデ ４２　斗＠′ｉｎｎ’スズメ・ｌ＋ イオン免芝装！の笈七例０梢戊習 第　Ｉ　　回 −くべ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）ガスをプラズマにしてイオン化するイオン源を用い
   てソースガスのイオンを発生させるに際して、ソースガ
   スをイオン化するに先立ちイオン源によりソースガスよ
   りもプラズマ化し易い補助ガスをプラズマ化し、該プラ
   ズマによりソースガスのイオン化を開始させることを特
   徴とするイオン発生方法。 ２）供給されたガスをプラズマにしてイオン化するイオ
   ン源と、イオン源にソースガスを供給する手段と、イオ
   ン源にソースガスよりもプラズマ化し易い補助ガスを供
   給する手段と、イオン源に供給されたガスがプラズマ化
   したことを検出して該補助ガスの供給を停止させる手段
   とを具えることを特徴とするイオン発生装置。