(57)【要約】【課題】マイクロ波イオン源の信頼性を高める。【解決手段】マイクロ波イオン源１０は、引出開口２４が設けられるイオン引出部２２を有するプラズマ室１２と、イオン引出部２２に対向して設けられる引出電極である第１電極４２と、を備える。引出電極である第１電極４２は、イオン引出部２２に対向する主面６１と、引出開口２４と連通する位置に設けられる開口部と、を有するベース部材６０と、開口部の周囲を覆うようにイオン引出部２２と主面６１の間に設けられるカバー部材６２と、ベース部材６０とカバー部材６２の間に設けられるスペーサ部材６４と、を含む。【選択図】図１
2015222642.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
引出開口が設けられるイオン引出部を有するプラズマ室と、
前記イオン引出部に対向して設けられる引出電極と、
を備え、
前記引出電極は、
前記イオン引出部に対向する主面と、前記引出開口と連通する位置に設けられる開口部と、を有するベース部材と、
前記開口部の周囲を覆うように前記イオン引出部と前記主面の間に設けられるカバー部材と、
前記ベース部材と前記カバー部材の間に設けられるスペーサ部材と、
を含むことを特徴とするマイクロ波イオン源。
【請求項２】
前記スペーサ部材は、前記主面上において部分的に設けられており、前記カバー部材を前記ベース部材から熱的に絶縁することを特徴とする請求項１に記載のマイクロ波イオン源。
【請求項３】
前記カバー部材は、前記スペーサ部材を貫通するねじにより前記ベース部材にねじ止めされており、前記ねじを介して前記ベース部材と電気的に導通していることを特徴とする請求項１または２に記載のマイクロ波イオン源。
【請求項４】
前記ベース部材はステンレスで構成され、前記カバー部材はタングステンで構成されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のマイクロ波イオン源。
【請求項５】
前記引出電極は、前記ベース部材に固定され、前記開口部を規定する開口保護部材をさらに含み、
前記開口保護部材は、グラファイトで構成されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のマイクロ波イオン源。
【請求項６】
前記開口保護部材は、前記スペーサ部材とは別のスペーサ部材を介して前記ベース部材に固定されることを特徴とする請求項５に記載のマイクロ波イオン源。
【請求項７】
引出開口が設けられるイオン引出部を有するプラズマ室と、イオン引出部に対向する引出電極と、を備えるマイクロ波イオン源の制御方法であって、
前記引出電極は、前記イオン引出部に対向する主面と、前記引出開口と連通する位置に設けられる開口部と、を有するベース部材と、前記開口部の周囲を覆うように前記イオン引出部と前記主面の間に設けられるカバー部材と、前記ベース部材と前記カバー部材の間に設けられるスペーサ部材と、を含み、
第１の態様で前記引出開口からイオンを引き出すことと、
前記引出開口から引き出されるイオンが、前記第１の態様よりも前記カバー部材に衝突しやすい第２の態様で前記引出開口からイオンを引き出すことと、を備え、
前記第１の態様でイオンを引き出す前の準備期間において前記第２の態様でイオンを引き出すことを特徴とするマイクロ波イオン源の制御方法。
【請求項８】
前記第２の態様でイオンを引き出す際に、前記第１の態様でイオンを引き出す場合とは異なるソースガスを前記プラズマ室に導入することを特徴とする請求項７に記載のマイクロ波イオン源の制御方法。
【請求項９】
前記第２の態様でイオンを引き出す際に、前記ソースガスとして希ガスを導入することを特徴とする請求項８に記載のマイクロ波イオン源の制御方法。
【請求項１０】
前記イオン引出部と前記引出電極との電位差を変化させることにより、前記第１の態様と前記第２の態様とを切り替えることを特徴とする請求項７から９のいずれか一項に記載のマイクロ波イオン源の制御方法。
【請求項１１】
前記イオン引出部と前記引出電極とが対向する距離を変化させることにより、前記第１の態様と前記第２の態様とを切り替えることを特徴とする請求項７から１０のいずれか一項に記載のマイクロ波イオン源の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波イオン源およびマイクロ波イオン源の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ波をプラズマ生成に用いるイオン源が知られている。真空のプラズマ室にマイクロ波が導入される。プラズマ室に供給された原料ガスがマイクロ波によって励起され、プラズマが生成される。プラズマからイオンが引き出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平２−１６２６３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
プラズマ室で生成されるイオンは、引出電極によりプラズマ室の外へ引き出される。引き出されるイオンの一部は引出電極の表面に付着し、イオン種によっては引出電極の表面に絶縁膜を形成する。絶縁膜は、プラズマ室と引出電極の間の電界によって帯電し、プラズマ室と引出電極の間での放電を誘引しうる。放電が起こると、マイクロ波イオン源の安定的な運転に影響を及ぼすおそれがある。
【０００５】
本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、マイクロ波イオン源の信頼性を高めることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のある態様のマイクロ波イオン源は、引出開口が設けられるイオン引出部を有するプラズマ室と、イオン引出部に対向して設けられる引出電極と、を備える。引出電極は、イオン引出部に対向する主面と、引出開口と連通する位置に設けられる開口部と、を有するベース部材と、開口部の周囲を覆うようにイオン引出部と主面の間に設けられるカバー部材と、ベース部材とカバー部材の間に設けられるスペーサ部材と、を含む。
【０００７】
本発明の別の態様は、マイクロ波イオン源の制御方法である。この方法は、引出開口が設けられるイオン引出部を有するプラズマ室と、イオン引出部に対向する引出電極と、を備えるマイクロ波イオン源の制御方法であって、引出電極は、イオン引出部に対向する主面と、引出開口と連通する位置に設けられる開口部と、を有するベース部材と、開口部の周囲を覆うようにイオン引出部と主面の間に設けられるカバー部材と、ベース部材とカバー部材の間に設けられるスペーサ部材と、を含む。第１の態様で引出開口からイオンを引き出すことと、引出開口から引き出されるイオンが、第１の態様よりもカバー部材に衝突しやすい第２の態様で引出開口からイオンを引き出すことと、を備え、第１の態様でイオンを引き出す前の準備期間において第２の態様でイオンを引き出す。
【０００８】
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、マイクロ波イオン源の信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態に係るマイクロ波イオン源の構成を模式的に示す図である。
【図２】引出電極の構成を模式的に示す正面図である。
【図３】引出電極の構成を模式的に示す断面図である。
【図４】比較例に係る引出電極に付着する堆積物を模式的に示す図である。
【図５】実施の形態に係る引出電極に付着する堆積物を模式的に示す図である。
【図６】第１の態様で引き出されるイオンを模式的に示す図である。
【図７】第２の態様で引き出されるイオンを模式的に示す図である。
【図８】変形例に係る引出電極の構成を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。
【００１２】
図１は、実施の形態に係るマイクロ波イオン源１０の構成を模式的に示す。
【００１３】
マイクロ波イオン源１０は、マイクロ波によってソースガスのプラズマをプラズマ室１２に生成し、そのプラズマからプラズマ室１２の外部へイオンを引き出すように構成されている。マイクロ波イオン源１０は、例えばイオン注入装置又は粒子線治療装置のためのイオン源に使用される。プラズマ室１２は、プラズマが生成される空間であるプラズマ生成空間１４を囲む容器である。
【００１４】
マイクロ波イオン源１０は、プラズマ室１２を備える。プラズマ室１２は、その内部空間にプラズマを生成し維持するよう構成されている真空チャンバである。プラズマ室１２は、両端をもつ筒状の形状を有する。プラズマ室１２の一端から他端に向かう方向を以下では便宜上、軸方向と呼ぶことがある。また、軸方向に直交する方向を径方向と呼び、軸方向を包囲する方向を周方向と呼ぶことがある。しかしこれらは、プラズマ室１２が回転対称性を有する形状であることを必ずしも意味するものではない。また、プラズマ室１２の軸方向長さは、プラズマ室１２の端部の径方向長さより長くてもよいし短くてもよい。
【００１５】
プラズマ室１２は、側壁部２０と、イオン引出部２２と、引出開口２４と、マイクロ波導入部２６と、を備える。イオン引出部２２とマイクロ波導入部２６とは、プラズマ生成空間１４を挟んで対向している。
【００１６】
側壁部２０は、イオン引出部２２とマイクロ波導入部２６とを接続し、プラズマ生成空間１４を囲む。側壁部２０は、イオン引出部２２およびマイクロ波導入部２６のそれぞれの外周部分に固定されている。側壁部２０は、例えばステンレス鋼またはアルミニウムのような非磁性金属材料で形成されている。
【００１７】
側壁部２０は、側壁部２０を冷却するための冷却部を備えてもよい。この冷却部は側壁部２０に内蔵されていてもよいし、側壁部２０の外側に付設されていてもよい。また、側壁部２０をプラズマから保護するために、側壁部２０の内面を被覆するライナが設けられていてもよい。ライナは、例えば窒化ホウ素（ＢＮ）で構成されていてもよい。
【００１８】
プラズマ室１２は、側壁部２０、イオン引出部２２およびマイクロ波導入部２６によって内部にプラズマ生成空間１４が画定される。プラズマ室１２は、側壁部２０、イオン引出部２２およびマイクロ波導入部２６が一体にプラズマ生成空間１４を囲むよう構成されているから、イオン引出部２２に接続される側壁部２０の末端はイオン引出部２２の一部であるとみなすこともできる。同様に、マイクロ波導入部２６に接続される側壁部２０の末端はマイクロ波導入部２６の一部であるとみなすこともできる。
【００１９】
プラズマ室１２は例えば円筒形状を有する。この場合、マイクロ波導入部２６及びイオン引出部２２は概ね円板形状であり、側壁部２０は概ね円筒である。なおプラズマ室１２は、プラズマを適切に収容し得る限り、いかなる形状であってもよい。
【００２０】
マイクロ波導入部２６は、真空窓３２を備える。真空窓３２はプラズマ室１２の内部を真空に封じる。真空窓３２の一方の側がプラズマ生成空間１４に面しており、真空窓３２の他方の側がマイクロ波供給系またはマイクロ波導波管３０に向けられている。マイクロ波の伝搬方向Ｐは真空窓３２に垂直である。本実施形態では真空窓３２はマイクロ波導入部２６の全体を占めているが、真空窓３２はマイクロ波導入部２６の一部（例えば中心部）に形成されていてもよい。
【００２１】
プラズマ室１２へのマイクロ波の入射電力は例えば、約１００Ｗより大きい。あるいは、プラズマ室１２へのマイクロ波の入射電力は、約５００Ｗ以上または約１ｋＷ以上でもよい。このような高電力のマイクロ波の供給には、同軸線のような他の供給手段に比べて、マイクロ波導波管３０及び真空窓３２が適する。
【００２２】
真空窓３２は、例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）または窒化ホウ素（ＢＮ）などの誘電体で形成されている。真空窓３２は、窓本体３４と、窓保護材３６を備える。窓本体３４は、例えばアルミナで構成され、窓保護材３６は窒化ホウ素で構成される。これにより、窓保護材３６は、プラズマ室１２の外から引出開口２４を通じてプラズマ室１２に逆流する電子に対して窓本体３４を保護する。
【００２３】
イオン引出部２２には少なくとも１つの引出開口２４が形成されている。引出開口２４は、例えば紙面に垂直な方向に細長いスリットである。引出開口２４はイオン引出部２２の中心部分に形成されている。引出開口２４は、プラズマ生成空間１４を挟んで真空窓３２に対向する位置に形成されている。真空窓３２、プラズマ生成空間１４および引出開口２４は、プラズマ室１２の中心軸に沿って配列されている。
【００２４】
プラズマ室１２は、正の高電圧を印加するための第１電源３８に接続される。プラズマ室１２に高電圧が印加されるとき、その一部であるイオン引出部２２にも同じ高電圧が印加されるので、イオン引出部２２はプラズマ電極と呼ばれることもある。
【００２５】
マイクロ波イオン源１０は、磁場発生器１６を備える。磁場発生器１６は、プラズマ室１２の中心軸上において軸方向に向けられた磁場を発生させるために、プラズマ室１２の側壁部２０を囲むように配設されている。その磁力線方向を図１に矢印Ｂで示す。磁場発生器１６による磁力線方向Ｂは、マイクロ波の伝搬方向Ｐと同一の方向である。また、この磁場Ｂは、プラズマ室１２の中心軸上の少なくとも一部分において共鳴磁場またはそれよりも高強度である。なお、磁場発生器１６は、プラズマ室１２の軸線上の少なくとも一部分に共鳴磁場よりも低い磁場を発生させることも可能である。
【００２６】
磁場発生器１６は、環状に形成されるコイルを有し、プラズマ室１２の周方向に導線が巻かれている。磁場発生器１６は、コイルに電流を流すためのコイル電源（図示せず）を有する。なお、磁場発生器１６は、プラズマ室１２の軸方向に沿って複数配列されていてもよく、コイルの代わりに永久磁石を備えてもよい。
【００２７】
マイクロ波イオン源１０は、プラズマの原料ガスをプラズマ生成空間１４に供給するためのガス供給系（不図示）を備える。ガス供給系は、生成すべきイオン種に応じて適切な原料ガスをプラズマ生成空間１４に供給する。原料ガスとして、例えば、三フッ化ホウ素（ＢＦ３）、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）、アルシン（ＡｓＨ３）、ホスフィン（ＰＨ３）などを用いる。なおガス供給系は、原料ガスとしてヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）などの希ガスをプラズマ生成空間１４に供給してもよい。
【００２８】
マイクロ波イオン源１０は、イオンをプラズマ室１２の外に引き出すための引出電極系４０を備える。引出電極系４０は、プラズマ室１２の引出開口２４を通じてプラズマからイオンを引き出すよう構成されている。引出電極系４０は、第１電極４２と第２電極５２を含む。第１電極４２はプラズマ室１２と第２電極５２との間に設けられている。引出開口２４を有するイオン引出部２２と第１電極４２とは隙間を隔てて配列され、第１電極４２と第２電極５２とは隙間を隔てて配列されている。第１電極４２および第２電極５２は、例えばそれぞれ環状に形成されており、プラズマ室１２から引き出されたイオンを通すための第１開口部４４および第２開口部５４をそれぞれ中心部に有する。
【００２９】
第１電極４２は、プラズマから陽イオンを引き出すとともに、プラズマ室１２の外からプラズマ室１２への電子の戻りを妨げるために設けられている。そのために、第１電極４２には負の高電圧が印加されている。第１電極４２に負の高電圧を印加するために、第２電源４８が設けられている。第２電極５２は接地されている。第１電源３８によりプラズマ室１２に印加される正の高電圧の絶対値は、第２電源４８により第１電極４２に印加される負の高電圧の絶対値よりも大きい。このようにして、プラズマ室１２から陽イオンのイオンビームが引き出される。プラズマ室１２からのイオンビームの引出方向はマイクロ波の伝搬方向Ｐと同一方向である。
【００３０】
第１電極４２は、ベース部材６０と、カバー部材６２と、スペーサ部材６４を含む。ベース部材６０は、第１電極４２を構成する基部であり、ステンレスなどの非磁性金属材料で構成される。ベース部材６０には、引出開口２４と連通する位置に第１開口部４４が設けられる。カバー部材６２は、ベース部材６０のイオン引出部２２に対向する主面６１の少なくとも一部を被覆する保護部材であり、タングステン（Ｗ）などの高融点材料で構成される。カバー部材６２は、プラズマ室１２から引き出されるイオンからベース部材６０を保護する機能を有する。ベース部材６０の主面６１とカバー部材６２の間にはスペーサ部材６４が設けられ、ベース部材６０とカバー部材６２とが直接接触しないようにする。これにより、ベース部材６０とカバー部材６２との間の熱的絶縁性が高められる。
【００３１】
第１電極４２には、プラズマ室１２と第１電極４２の対向距離を変化させる駆動機構４６が接続される。駆動機構４６は、マイクロ波イオン源１０が備える制御部８０により動作が制御される。制御部８０は、マイクロ波イオン源１０の全般的な動作を制御する。制御部８０は、第１電源３８および第２電源４８により印加される電圧値や、駆動機構４６により規定されるプラズマ室１２と第１電極４２の対向距離などを制御して、プラズマ室１２から引き出されるイオンの引出態様を調整する。また、制御部８０は、ガス供給系を制御することによりプラズマ室１２に導入するソースガスを切り替え、プラズマ室１２から引き出されるイオン種を切り替える。
【００３２】
つづいて、図２および図３を参照しながら引出電極である第１電極４２の構成を詳述する。図２は、第１電極４２の構成を模式的に示す正面図であり、図３は、第１電極４２の構成を模式的に示す断面図である。なお、図３は、図２のＣ−Ｃ線断面を示し、図２のＡ−Ａ線断面は、図１に対応する。
【００３３】
第１電極４２は、開口保護部材６６を含む。開口保護部材６６は、細長いスリット形状を有する第１開口部４４を規定する部材であり、グラファイト（Ｃ）などの高融点材料で構成される。開口保護部材６６は、ベース部材６０のベース開口部６０ａに嵌め込まれ、取付部材７０を介してベース部材６０にねじ止めされる（図３参照）。取付部材７０は、ベース部材６０と開口保護部材６６を接続する部材であり、ステンレスなどで構成される。取付部材７０は、第２ねじ６８ｂにより開口保護部材６６に固定され、第３ねじ６８ｃによりベース部材６０に固定される。
【００３４】
開口保護部材６６が設けられる位置は、プラズマ室１２から引き出されるイオンの一部が衝突しやすい箇所であり、第１電極４２の他の部位と比較して損耗の大きい箇所である。このような箇所に開口保護部材６６を設け、開口保護部材６６をねじ止めによりベース部材６０に固定することで、損耗しやすい開口保護部材６６の交換容易性が高められる。
【００３５】
カバー部材６２は、ベース部材６０の第１開口部４４の周囲を覆うようにしてベース部材６０の主面６１から離れて設けられる。カバー部材６２は、例えば細長いスリット形状の第１開口部４４に対応して、第１開口部４４の長手方向に長い略楕円形状を有する。これにより、カバー部材６２は、開口保護部材６６が設けられていないベース部材６０の主面６１のうち、第１開口部４４に近い領域を被覆してベース部材６０を保護する。また、カバー部材６２には、第１開口部４４よりも開口範囲の大きいカバー開口部６２ａが設けられる。したがって、カバー部材６２は、第１開口部４４を塞がない位置に設けられる。
【００３６】
カバー部材６２は、スペーサ部材６４を介してベース部材６０にねじ止めされる。スペーサ部材６４は、ベース部材６０とカバー部材６２とを接続する第１ねじ６８ａが挿通可能となるように中空形状を有する。スペーサ部材６４は、ステンレスやアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）などの熱伝導性の低い部材で構成される。スペーサ部材６４は、主面６１において第１ねじ６８ａが設けられる位置に部分的に設けられる。スペーサ部材６４は、例えば図２に示されるように、第１ねじ６８ａとともに第１開口部４４の上下に３箇所ずつ配置される。スペーサ部材６４を主面６１の総面積に対して十分に小さい面積となる局所的な領域に配置することで、ベース部材６０とカバー部材６２との熱的絶縁性が高められる。
【００３７】
ベース部材６０とカバー部材６２を接続する第１ねじ６８ａは、ステンレスなどの導電性の部材で構成され、ベース部材６０とカバー部材６２は第１ねじ６８ａを介して電気的に導通する。これにより、カバー部材６２は、第２電源４８が接続されるベース部材６０と同電位に保たれる。
【００３８】
つづいて、本実施の形態に係るマイクロ波イオン源１０の動作を説明する。プラズマ生成空間１４にプラズマ生成の原料となるソースガスが供給される。磁場発生器１６により軸方向磁場Ｂがプラズマ生成空間１４に印加される。マイクロ波が真空窓３２を通じてプラズマ生成空間１４に導入される。マイクロ波と軸方向磁場Ｂとの作用によってソースガスが励起され、プラズマ生成空間１４にプラズマが生成される。引出電極系４０によりプラズマ生成空間１４の外へとイオンが引出開口２４を通じて引き出される。
【００３９】
本実施の形態においては、ベース部材６０の主面６１を保護するカバー部材６２がベース部材６０と熱的に絶縁されているため、カバー部材６２を高温に維持することができる。なお、カバー部材６２は、プラズマ室１２からの輻射熱や、カバー部材６２に入射するイオンなどにより昇温される。これにより、カバー部材６２の表面に付着する堆積物を高温にして昇華させ、カバー部材６２の表面に堆積物が多量に付着することを防ぐ。本効果について図４及び図５を参照しながら説明する。
【００４０】
図４は、比較例に係る引出電極１４２に付着する堆積物９０を模式的に示す図である。比較例に係る引出電極１４２は、上述の実施の形態に係る第１電極４２と同様に、ベース部材６０とカバー部材６２を含むが、ベース部材６０とカバー部材６２の間にスペーサ部材が設けられない点で第１電極４２と相違する。引出電極１４２は、プラズマ室１２のプラズマ生成空間１４から引出開口２４を通じてイオンＤを引き出す。引き出されるイオンＤの一部は、カバー部材６２の表面に付着し、堆積物９０を形成する。例えば、リン（Ｐ）のイオンビームを生成するためにソースガスとしてホスフィン（ＰＨ３）を用いる場合、堆積物９０として絶縁性のリン（Ｐ）膜が形成される。カバー部材６２の表面に絶縁性の膜が形成されると、プラズマ室１２とカバー部材６２の間で放電しやすくなり、マイクロ波イオン源の安定的な運転に影響を及ぼすおそれがある。
【００４１】
堆積物９０として形成されるリン膜は、５００℃程度の高温にすることで昇華することが発明者の知見として知られている。しかしながら、比較例では、ベース部材６０とカバー部材６２の接触面積が大きいために両者の熱的絶縁性が低く、カバー部材６２はベース部材６０を通じて放熱され、カバー部材６２の温度は上がりにくい。特に、マイクロ波イオン源は、高温のカソードから放出される熱電子を利用する傍熱型（ＩＨＣ；Indirectly Heated Cathode）のイオン源と比べてプラズマ室の温度が低いため、プラズマ室１２に隣接する引出電極１４２の温度も上がりにくい。そうすると、引出電極１４２に付着する絶縁性のリン膜を昇華させることができず、リン膜の堆積による放電が発生しやすくなる。放電を防ぐためには、引出電極１４２に付着する絶縁膜を除去する必要が生じる。除去のためのメンテナンス頻度が高まると、マイクロ波イオン源１１０及びマイクロ波イオン源１１０を用いる装置の稼働率が低下してしまう。
【００４２】
図５は、実施の形態に係る第１電極４２に付着する堆積物９０を模式的に示す図である。カバー部材６２は、プラズマ室１２からの輻射熱や、引出開口２４から引き出されるイオンＤの衝突により温度が高められる。本実施の形態では、スペーサ部材６４によりベース部材６０とカバー部材６２の間の熱的絶縁性が高められているため、カバー部材６２を高温に保ちやすい。そのため、カバー部材６２に堆積物９０が付着したとしても、カバー部材６２を高温に保ち、堆積物９０を昇華させて除去することができる。これにより、絶縁性の堆積物９０が付着することによる放電の発生を防ぐことができ、マイクロ波イオン源１０の信頼性を高めることができる。また、堆積物９０が付着しにくいため、除去のためのメンテナンス頻度が下げることができ、マイクロ波イオン源１０の稼働率が高めることができる。
【００４３】
なお、カバー部材６２の温度を高めるために、引出開口２４から引き出されるイオンＤの引出態様を変化させてもよい。後続のビームラインにイオンビームを供給するための通常のイオン引出態様（以下、第１の態様ともいう）の他に、第１の態様よりもカバー部材６２に引き出されるイオンが衝突しやすいイオン引出態様（以下、第２の態様ともいう）を用いる。通常運転の合間に第２の態様でイオンを引き出すことにより、カバー部材６２に多くのイオンを衝突させて、カバー部材６２の温度をより高めることができる。
【００４４】
図６は、第１の態様で引き出されるイオンＤを模式的に示す図である。通常のイオン引出態様である第１の態様では、引き出されるイオンビームのビーム電流量が大きくなるように、引き出されるイオンＤの多くが第１開口部４４を通過するようにイオンＤが引き出される。第１の態様では、引出開口２４から引き出されるイオンＤの広がり角θ１が小さくなるようにイオンＤが引き出される。
【００４５】
図７は、第２の態様で引き出されるイオンＤを模式的に示す図である。第２の態様では、引き出されるイオンビームのビーム電流量を犠牲にして、引き出されるイオンＤの多くがカバー部材６２に衝突するようにイオンが引き出される。したがって、第２の態様では、引出開口２４から引き出されるイオンＤの広がり角θ２が第１の態様における角度θ１よりも大きくなるようにイオンＤが引き出される。
【００４６】
イオンＤの引出態様を変化させるには、例えばプラズマ室１２と第１電極４２の間の電位差を変化させたり、プラズマ室１２と第１電極４２の距離Ｌを変化させたりすればよい。制御部８０は、イオンの引出態様を変化させるために駆動機構４６を駆動させて第１電極４２を動かし、プラズマ室１２のイオン引出部２２と引出電極である第１電極４２の距離を変化させてもよい。また、制御部８０は、イオンの引出態様を変化させるために第１電源３８や第２電源４８の印加電圧を変化させてイオン引出部２２と第１電極４２の電位差を変化させてもよい。このようにして、制御部８０は、イオンの引出態様を第１の態様と第２の態様との間で切り替える。
【００４７】
制御部８０は、マイクロ波イオン源１０の運転開始時や準備期間等に第２の態様でイオンを引き出すことによりカバー部材６２の温度を高めることとしてもよい。マイクロ波イオン源１０の起動時はカバー部材６２の温度が比較的低い状態にあるため、第２の態様でイオンを引き出すことによりカバー部材６２の温度をより短時間で高めることができる。また、制御部８０は、定期的に引出態様を第１の態様から第２の態様に切り替えることで、カバー部材６２の温度が高温に保たれるようにしてもよい。例えば、ビームラインの下流にてイオンビームが利用されない期間内の引出態様を第２の態様とすることにより、イオンビームの利用を制限することなくカバー部材６２を高温に保つことができる。その後、イオンの引出態様を第１の態様に切り替えて、後続のビームラインにイオンビームを供給する。
【００４８】
さらに、制御部８０は、イオンの引出態様を第２の態様とする場合に、ソースガスを希ガスに切り替えることとしてもよい。例えば、リン（Ｐ）のイオンビームを引き出すためにホスフィン（ＰＨ３）を使用したままイオンの引出態様を第２の態様に切り替えると、Ｐ＋イオンがカバー部材６２に多く付着して、リンの堆積物が増えるおそれがある。そこで、第２の態様に切り替える際にアルゴン（Ａｒ）などの希ガスをソースガスとして導入し、Ａｒ＋イオンをカバー部材６２に衝突させる。これにより、第２の態様にてマイクロ波イオン源１０を運転させる場合であっても、カバー部材６２への堆積物の増加を防ぎつつ、カバー部材６２の温度を高めることができる。これにより、カバー部材６２への堆積物の付着をより低減させることができる。
【００４９】
以上、本発明を実施例にもとづいて説明した。本発明は上記実施形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。
【００５０】
図８は、変形例に係る第１電極４２の構成を模式的に示す。本変形例は、ベース部材６０とカバー部材６２の間に設けられる第１のスペーサ部材６４ａとは別に、取付部材７０と開口保護部材６６の間に第２のスペーサ部材６４ｂが設けられる点で上述の実施の形態と異なる。したがって、開口保護部材６６は、第２のスペーサ部材６４ｂを介してベース部材６０に固定されており、ベース部材６０と開口保護部材６６の間の熱的絶縁性が高められる。これにより、第２のスペーサ部材６４ｂを設けない場合と比べて開口保護部材６６を高温に保ちやすくなり、開口保護部材６６に堆積物を付着させにくくすることができる。
【００５１】
上述の実施の形態においては、プラズマ室１２からの輻射熱や、引出開口２４から引き出されるイオンを用いてカバー部材６２の温度を高めることとした。変形例においては、カバー部材６２に加熱機構を設けてカバー部材６２を加温することとしてもよい。例えば、ベース部材６０の主面と対向するカバー部材６２の裏面や、カバー部材６２の内部に埋め込む形でヒータを取り付けてもよい。これにより、イオンの引出態様を第２の態様に切り替えることなくカバー部材６２を高温に保つことができる。また、加熱機構を設ける場合であってもベース部材６０とカバー部材６２の間にスペーサ部材６４が設けることで、カバー部材６２を高温に保ちやすくすることができる。
【００５２】
上述の実施の形態においては、引出電極系４０として第１電極４２と第２電極５２を組み合わせる構成を用いた。変形例においては、引出電極系としてプラズマ室１２のイオン引出部２２に対向する一枚の引出電極のみを用いてもよいし、三枚以上の電極を引出電極系として用いてもよい。また、引出電極の表面を保護するカバー部材は、イオン引出部２２に隣接する引出電極のみに設けてもよいし、引出電極系が複数の引出電極を有する場合には、複数の引出電極のそれぞれにカバー部材を設けてもよい。
【００５３】
上述の実施の形態においては、ソースガスとしてホスフィンを使用し、堆積物９０としてリンが付着する場合について示したが、本実施の形態は、その他のソースガスを用いる場合においても堆積物の付着を抑制することができる。例えば、ソースガスとしてアルシンを用いる場合には、砒素（Ａｓ）の堆積物の付着を抑制することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１０…マイクロ波イオン源、１２…プラズマ室、２２…イオン引出部、２４…引出開口、６０…ベース部材、６１…主面、６２…カバー部材、６４…スペーサ部材、６６…開口保護部材。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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