JP3498405B2 - Ion source - Google Patents

Ion source

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JP3498405B2
JP3498405B2 JP02669195A JP2669195A JP3498405B2 JP 3498405 B2 JP3498405 B2 JP 3498405B2 JP 02669195 A JP02669195 A JP 02669195A JP 2669195 A JP2669195 A JP 2669195A JP 3498405 B2 JP3498405 B2 JP 3498405B2
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ion source
gas
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plasma generation
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和洋 妹尾
成顕 濱本
昌和 足立
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Nissin Electric Co Ltd
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Nissin Electric Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明は、イオン注入装置等のイ
オンビーム装置に供され、プラズマ生成チャンバ内に導
入されたイオン種ガスをプラズマ化してイオンを生成す
るイオン源に関するものである。 【0002】 【従来の技術】近年、元素をプラズマ化し、プラズマ中
のイオンをイオンビームとして引き出すイオン源は、イ
オン注入をはじめとして、イオンプレーティング、結晶
成長、或いはイオン加工等、様々な分野に利用されてい
る。 【0003】上記イオン源には、フリーマン型イオン源
やバーナス型イオン源等の低電圧アーク放電型のもの、
ECRイオン源等の高周波型のもの、その他種々のタイ
プのものがあるが、基本的には、ガス供給源から高真空
のプラズマ生成チャンバ内にイオン種ガスを供給しなが
ら、アーク放電やマイクロ波放電等を用いて導入ガスを
プラズマ化する構成である。 【0004】上記イオン源のプラズマ生成チャンバに
は、BF3 等のイオン種ガスやアルゴンガス等の洗浄用
ガスをチャンバ内に導入するためのガス導入管が接続さ
れている。また、イオン種がヒ素、リン、或いはその他
の金属の場合には、固体試料を加熱により蒸気化して、
プラズマ生成チャンバ内に導入する必要があり、プラズ
マ生成チャンバの外部に固体試料を加熱するオーブンが
設けられたイオン源もある。ここで、固体試料をイオン
化することが可能な従来のイオン源の構成を、図6に示
す。 【0005】この種のイオン源は、オーブン51とプラ
ズマ生成チャンバ52との間をステンレス等の金属製の
ガス導入管53にて接続し、該金属製のガス導入管53
を通してオーブン内で蒸気化された試料ガスをプラズマ
生成チャンバ52内に導入するようになっている。上記
オーブンからプラズマ生成チャンバ52内に導入される
ガス量の調整は、オーブン51の温度を調整して試料5
4の気化量を変化させることによって行われる。 【0006】 【発明が解決しようとする課題】従来のイオン源では、
オーブン51とプラズマ生成チャンバ52との間を接続
するガス導入管53、及びガス導入管53の先端部をプ
ラズマ生成チャンバ52に取り付けるためのアダプタ5
5が、耐熱性、強度、加工性等を考慮して、ステンレス
等の金属にて形成されている。このため、プラズマ生成
チャンバ52とオーブン51との間で、比較的熱伝導率
の高い金属性のガス導入管53を介して多量の熱量が伝
達(伝導)される。 【0007】例えばフリーマン型やバーナス型のイオン
源では、プラズマ生成チャンバ52の内部に設けられた
フィラメントに電流を流して該フィラメントを高温に
し、該フィラメントとプラズマ生成チャンバ52との間
にアーク電圧を印加してチャンバ内でアーク放電を生じ
させるので、プラズマ生成チャンバ52の温度は100
0℃を越える高温となる。その他のタイプのイオン源で
もやはり気中放電等によってプラズマ生成チャンバ52
の温度は高温になる。 【0008】例えば、オーブン51を用いてリン等の固
体試料を蒸気化してイオン源を運転した後、オーブン5
1を冷却すると共にアルゴンガスにてプラズマ生成チャ
ンバ52を所定時間クリーニングし、引き続いてBF3
等のイオン種ガスを用いてイオン源を運転する場合、プ
ラズマ生成チャンバ52の熱がガス導入管53を介して
オーブン51に伝達され、これによってオーブン51内
に残存している固体試料が蒸気化してプラズマ生成チャ
ンバ52へ導入されてしまう。 【0009】また、オーブン51を用いたイオン源の運
転中においても、プラズマ生成チャンバ52とオーブン
51との間の熱の伝導により、両者が相互に影響を及ぼ
し合う。例えば、プラズマ生成チャンバ52内のプラズ
マ密度は、アーク電圧を変化させることによって調整さ
れ、この調整に伴ってプラズマ生成チャンバ52の温度
が変化すると、この温度変化がオーブン51の加熱温度
に影響を与え、オーブン51内の試料の気化量が変化す
る。この結果、オーブン51からプラズマ生成チャンバ
52へのガスの導入量が安定しない等の不都合が生じ
る。 【0010】上記イオン源において、プラズマ生成チャ
ンバ52が熱的な影響を受けるのは、オーブン51に対
してだけではない。図7に示すように、プラズマ生成チ
ャンバ52は、ベース板56上に立設されたステンレス
等の金属製の4本の支持棒57…の先端に取り付けられ
た同じく金属製の受板部材58に、ボルト等で固定され
て支持されている。このような従来の支持構造では、高
温になったプラズマ生成チャンバ52の熱が、金属製の
受板部材58及び支持棒57…を介して外部へ逃げてし
まい、プラズマ生成チャンバ52の温度が低下してしま
う。 【0011】例えばオーブン51を用いてリン等の融点
の高い固体試料を蒸気化してイオン源を運転する場合、
プラズマ生成チャンバ52の温度が低いと、該チャンバ
内に固体試料(或いは固体試料と何らかの物質との化合
物)が残存する量が多くなり、この後、他のイオン種に
切り替えてイオン源を運転する場合、クリーニング工程
(プラズマ生成チャンバ52内に残存する他のイオン種
が基準量以下になるまで、アルゴンガス等を用いてイオ
ン源を運転する工程)の所要時間が長くなるという不都
合が生じる。 【0012】 【0013】 【0014】 【課題を解決するための手段】請求項1の発明に係るイ
オン源は、チャンバ内に導入されたガスをプラズマ化す
るプラズマ生成チャンバと、上記プラズマ生成チャンバ
を支持して所定位置に固定する支持部材とを備えたもの
であって、上記の課題を解決するために、以下の手段が
講じられていることを特徴とする。 【0015】即ち、上記支持部材の少なくとも一部分
が、金属よりも熱伝導度の低い熱絶縁材(例えば、Al
2 3 )にて形成されている。 【0016】 【0017】 【作用】請求項1の発明の構成によれば、プラズマ生成
チャンバを支持している支持部材の少なくとも一部分
が、金属よりも熱伝導度の低い熱絶縁材にて形成されて
いるので、支持部材を介してプラズマ生成チャンバの外
部へ逃げる熱量が従来(支持部材が金属製のもの)より
も少なくなる。したがって、これにより、イオン源の運
転中におけるプラズマ生成チャンバの温度が従来よりも
上昇し、融点の高い物質(例えば、リン等)のガスを用
いてイオン源を運転している場合でも、プラズマ生成チ
ャンバの内部にその物質(或いはその物質の化合物)が
残存する量が従来よりも少なくなり、イオン種を切り替
えてイオン源を運転する場合に必要なクリーニング時間
を従来よりも短縮することができる。 【0018】 【実施例】 〔実施例1〕本発明の一実施例について図1ないし図3
に基づいて説明すれば、以下の通りである。 【0019】本実施例に係るイオン源は、図1に示すよ
うに、プラズマを生成するためのアークチャンバ(プラ
ズマ生成チャンバ)1と、リンやヒ素等の固体試料5を
加熱して蒸気化するオーブン(蒸発源)2と、上記オー
ブン2にて蒸気化された試料をアークチャンバ1へ導入
するためのガス導入管3と、上記ガス導入管3の先端部
をアークチャンバ1へ接続するためのアダプタ4とを備
えている。ここでは、上記ガス導入管3とアダプタ4と
にて特許請求の範囲に記載のガス導入部材が構成されて
いる。 【0020】また、上記イオン源は、BF3 等のイオン
種ガスやアルゴンガス等の洗浄用ガスをガスボックス
(図示せず)からアークチャンバ1内に導入するための
ガス導入管(図示せず)も備えており、固体或いは気体
の何れの状態の試料でも動作可能となっている。 【0021】図1には、一例としてフリーマン型のイオ
ン源を示している。このイオン源は、アークチャンバ1
の内部に直線状のカソードフィラメント(以下、単にフ
ィラメントと称する)1aを備え、その両端部は、アー
クチャンバ1に設けられた絶縁キャップ1b・1bによ
って支持されている。上記アークチャンバ1にはアーク
電源1cの正極端子が、そして、上記フィラメント1a
にはアーク電源1cの負極端子がそれぞれ接続されてお
り、アークチャンバ1とフィラメント1aとの間には、
アーク放電に必要な所定の電位差が生じるようになって
いる。また、上記フィラメント1aの両端部には、該フ
ィラメント1aに電流を流すためのフィラメント電源1
dの端子がそれぞれ接続されている。また、上記アーク
チャンバ1の外部には、フィラメント1aの軸心に平行
な外部磁界を形成する図示しない磁石が設けられてい
る。また、上記アークチャンバ1の壁面には、イオンビ
ームを引き出すためのスリット形状の引出口が、フィラ
メント1aの軸心に平行に形成されている。 【0022】また、上記アークチャンバ1にはガス導入
口1eが穿設されており、ここにアダプタ4を介してガ
ス導入管3の先端が接続される。具体的には、アダプタ
4がアークチャンバ1に螺着されており、このアダプタ
4にガス導入管3の先端部が嵌着された取り付け構造と
なっている。 【0023】本実施例では、上記ガス導入管3及びアダ
プタ4が、何れも金属よりも熱伝導度が低いアルミナ
(酸化アルミニウム:Al2 3 )にて形成され、これ
にてアークチャンバ1とオーブン2との間の熱絶縁が図
れている。 【0024】上記の構成において、アーク電源1c及び
フィラメント電源1dをONにすると、フィラメント1
aに電流が流れて該フィラメント1aが発熱すると共
に、アークチャンバ1とフィラメント1aとの間の電位
差(アーク電源1cの電圧)によって、発熱したフィラ
メント1aから電子が放出され、アーク放電が生じる。
この際、リンやヒ素等の固体試料5をオーブン2で蒸気
化したガス(又はBF3等のイオン種ガス)を、ガス導
入管3(又はイオン種ガス導入用の図示しないガス導入
管)を介してアークチャンバ1の内部へ導入すれば、導
入ガスの粒子と電子とが衝突することによってガス粒子
が電離し、プラズマが生成されることになる。これによ
り、イオン源の運転中は、アークチャンバ1が高温にな
る。 【0025】上記アークチャンバ1内のプラズマ密度
は、アーク電源1cの電圧を変化させることによって調
整され、この調整に伴ってアークチャンバ1の温度が変
化する。従来であれば、このアークチャンバ1の温度変
化の影響を受けて、オーブン2の温度が一定にならない
という不都合が生じていたが、上記のようにガス導入管
3及びアダプタ4をアルミナにて形成してアークチャン
バ1とオーブン2との間の熱絶縁を図ることによって、
オーブン2の温度を一定に保つことが可能となる。この
結果、オーブン2からのガス導入量が安定する。 【0026】また、上記の熱絶縁により、オーブン2を
用いてリン等の固体試料5を蒸気化してイオン源を運転
した後、引き続いてBF3 等のイオン種ガスを用いてイ
オン源を運転する場合でも、従来のようにオーブン2内
に残存している固体試料5が蒸気化してアークチャンバ
1へ導入されるような不都合は生じない。以下に、その
テスト結果を示す。尚、このテストでは、上記のイオン
源をイオン注入装置に組み込んで行ったものである。 【0027】先ず、従来のイオン源及び本実施例のイオ
ン源のそれぞれに対して、下記の運転条件でオーブン2
を用いての運転を行った。 【0028】固体試料:リン オーブン温度:340℃ アーク電圧:60V アーク電流:1.0A 引出電流:4mA 尚、上記の引出電流とは、アークチャンバ1内から引き
出される全てのイオンのビーム電流である。また、イオ
ン源から引き出されたイオンビームを、イオン源の後段
に配した分析マグネットにて質量分析し、ターゲットに
おいてビーム電流30μA、100kVのP2+ビームが
得られる条件とした。 【0029】上記の条件によるイオン源の運転の後、オ
ーブン2を急冷し、従来のイオン源及び本実施例のイオ
ン源のそれぞれに対して、引き続いて下記の運転条件で
オーブン2を用いない運転を行った。 【0030】ガス:BF3 ガス流量:0.74cc/min アーク電圧:60V アーク電流:1.5A 引出電流:10mA また、ターゲットにおいてビーム電流150μA、80
kVのB+ ビームが得られる条件とした。 【0031】従来のイオン源を用いた場合、オーブンを
急冷してから20分後でも、オーブンからのガス(オー
ブン内に残留しているリンがアークチャンバからの熱に
よって加熱されてガス化したもの)により、ターゲット
において400μA程度のリンの残留ビームがあった。
これに対して、本実施例のイオン源を用いた場合、リン
の残留ビームは略0μAであった。 【0032】尚、上記では、ガス導入管3及びアダプタ
4を何れもアルミナで形成したが、ガス導入管3または
アダプタ4の何れか一方をアルミナで形成しても、アー
クチャンバ1とオーブン2との間の熱絶縁が可能であ
り、上記と同様の効果が得られる。 【0033】或いは、図2に示すように、ガス導入管
3′の一部をアルミナで形成してもよい。即ち、同図に
おいて、アダプタ4′をステンレス等の金属で形成し、
ガス導入管3′をアルミナ製の熱絶縁部3aと金属製の
非熱絶縁部3bとを連結した構成としても、上記と同様
の効果が得られる。 【0034】また、アークチャンバ1の壁厚がある程度
の厚さを有しておれば、図3に示すように、アダプタを
用いない構成も可能である。即ち、アダプタは、アーク
チャンバ1の壁厚が薄い場合にもガス漏れを起こさずに
ガス導入管3をアークチャンバ1に接続可能とするもの
であって、アークチャンバ1の壁厚にある程度の厚みが
あれば、アダプタを省略することができる。この場合、
同図に示すように、アークチャンバ1に穿設されたガス
導入口1eにアルミナ製のガス導入管3を直接嵌着すれ
ばよい。尚、図示しないが、上記ガス導入管3の一部分
のみをアルミナで形成してもよい。 【0035】ところで、イオン源に使用する材質として
は、融点、強度、ガスとの反応性等も考慮する必要があ
り、これらの条件を十分に満足し、且つ熱絶縁性にも優
れた(即ち、熱伝導度が金属よりも低い)好適な材質と
して、上記ではアルミナを示した。但し、アルミナに限
定されるものではなく、その他の材質としては、例え
ば、3Al2 3 ・2SiO2 、ジルコニア(酸化ジル
コニウム)、サイアロン(SIALON)等を用いるこ
ともできる。 【0036】〔実施例2〕本発明のその他の実施例につ
いて図4及び図5に基づいて説明すれば、以下の通りで
ある。尚、前記実施例1と同様の機能・構成を有する部
材には、前記実施例1と同じ参照符号を付記してその説
明を省略する。 【0037】本実施例に係るイオン源は、図4に示すよ
うに、ベース板6上に立設された4本の支持棒7…の上
端に取り付けられた受板部材8にアークチャンバ1をボ
ルトで固定してなるアークチャンバ1の支持構造を有す
る。ここでは、上記の支持棒7…と受板部材8にて特許
請求の範囲に記載の支持部材が構成されている。 【0038】上記の各支持棒7の上端部分は、アルミナ
製の熱絶縁部7aを形成しており、その他の部分7bは
ステンレス等の金属製である。また、上記受板部材8
も、ステンレス等の金属製である。 【0039】受板部材8と支持棒7との接続構造を図5
に示す。同図に示すように、受板部材8は、金属製のボ
ルト9によって支持棒7の上端に螺着される。上記受板
部材8を金属製とした場合、アークチャンバ1の熱が受
板部材8に伝導されて受板部材8も高温になる。この場
合、受板部材8の熱が上記ボルト9を介して支持棒7の
金属製の部分7bに伝達されないように、上記ボルト9
と受板部材8との間にはアルミナ製の熱絶縁部材10を
介在させる。 【0040】上記の構成において、イオン源の運転中は
上述のようにアークチャンバ1が高温になるが、その熱
が従来のように支持棒7を介して外部に逃げないよう
に、アルミナ製の熱絶縁部7aによって熱絶縁が図られ
ている。これにより、運転中におけるアークチャンバ1
の温度が従来よりも上昇し、オーブンを用いてリン等の
融点の高い固体試料を蒸気化してイオン源を運転してい
る場合でも、アークチャンバ1の内部に固体試料(或い
は固体試料と何らかの物質との化合物)が残存する量が
従来よりも少なくなる。以下に、そのテスト結果を示
す。尚、このテストも、前記と同様、イオン源をイオン
注入装置に組み込んで行ったものである。 【0041】先ず、従来のイオン源及び本実施例のイオ
ン源のそれぞれに対して、下記の運転条件でオーブンを
用いての運転を行った。 【0042】固体試料:リン オーブン温度:395℃ アーク電圧:60V アーク電流:1.0A 引出電流:4mA また、ターゲットにおいてビーム電流30μAのP2+
ームが得られる条件とした。 【0043】上記条件にて2〜3日運転後、オーブンに
よる加熱を停止し(オーブン0℃設定)、ガスボックス
から洗浄用ガスをアークチャンバ1へ供給しながら下記
の条件でイオン源を運転して、アークチャンバ1の内部
を20分間クリーニングした。 【0044】洗浄用ガス:Ar Arガス流量:0.2cc/min アーク電圧:75V アーク電流:0.85A 引出電流:6mA 上記のクリーニング工程の後、従来のイオン源及び本実
施例のイオン源のそれぞれに対して、引き続いて下記の
運転条件で運転を行い、B+ ビームを出した。 【0045】ガス:BF3 ガス流量:0.74cc/min アーク電圧:60V アーク電流:1.6A 引出電流:7mA 従来のイオン源を用いた場合、上記の運転条件で200
μA程度のリンの残留ビーム(アークチャンバ1内に残
留していたリンがイオン化して引き出されたビームであ
り、質量分析後、ターゲットにて計測されたもの)があ
った。これに対して、本実施例のイオン源を用いた場
合、上記のリンの残留ビームは従来の5分の1の40μ
A程度であった。 【0046】このように、イオン種を切り替えてイオン
源を運転する場合に必要なクリーニング工程(アークチ
ャンバ1内に残存する他のイオン種が基準量以下になる
まで、アルゴンガス等の洗浄用ガスを用いてイオン源を
運転する工程)の所要時間を従来よりも短縮することが
できる(例えば、従来は1時間かかっていたクリーニン
グ時間を30分以下にできる)。即ち、イオン種の切り
替え時間を従来の半分以下に短縮することができ、ひい
ては装置の使用効率の向上が図れる。 【0047】また、クリーニング工程が十分に行われな
かった場合でも、前の運転で使用されたイオン種がコン
タミネーションとしてビームに含まれる量が少なくなる
ので、イオン源をイオン注入に適用した場合において、
ウエハ等のイオン照射対象に注入されるコンタミネーシ
ョンの量を削減できる。 【0048】また、アークチャンバ1の内部に固体試料
(或いはその化合物)が残存する量が従来よりも少なく
なるので、人によるアークチャンバ1の内部の清掃(メ
ンテナンス)も容易となる。 【0049】尚、上記では支持棒7の一部をアルミナで
形成したが、支持棒7の全体をアルミナで形成してもよ
い。また、受板部材8をアルミナで形成しても外部との
熱絶縁が可能であり(この場合、支持棒7は金属製を使
用可)、上記と同様の効果が得られる。或いは、アーク
チャンバ1と受板部材8との間に、アルミナ製の熱絶縁
板(支持部材の一部を構成)を介在させても(この場
合、支持棒7、受板部材8は金属製を使用可)、上記と
同様の効果が得られる。 【0050】また、上記では熱絶縁に好適な材質として
アルミナを示したが、これに限定されるものではなく、
その他の材質としては、例えば3Al2 3 ・2SiO
2 、ジルコニア、サイアロン等を用いることができる。 【0051】上記の各実施例では、一例としてフリーマ
ン型のイオン源を示したが、バーナス型イオン源やEC
Rイオン源等、その他種々のタイプのイオン源にも適用
できる。上記の各実施例は、あくまでも、本発明の技術
内容を明らかにするものであって、そのような具体例に
のみ限定して狭義に解釈されるべきものではなく、本発
明の精神と特許請求の範囲内で、いろいろと変更して実
施することができるものである。 【0052】 【0053】 【0054】 【発明の効果】請求項1の発明に係るイオン源は、以上
のように、プラズマ生成チャンバを支持して所定位置に
固定する支持部材の少なくとも一部分が、金属よりも熱
伝導度の低い熱絶縁部材にて形成されている構成であ
る。 【0055】それゆえ、イオン源の運転中におけるプラ
ズマ生成チャンバの温度が従来よりも上昇し、融点の高
い物質(例えばリン等)のガスを用いてイオン源を運転
している場合でも、プラズマ生成チャンバの内部にその
物質(或いはその物質の化合物)が残存する量が従来よ
りも少なくなる。したがって、イオン種を切り替えてイ
オン源を運転する場合に必要なクリーニング時間を従来
よりも短縮することができ、イオン源の使用効率の向上
が図れるという効果を奏する。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention is applied to an ion beam apparatus such as an ion implantation apparatus, and converts an ion species gas introduced into a plasma generation chamber into plasma to convert ions. It relates to the generated ion source. 2. Description of the Related Art In recent years, ion sources for converting an element into plasma and extracting ions in the plasma as an ion beam have been used in various fields such as ion implantation, ion plating, crystal growth, and ion processing. It's being used. [0003] The above-mentioned ion source is a low-voltage arc discharge type such as a Freeman type ion source or a Bernas type ion source.
There are high frequency type such as ECR ion source and various types, but basically, arc discharge or microwave while supplying ion species gas from a gas supply source into a high vacuum plasma generation chamber. This is a configuration in which the introduced gas is converted into plasma using discharge or the like. [0004] A gas introducing pipe for introducing an ion species gas such as BF 3 or a cleaning gas such as an argon gas into the chamber is connected to the plasma generation chamber of the ion source. When the ion species is arsenic, phosphorus, or another metal, the solid sample is vaporized by heating,
Some ion sources need to be introduced into the plasma generation chamber, and are provided with an oven for heating the solid sample outside the plasma generation chamber. Here, a configuration of a conventional ion source capable of ionizing a solid sample is shown in FIG. In this type of ion source, an oven 51 and a plasma generation chamber 52 are connected by a gas introduction pipe 53 made of metal such as stainless steel.
The sample gas vaporized in the oven is introduced into the plasma generation chamber 52 through the oven. The amount of gas introduced from the oven into the plasma generation chamber 52 is adjusted by adjusting the temperature of the oven 51 and adjusting the temperature of the sample 5.
4 by changing the amount of vaporization. [0006] In the conventional ion source,
Gas introduction pipe 53 connecting between oven 51 and plasma generation chamber 52, and adapter 5 for attaching the tip of gas introduction pipe 53 to plasma generation chamber 52.
5 is formed of a metal such as stainless steel in consideration of heat resistance, strength, workability, and the like. Therefore, a large amount of heat is transmitted (conducted) between the plasma generation chamber 52 and the oven 51 via the metallic gas introduction pipe 53 having a relatively high thermal conductivity. For example, in a Freeman-type or Bernas-type ion source, a current is supplied to a filament provided inside the plasma generation chamber 52 to heat the filament, and an arc voltage is applied between the filament and the plasma generation chamber 52. The temperature of the plasma generation chamber 52 is set to 100
The temperature becomes higher than 0 ° C. In other types of ion sources, the plasma generation chamber 52 is also formed by air discharge or the like.
Temperature rises. For example, after the solid sample such as phosphorus is vaporized using the oven 51 to operate the ion source, the oven 5
The plasma generation chamber 52 with argon gas with a cooling and cleaning a predetermined time, followed by BF 3
When the ion source is operated using an ion species gas such as that described above, the heat of the plasma generation chamber 52 is transmitted to the oven 51 via the gas introduction pipe 53, whereby the solid sample remaining in the oven 51 is vaporized. And is introduced into the plasma generation chamber 52. [0009] Even during the operation of the ion source using the oven 51, heat exchange between the plasma generation chamber 52 and the oven 51 affects each other. For example, the plasma density in the plasma generation chamber 52 is adjusted by changing the arc voltage. When the temperature of the plasma generation chamber 52 changes in accordance with the adjustment, the temperature change affects the heating temperature of the oven 51. , The amount of vaporization of the sample in the oven 51 changes. As a result, inconveniences such as an unstable gas introduction amount from the oven 51 to the plasma generation chamber 52 occur. In the above-mentioned ion source, the plasma generation chamber 52 is thermally affected not only by the oven 51. As shown in FIG. 7, the plasma generation chamber 52 includes a metal support plate member 58 attached to the tip of four metal support bars 57, such as stainless steel, erected on a base plate 56. , Fixed by bolts and the like. In such a conventional support structure, the heat of the plasma generation chamber 52, which has become high temperature, escapes to the outside via the metal receiving plate member 58 and the support rods 57, and the temperature of the plasma generation chamber 52 decreases. Resulting in. For example, when an ion source is operated by evaporating a solid sample having a high melting point such as phosphorus using the oven 51,
When the temperature of the plasma generation chamber 52 is low, the amount of the solid sample (or the compound of the solid sample and any substance) remaining in the chamber increases, and thereafter, the ion source is operated by switching to another ion species. In this case, there is an inconvenience that the time required for the cleaning process (the process of operating the ion source using an argon gas or the like until another ion species remaining in the plasma generation chamber 52 becomes equal to or less than the reference amount) becomes long. [0012] [0013] [0014] Means for Solving the Problems] ion source according to the invention of claim 1 comprises a plasma generation chamber into plasma the gas introduced into the chamber, the plasma generation chamber And a support member for supporting and fixing at a predetermined position, wherein the following means are taken in order to solve the above-mentioned problems. That is, at least a part of the supporting member is made of a heat insulating material (for example, Al) having lower thermal conductivity than metal.
2 O 3 ). According to the structure of the first aspect of the present invention, at least a part of the support member supporting the plasma generation chamber is formed of a heat insulating material having a lower thermal conductivity than metal. Therefore, the amount of heat escaping to the outside of the plasma generation chamber via the support member is smaller than that of the related art (where the support member is made of metal). Accordingly, the temperature of the plasma generation chamber during operation of the ion source rises higher than before, and even when the ion source is operated using a gas of a substance having a high melting point (for example, phosphorus or the like), plasma generation is not performed. The amount of the substance (or the compound of the substance) remaining in the chamber becomes smaller than before, and the cleaning time required when the ion source is operated by switching the ion species can be shorter than before. [Embodiment 1] FIGS. 1 to 3 show an embodiment of the present invention.
This will be described below. As shown in FIG. 1, the ion source according to the present embodiment heats and vaporizes an arc chamber (plasma generation chamber) 1 for generating plasma and a solid sample 5 such as phosphorus or arsenic. An oven (evaporation source) 2, a gas introduction pipe 3 for introducing the sample vaporized in the oven 2 into the arc chamber 1, and a tip for connecting the tip of the gas introduction pipe 3 to the arc chamber 1. And an adapter 4. Here, the gas introduction member described in the claims is constituted by the gas introduction pipe 3 and the adapter 4. The ion source is a gas introduction pipe (not shown) for introducing an ion species gas such as BF 3 or a cleaning gas such as an argon gas from a gas box (not shown) into the arc chamber 1. ), And can operate with a sample in either solid or gas state. FIG. 1 shows a Freeman type ion source as an example. The ion source is an arc chamber 1
Is provided with a linear cathode filament (hereinafter, simply referred to as a filament) 1a, and both ends thereof are supported by insulating caps 1b provided in the arc chamber 1. The arc chamber 1 has a positive terminal of an arc power supply 1c and the filament 1a.
Are connected to the negative terminals of the arc power supply 1c, respectively. Between the arc chamber 1 and the filament 1a,
A predetermined potential difference required for arc discharge is generated. Further, a filament power supply 1 for supplying a current to the filament 1a is provided at both ends of the filament 1a.
The terminals d are connected to each other. Outside the arc chamber 1, a magnet (not shown) that forms an external magnetic field parallel to the axis of the filament 1a is provided. A slit-shaped outlet for extracting an ion beam is formed on the wall surface of the arc chamber 1 in parallel with the axis of the filament 1a. The arc chamber 1 is provided with a gas inlet 1e, to which the tip of a gas inlet tube 3 is connected via an adapter 4. Specifically, an adapter 4 is screwed into the arc chamber 1, and has a mounting structure in which the distal end portion of the gas introduction tube 3 is fitted to the adapter 4. In the present embodiment, the gas introduction pipe 3 and the adapter 4 are both formed of alumina (aluminum oxide: Al 2 O 3 ) having a lower thermal conductivity than metal, so that the arc chamber 1 Thermal insulation with the oven 2 is achieved. In the above configuration, when the arc power supply 1c and the filament power supply 1d are turned on, the filament 1
When a current flows through the filament 1a, the filament 1a generates heat, and due to a potential difference between the arc chamber 1 and the filament 1a (voltage of the arc power supply 1c), electrons are emitted from the heated filament 1a to cause arc discharge.
At this time, a gas (or an ion species gas such as BF 3 ) obtained by evaporating a solid sample 5 such as phosphorus or arsenic in the oven 2 is supplied to the gas introduction tube 3 (or a gas introduction tube (not shown) for introducing the ion species gas). When the gas is introduced into the arc chamber 1 through the gas chamber, the particles of the introduced gas collide with the electrons, thereby ionizing the gas particles and generating plasma. Thereby, the temperature of the arc chamber 1 becomes high during the operation of the ion source. The plasma density in the arc chamber 1 is adjusted by changing the voltage of the arc power supply 1c, and the temperature of the arc chamber 1 changes with this adjustment. Conventionally, there has been a problem that the temperature of the oven 2 is not constant due to the influence of the temperature change of the arc chamber 1, but the gas introduction pipe 3 and the adapter 4 are formed of alumina as described above. To provide thermal insulation between the arc chamber 1 and the oven 2
The temperature of the oven 2 can be kept constant. As a result, the amount of gas introduced from the oven 2 is stabilized. After the solid sample 5 such as phosphorus is vaporized by using the oven 2 and the ion source is operated by the above-mentioned thermal insulation, the ion source is subsequently operated by using an ion species gas such as BF 3. Even in such a case, there is no inconvenience that the solid sample 5 remaining in the oven 2 is vaporized and introduced into the arc chamber 1 as in the related art. The test results are shown below. In this test, the above-mentioned ion source was incorporated into an ion implantation apparatus. First, the oven 2 was operated under the following operating conditions with respect to each of the conventional ion source and the ion source of the present embodiment.
The operation using was performed. Solid sample: Phosphor oven temperature: 340 ° C. Arc voltage: 60 V Arc current: 1.0 A Extraction current: 4 mA The extraction current is the beam current of all ions extracted from inside the arc chamber 1. . In addition, the ion beam extracted from the ion source was subjected to mass analysis by an analysis magnet arranged at the subsequent stage of the ion source, and the conditions were set so that a P 2+ beam with a beam current of 30 μA and 100 kV was obtained in the target. After the operation of the ion source under the above conditions, the oven 2 is rapidly cooled, and the conventional ion source and the ion source of the present embodiment are continuously operated without using the oven 2 under the following operating conditions. Was done. Gas: BF 3 Gas flow rate: 0.74 cc / min Arc voltage: 60 V Arc current: 1.5 A Extraction current: 10 mA Further, beam current 150 μA, 80 at the target
The conditions were such that a kV B + beam was obtained. When a conventional ion source is used, the gas from the oven (phosphorus remaining in the oven is heated and gasified by the heat from the arc chamber) even after 20 minutes from the rapid cooling of the oven. As a result, there was a residual beam of phosphorus of about 400 μA in the target.
On the other hand, when the ion source of this example was used, the residual beam of phosphorus was approximately 0 μA. In the above description, both the gas introduction pipe 3 and the adapter 4 are made of alumina. However, even if either the gas introduction pipe 3 or the adapter 4 is made of alumina, the arc chamber 1 and the oven 2 Is possible, and the same effect as above can be obtained. Alternatively, as shown in FIG. 2, a part of the gas introducing pipe 3 'may be formed of alumina. That is, in the figure, the adapter 4 'is made of metal such as stainless steel,
The same effect as described above can be obtained even if the gas introducing pipe 3 'is configured by connecting the heat insulating part 3a made of alumina and the non-heat insulating part 3b made of metal. If the wall thickness of the arc chamber 1 has a certain thickness, a configuration without using an adapter is also possible as shown in FIG. That is, the adapter enables the gas inlet tube 3 to be connected to the arc chamber 1 without causing gas leakage even when the wall thickness of the arc chamber 1 is small. If there is, the adapter can be omitted. in this case,
As shown in the figure, an alumina gas introduction pipe 3 may be directly fitted to a gas introduction port 1e formed in the arc chamber 1. Although not shown, only a part of the gas introduction pipe 3 may be formed of alumina. By the way, as the material used for the ion source, it is necessary to consider the melting point, strength, reactivity with gas, and the like. Alumina has been described above as a preferred material having a lower thermal conductivity than metals. However, the material is not limited to alumina, and other materials such as 3Al 2 O 3 .2SiO 2 , zirconia (zirconium oxide), and sialon (SIALON) can also be used. Embodiment 2 The following will describe another embodiment of the present invention with reference to FIGS. 4 and 5. Note that members having the same functions and configurations as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those in the first embodiment, and description thereof will be omitted. In the ion source according to the present embodiment, as shown in FIG. 4, the arc chamber 1 is mounted on a receiving plate member 8 attached to the upper ends of four support rods 7 standing on a base plate 6. It has a support structure for the arc chamber 1 fixed by bolts. Here, the support members described in claims are constituted by the support rods 7 and the receiving plate member 8. The upper end of each of the support rods 7 forms a heat insulating portion 7a made of alumina, and the other portion 7b is made of metal such as stainless steel. Also, the receiving plate member 8
Is also made of metal such as stainless steel. FIG. 5 shows a connection structure between the receiving plate member 8 and the support rod 7.
Shown in As shown in the figure, the receiving plate member 8 is screwed to the upper end of the support rod 7 by a metal bolt 9. When the receiving plate member 8 is made of metal, the heat of the arc chamber 1 is transmitted to the receiving plate member 8 and the temperature of the receiving plate member 8 becomes high. In this case, the bolt 9 is used to prevent the heat of the receiving plate member 8 from being transmitted to the metal portion 7b of the support rod 7 via the bolt 9.
A heat insulating member 10 made of alumina is interposed between the support member 8 and the receiving plate member 8. In the above configuration, the temperature of the arc chamber 1 becomes high during the operation of the ion source as described above. However, the heat is not released to the outside through the support rod 7 as in the prior art, so that the arc chamber 1 is made of alumina. Thermal insulation is achieved by the thermal insulation part 7a. Thereby, the arc chamber 1 during operation is
Of the solid sample (or the solid sample and some other substance) inside the arc chamber 1 when the ion source is operated by evaporating the solid sample having a high melting point such as phosphorus using an oven and operating the ion source. And the remaining amount of the compound becomes smaller than before. The test results are shown below. Note that this test was also performed by incorporating the ion source into the ion implantation apparatus as described above. First, each of the conventional ion source and the ion source of the present embodiment was operated using an oven under the following operating conditions. Solid sample: Phosphor oven temperature: 395 ° C. Arc voltage: 60 V Arc current: 1.0 A Extraction current: 4 mA The conditions were such that a P 2+ beam with a beam current of 30 μA was obtained in the target. After the operation under the above conditions for 2 to 3 days, heating by the oven was stopped (set at 0 ° C. in the oven), and the ion source was operated under the following conditions while supplying the cleaning gas to the arc chamber 1 from the gas box. Then, the inside of the arc chamber 1 was cleaned for 20 minutes. Cleaning gas: Ar Ar gas flow rate: 0.2 cc / min Arc voltage: 75 V Arc current: 0.85 A Extraction current: 6 mA After the above-described cleaning step, the conventional ion source and the ion source of the present embodiment were used. Each was subsequently operated under the following operating conditions, and a B + beam was emitted. Gas: BF 3 Gas flow rate: 0.74 cc / min Arc voltage: 60 V Arc current: 1.6 A Extraction current: 7 mA When using a conventional ion source, 200
There was a residual beam of phosphorus of about μA (a beam extracted by ionizing phosphorus remaining in the arc chamber 1 and measured by a target after mass analysis). On the other hand, when the ion source of the present embodiment is used, the above-mentioned residual phosphorus beam is 40 μm, which is 1/5 of the conventional one.
It was about A. As described above, a cleaning step required when the ion source is operated by switching the ion species (a cleaning gas such as an argon gas or the like until the other ion species remaining in the arc chamber 1 becomes equal to or less than the reference amount). The time required for the operation of the ion source using the method can be shortened as compared with the conventional case (for example, the cleaning time, which conventionally took one hour, can be reduced to 30 minutes or less). That is, the switching time of the ion species can be reduced to less than half of the conventional one, and the use efficiency of the apparatus can be improved. Even if the cleaning step is not performed sufficiently, the amount of ion species used in the previous operation included in the beam as contamination is reduced. ,
It is possible to reduce the amount of contamination injected into an ion irradiation target such as a wafer. Further, since the amount of the solid sample (or its compound) remaining in the arc chamber 1 is smaller than in the prior art, cleaning (maintenance) of the inside of the arc chamber 1 by a person becomes easy. In the above description, a part of the support rod 7 is formed of alumina, but the entire support rod 7 may be formed of alumina. Further, even if the receiving plate member 8 is formed of alumina, thermal insulation from the outside is possible (in this case, the support rod 7 can be made of metal), and the same effect as above can be obtained. Alternatively, a heat insulating plate made of alumina (which constitutes a part of the supporting member) may be interposed between the arc chamber 1 and the receiving plate member 8 (in this case, the supporting rod 7 and the receiving plate member 8 are made of metal). Can be used), and the same effect as above can be obtained. In the above description, alumina is shown as a material suitable for thermal insulation. However, the material is not limited to alumina.
As other materials, for example, 3Al 2 O 3 .2SiO
2 , zirconia, sialon, etc. can be used. In each of the embodiments described above, the freeman type ion source is shown as an example.
It can be applied to various other types of ion sources such as an R ion source. Each of the above embodiments is merely for clarifying the technical contents of the present invention, and should not be construed as being limited to such specific examples in a narrow sense. Can be implemented with various changes within the scope of the above. As described above, in the ion source according to the first aspect of the present invention, at least a part of the support member that supports the plasma generation chamber and fixes it at a predetermined position is made of metal. This is a configuration formed of a heat insulating member having lower thermal conductivity than that of the first embodiment. Therefore, even when the temperature of the plasma generation chamber rises during operation of the ion source as compared with the conventional case, and the ion source is operated using a gas of a substance having a high melting point (for example, phosphorus or the like), the plasma generation chamber is operated. The amount of the substance (or the compound of the substance) remaining in the chamber becomes smaller than before. Therefore, the cleaning time required when the ion source is operated by switching the ion species can be shortened as compared with the conventional case, and the effect of improving the use efficiency of the ion source can be achieved.

【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の一実施例を示すものであり、イオン源
の要部の構成を示す概略の縦断面図である。 【図2】上記イオン源の一変形例を示す概略の縦断面図
である。 【図3】上記イオン源のその他の変形例を示す概略の縦
断面図である。 【図4】本発明のその他の実施例を示すものであり、イ
オン源のアークチャンバの支持構造を示す概略の斜視図
である。 【図5】図4のイオン源の受板部材と支持棒との接続構
造をを示す概略の縦断面図である。 【図6】従来のイオン源の要部の構成を示す概略の縦断
面図である。 【図7】従来のイオン源におけるプラズマ生成チャンバ
の支持構造を示す概略の斜視図である。 【符号の説明】 1 アークチャンバ(プラズマ生成チャンバ) 2 オーブン(蒸発源) 3 ガス導入管(ガス導入部材) 4 アダプタ(ガス導入部材) 5 固体試料 7 支持棒(支持部材) 8 受板部材(支持部材)
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 shows one embodiment of the present invention, and is a schematic longitudinal sectional view showing a configuration of a main part of an ion source. FIG. 2 is a schematic longitudinal sectional view showing a modification of the ion source. FIG. 3 is a schematic longitudinal sectional view showing another modification of the ion source. FIG. 4 is a schematic perspective view showing another embodiment of the present invention and showing a support structure of an arc chamber of an ion source. 5 is a schematic longitudinal sectional view showing a connection structure between a receiving plate member and a support rod of the ion source of FIG. 4; FIG. 6 is a schematic longitudinal sectional view showing a configuration of a main part of a conventional ion source. FIG. 7 is a schematic perspective view showing a support structure of a plasma generation chamber in a conventional ion source. [Description of Signs] 1 arc chamber (plasma generation chamber) 2 oven (evaporation source) 3 gas introduction pipe (gas introduction member) 4 adapter (gas introduction member) 5 solid sample 7 support rod (support member) 8 receiving plate member ( Support member)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 実開 平1−112556(JP,U) 実開 平4−49448(JP,U) 実開 昭64−12363(JP,U) 実開 昭64−12362(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01J 37/08 H01J 27/02 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (56) References JP-A 1-1112556 (JP, U) JP-A 4-49448 (JP, U) JP-A 64-12363 (JP, U) JP-A 64-64 12362 (JP, U) (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) H01J 37/08 H01J 27/02

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 【請求項1】チャンバ内に導入されたガスをプラズマ化
するプラズマ生成チャンバと、 上記プラズマ生成チャンバを支持して所定位置に固定す
る支持部材とを備えたイオン源において、 上記支持部材の少なくとも一部分が、金属よりも熱伝導
度の低い熱絶縁材にて形成されていることを特徴とする
イオン源。
(57) Claims 1. An ion comprising: a plasma generation chamber for converting a gas introduced into a chamber into plasma; and a support member for supporting the plasma generation chamber and fixing the same at a predetermined position. An ion source according to claim 1, wherein at least a part of said support member is formed of a heat insulating material having a lower thermal conductivity than metal.
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