JPH0922675A

JPH0922675A - イオン注入装置

Info

Publication number: JPH0922675A
Application number: JP7167326A
Authority: JP
Inventors: Minoru Ikeda; 穣池田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1995-07-03
Filing date: 1995-07-03
Publication date: 1997-01-21

Abstract

(57)【要約】【目的】イオン注入装置のイオン源のイオン引き出し
電極を固定する絶縁体支柱が汚染されることによる絶縁
性劣化を防止する。【構成】イオン源のイオン引き出し電極１９を固定す
る絶縁体支柱２２の第１の汚染防止用シールドカップ２
０を２重側壁にし、その中間に第２の汚染防止用シール
ドカップ２１の側壁を挿入する。【効果】絶縁体支柱２２の絶縁性を常に確保しておく
ための定期クリーニング周期を大幅に長くでき、クリー
ニング自体の作業工数損失の軽減、イオン注入装置の稼
働率向上が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造工程
等に用いられるイオン注入装置に関し、さらに詳しく
は、イオンビームをイオン源より引き出す引き出し電極
に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、イオン注入装置は半導体集積回路
の製造工程において最も多用されている装置の一つで、
常に稼働状態にある。従って、イオン注入装置の故障を
させないことや、イオン注入装置の稼働を止めて行う定
期的な装置整備の期間をできるだけ長期間にし、イオン
注入装置を連続稼働状態を維持すること等が望まれる。
イオン源、質量分離器、後段加速管、ビーム走査器およ
び打ち込み室より構成されたイオン注入装置において、
保守項目の一つに、イオン源のイオン引き出し電極を電
極固定基板より電気的に絶縁して固定させる絶縁体支柱
の絶縁性を確保するための定期的なクリーニング作業が
ある。

【０００３】この絶縁体支柱の絶縁性が劣化する原因
は、イオン源のソース部で放電により発生させたイオン
注入のためのイオンや、このイオンがソース部の構成材
料をスパッタしてできる金属原子やイオン注入装置内の
高圧電極構成材料をスパッタしてできる金属原子等が引
き出し電極の絶縁体支柱に付着する為である。さらにこ
の絶縁体支柱に付着した、注入するためのイオンがイオ
ン注入装置内の残留ガスと反応して他の物質となって導
電性が生じ、絶縁体支柱の絶縁性を劣化させている場合
もある。従来、上述のような絶縁体支柱の絶縁性劣化を
防止するため、絶縁体支柱を汚染防止用シールドカップ
で取り囲む手段が取られていた。この従来の汚染防止用
のシールドカップを取り付けたイオン引き出し電極を持
つイオン源の概略断面構造の一例を図３（ａ）、（ｂ）
に示す。以下この図３（ａ）、（ｂ）を参照して従来の
イオン引き出し電極構造を説明する。

【０００４】図３（ａ）はイオン注入装置を構成するイ
オン源の概略断面図で、イオン源はイオンソース部１と
イオン引き出し電極部２より構成されている。イオンソ
ース部１は、アーク放電をさせるアークチャンバ１１
と、このアークチャンバ１１に絶縁体１２で保持された
タングステンフィラメント１３と、アークチャンバ１１
に接続されていてイオン化させるガスを導入するガス導
入パイプ１４とにより構成されている。また、このアー
クチャンバ１１には、イオンを引き出す縦長の引き出し
スリット１５が設けられている。一方、イオン引き出し
電極部２は、楕円形状の円筒１６と電圧導入部１７を持
ち、引き出しスリット１５に対応して縦長のスリット１
８が設けられたイオン引き出し電極１９と、汚染防止用
シールドカップ２０、２１をもった絶縁体支柱２２を介
してイオン引き出し電極１９を保持している電極固定基
板２３より構成されている。図３（ｂ）は図３（ａ）の
イオン引き出し電極部２の破線で囲まれた部分Ａを拡大
し、詳細に示したものである。イオン引き出し電極１９
は２個の汚染防止用シールドカップ２０、２１と絶縁体
支柱２２を介して電極固定基板２３に、２個のネジ２
４、２５で固定されている。

【０００５】上述したイオン源によりイオンビームを発
射させるときは、イオン化させるガスをアークチャンバ
１１に導入し、タングステンフィラメント１３を加熱し
て熱電子を放出させて、タングステンフィラメント１３
とアークチャンバ１１との間に印加された電圧によるア
ーク放電でアークチャンバ１１内にイオンを発生させ
る。この発生したイオンは、イオン引き出し電極部２に
よりアークチャンバ１１より引き出され、イオン引き出
し電極１９のスリット１８を通ってイオン源よりイオン
ビームが放出される。この様なイオン源の動作状態にお
いて、発生したイオン自体および上述した様な原因にて
発生した汚染物質が、拡散によってイオン引き出し電極
１９を保持している絶縁体支柱２２の側面に堆積し、絶
縁体支柱２２の絶縁性を劣化させる。この様になるとイ
オン引き出し電極１９の設定電圧が変動し、イオン注入
装置の動作異常となったり、極端な場合はイオン引き出
し電極１９に電圧を与えている電源が故障したりする。
通常は、この様な現象が発生する前に、絶縁体支柱２２
の側面に堆積した汚染物質を除去するためのクリーニン
グを定期的に実施する。現状ではこの定期的クリーニン
グの周期が短いため、クリーニング自体の作業工数損失
やイオン注入装置の稼働率低下がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、イオ
ン注入装置のイオン源のイオン引き出し電極を固定して
いる絶縁体支柱の側面に汚染物質が堆積して起こる絶縁
性劣化を押さえて、絶縁体支柱の定期的クリーニングの
周期を長くし、クリーニング自体の作業工数損失やイオ
ン注入装置の稼働率低下の問題を解決することが可能な
イオン注入装置を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明のイオン注入装置
は、上述の課題を解決するために提案するものであり、
イオン引き出し電極側に設けられた第１の汚染防止用シ
ールドカップと、電極固定基板側に設けられた第２の汚
染防止用シールドカップとにより取り囲まれた絶縁体支
柱を持つイオン引き出し電極部構造のイオン源を有する
イオン注入装置であって、これら汚染防止用シールドカ
ップの一方は、２重の側壁を有し、この２重側壁の中間
に他方の汚染防止用シールドカップの側壁が挿入され、
絶縁体支柱と汚染防止用シールドカップの側壁間および
２個の汚染防止用シールドカップ間には間隔を設けたイ
オン引き出し電極部構造のイオン源を有することを特徴
とするものである。

【０００８】また、本発明のイオン注入装置は、イオン
引き出し電極側に設けられた第１の汚染防止用シールド
カップと、電極固定基板側に設けられた第２の汚染防止
用シールドカップとにより取り囲まれた絶縁体支柱を持
つイオン引き出し電極部構造のイオン源を有するイオン
注入装置であって、これら汚染防止用シールドカップの
一方を、類似の形状で大きさの異なる２個のカップを重
ねた構成とし、重ねられた２個のカップの側壁の中間に
他方の汚染防止用シールドカップの側壁が挿入され、絶
縁体支柱と汚染防止用シールドカップの側壁間および２
個の汚染防止用シールドカップ間には間隔を設けたイオ
ン引き出し電極部構造のイオン源を有することを特徴と
するものである。

【０００９】更に、本発明のイオン注入装置は、２個の
汚染防止用シールドカップの側壁が互いに挿入され重な
り合う部分の長さが、一方の汚染防止用シールドカップ
の側壁の先端と他方の汚染防止用シールドカップの底部
との間隔の２倍以上とすることを特徴とするものであ
る。

【００１０】更にまた、本発明のイオン注入装置は、絶
縁体支柱と汚染防止用シールドカップの側壁との間隔お
よび２個の汚染防止用シールドカップの相互の間隔を、
イオン引き出し電極に印加される電圧において、火花放
電する間隔を越える範囲に広げるが、イオン注入装置内
で発生した数百μｍの金属性ダストが上記の絶縁体支柱
や２汚染防止用シールドカップに付着しても火花放電す
る間隔以下に成らない程度に狭い間隔として構成したこ
とを特徴とするものである。

【００１１】また、本発明のイオン注入装置は、上述し
た汚染防止用シールドカップを絶縁体で構成することを
特徴とするものである。。

【００１２】

【作用】本発明の骨子は、イオン引き出し電極部の絶縁
体支柱の汚染による絶縁性劣化軽減を図るために、２個
の汚染防止用シールドカップの一方を２重の側壁を持た
せ、この２重の側壁の中間に他方の汚染防止用シールド
カップの側壁を挿入したイオン引き出し電極部構造のイ
オン源を有するイオン注入装置にある。イオン源でイオ
ンビームを放射時は、イオンソース部のアークチャンバ
にイオン化させるガスが導入されて、アークチャンバ内
は数十ｍＴｏｒｒ〜数百ｍＴｏｒｒの圧力となってお
り、このごく近傍にあるイオン引き出し電極部の絶縁体
支柱の付近は、高真空にならず、まだ１ｍＴｏｒｒ程度
の圧力があるものと考えられる。従って、絶縁体支柱の
付近のイオン原子を含む残留分子の平均自由行程Ｌは数
ｃｍ程度となる。

【００１３】一方、通常の絶縁体支柱の汚染防止用シー
ルドカップの側壁長Ａは１ｃｍ程度で、２個の汚染防止
用シールドカップの側壁間の間隔Ｄ₁や一方の側壁と他
方の底部との間隔Ｄ₂は２ｍｍ程度なので、平均自由行
程Ｌに比べて非常に小さくはない。従って、残留ガス中
に含まれる汚染物質は汚染防止用シールドカップを回り
込んで絶縁体支柱に付着し絶縁性を劣化させている。い
ま、残留ガス中に含まれる汚染物質が汚染防止用シール
ドカップの側面等の物体の表面に衝突したとき、必ずそ
の表面に付着すると仮定し、汚染防止用シールドカップ
の側壁の高さをＨとすると、２個の汚染防止用シールド
カップに取り囲まれた絶縁体支柱に付着する汚染物質の
単位時間当たりの付着量は、（Ｄ₁／２πＨ）×（Ｄ₂
／Ｌ）に概略比例すると考えられる。

【００１４】そこで、請求項１または請求項２のよう
に、一方の汚染防止用シールドカップの側壁を２重に
し、この２重の側壁の中間に他方の汚染防止用シールド
カップの側壁を挿入すると、従来の汚染物質の単位時間
当たりの付着量より更に（Ｄ₁／２πＨ）×（Ｄ₂／
Ｌ）だけ少なくなり、従って定期クリーニングを必要と
する期間をそれだけ長くすることが可能となる。上記の
概略計算値では２桁以上定期クリーニング期間が長くな
るが、この値は汚染防止用シールドカップの側面等の物
体の表面に衝突したときは必ずその表面に付着すると仮
定したこと等によるものと考えられる。しかし、前記仮
定が大幅に異ならない限り、即ち付着率が１／２より大
きければ、定期的クリーニング期間を確実に２倍以上長
くすることが可能である。

【００１５】また、上記のことより明らかな様に、請求
項３の汚染防止用シールドカップの側壁の重なる部分を
側壁と底部の間隔の２倍以上にすれば、定期クリーニン
グ期間は大幅に長くすることが可能となる。なお、ここ
で側壁の重なる部分を側壁と底部の間隔の２倍以上とし
た理由は、最初の側壁間を拡散してきた汚染物質で、こ
の側壁間の底部付近の残留ガスと衝突し散乱したもの
が、直接絶縁体支柱に付するのを避ける為である。更
に、上述の式より明らかな様に、請求項４の汚染防止用
シールドカップ間の間隔や、汚染防止用シールドカップ
の側壁と絶縁体支柱との間隔を狭くすることにより、此
等間隔に比例して単位時間当たりの付着量が減少するの
で、定期クリーニング期間をそれだけ長くすることが可
能となる。

【００１６】なお、真空度が１ｍＴｏｒｒ程度以下の状
態での火花放電は、電界による電子の放出とこの電子ビ
ームによる局部加熱等により起こると言われており、電
極材料や表面状態によっても異なるが、電極間隔が１ｍ
ｍの時で３０ＫＶ以上ある。通常のイオン引き出し電極
の電圧は１０ＫＶ程度なので、数百μｍの金属ダスト付
着による火花放電の可能性を考慮すると、最短の電極間
隔としては１ｍｍ程度である。また、請求項５のよう
に、汚染防止用シールドカップを絶縁体にすれば、汚染
物質膜が堆積して汚染防止用シールドカップ間に電界が
掛かるようになり、この汚染防止用シールドカップ上に
大きな金属ダストが付着して火花放電しても、汚染物質
膜の抵抗が大きい状態にある期間においては、イオン引
き出し電極の電圧変動や電源の故障にはならない。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の具体的実施例につき、添付図
面を参照して説明する。なお従来技術の説明で参照した
図３中の構成部分と同様の構成部分には、同一の参照符
号を付すものとする。

【００１８】実施例１本実施例はイオン注入装置を構成するイオン源のイオン
引き出し電極部に本発明を適用した例であり、これを図
１（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。図１はイオン引
き出し電極部のイオン引き出し電極を電極固定基板に固
定する絶縁体支柱およびこの絶縁体支柱の絶縁性を維持
させるための汚染防止用シールドカップの概略構造を示
したもので、（ａ）は絶縁体支柱および汚染防止用シー
ルドカップの概略斜視図を、（ｂ）は此れ等を用いてイ
オン引き出し電極を電極固定基板の固定した時の概略断
面図である。

【００１９】まず、図１（ａ）に示す様に、イオン引き
出し電極側に設置する第１の汚染防止用シールドカップ
２０は、第１側壁３１と第３側壁３２の２重の側壁と底
部３３とによる円筒状のカップ形状で底部３３の中心に
は固定用の開口３４が開けられた構造とする。また、絶
縁体支柱２２は固定用の２個のネジ穴３３が形成されて
いる。電極固定基板側に設置する第２の汚染防止用シー
ルドカップ２１は、第２の側壁３６と固定用の開口３８
が開けられた底部３７とによる円筒状のカップ形状の構
造とする。これら２個の汚染防止用シールドカップ２
０、２１と絶縁体支柱２２を用い、イオン引き出し電極
１９を電極固定基板２３に固定ネジ２４、２５で固定し
た状態の概略断面構造を示したのが、図１（ｂ）であ
る。

【００２０】いま、一例として、直径１０ｍｍ、高さ１
０ｍｍの円柱で、４．５ｍｍφのネジ穴３３が開いたセ
ラミックの絶縁体支柱２２が使用された場合において、
図１に示した汚染防止用シールドカップの材料、寸法に
関して以下に述べる。第１の汚染防止用シールドカップ
２０は、０．５ｍｍのＡｌ板をプレス法により外径２２
ｍｍφで高さ９ｍｍの円筒状のカップを形成し、カップ
の底部３３の中心に４．７ｍｍφの固定用の開口３４を
形成し、次に板厚０．５ｍｍのＡｌ板により高さ８．５
ｍｍ、外径１４ｍｍφの円筒を作製し、これを上記のカ
ップに中心軸を一致させて溶接して形成する。第２の汚
染防止用シールドカップ２１は、０．５ｍｍのＡｌ板を
プレス法により外径１８ｍｍφで高さ９ｍｍの円筒状の
カップを形成し、カップの底部３７の中心に４．７φの
固定用の開口３８を開けて形成する。この様な寸法とし
た時、第１、第２、第３側壁および絶縁体支柱２２の相
互の間隔や第２、第３側壁と対向する底部との間隔は
１．５ｍｍとなる。

【００２１】ここでは汚染防止用シールドカップ２０、
２１の材質をＡｌとしたが、他の金属材料でもよく、絶
縁体材料でもよい。また、上述した寸法で作製された汚
染防止用シールドカップ２０、２１の構造は一例であっ
て、本発明の技術的思想の範囲内で寸法を変えた構造を
とることも可能である。さらに、絶縁体支柱が角柱であ
る場合は、角形の側壁を持つ汚染防止用シールドカップ
として、絶縁体支柱と側壁の間隔および側壁間の間隔を
均一にすることが望ましい。さらにまた、２重側壁をゆ
うする第１の汚染防止用シールドカップ２０を電極固定
基板２３側にし、第２の汚染防止用シールドカップ２１
をイオン引き出し電極１９側に配置して、イオン引き出
し電極１９を電極固定基板２３に絶縁体支柱２２で固定
させてもよい。

【００２２】実施例２本実施例はイオン注入装置を構成するイオン源のイオン
引き出し電極部に本発明を適用した例であり、これを図
２（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。図２はイオン引
き出し電極部のイオン引き出し電極を電極固定基板に固
定する絶縁体支柱およびこの絶縁体支柱の絶縁性を維持
させるための汚染防止用シールドカップの概略構造を示
したもので、（ａ）は絶縁体支柱および汚染防止用シー
ルドカップの概略斜視図を、（ｂ）は此れ等を用いてイ
オン引き出し電極を電極固定基板の固定した時の概略断
面図である。

【００２３】まず、図２（ａ）に示す如く、イオン引き
出し電極側に設置する第１の汚染防止用シールドカップ
は、第１側壁３１と底部３３とで構成され、底部３３の
中心には固定用の開口３４が開けられた円筒状の第１カ
ップ２０ａと、第３側壁３２と底部３９とで構成され、
底部３９の中心には固定用の開口４０が開けられた円筒
状の第２カップ２０ｂとで構成させる。また、絶縁体支
柱２２は固定用の２個のネジ穴３３が形成されている。
電極固定基板側に設置する第２の汚染防止用シールドカ
ップ２１は第２の側壁３６と固定用の開口３８が開けら
れた底部３７とによる円筒状のカップ形状の構造とす
る。この２個の汚染防止用シールドカップ２０、２１と
絶縁体支柱２２を用い、イオン引き出し電極１９を電極
固定基板２３に固定ネジ２４、２５で固定した状態の概
略断面構造を示したのが、図２（ｂ）である。本実施例
における汚染防止用シールドカップの材質や寸法も、実
施例１の場合と同様である。

【００２４】また、実施例１と同様に、汚染防止用シー
ルドカップは、材質としてＡｌ以外の金属材料でも絶縁
体でもよく、本発明の技術的思想の範囲なら、寸法を変
えた構造をとることも可能である。さらに、絶縁体支柱
が角柱である場合は、角形の側壁を持つ汚染防止用シー
ルドカップとして、絶縁体支柱と側壁の間隔および側壁
間の間隔を均一にすることが望ましい。さらにまた、２
重側壁を有する第１の汚染防止用シールドカップ２０を
電極固定基板２３側にし、第２の汚染防止用シールドカ
ップ２１をイオン引き出し電極１９側に配置して、イオ
ン引き出し電極１９を電極固定基板２３に絶縁体支柱２
２で固定させてもよい。

【００２５】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のイオン注入装置は、イオン源のイオン引き出し電極を
固定している絶縁体支柱の側面への汚染物質の堆積速度
を大幅に低減させることが可能となる。この結果、汚染
物質が一定量以上堆積して絶縁体支柱の絶縁性劣化し、
イオン引き出し電極の電圧変動が制限値以上になった
り、電源の故障の原因となったりする前に行う絶縁体支
柱の定期的クリーニングの周期を大幅に長くすることが
でき、クリーニング自体の作業工数損失を軽減し、イオ
ン注入装置の稼働率を向上させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明をイオン注入装置を構成するイオン源の
イオン引き出し電極部に適用した実施例１の汚染防止用
シールドカップの概略構造を示したもので、（ａ）は絶
縁体支柱および汚染防止用シールドカップの概略斜視
図、（ｂ）は此れ等を用いてイオン引き出し電極を電極
固定基板の固定した時の概略断面図である。

【図２】本発明をイオン注入装置を構成するイオン源の
イオン引き出し電極部に適用した実施例２の汚染防止用
シールドカップの概略構造を示したもので、（ａ）は絶
縁体支柱および汚染防止用シールドカップの概略斜視
図、（ｂ）は此れ等を用いてイオン引き出し電極を電極
固定基板の固定した時の概略断面図である。

【図３】従来のイオン装置を構成するイオン源の概略断
面構造を示したもので、（ａ）はイオン源の概略断面構
造図、（ｂ）は図３（ａ）のイオン引き出し電極部の破
線Ａで囲まれた部分を拡大した詳細な断面図である。

【符号の説明】

１イオンソース部２イオン引き出し電極部１９イオン引き出し電極２０第１の汚染防止用シールドカップ２１第２の汚染防止用シールドカップ２２絶縁体支柱２３電極固定基板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】イオンソース部とイオン引き出し電極部
で構成されるイオン注入装置のイオン源で、前記イオン
引き出し電極部はイオン引き出し電極と電極固定基板を
有し、前記イオン引き出し電極側に設けられた第１の汚
染防止用シールドカップと、前記電極固定基板側に設け
られた第２の汚染防止用シールドカップとにより取り囲
まれた電極固定用絶縁体支柱を持つイオン引き出し電極
部構造のイオン源を有するイオン注入装置において、前記汚染防止用シールドカップの一方は、２重の側壁を
有し、前記２重側壁の中間に他方の汚染防止用シールド
カップの側壁が挿入され、前記絶縁体支柱と前記汚染防止用シールドカップの側壁
間および前記２個の汚染防止用シールドカップ間には間
隔を設けたイオン引き出し電極部構造のイオン源を有す
ることを特徴とするイオン注入装置。
【請求項２】イオンソース部とイオン引き出し電極部
で構成されるイオン注入装置のイオン源で、前記イオン
引き出し電極側に設けられた第１の汚染防止用シールド
カップと前記電極固定基板側に設けられた第２の汚染防
止用シールドカップとにより取り囲まれた絶縁体支柱を
持つイオン引き出し電極部構造のイオン源を有するイオ
ン注入装置において、前記汚染防止用シールドカップの一方を、類似の形状で
大きさの異なる２個のカップを重ねた構成とし、重ねら
れた前記２個のカップの側壁の中間に他方の汚染防止用
シールドカップの側壁が挿入され、前記絶縁体支柱と前記汚染防止用シールドカップの側壁
間および前記２個の汚染防止用シールドカップ間には間
隔を設けたイオン引き出し電極部構造のイオン源を有す
ることを特徴とするイオン注入装置。
【請求項３】前記２個の汚染防止用シールドカップの
側壁が互いに挿入され重なり合う部分の長さは、一方の
汚染防止用シールドカップの側壁の先端と他方の汚染防
止用シールドカップの底部との間隔の２倍以上とするこ
とを特徴とした請求項１または請求項２のイオン注入装
置。
【請求項４】前記絶縁体支柱とシールドカップの側壁
との間隔および前記２個の汚染防止用シールドカップの
相互の間隔を、イオン引き出し電極に印加される電圧に
おいて、火花放電する間隔を越える範囲の間隔で、しか
も可能なかぎり狭い間隔として構成したことを特徴とす
る請求項１または請求項２のイオン注入装置。
【請求項５】前記汚染防止用シールドカップを絶縁体
で構成することを特徴とする請求項１または請求項２の
イオン注入装置。