JPH0353402Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、例えばイオン注入用装置に好適なイ
オンビーム発生装置に関するものである。

〔従来の技術とその問題点〕

周知のごとく、半導体製造技術の一つにイオン
注入技術があり、かかるイオン注入技術は半導体
基板に硼素、リン、砒素等の不純物原子をイオン
化してこれに高いエネルギーを与え半導体基板に
打ち込み、これらの不純物をドービングするもの
である。

すなわち、かかるイオン注入用装置は、周知の
ごとく、１）イオン源系Ａ、２）引き出し電極系
Ｂ、３）質量分析系、４）収束偏向系、５）試量
系の５の要素から構成されている。したがつて、
先ず、前記アノードを兼ねたイオン源系Ａにおい
て、生成されたイオンは、イオン源系Ａと引き出
し電極Ｂの間で印加された高電圧によつて引き出
され、後段の質量分析系に導入される。

一方、周知のごとく、一般のイオン源系には、
種類が多いが（特公昭47−15880号公報参照）、帯
状の大イオン電流ビームを生成する、いわゆるフ
リーマン型イオン源系が半導体基板のイオン注入
用として最も広く用いられている。

かかるイオン源系Ａは、第４図および第５図に
示すごとく、アノードを兼ねたアークチヤンバー
１の側壁に設けられたイオン引き出しスリツトの
すぐ後で、かつ、円筒状もしくは角筒状のアーク
チヤンバー１の軸芯からずれた位置に、棒状のフ
イラメント５（直径１〜２mm）が設置され、ま
た、外部より該フイラメント５に平行な方向に弱
い磁界をかけてアーク放電が行われている。な
お、６はプラズマ、７はイオンビーム、８はガス
導入孔、９はスリツト開口部を示す。

また、３は加速用の引き出し電極、４は減速用
の接地電極で、これらで引き出し電極系Ｂを構成
している。

ところで、前記のごとく、イオン源系Ａで生成
されたイオンは正の電荷をもつていることから、
イオンビーム７が発散して長いビーム輸送系（図
示せず）を通じて当該イオンビーム７を伝達する
ことが難しい。

そのため、前記のフリーマン型のイオン源系Ａ
では、イオンビーム７の発散はイオンビーム７の
内に電子を取り込むことで抑えることができる、
という原理にもとづいて、例えばイオン源系Ａで
20〜30kv、加速電極(3)で1.5〜2.0kv、減速電極(4)
で接地電位とするごとく、引き出し電極系Ｂに負
電圧を印加し、空間電荷によるイオンビーム７の
拡がりを防止するとともに、下流の電子が引き出
しスリツト２に逆流するのを防止してイオンビー
ム７中に多くの電子を蓄え、イオンビーム７の発
散を抑えている。

〔考案が解決しようとする問題点〕

しかしながら、かかる従来の引き出し電極系Ｂ
では、引き出しスリツト２と引き出し電極３を近
接させることにより、引き出しスリツト２と引き
出し電極３間の放電を抑え、引き出しスリツト２
のスリツト開口部９の周辺のみで電界が集中する
ようにするため、引き出し電極３を引き出しスリ
ツト２側へ突出させているものの、接地電極４を
平板状にしているため、引き出し電極３と接地電
極４との間隔C′が広く、この間隔C′における空間
電荷によるイオンビーム７が拡がりが大きく、し
たがつて、かかる間隔C′を出たときの発散角Φが
大きいと、例えば質量分析系や試料系等の後段へ
のイオンビーム７の効率的輸送が難しい。

また、前記の引き出しスリツト２は、スリツト
前面溝１０が深く、低エネルギーのビームの引き
出しでは、引き出しスリツト２とその開口部９、
つまりプラズマ境界面での電界を十分強くするこ
とができず、大量のイオンを生成するのに十分な
高温のプラズマ６を適切な位置に閉じ込められな
い。もつとも、プラズマ温度をあげるとプラズマ
６が、引き出しスリツト２から吹き出し安定した
イオンビーム７が得られない。

更に、前記の引き出しスリツト２では、スリツ
ト前面溝１０が深いことから、プラズマ温度を低
くせざるを得なく、その結果、引き出せるイオン
量が少なく、必要なイオンビーム７が出ない。

〔問題点を解決するための手段〕

そこで本考案は、従来例のかかる問題点を全面
的に解決するために創作されたもので、その要旨
とするところは、アノードを兼ねたアークチヤン
バー、該アークチヤンバーの側壁に設けた引き出
しスリツト、該引き出しスリツトの近傍に設けた
フイラメントなどからなるイオン源系の前面部
と、該引き出しスリツトの前面に設けられた引き
出し電極、該引き出し電極の前面に設けられた接
地電極からなる引き出し電極系と、を備えた３電
極型イオンビーム発生装置において、前記引き出
し電極をドーム状に形成し、該引き出し電極のイ
オンビーム通過部肉厚を薄くするとともに、前記
接地電極を該引き出し電極へ突出させ、その突出
部を該引き出し電極のドーム状内部に入れるよう
にしたイオンビーム発生装置にある。

〔実施例〕

本考案の構成を作用とともに、添付図面に示す
実施例により詳細に説明する。

本実施例は半導体基板のイオン注入用装置に好
適なイオン源系Ａおよび引き出し電極系Ｂであつ
て、第１図および第２において、１はアノードを
兼ねたアークチヤンバー、２は引き出しスリツ
ト、５はフイラメントで、これらでイオン発生装
置のイオン源系Ａの前面部を構成している。ま
た、３は引き出し電極、４は接地電極で、これら
で引き出し電極系Ｂを構成している。また、ガス
導入孔８からアークチヤンバー１に供給された、
例えば３フツ化硼素などのイオン化用のガスは、
高温に熱せられたフイラメント５から出る熱電子
によりイオン化され、プラズマ６となる。したが
つて、イオンはこのプラズマ６から引き出しスリ
ツト２とスリツト電極３との間に形成される引き
出し電界によつてスリツト開口部９を通じて引き
出される。

ここにおいて、本実施例では、引き出し電極３
をドーム状に形成し、該引き出し電極３のイオン
ビーム通過部の肉厚を薄くするとともに、接地電
極４を引き出し電極３側へ突出させ、その突出部
を引き出し電極３の内部に入れ子状に構成し、両
電極３，４間の間隙Ｃを従来のものより１／３程
度に縮めている。

また、本実施例では、スリツト前面溝１０を浅
くして、低エネルギーでもスリツト開口部９で十
分な電界が得られるようにし、プラズマ境界面を
安定に保持し、良質のイオンを多量に安定して引
き出すことができるようにしている。

なお、スリツト前面溝１０を浅くするために、
引き出しスリツト２を薄くしても同等の効果が得
られることを確認できたが、引き出しスリツト２
が薄い場合、プラズマ６から受ける熱の伝導性が
低下してスリツト開口部９が高温となり損耗が大
となる。

そのため、本実施例の他の変形例として、引き
出しスリツト２のフイラメント５側を削除して凹
部１１を形成することにより、引き出しスリツト
２の肉厚ｔを十分確保し、熱の伝導性を良くし、
スリツト開口部９の過加熱による損耗を防いでい
る。なお、かかる場合、スリツト前面溝１０を第
１図のごとく円弧状にせず、第３図のＶ字状、ま
たは折れ線状にしてもよい。

更に、スリツト開口部９の細長方向には、従来
より、引き出しスリツト２、引き出し電極３に同
一の曲線半径をもたせて、細長方向のビームの収
束性をあげているが、本実施例では、第１図に示
すごとく、引き出しスリツト２の曲率半径R₁を
引き出し電極３の曲率半径R₂よりも大きくし、
引き出しスリツト２と引き出し電極３とを近接さ
せたときでも、その上下に間隙が形成できるよう
にして、両者２，３間の放電を防止している。

なお、引き出し電極３の開口幅L₁、接地電極
４の開口幅L₂，L₃、引き出し電極３と接地電極
４との距離Ｃ、引き出しスリツト開口部９の深さ
Ｔ、引き出しスリツト２の曲率半径R₁、引き出
し電極の曲率半径R₂の計７個の要素の組合せが
あるが、本考案ではこれらを適宜選定した組合せ
により、各ビームの増大などの調整ができるもの
である。

なお、本実施例は半導体基板に対するイオン注
入用のイオン源系Ａおよびイオン引き出し電極系
Ｂで説明したが、本考案はこれに限らず、同位体
分離装置にも適用でき、更には、イオン加速器に
も適用できるものである。

〔考案の効果〕

本考案によれば、引き出し電極と接地電極との
間隙を縮めることができ、ひいては、引き出しス
リツトと接地電極との間隙を縮めることができ、
かかる間隙における空間電荷によるイオンビーム
の発散が防止でき、その結果イオンビームの効率
的な輸送ができる。

また、引き出しスリツトの耐久性を損わず、前
面溝を浅くすることができ、低エネルギーでも安
定な高電流のイオンビームをイオン源系のプラズ
マから引き出すことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の実施例の縦断面図、第２図は
第１図のＸ〜Ｘ断面図、第３図は第１図の変形
例、第４図は従来例の縦断面図、第５図は第４図
のＹ〜Ｙ断面図を示す。 １……アークチヤンバー、２……引き出しスリ
ツト、３……引き出し電極、４……接地電極、５
……フイラメント。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 アノードを兼ねたアークチヤンバー、該アーク
   チヤンバーの側壁に設けた引き出しスリツト、該
   引き出しスリツトの近傍に設けたフイラメントな
   どからなるイオン源系の前面部と、 該引き出しスリツトの前面に設けられた引き出
   し電極、該引き出し電極の前面に設けられた接地
   電極からなる引き出し電極系と、 を備えた３電極型イオンビーム発生装置におい
   て、 前記引き出し電極をドーム状に形成し、該引き
   出し電極のイオンビーム通過部肉厚を薄くすると
   ともに、前記接地電極を該引き出し電極へ突出さ
   せ、その突出部を該引き出し電極のドーム状内部
   に入れるようにしたイオンビーム発生装置。