JP2009021066A - イオンドーピング装置、イオンドーピング装置用フィラメントおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】投入電力の増大を抑制しつつ、寿命を向上可能なイオンドーピング装置用フィラメントおよびその製造方法、さらに当該イオンドーピング装置用フィラメントを備えたイオンドーピング装置を提供する。
【解決手段】フィラメント１１は、導電性を有するタングステン線からなり、当該タングステン線が直線状に延在する２つの直線部１２と、複数の直線部１２のうち、互いに隣接する直線部１２の端部を接続する接続部１３とを備えている。そして、直線部１２には、接続部１３よりもタングステン線が延びる方向に垂直な断面における断面積であるフィラメント断面積が大きい大径部１４が形成されている、
【選択図】図２

Description

本発明は、イオンドーピング装置、イオンドーピング装置用フィラメントおよびその製造方法に関し、より特定的には、投入電力の増大を抑制しつつ、寿命が向上したイオンドーピング装置用フィラメントおよびその製造方法、さらに当該イオンドーピング装置用フィラメントを備えたイオンドーピング装置に関するものである。

低温ポリシリコン液晶ディスプレイなどのＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；薄膜トランジスタ）液晶ディスプレイの製造工程においては、大型基板にＴＦＴを形成する必要がある。このとき、ＴＦＴのソース領域、ドレイン領域、ＬＤＤ（Ｌｉｇｈｔｌｙ Ｄｏｐｅｄ Ｄｒａｉｎ）領域などの形成や、ＴＦＴの閾値制御を目的とした不純物の注入には、イオンドーピング装置が使用される。

イオンドーピング装置は、たとえばイオンを発生させるイオン源を含み、イオンを基板に注入するための処理チャンバと、処理チャンバの高真空状態を維持するために処理チャンバの前室として設けられ、処理前後の基板を出し入れするためのＬ／Ｌ（ロードロック）チャンバと、処理チャンバとＬ／Ｌチャンバとの間に配置され、両チャンバ間の基板の搬送を行なうための搬送装置を含む搬送チャンバとを備えている。そして、イオン源は、目的の不純物イオンを生成させるためのプラズマ源と、生成された不純物イオンを引出し、所望のエネルギーに加速する電極とを備えている。

ここで、上述のプラズマ源としては、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）放電を利用した方式のプラズマ源とＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ）放電を利用した方式のプラズマ源とが知られているが、基板へのイオン注入量を制御するためのビーム電流密度の可変範囲が大きいＤＣアーク放電を利用した方式が主流となっている。そして、このＤＣアーク放電を利用した方式のプラズマ源では、タングステン（Ｗ）などからなるフィラメントが使用される。

上記フィラメントは消耗品であり、所定の頻度で交換する必要がある。しかし、フィラメントの交換などによるイオン源の稼動の中断頻度が大きくなると、イオンドーピング装置を使用した液晶ディスプレイなどの生産効率を低下させ、製造コストの上昇を招来する。これに対し、イオン源の稼動の中断頻度を抑制するために、種々の提案がなされている（たとえば特許文献１〜５参照）。
特開平１−２９６５４８号公報 特開平５−２８９４０号公報 特開平２−１０９２３９号公報 特開平１−１６３９５２号公報 特開昭６１−２９０５７号公報

イオン源の稼動の中断頻度を抑制するためには、イオン源において使用されるフィラメントの寿命を向上させることが有効である。図５は、従来のイオンドーピング装置用フィラメントを示す概略断面図である。また、図６は、図５のイオンドーピング装置用フィラメントが使用され、損傷を受けた状態を示す概略断面図である。図５および図６を参照して、従来のイオンドーピング装置用フィラメントの損傷について説明する。

図５を参照して、従来のイオンドーピング装置用フィラメントであるフィラメント１１０は、タングステン線からなり、当該線が直線状に延在する２つ直線部１２０と、２つの直線部１２０の端部を接続する接続部１３０とを備えるＵ字型の形状を有している。直線部１２０および接続部１３０においては、線が延びる方向に垂直な断面における断面積（フィラメント断面積）が一定（すなわち線の太さが一定）となっている。そして、フィラメント１１０がイオンドーピング装置のイオン源において使用された場合、以下のように損傷を受ける。

すなわち、ＴＦＴのＰ型ソース領域やＰ型ドレイン領域を形成するためにイオンドーピング装置が使用される場合、原料ガスにはジボラン（Ｂ_２Ｈ_６）ガスが採用される場合が多い。この場合、フィラメント１１０を構成するタングステンがジボランガスと反応して脆化し、フィラメントが短時間で断線するおそれがある。そのため、アルゴン（Ａｒ）ガス雰囲気下において放電を行なうクリーニング放電が対策として実施される。これにより、フィラメント１１０の脆化が抑制され、フィラメント１１０の寿命が向上する。しかし、クリーニング放電を行なうことで、アルゴンガスによるスパッタリングが発生する。その結果、図６に示すように、フィラメント１１０の直線部１２０の一部である損傷部１９０が損傷を受けて細くなり、最終的には損傷部１９０においてフィラメント１１０が断線する。

図７は、従来のイオンドーピング装置用フィラメントの他の例を示す概略断面図である。また、図８は、図７のイオンドーピング装置用フィラメントが使用され、損傷を受けた状態を示す概略断面図である。図７および図８を参照して、従来のイオンドーピング装置用フィラメントの損傷の他の例について説明する。

図７を参照して、従来のイオンドーピング装置用フィラメントの他の例であるフィラメント２１０は、タングステン線からなり、当該線が直線状に延在する４つ直線部２２０と、４つの直線部２２０のうち、互いに隣接する直線部２２０の端部を接続する３つの接続部２３０とを備えるＭ字型の形状を有している。そして、直線部２２０および接続部２３０においては、線が延びる方向に垂直な断面における断面積が一定（すなわち線の太さが一定）となっている。そして、フィラメント２１０がイオンドーピング装置のイオン源において使用された場合、上記フィラメント１１０の場合と同様に、フィラメント２１０の脆化の抑制を目的としたクリーニング放電の結果、図８に示すように、フィラメント２１０の直線部２２０の一部である損傷部２９０が損傷を受けて細くなり、最終的には損傷部２９０においてフィラメント２１０が断線する。

以上のように、従来のイオンドーピング装置用フィラメントにおいては、原料ガスとの反応による脆化を防止する対策としてクリーニング放電が行なわれているものの、このクリーニング放電の結果、フィラメントの一部に損傷が発生して断線するという問題点があった。これに対し、フィラメント全体を太くすることにより、フィラメントを長寿命化する対策が有効であるとも考えられる。しかし、この場合、フィラメントに投入する投入電力を大きくする必要があり、容量の大きな電源が必要となる。そのため、フィラメント全体を単に太くするという対策は、必ずしも有効な対策とはいえない。

そこで、本発明の目的は、投入電力の増大を抑制しつつ、寿命を向上可能なイオンドーピング装置用フィラメントおよびその製造方法、さらに当該イオンドーピング装置用フィラメントを備えたイオンドーピング装置を提供することである。

本発明に従ったイオンドーピング装置用フィラメントは、導電性を有する線からなり、当該線が直線状に延在する複数の直線部と、複数の直線部のうち、互いに隣接する直線部の端部を接続する接続部とを備えている。そして、直線部には、接続部よりも、線が延びる方向に垂直な断面における断面積であるフィラメント断面積が大きい大径部が形成されている。ここで、接続部は、たとえば、曲線状の形状を有する湾曲部である。

本発明者は、イオンドーピング装置用フィラメントの損傷について詳細な検討を行ない、以下の知見を得た。すなわち、フィラメント全体を太くした場合、上述のようにフィラメントへの投入電力が大きくなる。このとき、原料ガス、たとえばジボランの分解が促進され、目的の不純物イオンであるＢ_２Ｈ_Ｘの比率（濃度）が小さくなる。その結果、ドーピングの効率が低下し、イオンドーピング装置の処理能力が低下するという問題が生じる。つまり、フィラメント全体を太くすることによりフィラメントを長寿命化する対策は、容量の大きな電源が必要となるだけでなく、イオンドーピング装置の処理能力の低下も招来する。したがって、フィラメント全体を単に太くするという対策は、有効な対策とはいえない。

一方、種々の条件でイオンドーピング装置を稼動させ、フィラメントの損傷状態を確認したところ、フィラメントの直線部に損傷が集中していることが明らかとなった。これに対し、本発明のイオンドーピング装置用フィラメントにおいては、直線部に、フィラメント断面積が接続部よりも大きい大径部が形成されている。これにより、イオンドーピング装置用フィラメントの寿命を向上させることができる。さらに、本発明のイオンドーピング装置用フィラメントにおいては、フィラメント全体が太くなっているわけではないので、上述の電源の容量の問題およびイオンドーピング装置の能率低下の問題を抑制することができる。以上のように、本発明のイオンドーピング装置用フィラメントによれば、投入電力の増大を抑制しつつ、寿命を向上可能なイオンドーピング装置用フィラメントを提供することができる。

上記イオンドーピング装置用フィラメントにおいて好ましくは、大径部は、大径部に隣接する領域に向けて、フィラメント断面積が徐々に減少するように形成されている。

上述のフィラメントの直線部に発生する損傷は、直線部のある点を中心にフィラメントを構成する線の長手方向両側に向けて徐々に緩和される。そのため、上述のように直線部に大径部が形成された場合でも、断面積の最も大きい領域に隣接する領域が直ちに接続部と同じ太さになっている場合、当該領域におけるフィラメントの太さが損傷に対して不十分となり、当該領域において断線が発生するおそれがある。一方、これを回避するために、断面積の最も大きい領域を、損傷を受ける領域全体に広げた場合、上述の電源容量およびイオンドーピング装置の処理能力の低下の問題が大きくなる。これに対し、大径部を、大径部に隣接する領域に向けて、フィラメント断面積が徐々に減少するように形成することにより、損傷の大きくなる領域のフィラメント断面積を十分に確保しつつ、損傷の小さい領域に向けてフィラメント断面積を徐々に小さくし、電源容量およびイオンドーピング装置の処理能力の低下の問題を最小限に抑制することができる。なお、フィラメント断面積は、たとえばフィラメントを構成する線の長手方向に沿った断面において、線の表面が階段状になるように減少してもよいし、直線または曲線的に減少してもよい。

上記イオンドーピング装置用フィラメントにおいて好ましくは、大径部のフィラメント断面積は、接続部のフィラメント断面積の１．１倍以上４倍以下である。さらに、上記イオンドーピング装置用フィラメントにおいて好ましくは、大径部の長さは、直線部および接続部の全長の２％以上５０％以下である。

大径部のフィラメント断面積が接続部のフィラメント断面積の１．１倍未満である場合、フィラメントの寿命向上の効果が十分に得られない。一方、大径部のフィラメント断面積が接続部のフィラメント断面積の４倍を超えると、フィラメントに投入すべき電力が許容範囲を超えて大きくなるおそれがある。したがって、大径部のフィラメント断面積は、接続部のフィラメント断面積の１．１倍以上４倍以下であることが好ましい。また、大径部の長さが直線部および接続部の全長の２％未満である場合、フィラメントの寿命向上の効果が十分に得られない。一方、大径部の長さが直線部および接続部の全長の５０％を超える場合、フィラメントに投入すべき電力が許容範囲を超えて大きくなるおそれがある。したがって、大径部の長さは、直線部および接続部の全長の２％以上５０％以下であることが好ましい。なお、フィラメントへの投入電力増加の許容範囲と、フィラメントの寿命延長の効果とのバランスから、大径部のフィラメント断面積は、接続部のフィラメント断面積の１．２倍以上２．３倍以下、大径部の長さは、直線部および接続部の全長の２０％以上４０％以下であることが、特に好ましい。

本発明に従ったイオンドーピング装置は、上述の本発明のイオンドーピング装置用フィラメントを備えている。

上述の投入電力の増大を抑制しつつ、寿命を向上可能なイオンドーピング装置用フィラメントを備えていることにより、本発明のイオンドーピング装置は、投入電力の増大が抑制されつつ、フィラメント交換による稼動効率の低下が抑制されたイオンドーピング装置となっている。

本発明に従ったイオンドーピング装置用フィラメントの製造方法は、導電性を有する線からなるイオンドーピング装置用フィラメントの製造方法である。このイオンドーピング装置用フィラメントの製造方法は、母材を準備する工程と、当該母材がフィラメントに加工される工程とを備えている。そして、当該母材がフィラメントに加工される工程においては、イオンドーピング装置用フィラメントが使用されるイオンドーピング装置に、試運転用フィラメントが装着されてイオンドーピング装置の試運転が実施された場合に、試運転用フィラメントにおいて、試運転により損傷して細くなる部位である損傷部位に該当する部位の、線が延びる方向に垂直な断面における断面積であるフィラメント断面積が、損傷部位に該当する部位に隣接する領域よりも大きくなるように、母材がフィラメントに加工される。

本発明のイオンドーピング装置用フィラメントの製造方法によれば、フィラメントの損傷部位に該当する部位のフィラメント断面積が、損傷部位に該当する部位に隣接する領域よりも大きくなるように、母材がフィラメントに加工される。そのため、損傷部位となる部位が大径部となったイオンドーピング装置用フィラメントが得られる。その結果、本発明のイオンドーピング装置用フィラメントの製造方法によれば、投入電力の増大を抑制しつつ、寿命を向上可能なイオンドーピング装置用フィラメントを製造することができる。

以上の説明から明らかなように、本発明のイオンドーピング装置、イオンドーピング装置用フィラメントおよびその製造方法によれば、投入電力の増大を抑制しつつ、寿命を向上可能なイオンドーピング装置用フィラメントおよびその製造方法、さらに当該イオンドーピング装置用フィラメントを備えたイオンドーピング装置を提供することができる。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。

図１は、本発明の一実施の形態におけるイオンドーピング装置の構成を示す概略図である。図１を参照して、本発明の一実施の形態におけるイオンドーピング装置について説明する。

図１を参照して、本実施の形態におけるイオンドーピング装置１は、イオンを基板９９に注入するための処理チャンバ６０と、処理チャンバ６０の高真空状態を維持するために処理チャンバ６０の前室として設けられ、処理前後の基板９９を出し入れするためのＬ／Ｌ（ロードロック）チャンバ８０と、処理チャンバ６０とＬ／Ｌチャンバ８０との間に配置され、処理チャンバ６０とＬ／Ｌチャンバ８０との間において基板９９の搬送を行なうための搬送ロボット７１が配置されたロボットチャンバ７０とを備えている。処理チャンバ６０、ロボットチャンバ７０およびＬ／Ｌチャンバ８０のそれぞれは、内部を減圧するための真空ポンプなどの減圧装置（図示しない）に接続されている。また、処理チャンバ６０とロボットチャンバ７０との間、およびロボットチャンバ７０とＬ／Ｌチャンバ８０との間には、それぞれバルブ扉９１が配置されている。この減圧装置およびバルブ扉９１により、処理チャンバ６０、ロボットチャンバ７０およびＬ／Ｌチャンバ８０は、それぞれ独立に内部を減圧することが可能となっている。

Ｌ／Ｌチャンバ８０は、基板９９を載置するためのテーブル８１を含んでいる。また、Ｌ／Ｌチャンバ８０には、イオンドーピング装置１の外部との間で基板９９を出し入れするために外部に連通した外部連通口（図示しない）が形成されている。処理チャンバ６０は、イオンが導入されるべき基板９９を載置するためのドーピングステージ６１を含んでいる。ロボットチャンバ７０に配置された搬送ロボット７１は、Ｌ／Ｌチャンバ８０内のテーブル８１と、処理チャンバ６０内のドーピングステージ６１との間において、基板９９を搬送する機能を有している。

処理チャンバ６０は、ＤＣアーク放電を利用してプラズマを発生させることが可能なイオン源１０を含んでいる。イオン源１０は、ドーピングステージ６１において基板９９が載置される面に対向する位置に、処理チャンバ６０の内部に突出するように配置されたイオンドーピング装置用フィラメントとしてのフィラメント１１と、プラズマ６２を発生させるためのアーク電源３４と、処理チャンバ６０においてフィラメント１１が突出する領域を取り囲むように処理チャンバ６０の壁面に取り付けられ、プラズマ６２を閉じ込める機能を果たす複数のマグネット３１とを有している。フィラメント１１は、複数個（本実施例では４個）配置されており、これに対応する複数の（本実施例では４個の）フィラメント電源３３に接続されている。また、イオン源１０は、フィラメント１１とドーピングステージ６１との間に、フィラメント１１に近い側から順にプラズマ電極４１、引出電極４２、減速電極４３および接地電極４４を有しており、これらに電位を与える引出電源３５、加速電源３６および減速電源３７を有している。プラズマ電極４１、引出電極４２、減速電極４３および接地電極４４には、イオンが通過可能なように多数の貫通孔が形成されている。

次に、フィラメント１１の構成の詳細について説明する。図２は、本発明の一実施の形態におけるイオンドーピング装置用フィラメントの構成を示す概略断面図である。なお、図２においては、フィラメント１１を構成する線の長手方向に平行な断面が示されている。

図２を参照して、本実施の形態におけるイオンドーピング装置用フィラメントとしてのフィラメント１１は、導電性を有し、かつ耐熱性に優れたタングステン線からなっている。そして、当該フィラメント１１は、タングステン線が直線状に延在する２つの直線部１２と、２つの直線部１２の端部を接続する接続部１３とを備えており、Ｕ字型の形状を有している。そして、直線部１２には、接続部１３よりもタングステン線が延びる方向に垂直な断面における断面積であるフィラメント断面積が大きい大径部１４が形成されている。また、大径部１４には、大径部１４に隣接する領域に向けて、フィラメント断面積が徐々に減少する連結部１５が形成されている。連結部１５では、フィラメント断面積は、フィラメント１１を構成するタングステン線の長手方向に沿った断面（図２の断面）において、タングステン線の表面が階段状になるように減少している。

より具体的には、フィラメント１１は、全長３３０ｍｍのタングステン線からなっており、直径φ１．２ｍｍの線径（断面積１．１３ｍｍ^２）を有している。そして、フィラメント１１の２つの直線部１２には、それぞれ長さ５５ｍｍの大径部１４が形成されている。この大径部の長さの合計１１０ｍｍは、直線部１２および接続部１３の全長の３３％となっている。また、大径部１４の中央部は、直径φ１．５ｍｍ（断面積１．７７ｍｍ^２）となっており、これは接続部の断面積の１．５６倍に該当する太さである。また、大径部１４の連結部１５は、それぞれ長さ５ｍｍとなっている。さらに、大径部１４は、直線部１２の接続部１３側の端部からの距離が、２つ直線部１２のそれぞれの長さに対して６０％の領域を含むように形成されている。当該領域は、平行して電流が逆方向に流れることで、流れた電流により発生する磁場が互いに相殺し、熱電子の放出効率の高い部分である。そのため、当該領域は、Ｕ字型の形状を有するフィラメントにおいて、損傷を受けやすい領域である。

次に、本発明の一実施の形態におけるイオンドーピング装置用フィラメントの製造方法について説明する。図３は、本発明の一実施の形態におけるイオンドーピング装置用フィラメントの製造方法の概略を示す流れ図である。

図３を参照して、本実施の形態におけるイオンドーピング装置用フィラメントの製造方法は、導電性を有する線であるタングステン線からなるイオンドーピング装置用フィラメントの製造方法である。このイオンドーピング装置用フィラメントの製造方法は、母材を準備する母材準備工程と、当該母材がフィラメントに加工されるフィラメント加工工程とを備えている。フィラメント加工工程では、イオンドーピング装置用フィラメントが使用されるイオンドーピング装置に、試運転用フィラメントが装着されて、当該イオンドーピング装置の試運転が実施された場合に、試運転用フィラメントにおいて、試運転により損傷して細くなる部位である損傷部位に該当する部位の、線が延びる方向に垂直な断面における断面積であるフィラメント断面積が、損傷部位に該当する部位に隣接する領域よりも大きくなるように、母材がフィラメントに加工される。

より具体的には、母材準備工程では、タングステンからなるタングステン母材が準備される。一方、イオンドーピング装置用フィラメントの製造方法とは別に、イオンドーピング装置用フィラメントが使用されるイオンドーピング装置に、試運転用フィラメントが装着されて、当該イオンドーピング装置の試運転が実施される試運転工程と、当該試運転工程において試運転により損傷して細くなる部位である損傷部位を確認する損傷部位確認工程とが実施される。そして、本実施の形態におけるフィラメント加工工程においては、損傷部位に該当する部位のフィラメント断面積が、損傷部位に該当する部位に隣接する領域よりも大きくなるように、母材がフィラメントに加工される。ここで、上述のように、損傷部位は、フィラメント１１の直線部１２となるため、図２に示すように、直線部１２に大径部１４が形成されることとなる。以上のように、本実施の形態のフィラメント１１は製造される。なお、製造しようとするイオンドーピング装置用フィラメントが、使用されようとするイオンドーピング装置において使用された実績がない場合、上述のように試運転工程および損傷部位確認工程が実施される必要があるが、使用された実績があり、損傷部位がすでに明らかとなっている場合、当該部位に大径部１４が形成されるようにフィラメント加工工程を実施することができる。

次に、本実施の形態におけるイオンドーピング装置の動作について説明する。図１を参照して、まず、被処理物である基板９９が、図示しない外部連通口からＬ／Ｌチャンバ８０の内部に搬入され、テーブル８１上に載置される。そして、外部連通口が閉じられ、密閉された状態で、排気装置によりＬ／Ｌチャンバ８０の内部が減圧される。所望の真空度にまで減圧された後、Ｌ／Ｌチャンバ８０とロボットチャンバ７０との間のバルブ扉９１が開かれ、搬送ロボット７１により基板９９がＬ／Ｌチャンバ８０からロボットチャンバ７０の内部に搬入される。その後、Ｌ／Ｌチャンバ８０とロボットチャンバ７０との間のバルブ扉９１が閉じられ、ロボットチャンバ７０の内部が排気装置により所望の真空度にまで減圧されたうえで、ロボットチャンバ７０と処理チャンバ６０との間のバルブ扉９１が開けられる。そして、搬送ロボット７１により基板９９がロボットチャンバ７０から処理チャンバ６０内に搬入され、ドーピングステージ６１上に載置された後、ロボットチャンバ７０と処理チャンバ６０との間のバルブ扉９１が閉じられる。その後、排気装置により所望の圧力に減圧された処理チャンバ６０内において、基板９９に対して不純物を注入するためのドーピング処理が実施される。このドーピング処理の詳細については後述する。

ドーピング処理が実施された基板９９は、上述の場合と反対の手順で、搬入先のチャンバが減圧された上で搬入元のチャンバとの間のバルブ扉９１が開閉されて、Ｌ／Ｌチャンバ８０内にまで運搬され、最終的にはＬ／Ｌチャンバ８０の外部連通口から外部に搬出される。このような手順でイオンドーピング装置１の内部において基板９９を移動させてドーピング処理を実施することで、処理チャンバ６０が常時高真空に保持され、安定したドーピング処理が可能となる。

次に、ドーピング処理の詳細について説明する。図１を参照して、まず、減圧装置により減圧された処理チャンバ６０内に、原料ガスとして、たとえばジボランガスが導入される。一方、フィラメント電源３３に接続されたフィラメント１１のはたらきにより、熱電子が発生し、アーク電源３４のはたらきにより処理チャンバ６０内にプラズマ６２が発生するとともに、マグネット３１のはたらきによる磁場により、発生したプラズマ６２が、マグネット３１により囲まれた領域内に閉じ込められる。これにより、目的の不純物イオンであるＢ_２Ｈ_Ｘが処理チャンバ６０内に生成する。そして、生成した不純物イオンは、プラズマ電極４１および引出電極４２により引出されたうえで加速され、減速電極４３により２次電子の逆流が抑制されることによりイオンビームを形成し、基板９９に照射される。これにより、基板９９に対するドーピング処理が実施される。

ここで、ドーピング処理が実施されることにより、上述のように、フィラメント１１を構成するタングステンがジボランガスと反応して脆化し、フィラメント１１が短時間で断線するおそれがある。そのため、ドーピング処理が行なわれた後、アルゴンガス雰囲気下において放電を行なうクリーニング放電が実施される。このとき、フィラメント１１には、アルゴンガスによるスパッタリングが発生する。これに対し、本実施の形態におけるフィラメント１１においては、当該スパッタリングにより損傷を受けるフィラメント１１の直線部１２に、大径部１４が形成されているため、フィラメント１１の寿命が向上している。また、フィラメント１１においては、フィラメント１１全体が太くなっているわけではないので、電源の容量およびイオンドーピング装置の能率低下の問題が抑制されている。以上のように、本実施の形態のフィラメント１１は、投入電力の増大を抑制しつつ、寿命が向上したイオンドーピング装置用フィラメントとなっている。

次に、本実施の形態の変形例について説明する。図４は、本発明の実施の形態の変形例であるイオンドーピング装置用フィラメントの構成を示す概略断面図である。なお、図４においては、フィラメント２１を構成する線の長手方向に平行な断面が示されている。

図４を参照して、本変形例におけるフィラメント２１は、基本的には図２に基づいて説明した上記実施の形態におけるフィラメント１１と同様の構成を有し、同様の効果を奏する。しかし、本変形例におけるフィラメント２１は、その形状において、一部フィラメント１１とは異なっている。

すなわち、図４を参照して、本変形例におけるフィラメント２１は、タングステン線からなり、タングステン線が直線状に延在する４つ直線部２２と、４つの直線部２２のうち、互いに隣接する直線部２２の端部を接続する３つの接続部２３とを備えており、Ｍ字型の形状を有している。そして、直線部２２のそれぞれには、接続部２３よりもタングステン線が延びる方向に垂直な断面における断面積であるフィラメント断面積が大きい大径部２４が形成されている。また、大径部２４には、大径部２４に隣接する領域に向けて、フィラメント断面積が徐々に減少する連結部２５が形成されている。連結部２５では、フィラメント断面積は、フィラメント２１を構成するタングステン線の長手方向に沿った断面（図４の断面）において、タングステン線の表面が直線状に減少している。

より具体的には、フィラメント２１は、全長１８０ｍｍのタングステン線からなっており、直径φ１．２ｍｍの線径（断面積１．１３ｍｍ^２）を有している。そして、フィラメント２１の４つの直線部２２には、それぞれ長さ１０ｍｍの大径部２４が形成されている。この大径部の長さの合計４０ｍｍは、直線部２２および接続部２３の全長の２２％となっている。また、大径部１４の中央部は、直径φ１．５ｍｍ（断面積１．７７ｍｍ^２）となっており、これは接続部の断面積の１．５６倍に該当する太さである。また、大径部２４の連結部２５は、それぞれ長さ２．５ｍｍとなっている。さらに、大径部２４は、直線部２２が並ぶ方向において両端に配置される接続部２３側の直線部２２の端部からの距離が、直線部２２のうち中央に配置された２つの各直線部２２の長さに対して５０％の領域を含むように４つの各直線部２２に形成されている。当該領域は、平行して電流が逆方向に流れることで、流れた電流により発生する磁場が互いに相殺し、熱電子の放出効率の高い部分である。そのため、当該領域は、Ｍ字型の形状を有するフィラメントにおいて、損傷を受けやすい領域である。

以下、本発明の実施例１について説明する。本発明のイオンドーピング装置用フィラメントと従来のイオンドーピング装置用フィラメントとを用いて実際にドーピング処理とクリーニング放電とを繰返して行ない、フィラメントが断線するまでの寿命と、必要となった投入電力とを調査する実験を行なった。実験の手順は以下のとおりである。

まず、図２に示す本発明のイオンドーピング装置用フィラメントと、図５に示す従来のイオンドーピング装置用フィラメント（いずれもＵ字型）を作製した。その後、図１に示すイオンドーピング装置１に上記フィラメント１１またはフィラメント１１０を装着して、原料ガスはジボランガス（水素バランス２０％ガス）８０ｓｃｃｍ、各フィラメント電流値５５〜６５Ａ（アーク電流０．８Ａ）の条件でドーピング処理を行なった。その後、Ａｒ（アルゴン）ガス１０ｓｃｃｍ、各フィラメント電流値５０〜７０Ａ（アーク電流２Ａ）の条件でクリーニング放電を実施した。そして、これを繰返して行ない、フィラメント１１またはフィラメント１１０が断線するまでのドーピング処理の時間を調査し、これをフィラメントの寿命として評価した。また、このときに必要となった投入電力を記録した。

次に、上記実験の結果を説明する。上記実験の結果、本発明のイオンドーピング装置用フィラメントは、従来のイオンドーピング装置用フィラメントに対して、１．１倍の投入電力が必要となった。一方、本発明のイオンドーピング装置用フィラメントの寿命は、従来のイオンドーピング装置用フィラメントの寿命に対して１．６倍となった。このことから、本発明のイオンドーピング装置用フィラメントは、投入電力の増大を従来のイオンドーピング装置用フィラメントに対して１０％に抑制しつつ、寿命を６０％向上可能であるという優れた効果を奏することが確認された。

なお、上記実施の形態および実施例においては、本発明のイオンドーピング装置用フィラメントの一例としてＵ字型およびＭ字型の形状を有するフィラメントについて説明したが、本発明のイオンドーピング装置用フィラメントの形状はこれに限られず、複数の直線部と隣り合う直線部の端部を接続する接続部とを備えた形状を有していればよい。

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明のイオンドーピング装置、イオンドーピング装置用フィラメントおよびその製造方法は、投入電力の増大を抑制しつつ、寿命を向上させることが要求されるイオンドーピング装置用フィラメントおよびその製造方法、さらにフィラメントの交換頻度の低減が求められるイオンドーピング装置に特に有利に適用することができる。

本発明の一実施の形態におけるイオンドーピング装置の構成を示す概略図である。 本発明の一実施の形態におけるイオンドーピング装置用フィラメントの構成を示す概略断面図である。 本発明の一実施の形態におけるイオンドーピング装置用フィラメントの製造方法の概略を示す流れ図である。 本発明の実施の形態の変形例であるイオンドーピング装置用フィラメントの構成を示す概略断面図である。 従来のイオンドーピング装置用フィラメントを示す概略断面図である。 図５のイオンドーピング装置用フィラメントが使用され、損傷を受けた状態を示す概略断面図である。 従来のイオンドーピング装置用フィラメントの他の例を示す概略断面図である。 図７のイオンドーピング装置用フィラメントが使用され、損傷を受けた状態を示す概略断面図である。

符号の説明

１ イオンドーピング装置、１０ イオン源、１１，２１ フィラメント、１２，２２ 直線部、１３，２３ 接続部、１４，２４ 大径部、１５，２５ 連結部、３１ マグネット、３３ フィラメント電源、３４ アーク電源、３５ 引出電源、３６ 加速電源、３７ 減速電源、４１ プラズマ電極、４２ 引出電極、４３ 減速電極、４４ 接地電極、６０ 処理チャンバ、６１ ドーピングステージ、６２ プラズマ、７０ ロボットチャンバ、７１ 搬送ロボット、８０ Ｌ／Ｌチャンバ、８１ テーブル、９１ バルブ扉、９９ 基板。

Claims (6)

1. 導電性を有する線からなり、
   前記線が直線状に延在する複数の直線部と、
   前記複数の直線部のうち、互いに隣接する前記直線部の端部を接続する接続部とを備え、
   前記直線部には、前記接続部よりも前記線が延びる方向に垂直な断面における断面積であるフィラメント断面積が大きい大径部が形成されている、イオンドーピング装置用フィラメント。
2. 前記大径部は、前記大径部に隣接する領域に向けて、前記フィラメント断面積が徐々に減少するように形成されている、請求項１に記載のイオンドーピング装置用フィラメント。
3. 前記大径部のフィラメント断面積は、前記接続部のフィラメント断面積の１．１倍以上４倍以下である、請求項１または２に記載のイオンドーピング装置用フィラメント。
4. 前記大径部の長さは、前記直線部および前記接続部の全長の２％以上５０％以下である、請求項１〜３のいずれか１項に記載のイオンドーピング装置用フィラメント。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のイオンドーピング装置用フィラメントを備えた、イオンドーピング装置。
6. 導電性を有する線からなるイオンドーピング装置用フィラメントの製造方法であって、
   母材を準備する工程と、
   前記イオンドーピング装置用フィラメントが使用されるイオンドーピング装置に、試運転用フィラメントが装着されて前記イオンドーピング装置の試運転が実施された場合に、前記試運転用フィラメントにおいて、前記試運転により損傷して細くなる部位である損傷部位に該当する部位の、前記線が延びる方向に垂直な断面における断面積であるフィラメント断面積が、前記損傷部位に該当する部位に隣接する領域よりも大きくなるように、前記母材がフィラメントに加工される工程とを備えた、イオンドーピング装置用フィラメントの製造方法。

Images