(57)【要約】【課題】イオン源用オーブンにおいて、試料室の蓋となるキャップがオーブン本体へ固着しないようにする。【解決手段】開口部を有し試料室２となる空洞部を備えたオーブン本体１と、試料室２に装填した固体試料６を加熱するヒーター５と、試料室２で発生した固体試料６の気化ガスをプラズマ生成容器７に導入するノズル３と、試料室２の開口部にねじ込んで蓋をすると同時に試料室２に挿入されたノズル３の一端部を押さえて固定するキャップ１８とを備えたイオン源用オーブンにおいて、キャップ１８は袋ナット構造を有し、このキャップ１８をねじ込むネジ部１７をオーブン本体１の試料室２の開口部外側に設け、このネジ部１７にキャップ１８をオーブン本体１に被せるようにしてねじ込み、試料室２の開口部を塞ぐようにした。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口部を有し試料室となる空洞部を備えたオーブン本体と、試料室に装填した固体試料を加熱するヒーターと、試料室で発生した固体試料の気化ガスをプラズマ生成容器に導入するノズルと、試料室の開口部にねじ込んで蓋をすると同時に試料室に挿入されたノズルの一端部を押さえて固定するキャップとを備えたイオン源用オーブンにおいて、前記キャップは袋ナット構造を有し、このキャップをねじ込むネジ部をオーブン本体の試料室開口部の外側に設け、このネジ部にキャップをオーブン本体に被せるようにしてねじ込み、試料室の開口部を塞ぐことを特徴とするイオン源用オーブン。
【請求項２】
前記キャップには、前記ノズルが貫通する穴がキャップ軸心に沿って開けられ、この貫通穴を中心にして貫通穴と同方向に複数のガス抜き穴が開けられていることを特徴とする請求項１記載のイオン源用オーブン。
【請求項３】
前記ガス抜き穴は、試料室内側と試料室に挿入されたノズル一端部の外側とで形成される円周状の隙間に位置を合わせて均等に配置されていることを特徴とする請求項２記載のイオン源用オーブン。
【請求項４】
前記キャップには、前記ノズルが貫通する穴がキャップ軸心に沿って開けられ、この貫通穴を中心にして貫通穴と直角方向に複数のガス抜き穴が開けられていることを特徴とする請求項１記載のイオン源用オーブン。
【請求項５】
前記貫通穴と直角方向に開けられたガス抜き穴は、キャップ内側のネジの逃げ部からキャップ外側に向けて均等に配置されていることを特徴とする請求項４記載のイオン源用オーブン。
【請求項６】
前記試料室内側とノズル一端部の外側とで形成される円周状の隙間を通り抜けた気化ガスは、オーブン本体とキャップとのネジ部に入り込む以前にガス抜き穴から外部に排出されることを特徴とする請求項３または５記載のイオン源用オーブン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体ウエハの製造などに用いるイオン注入装置において、イオン源となる固体試料を加熱して蒸気を発生させ、蒸発した気化ガスをプラズマ生成容器に導入する際に使用するイオン源用オーブンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のイオン注入装置は、固体試料からの気化ガスをプラズマ化してイオンビームを発生させる際に、加熱したフィラメントから発生する熱電子を利用してイオン化するもの、あるいはマイクロ波の高周波電界によるプラズマ放電を利用してイオン化するものなどがある。
【０００３】
いずれの方法においても、常温で固体であるアルミニウム、アンチモン、砒素などの固体試料を加熱により蒸気化させ、気化した状態でプラズマ生成容器に導入する必要がある。そのために、固体試料を入れる試料室を有し、試料室を周囲から加熱できるヒーターを備えたイオン源用オーブンがイオン化容器に接続されている。このような従来のイオン源用オーブンの構造について、図５、図６及び図７の各断面図を用いて説明する。
【０００４】
まず、一例として図５に示すように、従来のイオン源用オーブンは、ステンレス等の金属からなるオーブン本体１、ノズル３、およびヒーター５を主要部として構成されている（例えば、特許文献１参照。）。オーブン本体１には、試料室２となる空洞部が設けられ、空洞部の開口部にはキャップ４をねじ込むネジ部１０が設けられている。試料室２に固体試料６を入れたのち試料室２の蓋となるキャップ４がネジ部１０にねじ込まれ、同時にノズル３をオーブン本体１に固定するようになっている。ノズル３は一端にフランジ部を有し、フランジ部をキャップ４によってオーブン本体１に固定し、他端をプラズマ生成容器７に接続して気化した固体試料６をノズル３を通してプラズマ生成容器７に導入するようになっている。また、オーブン本体１の外部には、試料室２内の固体試料６を加熱するためのヒーター５が設けられている。
【０００５】
オーブン本体１に固体試料６を装填する際は、まず、オーブン本体１の試料室２に固体試料６を入れ、ノズル３をはめ込んでキャップ４をねじ込むことによって蓋をし、固体試料６を封じ込める。その後、ノズル３をプラズマ生成容器７に接続し、ヒーター５を加熱することによってオーブン本体１及び試料室２が加熱され、試料室２内の固体試料６が蒸発し、蒸気化したガスはノズル３を経て、例えばフィラメント８を有するプラズマ生成容器７に導入される。なお、図示していないがオーブン本体１には温度センサーが取り付けられ、ヒーター５の温度制御を行なっている。
【０００６】
また、従来のイオン源用オーブンの他の例として、図６に示すように、ステンレス等の金属からなるオーブン本体１、カートリッジ１１、ノズル３、及びヒーター５等から構成されたものも用いられている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００７】
この従来例は、オーブン本体１に開口部を有する空洞部１３が設けられ、開口部にはカートリッジ１１を着脱自在にねじ込んで固定するネジ部１４ａが設けられている。カートリッジ１１は、その内部に固体試料６を入れる試料室２を有し、固体試料６を入れたのち試料室２の蓋となるキャップ１２がネジ部１４ｂでねじ込まれるようになっている。ノズル３は一端がカートリッジ１１に固定されてカートリッジ１１と一体構造をなし、他端がプラズマ生成容器７に接続されて、気化した固体試料６をプラズマ生成容器７に導入するようになっている。また、オーブン本体１の外部には、固体試料６を加熱するためのヒーター５が設けられている。
【０００８】
オーブン本体１に固体試料６を装填する際は、まず、カートリッジ１１の試料室２に固体試料６を入れ、キャップ１２をネジ部１４ｂでねじ込んで蓋をし固体試料６を封じ込める。次いで、このカートリッジ１１をネジ部１４ａでオーブン本体１の空洞部１３にねじ込み、装填を完了する。その後、ノズル３をプラズマ生成容器７に接続し、ヒーター５を加熱することによってオーブン本体１及び試料室２が加熱され、試料室２内の固体試料６が蒸発し、蒸気化したガスはノズル３を経てプラズマ生成容器７に導入される。なお、図示していないがオーブン本体１には温度センサーが取り付けられ、ヒーター５の温度制御を行なっている。
【０００９】
また、従来のイオン源用オーブンにおけるさらに別の例を図７で説明する。図７のイオン源用オーブンは、図６とほぼ同一構造であるが、カートリッジ１１内部の試料室２の構造が異なっている（例えば、特許文献３参照。）。すなわち、試料室２内に有底の円筒を内筒１５として挿入する構造となっており、この内筒１５に固体試料６を入れて試料室２に挿入したのちキャップ１２を用いて封止するようにしたもので、それ以外の構造および加熱手段は図６で説明したものと同様である。この内筒１５は、試料室２内で蒸発した気化ガスの漏れを防ぐための遮蔽板の役目をしている。
【００１０】
このように、従来のイオン源用オーブンは、図５の場合は、オーブン本体１の空洞部に直接固体試料６を充填していたので、固体試料６を交換する度にオーブン本体１のクリーニングを必要としていた。これを改良したものとして図６、図７で示したものがあり、これらは試料室２を有するカートリッジ１１をオーブン本体１に着脱可能にねじ込む方式を採用している。そのため、カートリッジ１１を交換する際は、試料室２をキャップ１２で蓋をした状態でまとめて取り外しができるため、固体試料の補充や交換が容易であるとともに、オーブン本体１のクリーニングの必要がないという利点がある。
【００１１】
【特許文献１】
実開平３−１１６５５３号公報（第３図）
【特許文献２】
実開平３−１１６５５３号公報（第１図）
【特許文献３】
実開平３−１１６５５３号公報（第２図）
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記した従来のイオン源用オーブンは、図５に示したものは試料室２とノズル３との隙間９を通って試料室２とキャップ４のネジ部１０に気化ガスが入り込み、オーブン本体１の冷却とともに再結晶化してキャップ４がオーブン本体１に固着する原因となる。このキャップ固着の問題を解決するために採用されたのが図６、図７に示したカートリッジ方式であるが、この方式を採用することによってカートリッジ１１がオーブン本体１に固着するという問題は発生しないものの、あらたな問題点が発生している。
【００１３】
それは、図６においては、オーブン本体１の冷却とともにカートリッジ１１とキャップ１２のネジ部１４ｂに入り込んだ気化ガスが再結晶化し、キャップ１２がカートリッジ１１に固着してしまうという問題である。また、図７のように気化ガスの漏洩を防ぐためにさらに内筒を設けた場合においては、カートリッジ１１とキャップ１２のネジ部１４ｂのほかに、カートリッジ１１と内筒１５の隙間１６にも気化ガスが入り込み、内筒１５もカートリッジ１１に固着してしまうという問題である。いずれにしても、キャップや内筒がカートリッジに固着して外れない場合には、従来は固体試料を補充する際、カートリッジ、キャップ、内筒などをまとめて新規部品と交換しなければならず、常に交換部品の数を揃えて準備しておく必要があった。
【００１４】
また、従来のカートリッジ方式のイオン源用オーブンは、オーブン本体に設けた空洞部にカートリッジを挿入する構造であるため、カートリッジ内に設ける試料室の容積が狭くなり、特に図７の場合は、試料室の中にさらに試料室を設ける構造となるため、固体試料の１回の充填量がさらに少なくなる。そのため、固体試料の補充を頻繁に行なわなければならず、イオン注入装置のダウンタイムが増加するという問題があった。
【００１５】
本発明は、上記した問題点を解決するためになされたもので、カートリッジ方式ではなく試料室は従来どおりオーブン本体に設けた空洞部をそのまま使用することによって試料室の容積を確保するとともに、キャップのネジ部を試料室の外部に設け、かつ、試料室の蓋となるキャップにガス抜き穴を設けることによって隙間を通り抜けてくる気化ガスをキャップのネジ部に至る前に積極的に排出し、キャップのオーブン本体への固着をなくすようにしたイオン源用オーブンを提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、開口部を有し試料室となる空洞部を備えたオーブン本体と、試料室に装填した固体試料を加熱するヒーターと、試料室で発生した固体試料の気化ガスをプラズマ生成容器に導入するノズルと、試料室の開口部にねじ込んで蓋をすると同時に試料室に挿入されたノズルの一端部を押さえて固定するキャップとを備えたイオン源用オーブンにおいて、前記キャップは袋ナット構造を有し、このキャップをねじ込むネジ部をオーブン本体の試料室開口部の外側に設け、このネジ部にキャップをオーブン本体に被せるようにしてねじ込み、試料室の開口部を塞ぐ構造としている。
【００１７】
また、本発明における前記キャップには、前記ノズルが貫通する穴がキャップ軸心に沿って開けられ、この貫通穴を中心にして貫通穴と同方向に複数のガス抜き穴が開けられており、このガス抜き穴は、試料室内側と試料室に挿入されたノズル一端部の外側とで形成される円周状の隙間に位置を合わせて均等に配置されている。
【００１８】
また、本発明における前記キャップには、前記ノズルが貫通する穴がキャップ軸心に沿って開けられ、この貫通穴を中心にして貫通穴と直角方向に複数のガス抜き穴が開けられており、この貫通穴と直角方向に開けられたガス抜き穴は、キャップ内側のネジの逃げ部からキャップ外側に向けて均等に配置されている。
【００１９】
また、本発明において、前記試料室内側とノズル一端部の外側とで形成される円周状の隙間を通り抜けた気化ガスは、オーブン本体とキャップとのネジ部に入り込む以前にガス抜き穴から外部に排出されるようになっている。
【００２０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明におけるイオン源用オーブンの一実施の形態を示す断面図である。なお、従来例と同一の部品は同一の符号を用いて説明する。
【００２１】
図１に示すように、本発明のイオン源用オーブンは、ステンレス等の金属からなるオーブン本体１、ノズル３、およびヒーター５を主要部として構成されている。オーブン本体１には試料室２となる空洞部が設けられ、また、空洞部の開口部を塞ぐ蓋となるキャップ１８をねじ込むためのネジ部１７がオーブン本体１の外側に設けられている。
【００２２】
キャップ１８は、図２に示すように袋ナット構造をなし、軸心に沿ってノズル３が通る貫通穴が開けられるとともに締め付け用の角型ボスを設けている。このキャップ１８をオーブン本体１の開口部に被せるようにしてネジ部１７にねじ込み、試料室２を塞ぐようになっている。そして、試料室２に固体試料６を装填してキャップ１８を締め付ける際、同時にノズル３を押さえてオーブン本体１に固定するようになっている。
【００２３】
また、キャップ１８の底面部周辺には、ノズル３の貫通穴を中心にして貫通穴と同方向に複数個（本例では４個）のガス抜き穴１９が開けられている。このガス抜き穴１９は、試料室２の内側と試料室２に挿入されたノズル３のフランジ部外側とで形成される円周状の隙間９を通り抜けた気化ガスが、ネジ部１７に到達する以前にキャップ１８より外部に排出できるように設けたものである。
【００２４】
本例で使用するノズル３は従来例１と同じ構造である。すなわち、一端にフランジ部を有するノズル３をオーブン本体１に挿入する際、フランジ部の外周に設けた段部と試料室２の開口部内周に設けた段部とを係合させ、このフランジ部をキャップ１８によってオーブン本体１に押し付けて締結固定し、また、ノズル３の他端は、プラズマ生成容器７に接続されて固体試料６の気化ガスをプラズマ生成容器７に導入するようになっている。また、オーブン本体１の外部には、固体試料６を加熱するためのヒーター５が設けられている。
【００２５】
このような本発明のイオン源用オーブンに固体試料６を装填する際は、まず、オーブン本体１の試料室２に固体試料６を入れ、ノズル３にキャップ１８を通してネジ部１７にねじ込んで蓋を被せ、ノズル３を押し付けてオーブン本体１に固定すると同時に固体試料６を封じ込める。その後、ヒーター５で加熱することによってオーブン本体１及び試料室２が加熱され、試料室２内の固体試料６が蒸発し、蒸発した気化ガスはノズル３を経てプラズマ生成容器７に導入される。なお、図示していないがオーブン本体１には温度センサーが取り付けられており、ヒーター５の温度制御を行なっている。また、ガス抜き穴１９から排出された気化ガスは、イオン源用オーブンが取り付けられた真空室内に設置されている拡散ポンプで排気される。
【００２６】
次に、図３を参照して本発明におけるイオン源用オーブンの他の実施形態について説明する。図３の断面図に示す本実施の形態は、基本的には図１、図２で示した一実施の形態と同様であり、キャップ２０の構造のみが異なっている。すなわち、図４に示すように、ノズル３が貫通する穴がキャップ軸心に沿って開けられ、この貫通穴を中心にして貫通穴と直角方向に複数（本例では２個）のガス抜き穴２１が開けられている。このガス抜き穴２１は、キャップ内側のネジの逃げ部からキャップ外側に向けて均等に配置されている。そして、オーブン本体１とキャップ２０とのネジ部１７に入り込もうとする気化ガスを、キャップ２０の側面方向にガス抜きできるようにしている。このキャップ２０を用いてノズル３を締結固定するとともに試料室２に蓋をすることによって、隙間９を通り抜けた気化ガスをネジ部１７に到達する以前に外部に排出することができる。
【００２７】
また、本発明に用いるキャップは、図２、図４に示すいずれのもの、あるいは組み合わせたものを用いても同様な効果が得られ、必要に応じてガス抜き穴の数や大きさ、又は穴方向を任意に設定することができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上述べてきたように、従来のカートリッジ方式のイオン源用オーブンは、試料室の蓋となるキャップがカートリッジに固着した場合にはまとめて交換しなければならないこと、また、カートリッジの中に試料室を設ける構造のため試料室の容積が小さくなり頻繁に試料の補充を行なわなければならないという問題点があった。
【００２９】
しかし、本発明のイオン源用オーブンは、試料室をカートリッジに設ける方式ではなく、試料室は従来どおりオーブン本体に設けた空洞部をそのまま使用するようにして試料室の容積を確保するとともに、試料室の開口にねじ込んで蓋となるキャップを袋ナット構造としてオーブン本体の外側に設けたネジ部に被せるようにしてねじ込み、このキャップにガス抜き用の穴を設けることによって、試料室で蒸発した気化ガスがネジ部へ侵入する以前に外部へ逃がすようにしたので、気化ガスの再結晶によってキャップがオーブン本体へ固着するのを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示す断面図である。
【図２】一実施の形態に用いるキャップの構造を示す図である。
【図３】本発明の他の実施の形態を示す断面図である。
【図４】他の実施の形態に用いるキャップの構造を示す図である。
【図５】従来のイオン源用オーブンの例１を示す断面図である。
【図６】従来のイオン源用オーブンの例２を示す断面図である。
【図７】従来のイオン源用オーブンの例３を示す断面図である。
【符号の説明】
１    オーブン本体
２    試料室
３    ノズル
４    キャップ
５    ヒーター
６    固体試料
７    プラズマ生成容器
８    フィラメント
９    隙間
１０    ネジ部
１１    カートリッジ
１２    キャップ
１３    空洞部
１４ａ、１４ｂ    ネジ部
１５    内筒
１６    隙間
１７    ネジ部
１８    キャップ
１９    ガス抜き穴
２０    キャップ
２１    ガス抜き穴
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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