(57)【要約】【課題】イオン質量分離装置にイオンビームを加速して導入する際の電圧印加を安定させるようにする。【解決手段】入口部２と出口部３を有して湾曲し、入口部２と出口部３を通るように外周に導体６ｘを巻いて空芯励磁電流路６を形成したイオン偏向ケーシング５を備え、プラズマ発生装置８により生じたイオンビームを入口部２の内部冷却された導体６ａにより加速し導体６ａ間を通してイオン偏向ケーシング５内部に導入するようにしているイオン質量分離装置１であって、イオン偏向ケーシング５の入口部導体６ａのプラズマ発生装置８側前面に、入口部導体６ａと同電位に保持された導電性非冷却のスリットカバー１８を設ける。【選択図】図１
2005197042.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
両端に入口部と出口部を有して湾曲したイオン偏向ケーシングの外部に、前記入口部と出口部を通るようにイオン偏向ケーシングの曲りに沿ってイオン偏向ケーシングの幅方向に導体を巻いて空芯励磁電流路を形成し、プラズマ発生装置により生じたイオンビームを前記入口部における内部冷却された導体により加速し該導体間を通してイオン偏向ケーシングの内部に導入し、空芯励磁電流路による磁場の作用によりイオンビームを質量に応じ湾曲させてイオン質量分離を行うようにしているイオン質量分離装置であって、前記イオン偏向ケーシングの入口部導体のプラズマ発生装置側前面に、入口部導体と同電位に保持された導電性非冷却のスリットカバーを設けたことを特徴とするイオン質量分離装置。
【請求項２】
前記スリットカバーは、入口部導体と電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載のイオン質量分離装置。
【請求項３】
前記スリットカバーは、イオン偏向ケーシング入口部の加速域では入口部導体と離反しており、加速域の外部で入口部導体に固定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のイオン質量分離装置。
【請求項４】
前記スリットカバーは、着脱具によって入口部導体に着脱可能に取り付けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のイオン質量分離装置。
【請求項５】
前記スリットカバーは、入口部導体のプラズマ発生装置側前面を覆うように、入口部導体に沿って湾曲した湾曲カバーであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のイオン質量分離装置。
【請求項６】
前記スリットカバーは、入口部導体のプラズマ発生装置側前面を覆うように設けた平板カバーであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のイオン質量分離装置。
【請求項７】
前記スリットカバーは、モリブデンにて形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載のイオン質量分離装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はイオン質量分離装置に関し、特にイオン質量分離装置にイオンビームを加速して導入する際の電圧印加を安定させるようにしたイオン質量分離装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、電気的に活性な元素を半導体に添加したり、或いは基材に対して接着が困難な材料を接着するために接着材料の原子を基材に添加させるような場合には、イオンドーピング（注入）装置が使用されている。
【０００３】
イオンドーピング装置では、プラズマ発生装置で材料ガスをプラズマ化し、プラズマのイオン（荷電粒子）を加速してそのイオンビームを被処理材に注入している。イオンビームを発生するための材料ガスとしては、水素希釈のホスフィン（ＰＨ3）、ジボラン（Ｂ2Ｈ6）等が用いられるが、プラズマ発生装置では所望のＰＨx、Ｂ2Ｈx以外に、Ｈx、Ｐ2Ｈx、ＢＨx等の異なるイオン種の不要イオンも発生し、プラズマ発生装置からはこれらイオン種の混合ビームが引出される。このような所望イオン種以外の不要イオン種の存在は、イオンドーピングによるＰ、Ｂの注入深さ分布を不均一にする問題があり、更に、被処理材に余分な熱負荷を与えるといった問題があるため除去する必要がある。
【０００４】
このため、大口径、特に幅広のイオンビームのイオン質量分離を行って安定したイオンビームを生成させるようにしたイオン質量分離装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
図７は前記特許文献１におけるイオン質量分離装置１の概要を示す斜側面図、図８は図７の側面図であり、このイオン質量分離装置１は、両端に入口部２と出口部３を有して湾曲し内部に質量分離空間４を形成したイオン偏向ケーシング５の外部に、前記入口部２と出口部３を通るようにイオン偏向ケーシング５の曲りに沿ってイオン偏向ケーシング５の幅方向に導体６ｘを巻いて空芯励磁電流路６を形成している。前記イオン偏向ケーシング５は入口部２と出口部３が９０゜の角度になるように大角度で湾曲している。
【０００６】
前記入口部２の外部前方にはプラズマ発生装置８が設けてあり、該プラズマ発生装置８は材料ガスをプラズマ化して例えば２００ｅＶのエネルギをもつイオンを生成させる。また、入口部２とプラズマ発生装置８との間における入口部２の導体６ａと重なる位置には図９の切断平面図に示す如く例えば２段の引込み電極９が配置してあり、該引込み電極９は、前記プラズマ発生装置８からのイオンビームを質量分離に必要な速度に加速してイオン偏向ケーシング５の幅方向（図８の紙面と直角方向）に広い幅を有するイオンビームとして導体６ａ間を通して前記質量分離空間４に導入するようにしている。このとき、前記引込み電極９と入口部導体６ａには所要の同一電圧が印加してあり、従って、イオンビームは引込み電極９と入口部導体６ａによる加速域１６で加速されて入口部２の導体６ａ間を通して質量分離空間４に導入される。また、質量分離空間４の不要イオンはイオン偏向ケーシング５に接触することで中性化されるようになっている。また、前記イオン偏向ケーシング５の例えば幅方向端部の内面には、電子を供給して空間電荷を中和することによりイオンビームの移動を円滑に行わせるためのフィラメント等の中和用電子供給源７が内面に沿って配置されている。
【０００７】
前記引込み電極９と入口部２の導体６ａ及び出口部３の導体６ｂ、特に電極９と入口部２の導体６ａは、プラズマ発生装置８のフィラメント電極からの輻射熱、プラズマ発生装置８で発生したプラズマとの接触から高温になる。このために、引込み電極９は図１０に示す如く耐熱性と導電性を有する中実のモリブデンによって構成しており、また、前記入口部２の導体６ａと出口部３の導体６ｂは図１１に示す如く内部に水等の冷却材を流して冷却するようにした管状導体としている。
【０００８】
図７、図８の質量分離空間４に導入されたイオンビームは、空芯励磁電流路６による磁場の作用によってイオンの質量に応じて湾曲させられ、所望の質量のイオンビームは前後方向（図８の左右方向）中心部に収束されて出口部３に設けた導体６ｂ間から導出される。図７では水素希釈のホスフィン（ＰＨ3）を材料ガスとした場合の所望イオン（ＰＨｘ+）を出口部３に導き、他の質量が小さいＨ+、Ｈ2+、Ｈ3+等の不要イオンは速く曲げられてイオン偏向ケーシングの内壁にぶつかることにより中性化し、また、所望イオンより質量が大きいＰ2Ｈｘ+の不要イオンは曲り切れずにイオン偏向ケーシングの内壁にぶつかることにより中性化される。
【０００９】
前記出口部３の前後両側部（図８では左右両側部）には遮蔽部材１０を設けて前後中央部にイオン取出口１１を形成しており、これにより、所望イオンからなるイオンビームは出口部３の導体６ｂにより加速されてイオン取出口１１から導出されるようになっている。
【００１０】
更に、収束されてイオン取出口１１から取り出されたイオンビームは、長方形の大口径単口電極である加速電極１２によってイオンドーピングに必要な速度に加速される。前記イオン質量分離装置１で分離され更に導体６ｂ及び加速電極１２によって加速されたイオンビームは、イオン質量分離装置１の質量分離空間４と連通し且つ真空排気装置１５によって真空吸引されているプロセス室１３内の被処理材１４に注入するようにしている。
【特許文献１】特開２００２−２０３８０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、前記プラズマ発生装置８の入口部２に備えられる引込み電極９及び導体６ａには、例えばボロン、リン等の導電性を有しない或いは導電性が低い物質が付着するという問題がある。図１０に示す如く非冷却で高温となる引込み電極９では物質Ａの付着が少なく、しかも付着してもこの物質Ａはポーラス状を有しているために電圧を掛けて電界を形成する上では殆ど問題にならない。
【００１２】
一方、図１１に示す如く冷却材により冷却している導体６ａは温度が低いために物質Ａが非常に付着し易く、このために導体６ａの外周面に薄膜１７が形成されてしまう。
【００１３】
この金属膜１７は導電性を有しないか或いは低いために、導体６ａにイオンビームを加速させて引込むための電圧の印加が安定して行えないという問題がある。
【００１４】
上記したように、導体６ａに対して薄膜１７が成長して形成され、これによって導体６ａへの電圧の印加が安定に行えないと、加速域１６におけるイオンビームの加速が経時的に変化（低下）することになり、よってイオン質量分離装置１によるイオン質量分離性能が経時的に変化してしまうという問題があった。
【００１５】
本発明は、上記実情に鑑みてなしたもので、イオン質量分離装置にイオンビームを加速して導入する際の電圧印加を安定させるようにしたイオン質量分離装置を提供することを目的としてなしたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
請求項１に記載の発明は、両端に入口部と出口部を有して湾曲したイオン偏向ケーシングの外部に、前記入口部と出口部を通るようにイオン偏向ケーシングの曲りに沿ってイオン偏向ケーシングの幅方向に導体を巻いて空芯励磁電流路を形成し、プラズマ発生装置により生じたイオンビームを前記入口部における内部冷却された導体により加速し該導体間を通してイオン偏向ケーシングの内部に導入し、空芯励磁電流路による磁場の作用によりイオンビームを質量に応じ湾曲させてイオン質量分離を行うようにしているイオン質量分離装置であって、前記イオン偏向ケーシングの入口部導体のプラズマ発生装置側前面に、入口部導体と同電位に保持された導電性非冷却のスリットカバーを設けたことを特徴とするイオン質量分離装置、に係るものである。
【００１７】
請求項２に記載の発明は、前記スリットカバーは、入口部導体と電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載のイオン質量分離装置、に係るものである。
【００１８】
請求項３に記載の発明は、前記スリットカバーは、イオン偏向ケーシング入口部の加速域では入口部導体と離反しており、加速域の外部で入口部導体に固定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のイオン質量分離装置、に係るものである。
【００１９】
請求項４に記載の発明は、前記スリットカバーは、着脱具によって入口部導体に着脱可能に取り付けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のイオン質量分離装置、に係るものである。
【００２０】
請求項５に記載の発明は、前記スリットカバーは、入口部導体のプラズマ発生装置側前面を覆うように、入口部導体に沿って湾曲した湾曲カバーであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のイオン質量分離装置、に係るものである。
【００２１】
請求項６に記載の発明は、前記スリットカバーは、入口部導体のプラズマ発生装置側前面を覆うように設けた平板カバーであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のイオン質量分離装置、に係るものである。
【００２２】
請求項７に記載の発明は、前記スリットカバーは、モリブデンにて形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載のイオン質量分離装置、に係るものである。
【発明の効果】
【００２３】
イオン偏向ケーシングの入口部の導体のプラズマ発生装置側前面に、導体のプラズマ発生装置側前面を覆うようにモリブデン等の導電性と耐熱性を有する材料により形成した非冷却のスリットカバーを設けたので、入口部導体のプラズマ発生装置側前面がスリットカバーによって覆われ、よってプラズマ発生装置側から流動してくる物質はスリットカバーにより遮られて導体に薄膜が付着する問題を防止できる効果がある。一方、非冷却のスリットカバーは非冷却で高温に保持されているために付着物質の量は少なく、且つ付着してもこの薄膜はポーラス状を有しているために電圧を掛けて電界を形成する上では殆ど問題にならない。
【００２４】
従って、導体とスリットカバーの両方に同電位の電圧を印加することが容易に可能となり、よって入口部導体でのイオンビームの加速が一定に維持され、よってイオン質量分離装置によるイオン質量分離性能を高く保持できる効果がある。
【００２５】
また、長期間の使用によってスリットカバーの前面に強固な薄膜が形成されてしまった場合には、着脱具によってスリットカバーを容易に交換できる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
【００２７】
図１は本発明のイオン質量分離装置を実施する形態の一例を示す概略側面図、図２は図１の加速域の切断平面図、図３は図１の要部の詳細図、図４は図３のＩＶ−ＩＶ方向矢視図、図５はスリットカバーの一例を示す切断平面図、図６はスリットカバーの他の例を示す切断平面図であり、前記図７〜図９と同様の構成部には同じ符号を付して説明を省略する。図１〜図５に示す如く、イオン偏向ケーシングの入口部２の導体６ａのプラズマ発生装置８側前面に、導電性と耐熱性を備えたスリットカバー１８を設ける。該スリットカバー１８は耐熱性と導電性を有するモリブデンによって構成することができ、冷却機構を有しない非冷却としている。
【００２８】
前記スリットカバー１８は導体６ａと接していてもよいが、接した場合にはスリットカバー１８が導体により冷却されて低温化されるので、図３に示す如くスリットカバー１８は導体６ａとの間に間隔を有して配置するのが好ましい。
【００２９】
図２、図５に示すスリットカバー１８は、入口部導体６ａのプラズマ発生装置８側前面を覆うように、導体６ａに沿って湾曲した湾曲カバー１８ａにより形成した場合を示している。一方、図６は、図５とは別のスリットカバー１８の例を示しており、このスリットカバー１８は、導体６ａのプラズマ発生装置８側前面を覆うようにした平板カバー１８ｂとしている。尚、前記スリットカバー１８は導体６ａのプラズマ発生装置８側前面を覆う形状を有していればよく、従って上記以外の種々の形状のものも採用することができる。
【００３０】
前記スリットカバー１８は導体６ａに対して溶接等により電気的に接続した状態に固定することができる。しかし、溶接固定してしまうと、スリットカバー１８を交換する場合に困難である。
【００３１】
このため、図３、図４では、加速域１６を包囲する断熱材１９を貫通している導体６ａにおける断熱材１９の上側外部に、前記スリットカバー１８の上端の肉厚部２０を着脱具２１によって導体６ａに着脱可能に取り付け、この固定によりスリットカバー１８を導体６ａと電気的に接続している。図３、図４の着脱具２１は固縛部材２２とネジ等の絞付け具２３により構成している。尚、前記各スリットカバー１８は、断熱材１９の外部で一対に構成されていてもよい。
【００３２】
従って、図３、図４の構成によれば、スリットカバー１８と導体６ａに同時に同電位の電圧を印加することができる。一方、前記スリットカバー１８と導体６ａが電気的に接続されていない場合には、スリットカバー１８と導体６ａとに同電位の電圧を別々に印加するようにしてもよい。
【００３３】
次に上記形態の作用を説明する。
【００３４】
図１〜図６に示した形態によれば、イオン偏向ケーシング５の入口部２の導体６ａのプラズマ発生装置８側前面に、導体６ａのプラズマ発生装置８側前面を覆うようにモリブデン等の導電性と耐熱性を有する材料により形成した非冷却のスリットカバー１８を設けたので、イオンビーム加速のための導体６ａへの電圧の印加を安定させることができる。
【００３５】
即ち、導体６ａのプラズマ発生装置８側前面がスリットカバー１８によって覆われているので、プラズマ発生装置８側から流動してくる物質はスリットカバー１８により遮られ、これによって導体６ａに薄膜が形成される問題を防止できる。
【００３６】
一方、非冷却のスリットカバー１８は、プラズマ発生装置８のフィラメント電極からの輻射熱、プラズマ発生装置８で発生したプラズマとの接触によって高温に保持されるため、スリットカバー１８に対する薄膜形成量は少なく、しかも図５、図６の如く付着してもこの薄膜はポーラス状を有しているために電圧を掛けて電界を形成する上では殆ど問題にならない。
【００３７】
従って、導体６ａとスリットカバー１８の両方に同電位の電圧を印加することが容易に可能となり、よって加速域１６でのイオンビームの加速が一定に維持されるので、イオン質量分離装置１によるイオン質量分離性能を高く保持することができる。
【００３８】
また、長期間の使用によって図５、図６のスリットカバー１８の前面に強固な薄膜が形成されてしまった場合には、図３、図４に示す着脱具２１によりスリットカバー１８を導体６ａから取り外して新しいスリットカバー１８を取り付けることができるので、スリットカバー１８を容易に交換することができる。
【００３９】
なお、本発明のイオン質量分離装置は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明のイオン質量分離装置を実施する形態の一例を示す概略側面図である。
【図２】図１の加速域の切断平面図である。
【図３】図１の要部の詳細図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ方向矢視図である。
【図５】図３をＶ−Ｖ方向から見たスリットカバーの一例を示す切断平面図である。
【図６】スリットカバーの他の例を示す切断平面図である。
【図７】従来のイオン質量分離装置の概要を示す斜側面図である。
【図８】図７の側面図である。
【図９】加速域の切断平面図である。
【図１０】引込み電極の切断平面図である。
【図１１】従来の入口部導体の切断平面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  イオン質量分離装置
２  入口部
３  出口部
５  イオン偏向ケーシング
６  空芯励磁電流路
６ａ        導体（入口部導体）
６ｂ        導体（出口部導体）
６ｘ        導体
８  プラズマ発生装置
１８  スリットカバー
１８ａ        湾曲カバー
１８ｂ        平板カバー
２１  着脱具
【図１】
2005197042.tif 000003
【図２】
2005197042.tif 000004
【図３】
2005197042.tif 000005
【図４】
2005197042.tif 000006
【図５】
2005197042.tif 000007
【図６】
2005197042.tif 000008
【図７】
2005197042.tif 000009
【図８】
2005197042.tif 000010
【図９】
2005197042.tif 000011
【図１０】
2005197042.tif 000012
【図１１】
2005197042.tif 000013