JPH10134728A - イオン注入機用のイオン源とそのカソード構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】イオン注入機に用いる新規で改良されたイオン
源及びそのカソード構造を提供すること。 【解決手段】イオン注入機に用いるイオン源は、ガスイ
オン化領域を定める導電性のチャンバ壁(130a 〜130d)
を有する。ガス閉塞室は、イオンをこの室から放出する
出口開口78を有し、ガス閉塞室から出たイオンによりイ
オンビームを形成するための分析磁石と引出し電極等の
構造に対してイオン源ハウジング、フランジ82、イオン
源ブロック120 で構成されるガス閉塞室の基台が配置さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、加工品のビーム処
理用のイオンビームを形成するために、イオンを放出す
るイオン源を有する注入機に関する。

【０００２】

【従来の技術】イオン注入機は、ウエハにイオンビーム
を衝突させることによってシリコンウエハを処理するた
めに使用されてきた。イオンビームは、半導体ウエハを
制御された不純物濃度にドーピングして、順次、集積回
路を製造するために使用される半導体ウエハを生産す
る。

【０００３】このようなイオン注入機の重要なファクタ
ーは、所定時間で処理できるウエハの処理量すなわち数
である。高電流イオン注入機は、イオンビームが通過す
る多数のシリコンウエハを移動するための回転ディスク
支持体を有する。イオンビームの中で、この支持体がウ
エハを回転するとき、イオンビームはウエハに衝突す
る。中電流イオン注入機は、１度に１つのウエハを処理
する。複数のウエハがカセット内に支持され、１度に１
つのウエハが引き出され、そして、１つのプラテン上に
載置される。

【０００４】このウエハは、注入方向に向けられ、イオ
ンビームが単一ウエハに衝突する。中電流イオン注入機
は、初期軌道から比較的狭いビームを偏向する電気的に
整形したイオンビームを用いて、全ウエハ表面を選択的
にドーピングまたは処理する。

【０００５】イオンビームを発生するイオン源は、一般
的に使用とともに減退する傾向にある加熱フィラメント
のカソードを有する。十分な効率でイオンを再び発生す
ることができるように、比較的短い使用時間の後に、カ
ソードフィラメントは取り替えなければならない。カソ
ードフィラメントの取り替え間隔を最大にすることは、
時間当りに注入されるウエハの量が増加し、その結果、
注入機の効率が増加する。

【０００６】スフェリアッゾ(Sferiazzo) 等に付与され
た米国特許第５，４９７，００６号は、基台により支持
されかつイオン化電子をガス閉塞室内に排出するために
このガス閉塞室に対して配置されたカソードを有するイ
オン源を開示している。この特許のカソードは、ガス閉
塞室内に部分的に伸びるエンドキャップと筒状の導電性
カソード本体である。フィラメントは筒状の本体内に支
持され、電子を放出する。この電子放出は、電子衝突を
介してエンドキャップを加熱してイオン化電子を熱イオ
ン的にガス閉塞室内に放出する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、イオン注入
機に用いる新規で改良されたイオン源及びそのカソード
構造を提供することを目的としている。このイオン源
は、プラズマ流からカソードフィラメントを遮蔽するカ
ソードを用いる。これらのカソード及びフィラメントの
構造によれば、その取り替え及び修繕を迅速に行うこと
ができ、イオン注入機の休止時間を低減することができ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に従うイオン源は、請求項に記載の各構成を
有する。請求項１によれば、イオン源は、ガスイオン化
領域と境を接するチャンバ壁を有し、かつイオンを排出
するための出口開口を備えるガス閉塞室を含んでいる。
ガス配給装置がイオン化可能ガスをガス閉塞室に配給す
る。支持体は、イオンがガス閉塞室を出る時にイオンビ
ームを形成するための構造体に対して所定の位置にガス
閉塞室を支持する。

【０００９】カソードは、イオン化電子をガス閉塞室の
イオン化領域に放出し、ガス分子をイオン化するため
に、ガス閉塞室のイオン化領域に対して位置づけられて
いる。絶縁体は、このカソードを支持するためにガス閉
塞室に取り付けられ、カソードをガス閉塞室から電気的
に絶縁する。また、カソードは、導電性のカソード本体
からなり、内部領域と境を接しかつガス閉塞室の内部に
伸びる外側表面を有する。フィラメントは、カソード本
体の内部領域内の位置で絶縁体によって支持され、カソ
ード本体を加熱し、イオン化電子が前記カソード本体か
らガス閉塞室内に放出される。

【００１０】絶縁体とカソードはガス閉塞室に対して位
置合わせされ、フィラメントがカソード本体から電気的
に分離される。この好ましい絶縁体は、アルミナから構
成されたセラミックブロックである。この絶縁ブロック
は、絶縁本体の露出面から内側に伸びる切欠き部を形成
する絶縁本体を有し、イオン源の作動中イオン源によっ
て放出された材料により露出面が被覆されるのを防ぐ。
この絶縁体ブロック上に導電材料を堆積させるような絶
縁体の構造は、イオン源の性能劣化を低減する。

【００１１】さらなる本発明の特徴は、当業者であれ
ば、以下の記載及びこれに付随する図面を参照した本発
明の好適な実施の形態についての詳細な説明から明白と
なるであろう。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
いて説明する。図１はイオンビーム注入機１０を示して
おり、この注入機は、本発明に係るイオン源１２と、高
電圧ハウジング１６に支持されたビーム用の質量分析磁
石１４とを有する。イオン源１２から放出されるイオン
ビーム２０は、ハウジング１６の外に出る制御された軌
道経路を通って排気管１８を介してイオン注入室２２に
入る。イオン源１２から注入室２２へのイオンビーム２
０の軌道経路に沿って、イオンビームは形を整え、濾過
され、そして加速されて所望の注入エネルギーになる。

【００１３】分析磁石１４は、適当な質量対電荷比を備
えたイオンだけをイオン注入室２２に到達できるように
させる。イオンビーム２０がハウジング１６を出る領域
では、イオンビームは、高電圧ハウジング１６をイオン
注入室２２から分離する電気絶縁材料で作られた高電圧
分離用ブッシュ２６を通過する。

【００１４】イオン注入室２２は移動可能な基台２８上
に支持され、イオンビーム２０に対して注入室が軸合わ
せできるようになっている。１つ以上のシリコンウエハ
が、軸線４２の回りに回転するように取り付けられたウ
エハ支持体４０上に支持され、これにイオンビーム２０
が衝突する。ウエハ支持体４０は、その外周回りに多数
のシリコンウエハを支持し、これらのウエハを円形経路
に沿って移動する。

【００１５】イオンビーム２０は、各ウエハに衝突し、
選択的にウエハにイオン不純物をドーピングする。支持
体とウエハを回転するモータ５０によって、ウエハ支持
体の高速回転が発生する。リニア駆動部５２によって支
持体４０は注入室２２内を前後に移動して位置決めされ
る。この支持体４０は、未処理のウエハが注入室２２内
に移動でき、かつウエハをこの注入室から引き出すこと
ができるように配置されている。

【００１６】従来のイオン注入システムに関して詳細な
点は、アームストロング(Armstrong) 等に付与されかつ
本出願人に譲渡された米国特許第４，６７２，２１０号
に記載されており、これらの主要構成は、ここに参考文
献として包含される。

【００１７】シリコンウエハは、ロボットアーム７０に
よって真空ポート７１を介してイオン注入室２２内に挿
入される。この注入室２２は、排気チューブ１８に沿う
圧力に等しい低い圧力に真空ポンプ７２によって排気さ
れている。ロボットアーム７０は、ウエハを収納するた
めにカセット７３との間でウエハを出し入れする。この
移送を実現する機構は、従来から良く知られている。付
加的な真空ポンプ７４，７５がイオン源１２からイオン
注入室２２へのイオンビーム通路を排気する。

【００１８】イオン源１２は、高密度のプラズマアーク
室（ガス閉塞室）７６（図２参照）を含み、このアーク
室７６は、前壁に設けた細長く、ほぼ楕円形状の出口開
口７８を有して、この開口を介してイオン源（図４参
照）からのイオンを放出する。アーク室７６は、高電流
ハウジング１６内に支持されたフランジ８２に取付けら
れたほぼ円筒のイオン源ハウジング８０によって、イオ
ンビーム通路に対して位置決められている。

【００１９】更なる詳細なイオン源の１つの従来例につ
いては、ベンベニステ(Benveniste)等に付与され、本出
願人に譲渡された米国特許第５，０２６，９９７号に開
示されており、これらは、ここに参考文献として包含さ
れる。イオンがプラズマアーク室７６から放出される
と、これらのイオンは、このアーク室から離れて出口開
口の直ぐ外側に配置された引出し電極（図１参照）９０
によって設定された電界により加速される。

【００２０】分析磁石１４は、磁界を発生して正しい質
量を有するイオンを注入軌道に偏向させる。これらのイ
オンは、分析磁石１４を出て、注入室２２に導く軌道経
路に沿って加速される。注入コントローラ８２は、高電
圧ハウジング１６内に配置され磁界巻線に流れる電流を
制御することによって分析磁石１４の磁界の強さを調整
する。

【００２１】イオン源１２は、イオン注入に用いられる
イオンとは異なる質量の多くのイオンを作り出す。これ
らの望まないイオンは分析磁石によって偏向され、注入
軌道からは外れる。重いイオンが大きい半径軌道に従
う。例えば、注入に用いられたイオンよりも軽いイオン
はより小さい半径軌道に従う。

【００２２】イオン源 本発明に係るイオン源１２（図２〜図５参照）は、イオ
ン源ハウジング８０の後壁８２によって支持されるイオ
ン源ブロック（支持体）１２０を含んでいる。このイオ
ン源ブロックは、プラズマアーク室７６を支持し、かつ
本発明の好ましい形態ではアーク室７６から電気的に離
れて支持されている電子放出カソード１２４を支持す
る。

【００２３】図示されていないイオン源用磁石は、プラ
ズマアーク室７６を取り巻き、注入室７６内の狭く抑制
された軌道経路にプラズマ発生電子を閉じ込める。イオ
ン源ブロック１２０は、蒸気オーブン１２２，１２３を
収容するキャビティを形成しており、このオーブンはガ
スに気化され、そして配給ノズル１２６，１２８によっ
てプラズマアーク室７６に噴射されるひ素等の気化可能
な固体が満たされている。

【００２４】プラズマアーク室７６は、細長い金属製鋳
造体であり、２つの細長い側壁１３０ｂ、頂部壁１３０
ｃ、底部壁１３０ｄ、及びイオン化領域Ｒと接触するプ
レート１３２を形成する前壁によって定められた内部イ
オン化領域Ｒを形成している。このアーク室には、２つ
の側壁１３０ａ，１３０ｂから外側に延出する支持フラ
ンジ１３４がアーク室を取り付けるために設けられてい
る。

【００２５】プレート１３２は、ハウジング８０に対し
て軸合わせされている。トルーエイラ(Trueira) 等に付
与され、ここに参考文献として包含された米国特許第
５，４２０，４１５号に記載されているように、プレー
ト１３２は、ハウジング８０に取り付けられる整合用固
定具９５に取付られている。要するに、この整合固定具
９５は、その固定面がイオンビーム軸に対して垂直であ
るようにハウジング８０内に挿入される。整合用固定具
に取り付けられた丸いヘッドピンＰ上に捕られることに
よって、イオン源が適所に整合用固定具に連結される。

【００２６】４つの細長いボルト１３６がフランジ１３
４内の４つの孔１３８を貫通してイオン源ブロック１２
０のねじ孔１４０に螺合する。ボルト１３６はブッシュ
１４６を貫通し、バネ１４８がイオン源ブロック１２０
から離れる方向にアーク室７８を付勢し、整合用固定部
９５によってアーク室７８を捕捉することが容易とな
る。

【００２７】４つのピン１５０（図８にはそのうちの１
つのみが見える。）がアーク室のフランジ１３２の４つ
のコーナー名の開口１５１を通過して伸びている。これ
らのピンは、ばね１５２によってイオン源ブロック１２
０から離れる方向にばね付勢されている。わずかに大き
くなったピンの端部１５０ａは、プレート１３２内に嵌
り、このプレートとアーク室７６とが一体に連結され
る。

【００２８】気化材料は、配給ノズル１２６，１２８に
よって、支持ブロック１２０からプラズマアーク室の内
部に射出される。アーク室の両側の通路１４１は、チャ
ンバ本体を介してチャンバ後方から伸びてプラズマアー
ク室の内部に開口する。さらに、ガスは、チャンバの後
壁１３０ｅにあるポート即ち開口１４２によっアーク室
７６内に直接導かれる。ノズル１４４は、開口１４２に
接しており、ガスをイオン源の外部にある供給源からア
ーク室７６内に直接噴射する。

【００２９】開口１５８を形成する壁１３０ｄは、カソ
ード１２４が壁１３０ｄに触れることなくプラズマアー
ク室７６の内部に伸びることができるように寸法づけら
れる。このカソード１２４は、絶縁ブロック１５０によ
って支持され、絶縁ブロックは、アーク室の後壁に取付
られる。開口１５８内に嵌り込むカソード本体は、絶縁
ブロック１５０によって支持された金属取付プレート１
５２に取付られる。

【００３０】カソード本体は、３つの金属部材１６０，
１６２，１６４から構成されている。カソード１２４の
外側の筒状部材１６０は、モリブデン合金材料から作ら
れている。筒状部材１６０の下方端１６１は取付けプレ
ート１５２に当接する。

【００３１】内部筒状部材１６２もまたモリブデン合金
材料から作られ、ねじ切りされた下方端部１６３を備え
ている。このねじ付き下方端部１６３は、取付けプレー
ト１５２内のねじ付き孔１６７に螺合する。この筒状部
材１６０，１６２は、好ましくは円筒形状である。

【００３２】カソード１２４の端部キャップ１６４（図
１３参照）は、導電性でかつタングステン材料から作ら
れている。キャップ１６４は、筒状部材１６２の端部の
カウンターボア内に嵌合する。このカウンターボアは、
内方に伸びた座を有し、この座は、キャップ１６４の直
径よりもわずかに小さい内径を有する。カソード１２４
の組立時、キャップは、筒状部材１６２に圧入され、イ
オン注入作業中、摩擦により適所に保持される。内側及
び外側の筒状部材１６０，１６２は、外側筒状部材１６
０の端部を越えてアーク室内の上方にキャップが伸びる
ように、その長さが設定されている。

【００３３】２つの導電性取付けアーム１７０，１７１
は、カソード１２４内にフィラメント１７８を支持す
る。このアーム１７０，１７１は、コネクタ１７２によ
って絶縁ブロック１５０に直接取付けられており、コネ
クタ１７２はアームを貫通して絶縁ブロック１５０に設
けたねじ付き孔に螺合する。導電性の励起バンド１７
３，１７４はフィラメントに結合されて、電力供給用フ
ィードスルー１７５，１７６を介してハウジング８０の
フランジ８２を通って導かれた信号によって励起する。

【００３４】２つのクランプ部１７７ａ，１７７ｂは、
カソードの最内側の筒状部材１６２によって形成された
空洞部Ｃ内にあるタングステンフィラメント１７８を固
定する。このフィラメント１７８は、らせんループに形
成するように曲げられたタングステンワイヤにより作ら
れる。フィラメント１７８の両端部は、第１，第２のタ
ンタル製の脚部１７９ａ，１７９ｂによって支持され、
この脚部は、クランプ部１７７ａ，１７７ｂによって２
つのアーム１７０，１７１と電気的に接触している。

【００３５】タングステンワイヤのフィラメント１７８
が、電力供給用フィードスルー１７５，１７６間の差電
圧が付加されることにより励起されると、フィラメント
は、カソード１２４のキャップ１６４に向けて加速され
そして衝突する電子を放出する。

【００３６】キャップ１６４が電子衝突によって十分加
熱されると、電子をアーク室７６内に放出し、この室内
でガス分子を衝突させ、イオンを作り出す。イオンプラ
ズマが形成され、このプラズマ内のイオンがイオンビー
ムを形成するために開口７８から放出される。キャップ
１６４は、フィラメントが室内のイオンプラズマと接触
しないように遮蔽し、フィラメントの寿命を伸ばす。さ
らに、フィラメントを支持する方法により、フィラメン
トの交換を容易にする。

【００３７】カソード１２４によって発生する電子は、
アーク室７６内に放出されるが、ガスイオン化領域内の
ガス分子が反射電極(repeller)１８０の近くに移動する
ように引き付けはしない。反射電極１８０は、アーク室
７６内に配置された金属部材１８１を含み、このアーク
室は、ガス分子と接触するためにガスイオン化領域内に
戻るように電子を反射させる。この金属部材１８１は、
モリブデンで作られている。セラミック絶縁体１８２
は、プラズマアーク室７６の下方壁130cの電圧から反射
電極部材１８１を絶縁する。カソード１２４と反射電極
１８０は、アーク室の壁面から電気的かつ熱的に分離さ
れている。イオンが絶縁体１８２を被覆するのを防止す
る金属キャップ１８４によって、反射電極部材１８１の
短絡が防止される。

【００３８】アーク室７６の壁面は、局部接地電位また
は基準電位に保持される。このカソードの端部キャップ
１６４を含む、カソードは、アーク室の壁の局部接地電
位よりも低い５０〜１５０ボルトの範囲の電位に保持さ
れる。カソードを支持するプレート１５２に電気導体１
８７を取り付けることによって、この電位は、電力供給
用フィードスルーによりプレート１５２に伝達される。
フィラメント１７８は、端部キャップ１６４のそれより
低い２００〜６００ボルトの電圧範囲に保持される。フ
ィラメントとカソードとの間の大きな差電圧は、端部キ
ャップ１６４を十分に加熱するフィラメントをそのまま
にして、電子に高いエネルギーを分与する。反射電極部
材１８１は、アーク室７６内のガスプラズマの電位で浮
動できるようになっている。

【００３９】スフェリアッゾ(Sferiazzo) 等に付与され
た米国特許第５，４９７，００６号は、カソードとアノ
ード（アーク室のチャンバ壁）の間のアーク電流を制御
する回路の概略を記述している。この回路の作動も、上
記米国特許に記載されており、これらもここに包含され
る。イオンの発生中に、イオン源は、イオン化エネルギ
ーをアーク室内に噴射することにより熱くなる。このエ
ネルギーの全てがアーク室内のガスをイオン化できるわ
けではなく、ある程度の熱が発生する。アーク室は、イ
オン源ブロック内に冷却水を導き、熱せられた水がアー
ク室の領域から離れるように導かれる管継手１９０，１
９２を有している。

【００４０】絶縁ブロック１５０ アーク室からカソードを絶縁するために、絶縁ブロック
は、フィラメントがカソード本体に対して位置決めら
れ、かつカソード本体はアーク室に対して位置決められ
ている。図９〜図１２は、より詳細な絶縁ブロックを示
している。

【００４１】この絶縁ブロック１５０は、９９％純粋な
アルミナ（Al2O3)から構成された細長いセラミックの電
気絶縁ブロックである。この絶縁ブロックは、その長さ
及び幅方向に伸びたほぼ平坦な第１表面２００を有す
る。この第１表面２００はカソード取付けフランジ２０
２（図１７参照）に係合し、ガス閉塞室７６の後壁１３
０ｅから伸びている。第１表面２００とは反対側の絶縁
ブロックの側面には、絶縁ブロック１５０は、カソード
１２４を支持するためのほぼ平坦なカソード第１支持面
２１０と、このカソードと離間したカソードフィラメン
ト１７８を支持するためのほぼ平坦なフィラメント第２
支持面２１２とを形成する。

【００４２】図９の平面図から最も明らかなように、カ
ソード支持面２１０は、２つのコーナー切欠き部２２
０，２２１を有し、そこに開口２２２，２２３を有す
る。この開口は切欠き部によって形成された絶縁ブロッ
クの幅が減少した部分を貫通している。

【００４３】２つのコネクタ２２４は、開口２２２，２
２３から延在する拡径ヘッド２２５を有し、絶縁ブロッ
クをアーク室７６のフランジ２０２に取り付けられる。
このコネクタ２２４は、その長さ方向に沿ってねじ切り
されている。これらのコネクタは、フランジ２０２内の
開口２０４に螺合する。バッキングプレート２０６（図
７参照）もねじ付き開口を有し、その中にコネクタが延
在し、絶縁ブロック１５０をアーク室７８に確実に固定
する。絶縁ブロック１５０がアーク室に取付られると
き、ほぼ平坦な第１表面２００は、アーク室の後壁１３
０ｅに対してほぼ垂直となる角度に伸びている。２つの
位置決めピン２０３は、フランジ２０２の表面202aから
離れる方向に伸びている。これらのピンは、対向する孔
２２６に嵌合し、設置時に絶縁ブロックと整合できるよ
うに、絶縁体の表面２００内に形成されている。

【００４４】図面に見られるように、３部品構成のカソ
ード本体を支持する金属プレート１５２がブロックのカ
ソード支持面２１０に対向して配置され、かつ、この表
面から離れるように伸びて、カソード本体を孔１５８に
一致できるようにする。ねじ付きコネクタ２２８は、絶
縁ブロック１５０の表面２００内に２つの凹んだウエル
内に伸び、かつこのブロック１５０内の孔２３２を通過
して、プレート１５２のねじ付き孔２３４に嵌り込む。

【００４５】２つの位置決めピン２３６は、プレート１
５２によって担持される。このプレートは絶縁ブロック
１５０に取付られるので、これらのピンは、ブロック１
５０内の孔２３８と整合するように伸びている。これ
は、ブロックとプレートの整合を助け、カソードの組立
時のみならずイオン注入機の使用後のカソードのメイン
テナンス時においても修正を容易にする。

【００４６】プレート１５２は、ブロック１５０に取付
られ、さらにブロックがアーク室に取付られると、プレ
ート１５２に設けたねじ付き孔１６７は、３部品のカソ
ード本体をアーク室内の壁１３０ｄを貫通する孔１５８
に対して整合するように位置決める。

【００４７】延長された脚部１７０，１７１の平坦な表
面２４０は、係合しかつ絶縁ブロック１５０の最大厚さ
により表面２００から離れた絶縁ブロックのフィラメン
ト支持面２１２によって支持される。ねじ付きコネクタ
２５０は、脚部１７０，１７１に設けた孔２５２を貫通
した拡径ヘッドを有し、さらに、フィラメント支持表面
２１２内のねじ孔２５４内に螺合する。

【００４８】図７に最も良く見られるように、絶縁ブロ
ックの２つの平坦な第１，第２支持面２１０，２１２の
間の相対間隔は、脚部１７０，１７１の表面２４０とプ
レート１５２の表面２６２との間のギャップＧを形成す
る。このギャップ及びセラミックが電気絶縁材料で作ら
れた事実により、互いからもまたカソード本体を支持す
るプレート１５２からも２つの脚部を電気的に分離す
る。

【００４９】フィラメント支持脚部１７０，１７１にあ
る各孔は、絶縁ブロック１５０にある孔と一致し、かつ
カソード本体の内側内のフィラメント１７８を正確に位
置決める。

【００５０】図９ないし図１２に見られるように、セラ
ミックの絶縁本体は、多数の細長い溝または通路Ｎ１〜
Ｎ３を形成する。これらの溝は、絶縁ブロック１５０の
ほぼ平坦な表面を分断する、アーク室の近くに取付られ
るとき、この絶縁ブロックは、イオンで被覆される。ス
フェリアッゾ(Sferiazzo) 等に付与された米国特許第
５，４９７，００６号に開示された絶縁体は、イオン源
の作動中、表面が被覆される状態に晒される。この被覆
は、イオン源の未熟アーク形成またはショーティングや
不完全さを導くことになる。単一の絶縁ブロック１５０
における通路Ｎ１ないしＮ５は、このブロック自体の陰
となり、イオンが絶縁ブロックを横切って連続する表面
を被覆することがなく、かつそれによりアークの未成熟
を低減できる。

【００５１】カソードキャップ１６４ カソードキャップ１６４は、アーク電流をアーク室に供
給する機械加工されたタングステンの熱イオン放射器で
ある。上記スフェリアッゾの特許に開示された単純なデ
ィスク形状のキャップは、この特許明細書に示されたカ
ソード構造と両立できる他のキャップ１６４に置き換え
られる。

【００５２】キャップ１６４は、縮径した放射面１６５
と内部筒状部材１６２の端部に置かれる広いフランジ表
面とを有する。また、キャップ１６４は、絶縁ブロック
１５０を含む支持体の温度負荷をかなり低下させる。さ
らに、このキャップ１６４は、一定のアーク電流に対し
てフィラメントを励起するのに必要な熱量が少なくてす
むので、フィラメントの熱量をより有効に利用できる。
このキャップは、現在のアーク室の制御電子機器を用い
て達成されるより高いアーク電流を使用できる。

【００５３】このキャップを用いることによって、全て
のイオン種、特に多数の荷電イオンを効率良く製造する
ことができる。単独に荷電されたイオンの場合、分子イ
オンの分離作用（例えば、ＢＦ３及びＢＦ２の分離作
用）における顕著な増加によって効率を向上させる。よ
り高い電子電流密度（減少した放射領域による）及びよ
り高いエミッタ温度（より小さい熱容量と改良されたエ
ミッタの熱的遮断による）の組み合わせが、多数の荷電
イオンの大部分に対して引き起こされる上述した本発明
の好ましい実施の形態から、当業者であれば、改良、変
更、修正ができることは明らかであろう。このような全
ての改良、変更、修正は、本発明の特許請求の範囲によ
って包含されるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】回転支持体に取付られたシリコン等の加工物を
イオンビームで処理するためのイオン注入機の概略図で
ある。

【図２】図１のイオン注入機において、イオンビームを
作り出す本発明のイオン源を示す一部断面図である。

【図３】イオン減のカソードの一部を形成する遮蔽され
たフィラメントを励起するための電気接続を示すイオン
源の平面図である。

【図４】イオンがイオン源から出るアークスリットを示
すイオン源の立面図である。

【図５】イオン源のカソードを取り付けるための構造を
示す拡大平面図である。

【図６】図５の６−６線からみた図である。

【図７】図５の７−７線からみた図である。

【図８】本発明に従うイオン源の分解斜視図である。

【図９】イオンプラズマ室からカソードを電気的に分離
するために用いる絶縁ブロックの上面図である。

【図１０】図９の平面１０−１０からみた図である。

【図１１】図９に示された絶縁ブロックの底部平面図で
ある。

【図１２】図８に示された絶縁ブロックの部分的に切断
してみた立面図である。

【図１３】イオン源の作動中にイオン化電子をアーク室
内部に放出するカソードキャップの立面図である。

【図１４】イオン源のアーク室を示す前面図である。

【図１５】図１４の１５−１５面からみたアーク室の図
である。

【図１６】図１５の１６−１６面からみたアーク室の図
である。

【図１７】図１４の１７−１７面からみたアーク室の図
である。

【図１８】図１４の１８−１８面からみたアーク室の図
である。

【図１９】アーク室内に配置されるカソード本体を取り
付けるための取付プレートの平面図である。

【図２０】図１９の２０−２０線からみた取付プレート
の図である。

【符号の説明】

１０ イオン注入機 １２ イオン源 １４ 分析磁石 ２０ イオンビーム ２２ イオン注入室 ４０ 支持体 ７６ アーク室 ７８ 出口開口 ８０ イオン源ハウジング ８２ フランジ ９０ 引出し電極 １２０ イオン源ブロック １２４ カソード １５０ 絶縁ブロック １６４ キャップ １７８ フィラメント

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 390033020 Ｅａｔｏｎ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｃｌｅｖｅｌ ａｎｄ，Ｏｈｉｏ 44114，Ｕ．Ｓ．Ａ. (72)発明者 ウイリアム エドワード レイノルズ アメリカ合衆国 マサチューセッツ 01983−1509 トポスフィールド パーキ ンズ ロー 210 (72)発明者 リチャード マウリス クロウティア アメリカ合衆国 マサチューセッツ 01952−1312 ソリスバリー ウイロー ストリート 185

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】(a) ガスイオン化領域と境を接するチャン
   バ壁を有し、イオンを排出するための出口開口を備える
   ガス閉塞室と、(b) このガス閉塞室にイオン化可能なガ
   スを配給するためのガス配給装置と、(c) イオンが前記
   ガス閉塞室を出るときにイオンビームを形成するための
   構造体に対して、前記ガス閉塞室を所定の位置に支持す
   る支持体と、(d) イオン化電子を前記ガス閉塞室のイオ
   ン化領域に放出し、ガス分子をイオン化するために、前
   記ガス閉塞室のイオン化領域に対して配置されるカソー
   ドと、(e) このカソードを支持するために前記ガス閉塞
   室に取り付けられ、カソードを前記ガス閉塞室から電気
   的に絶縁する絶縁体とを備えており、(f) 前記カソード
   は、導電性のカソード本体からなり、内部領域と境を接
   し前記ガス閉塞室の内部に伸びる外側表面と、前記カソ
   ード本体の内部領域内の位置で前記絶縁体によって支持
   され、前記カソード本体を加熱するフィラメントとを有
   し、イオン化電子が前記カソード本体から前記ガス閉塞
   室内に放出されることを特徴とする、イオン注入機用の
   イオン源。
2. 【請求項２】絶縁体は、セラミック性の絶縁材料から構
   成されていることを特徴とする請求項１のイオン源。
3. 【請求項３】絶縁体は、前記ガス閉塞室のチャンバ壁か
   ら伸びる取付けフランジに係合するほぼ平坦な第１表面
   を有する延長ブロックを有することを特徴とする請求項
   １のイオン源。
4. 【請求項４】絶縁体は、カソード本体を支持するほぼ平
   坦なカソード第１支持面と、前記カソード本体と離れた
   カソードフィラメントを支持するとともに前記フィラメ
   ントとカソード間の電気的絶縁を維持するほぼ平坦なフ
   ィラメント第２支持面と、を有する支持本体を含んでい
   ることを特徴とする請求項３のイオン源。
5. 【請求項５】絶縁ブロックのフィラメント支持面の１つ
   を係合する第１，第２の取付け脚部をさらに備えている
   ことを特徴とする請求項４のイオン源。
6. 【請求項６】カソードは、絶縁ブロックのカソード第１
   支持面と係合するほぼ平坦な取付プレートに接続される
   ことを特徴とする請求項４のイオン源。
7. 【請求項７】絶縁本体は、この露出面から内側に伸びた
   切欠き部を形成し、イオン源の作動中にイオン源から放
   出された材料によって前記絶縁本体の露出面が被覆され
   るのを防止することを特徴とする請求項４のイオン源。
8. 【請求項８】ガス閉塞室は、取付けフランジから外側に
   伸びる位置決め用ロッドを有する取付けフランジを含
   み、絶縁本体が前記ガス閉塞室によって支持された前記
   ロッドに係合するための整合用開口を形成していること
   特徴とする請求項４のイオン源。
9. 【請求項９】(a) ガスイオン化領域と境を接する導電性
   チャンバ壁を有し、イオンを排出するための出口開口を
   備えるガス閉塞室と、(b) 前記ガス閉塞室から排出する
   イオンによりイオンビームを形成するための構造体に対
   して、前記ガス閉塞室を位置決める支持体と、(c) 前記
   ガス閉塞室に連通してこのガス閉塞室にイオン化可能な
   材料を配給するためのガス配給装置と、(d) 前記ガス閉
   塞室によって形成されるイオン化領域にイオン化電子を
   放出し、前記ガス閉塞室の内部壁内に部分的に伸びる筒
   状の導電性本体を有し、さらに前記イオン化電子を前記
   ガス閉塞室内に放出するためこのガス閉塞室内に面する
   導電性キャップを有しているカソードと、(e) 前記ガス
   閉塞室の導電性チャンバ壁と離れて前記カソードの導電
   性本体を支持するために前記ガス閉塞室に連結される導
   電気絶縁体と、(f) 前記カソードの導電性本体内の所定
   位置に前記絶縁体によって支持され、前記導電性キャッ
   プを加熱し、かつイオン化電子を前記導電性キャップか
   ら前記ガス閉塞室のチャンバに放出させるフィラメント
   と、を有することを特徴とする、イオン注入機用のイオ
   ン源。
10. 【請求項１０】絶縁体は、カソード本体を支持するほぼ
    平坦なカソード第１支持面と、前記カソード本体と離れ
    たカソードフィラメントを支持するとともに前記フィラ
    メントとカソード間の電気的絶縁を維持するほぼ平坦な
    フィラメント第２支持面と、を有する支持本体を含んで
    いることを特徴とする請求項９のイオン源。
11. 【請求項１１】ガス閉塞室は、筒状の導電性本体をガス
    閉塞室内に挿入するために、１つの壁に設けた開口を含
    み、かつ電気絶縁体がチャンバ壁から離れて前記筒状の
    導電性本体を支持することを特徴とする請求項９のイオ
    ン源。
12. 【請求項１２】ガス閉塞室のガスイオン化領域内にイオ
    ン化電子を放出するために、前記ガス閉塞室に対して位
    置決められ、筒状の導電性カソード本体と、このカソー
    ド本体によって支持される導電性キャップとを備えて前
    記ガス閉塞室のガスイオン化領域内にイオン化電子を放
    出するためのカソードと、 前記カソード本体内の所定位置に支持されて前記導電性
    キャップを加熱し、前記キャップからイオン化電子を放
    出させるフィラメントと、 前記カソードとフィラメントを互いに離間させかつこれ
    らを前記ガス閉塞室の導電性チャンバ壁に対して支持す
    るために、前記カソードを前記ガス閉塞室に配置するた
    めの電気絶縁体とを備えており、 この電気絶縁体は、カソード本体を支持するためのほぼ
    平坦な第１カソード支持面と、前記カソード本体と離れ
    たカソードフィラメントを支持するとともに前記フィラ
    メントとカソード間の電気的絶縁を維持するほぼ平坦な
    カソード第２支持面と、を有する絶縁ブロックを備える
    ことを特徴とする、イオン化源に使用するためのカソー
    ド構造。