(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
(a)電流方向転換手段と前記電流方向転換手段に各々連結された可変電源供給器と磁場制御信号発生部とを具備する電流方向転換装置と前記電流方向転換装置に連結された磁場発生手段として構成される磁場方向転換装置を利用しイオン反応チャンバに磁場を発生させる段階であって、反応チャンバ内に発生された熱電子の分布が磁場発生手段のいずれか片側に偏らないように反応チャンバに発生される磁場の方向を周期的にまたは非周期的に転換する段階と、
(b)前記イオン反応チャンバ内にイオン形成用ソースガスを注入する段階と、
(c)前記ソースガスをイオン化させる段階と、を含み、
前記転換する段階において、磁場の方向の転換はイオン発生装置のビームゲートを閉じた状態で行うことを特徴とするイオン形成方法。
【請求項２】
前記イオン反応チャンバに発生された磁場の方向は前記磁場方向転換装置に制御信号を入力し転換することを特徴とする請求項１に記載のイオン形成方法。
【請求項３】
前記ソースガスは熱電子を利用しイオン化させることを特徴とする請求項１に記載のイオン形成方法。
【請求項４】
前記電流方向転換手段としてリレーを使用することを特徴とする請求項１に記載のイオン形成方法。
【請求項５】
前記磁場制御信号発生部として一つのスイッチング素子と一つのインバータ及び一つのNANDゲートが直列に連結されているリレー制御信号発生部を利用することを特徴とする請求項１に記載のイオン形成方法。
【請求項６】
前記磁場発生手段が相互対向している複数個の電磁石であることを特徴とする請求項１に記載のイオン形成方法。
【請求項７】
前記スイッチング素子は接合型バイポーラトランジスターや電界効果トランジスター中選択されたいずれか一つを使用することを特徴とする請求項５に記載のイオン形成方法。
【請求項８】
前記リレー制御信号発生部として第1ないし第3信号入力端が備わったNANDゲートを使用することを特徴とする請求項５に記載のイオン形成方法。
【請求項９】
前記第1信号入力端にはイオン注入反応チャンバの高真空状態を確認する信号を入力し、前記第2信号入力端にはビームゲートの閉鎖与否を確認する信号を入力し、前記第3信号入力端には磁場方向転換周期を入力することを特徴とする請求項８に記載のイオン形成方法。
【請求項１０】
前記第3信号入力端には0〜8時間範囲内で選択された磁場方向転換周期が入力されることを特徴とする請求項９に記載のイオン形成方法。
【請求項１１】
前記磁場方向転換周期は前記第3信号入力端に連結された可変タイマーを調節し入力することを特徴とする請求項９に記載のイオン形成方法。
【請求項１２】
(a)磁場発生手段と前記磁場発生手段を回転させる回転装置が備わった磁場方向転換装置を利用しイオン反応チャンバに磁場を発生させる段階であって、反応チャンバ内に発生された熱電子の分布が磁場発生手段のいずれか片側に偏らないように反応チャンバに発生される磁場の方向を周期的にまたは非周期的に転換すると、
(b)前記イオン反応チャンバ内にイオン形成用ソースガスを注入する段階と、
(c)前記ソースガスをイオン化させる段階とを含み、
前記転換する段階において、磁場の方向の転換はイオン発生装置のビームゲートを閉じた状態で行うことを特徴とするイオン形成方法。
【請求項１３】
前記磁場発生手段は電磁石や永久磁石中選択されたいずれか一つを使用することを特徴とする請求項１２に記載のイオン形成方法。
【請求項１４】
前記回転装置としてモーターを使用することを特徴とする請求項１２に記載のイオン形成方法。
【請求項１５】
(a)複数個の磁場発生手段と前記複数個の磁場発生手段に各々独立的に連結された可変電源供給器と前記磁場発生手段と可変電源供給器との間に備わっている電流方向転換手段及び前記電流方向転換手段に連結された同期手段が備わった磁場方向転換装置を利用しイオン反応チャンバに磁場を発生させる段階であって、反応チャンバ内に発生された熱電子の分布が磁場発生手段のいずれか片側に偏らないように反応チャンバに発生される磁場の方向を周期的にまたは非周期的に転換する段階と、
(b)前記イオン反応チャンバ内にイオン形成用ソースガスを注入する段階と、
(c)前記ソースガスをイオン化させる段階とを含み、
前記転換する段階において、磁場の方向の転換はイオン発生装置のビームゲートを閉じた状態で行うことを特徴とするイオン形成方法。
【請求項１６】
前記複数個の磁場発生手段として相互対向する第1及び第2電磁石を使用することを特徴とする請求項１５に記載のイオン形成方法。
【請求項１７】
前記電流方向転換手段としてリレーを使用することを特徴とする請求項１５に記載のイオン形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術の分野】
本発明は磁場方向転換装置に係り、この装置を具備する半導体製造設備のイオン発生装置及びこれを利用したイオン形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造過程において、イオン注入に使用するイオン発生装置は望みのエネルギーを有するイオンを発生させるべきである。さらに、半導体装置の製造工程を短くするためイオン注入時間は短くする必要がある。同時にイオン発生装置で発生されるイオン中不要な不純物含量は可能な限り少なくする必要がある。
【０００３】
図1は従来の半導体装置の製造設備のイオン発生装置の各部分を示したブロック図である。
図1で参照番号4、6及び8は各々イオン発生部、イオン選別/偏向部及びイオン加速部に該当するブロックである。
イオン発生部4にはイオンを発生させるデュアルヘッド(dual head)とデュアルヘッドに電源を供給する電源部とその他付属設備が含まれている。
イオン選別/偏向部6はイオン発生部4で形成されたイオン中必要なイオンを選別する機能と選別されたイオンをウエーハがローディングされている反応チャンバへ偏向させる機能をする。通常、イオン中必要なイオンを選別する過程と選別されたイオンを偏向させる過程は同時に行われる。
【０００４】
イオン加速部8は、イオン選別/偏向部6を通過したイオンを加速させる機能を有する。イオン加速部8で行われるイオンの加速程度はウエーハに注入される時必要なイオンの注入エネルギーがどの程度であるかによって決定される。イオン加速部8を逃れるイオンはウエーハの全面または決められた領域に注入される。
前述したように、イオン発生部4を構成する一つの要素であるデュアルヘッドで形成されたイオンの選別と加速はイオンが形成された後に決定される。だが、発生されるイオンの量はデュアルヘッド内で決定される。すなわち、デュアルヘッド内に流入されるイオン発生用ソースガスとソースガスをイオン化させる手段として利用する熱電子の放出とこれらの運用によってデュアルヘッドで発生されるイオン量が決定される。
【０００５】
図2は、従来技術によるイオン発生手段を具備する半導体製造装置のイオン発生部を構成する一つの要素であるデュアルヘッドを示した図面である。これを参照すれば、デュアルヘッドはイオンが発生される反応チャンバ10と反応チャンバ10の両サイドにある電磁石20a、20bを具備する。電磁石20a、20bを包むコイルに共同電源P4が連結されている。このような電磁石により反応チャンバ10内部に一定の強さの磁場24が形成される。反応チャンバ10はアークチャンバとしてアーク電圧P1が印加されている。反応チャンバ10にはフィラメント12a、12bが備わっておりフィラメント12a、12bに外部電源P2、P3が連結されている。フィラメント12a、12bは実質的にイオン発生手段として使用する熱電子22を放出させる。熱電子の放出量は印加される外部電源P2、P3によって決定される。反応チャンバ10内部を見れば、相互対向する内壁にはフローティングリペラ(floating repeller)14a、14bが備わっている。リペラ14a、14bは反応チャンバ10の壁にある絶縁体16a、16bを通じ反応チャンバ10の外部へ通じている。リペラ14a、14bは反応チャンバ10の内で発生されるイオンが放出されやすくイオンを反応チャンバ10の中心に集める役割をする。フィラメント12a、12bの上端はリペラ14a、14bの間に置かれている。反応チャンバ10はフィラメント12a、12bの上端が向かっている方向にあるイオンが放出できる放出口18を除いては完全に密閉されている。
【０００６】
デュアルヘッドでイオンが発生される過程を図2を参照し簡略に説明する。反応チャンバ10の内にあるフィラメント12a、12bに電圧が印加されればフィラメント12a、12bの上端では熱電子22が放出される。熱電子22の放出量は前述したように印加される電圧を調節し増減することができる。熱電子22は反応チャンバ10に流入されるイオン発生用ソースガス(図示せず)と衝突するようになり、この結果ソースガスはイオン化されて多量のイオンが反応チャンバ10内に形成される。形成されたイオンはリペラ14a、14bにより反応チャンバ10の中心に集まって放出口18を通じ反応チャンバ10を出るようになる。反応チャンバ10を出たイオンは前記イオン選別/偏向部(図1の6)とイオン加速部(図1の8)を経てウエーハに注入される。
反応チャンバ10内にソースガスのイオン化率を高めるためにはフィラメント12a、12bで熱電子が放出される量を高める方法があり、放出された熱電子22の運用を通したソースガスのイオン化率を高める方法がある。だが、熱電子放出量を高める方法は印加電圧を上げなければならないのでエネルギー消耗が増えて望ましくない。したがって、発生された熱電子の運用を適切にすることが必要である。幸いに、反応チャンバ10は電磁石20a、20bにより発生される磁場内に置かれている。したがってフィラメント12a、12bで放出される熱電子22は放出と同時に電磁気理論によって磁場内で螺旋運動をするようになる。螺旋運動の間に熱電子22はソースガスとさらに多く衝突するようになり反応チャンバ10内でイオン放出量は増える。
【０００７】
前述したように、従来の技術によるイオン発生装置を具備する半導体製造装置においては、反応チャンバ内に磁場を発生させ熱電子を螺旋運動を従わせて反応チャンバ内に流入されるソースガスのイオン化率を高める利点がある。しかし、熱電子が磁場内で螺旋運動をすると同時に電磁石のいずれか片側に偏るようになる。すなわち、熱電子は電磁石20a、20b中S極に偏るようになる。この原因は電磁石20a、20bで発生される電子力がN極からS極へ向かうためである。この力により熱電子は電磁石のS極に螺旋運動をしながら移動するようになる。電磁石20a、20bのS極と近い位置にあるフィラメント12aは位置エネルギーが高くなり、N極に近いフィラメント12bが放出する熱電子量よりさらに多い熱電子を放出するようになる。このような結果により、リペラ14a、14b中S極に近いリペラ14aには熱電子の衝突が増え、衝突された熱電子中多量は再びS極に近いフィラメント12aと衝突するようになる。この結果フィラメントの寿命が短くなって全体的にイオン発生部の交換周期が短くなる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が果たそうとする目的は従来技術が有する問題点を解決するためであり磁場の方向を転換できる磁場方向転換装置を提供することである。
本発明が果たそうとする他の目的は前記磁場方向転換装置を具備するイオン発生装置を提供することである。
本発明が果たそうとするさらに他の目的は前記イオン発生装置を利用したイオン形成方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明による磁場方向転換装置は電流方向転換装置と前記電流方向転換装置に連結された磁場発生手段とを具備する。
本発明の第1実施の形態によれば、前記電流方向転換装置は電流方向転換手段と前記電流方向転換手段に各々連結された電源供給器と磁場制御信号発生部とを具備する。
【００１０】
本発明の第1実施の形態によれば、前記電流方向転換手段は電流転換スイッチと信号入力端とを具備するリレーである。
前記目的を達成するため本発明による磁場方向転換装置は磁場発生手段と前記磁場発生手段を回転させる回転装置とで構成されている。
本発明の第1実施の形態によれば、前記磁場発生手段は電磁石または永久磁石である。
【００１１】
本発明の第2実施の形態によれば、前記回転装置は回転モーターである。
前記目的を達成するため本発明による磁場方向転換装置は複数個の磁場発生手段と前記複数個の磁場発生手段に各々連結されており独立された電源供給器と前記磁場発生手段と電源供給器との間に備わっている電流方向転換手段とを具備する。
前記他の目的を達成するため、本発明による半導体製造設備のイオン発生装置はイオンが発生されるデュアルヘッド部と前記デュアルヘッド部内で発生される磁場の方向を転換させる磁場方向転換装置とを具備する。
前記磁場方向転換装置は前記本発明の第1ないし第3実施の形態による磁場方向転換装置である。
【００１２】
前記また他の目的を達成するため、本発明によるイオン形成方法は
(a)イオン反応チャンバに磁場方向転換装置を利用し磁場を発生させる。
(b)前記イオン反応チャンバ内にイオン形成用ソースガスを注入する。
(c)前記ソースガスをイオン化させる。
本発明の実施の形態によれば、前記イオン反応チャンバで発生された磁場の方向は前記磁場方向転換装置へ制御信号を入力し転換する。
本発明による磁場方向転換装置、この装置を具備する半導体製造設備のイオン発生装置及びこれを利用したイオン形成方法はイオン反応チャンバ内に発生される磁場の方向を転換させることができる磁場方向転換装置を具備する。前記磁場方向転換装置を利用し前記磁場の方向を転換させ反応チャンバ内で発生される熱電子の移動方向が磁場発生手段のいずれか一方向に偏らないようにする。したがって熱電子によるフィラメントの急激な損傷を防止しイオン発生部の循環周期を伸ばすことができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態による磁場方向転換装置、この装置を具備する半導体製造設備のイオン発生装置及びこれを利用したイオン形成方法を添付の図面を参照し詳細に説明する。
図3を参照すれば、本発明の第1実施の形態による磁場方向転換装置は電流方向転換装置36と前記電流方向転換装置36に連結された磁場発生手段38で構成されており、前記電流方向転換装置36は電流方向転換手段54と前記電流方向転換手段54に各々連結された電源供給器56と制御信号発生部60とで構成される。
【００１４】
具体的に、前記電流方向転換手段54は電流転換スイッチ53と信号入力端58とを具備しているリレーである。前記電源供給器56は前記電流転換スイッチ53と連結され前記電流転換スイッチ53に電源を供給する電源である。前記制御信号発生部60は前記信号入力端58に連結され電流方向制御信号を前記リレーに提供するリレー制御信号発生部である。前記制御信号発生部60は一つのスイッチング素子62と一つのインバータ64及び一つのNANDゲート66とで構成される。前記スイッチング素子62はトランジスター、例えば、電界効果トランジスターまたはバイポーラ接合トランジスターである。前記制御信号発生部60はインバータ64なしに一つのスイッチング素子62と一つのNANDゲート66で構成することもできる。図3において前記スイッチング素子62はバイポーラ接合型トランジスターであるが、電界効果トランジスターで代替されても差し支えない。前記スイッチング素子62はNPN型であるが、このエミッタは前記信号入力端58と連結されており、ベースは前記インバータ64の出力端と直列に連結されており、コレクターはVcc電源と連結されている。前記スイッチング素子62はPNP型の場合もある。前記インバータ64の入力端には前記NANDゲート66の出力端が直列に連結されている。
【００１５】
このように、前記制御信号発生部60が一つのトランジスターと一つのNANDゲートとでのみ構成される場合、前記トランジスターのベースは前記NANDゲート66の出力端に直列に連結される。前記NANDゲート66には複数個の入力端、例えば第1、第2及び第3信号入力端66a、66b、66cが備わっている。前記第1ないし第3信号入力端66a、66b、66cにはリレー制御信号が入力される。前記第1ないし第3信号入力端66a、66b、66c中第1信号入力端66aはターミナル入力端であってイオンが注入される反応チャンバの圧力が高真空であるかどうかを決定する信号が入力される入力端である。前記第2信号入力端66bはビームゲート入力端としてイオン発生装置のビームゲートが閉じられているかどうかを決定する信号が入力される入力端である。そして前記第3信号入力端66cは可変タイマーが連結された入力端であって、前記磁場発生手段により発生される磁場方向転換周期が入力される入力端である。前記磁場方向転換周期は0〜8時間である。前記第1ないし第3入力端66a、66b、66cに入力される信号の否定論理積(NAND)(前記インバータ64がない場合には論理積(AND)）の結果によって前記電流転換スイッチ53が操作される。
【００１６】
前記磁場発生手段38は、複数個の電磁石、例えば、第1及び第2電磁石46a、46bで構成される。前記磁場発生手段38において第1電磁石46aはN極役割をし、前記第2電磁石46bはS極役割をしたりこの反対役割も可能である。前記第1及び第2電磁石46a、46bに巻いているコイルには前記電源供給器56から電流が供給される。
前記電源供給器56は前記電流方向転換手段54を経て前記第1及び第2電磁石46a、46bと連結されている。具体的に、前記電流転換スイッチ53の一端子から出た電流は前記第1及び第2電磁石46a、46bを巻いているコイルを経て前記二電磁石46a、46b中いずれか一電磁石に流れる。例えば、第1電磁石46aの入力端に流れた後、出力端に逃れてきて前記第2電磁石46bの入力端に流れ込んで出力端に逃れてきた後に、前記リレーの電流転換スイッチ53の他端子を経て前記可変電源56に入っていく。このような電流の流れは前記リレーの転換スイッチの接点を他の接点に転換することによって反対となる。
【００１７】
図4を参照すれば、本発明の第2実施の形態による磁場方向転換装置は磁場発生手段70と前記磁場発生手段70を固定させる軸72を通じ前記磁場発生手段70を回転させる回転手段74を具備する。具体的に、前記磁場発生手段70は相互対向している磁石であるが、永久磁石の場合もあり電磁石例えば、相互所定間隔離隔されている第1及び第2電磁石70a、70bであることが望ましい。前記第1及び第2電磁石70a、70bは共同電源(図示せず)に連結されたり各々独立した電源に連結されることもある。前記磁場発生手段として第1及び第2電磁石や永久磁石を決まった周期で回転させれば、前記第1実施の形態による磁場方向転換装置と同じ磁場発生効果を得ることができる。前記回転手段74は決まった周期を持って両方向に回転が可能な回転モーターである。前記回転手段74には前記回転モーター以外にも前記磁場発生手段を決まった周期に合うように回転させることができる装置であればいずれにしても可能である。
【００１８】
図5を参照すれば、本発明の第3実施の形態による磁場方向転換装置は複数個の磁場発生手段80a、80bと前記磁場発生手段80に各々連結され独立された第1及び第2電源供給器82、84を具備しており、前記複数個の磁場発生手段80a、80bと前記各電源供給器82、84との間に各々第1及び第2電流方向転換手段86、88を具備する。前記複数個の磁場発生手段80a、80bは第1及び第2電磁石である。前記第1及び第2電流方向転換手段86、88は前記第1実施の形態のリレーが該当できる。前記第1及び第2電磁石80a、80bは前記第1及び第2電源供給器82、84と前記第1及び第2電流方向転換手段86、88を利用しこれに流れる電流の方向を転換し磁場の方向を転換できる。ところが、前記磁場の方向の転換は前記第1及び第2電磁石80a、80bで同時に起きることが望ましいので、前記第1及び第2電流方向転換手段86、88を同時に転換させる必要がある。このような目的で前記第1及び第2電流方向転換手段86、88に同期手段90が備わっている。
【００１９】
次には本発明の実施の形態による半導体製造設備のイオン発生装置、例えば、前記第1実施の形態による磁場方向転換装置を具備するイオン発生装置に関し説明する。
図6を参照すれば、本発明の実施の形態によるイオン発生装置はデュアルヘッド40と磁場方向転換装置42とに分けられる。前記磁場方向転換装置42は前述したことがあるので省略する。
【００２０】
前記デュアルヘッド40は内部に熱電子放出手段を具備するイオン反応チャンバ44を具備している。前記イオン反応チャンバ44は前記磁場方向転換装置42の磁場発生手段である第1及び第2電磁石46a、46b間に位置している。前記イオン反応チャンバ44はアークチャンバとして外部の第1電源Sと連結されている。前記第1電源Sは可変電源である。前記第1電源Sは前記イオン反応チャンバ44に70V〜100V程度の電圧を印加する。前記イオン反応チャンバ44内に複数個のフィラメント例えば、第1及び第2フィラメント48a、48bが備わっている。前記第1及び第2フィラメント48a、48bは相互所定間隔離隔されている。前記第1及び第2フィラメント48a、48bは各々第2及び第3電源S1、S2と連結されている。前記第2及び第3電源S1、S2は可変電源である。前記第1及び第2フィラメント48a、48bは直接にイオンを発生させる手段になる熱電子放出手段である。すなわち、前記第1及び第2フィラメント48a、48bに電圧が印加されれば前記各フィラメント48a、48bの上端から熱電子が放出される。熱電子の放出量は前記第1及び第2フィラメント48a、48bに印加される電圧により決定される。前記第1及び第2電磁石46a、46bを巻いているコイルは前記磁場方向転換装置42の電源供給器56と連結されている。したがって前記第1及び第2電磁石46a、46b間に置かれている前記イオン反応チャンバ44には一定の強さの均一な磁場が発生されている。
【００２１】
前記イオン反応チャンバ44の内部を見れば、この内壁に複数個のフローティングリペラ例えば、第1及び第2フローティングリペラ50a、50bが前記第1及び第2フィラメント48a、48bを間に置いて相互対向するように備わっている。すなわち、熱電子が放出される前記第1及び第2フィラメント48a、48bの上端部は前記第1及び第2フローティングリペラ50a、50bの間に位置している。前記第1及び第2フローティングリペラ50a、50bは前記イオン反応チャンバ44で発生されるイオンを前記反応チャンバ44の中央に集中させる役割をする手段である。前記第1及び第2フローティングリペラ50a、50bは(+)電圧が印加されることもあり本発明の実施の形態による場合のように中性状態0Vでいる場合もある。前記第1及び第2フローティングリペラ50a、50bは各々前記反応チャンバ44壁にある第1及び第2絶縁体52a、52bを通じ前記イオン反応チャンバ44の外部と通じている。したがって前記第1及び第2リペラ50a、50bは前記アーク電圧が印加されている前記イオン反応チャンバ44とは絶縁されている。前記イオン反応チャンバ44には前記第1及び第2フィラメント48a、48bの上端が向かっている方向にあるイオンが放出できるように放出口44aが備わっている。前記反応チャンバ44は前記放出口44aを除いた四面が完全に密閉されている。
【００２２】
このような、イオン発生装置は一層多様な形態があり得る。例えば、図6において前記磁場方向転換装置42は本発明の第1実施の形態によることであるが、この代わりに本発明の第2及び第3実施の形態による磁場方向転換装置を具備することによって他の形態のイオン発生装置があり得る。
以下、前記デュアルヘッド40においてイオンを発生させる過程とこの過程で前記磁場方向転換装置42が動作される過程の説明を通じ本発明の実施の形態による磁場方向転換装置を具備するイオン発生装置を利用したイオン形成方法を詳細に説明する。
【００２３】
図6及び図7を参照すれば、前記イオン形成方法は次のような順序で進行される。すなわち、前記イオン反応チャンバ44内に磁場を発生させ（90）、前記反応チャンバ44内に形成しようとするイオンのソースガスを注入する（92）。続いて、前記ソースガスをイオン化させる(94)。前記各段階を具体的に説明するため、まず、前記デュアルヘッド40でイオンが発生される過程を説明する。図6を参照すれば、前記デュアルヘッド部40で前記反応チャンバ44内にある第1及び第2フィラメント48a、48bに電圧が印加されれば前記二フィラメント48a、48bの上端で熱電子(図示せず)が放出される。前記熱電子の放出量は前述したように印加される電圧を調節し増減させることができる。前記熱電子は前記反応チャンバ44に流入されるイオン形成用ソースガス(図示せず)と衝突するようになり、この結果前記反応チャンバ44内にはイオン化されたソースガスが形成される。前記形成されたイオンは前記第1及び第2リペラ50a、50bにより前記反応チャンバ44の中心に集まって放出口44aを通じ前記反応チャンバ44を逃れるようになる。前記反応チャンバ44を出たイオンはイオン選別/偏向部で注入に必要なイオンが選別されウエーハがローディングされた方向に偏向されイオン加速部で注入に相応しいエネルギーまで加速された後前記ウエーハに注入される。
【００２４】
一方、前記第1及び第2フィラメント48a、48bにより前記反応チャンバ44内に熱電子が放出される前に、前記反応チャンバ44内には前記第1及び第2フローティングリペラ50a、50bと前記第1及び第2フィラメント48a、48bとの同一線上に置かれた前記第1及び第2電磁石46a、46bにより磁場が発生される。これに伴い前記第1及び第2フィラメント48a、48bで発生される前記熱電子は発生と同時に前記磁場内で螺旋運動をするようになる。前記螺旋運動によって前記熱電子と前記ソースガスとの間にはさらに多い衝突が起こり、この結果前記ソースガスのイオン化率は高まる。したがって前記反応チャンバ44内にはイオン発生量が増える。
【００２５】
前記ソースガスのイオン化率を高める方法は前記熱電子を螺旋運動させること以外にも、単純に前記第1及び第2フィラメント48a、48bから熱電子が多く放出されるようにし前記反応チャンバ44内で熱電子の密度を高める方法もある。だが、このような方法は前記第1及び第2フィラメント48a、48bに過度に高い電圧を印加しなければならないので電力消耗が増える問題がある。
【００２６】
次には前記反応チャンバ44内でイオンが発生される間に前記磁場方向転換装置42がどのように動作されるかを説明する。
言及しなかったが、前記イオン発生過程において前記イオン反応チャンバ44内の磁場は一定の強さを維持する。したがってこの状態でずっとイオンを発生させる場合、前記第1及び第2フィラメント48a、48bの中いずれか一つのフィラメントは従来技術の技術過程で指摘したような状況に直面するようになる。すなわち、前記第1及び第2フィラメント48a、48b中S極に該当する電磁石に近く位置した第2フィラメント48bはN極に近く位置した第1フィラメント48aよりさらに速く損傷される。このような結果を防止するため前記イオン発生過程で前記磁場の方向を周期的または非周期的に転換させる。前記磁場方向は前記第1及び第2電磁石46a、46bに流れる電流の方向を反対に変えて転換する。前記電流の方向転換は前記電流転換スイッチ53を操作することによって行われる。
【００２７】
また、前記磁場方向を周期的に転換するかまたは非周期的に転換するかは前記制御信号発生部60で発生される信号により決定される。前記制御信号発生部60において制御信号が発生される過程は２種に分けて説明できる。一番目は一つのトランジスター62と一つのインバータ64と一つのNANDゲート66とで前記リレー制御信号発生部60を形成する場合である。この場合、前記NANDゲート66に備わった第1ないし第3入力端66a、66b、66cに制御信号が入力されれば、これら信号の否定論理積結果が前記NANDゲート66の出力端を通じて出力され、前記インバータ64の入力端に入力される。前記インバータ64に入力された信号はインバートされ前記トランジスターのベースに入力される。前記トランジスターに入力された信号は増幅され、増幅された信号は前記リレーの信号入力端58に入力され前記電流転換スイッチ53の操作が行われる。例えば、前記第1ないし第3入力端66a、66b、66cに入力される信号がすべて論理"1"である場合、前記トランジスターはターンオンされ前記リレーが動作される。前記トランジスターがPNP型の場合、この状況は反対となる。
【００２８】
この結果前記第1及び第2電磁石46a、46bに流れる電流の方向が反対方向に変わることになって前記磁場の方向が反対方向に変わることになる。
前記NANDゲート66の第1から第3までの入力端66a・66b・66cの中、前記第1入力端66aにはイオンが注入される反応チャンバ内の圧力状態と関連した信号が入力される。例えば、前記第1入力端66aには前記イオンが注入される反応チャンバの圧力が高真空であるかどうかを示す信号を入力する。そして前記第2入力端66bにはイオン発生装置のビームゲートが閉じられているかどうかを示す信号を入力する。また、前記第3入力端66cには磁場方向転換周期値が入力される。
【００２９】
前記磁場方向転換装置42を利用し前記磁場の方向を転換するためには前記イオンが注入される反応チャンバの圧力は常に高真空状態であり前記ビームゲートは閉じられている状態が望ましい。なぜなら、前記反応チャンバが高真空状態ではなく前記ビームゲートが開けている状態で前記イオン反応チャンバ44内の磁場方向を転換する場合、発生されるイオン密度が変わってイオン注入過程によくない影響をおよぼす場合もあるためである。したがって前記反応チャンバが高真空状態でありビームゲートが閉じられている時、前記磁場の方向を転換するためには前記インバータ64の出力端では"1"という信号即ち、"前記電流転換スイッチ53を転換せよ"という信号が発生されるべきである。したがって前記NANDゲート66の第1から第3までの入力端66a・66b・66cにはすべて"1"という信号が入力されるべきである。前記第1から第3入力端66a・66b・66cの各々に"1"という信号を入力するためには前記反応チャンバが高真空状態である場合を"1"に対応させ、そうでない場合を"0"に対応させて、前記ビームゲートが閉じられている場合を"1"に対応させ、そうでない場合を"0"に対応させて、前記第3入力端66cに入力される可変タイマー値が0の場合には"0"に対応させ、0でない場合には"1"に対応させればよい。
【００３０】
前記第3入力端66cに入力される可変タイマー値は0〜8時間で前記したように前記磁場方向転換周期を決定する。例えば、前記第1及び第2入力端66a、66bに"1"という信号を入力し、前記第3入力端66cに可変タイマー値を2時間として"1"という信号を入力した場合前記インバータ64の出力端では"1"という信号が発生されるので前記電流転換スイッチ53は転換されるが、前記可変タイマー値が2時間に設定されているので2時間ごとに前記反応チャンバが高真空状態であり前記ビームゲートが閉じられている状態から転換され前記磁場方向が反対に転換される。
【００３１】
二番目として前記リレー制御信号発生部60を一つのトランジスターと一つのNANDゲートで形成する場合、前記NANDゲートの出力端から出力される信号が前記電流転換スイッチの転換を決定する。この場合、前記NANDゲートの出力端から出力される信号が"0"である場合前記磁場方向が転換されるようにする。したがって前記イオンが注入される反応チャンバの圧力が高真空で前記ビームゲートの門が閉じられており、前記可変タイマーの時間値が0でない場合を各々"1"という信号に対応させ、そうでない場合を各々"0"という信号に対応させる。前記磁場方向転換周期を2時間とする場合、前記第3入力端66cに"1"という信号が入力されることであるから前記NANDゲートの第1から第3までの入力端66a・66b・66cには(1、1、1)に対応する信号が入力され、前記NANDゲートの出力端には"0"の信号が出力される。
【００３２】
したがって前記電流転換スイッチ53は2時間ごとに転換され、この結果前記磁場の方向は転換される。前記のように、前記磁場の方向転換は前記イオン注入反応チャンバが高真空状態に維持され、前記ビームゲートが閉じられれいる条件下で行われることが望ましいので、前記NANDゲートの第1及び第2入力端66a、66bに入力される信号値は常に同一である。すなわち、(1、1)でなければ、(0、0)である。したがって前記第3入力端66cに"0"の信号値が入力される場合には前記第1及び第2信号入力端66a、66bにいかなる値が入力されても前記磁場方向は転換されない。
前記可変タイマー値を0〜8時間の範囲内で変更し前記反応チャンバ44内に発生される磁場の方向を随時転換する。
【００３３】
このように前記イオン反応チャンバ44内に発生される磁場の方向を周期的にまたは非周期的に転換することによって前記熱電子が前記第1及び第2電磁石46a、46b中いずれか一電磁石に偏ることを防止できる。この結果、前記熱電子が前記フローティングリペラ50a、50b中いずれか一リペラの近くに集中することなく、前記第1及び第2フィラメント48a、48bを中心に前記イオン反応チャンバ44内で均一に分布するようになって、前記ソースガスのイオン化は前記イオン反応チャンバ44の第1及び第2フィラメント48a、48bの周囲で均一に起きて前記第1及び第2フローティングリペラ50a、50bは前記イオン反応チャンバ44との絶縁性が破壊されることなく健全な状態で維持される。
【００３４】
前記磁場発生手段として前記電磁石以外にも永久磁石を使用できる。ただ、この場合には前記永久磁石を固定させて置けば前記反応チャンバ44内に発生される磁場の方向が固定される。したがって前記永久磁石を回転モーターのような回転手段を使用し所定の周期で回転させる。前記永久磁石の回転周期は任意に定めることができる。
【００３５】
前記磁場方向転換装置42は独立的な装置であり、この適用が前記デュアルヘッド40と連結されイオン発生装置を構成することのみに限定されなく他の装置を構成することにも適用できる。例えば、前記電磁石を除いた前記磁場方向転換装置は外部条件によって特定装置に流入または流出される電流の流れ方向を随時変更する手段が必要な装置に備わることができる。この場合には前記磁場方向転換装置は磁場方向を変化させる結果よりは電流の流れ方向を制御する結果をもたらすので電流の流れ方向制御手段として使用する。
【００３６】
【発明の効果】
以上で、本発明によるイオン発生装置及びこれを利用したイオン形成方法は、イオン反応チャンバ内に発生される磁場の方向を転換させることができる磁場方向転換装置を具備している。前記反応チャンバに発生される磁場の方向を周期的にまたは非周期的に転換することによって、前記反応チャンバ内に発生された熱電子が磁場発生手段のいずれか片側に偏らないようにし得る。この結果、前記フィラメント周囲に熱電子が均一に分布するようになっていずれか一つのフィラメントのみに集中的に消耗される非対称的なフィラメント消耗が防止できるのでデュアルヘッド部が備わったイオン発生部の循環周期を長くすることができる。
本発明は前記実施の形態に限定されることなく、多くの変形が本発明の技術的思想内で、当分野で通常の知識を有する者によって実施可能なのは明白である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来の技術による半導体装置の製造設備のイオン注入装置の各部分を示したブロック図である。
【図２】  従来の技術によるイオン発生装置を示した図面である。
【図３】  本発明の第1実施の形態による磁場方向転換装置を示した図面である。
【図４】  本発明の第2実施の形態による磁場方向転換装置を示した図面である。
【図５】  本発明の第3実施の形態による磁場方向転換装置を示した図面である。
【図６】  本発明の第1実施の形態による磁場方向転換装置を具備するイオン発生装置を示した図面である。
【図７】  本発明の実施の形態によるイオン発生方法を段階別に示したブロック図である。
【符号の説明】
36  電流方向転換装置
38  磁場発生手段
46a、46b  電磁石
53  電流転換スイッチ
54  電流方向転換手段
56  電源供給器
58  信号入力端
60  制御信号発生部
62  スイッチング素子
64  インバータ
66  NANDゲート
66a、66b、66c  第1、第2、第3信号入力端
【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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【図７】
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