(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料ガスからイオンビ−ムを生成するイオン源と、イオン源の直前に設けられイオン源との間に引出電圧Ｖｅを与えることによってイオンビ−ムを引き出す引出電極と、イオン源で生成されたイオンビ−ムを輸送するビーム輸送系と、イオン源とそれに続くビーム輸送系の一部を包囲する高電圧ボックスと、高電圧ボックスに選択的に加速電圧Ｖａｃｃを与える加速電源と、イオン源とイオン源に選択的に正の減速電圧Ｖｄｅｃを与える減速電源と、ビーム輸送系に設けられ有孔電極と絶縁部よりなりビームを減速する減速専用領域と、ビーム輸送系に設けられ有孔電極と絶縁部よりなりビームを加速する加速専用領域と、減速専用領域の両端を選択的に短絡するスイッチと、加速専用領域の両端を選択的に短絡するスイッチと、ビーム輸送系の先に設けられ接地電位であって試料にイオンビ−ムを注入する大地部処理室とを含み、高エネルギーのイオンビ−ムを注入する場合は、加速電圧Ｖａｃｃを高電圧ボックスに印加し、減速専用領域の両端を短絡し、加速管両端に加速電圧Ｖａｃｃがかかり加速管でイオンビ−ムを加速することとし、低エネルギーのイオンビ−ムを注入する場合は、Ｖｄｅｃ＜Ｖｅとし、減速電圧Ｖｄｅｃをイオン源に与え、高電圧ボックスと引出電極の電圧を負電圧である（Ｖｄｅｃ−Ｖｅ）とし減速管の両端に負電圧である（Ｖｄｅｃ−Ｖｅ）が印加され減速管でイオンビ−ムを減速するようにしたことを特徴とするイオン注入装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、イオン注入装置のビーム輸送系に設けられる加速管、減速管に関する。イオン注入装置は、イオン源、加速部、質量分離、ビーム走査部、試料支持部などよりなる。イオン源は原料ガスを放電などによって励起しプラズマにしイオンビームとして引き出す機構である。加速部はイオンビームを所望のエネルギーまで加速する部分である。これが本発明の対象になる部分である。質量分離部はイオンビームから所望の質量のイオンのみを選んでそのほかのイオンを排除する部分である。これはない場合もある。質量分離と加速部の順序を反対にすることもある。
【０００２】
ビーム走査部は、細いイオンビームを一次元的あるは二次元的に振る部分である。ビームの径は小さく、試料（ウェファ）は広いのでビームを走査する必要がある。試料支持部は試料を加熱あるいは冷却して支持する部分である。これも左右に走査する事もある。ビーム走査が一次元だと支持部はこれと直交する方向に走査しなければならない。
【０００３】
イオン源の引き出し電圧をＶｅとする。所望のイオンビームのエネルギーをＶｃとすると、不足分Ｖａｃｃだけ加速しなければならない。Ｖａｃｃ＝Ｖｃ−Ｖｅである。引き出し電圧は原料ガスによってある程度の枠がある。それに対して注入のエネルギーに対する要求は様々である。多くの場合は引き出し電圧よりも、注入電圧Ｖｃが大きいから加速することが多い。
【０００４】
しかしＶｃ＜Ｖｅの場合もある。低エネルギーのイオンを浅く試料表面に注入する場合である。引き出し電圧を初めからＶｃに一致させれば良いように思えるが、Ｖｃが小さすぎる場合、Ｖｅに合致させるとイオンビームを引き出せなくなる。Ｖｅには下限がある。それよりＶｃが小さいとイオン源から引き出したビームを減速する必要がある。
【０００５】
【従来の技術】
従来のイオン注入装置において、加速管は加速管という名前の通り加速に重点がある。電極形状は加速時にビームの輸送効率が高くなるように工夫してある。実際試料にビームを注入する場合、かなり高いエネルギーで注入しなければならないことが多いし、イオン源での引き出し電圧はあまり高くないことが多い。すると、加速管によって加速しなければならない。殆どの場合はビームを加速する。だから加速管の電極配置や構造は加速に好適なようになっている。加速する場合にビームが広がらないような電極の形状構造に工夫がなされる。
【０００６】
しかしたまに減速したい場合もある。ことさら減速管というものは現在のイオン注入装置にはないから、その場合加速管の電極に反対の電圧を掛けて減速管として利用している。反対向きに電圧をかけるからイオンビームに制動が掛かって減速される。
【０００７】
図１によって従来例にかかるイオン注入装置の構造を説明する。高電圧ボックス１は大地から切り放されて、高所などに設けられ、高電圧が印加されている。高電圧ボックス１に続いて加速管２、大地部処理室４などが設けられる。大地部処理室には、走査部、質量分離部、ウェファ支持部などのイオン注入装置の主要部が設けられる。
【０００８】
高電圧ボックス１の内部には、イオン源ヘッド３に取り付けられたイオン源７が設けられる。これは絶縁ガイシ５によって、ビーム輸送管８の始端に固定される。
ビーム輸送管８の電位は高電圧ボックス１と同じ電位になっている。高電圧ボックス１には加速電源９、加速スイッチ１０によって高電圧を印加できるようになっている。
【０００９】
イオン源７は外部から導いた原料ガスを放電などによって励起してプラズマとし、これをイオンビームとして引き出すものである。そのために、引き出し電源１１があって、これによりボックス１よりもイオン源の方がＶｅだけ高電位になっている。イオン源の前方にはふたつの有孔電極１３、１４が設けられる。第１電極１３には抑制電源１２によって、高電圧ボックス１よりも低い電圧が印加される。第２電極１４はボックス電位と同一になっている。イオン源７が第２電極よりもＶｅだけ高電圧になるからビームは第２電極以後はｑＶｅのエネルギーで走行することになる。
【００１０】
加速管２は絶縁壁と有孔電極の組み合わせからなりビームを加速する。加速エネルギーは加速電源９によって供給される。加速スイッチ１０を閉じると高電圧ボックス１自体の電位がＶａｃｃになる。これが加速エネルギーになる。加速管２の複数の電極にはこの電圧Ｖａｃｃを適当に分圧したものが掛かるようになっている。結局イオンビームのエネルギーは引き出し電圧と、加速電圧の和に電荷ｑを掛けたものになる。ｑ（Ｖｅ＋Ｖａｃｃ）である。
【００１１】
加速管を減速管として利用することもできる。加速管ほどに一般的でないが、引き出し電圧よりも低い電圧でイオン注入する場合もある。そのために減速電源１５と減速スイッチ１６が設けられる。これは一方は大地側に他方はイオン源ヘッド３につながっている。
減速する場合は、加速スイッチ１０を開き、減速スイッチ１６を閉じる。イオン源の電圧がＶｄｅｃになる。高電圧ボックスの電位はこれよりＶｅだけ低いので、大地からみてＶｄｅｃ−Ｖｅとなる。これが負になるようにＶｄｅｃとＶｅを選ぶと、高電圧ボックス１の電圧の方が、大地電位よりも低くなるから、加速管２が減速管として作用する。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
加速管は、電圧の方向を変えることによって加速、減速の両方に利用できる。しかしそうは言っても、加速管の電極の配置や形状は、加速に好都合になるように設計されている。減速管として好都合な電極レイアウトと、加速管として好適の電極レイアウトは判然と異なる。従来の加速管をそのまま減速管として使うとビーム輸送効率が悪い。
【００１３】
かといってイオン源の引き出しを低いエネルギーで行うと、ビームを引き出しにくい。たとえ引き出してもエネルギーが低いのでクーロン斥力が優越しビームが発散してしまう。輸送効率は極めて悪い。
ビーム輸送径でビームを減速することができ、しかもビームの発散を抑えて輸送効率が低下しないようなイオン注入装置の輸送系を提供することが本発明の目的である。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、加速管の下流側に減速時に適した電極形状配置を備えた減速領域を設け、減速時にはこの部分でビームを減速する。つまり従来の加速管の部分に加速管と減速管を直列に設け、いずれか一方を択一的に使用する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図２は本発明のイオン注入装置の概略構成図を示す。従来のビーム輸送系に減速管を追加したものである。その他の点では従来のものと同様である。
高電圧ボックス１は大地から切り放されて、高所などに設けられ、高電圧が印加されている。高電圧ボックス１に続いて加速管２、減速管６、大地部処理室４などが設けられる。加速管２に続いて減速管６を設けた点が本発明の新規な点である。減速管にはイオンビームを減速するにふさわしい形状の電極が適当に配置されている。特に減速時はビームの拡散が著しくなるので、ビームが広がりにくい様に電極の形状配置を工夫する。加速管の電極形状と減速管の電極形状はそれぞれ独自のもので、大きく異なる。それに続く大地部処理室４には、走査部、質量分離部、ウェファ支持部などのイオン注入装置の主要部が設けられる。
【００１６】
高電圧ボックス１の内部には、イオン源ヘッド３に取り付けられたイオン源７が設けられる。これは絶縁ガイシ５によって、ビーム輸送管８の始端に固定される。
ビーム輸送管８の電位は高電圧ボックス１と同じ電位である。高電圧ボックス１には加速電源９、加速スイッチ１０によって高電圧を印加できるようになっている。
【００１７】
イオン源７は外部から導いた原料ガスを放電などによって励起する。原料をプラズマとし、電界の作用によってこれをイオンビームとして引き出すものである。そのために、引き出し電源１１がある。これによりボックス１よりもイオン源の方がＶｅだけ高電位になっている。イオン源の前方にはふたつの有孔電極１３、１４が設けられる。第１電極１３には抑制電源１２によって、高電圧ボックス１よりも低い電圧が印加される。第２電極１４はボックス電位と同一になっている。イオン源７が第２電極よりもＶｅだけ高電圧になるからビームは第２電極以後はｑＶｅのエネルギーで走行する。
【００１８】
加速管２は絶縁壁と有孔電極の組み合わせからなりビームを加速する。加速エネルギーは加速電源９によって供給される。加速スイッチ１０を閉じ、第２短絡スイッチ１８を閉じる。高電圧ボックス１自体の電位がＶａｃｃになる。加速管２の両端にＶａｃｃの電圧が印加される。これが加速エネルギーになる。加速管２の複数の電極にはこの電圧Ｖａｃｃを適当に分圧したものが掛かるようになっている。結局イオンビームのエネルギーは引き出し電圧と、加速電圧の和に電荷ｑを掛けたものになる。ｑ（Ｖｅ＋Ｖａｃｃ）である。
【００１９】
減速管６は絶縁壁と有孔電極の組み合わせからなりビームを減速する。減速するから荷電粒子が互いのクーロン力によって広がり易くなる。これを抑えるために電極形状配置に工夫がなされる。減速する場合は、加速スイッチ１０を開き、減速スイッチ１６を閉じる。さらに第２短絡スイッチ１８を開放する。第１短絡スイッチ１７を閉じる。イオン源ヘッドの電圧はＶｄｅｃとなる。高電圧ボックスの電圧はこれよりＶｅだけ低い、Ｖｄｅｃ−Ｖｅとなる。減速するのであるから、これは負の値を取る。Ｖｄｅｃ−Ｖｅ＜０。この負の電圧が減速管６の両端の間に掛かる。減速管には複数の有孔電極があり、分圧してこれらの電極に適当な電圧を印加できるようになっている。減速領域を設けたということが本発明の特徴ある点である。
【００２０】
この例では、イオン源に近い方から、加速管、減速管の順に並ぶ。しかし反対に減速管、加速管の順であっても良い。さらにビームライン上に設ける領域の数はこの例のようにふたつに留まらない。３つにしてもよい。例えば、加速領域、減速領域、極低エネルギー用減速領域の３つに分割するようにしても良い。
【００２１】
【発明の効果】
従来の加速管の代わりに、加速に適した電極形状、配置の加速専用領域と、減速に適した電極形状配置の減速専用領域を設けて切り替えて使用する事により、加速の時も減速の時も何れも良好な輸送効率を実現する事ができる。特に減速管として使った時にビームの拡散を防ぐことができる。広範囲のビームエネルギーにおいて常に高い効率でビームを輸送できるからビーム電流量をさらに増加する事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来例にかかるイオン注入装置の概略構成図
【図２】本発明のイオン注入装置の概略構成図。
【符号の説明】
１  高電圧ボックス
２  加速管
３  イオン源ヘッド
４  大地部処理室
５  絶縁ガイシ
６  減速管
７  イオン源
８  ビーム輸送管
９  加速電源
１０  加速スイッチ
１１  引出電極
１２  抑制電源
１３  第１電極
１４  第２電極
１５  減速電源
１６  減速スイッチ
【図１】
0003629847.tif 000002
【図２】
0003629847.tif 000003