(57)【要約】【課題】絶縁不良が生じにくく、メンテナンスの頻度を低減することのできるイオン発生装置を提供すること。【解決手段】本発明にかかるイオン発生装置１００は、カソード孔１２、リペラ孔１４、ガス入口１６、およびイオン取出口１８を備えたアークチャンバ１０と、フィラメント２２およびサーマルブレイク２４を備え、カソード孔１２を介してアークチャンバ１０内に突出して設けられたカソード２０と、支柱３２および支柱３２の先端に設けられた反射板３４を備え、リペラ孔１４を介してアークチャンバ１０内に突出して設けられたリペラ３０と、を有し、サーマルブレイク２４および反射板３４は、アークチャンバ１０内で互いに対向しており、アークチャンバ１０は、カソード２０およびリペラ３０と電気的に絶縁されており、平面視において、リペラ孔１２は、反射板３４の輪郭の内側に形成される。【選択図】図１
2010073387.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カソード孔、リペラ孔、ガス入口、およびイオン取出口を備えたアークチャンバと、
フィラメントおよびサーマルブレイクを備え、前記カソード孔を介して前記アークチャンバ内に突出して設けられたカソードと、
支柱および前記支柱の先端に設けられた反射板を備え、前記リペラ孔を介して前記アークチャンバ内に突出して設けられたリペラと、
を有し、
前記サーマルブレイクおよび前記反射板は、前記アークチャンバ内で互いに対向しており、
前記アークチャンバは、前記カソードおよび前記リペラと電気的に絶縁されており、
平面視において、前記リペラ孔は、前記反射板の輪郭の内側に形成された、イオン発生装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記反射板は、平面視における前記アークチャンバと前記反射板との重複領域に、前記支柱の方向に向かって突出する第１バンクを有する、イオン発生装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
前記アークチャンバは、平面視における前記アークチャンバと前記反射板との重複領域に、前記アークチャンバの内側に向かって突出する第２バンクを有する、イオン発生装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか一項において、
前記反射板の前記サーマルブレイクに対向する面は、炭素系素材で構成された、イオン発生装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか一項において、
前記カソードは、前記リペラよりも上方に設けられた、イオン発生装置。
【請求項６】
カソード孔、リペラ孔、ガス入口、およびイオン取出口を備えたアークチャンバと、
フィラメントおよびサーマルブレイクを備え、前記カソード孔を介して前記アークチャンバ内に突出して設けられたカソードと、
前記リペラ孔を介して前記アークチャンバ内に突出して設けられたリペラと、
を有し、
前記サーマルブレイクおよび前記リペラは、前記アークチャンバ内で互いに対向しており、
前記アークチャンバは、前記カソードおよび前記リペラと電気的に絶縁されており、
前記カソードは、前記リペラよりも上方に設けられた、イオン発生装置。
【請求項７】
カソード孔、リペラ孔、ガス入口、およびイオン取出口を備えたアークチャンバと、
フィラメントおよびサーマルブレイクを備え、前記カソード孔を介して前記アークチャンバ内に突出して設けられたカソードと、
前記リペラ孔を介して前記アークチャンバ内に突出して設けられたリペラと、
を有し、
前記サーマルブレイクおよび前記リペラは、前記アークチャンバ内で互いに対向しており、
前記アークチャンバは、前記カソードおよび前記リペラと電気的に絶縁されており、
前記反射板の前記サーマルブレイクに対向する面は、炭素系素材で構成された、イオン発生装置。
【請求項８】
請求項７において、前記炭素系素材は、グラファイト、黒鉛またはカーボンブラックである、イオン発生装置。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８のいずれか一項に記載のイオン発生装置を備えた半導体プロセス用イオン注入装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の半導体プロセス用イオン注入装置を用いたイオン注入工程を有する半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン発生装置、半導体プロセス用イオン注入装置および半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造に供されるイオン注入装置などのようなイオンビームを発生させる装置には、該イオンを生成するためのイオン発生装置が備えられている。たとえば、特開平０９−０６３９８１号公報には、フィラメントから熱電子を放出させ、アークチャンバに導入したガス分子と熱電子とを反応させて所望のイオンを生成するイオン発生装置が開示されている。また、たとえば、特開２００１−１６７７０７号公報には、アークチャンバ内にフィラメントを露出させない形式として、フィラメントがカバーに覆われた傍熱型カソードイオン源が開示されている。
【０００３】
従来のイオン発生装置は、上述のようにアークチャンバと称するイオン発生室内で熱電子とガス分子を反応させて所望のイオンを発生させるものが主流であった。そして、このようなイオン発生装置では、通常、アークチャンバ内において、イオンだけでなく、反応の副生成物として導電性物質が発生していた。
【特許文献１】特開平０９−０６３９８１号公報
【特許文献２】特開２００１−１６７７０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
アークチャンバ内で発生する導電性物質は、アークチャンバの内面などに堆積し、装置の絶縁不良の原因となることがあった。しかも堆積した導電性物質は、形状がフレーク状であることが多く、装置の運転中に剥がれて装置内の他の部位に再付着することがあり、これによっても絶縁不良を起こすことがあった。絶縁不良が生じると、装置を運転することができなくなる。このような場合には装置を停止してメンテナンス作業を行う必要があった。そのため、例えば半導体等の製造プロセスで該イオン源を用いている場合には、長期間の連続動作が難しいため安定生産の障害となることがあった。
【０００５】
本発明者は、研究の結果、前述の導電性物質がアークチャンバとカソード、または、アークチャンバとリペラの間隙に堆積または再付着したときに絶縁不良を生じやすいという知見を得た。また、本発明者は、アークチャンバ内にフィラメントを覆うカバー（サーマルブレイク）に対向するリペラを設けた形式のイオン発生装置において、導電性物質が他の部位よりもリペラに多く堆積しているという知見を得た。
【０００６】
本発明のいくつかの態様にかかる目的の１つは、絶縁不良が生じにくく、メンテナンスの頻度を低減することのできるイオン発生装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明にかかるイオン発生装置は、
カソード孔、リペラ孔、ガス入口、およびイオン取出口を備えたアークチャンバと、
フィラメントおよびサーマルブレイクを備え、前記カソード孔を介して前記アークチャンバ内に突出して設けられたカソードと、
支柱および前記支柱の先端に設けられた反射板を備え、前記リペラ孔を介して前記アークチャンバ内に突出して設けられたリペラと、
を有し、
前記サーマルブレイクおよび前記反射板は、前記アークチャンバ内で互いに対向しており、
前記アークチャンバは、前記カソードおよび前記リペラと電気的に絶縁されており、
平面視において、前記リペラ孔は、前記反射板の輪郭の内側に形成される。
【０００８】
このようなイオン発生装置は、絶縁不良が生じにくく、メンテナンスの頻度を低減することができる。
【０００９】
本発明にかかるイオン発生装置において、
前記反射板は、平面視における前記アークチャンバと前記反射板との重複領域に、前記支柱の方向に向かって突出する第１バンクを有することができる。
【００１０】
本発明にかかるイオン発生装置において、
前記アークチャンバは、平面視における前記アークチャンバと前記反射板との重複領域に、前記アークチャンバの内側に向かって突出する第２バンクを有することができる。
【００１１】
本発明にかかるイオン発生装置において、
前記反射板の前記サーマルブレイクに対向する面は、炭素系素材で構成されることができる。
【００１２】
本発明にかかるイオン発生装置において、
前記カソードは、前記リペラよりも上方に設けられることができる。
【００１３】
本発明にかかるイオン発生装置は、
カソード孔、リペラ孔、ガス入口、およびイオン取出口を備えたアークチャンバと、
フィラメントおよびサーマルブレイクを備え、前記カソード孔を介して前記アークチャンバ内に突出して設けられたカソードと、
前記リペラ孔を介して前記アークチャンバ内に突出して設けられたリペラと、
を有し、
前記サーマルブレイクおよび前記リペラは、前記アークチャンバ内で互いに対向しており、
前記アークチャンバは、前記カソードおよび前記リペラと電気的に絶縁されており、
前記カソードは、前記リペラよりも上方に設けられている。
【００１４】
このようなイオン発生装置は、絶縁不良が生じにくく、メンテナンスの頻度を低減することができる。
【００１５】
本発明にかかるイオン発生装置は、
カソード孔、リペラ孔、ガス入口、およびイオン取出口を備えたアークチャンバと、
フィラメントおよびサーマルブレイクを備え、前記カソード孔を介して前記アークチャンバ内に突出して設けられたカソードと、
前記リペラ孔を介して前記アークチャンバ内に突出して設けられたリペラと、
を有し、
前記サーマルブレイクおよび前記リペラは、前記アークチャンバ内で互いに対向しており、
前記アークチャンバは、前記カソードおよび前記リペラと電気的に絶縁されており、
前記反射板の前記サーマルブレイクに対向する面は、炭素系素材で構成されている。
【００１６】
このようなイオン発生装置は、絶縁不良が生じにくく、メンテナンスの頻度を低減することができる。
【００１７】
本発明にかかるイオン発生装置において、
前記炭素系素材は、グラファイト、黒鉛またはカーボンブラックであることができる。
【００１８】
本発明にかかる半導体プロセス用イオン注入装置は、
上述のイオン発生装置を備えている。
【００１９】
本発明にかかる半導体装置の製造方法は、
上述の半導体プロセス用イオン注入装置を用いたイオン注入工程を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本発明の一例を説明するものである。
【００２１】
１．イオン発生装置
図１は、本実施形態の一例であるイオン発生装置１００を模式的に示す断面図である。
【００２２】
本実施形態のイオン発生装置１００は、アークチャンバ１０と、カソード２０と、リペラ３０と、を有する。
【００２３】
アークチャンバ１０は、図１に示すように、カソード孔１２、リペラ孔１４、ガス入口１６、およびイオン取出口１８を備えている。アークチャンバ１０は、その内部に、ガス入口１６を介して導入されたガスを、カソード２０から放出された電子と反応させてイオン化するための空間１を有している。アークチャンバ１０の形状は、図示の例では矩形の断面を有するように描かれているが、他の形状であってもよい。アークチャンバ１０は、一体的に形成されてもよく、また、複数の部品を組み立てて形成されていてもよい。アークチャンバ１０は、イオン発生装置１００の陽極としての機能を有することができる。したがって、アークチャンバ１０は、カソード２０およびリペラ３０と電気的に絶縁されている。アークチャンバ１０は、少なくとも内壁面が導電性の材料で構成される。アークチャンバ１０は、全体が導電性の材料で構成されてもよい。また、アークチャンバ１０は、耐熱性を有する材料で形成されることが好ましい。アークチャンバ１０の材質としては、たとえば、モリブデン、タングステン、タンタル等の融点の高い金属で形成されることが好ましい。アークチャンバ１０は、内壁にライナーを有していてもよい。ライナーの材質としては、たとえば、炭素系素材が挙げられ、グラファイトなどが好適である。
【００２４】
カソード孔１２は、外部からアークチャンバ１０の内部へ貫通するアークチャンバ１０に設けられた開口である。カソード孔１２は、リペラ孔１４とアークチャンバ１０の中心部付近を臨んで対向する位置に設けられる。カソード孔１２には、カソード２０が設けられる。カソード孔１２は、アークチャンバ１０が、カソード孔１２を貫通するカソード２０と接触しないような形状に形成される。カソード孔１２の平面的な大きさおよび平面的な形状はカソード２０とアークチャンバ１０とが接触しないかぎり任意である。
【００２５】
リペラ孔１４は、外部からアークチャンバ１０の内部へ貫通するアークチャンバ１０に設けられた開口である。リペラ孔１４は、カソード孔１２とアークチャンバ１０の中心部付近を臨んで対向する位置に設けられる。リペラ孔１４には、リペラ３０が設けられる。リペラ孔１４は、アークチャンバ１０が、リペラ孔１４を貫通するリペラ３０と接触しないような形状に形成される。リペラ孔１４は、リペラ孔１４の輪郭が、平面視において、後述する反射板３２の輪郭の内側になるように形成される。換言すると、リペラ孔１４は、アークチャンバ１０の内側からリペラ孔１４を平面的に見たときに、リペラ３０の反射板３２によってリペラ孔１４が隠される形状を有する。すなわち、アークチャンバ１０の内側から平面的にリペラ３０を見たときに、リペラ３０とアークチャンバ１０との間隙は、反射板３２の影になっている。そのため、イオン発生装置１００を動作させた際に、リペラ３０の表面、アークチャンバ１０の内壁またはカソード２０の表面などに堆積した導電性物質が、剥がれてアークチャンバ１０内に飛散したときに、リペラ３０とアークチャンバ１０との間隙に入り込みにくい形状になっている。これにより、リペラ３０およびアークチャンバ１０の間の電気的な絶縁が保たれやすく、絶縁不良を生じにくくすることができる。
【００２６】
ガス入口１６は、外部からアークチャンバ１０の内部へ貫通するアークチャンバ１０に設けられた開口である。ガス入口１６が形成される位置は、任意であるが、アークチャンバ１０の中心付近にガスが到達しやすいように設けられることが好ましい。ガス入口１６は、複数形成されてもよい。またガス入口１６には、図中に破線で示したように配管などが挿入されて形成されてもよい。ガス入口１６を通じて、ＢＦ３、ＡｓＨ３、ＰＨ３、ＧｅＦ４、ＳｉＦ４などのガスを外部からアークチャンバ１０内に供給することができる。
【００２７】
イオン取出口１８は、アークチャンバ１０を貫通してアークチャンバ１０に設けられた開口である。イオン取出口１８は、アークチャンバ１０内で生成したイオンを外部に引き出すための開口である。イオン取出口１８は、外部からアークチャンバ１０内の空間１を臨むことができるように形成されることが好ましい。イオン取出口１８が設けられる位置は任意であるが、図１に示すようにカソード２０とリペラ３０が対向する方向に垂直な方向に設けられることがより好ましい。イオン取出口１８の大きさおよび形状は、アークチャンバ１０内でイオンを発生させることに支障がないかぎり任意である。
【００２８】
カソード２０は、アークチャンバ１０のカソード孔１２に設けられる。カソード２０は、アークチャンバ１０と電気的に絶縁される。カソード２０は、たとえば、図１に示すように、アークチャンバ１０に碍子４２、支持具４４等を介して固定される。碍子４２および支持具４４の材質は、耐熱性および絶縁性を有するかぎり任意である。カソード２０は、アークチャンバ１０内に突出するように固定される。カソード２０は、アークチャンバ１０内に熱電子を供給する機能を有する。カソード２０は、フィラメント２２とサーマルブレイク２４とを備えている。本実施形態のカソード２０は、アークチャンバ１０内にフィラメント２２が露出していない。したがって、アークチャンバ１０内の熱電子は、カソード２０のサーマルブレイク２４の表面から供給される。このようなカソード２０を有するイオン発生装置１００は、傍熱型と称して分類されることがある。
【００２９】
フィラメント２２は、カソード２０のサーマルブレイク２４の内側に設けられる。フィラメント２２は、アークチャンバ１０内の空間１に対して露出していない。フィラメント２２は、たとえば図示のように支持具４４を貫通しており、必要に応じて碍子４２等を用いて固定される。フィラメント２２としては、サーマルブレイク２４を加熱することができるかぎり任意のものを用いることができる。たとえば、フィラメント２２は、サーマルブレイク２４に接触していなくても、輻射熱や熱電子をサーマルブレイク２４の内側からサーマルブレイク２４に供給することによってサーマルブレイク２４を加熱する形式であってもよい。また、フィラメント２２は、適宜な絶縁体を介してサーマルブレイク２４に接触していてもよく、この場合は熱伝導等によってサーマルブレイク２４が加熱される。フィラメント２２は、図示の例では屈曲した形状を有しているが、このような形状には限定されない。フィラメント２２は、図示しない外部電源に適宜接続される。フィラメント２２の材質は、電流を流すことによって発熱し、その熱によって溶融しない程度の耐熱性を有するものであれば特に制限がない。フィラメント２２の材質としては、タングステンなどが挙げられる。
【００３０】
サーマルブレイク２４は、フィラメント２２を覆うように設けられる。図示の例ではサーマルブレイク２４は、支持具４４に固定されている。また、サーマルブレイク２４は、フィラメント２２と、絶縁体（図示せず）などを介して接触し、フィラメント２２によって支持されていてもよい。サーマルブレイク２４は、カソード２０の一部であるため、アークチャンバ１０と電気的に絶縁されている。サーマルブレイク２４は、うつわ状（カップ状）の形状を有している。サーマルブレイク２４は、一体的に形成されてもよく、また、複数の部品を組み合わせて形成されていてもよい。サーマルブレイク２４は、アークチャンバ１０内の空間１に対して熱電子を供給することができる。サーマルブレイク２４の熱電子供給面２４ａ（空間１に向かう面）は、リペラ３０の反射板３４に対向している。サーマルブレイク２４の少なくとも熱電子供給面２４ａは、熱電子を発生しやすくかつ耐熱性を有する材料で形成される。サーマルブレイク２４の全体が熱電子を発生しやすくかつ耐熱性を有する材料で形成されていてもよい。そのような材料としては、たとえば、タングステン、タンタル、モリブデンなどを例示することができる。なお、サーマルブレイク２４は、種々の変形が可能であり、その変形例については後述する。
【００３１】
リペラ３０は、アークチャンバ１０のリペラ孔１４に設けられる。リペラ３０は、アークチャンバ１０と電気的に絶縁される。リペラ３０は、たとえば、図１に示すように、アークチャンバ１０に碍子４２、支持具４６等を介して固定される。リペラ３０は、アークチャンバ１０内に突出するように固定される。リペラ３０は、カソード２０から浮遊してきた熱電子を反射する機能を有する。すなわち、リペラ３０は、アークチャンバ１０内にカソード２０から供給された熱電子を、空間１の領域に富化させる機能を有する。したがってリペラ３０は、少なくとも空間１に向かう面３４ａが導電性を有し、外部と電気的に接続され、正の電位が与えられる構成となっている。本実施形態では、リペラ３０は、支柱３２と支柱３２の先端に設けられた反射板３４とを備えている。
【００３２】
支柱３２は、アークチャンバ１０を貫通するように設けられる。そしてアークチャンバ１０の内側にある支柱３２の先端に、反射板３４が取り付けられる。支柱３２の根本側は、支持具４６に接続され、支持具４６は、碍子４２を介してアークチャンバ１０に固定されている。支柱３２および支持具４６は、導電性を有することができ、これらを介して反射板３２を外部と電気的に接続することができる。支柱３２は、内部が空洞であってもよい。なお、支柱３２および支持具４６は、絶縁性の材料で形成することも可能で、その場合は、図示しない導線等により、反射板３２が外部と電気的に接続されることができる。支柱３２は、必ずしも内部が特定の物質で充填されている必要はない。支柱３２の形状は、リペラ孔１４においてアークチャンバ１０と接触しないかぎり任意である。支柱３２の材質としては、たとえば、タングステンなどを用いることができる。
【００３３】
反射板３４は、支柱３２の先端（アークチャンバ１０側の端）に設けられる。反射板３４は、支柱３２と一体的であっても別体であってもよい。反射板３４が支柱３２と別体である場合には、反射板３４は、ねじ止めや、図示しない治具を用いて支柱３２の先端に固定されることができる。反射板３４は、一方の面（反射面３４ａ）（空間１に向かう面）がカソード２０のサーマルブレイク２４の熱電子供給面２４ａに対向するように設けられる。反射板３４は、リペラ３０の一部であるため、アークチャンバ１０と電気的に絶縁されている。反射板３４の形状は、図示の例では平板状であるがこれに限定されない。反射板３４は、アークチャンバ１０内の空間１の方向に熱電子を反射させることができる。反射板３４の少なくとも反射面３４ａは、電子を反射しやすく（導電性を有し）かつ耐熱性を有する材料で形成される。そのような材料としては、たとえば、タングステン、タンタル、モリブデン、導電性の炭素系素材などを例示することができる。
【００３４】
反射板３４は、リペラ孔１４の説明において既に述べたが、平面視において、リペラ孔１４が、反射板３４の輪郭の内側にあるような形状を有する。換言すると、反射板３４は、アークチャンバ１０の内側から反射板３４側を見たときに、リペラ孔１４が隠される形状を有する。すなわち、アークチャンバ１０の内側から平面的に反射板３４を見たときに、リペラ３０とアークチャンバ１０との間隙は、反射板３２の影になって見えない。したがって、反射板３４は、リペラ３０とアークチャンバ１０との間隙に対して導電性物質を入り込ませないための物理的な遮蔽板（ひさし、傘などのような）の役割を果たす。そのため、イオン発生装置１００を動作させた際に、リペラ３０の表面、アークチャンバ１０の内壁またはカソード２０の表面などに堆積した導電性物質が、剥がれてアークチャンバ１０内に飛散したときに、リペラ３０とアークチャンバ１０との間隙に入り込みにくくなる。これにより、リペラ３０およびアークチャンバ１０の間の電気的な絶縁が保たれやすく、絶縁不良を生じにくくすることができ、メンテナンスの頻度を低減することができる。なお、反射板３４は、種々の変形が可能であり、その変形例については後述する。
【００３５】
また、発明者の研究によりリペラ３０には他の部位より多くの導電性物質が堆積することが判明している。一方、発明者の研究により、炭素系素材は、導電性物質が堆積しにくい素材であることが分かっているため、反射板３４の少なくとも反射面３４ａは、炭素系素材を用いて形成されることがより好ましい。また、反射板３４全体や、リペラ３０全体を炭素系素材で構成することも好適である。なお、リペラ３０を炭素系素材で構成する場合は、導電性物質の発生自体が抑制されることから、リペラ３０（反射板３４）およびリペラ孔１４の形状は、必ずしも上述した形状でなくとも、絶縁不良が生じにくくなる。さらに、アークチャンバ１０の内壁面についても、炭素系素材で構成することがさらに好ましい。ここで述べている炭素系素材の具体例としては、グラファイト、黒鉛、カーボンブラックなどを挙げることができる。このようにすれば、アークチャンバ１０内で、ガスをイオン化する際に生成した副生成物が、前記各部材に堆積することを抑制することができる。
【００３６】
また、以上説明したように、リペラ３０には他の部位より多くの導電性物質が堆積することから、導電性物質は、リペラ３０から剥がれて飛散することが多い。このような剥がれて飛散した導電性物質は、重力の影響を受ける。そのため、カソード２０は、リペラ３０よりも上方に設けられることがより好ましい。すなわち、カソード２０とリペラ３０とが水平に対向する状態よりもカソード２０が高い位置にリペラ３０が低い位置に設けられることが好ましい。このようにすれば、カソード２０と、アークチャンバ１０との間隙に、リペラ３０から剥がれた導電性物質が落下することを抑制することができる。これにより、カソード２０およびアークチャンバ１０の間の電気的な絶縁が保たれやすく、絶縁不良をより生じにくくすることができ、メンテナンスの頻度を低減することができる。なお、カソード２０がリペラ３０よりも上方に設けられる場合は、カソード２０と、アークチャンバ１０との間隙へ導電性物質が落下することが抑制されることから、リペラ３０（反射板３４）およびリペラ孔１４の形状は、必ずしも上述した形状でなくとも、絶縁不良が生じにくくなる。
【００３７】
２．イオン発生装置の動作等
本実施形態のイオン発生装置１００は、以下のように動作させることができる。
【００３８】
イオン発生装置１００は、アークチャンバ１０内の空間１が減圧空間となるように、たとえば、全体が真空チャンバに格納される。イオン発生装置１００の内部または外部には、アークチャンバ１０内の荷電粒子の運動等を制御するために、適宜磁石等を設置して磁場を形成することができる。イオン発生装置１００のイオン取出口１８の外側には、イオン発生装置１００内で発生したイオンをイオン取出口１８から引き出すための加速電極を配置することができる。これらような構成を有すれば、イオン発生装置１００で発生され、加速されたイオンを取り出すことができる。
【００３９】
イオンを発生させる際には、アークチャンバ１０の電位を正とし、カソード２０、およびリペラ３０の電位を負に設定する。この状態でフィラメント２２に電流を流しサーマルブレイク２４が加熱されると、サーマルブレイク２４の熱電子供給面２４ａから熱電子が空間１に向かって放出される。アークチャンバ１０に直接達しない熱電子は、負の電位を有する反射板３４によって反射され、また引き続き負の電位を有するサーマルブレイク２４によって反射される。このように電子が振動を繰り返している状態で、ガス入口１６からガスが導入される。あるいは、ガスを導入した状態で熱電子を発生させてもよい。そうすると、ガス分子が分解され原子がイオン化されて所望のイオンを発生させることができる。このような反応は、ガス分子がプラズマとなって電離した状態を経由して原子がイオン化されているものと考えられている。なお便宜上、正および負の電位として説明したが、電位の高低は相対的なものであるため、熱電子が放出される条件の範囲内であって、アークチャンバ１０の電位がカソード２０およびリペラ３０よりも高ければ上記の動作は可能である。
【００４０】
３．変形例
本実施形態のイオン発生装置１００は、種々の変形が可能である。以下にいくつかの変形例を述べる。図２は、変形例のイオン発生装置２００の要部を模式的に示す断面図である。図３は、イオン発生装置２００の要部を平面的に見た模式図である。図４は、他の変形例のイオン発生装置３００の要部を模式的に示す断面図である。図５は、イオン発生装置３００の要部を平面的に見た模式図である。図６は、さらに他の変形例のイオン発生装置４００の要部を模式的に示す断面図である。
【００４１】
図２および図３に示す変形例のイオン発生装置２００は、リペラ３０の反射板３４に第１バンク３６が設けられる以外は、上述のイオン発生装置１００と同様である。第１バンク３６以外の構成については、上述したと同様であるため説明を省略する。
【００４２】
第１バンク３６は、図２に示すように、反射板３４の支柱３２側の面に設けられる。第１バンク３６は、図３に示すように、平面視において、アークチャンバ１０と反射板３４とが重複している領域に設けられる。例えば、反射板３４の輪郭に沿って第１バンク３６が設けられる。なお図３において、アークチャンバ１０と反射板３４とが重複している領域には、ハッチングが施されている。第１バンク３６は、閉じたリング状に形成されることが好ましい。第１バンク３６の断面形状は、図示の例では矩形であるが、これに限定されない。第１バンク３６は、アークチャンバ１０の内部から、アークチャンバ１０とリペラ３０の支柱３２の間隙に通じる空間を狭窄する機能を有する。第１バンク３６の材質は任意であり、たとえば、反射板３４と同じ材質であってもよい。また、第１バンク３６がアークチャンバ１０の内壁に近接する場合には、第１バンク３６は、導電性を有さない材料で形成されることが好ましい。このような材質としては、たとえば、セラミックが挙げられる。
【００４３】
本変形例のイオン発生装置２００は、第１バンク３６が設けられることにより、イオン発生装置２００を動作させた際、リペラ３０の表面、アークチャンバ１０の内壁またはカソード２０の表面などに堆積した導電性物質が、剥がれてアークチャンバ１０内に飛散したときに、リペラ３０とアークチャンバ１０との間隙にさらに入り込みにくくなっている。これにより、リペラ３０およびアークチャンバ１０の間の電気的な絶縁がより保たれやすく、絶縁不良を一層生じにくくすることができ、メンテナンスの頻度を低減することができる。
【００４４】
図４および図５に示す他の変形例のイオン発生装置３００は、アークチャンバ１０のリペラ孔１４の周囲に第２バンク１９が設けられる以外は、上述のイオン発生装置１００と同様である。第２バンク１９以外の構成については、上述したと同様であるため説明を省略する。
【００４５】
第２バンク１９は、図４に示すように、アークチャンバ１０のリペラ孔１４の周囲にアークチャンバ１０の内側に向かって突出するように設けられる。具体的には、図４では、アークチャンバ１０のリペラ孔１４の輪郭に沿って、第２バンク１９は設けられる。第２バンク１９は、図５に示すように、平面視において、アークチャンバ１０と反射板３４とが重複している領域に設けられる。なお図５において、アークチャンバ１０と反射板３４とが重複している領域には、ハッチングが施されている。第２バンク１９は、リング状に形成されることが好ましい。第２バンク１９の断面形状は、図示の例では矩形であるが、これに限定されない。第２バンク１９は、アークチャンバ１０の内部から、アークチャンバ１０とリペラ３０の支柱３２の間隙に通じる空間を狭窄する機能を有する。第２バンク１９の材質は任意であり、たとえば、アークチャンバ１０と同じ材質であってもよい。また、第２バンク１９が反射板３４に近接する場合には、第２バンク１９は、導電性を有さない材料で形成されることが好ましい。このような材質としては、たとえば、セラミックが挙げられる。なお、図示のイオン発生装置３００は、第１バンク３６および第２バンク１９の双方が設けられている例であるが、第２バンク１９の１方のみが設けられていてもよい。また、図示のイオン発生装置３００は、平面的に見て、第１バンク３６の内側に第２バンク１９が設けられているが、第２バンク１９の内側に第１バンク３６が設けられていてもよい。
【００４６】
本変形例のイオン発生装置３００は、第２バンク１９が設けられることにより、イオン発生装置３００を動作させた際、リペラ３０の表面、アークチャンバ１０の内壁またはカソード２０の表面などに堆積した導電性物質が、剥がれてアークチャンバ１０内に飛散したときに、リペラ３０とアークチャンバ１０との間隙にさらに入り込みにくくなっている。これにより、リペラ３０およびアークチャンバ１０の間の電気的な絶縁がより保たれやすく、絶縁不良を一層生じにくくすることができ、メンテナンスの頻度を低減することができる。
【００４７】
図６に示す変形例のイオン発生装置４００は、カソード２０のサーマルブレイク２４が、筒体２６と、蓋状体２８とから構成される以外は、上述のイオン発生装置１００と同様である。サーマルブレイク２４以外の構成については、上述したと同様であるため説明を省略する。
【００４８】
本変形例のイオン発生装置４００のサーマルブレイク２４は、筒体２６と、蓋状体２８とから構成される。本例においても、サーマルブレイク２４は、カソード２０の一部であるため、アークチャンバ１０と電気的に絶縁されている。その他、サーマルブレイク２４の配置、形状、機能および材質に関しては、既述のとおりである。
【００４９】
筒体２６は、フィラメント２２の周囲を囲むように設けられる。そしてアークチャンバ１０の内側にある筒体２６の先端に、蓋状体２８が取り付けられる。筒体２６の根本側は、支持具４４に接続され、支持具４４は、碍子４２を介してアークチャンバ１０に固定されている。筒体２６は、絶縁性の材料で形成することも可能である。筒体２６は、導電性を有していてもよい。筒体２６が導電性を有する場合は、フィラメント２２と筒体２６とは電気的に絶縁される。筒体２６の形状は、カソード孔１２においてアークチャンバ１０と接触しないかぎり任意である。筒体２６の材質としては、たとえば、タングステン、タンタル、モリブデン、または各種のセラミックなどを用いることができる。
【００５０】
蓋状体２８は、筒体２６の先端に、筒体２６の開口に蓋をするように設けられる。蓋状体２８は、アークチャンバ１０内の空間１に対して熱電子を供給することができる。蓋状体２８の熱電子供給面２８ａ（２４ａ）（空間１に向かう面）は、リペラ３０の反射板３４に対向している。蓋状体２８の熱電子供給面２８ａは、熱電子を発生しやすくかつ耐熱性を有する材料で形成される。そのような材料としては、たとえば、タングステン、タンタル、モリブデンなどを例示することができる。
【００５１】
蓋状体２８は、ねじ止めや、図示しない治具を用いて筒体２６の先端に固定されることができる。蓋状体２８の形状は、図示の例では平板状であるがこれに限定されない。蓋状体２８は、平面視において、カソード孔１２が、蓋状体２８の輪郭の内側にあるような形状を有する。換言すると、蓋状体２８は、アークチャンバ１０の内側から蓋状体２８側を見たときに、カソード孔１２が隠される形状を有する。すなわち、アークチャンバ１０の内側から平面的に蓋状体２８を見たときに、カソード２０とアークチャンバ１０との間隙は、蓋状体２８の影になって見えない。したがって、蓋状体２８は、カソード２０とアークチャンバ１０との間隙に対して導電性物質を入り込ませないための物理的な遮蔽板（ひさし、傘などのような）の役割を果たす。そのため、イオン発生装置１００を動作させた際に、リペラ３０の表面、アークチャンバ１０の内壁またはカソード２０の表面などに堆積した導電性物質が、剥がれてアークチャンバ１０内に飛散したときに、カソード２０とアークチャンバ１０との間隙に入り込みにくくなる。これにより、カソード２０およびアークチャンバ１０の間の電気的な絶縁が保たれやすく、絶縁不良を生じにくくすることができ、メンテナンスの頻度を低減することができる。
【００５２】
なお、蓋状体２８およびアークチャンバ１０は、さらに変形が可能であり、たとえば、上述した、リペラ３０における反射板３４に設置可能な第１バンク３６や、アークチャンバ１０のリペラ孔の周囲に設置可能な第２バンク１９と同様に、各種のバンクを形成することができる。このようにすれば、イオン発生装置を動作させた際、リペラ３０の表面、アークチャンバ１０の内壁またはカソード２０の表面などに堆積した導電性物質が、剥がれてアークチャンバ１０内に飛散したときに、カソード２０とアークチャンバ１０との間隙にさらに入り込みにくくすることができる。これにより、カソード２０およびアークチャンバ１０の間の電気的な絶縁がより保たれやすく、絶縁不良をさらに生じにくくすることができ、メンテナンスの頻度を低減することができる。
【００５３】
４．半導体プロセス用イオン注入装置
以下に、本実施形態のイオン発生装置を備えた半導体プロセス用イオン注入装置の一例について述べる。本実施形態にかかる半導体プロセス用イオン注入装置は、上述のイオン発生装置を備えている。本実施形態の半導体プロセス用イオン注入装置の一例としては、少なくとも、イオンビーム発生部、質量分析部、ビーム走査部、およびウエハ操作部を有している。
【００５４】
イオンビーム発生部は、上述のイオン発生装置と、イオン取出口からイオンを引き出す引出電極と、引き出されたイオンを加速する加速電極とを有している。質量分析部は、イオンビーム発生部から発生され加速されたイオンビームを、質量および電荷によって分離するための分析マグネットと、イオンビームの経路を規制する遮蔽板および／または絞りとを有している。ビーム走査部は、該イオンビームを走査するための走査マグネットと、必要に応じてスリットや絞りとを有している。ウエハ操作部は、イオン注入の対象である半導体ウエハをイオンビームの経路に移動する機構を有している。なお、ビーム走査部によってビームを走査しなくても、ウエハ操作部によってウエハをイオンビームに対して走査するものであってもよい。そして、イオンビームが発生されて半導体ウエハに至るまでの経路は、所定の真空度に保たれている。
【００５５】
このような半導体プロセス用イオン注入装置は、本実施形態のイオン発生装置を有する。そのため、リペラ３０およびアークチャンバ１０の間の電気的な絶縁が保たれやすく、絶縁不良を生じにくくすることができ、メンテナンスの頻度が低く、安定した長期間の運転が可能である。そのため、製造プロセスのメンテナンスによる中断が減少し、製造プロセスの経済性を向上することができる。
【００５６】
５．半導体装置の製造方法
本実施形態にかかる半導体装置の製造方法は、上述の半導体プロセス用イオン注入装置を用いたイオン注入工程を有する。半導体装置の製造において、イオン注入工程は広範に行われている。たとえば、半導体基板にＭＯＳ構造を有する電界効果型トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）は、半導体装置に形成される基本的な素子であるが、イオン注入工程は、ＭＯＳＦＥＴのチャネルの形成や、ソース／ドレインの形成に適用される。また、バイポーラトランジスタのｐｎ接合の形成、レトログレイドウェルの形成、および埋め込み酸化膜の形成など広範な半導体装置の製造において、イオン注入工程が行われる。
【００５７】
本実施形態にかかる半導体装置の製造方法は、このようなイオン注入工程を上述の半導体プロセス用イオン注入装置を用いて行うことに特徴を有している。本実施形態にかかる半導体装置の製造方法に用いる半導体プロセス用イオン注入装置は、メンテナンスの頻度が低い。そのため、本実施形態の半導体装置の製造方法によれば、長期間にわたって安定して所望の半導体装置を製造することが可能である。
【００５８】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、さらに種々の変形が可能である。たとえば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成（たとえば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成または同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】実施形態のイオン発生装置１００を模式的に示す断面図。
【図２】変形例のイオン発生装置２００の要部を模式的に示す断面図。
【図３】イオン発生装置２００の要部を平面的に見た模式図。
【図４】変形例のイオン発生装置３００の要部を模式的に示す断面図。
【図５】イオン発生装置３００の要部を平面的に見た模式図。
【図６】変形例のイオン発生装置４００の要部を模式的に示す断面図。
【符号の説明】
【００６０】
１  空間、１０  アークチャンバ、１２  カソード孔、１４  リペラ孔、
１６  ガス入口、１８  イオン取出口、１９  第２バンク、２０  カソード、
２２  フィラメント、２４  サーマルブレイク、２６  筒体、２８  蓋状体、
３０  リペラ、３２  支柱、３４  反射板、３６  第１バンク、４２  碍子、
４４，４６  支持体、１００，２００，３００，４００  イオン発生装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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