(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ発生室内に作動ガスを満たし、アーク放電によりこの作動ガスをプラズマ化させ、このプラズマよりイオンビームを引き出すイオン源において、
上記プラズマ発生室に隣接して設けられた真空ボックスと、
この真空ボックスと上記プラズマ発生室とを連通する長穴状の開口部を、閉塞板によって閉塞又は開放することで、上記真空ボックスと上記プラズマ発生室とを気密状態で区画開閉するゲートバルブと、
基端部が上記真空ボックスの側壁に回転自在に支持されると共に、先端部がフィラメントを支持している支持アームであって、上記基端部を回転させることで、開いた状態の上記開口部を通過させて、上記フィラメントを上記真空ボックス内と上記プラズマ発生室内との間で移動させる支持アームと、
上記真空ボックスを開放するための蓋部材と、
フィラメント交換後に上記真空ボックス内を真空状態とするための大気吸引手段とを備えたことを特徴とするイオン源。
【請求項２】
請求項１に記載のイオン源のフィラメント交換方法であって、
上記支持アームを作動させて、上記先端部に支持された上記フィラメントを、開いた状態の上記開口部を通過させ上記真空ボックス内に移動させて、
上記閉塞板で上記開口部を閉塞した後に、
上記真空ボックスの上記蓋部材を開けて上記フィラメントを交換し、
その後上記蓋部材を閉めて、上記大気吸引手段で上記真空ボックス内を真空状態にした後、
上記開口部を開けて、新たなフィラメントを上記プラズマ発生室内に移動させるようにしたことを特徴とするイオン源のフィラメント交換方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、プラズマ発生室内に作動ガスを満たし、アーク放電によりこの作動ガスをプラズマ化させ、このプラズマよりイオンビームを引き出すイオン源に係り、特にフィラメントの交換を好適に行うことができるように改良されたイオン源に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種のイオン源は、プラズマ発生室内で作動ガスをプラズマ化させ、このプラズマに電場を与えてイオンを引出すものである。プラズマ発生室に満たされる作動ガスは、所望のイオンの元になる元素が水素と化合したガスであり、例えば、燐イオンを得るためにはＰＨ3 、硼素イオンを得るためにはＢ2 Ｈ6 が用いられる。
【０００３】
これらの作動ガスを電離させるためにプラズマ発生室内でアーク放電が行われる。電離されてプラズマとなった作動ガス構成元素のイオンは、引き出し用の電場で加速され、プラズマ発生室外に引き出される。
【０００４】
ところで、上述のイオン源では、装置の運転に伴って、アーク放電を行うためのフィラメントが劣化するため、定期的なフィラメントの交換が必要である。従来、フィラメントの交換作業は、プラズマ発生室を大気開放して行われていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、プラズマ発生室を大気開放すると、作動ガスの種類によっては、プラズマ発生室内の表面に酸化膜や窒化膜が生成されたり、様々な不純物がプラズマ発生室内に入り、汚染された状態となる。この種のイオン源は半導体基板材料へのイオンドーピング等のプロセスに用いるものであり、高純度雰囲気を要求し、極度に汚染を嫌う。このため、プラズマ発生室を大気開放して真空チャンバ内壁全体の掃除を行った後、再び真空排気して運転を開始するまでの立ち上げに丸一日かかっていた。
【０００６】
このように従来のイオン源は、フィラメントの交換を行うために、運転を停止し、分解掃除を行い、長時間をかけて立ち上げる必要があった。
【０００７】
そこで、本発明は、上記課題を解決するために案出されたものであり、その目的は、プラズマ発生室を大気開放することなく、フィラメントの交換を短時間で行うことができるイオン源及びフィラメントの交換方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、プラズマ発生室内に作動ガスを満たし、アーク放電によりこの作動ガスをプラズマ化させ、このプラズマよりイオンビームを引き出すイオン源において、上記プラズマ発生室に隣接して設けられた真空ボックスと、この真空ボックスと上記プラズマ発生室とを連通する長穴状の開口部を、閉塞板によって閉塞又は開放することで、上記真空ボックスと上記プラズマ発生室とを気密状態で区画開閉するゲートバルブと、基端部が上記真空ボックスの側壁に回転自在に支持されると共に、先端部がフィラメントを支持している支持アームであって、上記基端部を回転させることで、開いた状態の上記開口部を通過させて、上記フィラメントを上記真空ボックス内と上記プラズマ発生室内との間で移動させる支持アームと、上記真空ボックスを開放するための蓋部材と、フィラメント交換後に上記真空ボックス内を真空状態とするための大気吸引手段とを備えたイオン源である。
【０００９】
上記構成によれば、フィラメントを真空ボックス内に移動させて、ゲートバルブを閉塞した後に、真空ボックスを開けてフィラメントを交換することによって、プラズマ発生室を大気開放することなくフィラメントの交換を行うことができ、プラズマ発生室の分解掃除等を行う必要がなく、短時間で交換作業を行うことができる。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１に記載のイオン源のフィラメント交換方法であって、上記支持アームを作動させて、上記先端部に支持された上記フィラメントを、開いた状態の上記開口部を通過させ上記真空ボックス内に移動させて、上記閉塞板で上記開口部を閉塞した後に、上記真空ボックスの上記蓋部材を開けて上記フィラメントを交換し、その後上記蓋部材を閉めて、上記大気吸引手段で上記真空ボックス内を真空状態にした後、上記開口部を開けて、新たなフィラメントを上記プラズマ発生室内に移動させるようにしたイオン源のフィラメント交換方法である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１２】
図１は本発明に係るイオン源の実施の形態を示した斜視図、図２は本発明に係るイオン源の運転時の状態を示した断面図、図３は図２のＡ−Ａ線を示した断面図である。
【００１３】
まず、本実施の形態に係るイオン源の構成を説明する。
【００１４】
イオン源１には、プラズマ発生室２が設けられている。プラズマ発生室２は、上部が閉じられ且つ下部が開放された円筒状に形成されており、その内部には、図示しない作動ガス注入部より注入された作動ガスが満たされている。
【００１５】
プラズマ発生室２の上部中央には、アーク放電用のカソード電極となるフィラメント３が配置されている。これに対するアーク放電用のアノード電極はプラズマ発生室２の側壁４に沿って環状に設けられている。プラズマ発生室２の側壁４にはプラズマを閉じ込めるための磁場を形成する環状の磁石が多段に設けられている。
【００１６】
プラズマ発生室２の下部には、イオンを加速する引出し電極が、開放された部分を覆うように設けられている。この引出し電極は、イオンビームを通過させる多数の穴を有するグリッド電極である。引出し電極の外方にはプラズマ発生室２に連通するプロセス室が設けられており、このプロセス室内にはイオンビームの照射対象である半導体基板を置くようになっている。プロセス室は真空排気系に連通している。
【００１７】
上記構成によれば、アノード電極にアーク放電電圧を印加して、アーク放電によりプラズマ発生室２内の作動ガスをプラズマ化させ、発生したプラズマは、環状の磁石が形成する磁場によって閉じ込められ、引出し電極の電位によって加速され、均一な流れのイオンビームとなってプロセス室に引き出される。
【００１８】
ところで、本発明は、プラズマ発生室２に隣接して設けられた真空ボックス５と、この真空ボックス５とプラズマ発生室２とを連通する長穴状の開口部１４を、閉塞板１５によって閉塞又は開放することで、真空ボックス５とプラズマ発生室２とを気密状態で区画開閉するゲートバルブ６と、基端部が真空ボックス５の側壁２１に回転自在に支持されると共に、先端部がフィラメントを支持している支持アーム７であって、基端部を回転させることで、開いた状態の開口部１４を通過させて、フィラメント３を真空ボックス５内とプラズマ発生室２内との間で移動させる支持アーム７と、真空ボックス５を開放するための蓋部材８と、フィラメント２の交換後に真空ボックス５内を真空状態とするための大気吸引手段９とでなるフィラメント交換機構を備えたことを特徴とする。
【００１９】
真空ボックス５は、直方体状に形成されており、プラズマ発生室２の上部に、フィラメント３の導入部となるゲートバルブ６を覆うように配置されている。
【００２０】
ゲートバルブ６は、プラズマ発生室２の上部壁１２の真空ボックス５に覆われた部分に形成された開口部１４とこの開口部１４を閉塞する閉塞板１５とで構成されている。開口部１４は長穴状に形成されており、この開口部１４を通過して、フィラメント３がプラズマ発生室２と真空ボックス５間で移動することとなる。閉塞板１５は開口部１４と同形に形成され、プラズマ発生室２と真空ボックス５内とを気密に区画するようになっている。
【００２１】
真空ボックス５内の両側壁１６間には、閉塞板１５を移動して開口部１４を開閉させるための回転ロッド１７が掛け渡されている。閉塞板１５は、回転ロッド１７にブラケット１９を介して一体的に固定されている。回転ロッド１７は、その少なくとも一方が側壁１６を気密状態で貫通して、外部に突出しており、その突出部分１８を操作して回転ロッド１７を回転させ閉塞板１５を移動させるようになっている。
【００２２】
支持アーム７は、Ｌ字状に形成された一対のパイプにて構成されており、その内部にはフィラメント３に接続される導線が挿入されている。支持アーム７の基端部は、真空ボックス５の側壁２１に設けられた回転板２２に支持されている。
回転板２２は、円盤状に形成されており、側壁２１に対して気密状態を保持しながら回転すると共に、フィラメント３に接続される導線を気密状態で貫通させるようになっている。一対の支持アーム７の先端には、フィラメント３が掛け渡されている。
【００２３】
支持アーム７は、先端部が下方を向いている場合は、フィラメント３がプラズマ発生室２内に位置し、回転板２２の回転時には、フィラメント３が開口部１４を周囲に接触しないように回転し、先端部が側方を向いている場合（支持アーム７が真空ボックス５内に収容されている場合）は、フィラメント３が真空ボックス５の内壁に接触しないような長さとなっている。
【００２４】
蓋部材８は、真空ボックス５の上部に形成されており、その外周に沿ってビード等が周設され、真空ボックス５内外を気密状態で区画可能となっている。なお、蓋部材８の形成位置は、真空ボックス５の上部に限られるものではなく、フィラメント３の交換が可能な位置であれば、側部であっても構わない。
【００２５】
大気吸引手段９は、真空ボックス５の内部に開口して接続された大気吸引管２３と、この大気吸引管２３の途中に接続された開閉弁２４と、ブロア等の吸引装置（図示せず）とで構成されている。
【００２６】
次に、上記構成によるイオン源１のフィラメント３の交換作業手順とその作用を説明する。
【００２７】
まず、運転を停止した後に、図４に示すように、回転板２２を９０度回転させて、支持アーム７を回動させる。これによって、支持アーム７の先端に支持されたフィラメント３がプラズマ発生室２と真空ボックス５とを気密状態で区画開閉するゲートバルブ６の開口部１４を通過して真空ボックス５内に移動して収容されることとなる。
【００２８】
その後、図５に示すように、回転ロッド１７を回転させて、閉塞板１５を開口部１４に嵌合させ、プラズマ発生室２と真空ボックス５内とを気密状態で区画する。
【００２９】
そして、図６に示すように、真空ボックス５のみを大気吸引管２３及び開閉弁２４によって大気開放した後、蓋部材８を開けて支持アーム７の先端のフィラメント３を交換する。
【００３０】
交換後は、真空ボックス５内の掃除を行った後に、蓋部材８を閉じて、大気吸引手段９を構成する吸引手段で真空ボックス５内の空気を吸い出し、開閉弁２４を閉じて、真空ボックス５内を真空状態に戻す。そして、ゲートバルブ６を開けて、真空ボックス５とプラズマ発生室２とを連通させる。その後、支持アーム７が下方に向くように、回転板２２を９０度回転させて、フィラメント３をプラズマ発生室２内に移動させ、フィラメント３の交換作業が終了する。
【００３１】
上述のように、イオン源１によれば、真空ボックス５内のみを大気開放するだけでフィラメント３の交換が行える。従って、プラズマ発生室２を大気開放する必要がないので、プラズマ発生室２内の汚染を防止できる。よって、従来行われていたプラズマ発生室２の分解掃除等を行わなくてよいので、作業時間の大幅な短縮が達成されると共に、すぐに運転を開始できるので、運転効率の向上が図れる。
【００３２】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、フィラメントを真空ボックス内に移動させて、ゲートバルブを閉塞した後に、真空ボックスを開けてフィラメントを交換することによって、プラズマ発生室を大気開放することなく、プラズマ発生室内の汚染を防止できるので、プラズマ発生室の分解掃除等を行う必要がなく、作業短時間で交換作業を終わらせることができ、運転効率の向上が図れるといった優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るイオン源の実施の形態を示した斜視図である。
【図２】本発明に係るイオン源の運転時の状態を示した断面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線を示した断面図である。
【図４】本発明に係るイオン源のフィラメント交換時の第一工程の状態を示した断面図である。
【図５】本発明に係るイオン源のフィラメント交換時の第二工程の状態を示した断面図である。
【図６】本発明に係るイオン源のフィラメント交換時の第三工程の状態を示した断面図である。
【符号の説明】
１  イオン源
２  プラズマ発生室
３  フィラメント
５  真空ボックス
６  ゲートバルブ
７  支持アーム
８  蓋部材
９  大気吸引手段
【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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