JPH0572053B2 - - Google Patents
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- JPH0572053B2 JPH0572053B2 JP59049064A JP4906484A JPH0572053B2 JP H0572053 B2 JPH0572053 B2 JP H0572053B2 JP 59049064 A JP59049064 A JP 59049064A JP 4906484 A JP4906484 A JP 4906484A JP H0572053 B2 JPH0572053 B2 JP H0572053B2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/02—Details
- H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement or ion-optical arrangement
- H01J37/08—Ion sources; Ion guns
-
- H—ELECTRICITY
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- H01J27/00—Ion beam tubes
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- H01J27/16—Ion sources; Ion guns using high-frequency excitation, e.g. microwave excitation
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
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- Analytical Chemistry (AREA)
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明はマイクロ波イオン源に係り、特にBF3
又はBCl3ガスを導入してB+ビームを長時間、安
定に取得するに好適なマイクロ波イオン源に関す
る。
又はBCl3ガスを導入してB+ビームを長時間、安
定に取得するに好適なマイクロ波イオン源に関す
る。
従来のマイクロ波イオン源の構造を第１図に示
す。マイクロ波イオン源は、マイクロ波を伝播す
る導波管である矩形導波管２ａ，２ｂ、リツジ導
波管構造を形成するリツジ電極４、リツジ電極４
間に設けられたボロンナイトライド製の放電箱
５、及びイオンビーム９を引出す引出し電極系７
ａ，７ｂ，７ｃで構成される。さらに、放電箱５
にはコイル８の励磁で発生する軸方向磁場が印加
され、試料ガスが導入パイプ６を通し導入され
る。第２図に放電箱の詳細を示す。第１図のイオ
ン源において、半導体用イオン打込みで用いられ
るP+（リン）、As+（ヒ素）イオン等のビームを得
る場合、放電ガスには水素化合物であるPH3（ホ
スフイン）、AsH3（アルシン）等が用いられる。
この場合、P+、As+イオンビームは長時間、安定
に引出せる。しかし、半導体用のイオン打込みで
必要とするB+ビームを得るため、BF3ガスを導
入すると、以下の問題点が発生し、長時間にわた
り大電流イオンビームを安定に取得することは困
難である。すなわち、 (1) イオンビーム引出し開口部（第１図中、１２
の部分）での析出物の堆積 (2) 放電箱５内の析出物の堆積 が発生する。(1)があると、開口部面積が減少する
ため引出しビーム電流の減少を引きおこす。ちな
みに、BF3ガスを導入した実験によれば、約４時
間のイオン源の運転後、開口部面積は約半分にな
る。一方、(2)が起ると、析出物がしばしば、はく
離するため、プラズマ状態が不安定になる。ま
た、はく離物質が電極７ｂをたたき、これから発
生する二次電子が火種になつて、正の高電圧が印
加された電極７ａと、負の高電圧が印加された電
極７ｂの間で、異常放電が発生した。このため、
安定にビームを得ることは困難であつた。BF3又
はBCl3ガス使用の時にのみ特徴的に析出が発生
する理由としては、マイクロ波放電で発生するフ
ツ素又は塩素原子が化学的に極めて活性であるた
め、放電箱の材質であるボロンナイトライド１３
を腐触、解離するためと考えられる。事実、析出
物を物理分析したところ、イオン化箱構造材とし
て使用しているボロンナイトライドであることが
同定された。この様な析出物の発生を防ぐため、
放電箱を熱絶縁構造とし、その温度を上げ、析出
物を熱解離、あるいは蒸発させる工夫が有効であ
る。しかしながら、放電箱の熱絶縁に対する構造
上の制約から、温度上昇にも限度がある（800〜
900℃位）。したがつて、熱絶縁法だけで、実用
上、問題とならないレベルにまで、析出量を抑え
ることは、困難であつた。
す。マイクロ波イオン源は、マイクロ波を伝播す
る導波管である矩形導波管２ａ，２ｂ、リツジ導
波管構造を形成するリツジ電極４、リツジ電極４
間に設けられたボロンナイトライド製の放電箱
５、及びイオンビーム９を引出す引出し電極系７
ａ，７ｂ，７ｃで構成される。さらに、放電箱５
にはコイル８の励磁で発生する軸方向磁場が印加
され、試料ガスが導入パイプ６を通し導入され
る。第２図に放電箱の詳細を示す。第１図のイオ
ン源において、半導体用イオン打込みで用いられ
るP+（リン）、As+（ヒ素）イオン等のビームを得
る場合、放電ガスには水素化合物であるPH3（ホ
スフイン）、AsH3（アルシン）等が用いられる。
この場合、P+、As+イオンビームは長時間、安定
に引出せる。しかし、半導体用のイオン打込みで
必要とするB+ビームを得るため、BF3ガスを導
入すると、以下の問題点が発生し、長時間にわた
り大電流イオンビームを安定に取得することは困
難である。すなわち、 (1) イオンビーム引出し開口部（第１図中、１２
の部分）での析出物の堆積 (2) 放電箱５内の析出物の堆積 が発生する。(1)があると、開口部面積が減少する
ため引出しビーム電流の減少を引きおこす。ちな
みに、BF3ガスを導入した実験によれば、約４時
間のイオン源の運転後、開口部面積は約半分にな
る。一方、(2)が起ると、析出物がしばしば、はく
離するため、プラズマ状態が不安定になる。ま
た、はく離物質が電極７ｂをたたき、これから発
生する二次電子が火種になつて、正の高電圧が印
加された電極７ａと、負の高電圧が印加された電
極７ｂの間で、異常放電が発生した。このため、
安定にビームを得ることは困難であつた。BF3又
はBCl3ガス使用の時にのみ特徴的に析出が発生
する理由としては、マイクロ波放電で発生するフ
ツ素又は塩素原子が化学的に極めて活性であるた
め、放電箱の材質であるボロンナイトライド１３
を腐触、解離するためと考えられる。事実、析出
物を物理分析したところ、イオン化箱構造材とし
て使用しているボロンナイトライドであることが
同定された。この様な析出物の発生を防ぐため、
放電箱を熱絶縁構造とし、その温度を上げ、析出
物を熱解離、あるいは蒸発させる工夫が有効であ
る。しかしながら、放電箱の熱絶縁に対する構造
上の制約から、温度上昇にも限度がある（800〜
900℃位）。したがつて、熱絶縁法だけで、実用
上、問題とならないレベルにまで、析出量を抑え
ることは、困難であつた。
本発明の目的は、マイクロ波イオン源にBF3或
いはBCl3ガスを導入し、B+ビームを得るにあた
り、長時間、安定にビームを引出すため、放電箱
内に析出物が付かないマイクロ波イオン源を提供
することにある。
いはBCl3ガスを導入し、B+ビームを得るにあた
り、長時間、安定にビームを引出すため、放電箱
内に析出物が付かないマイクロ波イオン源を提供
することにある。
磁場中のマイクロ波放電で生成するプラズマの
利用分野としては、イオン源プラズマへの応用の
他、このプラズマによるSi（シリコン）等のエツ
チング法がある。マイクロ波プラズマエツチング
の技術によれば、一般に酸素ガスの混入により、
エツチング速度が低下することが知られている。
また、マイクロ波イオン源において、BF3ガスを
導入してB+ビームを引出す場合、真空容器内の
残留ガスであるH2Oが多いと、酸素を含んだ化
合物イオンBO+、BOF+イオン等が比較的多く発
生検知されることがわかつている。以上のことか
ら、マイクロ波イオン源にO2ガスを積極的に混
入させれば、放電箱材質のBNのエツチングが押
えられると同時に、解離したBN分子がBO+、
BOF+等に変わり、析出が防止できると予想され
る。また析出物が仮に発生しても、この析出物が
BO+、BOF+の形で逃げていくから、析出速度の
著しい減少が期待できる。なお、B+のｍＡ級の
イオンビームを得るイオン源としては、熱フイラ
メントによる低電圧アーク放電を利用したイオン
源がある。この様なイオン源でもBF3ガスが使わ
れる。一方、熱フイラメントは酸素ガスで激しく
腐触されるため、安定なB+ビーム取得を目的と
して酸素ガス（O2）を導入しても長時間動作は
期待できない。この意味で、O2ガス導入は、熱
フイラメントを含まないマイクロ波イオン源に特
徴的に活用できる手法である。なお、本発明の概
要説明では、酸素ガスを代表例にとつたが、硼素
と反応して容易に化合物を形成すると考えられる
ガス、例えばH2ガスなどでも同様に、析出物の
減少効果が期待できる。
利用分野としては、イオン源プラズマへの応用の
他、このプラズマによるSi（シリコン）等のエツ
チング法がある。マイクロ波プラズマエツチング
の技術によれば、一般に酸素ガスの混入により、
エツチング速度が低下することが知られている。
また、マイクロ波イオン源において、BF3ガスを
導入してB+ビームを引出す場合、真空容器内の
残留ガスであるH2Oが多いと、酸素を含んだ化
合物イオンBO+、BOF+イオン等が比較的多く発
生検知されることがわかつている。以上のことか
ら、マイクロ波イオン源にO2ガスを積極的に混
入させれば、放電箱材質のBNのエツチングが押
えられると同時に、解離したBN分子がBO+、
BOF+等に変わり、析出が防止できると予想され
る。また析出物が仮に発生しても、この析出物が
BO+、BOF+の形で逃げていくから、析出速度の
著しい減少が期待できる。なお、B+のｍＡ級の
イオンビームを得るイオン源としては、熱フイラ
メントによる低電圧アーク放電を利用したイオン
源がある。この様なイオン源でもBF3ガスが使わ
れる。一方、熱フイラメントは酸素ガスで激しく
腐触されるため、安定なB+ビーム取得を目的と
して酸素ガス（O2）を導入しても長時間動作は
期待できない。この意味で、O2ガス導入は、熱
フイラメントを含まないマイクロ波イオン源に特
徴的に活用できる手法である。なお、本発明の概
要説明では、酸素ガスを代表例にとつたが、硼素
と反応して容易に化合物を形成すると考えられる
ガス、例えばH2ガスなどでも同様に、析出物の
減少効果が期待できる。
以下、本発明の一実施例を第３図により説明す
る。図ではガス導入パイプ６に、リークバルブ１
４を取付け、BF3ガスとO2ガスの混入した。O2
ガスの混入量を５％、10％、20％にしたところ、
O2ガスの濃度に比例して引出されるイオンビー
ムに含まれるB+の割合がやや減少する傾向があ
るものの、放電箱５内やイオンビーム出口開口部
１２には析出物は観測されなかつた。その結果、
イオン源から引出されたビームを扇形磁場形質量
分離器で質量分離することにより、60keV、４ｍ
Ａ以上のB+ビームが４時間以上にわたつて安定
に取得できた。O2濃度としてはBF3ガス圧の0.1
％から効果が現われはじめ、O2濃度の増加でそ
の効果は増大した。
る。図ではガス導入パイプ６に、リークバルブ１
４を取付け、BF3ガスとO2ガスの混入した。O2
ガスの混入量を５％、10％、20％にしたところ、
O2ガスの濃度に比例して引出されるイオンビー
ムに含まれるB+の割合がやや減少する傾向があ
るものの、放電箱５内やイオンビーム出口開口部
１２には析出物は観測されなかつた。その結果、
イオン源から引出されたビームを扇形磁場形質量
分離器で質量分離することにより、60keV、４ｍ
Ａ以上のB+ビームが４時間以上にわたつて安定
に取得できた。O2濃度としてはBF3ガス圧の0.1
％から効果が現われはじめ、O2濃度の増加でそ
の効果は増大した。
第４図は、本発明の別の実施例を説明する図で
ある。第４図では、BF3ガスとO2ガスを別の導入
パイプを通して放電箱内に導入したものである。
本実施例でも第３図の実施例と同様に、析出物の
見られない安定なB+ビーム取得が実現できた。
ある。第４図では、BF3ガスとO2ガスを別の導入
パイプを通して放電箱内に導入したものである。
本実施例でも第３図の実施例と同様に、析出物の
見られない安定なB+ビーム取得が実現できた。
以上、第３図ないし第４図の実施例ではそれぞ
れ２個のニードルバルブを用いてガスを混合した
が、初めから混合されたガスを充填したボンベを
用いれば第１図のように一つのニードルバルブを
通してガスを導入できることは明らかである。
れ２個のニードルバルブを用いてガスを混合した
が、初めから混合されたガスを充填したボンベを
用いれば第１図のように一つのニードルバルブを
通してガスを導入できることは明らかである。
この他、BF3又はBCl3ガスに混入させるガスと
して、分子式中に酸素原子を含むガス、例えば
CO、CO2、NO、N2O、SO2、H2O等を用いた時
も、酸素ガス導入の場合と同様の効果が得られ
た。また分子式中に、酸素原子を含むガスを二種
類以上混合させた時も、同様に安定なB+ビーム
取得が行なえた。ところで、Ｂの化合物の中で
は、B2H6等の水素化合物が比較的安定に存在す
ることが知られている。したがつて、H2ガスを
混入させれば、反応性の水素ラジカル粒子が析出
物等と反応し、析出減少効果が期待できる。この
ため、BF3ガスにH2ガスを混入して実験したと
ころ、放電箱内に析出物の発生しない安定なB+
ビーム引出しが実現できた。
して、分子式中に酸素原子を含むガス、例えば
CO、CO2、NO、N2O、SO2、H2O等を用いた時
も、酸素ガス導入の場合と同様の効果が得られ
た。また分子式中に、酸素原子を含むガスを二種
類以上混合させた時も、同様に安定なB+ビーム
取得が行なえた。ところで、Ｂの化合物の中で
は、B2H6等の水素化合物が比較的安定に存在す
ることが知られている。したがつて、H2ガスを
混入させれば、反応性の水素ラジカル粒子が析出
物等と反応し、析出減少効果が期待できる。この
ため、BF3ガスにH2ガスを混入して実験したと
ころ、放電箱内に析出物の発生しない安定なB+
ビーム引出しが実現できた。
本発明によれば、BF3又はBCl3ガス導入時に発
生する析出物の堆積を防止でき、従来にない大電
流B+ビームが安全に取得できるので、半導体イ
オン打込み装置の生産ラインでの使用打込み電流
が現在２ｍＡ前後であることを考えると、本発明
により、大電流B+打込みが実用レベルで初めて
実施可能となり、実用に供しその効果は著しく大
である。
生する析出物の堆積を防止でき、従来にない大電
流B+ビームが安全に取得できるので、半導体イ
オン打込み装置の生産ラインでの使用打込み電流
が現在２ｍＡ前後であることを考えると、本発明
により、大電流B+打込みが実用レベルで初めて
実施可能となり、実用に供しその効果は著しく大
である。
第１図は従来のマイクロ波イオン源を説明する
図、第２図はマイクロ波イオン源の放電部を説明
する詳細図、第３図は本発明に基づく実施例を説
明する図、第４図は本発明の別の実施例を説明す
る図である。 １……マグネトロン、２ａ，２ｂ……矩形導波
管、３……真空シール板、４……リツジ電極、５
……放電箱、６……ガス導入パイプ、７ａ，７
ｂ，７ｃ……引出し電極系、８……ソレノイドコ
イル、９……イオンビーム、１０……碍子、１１
……絶縁物、１２……イオンビーム引出し開口
部、１３……ボロンナイトライド製放電箱、１４
……ガスリークバルブ。
図、第２図はマイクロ波イオン源の放電部を説明
する詳細図、第３図は本発明に基づく実施例を説
明する図、第４図は本発明の別の実施例を説明す
る図である。 １……マグネトロン、２ａ，２ｂ……矩形導波
管、３……真空シール板、４……リツジ電極、５
……放電箱、６……ガス導入パイプ、７ａ，７
ｂ，７ｃ……引出し電極系、８……ソレノイドコ
イル、９……イオンビーム、１０……碍子、１１
……絶縁物、１２……イオンビーム引出し開口
部、１３……ボロンナイトライド製放電箱、１４
……ガスリークバルブ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 磁場が印加される放電箱内にガスを導入する
と共に、マイクロ波放電によつて高密度プラズマ
を発生し、このプラズマからイオンビームを引出
すマイクロ波イオン源において、前記ガスとして
三弗化硼素（BF3）、又は三塩化硼素（BCl3）と、
該硼素と反応して化合物を作る微量のガスを混入
させ、硼素イオンビームを取出すことを特徴とす
るマイクロ波イオン源。 ２ 特許請求の範囲第１項記載のマイクロ波イオ
ン源において、前記硼素と反応して化合物を作る
微量のガスが酸素ガスであることを特徴とするマ
イクロ波イオン源。 ３ 特許請求の範囲第１項記載のマイクロ波イオ
ン源において、前記硼素と反応して化合物を作る
微量のガスが分子式中に酸素原子を含むガスであ
ることを特徴とするマイクロ波イオン源。 ４ 特許請求の範囲第１項記載のマイクロ波イオ
ン源において、前記硼素と反応して化合物を作る
微量のガスが水素であることを特徴とするマイク
ロ波イオン源。 ５ 特許請求の範囲第１項記載のマイクロ波イオ
ン源において、前記硼素と反応して化合物を作る
微量のガスが２種類以上のガスを含む混合ガスで
あることを特徴とするマイクロ波イオン源。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59049064A JPS60195853A (ja) | 1984-03-16 | 1984-03-16 | マイクロ波イオン源 |
| EP85101560A EP0154824B1 (en) | 1984-03-16 | 1985-02-13 | Ion source |
| DE8585101560T DE3584105D1 (de) | 1984-03-16 | 1985-02-13 | Ionenquelle. |
| KR1019850001084A KR920003156B1 (ko) | 1984-03-16 | 1985-02-21 | 이온빔을 안정적으로 인출할 수 있는 마이크로파 방전형의 이온원 |
| US06/711,824 US4658143A (en) | 1984-03-16 | 1985-03-14 | Ion source |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59049064A JPS60195853A (ja) | 1984-03-16 | 1984-03-16 | マイクロ波イオン源 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60195853A JPS60195853A (ja) | 1985-10-04 |
| JPH0572053B2 true JPH0572053B2 (ja) | 1993-10-08 |
Family
ID=12820649
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59049064A Granted JPS60195853A (ja) | 1984-03-16 | 1984-03-16 | マイクロ波イオン源 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60195853A (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62237652A (ja) * | 1986-04-08 | 1987-10-17 | Nec Corp | デユオプラズマトロンイオン源 |
| JP4289837B2 (ja) | 2002-07-15 | 2009-07-01 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | イオン注入方法及びｓｏｉウエハの製造方法 |
| JP4328067B2 (ja) | 2002-07-31 | 2009-09-09 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | イオン注入方法及びｓｏｉウエハの製造方法、並びにイオン注入装置 |
| US10087520B2 (en) * | 2016-06-21 | 2018-10-02 | Axcelis Technologies, Inc. | Implantation using solid aluminum iodide (AlI3) for producing atomic aluminum ions and in situ cleaning of aluminum iodide and associated by-products |
| US10676370B2 (en) * | 2017-06-05 | 2020-06-09 | Axcelis Technologies, Inc. | Hydrogen co-gas when using aluminum iodide as an ion source material |
-
1984
- 1984-03-16 JP JP59049064A patent/JPS60195853A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60195853A (ja) | 1985-10-04 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |