JP2018067475A

JP2018067475A - イオン源装置

Info

Publication number: JP2018067475A
Application number: JP2016205924A
Authority: JP
Inventors: 宏幸村崎; Hiroyuki Murazaki
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2016-10-20
Filing date: 2016-10-20
Publication date: 2018-04-26
Anticipated expiration: 2036-10-20
Also published as: JP6590778B2

Abstract

【課題】本発明はアークチャンバー本体の内壁に配置されたプレートが定位置から動くことを抑制したイオン源装置の提供を目的とする。【解決手段】イオン源装置１００は、アークチャンバー本体１と、アークチャンバー本体１に設けられ、カソード部材１０が挿入されるカソード部材用貫通穴１ａと、カソード部材用貫通穴１ａの内壁とカソード部材１０との間に嵌合する筒状のカラー部材３０と、アークチャンバー本体１の内壁のうちの、カソード部材用貫通穴１ａが設けられた面に配置されるカソード側プレート４０と、を備え、カラー部材３０とカソード側プレート４０とが一体化されてカラー一体プレート２０を構成し、カソード側プレート４０は、カラー部材３０の筒部分につながる開口４０ａを備え、カソード側プレート４０の開口４０ａの内径は、カソード部材１０の外径よりも大きい。【選択図】図１

Description

本発明はイオン源装置に関し、例えばイオン注入装置に利用されるイオン源装置に関する。

ＳｉＣ基板等の半導体基板に不純物を注入する際に使用されるイオン注入装置が知られている。イオン注入装置においては、イオン源装置のアークチャンバーの内部でイオンビームが形成される。

アークチャンバー本体の内壁にイオンビーム形成時に発生する導体材料が付着堆積すると、アークチャンバーの長期使用が阻害される。そこで、アークチャンバー本体の内壁の全部又は一部を覆うように取り外し可能なプレートを配置し、このプレートに導体材料を付着堆積させるように構成されたイオン源装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。このプレートは、付着堆積した導体材料を除去するために洗浄して繰り返し使用される。

特開２０１４−０４４８８６号公報

しかしながら、プレートの洗浄を繰り返すとプレートの外形が削られて小さくなることがある。そのため、アークチャンバー内でプレートの定位置からの遊びが大きくなり、例えば、アークチャンバー内部に挿入されたカソード部材にプレートが接触することがあった。カソード部材とプレートが接触すると絶縁不良を引き起こし、イオン源のビーム使用時間の短寿命を引き起こす恐れがあった。

本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、アークチャンバー本体の内壁に配置されたプレートが定位置から動くことを抑制したイオン源装置の提供を目的とする。

本発明に係るイオン源装置は、アークチャンバー本体と、アークチャンバー本体に設けられ、カソード部材が挿入されるカソード部材用貫通穴と、カソード部材用貫通穴の内壁とカソード部材との間に嵌合する筒状のカラー部材と、アークチャンバー本体の内壁のうちの、カソード部材用貫通穴が設けられた面に配置されるカソード側プレートと、を備え、カラー部材とカソード側プレートとが一体化されてカラー一体プレートを構成し、カソード側プレートは、カラー部材の筒部分につながる開口を備え、カソード側プレートの開口の内径は、カソード部材の外径よりも大きい。

本発明に係るイオン源装置によれば、洗浄等を繰り返すことにより、カソード側プレートの外形が小さくなった場合であっても、カソード側プレートは、アークチャンバー本体に対して固定されたカラー部材と一体化されているため、アークチャンバー本体内部で動くことがない。従って、カソード側プレートが定位置から動いてカソード部材に接触することが抑制されるため、絶縁不良を抑制して、イオン源装置を安定して稼働させることが可能である。また、カラー部材とカソード側プレートとが一体化されてカラー一体プレートを構成することにより、部品点数を削減することが可能である。

実施の形態１に係るイオン源装置の斜視図である。実施の形態１に係るイオン源装置の断面図である。実施の形態１に係るイオン源装置のカラー一体プレートの側面図である。実施の形態１に係るイオン源装置のカラー一体プレートの斜視図である。実施の形態１に係るイオン源装置のカソード側プレートおよびカソード部材の正面図である。実施の形態１の比較例に係るイオン源装置の断面図である。実施の形態１の比較例に係るイオン源装置のカソード側プレートおよびカソード部材の正面図である。実施の形態２に係るイオン源装置の断面図である。実施の形態２に係るイオン源装置のカソード側プレートの正面図である。実施の形態２の比較例に係るイオン源装置の断面図である。

＜実施の形態１＞
図１は、本実施の形態１おけるイオン源装置１００の斜視図である。また、図２は図１の線分Ａ−Ａにおけるイオン源装置１００の断面図である。図１および図２に示すように、イオン源装置１００は、アークチャンバー本体１と、カラー一体プレート２０を備える。アークチャンバー本体１にはカソード部材用貫通穴１ａが設けられている。カソード部材用貫通穴１ａにはカソード部材１０が挿入される。

図１に示すように、アークチャンバー本体１は、着脱可能な蓋１ｂを含む。蓋１ｂには不純物ガスを放出するための開口１ｃが設けられている。アークチャンバー本体１にはガス材料を導入するための貫通穴１ｄが設けられている。図１および図２に示すように、アークチャンバー本体１の内部には、カソード部材１０と対向するように、リペラー電極２が配置される。なお、アークチャンバー本体１には上述した以外にも必要に応じて開口、貫通穴等が設けられていてもよい。

図１に示すように、イオン源装置１００は間接加熱カソード（ＩＨＣ）方式である。カソード部材１０は、カソード１１と、カソード１１を保持するカソード保持部材１２と、カソード１１を加熱するフィラメント１３とを備える。カソード１１がフィラメント１３により加熱されることにより、プラズマ生成用の熱電子が発生する。

図３は、カラー一体プレート２０の側面図である。また、図４は、カラー一体プレート２０の斜視図である。カラー一体プレート２０は、筒状のカラー部材３０とカソード側プレート４０とが一体化されて構成されている。

図２に示すように、筒状のカラー部材３０は、カソード部材用貫通穴１ａの内壁とカソード部材１０との間に嵌合する。つまり、筒状のカラー部材３０の外径Ｄ３とカソード部材用貫通穴１ａの内径とが、イオン源装置１００に要求される精度の範囲で一致する。

図２に示すように、カソード側プレート４０は、アークチャンバー本体１の内壁のうちの、カソード部材用貫通穴１ａが設けられた面に配置される。図３に示すように、カソード側プレート４０は、カラー部材３０の筒部分３０ａにつながる開口４０ａを備える。

図５は、カソード側プレート４０およびカソード部材１０の正面図である。図５に示すように、カソード側プレート４０の開口４０ａの内径Ｄ１は、カソード部材１０の外径Ｄ４よりも大きい。つまり、図２に示すように、カソード側プレート４０はカソード部材１０と接触しない。

本実施の形態１において、カソード側プレート４０はカラー部材３０と一体化されているため、カラー部材３０がカソード部材用貫通穴１ａに嵌合して固定されることにより、カソード側プレート４０の位置も固定される。よって、洗浄等により、カソード側プレート４０の外形が小さくなった場合であっても、カソード側プレート４０はカラー部材３０によりアークチャンバー本体１に対して固定されるため、アークチャンバー本体１内部で動くことがない。従って、カソード側プレート４０が定位置から動いてカソード部材１０に接触することを抑制することが可能である。

図６は、本実施の形態１のイオン源装置１００と比較するための比較例としてのイオン源装置１０１の断面図である。また、図７は比較例としてのイオン源装置１０１のカソード側プレート４１およびカソード部材１０の正面図である。

図６に示すように、比較例としてのイオン源装置１０１においては、カラー部材３１とカソード側プレート４１が一体化されておらず、別部材となっている。洗浄等を繰り返すことにより、カソード側プレート４１の外形が小さくなると、アークチャンバー本体１内部においてカソード側プレート４１が±ｘ方向に動くようになる。すると、図７に示すように、カソード側プレート４１の開口４１ａ部分が、カソード部材１０に接触する可能性がある。カソード部材１０とカソード側プレート４１が接触すると絶縁不良を引き起こし、イオン源のビーム使用時間の短寿命を引き起こす恐れがある。

なお、カソード側プレート４１の開口４１ａを±ｘ方向に楕円形に拡大してカソード部材１０との接触を防ぐことも考えられる。しかしながら、カソード部材１０とカソード側プレート４１との間隔が大きくなることでアークチャンバー本体１内部から外部へ漏れるガス材料の量が増え、また、カラー部材３１が汚れやすくなるために好ましくない。

一方、本実施の形態１におけるイオン源装置１００においては、上述したように、カラー部材３０とカソード側プレート４０とを一体化する構成としたため、カソード側プレート４０が定位置から動いてカソード部材１０に接触することを抑制することが可能である。

なお、本実施の形態１において、アークチャンバー本体１は、例えばグラファイト、タングステン、これらの合金等で形成される。また、カラー一体プレート２０（即ちカラー部材３０およびカソード側プレート４０）は、例えばステンレス、モリブデン、チタン、これらの合金等で形成される。また、カソード部材１０において、カソード１１およびカソード保持部材１２は例えばモリブデン、タングステン、グラファイト、これらの合金等で形成される。

＜効果＞
本実施の形態１におけるイオン源装置１００は、アークチャンバー本体１と、アークチャンバー本体１に設けられ、カソード部材１０が挿入されるカソード部材用貫通穴１ａと、カソード部材用貫通穴１ａの内壁とカソード部材１０との間に嵌合する筒状のカラー部材３０と、アークチャンバー本体１の内壁のうちの、カソード部材用貫通穴１ａが設けられた面に配置されるカソード側プレート４０と、を備え、カラー部材３０とカソード側プレート４０とが一体化されてカラー一体プレート２０を構成し、カソード側プレート４０は、カラー部材３０の筒部分３０ａにつながる開口４０ａを備え、カソード側プレート４０の開口４０ａの内径は、カソード部材１０の外径よりも大きい。

本実施の形態１におけるイオン源装置１００によれば、洗浄等を繰り返すことにより、カソード側プレート４０の外形が小さくなった場合であっても、カソード側プレート４０は、アークチャンバー本体１に対して固定されたカラー部材３０と一体化されているため、アークチャンバー本体１内部で動くことがない。従って、カソード側プレート４０が定位置から動いてカソード部材１０に接触することが抑制されるため、絶縁不良を抑制して、イオン源装置１００を安定して稼働させることが可能である。

また、カラー部材３０とカソード側プレート４０とが一体化されてカラー一体プレート２０を構成することにより、部品点数を削減することが可能である。

また、本実施の形態１におけるイオン源装置１００において、カソード部材１０は、カソード１１と、カソード１１を保持するカソード保持部材１２と、カソード１１を加熱するフィラメント１３と、を備える。従って、カソード１１がフィラメント１３により加熱されることにより、プラズマ生成用の熱電子を発生させることが可能である。

また、本実施の形態１におけるイオン源装置１００は間接加熱カソード方式である。フィラメント１３がアークチャンバー本体１内部に晒される直接加熱カソード方式と比較して、フィラメント１３でカソード１１を加熱し、カソード１１がアークチャンバー本体１内部に晒される間接加熱カソード方式の方が、フィラメント１３の劣化を抑えることが可能である。従って、イオン源装置１００の長寿命化が可能である。

＜実施の形態２＞
図８は、本実施の形態２におけるイオン源装置２００の断面図である。また、図９は、イオン源装置２００のカソード側プレート４０およびカソード部材１０の正面図である。

図８に示すように、イオン源装置２００はイオン源装置１００に対して、２つの側面プレート５０をさらに備える。側面プレート５０は、アークチャンバー本体１の内壁のうちの、カソード側プレート４０が配置される面と接する、互いに対向する２つの面に配置される。

図８および図９に示すように、イオン源装置２００において、カソード側プレート４０の側面プレート５０と接する辺（即ち、カソード側プレート４０の±ｘ方向側の辺）には、突起４０ｂが設けられる。突起４０ｂの幅（即ちｘ方向の長さ）は例えば０．１ｍｍ以上３ｍｍ以下であり、突起４０ｂの高さ（即ちｙ方向の長さ）は例えば０．１ｍｍ以上２ｍｍ以下である。

また、カソード側プレート４０の突起４０ｂは、カソード側プレート４０の側面プレート５０と接する辺の端から側面プレート５０の厚みＴ１だけ内側に配置される。つまり、図８に示すように、側面プレート５０のｙ方向側の端部は、カソード側プレート４０の突起４０ｂとアークチャンバー本体１の内壁との間で挟まれて固定される。また、同時に、カソード側プレート４０の端部が、側面プレート５０のｙ方向側の端部とアークチャンバー本体１の内壁との間で挟まれるため、カソード側プレート４０が±ｙ方向に動くことが抑制される。

また、図８に示すように、イオン源装置２００はイオン源装置１００に対して、対向プレート６０をさらに備える。対向プレート６０は、アークチャンバー本体１の内壁のうちの、カソード側プレート４０が配置される面と対向する面に配置される。

図８に示すように、対向プレート６０の側面プレート５０と接する辺（即ち、対向プレート６０の±ｘ方向側の辺）には、突起６０ａが設けられる。突起６０ａの形状は突起４０ｂと同様である。突起６０ｂの幅（即ちｘ方向の長さ）は例えば０．１ｍｍ以上３ｍｍ以下であり、突起４０ｂの高さ（即ちｙ方向の長さ）は例えば０．１ｍｍ以上２ｍｍ以下である。

また、対向プレート６０の突起６０ａは、対向プレート６０の側面プレート５０と接する辺の端から側面プレート５０の厚みＴ１だけ内側に配置される。つまり、図８に示すように、側面プレート５０の−ｙ方向側の端部は、対向プレート６０の突起６０ａとアークチャンバー本体１の内壁との間で挟まれて固定される。また、同時に、対向プレート６０の端部が、側面プレート５０の−ｙ方向側の端部とアークチャンバー本体１の内壁との間で挟まれるため、対向プレート６０が±ｙ方向に動くことが抑制される。

本実施の形態２におけるイオン源装置２００においては、カソード側プレート４０に突起４０ｂを設けたため、側面プレート５０のｙ方向側の端部は、カソード側プレート４０の突起４０ｂとアークチャンバー本体１の内壁との間で側面プレート５０を挟んで固定することが可能である。また、突起４０ｂとアークチャンバー本体１の内壁との間で側面プレート５０を挟む構成のため、カソード側プレート４０自体の厚みを増大させることなく側面プレート５０を固定することが可能である。

図１０は、本実施の形態２のイオン源装置２００と比較するための比較例としてのイオン源装置２０１の断面図である。

図１０に示すように、比較例としてのイオン源装置２０１においては、カソード側プレート４１に段差部４１ｂが設けられている。また、比較例としてのイオン源装置２０１においては、対向プレート６１に段差部６１ａが設けられている。そして、カソード側プレート４１の段差部４１ｂおよび対向プレート６１の段差部６１ａと、アークチャンバー本体１の内壁との間で側面プレート５０が挟んで固定される。

比較例としてのイオン源装置２０１においては、洗浄等を繰り返すことにより、カソード側プレート４１の段差部４１ｂおよび対向プレート６１の段差部６１ａの段差が削れて小さくなる。すると、側面プレート５０が定位置から外れやすくなり、例えばカソード部材１０に接触する可能性がある。カソード部材１０と側面プレート５０が接触すると絶縁不良を引き起こし、イオン源装置２００のビーム使用時間の短寿命を引き起こす恐れがある。

なお、カソード側プレート４１および対向プレート６１の段差部４１ｂ，６１ａの段差を大きく設計するためには、カソード側プレート４１および対向プレート６１自体の厚みを増大させる必要がある。しかしながら、プレート全面を厚くすることで熱膨張の影響による伸縮の変化が大きくなり、また、材料費が増大するため好ましくない。

一方、本実施の形態２におけるイオン源装置２００においては、上述したように、カソード側プレート４０および対向プレート６０に突起４０ｂ，６０ａを設ける構成としたため、カソード側プレート４０および対向プレート６０自体の厚みを増大させることなく、側面プレート５０を固定するのに十分な大きさに突起４０ｂ，６０ａを設計することが可能である。

＜効果＞
本実施の形態２におけるイオン源装置２００は、アークチャンバー本体１の内壁のうちの、カソード側プレート４０が配置される面と接する、互いに対向する２つの面に配置される２つの側面プレート５０をさらに備え、カソード側プレート４０の側面プレート５０と接する辺には突起４０ｂが設けられ、側面プレート５０は、カソード側プレート４０の突起４０ｂとアークチャンバー本体１の内壁との間で挟まれる。

本実施の形態２においては、カソード側プレート４０の側面プレート５０と接する辺に突起４０ｂを設けたため、カソード側プレート４０自体の厚みを増大させることなく、突起４０ｂとアークチャンバー本体１の内壁との間で側面プレート５０を安定して保持することが可能である。

また、本実施の形態２におけるイオン源装置２００は、アークチャンバー本体１の内壁のうちの、カソード側プレート４０が配置される面と対向する面に配置される対向プレート６０をさらに備え、対向プレート６０の側面プレート５０と接する辺には突起６０ａが設けられ、側面プレート５０は、カソード側プレート４０の突起４０ｂおよび対向プレート６０の突起６０ａと、アークチャンバー本体１の内壁との間で挟まれる。

本実施の形態２においては、対向プレート６０の側面プレート５０と接する辺に突起６０ａを設けたため、対向プレート６０自体の厚みを増大させることなく、突起６０ａとアークチャンバー本体１の内壁との間で側面プレート５０を安定して保持することが可能である。

また、本実施の形態２におけるイオン源装置２００において、カソード側プレート４０の突起４０ｂは、カソード側プレート４０の側面プレート５０と接する辺の端から側面プレート５０の厚みだけ内側に配置される。

これにより、側面プレート５０の端部を、カソード側プレート４０の突起４０ｂとアークチャンバー本体１の内壁との間で挟んで固定し、かつ、カソード側プレート４０の端部を、側面プレート５０の端部とアークチャンバー本体１の内壁との間で挟んで固定することが可能となる。従って、アークチャンバー本体１内部において、カソード側プレート４０と側面プレート５０の両方の動きを抑制することが可能となる。

また、本実施の形態２におけるイオン源装置２００において、対向プレート６０の突起６０ａは、対向プレート６０の側面プレート５０と接する辺の端から側面プレート５０の厚みだけ内側に配置される。

これにより、側面プレート５０の端部を、対向プレート６０の突起６０ａとアークチャンバー本体１の内壁との間で挟んで固定し、かつ、対向プレート６０の端部を、側面プレート５０の端部とアークチャンバー本体１の内壁との間で挟んで固定することが可能となる。従って、アークチャンバー本体１内部において、対向プレート６０と側面プレート５０の両方の動きを抑制することが可能となる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１アークチャンバー本体、１ａカソード部材用貫通穴、１ｂ蓋、１ｃ開口、１ｄ貫通穴、１０カソード部材、１１カソード、１２カソード保持部材、１３フィラメント、２０カラー一体プレート、３０カラー部材、３０ａ筒部分、４０，４１カソード側プレート、４０ａ開口、４０ｂ，６０ａ突起、４１ｂ，６１ａ段差部、５０側面プレート、６０，６１対向プレート、１００，１０１，２００，２０１イオン源装置。

Claims

アークチャンバー本体と、
前記アークチャンバー本体に設けられ、カソード部材が挿入されるカソード部材用貫通穴と、
前記カソード部材用貫通穴の内壁と前記カソード部材との間に嵌合する筒状のカラー部材と、
前記アークチャンバー本体の内壁のうちの、前記カソード部材用貫通穴が設けられた面に配置されるカソード側プレートと、
を備え、
前記カラー部材とカソード側プレートとが一体化されてカラー一体プレートを構成し、
前記カソード側プレートは、前記カラー部材の筒部分につながる開口を備え、
前記カソード側プレートの前記開口の内径は、前記カソード部材の外径よりも大きい、
イオン源装置。
前記カソード部材は、
カソードと、
前記カソードを保持するカソード保持部材と、
前記カソードを加熱するフィラメントと、
を備える、
請求項１に記載のイオン源装置。
前記アークチャンバー本体の内壁のうちの、前記カソード側プレートが配置される面と接する、互いに対向する２つの面に配置される２つの側面プレートをさらに備え、
前記カソード側プレートの前記側面プレートと接する辺には突起が設けられ、
前記側面プレートは、前記カソード側プレートの前記突起と前記アークチャンバー本体の内壁との間で挟まれる、
請求項１又は請求項２に記載のイオン源装置。
前記アークチャンバー本体の内壁のうちの、前記カソード側プレートが配置される面と対向する面に配置される対向プレートをさらに備え、
前記対向プレートの前記側面プレートと接する辺には突起が設けられ、
前記側面プレートは、前記カソード側プレートの前記突起および前記対向プレートの前記突起と、前記アークチャンバー本体の内壁との間で挟まれる、
請求項３に記載のイオン源装置。
前記カソード側プレートの前記突起は、前記カソード側プレートの前記側面プレートと接する辺の端から前記側面プレートの厚みだけ内側に配置される、
請求項３又は請求項４に記載のイオン源装置。
前記対向プレートの前記突起は、前記対向プレートの前記側面プレートと接する辺の端から前記側面プレートの厚みだけ内側に配置される、
請求項４又は請求項５に記載のイオン源装置。
間接加熱カソード方式である、
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のイオン源装置。