JP3374842B2 - インジウムイオンビームの発生方法および関連装置 - Google Patents
インジウムイオンビームの発生方法および関連装置Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、例えばイオン注
入装置のようなイオンビーム照射装置等に用いられるも
のであって、イオン源からインジウムイオンビームを発
生させる方法およびそれに関連する装置に関し、より具
体的には、インジウムイオンビームを安定した量で発生
させる手段に関する。
入装置のようなイオンビーム照射装置等に用いられるも
のであって、イオン源からインジウムイオンビームを発
生させる方法およびそれに関連する装置に関し、より具
体的には、インジウムイオンビームを安定した量で発生
させる手段に関する。
【０００２】
【先行技術】半導体製造等の分野において、インジウム
イオンが注目されている。
イオンが注目されている。
【０００３】イオン源から、インジウムイオンビームを
発生させる方法として、特開平３−１３５７６号公報に
は、ヨウ化インジウムを入れた加熱炉（カーボン容器）
を１００℃〜２００℃に予備加熱した後に、当該加熱炉
の温度を３００℃〜５００℃に上げてヨウ化インジウム
を蒸気化し、この蒸気をプラズマ生成容器（放電室）内
に導入してそこでアーク放電によって電離させてプラズ
マを生成し、このプラズマからインジウムイオンビーム
を引き出す方法が記載されている。
発生させる方法として、特開平３−１３５７６号公報に
は、ヨウ化インジウムを入れた加熱炉（カーボン容器）
を１００℃〜２００℃に予備加熱した後に、当該加熱炉
の温度を３００℃〜５００℃に上げてヨウ化インジウム
を蒸気化し、この蒸気をプラズマ生成容器（放電室）内
に導入してそこでアーク放電によって電離させてプラズ
マを生成し、このプラズマからインジウムイオンビーム
を引き出す方法が記載されている。
【０００４】しかしこの方法では、ヨウ化インジウムの
融点が２１０℃であるため、加熱炉の温度を前記のよう
に３００℃〜５００℃にして運転すると、加熱炉内でヨ
ウ化インジウムが完全に溶けて液体状態になる。その結
果、加熱炉、プラズマ生成容器、更には両者間をつなぐ
蒸気導入管等に液状化したヨウ化インジウムが粘液状に
付着してこれらの内部がひどく汚れるので、また蒸気導
入管を詰まらせることもあるので、インジウムイオンビ
ームを安定して引き出すことができない。
融点が２１０℃であるため、加熱炉の温度を前記のよう
に３００℃〜５００℃にして運転すると、加熱炉内でヨ
ウ化インジウムが完全に溶けて液体状態になる。その結
果、加熱炉、プラズマ生成容器、更には両者間をつなぐ
蒸気導入管等に液状化したヨウ化インジウムが粘液状に
付着してこれらの内部がひどく汚れるので、また蒸気導
入管を詰まらせることもあるので、インジウムイオンビ
ームを安定して引き出すことができない。
【０００５】また、前記汚れのために、頻繁に、例えば
イオン源の運転を停止する度に、加熱炉、プラズマ生成
容器および蒸気導入管等の清掃や交換等が必要になり、
実用に耐えない。
イオン源の運転を停止する度に、加熱炉、プラズマ生成
容器および蒸気導入管等の清掃や交換等が必要になり、
実用に耐えない。
【０００６】これに対して、本願の発明者は、加熱炉に
入れる固体材料としてフッ化インジウムを用い、これを
水分除去のために２５０℃〜４５０℃で予備加熱した後
に、加熱炉の温度を４５０℃以上かつフッ化インジウム
の融点の１１７０℃未満の温度に上げてフッ化インジウ
ムを蒸気化し、この蒸気をプラズマ生成容器内に導入し
てそこでアーク放電によって電離させてプラズマを生成
してそれからインジウムイオンビームを引き出すことに
よって、加熱炉、プラズマ生成容器、更には両者間をつ
なぐ蒸気導入管等に液状化したフッ化インジウムが付着
するのを防止して、それらが汚れたり蒸気導入管が詰ま
ったりすることを防止しつつ、インジウムイオンビーム
を発生させることができることを見い出した。
入れる固体材料としてフッ化インジウムを用い、これを
水分除去のために２５０℃〜４５０℃で予備加熱した後
に、加熱炉の温度を４５０℃以上かつフッ化インジウム
の融点の１１７０℃未満の温度に上げてフッ化インジウ
ムを蒸気化し、この蒸気をプラズマ生成容器内に導入し
てそこでアーク放電によって電離させてプラズマを生成
してそれからインジウムイオンビームを引き出すことに
よって、加熱炉、プラズマ生成容器、更には両者間をつ
なぐ蒸気導入管等に液状化したフッ化インジウムが付着
するのを防止して、それらが汚れたり蒸気導入管が詰ま
ったりすることを防止しつつ、インジウムイオンビーム
を発生させることができることを見い出した。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかし、固体材料とし
てフッ化インジウムを用いる前記方法には、次のような
点に改善の余地のあることが分かった。
てフッ化インジウムを用いる前記方法には、次のような
点に改善の余地のあることが分かった。
【０００８】即ち、フッ化インジウムの蒸気圧は、水分
の介在によって非常に高くなる。つまり、フッ化インジ
ウムが含んでいる水分が多い方が、フッ化インジウムの
蒸気量は多くなり、プラズマ中のインジウムイオンの量
も多くなる。
の介在によって非常に高くなる。つまり、フッ化インジ
ウムが含んでいる水分が多い方が、フッ化インジウムの
蒸気量は多くなり、プラズマ中のインジウムイオンの量
も多くなる。
【０００９】そのため、加熱炉の温度を一定とした場
合、フッ化インジウムに含まれている水分の抜けと共
に、短時間の内にフッ化インジウムの蒸気量が減少し、
ひいてはイオン源から発生させるインジウムイオンビー
ムの量も減少する。例えば、インジウムイオンビームの
量は、発生開始後１時間で、元の（即ち発生開始時の）
２０％〜７０％に減少する。
合、フッ化インジウムに含まれている水分の抜けと共
に、短時間の内にフッ化インジウムの蒸気量が減少し、
ひいてはイオン源から発生させるインジウムイオンビー
ムの量も減少する。例えば、インジウムイオンビームの
量は、発生開始後１時間で、元の（即ち発生開始時の）
２０％〜７０％に減少する。
【００１０】その一例を図２中に比較例として示す。こ
の図２は、加熱炉の温度を一定に保ったときのインジウ
ムイオンビームの発生時間の経過に伴うビーム量の変化
の一例を示すものであり、図中の比較例では、インジウ
ムイオンビームの発生開始後１時間で、インジウムイオ
ンビームの量は元の３０％程度にまで急激に減少してい
る。この比較例は、固体材料として無水フッ化インジウ
ムを用いて、その予備加熱を４５０℃で１時間行ったと
きのものである。
の図２は、加熱炉の温度を一定に保ったときのインジウ
ムイオンビームの発生時間の経過に伴うビーム量の変化
の一例を示すものであり、図中の比較例では、インジウ
ムイオンビームの発生開始後１時間で、インジウムイオ
ンビームの量は元の３０％程度にまで急激に減少してい
る。この比較例は、固体材料として無水フッ化インジウ
ムを用いて、その予備加熱を４５０℃で１時間行ったと
きのものである。
【００１１】このようなインジウムイオンビーム量の急
激な減少は好ましくない。例えば、イオン源において、
それから発生させるインジウムイオンビーム量の制御を
困難にする。また、このようなインジウムイオンビーム
をイオン注入に用いたときのインジウムイオンの注入量
制御を困難にする。
激な減少は好ましくない。例えば、イオン源において、
それから発生させるインジウムイオンビーム量の制御を
困難にする。また、このようなインジウムイオンビーム
をイオン注入に用いたときのインジウムイオンの注入量
制御を困難にする。
【００１２】より具体的に言えば、前記のようにインジ
ウムイオンビーム量が急減するので、これを補正するた
めに加熱炉の温度を上げても、再びインジウムイオンビ
ーム量が急減することになり、このような繰り返しが続
いて、いつまで経ってもインジウムイオンビーム量が安
定しない。例えば、インジウムイオンビーム量が安定す
るのに３〜４日もかかることがあり、これでは実用にな
らない。
ウムイオンビーム量が急減するので、これを補正するた
めに加熱炉の温度を上げても、再びインジウムイオンビ
ーム量が急減することになり、このような繰り返しが続
いて、いつまで経ってもインジウムイオンビーム量が安
定しない。例えば、インジウムイオンビーム量が安定す
るのに３〜４日もかかることがあり、これでは実用にな
らない。
【００１３】フッ化インジウムの使用に際しては、前記
のように、２５０℃〜４５０℃で予備加熱して水分を予
め除去する操作を行っているのであるけれども、前記の
ような問題が生じていた。
のように、２５０℃〜４５０℃で予備加熱して水分を予
め除去する操作を行っているのであるけれども、前記の
ような問題が生じていた。
【００１４】また、無水フッ化インジウムと呼ばれる、
水分を含んでいないと言われるものを用いても、前記と
同様の傾向になっていた。
水分を含んでいないと言われるものを用いても、前記と
同様の傾向になっていた。
【００１５】そこでこの発明は、インジウムイオンビー
ムを安定した量で発生させることのできる手段を提供す
ることを主たる目的とする。
ムを安定した量で発生させることのできる手段を提供す
ることを主たる目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】この発明に係るインジウ
ムイオンビームの発生方法の一つは、インジウム化合物
から成る固体材料を加熱してその蒸気を発生させる加熱
炉および当該加熱炉から供給される蒸気を電離させてプ
ラズマを生成するプラズマ生成容器を有するイオン源を
用いてインジウムイオンビームを発生させる方法におい
て、前記固体材料として、フッ化インジウムを６００℃
以上１１７０℃未満の温度で一旦加熱したものを用いる
ことを特徴としている。
ムイオンビームの発生方法の一つは、インジウム化合物
から成る固体材料を加熱してその蒸気を発生させる加熱
炉および当該加熱炉から供給される蒸気を電離させてプ
ラズマを生成するプラズマ生成容器を有するイオン源を
用いてインジウムイオンビームを発生させる方法におい
て、前記固体材料として、フッ化インジウムを６００℃
以上１１７０℃未満の温度で一旦加熱したものを用いる
ことを特徴としている。
【００１７】種々検討した結果、固体材料であるフッ化
インジウムが含んでいる水分には、次の二通りの状態が
あることが分かった。
インジウムが含んでいる水分には、次の二通りの状態が
あることが分かった。
【００１８】一つは、フッ化インジウム（ＩnＦ3 ）分
子に単に付着している水分であり、これは前記２５０℃
〜４５０℃の予備加熱によって簡単に蒸発させることが
できる。これまではこの水分にしか着目しておらず、そ
れの除去で十分であると考えられていた。
子に単に付着している水分であり、これは前記２５０℃
〜４５０℃の予備加熱によって簡単に蒸発させることが
できる。これまではこの水分にしか着目しておらず、そ
れの除去で十分であると考えられていた。
【００１９】ところが、もう一つの水分があることが分
かった。それは、フッ化インジウム（ＩnＦ3 ）分子と
分子結合によって結びついている水分である。即ち、Ｉ
nＦ3 ・ｘ(Ｈ2Ｏ) という形で分子結合している水分で
ある。ｘは１、２または３であり、典型的には３であ
る。
かった。それは、フッ化インジウム（ＩnＦ3 ）分子と
分子結合によって結びついている水分である。即ち、Ｉ
nＦ3 ・ｘ(Ｈ2Ｏ) という形で分子結合している水分で
ある。ｘは１、２または３であり、典型的には３であ
る。
【００２０】この分子結合している水分が、従来のよう
な温度の予備加熱では除去できていなかったのである。
この水分が残存していたために、インジウムイオンビー
ムの発生を開始した後も、この水分が徐々に減り、これ
がフッ化インジウムの蒸気量を前述したように不安定に
していたのである。
な温度の予備加熱では除去できていなかったのである。
この水分が残存していたために、インジウムイオンビー
ムの発生を開始した後も、この水分が徐々に減り、これ
がフッ化インジウムの蒸気量を前述したように不安定に
していたのである。
【００２１】無水フッ化インジウムと呼ばれるものであ
っても、少しでも大気に曝すとすぐに吸水し、その水の
一部は分子結合によってフッ化インジウム分子と結びつ
き、容易に除去できなくなる。
っても、少しでも大気に曝すとすぐに吸水し、その水の
一部は分子結合によってフッ化インジウム分子と結びつ
き、容易に除去できなくなる。
【００２２】これに対して、固体材料としてのフッ化イ
ンジウムを６００℃以上で一旦加熱（予備加熱）する
と、次式の化学反応が急速に促進されることが分かっ
た。
ンジウムを６００℃以上で一旦加熱（予備加熱）する
と、次式の化学反応が急速に促進されることが分かっ
た。
【００２３】
【数１】
ＩnＦ3 ・ｘ(Ｈ2Ｏ) ＋熱→Ｉn(ＯＦ)xＦ3-x ＋ｘＨ2
ｘ＝１、２または３
【００２４】この反応によって、フッ化インジウム蒸気
量の不安定要因である分子結合した水分（前記式の左辺
のＨ2Ｏ）を速やかに分解することができる。前記式の
右辺のＩn(ＯＦ)xＦ3-x は、酸素を有してはいるけれど
も水は含んでいない。
量の不安定要因である分子結合した水分（前記式の左辺
のＨ2Ｏ）を速やかに分解することができる。前記式の
右辺のＩn(ＯＦ)xＦ3-x は、酸素を有してはいるけれど
も水は含んでいない。
【００２５】このような加熱を一旦行ったフッ化インジ
ウムは、即ち前記Ｉn(ＯＦ)xＦ3- x に変化させたもの
は、水分を含んでいないので、加熱による蒸発量は安定
している。従って、このようなものを用いて、即ちこの
ようなものを固体材料として加熱炉内で加熱して蒸発さ
せて、イオン源からインジウムイオンビームを発生させ
ることによって、インジウムイオンビームを安定した量
で発生させることができる。即ち、インジウムイオンビ
ーム量の時間変化率を、先行技術に比べて遙かに小さく
することができる。その結果の一例を図２中に実施例と
して示す。これについては後で詳述する。
ウムは、即ち前記Ｉn(ＯＦ)xＦ3- x に変化させたもの
は、水分を含んでいないので、加熱による蒸発量は安定
している。従って、このようなものを用いて、即ちこの
ようなものを固体材料として加熱炉内で加熱して蒸発さ
せて、イオン源からインジウムイオンビームを発生させ
ることによって、インジウムイオンビームを安定した量
で発生させることができる。即ち、インジウムイオンビ
ーム量の時間変化率を、先行技術に比べて遙かに小さく
することができる。その結果の一例を図２中に実施例と
して示す。これについては後で詳述する。
【００２６】フッ化インジウムの加熱温度が６００℃未
満では、前記数１の反応は殆ど起こらないので効果はな
い。
満では、前記数１の反応は殆ど起こらないので効果はな
い。
【００２７】フッ化インジウムの加熱温度が１１７０℃
以上になると、１１７０℃はフッ化インジウムの融点で
あるので、フッ化インジウムが溶融して加熱炉、プラズ
マ生成容器、更には両者間をつなぐ蒸気導入管等を汚し
たり詰まらせたりするので、好ましくない。
以上になると、１１７０℃はフッ化インジウムの融点で
あるので、フッ化インジウムが溶融して加熱炉、プラズ
マ生成容器、更には両者間をつなぐ蒸気導入管等を汚し
たり詰まらせたりするので、好ましくない。
【００２８】しかし、加熱温度をあまり上げ過ぎても、
数１の反応を起こさせる効果はさほど変わらない。従っ
て、フッ化インジウムの予備加熱温度は、前記範囲の内
でも、６００℃〜７００℃にするのがより好ましい。こ
の範囲が最も実用的である。
数１の反応を起こさせる効果はさほど変わらない。従っ
て、フッ化インジウムの予備加熱温度は、前記範囲の内
でも、６００℃〜７００℃にするのがより好ましい。こ
の範囲が最も実用的である。
【００２９】フッ化インジウムの予備加熱時間は、加熱
温度にも依るが、加熱温度が６００℃〜７００℃であれ
ば、３０分〜９０分程度が好ましい。３０分未満だと、
固体材料としてのフッ化インジウムの全体を均一に加熱
するのに不十分である。しかし９０分を超えても、加熱
効果は殆ど上がらず、時間の無駄が大きい。従って、１
時間程度がより好ましいと言える。
温度にも依るが、加熱温度が６００℃〜７００℃であれ
ば、３０分〜９０分程度が好ましい。３０分未満だと、
固体材料としてのフッ化インジウムの全体を均一に加熱
するのに不十分である。しかし９０分を超えても、加熱
効果は殆ど上がらず、時間の無駄が大きい。従って、１
時間程度がより好ましいと言える。
【００３０】なお、加熱炉の温度を、正規にインジウム
イオンビームを発生させる前に、即ち目的量のインジウ
ムイオンビームを発生させる前に、予め、６００℃以上
１１７０℃未満の範囲内に保って加熱炉内のフッ化イン
ジウムの予備加熱を行う制御機能を有する制御装置を設
けても良く、そのようにすれば、イオン源の運転の省力
化または自動化を図ることができる。
イオンビームを発生させる前に、即ち目的量のインジウ
ムイオンビームを発生させる前に、予め、６００℃以上
１１７０℃未満の範囲内に保って加熱炉内のフッ化イン
ジウムの予備加熱を行う制御機能を有する制御装置を設
けても良く、そのようにすれば、イオン源の運転の省力
化または自動化を図ることができる。
【００３１】また、前記のような予備加熱によってＩn
(ＯＦ)xＦ3-x が作られるのであるから、加熱炉に入れ
る固体材料として、フッ化インジウムの代わりに、当該
Ｉn(ＯＦ)xＦ3-x （ｘ＝１、２または３）を用いても良
く、その場合も前記と同様の効果が得られる。即ち、イ
ンジウムイオンビームを安定した量で発生させることが
できる。
(ＯＦ)xＦ3-x が作られるのであるから、加熱炉に入れ
る固体材料として、フッ化インジウムの代わりに、当該
Ｉn(ＯＦ)xＦ3-x （ｘ＝１、２または３）を用いても良
く、その場合も前記と同様の効果が得られる。即ち、イ
ンジウムイオンビームを安定した量で発生させることが
できる。
【００３２】
【発明の実施の形態】図１は、この発明に係るインジウ
ムイオンビームの発生方法を実施するイオン源およびイ
オンビーム発生装置の一例を示す概略図である。
ムイオンビームの発生方法を実施するイオン源およびイ
オンビーム発生装置の一例を示す概略図である。
【００３３】このイオンビーム発生装置は、イオンビー
ム３０を発生させるイオン源２と、当該イオン源２を制
御する制御装置４０とを備えている。
ム３０を発生させるイオン源２と、当該イオン源２を制
御する制御装置４０とを備えている。
【００３４】イオン源２は、この例では、固体材料６を
加熱してその蒸気８を発生させる加熱炉４と、この加熱
炉４とプラズマ生成容器１６との間をつないでいて加熱
炉４からの蒸気８をプラズマ生成容器１６内へ導入する
蒸気導入管１０と、この蒸気導入管１０を通して導入さ
れる蒸気８を電離させてプラズマ２４を生成するプラズ
マ生成容器１６と、このプラズマ生成容器１６内のプラ
ズマ２４から電界の作用でイオンビーム３０を引き出す
引出し電極２８とを備えている。更にこの例では、プラ
ズマ生成容器１６内に補助ガス１２を導入するガス導入
管１４を備えている。
加熱してその蒸気８を発生させる加熱炉４と、この加熱
炉４とプラズマ生成容器１６との間をつないでいて加熱
炉４からの蒸気８をプラズマ生成容器１６内へ導入する
蒸気導入管１０と、この蒸気導入管１０を通して導入さ
れる蒸気８を電離させてプラズマ２４を生成するプラズ
マ生成容器１６と、このプラズマ生成容器１６内のプラ
ズマ２４から電界の作用でイオンビーム３０を引き出す
引出し電極２８とを備えている。更にこの例では、プラ
ズマ生成容器１６内に補助ガス１２を導入するガス導入
管１４を備えている。
【００３５】加熱炉４は、この例では、加熱用のヒータ
５を有しており、加熱電源３８からの通電によって加熱
される。
５を有しており、加熱電源３８からの通電によって加熱
される。
【００３６】プラズマ生成容器１６内の一方側には熱電
子放出用のフィラメント２０が設けられており、他方側
には電子反射用の反射電極２２が設けられている。プラ
ズマ生成容器１６内には外部から電子捕捉用の磁界２６
が印加される。このような構造のイオン源２は、バーナ
ス型イオン源と呼ばれる。
子放出用のフィラメント２０が設けられており、他方側
には電子反射用の反射電極２２が設けられている。プラ
ズマ生成容器１６内には外部から電子捕捉用の磁界２６
が印加される。このような構造のイオン源２は、バーナ
ス型イオン源と呼ばれる。
【００３７】フィラメント２０はフィラメント電源３２
によって加熱される。フィラメント２０とアノードを兼
ねるプラズマ生成容器１６との間には、アーク電源３４
からアーク放電用のアーク電圧が印加される。プラズマ
生成容器１６と引出し電極２８との間には、引出し電源
３６からイオンビーム引き出し用の引出し電圧が印加さ
れる。これらの電源３２、３４、３６および前記加熱電
源３８は、この例では、制御装置４０によって制御され
る。
によって加熱される。フィラメント２０とアノードを兼
ねるプラズマ生成容器１６との間には、アーク電源３４
からアーク放電用のアーク電圧が印加される。プラズマ
生成容器１６と引出し電極２８との間には、引出し電源
３６からイオンビーム引き出し用の引出し電圧が印加さ
れる。これらの電源３２、３４、３６および前記加熱電
源３８は、この例では、制御装置４０によって制御され
る。
【００３８】このようなイオン源２を有する図１に示し
たイオンビーム発生装置の運転方法の一例を示すと、イ
オン源２の加熱炉４に、固体材料６として、フッ化イン
ジウムを入れる。このフッ化インジウムは、無水フッ化
インジウムを用いる方が、その予備加熱時間を短縮する
ことができる等の点で好ましい。
たイオンビーム発生装置の運転方法の一例を示すと、イ
オン源２の加熱炉４に、固体材料６として、フッ化イン
ジウムを入れる。このフッ化インジウムは、無水フッ化
インジウムを用いる方が、その予備加熱時間を短縮する
ことができる等の点で好ましい。
【００３９】そして、イオン源２から目的量のインジウ
ムイオンビーム（このインジウムイオンビームはイオン
ビーム３０中に含まれることになる）を引き出す前に、
加熱炉４に通電して加熱炉４の温度を例えば６００℃〜
７００℃にまで上げて、フッ化インジウムの予備加熱
（プリベーキング）を行う。この加熱時間は、例えば１
時間程度とする。
ムイオンビーム（このインジウムイオンビームはイオン
ビーム３０中に含まれることになる）を引き出す前に、
加熱炉４に通電して加熱炉４の温度を例えば６００℃〜
７００℃にまで上げて、フッ化インジウムの予備加熱
（プリベーキング）を行う。この加熱時間は、例えば１
時間程度とする。
【００４０】この予備加熱は、イオンビーム３０の発生
前に行っても良いけれども、イオンビーム３０として不
活性ガスイオンビームを発生させながら行っても良い。
後者の場合を例に説明すると、プラズマ生成容器１６内
に補助ガス１２として例えばアルゴンガスを導入し、フ
ィラメント２０を加熱すると共にアーク電源３４からア
ーク電圧を印加してプラズマ生成容器１６内でアーク放
電を生じさせて、プラズマ生成容器１６内にプラズマ２
４を生成させ、このプラズマ２４からイオンビーム３０
としてアルゴンイオンビームを引き出す。
前に行っても良いけれども、イオンビーム３０として不
活性ガスイオンビームを発生させながら行っても良い。
後者の場合を例に説明すると、プラズマ生成容器１６内
に補助ガス１２として例えばアルゴンガスを導入し、フ
ィラメント２０を加熱すると共にアーク電源３４からア
ーク電圧を印加してプラズマ生成容器１６内でアーク放
電を生じさせて、プラズマ生成容器１６内にプラズマ２
４を生成させ、このプラズマ２４からイオンビーム３０
としてアルゴンイオンビームを引き出す。
【００４１】この状態で、加熱炉４の温度を前記温度ま
で上げて加熱炉４内のフッ化インジウムの予備加熱を行
う。このようにすれば、予備加熱による蒸気８によって
プラズマ生成容器１６内を汚さずに済む。
で上げて加熱炉４内のフッ化インジウムの予備加熱を行
う。このようにすれば、予備加熱による蒸気８によって
プラズマ生成容器１６内を汚さずに済む。
【００４２】この予備加熱時にもフッ化インジウムの蒸
気８が発生し、それがプラズマ生成容器１６内に導入さ
れて電離されるので、プラズマ２４中にインジウムイオ
ンが含まれ、ひいてはイオンビーム３０中にもインジウ
ムイオンビームが含まれる。しかし、予備加熱の初期に
は、前述した理由から、このインジウムイオンビームの
量は安定しない。即ち、加熱炉４の温度を一定にしてお
くと、時間経過と共に急激に減少する。
気８が発生し、それがプラズマ生成容器１６内に導入さ
れて電離されるので、プラズマ２４中にインジウムイオ
ンが含まれ、ひいてはイオンビーム３０中にもインジウ
ムイオンビームが含まれる。しかし、予備加熱の初期に
は、前述した理由から、このインジウムイオンビームの
量は安定しない。即ち、加熱炉４の温度を一定にしてお
くと、時間経過と共に急激に減少する。
【００４３】しかし、前述したような温度で１時間程度
の予備加熱を行うと、このインジウムイオンビームの量
は安定する。その理由は前述のとおりである。これで予
備加熱は終了する。あるいは、イオンビーム３０中のイ
ンジウムイオンビームの量を計測しながら予備加熱を行
って、イオンビーム３０中のインジウムイオンビームの
量が安定した時点で予備加熱を終了するようにしても良
い。これの方が予備加熱がより確実である。
の予備加熱を行うと、このインジウムイオンビームの量
は安定する。その理由は前述のとおりである。これで予
備加熱は終了する。あるいは、イオンビーム３０中のイ
ンジウムイオンビームの量を計測しながら予備加熱を行
って、イオンビーム３０中のインジウムイオンビームの
量が安定した時点で予備加熱を終了するようにしても良
い。これの方が予備加熱がより確実である。
【００４４】その後は、イオン源２から目的量のインジ
ウムイオンビームを含むイオンビーム３０を発生させる
正規の運転を行えば良い。イオンビーム３０中に含まれ
るインジウムイオンビームの量の制御は、主として加熱
炉４の加熱温度の制御によって行うことができる。この
制御は、この例では制御装置４０によって自動で行うこ
とができる。また、前記のような予備加熱時の加熱炉４
の温度制御も、この例では制御装置４０によって自動で
行うことができる。
ウムイオンビームを含むイオンビーム３０を発生させる
正規の運転を行えば良い。イオンビーム３０中に含まれ
るインジウムイオンビームの量の制御は、主として加熱
炉４の加熱温度の制御によって行うことができる。この
制御は、この例では制御装置４０によって自動で行うこ
とができる。また、前記のような予備加熱時の加熱炉４
の温度制御も、この例では制御装置４０によって自動で
行うことができる。
【００４５】前記のようなフッ化インジウムの予備加熱
を行うことによって、インジウムイオンビームを安定し
た量で発生させることができる。例えば、図２中の実施
例は、固体材料６として無水フッ化インジウムを用いて
その予備加熱を６５０℃で１時間行ったときのものであ
り、イオン源２から発生させるインジウムイオンビーム
の量は、その変化率が１０％／時間以下であり、非常に
安定している。
を行うことによって、インジウムイオンビームを安定し
た量で発生させることができる。例えば、図２中の実施
例は、固体材料６として無水フッ化インジウムを用いて
その予備加熱を６５０℃で１時間行ったときのものであ
り、イオン源２から発生させるインジウムイオンビーム
の量は、その変化率が１０％／時間以下であり、非常に
安定している。
【００４６】従って、イオン源２の制御、即ち当該イオ
ン源２から発生させるインジウムイオンビーム量の制御
や、当該インジウムイオンビームを用いたインジウムイ
オンの注入量制御等も非常に容易になる。これによって
初めて、インジウムイオンの実用的な利用が可能になっ
たと言うことができる。
ン源２から発生させるインジウムイオンビーム量の制御
や、当該インジウムイオンビームを用いたインジウムイ
オンの注入量制御等も非常に容易になる。これによって
初めて、インジウムイオンの実用的な利用が可能になっ
たと言うことができる。
【００４７】なお、正規の運転時の、即ち予備加熱後に
目的量のインジウムイオンビームを発生させるときの加
熱炉４の温度は、フッ化インジウムを予備加熱する場合
と同じ前記理由から、６００℃以上１１７０℃未満に保
つのが好ましく、その内でも６００℃〜７００℃に保つ
のがより好ましい。
目的量のインジウムイオンビームを発生させるときの加
熱炉４の温度は、フッ化インジウムを予備加熱する場合
と同じ前記理由から、６００℃以上１１７０℃未満に保
つのが好ましく、その内でも６００℃〜７００℃に保つ
のがより好ましい。
【００４８】また、正規の運転時の加熱炉４は、前記６
００℃以上１１７０℃未満の範囲内であってしかもプラ
ズマ生成容器１６の温度未満に保つのがより好ましい。
そのようにすると、加熱炉４とプラズマ生成容器１６と
の間をつなぐ蒸気導入管１０には、プラズマ生成容器１
６に向かって上昇する温度勾配が生じ、この温度勾配に
よって、加熱炉４で発生させた蒸気８が蒸気導入管１０
やプラズマ生成容器１６内で再凝固するのを防止するこ
とができるので、プラズマ生成容器１６および蒸気導入
管１０の汚れや蒸気導入管１０の詰まりを防止すること
ができる。この効果は、加熱炉４の温度とプラズマ生成
容器１６の温度との差をあまり大きくしなくても得られ
る。例えば、この温度差は１０℃〜２０℃程度でも良
い。このような温度制御も、この例では制御装置４０に
よって自動で行うことができる。
００℃以上１１７０℃未満の範囲内であってしかもプラ
ズマ生成容器１６の温度未満に保つのがより好ましい。
そのようにすると、加熱炉４とプラズマ生成容器１６と
の間をつなぐ蒸気導入管１０には、プラズマ生成容器１
６に向かって上昇する温度勾配が生じ、この温度勾配に
よって、加熱炉４で発生させた蒸気８が蒸気導入管１０
やプラズマ生成容器１６内で再凝固するのを防止するこ
とができるので、プラズマ生成容器１６および蒸気導入
管１０の汚れや蒸気導入管１０の詰まりを防止すること
ができる。この効果は、加熱炉４の温度とプラズマ生成
容器１６の温度との差をあまり大きくしなくても得られ
る。例えば、この温度差は１０℃〜２０℃程度でも良
い。このような温度制御も、この例では制御装置４０に
よって自動で行うことができる。
【００４９】また、上記のような温度で一旦加熱を行っ
たフッ化インジウムは、仮にその後に吸水しても、加熱
によって、例えばインジウムイオンビームを発生させる
際の加熱によって、水分を容易に除去することができる
ことが分かった。これは、吸水してもその水は分子結合
状態にはなりにくいからであると考えられる。即ち、前
記数１に示したように、フッ化インジウムは加熱によっ
てＩn(ＯＦ)xＦ3-xに化学変化していて、このＩn(ＯＦ)
xＦ3-x に水は分子結合しにくいからであると考えられ
る。従って、予備加熱を再び行う必要はない。
たフッ化インジウムは、仮にその後に吸水しても、加熱
によって、例えばインジウムイオンビームを発生させる
際の加熱によって、水分を容易に除去することができる
ことが分かった。これは、吸水してもその水は分子結合
状態にはなりにくいからであると考えられる。即ち、前
記数１に示したように、フッ化インジウムは加熱によっ
てＩn(ＯＦ)xＦ3-xに化学変化していて、このＩn(ＯＦ)
xＦ3-x に水は分子結合しにくいからであると考えられ
る。従って、予備加熱を再び行う必要はない。
【００５０】従って、フッ化インジウムは、前記例のよ
うに加熱炉４内で予備加熱する代わりに、予め別の所で
前記温度で一旦加熱しておいたものを、加熱炉４内に入
れても良い。このように一旦加熱したものは、前記のよ
うに水分が付着したとしても容易にそれを除去すること
ができるので、必ずしも真空中を通して加熱炉４内へ入
れる操作を行う必要はなく、大気中を通して加熱炉４内
へ入れても良い。従って、取り扱いが非常に容易にな
る。
うに加熱炉４内で予備加熱する代わりに、予め別の所で
前記温度で一旦加熱しておいたものを、加熱炉４内に入
れても良い。このように一旦加熱したものは、前記のよ
うに水分が付着したとしても容易にそれを除去すること
ができるので、必ずしも真空中を通して加熱炉４内へ入
れる操作を行う必要はなく、大気中を通して加熱炉４内
へ入れても良い。従って、取り扱いが非常に容易にな
る。
【００５１】フッ化インジウムの前記のような加熱は、
加熱炉４の内外いずれで行うにしても、有害物質の拡散
防止の観点からは、真空に（例えば１０-1〜１０-3Ｐａ
程度の低真空に）排気しながら行うのが好ましいけれど
も、単に予備加熱の観点からは、加熱時の雰囲気は問わ
ない。例えば、大気中でも良いし、真空雰囲気中でも良
いし、窒素ガス置換雰囲気中でも良い。
加熱炉４の内外いずれで行うにしても、有害物質の拡散
防止の観点からは、真空に（例えば１０-1〜１０-3Ｐａ
程度の低真空に）排気しながら行うのが好ましいけれど
も、単に予備加熱の観点からは、加熱時の雰囲気は問わ
ない。例えば、大気中でも良いし、真空雰囲気中でも良
いし、窒素ガス置換雰囲気中でも良い。
【００５２】また、上記のような予備加熱によって、前
記数１に示したように、Ｉn(ＯＦ)xＦ3-x が作られるの
であるから、イオン源２の加熱炉４に入れる固体材料６
として、フッ化インジウムの代わりに、当該Ｉn(ＯＦ)x
Ｆ3-x を用いても良く、その場合も前記と同様の効果が
得られる。即ち、インジウムイオンビームを安定した量
で発生させることができる。
記数１に示したように、Ｉn(ＯＦ)xＦ3-x が作られるの
であるから、イオン源２の加熱炉４に入れる固体材料６
として、フッ化インジウムの代わりに、当該Ｉn(ＯＦ)x
Ｆ3-x を用いても良く、その場合も前記と同様の効果が
得られる。即ち、インジウムイオンビームを安定した量
で発生させることができる。
【００５３】この発明は、プラズマ生成容器１６内にお
けるプラズマ２４の生成手段は問わないので、バーナス
型イオン源以外のイオン源にも広く適用することができ
る。例えば、棒状のフィラメントを用いるフリーマン型
イオン源、プラズマ閉じ込めに多極磁場（カスプ磁場）
を用いるバケット型イオン源、プラズマ生成に高周波
（マイクロ波を含む）を用いる高周波イオン源、プラズ
マ生成にＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）を用いるＥ
ＣＲ型イオン源等にも適用することができる。
けるプラズマ２４の生成手段は問わないので、バーナス
型イオン源以外のイオン源にも広く適用することができ
る。例えば、棒状のフィラメントを用いるフリーマン型
イオン源、プラズマ閉じ込めに多極磁場（カスプ磁場）
を用いるバケット型イオン源、プラズマ生成に高周波
（マイクロ波を含む）を用いる高周波イオン源、プラズ
マ生成にＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）を用いるＥ
ＣＲ型イオン源等にも適用することができる。
【００５４】
【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。
るので、次のような効果を奏する。
【００５５】請求項１、３および４に記載の発明によれ
ば、インジウム化合物から成る固体材料の蒸発量の不安
定要因を除去することができるので、インジウムイオン
ビームを安定した量で発生させることができる。その結
果、例えば、インジウムイオンビーム量の制御や、当該
インジウムイオンビームを用いたインジウムイオンの注
入量制御等が非常に容易になる。
ば、インジウム化合物から成る固体材料の蒸発量の不安
定要因を除去することができるので、インジウムイオン
ビームを安定した量で発生させることができる。その結
果、例えば、インジウムイオンビーム量の制御や、当該
インジウムイオンビームを用いたインジウムイオンの注
入量制御等が非常に容易になる。
【００５６】請求項２記載の発明によれば、前記請求項
１等の発明と同様の効果を奏すると共に、イオン源の運
転の省力化または自動化を図ることができる。
１等の発明と同様の効果を奏すると共に、イオン源の運
転の省力化または自動化を図ることができる。
【図１】この発明に係るインジウムイオンビームの発生
方法を実施するイオン源およびイオンビーム発生装置の
一例を示す概略図である。
方法を実施するイオン源およびイオンビーム発生装置の
一例を示す概略図である。
【図２】加熱炉の温度を一定に保ったときのインジウム
イオンビームの発生時間の経過に伴うビーム量の変化の
一例を示す概略図である。
イオンビームの発生時間の経過に伴うビーム量の変化の
一例を示す概略図である。
２ イオン源
４ 加熱炉
６ 固体材料
８ 蒸気
１６ プラズマ生成容器
２４ プラズマ
３０ イオンビーム
４０ 制御装置
─────────────────────────────────────────────────────
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
C23C 14/32
Claims (4)
- 【請求項１】 インジウム化合物から成る固体材料を加
熱してその蒸気を発生させる加熱炉および当該加熱炉か
ら供給される蒸気を電離させてプラズマを生成するプラ
ズマ生成容器を有するイオン源を用いてインジウムイオ
ンビームを発生させる方法において、前記固体材料とし
て、フッ化インジウムを６００℃以上１１７０℃未満の
温度で一旦加熱したものを用いることを特徴とするイン
ジウムイオンビームの発生方法。 - 【請求項２】 フッ化インジウムを加熱してその蒸気を
発生させる加熱炉および当該加熱炉から供給される蒸気
を電離させてプラズマを生成するプラズマ生成容器を有
していてインジウムイオンビームを発生させるイオン源
と、このイオン源の加熱炉の温度を、目的量のインジウ
ムイオンビームを発生させる前に、６００℃以上１１７
０℃未満の範囲内に保って加熱炉内のフッ化インジウム
の予備加熱を行う制御機能を有する制御装置とを備える
ことを特徴とするイオンビーム発生装置。 - 【請求項３】 インジウム化合物から成る固体材料を加
熱してその蒸気を発生させる加熱炉および当該加熱炉か
ら供給される蒸気を電離させてプラズマを生成するプラ
ズマ生成容器を有するイオン源を用いてインジウムイオ
ンビームを発生させる方法において、前記固体材料とし
て、Ｉn(ＯＦ)xＦ3-x （ｘは１、２または３）を用いる
ことを特徴とするインジウムイオンビームの発生方法。 - 【請求項４】 インジウム化合物から成る固体材料を加
熱してその蒸気を発生させる加熱炉および当該加熱炉か
ら供給される蒸気を電離させてプラズマを生成するプラ
ズマ生成容器を有していてインジウムイオンビームを発
生させるイオン源において、前記固体材料として、Ｉn
(ＯＦ)xＦ3-x （ｘは１、２または３）を用いているこ
とを特徴とするイオン源。
Priority Applications (7)
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