JPH03257748A

JPH03257748A - イオン生成方法

Info

Publication number: JPH03257748A
Application number: JP2058869A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Matsudo; 昌彦松土
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1990-01-22
Filing date: 1990-03-09
Publication date: 1991-11-18

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、イオン生成方法に関する。

（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
う装置、例えば半導体ウエノ＼等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、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
ン源が公知である。

（発明が解決しようとする課題）上記電子ビーム励起イオン源では、フィラメントがプラ
ズマ（イオン）によりスパッタリングされ、消耗するた
め、定期的にフィラメントの交換を実施する必要がある
。このため、さらにフィラメント寿命を長期化し、メン
テナンス顛度を低減して生産性の向上を図ることが望ま
れている。

本発明は、かかる従来の事情に対処してなされたもので
、従来に較べてフィラメントの長寿命化を図ることがで
き、メンテナンス開度を低減して生産性の向上を図るこ
とのできるイオン生成方法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、本発明は、フィラメント雰囲気に放電ガスを
導入し、この放電ガスをプラズマ化し、このプラズマ中
の電子をイオン生成用原料ガスに照射し、この原料ガス
からイオンを生成するイオン生成方法において、前記フ
ィラメントに交流電流を供給して、加熱することを特徴
とする。

（作　用）上記構成の本発明のイオン生成方法では、放電ガスをプ
ラズマ化し、原料ガスに照射するための電子を発生させ
る際に、フィラメントに交流電流を供給して、加熱する
。

したがって、フィラメントに直流電流を通じ、加熱する
従来の方法に較べて、スパッタリング等によるフィラメ
ントの消耗を均一化することができ、従来に較べてフィ
ラメント寿命を長期化することができる。

すなわち、放電ガスをプラズマ化する際に、フィラメン
トの消耗を決定する主たる原因は、プラズマポテンシャ
ルとフィラメントとの間に形成される電気的ポテンシャ
ルによって引き起こされるスパッタリングである。従来
のように、直流電流によってフィラメントを通電加熱し
た場合、フィラメントの長さ方向に沿って、常時電気的
ポテンシャルが生ずるため、上記プラズマポテンシャル
とフィラメントとの間に形成される電気的ポテンシャル
は、フィラメントの長さ方向に沿って常に差が生じる。

そのため、フィラメントの消耗は、長さ方向に不均一に
なり、フィラメントの負側か局部的に激しく消耗し、フ
ィラメント寿命が著しく短くなっている。

しかし、交流電流（例えば、現在国内で使用している周
波数５０〜６０−のものあるいはそれ以上の周波数のも
の）によってフィラメントを通電加熱した場合、フィラ
メントの長さ方向に沿って生しる電気的ポテンシャルが
交流電流の周波数により交互に変更されるため、プラズ
マポテンシャルとフィラメントとの間に形成される電気
的ポテンシャルに関して、従来の直流電流加熱で生じて
いた電気的ポテンシャルの差（フィラメントの長さ方向
に沿って生じる電気的ポテンシャルの差）が打ち消され
る。したがって、フィラメントの消耗を均一化すること
がてき、従来に較べてフィラメント寿命を長期化するこ
とにより、メンテナンス開度を低減して生産性の向上を
図ることができる。

（実施例）以下、本発明方法の実施例を図面を参照して説明する。

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、高融点（例
えば融点１２００℃以上）の絶縁性材料例えばＳｉＮ４
、ＢＮ等からなる絶縁板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、プラズマを生起さ
せ電子を発生させるための放電用ガス、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、複数の透孔９を
有する電子引き出し電極１０が設けられている。

上記電子引き出し電極１ｏの下部には、絶縁性部材１１
を介してイオン生成室１２が接続されている。このイオ
ン生成室１２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。また
、イオン生成室１２の底部には、絶縁性部材１３を介し
て底板１４が固定されている。

さらに、イオン生成室１２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１２内に導入するための原料ガス導入口１５が設け
られており、この原料ガス導入口１５に対向する位置に
イオン引き出し用スリット１６が設けられている。

さらに、この実施例では、イオン生成室１２内にインナ
ー筒１７が設けられている。このインチ筒１７は、プラ
ズマの作用（スパッタリング、エツチング等）を受は難
い材質、例えばセラミ・ソクス等から構成されており、
イオン生成室１２内の金属面を覆い、プラズマから保護
するよう構成されている。

上記構成の電子ビーム励起イオン源を用いてこの実施例
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
めの磁場を印加する。そして、フィラメント４に交流電
圧Ｖｒを印加し、通電加熱するとともに、このフィラメ
ント４に対して、抵抗Ｒを介して電子発生室２に放電電
圧Ｖｄを印加し、電子引き出し電極１０に放電電圧Ｖｄ
を印加し、電子引き出し電極］０とイオン生成室１２と
の間に加速電圧Ｖａ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６、隘路７、電子
引き出し電極１０の透孔９を通過してイオン生成室１２
内に引き出される。

一方、イオン生成室１２内には、原料ガス導入口１５か
ら予め所定の原料ガスを所定流量例えば０．１５３ＣＣ
Ｍ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１２内に流入した電子は、加
速電界により加速され、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
し電極により、イオン引き出し用スリット１６から、こ
のプラズマ中のイオンを引き出し、例えば所望のイオン
ビームとして半導体ウェハ等へ照射する。

すなわち、この実施例のイオン生成方法では、フィラメ
ント４に交流電圧■ｒを印加し、交流電流により、フィ
ラメント４を通電加熱する。そして、このフィラメント
４と電子発生室２との間に直流の放電電圧Ｖｄを印加す
ることにより、放電用ガス導入口５から電子発生室２内
に導入した放電用ガス例えばアルゴンガスを放電により
プラズマ化する。

したがって、直流電流によりフィラメント４を通電加熱
した場合に較べてフィラメント４の消耗が均一化される
。

つまり、フィラメント４は、主として放電によって生じ
るプラズマ中のイオン（例えばアルゴンイオン）による
スパッタリングによって消耗するが、直流電流によりフ
ィラメント４を通電加熱した場合、フィラメント４の長
さ方向に沿って電気的なポテンシャルの勾配が生じ、プ
ラズマがこのポテンシャルの勾配に応じて偏在し、この
箇所（フィラメント４の負側）にスパッタリングか集中
して起きる。一方、この実施例のように、交流電流によ
りフィラメント４を通電加熱した場合、電気的なポテン
シャルが周波数によって交互に変わるので、プラズマが
移動し、スパッタリングか均一に起こる。

このため、直流電流によりフィラメント４を通電加熱し
た場合に較べてフィラメント４の寿命を長期化すること
ができ、メンテナンス頻度を低減して生産性の向上を図
ることができる。

なお、交流電流の周波数は、例えば現在国内で使用して
いる周波数５０〜６０）（２のもので良いが、それ以上
の周波数のものでも良い。

さらに、フィラメント４が収容された電子発生室２内の
プラズマ密度が均一になることにより、隘路７の穴径を
小さくすることが可能になる。隘路７の穴径が小さくな
ることで、電子発生室２内の圧力が増加するので放電用
ガス流量を下げてもプラズマが維持できるようになる。

放電用ガス流量を下げると、放電に関与せずにイオン生
成室１２に流入する放電用ガスの量を少なくすることが
できる。したがって、イオン生成室１２内において電子
が放電用ガス分子と衝突して消費されてしまう確率を低
減することができ、電子と原料ガスとを効率良く衝突さ
せて、例えば多価のイオンを得ることができる。

また、隘路７の穴径を小さくすることにより、隘路７の
内部で電子が収束して隘路７の通り抜けが良くなるので
、電子引き出し電極１０の透孔９を透過する電子の透過
率（Ｉ　ａ　／　Ｉ　ｄ　）が上昇する。この上昇した
割合を隘路７の厚みを厚くすることにより、電子の透過
率の分母のＩｄを増加させて透過率を２０％程度の値に
する必要があるので、隘路７の厚ろを厚くすることによ
り、隘路７の寿命を長くすることができる。

なお、上述した如く電子発生室２内のプラズマは、交流
電界により移動するが、イオン生成室１２内のプラズマ
は、この交流電界の影響をほとんど受けないので、引き
出されるイオンの均一性が損われることはない。

［発明の効果］以上説明したように、本発明のイオン生成方法によれば
、従来に較べてフィラメントの長寿命化を図ることがで
き、メンテナンス開度を低減して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方法を説明するためのイオン
源の構成を示す図である。１・・・・・・イオン源、２・・・・・・電子発生室、
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
・・・・・・透孔、１０・・・・・・電子引き出し電極
、１１・・・・・・絶縁性部材、１２・・・・・・イオ
ン生成室、１３・・・・・・絶縁性部材、１４・・・・
・・底板、１５・・・・・・原料ガス導入口、１６・・
・・・・イオン引き出し用スリット、１７・・・・・・
インナー筒。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）フィラメント雰囲気に放電ガスを導入し、この放
電ガスをプラズマ化し、このプラズマ中の電子をイオン
生成用原料ガスに照射し、この原料ガスからイオンを生
成するイオン生成方法において、前記フィラメントに交流電流を供給して、加熱すること
を特徴とするイオン生成方法。