JP2873693B2 - イオン源 - Google Patents
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- JP2873693B2 JP2873693B2 JP1132084A JP13208489A JP2873693B2 JP 2873693 B2 JP2873693 B2 JP 2873693B2 JP 1132084 A JP1132084 A JP 1132084A JP 13208489 A JP13208489 A JP 13208489A JP 2873693 B2 JP2873693 B2 JP 2873693B2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J27/00—Ion beam tubes
- H01J27/02—Ion sources; Ion guns
- H01J27/08—Ion sources; Ion guns using arc discharge
-
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- H01J27/00—Ion beam tubes
- H01J27/02—Ion sources; Ion guns
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- 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, ion-optical arrangement
- H01J37/06—Electron sources; Electron guns
- H01J37/077—Electron guns using discharge in gases or vapours as electron sources
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Analytical Chemistry (AREA)
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、イオン源に関する。
(従来の技術) 一般に、イオン源は、例えば半導体ウエハに不純物と
してのイオンを注入するイオン注入装置等に配置され
る。
してのイオンを注入するイオン注入装置等に配置され
る。
このようなイオン源としては、従来からフィラメント
とアノード電極との間に電圧を印加して所定のガスから
プラズマを発生させ、このプラズマ中から所望のイオン
を引き出して利用するイオン源、例えばフリーマン型の
イオン源等が多く用いられている。
とアノード電極との間に電圧を印加して所定のガスから
プラズマを発生させ、このプラズマ中から所望のイオン
を引き出して利用するイオン源、例えばフリーマン型の
イオン源等が多く用いられている。
また、本出願人は、このようなイオン源として、フィ
ラメントとアノード電極との間に電圧を印加して所定の
ガスから第1のプラズマを発生させ、この第1のプラズ
マ中から電子を引き出して所定のガスに照射することに
より第2のプラズマを発生させ、この第2のプラズマか
ら所望のイオンを引き出して利用する電子ビーム励起イ
オン源を特開昭61-290629号、特願昭61-121967号等で提
案している。
ラメントとアノード電極との間に電圧を印加して所定の
ガスから第1のプラズマを発生させ、この第1のプラズ
マ中から電子を引き出して所定のガスに照射することに
より第2のプラズマを発生させ、この第2のプラズマか
ら所望のイオンを引き出して利用する電子ビーム励起イ
オン源を特開昭61-290629号、特願昭61-121967号等で提
案している。
このような電子ビーム励起イオン源は、低いイオンエ
ネルギーで高いイオン電流密度を得ることができるとと
もに、長寿命であるためメンテナンス頻度を低減して処
理の高効率化を図ることができるという特徴を有する。
ネルギーで高いイオン電流密度を得ることができるとと
もに、長寿命であるためメンテナンス頻度を低減して処
理の高効率化を図ることができるという特徴を有する。
(発明が解決しようとする課題) しかしながら、上記説明のイオン源例えば電子ビーム
励起イオン源においても、さらに長寿命化あるいは安全
性を向上させること等が当然要求される。
励起イオン源においても、さらに長寿命化あるいは安全
性を向上させること等が当然要求される。
本発明は、かかる従来の事情に対処してなされたもの
で、従来に較べて長寿命化を図ることができ、メンテナ
ンス頻度を低減して処理効率を向上させることができる
とともに、安全性の向上を図ることのできるイオン源を
提供しようとするものである。
で、従来に較べて長寿命化を図ることができ、メンテナ
ンス頻度を低減して処理効率を向上させることができる
とともに、安全性の向上を図ることのできるイオン源を
提供しようとするものである。
[発明の構成] (課題を解決するための手段) すなわち、本発明のイオン源は、所定の放電用ガスを
導入するための放電用ガス導入孔と前記放電用ガスから
発生させたプラズマ中の電子を引き出して所定のガスに
照射しこのガスをプラズマ化してイオンを発生させるた
めの電子引き出し口とを有する電子発生室内に、前記プ
ラズマを発生させるためのフィラメントが設けられたイ
オン源において、 前記フィラメントを、前記放電用ガス導入孔と前記電
子引き出し口とを結ぶ線上を外した位置に配置し、 かつ、前記フィラメントの両側端部を絶縁性部材に対
して着脱自在に支持するフィラメント支持機構に、フラ
ンジ状の突出部を形成するスパッタ物付着防止機構を設
けることにより、前記絶縁性部材の前記フィラメント支
持機構基端部周辺に影部を形成してスパッタ物の付着を
防止するよう構成したことを特徴とする。
導入するための放電用ガス導入孔と前記放電用ガスから
発生させたプラズマ中の電子を引き出して所定のガスに
照射しこのガスをプラズマ化してイオンを発生させるた
めの電子引き出し口とを有する電子発生室内に、前記プ
ラズマを発生させるためのフィラメントが設けられたイ
オン源において、 前記フィラメントを、前記放電用ガス導入孔と前記電
子引き出し口とを結ぶ線上を外した位置に配置し、 かつ、前記フィラメントの両側端部を絶縁性部材に対
して着脱自在に支持するフィラメント支持機構に、フラ
ンジ状の突出部を形成するスパッタ物付着防止機構を設
けることにより、前記絶縁性部材の前記フィラメント支
持機構基端部周辺に影部を形成してスパッタ物の付着を
防止するよう構成したことを特徴とする。
また、請求項2の発明は、前記フィラメントが、U字
状に形成されていることを特徴とする。
状に形成されていることを特徴とする。
(作用) 本発明者等が詳査したところ、フィラメントとアノー
ド電極との間に電圧を印加して所定のガスをプラズマ化
するイオン源においては、フィラメントがプラズマ中の
イオンによりスパッタリングを受け、このスパッタ物が
フィラメントの両側端部を支持する支持部の間の領域に
付着して、これらの間が電気的に短絡した状態となる場
合があることが判明した。
ド電極との間に電圧を印加して所定のガスをプラズマ化
するイオン源においては、フィラメントがプラズマ中の
イオンによりスパッタリングを受け、このスパッタ物が
フィラメントの両側端部を支持する支持部の間の領域に
付着して、これらの間が電気的に短絡した状態となる場
合があることが判明した。
そこで本発明のイオン源では、フィラメントの両側端
部を着脱自在に支持する支持部に着脱自在に固定され、
フランジ状の突出部を形成するスパッタ物付着防止機構
により、当該支持部の基端部に影部を形成してスパッタ
物の付着を防止するよう構成することによって、フィラ
メントがスパッタされこのスパッタ物がフィラメントの
支持部の間に付着して電気的な短絡が生じることを防止
し、長寿命化および安全性の向上を図るものである。
部を着脱自在に支持する支持部に着脱自在に固定され、
フランジ状の突出部を形成するスパッタ物付着防止機構
により、当該支持部の基端部に影部を形成してスパッタ
物の付着を防止するよう構成することによって、フィラ
メントがスパッタされこのスパッタ物がフィラメントの
支持部の間に付着して電気的な短絡が生じることを防止
し、長寿命化および安全性の向上を図るものである。
(実施例) 以下、本発明を電子ビーム励起イオン源に適用した実
施例を図面を参照して説明する。
施例を図面を参照して説明する。
第2図に示すように、電子発生室1は、導電性高融点
材料例えばモリブデンから各辺の長さが例えば数センチ
程度の矩形容器状に形成されている。また、この電子発
生室1の1側面には、開口部が設けられており、この開
口部を閉塞する如く例えばSi3N4、BN等からなる板状の
耐熱性絶縁性部材2が設けられ、電子発生室1が気密に
構成されている。
材料例えばモリブデンから各辺の長さが例えば数センチ
程度の矩形容器状に形成されている。また、この電子発
生室1の1側面には、開口部が設けられており、この開
口部を閉塞する如く例えばSi3N4、BN等からなる板状の
耐熱性絶縁性部材2が設けられ、電子発生室1が気密に
構成されている。
また、上記絶縁性部材2には、例えばU字状に形成さ
れた高融点材質例えばタングステンからなるフィラメン
ト3が電子発生室1内に突出する如く設けられている。
すなわち、第1図に示すように、絶縁性部材2には、間
隔を設けて2つの透孔21、22が穿設されており、これら
の透孔21、22を貫通する如く、高融点導電性材料例えば
タンタル等からなり、フィラメント3の両側端部を支持
するとともにフィラメント3と図示しない電源とを電気
的に接続するフィラメント支持機構23、24が設けられて
いる。これらのフィラメント支持機構23、24は、絶縁性
部材2を電子発生室1から取り外した状態で、絶縁性部
材2の内壁側から透孔21、22に挿入し、ナット25、26で
固定するよう構成されている。また、これらのフィラメ
ント支持機構23、24のフィラメント3固定側端部には、
円板状に構成され、絶縁性部材2の内壁表面にフィラメ
ント3に対して陰になる領域を形成し、この領域にフィ
ラメント3がスパッタリングを受けて飛散したスパッタ
物(フィラメント3の構成物質)が、付着することを防
止するスパッタ物付着防止機構27、28が設けられてい
る。
れた高融点材質例えばタングステンからなるフィラメン
ト3が電子発生室1内に突出する如く設けられている。
すなわち、第1図に示すように、絶縁性部材2には、間
隔を設けて2つの透孔21、22が穿設されており、これら
の透孔21、22を貫通する如く、高融点導電性材料例えば
タンタル等からなり、フィラメント3の両側端部を支持
するとともにフィラメント3と図示しない電源とを電気
的に接続するフィラメント支持機構23、24が設けられて
いる。これらのフィラメント支持機構23、24は、絶縁性
部材2を電子発生室1から取り外した状態で、絶縁性部
材2の内壁側から透孔21、22に挿入し、ナット25、26で
固定するよう構成されている。また、これらのフィラメ
ント支持機構23、24のフィラメント3固定側端部には、
円板状に構成され、絶縁性部材2の内壁表面にフィラメ
ント3に対して陰になる領域を形成し、この領域にフィ
ラメント3がスパッタリングを受けて飛散したスパッタ
物(フィラメント3の構成物質)が、付着することを防
止するスパッタ物付着防止機構27、28が設けられてい
る。
さらに、電子発生室1の上部には、プラズマを生起さ
せ電子を発生させるためのガス、例えばアルゴン(Ar)
ガス等の放電用ガスを導入するための放電用ガス導入孔
4が設けられており、電子発生室1の下部には、電子発
生室1内で発生させたプラズマ中から電子を引き出すた
めの直径例えば3mmの円孔5aが設けられている。
せ電子を発生させるためのガス、例えばアルゴン(Ar)
ガス等の放電用ガスを導入するための放電用ガス導入孔
4が設けられており、電子発生室1の下部には、電子発
生室1内で発生させたプラズマ中から電子を引き出すた
めの直径例えば3mmの円孔5aが設けられている。
また、上記電子発生室1の下部には、円孔5aに連続し
て隘路5bを形成する如く、絶縁性部材7が設けられてお
り、円孔5aと隘路5bとによって電子引き出し口5が構成
されている。さらに、例えばSi3N4、BN等からなる絶縁
性部材7には、高融点材質例えばタングステンからな
り、多数の透孔8aを有する多孔電極8が、電子引き出し
口5に対向する如く接続されている。
て隘路5bを形成する如く、絶縁性部材7が設けられてお
り、円孔5aと隘路5bとによって電子引き出し口5が構成
されている。さらに、例えばSi3N4、BN等からなる絶縁
性部材7には、高融点材質例えばタングステンからな
り、多数の透孔8aを有する多孔電極8が、電子引き出し
口5に対向する如く接続されている。
さらに、上記多孔電極8の下部には、絶縁性部材9を
介してイオン生成室10が接続されている。このイオン生
成室10は、導電性高融点材料、例えばモリブデンから容
器状に形成されており、その内部は、直径および高さが
共に数センチ程度の円筒形状とされている。そして、イ
オン生成室10の底部には、絶縁性部材11を介し、このイ
オン生成室10の側壁部とは電気的に隔離された状態(フ
ローティング状態)で例えば高融点材料の底板12が固定
されており、電子の照射によりこの底板12が帯電し、電
子を反射するよう構成されている。なお、例えば底板12
を絶縁性部材から構成して電子反射面を形成することも
できる。
介してイオン生成室10が接続されている。このイオン生
成室10は、導電性高融点材料、例えばモリブデンから容
器状に形成されており、その内部は、直径および高さが
共に数センチ程度の円筒形状とされている。そして、イ
オン生成室10の底部には、絶縁性部材11を介し、このイ
オン生成室10の側壁部とは電気的に隔離された状態(フ
ローティング状態)で例えば高融点材料の底板12が固定
されており、電子の照射によりこの底板12が帯電し、電
子を反射するよう構成されている。なお、例えば底板12
を絶縁性部材から構成して電子反射面を形成することも
できる。
また、上記イオン生成室10の側面には、所望のイオン
を生成するための原料ガス例えばBF3等をこのイオン生
成室10内に導入するための原料ガス導入口13が設けられ
ており、この原料ガス導入口13に対向する如く、イオン
引き出し用スリット14が設けられている。
を生成するための原料ガス例えばBF3等をこのイオン生
成室10内に導入するための原料ガス導入口13が設けられ
ており、この原料ガス導入口13に対向する如く、イオン
引き出し用スリット14が設けられている。
なお、前述した放電用ガス導入孔4および電子引き出
し口5は、電子発生室1の中心からイオン引き出し用ス
リット14側に偏心して配設され、イオンを効率良く引き
出せるよう構成されている。また、フィラメント3は、
放電用ガス導入孔4および電子引き出し口5を結ぶ線上
に位置しないよう配設されており、電子引き出し口5か
ら逆流したイオンがフィラメント3に到達しにくくする
ことにより、この逆流したイオンによりフィラメント3
がスパッタリングされ、消耗することを抑制するよう構
成されている。
し口5は、電子発生室1の中心からイオン引き出し用ス
リット14側に偏心して配設され、イオンを効率良く引き
出せるよう構成されている。また、フィラメント3は、
放電用ガス導入孔4および電子引き出し口5を結ぶ線上
に位置しないよう配設されており、電子引き出し口5か
ら逆流したイオンがフィラメント3に到達しにくくする
ことにより、この逆流したイオンによりフィラメント3
がスパッタリングされ、消耗することを抑制するよう構
成されている。
上記構成のこの実施例の電子ビーム励起イオン源で
は、図示しない磁場生成手段により、図示矢印Bzの如く
垂直方向に電子をガイドするための磁場を印加した状態
で、次のようにして所望のイオンを発生させる。
は、図示しない磁場生成手段により、図示矢印Bzの如く
垂直方向に電子をガイドするための磁場を印加した状態
で、次のようにして所望のイオンを発生させる。
すなわち、フィラメント3にフィラメント電圧Vfを印
加し通電加熱するとともに、このフィラメント3に対し
て、抵抗Rを介して電子発生室1に放電電圧Vdを印加
し、多孔電極8に放電電圧Vdを印加し、多孔電極8とイ
オン生成室10との間に加速電圧Va印加する。
加し通電加熱するとともに、このフィラメント3に対し
て、抵抗Rを介して電子発生室1に放電電圧Vdを印加
し、多孔電極8に放電電圧Vdを印加し、多孔電極8とイ
オン生成室10との間に加速電圧Va印加する。
そして、放電用ガス導入孔4から電子発生室1内に、
放電用ガス例えばアルゴンガスを導入し、放電電圧Vdに
より放電を生じさせ、プラズマを発生させる。すると、
このプラズマ中の電子は、加速電圧Vaにより、電子引き
出し口5、多孔電極8の透孔8aを通過してイオン生成室
10内に引き出される。
放電用ガス例えばアルゴンガスを導入し、放電電圧Vdに
より放電を生じさせ、プラズマを発生させる。すると、
このプラズマ中の電子は、加速電圧Vaにより、電子引き
出し口5、多孔電極8の透孔8aを通過してイオン生成室
10内に引き出される。
なお、この時プラズマ中のイオンが、負電位であるフ
ィラメント3に衝突し、フィラメント3がスパッタさ
れ、このスパッタ物が各部に付着する。しかしながら、
この実施例ではフィラメント支持機構23、24の部位に前
述したスパッタ物付着防止機構27、28が設けられている
ので、フィラメント3に対してスパッタ物付着防止機構
27、28の陰になっている領域、すなわちフィラメント支
持機構23、24の周囲の絶縁性部材2の内壁表面の環状領
域には、スパッタ物が付着しない。このため、例えば絶
縁性部材2の内壁表面に付着したスパッタ物により、フ
ィラメント3の両側端部が電気的に短絡した状態となる
ことを防止することができる。
ィラメント3に衝突し、フィラメント3がスパッタさ
れ、このスパッタ物が各部に付着する。しかしながら、
この実施例ではフィラメント支持機構23、24の部位に前
述したスパッタ物付着防止機構27、28が設けられている
ので、フィラメント3に対してスパッタ物付着防止機構
27、28の陰になっている領域、すなわちフィラメント支
持機構23、24の周囲の絶縁性部材2の内壁表面の環状領
域には、スパッタ物が付着しない。このため、例えば絶
縁性部材2の内壁表面に付着したスパッタ物により、フ
ィラメント3の両側端部が電気的に短絡した状態となる
ことを防止することができる。
一方、イオン生成室10内には、原料ガス導入口13から
予め所定の原料ガス例えばBF3を導入しておき、このイ
オン生成室10内を所定圧力例えば0.001〜0.02Torrの原
料ガス雰囲気としておく。
予め所定の原料ガス例えばBF3を導入しておき、このイ
オン生成室10内を所定圧力例えば0.001〜0.02Torrの原
料ガス雰囲気としておく。
したがって、イオン生成室10内に流入した電子は、加
速電界により加速され、BF3と衝突し、濃いプラズマを
発生させる。そして、イオン引き出し用スリット14によ
り、このプラズマ中からイオンを引き出し、例えば所望
のイオンビームとして半導体ウェハへのイオン注入等に
用いる。
速電界により加速され、BF3と衝突し、濃いプラズマを
発生させる。そして、イオン引き出し用スリット14によ
り、このプラズマ中からイオンを引き出し、例えば所望
のイオンビームとして半導体ウェハへのイオン注入等に
用いる。
すなわち、この実施例の電子ビーム励起イオン源で
は、フィラメント支持機構23、24の部位に設けたスパッ
タ物付着防止機構27、28により、フィラメント支持機構
23、24の間の絶縁性部材2の内壁表面にスパッタ物が付
着してフィラメント支持機構23、24の間が電気的に短絡
した状態となることを防止することができる。したがっ
て、従来に較べてイオン源の長寿命化および安全性の向
上を図ることができる。
は、フィラメント支持機構23、24の部位に設けたスパッ
タ物付着防止機構27、28により、フィラメント支持機構
23、24の間の絶縁性部材2の内壁表面にスパッタ物が付
着してフィラメント支持機構23、24の間が電気的に短絡
した状態となることを防止することができる。したがっ
て、従来に較べてイオン源の長寿命化および安全性の向
上を図ることができる。
なお、上記実施例では、本発明を電子ビーム励起イオ
ン源に適用した例について説明したが、本発明はかかる
実施例に限定されるものではなく、フィラメントを用い
たイオン源であればどのようなものにでも適用すること
ができることはもちろんである。
ン源に適用した例について説明したが、本発明はかかる
実施例に限定されるものではなく、フィラメントを用い
たイオン源であればどのようなものにでも適用すること
ができることはもちろんである。
[発明の効果] 上述のように、本発明のイオン源によれば、従来に較
べてイオン源の長寿命化を図ることができ、メンテナン
ス頻度を低減して処理効率化を向上させることができる
とともに、安全性の向上を図ることができる。
べてイオン源の長寿命化を図ることができ、メンテナン
ス頻度を低減して処理効率化を向上させることができる
とともに、安全性の向上を図ることができる。
第1図は本発明の一実施例の電子ビーム励起イオン源の
要部構成を示す図、第2図は第1図の電子ビーム励起イ
オン源の全体構成を示す切り欠き斜視図である。 1……電子発生室、2……絶縁性部材、3……フィラメ
ント、21,22……透孔、23,24……フィラメント支持機
構、25,26……ナット、27,28……スパッタ物付着防止機
構。
要部構成を示す図、第2図は第1図の電子ビーム励起イ
オン源の全体構成を示す切り欠き斜視図である。 1……電子発生室、2……絶縁性部材、3……フィラメ
ント、21,22……透孔、23,24……フィラメント支持機
構、25,26……ナット、27,28……スパッタ物付着防止機
構。
Claims (2)
- 【請求項1】所定の放電用ガスを導入するための放電用
ガス導入孔と前記放電用ガスから発生させたプラズマ中
の電子を引き出して所定のガスに照射しこのガスをプラ
ズマ化してイオンを発生させるための電子引き出し口と
を有する電子発生室内に、前記プラズマを発生させるた
めのフィラメントが設けられたイオン源において、 前記フィラメントを、前記放電用ガス導入孔と前記電子
引き出し口とを結ぶ線上を外した位置に配置し、 かつ、前記フィラメントの両側端部を絶縁性部材に対し
て着脱自在に支持するフィラメント支持機構に、フラン
ジ状の突出部を形成するスパッタ物付着防止機構を設け
ることにより、前記絶縁性部材の前記フィラメント支持
機構基端部周辺に影部を形成してスパッタ物の付着を防
止するよう構成したことを特徴とするイオン源。 - 【請求項2】前記フィラメントは、U字状に形成されて
いることを特徴とする請求項1記載のイオン源。
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