JPH11345583A

JPH11345583A - イオン源およびそのためのプラズマ電極

Info

Publication number: JPH11345583A
Application number: JP11135575A
Authority: JP
Inventors: Adam Alexander Brailove; アレキサンダーブライラブアダム; Matthew Charles Gwinn; チャールズグインマスィユー
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 1998-05-19
Filing date: 1999-05-17
Publication date: 1999-12-14
Also published as: TW419689B; KR100459533B1; EP0959487A2; US6294862B1; KR19990088397A; EP0959487A3; SG75955A1

Abstract

(57)【要約】【課題】磁気フィルタを有する公知のイオン源に改良を
加えて、高められた磁界を有するイオン源及びそのため
のプラズマ電極を提供すること。【解決手段】イオン源26は、プラズマ閉じ込め室49と、
この室の壁部分52を形成するプラズマ電極70を含み、プ
ラズマ電極70は、イオンビーム88を閉じ込め室49から排
出させる開口84を有し、かつこの開口を横切って伸びる
磁界94を発生する一組の磁石78,80 を有する。開口は、
軸線に沿って配列された細長いスロットまたは円形開口
である。イオン源26は、さらに、閉じ込め室49に対して
プラズマ電極70を負にバイアスするための電源72を含
む。また、冷却チューブが、プラズマ電極70における磁
石78,80 から熱を逃がすように設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般的にイオン注
入装置のためのイオン源に関し、特に、イオン源用の性
能を向上させる磁界を有するイオン源およびそれに使用
するプラズマ電極に関する。

【０００２】

【従来の技術】イオン注入は、集積回路やフラットパネ
ルディスプレイ等の製品を大規模生産する際に、シリコ
ンウェハまたはガラス基板等の加工物(workpiece) に不
純物を注入するのに使用される標準的に受け入れられた
技術になってきた。従来のイオン注入装置は、所望のド
ーパント元素をイオン化して、それを加速して規定エネ
ルギのイオンビームを形成できるようにするイオン源を
含む。このイオンビームは加工物の表面に向けられ、加
工物にドーパント元素を注入する。

【０００３】一般的に、イオンビームの活性化イオンが
加工物の表面に貫入して、その物質の結晶格子に埋め込
まれることによって、所望の導電率を有する領域を形成
する。このイオン注入処理は、一般的に、残留ガス分子
との衝突によるイオンビームの拡散を防止すると共に、
空気中浮遊粒子によって加工物が汚染される危険性を最
小限に抑える高真空処理室内で実施される。

【０００４】従来からのイオン源は、グラファイトで形
成し得る１つのプラズマ閉じ込め室からなり、この室
は、イオン化可能なガスをプラズマ内に導くための入口
開口と、プラズマが引き出されてイオンビームを形成す
るための出口開口とを有する。プラズマは、加工物にイ
オン注入する好ましいイオンと共に、イオン注入に好ま
しくないイオン及びイオン化処理の副産物であるイオン
をも含んでいる。さらに、プラズマは、エネルギーを変
化させる電子を含んでいる。

【０００５】このようなイオン化ガスは、ホスフィン
（ＰＨ₃ ）である。ホスフィンが高エネルギー源、例え
ば、高エネルギー電子または無線周波帯（ＲＦ）のエネ
ルギーにさらされると、ホスフィンは、加工物をドーピ
ングするために正に荷電した燐イオン（Ｐ＋）と水素イ
オンを形成するように分離することができる。一般的
に、プラズマ室内に導かれて高エネルギー源にさらされ
て、燐イオンと水素イオンの両方を生じる。燐イオンと
水素イオンは、出口開口を通ってイオンビーム内に引き
出される。

【０００６】イオンビーム内の水素イオンまたは高エネ
ルギー電子が、加工物の表面に向かう径路に見い出され
るならば、これらは、所望のイオンと共にイオン注入さ
れ得る。水素イオンの十分な電流密度または高エネルギ
ー電子があると、これらのイオン及び電子は、加工物の
望ましくない温度上昇を生じさせ、半導体基板の表面上
で、加工物の領域をマスクするのに使用するフォトレジ
ストを損傷する。

【０００７】イオンビーム内に含まれる望ましくないイ
オン及び高エネルギー電子の数を減少させるために、イ
オン源内に磁石を設けて、イオン化したプラズマを分離
することが知られている。この磁石は、望ましくないイ
オン及び高エネルギーの電子を出口開口から離れたイオ
ン源室の一部に閉込め、かつ望ましいイオンと低エネル
ギーの電子を出口開口に近いイオン源室の一部に閉込め
る。

【０００８】このような磁石配列は、本明細書に参考と
して包含され、本発明の譲受人に属する継続米国特許出
願番号第０９／０１４，４７２号に開示されている。ま
た、イオン源室内に設けた磁石構造の他の例は、ロイン
グ(Leung) 等に付与された米国特許第４，４４７，７３
２号、及第４，４８６，６６５号に示されている。ロイ
ングらの参考文献は、互いに平行に配置された複数の長
手方向に伸びた磁石からなる磁気フィルタを示してい
る。上記特許’６６５号は、プラズマ・グリッドアセン
ブリを有する負のイオン源を示す。このプラズマ・グリ
ッドアセンブリは、複数の離間した導電性グリッド部材
をイオン引き出しゾーンに隣接して配置してある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的は、磁気フィルタを有する公知のイオン源に改良を
加えて、高められた磁界を有するイオン源及びそのため
のプラズマ電極を提供することである。

【００１０】

【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。本発明の
イオン源は、プラズマ閉じ込め室の平らな壁部分を形成
するプラズマ電極を備え、かつプラズマ電極の開口に対
して配置した少なくとも１つの第１磁石と対向磁石を有
しており、これらの磁石は、開口を横切る磁界を形成す
る。この磁界は、プラズマ閉じ込め室内でのプラズマの
閉じ込めを向上させ、イオンビームからの高エネルギー
電子を濾過する。

【００１１】本発明の他の構成によれば、イオン源は、
イオンビームがプラズマ閉じ込め室から出るための少な
くとも１つの開口を備えるプラズマ電極を有し、かつ少
なくとも１つの第１磁石と対向磁石を有している。第１
磁石は、プラズマ電極に連結され、かつプラズマ電極内
の開口のエッジに沿って１つの磁極が形成されるように
配置されている。対向磁石は、プラズマ電極に連結さ
れ、かつプラズマ電極における開口の対向するエッジに
沿って１つの対向磁極が形成されるように配置される。
第１磁石と対向磁石は、イオンビームが通過するプラズ
マ電極内の開口を横切る磁界を発生する。

【００１２】本発明の別の構成によれば、向上したイオ
ンビーム性能は、移動可能かつ置き換え可能なプラズマ
電極によって達成される。このプラズマ電極は、イオン
ビームがプラズマ閉じ込め室から出るための少なくとも
１つの開口を含み、かつ少なくとも１つの第１磁石と対
向磁石を含んでいる。第１磁石と対向磁石は、開口を横
切る磁界を発生させるように、プラズマ電極の開口のエ
ッジに対して配置される。

【００１３】本発明の他の特徴によれば、プラズマ閉じ
込め室に対してプラズマ電極を負にバイアスするための
電源と、プラズマ電極を電気的に絶縁するための絶縁体
を含んでいる。プラズマ電極の開口は、軸線に沿って整
列した細長いスロットまたは円形開口として作られてい
る。円形開口の列の場合、第１磁石及び対向磁石は、磁
界が軸線に対して角度θをなすように円形開口に対して
位置決められており、前記角度θは、０°より大きく９
０°より小さいことを特徴とする。さらに、本発明は、
プラズマ電極に連結された磁石から熱を逃がすための冷
却チューブを更に含むことができ、この冷却チューブ
は、磁石に隣接して取付けられるか、または磁石を取り
囲むことができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
いて説明する。図１は、フラットディスプレイパネルＰ
等の大面積の基板にイオン注入するためのイオン注入装
置１０を示す。

【００１５】このイオン注入装置１０は、一対のパネル
カセット１２，１４、ロードロック組立体１６、ロード
ロック組立体とパネルカセット間でパネルを移送するロ
ボットまたはエンドエフェクタ１８、プロセス室２２を
与えるプロセス室ハウジング２０、およびイオン源２６
を与えるイオン源ハウジング２４とを含んでいる。パネ
ルＰは、プロセス室２２内でイオン源から出てプロセス
ハウジング２０内の開口２８を通過するイオンビームに
よって順次直列に処理される。絶縁性ブッシュ３０は、
プロセス室ハウジング２０とイオン源ハウジング２４と
を互いに電気的に絶縁する。

【００１６】パネルＰは、以下のように、注入装置１０
によって処理される。エンドエフェクタ１８はカセット
から処理すべきパネルを１８０°回転させて取り除く。
そして、取り除かれたパネルをロードロック組立体１６
内の所定位置に移動する。ロードロック組立体１６は、
複数のパネルを複数の位置に載置することができる。プ
ロセス室２２には、エンドエフェクタ１８と同様の構造
であるピックアーム３２を含む移送アセンブリが設けら
れている。

【００１７】ピックアーム３２は、同じ位置からパネル
を取り除くので、ロードロック組立体は、ピックアーム
に関して複数の蓄積位置のいずれかに包含された、選択
パネルを位置付けるために垂直方向に移動可能である。
この目的のために、モータ３４は、リードスクリュー３
６を駆動してロードロック組立体を垂直方向に移動す
る。ロードロック組立体には、リニア軸受３８が設けら
れ、固定の円筒軸４０に沿ってスライドし、プロセス室
ハウジング２０に対してロードロック組立体１６を適切
な位置に位置決める。

【００１８】破線４２は、ピックアーム３２がロードロ
ック組立体において最も低い位置からパネルを移動する
とき、ロードロック組立体１６があると想像される最上
の垂直位置を示している。スライド用の真空シール装置
（図示略）がロードロック組立体１６とプロセス室ハウ
ジング２０の間に設けられ、ロードロック組立体１６の
垂直移動の間、両装置内の真空状態を維持する。

【００１９】ピックアーム３２は、水平位置（即ち、パ
ネルがカセット１２，１４内にあるとき、及びパネルが
エンドエフェクタ１８によって取り扱われるときと同一
の相対位置）において、パネルＰをロードロック組立体
１６から移動する。このとき、ピックアーム３２は、図
１の破線によって示すように、矢印４４の方向にパネル
を水平位置から垂直位置Ｐ２に向けて移動する。転換ア
センブリは、図１において、左から右に向けてイオン源
によって発生しさらに開口２８から放出されるイオンビ
ームの通路を横切って、垂直方向に位置決めされたパネ
ルを走査方向に移動する。

【００２０】イオン源はリボンビームを出力する。ここ
で用いられる「リボンビーム」とは、ここでは、長手方
向軸線に沿って伸びる長さ寸法と、この長手方向軸線に
直交する軸線に沿って伸び、長さよりもかなり小さい寸
法の幅を有する細長いイオンビームを意味する。またこ
こで用いられる「直交する」とは、ほぼ垂直を意味す
る。

【００２１】リボンビームは、大きな表面積の加工物を
イオン注入するのに効果的であることが知られており、
その理由は、リボンビームは、このリボンビームが少な
くとも１方向の寸法を越える長さを有している限り、加
工物の全表面積をイオン注入するのに単一の一方向通路
にだけビームが通過すればよいからである。

【００２２】図１の装置において、リボンビームは、処
理される平坦状のパネルの最も短い寸法を越える長さを
有する。このようなリボンビームを図１のイオン注入装
置に使用すると、いくつかの利点が与えられ、さらに、
単一走査によって完全な注入を得ることができる。

【００２３】例えば、このリボンビームイオン源によっ
て、同一システム内で同一のイオン源を使用して異なる
大きさのパネルサイズを処理することができ、また、選
択されたイオンビーム電流に応じてパネルの走査速度を
制御することにより均一な注入量を得ることができる。

【００２４】図２は、図１に示すイオン源２６の斜視図
である。このイオン源２６は、プラズマを保持するため
のプラズマ閉じ込め室４９を形成する一組の壁を含んで
いる。プラズマ閉じ込め室４９は、図２に示すように、
並列配置された形式で構成できる。また、この代わり
に、プラズマ閉じ込め室４９は、バケットのように形作
ることもできる。

【００２５】並列配置の閉じ込め室４９は、図２に示す
ように、後壁５０、前壁５２、側壁５４，５６，５８，
６０（図示略）を有している。閉じ込め室４９の壁は、
アルミニウムまたは他の適当な材料、例えば、ステンレ
ス鋼から作ることができる。一方、グラファイト、ある
いは他の適当な材料がこれらの壁の内部を覆うのに用い
られる。

【００２６】後壁５０は、ガス入口６２とエキサイタ(e
xcitor) ６４を有する。入口は、ガス源（図示略）から
閉じ込め室４９へガスを排出するのに使用される。エキ
サイタ６４は、放出したガスイオン化し、イオン源２６
内にプラズマを作り始める。エキサイタ６４は、タング
ステンフィラメントから形成することができ、このフィ
ラメントを適当な温度に熱して熱イオン放出による電子
を放出する。エキサイタによって発生した放出電子は、
排出されたガスと相互作用し、イオン化し、プラズマを
プラズマ室内に形成する。このエキサイタは、また、他
の高エネルギー源、例えば、無線周波信号を放出するこ
とによって電子をイオン化するＲＦアンテナから形成す
ることができる。

【００２７】イオン源２６は、プラズマをプラズマ閉じ
込め室４９の中央に向ける一組の棒磁石６６を含む。こ
の棒磁石６６は、サマリウムコバルト構造から作られ、
一般的に側壁５４，５６，５８，６０の外側の溝に固定
される。これらの棒磁石は、好ましくは、組立体として
配置され、磁石の磁極が交互にかつハウジング内でマル
チ−カプス(multi cusped)形の磁界を形成する。

【００２８】図２において更に例示するように、棒磁石
６６は、各磁石のＮ極とＳ極が磁石の長さ方向に沿って
分極化されるように極性付けられる。従って、隣接する
磁石６６のＮ極からＳ極に向かう磁力線は、マルチ−カ
プス形磁界を形成し、閉じ込め室の中心に向けてプラズ
マを集中させる。

【００２９】イオン源２６は、また、プラズマ電極７０
を含み、この電極は、プラズマ閉じ込め室４９の前壁５
２の平面壁部分を形成する。絶縁体７４は、前壁５２と
側壁５４，５６，５８，６０の間に配置され、前壁とプ
ラズマ電極構造をプラズマ閉じ込め室の残りの部分（例
えば、側壁５４，５６，５８，６０）から絶縁する。プ
ラズマ電極７０は、イオンビームをハウジングから放出
できるように少なくとも１つの開口８４を含む。プラズ
マ電極７０は、さらに、プラズマ電極７０に連結され、
かつこの電極に設けた開口８４のエッジに沿う１つの磁
極が形成されるように配置する第１磁石を含んでいる。
また、対向磁石８０が、プラズマ電極７０に連結され、
かつこの電極に設けた開口８４の対向エッジに沿う１つ
の対向磁極が形成されるように配置されている。第１磁
石７８と対向磁石８０は、イオンビームが通過するプラ
ズマ電極７０内の開口８４を横切る磁界９４を形成す
る。この磁界９４は、一般的に１００ガウスを越える磁
界の強さを有する。

【００３０】プラズマ閉じ込め室４９の外側に配置され
た引出し電極７６は、従来公知のように、開口８４を通
してプラズマを引き出す。この引出されたプラズマは、
ターゲット表面に向かって条件付けされかつ配置されて
いるイオンビーム８８を形成する。

【００３１】作動中において、イオン源ガスは、ガス入
口６２を通じて導かれる。イオン源ガスは、例えば、水
素で希釈することができるホスフィン（ＰＨ₃ ）であ
る。この結果、生じるホスフィンのプラズマは、ＰＨ _n+
イオン及びＰ⁺ イオンを含む。このＰＨ_n+イオン及びＰ
+ イオンに加えて、プラズマ室４９内で起こるイオン化
プロセスは、水素イオンと高エネルギーの電子を発生す
る。この高エネルギーと水素イオンは、パネルに対して
不要な加熱及びそれに伴うパネルの損傷を生じさせるの
で、ターゲット加工物へのイオン注入に対して時々好ま
しくないものとなる。

【００３２】第１磁石７８と対向磁石８０によって発生
した磁界（磁力線）９４は、プラズマ電極での磁気フィ
ルタを形成し、イオンビーム８８内に存在する高エネル
ギー電子を減少させ、その結果、加工物に衝突する高エ
ネルギー電子を減少させる。特に、第１電極７８と対向
磁石８０は、開口８４を覆う比較的強い磁界を形成し、
この磁界は、比較的高速度で開口８４から離れる高エネ
ルギー電子を弱める。

【００３３】しかし、イオンや低エネルギー電子等の低
速度の粒子は、一般的に磁界９４を通過することができ
る。磁界９４は、また、プラズマ閉じ込め室４９内にプ
ラズマを閉じ込めることを向上させる。プラズマの閉じ
込めを向上させることによって、この磁界は、イオンビ
ーム８８において増加したビーム電流を供給する。好ま
しくは、磁石７８，８０は、各磁石のＮ極とＳ極が、
（端部と端部が磁化されるのではなく）磁石の長さ方向
に沿って並ぶように磁化されている。これらの磁石は、
互いに磁極が対向するように同一方向に磁化されてい
る。このように、磁力線９４は、隣接配置された磁石の
対向磁極間に伸びている。磁力線は、プラズマを閉じ込
め、さらにイオンビーム８８から高エネルギー電子を電
位的に減じるフィルタとして機能する。

【００３４】本発明の他の面では、プラズマ電極７０
は、少なくとも複数の開口（例えば、２つまたはそれ以
上の開口）を含む。プラズマ電極は、第１，第２の開口
８４，８６を含み、これら両方の開口によって、イオン
ビームをハウジングから排出させることができる。第１
開口８４は、第１イオンビーム８８を形成し、第２開口
は第２イオンビーム９０を形成する。第１イオンビーム
８８と第２イオンビーム９０は、一般的に、イオン注入
を行う加工物の表面でまたはその前に重なり合う。

【００３５】図２に示すように、２つまたはそれ以上の
開口を有するプラズマ電極は、２つまたはそれ以上の磁
石を含み、プラズマに対する強い閉じ込め磁界を形成す
る。例えば、第１磁石７８は、開口８４のエッジに沿う
Ｓ極を与えるように配置され、また、対向磁石８０は、
開口８４の対向エッジに沿うＮ極を与えるように配置さ
れる。さらに、対向磁石８０は、開口８６のエッジに沿
うＳ極を与えるように配置され、第２磁石８２は、開口
８６の対向エッジに沿うＮ極を与えるように配置され
る。

【００３６】この配置は、開口８４を横切る第１磁界９
４を生じ、また、第２開口８６を横切る第２磁界９６を
生じる。磁界９４，９６は、開口８４，８６を渡って伸
びるマルチ−カプス形磁界を形成し、この磁界は、プラ
ズマの閉じ込めを向上させ、イオンビーム８８，９０内
に侵入する高エネルギー電子の数を減少させる。

【００３７】図２は、イオン源２６を示し、このイオン
源は、プラズマ電極７０とプラズマ閉じ込め室４９の他
の部分との間を電気的に接続する電源７２を有してい
る。電源７２は、プラズマ電極７０と閉じ込め室４９の
他の部分都の間の電気的なバイアスを作り出す。絶縁体
７４は、プラズマ電極７０をプラズマ閉じ込め室４９の
大部分から絶縁し、電気バイアスを作り出すことができ
る。一般的に、電源７２は、プラズマ閉じ込め室の側壁
に対してプラズマ電極をわずかに負のバイアスにする。
このバイアスは、約４ボルトである。プラズマ電極のわ
ずかに負となったバイアス電圧は、開口８４，８６を通
ってプラズマ室から離れる負のイオンを抑制する働きが
ある。

【００３８】図３は、図２の３−３線に沿って見たイオ
ン源２６の断面図を示す。特に、図３は、プラズマ電極
７０の例示的な断面図を示す。この図におけるプラズマ
電極７０は、互いにほぼ平行に配置した複数のスロット
形状の開口を含む。例えば、開口８４’は、軸線１００
の長さ方向に沿って細長く伸び、開口８６’は、軸線１
００に平行な軸線１０２の長さ方向に沿って細長く伸び
ている。開口８４’，８６’は、スロット形状で、断面
がリボンビーム形状のイオンビームを形成する。一般的
に、軸線１００に沿うスロット８４’の長さは、直交す
る軸線に沿って測った幅に対して少なくとも５０倍の大
きさである。図示の磁石７８，８０，８２は、細長い形
状である。各磁石は、スロット開口８４’，８６’の細
長いエッジに沿う１つの磁極を有する。

【００３９】図３に示すプラズマ電極７０は、プラズマ
電極内の偶数個の開口を含んでいる。偶数個の開口は、
奇数個の開口内に生じたイオンビームと比較してより均
一なイオンビームを供給する。

【００４０】図４は、断面図（図２の４−４線に沿って
見た場合のように）で見た別のプラズマ電極７０’の実
施形態である。プラズマ電極７０’は、イオン流が通過
する複数の円形開口１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ，１
０４ｄを含んでいる。開口１０４ａ〜１０４ｄは、軸線
１００に沿って直線上に並んでいる。プラズマ電極は、
イオン流が通過する第２の円形開口１０６ａ，１０６
ｂ，１０６ｃ，１０６ｄを有することができる。第２組
の円形開口１０６ａ〜１０６ｄも軸線１００に平行な軸
線１０２に沿って直線上に並んでいる。

【００４１】複数の開口１０４ａ〜１０４ｄは、軸線１
００に沿って所定の距離だけ離れている。それぞれの開
口によって形成されるイオンビームが加工物の表面でま
たはそれ以前に重なり合う。こうして、イオンビームを
形成する開口１０４ａ〜１０４ｄは、細長い開口８４’
によって形成されるイオンビームと同等の包絡線を有す
る。同様に、開口１０６ａ〜１０６ｄも軸線１０２に沿
ってある距離だけ離れており、そして、加工物の表面で
またはそれ以前に重なり合うイオンビームを形成し、さ
らに、開口８６’によって形成されたイオンビームに近
い包絡線を有する累積的なイオンビームを発生する。

【００４２】図４は、また、第１組の磁石１０８ａ，１
０８ｂ，１０８ｃ，１０８ｄを有するプラズマ電極７
０’を示し、これらの磁石は、それぞれ、開口１０４ａ
〜１０４ｄのエッジに沿うＮ極を形成するように配置さ
れている。第２組の磁石１１０ａ，１１０ｂ，１１０
ｃ，１１０ｄは、それぞれ、開口１０４ａ〜１０４ｄの
対向するエッジに沿うＳ極を形成するように配置されて
いる。磁石１１０ａ〜１１０ｄは、それぞれ、開口１０
６ａ，１０６ｂ，１０６ｃ，１０６ｄのエッジに沿うＮ
極を形成するように配置されている。更に、第３組の磁
石１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ，１１２ｄが、それぞ
れ、開口１０６ａ〜１０６ｄのエッジに沿うＳ極を形成
するように配置されている。

【００４３】開口１０４ａ〜１０４ｄに対する磁石１０
８ａ〜１０８ｄ及び１１０ａ〜１１０ｄの方向は、開口
１０４ａ〜１０４ｄを横切って伸びる一組の磁力線を形
成する。磁石１１０ａ〜１１０ｄ及び１１２ａ〜１１２
ｄの方向は、開口１０６ａ〜１０６ｄの組を横切って伸
びる磁力線の第２組を形成する。これらの磁力線は、開
口の列の延長線上にほぼ直交する方向（即ち、軸線１０
０及び１０２に対して直交する）に設けた開口を横切っ
て伸びている。さらに、これらの磁力線は、プラズマの
閉じ込めを向上させ、またイオンビームに侵入する高エ
ネルギー電子の数を減少する。

【００４４】図５において、別のプラズマ電極７０”の
断面図を示す。このプラズマ電極７０”軸線１００に沿
って伸びる第１組の円形開口１０４ａ〜１０４ｄと、軸
線１０２に沿って伸びる第２組の円形開口１０６ａ〜１
０６ｄを含む。プラズマ電極は、一組の磁石１２０ａ，
１２０ｂ，１２０ｃ，１２０ｄを含み、この磁石は、開
口１０４ａ〜１０４ｄを横切って伸び、かつ開口１０６
ａ〜１０６ｄを横切って伸びる磁力線を発生する。図４
との比較において、図５に示す磁力線は、開口の列の延
長線上にほぼ平行な方向（即ち、軸線１００及び１０２
に平行な）に開口を横切って伸びる。

【００４５】図６において、さらに別のプラズマ電極７
０”’の断面図が示されている。このプラズマ電極は、
軸線１００に沿って伸びる第１組の円形開口１０４ａ〜
１０４ｄと、軸線１０２に沿って伸びる第２組の円形開
口１０６ａ〜１０６ｄとを含む。プラズマ電極は、ま
た、一組の磁石１２１ａ，１２１ｂ，１２１ｃ，１２１
ｄを含み、これらの磁石は、開口１０４ａ〜１０４ｄを
横切って伸びかつ開口１０６ａ〜１０６ｄを横切って伸
びる磁力線を発生する。図６に示す磁力線は、軸線１０
０（または軸線１００にほぼ平行な配置された軸線１０
２）に対してほぼ角度θをなす方向にある開口を横切っ
て伸びている。

【００４６】図４ないし図６は、磁力線が、プラズマ電
極の開口の直線列に対して所定の角度をなして方向付け
ることができることを示している。従来の技術で引用し
た米国特許出願第０９／０１４４７２号で論じたよう
に、イオンビームにおける電流密度の均一化を向上させ
るために、プラズマ電極の開口の直線配列に対して所定
の角度で磁力線を配置させることが好ましい。

【００４７】したがって、本発明の一面においても、磁
界は、軸線１００に対して角度θをなすように方向付け
られており、このθは、０°よりも大きく９０°よりも
小さい角度であり、即ち、磁力線は、軸線１００に対し
て直交または平行な線のいずれでもない。

【００４８】図７は、図２のプラズマ電極の更に詳細を
示す。このプラズマ電極は、開口８４の相対向する側の
回りに配置された磁石７８，８０を含む。これらの磁石
は、プラズマ電極７０の一部分に含まれる。磁石７８
は、プラズマ電極７０の内面から金属ヨーク板１２４ａ
によって分離され、また、磁石８０は、プラズマ電極の
別の内面から第２の金属ヨーク板１２４ｂによって分離
されている。これらの金属ヨーク板１２４ａ，１２４ｂ
は、例えば、スチール等の金属から形成することができ
る。

【００４９】ここに示したプラズマ電極は、磁石７８に
隣接して取付けられる冷却チューブ１２２ａ，１２２ｂ
と、磁石８０に隣接して取付けられる冷却チューブ１２
２ｃ，１２２ｄとを含んでいる。冷却チューブ１２２
ａ，１２２ｂは、磁石７８からを逃がし、また、冷却チ
ューブ１２２ｃ，１２２ｄは、磁石８０から熱を逃が
す。冷却チューブ１２２ａ〜１２２ｄは、磁石７８，８
０から熱を逃がすために、例えば、水のような適当な冷
却流体を充填することができる。

【００５０】図８は、本発明に従う、参照符号７１で表
す別のプラズマ電極を示している。このプラズマ電極７
１は、第１，第２イオンビーム８８，９０を形成するた
めに第１開口８４と第２開口８６を含む。プラズマ電極
は、また、開口８４，８６を横切る磁界を形成するよう
に配置された磁石７８，８０，８２を含む。これらの磁
石７８，８０，８２は、Ｎ極とＳ極が磁石の長さ方向に
沿って並ぶように磁化される。

【００５１】しかし、磁石７８，８０，８２の配列は、
図２に示した配列とは異なっている。磁石７８，８０，
８２は、図２に示す同一の磁石の配列に対して、図面を
貫く軸線の回りに９０°回転している。これらの磁石
は、磁力線１３０，１３２，１３４，１３６を生じる。
例えば、磁力線１３０は、磁石７８のＮ極から磁石８０
のＳ極に伸び、磁力線１３２は、磁石８０のＮ極から磁
石７８のＳ極に向かって伸びている。また、磁力線１３
４は、磁石８２のＮ極から磁石８０のＳ極に伸び、磁力
線１３６は、磁石８０のＮ極から磁石８２のＳ極に伸び
ている。これらの磁力線１３０〜１３４は、プラズマ室
４９にプラズマを閉じ込める働きをし、イオンビーム８
８，９０に侵入する高エネルギー電子の数を減少させ
る。

【００５２】図８は、冷却チューブ１２６ａ，１２６
ｂ，１２６ｃのそれぞれに配置された磁石７８，８０，
８２を示す。冷却チューブ１２６ａ，１２６ｂ，１２６
ｃは、中空で、磁石７８，８０，８２の各表面上を冷却
流体が流れる通路を与える。冷却チューブは、銅製で作
られ、適当な冷却流体、例えば、水を充填することがで
き、磁石から熱を逃がす。冷却流体は、チューブを介し
て供給され、プラズマ電極７１に衝突するプラズマ粒子
によって熱せられる磁石を冷却するのに役立つ。

【００５３】以上の記載から明らかなように、本発明が
上述した目的を十分に達成できることがわかる。上記の
構成または添付する図面に示された内容は、例示的なも
のであり、かつ限定を意味するものあるので、上記構成
において、本発明の請求の範囲から逸脱しない変更が可
能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に従って構成されたイオン源を含むイオ
ン注入装置の斜視図である。

【図２】本発明に従うイオン源を一部断面で示した斜視
図である。

【図３】図２の線３−３に沿って見た、プラズマ電極の
断面図である。

【図４】別のプラズマ電極の構造を示す断面図である。

【図５】図２のイオン源に使用することができるプラズ
マ電極の上面図である。

【図６】本発明に従って使用される別のプラズマ電極構
造を示す上面図である。

【図７】図２のプラズマ電極の詳細を示す拡大断面図で
ある。

【図８】図２のプラズマ電極の他の面を説明するための
別の断面図である。

【符号の説明】

１０イオン注入装置１６ロードロック組立体２０プロセス室ハウジング２２プロセス室２６イオン源４９プラズマ閉じ込め室５２前壁７０プラズマ電極７２電源７４絶縁体７８，８０，８２磁石８４，８６開口８８，９０イオンビーム９４，９６磁界１２２ａ，１２２ｂ，１２２ｃ，１２２ｄ冷却チュー
ブ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 390033020 ＥａｔｏｎＣｅｎｔｅｒ，Ｃｌｅｖｅｌａｎｄ，Ｏｈｉｏ 44114，Ｕ．Ｓ．Ａ. (72)発明者マスィユーチャールズグインアメリカ合衆国マサチューセッツ 01970 サレムボードマンストリート６

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プラズマが発生しかつ壁部分(52)を形成す
るプラズマ電極(70)を含んでいるプラズマ閉込め室(49)
を有するイオン源(26)であって、前記プラズマ電極(70)は、イオンビーム(88)が前記プラ
ズマ閉じ込め室(49)から出るための少なくとも１つの開
口(84)を有しており、前記イオン源が、前記プラズマ電極(70)に連結され、前記プラズマ電極(7
0)内の開口(84)のエッジに沿って１つの磁極が形成され
るように配置した第１磁石(78)と、前記プラズマ電極(70)に連結され、かつイオンビーム(8
8)が通過する前記プラズマ電極(70)内の開口(84)を横切
る磁界が発生するように、前記プラズマ電極(70)におけ
る開口(84)の対向するエッジに沿って１つの対向磁極が
形成されるように配置された対向磁石(80)とを備えてい
ることを特徴とするイオン源。
【請求項２】プラズマ電極(70)をプラズマ閉じ込め室(4
9)の他の部分から電気的に絶縁する絶縁体(74)と、前記プラズマ閉じ込め室(49)の他の部分とプラズマ電極
(70)の間を電気的に接続し、前記プラズマ閉じ込め室(4
9)の他の部分に対して前記プラズマ電極(70)を負にバイ
アスする電源(72)とを更に備えていることを特徴とする
請求項１記載のイオン源。
【請求項３】開口を横切る磁界(94)は、１００ガウスよ
りも大きいことを特徴とする請求項１記載のイオン源。
【請求項４】プラズマ電極(70)の開口(84)は、１つのス
ロットであることを特徴とする請求項１記載のイオン
源。
【請求項５】スロットの長さは、その幅に対して少なく
とも５０倍の大きさであることを特徴とする請求項４記
載のイオン源。
【請求項６】プラズマ電極(70)は、互いに平行に整列し
た複数のスロット(84,86) を含んでいることを特徴とす
る請求項４記載のイオン源。
【請求項７】プラズマ電極(70)に偶数個のスロットを含
み、各スロットは、他のスロットに対して平行に配列さ
れていることを特徴とする請求項６記載のイオン源。
【請求項８】第１磁石(78)と対向磁石(80)は、長く伸
び、かつ共に、プラズマ電極(70)内のスロットの長さ方
向に沿って伸びていることを特徴とする請求項４記載の
イオン源。
【請求項９】プラズマ電極(70)は、軸線(100) に沿って
整列した複数の円形開口(104a 〜 104d)を含んでいるこ
とを特徴とする請求項４記載のイオン源。
【請求項１０】第１磁石(78)と対向磁石(80)は、磁界(9
4)が軸線(100) に対して角度θをなすように前記円形開
口に対して位置決められており、前記角度θは、０°よ
り大きく９０°より小さいことを特徴とする請求項９記
載のイオン源。
【請求項１１】プラズマ電極(70)に設けられ、前記第１
開口(84)との間に対向磁石(80)が配置されるように位置
決められる第２開口(86)と、前記プラズマ電極(70)に連結され、かつ対向磁石(80)と
第２磁石(82)が前記プラズマ電極(70)の第２開口を横切
る第２磁界(96)を形成するように、前記第２開口(86)の
エッジに沿って１つの磁極が現れるように配置した第２
磁石(82)とを更に含むことを特徴とする請求項１記載の
イオン源。
【請求項１２】第１磁石から熱を逃がすために、前記第
１磁石に隣接して取付けられた冷却チューブ(122a)を更
に含むことを特徴とする請求項１記載のイオン源。
【請求項１３】第１磁石(78)は、冷却流体を充填した中
空の冷却チューブ(122a)内に配置され、更に、この冷却
チューブは、プラズマ電極(70)に取付けられていること
を特徴とする請求項１記載のイオン源。
【請求項１４】第１磁石(78)とプラズマ電極(70)の内部
表面との間に配置された磁気ヨーク(124a)を更に含むこ
とを特徴とする請求項１記載のイオン源。
【請求項１５】プラズマが発生するプラズマ閉込め室(4
9)を有するイオン源に使用するプラズマ電極(70)であっ
て、このプラズマ電極(70)は、前記プラズマ閉込め室(49)の
壁部分(52)を形成し、かつイオンビーム(88)が前記プラ
ズマ閉じ込め室(49)から出るための少なくとも１つの開
口(84)を有しており、さらに、前記プラズマ電極(70)に連結され、前記プラズマ電極(7
0)内の開口(84)のエッジに沿って１つの磁極が形成され
るように配置した第１磁石(78)と、前記プラズマ電極(70)に連結され、かつイオンビーム(8
8)が通過する前記プラズマ電極(70)内の開口(84)を横切
る磁界が発生するように、前記プラズマ電極(70)におけ
る開口(84)の対向するエッジに沿って１つの対向磁極が
形成されるように配置された対向磁石(80)とを備えてい
ることを特徴とするプラズマ電極。
【請求項１６】プラズマ電極(70)の開口(84)は、１つの
スロットであることを特徴とする請求項１５記載のプラ
ズマ電極。
【請求項１７】スロットの長さは、その幅に対して少な
くとも５０倍の大きさであることを特徴とする請求項１
６記載のプラズマ電極。
【請求項１８】プラズマ電極(70)は、互いに平行に整列
した複数のスロット(84,86) を含んでいることを特徴と
する請求項１６記載のプラズマ電極。
【請求項１９】プラズマ電極(70)に偶数個のスロットを
含み、各スロットは、他のスロットに対して平行に配列
されていることを特徴とする請求項１８記載のプラズマ
電極。
【請求項２０】第１磁石(78)と対向磁石(80)は、長く伸
び、かつ共に、プラズマ電極(70)内のスロットの長さ方
向に沿って伸びていることを特徴とする請求項１６記載
のプラズマ電極。
【請求項２１】プラズマ電極(70)は、直線上に配列した
複数の円形開口(104a 〜 104d)を含んでいることを特徴
とする請求項１５記載のプラズマ電極。
【請求項２２】プラズマ電極(70)に設けられ、前記第１
開口(84)との間に対向磁石(80)が配置されるように位置
決められる第２開口(86)と、前記プラズマ電極(70)に連
結され、かつ対向磁石(80)と第２磁石(82)が前記プラズ
マ電極(70)の第２開口を横切る第２磁界(96)を形成する
ように、前記第２開口(86)のエッジに沿って１つの磁極
が現れるように配置した第２磁石(82)とを更に含むこと
を特徴とする請求項１５記載のプラズマ電極。