(57)【要約】【課題】マイクロ波イオン源のプラズマ室内で発生する堆積物を低減する。【解決手段】マイクロ波イオン源１０は、プラズマ室１１の内部空間１２にマイクロ波を軸方向に導入するためのマイクロ波導入窓１６と、内部空間１２を囲むように軸方向に延在する側壁１５と、マイクロ波導入窓１６と軸方向に対向する位置に設けられるイオン引出開口１７と、を含むプラズマ室１１と、内部空間１２において側壁１５に沿って設けられるライナ２０と、内部空間１２においてライナ２０よりも内側に設けられ、内部空間１２をプラズマ生成空間１２ａとプラズマ生成空間１２ａの外側に位置するマイクロ波遮蔽空間１２ｂとに区画するシールド部材６０と、を備える。シールド部材６０は、プラズマ生成空間１２ａとマイクロ波遮蔽空間１２ｂとを連通させる複数の小孔６３を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ室の内部空間にマイクロ波を軸方向に導入するためのマイクロ波導入窓と、前記内部空間を囲むように前記軸方向に延在する側壁と、前記マイクロ波導入窓と前記軸方向に対向する位置に設けられるイオン引出開口と、を含むプラズマ室と、
前記内部空間において前記側壁に沿って設けられるライナと、
前記内部空間において前記ライナよりも内側に設けられ、前記内部空間をプラズマ生成空間と前記プラズマ生成空間の外側に位置するマイクロ波遮蔽空間とに区画するシールド部材と、を備え、
前記シールド部材は、前記プラズマ生成空間と前記マイクロ波遮蔽空間とを連通させる複数の小孔を有することを特徴とするマイクロ波イオン源。
【請求項２】
前記シールド部材は、前記マイクロ波導入窓から前記イオン引出開口へ向けて前記軸方向に延在する筒部と、前記筒部の前記マイクロ波導入窓側の端部から前記側壁に向かって径方向に延在する鍔部と、を有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】
前記マイクロ波導入窓の外周部に埋設され、前記プラズマ生成空間にガスを供給するためのガス出口を末端に有するガス通路をさらに備え、
前記ガス出口は、前記鍔部の近傍に設けられており、
前記鍔部は、前記ガス通路と前記マイクロ波遮蔽空間とを連通させる複数の小孔を有することを特徴とする請求項２に記載のマイクロ波イオン源。
【請求項４】
前記複数の小孔は、前記プラズマ生成空間へ供給されるガスを通過させる一方で、前記プラズマ生成空間に導入されるマイクロ波の通過を抑制する形状を有す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】
前記シールド部材は、グラファイト（Ｃ）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】
前記ライナは、窒化ホウ素（ＢＮ）で構成されることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のマイクロ波イオン源。
【請求項７】
マイクロ波イオン源のプラズマ室に設けられるシールド部材であって、
前記プラズマ室の軸方向に延在し、前記プラズマ室の内部空間をプラズマ生成空間と前記プラズマ生成空間の外側に位置するマイクロ波遮蔽空間とに区画する筒部と、
前記筒部に設けられ、前記プラズマ生成空間と前記マイクロ波遮蔽空間とを連通させる複数の小孔と、
を備えることを特徴とするシールド部材。
【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に用いるシールド部材に関する。
【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２００３−３０８７９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
プラズマ室の内壁は、ライナにより被覆される。ライナは、プラズマ室内で生成されるラジカルと反応し、ライナを構成する分子とラジカルが結合して、プラズマ室の内壁やイオン引出開口に付着して堆積する。イオン引出開口における堆積物が増えると、イオンの引出効率が低下し、生成されるイオンビームの品質やマイクロ波イオン源の運転継続性に影響を与えるおそれがある。
【０００５】
本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、プラズマ室内で発生する堆積物の低減にある。
【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、プラズマ室の内部空間にマイクロ波を軸方向に導入するためのマイクロ波導入窓と、内部空間を囲むように軸方向に延在する側壁と、マイクロ波導入窓と軸方向に対向する位置に設けられるイオン引出開口と、を含むプラズマ室と、内部空間において側壁に沿って設けられるライナと、内部空間においてライナよりも内側に設けられ、内部空間をプラズマ生成空間とプラズマ生成空間の外側に位置するマイクロ波遮蔽空間とに区画するシールド部材と、を備える。シールド部材は、プラズマ生成空間とマイクロ波遮蔽空間とを連通させる複数の小孔を有する。
【０００７】
本発明の別の態様は、シールド部材である。このシールド部材は、マイクロ波イオン源のプラズマ室に設けられるシールド部材であって、プラズマ室の軸方向に延在し、プラズマ室の内部空間をプラズマ生成空間とプラズマ生成空間の外側に位置するマイクロ波遮蔽空間とに区画する筒部と、筒部に設けられ、プラズマ生成空間とマイクロ波遮蔽空間とを連通させる複数の小孔と、を備える。
【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、プラズマ室内で発生する堆積物を低減することができる。
【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を概略的に示す断面図である。
【図２】図１に示すマイクロ波イオン源のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】比較例に係るマイクロ波イオン源において堆積物が発生する様子を模式的に示す図である。
【図４】実施の形態に係るマイクロ波イオン源において堆積物の発生が低減する様子を模式的に示す図である。
【図５】他の実施の形態に係るマイクロ波イオン源を概略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、図面の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を概略的に示す断面図である。図２は、図１に示すマイクロ波イオン源１０のＡ−Ａ線断面図である。
【００１３】
マイクロ波イオン源１０は、マイクロ波によって原料ガスのプラズマをプラズマ室１１に生成し、そのプラズマからプラズマ室１１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１１は、プラズマが生成される空間であるプラズマ生成空間１２ａを含む内部空間１２を囲む容器である。
【００１４】
プラズマ室１１は、両端をもち直線的に延在する筒状の形状を有する。プラズマ室１１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、軸方向を囲む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１１が回転対称性を有する形状であることを必ずしも意味しない。図示の例ではプラズマ室１１は円筒形状を有するが、プラズマ室１１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。また、プラズマ室１１の軸方向長さは、プラズマ室１１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１１は、入口端１３、出口端１４、及び側壁１５を備える。入口端１３にはマイクロ波導波管５０が接続されている。入口端１３とマイクロ波導波管５０との間には、マイクロ波導波管５０から内部空間１２を仕切るようにマイクロ波導入窓１６が設けられている。一方、出口端１４には、イオン引出開口１７が形成されている。出口端１４においてプラズマ室１１は、イオン引出開口１７を除き、塞がれている。入口端１３、出口端１４、及び側壁１５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。
【００１６】
図２に示されるように、イオン引出開口１７は、長手方向に細長い開口幅Ｗ１のスリット形状を有する。イオン引出開口１７の開口幅Ｗ１は、イオンの引出効率を高めるため、内部空間１２の直径（径方向の幅）Ｗ２の１／２以上とすることが望ましく、２／３以上とすることがより好ましい。なお、イオン引出開口１７の形状は、スリット形状に限定されず、例えば、円形、楕円形、正方形などの形状としてもよい。
【００１７】
側壁１５は、入口端１３と出口端１４とを接続する筒状の部材である。側壁１５は、マイクロ波導入窓１６及び内部空間１２を囲むように軸方向に延在する。側壁１５は、マイクロ波導入窓１６に外接し、内部空間１２を区画する内表面を有する。
【００１８】
マイクロ波導波管５０は、マイクロ波源（図示せず）から発信されるマイクロ波を内部空間１２に伝達するようマイクロ波源をプラズマ室１１につなぐ。プラズマ室１１の入口端１３に進入するマイクロ波の伝搬方向を矢印Ｐで図示する。マイクロ波の伝搬方向Ｐは図示されるように、プラズマ室１１の軸方向に一致し、マイクロ波導入窓１６に垂直である。
【００１９】
マイクロ波導入窓１６は、マイクロ波導波管５０から内部空間１２にマイクロ波を受け入れるための真空窓である。マイクロ波を透過させるために、マイクロ波導入窓１６は誘電体で形成されている。マイクロ波導入窓１６はその上流側の表面がマイクロ波導波管５０に向けられ、下流側の表面が内部空間１２に露出されている。このように、プラズマ室１１において軸方向に関してマイクロ波導波管５０に近い側を上流側と呼び、イオン引出開口１７に近い側を下流側と呼ぶことがある。
【００２０】
マイクロ波導入窓１６は、窓本体１８と窓保護材１９とを備える二層構造を有してもよい。窓保護材１９は内部空間１２に面するマイクロ波導入窓１６の内層であり、窓本体１８は窓保護材１９に導波管側で隣接するマイクロ波導入窓１６の外層である。窓保護材１９はプラズマ室１１の外からイオン引出開口１７を通じてプラズマ室１１に逆流する電子から窓本体１８を保護するために窓本体１８を被覆する。窓本体１８は例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）のプレートであり、窓保護材１９は例えば窒化ホウ素（ＢＮ）のプレートである。
【００２１】
本実施の形態においては、窓保護材１９は、窓本体１８よりも厚い。すなわち、窓保護材１９の軸方向長さは、窓本体１８の軸方向長さよりも長い。窓保護材１９はプラズマ室１１のマイクロ波導入窓１６側を占める中実の部材であり、窓保護材１９の軸方向長さは内部空間１２の容積を所望の大きさに調整するよう定められている。このように窓保護材１９が側壁１５の内側の空間を部分的に占有することは、軸方向に大きい寸法を有するプラズマ室１１において高密度のプラズマを発生させるのに有利である。内部空間１２の軸方向長さを短くすることで、内部空間１２の容積の増大を抑えられるからである。なお、窓保護材１９は、窓本体１８に隣接し軸方向の長さが相対的に長いブロック部と、内部空間１２に隣接し軸方向の長さが相対的に短いプレート部とにより構成されていてもよい。
【００２２】
また、本実施の形態においては、マイクロ波導入窓１６は内部空間１２の（軸方向に垂直な）断面の全体を占めている。しかし、変形例においては、マイクロ波導入窓１６は内部空間１２の断面の一部（例えば中心部）に形成されていてもよい。
【００２３】
マイクロ波イオン源１０は、プラズマ室１１の内部空間１２に設けられるライナ２０及びシールド部材６０を備える。ライナ２０は、プラズマの汚染を軽減または防止し、側壁１５を保護するための内壁部材である。ライナ２０は、例えば窒化ホウ素（ＢＮ）で形成される。ライナ２０は、側壁１５に沿ってマイクロ波導入窓１６と出口端１４との間に延在する。ライナ２０の外周面は、内部空間１２の側壁１５に内接してそれを被覆する。ライナ２０の内面は、内部空間１２に露出されている。ライナ２０の上流端部にはシールド部材６０の鍔部６４が接触しており、ライナ２０は、鍔部６４と出口端１４の間に挟み込まれている。
【００２４】
シールド部材６０は、内部空間１２においてライナ２０よりも内側に設けられ、内部空間１２をプラズマ生成空間１２ａとマイクロ波遮蔽空間１２ｂとに区画する。プラズマ生成空間１２ａは、マイクロ波導入窓１６を通じてマイクロ波が導入される空間であり、プラズマが生成される空間である。一方、マイクロ波遮蔽空間１２ｂは、プラズマ生成空間１２ａの径方向外側に位置し、シールド部材６０によりマイクロ波が遮蔽されるため、プラズマが生成されない空間である。本実施の形態では、ライナ２０が露出する空間をマイクロ波遮蔽空間１２ｂとすることにより、生成されるプラズマによってライナ２０が侵食されにくくする。
【００２５】
シールド部材６０は、導電性を有するとともに高融点の材料で構成される板状部材である。シールド部材６０は、例えば、グラファイト（Ｃ）により構成される。シールド部材６０の厚さは、０．５ｍｍ〜５ｍｍ程度であり、２ｍｍ〜３ｍｍ程度の厚さを有することが好ましい。
【００２６】
シールド部材６０は、筒部６２及び鍔部６４を備える。筒部６２は、マイクロ波導入窓１６から出口端１４のイオン引出開口１７へ向けて軸方向に延在する部材である。筒部６２は、プラズマ生成空間１２ａとマイクロ波遮蔽空間１２ｂとを径方向に区画する。本実施の形態において、筒部６２はプラズマ室１１の形状に対応して円筒形状を有する。他の実施の形態においては、プラズマ生成空間１２ａとマイクロ波遮蔽空間１２ｂとを径方向に区画できる形状であれば、いかなる形状であってもよい。筒部６２は、第１端部６２ａが窓保護材１９に接し、第２端部６２ｂが出口端１４に接する。
【００２７】
図２に示すように、筒部６２は、イオン引出開口１７の開口幅Ｗ１よりも直径（径方向の幅）Ｗ３が大きくなるように形成される。これにより、イオン引出開口１７は、プラズマ生成空間１２ａと連通し、マイクロ波遮蔽空間１２ｂとは連通しないこととなる。また、筒部６２の直径Ｗ３は、内部空間１２の直径Ｗ２に近い値とすることが望ましく、例えば、内部空間１２の直径Ｗ２の３／４以上とすることが好ましい。これにより、プラズマ生成空間１２ａの容量を大きくしてイオンの引出効率を高めることができる。
【００２８】
鍔部６４は、筒部６２のマイクロ波導入窓１６側の第１端部６２ａから側壁１５に向かって径方向外側へ延在する部材である。鍔部６４は、窓保護材１９の内部空間１２に隣接する面のうち、マイクロ波遮蔽空間１２ｂに隣接する箇所に接しており、プラズマ生成空間１２ａに隣接する箇所には設けられていない。鍔部６４は、プラズマ生成空間１２ａに対応する箇所が空いている中空円板形状を有する。鍔部６４は、筒部６２とともに、マイクロ波導入窓１６を通じて導入されるマイクロ波が、マイクロ波遮蔽空間１２ｂに侵入しないようにする。一方、プラズマ生成空間１２ａには、鍔部６４が設けられていないマイクロ波導入窓１６の中央部を通じてマイクロ波が導入される。
【００２９】
筒部６２には、複数の小孔６３が設けられる。複数の小孔６３は、プラズマ生成空間１２ａへ供給されるガスを通過させる一方で、プラズマ生成空間１２ａに導入されるマイクロ波の通過を抑制する形状を有する。小孔６３は、マイクロ波の遮蔽効率を高めるため、導入するマイクロ波の波長よりも十分に小さい開口径を有することが望ましい。例えば、２．４５ＧＨｚのマイクロ波を用いる場合、約１２０ｍｍの波長よりも十分に小さい値として、０．５ｍｍ〜５ｍｍ程度の開口径とすればよく、２ｍｍ〜３ｍｍ程度の開口径とすることが望ましい。また、プラズマ生成空間１２ａとマイクロ波遮蔽空間１２ｂとの間で原料ガスが移動できるように、複数の小孔６３の開口率は高い方が望ましく、５０％以上の開口率となるように多数設けられることが好ましい。
【００３０】
また、鍔部６４にも複数の小孔６５が設けられる。本実施の形態においては、ガス通路３２の末端に位置するガス出口３４が鍔部６４の近傍に設けられる。鍔部６４に小孔６５を設けることで、マイクロ波遮蔽空間１２ｂを介してガス通路３２とプラズマ生成空間１２ａを連通させる。これにより、プラズマ生成空間１２ａへのガス供給を可能とする。筒部６２と同様、鍔部６４においても、原料ガスを通過させる一方で、マイクロ波の通過を制限する形状の小孔６５とすることが望ましい。鍔部６４の小孔６５は、０．５ｍｍ〜５ｍｍ程度の開口径とすればよく、５０％以上の開口率となるように多数設けられることが好ましい。なお、他の実施の形態において、プラズマ生成空間１２ａに直接ガスを供給できる位置にガス出口が設けられる場合には、鍔部６４に小孔６５を設けなくてもよい。
【００３１】
本実施の形態において、シールド部材６０は、マイクロ波導入窓１６とライナ２０の間に挟み込まれて保持される。したがって、シールド部材６０の軸方向の長さは、ライナ２０の軸方向の長さと同じか、鍔部６４の厚さだけ軸方向に長い。
【００３２】
プラズマ室１１の入口端１３は、図示されるように、プラズマ室１１をマイクロ波導波管５０に取り付けるための取付フランジ２１を備える。取付フランジ２１は入口端１３において側壁１５の外表面よりも径方向外側に突き出して形成された部分である。マイクロ波導波管５０の末端にはこの取付フランジ２１に対応する相手側のフランジ５１が設けられており、これら２つのフランジ２１、５１はボルトなどの適切な締結手段によって取り付けられるよう構成されている。図示されるようにそれぞれのフランジ２１、５１の合わせ面には窓本体１８の外周部に適合する凹部が形成されており、プラズマ室１１の入口端１３とマイクロ波導波管５０とに窓本体１８が挟持される。
【００３３】
マイクロ波イオン源１０は、プラズマの原料ガスを内部空間１２に供給するためのガス供給系３１を備える。ガス供給系３１は、生成すべきイオン種に応じて適切な原料ガスを内部空間１２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。
【００３４】
ガス供給系３１は、プラズマ室１１に埋設されているガス通路３２を備える。ガス通路３２は、側壁１５の内壁２６に沿って窓保護材１９の外周部に埋設されている。窓保護材１９の外周部には、ガス通路３２を形成するガス配管を通すための切り欠きが設けられている。ガス通路３２を形成するガス配管は、非磁性金属材料などで構成され、ガス通路３２の内部をマイクロ波から遮蔽する。ガス通路３２は、マイクロ波導波管５０側に設けられているガス入口３３と、鍔部６４の近傍に設けられているガス出口３４と、を備える。
【００３５】
ガス入口３３は、ガス通路３２をガス供給管３５に接続する。ガス供給管３５は、マイクロ波導波管５０の外側を軸方向に沿って延びており、図示しないガス源をガス入口３３に接続する。ガス入口３３は、入口端１３の取付フランジ２１及びマイクロ波導波管５０のフランジ５１に形成されている。ガス入口３３は、マイクロ波導波管５０のフランジ５１を貫通して入口端１３及び側壁１５へと延びている。ガス入口３３は、取付フランジ２１において窓本体１８の外側を通る。
【００３６】
ガス出口３４は、ガス通路３２を内部空間１２に接続する。ガス出口３４は、鍔部６４の近傍に設けられており、鍔部６４と接する窓保護材１９の一部が除去されることにより形成される。
【００３７】
したがって、原料ガスは、ガス供給管３５からガス入口３３、ガス通路３２、ガス出口３４、鍔部６４の小孔６５、マイクロ波遮蔽空間１２ｂ、筒部６２の小孔６３を通じて、プラズマ生成空間１２ａに供給される。
【００３８】
マイクロ波イオン源１０は、プラズマ室１１を冷却するための冷却装置、例えば冷却ジャケット２２を備える。冷却ジャケット２２は、冷媒（例えば冷却水）により内部空間１２及びマイクロ波導入窓１６をそれらの外側から冷却するよう内部空間１２及びマイクロ波導入窓１６の周囲に配設されている。冷却ジャケット２２は、冷媒流路２３と、冷媒流路２３に冷媒を供給するための冷媒入口（図示せず）と、冷媒流路２３から冷媒を排出するための冷媒出口（図示せず）と、を備える。冷媒入口および冷媒出口は、例えば、ガス供給系３１のガス入口３３と同様に、フランジ５１に設けられる。冷媒流路２３に供給される冷媒の温度は例えば室温またはそれより低温である。なお冷却ジャケット２２は、側壁１５の内側（または外側）に隣接して設けられていてもよい。
【００３９】
冷媒流路２３は、プラズマ室１１の軸方向長さにわたって側壁１５の内部に形成されている。また、冷媒流路２３は、図２に示されるように、プラズマ室１１を周方向に囲むように側壁１５に形成されている。そのため、プラズマ室１１の側壁１５は内壁２６と外壁２７とを有する二重管構造を有し、内壁２６と外壁２７との間の空間が冷媒で満たされる。内壁２６及び外壁２７の下流側の端部は冷媒流路２３を閉じるよう結合され出口端１４に取り付けられている。また、内壁２６及び外壁２７の上流側の端部は冷媒流路２３を閉じるよう結合され入口端１３に取り付けられている。なお冷媒流路２３は、側壁１５に形成されマイクロ波導入窓１６及び内部空間１２を（例えばらせん状または蛇行状に）取り巻く管路であってもよい。
【００４０】
また、マイクロ波イオン源１０は、内部空間１２の中心軸に沿う磁場を発生させるための例えばコイルなどの磁場発生器（図示せず）をプラズマ室１１の外側に備えてもよい。マイクロ波を原料ガスに効率的に吸収させるために、電子サイクロトロン共鳴条件の磁場又はそれよりも強い軸方向の磁場が内部空間１２に印加される。こうしてマイクロ波が導入されるプラズマ生成空間１２ａに高密度プラズマが生成されてもよい。
【００４１】
イオン引出開口１７の外側には、イオンをプラズマ室１１の外に引き出すための引出電極系（図示せず）が設けられている。引出電極系はイオンを被照射物に運ぶためのいわゆるビームラインの最上流部にあたる。このビームラインも内部空間１２と同様に真空排気系（図示せず）によって真空に保持される。
【００４２】
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１２ａにガス通路３２を通じてプラズマの原料ガスが供給される。磁場発生器により上述の軸方向磁場がプラズマ生成空間１２ａに印加される。マイクロ波がマイクロ波導入窓１６を通じてプラズマ生成空間１２ａに導入される。マイクロ波と軸方向磁場との作用によって原料ガスが励起され、プラズマ生成空間１２ａにプラズマが生成される。イオン引出開口１７を通じてプラズマ生成空間１２ａの外へとイオンが引き出される。
【００４３】
本実施の形態においては、プラズマ室１１の内部空間１２をプラズマ生成空間１２ａとマイクロ波遮蔽空間１２ｂとに区画するシールド部材６０が設けられるため、プラズマ生成に伴ってプラズマ生成空間１２ａに生じる堆積物を低減することができる。本効果について、図３及び図４を参照しながら説明する。
【００４４】
図３は、比較例に係るマイクロ波イオン源１１０において堆積物８０が発生する様子を模式的に示す図である。比較例に係るマイクロ波イオン源１１０は、シールド部材６０を有しない点で上述の実施の形態と相違する。本図では、プラズマ室１１の内部空間１２にガス通路３２から原料ガスＧが供給され、プラズマ７０が生成されている様子を示している。また、本比較例では、原料ガスＧとして三フッ化ホウ素（ＢＦ３）を用いてボロンビームを生成する場合を示しており、ライナ２０として窒化ホウ素（ＢＮ）を用いている。
【００４５】
原料ガスとしてＢＦ３を用いると、イオン化によりＢ＋、ＢＦ＋、ＢＦ２＋、Ｆ＋、Ｆ２＋が生成される。これらのイオンがライナ２０などの壁面で中性化されると、Ｆ、Ｆ２等の反応性の高いフッ素ラジカルが生成される。ＢＮで構成されるライナ２０の表面は、Ｆ＋イオンの他にこれらのフッ素ラジカルによって侵食され、構成元素であるボロン（Ｂ）や窒素（Ｎ）がプラズマ中に放出されてプラズマ室内でイオン化される。それらのイオンは、
マイクロ波導入窓１６及び出口端１４の内壁やイオン引出開口１７に付着し、軸方向磁場に沿ってドリフトしてきた電子と結合して堆積物８０を形成しうる。
【００４６】
この堆積物８０は、ライナ２０を設けることによって増加することが本発明者の知見として得られている。特に、イオン引出開口１７に堆積物８０が多量に付着すると、イオン引出開口１７の開口が狭くなってイオン引出効率が低下する。イオン引出開口１７が堆積物８０によって塞がれてしまうと、イオンを取り出せなくなってしまうため、マイクロ波イオン源１１０の運転を停止して堆積物８０を除去する必要が生じる。堆積物８０の生成量が多く、短期間で多量の堆積物８０が生成されてしまうと、マイクロ波イオン源１１０を停止する頻度が高くなる。すると、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。
【００４７】
図４は、実施の形態に係るマイクロ波イオン源１０において堆積物８０の発生が低減する様子を模式的に示す図である。本図も、図３と同様に、ガス通路３２から原料ガスＧとしてＢＦ３が供給され、プラズマ７０が生成されている様子を示している。実施の形態では、内部空間１２にシールド部材６０が設けられているため、内側のプラズマ生成空間１２ａにおいてプラズマ７０が生成される。外側のマイクロ波遮蔽空間１２ｂにおいてはＦ＋、Ｆ２＋などのイオンが生成されにくくなり、Ｆ、Ｆ２等の反応性の高いフッ素ラジカルがライナ２０を侵食することも少なくなる。その結果、ライナ２０を設ける場合であっても、マイクロ波導入窓１６及び出口端１４の内壁やイオン引出開口１７に付着する堆積物８０を低減させることができる。なお、原料ガスＧとして挙げたＢＦ３は例示にすぎず、その他の種類の原料ガスを用いた場合においても、同様に堆積物８０を低減させることができる。
【００４８】
また、本実施の形態においては、シールド部材６０に多数の小孔が設けられるため、プラズマ生成空間１２ａとマイクロ波遮蔽空間１２ｂの間を中性ガスが行き来することができる。プラズマ生成空間１２ａにおいてイオン化していない中性ガスは、生成されるプラズマによって加熱され、加熱された中性ガスがマイクロ波遮蔽空間１２ｂへ移動してライナ２０を加熱する。ライナ２０が加熱されて高温に保たれると、ライナ２０の表面にイオン化物質が付着しにくくなる。このようにして、ライナ２０による保護機能を高めることができる。一方で、マイクロ波イオン源１０には冷却ジャケット２２が設けられているので、マイクロ波イオン源１０の過度の温度上昇は抑制できる。
【００４９】
また、本実施の形態によると、ガス通路３２が側壁１５に埋設され、側壁１５の内側に配置されているため、プラズマ室１１の外に露出されていない。通常、プラズマ室１１には高電圧が印加されるので、ガス通路３２が側壁１５の外側に配置されてプラズマ室１１の外表面に凹凸が設けられると、そこを起点として放電が生じうる。本実施の形態では、ガス通路３２が側壁１５の内側に配置されているため、プラズマ室１１の外表面を滑らかに形成することができ、外表面での放電を抑制できる。
【００５０】
つづいて、図５を参照しながら本発明の他の実施形態に係るマイクロ波イオン源１０を説明する。この実施の形態は、シールド部材６０に鍔部６４が設けられず、窓保護材１９の外周部にスペーサ部材４０が設けられる点を除いて、上述の実施の形態と同様である。そのため、以下の説明では同様の箇所について説明を適宜省略する。
【００５１】
図５は、他の実施の形態に係るマイクロ波イオン源１０を概略的に示す断面図である。マイクロ波イオン源１０は、スペーサ部材４０を備える。スペーサ部材４０は、窓保護材１９の外周部に設けられ、中心部に窓保護材１９を収容する。スペーサ部材４０は、ステンレスやアルミニウムなどの非磁性金属材料で構成される。スペーサ部材４０には、マイクロ波遮蔽空間１２ｂと連通するガス出口３４を有するガス通路３２が埋設される。
【００５２】
シールド部材６０は、径方向の直径が窓保護材１９と同じか、それよりも大きい筒部６２を有する。筒部６２は、スペーサ部材４０に固定され、スペーサ部材４０と出口端１４の間に挟持される。これにより、マイクロ波遮蔽空間１２ｂは、筒部６２とスペーサ部材４０とによりマイクロ波の侵入が抑制される。
【００５３】
本実施の形態においては、スペーサ部材４０を設けることにより、径方向の直径がシールド部材６０よりも小さい窓保護材１９が配置される。窓保護材１９はシールド部材６０と同軸に配置されており、マイクロ波は、窓保護材１９を通じてプラズマ生成空間１２ａに導入される。したがって、シールド部材６０が鍔部６４を有していない構成であっても、上述の実施の形態と同様に、マイクロ波遮蔽空間１２ｂでのプラズマの生成を抑制できる。これにより、ライナ２０の侵食を防いで、プラズマ生成空間１２ａに生成される堆積物を低減できる。
【００５４】
以上、本発明を実施例にもとづいて説明した。本発明は上記実施の形態に限定されず、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。
【００５５】
上述の実施の形態においては、ライナ２０を窒化ホウ素（ＢＮ）などの誘電体で構成することとした。変形例において、ライナ２０は、タングステン（Ｗ）やモリブデン（Ｍｏ）などの金属により構成されてもよい。この場合においても、フッ素ラジカルがライナ２０と化学結合して生じるイオン化物質の発生を抑え、ライナ２０に起因する堆積物を低減することができる。また、ライナ２０を構成する金属がプラズマ中に混入し、イオンビームとなって引き出されることを防ぐことができる。
【符号の説明】
【００５６】
１０…マイクロ波イオン源、１１…プラズマ室、１２…内部空間、１２ａ…プラズマ生成空間、１２ｂ…マイクロ波遮蔽空間、１５…側壁、１６…マイクロ波導入窓、１７…イオン引出開口、２０…ライナ、３２…ガス通路、３４…ガス出口、６０…シールド部材、６２…筒部、６３…小孔、６４…鍔部、６５…小孔。
【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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