CN111710584A - 离子生成装置及离子注入装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种能够稳定地生成高纯度的多价离子的离子生成装置。离子生成装置(10)具备：电弧室(50)，区划等离子体生成空间(S)；阴极(56)，朝向等离子体生成空间(S)释放热电子；及反射极(58)，隔着等离子体生成空间(S)而与阴极(56)相对置。电弧室(50)具有：箱形主体部(52)，其前表面(52g)开口；及狭缝部件(54)，安装在主体部(52)的前表面(52g)，且设置有用于引出离子的前狭缝(60)。暴露于等离子体生成空间(S)的主体部(52)的内表面(52a)由高熔点金属材料构成，暴露于等离子体生成空间(S)的狭缝部件(54)的内表面(54a)由石墨构成。
Description
技术领域
本申请主张基于2019年3月18日申请的日本专利申请第2019-049842号的优先权。该日本申请的全部内容通过参考援用于本说明书中。
本发明涉及一种离子生成装置及包含该离子生成装置的离子注入装置。
背景技术
在半导体制造工序中，由于改变半导体的导电性、改变半导体的结晶结构的目的等，标准地实施向半导体晶片注入离子的工序。在该工序中使用的装置一般称为离子注入装置。这种离子注入装置中，通过具备旁热型阴极结构及电弧室的离子生成装置来生成离子。所生成的离子通过引出电极引出到电弧室之外。
专利文献1：日本特开2001-227688号公报
近年来，为了对晶片表面的较深区域进行离子注入，有时要求高能量离子束的生成。生成高能量离子束时，需要通过离子生成装置来生成多价离子，并利用直流加速机构或高频加速机构(例如线性加速机构)对多价离子进行加速。通过离子生成装置来生成足够量的多价离子时，需要更加增大电弧电压或电弧电流，电弧室的损耗或电弧室与引出电极之间的放电可能变得更加明显。在这种条件下，可能会产生由电弧室的损耗引起的污染物混入或由放电引起的装置的受损等问题。
发明内容
本发明是鉴于这种状况而完成的，并且提供一种在生成更多的多价离子的条件下能够抑制污染物混入及由放电引起的受损的离子生成装置。
本发明的一种实施方式的离子生成装置具备：电弧室，区划等离子体生成空间；阴极，朝向等离子体生成空间释放热电子；及反射极，隔着等离子体生成空间而与阴极相对置。电弧室具有：箱形主体部，其前表面开口；及狭缝部件，安装在主体部的前表面，且设置有用于引出离子的前狭缝。暴露于等离子体生成空间的主体部的内表面由高熔点金属材料构成，暴露于等离子体生成空间的狭缝部件的内表面由石墨构成。
本发明的另一实施方式为离子注入装置。该离子注入装置具备：一种实施方式的离子生成装置；射束加速装置，将从离子生成装置引出的离子束加速至1MeV以上的能量；及注入处理室，从射束加速装置出射的离子束被照射到晶片上。
另外，以上构成要件的任意组合或在方法、装置、系统等之间相互替换本发明的构成要件或表述也作为本发明的实施方式而有效。
发明效果
根据本发明，能够提供一种能够稳定地生成高纯度的多价离子的离子生成装置。
附图说明
图1是表示实施方式所涉及的离子注入装置的概略结构的俯视图。
图2是表示实施方式所涉及的离子生成装置的概略结构的剖视图。
图3是表示狭缝部件的外表面侧的概略结构的平面图。
图4是表示狭缝部件的内表面侧的概略结构的平面图。
图5是表示电弧室的概略结构的剖视图。
图6是表示电弧室的概略结构的剖视图。
图7是表示电弧室的概略结构的剖视图。
图8是概略表示狭缝部件的固定方法的侧视图。
图9是概略表示狭缝部件的固定方法的侧视图。
图中：10-离子生成装置，50-电弧室，52-主体部，54-狭缝部件，56-阴极，58-反射极，60-前狭缝，70-内侧部件，80-外侧部件，100-离子注入装置。
具体实施方式
以下，一边参考附图，一边对用于实施本发明的方式进行详细说明。另外，在附图说明中对相同的要件标注相同的符号，并适当省略重复的说明。并且，以下所叙述的结构是例示的，对本发明的范围并不作任何限定。
图1是表示实施方式所涉及的离子注入装置100的概略结构的俯视图。离子注入装置100是所谓的高能量离子注入装置。离子注入装置100通过引出在离子生成装置10中产生的离子并进行加速而生成离子束IB，并将离子束IB沿射束线传输至被处理物(例如基板或晶片W)，从而将离子注入到被处理物。
离子注入装置100具备：射束生成单元12，生成离子并进行质量分离；射束加速单元14，进一步加速离子束IB而使其成为高能量离子束；射束偏转单元16，进行高能量离子束的能量分析、能量分散的控制、轨道校正；射束传输单元18，将所分析的高能量离子束传输至晶片W；及基板传送处理单元20，将所传输的高能量离子束注入到半导体晶片。
射束生成单元12具有离子生成装置10、引出电极11及质谱分析装置22。射束生成单元12中，通过引出电极11从离子生成装置10引出离子的同时进行加速，经引出加速的离子束通过质谱分析装置22被质谱分析。质谱分析装置22具有质谱分析磁铁22a、质谱分析狭缝22b。通过质谱分析装置22进行质谱分析的结果，分选注入中所需的离子种类，所分选的离子种类的离子束引被导到下一射束加速单元14。
射束加速单元14具备进行离子束的加速的多个线性加速装置即一个以上的高频谐振器。射束加速单元14为通过高频(RF)电场的作用对离子进行加速的高频加速机构。射束加速单元14具备：第1线性加速器15a，具备基本的多级高频谐振器；及第2线性加速器15b，具备用于注入高能量离子的追加的多级高频谐振器。通过射束加速单元14所加速的离子束通过射束偏转单元16来改变方向。
从射束加速单元14出射的高能量离子束具有某一范围的能量分布。因此，为了在射束加速单元14的下游使高能量的离子束往复扫描及平行化而照射到晶片，需要事前实施高精确度的能量分析、轨道校正及射束的会聚/发散的调整。
射束偏转单元16进行高能量离子束的能量分析、能量分散的控制、轨道校正。射束偏转单元16具备至少两个高精确度偏转电磁铁、至少一个能量宽度限制狭缝、至少一个能量分析狭缝及至少一个横向会聚机器。多个偏转电磁铁构成为进行高能量离子束的能量分析及离子注入角度的精密的校正。
射束偏转单元16具有：能量分析电磁铁24；横向会聚四极透镜26，抑制能量分散；能量分析狭缝28；及偏转电磁铁30，提供转向(离子束的轨道校正)。另外，能量分析电磁铁24有时也称为能量过滤电磁铁(EFM)。高能量离子束通过射束偏转单元16来转换方向，朝向晶片W的方向。
射束传输单元18为传输从射束偏转单元16出来的离子束IB的射束线装置，其具有由会聚/发散透镜组构成的射束整形器32、射束扫描器34、射束平行化器36及最终能量过滤器38(包括最终能量分离狭缝)。射束传输单元18的长度根据合计射束生成单元12和射束加速单元14后的长度来设计，射束传输单元18通过射束偏转单元16与射束加速单元14连结，整体形成U字状的布局。
在射束传输单元18的下游侧的終端设置有基板传送处理单元20。基板传送处理单元20包括注入处理室42及基板传送部44。在注入处理室42设置有压板驱动装置40，所述压板驱动装置40保持离子注入中的晶片W，使晶片W在与射束扫描方向垂直的方向上移动。在基板传送部44设置有用于将离子注入前的晶片W搬入注入处理室42并从注入处理室42搬出已离子注入的晶片W的传送机械手等晶片传送机构。
离子生成装置10例如构成为生成硼(B)、磷(P)或砷(As)的多价离子。射束加速单元14使从离子生成装置10引出的多价离子加速而生成1MeV以上或4MeV以上的高能量离子束。通过使多价离子(例如2价、3价、4价以上)加速，与使1价离子加速的情况相比，能够更高效地生成高能量离子束。
射束加速单元14可以不是如图所示的二级式线性加速装置，可以是整体构成为一个线性加速装置，也可以分成三级以上的线性加速装置来进行安装。并且，射束加速单元14可以由其他任意形式的加速装置构成，例如可以具备直流加速机构。本实施方式并不限于特定的离子加速方式，只要能够生成1MeV以上或4MeV以上的高能量离子束，则能够采用任意的射束加速装置。
根据高能量的离子注入，与小于1MeV的能量的离子注入相比，所期望的杂质离子以更高能量打入晶片表面，因此能够将所期望的杂质注入到晶片表面中更深的区域(例如深度5μm以上)。高能量离子注入的用途例如为最新的图像传感器等半导体器件制造中的P型区域及/或N型区域的形成。
本实施方式所涉及的离子生成装置10是使用所谓的旁热型阴极(IHC；IndirectlyHeated Cathode)的形式，在电弧室内产生电弧放电而生成多价离子。为了生成多价离子，需要增大电弧电压或电弧电流，以从原子剥离更多的电子。在这种电弧条件下，电弧室内部的损耗变得严重，构成电弧室的内壁的部件的一部分也被离子化而引出到电弧室的外部的可能性变高。其结果，作为污染物混入有电弧室的构成部件的离子束IB被注入到晶片W，有可能影响形成在晶片W的半导体元件的特性。
并且，在电弧电压或电弧电流较大的条件下，从电弧室引出的离子的量变多，在电弧室与引出电极之间容易产生放电。根据放电的产生方式，电弧室有可能受损，在频发放电或受损的情况下，电弧室的寿命变短，因此需要对装置进行频繁的维护。如此一来，离子注入装置100的运转率下降，导致半导体器件的生产效率下降。
因此，本实施方式中，提供一种即使生成更多的多价离子的情况下也能够抑制污染物混入离子束或由放电引起的电弧室的受损的离子生成装置。为了防止污染物混入离子束，重要的是提高构成电弧室的部件的纯度，从抑制污染物的观点出发，高纯度且高熔点的石墨较合适。另一方面，石墨为因在电弧室内生成的等离子体而容易被损耗的材料，并且，通过与等离子体反应而生成的碳化合物堆积在离子生成装置的构成部件的表面，从而产生污浊。并且，石墨与高熔点金属材料相比，容易产生放电，产生放电时容易受损。因此，本实施方式中，提供一种通过根据材料特性的不同而适当地组合石墨与高熔点金属材料，从而能够抑制污染物混入和由放电引起的受损的离子生成装置。
图2是表示实施方式所涉及的离子生成装置10的概略结构的图。离子生成装置10为旁热型离子源，其具备电弧室50、阴极56、反射极58及各种电源。
在离子生成装置10的附近，配置有用于通过电弧室50的前狭缝60引出离子束IB的引出电极11。引出电极11具备抑制电极66及接地电极68。抑制电极66连接有抑制电源64f，并施加负的抑制电压。接地电极68连接于地线64g。
电弧室50具有大致长方体的箱形状。电弧室50区划生成等离子体的等离子体生成空间S。附图中用虚线示意地表示形成高浓度的等离子体的等离子体形成区域P。电弧室50具有：箱形主体部52，其前表面52g开口；及狭缝部件54，安装在主体部52的前表面52g。在狭缝部件54设置有用于引出离子束IB的前狭缝60。前狭缝60具有沿从阴极56朝向反射极58的方向(也称为轴向)延伸的细长的形状。电弧室50中，通过引出电源64d对地线64g施加正的引出电压。
主体部52具有背面壁52b及包含第1侧壁52c及第2侧壁52d的四个侧壁。背面壁52b设置在隔着等离子体生成空间S而与前狭缝60相对置的位置，且配置成沿轴向延伸。在背面壁52b设置有用于导入源气体的气体导入口62。包含第1侧壁52c及第2侧壁52d的四个侧壁设置成限定主体部52的前表面52g的矩形状的开口。第1侧壁52c及第2侧壁52d配置成在轴向上相对置。第1侧壁52c具有沿轴向延伸的阴极插穿口52e，在阴极插穿口52e配置有阴极56。第2侧壁52d具有沿轴向延伸的反射极插穿口52f，在反射极插穿口52f配置有反射极58。
主体部52中暴露于等离子体生成空间S的内表面52a由高熔点金属材料构成，使用例如钨(W)、钼(Mo)、钽(Ta)等高熔点金属或它们的合金。主体部52可以是其整体由高熔点金属材料构成，也可以是仅内表面52a选择性地由高熔点金属材料构成。主体部52例如能够由高熔点(约3400℃)的钨构成。主体部52中所使用的高熔点金属材料的纯度可以是低于其他部件(例如，后述的阴极56)的标准纯度，例如，高熔点金属元素的含有率小于99.99重量％。主体部52中所使用的材料的高熔点金属元素的含有率的一例为小于99.8重量％，小于99.9重量％或小于99.95重量％。
狭缝部件54为设有前狭缝60的板状部件。狭缝部件54安装在前表面52g，以封闭主体部52的前表面52g的开口。狭缝部件54中，暴露于等离子体生成空间S的内表面54a由石墨构成，暴露于电弧室50的外侧的外表面54b由高熔点金属材料构成。狭缝部件54具有由石墨构成的内侧部件70及由高熔点金属材料构成的外侧部件80，并成为重叠内侧部件70和外侧部件80而成的双重结构。外侧部件80与主体部52相同地，能够由标准纯度的高熔点金属材料构成，例如由钨构成。
内侧部件70具有暴露于等离子体生成空间S的内表面54a。内侧部件70具有用于形成前狭缝60的内侧开口72，且具有在内侧开口72的附近或周围朝向电弧室50的外侧突出的突出部74。突出部74的外表面74b的厚度方向(从电弧室50的内侧朝向外侧的方向)的位置与狭缝部件54(或外侧部件80)的外表面54b的厚度方向的位置一致。在突出部74的内侧形成有狭缝凹部76，以使内侧开口72的内表面54a在内侧开口72的附近远离等离子体形成区域P。内侧部件70具有设置在内侧开口72的边缘的锥形面72a，以使开口尺寸从电弧室50的内侧朝向外侧变大。通过将内侧开口72的边缘设为锥状，能够设为难以阻碍从电弧室50的内侧朝向外侧引出的离子束IB的流动的前狭缝60。
外侧部件80具有暴露于电弧室50的外侧的外表面54b，并设置成与引出电极11(抑制电极66)相对置。外侧部件80为覆盖内侧部件70的外侧的罩体，具有支承机械强度低的石墨制内侧部件70而提高强度的作用。外侧部件80具有用于形成前狭缝60的外侧开口82。外侧开口82的开口尺寸大于内侧开口72的开口尺寸。外侧开口82的开口尺寸大于突出部74的外周74a的尺寸。外侧开口82的开口尺寸可以与突出部74的外周74a的尺寸相同，例如，外侧开口82构成为沿突出部74的外周74a设置外侧开口82的边缘。
外侧部件80优选构成为不阻碍通过内侧开口72的离子束IB的引出。具体而言，优选外侧部件80构成为外侧开口82的边缘位于比使内侧开口72的锥形面72a向电弧室50的外侧延长而获得的假想面72b更远离前狭缝60的中心60c的位置。其结果，能够仅通过内侧开口72来限定前狭缝60的开口形状，能够防止外侧部件80暴露于从电弧室50引出的离子束IB。
阴极56向等离子体生成空间S释放热电子。阴极56插穿于阴极插穿口52e，并以与电弧室50电绝缘的状态进行固定。阴极56具有灯丝56a、阴极头56b、断热件56c及热反射器56d。
阴极头56b为实心的圆柱状部件，其前端暴露于等离子体生成空间S。断热件56c为支承阴极头56b的圆筒状部件，从电弧室50的外部朝向内部并沿轴向延伸。为了维持阴极头56b的高温状态，断热件56c优选具有热绝缘性高的形状，且具有壁厚薄的形状。热反射器56d为以包围阴极头56b及断热件56c的外周的方式设置的圆筒状部件。热反射器56d反射来自处于高温状态的阴极头56b及断热件56c的辐射热，以维持阴极头56b及断热件56c的高温。灯丝56a配置成在断热件56c的内部与阴极头56b相对置。
灯丝56a通过灯丝电源64a被加热，在前端产生热电子。灯丝56a中产生的1次热电子通过由阴极电源64b产生的阴极电压(例如300～600V)被加速，与阴极头56b进行碰撞，利用通过其碰撞产生的热来加热阴极头56b。经加热的阴极头56b产生2次热电子，该2次热电子通过由电弧电源64c施加于阴极头56b与电弧室50之间的电弧电压(例如70～150V)被加速。经加速的2次热电子使从气体导入口62导入的源气体电离，为了生成包含多价离子的等离子体，作为具有充分能量的射束电子被释放到等离子体生成空间S。被释放到等离子体生成空间S的射束电子被在轴向上施加于等离子体生成空间S的磁场B所束缚，沿磁场B进行螺旋状运动。通过在等离子体生成空间S中使电子进行螺旋状运动，能够将电子的运动限制在等离子体形成区域P而提高等离子体生成效率。
阴极头56b由高熔点金属材料构成，例如由钨构成。阴极头56b可以由纯度比标准纯度高的高熔点金属材料构成，高熔点金属元素的含有率可以为99.99重量％以上。阴极头56b中使用的材料的高熔点金属元素的含有率的一例为99.995重量％以上、99.9995重量％以上或99.9999重量％以上。阴极头56b为暴露于高浓度的等离子体而容易损耗的部件，且为容易成为污染物混入离子束IB的原因的部件。通过提高构成阴极头56b的高熔点金属材料的纯度，能够减轻由构成阴极头56b的材料的等离子体化引起的污染物混入离子束IB的影响。另外，断热件56c及热反射器56d中的至少一个可以由标准纯度的高熔点金属材料构成，也可以与阴极头56b相同地由高纯度的高熔点金属材料构成。
反射极58反弹电弧室50内的电子，使电子停滞在等离子体形成区域P而提高等离子体生成效率。反射极58插穿于反射极插穿口52f，并以与电弧室50电绝缘的状态进行固定。构成为通过反射极电源64e在反射极58与电弧室50之间施加反射极电压(例如120～200V)，朝向等离子体形成区域P反弹电子。
反射极58具有反射极头58a、反射极轴58b及反射极支承部58c。反射极头58a设置在电弧室50的内部，且设置在隔着等离子体生成空间S而与阴极头56b在轴向上相对置的位置。反射极支承部58c设置在电弧室50的外部，固定于未图示的支承结构。反射极轴58b为插穿于反射极插穿口52f的圆筒状部件，连接反射极头58a与反射极支承部58c。例如，在反射极轴58b中形成有内螺纹，在反射极头58a及反射极支承部58c中形成有外螺纹，反射极头58a、反射极轴58b及反射极支承部58c通过螺纹结构相互连接。
反射极头58a由高熔点金属材料构成，例如由钨构成。反射极头58a可以与阴极头56b相同地由高纯度的高熔点金属材料构成。反射极头58a与阴极头56b相同地，为暴露于高浓度的等离子体而容易损耗的部件，因此通过提高构成反射极头58a的材料的纯度，能够减轻污染物混入离子束IB的影响。在反射极头58a由高熔点金属材料构成的情况下，优选反射极轴58b由石墨构成。由此，能够防止通过螺纹结构连接的反射极头58a与反射极轴58b的烧粘。另外，反射极头58a也可以由石墨构成。
图3是表示狭缝部件54的外表面54b侧的概略结构的平面图，且表示从引出电极11观察前狭缝60时的主视图。图3的A-A线截面相当于图2。外侧部件80具有在轴向上较长的大致矩形的外形形状。并且，由虚线表示的内侧部件70也具有在轴向上较长的大致矩形的外形形状。前狭缝60设置在狭缝部件54的中央，开口形状被在轴向上细长的大致矩形的内侧开口72所限定。突出部74的外周74a也为大致矩形，外侧开口82的边缘也为大致矩形。外侧部件80构成为除了前狭缝60的附近或周围的突出部74以外完全覆盖内侧部件70。因此，外侧部件80的外形尺寸大于由虚线表示的内侧部件70的外形尺寸。在外侧部件80的外周上，在四处设置有用于固定外侧部件80的外侧卡合部86a、86b、86c、86d。外侧卡合部86a～86d沿着外侧部件80的外周的两个长边各设置有两个。
图4是表示狭缝部件54的内表面54a侧的概略结构的平面图，且表示从等离子体生成空间S观察前狭缝60时的背面图。图4的A-A线截面相当于图2。在内侧部件70的内表面54a设置有阴极容纳凹部78a、反射极容纳凹部78b及中央凹部78c。阴极容纳凹部78a设置于与阴极56相对置的位置，反射极容纳凹部78b设置于与反射极58相对置的位置。中央凹部78c设置成沿前狭缝60在轴向上延伸，且连接阴极容纳凹部78a与反射极容纳凹部78b之间。阴极容纳凹部78a及反射极容纳凹部78b中的每一个构成为与阴极56及反射极58中的每一个相对置的内表面成为平坦面或圆筒状的曲面。中央凹部78c构成为暴露于等离子体生成空间S的内表面成为大致圆筒状的曲面。通过设置阴极容纳凹部78a、反射极容纳凹部78b及中央凹部78c，能够增大从生成高浓度的等离子体的等离子体形成区域P到内侧部件70的内表面54a为止的距离，能够减轻内侧部件70的内表面54a的损耗。
在内侧部件70的内表面54a设置有阴极外周凹部78d。阴极外周凹部78d设置在内侧部件70的外周中与阴极56相对置的位置。阴极外周凹部78d由与圆筒状的阴极56对应的圆筒状的曲面构成。阴极外周凹部78d远离阴极56而确保阴极56与狭缝部件54之间的电绝缘。
在内侧部件70的内表面54a设置有内侧卡合部78p、78q。内侧卡合部78p，78q与设置在电弧室50的主体部52的主体侧卡合部卡合而限制相对于主体部52的内侧部件70的位置。内侧卡合部78p，78q为设置在内侧部件70的内表面54a的凹部，插入有从主体部52凸起的主体侧卡合部。第1内侧卡合部78p设置在阴极容纳凹部78a的附近，第2内侧卡合部78q设置在反射极容纳凹部78b的附近。第1内侧卡合部78p形成为轴向的大小和与轴向正交的横向的大小几乎相同。另一方面，第2内侧卡合部78q形成为在轴向上较长的形状，且轴向的大小大于横向的大小。另外，第1内侧卡合部78p及第2内侧卡合部78q的形状并不限于图示的形状，只要能够与主体侧卡合部卡合而限制位置则可以是其他形状。
在外侧部件80设置有内侧部件容纳凹部84、第1外周凹部88a及第2外周凹部88b。内侧部件容纳凹部84具有与内侧部件70的外形对应的大小，并容纳内侧部件70。第1外周凹部88a设置在外侧部件80的外周中与阴极56相对置的位置，由与圆筒状的阴极56对应的圆筒状的曲面构成。第1外周凹部88a远离阴极56而确保阴极56与狭缝部件54之间的电绝缘。第2外周凹部88b设置在外侧部件80的外周中与反射极58相对置的位置。第2外周凹部88b构成为与第1外周凹部88a相同的形状及大小，外侧部件80构成为上下对称形状。因此，外侧部件80能够上下翻转而使用，也能够安装成第1外周凹部88a与反射极58相对置，第2外周凹部88b与阴极56相对置。另外，第2外周凹部88b也可以不设置在外侧部件80。能够与第2外周凹部88b相对置的反射极轴58b与反射极头58a相比径向的大小较小(即，细)，因此即使不设置第2外周凹部88b，也能够充分地确保反射极58与狭缝部件54之间的电绝缘。
图5是表示电弧室50的概略结构的剖视图，且表示在前狭缝60的中心60c中与轴向正交的截面。图5相当于图4的C-C线截面，表示从阴极56观察反射极58时的截面。如图所示，反射极58配置成从主体部52的前表面52g向外侧突出，反射极58的一部分在轴向上与狭缝部件54重叠。另外，阴极56也相同地配置成从主体部52的前表面52g向外侧突出，阴极56的一部分在轴向上与狭缝部件54重叠。突出部74在内侧开口72的周围朝向电弧室50的外侧突出，在突出部74的内侧设置有狭缝凹部76。狭缝凹部76构成为在与轴向正交的径向上远离阴极56及反射极58，使得在轴向上不与阴极56及反射极58重叠。
图6是表示电弧室50的概略结构的剖视图，相当于图4的D-D线截面。图6表示在对应于阴极容纳凹部78a及第1内侧卡合部78p的位置上与轴向正交的截面。如图所示，阴极56配置成从主体部52的前表面52g向外侧突出，阴极56的一部分配置在阴极容纳凹部78a的内侧。并且，在主体部52设置有从前表面52g突出的第1主体侧卡合部52p。第1主体侧卡合部52p与所对应的第1内侧卡合部78p卡合而限制内侧部件70的位置。
图7是表示电弧室50的概略结构的剖视图，相当于图4的E-E线截面。图7表示在对应于反射极容纳凹部78b及第2内侧卡合部78q的位置上与轴向正交的截面。如图所示，反射极58配置成从主体部52的前表面52g向外侧突出，反射极58的一部分配置在反射极容纳凹部78b的内侧。并且，在主体部52设置有从前表面52g突出的第2主体侧卡合部52q。第2主体侧卡合部52q与所对应的第2内侧卡合部78q卡合而限制内侧部件70的位置。
图8及图9是概略表示狭缝部件54的固定方法的侧视图。图8表示从主体部52拆卸狭缝部件54的状态，图9表示将狭缝部件54固定在主体部52的状态。电弧室50固定于结构体90。结构体90具备容纳并支承主体部52的容纳凹部92及用于固定狭缝部件54的卡止结构94a、94b。卡止结构94a、94b与设置在外侧部件80的外侧卡合部86a、86b卡合，通过对外侧部件80施加朝向主体部52拉拽的力而将狭缝部件54固定于主体部52。第1卡止结构94a具有：第1杆96a，具有与第1外侧卡合部86a卡合的前端部；第1轴承部97a，支承第1杆96a；及第1弹簧98a，用于对第1杆96a施加拉伸力。第1杆96a构成为能够以第1轴承部97a为支点在长度方向及与长度方向正交的方向上位移，且构成为装卸第1杆96a时角度在远离电弧室50的方向及靠近电弧室50的方向上是可变的。
第2卡止结构94b与第1卡止结构94a相同地构成，具有第2杆96b、第2轴承部97b及第2弹簧98b。第2卡止结构94b与第2外侧卡合部86b卡合而将狭缝部件54固定于主体部52。另外，在结构体90中设置有未图示的第3卡止结构及第4卡止结构。第3卡止结构与图3中所示的第3外侧卡合部86c卡合，第4卡止结构与图3中所示的第4外侧卡合部86d卡合。狭缝部件54通过四个卡止结构而朝向主体部52拉伸，并固定于主体部52。此时，通过第1主体侧卡合部52p与第1内侧卡合部78p卡合，且第2主体侧卡合部52q与第2内侧卡合部78q卡合，从而内侧部件70相对于主体部52准确地被定位。
接着，对离子生成装置10所发挥的作用效果进行说明。根据本实施方式，由石墨构成狭缝部件54的内表面54a，通过由石墨构成的内侧开口72限定前狭缝60，从而能够使向离子束IB的污染物混入最小化。狭缝部件54的内表面54a为暴露于等离子体形成区域P中的高浓度等离子体的部位，可以说是对污染物混入从前狭缝60引出的离子束IB的贡献最大的部位。通过在这种部位使用石墨，能够适宜地抑制污染物混入离子束IB，尤其能够有效地抑制高熔点金属材料本身的金属元素或微量包含在高熔点金属材料的金属元素的混入。
根据本实施方式，由高熔点金属材料构成阴极头56b及反射极头58a，从而与由石墨构成这些部件的情况相比，能够减轻由等离子体引起的损耗，且能够减轻可堆积在电弧室50的内部的污浊。并且，通过提高构成阴极头56b及反射极头58a的高熔点金属材料的纯度，能够适宜地抑制污染物混入等离子体形成区域P中生成的等离子体中。并且，通过由标准纯度的高熔点金属材料构成不易受到由等离子体引起的损耗的主体部52的内表面52a，能够抑制由高纯度化引起的成本增加，并且能够适宜地抑制污染物混入等离子体形成区域P中生成的等离子体中。
根据本实施方式，通过在狭缝部件54的外表面54b侧安装由高熔点金属材料构成的外侧部件80的罩体，能够抑制可在狭缝部件54与引出电极11之间产生的放电，并且，能够抑制由放电引起的受损。尤其，通过尽可能缩小内侧开口72的周围的突出部74的外表面74b的暴露面积，能够提高抑制由石墨暴露于引出电极11而引起的放电及由放电引起的受损的效果。并且，通过将外侧部件80的外侧开口82的边缘设置在比内侧开口72的锥形面72a及假想面72b更远离前狭缝60的中心60c的位置，能够抑制因外侧部件80引起污染物混入从前狭缝60引出的离子束IB。
根据本实施方式，通过在内侧部件70设置阴极容纳凹部78a、反射极容纳凹部78b及中央凹部78c，能够增加内侧部件70的外周的厚度而提高机械强度，并且能够将阴极56及反射极58更靠近狭缝部件54而进行配置。其结果，能够缩短从夹在阴极56与反射极58之间的等离子体形成区域P到前狭缝60为止的距离，能够提高在等离子体形成区域P的中央附近生成更多的多价离子的引出效率。由此，能够将更多的多价离子供给到离子生成装置10的下游侧。并且，如果多价离子的供给量为相同程度的条件，则通过采用本实施方式的结构，能够相对减小电弧电压或电弧电流，能够抑制电弧室的损耗或电弧室与引出电极之间的放电。
以上，参考上述实施方式对本发明进行了说明，但本发明并不限定于上述实施方式，适当地组合或替换实施方式的结构也包含于本发明。并且，根据本领域技术人员的知识，也能够适当地重新排列实施方式中的组合或处理的顺序，或者也能够对实施方式追加各种设计变更等变形，追加了这种变形的实施方式也可包含在本发明的范围。
Claims (17)
1.一种离子生成装置，其特征在于，具备：
电弧室，区划等离子体生成空间；
阴极，朝向所述等离子体生成空间释放热电子；及
反射极，隔着所述等离子体生成空间而与所述阴极相对置，
所述电弧室具有：箱形主体部，其前表面开口；及狭缝部件，安装在所述主体部的所述前表面，且设置有用于引出离子的前狭缝，
暴露于所述等离子体生成空间的所述主体部的内表面由高熔点金属材料构成，暴露于所述等离子体生成空间的所述狭缝部件的内表面由石墨构成。
2.根据权利要求1所述的离子生成装置，其特征在于，
所述阴极具有暴露于所述等离子体生成空间的阴极头，所述阴极头由比所述电弧室的所述主体部更高纯度的高熔点金属材料构成。
3.根据权利要求1或2所述的离子生成装置，其特征在于，
所述反射极具有暴露于所述等离子体生成空间的反射极头，所述反射极头由比所述电弧室的所述主体部更高纯度的高熔点金属材料构成。
4.根据权利要求2或3所述的离子生成装置，其特征在于，
所述高纯度的高熔点金属材料的高熔点金属元素的含有率为99.99重量％以上。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的离子生成装置，其特征在于，
暴露于所述电弧室的外侧的所述狭缝部件的外表面的至少一部分由高熔点金属材料构成。
6.根据权利要求5所述的离子生成装置，其特征在于，
所述狭缝部件的所述外表面除了所述前狭缝的附近以外由高熔点金属材料构成。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的离子生成装置，其特征在于，
所述狭缝部件具有由石墨构成的内侧部件及由高熔点金属材料构成的外侧部件，
在所述内侧部件设置有用于形成所述前狭缝的内侧开口，在所述外侧部件设置有用于形成所述前狭缝的外侧开口，
所述外侧开口的开口尺寸大于所述内侧开口的开口尺寸。
8.根据权利要求7所述的离子生成装置，其特征在于，
所述内侧部件具有设置在所述内侧开口的周缘的锥形面，以使开口尺寸从所述电弧室的内侧朝向外侧变大，
所述外侧开口的周缘设置在比使所述锥形面向所述电弧室的外侧延长而获得的假想面更远离所述前狭缝的中心的位置。
9.根据权利要求7或8所述的离子生成装置，其特征在于，
所述内侧部件在所述内侧开口的周围具有朝向所述电弧室的外侧突出的突出部，
所述外侧开口的周缘沿所述内侧部件的所述突出部的外周而设置。
10.根据权利要求9所述的离子生成装置，其特征在于，
所述外侧开口的周围的所述外侧部件的外表面的从所述电弧室的内侧朝向外侧的厚度方向的位置与暴露于所述电弧室的外侧的所述内侧部件的所述突出部的前表面一致。
11.根据权利要求7至10中任一项所述的离子生成装置，其特征在于，
所述内侧部件具有内侧卡合部，所述内侧卡合部用于与设置在所述主体部的所述前表面的主体侧卡合部卡合而限制所述前狭缝相对于所述主体部的位置。
12.根据权利要求7至11中任一项所述的离子生成装置，其特征在于，
所述外侧部件具有外侧卡合部，所述外侧卡合部用于与设置在所述主体部的外侧的卡止结构卡合而将所述狭缝部件固定在所述主体部，
所述卡止结构构成为固定所述狭缝部件时施加将所述狭缝部件朝向所述主体部拉拽的力。
13.根据权利要求7至12中任一项所述的离子生成装置，其特征在于，
所述前狭缝的主视图中，所述外侧部件的外形尺寸大于所述主体部的所述前表面的外形尺寸，所述内侧部件的外形尺寸小于所述外侧部件的外形尺寸。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的离子生成装置，其特征在于，
所述前狭缝在所述阴极与所述反射极相对置的轴向上延伸，
所述狭缝部件具有：阴极容纳凹部，设置在所述狭缝部件的所述内表面中与所述阴极相对置的位置；反射极容纳凹部，设置在所述狭缝部件的所述内表面中与所述反射极相对置的位置；及中央凹部，在所述狭缝部件的所述内表面上沿着所述前狭缝在轴向上延伸而连接所述阴极容纳凹部与反射极容纳凹部之间。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的离子生成装置，其特征在于，
所述高熔点金属材料包含钨、钼及钽中的至少一个。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的离子生成装置，其特征在于，
所述离子生成装置生成硼、磷或砷的多价离子。
17.一种离子注入装置，其特征在于，具备：
权利要求1至16中任一项所述的离子生成装置；
射束加速装置，将从所述离子生成装置引出的离子束加速至1MeV以上的能量；及
注入处理室，从所述射束加速装置出射的离子束被照射到晶片上。
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