JPH11162397A

JPH11162397A - イオンビーム照射装置

Info

Publication number: JPH11162397A
Application number: JP34208397A
Authority: JP
Inventors: Yasunori Ando; 靖典安東
Original assignee: Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Nissin Electric Co Ltd
Priority date: 1997-11-26
Filing date: 1997-11-26
Publication date: 1999-06-18
Anticipated expiration: 2017-11-26
Also published as: JP3405161B2

Abstract

(57)【要約】【課題】イオン源から引き出されるイオンビームの組
成を、小型の質量分析装置を用いて正確に分析すること
を可能にする。【解決手段】イオン源２のプラズマ生成部４に、その
内部で生成されるプラズマ６を構成するイオンの一部７
を小孔７６を通して入射させて当該イオン７の質量分析
を行う質量分析装置７０を取り付け、大地電位部に、質
量分析装置７０内を真空排気する真空排気装置９２を設
けている。質量分析装置７０はプラズマ生成部４と同じ
高電位になるので、質量分析装置７０と真空排気装置９
２とを接続する排気配管８８の途中に絶縁管９０を設け
て電気絶縁を行っている。

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
を処理室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、そのイオン源から引き出され
るイオンビームの組成を分析する手段に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５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、処理室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。処理室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〜
１００ｋＶ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
の電極と処理室１２とは接地されている。この場合のイ
オンビーム１０のエネルギーは、約１０ｋｅＶ〜１００
ｋｅＶ程度になる。

【０００５】イオン源ガス２６は、それを処理室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】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を質量分離することな
くそのまま被照射物１６に照射するため、被照射物１６
への所望のイオンの注入量（ドーズ量）を測定する等の
ためには、イオン源２から引き出されるイオンビーム１
０の組成を知る（分析する）必要がある。そのために従
来は、処理室１２のイオン源２に対向する部分に連通す
るように質量分析装置１８を設け、それにイオン源２か
ら引き出されたイオンビーム１０の一部を入射させ、こ
の質量分析装置１８によってイオンビーム１０の質量分
析を行うようにしている。質量分析装置１８は、磁界ま
たは直交電磁界を用いてイオンビーム１０の質量分離を
行う質量分離器１８ａと、それから導出されるイオンを
受けるイオン検出器１８ｂとを備えている。なお、この
ような質量分析装置１８を備えるイオン注入装置が、例
えば特開平６−３６７３７号公報に開示されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記イオンビーム照射
装置においては、イオン源２から引き出されたイオンビ
ーム１０を質量分析装置１８で質量分析するため、当該
イオンビーム１０のエネルギーが大きくなるに従って、
質量分析装置１８（より具体的にはそれを構成する質量
分離器１８ａ）が大型化する。例えば、質量分離器１８
ａが磁場偏向を利用するものの場合、イオンビーム１０
のエネルギーが大きくなるに従って、当該イオンビーム
１０中のイオンを偏向させるのに必要な磁場強度が著し
く大きくなり、当該質量分離器１８ａを構成するコイル
が著しく大型化する。質量分離器１８ａが直交電磁界を
利用するものの場合も同様である。ちなみに、イオン源
２から引き出されるイオンビーム１０のエネルギーは、
例えば前述したように１０ｋｅＶ〜１００ｋｅＶ程度で
あり、非常に大きい。

【００１０】また、イオン源２が大型（大面積）でそれ
から処理室１２内へ拡散するイオン源ガス２６が多い等
の理由で、処理室１２内の真空度が良くない（即ちガス
圧が高い）状態の場合、イオン源２から出て質量分析装
置１８で分析される迄の間に、イオンビーム１０中のイ
オンは、雰囲気中のガス分子との衝突によって中性化し
たり、分子イオンが分解されたりするので、質量分析装
置１８で分析するイオンビーム１０の組成が本来のもの
とは異なったものに変化して、正確な分析を行うことが
できない。

【００１１】そこでこの発明は、イオン源から引き出さ
れるイオンビームの組成を、小型の質量分析装置を用い
て正確に分析することができるイオンビーム照射装置を
提供することを主たる目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明に係る第１のイ
オンビーム照射装置は、前記イオン源のプラズマ生成部
に取り付けられていて当該プラズマ生成部で生成される
プラズマを構成するイオンの一部を小孔を通して入射さ
せて当該イオンの質量分析を行う質量分析装置と、大地
電位部に設けられていて前記質量分析装置内を真空排気
する真空排気装置と、この真空排気装置と前記質量分析
装置とを接続する排気配管の途中に設けられた絶縁管と
を備えることを特徴としている（請求項１）。

【００１３】上記構成によれば、イオン源のプラズマ生
成部に取り付けた質量分析装置によって、プラズマ生成
部で生成されるプラズマを構成するイオンの一部を取り
込んでその質量分析を行うことができる。しかもこの質
量分析装置内を真空排気する真空排気装置を備えている
ので、質量分析装置内において、取り込んだイオンが残
留ガス分子と衝突して中性化、分解等を起こすことを抑
制することができ、従って当該イオンの質量分析を正確
に行うことができる。

【００１４】このように質量分析装置に取り込んで質量
分析を行うイオンと、イオン源の引出し電極系から引き
出されるイオンビームとは、どちらも同じプラズマから
取り出されるものであり、基本的には互いに同じ組成を
有している。従って、上記質量分析装置によって上記イ
オンの質量分析を正確に行うことによって、イオン源か
ら引き出されるイオンビームの組成を、間接的にではあ
るけれども、処理室内の真空度悪化の影響を受けずに正
確に分析することができる。

【００１５】しかも、プラズマ生成部から上記質量分析
装置に入射するイオンは、プラズマ周辺部のイオンシー
ス中の電界による加速エネルギーやプラズマの拡散に伴
う運動エネルギーを有しているだけであるので、引出し
電極系から引き出すイオンビームに比べてエネルギーが
遙かに小さく、従って質量分析装置を小型化することが
できる。

【００１６】また、大地電位部に設けた真空排気装置
と、プラズマ生成部に取り付けることによって高電圧が
印加される質量分析装置との間の電気絶縁は、上記絶縁
管によって行うことができ、真空排気装置を大地電位部
に設けているので、当該真空排気装置への電力供給が容
易になると共に、引出し電極系等の高電圧部で発生する
高電圧サージの影響を受けにくくなり、高電圧サージに
よる真空排気装置の故障や誤動作を防止することができ
る。

【００１７】

【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
質量分析装置の詳細例を拡大して示す断面図である。図
５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。

【００１８】この実施例においては、従来例のように処
理室１２に質量分析装置１８を取り付けるのではなく、
イオン源２のプラズマ生成部４に質量分析装置７０を取
り付けている。この質量分析装置７０は、プラズマ生成
部４で生成されるプラズマ６を構成するイオンの一部７
を小孔７６を通して入射させて、当該イオン７の質量分
析を行うものである。

【００１９】詳述すると、図２に示すように、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）の側壁部に穴６８を設け、この穴６８に連通す
るように質量分析装置７０をプラズマ生成部４に取り付
けている。この質量分析装置７０は、真空容器７２と、
その入口部に設けられたマスク７４と、その奥に設けら
れた質量分離器７８と、その奥に設けられたイオン検出
器８０と、それに接続された電流計８２とを備えてい
る。

【００２０】マスク７４は、入射するイオンを制限する
と共に、プラズマ生成部４内と質量分析装置７０内との
間に圧力差をつけるものであり、プラズマ６を構成する
イオンの一部７を入射させる小孔７６を有している。こ
の小孔７６の大きさは、例えば直径で１ｍｍ〜３ｍｍ程
度である。

【００２１】質量分離器７８は、磁界および電界の少な
くとも一方を用いて、小孔７６を通して入射して来るイ
オン７の質量分離（イオンをその質量ｍと電荷ｑとの比
ｍ／ｑの違いによって選り分けること）を行うものであ
る。この質量分離器７８は、図２に示すものは、四重極
電極を有する四重極質量分離器であるが、その他、磁界
によってイオン７を偏向させて質量分離する分析マグネ
ット、直交電磁界（Ｅ×Ｂ）によってイオン７を質量分
離するＥ×Ｂ分離器（ウィーンフィルタとも呼ばれる）
等でも良い。

【００２２】イオン検出器８０は、質量分離器７８から
導出されるイオンを受けてそれを電流として計測するも
のであり、この例ではファラデーカップから成る。この
イオン検出器８０には、即ちこのイオン検出器８０とプ
ラズマ生成容器５との間には、電流計８２が接続されて
おり、それによってイオン検出器８０に流れるイオン電
流を計測することができる。

【００２３】このイオンビーム照射装置は、更に、大地
電位部に設けられていて、質量分析装置７０内を真空排
気する真空排気装置９２を備えている。この真空排気装
置９２と質量分析装置７０とは金属製の排気配管８８で
接続されており、その途中に絶縁管９０が設けられてい
る。排気配管８８の一端側は、図２に示すように、真空
容器７２の側壁部であって質量分離器７８の近傍に設け
た排気口８４の部分に接続している。図２中の８６およ
び８７は、シール（密封）用のＯリング等から成るパッ
キンである。

【００２４】プラズマ生成部４は、引出し電極系８を介
して前述した真空排気装置１４によって真空排気される
と共に、そこにプラズマ６の生成のための前述したイオ
ン源ガス２６が導入され、イオン源２の動作中は例えば
１０^-3〜１０^-4Ｔｏｒｒ程度に保たれる。一方、このプ
ラズマ生成部４と質量分析装置７０とは小孔７６を介し
てつながっており、この質量分析装置７０内は真空排気
装置９２によって例えば１０^-5〜１０^-6Ｔｏｒｒ程度に
真空排気される。即ち、プラズマ生成部４と質量分析装
置７０とは差動排気される。

【００２５】質量分析装置７０は、プラズマ生成部４に
取り付けているため、プラズマ生成部４と同様に、直流
電源２０から前述した高電圧が印加され、高電位にな
る。一方、真空排気装置９２は上記のように大地電位部
に設置されている。そこで、この実施例では、上記のよ
うに排気配管８８の途中に絶縁管９０を設けて、この絶
縁管９０で、質量分析装置７０と真空排気装置９２との
間の電位差を、即ち質量分析装置７０に印加される高電
圧を絶縁している。この絶縁管９０は、例えばアルミナ
等のセラミックス、フッ素樹脂等の樹脂から成る。この
絶縁管９０と排気配管８８との接続部には、シール用の
Ｏリング等から成るパッキンが設けられているが、図１
ではその図示を省略している。

【００２６】このイオンビーム照射装置においては、イ
オン源２のプラズマ生成部４で生成されるプラズマ６を
構成するイオンの一部７を、小孔７６を通して質量分析
装置７０に入射させ、この質量分析装置７０によってイ
オン７の質量分析を行うことができる。プラズマ６の周
辺部とプラズマ生成容器５との間にはイオンシースが形
成され、このイオンシース中の電界によってプラズマ６
中のイオンはプラズマ生成容器５の壁面に向けて加速さ
れ、その一部７が小孔７６を通して質量分析装置７０に
入射する。また、プラズマ６の拡散運動によってもそれ
を構成するイオンの一部が小孔７６を通して質量分析装
置７０に入射する。このようにして質量分析装置７０に
入射するイオン７のエネルギーは、例えば１ｅＶ〜１０
０ｅＶ程度である。

【００２７】しかもこのイオンビーム照射装置では、質
量分析装置７０内を真空排気する真空排気装置９２を備
えているので、質量分析装置７０内の真空度を高くして
（即ちガス圧を低くして）、質量分析装置７０内におい
て、入射したイオン７が残留ガス分子と衝突して中性
化、分解等を起こすことを抑制することができる。従っ
て、当該イオンの質量分析を正確に行うことができる。

【００２８】このようにして質量分析装置７０に取り込
んで質量分析を行うイオン７と、イオン源２の引出し電
極系８から引き出されるイオンビーム１０とは、どちら
も同じプラズマ６から取り出されるものであり、基本的
には互いに同じ組成を有している。従って、上記質量分
析装置７０によって上記イオン７の質量分析を正確に行
うことによって、イオン源２から引き出されるイオンビ
ーム１０の組成を、間接的にではあるけれども、処理室
１２内の真空度悪化の影響を受けずに正確に分析するこ
とができる。

【００２９】しかも、プラズマ生成部４から質量分析装
置７０に入射するイオン７のエネルギーは、前述したよ
うに例えば１ｅＶ〜１００ｅＶ程度であり、引出し電極
系８から引き出すイオンビーム１０のエネルギー（これ
は前述したように例えば１０ｋｅＶ〜１００ｋｅＶ程
度）に比べて遙かに小さい。従って、上記イオン７を質
量分離する質量分離器７８が小型のもので済むので、質
量分析装置７０を小型化することができる。

【００３０】また、質量分析装置７０内を真空排気する
真空排気装置９２を大地電位部に設けているので、それ
をプラズマ生成部４と同等の電位の高電圧部に設ける場
合に比べて次のような効果がある。即ち、仮に真空排気
装置９２を、プラズマ生成部４と同等の電位の高電圧部
に設けると、この真空排気装置９２へ大地電位部から電
力を供給するために、絶縁変圧器が必要になる。また、
真空排気装置９２は、引出し電極系８等の高電圧部で発
生する高電圧サージの影響を受けて故障や誤動作を起こ
しやすくなる。更に、真空排気装置９２は前述した高電
圧架台に載せることになるので当該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、このイオンビーム照射装置が大型化する。こ
れに対して、この実施例のように、真空排気装置９２を
大地電位部に設け、それと質量分析装置７０との間の電
気絶縁を絶縁管９０で行うことによって、絶縁変圧器が
不要になるので真空排気装置９２への電力供給が容易に
なると共に、真空排気装置９２が高電圧部で発生する高
電圧サージの影響を受けにくくなるので、高電圧サージ
による真空排気装置９２の故障や誤動作を防止すること
ができる。また、高電圧架台上に真空排気装置９２用の
スペースを必要としないので、このイオンビーム照射装
置の小型化を図ることができる。

【００３１】なお、上記のようにしてイオンビーム１０
の組成を分析することは、この実施例のようにイオン源
２から引き出したイオンビーム１０を質量分離すること
なくそのまま被照射物１６に照射する装置において特に
効果が大きいけれども、そのような装置以外において
も、例えばイオン源２から引き出したイオンビーム１０
を粗く質量分離（即ち質量差の大きいイオン種のみを分
離）した後に被照射物１６に照射する装置においても、
イオン源２からどのような組成でイオンビーム１０が引
き出されているかを知ることは重要であるので、効果を
発揮することができる。

【００３２】ところで、プラズマ生成部４へイオン源ガ
ス２６を導入する上記ガス源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。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】上記例とは違って、大地電位部にガス源２
４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。

【００３６】ちなみに、上記絶縁管９０内にも、プラズ
マ生成部４に導入されたイオン源ガス２６の一部が質量
分析装置７０を経由してわずかながら流れるけれども、
絶縁管９０やその接続部分は真空排気装置９２によって
真空に排気されて負圧になるので、正圧になる金属配管
２７の途中に設ける上記絶縁配管の場合と違って、この
絶縁管９０やその接続部からイオン源ガス２６が外部へ
漏れ出す恐れはない。

【００３７】そこで次に、前述したイオンビーム１０の
組成の分析に関する課題に加えて、このイオン源ガス２
６の導入に関する課題をも解決した実施例を図３に示
す。

【００３８】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。

【００３９】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４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３に示すように一つ
でも良いけれども、図４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。

【００４０】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。

【００４１】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４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。

【００４２】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。

【００４３】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。

【００４４】二重絶縁管４０の高電位側の金属フランジ
４８には、更に、内側絶縁管４２と外側絶縁管４４との
間の空間に連通する穴５１が設けられており、上記質量
分析装置７０に接続された排気配管８８を、この穴５１
に連通するように金属フランジ４８に接続しており、そ
の接続部はＯリング等のパッキン５９（図４参照）でシ
ールされている。

【００４５】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との間およびそこに排気配管８８を経
由して接続された上記質量分析装置７０内を一括して真
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によって質量分析装置７０内が例えば前述し
た１０^-5〜１０^-6Ｔｏｒｒ程度になるように真空排気す
る。コンダクタンスの関係で、内側絶縁管４２と外側絶
縁管４４との間はこれよりも幾分高真空になる。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４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。

【００４６】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。

【００４７】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および真空排気装置
６４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。

【００４８】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４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５に示
した従来例や図１に示した実施例のようにガス源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。

【００４９】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４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。

【００５０】しかもこの実施例では、図１の実施例のよ
うに質量分析装置７０内を大地電位部から真空排気する
ための専用の絶縁管９０および真空排気装置９２を設け
るのではなく、大地電位部に設けたガス源２４からプラ
ズマ生成部４にイオン源ガス２６を安全に導入するため
の二重絶縁管４０および真空排気装置６４を、質量分析
装置７０内の大地電位部からの真空排気にも兼用してい
るので、装置構成の簡素化および装置コストの低減を図
ることができる。

【００５１】また、二重絶縁管４０の内側絶縁管４２か
ら万一ガス漏れが発生した場合、その漏洩箇所の発見に
は、通常はヘリウムディテクタ等の漏洩検出器を用いる
けれども、上記質量分析装置７０に、入射したガスをイ
オン化して検出することができる四重極質量分析装置を
用いれば、この質量分析装置７０を上記漏洩検出器の代
わりに使用することができる。即ち、例えば金属配管３
４側の弁を閉じておいて内側絶縁管４２内に金属配管３
２側から漏洩検出用のガス、例えばヘリウムガスを供給
すれば、漏洩箇所があるとそこからヘリウムが内側絶縁
管４２と外側絶縁管４４との間に漏れ出て排気配管８８
を経由して質量分析装置７０に到達して検出されるから
である。この場合、真空排気装置６４は運転していても
良いけれども、止めておく方が検出の感度は高くなるの
で好ましい。

【００５２】なお、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２６の
漏れを速やかに停止させることができる。この真空計６
２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。

【００５３】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。

【００５４】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。

【００５５】

【発明の効果】この発明は、上記のとおり構成されてい
るので、次のような効果を奏する。

【００５６】請求項１記載の発明によれば、イオン源の
プラズマ生成部に取り付けた質量分析装置によって、プ
ラズマ生成部で生成されるプラズマを構成するイオンの
質量分析を行うことができ、しかもこの質量分析装置内
を真空排気する真空排気装置を備えているので、当該イ
オンの質量分析を正確に行うことができる。このイオン
と、イオン源から引き出されるイオンビームとは、同じ
プラズマから取り出されるものであるので基本的には互
いに同じ組成を有しており、従って上記イオンの質量分
析を正確に行うことによって、イオンビームの組成を正
確に分析することができる。

【００５７】しかも、プラズマ生成部から質量分析装置
に入射するイオンのエネルギーは、引出し電極系から引
き出すイオンビームのエネルギーに比べて遙かに小さい
ので、質量分析装置を小型化することができる。即ち小
型の質量分析装置で済む。

【００５８】また、真空排気装置を大地電位部に設けて
いるので、当該真空排気装置への電力供給が容易になる
と共に、引出し電極系等の高電圧部で発生する高電圧サ
ージの影響を受けにくくなり、高電圧サージによる真空
排気装置の故障や誤動作を防止することができる。

【００５９】請求項２記載の発明によれば、請求項１記
載の発明の上記効果に加えて更に次のような効果を奏す
る。

【００６０】即ち、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および真空排気装置との間の電
気絶縁を二重絶縁管によって行うことができ、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、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。

【００６１】しかも、上記二重絶縁管および真空排気装
置を、質量分析装置内の真空排気にも兼用しているの
で、装置構成の簡素化および装置コストの低減を図るこ
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中の質量分析装置の詳細例を拡大して示す
断面図である。

【図３】この発明に係るイオンビーム照射装置の他の例
を示す図である。

【図４】図３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５】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処理室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７０質量分析装置７６小孔８８排気配管９０絶縁管９２真空排気装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プラズマを生成するものであって高電圧
が印加されるプラズマ生成部および当該プラズマからイ
オンビームを引き出す引出し電極系を有するイオン源か
ら引き出したイオンビームを、真空に排気される処理室
内において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、前記イオン源のプラズマ生成部に取り付
けられていて当該プラズマ生成部で生成されるプラズマ
を構成するイオンの一部を小孔を通して入射させて当該
イオンの質量分析を行う質量分析装置と、大地電位部に
設けられていて前記質量分析装置内を真空排気する真空
排気装置と、この真空排気装置と前記質量分析装置とを
接続する排気配管の途中に設けられた絶縁管とを備える
ことを特徴とするイオンビーム照射装置。
【請求項２】プラズマを生成するものであって高電圧
が印加されるプラズマ生成部および当該プラズマからイ
オンビームを引き出す引出し電極系を有するイオン源か
ら引き出したイオンビームを、真空に排気される処理室
内において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、前記イオン源のプラズマ生成部に取り付
けられていて当該プラズマ生成部で生成されるプラズマ
を構成するイオンの一部を小孔を通して入射させて当該
イオンの質量分析を行う質量分析装置と、大地電位部に
設けられていて前記イオン源のプラズマ生成部にイオン
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、前記
質量分析装置を前記二重絶縁管の内側絶縁管と外側絶縁
管との間の空間に当該二重絶縁管の高電位側において接
続する排気配管と、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およびそこに
前記排気配管を経由して接続された前記質量分析装置内
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。