JP4502191B2

JP4502191B2 - Ion beam extraction electrode and ion implantation apparatus

Info

Publication number: JP4502191B2
Application number: JP2004181397A
Authority: JP
Inventors: 敏雄飯田
Original assignee: Renesas Electronics Corp
Current assignee: Renesas Electronics Corp
Priority date: 2004-06-18
Filing date: 2004-06-18
Publication date: 2010-07-14
Anticipated expiration: 2024-06-18
Also published as: JP2006004826A

Description

本発明は、イオンビーム引出電極およびイオン注入装置に関する。 The present invention relates to an ion beam extraction electrode and an ion implantation apparatus.

従来のイオンビーム引出電極としては、例えば特許文献１に記載されたものがある。同文献に記載の引出電極は、図１０に示すように、接地電極１０２を備えている。接地電極１０２は、電極支持棒１０４等を介して、当該引出電極を変位させる電極駆動装置（図示せず）に接続されている。また、接地電極１０２には、イオンビームＢの経路となる開口１０２ａが形成されている。 As a conventional ion beam extraction electrode, for example, there is one described in Patent Document 1. The extraction electrode described in the document includes a ground electrode 102 as shown in FIG. The ground electrode 102 is connected to an electrode driving device (not shown) for displacing the extraction electrode via the electrode support rod 104 and the like. The ground electrode 102 is formed with an opening 102a that serves as a path for the ion beam B.

接地電極１０２におけるイオンビームＢの上流側となる面には、絶縁碍子１０６を介在させて、下流側からの電子の逆流を抑制するための抑制電極１０８が固定されている。この抑制電極１０８にも、イオンビームＢの経路となる開口１０８ａが形成されている。 A suppression electrode 108 for suppressing the backflow of electrons from the downstream side is fixed on the surface of the ground electrode 102 on the upstream side of the ion beam B with an insulator 106 interposed therebetween. The suppression electrode 108 is also formed with an opening 108 a serving as a path for the ion beam B.

これらの接地電極１０２および抑制電極１０８の材質としては、アルミニウムまたはカーボンが用いられている。
特開２００１−２０２８９６号公報 As the material of the ground electrode 102 and the suppression electrode 108, aluminum or carbon is used.
JP 2001-202896 A

しかしながら、接地電極１０２の材質がアルミニウム等の金属の場合、接地電極１０２と抑制電極１０８との間で通電（ショート）が起こるという問題がある。その原因としては、例えば、接地電極１０２上へのイオン生成膜の堆積、剥がれ等が挙げられる。また、イオンビームの照射により接地電極１０２の表面が削られ、削り取られた金属成分が接地電極１０２等に付着、堆積することもショートの一因である。 However, when the material of the ground electrode 102 is a metal such as aluminum, there is a problem that energization (short circuit) occurs between the ground electrode 102 and the suppression electrode 108. As the cause, for example, the deposition and peeling of the ion generation film on the ground electrode 102 can be cited. In addition, the surface of the ground electrode 102 is shaved by ion beam irradiation, and the scraped metal component adheres to and accumulates on the ground electrode 102 and the like is also one cause of the short circuit.

これに対し、接地電極１０２の材質がカーボンの場合、イオンビームの照射による削れ量が金属に比べて極小である。また、削り取られたカーボンは、金属にもカーボン自体にも付着しにくい。仮に付着しても、付着面に黒い煤が付着する程度であり、膜が形成されるまでには至らない。したがって、上述のショートの問題を抑制するという観点からは、接地電極１０２の材質としては金属よりもカーボンの方が適している。 On the other hand, when the material of the ground electrode 102 is carbon, the amount of abrasion due to the irradiation of the ion beam is minimal compared to that of metal. In addition, the scraped carbon hardly adheres to the metal or the carbon itself. Even if it adheres, it is only a degree of black wrinkles adhering to the attachment surface, and does not lead to the formation of a film. Therefore, from the viewpoint of suppressing the above-described short-circuit problem, carbon is more suitable as the material of the ground electrode 102 than metal.

ところが、カーボンは、かかる利点を持つ一方で、金属に比して機械的強度が弱いという欠点がある。特に、図１０の引出電極においては、接地電極１０２が電極支持棒１０４等との直接の結合部分になっているため、接地電極１０２には高い機械的強度が要求される。 However, while carbon has such advantages, it has a disadvantage that its mechanical strength is weaker than that of metal. In particular, in the extraction electrode of FIG. 10, since the ground electrode 102 is a direct coupling portion with the electrode support rod 104 or the like, the ground electrode 102 is required to have high mechanical strength.

かかる機械的強度の問題は、ショートの問題と共に、引出電極の寿命を低下させる要因である。 Such a problem of mechanical strength is a factor that reduces the life of the extraction electrode as well as a short circuit.

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、寿命の長いイオンビーム引出電極およびイオン注入装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide an ion beam extraction electrode and an ion implantation apparatus having a long lifetime.

上記課題を解決するために、本発明によるイオンビーム引出電極は、イオンビームを引き出す引出電極であって、接地電位が与えられる接地電極と、接地電極よりもイオンビームの上流側に設けられ、接地電位に対して負電位が与えられる加速減速電極と、を備え、接地電極は、金属からなる第１接地電極と、第１接地電極の上流側の表面全体を覆うように設けられた、カーボンからなる第２接地電極と、を有して構成されていることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, an ion beam extraction electrode according to the present invention is an extraction electrode for extracting an ion beam, and is provided with a ground electrode to which a ground potential is applied, an upstream side of the ion beam with respect to the ground electrode, and an acceleration and deceleration electrode a negative potential is given to the potential, the ground electrode includes a first ground electrode made of a metal, is provided so as to cover the entire surface of the upstream side of the first ground electrode, carbon And a second ground electrode.

このイオンビーム引出電極においては、接地電極が、相異なる材質の第１および第２の接地電極を有して構成されている。これにより、例えば第１接地電極を金属に、第２接地電極をカーボンにするというように、第１接地電極に機械的強度の高い材質を用い、加速減速電極側に位置する第２接地電極にショートの問題を防ぐのに適した材質を用いることが可能となる。したがって、ショートの問題を抑制しつつも機械的強度の高い引出電極が実現される。 In this ion beam extraction electrode, the ground electrode is configured to have first and second ground electrodes made of different materials. Accordingly, for example, the first ground electrode is made of metal and the second ground electrode is made of carbon. For example, a material having high mechanical strength is used for the first ground electrode, and the second ground electrode located on the acceleration / deceleration electrode side is used. It is possible to use a material suitable for preventing the short circuit problem. Therefore, an extraction electrode with high mechanical strength can be realized while suppressing the short circuit problem.

本発明によるイオンビーム引出電極は、イオンビームに面する、第１接地電極の内面に設けられ、当該内面にイオンビームが照射されるのを防止する第１保護部材を備えていてもよい。この場合、第１接地電極にイオンビームが照射されるのを防ぐことにより、加速減速電極と接地電極との間のショートを一層効果的に抑制することができる。 The ion beam extraction electrode according to the present invention may include a first protection member that is provided on the inner surface of the first ground electrode facing the ion beam and prevents the ion beam from being irradiated on the inner surface. In this case, the short circuit between the acceleration / deceleration electrode and the ground electrode can be more effectively suppressed by preventing the first ground electrode from being irradiated with the ion beam.

本発明によるイオンビーム引出電極は、接地電極と加速減速電極とを電気的に絶縁する絶縁部材と、絶縁部材の少なくとも一部を囲むように設けられ、当該絶縁部材にイオンビームが照射されるのを防止する、絶縁性の第２保護部材と、を備えていてもよい。絶縁部材にイオンビームが照射されると、絶縁部材の表面へのイオン生成膜の付着や、絶縁部材の焼けの発生につながる。これらは、加速減速電極と接地電極とがショートする原因となり得る。この点、第２保護部材を設けることにより、かかる問題を抑制することができる。 The ion beam extraction electrode according to the present invention is provided so as to surround at least a part of the insulating member that electrically insulates the ground electrode and the acceleration / deceleration electrode, and the insulating member is irradiated with the ion beam. And an insulating second protective member for preventing the above. When the insulating member is irradiated with an ion beam, the ion generating film adheres to the surface of the insulating member and the insulating member burns. These may cause a short circuit between the acceleration / deceleration electrode and the ground electrode. By providing the second protective member in this respect, this problem can be suppressed.

また、本発明によるイオン注入装置は、上記イオンビーム引出電極と、イオンビームを発生させるイオンビーム発生手段と、を備えることを特徴とする。このイオン注入装置においては、引出電極の接地電極が、相異なる材質の第１および第２の接地電極を有して構成されている。これにより、第１接地電極に機械的強度の高い材質を用い、加速減速電極側に位置する第２接地電極にショートの問題を防ぐのに適した材質を用いることが可能となる。したがって、ショートの問題を抑制しつつも機械的強度の高いイオン注入装置が実現される。 An ion implantation apparatus according to the present invention includes the ion beam extraction electrode and ion beam generating means for generating an ion beam. In this ion implantation apparatus, the ground electrode of the extraction electrode is configured to have first and second ground electrodes made of different materials. As a result, a material having high mechanical strength can be used for the first ground electrode, and a material suitable for preventing the short-circuit problem can be used for the second ground electrode located on the acceleration / deceleration electrode side. Therefore, an ion implantation apparatus having high mechanical strength while suppressing the short circuit problem is realized.

本発明によれば、寿命の長いイオンビーム引出電極およびイオン注入装置が実現される。 According to the present invention, a long-life ion beam extraction electrode and ion implantation apparatus are realized.

以下、図面を参照しつつ、本発明によるイオンビーム引出電極およびイオン注入装置の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of an ion beam extraction electrode and an ion implantation apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same reference numerals are assigned to the same elements, and duplicate descriptions are omitted.

図１は、本発明によるイオン注入装置の一実施形態を示す断面図である。イオン注入装置１は、イオンビーム発生器１０および引出電極２０を備えている。イオンビーム発生器１０は、イオンビームＢを発生させるイオンビーム発生手段である。イオンビーム発生器１０および引出電極２０は真空チャンバ３２内に収納されており、イオンビーム発生器１０から発生したイオンビームＢは、引出電極２０によって引き出される。 FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of an ion implantation apparatus according to the present invention. The ion implantation apparatus 1 includes an ion beam generator 10 and an extraction electrode 20. The ion beam generator 10 is ion beam generating means for generating the ion beam B. The ion beam generator 10 and the extraction electrode 20 are housed in a vacuum chamber 32, and the ion beam B generated from the ion beam generator 10 is extracted by the extraction electrode 20.

引出電極２０は、接地電極２１、加速減速電極２２、電極支持板２３、加速減速電極支持棒２４、電極スペーサ２５、インライナー２６（第１保護部材）、カラー２７（第２保護部材）およびインライナー２８（第３保護部材）を有している。接地電極２１は、接地電位が与えられる電極であり、接地電極２１ａ（第１接地電極）と接地電極２１ｂ（第２接地電極）とを有して構成されている。接地電極２１ａの材質は、ステンレス（ＳＵＳ３０４）である。接地電極２１ｂは、接地電極２１ａよりもイオンビームＢの上流側に設けられており、材質はカーボンである。接地電極２１ｂの厚さは、例えば６ｍｍとされる。 The extraction electrode 20 includes a ground electrode 21, an acceleration / deceleration electrode 22, an electrode support plate 23, an acceleration / deceleration electrode support rod 24, an electrode spacer 25, an inliner 26 (first protection member), a collar 27 (second protection member), and an in-electrode. It has a liner 28 (third protective member). The ground electrode 21 is an electrode to which a ground potential is applied, and includes a ground electrode 21a (first ground electrode) and a ground electrode 21b (second ground electrode). The material of the ground electrode 21a is stainless steel (SUS304). The ground electrode 21b is provided on the upstream side of the ion beam B with respect to the ground electrode 21a, and the material thereof is carbon. The thickness of the ground electrode 21b is, for example, 6 mm.

加速減速電極２２は、接地電位に対して負電位が与えられる電極であり、接地電極２１に対してイオンビームＢの上流側に設けられている。加速減速電極２２の材質としては、例えばカーボンが用いられる。 The acceleration / deceleration electrode 22 is an electrode to which a negative potential is given with respect to the ground potential, and is provided on the upstream side of the ion beam B with respect to the ground electrode 21. For example, carbon is used as the material of the acceleration / deceleration electrode 22.

加速減速電極２２は、加速減速電極支持棒２４を介して電極支持板２３に固定されている。電極支持板２３および加速減速電極支持棒２４の材質としては、共に例えばＳＵＳ３０４である。 The acceleration / deceleration electrode 22 is fixed to the electrode support plate 23 via an acceleration / deceleration electrode support rod 24. The material of the electrode support plate 23 and the acceleration / deceleration electrode support rod 24 is, for example, SUS304.

電極支持板２３は、電極スペーサ２５を介して接地電極２１に固定されている。この電極スペーサ２５は、接地電極２１と加速減速電極２２とを絶縁する絶縁部材であり、材質は例えばセラミックである。また、電極スペーサ２５は、イオンビームＢの進行方向と略平行な中心軸をもつ柱状をしている。 The electrode support plate 23 is fixed to the ground electrode 21 via an electrode spacer 25. The electrode spacer 25 is an insulating member that insulates the ground electrode 21 and the acceleration / deceleration electrode 22 and is made of, for example, ceramic. The electrode spacer 25 has a columnar shape having a central axis substantially parallel to the traveling direction of the ion beam B.

インライナー２６は、イオンビームＢに面する接地電極２１ａの内面に設けられており、その内面にイオンビームＢが照射されるのを防いでいる。インライナー２６の材質は、カーボンである。インライナー２６のリム幅は、例えば５ｍｍとされる。 The inliner 26 is provided on the inner surface of the ground electrode 21a facing the ion beam B, and prevents the ion beam B from being irradiated on the inner surface. The material of the inliner 26 is carbon. The rim width of the inliner 26 is 5 mm, for example.

カラー２７は、電極スペーサ２５を囲むように設けられており、電極スペーサ２５にイオンビームＢが照射されるのを防いでいる。具体的は、電極スペーサ２５は、電極支持板２３側の底面から側面にかけて、カラー２７によって覆われている。カラー２７の材質は、絶縁性であり、例えばセラミックである。 The collar 27 is provided so as to surround the electrode spacer 25 and prevents the electrode spacer 25 from being irradiated with the ion beam B. Specifically, the electrode spacer 25 is covered with a collar 27 from the bottom surface to the side surface on the electrode support plate 23 side. The material of the collar 27 is insulative, for example, ceramic.

インライナー２８は、電極支持板２３に対してイオンビームＢの下流側に設けられており、材質はカーボンである。 The inliner 28 is provided on the downstream side of the ion beam B with respect to the electrode support plate 23, and the material thereof is carbon.

また、イオン注入装置１は、電極支持金具３１、真空チャンバ３２、ベローズ３３および電極駆動部３４を備えている。上述の接地電極２１ａは、電極支持金具３１と着脱可能に結合されており、これにより真空チャンバ３２内で機械的に支持されている。電極支持金具３１を加速減速電極２２ではなく接地電極２１に結合しているのは、接地電極２１が接地電位であり、電極支持金具３１およびそれに結合された部分の電気的絶縁が不要だからである。電極支持金具３１が真空チャンバ３２を貫通する部分は、ベローズ３３によって真空シールされている。 Further, the ion implantation apparatus 1 includes an electrode support fitting 31, a vacuum chamber 32, a bellows 33, and an electrode driving unit 34. The above-described ground electrode 21a is detachably coupled to the electrode support bracket 31, and is thereby mechanically supported in the vacuum chamber 32. The reason why the electrode support bracket 31 is coupled to the ground electrode 21 instead of the acceleration / deceleration electrode 22 is that the ground electrode 21 is at the ground potential, and electrical insulation of the electrode support bracket 31 and the portion coupled thereto is unnecessary. . A portion where the electrode support 31 passes through the vacuum chamber 32 is vacuum sealed by a bellows 33.

電極支持金具３１は、ベローズ３３内を通って電極駆動部３４へと連結されている。電極駆動部３４は、引出電極２０を、イオンビーム発生器１０に対して前後、左右および上下の３方向に変位させることができる。ここで、前後方向は、イオンビームＢの進行方向に垂直な方向（図１中の左右方向）、左右方向は図１中の奥行き方向、上下方向は図１中の上下方向である。 The electrode support 31 is connected to the electrode drive unit 34 through the bellows 33. The electrode driving unit 34 can displace the extraction electrode 20 in the three directions of front and rear, left and right, and upper and lower with respect to the ion beam generator 10. Here, the front-rear direction is a direction perpendicular to the traveling direction of the ion beam B (the left-right direction in FIG. 1), the left-right direction is the depth direction in FIG. 1, and the up-down direction is the up-down direction in FIG.

接地電極２１ｂを上流側および下流側それぞれから見た様子を図２に示す。図２中の左端の図が前者を表し、中央の図が後者を表している。前者の図においては接地電極２１ｂと共に加速減速電極２２が図示されており、後者においては接地電極２１ｂと共にインライナー２６が図示されている。また、接地電極２１ｂ単独の構成を図３に示す。インライナー２６およびインライナー２８の構成をそれぞれ図４および図５に示す。 FIG. 2 shows a state in which the ground electrode 21b is viewed from the upstream side and the downstream side. The leftmost diagram in FIG. 2 represents the former, and the center diagram represents the latter. In the former drawing, the acceleration / deceleration electrode 22 is shown together with the ground electrode 21b, and in the latter, the inliner 26 is shown together with the ground electrode 21b. The configuration of the ground electrode 21b alone is shown in FIG. The configurations of the inliner 26 and the inliner 28 are shown in FIGS. 4 and 5, respectively.

かかる構成のイオン注入装置１においては、例えば加速減速電極２２に−２ｋＶの電位が印加される。これにより、イオンビームＢが収束されるとともに、電子の流入防止およびＸ線の発生防止が図られる。 In the ion implantation apparatus 1 having such a configuration, for example, a potential of −2 kV is applied to the acceleration / deceleration electrode 22. Thereby, the ion beam B is converged, and inflow of electrons and generation of X-rays are prevented.

続いて、イオン注入装置１の効果を説明する。イオン注入装置１においては、接地電極が、相異なる材質の接地電極２１ａ，２１ｂを有して構成されている。これにより、接地電極２１ａに機械的強度の高い材質を用い、接地電極２１ｂにショートの問題を防ぐのに適した材質を用いることが可能となる。実際、本実施形態においては、接地電極２１ａの材質をＳＵＳ３０４とし、接地電極２１ｂの材質をカーボンとしている。したがって、ショートの問題を抑制しつつも機械的強度の高い引出電極が実現されている。 Then, the effect of the ion implantation apparatus 1 is demonstrated. In the ion implantation apparatus 1, the ground electrode includes ground electrodes 21a and 21b made of different materials. As a result, a material having high mechanical strength can be used for the ground electrode 21a, and a material suitable for preventing the short-circuit problem can be used for the ground electrode 21b. Actually, in the present embodiment, the material of the ground electrode 21a is SUS304, and the material of the ground electrode 21b is carbon. Accordingly, an extraction electrode having high mechanical strength while suppressing the short-circuit problem has been realized.

引出電極系を構成する接地電極２１ａ，接地電極２１ｂおよび加速減速電極２２の材質をカーボンまたはＳＵＳ系とする事によって、各電極２１ａ，２１ｂ，２２を構成する元素の１価イオン、あるいはその他の価数のイオンによるコンタミネーションの発生を防止することができる。 The material of the ground electrode 21a, the ground electrode 21b, and the acceleration / deceleration electrode 22 constituting the extraction electrode system is made of carbon or SUS, so that the monovalent ions of the elements constituting the electrodes 21a, 21b, 22 or other valences are used. It is possible to prevent the occurrence of contamination due to the number of ions.

ところで、コンタミネーションの発生を防止するためだけであれば、接地電極２１ａ，接地電極２１ｂおよび加速減速電極２２の材質は上述のようにカーボンまたはＳＵＳ系の何れでも良いが、ＳＵＳ系は機械的強度が高くて構造材に適している反面、高温度中では金属膜剥離、溶着を発生させる。反対に、カーボンは機械的強度の点では構造材にあまり適していない反面、耐熱性が高く溶着されない性質を有している。 By the way, if it is only to prevent the occurrence of contamination, the material of the ground electrode 21a, the ground electrode 21b, and the acceleration / deceleration electrode 22 may be either carbon or SUS as described above. Although it is high and suitable for structural materials, it causes metal film peeling and welding at high temperatures. On the contrary, carbon is not suitable for structural materials in terms of mechanical strength, but has high heat resistance and is not welded.

かかる理由から、接地電極２１における電極支持金具３１との結合部を強化し、位置ずれを発生させないことが必要であるため、接地電極２１ａの材質はＳＵＳ系としている。また、接地電極２１ｂおよびインライナー２８の材質をカーボンとすることにより、金属膜剥離、溶着を防いでいる。さらに、インライナー２６を設けることにより、接地電極２１ａ内を通過するイオンビームＢが中央スリットに接触するのを防止している。 For this reason, it is necessary to reinforce the joint portion of the ground electrode 21 with the electrode support fitting 31 so as not to cause a positional shift. Therefore, the material of the ground electrode 21a is SUS. Further, the material of the ground electrode 21b and the inliner 28 is made of carbon, thereby preventing the metal film from being peeled off and welded. Further, by providing the inliner 26, the ion beam B passing through the ground electrode 21a is prevented from coming into contact with the central slit.

このように、イオン注入装置１の引出電極２０においては、接地電極２１を接地電極２１ａと接地電極２１ｂとの２層構造とするとともに、イオンビームＢに直接接触する箇所を全てカーボンとしている。イオンビームＢに当たる部分をカーボンとする事で、金属間放電によるスパッタを低減させ、更にスパッタされた金属が接地電極２１ａに付着・堆積するのを防ぐことができる。 Thus, in the extraction electrode 20 of the ion implantation apparatus 1, the ground electrode 21 has a two-layer structure of the ground electrode 21a and the ground electrode 21b, and all the portions that directly contact the ion beam B are made of carbon. By using carbon as the portion that hits the ion beam B, it is possible to reduce spatter due to discharge between metals and to prevent the sputtered metal from adhering to and depositing on the ground electrode 21a.

また、接地電極２１ａと加速減速電極２２とは加速減速電極支持棒２４によって連結されているが、これらは通電されてはならない。そのため、接地電極２１ａと電極支持板２３との間に絶縁性の電極スペーサ２５を設けることにより、接地電極２１ａと加速減速電極２２との間の電気的絶縁を図っている。 The ground electrode 21a and the acceleration / deceleration electrode 22 are connected by an acceleration / deceleration electrode support rod 24, but they must not be energized. Therefore, by providing an insulating electrode spacer 25 between the ground electrode 21a and the electrode support plate 23, electrical insulation between the ground electrode 21a and the acceleration / deceleration electrode 22 is achieved.

しかしながら、絶縁部材（引出電極２０では電極スペーサ２５がこれに相当する）が設けられた従来の引出電極においては、次のような問題があった。すなわち、絶縁部材の表面へのイオン生成膜の付着やイオンビーム照射による焼けのため、結果的に加速減速電極と接地電極とがショート状態となってしまう。すると、イオンビームが接地電極からＧＮＤ部へ流れてしまい、通常の軌道から外れてしまう事で、イオンビームが極端に低下し、再復帰が不可能となる。加速減速電極と接地電極との間で数１００ＭΩ以上の絶縁が取れなくなった状態では安全機能が働き、電源投入すら不可能となる場合がある。 However, the conventional extraction electrode provided with an insulating member (the electrode spacer 25 corresponds to this in the extraction electrode 20) has the following problems. That is, the acceleration / deceleration electrode and the ground electrode are short-circuited due to the adhesion of the ion generation film to the surface of the insulating member and the burning due to the ion beam irradiation. Then, the ion beam flows from the ground electrode to the GND portion and deviates from the normal orbit, so that the ion beam is extremely lowered and cannot be restored again. In the state where insulation of several hundred MΩ or more cannot be obtained between the acceleration / deceleration electrode and the ground electrode, the safety function works, and even power-on may not be possible.

これに対し、イオン注入装置１においては、電極スペーサ２５を覆うようにカラー２７を設けている。これにより、電極スペーサ２５にイオンビームＢが直接当たることを防いでいる。また、カラー２７により絶縁面積を増大させ、電極支持板２３から接地電極２１ａまでの直線距離を伸ばした事で、電極スペーサ２５の時間的寿命を飛躍的に向上させている。 In contrast, in the ion implantation apparatus 1, a collar 27 is provided so as to cover the electrode spacer 25. This prevents the ion beam B from directly hitting the electrode spacer 25. Further, the insulation area is increased by the collar 27 and the linear distance from the electrode support plate 23 to the ground electrode 21a is increased, so that the time life of the electrode spacer 25 is drastically improved.

前述した内容を詳述すると、加速減速電極２２及び接地電極２１ｂは共に、イオンビームＢの照射によって熱を受け、加熱される。しかも接地電極２１ｂと接地電極２１ａは電極スペーサ２５を介して加速減速電極２２を支持すると共に、引出電極本体を電極支持金具３１に連結して支持させ、前後、左右、上下動作の働きもするので、機械的強度が要求される。それゆえ、接地電極２１ａには機械的強度が高くて構造材に適したＳＵＳ系を用いるのが好ましい。 In detail, the acceleration / deceleration electrode 22 and the ground electrode 21b are both heated by the irradiation of the ion beam B and heated. In addition, the ground electrode 21b and the ground electrode 21a support the acceleration / deceleration electrode 22 via the electrode spacer 25, and connect and support the extraction electrode main body to the electrode support bracket 31, so that the front / rear, left / right, and up / down operations are also performed. , Mechanical strength is required. Therefore, it is preferable to use a SUS system having high mechanical strength and suitable for a structural material for the ground electrode 21a.

また、耐熱性との関連ではＳＵＳ系は熱伝導率が小さく高温部での使用にも適している。更に電極駆動部３４には冷却水によって、うまい具合いに電極支持金具３１を直接または間接的に容易に冷却する事が出来、接地電極２１ａの冷却につながる。 In terms of heat resistance, the SUS system has a low thermal conductivity and is suitable for use in a high temperature part. Further, the electrode driving portion 34 can be easily and directly cooled by the cooling water directly or indirectly by the cooling water, leading to cooling of the ground electrode 21a.

しかも、接地電極２１ａは接地電位である為、冷却機構の電気絶縁が不要であり、この点からも接地電極２１ａの冷却は容易である。一方、接地電極２１ｂは接地電極２１ａに直接固定されているだけであるが、電極駆動部３４との連結には関係していないので、接地電極２１ａほどの強度は要求されない。こういったことから、接地電極２１ｂはＳＵＳ系よりも耐熱性に優れ、溶着しにくいカーボンを用いるのが好ましい。 Moreover, since the ground electrode 21a is at the ground potential, it is not necessary to electrically insulate the cooling mechanism. From this point, the ground electrode 21a can be easily cooled. On the other hand, the ground electrode 21b is only directly fixed to the ground electrode 21a, but is not required to be as strong as the ground electrode 21a because it is not related to the connection with the electrode driving unit 34. For these reasons, the ground electrode 21b is preferably made of carbon that has better heat resistance than SUS and is difficult to weld.

しかし、金属間放電による溶着（スパッタ）を考えると接地電極部材を２層に重ねただけでは、イオンビームの通過点となる接地電極２１ａの中央開口部面においてＳＵＳ材がむき出しになり、イオンビームの軌道に悪影響を及ぼしかねない。そこで、カーボン材のインライナー２６を挿入し、更にカーボン材のインライナー２８をイオンビームＢの下流側に装着し、イオンビームＢが金属材に接触しない構造となっている。 However, considering welding (sputtering) due to the discharge between metals, the SUS material is exposed at the central opening surface of the ground electrode 21a serving as a passing point of the ion beam only by overlapping the ground electrode member in two layers. May adversely affect the trajectory of Therefore, a carbon material inliner 26 is inserted, and a carbon material inliner 28 is mounted on the downstream side of the ion beam B so that the ion beam B does not contact the metal material.

図６は、比較例に係るイオン注入装置を示す断面図である。引出電極７０は真空チャンバ８２内に収納されている。この例では接地電位の接地電極７１と加速減速電極７２とを電極スペーサ７３（セラミック）を介して連結し、この加速減速電極７２に−２ｋＶを印加することで、電子の流れ込みを防止する事と、Ｘ線発生防止、及びイオンビームＢの収束を行う。なお、この図においては、イオンビーム発生器の図示を省略している。接地電極７１を上流側から見た様子を図７に示す。この図においては接地電極７１と共に加速減速電極７２が図示されている。 FIG. 6 is a cross-sectional view showing an ion implantation apparatus according to a comparative example. The extraction electrode 70 is accommodated in the vacuum chamber 82. In this example, a ground electrode 71 having a ground potential and an acceleration / deceleration electrode 72 are connected via an electrode spacer 73 (ceramic), and -2 kV is applied to the acceleration / deceleration electrode 72 to prevent the flow of electrons. , X-ray generation prevention and ion beam B convergence. In this figure, the illustration of the ion beam generator is omitted. FIG. 7 shows a state in which the ground electrode 71 is viewed from the upstream side. In this figure, the acceleration / deceleration electrode 72 is shown together with the ground electrode 71.

接地電極７１に結合された電極支持金具８１は着脱可能であり、真空チャンバ８２内に機械的に支持されている。この例では接地電極７１と電極支持金具８１との間で着脱可能となっている。更に、この電極支持金具８１は電極駆動部８４に連結されており、引出電極７０本体を前後、左右、上下の３方向に動作させる。動作させる目的は、イオンビームＢを効率良く引出電極７０の中央に収束させ、前述したＸ線を抑制し、ビーム電流を安定化させることにある。 The electrode support fitting 81 coupled to the ground electrode 71 is detachable and is mechanically supported in the vacuum chamber 82. In this example, it is detachable between the ground electrode 71 and the electrode support fitting 81. Further, this electrode support fitting 81 is connected to the electrode driving portion 84, and moves the main body of the extraction electrode 70 in three directions: front and rear, left and right, and up and down. The purpose of operation is to efficiently focus the ion beam B on the center of the extraction electrode 70, suppress the above-mentioned X-rays, and stabilize the beam current.

よって、接地電極７１は電極駆動部８４に連結され、ＧＮＤレベルであり、加速減速電極７２は必ず宙に浮いた状態でなければならない。加速減速電極７２は、加速減速電極支持棒７５を介して電極支持板７４に固定されている。 Therefore, the ground electrode 71 is connected to the electrode driver 84 and is at the GND level, and the acceleration / deceleration electrode 72 must be in a state of being suspended in the air. The acceleration / deceleration electrode 72 is fixed to the electrode support plate 74 via an acceleration / deceleration electrode support rod 75.

また、電極支持金具８１が真空チャンバ８２を貫通する部分はベローズ８３によって真空シールされている。 Further, the portion where the electrode support fitting 81 passes through the vacuum chamber 82 is vacuum-sealed by a bellows 83.

このような引出電極系を構成する加速減速電極７２を金属材にせずカーボンとする事で、構成材のイオンによるコンタミネーションの発生を防止している。 The acceleration / deceleration electrode 72 constituting such an extraction electrode system is made of carbon instead of a metal material, thereby preventing the occurrence of contamination due to ions of the constituent material.

接地電極７１内を通過したイオンビームは、接地電極７６内を通り、下流側へ進む事になる。 The ion beam that has passed through the ground electrode 71 passes through the ground electrode 76 and proceeds downstream.

以下に引出電極７０の構成部品の材質を示す。
接地電極７１（ＳＳ４００）
加速減速電極７２（カーボン）
電極スペーサ７３（セラミック）
電極支持板７４（ＳＵＳ３０４）
加速減速電極支持棒７５（ＳＵＳ３０４）
接地電極７６（ＳＳ４００） The material of the component part of the extraction electrode 70 is shown below.
Ground electrode 71 (SS400)
Acceleration / deceleration electrode 72 (carbon)
Electrode spacer 73 (ceramic)
Electrode support plate 74 (SUS304)
Acceleration / deceleration electrode support rod 75 (SUS304)
Ground electrode 76 (SS400)

図８は、図６に示す引出電極７０におけるショートの発生件数を示すグラフである。グラフからわかるように、比較例に係る引出電極７０では、月平均４．７件もの故障を招き、引出電極７０の交換に多大な時間および費用を要していた。このような頻度でショートが発生すると、設備停止時間の長期化、および部品待ちといったことが頻繁に発生し、生産を阻害していた。 FIG. 8 is a graph showing the number of occurrences of shorts in the extraction electrode 70 shown in FIG. As can be seen from the graph, the extraction electrode 70 according to the comparative example had an average of 4.7 failures per month, and the replacement of the extraction electrode 70 required a lot of time and money. When a short circuit occurs at such a frequency, prolonged equipment stoppage time and waiting for parts frequently occur, which hinders production.

従来の引出電極において問題となっている２箇所のショート箇所を図９に示す。図９のショート箇所１の問題としては、電極スペーサの表面の焼けや、イオン生成膜付着によるショートであった。そこで、この電極スペーサを汚さない、イオンビームを直接当てないようにする為、イオン注入装置１においては電極スペーサ２５の周囲をセラミック製のカラー２７で覆った。カラー２７も電極スペーサ２５と同様、セラミックにした事で絶縁面積を増大させ、また電極スペーサ自体は汚れることなく、長期間絶縁を保つ事ができる。 FIG. 9 shows two short-circuited portions that are problematic in the conventional extraction electrode. The problem of the shorted portion 1 in FIG. 9 is a short circuit due to burnt of the surface of the electrode spacer or adhesion of an ion generation film. Therefore, the electrode spacer 25 is covered with a ceramic collar 27 in the ion implantation apparatus 1 so that the electrode spacer is not soiled and the ion beam is not directly applied. Similarly to the electrode spacer 25, the collar 27 can be made of ceramic to increase the insulation area, and the electrode spacer itself can be kept insulated without being contaminated.

図９のショート箇所２の問題としては、従来の接地電極部が鉄（ＳＳ４００）であったことからイオンビームの衝突により、接地電極（図６の接地電極７１）表面がスパッタされ、当該表面に溶着し、これが堆積したり、温度変化や真空チャンバ内の圧力変化による溶着膜剥がれによって、加速減速電極７２裏面と接地電極７１表面とが、このイオン生成膜によってショートされた状態となっていた。 The problem of the shorted portion 2 in FIG. 9 is that since the conventional ground electrode portion is iron (SS400), the surface of the ground electrode (ground electrode 71 in FIG. 6) is sputtered by the collision of the ion beam, and the surface is sputtered. The back surface of the acceleration / deceleration electrode 72 and the surface of the ground electrode 71 were short-circuited by the ion generation film due to welding and deposition, or peeling of the welding film due to temperature change or pressure change in the vacuum chamber.

引出電極によって引き出されるイオンビームは必ずしも引出電極中央を通過するとは限らず、通過できなかったイオンビームは引出電極部品、あるいは真空チャンバに衝突しているのである。 The ion beam extracted by the extraction electrode does not necessarily pass through the center of the extraction electrode, and the ion beam that could not pass collides with the extraction electrode component or the vacuum chamber.

そこで、接地電極表面にイオン生成膜や金属剥離膜が付着堆積しないように、イオン注入装置１においては接地電極２１ｂの材質をカーボンとした。カーボンであればイオンビームが衝突して表面が削られた場合でも、削り取られたカーボンは金属にもカーボン自体にも付着しない性質である為、ほとんど心配はいらない。すなわち、カーボンは付着しても表面に黒く煤が付着した形となり、膜を形成することはない。また、カーボン（Ｃ）と金属（ＳＵＳ系）とを分子レベルで比較すると、カーボンは極小さく軽いという事で、削れ量または損傷量が金属より極小である。また、カーボンの場合、削れたもの自体の総量も少なく、エネルギーを持っていない。したがって、削り取られたカーボンは、電位差より先へ進むことがなく、自重で下に落ちるか、真空チャンバ内の雰囲気中を浮遊する。カーボンの消耗速度は金属（ＳＵＳ系）の約１／２である。さらに、カーボンは材質上、熱により溶解することがないので、他材料に溶着することはない。一方、金属の場合は別である。金属はイオンビームによってスパッタされ、剥がされた金属はカーボンに付着する。 Therefore, the material of the ground electrode 21b is carbon in the ion implantation apparatus 1 so that the ion generating film and the metal peeling film are not deposited and deposited on the surface of the ground electrode. When carbon is used, even if the surface is cut by collision with an ion beam, the scraped carbon does not adhere to metal or carbon itself, so there is little concern. That is, even if carbon adheres, it becomes a shape in which black wrinkles adhere to the surface and does not form a film. Further, when carbon (C) and metal (SUS type) are compared at the molecular level, carbon is extremely small and light, so that the amount of scraping or damage is minimal than that of metal. Also, in the case of carbon, the total amount of scraped material itself is small and has no energy. Therefore, the scraped carbon does not proceed beyond the potential difference and falls down by its own weight or floats in the atmosphere in the vacuum chamber. The consumption rate of carbon is about 1/2 that of metal (SUS type). Furthermore, since carbon is not dissolved by heat due to its material, it is not welded to other materials. On the other hand, the case of metal is different. The metal is sputtered by the ion beam, and the peeled metal adheres to the carbon.

また、イオン注入装置１においては、接地電極２１ｂの厚さを６ｍｍとする事で、強度はイオンビームの衝突によるダメージに耐え、接地電極２１ａへの熱伝導も低下し、金属間での異常放電を安定させ、長期使用に役立っている。よって、イオンビームの通過経路には金属材を使用しない事が重要である。 Further, in the ion implantation apparatus 1, by setting the thickness of the ground electrode 21b to 6 mm, the strength can withstand damage caused by the collision of the ion beam, the heat conduction to the ground electrode 21a is also reduced, and abnormal discharge between metals is performed. It is useful for long-term use. Therefore, it is important not to use a metal material for the passage of the ion beam.

さらに、インライナー２６を追加し、接地電極２１ａの中央開口部にイオンビームが当たらないようにした。また、このインライナー２６のリム幅は５ｍｍとなっており、連続でイオンビームを当て続けた場合でも９０日以上の連続使用が可能である。 Further, an inliner 26 is added so that the ion beam does not hit the central opening of the ground electrode 21a. Further, the rim width of the inliner 26 is 5 mm, and continuous use for 90 days or more is possible even when the ion beam is continuously applied.

また、図６の引出電極７０においては接地電極７６の材質を鉄（ＳＳ４００）としているが、イオン注入装置１においてはこれをカーボン材のインライナー２８へと変更している。 Further, in the extraction electrode 70 of FIG. 6, the material of the ground electrode 76 is iron (SS400), but in the ion implantation apparatus 1, this is changed to the inliner 28 made of carbon material.

図９に示す２箇所の短期ショートによる不具合から、従来は消耗時の部品交換にも問題があった。図６を参照しつつ説明すると、従来は加速減速電極７２、接地電極７１、電極スペーサ７３、接地電極７６を交換していて、多額の再生費用がかかっていた。 In the past, there was a problem in replacement of parts at the time of wear due to a short-circuit short circuit at two locations shown in FIG. Referring to FIG. 6, conventionally, the acceleration / deceleration electrode 72, the ground electrode 71, the electrode spacer 73, and the ground electrode 76 are exchanged, and a large amount of regeneration cost is required.

イオン注入装置１において交換部品は、図１を参照しつつ説明すると、加速減速電極２２、インライナー２６、インライナー２８（左右２枚のみで足りる）で、価格もカーボンの為、非常に安価となった。 The replacement parts in the ion implantation apparatus 1 will be described with reference to FIG. 1. The acceleration / deceleration electrode 22, the inliner 26, and the inliner 28 (only two pieces on the left and right sides are sufficient), and the price is very low because of carbon. became.

以上のように、イオン注入装置１においては、イオンビームＢを引き出す引出電極２０において、その接地電極２１ｂ、インライナー２６およびインライナー２８の材質をカーボンとした。また、接地電極２１と加速減速電極２２とを絶縁させる為に付いている電極スペーサ２５にセラミック製のカラー２７を追加した。これらにより、引出電極２０の異常ショートを効果的に防止される。さらに、イオンビームＢが直接当たる部分のカーボン材の寸法を長期使用を想定した寸法とした事で、設備の安定可動はもちろん、工数削減が期待できる。 As described above, in the ion implantation apparatus 1, in the extraction electrode 20 for extracting the ion beam B, the ground electrode 21b, the inliner 26, and the inliner 28 are made of carbon. Further, a ceramic collar 27 is added to the electrode spacer 25 provided to insulate the ground electrode 21 from the acceleration / deceleration electrode 22. As a result, an abnormal short circuit of the extraction electrode 20 is effectively prevented. Furthermore, by setting the size of the carbon material where the ion beam B directly hits the size assuming long-term use, it is possible to reduce the man-hours as well as the stable movement of the equipment.

また、従来金属材質の引出電極では、イオンビームによるスパッタを受け、57Ｆｅ＋、58Ｆｅ＋がイオンビーム中混入によるコンタミネーションが発生する事は避けられなかったが、イオン注入装置１においてはコンタミネーションの心配は限りなく小さくなった。 In addition, it has been unavoidable that the conventional extraction electrode made of a metal material is sputtered by an ion beam and 57Fe + and 58Fe + are contaminated due to contamination in the ion beam. It became infinitely small.

本発明によるイオン注入装置の一実施形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows one Embodiment of the ion implantation apparatus by this invention. 第２接地電極を上流側および下流側それぞれから見た様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that the 2nd ground electrode was seen from each upstream and downstream. 第２接地電極の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of a 2nd ground electrode. 第１保護部材の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of a 1st protection member. 第３保護部材の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of a 3rd protection member. 比較例に係るイオン注入装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the ion implantation apparatus which concerns on a comparative example. 接地電極７１を上流側から見た様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that the ground electrode 71 was seen from the upstream. 図６に示す引出電極７０におけるショートの発生件数を示すグラフである。7 is a graph showing the number of occurrences of shorts in the extraction electrode 70 shown in FIG. 6. 従来の引出電極におけるショートの発生箇所を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the generation | occurrence | production location of the short in a conventional extraction electrode. 従来のイオンビーム引出電極を示す図である。It is a figure which shows the conventional ion beam extraction electrode.

Explanation of symbols

１イオン注入装置
１０イオンビーム発生器
２０引出電極
２１接地電極
２１ａ接地電極
２１ｂ接地電極
２２加速減速電極
２３電極支持板
２４加速減速電極支持棒
２５電極スペーサ
２６インライナー
２７カラー
２８インライナー
３１電極支持金具
３２真空チャンバ
３３ベローズ
３４電極駆動部
７０引出電極
７１接地電極
７２加速減速電極
７３電極スペーサ
７４電極支持板
７５加速減速電極支持棒
７６接地電極
８１電極支持金具
８２真空チャンバ
８３ベローズ
８４電極駆動部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ion implantation apparatus 10 Ion beam generator 20 Extraction electrode 21 Ground electrode 21a Ground electrode 21b Ground electrode 22 Acceleration deceleration electrode 23 Electrode support plate 24 Acceleration deceleration electrode support rod 25 Electrode spacer 26 Inliner 27 Collar 28 Inliner 31 Electrode support metal fitting 32 Vacuum chamber 33 Bellows 34 Electrode drive unit 70 Extraction electrode 71 Ground electrode 72 Acceleration / deceleration electrode 73 Electrode spacer 74 Electrode support plate 75 Acceleration / deceleration electrode support rod 76 Ground electrode 81 Electrode support fitting 82 Vacuum chamber 83 Bellows 84 Electrode drive unit

Claims

An extraction electrode for extracting an ion beam,
A ground electrode to which a ground potential is applied;
An accelerating / decelerating electrode provided on the upstream side of the ion beam with respect to the ground electrode, and being provided with a negative potential with respect to the ground potential,
The ground electrode includes a first ground electrode made of metal, and a second ground electrode made of carbon provided to cover the entire upstream surface of the first ground electrode. An ion beam extraction electrode.

The ion beam extraction electrode according to claim 1,
A first protective member provided on an inner surface of the first ground electrode facing the ion beam and preventing the ion beam from being irradiated on the inner surface;
An ion beam extraction electrode in which the material of the first protective member is carbon.

The ion beam extraction electrode according to claim 1 or 2 ,
An insulating member for electrically insulating the ground electrode and the acceleration / deceleration electrode;
An ion beam extraction electrode, comprising: an insulating second protective member that is provided so as to surround at least a part of the insulating member and prevents the insulating member from being irradiated with the ion beam.

An ion implantation apparatus comprising: the ion beam extraction electrode according to any one of claims 1 to 3 ; and an ion beam generation unit configured to generate the ion beam.