JPH03194832A - イオン源 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、イオン源に関する。

（従来の技術） 一般に、所定のイオンを被処理物に作用させて処理を行
うイオン処理装置、例えば半導体ウェハ等に不純物とし
てのイオンを注入するイオン住人装置等には、所定の原
料ガス（あるいは固体原料）から所望のイオンを生成す
るためのイオン源が設けられている。

このようなイオン源としては、従来から円筒状のチャン
バを貫通する如く棒状のフィラメントを設けたいわゆる
フリーマン型のイオン源が知られている。

また、このようなイオン源として、所定の原料ガスに電
子を照射してイオンを発生させるいわゆる電子ビーム励
起イオン源がある。

この電子ビーム励起イオン源は、所定の放電ガス雰囲気
としたフィラメントの部位で放電によりプラズマを生じ
させる。そして、このプラズマ中の電子を、引き出し、
加速して所定の原料ガスに照射してプラズマ化し、該原
料ガスからイオンを生成する。

このようなイオン源は、低いイオンエネルギで高いイオ
ン電流密度を得ることができるという特徴を有する。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上述したようなイオン源を実用化するに
は、さらに効率良く安定的にイオンを出力することを可
能とし、イオン処理における処理の質の向上、均一化、
高効率化等を図ることが当然要求される。

本発明は、かかる従来の事情に対処してなされたもので
、効率良く安定的にイオンを供給することができ、良質
で均一な処理を高効率で実施することのできるイオン源
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、請求項１記載の発明は、内部にプラズマを生
じさせるための第１のチャンバと、この第１のチャンバ
に隘路を介して設けられた第２のチャンバと、この第２
のチャンバに設けられた多孔電極と、この多孔電極から
の電子を所望の原料ガスに照射し、イオンを発生させる
第３のチャンバとを備えたイオン源において、前記隘路
の径を２ＩｎＩ１１以上１０■以下としたことを特徴と
する。

また、請求項２記載の発明は、内部に放電によりプラズ
マを生じさせるためのフィラメントが設けられた第１の
チャンバと、前記第１のチャンバに隘路を介して設けら
れた第２のチャンバと、多孔電極を介して前記第２のチ
ャンバに設けられ、該多孔電極により前記第２のチャン
バから電子を引き出して所望の原料ガスに照射し、イオ
ンを発生させるだめの第３のチャンバとを備えたイオン
源において、前記隘路の長さを６１以上としたことを特
徴とする。

（作　用） 本発明者等が詳査したところ、例えば第１図に示すよう
なイオン源では、第１のチャンバ（電子発生室２）と第
２のチャンバ（プラズマカソード室９）との間に設けら
れた隘路７の径および長さが電子を生成するためのプラ
ズマの発生状態に重大な影響を与え、イオンの供給状態
が大きく変化することが判明した。

すなわち、理由は明らかではないが、隘路７の径りを２
ｍｍ１ＩＩ１１より小さくすると、プラズマカソード室
９内にプラズマが生じ難くなり、放電用ガス（例えばア
ルゴンガス）の流量を多くシ（例えば０．５３ＣＣＭ以
上）、大量の放電用ガスを供給しないと、プラズマを維
持することができなくなる。

ところが大量の放電用ガスを供給すると、イオンを発生
させる第３のチャンバ内に大量の放電用ガスが流れ込み
、所望のイオンを生成する効率が減少する問題が生じる
。また、放電用ガスの消費量が増大する等の問題も生じ
る。そこで本発明のイオン源では、隘路７の径りを２ｏ
＋ｍ以上例えば３■とすることにより、少量の原料ガス
で安定したプラズマを生起することができるように構成
する。

一方隘路７の長さしは、主としてプラズマカソード室９
内のプラズマの安定性に影響を与える。

第２図および第３図のグラフは、隘路７の長さしをＩＩ
Ｉｍ（実線）　、２＋ｅｍ　　（破線）　、４ｍｓ　　
（点線）、６ｍｓ　　（−点鎖線）とした夫々の場合に
ついて、磁場Ｂｚを変化させてフィラメント４と多孔電
極１１との間の電位を測定したものである。なお、第２
図は放電用ガス（アルゴンガス）の流量を０．４３ＣＣ
Ｍとした場合、第３図はこの流量をＯ、（ｉｓｃｃＭと
した場合を示しており、原料ガス（アルゴンガス）の流
量は、どちらの場合も０．９８ＣＣＭである。なお、通
常原料ガスには例えばＢＦ３ガス等を用いるが、上記実
験においては、アルゴンガスを用いた。

上記グラフに示されるように、隘路７の長さしを６一−
以上とすると、磁場の変化に対してフイラメント４と多
孔電極１１との間の電位の変化が小さくなる。これは、
フィラメント４と多孔電極１１との間に流れる電流の変
化、すなわちプラズマの変化が少なく、プラズマの状態
が安定していることを意味している。これは、隘路７の
長さしをＧｍｌ１以上とすることによりプラズマが収束
され、プラズマ密度が高くなるためと推ｌｌ！ｌｊされ
る。　なお、上記プラズマの状態が不安定になると、電
子の引き出し瓜が変化して安定した量のイオンを供給す
ることができなくなる。そこで、本発明のイオン源では
、隘路７の長さしを６ｎ＋ｍ以上とするとにより安定し
たプラズマを生起することができるように構成する。

（実施例） 以下、本発明をイオン源に適用した実施例を図面に基づ
いて説明する。

第１図に示すように、イオン源１の上部には、各辺の長
さが例えば数センチ程度の矩形容器状に形成された電子
発生室（第１のチャンバ）２が設けられている。この電
子発生室２は、導電性高融点材料例えばモリブデンから
構成されており、その−側面に設けられた開口を閉塞す
る如く、絶縁板３が設けられている。そして、この絶縁
板３に、導電性高融点材料例えばタングステンからなる
Ｕ字状のフィラメント４がその両端を支持されて、電子
発生室２内に突出する如く設けられている。

また、この電子発生室２の上部には、放電用ガス、例え
ばアルゴン（Ａｒ）ガスを導入するための放電用ガス導
入口５が設けられている。一方、電子発生室２の下部に
は、電子発生室２内で発生させたプラズマ中から電子を
引き出すための孔例えば円孔６が設けられている。

さらに、上記電子発生室２の下部には、円孔６に連続し
て隘路７を形成する如く板状の絶縁性部材８が設けられ
ており、この絶縁性部材８の下部には、プラズマカソー
ド室（第２のチャンバ）９が設けられている。また、こ
のプラズマカソード室９底部には、複数の透孔１０を有
する多孔電極１１が設けられている。

上記隘路７は、直径りが２Ｉｎ１１以上例えば３■、と
されている。これは、前述した如く、隘路７の直径りを
２Ｉより小さくすると、プラズマカソード室９内にプラ
ズマが生じ難くなるためである。

なお、直径りを１０１より大きくすると電子発生室２内
のプラズマとプラズマカソード室９内のプラズマとがつ
ながってしまい、多孔電極１１からの電子の引き出し効
率が低下してしまうため、隘路７の直径りは、２〜ｌｏ
ｉｍとすることが好ましい。

また、上記隘路７は、長さしが６１以上とされている。

これは、前述した如く、隘路７の長さしをＧａｕｎ以上
にすると、プラズマカソード室９内のプラズマが安定す
るためである。なお、隘路７の長さしは、プラズマカソ
ード室９内の高さによって制約されるので、この実施例
の場合隘路７の長さしは、最長９ｎｖ程度に限定される
。したがって、隘路７の長さしは、実質的に６〜９Ｉと
なる。

上記多孔電極１１の下部には、絶縁性部材１２を介して
イオン生成室（第３のチャンバ）１３が接続されている
。このイオン生成室１３は、導電性高融点材料、例えば
モリブデンから容器状に形成されており、その内部は、
直径および高さが共に数センチ程度の円筒形状とされて
いる。そして、イオン生成室１３の底部には、絶縁性部
材１４を介して底板１５が固定されている。

さらに、イオン生成室１３の側面には、所望のイオンを
生成するための原料ガス例えばＢＦ３等をこのイオン生
成室１３内に導入するための原料ガス導入口１６が設け
られており、この原料ガス導入口１６に対向する位置に
イオン引き出し用スリット開口１７が設けられている。

また、フィラメント４には、フィラメント？１［ｖｒが
接続されており、フィラメント４が通電加熱可能に構成
されている。さらに、電子発生室２には抵抗Ｒを介して
放電電源Ｖｄが、多孔電極１１には直接放電電源Ｖｄが
接続されており、多孔電極１１とイオン生成室１３との
間には、放電電源Ｖｄと直列に配列される如く加速電源
Ｖａが接続されている。なお、上記放電電源Ｖｄは例え
ば５０ボルト程度、加速電源Ｖａは、例えば１００ボル
ト程度に設定される。

マ上記構成のイオン源では次のようにして所望のイオン
を生成する。

すなわち、図示しない磁場生成手段により、図示矢印Ｂ
ｚの如く電子引き出し方向に対して電子をガイドするた
めの一磁場を印加するとともに、フィラメント電ｒｉｖ
ｒ　、放電電源Ｖｄ、加速電源Ｖ３によって各部に所定
の電圧を印加する。

そして、放電用ガス導入口５から電子発生室２内に、放
電用ガス例えばアルゴンガスを所定流量例えば０．０５
３ＣＣＭ以上で導入し、放電を生じさせプラズマを発生
させる。すると、このプラズマ中の電子は、電場により
加速され、円孔６、隘路７を通ってプラズマカソード室
９内に引き出され、このプラズマカソード室９内にもプ
ラズマを形成する。なお、この時、前述した如く隘路７
の径りが３１１ＩＩ１１１長さしが６１とされているの
で放電用ガス例えばアルゴンガスの流量を例えば０．０
５８ＣＣＭ以上等の低流量としても、プラズマカソード
室９内に安定したプラズマを生起することができる。

そして、このプラズマカソード室９内のブラズ中の電子
が、多孔電極１１によって加速され、この多孔電極１１
の透孔１０を通ってイオン生成室１３内に引き出される
。

一方、イオン生成室１３内には、原料ガス導入口１６か
ら予め所定の原料ガス例えばＢＦ３を所定流量例えば０
．１５３ＣＣＭ以上で導入し、所定の原料ガス雰囲気と
しておく。したがって、イオン生成室１３内に流入した
電子は、原料ガス分子と衝突し、濃いプラズマを発生さ
せる。

そして、図示しないイオン引き出し電極によってこのイ
オンをイオン生成室１３内から引き出し、例えば半導体
ウェハへのイオン注入等の処理に利用する。

すなわち、この実施例のイオン源では、前述した如く隘
路７の径りが２ＩＩＩ１以上、長さしが６１ｍ１１以上
とされているので、放電用ガス例えばアルゴンガスの流
量を例えば０．０５８ＣＣＭ以上等の低流量としても、
プラズマカソード室９内に安定したプラズマを生起する
ことができる。したがって、例えばイオンを発生させる
第３のチャンバ内に大量の放電用ガスが流れ込み所望の
イオンを生成する効率が減少したり、放電用ガスの消費
量が増大こともなく、効率良く安定的にイオンを供給す
ることができる。

このため、イオンを用いた処理、例えばイオン注入、エ
ツチング、アッシング等において、良質で均一な処理を
高効率で実施することができる。

なお、上記実施例では、隘路７の径りが２ｍ＋＋以上で
、かつ、隘路７の長さしがＢａｍ以上とした例について
説明したが、隘路７の径りと長さしの２つのファクタは
、独立に作用するものである。したがって、例えば隘路
７の径りが２ｍｏ＋以上であって隘路７の長さしが６＋
ａ＋ａより短い場合、あるいは、隘路７の長さしが６■
−以上であって隘路７の径りが２ｍｍ１１１より小さい
場合であっても、それぞれの効果を得ることができる。

上記実施例では、イオン注入装置のイオン源に適用した
例について説明したが、イオン源であれば何れでもよく
、例えばイオンエツチング、Ｘ線源、イオンリペアなど
何れでもよい。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明のイオン源によれば、効率
良く安定的にイオンを供給することができ、良質で均一
な処理を高効率で実施することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明をイオン注入装置用イオン源に適用した
一実施例の構成を示す図、第２図および第３図は第１図
に示すイオン源における磁場の強度とフィラメント−多
孔電極間の電位との関係を隘路の長さを変化させた場合
について示すグラフである。 １・・・・・・イオン源、２・・・・・・電子発生室（
第１のチャンバ）、３・・・・・・絶縁板、４・・・・
・・フィラメント、５・・・・・・放電用ガス導入口、
６・・・・・・円孔、７・・・・・・隘路、８・・・・
・・絶縁性部材、９・・・・・・プラズマカソード室（
第２のチャンバ）、１０・・・・・・透孔、１１・・・
・・・多孔電極、１２・・・・・・絶縁性部材、１３・
・・・・・イオン生成室（第３のチャンバ）、１４・・
・・・・絶縁性部材、１５・・・・・・底板、１６・・
・・・・原料ガス導入口、１７・・・・・・イオン引き
出し用スリ 上開口。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）内部にプラズマを生じさせるための第１のチャン
   バと、 この第１のチャンバに隘路を介して設けられた第２のチ
   ャンバと、 この第２のチャンバに設けられた多孔電極と、この多孔
   電極からの電子を所望の原料ガスに照射し、イオンを発
   生させる第３のチャンバとを備えたイオン源において、 前記隘路の径を２ｍｍ以上１０ｍｍ以下としたことを特
   徴とするイオン源。
2. （２）内部に放電によりプラズマを生じさせるためのフ
   ィラメントが設けられた第１のチャンバと、前記第１の
   チャンバに隘路を介して設けられた第２のチャンバと、 多孔電極を介して前記第２のチャンバに設けられ、該多
   孔電極により前記第２のチャンバから電子を引き出して
   所望の原料ガスに照射し、イオンを発生させるための第
   ３のチャンバとを備えたイオン源において、 前記隘路の長さを６ｍｍ以上としたことを特徴とするイ
   オン源。