WO2019077970A1 - イオン源及びイオン注入装置 - Google Patents

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徳康 佐々木
明男 東
寿浩 寺澤
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株式会社アルバック
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    • H01L21/26—Bombardment with radiation
    • H01L21/263—Bombardment with radiation with high-energy radiation
    • H01L21/265—Bombardment with radiation with high-energy radiation producing ion implantation

Definitions

  • the present invention relates to an ion source, and more particularly to the technology of an ion source used in an ion implantation apparatus.
  • Such an ion source as a method of generating aluminum ions, there is a method of heating aluminum chloride to generate aluminum ions, but productivity is poor, and reaction between aluminum nitride (aluminum nitride) and fluorine-based gas is caused. The method of producing aluminum ion is carried out.
  • AlF x aluminum fluoride
  • An object of the present invention is to provide a technique for producing aluminum ions without depositing an intermediate product in the reaction chamber.
  • the present invention provides a cathode electrode disposed at one end in a chamber, and a repeller electrode disposed at the other end in the chamber and facing the surface of the cathode electrode; It has a filament disposed on the back surface side of the cathode electrode, a gas introduction hole provided in the chamber for introducing a fluorine compound gas, and an emission hole for extracting positively charged ions from the chamber, A raw material block is disposed in the chamber, the cathode electrode is heated by the energized filament, thermionic electron is emitted from the electron emission surface of the surface toward the repeller electrode, and the thermal electron is the cathode electrode It reciprocates with the repeller electrode to decompose the fluorine compound gas introduced from the gas introduction hole to generate plasma.
  • An ion source wherein fluorine in the plasma reacts with the material block to generate positively charged aluminum ions, and the material block is formed in the vicinity of the side surface of the cathode electrode with the cathode electrode and the chamber.
  • the raw material block is aluminum nitride
  • the fluorine compound gas is phosphorus trifluoride gas
  • aluminum fluoride generated from the raw material block and the fluorine compound gas is decomposed by the thermoelectrons. It is an ion source from which aluminum ions extracted from the chamber are generated.
  • the fluorine compound gas is turned into plasma by the thermoelectrons, and an evaporation surface, which is a surface which is directed to the repeller electrode of the raw material block and contacts the plasma, corresponds to the cathode electrode of the repeller electrode.
  • the distance between the plane where the evaporation surface is located and the plane between the electron emission surface and the electron emission surface is directed to the plane where the evaporation surface is located and the electron emission surface
  • the ion source is disposed at a position smaller than the distance between the repeller electrode and the surface of the repeller electrode.
  • the raw material block is an ion source which is heated to a temperature in a temperature range of 1200 ° C. or more and 1700 ° C.
  • the raw material block is an ion source disposed at the front end of a raw material support, and the front end of the raw material support has a projecting shape projecting outward in a direction perpendicular to the side surface of the raw material support.
  • a portion is provided, the raw material block is disposed on the surface of the projecting portion facing the repeller electrode, a mounting member is disposed on the back surface, the raw material block and the mounting member are mutually pressed by a screw, The protruding portion is sandwiched between a raw material block and the mounting member, and the raw material block is an ion source fixed to the raw material support.
  • the present invention is an ion implantation apparatus having an ion source, wherein the ion source is disposed at a cathode electrode disposed at one end in a chamber, and disposed at the other end in the chamber, facing the surface of the cathode electrode.
  • a source block is disposed in the chamber, the cathode electrode is heated by the energized filament, and thermions are emitted from the electron emitting surface of the surface toward the repeller electrode; Is reciprocated between the cathode electrode and the repeller electrode to separate the fluorine compound gas introduced from the gas introduction hole.
  • An ion source for generating plasma, and fluorine in the plasma reacts with the raw material block to generate positively charged aluminum ions, wherein the raw material block is formed in the vicinity of the side surface of the cathode electrode.
  • the electrode and the chamber are disposed in non-contact with each other, the raw material block is aluminum nitride, the fluorine compound gas is phosphorus trifluoride gas, and aluminum fluoride is produced from the raw material block and the fluorine compound gas.
  • the fluorine compound gas is turned into plasma by the thermionic electrons, and an evaporation surface, which is a surface directed to the repeller electrode of the raw material block and in contact with the plasma, is directed to the cathode electrode of the repeller electrode Between the electron emitting surface and the electron emitting surface, and the distance between the plane where the evaporation surface is located and the electron emitting surface is directed to the plane where the evaporation surface is located and the electron emitting surface It is an ion implantation apparatus arrange
  • the raw material block of the ion source is disposed at the front end of the raw material support, and the front end of the raw material support protrudes outward in a direction perpendicular to the side surface of the raw material support.
  • a portion is provided, the raw material block is disposed on the surface of the projecting portion facing the repeller electrode, a mounting member is disposed on the back surface, the raw material block and the mounting member are mutually pressed by a screw,
  • the projecting portion is sandwiched between a raw material block and the mounting member, and the raw material block is fixed to the raw material support.
  • the present invention it is possible to provide a long-lived ion source capable of generating a large amount of aluminum ions, and an ion implantation apparatus having the ion source.
  • aluminum ion implantation can be stably performed for a long time. Replacement of raw material blocks is easy.
  • FIG. 1 is a schematic block diagram showing the whole of an ion implantation apparatus 1 of the present invention using the ion source of the present invention.
  • an ion source 10 described later, a traveling chamber 2, a mass spectrometer 3, an acceleration device 4, a scanning device 5, and an implantation chamber 6 They are connected in this order and configured.
  • the ion source 10, the traveling chamber 2, the accelerating device 4, and the injecting chamber 6 are evacuated by vacuum evacuation devices 9 a to 9 d, respectively.
  • a gas supply unit 12 is connected to the ion source 10, and the ion source 10 generates ions using the gas supplied by the gas supply unit 12, and positively charged ions are extracted into the traveling chamber 2 to travel. It travels inside the chamber 2 and enters the inside of the mass spectrometer 3.
  • the incident aluminum ions are accelerated, and when the incident aluminum ions are incident on the scanning device 5, the traveling direction of the ion beam is controlled by the scanning device 5 and is incident on the inside of the implantation chamber 6.
  • a plurality of (two in this case) substrates 8 are disposed inside the implantation chamber 6, and the ion beam is directed toward any one of the plurality of substrates 8 by the scanning device 5 described above.
  • the surface of the substrate 8 is irradiated.
  • the surface of the substrate 8 is scanned by the ion beam and ions are implanted.
  • FIG. 2 is a drawing for explaining the inside of the ion source 10 according to the present invention.
  • a cylindrical (here, square cylinder) chamber 21 is disposed in the ion source 10, and the inside of the chamber 21 is It is evacuated to a vacuum atmosphere by the evacuation unit 9a shown in FIG.
  • the chamber 21 has two bottom surfaces 31 and 32, one bottom surface 31 is located at one end of the chamber 21 and the other bottom surface 32 is located at the other end of the chamber 21. Mounting holes 47 and 48 are provided respectively.
  • the filament 20 is disposed near one bottom surface 31 and the repeller electrode 23 is disposed near the other bottom surface 32.
  • the filament 20 is disposed in a vacuum atmosphere outside the chamber 21.
  • a cathode electrode 22 is disposed at a position inside the chamber 21 and near the filament 20 between the filament 20 and the repeller electrode 23. Therefore, the cathode electrode 22 is disposed on one bottom side, and the repeller electrode 23 is disposed on the other bottom side.
  • the cathode electrode 22 and the repeller electrode 23 are flat or columnar, the surfaces facing each other are parallel, and the filament 20 is located on the back side of the cathode electrode 22.
  • a base plate 30 is disposed in the vicinity of the bottom surface 31 near the filament 20 among locations outside the chamber 21.
  • the base plate 30 is fixed to the chamber 21 in an insulated state.
  • the raw material support 26 and the electrode support 33 are inserted through the attachment holes 47 of the bottom surface 31 close to the filament 20, and the tip which is one end of the electrode support 33 is disposed inside the chamber 21 and One root portion is fixed to the base plate 30.
  • the cathode electrode 22 is attached to the tip of the electrode support 33 by a structure not shown.
  • the electrode support 33 and the cathode electrode 22 may be integrally formed.
  • a support rod 36 is inserted through the mounting hole 48 of the bottom surface 32 far from the filament 20.
  • the tip of the support rod 36 is disposed inside the chamber 21 and the repeller electrode 23 is fixed.
  • the support bar 36 is electrically conductive, and the opposite side to the tip of the support bar 36 is disposed outside the chamber 21.
  • the support rod 36 is fixed to the chamber 21 by an insulator 41, and the support rod 36 and the chamber 21 are insulated.
  • the raw material support 26 is disposed between the edge of the mounting hole 47 and the electrode support 33 with the chamber 21 and the electrode support 33 not in contact with each other.
  • the root of the raw material support 26 is fixed to the base plate 30, and a raw material block 28 in which a solid aluminum compound is formed into a predetermined shape is attached to the tip.
  • the aluminum compound is aluminum nitride (AlN).
  • the electrode support 33 and the raw material support 26 have electrical conductivity, and are at the same potential as the base plate 30, so both the cathode electrode 22 and the raw material block 28 have the same potential as the base plate 30.
  • the raw material block 28 is disposed between the side surface of the cathode electrode 22 and the side surface 25 of the chamber 21 in non-contact with both the cathode electrode 22 and the chamber 21.
  • the evaporation surface 37 which is the surface directed to the spaced apart repeller electrode 23, is planarized and parallel to the mutually parallel planes of the cathode electrode 22 and the repeller electrode 23.
  • the plane on which the evaporation surface 37 is located is the surface directed to the cathode electrode 22 of the repeller electrode 23 and the electron emission surface 38.
  • the evaporation surface 37 is disposed at a position where the distance between the plane on which the evaporation surface 37 is located and the repeller electrode 23 is smaller than the distance between the electron emission surface 38 and the repeller electrode 23.
  • the evaporation surface 37 is disposed at a position where the distance between the plane where the evaporation surface 37 is located and the electron emission surface 38 is smaller than the distance between the plane where the evaporation surface 37 is located and the repeller electrode 23 There is.
  • FIG. 4A is a plan view of the raw material block 28.
  • the raw material block 28 has a ring shape with a window hole 27 formed at the center of the metal body as shown in the same figure, and the window formed at the center
  • the electron emission surface 38 of the cathode electrode 22 is disposed in the hole 27 so that the emission surface 38 is exposed in the window 27.
  • the shape of the window hole 27 is circular
  • the shape of the cathode electrode 22 is disk-like
  • the diameter of the window hole 27 is larger than the diameter of the cathode electrode 22.
  • a discharge power source 52, a cathode heating power source 53, and a filament heating power source 54 are disposed outside the chamber 21.
  • the chamber 21 is electrically connected to the positive voltage terminal of the discharge power supply 52.
  • the base plate 30 is electrically connected to the negative voltage terminal of the discharge power supply 52. Here, they are electrically connected via the raw material support 26. Therefore, when the discharge power supply 52 operates, a negative voltage is applied to the cathode 21 and the raw material block 28 with respect to the chamber 21.
  • the negative voltage terminal of the discharge power supply 52 is electrically connected to the positive voltage terminal of the cathode heating power supply 53, and the negative voltage terminal of the cathode heating power supply 53 is electrically connected to one end of the filament 20.
  • the cathode heating power supply 53 operates, a negative voltage is applied to the filament 20 with respect to the cathode electrode 22.
  • one end of the filament 20 is electrically connected to the negative voltage terminal of the cathode heating power supply 53 and the negative voltage terminal of the filament heating power supply 54, and the other end of the filament 20 is electrically connected to the positive voltage terminal of the filament heating power supply 54 It is connected.
  • the cathode electrode 22, the repeller electrode 23, and the filament 20 are placed in a vacuum atmosphere, and generate heat when the filament heating power source 54 operates and the filament 20 is energized in the vacuum atmosphere.
  • the repeller electrode 23 of the floating potential is at a negative potential equal to that of the cathode electrode 22.
  • the thermoelectrons hereinafter referred to as primary electrons
  • the repeller electrode 23 of the floating potential is at a negative potential equal to that of the cathode electrode 22.
  • the thermoelectrons hereinafter referred to as primary electrons
  • the repeller electrode 23 of the floating potential is at a negative potential equal to that of the cathode electrode 22.
  • the primary electrons directed to the cathode electrode 22 are also reversed in flight direction by the cathode electrode 22 and are inverted toward the repeller electrode 23. Thus, the primary electrons reciprocate repeatedly between the cathode electrode 22 and the repeller electrode 23.
  • a magnet 58 having one of the magnetic poles directed toward the chamber 21 and a magnet 59 having the other magnetic pole directed are disposed outside the chamber 21, Magnetic lines of force formed between the pole and the south pole are made to pass through the cathode electrode 22 and the repeller electrode 23.
  • the primary electrons reciprocate while being wound around the magnetic field lines and moving helically.
  • the collision probability between the gas in the chamber 21 and the electrons is increased to increase the plasma generation efficiency.
  • a gas introduction hole 34 and an ion emission hole 35 are provided on the side surface of the chamber 21.
  • the gas introduction hole 34 is connected to the gas supply unit 12, and when the fluorine compound gas is supplied from the gas supply unit 12, the fluorine compound gas is decomposed by the primary electrons that reciprocate inside the chamber 21, and the fluorine ion is And fluorine radicals are generated.
  • the cathode electrode 22 is made of a high melting point metal, and is heated to a temperature of about 2200 ° C. by the filament 20.
  • the raw material block 28 is disposed near the cathode electrode 22 in non-contact with the cathode electrode 22, and the raw material block 28 is disposed in non-contact with the chamber 21. Therefore, the raw material block 28 is heated by the heat wire released from the cathode electrode 22 so that the heat does not flow out to the chamber 21 and the temperature is raised.
  • the evaporation surface 37 directed to the separated repeller electrode 23 is disposed at a position closer to the repeller electrode 23 than the electron emission surface 38.
  • the distance between the evaporation surface 37 directed to the repeller electrode 23 of the source block 28 and the electron emission surface 38 in the direction perpendicular to the electron emission surface 38, and the source block 28 By adjusting the distance between the side surface of the cathode electrode 22 and the distance between the raw material block 28 and the inner side surface of the chamber 21, the temperature of the raw material block 28 is raised to a temperature range of 1200 ° C. or more and 1700 ° C. or less It is being done.
  • plasma containing fluorine ions and fluorine radicals is generated by primary electrons, and the evaporation surface 37 contacts the generated plasma.
  • the plasma contacts aluminum nitride exposed on the evaporation surface 37, and the aluminum nitride reacts with fluorine such as fluorine ions and fluorine radicals in the plasma to form aluminum fluoride (AlF x ).
  • the aluminum fluoride is heated to a high temperature to be gasified and released from the raw material block 28 into the chamber 21. Since aluminum fluoride gas is generated inside the heated chamber 21, aluminum fluoride does not precipitate inside the piping connected to the chamber 21. The released aluminum fluoride is decomposed by the primary electrons reciprocating in the chamber 21 to generate aluminum ions (Al + ).
  • a flat plate-like extraction electrode 24 to which a negative voltage is applied to the chamber 21 is disposed at a position near the ion emission holes 35 outside the chamber 21, and positively charged ions generated inside the chamber 21. Is attracted to the extraction electrode 24 by the electric field formed by the extraction electrode 24, extracted from the ion emission hole 35 to the outside of the chamber 21, passes through the central hole 39 of the extraction electrode 24, and enters the inside of the traveling chamber 2 described above. Do.
  • the positively charged ions incident on the inside of the traveling chamber 2 include aluminum ions.
  • phosphorus trifluoride (PF 3 ) gas or boron trifluoride (BF 3 ) gas can be used, but in the case of boron trifluoride gas, boron nitride (BN having a high evaporation temperature) Is generated as a by-product, and boron nitride is accumulated inside the chamber 21.
  • FIG. 6 (a) is a photograph showing the state of by-products inside the chamber 21 when boron trifluoride gas is used
  • FIG. 6 (b) is a chamber 21 when phosphorus trifluoride gas is used. It is a photograph which shows the by-product state inside. The amount of by-products is smaller for phosphorous trifluoride gas.
  • nitrogen trifluoride (NF 3 ) gas is less reactive than phosphorus trifluoride gas, and phosphorus trifluoride gas is more preferable. It is advantageous.
  • alumina Al 2 O 3
  • aluminum nitride is advantageous in that oxygen plasma is not generated.
  • the raw material block 28 needs to be heated to a temperature of at least 1200 ° C. or more in order to release the required amount of aluminum fluoride, and it is desirable that the heating temperature be as high as possible. Nitrogen gas is also released.
  • FIG. 5 is a graph of the relationship between the temperature of aluminum nitride and the partial pressure of nitrogen gas (N 2 ) released from aluminum nitride (vacuum, Vol. 9, (1966), No. 5, p 183-189). Since the upper limit of the operating pressure of the ion source is about 5 ⁇ 10 ⁇ 3 mmHg, it can be seen that the upper limit of the temperature of aluminum nitride is 1700 ° C.
  • FIG. 3 is a perspective view for explaining an example in which the raw material block 28 is attached to the raw material support 26, and FIG. 4 (c) is a side view of the raw material support 26.
  • the electrode support 33 and the raw material support 26 are cylindrical in this example, and in this example, the diameter of the electrode support 33 is smaller than the diameter of the raw material support 26.
  • the electrode support 33 and the raw material support 26 are arranged such that their central axes coincide with each other, and the electrode support 33 is disposed inside the hollow of the raw material support 26 and fixed to the base plate 30 respectively.
  • a projecting portion 46 is provided at the tip of the raw material support 26.
  • the projecting portion 46 is protruded to the outside perpendicular to the side surface of the raw material support 26 and can be formed, for example, in a flange shape.
  • the projecting portion 46, the mounting member 44 described below, the screw 43 and the like are omitted.
  • symbol 44 of FIG.4 (b) is a mounting member in which the semicircular mounting hole 45 was formed.
  • the diameter of the semicircle of the mounting hole 45 is the same as or slightly larger than the outer diameter of the raw material support 26. Therefore, the mounting member 44 can be fitted into the raw material support 26 so that the raw material support 26 is positioned in the mounting hole 45.
  • the repeller electrode 23 is disposed at a lower position of the chamber 21, and the raw material support 26 is vertically disposed so that the protrusion 46 is located at the lower end of the raw material support 26. And is fixed to the chamber 21 in a state in which the electrical insulation between them is maintained.
  • the raw material block 28 is formed with an insertion hole 29a into which a screw can be inserted, and the mounting member 44 is provided with a screw hole 29b having a screw groove formed on the inner peripheral surface.
  • the screw 43 is inserted into the insertion hole 29 a of the raw material block 28, and the tip of the screw 43 is screwed into the screw hole 29 b of the mounting member 44.
  • the screw 43 is rotated to apply forces in directions approaching each other to the raw material block 28 and the mounting member 44, and the screw head portion of the screw 43 is abutted against the raw material block 28, and the raw material block 28 and the mounting member 44 protrude
  • the protuberance 46 is sandwiched, and the raw material block 28 is fixed to the raw material support 26.
  • the raw material block 28 is suspended from the mounting member 44 by the screw 43 fixed to the mounting member 44 by screwing, and the raw material block 28 is screwed to the mounting member 44 by the screw 43
  • the material block 28 does not have to be pressed against the mounting member 44 by the thrust of the screw 43 since the material block 26 is prevented from falling off the material support 26.
  • the surface pressure to be pinched may be reduced. Since the screw does not rotate spontaneously under the vibration environment of the device, the distance at the time of initial fastening is maintained. Therefore, even if the raw material block 28 in the portion in contact with the flange of the screw 43 is consumed, the expansion of the projection 46 pinching angle due to the own weight of the raw material block 28 and the mounting member 44 is slight, and the raw material block 28 drops There is nothing to do. For this reason, the fastening torque of the screw 43 attached to sandwich the projecting portion 46 may be small.
  • the fastening torque is small means that the contact heat conduction between the raw material block 28 and the raw material support 26 is suppressed, and the heat outflow from the raw material block 28 is reduced.
  • the fastening torque can be made small facilitates the operation when attaching the raw material block 28.
  • the mounting member 44 and the screw 43 are formed by molding a stainless steel material, and when exposed to a high temperature environment in a state where the fastening torque is large, “gnawing”, which is an adhesion phenomenon, occurs. Since the fastening torque is small, "gnawing” does not occur and the probability of occurrence of a problem at the time of removal can be reduced. Also, no solid lubricant is required.
  • the consumed raw material block 28 can be easily removed from the raw material support 26, and after removal, the new raw material block 28 can be easily attached to the raw material support 26. it can. Thus, replacement of the raw material block 28 is easy.

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Abstract

多量のアルミニウムイオンを生成できる長寿命のイオン源を提供する。チャンバー２１の内部に配置されたカソード電極２２をフィラメント２０に通電して昇温させ、カソード電極２２の側方に配置された窒化アルミニウムの原料ブロック２８を加熱し、導入されたフッ素化合物ガスと反応させ、フッ化アルミニウムを放出させる。カソード電極２２から放出・加速された熱電子をカソード電極２２とリペラ電極２３との間で往復移動させ、フッ化アルミニウムガスを分解し、アルミニウムイオンを生成する。多量のアルミニウムイオンを生成できる長寿命のイオン源が得られる。

Description

イオン源及びイオン注入装置
　本発明は、イオン源に関し、特に、イオン注入装置に用いるイオン源の技術に関する。
　近年、既存のシリコン（Ｓｉ）基板と比較して耐熱性・耐電圧性に優れた炭化ケイ素（ＳｉＣ）基板の製造方法が確立し、比較的安価に手に入るようになっている。
　ＳｉＣ基板を用いたプロセスではアルミニウムイオンをドーパントとして注入するプロセスがあり、アルミニウムイオンビームを生成するイオン源を有するイオン注入装置が使用されている。
　このようなイオン源において、アルミニウムイオンを生成する方法として、塩化アルミニウムを加熱してアルミニウムイオンを生成する方法があるが、生産性が悪く、窒化アルミニウム(アルミナイトライド)とフッ素系ガスとを反応させ、アルミニウムイオンを生成する方法が行われている。
　しかし、窒化アルミニウムとフッ素系ガスとを反応させる方法では中間生成物としてフッ化アルミニウム（ＡｌＦx）が発生し、この発生したフッ化アルミニウムが、反応室の内部に堆積され、アルミニウムイオンの生成が停止する、という問題がある。
　このため、従来技術では、イオン源のメンテナンスを頻繁に行わなければならないという課題があった。
特許第３３２５３９３号 特許第４４２８４６７号
　本発明の課題は、反応室内に中間生成物を堆積させずにアルミニウムイオンを生成する技術を提供することにある。
　上記従来技術の課題を解決するために、本発明は、チャンバー内の一端に配置されたカソード電極と、前記チャンバー内の他端に配置され、前記カソード電極の表面と対面されたリペラ電極と、前記カソード電極の裏面側に配置されたフィラメントと、前記チャンバーに設けられ、フッ素化合物ガスが導入されるガス導入孔と、前記チャンバー内から正電荷のイオンが引き出される放出孔と、を有し、前記チャンバー内には原料ブロックが配置され、通電された前記フィラメントによって前記カソード電極は加熱され、表面の電子放出面から前記リペラ電極に向かって熱電子が放出され、前記熱電子が前記カソード電極と前記リペラ電極との間で往復移動して、前記ガス導入孔から導入された前記フッ素化合物ガスを分解してプラズマを生成し、前記プラズマ中のフッ素が前記原料ブロックと反応して正電荷のアルミニウムイオンが生成されるイオン源であって、前記原料ブロックは、前記カソード電極の側面の近傍に前記カソード電極と前記チャンバーとは非接触で配置され、前記原料ブロックは窒化アルミニウムであり、前記フッ素化合物ガスは三フッ化リンガスであり、前記原料ブロックと前記フッ素化合物ガスとから生成されたフッ化アルミニウムが前記熱電子によって分解されて前記チャンバーから引き出されるアルミニウムイオンが生成されるイオン源である。
　また、本発明は、前記フッ素化合物ガスは前記熱電子によってプラズマにされ、前記原料ブロックの前記リペラ電極に向けられて前記プラズマと接触する面である蒸発面は、前記リペラ電極の前記カソード電極に向けられた表面と前記電子放出面との間に位置し、前記蒸発面が位置する平面と前記電子放出面との間の距離が、前記蒸発面が位置する平面と前記電子放出面に向けられた前記リペラ電極の表面との間の距離よりも小さくなる位置に配置されたイオン源である。
　また、本発明は、前記原料ブロックは、前記カソード電極の発熱によって１２００℃以上１７００℃以下の温度範囲中の温度に昇温されるイオン源である。
　本発明は、前記原料ブロックは原料支持体の先端に配置されたイオン源であって、前記原料支持体の先端には、前記原料支持体の側面とは垂直な外側方向に突出された突状部が設けられ、前記原料ブロックが前記突状部の前記リペラ電極に向いた表面に配置され、裏面には装着部材が配置され、前記原料ブロックと前記装着部材とはネジによって互いに押圧され、前記原料ブロックと前記装着部材とで前記突状部が挟まれ、前記原料ブロックが前記原料支持体に固定されるイオン源である。
　本発明は、イオン源を有するイオン注入装置であって、前記イオン源は、チャンバー内の一端に配置されたカソード電極と、前記チャンバー内の他端に配置され、前記カソード電極の表面と対面されたリペラ電極と、前記カソード電極の裏面側に配置されたフィラメントと、前記チャンバーに設けられ、フッ素化合物ガスが導入されるガス導入孔と、前記チャンバー内から正電荷のイオンが引き出される放出孔と、を有し、前記チャンバー内には原料ブロックが配置され、通電された前記フィラメントによって前記カソード電極は加熱され、表面の電子放出面から前記リペラ電極に向かって熱電子が放出され、前記熱電子が前記カソード電極と前記リペラ電極との間で往復移動して、前記ガス導入孔から導入された前記フッ素化合物ガスを分解してプラズマを生成し、前記プラズマ中のフッ素が前記原料ブロックと反応して正電荷のアルミニウムイオンが生成されるイオン源であって、前記原料ブロックは、前記カソード電極の側面の近傍に前記カソード電極と前記チャンバーとは非接触で配置され、前記原料ブロックは窒化アルミニウムであり、前記フッ素化合物ガスは三フッ化リンガスであり、前記原料ブロックと前記フッ素化合物ガスとから生成されたフッ化アルミニウムが前記熱電子によって分解されて前記チャンバーから引き出されるアルミニウムイオンが生成されるイオン源であり、前記放出孔の近傍に配置され、前記チャンバー内の正電荷の前記イオンを引き出す引出電極と、前記引出電極によって引き出された前記イオンを質量分析する質量分析装置と、前記質量分析されたイオンを照射する基板が配置される注入室と、を有するイオン注入装置である。 
　本発明は、前記フッ素化合物ガスは前記熱電子によってプラズマにされ、前記原料ブロックの前記リペラ電極に向けられて前記プラズマと接触する面である蒸発面は、前記リペラ電極の前記カソード電極に向けられた表面と前記電子放出面との間に位置し、前記蒸発面が位置する平面と前記電子放出面との間の距離が、前記蒸発面が位置する平面と前記電子放出面に向けられた前記リペラ電極の表面との間の距離よりも小さくなる位置に配置されたイオン注入装置である。
　さらに、本発明は、前記原料ブロックは、前記カソード電極の発熱によって１２００℃以上１７００℃以下の温度範囲中の温度に昇温されるイオン注入装置である。
　また、本発明は、前記イオン源の前記原料ブロックは原料支持体の先端に配置され、前記原料支持体の先端には、前記原料支持体の側面とは垂直な外側方向に突出された突状部が設けられ、前記原料ブロックが前記突状部の前記リペラ電極に向いた表面に配置され、裏面には装着部材が配置され、前記原料ブロックと前記装着部材とはネジによって互いに押圧され、前記原料ブロックと前記装着部材とで前記突状部が挟まれ、前記原料ブロックが前記原料支持体に固定されるイオン注入装置である。
　本発明によれば、多量のアルミニウムイオンを生成できる長寿命のイオン源と、そのイオン源を有するイオン注入装置とを提供することができる。また、長期間安定してアルミニウムイオン注入を行うことができる。
　原料ブロックの交換が簡単である。
本発明のイオン源を用いた本発明のイオン注入装置の一例の全体を示す概略構成図 本発明に係るイオン源の構成例を示す断面図 原料ブロックと原料支持体の位置関係を説明するための図面 (ａ）：原料ブロックの平面図　　(ｂ)：装着部材の平面図　　(ｃ)：原料支持体の側面図 アルミニウムナイトライドの温度と放出される窒素ガス(Ｎ2）の分圧との関係のグラフ チャンバー内部の副生成物の蓄積状態を示す写真であり、(ａ)：三フッ化ホウ素ガスを用いた場合　(ｂ)：三フッ化リンを用いた場合
　以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
＜イオン注入装置＞
　図１は、本発明のイオン源を用いた本発明のイオン注入装置１の全体を示す概略構成図である。
　図１に示すように、本例のイオン注入装置１は、後述するイオン源１０と、走行室２と、質量分析装置３と、加速装置４と、走査装置５と、注入室６とが、これらの順に接続されて構成されている。
　なお、このイオン注入装置１は、イオン源１０、走行室２、加速装置４、注入室６が、真空排気装置９ａ～９ｄによってそれぞれ真空排気されるようになっている。
　イオン源１０にはガス供給部１２が接続されており、イオン源１０はガス供給部１２が供給するガスを用いてイオンを生成し、正電荷のイオンが走行室２の内部に引き出され、走行室２の内部を走行し、質量分析装置３の内部に入射する。
　正電荷のイオンが質量分析装置３の内部を通過する際に質量分析され、所望の質量電荷比を有するイオンが通過して加速装置４に入射される。
　ここでは、アルミニウムイオンが通過して加速装置４に入射される。
　加速装置４では、入射したアルミニウムイオンが加速され、走査装置５に入射すると、イオンビームは走査装置５によって進行方向が制御されて注入室６の内部に入射する。
　注入室６の内部には、複数（ここでは二つ）の基板８が配置されており、上述した走査装置５によって、イオンビームは複数の基板８のうちいずれかの基板方向に向けられ、その基板８の表面に照射される。基板８の表面はイオンビームによって走査され、イオンが注入される。
＜イオン源＞
　図２は、本発明に係るイオン源１０の内部を説明するための図面であり、イオン源１０には筒状(ここでは四角筒)のチャンバー２１が配置されており、チャンバー２１の内部は、図１に示した真空排気装置９ａによって真空雰囲気に真空排気されている。
　チャンバー２１は二個の底面３１，３２を有し、一方の底面３１はチャンバー２１の一端に位置し、他方の底面３２はチャンバー２１の他端に位置しており、各底面３１，３２には、それぞれ取付孔４７，４８が設けられている。チャンバー２１の内部のうち、一方の底面３１近くの場所にはフィラメント２０が配置されており、他方の底面３２近くの場所にはリペラ電極２３が配置されている。フィラメント２０はチャンバー２１の外側の真空雰囲気中に配置されている。
　チャンバー２１の内部の場所であって、フィラメント２０とリペラ電極２３との間のフィラメント２０に近い位置には、カソード電極２２が配置されている。従って、カソード電極２２は一方の底面側に配置され、リペラ電極２３は他方の底面側に配置されている。カソード電極２２とリペラ電極２３とは平板あるいは柱状であり、互いに向きあう表面は平行にされており、フィラメント２０はカソード電極２２の裏側に位置している。
　チャンバー２１の外部の場所のうち、フィラメント２０近くの底面３１近傍には、ベース板３０が配置されている。ベース板３０は絶縁された状態でチャンバー２１に固定されている。
　フィラメント２０に近い底面３１の取付孔４７には、原料支持体２６と電極支持体３３が挿通されており、電極支持体３３の一端である先端は、チャンバー２１の内部に配置され、他端である根元部分はベース板３０に固定されている。カソード電極２２は図示しない構造により電極支持体３３の先端に取り付けられている。なお、電極支持体３３とカソード電極２２は一体構造としてもかまわない。
　フィラメント２０から遠い底面３２の取付孔４８には、支持棒３６が挿通されている。支持棒３６の先端はチャンバー２１の内部に配置され、リペラ電極２３が固定されている。
　支持棒３６は電気導電性を有しており、支持棒３６の先端との反対側はチャンバー２１の外部に配置されている。
　支持棒３６は絶縁体４１によってチャンバー２１に固定され、支持棒３６とチャンバー２１との間は絶縁されている。
　原料支持体２６はチャンバー２１と電極支持体３３とは非接触にされて取付孔４７の縁と電極支持体３３との間に配置されている。
　原料支持体２６の根元はベース板３０に固定されており、先端には固体のアルミニウム化合物が所定形状に成形された原料ブロック２８が取り付けられている。ここではアルミニウム化合物は窒化アルミニウム(ＡｌＮ)である。
　電極支持体３３と原料支持体２６とは電気伝導性を有しており、ベース板３０と同電位になるから、カソード電極２２と原料ブロック２８ともベース板３０と同電位になる。
　 原料ブロック２８は、カソード電極２２の側面とチャンバー２１の側面２５の間に、カソード電極２２とチャンバー２１との両方に非接触で配置されており、原料ブロック２８の表面のうち、原料ブロック２８から離間されたリペラ電極２３に向けられた表面である蒸発面３７は平面にされ、カソード電極２２とリペラ電極２３との互いに平行にされた面と平行にされている。
　カソード電極２２のリペラ電極２３に向けられた表面を、電子放出面３８と呼ぶとすると、蒸発面３７が位置する平面は、リペラ電極２３のカソード電極２２に向けられた表面と電子放出面３８との間に位置している。つまり、蒸発面３７は、蒸発面３７が位置する平面とリペラ電極２３との間の距離が、電子放出面３８とリペラ電極２３との間の距離よりも小さくなる位置に配置されている。また蒸発面３７は、蒸発面３７が位置する平面と電子放出面３８との間の距離が、蒸発面３７が位置する平面とリペラ電極２３との間の距離よりも小さくなる位置に配置されている。
　図４(ａ)は、原料ブロック２８の平面図であり、原料ブロック２８は同図に示されるように金属体の中央に窓孔２７が形成されたリング形状であり、中央に形成された窓穴２７の中に、カソード電極２２の電子放出面３８が配置されており、窓穴２７の中で放出面３８が露出するようにされている。
　ここでは窓穴２７の形状は円形であり、カソード電極２２の形状は円盤状であり、窓穴２７の直径の方がカソード電極２２の直径よりも大きくされている。
　チャンバー２１の外部には、放電電源５２と、カソード加熱電源５３と、フィラメント加熱電源５４とが配置されている。
　放電電源５２の正電圧端子には、チャンバー２１が電気的に接続されている。
　放電電源５２の負電圧端子にはベース板３０が電気的に接続されている。ここでは原料支持体２６を介して電気的に接続されている。従って放電電源５２が動作すると、カソード電極２２と原料ブロック２８とには、チャンバー２１に対して負電圧が印加される。
　また、放電電源５２の負電圧端子はカソード加熱電源５３の正電圧端子に電気的に接続され、カソード加熱電源５３の負電圧端子はフィラメント２０の一端に電気的に接続されている。カソード加熱電源５３が動作すると、カソード電極２２に対してフィラメント２０に負電圧が印加される。
　また、フィラメント２０の一端はカソード加熱電源５３の負電圧端子とフィラメント加熱電源５４の負電圧端子とに電気的に接続され、フィラメント２０の他端はフィラメント加熱電源５４の正電圧端子に電気的に接続されている。
　カソード電極２２とリペラ電極２３とフィラメント２０とは真空雰囲気に置かれており、フィラメント加熱電源５４が動作して真空雰囲気中でフィラメント２０が通電されると発熱する。
　その状態でカソード加熱電源５３によって、カソード電極２２に対してフィラメント２０に負電圧が印加されていると、熱電子がフィラメント２０からカソード電極２２に向けて放出され、熱電子がカソード電極２２に衝突するとカソード電極２２が加熱される。
　放電電源５２によってチャンバー２１に対してカソード電極２２に負電圧が印加されている状態で、カソード電極２２が加熱されると、熱電子がカソード電極２２の露出された電子放出面３８からリペラ電極２３に向かって放出され、加速される。
　浮遊電位のリペラ電極２３は、カソード電極２２と同等の負電位になっており、カソード電極２２から放出・加速された熱電子(以下、一次電子)は静電気力によって、飛行方向が反転され、カソード電極２２に向かって飛行する。
　カソード電極２２に向かった一次電子も、カソード電極２２によって飛行方向が反転され、リペラ電極２３に向かって反転する。
　このように、一次電子はカソード電極２２とリペラ電極２３との間を繰り返し往復移動する。
　チャンバー２１の外部には、Ｎ極とＳ極の二個の磁極のうちチャンバー２１に向けて一方の磁極が向けられた磁石５８と、他方の磁極が向けられた磁石５９とが配置され、Ｎ極とＳ極との間に形成される磁力線が、カソード電極２２とリペラ電極２３とを貫通するようにされている。
　したがって、一次電子は磁力線に巻き付いて螺旋状に移動しながら往復移動する。これらの作用により、チャンバー２１内のガスと電子との衝突確率を高め、プラズマ生成効率の増大を図っている。
　チャンバー２１の側面には、ガス導入孔３４とイオン放出孔３５とが設けられている。
　ガス導入孔３４はガス供給部１２に接続されており、ガス供給部１２からフッ素化合物ガスが供給されると、フッ素化合物ガスは、チャンバー２１の内部で往復運動する一次電子によって分解され、フッ素イオンやフッ素ラジカルが生成される。
　カソード電極２２は高融点金属で構成されており、フィラメント２０によって２２００℃程度の温度に加熱されている。
　原料ブロック２８はカソード電極２２の近傍にカソード電極２２とは非接触で配置されており、また、原料ブロック２８はチャンバー２１とは非接触で配置されている。
　従って、原料ブロック２８は、カソード電極２２から放出される熱線によって、チャンバー２１に熱が流出しないように加熱され、昇温する。
　上述したように、原料ブロック２８の面のうち、離間されたリペラ電極２３に向けられた蒸発面３７は、電子放出面３８よりもリペラ電極２３に近い位置に配置されており、カソード電極２２の温度を調節する手段の他、原料ブロック２８のリペラ電極２３に向けられた蒸発面３７と電子放出面３８との間の、電子放出面３８に対して垂直な方向の距離と、原料ブロック２８とカソード電極２２の側面との間の距離と、原料ブロック２８とチャンバー２１の内側面との間の距離とを調節することで、原料ブロック２８が１２００℃以上１７００℃以下の温度範囲に昇温するようにされている。
　チャンバー２１に導入されたフッ素化合物ガスからは一次電子によってフッ素イオンやフッ素ラジカルを含有するプラズマが生成され、蒸発面３７は生成されたプラズマと接触する。プラズマは蒸発面３７に露出する窒化アルミニウムと接触し、窒化アルミニウムはプラズマ中のフッ素イオンやフッ素ラジカル等のフッ素と反応し、フッ化アルミニウム(ＡｌＦx)が生成される。
　フッ化アルミニウムは高温に加熱されて気体となって原料ブロック２８からチャンバー２１の内部に放出される。加熱されたチャンバー２１の内部でフッ化アルミニウムガスが発生するのでフッ化アルミニウムがチャンバー２１に接続された配管の内部に析出することはない。
　放出されたフッ化アルミニウムは、チャンバー２１内で往復運動する一次電子によって分解され、アルミニウムイオン(Ａｌ+)が生成される。
　チャンバー２１の外部のイオン放出孔３５に近い位置には、チャンバー２１に対して負電圧が印加された平板状の引出電極２４が配置されており、チャンバー２１の内部で生成された正電荷のイオンは引出電極２４が形成する電界によって引出電極２４に吸引され、イオン放出孔３５からチャンバー２１の外部に引き出され、引出電極２４の中央の孔３９を通過して上述した走行室２の内部に入射する。走行室２の内部に入射した正電荷のイオンの中にはアルミニウムイオンが含まれる。
　上記のフッ素化合物ガスには、三フッ化リン(ＰＦ3)ガスや三フッ化ホウ素（ＢＦ3)ガスを用いることができるが、三フッ化ホウ素ガスの場合は蒸発温度が高い窒化ホウ素(ＢＮ)が副生成物として生成され、窒化ホウ素がチャンバー２１の内部に蓄積される。
　図６(ａ)は、三フッ化ホウ素ガスを用いたときのチャンバー２１の内部の副生成物状態を示す写真であり、同図(ｂ)は、三フッ化リンガスを用いたときのチャンバー２１の内部の副生成物状態を示す写真である。副生成物の量は三フッ化リンガスの方が少なくなっている。
　また、三フッ化窒素(ＮＦ3)ガスを用いてアルミニウムイオンを生成することも可能であるが、三フッ化窒素ガスは三フッ化リンガスよりも反応性が低いため三フッ化リンガスの方が有利である。
　また、原料ブロック２８にアルミナ(Ａｌ2Ｏ3)を用いると、アルミニウムイオンの生成量が少ない。また、酸素プラズマが発生しない点で窒化アルミニウムの方が有利である。
　また、アルミナとＢＦ3ガスとを反応させると、アルミニウムイオンと質量電荷比が等しいＢＯイオンが発生するため、特にアルミナとＢＦ3ガスの組み合わせは使用することができない。
　原料ブロック２８は、フッ化アルミニウムを必要量放出させるために、最低１２００℃以上の温度に加熱されることが必要であり、加熱温度が高温であるほど望ましいが、フッ化アルミニウムの放出と供に窒素ガスも放出される。
　図５は、窒化アルミニウムの温度と、窒化アルミニウムから放出される窒素ガス(Ｎ2）の分圧との関係のグラフであり(真空，Vol.9、(1966)，No.5，p183-189)、イオン源の作動圧力の上限が５×１０-3ｍｍHｇ程度であるため、窒化アルミニウムの温度の上限は１７００℃になることが分かる。
　図３は、原料ブロック２８が原料支持体２６に取り付けられた一例を説明するための斜視図であり、図４(ｃ)は、原料支持体２６の側面図である。
　電極支持体３３と原料支持体２６とは、この例では円筒であり、この例では電極支持体３３の直径の方が原料支持体２６の直径よりも小さくなるようにされている。
　電極支持体３３と原料支持体２６とは、中心軸線が一致するようにされて、電極支持体３３が原料支持体２６の中空内部に配置されてそれぞれベース板３０に固定されている。
　原料支持体２６の先端には突状部４６が設けられている。この突状部４６は、原料支持体２６の側面と垂直な外側に突き出されており、例えばフランジ状に形成することができる。図２では、突状部４６や下記の装着部材４４やネジ４３等は省略されている。
　図４(ｂ)の符号４４は、半円形の装着孔４５が形成された装着部材である。装着孔４５の半円の直径の大きさは、原料支持体２６の外径と同じであるか、少し大きく形成されている。従って、装着孔４５に原料支持体２６が位置するように、装着部材４４を原料支持体２６に嵌め込むことができる。
　リペラ電極２３はチャンバー２１の下方の位置に配置され、原料支持体２６は突状部４６が原料支持体２６の下端に位置するように鉛直に配置されており、原料支持体２６は、チャンバー２１との間の電気的絶縁性が維持された状態でチャンバー２１に固定されている。
　装着部材４４が原料支持体２６に装着されると、装着部材４４は突状部４６の上に乗せられている。
　原料ブロック２８にはネジを挿入することができる挿通穴２９ａが形成され、装着部材４４には内周面にネジ溝が形成されたねじ穴２９ｂが設けられている。
　突状部４６のリペラ電極２３に向けられた表面に原料ブロック２８を当接させ、突状部４６を、原料ブロック２８と装着部材４４との間に位置させた状態で、図３に示されたように、ネジ４３を原料ブロック２８の挿通孔２９ａに挿通させ、ネジ４３の先端を装着部材４４のネジ穴２９ｂにねじ込む。
　そしてネジ４３を回転させ、原料ブロック２８と装着部材４４とに互いに近づく方向の力を印加させ、ネジ４３のネジ頭部分を原料ブロック２８に当接させ、原料ブロック２８と装着部材４４とで突状部４６を挟み込み、原料ブロック２８を原料支持体２６に固定する。このとき、原料ブロック２８は、装着部材４４にネジ止め固定されたネジ４３によって、装着部材４４から吊下されていることになり、原料ブロック２８は、ネジ４３によって装着部材４４にネジ止め固定されて原料支持体２６から脱落しないようにされているので、原料ブロック２８がネジ４３の推力によって装着部材４４に押圧される必要はない。
　原料ブロック２８は、イオン生成に伴って消耗するため、ネジ４３の推力によって原料ブロック２８が固定されていても、原料ブロック２８が消耗すれば挟み込まれる面圧が減少する場合もあるが、イオン注入装置の振動環境下では、ネジが自発的に回転する事はない為、当初の締結時の距離は保たれる。従って、ネジ４３のフランジと接触する部分の原料ブロック２８が消耗したとしても、原料ブロック２８と装着部材４４の自重に起因する突状部４６挟み角度の拡大は軽微であり、原料ブロック２８が脱落することはない。
　このため、突状部４６を挟むために取り付けるネジ４３の締結トルクは小さくても良い。
　締結トルクが小さくて済むことは、原料ブロック２８と原料支持体２６との間の接触熱伝導を抑えることになり、原料ブロック２８からの熱流出が減少することになる。
　また、締結トルクが小さくて済むことは、原料ブロック２８を取り付ける際の作業が容易になる。
　他方、装着部材４４とネジ４３とはステンレス材料が成形されて構成されており、締結トルクが大きい状態で高温環境に曝されると凝着現象である「かじり」が発生するが、本発明では締結トルクが小さいため、「かじり」は発生することは無く、取り外し時に問題が発生する確率を下げることが出来る。また、固体潤滑剤は不要となる。
　また、締結トルクが小さいことによりネジ４３を緩めると、消耗した原料ブロック２８を原料支持体２６から簡単に取り外すことができ、取り外し後、新しい原料ブロック２８を原料支持体２６に簡単に取りつけることもできる。このように、原料ブロック２８の交換は容易である。
　１……イオン注入装置
１０…イオン源
１２……ガス供給部
２０……フィラメント
２１……チャンバー
２２……カソード電極
２３……リペラ電極
２６……原料支持体
２８……原料ブロック
３８……電子放出面 

Claims (8)

  1. 　チャンバー内の一端に配置されたカソード電極と、
    　前記チャンバー内の他端に配置され、前記カソード電極の表面と対面されたリペラ電極と、
    　前記カソード電極の裏面側に配置されたフィラメントと、
    　前記チャンバーに設けられ、フッ素化合物ガスが導入されるガス導入孔と、
    　前記チャンバー内から正電荷のイオンが引き出される放出孔と、
    を有し、
    　前記チャンバー内には原料ブロックが配置され、
    　通電された前記フィラメントによって前記カソード電極は加熱され、表面の電子放出面から前記リペラ電極に向かって熱電子が放出され、前記熱電子が前記カソード電極と前記リペラ電極との間で往復移動して、前記ガス導入孔から導入された前記フッ素化合物ガスを分解してプラズマを生成し、前記プラズマ中のフッ素が前記原料ブロックと反応して正電荷のアルミニウムイオンが生成されるイオン源であって、
    　前記原料ブロックは、前記カソード電極の側面の近傍に前記カソード電極と前記チャンバーとは非接触で配置され、
    　前記原料ブロックは窒化アルミニウムであり、
    　前記フッ素化合物ガスは三フッ化リンガスであり、
    　前記原料ブロックと前記フッ素化合物ガスとから生成されたフッ化アルミニウムが前記熱電子によって分解されて前記チャンバーから引き出されるアルミニウムイオンが生成されるイオン源。
  2. 　前記フッ素化合物ガスは前記熱電子によってプラズマにされ、
    　前記原料ブロックの前記リペラ電極に向けられて前記プラズマと接触する面である蒸発面は、前記リペラ電極の前記カソード電極に向けられた表面と前記電子放出面との間に位置し、前記蒸発面が位置する平面と前記電子放出面との間の距離が、前記蒸発面が位置する平面と前記電子放出面に向けられた前記リペラ電極の表面との間の距離よりも小さくなる位置に配置された請求項１記載のイオン源。
  3. 　前記原料ブロックは、前記カソード電極の発熱によって１２００℃以上１７００℃以下の温度範囲中の温度に昇温される請求項１記載のイオン源。
  4. 　前記原料ブロックは原料支持体の先端に配置されたイオン源であって、
    　前記原料支持体の先端には、前記原料支持体の側面とは垂直な外側方向に突出された突状部が設けられ、前記原料ブロックが前記突状部の前記リペラ電極に向いた表面に配置され、裏面には装着部材が配置され、
    　前記原料ブロックと前記装着部材とはネジによって互いに押圧され、前記原料ブロックと前記装着部材とで前記突状部が挟まれ、前記原料ブロックが前記原料支持体に固定される請求項１記載のイオン源。
  5. 　イオン源を有するイオン注入装置であって、
    　前記イオン源は、
    　チャンバー内の一端に配置されたカソード電極と、
    　前記チャンバー内の他端に配置され、前記カソード電極の表面と対面されたリペラ電極と、
    　前記カソード電極の裏面側に配置されたフィラメントと、
    　前記チャンバーに設けられ、フッ素化合物ガスが導入されるガス導入孔と、
    　前記チャンバー内から正電荷のイオンが引き出される放出孔と、
    を有し、
    　前記チャンバー内には原料ブロックが配置され、
    　通電された前記フィラメントによって前記カソード電極は加熱され、表面の電子放出面から前記リペラ電極に向かって熱電子が放出され、前記熱電子が前記カソード電極と前記リペラ電極との間で往復移動して、前記ガス導入孔から導入された前記フッ素化合物ガスを分解してプラズマを生成し、前記プラズマ中のフッ素が前記原料ブロックと反応して正電荷のアルミニウムイオンが生成されるイオン源であって、
    　前記原料ブロックは、前記カソード電極の側面の近傍に前記カソード電極と前記チャンバーとは非接触で配置され、
    　前記原料ブロックは窒化アルミニウムであり、
    　前記フッ素化合物ガスは三フッ化リンガスであり、
    　前記原料ブロックと前記フッ素化合物ガスとから生成されたフッ化アルミニウムが前記熱電子によって分解されて前記チャンバーから引き出されるアルミニウムイオンが生成されるイオン源であり、
    　前記放出孔の近傍に配置され、前記チャンバー内の正電荷の前記イオンを引き出す引出電極と、
    　前記引出電極によって引き出された前記イオンを質量分析する質量分析装置と、
    　前記質量分析されたイオンを照射する基板が配置される注入室と、
    を有するイオン注入装置。 
  6. 　前記フッ素化合物ガスは前記熱電子によってプラズマにされ、
    　前記原料ブロックの前記リペラ電極に向けられて前記プラズマと接触する面である蒸発面は、前記リペラ電極の前記カソード電極に向けられた表面と前記電子放出面との間に位置し、前記蒸発面が位置する平面と前記電子放出面との間の距離が、前記蒸発面が位置する平面と前記電子放出面に向けられた前記リペラ電極の表面との間の距離よりも小さくなる位置に配置された請求項５記載のイオン注入装置。
  7. 　前記原料ブロックは、前記カソード電極の発熱によって１２００℃以上１７００℃以下の温度範囲中の温度に昇温される請求項５記載のイオン注入装置。
  8. 　前記イオン源の前記原料ブロックは原料支持体の先端に配置され、
    　前記原料支持体の先端には、前記原料支持体の側面とは垂直な外側方向に突出された突状部が設けられ、前記原料ブロックが前記突状部の前記リペラ電極に向いた表面に配置され、裏面には装着部材が配置され、
    　前記原料ブロックと前記装着部材とはネジによって互いに押圧され、前記原料ブロックと前記装着部材とで前記突状部が挟まれ、前記原料ブロックが前記原料支持体に固定される請求項５記載のイオン注入装置。
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