JPH0415575B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はイオン源用の蒸発器装置に関し、更に
詳しくは、単一のエネルギー源からの放射によつ
て選択的に加熱される複数のるつぼを有する蒸発
器装置に関する。蒸発器装置は特にイオン・イン
プランテーシヨン装置での使用を目的とされる
が、そのような使用に限定されない。

〔背景技術〕 集積回路の製造において、真空中で半導体ウエ
ーハ上へイオンビームを当てることを必要とする
多くのプロセスが確立された。これらのプロセス
はイオン・インプランテーシヨン、イオンビーム
ミリング（ion beam milling）及び反応イオン
エツチングを含む。各々の場合、イオンのビーム
がイオンソースで発生し、様々な加速度でターゲ
ツトへ向けられる。イオン・インプランテーシヨ
ンは半導体ウエーハに不純物を加えるための普通
の技術になつた。イオンを半導体物質の結晶格子
中に埋め込む手段として高エネルギーイオンの運
動量を用いることによつて、不純物が半導体ウエ
ーハの大部分に加えられる。イオン・インプラン
テーシヨンは金属やポリマーの特性を変えるため
に用いられていた。

イオンビームを作るためのイオンソースは所望
の種類の分子をイオン化するための電場及び磁場
が適切に与えられたチエンバを有する。連続する
ビームを形成するためのイオン化のために、イオ
ン化されるソース物質が連続してイオンソースに
供給される。ソース物質はその化学的及び物理的
特性に依存して、ガスとして又は固体として供給
されてもよい。固体物質が用いられるときは、そ
の固体物質は蒸発器内に置かれ、その蒸発器はソ
ース物質の制御された量の蒸気を作るための温度
へとるつぼ内のソース物質を加熱する。次に蒸気
はイオン化のためにコンジツトを通して、イオン
ソースへ供給される。従来技術の中で様々なタイ
プのイオンソースが知られている。

従来技術のほとんどの蒸発器装置はソース物質
を収容する１つのるつぼ、電熱器及び熱損の防止
と加熱力の効果を増加させるための断熱体（熱シ
ールド）を有している。加熱器と断熱体はるつぼ
に物理的に取り付けられている。別の従来技術の
装置は複数のるつぼを使用するが、各るつぼの基
本的構造は同じである。すなわち、各るつぼは物
理的に取り付けられた別個の加熱器を有し、その
電熱器は個々に付勢される。

従来技術の蒸発器装置は非常に多くの欠点を有
している。このような装置の熱時間定数
（thermal time constant）は加熱器及び断熱体
の付加熱質量（thermal masses）のために比較
的低い。初期ウオームアツプ（warm−up）時間
及び１つのソース物質から別のソース物質に変え
るための時間は、関連したウオームアツプ時間及
び冷却時間のために比較的長い。このような遅れ
は中断時間の最少化が重要である商業上のイオ
ン・インプランテーシヨン装置では極めて好まし
くない。更に、従来技術の加熱器及びるつぼの修
理は、加熱器及びるつぼが本質的に分離できない
ので難しい。更に、加熱器を修理することは、常
に、極めてしばしば有毒物質の入つたるつぼを取
り扱うことを意味する。加熱器の寿命はるつぼと
の物理的接触の特性によつて影響される。不確か
な接触は常にある程度起こるが、加熱器の温度を
上昇させ、その結果、早い時期に加熱器の故障を
もたらす。従来技術に従つた複数るつぼ構造は複
雑であり、加熱器の数が増加するに従つて信頼性
が下がりがちである。更に、真空を通つて大気境
界へ続く電気的フイードスルーが増加する。これ
らの全ての要素は装置の費用を増加させ、装置の
信頼性を下げがちである。

本発明の全般的目的はイオンソースのための改
良された蒸発器装置を提供することである。

本発明の別の目的は、１つ又はそれ以上のるつ
ぼ及び複数のるつぼの場合に、その中の選ばれた
１つのるつぼに向けられる単一の放射源を有する
蒸発器装置を提供することである。

更に本発明の目的は、加熱及び冷却に対して比
較的短い熱時間定数を有する蒸発器装置を提供す
ることである。

更に本発明の目的は、比較的安全で、修理及び
維持の容易な蒸発器装置を提供することである。

更に本発明の目的は、低コストで比較的高い信
頼性のある蒸発器装置を提供することである。

〔発明の概要〕

本発明に従つて、これら及びその他の目的及び
利点が蒸発器装置によつて達成される。前記蒸発
器装置は１つ又はそれ以上のるつぼを有する蒸発
器から成り、該るつぼは蒸発させられる固体ソー
ス源物質を収容し、その中で発生した蒸気の出口
を有する。更に前記蒸発器装置は選択されたるつ
ぼ内の物質を蒸発させるための放射を与えるため
の放射源手段及びるつぼ内に収容されたソース物
質の蒸発を起こさせるために前記放射を選択され
たるつぼの１つに向けるための反射器手段から成
る。

好適には、前記放射源手段は管状のクオーツハ
ロゲンランプのような可視光及び１又は赤外線源
から成る。反射器手段はソース源からの放射の実
質的な小部分が選択されたるつぼに向けられる位
置の間を移動可能な反射表面からなる。単一のる
つぼを備えた蒸発器の場合、反射器手段はそのよ
うな位置に固定される。蒸発器は好適には各々の
るつぼの間に置かれた熱シールド手段を有する。

複数のるつぼを備えた好適実施例では、放射源
手段が蒸発器の軸線上又はその付近に設置され、
るつぼは軸線から半径方向に間隔を取り、周囲に
互いに間隔を取つて設置され、反射器手段は選ば
れたるつぼに蒸発エネルギーを向けるために軸線
のまわりに回転可能である。反射表面は実質的に
放射源からの放射の全てが選ばれたるつぼに向け
られるように、軸線に垂直な平面内で放物線状又
は同様な形状を持たせることができる。るつぼは
同じ物質を収容しても良いし、異なる物質を収容
することもできる。蒸発器装置は好適には、反射
面を選ばれた位置の間で回転するための手段を有
する。該回転手段はモーター又はつめ車機構を有
してもよい。

好適実施例において、熱シールドはるつぼ、放
射源手段及び反射器手段の各々を設置するための
空洞を有する概して円筒状の本体を有する。

るつぼは好適には伝導による熱損を防ぐために
熱シールド手段から断熱されている。

〔好適実施例〕

本発明に従つた蒸発器装置を使用するイオンビ
ーム装置のブロツク線図が第１図に示されてい
る。蒸発器装置１００は蒸発器６、温度制御器８
及び反射器駆動装置１０を有する。蒸発器６は所
望の固体物質の気体を発生させるための１つ又は
それ以上のるつぼを有する。るつぼの１つが所定
の時間に付勢され、ソース物質の蒸気をコンジツ
ト１２を通してイオンソース１４に供給する。蒸
発器装置の操作が以下に詳しく記載されている。

イオンソース電源１６はコンジツト１２を通し
て供給された蒸気がイオン化されるようにイオン
ソース１４を付勢するための必要な電圧と電流を
供給する。抜き出し電源２０はイオンビーム２２
をソース１４から抜き出すために、イオンソース
１４の出口アバーチヤ１９と該アバーチヤ１９の
前に設置された抜き出し電極１８との間に強い電
場を作り出す。イオン・インプランテーシヨン装
置においては、イオンビーム２２は様々な光学要
素と加速要素２４を通つて、ターゲツト２６に向
けられた所望の物質の高エネルギービームを形成
する。ビーム２２はターゲツト２６の表面上を１
次元又は２次元でスキヤンされてもよい。イオ
ン・インプランテーシヨン装置は一般に当業者に
は知られており、市販されている。このような装
置の例にModel 350−Ｄ（Varian Associates.
Inc.，Extrion Division）がある。

本発明の蒸発器装置は別のタイプのイオンビー
ム装置に用いられてもよい。例えば、反応イオン
エツチ装置では、イオンソース１４は比較的幅の
広いイオンビームを作り、集束光学要素は省略さ
れる。蒸発器装置はソース物質のガス形成が有効
でない如何なる場合にもイオンソース１４に蒸気
を供給するために利用される。

従来技術に従つた蒸発器が第２図に簡単に示さ
れている。るつぼ４０は通常、グラフアイト又は
化ホウ素で作られており、蒸発される固体のソー
ス物質４４を収容する空洞４２を有する。るつぼ
４０とソース物質４４はるつぼ４０のまわりに巻
かれた電熱器４６によつて加熱される。取りはず
し可能カバー４８は開口部４２を密閉し、発生し
た気体を空洞４２からイオンソースへ供給する管
５０を有する。るつぼと加熱器の全体が一層又は
それ以上の層の熱シールド５１によつて包まれて
いる。

本発明に従つた蒸発器の断面図が第３図に示さ
れている。概して本発明の蒸発器は気化されるソ
ース物質を収める１つ又はそれ以上のるつぼと、
同時にるつぼの１つを加熱するための放射源及び
放射源からのエネルギーをるつぼの１つに向ける
ための反射器を使用する。

るつぼが複数である場合、反射器は放射源から
のエネルギーが選ばれたるつぼに向けられるよう
に動かすことができる。るつぼの１つが放射源に
よつて加熱される一方、他のるつぼは比較的低温
のままである。個々の加熱器をオン及びオフに変
えることに伴う困難は解消される。

るつぼ６０，６２及び６４は中心軸線６６（第
３図の紙面に垂直）のまわりに等間隔に置かれて
いる。放射源は可視光及び／又は赤外線放射ラン
プ６８から成り、軸線６６上か又はその近くに設
置されている。反射器７０は軸線６６のまわりに
回転可能であり、ランプ放射をるつぼ６０，６
２，６４の選ばれた１つに（別の方法では全ての
るつぼに当たる）向ける。選ばれたるつぼがラン
プ６８からの放射によつて高温に加熱され、一
方、選択されなかつたるつぼが比較的低温に維持
されるように、概して円筒状の熱シールド７２が
るつぼ６０，６２，６４の間に熱隔離をもたら
す。反射器７０の背面７１はその熱放射吸収特性
が高められるような方法（例えば、ブラツク・ア
ノーダイジング（black anodiging））で仕上げ
られ、加熱されるように選ばれた１つのものでは
なく、それらのるつぼに対して放射ヒートシンク
として働くことを許容する。反射器７０は吸収し
た熱を除くためにその端部（図示せず）を水で冷
却してもよい。

るつぼ６０，６２，６４を加熱するための放射
源は、好適には可視光及び又は赤外線源である。
一つの適切なランプはGTE、Silvaniaによつて
製造される500Wの定格のタイプQH500T3のよう
なクオーツハロゲンランプである。ランプ６８は
管状エンベロプを有し、その軸線を蒸発器の軸線
６６に平行に設置される。温度制御器８（第１
図）は制御された量の電力をランプ６８に供給し
て、選択されたるつぼの温度をウオームアツプ時
間中に可能な限り迅速を高め、また、イオン源に
蒸気の一定流量を送るように蒸発時間中、可能な
限り安定して選択されたるつぼの温度を維持す
る。別の放射源及び可視光でない別の波長のもの
も本発明の範囲内のものであることが理解されよ
う。

反射器７０は良い熱伝導率とランプ６８によつ
て放射された光の周波数域で高い反射率を有する
アルミニウムのような金属から作られている。反
射器７０はランプ６８に面する側に反射面７４を
有し、反対側に吸収面７１を有する。反射器７０
は第３図に示したような軸線方向に一様な断面を
有し、実質的にランプ６８からの放射の全てを選
択されたるつぼに向けるようにランプ６８の長手
方向に伸びている。

反射面７４はランプ６８からの放射を選択され
たるつぼに向けて反射するために如何なる形状を
有してもよい。一つの適切な形状は放物線で、該
放物線の焦点がランプの軸線と一致するものであ
る。前記のように反射器７０はるつぼ６０，６
２，６４の各々と向い合う位置になるように軸線
６６のまわりに回転可能である。それは手動で位
置を移すことが可能であるが、好適にはシステム
コンピユータ又は他のシステム制御器によつて制
御される蒸発器装置１００内の反射器駆動装置１
０（第１図）によつて移動させられる。反射器駆
動装置１０はモーター又はラチエツト型機構でよ
い。

るつぼ６０，６２，６４の各々はそれぞれ空洞
６０ａ，６２ａ，６４ａを有する概して円筒状の
容器であり、その中にソース物質８２が収容され
ている（第４図）。空洞６０ａ，６２ａ，６３ａ
の各々は、管すなわち導管８６が貫通した取りは
ずし可能なカバー８４によつて密閉されている。
導管８６は各空洞からの蒸気をイオン源に向け
る。

空洞６０ａ，６２ａ，６４ａは各々のるつぼの
中央に設けられてもよい。しかし、好適実施例で
は空洞が中心からはずされており、るつぼの側壁
で軸線６６に近い部分９０が軸線６６から離れた
部分９２よりも厚くしてある（第３及び４図参
照）。可変の壁の厚さは、ランプ６８からの放射
が各るつぼの一方の側に不均等に供給されるとい
う事実をある程度補正する。可変の壁の厚さは空
洞６０ａ，６２ａ，６４ａに収容されたソース物
質８２に供給される熱をより均等に分配する傾向
がある。第３図を参照すると、反射器７０の回転
に合わせて、各るつぼ６０，６２，６４のランプ
６８に面する部分が弧状に切り欠かれている。こ
の形状はるつぼがランプ６８に最も近くに位置す
ることも可能にし、一方、反射器７０がその位置
の間を自由に回転することを可能にしている。

別の好適実施例において（図示せず）、薄い壁
のるつぼが次のような位置に置かれ、反射器７２
が次のような方法で形づけられる。すなわち、一
様にほぼ一様にるつぼの表面上を加熱し、熱質量
の少ない方法となり、更に、ウオームアツプ及び
冷却の時間を減ずる助けになる。

第３図に示された実施例は、軸線６６からの等
しい放射空間を有し互いに等角度に離して置かれ
た３つのるつぼ６０，６２，６４を有している。
本発明の蒸発器装置は一つ又はそれ以上の使用に
応じた数のるつぼを放射源のまわりに間隔を取つ
て設けることができることが理解されよう。るつ
ぼは好適にはグラフアイトから作られる。グラフ
アイトは蒸発させられる多くの物質に対して良好
な化学的適合性、良好な熱伝導率及びランプ６８
によつて放射された光の周波数領域に対する良好
な吸収特性（エミツタンス）を有する。

本発明の蒸発器装置は更に、可視光及び／又は
赤外線放射に対する高反射率及び高い熱伝導率の
ために好適にアルミニウムによつて作られた熱シ
ールド７２を有している。熱シールド７２は概し
て全体が円筒状であり、るつぼ６０，６２，６４
の各々のために空洞９４，９６，９８を有し、中
央に設けられた空洞１０２は反射器７０とランプ
６８を収容している。熱シールド７２はその端部
が水で冷却されてもよく（図示せず）、一つのる
つぼが加熱される一方で、他の２つが比較的冷た
く保たれるようにるつぼ６０，６２，６４の間の
熱遮断を行う。好適には６０，６２，６４から熱
シールド７２への熱伝導を妨げるためにるつぼ６
０，６２，６４は熱シールド７２から離して置か
れる。るつぼ６０，６２，６４は在来の端部取付
け手段によつて、各々空洞９４，９６，９８内に
支持されている。

イオン・インプランテーシヨンへの応用におい
て、るつぼ６０，６２，６４にはそれぞれヒ素、
リン、アンチモンを収容できる。本発明の蒸発器
装置では、選択されたソース物質が迅速に気化さ
れ、装置が迅速に操作可能状態に置かれる。加熱
されていないるつぼからは実質的に蒸気は得られ
ない。同様に、ソース物質の種類の交換は、最小
の中断時間をもつて迅速に完了できる。

本発明は、単に反射器の照射角度を変えること
によつて、熱源の数を変えることなく装置内のる
つぼの数を容易に変えることのできる可能性を提
供する。熱源は装置と分離した部品である。熱源
は有毒物質が入つているかもしれない如何なるる
つぼにも接触せずに修理することができる。るつ
ぼ自体は高価でなく、専用のヒーターや扱いにく
い電気接続がないので容易に交換できる。

本発明の好適な実施例について図示し、記載し
てきたが、特許請求の範囲によつて限定した発明
の範囲から逸脱することなく、前記実施例に様々
な変更を行えることが当業者には明らかであろ
う。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の蒸発器装置を組み込んだイオ
ンビーム装置のブロツク線図である。第２図は従
来技術の蒸発器の断面図である。第３図は本発明
の蒸発器の断面図である。第４図は第３図の４−
４線部分での断面図である。 〔主要符号〕、４０，６０，６２，６４…るつ
ぼ、４４…ソース物質、６６…軸線、６８…放射
ランプ、７０…反射器、７１…吸収面、７２…熱
シールド、７４…反射面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 蒸発器６であつて、 (a) 軸線から半径方向に離され、周囲に相互に間
   隔を取つて置かれたるつぼ６０，６２，６４
   で、各々、蒸発されるべき固体ソース物質８２
   を収容するための空洞６０ａ，６２ａ，６４ａ
   を有し、該空洞内で発生した蒸気のための出口
   ５０を有する少なくとも二つのるつぼ６０，６
   ２，６４、 (b) 選択されたるつぼを加熱し、該選択されたる
   つぼの前記空洞中のソース物質８２を蒸発させ
   るための放射を供給するために前記軸線上に設
   置された放射源手段６８、 (c) 前記放射源手段からの放射を前記るつぼのう
   ち選択された第一のるつぼに反射させるための
   第一位置から、前記放射源手段からの放射を前
   記るつぼのうち選択された第二のるつぼに反射
   させるための第二位置へ前記軸線の回りで回転
   可能な反射器手段７０、 から成る蒸発器。 ２ 前記放射源手段６８が、赤外線、可視光又は
   それらの組み合わせから選択された周波数領域で
   放射をする放射源から成る請求項１記載の蒸発
   器。 ３ 前記放射源手段がクオーツランプから成る請
   求項１記載の蒸発器。 ４ 前記可動反射器手段７０が前記第一及び第二
   位置の間で可動な反射面７４から成り、該反射面
   が前記第一位置にあるとき前記放射源手段からの
   放射の相当な部分が前記第一るつぼに向けられ、
   前記反射面が前記第二位置にあるとき前記放射源
   手段からの放射の相当な部分が前記の選択された
   第二るつぼに向けられる請求項１記載の蒸発器。 ５ 更に、少なくとも前記二つのるつぼの間に設
   けられた熱シールド手段７２を有する請求項４記
   載の蒸発器。 ６ 次の手段から成る蒸発器装置１００。 Ａ） 蒸発器であつて、 (a) 放射を供給するために軸線上に設置された
   放射源手段６８、 (b) 前記軸線から半径方向に離され、周囲に相
   互に間隔を取つて置かれたるつぼ６０，６
   ２，６４で、各々、固体ソース物質８２を収
   容するための空洞６０ａ，６２ａ，６４ａを
   有する少なくとも二つのるつぼ、 (c) 前記放射源手段６８から前記の少なくとも
   二つのるつぼのうち選択された第一のるつぼ
   に放射を反射し、前記の選択された第一のる
   つぼの前記空洞６０ａ，６２ａ，６４ａ中に
   収容されたソース物質８２の蒸発を起こさせ
   るための第一位置から、前記放射源手段から
   前記の少なくとも二つのるつぼのうち選択さ
   れた第二のるつぼに放射を反射し、前記の選
   択された第二のるつぼの前記空洞中に収容さ
   れたソース物質の蒸発を起こさせるための第
   二位置へ、前記軸線の回りで回転可能な反射
   器手段７０、とから成る蒸発器。 Ｂ） 前記反射器を選ばれた位置の間で回転させ
   るための手段１０。 Ｃ） 放射源への供給電力を制御して選択された
   るつぼを加熱し、その温度の維持をするための
   温度制御手段８。 ７ 前記放射源手段が、赤外線、可視光又はそれ
   らの組み合せから選択された周波数領域で放射す
   る放射源から成る請求項６記載の蒸発器装置。 ８ 前記放射源手段が前記軸線と平行な管状クオ
   ーツハロゲンランプから成る請求項６記載の蒸発
   器装置。 ９ 前記回転可能な反射器手段が前記放射源手段
   からの放射の相当な部分を前記るつぼの選択され
   た第一のるつぼに向けるための第一位置と、前記
   放射源手段からの放射の相当な部分を前記るつぼ
   の選択された第二のるつぼに向けるための第二位
   置とを有する複数の位置の間で可動な反射面から
   成る請求項８記載の蒸発器装置。 １０ 前記反射面が前記軸線に垂直な平面内で放
   物線形状を有し、該放射線形状が前記ランプの軸
   線の位置に焦点を有している請求項９記載の蒸発
   器装置。 １１ 前記反射器手段が選択されないるつぼの冷
   却を容易にするための熱放射吸収背面を有する請
   求項６記載の蒸発器装置。 １２ 前記の少なくとも二つのるつぼが、前記軸
   線のまわりに120度の間隔を置いて設けられた三
   つのるつぼを有する請求項６記載の蒸発器装置。 １３ 更に、前記反射面を前記第一位置と前記第
   二位置との間で回転させるための手段を有する請
   求項９記載の蒸発器装置。 １４ 各るつぼが側壁を有する容器から成り、前
   記壁のうち前記軸線に最も近い部分が前記軸線か
   ら遠い部分よりも厚く、前記るつぼ内に置かれる
   べきソース物質への熱の一様な放出を助長する請
   求項６記載の蒸発器装置。 １５ 更に、前記の少なくとも二つのるつぼの間
   の設けられた熱シールド手段７２を有する請求項
   ６記載の蒸発器装置。 １６ 前記るつぼが伝導によつて熱を失うことを
   防ぐために前記熱シールド手段から断熱されてい
   る請求項１５記載の蒸発器装置。 １７ 前記熱シールド手段が、前記の少なくとも
   二つのるつぼと、前記放射源手段及び前記反射器
   手段を設置するための空洞を有する円筒体から成
   る請求項１６記載の蒸発器装置。 １８ 前記反射器手段が選択されないるつぼの冷
   却を容易にするために熱放射吸収背面７１を有す
   る請求項６記載の蒸発器装置。 １９ 蒸発器６であつて、 (a) 蒸発されるべき固体ソース物質８２を収容す
   るための空洞６０ａ，６２ａ，６３ａを有し、
   該空洞内で発生した蒸気のための出口５０を有
   する一つのるつぼ、 (b) 前記るつぼを加熱し、その中のソース物質を
   蒸発させるための放射を供給するための放射源
   手段６８、 (c) 前記空洞６０ａ，６２ａ，６３ａ内に収容さ
   れたソース物質８２を蒸発させるために、前記
   放射源手段６８からの放射を前記るつぼに反射
   するための反射器手段７０、 とから成り、前記るつぼが側壁を有する容器を有
   し、前記空洞内のソース物質への熱の一様な放出
   を助長するように前記壁のうち前記放射源手段に
   最も近い部分が前記放射源手段から遠い部分より
   も厚いところの蒸発器。