(57)【特許請求の範囲】
【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。
【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（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  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  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）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ＳＦ６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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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