(57)【要約】【課題】イオン注入装置におけるイオン引出し電極部に係わる事故の発生率の低減化を図り、装置の稼働時間の増加、諸費用の改善を図る。【解決手段】少なくともイオン発生源１と、イオン引出し電極部２と、このイオン引出し電極部２の後段に配置された荷電変換セル３とを具備するイオン注入装置であって、そのイオン引出し電極部２の近傍に気体噴出口２１Ｗが配置されたベントライン２１を設ける。ベントライン２１の気体噴出口２１Ｗは、これからの噴出気体が、イオン引出し電極部２のアクセル電極６とディセル電極７との対向部間に向かって吹きつける配置構成とする。【選択図】　　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともイオン発生源と、イオン引出し電極部と、該イオン引出し電極部の後段に配置された荷電変換セルとを具備するイオン注入装置であって、
上記イオン引出し電極部の近傍に気体噴出口が配置されたベントラインを設けたことを特徴とするイオン注入装置。
【請求項２】
上記ベントラインの気体噴出口が、該気体噴出口からの噴出気体を、上記イオン引出し電極部のアクセル電極とディセル電極との対向部間に向かって吹きつける配置構成とされたことを特徴とする請求項１に記載のイオン注入装置。
【請求項３】
上記ベントラインの気体噴出口が、上記イオン引出し電極部の上方に配置され、上記噴出口からの噴出気体を、上記イオン引出し電極部のアクセル電極とディセル電極との対向部間に向かって吹きつける配置構成とされたことを特徴とする請求項１に記載のイオン注入装置。
【請求項４】
上記ベントラインの気体噴出口が、該噴出口からの噴出気体を、主として、イオン引出し電極部を構成するディセル電極の、アクセル電極との対向側のイオン通路開口の先端縁部に向かって吹き付ける配置構成としたことを特徴とする請求項１に記載のイオン注入装置。
【請求項５】
上記ベントラインの上記気体噴出口を、上記イオン引出し電極部自体の、イオン通路近傍に開口させたことを特徴とする請求項１に記載のイオン注入装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に電荷変換セルを有するイオン注入装置に関わり、そのクリーニング回数の低減化を図ることができるようにするものである。
【０００２】
【従来の技術】
イオン注入装置において、繰り返し動作、あるいは長時間動作等によって、イオン注入装置に故障が生じた場合、分解、点検、クリーニング、部品交換等がなされる。
このような、故障などの不都合が発生すると、故障原因の発見、修理、点検、交換等のために、装置の停止がなされるが、マグネシウムセルのような電荷変換用セルを具備するイオン注入装置においては、マグネシウムを常温まで、降温させる時間、そして、立ち上げに際しては、このマグネシウムが所要の温度に上昇するまでの時間に、それぞれ、長時間を要し、このマグネシウムに係わる時間だけでも多くの時間と作業が必要となる。この時間の短縮化を図ための種々の方法、装置の提案がなされている。例えばアナライザーマグネットの極性を反転できる構成として、故障の、修理の点検に際して、イオン源から、荷電変換用手段を温度上昇させることなく、正イオン状態で点検を行う方法など、作業時間の短縮化を図る方法ないしは装置の提案がなされている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−７８２４号公報（段落〔０００３〕，〔０００４〕，〔０００７〕）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、事故の発生後における対処において、これに伴う時間短縮などに関する種々の提案がなされているものの、事故が発生すれば、装置の停止を余儀なくされ、これに伴う多くの時間と手間が強いられ、ひいては、コストの低廉化が阻害される。
そこで、イオン注入装置においては、できるだけ、事故の発生原因を排除することが必要となる。
【０００５】
本発明においては、事故発生の１原因の究明に基づき、この原因となる現象自体の発生を効果的に回避するイオン注入装置を提供するものである。
すなわち、電荷変換セルを有するイオン注入装置は、図６に、その要部の模式的断面図を示すように、イオン発生源１と、イオン引出し電極部２と、このイオン引出し電極部２の後段に配置された荷電変換セル３とを具備する。
イオン発生源１は、アークチャンバー４に臨んでフィラメント５が配置され、フィラメント５からは、通電加熱によって熱電子が発生されるようになされる。このフィラメント５とアークチャンバー４間には、所要の電圧が印加されてアーク放電が発生するようになされる。
この放電がなされているアークチャンバー４内に、ソースガスを導入する。
このようにすると、ソースガスがイオン化される。
一方、イオン引出し電極部２は、アクセル（ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ）　電極６と、ディセル（ｄｅｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ）電極７とを有し、アクセル電極６には、アークチャンバー４からみて、所要の負の電圧が印加され、ディセル電極７には、正の電圧が印加される。
【０００６】
このようにして、アークチャンバー４で発生させた＋イオンは、負の電圧が印加されたアクセル電極６によって、引き出される。引き出されたイオンは、イオン同士の排斥力により分散する。この分散傾向を示すイオンビームｂは、その周囲からのディセル電極７による正の電圧によって集束されて、荷電変換セル３例えばマグネシウム（Ｍｇ）セルに導入される。
このＭｇセルでは、加熱されて蒸気が発生された状態とされるものであり、この中をイオンビームが通過すると、Ｍｇ原子の近傍を通過することによって、Ｍｇの最外殻電子が、通過した＋イオン側に移動する。そこで、＋イオンは、ラジカルや、−イオンに荷電変換され、これが、後段の図示しないが、タンデム加速部に導入するようになされるものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、この種のイオン注入装置における動作不良の一因が、イオン引出し電極部における、アクセル電極と、ディセル電極との間の動作時の電気的絶縁性が不安定、もしくは短絡することにあり、その原因が、荷電変化セル３の例えばＭｇ粒子の、イオン引出し電極部への飛来によることを確認したことに基ずくものである。
すなわち、イオン引出し電極部にＭｇ粒子が到達することによって、図７に模式的に示すように、アクセル電極６と、ディセル電極７には、Ｍｇ粒子２０が、付着する。殊に、ディセル電極７のアクセル電極６に向かって突出する筒状部７ｃの内面から先端に渡って、この先端にフレーク状に付着したＭｇのフレーク先端で放電が生じ易く、この放電によって、上述したアクセル電極６と、ディセル電極７との間の動作時の電気的絶縁性が不安定となったり、短絡するという現象が生じることが判明した。
【０００８】
本発明においては、少なくともイオン発生源と、イオン引出し電極部と、イオン引出し電極部の後段に配置された荷電変換セルとを具備するイオン注入装置であって、そのイオン引出し電極近傍に気体噴出口が配置されたベントラインを設ける。
ベントラインの気体噴出口は、これからの噴出気体が、イオン引出し電極部のアクセル電極とディセル電極との対向部間に向かって吹きつける配置構成とする。
【０００９】
このように、本発明においては、イオン引出し電極部の近傍に気体噴出口が配置されたベントラインを設けたことによって、上述した荷電変換材料の、アクセル電極６、更に、特に、問題となるディセル電極７の先端部への粒子の付着を阻害するとか、飛ばし去る効果を得て、上述した粒子付着による放電発生、短絡を効果的に回避するものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明によるイオン注入装置の一実施の形態を、図１で示す概略構成図を参照して説明するが、本発明によるイオン注入装置は、この実施の形態に限定されるものではないことはいうまでもない。
イオン注入装置は、主としてイオン発生源１と、イオン引出し電極部２と、このイオン引出し電極部２の後段に配置された荷電変換セル３と、質量分析のアナライザ８と、前段加速部９と、タンデム加速部１０と、エネルギー分析部１１と、タンデム加速部１０の入射側および出射側にそれぞれ配置されたイオン流量を測定するファラディ１２および１３とを具備する。
【００１１】
図２は、イオン発生源１と、イオン引出し電極部２と、荷電変換セル３の配置部の垂直縦断面図を示す。
イオン発生源１は、アークチャンバー４に臨んでフィラメント５が配置されて成る。
イオン引出し電極部２は、同軸心上に配置されたアクセル電極６とディセル電極７とを有して成る。
アクセル電極６は、例えば中心部に、イオン通路となる透孔が穿設された傘状電極によって構成される。
ディセル電極７は、例えばアクセル電極６に向かって突出する筒状部７ｃと、フランジ部７ｆとを有して成る。
【００１２】
また、荷電変換セル３は、そのイオンビームの入射側と出射側に、それぞれイオンビーム通路を制限するアパーチャ１４ａおよび１５ａを有するコレクションカップ１４および１５が配置される。
【００１３】
タンデム加速部１０は、図１の概略構成図に示すように、そのイオンビームの入射側にイオンビームの集束レンズおよび方向設定のスティーラーを構成する四重極レンズ１８を有し、出射側に集束レンズを構成する四重極レンズ１９を有する。そして、その中央部に正イオン荷電変換部１６が配置され、これを挟んで前段側に負のイオンに対する加速部１７Ａが配置され、後段側に正のイオンに対する加速部１７Ｂが配置されて成る。
【００１４】
そして、本発明によるイオン注入装置においては、図２に示すように、そのイオン引出し電極部２の近傍に気体噴出口２１Ｗが配置されたベントライン２１を設ける。
このベントライン２１には、例えば窒素（Ｎ２　）、アルゴン（Ａｒ）等の不活性ガスが供給され、この気体を、気体噴出口２１Ｗから、イオン引出し電極部２のアクセル電極６とディセル電極７との対向部間に向かって、特に図７で説明した荷電変換セル３から飛翔到来する例えばＭｇ粒子の付着領域に向けて吹きつけるようになされる。
【００１５】
このベントラインの気体噴出口２１Ｗは、例えばイオン引出し電極部２の上方に配置して、噴出口２１Ｗからの噴出気体を、イオン引出し電極部のアクセル電極６とディセル電極７との対向部間に向かって吹きつける配置構成とすることができる。
【００１６】
また、ベントライン２１の気体噴出口２１Ｗからの噴出気体は、主として、イオン引出し電極部２を構成するディセル電極７の、アクセル電極６との対向側のイオン通路開口の先端縁部、すなわち筒状部７ｃの先端部に向かって吹き付ける配置構成とすることが望ましい。
【００１７】
また、ベントライン２１は、図３にイオン引出し電極部２の断面図を示すように、ディセル電極７自体に設けることができる。すなわち、ディセル電極７のフランジ部７ｆの外周部から中心部に向かう透孔２１ｈを形成し、これをベントライン２１の一部とし、その先端にフランジ部７ｆの、アクセル電極６に対向する面に開口する気体噴出口２１Ｗを設けた構成とすることもできる。この場合、気体噴出口２１Ｗは、ディセル電極７の筒状部７ｃを中心として、その周囲に、複数個、例えば等角間隔に配置することもできるし、リング状の気体噴出口２１Ｗを設けることもできる。しかしながら、いずれの場合においても、気体噴出口２１Ｗからの気体の噴出の向きは、筒状部７ｃの先端に向かうようにする。
そして、このように、ディセル電極７に、ベントライン２１を構成する透孔２１ｈや気体噴出口２１Ｗを加工することは、電極７のフランジ部７ｆは、例えば５〜６ｍｍ程度の肉厚に形成されることから、比較的容易に行うことができる。
【００１８】
上述したイオン注入装置の動作について説明すると、イオン発生源１のフィラメント５には、例えばおよそ５Ｖ、１００Ａの通電がなされ、熱電子が発生するようになされる。
そして、このフィラメント５とアークチャンバー４間に、およそ５０Ｖ〜１００Ｖ前後の電圧が印加し、フィラメント５とアークチャンバー４との間にアーク放電を発生させる。
【００１９】
このアーク放電をしているアークチャンバー４内に、ソースガス例えばＢ（ボロン）イオンを取り出すときにはＢＦ３　ガスを、またＰ（りん）イオンを取り出すときにはＰＦ３　ガスを導入する。
このようにすると、ソースガスが、アーク放電時の自由電子の衝突によりイオン化され、例えばＢイオン、あるいはＰイオンが発生する。この発生イオンの量は、アーク放電電流を制御することによって増減できる。
【００２０】
イオン引出し電極部２のアクセル電極６には、アークチャンバー４から見て、−数十ｋＶの電圧を印加しておく。この電圧によって、アークチャンバー４で発生させた＋イオンをクーロン力によって引き出す。
一方、ディセル電極７によってイオンビームの周辺から＋数ｋＶ程度の電圧を印加しておくことによって、アクセル電極６によって引き出されたイオンビームを集束し、荷電変換セル３例えばマグネシウム（Ｍｇ）セルに導入する。
【００２１】
このＭｇセルは、例えば４００℃程度以上に加熱し、蒸気を発生させておき、この蒸気中に、イオンビームを通過させることによって、Ｍｇ原子の近傍をイオンが通過することによって、Ｍｇから自由電子を受け取った＋イオンは負に帯電し−イオンに、すなわち荷電変換される。
そして、この荷電変換されたイオンのみを、アナライザ−８の磁界によって所定方向に偏向させ、前段加速部９に入射させる。
【００２２】
この前段加速部９によって加速させたイオンビームを、タンデム加速部１０に送り込む。
このイオンビームは、レンズ１８によって、集束および方向づけがなされ、前段側の加速部１７Ａによって加速されて正イオン荷電変換部１６内に入射される。
この正イオン荷電変換部１６には、例えば窒素（Ｎ２　）が充満されていて、ここでイオンは、正のイオンに変換される。
この正のイオンは、加速部１７Ｂによって加速され、レンズ１９によってエネルギー分析部１１に集束入射される。
【００２３】
このエネルギー分析部１１において、所要のエネルギーを有するイオンが、イオン注入がなされるべき被イオン注入体（図示せず）に向けられ、このイオンを被イオン注入体に対して照射し、イオン注入がなされる。
【００２４】
このようなイオン注入作業に際し、荷電変換セル３よりの例えばＭｇが、図７で説明したように、イオン引出し電極部２の、アクセル電極６およびディセル電極７に飛翔し付着するが、本発明においては、この付着領域に向けて気体を噴出するようにしたことから、付着物例えばＭｇを吹き飛ばすことができ、例えばディセル電極７の先端にアクセル電極６に向けて付着物が突出することを回避でき、これによる両電極間を短絡させたり放電したりする事故を効果的に回避できるものである。
また、電極のクリーニングを行う場合においても、このクリーニング作業が容易となり、またその所要時間の短縮化を図ることができる。
【００２５】
そして、例えば図２で示したように、ベントライン２１を、イオン引出し部２の上方側に配置するときは、この吹き飛ばされた例えばＭｇは、殆ど下方に向けられ、更に失速したＭｇは下方に落下することから、ベントライン２１への付着が効果的に回避される。
因みに、このように、ベントライン２１にＭｇ等の付着が生じると、次の噴出作業の開始において、Ｍｇ等を電極に再付着させるおそれがあるが、これを回避することができる。
【００２６】
また、イオン引出し電極部２を構成する電極自体に、気体噴出口２１Ｗを配置した構成とするときは、この噴出口２１Ｗと、電極との位置関係の設定を、例えば図２で示した例におけるように、ベントライン２１を、別体に設ける場合に比して、正確に行うことができ、組み立てが容易となる。したがって、両電極６および７間の間隔を必要十分に狭小とすることができることから、ベントライン２１を設けることによって、両電極６および７間の間隔が大となって、イオン発生源からのイオンの引出し効率を低めるような不都合を回避できる。
【００２７】
ベントライン２１およびその噴出口２１Ｗは、アクセル電極６とディセル電極７のいずれに配置しても、付着物の排除の効果が得られるが、図３に示したように、ディセル電極７側に配置することが、このディセル電極７の印加電圧が低いことから、設計上等において有利である。
【００２８】
尚、イオン注入装置においては、通常、図４にその基部側の要部の断面図を示すように、イオン注入装置の外囲器３０の基部側の端部に、イオン発生源１が配置されるステム３１が、例えばＯリング３２および絶縁材３３を介して封着される。このステム３１には、イオン発生源１のフィラメント５の端子ピン３４や、イオン発生源１に対するイオン発生ガスの供給口３５が導出される。
外囲器３０は、例えばステンレスによる導電性筒体によって構成されるが、この外囲器３０は、イオン発生源１の収容部と、他部とがリング状の絶縁体すなわち碍子３６によって電気的に分離された構成とされている。
【００２９】
ところが、本発明においては、ベントライン２１を設けて、例えばＭｇの吹き飛ばしを行うことから、このＭｇが碍子３６に付着することによって碍子３６の絶縁性を損なうおそれがある。このようなおそれが場合には、この碍子３６の内周面に沿ってこれを覆うように、リング状のシールド３７を設けることができる。この場合のシールド３７は、これにＭｇが付着することによって碍子３６によって分離された外囲器３０の両部分が短絡することがないように、不連続部分３７ａを形成する。しかしながら、この不連続部分７ａにおいても、遮蔽効果は生ずるように、例えば互いに所要の空間を保持して重なる構成とする。
【００３０】
本発明装置における気体噴出作業の一例を、図５のフロー図を参照して説明する。この場合、作業のスタートにおいて、電極６および７間が短絡（ショート）したかを知り、していない場合は、使用を継続するが、している場合、あるいは不安定である場合においては、ベントライン２１の気体噴出口２１Ｗから気体、例えば１秒〜数十秒程度、Ｎ２　、Ａｒ等を噴出させて、Ｍｇの吹き飛ばしを行う。その後、ショートないしは不安定が改善されたかを知り、良好であれば、使用を継続する。改善が認められなかったときには、イオン注入装置の外気開放を行い、イオン発生源１、イオン引出し電極部２の各電極６および７のクリーニング、交換等を行い、使用を再開する。
このように、気体噴出作業を行うことによって、電極間の短絡や、不安定性が、Ｍｇの排除によって改善されればイオン注入装置の大気開放等を必要としないことから、この大気開放の回数を減少することができるものである。
【００３１】
尚、上述の例では、主として荷電変換の材料がＭｇである場合について例示したが、他の導電性を有する同様の機能を有する材料が用いられる場合にも適用して同様の効果を奏することはいうまでもない。
また、本発明を適用するイオン注入装置の構成は、上述した例に限定されるものではなく、荷電変換セルを具備する各種構造のイオン注入装置に適用することができることはいうまでもない。
【００３２】
【発明の効果】
上述したように、本発明構成によれば、イオン引出し電極部の近傍に気体噴出口が配置されたベントラインを設けたことによって、イオン注入引出し電極部、殊にディセル電極の、アクセル電極側に突出する先端部へのＭｇ等の付着、特に放電の生じやすいフレーク状の付着を排除し得ることから、事故の発生率を低めることができる。
このように、イオン注入装置の、動作不良、事故の発生頻度を減ずることができることから、これら動作不良、事故の発生の修復に伴う、多くの作業、手間、イオン注入装置の停止状態の削減を図ることができる。
【００３３】
例えば、電極間短絡が生じた場合、電極交換、クリーニングを行うことになるが、この電極交換、クリーニングを行うには、前述したように、大気開放する必要がある。
しかしながら、引出し電極部とイオン発生源との間隔は、イオン発生源からのイオン引出し効率を上げるために狭小な間隔とされていることから、これらの配置部における真空チャンバーは、一体に構成されている。したがって、上述した大気開放によって、イオン注入発生源においても大気開放がされることになる。
【００３４】
そして、このような大気開放がなされれば、大気中の水分が、イオン発生源を汚損する。そこで、これら電極の交換、クリーニングを行う場合、同時に、イオン発生源の交換、クリーニングが必要となる。この場合、まず、イオン発生源を冷却することが必要であり、その時間は、例えば０．５時間〜２時間を要し、またいわゆるベント・ラフィングには、約１時間〜４時間を要し、イオン源の交換には約０．１時間から０．５時間を要する。
これによって、装置の稼働時間の低下、イオン発生源の消耗部品の費用、クリーニング費用が大きくなる。
【００３５】
これに対し、本発明装置によれば、上述したイオン引出し電極部に係わる事故の発生自体を低減することができるものであること、更に、大気に開放して電極のクリーニングを行う場合においても、このクリーニング作業が容易となり、またその所要時間の短縮化を図ることができる。
したがって、本発明装置によれば、装置の稼働時間の増大、費用の低減、ひいてはコストの低減を図ることができるものであり、その工業的利益はきわめて大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるイオン注入装置の一例の概略構成図である。
【図２】本発明装置の一例の一部の概略断面図である。
【図３】本発明装置の他の一例の要部の断面図である。
【図４】本発明装置の更に他の一例の要部の断面図である。
【図５】本発明装置における作業のフロー図である。
【図６】従来のイオン注入装置の要部の概略構成図である。
【図７】本発明の説明に供する模式図である。
【符号の説明】
１・・・イオン発生源、２・・・イオン引出し電極部、３・・・荷電変換セル、４・・・アークチャンバー、５・・・フィラメント、６・・・アクセル電極、７・・・ディセル電極、８・・・アナライザー、９・・・前段加速部、１０・・・ダンデム加速部、１１・・・エネルギー分析部、１２，１３・・・ファラデイ１４，１５・・・コレクションカップ、１６・・・正イオン荷電変換部、１７Ａ，１７Ｂ・・・加速部、１８，１９・・・四重極レンズ、２０・・・付着粒子、２１・・・ベントライン、２１Ｗ・・・気体噴出口、３０・・・外囲器、３１・・・ステム、３２・・・Ｏリング、３３・・・絶縁材、３４・・・端子ピン、３５・・・ガス供給口、３６・・・絶縁体（碍子）、３７・・・シール
【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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