JP3360673B2 - Ion source - Google Patents

Ion source

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JP3360673B2
JP3360673B2 JP2000103266A JP2000103266A JP3360673B2 JP 3360673 B2 JP3360673 B2 JP 3360673B2 JP 2000103266 A JP2000103266 A JP 2000103266A JP 2000103266 A JP2000103266 A JP 2000103266A JP 3360673 B2 JP3360673 B2 JP 3360673B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば半導体デ
バイス製造用のイオン注入装置等に用いられるものであ
って、原料物質として有機金属蒸気を用いるイオン源に
関し、より具体的には、当該有機金属蒸気をプラズマ生
成容器内に導入する個所に設けられたノズルの詰まりを
抑制する手段に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ion source for use in, for example, an ion implanter for manufacturing semiconductor devices, and more particularly to an ion source using an organometallic vapor as a raw material. The present invention relates to means for suppressing clogging of a nozzle provided at a location where steam is introduced into a plasma generation container.

【0002】[0002]

【従来の技術】図4に、従来のイオン源の一例を示す。
このイオン源は、バーナス型イオン源と呼ばれるもので
あり、同様のものが特開平9−35648号公報にも記
載されている。
2. Description of the Related Art FIG. 4 shows an example of a conventional ion source.
This ion source is called a Bernas type ion source, and a similar one is described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-35648.

【0003】このイオン源は、アノードを兼ねる金属
(例えばステンレス)製のプラズマ生成容器2と、この
プラズマ生成容器2内の一方側に設けられたフィラメン
ト8と、プラズマ生成容器2内の他方側に設けられた反
射電極10と、プラズマ生成容器2の壁面に設けられた
イオン引出しスリット4とを備えている。イオン引出し
スリット4の出口近傍には、プラズマ生成容器2内で生
成されたプラズマ12からイオンビーム16を引き出す
引出し電極14が設けられている。プラズマ生成容器2
内には、外部から磁界18が印加される。
The ion source includes a metal (for example, stainless steel) plasma generation container 2 also serving as an anode, a filament 8 provided on one side of the plasma generation container 2, and a filament 8 provided on the other side of the plasma generation container 2. The apparatus includes a reflection electrode 10 provided therein and an ion extraction slit 4 provided on a wall surface of the plasma generation container 2. Near the outlet of the ion extraction slit 4, an extraction electrode 14 for extracting an ion beam 16 from the plasma 12 generated in the plasma generation container 2 is provided. Plasma generation container 2
Inside, a magnetic field 18 is applied from the outside.

【0004】プラズマ生成容器2は、絶縁スペーサ32
を介して、複数本の金属(例えばステンレス)製の支柱
30によって、金属(例えばステンレス)製のフランジ
28から支持されている。フランジ28は、真空隔壁で
もあり、その外側(図4の下側)は大気中であり、内側
(図4の上側)は真空排気される。絶縁スペーサ32
は、例えばアルミナ等のセラミックスから成り、この例
では電気絶縁および熱絶縁を兼ねている。
[0004] The plasma generation vessel 2 includes an insulating spacer 32.
Are supported from a metal (for example, stainless steel) flange 28 by a plurality of metal (for example, stainless steel) columns 30. The flange 28 is also a vacuum partition, and the outside (the lower side in FIG. 4) is in the atmosphere, and the inside (the upper side in FIG. 4) is evacuated. Insulation spacer 32
Is made of, for example, ceramics such as alumina, and in this example, has both electrical insulation and thermal insulation.

【0005】プラズマ生成容器2は、その壁面に蒸気導
入口6を有しており、この蒸気導入口6にはノズル20
が接続されており、このノズル20には金属(例えばス
テンレス)製の蒸気供給管22が接続されている。蒸気
供給管22は、フランジ28を貫通すると共にフランジ
28に固定されている。大気中に設けられた有機金属蒸
気発生源(図示省略)から、蒸気供給管22、ノズル2
0および蒸気導入口6を通して、プラズマ生成容器2内
に、プラズマ生成の原料物質として有機金属蒸気24が
導入される。
[0005] The plasma generation vessel 2 has a steam inlet 6 on the wall thereof, and the steam inlet 6 has a nozzle 20.
The steam supply pipe 22 made of metal (for example, stainless steel) is connected to the nozzle 20. The steam supply pipe 22 passes through the flange 28 and is fixed to the flange 28. From an organometallic vapor generation source (not shown) provided in the atmosphere, a vapor supply pipe 22 and a nozzle 2
The organic metal vapor 24 is introduced as a raw material for plasma generation into the plasma generation container 2 through the chamber 0 and the vapor inlet 6.

【0006】ノズル20は、図5も参照して、金属より
も熱伝導率の小さい熱絶縁材料(例えばアルミナ等のセ
ラミックス)の一体物から成り、この例では熱絶縁と電
気絶縁を兼ねている。
Referring to FIG. 5, the nozzle 20 is made of an integral body of a heat insulating material (for example, ceramics such as alumina) having a lower thermal conductivity than metal. In this example, the nozzle 20 has both heat insulation and electric insulation. .

【0007】有機金属蒸気24は、例えば、トリメチル
インジウム[In(CH3)3 ]、トリエチルインジウム
[In(C25)3 ]等を蒸気化(ガス化)したものであ
る。
The organometallic vapor 24 is obtained by vaporizing (gasifying), for example, trimethylindium [In (CH 3 ) 3 ], triethylindium [In (C 2 H 5 ) 3 ] or the like.

【0008】このようなイオン源において、プラズマ生
成容器2の内外を真空排気すると共に、プラズマ生成容
器2内に有機金属蒸気24を適当な流量で導入しなが
ら、フィラメント8を通電加熱すると共にフィラメント
8とプラズマ生成容器2との間にアーク放電電圧を印加
して両者間でアーク放電を生じさせることによって、有
機金属蒸気24が電離されてプラズマ12が生成され
る。そしてこのプラズマ12から、有機金属蒸気24を
構成する金属のイオンを含むイオンビーム16を引き出
すことができる。例えば、有機金属蒸気24が前記のよ
うなトリメチルインジウムまたはトリエチルインジウム
の場合、インジウムイオンを含むイオンビーム16を引
き出すことができる。
In such an ion source, the filament 8 is energized and heated while the inside and outside of the plasma generation vessel 2 are evacuated and the organometallic vapor 24 is introduced into the plasma production vessel 2 at an appropriate flow rate. An arc discharge voltage is applied between the plasma generation vessel 2 and the plasma generation vessel 2 to generate an arc discharge therebetween, whereby the organometallic vapor 24 is ionized and the plasma 12 is generated. Then, an ion beam 16 containing ions of the metal constituting the organometallic vapor 24 can be extracted from the plasma 12. For example, when the organometallic vapor 24 is trimethylindium or triethylindium as described above, the ion beam 16 containing indium ions can be extracted.

【0009】なお、反射電極10は、フィラメント8か
ら放出させた電子をはね返して、有機金属蒸気24の電
離効率ひいてはプラズマ12の生成効率を高める作用を
する。
The reflection electrode 10 repels the electrons emitted from the filament 8 and acts to increase the ionization efficiency of the organometallic vapor 24, and thus the generation efficiency of the plasma 12.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】前記プラズマ生成容器
2は、真空中に配置されており、しかも絶縁スペーサ3
2を介する等して他から熱的に絶縁された状態にあるた
め、有機金属蒸気24を導入してイオンビーム16を引
き出す際には、フィラメント8の通電加熱のためや、ア
ーク放電によるプラズマ生成のために投入されたパワー
によって高温になる。例えば数百℃程度になる。また、
このプラズマ生成容器2を高温に保つ方が、プラズマ1
2の生成効率を高める等の理由から好ましい。
The plasma generating vessel 2 is arranged in a vacuum, and the insulating spacer 3
When the ion beam 16 is extracted by introducing the organometallic vapor 24, the filament 8 is energized and heated, or plasma is generated by arc discharge. It gets hot due to the power input for it. For example, it becomes about several hundred degrees Celsius. Also,
It is better to keep the plasma generation vessel 2 at a high temperature.
This is preferred for reasons such as increasing the production efficiency of 2.

【0011】一方、蒸気供給管22はフランジ28に接
続されており、このフランジ28は、当該イオン源を他
の機器と接続するために室温程度に保たれる。必要に応
じて水冷等によって冷却する場合もある。従って、蒸気
供給管22の温度は、フランジ28との間の熱伝導によ
ってフランジ28の温度によって支配され、プラズマ生
成容器2の温度に比べて遙かに低くなる。例えば室温程
度になる。
On the other hand, the steam supply pipe 22 is connected to a flange 28, which is kept at about room temperature in order to connect the ion source to other equipment. It may be cooled by water cooling or the like as necessary. Therefore, the temperature of the steam supply pipe 22 is governed by the temperature of the flange 28 due to the heat conduction with the flange 28, and is much lower than the temperature of the plasma generation vessel 2. For example, it is about room temperature.

【0012】この高温のプラズマ生成容器2と低温の蒸
気供給管22との間を熱的に絶縁する等の目的で、前述
した熱絶縁材料から成るノズル20が設けられている。
A nozzle 20 made of the above-mentioned heat insulating material is provided for the purpose of, for example, thermally insulating the high-temperature plasma generation vessel 2 from the low-temperature steam supply pipe 22.

【0013】ところが、従来は、このノズル20が、よ
り具体的にはその先端付近が、図5中に2点鎖線で示す
ように、有機金属蒸気24から析出した金属(例えばイ
ンジウム)による堆積物34によって詰まりやすいとい
う問題があった。これまで、リン(P)やヒ素(As )
を含むガスを導入する場合は、ノズル20の詰まりはあ
まり問題にならなかったけれども、前記のような有機金
属蒸気24を導入すると非常に詰まりやすくなる。
Conventionally, however, the nozzle 20 has a more specific structure in which the vicinity of the tip is formed of a metal (for example, indium) deposited from an organic metal vapor 24 as shown by a two-dot chain line in FIG. However, there is a problem that it is easily clogged by the C.34. Until now, phosphorus (P) and arsenic (As)
When introducing a gas containing, the clogging of the nozzle 20 did not cause much problem, but when the organometallic vapor 24 as described above was introduced, the clogging became very easy.

【0014】その原因は、次のように考えられる。即
ち、プラズマ生成容器2内に導入された有機金属蒸気2
4は、プラズマ生成容器2内でプラズマ化されるかある
いはプラズマ生成容器2の壁面付近で熱分解され、それ
によって、有機金属状態よりも遙かに高い沸点を持つ純
粋な金属が析出される。例えば、トリメチルインジウム
は約90℃程度でガス状態で取り扱うことができるけれ
ども、インジウムの沸点は2080℃と非常に高い。
The cause is considered as follows. That is, the organic metal vapor 2 introduced into the plasma generation vessel 2
4 is converted into plasma in the plasma generation vessel 2 or is thermally decomposed near the wall surface of the plasma generation vessel 2, whereby a pure metal having a boiling point much higher than that of the organometallic state is deposited. For example, trimethylindium can be handled in a gas state at about 90 ° C., but the boiling point of indium is as high as 2080 ° C.

【0015】ノズル20の先端部は、蒸気導入口6に接
続されていて、プラズマ生成容器2内にもプラズマ12
(図4参照)にも向いて開いているので、前記のように
して析出した非常に沸点の高い金属がノズル20の先端
付近に到達する。このノズル20の先端付近では、プラ
ズマ生成容器2の壁面から蒸気供給管22へのノズル2
0を経由する熱の逃げ(熱伝導)が大きく、温度低下が
大きいので(後述する図2Bの従来例参照)、前記金属
が析出しやすく、析出した金属の再蒸発も少ない。この
金属が前記堆積物34となってノズル20の先端付近を
詰まらせる。これに対して、リンやヒ素は、その沸点な
いし昇華点が前記金属に比べれば遙かに低いので、ノズ
ル20の詰まりはあまり問題にならなかった。
The tip of the nozzle 20 is connected to the vapor inlet 6 and the plasma
(See FIG. 4), so that the extremely high boiling point metal deposited as described above reaches near the tip of the nozzle 20. In the vicinity of the tip of the nozzle 20, the nozzle 2 from the wall of the plasma generation vessel 2 to the steam supply pipe 22
Since a large amount of heat escapes (heat conduction) through 0 and a large decrease in temperature (see a conventional example in FIG. 2B described later), the metal is easily precipitated and the deposited metal is less likely to re-evaporate. This metal becomes the deposit 34 and clogs the vicinity of the tip of the nozzle 20. On the other hand, since phosphorus and arsenic have much lower boiling points or sublimation points than the above metals, clogging of the nozzle 20 did not cause much problem.

【0016】ノズル20が詰まると、プラズマ生成容器
2内への有機金属蒸気24の供給量が減少するので、プ
ラズマ12の密度が低下してイオンビーム16のビーム
量が減少し、やがてイオンビーム16の引き出しが困難
になる。
When the nozzle 20 is clogged, the supply amount of the organometallic vapor 24 into the plasma generation vessel 2 decreases, so that the density of the plasma 12 decreases and the beam amount of the ion beam 16 decreases. Drawer becomes difficult.

【0017】これを防止するためには、イオン源を分解
してノズル20の清掃を頻繁に行わなければならず、そ
れには多くの手間がかかると共に、イオン源の運転効率
も低下する。
In order to prevent this, the ion source must be disassembled and the nozzle 20 needs to be cleaned frequently, which requires a lot of trouble and lowers the operating efficiency of the ion source.

【0018】そこでこの発明は、前記のようなノズルの
詰まりを抑制することを主たる目的とする。
Therefore, the present invention has a main object of suppressing the nozzle clogging as described above.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】この発明に係るイオン源
の一つは、前記ノズルを、金属よりも熱伝導率の小さい
熱絶縁材料から成るものであって、前後よりも細い接続
部でそれぞれ直列に接続された二つ以上のノズル部品で
構成していることを特徴としている。
According to one aspect of the present invention, there is provided an ion source in which the nozzle has a lower thermal conductivity than metal.
A connection made of heat insulating material that is thinner than before and after
With two or more nozzle parts connected in series
It is characterized in that it is configured.

【0020】前記構成によれば、前記接続部はその前後
よりも細くなっていて前後よりも熱抵抗の大きい断熱部
を形成しており、この接続部、即ち断熱部によって、プ
ラズマ生成容器壁面から蒸気供給管への熱の逃げが小さ
く抑えられるので、プラズマ生成容器の蒸気導入口に近
い部分のノズルは高温に保たれるようになる。その結
果、ノズルの先端付近での有機金属蒸気からの金属の析
出が減り、しかも析出した金属の再蒸発も多くなるの
で、当該金属の堆積量が減り、ノズルの詰まりを抑制す
ることができる。
According to the above configuration, the connection portion is located before and after the connection portion.
Heat insulation part which is thinner and has higher thermal resistance than before and after
The connection, that is, the heat insulating portion, suppresses the escape of heat from the wall of the plasma generation vessel to the steam supply pipe, so that the temperature of the nozzle near the vapor inlet of the plasma generation vessel is kept high. You will be drooped. As a result, deposition of metal from the organometallic vapor near the tip of the nozzle is reduced, and re-evaporation of the deposited metal is also increased. Therefore, the amount of deposition of the metal is reduced, and clogging of the nozzle can be suppressed.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】図1は、この発明に係るイオン源
のノズル付近の一例を示す拡大断面図である。イオン源
全体の構成は、例えば図4と同様であるので、当該図面
およびそれの前記説明を参照するものとし、ここでは重
複説明を省略する。
FIG. 1 is an enlarged sectional view showing an example of the vicinity of a nozzle of an ion source according to the present invention. Since the entire configuration of the ion source is the same as, for example, FIG. 4, the drawing and the above description will be referred to, and redundant description will be omitted here.

【0022】この発明に係るイオン源は、従来のイオン
源のノズル20に代わる次のような構造のノズル40を
備えており、このノズル40を介して、前記蒸気供給管
22をプラズマ生成容器2の蒸気導入口6に接続してい
る。即ち、プラズマ生成容器2の蒸気導入口6と蒸気供
給管22の先端部とをノズル40によって接続してい
る。
The ion source according to the present invention includes a nozzle 40 having the following structure in place of the nozzle 20 of the conventional ion source. Connected to the steam inlet 6. That is, the nozzle 40 connects the steam inlet 6 of the plasma generation container 2 and the tip of the steam supply pipe 22.

【0023】ノズル40は、この例では、前後よりも細
い接続部45で互いに直列に接続された二つのノズル部
品42および44で構成されている。より具体的には、
後方のノズル部品44の前部にある他よりも細い接続部
45を、前方のノズル部品42の後部内に差し込んでい
る。前方のノズル部品42の前部の細くなった接続部4
3はプラズマ生成容器2の蒸気導入口6に差し込んでお
り、後方のノズル部品44の後部内には蒸気供給管22
を差し込んでいる。接続部45の周りに、この例では空
間46を設けている。
In this example, the nozzle 40 is composed of two nozzle parts 42 and 44 connected in series to each other at a connection portion 45 that is narrower than the front and rear. More specifically,
A narrower connection 45 at the front of the rear nozzle component 44 is inserted into the rear of the front nozzle component 42. The thinned connection 4 at the front of the front nozzle part 42
3 is inserted into the steam inlet 6 of the plasma generation vessel 2, and a steam supply pipe 22 is provided in the rear part of the rear nozzle component 44.
Is inserted. A space 46 is provided around the connection portion 45 in this example.

【0024】前記ノズル部品42および44は、いずれ
も、金属よりも熱伝導率の小さい熱絶縁材料から成る。
この熱絶縁材料は、例えばアルミナ(Al23 )である
が、それ以外にも、3Al23 ・2SiO2 、ジルコニ
ア、サイアロン等のセラミックスを用いることができ
る。
The nozzle parts 42 and 44 are both made of a heat insulating material having a lower thermal conductivity than metal.
This heat insulating material is, for example, alumina (Al 2 O 3 ), but ceramics such as 3Al 2 O 3 .2SiO 2 , zirconia, and sialon can also be used.

【0025】なお、この例では、前記ノズル部品42お
よび44が、プラズマ生成容器2と蒸気供給管22との
間の電気絶縁を兼ねているけれども、この電気絶縁は他
の絶縁物で行うようにしても良い。
In this example, although the nozzle parts 42 and 44 also have electrical insulation between the plasma generation vessel 2 and the steam supply pipe 22, this electrical insulation is performed by using another insulating material. May be.

【0026】接続部45の厚さは、強度の許す範囲で薄
くする方が好ましい。そのようにすれば、断熱効果をよ
り高めることができる。
It is preferable that the thickness of the connecting portion 45 is reduced as far as the strength allows. By doing so, the heat insulating effect can be further enhanced.

【0027】ノズル部品42および44の穴、更には蒸
気供給管22の穴の直径は、この例のように、互いにほ
ぼ等しくするのが好ましい。そのようにすれば、ノズル
40内での有機金属蒸気24の流れを滑らかにして、金
属の析出をより低減することができる。
The diameters of the holes in the nozzle parts 42 and 44, and even the holes in the steam supply pipe 22, are preferably substantially equal to each other, as in this example. By doing so, the flow of the organometallic vapor 24 in the nozzle 40 can be made smooth, and the deposition of metal can be further reduced.

【0028】前記接続部45は、その前後よりも細くな
っているので、前後よりも熱抵抗が大きくなっており、
この接続部45によって、蒸気導入口6に接続された部
分と蒸気供給管22に接続された部分との間に、前後よ
りも熱抵抗の大きい断熱部を形成している。この接続部
45、即ち断熱部は、プラズマ生成容器2内のプラズマ
12中で生成された金属が実質的に拡散して来ない位置
にあるのが好ましい。そのようにすれば、当該接続部4
5(断熱部)に金属が析出するのを防止することができ
る。
Since the connecting portion 45 is thinner than its front and rear portions, the heat resistance is larger than that of its front and rear portions.
With this connecting portion 45, a heat insulating portion having a higher thermal resistance than before and after is formed between a portion connected to the steam inlet 6 and a portion connected to the steam supply pipe 22. The connecting portion 45, that is, the heat insulating portion is preferably located at a position where the metal generated in the plasma 12 in the plasma generating container 2 does not substantially diffuse. If it does so, the said connection part 4
5 (heat insulating portion) can be prevented from depositing a metal.

【0029】この接続部45、即ち断熱部によって、プ
ラズマ生成容器2の壁面から蒸気供給管22への熱の逃
げ(熱伝導)が小さく抑えられるので、プラズマ生成容
器2の蒸気導入口6に近い部分のノズル40は高温に保
たれるようになる。その結果、ノズル40の先端付近で
の有機金属蒸気24からの金属の析出が減り、しかも析
出した金属の再蒸発も多くなるので、当該金属の堆積量
が減り、ノズル40の詰まりを抑制することができる。
The connection portion 45, that is, the heat insulating portion, suppresses the escape (heat conduction) of heat from the wall surface of the plasma generation container 2 to the steam supply pipe 22, so that it is close to the vapor inlet 6 of the plasma generation container 2. Part of the nozzle 40 is maintained at a high temperature. As a result, deposition of metal from the organometallic vapor 24 near the tip of the nozzle 40 is reduced, and re-evaporation of the deposited metal is also increased. Can be.

【0030】しかもこのノズル40のように、接続部4
5をノズル部品42の後部と一体物にするのではなく、
ノズル部品42の後部内に差し込んだ構造にしておけ
ば、差し込み部分に生じる熱抵抗をも断熱に有効利用す
ることができるので、接続部45での断熱効果がより向
上する。
Moreover, like the nozzle 40, the connecting portion 4
5 is not integrated with the rear part of the nozzle part 42,
If the structure is inserted into the rear part of the nozzle part 42, the thermal resistance generated at the inserted part can also be effectively used for heat insulation, so that the heat insulating effect at the connection part 45 is further improved.

【0031】更にこのノズル40のように、接続部45
の周りに空間46を設けておけば、前方のノズル部品4
2の後端面と後方のノズル部品44の太い部分の前端面
との接触を防止して、接続部45以外での熱伝導を完全
に断つことができるので、接続部45での断熱効果がよ
り一層向上する。
Further, as in the nozzle 40, the connecting portion 45
If a space 46 is provided around the front nozzle part 4
2 can prevent contact between the rear end face and the front end face of the thicker part of the rear nozzle component 44, and can completely cut off heat conduction at portions other than the connection portion 45, so that the heat insulating effect at the connection portion 45 can be further improved. Further improve.

【0032】前記ノズル40付近を図2Aに再び示し、
その付近の概略の温度分布を図2B中に実施例として示
す。プラズマ生成容器2の内壁面から接続部45までの
温度低下は小さく、接続部45で温度は急激に低下し、
やがて蒸気供給管22の温度(例えば室温程度)にな
る。即ち、ノズル40の、プラズマ生成容器2の壁面に
近い先端付近は、より具体的には前方のノズル部品42
の前方大半は、プラズマ生成容器2の内壁面の温度に近
い高温領域に維持される。これによって、前述したよう
に、ノズル40の先端付近において、有機金属蒸気24
から析出する金属の堆積量を減少させて、詰まりを抑制
することができる。
FIG. 2A shows the vicinity of the nozzle 40 again.
A schematic temperature distribution in the vicinity is shown as an example in FIG. 2B. The temperature drop from the inner wall surface of the plasma generation vessel 2 to the connection part 45 is small, and the temperature drops sharply at the connection part 45,
Eventually, the temperature of the steam supply pipe 22 (for example, about room temperature) is reached. That is, the vicinity of the tip of the nozzle 40 close to the wall surface of the plasma generation vessel 2 is more specifically the front nozzle part 42.
Is maintained in a high temperature region close to the temperature of the inner wall surface of the plasma generation container 2. Thereby, as described above, the organometallic vapor 24 near the tip of the nozzle 40
Clogging can be suppressed by reducing the amount of deposition of metal precipitated from the steel.

【0033】比較のために、図5に示した従来のノズル
20を用いた場合の温度分布を従来例として図2B中に
2点鎖線で示す。ノズルの全体の長さ、材質等は、両ノ
ズル40、20で互いに同じ条件にしている。従来例で
は、ノズル20に断熱部を設けていないので、プラズマ
生成容器2の壁面から蒸気供給管22への伝熱(熱の逃
げ)が大きく、ノズル20の先端付近まで温度の比較的
低い領域が迫っている。また、前記熱の逃げによって、
プラズマ生成容器2の内壁面の温度も、前記実施例の場
合よりも下がっている。このような理由から、従来例で
はノズル20の先端付近が詰まりやすかったのである。
For comparison, a temperature distribution when the conventional nozzle 20 shown in FIG. 5 is used is shown by a two-dot chain line in FIG. 2B as a conventional example. The overall length, material, etc. of the nozzles are the same for both nozzles 40 and 20. In the conventional example, since the heat insulating portion is not provided in the nozzle 20, the heat transfer (heat release) from the wall surface of the plasma generation container 2 to the steam supply pipe 22 is large, and the temperature is relatively low up to the vicinity of the tip of the nozzle 20. Is imminent. Also, by the escape of heat,
The temperature of the inner wall surface of the plasma generation vessel 2 is also lower than in the case of the above embodiment. For this reason, in the conventional example, the vicinity of the tip of the nozzle 20 was easily clogged.

【0034】図3に、ノズルの重量変化の測定結果を示
す。同図中の従来例は図5に示したノズル20の場合で
あり、実施例は図1に示したノズル40の場合である。
この場合も、両ノズル20、40で、全体の長さ、材質
等は互いに同じ条件にしている。
FIG. 3 shows a measurement result of a change in weight of the nozzle. In the drawing, the conventional example is the case of the nozzle 20 shown in FIG. 5, and the embodiment is the case of the nozzle 40 shown in FIG.
Also in this case, the overall length, material, and the like of both nozzles 20 and 40 are set to the same condition.

【0035】運転時間の経過と共にノズルの重量が増加
している。この重量増加分が、前述した堆積物34の付
着量に相当する。実施例の方が、付着量が少なく、ノズ
ルが詰まりにくいことが分かる。
The nozzle weight increases with the elapse of the operation time. This weight increase corresponds to the amount of the deposit 34 described above. It can be seen that the example has a smaller amount of adhesion and is less likely to clog the nozzle.

【0036】図3からは、一見すると、ノズルの重量増
加にあまり大きな差はないように見えるかも知れないけ
れども、ノズルの先端付近は細く、小さな量の堆積物付
着でも、有機金属蒸気24の流れを大きく阻害する。例
えば、図5に示した従来のノズル20では、運転時間が
約15時間で、イオンビーム16のビーム量は当初の2
0%程度にまで低下するのに対して、図1に示した実施
例のノズル40では、運転時間が約2倍の33時間程度
でも、イオンビーム16のビーム量は殆ど低下しないこ
とが実験によって確かめられている。
From FIG. 3, it may seem at first glance that there is not much difference in the weight increase of the nozzle. Greatly inhibits. For example, in the conventional nozzle 20 shown in FIG. 5, the operation time is about 15 hours, and the beam amount of the ion beam 16 is 2 initially.
Experiments show that the nozzle 40 of the embodiment shown in FIG. 1 hardly reduces the beam amount of the ion beam 16 even when the operating time is about 33 hours, which is about twice that of the nozzle 40 shown in FIG. Has been verified.

【0037】即ち、従来のノズル20では、図5に示し
たように先端付近の特定個所に金属(堆積物34)が集
中して付着するので非常に詰まりやすかったのに対し
て、この実施例のノズル40では、図2に示したように
前方のノズル部品42全体の温度が高く、当該ノズル部
品42の内面に金属(堆積物)がほぼ全体に分散してほ
ぼ同じ厚さでほぼ均一に付着するので、付着量は従来例
とあまり大きな差がないように見えても、このノズル4
0の方が遙かに詰まりにくい。
That is, in the conventional nozzle 20, as shown in FIG. 5, the metal (deposit 34) concentrates and adheres to a specific portion near the tip, so that it is very easy to clog. 2, the temperature of the front nozzle part 42 as a whole is high as shown in FIG. 2, and the metal (deposit) is dispersed almost entirely on the inner surface of the nozzle part 42 so as to be substantially uniform with substantially the same thickness. Even though the amount of adhesion does not seem to be much different from that of the conventional example, the nozzle 4
0 is much harder to clog.

【0038】このように、前記のようなノズル40を用
いれば、従来のノズル20を用いた場合に比べて、イオ
ン源の運転可能時間を少なくとも2倍以上に伸ばすこと
ができる。その結果、イオン源の分解清掃の手間も減
り、かつイオン源の運転効率も向上する。
As described above, when the nozzle 40 as described above is used, the operable time of the ion source can be extended at least twice or more as compared with the case where the conventional nozzle 20 is used. As a result, the trouble of disassembling and cleaning the ion source is reduced, and the operation efficiency of the ion source is improved.

【0039】更に、前記ノズル40を用いると、プラズ
マ生成容器2内のプラズマ12への投入パワー(具体的
にはアーク放電電流)が同じ条件で比較した場合、従来
のノズル20を用いた場合よりも、イオンビーム16の
ビーム量を増大させることのできることが実験によって
確かめられている。これは、図2Bに示したように、前
記ノズル40によれば、プラズマ生成容器2の内壁面の
温度も高くなり、これによって、有機金属蒸気24から
析出してプラズマ生成容器2の内壁面に付着した金属の
再蒸発作用が大きくなって、プラズマ12中の金属イオ
ンの量が増大するからであると考えられる。
Further, when the nozzle 40 is used, when the input power (specifically, arc discharge current) to the plasma 12 in the plasma generation container 2 is compared under the same condition, the nozzle 40 is more effective than when the conventional nozzle 20 is used. Also, it has been confirmed by experiments that the beam amount of the ion beam 16 can be increased. This is because, as shown in FIG. 2B, according to the nozzle 40, the temperature of the inner wall surface of the plasma generation container 2 also increases, and thereby, it is separated from the organometallic vapor 24 and adheres to the inner wall surface of the plasma generation container 2. This is considered to be because the re-evaporation effect of the adhered metal increases and the amount of metal ions in the plasma 12 increases.

【0040】なお、前記ノズル40は、ノズル部品4
2、44を二つ直列に接続した2段構造の例であるけれ
ども、それと同様の考えで、ノズル部品を三つ以上直列
に接続した(例えば前記のように次々に差し込んだ)3
段以上の構造にしても良い。そのようにすれば、前後よ
りも熱抵抗の大きい断熱部が2段以上形成されるので、
断熱効果ひいてはノズルの詰まり抑制効果がより向上す
る。
The nozzle 40 has a nozzle part 4
This is an example of a two-stage structure in which two and 44 are connected in series, but with the same idea, three or more nozzle parts are connected in series (for example, inserted one after another as described above).
A structure having more than one step may be used. By doing so, two or more stages of heat insulating portions having higher thermal resistance than before and after are formed.
The heat insulating effect and the effect of suppressing clogging of the nozzle are further improved.

【0041】また、この発明は、前述したバーナス型イ
オン源に限られるものではなく、それ以外のタイプのイ
オン源、例えばカウフマン型、フリーマン型、PIG
型、バケット型(多極磁界型)、ECR型等のイオン源
にも広く適用することができる。
The present invention is not limited to the above-mentioned Bernas-type ion source, but may be any other type of ion source, for example, Kauffman type, Freeman type, PIG.
The present invention can be widely applied to ion sources such as a type, a bucket type (multipole magnetic field type), and an ECR type.

【0042】[0042]

【発明の効果】この発明は、上記のとおり構成されてい
るので、次のような効果を奏する。
Since the present invention is configured as described above, it has the following effects.

【0043】[0043]

【0044】請求項記載の発明によれば、各ノズル部
品間を接続する接続部が、前後よりも熱抵抗の大きい断
熱部を形成しており、この断熱部によって、プラズマ生
成容器壁面から蒸気供給管への熱の逃げが小さく抑えら
れるので、プラズマ生成容器の蒸気導入口に近い部分の
ノズルは高温に保たれるようになる。その結果、ノズル
の先端付近での有機金属蒸気からの金属の析出が減り、
しかも析出した金属の再蒸発も多くなるので、当該金属
の堆積量が減り、ノズルの詰まりを抑制することができ
る。その結果、イオン源の分解清掃の手間も減り、かつ
イオン源の運転効率も向上する。
According to the first aspect of the present invention, the connecting part connecting the nozzle parts forms a heat insulating part having a larger thermal resistance than the front and rear parts.
The escape of heat from the wall of the container to the steam supply pipe is reduced.
Of the part near the vapor inlet of the plasma generation vessel
The nozzle will be kept hot. As a result, the nozzle
Metal deposition from the organometallic vapor near the tip of
In addition, the re-evaporation of the deposited metal increases,
Reduces the amount of deposits and suppresses nozzle clogging.
You. As a result, the trouble of disassembling and cleaning the ion source is reduced, and
The operation efficiency of the ion source is also improved.

【0045】請求項記載の発明によれば、差し込み部
分に生じる熱抵抗をも断熱に有効利用することができる
ので、しかも接続部の周りに空間を設けたことによって
接続部以外での熱伝導を完全に断つことができるので、
接続部での断熱効果がより向上し、ノズルの詰まり抑制
効果がより向上する。
According to the second aspect of the present invention, the thermal resistance generated at the insertion portion can also be effectively used for heat insulation, and further, by providing a space around the connection portion, heat conduction at portions other than the connection portion can be achieved. Can be completely cut off,
The heat insulating effect at the connection portion is further improved, and the effect of suppressing clogging of the nozzle is further improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明に係るイオン源のノズル付近の一例を
示す拡大断面図である。
FIG. 1 is an enlarged sectional view showing an example of the vicinity of a nozzle of an ion source according to the present invention.

【図2】図1のノズル付近の概略の温度分布を示す図で
ある。
FIG. 2 is a diagram showing a schematic temperature distribution near a nozzle of FIG. 1;

【図3】ノズルの重量変化の測定結果の一例を示す図で
ある。
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a measurement result of a change in weight of a nozzle.

【図4】従来のイオン源の一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of a conventional ion source.

【図5】図4中のノズル付近の拡大断面図である。FIG. 5 is an enlarged sectional view near a nozzle in FIG. 4;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2 プラズマ生成容器 6 蒸気導入口 22 蒸気供給管 24 有機金属蒸気 40 ノズル 42、44 ノズル部品 45 接続部(断熱部) Reference Signs List 2 Plasma generation container 6 Steam inlet 22 Steam supply pipe 24 Organometallic vapor 40 Nozzle 42, 44 Nozzle part 45 Connection part (heat insulation part)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01J 27/02 H01J 37/08 H01J 37/317 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01J 27/02 H01J 37/08 H01J 37/317

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 蒸気導入口を有していて当該蒸気導入口
から導入される有機金属蒸気をプラズマ化するプラズマ
生成容器と、このプラズマ生成容器の蒸気導入口に接続
されていて金属よりも熱伝導率の小さい熱絶縁材料から
成るノズルと、このノズルに接続されていて当該ノズル
に前記有機金属蒸気を供給してそれを当該ノズルを通し
て前記プラズマ生成容器内に導入する蒸気供給管とを備
えるイオン源において、前記ノズルを、金属よりも熱伝
導率の小さい熱絶縁材料から成るものであって、前後よ
りも細い接続部でそれぞれ直列に接続された二つ以上の
ノズル部品で構成していることを特徴とするイオン源。
1. A plasma generating container having a vapor inlet for converting an organic metal vapor introduced from the vapor inlet into a plasma, and a plasma generating container connected to the vapor introducing port of the plasma generating container and having a temperature higher than that of the metal. An ion comprising a nozzle made of a heat insulating material having a low conductivity, and a vapor supply pipe connected to the nozzle and supplying the organometallic vapor to the nozzle and introducing the organometallic vapor through the nozzle into the plasma generation vessel. In the source, the nozzle is made of a heat insulating material having a lower thermal conductivity than metal, and is formed of two or more nozzle parts each connected in series at a connection portion smaller than the front and rear. An ion source characterized by the following.
【請求項2】 後方のノズル部品の前部にある他よりも
細い接続部を、前方のノズル部品の後部内に差し込むと
共に、当該接続部の周りに空間を設けている請求項
載のイオン源。
2. A method slender connection portions than the other at the front of the rear of the nozzle part, with inserted into the rear portion of the front of the nozzle component of claim 1, characterized in that a space is provided around the connection portion ions source.
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