JPH09219172A - イオン注入装置の排気装置 - Google Patents

イオン注入装置の排気装置

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JPH09219172A
JPH09219172A JP8048235A JP4823596A JPH09219172A JP H09219172 A JPH09219172 A JP H09219172A JP 8048235 A JP8048235 A JP 8048235A JP 4823596 A JP4823596 A JP 4823596A JP H09219172 A JPH09219172 A JP H09219172A
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arsenic
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exhaust system
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Akira Fukunaga
明 福永
Tetsuo Komai
哲夫 駒井
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    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 排気系にヒ素、リン、ホウ素等が付着する
ことがなくイオン注入装置の絶縁吐出管での放電トラブ
ルの解消を図ることができるとともに、真空ポンプ以降
の常圧部の排気配管に黄リンのような反応性の高い物質
が付着蓄積することがなくメンテナンス作業時の危険を
解消することができるイオン注入装置の排気装置を提供
する。 【解決手段】 固体リンないしホスフィン等の気体状
リン化合物をソース物質として被処理基板にリンを注入
するイオン注入装置１１のイオンソース室１の排気系に
ターボ分子ポンプ２とドライポンプ３を用いる排気装置
において、ドライポンプ３内の各位置及び大気排出管８
における単体状リンの蒸気圧が飽和蒸気圧以下となるよ
うに、ドライポンプ３及びその大気排出管８に不活性ガ
ス９を導入する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、被処理基板に不純
物を注入するイオン注入装置の排気装置に関し、特に寿
命向上と保守の簡易化を図ることができるイオン注入装
置の排気装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、イオン注入装置のイオンソース室
の排気装置としては、油拡散ポンプと油回転ポンプが組
み合わされて使用されてきた。しかしながら、油の逆拡
散によるイオン注入装置の汚染や、劣化した油の交換と
交換の際の安全性及び廃棄物の問題等々の点から、油を
使用しないドライ化排気装置、即ちターボ分子ポンプと
ドライポンプの組合せへと置き換えが進みつつある。
【０００３】ところで排気装置をドライ化すると、従
来、ポンプ油に捕捉されていた排気成分、特に固体状物
質が、捕捉する媒体がなくなることにより大量に排出さ
れてくることになる。イオン注入装置により被処理基板
に注入される物質としては、ヒ素、ホウ素、リンがある
が、これらはアルシン，ホスフィン，三フッ化ホウ素等
の気体ソースを使ったとしてもイオンソース室で多くが
単体となるので、固体ソースを使った場合と同様にイオ
ンソース室からの排気中には相当量のヒ素ないしホウ素
ないしリンが含まれることになる。
【０００４】排気装置をドライ化した時のこれらの物質
の挙動については全く報告されていないが、本発明者ら
の調査によれば次のようである。即ち、ホウ素は融点が
２３００℃であるのでイオンソース室内で直ちに固体と
なり、約１０％がそこに付着するものの、ターボ分子ポ
ンプ，ドライポンプには殆んど付着することなく、約９
０％が微粉体状で排出される。ヒ素は約１６０℃におけ
る飽和蒸気圧がイオンソース室の圧力１０-5Ｔｏｒｒに
相当するので、イオンソース室内壁に約５０％が昇華付
着し、残りの５０％もドライポンプの大気排出管までに
昇華付着する。一方、リンはその形態としては、黄リン
である可能性が高く、室温でも相当の蒸気圧をもってお
り、イオンソース室内壁及びポンプにも昇華付着する
が、ドライポンプの大気排出管以降にも昇華付着する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このように排気系をド
ライ化することにより、ヒ素とリンとホウ素が系内の各
所に付着するが、このことにより以下の問題が生じる。
第一には、イオン注入装置からの排気の絶縁吐出管にこ
れらが付着し、それによって放電が生じ、装置が短期間
に停止してしまうことがある。第二には、特に真空ポン
プ以降の常圧部の排気配管に黄リンのような反応性の高
い物質が付着蓄積し、メンテナンス作業時の危険性を高
くすることがあげられる。
【０００６】本発明は上述の事情に鑑みてなされたもの
で、排気系にヒ素、リン、ホウ素等が付着することがな
くイオン注入装置の絶縁吐出管での放電トラブルの解消
を図ることができるとともに、真空ポンプ以降の常圧部
の排気配管に黄リンのような反応性の高い物質が付着蓄
積することがなくメンテナンス作業時の危険を解消する
ことができるイオン注入装置の排気装置を提供すること
を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
ため、本発明は、固体リンないしホスフィン等の気体状
リン化合物をソース物質として被処理基板にリンを注入
するイオン注入装置の排気系にターボ分子ポンプとドラ
イポンプを用いる排気装置において、ドライポンプ内及
びその大気排出管における単体状リンの蒸気圧が飽和蒸
気圧以下となるように、ドライポンプ及びその大気排気
管に不活性ガスを導入し、リンの昇華析出を防止するこ
とを特徴とする。
【０００８】また、本発明においては、固体ヒ素ないし
アルシン等の気体状ヒ素化合物をソース物資として被処
理基板にヒ素を注入するイオン注入装置の排気装置にお
いて、ターボ分子ポンプとドライポンプの間に冷却トラ
ップを設けることにより、排気中のヒ素を固体として捕
捉し、さらにはドライポンプ及びその大気排出管に不活
性ガスを導入し、固体状ヒ素の付着を軽減することを特
徴とする。
【０００９】さらに、本発明においては、被処理基板に
リン、ヒ素、ホウ素を注入するイオン注入装置の排気装
置において、イオンソース室排気系の絶縁吐出管を、配
管内面に固体状ヒ素、固体状リン及びホウ素が付着した
ときに、絶縁破壊を生じないよう絶縁部の表面抵抗を上
げるために絶縁吐出管の両端間の沿面距離を長くとる形
状にすると共に、不活性ガスを導入し、絶縁破壊（放
電）を防止することを特徴とする。
【００１０】
【実施例】以下、本発明に係るイオン注入装置の排気装
置の一実施例を図面を参照して説明する。図１はイオン
注入装置の排気系をドライ化した場合の構成例を示すも
のである。図１に示されるように、イオン注入装置１１
は、注入室１２を具備している。注入室１２はイオンソ
ース室１に接続されている。イオンソース室１はターボ
分子ポンプ２の吸気口に接続されている。ターボ分子ポ
ンプ２の排気口は冷却トラップ７を介してドライポンプ
３に接続されている。
【００１１】前記ドライポンプ３の大気排出管８は、フ
レキシブルチューブ１４等を介して樹脂製の絶縁吐出管
５に接続されている。絶縁吐出管５はダクト１５を介し
て乾式吸着塔１０に接続されている。そして、乾式吸着
塔１０はダクト１６を介して工場内ダクト６に接続され
ている。前記イオンソース１、ターボ分子ポンプ２及び
ドライポンプ３は高電圧絶縁容器４内に収納されてい
る。上述の構成において、イオンソース室１はターボ分
子ポンプ２及びドライポンプ３により真空排気される。
そして、ドライポンプ３からの排気は、樹脂製の絶縁吐
出管５、乾式吸着塔１０を介して工場内ダクト６へ排出
される。
【００１２】このような排気系において、本発明ではド
ライポンプ３及びその大気排出管８、及び絶縁吐出管５
に不活性ガス９を導入することにより単体リン及び単体
ヒ素の絶縁吐出管５への付着を防止する。また、単体ヒ
素、単体リン、単体ホウ素が絶縁吐出管５に付着したと
しても絶縁破壊を防止するため、通常円管形状である絶
縁吐出管形状を絶縁吐出管の両端間の沿面距離を長くと
る形状にするとともに不活性ガスを導入し、絶縁破壊
（放電）を防止する。さらに工場内ダクト６に至るまで
の排気系に、乾式吸着塔１０を設け、単体リンないし単
体ヒ素を吸着除害するようにしたものである。
【００１３】なお冷却トラップ７としては工場内の冷却
水を使用するものであれば、その形状等は問わない。ま
たドライポンプの真空排気原理は、ルーツ型、クロー
型、スクリュー型等排気原理は問わない。さらに乾式吸
着塔としては、担持体に塩化鉄や過マンガン酸カリウム
等の酸化剤を担持させたもの、あるいは金属酸化物等を
粒状に成型したもの等、単体のリンやヒ素を除害できる
ものであれば組成・形状は問わない。
【００１４】リンの場合には、その単体での形態として
は、先に述べたように黄リンである可能性が高いが、そ
の常温（例えば２５℃）での蒸気圧は、０．０４Ｔｏｒ
ｒ程度であり、７８℃の温度で約１Ｔｏｒｒである。リ
ンがポンプ内に析出しないようにケーシング温度、不活
性ガスの導入量及びポンプ内の各部の圧力を設定するこ
とにより、ポンプ内に固体が析出することを防止するこ
とが可能である。
【００１５】しかし、実際のイオン注入装置においてド
ライポンプの大気排出管８やイオン注入装置の絶縁吐出
管５にリンが付着し、放電トラブル等により運転を停止
し、メンテナンスせざるを得ないことがある。そこで、
ドライポンプ３やその大気排出管８に不活性ガス９を導
入し、リンの分圧を下げて固体の析出を防止する。な
お、不活性ガスとしては、窒素、アルゴン、ヘリウム等
のいずれでも良いが、経済性等の点からは窒素が優れて
いる。
【００１６】ヒ素の場合は常温（２５℃）での蒸気圧は
計算上１０-12 Ｔｏｒｒであり、平衡論的にはイオンソ
ース室内で殆んどが昇華析出する筈であるが、実際には
ターボ分子ポンプやドライポンプあるいは常圧部におい
ても昇華析出することが確認されている。この場合に
は、いくら不活性ガスで希釈しても分圧を飽和蒸気圧以
下にすることは困難であるので、むしろ積極的に固体と
して昇華析出させるほうが望ましい。また、析出させる
とすればできるだけイオンソース室に近いほうが、それ
以降の部品等への析出が少なくなり、保守点検の頻度も
少なくなるので望ましい。
【００１７】しかしながら、イオンソース室とターボ分
子ポンプの間に何らかの機構を設けてヒ素を析出させる
ことは、ポンプの排気能力を低下させることになるの
で、採用することはできない。
【００１８】そこで、本発明では、ターボ分子ポンプ２
とドライポンプ３の間に冷却トラップ７を設置し、ここ
でヒ素を昇華析出させる。冷却トラップ７の構造・寸法
については、ポンプの排気特性や設置スペースを考慮し
て任意のものを選択することができる。また冷媒として
も、種々のものを採用し得るが、冷却トラップ７を絶縁
容器４内に設置することを考えると、装置内の冷却水を
用いることが好ましい。また冷却トラップ７による除去
に加えて、ドライポンプ３やその大気排出管８に不活性
ガス９を導入することにより、固体として析出するもの
を気流により運びさることでドライポンプ以降でのヒ素
の析出量を低減することができる。
【００１９】ホウ素の場合、融点が２３００℃であるた
め、前述の通りイオンソース室１に導入した量の約９０
％が微粉体状で排出される。前述した冷却トラップ７で
トラップされない微量ヒ素及び配管等に析出した微量リ
ンが絶縁吐出管５に付着し、絶縁破壊（放電）する問題
がある。
【００２０】図２は従来の絶縁吐出管を示す断面図であ
る。従来の絶縁吐出管２０は、通常、図２（Ａ）に示す
ような円管形状である。なお符号２１は高電圧絶縁容器
側配管であり、符号２２は工場ダクト側配管である。図
２（Ｂ）に示すように、前述の固体元素２３が絶縁吐出
管２０の内面に付着・堆積すると、放電（絶縁破壊）２
４を生じる。
【００２１】図３は本発明の絶縁吐出管の１態様を示す
断面図である。本発明の絶縁吐出管５は、図３（Ａ）に
示すように外筒５ａと、外筒５ａに基部が接続されると
ともに外筒５ａ内に設けられた内筒５ｂとから形成され
ている。このように、絶縁吐出管形状を電位差間の沿面
距離を長くとる形状にするとともに、絶縁面５ｃに固体
元素が付着しないよう不活性ガス９を導入するための導
入口５ｄを設ける。なお符号２１は高電圧絶縁容器側配
管であり、符号２２は工場ダクト側配管である。その結
果、図３（Ｂ）に示すように、固体元素２３が固体元素
付着面５ｅに付着・堆積しても絶縁面５ｃには付着せ
ず、絶縁破壊（放電）を防止することができる。なお、
不活性ガス９は、前述と同様に窒素、アルゴン、ヘリウ
ム等のいずれでもよい。
【００２２】図４は本発明の絶縁吐出管の他の態様を示
す断面図である。本実施例においては、絶縁吐出管５の
外筒５ａは、高電圧絶縁容器側配管２１や工場ダクト側
配管２２の外径より大径に形成され、内筒５ｂは前記配
管２１、２２と略同一径に形成されている。本実施例に
よれば、ガスの流れが内筒５ｂの処で絞られることがな
い。
【００２３】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、固
体リンないしホスフィン等の気体状リン化合物をソース
物質として被処理基板にリンを注入するイオン注入装置
のイオンソース室の排気系にターボ分子ポンプとドライ
ポンプを用いる排気装置において、ドライポンプ内各位
置及び大気排出管における単体状リンの蒸気圧が飽和蒸
気圧以下となるように、ドライポンプ及びその大気排出
管に不活性ガスを導入することにより、ドライポンプ以
降の排気配管にリンが付着することがなくなり、イオン
注入装置の絶縁吐出管での放電トラブルの解消及び排気
配管に係る安全性の確保が実現できる。
【００２４】また、本発明によれば、固体ヒ素ないしア
ルシン等の気体状ヒ素化合物をソース物質として被処理
基板にヒ素を注入するイオン注入装置のイオンソース室
の排気系にターボ分子ポンプとドライポンプを用いる排
気装置において、ターボ分子ポンプとドライポンプの間
に冷却トラップを設けるとともに、ドライポンプ及びそ
の大気排出管に不活性ガスを導入することにより、冷却
トラップ以降でのヒ素の析出量を低減することができ、
絶縁吐出管及びその他の部品の保守点検の間隔を大幅に
延長することができる。
【００２５】また、本発明によれば、気体化合物及び固
体元素により被処理基板にヒ素、リン、ホウ素を注入す
るイオン注入装置の排気装置において、イオン注入装置
の高電圧絶縁容器と工場設備間の絶縁を保持するための
絶縁吐出管の形状を固体元素が付着・堆積しても沿面距
離を長くとれる形状にするとともに不活性ガスを導入す
ることにより、イオン注入装置の絶縁吐出管での放電ト
ラブルの解消を図ることができるとともにイオン注入装
置の稼働率の向上を図ることができる。さらには単体状
リンないし単体状ヒ素を吸着可能な乾式吸着塔をドライ
ポンプ以降に設置し、ポンプから排出されるこれらの物
質を除害することにより作業環境の安全性を確保するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るイオン注入装置の排気装置の一実
施例を示す概略図である。
【図２】従来の絶縁吐出管を示す断面図である。
【図３】本発明の絶縁吐出管の１態様を示す断面図であ
る。
【図４】本発明の絶縁吐出管の他の態様を示す断面図で
ある。
【符号の説明】
１ イオンソース室 ２ ターボ分子ポンプ ３ ドライポンプ ４ 高電圧絶縁容器 ５ 絶縁吐出管 ６ 工場ダクト ７ 冷却トラップ ８ 大気排出管 ９ 不活性ガス １０ 乾式吸着塔 １１ イオン注入装置 １２ 注入室

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 固体リンないしホスフィン等の気体状リ
    ン化合物をソース物質として被処理基板にリンを注入す
    るイオン注入装置のイオンソース室の排気系にターボ分
    子ポンプとドライポンプを用いる排気装置において、ド
    ライポンプ内各位置及び大気排出管における単体状リン
    の蒸気圧が飽和蒸気圧以下となるように、ドライポンプ
    及びその大気排出管に不活性ガスを導入することを特徴
    とするイオン注入装置の排気装置。
  2. 【請求項２】 固体ヒ素ないしアルシン等の気体状ヒ素
    化合物をソース物質として被処理基板にヒ素を注入する
    イオン注入装置のイオンソース室の排気系にターボ分子
    ポンプとドライポンプを用いる排気装置において、ター
    ボ分子ポンプとドライポンプの間に冷却トラップを設け
    るとともに、ドライポンプ及びその大気排出管に不活性
    ガスを導入することを特徴とするイオン注入装置の排気
    装置。
  3. 【請求項３】 固体リン、ホスフィン等の気体状リン化
    合物、固体ヒ素、アルシン等の気体状ヒ素化合物、三フ
    ッ化ホウ素等の気体状ホウ素化合物をソース物質として
    被処理基板にリン、ヒ素、ホウ素を注入するイオン注入
    装置のイオンソース室の排気系の絶縁吐出管を、生成物
    が付着したときに絶縁破壊しにくいように両端間の沿面
    距離を長くとる形状とし、かつ絶縁吐出管に不活性ガス
    を導入することを特徴とするイオン注入装置の排気装
    置。
  4. 【請求項４】 大気排出管に、単体状リン及び又は単体
    状ヒ素を吸着可能な乾式吸着塔を接続したことを特徴と
    する請求項１乃至３のいずれか１項に記載のイオン注入
    装置の排気装置。
JP8048235A 1996-02-09 1996-02-09 イオン注入装置の排気装置 Pending JPH09219172A (ja)

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