JP2008311125A - 気化装置およびこれを備えたイオン源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】メンテナンス時等において、固体ソースの酸化を防止することができる気化装置および気化装置を備えたイオン源装置を提供する。
【解決手段】気化装置１は、開口１１１が形成され、固体ソースＳを収容するとともに、内部で固体ソースＳが気化する収容部１１と、収容部１１内のガスを排出するための流路１２１Ｃが形成された排出部１２と、排出部１２が摺動するとともに、収容部１１の開口１１１に連通する孔１３１が形成され、収容部１１に接続された被摺動部１３とを備える。排出部１２の孔１３１内を摺動する摺動面１２１Ａには、流路１２１Ｃへのガスの導入口１２１Ｂが形成されている。排出部１２を収容部１１側に向けて摺動させた際には、導入口１２１Ｂを介して流路１２１Ｃと収容部１１内部とが連通し、排出部１２を収容部１１と反対方向に向けて摺動させた際には、導入口１２１Ｂが被摺動部１３の孔１３１の内面で閉鎖される。
【選択図】図１

Description

本発明は、気化装置およびこれを備えたイオン源装置に関する。

従来、固体ソースを気化してプラズマ化し、イオンを放出するイオン源装置は、イオン注入装置等に使用されている（特許文献１，２参照）。
図４に特許文献１に記載されたイオン源装置９００を示す。
このイオン源装置９００は、固体ソースＳを加熱して蒸気化する蒸発源９０１と、プラズマ生成チャンバ９０２と、蒸発源９０１およびプラズマ生成チャンバ９０２とを接続するガス導入部材９０３とを備えたものとなっている。
ガス導入部材９０３は、蒸発源９０１からのびるガス導入管９０３Ａと、このガス導入管９０３Ａの先端をプラズマ生成チャンバ９０２に取り付けるためのアダプタ９０３Ｂとを備えた構成となっている。

特開平８−２２２１６６号公報 特開平９−２２６６１号公報

特許文献１に記載されたイオン源装置９００において、蒸発源９０１、あるいはプラズマ生成チャンバ９０２のメンテナンスを行う場合には、アダプタ９０３Ｂを取り外し、プラズマ生成チャンバ９０２と、蒸発源９０１とを分離すると考えられる。
この場合、蒸発源９０１中の固体ソースＳは、ガス導入管９０３Ａを介して大気にさらされることとなる。固体ソースＳが大気にさらされると、大気中の酸素により固体ソースＳが酸化されてしまう。そのため、固体ソースＳの気化温度が高くなり、気化効率が低下してしまう。

本発明によれば、固体ソースを気化させ、前記固体ソースが気化したガスを排出する気化装置であって、開口が形成されており、前記固体ソースを収容するとともに、内部で前記固体ソースが気化する収容部と、前記収容部内の前記ガスを排出するための流路が形成された排出部と、前記排出部が摺動するとともに、前記収容部の開口に連通する孔が形成され、前記収容部に接続される被摺動部とを備え、前記被摺動部の前記孔内を摺動する前記排出部の摺動面には、前記流路への前記ガスの導入口が形成され、前記排出部を前記収容部側に向けて摺動させた際には、前記導入口を介して前記流路と前記収容部内部とが連通し、前記排出部を前記収容部と反対方向に向けて摺動させた際には、前記導入口が前記被摺動部の孔の内面で閉鎖される気化装置が提供される。

この発明によれば、収容部からのガスを排出するための流路が形成された排出部は、被摺動部の孔内を摺動する。そして、排出部の摺動面には、流路へのガスの導入口が形成され、排出部を収容部側に向けて摺動させた際には、導入口を介して流路と収容部内部とが連通し、排出部を前記収容部と反対方向に向けて摺動させた際には、導入口が被摺動部の孔の内面で閉鎖される。
従って、収容部内で気化したガスを気化装置から排出する際には、排出部を被摺動部の孔に沿って収容部側に摺動させ、排出部の導入口と、収容部内部とを連通させればよい。これにより、収容部内部の気化したガスは、排出部の導入口を介して、排出部の流路に入り、気化装置から排出される。
一方、ガスを気化装置から排出させない状態、たとえば、メンテナンス等を行う場合においては、排出部を被摺動部の孔に沿って収容部と反対方向に摺動させる。このとき、排出部の導入口は、摺動面に形成されているため、排出部の導入口を被摺動の孔の内面で閉鎖することができる。
これにより、排出部に形成された流路は遮断されるので、収容部内部と大気とを遮断することができる。これにより、収容部内に配置された固体ソースが大気中にさらされてしまうことを防止できる。

なお、本発明において、気化とは、液体が気体に変化することのみならず、昇華も含む概念である。

本発明によれば、メンテナンス時等において、固体ソースの酸化を防止することができる気化装置およびこの気化装置を備えたイオン源装置が提供される。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１〜図３を参照して、本実施形態の気化装置１およびこの気化装置１を備えたイオン源装置２について説明する。
図１には、本実施形態の気化装置１の断面図が示されており、図２は気化装置１の排出部１２を示す図であり、図３は、気化装置１を備えたイオン源装置２の断面図である。
はじめに、本実施形態の気化装置１の概要について説明する。
本実施形態の気化装置１は、固体ソースＳを気化（昇華）させ、ガスを排出するものである。
この気化装置１は、開口１１１が形成されており、固体ソースＳを収容するとともに、内部で固体ソースＳが気化する収容部１１と、収容部１１内のガスを排出するための流路１２１Ｃが形成された排出部１２と、排出部１２が摺動するとともに、収容部１１の開口１１１に連通する孔１３１が形成され、収容部１１に接続された被摺動部１３とを備える。
排出部１２の前記孔１３１内を摺動する摺動面１２１Ａには、流路１２１Ｃへのガスの導入口１２１Ｂが形成されている。
そして、排出部１２を収容部１１側に向けて摺動させた際には、導入口１２１Ｂを介して流路１２１Ｃと収容部１１内部とが連通し、排出部１２を収容部１１と反対方向に向けて摺動させた際には、前記導入口１２１Ｂが被摺動部１３の孔１３１の内面で閉鎖される。

以下に、気化装置１について詳細に説明する。
気化装置１は、前述した収容部１１、排出部１２、被摺動部１３の他に、付勢部材１４と、押さえ部材１５とを有する。
収容部１１は、内部に固体ソースＳが収容されており、その外周面には、コイルヒータＨが設けられている。
コイルヒータＨは、収容部１１を加熱して、内部の固体ソースＳを昇華させている。
収容部１１は、円柱状の部材の内部を円柱状にくりぬいて、固体ソースＳを収容する収容空間を形成している。この収容部１１の上面には、開口１１１が形成されている。この開口１１１の径は、収容部１１内の収容空間の径よりも小さくなっている。
ここで、固体ソースＳとしては、たとえば、ヒ素、リン、インジウム等があげられる。

被摺動部１３は、収容部１１に接続されており、収容部１１の上方に位置する。この被摺動部１３は、排出部１２が摺動する部分である。この被摺動部１３は、円柱状の部材であり、内部に排出部１２が摺動する孔１３１が形成されている。この孔１３１は、収容部１１の開口１１１に連通し、開口１１１の径と、孔１３１の径とは等しくなっている。さらに、被摺動部１３には、前記孔１３１に連通する第二の孔１３２が形成されている。この第二の孔１３２は、孔１３１の上方に形成され、第二の孔１３２の径は、孔１３１の径よりも大きくなっている。

ここで、本実施形態では、被摺動部１３と、収容部１１とは一体的に構成され、気化装置本体部を構成している。
すなわち、本実施形態では、円柱状の部材内部に収容部１１の固体ソースＳの収容空間を構成する孔と、孔１３１と、第二の孔１３２とを形成したものとなっている。

排出部１２は、図２（ａ）、（ｂ）にも示すように、被摺動部１３の孔１３１内を摺動する摺動部１２１と、この摺動部１２１に設けられたフランジ部１２２と、フランジ部１２２から突出したノズル１２３とを備える。
摺動部１２１は、円柱状の部材であり、その外周面が孔１３１内を摺動する摺動面１２１Ａとなっている。この摺動面１２１Ａの下端部（収容部１１側の部分）には、前述した導入口１２１Ｂが複数、たとえば、２つ形成されている。本実施形態では、導入口１２１Ｂは、摺動部１２１の平面中心を挟んで対向する位置に形成されている。
また、摺動部１２１内部には、流路１２１Ｃが形成されている。この流路１２１Ｃは、収容部１１内部の気体を排出するためのものである。
流路１２１Ｃは、逆Ｔ字型となっており、摺動面１２１Ａに形成された導入口１２１Ｂに連通する第一の流路１２１Ｄと、この第一の流路１２１Ｄに接続された第二の流路１２１Ｅとを備える。
第一の流路１２１Ｄは、摺動部１２１の摺動方向と直交する方向に延びている。第二の流路１２１Ｅは、摺動部１２１の摺動方向に沿って上方に延びており、第一の流路１２１Ｄの略中央部分に交差している。
排出部１２の摺動部１２１は、収容部１１の開口１１１を介して、収容部１１内に挿入可能となっている。

フランジ部１２２は、摺動部１２１の上端部に設けられたものである。このフランジ部１２２は平面略円形形状であり、その径は、被摺動部１３の孔１３１の径よりも大きく、第二の孔１３２の径よりも小さい。

ノズル１２３は、流路１２１Ｃの第二の流路１２１Ｅに連通している。このノズル１２３は、後述するチャンバ２１に接続される。

付勢部材１４は、排出部１２を、収容部１１内に向かって摺動させた際に、排出部１２を、前記摺動方向に沿って前記収容部１１と反対方向に付勢するものである。
この付勢部材１４は、被摺動部１３の第二の孔１３２内に配置されている。本実施形態では、付勢部材１４はコイルばねであり、中心部に排出部１２の摺動部１２１が挿入される。
付勢部材１４は、排出部１２のフランジ部１２２と、第二の孔１３２の底面部分とに当接している。

押さえ部材１５は、排出部１２が被摺動部１３から飛び出してしまうことを防止するものである。この押さえ部材１５は、排出部１２のフランジ部１２２上に設置されるとともに、被摺動部１３の第二の孔１３２内に配置されている。
押さえ部材１５は、板状、たとえば、円盤状の部材であり、第二の孔１３２の内面に当接し、押さえ部材１５と第二の孔１３２内面との摩擦により、排出部１２の被摺動部１３からの飛び出しを防止している。

以上のような気化装置１は、図３に示すように、イオン源装置２に組み込まれる。
イオン源装置２は、気化装置１と、気化装置１の排出部１２に接続され、内部に導入されたガスをプラズマ化するチャンバ２１とを有する。
イオン源装置２は、イオン注入装置に組み込まれて使用されるものであり、固体ソースＳが昇華したガスをプラズマ化してイオンを生成するものである。
イオン源装置２をイオン注入装置に組み込んだ場合には、チャンバ２１と、基板が設置され、イオン注入が行われる処理室とが接続されることとなる。
なお、図３のイオン源装置２は、密閉された空間Ｍ内に配置される。

このイオン源装置２は、気化装置１と、気化装置１の排出部１２のノズル１２３に接続され、気化装置１の排出部１２のノズル１２３から排出された気体をプラズマ化するチャンバ２１とを有する。
イオン源装置２に気化装置１を組み込むと、排出部１２の摺動部１２１が被摺動部１３の孔１３１内を所定距離、摺動し、排出部１２の摺動部１２１の下端部が収容部１１内の開口１１１内に挿入される。
この際、気化装置１の付勢部材１４は、排出部１２のフランジ部１２２と第二の孔１３２とで挟まれて、圧縮された状態となる。
排出部１２の摺動部１２１の摺動面１２１Ａの下端部には導入口１２１Ｂが形成されており、この導入口１２１Ｂは収容部１１内部に位置しているので、収容部１１内と流路１２１Ｃとが連通することとなる。
これにより、収容部１１内のガスは、図３の矢印に示すように、流路１２１Ｃ、ノズル１２３を介して、チャンバ２１内に導入される。

イオン源装置２のメンテナンスを行う場合には、チャンバ２１から気化装置１のノズル１２３を取り外す。
ここで、気化装置１をチャンバ２１に取り付けた状態において、付勢部材１４は、排出部１２のフランジ部１２２と第二の孔１３２とで挟まれて、圧縮された状態、すなわち、排出部１２のフランジ部１２２はチャンバ２１側に付勢された状態となっていたため、チャンバ２１からノズル１２３を取り外すと同時に、フランジ部１２２は付勢部材１４により押し上げられる。排出部１２は、孔１３１内を摺動し、収容部１１の開口１１１から出ることとなる。
これにより、排出部１２の流路１２１Ｃに接続されている導入口１２１Ｂは、収容部１１外部に位置することとなり、導入口１２１Ｂは孔１３１の内面によりふさがれることとなる。
また、排出部１２の底面は、収容部１１の開口１１１と略同位置となり、排出部１２の底面により、収容部１１の開口１１１がふさがれることとなる。

次に、本実施形態の作用効果について説明する。
流路１２１Ｃが形成された排出部１２は、被摺動部１３の孔１３１内を摺動するとともに、被摺動部１３に接続された収容部１１の開口１１１を介して収容部１１内に出し入れ可能となっている。
被摺動部１３上を摺動する排出部１２の摺動面１２１Ａには、収容部１１の開口１１１を介して収容部１１内に排出部１２を挿入した際に、流路１２１Ｃと収容部１１内部とを連通させるための導入口１２１Ｂが形成されている。
従って、収容部１１内で昇華したソースを気化装置１から排出する際には、排出部１２を被摺動部１３の孔１３１に沿って収容部１１側に摺動させ、排出部１２の導入口１２１Ｂと、収容部１１内部とを連通させればよい。これにより、収容部１１内部の気化したソースは、排出部１２の導入口１２１Ｂを介して、排出部１２の流路１２１Ｃを通り、気化装置１から排出される。
一方、気化したソースを気化装置１から排出させない状態、たとえば、メンテナンス等を行う場合においては、排出部１２を被摺動部１３の孔１３１に沿って収容部１１と反対方向に摺動させる。このとき、排出部１２の導入口１２１Ｂは、摺動面１２１Ａに形成されているため、排出部１２の導入口１２１Ｂを被摺動部１３の孔１３１の内面で閉鎖することができる。
これにより、排出部１２に形成された流路１２１Ｃは、遮断されるので、図１の矢印に示すように、空気がノズル１２３から入ったとしても、収容部１１と空気とを遮断することができる（図１の×印参照）。これにより、収容部１１内に配置された固体ソースＳが大気中にさらされてしまうことを防止できる。

また、本実施形態では、排出部１２のフランジ部１２２と、被摺動部１３の孔１３２の底面との間に付勢部材１４を設けている。この付勢部材１４は、排出部１２を、収容部１１内に向かって摺動させた際に、排出部１２を、摺動方向に沿って前記収容部１１と反対方向に付勢するものであり、気化装置１をイオン源装置２に組み込んだ際には、排出部１２を収容部１１と反対方向に付勢している。
従って、イオン源装置２から気化装置１を取り外した際には、付勢部材１４により、排出部１２を収容部１１と反対側に駆動させることができる。
これにより、排出部１２が被摺動部１３内を摺動し、排出部１２に形成された流路１２１Ｃは、遮断されるので、イオン源装置２から気化装置１を取り外した際に、確実に固体ソースＳが大気中にさらされてしまうことを防止できる。

さらに、本実施形態では、付勢部材１４をばねとしているので、容易に気化装置１に組み込むことができる。
また、本実施形態では、気化装置１の収容部１１と、被摺動部１３とを一体化しているので気化装置１の部品点数を削減できる。

なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
たとえば、前記実施形態では、気化装置１は、排出部１２を、収容部１１内に向かって摺動させた際に、排出部１２を、摺動方向に沿って前記収容部１１と反対方向に付勢する付勢部材１４を有するものとした。そして、この付勢部材１４をコイルばねとしたが、付勢部材１４は、コイルばねに限られるものではない。
また、気化装置は、付勢部材１４を有しなくてもよい。メンテナンス時等において、作業者が排出部１２を収容部１１と反対方向に摺動させてもよい。

さらに、前記実施形態では、イオン源装置２のメンテナンスを行う場合において、排出部１２は、その底面が、収容部１１の開口１１１と略同位置となっていたが、これに限らず、排出部１２の導入口１２１Ｂよりも収容部１１側の部分が、収容部１１内に入った状態となっていてもよい。
また、排出部１２の底面が、収容部１１の開口１１１よりも、上方（収容部１１と反対側）に位置してもよい。
ただし、前記実施形態のように、排出部１２の底面が、収容部１１の開口１１１と略同位置となり、排出部１２の底面で、収容部１１の開口１１１がふさがれる状態とした方が、より確実に、収容部１１内への空気の侵入を防止することができる。

また、前記実施形態では、被摺動部１３の孔１３１は、開口１１１に対し垂直方向（上下方向）に延び、排出部１２は孔１３１内を上下方向に移動するとしたが、これに限らず、たとえば、被摺動部の孔が、開口１１１に連通し、上下方向に延びる第一の孔と、この第一の孔に連通し、開口１１１と平行方向（水平方向）に延びる第二の孔とを有する構造であってもよい。そして、排出部を第二の孔内を水平方向に摺動するものとしてもよい。
この場合には、排出部を収容部側に摺動させ、排出部の導入口を第一の孔を介して開口と連通させることで、収容部内部のガスが排出されることとなる。
また、排出部を収容部と反対側に摺動させ、排出部の導入口を第二の孔の内面で閉鎖することで、収容部内部の固体ソースと大気とが遮断されることとなる。

本発明の一実施形態にかかる気化装置を示す図である。 （ａ）は、気化装置の排出部を示す側面図であり、（ｂ）は気化装置の排出部を示す斜視図である。 イオン源装置を示す図である。 従来のイオン源装置を示す図である。

符号の説明

１ 気化装置
２ イオン源装置
１１ 収容部
１２ 排出部
１３ 被摺動部
１４ 付勢部材
１５ 押さえ部材
２１ チャンバ
１１１ 開口
１２１ 摺動部
１２１Ａ 摺動面
１２１Ｂ 導入口
１２１Ｃ 流路
１２１Ｄ 第一の流路
１２１Ｅ 第二の流路
１２２ フランジ部
１２３ ノズル
１３１ 孔
１３２ 第二の孔
９００ イオン源装置
９０１ 蒸発源
９０２ プラズマ生成チャンバ
９０３ ガス導入部材
９０３Ａ ガス導入管
９０３Ｂ アダプタ
Ｈ コイルヒータ
Ｍ 空間
Ｓ 固体ソース

Claims (5)

1. 固体ソースを気化させ、前記固体ソースが気化したガスを排出する気化装置であって、
   開口が形成されており、前記固体ソースを収容するとともに、内部で前記固体ソースが気化する収容部と、
   前記収容部内の前記ガスを排出するための流路が形成された排出部と、
   前記排出部が摺動するとともに、前記収容部の前記開口に連通する孔が形成され、前記収容部に接続される被摺動部とを備え、
   前記被摺動部の前記孔内を摺動する前記排出部の摺動面には、前記流路への前記ガスの導入口が形成され、
   前記排出部を前記収容部側に向けて摺動させた際には、前記導入口を介して前記流路と前記収容部内部とが連通し、
   前記排出部を前記収容部と反対方向に向けて摺動させた際には、前記導入口が前記被摺動部の前記孔の内面で閉鎖される気化装置。
2. 請求項１に記載の気化装置において、
   前記排出部は、前記収容部の開口を介して前記収容部内に挿入可能に設けられ、
   前記排出部を前記収容部側に向けて所定距離摺動させ、前記開口を介して前記排出部を前記収容部内に挿入した際に、前記導入口は前記収容部内部に位置する気化装置。
3. 請求項１または２に記載の気化装置において、
   前記排出部を、前記収容部に向かって摺動させた際に、前記排出部を、前記摺動方向に沿って前記収容部と反対方向に付勢する付勢部材が設けられている気化装置。
4. 請求項３に記載の気化装置において、
   前記付勢部材は、ばねである気化装置。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の気化装置と、
   前記気化装置の前記排出部に接続され、内部に導入された前記ガスをプラズマ化するチャンバとを有するイオン源装置。

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