JPH11273614A - イオン注入装置 - Google Patents
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- JPH11273614A JPH11273614A JP10342241A JP34224198A JPH11273614A JP H11273614 A JPH11273614 A JP H11273614A JP 10342241 A JP10342241 A JP 10342241A JP 34224198 A JP34224198 A JP 34224198A JP H11273614 A JPH11273614 A JP H11273614A
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 均一で密度の高いプラズマ源を用いて真空容
器の中の圧力増加によるプロセス効率を低下を起こすこ
とがないようなイオン注入装置を提供する。 【解決手段】 ワークにイオンを注入するためのイオン
注入装置であって、イオンビームを生成する装置とプラ
ズマ発生器とを備え、プラズマ発生器は、カソード１３
０と、カソードとチャンバの壁から間隔をおいて配置さ
れたアノードと、チャンバの壁の近傍に配列されてカソ
ードから放出された１次電子がアノードに直接到達する
のを防ぐように偏向させる磁場を生成する磁石及びチャ
ンバの内部にアノードと磁石の間に配置された導電性の
シールド１１２，１２２とを有しており、このシールド
は、電子を偏向させるような選択された電位を有してお
り、前記磁場と導電性のシールドは、稼動の間、カソー
ドからの電子が拡張された経路をたどるようにしてチャ
ンバの中のガスを中性化してプラズマを生成させる。
器の中の圧力増加によるプロセス効率を低下を起こすこ
とがないようなイオン注入装置を提供する。 【解決手段】 ワークにイオンを注入するためのイオン
注入装置であって、イオンビームを生成する装置とプラ
ズマ発生器とを備え、プラズマ発生器は、カソード１３
０と、カソードとチャンバの壁から間隔をおいて配置さ
れたアノードと、チャンバの壁の近傍に配列されてカソ
ードから放出された１次電子がアノードに直接到達する
のを防ぐように偏向させる磁場を生成する磁石及びチャ
ンバの内部にアノードと磁石の間に配置された導電性の
シールド１１２，１２２とを有しており、このシールド
は、電子を偏向させるような選択された電位を有してお
り、前記磁場と導電性のシールドは、稼動の間、カソー
ドからの電子が拡張された経路をたどるようにしてチャ
ンバの中のガスを中性化してプラズマを生成させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はイオン注入装置に関
する。
する。
【０００２】
【従来の技術】周知のように、イオン注入は、イオンビ
ームを生成し、そのビームをフォーカスし、そしてウエ
ハに向けて照射してウエハにイオンを注入する工程であ
る。
ームを生成し、そのビームをフォーカスし、そしてウエ
ハに向けて照射してウエハにイオンを注入する工程であ
る。
【０００３】イオン注入装置の中の高速で動く粒子が残
留するガス及び注入装置の壁と衝突すると、それによっ
てエネルギの低いイオンと自由電子が生成される。正に
荷電したイオンビームは、これらの電子をトラップし、
同時に正イオンを反発する。正イオンビームは自身の電
位を有しており、これは典型的にはビーム断面に渡って
不均一に分散している。（この本来的なビームの電位
は、又ビームの空間電荷として知られている。）
留するガス及び注入装置の壁と衝突すると、それによっ
てエネルギの低いイオンと自由電子が生成される。正に
荷電したイオンビームは、これらの電子をトラップし、
同時に正イオンを反発する。正イオンビームは自身の電
位を有しており、これは典型的にはビーム断面に渡って
不均一に分散している。（この本来的なビームの電位
は、又ビームの空間電荷として知られている。）
【０００４】イオンビームがウエハの表面に衝突すると
き、低いエネルギの電子が放出されてウエハは正の電荷
を得る傾向を持つ。一般的に、このウエハに与えられた
正電荷の正味の量はビームの電流に直接的に比例する。
高電流ビームの場合には、ウエハの正電荷は非常に高く
なって数十ボルトに達する。
き、低いエネルギの電子が放出されてウエハは正の電荷
を得る傾向を持つ。一般的に、このウエハに与えられた
正電荷の正味の量はビームの電流に直接的に比例する。
高電流ビームの場合には、ウエハの正電荷は非常に高く
なって数十ボルトに達する。
【０００５】ウエハの表面が真空容器に対して充分にア
ースされており、誘電体層がない場合には、電荷は概ね
アースに流れる。しかしながら、イオンは通常表面の上
に１又はそれ以上の誘電体層が既に形成された後に注入
される。これらの層は、イオンビームが静電荷を作り出
す孤立した島のように作用する。
ースされており、誘電体層がない場合には、電荷は概ね
アースに流れる。しかしながら、イオンは通常表面の上
に１又はそれ以上の誘電体層が既に形成された後に注入
される。これらの層は、イオンビームが静電荷を作り出
す孤立した島のように作用する。
【０００６】このような電荷の集積は問題を作り出す。
静電荷はビームと相互作用して、その密度を減らし、こ
れはイオンビーム密度の変動が注入プロセスの不均一さ
をもたらすので、不利となる。又、静電荷は既に形成さ
れた誘電体層に放出され、これを破壊するかも知れな
い。小さい寸法の集積回路においては、このような電荷
の増加による誘電体層の破壊に対する感受性は増加す
る。従って、イオン注入工程における表面電荷の集積に
対しては低い許容度しかない。
静電荷はビームと相互作用して、その密度を減らし、こ
れはイオンビーム密度の変動が注入プロセスの不均一さ
をもたらすので、不利となる。又、静電荷は既に形成さ
れた誘電体層に放出され、これを破壊するかも知れな
い。小さい寸法の集積回路においては、このような電荷
の増加による誘電体層の破壊に対する感受性は増加す
る。従って、イオン注入工程における表面電荷の集積に
対しては低い許容度しかない。
【０００７】これらの問題に対する一つの解決手段は、
中性化させる電荷つまり電子を、ウエハの表面に及び／
又は、ウエハに接触する前のビームに導入することであ
る。この方法の一つの実施は、中性化電荷を供給するた
めのいわゆる電子シャワーを用いることである。他の方
法は、低エネルギの電子と正イオンをプラズマ発生源を
用いて供給することである。これらのいずれの方法も、
ビームがウエハに接触する場所の近傍に中性化電荷を用
いるものである。しかしながら、電子シャワーは、通
常、大量の高エネルギ電子を供給し、これはそれ自身で
ウエハ表面の帯電に寄与してしまう。
中性化させる電荷つまり電子を、ウエハの表面に及び／
又は、ウエハに接触する前のビームに導入することであ
る。この方法の一つの実施は、中性化電荷を供給するた
めのいわゆる電子シャワーを用いることである。他の方
法は、低エネルギの電子と正イオンをプラズマ発生源を
用いて供給することである。これらのいずれの方法も、
ビームがウエハに接触する場所の近傍に中性化電荷を用
いるものである。しかしながら、電子シャワーは、通
常、大量の高エネルギ電子を供給し、これはそれ自身で
ウエハ表面の帯電に寄与してしまう。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】プラズマ源は、通常、
低エネルギの電子とイオンの比率が電子シャワーの場合
よりも高く、ビームと表面電荷を中性化するためにより
良いのみでなく、負の電荷の集積に対する寄与も少な
い。プラズマ源を用いる時は、しかしながら、ビームを
中性化するために高いプラズマ密度が要求される。この
ような要求密度は、真空容器の中の圧力を増加させ、注
入プロセスの効率を低下させる。さらに、均一で密度の
高いプラズマが必要となる。これは、走査されるビーム
に関しては、広い走査経路のために非常に厳しい要求で
ある。高電流の磁気的に走査されるビームの場合には、
走査される領域は非常に大きく、例えば略４００ｍｍ×
１００ｍｍの範囲となる。
低エネルギの電子とイオンの比率が電子シャワーの場合
よりも高く、ビームと表面電荷を中性化するためにより
良いのみでなく、負の電荷の集積に対する寄与も少な
い。プラズマ源を用いる時は、しかしながら、ビームを
中性化するために高いプラズマ密度が要求される。この
ような要求密度は、真空容器の中の圧力を増加させ、注
入プロセスの効率を低下させる。さらに、均一で密度の
高いプラズマが必要となる。これは、走査されるビーム
に関しては、広い走査経路のために非常に厳しい要求で
ある。高電流の磁気的に走査されるビームの場合には、
走査される領域は非常に大きく、例えば略４００ｍｍ×
１００ｍｍの範囲となる。
【０００９】従って、本発明は、均一で密度の高いプラ
ズマ源を用いて真空容器の中の圧力増加によるプロセス
効率を低下を起こすことがないようなイオン注入装置を
提供することを目的とする。
ズマ源を用いて真空容器の中の圧力増加によるプロセス
効率を低下を起こすことがないようなイオン注入装置を
提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、一つの広い観
点においては、ワークにイオンを注入するためのイオン
注入装置である。イオン注入装置は、イオンビームを生
成しワークの表面に向ける装置を有する。イオン注入装
置は、さらに、イオンビームとワークの表面を中性化さ
せるためのプラズマを生成するためのプラズマ発生器と
を備え、前記プラズマ発生器は、壁によって区画された
プラズマ生成チャンバと、チャンバの中に形成されたプ
ラズマをチャンバから引き出して、ビームとワークの表
面を中性化するための比較的狭い出口開口と、少なくと
も一つのカソードと、前記カソードとチャンバの壁から
間隔をおいて配置された少なくとも一つのアノードとを
有する。プラズマ発生器は、また、プラズマチャンバの
内部に、チャンバの壁の近傍に配列されてカソードから
放出された１次電子がアノードに直接到達するのを防ぐ
ように偏向させる磁場を生成する磁石を有する。プラズ
マ発生器は、また、チャンバの内部にアノードと磁石の
間に配置された導電性のシールドとを有しており、この
シールドは、電子を偏向させるような選択された電位を
有しており、前記磁場と導電性のシールドは、稼動の
間、カソードからの電子が拡張された経路をたどるよう
にして、アノードに到達する前にチャンバの中のガスを
中性化してプラズマを生成させるようになっている。
点においては、ワークにイオンを注入するためのイオン
注入装置である。イオン注入装置は、イオンビームを生
成しワークの表面に向ける装置を有する。イオン注入装
置は、さらに、イオンビームとワークの表面を中性化さ
せるためのプラズマを生成するためのプラズマ発生器と
を備え、前記プラズマ発生器は、壁によって区画された
プラズマ生成チャンバと、チャンバの中に形成されたプ
ラズマをチャンバから引き出して、ビームとワークの表
面を中性化するための比較的狭い出口開口と、少なくと
も一つのカソードと、前記カソードとチャンバの壁から
間隔をおいて配置された少なくとも一つのアノードとを
有する。プラズマ発生器は、また、プラズマチャンバの
内部に、チャンバの壁の近傍に配列されてカソードから
放出された１次電子がアノードに直接到達するのを防ぐ
ように偏向させる磁場を生成する磁石を有する。プラズ
マ発生器は、また、チャンバの内部にアノードと磁石の
間に配置された導電性のシールドとを有しており、この
シールドは、電子を偏向させるような選択された電位を
有しており、前記磁場と導電性のシールドは、稼動の
間、カソードからの電子が拡張された経路をたどるよう
にして、アノードに到達する前にチャンバの中のガスを
中性化してプラズマを生成させるようになっている。
【００１１】本発明の好ましい実施の形態は、以下の特
徴の１又はそれ以上を有することができる。イオン注入
装置は、走査されるイオンビームと共に用いられ、チャ
ンバとその出口開口はビームの走査経路を横切るように
細長く形成されている。前記イオンビームを生成して向
ける装置が磁気スキャナを有しており、イオンビームが
高エネルギビームである。前記カソードが螺旋状のコイ
ルであり、前記アノードは前記カソードを取り囲むよう
に配置されている。イオン注入装置が更に第２のアノー
ドとカソードを有する。前記プラズマ発生器の磁石がプ
ラズマを前記カソードどうしを結ぶ軸に沿って閉じ込め
るようなカスプ磁場を生成させる。前記チャンバが壁を
有しており、この壁の上に前記カソードが搭載され、こ
の壁は前記カソードと実質的に同じ電位を有しており、
それによって壁から電子が偏向される。他の磁石が、前
記比較的狭い出口開口を取り囲み、１次電子がチャンバ
から出ていくのを防ぐような磁場を生成する。チャンバ
がほぼ台形状の断面を有しており、前記比較的狭い出口
開口がこの台形の狭い端部に配置されている。前記比較
的狭い出口開口は、不連続なスリットである。二つの磁
石が前記比較的狭い出口開口の両端部に配置されてお
り、これらの二つの磁石は、１次電子がチャンバから出
るのを防止するような磁場を形成する。
徴の１又はそれ以上を有することができる。イオン注入
装置は、走査されるイオンビームと共に用いられ、チャ
ンバとその出口開口はビームの走査経路を横切るように
細長く形成されている。前記イオンビームを生成して向
ける装置が磁気スキャナを有しており、イオンビームが
高エネルギビームである。前記カソードが螺旋状のコイ
ルであり、前記アノードは前記カソードを取り囲むよう
に配置されている。イオン注入装置が更に第２のアノー
ドとカソードを有する。前記プラズマ発生器の磁石がプ
ラズマを前記カソードどうしを結ぶ軸に沿って閉じ込め
るようなカスプ磁場を生成させる。前記チャンバが壁を
有しており、この壁の上に前記カソードが搭載され、こ
の壁は前記カソードと実質的に同じ電位を有しており、
それによって壁から電子が偏向される。他の磁石が、前
記比較的狭い出口開口を取り囲み、１次電子がチャンバ
から出ていくのを防ぐような磁場を生成する。チャンバ
がほぼ台形状の断面を有しており、前記比較的狭い出口
開口がこの台形の狭い端部に配置されている。前記比較
的狭い出口開口は、不連続なスリットである。二つの磁
石が前記比較的狭い出口開口の両端部に配置されてお
り、これらの二つの磁石は、１次電子がチャンバから出
るのを防止するような磁場を形成する。
【００１２】前記チャンバが前記カソードに対向する壁
を有しており、前記磁石は、前記チャンバの壁の内側に
それと平行に配置された直線的な磁石の列と、前記チャ
ンバの内側に向く側部と、外側に向き異なる極性を有す
る対向側部とを有している。隣接する磁石は異なる極性
を有しており、これらの磁石の寸法とチューブに沿った
配列パターンによって、前記カソードと前記対向壁の間
に軸に沿ってプラズマを閉じ込めるような磁場が作り出
されるようになっている。第２のアノードとカソードが
前記対向壁に配置されている。チャンバの壁が冷却され
ている。チャンバの壁が水冷されている。イオンビーム
がワークに到達する前に通過するような、壁によって区
画されたドリフトチューブが前記開口によって開口して
いる。一連の平行で直線的な磁石がイオンビームの平均
的な経路に直交するように配置されている。これらの磁
石は、ビームに面する側面と、ビームと反対側の側面を
有しており、これらの二つの磁石の側面は反対の極性を
もっている。隣接する磁石の隣接する極は反対側の極性
を持っており、磁石は、その寸法とチューブに沿った配
列パターンがプラズマがドリフトチューブの壁に到達す
るのを防止し、一つの磁極によって形成されたイオンビ
ームの任意の偏向が、それに隣接する下流側の磁石の連
続する磁極によって実質的に相殺されるように配置され
ている。
を有しており、前記磁石は、前記チャンバの壁の内側に
それと平行に配置された直線的な磁石の列と、前記チャ
ンバの内側に向く側部と、外側に向き異なる極性を有す
る対向側部とを有している。隣接する磁石は異なる極性
を有しており、これらの磁石の寸法とチューブに沿った
配列パターンによって、前記カソードと前記対向壁の間
に軸に沿ってプラズマを閉じ込めるような磁場が作り出
されるようになっている。第２のアノードとカソードが
前記対向壁に配置されている。チャンバの壁が冷却され
ている。チャンバの壁が水冷されている。イオンビーム
がワークに到達する前に通過するような、壁によって区
画されたドリフトチューブが前記開口によって開口して
いる。一連の平行で直線的な磁石がイオンビームの平均
的な経路に直交するように配置されている。これらの磁
石は、ビームに面する側面と、ビームと反対側の側面を
有しており、これらの二つの磁石の側面は反対の極性を
もっている。隣接する磁石の隣接する極は反対側の極性
を持っており、磁石は、その寸法とチューブに沿った配
列パターンがプラズマがドリフトチューブの壁に到達す
るのを防止し、一つの磁極によって形成されたイオンビ
ームの任意の偏向が、それに隣接する下流側の磁石の連
続する磁極によって実質的に相殺されるように配置され
ている。
【００１３】ドリフトチューブがほぼ矩形の断面を有し
ており、ドリフトチューブによって４０ｃｍのオーダー
のビーム走査経路が可能となっている。前記導電性シー
ルドがグラファイトから形成されている。前記プラズマ
発生器がビームの平均的な経路に対して傾斜している。
前記プラズマ発生器は、それからプラズマが放出される
軸を規定する放出軸を有しており、この放出軸は、ビー
ムの平均的な経路に対して直交しており、又は、この放
出軸はビームの平均的経路に対してある角度を持ってい
る。放出軸はウエハに向かって傾斜していてもよい。走
査されるイオンビームと一緒に用いられ、前記チャンバ
とその出口開口は、ビームの走査経路に直交するように
配置されている。壁によって区画されるドリフトチュー
ブが設けられ、イオンビームはワークに到達する前にこ
れを通過し、前記開口は前記チューブの中に開いてい
る。前記ドリフトチューブはほぼ矩形の断面を持ってお
り、チャンバとその出口開口はドリフトチューブの短い
側に沿って配置されている。イオンビームの平均的な経
路に直交するように配置された一連の平行で直線的な磁
石が設けられている。これらの磁石は、ビームに面する
側面と、ビームと反対側の側面を有しており、これら二
つの磁石の側面は反対の極性をもっている。隣接する磁
石の隣接する極は反対側の極性を持っている。磁石は、
その寸法とチューブに沿った配列パターンがプラズマが
ドリフトチューブの壁に到達するのを防止し、一つの磁
極によって形成されたイオンビームの任意の偏向が、そ
れに隣接する下流側の磁石の連続する磁極によって実質
的に相殺されるように配置されている。
ており、ドリフトチューブによって４０ｃｍのオーダー
のビーム走査経路が可能となっている。前記導電性シー
ルドがグラファイトから形成されている。前記プラズマ
発生器がビームの平均的な経路に対して傾斜している。
前記プラズマ発生器は、それからプラズマが放出される
軸を規定する放出軸を有しており、この放出軸は、ビー
ムの平均的な経路に対して直交しており、又は、この放
出軸はビームの平均的経路に対してある角度を持ってい
る。放出軸はウエハに向かって傾斜していてもよい。走
査されるイオンビームと一緒に用いられ、前記チャンバ
とその出口開口は、ビームの走査経路に直交するように
配置されている。壁によって区画されるドリフトチュー
ブが設けられ、イオンビームはワークに到達する前にこ
れを通過し、前記開口は前記チューブの中に開いてい
る。前記ドリフトチューブはほぼ矩形の断面を持ってお
り、チャンバとその出口開口はドリフトチューブの短い
側に沿って配置されている。イオンビームの平均的な経
路に直交するように配置された一連の平行で直線的な磁
石が設けられている。これらの磁石は、ビームに面する
側面と、ビームと反対側の側面を有しており、これら二
つの磁石の側面は反対の極性をもっている。隣接する磁
石の隣接する極は反対側の極性を持っている。磁石は、
その寸法とチューブに沿った配列パターンがプラズマが
ドリフトチューブの壁に到達するのを防止し、一つの磁
極によって形成されたイオンビームの任意の偏向が、そ
れに隣接する下流側の磁石の連続する磁極によって実質
的に相殺されるように配置されている。
【００１４】他の態様においては、本発明は、ワークに
イオンを注入するためのイオン注入装置である。このイ
オン注入装置は、イオンビームを生成しワークの表面に
向ける装置を有する。イオン注入装置はさらに、壁によ
って形成される区画され、イオンビームがワークに到達
する前に通過するドリフトチューブを有する。本発明
は、さらに、イオンビームとワークの表面を中性化させ
るためのプラズマを生成するためのプラズマ発生器を有
する。このプラズマ発生器は、生成されたプラズマが該
プラズマ発生器を出てイオンビームを中性化するための
開口を有している。この開口は前記チューブに開口して
いる。一連の平行で直線的な磁石が、イオンビームの平
均的な経路に直交するように配置されている。これらの
磁石は、ビームに面する側面と、ビームと反対側の側面
を有している。これらの二つの磁石の側面は反対の極性
をもっている。隣接する磁石の隣接する極は反対側の極
性を持っており、磁石は、その寸法とチューブに沿った
配列パターンがプラズマがドリフトチューブの壁に到達
するのを防止し、一つの磁極によって形成されたイオン
ビームの任意の偏向が、それに隣接する下流側の磁石の
連続する磁極によって実質的に相殺されるように配置さ
れている磁石とを有する。
イオンを注入するためのイオン注入装置である。このイ
オン注入装置は、イオンビームを生成しワークの表面に
向ける装置を有する。イオン注入装置はさらに、壁によ
って形成される区画され、イオンビームがワークに到達
する前に通過するドリフトチューブを有する。本発明
は、さらに、イオンビームとワークの表面を中性化させ
るためのプラズマを生成するためのプラズマ発生器を有
する。このプラズマ発生器は、生成されたプラズマが該
プラズマ発生器を出てイオンビームを中性化するための
開口を有している。この開口は前記チューブに開口して
いる。一連の平行で直線的な磁石が、イオンビームの平
均的な経路に直交するように配置されている。これらの
磁石は、ビームに面する側面と、ビームと反対側の側面
を有している。これらの二つの磁石の側面は反対の極性
をもっている。隣接する磁石の隣接する極は反対側の極
性を持っており、磁石は、その寸法とチューブに沿った
配列パターンがプラズマがドリフトチューブの壁に到達
するのを防止し、一つの磁極によって形成されたイオン
ビームの任意の偏向が、それに隣接する下流側の磁石の
連続する磁極によって実質的に相殺されるように配置さ
れている磁石とを有する。
【００１５】本発明の好ましい実施の形態は、さらに、
以下の特徴の１又はそれ以上を有することができる。前
記プラズマ発生器は、電子サイクロトトン共鳴（ＥＣ
Ｒ）プラズマ源である。前記ドリフトチューブがほぼ矩
形断面を有し、前記電子サイクロトトン共鳴（ＥＣＲ）
プラズマ源は前記ドリフトチューブの短い側部に配置さ
れている。第２の電子サイクロトトン共鳴（ＥＣＲ）プ
ラズマ源が前記ドリフトチューブの他の短い側部に配置
されている。
以下の特徴の１又はそれ以上を有することができる。前
記プラズマ発生器は、電子サイクロトトン共鳴（ＥＣ
Ｒ）プラズマ源である。前記ドリフトチューブがほぼ矩
形断面を有し、前記電子サイクロトトン共鳴（ＥＣＲ）
プラズマ源は前記ドリフトチューブの短い側部に配置さ
れている。第２の電子サイクロトトン共鳴（ＥＣＲ）プ
ラズマ源が前記ドリフトチューブの他の短い側部に配置
されている。
【００１６】さらに他の態様においては、本発明は、イ
オンビームとワークの表面を中性化させるためのプラズ
マを生成するためのプラズマ発生器である。このプラズ
マ発生器は、壁によって区画されたプラズマ生成チャン
バと、チャンバの中に形成されたプラズマをチャンバか
ら引き出して、ビームとワークの表面を中性化するため
の比較的狭い出口開口とを有する。このプラズマ発生器
はまた、少なくとも一つのカソードと、前記カソードと
チャンバの壁から間隔をおいて配置された少なくとも一
つのアノードとを有する。プラズマ発生チャンバの中
に、チャンバの壁の近傍に配列されてカソードから放出
された１次電子が、アノードに直接到達するのを防ぐよ
うに偏向させる磁場を生成する磁石が設けられている。
プラズマ発生器はさらに、チャンバの内部にアノードと
磁石の間に配置された導電性のシールドとを有してい
る。このシールドは、電子を偏向させるような選択され
た電位を有している。前記磁場と導電性のシールドは、
稼動の間、カソードからの電子が拡張された経路をたど
るようにして、アノードに到達する前にチャンバの中の
ガスを中性化してプラズマを生成させるようになってい
る。
オンビームとワークの表面を中性化させるためのプラズ
マを生成するためのプラズマ発生器である。このプラズ
マ発生器は、壁によって区画されたプラズマ生成チャン
バと、チャンバの中に形成されたプラズマをチャンバか
ら引き出して、ビームとワークの表面を中性化するため
の比較的狭い出口開口とを有する。このプラズマ発生器
はまた、少なくとも一つのカソードと、前記カソードと
チャンバの壁から間隔をおいて配置された少なくとも一
つのアノードとを有する。プラズマ発生チャンバの中
に、チャンバの壁の近傍に配列されてカソードから放出
された１次電子が、アノードに直接到達するのを防ぐよ
うに偏向させる磁場を生成する磁石が設けられている。
プラズマ発生器はさらに、チャンバの内部にアノードと
磁石の間に配置された導電性のシールドとを有してい
る。このシールドは、電子を偏向させるような選択され
た電位を有している。前記磁場と導電性のシールドは、
稼動の間、カソードからの電子が拡張された経路をたど
るようにして、アノードに到達する前にチャンバの中の
ガスを中性化してプラズマを生成させるようになってい
る。
【００１７】本発明の更に他の態様は、ワークに磁気的
に走査されたイオンビームを用いてイオンを注入するた
めのイオン注入装置である。このイオン注入装置は、イ
オンビームを生成しワークの表面に向ける装置と、イオ
ンビームをフォーカスし走査する複数の磁石と、ワーク
を保持して前記第１の方向に実質的に直交する第２の方
向に動かすワークホルダとを有する。このイオン注入装
置は、さらに、イオンビームとワークの表面を中性化さ
せるためのプラズマを生成するためのプラズマ発生器を
有する。このプラズマ発生器は、壁によって区画された
プラズマ生成チャンバと、チャンバの中に形成されたプ
ラズマをチャンバから引き出して、ビームとワークの表
面を中性化するための比較的狭い出口開口と、少なくと
も一つのカソードと、前記カソードとチャンバの壁から
間隔をおいて配置された少なくとも一つのアノードとを
有する。プラズマ発生チャンバの中に、チャンバの壁の
近傍に配列されてカソードから放出された１次電子が、
アノードに直接到達するのを防ぐように偏向させる磁場
を生成する磁石が設けられている。プラズマ発生器はさ
らに、チャンバの内部にアノードと磁石の間に配置され
た導電性のシールドとを有しており、このシールドは、
電子を偏向させるような選択された電位を有しており、
前記磁場と導電性のシールドは、稼動の間、カソードか
らの電子が拡張された経路をたどるようにして、アノー
ドに到達する前にチャンバの中のガスを中性化してプラ
ズマを生成させるようになっている。このイオン注入装
置は、さらに、壁によって区画されるドリフトチューブ
であって、イオンビームはワークに到達する前にこれを
通過し、前記開口は前記チューブの中に開いているドリ
フトチューブを有する。イオンビームの平均的な経路に
直交するように配置された一連の平行で直線的な磁石が
設けられている。これらの磁石は、ビームに面する側面
と、ビームと反対側の側面を有しており、これらの二つ
の磁石の側面は反対の極性をもっており、隣接する磁石
の隣接する極は反対側の極性を持っており、磁石は、そ
の寸法とチューブに沿った配列パターンがプラズマがド
リフトチューブの壁に到達するのを防止し、一つの磁極
によって形成されたイオンビームの任意の偏向が、それ
に隣接する下流側の磁石の連続する磁極によって実質的
に相殺されるように配置されている磁石とを有する。
に走査されたイオンビームを用いてイオンを注入するた
めのイオン注入装置である。このイオン注入装置は、イ
オンビームを生成しワークの表面に向ける装置と、イオ
ンビームをフォーカスし走査する複数の磁石と、ワーク
を保持して前記第１の方向に実質的に直交する第２の方
向に動かすワークホルダとを有する。このイオン注入装
置は、さらに、イオンビームとワークの表面を中性化さ
せるためのプラズマを生成するためのプラズマ発生器を
有する。このプラズマ発生器は、壁によって区画された
プラズマ生成チャンバと、チャンバの中に形成されたプ
ラズマをチャンバから引き出して、ビームとワークの表
面を中性化するための比較的狭い出口開口と、少なくと
も一つのカソードと、前記カソードとチャンバの壁から
間隔をおいて配置された少なくとも一つのアノードとを
有する。プラズマ発生チャンバの中に、チャンバの壁の
近傍に配列されてカソードから放出された１次電子が、
アノードに直接到達するのを防ぐように偏向させる磁場
を生成する磁石が設けられている。プラズマ発生器はさ
らに、チャンバの内部にアノードと磁石の間に配置され
た導電性のシールドとを有しており、このシールドは、
電子を偏向させるような選択された電位を有しており、
前記磁場と導電性のシールドは、稼動の間、カソードか
らの電子が拡張された経路をたどるようにして、アノー
ドに到達する前にチャンバの中のガスを中性化してプラ
ズマを生成させるようになっている。このイオン注入装
置は、さらに、壁によって区画されるドリフトチューブ
であって、イオンビームはワークに到達する前にこれを
通過し、前記開口は前記チューブの中に開いているドリ
フトチューブを有する。イオンビームの平均的な経路に
直交するように配置された一連の平行で直線的な磁石が
設けられている。これらの磁石は、ビームに面する側面
と、ビームと反対側の側面を有しており、これらの二つ
の磁石の側面は反対の極性をもっており、隣接する磁石
の隣接する極は反対側の極性を持っており、磁石は、そ
の寸法とチューブに沿った配列パターンがプラズマがド
リフトチューブの壁に到達するのを防止し、一つの磁極
によって形成されたイオンビームの任意の偏向が、それ
に隣接する下流側の磁石の連続する磁極によって実質的
に相殺されるように配置されている磁石とを有する。
【００１８】
【発明の実施の形態】簡単に言うと、イオンビームを中
性化するために、プラズマ源は、ガスを、典型的にはア
ルゴン、キセノン、クリプトンのような不活性ガスをイ
オン化することによってプラズマを生成する。本発明の
ある特定の実施の形態においては、カソードとアノード
の対が、プラズマ源のチャンバのそれぞれの端部に配置
されており、このチャンバは、走査されるビームを通過
させるような寸法と形状を有するドリフトチューブの幅
広い部分を横切るように延びている。電源がそれぞれの
カソードを駆動して、それが熱電子放出を行うような温
度にまで加熱する。我々は、このカソード電位に対応す
るようなエネルギを持つ電子を「１次電子」と呼ぶ。カ
ソードから放出された電子は１次電子である。プラズマ
源中の正に荷電されたプラズマとアノードは、加熱され
たカソードからより多くの１次電子を引き出す。これら
の１次電子は、中性ガスと相互に反応してそれをイオン
化し、プラズマを作り出す。プラズマ源中のカスプ磁場
と電場のコンビネーションは、これらの１次電子がアノ
ードやプラズマ源の壁に吸収されるのを防ぐ。結果とし
て、１次電子はプラズマ源の二つの端部の間で発振し、
中性ガスと長時間相互反応するための長い経路を効率的
にたどる。この長時間の相互作用によってプラズマの生
成の効率が向上する。電子が偏向され、そしてプラズマ
源の中央部に向けて反射されるので、プラズマの生成
は、カソードとアノードの回りの領域に限られずに分布
し、プラズマ源の長手方向に沿って高度の均一性を有す
る。
性化するために、プラズマ源は、ガスを、典型的にはア
ルゴン、キセノン、クリプトンのような不活性ガスをイ
オン化することによってプラズマを生成する。本発明の
ある特定の実施の形態においては、カソードとアノード
の対が、プラズマ源のチャンバのそれぞれの端部に配置
されており、このチャンバは、走査されるビームを通過
させるような寸法と形状を有するドリフトチューブの幅
広い部分を横切るように延びている。電源がそれぞれの
カソードを駆動して、それが熱電子放出を行うような温
度にまで加熱する。我々は、このカソード電位に対応す
るようなエネルギを持つ電子を「１次電子」と呼ぶ。カ
ソードから放出された電子は１次電子である。プラズマ
源中の正に荷電されたプラズマとアノードは、加熱され
たカソードからより多くの１次電子を引き出す。これら
の１次電子は、中性ガスと相互に反応してそれをイオン
化し、プラズマを作り出す。プラズマ源中のカスプ磁場
と電場のコンビネーションは、これらの１次電子がアノ
ードやプラズマ源の壁に吸収されるのを防ぐ。結果とし
て、１次電子はプラズマ源の二つの端部の間で発振し、
中性ガスと長時間相互反応するための長い経路を効率的
にたどる。この長時間の相互作用によってプラズマの生
成の効率が向上する。電子が偏向され、そしてプラズマ
源の中央部に向けて反射されるので、プラズマの生成
は、カソードとアノードの回りの領域に限られずに分布
し、プラズマ源の長手方向に沿って高度の均一性を有す
る。
【００１９】低いエネルギの電子と、低いエネルギの正
イオンからなるプラズマは、ソースの中で生成されてか
ら、開口を通ってドリフトチューブの中に流れる。カス
プ磁場によって形成された磁気トラップが、このプラズ
マをビームの近傍に閉じ込める。低いエネルギの電子と
正イオンの幾つかは、次にビームの中にトラップされ、
ビームの全体的な電位を中性化しようとする。磁気トラ
ップはプラズマの密度を保持し、イオン注入装置の中の
真空環境に与えるプラズマの圧力上昇効果を減少させ
る。更に、ドリフトチューブの磁気トラップは、低エネ
ルギ電子と正イオンをウエハの方向に偏向させ、それに
よってウエハ上に集積した電荷を中性化させる。磁気ト
ラップのカスプ磁場は、磁場自身によるビームの偏向を
最小限にするようなパターンで与えられる。
イオンからなるプラズマは、ソースの中で生成されてか
ら、開口を通ってドリフトチューブの中に流れる。カス
プ磁場によって形成された磁気トラップが、このプラズ
マをビームの近傍に閉じ込める。低いエネルギの電子と
正イオンの幾つかは、次にビームの中にトラップされ、
ビームの全体的な電位を中性化しようとする。磁気トラ
ップはプラズマの密度を保持し、イオン注入装置の中の
真空環境に与えるプラズマの圧力上昇効果を減少させ
る。更に、ドリフトチューブの磁気トラップは、低エネ
ルギ電子と正イオンをウエハの方向に偏向させ、それに
よってウエハ上に集積した電荷を中性化させる。磁気ト
ラップのカスプ磁場は、磁場自身によるビームの偏向を
最小限にするようなパターンで与えられる。
【００２０】ここでまず、本発明のプラズマ電荷中性化
装置が用いられるようなイオン注入装置の例を説明す
る。その次に、本発明のプラズマ電荷中性化装置の構造
を、このプラズマ電荷中性化装置を構成するプラズマ源
とドリフトチューブの構造を説明することによって説明
する。そして、さらにプラズマ電荷中性化装置の動作を
説明し、そして、本発明の幾つかの特別の特徴が用いら
れるような別の方法について説明する。
装置が用いられるようなイオン注入装置の例を説明す
る。その次に、本発明のプラズマ電荷中性化装置の構造
を、このプラズマ電荷中性化装置を構成するプラズマ源
とドリフトチューブの構造を説明することによって説明
する。そして、さらにプラズマ電荷中性化装置の動作を
説明し、そして、本発明の幾つかの特別の特徴が用いら
れるような別の方法について説明する。
【００２１】図１は、本発明のイオン源が用いられるよ
うなイオン注入装置１０の実施の形態を示している。こ
のようなイオン注入装置の一般的な特徴は、例えば米国
特許５，３９３，９８４に開示されている。
うなイオン注入装置１０の実施の形態を示している。こ
のようなイオン注入装置の一般的な特徴は、例えば米国
特許５，３９３，９８４に開示されている。
【００２２】イオン注入装置１０は、イオン源１２と、
引出電極１４と、分析磁石１６と、スキャナ磁石１８
と、コリメータ磁石２０と、プラズマ電荷中性化装置２
２と、ウエハ２４とを有する。一般的に、イオン注入装
置１０は、リボン状のビームを発生し、このビームは、
いくつかの実施の形態においては、１ｋｅＶから１００
ｋｅＶのエネルギ範囲を有している。ビームは、上述の
米国特許に説明されているように、高電流で高パービア
ンスのビームである（いくつかの実施の形態において
は、ビームは０．０２（ｍＡ）（ａｍｕ）１／２（ｋｅ
Ｖ）−３／２）。ビームは、ウエハ面に渡って一方向に
磁気的に走査される。ウエハは別の方向に動くこともで
き、これにより、第２の方向における走査を可能にす
る。
引出電極１４と、分析磁石１６と、スキャナ磁石１８
と、コリメータ磁石２０と、プラズマ電荷中性化装置２
２と、ウエハ２４とを有する。一般的に、イオン注入装
置１０は、リボン状のビームを発生し、このビームは、
いくつかの実施の形態においては、１ｋｅＶから１００
ｋｅＶのエネルギ範囲を有している。ビームは、上述の
米国特許に説明されているように、高電流で高パービア
ンスのビームである（いくつかの実施の形態において
は、ビームは０．０２（ｍＡ）（ａｍｕ）１／２（ｋｅ
Ｖ）−３／２）。ビームは、ウエハ面に渡って一方向に
磁気的に走査される。ウエハは別の方向に動くこともで
き、これにより、第２の方向における走査を可能にす
る。
【００２３】イオン源１２は、バーナスタイプ、フリー
マンタイプ、マイクロウエーブのＥＣＲタイプを含む任
意のタイプでよい。イオン源１２は、注入のための正に
帯電したイオンを発生する。このイオンは、アルゴン、
窒素、解離したホウ素（ＢＦ ３の中に）、アルシン（ar
sine）、及び、亜リン酸塩を含む。固体を蒸発後に注入
することもできる。そのような固体は、リン、砒素及び
アンチモンを含む。他の物質を注入することもできる。
イオンはオリフィスから出て、イオン源に比較して負の
電位を有する引出電極１４によって引き出される。引出
電極１４の形状及び位置は、安定したイオンビームが当
該電極から出るように選択されている。
マンタイプ、マイクロウエーブのＥＣＲタイプを含む任
意のタイプでよい。イオン源１２は、注入のための正に
帯電したイオンを発生する。このイオンは、アルゴン、
窒素、解離したホウ素（ＢＦ ３の中に）、アルシン（ar
sine）、及び、亜リン酸塩を含む。固体を蒸発後に注入
することもできる。そのような固体は、リン、砒素及び
アンチモンを含む。他の物質を注入することもできる。
イオンはオリフィスから出て、イオン源に比較して負の
電位を有する引出電極１４によって引き出される。引出
電極１４の形状及び位置は、安定したイオンビームが当
該電極から出るように選択されている。
【００２４】次に、分析磁石１６が、イオンの運動量／
電荷比（Ｍｖ／Ｑ：ｖはイオンの速度、Ｑはイオンの電
荷、Ｍはイオンの質量である）に応じて望ましくない不
純物を除去することにより、イオンビームを分析する。
次に、スキャナ磁石１８が、ビームの経路に垂直にイオ
ンビームを走査する。この走査の後に、コリメータ磁石
２０が、イオンビームの向きを変えて、該ビームが全走
査領域において平行になるようにする。
電荷比（Ｍｖ／Ｑ：ｖはイオンの速度、Ｑはイオンの電
荷、Ｍはイオンの質量である）に応じて望ましくない不
純物を除去することにより、イオンビームを分析する。
次に、スキャナ磁石１８が、ビームの経路に垂直にイオ
ンビームを走査する。この走査の後に、コリメータ磁石
２０が、イオンビームの向きを変えて、該ビームが全走
査領域において平行になるようにする。
【００２５】イオン注入装置１０は、最大で３００ミリ
メートルの直径を有するウエハに注入を行えるような寸
法を有している。ウエハホルダ２６が、ウエハに対する
ビームの入射角のある範囲の中の選択された角度でウエ
ハ２４を保持する。この角度は、イオンビームに対して
直角入射から１０°未満であるのが好ましい。この実施
の形態においては、イオンビームは、イオン源において
９０ｍｍ、ウエハにおいて６０ｍｍのビーム高さ（すな
わち、ビームの断面に沿ったビームの長さ）を有するリ
ボン状のビームである。
メートルの直径を有するウエハに注入を行えるような寸
法を有している。ウエハホルダ２６が、ウエハに対する
ビームの入射角のある範囲の中の選択された角度でウエ
ハ２４を保持する。この角度は、イオンビームに対して
直角入射から１０°未満であるのが好ましい。この実施
の形態においては、イオンビームは、イオン源において
９０ｍｍ、ウエハにおいて６０ｍｍのビーム高さ（すな
わち、ビームの断面に沿ったビームの長さ）を有するリ
ボン状のビームである。
【００２６】図２は、プラズマ電荷中性化装置２２のウ
エハ２４に対するある実施例の相対配置を示す。図３及
び図４を参照すると、この特定の実施例のプラズマ電荷
中性化装置２２は、二つの構成要素、つまりプラズマ源
１００とプラズマガイド又はドリフトチューブ２００か
らなっている。まず、プラズマ源１００の構成を図２か
ら図９及び図１１を参照して説明する。次に、ドリフト
チューブ２００の構成は、図３から図４及び図１０から
図１１を参照して説明する。
エハ２４に対するある実施例の相対配置を示す。図３及
び図４を参照すると、この特定の実施例のプラズマ電荷
中性化装置２２は、二つの構成要素、つまりプラズマ源
１００とプラズマガイド又はドリフトチューブ２００か
らなっている。まず、プラズマ源１００の構成を図２か
ら図９及び図１１を参照して説明する。次に、ドリフト
チューブ２００の構成は、図３から図４及び図１０から
図１１を参照して説明する。
【００２７】プラズマ源１００について、図２から図９
を参照すると、プラズマ源１００は細長いプラズマチャ
ンバを有しており、これは三つの側壁１１０と二つの端
部壁１２０によって区画されている。プラズマ源１００
は、略台形状の断面を有しており、その狭い端部はドリ
フトチューブ２００に接続されている。プラズマ源１０
０は、走査範囲と同じ広がりを持っており、従って、プ
ラズマをビームの全走査範囲の全体に供給することがで
きる。
を参照すると、プラズマ源１００は細長いプラズマチャ
ンバを有しており、これは三つの側壁１１０と二つの端
部壁１２０によって区画されている。プラズマ源１００
は、略台形状の断面を有しており、その狭い端部はドリ
フトチューブ２００に接続されている。プラズマ源１０
０は、走査範囲と同じ広がりを持っており、従って、プ
ラズマをビームの全走査範囲の全体に供給することがで
きる。
【００２８】各端部壁１２０は、またカソード１３０と
その上に載せられた対応するアノード１４０を備えてい
る（これは、図７に最も良く示されている）。幾つかの
実施例においては、カソードのフィラメントは、豚の尻
尾のような形状のタングステンワイヤのコイルから作ら
れている。アノード１４０は、絶縁部材１４２の上に設
置されており、それによって端部壁１２０から電気的に
絶縁されている。カソード１３０は、また同様に絶縁部
材１３２の上に設置されており、端部壁１２０から電気
的に絶縁されている。カソード電極１３４とアノード電
極１４４は、稼動中にアノードとカソードが図示しない
電源に接続されるようになっている。アノード１４０
は、カソード１３０から隙間を開けて、それをほぼ取り
囲むように配置されている。アノード１４０も壁から隙
間を開けて配置されている。
その上に載せられた対応するアノード１４０を備えてい
る（これは、図７に最も良く示されている）。幾つかの
実施例においては、カソードのフィラメントは、豚の尻
尾のような形状のタングステンワイヤのコイルから作ら
れている。アノード１４０は、絶縁部材１４２の上に設
置されており、それによって端部壁１２０から電気的に
絶縁されている。カソード１３０は、また同様に絶縁部
材１３２の上に設置されており、端部壁１２０から電気
的に絶縁されている。カソード電極１３４とアノード電
極１４４は、稼動中にアノードとカソードが図示しない
電源に接続されるようになっている。アノード１４０
は、カソード１３０から隙間を開けて、それをほぼ取り
囲むように配置されている。アノード１４０も壁から隙
間を開けて配置されている。
【００２９】それぞれの端部壁１２０は、また、プラズ
マ源１００の内側の空間に面する導電性のグラファイト
シールド１２２を有している。この導電性シールドは、
稼動中はカソード１３０の電位に近い電位に維持されて
いる。カソード１３０とシールド１２２の電位差が小さ
いので、絶縁部材１３２にまたがるアークの発生が起こ
らない。従って、このような放電に伴う破片の生成の可
能性が減少する。
マ源１００の内側の空間に面する導電性のグラファイト
シールド１２２を有している。この導電性シールドは、
稼動中はカソード１３０の電位に近い電位に維持されて
いる。カソード１３０とシールド１２２の電位差が小さ
いので、絶縁部材１３２にまたがるアークの発生が起こ
らない。従って、このような放電に伴う破片の生成の可
能性が減少する。
【００３０】側壁１１０は、概ね三つの層、すなわち、
外側の壁１１６、一連の磁石１１４及び磁石１１４をプ
ラズマの析出から保護する内部シールド１１２を備えい
る。プラズマ源が台形の断面を有しているので、通常四
つの壁すべての上に磁石を有する矩形の長方形の断面の
実施例とは異なり、磁石は三つの壁にのみ設置されてい
る。ある実施例においては、内部シールド１１２は、グ
ラファイトかガラス状のカーボンから作られており、こ
れは導電性を有しているが磁場に対しては透過性を有し
ている。稼動中、シールド１２２はアースされ、これは
基板と同じ電位に維持されており、カソードのそれと近
い電位になる。
外側の壁１１６、一連の磁石１１４及び磁石１１４をプ
ラズマの析出から保護する内部シールド１１２を備えい
る。プラズマ源が台形の断面を有しているので、通常四
つの壁すべての上に磁石を有する矩形の長方形の断面の
実施例とは異なり、磁石は三つの壁にのみ設置されてい
る。ある実施例においては、内部シールド１１２は、グ
ラファイトかガラス状のカーボンから作られており、こ
れは導電性を有しているが磁場に対しては透過性を有し
ている。稼動中、シールド１２２はアースされ、これは
基板と同じ電位に維持されており、カソードのそれと近
い電位になる。
【００３１】磁石１１４は、内壁１１２と外側壁１１６
との間に配置され、チャンバをほぼ取り囲んでいる。こ
のような説明した実施例においては、それぞれの側壁の
上に１６の磁石が設けられている（図８）。幾つかの実
施例においては、それぞれの磁石は表面において１．５
ｋＧａｕｓの磁場誘導を持っている。この磁石は、それ
ぞれの磁石がチャンバに面する一つの極を有するように
配置されている。これらは又、Ｎ，Ｓ，Ｎ，Ｓのよう
に、隣接する磁石が交互に磁極を持つように配置されて
いる。図１１を参照するとこの配列によって、比較的均
一なカスプ磁場（磁気トラップ）が形成され、これは磁
石において最も強い磁場密度を有し、チャンバの中央に
おいて最も弱い（略ゼロの）密度を有している。稼動の
間、磁場はプラズマをソースの中央領域１０２（図１
１）の中に閉じ込める。これは、二つのカソード１３０
を結ぶ軸を取り囲むような領域である。アノード１４０
は磁石１１４の近傍に配置されており、それによって磁
場の最も強い部分に近くなっている（アノードの磁石に
対する配置は図９において最もよく見られ、ここにおい
て、幾つかの磁石は一つのアノードを示すために取り除
かれている）。従って、磁場はプラズマがアノード１４
０に到達するのを防ぐのを補助している。
との間に配置され、チャンバをほぼ取り囲んでいる。こ
のような説明した実施例においては、それぞれの側壁の
上に１６の磁石が設けられている（図８）。幾つかの実
施例においては、それぞれの磁石は表面において１．５
ｋＧａｕｓの磁場誘導を持っている。この磁石は、それ
ぞれの磁石がチャンバに面する一つの極を有するように
配置されている。これらは又、Ｎ，Ｓ，Ｎ，Ｓのよう
に、隣接する磁石が交互に磁極を持つように配置されて
いる。図１１を参照するとこの配列によって、比較的均
一なカスプ磁場（磁気トラップ）が形成され、これは磁
石において最も強い磁場密度を有し、チャンバの中央に
おいて最も弱い（略ゼロの）密度を有している。稼動の
間、磁場はプラズマをソースの中央領域１０２（図１
１）の中に閉じ込める。これは、二つのカソード１３０
を結ぶ軸を取り囲むような領域である。アノード１４０
は磁石１１４の近傍に配置されており、それによって磁
場の最も強い部分に近くなっている（アノードの磁石に
対する配置は図９において最もよく見られ、ここにおい
て、幾つかの磁石は一つのアノードを示すために取り除
かれている）。従って、磁場はプラズマがアノード１４
０に到達するのを防ぐのを補助している。
【００３２】幾つかの実施例においては、それぞれの磁
石１１４は三つの構成要素からなっている。つまり第１
の強磁性板、永久磁石及び第２の強磁性板である。第１
の磁石板は、永久磁石と外側壁１１６の間に配置されて
いる。第２の強磁性板は、永久磁石のソースの内部に面
する永久磁石の側部に取り付けられている。これらの強
磁性板は、軟鉄で作ることができ、高い磁気透過性
（μ）を有している。強磁性板は、永久磁石の磁束を集
中させ再分配する作用を持つ。この集中と再分配は、種
々の機能を発揮する。第１に、長手方向において、永久
磁石の磁場に変動がある場合がある。従って、永久磁石
の磁場は極の長さ方向に沿って不均一であるかもしれな
い。強磁性板がこのような不均一さを均し、全アセンブ
リの磁場をより均一にする。実際に強磁性板はフィルタ
として働く。第２に、強磁性板は磁石１１４の磁場を永
久磁石のそれよりもより強くする。幾つかの実施例にお
いては、強磁性板は磁力を２倍にする。本質的に強磁性
板は、磁場の強度を増大させる増幅器として作用する。
第３に、それらはプラズマ源の外に磁場が分散するのを
制限する。本質的にそれらは、ソースの外側に磁束が発
散するのを防ぐシールドの役割を果たす。
石１１４は三つの構成要素からなっている。つまり第１
の強磁性板、永久磁石及び第２の強磁性板である。第１
の磁石板は、永久磁石と外側壁１１６の間に配置されて
いる。第２の強磁性板は、永久磁石のソースの内部に面
する永久磁石の側部に取り付けられている。これらの強
磁性板は、軟鉄で作ることができ、高い磁気透過性
（μ）を有している。強磁性板は、永久磁石の磁束を集
中させ再分配する作用を持つ。この集中と再分配は、種
々の機能を発揮する。第１に、長手方向において、永久
磁石の磁場に変動がある場合がある。従って、永久磁石
の磁場は極の長さ方向に沿って不均一であるかもしれな
い。強磁性板がこのような不均一さを均し、全アセンブ
リの磁場をより均一にする。実際に強磁性板はフィルタ
として働く。第２に、強磁性板は磁石１１４の磁場を永
久磁石のそれよりもより強くする。幾つかの実施例にお
いては、強磁性板は磁力を２倍にする。本質的に強磁性
板は、磁場の強度を増大させる増幅器として作用する。
第３に、それらはプラズマ源の外に磁場が分散するのを
制限する。本質的にそれらは、ソースの外側に磁束が発
散するのを防ぐシールドの役割を果たす。
【００３３】プラズマ源１００の外側壁１１６は、水に
よって冷却され、それによって側壁１１０の温度を、磁
石１１４の磁性が劣化するような温度以下に保つ。水は
パイプ１１７を通って流れ、二つの水供給ライン１１７
Ａからパイプ１１７に供給される。水源と温度制御機構
は周知のものなので、図示しておらず説明もしていな
い。
よって冷却され、それによって側壁１１０の温度を、磁
石１１４の磁性が劣化するような温度以下に保つ。水は
パイプ１１７を通って流れ、二つの水供給ライン１１７
Ａからパイプ１１７に供給される。水源と温度制御機構
は周知のものなので、図示しておらず説明もしていな
い。
【００３４】プラズマ源１００はまた、ガス供給ノズル
１６０（図７）を有しており、これはガス供給ライン接
続器１６２（図５）に接続されており、これによって、
ガス供給ラインとガスソースに接続されている。幾つか
の実施例においては、ガスソースは、特定の用途のため
に必要とされるプラズマ密度に合わせて調整することが
できるガス流れを作り出す。この流れの範囲は、例え
ば、０〜１．５ｓｃｃｍの間で変えることができる。特
定の目的のために要求される流量は、典型的には、稼動
中の実験によって決められる。幾つかの実施例において
は、ソース１００におけるアルゴンのための必要圧力
は、０．０００７Ｔｏｒｒであり、キセノンに関しては
０．０００３Ｔｏｒｒであり、クリプトンに関しては、
０．０００５Ｔｏｒｒである。
１６０（図７）を有しており、これはガス供給ライン接
続器１６２（図５）に接続されており、これによって、
ガス供給ラインとガスソースに接続されている。幾つか
の実施例においては、ガスソースは、特定の用途のため
に必要とされるプラズマ密度に合わせて調整することが
できるガス流れを作り出す。この流れの範囲は、例え
ば、０〜１．５ｓｃｃｍの間で変えることができる。特
定の目的のために要求される流量は、典型的には、稼動
中の実験によって決められる。幾つかの実施例において
は、ソース１００におけるアルゴンのための必要圧力
は、０．０００７Ｔｏｒｒであり、キセノンに関しては
０．０００３Ｔｏｒｒであり、クリプトンに関しては、
０．０００５Ｔｏｒｒである。
【００３５】プラズマ源１００はその狭い端部におい
て、ドリフトチューブ２００と接続している。プラズマ
源１００のプラズマチャンバ、すなわち内部空間は、互
いに隣接する区分された開口部１５０（図３）を介して
ドリフトチューブ２００に開いている。他の実施例にお
いては、この開口部は、一つの連続した開口であっても
よい。（図５は開口部１５０を有していないプラズマ源
の図を示している。）
て、ドリフトチューブ２００と接続している。プラズマ
源１００のプラズマチャンバ、すなわち内部空間は、互
いに隣接する区分された開口部１５０（図３）を介して
ドリフトチューブ２００に開いている。他の実施例にお
いては、この開口部は、一つの連続した開口であっても
よい。（図５は開口部１５０を有していないプラズマ源
の図を示している。）
【００３６】一般的に、ドリフトチューブ２００の内部
のガス圧力は、プラズマチャンバ中のガス圧力の分圧で
あるべきである。ドリフトチューブの中のガス圧が増加
すると、イオンビームに干渉する。従って、ドリフトチ
ューブの中の圧力を許容できる範囲の中に維持すること
が望ましい。しかしながら、プラズマチャンバにおいて
は、イオン化が効率的に行われるために、圧力はドリフ
トチューブのそれよりも高くなくてはならない。望まし
くは、ドリフトチューブ２００の中のガス圧力のプラズ
マチャンバ１００のガス圧力に対する比率は、１／１０
０より小さく、より好ましくは、１／２００よりも小さ
い。ドリフトチューブ２００の中のガス圧力のプラズマ
チャンバ１００のガス圧力に対する比率は、ガスチャン
バの開口のサイズに対する開口の比率に比例する。これ
は、開口の寸法がプラズマ源からガスがいかに容易に抜
け出るかを決めるのに対し、ドリフトチューブの開口の
寸法は、ガスがいかにドリフトチューブを容易に抜ける
かを決めるからである。従って、二つの寸法は、二つの
構造部の中における同じようなガス圧力比率を得るため
には、１／１００より小さいことが好ましく、そして、
より好ましくは、１／２００より小さい。開口部のサイ
ズはまた、二つの構造物の構造部の中のプラズマ密度に
影響する。
のガス圧力は、プラズマチャンバ中のガス圧力の分圧で
あるべきである。ドリフトチューブの中のガス圧が増加
すると、イオンビームに干渉する。従って、ドリフトチ
ューブの中の圧力を許容できる範囲の中に維持すること
が望ましい。しかしながら、プラズマチャンバにおいて
は、イオン化が効率的に行われるために、圧力はドリフ
トチューブのそれよりも高くなくてはならない。望まし
くは、ドリフトチューブ２００の中のガス圧力のプラズ
マチャンバ１００のガス圧力に対する比率は、１／１０
０より小さく、より好ましくは、１／２００よりも小さ
い。ドリフトチューブ２００の中のガス圧力のプラズマ
チャンバ１００のガス圧力に対する比率は、ガスチャン
バの開口のサイズに対する開口の比率に比例する。これ
は、開口の寸法がプラズマ源からガスがいかに容易に抜
け出るかを決めるのに対し、ドリフトチューブの開口の
寸法は、ガスがいかにドリフトチューブを容易に抜ける
かを決めるからである。従って、二つの寸法は、二つの
構造部の中における同じようなガス圧力比率を得るため
には、１／１００より小さいことが好ましく、そして、
より好ましくは、１／２００より小さい。開口部のサイ
ズはまた、二つの構造物の構造部の中のプラズマ密度に
影響する。
【００３７】磁石１５２は、開口１５０の全長を移動す
る。ある実施例では、それぞれの磁石は表面において
１．５ｋＧａｕｓの磁場密度を有している。幾つかの実
施例においては、それぞれの磁石１５２は他の磁石１５
２に面するその磁石の長さ方向に沿って配置された単極
を有している。図１１を参照すると、幾つかの実施例に
おいては、磁石は同じ極性を有している。従って、磁石
１５２どうしの間における磁場はカスプ磁場であり、磁
石１５２どうしの間に低磁気密度の領域３８を有してい
る。この領域は、ノズルとして作用し、ドリフトチュー
ブ２００の中にプラズマチャンバからプラズマが流れる
ことを制限する。
る。ある実施例では、それぞれの磁石は表面において
１．５ｋＧａｕｓの磁場密度を有している。幾つかの実
施例においては、それぞれの磁石１５２は他の磁石１５
２に面するその磁石の長さ方向に沿って配置された単極
を有している。図１１を参照すると、幾つかの実施例に
おいては、磁石は同じ極性を有している。従って、磁石
１５２どうしの間における磁場はカスプ磁場であり、磁
石１５２どうしの間に低磁気密度の領域３８を有してい
る。この領域は、ノズルとして作用し、ドリフトチュー
ブ２００の中にプラズマチャンバからプラズマが流れる
ことを制限する。
【００３８】図１２を参照すると、幾つかの他の実施例
においては、磁石１５２の互いに面する極は、反対の極
性をもっている。稼動中において、この配列は二つの磁
石１５２の間の磁場４０がプラズマチャンバの開口を横
切るように延びる結果をもたらす。この磁場は、１次電
子がチャンバに出入りするのを防止するが、２次電子と
プラズマがチャンバの中に流入することは許容するよう
に作用する。
においては、磁石１５２の互いに面する極は、反対の極
性をもっている。稼動中において、この配列は二つの磁
石１５２の間の磁場４０がプラズマチャンバの開口を横
切るように延びる結果をもたらす。この磁場は、１次電
子がチャンバに出入りするのを防止するが、２次電子と
プラズマがチャンバの中に流入することは許容するよう
に作用する。
【００３９】以下に、図３から図４及び図８から図１０
を参照して、ドリフトチューブ２００を説明する。ドリ
フトチューブ２００の内側空間は、幾つかの実施例にお
いては、走査する経路に沿って４００ｍｍほど延びてお
り、ビームの高さ方向において１００ｍｍの長さを持
ち、ビームの道に沿って２２０ｍｍ程の深さを持ってい
る。ドリフトチューブ２００は４つの壁、すなわち、頂
部壁２１０Ａ、底部壁２１０Ｂ及び二つの側壁２１０Ｃ
を有している。これらの壁によって開いた空間が形成さ
れ、イオンビームがここを通ってウエハを叩く前にここ
を通るようになっている。ドリフトチューブ２００のそ
れぞれの壁は、プラズマ源１００の側壁１１０と同様に
構成されており、つまりそれぞれの壁が三つの要素、す
なわち、空間に面するグラファイトシールド２１２、直
列に配置された磁石２１４及び外側壁２１６を有してい
る。シールド２１２は導電性のシールドである。稼動中
において、シールド２１２はアースされ、つまり基板と
同じ電位に維持されカソードのそれと近い電位にある。
シールド２１２は磁石２１４がビームやプラズマによっ
て損傷されるのを防止する。
を参照して、ドリフトチューブ２００を説明する。ドリ
フトチューブ２００の内側空間は、幾つかの実施例にお
いては、走査する経路に沿って４００ｍｍほど延びてお
り、ビームの高さ方向において１００ｍｍの長さを持
ち、ビームの道に沿って２２０ｍｍ程の深さを持ってい
る。ドリフトチューブ２００は４つの壁、すなわち、頂
部壁２１０Ａ、底部壁２１０Ｂ及び二つの側壁２１０Ｃ
を有している。これらの壁によって開いた空間が形成さ
れ、イオンビームがここを通ってウエハを叩く前にここ
を通るようになっている。ドリフトチューブ２００のそ
れぞれの壁は、プラズマ源１００の側壁１１０と同様に
構成されており、つまりそれぞれの壁が三つの要素、す
なわち、空間に面するグラファイトシールド２１２、直
列に配置された磁石２１４及び外側壁２１６を有してい
る。シールド２１２は導電性のシールドである。稼動中
において、シールド２１２はアースされ、つまり基板と
同じ電位に維持されカソードのそれと近い電位にある。
シールド２１２は磁石２１４がビームやプラズマによっ
て損傷されるのを防止する。
【００４０】以上に説明した実施例では、頂部壁２１０
Ａと側壁２１０Ｃは外側壁２１６の上に載置された８セ
ットの磁石２１４を有している。一方、底部壁２１０Ｂ
はプラズマチャンバに接続されており、６セットの磁石
を有している。幾つかの実施の形態においては、ドリフ
トチューブの頂部及び底部の壁２１０Ａ，２１０Ｂの上
の磁石２１４は、長さが略４００ｍｍであり、一方、側
壁２１０Ｃの上の磁石は１００ｍｍである。幾つかの実
施例においては、これらの磁石はその表面において１．
５ｋＧａｕｓの磁場密度を有している。これらの磁石
は、ＳｍＣｏ２８又はＮｂＢＦｅ永久磁石から構成して
もよい。これらは、１０×１０ｃｍ２の断面を有しても
よい。好ましくは、ドリフトチューブの内側に面する磁
極から離れる全距離に渡っての磁石２１４の磁場密度の
積分値（つまり∫Ｂ．ｄｌ）は１．４ｋＧａｕｓ・ｃｍ
よりも大きいことが望ましい。この∫Ｂ．ｄｌの値は、
磁石がプラズマの重いイオンに対して与えることができ
る偏向力に比例している。幾つかの実施例においては、
２．５ｍｍのガラス状のカーボンシールドがシールド２
１２として用いられ、表面において１．５ｋＧａｕｓの
磁場密度を有する磁石２１４の∫Ｂ．ｄｌは、１．４ｋ
Ｇａｕｓ・ｃｍを超えている。
Ａと側壁２１０Ｃは外側壁２１６の上に載置された８セ
ットの磁石２１４を有している。一方、底部壁２１０Ｂ
はプラズマチャンバに接続されており、６セットの磁石
を有している。幾つかの実施の形態においては、ドリフ
トチューブの頂部及び底部の壁２１０Ａ，２１０Ｂの上
の磁石２１４は、長さが略４００ｍｍであり、一方、側
壁２１０Ｃの上の磁石は１００ｍｍである。幾つかの実
施例においては、これらの磁石はその表面において１．
５ｋＧａｕｓの磁場密度を有している。これらの磁石
は、ＳｍＣｏ２８又はＮｂＢＦｅ永久磁石から構成して
もよい。これらは、１０×１０ｃｍ２の断面を有しても
よい。好ましくは、ドリフトチューブの内側に面する磁
極から離れる全距離に渡っての磁石２１４の磁場密度の
積分値（つまり∫Ｂ．ｄｌ）は１．４ｋＧａｕｓ・ｃｍ
よりも大きいことが望ましい。この∫Ｂ．ｄｌの値は、
磁石がプラズマの重いイオンに対して与えることができ
る偏向力に比例している。幾つかの実施例においては、
２．５ｍｍのガラス状のカーボンシールドがシールド２
１２として用いられ、表面において１．５ｋＧａｕｓの
磁場密度を有する磁石２１４の∫Ｂ．ｄｌは、１．４ｋ
Ｇａｕｓ・ｃｍを超えている。
【００４１】近接する壁のそれぞれの上の磁石は、開口
１５０が設けられている所は除いて、それらが空間の回
りに連続する磁石のリボンを形成するように配置されて
いる。（ここではリボンは、底部壁に延びていない。）
磁石２１４は、ビームの経路に直交するように配置され
ている。これらの磁石のリボンのそれぞれの北又は南の
極は、ドリフトチューブの内部空間に面している。更
に、磁石リボンは隣接する磁極がビーム経路に沿って交
互になるように（Ｎ，Ｓ，Ｎ，Ｓ，Ｎ，Ｓになるよう
に）、配置されている。磁石の間の間隔は、ビームのエ
ネルギ、注入される種及びプラズマに依存する。幾つか
の実施例において、磁石は互いに２０ｍｍずつ離れてい
る。
１５０が設けられている所は除いて、それらが空間の回
りに連続する磁石のリボンを形成するように配置されて
いる。（ここではリボンは、底部壁に延びていない。）
磁石２１４は、ビームの経路に直交するように配置され
ている。これらの磁石のリボンのそれぞれの北又は南の
極は、ドリフトチューブの内部空間に面している。更
に、磁石リボンは隣接する磁極がビーム経路に沿って交
互になるように（Ｎ，Ｓ，Ｎ，Ｓ，Ｎ，Ｓになるよう
に）、配置されている。磁石の間の間隔は、ビームのエ
ネルギ、注入される種及びプラズマに依存する。幾つか
の実施例において、磁石は互いに２０ｍｍずつ離れてい
る。
【００４２】磁石２１４は、カスプ磁場（磁気トラッ
プ）を図１１に示すように形成する。この磁場は側壁の
近くで最も強く、チューブの中央にはほとんど無い。こ
の磁場は、全体的に均一で直線的である。この磁場は、
プラズマ源１００からドリフトチューブ２００に入った
プラズマを壁から離してドリフトチューブ空間の中央側
に向かうように偏向させることによって、イオンビーム
の近傍に閉じ込める。幾つかの実施例において、磁石は
プラズマの主要部分を反射させ、それによってプラズマ
が主に、その外表面がドリフトチューブ空間を区画する
壁の表面領域の一部であるような領域の中にあるように
する。幾つかの実施例においては、この一部の領域は、
１／１０程に小さい。
プ）を図１１に示すように形成する。この磁場は側壁の
近くで最も強く、チューブの中央にはほとんど無い。こ
の磁場は、全体的に均一で直線的である。この磁場は、
プラズマ源１００からドリフトチューブ２００に入った
プラズマを壁から離してドリフトチューブ空間の中央側
に向かうように偏向させることによって、イオンビーム
の近傍に閉じ込める。幾つかの実施例において、磁石は
プラズマの主要部分を反射させ、それによってプラズマ
が主に、その外表面がドリフトチューブ空間を区画する
壁の表面領域の一部であるような領域の中にあるように
する。幾つかの実施例においては、この一部の領域は、
１／１０程に小さい。
【００４３】この装置の動作を以下に説明する。図示し
ない電源が、例えば１５０Ａ程度の電流によってそれぞ
れのカソード１３０を駆動し、それによってカソードを
例えば２５００℃位まで加熱する。カソード１３０が加
熱されると、それらは電子を熱電子放出する。第２の電
源（図示略）がそれぞれのアノード１４０をアース電位
にある対応するカソード１３０に対して正電位に維持す
る。幾つかの実施例においては、この電位は２０Ｖ〜１
２０Ｖの間で変化する。一般的にこの電圧は、放出され
る電子のエネルギレベルを決定し、それによって、名目
３０Ｖに対して大多数の電子の電位のエネルギレベル
は、略２０電子ボルトとなる。従って、カソードに対す
るアノードの電位は、特定の用途における要求に応じて
変化する。
ない電源が、例えば１５０Ａ程度の電流によってそれぞ
れのカソード１３０を駆動し、それによってカソードを
例えば２５００℃位まで加熱する。カソード１３０が加
熱されると、それらは電子を熱電子放出する。第２の電
源（図示略）がそれぞれのアノード１４０をアース電位
にある対応するカソード１３０に対して正電位に維持す
る。幾つかの実施例においては、この電位は２０Ｖ〜１
２０Ｖの間で変化する。一般的にこの電圧は、放出され
る電子のエネルギレベルを決定し、それによって、名目
３０Ｖに対して大多数の電子の電位のエネルギレベル
は、略２０電子ボルトとなる。従って、カソードに対す
るアノードの電位は、特定の用途における要求に応じて
変化する。
【００４４】カソード１３０とアノード１４０の間の電
位差によってアノード１４０は電子に力を及ぼし、励起
された電子を引き出す。更に、電子がチャンバの中のガ
スをイオン化してプラズマを作り出すと、プラズマの中
のイオンは、アースに対して正電位を有する。この正電
位はアノードのそれに近い。従って、プラズマは更にカ
ソード１３０から電子を引き出す。プラズマがアノード
の電位と等しい電位にあり、プラズマがこれらの電子に
とって大きな正電極のように見えるため、カソードから
の電子は、プラズマにより多く引かれることに留意され
たい。
位差によってアノード１４０は電子に力を及ぼし、励起
された電子を引き出す。更に、電子がチャンバの中のガ
スをイオン化してプラズマを作り出すと、プラズマの中
のイオンは、アースに対して正電位を有する。この正電
位はアノードのそれに近い。従って、プラズマは更にカ
ソード１３０から電子を引き出す。プラズマがアノード
の電位と等しい電位にあり、プラズマがこれらの電子に
とって大きな正電極のように見えるため、カソードから
の電子は、プラズマにより多く引かれることに留意され
たい。
【００４５】一般的に電子の速度は、電子のエネルギレ
ベルの平方根に比例する。一方、このエネルギレベル
は、電子が励起されている程度と、電子が引き出される
力によって決定される。典型的には、そのエネルギレベ
ルは上述したように、カソードとアノードの間の電位差
に比例する。ここで我々は、これらの電子を「１次電
子」と呼び、典型的にはプラズマ源の中のガス分子から
１次電子との衝突の結果分離してきた電子をさす「２次
電子」と対比させる。
ベルの平方根に比例する。一方、このエネルギレベル
は、電子が励起されている程度と、電子が引き出される
力によって決定される。典型的には、そのエネルギレベ
ルは上述したように、カソードとアノードの間の電位差
に比例する。ここで我々は、これらの電子を「１次電
子」と呼び、典型的にはプラズマ源の中のガス分子から
１次電子との衝突の結果分離してきた電子をさす「２次
電子」と対比させる。
【００４６】１次電子は、カソードから放出され、引き
出しアノードからの引力から逃れてその前を通過するこ
とができる程度に、高速で引き出される。カソード１３
０とアノード１４０及びそれらの間の電位は、ソースの
中のガス圧力とともに、カソードによって放出された電
子の平均自由工程を決定する。幾つかの実施例におい
て、平均自由工程は、プラズマ源１００の長さのおよそ
２倍である。
出しアノードからの引力から逃れてその前を通過するこ
とができる程度に、高速で引き出される。カソード１３
０とアノード１４０及びそれらの間の電位は、ソースの
中のガス圧力とともに、カソードによって放出された電
子の平均自由工程を決定する。幾つかの実施例におい
て、平均自由工程は、プラズマ源１００の長さのおよそ
２倍である。
【００４７】１次電子は、イオンソースの中で、典型的
にはアルゴンやキセノンのようなガス分子と衝突し、そ
の電子を叩き出して正のアルゴンやキセノンのイオンを
作り出すことによってイオン化させる。１次電子によっ
て叩き出された低速の電子は、典型的には、カソードか
ら放出又は引き出された１次電子よりもかなり低いエネ
ルギを有している。
にはアルゴンやキセノンのようなガス分子と衝突し、そ
の電子を叩き出して正のアルゴンやキセノンのイオンを
作り出すことによってイオン化させる。１次電子によっ
て叩き出された低速の電子は、典型的には、カソードか
ら放出又は引き出された１次電子よりもかなり低いエネ
ルギを有している。
【００４８】これらの二つのタイプの電子は、そのエネ
ルギレベルによって分類され、ソースの中とソースの外
で異なるやり方で、それらを有用なものとするような特
性を持っている。ソースの中では、１次電子は、ソース
の中のガス分子と衝突する可能性が低く、しかし、それ
が衝突すると、分子をイオン化するのに充分な高いエネ
ルギレベルを持っている。一方、２次電子はガス分子と
衝突する高い確率を有しているが、ガス分子をイオン化
させるだけの充分なエネルギを持っていない。従って、
１次電子は、主にソースの中におけるプラズマの生成に
役に立っている。
ルギレベルによって分類され、ソースの中とソースの外
で異なるやり方で、それらを有用なものとするような特
性を持っている。ソースの中では、１次電子は、ソース
の中のガス分子と衝突する可能性が低く、しかし、それ
が衝突すると、分子をイオン化するのに充分な高いエネ
ルギレベルを持っている。一方、２次電子はガス分子と
衝突する高い確率を有しているが、ガス分子をイオン化
させるだけの充分なエネルギを持っていない。従って、
１次電子は、主にソースの中におけるプラズマの生成に
役に立っている。
【００４９】ソースの外では、２次電子は、より低い速
度で走っているので、１次電子よりもビームによって容
易に捕捉される。従って、ビームをよりよく中性化す
る。更に、２次電子は、低い速度とエネルギレベルを有
しているので、それがウエハ表面と接触した時に、他の
電子を叩き出すことがないので、ウエハの表面を顕著に
帯電させることはない。替わりに、それらは、基板の表
面に沿って流れて吸収され、表面の正電荷の集積を中性
化する。対象的にそのスピードによって、１次電子は、
ビームによってそれほど容易にトラップされない。それ
らはまた、ウエハ表面から電子を叩き出すのに充分な高
いエネルギでウエハ表面を叩き、それによってウエハ表
面を荷電させやすい。従って、ソースの中に含まれる１
次電子を保持して、プラズマの生成を増加し、ウエハ表
面の帯電を減少させることが望ましい。一方、２次電子
をソースからドリフトチューブの中に逃がして、ビーム
とウエハの表面を中性化させることが望ましい。
度で走っているので、１次電子よりもビームによって容
易に捕捉される。従って、ビームをよりよく中性化す
る。更に、２次電子は、低い速度とエネルギレベルを有
しているので、それがウエハ表面と接触した時に、他の
電子を叩き出すことがないので、ウエハの表面を顕著に
帯電させることはない。替わりに、それらは、基板の表
面に沿って流れて吸収され、表面の正電荷の集積を中性
化する。対象的にそのスピードによって、１次電子は、
ビームによってそれほど容易にトラップされない。それ
らはまた、ウエハ表面から電子を叩き出すのに充分な高
いエネルギでウエハ表面を叩き、それによってウエハ表
面を荷電させやすい。従って、ソースの中に含まれる１
次電子を保持して、プラズマの生成を増加し、ウエハ表
面の帯電を減少させることが望ましい。一方、２次電子
をソースからドリフトチューブの中に逃がして、ビーム
とウエハの表面を中性化させることが望ましい。
【００５０】以下に、これらの二つの目的を達成するた
めに、磁石１１４と１５２によって生成された磁場とシ
ールド１２２によって生成された電場のコンビネーショ
ンがどのように作用するかを説明する。また、このよう
なコンビネーションが、電子のチャンバの中で走行する
距離を増加させ、また、チャンバの中でガスと反応する
時間を延長させること、それによってプラズマ生成の効
率を上げることを説明する。
めに、磁石１１４と１５２によって生成された磁場とシ
ールド１２２によって生成された電場のコンビネーショ
ンがどのように作用するかを説明する。また、このよう
なコンビネーションが、電子のチャンバの中で走行する
距離を増加させ、また、チャンバの中でガスと反応する
時間を延長させること、それによってプラズマ生成の効
率を上げることを説明する。
【００５１】一般的に、ソースの中のカスプ磁場は、１
次電子がアノード１４０に直接に届くことを防止する。
先に説明したように、磁石１１４によって生成されたカ
スプ磁場は、磁場が最も強い領域に近いアノードを取り
囲む。従って、カソード１３０からアノード１４０に向
かって動く電子は、電子をアノードから遠ざける方向に
押し出すような力を受ける。電子が速く動けば動くほ
ど、この力は強くなる。もし、磁場が電子に、アノード
１４０が電子を引き付けるよりも大きな偏向力を及ぼす
場合には、磁場はその電子をアノード１４０から偏向さ
せる。一般的に、磁石１１４はそのカスプ磁場が引き出
された１次電子の大多数をアノードから遠ざけるように
偏向させる。
次電子がアノード１４０に直接に届くことを防止する。
先に説明したように、磁石１１４によって生成されたカ
スプ磁場は、磁場が最も強い領域に近いアノードを取り
囲む。従って、カソード１３０からアノード１４０に向
かって動く電子は、電子をアノードから遠ざける方向に
押し出すような力を受ける。電子が速く動けば動くほ
ど、この力は強くなる。もし、磁場が電子に、アノード
１４０が電子を引き付けるよりも大きな偏向力を及ぼす
場合には、磁場はその電子をアノード１４０から偏向さ
せる。一般的に、磁石１１４はそのカスプ磁場が引き出
された１次電子の大多数をアノードから遠ざけるように
偏向させる。
【００５２】このプラズマは又、アノードを実質的にシ
ールドするように作用する。プラズマはアノードのそれ
と近い電位を有しているため、電子にとっては、正電極
またはアノードのように見える。アノードの寸法がプラ
ズマの寸法よりも小さいため、アノードに向かうよりも
たくさんの電子がプラズマに向かって走る。
ールドするように作用する。プラズマはアノードのそれ
と近い電位を有しているため、電子にとっては、正電極
またはアノードのように見える。アノードの寸法がプラ
ズマの寸法よりも小さいため、アノードに向かうよりも
たくさんの電子がプラズマに向かって走る。
【００５３】カスプ磁場は、例えばチャンバ内でのガス
分子との衝突によりエネルギを失った低エネルギの１次
電子を、アノードが引く力と同じように強く顕著に偏向
させる訳ではないことに留意する必要が有る。カスプ磁
場は、従って、このような電子がアノード１４０によっ
て吸収されることを顕著に防ぐことができない。ガス分
子から叩き出された２次電子の場合には、これらの２次
電子は正イオンの引力によってプラズマの中に残り、更
に、開口部からプラズマと一緒にドリフトチューブの中
に流れる。
分子との衝突によりエネルギを失った低エネルギの１次
電子を、アノードが引く力と同じように強く顕著に偏向
させる訳ではないことに留意する必要が有る。カスプ磁
場は、従って、このような電子がアノード１４０によっ
て吸収されることを顕著に防ぐことができない。ガス分
子から叩き出された２次電子の場合には、これらの２次
電子は正イオンの引力によってプラズマの中に残り、更
に、開口部からプラズマと一緒にドリフトチューブの中
に流れる。
【００５４】偏向された１次電子は、端部壁に向かって
走行する。しかしながら、端部壁１２０のシールド１２
２が実質的にカソードの電位に保たれているので、壁は
プラズマ源１００のチャンバの中央部に向かって電子を
反射させる。カソード１３０の電場は又、チャンバの中
央に電子を偏向させる。カスプ磁場と内側のシールド１
１２は、次に電子を側壁１１０から離れる方向に偏向さ
せる。従って、全体として、カプス磁場と、シールド１
１２，１２２及びカソード１３０の電場は、電子をプラ
ズマ源の中央領域１０２に向けて押し出す。
走行する。しかしながら、端部壁１２０のシールド１２
２が実質的にカソードの電位に保たれているので、壁は
プラズマ源１００のチャンバの中央部に向かって電子を
反射させる。カソード１３０の電場は又、チャンバの中
央に電子を偏向させる。カスプ磁場と内側のシールド１
１２は、次に電子を側壁１１０から離れる方向に偏向さ
せる。従って、全体として、カプス磁場と、シールド１
１２，１２２及びカソード１３０の電場は、電子をプラ
ズマ源の中央領域１０２に向けて押し出す。
【００５５】アノード１４０が次に電子を自らの方向に
引っ張り、電場及び磁場が電子をアノード及び壁から引
き離す方向に押すと、電子はアノード又は壁に到達して
吸収されないので、行ったり戻ったりして、ずっとプラ
ズマ源の中央領域１０２の中に留まる。本質的にそれら
は、ソースの二つの端部の間で、発振し及び／または、
中央領域１０２のあたりを跳ね回る。電子はそこでチャ
ンバの中の中央領域１０２の中で、延長された経路をた
どり中性のガスと比較的長い期間反応し、それをイオン
化する。このように、磁場と電場のコンビネーションに
よって、チャンバにおけるイオン化の効率が向上する。
引っ張り、電場及び磁場が電子をアノード及び壁から引
き離す方向に押すと、電子はアノード又は壁に到達して
吸収されないので、行ったり戻ったりして、ずっとプラ
ズマ源の中央領域１０２の中に留まる。本質的にそれら
は、ソースの二つの端部の間で、発振し及び／または、
中央領域１０２のあたりを跳ね回る。電子はそこでチャ
ンバの中の中央領域１０２の中で、延長された経路をた
どり中性のガスと比較的長い期間反応し、それをイオン
化する。このように、磁場と電場のコンビネーションに
よって、チャンバにおけるイオン化の効率が向上する。
【００５６】電子は、カソードとアノードの周辺に自然
に集まる場合と異なり、プラズマ源の中央部に向かって
反射させられるので、電子がソースの全長に渡ってチャ
ンバの中のガスをイオン化しやすくなる。従って、プラ
ズマの生成とその結果としてのプラズマは、ソースの長
さ方向に高度の均一性を有する。プラズマがドリフトチ
ューブの空間に流れ出る時、このプラズマは、プラズマ
が全長に渡って均一であるので、走査領域の長さに渡っ
てビームを効率的に中性化することができる。この均一
性はプラズマがドリフトチューブ２００の磁気トラップ
の中に安定するにしたがい増加する。
に集まる場合と異なり、プラズマ源の中央部に向かって
反射させられるので、電子がソースの全長に渡ってチャ
ンバの中のガスをイオン化しやすくなる。従って、プラ
ズマの生成とその結果としてのプラズマは、ソースの長
さ方向に高度の均一性を有する。プラズマがドリフトチ
ューブの空間に流れ出る時、このプラズマは、プラズマ
が全長に渡って均一であるので、走査領域の長さに渡っ
てビームを効率的に中性化することができる。この均一
性はプラズマがドリフトチューブ２００の磁気トラップ
の中に安定するにしたがい増加する。
【００５７】開口の両側の二つの磁石１５２は、磁場を
形成し、それは１次電子をプラズマチャンバの中に戻す
ように偏向させる。このような偏向は二つの利点を持っ
ている。第１に、プラズマ源１００の中に偏向して戻さ
れた１次電子は、ガスをイオン化し続ける。従って、磁
石１５２は更にプラズマのイオン化の効率を向上させ
る。第２に、１次電子がドリフトチューブ２００の中に
放出されてウエハ２４に向かうのを防止することによ
り、１次電子がウエハを帯電させる可能性が減少する。
形成し、それは１次電子をプラズマチャンバの中に戻す
ように偏向させる。このような偏向は二つの利点を持っ
ている。第１に、プラズマ源１００の中に偏向して戻さ
れた１次電子は、ガスをイオン化し続ける。従って、磁
石１５２は更にプラズマのイオン化の効率を向上させ
る。第２に、１次電子がドリフトチューブ２００の中に
放出されてウエハ２４に向かうのを防止することによ
り、１次電子がウエハを帯電させる可能性が減少する。
【００５８】プラズマ源１００の中で生成されたプラズ
マは、中央領域１０２近くの領域（つまり、イオンソー
スのチャンバの中央部）に含まれる。このような閉じ込
めのメカニズムは、電子が偏向される場合と似ている。
磁石１１４のカスプ磁場は、プラズマの低エネルギのイ
オンと電子を側壁１１０から離し、中央領域１０２に向
けるように偏向させる。プラズマ源１００の三つの側部
の実質的に台形の断面によって、中央領域１０２におけ
るコヒーレントなプラズマ密度が維持される。中央に向
かう偏向によってプラズマは、シールド１２２，１１２
に衝突する機会が減り、それによってコンタミを生成す
る機会も減る。上で説明された実施例では、グラファイ
ト又はガラスカーボンのシールドを用いることによって
コンタミが生成される可能性が更に減少している。
マは、中央領域１０２近くの領域（つまり、イオンソー
スのチャンバの中央部）に含まれる。このような閉じ込
めのメカニズムは、電子が偏向される場合と似ている。
磁石１１４のカスプ磁場は、プラズマの低エネルギのイ
オンと電子を側壁１１０から離し、中央領域１０２に向
けるように偏向させる。プラズマ源１００の三つの側部
の実質的に台形の断面によって、中央領域１０２におけ
るコヒーレントなプラズマ密度が維持される。中央に向
かう偏向によってプラズマは、シールド１２２，１１２
に衝突する機会が減り、それによってコンタミを生成す
る機会も減る。上で説明された実施例では、グラファイ
ト又はガラスカーボンのシールドを用いることによって
コンタミが生成される可能性が更に減少している。
【００５９】ソースにおいて生成されたプラズマは、開
口１５０を通してドリフトチューブ２００の中に流れ
る。磁石１５２は、プラズマがソースを離れることを顕
著に防ぐことをしない。プラズマは、低エネルギの電子
と、電子よりもずっと重い正イオンから構成されてい
る。プラズマ中のパーティクルが１次電子よりもずっと
遅く動くので、磁石１５２は、１次電子を偏向させるほ
ど強くそれらを偏向させることができない。
口１５０を通してドリフトチューブ２００の中に流れ
る。磁石１５２は、プラズマがソースを離れることを顕
著に防ぐことをしない。プラズマは、低エネルギの電子
と、電子よりもずっと重い正イオンから構成されてい
る。プラズマ中のパーティクルが１次電子よりもずっと
遅く動くので、磁石１５２は、１次電子を偏向させるほ
ど強くそれらを偏向させることができない。
【００６０】ドリフトチューブの中では、磁石２１４の
配列によって、磁石２１４がドリフトチューブの壁の上
に直線的な磁場を効率的に作り出しており、壁に沿った
磁場の密度の変動は非常に小さい。カスプ磁場は、プラ
ズマイオンが壁の中に吸収されることを防止する。なぜ
なら、カスプ磁場は、プラズマイオンをドリフトチュー
ブ２００の中央空間に向けて偏向させるからである。こ
の磁場は従って、プラズマイオンを走査領域のビームと
密接に接触させ、それによってビームがプラズマの低エ
ネルギ電子を容易に捕捉し、この電子はビームの空間電
荷を中性化させる。カスプ磁場は、またビーム経路にプ
ラズマを集中させることによって、密度の濃いプラズマ
を作り出すことができ、同時にこのような密度のために
要求されるプラズマの量を減らす。このようにして、磁
場はプラズマがドリフトチューブのシールド２１２にお
いて、再結合するのを防止することもできる。このよう
な防止効果がないと、このようなイオン化されていない
ガスの多くの部分が真空に失われてしまい、イオン注入
装置のガス圧力が上昇してしまう。磁場はまた、プラズ
マがシールド２１２に衝突することを防止して、プラズ
マがコンタミを生成することも防止する。上で説明した
実施例では、グラファイトまたはガラスカーボンはプラ
ズマが衝突した時にコンタミを生成する傾向が低いの
で、これらの材料のシールドを用いることにより、コン
タミの生成する率をさらに減少させる。
配列によって、磁石２１４がドリフトチューブの壁の上
に直線的な磁場を効率的に作り出しており、壁に沿った
磁場の密度の変動は非常に小さい。カスプ磁場は、プラ
ズマイオンが壁の中に吸収されることを防止する。なぜ
なら、カスプ磁場は、プラズマイオンをドリフトチュー
ブ２００の中央空間に向けて偏向させるからである。こ
の磁場は従って、プラズマイオンを走査領域のビームと
密接に接触させ、それによってビームがプラズマの低エ
ネルギ電子を容易に捕捉し、この電子はビームの空間電
荷を中性化させる。カスプ磁場は、またビーム経路にプ
ラズマを集中させることによって、密度の濃いプラズマ
を作り出すことができ、同時にこのような密度のために
要求されるプラズマの量を減らす。このようにして、磁
場はプラズマがドリフトチューブのシールド２１２にお
いて、再結合するのを防止することもできる。このよう
な防止効果がないと、このようなイオン化されていない
ガスの多くの部分が真空に失われてしまい、イオン注入
装置のガス圧力が上昇してしまう。磁場はまた、プラズ
マがシールド２１２に衝突することを防止して、プラズ
マがコンタミを生成することも防止する。上で説明した
実施例では、グラファイトまたはガラスカーボンはプラ
ズマが衝突した時にコンタミを生成する傾向が低いの
で、これらの材料のシールドを用いることにより、コン
タミの生成する率をさらに減少させる。
【００６１】更に、このカスプ磁場は、プラズマ中のイ
オンと電子をウエハに向けて偏向させる。イオンと電子
の経路２３０の例が図１１に示されている。このよう
に、プラズマは、ドリフトチューブとウエハの間の隙間
を埋め、ウエハの表面に集積した電荷を中性化させる。
これらのイオンと電子が低エネルギ電子であるので、そ
れらはウエハの中に注入されず、表面の電荷を中性化す
るだけであることに留意されたい。
オンと電子をウエハに向けて偏向させる。イオンと電子
の経路２３０の例が図１１に示されている。このよう
に、プラズマは、ドリフトチューブとウエハの間の隙間
を埋め、ウエハの表面に集積した電荷を中性化させる。
これらのイオンと電子が低エネルギ電子であるので、そ
れらはウエハの中に注入されず、表面の電荷を中性化す
るだけであることに留意されたい。
【００６２】プラズマイオンは、通常、無視できないよ
うな質量を持っており、これはそれらに運動量（つま
り、イナーシャ）を与える。磁石２１４は、一般的に充
分高い磁場密度を持っており、それによってイオンを壁
から離れる方向に偏向させる。しかしながら、磁石２１
４の高い磁場密度は、ビームをその正常な経路から偏向
させる可能性がある。これは特に、ビームを偏向させる
傾向が高エネルギビームの場合よりも高いような低エネ
ルギビームの場合に顕著である。この偏向は、ビームの
入射角度を最適の角度から変える可能性があるので、ウ
エハにおけるチャネリングの問題を起こすかも知れな
い。
うな質量を持っており、これはそれらに運動量（つま
り、イナーシャ）を与える。磁石２１４は、一般的に充
分高い磁場密度を持っており、それによってイオンを壁
から離れる方向に偏向させる。しかしながら、磁石２１
４の高い磁場密度は、ビームをその正常な経路から偏向
させる可能性がある。これは特に、ビームを偏向させる
傾向が高エネルギビームの場合よりも高いような低エネ
ルギビームの場合に顕著である。この偏向は、ビームの
入射角度を最適の角度から変える可能性があるので、ウ
エハにおけるチャネリングの問題を起こすかも知れな
い。
【００６３】従って、磁石２１４はこのような効果を最
小限にするように配置される。上に述べたように、近傍
の磁石は交互の極性を有するように配置されている。磁
石は同じ強度をもっているので、隣接する一対の磁石
（例えば、図１１の一対の磁石２４０）による磁場によ
るビームの偏向は、これに近接する磁石の対（図１１に
おける一対の磁石２４２）による大きさが等しいく方向
が反対の偏向によって相殺される。このような配置によ
ってどの磁石によっても起こる可能性のあるビーム経路
からの逸脱が相殺される。
小限にするように配置される。上に述べたように、近傍
の磁石は交互の極性を有するように配置されている。磁
石は同じ強度をもっているので、隣接する一対の磁石
（例えば、図１１の一対の磁石２４０）による磁場によ
るビームの偏向は、これに近接する磁石の対（図１１に
おける一対の磁石２４２）による大きさが等しいく方向
が反対の偏向によって相殺される。このような配置によ
ってどの磁石によっても起こる可能性のあるビーム経路
からの逸脱が相殺される。
【００６４】最良のプラズマの封じ込め及びビームの最
小の偏向を達成するために、磁石の強度と間隔が最適な
値が選択される。磁石の強度と間隔は、注入されるイオ
ンのタイプ、イオンのエネルギ、プラズマとして用いら
れるガスのタイプ等に依存する。間隔と強度は、イオン
注入装置１０に用いられる最も低いエネルギビームに対
して最良のものが選択される（幾つかの実施例では、３
ｋｅＶである）。なぜなら、磁石のこの効果は、低エネ
ルギビームにおいて最も大きいからである。
小の偏向を達成するために、磁石の強度と間隔が最適な
値が選択される。磁石の強度と間隔は、注入されるイオ
ンのタイプ、イオンのエネルギ、プラズマとして用いら
れるガスのタイプ等に依存する。間隔と強度は、イオン
注入装置１０に用いられる最も低いエネルギビームに対
して最良のものが選択される（幾つかの実施例では、３
ｋｅＶである）。なぜなら、磁石のこの効果は、低エネ
ルギビームにおいて最も大きいからである。
【００６５】図１３は、ドリフトチューブの動作のシミ
ュレーションの結果に基づくドリフトチューブの全般的
な性能を示すグラフである。このシミュレーションで
は、１ｋｅＶと３ｋｅＶのＢ１０ ＋イオンビームについ
て走査経路を４００ｍｍとし、磁石は、１．５ｋＧａｕ
ｓのものを８列用いると仮定した。異なる実施例におい
ては、異なる配列と動作をするであろうが、グラフ１０
は全般的にイオンビームの経路におけるドリフトチュー
ブの作用を説明するものである。グラフαｙは、ビーム
の中央からのミリメータでの距離（ｙ軸）に対するビー
ムの偏向（ｙ軸）をミリメータで表している。グラフα
ｙが、走査経路に直交する垂直偏向角度であるのに対し
て、グラフαｚは、走査経路に沿った偏向角度である。
図１３は、例えば、３ｋｅＶのＢ＋のイオンビームに対
して、ビームがドリフトチューブの入口において、磁石
から１０ｍｍの位置にある時に、偏向角度αｙが２０ミ
リラジアンより小さいことを示している。
ュレーションの結果に基づくドリフトチューブの全般的
な性能を示すグラフである。このシミュレーションで
は、１ｋｅＶと３ｋｅＶのＢ１０ ＋イオンビームについ
て走査経路を４００ｍｍとし、磁石は、１．５ｋＧａｕ
ｓのものを８列用いると仮定した。異なる実施例におい
ては、異なる配列と動作をするであろうが、グラフ１０
は全般的にイオンビームの経路におけるドリフトチュー
ブの作用を説明するものである。グラフαｙは、ビーム
の中央からのミリメータでの距離（ｙ軸）に対するビー
ムの偏向（ｙ軸）をミリメータで表している。グラフα
ｙが、走査経路に直交する垂直偏向角度であるのに対し
て、グラフαｚは、走査経路に沿った偏向角度である。
図１３は、例えば、３ｋｅＶのＢ＋のイオンビームに対
して、ビームがドリフトチューブの入口において、磁石
から１０ｍｍの位置にある時に、偏向角度αｙが２０ミ
リラジアンより小さいことを示している。
【００６６】以下の他の実施例は、後述の請求項の範囲
にあるものである。例えば、図１４から図１６は、プラ
ズマ電荷中性化装置の他の実施例を示している。この実
施例を説明するには、上述した実施例と同じ部品の参照
符号を用いている。それぞれのプラズマ源１００におい
て、第１の実施例とは異なり、カソード１３０は、開口
１５０の反対側にソースの放出軸に沿って配置されてい
る。アノード１２０は、同じ軸に沿って開口により近い
位置にある。側壁１１０は、磁石１１４を有している。
端部壁１２０はまた、第１の実施例と同様に構成されて
いる。磁石１１４は、交互に入れ替わる極を持つように
配列されており、ドリフトチューブパターンに従って、
つまり、交互にＮ，Ｓ，Ｎ，Ｓとなるようなパターンに
配列されている。アノードの配置は、磁石の１１４の近
傍であり、その磁場の最も強い点である。グラファイト
シールド１１２が磁石をチャンバの中のプラズマから保
護している。
にあるものである。例えば、図１４から図１６は、プラ
ズマ電荷中性化装置の他の実施例を示している。この実
施例を説明するには、上述した実施例と同じ部品の参照
符号を用いている。それぞれのプラズマ源１００におい
て、第１の実施例とは異なり、カソード１３０は、開口
１５０の反対側にソースの放出軸に沿って配置されてい
る。アノード１２０は、同じ軸に沿って開口により近い
位置にある。側壁１１０は、磁石１１４を有している。
端部壁１２０はまた、第１の実施例と同様に構成されて
いる。磁石１１４は、交互に入れ替わる極を持つように
配列されており、ドリフトチューブパターンに従って、
つまり、交互にＮ，Ｓ，Ｎ，Ｓとなるようなパターンに
配列されている。アノードの配置は、磁石の１１４の近
傍であり、その磁場の最も強い点である。グラファイト
シールド１１２が磁石をチャンバの中のプラズマから保
護している。
【００６７】ソースの動作は、先に述べた実施例と同じ
原理に従っている。簡単に言えば、電源がカソード１３
０を駆動して、それが熱電子放出を行うような温度にま
で加熱する。カソードから放出された電子は、１次電子
である。ソース中の正電荷を持つプラズマとアノード
は、加熱されたカソードからより多くの１次電子を引き
出す。これらの１次電子は、中性ガスと相互作用して、
それをイオン化しプラズマを作り出す。プラズマ源中の
磁石１１４のカスプ磁場とシールドの電場のコンビネー
ションによってこれらの１次電子がアノードと、ソース
の壁によって吸収されるのが防止される。開口１５０に
沿った磁石１５２が、特に高エネルギ電子がドリフトチ
ューブの中に逃げ込むのを防止する。結果として、１次
電子は、プラズマ源の中央領域において発振し、それに
よって、中性ガスと長い時間相互作用することができる
ような拡張された経路を効率的にたどることができる。
この延長した相互作用によって、プラズマの生成の効率
が増加する。
原理に従っている。簡単に言えば、電源がカソード１３
０を駆動して、それが熱電子放出を行うような温度にま
で加熱する。カソードから放出された電子は、１次電子
である。ソース中の正電荷を持つプラズマとアノード
は、加熱されたカソードからより多くの１次電子を引き
出す。これらの１次電子は、中性ガスと相互作用して、
それをイオン化しプラズマを作り出す。プラズマ源中の
磁石１１４のカスプ磁場とシールドの電場のコンビネー
ションによってこれらの１次電子がアノードと、ソース
の壁によって吸収されるのが防止される。開口１５０に
沿った磁石１５２が、特に高エネルギ電子がドリフトチ
ューブの中に逃げ込むのを防止する。結果として、１次
電子は、プラズマ源の中央領域において発振し、それに
よって、中性ガスと長い時間相互作用することができる
ような拡張された経路を効率的にたどることができる。
この延長した相互作用によって、プラズマの生成の効率
が増加する。
【００６８】ソースにおいて生成した低エネルギの電子
と低エネルギの正イオンからなるプラズマは、ドリフト
チューブの中に開口１５０を通して流れ込む。ドリフト
チューブ２００の中のカスプ磁場によって形成される磁
気トラップは、このプラズマをビームの近傍に閉じ込め
る。低エネルギの電子と、正イオンのある部分はそこで
ビームの中にトラップされ、ビームの全体的な電位を中
性化しようとする。この磁気トラップは、プラズマの密
度を維持し、プラズマがイオン注入装置の真空環境に対
して与える圧力上昇作用を抑制しようとする。更に、ド
リフトチューブの磁気トラップは、低エネルギ電子と正
イオンをウエハに向けて偏向させ、それによってウエハ
の上に集積した電荷を中性化させる。磁気トラップのカ
スプ磁場は、先の実施例と同様に、磁場それ自体に起因
するビームの偏向を最小にするようなパターンで与えら
れている。
と低エネルギの正イオンからなるプラズマは、ドリフト
チューブの中に開口１５０を通して流れ込む。ドリフト
チューブ２００の中のカスプ磁場によって形成される磁
気トラップは、このプラズマをビームの近傍に閉じ込め
る。低エネルギの電子と、正イオンのある部分はそこで
ビームの中にトラップされ、ビームの全体的な電位を中
性化しようとする。この磁気トラップは、プラズマの密
度を維持し、プラズマがイオン注入装置の真空環境に対
して与える圧力上昇作用を抑制しようとする。更に、ド
リフトチューブの磁気トラップは、低エネルギ電子と正
イオンをウエハに向けて偏向させ、それによってウエハ
の上に集積した電荷を中性化させる。磁気トラップのカ
スプ磁場は、先の実施例と同様に、磁場それ自体に起因
するビームの偏向を最小にするようなパターンで与えら
れている。
【００６９】図１７は、プラズマ電荷中性化装置の他の
実施例を示しており、ここでは、電子サイクロトロン共
鳴（ＥＣＲ）プラズマ源３２０が先に説明されたプラズ
マ源１００の代わりに用いられている。図１７におい
て、先の実施例に用いられた同じ部品には、同じ参照符
号が付けられている。典型的なＥＣＲソースの動作は、
１９９３年２月２３日に発行されたバーンズによる米国
特許第５，１８９，４４６に見られる。この実施例にお
いて、ＥＣＲソース３２０は、イオンビームを中性化す
るようなプラズマを生成する。
実施例を示しており、ここでは、電子サイクロトロン共
鳴（ＥＣＲ）プラズマ源３２０が先に説明されたプラズ
マ源１００の代わりに用いられている。図１７におい
て、先の実施例に用いられた同じ部品には、同じ参照符
号が付けられている。典型的なＥＣＲソースの動作は、
１９９３年２月２３日に発行されたバーンズによる米国
特許第５，１８９，４４６に見られる。この実施例にお
いて、ＥＣＲソース３２０は、イオンビームを中性化す
るようなプラズマを生成する。
【００７０】図１８は、プラズマ電荷中性化装置の他の
実施例を示しており、ここでは、プラズマ源１００はド
リフトチューブとビームの経路に対して傾いている。こ
の実施例を説明する場合に、上述した実施例と同じ部品
には同じ参照符号が使われている。この実施例におい
て、プラズマ源１００の放出軸３００は、ウエハ２４０
に向かって傾いている。この放出軸は、プラズマ源から
プラズマが放出される全般的な方向を規定している。こ
の実施例の場合、放出軸はビーム経路に対してある角度
を持っており、好ましくはウエハに向かって傾斜してい
る。先に説明した実施例においては、この軸はビーム経
路に直交していた。
実施例を示しており、ここでは、プラズマ源１００はド
リフトチューブとビームの経路に対して傾いている。こ
の実施例を説明する場合に、上述した実施例と同じ部品
には同じ参照符号が使われている。この実施例におい
て、プラズマ源１００の放出軸３００は、ウエハ２４０
に向かって傾いている。この放出軸は、プラズマ源から
プラズマが放出される全般的な方向を規定している。こ
の実施例の場合、放出軸はビーム経路に対してある角度
を持っており、好ましくはウエハに向かって傾斜してい
る。先に説明した実施例においては、この軸はビーム経
路に直交していた。
【００７１】図１９は、二つの傾斜したチャンバを用
い、その一つのみが動作しているようなデザインのシミ
ュレーションの結果に基づく、プラズマ電荷中性化装置
の性能を示している。異なる実施の形態では異なる構成
と動作となるであろうが、図１９は、チャンバが傾斜し
た実施例の動作におけるプラズマの動きを一般的に説明
するために有用である。シミュレーションの結果は、プ
ラズマがウエハに向かって選択的に流れ、領域３１０に
集中することを示している。チャンバの傾斜の角度は、
経験的に又は稼動の結果から、表面に向かうプラズマの
流れ、プラズマの寿命と純度、イオンビームの偏向、ソ
ースにおける１次電子の抑制、ビームの中性化及びビー
ムの偏向を最適にするように決定される。
い、その一つのみが動作しているようなデザインのシミ
ュレーションの結果に基づく、プラズマ電荷中性化装置
の性能を示している。異なる実施の形態では異なる構成
と動作となるであろうが、図１９は、チャンバが傾斜し
た実施例の動作におけるプラズマの動きを一般的に説明
するために有用である。シミュレーションの結果は、プ
ラズマがウエハに向かって選択的に流れ、領域３１０に
集中することを示している。チャンバの傾斜の角度は、
経験的に又は稼動の結果から、表面に向かうプラズマの
流れ、プラズマの寿命と純度、イオンビームの偏向、ソ
ースにおける１次電子の抑制、ビームの中性化及びビー
ムの偏向を最適にするように決定される。
【００７２】上で説明したソースのいずれにも、傾斜し
た配列で用いることができる。更に、他の替わりの実施
の形態においては、別のプラズマ源を傾斜した又は傾斜
していない配列において用いることができる。このソー
スは、互いに面するように、あるいは並列して、又は他
の配列で配置することができる。更に、傾斜したチャン
バの配列の場合、一つの実施例が一つの傾斜したチャン
バのみを含むようにすることもできる。
た配列で用いることができる。更に、他の替わりの実施
の形態においては、別のプラズマ源を傾斜した又は傾斜
していない配列において用いることができる。このソー
スは、互いに面するように、あるいは並列して、又は他
の配列で配置することができる。更に、傾斜したチャン
バの配列の場合、一つの実施例が一つの傾斜したチャン
バのみを含むようにすることもできる。
【００７３】
【発明の効果】本発明は以下の１又はそれ以上の利点を
有する。本発明は、いくつかの実施の形態においてビー
ムがプラズマがアース以外の他の電位に落ちることなく
中性化され、それにより、注入装置のより多くの部分を
アース電位とすることができる。
有する。本発明は、いくつかの実施の形態においてビー
ムがプラズマがアース以外の他の電位に落ちることなく
中性化され、それにより、注入装置のより多くの部分を
アース電位とすることができる。
【００７４】本発明は、いくつかの実施の形態におい
て、低エネルギの正イオンと電子がビーム経路に流れ込
めるようにして、ビームによってトラップされ、ビーム
を中性化させる。プラズマ源は高プラズマ生成効率を得
ることができる。プラズマ源とドリフトチューブが均一
で密度の大きいプラズマを長さ方向に沿ってかつ走査領
域に渡って生成することができる。プラズマ源は、ソー
スのカソードと壁の間のアーク電流が減少するので長い
寿命を持つことができる。ビームは、電荷中性化の存在
により、ドリフトチューブの中で最小限に偏向される。
て、低エネルギの正イオンと電子がビーム経路に流れ込
めるようにして、ビームによってトラップされ、ビーム
を中性化させる。プラズマ源は高プラズマ生成効率を得
ることができる。プラズマ源とドリフトチューブが均一
で密度の大きいプラズマを長さ方向に沿ってかつ走査領
域に渡って生成することができる。プラズマ源は、ソー
スのカソードと壁の間のアーク電流が減少するので長い
寿命を持つことができる。ビームは、電荷中性化の存在
により、ドリフトチューブの中で最小限に偏向される。
【００７５】本発明を空間電荷を中性化するために用い
るいくつかの注入装置は、特にＵＳＬＩ回路に要求され
る特性を持つウエハを注入するために好適である。特
に、これらの回路はその上の構造密度のために、均一
性、帯電、及び微粒子に敏感だからである。本発明は、
イオンビームの偏向を減らし、イオン注入装置内のガス
圧力の上昇を抑え、それにより均一性を向上させる。本
発明は、さらにより良い電荷の中性化を行い、それによ
り、ウエハ上のゲートの破壊を防止し、ウエハの歩留ま
りを向上させる。さらに、本発明は、イオン源における
微粒子の生成量を低下させてイオン注入装置の微粒子に
よる汚染を減少させる。
るいくつかの注入装置は、特にＵＳＬＩ回路に要求され
る特性を持つウエハを注入するために好適である。特
に、これらの回路はその上の構造密度のために、均一
性、帯電、及び微粒子に敏感だからである。本発明は、
イオンビームの偏向を減らし、イオン注入装置内のガス
圧力の上昇を抑え、それにより均一性を向上させる。本
発明は、さらにより良い電荷の中性化を行い、それによ
り、ウエハ上のゲートの破壊を防止し、ウエハの歩留ま
りを向上させる。さらに、本発明は、イオン源における
微粒子の生成量を低下させてイオン注入装置の微粒子に
よる汚染を減少させる。
【図１】イオン注入装置とそのビーム経路の平面図であ
る。
る。
【図２】プラズマ電荷中性化装置のウエハ及びドリフト
チューブに対する相対的な位置を示す側面図である。
チューブに対する相対的な位置を示す側面図である。
【図３】図２のプラズマ電荷中性化装置の上部の斜視図
である。
である。
【図４】図２のプラズマ電荷中性化装置の下部の斜視図
である。
である。
【図５】図２と図３のドリフトチューブが除かれた状態
のプラズマ源の斜視図である。
のプラズマ源の斜視図である。
【図６】ドリフトチューブの一部が示された、図５のVI
−VI線に沿って取られたプラズマ電荷中性化装置の断面
図である。
−VI線に沿って取られたプラズマ電荷中性化装置の断面
図である。
【図７】先に説明した図の、中性化装置のプラズマ源発
生群の端部壁の斜視図である。
生群の端部壁の斜視図である。
【図８】プラズマ源を取り囲む磁石の配置の異なる観点
からの斜視図である。
からの斜視図である。
【図９】ソースのアノードの相対位置を示す図である。
【図１０】ドリフトチューブの壁に沿った磁石の配置を
示す図である。
示す図である。
【図１１】プラズマ源とドリフトチューブの中の磁場の
パターンを示す図である。
パターンを示す図である。
【図１２】プラズマ源の開口における磁場のパターンを
示す図である。
示す図である。
【図１３】本発明の特徴を有するドリフトチューブの動
作のシミュレーションの結果を示す図である。
作のシミュレーションの結果を示す図である。
【図１４】プラズマ電荷中性化装置の他の実施例を示す
図である。
図である。
【図１５】プラズマ電荷中性化装置の他の実施例を示す
図である。
図である。
【図１６】プラズマ電荷中性化装置の他の実施例を示す
図である。
図である。
【図１７】プラズマ電荷中性化装置の他の実施例を示す
図である。
図である。
【図１８】プラズマ電荷中性化装置の他の実施例を示す
図である。
図である。
【図１９】プラズマ電荷中性化装置の他の実施例の動作
のシミュレーションの結果を示す図である。
のシミュレーションの結果を示す図である。
１０ イオン注入装置 １２ イオン源 １４ 引出電極 １６ 分析磁石 １８ スキャナ磁石 ２０ コリメータ磁石 ２２ プラズマ電荷中性化装置 ２４ ウエハ １００ プラズマ源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 メーラン ナサー−ゴッヂ アメリカ合衆国、01982、マサチューセッ ツ州、ハミルトン、ボードマン レーン 42
Claims (4)
- 【請求項１】 ワークにイオンを注入するためのイオン
注入装置であって、イオンビームを生成しワークの表面
に向ける装置と、 イオンビームとワークの表面を中性化させるためのプラ
ズマを生成するためのプラズマ発生器とを備え、 前記プラズマ発生器は、 壁によって区画されたプラズマ生成チャンバと、 チャンバの中に形成されたプラズマをチャンバから引き
出して、ビームとワークの表面を中性化するための比較
的狭い出口開口と、 少なくとも一つのカソードと、 前記カソードとチャンバの壁から間隔をおいて配置され
た少なくとも一つのアノードと、 プラズマ発生チャンバの中に、チャンバの壁の近傍に配
列されてカソードから放出された１次電子がアノードに
直接到達するのを防ぐように偏向させる磁場を生成する
磁石及びチャンバの内部にアノードと磁石の間に配置さ
れた導電性のシールドとを有しており、 このシールドは、電子を偏向させるような選択された電
位を有しており、前記磁場と導電性のシールドは、稼動
の間、カソードからの電子が拡張された経路をたどるよ
うにして、アノードに到達する前にチャンバの中のガス
を中性化してプラズマを生成させるようになっているこ
とを特徴とするイオン注入装置。 - 【請求項２】 ワークにイオンを注入するためのイオン
注入装置であって、 イオンビームを生成しワークの表面に向ける装置と、 壁によって形成される区画され、イオンビームがワーク
に到達する前に通過するドリフトチューブと、 イオンビームとワークの表面を中性化させるためのプラ
ズマを生成するためのプラズマ発生器であって、生成さ
れたプラズマが該プラズマ発生器を出てイオンビームを
中性化するための開口を有し、この開口は前記チューブ
に開口しているプラズマ発生器と、 イオンビームの平均的な経路に直交するように配置され
た一連の平行で直線的な磁石であって、これらの磁石
は、ビームに面する側面と、ビームと反対側の側面を有
しており、これらの二つの磁石の側面は反対の極性をも
っており、隣接する磁石の隣接する極は反対側の極性を
持っており、磁石は、その寸法とチューブに沿った配列
パターンがプラズマがドリフトチューブの壁に到達する
のを防止し、一つの磁極によって形成されたイオンビー
ムの任意の偏向が、それに隣接する下流側の磁石の連続
する磁極によって実質的に相殺されるように配置されて
いる磁石とを有することを特徴とするイオン注入装置。 - 【請求項３】 イオンビームとワークの表面を中性化さ
せるためのプラズマを生成するためのプラズマ発生器に
おいて、 壁によって区画されたプラズマ生成チャンバと、 チャンバの中に形成されたプラズマをチャンバから引き
出して、ビームとワークの表面を中性化するための比較
的狭い出口開口と、 少なくとも一つのカソードと、 前記カソードとチャンバの壁から間隔をおいて配置され
た少なくとも一つのアノードと、 プラズマ発生チャンバの中に、チャンバの壁の近傍に配
列されてカソードから放出された１次電子が、アノード
に直接到達するのを防ぐように偏向させる磁場を生成す
る磁石と、 チャンバの内部にアノードと磁石の間に配置された導電
性のシールドとを有しており、このシールドは、電子を
偏向させるような選択された電位を有しており、前記磁
場と導電性のシールドは、稼動の間、カソードからの電
子が拡張された経路をたどるようにして、アノードに到
達する前にチャンバの中のガスを中性化してプラズマを
生成させるようになっていることを特徴とするプラズマ
発生器。 - 【請求項４】 ワークに磁気的に走査されたイオンビー
ムを用いてイオンを注入するためのイオン注入装置であ
って、 イオンビームを生成しワークの表面に向ける装置と、 イオンビームをフォーカスし走査する複数の磁石と、 ワークを保持して前記第１の方向に実質的に直交する第
２の方向に動かすワークホルダと、 イオンビームとワークの表面を中性化させるためのプラ
ズマを生成するためのプラズマ発生器であって、 前記プラズマ発生器は、 壁によって区画されたプラズマ生成チャンバと、 チャンバの中に形成されたプラズマをチャンバから引き
出して、ビームとワークの表面を中性化するための比較
的狭い出口開口と、 少なくとも一つのカソードと、 前記カソードとチャンバの壁から間隔をおいて配置され
た少なくとも一つのアノードと、 プラズマ発生チャンバの中に、チャンバの壁の近傍に配
列されてカソードから放出された１次電子が、アノード
に直接到達するのを防ぐように偏向させる磁場を生成す
る磁石及びチャンバの内部にアノードと磁石の間に配置
された導電性のシールドとを有しており、 このシールドは、電子を偏向させるような選択された電
位を有しており、前記磁場と導電性のシールドは、稼動
の間、カソードからの電子が拡張された経路をたどるよ
うにして、アノードに到達する前にチャンバの中のガス
を中性化してプラズマを生成させるようになっているプ
ラズマ発生器と、 壁によって区画されるドリフトチューブであって、イオ
ンビームはワークに到達する前にこれを通過し、前記開
口は前記チューブの中に開いているドリフトチューブ
と、 イオンビームの平均的な経路に直交するように配置され
た一連の平行で直線的な磁石であって、これらの磁石
は、ビームに面する側面と、ビームと反対側の側面を有
しており、これらの二つの磁石の側面は反対の極性をも
っており、隣接する磁石の隣接する極は反対側の極性を
持っており、磁石は、その寸法とチューブに沿った配列
パターンがプラズマがドリフトチューブの壁に到達する
のを防止し、一つの磁極によって形成されたイオンビー
ムの任意の偏向が、それに隣接する下流側の磁石の連続
する磁極によって実質的に相殺されるように配置されて
いる磁石とを有することを特徴とするイオン注入装置。
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US98050997A | 1997-12-01 | 1997-12-01 | |
| US09/083707 | 1998-05-22 | ||
| US08/980509 | 1998-05-22 | ||
| US09/083,707 US6271529B1 (en) | 1997-12-01 | 1998-05-22 | Ion implantation with charge neutralization |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11273614A true JPH11273614A (ja) | 1999-10-08 |
Family
ID=26769622
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10342241A Pending JPH11273614A (ja) | 1997-12-01 | 1998-12-01 | イオン注入装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6271529B1 (ja) |
| JP (1) | JPH11273614A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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