(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
(a)  ガスイオン化領域と境を接するチャンバ壁を有し、イオンを排出するための出口開口（78）を備えるガス閉塞室（76）と、
(b) このガス閉塞室にイオン化可能なガスを配給するためのガス配給装置（122,123,126,128,144）と、
(c) イオンが前記ガス閉塞室（76）を出るときにイオンビームを形成するための構造体に対して、前記ガス閉塞室（76）を所定の位置に支持する支持体（80,82,120）と、
(d) 電子を前記ガス閉塞室（76）のイオン化領域に放出し、ガス分子をイオン化するために、前記ガス閉塞室（76）のイオン化領域に対して配置されるカソード（124）と、
(e) このカソードを支持するために前記ガス閉塞室（76）に取り付けられ、前記カソード（124）を前記ガス閉塞室（76）から電気的に絶縁する絶縁体（150）とを備えており、
(f) 前記カソード（124）は、内部領域（C）を取り囲むとともに前記ガス閉塞室内に露出する外側表面を有し、前記ガス閉塞室（76）の前記チャンバ壁と離れて前記絶縁体（150）に支持される導電性のカソード本体（160,162,164）と、このカソード本体から分離され、前記絶縁体（150）によって前記カソード本体内の内部領域(c)に支持されるフィラメント（178）とを有し、このフィラメントの加熱により、前記カソード本体から発生する電子を前記ガス閉塞室内に放出させることを特徴とする、イオン注入機用のイオン源。
【請求項２】
前記絶縁体（150）は、セラミック性の絶縁材料から構成されていることを特徴とする請求項１のイオン源。
【請求項３】
前記絶縁体（150）は、前記ガス閉塞室のチャンバ壁から伸びる取付けフランジに係合するほぼ平坦な第１表面を有する延長ブロックを有することを特徴とする請求項１のイオン源。
【請求項４】
前記絶縁体（150）は、前記カソード本体を支持するほぼ平坦なカソード第１支持面（210）と、前記カソード本体に対して離れた前記フィラメント（178）を支持するとともに前記フィラメントとカソード間の電気的絶縁を維持するほぼ平坦なフィラメント第２支持面（212）と、を有する支持本体を含んでいることを特徴とする請求項３のイオン源。
【請求項５】
前記絶縁体（150）の前記フィラメント第２支持面（212）に係合し、かつ前記カソード（124）内にフィラメント（178）を支持する第１，第２の取付けアーム（170,171）をさらに備えていることを特徴とする請求項４のイオン源。
【請求項６】
カソード（124）は、前記絶縁体（150）のカソード第１支持面（210）と係合するほぼ平坦な取付プレート（152）に接続されることを特徴とする請求項４のイオン源。
【請求項７】
前記絶縁体（150）は、この露出面から内側に凹んだ切欠き部を形成し、イオン源の作動中にイオン源から放出された材料によって前記絶縁体の露出面が被覆されるのを防止することを特徴とする請求項４のイオン源。
【請求項８】
前記ガス閉塞室（76）は、取付けフランジから外側に伸びる位置決め用ロッド（203）を有する取付けフランジを含み、前記絶縁体（150）が前記ガス閉塞室によって支持された前記ロッドに係合するための整合用開口（226）を形成していること特徴とする請求項４のイオン源。
【請求項９】
(a) ガスイオン化領域と境を接する導電性チャンバ壁を有し、イオンを排出するための出口開口（78）を備えるガス閉塞室（76）と、
(b) 前記ガス閉塞室から排出するイオンによりイオンビームを形成するための構造体に対して、前記ガス閉塞室を位置決める支持体（80,82,120）と、
(c) 前記ガス閉塞室に連通してこのガス閉塞室にイオン化可能な材料を配給するためのガス配給装置（122,123,126,128,144）と、
(d) 前記ガス閉塞室（76）によって形成されるイオン化領域にイオン化する電子を放出し、前記ガス閉塞室の内部壁内に部分的に伸びる筒状の導電性本体（160,162）を有し、さらに前記イオン化する電子を前記ガス閉塞室内に放出するため、このガス閉塞室内に面する導電性の端部キャップ（164）を有しているカソード（124）と、
(e) 前記ガス閉塞室（76）の導電性チャンバ壁と離れて前記カソード（124）の導電性本体を支持するために前記ガス閉塞室に連結される絶縁体（150）と、
(f) 前記カソードの導電性本体内の所定位置に前記絶縁体によって支持され、前記導電性の端部キャップ（164）を加熱し、かつイオン化する電子を前記端部キャップ（164）から前記ガス閉塞室のチャンバに放出させるフィラメント（178）と、を有することを特徴とする、イオン注入機用のイオン源。
【請求項１０】
前記絶縁体（150）は、前記導電性本体（160,162）を支持するほぼ平坦なカソード第１支持面（210）と、前記導電性本体に対して離れた前記フィラメントを支持するとともに前記フィラメントとカソード間の電気的絶縁を維持するほぼ平坦なフィラメント第２支持面（212）と、を有する支持本体を含んでいることを特徴とする請求項９のイオン源。
【請求項１１】
前記ガス閉塞室（76）は、前記筒状の導電性本体（160,162）を前記ガス閉塞室内に挿入するために、１つの壁に設けた開口を含み、かつ前記絶縁体（150）がチャンバ壁から離れて前記筒状の導電性本体を支持することを特徴とする請求項９のイオン源。
【請求項１２】
ガス閉塞室（76）のガスイオン化領域内に電子を放出するために、前記ガス閉塞室に対して位置決められ、筒状の導電性本体（160,162）と、この導電性本体によって支持される導電性の端部キャップ（164）とを備えて前記ガス閉塞室（76）のガスイオン化領域内に電子を放出するためのカソード（124）と、前記導電性本体内の所定位置に支持されて前記キャップを加熱し、前記端部キャップからイオン化する電子を放出させるフィラメント（178）と、前記カソードとフィラメントを互いに離間させかつこれらを前記ガス閉塞室（76）の導電性チャンバ壁に対して支持するために、前記カソード（124）を前記ガス閉塞室（76）に配置するための絶縁体（150）とを備えており、この絶縁体は、前記導電性本体（160,162）を支持するためのほぼ平坦なカソード第１支持面（210）と、前記導電性本体に対して離れた前記フィラメント（178）を支持するとともに前記フィラメントとカソード間の電気的絶縁を維持するほぼ平坦なカソード第２支持面（212）と、を有する絶縁ブロックを構成することを特徴とする、イオン化源に使用するためのカソード構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加工品のビーム処理用のイオンビームを形成するために、イオンを放出するイオン源を有する注入機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
イオン注入機は、ウエハにイオンビームを衝突させることによってシリコンウエハを処理するために使用されてきた。イオンビームは、半導体ウエハを制御された不純物濃度にドーピングして、順次、集積回路を製造するために使用される半導体ウエハを生産する。
【０００３】
このようなイオン注入機の重要なファクターは、所定時間で処理できるウエハの処理量すなわち数である。高電流イオン注入機は、イオンビームが通過する多数のシリコンウエハを移動するための回転ディスク支持体を有する。イオンビームの中で、この支持体がウエハを回転するとき、イオンビームはウエハに衝突する。中電流イオン注入機は、１度に１つのウエハを処理する。複数のウエハがカセット内に支持され、１度に１つのウエハが引き出され、そして、１つのプラテン上に載置される。
【０００４】
このウエハは、注入方向に向けられ、イオンビームが単一ウエハに衝突する。中電流イオン注入機は、初期軌道から比較的狭いビームを偏向する電気的に整形したイオンビームを用いて、全ウエハ表面を選択的にドーピングまたは処理する。
【０００５】
イオンビームを発生するイオン源は、一般的に使用とともに減退する傾向にある加熱フィラメントのカソードを有する。十分な効率でイオンを再び発生することができるように、比較的短い使用時間の後に、カソードフィラメントは取り替えなければならない。カソードフィラメントの取り替え間隔を最大にすることは、時間当りに注入されるウエハの量が増加し、その結果、注入機の効率が増加する。
【０００６】
スフェリアッゾ(Sferiazzo) 等に付与された米国特許第５，４９７，００６号は、基台により支持されかつイオン化電子をガス閉塞室内に排出するためにこのガス閉塞室に対して配置されたカソードを有するイオン源を開示している。この特許のカソードは、ガス閉塞室内に部分的に伸びるエンドキャップと筒状の導電性カソード本体である。フィラメントは筒状の本体内に支持され、電子を放出する。この電子放出は、電子衝突を介してエンドキャップを加熱してイオン化電子を熱イオン的にガス閉塞室内に放出する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、イオン注入機に用いる新規で改良されたイオン源及びそのカソード構造を提供することを目的としている。このイオン源は、プラズマ流からカソードフィラメントを遮蔽するカソードを用いる。これらのカソード及びフィラメントの構造によれば、その取り替え及び修繕を迅速に行うことができ、イオン注入機の休止時間を低減することができる。
【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、本発明に従うイオン源は、請求項に記載の各構成を有する。請求項１によれば、イオン源は、ガスイオン化領域と境を接するチャンバ壁を有し、かつイオンを排出するための出口開口を備えるガス閉塞室を含んでいる。ガス配給装置がイオン化可能ガスをガス閉塞室に配給する。支持体は、イオンがガス閉塞室を出る時にイオンビームを形成するための構造体に対して所定の位置にガス閉塞室を支持する。
【０００９】
カソードは、イオン化する電子をガス閉塞室のイオン化領域に放出し、ガス分子をイオン化するために、ガス閉塞室のイオン化領域に対して位置づけられている。絶縁体は、このカソードを支持するためにガス閉塞室に取り付けられ、カソードをガス閉塞室から電気的に絶縁する。また、カソードは、導電性のカソード本体とフィラメントとを含み、カソード本体は、内部領域を取り囲むとともに前記ガス閉塞室内に露出する外側表面を有し、前記ガス閉塞室のチャンバ壁と離れて前記絶縁体に支持される。フィラメントは、カソード本体から分離され、前記絶縁体によってカソード本体の内部領域内に支持される。このフィラメントの加熱により、イオン化する電子が前記カソード本体からガス閉塞室内に放出される。
【００１０】
絶縁体とカソードはガス閉塞室に対して位置合わせされ、フィラメントがカソード本体から電気的に分離される。この好ましい絶縁体は、アルミナから構成されたセラミックブロックである。この絶縁ブロックは、絶縁体の露出面から内側に伸びる切欠き部を形成し、イオン源の作動中イオン源によって放出された材料により露出面が被覆されるのを防ぐ。この絶縁体ブロック上に導電材料を堆積させるような絶縁体の構造は、イオン源の性能劣化を低減する。
【００１１】
さらなる本発明の特徴は、当業者であれば、以下の記載及びこれに付随する図面を参照した本発明の好適な実施の形態についての詳細な説明から明白となるであろう。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１はイオンビーム注入機１０を示しており、この注入機は、本発明に係るイオン源１２と、高電圧ハウジング１６に支持されたビーム用の質量分析磁石１４とを有する。イオン源１２から放出されるイオンビーム２０は、ハウジング１６の外に出る制御された軌道経路を通って排気管１８を介してイオン注入室２２に入る。イオン源１２から注入室２２へのイオンビーム２０の軌道経路に沿って、イオンビームは形を整え、濾過され、そして加速されて所望の注入エネルギーになる。
【００１３】
分析磁石１４は、適当な質量対電荷比を備えたイオンだけをイオン注入室２２に到達できるようにさせる。イオンビーム２０がハウジング１６を出る領域では、イオンビームは、高電圧ハウジング１６をイオン注入室２２から分離する電気絶縁材料で作られた高電圧分離用ブッシュ２６を通過する。
【００１４】
イオン注入室２２は移動可能な基台２８上に支持され、イオンビーム２０に対して注入室が軸合わせできるようになっている。１つ以上のシリコンウエハが、軸線４２の回りに回転するように取り付けられたウエハ支持体４０上に支持され、これにイオンビーム２０が衝突する。ウエハ支持体４０は、その外周回りに多数のシリコンウエハを支持し、これらのウエハを円形経路に沿って移動する。
【００１５】
イオンビーム２０は、各ウエハに衝突し、選択的にウエハにイオン不純物をドーピングする。支持体とウエハを回転するモータ５０によって、ウエハ支持体の高速回転が発生する。リニア駆動部５２によって支持体４０は注入室２２内を前後に移動して位置決めされる。この支持体４０は、未処理のウエハが注入室２２内に移動でき、かつウエハをこの注入室から引き出すことができるように配置されている。
【００１６】
従来のイオン注入システムに関して詳細な点は、アームストロング(Armstrong) 等に付与されかつ本出願人に譲渡された米国特許第４，６７２，２１０号に記載されており、これらの主要構成は、ここに参考文献として包含される。
【００１７】
シリコンウエハは、ロボットアーム７０によって真空ポート７１を介してイオン注入室２２内に挿入される。この注入室２２は、排気チューブ１８に沿う圧力に等しい低い圧力に真空ポンプ７２によって排気されている。ロボットアーム７０は、ウエハを収納するためにカセット７３との間でウエハを出し入れする。この移送を実現する機構は、従来から良く知られている。付加的な真空ポンプ７４，７５がイオン源１２からイオン注入室２２へのイオンビーム通路を排気する。
【００１８】
イオン源１２は、高密度のプラズマアーク室（ガス閉塞室）７６（図２参照）を含み、このアーク室７６は、前壁に設けた細長く、ほぼ楕円形状の出口開口７８を有して、この開口を介してイオン源（図４参照）からのイオンを放出する。アーク室７６は、高電流ハウジング１６内に支持されたフランジ８２に取付けられたほぼ円筒のイオン源ハウジング８０によって、イオンビーム通路に対して位置決められている。
【００１９】
更なる詳細なイオン源の１つの従来例については、ベンベニステ(Benveniste)等に付与され、本出願人に譲渡された米国特許第５，０２６，９９７号に開示されており、これらは、ここに参考文献として包含される。イオンがプラズマアーク室７６から放出されると、これらのイオンは、このアーク室から離れて出口開口の直ぐ外側に配置された引出し電極（図１参照）９０によって設定された電界により加速される。
【００２０】
分析磁石１４は、磁界を発生して正しい質量を有するイオンを注入軌道に偏向させる。これらのイオンは、分析磁石１４を出て、注入室２２に導く軌道経路に沿って加速される。注入コントローラ８２は、高電圧ハウジング１６内に配置され磁界巻線に流れる電流を制御することによって分析磁石１４の磁界の強さを調整する。
【００２１】
イオン源１２は、イオン注入に用いられるイオンとは異なる質量の多くのイオンを作り出す。これらの望まないイオンは分析磁石によって偏向され、注入軌道からは外れる。重いイオンが大きい半径軌道に従う。例えば、注入に用いられたイオンよりも軽いイオンはより小さい半径軌道に従う。
【００２２】
イオン源
本発明に係るイオン源１２（図２〜図５参照）は、イオン源ハウジング８０の後壁８２によって支持されるイオン源ブロック（支持体）１２０を含んでいる。このイオン源ブロックは、プラズマアーク室７６を支持し、かつ本発明の好ましい形態ではアーク室７６から電気的に離れて支持されている電子放出カソード１２４を支持する。
【００２３】
図示されていないイオン源用磁石は、プラズマアーク室７６を取り巻き、注入室７６内の狭く抑制された軌道経路にプラズマ発生電子を閉じ込める。イオン源ブロック１２０は、蒸気オーブン１２２，１２３を収容するキャビティを形成しており、このオーブンはガスに気化され、そして配給ノズル１２６，１２８によってプラズマアーク室７６に噴射されるひ素等の気化可能な固体が満たされている。
【００２４】
プラズマアーク室（ガス閉塞室）７６は、細長い金属製鋳造体であり、２つの細長い側壁１３０ａ、１３０ｂ、頂部壁１３０ｃ、底部壁１３０ｄ、及び前壁を形成するプレート１３２からなるチャンバ壁によって囲まれた内部イオン化領域Ｒを形成している。このアーク室には、２つの側壁１３０ａ，１３０ｂから外側に延出する支持フランジ１３４がアーク室を取り付けるために設けられている。
【００２５】
プレート１３２は、ハウジング８０に対して軸合わせされている。トルーエイラ(Trueira) 等に付与され、ここに参考文献として包含された米国特許第５，４２０，４１５号に記載されているように、プレート１３２は、ハウジング８０に取り付けられる整合用固定具９５に取付られている。要するに、この整合固定具９５は、その固定面がイオンビーム軸に対して垂直であるようにハウジング８０内に挿入される。整合用固定具に取り付けられた丸いヘッドピンＰ上に捕られることによって、イオン源が適所に整合用固定具に連結される。
【００２６】
４つの細長いボルト１３６がフランジ１３４内の４つの孔１３８を貫通してイオン源ブロック１２０のねじ孔１４０に螺合する。ボルト１３６はブッシュ１４６を貫通し、バネ１４８がイオン源ブロック１２０から離れる方向にアーク室７８を付勢し、整合用固定部９５によってアーク室７８を捕捉することが容易となる。
【００２７】
４つのピン１５３（図８にはそのうちの１つのみが見える。）がアーク室のフランジ１３２の４つのコーナー名の開口１５１を通過して伸びている。これらのピンは、ばね１５２によってイオン源ブロック１２０から離れる方向にばね付勢されている。わずかに大きくなったピンの端部１５０ａは、プレート１３２内に嵌り、このプレートとアーク室７６とが一体に連結される。
【００２８】
気化材料は、配給ノズル１２６，１２８によって、支持ブロック１２０からプラズマアーク室の内部に射出される。アーク室の両側の通路１４１は、チャンバ本体を介してチャンバ後方から伸びてプラズマアーク室の内部に開口する。さらに、ガスは、チャンバの後壁１３０ｅにあるポート即ち開口１４２によっアーク室７６内に直接導かれる。ノズル１４４は、開口１４２に接しており、ガスをイオン源の外部にある供給源からアーク室７６内に直接噴射する。
【００２９】
開口１５８を形成する壁１３０ｄは、カソード１２４が壁１３０ｄに触れることなくプラズマアーク室７６の内部に伸びることができるように寸法づけられる。このカソード１２４は、絶縁体１５０（絶縁ブロックともいう。）によって支持され、絶縁体は、アーク室の後壁に取付られる。開口１５８内に嵌り込むカソード本体は、絶縁体１５０によって支持された金属取付プレート１５２に取付られる。
【００３０】
カソード本体は、３つの金属部材１６０，１６２，１６４から構成されている。カソード１２４の外側の筒状部材１６０は、モリブデン合金材料から作られている。筒状部材１６０の下方端１６１は取付けプレート１５２に当接する。
【００３１】
内部筒状部材１６２もまたモリブデン合金材料から作られ、ねじ切りされた下方端部１６３を備えている。このねじ付き下方端部１６３は、取付けプレート１５２内のねじ付き孔１６７に螺合する。この筒状部材１６０，１６２は、好ましくは円筒形状である。
【００３２】
カソード１２４の端部キャップ１６４（図１３参照）は、導電性でかつタングステン材料から作られている。キャップ１６４は、筒状部材１６２の端部のカウンターボア内に嵌合する。このカウンターボアは、内方に伸びた座を有し、この座は、キャップ１６４の直径よりもわずかに小さい内径を有する。カソード１２４の組立時、キャップは、筒状部材１６２に圧入され、イオン注入作業中、摩擦により適所に保持される。内側及び外側の筒状部材１６０，１６２は、外側筒状部材１６０の端部を越えてアーク室内の上方にキャップが伸びるように、その長さが設定されている。
【００３３】
２つの導電性取付けアーム１７０，１７１は、カソード１２４内にフィラメント１７８を支持する。このアーム１７０，１７１は、コネクタ１７２によって絶縁ブロック１５０に直接取付けられており、コネクタ１７２はアームを貫通して絶縁ブロック１５０に設けたねじ付き孔に螺合する。導電性の励起バンド１７３，１７４はフィラメントに結合されて、電力供給用フィードスルー１７５，１７６を介してハウジング８０のフランジ８２を通って導かれた信号によって励起する。
【００３４】
２つのクランプ部１７７ａ，１７７ｂは、カソードの最内側の筒状部材１６２によって形成された空洞部（内部領域）Ｃ内にあるタングステンフィラメント１７８を固定する。このフィラメント１７８は、らせんループに形成するように曲げられたタングステンワイヤにより作られる。フィラメント１７８の両端部は、第１，第２のタンタル製の脚部１７９ａ，１７９ｂによって支持され、この脚部は、クランプ部１７７ａ，１７７ｂによって２つの取付けアーム１７０，１７１と電気的に接触している。
【００３５】
タングステンワイヤのフィラメント１７８が、電力供給用フィードスルー１７５，１７６間の差電圧が付加されることにより励起されると、フィラメントは、カソード１２４のキャップ１６４に向けて加速されそして衝突する電子を放出する。
【００３６】
キャップ１６４が電子衝突によって十分加熱されると、電子をアーク室７６内に放出し、この室内でガス分子を衝突させ、イオンを作り出す。イオンプラズマが形成され、このプラズマ内のイオンがイオンビームを形成するために開口７８から放出される。キャップ１６４は、フィラメントが室内のイオンプラズマと接触しないように遮蔽し、フィラメントの寿命を伸ばす。さらに、フィラメントを支持する方法により、フィラメントの交換を容易にする。
【００３７】
カソード１２４によって発生する電子は、アーク室７６内に放出されるが、ガスイオン化領域内のガス分子が反射電極(repeller)１８０の近くに移動するように引き付けはしない。反射電極１８０は、アーク室７６内に配置された金属部材１８１を含み、このアーク室は、ガス分子と接触するためにガスイオン化領域内に戻るように電子を反射させる。この金属部材１８１は、モリブデンで作られている。セラミック絶縁体１８２は、プラズマアーク室７６の下方壁130cの電圧から反射電極部材１８１を絶縁する。カソード１２４と反射電極１８０は、アーク室の壁面から電気的かつ熱的に分離されている。イオンが絶縁体１８２を被覆するのを防止する金属キャップ１８４によって、反射電極部材１８１の短絡が防止される。
【００３８】
アーク室７６の壁面は、局部接地電位または基準電位に保持される。このカソードの端部キャップ１６４を含む、カソードは、アーク室の壁の局部接地電位よりも低い５０〜１５０ボルトの範囲の電位に保持される。カソードを支持するプレート１５２に電気導体１８７を取り付けることによって、この電位は、電力供給用フィードスルーによりプレート１５２に伝達される。フィラメント１７８は、端部キャップ１６４のそれより低い２００〜６００ボルトの電圧範囲に保持される。フィラメントとカソードとの間の大きな差電圧は、端部キャップ１６４を十分に加熱するフィラメントをそのままにして、電子に高いエネルギーを分与する。反射電極部材１８１は、アーク室７６内のガスプラズマの電位で浮動できるようになっている。
【００３９】
スフェリアッゾ(Sferiazzo) 等に付与された米国特許第５，４９７，００６号は、カソードとアノード（アーク室のチャンバ壁）の間のアーク電流を制御する回路の概略を記述している。この回路の作動も、上記米国特許に記載されており、これらもここに包含される。イオンの発生中に、イオン源は、イオン化エネルギーをアーク室内に噴射することにより熱くなる。このエネルギーの全てがアーク室内のガスをイオン化できるわけではなく、ある程度の熱が発生する。アーク室は、イオン源ブロック内に冷却水を導き、熱せられた水がアーク室の領域から離れるように導かれる管継手１９０，１９２を有している。
【００４０】
絶縁体（絶縁ブロック）１５０
アーク室からカソードを絶縁するために、絶縁ブロックは、フィラメントがカソード本体に対して位置決められ、かつカソード本体はアーク室に対して位置決められている。図９〜図１２は、より詳細な絶縁ブロックを示している。
【００４１】
この絶縁ブロック１５０は、９９％純粋なアルミナ（Al2O3)から構成された細長いセラミックの電気絶縁ブロックである。この絶縁ブロックは、その長さ及び幅方向に伸びたほぼ平坦な第１表面２００を有する。この第１表面２００はカソード取付けフランジ２０２（図１７参照）に係合し、ガス閉塞室７６の後壁１３０ｅから伸びている。第１表面２００とは反対側の絶縁ブロックの側面には、絶縁ブロック１５０は、カソード１２４を支持するためのほぼ平坦なカソード第１支持面２１０と、このカソードと離間したカソードフィラメント１７８を支持するためのほぼ平坦なフィラメント第２支持面２１２とを形成する。
【００４２】
図９の平面図から最も明らかなように、カソード支持面２１０は、２つのコーナー切欠き部２２０，２２１を有し、そこに開口２２２，２２３を有する。この開口は切欠き部によって形成された絶縁ブロックの幅が減少した部分を貫通している。
【００４３】
２つのコネクタ２２４は、開口２２２，２２３から延在する拡径ヘッド２２５を有し、絶縁ブロックをアーク室７６のフランジ２０２に取り付けられる。このコネクタ２２４は、その長さ方向に沿ってねじ切りされている。これらのコネクタは、フランジ２０２内の開口２０４に螺合する。バッキングプレート２０６（図７参照）もねじ付き開口を有し、その中にコネクタが延在し、絶縁ブロック１５０をアーク室７８に確実に固定する。絶縁ブロック１５０がアーク室に取付られるとき、ほぼ平坦な第１表面２００は、アーク室の後壁１３０ｅに対してほぼ垂直となる角度に伸びている。２つの位置決めピン２０３は、フランジ２０２の表面202aから離れる方向に伸びている。これらのピンは、対向する孔２２６に嵌合し、設置時に絶縁ブロックと整合できるように、絶縁体の表面２００内に形成されている。
【００４４】
図面に見られるように、３部品構成のカソード本体を支持する金属プレート１５２がブロックのカソード支持面２１０に対向して配置され、かつ、この表面から離れるように伸びて、カソード本体を孔１５８に一致できるようにする。ねじ付きコネクタ２２８は、絶縁ブロック１５０の表面２００内に２つの凹んだウエル内に伸び、かつこのブロック１５０内の孔２３２を通過して、プレート１５２のねじ付き孔２３４に嵌り込む。
【００４５】
２つの位置決めピン２３６は、プレート１５２によって担持される。このプレートは絶縁ブロック１５０に取付られるので、これらのピンは、ブロック１５０内の孔２３８と整合するように伸びている。これは、ブロックとプレートの整合を助け、カソードの組立時のみならずイオン注入機の使用後のカソードのメインテナンス時においても修正を容易にする。
【００４６】
プレート１５２は、ブロック１５０に取付られ、さらにブロックがアーク室に取付られると、プレート１５２に設けたねじ付き孔１６７は、３部品のカソード本体をアーク室内の壁１３０ｄを貫通する孔１５８に対して整合するように位置決める。
【００４７】
延長された第１、第２の取付けアーム１７０，１７１の平坦な表面２４０は、係合しかつ絶縁体１５０の最大厚さにより表面２００から離れた絶縁体のフィラメント第２支持面２１２によって支持される。ねじ付きコネクタ２５０は、取付けアーム１７０，１７１に設けた孔２５２を貫通した拡径ヘッドを有し、さらに、フィラメント第２支持表面２１２内のねじ孔２５４内に螺合する。
【００４８】
図７に最も良く見られるように、絶縁体の２つの平坦な第１，第２支持面２１０，２１２の間の相対間隔は、取付けアーム１７０，１７１の表面２４０とプレート１５２の表面２６２との間のギャップＧを形成する。このギャップ及びセラミックが電気絶縁材料で作られた事実により、互いからもまたカソード本体を支持するプレート１５２からも２つの取付けアームを電気的に分離する。
【００４９】
フィラメントを支持する取付けアーム１７０，１７１にある各孔は、絶縁体１５０にある孔と一致し、かつカソード本体の内側内のフィラメント１７８を正確に位置決める。
【００５０】
図９ないし図１２に見られるように、セラミックの絶縁本体は、多数の細長い溝または通路Ｎ１〜Ｎ３を形成する。これらの溝は、絶縁ブロック１５０のほぼ平坦な表面を分断する、アーク室の近くに取付られるとき、この絶縁ブロックは、イオンで被覆される。スフェリアッゾ(Sferiazzo) 等に付与された米国特許第５，４９７，００６号に開示された絶縁体は、イオン源の作動中、表面が被覆される状態に晒される。この被覆は、イオン源の未熟アーク形成またはショーティングや不完全さを導くことになる。単一の絶縁ブロック１５０における通路Ｎ１ないしＮ５は、このブロック自体の陰となり、イオンが絶縁ブロックを横切って連続する表面を被覆することがなく、かつそれによりアークの未成熟を低減できる。
【００５１】
カソードキャップ１６４
カソードキャップ１６４は、アーク電流をアーク室に供給する機械加工されたタングステンの熱イオン放射器である。上記スフェリアッゾの特許に開示された単純なディスク形状のキャップは、この特許明細書に示されたカソード構造と両立できる他のキャップ１６４に置き換えられる。
【００５２】
キャップ１６４は、縮径した放射面１６５と内部筒状部材１６２の端部に置かれる広いフランジ表面とを有する。また、キャップ１６４は、絶縁ブロック１５０を含む支持体の温度負荷をかなり低下させる。さらに、このキャップ１６４は、一定のアーク電流に対してフィラメントを励起するのに必要な熱量が少なくてすむので、フィラメントの熱量をより有効に利用できる。このキャップは、現在のアーク室の制御電子機器を用いて達成されるより高いアーク電流を使用できる。
【００５３】
このキャップを用いることによって、全てのイオン種、特に多数の荷電イオンを効率良く製造することができる。単独に荷電されたイオンの場合、分子イオンの分離作用（例えば、ＢＦ３及びＢＦ２の分離作用）における顕著な増加によって効率を向上させる。より高い電子電流密度（減少した放射領域による）及びより高いエミッタ温度（より小さい熱容量と改良されたエミッタの熱的遮断による）の組み合わせが、多数の荷電イオンの大部分に対して引き起こされる
上述した本発明の好ましい実施の形態から、当業者であれば、改良、変更、修正ができることは明らかであろう。このような全ての改良、変更、修正は、本発明の特許請求の範囲によって包含されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】回転支持体に取付られたシリコン等の加工物をイオンビームで処理するためのイオン注入機の概略図である。
【図２】図１のイオン注入機において、イオンビームを作り出す本発明のイオン源を示す一部断面図である。
【図３】イオン減のカソードの一部を形成する遮蔽されたフィラメントを励起するための電気接続を示すイオン源の平面図である。
【図４】イオンがイオン源から出るアークスリットを示すイオン源の立面図である。
【図５】イオン源のカソードを取り付けるための構造を示す拡大平面図である。
【図６】図５の６−６線からみた図である。
【図７】図５の７−７線からみた図である。
【図８】本発明に従うイオン源の分解斜視図である。
【図９】イオンプラズマ室からカソードを電気的に分離するために用いる絶縁ブロックの上面図である。
【図１０】図９の平面１０−１０からみた図である。
【図１１】図９に示された絶縁ブロックの底部平面図である。
【図１２】図８に示された絶縁ブロックの部分的に切断してみた立面図である。
【図１３】イオン源の作動中にイオン化電子をアーク室内部に放出するカソードキャップの立面図である。
【図１４】イオン源のアーク室を示す前面図である。
【図１５】図１４の１５−１５面からみたアーク室の図である。
【図１６】図１５の１６−１６面からみたアーク室の図である。
【図１７】図１４の１７−１７面からみたアーク室の図である。
【図１８】図１４の１８−１８面からみたアーク室の図である。
【図１９】アーク室内に配置されるカソード本体を取り付けるための取付プレートの平面図である。
【図２０】図１９の２０−２０線からみた取付プレートの図である。
【符号の説明】
１０  イオン注入機
１２  イオン源
１４  分析磁石
２０  イオンビーム
２２  イオン注入室
４０  支持体
７６  アーク室
７８  出口開口
８０  イオン源ハウジング
８２  フランジ
９０  引出し電極
１２０  イオン源ブロック
１２４ カソード
１５０  絶縁ブロック
１６４  キャップ
１７８  フィラメント
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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