(57)【要約】【課題】生成されたイオンを効率よく対象部材に到達させて注入することができ、長時間を要することなく所望のイオン注入量を得ることができるイオン注入装置を提供する。【解決手段】導入されたガスから一次電子によって所定イオンを生成するイオン源１２と、このイオン源１２のイオン取出し口１６に対向して真空チャンバ１３内に設けられ、注入対象の半導体基板２１が配置されるターゲット部１８と、このターゲット部１８とイオン取出し口１６との間に配置された引出し電極１７と、この引出し電極１７に所要とするイオン加速電圧を印加する電源部２２とを備えてなるもので、電源部２２は、引出し電極１７に、負電位の最大振幅と正電位の最大振幅とが、ターゲット部１８におけるイオンビーム電流が最大となる値に調節された高周波電圧を印加するものである。【選択図】  図１
2005050617.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導入されたガスから一次電子によって所定イオンを生成するイオン源と、このイオン源のイオン取出し口に対向して真空チャンバ内に設けられ、注入対象部材が配置されるターゲット部と、このターゲット部と前記イオン取出し口との間に配置された引出し電極と、この引出し電極に所要とするイオン加速電圧を印加する電源部とを備えてなるイオン注入装置において、前記電源部は、前記引出し電極に高周波電圧を印加するものであることを特徴とするイオン注入装置。
【請求項２】
前記電源部は、前記引出し電極に印加する高周波電圧の周波数、振幅がそれぞれ所要値に調節可能となっていることを特徴とする請求項１記載のイオン注入装置。
【請求項３】
前記引出し電極に印加される高周波電圧は、その負電位の最大振幅が正電位の最大振幅以上の大きさとなっていることを特徴とする請求項１記載のイオン注入装置。
【請求項４】
前記高周波電圧の負電位の最大振幅と正電位の最大振幅とは、前記ターゲット部におけるイオンビーム電流が最大となる値に調節されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３記載のイオン注入装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体基板等へのイオン注入に用いられるイオン注入装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術を図３の模式的に示す断面図を参照して説明する。
【０００３】
図３において、１はイオン源であり、イオン源１には、アークチャンバ２内に図示しないフィラメント電源によって通電加熱され熱電子（一次電子）ｅ１を発生するフィラメント３を備え、さらにアークチャンバ２内に所要のイオンｉを生成するためのイオン生成用ガスを導入する図示しないガス源が備えられている。またアークチャンバ２の側壁には、内部で生成されたイオンｉを取出すためのイオン取出し口４が形成されている。
【０００４】
また、５は真空チャンバであり、真空チャンバ５には、その内部にイオン源１のイオン取出し口４が開口するようにアークチャンバ２が組み合わされている。さらに、真空チャンバ５内には、イオンビームラインＬ上にあってイオン源１のイオン取出し口４と対向するようにターゲット部６が設けられている。なお、イオン注入に際してターゲット部６には、イオン注入を行う対象部材、例えば半導体基板７がイオン注入部分をイオンビームラインＬ上に位置させるように配置される。
【０００５】
またさらに、真空チャンバ５内には、イオンビームラインＬ上のイオン取出し口４とターゲット部６の間に引出し電極８が配置されており、また引出し電極８には、電源部９によって直流の所定のイオン加速電圧（例えば浅い打込みを行う数ｋｅＶ〜数十ｋｅＶの低、中加速電圧、あるいは深い打込みを行う数百ｋｅＶ〜数ＭｅＶの高加速電圧）が印加されるようになっている。
【０００６】
そして、このように構成された装置でのイオン注入は、次のように行われる。先ず、イオン源１において、フィラメント電源によりフィラメント３を通電加熱して熱電子ｅ１を発生させ、またアークチャンバ２内にガス源からイオン生成用ガスを導入し、熱電子ｅ１とガス分子ｍを衝突させる。これにより、ガス分子ｍが二次電子ｅ２を失ってアークチャンバ２内に正電荷を有する所要とするイオンｉが生成される。
【０００７】
さらに、電源部９によって、イオン源１に対して引出し電極８に直流の所定のイオン加速電圧を印加する。このイオン加速電圧の印加によって引出し電極８は、所定の負電位となり、イオン取出し口４を介してアークチャンバ２内から生成されたイオンｉが、真空チャンバ５内に引き出され、加速される。そして、イオンｉはイオンビームラインＬ上をターゲット部６に向う。
【０００８】
一方、真空チャンバ５内のターゲット部６にイオン注入を行う対象部材の半導体基板７を配置し、イオン注入部分がイオンビームラインＬ上に位置するようにする。このように半導体基板７をイオンビームラインＬ上に位置させ、所定時間イオン注入することで、イオン注入部分にイオンｉが半導体基板７の所定深さにまで注入される。
【０００９】
しかしながら上記の従来技術においては、真空チャンバ５内に引き出されたイオンｉは正電荷を有するため、互いに静電的斥力により互いに反発しあって、真空チャンバ５内に拡散する。そして、拡散したイオンｉの一部はイオンビームラインＬ上から外れ、真空チャンバ５の内壁等に衝突し、半導体基板７に注入されずに消滅する。このため、所望のイオン注入量を得るためには長時間を要し、生成されたイオンｉの注入効率が低く、処理能力が低いものとなっていた。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような状況に鑑みて本発明はなされたもので、その目的とするところは生成されたイオンを効率よく対象部材に到達させて注入することができ、長時間を要することなく所望のイオン注入量を得ることができるイオン注入装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明のイオン注入装置は、導入されたガスから一次電子によって所定イオンを生成するイオン源と、このイオン源のイオン取出し口に対向して真空チャンバ内に設けられ、注入対象部材が配置されるターゲット部と、このターゲット部と前記イオン取出し口との間に配置された引出し電極と、この引出し電極に所要とするイオン加速電圧を印加する電源部とを備えてなるイオン注入装置において、前記電源部は、前記引出し電極に高周波電圧を印加するものであることを特徴とするものであり、
さらに、前記電源部は、前記引出し電極に印加する高周波電圧の周波数、振幅がそれぞれ所要値に調節可能となっていることを特徴とするものであり、
さらに、前記引出し電極に印加される高周波電圧は、その負電位の最大振幅が正電位の最大振幅以上の大きさとなっていることを特徴とするものであり、
さらに、前記高周波電圧の負電位の最大振幅と正電位の最大振幅とは、前記ターゲット部におけるイオンビーム電流が最大となる値に調節されていることを特徴とするものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下本発明の一実施形態を、図１及び図２を参照して説明する。図１は本発明のイオン注入装置を模式的に示す断面図であり、図２は引出し電極に印加する高周波電圧の一例を示す図である。
【００１３】
図１及び図２において、１１はイオン注入装置であり、イオン注入装置１１は、注入するイオンｉを生成するイオン源１２と、イオン注入対象部材を収納してイオン注入を行う真空チャンバ１３を備えて構成されている。イオン源１２は、アークチャンバ１４内に図示しないフィラメント電源によって通電加熱され、熱電子（一次電子）ｅ１を発生するフィラメント１５を備え、さらにアークチャンバ１４内にイオンｉを生成するための所要のイオン生成用ガスを、図示しないガス導入口を介して導入する同じく図示しないガス源が備えられている。またアークチャンバ１４の１つの側壁には、チャンバ内部で生成されたイオンｉを取出すためのイオン取出し口１６が形成されている。
【００１４】
また、真空チャンバ１３には、その内部にイオン源１２のイオン取出し口１６が開口するようにアークチャンバ１４が組み合わされており、さらに内部が、図示しない真空ポンプによって所定の減圧状態が維持されるようになっている。また真空チャンバ１３内には、イオンビームラインＬをイオン取出し口１６前方に形成するよう、イオン取出し口１６に対し所定距離を設けて離間し対向する位置に、引出し電極１７が配置されている。
【００１５】
またさらに、真空チャンバ１３内には、イオンビームラインＬ上にあって引出し電極１７を間にイオン源１２のイオン取出し口１６に設けて対向するようターゲット部１８が設けられており、さらにターゲット部１８のイオンビームラインＬ上後方位置には、ファラデーカップ１９がイオンビーム電流の測定を電流計２０によって可能とするよう配置されている。なお、イオン注入に際してターゲット部１８には、イオン注入を行う対象部材、例えば半導体基板２１がイオン注入部分をイオンビームラインＬ上に位置させるように配置される。
【００１６】
また、真空チャンバ１３内に設けられた引出し電極１７には、チャンバ外部に設けられた電源部２２によって、所定周波数、所定振幅を有する高周波電圧が印加されるようになっている。そして、電源部２２の出力する高周波電圧については、調節することによって適正の周波数（例えば、工業的に使用が許可されている１３．５６ＭＨｚ）が選択でき、また、例えば図２に示すように、印加する電圧についても、ファラデーカップ１９により測定されたイオン電流の結果等に基づいて調節することによって、正負の最大電位の差、すなわち最大電位差（Ｅｐｐ−Ｅｐｎ）Ｖ、さらにバイアス電圧ＥｂＶを加えることで負電位の最大振幅ＥｐｎＶと正電位の最大振幅ＥｐｐＶをそれぞれ所望する適正の値に調節することができるようになっている。
【００１７】
そして、このように構成されたイオン注入装置１１でのイオン注入は、次のように行われる。先ず、イオン源１２において、フィラメント電源によりフィラメント１５を通電加熱して熱電子ｅ１を発生させ、またアークチャンバ１４内にガス源からイオン生成用ガスを導入し、熱電子ｅ１とガス分子ｍを衝突させる。これにより、ガス分子ｍが二次電子ｅ２を失いアークチャンバ１４内に正電荷を有する所要とするイオンｉが生成される。
【００１８】
さらに、電源部２２によって、イオン源１２に対して引出し電極１７に所定周波数の高周波電圧を印加する。この高周波電圧の印加によって引出し電極１７は、所定のサイクルで交互に正負の両電位となる。これにより、引出し電極１７が負電位のサイクルでは、イオン源１２からイオンｉが引出され、逆に正電位のサイクルでは二次電子ｅ２が引出されることになって、引出し電極１７の電位を適宜に設定することで、所定の加速電圧を有するイオンｉと二次電子ｅ２を交互に引出すことが可能となる。そしてアークチャンバ１４内から真空チャンバ１３内に引出されたイオンｉと二次電子ｅ２は、ターゲット部１８の方向に向う。
【００１９】
一方、イオンビームラインＬ上に配置されたファラデーカップ１９と電流計２０により、このとき引出されるイオンビーム電流を測定する。そして、ファラデーカップ１９によって計測されるイオンビーム電流が最大となるように、電源部２２においてバイアス電圧Ｅｂ等を適宜に調節し選択、設定する。このように設定に基づき、引出し電極１７に負電位のサイクルで負の最大電位ＥｐｎＶを印加し、正電位のサイクルで正の最大電位ＥｐｐＶを印加することで、イオン源１２からは最大のイオン電流を引出すことができる。
【００２０】
すなわち、これは、図２に示すように引出し電極１７に負電位のサイクルで負の最大電位ＥｐｎＶが印加され、正電位のサイクルで、負の最大電位ＥｐｎＶよりも低い絶対値の正の最大電位ＥｐｐＶが印加された場合、引出し電極１７が負電位のサイクルではイオンｉが引出されて加速され、正電位のサイクルでは低エネルギの二次電子ｅ２が引出される。しかし、二次電子ｅ２は、その質量がイオンｉより小さいために、後から引出されても、先に引出されたイオンｉに追いつき取り込まれる。この結果、イオンｉ同士間の静電的斥力が緩和されることになり、イオンｉは拡散し消滅してしまうことなく、イオンビームラインＬ上をターゲット部１８に効率よく向い、大きなイオンビーム電流を得ることができる。
【００２１】
なお、引出し電極１７に印加する正の電位が高いと、引出される二次電子ｅ２のエネルギが大きくなり、イオンｉに衝突し、再結合してしまい、ターゲット部１８に向うイオン量が減少してしまう。
【００２２】
また、上記のようにして最大のイオン電流を引出すことができる条件を得た後、ターゲット部１８にイオン注入を行う対象部材の半導体基板２１を配置し、イオン注入部分がイオンビームラインＬ上に位置するようにする。このように半導体基板２１をイオンビームラインＬ上に位置させ、所定時間イオン注入することで、イオン注入部分に対するイオンｉの注入が、所定深さまで効率よく注入でき、また長時間を要することなく所望のイオン注入量を得るための処理を行うことができる。
【００２３】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、生成されたイオンを効率よく対象部材に到達させて注入することができると共に、長時間を要することもなく所望するイオン注入量の注入を実施できる等の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態における引出し電極に印加する高周波電圧を示す図である。
【図３】従来技術を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
１２…イオン源
１３…真空チャンバ
１６…イオン取出し口
１７…引出し電極
１８…ターゲット部
２１…半導体基板
２２…電源部
【図１】
2005050617.tif 000003
【図２】
2005050617.tif 000004
【図３】
2005050617.tif 000005