JP2014044886A - イオン生成方法およびイオン源 - Google Patents

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Abstract

【課題】イオン源を構成するアークチャンバへのラジカルの作用を抑制する技術を提供する。
【解決手段】イオン生成方法は、高融点材料で構成されたアークチャンバを備えた直流放電型イオン源を用いるイオン生成方法であって、アークチャンバ内でソースガスの分子と熱電子とを衝突させてプラズマ放電を起こしてイオンを発生させるイオン発生工程と、イオン発生工程で生じたラジカルを、アークチャンバの内壁の少なくとも一部を覆うように配置されたライナーと反応させる反応工程と、を含む。ライナーは、アークチャンバと比較して、ソースガスが分解された際に生じるラジカルと反応し易い材料で構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、イオン生成方法およびイオン源に関する。
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。
このようなイオン注入装置におけるイオン源として、直流放電型のイオン源が知られている。直流放電型のイオン源は、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内で加速され、導入されているソースガス分子と衝突することで、ソースガス分子に含まれている原子がイオン化される（特許文献１参照）。
特許第３５１６２６２号公報
ところで、アークチャンバ内に導入されるソースガス分子には、フッ化物や塩化物等のハロゲン化物が用いられることが多い。ハロゲン化物のソースガス分子は、イオン化の過程でハロゲンラジカルを発生させ、このハロゲンラジカルがイオン源を構成する部品、例えばアークチャンバ内壁の金属材料に作用し、化学結合する。そして、化学結合した金属材料は、ソースガス分子とともにイオン化され、イオンビームとしてイオン源から引き出される。
その結果、アークチャンバ内壁の金属材料がイオンとして半導体ウエハに注入され、ウエハが金属等の不純物イオンで汚染される懸念がある。特に、直流放電型のイオン源の場合、アークチャンバ内が高温となるため、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）等の高融点金属をアークチャンバ内壁に用いる場合があるが、このような高融点金属による汚染は、半導体素子の性能向上ためにも極力低減することが望まれている。
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、イオン源を構成する部分、特にアークチャンバへのラジカルの作用を抑制する技術を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明のある態様のイオン生成方法は、高融点材料で構成されたアークチャンバを備えた直流放電型イオン源を用いるイオン生成方法であって、アークチャンバ内でソースガスの分子と熱電子とを衝突させてプラズマ放電を起こしてイオンを発生させるイオン発生工程と、イオン発生工程で生じたラジカルを、アークチャンバの内壁の少なくとも一部を覆うように配置されたライナーと反応させる反応工程と、を含む。ライナーは、アークチャンバと比較して、ソースガスが分解された際に生じるラジカルと反応し易い材料で構成されている。
本発明の別の態様は、イオン源である。このイオン源は、高融点材料で構成されたアークチャンバと、アークチャンバ内に熱電子を放出する熱電子放出部と、アークチャンバ内にソースガスを導入するガス導入口と、アークチャンバの内壁の少なくとも一部を覆うライナーと、アークチャンバ内で発生したイオンを引き出す開口部と、を備える。ライナーは、アークチャンバと比較して、ソースガスが分解された際に生じるラジカルと反応し易い材料で構成されている。
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。
本発明によれば、イオン源を構成するアークチャンバをラジカルから保護できる。
第１の実施の形態に係るイオン源のアークチャンバ内を示す模式図である。 図１に示すイオン源のＡ−Ａ断面を示す模式図である。 第２の実施の形態に係るイオン源のアークチャンバ内を示す模式図である。 第３の実施の形態に係るイオン源のアークチャンバ内を示す模式図である。 第４の実施の形態に係るイオン源のアークチャンバ内を示す模式図である。 第５の実施の形態に係るイオン源のアークチャンバ内を示す模式図である。 図６に示すイオン源のＣ−Ｃ断面を示す模式図である。
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。
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態に係るイオン源のアークチャンバ内を示す模式図である。図２は、図１に示すイオン源のＡ−Ａ断面を示す模式図である。
第１の実施の形態に係るイオン源１０は、直流放電型のイオン源であり、アークチャンバ１２と、熱電子放出部１４と、ライナー１６と、リペラー１８と、サプレッション電極２０と、グランド電極２２と、各種電源とを備える。
アークチャンバ１２は、ソースガスを導入するガス導入口２４と、イオンビームが引き出される開口部としてのフロントスリット２６とが形成されている。
熱電子放出部１４は、アークチャンバ内に熱電子を放出するものであり、フィラメント２８とカソード３０とを有する。リペラー１８は、熱電子放出部１４と対向する位置に設けられており、リペラープレート３２を有する。カソード３０とリペラープレート３２は、対向してほぼ平行に設けられている。ライナー１６は、アークチャンバ１２の内壁を覆うように設けられている。
フィラメント２８は、フィラメント電源３４で加熱され、先端に熱電子を発生させる。フィラメント２８で発生した（１次）熱電子は、カソード電源３６で加速され、カソード３０に衝突し、その衝突時に発生する熱でカソード３０を加熱する。加熱されたカソード３０は（２次）熱電子４０を発生し、この（２次）熱電子４０が、アーク電源３８によってカソード３０とアークチャンバ１２との間に印加されたアーク電圧によって加速され、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１２中に放出される。
一方、イオン源１０は、カソード３０とリペラー１８を結ぶ軸方向にソース磁場コイルにより誘起される外部磁場Ｂが印加されている。また、ビーム電子を放出するカソード３０と対向させてリペラー１８が設けられているため、ビーム電子は磁場Ｂに沿ってカソード３０とリペラー１８との間を往復移動し、アークチャンバ１２に導入されたソースガス分子と衝突電離しイオンを発生させ、アークチャンバ１２にプラズマ４２を生成する。ビーム電子は、印加磁場によってほぼ限局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、拡散によりアークチャンバ１２内壁、フロントスリット２６、カソード３０、リペラー１８に到達し、壁面で失われる。
本実施の形態に係るイオン源１０は、（２次）熱電子４０を放出する直流放電型のイオン源であり、アークチャンバ１２の内部は非常に高温になる。そのため、アークチャンバ１２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、直流放電型イオン源のように、アークチャンバ内が比較的高温となる環境下でも、アークチャンバを溶けにくくできる。
ソースガスには、Ａｒ等の希ガスやＨ２，ＰＨ３，ＡｓＨ３等の水素化物、ＢＦ３，ＧｅＦ４等のフッ化物やＩｎＣｌ３等の塩化物（ハロゲン化物）、ＣＯ２，ＣＯ等の酸化物が用いられる。これらのソースガスは、アークチャンバ１２に導入され、（２次）熱電子４０によりイオン化されるが、励起されたイオンは、アークチャンバ１２内壁、フロントスリット２６、カソード３０、リペラー１８に入射して衝突すると、各部の構成素材（Ｗ，Ｔａ，Ｍｏ，グラファイト等）を、スパッタにより摩滅させる。また、ソースガスがフッ化物の場合、例えば、ＢＦ３の場合、イオン化によりＢ＋，ＢＦ＋， ＢＦ２＋，Ｆ＋，Ｆ２＋が生成され、これらのイオンがアークチャンバ１２内部の壁面で中性化されると、Ｆ，Ｆ２等の反応性の高いフッ素ラジカル（通常、半導体製造プロセスのＳｉやＳｉＯ２膜のエッチングで使用されている。）が生成される。
フッ素ラジカルは、イオン源１０を構成する部品の材料と化学結合し、ＷＦｘ，ＴａＦｘ，ＭｏＦｘ，ＣＦｘなどのフッ化物となる。これらフッ化物は、比較的低温でガス化するためアークチャンバー内で導入ソースガスとともにイオン化され、Ｗ＋，Ｔａ＋，Ｍｏ＋などのイオンビームとして導入ソースガスの主イオンビームとともに引き出されてしまう。
一方、昨今のイオン注入では半導体素子の性能向上のため、高融点金属のような重金属イオン（Ｗ＋，Ｔａ＋，Ｍｏ＋など）による金属汚染（メタルコンタミ）の低減が厳しく要求されている。しかしながら、前述のように、イオンソースガスに含まれるフッ素と、イオン源を構成するアークチャンバ１２などの高融点材料とが化学結合してガス化し、コンタミイオンとしてアークチャンバ１２から引き出されることは好ましくない。
また、イオンビームとして引き出されたこれらの重金属イオンは、ビームライン内に堆積するとともに、その一部はイオン注入部に到達して、注入ウエハの重金属汚染を引き起こし、半導体素子の歩留りを低下させる。さらに、フッ素ラジカルは高温のイオン源の構成物（カソード、リペラー、フロントスリット、アークチャンバ等）を短時間で蝕耗させるとともに、一部の高温部材に堆積し、絶縁不良等の不具合を引き起こす。そのため、各部品を頻繁に交換する必要があり、イオン源やイオン源を備えるイオン注入装置のメンテサイクルを短くしその生産性を低下させることになる。
そこで、本発明者が鋭意検討した結果、以下の技術に想到した。つまり、高温のイオンソース内で生じるソース物質のフッ化物や塩化物等のハロゲン化物由来の反応性の高いラジカルを、イオン源を構成する高融点金属からなるアークチャンバ１２と化学結合しないように、効率よく低減することで、イオンビーム中に含まれるイオン源１０の構成部材由来の重金属イオンを抑制できる点に想到した。また、この技術により、アークチャンバ１２をはじめとするイオン源１０を構成する部品の損耗が抑えられ、イオン源１０長寿命化を図ることも可能となる。
このような知見を考慮し、本実施の形態に係るイオン生成方法は、高融点材料で構成されたアークチャンバ１２を備えた直流放電型のイオン源１０を用いるイオン生成方法である。このイオン生成方法は、アークチャンバ１２内でソースガスの分子と熱電子４０とを衝突させてプラズマ放電を起こしてイオンを発生させるイオン発生工程と、イオン発生工程で生じたラジカルを、アークチャンバ１２の内壁の少なくとも一部を覆うように配置されたライナー１６と反応させる反応工程と、を含む。ライナー１６は、アークチャンバ１２と比較して、ソースガスが分解された際に生じるラジカルと反応し易い材料で構成されている。
これにより、イオン源１０は、ラジカルがライナー１６と反応することでアークチャンバ１２内のラジカルが減少し、ライナー１６以外のイオン源を構成する部分、例えば、アークチャンバ１２、リペラー１８、フロントスリット２６、カソード３０へのラジカルの作用が減少する。そのため、例えば、アークチャンバ１２へ作用することが抑制されることで、アークチャンバ１２に含まれる高融点材料がイオンとしてフロントスリット２６から引き出されることが低減される。
本実施の形態に係るソースガスは、ハロゲン化物または酸化物のガスである。具体的には、ソースガスは、ＢＦ３，ＧｅＦ４，ＰＦ３，ＩｎＣｌ３，ＩｎＩ，ＩｎＢｒ，ＣＯ２およびＣＯからなる群より選択される少なくとも一種のガスである。これらのガスは、高温であってもガスの状態を維持できるため、直流放電型イオン源におけるソースガスに適している。
これらのソースガスのうちハロゲン化物、例えば、ＢＦ３やＧｅＦ４等のフッ化物がイオン源１０のアークチャンバ１２に導入されると、前述したように所望のドーパントイオンを得るためにアークチャンバ１２内でプラズマ化され、種々のイオンが生成される。例えば、ＢＦ３の場合、生成されるイオンはＢ＋，ＢＦ＋，ＢＦ２＋，Ｆ＋，Ｆ２＋で、それらのイオンの一部はフロントスリット２６の開口部から引き出され、質量分離され、Ｂ＋またはＢＦ２＋のみ半導体素子に注入される。しかしながら、ほとんどのイオンはアークチャンバ１２や、カソード３０、リペラー１８の表面に流入し中性化される。
これらのイオンの中でＦ＋やＦ２＋は中性化され、ＦやＦ２のフッ素ラジカルとなる。特に反応性の高いフッ素ラジカルは、アークチャンバ１２内壁に吸着し、壁面部材（Ｗ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｃ等）と化学的に結合し、ＷＦｘ，ＭｏＦｘ，ＴａＦｘ，ＣＦｘなどが生じる。これらのフッ化物は、数百度以下の比較的低温で気化するため、イオン源１０がイオンを発生させている運転時に６００℃以上（または１０００℃以上、または１５００℃以上）に達するアークチャンバ１２内の壁面より気化してアークチャンバ１２の内壁を蝕耗する。
気化したフッ化物は、更に高温のカソード３０周辺やリペラー１８の表面で熱分解し、Ｆが解離し、Ｗ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｃ等が堆積する、といった、いわゆる、ハロゲンサイクルが起こる。アークチャンバ１２内でフッ素ラジカルによる蝕耗や堆積が起こると、前述したように部材の形状変化や、初期隙間の低下等により絶縁不良やビーム性能の低下が起きうる。
そこで、本実施の形態では、このようなラジカルを効率よく除去すべく、ライナー１６の材料として、Ｗ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｃ等の高融点材料よりも融点が低いシリコン（Ｓｉ）を用いている。半導体プロセスにおける結晶ＳｉやポリＳｉのエッチングには、ＣＦ４のプラズマがよく使用されるており、高融点金属やカーボン（Ｃ）と比較してＳｉは、ＣＦ４プラズマ中のフッ素ラジカルやＣＦ２ラジカルに対して非常に選択性が高い。
この際の反応は、
Ｓｉ(固体)＋４Ｆ→ＳｉＦ４(ガス)
として表される。
つまり、Ｓｉからなるライナー１６は、高融点材料よりも容易にエッチングされ易い犠牲材料として機能する。また、ライナー１６のＳｉは、ＳｉＦ４ガスとして排気され、Ｓｉのエッチングが効率よく行われる。逆に、フッ素ラジカルが発生する箇所にＳｉを置けば、効率よくフッ素ラジカルを除去できるともいえる。なお、ラジカルが酸素ラジカルの場合であっても同様である。また、排気されるガスに、ＳｉＦ３、ＳｉＯ、ＳｉＯ２などのシリコン化合体の気体が含まれていてもよい。
このように本実施の形態に係るイオン形成方法は、前述の反応工程で生じた、ラジカルとライナーの材料であるＳｉとの化合物ガス（ＳｉＦ４）をイオン源１０から排気する排気工程を更に含んでいる。これにより、ラジカルを化合物ガスとして効率よくアークチャンバ１２の外へ排出できる。
反応工程において用いられるライナー１６は、前述のＳｉ以外に、ゲルマニウム（Ｇｅ）や炭化ケイ素（ＳｉＣ）を含む材料であってもよい。なお、Ｓｉの純度は、９９．９９９％以上が好ましい。
なお、Ｓｉは、単結晶シリコンであってもよい。単結晶シリコンは、例えば、ラジカルによってエッチングされる速度が速いため、ラジカルをより効率よく化合物ガスへ変化させることができる。また、単結晶シリコンは、アークチャンバ内で生じるプラズマと対向する面が（１００）面となるように配置されていてもよい。単結晶シリコンの（１００）面は、ラジカルによってエッチングされる速度が速いため、ラジカルをより効率よく化合物ガスへ変化させることができる。
また、シリコンは、多結晶シリコンやアモルファスシリコンであってもよい。多結晶シリコンやアモルファスシリコンは、単結晶シリコンよりも、エッチングされる速度が遅いため、ライナーの寿命を延ばすことができる。
また、本実施の形態を別の態様で表現すると、イオン源１０は、高融点材料で構成されたアークチャンバ１２と、アークチャンバ１２内に熱電子を放出する熱電子放出部１４と、アークチャンバ１２内にソースガスを導入するガス導入口２４と、アークチャンバ１２の内壁の少なくとも一部を覆うライナー１６と、アークチャンバ１２内で発生したイオンを引き出すフロントスリット２６と、を備える。ライナー１６は、アークチャンバ１２と比較して、ソースガスが分解された際に生じるラジカルと反応し易い材料で構成されている。
また、ライナー１６は、少なくとも一部がアークチャンバ１２と接していてもよい。これにより、アークチャンバを介してライナーの熱を外部へ放熱できる。
なお、アークチャンバ１２と別部材のライナー１６を設けるのではなく、アークチャンバ１２やイオン源１０のその他の構成部品の内壁側の表面にＳｉやＧｅなどの材料をコーティングしてもよい。その際、その材料は、単結晶、多結晶、アモルファスのいずれかから適宜選択すればよい。
（第２の実施の形態）
図３は、第２の実施の形態に係るイオン源のアークチャンバ内を示す模式図である。第２の実施の形態に係るイオン源５０は、ライナーの形状が第１の実施の形態に係るイオン源１０と異なる。
イオン源５０において、アークチャンバ１２は、熱電子放出部１４近傍においてライナー５２で覆われたライナー被覆領域１２ａと、ライナー５２で覆われていない露出領域１２ｂと、を有している。熱電子放出部１４近傍は、ラジカルが発生し易いため、ライナー５２を熱電子放出部１４近傍に配置することでラジカルを効率よく除去できる。一方、ライナーで覆われていない露出領域１２ｂを設けることで、ライナー５２の量を低減でき、ライナー５２の材料がイオンビームとして過剰に発生することが抑制される。
（第３の実施の形態）
図４は、第３の実施の形態に係るイオン源のアークチャンバ内を示す模式図である。第３の実施の形態に係るイオン源６０は、ライナーの形状が第１の実施の形態に係るイオン源１０と異なる。
イオン源６０において、アークチャンバ１２は、熱電子放出部１４と対向するリペラー１８近傍においてライナー６２で覆われたライナー被覆領域１２ａと、ライナー６２で覆われていない露出領域１２ｂと、を有している。リペラー１８近傍は、ラジカルが発生し易いため、ライナー６２をリペラー１８近傍に配置することでラジカルを効率よく除去できる。一方、ライナー６２で覆われていない露出領域１２ｂを設けることで、ライナー６２の量を低減でき、ライナー６２の材料がイオンビームとして過剰に発生することが抑制される。
（第４の実施の形態）
図５は、第４の実施の形態に係るイオン源のアークチャンバ内を示す模式図である。イオン源７０において、アークチャンバ１２は、フロントスリット２６の周辺部であってライナーで覆われていない露出領域１２ｂを有している。ライナー７２はラジカルによってエッチングされ減少する。そのため、フロントスリット２６の縁までライナーを設けておくと、開口部近傍の形態が経時的に変化し、フロントスリット２６から引き出されるイオンビームの形状が安定しなくなるおそれがある。そこで、フロントスリット２６の周辺部はライナー７２で覆わないことで、イオンビームの形状を安定にできる。
このように、イオンビームの引き出し性能については、フロントスリット２６に拡散してきたプラズマから磁場に平行なスリットを通して行われるが、引き出されるビーム電流量やビームの発散量はフロントスリット部の摩滅やソース物質の堆積による開口形状の変化に大きく左右され、ひいては、イオン注入部での注入ビーム電流の低下を招き、イオン注入装置の生産性を低下させる。
そこで、本実施の形態に係るライナー形状とすることで、フッ素ラジカルによるフロントスリット２６近傍の蝕耗やソース物質の堆積が低減され、開口形状の変化が抑えられるため、ビーム形状への影響が低減され、イオン注入装置の安定な運転が維持できる。
（第５の実施の形態）
図６は、第５の実施の形態に係るイオン源のアークチャンバ内を示す模式図である。図７は、図６に示すイオン源のＣ−Ｃ断面を示す模式図である。
イオン源８０において、アークチャンバ１２は、フロントスリット２６と対向するアークチャンバ内壁であってライナーで覆われていない露出領域１２ｂを有している。フロントスリット２６と対向するアークチャンバ内壁には、イオンビームを引き出す際に、高エネルギーのバックストリーム電子８２がフロントスリット２６よりアークチャンバ１２内に浸入し、フロントスリット２６と対向するアークチャンバ内壁に衝突する。そのため、図６に示すバックストリーム照射部８４が高温となるため、ライナー８６が溶けるおそれがある。そこで、フロントスリット２６と対向するアークチャンバ内壁をライナー８６で覆わないことで、ライナー８６の溶出を防止できる。
上述のように、特に高温で運転されるイオン源において、フッ化物をソースガスとして使用する場合、例えば、Ｓｉライナーをアークチャンバー内に配置すれば、フッ素ラジカルはガスとしてＳｉＦ４若しくはＳｉＦ２として効率よく排出され、高融点金属やカーボン等の蝕耗や堆積が抑制される。したがって、ソース寿命が著しく改善されることとなる。
また、Ｓｉライナーでアークチャンバー内壁を覆うことにより、重金属やカーボンのフッ化物が少なくなることから、引き出されるビーム中の重金属イオンも著しく減少し、重金属汚染の低減が可能となる。
なお、通常のイオン源は、引出電極に電圧を印加するために絶縁物（インシュレーター）が配置されているが、重金属イオンやカーボンイオンが引き出されると、それらのイオンはその絶縁物表面に付着し、絶縁不良を生ぜしめる。一方、上述の実施の形態にように、Ｓｉライナーの場合は、生じたＳｉＦ４ガスからイオン化されたＳｉ＋も引き出されるが、Ｓｉは絶縁物であるため堆積しても絶縁不良を生じない。したがって、引出電極やイオン源周辺の絶縁特性が改善され、ビーム引出の安定化が図られる。
以上、本発明を上述の各実施の形態を参照して説明したが、本発明は上述の各実施の形態に限定されるものではなく、各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各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各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。
上述のライナーは、要求されるイオン源の寿命にわたる蝕耗によって貫通しない十分な厚さ（例えば１ｍｍ以上）を有するとよい。また、ライナーが単結晶Ｓｉ板である場合には高温運転時の強度を保たせるため劈開に沿って切り出したものあるとよい。また、ライナーのプラズマに接する面は鏡面であるとよい。また、ライナーは、コスト低減のためインゴットから切り出したままのＳｉ基板であってもよい。また、ライナーは、薄いＳｉ基板を複数枚重ねたものでもよい。
また、熱電子放出部１４は、フィラメントから発生させた（１次）熱電子により直接イオン化させる電子衝突型イオンソースや、フィラメントから発生させた（１次）熱電子をカソードキャップに衝突させカソードキャップから（２次）熱電子４０を発生させる傍熱型電子衝突型イオンソースであってもよい。
また、ガス導入口２４やフロントスリット２６近傍のライナーをグラファイトとし、それ以外のライナーをＳｉとしてもよい。
また、ライナーがＳｉ単結晶の場合、劈開に沿って切り出したものであってもよい。これにより、高温運転時の強度を保たせることができる。
また、ライナーの表面粗さは、フッ素ラジカル等との反応性を高めるため、表面積が大きくなるように、特にプラズマに接する領域の粗さを粗くしてもよい。
なお、上述のイオン源は、ライナーをソースとするＳｉビームを発生装置として機能させてもよい。また、プラズマは、ＲＦアンテナなどの他の手段によって発生させてもよい。
１０ イオン源、 １２ アークチャンバ、 １２ａ ライナー被覆領域、 １２ｂ 露出領域、 １４ 熱電子放出部、 １６ ライナー、 １８ リペラー、 ２０ サプレッション電極、 ２２ グランド電極、 ２４ ガス導入口、 ２６ フロントスリット、 ２８ フィラメント、 ３０ カソード、 ３２ リペラープレート、 ３４ フィラメント電源、 ３６ カソード電源、 ３８ アーク電源、 ４０ 熱電子、 ４２ プラズマ、 ８２ バックストリーム電子、 ８４ バックストリーム照射部。

Claims (16)

  1. 高融点材料で構成されたアークチャンバを備えた直流放電型イオン源を用いるイオン生成方法であって、
    前記アークチャンバ内でソースガスの分子と熱電子とを衝突させてプラズマ放電を起こしてイオンを発生させるイオン発生工程と、
    前記イオン発生工程で生じたラジカルを、アークチャンバの内壁の少なくとも一部を覆うように配置されたライナーと反応させる反応工程と、を含み、
    前記ライナーは、前記アークチャンバと比較して、前記ソースガスが分解された際に生じるラジカルと反応し易い材料で構成されていることを特徴とするイオン生成方法。
  2. 前記反応工程で生じた、ラジカルとライナーの材料との化合物ガスをイオン源から排気する排気工程を更に含むことを特徴とする請求項１に記載のイオン生成方法。
  3. 前記反応工程において用いられるライナーは、シリコンまたはゲルマニウムを含む材料であることを特徴とする請求項１または２に記載のイオン生成方法。
  4. 前記シリコンは、単結晶シリコンであることを特徴とする請求項３に記載のイオン生成方法。
  5. 前記単結晶シリコンは、アークチャンバ内で生じるプラズマと対向する面が（１００）面となるように配置されていることを特徴とする請求項４に記載のイオン生成方法。
  6. 前記シリコンは、多結晶シリコンであることを特徴とする請求項３に記載のイオン生成方法。
  7. 前記シリコンは、アモルファスシリコンであることを特徴とする請求項３に記載のイオン生成方法。
  8. 前記ソースガスは、ハロゲン化物または酸化物のガスであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のイオン生成方法。
  9. 前記ソースガスは、ＢＦ３，ＧｅＦ４，ＰＦ３，ＩｎＣｌ３，ＩｎＩ，ＩｎＢｒ，ＣＯ２およびＣＯからなる群より選択される少なくとも一種のガスであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のイオン生成方法。
  10. 前記高融点材料は、タングステン、モリブデン、タンタルおよび炭素の少なくとも一種の原子を含む材料であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載のイオン生成方法。
  11. 前記イオン発生工程は、アークチャンバ内の温度が６００℃以上となることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のイオン生成方法。
  12. 高融点材料で構成されたアークチャンバと、
    前記アークチャンバ内に熱電子を放出する熱電子放出部と、
    前記アークチャンバ内にソースガスを導入するガス導入口と、
    前記アークチャンバの内壁の少なくとも一部を覆うライナーと、
    前記アークチャンバ内で発生したイオンを引き出す開口部と、を備え、
    前記ライナーは、前記アークチャンバと比較して、前記ソースガスが分解された際に生じるラジカルと反応し易い材料で構成されていることを特徴とするイオン源。
  13. 前記アークチャンバは、
    前記熱電子放出部近傍において前記ライナーで覆われたライナー被覆領域と、
    前記ライナーで覆われていない露出領域と、
    を有することを特徴とする請求項１２に記載のイオン源。
  14. 前記アークチャンバは、
    前記熱電子放出部と対向するリペラー近傍において前記ライナーで覆われたライナー被覆領域と、
    前記ライナーで覆われていない露出領域と、
    を有することを特徴とする請求項１２に記載のイオン源。
  15. 前記アークチャンバは、前記開口部の周辺部であって前記ライナーで覆われていない露出領域を有することを特徴とする請求項１２に記載のイオン源。
  16. 前記アークチャンバは、前記開口部と対向するアークチャンバ内壁であって前記ライナーで覆われていない露出領域を有することを特徴とする請求項１２に記載のイオン源。
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