TW201833966A - 離子產生裝置 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種有助於提高離子照射裝置的生產力之離子產生裝置。離子產生裝置(12)具備：電弧室(30)，內部具有電漿產生區域；陰極(52)，朝向電漿產生區域放出熱電子；反射極(34)，隔著電漿產生區域與陰極(52)在軸向相對向；以及屏障(72)，在電弧室(30)的內面與電漿產生區域之間的位置以部分包圍電漿產生區域之方式配置。

Description

離子產生裝置

本申請主張基於2017年3月6日申請之日本專利申請第2017-041654號的優先權。該申請的全部內容藉由參閱援用於本說明書中。 　　本發明係有關一種離子產生裝置。

離子產生裝置是用來作為搭載於離子植入裝置等的將離子照射到被處理物之裝置之離子源。這種離子照射裝置中，為了利用不同的配方(例如，具有不同的離子種類或不同的能量)處理某一照射製程與另一照射製程，通常是在該等製程的空檔切換離子束條件。離子束條件的切換，是大致伴隨在離子產生裝置所運用之離子產生條件的切換。 (先前技術文獻) (專利文獻) 　　專利文獻1：日本專利第4374487號公報 　　剛切換離子產生條件之後，離子束的品質未必充分穩定。因此，從運用新的離子產生條件開始，必須暫時等待離子束的穩定。為了提高離子照射裝置的生產力，期望縮短該等待時間。

(發明所欲解決之問題) 　　本發明的一種態樣的例示性目的之一，是為了提供一種有助於提高離子照射裝置的生產力之離子產生裝置。 (解決問題之技術手段) 　　本發明的一種態樣的離子產生裝置具備：電弧室，內部具有電漿產生區域；陰極，朝向電漿產生區域放出熱電子；反射極，隔著電漿產生區域與陰極在軸向相對向；以及屏障(cage)，在電弧室的內面與電漿產生區域之間的位置以部分包圍電漿產生區域之方式配置。 　　另外，在方法、裝置、系統等之間相互替換以上構成要件的任意組合或本發明的構成要件或表現形式的發明，作為本發明的態樣同樣有效。 (發明之效果) 　　依本發明，可提供有助於提高離子照射裝置的生產力之離子產生裝置及其控制方法。

以下，參閱圖式對用於實施本發明之方式進行詳細說明。另外，圖式說明中對相同的要件標註相同元件符號，並適當省略重複說明。並且，以下敘述之構成為例示，並不對本發明的範圍做任何限定。 　　圖1係概略表示實施形態之離子植入裝置10之圖。圖1的上部為表示離子植入裝置10的概略構成之俯視圖，圖1的下部為表示離子植入裝置10的概略構成之側視圖。 　　離子植入裝置10構成為在真空空間內向被處理物的表面進行離子植入處理。被處理物例如為基板W，例如為半導體晶圓。因此，以下為便於說明有時將被處理物稱為基板W或半導體晶圓，但這並不表示將植入處理的對象限定在特定物體。 　　離子植入裝置10構成為藉由射束掃描及機械掃描中的至少一種方式對基板W的整面照射離子束B。本說明書中為便於說明，將設計上的離子束B的行進方向設為z方向，將與z方向垂直的面定義為xy面。如同後述，對被處理物掃描離子束B時，將掃描方向設為x方向，與z方向及x方向垂直的方向設為y方向。因此，射束掃描沿x方向進行，機械掃描沿y方向進行。 　　離子植入裝置10具備離子產生裝置12、射束線裝置14及植入處理室16。離子產生裝置12構成為向射束線裝置14賦予離子束B。射束線裝置14構成為，從離子產生裝置12往植入處理室16傳送離子。並且，離子植入裝置10具備：用於對離子產生裝置12、射束線裝置14及植入處理室16提供所希望的真空環境之真空排氣系統(未圖示)。 　　如圖所示，射束線裝置14例如自上游依序具備質量分析磁鐵裝置18、射束整形裝置20、偏轉掃描裝置22、P透鏡等的射束平行化裝置24及角能量過濾器26。另外，本說明書中上游係指靠近離子產生裝置12的一側，下游係指靠近植入處理室16的一側。 　　質量分析磁鐵裝置18設置於離子產生裝置12的下游，且構成為從自離子產生裝置12引出的離子束B藉由質量分析來選擇所需的離子種類。射束整形裝置20具備Q透鏡等的會聚/發散透鏡，且構成為將離子束B整形為所希望的剖面形狀。 　　偏轉掃描裝置22構成為提供射束掃描。偏轉掃描裝置22沿x方向掃描離子束B。如此，離子束B遍及比y方向的寬度更長的x方向的掃描範圍進行掃描。圖1中用箭頭C例示射束掃描及其掃描範圍，分別以實線及虛線表示在掃描範圍的一端及另一端的離子束B。另外，為明確起見，以在離子束B上標斜線之方式圖示。 　　射束平行化裝置24構成為，使所掃描之離子束B的行進方向成為平行。角能量過濾器26構成為，分析離子束B的能量並使所需能量的離子向下方偏轉以導入到植入處理室16。如此，射束線裝置14將應照射到基板W之離子束B供給到植入處理室16。 　　植入處理室16具備物體保持部(未圖示)，物體保持部係保持1片或多片基板W，且構成為根據需要提供給基板W相對於離子束B之例如y方向的相對移動(所謂機械掃描)。圖1中，用箭頭D例示機械掃描。並且，植入處理室16在射束線末端具備射束阻擋器28。當離子束B的軌道上不存在基板W的情況，離子束B入射到射束阻擋器28。 　　在另一實施形態中，離子植入裝置10可以構成為對植入處理室16賦予具有在與z方向垂直的一方向較長的剖面之離子束。此時，離子束例如具有比y方向的寬度更長的x方向的寬度。這種細長剖面的離子束有時被稱為帶狀射束。或者，在又一種實施形態中，離子植入裝置10亦可以構成為不掃描離子束，而是對植入處理室16賦予具有點狀的剖面之離子束。 　　圖2係概略表示實施形態之離子產生裝置12的構成之剖面圖。離子產生裝置12為旁熱型離子源，其具備電弧室30、熱電子放出部32、反射極34、第1引出電極36、第2引出電極38、屏障72以及各種電源。 　　電弧室30具有大致長方體的箱型形狀。電弧室30具有在一方向上細長的形狀，以下將該方向稱為電弧室30的軸向。軸向為圖2的紙面上的上下方向。 　　電弧室30由高熔點材料構成，具體而言由鎢(W)、鉬(Mo)、鉭(Ta)等高熔點金屬、其等的合金、石墨(C)等構成。藉此，即便在電弧室內部變成較高溫的環境下，仍能夠使電弧室難以熔化。 　　電弧室30的軸向一側設有熱電子放出部32。電弧室30的軸向另一側設有反射極34。反射極34與熱電子放出部32對向。以下，為便於說明，有時將電弧室30的熱電子放出部32側稱為上側，將電弧室30的反射極34側稱為下側。 　　另外，“上側”及“下側”的記載僅便於說明而已，並非表示使用離子產生裝置12時熱電子放出部32必須配置於鉛垂上側，反射極34必須配置於鉛垂下側。離子產生裝置12中，亦可以配置成使熱電子放出部32位於鉛垂下側，反射極34位於鉛垂上側，亦可以以軸向成為水平方向之方式配置，亦可以以軸向相對於鉛垂方向及水平方向傾斜之方式配置。 　　在電弧室30的一側部設有導入原料氣體之氣體導入口40。在電弧室30的另一側部形成有作為引出離子束B之開口部的前狹縫42。 　　作為原料氣體可使用：稀有氣體，氫(H₂ )、磷化氫(PH₃ )、砷化氫(AsH₃ )等的氫化物，三氟化硼(BF₃ )、四氟化鍺(GeF₄ )等的氟化物、三氯化銦(InCl₃ )等的氯化物等的鹵化物。並且，作為原料氣體還能使用二氧化碳(CO₂ )、一氧化碳(CO)、氧(O₂ )等的包含氧原子(O)之物質。 　　電弧室30具備腔室本體44、狹縫構件46及絕緣構件48。狹縫構件46上形成有前狹縫42。腔室本體44為一側部被開放之箱構件。狹縫構件46為安裝於腔室本體44的開放側之蓋子，透過絕緣構件48固定在腔室本體44。藉由在腔室本體44安裝狹縫構件46，來形成離子產生裝置12的電漿室。熱電子放出部32、反射極34及氣體導入口40設置於腔室本體44。 　　狹縫構件46與引出電源60的正極連接，藉由引出電源60對狹縫構件46施加正的高電壓。腔室本體44係與腔室電源62的負極連接，而對狹縫構件46施加負電壓。腔室電源62例如以將後述之電弧電源58的1倍～5倍的電壓施加於腔室本體44之方式構成。 　　前狹縫42為從狹縫構件46的上側向下側延伸之細長狹縫。這種上下長孔與圓形等小孔相比面積大，因此能夠增加從離子產生裝置12引出之離子束量。 　　為便於說明，將前狹縫42的延伸方向稱為狹縫長邊方向。狹縫長邊方向相當於電弧室30的軸向。狹縫長邊方向與離子產生裝置12的射束引出方向正交。並且，將與狹縫長邊方向及射束引出方向雙方正交之方向稱為狹縫寬度方向。因此，圖2所示之剖面為基於與狹縫長邊方向及射束引出方向平行的平面之前狹縫42的剖面。圖2的紙面上，狹縫長邊方向為上下方向，射束引出方向為左右方向，狹縫寬度方向為垂直於紙面的方向。 　　屏障72設置於電弧室30的內部。屏障72位於電弧室30的內面與產生有電漿P之區域(亦稱為電漿產生區域)之間，以部分包圍電漿產生區域之方式配置。屏障72具有在軸向上隔著間隔排列之複數個線狀構件74，形成為籠形或者柵形。在相鄰之線狀構件74之間設置有間隙76，從氣體導入口40導入之原料氣體通過屏障72的間隙76流入電漿產生區域。因此，屏障72構成為產生在與軸向正交之徑向上橫越屏障72之氣流。 　　與電弧室30相同地，屏障72由高熔點材料構成，具體而言，由鎢(W)、鉬(Mo)、鉭(Ta)等高熔點金屬、其等的合金、石墨(C)等構成。藉此，即便在電漿P的產生中屏障72處於比較高溫的環境下，仍能夠使屏障72難以熔化。 　　屏障72沿腔室本體44的三個側部設置，以分隔電漿產生區域與腔室本體44的內面45之間的方式配置。屏障72配置成，固定在狹縫構件46的內面66，且與腔室本體44的內面45分離。屏障72被施加與狹縫構件46相同的正電壓，且具有在比屏障72更靠內側的空間封閉電漿P之作用。並且，屏障72被電漿P加熱成幾百℃以上的高溫。 　　熱電子放出部32向電弧室30內部放出熱電子，具有燈絲50和陰極52。熱電子放出部32插入於腔室本體44的陰極安裝孔，在與電弧室30絕緣之狀態下被固定。並且，與熱電子放出部32相關聯地設有燈絲電源54、陰極電源56及電弧電源58。 　　燈絲50被燈絲電源54加熱，而在前端產生熱電子。燈絲50中所產生之(1次)熱電子在由陰極電源56形成之陰極電場中被加速。(1次)熱電子與陰極52碰撞，藉由其碰撞時所產生之熱量加熱陰極52。被加熱之陰極52產生(2次)熱電子。 　　藉由電弧電源58在陰極52與屏障72之間施加電弧電壓，藉由電弧電壓將(2次)熱電子加速。(2次)熱電子作為具有足夠使氣體分子電離的能量之射束電子放出到屏障72的內側。射束電子存在於被磁場M大致限定之範圍內，因此離子主要在該範圍內產生。射束電子藉由擴散到達電弧室30的內壁、狹縫構件46、陰極52、反射極34、屏障72，並在壁面消失。 　　反射極34具有反射極板68。反射極板68被設置成與陰極52相對向且大致平行。反射極板68使電弧室30內的電子反彈，使電子滯留於電漿產生區域而提高離子產生效率。 　　屏障72為了不阻礙射束電子在陰極52與反射極34之間的往復移動，避開電漿產生區域與陰極52之間的位置以及電漿產生區域與反射極34之間的位置而配置。因此，屏障72形成為不具有於與軸向正交之平面內所構成的分隔件。 　　並且，屏障72為了不阻礙從前狹縫42引出離子束B，避開電漿產生區域與前狹縫42之間的位置而配置。因此，屏障72形成為不具有沿狹縫構件46的內面66所構成之分隔件。 　　在離子產生裝置12設置有磁場產生器70。磁場產生器70配置於電弧室30的外部。磁場產生器70具備一對的源磁場線圈，其中一個在電弧室30的上方，另一個在電弧室30的下方。藉由磁場產生器70向電弧室30內部施加磁場M。磁場M向電弧室30的軸向施加。 　　從陰極52放出到電弧室30之射束電子沿著磁場M在陰極52與反射極34之間往復移動。往復移動之射束電子與導入到電弧室30之原料氣體分子碰撞而讓原料氣體分子電離，以產生離子，並在電弧室30產生電漿P。電弧室30為縱長，因此電漿P亦為縱長。 　　在電弧室30的外側設置有冷卻裝置80。冷卻裝置80安裝於腔室本體44的外側，對產生電漿時成為高溫的腔室本體44進行冷卻。藉由設置冷卻裝置80，降低腔室本體44的內面45的溫度，使伴隨電漿P的產生附著到內面45之物質成為不易從內面45再放出的狀態。反過來講，藉由降低腔室本體44的溫度，使附著到腔室本體44的內面45之物質成為容易蓄積的狀態。 　　第1引出電極36設置成與電弧室30的外側相鄰。第1引出電極36配置成，與狹縫構件46在射束引出方向上隔著間隙。第2引出電極38設置成在狹縫構件46的相反側與第1引出電極36相鄰。第2引出電極38配置成，與第1引出電極36在射束引出方向上隔著間隙。 　　如圖所示，第1引出電極36及第2引出電極38分別設有用於使離子束B通過之與前狹縫42相對應之開口。該等開口與前狹縫42同樣具有上下長孔形狀。第1引出電極36及第2引出電極38例如由不銹鋼、石墨、鉬或鎢形成。 　　第1引出電極36與抑制電源64連接。抑制電源64是為了相對於第2引出電極38而向第1引出電極36施加負電位所設置的。第2引出電極38呈接地狀態。第1引出電極36亦被稱為抑制電極。第2引出電極38亦被稱為接地電極。 　　射束引出，是藉由根據施加於第1引出電極36與狹縫構件46之間的電壓而在前狹縫42的附近產生之電場所進行的。藉由該電場，離子束B從電漿通過前狹縫42而被引出。離子束B通過第1引出電極36及第2引出電極38的開口，利用射束線裝置14輸送到植入處理室16，並照射到基板W。 　　圖3係概略表示屏障72的構成之剖面圖，示出從軸向觀察電弧室30的內部時的剖面。如圖所示，屏障72從軸向觀察具有コ字形狀(通道形狀)，以分別與腔室本體44的三個側部44a、44b、44c平行之方式配置。構成屏障72之線狀構件74的兩端74a、74b安裝於狹縫構件46的內面66。 　　屏障72以將電弧室30的內部分隔為第1空間82及第2空間84之方式配置。第1空間82係包括產生電漿P之電漿產生區域，且與前狹縫42連通。第2空間84為沿腔室本體44的內面45之區域，且為距腔室本體44的內面45的距離在既定範圍內的部分。 　　屏障72設置成與腔室本體44的內面45分離。屏障72與腔室本體44的內面45之間的間隔d₁ 需要大於確保電位不同的屏障72與腔室本體44之間的絕緣性的程度。另一方面，為了確保某一程度大小的電漿產生區域，屏障72與腔室本體44的內面45之間的間隔d₁ 盡可能小為較佳。屏障72與腔室本體44的內面45之間的間隔d₁ 設為電弧室30的內形尺寸d₀ 的30%以下為較佳，例如，設為內形尺寸d₀ 的5%、10%、15%或者20%左右即可。在此所說的電弧室30的內形尺寸d₀ 並非電弧室30的長邊方向的尺寸，係與長邊方向正交之電弧室30的短邊方向(狹縫寬度方向或者射束引出方向)的尺寸。 　　圖4係概略表示屏障72的構成之剖面圖，係對應於圖2的局部之圖。圖4中，詳細地示出設置有屏障72之軸向的範圍。屏障72遍及至少設置有前狹縫42之軸向的第1區間C1而設置。屏障72以位於前狹縫42與陰極52之間的第2區間C2的至少局部以及反射極34與前狹縫42之間的第3區間C3的至少局部之方式設置為較佳。因此，屏障72的軸向的長度l₁ 大於前狹縫42的軸向(狹縫長邊方向)長度l₀ 。 　　屏障72可以設置成僅位於第2區間C2及第3區間C3的局部，亦可以設置成位於第2區間C2及第3區間C3中的至少一個的整體範圍。屏障72亦可以設置成位於陰極52所在之第4區間C4的至少局部，亦可以設置成位於反射極34所在之第5區間C5的至少局部。屏障72設置於第4區間C4的情況下，以屏障72位於比熱電子放出部32更靠徑向外側之方式配置，以免屏障72與熱電子放出部32接觸。同樣地，屏障72設置於第5區間C5的情況下，以屏障72位於比反射極34更靠徑向外側之方式配置，以免屏障72與反射極34接觸。並且，屏障72配置成與腔室本體44的上部及下部分離，以免與腔室本體44的上部及下部接觸。 　　如上所述，電弧電壓施加到屏障72與陰極52之間，屏障72作為用於在電漿產生區域產生電漿之陽極發揮作用。並且，屏障72對腔室本體44施加正電壓，還具有將電漿P封閉到屏障72的內部來提高離子產生效率之作用。該等功能藉由屏障72作為所產生之電場(電位)的障壁而實現，因此理想上屏障72是由板狀的構件構成，未設置有間隙76為較佳。然而，若在屏障72未設置有間隙76，則不能將電漿P的原料氣體充分供給至屏障72的內部，可能阻礙穩定的電漿形成。 　　基於以上的觀點，構成屏障72之線狀構件74的間距p盡可能小為較佳，為屏障72的軸向的長度l₁ 的1/5以下，例如為1/10以下為較佳。因此，複數個線狀構件74設置5根以上，例如10根以上為較佳。 　　並且，為了能夠將原料氣體有效地供給至屏障72的內部，屏障72的間隙76所佔比例、亦即開口率為30%以上為較佳。在此，“開口率”係指從徑向觀察屏障72時的俯視時每單位面積中間隙76所佔的面積比例。為了將屏障72的開口率設為30%以上，例如，將線狀構件74的寬度w₁ 與間隙76的寬度w₂ 之比設為w₁ /w₂ ≤2即可。 　　另一方面，若要加大屏障72的開口率，則必須減小線狀構件74的寬度w₁ ，很難充分維持線狀構件74的強度。並且，若線狀構件74的寬度w₁ 小，還會降低屏障72作為所產生之電場(電位)的障壁的功能。因此，屏障72的開口率為91%以下為較佳。為了使屏障72的開口率成為91%以下，例如，將線狀構件74的寬度w₁ 與間隙76的寬度w₂ 之比設為w₁ /w₂ ≥0.1即可。 　　接著，對本實施形態之離子產生裝置12所產生之效果進行說明。首先，示出比較例之離子產生裝置中切換離子產生條件時的電弧室的內壁的狀態變化。比較例中，不設置上述屏障72及冷卻裝置80，而向電弧室本體及狹縫構件施加相同的電弧電壓。 　　圖5係例示比較例之離子產生條件切換時的電弧室130的內壁的狀態變化之圖。離子產生條件係指離子產生裝置的運轉條件，包括所使用之氣體種類及其流量、電漿激發用投入電力(例如，電弧電流、電弧電壓)、施加磁場等參數。切換離子產生條件時，變更該等參數中的至少一個。以下，為了便於說明，由於切換前的條件係當前運用之離子產生條件，將其適當稱為“現離子產生條件”，由於切換後的條件係接下來運用之離子產生條件，將其適當地稱為“新離子產生條件”。 　　在圖5的左上部，示出比較例之離子產生裝置的運轉在現離子產生條件下以充分的時間持續進行時的電弧室130的內壁的狀態。並且，在圖5的中央上部，示出剛從現離子產生條件切換成新離子產生條件之後的電弧室130的內壁的狀態，在圖5的右上部，示出之後在新離子產生條件下以充分時間持續進行離子產生裝置的運轉時的電弧室130的內壁的狀態。在圖5的下部，示出從現離子產生條件切換成新離子產生條件時的電弧室130的內壁的物質形成量(例如，物質層的厚度)的變化。 　　根據本發明人的考察，依據離子產生條件，在電弧室130的內壁可能形成不同的物質。例如，如圖5的左上部所示，現離子產生條件中，在電弧室130產生第1電漿Pa，藉此在內壁形成有第1物質α。若從現離子產生條件切換成新離子產生條件，則如圖5的中央上部所示，在電弧室130內產生與第1電漿Pa不同的第2電漿Pb。由於係剛切換之後，因此在電弧室130的內壁依然殘留有第1物質α。如圖5的右上部所示，若從運用新離子產生條件開始經過充分的時間，則藉由第2電漿Pb在電弧室130的內壁形成有第2物質β。 　　如此，離子產生條件的切換，係伴隨電弧室130的內壁的狀態轉變。如圖5的下部所示，在現離子產生條件下形成之第1物質α從內壁逐漸被去除，根據新離子產生條件，第2物質β逐漸形成於內壁。為從內壁被去除之第1物質α應是與離子束一同被排出到電弧室130外部。若第2物質β在內壁形成一定程度，則會飽和。 　　在這樣的如圖5的中央部所示之轉變狀態下，從離子產生裝置12引出之離子束的品質並不十分穩定。因此，從運用新離子產生條件開始之後必須暫時等待離子束的穩定。該等待時間ΔT1根據現離子產生條件與新離子產生條件的組合，需要相當長的時間。直到等待時間ΔT1結束為止，無法開始離子植入裝置10的植入處理。因此，為了提高離子植入裝置10的生產力，期望縮短伴隨切換離子產生條件的等待離子束穩定的時間。 　　依據本發明人等的考察，作為上述等待時間ΔT1耗費較長的理由，比較例中電弧室內壁處於相對高溫，因此蓄積物質α、β不易蓄積，處於容易再放出的狀態。通常，電弧室130被電漿P加熱成幾百℃以上的高溫。然而，為了切換離子產生條件，基於將電弧室130的內壁的蓄積物質α、β交換而使其穩定化之觀點，電弧室130的溫度較低為較佳。因此，本發明人等認為，將屏障72插入到電弧室內，將功能分離成：用於加熱電漿P之相對高溫的屏障72、用於使蓄積物質提早穩定化之相對低溫的電弧室30，從而能夠縮短伴隨切換離子產生條件之等待時間。 　　圖6係例示本實施形態之離子產生條件切換時的電弧室30的內壁的狀態變化之圖，與上述比較例之圖5對應。本實施形態中，在電漿與電弧室30的內壁之間設置有屏障72，電弧室30的內壁處於與屏障72相比溫度較低的狀態。其結果，與比較例的情況相比，在電弧室30的內壁更容易蓄積蓄積物質α、β，一旦蓄積之物質就難以再放出。 　　本實施形態中，若切換離子產生條件，如圖6的中央上部所示，轉移到在蓄積到電弧室30的內壁之第1物質α上蓄積第1物質α和第2物質β雙方之狀態。這係因為第1物質α難以再放出且第2物質β容易蓄積，在第1物質α完全被去除之前第2物質β就覆蓋在第1物質α上。其結果，如圖6的右上部所示，成為在電弧室30的內壁上殘留第1物質α的狀態下，就那樣蓄積第2物質β而成為飽和之狀態。本實施形態中，如此般成為藉由第2物質β將第1物質α完全覆蓋之狀態，從而實現新離子產生條件下的穩定狀態。 　　本實施形態中，在第1物質α完全被去除之前第1物質α就無法放出，因此直至無法放出第1物質α為止的時間比上述比較例短。並且，電弧室30的內壁處於相對低溫，因此第2物質β蓄積到內壁而成為飽和狀態為止的時間亦比上述比較例短。其結果，如圖6的下部所示，從切換離子產生條件到穩定化為止的等待時間ΔT2亦比上述比較例短。依據本實施形態，能夠縮短伴隨離子產生條件切換之等待時間，能夠提高離子植入裝置10的生產力。 　　圖7係例示離子產生條件切換時的射束電流的變化之圖，示出從磷(P)離子的產生條件切換成氬(Ar)離子的產生條件之情況下的P射束的電流量的變化。實線表示在電弧室30內設置有屏障72之實施例，虛線表示在電弧室內未設置屏障72之比較例。如圖示，與比較例相比，在實施例中，從切換離子產生條件到無法檢測出磷(P)射束為止的時間縮短，並且，切換後輸出之P射束的電流量的時間積分值較小。如此，依據本實施例，能夠縮短伴隨切換離子產生條件之等待時間。 　　圖8係例示離子產生條件切換時的射束電流的變化之圖，與圖7的情況相反，示出從氬(Ar)離子的產生條件切換成磷(P)離子的產生條件之情況下的P射束的電流量的變化。實線表示在電弧室30內設置有屏障72之實施例，虛線表示在電弧室內未設置屏障72之比較例。如圖示，與比較例相比，在實施例中，從切換離子產生條件到P射束電流穩定化為止的時間較短。如此，依據本實施例，能夠縮短伴隨切換離子產生條件之等待時間。 (變形例1) 　　圖9(a)～圖9(c)係概略表示變形例之屏障72a、72b、72c的構成之剖面圖，示出從軸向觀察電弧室30的內部時的剖面。圖9(a)示出從軸向觀察形成為U字形狀之屏障72a。圖9(b)示出從軸向觀察形成為C字形狀之屏障72b。圖9(c)示出從軸向觀察形成為V字形狀之屏障72c。圖示的變形例中，屏障72a、72b、72c亦以分隔產生有電漿P之區域與電弧室30的內面45之間的方式配置，並安裝於狹縫構件46。另外，屏障的形狀不限於圖示之形狀，只要為至少部分包圍電漿產生區域之形狀，則能夠採用任意的形狀。 (變形例2) 　　圖10係概略表示變形例之屏障72d的構成之剖面圖，示出從狹縫寬度方向觀察電弧室30的內部時的剖面。本變形例之屏障72d除了在軸向上隔著間隔配置之複數個線狀構件(第1線狀構件)74以外，還設置有沿軸向延伸之複數個第2線狀構件75。第2線狀構件75在第1線狀構件74所延伸之方向上隔著間隔而配置。本變形例之屏障72d藉由組合使用第1線狀構件74及第2線狀構件75，形成為網眼狀。亦即，屏障72d包括網眼構件。本變形例中，構成為網眼的間隙76的開口率成為30%以上且90%以下為較佳。 (變形例3) 　　圖11係概略表示變形例之屏障72e的構成之剖面圖，與圖10相同地，示出從狹縫寬度方向觀察電弧室30的內部時的剖面。本變形例之屏障72e由設置有複數個開口78之板狀構件77構成。屏障72e從軸向觀察時具有コ字形狀，具有以分別與腔室本體44的三個側部相對向之方式配置之三片板狀構件77。複數個開口78在板狀構件77上形成為陣列狀，例如，排列成三方晶格狀或者四方晶格狀。本變形例中，亦構成為複數個開口78的開口率成為30%以上且90%以下為較佳。 (變形例4) 　　圖12(a)、圖12(b)係概略表示變形例之電弧室30的內部構成之剖面圖，示出從軸向觀察電弧室30的內部時的剖面。本變形例中，屏障72f未固定在狹縫構件46，而固定在腔室本體44，這一點與上述實施形態不同。屏障72f配置成與狹縫構件46的內面66分離，透過絕緣構件91、92安裝於腔室本體44的內面45。圖12(a)所示之變形例中，屏障72f透過絕緣構件91固定於在腔室本體44的狹縫寬度方向上相對向之兩個側部44a、44c。圖12(b)所示之變形例中，屏障72f透過絕緣構件92固定在與腔室本體44的狹縫構件46相對向之一個側部44b。 　　本變形例中，屏障72f與腔室本體44電絕緣，屏障72f具有與腔室本體44不同的電位。屏障72f例如與上述實施形態相同地以與狹縫構件46成為相同電位之方式構成。屏障72f亦可以亦與狹縫構件46電絕緣，亦可以具有與狹縫構件46不同的電位。該情況下，屏障72f上可以施加圖2中未圖示的其他電源所致之電壓。並且，屏障72f亦可以以成為浮動電位之方式構成。 (變形例5) 　　圖13(a)、圖13(b)係概略表示變形例之電弧室30的內部構成之剖面圖，示出從軸向觀察電弧室30的內部時的剖面。本變形例中，屏障72g、72h固定在腔室本體44，這一點與上述變形例相同，但屏障72g、72h直接固定在腔室本體44，這一點與上述變形例不同。因此，本變形例中，屏障72g、72h以與腔室本體44成為相同電位之方式構成。 　　圖13(a)所示之變形例中，屏障72g固定於在腔室本體44的狹縫寬度方向上相對向之兩個側部44a、44c。屏障72g具有：以部分包圍電漿產生區域之方式配置之分隔部94g、和從分隔部94g朝向腔室本體44的側部44a、44c突出之安裝部96g。圖13(b)所示之變形例中，屏障72h固定於與腔室本體44的狹縫構件46相對向之一個側部44b。屏障72h具有：以部分包圍電漿產生區域之方式配置之分隔部94h、和從分隔部94h朝向腔室本體44的側部44b突出之安裝部96h。 　　另外，在進一步的變形例中，屏障72亦可以不固定在腔室本體44的側部，而固定在腔室本體44的上部或者下部。該情況下，屏障72亦可以直接固定在腔室本體44，亦可以透過絕緣構件固定在腔室本體44。 　　以上，參閱上述實施形態對本發明進行了說明，但本發明並不限定於上述實施形態，適當組合或替換實施形態的構成之方式亦屬於本發明。並且，可根據本領域技術人員的知識對實施形態中的組合或處理順序適當進行重新排列或對實施形態加以各種設計變更等變形，加以這種變形之實施形態亦屬於本發明的範圍。 　　在上述實施形態中，示出了在腔室本體44與狹縫構件46之間施加腔室電源62所致之電壓的情況。在進一步的變形例中，亦可以不設置腔室電源62，以腔室本體44與狹縫構件46成為相同電位之方式構成。該情況下，屏障72可以與腔室本體44及狹縫構件46成為相同電位之方式構成，屏障72亦可以與腔室本體44及狹縫構件46成為不同的電位之方式構成。後者的情況下，屏障72亦可以相對於腔室本體44及狹縫構件46成為浮動電位之方式構成。 　　上述說明係參閱旁熱型離子產生裝置而進行的，但本發明並不限於此，可適用於RF離子產生裝置、微波離子產生裝置、伯納式(Bernastype)離子產生裝置等的反應性原料氣體被供給到電漿室中且與該電漿室內壁相互作用之其他任意的離子產生裝置。該情況下，上述說明中提及到之用語“電弧室”可以替換成作為更加一般化的表現所使用之用語“電漿室”。

12‧‧‧離子產生裝置

30‧‧‧電弧室

34‧‧‧反射極

42‧‧‧前狹縫

44‧‧‧腔室本體

46‧‧‧狹縫構件

48‧‧‧絕緣構件

52‧‧‧陰極

72‧‧‧屏障

74‧‧‧線狀構件

76‧‧‧間隙

77‧‧‧板狀構件

78‧‧‧開口

圖1係概略表示實施形態之離子植入裝置之圖。 　　圖2係概略表示實施形態之離子產生裝置的構成之剖面圖。 　　圖3係概略表示屏障的構成之剖面圖。 　　圖4係概略表示屏障的構成之剖面圖。 　　圖5係例示比較例之離子產生條件切換時的電弧室的內壁的狀態變化之圖。 　　圖6係例示實施形態之離子產生條件切換時的電弧室的內壁的狀態變化之圖。 　　圖7係例示離子產生條件切換時的射束電流的變化之圖。 　　圖8係例示離子產生條件切換時的射束電流的變化之圖。 　　圖9中，圖9(a)～圖9(c)係概略表示變形例之屏障的構成之剖面圖。 　　圖10係概略表示變形例之屏障的構成之剖面圖。 　　圖11係概略表示變形例之屏障的構成之剖面圖。 　　圖12中，圖12(a)、圖12(b)係概略表示變形例之電弧室的內部構成之剖面圖。 　　圖13中，圖13(a)、圖13(b)係概略表示變形例之電弧室的內部構成之剖面圖。

Claims (18)

1. 一種離子產生裝置，其特徵為，具備： 　　電弧室，內部具有電漿產生區域； 　　陰極，朝向前述電漿產生區域放出熱電子； 　　反射極，隔著前述電漿產生區域與前述陰極在軸向相對向；以及 　　屏障，在前述電弧室的內面與前述電漿產生區域之間的位置以部分包圍前述電漿產生區域之方式配置。
2. 如申請專利範圍第1項所述之離子產生裝置，其中 　　前述屏障配置成，避開前述電漿產生區域與前述陰極之間的位置以及前述電漿產生區域與前述反射極之間的位置。
3. 如申請專利範圍第1或2項所述之離子產生裝置，其中 　　前述電弧室具有：電弧室本體、和設置有用於往前述電弧室外引出離子之前狹縫之狹縫構件， 　　前述屏障配置成，避開前述電漿產生區域與前述前狹縫之間的位置。
4. 如申請專利範圍第3項所述之離子產生裝置，其中 　　前述屏障固定在前述狹縫構件的內面，且配置成與前述電弧室本體的內面分離。
5. 如申請專利範圍第3項所述之離子產生裝置，其中 　　前述屏障以與前述狹縫構件成為相同電位之方式構成。
6. 如申請專利範圍第3項所述之離子產生裝置，其中 　　前述屏障固定在前述電弧室本體的內面，且配置成與前述狹縫構件的內面分離。
7. 如申請專利範圍第6項所述之離子產生裝置，其中 　　前述屏障以與前述電弧室本體成為相同電位之方式構成。
8. 如申請專利範圍第6項所述之離子產生裝置，其中 　　前述屏障係透過絕緣構件固定在前述電弧室本體的內面，且以與前述電弧室本體成為不同的電位之方式構成。
9. 如申請專利範圍第3項所述之離子產生裝置，其中 　　前述狹縫構件透過絕緣構件安裝於前述電弧室本體， 　　前述電弧室本體以相對於前述狹縫構件的電位成為負電位之方式構成。
10. 如申請專利範圍第3項所述之離子產生裝置，其中 　　前述狹縫構件透過絕緣構件安裝於前述電弧室本體， 　　前述電弧室本體以相對於前述狹縫構件的電位成為浮動電位之方式構成。
11. 如申請專利範圍第3項所述之離子產生裝置，其進一步具備冷卻前述電弧室本體之冷卻機構。
12. 如申請專利範圍第3項所述之離子產生裝置，其中 　　前述前狹縫具有在前述軸向上細長的形狀， 　　前述屏障配置成，至少遍及前述前狹縫沿前述軸向延伸之區間。
13. 如申請專利範圍第1或2項所述之離子產生裝置，其中 　　前述屏障從前述軸向觀察形成為V字形、U字形、C字形或者コ字形。
14. 如申請專利範圍第1或2項所述之離子產生裝置，其中 　　前述屏障具有：以在與前述軸向正交之徑向上產生橫越前述屏障的氣流之方式配置的複數個開口或者複數個間隙。
15. 如申請專利範圍第14項所述之離子產生裝置，其中 　　前述屏障構成為，從前述徑向俯視觀察時，每單位面積中前述複數個開口或者前述複數個間隙所佔比例為30%以上且90%以下。
16. 如申請專利範圍第1或2項所述之離子產生裝置，其中 　　前述屏障包括在前述軸向上隔著間隔排列之複數個線狀構件。
17. 如申請專利範圍第1或2項所述之離子產生裝置，其中 　　前述屏障包括網眼狀構件。
18. 如申請專利範圍第1或2項所述之離子產生裝置，其中 　　前述屏障包括設置有複數個小孔之板狀構件。