(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アークチャンバーと、前記アークチャンバーの長手方向の両内側に対称にかつ対向して配置された熱電子発生源とからなり、前記アークチャンバーに外部磁場を設け、前記アークチャンバーの長手方向と前記外部磁場の磁場方向を一致させてなるイオン発生装置において、
前記熱電子発生源は、それぞれ、フィラメントと、前記フィラメントを覆うカソードキャップとから構成され、前記カソードキャップのそれぞれの間を電気的に接続して、前記カソードキャップのそれぞれに等しい電圧を印加し、
前記フィラメントを加熱して発生した熱電子が、前記カソードキャップと前記フィラメントとの間の電圧により加速され、前記カソードキャップに流れ込むことにより前記カソードキャップを加熱し、
加熱された前記カソードキャップから発生した熱電子を前記アークチャンバー内に放出させるとともに、前記熱電子を、前記カソードキャップのそれぞれの間で互いに反射させるように構成したことを特徴とするイオン発生装置。
【請求項２】
請求項１記載のイオン発生装置を用いた半導体製造用のイオン注入装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、デュアルカソードを用いたイオン発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の間接カソード加熱型のイオン発生装置について図３を参照して説明する。なお、この種のイオン発生装置は、一例として特開平８−２２７６８８号公報に記載されている。
【０００３】
図３は、従来のイオン発生装置のアークチャンバー内を示す。砒素等の蒸発物質は、支持ブロック（図示せず）からアークチャンバー７の両側の突起部９内の導管１０によってアークチャンバー７の内部へ注入される。導管１０は、アークチャンバー７に開いているポート１１まで突起部９を介して延在している。また、ガスは、アークチャンバー７の後壁のポート又は開口１２からアークチャンバー７内へ直接送り込むことができる。
【０００４】
カソード１３から発生した熱電子をより効果的に利用するための反射電極１６が、カソード１３と反対側に設けられている。反射電極部材１７は、モリブデン製である。
【０００５】
ボルト１８によりアークチャンバー７に固定されたセラミック絶縁体１９が、反射電極部材１７をアークチャンバー７の壁の電位から隔離している。従って、カソード１３、及び反射電極１６はアークチャンバー７の壁から電気的に絶縁されている。
【０００６】
イオンがセラミック絶縁体１９を被覆しないようにする金属カップ２０によって反射電極部材１７の短絡が阻止されている。
【０００７】
この反射電極部材１７は電気的に絶縁されているため、この電極を通してプラズマ中の電子がアークチャンバー７に逃げることはない。結果として、電子をプラズマ側に跳ね返し、電子をより効果的に利用することに寄与する。
【０００８】
アークチャンバー７の壁は、局所大地すなわち基準電位に保持されている。カソード１３は、カソードキャップ１を含めて、アークチャンバー７の壁の局所大地電位より低い５０〜１５０ボルトの電位に保持されている。この電位は、取付けプレート１５に接続した導体を励起する電力フィードスルーによって維持される。フィラメント３は、カソードキャップ１より低い３００〜６００ボルトの電位に保持されている。フィラメント３とカソード１３との間の大きい電圧差によって、カソードキャップ１を加熱して熱電子的に電子をアークチャンバー７へ放出することができる高エネルギが、フィラメント３から放出される電子に与えられる。反射電極部材１７は、アークチャンバー７内のガスプラズマの電位で変動することができる。
【０００９】
なお、カソード１３は取付プレート１５に固定され、取付プレート１５はボルト２１及びインシュレーター２２により、電気的には絶縁された状態で、アークチャンバー７に固定されている。
【００１０】
この種のイオン発生装置では、カソード１３から放出される熱電子を有効利用するために、矢印方向に外部磁場がかけられている。熱電子発生源であるカソードキャップ１は、磁場方向片側（下部）に配置されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来のイオン発生装置では、熱電子発生源であるカソードキャップは、片側だけに配置されている。したがって、アークチャンバー内のプラズマ密度及びプラズマ温度等の所要のイオンの収率に影響を及ぼす重要な要因が、アークチャンバー内で不均一になることが予測される。
【００１２】
そこで、本発明は、前記従来のイオン発生装置の欠点を改良し、アークチャンバー内のプラズマ密度及びプラズマ温度等の所要のイオンの収率に影響を及ぼす重要な要因を、アークチャンバー内で均一にすることを図るものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するため、アークチャンバーと、前記アークチャンバーの長手方向の両内側に対称にかつ対向して配置された熱電子発生源とからなり、前記アークチャンバーに外部磁場を設け、前記アークチャンバーの長手方向と前記外部磁場の磁場方向を一致させてなるイオン発生装置において、前記熱電子発生源は、それぞれ、フィラメントと、前記フィラメントを覆うカソードキャップとから構成され、前記カソードキャップのそれぞれの間を電気的に接続して、前記カソードキャップのそれぞれに等しい電圧を印加し、前記フィラメントを加熱して発生した熱電子が、前記カソードキャップと前記フィラメントとの間の電圧により加速され、前記カソードキャップに流れ込むことにより前記カソードキャップを加熱し、加熱された前記カソードキャップから発生した熱電子を前記アークチャンバー内に放出させるとともに、前記熱電子を、前記カソードキャップそれぞれの間で互いに反射させるように構成したイオン発生装置及びこのイオン発生装置を用いた半導体製造用のイオン注入装置を、手段として採用する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態例について図１と図２を参照して説明する。なお本実施の形態例における従来の技術と同様の事項の説明は、省略する。
【００１５】
図１は、本実施の形態例におけるアークチャンバーの断面図、図２は、本実施の形態例におけるアークチャンバーの模式図である。アークチャンバー７内の上下両部にカソード１３，１４が配置され、カソードキャップ１，２とフィラメント３，４はアークチャンバー７の磁場方向に対称に配置されている。なお、取付プレート１５の電位を両側同じにするための接続プレート８が、ボルト２１により固定されている。
【００１６】
フィラメント３，４に直流電流を流すことにより、フィラメント３，４を加熱して熱電子５を発生させる。発生した熱電子５は、カソードキャップ１，２とフィラメント３，４との間の電圧により加速され、カソードキャップ１，２に流れ込み、カソードキャップ１，２を加熱する。カソードキャップ１，２は、熱電子反射機能も有する。
【００１７】
加熱されたカソードキャップ１，２は、さらにアークチャンバー７内に熱電子６を供給し、これによりプラズマが発生して維持される。
【００１８】
このプラズマ中の陽イオンは、アークチャンバー７の開口部（図示されていないが、図１と図２の正面に形成されている。）から、引き出し電極の電界により引き出され、イオン注入等の目的に使用される。
【００１９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、アークチャンバーの磁場方向に対称に熱電子発生源を配置したことにより、アークチャンバー内のプラズマ密度及びプラズマ温度等の要因を、所要のイオンの収率増大に適した値で、アークチャンバー内においてかたよりなく均一にすることができる。また、両カソードキャップを対向させることによって、発生した熱電子を外部磁場の磁場方向（図１参照）と一致した方向において、互いに反射させるように構成したから、アークチャンバー内に別に反射部材を設ける必要がなく、磁場の中で効率良く熱電子を反射させることができ、また、対向した両カソードキャップの反射面とそれらの間の磁場により最短距離による熱電子の反射運動を得ることができる。更に、両カソードキャップは、両フィラメントによって間接加熱されて熱電子を発生するとともに、アークチャンバーの磁場方向に沿って対称に配置されるように構成したので、両フィラメントは、両カソードキャップによって保護されるとともに、２つのカソードキャップによって、１つのカソードキャップしかないものと対比して、消耗が減少される。更に、カソードから放出される熱電子を有効利用するために、かけられている外部磁場の磁場方向の両側から均一に熱電子を発生させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態例おけるアークチャンバーの断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態例におけるアークチャンバーの模式図である。
【図３】従来のイオン発生装置におけるアークチャンバーの断面図である。
【符号の説明】
１    カソードキャップ
２    カソードキャップ
３    フィラメント
４    フィラメント
５    熱電子
６    熱電子
７    アークチャンバー
８    接続プレート
９    継手
１０    導管
１１    ポート
１２    開口
１３    カソード
１４    カソード
１５    取付けプレート
２１    ボルト
【図１】
0003899161.tif 000002
【図２】
0003899161.tif 000003
【図３】
0003899161.tif 000004