(57)【要約】温度調節システム（４２）は、イオン源材料（１０４）から得られる濃度を低減する蒸気圧力を有するイオン源（３０）の温度を低減するために、イオン注入システム（１０）において使用される。
2004532503.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）イオン源材料用の少なくとも１つの内部室を有するイオン源と、
ｂ）前記内部室内の温度を低減するために、イオン源の少なくとも一部と接触させる温度調節手段と、
を備える温度制御イオン注入装置システム。
【請求項２】
イオン源材料が蒸発の低減を示す温度まで、温度が十分に低減される、請求項１に記載のイオン注入装置。
【請求項３】
イオン源材料が、Ｂ１０Ｈ１４である、請求項１に記載のイオン注入装置。
【請求項４】
前記温度調節手段が、熱吸収流体および蒸気圧縮システムを備える、請求項１に記載のイオン注入装置。
【請求項５】
前記イオン源が、二重区画電荷交換タイプである、請求項１に記載のイオン注入装置。
【請求項６】
前記温度調節手段が、前記内部室を約２０℃以下に冷却する、請求項１に記載のイオン注入装置。
【請求項７】
前記内部室が、イオン化室および電荷移動室を備える２つの別々の室に分割される、請求項１に記載のイオン注入装置。
【請求項８】
熱吸収流体によって冷却される引出電極をさらに備える、請求項１に記載のイオン注入装置。
【請求項９】
前記内部室が、前記温度調節手段と接するハウジングを有し、少なくとも１つの加熱要素が、前記内部室を加熱してイオン源材料の蒸気を低減するために、前記ハウジングに接続される、請求項１に記載のイオン注入装置。
【請求項１０】
前記内部室内の温度を決定するために、温度モニタを内部室の内部にさらに備える、請求項１に記載のイオン注入装置。
【請求項１１】
蒸気のレベルを監視するために、イオン源材料蒸気検出器をさらに備える、請求項１に記載のイオン注入装置。
【請求項１２】
固体イオン源材料を蒸発させるための、前記イオン源に連通して接続された蒸発装置をさらに備え、前記蒸発装置が、残留固体イオン源材料の蒸気を十分低減する低温まで蒸発装置を冷却するために、温度調節手段を備える、請求項１に記載のイオン注入装置。
【請求項１３】
前記イオン源が、真空ラインに接続された気体入口ラインを有し、前記真空ラインが、イオン源材料の蒸気が低減される温度まで管の内部の温度を低減するために、温度調節システムを備える、請求項１に記載のイオン注入装置。
【請求項１４】
イオン源材料の蒸気を低減するために、イオン注入装置を冷却する方法であって、
ａ）蒸発イオン源材料用の少なくとも１つの内部室を備えるイオン源を有するイオン注入装置を提供するステップと、
ｂ）前記イオン源の内部を冷却して、イオン源材料の蒸気を低減するために、前記イオン源を温度調節装置と接触させるステップと、
を含む方法。
【請求項１５】
温度が、約２０℃に低減される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
イオン源材料が、Ｂ１０Ｈ１４である、請求項１４に記載のイオン注入装置。
【請求項１７】
前記温度調節手段が、熱吸収流体および蒸気圧縮システムを備える、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記イオン源が、二重区画電荷交換タイプである、請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
前記内部室が、イオン化室および電荷移動室を備える２つの別々の室に分割される、請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
熱吸収流体によって引出電極を冷却するステップをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２１】
内部のイオン源材料の有害蒸気を低減するのに十分な温度までイオン源材料を加熱するための、イオン源の内部室に接続された少なくとも１つの加熱要素を提供するステップをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２２】
内部の温度を決定するため、内部室内の温度を監視するステップをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２３】
内部室においてイオン源材料の蒸気を検出して、内部のレベルを決定するステップをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２４】
前記イオン源が、固体イオン源材料を蒸発させるための、前記イオン源に連通して接続された蒸発装置をさらに備え、残留固体イオン源材料の有害蒸気を大幅に低減するために、前記蒸発装置の温度を冷却する、請求項１４に記載の方法。
【請求項２５】
温度制御イオン注入装置システムであって、
ａ）プラズマ生成室と電荷移動室との間をイオンおよび／または気体が移動するための、少なくとも１つの開口を内部に有する仕切りによって分離されたプラズマ生成室および電荷移動室を備える内部室を有するイオン源と、
ｂ）前記内部室内の温度を低減するために、前記イオン源の少なくとも一部と接触する温度調節手段と、
を備えるシステム。
【請求項２６】
前記電荷移動室が、前記温度調節手段によって接触される、請求項２５に記載のシステム。
【請求項２７】
前記温度調節手段が、冷却システムである、請求項２６に記載のシステム。
【請求項２８】
前記仕切りが、電気絶縁材料をさらに含む、請求項２７に記載のシステム。
【請求項２９】
前記開口が、前記仕切りの末端付近において前記仕切りの上に集中し、かつ前記仕切りの中心部分に開口がない、請求項２６に記載のシステム。
【請求項３０】
前記仕切りが、遮熱材料をさらに含む、請求項２６に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
本発明は、イオン注入システムに係り、より詳細には、内部温度を低減し、かつ有害な蒸気に暴露される危険性を最小限に抑えるための、イオン注入システムの熱調節に関する。
【背景技術】
【０００２】
関連技術の説明
多くの半導体製造プロセスは、ホウ素（Ｂ）およびリン（Ｐ）などのドーパント（不純物）を半導体基板に付加することによって、ｐ−ｎ接合を形成するイオン注入を使用する。イオン注入により、半導体基板上の目標箇所の中に拡散される不純物の濃度および深さを精確に制御することが可能になる。
【０００３】
通例、イオン注入装置は、注入される物質の原子または分子をイオン化するイオン源を含む。生成されたイオンは、加速されてイオン・ビームを形成し、イオン・ビームは、シリコン・チップまたはウエハなどの対象物に向けられて、対象物上の所望の領域またはパターンに当たる。全作業は、高真空において実施される。
【０００４】
半導体装置の傾向は、より小さくかつより薄くなっている。したがって、これらのより小さくかつより薄いという要件は、高濃度のイオンを半導体装置の浅い深さに注入するために必要な高注入量低エネルギーのイオン・ビームを作成するという課題を、現在のシステムの能力に呈示する。
【０００５】
イオン電流（流れ密度×面積）およびビーム・エネルギーは、注入ステップの基本的なプロセス変数である。イオン注入量および注入範囲は、結果的な装置変数である。イオン注入量は、半導体物質における注入イオン濃度に関係する。さらに、イオン・ビームのエネルギーは、アニール・ステップの開始前に注入イオンの深さを決定する。注入速度と、したがってプロセス時間とは、ビーム電流に比例する。注入速度およびビーム・エネルギーは、独立したプロセス変数であることが理想的である。これは、深い注入に使用される高エネルギー・ビームではある程度正しい。しかし、低エネルギー・イオン・ビームが、浅い注入に使用されるが、低ビーム・エネルギーの標準的なドーパントの原子イオンでは、イオン電流は、引出および輸送の損失に関連する物理的な制限によって制約される。
【０００６】
現在のイオン注入装置は、約１０ｋｅＶから約２ＭｅＶのエネルギーで最適に動作する。しかし、より浅いイオン注入は、約２ｋｅＶから数百ｅＶなどのはるかにより低いエネルギーにおいて、現在の注入装置と同様のビーム電流を必要とする。しかし、より薄い装置に適応するように、ビーム・エネルギーが減少する際に、ホウ素（Ｂ＋）、ヒ素（Ａｓ＋）、およびリン（Ｐ＋）などドーパントとして確定される標準的なイオンのビーム輸送は、ビーム空間電荷のために非効率的になる。ビーム空間電荷は、対象への輸送中に、イオン・ビームの同じ電荷と反発して、イオン・ビームを膨張させることによって確定することが可能である。その結果、エネルギー・レベルが下がるとき、ビーム伝送は大幅に低減される。
【０００７】
重気相分子イオンの有用な流れを生成する可能性は、注入装置で現在使用されているイオン源材料と比較して、有意な利点を提供する。例えば、１０のホウ素原子を有する重気体分子イオンであるデカボラン・イオン（Ｂ１０Ｈ１４＋）を使用することは、低エネルギー高電流ドーパント・ビームの輸送と比較して利点を有する。第１に、各個々のホウ素核のエネルギーは、イオンのエネルギーの１０分の１であり、それにより、ビーム・エネルギーの約１０倍において引出および輸送することが可能になる。例えば、Ｂ１０Ｈ１４＋の１０ｋｅＶのエネルギーは、ホウ素原子あたり１ｋｅＶ未満のドーパントを送達する。第２に、ドーパント電流は、イオン電流の１０倍である。したがって、わずかに約１ｍＡのＢ１０Ｈ１４＋が、１０ｍＡのホウ素を送達するために必要である。
【０００８】
よって、具体的には浅い深さ用の注入装置システムにおいてイオンとして効果的である十分な注入量（流れ密度）で、イオンあたり複数のドーパント原子を有する重イオンを生成するイオン源を提供することが有利である。
【０００９】
しかし、デカボランなどの重分子イオンを使用することにより、健康上および安全上の課題がいくつか呈示される。例えば、デカボランの蒸気圧は、室温では（閾値限界値では）低く、適度な高温では有害なことがある。この事実は、関連性があり、イオン注入装置、および特にイオン源の定期点検中に対処しなければならない。
【００１０】
電場の印加によって加速が達成されるので、粒子は、まず帯電されなければならない。帯電粒子は、一般にプラズマ装置であるイオン源によって生成される。いくつかのタイプのイオン源が、市販のイオン注入では一般的に使用される。イオン源には、熱電極を使用し、電気アークによって給電されるフリーマンおよびバーナス（Bernas）・タイプ、マグネトロンを使用するマイクロ波タイプ、およびＲＦプラズマ源がある。これらはすべて、通常真空において動作する。アーク源は、耐火温度において動作する。
【００１１】
イオン源のタイプおよび使用法に応じて、イオン注入システムは、数日または数週間の間隔で定期的に点検される。イオン注入システムを所有する高いコストと、ダウン時間を最小限に抑える必要性とのために、源は、しばしば室温より著しく高い温度で取り外される。デカボランなど、感熱蒸気圧を有する毒性の固体は、現在慣例的には使用されていないが、デカボランが付着した温かい有壁源の除去することにより、深刻な安全上の危険が呈示される。
【００１２】
蒸発物質の放出を最小限に抑えるために、イオン源室のクリーニング中、またはイオン源材料の再充填中、システムは、システムの内部真空を解放する前に、冷却することが可能でなければならない。室温まで冷却する前にシステムを解放することにより、イオン源材料に依存する多くの深刻な健康上の問題が導入される可能性がある。上述したように、デカボランの使用は、ある程度は有害ではないが、依然として特有の健康上および安全上の課題を創出する。デカボランは、耐火温度では無害なホウ素に還元されるが、耐火温度と室温よりわずかに高い温度との間の温度では、イオン注入システムの構成要素の上に付着する可能性が、潜在的な健康被害をもたらすことがある。したがって、イオン源室が、完全には室温までまたは室温以下に冷却されず、かつデカボランの付着物が存在する場合、即座に健康危険にさらされることになる。なお、室温では、デカボランの健康危険は、大幅に低減されることに留意されたい。
【００１３】
イオン源を室温まで冷却する待機時間の暗黙のコストは、半導体製造においてデカボラン技術を採用する大きな障害である。また、デカボラン・イオン源を高温で除去することにより、使用者が即座に吸引する危険性が生じる。また、気化デカボランは、周囲の作業領域を汚染することがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
したがって、有害物質に暴露される危険性を低減しながら、イオン注入装置の構成要素を冷却するのに必要な時間を短縮し、それによって注入システムが動作していない時間量を低減する温度調節システムを提供することは、イオン注入の分野では大きな進歩である。さらに、注入装置の安全性は、有害物質を無毒の形態にすることによって向上させることもできる。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
発明の概要
そこで、本発明の主な目的は、機器の点検中またはイオン源の再充填中に有害物質の放出を低減する、イオン注入装置用の温度調節システムを提供することである。
【００１６】
本発明の他の目的は、イオン注入装置機器の点検に必要な時間を低減することである。
【００１７】
本発明のさらに他の目的は、ドーパントの浅い注入を提供する高エネルギー・イオン・ビームを提供することである。
【００１８】
本発明のさらなる目的は、イオン・ビームの拡大および結果的な悪影響など、低エネルギー・ビームに関連する問題を呈示せずに、浅い注入深さを提供することである。
【００１９】
これらおよび他の目的は、本明細書において開示するイオン注入装置システムおよび方法によって達成される。
【００２０】
本発明の一態様は、一般に、限定されるものではないが、イオン源、ビームライン構成要素、真空ライン、および蒸発装置などを含むイオン注入装置構成要素の温度を調節する、イオン注入システム用の温度調節システムに関する。
【００２１】
一実施形態では、これは、内部の温度を制御するために、少なくとも１つの温度調節手段を、イオン注入装置の個々の構成要素の少なくとも１つのセクションと接触させることによって達成される。
【００２２】
本発明のイオン注入システムの本質的な要素は、少なくとも１つの温度制御手段であり、好ましくは、イオン注入装置の構成要素と接触する冷却装置である。冷却装置は、少なくとも１つの内部室を有するイオン源の温度を調節する。イオン源には、限定されるものではないが、バーナス・イオン源、フリーマン・イオン源、またはあらゆる目的について内容が本明細書に組み込まれている「ＩＭＰＲＯＶＥＤ  ＤＯＵＢＬＥ  ＣＨＡＭＢＥＲ  ＩＯＮ  ＩＭＰＬＡＮＴＡＴＩＯＮ  ＳＹＳＴＥＭ」という発明の名称の同時係属米国特許出願第０９／５９６，８２８号に記載されている二重室電荷交換分子イオン源がある。
【００２３】
本発明の１つの好ましい実施形態では、イオン源ハウジングは、冷却装置に接続され、冷却装置は、源材料の蒸気圧が安全であると考えられる温度、および／または源物質の蒸気を吸引する危険性が許容可能である温度まで、ハウジング構造と、内部と、内部にあるまたは構造に取り付けられた構成要素との温度を低減する。冷却装置は、イオン注入装置の点検が必要なとき、または、イオン注入プロセス中に連続的に作動されるとき、稼動させることができる。
【００２４】
他の実施形態では、イオン注入装置のイオン源および他の構成要素は、冷却装置が稼動している間、温度が許容可能なレベルまで低減されつつあることを保証するために、温度監視装置を含むことが可能である。
【００２５】
他の実施形態では、限定されるものではないが、イオン源ハウジングへの少なくとも１つの冷却蒸発装置取付け具と、イオン源ハウジングと、出力真空ラインとを含めて、生成されたイオン・ビームの経路に沿った戦略的な構成要素において、蒸気モニタをイオン注入装置に接続して、イオン源材料の蒸気濃度を監視および確認し、かつ有毒気体への暴露の可能性に対して他の防護措置を提供することが可能である。
【００２６】
他の実施形態は、イオン源材料が無毒になったことを保証するために、バックアップ・システムを構想する。デカボランの場合、３００℃を超える温度では、デカボランは、無害のホウ素および水素に還元されるので、無毒性になる。このように理解すると、イオン源区画が、デカボランなどのあらゆる残留源材料が無害のホウ素に完全に還元されたことを保証するために稼動させることが可能である加熱装置を備えることが、さらに考慮される。
【００２７】
本発明の他の態様、特徴、および実施形態は、以下の開示および添付の特許請求の範囲からより完全に明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
発明および発明の好ましい実施形態の詳細な説明
本発明は、イオン源の材料を点検または交換する前に、有害イオン源材料に偶発的に暴露される機会を低減し、かつ注入装置を冷却するより効率的で費用効果の高い手段を提供するために、イオン注入装置の温度制御手段を提供する。
【００２９】
図１に示すように、イオン注入装置１０は、通常、イオンを生成するイオン源１２を含む。イオンは、引出電極１４によって引き出され、その質量は、分離電磁石１６によって分析される。イオンは、開口１８によって分離され、加速器２０によって最終エネルギーまでさらに加速または減速することが可能である。イオンのビームは、四重極レンズ２２によってサンプル３０に集中され、またターゲット室３２に位置する可能性もあり、イオン・ビームがターゲット３０の上に一様に分布するように、走査電極２４および２６によって走査される。偏向電極２８は、残りの気体との衝突によって生じる非帯電粒子を排除するために、イオン・ビームを偏向するように設計される。なお、構成要素１８、２０、２２、２４、２６、および２８のいずれも、特定の注入装置では随意選択とすることが可能であることに留意されたい。
【００３０】
図２〜５は、本発明により修正された様々なイオン源の変形形態を示し、修正したイオン源の温度を調節する能力を提供する温度制御手段を含む。
【００３１】
図２は、温度調節手段を含む、本発明により修正されたフリーマン・タイプ・イオン源を示す。フリーマン・タイプ・イオン源は、ロッド形フィラメント３４から熱電子を放出することによってプラズマを生成し、磁場が、電磁石４０によってフィラメント３４に平行に生成され、電極が、インライン３２において導入された源材料からイオンを生成するように、室内３０を動く。これらの生成イオンは、スリット３８を通過して、フィラメント３４に垂直な方向に移動する。イオン源のハウジング３９は、ハウジングと接する温度制御手段４１によってさらに囲まれる。
【００３２】
一般に、イオン源材料が無害な蒸気圧を呈示する温度まで、イオン源およびその内部の構成要素を十分に冷却するために、伝熱の原理を組み込んでいるあらゆる温度制御装置を本発明において使用することが可能である。限定されるものではないが、自然にまたは人為的により低温の固体、液体、または気体媒体への伝熱による冷却があり、固体、液体、または気体媒体のより低い温度は、放射、感熱または潜熱による物理効果、吸熱化学効果、熱電効果、および／または磁気効果に由来する。冷流、融解している氷、および昇華している固体二酸化炭素などの効果も含まれる。
【００３３】
図２に示すように、ハウジング３９は、熱伝導性物質から製作されることが好ましく、冷却装置４１によって囲まれている。冷却装置４１は、ハウジング３９と接触し、かつ熱シンクとして作用して、ハウジング３９から熱を吸収し、それによってイオン源および内部の構成要素を冷却する。例えば、冷却装置４１は、イオン源ハウジング３９を包含し、かつ外部源に伝達する熱を吸収する熱吸収流体を輸送する配管システムを含む補完的なハウジングとすることが可能である。冷却装置４１は、必ずしもハウジング全体を囲む必要はなく、側面と接すれば十分である可能性がある。また、冷却ラインは、２つの別々の壁３９および４１ではなく、主要室の壁の中に構築することが可能である。
【００３４】
図３は、内部に含まれた熱吸収流体の流れを循環させる管４３を有する冷却ハウジング４１の側壁を示す。熱吸収流体の選択は、その流体が機能しなければならない温度範囲に依存する。イオン源が耐火温度まで加熱される本システムでは、間接冷却システムを使用することが適切であると考えられ、この場合、熱吸収流体は、鉱油または綿実油などの耐熱油、不凍液、またはフレオン・タイプ流体であり、これらはすべて高い熱容量を有する。熱吸収能力を有する流体は、配管システム４３を通って移動して、熱を吸収し、次いで、蒸気圧縮冷却システム４２を循環して、内部の蒸発装置表面と接することによって冷却する。熱吸収流体は、イオン源が許容可能な温度に到達するまで、連続的に再循環させることが可能である。
【００３５】
イオン源の内部の温度は、温度感知手段４４によって監視することが可能である。温度感知手段は、蒸気圧縮システムに入る前に熱吸収流体の温度を監視するために、ハウジング３０とじかに接するように配置することが可能であり、内部室３０の内部に配置することが可能であり、または蒸気圧縮冷却システム４２によって配置することが可能である。温度感知手段は、内部温度を感知して、内部室の温度を示す電気信号を提供するように、小さい開口を通ってハウジング壁または流体管４３と係合させることが可能である。さらに、許容可能な温度に到達したとき、より低い温度の機器の使用者に警告するために、指示灯または警報を含むことが可能である。
【００３６】
さらに、内部室に残留している残留蒸発気体のレベルを決定するために、サンプリング・ポート３５を気体組成分析装置３７と接続することが可能である。残留気体のレベルを決定することができ、かつ当業者に既知のあらゆる気体分析装置を使用することが可能である。通常、気体組成分析装置３７は、主要真空システムまたは源に接続することが可能である。
【００３７】
図４は、バーナス・タイプ・イオン源の断面図である。ハウジング５１によって形成される内部室５０は、熱伝導性物質から製作されることが好ましく、電気的に偏向したまたは浮動している可能性がある熱電子フィラメント５２および対向電極５４を含む。耐火温度は、デカボランに損害を与え、かつ標準より低いアーク電流が好ましいので、電荷交換イオン源は、より小さいアーク電流を生成するが、より低い温度で動作する非タングステン・フィラメントから利益を得る可能性がある。入力５６において、気体を室に供給する。フィラメントは、気体をイオン化する熱電子を放出し、気体イオンは、開口５８において引き出されて、加速される。本発明により修正されたバーナス・タイプ・イオン源は、冷却ハウジング５５および蒸気圧縮冷却システム５７を含む温度調節装置を包含する。この実施形態は、上記で議論し、かつ５９において示すように、温度および気体監視センサを装備することが可能である。
【００３８】
図５は、本発明により修正された二重区画電荷交換イオン源の断面図である。図５に示した電荷交換二重区画イオン源は、単一室イオン源機器には見られない利点を提供する。単一室イオン源では、プロセスが、イオン種の混合に影響を与えるので、電荷移動または電子電荷交換の現象が長い間既知であった。具体的には、電荷移動は、以下に示すように、中性粒子と１価に帯電したイオンの衝突を含む。
Ａ＋＋Ｂ→Ａ＋Ｂ＋
上式で、Ａ、Ｂは、接地状態の中性粒子を表し、上付き文字「＋」は、１価の正の電荷状態を示す。この場合、イオンＢ＋は、原子ＢからイオンＡ＋に電子が移動することによって生成される。イオンと中性原子の電荷交換は、イオンと気体が混合されるときはいつでも起きる自然なプロセスである。しかし、先行技術の標準的な単一区画イオン源において重分子イオンを生成して、ドープに使用することを試みるとき、高エネルギー電子との衝突、高温気体粒子との衝突、フィラメントまたは壁などの高温構成要素との接触、プラズマ放射、およびフィラメントの放射など、分子を分解させる傾向があるいくつかの機構が、単一室源に存在することがある。これらのいずれも、重分子がイオン化される、および／または対象基板の上に注入される前に、重分子を分解させることがある。
【００３９】
このように理解して、図５の二重室イオン源は、以下で示すように、イオンＡ＋と天然重分子ＭＯＬの電荷交換による重分子のイオン化に備える。
Ａ＋＋ＭＯＬ→Ａ＋ＭＯＬ＋
上式で、重分子は、イオンＡ＋との電荷交換によってイオン化される。同時に、高温フィラメントのない冷却壁と物理的な仕切り障壁７５とは、重分子イオンを崩壊させることがある電子エネルギー、気体温度、および放射を低減するのに役立つ。この文脈では、電荷交換プロセスは、原子、分子、クラスタ、または複数核のあらゆる他の群を含む、任意の物質粒子から気相イオンを創出することができることを理解されたい。
【００４０】
図５の例示した２つの区画室は、本発明により修正された標準的なバーナス・イオン源であり、開口を有する分離プレート７５を挿入して、主プラズマ室である第１室７２と、電荷移動室である第２室７４とが形成されている。プラズマ形成気体は、気体供給源８０においてプラズマ室の中に導入することが可能であり、または電荷移動室７３から室７２の中に拡散する気体から、主プラズマを形成することができる。イオン化される重気体分子ＭＯＬは、気体供給源８２を通して電荷移動室７４の中に導入される。プラズマ室７２においてフィラメント７８によって生成された高エネルギー電子は、主イオンＡ＋イオンを生成する。これらのイオンは、ＭＯＬとの電荷交換のために、プレート７５の開口７３を通って電荷移動室の中にドリフトする。電荷交換の結果、分子イオンＭＯＬ＋が生成される。ＭＯＬ＋イオンが引出開口７７において引き出される際、加速されて、ＭＯＬ＋イオン・ビーム流が形成される。
【００４１】
本発明の特徴は、開口プレート７５が、室７４の分子気体密度を最大にし、かつ分子気体をプラズマ室７２のプラズマ放射と、主電子と、熱とから隔離し、それにより、好ましくない相互作用を最小限に抑え、かつプラズマ室７２と電荷移動室７４の電荷移動を促進するのに役立つことである。開口７３の設計および配置は、図５Ａに示したように、プラズマ室７２と電荷移動室７４間を流れる気体フラックスに対する、プラズマ室７２から電荷移動室７４への主イオンの相対フラックスを最適化するように改善することができる。具体的には、開口７３は、仕切り７５の末端付近に配置され、中心領域に開口はない。開口のこの配置により、逆方向気体フラックスに対する順方向イオン流の比が増大する。
【００４２】
図５および５Ａの二重区画イオン源に温度制御装置が追加されているので、有害物質に暴露されることに関するあらゆる懸念は、大きく低減される。２つの区画に空洞を提供するハウジング７１は、冷却ジャケットまたはハウジング８１によって囲まれている。この冷却装置は、図３に示した冷却配管システムを含むことが可能であり、熱吸収流体が、配管システムを通って循環して、蒸気圧縮冷却システム８３の蒸発装置と接触することによって、吸収した熱が除去される。この実施形態は、上記で議論し、かつ８４として示した温度および気体監視センサを装備することが可能である。
【００４３】
あるいは、本発明の他の態様は、図５Ａに示すように、電荷移動室７４のみを冷却装置によって接続することに備える。また、図５Ａは、２つの室を電気的に分離する電気絶縁物質７９で作成された仕切り障壁７５を示す。これにより、図５と同様に、共通モードで、またはプラズマ室に対して電荷移動室を電気的に絶縁またはバイアスして、二重室イオン源を動作することが可能になる。また、仕切り障壁７５は、冷却することが可能であり、または代替として、仕切り７５の両側に配置された遮熱インサートを含むことが可能である。
【００４４】
本発明の好ましい実施形態では、デカボラン・イオンは、電荷交換によって生成される。水素、アルゴン、または他のイオンは、プラズマ室７２において生成される。次いで、これらのイオンは、電荷移動室７４においてデカボラン分子と電荷を交換して、デカボラン・イオンを生成する。デカボラン・イオンの利点は、１０のホウ素原子を含むことである。したがって、ホウ素原子のエネルギーは、デカボラン・イオンのエネルギーの約１０分の１であり、ホウ素原子電流は、デカボラン・イオン電流の約１０倍である。その結果、イオン源は、浅い接合タイプの装置に適切である高電流低エネルギー・ホウ素ドーパント・ビームを生成する。
【００４５】
好ましい実施形態について記載してきたが、記述は、例示のみを目的としており、添付の特許請求の範囲内にあるすべての修正および変更は、明細書に含まれることを意図していることを理解されたい。例えば、本発明の二重区画イオン源における電荷交換の原理は、他の分子に同様に適用することができる。デカボランの例は、正のイオンについてであるが、同様のプロセスが、負の電荷種を有する原子および分子に対しても行われる。正のイオンは、イオン注入の応用の対象によりなり易く、それ自体、非限定的な例として使用した。
【００４６】
高温のためにイオン源材料を蒸発させる可能性があるという、イオン源室について存在するのと同じ問題、ならびに、迅速にイオン源材料を交換するか、または機器を点検する必要性は、イオン源と併用される真空蒸発装置においても生じる可能性がある。したがって、本発明の他の態様は、真空蒸発装置に含むように適合可能な冷却システムに備える。
【００４７】
通例、Ｂ１０Ｈ１４またはＩｎＣｌなど、固体をイオン源材料として使用するとき、イオン源は、図１に示したように、少なくとも１つの蒸発装置１１を備える。蒸発装置は、一般にるつぼを含み、るつぼには、固体要素または化合物が配置され、るつぼは、その後、固体物質を蒸発させるように加熱装置によって加熱される。蒸発気体は、イオン化するために、イオン源の内部室の中に進む。
【００４８】
図６に示すように、蒸発装置１００は、蒸発装置ハウジング１０４をほぼ囲む冷却ジャケットまたはハウジング１０２を提供するように、本発明により修正される。内部室１０６は、固体イオン源材料１０８を含み、この材料は、熱にさらされたとき、蒸発して、イオン源１１０に移動する。イオン源室は、蒸発装置から分離して示されているが、蒸発装置は、イオン源と一体とすることが可能であることを理解されたい。
【００４９】
機器の点検中またはイオン源材料の再充填中、加熱および蒸発プロセスは中断され、冷却期間が開始される。本発明によれば、冷却期間は、プロセスを加速するために、追加の冷却手段を提供することによって短縮することができる。
【００５０】
図６に示すように、蒸発装置ハウジング１０４は、熱伝導性物質から作成されることが好ましく、熱吸収流体が通過する経路を提供する冷却ジャケット１０２によって囲まれている。熱吸収流体は、耐火温度に抵抗する安定性を有し、かつ蒸気圧縮冷却システム１１２を通って蒸発装置から外部源に余分な熱を効率的に移動させるように十分な熱を吸収する、当業者に既知のあらゆる流体とすることが可能である。流体の流量は、流体の熱吸収能力によって制御および決定することが可能である。蒸発装置の温度は、サーミスタ、熱電対、または他の温度感知装置によって感知することが可能であり、１０３に示す。蒸発装置は、別々の加熱要素によって直接加熱することが可能であり、または、例えば、主プラズマ室との熱接触によって、間接的に加熱することが可能である。
【００５１】
図１に示したようなビームライン１３のある領域が、温度冷却手段によって利益を得ることがさらに考慮されるが、その理由は、この領域は、２０℃を超える温度に達することがあり、したがって、機器の点検中に、危険な暴露の問題を呈示することがあるからである。これは、蒸発したデカボランが堆積することがある分析磁石より前に、引出電極１４の冷却を加速するために特に有利である。したがって、イオン源１２から分析装置１６までのビームライン領域は、イオン源材料の蒸発を低減するために、その領域を許容可能な温度まで迅速に冷却する能力を提供する冷却構造に収容することが可能である。
【００５２】
図７に示すように、ビームライン１２０は、その領域から余分な熱を除去する手段を提供する冷却ジャケット１２２と接することが可能である。具体的には、ジャケットは、熱吸収流体が流れる管を含み、それにより、引出電極１２４による領域と、加速器まで分析装置１２６を通るビームライン１２０とを冷却する管１２８を含むことが可能である。なお、ビームライン全体ではなく、ビームラインの前段加速器部分のみを冷却する必要があることに留意されたい。管１２８を流れる流体に吸収された熱は、蒸発圧縮システム１３０の外部源に伝達される。この実施形態は、上記で議論しかつ１３２として示すように温度および気体監視センサをさらに装備することが可能である。
【００５３】
有害物質への暴露を呈示する可能性があるイオン源材料と共に作用するとき、イオン源材料を無害にするために、機器を点検する前に、またはイオン源を再充填する前に、除毒手順を実施することが可能であることがさらに考慮される。除毒プロセスは、イオン源を冷却する前に完了するべきである。除毒は、あらゆる残留デカボラン蒸気をその成分であるホウ素原子に効果的に分解させるのに十分な温度まで加熱することによって達成することが可能である。したがって、点検前の熱体制は、あらゆる残留デカボランが、無毒の状態にあることを保証することができる。このように理解して、さらに他の実施形態は、図８に示すイオン源室の内部に配置される加熱要素を提供する。
【００５４】
上述したイオン源室のいずれも、具体的には電荷移動室は、しかるべく修正することが可能である。図８は、バーナス・タイプ源に構成された加熱要素について議論する。具体的には、イオン源１４０は、外部ハウジング１４２を備え、このハウジングは、許容温度まで冷却するための冷却システムを含み、この温度以下では、有害蒸気が内部室１４４において形成されることはない。ハウジング１４２には、加熱手段１４８を介して、加熱プレート１４６が取り付けられる。加熱プレートは、あらゆる残留イオン源材料を除毒するのに十分な熱を内部に提供する。加熱要素は、イオン源の内部を迅速に加熱および除毒する、任意の高度に抵抗性または同様の物質で構築することが可能である。加熱要素は、ＡＣ源またはＤＣ源を含む電源に電気的に接続される。
【００５５】
除毒ステップの完了後、外部ハウジング１４２を通して熱吸収流体を導入し、循環させることによって、イオン源の冷却を開始することが可能である。管１４９を流れる流体に吸収された熱は、蒸気圧縮システム１５０を介して外部源に伝達することが可能である。この実施形態は、上記で議論し、かつ１５２として示す、温度および気体監視センサをさらに装備することが可能である。接続手段１４８は、非係合加熱要素１４６を冷却するのに十分な接触冷却を提供する。
【００５６】
図８Ａは、上記で議論した加熱要素１４６を装備した図５Ａの二重室イオン源を示す。加熱プレート１４６は、あらゆる残留イオン物質を除毒するのに十分な熱を内部に提供する。加熱要素は、電荷交換室の内部を迅速に加熱および除毒する高度に抵抗性または同様の物質で構築することが可能である。加熱要素は、ＡＣ源またはＤＣ減を含む電源に電気的に接続される。
【００５７】
特定の特徴、態様、および実施形態について、本発明を本明細書において記載してきたが、本発明は、広範に変更することが可能であり、かつ当業者なら、多くの他の変形形態、修正、および他の実施形態を容易に思い付くことが理解されるであろう。したがって、特許請求の範囲は、その精神および範囲内にすべてのそのような他の変形形態、修正、および他の実施形態を包含するように、広範に解釈されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】先行技術のイオン注入装置の様々な構成要素を示す断面図である。
【図２】本発明により修正されたフリーマン・タイプ・イオン源（イオン生成装置）を示す断面図である。
【図３】温度制御ハウジングを示す図２の側面図である。
【図４】本発明により修正されたバーナス・タイプ・イオン源を示す断面図である。
【図５】本発明により修正された二重室電荷交換イオン源を示す断面図である。
【図５Ａ】本発明により修正された二重室電荷交換イオン源の他の好ましい実施形態を示す断面図である。
【図６】本発明により修正された蒸発装置を示す断面図である。
【図７】本発明により修正されたイオン・ビームのビームライン構造および経路を示す断面図である。
【図８】冷却装置および追加の加熱要素を有する、修正されたイオン源を示す断面図である。
【図８Ａ】冷却装置および追加の加熱要素を有する二重室電荷交換イオン源を示す断面図である。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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