JPH10172448A - イオン源、その電子放出装置、及びフィラメントの製造方法 - Google Patents
イオン源、その電子放出装置、及びフィラメントの製造方法Info
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- JPH10172448A JPH10172448A JP9331564A JP33156497A JPH10172448A JP H10172448 A JPH10172448 A JP H10172448A JP 9331564 A JP9331564 A JP 9331564A JP 33156497 A JP33156497 A JP 33156497A JP H10172448 A JPH10172448 A JP H10172448A
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J9/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture, installation, removal, maintenance of electric discharge tubes, discharge lamps, or parts thereof; Recovery of material from discharge tubes or lamps
- H01J9/02—Manufacture of electrodes or electrode systems
- H01J9/04—Manufacture of electrodes or electrode systems of thermionic cathodes
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- H01J1/00—Details of electrodes, of magnetic control means, of screens, or of the mounting or spacing thereof, common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
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Abstract
(57)【要約】
【課題】寿命が向上したイオン源、その電子放出装置、
及びフィラメントの製造方法を提供すること。 【解決手段】イオン注入装置のイオン源におけるフィラ
メントプレート80がタングステンで作られ、このプレー
トは、その幅を貫通する２つの離間したスリット96,98
を有し、スリットの幅は、最大で、アーク室内に放出す
る電子によって発生するイオンプラズマにおけるデバイ
長の最大１０倍の大きさである。フィラメントプレート
80は、イオン源材料が放出されるアーク室内に配置さ
れ、このプレート80を熱電子放出温度にまで加熱するた
めにプレート孔に圧入された２つの導電性ポスト106,10
8 を有する。この導電性ポストは、アーク室の側壁に設
けられ、絶縁された開口を貫通して伸びている。
及びフィラメントの製造方法を提供すること。 【解決手段】イオン注入装置のイオン源におけるフィラ
メントプレート80がタングステンで作られ、このプレー
トは、その幅を貫通する２つの離間したスリット96,98
を有し、スリットの幅は、最大で、アーク室内に放出す
る電子によって発生するイオンプラズマにおけるデバイ
長の最大１０倍の大きさである。フィラメントプレート
80は、イオン源材料が放出されるアーク室内に配置さ
れ、このプレート80を熱電子放出温度にまで加熱するた
めにプレート孔に圧入された２つの導電性ポスト106,10
8 を有する。この導電性ポストは、アーク室の側壁に設
けられ、絶縁された開口を貫通して伸びている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、イオン注入装置の
アーク室内のイオン源材料をイオン化するためのフィラ
メントに関し、特に、ラビリンス型の導電路を形成する
２つの渦巻きスリットを有するタングステンブロックか
らなる電子放出装置としてのフィラメントに関するもの
である。
アーク室内のイオン源材料をイオン化するためのフィラ
メントに関し、特に、ラビリンス型の導電路を形成する
２つの渦巻きスリットを有するタングステンブロックか
らなる電子放出装置としてのフィラメントに関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】半導体ウエハ内に不純物を注入するため
の良く知られた技術は、軌道路に沿ってイオンビームを
指向させ、このイオンビームが横切るシリコンウエハを
選択的に位置決めることを含んでいる。この技術は、イ
オン注入装置に広く用いられており、イオン化された不
純物材料の制御された集中によりウエハをドーピングす
る。
の良く知られた技術は、軌道路に沿ってイオンビームを
指向させ、このイオンビームが横切るシリコンウエハを
選択的に位置決めることを含んでいる。この技術は、イ
オン注入装置に広く用いられており、イオン化された不
純物材料の制御された集中によりウエハをドーピングす
る。
【０００３】商業的なイオン注入装置の一例は、イート
ンのモデルＮＶ２０注入機である。このイートンの注入
機は、内部領域を形成するアーク室を含むイオンビーム
源アセンブリを備えており、この内部領域内に、イオン
化ガス（例えば、酸素）及び気化した不純物材料（例え
ば、砒素）を含むガス状のイオン源材料を制御された集
中により放出する。
ンのモデルＮＶ２０注入機である。このイートンの注入
機は、内部領域を形成するアーク室を含むイオンビーム
源アセンブリを備えており、この内部領域内に、イオン
化ガス（例えば、酸素）及び気化した不純物材料（例え
ば、砒素）を含むガス状のイオン源材料を制御された集
中により放出する。
【０００４】カバープレートまたは引出し部材は、アー
ク室の開口側に配置されている。この引出し部材は、ア
ーク室の内部領域から出るイオン化分子が通る長円開口
またはアークスリットを含んでいる。
ク室の開口側に配置されている。この引出し部材は、ア
ーク室の内部領域から出るイオン化分子が通る長円開口
またはアークスリットを含んでいる。
【０００５】カソードは、アーク室内に配置されたフィ
ラメントを含んでいる。このフィラメントは、その温度
を上昇することによって励起され、アーク室の内部領域
に電子を放出する。電子は、イオン化源材料のガス分子
と衝突し、分子をイオン化するためのエネルギーを放出
する。アークスリットを通ってアーク室の内部領域に出
るイオン化分子は、軌道路に沿って加速されてイオンビ
ームを形成し、このイオンビームが注入ステーションで
目標ウエハを横切り、そしてこのウエハにイオン化され
た不純物分子を注入する。
ラメントを含んでいる。このフィラメントは、その温度
を上昇することによって励起され、アーク室の内部領域
に電子を放出する。電子は、イオン化源材料のガス分子
と衝突し、分子をイオン化するためのエネルギーを放出
する。アークスリットを通ってアーク室の内部領域に出
るイオン化分子は、軌道路に沿って加速されてイオンビ
ームを形成し、このイオンビームが注入ステーションで
目標ウエハを横切り、そしてこのウエハにイオン化され
た不純物分子を注入する。
【０００６】カソードフィラメントを用いるイオン化源
アセンブリは、シュバリーに与えられ、本発明の出願人
に譲渡された米国特許第４，７１４６８３４号明細書に
開示されている。
アセンブリは、シュバリーに与えられ、本発明の出願人
に譲渡された米国特許第４，７１４６８３４号明細書に
開示されている。
【０００７】従来技術のイオン注入装置において、カソ
ードフィラメントは、一般的に、単一ループのタングス
テンワイヤで構成されている。このフィラメント間に電
圧が印加されて、これを熱電子放射温度にまで熱するこ
とにより、自由電子がフィラメントによって放出され
る。
ードフィラメントは、一般的に、単一ループのタングス
テンワイヤで構成されている。このフィラメント間に電
圧が印加されて、これを熱電子放射温度にまで熱するこ
とにより、自由電子がフィラメントによって放出され
る。
【０００８】アーク室の内部領域におけるガス状のイオ
ン化源材料のイオン化により、多量にイオン化したガス
のプラズマが発生し、このガスは、イオンと電子の数が
ほぼ等しい。イオンと電子の密度は、いわゆるデバイ長
(Debye shielding length)がフィラメントの寸法よりも
かなり小さくなるようになっている。
ン化源材料のイオン化により、多量にイオン化したガス
のプラズマが発生し、このガスは、イオンと電子の数が
ほぼ等しい。イオンと電子の密度は、いわゆるデバイ長
(Debye shielding length)がフィラメントの寸法よりも
かなり小さくなるようになっている。
【０００９】このデバイ長は、ガス状のイオン源材料の
プラズマにおいて、特徴のある距離であり、荷電粒子の
電界は、反対極性の電荷を有する粒子によって遮蔽され
る。アーク室に付加される磁界に対して垂直なフィラメ
ントのある部分においてだけ、実際に熱電子放出を引き
起こす。ガス状のイオン源材料のプラズマ内において熱
電子放出が広がると、イオンのスパッタリングが励起し
たフィラメントの外表面全体に起こる。このスパッタリ
ング作用は、フィラメントの外表面全体を腐食し、最後
にはフィラメントをだめにする。
プラズマにおいて、特徴のある距離であり、荷電粒子の
電界は、反対極性の電荷を有する粒子によって遮蔽され
る。アーク室に付加される磁界に対して垂直なフィラメ
ントのある部分においてだけ、実際に熱電子放出を引き
起こす。ガス状のイオン源材料のプラズマ内において熱
電子放出が広がると、イオンのスパッタリングが励起し
たフィラメントの外表面全体に起こる。このスパッタリ
ング作用は、フィラメントの外表面全体を腐食し、最後
にはフィラメントをだめにする。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】このような事情に鑑み
て、本発明は、イオン注入装置に用いられるイオン源材
料をイオン化するためのフィラメントの有効寿命を向上
させたイオン源、その電子放出装置、及びフィラメント
の製造方法を提供することを目的としている。
て、本発明は、イオン注入装置に用いられるイオン源材
料をイオン化するためのフィラメントの有効寿命を向上
させたイオン源、その電子放出装置、及びフィラメント
の製造方法を提供することを目的としている。
【００１１】本発明の別の目的は、スパッタリングによ
る腐食がフィラメントの全表面積よりも少ない領域に制
限されるようにしたフィラメントを提供することであ
る。
る腐食がフィラメントの全表面積よりも少ない領域に制
限されるようにしたフィラメントを提供することであ
る。
【００１２】さらに別の目的は、イオン源材料を効率良
くイオン化するために、熱電子放出領域を大きくするよ
うにしたフィラメントを提供することである。
くイオン化するために、熱電子放出領域を大きくするよ
うにしたフィラメントを提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、請求項に記載の各構成を有する。本発明
は、電子を熱電子放出するためのフィラメントブロック
またはプレートが、アーク室の内部領域に配置される。
このアーク室は、イオン源ハウジングの脱気された内部
領域内に配置される。フィラメントプレートは、タング
ステンで作られている。イオン化可能なガス状のイオン
源材料は、アーク室の内部領域内に放出される。フィラ
メントプレートは、熱電子放出温度に励起されて、電子
をガス状のイオン源材料に衝突させ、イオン源のプラズ
マを発生する。
に、本発明は、請求項に記載の各構成を有する。本発明
は、電子を熱電子放出するためのフィラメントブロック
またはプレートが、アーク室の内部領域に配置される。
このアーク室は、イオン源ハウジングの脱気された内部
領域内に配置される。フィラメントプレートは、タング
ステンで作られている。イオン化可能なガス状のイオン
源材料は、アーク室の内部領域内に放出される。フィラ
メントプレートは、熱電子放出温度に励起されて、電子
をガス状のイオン源材料に衝突させ、イオン源のプラズ
マを発生する。
【００１４】好ましいフィラメントプレートは、その幅
方向にカットされた２つの離れた渦巻きスリットを有
し、これらのスリットは、それぞれの長さ部分全体に渡
って互いにほぼ並列しており、各スリットは、プレート
の中心部に終端している。このスリットは、プレートの
熱電子加熱のためのラビリンス型の渦巻き導電路を形成
する。
方向にカットされた２つの離れた渦巻きスリットを有
し、これらのスリットは、それぞれの長さ部分全体に渡
って互いにほぼ並列しており、各スリットは、プレート
の中心部に終端している。このスリットは、プレートの
熱電子加熱のためのラビリンス型の渦巻き導電路を形成
する。
【００１５】このスリットは、これを規定する側壁面間
の垂直距離であるギャップに特徴がある。各スリット
は、その長さ全体に渡りほぼ均一なギャップ幅を有して
いる。さらに、２つのスリットは、ほぼ等しいギャップ
を有する。各スリットに対してギャップ幅は、最大で、
荷電されたイオン源材料のプラズマのデバイ長の１０倍
であり、通常、それ以下であることが望ましい。このよ
うなスリットのギャップ幅は、スリットに入る励起され
たプラズマのエネルギーを早急に減衰するので、スリッ
トを形成するフィラメントプレートの内部壁面がプラズ
マによって腐食するのを最小限にする。
の垂直距離であるギャップに特徴がある。各スリット
は、その長さ全体に渡りほぼ均一なギャップ幅を有して
いる。さらに、２つのスリットは、ほぼ等しいギャップ
を有する。各スリットに対してギャップ幅は、最大で、
荷電されたイオン源材料のプラズマのデバイ長の１０倍
であり、通常、それ以下であることが望ましい。このよ
うなスリットのギャップ幅は、スリットに入る励起され
たプラズマのエネルギーを早急に減衰するので、スリッ
トを形成するフィラメントプレートの内部壁面がプラズ
マによって腐食するのを最小限にする。
【００１６】フィラメントプレートは、その両端部近く
に２つの離間した開口を有している。フィラメントブロ
ックを励起するための複数の導電性ポストが、アーク室
を区画するイオン源の側壁に設けた開口を通って伸びて
いる。各開口内に配置された絶縁体は、アーク室の側壁
から導電性ポストを絶縁する。
に２つの離間した開口を有している。フィラメントブロ
ックを励起するための複数の導電性ポストが、アーク室
を区画するイオン源の側壁に設けた開口を通って伸びて
いる。各開口内に配置された絶縁体は、アーク室の側壁
から導電性ポストを絶縁する。
【００１７】この導電性ポスト間に電圧を印加して、ス
リットによって定められたラビリンス型の渦巻き導電路
に沿ってフィラメントプレートを流れる電流を生じさせ
る。フィラメントプレートの頂部表面は、イオン源の外
側に位置した電磁石によってアーク室に形成される磁界
に垂直となるように、アーク室内に位置決めされてい
る。
リットによって定められたラビリンス型の渦巻き導電路
に沿ってフィラメントプレートを流れる電流を生じさせ
る。フィラメントプレートの頂部表面は、イオン源の外
側に位置した電磁石によってアーク室に形成される磁界
に垂直となるように、アーク室内に位置決めされてい
る。
【００１８】フィラメントプレートが励起されて、熱電
子放出温度にまで加熱されると、自由電子は、アーク室
の内部領域に放射される。フィラメントプレートの頂部
表面は、従来のループ状のワイヤフィラメントよりも優
れた熱電子放出を行うための大きくて有効な表面を備え
ている。
子放出温度にまで加熱されると、自由電子は、アーク室
の内部領域に放射される。フィラメントプレートの頂部
表面は、従来のループ状のワイヤフィラメントよりも優
れた熱電子放出を行うための大きくて有効な表面を備え
ている。
【００１９】上述した目的及び他の目的、さらに本発明
の利点及び特徴は、付随する図面とともに記載される本
発明の好ましい実施の形態からより良く理解できるであ
ろう。
の利点及び特徴は、付随する図面とともに記載される本
発明の好ましい実施の形態からより良く理解できるであ
ろう。
【００２０】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
いて説明する。図１，２において、イオン注入機のイオ
ンビーム源アセンブリ（イオン源）１０が示されてい
る。このイオンビーム源アセンブリ１０は、立方形のイ
オン源ハウジング１２を含む。イオン源ハウジング１２
は、アルミニウムで作られ、イオンビーム源アセンブリ
が作動中のとき、ポンプ（図示略）によって空気が排気
される内部空間１４を有する。
いて説明する。図１，２において、イオン注入機のイオ
ンビーム源アセンブリ（イオン源）１０が示されてい
る。このイオンビーム源アセンブリ１０は、立方形のイ
オン源ハウジング１２を含む。イオン源ハウジング１２
は、アルミニウムで作られ、イオンビーム源アセンブリ
が作動中のとき、ポンプ（図示略）によって空気が排気
される内部空間１４を有する。
【００２１】このイオン源ハウジング１２の中に、アー
ク室６２が配置される。アーク室６２は、ベース６４と
このベースから伸びて立上った側壁６６を有する。側壁
６６とベース６４は、内部領域６８を形成する。励起さ
れてイオンプラズマを発生するイオン源材料は、アーク
室の内部領域６８に導かれる。アーク室６２の開口側
に、引出し部材６０が配置される。
ク室６２が配置される。アーク室６２は、ベース６４と
このベースから伸びて立上った側壁６６を有する。側壁
６６とベース６４は、内部領域６８を形成する。励起さ
れてイオンプラズマを発生するイオン源材料は、アーク
室の内部領域６８に導かれる。アーク室６２の開口側
に、引出し部材６０が配置される。
【００２２】アーク室６２内で発生したイオンは、引出
し部材６０のスリット（出口開口）７０を通過して出
て、イオンビーム整形用の引出し電極３８によってイオ
ンビームに形成される。このイオンビームは、ハウジン
グ壁２８に設けた開口１８を介してイオン源ハウジング
１２から外部に出る。
し部材６０のスリット（出口開口）７０を通過して出
て、イオンビーム整形用の引出し電極３８によってイオ
ンビームに形成される。このイオンビームは、ハウジン
グ壁２８に設けた開口１８を介してイオン源ハウジング
１２から外部に出る。
【００２３】本発明のフィラメントプレート（ブロッ
ク）８０及び電子の反射電極板８２がアーク室内部領域
内に配置されている。このフィラメントプレート８０
は、導電性ポスト（第１の電極）１０６から導電性ポス
ト（第２の電極）１０８に自由電子を放出するために、
このプレート８０を通って流れる電流により、熱電子放
温度にまで加熱される。このフィラメントプレート、即
ち、ブロック８０は、アーク室６２に対して負の電位に
ある。このブロックが放出した電子を加速し、電子はア
ーク室の内部領域６８内に放出されたガス状のイオン化
可能なイオン源材料と衝突する。この電子−イオン源材
料の衝突は、イオン源材料をイオン化する。反射電極板
８２は、電子の損失を少なくするためにフィラメントプ
レート８０によって発生した電子を反射するように負に
荷電される。
ク）８０及び電子の反射電極板８２がアーク室内部領域
内に配置されている。このフィラメントプレート８０
は、導電性ポスト（第１の電極）１０６から導電性ポス
ト（第２の電極）１０８に自由電子を放出するために、
このプレート８０を通って流れる電流により、熱電子放
温度にまで加熱される。このフィラメントプレート、即
ち、ブロック８０は、アーク室６２に対して負の電位に
ある。このブロックが放出した電子を加速し、電子はア
ーク室の内部領域６８内に放出されたガス状のイオン化
可能なイオン源材料と衝突する。この電子−イオン源材
料の衝突は、イオン源材料をイオン化する。反射電極板
８２は、電子の損失を少なくするためにフィラメントプ
レート８０によって発生した電子を反射するように負に
荷電される。
【００２４】イオン化すべきガス状のイオン源材料は、
イオン源材料のチューブ８５（図２）が伸びているガス
入口開口８４からをアーク室の内部領域６８内に放出さ
れる。
イオン源材料のチューブ８５（図２）が伸びているガス
入口開口８４からをアーク室の内部領域６８内に放出さ
れる。
【００２５】図５ないし図７において、フィラメントプ
レート８０は、タングステンによって構成されており、
図６で最も良く見られるように、丸い角部を備えた２等
辺３角形状に形作られている。２つの渦巻き溝すなわち
スリット９６，９８は、フィラメントプレート８０の幅
Ｗを貫いて切断されている。好ましくは、スリット９
６，９８は、当業者に良く知られたワイヤＥＤＰ（電子
放電加工）法を用いてフィラメントプレート内に作られ
る。
レート８０は、タングステンによって構成されており、
図６で最も良く見られるように、丸い角部を備えた２等
辺３角形状に形作られている。２つの渦巻き溝すなわち
スリット９６，９８は、フィラメントプレート８０の幅
Ｗを貫いて切断されている。好ましくは、スリット９
６，９８は、当業者に良く知られたワイヤＥＤＰ（電子
放電加工）法を用いてフィラメントプレート内に作られ
る。
【００２６】スリット９６，９８は、側壁９２，９４か
らそれぞれ伸び、フィラメントプレート８０の共通中央
領域Ｃに向けて内側に渦を巻くように形成されている。
らそれぞれ伸び、フィラメントプレート８０の共通中央
領域Ｃに向けて内側に渦を巻くように形成されている。
【００２７】図６に見られるように、スリット９６，９
８は、重なり合いかつそれぞれの長さの大部分にわたり
等間隔に並列して形成されている。各スリット９６，９
８を形成するフィラメントプレートの対向する内部壁面
間の距離、即ち、ギャップ幅は、スリットの長さに沿っ
て均一である。さらに、このギャップ幅は、各スリット
に対してほぼ同一である。短辺の側壁９０，９２の長さ
Ｌ１、長辺の側壁９４の長さＬ２、フィラメントプレー
ト８０の幅Ｗ、及びギャップ幅の好ましい寸法は、以下
の通りである。
８は、重なり合いかつそれぞれの長さの大部分にわたり
等間隔に並列して形成されている。各スリット９６，９
８を形成するフィラメントプレートの対向する内部壁面
間の距離、即ち、ギャップ幅は、スリットの長さに沿っ
て均一である。さらに、このギャップ幅は、各スリット
に対してほぼ同一である。短辺の側壁９０，９２の長さ
Ｌ１、長辺の側壁９４の長さＬ２、フィラメントプレー
ト８０の幅Ｗ、及びギャップ幅の好ましい寸法は、以下
の通りである。
【００２８】 Ｌ１（短辺の側壁９０，９２） １．２ｃｍ Ｌ２（長辺の側壁９４） ２．０ｃｍ Ｗ（フィラメントプレート８０の幅） ０．３ｃｍ 各スリット９６，９８のギャップ幅の距離 ０．３ｍｍ フィラメントプレート８０は、角部１００，１０２から
内側に間隔を置いた２つの貫通孔を有する。これらの孔
には、一対の離間した導電性ポスト１０６，１０８が圧
入される。
内側に間隔を置いた２つの貫通孔を有する。これらの孔
には、一対の離間した導電性ポスト１０６，１０８が圧
入される。
【００２９】図３及び図４に良く見られるように、フィ
ラメントプレート８０は、側壁から離間したアーク室の
内部領域６８に位置決められ、かつフィラメントプレー
トの頂部表面１１０が反射電極板８２を支持する側壁に
ほぼ平行となるように向いている。
ラメントプレート８０は、側壁から離間したアーク室の
内部領域６８に位置決められ、かつフィラメントプレー
トの頂部表面１１０が反射電極板８２を支持する側壁に
ほぼ平行となるように向いている。
【００３０】導電性ポスト１０６，１０８は、アーク室
の側壁６６に設けた一対の整列した孔を貫通して伸びて
いる。この導電性ポスト１０６，１０８と、導電性ポス
トからアーク室６２を絶縁するための側壁開口との間に
絶縁体１０９が挾持されている。保護プレート１０７
は、絶縁体１０９とフィラメントプレート８０の間の導
電性ポスト１０６，１０８上に配置される。この保護プ
レート１０７は、絶縁体１０９上に金属が付着するのを
防止する。
の側壁６６に設けた一対の整列した孔を貫通して伸びて
いる。この導電性ポスト１０６，１０８と、導電性ポス
トからアーク室６２を絶縁するための側壁開口との間に
絶縁体１０９が挾持されている。保護プレート１０７
は、絶縁体１０９とフィラメントプレート８０の間の導
電性ポスト１０６，１０８上に配置される。この保護プ
レート１０７は、絶縁体１０９上に金属が付着するのを
防止する。
【００３１】２つの電力供給体８８（その１つは図２に
見られる）が導電性ポスト１０６，１０８に接続され
る。電力供給体８８が励起されると、電流が、渦巻き状
のラビリンス型の経路Ｉ（図６参照）に沿ってプレート
８０を通って流れる。スリット９６，９８が重なり合う
ところでは、電流経路Ｉは、フィラメントプレート８０
の外側側部分から共通の中心領域Ｃまで、ほぼ一定の幅
を有している。即ち、共通の中心領域Ｃから外側に伸び
る半径に沿って測った隣接するスリット間の間隔が、ほ
ぼ一定である。
見られる）が導電性ポスト１０６，１０８に接続され
る。電力供給体８８が励起されると、電流が、渦巻き状
のラビリンス型の経路Ｉ（図６参照）に沿ってプレート
８０を通って流れる。スリット９６，９８が重なり合う
ところでは、電流経路Ｉは、フィラメントプレート８０
の外側側部分から共通の中心領域Ｃまで、ほぼ一定の幅
を有している。即ち、共通の中心領域Ｃから外側に伸び
る半径に沿って測った隣接するスリット間の間隔が、ほ
ぼ一定である。
【００３２】フィラメントプレート８０を通過する電流
の流れＩは、このプレートの温度をこのプレートから自
由電子を放出させる熱電子放出温度にまで上昇するよう
に適当に調整される。フィラメントプレート８０の頂部
表面１１０（図６参照）は、熱電子放出のために大きく
かつ効率の良い表面を備えている。
の流れＩは、このプレートの温度をこのプレートから自
由電子を放出させる熱電子放出温度にまで上昇するよう
に適当に調整される。フィラメントプレート８０の頂部
表面１１０（図６参照）は、熱電子放出のために大きく
かつ効率の良い表面を備えている。
【００３３】スリット９６，９８のギャップ幅は、好ま
しくは、アーク室の内部領域６８に放出される一般的な
イオン源材料から発生した荷電プラズマのデバイ長の１
０倍越えない値である。プラズマのためのデバイ長は、
砒素、燐、アンチモン等のイオン源材料のデバイ長は、
０．１ないし０．５ｍｍの範囲にある。
しくは、アーク室の内部領域６８に放出される一般的な
イオン源材料から発生した荷電プラズマのデバイ長の１
０倍越えない値である。プラズマのためのデバイ長は、
砒素、燐、アンチモン等のイオン源材料のデバイ長は、
０．１ないし０．５ｍｍの範囲にある。
【００３４】こうして、好ましいギャップ幅である０．
３ｍｍは、０．１ｍｍのデバイ長を有するプラズマであ
っても、そのデバイ長の１０倍よりも小さい。このよう
なスリットのギャップ幅は、かなり狭いけれども、励起
したプラズマがこのギャップ内にとどまることはできな
い。即ち、励起されたエネルギーのプラズマは、スリッ
ト９６，９８に入って、早急に減衰するので、その結
果、各スリット９６，９８を形成するフィラメントプレ
ート８０の内部壁面におけるプラズマによる腐食が最小
限となる。
３ｍｍは、０．１ｍｍのデバイ長を有するプラズマであ
っても、そのデバイ長の１０倍よりも小さい。このよう
なスリットのギャップ幅は、かなり狭いけれども、励起
したプラズマがこのギャップ内にとどまることはできな
い。即ち、励起されたエネルギーのプラズマは、スリッ
ト９６，９８に入って、早急に減衰するので、その結
果、各スリット９６，９８を形成するフィラメントプレ
ート８０の内部壁面におけるプラズマによる腐食が最小
限となる。
【００３５】スパッタリングによる腐食は、フィラメン
トプレート８０の頂部表面１１０にほぼ制限される。ス
パッタリングは、フィラメントプレート８０の底部表面
１１２には起こらない。その理由は、フィラメントプレ
ートの底部表面１１２とアーク室の側壁６６の領域との
間に形成され、そこを通って導電性ポスト１０６，１０
８が伸びている、アーク室の内部領域６８の容積が、プ
ラズマを維持するのにあまりに小さいからである。
トプレート８０の頂部表面１１０にほぼ制限される。ス
パッタリングは、フィラメントプレート８０の底部表面
１１２には起こらない。その理由は、フィラメントプレ
ートの底部表面１１２とアーク室の側壁６６の領域との
間に形成され、そこを通って導電性ポスト１０６，１０
８が伸びている、アーク室の内部領域６８の容積が、プ
ラズマを維持するのにあまりに小さいからである。
【００３６】図９ないし図１１には、本発明に係るフィ
ラメントプレートの別の実施の形態が示されている。こ
のフィラメントプレート１２０は、外形がほぼ長方形
で、丸い角部を有している。またフィラメントプレート
１２０は、そのプレート幅Ｗ’を貫通する２つの渦巻き
状のスリット１２２，１２４を有している。これらのス
リット１２２，１２４は、それぞれ側壁１２６，１２８
から伸び、フィラメントプレート１２０の中央領域Ｃに
向かって渦巻き形状となっている。
ラメントプレートの別の実施の形態が示されている。こ
のフィラメントプレート１２０は、外形がほぼ長方形
で、丸い角部を有している。またフィラメントプレート
１２０は、そのプレート幅Ｗ’を貫通する２つの渦巻き
状のスリット１２２，１２４を有している。これらのス
リット１２２，１２４は、それぞれ側壁１２６，１２８
から伸び、フィラメントプレート１２０の中央領域Ｃに
向かって渦巻き形状となっている。
【００３７】図１０に良く見られるように、スリット１
２２，１２４は、重なり合い、それぞれの長さ全体に渡
って並列に配置されている。各スリット１２２，１２４
を形成するフィラメントプレート１２０の対向する内部
壁面間のギャップ幅、即ち、間隔は、スリットの長さに
沿って均一である。さらに、ギャップ幅は、各スリット
に対してほぼ同一である。短辺の側壁１２６，１２８の
長さＬ１’、長辺の側壁１３２，１３４の長さＬ２’、
フィラメントプレート１２０の幅Ｗ’、及びギャップ幅
の好ましい寸法は、以下の通りである。
２２，１２４は、重なり合い、それぞれの長さ全体に渡
って並列に配置されている。各スリット１２２，１２４
を形成するフィラメントプレート１２０の対向する内部
壁面間のギャップ幅、即ち、間隔は、スリットの長さに
沿って均一である。さらに、ギャップ幅は、各スリット
に対してほぼ同一である。短辺の側壁１２６，１２８の
長さＬ１’、長辺の側壁１３２，１３４の長さＬ２’、
フィラメントプレート１２０の幅Ｗ’、及びギャップ幅
の好ましい寸法は、以下の通りである。
【００３８】 Ｌ１’（短辺の側壁１２６，１２８） １．５ｃｍ Ｌ２’（長辺の側壁１３２，１３４） ２．０ｃｍ Ｗ’（フィラメントプレート１２０の幅） ０．３ｃｍ 各スリット１２２，１２４のギャップ幅の距離 ０．３ｍｍ フィラメントプレート１２０は、側壁１２６，１２８か
ら内側に間隔を置いた２つの貫通孔を有する。これらの
孔には、一対の離間した導電性ポスト１４０，１４２が
圧入される。
ら内側に間隔を置いた２つの貫通孔を有する。これらの
孔には、一対の離間した導電性ポスト１４０，１４２が
圧入される。
【００３９】複数の電力供給体８８が導電性ポスト１４
０，１４２に接続される。電力供給体８８が励起される
と、電流が、渦巻き状のラビリンス型の経路Ｉ’（図１
０参照）に沿ってプレート１２０を通って流れる。
０，１４２に接続される。電力供給体８８が励起される
と、電流が、渦巻き状のラビリンス型の経路Ｉ’（図１
０参照）に沿ってプレート１２０を通って流れる。
【００４０】フィラメントプレート１２０を通る電流
Ｉ’の大きさは、電流を流してこのプレートの温度をこ
のプレートから自由電子を放出させる熱電子放出温度に
まで上昇するように適当に調整される。フィラメントプ
レート１２０の頂部表面１４４は、熱電子放出のために
大きくかつ効率の良い表面を備えている。
Ｉ’の大きさは、電流を流してこのプレートの温度をこ
のプレートから自由電子を放出させる熱電子放出温度に
まで上昇するように適当に調整される。フィラメントプ
レート１２０の頂部表面１４４は、熱電子放出のために
大きくかつ効率の良い表面を備えている。
【００４１】スリット１２２，１２４のギャップ幅は、
アーク室の内部領域６８に放出される一般的なイオン源
材料から発生した荷電プラズマのデバイ長の１０倍越え
ない値である。このギャップ幅は、励起したプラズマが
スリット１２２，１２４のギャップを貫通するのを最小
限にし、その結果、このスリットを形成する内部壁面の
腐食を最小にする。
アーク室の内部領域６８に放出される一般的なイオン源
材料から発生した荷電プラズマのデバイ長の１０倍越え
ない値である。このギャップ幅は、励起したプラズマが
スリット１２２，１２４のギャップを貫通するのを最小
限にし、その結果、このスリットを形成する内部壁面の
腐食を最小にする。
【００４２】第１の実施の形態において言及したよう
に、スパッタリングによる腐食は、フィラメントプレー
ト１２０の頂部表面１４４にほぼ制限される。スパッタ
リングは、フィラメントプレート１２０の底部表面１４
６には起こらない。その理由は、導電性ポスト１４０，
１４２が伸びている、フィラメントプレートの底部表面
１４６とアーク室の側壁６６の領域との間に形成される
アーク室の内部領域６８の容積が、プラズマを維持する
のにあまりに小さいからである。
に、スパッタリングによる腐食は、フィラメントプレー
ト１２０の頂部表面１４４にほぼ制限される。スパッタ
リングは、フィラメントプレート１２０の底部表面１４
６には起こらない。その理由は、導電性ポスト１４０，
１４２が伸びている、フィラメントプレートの底部表面
１４６とアーク室の側壁６６の領域との間に形成される
アーク室の内部領域６８の容積が、プラズマを維持する
のにあまりに小さいからである。
【００４３】本発明は、その特殊性の度合いにより記載
してきたが、本発明の開示された好ましい設計からのあ
らゆる変更は、付随する特許請求の範囲内であれば包含
されるものである。
してきたが、本発明の開示された好ましい設計からのあ
らゆる変更は、付随する特許請求の範囲内であれば包含
されるものである。
【図１】イオン注入機のイオンビーム源アセンブリの一
部を概略示す斜視図である。
部を概略示す斜視図である。
【図２】イオンビーム源アセンブリの断面図である。
【図３】本発明のフィラメントプレートを含むアーク室
の平面図である。
の平面図である。
【図４】図３の４−４線によって示す平面から見た、ア
ーク室の部分的断面を示す正面図である。
ーク室の部分的断面を示す正面図である。
【図５】図３のフィラメントプレートの斜視図である。
【図６】図３のフィラメントプレートの平面図である。
【図７】図６の７−７線によって示す平面から見た、図
３のプレートフィラメントを示す側面図である。
３のプレートフィラメントを示す側面図である。
【図８】図６の８−８線によって示す平面から見た、図
３のプレートフィラメントを示す正面図である。
３のプレートフィラメントを示す正面図である。
【図９】本発明のフィラメントプレートの第２の形態を
示す斜視図である。
示す斜視図である。
【図１０】図９のフィラメントプレートを示す平面図で
ある。
ある。
【図１１】図１０の１１−１１線によって示す平面から
見た、図９のプレートフィラメントを示す側面図であ
る。
見た、図９のプレートフィラメントを示す側面図であ
る。
【図１２】図１０の１２−１２線によって示す平面から
見た、図９のプレートフィラメントを示す正面図であ
る。
見た、図９のプレートフィラメントを示す正面図であ
る。
【符号の説明】 １０ イオンビーム源アセンブリ １２ イオン源ハウジング １４ 内部空間 １８ 開口 ３８ 引出し電極 ６２ アーク室 ７０ スリット（出口開口） ８０，１２０ フィラメントプレート ９０，９２，９４ 側壁 ９６，９８，１２２，１２４ スリット １０６，１０８，１４０，１４２ 導電性ポスト １１０，１４４ 頂部表面 １１２，１４６ 底部表面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 21/265 Ｈ０１Ｌ 21/265 ６０３Ａ (71)出願人 390033020 Ｅａｔｏｎ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｃｌｅｖｅｌ ａｎｄ，Ｏｈｉｏ 44114，Ｕ．Ｓ．Ａ.
Claims (8)
- 【請求項１】イオン源におけるアーク室(62)の内部領域
に維持される励起されたプラズマ内に電子を放出するた
めの装置において、(a) 側壁(90,92,94)によって仕切ら
れた頂部表面(110) と底部表面(112) を有する導電性材
料であって、電流がこの導電性材料を流れる時に、その
頂部表面と底部表面の少なくとも１つからアーク室の内
部領域にイオン化電子を放出する導電性のブロック(80)
と、(b) 前記ブロックの離れた２位置間に電位差が生
じ、かつ電流がこの２位置間のブロック内部を通って流
れるように、前記ブロックに電気的に連結される第１，
第２の導電性ポスト(106,108) と、(c) 前記ブロックの
側壁からブロックの内部に伸び、前記２位置間の電流路
を長くする前記ブロックに形成され、その幅を貫通する
少なくとも１つのスリット(96,98) と、を備えているこ
とを特徴とする電子放出装置。 - 【請求項２】ブロック(80)が、タングステンから構成さ
れていることを特徴とする請求項１に記載の電子放出装
置。 - 【請求項３】スリット(96,98) を形成する整列した表面
間のギャップ幅が、最大で、アーク室の内部領域に維持
される励起したプラズマのデバイ長の１０倍の大きさで
あることを特徴とする請求項１の電子放出装置。 - 【請求項４】ブロックの頂部表面(110) と底部表面(11
2) は、ほぼ平坦であり、かつ前記ブロックは、側壁か
ら内部に伸び、互いに交差しない２つのスリット(96,9
8) を含んでいることを特徴とする請求項１の電子放出
装置。 - 【請求項５】２つのスリット(96,98) は、側壁からそれ
ぞれ離間した渦巻き形状で、内方に伸びており、この渦
巻き形状は、ブロックの中央領域(C) で終端し、２つの
前記スリットによって少なくとも一部分囲まれた渦巻き
状のラビリンス型の電流通路を形成することを特徴とす
る請求項４の電子放出装置。 - 【請求項６】２つのスリット(96,98) は、前記ブロック
(80)の共通中央域の回りに、密接な半径で内方に渦巻き
状に伸び、ブロック(80)の電子放出表面の外側部分から
内側部分へほぼ同じ幅の電流通路を形成することを特徴
とする請求項５の電子放出装置。 - 【請求項７】加工物をイオンビーム処理するための軌道
路に沿ってイオンを放出するイオン源(10)であって、
(a) イオンを放出するための出口開口(70)によって境を
接している室内部を有し、この室内部にイオン化材料を
導くための入力路を有するイオン源のアーク室(62)を形
成する構造体と、(b) 前記室内部に配置され、前記イオ
ン化材料をイオン化する前記室内部に電子を放出するた
めに、i)電流が導電性材料のブロックを貫通するときに
イオン化電子を与える電子放出表面を有する導電性材料
のブロック(80)、およびii) 前記ブロックに電気的に連
結され、このブロックの離れた２位置間に電位差を与え
て、電極間に電流の流れを生じさせるための第１，第２
の電極(106,108) を有するフィラメントとを備え、前記
ブロック(80)は、その外部表面から内部領域に伸び、前
記２つの離れた位置間で第１，第２の電極(106,108) 間
の電流路を長くするための１つ以上のギャップ(96,98)
を形成していることを特徴とするイオン源。 - 【請求項８】イオンをイオン化室内に放出するために用
いるフィラメントを製造する方法であって、(a) 側壁に
よって制限された電子を放出するために、ほぼ平坦な導
電性表面(110,112) を有する導電性材料のブロック(80)
を設け、(b) 前記導電性材料を通過する電流路を作り出
すために前記ブロック(80)を貫通するギャップ(96,98)
を加工し、この加工段階中に形成された電流路の両端部
で前記ブロック(80)に励起する電極(106,108) を取り付
ける、各ステップを有することを特徴とするフィラメン
ト製造方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/760,714 US5821677A (en) | 1996-12-05 | 1996-12-05 | Ion source block filament with laybrinth conductive path |
| US760714 | 1996-12-05 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10172448A true JPH10172448A (ja) | 1998-06-26 |
Family
ID=25059965
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9331564A Pending JPH10172448A (ja) | 1996-12-05 | 1997-12-02 | イオン源、その電子放出装置、及びフィラメントの製造方法 |
Country Status (11)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5821677A (ja) |
| EP (1) | EP0847073B1 (ja) |
| JP (1) | JPH10172448A (ja) |
| KR (1) | KR100350613B1 (ja) |
| CN (1) | CN1184324A (ja) |
| CA (1) | CA2220605C (ja) |
| DE (1) | DE69711004T2 (ja) |
| ES (1) | ES2171844T3 (ja) |
| SG (1) | SG60159A1 (ja) |
| TR (1) | TR199701532A2 (ja) |
| TW (1) | TW373244B (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| KR100706788B1 (ko) | 2005-11-17 | 2007-04-12 | 삼성전자주식회사 | 필라멘트 부재 및 이를 가지는 이온 주입 장치의 이온 소스 |
| KR100706799B1 (ko) | 2005-10-07 | 2007-04-12 | 삼성전자주식회사 | 필라멘트 부재 및 이를 가지는 이온 주입 장치의 이온 소스 |
| US7476868B2 (en) | 2005-12-30 | 2009-01-13 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Apparatus and method for generating ions of an ion implanter |
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| KR100688573B1 (ko) * | 2005-09-16 | 2007-03-02 | 삼성전자주식회사 | 이온소스부, 이를 구비하는 이온주입장치 및 그 변경 방법 |
| CN102956421A (zh) * | 2011-08-22 | 2013-03-06 | 北京中科信电子装备有限公司 | 一种离子源灯丝及其夹持装置 |
| RU2691405C2 (ru) * | 2014-03-21 | 2019-06-13 | Тетра Лаваль Холдингз Энд Файнэнс С.А. | Генератор пучка электронов и устройство электронно-лучевой стерилизации |
| CN111128650B (zh) * | 2018-10-30 | 2022-05-31 | 中国电子科技集团公司第四十八研究所 | 一种直热式固体金属离子源 |
| TWI725384B (zh) | 2019-02-22 | 2021-04-21 | 力晶積成電子製造股份有限公司 | 半導體離子植入機的離子源頭結構 |
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|---|---|---|---|---|
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- 1996-12-05 US US08/760,714 patent/US5821677A/en not_active Expired - Fee Related
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- 1997-11-19 TW TW086117256A patent/TW373244B/zh active
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