JP3724311B2 - Ion beam generator - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば半導体基板へのイオン注入等に用いられる装置であって、常温で液体または固体の原料物質を加熱して原料ガスを発生させてイオン源に供給する構成のイオンビーム発生装置に関し、より具体的には、原料ガスを通すガスライン中で原料物質が析出することを抑制する手段に関する。
【0002】
【従来の技術】
この種のイオンビーム発生装置の従来例を図2に示す。このイオンビーム発生装置は、常温で液体または固体の原料物質が収納された原料ガス源2と、この原料ガス源2を設定温度に加熱してその内部の前記原料物質を気化させて原料ガス4を発生させる加熱器6と、前記原料ガス源2から供給される原料ガス4を通すものであって当該原料ガス4の流量を調節する流量調節器10と、この流量調節器10から供給される前記原料ガス4を電離させてイオンビーム14を発生させるイオン源12と、前記原料ガス源2と前記流量調節器10との間に設けられていてガス流を制御(例えば開閉)するバルブ(弁)8と、前記原料ガス源2、前記バルブ8、前記流量調節器10および前記イオン源12の間を接続するガス配管16とを備えている。
【0003】
原料ガス源2内に格納されている常温で液体または固体の原料物質は、例えば常温で液体または固体の有機金属(例えばトリメチルインジウム、トリエチルインジウム)等である。
【0004】
イオン源12は、例えば特開平9−35648号公報に記載されているようなバーナス(Bernus)型イオン源、あるいは周知のフリーマン型イオン源等である。
【0005】
ガス配管16の周りには、テープ状のヒータ20を巻いている。このヒータ20によって、ガス配管16の全体をほぼ一定温度T0 に加熱して、ガス配管16中で原料ガス4から原料物質が析出することを抑制するようにしている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところが上記イオンビーム発生装置においては、ガス配管16へのヒータ20の巻き付けの不均一や、外気との熱交換の不均一等によって、原料ガス4のガスライン(原料ガス4の経路)中に局所的に温度の不均一が生じやすく、そのような箇所では原料ガス4が液化または固化して原料物質の析出が起こりやすい。特に、バルブ8や流量調節器10の入口付近では、ガスのコンダクタンスが悪化して原料ガス4の濃度(ガス圧)が上がるため、析出がより起こりやすい。
【0007】
このような析出が起こると、運転時間経過と共に析出物が徐々に成長するので、ガス配管16、バルブ8、流量調節器10等が詰まる原因になる。その結果、イオン源12に原料ガス4を安定して供給することが困難になり、ひいてはイオンビーム14を安定して発生させることが困難になる。
【0008】
そこでこの発明は、原料ガスを通すガスライン中で原料物質が析出することを抑制して、イオン源に原料ガスを安定して供給することができるようにすることを主たる目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
この発明のイオンビーム発生装置は、前記原料ガス源から前記バルブの入口付近までの前記ガス配管、前記原料ガス源および前記加熱器を格納していてそれらを第1の設定温度に加熱する第1のオーブンと、この第1のオーブンの出口から前記流量調節器の入口付近までの前記ガス配管および前記バルブを格納していてそれらを前記第1の設定温度よりも高い第2の設定温度に加熱する第2のオーブンと、この第2のオーブンの出口から前記イオン源の入口付近までの前記ガス配管および前記流量調節器を格納していてそれらを前記第2の設定温度よりも高い第3の設定温度に加熱する第3のオーブンとを備えることを特徴としている。
【0010】
上記構成によれば、イオン源に原料ガスを供給するガスラインを、格納物全体を設定温度に加熱する第1ないし第3のオーブン内に分けて格納しているので、各オーブン内において、局所的な温度の不均一発生を防止して、ガスラインの温度を均一化することができる。それによって、各オーブン内におけるガスライン中での原料物質の析出を抑制することができる。これが第1の作用である。
【0011】
しかも、前述したようにバルブや流量調節器の入口付近では、ガスのコンダクタンスが悪化して原料ガスの濃度が上がり、しかも下流側に位置する方がガス濃度がより上がる傾向にあるけれども、この発明ではそのような傾向に合わせて、下流側のオーブンほど加熱の設定温度を高くして温度勾配を持たせているので、原料物質の析出をより効果的に抑制することができる。これが第2の作用である。
【0012】
この発明によれば、上記のような第1および第2の作用によって、原料ガスを通すガスライン中で原料物質が析出することを効果的に抑制することができるので、イオン源に原料ガスを長期間安定して供給することができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
図1は、この発明に係るイオンビーム発生装置の一例を示す図である。図2に示した従来例と同一または相当する部分には同一符号を付し、以下においては当該従来例との相違点を主に説明する。
【0014】
このイオンビーム発生装置は、前記原料ガス源2から前記バルブ8の入口付近までの前記ガス配管16、前記原料ガス源2および前記加熱器6を格納していてそれらを第1の設定温度T1 に加熱する第1のオーブン31と、この第1のオーブン31の出口から前記流量調節器10の入口付近までの前記ガス配管16および前記バルブ8を格納していてそれらを前記第1の設定温度T1 よりも高い第2の設定温度T2 に加熱する第2のオーブン32と、この第2のオーブン32の出口から前記イオン源12の入口付近までの前記ガス配管16および前記流量調節器10を格納していてそれらを前記第2の設定温度T2 よりも高い第3の設定温度T3 に加熱する第3のオーブン33とを更に備えている。即ち各オーブン31〜33は、互いに独立して温度調節を行うことができる。
【0015】
更にこの例のイオンビーム発生装置は、前記ガス配管16の周りに設けられた第1ないし第3のヒータ21〜23を有している。しかもこの各ヒータ21〜23は、従来例と違って、ゾーンごとに、より具体的には各オーブン31〜33内ごとに、互いに独立しており、互いに独立して温度調節を行うことができる。そしてこのイオンビーム発生装置では、第1のオーブン31内の第1のヒータ21はオーブン31内のガス配管16を前記第1の設定温度T1 とほぼ等しい設定温度T1′に加熱し、第2のオーブン32内の第2のヒータ22はオーブン32内のガス配管16を前記第2の設定温度T2 とほぼ等しい設定温度T2′に加熱し、第3のオーブン33内の第3のヒータ23はオーブン33内のガス配管16を前記第3の設定温度T3 とほぼ等しい設定温度T3′に加熱するように加熱温度を設定している。
【0016】
各ヒータ21〜23は、例えば、ガス配管16の周りに巻いたテープ状のヒータ(これはリボンヒータとも呼ばれる)で構成するのが好ましい。そのようにすれば、各ヒータの取り付けおよびガス配管16の均一加熱が容易になる。
【0017】
上記各設定温度の関係を式で表せば次のとおりである。
【0018】
【数1】
T1 (≒T1′)<T2 (≒T2′)<T3 (≒T3′)
【0019】
このイオンビーム発生装置によれば、イオン源12に原料ガス4を供給するガスラインを、格納物全体を設定温度に加熱する第1ないし第3のオーブン31〜33内に分けて格納しているので、各オーブン31〜33内において、局所的な温度の不均一発生を防止して、ガスラインの温度を均一化することができる。それによって、各オーブン31〜33内におけるガスライン中での原料物質の析出を抑制することができる。
【0020】
しかも、前述したようにバルブ8や流量調節器10の入口付近では、ガスのコンダクタンスが悪化して原料ガス4の濃度が上がり、しかも下流側に位置する方がガス濃度がより上がる傾向にあるけれども、この装置ではそのような傾向に合わせて、下流側のオーブンほど加熱の設定温度を高くして温度勾配を持たせているので、原料物質の析出をより効果的に抑制することができる。
【0021】
このようにして、原料ガス4を通すガスライン中で原料物質が析出することを効果的に抑制することができるので、イオン源12に原料ガス4を長期間安定して供給することができる。その結果、イオン源12からイオンビーム14を長期間安定して発生させることが可能になり、メンテナンス作業の低減および装置稼働率の向上等を図ることができる。
【0022】
上記各オーブン31〜33の各設定温度T1 〜T3 間の温度差は、即ちT1 とT2 間の温度差およびT2 とT3 間の温度差は、それぞれ、例えば5℃〜10℃程度にするのが好ましい。これより小さい温度差では、バルブ8および流量調節器10の入口付近での原料物質の析出を抑制する効果が低下する。しかし、上記より大きい温度差にしても、析出抑制効果はあまり上がらないばかりでなく、エネルギーの無駄が増える。従って上記のような温度差にすれば、原料物質の析出抑制効果が高く、しかもエネルギーの利用効率も高い。
【0023】
なお、上記ヒータ21〜23を設けなくても、オーブン31〜33の上記のような作用によって、ガスライン中での原料物質の析出を効果的に抑制することは可能であるけれども、この実施例のように上記ヒータ21〜23を設けてその加熱温度を上記のように設定しておくのが好ましい。そのようにすれば、各オーブン31〜33内に格納しているガス配管16等の機器をより速く各オーブン31〜33の設定温度T1 〜T3 に到達させることが可能になる。
【0024】
また、生産用のイオンビーム発生装置(例えばイオン注入装置)では、イオン源12に供給する原料ガス4の種類を瞬時に切り換えて使用するために、上記のようなガスラインを複数系統設けると共に、各ガスラインのガス配管16中に原料ガス4をある一定の圧力で待機させておく場合があり、その場合はガス配管16中に原料ガス4が常時充填されているので原料物質の析出がより起こりやすくなる。このような装置の各ガスラインにこの発明を適用すると、各ガスライン中での原料物質の析出を効果的に抑制することができるので、より大きな効果を発揮することができる。
【0025】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、上記のような第1ないし第3のオーブンを備えているので、各オーブン内において局所的な温度の不均一発生を防止して原料物質の析出を抑えることができると共に、バルブや流量調節器の入口付近でガス濃度が上がる傾向に合わせて下流側のオーブンほど加熱の設定温度を高くしているので、原料物質の析出をより効果的に抑制することができる。その結果、イオン源に原料ガスを長期間安定して供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に係るイオンビーム発生装置の一例を示す図である。
【図2】従来のイオンビーム発生装置の一例を示す図である。
【符号の説明】
2 原料ガス源
4 原料ガス
6 加熱器
8 バルブ
10 流量調節器
12 イオン源
14 イオンビーム
16 ガス配管
21〜23 ヒータ
31〜33 オーブン[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an ion beam generating apparatus that is used for, for example, ion implantation into a semiconductor substrate and that is configured to generate a source gas by heating a liquid or solid source material at room temperature and supplying the source gas to an ion source. More specifically, the present invention relates to a means for suppressing the deposition of the source material in the gas line through which the source gas passes.
[0002]
[Prior art]
A conventional example of this type of ion beam generator is shown in FIG. The ion beam generator includes a
[0003]
The source material that is liquid or solid at room temperature stored in the
[0004]
The
[0005]
A tape-
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above ion beam generator, the
[0007]
When such precipitation occurs, the precipitate gradually grows as the operation time elapses, which may cause clogging of the
[0008]
Accordingly, the main object of the present invention is to suppress the deposition of the source material in the gas line through which the source gas passes and to stably supply the source gas to the ion source.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The ion beam generator of the present invention stores the gas pipe from the source gas source to the vicinity of the inlet of the valve, the source gas source, and the heater, and heats them to a first set temperature. And the gas pipe and the valve from the outlet of the first oven to the vicinity of the inlet of the flow rate regulator are housed and heated to a second set temperature higher than the first set temperature. A second oven that stores the gas pipe from the outlet of the second oven to the vicinity of the inlet of the ion source and the flow rate regulator, and has a third temperature higher than the second set temperature. And a third oven for heating to a set temperature.
[0010]
According to the above configuration, the gas line for supplying the source gas to the ion source is divided and stored in the first to third ovens that heat the entire contents to the set temperature. Therefore, the gas line temperature can be made uniform. Thereby, precipitation of the raw material in the gas line in each oven can be suppressed. This is the first action.
[0011]
Moreover, as described above, in the vicinity of the inlet of the valve or the flow rate regulator, the gas conductance deteriorates to increase the concentration of the raw material gas, and the gas concentration tends to increase more in the downstream side. Then, in accordance with such a tendency, the lower the oven, the higher the set temperature for heating and the temperature gradient, so that the deposition of the raw material can be more effectively suppressed. This is the second action.
[0012]
According to this invention, the first and second actions as described above can effectively suppress the deposition of the source material in the gas line through which the source gas passes. It can be supplied stably for a long time.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a diagram showing an example of an ion beam generator according to the present invention. Parts identical or corresponding to those in the conventional example shown in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and differences from the conventional example will be mainly described below.
[0014]
This ion beam generator stores the
[0015]
Further, the ion beam generator of this example has first to
[0016]
Each of the
[0017]
The relationship between the above set temperatures can be expressed as follows.
[0018]
[Expression 1]
T 1 (≈T 1 ′) <T 2 (≈T 2 ′) <T 3 (≈T 3 ′)
[0019]
According to this ion beam generator, the gas line that supplies the
[0020]
In addition, as described above, in the vicinity of the inlet of the
[0021]
In this way, it is possible to effectively suppress the deposition of the source material in the gas line through which the
[0022]
The temperature difference between the set temperatures T 1 to T 3 of the ovens 31 to 33, that is, the temperature difference between T 1 and T 2 and the temperature difference between T 2 and T 3 are, for example, 5 ° C. to 10 ° C., respectively. It is preferable to set the temperature to about ° C. When the temperature difference is smaller than this, the effect of suppressing the deposition of the raw material in the vicinity of the inlets of the
[0023]
Even if the
[0024]
In addition, in an ion beam generator for production (for example, an ion implantation apparatus), in order to instantaneously switch and use the type of the
[0025]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since the first to third ovens as described above are provided, it is possible to prevent the occurrence of local temperature nonuniformity in each oven and suppress the precipitation of the raw material. In addition, the lower the oven, the higher the set temperature for heating in line with the tendency of the gas concentration to increase near the inlet of the valve or flow controller, so that the deposition of the raw material can be more effectively suppressed. it can. As a result, the source gas can be stably supplied to the ion source for a long period of time.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an example of an ion beam generator according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an example of a conventional ion beam generator.
[Explanation of symbols]
2
Claims (1)
前記原料ガス源から前記バルブの入口付近までの前記ガス配管、前記原料ガス源および前記加熱器を格納していてそれらを第1の設定温度に加熱する第1のオーブンと、
この第1のオーブンの出口から前記流量調節器の入口付近までの前記ガス配管および前記バルブを格納していてそれらを前記第1の設定温度よりも高い第2の設定温度に加熱する第2のオーブンと、
この第2のオーブンの出口から前記イオン源の入口付近までの前記ガス配管および前記流量調節器を格納していてそれらを前記第2の設定温度よりも高い第3の設定温度に加熱する第3のオーブンとを備えることを特徴とするイオンビーム発生装置。A source gas source containing a source material that is liquid or solid at room temperature, a heater that heats the source gas source to vaporize the source material therein to generate a source gas, and is supplied from the source gas source A flow rate regulator that controls the flow rate of the source gas, an ion source that ionizes the source gas supplied from the flow rate controller to generate an ion beam, and the source material In an ion beam generator comprising a valve provided between a gas source and the flow rate regulator, and a gas pipe connecting the source gas source, the valve, the flow rate regulator and the ion source,
A first oven for storing the gas piping from the source gas source to the vicinity of the inlet of the valve, the source gas source and the heater and heating them to a first set temperature;
The gas pipe and the valve from the outlet of the first oven to the vicinity of the inlet of the flow rate regulator are stored, and the second is configured to heat them to a second set temperature higher than the first set temperature. An oven,
The gas pipe and the flow rate controller from the outlet of the second oven to the vicinity of the inlet of the ion source are stored, and the third is configured to heat them to a third set temperature higher than the second set temperature. An ion beam generator.
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