KR20150055564A - 이온생성장치 및 이온생성방법 - Google Patents

이온생성장치 및 이온생성방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이러한 상황을 감안하여 이루어진 것이며, 그 목적으로 하는 점은, 이온주입에 있어서의 중금속이온의 오염을 저감시켜, 생산성이 높은 이온 생성의 기술을 제공하는 것이다.
이온생성장치(10)는, 적어도 일부가 카본을 포함하는 재료로 구성된 아크챔버(12)와, 아크챔버(12) 내에 열전자를 방출하는 열전자방출부(14)와, 아크챔버(12)내에 소스가스 및 배합용가스를 도입하는 가스도입구(24)를 구비한다. 아크챔버에 도입되는 소스가스는, 할로겐화물 가스가 포함되어 있고, 아크챔버에 도입되는 배합용가스는, 탄소원자 및 수소원자를 가지는 화합물이 포함되어 있다.

Description

이온생성장치 및 이온생성방법{ION GENERATION DEVICE AND ION GENERATION METHOD}
본 출원은, 2013년 11월 13일에 출원된 일본 특허출원 제2013-235312호에 근거하여 우선권을 주장한다. 그 출원의 전체 내용은 이 명세서 중에 참고로 원용되어 있다.
본 발명은, 이온생성장치 및 이온생성방법에 관한 것이다.
반도체 제조 공정에서는, 전도성을 변화시킬 목적, 반도체웨이퍼의 결정구조를 변화시킬 목적 등을 위하여, 반도체웨이퍼에 이온을 주입하는 공정이 표준적으로 실시되고 있다. 이 공정에서 사용되는 장치는, 일반적으로 이온주입장치로 불린다.
이러한 이온주입장치에 있어서의 이온원으로서, 직류방전형의 이온원이 알려져 있다. 직류방전형의 이온원은, 직류전류에 의하여 필라멘트를 가열하여 열전자를 발생시켜, 그 열전자에 의하여 캐소드가 가열된다. 그리고, 가열된 캐소드로부터 발생한 열전자가 아크챔버 내에서 가속되어, 도입되어 있는 소스가스분자와 충돌함으로써, 소스가스분자에 포함되어 있는 원자가 이온화된다(특허문헌 1 참조).
일본특허공보 제 3516262호
아크챔버 내에 도입되는 소스가스분자에는, 불화물이나 염화물 등의 할로겐화물이 이용되는 경우가 많다. 할로겐화물의 소스가스분자는, 이온화 과정에서 할로겐 래디컬을 발생시켜, 이 할로겐 래디컬이 이온원을 구성하는 부품, 예를 들면 아크챔버 내벽의 금속재료에 작용하여, 화학 결합한다. 그리고, 화학 결합한 금속재료는, 소스가스분자와 함께 이온화되어, 이온빔으로서 이온원으로부터 인출된다.
그 결과, 아크챔버 내벽의 금속재료가 이온으로서 반도체웨이퍼에 주입되어, 웨이퍼가 금속 등의 불순물이온으로 오염될 우려가 있다. 특히, 직류방전형의 이온원의 경우, 아크챔버 내가 고온이 되기 때문에, 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 탄탈럼(Ta) 등의 고융점금속을 아크챔버 내벽에 이용하는 경우가 있지만, 이러한 고융점금속에 의한 오염은, 반도체소자의 성능 향상을 위해서도 최대한 저감할 것이 요구되고 있다.
따라서, 아크챔버의 벽재로서, 상기 서술한 고융점금속이 아닌 카본을 이용한 구성이 고안되고 있다. 그러나, 이온화의 과정에서 발생하는 할로겐화물 유래의 반응성이 높은 래디컬은, 카본을 쉽게 손모시킨다. 또한, 손모에 의하여 비산한 카본이 챔버 내의 고온부에 퇴적하여, 전도성막이 되면, 절연불량을 초래하기도 한다. 이로 인하여, 이온원의 수명이 현저하게 짧아져, 생산성이 저하된다.
본 발명은 이러한 상황을 감안하여 이루어진 것이며, 그 목적으로 하는 점은, 이온주입에 있어서의 중금속이온의 오염을 저감하여, 생산성이 높은 이온 생성의 기술을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 양태의 이온생성장치는, 적어도 일부가 카본을 포함하는 재료로 구성된 아크챔버와, 아크챔버 내에 열전자를 방출하는 열전자방출부와, 아크챔버 내에 소스가스 및 배합용가스를 도입하는 가스도입부를 구비한다. 아크챔버에 도입되는 소스가스는, 할로겐화물 가스가 포함되어 있으며, 아크챔버에 도입되는 배합용가스는, 탄소원자 및 수소원자를 가지는 화합물이 포함되어 있다.
본 발명의 다른 양태는, 이온생성방법이다. 이 방법은, 적어도 일부가 카본을 포함하는 재료로 구성된 아크챔버 내에 소스가스 및 배합용가스를 도입하는 도입 공정과, 아크챔버 내에 열전자를 방출하는 방출 공정과, 소스가스와 열전자와의 충돌로 플라즈마를 생성하는 생성 공정과, 플라즈마로부터 이온을 외부로 인출하는 인출 공정을 구비한다. 아크챔버에 도입되는 소스가스는, 할로겐화물 가스가 포함되어 있으며, 아크챔버에 도입되는 배합용가스는, 탄소원자 및 수소원자를 가지는 화합물이 포함되어 있다.
다만, 이상의 구성요소의 임의의 조합이나 본 발명의 구성요소나 표현을, 방법, 장치, 시스템 등의 사이에서 서로 치환한 것도 또한, 본 발명의 양태로서 유효하다.
본 발명에 의하면, 이온주입에 있어서의 중금속이온의 오염을 저감하여, 생산성이 높은 이온생성의 기술을 제공할 수 있다.
도 1은 본 실시형태에 관한 이온원의 아크챔버 내 및 가스박스를 나타내는 모식도이다.
도 2는 도 1에 나타내는 이온원의 A－A단면을 나타내는 모식도이다.
도 3은 카본소스 내에서 발생하는 손모, 퇴적반응을 설명하기 위한 모식도이다.
도 4는 메탄 단일체를 아크챔버에 도입하여 이온화했을 경우의 빔스펙트럼을 나타내는 도이다.
도 5는 아크챔버를 그라파이트(카본)로 구성한 이온생성장치에 있어서 BF3가스를 도입하여 이온화했을 경우의 빔스펙트럼을 나타내는 도이다.
도 6은 아크챔버를 그라파이트(카본)로 구성한 이온생성장치에 있어서 BF3가스에 더해 메탄가스를 도입하여 이온화했을 경우의 빔스펙트럼을 나타내는 도이다.
이하, 도면을 참조하면서, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해 상세하게 설명한다. 다만, 도면의 설명에 있어서 동일한 요소에는 동일한 부호를 붙이고, 중복되는 설명을 적절히 생략한다. 또한, 이하에 기술하는 구성은 예시이며, 본 발명의 범위를 전혀 한정하는 것은 아니다.
도 1은, 본 실시형태에 관한 이온원의 아크챔버 내 및 가스박스를 나타내는 모식도이다. 도 2는, 도 1에 나타내는 이온원의 A－A단면을 나타내는 모식도이다.
본 실시형태에 관한 이온생성장치(10)는, 직류방전형의 이온원이며, 아크챔버(12)와, 열전자방출부(14)와, 리펠러(18)와, 서프레션전극(20)과, 그라운드전극(22)과, 각종 전원을 구비한다.
아크챔버(12)는, 소스가스를 도입하는 가스도입구(24)와, 이온빔이 인출되는 개구부로서의 프론트슬릿(26)이 형성되어 있다.
열전자방출부(14)는, 아크챔버 내에 열전자를 방출하는 것이며, 필라멘트(28)와 캐소드(30)를 가진다. 리펠러(18)는, 열전자방출부(14)와 대향하는 위치에 마련되어 있으며, 리펠러플레이트(32)를 가진다. 캐소드(30)와 리펠러플레이트(32)는, 대향하여 대략 평행으로 마련되어 있다.
필라멘트(28)는, 필라멘트전원(34)으로 가열되어, 선단에 열전자를 발생시킨다. 필라멘트(28)에서 발생한 (1차)열전자는, 캐소드전원(36)으로 가속되어, 캐소드(30)에 충돌하고, 그 충돌 시에 발생하는 열로 캐소드(30)를 가열한다. 가열된 캐소드(30)는 (2차)열전자(40)를 발생시키고, 이 (2차)열전자(40)가, 아크전원(38)에 의하여 캐소드(30)와 아크챔버(12)와의 사이에 인가된 아크전압에 의하여 가속되어, 가스분자를 전리하기에 충분한 에너지를 가진 빔전자로서 아크챔버(12) 내로 방출된다.
한편, 이온생성장치(10)는, 캐소드(30)와 리펠러(18)를 연결하는 축 방향으로 소스자장코일에 의하여 야기되는 외부 자장(B)이 인가되고 있다. 또한, 빔전자를 방출하는 캐소드(30)와 대향시켜 리펠러(18)가 마련되어 있기 때문에, 빔전자는 자장(B)을 따라 캐소드(30)와 리펠러(18)와의 사이를 왕복 이동하고, 아크챔버(12)에 도입된 소스가스분자와 충돌 전리하여 이온을 발생시켜, 아크챔버(12)에 플라즈마(42)를 생성한다. 빔전자는, 인가자장에 의하여 대략 한정된 범위에 존재하므로 이온은 그 범위에서 주로 생성되어, 확산에 의하여 아크챔버(12) 내벽, 프론트슬릿(26), 캐소드(30), 리펠러(18)에 도달하여, 벽면에서 소실된다.
본 실시형태에 관한 이온생성장치(10)는, (2차)열전자(40)를 방출하는 직류방전형의 이온원이며, 아크챔버(12)의 내부는 매우 고온이 된다. 이로 인하여, 아크챔버(12)는, 고융점재료, 구체적으로는, W, Mo, Ta 등의 고융점금속이나 그들의 합금, 그라파이트(C) 등으로 구성되어 있다. 이로써, 직류방전형 이온원과 같이, 아크챔버 내가 비교적 고온이 되는 환경하에서도, 아크챔버를 녹기 어렵게 할 수 있다.
소스가스에는, 희가스나, 수소(H2), 포스핀(PH3), 아르신(AsH3) 등의 수소화물, 삼불화붕소(BF3), 사불화게르마늄(GeF4) 등의 불화물, 삼염화인듐(InCl3) 등의 염화물 등의 할로겐화물이 이용된다. 이들 소스가스는, 아크챔버(12)에 도입되어, (2차)열전자(40)에 의하여 이온화되는데, 여기된 이온은, 아크챔버(12)의 내벽, 프론트슬릿(26), 캐소드(30), 리펠러(18)에 입사하여 충돌하면, 각 부의 구성 소재(W, Ta, Mo, 그라파이트 등)를, 스퍼터나 화학적 에칭에 의하여 마멸시킨다. 또한, 소스가스가 불화물일 경우, 예를 들면, BF3의 경우, 이온화에 의하여 B＋, BF＋, BF2 ＋, F＋, F2 ＋가 생성되고, 이들 이온이 아크챔버(12)의 내부의 벽면에서 중성화되면, F, F2 등의 반응성이 높은 불소 래디컬이 생성된다.
불소 래디컬은, 이온생성장치(10)를 구성하는 부품의 재료와 화학 결합하여, WFx, TaFx, MoFx, CFx 등의 불화물이 된다. 이들 불화물은, 비교적 저온에서 가스화되기 때문에 아크챔버 내에서 도입 소스가스와 함께 이온화되어, W＋, Ta＋, Mo＋ 등의 이온빔으로서 도입 소스가스의 주이온빔과 함께 인출되어 버린다.
한편, 최근의 이온주입에서는 반도체소자의 성능 향상을 위하여, 고융점금속과 같은 중금속이온(W＋, Ta＋, Mo＋ 등)에 의한 금속오염(메탈컨테미네이션)의 저감이 까다롭게 요구되고 있다. 그러나, 상기 서술한 바와 같이, 이온소스가스에 포함되는 불소와, 이온원을 구성하는 아크챔버(12) 등의 고융점재료가 화학 결합하여 가스화되어, 불필요한 불순물이온으로서 아크챔버(12)로부터 인출되는 것은 바람직하지 않다.
또한, 이온빔으로서 인출된 이들 중금속이온은, 빔라인 내에 퇴적됨과 함께, 그 일부는 이온주입부에 도달하여, 주입웨이퍼의 중금속오염을 일으켜, 반도체소자의 수율을 저하시킨다. 또한, 불소 래디컬은 고온의 이온원의 구성물(캐소드, 리펠러, 프론트슬릿, 아크챔버 등)을 단시간에 식모(蝕耗)시킴과 함께, 일부의 고온부재에 퇴적되어, 절연불량 등의 문제를 일으킨다. 이로 인하여, 각 부품을 빈번히 교환할 필요가 있어, 이온원이나 이온원을 구비하는 이온주입장치의 메인터넌스 사이클을 짧게 하여 그 생산성을 저하시키게 된다.
상기 서술한 현상을 보다 상세히 서술한다. 도 3은, 카본소스 내에서 발생하는 손모, 퇴적 반응을 설명하기 위한 모식도이다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 특히 반응성이 높은 불소 래디컬은 아크챔버 벽에 흡착(부착)되고, 벽면 부재(W, Mo, Ta, C 등)와 화학적으로 결합하여, WFx, MoFx, TaFx, CFx 등이 발생한다. 이들 불화물은, 수백도 이하의 비교적 저온에서 기화되기 때문에, 운전 시에 1000℃ 이상에 이르는 소스 벽면으로부터 기화(증발)되어 소스 내벽을 식모시킨다. 그 기화된 불화물은, 또한 고온의 캐소드 주변이나 리펠러의 소스 내벽면에서 열분해되어 불소가 해리(탈리)하여, W, Mo, Ta, C 등이 퇴적되어 간다. 이른바, 할로겐 사이클이 일어난다.
아크챔버 내에서 불소 래디컬에 의한 식모나 퇴적이 일어나면, 상기 서술한 바와 같이 부재의 형상변화나, 초기 간극의 저하 등에 의하여 절연불량이나 빔 성능의 저하가 일어난다. 특히, 고온의 그라파이트(카본)는 불소와 쉽게 반응하여 가스체인 CFx가 된다. 그리고, 소스가스와 혼합하여 아크챔버 내에서 이온화되어, 다량의 카본이온을 발생시킨다. 그 카본이온이 빔으로서 다량으로 인출되어, 빔 인출 효율을 저하시킨다. 이와 함께 인출전극의 인슐레이터 등의 절연체 표면에 부착되어 단시간에 절연불량을 초래하여, 인슐레이터의 교환 등의 빈번한 메인터넌스가 필요하게 된다.
따라서, 본 발명자가 예의검토한 결과, 이하의 기술에 상도했다. 즉, 고온의 이온소스 내에서 발생하는 소스물질의 불화물이나 염화물 등의 할로겐화물 유래의 반응성이 높은 래디컬을, 이온원을 구성하는 고융점금속이나 카본(그라파이트)으로 이루어지는 아크챔버(12)와 화학 결합하지 않도록, 효율적으로 저감함으로써, 중금속이온의 발생이나 카본부재의 손모를 억제할 수 있는 점에 상도했다. 또한, 이 기술에 의하여, 카본(그라파이트)이 이용된 아크챔버(12)를 비롯한 이온생성장치(10)를 구성하는 부품의 손모가 억제되어, 이온생성장치(10)의 수명의 장기화를 도모하는 것도 가능해진다.
구체적으로는, 본 실시형태에 관한 이온생성장치(10)는, 적어도 일부가 카본을 포함하는 재료로 구성된 아크챔버(12)와, 아크챔버(12) 내에 열전자를 방출하는 열전자방출부(14)와, 아크챔버(12) 내에 소스가스 및 배합용가스를 도입하는 가스도입구(24)를 구비한다. 아크챔버(12)에 도입되는 소스가스는, 할로겐화물 가스가 포함되어 있으며, 아크챔버에 도입되는 배합용가스는, 탄소원자 및 수소원자를 가지는 화합물이 포함되어 있다.
또한, 가스도입구(24)에는, 가스박스(16)가 접속되어 있다. 가스박스(16)는, 소스가스가 충전되어 있는 소스가스보틀(44)과, 탄소원자 및 수소원자를 가지는 화합물로서의 탄화수소배합용가스가 충전되어 있는 배합용가스보틀(46)과, 희가스가 충전되어 있는 희가스보틀(48)을 수용하고 있다. 또한, 각 보틀로부터 가스도입구(24)를 향하는 유로에는, 가스유량을 조정하는 가스컨트롤러(44a, 46a, 48a)가 마련되어 있어, 각 가스의 혼합비나 가스 농도의 조정이 가능하다.
그리고, 이온생성장치(10)의 아크챔버(12)에 있어서는, 아크챔버(12) 내에서 소스가스가 이온화되고, 그 일부가 할로겐 래디컬로서 생성된다. 그러나, 할로겐 래디컬은, 배합용가스에 포함되는 수소원자와 결합하여 수소화합물이 됨으로써, 아크챔버를 구성하는 부재와의 반응이 억제되어, 부재의 손모가 억제된다.
또한, 수소원자의 공급원으로서 수소가스 자체를 사용하는 경우도 있을 수 있다. 그러나, 수소가스는 폭발한계가 매우 넓기 때문에 취급이 어렵고, 설비도 고가가 되기 쉽다. 한편, 탄화수소 배합용가스는, 수소가스와 비교하여 폭발한계가 좁고, 취급이 비교적 쉬우며, 아크챔버(12) 내에 간단하게 수소를 공급할 수 있다. 특히, 탄화수소는, 메탄(CH4), 에탄(C2H6), 프로판(C3H8) 및 부탄(C4H10)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 일종의 가스가 바람직하다. 이로써, 아크챔버 내에 비교적 안전하게 수소를 공급할 수 있다. 특히 CH4는 폭발한계가 5.3~14%로 좁고, 가정용 연료로서도 사용되고 있기 때문에, 취급이 용이하다.
소스가스보틀(44)에 충전되는 가스로서는, 할로겐화물 가스가 적합하다. 구체적으로는, BF3, GeF4, PF3 등의 불화물 가스, InCl3 등의 염화물 가스, InI 등의 요오드화물 가스, InBr 등의 브롬화물 가스를 들 수 있다.
다만, 아크챔버(12)는, 필라멘트(28) 및 캐소드(30)를 제외한 내벽의 표면이 카본으로 구성되어 있어도 된다. 이로써, Mo, W, Ta 등의 고융점금속을 아크챔버 내벽에 이용하는 경우와 비교하여, 이온주입에 있어서의 중금속이온의 오염을 보다 저감시킬 수 있다.
다음으로, 탄화수소 도입의 효과에 대하여 설명한다. 도 4는, 메탄 단일체를 아크챔버에 도입하여 이온화했을 경우의 빔스펙트럼을 나타내는 도이다.
CH4는 이온화에너지가 낮아 쉽게 이온화되기 때문에, 도 4에 나타내는 바와 같이, Hx＋의 피크가 매우 크고, 수소이온이 다량으로 존재하는 것을 알 수 있다. 한편, 불소 등의 할로겐은 쉽게 수소와 반응하여 상온에서 기체의 수소화합물을 생성하기 때문에, 수소원자를 다량으로 포함하는 탄화수소를 배합용가스로서 도입하면, 불화물 등의 이온화 시에 발생하는 반응성이 높은 불소(할로겐) 래디컬 등을 수소와 반응시켜, 수소화합물 가스로서 효율적으로 배기하는 것이 가능해진다. 이로써, 불소와 아크챔버의 구성물질(예를 들면 카본)과의 반응은 억제되어, CFx나 WFx 등의 불화물의 발생은 적어진다.
도 5는, 아크챔버를 그라파이트(카본)로 구성한 이온생성장치에 있어서 BF3가스를 도입하여 이온화했을 경우의 빔스펙트럼을 나타내는 도이다. 도 6은, 아크챔버를 그라파이트(카본)로 구성한 이온생성장치에 있어서 BF3가스에 더해 메탄가스를 도입하여 이온화했을 경우의 빔스펙트럼을 나타내는 도이다.
도 5에 나타내는 바와 같이, C＋, F＋, CFx＋의 피크가 크고, 아크챔버의 카본이 F로 손모하여, CFx가스가 되어 이온화되고 있는 것이 추측된다. 한편, 도 6에 나타내는 바와 같이, CH4를 유량 1.68sccm의 배합용가스로서 도입했을 경우, C＋의 피크가 1/3로 저하되고, HF＋의 피크가 증가하고 있어, 효율적으로 불소가 제거되고 있는 것을 알 수 있다. 또한, 도 4에 나타내는 바와 같이, CH4의 이온화 시에 발생하는 CHx＋(분자량이 약 13~18)가 도 6에서는 거의 볼 수 없는 점으로부터, CHx＋에 포함되어 있던 수소가 불소와 반응하고 있는 것을 알 수 있다.
이와 같이, 불화물이나 염화물 등의 할로겐화물을 소스가스로서 사용하는 경우에, 상온에서 가스형상의 탄화수소(메탄, 에탄, 프로판, 부탄 등)를 배합용가스로서 동시에 플라즈마챔버에 도입하여 플라즈마화함으로써, 탄화수소에 다수 개 포함되는 수소원자가 할로겐과 쉽게 반응하여, 불화수소 혹은 염화수소 등의 수소화물(할로겐화수소)의 가스로서 배출된다. 따라서, 아크챔버 내의 할로겐을 효율적으로 외부로 배출할 수 있다.
이로 인하여, 아크챔버를 구성하는 그라파이트의 손모가 매우 적어짐과 함께, 불화탄소이온이나 염화탄소이온이 감소하기 때문에, 고온부로의 카본의 퇴적이나 절연물로의 전도성막의 부착이 억제되어, 이온생성장치의 수명의 장기화를 도모할 수 있다. 또한, 탄화수소는 일 분자에 다수의 수소원자를 포함하기 때문에, 수소원자의 도입에는 수소보다 효율적이기도 하다.
이와 같이, 소스가스와 함께 수소를 포함하는 배합용가스를 도입함으로써, 아크챔버(12) 내의 빔 인출부의 손모가 적어져, 형상도 장기에 걸쳐 유지되기 때문에, 빔특성의 악화가 억제된다. 또한, 이온화되는 불화물 가스가 감소하므로, 금속이온이나 카본이온의 인출도 감소하여, 메탈컨테미네이션의 저감이나 인출전극의 수명의 장기화를 도모할 수 있다.
상기 서술한 내용을 이온생성방법으로서 파악하면, 이 방법은, 적어도 일부가 카본을 포함하는 재료로 구성된 아크챔버 내에 소스가스 및 배합용가스를 도입하는 도입 공정과, 아크챔버 내에 열전자를 방출하는 방출 공정과, 소스가스와 열전자와의 충돌로 플라즈마를 생성하는 생성 공정과, 플라즈마로부터 이온을 외부로 인출하는 인출 공정을 구비한다. 아크챔버에 도입되는 소스가스는, 할로겐화물 가스가 포함되어 있고, 아크챔버에 도입되는 배합용가스는, 탄소원자 및 수소원자를 가지는 화합물이 포함되어 있다.
이로써, 아크챔버 내에서 소스가스가 이온화되어, 그 일부가 할로겐 래디컬로서 생성된다. 그러나, 할로겐 래디컬은, 배합용가스에 포함되는 수소원자와 결합하여 수소화합물이 됨으로써, 아크챔버를 구성하는 부재와의 반응이 억제되어, 부재의 손모가 억제된다. 다만, 아크챔버(12) 내에 있어서, 플라즈마를 생성할 때의 온도는 600℃ 이상이 바람직하다. 또한, 가스박스(16)로부터 소스가스 및 배합용가스에 더해 희가스를 도입하여도 된다. 희가스는, 아르곤(Ar), 네온(Ne), 크세논(Xe) 등이다.
이상, 본 발명을 상기 서술한 실시형태를 참조하여 설명했지만, 본 발명은 상기 서술한 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 실시형태의 구성을 적절히 조합한 것이나 치환한 것에 대해서도 본 발명에 포함되는 것이다. 또한, 당업자의 지식에 근거하여 실시형태에 있어서의 조합이나 처리의 순서를 적절히 변경하는 것이나 각종의 설계 변경 등의 변형을 실시형태에 대해서 가하는 것도 가능하며, 그러한 변형이 가해진 실시형태도 본 발명의 범위에 포함될 수 있다.
가스박스(16)가 구비하는 가스보틀은, 반드시 상기 서술한 바와 같이 3개로 나누어져 있을 필요는 없고, 소스가스와 배합용가스가 소정의 농도비로 혼합되어 있는 소스가스보틀(44)과 희가스보틀(48)의 2개를 이용해도 된다. 또한, 희가스와 배합용가스가 소정의 농도비로 혼합된 배합용가스보틀(46)과, 소스가스보틀(44)의 2개를 이용해도 된다.
또한, 열전자방출부(14)는, 필라멘트로부터 발생시킨 (1차)열전자에 의하여 직접 이온화시키는 전자충돌형 이온소스나, 필라멘트로부터 발생시킨 (1차)열전자를 캐소드캡에 충돌시켜 캐소드캡으로부터 (2차)열전자(40)를 발생시키는 방열형(傍熱型) 전자충돌형 이온소스여도 된다.
10 이온생성장치
12 아크챔버
14 열전자방출부
16 가스박스
18 리펠러
20 서프레션전극
22 그라운드전극
24 가스도입구
26 프론트슬릿
28 필라멘트
30 캐소드
32 리펠러플레이트
34 필라멘트전원
36 캐소드전원
38 아크전원
40 열전자
42 플라즈마
44 소스가스보틀
46 배합용가스보틀
48 희가스보틀

Claims (15)

  1. 적어도 일부가 카본을 포함하는 재료로 구성된 아크챔버와,
    상기 아크챔버 내에 열전자를 방출하는 열전자방출부와,
    상기 아크챔버 내에 소스가스 및 배합용가스를 도입하는 가스도입부를 구비하고,
    상기 아크챔버에 도입되는 상기 소스가스는, 할로겐화물 가스가 포함되어 있으며,
    상기 아크챔버에 도입되는 상기 배합용가스는, 탄소원자 및 수소원자를 가지는 화합물이 포함되어 있는
    것을 특징으로 하는 이온생성장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 배합용가스는, 탄화수소인 것을 특징으로 하는 이온생성장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 탄화수소는, CH4, C2H6, C3H8 및 C4H10으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 일종의 가스인 것을 특징으로 하는 이온생성장치.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 소스가스는, 불화물 가스를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온생성장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 불화물 가스는, BF3, GeF4 및 PF3으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 일종의 가스인 것을 특징으로 하는 이온생성장치.
  6. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 소스가스는, 염화물 가스, 요오드화물 가스 및 브롬화물 가스로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 일종의 가스를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온생성장치.
  7. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 아크챔버는, 필라멘트 및 캐소드를 제외한 내벽의 표면이 카본으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 이온생성장치.
  8. 적어도 일부가 카본을 포함하는 재료로 구성된 아크챔버 내에 소스가스 및 배합용가스를 도입하는 도입 공정과,
    상기 아크챔버 내에 열전자를 방출하는 방출 공정과,
    상기 소스가스와 상기 열전자와의 충돌로 플라즈마를 생성하는 생성 공정과,
    상기 플라즈마로부터 이온을 외부로 인출하는 인출 공정을 구비하고,
    상기 아크챔버에 도입되는 상기 소스가스는, 할로겐화물 가스가 포함되어 있으며,
    상기 아크챔버에 도입되는 상기 배합용가스는, 탄소원자 및 수소원자를 가지는 화합물이 포함되어 있는
    것을 특징으로 하는 이온생성방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 생성 공정은, 아크챔버 내의 온도가 600℃ 이상이 되는 것을 특징으로 하는 이온생성방법.
  10. 청구항 8 또는 청구항 9에 있어서,
    상기 배합용가스는, 탄화수소인 것을 특징으로 하는 이온생성방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 탄화수소는, CH4, C2H6, C3H8 및 C4H10으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 일종의 가스인 것을 특징으로 하는 이온생성방법.
  12. 청구항 8 또는 청구항 9에 있어서,
    상기 소스가스는, 불화물 가스를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온생성방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 불화물 가스는, BF3, GeF4 및 PF3으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 일종의 가스인 것을 특징으로 하는 이온생성방법.
  14. 청구항 8 또는 청구항 9에 있어서,
    상기 도입 공정은, 상기 소스가스 및 상기 배합용가스에 더해 희가스를 도입하는 것을 특징으로 하는 이온생성방법.
  15. 청구항 8 또는 청구항 9에 있어서,
    상기 할로겐화물 가스에 포함되어 있는 할로겐을 할로겐화수소로서 배출하는 배출 공정을 더욱 구비하는 것을 특징으로 하는 이온생성방법.
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