JPH0411975B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、固体または液体を気化してイオン化
する蒸発炉付イオン源に係り、特に半導体製造工
程において用いられるイオン打込装置に好適な蒸
発炉イオン源に関する。

〔発明の背景〕

10mA級の大電流のイオンビームを半導体基板
に打込むための大電流用イオン打込装置では、イ
オン源としてフイラメントを用いる場合には、そ
の消耗が激しいという問題がある為に、フイラメ
ントから発生される熱電子によるイオン化の代わ
りに、マイクロ波の高周波電界によるプラズマ放
電を利用したイオン源が用いられている。

第４図に、従来のマイクロ波放電型イオン源の
概略断面図を示す。

マグネトロン８によつて発生されたマイクロ波
１３は、チヨークフランジ１４を通して、高電圧
加速電極１０に導びかれ、イオン化箱２に達す
る。

イオン化箱２には、励磁コイル１２によつて磁
界が印加されると共に、ガス導入パイプ９より原
料ガスが供給される。その結果、イオン化箱内２
にプラズマが点火され、これによつて前記原料ガ
スがイオン化される。

さらに、接地電位に近い引出電圧のかかつた引
出電極１５によつて、イオンビーム７が引出さ
れ、例えばイオン打込みに利用される。

この場合、良く知られているように、イオン種
によつては、常温では固体（または液体）の試料
（たとえば、Al＋、Ga＋、Ｐ＋、As＋、Sb＋等）
が用いられることがある。

これらの固体または液体試料をイオン化するた
めに、第４図に示したような従来のイオン源で
は、図中の蒸発炉１内に固体（または液体）試料
３を装填し、ヒータ４で加熱して気化させ、得ら
れた気化ガスを第２のガス導入パイプ１１により
イオン化箱２に導入してイオン化させていた。

また、第５図は従来のフイラメント加熱型イオ
ン源の要部断面図である。なお、同図において第
４図と同一の符号は、同一または同等部分をあら
わしている。

内部に固体または液体試料３を装填されるよう
に構成された蒸発炉１は、その周囲に配設された
ヒータ４によつて加熱される。加熱の温度は熱電
対等の温度計１８によつて監視され、所定値に制
御・保持される。

固体または液体試料３が蒸発すると、その気化
ガスは、ガス導入パイプ１１を通してイオン化箱
２内に導かれる。前記イオン化箱２内には、フイ
ラメント１９が張設されている。前記フイラメン
ト９に通電してこれを加熱すると、熱電子２０が
イオン化箱２内に放出され、これが前記気化ガス
と衝突してイオンを発生する。

第５図においては、図の簡単化のために図示は
省略しているが、イオン化箱２には外部から磁場
が印加されて、熱電子２０に回転力を与え、気化
ガスとの衝突確率を上げるようにしている。

前述のようにして発生したイオンは、引出電極
（図示せず）によつて引出され、イオンビーム７
となる。

前述のように、従来のイオン源では、マイクロ
波放電型も含めて、蒸発炉は１台しか設けられな
い構成であつた。この場合の問題点は次の通りで
ある。

異なるイオン種（例えば、As＋、Ｐ＋）の試
料を同時に装填することができないので、異なる
イオンを連続して発生させることができない。

このために、異なるイオン種が必要な場合は、
ある固体または液体試料のイオンを発生させた
後、蒸発炉とイオン源が冷却するのを待つて真空
を破り、他のイオン種の試料を挿入して再び真空
を引き、さらに蒸発炉を昇温し、ビームを引出す
という操作が必要となる。この間に、通常は約２
時間の装置停止時間を要する。

このために作業態率が低下するばかりでなく、
イオン源の稼動率も低下する。

また、所望量のイオン打込みが終了しないうち
に、蒸発炉の固体または液体試料が無くなつてし
まつた場合にも、前記と同様の操作を行つて試料
の再装填を行わなければならず、同様に作業能率
および装置の稼動率低下を余儀なくされる。

〔発明の目的〕

本発明の目的は作業能率及び装置の稼働率の向
上を図ることができる高電圧、大電流のイオンビ
ームの打込みに適した蒸発炉付イオン源を提供す
ることにある。

〔発明の概要〕

本発明の特徴は、イオン化箱と、それぞれ固体
または液体試料を加熱して蒸発させるヒータを有
する複数個の蒸発炉と、その蒸発により得られた
蒸気を前記イオン化箱に導くように前記複数個の
蒸発炉の各々を前記イオン化室と連通させる手段
と、前記イオン化室に導かれた蒸気をイオン化す
る手段と、そのイオン化により生じたイオンを前
記イオン化室から引出す手段と、前記ヒータ用の
電源と、この電源に対して前記ヒータを選択的に
切換える手段とを備えている点にある。

〔発明の実施例〕

本発明をマイクロ波放電型イオン源に適用した
実施例の要部構造の断面図を第１図に示す。な
お、同図中第４図と同一の符号は、同一または同
等部分をあらわしている。

図からも明らかなように、イオン源の中心部に
は、マイクロ波を伝播する絶縁物１６のつまつた
導波管部があるので、本発明による複数の蒸発炉
１Ａ，１Ｂ等は、前記導波管部の周辺に設置され
る。そして、これらの蒸発炉１Ａ，１Ｂの構造
は、全く同じであつてよい。

第１図のイオン源のフランジ部１７の平面図
（フランジ部１７を、第１図の左方向から見た平
面図）を第２図に示す。この図において、１７は
イオン源のフランジ部、２２はマイクロ波導波管
開口部、２３，２４，２５，２６は、前記導波管
開口部２２の周辺に設けられた複数（図示例で
は、４個）の固体または液体用蒸発炉１Ａ，１Ｂ
……の取付用開口である。

通常の半導体製造に用いられるイオン打込装置
では、しばしば砒素とリンが固体試料として用い
られる。その理由は、ガス試料としての、AsH₃
やPH₃が有害ガスであるからであり、安全上、固
体試料が使われるのである。

このような場合、本発明のように、複数の蒸発
炉を設備しておき、例えば第２図の蒸発炉取付用
開口２３，２５をリン用に、また残りの２つの蒸
発炉取付用開口２４，２６を砒素用に設定してお
けば、一方の蒸発炉が空になつても、他方の蒸発
炉を昇温することにより、連続して同種のイオン
打込が可能になる。

また、異なる２種類の試料をそれぞれの蒸発炉
に装填しておけば例えばリンイオンの打込が終了
した後、砒素イオンを打込みたい場合も、連続運
転ができるので、製造能率とイオン打込装置の稼
動率を格段に向上することができる。

この発明は、フイラメント加熱型イオン源に対
しても容易に適用することができる。その概要
を、第３図に断面図で示す。

なお、同図において、第１図および第５図と同
一の符号は、同一または同等部分をあらわしてい
る。

イオン化箱２は、イオン化箱支柱１８によつ
て、筒状の絶縁碍子２１内の所定位置に支持され
る。前記イオン化箱支柱１８はイオン源フランジ
１７に固植され、またイオン源フランジ１７は絶
縁碍子２１の端部に気密に接合される。

イオン化箱支柱１８の内部には、ガス導入パイ
プ９が、前記イオン化箱２からイオン源フランジ
１７を貫通して外方へ延びるように設けられる。

前記イオン化箱支柱１８の周囲には、複数の蒸
発炉１Ａ，１Ｂ……が配設され、それぞれガス導
入パイプ１１Ａ，１１Ｂ……を介して、前記イオ
ン化箱２に連結される。

また、それぞれの蒸発炉１Ａ，１Ｂ……には加
熱用のヒータ４Ａ，４Ｂ……が設けられ電源に接
続される。

第６図に２個の蒸発炉を有する内磁路形のマイ
クロ波放電形イオン源の一実施例を示す。

図中の番号は、第１図と同一符号は同一物を示
すが、励磁コイル１２は加速電圧が印加されるイ
オン化箱２の周囲に装着されているのが特徴であ
る。フランジ１７、加速電極１０、コイルボビン
２９、磁極片２８Ａ，２８Ｂは磁性体材料であ
り、イオン化箱２に磁界を導く役目をしている。
このように励磁コイルをイオン化箱の近傍に設置
することにより、第１図の場合を比べて、加速電
圧が印加されたフランジ１７と励磁コイル間の内
で放電が無くなり、イオン源全体がコンパクトに
なる利点がある。

蒸発炉１Ａ，１Ｂと導入部１１Ａ，１１Ｂの周
囲にヒータ４Ａ，４Ｂが巻きつけられて加熱す
る。

蒸発炉のヒータの電源３０への切替は、切替ス
イツチ２７での接点Ａ，Ｂを切替えることにより
実施される。

夫々の試料３Ａ，３Ｂの存在する部屋は図から
明らかなごとく連通しており、１つの真空ポンプ
で共通に真空引きされている。そして、予め装着
された試料は、ヒータ４Ａ，４Ｂの切替のみによ
つて行われる。このため、試料交換のため改めて
真空引きする必要はなく、単にヒータ４Ａ，４Ｂ
の切替で行われるので、能率が向上する。

なお、それぞれの蒸発炉のヒータ電源に対する
選択的切換えは第１図〜第３図については省略さ
れているが、第６図と同様に行われるものであ
る。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明によれ
ば、大電流のイオンビーム打込みに適した蒸発炉
付イオン源が提供される。また、蒸発炉の切換え
使用に伴うイオンビーム引出のための特別な調整
が不必要である、簡単な構造で蒸発炉の切換え使
用を行なうことができる、その切換え使用のため
に蒸発炉を回転させるなどの機械的駆動を行う必
要がないことから蒸発炉の高温状態における切換
え使用において実用上の問題が生じないという実
用上顕著な効果が期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明をマイクロ波放電型イオン源に
適用した第１実施例の要部構造の断面図、第２図
は第１図のフランジ部の平面図、第３図は本発明
のフイラメント加熱型のイオン源に適用した第２
実施例の要部断面図、第４図は従来のマイクロ波
放電型イオン源の構造を示す断面図、第５図は従
来のフイラメント加熱型イオン源の概略断面図、
第６図は本発明の実施例を示す蒸発炉付イオン源
の断面図である。 １，１Ａ，１Ｂ…蒸発炉、２…イオン化箱、３
…固体（または液体）試料、４…ヒータ、７…イ
オンビーム、８…マグネトロン、９，１１…ガス
導入パイプ、１０…加速電極、１５…引出電極、
１７…フランジ部、１８…イオン化箱支柱、２２
…マイクロ波導波管開口部、２３〜２６…蒸発炉
取付用開口。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ イオン化箱と、それぞれ固体または液体試料
   を加熱して蒸発させるヒータを有する複数個の蒸
   発炉と、その蒸発により得られた蒸気を前記イオ
   ン化箱に導くように前記複数個の蒸発炉の各々を
   前記イオン化室と連通させる手段と、前記イオン
   化室に導かれた蒸気をイオン化する手段と、その
   イオン化により生じたイオンを前記イオン化室か
   ら引出す手段と、前記ヒータ用の電源と、この電
   源に対して前記ヒータを選択的に切える手段とを
   備えていることを特徴とする蒸発炉付イオン源。 ２ 前記複数個の蒸発炉は前記引出されるイオン
   のビーム軸の延長線の周りに配置させていること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の蒸発炉
   付イオン源。 ３ 前記複数個の蒸発炉は前記引出されるイオン
   のビーム軸の延長線の周りにほぼ対称に配置され
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の蒸発炉付イオン源。 ４ 前記イオン化手段はマイクロ波放電形である
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし３
   項のいずれかに記載の蒸発炉付イオン源。 ５ 前記イオン化手段は熱電子衝撃形であること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第３項
   のいずれかに記載の蒸発炉付イオン源。