(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
常温で液体または固体の原料物質が収納された原料ガス源と、この原料ガス源を加熱してその内部の前記原料物質を気化させて原料ガスを発生させる加熱器と、前記原料ガス源から供給される前記原料ガスを通すものであって当該原料ガスの流量を調節する流量調節器と、この流量調節器から供給される前記原料ガスを電離させてイオンビームを発生させるイオン源と、前記原料ガス源と前記流量調節器との間に設けられたバルブと、前記原料ガス源、前記バルブ、前記流量調節器および前記イオン源の間を接続するガス配管とを備えるイオンビーム発生装置において、
前記原料ガス源から前記バルブの入口付近までの前記ガス配管、前記原料ガス源および前記加熱器を格納していてそれらを第１の設定温度に加熱する第１のオーブンと、
この第１のオーブンの出口から前記流量調節器の入口付近までの前記ガス配管および前記バルブを格納していてそれらを前記第１の設定温度よりも高い第２の設定温度に加熱する第２のオーブンと、
この第２のオーブンの出口から前記イオン源の入口付近までの前記ガス配管および前記流量調節器を格納していてそれらを前記第２の設定温度よりも高い第３の設定温度に加熱する第３のオーブンとを備えることを特徴とするイオンビーム発生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば半導体基板へのイオン注入等に用いられる装置であって、常温で液体または固体の原料物質を加熱して原料ガスを発生させてイオン源に供給する構成のイオンビーム発生装置に関し、より具体的には、原料ガスを通すガスライン中で原料物質が析出することを抑制する手段に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のイオンビーム発生装置の従来例を図２に示す。このイオンビーム発生装置は、常温で液体または固体の原料物質が収納された原料ガス源２と、この原料ガス源２を設定温度に加熱してその内部の前記原料物質を気化させて原料ガス４を発生させる加熱器６と、前記原料ガス源２から供給される原料ガス４を通すものであって当該原料ガス４の流量を調節する流量調節器１０と、この流量調節器１０から供給される前記原料ガス４を電離させてイオンビーム１４を発生させるイオン源１２と、前記原料ガス源２と前記流量調節器１０との間に設けられていてガス流を制御（例えば開閉）するバルブ（弁）８と、前記原料ガス源２、前記バルブ８、前記流量調節器１０および前記イオン源１２の間を接続するガス配管１６とを備えている。
【０００３】
原料ガス源２内に格納されている常温で液体または固体の原料物質は、例えば常温で液体または固体の有機金属（例えばトリメチルインジウム、トリエチルインジウム）等である。
【０００４】
イオン源１２は、例えば特開平９−３５６４８号公報に記載されているようなバーナス（Ｂｅｒｎｕｓ）型イオン源、あるいは周知のフリーマン型イオン源等である。
【０００５】
ガス配管１６の周りには、テープ状のヒータ２０を巻いている。このヒータ２０によって、ガス配管１６の全体をほぼ一定温度Ｔ0 に加熱して、ガス配管１６中で原料ガス４から原料物質が析出することを抑制するようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが上記イオンビーム発生装置においては、ガス配管１６へのヒータ２０の巻き付けの不均一や、外気との熱交換の不均一等によって、原料ガス４のガスライン（原料ガス４の経路）中に局所的に温度の不均一が生じやすく、そのような箇所では原料ガス４が液化または固化して原料物質の析出が起こりやすい。特に、バルブ８や流量調節器１０の入口付近では、ガスのコンダクタンスが悪化して原料ガス４の濃度（ガス圧）が上がるため、析出がより起こりやすい。
【０００７】
このような析出が起こると、運転時間経過と共に析出物が徐々に成長するので、ガス配管１６、バルブ８、流量調節器１０等が詰まる原因になる。その結果、イオン源１２に原料ガス４を安定して供給することが困難になり、ひいてはイオンビーム１４を安定して発生させることが困難になる。
【０００８】
そこでこの発明は、原料ガスを通すガスライン中で原料物質が析出することを抑制して、イオン源に原料ガスを安定して供給することができるようにすることを主たる目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明のイオンビーム発生装置は、前記原料ガス源から前記バルブの入口付近までの前記ガス配管、前記原料ガス源および前記加熱器を格納していてそれらを第１の設定温度に加熱する第１のオーブンと、この第１のオーブンの出口から前記流量調節器の入口付近までの前記ガス配管および前記バルブを格納していてそれらを前記第１の設定温度よりも高い第２の設定温度に加熱する第２のオーブンと、この第２のオーブンの出口から前記イオン源の入口付近までの前記ガス配管および前記流量調節器を格納していてそれらを前記第２の設定温度よりも高い第３の設定温度に加熱する第３のオーブンとを備えることを特徴としている。
【００１０】
上記構成によれば、イオン源に原料ガスを供給するガスラインを、格納物全体を設定温度に加熱する第１ないし第３のオーブン内に分けて格納しているので、各オーブン内において、局所的な温度の不均一発生を防止して、ガスラインの温度を均一化することができる。それによって、各オーブン内におけるガスライン中での原料物質の析出を抑制することができる。これが第１の作用である。
【００１１】
しかも、前述したようにバルブや流量調節器の入口付近では、ガスのコンダクタンスが悪化して原料ガスの濃度が上がり、しかも下流側に位置する方がガス濃度がより上がる傾向にあるけれども、この発明ではそのような傾向に合わせて、下流側のオーブンほど加熱の設定温度を高くして温度勾配を持たせているので、原料物質の析出をより効果的に抑制することができる。これが第２の作用である。
【００１２】
この発明によれば、上記のような第１および第２の作用によって、原料ガスを通すガスライン中で原料物質が析出することを効果的に抑制することができるので、イオン源に原料ガスを長期間安定して供給することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明に係るイオンビーム発生装置の一例を示す図である。図２に示した従来例と同一または相当する部分には同一符号を付し、以下においては当該従来例との相違点を主に説明する。
【００１４】
このイオンビーム発生装置は、前記原料ガス源２から前記バルブ８の入口付近までの前記ガス配管１６、前記原料ガス源２および前記加熱器６を格納していてそれらを第１の設定温度Ｔ1 に加熱する第１のオーブン３１と、この第１のオーブン３１の出口から前記流量調節器１０の入口付近までの前記ガス配管１６および前記バルブ８を格納していてそれらを前記第１の設定温度Ｔ1 よりも高い第２の設定温度Ｔ2 に加熱する第２のオーブン３２と、この第２のオーブン３２の出口から前記イオン源１２の入口付近までの前記ガス配管１６および前記流量調節器１０を格納していてそれらを前記第２の設定温度Ｔ2 よりも高い第３の設定温度Ｔ3 に加熱する第３のオーブン３３とを更に備えている。即ち各オーブン３１〜３３は、互いに独立して温度調節を行うことができる。
【００１５】
更にこの例のイオンビーム発生装置は、前記ガス配管１６の周りに設けられた第１ないし第３のヒータ２１〜２３を有している。しかもこの各ヒータ２１〜２３は、従来例と違って、ゾーンごとに、より具体的には各オーブン３１〜３３内ごとに、互いに独立しており、互いに独立して温度調節を行うことができる。そしてこのイオンビーム発生装置では、第１のオーブン３１内の第１のヒータ２１はオーブン３１内のガス配管１６を前記第１の設定温度Ｔ1 とほぼ等しい設定温度Ｔ1′に加熱し、第２のオーブン３２内の第２のヒータ２２はオーブン３２内のガス配管１６を前記第２の設定温度Ｔ2 とほぼ等しい設定温度Ｔ2′に加熱し、第３のオーブン３３内の第３のヒータ２３はオーブン３３内のガス配管１６を前記第３の設定温度Ｔ3 とほぼ等しい設定温度Ｔ3′に加熱するように加熱温度を設定している。
【００１６】
各ヒータ２１〜２３は、例えば、ガス配管１６の周りに巻いたテープ状のヒータ（これはリボンヒータとも呼ばれる）で構成するのが好ましい。そのようにすれば、各ヒータの取り付けおよびガス配管１６の均一加熱が容易になる。
【００１７】
上記各設定温度の関係を式で表せば次のとおりである。
【００１８】
【数１】
Ｔ1 （≒Ｔ1′）＜Ｔ2 （≒Ｔ2′）＜Ｔ3 （≒Ｔ3′）
【００１９】
このイオンビーム発生装置によれば、イオン源１２に原料ガス４を供給するガスラインを、格納物全体を設定温度に加熱する第１ないし第３のオーブン３１〜３３内に分けて格納しているので、各オーブン３１〜３３内において、局所的な温度の不均一発生を防止して、ガスラインの温度を均一化することができる。それによって、各オーブン３１〜３３内におけるガスライン中での原料物質の析出を抑制することができる。
【００２０】
しかも、前述したようにバルブ８や流量調節器１０の入口付近では、ガスのコンダクタンスが悪化して原料ガス４の濃度が上がり、しかも下流側に位置する方がガス濃度がより上がる傾向にあるけれども、この装置ではそのような傾向に合わせて、下流側のオーブンほど加熱の設定温度を高くして温度勾配を持たせているので、原料物質の析出をより効果的に抑制することができる。
【００２１】
このようにして、原料ガス４を通すガスライン中で原料物質が析出することを効果的に抑制することができるので、イオン源１２に原料ガス４を長期間安定して供給することができる。その結果、イオン源１２からイオンビーム１４を長期間安定して発生させることが可能になり、メンテナンス作業の低減および装置稼働率の向上等を図ることができる。
【００２２】
上記各オーブン３１〜３３の各設定温度Ｔ1 〜Ｔ3 間の温度差は、即ちＴ1 とＴ2 間の温度差およびＴ2 とＴ3 間の温度差は、それぞれ、例えば５℃〜１０℃程度にするのが好ましい。これより小さい温度差では、バルブ８および流量調節器１０の入口付近での原料物質の析出を抑制する効果が低下する。しかし、上記より大きい温度差にしても、析出抑制効果はあまり上がらないばかりでなく、エネルギーの無駄が増える。従って上記のような温度差にすれば、原料物質の析出抑制効果が高く、しかもエネルギーの利用効率も高い。
【００２３】
なお、上記ヒータ２１〜２３を設けなくても、オーブン３１〜３３の上記のような作用によって、ガスライン中での原料物質の析出を効果的に抑制することは可能であるけれども、この実施例のように上記ヒータ２１〜２３を設けてその加熱温度を上記のように設定しておくのが好ましい。そのようにすれば、各オーブン３１〜３３内に格納しているガス配管１６等の機器をより速く各オーブン３１〜３３の設定温度Ｔ1 〜Ｔ3 に到達させることが可能になる。
【００２４】
また、生産用のイオンビーム発生装置（例えばイオン注入装置）では、イオン源１２に供給する原料ガス４の種類を瞬時に切り換えて使用するために、上記のようなガスラインを複数系統設けると共に、各ガスラインのガス配管１６中に原料ガス４をある一定の圧力で待機させておく場合があり、その場合はガス配管１６中に原料ガス４が常時充填されているので原料物質の析出がより起こりやすくなる。このような装置の各ガスラインにこの発明を適用すると、各ガスライン中での原料物質の析出を効果的に抑制することができるので、より大きな効果を発揮することができる。
【００２５】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、上記のような第１ないし第３のオーブンを備えているので、各オーブン内において局所的な温度の不均一発生を防止して原料物質の析出を抑えることができると共に、バルブや流量調節器の入口付近でガス濃度が上がる傾向に合わせて下流側のオーブンほど加熱の設定温度を高くしているので、原料物質の析出をより効果的に抑制することができる。その結果、イオン源に原料ガスを長期間安定して供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係るイオンビーム発生装置の一例を示す図である。
【図２】従来のイオンビーム発生装置の一例を示す図である。
【符号の説明】
２  原料ガス源
４  原料ガス
６  加熱器
８  バルブ
１０  流量調節器
１２  イオン源
１４  イオンビーム
１６  ガス配管
２１〜２３  ヒータ
３１〜３３  オーブン
【図１】
0003724311.tif 000002
【図２】
0003724311.tif 000003