(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
引出電極に隣接するイオン源プラズマ室のビーム引出スリット構造であって、
前記引出電極は、前記ビーム引出スリット構造の細長スリットからビーム引出方向に隙間を空けて配置され、前記細長スリットは、前記ビーム引出方向に直交するスリット長手方向に沿って延びており、
前記ビーム引出スリット構造は、
使用時にプラズマに接触するプラズマ室内側表面と、
前記引出電極に対向するプラズマ室外側表面と、
前記ビーム引出方向において前記内側表面と前記外側表面との間に前記細長スリットを形成する細長スリット表面と、を備え、
前記細長スリット表面は、前記プラズマのプラズマ界面を固定的に保持するプラズマ界面固定部と、前記プラズマのプラズマ界面を前記ビーム引出方向に移動可能に保持するプラズマ界面非固定部と、を備え、
前記プラズマ界面固定部は、前記スリット長手方向における細長スリット中央部に形成され、前記プラズマ界面非固定部は、前記スリット長手方向における細長スリット端部に形成され、
前記プラズマ界面固定部は、前記スリット長手方向に沿って延びる尾根部を備え、
前記プラズマ界面非固定部は、前記尾根部に比べて前記ビーム引出方向において広い幅を有する台地部を備えることを特徴とするビーム引出スリット構造。
【請求項２】
引出電極に隣接するイオン源プラズマ室のビーム引出スリット構造であって、
前記引出電極は、前記ビーム引出スリット構造の細長スリットからビーム引出方向に隙間を空けて配置され、前記細長スリットは、前記ビーム引出方向に直交するスリット長手方向に沿って延びており、
前記ビーム引出スリット構造は、
使用時にプラズマに接触するプラズマ室内側表面と、
前記引出電極に対向するプラズマ室外側表面と、
前記ビーム引出方向において前記内側表面と前記外側表面との間に前記細長スリットを形成する細長スリット表面と、を備え、
前記細長スリット表面は、前記プラズマのプラズマ界面を固定的に保持するプラズマ界面固定部と、前記プラズマのプラズマ界面を前記ビーム引出方向に移動可能に保持するプラズマ界面非固定部と、を備え、
前記プラズマ界面固定部は、前記スリット長手方向における細長スリット中央部に形成され、前記プラズマ界面非固定部は、前記スリット長手方向における細長スリット端部に形成され、
前記プラズマ界面固定部は、前記スリット長手方向に垂直な断面において前記長手方向及びビーム引出方向に直交する前記細長スリットの幅方向に突き出すエッジ部を備え、
前記プラズマ界面非固定部は、前記スリット長手方向に垂直な断面において前記ビーム引出方向に沿って延びる平坦部を備えることを特徴とするビーム引出スリット構造。
【請求項３】
引出電極に隣接するイオン源プラズマ室のビーム引出スリット構造であって、
前記引出電極は、前記ビーム引出スリット構造の細長スリットからビーム引出方向に隙間を空けて配置され、前記細長スリットは、前記ビーム引出方向に直交するスリット長手方向に沿って延びており、
前記ビーム引出スリット構造は、
使用時にプラズマに接触するプラズマ室内側表面と、
前記引出電極に対向するプラズマ室外側表面と、
前記ビーム引出方向において前記内側表面と前記外側表面との間に前記細長スリットを形成する細長スリット表面と、を備え、
前記細長スリット表面は、前記プラズマのプラズマ界面を固定的に保持するプラズマ界面固定部と、前記プラズマのプラズマ界面を前記ビーム引出方向に移動可能に保持するプラズマ界面非固定部と、を備え、
前記プラズマ界面固定部は、前記スリット長手方向における細長スリット中央部に形成され、前記プラズマ界面非固定部は、前記スリット長手方向における細長スリット端部に形成され、
前記プラズマ界面固定部は、前記プラズマ界面を固定的に保持する単一の稜線部を備え、
前記プラズマ界面非固定部は、前記プラズマ界面を前記ビーム引出方向に移動可能に保持するくさび状領域を定める２つの稜線部を備え、
前記２つの稜線部は、前記スリット長手方向において前記細長スリット中央部と前記細長スリット端部との間の細長スリット中間部にて前記単一の稜線部から分岐しており、
前記くさび状領域は、前記２つの稜線部の分岐点から前記細長スリット端部に向けて前記ビーム引出方向における幅が徐々に広くなることを特徴とするビーム引出スリット構造。
【請求項４】
引出電極に隣接するイオン源プラズマ室のビーム引出スリット構造であって、
前記引出電極は、前記ビーム引出スリット構造の細長スリットからビーム引出方向に隙間を空けて配置され、前記細長スリットは、前記ビーム引出方向に直交するスリット長手方向に沿って延びており、
前記ビーム引出スリット構造は、
使用時にプラズマに接触するプラズマ室内側表面と、
前記引出電極に対向するプラズマ室外側表面と、
前記ビーム引出方向において前記内側表面と前記外側表面との間に前記細長スリットを形成する細長スリット表面と、を備え、
前記細長スリット表面は、前記プラズマのプラズマ界面を固定的に保持するプラズマ界面固定部と、前記プラズマのプラズマ界面を前記ビーム引出方向に移動可能に保持するプラズマ界面非固定部と、を備え、
前記プラズマ界面固定部は、前記スリット長手方向における細長スリット中央部に形成され、前記プラズマ界面非固定部は、前記スリット長手方向における細長スリット端部に形成され、
前記細長スリットは、プラズマ側に形成され第１輪郭線を有するスリット入口と、引出電極側に形成され第２輪郭線を有するスリット出口と、を備え、
前記第２輪郭線は、前記細長スリットの長手方向中央部において前記第１輪郭線と共通であり、前記細長スリットの長手方向端部において前記第１輪郭線から離れていることを特徴とするビーム引出スリット構造。
【請求項５】
前記第２輪郭線は、前記細長スリットの幅方向に延びる第２楕円柱面上にあり、
前記第１輪郭線は、前記細長スリットの幅方向に延び前記第２楕円柱を包含する第１楕円柱面上にあり、
前記第２楕円柱は、前記細長スリット中央部において前記第１楕円柱と接触することを特徴とする請求項４に記載のビーム引出スリット構造。
【請求項６】
前記第２輪郭線は、前記細長スリットの幅方向に延びる楕円柱面上にあり、
前記第１輪郭線は、前記細長スリットの幅方向及び長手方向に平行な平面上にあり、
前記楕円柱は、前記細長スリット中央部において前記平面と接触することを特徴とする請求項４に記載のビーム引出スリット構造。
【請求項７】
前記プラズマ界面固定部は、６０度から１２０度の範囲から選択される開口角を有する傾斜面を備え、前記傾斜面は、プラズマ室外側表面側に設けられていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のビーム引出スリット構造。
【請求項８】
前記プラズマ界面非固定部は、２０度以内の範囲から選択される開口角を有する面をプラズマ室内側表面側に備えることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のビーム引出スリット構造。
【請求項９】
前記プラズマ界面固定部は、前記スリット長手方向における前記プラズマの高密度領域に形成され、前記プラズマ界面非固定部は、前記スリット長手方向における前記プラズマの低密度領域に形成されていることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載のビーム引出スリット構造。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれかに記載のビーム引出スリット構造を備えるイオン源であって、前記イオン源プラズマ室は、前記ビーム引出方向から見て前記スリット長手方向に細長いアークチャンバーであり、前記イオン源は、
前記アークチャンバー内に熱電子を放出する熱電子放出部と、
前記スリット長手方向に沿う磁場を前記アークチャンバー内に印加する磁場発生器と、をさらに備えることを特徴とするイオン源。
【請求項１１】
請求項１０に記載のイオン源を備えることを特徴とするイオン注入装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ビーム引出スリット構造及びイオン源に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造工程では、導電性を変化させる目的、半導体ウエハの結晶構造を変化させる目的などのため、半導体ウエハにイオンを注入する工程が標準的に実施されている。この工程で使用される装置は、一般にイオン注入装置と呼ばれる。
【０００３】
このようなイオン注入装置におけるイオン源として、傍熱型のイオン源が知られている。傍熱型のイオン源は、直流電流によってフィラメントを加熱して熱電子を発生させ、その熱電子によってカソードが加熱される。そして、加熱されたカソードから発生した熱電子がアークチャンバー内で加速され、アークチャンバー内のガスソース分子と衝突することで、ガスソース分子に含まれている原子がイオン化される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第２９６１３２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
イオン源からのビーム引出は、引出電極とアークチャンバーのビーム引出スリットとの間に印加された電圧に応じて引出スリットに生じる電界によって行われる。その電界により、アークチャンバー内のプラズマからイオンがイオンビームとして引出スリットを通じて引き出される。プラズマからイオンがビームとして引き出される位置にプラズマの境界面が形成される。この境界面はプラズマ界面とも呼ばれる。プラズマ密度や電界強度に依存して、プラズマ界面の位置や形状は大きく変化する。例えば、プラズマ密度が低下するとプラズマ界面はプラズマ側に退行し、逆に上昇すると引出電極側に突出する。プラズマ界面の位置や形状は、引き出されるイオンビームの特性に影響する。ビーム特性は、イオン注入装置におけるビーム輸送効率、ひいては注入装置の生産性に影響する。
【０００６】
本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、イオン注入装置の生産性向上に役立つビーム引出スリット構造及びイオン源を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のある態様によると、引出電極に隣接するイオン源プラズマ室のビーム引出スリット構造が提供される。前記引出電極は、前記ビーム引出スリット構造の細長スリットからビーム引出方向に隙間を空けて配置されている。前記細長スリットは、前記ビーム引出方向に直交するスリット長手方向に沿って延びている。前記ビーム引出スリット構造は、使用時にプラズマに接触するプラズマ室内側表面と、前記引出電極に対向するプラズマ室外側表面と、前記ビーム引出方向において前記内側表面と前記外側表面との間に前記細長スリットを形成する細長スリット表面と、を備える。前記細長スリット表面は、前記プラズマのプラズマ界面を固定的に保持するプラズマ界面固定部と、前記プラズマのプラズマ界面を前記ビーム引出方向に移動可能に保持するプラズマ界面非固定部と、を備える。前記プラズマ界面固定部は、前記スリット長手方向における細長スリット中央部に形成されている。前記プラズマ界面非固定部は、前記スリット長手方向における細長スリット端部に形成されている。
【０００８】
本発明のある態様によると、引出電極に隣接するイオン源プラズマ室のビーム引出スリット構造が提供される。前記引出電極は、前記ビーム引出スリット構造の細長スリットからビーム引出方向に隙間を空けて配置されている。前記細長スリットは、前記ビーム引出方向に直交するスリット長手方向に沿って延びている。前記ビーム引出スリット構造は、使用時にプラズマに接触するプラズマ室内側表面と、前記引出電極に対向するプラズマ室外側表面と、前記ビーム引出方向において前記内側表面と前記外側表面との間に前記細長スリットを形成する細長スリット表面と、を備える。前記細長スリット表面は、前記プラズマのプラズマ界面を固定的に保持するプラズマ界面固定部と、前記プラズマのプラズマ界面を前記ビーム引出方向に移動可能に保持するプラズマ界面非固定部と、を備える。前記プラズマ界面固定部は、前記スリット長手方向における前記プラズマの高密度領域に形成されている。前記プラズマ界面非固定部は、前記スリット長手方向における前記プラズマの低密度領域に形成されている。
【０００９】
本発明のある態様によると、上述のいずれかの態様のビーム引出スリット構造を備えるイオン源が提供される。前記イオン源プラズマ室は、前記ビーム引出方向から見て前記スリット長手方向に細長いアークチャンバーであってもよい。前記イオン源は、前記アークチャンバー内に熱電子を放出する熱電子放出部と、前記スリット長手方向に沿う磁場を前記アークチャンバー内に印加する磁場発生器と、をさらに備えてもよい。
【００１０】
なお、以上の構成要素の任意の組合せや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、イオン注入装置の生産性向上に役立つビーム引出スリット構造及びイオン源を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明のある実施形態に係るイオン注入装置を概略的に示す図である。
【図２】本発明のある実施形態に係るイオン源の一部を概略的に示す斜視断面図である。
【図３】本発明のある実施形態に係るイオン源の一部の概略断面図をイオン源の関連要素とともに概略的に示す図である。
【図４】本発明のある実施形態に係るスリット部材の概略断面図である。
【図５】図５（ａ）ないし図５（ｃ）は、本発明のある実施形態に係るスリット部材を概略的に示す断面図である。
【図６】図２及び図３に示されるビーム引出スリットにおけるスリット長手方向のプラズマ密度分布を例示する図である。
【図７】あるスリット部材の長手方向中央部を概略的に示す断面図である。
【図８】他のスリット部材の長手方向中央部を概略的に示す断面図である。
【図９】本発明のある実施形態に係るスリット部材を概略的に示す図である。
【図１０】図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は、本発明の他の実施形態に係るスリット部材を概略的に示す図である。
【図１１】本発明の他の実施形態に係るスリット部材を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。また、以下に述べる構成は例示であり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。
【００１４】
図１は、本発明のある実施形態に係るイオン注入装置１０を概略的に示す図である。図１の上部はイオン注入装置１０の概略構成を示す上面図であり、図１の下部はイオン注入装置１０の概略構成を示す側面図である。
【００１５】
イオン注入装置１０は、真空空間において被処理物の表面にイオン注入処理をするよう構成されている。被処理物は、例えば基板Ｗであり、例えば半導体ウエハである。よって以下では説明の便宜のため被処理物を基板Ｗまたは半導体ウエハと呼ぶことがあるが、これは注入処理の対象を特定の物体に限定することを意図していない。
【００１６】
イオン注入装置１０は、ビームスキャン及びメカニカルスキャンの少なくとも一方により基板Ｗの全面にわたってイオンビームＢを照射するよう構成されている。本書では説明の便宜上、設計上のイオンビームＢの進行方向をｚ方向とし、ｚ方向に垂直な面をｘｙ面と定義する。後述するようにイオンビームＢを被処理物に対し走査する場合には走査方向をｘ方向とし、ｚ方向及びｘ方向に垂直な方向をｙ方向とする。よって、ビームスキャンはｘ方向に行われ、メカニカルスキャンはｙ方向に行われる。
【００１７】
イオン注入装置１０は、イオン源１２と、ビームライン装置１４と、注入処理室１６と、を備える。イオン源１２は、イオンビームＢをビームライン装置１４に与えるよう構成されている。ビームライン装置１４は、イオン源１２から注入処理室１６へとイオンを輸送するよう構成されている。また、イオン注入装置１０は、イオン源１２、ビームライン装置１４、及び注入処理室１６に所望の真空環境を提供するための真空排気系（図示せず）を備える。
【００１８】
図示されるように、ビームライン装置１４は例えば、上流から順に、質量分析磁石装置１８、ビーム整形装置２０、偏向走査装置２２、Ｐレンズなどのビーム平行化装置２４、及び、角度エネルギーフィルター２６を備える。なお本書において、上流とはイオン源１２に近い側を指し、下流とは注入処理室１６に近い側を指す。
【００１９】
質量分析磁石装置１８は、イオン源１２の下流に設けられており、イオン源１２から引き出されたイオンビームＢから必要なイオン種を質量分析により選択するよう構成されている。ビーム整形装置２０は、Ｑレンズなどの収束レンズを備えており、イオンビームＢを所望の断面形状に整形するよう構成されている。
【００２０】
偏向走査装置２２は、ビームスキャンを提供するよう構成されている。偏向走査装置２２は、イオンビームＢをｘ方向に走査する。こうして、イオンビームＢは、ｙ方向の幅よりも長いｘ方向の走査範囲にわたって走査される。図１において矢印Ｃによりビームスキャン及びその走査範囲を例示し、走査範囲の一端及び他端でのイオンビームＢをそれぞれ実線及び破線で示す。なお明確化のためにイオンビームＢに斜線を付して図示する。
【００２１】
ビーム平行化装置２４は、走査されたイオンビームＢの進行方向を平行にするよう構成されている。角度エネルギーフィルター２６は、イオンビームＢのエネルギーを分析し必要なエネルギーのイオンを下方に偏向して注入処理室１６に導くよう構成されている。このようにして、ビームライン装置１４は、基板Ｗに照射されるべきイオンビームＢを注入処理室１６に供給する。
【００２２】
注入処理室１６は、１枚又は複数枚の基板Ｗを保持し、イオンビームＢに対する例えばｙ方向の相対移動（いわゆるメカニカルスキャン）を必要に応じて基板Ｗに提供するよう構成されている物体保持部（図示せず）を備える。図１において矢印Ｄによりメカニカルスキャンを例示する。また、注入処理室１６は、ビームストッパ２８をビームライン終端に備える。イオンビームＢ上に基板Ｗが存在しない場合には、イオンビームＢはビームストッパ２８に入射する。
【００２３】
ある他の実施形態においては、イオン注入装置１０は、ｚ方向に垂直な一方向に長い断面を有するイオンビームを注入処理室１６に与えるよう構成されていてもよい。この場合、イオンビームは例えば、ｙ方向の幅よりも長いｘ方向の幅を有する。こうした細長断面のイオンビームはリボンビームと呼ばれることもある。あるいは、更なる他の実施形態においては、イオン注入装置１０は、イオンビームを走査することなく、スポット状の断面を有するイオンビームを注入処理室１６に与えるよう構成されていてもよい。
【００２４】
図２は、本発明のある実施形態に係るイオン源１２の一部を概略的に示す斜視断面図である。図３は、本発明のある実施形態に係るイオン源１２の一部の概略断面図をイオン源１２の関連要素とともに概略的に示す図である。
【００２５】
イオン源１２は、傍熱型のイオン源であり、アークチャンバー３０と、熱電子放出部３２と、リペラー３４と、第１引出電極３６と、第２引出電極３８と、各種電源を備える。
【００２６】
アークチャンバー３０は、略直方体の箱型形状を有する。アークチャンバー３０は一方向に細長い形状を有しており、以下ではこの方向をアークチャンバー３０の縦方向と称する。縦方向は図２及び図３の紙面における上下方向である。
【００２７】
アークチャンバー３０は、高融点材料、具体的には、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）などの高融点金属やそれらの合金、グラファイト（Ｃ）等で構成されている。これにより、アークチャンバー内が比較的高温となる環境下でも、アークチャンバーを溶けにくくできる。
【００２８】
アークチャンバー３０の縦方向一方側に熱電子放出部３２が設けられている。アークチャンバー３０の縦方向他方側にリペラー３４が設けられている。リペラー３４は熱電子放出部３２に対向する。以下では説明の便宜上、アークチャンバー３０の熱電子放出部３２側を上側と称し、アークチャンバー３０のリペラー３４側を下側と称する。
【００２９】
また、アークチャンバー３０の一方の側部には、ソースガスを導入するガス導入口４０が設けられている。アークチャンバー３０の他方の側部には、イオンビームＢが引き出される開口部としてのビーム引出スリット４２が形成されている。
【００３０】
ソースガスには、希ガスや、水素（Ｈ２）、ホスフィン（ＰＨ３）、アルシン（ＡｓＨ３）等の水素化物、三フッ化ホウ素（ＢＦ３）、四フッ化ゲルマニウム（ＧｅＦ４）等のフッ化物、三塩化インジウム（ＩｎＣｌ３）等の塩化物、等のハロゲン化物が用いられる。また、ソースガスには、二酸化炭素（ＣＯ２）一酸化炭素（ＣＯ）、酸素（Ｏ２）などの酸素原子（Ｏ）を含む物質も用いられる。
【００３１】
アークチャンバー３０は、チャンバー本体４４とスリット部材４６とを備える。スリット部材４６にビーム引出スリット４２が形成されている。チャンバー本体４４は、一方の側部が開放された箱部材である。スリット部材４６は、チャンバー本体４４の開放側に取り付けられる蓋である。チャンバー本体４４にスリット部材４６が取り付けられることにより、イオン源１２のプラズマ室が形成される。熱電子放出部３２、リペラー３４、及びガス導入口４０は、チャンバー本体４４に設けられている。
【００３２】
アークチャンバー３０は高電圧電源４８の正極に接続されている。よって、チャンバー本体４４及びスリット部材４６には高電圧電源４８によって正の高電圧が印加される。
【００３３】
ビーム引出スリット４２は、スリット部材４６の上側から下側へと延びる細長スリットである。ビーム引出スリット４２は、フロントスリットとも呼ばれる。このような上下長孔は、円形などの小孔に比べて面積が大きいので、イオン源１２から引き出されるイオンビーム量を増加することができる。
【００３４】
以下では説明の便宜上、ビーム引出スリット４２の延びる方向をスリット長手方向と称する。スリット長手方向は、アークチャンバー３０の縦方向に相当する。スリット長手方向は、イオン源１２のビーム引出方向に直交する。また、以下では、スリット長手方向及びビーム引出方向の双方に直交する方向をスリット幅方向と称する。よって、図２及び図３に示される断面は、スリット長手方向及びビーム引出方向に平行な平面によるビーム引出スリット４２における断面である。図３においては、スリット長手方向は上下方向であり、ビーム引出方向は左右方向であり、スリット幅方向は紙面に垂直な方向である。
【００３５】
熱電子放出部３２は、アークチャンバー３０内に熱電子を放出するものであり、フィラメント５０とカソード５２を有する。熱電子放出部３２は、チャンバー本体４４のカソード取付孔に挿入され、アークチャンバー３０と絶縁された状態で固定される。また、熱電子放出部３２に関連して、フィラメント電源５４、カソード電源５６、及びアーク電源５８が設けられている。
【００３６】
フィラメント５０は、フィラメント電源５４で加熱され、先端に熱電子を発生させる。フィラメント５０で発生した（１次）熱電子は、カソード電源５６によるカソード電界で加速される。（１次）熱電子は、カソード５２に衝突し、その衝突時に発生する熱でカソード５２を加熱する。加熱されたカソード５２は（２次）熱電子を発生する。
【００３７】
アーク電源５８によってカソード５２とアークチャンバー３０との間にアーク電圧が印加されている。アーク電圧によって（２次）熱電子が加速される。（２次）熱電子は、ガス分子を電離するに十分なエネルギーを持ったビーム電子としてアークチャンバー３０内に放出される。ビーム電子は、磁場Ｍによってほぼ限定された範囲に存在するのでイオンはその範囲で主に生成される。ビーム電子は、拡散によりアークチャンバー３０の内壁、ビーム引出スリット４２、カソード５２、リペラー３４に到達し、壁面で失われる。
【００３８】
リペラー３４は、リペラープレート６０を有する。リペラープレート６０は、カソード５２と対向してほぼ平行に設けられている。リペラープレート６０は、アークチャンバー３０内の電子を跳ね返して、プラズマＰが生成される領域に電子を滞留させてイオン生成効率を高める。
【００３９】
イオン源１２には磁場発生器６２が設けられている。磁場発生器６２はアークチャンバー３０の外に配置されている。磁場発生器６２は一対のソース磁場コイルを備え、その一方がアークチャンバー３０の上方にあり、他方がアークチャンバー３０の下方にある。磁場発生器６２によってアークチャンバー３０内に磁場Ｍが印加される。磁場Ｍはアークチャンバー３０の縦方向に印加される。
【００４０】
カソード５２からアークチャンバー３０に放出されたビーム電子は磁場Ｍに沿ってカソード５２とリペラー３４との間を往復移動する。往復移動するビーム電子は、アークチャンバー３０に導入されたソースガス分子と衝突電離してイオンを発生させ、アークチャンバー３０にプラズマＰを生成する。アークチャンバー３０が縦長であるので、プラズマＰも縦長となる。
【００４１】
第１引出電極３６は、アークチャンバー３０の外側に隣接して設けられている。第１引出電極３６は、スリット部材４６からビーム引出方向に隙間を空けて配置されている。第２引出電極３８は、スリット部材４６と反対側に第１引出電極３６に隣接して設けられている。第２引出電極３８は、第１引出電極３６からビーム引出方向に隙間を空けて配置されている。
【００４２】
第１引出電極３６及び第２引出電極３８にはそれぞれ、図示されるように、ビーム引出スリット４２に対応する開口がイオンビームＢを通すために設けられている。これらの開口は、ビーム引出スリット４２と同様に上下長孔形状を有する。第１引出電極３６及び第２引出電極３８は、例えば、ステンレス鋼、グラファイト、モリブデン、またはタングステンで形成されている。
【００４３】
第１引出電極３６は、サプレッション電源６４に接続されている。サプレッション電源６４は、第２引出電極３８に対して第１引出電極３６に負電位を印加するために設けられている。第２引出電極３８は接地されている。第１引出電極３６はサプレッション電極とも呼ばれる。第２引出電極３８はグランド電極とも呼ばれる。
【００４４】
図４は、本発明のある実施形態に係るスリット部材４６の概略断面図である。図４の上部は、第１引出電極３６側から見たスリット部材４６の概略平面図である。図４の中部に示される断面は、スリット部材４６の概略断面図であり、スリット長手方向及びビーム引出方向に平行な平面によるビーム引出スリット４２における断面を概略的に示す。図４の下部は、アークチャンバー３０の内側から見たスリット部材４６の概略平面図である。
【００４５】
スリット部材４６は、プラズマ室内側表面６６とプラズマ室外側表面６７を備える。プラズマ室内側表面６６は、使用時にプラズマＰに接触する（図２及び図３参照）。プラズマ室外側表面６７は、図３に示されるように、第１引出電極３６に対向する。
【００４６】
プラズマ室内側表面６６は平面であるのに対し、プラズマ室外側表面６７は、第１引出電極３６に向かう凹面である。この凹面は例えば、十分に小さい曲率をもつ楕円面（例えば円弧面）であり、スリット幅方向に延びる軸線を有する楕円柱（例えば円柱）により定められる。よって、プラズマ室内側表面６６とプラズマ室外側表面６７とは、ビーム引出スリット４２の長手方向中央部において互いに近接し、ビーム引出スリット４２の長手方向の両側の端部において離れている。つまりスリット部材４６はスリット中央部において薄く、スリット端部において厚い。ビーム引出スリット４２はこのように湾曲した形状を有する。この湾曲形状は、ビーム引出スリット４２から引き出されるイオンビームＢに縦方向の収束効果を与える。これにより、質量分析磁石装置１８を効率よく透過させることができる。
【００４７】
また、スリット部材４６は、ビーム引出スリット４２を定めるスリット孔のスリット表面部（平面部（または曲面部でもよい）、稜線状部）６８を備える。スリット表面部６８は、ビーム引出方向においてプラズマ室内側表面６６とプラズマ室外側表面６７との間にビーム引出スリット４２を形成する。スリット表面部６８は、ビーム引出スリット４２を通じて引き出されるイオンビームＢを囲む。
【００４８】
ビーム引出は、第１引出電極３６とスリット部材４６との間に印加された電圧に応じてビーム引出スリット４２に生じる電界によって行われる。その電界により、プラズマからイオンビームＢがビーム引出スリット４２を通じて引き出される。イオンビームＢは、第１引出電極３６及び第２引出電極３８を通過し、ビームライン装置１４によって注入処理室１６に輸送され、基板Ｗに照射される。
【００４９】
ビーム引出スリット４２またはその近傍においてプラズマからイオンがビームとして引き出される位置にプラズマの境界面が形成される。この境界面はプラズマ界面とも呼ばれる。プラズマ密度や電界強度に依存して、プラズマ界面の位置や形状は大きく変化する。例えば、プラズマ密度が低下するとプラズマ界面はプラズマ側に退行し、逆に上昇すると第１引出電極３６側に突出する。プラズマ界面の位置や形状は、引き出されるイオンビームＢの特性に影響する。ビーム特性には例えばビーム強度や発散角などがある。ビーム特性は、イオン注入装置１０における注入処理室１６へのビーム輸送に影響する。ビーム特性が悪ければ基板Ｗへの注入ビーム電流が低下し、イオン注入装置１０の生産性が悪化する。
【００５０】
スリット表面部（平面部（または曲面部でもよい）、稜線状部）６８は、スリット長手方向における中央部に形成されているプラズマ界面固定部（稜線状部）６９と、スリット長手方向における両方の端部に形成されているプラズマ界面非固定部（平面部（または曲面部でもよい））７０と、を備える。プラズマ界面非固定部７０は、ビーム引出スリット４２の両端部に形成されている。プラズマ界面固定部６９は、プラズマのプラズマ界面を固定的に保持する。プラズマ界面固定部６９は、ビーム引出方向におけるプラズマ界面の位置を決定する。プラズマ界面非固定部７０は、プラズマのプラズマ界面をビーム引出方向に移動可能に保持する。
【００５１】
図４に示されるように、プラズマ界面固定部６９は、中央稜線部９０を備える。中央稜線部９０は、プラズマ界面を固定的に保持する単一の稜線部である。プラズマ界面非固定部７０は、２つの端部稜線部９２を備える。２つの端部稜線部９２の一方はプラズマ室外側表面６７側（つまり第１引出電極３６側）に位置し、他方はプラズマ室内側表面６６側（つまりプラズマＰ側）に位置する。２つの端部稜線部９２の間にはくさび状の平坦領域が定められている。このくさび状平坦領域９４は、ビーム引出スリット４２の両端部それぞれに形成されている。プラズマ界面はくさび状平坦領域９４においてビーム引出方向に移動可能に保持される。
【００５２】
２つの端部稜線部９２は、ビーム引出スリット４２の長手方向中間部にて中央稜線部９０から分岐している。くさび状平坦領域９４は、２つの端部稜線部９２の分岐点９６からビーム引出スリット４２の末端に向けてビーム引出方向における幅が徐々に広くなる。理解の容易のために、図４においてくさび状平坦領域９４を灰色で示す。
【００５３】
このようにして、プラズマ界面固定部６９は、中央稜線部９０によって定まる尾根部を備える。この尾根部は、スリット長手方向に沿って延びている。また、プラズマ界面非固定部７０は、端部稜線部９２及びくさび状平坦領域９４によって定まる台地部を備える。台地部は、尾根部に比べてビーム引出方向において厚くなっており広い幅を有する。
【００５４】
スリット部材４６は、プラズマＰ側に形成されているスリット入口９８と、中央稜線部９０及びくさび状平坦領域９４を介して、第１引出電極３６側に形成されているスリット出口１００と、を備える。スリット入口９８は第１輪郭線１０２を有し、スリット出口１００は第２輪郭線１０４を有する。第１輪郭線１０２は、中央稜線部９０とプラズマ室内側表面６６側のくさび状平坦領域９４の端部稜線部９２とにより形成されている。第２輪郭線１０４は、中央稜線部９０とプラズマ室外側表面６７側のくさび状平坦領域９４の端部稜線部９２とにより形成されている。
【００５５】
スリット入口９８の第１輪郭線１０２は、スリット幅方向及びスリット長手方向に平行な平面上にある。第１輪郭線１０２及び第２輪郭線１０４は、ビーム引出方向から見て、スリット長手方向に沿って細長く延びる略矩形である。
【００５６】
第２輪郭線１０４は、ビーム引出スリット４２の長手方向中央部においては第１輪郭線１０２と共通であり、ビーム引出スリット４２の長手方向端部においてはくさび状平坦領域９４を介して第１輪郭線１０２から離れている。
【００５７】
図５（ａ）は、ビーム引出スリット４２の長手方向中央部におけるスリット部材４６の概略断面図である。図５（ｂ）は、ビーム引出スリット４２の長手方向中間部におけるスリット部材４６の概略断面図である。ここで、長手方向中間部とは、ビーム引出スリット４２の長手方向における中央部と端部との間の領域をいう。図５（ｃ）は、ビーム引出スリット４２の長手方向端部におけるスリット部材４６の概略断面図である。図５（ａ）、図５（ｂ）、図５（ｃ）はそれぞれ、図４のＥ−Ｅ断面、Ｆ−Ｆ断面、Ｇ−Ｇ断面であり、ビーム引出スリット４２及びそのごく近傍を含む局所領域を示す。図５（ａ）ないし図５（ｃ）は、スリット幅方向及びビーム引出方向に平行な平面によるビーム引出スリット４２における断面を概略的に示し、上下方向がスリット幅方向であり、左右方向がビーム引出方向である。スリット長手方向は紙面に垂直な方向である。
【００５８】
図５（ａ）において中央稜線部９０は、スリット幅方向に対向する一対のエッジ部（スリット表面部の稜線状部）として図示される。このように、プラズマ界面固定部６９は、スリット長手方向に垂直な断面においてスリット幅方向に突き出すエッジ部を備える。プラズマ界面固定部６９において各エッジ部のプラズマＰ側には内側傾斜面１０６が形成されている。また、各エッジ部の第１引出電極３６側には外側傾斜面１０８が形成されている。こうして、スリット中央部においてはエッジ部間にプラズマ界面１１０が形成される。
【００５９】
内側傾斜面１０６は、６０度から１２０度の範囲から選択される開口角を有する。ここで、開口角は、スリット長手方向に垂直な断面（つまり図５（ａ）に示される断面）において、対向する一方の内側傾斜面１０６と他方の内側傾斜面１０６とがなす角度をいう。また、外側傾斜面１０８は、６０度から１２０度の範囲から選択される開口角を有する。図示される実施形態においては、内側傾斜面１０６及び外側傾斜面１０８それぞれの開口角は９０度である。
【００６０】
ビーム引出スリット４２の断面図である図５（ｂ）及び図５（ｃ）において、くさび状平坦領域９４は、ビーム引出方向に沿う一対の平坦部として図示される。各平坦部はビーム引出方向において２つの端部稜線部９２に挟まれる部分である。一方の平坦部は、スリット幅方向においてビーム引出スリット４２の一方側にあり、他方の平坦部はスリット幅方向においてビーム引出スリット４２の他方側にある。これら両側の平坦部間にプラズマ界面１１０が形成される。くさび状平坦領域９４は、上述のように、図５（ｂ）に示されるスリット中間部よりも図５（ｃ）に示されるスリット端部において幅広である。従って平坦部も同様に、スリット中間部よりもスリット端部において長い。このようにして、プラズマ界面非固定部７０は、スリット長手方向に垂直な断面においてビーム引出方向に沿って延びる平坦部を備える。
【００６１】
プラズマ界面非固定部７０においては、内側傾斜面１０６がくさび状平坦領域９４に隣接してプラズマＰ側に形成されている。また、外側傾斜面１０８がくさび状平坦領域９４に隣接して第１引出電極３６側に形成されている。
【００６２】
プラズマ界面非固定部７０は、２０度以内の範囲から選択される開口角を有する平坦面をプラズマ室内側表面側に備える。すなわち、図示される実施形態においては、くさび状平坦領域９４の平坦部の開口角は０度である。なお、くさび状平坦領域９４の平坦部の開口角は２０度以内であってもよい。
【００６３】
このようにして、スリット開口形状は最もプラズマ密度の高いスリット中央部においてエッジ形状を有する。また、本スリット開口形状は、スリット中央部から両端に行くに従いビーム引出方向に沿う平坦部を有する。本スリット形状によるビーム引出しに際しては、ビーム引出電流密度の最も多いスリット中央部のエッジ部にプラズマ界面が確立するようにソースパラメータやビーム輸送パラメータが調整される。そうすると、スリット端部ではスリット長手方向に沿って平坦部の適当な位置に自動的に安定なプラズマ界面が出来る。これにより、長寿命スリットに見られるような低エネルギーでの電流低下は改善される。また、プラズマ密度の低いスリット端部では若干のイオン化物質の堆積はありうるものの、スリット中央部ではエッジ形状であるため顕著な堆積は見られない。よって、本スリット形状によると、長期間にわたってビーム電流が低下することがなく、長時間の安定なビーム引き出しが可能となる。したがって、本スリットを使用することにより、生産性の高いイオン注入装置を提供することができる。
【００６４】
なお、ある実施形態においては、プラズマ界面固定部がスリット長手方向におけるプラズマの高密度領域に形成され、プラズマ界面非固定部がスリット長手方向におけるプラズマの低密度領域に形成されてもよい。このようにして、任意のプラズマ密度分布に適合するビーム引出スリットが提供されてもよい。例えば、スリット端部にプラズマ高密度領域が形成され、スリット中央部にプラズマ低密度領域が形成される場合を仮定すると、プラズマ界面固定部がスリット端部に形成されプラズマ界面非固定部がスリット中央部に形成されてもよい。
【００６５】
図６は、図２ないし図５に示されるビーム引出スリット４２におけるスリット長手方向のプラズマ密度分布を例示する図である。図６において、横軸はビーム引出スリット４２の長手方向中心からの距離を表し、縦軸はイオン密度を表す。図６の右方は熱電子放出部３２側を示し、左方はリペラー３４側を示す。実線はシミュレーション結果を示し、正方形印は実験結果を示す。
【００６６】
プラズマＰの生成時、アークチャンバー３０内には外部から縦方向に磁場Ｍが印加されている。磁場方向の両極性拡散により、ビーム引出スリット４２の長手方向中央部が最もプラズマ密度が高く、スリット両端ではその２／３程度に低下する。したがって、スリット長手方向の中央と端部ではプラズマ界面の位置が異なる。これにより、スリット中央とスリット端部とでイオンビームＢの特性が異なりうる。
【００６７】
基板Ｗに注入されるビーム電流量をできるだけ多くするためには、ビーム引出スリット４２においてプラズマ密度が高い領域から引き出されるビームの部分の特性を改善することが効果的である。そのため、プラズマパラメータや電極間距離などイオン源１２の各種パラメータは、プラズマの高密度領域について最適となるよう調整される。例えば、プラズマの高密度領域におけるプラズマ界面が所定の位置に保持されるように、イオン源１２のパラメータが調整される。図６に例示されるプラズマ密度分布の場合、ビーム引出スリット４２の中央部から引き出されるビーム部分の特性が最適化されるようにイオン源１２のパラメータが調整される。
【００６８】
しかし、そのように調整されたパラメータはプラズマの低密度領域については最適でないことになる。そのため、低密度領域から引き出されるビーム部分の特性は相対的に悪くなる。例えば、低密度領域におけるプラズマ界面は、高密度領域とは異なる位置に保持され、その結果、低密度領域から引き出されるビーム部分は所望のビーム特性と異なるビーム特性を有する。図６に示されるようにビーム引出スリット４２の端部のプラズマ密度が低い場合、ビーム引出スリット４２の端部から引き出されるビーム部分の特性を良好に保つのは難しい。
【００６９】
図７は、あるスリット部材７２の長手方向中央部を概略的に示す断面図である。図７には、スリット部材７２に形成されるスリット７４及びそのごく近傍を含む局所領域を示す。このスリット７４は、図１ないし図３に示されるイオン源１２に使用されうる。図７においては、上下方向がスリット幅方向であり、左右方向がビーム引出方向である。スリット長手方向は図７の紙面に垂直な方向である。
【００７０】
スリット７４は、一対の平坦部７６によって規定される。図７において平坦部７６は、ビーム引出方向に沿う一対の直線状の平坦部として図示される。一方の平坦部７６は、スリット幅方向においてスリット７４の一方側にあり、他方の平坦部７６はスリット幅方向においてスリット７４の他方側にある。これら両側の平坦部７６間にプラズマ界面７８が形成される。平坦部７６は、スリット長手方向においてスリット７４の全長にわたって形成されている。
【００７１】
プラズマ界面７８はスリット７４において平坦部７６に沿ってビーム引出方向に移動可能である。そのため、プラズマ密度や引出電界強度などの条件に応じた場所にプラズマ界面が生成され、スリット７４にプラズマ界面７８が安定的に確立されやすい。このようなスリット７４は、とくにプラズマＰのエネルギーが低い場合であっても安定してビームを引き出すことができる点で有利である。よって、スリット７４は、低エネルギースリットとも呼ばれる。
【００７２】
しかし、スリット７４には堆積物による詰まりが生じやすいという欠点がある。平坦部７６のうちプラズマ界面７８の後方に位置する部分がプラズマＰに覆われるので、この部分にプラズマ物質が堆積し成長しうる。反応性の高いフッ素系のソースガスが使用される場合にはそうした堆積がよく見られ、とりわけ、プラズマ密度の高いスリット中央部に顕著である。そのため、短時間でスリット７４の開口幅が減少して引出ビーム電流が減少するという不都合な結果が生じうる。
【００７３】
図８は、他のスリット部材８０の長手方向中央部を概略的に示す断面図である。スリット部材８０にはスリット８２が形成されている。スリット８２は、図１ないし図３に示されるイオン源１２に使用されうる。スリット８２は、一対の突出部８４によって規定される。図８において突出部８４は、スリット幅方向に対向する一対のエッジ部として図示される。突出部８４は、スリット長手方向においてスリット８２の全長にわたって形成されている。これら突出部８４間にプラズマ界面８６が形成される。
【００７４】
図８に示されるスリット８２は、図７に示されるスリット７４と異なり、プラズマＰに覆われる平坦部を有しない。そのため、プラズマ物質の堆積及び成長は抑制される。よって、開口幅及び引出ビーム電流の減少も抑制され、長寿命のスリットを得ることができる。
【００７５】
しかし、スリット８２においてはプラズマ界面８６の形成場所が突出部８４に限定される。プラズマ密度や引出電界強度などの条件に応じて決まるプラズマ界面８６の位置が突出部８４に一致すればプラズマ界面８６は容易に形成されるが、もしずれていればプラズマ界面８６は形成されにくい。そのため、図８のスリット８２は図７のスリット７４に比べて、プラズマ界面８６の安定的な確立という点で不利である。プラズマ密度の低いスリット端部は上述のように、プラズマ界面８６の確立に最適な条件下にないから、スリット中央部に比べてビーム特性が悪化しうる。これがビーム輸送に影響し、場合によっては低エネルギーでの注入ビーム電流が低下しうる。
【００７６】
図９は、本発明のある実施形態に係るスリット部材４６を概略的に示す図である。図９の上部は、第１引出電極３６側から見たスリット部材４６の概略平面図である。図９の中部は、スリット部材４６の概略断面図であり、スリット長手方向及びビーム引出方向に平行な平面によるビーム引出スリット４２における断面を概略的に示す。図９の下部は、アークチャンバー３０の内側から見たスリット部材４６の概略平面図である。
【００７７】
ビーム引出スリットは他の種々の形状をとりうる。例えば、図１０（ａ）に示されるように、第２輪郭線がスリット幅方向に延びる楕円柱面１１２上にあり、第１輪郭線がスリット幅方向及び長手方向に平行な平面１１４上にあってもよい。楕円柱はスリット中央部において平面１１４と接触してもよい。楕円柱は中太りの楕円柱または楕円体でもよい。また、図１０（ｂ）に示されるように、第２輪郭線がスリット幅方向に延びる第２楕円柱面１１６上にあり、第１輪郭線がスリット幅方向に延びる第１楕円柱面１１８上にあってもよい。第１楕円柱は、第２楕円柱を包含し、スリット中央部において第２楕円柱と接触してもよい。
【００７８】
第１輪郭線及び第２輪郭線は、他の任意の形状であってもよい。図１１に示されるように、第１輪郭線及び第２輪郭線は例えば、ビーム引出方向から見て、スリット長手方向に沿って細長い楕円またはレーストラック状の長円であってもよい。
【００７９】
また、プラズマ界面固定部の尾根部は、直線平坦状には限られず、湾曲していてもよい。プラズマ界面非固定部の台地部は、平坦な平面状には限られず、曲面状であってもよい。
【００８０】
本発明の実施形態は以下のように表現することもできる。
【００８１】
本発明のある態様によると、熱電子衝突によるアーク放電によりアークチャンバー内部に高密度プラズマを生成するイオンソースにおいて、縦長でビーム引出方向に向かって凹形の縦収束型のビーム引出スリット構造が提供される。ビーム引出スリット構造は、縦長スリットの断面形状において長手方向中央部のビームが引き出される通路に接する部分の長手方向の一部がエッジ（稜線部）で構成され、それ以外の部分はビーム引出開口部の引出方向に沿った平坦部で構成されていてもよい。
【００８２】
ビーム引出スリット構造は、縦長スリットの断面形状において、ビーム引出開口部の引出方向に沿った平坦部の形状が、縦長スリットの中央部で接する二つの楕円柱で形づくられるプラズマ側とビーム引出側を決める２面と、ビーム引き出し方向に縦長にザグリを入れることによって形づくられる稜線で構成されていてもよい。即ち、長手方向中央部以外の部分はビーム引出開口部の引出方向に沿った平坦部で構成されていてもよい。
【００８３】
ビーム引出スリット構造は、縦長スリットの断面形状において、ビーム引出開口部の引出方向に沿った平坦部の形状が、縦長スリットの中央部で接する平面と楕円柱で形づくられるプラズマ側とビーム引出側を決める２面と、ビーム引き出し方向に縦長にザグリを入れることによって形づくられる稜線で構成されていてもよい。即ち、長手方向中央部以外の部分はビーム引出開口部の引出方向に沿った平坦部で構成されていてもよい。
【００８４】
ビーム引出スリット構造は、縦長スリットの断面形状において、ビーム引出開口部の引出方向に沿った平坦部の形状が、縦長スリットの中央部で接する平面と多角柱で形づくられるプラズマ側とビーム引出側を決める２面と、ビーム引き出し方向に縦長にザグリを入れることによって形づくられる稜線で構成されていてもよい。即ち、長手方向中央部以外の部分はビーム引出開口部の引出方向に沿った平坦部で構成されていてもよい。
【００８５】
ビーム引出スリット構造は、縦長スリットの断面形状において、ビーム引出開口部の引出方向に沿った平坦部の形状が、縦長スリットの中央部で接するプラズマ側とビーム引出側を決める２面と、ビーム引き出し方向に縦長にザグリを入れることによって形づくられる稜線で構成されていてもよい。即ち、長手方向中央部以外の部分はビーム引出開口部の引出方向に沿った平坦部で構成されていてもよい。ビーム引出スリット構造においては、プラズマ側に開口角６０°〜１２０°の面が設けられていてもよい。
【００８６】
ビーム引出スリット構造は、縦長スリットの断面形状において、ビーム引出開口部の引出方向に沿った平坦部の形状が、縦長スリットの中央部で接するプラズマ側とビーム引出側を決める２面と、ビーム引き出し方向に縦長にザグリを入れることによって形づくられる稜線で構成されていてもよい。即ち、長手方向中央部以外の部分はビーム引出開口部の引出方向に沿った平坦部で構成されていてもよい。ビーム引出スリット構造においては、平坦部がプラズマ側に向かって２０°以内の開口角を有してもよい。
【００８７】
以上、本発明を上述の実施の形態を参照して説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、実施の形態の構成を適宜組み合わせたものや置換したものについても本発明に含まれるものである。また、当業者の知識に基づいて実施の形態における組合せや処理の順番を適宜組み替えることや各種の設計変更等の変形を実施の形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうる。
【符号の説明】
【００８８】
Ｂ  イオンビーム、  Ｐ  プラズマ、  Ｍ  磁場、  １２  イオン源、  ３０  アークチャンバー、  ３２  熱電子放出部、  ３６  第１引出電極、  ４２  ビーム引出スリット、  ４６  スリット部材、  ６２  磁場発生器、  ６６  プラズマ室内側表面、  ６７  プラズマ室外側表面、  ６８  スリット表面部、  ６９  プラズマ界面固定部、  ７０  プラズマ界面非固定部、  ７４  スリット、  ７８  プラズマ界面、  ９０  中央稜線部、  ９２  端部稜線部、  ９４  くさび状平坦領域、  ９６  分岐点、  ９８  スリット入口、  １００  スリット出口、  １０２  第１輪郭線、  １０４  第２輪郭線、  １０６  内側傾斜面、  １０８  外側傾斜面、  １１０  プラズマ界面。
【図１】
0006388520.tif 000002
【図２】
0006388520.tif 000003
【図３】
0006388520.tif 000004
【図４】
0006388520.tif 000005
【図５】
0006388520.tif 000006
【図６】
0006388520.tif 000007
【図７】
0006388520.tif 000008
【図８】
0006388520.tif 000009
【図９】
0006388520.tif 000010
【図１０】
0006388520.tif 000011
【図１１】
0006388520.tif 000012