JPH03210743A

JPH03210743A - イオン源

Info

Publication number: JPH03210743A
Application number: JP2004878A
Authority: JP
Inventors: Akira Koshiishi; 公輿石
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1990-01-11
Filing date: 1990-01-11
Publication date: 1991-09-13
Anticipated expiration: 2014-05-10
Also published as: JP2889930B2

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、イオン源は、例えば半導体ウェハに不純物とし
てのイオンを注入するイオン注入装置等に配置される。

このようなイオン源としては、従来からフィラメントと
アノード電極との間に電圧を印加して所定のガスからプ
ラズマを発生させ、このプラズマ中から所望のイオンを
引き出して利用するイオン源、例えばフリーマン型のイ
オン源が多く用いられている。

また、上記イオン源として、フィラメントとアノード電
極との間に電圧を印加して所定の放電用ガスから第１の
プラズマを発生させ、この第１のプラズマ中から電子を
引き出してイオン発生室内に導入した所定の原料ガスに
照射することにより所望のイオン（第２のプラズマ）を
発生させる電子ビーム励起イオン源がある。このような
イオン源は、低いイオンエネルギー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。

上記イオン源において、イオン発生室等のチャンバは、
導電性部材および導電性部材の間に介在し導電性部材間
の電気的絶縁を保つ絶縁性部材から構成されている。こ
のようなイオン源では、プラズマの作用例えばエツチン
グ、スパッタリング等により上記導電性部材が削られ、
消耗するとともに、これらの削られた飛翔物が例えば絶
縁性部材の表面に被着して導電性の膜を形成し、絶縁不
良を起こす。したがって、従来からイオン源においては
、定期的にこのような導電性の被着物の除去等のメンテ
ナンスを行っている。

（発明か解決しようとする課題）しかしなから、従来のイオン源では、上述したような導
電性の被着物の除去等のメンテナンスを、例えば数時間
の使用毎に行う等頻繁に行う必要があった。また、例え
ばイオン注入装置等においては、このようなメンテナン
スは、高真空チャンバを一旦常圧に戻して行うため、長
時間を要する。このため、イオン注入装置等の稼働率が
著しく低下し、生産性の悪化を招くという問題があった
。

本発明は、かかる従来の事情に対処してなされたもので
、従来に較べてメンテナンス頻度を低減することができ
、装置の稼働率を向上させ、生産性の向上を図ることの
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、本発明のイオン源は、導電性部材および絶縁
性部材から構成されるチャンバ内で、所定の原料ガスに
電子を照射し、プラズマを生起してイオンを発生させる
イオン源において、前記絶縁性部材の少なくとも一部に
、前記プラズマに対する影を形成して飛翔物の被着を抑
制する機構を設けたことを特徴とする。

（作　用）上記構成の本発明のイオン源では、チャンバを構成する
絶縁性部材の少なくとも一部、例えば電子引出電極とこ
の電子引出電極の下面を覆う絶縁性部材との接触部、あ
るいはイオン生成室の底板とこの底板を保持する絶縁性
部材との接触部等に、プラズマに対する影を形成して飛
翔物の被着を抑制する機構が設けられている。

したがって、導電性の被着物の除去等のメンテナンスの
頻度を従来に較べて低減することができ、装置の稼働率
を向上させ、生産性の向上を図ることができる。

（実施例）以下、本発明を電子ビーム励起イオン源に適用した実施
例を図面を参照して説明する。

第１図に示すように、電子発生室１は、導電性高融点材
料例えばモリブデンから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ている。

また、この電子発生室１の１側面には、開口部が設けら
れており、この開口部を閉塞する如く例えば５１３Ｎ４
、ＢＮ等からなる板状に形成された耐熱性の絶縁性部材
２が設けられ、電子発生室１が気密に構成されている。

また、上記絶縁性部材２には、例えばＵ字状に形成され
た高融点材質例えばタングステンからなるフィラメント
３が電子発生室１内に突出する如く設けられている。

さらに、電子発生室１の上部には、プラズマを生起させ
電子を発生させるためのガス、例えばアルゴン（Ａｒ）
ガス等の放電用ガスを導入するための放電用ガス導入孔
４が設けられており、電子発生室１の下部には、電子発
生室１内で発生させたプラズマ中から電子を引き出すた
めの直径例えば数ミリの円孔５が設けられている。

また、上記電子発生室１の下部には、円孔５に連続して
隘路６を形成する如く例えばＳ　ｉ　３　Ｎ　４、ＢＮ
等からなる絶縁性部材７が設けられており、この絶縁性
部材７の下部には、電子引出電極８が設けられている。

上記電子引出電極８は、第２図にも示すように、高融点
材質例えばタングステンから板状に構成されている。ま
た、この電子引出電極８には、前述した隘路６に対応し
て、直径例えば２〜３ｍｍ程度の電子ビーム通過孔９が
形成されており、この電子ビーム通過孔９の周囲を囲む
如くガス抜き孔１０（直径例えば１〜２■程度の孔）が
複数（例えば８つ）形成されている。

また、電子引出電極８の下部には、電子引出電極８の下
面を覆い、エツチング、スパッタリング等による電子引
出電極８の消耗を防止するための電極保護機構１１が設
けられている。この電極保護機構１１は、第３図〜第５
図に示すように、例えば絶縁性のセラミックス等からな
る絶縁性板１２と、例えば導電性セラミックス等からな
る導電性板１３とから構成さ、れている。ここで、導電
性板１３は絶縁性セラミックス等でも良い。

すなわち、上記絶縁性板１２は、電子引出電極８の下面
側を覆い、プラズマの作用から電子引出電極８を保護す
る如く、電子引出電極８とほぼ同様な外形を有しており
、その上面には、導電性板１３を嵌合させるための凹陥
部１４が形成されている。また、この凹陥部１４には、
電子引出電極８の電子ビーム通過孔９およびガス抜き孔
１０に対応した開口部を形成するための円孔１５が設け
られており、この円孔１５の周囲には、上部に向かって
突出する環状の突出部１６が形成されている。

一方、導電性板１３は、プラズマの作用による消耗の少
ない材質、例えば導電性セラミックスから上記凹陥部１
４に対応した形状に構成されている。また、この導電性
板１３には、電子引出電極８の電子ビーム通過孔９およ
びガス抜き孔１０に対応してこれら孔とほぼ同じ径の透
孔１７が形成されている。さらに、導電性板１３の下面
には、絶縁性板１２の突出部１６より大径な円形凹陥部
１８か形成されている。ここで、導電性板１３は導電性
セラミックスを使用しているために、電子引出電極８と
導電性板１３が一体物であってもよい。

そして、第５図に示すように、電子引出電極８、絶縁性
板１２、導電性板１３を組み合せた時に、突出部１６に
より、絶縁性板１２と導電性板１３との接触部１９が後
述するイオン生成室内のプラズマに対して影となるよう
構成されている。

なお、上記電極保護機構１１は、前述した如くプラズマ
の作用による電子引出電極８の消耗を防止するためのも
のである。また、導電性板１３は最も消耗の激しい部位
に位置する部材であり、消耗時にこの導電性板１３のみ
を交換することができるよう絶縁性板１２および電子引
出電極８と別体に構成されている。また、この導電性板
１３は、プラズマの作用による消耗の少ない材質であれ
ば、導電性セラミックスに限らず他の金属あるいは絶縁
性材料から構成してもよい。

上記電子引出電極８および電極保護機構１１の下部には
、イオン生成室２０が設けられている。

このイオン生成室２０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、例
えば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。

なお、イオン生成室２０の形状は、例えば矩形等、円筒
形状以外でもよいが、加工性、掃除のし易さ、プラズマ
密度の向上等の点からは、円筒形状とすることが好まし
い。

また、上記イオン生成室２０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２０内に導入するための原料ガス導入口２１が設
けられており、この原料ガス導入口２１に対向する如く
、イオン引き出し用スリット２２が設けられている。

さらに、イオン生成室２０の底部には、絶縁性部材２３
を介し、このイオン生成室２０の側壁部とはスイッチＳ
ｃによりまたは電源Ｖｃにより負の電位を印加した状態
、電気的に隔離された状態（フローティング状態）で例
えば高融点の導電性材料からなる底板２４が固定されて
おり、電子の照射によりこの底板２４が帯電し、電子を
反射するよう構成されている。

また、第６図に示すように、上記底板２４は、底部にフ
ランジ２５を有する円柱状に形成されており、そのフラ
ンジ２５の上面には、環状の溝２６が形成されている。

一方、絶縁性部材２３には、底板２４に対応した開口２
７が形成されており、その内側は階段状に形成されてい
る。そして、底板２４をフランジ２５の外周部で保持す
るとともに、フランジ２５の上面および溝２６のほぼ中
央部までを覆い、プラズマに対して影を形成する如く構
成されている。

上記構成のこの実施例の電子ビーム励起イオン源では、
図示しない磁場生成手段により、図示矢印Ｂｚの如く垂
直方向に電子をガイドするための磁場を印加した状態で
、次のようにして所望のイオンを発生させる。

すなわち、フィラメント３にフィラメント電圧ｖｆを印
加し通電加熱するとともに、このフィラメント３に対し
て、抵抗Ｒを介して電子発生室１に放電電圧Ｖｄを印加
し、電子引出電極８に放電電圧Ｖｄを印加し、電子引出
電極８とイオン生成室２０との間に加速電圧Ｖａを印加
する。

そして、放電用ガス導入孔４から電子発生室１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
８ＣＣＭ以上で導入し、放電電圧Ｖｄにより放電を生じ
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、加速電圧Ｖａにより、円孔５、隘路６、電子
引出電極８の電子ビーム通過孔９を通過してイオン生成
室２０内に引き出される。

一方、イオン生成室２０内には、原料ガス導入口２１か
ら予め所定の原料ガス例えばＢＦ３を所定流量例えば０
．１５８ＣＣＭ以上で導入しておき、このイオン生成室
２０内を所定圧力例えば０．００１〜０．０２　Ｔｏｒ
ｒの原料ガス雰囲気としておく。

したがって、イオン生成室２０内に流入した電子は、加
速電界により加速され、ＢＦ３と衝突し、濃いプラズマ
を発生させる。そして、イオン引き出し用スリット２２
により、このプラズマ中からイオンを引き出し、例えば
所望のイオンビームとして半導体ウェハへのイオン注入
等に用いる。

この時、イオン源を構成する各部材例えばイオン生成室
２０を構成するモリブデン等がプラズマの作用を受けて
エツチング等、により消耗し、この削り取られた飛翔物
が他の部材例えば絶縁性部材の表面に被着する。このた
め、絶縁性部材の表面には導電性の膜が形成される。

しかしなから、この゛実施例のイオン源では、第５図お
よび第６図に示したように、電子引出電極８（導電性板
１３）と絶縁性板１２との接触部、およびイオン生成室
２０の底板２４と絶縁性部材２３との接触部に、プラズ
マに対する影を形成して飛翔物の被着を抑制する機構が
設けられており、これらの接触部位に飛翔物が被着しに
くいよう構成されている。

したがって、飛翔物が回り込んで上記形の部位、すなわ
ち上記接触部に被着し、導電性の膜が形成されて導電性
部材同士が電気的に接続され、絶縁不良が発生するまで
の時間を従来に較べて大幅に長期化することかでき、従
来に較べてメンテナンス頻度を大幅に低減することがで
きる。

なお、プラズマに対する影を形成して飛翔物の被着を抑
制する機構は、上記実施例の構造に限定されるものでは
なく、種々の変形が可能である。

また、その設置位置も上記各接触部に限定されるもので
はなく、飛翔物の被着により、絶縁不良を起こす可能性
のある部位であればどこに設けてもよい。

［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、従来
に較べてメンテナンス頻度を低減することができ、装置
の稼働率を向上させ、生産性の向上を図ることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の電子ビーム励起イオン源の
構成を示す図、第２図は第１図の電子引出電極を示す図
、第３図は第１図の電極保護機構の絶縁性板を示す図、
第４図は第１図の電極保護機構の導電性板を示す図、第
５図は第１図の電子引出電極および電極保護機構の断面
を示す図、第６図は第１図の底板および底板を保持する
絶縁性部材を示す図である。１・・・・・・電子発生室、２・・・・・・絶縁性部材
、３・・・・・・フィラメント、４・・・・・・放電用
ガス導入孔、５・・・・・・円孔、６・・・・・・隘路
、７・・・・・・絶縁性部材、８・・・・・・電子引出
電極、９・・・・・・電子ビーム通過孔、１０・・・・
・・ガス抜き孔、１１・・・・・・電極保護機構、１２
・・・・・・絶縁性板、１３・・・・・・導電性板、１
４・・・・・・凹陥部、１５・・・・・・円孔、１６・
・・・・・突出部、１７・・・・・・透孔、１８・・・
・・・円形凹陥部、１９・・・・・・接触部、２０・・
・・・・イオン生成室、２１・・・・・・原料ガス導入
口、２２・・・・・・イオン引き出し用スリット、２３
・・・・・・絶縁性部材、２４・・・・・・底板、２５
・・・・・・フランジ、２６・・・・・・溝。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）導電性部材および絶縁性部材から構成されるチャ
ンバ内で、所定の原料ガスに電子を照射し、プラズマを
生起してイオンを発生させるイオン源において、前記絶縁性部材の少なくとも一部に、前記プラズマに対
する影を形成して飛翔物の被着を抑制する機構を設けた
ことを特徴とするイオン源。
（２）前記飛翔物の被着を抑制する機構は、電子引出電
極とこの電子引出電極の下面を覆う絶縁性部材との接触
部に設けられたことを特徴とする請求項１記載のイオン
源。
（３）前記飛翔物の被着を抑制する機構は、イオン生成
室の底板とこの底板を保持する絶縁性部材との接触部に
設けられたことを特徴とする請求項１〜２記載のイオン
源。