JPH05182623A

JPH05182623A - イオン源の寿命を向上させたイオン打ち込み装置及び方法

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Publication number: JPH05182623A
Application number: JP4120258A
Authority: JP
Inventors: Nicholas Bright; ブライトニコラス; Paul Burfield; バーフィールドポール; John Pontefract; ポンテフラクトジョン; Bernard Harrison; ハリソンバーナード; Peter Meares; ミアーズピーター; David Burgin; バージンディヴィッド
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 1991-05-14
Filing date: 1992-05-13
Publication date: 1993-07-23
Anticipated expiration: 2013-12-14
Also published as: JP2837023B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【構成】フィラメント反射装置をアーク・チャンバの
内側のフィラメントに設け、該アーク・チャンバの外側
のフィラメントのための電気絶縁体１２８を保護する遮
蔽手段１３０を設ける。【効果】前記絶縁体上の伝導層の形成を少なくし、寿
命を大いに延ばすと共に装置の動作不可能時間を短縮す
る。装置の効率は、アーク・チャンバの壁温度を上昇さ
せ、従って電子温度を上昇させる該アーク・チャンバ用
の交換可能なライニングによって更に高められる。アー
ク・チャンバ自体又はその一部をタングステンで作るこ
とにより、又は着脱可能なタングステン・ライニングを
その中に挿入することによって得られるタングステン部
分を該アーク・チャンバの内側に用いることにより、イ
オン・ビームの汚染が減少する。該アーク・チャンバの
保守性は、該フィラメント及びフィラメント反射装置の
両方を別々にクランプする一体のクランプによって向上
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】この発明は、予め選択されたイオンをター
ゲットに打ち込むための改良されたシステム及び方法に
関する。特に、この発明は、イオン源の寿命を向上さ
せ、イオン・ビームの汚染を少なくした、予め選択され
たイオンをターゲットに打ち込むための装置に関する。

【０００２】

【従来技術とその問題点】半導体装置の製造において
は、硼素、燐、砒素、アンチモン等の正又は負のイオン
（不純物）をウェーハの中に拡散させたり打ち込んだり
することによってハードウェアの種々の領域を修正し
て、伝導率の変化する領域を生じさせる。半導体装置の
大きさがＬＳＩ及びＶＬＳＩの製造の場合のように小さ
くなるに従って、それらの間の相互結線は互いに接近す
る。その結果として、ウェーハが効率的に使われ、装置
の動作速度が向上するけれども、それに伴って、伝導率
修正手段の配置を一層高めなければならなくなる。不純
物添加を実行するのに使われる設備の改良も行われてい
る。

【０００３】拡散は、伝導率修正イオンをウェーハの表
面に置いて、それを熱でウェーハの中に追い込むもので
あるが、拡散プロセスによりイオンはウェーハの中へ横
方向及び垂直方向の両方に追い込まれるので、形状を緊
密に制御する上で制限がある。よって、イオンをウェー
ハに異方的に打ち込むことの出来るイオン打ち込みが、
最新の装置の製造に好んで使われる不純物添加方法とな
っている。

【０００４】数種類のイオン源を使う種々のイオン打ち
込み装置が知られている。電源を備え、イオン前駆物質
であるガスを供給され制御されるイオン源チャンバの中
のフィラメントに電流を加えることによって、予め選択
された化学種のイオン・ビームを作る。該イオンは、正
であるイオン源チャンバと、抽出手段との間の電圧によ
ってイオン源チャンバの開口部を通して抽出される。連
合した加速システム、質量に基づいて所望のイオンを望
ましくないイオンから分離して該イオン・ビームを収束
させる磁気分析段、及び、所要のビーム電流レベルの所
要のイオンをターゲット又は基板ウェーハへ送ることを
保証する後加速段とによりシステムが完成する。生成さ
れたイオン・ビームの強度は、システムの設計と作動条
件とによって調整することが出来る。例えば、フィラメ
ントに加える電流を変化させて、イオン源チャンバから
放射されるイオン・ビームの強度を調整することが出来
る。現状の技術水準にあるイオン打ち込みシステムがプ
ラム等 (Plumb al) の米国特許第4,７５4,２００号とア
イトケン (Aitken) の米国特許第4,５７8,５８９号に記
載されているが、この両方を参照により本書の一部とす
る。

【０００５】商業的に使用されるイオン源の最も普通の
種類はフリーマン・ソースとして知られている。フリー
マン・ソースでは、フィラメント、即ちカソードは、タ
ングステン又はタングステンの合金、或いはその他の例
えばイリジウムなどの公知のイオン源材料から作ること
の出来る真っ直ぐな棒であり、これは、その壁がアノー
ドとなるアーク・チャンバの中に通される。

【０００６】該アーク・チャンバ自体に、出口開口部、
所望のイオンのための所望のガス状イオン前駆物質を供
給する手段、真空手段、カソードが電子を放出するよう
になる様にカソードを約１０００℃に熱する手段、該フ
ィラメントに平行な磁場を加えて電子経路長を増大させ
る磁石、及び、該フィラメントから該アーク・チャンバ
に接続される電源を備えている。

【０００７】電力がフィラメントに供給されるとき、フ
ィラメント温度は電子を放出するまで上昇し、この電子
は前駆物質ガス分子に衝撃を加えて破壊するので、電子
及び種々のイオンを含むプラズマが生じる。該イオン
は、出口開口部を通してイオン源チャンバから放出さ
れ、選択的にターゲットへ通される。該フィラメント
は、該フィラメントを支持する役目も果たす電気絶縁体
で絶縁される。該絶縁体は、例えばアルミナや窒化硼素
などの高温セラミック物質で作られるが、これは、高温
と、ＢＦ₃やＳｉＦ₄などの前駆物質ガス種及びその破
片から生成される腐蝕性雰囲気とに耐える。該絶縁体
は、イオン源の寿命を厳しく制限するものであることが
分る。イオン源チャンバ内で生成されるイオンの正確な
数と種類とは確実には分からないけれども、該チャンバ
内で生成される種々のイオンは該チャンバのグラファイ
ト壁及び該チャンバ内の他のイオンの両方と反応して反
応生成物を形成する可能性があり、これは該絶縁体の壁
に付着して伝導性被膜を形成する。例えば、ＢＦ₃がイ
オン源チャンバに供給されるとき、グラファイトのチャ
ンバ壁からの炭素及び弗素との化学反応から、例えばＣ
Ｆ及びＣＦ₂などの種々の弗化炭素が生じ、これは更に
反応して微細な埃となり、これが該絶縁体を覆う。伝導
性化合物がイオン源チャンバの他の部分からも生成され
る可能性がある。非常に薄い伝導性被膜でも、アーク供
給源を短絡して、イオン源チャンバから放出されるイオ
ン・ビームの安定性を妨げ、結局はそれを使用不能にす
る。この点で、該チャンバを清掃し、絶縁体及びフィラ
メントを再調整し、或いは交換しなければならない。こ
れが、イオン打ち込み装置の最も普通で最も頻繁な原因
である。

【０００８】或る従来技術研究者は、絶縁体上のこの伝
導性被膜の形成を防止するための提案を行っている。例
えば、被膜の形成を少なくするためにアーク・チャンバ
における電気絶縁体の形状を変更することが知られたい
るが、これによって装置の寿命を大幅に延ばすことは出
来ない。他の者が、絶縁体を伝導性被膜の形成から保護
するためのシールドを提案したが、このシールド自体が
システムの不安定性を増大させる。チャンバの内側の被
膜をエッチング除去する清掃放電も試みられたけれど
も、他のイオンがエッチング中に形成されて他の不安定
性及び望ましくないイオンをチャンバ内に導入する可能
性があるので、成功の度合いは雑多であった。

【０００９】よって、フィラメント絶縁体上の導電性被
膜の形成を低減ないしは無くすることによって、アーク
・チャンバを修理する必要のある時間間隔を長くすると
共にイオン打ち込み装置の動作不能時間を短縮する方法
が非常に望まれる。更に、イオン・ビームの汚れを少な
くし、イオン化効率を改善することは、全て、イオン打
ち込み装置の経済に寄与する。

【００１０】

【発明の概要】本発明のイオン・ビーム装置は、フィラ
メントのための電気絶縁体をアーク・チャンバの外側に
位置させて、イオン源本体の、該絶縁体がフィラメント
を絶縁させる機能を維持してゆくことの出来る場所に取
り付けるが、該絶縁体は最早アーク・チャンバ自体の中
には位置しておらず、従ってイオン種にさらされないの
で、該絶縁体が急速に伝導性被膜を形成させることはな
い。よって、イオン源の寿命は、在来のイオン・ビーム
装置に比べて大幅に延びる。

【００１１】フィラメント絶縁体がアーク・チャンバ内
のガスから伝導性被膜を形成させるのを更に防止するた
めに、シールド及び不活性ガス流出の少なくとも一方に
より該絶縁体をチャンバ・ガスから更に保護することが
出来る。アーク・チャンバ内の物質からの汚染物質によ
りイオン・ビームの汚染を、アーク・チャンバ自体、そ
の一部、又はその着脱可能なライニングをタングステン
で作ることにより減少させることが出来る。

【００１２】アーク・チャンバのイオン化効率は、着脱
可能な耐火ライニングを使うことにより向上するので、
フィラメントに給電されるときにチャンバ内に発生する
熱は輻射によってチャンバ壁に伝わり、動作中の電子温
度を高める。

【００１３】

【実施例】本発明の理解を助けるために、現状の技術水
準にあるフリーマン型イオン打ち込み装置を示す図１及
び図２を参照する。フリーマン・イオン源のアーク・チ
ャンバ１５内でイオンが生成される。抽出電極組立体１
３は、アーク・チャンバ１５の正面の矩形開口部１５Ａ
を通してイオンのビームを抽出する。該イオン・ビーム
は抽出されて質量分析システム２０に向かって加速され
るが、これは、分析磁石組立体２２の磁極間の経路を提
供するイオン・ビーム飛行管２１を含む。イオン・ビー
ムは、分析磁石組立体２２を通過する際に曲げられ、イ
オン・ドリフト管３２に入り、質量分析スリット３３を
通過し、後加速システム４０で加速され、ターゲット要
素５０に衝突する。走査サイクルの一部の際に、ターゲ
ット要素５０はビームの外にあり、ビーム電流の全ては
ビーム・ストップ５１に当たる。ビーム・ストップ装置
５１の抑制磁石５２は、該ビーム・ストップに到着した
り出ていったりする電子を阻止することによって、発生
するビーム電流の正確な測定を保証する様に向けられた
磁場を生じさせる。

【００１４】イオン源組立体１１は磁石組立体１２を包
含しており、これは、アーク・チャンバ１５内にフィラ
メント１５Ｂと整列した軸を有する円柱型磁極１２Ａを
有する別々の電磁石を持っている。該イオン源磁石は、
フィラメント１５Ｂから放出された電子を、アノードと
して作用するアーク・チャンバ１４の壁に向かう経路に
おいて該フィラメントの周囲に螺旋運動させることによ
ってイオン生成の効率を高めることにより、イオン源に
おけるイオン化効率を向上させる。

【００１５】図２に示されている様に、フリーマン・イ
オン源は、電気的見地から、大電流を低電圧でフィラメ
ントに供給するためにフィラメント電源６０をフィラメ
ント１５Ｂに結合させることにより作動させられる。ア
ーク電源６１は、一般的には最大で約１２０ボルトにク
ランプされる電圧をフィラメント１５Ｂとアーク・チャ
ンバ１５との間にかけるが、アーク・チャンバ１５はア
ノードとして作用する。フィラメント１５Ｂは熱電子を
生成し、この電子は、アーク・チャンバ内のガス種を通
してアーク・チャンバ壁に向かって加速されて、アーク
・チャンバ１５内のイオン種のプラズマを生じさせる。
このイオン打ち込み装置は米国特許第4,７５4,２００号
に一層充分に開示されており、その全部を参照により本
書の一部とする。

【００１６】図３は、本発明によるバーナス型イオン源
の側面図である。バーナス型イオン源は、アーク・チャ
ンバに延び込むロッド状フィラメントではなくて、フィ
ラメントがアーク・チャンバの一端部でループの形にな
っている点でフリーマン型イオン源と異なる。本発明は
バーナス型イオン源にもフリーマン型イオン源にも適用
されるものである。

【００１７】図３を参照すると、イオン・アーク・チャ
ンバ１１０は、ガス入口ポート１１２を有する殆ど閉じ
たチャンバである。ＢＦ₃やＳｉＦ₄などのガスを、ガ
ス源１１１からアーク・チャンバ１１０に直接供給する
ことが出来る。アンチモニー、砒素又は燐などの蒸発可
能な金属源を高温のオーブンで蒸発させ、次にアーク・
チャンバ１１０の中に送ることが出来る。アーク・チャ
ンバ１１０には出口開口部１１４も設けられており、ア
ーク・チャンバ１１０で生成されたイオン・ビームはこ
れを通して出てゆき、集束され、所望のターゲットへ加
速される。コイル状に巻かれたフィラメント１１６がア
ーク・チャンバ１１０の一端部にある。フィラメント１
１６の拡大図が図２Ａに示されている。モリブデン、タ
ングステン又はその他の適当な耐火性物質から適宜作ら
れた電子反射装置１１８は、フィラメント１１６を囲ん
で、アーク・チャンバ１１０内で生成した電子をアーク
・チャンバ１１０のフィラメント端部から反射させて遠
ざける。反射装置１１８はフィラメント１１６と同じ電
位である。反射装置１１８とアーク・チャンバ１１０と
の間には小さなギャップがある。反射装置とアーク・チ
ャンバ取り付け装置とを慎重に設計すれば、その間にギ
ャップが維持されて反射装置１１８がアーク・チャンバ
１１０及びライニング１３４に接触しないように出来る
が、その様な接触は短絡の原因となる。耐火性電子反射
装置１２０がアーク・チャンバの他方の端部に配置され
ており、これも同じ理由でアーク・チャンバ１１０に接
触してはならない。

【００１８】フィラメント１１６はクランプ１２４によ
って打ち込み装置の本体１２２に取り付けられている
が、これについて以下に詳しく説明をする。アーク・チ
ャンバ１１０の外側でクランプ１２４の下に絶縁体１２
８が取り付けられている。絶縁体１２８は、今は完全に
アーク・チャンバ１１０の外側にあってフィラメント／
反射装置組立体を支持しており、アーク・チャンバ１１
０からのガス分子の絶縁体１２８への到達を阻止するシ
ールド１３０により囲まれている。絶縁体１２８は、イ
オン源の本体１２２上の板１３２の凹部に置かれてい
る。

【００１９】該絶縁体は、窒化硼素や酸化アルミニウム
などの高温セラミック材料から作られていて、アーク・
チャンバ１１０内でフィラメントを電気的に絶縁してい
る。図５は、本発明の絶縁体／シールド組立体１２８／
１３０の拡大詳細図であり、図３のと同じ部分には同じ
数字が使われている。絶縁体１２８の回りにラビリンス
を形成する１個以上のシールド１３０によって、アーク
・チャンバ１１０から放出されるガス種から絶縁体１２
８を更に保護することが出来る。ガス種は、絶縁体１２
８に到達する前にラビリンスの壁に数回衝突しなければ
ならないので、このラビリンスは、更に電気絶縁体１２
８を保護する。絶縁体１２８の周囲の表面が多いほど、
アーク・チャンバ１１０からのガス種が絶縁体１２８に
到達する前に合体して濃縮化する可能性が大きくなる。
シールド１３０を、ステンレススチールなどの金属から
作ることが出来る。

【００２０】電気絶縁体１２８を保護する別の方法は、
ガス・イオン種が絶縁体１２８に到達するのを防止する
ために絶縁体１２８上に不活性ガスを流すことである。
絶縁体１２８の周囲の不活性ガスの雲は、絶縁体１２８
に向かってのガス種の拡散を防止する更なる障壁として
作用する。アーク・チャンバ１１０の外側に位置する電
気絶縁体１２８の保護作用を強めるために、シールド手
段１３０及び不活性ガス障壁手段（図示せず）の一方又
は両方を、好ましくは両方を、使用することが出来る。

【００２１】本アーク・チャンバ１１０のイオン化効率
を更に高めるために、着脱可能な、熱絶縁性のライニン
グ１３４をアーク・チャンバ１１０の内側に配置するこ
とが出来る。ライニング１３４は、実際には非常に僅か
な場所でアーク・チャンバ１１０に接触するに過ぎず、
従ってライニング１３４の大半はチャンバの壁１３６か
ら約0.１mmのギャップで分離されている。よって、ライ
ニング１３４が高温となって電力がフィラメント１１６
及びプラズマに供給されるとき、この熱は輻射によりア
ーク・チャンバ１１０の壁１３６に伝達される。このと
きアーク・チャンバ１１０の壁は、在来のアーク・チャ
ンバより高温となる。アーク・チャンバ１１０内の、高
温となって電子はイオン源のイオン化効率を高める。

【００２２】イオン源の効率は、イオン化されてイオン
源から抽出されるイオン源への入力材料（前駆物質ガ
ス）の一部である。この効率が高いほど、与えられた抽
出電流又はイオン・ビームを生じさせるのに必要な物質
が少量となる。従って、イオン化効率を高めることには
幾つかの利点がある。即ち、アーク・チャンバ１１０に
供給する必要のあるガス状イオン源材料の量が少なくな
り、使用しなければならない真空レベルが低下し、発生
する望ましくないイオン種の汚染が減少する。これによ
り、アーク・チャンバ自体の中又は外側を被覆し又はそ
の中又は外側で濃縮することのある使用可能な全ガス種
を少なくすることも出来る。

【００２３】炭素、ガラス質炭素、炭化ケイ素又はモリ
ブデンなどの耐火性材料でライニング１３４を作ること
が出来るが、タングステンで作るのが好都合である。ラ
イニングの分子又はイオンによってイオン打ち込みされ
るターゲット又は基板が汚染される危険があるので、ラ
イニングの材料は重要である。例えば、Ｍｏ²⁺（ＭＷ９
８）は、不純物源イオンＢＦ₂（ＭＷ４９）から分解さ
れることは出来ず、従って質量分析時にこの不純物イオ
ンから分離されることは出来ず、硼素によるイオン打ち
込み時に汚染物質として送られる。他の例として、炭素
アーク・チャンバとプラズマ弗素原子との反応はＣＦ
（ＭＷ３１）イオンとＣＦ₂（ＭＷ５０）イオンを生じ
させ、質量はＰ（ＭＷ３１）及びＢＦ₂（ＭＷ５０）な
どの一般的な不純物と同様である。これらフッ化炭素イ
オンは、不純物イオンから完全には分離されないので、
硼素及び燐のイオン打ち込みでも汚染物質となる。

【００２４】タングステン・ライニングは、イオン打ち
込みされるべきウェーハ又はその他の基板を汚染しない
ので、使用するのに好都合である。実際、タングステン
・ライニングについての私達の研究の際に、ライニング
材料による打ち込みの汚染が少ないという同じ利点がア
ーク・チャンバ自体の、実際にプラズマと接触するチャ
ンバの全ての部分の材料にも等しく該当することが分か
った。一般的に、従来は、アーク・チャンバは炭素又は
モリブデンから作られていたが、これには、上記した様
に、硼素や燐などの種々のイオン打ち込みを例えばＭｏ
⁺²及びＣＦやＣＦ₂で汚染するイオン種を生成するとい
う問題がある。従って、アーク・チャンバ自体を、又は
例えば出口開口部を有する壁などの、アーク・チャンバ
の一部分をタングステンで作ることにより、ライニング
を使っても使わなくても、また、タングステン・ライニ
ングを使っても使わなくても、アーク・チャンバの中の
材料によるイオン打ち込みの汚染は減少する。フィラメ
ント用の反射装置などの他の部分もタングステンで作る
と有利である。詳しく上記した様に、絶縁体がアーク・
チャンバの中にあっても外にある場合にも同様である。
よって、在来のイオン打ち込み装置でも本発明のイオン
打ち込み装置でも、アーク・チャンバの全部または一
部、又は該アーク・チャンバ内の反射装置などの部分を
タングステンを使って作ることが考えられる。

【００２５】或る物質はアーク・チャンバ１１０の運転
中にライニング１３４に付着するけれども、それはフィ
ラメント１１６の動作を妨げない。ＳｉＦ₄やＢＦ₃な
どの毒性又は腐蝕性の強い入力前駆物質ガスの場合に
は、所要のガスの総量を減らすことによりシステムにお
ける所要の真空レベルを下げるのが極めて望ましい。真
空に関連する問題、例えば、イオン・ビーム中に望まし
くないイオン種を生じさせ、その結果として望ましくな
い種を打ち込むことになる天然ガス種との衝突などの問
題は、減少する。砒素などの固形イオンの発生源がイオ
ン源に入力されるとき、その蒸発速度を低下させること
が出来、使用される蒸発金属の総量が減少し、従ってア
ーク・チャンバの外側の表面への固形金属の凝縮の危険
も減少する。そのためにイオン・ビーム不安定性の他の
発生源も減少すると共に所要のオーブン補充間の期間が
長くなる。

【００２６】他の利点は、より高い温度で望ましいイオ
ンがより高いレベルで生成し、従ってより高い壁温度が
或るイオン種の産出を多くする。例えば、所望のＢ₁₁イ
オン形成の、望ましくないＢＦ₂などのイオン形成に対
する比は、約1.５：１から約２：１に向上する。これは
イオン化効率の驚くべき向上である。本発明の装置は、
伝導性被膜を電気絶縁体上に形成するための時間を大い
に増大させることにより、イオン源の寿命を２〜４倍に
延ばし、またイオン打ち込み装置の動作不可能時間を同
様に短縮させるものである。ライニング１３４は着脱可
能であるので、アーク・チャンバの保守の際に希望に応
じて交換することが出来る。イオン源を保守する回数が
減少するので、保守と保守との間の期間が長くなるだけ
でなくて、イオン打ち込み装置の故障の他の原因となる
誤った再組立の機会が少なくなる。

【００２７】イオン打ち込み装置の保守性も、図６及び
図７に示されている二機能性のフィラメント・クランプ
の使用によって向上する。図６は、バーナス型フィラメ
ントの両端部を、適切な反射装置と共にクランプするの
に役立つ１対のクランプ２０、２０１の上面図である。
クランプ・システム１２４の拡張図である図７を参照す
ると、各クランプ２００及び２０１は、フィラメント１
１６とフィラメント反射装置又はガイド１１８の両方に
同時に係合し、その相対的アライメントを維持する。各
クランプ２００、２０１は１個の一体的組立体をなす４
個のジョー２０２、２０４、２０６、２０８を有し、上
側のジョーの対２０２／２０６に真っ直ぐなスロット２
０９を備えている。上側のジョー２０２、２０６はフィ
ラメント１１６の一端部をクランプするための、より小
さな開口部２１０を有する。下側のジョー２０４、２０
８は、鍵穴スロット２１１と、各反射装置１１８をクラ
ンプするための、より大きな開口部２１２とを有する。
フィラメント１１６の一端部を掴むジョー２０２及び２
０６は、フィラメント変更を容易にするために別々に開
くことが出来るものであり、或いはジョーの両方の対２
０２／２０６及び２０４／２０８をアレン・キー２１４
によって一緒に開くことが出来る。

【００２８】アレン・キー２１４は、螺子２１６に挿入
されるが、この螺子は、クランプ２００に挿入されてワ
ッシャー及びナット２１７により締めつけられる２個の
平らな側面２１８と２個の湾曲した側面２２０とを有す
る。フィラメント１１６だけをクランプするときには、
螺子２１６を第１位置２２２へ滑り込ませる。螺子２１
６を１／４回転だけ回すとき、ジョー２０２／２０６
は、螺子２１６の大きい方の湾曲面２２０により強制的
に開かれる。この操作はクランプ２０１で反復される
（図６を見よ）。このときフィラメント１１６を外して
修理し又は交換することが出来る。新しいフィラメント
１１６を定位置にクランプするために、螺子２１６をも
う１／４回転だけ回すが、このとき各クランプ２００及
び２０１は再び締まって交換フィラメント１１６を保持
する。

【００２９】フィラメント１１６と、その周囲の反射装
置１１８の両方を外し又は交換するときには、螺子２１
６を第２位置２２４へ滑り込ませる。螺子２１６を１／
４回転させるとジョーの両方の組２０２／２０６及び２
０４／２０８が開いて、フィラメント１１６及び反射装
置１１８の両方が解放される。交換後、螺子２１６を再
び１／４回転させ、フィラメント１１６及び反射装置１
１８の両方を互いにクランプさせ、そのアライメントを
維持する。

【００３０】このクランプ・システム１２４は、イオン
源チャンバの保守の際にフィラメント及び反射装置の効
率的な除去を可能にする。動作不可能時間を短縮し、フ
ィラメント及びフィラメント反射装置を一体として取り
扱うことが出来、そのために装置を迅速に交換できると
共に、再組立の際にフィラメント及びフィラメント反射
装置又はガイドのアライメント外れの危険が減少する。

【００３１】本発明において説明したイオン打ち込み装
置の修正は、イオン源の寿命を延ばし、装置のために僅
かな動作不可能時間を必要とするだけであり、フィラメ
ント及びフィラメント反射装置のアライメント外れの原
因を無くし、更に動作不可能時間を短縮する。アーク・
チャンバに着脱可能なライニングを使用すれば、イオン
化効率が向上すると共に、使用される材料に応じてイオ
ン・ビームの汚染を少なくすることが出来る。

【００３２】本発明のシステム及び方法の種々の例を以
上に開示したけれども、それは単なる例として提示され
たに過ぎない。いろいろな変更及び変形が当業者には明
らかであり、また、特許請求の範囲に記載した発明の範
囲から逸脱することなく、ここに包含されるものとす
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のイオン源システム及び方法のための
好適なシステム環境である従来技術のイオン打ち込み装
置ビーム線の部分断面図である。

【図２】イオン源制御及びイオン・ビーム抽出システム
の略図である。

【図３】本発明に役立つバーナス (Bernas) イオン源の
側面図である。

【図４】バーナス型フィラメントの拡大側面図である。

【図５】イオン源チャンバの外側に取り付けられた絶縁
体／シールド組立体の拡大図である。

【図６】バーナス型フィラメントを掴むのに役立つ４ジ
ョー一体型クランプの対の上面図である。

【図７】図６のクランプ・システムの分解図である。

フロントページの続き (72)発明者ポールバーフィールドイギリスサセックスクローリースリーブリッジーズスカローズロードファーランズ（番地なし) (72)発明者ジョンポンテフラクトイギリスサセックスアックフィールドマナーパークブラウンズレーン 70 (72)発明者バーナードハリソンイギリスウェストサセックスアールエイチ 10 ３イーダブリューコプトームニューランズパーク 16 (72)発明者ピーターミアーズイギリスウェストサセックスヘンフィールドパーソナージロード 61 (72)発明者ディヴィッドバージンフランスグルノーブルメヴランブレマンドプレッスル２ビスタンポロージ２アパルトマン１

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガスの発生源を包含する、プラズマが中
で生成されるアーク・チャンバと、電流源に接続された
フィラメントと、前記フィラメント及び出口開口部のた
めの電気絶縁体と、イオン・ビームを分解して、予め選
択されたイオンの化学種が開口部を通過してターゲット
に打ち込みを行うのを許す手段とから成るイオン打ち込
み装置において、反射装置と該アーク・チャンバとの間に絶縁ギャップを
維持するために該フィラメントと該反射装置とを取付
け、該発生源本体上に該アーク・チャンバの外側で且つ該ア
ーク・チャンバから離間させて該フィラメントのための
電気絶縁手段を取りつけることを特徴とするイオン打ち
込み装置。
【請求項２】前記絶縁体はセラミック絶縁体材料から
成るものであることを特徴とする請求項１に記載の装
置。
【請求項３】前記絶縁体は窒化硼素又は酸化アルミニ
ウムから成ることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】前記電気絶縁手段は、該絶縁手段を囲む
シールド手段を有することを特徴とする請求項１に記載
の装置。
【請求項５】前記シールドはラビリンスの形であるこ
とを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項６】前記電気絶縁手段は、該絶縁手段を囲む
不活性ガス雲を有することを特徴とする請求項１に記載
の装置。
【請求項７】前記電気絶縁手段は、該絶縁手段を囲む
不活性ガス雲を有することを特徴とする請求項４に記載
の装置。
【請求項８】前記反射装置はタングステンから成るこ
とを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項９】前記アーク・チャンバ又はその一部分は
タングステンから成ることを特徴とする請求項１に記載
の装置。
【請求項１０】前記アーク・チャンバは交換可能なラ
イニングを中に有することを特徴とする請求項１に記載
の装置。
【請求項１１】前記ライニングは、モリブデン、タン
グステン、ガラス質炭素、炭素及び炭化ケイ素から成る
グループから選択された耐火性材料から成ることを特徴
とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】前記ライニングはタングステンから成
ることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】前記フィラメントは、前記アーク・チ
ャンバに延び込むタングステン・ロッドであることを特
徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１４】前記フィラメントは、前記アーク・チ
ャンバの一端部におけるタングステン・ループであるこ
とを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１５】前記フィラメント及びフィラメント反
射装置は、一体クランプの別々のジョーに取りつけられ
ていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１６】前記クランプは２対のジョーを有し、
１組のジョーは前記フィラメントに取りつけられ、他の
１組のジョーは前記フィラメント反射装置に取りつけら
れ、前記フィラメントに取りつけられたジョーは独立に
開かれることが出来ることを特徴とする請求項１５に記
載の装置。
【請求項１７】所定ビーム電流レベルの、予め選択さ
れた化学種のイオン・ビームを生じさせるためのアーク
・チャンバを含むイオン源と、前記ビームを受け取って
種々のイオン種を質量に基づいて選択的に分離して、分
析されたビームを生じさせるビーム分析手段と、前記の
分離された種が、打ち込みされるべきターゲットに行く
のを許すビーム分解手段とから成るイオン打ち込みシス
テムにおいて、イオン源又はその一部分の材料としてタ
ングステンを使うことを特徴とするイオン打ち込みシス
テム。
【請求項１８】前記アーク・チャンバの一つ以上の壁
はタングステンから成ることを特徴とする請求項１７に
記載のイオン打ち込みシステム。
【請求項１９】前記アーク・チャンバは着脱可能なタ
ングステン・ライニングを有することを特徴とする請求
項１７に記載のイオン打ち込みシステム。
【請求項２０】前記アーク・チャンバは着脱可能なタ
ングステン・ライニングを有することを特徴とする請求
項１８に記載のイオン打ち込みシステム。
【請求項２１】前記アーク・チャンバは、フィラメン
トを中に有すると共に、そのための反射装置を有し、前
記反射装置はタングステンから成ることを特徴とする請
求項１７に記載のイオン打ち込みシステム。
【請求項２２】イオン打ち込み装置においてフィラメ
ントを内蔵するアーク・チャンバを有するイオン源のイ
オン化効率を改善する方法であって、該アーク・チャン
バの壁を着脱可能な耐火性材料でライニングして、該フ
ィラメント及び該アーク・チャンバのプラズマに給電さ
れるときに該アーク・チャンバ内に生じる熱が該ライニ
ングによって該アーク・チャンバの壁に輻射により伝達
され、これにより該アーク・チャンバの電子温度を高め
ることを特徴とする方法。
【請求項２３】前記ライニングは該アーク・チャンバ
の壁から約0.１mmのギャップで分離されていることを特
徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】前記耐火性材料は、炭素、ガラス質炭
素、炭化ケイ素、モリブデン、及びタングステンから成
るグループから選ばれることを特徴とする請求項２２に
記載の方法。
【請求項２５】前記耐火性材料はタングステンである
ことを特徴とする請求項２４に記載の方法。