JPH0935649A

JPH0935649A - イオン源装置

Info

Publication number: JPH0935649A
Application number: JP7181740A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Munemasa; 淳宗政; Tadashi Kumakiri; 正熊切; Kouichirou Akari; 孝一郎赤理; Noriyuki Inuishi; 典之犬石
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1995-07-18
Filing date: 1995-07-18
Publication date: 1997-02-07

Abstract

(57)【要約】【課題】加速電圧と抑制電圧とが各々印加される第１
電極１と第２電極２とが、両電極１・２の各周縁間に絶
縁筒体４を設けて固定支持されるイオン源装置におい
て、第１電極１を通過して第２電極２に衝突したイオン
や、このイオンによるスパッタリング現象で発生したス
パッタ粒子が半径方向に飛散して絶縁筒体に衝突する。
これによって絶縁筒体が汚染され絶縁劣化が生じるた
め、その交換を必要とするが、従来は、その交換に伴い
経費の高騰を招来している。【解決手段】絶縁筒体４を、筒本体９と、この筒本体
９の内面に着脱可能な内筒１０とから成る二重構造とす
る。これにより、絶縁筒体４が汚染され絶縁劣化が生じ
たときの交換作業は、内筒１０を交換するだけで済むの
で、作業が簡単になると共に、製作費もより安価にな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、イオン注入装置な
どに組み込まれるイオン源装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば特開昭63−211542号公報に記載さ
れているイオン源装置では、図３に示すように、略カッ
プ状のアークチャンバ21内における頂部壁面21ａ側に、
イオン化物質で作製された固体金属カソード22が配設さ
れている。さらに、カソード22に隣接させてエアシリン
ダ23のピストンロッド23ａが上記の頂部壁面21ａを貫通
して往復動可能に設けられ、このピストンロッド23ａの
先端に、鉤状のトリガ電極24が取付けられている。

【０００３】上記のカソード22とアークチャンバ21との
間にはアーク電源25が接続され、また、トリガ電極24と
アークチャンバ21との間には、電流制限用の抵抗26が接
続されている。これにより、カソード22とアークチャン
バ21間にアーク電圧が、また、トリガ電極24とアークチ
ャンバ21間にトリガ電圧がそれぞれ印加されるように構
成されている。

【０００４】一方、アークチャンバ21における頂部壁面
21ａに対向する開口端側に、加速電極部30が設けられて
いる。この加速電極部30は第１〜第３電極31〜33を備
え、第１電極31と、接地されている第３電極33との間
に、イオンビームを引き出すための加速電圧が加速電源
34から、また、第２電極32と第３電極33との間に、抑制
電圧が抑制電源35からそれぞれ与えられるようになって
いる。なお、上記各電極31・32・33は、それぞれ各周縁
を円筒状の絶縁筒体36・37・38によってそれぞれ固定支
持されている。

【０００５】上記構成のイオン源装置においては、アー
クチャンバ21内と、加速電極部30を挟んでアークチャン
バ21に連結されている図示しない処理室内とを所望の真
空度に排気した状態で、エアシリンダ23を作動しカソー
ド22にトリガ電極24の先端を接触させる操作が行われ
る。この結果、アーク電源25によってトリガ電極24とカ
ソード22との間に抵抗26で制御された電流が流れる。

【０００６】その後、エアシリンダ23を逆方向に作動し
てトリガ電極24をカソード22から引き離すと、トリガ電
極24とカソード22との間にアークが点弧する。このアー
クによってカソード22にエネルギーが与えられてカソー
ド22の表面が蒸発し、蒸気がイオン化される。前記アー
クはカソード22とアークチャンバ21との間に移行し持続
する。この結果、アークチャンバ21内に高イオン化プラ
ズマが生成され、加速電圧によって加速電極部30側に引
きつけられる。そして、この加速電極部30を通して加速
されたイオンビームが、前記処理室内に配置されている
図示しない処理物に照射される。

【０００７】なお、前記の加速電圧が印加される第１電
極31と、抑制電圧が印加される第２電極32との間は、極
めて高電位差となることから、両者への給電部における
大気に露出する部位は、絶縁破壊を生じないように充分
に離間させて組立てることが必要である。このため、第
１電極31と第２電極32とは、その各周縁側の間隔を中央
部の電極面の間隙よりも広げて形成され、この広げた周
縁部間の間隔に対応するように、前記の絶縁筒体37が軸
方向長の長い形状で作製されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記した従
来の装置においては、特に第１電極31と第２電極32との
各周縁間に設けられている絶縁筒体37を度々交換する必
要があり、この交換に伴って装置の運転コストが高くな
るという問題を生じている。つまり、上記の装置におい
ては、第１電極31を通過した金属イオンは、さらに第２
電極32も通過して処理室に向かうことになるが、このと
き、一部のイオンは第２電極32に衝突し、この衝突した
イオンによって第２電極32にスパッタリング現象が起き
る。これによって発生したスパッタ粒子や、上記のよう
に第２電極32に衝突して方向が変化した金属イオンの一
部が、第１電極31と第２電極32との間を通して側方へと
飛散し、これが前記した絶縁筒体37の内面に付着する。
この結果、絶縁筒体37の絶縁劣化が生じ易く、このため
に、絶縁筒体37を交換することが必要となる。

【０００９】この絶縁筒体37は、上記のような金属イオ
ンやスパッタ粒子が衝突することから、耐熱性に優れた
例えばアルミナなどのセラミックスで作製される。しか
も、前記したように、軸方向の長さが長く、比較的形状
が大形である。したがって、その製作費も高価なものと
なり、このような絶縁筒体37の交換を度々必要とするた
めに、運転コストの高騰を招来している。

【００１０】本発明は、上記した従来の問題点に鑑みな
されたもので、絶縁筒体内面が汚染され絶縁劣化した場
合でも、その交換に要する経費、ひいては運転コストを
より安価なものとなし得るイオン源装置を提供すること
を目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明のイオン源装置は、アークチャンバ内で生
成したイオンを引き出すために、イオンの引出し方向に
沿って第１電極と第２電極とが順次配設され、これら電
極の各周縁間に絶縁筒体を設けて両電極を固定支持する
イオン源装置において、上記絶縁筒体が、筒本体とこの
筒本体の内面に着脱可能な内筒とから成ることを特徴と
している（請求項１）。

【００１２】このように絶縁筒体を筒本体と内筒との二
重構造とするとにより、汚染によって絶縁劣化するのは
絶縁筒体における内筒のみとなる。これによって絶縁筒
体に絶縁劣化が生じたときの交換作業は内筒を交換する
だけで済む。したがって、交換作業が簡単になると共
に、この交換部品はその厚さをより薄くして小形化し、
かつ、簡単な形状とし得るので、製作費を安価なものと
することができる。この結果、運転コストを低減するこ
とが可能となる。

【００１３】また、第１・第２電極の各周縁側が、中央
側の電極面の間隙よりも広げた形状で形成されて筒本体
により固定支持され、上記両電極の電極面間の径方向へ
の延長領域が筒本体内面と交差する領域を覆う一部領域
に、上記内筒が設けられている構成（請求項２）では、
内筒の長さ寸法をさらに小さくして筒本体に絶縁劣化が
生じのを防止することができ、この場合でも、絶縁筒体
４に絶縁劣化が生じたときの交換作業は内筒を交換する
だけで済むと共に、この交換部品の形状をさらに小形化
できるので、製作費をより安価なものとすることができ
る。

【００１４】さらに、内筒を耐熱性材料で作製する一
方、筒本体を樹脂材料で作製することも可能である（請
求項３）。前記した従来装置における絶縁筒体では、例
えば大電流イオンビームを生成する場合等においては、
耐熱性の面からアルミナなどのセラミックスで全体を製
作しなければならず、製作コストが高くなっていたが、
筒本体と内筒とから成る二重構造では、形状が簡単な内
筒のみ耐熱性のよい例えばアルミナ、外側の筒本体は耐
アーキング性、耐沿面放電性が良好で、安価なアクリル
樹脂などの樹脂材料によって作製することが可能にな
る。これによって、絶縁筒体の製作費をさらに安価なも
のとすることができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】次に、図面に基づいて本発明の実
施の形態を説明する。図１に示す第一の実施の形態にお
いて、本発明を適用して構成されたイオン源装置は、第
１〜第３電極１〜３の三枚の電極が、図において右方向
（以下、イオン引出し方向Ｒという）に沿って所定の間
隔で配設された加速電極部Ａを備えている。各電極１〜
３における周縁部を除く中央側の各電極面1a・2a・3a
は、それぞれ導電性の金属薄板に多数の円形穴を設けて
多孔式の電極板として形成されている。また、これら電
極面1a〜3aは、傾斜角θの互いにほぼ同一の円錐台形状
となるように、それぞれ中央部をイオン引出し方向Ｒに
やや膨出させて成形されている。

【００１６】上記の第１電極１は、電極面1aの周縁か
ら、図において左方向（以下、イオン源方向Ｌという）
に向けて折曲し、この部位に円筒部1bを有するように成
形されると共に、この円筒部1bの先端を、偏平なリング
状の第１給電板1cにおける内周縁に接合して構成されて
いる。第２電極２は、その電極面2aの周縁から、上記と
は逆にイオン引出し方向Ｒに向けて折曲し形成された円
筒部2bの先端を、上記同様のリング状の第２給電板2cの
内周縁に接合して構成され、また、第３電極３も、その
電極面3aの周縁に、第２電極２の円筒部2bの内側でイオ
ン引出し方向Ｒに向かう円筒部3bを連設し、この円筒部
3bの先端を、リング状の第３給電板3cの内周縁に接合し
て構成されている。

【００１７】一方、加速電極部Ａの領域を囲う外郭部材
として、それぞれ絶縁材料から成る絶縁筒体４と、この
絶縁筒体４よりもイオン引出し方向Ｒに配設されるサプ
レッサ絶縁筒体５とが設けられている。絶縁筒体４と、
この絶縁筒体４のイオン源方向Ｌに位置するイオン源フ
ランジ６との間に、前記第１電極１の第１給電板1cが挟
持され固定されると共に、この第１給電板1cに、後述す
る加速電圧を外部から印加し得るように構成されてい
る。なお、上記のイオン源フランジ６は、加速電極部Ａ
よりも図において左側に設けられているアークチャンバ
（図示せず）の開口端に連設されているものであり、こ
のアークチャンバは、図３を参照して先に説明した従来
装置と同様に、固体金属カソード表面をアーク放電によ
り蒸発・イオン化するための構成を備えている。

【００１８】一方、絶縁筒体４とサプレッサ絶縁筒体５
との間に、後述する抑制電圧が印加される第２電極２の
第２給電板2cが、また、サプレッサ絶縁筒体５とチャン
バフランジ７との間に、第３電極３の第３給電板3cがそ
れぞれ挟持され固定されている。上記チャンバフランジ
７は、このイオン源装置に連結される処理室の端部に設
けられているもので、この処理室内には、例えば半導体
ウエハなどの処理基板８が配設される。

【００１９】絶縁筒体４とサプレッサ絶縁筒体５との各
軸方向の長さ寸法は、第１電極１と第２電極２との各電
極面1a・2aの中央部が所定の電極間隙ｄ_Aで、また、第
２電極２と第３電極３との各電極面2a・3aの中央部が所
定の電極間隙ｄ_Dでそれぞれ相対面するように設定され
ている。特に上記の絶縁筒体４は、第１・第２電極１・
２の各電極面1a・2aにおける周縁側間隙の軸方向長（ｄ
_A・ cosθ）に、第１電極１および第２電極２の各円筒
部1b・2bの軸方向長を加えた長さ寸法で形成された筒本
体９と、この筒本体９の内周面に、その全長にわたって
嵌着された内筒10とから構成されている。内筒10におけ
るイオン源方向Ｌの端部には、径方向外方に向かう折曲
状の鍔部10ａが設けられ、筒本体９におけるイオン源方
向Ｌの端面には、上記鍔部10ａの外径よりもやや径大の
切欠凹部9aが形成されている。これにより、筒本体９へ
の内筒10の嵌着状態では、鍔部10ａの端面と筒本体９の
端面とが面一状の組立状態となるように構成されてい
る。一方、イオン源フランジ６および第１電極１が取り
外された状態では、上記の嵌着状態から、鍔部10ａを持
って内筒10をイオン源方向Ｌに引き出すことによって、
この内筒10を筒本体９から容易に取り外すことが可能と
なっている。

【００２０】次に、上記構成のイオン源装置における動
作状態について説明する。加速−減速電極構造を有する
上記の加速電極部Ａでは、第１電極１に、図示しない加
速電源から＋70kVの加速電圧が印加され、第２電極２に
は、図示しない抑制電源から−２〜−３kVの抑制電圧が
印加される。第３電極３はグランドグリッドで接地され
ている。

【００２１】したがって、アークチャンバ内で生成した
イオンは、イオンプラズマ11として第１電極１側に引か
れ、さらに、第１電極１を通過後に、この第１電極１と
第２電極２との間で加速される。そして、第２電極２を
通過後に、この第２電極２と第３電極３との間で減速さ
れるが、総合的に70kVに加速されたイオンビーム12…
が、加速電極部Ａを通して引出され、処理室内の処理基
板８に照射されてこれに注入される。

【００２２】ところで、上記のような運転を継続する
と、絶縁筒体４における内筒10が次第に汚染され絶縁性
が低下してくる。これは、第１電極１を通過した金属イ
オンの一部が第２電極２に衝突し、この衝突したイオン
によって第２電極２がスパッタされ、これにより発生し
たスパッタ粒子や、上記のように第２電極２に衝突して
方向が変化した金属イオンの一部が、第１電極１と第２
電極２との各電極面1a・2aの間を通して半径方向に飛散
し、これらが内筒10に衝突するためである。

【００２３】しかしながら、本装置においては、上記の
ように内筒10が絶縁劣化した場合、前記したように、イ
オン源フランジ６と第１電極１とを外した後、内筒10の
鍔部10ａを持って引き出す作業で、筒本体９はそのまま
にして、内筒10のみを容易に取り出すことができる。そ
して、新たな内筒10を筒本体９に装着して組立てること
で、運転を再開することが可能である。

【００２４】このように、本装置においては、汚染によ
り絶縁劣化するのは絶縁筒体４における内筒10のみとな
るため、この内筒10のみ取り替えればよい。このため、
取り替え作業が短時間ででき、かつ、内筒10は、その厚
さ寸法をより小さくして小形化することが可能であり、
また、簡単な形状とし得るので、安価に製作することが
できる。

【００２５】一方、例えば大電流イオンビームを生成す
るイオン源装置として構成するとき、前記した従来装置
のように絶縁筒体が一体物である場合には、耐熱性の面
から、全体をアルミナ等のセラミックスで製作すること
が必要となり、このため、製作費も高くなる。これに対
し、本装置のように筒本体９と内筒10とから成る二重構
造として絶縁筒体４を構成すると、形状が簡単な内筒10
のみを耐熱性の良好なアルミナで作製し、筒本体９は耐
アーキング性、耐沿面放電性が良好な例えばアクリル樹
脂で作製することができる。これにより、絶縁筒体４全
体の製作費をより安価になし得るので、さらに、コスト
ダウンを図ることができる。

【００２６】図２は、本発明の第二の実施の形態を示し
ており、この第二の形態では、絶縁筒体４における筒本
体９の内面には、前述したように第２電極２に衝突した
金属イオンやスパッタ粒子が第１電極１と第２電極２と
の間を通して飛来し易い領域に限定して、内筒10が設け
られている。すなわち、内筒10の軸方向の長さは筒本体
９の長さよりも小さく、かつ、前記した第１・第２電極
１・２の電極面1a・2aにおける周縁側間隙の軸方向長ｄ
_A・cosθよりも幾分大きな寸法で形成されている。そ
して、両電極面1a・2aの図中破線で示す径方向への延長
面が筒本体９の内面と各々交差する位置間を覆う領域
に、上記の内筒10がアルミナセラミックス等から成る絶
縁性ネジ部材15によって、筒本体９の内面に固定されて
いる。

【００２７】このような構成においても、汚染に伴う絶
縁劣化はほぼ内筒10のみに生じることとなり、この内筒
10の交換だけで、運転を継続することができる。そし
て、この場合には、内筒10は、筒本体９内面における一
部領域を覆うように小形化して形成されるので、これを
アルミナセラミック等の高価な材料で作製する場合で
も、その製作費はさらに安価なものとなる。

【００２８】なお、上記の各実施形態は本発明を限定す
るものではなく、本発明の範囲内で種々の変更が可能で
ある。例えば上記では、各電極１〜３を多孔式の電極板
として面イオンビームを処理室へと引き出す構成を示し
たが、各電極１〜３を単孔式のものとしてスポットイオ
ンビームを引き出す構成とすることも可能である。ま
た、加速電極部Ａに第１〜第３電極１〜３の三枚の電極
を設けて構成したが、例えば、加速電圧が印加される第
１電極と、接地される第２電極との二枚の電極構成な
ど、その他の電極数の構成にも本発明を適用することが
可能である。

【００２９】

【発明の効果】以上の説明のように、本発明の請求項１
記載のイオン源装置においては、第１電極と第２電極と
の各周縁間に設けられる絶縁筒体が、筒本体とこの筒本
体の内面に着脱可能な内筒とから成る二重構造とされて
いるので、汚染によって絶縁劣化するのは内筒のみとな
る。これによって、絶縁筒体４に絶縁劣化が生じたとき
の交換作業は内筒を交換するだけで済むので、作業が簡
単になると共に、交換部品を簡単かつ厚さをより薄くし
て小形化した形状にできるので、製作費もより安価なも
のとすることができる。この結果、運転コストを低減す
ることが可能となる。

【００３０】請求項２記載のイオン源装置においては、
内筒は、第１・第２電極の電極面間の径方向への延長領
域が筒本体の内面と交差する領域を覆う一部領域に設け
られている。この場合、内筒の長さ寸法をより小さくし
た構成で筒本体に絶縁劣化が生じのを防止することがで
き、したがって、絶縁筒体４に絶縁劣化が生じたときの
交換作業は内筒を交換するだけで済むと共に、この交換
部品の形状をさらに小形化できるので、製作費をより安
価なものとすることができる。

【００３１】請求項３記載のイオン源装置においては、
内筒のみ耐熱性のよい例えばアルミナなどのセラミック
スで作製し、外側の筒本体は例えば耐アーキング性、耐
沿面放電性がよく安価なアクリル樹脂などの樹脂材料で
作製されるので、全体の製作費をさらに安価なものとす
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態におけるイオン源装置の要
部構成を示す断面図である。

【図２】本発明の他の実施形態におけるイオン源装置の
要部構成を示す下側半断面図である。

【図３】従来のイオン源装置の構成を示す断面模式図で
ある。

【符号の説明】

１第１電極２第２電極３第３電極４絶縁筒体９筒本体 10 内筒Ａ加速電極部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者犬石典之兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アークチャンバ内で生成したイオンを引
き出すために、イオンの引出し方向に沿って第１電極と
第２電極とが順次配設され、これら電極の各周縁間に絶
縁筒体を設けて両電極を固定支持するイオン源装置にお
いて、上記絶縁筒体が、筒本体とこの筒本体の内面に着脱可能
な内筒とから成ることを特徴とするイオン源装置。
【請求項２】第１・第２電極の各周縁側が、中央側の
電極面の間隙よりも広げた形状で形成されて筒本体によ
り固定支持され、上記両電極の電極面間の径方向への延
長領域が筒本体内面と交差する領域を覆う一部領域に、
上記内筒が設けられていることを特徴とする請求項１記
載のイオン源装置。
【請求項３】内筒が耐熱性材料で作製される一方、筒
本体が樹脂材料で作製されていることを特徴とする請求
項１又は２記載のイオン源装置。