JP2018147821A

JP2018147821A - 絶縁構造

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Publication number: JP2018147821A
Application number: JP2017043978A
Authority: JP
Inventors: 宏川口; Hiroshi Kawaguchi; 勇二石田; Yuji Ishida
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ion Technology Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ion Technology Co Ltd
Priority date: 2017-03-08
Filing date: 2017-03-08
Publication date: 2018-09-20
Anticipated expiration: 2037-03-08
Also published as: US10497546B2; CN108573843B; TWI758425B; TW201833963A; KR102463668B1; KR20180103000A; JP6719833B2; US20180261434A1; CN108573843A

Abstract

【課題】汚染粒子の堆積による絶縁性能の低下を抑制することが可能な絶縁構造を提供する。
【解決手段】イオン注入装置の真空領域内部に設けられる電極を他の部材から絶縁して支持する絶縁構造において、第１絶縁部材３２は、電極を支持する。第２絶縁部材３４は、第１絶縁部材３２への汚染粒子１８の付着を減らすために第１絶縁部材３２に嵌合される。第２絶縁部材３４は、第１絶縁部材３２よりも硬度が低い材料で形成される。第２絶縁部材３４の外表面のビッカース硬さは、５ＧＰａ以下である。第２絶縁部材３４の曲げ強度は１００ＭＰａ以下である。第２絶縁部材３４は、窒化ホウ素と多孔質セラミックと樹脂との少なくともひとつを含む材料から形成される。
【選択図】図４

Description

本発明は、イオン注入装置内に設けられる電極に適する絶縁構造に関する。

イオン注入装置には、イオン源におけるイオンビームを引き出すための引出電極系をはじめとしていくつかの電極が設けられており、これらの電極は絶縁体により他の電極又は周囲の構造物に支持されている。例えば、特許文献１には針状電極と引出電極とを備えこれらの電極間に高電圧を印加してイオンを発生するイオン源が記載されている。

特開平２−７２５４４号公報

本発明者は、イオン注入装置に設けられる電極の絶縁構造について以下の認識を得た。
電極の絶縁構造は、所望の強度で電極を支持しつつ、電極と他部材との間の絶縁性能を確保することが可能な絶縁体を備えることが望ましい。イオン注入装置では、イオンビームの原料やイオン源の構成によっては、導電性を有する汚染粒子がイオンビームとともに引き出され、引出電極系の絶縁体の表面に堆積することが考えられる。汚染粒子が堆積すると、絶縁体の表面に導電路が形成され、絶縁性能が低下してイオン注入装置の正常な運転が妨げられる可能性がある。汚染粒子が大量に生成される場合には、当該絶縁構造のメンテナンスを高い頻度で行うことが求められ、イオン注入装置の稼働率が低下する一因となりうる。このような課題は、引出電極系の絶縁構造に限られず、イオン注入装置内に設けられる他の種類の電極の絶縁構造についても生じうる。
これらから、本発明者は、イオン注入装置に設けられる電極の絶縁構造については、電極の支持強度を維持しつつ、汚染粒子の堆積による絶縁性能の低下を抑制する観点から改善すべき余地があることを認識した。

本発明は、こうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、電極の支持強度を維持しつつ、汚染粒子の堆積による絶縁性能の低下を抑制することが可能な絶縁構造を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の絶縁構造は、イオン注入装置の真空領域内部に設けられる電極を他の部材から絶縁して支持する絶縁構造であって、電極を支持する第１絶縁部材と、第１絶縁部材への汚染粒子の付着を減らすために第１絶縁部材に嵌合される第２絶縁部材と、を備える。第２絶縁部材は、第１絶縁部材よりも硬度が低い材料で形成される。

この態様によると、絶縁構造において、第２絶縁部材を嵌合することにより、第１絶縁部材への汚染粒子の付着を減らすことができる。

本発明によれば、電極の支持強度を維持しつつ、汚染粒子の堆積による絶縁性能の低下を抑制することが可能な絶縁構造を提供することができる。

本発明の実施形態に係る絶縁構造を備えるイオン注入装置を概略的に示す図である。本発明の実施形態に係るイオン源装置を概略的に示す図である。本発明の実施形態に係る引出電極部を概略的に示す断面図である。本発明の実施形態に係る絶縁構造を概略的に示す断面図である。比較例に係る絶縁構造を概略的に示す断面図である。本発明の実施形態におけるサプレッション電流を例示するグラフである。第１変形例に係る絶縁構造を概略的に示す断面図である。第２変形例に係る絶縁構造が適用されたＰレンズのレンズ電極の周辺を概略的に示す図である。第２変形例に係る絶縁構造を概略的に示す断面図である。

本発明者は、イオン注入装置の内部に設けられる電極の絶縁構造について考察し、以下のような認識を得た。
イオン注入装置の内部には、イオンを引出すための引出電極系や、引出されたイオンビームを平行化するためのレンズ電極系や、イオンビームを偏向するための偏向電極系などにそれぞれ複数の電極が設けられる。これらの電極は、イオン注入装置内のイオンビームの進行経路内またはその近傍に設けられるのが一般的である。これらの電極は、例えば、０．５ｋＶ〜５ｋＶ（またはそれ以上）の高電圧が印加されるため、絶縁体によって他の電極又は周囲の構造物から絶縁された状態で支持されている。また、レンズ電極系、加速／減速電極、偏向電極系などの電極では、引出電極系よりさらに高い高電圧が印加される場合もありうる。イオン注入装置内では、イオンビームが引出される際に、導電性を有する汚染粒子が引き出されることがある。

特に、イオンソースガスとしてＢＦ_３などの腐食性または反応性を持つガスを使用すると、アークチャンバの内壁のグラファイトや、引出電極部（サプレッション電極、グランド電極、各電極の支持部材など）のグラファイトと作用することにより、汚染粒子が堆積しやすい。グランド電極とサプレッション電極の間を絶縁する絶縁体の表面に汚染粒子が堆積すると、絶縁体の表面に導電路が形成され絶縁性能が低下して、グランド電極からサプレッション電極へのリーク電流が増加する。リーク電流が増加すると、イオン注入装置の正常な動作を阻害するおそれがあるため、リーク電流が一定値を超えた場合に、電極のメンテナンスを行う。メンテナンス頻度を減らすために絶縁体として低強度の材料を用いて、堆積物による導電路の形成を抑制する構成も考えられるが、電極を支持するに足りる機械的強度が得られないおそれがある。
これらから、本発明者は、汚染粒子の堆積による絶縁性能の低下が、イオン注入装置のメンテナンス頻度を増加させ、その稼働率を低下させる要因となりうることを認識した。

そこで、本発明者は、電極の支持強度を維持しつつ、電極を絶縁する絶縁体への汚染粒子の付着を減らすために、強度が高い絶縁体に、硬度が低く脆い材料で形成された別の絶縁体を嵌合する構成を案出した。別の絶縁体の機械的強度を弱くすることで、汚染粒子が別の絶縁体に堆積した場合に微小放電が生じると、この微小放電による衝撃などによって別の絶縁体の表面に微小な変形または損傷を与え、汚染粒子とともに除去することが可能になる。つまり、別の絶縁体によって汚染粒子の自己除去機能が発揮されることが期待される。
実施形態はこのような思索に基づいて案出されたもので、以下にその具体的な構成を説明する。

以下、本発明を好適な実施形態をもとに各図面を参照しながら説明する。実施形態、比較例および変形例では、同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図面における部材の寸法は、理解を容易にするために適宜拡大、縮小して示される。また、各図面において実施形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。
また、第１、第２などの序数を含む用語は多様な構成要素を説明するために用いられるが、この用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的でのみ用いられ、この用語によって構成要素が限定されるものではない。

［実施形態］
図１は、本発明の実施形態に係る絶縁構造３０を備えるイオン注入装置１００を概略的に示す図である。イオン注入装置１００は、被処理物Ｗの表面にイオン注入処理をするよう構成されている。被処理物Ｗは、例えば、基板であり、例えば、ウエハである。よって以下では説明の便宜のため被処理物Ｗを基板Ｗと呼ぶことがあるが、これは注入処理の対象を特定の物体に限定することを意図していない。

イオン注入装置１００は、イオン源装置１０２と、ビームライン装置１０４と、注入処理室１０６と、を備える。イオン注入装置１００は、ビームスキャン及びメカニカルスキャンの少なくとも一方により基板Ｗの全体にわたってイオンビームＢを照射するよう構成されている。

イオン源装置１０２は、イオンビームＢをビームライン装置１０４に与えるよう構成されている。イオン源装置１０２は、イオン源１１２と、イオン源１１２からイオンビームＢを引き出すための引出電極部１１４と、を備える。また、イオン源装置１０２は、イオン源１１２に対する引出電極部１１４の位置及び／または向きを調整するための引出電極駆動機構１１５を備える。イオン源装置１０２については後述する。

ビームライン装置１０４は、イオン源装置１０２から注入処理室１０６へとイオンを輸送するよう構成されている。イオン源装置１０２の下流には質量分析装置１０８が設けられており、イオンビームＢから必要なイオンを選別するよう構成されている。

ビームライン装置１０４は、質量分析装置１０８を経たイオンビームＢに、例えば、偏向、加速、減速、整形、走査などを含む操作をする。ビームライン装置１０４は例えば、ビーム走査装置１１０と、平行化レンズ（以下、Ｐレンズという）１０４ｂと、加速／減速電極１０４ｄと、角度エネルギーフィルター１０４ｆと、を備えてもよい。ビーム走査装置１１０は、イオンビームＢに電場と磁場の少なくともひとつを印加することによりイオンビームＢを走査する。

Ｐレンズ１０４ｂは、レンズ電極１０４ｃを含み、レンズ電極１０４ｃに高電圧を印加することによって、イオンビームＢに電場を印加して、ビーム走査装置１１０によって走査されたイオンビームＢを平行化する。加速／減速電極１０４ｄは、イオンビームＢを加速又は減速して角度エネルギーフィルター１０４ｆへ送る。角度エネルギーフィルター１０４ｆでは、偏向電極１０４ｇを含み、偏向電極１０４ｇに高電圧を印加することによって、イオンビームＢに電場を印加して偏向させ、所定のエネルギーを持つイオンのみを基板Ｗに照射させる。このようにして、ビームライン装置１０４は、基板Ｗに照射されるべきイオンビームＢを注入処理室１０６に供給する。なお、図１においては、理解を容易にするため、各部材の寸法は実際の比率とは異なって表示されている。他の図面についても同様である。

注入処理室１０６は、１または複数枚の基板Ｗを保持する物体保持部１０７を備える。物体保持部１０７は、イオンビームＢに対する相対移動であるメカニカルスキャンを必要に応じて基板Ｗに提供するよう構成されている。

また、イオン注入装置１００は、イオン源装置１０２、ビームライン装置１０４、及び注入処理室１０６に所望の真空環境を提供するための真空排気系（図示せず）を備える。

（イオン源装置）
図２は、絶縁構造３０を備えるイオン源装置１０２を概略的に示す図である。イオン源装置１０２は、イオン源１１２及び引出電極部１１４を収容するためのイオン源真空容器１１６を備える。ここで図示されるイオン源１１２は傍熱型カソードイオン源であるが、本発明が適用可能であるイオン源はこの特定の傍熱型カソードイオン源には限られない。

プラズマ生成部であるアークチャンバー７には２つのカソード１３が設けられている。一方のカソード１３はアークチャンバー７の上部に配置され、他方のカソード１３はアークチャンバー７の下部に配置されている。カソード１３は、カソードキャップ１及びフィラメント３を備える。カソードキャップ１とフィラメント３は、アークチャンバー７の磁場方向に対称に配置されている。カソードキャップ１はサーマルブレイク９によって支持されている。サーマルブレイク９の周囲にはカソードリペラ８が設けられている。また、アークチャンバー７の一側にガス導入口１２が設けられ、ガス導入口１２に対面する他側に引出開口１０が形成されている。

プラズマ生成部の内壁であるライナー１６が、アークチャンバー７に設けられている。ライナー１６は、炭素を含む材料、例えば、炭素材料（例えば、グラファイト、ガラス状カーボン等）で形成されている。アークチャンバー７の内面の全部（または少なくとも一部）がライナー１６により被覆されている。これにより、イオンビームの金属汚染を低減することができる。ライナー１６は、アークチャンバー７の内側の形状に沿うようにいくつかの部分に分割して成形されており、嵌め込みによりアークチャンバー７の内壁に装着される。

イオン源１１２は、アークチャンバー７に引出電圧を印加するための引出電源（図示せず）を備える。また、イオン源１１２は、フィラメント３のためのフィラメント電源、及び、カソード１３のためのカソード電源を備える（いずれも図示せず）。

（引出電極部）
引出電極部１１４は、サプレッション電極である第１電極２０と、グランド電極である第２電極２２と、を含む複数の電極を備える。第１電極２０及び第２電極２２は、例えば、ステンレス鋼、グラファイト、モリブデン、またはタングステンで形成されている。第１電極２０及び第２電極２２にはそれぞれ、図示されるように、引出開口１０に対応する開口がイオンビームＢを通すために設けられている。これらの開口は例えば、上下長孔形状を有する。

第１電極２０は、サプレッション電源２４に接続されている。サプレッション電源２４は、第２電極２２に対して第１電極２０に０．５〜５ｋＶ程度の負電位を印加するために設けられている。サプレッション電源２４を介して第１電極２０は接地されており、第１電極２０から接地電位への電流経路にはサプレッション電流計２６が設けられている。第２電極２２は接地されている。

サプレッション電流計２６は、第１電極２０と接地電位との間の電子の流れであるサプレッション電流Ｉを監視するために設けられている。サプレッション電流Ｉは、絶縁部の表面に汚染粒子が堆積して絶縁性能が低下することによってリークする電流を含む。したがって、イオンビームＢが正常に引き出されているとき、サプレッション電流Ｉは十分に小さい。サプレッション電流Ｉには予めある制限値（例えば、１５ｍＡ）が設定されており、この制限値を超えるサプレッション電流Ｉが検出されると、イオン源１１２の運転が停止される。この場合、例えば、アークチャンバー７及び／または引出電極部１１４への高電圧の印加を停止して、装置のメンテナンスが行われる。

図３は、本発明の実施形態に係る引出電極部１１４を概略的に示す側面図である。第１電極２０と第２電極２２との絶縁のための絶縁構造３０が第１電極２０と第２電極２２との間に設けられている。図３に示すように、絶縁構造３０は、イオンビームＢの進行路を囲むように周方向に複数（例えば、４個）配置されてもよい。図４は、本発明の実施形態に係る絶縁構造３０を概略的に示す断面図である。

（絶縁構造）
絶縁構造３０は、第１絶縁部材３２と、第２絶縁部材３４と、保護部材７０、７２と、を備える。第２絶縁部材３４材は、第１絶縁部材３２への汚染粒子１８の付着を減らすための絶縁部材であり、第１絶縁部材３２に嵌合される。保護部材７０、７２は、第２絶縁部材３４を汚染粒子１８から保護するための部材である。保護部材７０、７２は、例えば、第２絶縁部材３４の少なくとも一部をカバーするカバー部材である。保護部材７０、７２については後述する。

（第１絶縁部材）
第１絶縁部材３２は、第１電極２０を第２電極２２に支持するために設けられる絶縁部材である。第１絶縁部材３２は、第１電極２０と第２電極２２の間に設置され、第１電極２０と第２電極２２を絶縁するとともに機械的に連結している。第１絶縁部材３２は、第１電極２０および第２電極２２を支持できる程度の機械的強度を備えることが望ましい。第１絶縁部材３２は、第２絶縁部材３４より機械的強度に優れる材料で形成されることが望ましい。第１絶縁部材３２は、例えば、アルミナ、シリカ、ジルコニア、窒化アルミニウム、窒化ケイ素またはステアタイトのような高強度のセラミックで形成されていてもよい。第１絶縁部材３２を形成する材料は、複数の材料の混合物または複合材料であってもよい。

第１絶縁部材３２は、多様な形状に形成することができる。実施形態の第１絶縁部材３２は、一例として円筒状に形成される円筒部３２ｂを含む。第１絶縁部材３２の円筒部３２ｂは、円筒状の外周面３２ｅと、外周面３２ｅの両端部に設けられた端面３２ｃ、３２ｄと、端面３２ｃ、３２ｄから軸方向に窪む締結凹部３２ｆ、３２ｇと、を有する。第１絶縁部材３２の端面３２ｃには、保護部材７０を挟んで第１電極２０が固定される。締結部材５１が、第１電極２０および保護部材７０を貫通して締結凹部３２ｆに締結される。第１絶縁部材３２の端面３２ｄには、保護部材７２を挟んで第２電極２２が固定される。締結部材５３が、第２電極２２および保護部材７２を貫通して締結凹部３２ｇに締結される。このように構成することによって、第１電極２０は第２電極２２に支持される。

（第２絶縁部材）
第２絶縁部材３４は、第１絶縁部材３２への汚染粒子１８の付着を減らすために第１絶縁部材３２に嵌合される部材である。第２絶縁部材３４は、第１絶縁部材３２より機械的強度が劣る材料で形成されてもよい。第２絶縁部材３４は、第１絶縁部材３２より汚染粒子１８の堆積が少ない材料で形成されてもよい。第２絶縁部材３４は、第１絶縁部材３２より、汚染粒子１８が微小放電によって除去されやすく、導電路が形成されにくい材料で形成されることが望ましい。第２絶縁部材３４は、第１絶縁部材３２より硬さが低い材料で形成されてもよい。第２絶縁部材３４は、第１絶縁部材３２より脆いことが望ましい。例えば、第２絶縁部材３４の外表面のビッカース硬さは、５ＧＰａ以下であってもよい。一例として、第２絶縁部材３４の曲げ強度は１００ＭＰａ以下であってもよい。

第２絶縁部材３４は、例えば、窒化ホウ素と多孔質セラミックと樹脂との少なくともひとつを含むようにしてもよい。多孔質セラミックとは、例えば、多孔質アルミナ、多孔質シリカガラス、または多孔質ジルコニアなどを含む。第２絶縁部材３４を形成する樹脂としては、１５０℃以上の高温に耐えることが望ましく、例えば、フッ素系の樹脂などを用いることができる。実施形態の第２絶縁部材３４は、窒化ホウ素で形成されている。

第２絶縁部材３４は、第１絶縁部材３２に嵌合可能であれば形状に特別な制限はない。第２絶縁部材３４は、第１絶縁部材３２の少なくとも一部を環囲する筒状の部分を含んでもよい。実施形態の第２絶縁部材３４は、一例として中空の円筒状に形成される。第２絶縁部材３４は、中空の筒状部３４ｂを含む。筒状部３４ｂは、筒状部３４ｂの両端に設けられる端面３４ｃ、３４ｄと、外周面３４ｅと、内周面３４ｆと、を有する。筒状部３４ｂは、第１絶縁部材３２の円筒部３２ｂの外周面３２ｅを環囲する。

筒状部３４ｂの内周面３４ｆと第１絶縁部材３２の外周面３２ｅの隙間が大きすぎると、外周面３２ｅに汚染粒子１８が侵入して第１絶縁部材３２の絶縁性能を低下させるおそれがある。このため、内周面３４ｆと外周面３２ｅの半径隙間は１ｍｍ以下に設定してもよい。この場合、汚染粒子１８の侵入を減らすことができる。内周面３４ｆと外周面３２ｅの隙間が小さすぎると、熱膨張により隙間が小さくなり、第１絶縁部材３２と第２絶縁部材３４とに不要なストレスを与えるおそれがある。このため、内周面３４ｆと外周面３２ｅの半径隙間は、使用温度範囲における熱膨張による形状変化を吸収できる範囲で、なるべく小さく設定されることが望ましい。実施形態では、第２絶縁部材３４は、第１絶縁部材３２に対して遊びを有して嵌合される。第２絶縁部材３４と第１絶縁部材３２の遊びは、例えば、０．２ｍｍ以上であってもよい。

第２絶縁部材３４は、端面３４ｃが保護部材７０に当接し、端面３４ｄが保護部材７２に当接する。つまり、第２絶縁部材３４は、保護部材７０、７２を介して第１電極２０および第２電極２２に挟まれた状態で支持される。このため、第２絶縁部材３４の端面３４ｃから端面３４ｄまでの軸方向距離は、第１絶縁部材３２の端面３２ｃから端面３２ｄまでの軸方向距離より僅かに小さく設定されている。

（保護部材）
保護部材７０、７２は、第２絶縁部材３４の少なくとも一部を汚染粒子１８から保護するためのカバー部材である。保護部材７０は、第２絶縁部材３４の第１電極２０に寄った部分を囲み、第１電極２０に支持されている。保護部材７２は、第２絶縁部材３４の第２電極２２に寄った部分を囲み、第２電極２２に支持されている。保護部材７０及び保護部材７２は、導電性を有する材料（例えば、ステンレス鋼、グラファイト、モリブデン、またはタングステン）で形成されている。

保護部材７０は、第２絶縁部材３４を環囲可能であれば形状に特別な制限はない。実施形態では、保護部材７０は、第２絶縁部材３４を囲む略円筒状の円筒部７０ｂと、円筒部７０ｂから半径方向で内向きに延在する円盤部７０ｃと、を含む、略カップ状の部材である。円盤部７０ｃの中央付近には、締結部材５１が通る貫通孔７０ｄが設けられる。円盤部７０ｃは、第１絶縁部材３２の端面３２ｃと第１電極２０に挟まれて固定される。

保護部材７２は、第２絶縁部材３４を環囲可能であれば形状に特別な制限はない。実施形態では、保護部材７２は、第２絶縁部材３４を囲む略円筒状の円筒部７２ｂと、円筒部７２ｂから半径方向で内向きに延在する円盤部７２ｃと、を含む、略カップ状の部材である。円盤部７２ｃの中央付近には、締結部材５３が通る貫通孔７２ｄが設けられる。円盤部７２ｃは、第１絶縁部材３２の端面３２ｄと第２電極２２に挟まれて固定される。保護部材７２の円筒部７２ｂは、第２絶縁部材３４を隙間を介して環囲し、保護部材７０の円筒部７０ｂは、円筒部７２ｂを隙間を介して環囲する部分を含む。つまり、円筒部７２ｂは、円筒部７０ｂより小径に形成される。

次に、実施形態に係る絶縁構造３０のサプレッション電流Ｉの一例について説明する。ここでは、比較例の絶縁構造３００と比較して説明する。図５は、比較例に係る絶縁構造３００を概略的に示す断面図であり、図４に対応する。絶縁構造３００は、第２絶縁部材３４を備えない点で絶縁構造３０と異なり、その他の構成は絶縁構造３０と同様である。図６は、絶縁構造３０および比較例の絶縁構造３００のサプレッション電流Ｉを例示するグラフである。図６は、イオン注入装置１００が稼働開始してからの経過時間を横軸に示し、サプレッション電流Ｉを縦軸に示す。図６において、グラフ３０Ａは絶縁構造３０のサプレッション電流Ｉの変化を示し、グラフ３００Ｂは比較例の絶縁構造３００のサプレッション電流の変化を示している。

第２絶縁部材３４を備えていない比較例では、グラフ３００Ｂに示すように、サプレッション電流は、稼働開始から時間の経過につれて徐々に増加し、２０時間〜２４時間の間で制限値である１５ｍＡを超えている。したがって、比較例では、２０時間〜２４時間でイオン注入装置１００を停止して、装置のメンテナンスが行われる。第２絶縁部材３４を備える絶縁構造３０では、グラフ３０Ａに示すように、サプレッション電流Ｉは、１ｍＡ程度で殆ど変化せず、継続して７日間稼働させた結果でも、制限値である１５ｍＡを超えることはなかった。したがって、実施形態に係る絶縁構造３０では、装置のメンテナンスの頻度を減らすことができる。

次に、このように構成された絶縁構造３０の作用・効果を説明する。

実施形態に係る絶縁構造３０は、イオン注入装置の真空領域内部に設けられる電極を他の部材から絶縁して支持する絶縁構造であって、第１電極２０を支持する第１絶縁部材３２と、第１絶縁部材３２への汚染粒子の付着を減らすために第１絶縁部材３２に嵌合される第２絶縁部材３４と、を備え、第２絶縁部材３４は、第１絶縁部材３２よりも硬度が低い材料で形成される。第１絶縁部材３２は、第２絶縁部材３４で覆われているため汚染粒子１８を堆積を抑制することができる。第２絶縁部材３４は、硬度の低い材料で形成されているため、堆積した汚染粒子１８が微小放電によって除去され易く、汚染粒子１８が付着しても、絶縁性能の低下が抑制される。第１絶縁部材３２は機械的強度に優れる材料で形成されるため、第１電極２０は強固に支持される。また、第２絶縁部材３４の素材の使用量を減らしてコストアップを抑制することができる。さらに、グラファイトから直接的に発生する汚染粒子に限られず、壁面がスパッタされることで二次的に放出される汚染粒子や、化学的な反応により生成される汚染粒子に対しても絶縁性能の低下を抑制することができる。これらから、電極を支持する機械的強度を確保しつつ、電極の絶縁を長時間維持することが可能になり、メンテナンス頻度が低くなり、稼働率および生産性を向上することができる。

実施形態に係る絶縁構造３０では、第２絶縁部材３４の外表面のビッカース硬さは、５ＧＰａ以下である。この構成によれば、第２絶縁部材３４のビッカース硬さが５ＧＰａを超える場合と比較して、汚染粒子１８が微小放電によって除去されやすく、汚染粒子１８が付着しても、絶縁性能の低下を抑制することができる。

実施形態に係る絶縁構造３０では、第２絶縁部材３４の曲げ強度は１００ＭＰａ以下である。この構成によれば、第２絶縁部材３４の曲げ強度が１００ＭＰａを超える場合と比較して、汚染粒子１８が微小放電によって除去されやすく、汚染粒子１８が付着しても、絶縁性能の低下を抑制することができる。

実施形態に係る絶縁構造３０では、第２絶縁部材３４は、窒化ホウ素と多孔質セラミックと樹脂との少なくともひとつを含む材料から形成される。この構成によれば、第２絶縁部材３４の外表面の硬さを軟らかくすることができるので、汚染粒子１８が微小放電によって除去されやすく、汚染粒子１８が付着しても、絶縁性能の低下を一層抑制することができる。

実施形態に係る絶縁構造３０では、第２絶縁部材３４は、第１絶縁部材３２の少なくとも一部を環囲する筒状の部分を含み、筒状の部分と第１絶縁部材３２との間の隙間は、１ｍｍ以下である。この構成によれば、第２絶縁部材３４と第１絶縁部材３２との間の隙間が１ｍｍを超える場合と比較して、この隙間への汚染粒子１８の侵入を減らすことができる。

実施形態に係る絶縁構造３０では、第２絶縁部材３４は、第１絶縁部材３２に対して遊びを有して嵌合される。この構成によれば、遊びを有しない場合に比べて、熱膨張による形状変化の影響を容易に吸収することができる。

実施形態に係る絶縁構造３０では、遊びは０．２ｍｍ以上である。この構成によれば、遊びが０．２ｍｍ未満である場合に比べて、熱膨張による形状変化の影響を一層容易に吸収することができる。

実施形態に係る絶縁構造３０では、第２絶縁部材３４を汚染粒子から保護するために、第２絶縁部材３４の少なくとも一部を環囲する保護部材７０、７２を備える。この構成によれば、保護部材７０、７２を備えない場合と比較して、第２絶縁部材３４に飛来する汚染粒子を減らし、絶縁性能の低下を一層抑制することができる。

実施形態に係る絶縁構造３０では、第１絶縁部材３２および第２絶縁部材３４は、プラズマ生成部からイオンビームを引き出すための複数の電極である第１電極２０と第２電極２２の間に設けられる。この構成によれば、機械的強度に優れる第１絶縁部材３２によって、第１電極２０と第２電極２２とを強固に連結し、第２絶縁部材３４に付着した汚染粒子は微小放電によって除去されるから、第１電極２０と第２電極２２の間の絶縁性能を長期間維持することができる。

以上、本発明の実施形態をもとに説明した。これらの実施形態は例示であり、いろいろな変形および変更が本発明の特許請求の範囲内で可能なこと、またそうした変形例および変更も本発明の特許請求の範囲にあることは当業者に理解されるところである。従って、本明細書での記述および図面は限定的ではなく例証的に扱われるべきものである。

以下、変形例について説明する。変形例の図面および説明では、実施形態と同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付する。実施形態と重複する説明を適宜省略し、実施形態と相違する構成について重点的に説明する。

（第１変形例）
実施形態では、第２絶縁部材３４が、軸方向に一体に形成される例について説明したが、これに限られない。第２絶縁部材は、分離可能な複数の部分を含み、複数の部分は、第１絶縁部材３２のそれぞれ異なる箇所に嵌合されてもよい。つまり、第２絶縁部材は、複数のピースで構成することができる。図７は、第１変形例に係る絶縁構造３０４を説明する側面図であり、図４に対応する。絶縁構造３０４は、第２絶縁部材３４の代わりに第２絶縁部材３６を備える。第２絶縁部材３６は、軸方向に２つの部分３６ｂと部分３６ｃに分かれており、それぞれの部分が、第１絶縁部材３２に嵌合されている。

部分３６ｂと部分３６ｃの間には機械的な拘束はない。第１変形例に係る絶縁構造３０４は、実施形態に係る絶縁構造３０と同様の作用・効果を奏する。

（第２変形例）
実施形態では、本発明に係る絶縁構造が引出電極部１１４の２つの電極間に適用される例について説明したが、これに限られない。本発明に係る絶縁構造は、イオン注入装置の真空領域内部に設けられる電極を他の部材から絶縁して支持する絶縁構造に適用することができる。特に、電極を、真空環境を包囲する壁部から絶縁して支持する絶縁構造に適用することができる。例えば、本発明に係る絶縁構造は、Ｐレンズ１０４ｂのレンズ電極１０４ｃと、加速／減速電極１０４ｄと、角度エネルギーフィルター１０４ｆの偏向電極１０４ｇと、の一部または全部に適用することができる。一例として、本発明に係る絶縁構造を、Ｐレンズのレンズ電極１０４ｃに適用した第２変形例に係る絶縁構造３０６について説明する。図８は、第２変形例に係る絶縁構造３０６が適用されたＰレンズのレンズ電極１０４ｃの周辺を概略的に示す図である。図９は、第２変形例に係る絶縁構造３０６を概略的に示す断面図である。

Ｐレンズのレンズ電極１０４ｃは、ビームライン装置１０４の真空環境を包囲する壁部４２にレール１０５ｂを介して設けられた架台１０５ｃの上に配置される。絶縁構造３０６は、イオン注入装置の真空領域内部に設けられるレンズ電極１０４ｃを架台１０５ｃから絶縁して支持する。絶縁構造３０６は、レンズ電極１０４ｃを支持する第１絶縁部材３８と、第１絶縁部材３８への汚染粒子１８の付着を減らすために第１絶縁部材３８に嵌合される第２絶縁部材４０と、を備える。第１絶縁部材３８は、締結部材１０５ｄによって架台１０５ｃに固定される。締結部材１０５ｄは、例えば、架台１０５ｃを貫通して第１絶縁部材３８の中心付近に設けられた凹部に結合されてもよい。第１絶縁部材３８は、締結部材１０５ｅによってレンズ電極１０４ｃに固定される。締結部材１０５ｅは、例えば、レンズ電極１０４ｃおよび第１絶縁部材３８に設けられた凹部にそれぞれ結合されてもよい。第１絶縁部材３８は、略円筒形状を有し、前述した第１絶縁部材３２と同様の構成と特徴を備える。第２絶縁部材４０は、略中空円筒形状を有し、前述した第２絶縁部材３４と同様の構成と特徴を備える。第２変形例に係る絶縁構造は実施形態に係る絶縁構造３０と同様の作用・効果を奏する。

（第３変形例）
実施形態では、第２絶縁部材３４が環状に形成された例について説明したが、これに限られない。第２絶縁部材３４は、例えば、円周方向の一部が切り欠かれてもよく、この場合、切り欠き部は汚染粒子が飛来して来る方向と反対側に配置されてもよい。第３変形例に係る絶縁構造は実施形態に係る絶縁構造３０と同様の作用・効果を奏する。

説明に使用した図面では、部材の関係を明瞭にするために一部の部材の断面にハッチングを施しているが、当該ハッチングはこれらの部材の素材や材質を制限するものではない。

１８・・汚染粒子、２０・・第１電極、２２・・第２電極、３０・・絶縁構造、３２・・第１絶縁部材、３４・・第２絶縁部材、３６・・第２絶縁部材、３８・・第１絶縁部材、４０・・第２絶縁部材、４２・・壁部、７０・・保護部材、７２・・保護部材、１００・・イオン注入装置、１１４・・引出電極部。

Claims

イオン注入装置の真空領域内部に設けられる電極を他の部材から絶縁して支持する絶縁構造であって、
前記電極を支持する第１絶縁部材と、
前記第１絶縁部材への汚染粒子の付着を減らすために前記第１絶縁部材に嵌合される第２絶縁部材と、
を備え、
前記第２絶縁部材は、前記第１絶縁部材よりも硬度が低い材料で形成されることを特徴とする絶縁構造。
前記第２絶縁部材の外表面のビッカース硬さは、５ＧＰａ以下であることを特徴とする請求項１に記載の絶縁構造。
前記第２絶縁部材の曲げ強度は１００ＭＰａ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の絶縁構造。
前記第２絶縁部材は、窒化ホウ素と多孔質セラミックと樹脂との少なくともひとつを含む材料から形成されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の絶縁構造。
前記第２絶縁部材は、前記第１絶縁部材の少なくとも一部を環囲する筒状の部分を含み、
前記筒状の部分と前記第１絶縁部材との間の隙間は、１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の絶縁構造。
前記第２絶縁部材は、前記第１絶縁部材に対して遊びを有して嵌合されることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の絶縁構造。
前記遊びは０．２ｍｍ以上であることを特徴とする請求項６に記載の絶縁構造。
前記第２絶縁部材は、分離可能な複数の部分を含み、
前記複数の部分は、前記第１絶縁部材のそれぞれ異なる箇所に嵌合されることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の絶縁構造。
前記第２絶縁部材を汚染粒子から保護するために、前記第２絶縁部材の少なくとも一部を環囲する保護部材を備えることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の絶縁構造。
前記第１絶縁部材および前記第２絶縁部材は、プラズマ生成部からイオンビームを引き出すための複数の電極間に設けられることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の絶縁構造。