JPH0418028B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はイオン源装置に関する。

（従来の技術とその問題点） 従来、ベリリウムなどのイオン注入には熱陰極
電子振動形イオン源を有するイオン注入装置が用
いられている。

熱陰極電子振動形イオン源として知られている
イオン源装置は、イオン化物質を高温に加熱して
気化させ、その気化ガスに熱電子を衝突させてイ
オン化し、これを外部に引出すようにしたもので
ある。

高融点金属が収容されたイオン源基体室を加熱
電源により1000〜2000℃に加熱して、高融点金属
の蒸気を生成し、この蒸気を上記イオン源基体室
とパイプで連通されたイオン生成室に導入し、こ
のイオン生成室に設けられたフイラメントを通電
加熱することにより、このフイラメントから熱電
子を放出させ、上記イオン生成室と上記フイラメ
ントの間に印加した100〜200Vの放電電圧の作用
により、イオンの大電流を発生させる技術が特開
昭54−77073号に記載されている。

上記公報には高融点金属のAu，Cu，Mn，Be
は1000〜1300℃，Si，Ni，Co，Fe，Pd，Ｕは
1400〜1700℃，Cr，Ti，Ｖ，Th，Nb，Rhは
1700〜2000℃，Hf，Ｂ，Irは2200〜2800℃が融
点であること、又、通常大電流と称されるmA以
上のイオンの電流を得るには、イオン化に当つ
て、イオン化蒸気の圧力を10^-3Torr可及的に
10^-2Torr以上の圧力に上昇する必要があるが、
融点が1000℃以上の高融点金属の場合、融点以下
での蒸気圧は低いのでこの蒸気圧に到達するため
には、金属の融点を越えて、加熱、蒸発を促進し
なければならないことについても記載されてい
る。

またイオン生成室を構成するアークチヤンバ内
に熱陰極フイラメントを設け、上記アークチヤン
バ内に所定のガスを導入するとともに、アークチ
ヤンバに＋30KVの電圧を印加し、アークチヤン
バと熱陰極フイラメント間の放電により、ソース
プラズマを生成し、このソースプラズマより重イ
オンのビーム電流を引き出す技術が実公平63−
21879号公報に記載されている。

またさらに、イオン源装置より取出されたイオ
ンビームは所定の高電圧が印加された加速器によ
り、イオンビームを加速し、この加速されたイオ
ンビーム中より所望のイオンを取り出すため分析
マグネツトを用いて所望のイオンだけを取り出す
技術について特開昭56−145645号公報に記載され
ている。

尚、分析マグネツトで取りのぞかれた不用なイ
オン（人体に有害であつたり、腐食性である場合
が多い）は分析マグネツト中でトラツプされ、こ
のトラツプされた不用な生成物はイオン注入装置
の定期的なメンテナンスで取りのぞかれている。

従来のイオン注入装置のイオン源装置部分につ
いて第２図を用いて説明する。

図示しないヒータによつて加熱されるように構
成された熱オーブンからなるベイパライザ１０内
には、イオン化物質１２が収容されており上記ベ
イパライザ１０内のヒータには電源１４が接続さ
れている。

また、上記ベイパライザ１０と連通したアーク
チヤンバ１６が設けられ、上記電源１４によつて
上記ベイパライザ１０内のヒータを通電加熱し、
イオン化物質１２を気化しこの気化物質を上記ア
ークチヤンバ１６に供給するように構成されてい
る。

そして、上記アークチヤンバ１６内に設けられ
た図示しないアーク発生手段によりアークを発生
させ、このアークにより上記気化物質をイオン化
して、イオンビーム１８を取り出すように構成し
ていた。また他の従来のイオン源装置としては、
アークチヤンバをベリリウムで製造すると共に、
イオン化物質を加熱して気化し、イオン化するた
めのプラズマ生成用放電陰極をなすフイラメント
を設け、このフイラメントのエミツシヨンを直接
ベリリウムに当てて、ベリリウムイオンビ−ムを
取り出すことも考えられていた。

（発明が解決しようとする課題） 従来の技術では燐、砒素、アンチモンなどのイ
オン化物質についてはベイパライザで容易に気化
させることができるが、ベリリウムなどの気化し
ずらいイオン化物質では、高融点金属の融点以上
に加熱しないとベイパライザにより十分に気化す
ることができず、イオンビーム電流を十分に取り
出すことができないという改善点を有していた。

また、第２図で説明した従来の技術では、ベリ
リウム、銅、亜鉛などの気化しずらいイオン化物
質でアークチヤンバが構成されているため、イオ
ンビーム電流の取り出し効率が悪く、フイラメン
トに多大な電流を供給するためアークチヤンバが
過度な高温状態となり、アークチヤンバの熱的変
形が発生しアークチヤンバの寿命が大幅に低下す
るという改善点を有していた。

この発明は上記点に鑑みなされたもので、簡単
な構成で安定に十分なイオン電流を取り出すこと
のできるイオン源装置を提供するものである。

（課題を解決するための手段） この発明は、イオンビーム取出口が開設され、
ガス導入パイプが連通されたアークチヤンバと、
このアークチヤンバ内壁に設けられたイオン化物
質と、このイオン化物質を上記アークチヤンバ内
でイオン化するイオン化手段と、上記イオン化物
質を腐食させる腐食性ガスを上記ガス導入パイプ
より上記アークチヤンバ内へ供給する腐食性ガス
供給手段とから構成されたことを特徴とするイオ
ン源装置である。

（作用） この発明は、腐食性ガスがアークチヤンバ内に
供給され、このアークチヤンバ内に設けられたイ
オン化物質が腐食性ガスにより腐食されイオン化
物質を含む気化物質が発生し、この気化物質がイ
オン化手段によりイオン化される。また、イオン
化物質は腐食性ガスにより腐食されるとともにイ
オン化手段の加熱によつても気化が行なわれる。

（実施例） 以下本発明の実施例を第１図に基づいて説明す
る。第１図はイオン注入装置のイオン源装置を示
すものであり、イオン化物質１が内壁に付着され
イオンビーム取出口６が開設されたアークチヤン
バ２によつて構成されている。

さらに、上記アークチヤンバ２には腐食性ガス
３を供給する腐食性ガス供給手段としてのパイプ
４が連通されており、上記腐食性ガス３をアーク
チヤンバ２内へ導入可能の如く構成されている。
この腐食性ガスとしては、例えばフツ化ボロン
（BF₃）、フツ化水素（HF）、塩化水素（HCI）、
四塩化炭素（CCI₄）、フツ化メチル（CH₃Ｆ）等
のハロゲン化ガスを用いることができる。また、
上記アークチヤンバ２内には図示しないイオン化
手段としてのフイラメントが設けられており、こ
のフイラメントは、電流を供給する図示しない電
源に接続されている。

上記フイラメントと上記アークチヤンバ２の間
には図示しない電源により100Vの電圧が印加さ
れている。

そして、上記イオンビーム取出口６の近くに
は、例えば−1000Vの電圧が印加されたイオン引
出電極が設けられイオンを加速して引き出すこと
が可能に構成されている。

以上の如く、イオン源装置は構成されている。

次にイオン源装置の動作について説明すると、
腐食性ガス供給手段から例えばハロゲンガスであ
る腐食性ガス３をパイプ４を介してアークチヤン
バ２へ供給すると、イオン化物質１が腐食性ガス
３と化学反応を生じイオン化物質１が腐食され、
このイオン化物質を含む気化物質が発生する。こ
の気体物質の発生は常温でも発生するが高温状態
では化学反応が活発に行なわれ、気化物質の発生
量も多くなる。

即ちイオン化物質が先述のようなハロゲン化ガ
スと反応し、ハロゲン化反応生成物として表面か
ら離脱して気化される。そして、アークチヤンバ
２内のフイラメントに電源から電流を供給する
と、上記気化物質にフイラメントから発生する熱
電子が衝突して気化物質のイオン化が行なわれ
る。

イオン化物質は上記フイラメントから発生する
熱と発生したイオンによつても腐食性ガス３が活
生種の状態となり腐食科学反応が活発に行なわれ
イオン化物質の気化が促進され、フイラメントに
流す電流をあまり大きくすることなく、イオンビ
ーム取出口６より十分なイオンビーム５を取り出
すことができる。

実験データを基に実施例装置の効果を説明す
る。アークチヤンバ内壁にイオン化物質としてベ
リリウム銅C1720（Be 1.8〜2.0％）を設けフイラ
メントに300Wの電力を印加し以下の実験を行な
つた。

第１の実験条件として、不活性ガスのアルゴン
をアークチヤンバに導入し、アークチヤンバとフ
イラメント間に印加するアーク電圧100V、この
時流れるアーク電流1.0Aで真空圧力を３×10^-5〜
８×10^-5Torrの範囲で変化させた場合図示しな
い加速器、分析器を通過した後のBeイオンビー
ム電流は1μA以下であつた。

第２の実験条件として、腐食性ガスのBF₃をア
ークチヤンバに導入し、アーク電圧100V、アー
ク電流0.5Aで真空圧力を８×10^-5Torrとしてそ
の他条件は第１の実験条件と同様にした時、Be
イオンビーム電流は約4μA取り出すことができ
た。

この実験条件においては腐食性ガスを流すこと
によりBeイオンビーム電流を４倍以上取り出す
ことができた。

尚、イオン化物質はアークチヤンバ内にどの様
に設けても良く、アークチヤンバをイオン化物質
で構成しても良い。

以上説明した実施例のイオン源装置の効果をま
とめると以下の如くである。

１ ベイパライザを用いることなく、十分なイオ
ンビーム電流を取り出すことができ、ベイパラ
イザを用いないためイオン源装置を簡単で小型
に構成することができる。

２ イオン化物質の気化が腐食性ガスの化学反応
による腐食作用とイオン化手段であるフイラメ
ントにより発生する熱と生成されたイオンによ
り行なわれるため、単にフイラメントのみを用
いてイオン化物質の気化を行なつた場合に比べ
て、腐食性ガスによつてイオン化物質の気化が
行なわれる分だけ、イオン化物質を多く気化す
ることができ、イオン化効率が高くなる。

３ 腐食性ガスを流さない従来の技術を用いた場
合と同一のイオンビーム電流を取り出すには、
イオン化物質のフイラメントに流す電流は少な
くて良いため、アークチヤンバが従来の技術を
用いた場合より高温に加熱されることがなく、
アークチヤンバの熱的変形の発生減少させるこ
とができアークチヤンバの寿命が長くなり、安
定にイオンビームを取り出すことができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、アークチ
ヤンバ内壁に設けられたイオン化物質を腐食性ガ
スとイオン化手段により気化させることができ、
腐食性ガスを用いない場合と比べイオン化物質を
多く気化することができ、イオン化効率が高くな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るイオン源装置説明図、第
２図は従来のイオン源装置説明図である。 １……イオン化物質、２……アークチヤンバ、
３……腐食性ガス、４……パイプ、５……イオン
ビーム。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ イオンビーム取出口が開設され、ガス導入パ
   イプが連通されたアークチヤンバと、このアーク
   チヤンバ内壁に設けられたイオン化物質と、この
   イオン化物質を上記アークチヤンバ内でイオン化
   するイオン化手段と、上記イオン化物質を腐食さ
   せる腐食性ガスを上記ガス導入パイプより上記ア
   ークチヤンバ内へ供給する腐食性ガス供給手段と
   から構成されたことを特徴とするイオン源装置。