JP4184846B2 - イオン注入装置用イオン発生装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の技術分野】
本発明は、半導体や液晶デバイスなどの製造工程において、半導体や液晶デバイスなどの被処理物に目的とする物質のイオンを効率的に注入する注入装置におけるイオン発生装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶ディスプレイなどのフラットパネルディスプレイは、携帯電話や携帯情報端末、更にノートＰＣ、ＰＣ向けモニターあるいは大型テレビなどに多く使用されている。今後、大幅な需要の伸びが予想される液晶ディスプレイ市場においては高精度、低消費電力、低価格化などが強く求められている。
【０００３】
このような用途に使用される小型のフラットパネルディスプレイの製作に使用する高電流幅広ビームのイオン注入装置としては、大量にイオンを発生するイオン発生源と、このイオン発生源から引き出されるイオンビームを拡大し、偏向し、そして収束するための質量分離マグネットと、収束されたビームのうち不都合なビームを遮断する分解スリットと、この分解スリットを通過したビームを更に偏向させ、かつ平行にする第二磁石とから構成されており、１ｍＡ以上の電流及び数ｋｅＶ以上のエネルギーで高均一性の幅広リボン形ビームを形成するための装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、アークチャンバ内で目的とする物質を含むガスをプラズマにより電離させてイオンを生成し、このイオンをアークチャンバ内で移動させるイオン源において、イオンを付着させ、目的とする物質を析出させる析出部材をアークチャンバ内に配置し、これにイオンを衝突させて物質を析出させることによって目的物質を多く含むイオンビームを発生させる装置か提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
また、本出願人は、前記特許文献１に記載された特許の基本原理を適用したイオンビーム注入装置を「ＭＤ１−１００」として製造販売している。
【０００６】
【特許文献１】
特開平６─３４２６３９号公報
【特許文献２】
特開平８─１７３７５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
高精密、高輝度、低消費電力、低価格化の要求を達成する目的で、アモルファスシリコンに比較して高い電子移動度が得られ、周辺回路の一体化が可能な低温ポリシリコン薄膜トランジスタ液晶ディスプレイが注目されるよになった。従来の低温ｐ−Ｓｉ薄膜上にＴＦＴを製作する工程（ソース／ドレイン）では、主にイオンシャワーという方法が用いられている。しかしながら、より高性能の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を、低温ｐ−Ｓｉ薄膜上に製作するためには、半導体プロセスと同様に、前記特許文献１に記載されているように、質量分離で所望をイオンのみを取り出し、ドーズ量を正確にコントロールできる高精度のイオン注入技術が必要である。
【０００８】
イオン量を増大するためには、インプラント電流を増大してプラズマ量を増加すれば良いわけであるが、そのためにはビームラインを高真空に保つと共にアークチャンバ内に供給される目的物質を含む三フッ化ホウ素などのガス（ＢＦ3 、ＰＨ3 ）の量を増加する必要がある。
【０００９】
図２に示すように、イオン注入装置１は、不純物を含むガスを多量に供給してイオンを発生させるイオン発生源２（バーナス型のイオン発生装置）を有しており、ここで発生したイオンｘは引き出し電極３によってイオン発生源２から引き出され、かつ、加速される。
【００１０】
イオン発生源２から引き出されたイオンビームＸは、質量分離部６の質量分離マグネットによってほぼ９０°屈曲され、所定の質量のイオンａのみが取り出される。その際、質量の軽いイオンや重いイオンなどの選外イオンｃ、ｄは排除される。
【００１１】
その後、イオンビームＸは、均一制御機構７（マルチポール）によって強度を均一に平均化された後、プロセスチャンバー（エンドステーション）８内に配置されているプラテン（支持部材）取り付けたガラス基板（被処理体）９に注入されるようになっている。
【００１２】
また、イオン発生源２と質量分離部６と均一制御機構７からプロセスチャンバー８に至る経路を連通する真空チャバー５には、特に均一制御機構７より後段の位置に、図示しない高排気量の真空ポンプが接続されており、この真空チャンバー５の系全体として高真空排気システム１０を構成している。
【００１３】
さて、プラズマ量を増加させてイオン量を増大するためには、前記のようにイオン発生源２（イオン発生装置）より効率的にイオンを発生させる必要がある。このイオン発生装置は、図３に示すようにベースプレート２０と二枚のサイドプレート２１と二枚のエンドキャップ２２、２２ａとから形成され、一面が開口された細長い箱状のアークチャンバー２３と、前記エンドキャップ２２に絶縁物２４（ガイシ）を介在させてフィラメント２５とカソードプレート２６とを、他方のエンドキャップ２２ａ側に絶縁物２４ａを介在させてリペラプレート２８をそれぞれ設け、更にベースプレート２０の対向位置の開口面に細長い開口孔を持つソースアパーチャ２３ａ（図２、蓋体）を設けて構成されている。
【００１４】
そして前記二枚のエンドキャップ２２、２２ａ側に磁石２９を配置して前記アークチャンバ２３内にカソードプレート２６側からリペラプレート２８側に向かう静磁場３０を作用させている。
【００１５】
そして前記イオン発生装置１を作動させる際は、真空ポンプによってアークチャンバー２３内を高真空に保持しながら、イオン注入のための物質を発生させる物質のガスｇをガス供給源３１より供給すると共に、フィラメント電源３２よりフィラメント２５に通電して高温（約２０００℃以上）に発熱させ、更にアーク電源３３よりフィラメント２５とアークチャンバー２３との間にアーク電圧Ｖを与えてカソードプレート２６とリペラプレート２８との間にアーク放電によりプラズマＰを発生させ、前記ソースアパーチャ２３ａの開口孔からイオンビームＸをイオン注入装置１のビームラインに放射するようになっている。
【００１６】
前記アークチャンバ２３内においては、フィラメント２５から発生する熱電子とプラズマ中のイオンがが静磁場３０の影響を受けて、らせん運動（サイクロトロン運動）してイオンと電子が原料ガスｇの分子に衝突を繰り返してプラズマＰを維持し易くしている（図４）。
【００１７】
例えば、このイオン発生源２において前記静磁場３０を作用させない場合は、イオン、電子が直線の軌道で運動をすることになり、イオン、電子が原料ガスｇの分子と衝突する機会が少なくなる。そこで、静磁場３０を作用させることによってイオンと電子にらせん運動を与えて原料ガスｇの分子と衝突する機会を多くすると共にプラズマＰをアークチャンバ２３の中心方向にソーセージ状に押し出している。
【００１８】
（従来の装置の問題点）
このイオン注入装置１のイオン発生源２に対して、三フッ化ホウ素などのフッ素を含んだガスｇを供給しながらイオン発生装置を作動させた場合の状態について説明すると、時間経過と共にイオン発生源２内に発生していたプラズマＰが次第に減少して必要とするイオンｘを大量に発生させることができない不安定状態が発生した。
【００１９】
この現象について検討したところ、三フッ化ホウ素などのフッ素を含んだガスをモリブデン製のアークチャンバ２３に供給すると、イオン化して反応活性の上っているフッ素によりアークチャンバ２３の内表面を腐食し、これが原因となって絶縁不良を発生していることが判明した。
【００２０】
図５はこの絶縁不良の状態の説明図であるが、アークチャンバー２３の材料から発生した金属原子はイオン化したガス中に混合されて運動することになる。このアークチャンバ２３のエンドキャップ２２には２本の絶縁物２４（ガイシ）を介してカソードプレート２６が支持され、その絶縁物２４を貫通してフィラメント２５（１．５回巻のピッグテール状）が設けられており、前記のようにアークチャンバー２３の材料から発生した金属原子は絶縁物２４の表面に堆積して薄いい導電性膜Ｍ１、Ｍ２を形成する。
【００２１】
この導電性膜Ｍ１、Ｍ２は、例えば、アークチャンバの材料であるモリブデンやタングステンなどの金属原子が堆積して形成された膜であり、これが発生すると絶縁物２４の表面を通じてカソードプレート２６とフィラメント２５とアークチャンバー２２との間に電気回路が形成され、この電気回路を通じて漏洩電流Ｒが流れることになる。
【００２２】
このように絶縁物２４が導電性膜Ｍ１、Ｍ２により電気的に劣化した状態となることからアーク電圧Ｖの保持が困難となり、図４に示したようなアークチャンバ２３の全長にわたって安定したソーセージ状のプラズマＰの発生が困難となるのである。
【００２３】
なお、アークチャンバ２３の材料から金属原子が発生する挙動について説明すると次の通りである。
【００２４】
例えば、アークチャンバ２３の材料にモリブデンが使用されており、供給ガスが三フッ化ガスの場合は、「ｎＦ+ ＋Ｍｏ→ＭｏＦｎ」のフッ化物ガスが生成され、また高熱、プラズマにより「ＭｏＦｎ→ｎＦ+ ＋Ｍｏ」の反応がおきる。そして発生したモリブデン原子が、図５に示したように絶縁物２４上に導電性膜Ｍ１、Ｍ２として堆積して絶縁不良を発生するのである。
【００２５】
さて、アークチャンバー２３を構成する金属材料としては、耐熱性のあるモリブデンやタングステンなどが使用されるが、アークチャンバー２３内が高温になることから、この材料を他の材料に簡単に変更することはできない。
【００２６】
本発明は、前記従来技術におけるカソードプレート２６やリペラプレート２８などを支持する絶縁物２４、２４ａが絶縁不良となってプラズマの劣化が発生する欠点を解消することを目的とするものである。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための本発明に係るイオン注入装置用イオン発生装置は、次のように構成されている。
【００２８】
１）アークチャンバの両端を形成するエンドキャップの内面に電極部を対面して配置したイオン発生装置において、前記電極部を絶縁物を介してアークチャンバの内側に支持すると共に、該電極部に酸化アルミニウム又はチッ化アルミニウム又はチッ化ホウ素からなる導電膜抑止部材を適用して該電極部とアークチャンバとの間の絶縁性を高めたことを特徴としている。
【００２９】
２）アークチャンバの両端を形成するエンドキャップの内面に電極部を対面して配置したイオン発生装置において、前記一方の電極部は少なくともフィラメントを含み、他方の電極部はリペラプレートであり、該リペラプレートの一面であって最も近く隣接するエンドキャップに対面する側に、前記導電膜抑止部材を設けて前記電極部とアークチャンバとの間の絶縁性を高めたことを特徴としている。
【００３０】
３）アークチャンバの両端を形成するエンドキャップの内面に電極部を対面して配置したイオン発生装置において、前記一方の電極部は少なくともフィラメントを含み、他方の電極部はリペラプレートであり、一方又は両方の前記エンドキャップの内面を導電膜抑止部材で形成したことを特徴としている。
【００３１】
４）アークチャンバの両端を形成するエンドキャップの内面に電極部を対面して配置したイオン発生装置において、前記一方の電極部はフィラメントとカソードプレートであり、他方の電極部はリペラプレートでそれぞれ形成されており、前記カソードプレートとリペラプレートの一面であって、それぞれに最も近く隣接するエンドキャップに対面する側に導電膜抑止部材を設けて前記電極部とアークチャンバとの間の絶縁性を高めたことを特徴としている。
【００３３】
６）前記イオン注入装置は、イオンを発生させてビームラインに送出するイオン発生源と、このイオン発生源から送出されてくるイオンを質量分離マグネットで選択して所定の質量のイオンをイオン処理ステーションに導くビームラインを備えていることを特徴としている。
【００３４】
本発明は、電極部、具体的には金属板からなるカソードプレートとリペラプレートの両方、あるいは導電性膜が堆積し易い方の部材のエンドキャップに対面する面に、導電膜抑止材料からなる層を形成することによって、このカソードプレートとリペラプレートを起点として導電膜が成長することを抑止し、その結果、図５に示すようなアークチャンバ２３とカソードプレート２６、あるいはアークチャンバ２３とリペラプレート２８との間に導通回路が形成されて漏電Ｒすることを防止あるいは抑止するものである。
【００３５】
また、場合によっては、エンドキャップの内面を前記導電膜抑止材料からなる層で形成しても同様な効果を奏することができる。
【００３６】
導電膜抑止材料としては、酸化アルミニウム、チッ化アルミニウム、チッ化ホウ素などのような耐熱性のある材質で熱分解後に、１０００〜２５００℃の雰囲気で導電性の膜を生じない元素の化合物を使用できる。例えば、酸化アルミは、高温においてアルミが析出する可能性があるが、沸点が低いことから、金属膜が絶縁物の表面に堆積しない。
【００３７】
本発明は、カソードプレートやリペラプレートなどの電極部分に、イオン発生装置が作動中に電極部を支持する絶縁物の表面、例えば、電極の一つであるフィラメントの根本部に配置されているカソードプレートの裏側まで、導電膜抑止材料によって延長したような状態に形成することで、アークチャンバを形成している金属原子が析出して、前記絶縁物の表面に堆積することを抑止しようとするものである。
【００３８】
その意味において導電膜抑止材料としては、酸化アルミニウム、チッ化アルミニウムなど、分解後に１０００〜２５００℃の雰囲気で導電性の薄膜を生じない元素からなる化合物が良く、熱分解して発生した物質が、電極部を形成する絶縁物の表面に堆積しても、導電作用がない物質を選定することによって、高効率のイオン発生源を構成することができるのである。
【００３９】
【発明の実施の形態】
次に、図１を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００４０】
アークチャンバ２３自体の構成は、図３などに示した装置と同様であるが、本発明においては、カソードプレート２６ａに従来から使用されている材料からなる表面層Ｆと、その裏側に導電膜抑止材料（耐熱性のある絶縁材料）からなる裏面層Ｂからなる二層構造あるは複合板構造を形成したことを特徴としている。
【００４１】
この複合板構造はカソードプレート２６ａのみではなく、対向するリペラプレート２８ａ側においても同様に形成して同様な効果がある。
【００４２】
そしてこの裏面層Ｂの厚さは、表面層Ｆ、即ち、従来のカソードプレートほど厚い必要はなく、図５に示すような絶縁物２４上に導電膜性膜Ｍ１、Ｍ２が形成されることを抑止できる程度のもので良く、例えば、チッ化ホウ素を裏面層Ｂに使用した場合は、０．２〜２ｍｍ程度のもので良く、また、裏面層Ｂの加工方法は、塗布あるいは積層した後の焼付などの隙間のないような積層や貼付けなど各種の方法を採用できる。
【００４３】
また、カソードプレート２６ａとリペラプレート２８ａは、図１に示すように板材を二枚合わせとした構造のものではなく、金属板を絶縁材料からなる皿状のケースに嵌入させたように、金属板の淵部に絶縁材料が配置されたような構造のものであっても良い。
【００４４】
本発明は、アークチャンバ２３内に絶縁物を介して支持されるカソードプレート２６ａやリペラプレート２８ａからなる電極を、金属層と絶縁層からなる二層構造にに形成し、カソードプレート２６ａなどを支持する絶縁物に接する側の面を絶縁性の導電性膜抑止材料で形成したことによって、フラズマを形成する際に前記アークチャンバ２３の材料から発生した金属原子が前記絶縁物２４、２４ａ上に付着堆積して導電膜を形成することがない。
【００４５】
従って、高温、高真空においてアーク放電させてアークチャンバ２３内にプラズマを精度よく、効率的に形成することができるので、安定してイオンを発生させることができ、その結果、高性能のイオン注入装置を提供することができる。
【００４６】
【発明の効果】
本発明に係るイオン注入装置用イオン発生装置は、アークチャンバの両端を形成するエンドキャップの内面に電極部を対面して配置したイオン発生装置において、前記電極部を絶縁物を介してアークチャンバの内部に支持すると共に、該電極部に導電膜抑止部材を適用して該電極部とアークチャンバとの間の絶縁性を高めたことを特徴としている。
【００４７】
従って、カソードプレートやリペラプレートの一方、あるいは双方にアークチャンバとの間に短絡回路を形成する導電性膜の形成を抑制できるので、高性能のイオン注入装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るバーナス型のイオン発生源の断面図である。
【図２】イオン注入装置の説明図である。
【図３】従来のイオン発生源の断面図である。
【図４】イオン発生源の内部に発生したプラズマの説明図である。
【図５】従来のイオン発生源で発生する導電性膜の形成状態の説明図である。
【符号の簡単な説明】
１ イオン注入装置 ２、２ａ イオン発生源 ３ 引き出し電極
４ ガス遮断板 ５ 真空チャバ ６ 質量分離部
７ 均一制御機構 ８ プロセスチャンバ ９ ガラス基板
２０ ベースプレート ２１ サイドプレート
２４ ガイシ ２２、２２ａ エンドキャップ
２３ アークチャンバ ２５ フィラメント
２６、２６ａ カソードプレート ２８、２８ａ リペラプレート
２９ 磁石 ３０ 静磁場 ３１ ガス供給源
Ｆ 表面層（金属層） Ｂ 裏面層（導電性膜抑止材料の層）
Ｒ 漏洩電流
【発明の技術分野】
本発明は、半導体や液晶デバイスなどの製造工程において、半導体や液晶デバイスなどの被処理物に目的とする物質のイオンを効率的に注入する注入装置におけるイオン発生装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶ディスプレイなどのフラットパネルディスプレイは、携帯電話や携帯情報端末、更にノートＰＣ、ＰＣ向けモニターあるいは大型テレビなどに多く使用されている。今後、大幅な需要の伸びが予想される液晶ディスプレイ市場においては高精度、低消費電力、低価格化などが強く求められている。
【０００３】
このような用途に使用される小型のフラットパネルディスプレイの製作に使用する高電流幅広ビームのイオン注入装置としては、大量にイオンを発生するイオン発生源と、このイオン発生源から引き出されるイオンビームを拡大し、偏向し、そして収束するための質量分離マグネットと、収束されたビームのうち不都合なビームを遮断する分解スリットと、この分解スリットを通過したビームを更に偏向させ、かつ平行にする第二磁石とから構成されており、１ｍＡ以上の電流及び数ｋｅＶ以上のエネルギーで高均一性の幅広リボン形ビームを形成するための装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、アークチャンバ内で目的とする物質を含むガスをプラズマにより電離させてイオンを生成し、このイオンをアークチャンバ内で移動させるイオン源において、イオンを付着させ、目的とする物質を析出させる析出部材をアークチャンバ内に配置し、これにイオンを衝突させて物質を析出させることによって目的物質を多く含むイオンビームを発生させる装置か提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
また、本出願人は、前記特許文献１に記載された特許の基本原理を適用したイオンビーム注入装置を「ＭＤ１−１００」として製造販売している。
【０００６】
【特許文献１】
特開平６─３４２６３９号公報
【特許文献２】
特開平８─１７３７５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
高精密、高輝度、低消費電力、低価格化の要求を達成する目的で、アモルファスシリコンに比較して高い電子移動度が得られ、周辺回路の一体化が可能な低温ポリシリコン薄膜トランジスタ液晶ディスプレイが注目されるよになった。従来の低温ｐ−Ｓｉ薄膜上にＴＦＴを製作する工程（ソース／ドレイン）では、主にイオンシャワーという方法が用いられている。しかしながら、より高性能の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を、低温ｐ−Ｓｉ薄膜上に製作するためには、半導体プロセスと同様に、前記特許文献１に記載されているように、質量分離で所望をイオンのみを取り出し、ドーズ量を正確にコントロールできる高精度のイオン注入技術が必要である。
【０００８】
イオン量を増大するためには、インプラント電流を増大してプラズマ量を増加すれば良いわけであるが、そのためにはビームラインを高真空に保つと共にアークチャンバ内に供給される目的物質を含む三フッ化ホウ素などのガス（ＢＦ3 、ＰＨ3 ）の量を増加する必要がある。
【０００９】
図２に示すように、イオン注入装置１は、不純物を含むガスを多量に供給してイオンを発生させるイオン発生源２（バーナス型のイオン発生装置）を有しており、ここで発生したイオンｘは引き出し電極３によってイオン発生源２から引き出され、かつ、加速される。
【００１０】
イオン発生源２から引き出されたイオンビームＸは、質量分離部６の質量分離マグネットによってほぼ９０°屈曲され、所定の質量のイオンａのみが取り出される。その際、質量の軽いイオンや重いイオンなどの選外イオンｃ、ｄは排除される。
【００１１】
その後、イオンビームＸは、均一制御機構７（マルチポール）によって強度を均一に平均化された後、プロセスチャンバー（エンドステーション）８内に配置されているプラテン（支持部材）取り付けたガラス基板（被処理体）９に注入されるようになっている。
【００１２】
また、イオン発生源２と質量分離部６と均一制御機構７からプロセスチャンバー８に至る経路を連通する真空チャバー５には、特に均一制御機構７より後段の位置に、図示しない高排気量の真空ポンプが接続されており、この真空チャンバー５の系全体として高真空排気システム１０を構成している。
【００１３】
さて、プラズマ量を増加させてイオン量を増大するためには、前記のようにイオン発生源２（イオン発生装置）より効率的にイオンを発生させる必要がある。このイオン発生装置は、図３に示すようにベースプレート２０と二枚のサイドプレート２１と二枚のエンドキャップ２２、２２ａとから形成され、一面が開口された細長い箱状のアークチャンバー２３と、前記エンドキャップ２２に絶縁物２４（ガイシ）を介在させてフィラメント２５とカソードプレート２６とを、他方のエンドキャップ２２ａ側に絶縁物２４ａを介在させてリペラプレート２８をそれぞれ設け、更にベースプレート２０の対向位置の開口面に細長い開口孔を持つソースアパーチャ２３ａ（図２、蓋体）を設けて構成されている。
【００１４】
そして前記二枚のエンドキャップ２２、２２ａ側に磁石２９を配置して前記アークチャンバ２３内にカソードプレート２６側からリペラプレート２８側に向かう静磁場３０を作用させている。
【００１５】
そして前記イオン発生装置１を作動させる際は、真空ポンプによってアークチャンバー２３内を高真空に保持しながら、イオン注入のための物質を発生させる物質のガスｇをガス供給源３１より供給すると共に、フィラメント電源３２よりフィラメント２５に通電して高温（約２０００℃以上）に発熱させ、更にアーク電源３３よりフィラメント２５とアークチャンバー２３との間にアーク電圧Ｖを与えてカソードプレート２６とリペラプレート２８との間にアーク放電によりプラズマＰを発生させ、前記ソースアパーチャ２３ａの開口孔からイオンビームＸをイオン注入装置１のビームラインに放射するようになっている。
【００１６】
前記アークチャンバ２３内においては、フィラメント２５から発生する熱電子とプラズマ中のイオンがが静磁場３０の影響を受けて、らせん運動（サイクロトロン運動）してイオンと電子が原料ガスｇの分子に衝突を繰り返してプラズマＰを維持し易くしている（図４）。
【００１７】
例えば、このイオン発生源２において前記静磁場３０を作用させない場合は、イオン、電子が直線の軌道で運動をすることになり、イオン、電子が原料ガスｇの分子と衝突する機会が少なくなる。そこで、静磁場３０を作用させることによってイオンと電子にらせん運動を与えて原料ガスｇの分子と衝突する機会を多くすると共にプラズマＰをアークチャンバ２３の中心方向にソーセージ状に押し出している。
【００１８】
（従来の装置の問題点）
このイオン注入装置１のイオン発生源２に対して、三フッ化ホウ素などのフッ素を含んだガスｇを供給しながらイオン発生装置を作動させた場合の状態について説明すると、時間経過と共にイオン発生源２内に発生していたプラズマＰが次第に減少して必要とするイオンｘを大量に発生させることができない不安定状態が発生した。
【００１９】
この現象について検討したところ、三フッ化ホウ素などのフッ素を含んだガスをモリブデン製のアークチャンバ２３に供給すると、イオン化して反応活性の上っているフッ素によりアークチャンバ２３の内表面を腐食し、これが原因となって絶縁不良を発生していることが判明した。
【００２０】
図５はこの絶縁不良の状態の説明図であるが、アークチャンバー２３の材料から発生した金属原子はイオン化したガス中に混合されて運動することになる。このアークチャンバ２３のエンドキャップ２２には２本の絶縁物２４（ガイシ）を介してカソードプレート２６が支持され、その絶縁物２４を貫通してフィラメント２５（１．５回巻のピッグテール状）が設けられており、前記のようにアークチャンバー２３の材料から発生した金属原子は絶縁物２４の表面に堆積して薄いい導電性膜Ｍ１、Ｍ２を形成する。
【００２１】
この導電性膜Ｍ１、Ｍ２は、例えば、アークチャンバの材料であるモリブデンやタングステンなどの金属原子が堆積して形成された膜であり、これが発生すると絶縁物２４の表面を通じてカソードプレート２６とフィラメント２５とアークチャンバー２２との間に電気回路が形成され、この電気回路を通じて漏洩電流Ｒが流れることになる。
【００２２】
このように絶縁物２４が導電性膜Ｍ１、Ｍ２により電気的に劣化した状態となることからアーク電圧Ｖの保持が困難となり、図４に示したようなアークチャンバ２３の全長にわたって安定したソーセージ状のプラズマＰの発生が困難となるのである。
【００２３】
なお、アークチャンバ２３の材料から金属原子が発生する挙動について説明すると次の通りである。
【００２４】
例えば、アークチャンバ２３の材料にモリブデンが使用されており、供給ガスが三フッ化ガスの場合は、「ｎＦ+ ＋Ｍｏ→ＭｏＦｎ」のフッ化物ガスが生成され、また高熱、プラズマにより「ＭｏＦｎ→ｎＦ+ ＋Ｍｏ」の反応がおきる。そして発生したモリブデン原子が、図５に示したように絶縁物２４上に導電性膜Ｍ１、Ｍ２として堆積して絶縁不良を発生するのである。
【００２５】
さて、アークチャンバー２３を構成する金属材料としては、耐熱性のあるモリブデンやタングステンなどが使用されるが、アークチャンバー２３内が高温になることから、この材料を他の材料に簡単に変更することはできない。
【００２６】
本発明は、前記従来技術におけるカソードプレート２６やリペラプレート２８などを支持する絶縁物２４、２４ａが絶縁不良となってプラズマの劣化が発生する欠点を解消することを目的とするものである。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための本発明に係るイオン注入装置用イオン発生装置は、次のように構成されている。
【００２８】
１）アークチャンバの両端を形成するエンドキャップの内面に電極部を対面して配置したイオン発生装置において、前記電極部を絶縁物を介してアークチャンバの内側に支持すると共に、該電極部に酸化アルミニウム又はチッ化アルミニウム又はチッ化ホウ素からなる導電膜抑止部材を適用して該電極部とアークチャンバとの間の絶縁性を高めたことを特徴としている。
【００２９】
２）アークチャンバの両端を形成するエンドキャップの内面に電極部を対面して配置したイオン発生装置において、前記一方の電極部は少なくともフィラメントを含み、他方の電極部はリペラプレートであり、該リペラプレートの一面であって最も近く隣接するエンドキャップに対面する側に、前記導電膜抑止部材を設けて前記電極部とアークチャンバとの間の絶縁性を高めたことを特徴としている。
【００３０】
３）アークチャンバの両端を形成するエンドキャップの内面に電極部を対面して配置したイオン発生装置において、前記一方の電極部は少なくともフィラメントを含み、他方の電極部はリペラプレートであり、一方又は両方の前記エンドキャップの内面を導電膜抑止部材で形成したことを特徴としている。
【００３１】
４）アークチャンバの両端を形成するエンドキャップの内面に電極部を対面して配置したイオン発生装置において、前記一方の電極部はフィラメントとカソードプレートであり、他方の電極部はリペラプレートでそれぞれ形成されており、前記カソードプレートとリペラプレートの一面であって、それぞれに最も近く隣接するエンドキャップに対面する側に導電膜抑止部材を設けて前記電極部とアークチャンバとの間の絶縁性を高めたことを特徴としている。
【００３３】
６）前記イオン注入装置は、イオンを発生させてビームラインに送出するイオン発生源と、このイオン発生源から送出されてくるイオンを質量分離マグネットで選択して所定の質量のイオンをイオン処理ステーションに導くビームラインを備えていることを特徴としている。
【００３４】
本発明は、電極部、具体的には金属板からなるカソードプレートとリペラプレートの両方、あるいは導電性膜が堆積し易い方の部材のエンドキャップに対面する面に、導電膜抑止材料からなる層を形成することによって、このカソードプレートとリペラプレートを起点として導電膜が成長することを抑止し、その結果、図５に示すようなアークチャンバ２３とカソードプレート２６、あるいはアークチャンバ２３とリペラプレート２８との間に導通回路が形成されて漏電Ｒすることを防止あるいは抑止するものである。
【００３５】
また、場合によっては、エンドキャップの内面を前記導電膜抑止材料からなる層で形成しても同様な効果を奏することができる。
【００３６】
導電膜抑止材料としては、酸化アルミニウム、チッ化アルミニウム、チッ化ホウ素などのような耐熱性のある材質で熱分解後に、１０００〜２５００℃の雰囲気で導電性の膜を生じない元素の化合物を使用できる。例えば、酸化アルミは、高温においてアルミが析出する可能性があるが、沸点が低いことから、金属膜が絶縁物の表面に堆積しない。
【００３７】
本発明は、カソードプレートやリペラプレートなどの電極部分に、イオン発生装置が作動中に電極部を支持する絶縁物の表面、例えば、電極の一つであるフィラメントの根本部に配置されているカソードプレートの裏側まで、導電膜抑止材料によって延長したような状態に形成することで、アークチャンバを形成している金属原子が析出して、前記絶縁物の表面に堆積することを抑止しようとするものである。
【００３８】
その意味において導電膜抑止材料としては、酸化アルミニウム、チッ化アルミニウムなど、分解後に１０００〜２５００℃の雰囲気で導電性の薄膜を生じない元素からなる化合物が良く、熱分解して発生した物質が、電極部を形成する絶縁物の表面に堆積しても、導電作用がない物質を選定することによって、高効率のイオン発生源を構成することができるのである。
【００３９】
【発明の実施の形態】
次に、図１を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００４０】
アークチャンバ２３自体の構成は、図３などに示した装置と同様であるが、本発明においては、カソードプレート２６ａに従来から使用されている材料からなる表面層Ｆと、その裏側に導電膜抑止材料（耐熱性のある絶縁材料）からなる裏面層Ｂからなる二層構造あるは複合板構造を形成したことを特徴としている。
【００４１】
この複合板構造はカソードプレート２６ａのみではなく、対向するリペラプレート２８ａ側においても同様に形成して同様な効果がある。
【００４２】
そしてこの裏面層Ｂの厚さは、表面層Ｆ、即ち、従来のカソードプレートほど厚い必要はなく、図５に示すような絶縁物２４上に導電膜性膜Ｍ１、Ｍ２が形成されることを抑止できる程度のもので良く、例えば、チッ化ホウ素を裏面層Ｂに使用した場合は、０．２〜２ｍｍ程度のもので良く、また、裏面層Ｂの加工方法は、塗布あるいは積層した後の焼付などの隙間のないような積層や貼付けなど各種の方法を採用できる。
【００４３】
また、カソードプレート２６ａとリペラプレート２８ａは、図１に示すように板材を二枚合わせとした構造のものではなく、金属板を絶縁材料からなる皿状のケースに嵌入させたように、金属板の淵部に絶縁材料が配置されたような構造のものであっても良い。
【００４４】
本発明は、アークチャンバ２３内に絶縁物を介して支持されるカソードプレート２６ａやリペラプレート２８ａからなる電極を、金属層と絶縁層からなる二層構造にに形成し、カソードプレート２６ａなどを支持する絶縁物に接する側の面を絶縁性の導電性膜抑止材料で形成したことによって、フラズマを形成する際に前記アークチャンバ２３の材料から発生した金属原子が前記絶縁物２４、２４ａ上に付着堆積して導電膜を形成することがない。
【００４５】
従って、高温、高真空においてアーク放電させてアークチャンバ２３内にプラズマを精度よく、効率的に形成することができるので、安定してイオンを発生させることができ、その結果、高性能のイオン注入装置を提供することができる。
【００４６】
【発明の効果】
本発明に係るイオン注入装置用イオン発生装置は、アークチャンバの両端を形成するエンドキャップの内面に電極部を対面して配置したイオン発生装置において、前記電極部を絶縁物を介してアークチャンバの内部に支持すると共に、該電極部に導電膜抑止部材を適用して該電極部とアークチャンバとの間の絶縁性を高めたことを特徴としている。
【００４７】
従って、カソードプレートやリペラプレートの一方、あるいは双方にアークチャンバとの間に短絡回路を形成する導電性膜の形成を抑制できるので、高性能のイオン注入装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るバーナス型のイオン発生源の断面図である。
【図２】イオン注入装置の説明図である。
【図３】従来のイオン発生源の断面図である。
【図４】イオン発生源の内部に発生したプラズマの説明図である。
【図５】従来のイオン発生源で発生する導電性膜の形成状態の説明図である。
【符号の簡単な説明】
１ イオン注入装置 ２、２ａ イオン発生源 ３ 引き出し電極
４ ガス遮断板 ５ 真空チャバ ６ 質量分離部
７ 均一制御機構 ８ プロセスチャンバ ９ ガラス基板
２０ ベースプレート ２１ サイドプレート
２４ ガイシ ２２、２２ａ エンドキャップ
２３ アークチャンバ ２５ フィラメント
２６、２６ａ カソードプレート ２８、２８ａ リペラプレート
２９ 磁石 ３０ 静磁場 ３１ ガス供給源
Ｆ 表面層（金属層） Ｂ 裏面層（導電性膜抑止材料の層）
Ｒ 漏洩電流
Claims (5)
- アークチャンバの両端を形成するエンドキャップの内面に電極部を対面して配置したイオン発生装置において、前記電極部を絶縁物を介してアークチャンバの内側に支持すると共に、該電極部に酸化アルミニウム又はチッ化アルミニウム又はチッ化ホウ素からなる導電膜抑止部材を適用して該電極部とアークチャンバとの間の絶縁性を高めたことを特徴とするイオン注入装置用イオン発生装置。
- アークチャンバの両端を形成するエンドキャップの内面に電極部を対面して配置したイオン発生装置において、前記一方の電極部は少なくともフィラメントを含み、他方の電極部はリペラプレートであり、該リペラプレートの一面であって最も近く隣接するエンドキャップに対面する側に、前記導電膜抑止部材を設けて前記電極部とアークチャンバとの間の絶縁性を高めたことを特徴とする請求項１記載のイオン注入装置用イオン発生装置。
- アークチャンバの両端を形成するエンドキャップの内面に電極部を対面して配置したイオン発生装置において、前記一方の電極部は少なくともフィラメントを含み、他方の電極部はリペラプレートであり、一方又は両方の前記エンドキャップの内面を前記導電膜抑止部材で形成したことを特徴とする請求項１記載のイオン注入装置用イオン発生装置。
- アークチャンバの両端を形成するエンドキャップの内面に電極部を対面して配置したイオン発生装置において、前記一方の電極部はフィラメントとカソードプレートであり、他方の電極部はリペラプレートでそれぞれ形成されており、前記カソードプレートとリペラプレートの一面であって、それぞれに最も近く隣接するエンドキャップに対面する側に前記導電膜抑止部材を設けて前記電極部とアークチャンバとの間の絶縁性を高めたことを特徴とする請求項１記載のイオン注入装置用イオン発生装置。
- 前記イオン発生装置は、イオンを発生させてビームラインに送出するイオン発生源と、このイオン発生源から送出されてくるイオンを質量分離マグネットで選択して所定の質量のイオンをイオン処理ステーションに導くビームラインを備えていることを特徴とする請求項１記載のイオン注入装置用イオン発生装置。
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