JPH11224633A - Sf6プラズマを用いたイオン生成方法 - Google Patents

Sf6プラズマを用いたイオン生成方法

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JPH11224633A
JPH11224633A JP10027970A JP2797098A JPH11224633A JP H11224633 A JPH11224633 A JP H11224633A JP 10027970 A JP10027970 A JP 10027970A JP 2797098 A JP2797098 A JP 2797098A JP H11224633 A JPH11224633 A JP H11224633A
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Kiyonori Ogoshi
清紀 大越
Yuichi Saito
勇一 斎藤
Satoshi Tajima
訓 田島
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 プラズマを生成させるための試料ガスとして
化学的に安定で、毒性の無いSF6ガスを用い、SF6
ラズマ中のフッ素で固体試料のフッ化物をイオン源プラ
ズマ室内で生成することにより、試料元素のイオンを生
成させる方法。 【解決手段】 プラズマ室内にSF6またはSF6を混入
したガスを供給してSF6プラズマを生成させ、そのプ
ラズマ中又はその近傍に設置された固体試料とそのプラ
ズマ中のフッ素またはフッ化物とを化学反応させ、その
固体試料のフッ化物を生成させることにより固体試料の
蒸気圧を上げて試料元素を含むフッ化物蒸気を生成さ
せ、このフッ化物蒸気がプラズマ中で分解、電離されて
固体試料のイオンを生成させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】近年、高機能性材料開発や半
導体デバイス開発のため、材料へのイオン注入が加速器
等を利用して行われている。その注入させるための各種
イオンをフリーマンイオン源又はECR(Electr
on Cyclotron Resonance)イオ
ン源等の周知のイオン源で生成させる時に本方法は有効
である。
【0002】
【従来の技術】常温で固体状の試料をイオン源でイオン
化させる場合、その固体試料を加熱することにより気化
させ、その気体をプラズマ室に導入してイオン化させて
いる。この気化方法における固体試料の加熱方法として
は、一般的に坩堝に固体材料を入れて加熱する方法が知
られている。
【0003】この時、例えば、タングステン、シリコン
等の高融点を有する低蒸気圧物質の固体試料を気化し、
その十分な蒸気圧を得るためには、それらを坩堝中に入
れて加熱するだけでは、その加熱温度が足りないので、
WF6、SiF4等の高い腐食性または毒性を有する化合
物を試料ガスとして利用し、その物質を腐食処理して気
化させていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】したがって、上記低蒸
気圧物質の固体試料を気化させる際には、その試料の気
化操作又は取扱いに特別の注意を必要とし、また、イオ
ン源を含む加速器等が腐食されてしまうという問題があ
った。
【0005】固体試料を直接イオン源プラズマの熱で気
化させる方法や外部からのレーザーを試料に照射して気
化する方法が、坩堝を用いない固体試料気化方法として
発表されているが、長時間安定なプラズマを維持するこ
とが困難であったり、又レーザーのような付加的な装置
と電源とを必要としている。
【0006】本発明の方法は、これらの欠点を除いて、
毒性ガスを用いずに、長時間安定に、レーザーのような
付加的装置を使用せずに高融点を有する低蒸気圧物質を
効率よくイオン化させることが可能である。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の方法は、プラズ
マを生成させるための試料ガスとして化学的に安定で、
毒性の無いSF6ガスを用い、SF6プラズマ中のフッ素
で固体試料のフッ化物をイオン源プラズマ室内で生成す
ることにより、前記の欠点を除いたものである。
【0008】即ち、本発明の方法は、フリーマンイオン
源装置又はECRイオン源装置のプラズマ室内にSF6
またはSF6を混入したガスを供給してSF6プラズマを
生成させ、そのプラズマ中又はその近傍に設置された固
体試料とそのプラズマ中のフッ素またはフッ化物とを化
学反応させ、その固体試料のフッ化物を生成させること
により固体試料の蒸気圧を上げて試料元素を含むフッ化
物蒸気を生成させ、このフッ化物蒸気がプラズマ中で分
解、電離されて固体試料のイオンを生成させるものであ
る。
【0009】
【発明の実施の形態】以下にフリーマンイオン源を使用
してイオンを生成させる場合を図1に基づいて説明す
る。ディスク状試料1の中心に穴を開け、その穴にフィ
ラメント2を通してアークチェンバ(プラズマ生成室)
3内下側に置く。このアークチェンバ内にSF6ガス4
を供給し、フィラメント(タングステン)から発生する
熱電子との衝突で、SF6プラズマ5を生成させる。こ
のSF6ガスにはプラズマ安定性向上のため、Arガス
が混合される。SF6プラズマ中に設置された試料は、
プラズマ中のフッ素と反応して試料のフッ化物が生成さ
れる。
【0010】フッ化物になると多くの物質は蒸気圧が高
まり、しかもアークチェンバ内温度は1000℃以上に
なるので、容易に気化することができる。気化されたフ
ッ化物は再びプラズマ中に戻り、分解、電離され、目的
イオンを生成させることができる。このイオンは引出電
極6の作用にによりイオンビーム7となる。
【0011】
【実施例】以下に、本発明を、フリーマンイオン源を使
用してイオンを生成させた場合について説明する。
【0012】
【実施例1】ディスク状(10mmφ×5mm)Nb試
料の中心に穴を開け、その穴にフィラメントを通してア
ークチェンバ(プラズマ生成室)内下側に置いた。この
アークチェンバ内にSF6ガスを供給し、これにフィラ
メント(タングステン)から発生する熱電子を衝突さ
せ、SF6プラズマを生成させた。このSF6ガスにはプ
ラズマ安定性向上のため、Arガスを混合したものを使
用した。SF6プラズマ中に設置されたNb試料は、プ
ラズマ中のフッ素と反応して気化してNbのフッ化物ガ
スが生成された。気化されたフッ化物は再びプラズマ中
に戻り、分解、電離され、Nbイオンが生成した。その
結果、Nbイオンは15μA得ることができた。これは
Arガスのみを供給して発生するArプラズマによるイ
オン生成時の約150倍の電流量であった。
【0013】SF6プラズマによるNbイオン生成時の
マススペクトルを図2に示す。このマススペクトルで分
かるように、アークチェンバ内ではNbのフッ化物が多
く生成された。このことから、フッ化ニオブは蒸気圧が
高いために、容易に気化されてNbイオンが生成される
ことが分かった。したがって、SF6を用いた新しいイ
オン発生法により、現在までフリーマンイオン源で、毒
性ガスやCCl4ガスを使用しなければ発生困難だった
高融点物質の大電流イオンの発生が可能になった。
【0014】同様にして、この方法で、試料にボロン
(B)及びシリコン(Si)を用いて行った結果、B及
びSiイオンはそれぞれ13μA及び7μA得ることが
できた。これはArガスのみを供給して発生するArプ
ラズマによるイオン生成時の約13倍及び30倍の電流
量であった。
【0015】
【実施例2】以下にミラー磁場によるイオンの閉じ込め
とマイクロ波による電子サイクロトロン共鳴を利用する
ECR(Electron Cyclotron Re
sonance)イオン源の実施例を図3に基づき説明
する。プラズマ室に固体状試料1を設置する。そこにS
6ガスを導入し、マイクロ波によりSF6プラズマ5を
生成させる。この時プラズマ中でSF6はSイオンとF
イオンに解離される。
【0016】固体状試料がタングステンの場合を例にと
ると、プラズマ中のフッ素とタングステンが反応してフ
ッ化タングステンが生成される。フッ化タングステンは
沸点が約18℃なので、室温でも気化する。このフッ化
タングステン蒸気がSF6プラズマ中に導入され、プラ
ズマ中の電子により解離してタングテンイオンを生成す
ることができる。固体状試料がタンタル(Ta)の場合
にも、それがフッ化され、その蒸気がプラズマ中に流入
する。
【0017】
【発明の効果】本発明により、現在まで毒性ガス等の使
用、もしくはレーザー等の付加的装置が無ければ安定な
生成が困難であったイオンを安全に、しかも効率よく安
定に生成できるようになった。さらに、プラズマ室でフ
ッ化物を生成するため、腐食性ガスによるイオン源及び
加速器の腐食を従来の方法に比べ格段に少なくすること
ができるという、本発明に特有の顕著な効果が生じる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 フリーマンイオン源においてSF6ガスを使
用して固体試料をイオン化する方法を示す図である。
【図2】 SF6プラズマによるNbイオン発生時のマ
ススペクトルを示す図である。
【図3】 ECRイオン源においてSF6プラズマを用
いて固体試料をイオン化する方法を示す図である。
【符号の説明】
1:固体試料、2:フィラメント、3:アークチェン
バ、4:SF6ガス、5:SF6プラズマ、6:引出電
極、7:イオンビーム
───────────────────────────────────────────────────── 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

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 SF6またはSF6を混入したガスのプラ
    ズマ中または近傍に設置された固体状試料とそのプラズ
    マ中のフッ素またはフッ化物との化学反応を利用して、
    固体状試料のフッ化物を生成させることにより、試料の
    蒸気圧を上げ、試料元素を含むフッ化物蒸気をプラズマ
    中に導入させ、固体状試料のイオンを生成する方法。
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