JPH1083783A

JPH1083783A - イオンビーム中和器及びその中和方法

Info

Publication number: JPH1083783A
Application number: JP9208951A
Authority: JP
Inventors: Jiong Chen; チェンジオング; Victor M Benveniste; マウリスベンベニステビクター
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 1996-08-02
Filing date: 1997-08-04
Publication date: 1998-03-31
Anticipated expiration: 2017-08-04
Also published as: CN1179003A; TW350974B; CA2210383A1; US5703375A; CN1132227C; EP0822571A2; JP4239116B2; KR100354992B1; EP0822571A3; KR19980018332A

Abstract

(57)【要約】【課題】１つ以上の加工物を正荷電イオンを用いて処
理するイオン注入装置のイオンビーム中和器及びその中
和方法を提供すること。【解決手段】イオン源から注入ステーションへのビー
ム通路に沿ってイオンビームを維持するためのイオン中
和器44において、注入ステーションの上流側にイオンビ
ームを閉じ込める閉込本体120、入口カバー100、出口カバ
ー140 を含み、電子源がこの閉込本体内に位置し、電子
をビーム内に放出する。閉込本体120 に配列かつ支持さ
れた一群の磁石124 による磁界がその内部で動く電子を
閉じ込め、閉込本体内に複数の軸方向に伸びた複数の各
フィルタロッドに封入された磁石によってフィルタ磁界
が形成され、イオンビームがビーム通路に沿って移動す
る範囲と方向を定める。この内部磁界は、イオンビーム
から離れる高いエネルギーの電子を閉じ込め、低いエネ
ルギーの電子をイオンビームに沿って流れ出るようにす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ウエハ等の加工物
の処理に使われるイオンビーム中和器及びその中和方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】イオンビーム注入装置は、シリコンウェ
ハをイオンビームで処理するために使われている。この
ような処理は、Ｎ型あるいはＰ型の不純物材料のドーピ
ングを行い、また、集積回路を製造する際に不活性層を
形成するために使用することができる。

【０００３】イオンビーム注入装置が半導体をドーピン
グするために使用される場合は、選択されたイオン種が
注入され、望ましい不純物材料が作られる。アンチモ
ン、砒素（Ａｓ）、燐（Ｐ）のような材料源から生じた
イオンを注入すると、Ｎ型の不純物材料ウェハとなる。
Ｐ型の不純物材料ウェハが求められる場合は、ホウ素
（Ｂ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）のよう
な材料源から生じたイオン種が注入される。

【０００４】イオンビーム注入装置は、イオン化しうる
材料から正に荷電したイオンを発生させるためのイオン
源を含んでいる。発生したイオンは、ビームに形成さ
れ、決められたビーム通路に沿って加速され、注入部に
向かう。

【０００５】イオンビーム注入装置は、イオン源と注入
部の間に伸びているビームの形成・整形構造部を備えて
いる。このビーム形成・整形構造部は、イオンビームを
維持して、イオンビームが注入部まで進む途中に通過す
る細長い内部空洞すなわち内部領域を定めている。イオ
ン注入装置を作動させる時、イオンが空気中の分子と衝
突することによって、所定のビーム通路から逸れる可能
性を低くするため、内部領域内は真空状態にされなけれ
ばならない。

【０００６】本発明の譲受人であるイートン社は、ＮＶ
１０、ＮＶ−ＧＳＤ／２００、ＮＶ−ＧＳＤ／１６０、
ＮＶ−ＧＳＤ／８０という製品の名称で高電流注入装置
を販売している。これらの従来技術の注入装置の一つの
問題点は、ウェハの帯電という問題である。イオンビー
ムは、ウェハに接触するように照射されるので、ウェハ
は正に荷電したイオンがウェハ表面を叩くように帯電す
る。この帯電は、しばしば不均一で、ウェハ表面に大き
な電界を作るために、ウェハに損傷を与え、半導体材料
としての使用を不適当にする。

【０００７】いくつかの従来技術の注入装置において、
電子シャワー装置がイオンビームの空間電荷を中和する
ために使用される。既存の電子シャワー装置は、活発な
電子が金属の表面に衝突した時に起こる二次電子放出を
利用している。金属の表面から放出される低エネルギー
の電子は、イオンビームに閉じ込められるか、またはウ
ェハ表面に衝突するように照射され、それによって直接
ウェハを中和する。

【０００８】金属表面からの二次電子放出によって得ら
れる電子の電流密度は、イオンビームと電子放射表面と
の電位差によって制限される。既存のイオン注入装置の
中和装置は、イオンビームの外側領域から、電子がイオ
ンビームによって捕獲されるイオンビーム中に電子を運
ぶための電界を作用させている。電子がイオンビームに
よって捕獲されると、この電子はビームに沿って正のイ
オンビームの流れを打ち消す目標物の方向に自由に動く
ことができる。

【０００９】電子をイオンビーム内に運ぶ電界もまた、
集中したビーム通路から逸れていく方向にビームイオン
を偏向させる。電子がビームによって捕獲されるために
は、電子とビームプラズマ粒子（中性かつイオン化状
態）の間に衝突が必要とされる。

【００１０】もし、このような衝突が起こらないと、電
子は単に衝撃的な動きでビームを通り抜けたり、周りを
回ったりして振動するだけである。イオンと電子間の衝
突の割合は、衝突の確率を決める電子の密度によって限
定されている。一般的には、電子とイオンの衝突の割合
は、結果的に不完全な中和となり、正に帯電したイオン
ビームの残留空間電荷効果が重要となる。

【００１１】「プラズマブリッジ」として知られている
電子フラッドの型は、部分的にこれらの制約に対処して
いる。イオンと電子のプラズマは、イオンビーム付近の
キャビティで作られている。このキャビティは、一般的
にイオンビームから離されているため、プラズマの生成
を促進する高密度ガスをキャビティ内で使うことができ
る。プラズマは小さな開口部を通り抜けてキャビティか
らの「リーク」を可能にしている。高い電流が開口部か
らイオンビームプラズマに向かって流れる。この高電流
がキャビティからビームに向かって流れ、プラズマブリ
ッジでほぼ帯電が中和される。

【００１２】プラズマブリッジを使用する場合であって
も、電流を維持するためにブリッジに沿って電界が必要
となる。プラズマブリッジはプラズマが生成されるキャ
ビティの開口部から広がっているので、電子の拡散は電
子搬送の一次モードとして衝撃動作によって置き換えら
れる。

【００１３】既存のイオンビーム中和装置が、電子生成
領域から電子がイオンビームに注入される領域まで電界
を使用する程度までに、これらの電界はまた電子の運動
エネルギーを増加させ、それによって電子の振動を促進
し、イオンビーム内の捕獲を回避している。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】このような事情に鑑み
て、本発明は、１つ以上の加工物を正荷電イオンを用い
て処理するイオン注入装置のイオンビーム中和器及びそ
の中和方法を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、各請求項に記載の構成を有する。具体的
には、本発明の好ましい実施の形態によれば、イオン注
入装置は、イオン源、ビーム形成構造（電極）、イオン
ビーム中和器、及びイオン注入ステーションを含んでい
る。

【００１６】イオン源は、正イオンを放出し、ビーム形
成電極によってイオンビームに形成される。イオン注入
ステーションは、イオンがイオン注入ステーションに進
入する時、１つ以上の加工物にイオンビームからのイオ
ンが捕獲されるように位置している。

【００１７】イオンビーム中和器は、イオンビーム通路
に沿ってイオン注入ステーションの上流側に配置されて
いる。本発明によれば、イオンビーム中和器は、イオン
ビーム通路に沿って取り囲まれる閉込本体、入口カバ
ー、及び出口カバーを備えている閉込組立体で構成され
る。この閉込め組立体の両カバーは、入口プレート及び
出口プレートを形成し、イオン注入ステーションで、１
つ以上の加工物にイオンが打ち込まれる前に、イオンビ
ームが中和領域を通過できるようにする。

【００１８】プラズマ源は、中和領域内に電子を供給す
るために閉込本体内に位置決められる。この閉込本体
は、さらに中和領域内に磁界を生じる一群の配列磁石を
支持し、これらの磁石は、電子源から放出される電子を
閉じ込め、それによって中和領域内に電子がより集中す
るようにする。

【００１９】中和領域内で、電界はかなり小さく、電子
は初めは高密度の領域から低密度の領域へ拡散によって
移動する。自由電子は、イオンビーム自身の中で生成さ
れるか、あるいは電界の作用しない周囲の領域からビー
ム内に拡散する。電子がビームによって捕らえられる
と、高電子流が、イオンビーム軌道上での電界に逆らっ
て、イオンビームに沿ってイオン注入ステーションにあ
る１つ以上の加工物に向けて流れる。

【００２０】イオンビーム中和器は、電子の運動を支配
するべく拡散処理のため、イオンビームのプラズマ密度
よりもかなり高いプラズマ密度を有さねばならない。ま
た、イオンビーム中和器は、イオンビームの過度の減衰
を避けるために、低ガス圧で操作されねばならない。

【００２１】本発明の他の特徴によれば、イオンビーム
中和器は、閉込本体内に支持される複数の磁石を有しか
つ軸方向に伸びている複数の金属フィルタロッドを有す
るフィルタロッド組立体を備えている。このフィルタロ
ッドは、イオンビーム通路に沿って伸び、イオンビーム
の境界を定める磁界を形成する。

【００２２】フィルタロッド組立体は、存在するイオン
ビームからのより活発な電子を閉じ込め、かつ低エネル
ギ−電子をイオンビームプラズマに沿って押し流す。こ
のフィルタロッド組立体は、イオンビーム中和器におい
ていくつかの利点を備えている。すなわち、フィルタロ
ッドは、１つ以上の目標物となる加工物を最大可能な負
に荷電することを制限する。さらには、フィルタロッド
組立体は、イオンビーム中和器の上流部分近くで、イオ
ンビームプラズマが加熱されることを最小にする。

【００２３】電子フラッド（electron flood) の動き
は、絶縁されている目標物から上流にあるイオンビーム
の中心における電圧測定により判断する。低電圧は、不
完全な中和によるイオンビーム内での低残留空間電荷に
相応する。好ましい実施例において開示されたイオンビ
ーム中和器では、同様なイオンビームを用いる場合、他
の従来の電子フラッドが、約１５ないし６０ボルトのビ
ーム電圧を有するのに対して、約５〜７ボルトのビーム
電圧であることが見いだされた。

【００２４】

【発明の実施の形態】図１を参照すると、イオンビーム
注入装置１０が描かれており、このイオンビーム注入装
置１０は、注入ステーション１６へのビーム通路を移動
するイオンビーム１４を形成するイオンを供給するため
に、「Ｌ」型支持台１５に装着されたイオン源１２を備
えている。

【００２５】電子制御装置（図示しない）は、注入ステ
ーション１６において注入室１７内のウエハ（図示しな
い）によって受け入れられるイオンドーズ量を監視かつ
制御している。

【００２６】イオンビーム内のイオンは、所定の好まし
いビーム通路に沿って進むが、ビームがイオン源１２と
注入ステーション１６との間の距離を移動するにつれて
発散する傾向にある。イオン源１２は、イオン源材料が
注入される内部領域を形成しているプラズマ室１８を備
えている。

【００２７】イオン源材料は、ガスあるいは気化したイ
オン化可能な材料を含むことができる。固体のイオン源
材料は、気化器の中に入れられた後、プラズマ室１８に
注入される。

【００２８】ｎ型の半導体ウエハ材料を望む場合は、ホ
ウ素、ガリウム、或は、インジウムが用いられる。ガリ
ウム及びインジウムは固体のイオン源材料であり、一
方、ホウ素は、典型的には三フッ化ホウ素またはジボラ
ン(diborane)のガスとしてプラズマ室１８に注入され
る。その理由は、ホウ素の蒸気圧は低過ぎるので単に加
熱することによって使用可能な圧力に達することができ
るからである。

【００２９】ｐ型の半導体ウエハ材料を生産する場合
は、アンチモン、ヒ素、或は、リンが、固体のイオン源
材料として選ばれる。プラズマ室１８内に正電荷イオン
を発生させるためにイオン源材料にエネルギが印加され
る。正電荷イオンは、プラズマ室１８の開口側を覆って
いるカバープレートの楕円弧状のスリットを通してプラ
ズマ室を出ていく。

【００３０】イオンビーム１４は、イオン源１２から真
空に脱気されている注入室１７へ脱気通路を通って移動
する。ビーム通路の脱気は真空ポンプ２１でなされる。

【００３１】本発明に係るイオン源１２は、「低」エネ
ルギ注入装置において利用される。この種の注入装置に
おけるイオンビーム１４は、ビーム通路全体に拡散する
傾向があるので、イオン注入装置は、イオン源１２から
注入室１７まで比較的「短い」通路を有するように設計
されてきた。

【００３２】プラズマ室１８内のイオンは、プラズマ室
のカバープレートの弧状スリットを通して引き出され、
プラズマ室に隣接する一対の電極２４によって、支持台
１５に固定された質量分析磁石２２に向かって加速され
る。

【００３３】一対の電極２４は、プラズマ室内部からイ
オンを引き出し、質量分析磁石または質量分解磁石２２
によって定められた領域内でイオンを加速する。磁石を
通過するイオンビームの通路はアルミニウム製のビーム
ガイド２６によって境界を定めている。

【００３４】イオンビーム１４を作るイオンは、イオン
源１２から質量分析磁石２２によって確立された磁界内
を移動する。磁石２２によって生ずる磁界の強さと方向
は、界磁巻線を介して電流を調整するために電磁接触器
(magnet connector)９０に連結されている電子制御装置
８０によって制御される。

【００３５】質量分析磁石２２は、最適な電荷比の質量
を有するイオンのみをイオン注入ステーション１６に到
達させる。プラズマ室１８におけるイオン源材料のイオ
ン化は、好ましい原子質量を有する正電荷のイオン種を
発生させる。しかしながら、好ましいイオン種に加え
て、イオン化工程では、最適な質量を有するイオン以外
の質量を有するイオンをある程度発生させる。最適な原
子質量以上または以下の原子質量を有するイオンは、イ
オン注入には適していない。

【００３６】質量分析磁石２２によって発生される磁界
は、イオンビーム内のイオンを曲線軌跡に沿って移動さ
せる。電子制御装置８０によって形成された磁界によっ
て、好ましいイオン種の原子質量と等しい原子質量を持
つイオンだけが、注入ステーション室１７に向けて、曲
線のビーム通路を移動する。

【００３７】磁石２２の下流には分解プレート４０が配
置されている。分解プレート４０は、ガラス状のグラフ
ァイトから構成されており、イオンビーム１４内のイオ
ンが通過する細長い開口を形成している。分解プレート
４０の場所では、イオンビームの分散、ビーム包絡線の
幅が最小になっている。

【００３８】分解プレート４０は、質量分析磁石２２と
協動して、イオンビーム１４からの好ましくないイオン
種、すなわち、好ましいイオン種の原子質量と同じでは
ないが、好ましいイオン種の原子質量に近い原子質量の
イオン種を排除する。

【００３９】上述したように、質量分析磁石２２の磁界
の強さと方向は、電子制御装置８０によって定まってい
るので、好ましいイオン種の原子量と等しい原子量を有
するイオンだけが、注入ステーション１６に向って所定
の好ましいビーム通路を移動する。

【００４０】好ましい原子質量より大きいか、または小
さい原子質量を有する好ましくないイオン種は、強く偏
向され、ビームガイド２６または分解プレート４０で形
成されたスリットに衝突する。

【００４１】調整可能な分解スリット４１及びファラデ
ーフラッグ(Faraday flag)４２は、分解開口４０とイオ
ンビーム中和器４４との間に配置されている。ファラデ
ーフラッグ４２は、ビームラインを形成するハウジング
５０に可動に連結されている。ファラデーフラッグ４２
は、ビーム特性を測定するためにイオンビーム１４と交
差する位置で直線的に動くことができ、測定が満足でき
るものであれば、注入室１７のウエハ注入を妨げないよ
うにビームラインの外へ揺動する。

【００４２】ビーム形成体は、一般に電子シャワーとし
て言及されるビーム中和器４４を備えている。１９９２
年１１月１７日にベンベニステ（Benveniste) に発行さ
れた米国特許第５，１６４，５９９号は、イオンビーム
注入装置における電子シャワー装置を開示しており、そ
の全ての開示内容は参考としてここに包含される。

【００４３】プラズマ室１８から引き出されたイオン
は、正電荷を帯びている。イオンの正電荷がウエハの注
入前に中和されないと、ドーピングされたウエハは正味
の正電荷を示すことになる。米国特許第５，１６４，５
９９号に説明されているように、ウエハ上の正味の正電
荷は好ましくない特性を有している。

【００４４】中和器４４の下流端は、イオンが注入され
るウエハがある注入室１７に隣接している。注入室１７
内にはディスク型のウエハ支持台６０が備えられてい
る。処理されるウエハは、ウエハ支持台の外端の近くに
位置され、ウエハ支持台はモータ６２によって回転され
る。モータ６２の出力軸は、ベルト６６を介して支持駆
動軸６４に連結されている。

【００４５】イオンビーム１４は、円形軌道を回転する
ウエハに衝突する。注入ステーション１６は、中和器４
４に対して軸支されており、伸縮自在のベローズ７０を
介してハウジング５０に連結されている。（図１）図２ないし図２３には、本発明に関連するイオンビーム
中和器４４の最適な実施の形態が示されている。図２は
ビーム中和器４４の分解透視図である。

【００４６】ビーム中和器４４は、互いに連結された、
金属製の入口カバー１００、金属製の閉込本体１２０、
及び金属製の出口カバー１４０を備えている閉込組立体
で構成される。この閉込組立体は、図１に示す位置で注
入装置１０に装着されるので、ビーム１４は閉込本体１
２０を通過する。

【００４７】閉込本体１２０は、その周面に細長い外部
磁石１２４を等間隔に配列して支持している。カバー１
００、１４０の各々は、カバー１００、１４０及び閉込
本体１２０を通してイオンビーム１４を通過させるよう
に、細長いほぼ矩形の開口１０５、１４５を有してい
る。カバー１００、１４０は、規則正しい間隔で配置さ
れた複数の外部磁石１６４を保持している。

【００４８】閉込本体１２０、カバー１００、１４０及
び磁石１２４、１６４は、閉ざされた磁界を形成し、カ
バー１００、１４０及び閉込本体１２０によって形成さ
れた領域内で移動する電子を閉込めるようにして、これ
らの電子をイオンビームの電位によって捕獲できるよう
にする。

【００４９】図３を参照すると、金属製（典型的には、
アルミニウム）の閉込本体１２０は、内部領域１３０を
有する円筒体である。好適な実施の形態によれば、閉込
本体１２０は周面上に凸条１２２の列を有している。凸
条１２２は、細長い磁石１２４（図１６参照）が配置さ
れる溝１２３で隔てられている。

【００５０】図２３ａに概念的に示すように、磁石１２
４は、閉込本体１２０の周面上に磁極が互い違いになる
ように方向づけられている。合成された磁気閉込領域１
９１は、図２３ａにおいて、点線で示されている。磁石
１２４の長さとほぼ等しい長さの保持ロッド１２７（図
２１参照）が磁石１２４に隣接して取付けられている。

【００５１】保持ロッド１２７の両端部には、ねじ穴１
２９があり、カバー１００、１４０の周縁に配置された
孔１２１を介して固着具１２８が挿入されている。固着
された保持ロッド１２７は、隣接する磁石１２４によっ
て半径方向外側に動けないようにしている。

【００５２】図４及び図５を参照すると、閉込本体１２
０は、一対の開口１２５ａ，１２５ｂを有しており、一
対の電子源１２６（図２３Ｃ）、または電子励起源１９
９（図１に１つだけを示す。）を収容している。電子
源、または電子励起源は、金属製の閉込本体１２０で形
成された中和領域１３０内で半径方向内方に伸びてい
る。

【００５３】好適な実施の形態によれば、図２３ｂに概
念的に示すように、電子励起源は、共振周波数アンテナ
１９９を構成しており、電源１９９ａは、電磁エネルギ
を放射して、中和領域１３０内の自由電子を加速し、こ
れらの自由電子がイオンビームプラズマ１４の電位によ
って捕獲される。

【００５４】他の実施の形態が概念的に図２４ａ及び図
２４ｂに示されており、ここでは閉込本体１２０は、ほ
ぼ矩形に構成されている。この実施の形態においては、
電子源１２６は、フィラメントカソード２９９と、イオ
ンビーム１４が通過する中和領域１３０内に電子を注入
するための電源２９９ａを有している。

【００５５】第２の電源２９９ｂは、接地された中和器
本体とフィラメントカソード２９９との間のバイアス電
圧を維持する。図２４ｂに概念的に示すように、磁石１
２４は、閉込本体１２０の周囲に、磁極が互い違いにな
るように方向づけられている。合成された磁気閉込領域
２９１は、図２４ａ及び図２４ｂに点線で示されてい
る。磁気閉込領域２９１は、エネルギー電子３００を閉
込め、低エネルギー電子３０１をイオンビーム１４に沿
ってドリフトさせる。

【００５６】閉込本体１２０は、更に、前後表面１２０
ａ、１２０ｂを有し、各々の表面にＯリング１３６（図
２においては１つだけしか示されていない）を収納する
溝１３５、及び複数の固着具１３８を収容するねじ穴１
３９を有している。金属製のカバー１００、１４０は、
カバー１００、１４０の直径方向に配置された穴１３１
を通して挿入される固着具１３８によって閉込本体１２
０の対応する表面１２０ａ，１２０ｂに連結されてい
る。

【００５７】図１に示すように、イオンビーム中和器４
４の閉込本体１２０の外表面及びカバー１００、１４０
の少なくとも１つの外表面は、大気にさらされている。
好適な実施の形態において、Ｏリング１３６は、閉込本
体１２０とカバー１００、１４０との間に圧縮されてお
り、イオンビーム中和器４４内の真空と大気圧を密閉し
ている。

【００５８】図６ないし図１０には、金属製の入口カバ
ー１００が、図１１ないし図１５には、金属製の出口カ
バー１４０が示されている。入口カバー１００及び出口
カバー１４０は、閉込本体１２０に対して、軸方向に離
れて、かつ同中心にある。カバー１００、１４０の各々
は、磁石１６４と対の関係を有する寸法の、規則正しい
間隔の複数のスロット１０８、１４８を有している。

【００５９】図６に示すように、入口カバー１００上の
スロット１０８の配置及び磁石１６４のサイズによっ
て、スロット１０８は１つ以上の磁石１６４を支持す
る。図１１に示す出口カバー１４０においても同様であ
る。図２３ｂに概念的に示すように、各磁石１６４は、
１つの磁石１６４と隣接する磁石１６４の磁極が互い違
いになるように方向づけられている。

【００６０】スロット１０８、１４８及び磁石１６４
は、図２３ｂに点線で示される磁気閉込「壁」２０１
を、電子源１２６、または、励起源１９９によって放射
される自由エネルギー電子を閉込めるように配置されて
いる。

【００６１】図２に示すように、磁気閉込プレート（入
口プレート）１１１は入口カバー１００に、また、第２
の磁気閉込プレート（出口プレート）１５１は出口カバ
ー１４０に、カバー１００、１４０のねじ穴１６９に挿
入される固着具１６８によって取付けられている。プレ
ート１１１、１５１は、カバー１００、１４０内に磁石
１６４をしっかりと固定する。銅製のテープ状体１６５
は磁石１６４の外表面に取付けられ、スロット１０８内
の磁石１６４の動きをなくすか減少させ、磁石１６４か
らの熱伝導を促進する。

【００６２】カバー１００、１４０の各々は、冷却剤の
通路１１４、１５４（図８及び図１３を参照）を確定す
るフランジ部を有しており、カバー１１０、１４０の周
面の回りに冷却液を循環させている。好適な実施の形態
において、冷却液は、高エネルギーイオンがカバー１０
０、１４０及び閉込本体１２０に衝突することによって
発生する熱を消滅させる。

【００６３】更に、入口カバー１００は、フィルタロッ
ド組立体２００を支持する開口１０５を有している。フ
ィルタロッド組立体２００は、カバー１００のねじ穴１
７９に挿入される固着具（図示しない）によってカバー
１００に取付けられる。好適な実施の形態において、Ｏ
リング２３６は、カバー１００とフィルタロッド組立体
２００により圧縮され、イオンビーム中和器４４内の真
空を大気圧から密閉する。

【００６４】図１８、図１９及び図２０に示されるフィ
ルタロッド組立体２００は、開口２０５を有する金属製
のフランジ２０２を備え、この開口２０５の周囲の近辺
に、複数の軸方向に延びる金属製のフィルタロッド２０
８を備えている。好適な実施の形態において、フランジ
２０２及びフィルタロッド２０８は、アルミニュウムの
ような導電部材で構成されている。

【００６５】フィルタロッド２０８は、閉込本体１２０
の長さにわたって延びており、下流端２０９にテーパが
形成されて、カバー１４０の対応する穴１４９（図１
２）に支持される。フィルタロッド２０８は、電子源１
２６から半径方向内方に離されており、イオンビーム通
路１４の方向とほぼ平行に向けられている。

【００６６】図２０に示すように、フィルタロッド２０
８は、穴が開けられ、細長い磁石２２４（典型的には、
サマリウム、コバルト製）を収容する内部通路２０６備
えている。図２３ａに概念的に示すように、磁石２２４
は自己整列されているので、フィルタロッド組立体２０
０の周辺の、１つの磁石２２４の磁極が隣接する磁石２
２４の反対の磁極に対向しようとする。ねじ穴２２９
は、ロッド２０８内に磁石２２４を保持するために固着
具２２８（図２参照）を収容する。

【００６７】フィルタ磁界１８１（図２３ａに点線で示
されている）を形成する開口２０５及びフィルタロッド
２０８は、イオンビーム１４を形成する。フィルタ磁界
１８１は、イオンビーム領域から離れる高エネルギ電子
を閉込め、閉込本体１２０内でイオンビーム１４に沿っ
て低エネルギ電子をドリフトさせる。

【００６８】この現象は、エー．ジェー．ティー．ホル
メス(A.J.T.Holmes)による「磁極アーク放電における横
断磁界中の電子流（Rev.Sci.Instrum.53(10), 1982年10
月,P1517）」の論文により詳細に説明されており、ここ
に参考として包含される。

【００６９】フィルタロッドは、１つ以上の目標物であ
る加工物が負電荷を帯びることを制限する。更に、フィ
ルタロッド組立体２００は、イオンビーム中和器４４の
上流位置に近いイオンビームプラズマ１４の熱を最小に
する。高エネルギ電子は、運動エネルギーに変換する
「クーロン(Coulomb) 衝突」を介して、ビームプラズマ
電子に衝突する。

【００７０】図２２を参照すると、出口フランジ２５０
は、出口カバー１４０の穴２４１及び出口フランジ２５
０のねじ穴２５９を介して挿入される固着具（図示しな
い）によって出口カバー１４０に装着される。出口フラ
ンジ２５０（典型的には、ガラス状のグラファイトで作
られている）は、イオンの衝突からカバ−１４０をシー
ルドしている間、出口カバー１４０を通してイオンビー
ム１４を通過させる開口２５５を有している。

【００７１】本発明の好適な実施の形態における説明か
ら、当業者であれば、本発明の改良、変更及び修正が可
能である。そのような全ての改良、変更及び修正は、添
付された特許請求の範囲に記載の構成の中に包含され
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】回転支持台上に取付けたシリコンウェハ等の加
工物をイオンビームで処理するためのイオン注入装置の
概略図である。

【図２】本発明の好ましい実施の形態に従って構成した
イオンビーム中和器の分解斜視図である。

【図３】本発明の好ましい実施の形態に従って構成した
閉込本体を示す正面図である。

【図４】図３を４−４線の方向に見た図である。

【図５】図３の５−５線の方向に見た断面図である。

【図６】本発明の好ましい実施の形態に従って構成した
閉込本体の第１カバーの正面図である。

【図７】図６のカバーの背面図である。

【図８】図６を８−８線の方向に見た図である。

【図９】図６の９−９線の方向に見た断面図である。

【図１０】図６の１０−１０線の方向に見た断面図であ
る。

【図１１】本発明の好ましい実施の形態に従って構成し
た閉込本体の第２カバーの正面図である。

【図１２】図１１のカバーの前面図である。

【図１３】図１１を１３−１３線の方向に見た図であ
る。

【図１４】図１１の１４−１４線の方向に見た断面図で
ある。

【図１５】図１１の１５−１５線の方向に見た断面図で
ある。

【図１６】閉込本体に取り付けられた磁石の斜視図であ
る。

【図１７】第１，第２カバーに取り付けられた磁石の斜
視図である。

【図１８】本発明の好ましい実施の形態に従って構成し
た複数の磁気フィルタロッドの多数を含むフィルタロッ
ド組立体の正面図である。

【図１９】図１８の１９−１９線の方向に見た図であ
る。

【図２０】図１９の２０−２０線の方向に見た、１つの
フィルタロッドの断面図である。

【図２１】閉込本体に磁石を保持するのに使用するリテ
ーナロッドの図である。

【図２２】出口フランジ部の背面図である。

【図２３】(a) は、閉じ込められた磁界とフィルタ磁界
を示すイオンビーム中和器の模式正面図であり、(b)
は、その模式側面図である。

【図２４】(a) は、閉じ込められた磁界を示すイオンビ
ーム中和器の模式側面図であり、(b) は、その模式正面
図である。

【符号の説明】

１０イオン注入装置１２イオン源１４イオンビーム１６注入ステーション４４中和器１００入口カバー１１１入口プレート１２０閉込本体１２４，１６４磁石１２６電子源１４０出口カバー２０８フィルタロッド２２４磁石

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 390033020 ＥａｔｏｎＣｅｎｔｅｒ，Ｃｌｅｖｅｌａｎｄ，Ｏｈｉｏ 44114，Ｕ．Ｓ．Ａ. (72)発明者ビクターマウリスベンベニステアメリカ合衆国マサチューセッツ 01930−4064 グローセスターハバーハイツ８

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】イオン注入装置と共に用いるイオンビーム
中和器(44)であって、（ａ）イオンビームの通路に対し
て支持され、イオンビームの通路に沿って伸びる側壁を
有する金属製の閉込本体(120) を備え、さらにイオンビ
ームを前記閉込本体(120) によって定められた中和領域
に入れるための開口を有する入口カバー(100) 、及び前
記イオンビームを前記中和領域を通過して１つ以上の加
工物に衝突するためにイオンビームを前記閉込本体(12
0) から出すための開口を有する出口カバー(140) を備
える閉込み組立体と、（ｂ）前記閉込本体(120) により
支持され、かつ前記中和領域内に閉じ込めた磁界を形成
するために、前記入口カバー(100) 、出口カバー(140)
、及び側壁に対して離設された複数の磁石(124,164)
と、（ｃ）中和領域内に支持されて、イオンビームが中
和領域を通過するとき、このイオンビームによって捕獲
されるこの領域内の中和電子を高密度に集中させる手段
(126) とを備えていることを特徴とするイオンビーム中
和器。
【請求項２】閉込本体(120) は、ほぼ円筒形状であるこ
とを特徴とする請求項１のイオンビーム中和器。
【請求項３】少なくともいくつかの磁石(124) が、前記
閉込本体(120) の周面に軸方向に配置されていることを
特徴とする請求項２のイオンビーム中和器。
【請求項４】入口カバー(110) と出口カバー(140) のそ
れぞれに取付けられる入口プレート(111) と出口プレー
ト(151) をさらに含み、これらのプレートは、前記両カ
バー(110,140) の各開口と同中心の開口を有し、閉込め
磁界を形成するために、前記両カバーの外側対向面に対
して磁石を保持する内側対向面を有することを特徴とす
る請求項１のイオンビーム中和器。
【請求項５】入口カバー(100) は、開口を有する金属製
フランジと、軸方向に伸びる複数の金属製フィルタロッ
ド(208) とを備える１つのフィルタロッド組立体を支持
し、前記フィルタロッド(208) は、前記開口の周辺に隣
接してイオンビーム移動路に沿って伸び、閉込本体(12
0) の側壁によって支持されている磁石(124) に対して
半径方向内方に複数の磁石(224) を支持していることを
特徴とする請求項１のイオンビーム中和器。
【請求項６】フィルタロッド(208) は、フィルタロッド
用の磁石(224) を収容するために穴ぐり加工されている
ことを特徴とする請求項５のイオンビーム中和器。
【請求項７】フィルタロッド(208) は、閉込本体(120)
とほぼ同等の長さを有していることを特徴とする請求項
６のイオンビーム中和器。
【請求項８】磁石(124,164) は、永久磁石であることを
特徴とする請求項１のイオンビーム中和器。
【請求項９】両カバー(100,140) の各々は、高エネルギ
ーイオン衝突によって発生する熱を消散させるために、
閉込本体(120) とともに、冷却用流体を流す冷却用通路
を形成することを特徴とする請求項１のイオンビーム中
和器。
【請求項１０】閉込本体(120) の壁は、少なくとも１つ
の開口を有し、かつ中和領域内に電子を集中させる手段
(126) が、前記中和領域内に直接電子を放出するため
に、前記閉込本体(120) の中和領域内に直接取付けられ
た少なくとも１つの電流搬送用の電子源からなることを
特徴とする請求項１のイオンビーム中和器。
【請求項１１】電子源は、電流をフィラメントカソード
に流すために、前記フィラメントカソードと電源(299a)
を備えていることを特徴とする請求項１０のイオンビー
ム中和器。
【請求項１２】閉込本体(120) の壁は、少なくとも１つ
の開口を有し、かつ中和領域内に電子を集中させる手段
(126) が、前記閉込本体(120) の中和領域内に自由電子
を励起するための共振周波数アンテナ(199) と電源(199
a)を備えていることを特徴とする請求項１のイオンビー
ム中和器。
【請求項１３】（ａ）円筒形状の金属製の閉込本体(12
0) の周面に等間隔に置かれて支持された複数の軸方向
に伸びた磁石(124) と、（ｂ）前記閉込本体(120) に対
して同中心の開口を有し、かつイオンビームがカバー(1
00,140) と前記閉込本体(120) を通過するように寸法が
決められた一対の軸方向に離間した金属製のカバー(10
0,140) と、（Ｃ）前記カバーにより支持された、等間
隔に配置された複数の磁石(164) と、（ｄ）イオンビー
ムを制限するイオンビームの移動路の方向にほぼ平行に
指向する軸方向に伸びた複数の金属製のフィルタロッ
ド(208) と備えていることを特徴とする請求項１のイオ
ンビーム中和器。
【請求項１４】フィルタロッドは、金属ボディの長さと
ほぼ同等の長さを有していることを特徴とする請求項１
３のイオンビーム中和器。
【請求項１５】フィルタロッド(208) は、少なくとも１
つのフィルタ磁石(224) をカプセル封入するために穴ぐ
りされていることを特徴とする請求項１３のイオンビー
ム中和器。
【請求項１６】一対のカバー(100,140) は、閉込本体(1
20) とともに、イオン衝突によって生じた熱を消散させ
るために冷却剤を流すためのフランジ構造を形成してい
ることを特徴とする請求項１３のイオンビーム中和器。
【請求項１７】閉込本体(120) は、この本体内に高エネ
ルギーの電子(300) を供給するために、半径方向内側に
突出している電子源を設けるための開口(125a)を形成し
ていることを特徴とする請求項１３のイオンビーム中和
器。
【請求項１８】正荷電イオンを放出するためのイオン源
(12)と、イオンビーム(14)を前記正荷電イオンから形成
する構造と、１つ以上の加工物を位置決めて、その場所
でイオンビーム内のイオンを衝突させるためのイオン注
入ステーション(16)とを有するイオン注入装置内で、前
記加工物の処理位置からイオンビーム通路に沿うイオン
ビームの上流位置に、イオンビーム内に電子を放出する
イオンビームの中和方法であって、前記注入ステーションで１つ以上の加工物にイオンを衝
突させる前にイオンビーム(14)が中和領域を通過できる
ように、入口及び出口を有する閉込本体(120)によって
イオンビームの境界を定め、前記イオンビームが前記閉込本体(120) 内を通過すると
き、中和領域内に電子を供給し、電子源(126) から電子を前記閉込本体(120) 内に閉じ込
める、各ステップを有することを特徴とするイオンビー
ムの中和方法。