JP7414602B2 - イオン生成装置 - Google Patents

Description

本発明は、イオン生成装置およびイオン生成方法に関する。

半導体製造工程では、半導体の導電性を変化させる目的、半導体の結晶構造を変化させる目的などのために、半導体ウェハにイオンを注入する工程（イオン注入工程ともいう）が標準的に実施されている。イオン注入工程で使用される装置は、一般にイオン注入装置と呼ばれる。イオン注入装置は、ソースガスをプラズマ化してイオンを生成するためのイオン生成装置を備える。

イオン生成装置では、イオン種やイオンビーム電流といった注入条件を変更する目的で、イオン生成装置の運転条件を切り替えることがある。アーク放電を利用するイオン生成装置の場合、アーク放電によるプラズマの生成によりプラズマを取り囲むチャンバ（アークチャンバともいう）が加熱されて高温（例えば数百℃以上）となる。アーク電流などの運転条件が変更されるとプラズマの状態が変化し、その変化に応じてアークチャンバの温度も変化する（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１７－０９１９０６号公報

プラズマを安定的に生成するためには、イオン生成装置の運転条件に応じてアークチャンバを適切な温度に維持することが好ましい。しかしながら、アークチャンバは比較的大きな熱容量を持つために温度応答性が劣っており、高温状態では熱輻射による熱逃げも大きいため、特に、運転条件の切替時にアークチャンバを適切な温度まで上昇させようとする場合に時間がかかる。また、アークチャンバを適切な温度に上昇させたとしても、プラズマの生成が安定化するまでにさらに待ち時間が発生することがある。そうすると、運転条件の切替に必要となる時間が長くなり、イオン注入工程の生産性が低下する。

本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、イオン注入工程の生産性を高める技術を提供することにある。

本発明のある態様のイオン生成装置は、イオンを引き出すためのプラズマを生成するプラズマ生成室と、プラズマ生成室を区画する部材またはプラズマ生成室内に露出する部材にレーザ光を照射してプラズマ生成室を加熱するように構成される加熱装置と、を備える。

本発明の別の態様は、イオン生成方法である。この方法は、プラズマ生成室を区画する部材またはプラズマ生成室内に露出する部材にレーザ光を照射してプラズマ生成室を加熱することと、プラズマ生成室内で生成されるプラズマからイオンを引き出すことと、を備える。

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。

本発明のある態様によれば、イオン注入工程の生産性向上に寄与するイオン生成装置を提供できる。

実施の形態に係るイオン注入装置の概略構成を示す上面図である。 図１のイオン注入装置の概略構成を示す側面図である。 実施の形態に係るイオン生成装置の構成を概略的に示す図である。 図４（ａ）－（ｃ）は、照射光学系の構成例を概略的に示す図である。 図５（ａ）－（ｃ）は、レーザ光源の構成例を概略的に示す図である。 実施の形態に係る制御装置の機能構成を概略的に示す図である。

実施の形態を詳述する前に概要を説明する。本実施の形態は、イオン生成装置を備えるイオン注入装置である。イオン生成装置は、イオンを引き出すためのプラズマを生成するプラズマ生成室を備える。プラズマを安定的に生成するためには、プラズマ生成室を適切な温度（例えば１０００℃以上）に上昇させる必要がある。本実施の形態では、プラズマ生成室を区画する部材またはプラズマ生成室内に露出する部材にレーザ光を照射することでプラズマ生成室を加熱し、プラズマ生成室の温度上昇を促進させる。これにより、プラズマが安定的に生成されるまでに必要となる待ち時間を短縮する。

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。また、以下に述べる構成は例示であり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。

図１は、実施の形態に係るイオン注入装置１０を概略的に示す上面図であり、図２は、イオン注入装置１０の概略構成を示す側面図である。イオン注入装置１０は、被処理物Ｗの表面にイオン注入処理を施すよう構成される。被処理物Ｗは、例えば基板であり、例えば半導体ウェハである。説明の便宜のため、本明細書において被処理物Ｗをウェハ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ない。

イオン注入装置１０は、ビームを一方向に往復走査させ、ウェハＷを走査方向と直交する方向に往復運動させることによりウェハＷの処理面全体にわたってイオンビームを照射するよう構成される。本書では説明の便宜上、設計上のビームラインＡに沿って進むイオンビームの進行方向をｚ方向とし、ｚ方向に垂直な面をｘｙ面と定義する。イオンビームを被処理物Ｗに対し走査する場合において、ビームの走査方向をｘ方向とし、ｚ方向及びｘ方向に垂直な方向をｙ方向とする。したがって、ビームの往復走査はｘ方向に行われ、ウェハＷの往復運動はｙ方向に行われる。

イオン注入装置１０は、イオン生成装置１２と、ビームライン装置１４と、注入処理室１６と、ウェハ搬送装置１８とを備える。イオン生成装置１２は、イオンビームをビームライン装置１４に与えるよう構成される。ビームライン装置１４は、イオン生成装置１２から注入処理室１６へイオンビームを輸送するよう構成される。注入処理室１６には、注入対象となるウェハＷが収容され、ビームライン装置１４から与えられるイオンビームをウェハＷに照射する注入処理がなされる。ウェハ搬送装置１８は、注入処理前の未処理ウェハを注入処理室１６に搬入し、注入処理後の処理済ウェハを注入処理室１６から搬出するよう構成される。イオン注入装置１０は、イオン生成装置１２、ビームライン装置１４、注入処理室１６およびウェハ搬送装置１８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。

ビームライン装置１４は、ビームラインＡの上流側から順に、質量分析部２０、ビームパーク装置２４、ビーム整形部３０、ビーム走査部３２、ビーム平行化部３４および角度エネルギーフィルタ（ＡＥＦ；Angular Energy Filter）３６を備える。なお、ビームラインＡの上流とは、イオン生成装置１２に近い側のことをいい、ビームラインＡの下流とは注入処理室１６（またはビームストッパ４６）に近い側のことをいう。

質量分析部２０は、イオン生成装置１２の下流に設けられ、イオン生成装置１２から引き出されたイオンビームから必要なイオン種を質量分析により選択するよう構成される。質量分析部２０は、質量分析磁石２１と、質量分析レンズ２２と、質量分析スリット２３とを有する。

質量分析磁石２１は、イオン生成装置１２から引き出されたイオンビームに磁場を印加し、イオンの質量電荷比Ｍ＝ｍ／ｑ（ｍは質量、ｑは電荷）の値に応じて異なる経路でイオンビームを偏向させる。質量分析磁石２１は、例えばイオンビームにｙ方向（図１および図２では－ｙ方向）の磁場を印加してイオンビームをｘ方向に偏向させる。質量分析磁石２１の磁場強度は、所望の質量電荷比Ｍを有するイオン種が質量分析スリット２３を通過するように調整される。

質量分析レンズ２２は、質量分析磁石２１の下流に設けられ、イオンビームに対する収束／発散力を調整するよう構成される。質量分析レンズ２２は、質量分析スリット２３を通過するイオンビームのビーム進行方向（ｚ方向）の収束位置を調整し、質量分析部２０の質量分解能Ｍ／ｄＭを調整する。なお、質量分析レンズ２２は必須の構成ではなく、質量分析部２０に質量分析レンズ２２が設けられなくてもよい。

質量分析スリット２３は、質量分析レンズ２２の下流に設けられ、質量分析レンズ２２から離れた位置に設けられる。質量分析スリット２３は、質量分析磁石２１によるビーム偏向方向（ｘ方向）がスリット幅方向と一致するように構成され、ｘ方向が相対的に短く、ｙ方向が相対的に長い形状の開口２３ａを有する。

質量分析スリット２３は、質量分解能の調整のためにスリット幅が可変となるように構成されてもよい。質量分析スリット２３は、スリット幅方向に移動可能な二枚の遮蔽体により構成され、二枚の遮蔽体の間隔を変化させることによりスリット幅が調整可能となるように構成されてもよい。質量分析スリット２３は、スリット幅の異なる複数のスリットのいずれか一つに切り替えることによりスリット幅が可変となるよう構成されてもよい。

ビームパーク装置２４は、ビームラインＡからイオンビームを一時的に退避し、下流の注入処理室１６（またはウェハＷ）に向かうイオンビームを遮蔽するよう構成される。ビームパーク装置２４は、ビームラインＡの途中の任意の位置に配置することができるが、例えば、質量分析レンズ２２と質量分析スリット２３の間に配置できる。質量分析レンズ２２と質量分析スリット２３の間には一定の距離が必要であるため、その間にビームパーク装置２４を配置することで、他の位置に配置する場合よりもビームラインＡの長さを短くすることができ、イオン注入装置１０の全体を小型化できる。

ビームパーク装置２４は、一対のパーク電極２５（２５ａ，２５ｂ）と、ビームダンプ２６と、を備える。一対のパーク電極２５ａ，２５ｂは、ビームラインＡを挟んで対向し、質量分析磁石２１のビーム偏向方向（ｘ方向）と直交する方向（ｙ方向）に対向する。ビームダンプ２６は、パーク電極２５ａ，２５ｂよりもビームラインＡの下流側に設けられ、ビームラインＡからパーク電極２５ａ，２５ｂの対向方向に離れて設けられる。

第１パーク電極２５ａはビームラインＡよりも重力方向上側に配置され、第２パーク電極２５ｂはビームラインＡよりも重力方向下側に配置される。ビームダンプ２６は、ビームラインＡよりも重力方向下側に離れた位置に設けられ、質量分析スリット２３の開口２３ａの重力方向下側に配置される。ビームダンプ２６は、例えば、質量分析スリット２３の開口２３ａが形成されていない部分で構成される。ビームダンプ２６は、質量分析スリット２３とは別体として構成されてもよい。

ビームパーク装置２４は、一対のパーク電極２５ａ，２５ｂの間に印加される電場を利用してイオンビームを偏向させ、ビームラインＡからイオンビームを退避させる。例えば、第１パーク電極２５ａの電位を基準として第２パーク電極２５ｂに負電圧を印加することにより、イオンビームをビームラインＡから重力方向下方に偏向させてビームダンプ２６に入射させる。図２において、ビームダンプ２６に向かうイオンビームの軌跡を破線で示している。また、ビームパーク装置２４は、一対のパーク電極２５ａ，２５ｂを同電位とすることにより、イオンビームをビームラインＡに沿って下流側に通過させる。ビームパーク装置２４は、イオンビームを下流側に通過させる第１モードと、イオンビームをビームダンプ２６に入射させる第２モードとを切り替えて動作可能となるよう構成される。

質量分析スリット２３の下流にはインジェクタファラデーカップ２８が設けられる。インジェクタファラデーカップ２８は、インジェクタ駆動部２９の動作によりビームラインＡに出し入れ可能となるよう構成される。インジェクタ駆動部２９は、インジェクタファラデーカップ２８をビームラインＡの延びる方向と直交する方向（例えばｙ方向）に移動させる。インジェクタファラデーカップ２８は、図２の破線で示すようにビームラインＡ上に配置された場合、下流側に向かうイオンビームを遮断する。一方、図２の実線で示すように、インジェクタファラデーカップ２８がビームラインＡ上から外された場合、下流側に向かうイオンビームの遮断が解除される。

インジェクタファラデーカップ２８は、質量分析部２０により質量分析されたイオンビームのビーム電流を計測するよう構成される。インジェクタファラデーカップ２８は、質量分析磁石２１の磁場強度を変化させながらビーム電流を測定することにより、イオンビームの質量分析スペクトラムを計測できる。計測した質量分析スペクトラムを用いて、質量分析部２０の質量分解能を算出することができる。

ビーム整形部３０は、収束／発散四重極レンズ（Ｑレンズ）などの収束／発散装置を備えており、質量分析部２０を通過したイオンビームを所望の断面形状に整形するよう構成されている。ビーム整形部３０は、例えば、電場式の三段四重極レンズ（トリプレットＱレンズともいう）で構成され、三つの四重極レンズ３０ａ，３０ｂ，３０ｃを有する。ビーム整形部３０は、三つのレンズ装置３０ａ～３０ｃを用いることにより、イオンビームの収束または発散をｘ方向およびｙ方向のそれぞれについて独立に調整しうる。ビーム整形部３０は、磁場式のレンズ装置を含んでもよく、電場と磁場の双方を利用してビームを整形するレンズ装置を含んでもよい。

ビーム走査部３２は、ビームの往復走査を提供するよう構成され、整形されたイオンビームをｘ方向に走査するビーム偏向装置である。ビーム走査部３２は、ビーム走査方向（ｘ方向）に対向する走査電極対を有する。走査電極対は可変電圧電源（図示せず）に接続されており、走査電極対の間に印加される電圧を周期的に変化させることにより、電極間に生じる電界を変化させてイオンビームをさまざまな角度に偏向させる。その結果、イオンビームがｘ方向の走査範囲全体にわたって走査される。図１において、矢印Ｘによりビームの走査方向及び走査範囲を例示し、走査範囲でのイオンビームの複数の軌跡を一点鎖線で示している。

ビーム平行化部３４は、走査されたイオンビームの進行方向を設計上のビームラインＡの軌道と平行にするよう構成される。ビーム平行化部３４は、ｙ方向の中央部にイオンビームの通過スリットが設けられた円弧形状の複数の平行化レンズ電極を有する。平行化レンズ電極は、高圧電源（図示せず）に接続されており、電圧印加により生じる電界をイオンビームに作用させて、イオンビームの進行方向を平行に揃える。なお、ビーム平行化部３４は他のビーム平行化装置で置き換えられてもよく、ビーム平行化装置は磁界を利用する磁石装置として構成されてもよい。

ビーム平行化部３４の下流には、イオンビームを加速または減速させるためのＡＤ（Accel／Decel）コラム（図示せず）が設けられてもよい。

角度エネルギーフィルタ（ＡＥＦ）３６は、イオンビームのエネルギーを分析し必要なエネルギーのイオンを下方に偏向して注入処理室１６に導くよう構成されている。角度エネルギーフィルタ３６は、電界偏向用のＡＥＦ電極対を有する。ＡＥＦ電極対は、高圧電源（図示せず）に接続される。図２において、上側のＡＥＦ電極に正電圧、下側のＡＥＦ電極に負電圧を印加させることにより、イオンビームを下方に偏向させる。なお、角度エネルギーフィルタ３６は、磁界偏向用の磁石装置で構成されてもよく、電界偏向用のＡＥＦ電極対と磁石装置の組み合わせで構成されてもよい。

このようにして、ビームライン装置１４は、ウェハＷに照射されるべきイオンビームを注入処理室１６に供給する。

注入処理室１６は、ビームラインＡの上流側から順に、エネルギースリット３８、プラズマシャワー装置４０、サイドカップ４２、センターカップ４４およびビームストッパ４６を備える。注入処理室１６は、図２に示されるように、１枚又は複数枚のウェハＷを保持するプラテン駆動装置５０を備える。

エネルギースリット３８は、角度エネルギーフィルタ３６の下流側に設けられ、角度エネルギーフィルタ３６とともにウェハＷに入射するイオンビームのエネルギー分析をする。エネルギースリット３８は、ビーム走査方向（ｘ方向）に横長のスリットで構成されるエネルギー制限スリット（ＥＤＳ；Energy Defining Slit）である。エネルギースリット３８は、所望のエネルギー値またはエネルギー範囲のイオンビームをウェハＷに向けて通過させ、それ以外のイオンビームを遮蔽する。

プラズマシャワー装置４０は、エネルギースリット３８の下流側に位置する。プラズマシャワー装置４０は、イオンビームのビーム電流量に応じてイオンビームおよびウェハＷの表面（ウェハ処理面）に低エネルギー電子を供給し、イオン注入で生じるウェハ処理面の正電荷のチャージアップを抑制する。プラズマシャワー装置４０は、例えば、イオンビームが通過するシャワーチューブと、シャワーチューブ内に電子を供給するプラズマ発生装置とを含む。

サイドカップ４２（４２Ｒ，４２Ｌ）は、ウェハＷへのイオン注入処理中にイオンビームのビーム電流を測定するよう構成される。図２に示されるように、サイドカップ４２Ｒ，４２Ｌは、ビームラインＡ上に配置されるウェハＷに対して左右（ｘ方向）にずれて配置されており、イオン注入時にウェハＷに向かうイオンビームを遮らない位置に配置される。イオンビームは、ウェハＷが位置する範囲を超えてｘ方向に走査されるため、イオン注入時においても走査されるビームの一部がサイドカップ４２Ｒ、４２Ｌに入射する。これにより、イオン注入処理中のビーム電流量がサイドカップ４２Ｒ、４２Ｌにより計測される。

センターカップ４４は、ウェハ処理面におけるビーム電流を測定するよう構成される。センターカップ４４は、駆動部４５の動作により可動となるよう構成され、イオン注入時にウェハＷが位置する注入位置から待避され、ウェハＷが注入位置にないときに注入位置に挿入される。センターカップ４４は、ｘ方向に移動しながらビーム電流を測定することにより、ｘ方向のビーム走査範囲の全体にわたってビーム電流を測定することができる。センターカップ４４は、ビーム走査方向（ｘ方向）の複数の位置におけるビーム電流を同時に計測可能となるように、複数のファラデーカップがｘ方向に並んでアレイ状に形成されてもよい。

サイドカップ４２およびセンターカップ４４の少なくとも一方は、ビーム電流量を測定するための単一のファラデーカップを備えてもよいし、ビームの角度情報を測定するための角度計測器を備えてもよい。角度計測器は、例えば、スリットと、スリットからビーム進行方向（ｚ方向）に離れて設けられる複数の電流検出部とを備える。角度計測器は、例えば、スリットを通過したビームをスリット幅方向に並べられる複数の電流検出部で計測することにより、スリット幅方向のビームの角度成分を測定できる。サイドカップ４２およびセンターカップ４４の少なくとも一方は、ｘ方向の角度情報を測定可能な第１角度測定器と、ｙ方向の角度情報を測定可能な第２角度測定器とを備えてもよい。

プラテン駆動装置５０は、ウェハ保持装置５２と、往復運動機構５４と、ツイスト角調整機構５６と、チルト角調整機構５８とを含む。ウェハ保持装置５２は、ウェハＷを保持するための静電チャック等を含む。往復運動機構５４は、ビーム走査方向（ｘ方向）と直交する往復運動方向（ｙ方向）にウェハ保持装置５２を往復運動させることにより、ウェハ保持装置５２に保持されるウェハをｙ方向に往復運動させる。図２において、矢印ＹによりウェハＷの往復運動を例示する。

ツイスト角調整機構５６は、ウェハＷの回転角を調整する機構であり、ウェハ処理面の法線を軸としてウェハＷを回転させることにより、ウェハの外周部に設けられるアライメントマークと基準位置との間のツイスト角を調整する。ここで、ウェハのアライメントマークとは、ウェハの外周部に設けられるノッチやオリフラのことをいい、ウェハの結晶軸方向やウェハの周方向の角度位置の基準となるマークをいう。ツイスト角調整機構５６は、ウェハ保持装置５２と往復運動機構５４の間に設けられ、ウェハ保持装置５２とともに往復運動される。

チルト角調整機構５８は、ウェハＷの傾きを調整する機構であり、ウェハ処理面に向かうイオンビームの進行方向とウェハ処理面の法線との間のチルト角を調整する。本実施の形態では、ウェハＷの傾斜角のうち、ｘ方向の軸を回転の中心軸とする角度をチルト角として調整する。チルト角調整機構５８は、往復運動機構５４と注入処理室１６の内壁の間に設けられており、往復運動機構５４を含むプラテン駆動装置５０全体をＲ方向に回転させることでウェハＷのチルト角を調整するように構成される。

プラテン駆動装置５０は、イオンビームがウェハＷに照射される注入位置と、ウェハ搬送装置１８との間でウェハＷが搬入または搬出される搬送位置との間でウェハＷが移動可能となるようにウェハＷを保持する。図２は、ウェハＷが注入位置にある状態を示しており、プラテン駆動装置５０は、ビームラインＡとウェハＷとが交差するようにウェハＷを保持する。ウェハＷの搬送位置は、ウェハ搬送装置１８に設けられる搬送機構または搬送ロボットにより搬送口４８を通じてウェハＷが搬入または搬出される際のウェハ保持装置５２の位置に対応する。

ビームストッパ４６は、ビームラインＡの最下流に設けられ、例えば、注入処理室１６の内壁に取り付けられる。ビームラインＡ上にウェハＷが存在しない場合、イオンビームはビームストッパ４６に入射する。ビームストッパ４６は、注入処理室１６とウェハ搬送装置１８の間を接続する搬送口４８の近くに位置しており、搬送口４８よりも鉛直下方の位置に設けられる。

イオン注入装置１０は、制御装置６０をさらに備える。制御装置６０は、イオン注入装置１０の動作全般を制御する。制御装置６０は、ハードウェア的には、コンピュータのＣＰＵやメモリをはじめとする素子や機械装置で実現され、ソフトウェア的にはコンピュータプログラム等によって実現される。制御装置６０により提供される各種機能は、ハードウェアおよびソフトウェアの連携によって実現されうる。

図３は、実施の形態に係るイオン生成装置１２の構成を概略的に示す断面図である。イオン生成装置１２は、プラズマ生成装置７０と、加熱装置９０とを備える。

プラズマ生成装置７０は、プラズマ生成室７８を区画するアークチャンバ７２を備え、プラズマ生成室７８内においてイオンを含むプラズマＰを生成する。プラズマ生成装置７０にて生成されるイオンは、引出電極８２によりイオンビームＩＢとして引き出される。加熱装置９０は、アークチャンバ７２の外面７２ａにレーザ光ＬＢを照射してアークチャンバ７２を加熱し、アークチャンバ７２の温度を調整する。

プラズマ生成装置７０は、真空チャンバ１００の内部１０２に配置されている。加熱装置９０は、真空チャンバ１００の外部１０４に配置されている。加熱装置９０が生成するレーザ光ＬＢは、真空チャンバ１００に設けられる真空窓１０６を通じてアークチャンバ７２に照射される。真空窓１０６には、真空窓１０６を冷却するための流体（冷却水など）が通過する冷却流路１０８が設けられる。

プラズマ生成装置７０は、アークチャンバ７２と、カソード７４と、リペラー７６とを備える。アークチャンバ７２は、略直方体の箱形状を有する。アークチャンバ７２は、プラズマＰが生成されるプラズマ生成室７８を区画する。アークチャンバ７２の前面にはイオンビームＩＢを引き出すためのスリット８０が設けられる。スリット８０は、カソード７４からリペラー７６に向かう方向に延びる細長い形状を有している。

アークチャンバ７２は、高融点材料で構成され、例えば、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）などの高融点金属やそれらの合金、グラファイト（Ｃ）等で構成されている。これにより、プラズマ生成室７８内が高温（例えば７００℃～２０００℃）となる環境下において、アークチャンバ７２の熱による損傷を抑制できる。

アークチャンバ７２の外側にはリフレクタ８６が配置されている。リフレクタ８６は、アークチャンバ７２の外面７２ａと対向するように配置される。リフレクタ８６は、アークチャンバ７２と同様の高融点材料で構成されてもよいし、アークチャンバ７２とは異なる材料で構成されてもよい。リフレクタ８６の材料として、例えば、タングステン、モリブテン、グラファイト、ステンレス鋼またはセラミック材料を用いることができる。リフレクタ８６は、アークチャンバ７２の外面７２ａからの熱輻射をアークチャンバ７２に向けて反射させ、熱輻射によるアークチャンバ７２の温度低下を抑制するように機能する。リフレクタ８６は、アークチャンバ７２からの熱逃げを防ぐためのマッフルとして機能してもよい。リフレクタ８６には、アークチャンバ７２の外面７２ａに向けて照射されるレーザ光ＬＢが通過する照射口８６ａが設けられている。なお、リフレクタ８６が設けられなくてもよい。

カソード７４は、プラズマ生成室７８に熱電子を放出する。カソード７４は、いわゆる傍熱型カソード（ＩＨＣ；Indirectly Heated Cathode）であり、フィラメント７４ａと、カソードヘッド７４ｂとを有する。フィラメント７４ａは、フィラメント電源８８ａにより加熱されて１次熱電子を発生させる。フィラメント７４ａとカソードヘッド７４ｂの間にはカソード電源８８ｂが接続されており、フィラメント７４ａで発生した１次熱電子がカソード電圧により加速される。カソードヘッド７４ｂは、フィラメント７４ａからの１次熱電子により加熱され、プラズマ生成室７８に２次熱電子を供給する。アークチャンバ７２とカソード７４の間にはアーク電源８８ｃが接続されており、カソードヘッド７４ｂで発生した２次熱電子がアーク電圧によって加速される。

リペラー７６は、カソード７４と対向する位置に設けられる。リペラー７６は、プラズマ生成室７８に供給される２次熱電子や、プラズマ生成室７８内のソースガス分子の電離によって発生する電子を跳ね返し、プラズマ生成室７８に電子を滞留させてプラズマ生成効率を高める。

アークチャンバ７２の側壁には、ガス導入口８４が設けられる。ガス導入口８４は、図示しないガスボンベ等からソースガスをプラズマ生成室７８に供給する。ソースガスとして、希ガスや、水素（Ｈ_２）、ホスフィン（ＰＨ_３）、アルシン（ＡｓＨ_３）等の水素化物、三フッ化ホウ素（ＢＦ_３）、四フッ化ゲルマニウム（ＧｅＦ_４）等のフッ化物が用いられる。また、ソースガスには、二酸化炭素（ＣＯ_２）、一酸化炭素（ＣＯ）、酸素（Ｏ_２）などの酸素原子（Ｏ）を含む物質も用いられる。

プラズマ生成室７８には、カソード７４からリペラー７６に向かう方向（または、その逆方向）に磁場Ｂが印加されている。磁場Ｂは、図示しない電磁石等により生成され、電磁石を流れるマグネット電流を調整することで、磁場Ｂの強度が調整される。プラズマ生成室７８内で運動する熱電子は、プラズマ生成室７８に印加される磁場Ｂに束縛され、磁場Ｂに沿って螺旋状に運動する。プラズマ生成室７８において螺旋状に運動する電子は、プラズマ生成室７８に導入されたソースガス分子と衝突し、ソースガス分子を電離させてイオンと新たな電子を発生させ、プラズマ生成室７８にプラズマＰを生成する。プラズマ生成室７８において電子を螺旋状に運動させることにより、プラズマ生成効率を高めることができる。

加熱装置９０は、レーザ光源９２と、照射光学系９４とを備える。レーザ光源９２は、プラズマ生成装置７０を加熱するためのレーザ光ＬＢを生成する。照射光学系９４は、レーザ光源９２が生成するレーザ光ＬＢをプラズマ生成装置７０に向けて伝播させる。

レーザ光源９２および照射光学系９４は、真空チャンバ１００の外部１０４に配置されている。なお、照射光学系９４の少なくとも一部が真空チャンバ１００の内部１０２に配置されてもよいし、照射光学系９４の全体が真空チャンバ１００の内部１０２に配置されてもよい。また、レーザ光源９２および照射光学系９４の双方が真空チャンバ１００の内部１０２に配置されてもよい。この場合、真空チャンバ１００に真空窓１０６が設けられなくてもよい。その他、真空窓１０６を設ける代わりに、真空チャンバ１００の外部１０４から内部１０２に向けて延びる光ファイバを用いて、真空チャンバ１００の内部１０２にレーザ光ＬＢを伝播させてもよい。

レーザ光源９２は、例えば２００ｎｍ～２０００ｎｍの波長域に含まれる紫外、可視または近赤外のレーザ光ＬＢを生成するよう構成される。レーザ光源９２の形式は問わないが、例えば、小型で取扱が容易な半導体レーザを用いることができる。レーザ光ＬＢは、連続光であってもよいし、パルス光であってもよい。レーザ光源９２の出力は、例えば０．１ｋＷ～１０ｋＷ程度である。レーザ光源９２の一例として、波長４５０ｎｍで１ｋＷの連続光を出力する半導体レーザを用いることができる。アークチャンバ７２を構成する金属材料やグラファイトは、比較的短い波長の光の吸収率が高いため、紫外や可視（青色や緑色）のレーザ光ＬＢを用いることで、アークチャンバ７２を効率的に加熱できる。

図４（ａ）－（ｃ）は、照射光学系９４の構成例を概略的に示す図である。照射光学系９４は、レーザ光ＬＢの照射範囲、ビーム径および面内強度分布といったビーム特性を調整するための光学系９４ａ，９４ｂ，９４ｃを含む。

図４（ａ）は、レーザ光ＬＢを走査してアークチャンバ７２の外面７２ａに照射するための走査光学系９４ａを示す。走査光学系９４ａは、レーザ光ＬＢを走査するための第１ミラー９６ａおよび第２ミラー９６ｂを有する。レーザ光源９２からのレーザ光ＬＢは、第１ミラー９６ａおよび第２ミラー９６ｂにて反射され、アークチャンバ７２の外面７２ａに入射する。第１ミラー９６ａを駆動して第１ミラー９６ａの反射角を変化させることで、矢印Ｓに示されるようにレーザ光ＬＢを走査できる。これにより、レーザ光ＬＢの照射範囲Ｃを広げることができ、アークチャンバ７２の外面７２ａのより広い範囲を均一に加熱できる。なお、第１ミラー９６ａではなく、第２ミラー９６ｂを駆動してレーザ光ＬＢを走査するように構成してもよい。また、レーザ光ＬＢは、１次元で走査されてもよいし、２次元で走査されてもよい。例えば、第１ミラー９６ａおよび第２ミラー９６ｂを互いに直交する方向に駆動させることで、アークチャンバ７２の外面７２ａを２次元で走査し、アークチャンバ７２の外面７２ａのより広い範囲を均一に加熱できる。なお、ミラーなどの反射型光学素子を駆動する代わりに、プリズムなどの屈折型光学素子を駆動することで、レーザ光ＬＢを走査してもよい。

図４（ｂ）は、レーザ光ＬＢのビーム径を拡大してアークチャンバ７２の外面７２ａに照射するための拡大光学系９４ｂを示す。拡大光学系９４ｂは、例えば、第１レンズ９６ｃおよび第２レンズ９６ｄを有する。拡大光学系９４ｂを用いることで、レーザ光源９２から出力される小さなビーム径Ｄ１を有するレーザ光ＬＢを大きなビーム径Ｄ２を有するレーザ光ＬＢに変換できる。これにより、アークチャンバ７２の外面７２ａのより広い範囲にレーザ光ＬＢを照射することができ、アークチャンバ７２を均一に加熱できる。なお、レンズなどの屈折型光学素子の代わりに凸面鏡や凹面鏡といった反射型光学素子を用いてもよい。照射光学系９４は、ビーム径を縮小するための縮小光学系を含んでもよい。照射光学系９４は、ビーム径を拡大または縮小するための拡大縮小光学系を含んでもよい。

図４（ｃ）は、レーザ光ＬＢの面内強度分布を調整するためのビーム整形光学系９４ｃを示す。ビーム整形光学系９４ｃは、レーザ光源９２から出力されるガウシアン型の強度分布Ｐ１を有するレーザ光ＬＢをトップハット型の強度分布Ｐ２を有するレーザ光ＬＢに変換する。ビーム整形光学系９４ｃは、例えば、ホモジナイザといわれる非球面レンズ９６ｅを有する。なお、ビーム整形光学系９４ｃは、任意の光学素子で構成することができ、複数のレンズやミラーなどの組み合わせにより構成されてもよい。トップハット型の強度分布Ｐ２を有するレーザ光ＬＢをアークチャンバ７２の外面７２ａに照射することで、局所加熱によるアークチャンバ７２の損傷を防ぐことができる。

照射光学系９４は、走査光学系９４ａ、拡大光学系９４ｂおよびビーム整形光学系９４ｃのうち二以上を備えてもよし、これら全てを備えてもよい。例えば、拡大光学系９４ｂによりビーム径が拡大され、ビーム整形光学系９４ｃにより面内強度分布が均一化されたレーザ光ＬＢを走査光学系９４ａを用いて走査してもよい。三つの光学系９４ａ～９４ｃを組み合わせることで、アークチャンバ７２の外面７２ａのより広い範囲に均一化された強度分布を有するレーザ光ＬＢを照射できる。これにより、アークチャンバ７２の外面７２ａをより均一に加熱できる。

図５（ａ）－（ｃ）は、レーザ光源９２の構成例を概略的に示す図であり、加熱装置９０が複数のレーザ光源９２ａ，９２ｂを備える場合を示す。図示される例では、複数のレーザ光源９２ａ，９２ｂは、いずれも真空チャンバの外部に配置されているが、複数のレーザ光源９２ａ，９２ｂの少なくとも一方が真空チャンバの内部に配置されてもよい。

図５（ａ）は、第１レーザ光源９２ａから出力される第１レーザ光ＬＢ１と、第２レーザ光源９２ｂから出力される第２レーザ光ＬＢ２とが互いに異なる照射範囲Ｃ１，Ｃ２に照射される場合を示す。したがって、複数のレーザ光源９２ａ，９２ｂから出力される複数のレーザ光ＬＢ１，ＬＢ２は、アークチャンバ７２の外面７２ａの互いに異なる箇所に照射される。複数のレーザ光源９２ａ，９２ｂを用いて異なる照射範囲Ｃ１，Ｃ２にレーザ光ＬＢ１，ＬＢ２を照射することで、アークチャンバ７２の外面７２ａのより広い範囲を加熱できる。

図５（ｂ）は、第１レーザ光源９２ａから出力される第１レーザ光ＬＢ１と、第２レーザ光源９２ｂから出力される第２レーザ光ＬＢ２とが互いに重なる照射範囲Ｃ３，Ｃ４に照射される場合を示す。したがって、複数のレーザ光源９２ａ，９２ｂから出力される複数のレーザ光ＬＢ１，ＬＢ２の少なくとも一部は、アークチャンバ７２の外面７２ａの同一箇所に重畳して照射される。複数のレーザ光源９２ａ，９２ｂを用いて重複する範囲にレーザ光ＬＢ１，ＬＢ２を照射することで、例えば、熱輻射によって温度が下がりやすい箇所を効率的に加熱できる。

図５（ｃ）は、第１レーザ光源９２ａから出力される第１レーザ光ＬＢ１が真空窓１０６を通じてアークチャンバ７２の外面７２ａに照射され、第２レーザ光源９２ｂから出力される第２レーザ光ＬＢ２が光ファイバ９６ｆを通じてアークチャンバ７２の外面７２ａに照射される場合を示す。この構成では、例えば、アークチャンバ７２の外面７２ａの比較的広い範囲を加熱するために第１レーザ光ＬＢ１を使用し、アークチャンバ７２の外面７２ａの比較的狭い範囲を加熱するために第２レーザ光ＬＢ２を使用できる。

加熱装置９０から出力されるレーザ光ＬＢは、アークチャンバ７２の外面７２ａ以外に照射されてもよい。レーザ光ＬＢは、プラズマ生成室７８を区画する任意の部材に照射されてよいし、プラズマ生成室７８内に露出する任意の部材に照射されてもよい。レーザ光ＬＢは、プラズマ生成室７８の内壁７８ａに照射されてもよい。レーザ光ＬＢは、カソード７４およびリペラー７６の少なくとも一方に照射されてもよい。アークチャンバ７２は、レーザ光ＬＢをプラズマ生成室７８の内部に照射するための照射口を有してもよい。アークチャンバ７２の内部に光ファイバを導入し、光ファイバを通じてカソード７４やリペラー７６にレーザ光ＬＢを照射してもよい。

図６は、実施の形態に係る制御装置６０の機能構成を概略的に示す図である。制御装置６０は、イオン生成装置１２の動作を制御するためのイオン生成制御部６１を備える。イオン生成制御部６１は、電源制御部６２と、電磁石制御部６３と、ガス流量制御部６４と、加熱制御部６５と、条件記憶部６６と、モニタ部６７とを含む。

電源制御部６２は、プラズマ生成装置７０に接続されるフィラメント電源８８ａ、カソード電源８８ｂ、アーク電源８８ｃなどの各種電源の電流値および電圧値を制御する。電磁石制御部６３は、プラズマ生成室７８に磁場Ｂを印加する電磁石に流れる電流値を調整して、磁場Ｂの強度を制御する。ガス流量制御部６４は、ガス導入口８４から供給するソースガスの流量を制御する。

加熱制御部６５は、加熱装置９０の動作を制御する。加熱制御部６５は、レーザ光源９２のオンオフやレーザ光ＬＢの出力を制御する。加熱制御部６５は、例えば、プラズマ生成室７８の温度を上昇させる必要がある場合にレーザ光源９２をオンにし、プラズマ生成室７８の温度を上昇させる必要がない場合にレーザ光源９２をオフにする。加熱制御部６５は、照射光学系９４の動作を制御してもよい。

条件記憶部６６は、イオン生成装置１２の運転条件を定める各種パラメータを記憶する。条件記憶部６６は、イオン種、イオン価数およびイオン電流といった注入条件を実現するための動作パラメータを記憶する。条件記憶部６６は、例えば、フィラメント電流、カソード電流、カソード電圧、アーク電流、アーク電圧、ガス流量、電磁石電流値などを動作パラメータとして記憶する。電源制御部６２、電磁石制御部６３およびガス流量制御部６４は、条件記憶部６６に記憶される動作パラメータにしたがって動作する。

モニタ部６７は、イオン生成装置１２の運転状態の指標となる測定値を取得する。モニタ部６７は、例えば、アークチャンバ７２のアーク電流値、アークチャンバ７２の温度、イオン生成装置１２から引き出されるイオンのイオン電流値などを取得する。モニタ部６７が取得する測定値は、例えば、加熱制御部６５が加熱装置９０の動作を制御するために用いられる。

イオン生成制御部６１は、注入条件に応じたイオン種、イオン価数およびイオン電流のイオンを生成するため、プラズマ生成室７８にて生成されるプラズマＰの密度（プラズマ密度ともいう）を制御する。例えば、プラズマ密度を上げることで生成されるイオンのイオン価数やイオン電流を大きくすることができ、プラズマ密度を下げることで生成されるイオンのイオン価数やイオン電流を小さくすることができる。また、ソースガスの種類や引き出すべきイオンの種類に応じて、所望のイオン価数およびイオン電流を実現するために最適なプラズマ密度も異なりうる。

プラズマ生成室７８内のプラズマ密度は、主にアーク電流、アーク電圧、ガス流量および磁場強度によって制御される。例えば、これらの数値を大きくすることでプラズマ密度を上げることができる。この中でも、プラズマ生成室７８内でのアーク放電によって生じるアーク電流の大きさとプラズマ密度がほぼ対応するため、アーク電流を主に制御することによってプラズマ密度が制御される。アーク電流の大きさは、フィラメント電流、カソード電流、カソード電圧、アーク電圧、ガス流量、磁場強度などによって調整可能であるが、応答性の優れたカソード電圧によって制御されることが多い。なお、ガス流量を調整することでプラズマ密度を制御することもできるが、ガス流量を少なくしすぎたり、多くしすぎると、プラズマの生成が不安定となる。したがって、プラズマを安定的に生成するためには、ガス流量を所定の範囲内に収める必要があり、ガス流量を変化させることでプラズマ密度を調整することは比較的難しい。

アークチャンバ７２を用いてプラズマを生成する場合、比較的大きな電力を投入する必要があるため、アークチャンバ７２は高温（例えば１０００℃以上）となる。アークチャンバ７２の温度は、主にフィラメント電源８８ａ、カソード電源８８ｂおよびアーク電源８８ｃの投入電力の合計値によって決まる。したがって、プラズマ密度を制御するために運転条件を変更して各種電源の電流値や電圧値を変化させた場合、投入電力量の変化に応じてアークチャンバ７２の温度も変化する。アークチャンバ７２の熱容量は比較的大きいため、アークチャンバ７２の温度応答性は低く、アークチャンバ７２が熱平衡状態となるまでに時間がかかる。特に、高温状態では熱輻射による熱逃げが大きいため、アークチャンバ７２の温度を上昇させる運転条件においてアークチャンバ７２の温度が安定するまでに要する時間が長くなる。アークチャンバ７２の温度が安定していない場合、プラズマ生成室７８においてプラズマが安定的に生成されず、イオン生成装置１２から引き出されるイオンの安定性も低下する。そこで、本実施の形態では、加熱装置９０を用いてプラズマ生成室７８の温度上昇を促進させることで、アークチャンバ７２が熱平衡状態となるまでの時間を短縮する。

加熱制御部６５は、イオン生成装置１２の運転条件を低アーク条件から高アーク条件に切り替える場合、レーザ光源９２をオンにしてアークチャンバ７２にレーザ光ＬＢが照射されるようにする。ここで「低アーク条件」とは、プラズマ生成室７８のプラズマ密度が相対的に低い密度となる運転条件のことをいい、投入電力量が相対的に低いために熱平衡状態のアークチャンバ７２が相対的に低い温度となる条件をいう。逆に「高アーク条件」とは、プラズマ生成室７８のプラズマ密度が相対的に高い密度となる運転条件のことをいい、投入電力量が相対的に高いために熱平衡状態のアークチャンバ７２が相対的に高い温度となる条件をいう。

特定の運転条件が低アーク条件または高アーク条件のいずれとなるかは、相対的に決定されるものであってもよい。例えば、プラズマ密度を第１密度とする第１運転条件と、プラズマ密度を第１密度より大きい第２密度とする第２運転条件と、プラズマ密度を第２密度よりも大きい第３密度とする第３運転条件とがある場合を考える。この場合、第１運転条件から第２運転条件に切り替える場合、第１運転条件が「低アーク条件」となり、第２運転条件は「高アーク条件」となる。一方、第２運転条件から第３運転条件に切り替える場合、第２運転条件が「低アーク条件」となり、第３運転条件が「高アーク条件」となる。なお、低アーク条件または高アーク条件のいずれとなるかは、投入電力量が所定の閾値以上となるか否かによって決定されてもよい。

加熱制御部６５は、低アーク条件から高アーク条件に切り替える場合、低アーク条件と高アーク条件の運転条件の差に応じて加熱装置９０の動作を変化させてもよい。例えば、低アーク条件における投入電力量と高アーク条件における投入電力量の差に応じて、レーザ光源９２の出力を調整してもよい。例えば、投入電力量の差が大きい場合にレーザ光ＬＢの出力を大きくし、投入電力量の差が小さい場合にレーザ光ＬＢの出力を小さくしてもよい。加熱制御部６５は、投入電力量の差に応じて、レーザ光ＬＢの照射時間を調整してもよい。加熱制御部６５は、例えば、投入電力量の差が大きい場合にレーザ光ＬＢの照射時間を長くし、投入電力量の差が小さい場合にレーザ光ＬＢの照射時間を短くしてもよい。

加熱制御部６５は、モニタ部６７が取得する測定値に基づいて、レーザ光ＬＢの照射条件を時間経過に対して可変にしてもよい。例えば、プラズマ生成室７８のプラズマ密度の増加に応じて、または、プラズマ生成室７８の温度の増加に応じて、レーザ光ＬＢの出力を徐々に低下させてもよい。加熱制御部６５は、アークチャンバ７２が熱平衡状態に近づくにつれてレーザ光ＬＢの出力を低下させていくことにより、アークチャンバ７２が加熱されすぎないようにしてもよい。加熱制御部６５は、イオン生成装置１２から引き出されるイオンのイオン電流が安定化した場合、レーザ光源９２をオフにしてもよい。

イオン生成制御部６１は、運転条件を切り替える場合、プラズマ生成室７８の内壁７８ａに蓄積される物質を除去するためにクリーニング運転をさせてもよい。プラズマ生成室７８の内壁７８ａには、イオン生成装置１２の運転に伴って、プラズマ生成室７８に供給されるソースガスの種類に応じた物質が堆積する。イオン種を切り替えるためにソースガスの種類を変更すると、切替前に内壁７８ａに蓄積していた物質が除去されるとともに、切替後のソースガスの種類に対応する物質が蓄積され、内壁７８ａの蓄積物質が入れ替わっていく。内壁７８ａに蓄積される物質が安定するまでは、プラズマ生成室７８内のプラズマの状態が変化しうるため、イオンを安定して引き出すことができない。イオン生成装置１２をクリーニング条件で運転させることにより、内壁７８ａに蓄積される物質の除去を促進し、内壁７８ａに蓄積される物質が安定するまでの時間を短縮できる。

条件記憶部６６は、運転条件の一つとして、クリーニング運転条件を記憶してもよい。クリーニング運転条件では、プラズマ生成室７８の内壁７８ａの蓄積物質の除去を促進するため、高アーク条件となるように動作パラメータが定められる。クリーニング運転条件は、他の運転条件よりもプラズマ密度が高くなるように運転条件が定められてもよい。プラズマ生成室７８にて高密度のプラズマを生成することで、内壁７８ａの蓄積物質にプラズマを作用させて蓄積物質の除去を促進できる。また、高アーク条件でクリーニングすることで、プラズマ生成室７８の温度を上昇させ、内壁７８ａの蓄積物質の蒸発や分解による除去を促進できる。クリーニング運転条件では、ソースガスとして希ガス（例えばＡｒ、Ｘｅ）や反応性の高いフッ化物（例えばＢＦ_３）を用いることが望ましい。希ガスを用いることで、内壁７８ａへの余計な物質の蓄積を防ぐことができる。また、反応性の高いフッ化物を用いることで、内壁７８ａの蓄積物質の除去を促進できる。

加熱制御部６５は、クリーニング運転をする場合、レーザ光源９２をオンにしてアークチャンバ７２にレーザ光ＬＢが照射されるようにしてもよい。クリーニング運転時にアークチャンバ７２をレーザ光ＬＢを用いて加熱することで、プラズマ生成室７８の温度上昇を促進させ、内壁７８ａの蓄積物質の除去をより促進させることができる。

加熱制御部６５は、プラズマ生成室７８内でプラズマが生成されない状態において、レーザ光源９２をオンにしてアークチャンバ７２にレーザ光ＬＢが照射されるようにしてもよい。例えば、プラズマの生成を停止した状態で内壁７８ａの蓄積物質を除去するクリーニング運転のために加熱装置９０を用いてもよい。この場合、ソースガスの供給を停止することでプラズマの生成が停止されてもよいし、各種電源をオフにすることでプラズマの生成が停止されてもよい。

加熱制御部６５は、プラズマ生成室７８内でプラズマが生成される状態において、レーザ光源９２をオンにしてアークチャンバ７２にレーザ光ＬＢが照射されるようにしてもよい。例えば、低アーク条件から高アーク条件に切り替える場合に、高アーク条件のプラズマが生成される状態においてアークチャンバ７２をレーザ光ＬＢで加熱してもよい。その他、クリーニング運転条件のプラズマが生成される状態においてアークチャンバ７２をレーザ光ＬＢで加熱してもよい。

加熱制御部６５は、アーク条件の差異に起因するプラズマ生成室７８の温度の変動が抑制されるように加熱装置９０の動作を制御してもよい。例えば、低アーク条件でプラズマが生成される場合にレーザ光ＬＢの出力を高くし、高アーク条件でプラズマが生成される場合にレーザ光ＬＢの出力を低くしてもよい。これにより、低アーク条件におけるプラズマ生成室７８の温度と高アーク条件におけるプラズマ生成室７８の温度の差が小さくなるようにしてもよい。

加熱制御部６５は、イオン生成装置１２を非運転状態から運転状態に立ち上げる場合に、室温程度の低温状態のアークチャンバ７２にレーザ光ＬＢを照射することで、アークチャンバ７２を加熱してもよい。この場合、プラズマ生成室７８にてプラズマが生成されない状態においてアークチャンバ７２にレーザ光ＬＢが照射されてもよい。レーザ光ＬＢを照射してプラズマ生成室７８を加熱することにより、プラズマ生成室７８にてプラズマが生成されない状態からプラズマが生成される状態への切り替えを促進できる。

本実施の形態によれば、プラズマ生成室７８をレーザ光ＬＢを用いて加熱することで、プラズマを生成するためのアーク条件によらずにプラズマ生成室７８の温度上昇を促進できる。プラズマ生成室７８の温度上昇を優先させるために意図的に投入電力量を高めることもできるが、投入電力量には上限があり、また、投入電力量をむやみに高めると、プラズマ生成装置７０を構成する部品が劣化する等の悪影響が生じるおそれがある。本実施の形態では、プラズマ生成装置７０に接続される各種電源８８ａ～８８ｃから独立した加熱装置９０を設けることで、プラズマ生成室７８の温度をより柔軟に制御できる。例えば、プラズマを安定的に生成する観点で最適化された投入電力量を維持する場合であっても、加熱装置９０を用いてプラズマ生成室７８の温度上昇を促進することができ、所望の運転状態が実現されるまでの待ち時間を短縮化できる。これにより、イオン注入装置１０の非稼働時間を短縮することができ、イオン注入装置１０の生産性を向上させることができる。

以上、本発明を上述の各実施の形態を参照して説明したが、本発明は上述の各実施の形態に限定されるものではなく、各実施の形態の構成を適宜組み合わせたものや置換したものについても本発明に含まれるものである。また、当業者の知識に基づいて各実施の形態における組合せや処理の順番を適宜組み替えることや各種の設計変更等の変形を実施の形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれ得る。

１０…イオン注入装置、１２…イオン生成装置、７０…プラズマ生成装置、７２…アークチャンバ、７４…カソード、７６…リペラー、７８…プラズマ生成室、８６…リフレクタ、９０…加熱装置、９２…レーザ光源、１００…真空チャンバ、１０６…真空窓、ＬＢ…レーザ光。

Claims (9)

1. 真空チャンバと、
   前記真空チャンバの内部に配置され、プラズマが生成されるプラズマ生成室を内部に有し、前記プラズマ生成室からイオンを引き出すためのスリットを有するアークチャンバと、
   前記真空チャンバの外部に配置され、前記真空チャンバに設けられる真空窓を通じて前記アークチャンバの外面にレーザ光を照射して前記プラズマ生成室を加熱するように構成されるレーザ光源を含む加熱装置と、を備え、
   前記真空窓は、前記真空窓の周縁に設けられる冷却流路を流れる流体によって冷却されるように構成されることを特徴とするイオン生成装置。
2. 前記加熱装置は、走査されたレーザ光を前記アークチャンバの外面に照射するための走査光学系を含むことを特徴とする請求項１に記載のイオン生成装置。
3. 前記加熱装置は、ビーム径が拡大または縮小されたレーザ光を前記アークチャンバの外面に照射するための拡大縮小光学系を含むことを特徴とする請求項１または２に記載のイオン生成装置。
4. 前記加熱装置は、トップハット型の面内強度分布を有するレーザ光を前記アークチャンバの外面に照射するためのビーム整形光学系を含む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イオン生成装置。
5. 前記加熱装置は、複数のレーザ光源を含み、前記複数のレーザ光源から出力される複数のレーザ光は、前記アークチャンバの外面の互いに異なる箇所に照射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イオン生成装置。
6. 前記加熱装置は、複数のレーザ光源を含み、前記複数のレーザ光源から出力される複数のレーザ光は、前記アークチャンバの外面の同一箇所に重畳して照射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イオン生成装置。
7. 前記プラズマ生成室外に設けられ、前記アークチャンバの前記外面からの熱輻射を前記アークチャンバに向けて反射するよう構成されるリフレクタをさらに備えることを特徴する請求項１から６のいずれか一項に記載のイオン生成装置。
8. 前記レーザ光は、前記アークチャンバの外面のうち、前記プラズマ生成室を挟んで前記スリットとは反対側の箇所に照射されることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のイオン生成装置。
9. 前記アークチャンバは、前記プラズマ生成室内にソースガスを導入するためのガス導入口を有し、
   前記プラズマ生成室内において前記ソースガスのプラズマが生成されることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載のイオン生成装置。

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