(57)【要約】      （修正有）【課題】簡素な構成で電極上に生成される付着堆積物の低減を実現する。【解決手段】液体流路を備えたイオンビーム引き出し用の電極系を備えたイオン源で、前記電極を循環して戻ってくる液体の温度を測定するか又は前記電極の温度を測定し、その測定結果に応じて、前記電極に流れ込む前記液体の温度又は前記液体の流量を制御し、沸点未満に加熱した液体を前記液体流路に流すことで、電極上に生成される付着堆積物の低減をより効果的に実現することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体流路を備えたイオンビーム引き出し用の電極系を備えたイオン源で、沸点未満に加熱した液体を前記液体流路に流すイオン源。
【請求項２】
前記液体の温度が、沸点１００℃より高い温度に加熱可能な液体である請求項１記載のイオン源。
【請求項３】
前記液体を加熱又は冷却する冷却加熱循環装置は、大気圧中に設置される請求項１又は２記載のイオン源。
【請求項４】
液体流路を備えたイオンビーム引き出し用の電極系を備えたイオン源で、
前記電極を循環して戻ってくる液体の温度を測定するか又は前記電極の温度を測定し、その測定結果に応じて、前記電極に流れ込む前記液体の温度又は前記液体の流量を制御する請求項１又は２記載のイオン源。
【請求項５】
液体流路を備えたイオンビーム引き出し用の電極系を備えたイオン源で、
前記各々の電極を循環して戻ってくる液体の温度を測定するか又は前記各々の電極の温度を測定し、その測定結果に応じて、前記各々の電極に流れ込む前記液体の温度又は前記液体の流量を一括制御する請求項１又は２記載のイオン源。
【請求項６】
液体流路を備えたイオンビーム引き出し用の電極系を備えたイオン源で、沸点未満に加熱した液体を前記液体流路に流すイオン源の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオンビーム引き出し用の電極系を備えたイオン源とその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ生成室では、同室内に導入されるイオン源ガスからプラズマが生成される。プラズマが生成される際、基板処理に必要なイオン以外に種々の副産物も生成される。例えば、プラズマ生成室内にＭｏ製の防着板を配置し、イオン源ガスとしてＢＦ３を使用してプラズマの生成が行われると、フッ化物の絶縁物が生成される。
イオン源にはプラズマ生成室からイオンビームを引き出す為の複数枚の電極から構成される電極系が設けられている。上述した絶縁物が電極系に流れ出すことにより、電極系の表面に付着堆積される。また、イオンビームの引き出しに伴って一部のイオンビームが電極系に衝突し、電極系の表面とイオンビームに含まれるイオンとが相互作用し、電極系の表面に付着堆積物が生成される。
【０００３】
付着堆積物が絶縁性の物質である場合、一定以上に堆積するとイオンビームを引き出す為の電極としての機能が失われ、正常なイオンビームの引き出しが不可能となる。この問題を解決する手法として、特許文献１では、イオン源の各電極を通電加熱手段により、電極温度を高温にすることで電極上の付着堆積物を抑制する技術が提案されている。
しかしながら、特許文献１の手法では、電極を加熱する為のヒーター等の追加部材に係る費用の増加、装置構成の複雑化が課題として残る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平２−１６２６３８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明では、簡素な構成で電極系上に生成される付着堆積物の低減を実現するイオン源とその運転方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るイオン源は、液体流路を備えたイオンビーム引き出し用の電極系を備えており、沸点未満に加熱した液体を前記液体流路に流すイオン源である。
【０００７】
イオン源運転時、プラズマの点灯やイオンビームの引き出しによって電極系を構成する電極の温度は高温となる。電極温度の上昇に伴って電極には熱変形が生じるため、従来、イオン源の電極には、電極の熱変形を防ぐ目的で冷却水が供給されている。
本発明の発明者はこの点に着目し、通常装置稼働時に液体流路を備えたイオンビーム引き出し用の電極系に沸点未満に加熱した液体を前記液体流路に流すことで、電極の高温化を実現した。
これにより、特許文献１で使用されている電極を加熱する為のヒーター等の方法で電極表面を高温にする必要もなく、電極の高温化を実現することが可能となる。その結果、イオン源を構成する部材費用が安価で済むとともに、装置構成も簡素となる。
【０００８】
前記液体の温度が、沸点１００℃より高い温度に加熱可能な液体である。
【０００９】
前記液体を加熱又は冷却する冷却加熱循環装置は、大気圧中に設置される。
【００１０】
液体流路を備えたイオンビーム引き出し用の電極系を備えたイオン源で、前記電極を循環して戻ってくる液体の温度を測定するか又は前記電極の温度を測定し、その測定結果に応じて、前記電極に流れ込む前記液体の温度又は前記液体の流量を制御することにより、電極上に生成される付着堆積物の低減をより効果的に実現することができる。
【００１１】
液体流路を備えたイオンビーム引き出し用の電極系を備えたイオン源で、前記各々の電極を循環して戻ってくる液体の温度を測定するか又は前記各々の電極の温度を測定し、その測定結果に応じて、前記各々の電極に流れ込む前記液体の温度又は前記液体の流量を一括制御する。
【００１２】
液体流路を備えたイオンビーム引き出し用の電極系を備えたイオン源で、沸点未満に加熱した液体を前記液体流路に流すイオン源の運転方法により、電極上に生成される付着堆積物の低減を実現することができる。
【発明の効果】
【００１３】
引き出し用電極上に生成される付着堆積物を低減できる。また、通電加熱手段等の追加部材が不要となる為、装置構成も簡素となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係るイオン注入装置の全体構成を示す模式図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るイオン源の模式図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るイオン源の別の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本実施形態のイオン注入装置１００は、図１に示すように、イオン源２から引き出したイオンビームＩＢを、基板駆動装置５の保持部５１に保持された基板Ｗに入射させて、基板Ｗにイオン注入を行うよう構成されている。イオン源２から基板駆動装置５までのイオンビームＩＢの経路（ビームライン）は、図示しない真空容器によって囲まれており、イオン注入時は真空雰囲気に保たれる。
【００１６】
イオン源２から引き出して基板Ｗに入射させるイオンビームＩＢは、この実施形態では、図１の紙面の表裏方向であるＹ方向の幅が、それに直交する方向（Ｘ方向）の厚さよりも十分に大きいリボン状をしている。基板Ｗに入射するときのイオンビームＩＢの幅は、基板Ｗの同方向の寸法よりも若干大きくしている。
【００１７】
イオン源２と保持部５１との間には、この実施形態では、イオン源２から引き出したイオンビームＩＢの質量分離を行う質量分離手段を構成する質量分離マグネット３および分離スリット４が設けられている。質量分離マグネット３は、イオンビームＩＢをその厚さ方向に曲げて所望のイオンを選別して導出するものである。分離スリット４は、質量分離マグネット３の下流側に設けられていて、質量分離マグネット３と協働して、上記所望のイオンを選別して通過させるものである。
【００１８】
基板駆動装置５は、この実施形態では、その保持部５１に保持した基板Ｗを、基板Ｗに入射するイオンビームＩＢの厚さに沿う方向（換言すれば幅に交差する方向）であるＸ方向に機械的に往復駆動する。この実施形態では、基板駆動装置５自身が、図示しないレールに沿って、Ｘ方向に往復運動をする。この基板Ｗの往復駆動と、イオンビームＩＢがリボン状をしていることとによって、基板Ｗの全面にイオンビームＩＢを入射させてイオン注入を行うことができる。
【００１９】
しかして図２には本実施形態のイオン源２の構成例が描かれている。プラズマ生成室１１の内部には図示されないフィラメントが配置されているとともに、同室内にはプラズマ生成のもととなるＰＨ３、ＢＦ３等のイオン源ガスが導入されている。
【００２０】
プラズマ生成室１１の内部でアーク放電により生成されたプラズマ中のイオンは、電極系を構成する加速電極１２、引出電極１３、抑制電極１４、接地電極１５を介して、イオン源２の下流側にイオンビームとして引き出される。電極系を構成する各電極は図示されない支持枠に支持されている。この支持枠には流路が形成されていて、イオン源運転中に生じる電極の熱変形の抑制を目的として支持枠の流路に冷却水が供給されていたが、本発明では、電極上に生成される付着堆積物の低減を目的として、電極系の各電極に図示されない支持枠の流路に、冷却加熱循環装置３１で沸点未満に加熱した液体を流す例が示されている。
【００２１】
イオン注入処理中に加熱した液体は、冷却加熱循環装置３１から矢印（Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４）で示される方向に電極入口側流路（ｒ１，ｒ２，ｒ３，ｒ４）を通して電極の図示されない支持枠に送られ、矢印（Ａ５，Ａ６，Ａ７，Ａ８）で示される方向に電極出口側流路（ｒ５，ｒ６，ｒ７，ｒ８）を通して電極から冷却加熱循環装置３１に戻される。
【００２２】
電極入口側流路（ｒ１，ｒ２，ｒ３，ｒ４）と電極出口側流路（ｒ５，ｒ６，ｒ７，ｒ８）には流路を開閉自在にする為のメンテナンス用弁２１が設けられている。例えば、これらのメンテナンス用弁２１を閉じて、電極を取り外してメンテナンスを行う。
【００２３】
前記加熱した液体の温度は、電極周辺で使用される絶縁部材、シール材、液体循環用のポンプ等の耐熱温度によって制約される。電極上に生成された付着堆積物が付着しにくくなる温度は、１００℃以上である。この温度は、付着堆積物の種類、あるいはイオン源２の構成や構造等によって異なるので、普遍的な温度ではない。
【００２４】
前記液体の例としては、絶縁性があり、沸点１７０℃〜２７０℃であるフッ素系不活性液体のガルデン(登録商標)や沸点１７４℃のフロリナートである。これらの液体は沸点未満の温度で化学的、物理的に安定している。
冷却加熱循環装置３１内には、液体を加熱するためのヒーター３２、冷却のための熱交換器が設置されている。
【００２５】
各電極から冷却加熱循環装置３１に戻ってくる液体の温度を電極出口側温度センサー（２３１，２３２，２３３，２３４）又は引き出し用電極系各々に設置されている図示されない温度センサーで計測し、計測結果が所望の温度範囲に入っていない場合、各々の引き出し用電極に流れ込む液体の温度を昇温又は冷却の制御指示を冷却加熱循環装置３１に指令する。この温度制御指令は、装置の操作者が行ってもよいし、又は図２に記載のコントローラ４１で自動的に指令してもよい。各電極に流れ込む加熱した液体の温度が、この温度制御指令どおりになったかどうかを電極入口側温度センサー（２２１、２２２、２２３、２２４）にて確認する。また、液体の温度を昇温又は冷却させるかわりに、各電極へ流れ込む液体の流量を夫々の流量調整弁（２５１，２５２，２５３，２５４）で調整しても良い。各電極に流れ込む加熱した液体の流量を流量計（２６１、２６２、２６３、２６４）で確認する。
【００２６】
各電極の温度測定用の温度計の設置が困難な場合、電極を循環して戻ってきた液体の温度を電極出口側温度センサー（２３１，２３２，２３３，２３４）で計測した温度と各電極の温度の相関を予めデータ取りしておくとよい。そうすれば、電極を循環して戻ってきた液体の温度を計測することで、各電極の温度を知ることができる。
【００２７】
電極系を構成する各電極は図示されない支持枠に支持されている。加熱した液体が流れる前記支持枠も高温になり、熱変形が生じ各電極間のアライメントが問題になる。
上記のように、引き出し用電極系の各々に流れ込む液体の電極入口側温度を調整できるため、各々の引き出し用電極系の温度を同じ温度に調整可能である。そのため、熱変形による各電極間のアライメントの問題も解消される。
【００２８】
図２では、４枚の引き出し電極系の個々に、個別に冷却加熱循環装置３１で沸点未満に加熱した液体を流す例を示したが、４枚の引き出し電極系の内、１枚の電極に加熱した液体を流しても良く、２枚又は３枚の電極に加熱した液体を流しても良い。
【００２９】
図３には複数枚の引き出し用電極系を構成しているイオン源２において、電極系を構成する加速電極１２、引出電極１３、抑制電極１４、接地電極１５の図示されない支持枠の各々の流路に、冷却加熱循環装置３１で沸点未満に加熱した液体を並列に流し、各電極を循環した液体を1本の配管に集合させ、冷却加熱循環装置３１に戻す例が示されている。
【００３０】
各電極から冷却加熱循環装置３１に戻ってくる液体の温度を電極出口側温度センサー２３１又は引き出し用電極系各々に設置されている図示されない温度センサーで計測し、計測結果が所望の温度範囲に入っていない場合、引き出し用電極系に流れ込む液体の温度を昇温又は冷却の指示を冷却加熱循環装置３１に指令する。この温度制御指令は、装置の操作者が行ってもよいし、又は図３に記載のコントローラ４１で自動的に指令してもよい。また、液体の温度を昇温又は冷却させるかわりに、電極系へ流れ込む液体の流量を流量調整弁２５１で調整しても良い。
本構成では、各引き出し用電極系の温度を個別に調整できないが、構成される要素も少なく構造が簡素となる。
【００３１】
図３には複数枚の引き出し用電極系を構成しているイオン源２において、各電極系の図示されない支持枠の各々の流路に、冷却加熱循環装置３１で沸点未満に加熱した液体を並列に流し、各電極を循環した液体を1本の配管に集合させ、冷却加熱循環装置３１に戻す例を示したが、４枚の引き出し電極系の内、２枚又は３枚の電極に加熱した液体を流しても良い。
＜その他の変形例＞
【００３２】
上述した実施形態では各電極の支持枠に加熱した液体の流路を設ける構成について述べたが、各電極を切削により加熱した液体の流路を設けたり、また、各電極の支持枠に流路をロウ付けして、加熱した液体を流してもよい。
【００３３】
上述した以外に、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良および変更を行ってもよいのはもちろんである。
【符号の説明】
【００３４】
１００    イオン注入装置
２         イオン源
１１      プラズマ生成室
１２      加速電極
１３      引出電極
１４      抑制電極
１５      接地電極
３１       冷却加熱循環装置
３２       ヒーター
４１       コントローラ
ｒ１，ｒ２，ｒ３，ｒ４      電極入口側流路
ｒ５，ｒ６，ｒ７，ｒ８      電極出口側流路
２２１、２２２、２２３、２２４      電極入口側温度センサー
２３１、２３２、２３３、２３４      電極出口側温度センサー
２４１、２４２、２４３、２４４      圧力計
２５１、２５２、２５３、２５４      流量調整弁
２６１、２６２、２６３、２６４      流量計
【図１】
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【図２】
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【図３】
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