(57)【要約】      （修正有）【課題】引出し電極系の高電位電極に高電圧を供給する系統の絶縁劣化を抑えると共に、高電位電極への配線の作業性の悪さを解消する。【解決手段】このイオン源装置は、イオン源チャンバー２を貫通し内部に支持棒用穴５２を有する接地電位の電極系支持軸５０と、その支持棒用穴５２を支持軸５０との間に空間をあけて貫通しそのイオン源チャンバー外側の端部付近に高電圧が印加される高電位支持棒５４と、電極系支持軸５０のイオン源チャンバー外側の端部付近内に設けられた絶縁体５６と、高電位支持棒５４のイオン源チャンバー内側の端部に結合されていて高電位電極１２を支持かつ導通させる第１支持体４０と、電極系支持軸５０のイオン源チャンバー内側の端部に結合されていて接地電極１４を支持かつ導通させるものであって、高電位電極１２および第１支持体４０との間が空間絶縁されている第２支持体４６とを備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空に排気されるイオン源チャンバー内に、プラズマを生成するプラズマ生成部と、このプラズマ生成部内のプラズマからイオンビームを引き出す電極系であって、高電圧が印加される高電位電極および当該高電位電極の下流側に設けられた接地電位の接地電極を有する引出し電極系とを配置した構造のイオン源装置において、
前記イオン源チャンバーを貫通しているものであって、その内部に軸方向に貫通する支持棒用穴を有する接地電位の電極系支持軸と、
前記電極系支持軸と前記イオン源チャンバーとの間を真空シールする真空シール手段と、
前記電極系支持軸の支持棒用穴を当該電極系支持軸との間に空間をあけて貫通しているものであって、その前記イオン源チャンバー外側の端部付近に高電圧が印加される高電位支持棒と、
前記電極系支持軸の前記イオン源チャンバー外側の端部付近の前記支持棒用穴内であって、前記電極系支持軸と前記高電位支持棒との間に設けられていて両者間を電気絶縁すると共に前記高電位支持棒を支持する絶縁体と、
前記絶縁体と前記電極系支持軸および高電位支持棒との間を真空シールするパッキンと、
前記高電位支持棒の前記イオン源チャンバー内側の端部に結合されていて、前記高電位電極を支持すると共に前記高電位電極を前記高電位支持棒に電気的に導通させる第１支持体と、
前記電極系支持軸の前記イオン源チャンバー内側の端部に結合されていて、前記接地電極を支持すると共に前記接地電極を前記電極系支持軸に電気的に導通させるものであって、前記高電位電極、前記第１支持体および前記高電位支持棒との間が絶縁物を介さずに空間によって電気絶縁されている第２支持体とを備えていることを特徴とするイオン源装置。
【請求項２】
前記第２支持体を設ける代わりに、前記接地電極を前記電極系支持軸の前記イオン源チャンバー内側の端部に結合し、かつ、当該接地電極と前記高電位電極、前記第１支持体および前記高電位支持棒との間を絶縁物を介さずに空間によって電気絶縁している請求項１記載のイオン源装置。
【請求項３】
前記支持棒用穴は、前記第２支持体または前記接地電極を前記電極系支持軸に結合している位置よりも下流側に設けられている請求項１または２記載のイオン源装置。
【請求項４】
前記絶縁体は、当該絶縁体から前記イオン源チャンバー内側に向けて突出したものであって、前記高電位支持棒を空間をあけて取り囲むと共に、前記電極系支持軸との間に空間をあけている筒状絶縁体を有している請求項１、２または３記載のイオン源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、イオン注入装置等に用いられるイオン源装置に関し、より具体的には、その引出し電極系周りの構造の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のイオン源装置の従来例を図３に示す。なお、これと同様の構造のイオン源装置が特許文献１に記載されている。
【０００３】
このイオン源装置は、真空に排気される真空容器であるイオン源チャンバー２内に、プラズマ７を生成するプラズマ生成部４、および、当該プラズマ生成部４内のプラズマ７からイオン引出し孔６を通して電界の作用でイオンビーム８を引き出す引出し電極系１０を配置した構造をしている。
【０００４】
プラズマ生成部４は、そのプラズマ生成容器５内に導入されたガス（蒸気の場合を含む）を放電によって電離させてプラズマ７を生成するものであり、例えば、特許文献１に記載されているのと同様のバーナス（Ｂｅｒｎｕｓ）型のものである。但し、これ以外のタイプ、例えば周知のフリーマン型、高周波放電型等でも良い。
【０００５】
引出し電極系１０は、プラズマ生成部４の下流側（イオンビーム８の進行方向における下流側。以下同様）近傍に設けられていて高電圧（例えば−２ｋＶ程度の負の高電圧）が印加される高電位電極１２と、この高電位電極１２の下流側近傍に設けられた接地電位の接地電極１４とを有している。各電極１２、１４は、イオンビーム８を通すイオン引出し孔１３、１５を有している。このイオン引出し孔１３、１５は、前記イオン引出し孔６に対応した形状、例えば、図３の紙面の表裏方向に細長い長方形状（スリット状とも言える。図２参照）をしているが、これらのイオン引出し孔６、１３、１５の形状はこれに限られるものではない。
【０００６】
高電位電極１２は、接地電極１４から複数の（例えば３〜４個の）絶縁碍子１６によって支持されている。この高電位電極１２には、その側方のイオン源チャンバー２に取り付けたフィードスルー２４および配線３０を経由して、イオン源チャンバー２外から前記高電圧が印加される。フィードスルー２４は、絶縁物２８と、それを貫通する導体２６とを有している。高電位電極１２は、通常は負の高電圧が印加されて、下流側からの電子の逆流を抑制する作用を奏するので、抑制電極とも呼ばれる。
【０００７】
上記引出し電極系１０は、接地電極１４に結合された電極系支持軸１８を用いて、イオン源チャンバー２内の所定位置に位置するように支持されている。更にこのイオン源装置は、電極系支持軸１８を介して引出し電極系１０を、矢印Ａに示すギャップ方向、矢印Ｂに示す横方向および矢印Ｃに示す回転方向に駆動する電極駆動装置２０を有している。電極系支持軸１８がイオン源チャンバー２を貫通する部分は、ベローズ２２によって真空シールされている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−２０２８９６号公報（段落００１８−００２４、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記イオン源装置においては、次のような課題がある。
【００１０】
（１）フィードスルー２４のイオン源チャンバー２内側の表面２９の絶縁劣化が速い。その結果、装置を止めて表面２９を頻繁に清掃しなければならず、装置の稼動率が低下する。
これは、フィードスルー２４は、配線３０の長さを最短にするために、高電位電極１２の側方に配置されていて、プラズマ生成部４および引出し電極系１０の各イオン引出し孔６、１３、１５に近い位置にあり、しかも各イオン引出し孔６、１３、１５から前記フィードスルー２４の表面２９が見通せるので、プラズマ生成部４のイオン引出し孔６から漏れ出たガスやプラズマによる汚染物質や、イオンビーム８の周辺部が電極１２、１４に衝突することによって発生する汚染物質が、フィードスルー２４の前記表面２９に到達して付着しやすいからである。
【００１１】
（２）フィードスルー２４と高電位電極１２とを電気的に接続する配線３０を接続する作業性が悪い。
これは、イオン源チャンバー２内のスペースが非常に狭く（仮に広くすると、イオン源チャンバー２の真空排気容量が増大してしまい真空ポンプ容量が増大する）、しかも放電発生防止等のために配線３０を最短距離で配線しなければならないため、作業能率が悪いからである。
【００１２】
（３）引出し電極系１０の各絶縁碍子１６の絶縁劣化が速い。その結果、上記（１）の場合と同様の理由で、装置の稼動率が低下する。
これは、上記（１）に述べたようにして発生する汚染物質が、その発生場所のすぐ近くに位置する各絶縁碍子１６の表面に到達して付着しやすいからである。これに対しては、例えば図４に示す例のように、各絶縁碍子１６を、三つの絶縁物３２〜３４を組み合わせて迷路構造を採用するという考えがあるけれども、そのようにしても、プラズマ生成部４のイオン引出し孔６から漏れ出たり、イオンビーム８の周辺部が電極１２、１４に衝突することによって発生するプラズマは、霧のように広がって前記迷路構造内に入り込むので、各絶縁碍子１６の絶縁劣化を幾分遅らせる効果はあるにしても、根本的な解決にはならず、依然として各絶縁碍子１６の絶縁劣化は速い。
【００１３】
そこでこの発明は、引出し電極系の高電位電極に高電圧を供給する系統の絶縁劣化を抑えて装置の稼動率を高めると共に、高電位電極への配線の作業性の悪さを解消したイオン源装置を提供することを主たる目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この発明に係るイオン源装置は、前記イオン源チャンバーを貫通しているものであって、その内部に軸方向に貫通する支持棒用穴を有する接地電位の電極系支持軸と、前記電極系支持軸と前記イオン源チャンバーとの間を真空シールする真空シール手段と、前記電極系支持軸の支持棒用穴を当該電極系支持軸との間に空間をあけて貫通しているものであって、その前記イオン源チャンバー外側の端部付近に高電圧が印加される高電位支持棒と、前記電極系支持軸の前記イオン源チャンバー外側の端部付近の前記支持棒用穴内であって、前記電極系支持軸と前記高電位支持棒との間に設けられていて両者間を電気絶縁すると共に前記高電位支持棒を支持する絶縁体と、前記絶縁体と前記電極系支持軸および高電位支持棒との間を真空シールするパッキンと、前記高電位支持棒の前記イオン源チャンバー内側の端部に結合されていて、前記高電位電極を支持すると共に前記高電位電極を前記高電位支持棒に電気的に導通させる第１支持体と、前記電極系支持軸の前記イオン源チャンバー内側の端部に結合されていて、前記接地電極を支持すると共に前記接地電極を前記電極系支持軸に電気的に導通させるものであって、前記高電位電極、前記第１支持体および前記高電位支持棒との間が絶縁物を介さずに空間によって電気絶縁されている第２支持体とを備えていることを特徴としている。
【００１５】
上記イオン源装置によれば、高電位電極を、イオン源チャンバー内の所定位置に、高電位支持棒および第１支持体によって支持すると共に、これらを経由して高電位電極にイオン源チャンバー外から高電圧を印加することができる。
【００１６】
また、接地電極を、イオン源チャンバー内であって高電位電極の下流側の所定位置に、電極系支持軸および第２支持体によって支持すると共に、これらを経由して接地電極を接地電位にすることができる。
【００１７】
電極系支持軸と高電位支持棒との間は、前記絶縁体によって電気的に絶縁されると共に、前記パッキンによって真空シールされている。第２支持体と、高電位電極、第１支持体および高電位支持棒との間は、絶縁物を介さずに空間によって電気絶縁（即ち空間絶縁）されている。
【００１８】
前記第２支持体を設ける代わりに、前記接地電極を前記電極系支持軸の前記イオン源チャンバー内側の端部に結合し、かつ、当該接地電極と前記高電位電極、前記第１支持体および前記高電位支持棒との間を絶縁物を介さずに空間によって電気絶縁しても良い。
【００１９】
前記支持棒用穴は、前記第２支持体または前記接地電極を前記電極系支持軸に結合している位置よりも下流側に設けるのが好ましい。
【００２０】
前記絶縁体は、当該絶縁体から前記イオン源チャンバー内側に向けて突出したものであって、前記高電位支持棒を空間をあけて取り囲むと共に、前記電極系支持軸との間に空間をあけている筒状絶縁体を有しているものが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１および２に記載の発明によれば、電極系支持軸と高電位支持棒との間を電気絶縁する絶縁体は、電極系支持軸のイオン源チャンバー外側の端部付近内に設けられていて、プラズマ生成部および引出し電極系の各イオン引出し孔から遠く離れており、しかも各イオン引出し孔から前記絶縁体を直接見通すことができないので、プラズマ生成部のイオン引出し孔から漏れ出たガスやプラズマによる汚染物質や、イオンビームの周辺部が高電位電極や接地電極に衝突することによって発生する汚染物質は、前記絶縁体に到達しにくい。従って、前記絶縁体は非常に汚れにくく、絶縁劣化しにくいので、清掃頻度を従来技術に比べて大幅に少なくすることができ、装置の稼動率が大幅に向上する。
【００２２】
また、接地電極支持用の第２支持体（請求項１の場合）または接地電極（請求項２の場合）と、高電位電極、第１支持体および高電位支持棒との間は、絶縁物を介さずに空間によって電気絶縁されているので、上記汚染物質が引出し電極系の絶縁物に付着して絶縁劣化が起こるという問題は全く発生しない。従ってこの理由からも、装置の稼動率が大幅に向上する。
【００２３】
更に、高電位電極を高電位支持棒および第１支持体によって支持すると共に、これらを経由して高電位電極にイオン源チャンバー外から高電圧を印加することができ、イオン源チャンバー内において高電位電極に高電圧を印加する配線が不要であるので、従来技術が有していた、高電位電極への配線の作業性の悪さを解消することができる。
【００２４】
請求項３に記載の発明によれば、第２支持体および／または接地電極によって、上記汚染物質が支持棒用穴内に入るのを遮ることができるので、前記絶縁体の汚れをより効果的に抑制することができる、という更なる効果を奏する。
【００２５】
請求項４に記載の発明によれば、筒状絶縁体によって、前記絶縁体の沿面絶縁距離が長くなるので、前記絶縁体の絶縁劣化をより小さく抑えることができる、という更なる効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
図１は、この発明に係るイオン源装置の一実施形態を示す概略断面図である。図２は、図１の矢印Ｄ−Ｄ方向に見た概略正面図である。図３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。
【００２７】
このイオン源装置は、前記イオン源チャンバー２の穴３を貫通している金属製の電極系支持軸５０を有している。この電極系支持軸５０は、その内部に、当該電極系支持軸５０の軸方向に貫通する支持棒用穴５２を有している。この支持棒用穴５２は、イオン源チャンバー２内に連通していて、真空雰囲気中にある。
【００２８】
支持棒用穴５２は、この実施形態のように、後述する第２支持体４６を電極系支持軸５０に結合している位置よりも下流側（前述したようにイオンビーム８の進行方向における下流側）に設けるのが好ましい。また、電極系支持軸５０の内部には、この実施形態のように、例えば冷却水のような冷媒６６を流して接地電極１４等を冷却する冷媒流路６４を設けておくのが好ましい。
【００２９】
電極系支持軸５０とイオン源チャンバー２との間には、両者間を真空シールする真空シール手段が設けられている。より具体的には、この実施形態では、電極系支持軸５０を電極駆動装置（図示省略。図３の電極駆動装置２０参照）によって前記矢印Ａ、Ｂ方向に駆動するための可動フランジ６８を有していて、この駆動を許容しつつ真空シールするために、可動フランジ６８とイオン源チャンバー２との間はベローズ７２によって真空シールされている。ベローズ７２をイオン源チャンバー２に取り付けるためのフランジ７１とイオン源チャンバー２との間、および、可動フランジ６８と電極系支持軸５０との間は、パッキン（例えばＯリング）７４、７６によってそれぞれ真空シールされている。従って、上記ベローズ７２が上記真空シール手段を構成している。より厳密に言えば、上記ベローズ７２、パッキン７４および７６が上記真空シール手段を構成している。引出し電極系１０を機械的に駆動しない場合は、ベローズ７２以外の真空シール手段を用いても良い。
【００３０】
この実施形態では、電極系支持軸５０は、上記電極駆動装置によって、電極系支持軸５０の中心軸を中心にして前記矢印Ｃ方向に回転させられるので、可動フランジ６８と電極系支持軸５０との間には軸受７０が設けられている。
【００３１】
但し、電極系支持軸５０を上記矢印Ａ、Ｂ、Ｃのように駆動することは、好ましいけれども、この発明に必須のものではない。
【００３２】
電極系支持軸５０の支持棒用穴５２を、当該電極系支持軸５０との間に空間をあけて、金属製の高電位支持棒５４が貫通している。この高電位支持棒５４のイオン源チャンバー２外側の端部付近には、例えば直流の高圧電源７８から高電圧が印加される。この高電圧は、例えば、−１ｋＶ〜−５ｋＶ程度、より具体的には−２ｋＶ程度の負の高電圧である。
【００３３】
電極系支持軸５０のイオン源チャンバー２外側の端部付近の支持棒用穴５２内であって、電極系支持軸５０と高電位支持棒５４との間には、両者間を電気絶縁すると共に高電位支持棒５４を支持する絶縁体５６が設けられている。この絶縁体５６は、例えば、絶縁セラミックスから成る。この絶縁体５６と電極系支持軸５０および高電位支持棒５４との間をそれぞれ真空シールするパッキン（例えばＯリング）６０、６２が設けられている。従って、支持棒用穴５２は、このパッキン６０、６２によって、イオン源チャンバー２外の大気中からシールされている。
【００３４】
絶縁体５６は、この実施形態のように、当該絶縁体５６からイオン源チャンバー２内側に向けて突出した筒状絶縁体５８を有しているのが好ましい。この筒状絶縁体５８は、高電位支持棒５４を空間をあけて取り囲むと共に、電極系支持軸５０との間にも空間をあけている。この筒状絶縁体５８は、絶縁体５６と一体物でも良いし別体物でも良い。
【００３５】
高電位支持棒５４のイオン源チャンバー２内側の端部には、イオン源チャンバー２内の所定位置に（より具体的には前記プラズマ生成部４の下流側近傍に）高電位電極１２を支持すると共に、高電位電極１２を高電位支持棒５４に電気的に導通させる金属製の第１支持体４０が結合されている。第１支持体４０は、この実施形態では、金属製で板状（より具体的には円板状）の支持板４２と、それから上流側に突き出した複数本（この例では４本）の金属製の支柱４４とから成る。
【００３６】
接地電極１４には、この実施形態では、それから下流側に突き出した筒状（この例では四角筒状）電極３６が取り付けられており、この筒状電極３６は、支持板４２に設けられた穴４３を当該支持板４２との間に空間をあけて貫通している。この筒状電極３６は、イオンビーム８の発散や他の部分の汚れを抑制する作用を奏するものであり、通常は設けられるが、必須のものではない。この筒状電極３６と接地電極１４とを合わせた全体を接地電極と呼ぶ場合もある。
【００３７】
電極系支持軸５０のイオン源チャンバー２内側の端部には、接地電極１４をイオン源チャンバー２内の所定位置に（より具体的には高電位電極１２の下流側近傍に）支持すると共に、接地電極１４を電極系支持軸５０に電気的に導通させる金属製の第２支持体４６が結合されている。この第２支持体４６は、前記各支柱４４が当該第２支持体４６との間に空間をあけてそれぞれ貫通する穴４７を有している。この第２支持体４６と、高電位電極１２、第１支持体４０および高電位支持棒５４との間も空間が設けられている。従って、この第２支持体４６と、高電位電極１２、第１支持体４０および高電位支持棒５４との間は、絶縁物を介さずに（絶縁物を用いずに）空間によって電気絶縁（空間絶縁）されている。接地電極１４および筒状電極３６と、高電位電極１２および第１支持体４０との間も、絶縁物を介さずに空間によって電気絶縁されている。
【００３８】
上記イオン源装置によれば、電極系支持軸５０と高電位支持棒５４との間を電気絶縁する絶縁体５６は、電極系支持軸５０のイオン源チャンバー２外側の端部付近内に設けられていて、プラズマ生成部４および引出し電極系１０の各イオン引出し孔６、１３、１５から遠く離れており、しかも各イオン引出し孔６、１３、１５から前記絶縁体５６を直接見通すことができないので、プラズマ生成部４のイオン引出し孔６から漏れ出たガスやプラズマによる汚染物質や、イオンビーム８の周辺部が高電位電極１２や接地電極１４に衝突することによって発生する汚染物質は、前記絶縁体５６に到達しにくい。従って、絶縁体５６は非常に汚れにくく、絶縁劣化しにくいので、清掃頻度を従来技術に比べて大幅に少なくすることができ、装置の稼動率が大幅に向上する。
【００３９】
また、接地電極１４支持用の第２支持体４６と、高電位電極１２、第１支持体４０および高電位支持棒５４との間は、絶縁物を介さずに空間によって電気絶縁されているので、上記汚染物質が引出し電極系１０の絶縁物に付着して絶縁劣化が起こるという問題は全く発生しない。即ち、従来技術で起きていた、絶縁碍子１６の絶縁劣化に相当する問題は全く発生しない。従ってこの理由からも、装置の稼動率が大幅に向上する。
【００４０】
更に、高電位電極１２を高電位支持棒５４および第１支持体４０によって支持すると共に、これらを経由して高電位電極１２にイオン源チャンバー２外から高電圧を印加することができ、イオン源チャンバー２内において高電位電極１２に高電圧を印加する配線が不要であるので、従来技術が有していた、高電位電極への配線の作業性の悪さを解消することができる。
【００４１】
また、この実施形態のように、支持棒用穴５２を、第２支持体４６を電極系支持軸５０に結合している位置よりも下流側に設けておくと、第２支持体４６および接地電極１４によって、上記汚染物質が支持棒用穴５２内に入るのを遮ることができるので、絶縁体５６の汚れをより効果的に抑制することができる。従って、装置の稼動率をより向上させることができる。
【００４２】
また、この実施形態のように、絶縁体５６に筒状絶縁体５８を設けておくと、筒状絶縁体５８によって絶縁体５６の沿面絶縁距離（具体的には、電極系支持軸５０と高電位支持棒５４との間の支持棒用穴５２内に面した沿面絶縁距離）が長くなるので、絶縁体５６の絶縁劣化をより小さく抑えることができる。従って、装置の稼動率をより向上させることができる。
【００４３】
なお、第１支持体４０は、支柱４４を支持するものであって円形、四角形またはそれらに近い形状の支持板４２に前記穴４３を設けた構造でも良いし、図５に示す例のように、支柱４４を支持するものであって一辺が開いたコ字状の支持板４２を用いて筒状電極３６の周りに空間４３ａを設けた構造でも良い。
【００４４】
また、第２支持体４６は、円形、四角形またはそれらに近い形状をした板状のものに前記穴４７を設けた構造でも良いし、図６に示す例のように、Ｔ字に近い形をした板状の構造として、当該第２支持体４６の周りと前記各支柱４４との間に空間４７ａを設けても良い。
【００４５】
また、第２支持体４６を設ける代わりに、接地電極１４を延長して接地電極１４を電極系支持軸５０のイオン源チャンバー２内側の端部に結合し、かつ、当該接地電極１４と高電位電極１２、第１支持体４０および高電位支持棒５４との間を絶縁物を介さずに空間によって電気絶縁しても良い。
【００４６】
この場合も、第２支持体４６を用いる場合と同様に、支持棒用穴５２を、接地電極１４を電極系支持軸５０に結合している位置よりも下流側に設けておくと、接地電極１４によって、上記汚染物質が支持棒用穴５２内に入るのを遮ることができるので、絶縁体５６の汚れをより効果的に抑制することができる。従って、装置の稼動率をより向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】この発明に係るイオン源装置の一実施形態を示す概略断面図である。
【図２】図１の矢印Ｄ−Ｄ方向に見た概略正面図である。
【図３】従来のイオン源装置の一例を示す概略断面図である。
【図４】図２中の絶縁碍子周りの詳細例を示す断面図である。
【図５】第１支持体周りの他の例を示す概略正面図である。
【図６】第２支持体周りの他の例を示す概略正面図である。
【符号の説明】
【００４８】
２  イオン源チャンバー
４  プラズマ生成部
８  イオンビーム
１０  引出し電極系
１２  高電位電極
１４  接地電極
４０  第１支持体
４６  第２支持体
５０  電極系支持軸
５２  支持棒用穴
５４  高電位支持棒
５６  絶縁体
５８  筒状絶縁体
７２  ベローズ
【図１】
2006147226.tif 000003
【図２】
2006147226.tif 000004
【図３】
2006147226.tif 000005
【図４】
2006147226.tif 000006
【図５】
2006147226.tif 000007
【図６】
2006147226.tif 000008