JPH11158627A - イオンビーム照射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 イオン源の高電圧が印加されるプラズマ生成
部に、大地電位部に設けたガス源からイオン源ガスを安
全に導入する。 【解決手段】 内側絶縁管４２およびそれを囲む外側絶
縁管４４を有する二重絶縁管４０を設け、イオン源ガス
２６を供給するガス源２４は大地電位部に設置してい
る。そして、二重絶縁管４０の内側絶縁管４２の一端側
を金属配管３２によってガス源２４に接続し、他端側を
金属配管３４によってイオン源２のプラズマ生成部４に
接続している。更に、大地電位部に設けられていて二重
絶縁管４０の内側絶縁管４２と外側絶縁管４４との間を
真空排気する真空排気装置６４を設けている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えばイオン注
入装置、イオンドーピング装置（非質量分離型のイオン
注入装置）、イオン照射と真空蒸着を併用する薄膜形成
装置等であって、イオン源から引き出したイオンビーム
を真空容器内で被照射物に照射するイオンビーム照射装
置に関し、より具体的には、そのイオン源の高電圧が印
加されるプラズマ生成部に、大地電位部に設けたガス源
からイオン源ガスを安全に導入する手段に関する。

【０００２】

【従来の技術】図３に、従来のイオンビーム照射装置の
一例を示す。このイオンビーム照射装置は、イオン源２
から引き出したイオンビーム１０を、真空容器１２内に
おいて、質量分離することなく被照射物（例えば半導体
基板や液晶ディスプレイ用基板等）１６に照射して、当
該被照射物１６にイオン注入等の処理を施すよう構成さ
れている。真空容器１２内は、真空排気装置１４によっ
て真空（例えば１０^-5〜１０^-6Ｔｏｒｒ程度）に排気さ
れる。

【０００３】イオン源２は、導入されたイオン源ガス２
６を例えば高周波放電、マイクロ波放電、アーク放電等
によって電離させてプラズマ６を生成するプラズマ生成
部４と、このプラズマ生成部４の出口付近に設けられて
いてプラズマ６から電界の作用でイオンビーム１０を引
き出す引出し電極系８とを有している。

【０００４】引出し電極系８は、この例では４枚の多孔
電極を有しており、その上流側から数えて一番目の電極
およびプラズマ生成部４（より具体的にはそれを構成す
るプラズマ生成容器５）には、イオンビーム１０を引き
出しかつ加速するための正の高電圧（例えば１０ｋＶ〜
２００ｋＶ程度）が直流電源２０から印加される。二番
目および三番目の電極にも、直流電源２１および２２か
らそれぞれ図示のように直流電圧が印加される。四番目
の電極と真空容器１２は接地されている。なお、これと
同様のイオン源を備えるイオン注入装置が、例えば特開
平９−９２１９９号公報に開示されている。

【０００５】イオン源ガス２６は、それを真空容器１２
内へ導入して引出し電極系８を通してプラズマ生成部４
へ供給するという考えもあるけれども、この例では、プ
ラズマ生成部４へイオン源ガス２６を直接導入するよう
にしている。その方が、プラズマ生成部４内でのイオン
源ガス２６のガス圧を高めて濃いプラズマ６を生成する
ことができる点で好ましいからである。

【０００６】その場合、プラズマ生成部４には上記のよ
うに高電圧が印加されるので、従来は、大地電位部から
絶縁碍子によって支持されていてプラズマ生成部４と同
等の電位の高電圧架台（図示省略）にガス源（例えばガ
スボンベ）２４等を設置して、同じ電位間でイオン源ガ
ス２６の供給を行っている。即ち、イオン源ガス２６を
供給するガス源２４とプラズマ生成部４とを金属配管２
７で接続し、その途中に減圧弁２８および流量調節器３
０を設け、これらを全て上記高電圧架台に設けている。

【０００７】イオン源ガス２６は、例えば、半導体デバ
イス製造用（具体的には半導体への不純物注入用）の場
合は、ＰＨ₃ （ホスフィン）、Ｂ₂Ｈ₆ （ジボラン）、
ＡsＨ₃ （アルシン）等のガス、またはそれらを水素等
で希釈したガスである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記ガス源２４は、そ
の交換頻度を少なくして当該イオンビーム照射装置のス
ループット低下を防止する必要上、かなり大型になる。
プラズマ生成部４へのイオン源ガス２６の供給量を多く
して多量のイオンビーム１０を引き出す場合は一層大型
になる。

【０００９】そのために、上記のように高電圧架台にガ
ス源２４を設置する場合は、高電圧架台が大きくなり、
ひいては当該高電圧架台を取り囲む絶縁空間も大きくな
り、装置が大型化する。

【００１０】また、絶縁碍子上に設けた高電圧架台は、
床面（大地電位部）から比較的高い位置にあり、このよ
うな高い位置での大型のガス源２４の交換は、安全上好
ましくない。

【００１１】上記従来例とは違って、大地電位部にガス
源２４を設置し、金属配管２７の途中に絶縁配管を設け
てこの絶縁配管でプラズマ生成部４に印加される高電圧
を絶縁するという考えもある。このように大地電位部に
ガス源２４を設置することは、装置の小型化の点、およ
びガス源２４の取り扱い上の安全の点で好ましいけれど
も、単に絶縁配管で高電圧を絶縁したのでは、絶縁配管
部分からのイオン源ガス２６の漏れに関して安全上好ま
しくない。これは、イオン源ガス２６としては、例えば
半導体デバイス製造用等の場合は、毒性を含むガス（例
えば前述したＰＨ₃ 、Ｂ₂Ｈ₆ 、ＡsＨ₃ 等）を用いる場
合があるのに対して、絶縁配管は、一般的に、金属配管
に比べて機械的強度が弱く、ガス漏れが生じやすいから
である。例えば、絶縁配管の材質は、通常は、フッ素樹
脂等の樹脂またはアルミナ等のセラミックスである。樹
脂の場合は、変形しやすいのでその締め付け具合によっ
てガス漏れが生じやすい。また、高電圧を印加して沿面
放電が生じた場合に炭化してガス漏れを起こす可能性が
あり、場合によっては穴があく。セラミックスの場合
は、脆いので、外部からの力によって亀裂や割れが生じ
やすく、それによってガス漏れを起こす可能性がある。

【００１２】そこでこの発明は、イオン源の高電圧が印
加されるプラズマ生成部に、大地電位部に設けたガス源
からイオン源ガスを安全に導入することを主たる目的と
する。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この発明のイオンビーム
照射装置は、大地電位部に設けられていて前記イオン源
ガスを供給するガス源と、内側絶縁管およびそれを囲む
外側絶縁管を有する二重絶縁管と、この二重絶縁管の内
側絶縁管の一端側を前記ガス源に接続し他端側を前記イ
オン源のプラズマ生成部に接続する金属配管と、大地電
位部に設けられていて前記二重絶縁管の内側絶縁管と外
側絶縁管との間を真空排気する真空排気装置とを備える
ことを特徴としている。

【００１４】上記構成によれば、ガス源から供給される
イオン源ガスを、二重絶縁管の内側絶縁管およびその両
端側に接続された金属配管内を通して、イオン源のプラ
ズマ生成部に導入することができる。また、イオン源の
プラズマ生成部と大地電位部に設置されたガス源との間
の電気絶縁は二重絶縁管によって行うことができる。万
一、内側絶縁管の部分からイオン源ガスの漏れが生じて
も、内側絶縁管と外側絶縁管との間は真空排気装置によ
って真空排気されるので、漏れ出たイオン源ガスを、当
該イオンビーム照射装置の周りに拡散させずに、所定の
安全な場所へ排出することができる。従って、イオン源
の高電圧が印加されるプラズマ生成部に、大地電位部に
設けたガス源からイオン源ガスを安全に導入することが
できる。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１は、この発明に係るイオンビ
ーム照射装置の一例を示す図である。図２は、図１中の
二重絶縁管の詳細例を拡大して示す断面図である。図３
の従来例と同一または相当する部分には同一符号を付
し、以下においては当該従来例との相違点を主に説明す
る。

【００１６】このイオンビーム照射装置は、内側絶縁管
４２と、当該内側絶縁管４２の外側をそれとの間に空間
をあけて取り囲む外側絶縁管４４とを有する二重絶縁管
４０を備えている。両絶縁管４２および４４は、例え
ば、アルミナ等のセラミックスから成り、その両端に印
加される高電圧、即ちイオン源２のプラズマ生成部４に
直流電源２０から印加される前述したような高電圧に耐
える絶縁耐圧を有している。

【００１７】内側絶縁管４２および外側絶縁管４４の両
端部には、この例では図２に示すように、金属フランジ
４６および４８がそれぞれ設けられており、両金属フラ
ンジ４６、４８と両絶縁管４２、４４との接続部は、Ｏ
リング等のパッキン５２〜５５でシール（密封）されて
いる。両金属フランジ４６および４８には、内側絶縁管
４２に連通する穴４７および４９がそれぞれ設けられて
いる。金属フランジ４６には、内側絶縁管４２と外側絶
縁管４４との間を真空排気するための排気口５０が設け
られている。この排気口５０は、図１に示すように一つ
でも良いけれども、図２に示すように複数の方が、コン
ダクタンスが良くなるので好ましい。

【００１８】前述したイオン源ガス２６を供給するガス
源２４は、大地電位部に設置している。

【００１９】そして、二重絶縁管４０の内側絶縁管４２
の一端側を金属配管３２によってガス源２４に接続し、
同内側絶縁管４２の他端側を金属配管３４によってイオ
ン源２のプラズマ生成部４（より具体的にはそれを構成
するプラズマ生成容器５）に接続している。両金属配管
３２および３４は、この例では図２に示すように、上記
金属フランジ４６および４８に、上記穴４７および４９
にそれぞれ連通するように接続されており、その接続部
はＯリング等のパッキン５６および５７でそれぞれシー
ルされている。この二重絶縁管４０の一方の金属フラン
ジ４６は、金属配管３２および後述する排気配管６０を
介してガス源２４および後述する真空排気装置６４に接
続されているのでそれらと同電位、即ち大地電位にな
り、他方の金属フランジ４８は、金属配管３４を介して
プラズマ生成部４に接続されているのでそれと同電位、
即ち高電位になる。

【００２０】金属配管３２の途中には、この例では、イ
オン源ガス２６の供給ガス圧を調節する前述した減圧弁
２８、イオン源ガス２６の断続を遠隔操作によって行う
操作弁３６および二重絶縁管４０側へ供給するイオン源
ガス２６の圧力を計測する圧力計３８が設けられてい
る。イオン源ガス２６の金属配管３２内の圧力は、例え
ば、特殊ガスを扱う場合の関係法規（高圧ガス取締法）
に従って１ｋｇ／ｍｍ²Ｇ未満に保持する。操作弁３６
の操作方法は、例えば空圧式であるが、それ以外に電磁
式、電動式等でも良い。

【００２１】金属配管３４の途中には、この例では、プ
ラズマ生成部４へ導入するイオン源ガス２６の流量調節
を行う前述した流量調節器３０が設けられている。

【００２２】更にこのイオンビーム照射装置は、大地電
位部に設けられていて二重絶縁管４０の内側絶縁管４２
と外側絶縁管４４との間を例えば１０^-4〜１０^-6Ｔｏｒ
ｒ程度に真空排気する真空排気装置６４を備えている。
この真空排気装置６４は、この例では金属製の排気配管
６０によって二重絶縁管４０に接続されている。排気配
管６０は、この例では図２に示すように、金属フランジ
４６に、前記排気口５０に連通するように接続されてお
り、その接続部はＯリング等のパッキン５８によって真
空シールされている。排気配管６０の途中には、二重絶
縁管４０の近傍に、内側絶縁管４２と外側絶縁管４４と
の間の真空度を計測する真空計６２が設けられている。
この真空排気装置６４からの排気ガスは所定の安全な場
所へ排出される。その場合、当該排気ガス中に含まれる
可能性があるイオン源ガス２６の成分を捕獲・吸着して
無害化するトラップ器（図示省略）を経由して排出する
のが好ましい。

【００２３】このイオンビーム照射装置においては、ガ
ス源２４から供給されるイオン源ガス２６を、二重絶縁
管４０の内側絶縁管４２およびその両端側に接続された
金属配管３２および３４内を通して、イオン源２のプラ
ズマ生成部４に直接（即ち、真空容器１２側から引出し
電極系８を経由してプラズマ生成部４内に供給するので
はなくプラズマ生成部４に直接）導入することができ
る。

【００２４】また、イオン源２のプラズマ生成部４と大
地電位部に設置されたガス源２４との間の電気絶縁は、
二重絶縁管４０によって行うことができる。即ち、プラ
ズマ生成部４に直流電源２０から印加される前述した高
電圧に対する耐電圧を、この二重絶縁管４０によって保
持することができる。

【００２５】万一、二重絶縁管４０の内側絶縁管４２自
体やそれと金属フランジ４６および４８との接続部（即
ち図２中のパッキン５２および５４の周り）の劣化によ
って、そこからイオン源ガス２６の漏れが生じても、内
側絶縁管４２と外側絶縁管４４との間は真空排気装置６
４によって真空排気されるので、漏れ出たイオン源ガス
２６を、当該イオンビーム照射装置の周りに拡散させず
に、所定の安全な場所に排出することができる。従っ
て、イオン源２の高電圧が印加されるプラズマ生成部４
に、大地電位部に設けたガス源２４からイオン源ガス２
６を安全に導入することができる。その結果、図３に示
した従来例のようにガス源２４を高電圧架台に設置する
場合と違って、当該イオンビーム照射装置の大型化を防
止することができると共に、ガス源２４の交換を安全に
行うことができる。

【００２６】なお、二重絶縁管４０の内側絶縁管４２と
ガス源２４およびプラズマ生成部４との間の配管には金
属配管３２および３４を用いているので、当該配管にお
けるガス漏れの可能性は通常の金属配管の場合と同様に
極めて小さく、前述した絶縁配管の場合のようなガス漏
れの心配はない。金属配管３２および３４と二重絶縁管
４０との接続も、この例では図２に示したように金属フ
ランジ４６および４８の部分で金属同士で行っているの
で、当該接続部分におけるガス漏れの可能性は通常の金
属配管の接続の場合と同様に極めて小さい。

【００２７】ところで、上記のように二重絶縁管４０の
内側絶縁管４２の部分からイオン源ガス２６の漏れが生
じると内側絶縁管４２と外側絶縁管４４との間の真空度
が悪化（即ちガス圧が上昇）するので、この実施例のよ
うに真空計６２を設けて当該真空度を計測するのが好ま
しく、そのようにすれば、内側絶縁管４２の部分からの
イオン源ガス２６の漏れを真空計６２によって速やかに
検出することができる。更に、この真空計６２によるイ
オン源ガス漏れの検出に応じて、イオン源ガス２６の大
地電位側の供給ラインに設けた前記操作弁３６を閉じ
て、イオン源ガス２６を二重絶縁管４０の上流側で遮断
するのが好ましく、そのようにすれば、イオン源ガス２
６の漏れを速やかに停止させることができる。この真空
計６２による真空度悪化の検出に応じて操作弁３６を閉
じる動作は、この実施例のようにシーケンサ等から成る
制御装置６６を設けてそれに行わせるのが好ましく、そ
のようにすれば保護動作の自動化を図ることができる。

【００２８】また、この実施例のように圧力計３８を設
けて金属配管３２内のガス圧を計測するのが好ましく、
そのようにすれば、減圧弁２８の異常でガス圧が異常に
上昇した場合の内側絶縁管４２の破損や、ガス圧の異常
低下に伴う内側絶縁管４２内部での放電の開始を速やか
に検出することができる。更に、この圧力計３８による
ガス圧異常の検出に応じて、上記操作弁３６を閉じてイ
オン源ガス２６を二重絶縁管４０の上流側で遮断するの
が好ましく、そのようにすれば、内側絶縁管４２の破損
等を速やかに防止することができる。この圧力計３８に
よるガス圧異常の検出に応じて操作弁３６を閉じる動作
も、この実施例のように制御装置６６に行わせるのが好
ましく、そのようにすれば保護動作の自動化を図ること
ができる。

【００２９】また、プラズマ生成部４へ複数種類のイオ
ン源ガス２６を供給する等の場合は、必要に応じて、二
重絶縁管４０の内側絶縁管４２内に複数の穴を設け、か
つガス源２４から金属配管３２まで、および金属配管３
４から流量調節器３０までをそれぞれ複数ライン設け、
内側絶縁管４２の各穴に各金属配管３２および３４をそ
れぞれ接続しても良い。

【００３０】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、イオン
源のプラズマ生成部と大地電位部に設置されたガス源と
の間の電気絶縁を二重絶縁管によって行うことができ
る。また万一、二重絶縁管の内側絶縁管の部分からイオ
ン源ガスの漏れが生じても、内側絶縁管と外側絶縁管と
の間は真空排気装置によって真空排気されるので、漏れ
出たイオン源ガスを、当該イオンビーム照射装置の周り
に拡散させずに、所定の安全な場所へ排出することがで
きる。従って、イオン源の高電圧が印加されるプラズマ
生成部に、大地電位部に設けたガス源からイオン源ガス
を安全に導入することができる。その結果、従来例のよ
うにガス源を高電圧架台に設置する場合と違って、当該
イオンビーム照射装置の大型化を防止することができる
と共に、ガス源の交換を安全に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係るイオンビーム照射装置の一例を
示す図である。

【図２】図１中の二重絶縁管の詳細例を拡大して示す断
面図である。

【図３】従来のイオンビーム照射装置の一例を示す図で
ある。

【符号の説明】

２ イオン源 ４ プラズマ生成部 １０ イオンビーム １２ 真空容器 １６ 被照射物 ２４ ガス源 ２６ イオン源ガス ３２、３４ 金属配管 ４０ 二重絶縁管 ４２ 内側絶縁管 ４４ 外側絶縁管 ６４ 真空排気装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 イオン源の高電圧が印加されるプラズマ
   生成部にイオン源ガスを導入し、このイオン源から引き
   出したイオンビームを真空容器内で被照射物に照射する
   構成のイオンビーム照射装置において、大地電位部に設
   けられていて前記イオン源ガスを供給するガス源と、内
   側絶縁管およびそれを囲む外側絶縁管を有する二重絶縁
   管と、この二重絶縁管の内側絶縁管の一端側を前記ガス
   源に接続し他端側を前記イオン源のプラズマ生成部に接
   続する金属配管と、大地電位部に設けられていて前記二
   重絶縁管の内側絶縁管と外側絶縁管との間を真空排気す
   る真空排気装置とを備えることを特徴とするイオンビー
   ム照射装置。