JPH0765169B2 - イオン生成方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】開示技術は、イオン注入に際して
のイオン生成の技術分野に属する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ベリリウム等のイオン注入には熱
陰極電子振動型のイオン源を介してのイオン注入技術が
用いられている。

【０００３】かかる熱陰極電子振動型のイオン源を介し
てのワークに対するイオン注入は、イオン化物質を所定
温度の高温に加熱して気化させ、その気化ガスに熱陰極
からの熱電子を衝突させてイオン化し、これを外部に引
出してワークに注入するようにするものである。

【０００４】而して、高融点金属が収容されたイオン源
の基体室を加熱電源により１０００〜２０００℃に加熱
して、該高融点金属の蒸気を生成し、該蒸気をイオン源
の基体室とパイプで連通されたイオン生成室に導入し、
該イオン生成室に設けられたフィラメントを通電加熱す
ることにより、該フィラメントから熱電子を放出させ
て、イオン生成室とフィラメントとの間に印加した１０
０〜２００Ｖの放電電圧の作用により、イオンの大電流
を発生させる技術が、例えば、特開昭５４−７７０７３
号公報に記載されている。

【０００５】上記公報には高融点金属の融点についてＡ
ｕ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｂｅでは１０００〜１３００℃、Ｓ
ｉ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｐｄ、Ｕでは１４００〜１７０
０℃、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｖ、Ｔｈ、Ｎｂ、Ｒｈでは１７００
〜２０００℃、Ｈｆ、Ｂ、Ｉｒでは２２００〜２８００
℃であること、又、通常大電流と称されるｍＡ以上のイ
オン電流を得るには、イオン化に際して、イオン化蒸気
の圧力を１０^-3Torr、可及的には、１０^-2Torr以上の圧
力に上昇する必要があるが、融点が１０００℃以上の高
融点金属の場合、融点以下での蒸気圧は低いので、当該
蒸気圧に到達するためには、当該金属の融点を越えて加
熱、蒸発を促進しなければならないことについても記載
がされている。

【０００６】又、イオン生成室を構成するアークチャン
バ内に熱陰極フィラメントを設け、該アークチャンバ内
に所定のガスを導入することともに、アークチャンバに
＋３０ｋＶ電圧を印加し、該アークチャンバと熱陰極フ
ィラメントと間の放電により、ソースプラズマを生成
し、該ソースプラズマから重イオンのビーム電流を引き
出す技術が実公平６３−２１８７９号公報に記載されて
いる。

【０００７】更に、イオン源装置より取出されたイオン
ビームを所定の高電圧が印加された加速器により加速
し、この加速されたイオンビーム中より分析マグネット
を用いて所望のイオンだけを取り出すイオン生成技術に
ついては特開昭５６−１４５６４５号公報に記載されて
いる。

【０００８】尚、人体に有害であったり、腐食性である
場合が多い不用なイオンは該分析マクネット中でトラッ
プされ、このトラップされた不用なイオン生成物はイオ
ン注入装置の定期的なメンテナンスで除去されるように
されている。

【０００９】而して、在来態様のイオン注入装置のイオ
ン生成に係る要部について第２図を用いて略説すると、
図示しないヒータによって加熱されるようにされた熱オ
ーブンから成るベイパライザ１０内にはイオン化物質１
２が収容されており、該ベイパライザ１０の図示しない
ヒータには電源１４が接続されている。

【００１０】そして、該ベイパライザ１０にパイプを介
し連通してアークチャンバ１６が併設され、電源１４よ
ってベイパライザ１０内のヒータを通電加熱し、内部の
イオン化物質１２を気化し、生成された気化物質をパイ
プを通してアークチャンバ１６に供給さるように構成さ
れ、該アークチャンバ１６内に設けられた図示しない所
定のアーク発生手段によりアークを発生させて該アーク
により蒸気気化物質をイオン化して、イオンビーム１８
を取り出してワークに注入するようにしている。

【００１１】又、他の従来のイオン注入技術としては、
アークチャンバをベリリウムで形成すると共に、イオン
化物質を加熱して気化してイオン化するためのプラズマ
生成用放電陰極を成すフィラメントを内設し、該フィラ
メントのエミッションを直接ベリリウムに当てて、ベリ
リウムイオンビームを取り出す事も案出されてはいた。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】而して、上述従来の技
術では燐、砒素、アンチモン等の気化し易いイオン化物
質についてはベイパライザで容易に気化させることが出
来るが、ベリリウム等の気化し難いイオン化物質につい
ては、高融点金属の融点以上の温度に加熱しないと、該
ベイパライザにより充分には気化することが出来ず、イ
オンビーム電流を充分に取り出すことが出来ないという
欠点を有していた。

【００１３】又、第２図で述べた従来態様の技術ではベ
リリウム、銅、亜鉛等の気化し難いイオン化物質１２で
アークチャンバ１６が形成されているため、イオンビー
ム電流の取り出し効率が悪い難点があり、更に、フィラ
メントに多大な電流を供給するために、アークチャンバ
１６が過度な高温状態となり、該アークチャンバ１６の
熱的変形が発生し、結果的にアークチャンバ１６の寿命
が大幅に低下するという不都合さを有していた。

【００１４】

【発明の目的】この発明の目的は上述従来技術に基づく
イオン注入技術におけるイオン電流の取り出しやアーク
チャンバの耐久性の問題点を解決すべき技術的課題と
し、簡易なプロセスで安定的に充分なイオン電流を取り
出すことの出来るようにして電子産業における物理処理
技術利用分野に益する優れたイオン生成方法を提供せん
とするものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段・作用】上述目的に沿い先
述特許請求の範囲を要旨とするこの発明の構成は、前述
課題を解決するために、イオンビーム取出口が開設さ
れ、ガス導入パイプが連通されたアークチャンバと、該
アークチャンバ内に所定のイオン化物質を設けると共に
イオン化手段を設け、而してアークチャンバ内に該イオ
ン化物質を腐食させる腐食性ガスを導入し、イオン化物
質と化学反応を介して腐食作用を付与するに併せてイオ
ン化手段を稼動させてイオン化作用を付与すると共に加
熱作用を付与してイオンビームを取り出すようにした技
術的手段を講じたものである。

【００１６】

【実施例】次に、この発明の１実施例を図１に従って説
明すれば以下の通りである。

【００１７】図示態様はイオン生成方法のイオン発生メ
カニズムの態様を示すものであり、イオン化物質１が内
壁に所定に付着され、イオンビーム取出口６が開設され
たアークチャンバ２がハード的に示されている。

【００１８】更に、該アークチャンバ２には腐食性ガス
３を供給する腐食性ガス供給手段としてのパイプ４が前
側に接続されて該腐食性ガス３をアークチャンバ２内へ
導入可能にされている。

【００１９】該腐食性ガスとしては、例えば、フッ化ボ
ロン(BF ₃ ) 、フッ化水素(HF)、塩化水素(HCl) 、四塩
化水素(CCl₄ ) 、フッ化メチル(C ₃F)等のハロゲン化ガ
スを用いることが出来る。

【００２０】又アークチャンバ２内にはイオン化手段と
しての図示しないフィラメントが設けられており、該フ
ィラメントは電流を供給する図示しない所定の電源に接
続されており、該フィラメントとアークチャンバ２と間
に１００Ｖの電圧が印加されるようにされている。

【００２１】そして、アークチャンバ２の後側のイオン
ビーム取出口６の近くには、図示しないイオン引出電極
が設けられて例えば、−１０００Ｖの電圧が印加される
ようにされてイオンを加速して引き出しすることが出来
るようにされている。

【００２２】イオン発生メカニズムのハード部分は上述
の如く構成されており、その作動については、腐食性ガ
ス供給手段のパイプ４を介してハロゲンガスである腐食
性ガス３をアークチャンバ２へ供給すると、イオン化物
質１が腐食性ガス３と化学反応をなし、該イオン化物質
１が腐食され、該イオン化物質１を含む気化物質が発生
する。

【００２３】而して、該気化物質の発生は常温でも発生
するが、高温状態では化学反応が活発に行われ、該気化
物質の発生量も多くなる。

【００２４】したがって、フィラメントの加熱により化
学反応は促進され、気化が向上する。

【００２５】即ち、イオン化物質１が先述の如く腐食性
ガスと反応し、ハロゲン化反応生成物として表面から離
脱して気化される。

【００２６】そして、アークチャンバ２内の図示しない
フィラメントに電源から電流を所定に導通すると、気化
物質にフィラメントから発生する熱電子が衝突して気化
物質のイオン化が行われる。

【００２７】而して、生成されたイオン化物質は該フィ
ラメントから発生する熱と発生したイオンによっても腐
食性ガス３が活性種の状態となり、腐食の化学反応が活
発に行われてイオン化物質１の気化が促進され、フィラ
メントに流す電流をあまり大きくすることなく、イオン
ビーム取出口６より充分なイオンビーム５を取り出し、
図示しないワークに注入することが出来る。

【００２８】したがって、気化物質は腐食性ガスの腐食
作用と、フィラメントの加熱作用とイオン化による三重
の気化作用により形成されることになり速やかに気化が
行われる。

【００２９】次に上述実施例に則す実験例のデータを示
す。

【００３０】

【実験例】アークチャンバ２の内壁にイオン化物質１と
してベリリウム銅Ｃ１７２０(Be1.8 〜2.0 ％) を添設
し、フィラメントに３００Ｗの電力を印加して以下の実
験を行った。

【００３１】第１の実験条件として、不活性ガスのアル
ゴンをアークチャンバ２に導入し、該アークチャンバ２
とフィラメントの間に印加するアーク電圧１００Ｖと
し、この時流れるアーク電流１．０Ａとし、真空圧力を
３×１０^−５〜８×１０^−５Ｔｏｒｒの範囲で変化させ
たところ、図示しない加速器、分析機器を通過した後の
Ｂｅイオンビーム電流は１μＡ以下であった。

【００３２】第２の実験条件として、腐食性ガス３のＢ
Ｆ_３をアークチャンバ２に導入し、アーク電圧１００
Ｖ、アーク電流０．５Ａで真空圧力を８×１０^−５Ｔｏ
ｒｒとしてその他の条件は上述第１の実験条件と同様に
したところ、Ｂｅイオンビーム電流は約４μＡ取り出す
ことが出来た。

【００３３】この実験条件においては、腐食性ガス３を
流すことにより、流さない場合に比し、Beイオンビーム
電流を４倍以上取り出すことが出来たことが分った。

【００３４】尚、イオン化物質１はアークチャンバ２内
にどのように設けても良く、又、該アークチャンバ２自
体をイオン化物質１で構成しても良い。

【００３５】以上説明した実施例のイオン注入態様の効
果をまとめると、以下の如くである。 １．在来態様の如くベイパライザを用いることなしに、
充分なイオンビーム電流を取り出すことが出来、又、該
ベイパライザを用いないため、イオン注入装置を簡単で
小型コンパクトにすることが出来る。 ２．イオン化物質の気化が腐食性ガスの化学反応による
腐食作用とイオン化手段であるフィラメントにより発生
する熱による加熱作用と、生成されたイオンによる分離
作用の重複する３作用により行われるため、単にフィラ
メントのみのを用いてイオン化物質の気化を行なう場合
に比し、腐食性ガスによってイオン化物質の気化が行わ
れる分だけ、イオン化物質を多く気化することが出来、
それだけイオン化効率が高くなる。 ３．腐食性ガスを流過させない従来の技術を用いた場合
と同一のイオンビーム電流を取り出すのに、イオン化物
質のフィラメントに流す電流が少なくて良いため、アー
クチャンバが従来の技術を用いた場合より高温に加熱さ
せることがなく、したがって、該アークチャンバの熱的
変形の発生を現象させることが出来、アークチャンバの
寿命が長くなり、安定的にイオンビームを取り出すこと
が可能となる。

【００３６】

【発明の効果】以上、この発明によれば、ワークに対す
るイオン注入を行うに、イオン生成に際しアークチャン
バ内壁に添設したイオン化物質を腐食性ガスによる腐食
化学反応とイオン化とにより気化させることが出来、該
腐食性ガスを用いない場合に比し、イオン化物質を多く
気化することが可能となり、イオン化効率が高くなり、
それだけイオン注入効率を向上させ得るという優れた効
果が奏される。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係るイオン生成装置の要部の模式図
である。

【図２】従来の技術の基づくイオン注入装置の要部の模
式図である。

【符号の説明】

１ イオン化物質 ２ アークチャンバ ３ 腐食性ガス ４ パイプ ５ イオンビーム

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】アークチャンバ内に所定のイオン化物質を
   設け、前記該アークチャンバ内に腐食性ガスを導入して
   前記イオン化物質に対して腐食作用を付与すると共に前
   記アークチャンバ内のイオン化手段によるイオン化作用
   と加熱作用を付与して前記イオン化物質を気化させ、生
   成されたイオンビームを取り出すことを特徴とするイオ
   ン生成方法。