JPH0224942A - イオン注入装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、イオン注入装置に関する。

（従来の技術） 一般にイオン注入装置は、例えば半導体ウェハ等に不純
物をドーピングする装置として広く使用されており、そ
のイオン源として、ガスあるいは固体イオン種を用いて
いる。

このようなイオン注入装置のうち、固体イオン種を用い
るイオン注入装置では、この固体イオン種を加熱して、
昇華あるいは蒸発させてガス化するためのガス発生機構
が配置されている。

従来のイオン注入装置では、上記ガス発生機構は、例え
ば次のように構成されている。すなわち、第８図に示す
ように、真空チャンバ１の開口２を閉塞する如く外部か
ら挿入固定されたガス発生機構３は、例えば耐熱性のス
テンレス等から棒状に形成された基体４と、この基体４
の端部に設けられ、開口２を閉塞する如く真空チャンバ
１壁に固定される固定用板５および基体４の周囲に巻回
されたヒータ６とを備えており、基体４の先端部には、
固体イオン種を収容するためのイオン種収容孔７が穿設
されている。

また、イオン種収容孔７の先端には、例えば螺子等によ
り、着脱自在にステンレス等からなるノズル８が設けら
れており、このノズル８を取り外してイオン種収容孔７
内に粒径例えば数ミリ程度のリン、ヒ素、アンチモン等
の固体イオン種を充填可能に構成されている。

そして、ヒータ６に通電することにより、固体イオン種
を加熱し、ガスを発生させ、このガスをノズル８によっ
て図示しないイオン生成室内に導入し、例えば直流電圧
を印加すること等によりイオンを発生させる。

なお、上述のようにガス発生機構３のヒータ６は、真空
チャンバ１内に設けられるため、空気を介しての熱伝導
が生しない、そこで、ヒータ６で発生した熱が効率良く
基体４に伝わるように、ヒタ６は、例えばロー付は等に
より基体４に溶接されている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記説明の従来のイオン注入装置では、
次のような問題がある。

すなわち、例えばヒータに通電を開始すると、ヒータで
発生した熱が基体を伝わり、イオン種収容孔内の固体イ
オン種が加熱される。そして、固体イオン種の温度が所
定ｌＨ度〆なると、この固体イオン種からガスが発生し
始める。このガスは、ノズルによってイオン生成室内に
導入されるが、このノズルはヒータから遠方に位置する
ため、特に通電開始直後はこのノズル内の温度は、固体
イオン種の気化温度まで昇温しでいない。このため、ノ
ズル内に入ったガスは、再結晶を始め、この結晶がノズ
ル内に付着し、ノズルを閉塞してしまう。

このような問題は、固体イオン種としてアンチモンを用
いた場合に特に著しい。また、アンチモンを用いた場合
には、結晶化したアンチモンがステンレスに強固に固着
して、容易に除去することができない。このため、例え
ばノズルの螺子部等に結晶が付着してノズルの着脱がで
きなくる等の問題も発生する。

本発明は、かかる従来の事情に対処してなされたもので
、結晶の付着によるノズルの閉塞を防止することができ
るとともに付着した結晶の除去を容易に行うことができ
、従来に較べて稼働率の向上およびメンテナンス性の向
上を図ることのできるイオン注入装置を提供しようとす
るものである。

［発明の構成コ （課題を解決するための手段） すなわち本発明は、固体イオン種から発生させたガスを
イオン化してイオンビームを発生させるイオン注入装置
において、前記ガスと接触する部位を、前記ガスによる
付着の易離部材により構成したことを特徴とする。

（作　用） 上記構成の本発明のイオン注入装置では、固体イオン種
から発生するガスと接触する部位を前記ガスによる付着
物の易離部材、例えばノズル内部等が、熱伝導率が高く
、アンチモン等に対する濡れ性が悪いカーボンからなる
部材により構成されている。

ノズル先端まで効率良く熱が伝わる事により、気化した
ガスの再結晶を防ぎ、結晶の付着によるノズルの閉塞を
防止することができるとともに万一付着した結晶の除去
を容易に行うことができ、従来に較べて稼働率の向上お
よびメンテナンス性の向上を図ることができる。

（実施例） 以下、本発明のイオン注入装置を図面を参照して一実施
例について説明する。

真空チャンバ１１には、開口１２が形成されており、こ
の開口１２を閉塞する如く外部からガス発生機構１３が
挿入固定されている。

すなわち、ガス発生機構１３の端部には、第２図にも示
すように材質例えばステンレスのほぼ矩形の固定用板１
４が設けられており、この固定用板１４には、真空チャ
ンバ１１と当接され気密性を確保するための０リング１
５が配置されている。

そして、この固定用板１４を真空チャンバ１１に例えば
螺子等で固定することにより、開口１２か気密的に閉塞
され、真空チャンバ１１内にガス、鏑生機構１３が突出
する如く設けられる。

また、固定用板１４には、材質例えば耐熱性ステンレス
から棒状に構成された基体１６がその一端を固定されて
おり、第２図にも示すように、この基体１６には、固定
用板１４側から長手方向に沿って４つのヒータ挿入孔１
７が穿設され、これらのヒータ挿入孔１７には、それぞ
れ棒状に構成されたヒータ１８が挿入されている。なお
、これらのヒータ１８は、先端から前半部が発熱部１８
ａ１後半部が支持部（非発熱部）１８ｂとされており、
これらのヒータ１８は、真空チャンバ１１の外から交換
可能に構成されている。さらに、これらのヒータ挿入孔
１７の間には、温度検出器挿入孔１つおよび３つの冷却
気体導入孔２０が穿設されている。そして、第３図およ
び第４図に示すように、温度検出器挿入孔１つには、温
度検出器として例えば熱電対２１が挿入され、冷却気体
導入孔２０には、冷却用気体例えば空気を送出するため
の配管２２が挿入されている。なお、熱電対２１は、基
体１６内の温度を検出してヒータ１６の通電量を調節し
、温度制御を行うためのものであり、配管２２は、例え
ばメンテナンス時等に急速に冷却を行うためのものであ
る。

一方、上記基体１６の先端側には、固体イオン種カート
リッジ２３を収容するためのカートリッジ収容孔２４が
穿設されている。また、基体１６の先端部には、この固
体イオン種カートリッジ２３を係止するための機構とし
て、例えばＬ字状の切り欠き部２５が２つ設けられてい
る。

上記固体イオン種カートリッジ２３は、第５図にも示す
ように、次のように構成されている。

すなわち、カートリッジ本体６０は、内部に固体イオン
種を収容する如く中空円筒状に構成されており、外壁６
１が材質例えば耐熱性ステンレス、内壁６２が材質カー
ボンからなる　２層構造とされている。また、このカー
トリッジ本体６０の先端側には、ノズル６３が固定用螺
子６４によっテ着脱自在に設けられており、このノズル
６３も外壁６４が材質例えば耐熱性ステンレス、内壁６
５が材質カーボンからなる　２層構造とされている。

なお、カートリッジ本体６０のノズル６３側端部に設け
られ、カートリッジ本体６０内とノズル６３とを連通ず
るガス流路６６は、ノズル６３に対して偏心して曲折す
る如く設けられており、カートリッジ本体６０内に充填
された固体イオン種がノズル６３から出に（いように構
成されている。

そして、カートリッジ本体６０の後側端部開口６６には
、この開口６６を閉塞する如く材質カーボンからなる伝
熱棒６７が設けられる。この伝熱棒６７は、例えば螺子
等により着脱自在とされており、この伝熱棒６７を取外
してカートリッジ本体６０内に固体イオン種を充填可能
に構成されている。

すなわち、固体イオン種カートリッジ２３内の固体イオ
ン種およびこの固体イオン種から発生したガスの接触す
る部分は、全てこのガスによる付着物の易離部材、例え
ばカーボンからなる部材により構成されている。

また、カートリッジ本体６０の外側部分には、開口側が
大径となる如く段差部６８が設けられ、この段差部６８
には、Ｌ字状の爪６９が設けられている。

したがって、基体１６に設けられたカートリッジ収容孔
２４は、小径となってヒータ１８間の部位まで延在して
おり、ここに固体イオン種カートリッジ２３の伝熱棒６
７が挿入され、ヒータ１８により固体イオン種を効率良
く加熱することができるよう構成されている。

そして、基体１６のカートリッジ収容孔２４に上記固体
イオン種カートリッジ２３を挿入し、基体１６のＬ字状
の切り欠き部２５にイオン種カートリッジ２３の爪６９
を係止させ、このイオン種カートリッジ２３の先端に例
えば４枚の皿ばね２７を配置して、第６図に示すように
、円筒状の熱反射カバー２８を被せ、この熱反射カバー
２８に設けられたＬ字状の切り欠き部２つと、基体１６
に設けられた突起３０とを係止させ、固定する。

すなわち、固体イオン種カートリッジ２３は、皿ばね２
７によって基体１６に押圧された状態で固定され、基体
１６からの熱が固体イオン種カートリッジ２３に効率良
く伝わるよう構成されている。

また、上記熱反射カバー２８は、基体１６から輻射によ
って放射される熱を反射して基体１６に戻し、熱効率を
高めるためのものである。

上記構成のこの実施例のイオン注入装置では、カートリ
ッジ本体６０内に固体イオン種、例えば粒径数ミリのア
ンチモン等を例えば数十グラム程度充填し、ガス発生機
構１３を上述の如く組み立て、真空チャンバ１１に配置
する。そして、ヒータ１８に通電することにより固体イ
オン種を加熱し、ガスを発生させる。このガスは、カー
トリッジ本体６０内からノズル６３を通り、例えば直流
電圧の印加によりイオンを発生させる図示しないイオン
生成室に流入し、イオン化される。このイオンは、イオ
ン生成室内から電気的に引き出され、質量分析マグネッ
ト、加速管、静電レンズ等によって所望の電子ビームと
され、偏向電極等によって走査されて例えば半導体ウェ
ハ等に走査照射される。

すなわち、この実施例のイオン注入装置では、前述のよ
うにカートリッジ本体６０内およびノズル６３の固体イ
オン種およびこの固体イオン種から発生したガスの接触
する部分は、全て熱伝導率が高く、アンチモン等に対す
る濡れ性が悪いカーボンからなる部材により構成されて
いる。したがって、例えばヒータ１８による加熱を開始
した直後であっても、カートリッジ本体６０内の温度と
ノズル６３の温度との差が少なく、固体イオン種から発
生したガスがノズル６３内で冷却されて再結晶化するこ
とを防止することができ、ノズル６３が閉塞されること
を防止することができる。また、固体イオン種としてア
ンチモンを使用した場合でも、カーボンはアンチモンに
対する濡れ性が悪いので、アンチモンが強固に固着する
ことがなく、容易に除去することができる。さらに、比
較的温度の高いヒータ１８側に設けられた伝熱棒６７を
螺子により取外し可能とし、固体イオン種をカートリッ
ジ本体６０内に充填するための開閉機構として用いてい
るため、この螺子部等にアンチモンが強固に固着して開
閉不能となるようなこともない。

次に第７図を参照して、他の実施例のイオン注入装置に
ついて説明する。

真空チャンバ内に設けられる基体８０は、例えば耐熱性
ステンレス等から円筒状に構成されており、その外側に
は、ヒータ８１が巻回されている。

また、基体８０内には、先端側に開口するカートリッジ
収容孔８２が穿設されており、このカートリッジ収容孔
８２内には、固体イオン種を収容する固体イオン種カー
トリッジ８３が設けられている。なお、ヒータ８１で発
生した熱が効率良く基体８０に伝わるように、ヒータ８
１は、例えばロー付は等により基体８０に溶接されてい
る。

この固体イオン種カートリッジ８３は、次のように構成
されており、前述の実施例と同様に固体イオン種および
この固体イオン種から発生したガスの接触する部位は、
全てカーボンからなる部材により構成されている。

すなわち、材質カーボンからなり中空円筒状に構成され
たカートリッジ本体９０の先端部には、外壁９１が材質
例えば耐熱性ステンレス、内壁９２が材質カーボンから
なる　２層構造とされたノズル９３が、材質カーボンか
らなる固定用螺子９４によって着脱自在に設けられてい
る。また、カートリッジ本体９０の後側端部には、開口
９５が形成されており、この間口９５を閉塞する如く、
材質カーボンからなる伝熱棒９６が設けられている。

この伝熱棒９６は、例えば螺子により前説自在とされて
おり、この伝熱棒９６を取外してカートリッジ本体９０
内に固体イオン種を充填可能に構成されている。

そして、固体イオン種カートリッジ８３は、カートリッ
ジ本体９０の先端側外周に設けられた螺子を基体８０の
カートリッジ収容孔８２内壁に設けられた螺子に螺合さ
せることにより、カートリッジ収容孔８２内に固定され
る。

上記構成のこの実施例のイオン注入装置では、カートリ
ッジ本体９０内に固体イオン種、例えば粒径数ミリのア
ンチモン等を例えば数十グラム程度充填し、ヒータ８１
に通電することにより固体イオン種を加熱し、ガスを発
生させる。このガスは、カートリッジ本体９０内からノ
ズル９３を通り、例えば直流電圧の印加によりイオンを
発生させる図示しないイオン生成室に流入し、イオン化
される。このイオンは、イオン生成室内から電気的に引
き出され、質量分析マグネット、加速管、静電レンズ等
によって所望の電子ビームとされ、偏向電極等によって
走査されて例えば半導体装置ハ等に走査照射される。

上記構成のこの実施例でも、前述の実施例と同様に固体
イオン種およびこの固体イオン種から発生したガスの接
触する部位が、全てカーボンからなる部材により構成さ
れているので、前述の実施例と同様な効果を得ることが
できる。

［発明の効果］ 上述のように、本発明のイオン注入装置によれば、結晶
の付着によるノズルの閉塞を防止することができるとと
もに万一付着した結晶の除去を容易に行うことができ、
従来に較べて稼働率の向上およびメンテナンス性の向上
を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のイオン注入装置の要部構成
を示す断面図、第２図は第１図のＡ矢視図、第３図は第
２図のＢ−Ｂ断面図、第４図は第２図のＣ−Ｃ断面図、
第５図は第１図に示す固体イオン種カートリッジの分解
図、第６図は第１図の側面図、第７図は他の実施例のイ
オン注入装置の要部構成を示す断面図、第８図は従来の
イオン注入装置の要部構成を示す断面図である。 １１・・・・・・真空チャンバ　１３・・・・・・ガス
発生機構、１８・・・・・・ヒータ、２３・・・・・・
固体イオン種カートリッジ、６０・・・・・・カートリ
ッジ本体、６１・・・・・・カートリッジ本体外壁（ス
テンレス製）、６２・・・・・・カートリッジ本体内壁
（カーボン製）、６３・・・・・・ノズル、６４・・・
・・・ノズル外壁（ステンレス製）、６５・・・・・・
ノズル内壁（カーボン製）、６７・・・・・・伝熱棒（
カーボン製）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）固体イオン種から発生させたガスをイオン化して
   イオンビームを発生させるイオン注入装置において、 前記ガスと接触する部位を、前記ガスによる付着の易離
   部材により構成したことを特徴とするイオン注入装置。