JP6292310B2 - イオン注入装置 - Google Patents
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Description
本発明は、固体材料を昇華させて原料ガスを生成し、原料ガスをイオン化してイオンビームとして出射するイオン注入装置に関する。
イオン注入装置では、ペーパライザの固体充填容器に充填した固体材料を昇華させて原料ガスを生成し、アークチャンバーが原料ガスをイオン化してイオンビームとして出射する（例えば、特許文献１参照）。
アークチャンバーへのガスの供給として、外部のボンベボックス（図示せず）内に設置した窒素ボンベ（図示せず）から窒素を供給する場合と、ベーパライザーで生成した原料ガスを供給する場合がある。ガスの供給を窒素ボンベからベーパライザーに切り換える時に、ベーパライザーの昇華温度安定化時間が必要となる。特にＳｉＣ半導体装置用イオン注入装置で固体材料として用いる塩化アルミは真空中での昇華温度が８０〜９０℃と低温である。しかし、従来の装置では固体充填容器が真空隔壁を兼ねていて強度が必要なため、厚肉な形状となり、熱容量が大きかった。このため、昇温安定化に時間がかかり、稼働率が低下するという問題があった。
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は昇華温度安定化時間を短縮して稼働率を向上させることができるイオン注入装置を得るものである。
本発明に係るイオン注入装置は、内部が真空に保たれた真空隔壁と、前記真空隔壁の内部に全体が配置され、固体材料が充填された固体充填容器と、前記固体充填容器に充填された前記固体材料を昇華させて原料ガスを生成するヒーターと、前記原料ガスをイオン化してイオンビームとして出射するアークチャンバーと、前記固体充填容器から前記アークチャンバーに前記原料ガスを導くガス供給ノズルと、前記固体充填容器を前記真空隔壁に支持固定する支持具とを備え、前記支持具は前記真空隔壁及び前記固体充填容器に比べて熱伝導性が低く、前記固体充填容器は前記真空隔壁に比べて薄肉化されていることを特徴とする。
本発明では、固体充填容器の全体が真空隔壁の内部の真空中に配置されているため、固体充填容器には圧力隔壁の機能は必要なく、固体充填に必要な強度が有ればよい。従って、固体充填容器を薄肉化して熱容量を低減することができる。これにより、昇華に必要な加熱量も少なくなり、ヒーターも小さくて済む。また、固体充填容器を真空隔壁に支持固定するため、ガス供給ノズルには固体充填容器を支持する機能は必要ない。従って、ガス供給ノズルを薄肉化することができるため、アークチャンバーから固体充填容器への熱の流入を低減することができる。さらに、支持具は真空隔壁及び固体充填容器に比べて熱伝導性が低いため、固体充填容器から支持具を介して逃げる熱も低減することができる。この結果、昇華温度域で昇華温度安定化時間を短縮してイオンビーム状態の安定化も早めることができ、稼働率を向上させることができる。
本発明の実施の形態に係るイオン注入装置について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るイオン注入装置を示す断面図である。この装置はＳｉＣウエハ（図示せず）にアルミイオンを注入するＳｉＣ半導体装置用イオン注入装置である。
図１は、本発明の実施の形態１に係るイオン注入装置を示す断面図である。この装置はＳｉＣウエハ（図示せず）にアルミイオンを注入するＳｉＣ半導体装置用イオン注入装置である。
イオン注入装置の真空隔壁１の内部は真空に保たれている。ベーパライザー２の固体充填容器３の全体が真空隔壁１の内部に配置されている。支持具４が固体充填容器３を真空隔壁１に支持固定する。支持具４は真空隔壁１及び固体充填容器３に比べて熱伝導性が低い。支持部材５がアークチャンバー６を真空隔壁１に支持固定する。
ベーパライザー２のヒーター７が固体充填容器３に充填された塩化アルミ８を昇華させて塩化アルミガス９を生成する。ガス供給ノズル１０が固体充填容器３からアークチャンバー６に塩化アルミガス９を導く。なお、窒素などの原材料ガスの導入管（図示せず）もアークチャンバー６に接続されている。アークチャンバー６が薄い場合には接続部（図示せず）を設けてガス供給ノズル１０とアークチャンバー６をつないでもよい。
アークチャンバー６が塩化アルミガス９をイオン化してイオンビーム１１として出射する。具体的には、塩化アルミガス９はアークチャンバー６内で電子と衝突してプラズマ１２となりイオン化される。このイオンが引出電極（図示せず）によりイオンビーム１１として引き出される。次に、質量分析器（図示せず）で所望のイオンが選択され、加速電極（図示せず）で選択されたイオンが加速される。さらに、イオンビーム１１をスキャンすることにより、ウエハ（図示せず）上に均一に注入される。
続いて、本実施の形態の効果を比較例と比較して説明する。図２は、比較例に係るイオン注入装置を示す断面図である。比較例では固体充填容器３が真空隔壁１を兼ねていて強度が必要なため、厚肉な形状となり、熱容量が大きい。このため、昇温安定化に時間がかかり、稼働率が低下する。
一方、本実施の形態では、固体充填容器３の全体が真空隔壁１の内部の真空中に配置されているため、固体充填容器３には圧力隔壁の機能は必要なく、固体充填に必要な強度が有ればよい。従って、固体充填容器３を薄肉化して熱容量を低減することができる。これにより、昇華に必要な加熱量も少なくなり、ヒーター７も小さくて済む。また、固体充填容器３を真空隔壁１に支持固定するため、ガス供給ノズル１０には固体充填容器３を支持する機能は必要ない。従って、ガス供給ノズル１０を薄肉化することができるため、アークチャンバー６から固体充填容器３への熱の流入を低減することができる。さらに、支持具４は真空隔壁１及び固体充填容器３に比べて熱伝導性が低いため、固体充填容器３から支持具４を介して逃げる熱も低減することができる。この結果、真空中での８０〜９０℃と低温である昇華温度域で昇華温度安定化時間を短縮してイオンビーム状態の安定化も早めることができ、稼働率を向上させることができる。
具体的には、支持具４は、熱伝導率２Ｗ／ｍ・ｋ以下のマシナブルセラミック材料、又は、熱伝導率１Ｗ／ｍ・ｋ以下のエンジニアリングプラスチックである。これらの材料であれば、金属製の真空隔壁１及び固体充填容器３に比べて十分に熱伝導性が低くなる。
実施の形態２．
図３は、本発明の実施の形態２に係るイオン注入装置を示す断面図である。底板１３が固体充填容器３に接合されている。支持具４は底板１３を真空隔壁１に支持固定する。底板１３は真空隔壁１及び固体充填容器３に比べて熱伝導性が低い。
図３は、本発明の実施の形態２に係るイオン注入装置を示す断面図である。底板１３が固体充填容器３に接合されている。支持具４は底板１３を真空隔壁１に支持固定する。底板１３は真空隔壁１及び固体充填容器３に比べて熱伝導性が低い。
ここで、底板１３を金属で製作していると、熱が底板１３を通じて支持具４に伝わって漏れる。これを防ぐために底板１３の材料として低熱伝導性材料を用いる。具体的には、底板１３は、熱伝導率２Ｗ／ｍ・ｋ以下のマシナブルセラミック材料、又は、熱伝導率１Ｗ／ｍ・ｋ以下のエンジニアリングプラスチックである。これらの材料であれば、金属製の真空隔壁１及び固体充填容器３に比べて十分に熱伝導性が低くなる。
１ 真空隔壁、３ 固体充填容器、４ 支持具、６ アークチャンバー、７ ヒーター、８ 塩化アルミ（固体材料）、９ 塩化アルミガス（原料ガス）、１０ ガス供給ノズル、１１ イオンビーム、１３ 底板
Claims (4)
- 内部が真空に保たれた真空隔壁と、
前記真空隔壁の内部に全体が配置され、固体材料が充填された固体充填容器と、
前記固体充填容器に充填された前記固体材料を昇華させて原料ガスを生成するヒーターと、
前記原料ガスをイオン化してイオンビームとして出射するアークチャンバーと、
前記固体充填容器から前記アークチャンバーに前記原料ガスを導くガス供給ノズルと、
前記固体充填容器を前記真空隔壁に支持固定する支持具とを備え、
前記支持具は前記真空隔壁及び前記固体充填容器に比べて熱伝導性が低く、
前記固体充填容器は前記真空隔壁に比べて薄肉化されていることを特徴とするイオン注入装置。 - 前記支持具は、熱伝導率２Ｗ／ｍ・ｋ以下のマシナブルセラミック材料、又は、熱伝導率１Ｗ／ｍ・ｋ以下のエンジニアリングプラスチックであることを特徴とする請求項１に記載のイオン注入装置。
- 前記固体充填容器に接合された底板を更に備え、
前記支持具は前記底板を前記真空隔壁に支持固定し、
前記底板は前記真空隔壁及び前記固体充填容器に比べて熱伝導性が低いことを特徴とする請求項１又は２に記載のイオン注入装置。 - 前記底板は、熱伝導率２Ｗ／ｍ・ｋ以下のマシナブルセラミック材料、又は、熱伝導率１Ｗ／ｍ・ｋ以下のエンジニアリングプラスチックであることを特徴とする請求項３に記載のイオン注入装置。
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