(57)【要約】【課題】断面が細長い形状のイオンビームであってその面内における均一性の良いイオンビームを発生させることのできるイオン源を提供する。【解決手段】このイオン源２は、Ｘ方向に走査された電子１０を発生させる走査形電子源４と、走査形電子源４からの電子１０が入射され、かつガス２８が導入され、電子１０による衝撃によってガス２８を電離させてプラズマ３２を生成させる容器であって、Ｘ方向に沿って伸びるイオン引出しスリット３０を有するプラズマ生成容器２２と、プラズマ生成容器２２の外側に設けられていて、１枚以上の電極から成り、プラズマ生成容器２２のイオン引出しスリット３０を通してプラズマ３２から断面が細長い形状のイオンビームを引き出す引出し電極系とを備えている。【選択図】  図１
2005038689.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ方向に走査された電子を発生させる走査形電子源と、
この走査形電子源からの電子が入射され、かつガスが導入され、当該電子による衝撃によって当該ガスを電離させてプラズマを生成させる容器であって、前記Ｘ方向に沿って伸びるイオン引出しスリットを有するプラズマ生成容器と、
このプラズマ生成容器の外側に設けられていて、１枚以上の電極から成り、プラズマ生成容器のイオン引出しスリットを通して前記プラズマから断面が細長い形状のイオンビームを引き出す引出し電極系とを備えていることを特徴とするイオン源。
【請求項２】
前記プラズマ生成容器内であって前記走査形電子源から電子が入射される側とは反対側の部分に、負電圧が印加されて前記入射された電子を反射させる反射電極を更に備えている請求項１記載のイオン源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、断面が細長い形状のイオンビームを発生させるイオン源に関し、より具体的には、当該イオンビームの面内における均一性（ビーム電流密度分布の均一性。以下同じ）を向上させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
広い領域においてイオンビームを均一性良く発生させるイオン源として、特許文献１には、プラズマ生成容器内に複数のフィラメントを設け、かつ引き出されたイオンビームのビーム電流密度分布を複数のビーム電流計測器で計測して、その計測結果に基づいて、フィラメントに供給するフィラメント電流にフィードバック制御をかけるようにしたイオン源が記載されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−３１５４７３号公報（段落０００５、００１２〜００１５、図１、図８）
【考案の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記イオン源を用いて、断面が細長い形状（より具体的には細長い長方形状。この形状は、シート状とも呼ばれる）のイオンビームを発生させることはできるけれども、その場合、イオンビームの長手方向にフィラメントを複数個並べても、各フィラメント間には空間が不可避的に存在するため、フィラメント間の領域においてプラズマ密度ひいてはイオンビーム電流密度が低下することは避けられない。このような原因によって、イオンビームの面内における均一性が低下することは避けられない。
【０００５】
そこでこの発明は、断面が細長い形状のイオンビームであってその面内における均一性の良いイオンビームを発生させることのできるイオン源を提供することを主たる目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係るイオン源は、Ｘ方向に走査された電子を発生させる走査形電子源と、この走査形電子源からの電子が入射され、かつガスが導入され、当該電子による衝撃によって当該ガスを電離させてプラズマを生成させる容器であって、前記Ｘ方向に沿って伸びるイオン引出しスリットを有するプラズマ生成容器と、このプラズマ生成容器の外側に設けられていて、１枚以上の電極から成り、プラズマ生成容器のイオン引出しスリットを通して前記プラズマから断面が細長い形状のイオンビームを引き出す引出し電極系とを備えていることを特徴としている（請求項１に相当）。
【０００７】
上記構成によれば、走査形電子源からプラズマ生成容器内に、Ｘ方向に走査されてＸ方向に幅広の電子が入射され、この電子による衝撃によってガスが電離されて、プラズマ生成容器内には、Ｘ方向に広いプラズマが生成される。しかも、このプラズマ生成は、従来技術のように複数のフィラメントを用いて不連続に行われるのではなく、Ｘ方向に走査された電子によって連続して均一に行われるので、Ｘ方向において均一性の良いプラズマが生成される。
【０００８】
そしてこのプラズマから、Ｘ方向に沿って伸びるイオン引出しスリットを通して、引出し電極系によって、断面が細長い（Ｘ方向に長い）形状のイオンビームが引き出される。しかも、上記のようにＸ方向において均一性の良いプラズマが生成されるので、面内における均一性、具体的には長手方向（Ｘ方向）における均一性の良いイオンビームを発生させることができる。
【０００９】
前記プラズマ生成容器内であって前記走査形電子源から電子が入射される側とは反対側の部分に、負電圧が印加されて前記入射された電子を反射させる反射電極を設けておいても良い（請求項２に相当）。
【００１０】
このような反射電極を設けておくと、プラズマ生成容器内に入射した電子をプラズマ生成容器内側へ反射させることができるので、プラズマ生成容器内における電子の寿命を長くして、当該電子の衝撃によるプラズマの生成効率を高めてプラズマ密度を高めることができる。その結果、発生させるイオンビーム量を増大させることができる。
【発明の効果】
【００１１】
以上のように請求項１に記載の発明によれば、断面が細長い形状のイオンビームであってその面内における均一性の良いイオンビームを発生させることができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明によれば、プラズマ生成容器内における電子の寿命を長くして、当該電子の衝撃によるプラズマの生成効率を高めてプラズマ密度を高めることができるので、発生させるイオンビーム量を増大させることができる、という更なる効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は、この発明に係るイオン源の一実施形態を、イオンビーム引出し方向側から見て示す断面図である。この図１では、図２に示す引出し電極系の図示を省略している。図２は、図１のイオン源を、走査形電子源の背後側から見て示す図である。この図２では、図１に示す電源の図示を省略している。
【００１４】
このイオン源２は、ある一定の方向であるＸ方向に走査された電子１０を発生させる走査形電子源４と、この走査形電子源４からの電子１０が入射されるプラズマ生成容器２２と、このプラズマ生成容器２２内で生成されたプラズマ３２からイオンビーム３８を引き出す引出し電極系３４（共に図２参照）とを備えている。
【００１５】
走査形電子源４は、この実施形態では、電子１０を放出するフィラメント８と、当該電子１０をフィラメント８から引き出す引出し電極１２と、この引出し電極１２から引き出された電子１０を静電的にＸ方向に走査する一対の走査電極１４とを備えており、これらは末広がりの形状をした真空容器６内に収納されている。
【００１６】
フィラメント８の両端には、当該フィラメント８を加熱して電子（熱電子）１０を放出させるフィラメント電源１８が接続されている。このフィラメント電源１８は、この実施形態では直流電源であるが、交流電源でも良い。
【００１７】
フィラメント８の一端と引出し電極１２との間には、前者を負極側（換言すれば、後者を正極側）にして直流の引出し電圧ＶE を印加する引出し電源２０が接続されている。簡単に言えば、この引出し電圧ＶE の大きさによって、引き出される電子１０のエネルギーが決まり、当該エネルギーはＶE ｅＶとなる。この電子１０のエネルギーは、プラズマ生成容器２２内において電子衝撃によってガス２８を電離させることができる大きさにしておく。例えば、ガス２８が後述するようなガスである場合、５００ｅＶ〜３ｋｅＶ程度に、より具体的には１ｋｅＶ程度にすれば良い。即ち、引出し電圧ＶE の大きさは、例えば、５００Ｖ〜３ｋＶ程度に、より具体的には１ｋＶ程度にすれば良い。
【００１８】
一対の走査電極１４には、この例では、互いに１８０度位相の異なる三角波状の走査電圧ＶS1、ＶS2をそれぞれ印加する走査電源１６、１７がそれぞれ接続されている。このような二つの走査電源１６、１７を設けるのは、一対の走査電極１４間の電位を常に０Ｖにするためであるが、そのようにせずに、一対の走査電極１４間に三角波状の走査電圧を印加する一つの走査電源を設けても良い。
【００１９】
また、ここでは、走査電極１４およびそれ用の電源から成る静電走査手段によって電子１０を静電的に走査する例を示しているが、それの代わりに、磁場によって電子１０をＸ方向に走査する磁場走査手段を設けても良い。より具体的には、磁場によって電子１０をＸ方向に走査する走査コイルおよびそれ用の電源を設けても良い。
【００２０】
走査形電子源４を構成する真空容器６の先端部にプラズマ生成容器２２が接続されている。当該接続側のプラズマ生成容器２２の壁面には、Ｘ方向に沿って伸びるスリット状の電子入射口２４が設けられており、そこを通して前記Ｘ方向に走査された電子１０がプラズマ生成容器２２内に入射される。電子入射口２４は、このようなスリット状にしておくのが好ましく、そのようにすると、プラズマ生成容器２２内に導入されたガス２８（以下を参照）が、走査形電子源４側へ流出するのを抑制することができる。
【００２１】
プラズマ生成容器２２内には、ガス導入口２６を通して、イオン化するためのガス２８が導入される。このガス２８は、所望の元素（例えばＢ、Ｐ、Ａs 等のドーパント）を含むガスである。より具体例を挙げれば、ＢＦ3 、ＰＨ3 、ＡsＨ3 、Ｂ2Ｈ6 等の原料ガスを含むガスである。
【００２２】
プラズマ生成容器２２は、Ｘ方向と交差（例えば直交）するＺ方向（図１の紙面表方向）側の面に、Ｘ方向に沿って伸びるイオン引出しスリット３０を有している。このイオン引出しスリット３０を通してイオンビーム３８がＺ方向に引き出される。
【００２３】
更にこの実施形態では、プラズマ生成容器２２内であって電子入射口２４とは反対側の部分に、反射電源４６から負の反射電圧ＶR が印加されて前記入射された電子１０を反射させる板状の反射電極４２が設けられている。４４は絶縁物である。この反射電極４２は、Ｘ方向に走査された電子１０の全域をカバーできる大きさにしておくのが好ましい。
【００２４】
上記反射電圧ＶR の絶対値｜ＶR ｜は、前記引出し電圧ＶE の絶対値｜ＶE ｜とほぼ等しくするのが好ましい。｜ＶR ｜が｜ＶE ｜よりあまり小さいと、反射電極４２によって電子１０を反射する作用が小さくなって電子１０が反射電極４２に衝突して消滅しやすくなり、｜ＶR ｜が｜ＶE ｜よりあまり大きいと、反射電極４２によって電子１０を反射する作用が大きくなり過ぎて反射された電子がプラズマ生成容器２２内に存在しにくくなり、いずれの場合も、反射された電子１０をプラズマ３２の生成にあまり効果的に利用することができず、プラズマ３２の生成効率を高める効果があまり期待できなくなるからである。
【００２５】
図２に示すように、プラズマ生成容器２２の外側であってイオン引出しスリット３０の近傍に、プラズマ生成容器２２内のプラズマ３２からイオン引出しスリット３０を通して断面がＸ方向に細長い形状のイオンビーム３８を前記Ｚ方向に引き出す引出し電極系３４を設けている。この引出し電極系３４は、図示例では１枚の電極３６から成るが、２枚以上の電極で構成されていても良い。各電極は、プラズマ生成容器２２のイオン引出しスリット３０に対応する形状をしたスリット（電極３６のスリット３７参照）を有している。この実施形態では、イオンビーム引き出し用に、この引出し電極系３４を構成する電極３６とプラズマ生成容器２２との間に、前者を負極側（換言すれば後者を正極側）にしてビーム引出し電源４０から直流のビーム引出し電圧ＶEXが印加される。簡単に言えば、このビーム引出し電圧ＶEXの大きさによって、引き出されるイオンビーム３８のエネルギーが決まる。
【００２６】
上記イオン源２の作用を説明すると、走査形電子源４からプラズマ生成容器２２内に、Ｘ方向に走査されてＸ方向に幅広の電子１０が入射され、この電子１０による衝撃によってガス２８が電離されて、プラズマ生成容器２２内には、Ｘ方向に広いプラズマ３２が生成される。しかも、このプラズマ３２の生成は、従来技術のように複数のフィラメントを用いて不連続に（不均一に）行われるのではなく、Ｘ方向に走査された電子１０によって連続して均一に行われるので、Ｘ方向において均一性の良いプラズマ３２が生成される。
【００２７】
そしてこのプラズマ３２から、Ｘ方向に沿って伸びるイオン引出しスリット３０を通して、引出し電極系３４によって、断面が細長い（Ｘ方向に長い）形状のイオンビーム３８が引き出される。しかも、上記のようにＸ方向において均一性の良いプラズマ３２が生成されるので、面内における均一性、具体的には長手方向（Ｘ方向）における均一性の良いイオンビーム３８を発生させることができる。
【００２８】
このようなイオンビーム３８を、例えば、前記Ｘ方向およびＺ方向に交差（例えば直交）するＹ方向に機械的に走査される被処理体（例えば半導体基板、ガラス基板等）４８に照射することによって、大面積の被処理体４８の広い領域に均一性良くイオンビーム３８を照射して、広い領域に均一性良くイオン注入等の処理を施すことができる。
【００２９】
また、この実施形態のように上記反射電極４２を設けておくと、プラズマ生成容器２２内に入射した電子１０をプラズマ生成容器２２内側へ反射させることができるので、プラズマ生成容器２２内における電子１０の寿命を長くして、当該電子１０の衝撃によるプラズマ３２の生成効率を高めてプラズマ密度を高めることができる。その結果、発生させるイオンビーム量を増大させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
この発明は、例えば、イオン注入装置、イオンドーピング装置等の半導体製造装置に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】この発明に係るイオン源の一実施形態を、イオンビーム引出し方向側から見て示す断面図である。
【図２】図１のイオン源を、走査形電子源の背後側から見て示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
２  イオン源
４  走査形電子源
８  フィラメント
１０  電子
１４  走査電極
２２  プラズマ生成容器
２８  ガス
３０  イオン引出しスリット
３２  プラズマ
３４  引出し電極系
３８  イオンビーム
４２  反射電極
【図１】
2005038689.tif 000003
【図２】
2005038689.tif 000004