KR20190002721A - 이온원 및 이온 주입 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이온원의 이온 생성 용기 내에서 이온화 가스와 이온 원료를 반응시켜 이온을 생성할 때 발생한 중간 생성물이 가스 공급관의 공급측 선단부 및 내벽면에 부착되는 양을 최대한 감소시키는 기술을 제공한다. 본 발명의 이온원은 관 형상 가스 도입관(13)을 통하여 용기 내에 도입된 이온화 가스와, 용기 내에 방출된 이온 원료를 반응시켜 이온을 생성하는 이온 생성 용기(11)를 갖는다. 가스 도입관(13)은 가스 공급관(14)에 의해 가스 도입관(13)의 내부 공간(13b)에 이온화 가스를 도입하도록 구성된다. 가스 도입관(13)의 내부 공간(13b)에, 이온 생성 용기(11) 내에서 발생한 중간 생성물을 냉각하여 포착하는 냉각 포착부(33)를 갖는 탈착 가능한 냉각 포착 부재(30)가 설치되어 있다. 냉각 포착부(33)는 가스 도입관(13) 내부 공간(13b)의 가스 공급관(14) 공급측 선단부(14a) 근방에서 이 가스 도입관(13)의 내벽면에 접촉하지 않도록 배치되어 있다.

Description

이온원 및 이온 주입 장치
본 발명은 이온원에 관한 것으로, 특히 이온 주입 장치에 이용하는 이온원의 기술에 관한 것이다.
최근, 기존의 실리콘(Si)기판에 비해 내열성, 내전압성이 뛰어난 탄화 규소(SiC) 기판의 제조 방법이 확립되어, 비교적 저렴하게 구할 수 있게 되었다.
SiC 기판을 이용한 프로세스는 알루미늄 이온을 도펀트로 하여 주입하는 과정이 있어, 알루미늄 이온 빔을 생성하는 이온원를 갖는 이온 주입 장치가 사용되고 있다.
이러한 이온원에 있어서, 알루미늄 이온을 생성하는 방법으로는 용기 내에 설치된 알루미늄나이트라이드 또는 알루미나와, 용기 내에 도입된 불소계 가스(예를 들면 PF3)를 반응시키는 방법이 있다.
그러나 알루미늄나이트라이드와 PF3를 반응시키는 방법은 중간 생성물로서 불화알루미늄(AlFx)이 발생하고, 이 발생한 불화알루미늄이 가스 도입관 내부 공간의 저온면, 특히 가스 공급관의 공급측 선단부 및 내벽면에 부착되어 가스 공급관을 막아 버리는 문제가 있다.
이로 인해 종래 기술에서는 이온원의 관리/보수를 빈번히 수행해야 하는 과제가 있었다.
일본 특허공개 2015-95414호 공보
본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는 이온원의 이온 생성 용기 내에서 이온화 가스와 이온 원료를 반응시켜 이온을 생성할 때 발생한 중간 생성물이 가스 공급관의 공급측 선단부 및 내벽면에 부착되는 양을 최대한 감소시키는 기술을 제공하는 데 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여 이루어진 본 발명은 이온 빔을 생성하기 위한 이온원으로서, 관 형상 가스 도입관을 통하여 용기 내에 도입된 이온화 가스와, 이 용기 내에 방출된 이온 원료를 반응시켜 이온을 생성하는 이온 생성 용기를 가지며, 상기 가스 도입관은 가스 공급관에 의해 이 가스 도입관의 내부 공간에 상기 이온화 가스를 도입하도록 구성됨과 동시에, 상기 가스 도입관의 내부 공간에, 상기 이온 생성 용기 내에서 발생한 중간 생성물을 냉각하여 포착하는 냉각 포착부를 갖는 탈착 가능한 냉각 포착 부재가 설치되고, 상기 냉각 포착부는 상기 가스 도입관 내부 공간의 상기 가스 공급관 공급측 선단부 근방에서 이 가스 도입관의 내벽면에 접촉하지 않도록 배치되어 있는 이온원이다.
본 발명은 이온원으로서, 상기 냉각 포착 부재는 상기 냉각 포착부가 상기 가스 도입관의 내부 공간에서, 상기 가스 공급관의 공급측 선단부보다 더 상기 이온 생성 용기측으로 배치되는 부분을 갖는 이온원이다.
본 발명은 이온원으로서, 상기 냉각 포착 부재는 상기 냉각 포착부가 상기 가스 도입관의 내부 공간에서, 상기 가스 공급관의 공급측 선단부에 대하여 상기 이온 생성 용기로부터 멀어지는 방향측으로 배치되어 있는 이온원이다.
본 발명은 이온원으로서, 상기 냉각 포착 부재는 나사 고정에 의해 상기 가스 도입관의 상기 이온 생성 용기로부터 멀어지는 방향측의 단부에 탈착 가능하게 고정되도록 구성되어 있는 이온원이다.
본 발명은 이온원으로서, 상기 냉각 포착 부재의 냉각 포착부가 막대 형상 부분의 정상부에 평면상의 포착면이 설치되어 있는 이온원이다.
본 발명은 이온원으로서, 상기 냉각 포착 부재의 냉각 포착부는 막대 형상 부분의 중복부에 홈 형상의 퇴피부를 가지며, 상기 가스 도입관의 내부 공간으로 돌출시킨 상기 가스 공급관의 공급측 선단부가 상기 퇴피부의 홈 내로 들어가 이 홈의 상기 이온 생성 용기측 측부에 가려지도록 배치되어 있는 이온원이다.
본 발명은 이온원으로서, 상기 이온화 가스가 불소계 가스이고, 상기 이온이 질화 알루미늄에서 얻어진 알루미늄 이온인 이온원이다.
본 발명은 이온빔을 기판에 조사하여 주입하기 위한 이온 주입 장치로서, 상기 어느 하나의 이온원을 가지며, 이 이온원으로부터 방출된 이온 빔을 기판에 조사하여 주입하도록 구성되어 있는 이온 주입 장치이다.
본 발명에 따르면, 가스 공급관에 의해 이온화 가스가 도입되는 가스 도입관의 내부 공간에 이온 생성 용기 내에서 발생한 중간 생성물을 냉각하여 포착하는 냉각 포착부를 갖는 냉각 포착 부재가 설치되어 있기 때문에, 이온원의 이온 생성 용기 내에서 이온화 가스와 이온 원료를 반응시켜 이온을 생성할 때, 기체 상태의 중간 생성물이 가스 도입관의 가스 공급관 공급측 선단부 및 그 내벽면에 고형 상태로 부착되는 양을 최대한 줄이고, 이를 통해 가스 도입구가 막히는 것을 방지할 수 있어 안정된 이온 빔 전류를 얻을 수 있다.
그 결과, 종래 기술과 비교하여 이온원의 유지/보수 주기를 길게 할 수 있다.
또한, 본 발명의 냉각 포착 부재를 나사 고정에 의해 가스 도입관에 탈착 가능하게 장착되도록 구성하면, 인력에 의해 유지/보수 작업을 용이하게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 이온원을 이용한 이온 주입 장치의 전체를 나타내는 개략 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 이온원의 구성예를 나타내는 단면도.
도 3은 본 실시예의 주요부를 나타내는 단면도.
도 4(a)~(c)는 본 실시예에서의 가스 도입관에 대한 냉각 포착 부재의 장착 방법을 나타내는 공정도.
도 5는 냉각 포착 부재의 다른 예를 나타내는 구성도.
도 6은 냉각 포착 부재의 또 다른 예를 나타내는 구성도.
이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 이온원을 이용한 이온 주입 장치의 전체를 나타내는 개략 구성도이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 예의 이온 주입 장치(1)는 후술하는 이온원(10), 주행실(2), 질량 분석 장치(3), 가속 장치(4), 주사(走査) 장치(5), 주입실(6)이 이 순서로 접속되어 구성되어 있다.
또한,이 이온 주입 장치(1)는 이온원(10), 주행실(2), 가속 장치(4), 주입실(6)이 진공 배기 장치(9a~9d)에 의해 각각 진공 배기되도록 되어있다.
이온원(10)에는 가스 공급부(12)가 접속되어 있으며, 가스 공급부(12)가 공급하는 가스를 이온화하여, 생성된 이온을 이온 빔으로 하여 주행실(2) 내부를 주행시켜 질량 분석 장치(3)의 내부에 입사시킨다.
질량 분석 장치(3)의 내부에서는 이온 빔 중의 이온을 질량 분석하여, 원하는 전하 질량비를 갖는 이온을 통과시켜 이온 빔으로서 가속 장치(4)에 입사시킨다.
가속 장치(4)에서는 이온 빔 중의 플러스 이온을 가속시켜 주사 장치(5)에 입사시키고, 주사 장치(5)는 이온 빔의 진행 방향을 제어하면서 주입실(6) 내부에 입사시킨다.
주입실(6) 내부에는 복수(여기에서는 두 개)의 기판(8)이 배치되어 있으며, 상술한 주사 장치(5)에 의해 이온 빔은 복수의 기판(8) 중 어느 한 방향으로 향해지고, 기판(8)의 표면을 한 장씩 주사하면서 이온을 조사함으로써 기판(8) 내부에 이온이 주입되도록 구성되어 있다.
도 2는 본 발명에 따른 이온원의 구성예를 나타내는 단면도이다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 본 예의 이온원(10)은 상술한 이온 주입 장치( 1; 조 1 참조) 내에 배치되는 것으로, 이온을 생성하는 이온 생성 용기(11)를 가지고 있다.
이 이온 생성 용기(11)는 금속 재료로 이루어지는 것으로, 예를 들면 직육면체의 상자 형상으로 형성되어 있다.
본 실시예의 이온 생성 용기(11)는 이온 방출(진행) 방향(P)에 대하여 직교하는 방향으로 그 길이 방향을 향해 배치되어 있다.
그리고 이온 생성 용기(11)의 이온 방출 방향(P)의 상류측에는, 예를 들면 삼플루오르화인(PF3)으로 이루어진 이온화 가스를 공급하기 위한 가스 공급부(12)가 설치되어 있다.
이 가스 공급부(12)는 이온 생성 용기(11)의 이온 방출 방향(P) 상류측에 설치되어 이온 생성 용기(11) 내에 이온화 가스를 도입하는 가스 도입관(13)의 가스 도입구(13a; 도 3 참조)에 가스 공급관(14)을 통해 접속되어 있다.
한편, 이온 생성 용기(11)의 이온 방출 방향(P) 하류측에는 이온 생성 용기(11) 내로부터 이온을 방출하기 위한 슬릿(15)이 설치되어 있다.
이온 생성 용기(11)내에서 이온 방출 방향(P)과 직교하는 방향의 한쪽 벽부에는 열 음극에 의한 가열에 의해 열 전자를 방출하는 열 전자 방출부(20)가 설치되고, 또한 이온 방출 방향(P)과 직교하는 방향의 다른 쪽 벽부에는 열 전자 방출부(20)와 대향하도록 설치되어, 마이너스 전위가 되도록 구성된 대향 반사 전극(리펠러; 16)가 설치되어 있다.
열 전자 방출부(20)는 예를 들면, 바닥 있는 원통 형상의 캐소드부(21)와 캐소드부(21) 내부의 배면측에 설치되어 전원(24)에 접속된 필라멘트(22)에 의해 열 음극이 구성되어 있다. 여기에서, 캐소드부(21)는 예를 들면 텅스텐(W)으로 이루어진 것이 사용된다.
한편, 캐소드부(21)의 주위에는 이온 원료 부재(23)가 설치되어 있다.
이 이온 원료 부재(23)는 질화 알루미늄(AlN)으로 이루어지는 것으로, 캐소드부(21)의 주위를 둘러싸 캐소드부(21)에 의해 가열되도록 설치되어 있다.
이러한 구성에 있어서, 가스 공급관(14)으로부터 가스 도입관(13)의 가스 도입구(13a) 및 내부 공간(13b; 도 3 참조)을 통해 이온 생성 용기(11) 내에 불소계 가스(PF3)를 도입하여 이 용기 내에서 플라즈마를 생성하면, 질화 알루미늄 및 불소계 가스가 반응하여 알루미늄(Al)의 이온이 발생하는데, 그 반응 과정에서 중간 생성물로서 불화 알루미늄(AlFx)이 기체 상태로 발생한다.
이 경우, 상기 반응이 일어나기 위해서는 열 음극인 필라멘트(22)에 의한 가열에 의해 캐소드부(21)를 가열하고, 여기에 캐소드부(21)의 가열에 의해 이온 원료 부재(23)가 소정의 온도에 도달할 필요가 있다 .
또한, 이온 생성 용기(11)의 외부에서 슬릿(15)의 이온 방출 방향(P) 하류측에는 이온 생성 용기(11) 내에서 생성된 이온을 끌어 내어 이온 빔을 생성하는 인출 전극(17)이 설치되어 있다.
도 3은 본 실시예의 주요부를 나타내는 단면도, 도 4(a)~(c)는 이 실시예에서의 가스 도입관에 대한 냉각 포착 부재의 장착 방법을 나타내는 공정도이다.
도 3에 나타내는 바와 같이 본 실시예의 냉각 포착 부재(30)는 예를 들면 몰리브덴(Mo)으로 이루어진 가스 도입관(13)의 이온 생성 용기(11)에 대하여 멀어지는 방향측의 단부에 후술하는 장착 부재(34)와 함께 장착된다.
냉각 포착 부재(30)는 예를 들면 스테인리스 등의 금속으로 이루어진 것으로, 일체적으로 형성되어 있다.
이 냉각 포착 부재(30)는, 예를 들면 원기둥 형상의 손잡이부(31)와 수나사로 이루어진 나사부(32)와, 예를 들면 원기둥 형상의 냉각 포착부(33)가 동심상으로 설치되어 구성되어 있다.
여기에서 냉각 포착 부재(30)의 나사부(32)는 관 형상(예를 들면 원통 형상)의 가스 도입관(13)의 내벽 부분에서 이온 생성 용기(11)에 대하여 멀어지는 방향측의 단부에 설치된, 나사부(32)보다 내경이 큰 수용부(13c) 내에 비접촉 상태로 수용되도록 형성되어 있다.
또한 냉각 포착 부재(30)의 냉각 포착부(33)는 그 외경이 가스 도입관(13)의 내경보다 작고, 가스 도입관(13)의 내벽면에 접촉하지 않도록 그 치수가 설정되어있다.
그리고 냉각 포착 부재(30)를 가스 도입관(13)에 장착한 경우, 냉각 포착 부(33)가 가스 도입관(13)의 내부 공간(13b)에서 가스 도입구(13a)보다 더 이온 생성 용기(11)측으로 배치되는 부분을 갖도록 구성하는 것이 바람직하다.
냉각 포착 부재(30)의 냉각 포착부(33)는 다음에 설명하는 바와 같이, 불화 알루미늄을 물리적으로 포착(배기)하는 기능을 가지며, 그 결과로 가스 도입구(13a) 내에 설치된 가스 공급관(14)의 공급측 선단부(14a) 근방에서의 기체 상태의 불화 알루미늄의 존재 비율(분압)을 저하시킨다.
그리고 이로 인해 가스 공급관(14)의 공급측 선단부(14a) 및 가스 공급관(14)의 내벽면으로의 불화 알루미늄의 부착을 저지하는 역할을 한다.
가스 도입관(13)의 측부에 설치한 구멍인 가스 도입구(13a)와 가스 도입구(13a) 내에 삽입한 가스 공급관(14)의 끼워맞춤 관계는, 예를 들면 JISB 0401-1에 표시된 조임 상태로, 가스 도입관(13)의 내부 공간(13b)의 기밀을 유지하는 구조로 되어 있다.
이 구조는 장치 구성을 간소하게 하는 효과를 가져오지만, 가스 도입관(13)과 가스 공급관(14) 사이의 열 저항이 커진다.
즉, 장치 구성상 가스 공급관(14)은 실온 분위기에 노출되는 면적이 크기 때문에 가스 공급관(14)의 공급측 선단부(14a)의 온도는 장치 주위 온도의 영향이 지배적으로 되는 반면, 가스 도입관(13)에 설치한 구멍인 가스 도입구(13a)의 온도는 이온 생성 용기(11) 온도의 영향이 지배적으로 된다.
따라서 온도의 영향만을 고려하면, 가스 도입관(13)의 내부 공간(13b)에 유입한 불화 알루미늄은 가스 도입구(13a)의 내벽면에는 부착되지 않고, 가스 공급관(14)의 공급측 선단부(14a) 및 가스 공급관(14)의 내벽면에 우선적으로 부착되게 된다.
그러나 본 실시예에서는 냉각 포착 부재(30)의 냉각 포착부(33)가 가스 공급관(14)의 공급측 선단부(14a)와 대향하여, 그 정상부의 포착면(30a)이 가스 공급관(14)의 공급측 선단부(14a)보다 더 이온 생성 용기(11)측으로 위치하도록 그 치수가 설정되어 있다.
여기에서 냉각 포착 부재(30)의 배열(排熱) 부분은 상기 포착면(30a)에 대하여 가장 떨어진 쪽에 위치하는 손잡이부(31)로서, 가스 도입관(13)으로부터 손잡이부(31)에 대한 열은 후술하는 장착 부재(34)의 나사부(34a, 34b) 및 나사부(32; 도 4(a), (b)참조)를 경유하여 유입되고, 또한 내부 공간(13b)의 열은 냉각 포착부(33)로부터 나사부(32)를 경유하여 손잡이부(31)에 유입된다.
이 냉각 포착 부재(30)의 손잡이부(31)는 장치 주위의 온도 분위기에 노출되어 자연 대류에 의해 발열됨으로써, 냉각 포착부(33)의 온도가 가스 도입관(13) 내벽면의 온도보다 낮아 불화 알루미늄을 포착 가능한 온도로 유지되도록 구성되어 있다. 따라서, 본 실시예의 냉각 포착 부재(30)에는 적극적인 냉각 기구는 불필요하다.
그리고 이러한 구성에 의해 가스 공급관(14)의 공급측 선단부(14a)에 대하여 이온 생성 용기(11)측에 위치하는 냉각 포착부(33)의 포착면(30a) 및 그 측면이 가스 도입관(13)의 내부 공간(13b)에 유입한 불화 알루미늄을 포착할 수 있으며, 이로 인해 가스 공급관(14)의 공급측 선단부(14a) 근방에서의 불화 알루미늄의 존재 비율(분압)을 저하시켜, 그 결과 가스 공급관(14)의 공급측 선단부(14a) 및 가스 공급관(14)의 내벽면에 대한 불화 알루미늄의 부착 진행 속도를 매우 느리게 할 수 있다.
또한, 본 실시예의 냉각 포착 부재(30)는 공지의 볼트를 가공함으로써 쉽게 만들 수 있다.
이러한 냉각 포착 부재(30)를 가스 도입관(13)에 장착하기 위해서는, 먼저 도 4(a), (b)에 나타낸 바와 같이 장착 부재(34)를 가스 도입관(13)의 이온 생성 용기(11)에 대하여 멀어지는 방향측의 단부에 장착한다.
이 장착 부재(34)는 예를 들면 스테인리스 등의 금속으로 이루어지는 것으로, 바닥이 있는 원통 형상으로 일체적으로 형성되어 있다.
장착 부재(34)의 가장자리부의 내벽 부분에는, 가스 도입관(13)의 외벽 부분에서 이온 생성 용기(11)에 대하여 멀어지는 방향측 단부에 형성된 수나사로 이루어진 나사부(13d)와 맞물리도록 형성된 암나사로 이루어진 나사부(34a)가 설치되어 있다.
또한 장착 부재(34) 중심의 바닥부에는 상기 냉각 포착 부재(30)의 나사부(32)와 맞물리는 암나사로 이루어진 나사부(34b)가 설치되어 있다.
그 후, 냉각 포착 부재(30)의 냉각 포착부(33)를 가스 도입관(13)의 이온 생성 용기(11)에 대하여 멀어지는 방향측 단부로부터 그 내부 공간(13b)에 삽입하고, 냉각 포착 부재(30)의 나사부(32)를 장착 부재(34)의 나사부(34b)와 맞물리게 하여 냉각 포착 부재(30)를 가스 도입관(13)에 장착 고정한다(도 4(b), (c) 참조).
이러한 구성을 갖는 본 실시예에서, 이온 원료 부재(23)를 가열하여 질화 알루미늄을 방출킴과 동시에, 가스 공급관(14)으로부터 불소계 가스를 이온 생성 용기(11) 내에 도입하여 플라즈마 처리를 수행하면, 상술한 바와 같이 질화 알루미늄과 불소계 가스가 반응하여 알루미늄 원자가 생성되어 전자 충격에 의해 알루미늄 이온이 발생한다.
또한, 이 반응 과정에서 중간 생성물로서 불화 알루미늄(AlFx)이 기체 상태로 발생한다.
이 이온화시, 이온 생성 용기(11) 내의 열전자 방출부(20)의 온도는 2000℃ 이상이 되어, 상술한 바와 같이 이온 생성 용기(11) 내의 온도의 영향이 지배적인 가스 도입관(13)의 온도도 600℃ 정도까지 상승하기 때문에 가스 도입관(13)의 내벽면 및 가스 도입구(13a)에는 불화 알루미늄은 부착되지 않는다.
한편, 가스 도입관(13)의 가스 도입구(13a) 내에 배치된 가스 공급관(14)의 공급측 선단부(14a)의 온도는 상술한 바와 같이 장치 주위의 온도의 영향이 지배적으로 되기 때문에 가스 도입관(13)의 내벽면의 온도보다 낮아지게 된다.
또한 냉각 포착 부재(30)의 냉각 포착부(33)의 온도는 가스 도입관(13)의 내 벽면의 온도보다 낮아, 불화 알루미늄을 포착 가능한 온도로 유지된다.
그러나, 상술 한 바와 같이, 본 실시예에서는 도 3에 나타낸 바와 같이 냉각 포착 부재(30)의 냉각 포착부(33)가 가스 공급관(14)의 공급측 선단부(14a)와 대향하여, 냉각 포착부(33) 정상부의 포착면(30a)이 가스 공급관(14)의 공급측 선단부(14a)보다 더 이온 생성 용기(11)측으로 위치하기 때문에 가스 도입관(13)의 내부 공간(13b)에 유입된 불화 알루미늄은 냉각 포착부(33)의 포착면(30a) 및 그 측면에 의해 포착되고, 이로 인해 가스 공급관(14)의 공급측 선단부(14a) 근방에서의 불화 알루미늄의 존재 비율(분압)이 저하되어, 그 결과, 가스 공급관(14)의 공급측 선단부(14a) 및 가스 공급관(14)의 내벽면에 대한 불화 알루미늄의 부착 진행 속도를 매우 느리게 할 수 있다.
그리고 이러한 본 실시예에 따르면, 이온원(10)의 이온 생성 용기(11) 내에서 알루미늄 이온을 생성할 때, 중간 생성물로서 발생한 불화 알루미늄의 부착에 의해 가스 공급관(14)이 막히는 것을 방지할 수 있기 때문에 안정된 이온 빔 전류를 얻을 수 있다.
그 결과, 종래 기술과 비교하여 이온원(10)의 유지/보수 주기를 길게 할 수 있다.
또한, 본 발명의 효과를 더욱 상세하게 설명하면, 이하과 같이 파악할 수도 있다.
즉, 가스 도입관(13)의 내부 공간(13b)에 유입한 불화 알루미늄이 가스 공급관(14)의 공급측 선단부(14a) 및 가스 공급관(14)의 내벽면에 우선적으로 부착하는 원인이 가스 공급관(14)의 온도가 장치 주위의 실온의 영향이 지배적이어서 가스 도입관(13) 내벽면의 온도보다 낮아져 있는 것에 있다면, 가스 공급관(14) 자체를 가열하여 일정 이상의 온도로 함으로써 불화 알루미늄의 부착을 회피하는 구성을 채용하는 것도 생각할 수 있다.
그러나, 본 발명과 같은 이온원(10)에서는 그 자체의 전위를 고압으로 할 필요가 있어 가스 공급관(14)도 그 고압 전위가 되기 때문에, 통상 행해지는 밴드 히터 등에 의한 배관 가열을 행하고자 하면 가스 공급관(14)을 가열하기 위한 히터의 통전 회로의 내압을 확보할 필요가 있다. 하지만, 범용 제품으로 이와 같은 내압을 확보하는 것은 사실상 불가능하다.
또한 가스 공급관(14)을 가열한 경우에 배관 전체를 균일하게 가열하는 것은 곤란하기 때문에 어느 부위에선가 온도가 저하되게 되고, 그 결과, 가스 공급관(14)의 내부에서 불화 알루미늄의 부착에 의한 막힘을 발생시킬 우려가 있다.
이러한 경우에는 가스 공급관(14) 내의 부착물을 제거하는 것이 매우 어렵 기 때문에 부품 교환을 하지 않을 수 없다.
그러나, 본 발명에 따르면 이상과 같은 불편을 피할 수있다.
또한, 본 실시예의 냉각 포착 부재(30)는 나사 고정에 의해 가스 도입 관(13)에 탈착 가능하게 장착 고정되는 것이기 때문에 인력에 의해 유지/보수 작업을 용이하게 할 수 있다.
또한, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않고 다양한 변경을 할 수 있다.
예를 들면, 상기 실시예에서는 냉각 포착 부재(30)의 냉각 포착부(33)를 원기둥 형상으로 형성했지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 냉각 포착부(33)의 측면을 만곡시키도록 형성할 수도 있다 .
도 5는 냉각 포착 부재의 다른 예를 나타내는 구성도이며, 이하, 상기 실시예와 대응하는 부분에는 동일한 부호를 붙이고 그 상세한 설명을 생략한다.
도 5에 나타내는 바와 같이, 본 예의 이온원(10A)의 냉각 포착 부재(30A)는 냉각 포착부(33)의 길이가 도 3에 나타낸 것보다 짧게 형성되어 있다.
그리고 냉각 포착부(33) 정상부의 포착면(30a)이 가스 도입관(13)의 내부 공간(13b)에서 가스 공급관(14)의 공급측 선단부(14a)에 대하여 이온 생성 용기(11)로부터 멀어지는 방향측으로 배치되도록 그 치수가 정해져 있다. 따라서 본 예의 냉각 포착부(33)는 가스 도입관(13)의 내부 공간(13b)에서 가스 공급관(14)의 공급측 선단부(14a)와 대향하는 위치에는 설치되어 있지 않다.
또한, 본 예에서는 가스 도입관(13)의 가스 도입구(13a) 내에서 가스 공급관(14)의 공급측 선단부(14a)가 가스 도입구(13a)의 개구 단부(13f)에 대하여 약간 안쪽에 위치하도록 설치할 수 있다(도 3에 나타내는 예에서는 거의 면이 일치한다).
이러한 구성을 갖는 본 예에서는, 가스 도입관(13)의 내부 공간(13b)의 용적이 도 3에 나타낸 예에 비해 크게 되어 있어, 가스 도입관(13)의 내부 공간(13b) 내, 특히 가스 도입구(13a) 내의 가스 공급관(14)의 공급측 선단부(14a) 근방에서의 기체 상태의 불화 알루미늄의 존재 비율(분압)이 도 3에 나타낸 예에 비해 작아진다.
또한, 본 예에서는 가스 공급관(14)의 공급측 선단부(14a)가 가스 도입구(13a)의 개구 단부(13f)에 대하여 약간 안쪽에 위치하고 있기 때문에 가스 도입관(13)의 내부 공간(13b) 내에 유입된 기체 상태의 불화 알루미늄은 냉각 포착 부재(30A)의 냉각 포착부(33) 정상부의 포착면(30a)에 고형 상태로 부착되기 쉬워져, 가스 공급관(14)의 공급측 선단부(14a) 및 그 내벽면에는 거의 부착되지 않게 된다.
이러한 본 예에 따르면, 이온원(10A)의 이온 생성 용기(11) 내에서 알루미늄 이온을 생성할 때, 중간 생성물로서 발생한 불화 알루미늄의 부착에 의해 가스 공급관(14)이 막히는 것을 방지할 수 있기 때문에 안정된 이온 빔 전류를 얻을 수 있다.
그 결과, 종래 기술과 비교하여 이온원(10A)의 유지/보수 주기를 길게 할 수있다.
특히 본 예에서는 가스 도입관(13)의 내부 공간(13b)의 용적이 도 3에 나타내는 예에 비해 커 기체 상태의 불화 알루미늄의 분압이 보다 작기 때문에, 이온원(10A)의 유지/보수 주기를 더욱 길게 할 수 있다.
도 6은 냉각 포착 부재의 또 다른 예를 나타내는 구성도이다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 본 예의 이온원(10B)의 냉각 포착 부재(30B)는 냉각 포착부(33)의 길이가 도 3에 나타낸 것보다 길게 형성되고, 그 중복부에서 가스 도입관(13)의 가스 도입구(13a) 내에 배치된 가스 공급관(14)의 공급측 선단부(14a)와 대향하는 위치에 퇴피부(33a)가 설치되어 있다.
이 퇴피부(33a)는 냉각 포착부(33)의 다른 부분의 외경보다 작은 외경을 갖도록 예를 들면 원기둥이나 각기둥 등의 형상으로 형성되고, 이로 인해 냉각 포착 부(33)의 가스 공급관(14)의 공급측 선단부(14a)와 대향하는 위치에서 기둥 부분의 전체 둘레에 걸쳐서 홈 형상으로 설치되어 있다.
여기에서 퇴피부(33a)의 홈은 가스 공급관(14)의 공급측 선단부(14a)의 폭보다 약간 넓게 형성되어 있고, 가스 도입 구(13a)로부터 가스 도입관(13)의 내부 공간(13b)으로 돌출시킨 가스 공급관(14)의 공급측 선단부(14a)가 퇴피부(33a)의 홈 내로 들어가 홈 바닥에 근접하도록 배치되어 있다.
이 경우 가스 공급관(14)의 공급측 선단부(14a)가 퇴피부(33a) 홈의 이온 생성 용기(11)측의 측부(33b)에 가려져, 가스 도입관(13)의 개구부(13e) 측에서 들여다 봤을 때 직접 보이지 않는 위치에 배치하는 것이 바람직하다.
이러한 본 예에 따르면, 가스 도입구(13a)로부터 가스 도입관(13)의 내부 공간(13b)으로 돌출시킨 가스 공급관(14)의 공급측 선단부(14a)가 퇴피부(33a) 홈의 이온 생성 용기(11)측 측부(33b)에 가려지도록 배치되어 있기 때문에, 이온원(10B)의 이온 생성 용기(11) 내에서 알루미늄 이온을 생성할 때, 중간 생성물로서 발생한 불화 알루미늄이 가스 공급관(14)의 공급측 선단부(14a) 및 그 내벽면에 부착되는 양을 최대한 줄이고, 이로 인해 가스 공급관(14)이 막히는 것을 확실하게 방지할 수 있기 때문에 안정된 이온 빔 전류를 얻을 수 있다.
마지막으로, 본 발명에서 이온 생성 용기, 열 전자 방출부의 구성은 상기 실시예에 한정되지 않고, 다양한 구성의 것을 이용할 수 있다.
1 이온 주입 장치
10, 10A, 10B 이온원
11 이온 생성 용기
12 가스 공급부
13 가스 도입관
13a 가스 도입구
13b 내부 공간
13c 수용부
13d 나사부
13e 개구부
14 가스 공급관
14a 공급측 선단부
20 열전자 방출부
21 음극부
22 필라멘트
23 이온 원료 부재
30, 30A, 30B 냉각 포착 부재
31 손잡이부
32 나사부
33 냉각 포착부
33a 퇴피부
34 장착 부재
34a, 34b 나사부

Claims (8)

  1. 이온 빔을 생성하기 위한 이온원으로서,
    관 형상 가스 도입관을 통하여 용기 내에 도입된 이온화 가스와, 이 용기 내에 방출된 이온 원료를 반응시켜 이온을 생성하는 이온 생성 용기를 가지며,
    상기 가스 도입관은 가스 공급관에 의해 이 가스 도입관의 내부 공간에 상기 이온화 가스를 도입하도록 구성됨과 동시에,
    상기 가스 도입관의 내부 공간에, 상기 이온 생성 용기 내에서 발생한 중간 생성물을 냉각하여 포착하는 냉각 포착부를 갖는 탈착 가능한 냉각 포착 부재가 설치되고,
    상기 냉각 포착부는 상기 가스 도입관 내부 공간의 상기 가스 공급관 공급측 선단부 근방에서 이 가스 도입관의 내벽면에 접촉하지 않도록 배치되어 있는 이온원.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 냉각 포착 부재는 상기 냉각 포착부가 상기 가스 도입관의 내부 공간에서, 상기 가스 공급관의 공급측 선단부보다 더 상기 이온 생성 용기측으로 배치되는 부분을 갖는 것을 특징으로 하는 이온원.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 냉각 포착 부재는 상기 냉각 포착부가 상기 가스 도입관의 내부 공간에서, 상기 가스 공급관의 공급측 선단부에 대하여 상기 이온 생성 용기로부터 멀어지는 방향측으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 이온원.
  4. 제 1항 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉각 포착 부재는 나사 고정에 의해 상기 가스 도입관의 상기 이온 생성 용기로부터 멀어지는 방향측의 단부에 탈착 가능하게 고정되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 이온원.
  5. 제 1항 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉각 포착 부재의 냉각 포착부가 막대 형상 부분의 정상부에 평면상의 포착면이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 이온원.
  6. 제 1항 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉각 포착 부재의 냉각 포착부는 막대 형상 부분의 중복부에 홈 형상의 퇴피부를 가지며, 상기 가스 도입관의 내부 공간으로 돌출시킨 상기 가스 공급관의 공급측 선단부가 상기 퇴피부의 홈 내로 들어가 이 홈의 상기 이온 생성 용기측 측부에 가려지도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 이온원.
  7. 제 1항 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이온화 가스가 불소계 가스이고, 상기 이온이 질화 알루미늄에서 얻어진 알루미늄 이온인 것을 특징으로 하는 이온원.
  8. 이온빔을 기판에 조사하여 주입하기 위한 이온 주입 장치로서,
    관 형상 가스 도입관을 통하여 용기 내에 도입된 이온화 가스와, 이 용기 내에 방출된 이온 원료를 반응시켜 이온을 생성하는 이온 생성 용기를 가지며, 상기 가스 도입관은 가스 공급관에 의해 이 가스 도입관의 내부 공간에 상기 이온화 가스를 도입하도록 구성됨과 동시에, 상기 가스 도입관의 내부 공간에, 상기 이온 생성 용기 내에서 발생한 중간 생성물을 냉각하여 포착하는 냉각 포착부를 갖는 탈착 가능한 냉각 포착 부재가 설치되고, 상기 냉각 포착부는 상기 가스 도입관 내부 공간의 상기 가스 공급관의 공급측 선단부 근방에서 이 가스 도입관의 내벽면에 접촉하지 않도록 배치되어 있는 이온원을 가지며,
    이 이온원으로부터 방출된 이온 빔을 기판에 조사하여 주입하도록 구성되어 있는 이온 주입 장치.
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