TW202316477A - 離子生成裝置及離子植入裝置 - Google Patents

Abstract

離子生成裝置(10)具備：電弧室(50)；磁場生成器(52)，係在電弧室(50)的內部空間(S)中生成沿軸向施加之磁場(B)；第1陰極罩(72)，係朝向電弧室(50)的內部在軸向上突出，朝向內部空間(S)釋放熱電子；及第1熱屏蔽件(76)，係包括第1延伸部、第1前端部及第1前端開口，前述第1延伸部在第1陰極罩(72)的徑向外側沿軸向延伸為筒狀，且在與軸向正交之徑向上與第1陰極罩(72)隔開間隙而相鄰，前述第1前端部朝向電弧室的內部突出，前述第1前端開口在第1前端部沿軸向開口。第1前端開口處的徑向的第1開口寬度小於第1陰極罩(72)的徑向的最大寬度。

Description

離子生成裝置及離子植入裝置

本揭示係關於一種離子生成裝置及離子植入裝置。 本申請案係主張基於2021年10月8日申請之日本專利申請第2021-166241號的優先權。該日本申請案的全部內容係藉由參閱而援用於本說明書中。

在半導體製造步驟中，為了改變半導體的導電性之目的、改變半導體的結晶結構之目的等，標準地實施向半導體晶圓植入離子之步驟。在該步驟中使用之裝置一般被稱為離子植入裝置。在這樣的離子植入裝置中，利用離子生成裝置生成離子，該離子生成裝置具備間接加熱型的陰極(IHC；Indirectly Heated Cathode)和電弧室。所生成之離子通過引出電極被引出到電弧室的外部。 [先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2016-225139號公報

[發明所欲解決之問題]

近年來，為了在晶圓表面的更深的區域植入離子，要求生成高能量離子束的情況不斷增加。為了生成高能量離子束，利用離子生成裝置生成多價離子，並利用直流加速機構或高頻加速機構(例如，線形加速機構)使所生成之多價離子加速為有效。當利用離子生成裝置生成足夠量的多價離子時，需設為進一步增大電弧電壓或電弧電流之高電弧條件，電弧室的損耗有可能變得更顯著。在這樣的高電弧條件下，離子生成裝置的壽命縮短，導致離子植入裝置的生產性下降。

本揭示係提供一種在低電弧條件下能夠生成更多的多價離子之離子生成裝置。 [解決問題之技術手段]

本揭示的一樣態的離子生成裝置具備：電弧室，係具有內部空間，且具有用以從在內部空間中生成之電漿中引出離子束之前狹縫；磁場生成器，係在內部空間中生成沿軸向施加之磁場；第1陰極罩，係朝向電弧室的內部在軸向上突出，朝向內部空間釋放熱電子；第1加熱源，係對第1陰極罩進行加熱；及第1熱屏蔽件，係包括第1延伸部、第1前端部及第1前端開口，該第1延伸部在第1陰極罩的徑向外側沿軸向延伸成筒狀，且在與軸向正交之徑向上與第1陰極罩隔開間隙而相鄰，該第1前端部朝向電弧室的內部突出，該第1前端開口在第1前端部沿軸向開口。第1前端開口處的徑向的第1開口寬度小於第1陰極罩的徑向的最大寬度。

本揭示的另一樣態為離子植入裝置。離子植入裝置具備：一樣態的離子生成裝置；射束加速裝置，係使從離子生成裝置引出之離子束加速；及植入處理室，係將從射束加速裝置輸出之離子束照射到晶圓。

另外，以上的構成要素的任意組合或本揭示的構成要素或表現，在方法、裝置、系統等之間相互替換者，亦作為本揭示的樣態而有效。 [發明之效果]

依本揭示的非限定示例性實施形態，能夠提供一種在更低的電弧條件下能夠生成更多的多價離子之離子生成裝置。

以下，參照圖式對實施形態之離子生成裝置及離子植入裝置詳細地進行說明。另外，在圖式的說明中，對相同的要素標註相同的符號，並適當省略重複說明。又，以下敘述之構成為示例，並不對本揭示的範圍進行任何限定。

圖1係表示實施形態之離子植入裝置100的概略構成之俯視圖。離子植入裝置100為所謂的高能量離子植入裝置。離子植入裝置100藉由引出由離子生成裝置10產生之離子並使其加速而生成離子束IB，將離子束IB沿著射束線(Beam line)輸送至被處理物(例如基板或晶圓W)，並將離子植入被處理物中。

離子植入裝置100具備：生成離子並進行質量分離之射束生成單元12；對離子束IB進一步進行加速而使其成為高能量離子束之射束加速單元14；進行高能量離子束的能量分析、能量分散的控制及軌道校正之射束偏向單元16；將高能量離子束輸送至晶圓W之射束輸送單元18；及將高能量離子束植入晶圓W中之基板搬送處理單元20。

射束生成單元12具有離子生成裝置10、引出電極11及質量分析裝置22。在射束生成單元12中，離子從離子生成裝置10通過引出電極11被引出的同時被加速，被引出並加速之離子束由質量分析裝置22進行質量分析。質量分析裝置22具有質量分析磁鐵22a和質量分析狹縫22b。由質量分析裝置22進行質量分析之結果，選別植入中所需要之離子種類，所選別之離子種類的離子束被引導至下一個射束加速單元14。

射束加速單元14具備進行離子束的加速之複數個線形加速裝置，亦即一個以上的高頻共振器。射束加速單元14為藉由高頻(RF)電場的作用對離子進行加速之高頻加速機構。射束加速單元14具備：具備基本的複數段的高頻共振器之第1線形加速器15a；及具備超高能量離子植入用的追加的複數段的高頻共振器之第2線形加速器15b。由射束加速單元14加速之離子束藉由射束偏向單元16而改變方向。

從射束加速單元14出射之高能量離子束具有某一範圍的能量分布。因此，為了在射束加速單元14的下游使高能量的離子束往復掃描及平行化並照射到晶圓，需要事先實施高精度的能量分析、能量分散的控制、軌道校正及射束的收斂/發散的調整。

射束偏向單元16進行高能量離子束的能量分析、能量分散的控制、軌道校正。射束偏向單元16具備至少兩個高精度偏向電磁鐵、至少一個能量寬度限制狹縫、至少一個能量分析狹縫及至少一個橫向收斂機器。複數個偏向電磁鐵構成為進行高能量離子束的能量分析和向晶圓W的離子植入角度的精密校正。

射束偏向單元16具有能量分析電磁鐵24、抑制能量分散之橫向收斂四極透鏡26、能量分析狹縫28及提供轉向(離子束的軌道校正)之偏向電磁鐵30。另外，能量分析電磁鐵24亦被稱為能量過濾電磁鐵(EFM)。高能量離子束藉由射束偏向單元16轉換方向，朝向晶圓W所在之方向。

射束輸送單元18為輸送從射束偏向單元16射出之離子束IB之射束線裝置，具有由收斂/發散透鏡群構成之射束整形器32、射束掃描器34、射束平行化器36及最終能量過濾器38(包括最終能量分離狹縫)。射束輸送單元18的長度係根據射束生成單元12與射束加速單元14的合計長度而設計的。射束加速單元14及射束輸送單元18藉由射束偏向單元16連結，藉此形成全體呈U字狀的佈局。

在射束輸送單元18的下游側的終端設置有基板搬送處理單元20。基板搬送處理單元20包括植入處理室42和基板搬送部44。在植入處理室42中設置有平臺驅動裝置40，該平臺驅動裝置40保持離子植入中的晶圓W並使晶圓W沿與射束掃描方向正交之方向移動。在基板搬送部44設置有搬送機器人等晶圓搬送機構，該晶圓搬送機構用以將離子植入前的晶圓W搬入植入處理室42中並將已完成離子植入之晶圓W從植入處理室42搬出。

離子生成裝置10例如構成為生成硼(B)、磷(P)或砷(As)等摻雜劑的多價離子。射束加速單元14使從離子生成裝置10引出之多價離子加速而生成1MeV以上、4MeV以上或12MeV以上的高能量離子束。藉由使多價離子(例如2價、3價、4價以上)加速，與使1價的離子加速之情況相比，能夠生成更高能量的離子束。

射束加速單元14亦可以不是如圖所示之二段式的線形加速裝置，而全體可以構成為一個線形加速裝置，亦可以分為三段以上的線形加速裝置而進行安裝。又，射束加速單元14亦可以由其他任意形式的加速裝置構成，例如可以具備直流加速機構。本實施形態並不限定於特定的離子加速方式，只要能夠生成1MeV以上、4MeV以上或12MeV以上的高能量離子束，則能夠採用任意的射束加速裝置。

依高能量的離子植入，與小於1MeV的能量的離子植入相比，所期望的摻雜劑離子以更高能量被打入晶圓表面，因此能夠將所期望的摻雜劑植入晶圓表面的更深的區域(例如深度5μm以上)。高能量離子植入的用途例如為最新的圖像感測器等半導體元件製造中的P型區域及/或N型區域的形成。

另外，關於本揭示的離子植入裝置100的各部的構成，可以考慮各種樣態。本揭示的離子植入裝置只要為能夠適用後述之離子生成裝置者，則不受離子生成裝置以外的其他各部的構成的樣態的限定。又，本揭示的離子生成裝置及離子植入裝置適合於由多價離子構成之離子束的生成，但應注意，亦能夠適用於由1價離子構成之離子束的生成。

本實施形態之離子生成裝置10在電弧室的內部空間中產生電弧放電而生成包含多價離子之電漿。離子生成裝置10為使用所謂的間接加熱型陰極之形式，使從陰極罩釋放之熱電子與來源氣體碰撞而生成電漿。一般而言，為了從來源氣體中所包含之原子中剝取更多的電子而生成多價離子，需設為進一步增大電弧電壓或電弧電流之高電弧條件。在這樣的高電弧條件下，電弧室的損耗嚴重，離子生成裝置的壽命縮短，因此需要頻繁地對裝置進行維護。如此一來，離子植入裝置100的運轉率下降，半導體元件的生產效率下降。

因此，在本實施形態中，提供一種能夠在低電弧條件下生成更多的多價離子之離子生成裝置。在此所說之「低電弧條件」係指與在以往的離子生成裝置中為了生成多價離子所需要之「高電弧條件」相比，電弧電壓或電弧電流相對低的電弧條件。在本實施形態中，藉由採用以下的特徵(1)~(7)中的至少一個，使得即使為低電弧條件，亦可高效率地生成高密度的電漿，並使得能夠從高密度的電漿中引出更多的多價離子。 (1)利用設置於陰極罩的周圍之熱屏蔽件，縮窄從陰極罩朝向電弧室的內部空間釋放熱電子之範圍。 (2)在陰極罩的周圍設置複數個熱屏蔽件來促進陰極罩的溫度上升。 (3)對設置於陰極罩的周圍之熱屏蔽件施加用以引出熱電子之電壓。 (4)在反射極頭的周圍設置一個熱屏蔽件來促進反射極頭的溫度上升。 (5)利用設置於反射極頭的周圍之熱屏蔽件來縮窄從反射極頭朝向電弧室的內部空間釋放熱電子之範圍。 (6)在反射極頭的周圍設置複數個熱屏蔽件來進一步促進反射極頭的溫度上升。 (7)對設置於反射極頭的周圍之熱屏蔽件施加用以引出熱電子之電壓。

(第1實施形態) 圖2係表示第1實施形態之離子生成裝置10的概略構成之圖。離子生成裝置10具備電弧室50、磁場生成器52、第1陰極54、反射極56、第1燈絲電源58a、第1陰極電源58b、第1電弧電源58c、引出電源58d、反射極電源58e。

在離子生成裝置10的附近配置有用以通過電弧室50的前狹縫60引出離子束IB之引出電極11。引出電極11具備第1引出電極11a和第2引出電極11b。第1引出電極11a連接於抑制電源11c，並被施加負的抑制電壓。第2引出電極11b被施加接地電壓。電弧室50連接有引出電源58d，並被施加正的引出電壓。

電弧室50具有生成電漿之內部空間S。電弧室50具有區隔內部空間S之大致立方體的箱形狀。電弧室50具有用以從在內部空間S中生成之電漿中引出離子束IB之前狹縫60。前狹縫60具有沿從第1陰極54朝向反射極56之方向(亦稱為軸向)延伸之細長的形狀。在圖式中，用虛線示意地示出生成高密度的電漿之電漿生成區域P。

電弧室50具有包括前面壁50a及背面壁50b之四個側壁和第1端壁50c及第2端壁50d。前面壁50a具有前狹縫60。在前面壁50a的中央部設置有朝向電弧室50的內部突出之突出部50e，在突出部50e形成有前狹縫60。藉由在突出部50e形成前狹縫60，能夠從更高密度的電漿中引出離子束IB。背面壁50b隔著內部空間S而與前面壁50a對向。在背面壁50b設置有用以導入來源氣體之氣體導入口62。第1端壁50c及第2端壁50d以隔著內部空間S而在軸向上對向之方式配置。第1端壁50c具有沿軸向延伸之第1陰極插通孔50f。第2端壁50d具有沿軸向延伸之反射極插通孔50g。

電弧室50由高熔點材料構成，例如使用鎢(W)、鉬(Mo)、鉭(Ta)等高熔點金屬或該等的合金。電弧室50的一部分或全體亦可以由石墨(C)構成。例如，可以前面壁50a或突出部50e由石墨構成，前面壁50a或突出部50e以外的側壁(例如，背面壁50b)、第1端壁50c及第2端壁50d由鎢等高熔點金屬構成。

磁場生成器52設置於電弧室50的外部，在電弧室50的內部空間S中生成沿軸向施加之磁場B。磁場生成器52具有第1磁極52a及第2磁極52b，例如生成從第1磁極52a朝向第2磁極52b之軸向的磁場B。磁場B的方向亦可以為相反方向，可以為從第2磁極52b朝向第1磁極52a之方向。電弧室50配置於第1磁極52a與第2磁極52b之間。

第1陰極54向電弧室50的內部空間S供給熱電子。第1陰極54插通於第1陰極插通孔50f中，以與電弧室50電絕緣之狀態固定於第1陰極支撐構件64。第1陰極支撐構件64設置於電弧室50的外部。第1陰極54包括第1加熱源70、第1陰極罩72、第1隔熱器(Thermal break)74及第1熱屏蔽件76。

第1加熱源70為用以對第1陰極罩72進行加熱之熱源。第1加熱源70例如為連接於第1燈絲電源58a之燈絲。第1加熱源70以在第1隔熱器74的內部與第1陰極罩72對向之方式配置。在第1加熱源70與第1陰極罩72之間連接有第1陰極電源58b，並被施加陰極電壓。

第1陰極罩72為朝向電弧室50的內部在軸向上突出之實心構件。第1陰極罩72具有相對於沿軸向延伸之中心軸C旋轉對稱的形狀，例如具有圓錐台形狀。第1陰極罩72藉由被第1加熱源70加熱而朝向內部空間S釋放熱電子。在第1陰極罩72與電弧室50之間連接有第1電弧電源58c，並被施加電弧電壓。

第1隔熱器74為支撐第1陰極罩72之圓筒狀構件，從第1陰極支撐構件64朝向第1陰極罩72沿軸向延伸。第1熱屏蔽件76在第1陰極罩72及第1隔熱器74的徑向外側沿軸向延伸成筒狀。第1熱屏蔽件76藉由反射來自處於高溫狀態之第1陰極罩72及第1隔熱器74的熱輻射來抑制從第1陰極罩72及第1隔熱器74的熱放出，從而促進第1陰極罩72及第1隔熱器74的溫度上升。

第1陰極罩72、第1隔熱器74及第1熱屏蔽件76由高熔點材料構成，例如使用鎢、鉬、鉭等高熔點金屬、該等的合金或石墨。作為一例，第1陰極罩72及第1熱屏蔽件76由鎢構成，第1隔熱器74由鉭構成。

反射極56隔著內部空間S而設置於與第1陰極54在軸向上相反的一側。反射極56排斥位於反射極56附近之電子，並使電子滯留在電漿生成區域P，來提高電漿生成效率。 反射極56插通於反射極插通孔50g中，以與電弧室50電絕緣之狀態固定於反射極支撐構件66。反射極支撐構件66設置於電弧室50的外部。在反射極56與電弧室50之間連接有反射極電源58e，並被施加反射極電壓。另外，亦可以不設置反射極電源58e，而可以構成為反射極56成為浮動電勢。又，在未設置反射極電源58e之構成中，可以藉由將電弧電源58c連接於反射極56而對反射極56施加電弧電壓。

反射極56包括反射極頭80和反射極軸82。反射極頭80為朝向電弧室50的內部在軸向上突出之實心構件，以於內部空間S露出之方式配置。反射極頭80設置於在軸向上與第1陰極罩72對向之位置。反射極軸82為支撐反射極頭80之柱狀構件，從反射極支撐構件66朝向反射極頭80沿軸向延伸。

反射極頭80及反射極軸82由高熔點材料構成，例如使用鎢、鉬、鉭等高熔點金屬、該等的合金或石墨。反射極56的一部分或全體亦可以由石墨構成。例如，可以反射極軸82由石墨構成，反射極頭80由鎢等高熔點金屬構成。

接著，對離子生成裝置10的動作進行說明。構成第1加熱源70之燈絲被第1燈絲電源58a加熱並釋放1次熱電子。第1加熱源70所釋放之1次熱電子被基於第1陰極電源58b之陰極電壓(例如200V~600V)加速而與第1陰極罩72碰撞，利用藉由該碰撞而產生之熱對第1陰極罩72進行加熱。被第1加熱源70加熱之第1陰極罩72將2次熱電子釋放到內部空間S。第1陰極罩72所釋放之2次熱電子被基於第1電弧電源58c之電弧電壓(例如50V~150V)加速。加速之2次熱電子作為具有足以生成包含多價離子之電漿之能量之電子而供給到電漿生成區域P。供給到電漿生成區域P之電子受到在內部空間S中沿軸向施加之磁場B的約束而沿著磁場B以螺旋狀運動。反射極56藉由基於反射極電源58e之反射極電壓(例如120V~200V)將電子排斥到電漿生成區域P。其結果，能夠將電子的運動限制在電漿生成區域P來提高電漿生成效率。在電漿生成區域P中以螺旋狀運動之電子使得從氣體導入口62導入之來源氣體電離而在內部空間S中生成包含多價離子之電漿。

在第1實施形態中，藉由採用上述的特徵(1)，使得在低電弧條件下生成更多的多價離子。具體而言，利用設置於第1陰極罩72的周圍之第1熱屏蔽件76來縮窄從第1陰極罩72朝向電弧室50的內部空間S釋放熱電子之範圍。藉由縮窄釋放熱電子之範圍，縮窄電漿生成區域P的範圍(與軸向正交之徑向的寬度w)，使得在更窄的範圍內生成更高密度的電漿。參照圖3對這樣的第1陰極54的構成進行詳細敘述。

圖3係詳細地表示第1實施形態之第1陰極54的構成之剖面圖，係圖2所示之第1陰極54的放大圖。在圖3中，以第1端壁50c為基準，用箭頭A1示出從電弧室50的外部朝向內部沿軸向延伸之方向。箭頭A1為沿著軸向朝向電弧室50的內部側之方向。箭頭A2為與箭頭A1相反的方向，且為沿著軸向朝向電弧室50的外部側之方向。在第1實施形態中，第1熱屏蔽件76的電勢與第1陰極罩72的電勢相同。

第1陰極罩72朝向電弧室50的內部在軸向上突出。第1陰極罩72具有徑向的寬度隨著朝向電弧室50的內部而變小之錐形，例如具有在圖3的截面上左右對稱的梯形。第1陰極罩72具有熱電子釋放面72a、熱流入面72b及凸緣72c。

熱電子釋放面72a為朝向電弧室50的內部突出之面，且為釋放供給到內部空間S之熱電子之面。熱電子釋放面72a具有由朝向電弧室50的內部在軸向上露出之平面構成之前端面72d和由在相對於軸向傾斜之方向上露出之曲面(例如，圓錐台面)構成之側面72e。前端面72d的徑向的寬度wb小於熱電子釋放面72a的徑向的最大寬度wa(側面72e的外徑)，例如為最大寬度wa的10%以上且95%以下，較佳為最大寬度wa的50%以上且80%以下。

熱流入面72b為與第1加熱源70對向之平面，朝向電弧室50的外部在軸向上露出。第1陰極罩72主要被從第1加熱源70朝向熱流入面72b之1次熱電子加熱。凸緣72c以在熱流入面72b的位置或其附近向徑向外側(例如，從中心軸C向徑向遠離之方向)突出之方式設置。凸緣72c與第1隔熱器74的卡止端部74a卡合。

第1隔熱器74具有朝向電弧室50的內部在箭頭A1的方向上突出之卡止端部74a和朝向電弧室50的外部在箭頭A2的方向上突出之安裝端部74b。第1隔熱器74從安裝端部74b朝向卡止端部74a沿軸向延伸成圓筒狀。卡止端部74a與第1陰極罩72的凸緣72c卡合而固定第1陰極罩72。安裝端部74b安裝於第1陰極支撐構件64。

第1熱屏蔽件76設置於第1陰極罩72及第1隔熱器74的徑向外側。第1熱屏蔽件76具有朝向電弧室50的內部在箭頭A1的方向上突出之第1前端部76a和朝向電弧室50的外部在箭頭A2的方向上突出之第1末端部76b。與第1陰極罩72相比，第1前端部76a朝向電弧室50的內部更突出。亦即，第1前端部76a在軸向的位置位於比第1陰極罩72的前端(前端面72d)在軸向的位置更靠電弧室50的內部側。第1末端部76b安裝於第1陰極支撐構件64。另外，在變形例中，第1末端部76b可以安裝於第1隔熱器74。

第1熱屏蔽件76具有在第1前端部76a沿軸向開口之第1前端開口76c。第1前端開口76c使從第1陰極罩72朝向內部空間S供給之熱電子通過。第1前端開口76c以縮窄從熱電子釋放面72a釋放之熱電子的通過範圍之方式構成。第1前端開口76c處的徑向的第1開口寬度w1小於第1陰極罩72的徑向的最大寬度(凸緣72c的位置處的徑向的寬度)，且小於熱電子釋放面72a的徑向的最大寬度wa。第1前端開口76c的第1開口寬度w1為熱電子釋放面72a的最大寬度wa的5%以上且95%以下，例如為50%以上且90%以下。熱電子釋放面72a的徑向的前端寬度wb(前端面72d的徑向的寬度wb)小於第1前端開口76c的第1開口寬度w1。前端面72d的徑向的寬度wb例如為第1前端開口76c的第1開口寬度w1的5%以上且95%以下，例如為10%以上且90%以下。

第1熱屏蔽件76具有從第1末端部76b朝向第1前端部76a沿軸向延伸成筒狀之第1延伸部76d。第1延伸部76d在徑向上與第1陰極罩72及第1隔熱器74隔開間隙而相鄰。第1延伸部76d具有第1圓筒部76f和第1錐部76g。

第1圓筒部76f為第1延伸部76d的內表面76e的徑向的寬度為恆定之部分，以在徑向上與第1隔熱器74隔開間隙而相鄰之方式配置。第1圓筒部76f以至少內表面76e呈圓筒形狀之方式構成。第1圓筒部76f例如以從第1延伸部76d的內表面76e至第1隔熱器74為止的間隔d1為恆定之方式構成。圖3所示之第1圓筒部76f在徑向上與第1陰極罩72不隔開間隙而相鄰，但在變形例中，第1圓筒部76f可以以在徑向上與第1陰極罩72隔開間隙而相鄰之方式構成。

第1錐部76g為第1延伸部76d的內表面76e的徑向的寬度在軸向上變化之部分，且為第1延伸部76d的內表面76e的徑向的寬度隨著朝向電弧室50的內部而變小之部分。第1錐部76g以在徑向上與第1陰極罩72隔開間隙而相鄰之方式配置，並沿著第1陰極罩72的熱電子釋放面72a(側面72e)而配置。第1錐部76g以至少內表面76e呈圓錐台形狀之方式構成。第1錐部76g例如以從第1延伸部76d的內表面76e至第1陰極罩72為止的間隔d2為恆定之方式構成。例如，第1錐部76g的內表面76e相對於徑向的傾斜角θ2與第1陰極罩72的側面72e相對於徑向的傾斜角θ1相同。第1錐部76g亦可以以第1延伸部76d的外表面76h呈圓錐台形狀之方式構成。圖3所示之第1錐部76g在徑向上與第1隔熱器74(卡止端部74a)隔開間隙而相鄰，但第1錐部76g亦可以以在徑向上與第1隔熱器74不隔開間隔而相鄰之方式構成。

圖4係沿軸向觀察圖3的第1陰極54時的構成之平面圖，沿從電弧室50的內部朝向外部之方向觀察第1陰極54。在圖4中，為了清楚起見，用陰影示出第1熱屏蔽件76。如圖4所示，第1陰極罩72及第1熱屏蔽件76具有相對於沿軸向延伸之中心軸C旋轉對稱的形狀，並以相互成為同軸之方式配置。在圖4中，雖然觀察不到第1隔熱器74，但第1隔熱器74亦具有相對於中心軸C旋轉對稱的形狀，並以與第1陰極罩72及第1熱屏蔽件76相互成為同軸之方式配置。

如上所述，第1前端開口76c處的徑向的第1開口寬度w1小於第1陰極罩72的熱電子釋放面72a的徑向的最大寬度wa，且大於熱電子釋放面72a的徑向的前端寬度wb(前端面72d的徑向的寬度wb)。因此，第1熱屏蔽件76的至少一部分以在軸向上與第1陰極罩72重疊之方式配置。更具體而言，第1熱屏蔽件76的第1前端開口76c的緣部的至少一部分在軸向上與第1陰極罩72的熱電子釋放面72a(具體而言為側面72e)重疊。

依第1實施形態，藉由將第1熱屏蔽件76的第1前端開口76c的第1開口寬度w1設為小於第1陰極罩72的徑向的最大寬度，能夠縮窄從第1陰極罩72朝向電弧室50的內部釋放熱電子之徑向的範圍。其結果，能夠向在徑向上受限之範圍集中供給熱電子，即使為低電弧條件，亦能夠在電漿生成區域P中生成高密度的電漿。

依第1實施形態，由於第1陰極罩72具有錐形，因此能夠朝向電弧室50的內部供給從第1陰極罩72的側面72e釋放之熱電子。又，由於第1熱屏蔽件76具有第1錐部76g，因此藉由將第1延伸部76d的內表面76e配置於第1陰極罩72的側面72e的更近處來抑制從第1陰極罩72的熱放出，從而能夠促進第1陰極罩72的溫度上升。其結果，即使為低電弧條件，亦容易將第1陰極罩72維持在高溫，能夠向電漿生成區域P供給更多的熱電子。

(第1實施形態之變形例) 以下，參照圖5(a)~圖10(b)示出第1實施形態之第1陰極54的變形例。以下，示出第1陰極罩72及第1熱屏蔽件76的結構，並且重點說明與上述之第1實施形態的不同點，關於共同點則適當省略說明。

圖5(a)、圖5(b)係示意地表示變形例之第1陰極54A、54B的構成之剖面圖。在圖5(a)所示之第1陰極54A中，與第1熱屏蔽件76的第1前端部76a相比，第1陰極罩72的前端(前端面72d)朝向電弧室的內部更突出。亦即，第1陰極罩72的前端(前端面72d)在軸向的位置位於比第1前端部76a在軸向的位置更靠電弧室的內部側。在圖5(a)中，與圖3相比，第1陰極罩72的軸向的長度大。在進一步的變形例中，與圖3相比，可以減小第1延伸部76d(例如，第1錐部76g)的軸向的長度。在圖5(b)所示之第1陰極54B中，第1陰極罩72的前端(前端面72d)在軸向的位置與第1熱屏蔽件76的第1前端部76a在軸向的位置相同。

圖6(a)、圖6(b)係示意地表示變形例之第1陰極54C、54D的構成之剖面圖。在圖6(a)所示之第1陰極54C中，以從第1延伸部76d的內表面76e至第1陰極罩72為止的間隔d2根據軸向的位置而變化，且間隔d2隨著朝向電弧室的內部而變小之方式構成。在圖6(a)中，第1錐部76g的內表面76e相對於徑向的傾斜角θ2小於第1陰極罩72的側面72e相對於徑向的傾斜角θ1。

在圖6(b)所示之第1陰極54D中，與圖6(a)相反地，以從第1延伸部76d的內表面76e至第1陰極罩72為止的間隔d2隨著朝向電弧室的內部而變大之方式構成。在圖6(b)中，第1錐部76g的內表面76e相對於徑向的傾斜角θ2大於第1陰極罩72的側面72e相對於徑向的傾斜角θ1。

圖7(a)、圖7(b)係示意地表示變形例之第1陰極54E、54F的構成之剖面圖。在圖7(a)所示之第1陰極54E中，第1前端開口76c處的徑向的第1開口寬度w1小於第1陰極罩72的熱電子釋放面72a的徑向的最大寬度wa，且與熱電子釋放面72a的徑向的前端寬度wb(前端面72d的徑向的寬度wb)相同。在圖7(b)所示之第1陰極54F中，第1前端開口76c處的徑向的第1開口寬度w1小於第1陰極罩72的熱電子釋放面72a的徑向的前端寬度wb(前端面72d的徑向的寬度wb)。

圖8(a)、圖8(b)係示意地表示變形例之第1陰極54G、54H的構成之剖面圖。在圖8(a)所示之第1陰極54G中，第1熱屏蔽件76的第1前端部76a向徑向內側延伸。第1前端部76a從第1延伸部76d的前端向徑向內側延伸。圖8(a)的第1前端開口76c具有徑向的寬度隨著朝向電弧室的內部而變大之錐形。在進一步的變形例中，圖8(a)的第1前端開口76c可以以徑向的寬度為恆定之方式構成，亦可以具有徑向的寬度隨著朝向電弧室的內部而變小之倒錐形。在圖8(a)中，第1前端開口76c處的徑向的第1開口寬度w1小於熱電子釋放面72a的徑向的前端寬度wb(前端面72d的徑向的寬度wb)。在進一步的變形例中，第1前端開口76c處的徑向的第1開口寬度w1可以與熱電子釋放面72a的徑向的前端寬度wb(前端面72d的徑向的寬度wb)相同，亦可以比其大。

在圖8(b)所示之第1陰極54H中，與圖8(a)相同地，第1熱屏蔽件76的第1前端部76a向徑向內側延伸。在圖8(b)中，與第1前端部76a相比，第1陰極罩72的前端(前端面72d)朝向電弧室的內部更突出，第1前端部76a朝向第1陰極罩72向徑向內側延伸。圖8(b)的第1前端開口76c具有徑向的寬度隨著朝向電弧室的內部而變小之錐形。在進一步的變形例中，圖8(b)的第1前端開口76c可以以徑向的寬度為恆定之方式構成，亦可以具有徑向的寬度隨著朝向電弧室的內部而變大之錐形。在圖8(b)中，第1前端開口76c處的徑向的第1開口寬度w1大於熱電子釋放面72a的徑向的前端寬度wb(前端面72d的徑向的寬度wb)。

圖9(a)、圖9(b)係示意地表示變形例之第1陰極54I、54J的構成之剖面圖。在圖9(a)所示之第1陰極54I中，只有第1熱屏蔽件76的第1錐部76g的內表面76e呈錐形，外表面76h並不呈錐形。在圖9(a)中，第1錐部76g的內表面76e為圓錐台面，第1錐部76g的外表面76h為圓筒面。在圖9(a)中，第1前端開口76c處的徑向的第1開口寬度w1大於熱電子釋放面72a的徑向的前端寬度wb(前端面72d的徑向的寬度wb)。在進一步的變形例中，第1前端開口76c處的徑向的第1開口寬度w1可以與熱電子釋放面72a的徑向的前端寬度wb(前端面72d的徑向的寬度wb)相同，亦可以比其小。

在圖9(b)所示之第1陰極54J中，第1熱屏蔽件76的第1延伸部76d具有第1圓筒部76f，但不具有第1錐部76g。在圖9(b)中，第1圓筒部76f在徑向上與第1陰極54隔開間隙而相鄰，在第1圓筒部76f的前端設置有第1前端部76a。第1前端部76a從第1圓筒部76f向徑向內側延伸。圖9(b)的第1前端開口76c具有徑向的寬度隨著朝向電弧室的內部而變大之錐形。在進一步的變形例中，圖9(b)的第1前端開口76c可以以徑向的寬度為恆定之方式構成，亦可以具有徑向的寬度隨著朝向電弧室的內部而變小之倒錐形。在圖9(b)中，第1前端開口76c處的徑向的第1開口寬度w1小於熱電子釋放面72a的徑向的前端寬度wb(前端面72d的徑向的寬度wb)。在進一步的變形例中，第1前端開口76c處的徑向的第1開口寬度w1可以與熱電子釋放面72a的徑向的前端寬度wb(前端面72d的徑向的寬度wb)相同，亦可以比其大。

在圖9(a)、圖9(b)中，與第1陰極罩72的前端(前端面72d)相比，第1前端部76a朝向電弧室的內部更突出。在進一步的變形例中，第1陰極罩72的前端(前端面72d)與第1前端部76a在軸向的位置可以相同，亦可以與第1前端部76a相比，朝向電弧室的內部更突出。

圖10(a)、圖10(b)係示意地表示變形例之第1陰極54K、54L的構成之剖面圖。在圖10(a)、圖10(b)所示之第1陰極54K、54L中，第1錐部76g構成為圓頂狀。 具體而言，第1錐部76g的內表面76e及外表面76h由朝向電弧室的內部側凸出之曲面構成。第1錐部76g的內表面76e及外表面76h例如以成為球面、橢圓球面或旋轉拋物面的一部分之方式構成。

在圖10(a)所示之第1陰極54K中，與第1陰極罩72的前端(前端面72d)相比，第1前端部76a朝向電弧室的內部更突出。在圖10(a)中，第1前端開口76c處的徑向的第1開口寬度w1與熱電子釋放面72a的徑向的前端寬度wb(前端面72d的徑向的寬度wb)相同。作為進一步的變形例，第1前端開口76c處的徑向的第1開口寬度w1可以大於或小於熱電子釋放面72a的徑向的前端寬度wb(前端面72d的徑向的寬度wb)。

在圖10(b)所示之第1陰極54L中，與第1前端部76a相比，第1陰極罩72的前端(前端面72d)朝向電弧室的內部更突出。第1前端部76a朝向第1陰極罩72相對於軸向傾斜地延伸。在圖10(b)中，第1前端開口76c處的徑向的第1開口寬度w1大於熱電子釋放面72a的徑向的前端寬度wb(前端面72d的徑向的寬度wb)。

另外，能夠將與圖3~圖10(b)所示之第1陰極罩72和第1熱屏蔽件76的配置有關的特徵及與圖3~圖10(b)所示之第1熱屏蔽件76的形狀有關的特徵適當組合而使用。又，圖3~圖10(b)所示之第1陰極罩72亦可以為多角錐台形狀，而不是圓錐台形狀。圖3~圖10(b)所示之第1陰極罩72亦可以具有相對於圖3的中心軸C非旋轉對稱的形狀。由圖3、圖5(a)~圖9(a)所示之第1錐部76g的內表面76e構成之空間的形狀亦可以為角錐台形狀。由圖9(b)所示之第1錐部76g的內表面76e構成之空間的形狀亦可以為多角柱形狀。由圖3~圖10(b)所示之第1錐部76g的內表面76e構成之空間的形狀亦可以具有相對於圖3的中心軸C非旋轉對稱的形狀。

圖11(a)~圖11(o)係示意地表示變形例之第1陰極罩72的形狀之剖面圖。圖11(a)~圖11(o)表示與圖3~圖10所示之圓錐台形狀不同的形狀的第1陰極罩72。圖11(a)~圖11(o)所示之第1陰極罩72能夠與圖3~圖10所示之圓錐台形狀的第1陰極罩72替換而使用。亦即，圖11(a)~圖11(o)所示之第1陰極罩72能夠與圖3~圖10所示之第1熱屏蔽件76組合而使用。

圖11(a)表示圓柱形狀(或多角柱形狀)的第1陰極罩72。圖11(a)所示之第1陰極罩72的熱電子釋放面72a具有由朝向電弧室的內部在軸向上露出之平面構成之前端面72d和由在徑向上露出之圓筒面(或多角筒面)構成之側面72e。在圖11(a)中，熱電子釋放面72a的徑向的寬度為恆定，熱電子釋放面72a的徑向的最大寬度wa及前端寬度wb均與前端面72d的徑向的寬度(側面72e的直徑)對應。

圖11(b)表示圓錐形(或多角錐形)的第1陰極罩72。圖11(b)所示之第1陰極罩72的熱電子釋放面72a由朝向電弧室的內部在軸向上突出之圓錐面(或多角錐面)構成。因此，圖11(b)的第1陰極罩72不具有由朝向電弧室的內部在軸向上露出之平面構成之前端面。在圖11(b)中，熱電子釋放面72a的徑向的最大寬度wa與圓錐形(或多角錐形)的底面的直徑對應，熱電子釋放面72a的徑向的前端寬度為0。

圖11(c)表示圓頂形狀的第1陰極罩72。第1陰極罩72例如具有將球體或橢圓球體切割成一半之形狀。圖11(c)所示之第1陰極罩72的熱電子釋放面72a由朝向電弧室的內部在軸向上突出之曲面(例如，球面、橢圓球面或旋轉拋物面的一部分)構成，不具有由朝向電弧室的內部在軸向上露出之平面構成之前端面。在圖11(c)中，熱電子釋放面72a的徑向的最大寬度wa與圓頂形狀的徑向的直徑對應，熱電子釋放面72a的徑向的前端寬度為0。

圖11(d)表示具有將圓柱和圓錐台(或多角柱和多角錐台)在同軸上重疊之形狀之第1陰極罩72。圖11(d)所示之第1陰極罩72的熱電子釋放面72a具有由朝向電弧室的內部在軸向上露出之平面構成之前端面72d、由圓錐台面(或多角錐台面)構成之第1側面72e1及由圓筒面(或多角筒面)構成之第2側面72e2。在圖11(d)中，熱電子釋放面72a的徑向的最大寬度wa與圓柱(或多角柱)的直徑對應，熱電子釋放面72a的徑向的前端寬度wb與前端面72d的徑向的寬度對應。

圖11(e)表示具有將圓柱和圓錐(或多角柱和多角錐)在同軸上重疊之形狀之第1陰極罩72。圖11(e)所示之第1陰極罩72的熱電子釋放面72a具有由朝向電弧室的內部在軸向上突出之圓錐面(或多角錐面)構成之前端面72d和由圓筒面(或多角筒面)構成之側面72e。在圖11(e)中，熱電子釋放面72a的徑向的最大寬度wa與圓柱(或多角柱)的直徑對應，熱電子釋放面72a的徑向的前端寬度為0。

圖11(f)表示具有將圓柱和圓頂形狀在同軸上重疊之形狀之第1陰極罩72。圖11(f)所示之第1陰極罩72的熱電子釋放面72a具有由朝向電弧室的內部在軸向上突出之曲面(例如，球面、橢圓球面或旋轉拋物面的一部分)構成之前端面72d和由圓筒面構成之側面72e。圖11(f)中，熱電子釋放面72a的徑向的最大寬度wa與圓柱的直徑對應，熱電子釋放面72a的徑向的前端寬度為0。

圖11(g)表示具有將直徑不同的兩個圓柱(或多角柱)在同軸上重疊之形狀之第1陰極罩72。圖11(g)所示之第1陰極罩72的熱電子釋放面72a具有由朝向電弧室的內部在軸向上露出之平面構成之前端面72d、由直徑小的圓筒面(或多角筒面)構成之第1側面72e1、由朝向電弧室的內部在軸向上露出之環狀的平面構成之中間端面72f及由直徑大的圓筒面(或多角筒面)構成之第2側面72e2。在圖11(g)中，熱電子釋放面72a的徑向的最大寬度wa與第2側面72e2的直徑對應，熱電子釋放面72a的徑向的前端寬度wb與前端面72d的徑向的寬度(第1側面72e1的直徑)對應。

圖11(h)表示具有將圓柱(或多角柱)和比圓柱小的直徑的圓錐(或比多角柱小的直徑的多角錐)在同軸上重疊之形狀之第1陰極罩72。圖11(h)所示之第1陰極罩72的熱電子釋放面72a具有由朝向電弧室的內部在軸向上露出之圓錐面(或多角錐面)構成之前端面72d、由朝向電弧室的內部在軸向上露出之環狀的平面構成之中間端面72f及由圓筒面(或多角筒面)構成之側面72e。 在圖11(h)中，熱電子釋放面72a的徑向的最大寬度wa與側面72e的直徑對應，熱電子釋放面72a的徑向的前端寬度為0。

圖11(i)表示具有將圓柱(或多角柱)和比圓柱(或多角柱)小的直徑的圓頂形狀在同軸上重疊之形狀之第1陰極罩72。圖11(i)所示之第1陰極罩72的熱電子釋放面72a具有由朝向電弧室的內部在軸向上突出之曲面(例如，球面、橢圓球面或旋轉拋物面的一部分)構成之前端面72d、由朝向電弧室的內部在軸向上露出之環狀的平面構成之中間端面72f及由圓筒面(或多角筒面)構成之側面72e。在圖11(i)中，熱電子釋放面72a的徑向的最大寬度wa與側面72e的直徑對應，熱電子釋放面72a的徑向的前端寬度為0。

圖11(j)表示具有將直徑不同的兩個圓柱(或兩個多角柱)和一個圓錐台(或一個多角錐台)在同軸上重疊之形狀之第1陰極罩72，一個圓錐台(或一個多角錐台)將兩個圓柱(或兩個多角柱)之間進行連接。圖11(j)所示之第1陰極罩72的熱電子釋放面72a具有由朝向電弧室的內部在軸向上露出之平面構成之前端面72d、由直徑小的圓筒面(或多角筒面)構成之第1側面72e1、由圓錐台面(或多角錐台面)構成之第2側面72e2及由直徑大的圓筒面(或多角筒面)構成之第3側面72e3。在圖11(j)中，熱電子釋放面72a的徑向的最大寬度wa與第3側面72e3的直徑對應，熱電子釋放面72a的徑向的前端寬度wb與前端面72d的徑向的寬度(第1側面72e1的直徑)對應。

圖11(k)表示具有將圓柱(或多角柱)、圓錐台(或多角錐台)及圓錐(或多角錐)在同軸上重疊之形狀之第1陰極罩72，圓錐台(或多角錐台)將圓柱(或多角柱)與圓錐(或多角錐)之間進行連接。圖11(k)所示之第1陰極罩72的熱電子釋放面72a具有由朝向電弧室的內部在軸向上突出之圓錐面(或多角錐面)構成之前端面72d、由具有與前端面72d不同的傾斜角之圓錐台面(或多角錐台面)構成之第1側面72e1及由圓筒面(或多角筒面)構成之第2側面72e2。在圖11(k)中，熱電子釋放面72a的徑向的最大寬度wa與第2側面72e2的直徑對應，熱電子釋放面72a的徑向的前端寬度為0。

圖11(l)表示具有將圓柱、圓錐台及圓頂形狀在同軸上重疊之形狀之第1陰極罩72，圓錐台將圓柱與圓頂形狀之間進行連接。圖11(l)所示之第1陰極罩72的熱電子釋放面72a具有由朝向電弧室的內部在軸向上突出之曲面(例如，球面、橢圓球面或旋轉拋物面的一部分)構成之前端面72d、由圓錐台面構成之第1側面72e1及由圓筒面構成之第2側面72e2。在圖11(l)中，熱電子釋放面72a的徑向的最大寬度wa與第2側面72e2的直徑對應，熱電子釋放面72a的徑向的前端寬度為0。

圖11(m)表示具有圓柱的前端的緣部被倒角之形狀之第1陰極罩72。圖11(m)所示之第1陰極罩72的熱電子釋放面72a具有由朝向電弧室的內部在軸向上露出之平面構成之前端面72d、由相對於軸向傾斜地突出之曲面構成之第1側面72e1及由圓筒面構成之第2側面72e2。在圖11(l)中，熱電子釋放面72a的徑向的最大寬度wa與第2側面72e2的直徑對應，熱電子釋放面72a的徑向的前端寬度wb與前端面72d的徑向的寬度對應。

圖11(n)表示具有將圓頂形狀的前端切割之形狀之第1陰極罩72。圖11(n)所示之第1陰極罩72的熱電子釋放面72a具有由朝向電弧室的內部在軸向上露出之平面構成之前端面72d和由朝向徑向外側及電弧室的內部側凸出之曲面構成之側面72e。在圖11(n)中，熱電子釋放面72a的徑向的最大寬度wa與圓頂形狀的徑向的直徑對應，熱電子釋放面72a的徑向的前端寬度wb與前端面72d的徑向的寬度對應。

圖11(o)表示具有將圓錐台和圓頂形狀在同軸上重疊之形狀之第1陰極罩72。圖11(o)所示之第1陰極罩72的熱電子釋放面72a具有由朝向電弧室的內部在軸向上突出之曲面(例如，球面、橢圓球面或旋轉拋物面的一部分)構成之前端面72d和由圓錐台面構成之側面72e。在圖11(o)中，熱電子釋放面72a的徑向的最大寬度wa與圓錐台(側面72e)的直徑對應，熱電子釋放面72a的徑向的前端寬度為0。

(第2實施形態) 圖12係詳細地表示第2實施形態之第1陰極154的構成之剖面圖。第2實施形態之第1陰極154進一步包括第2熱屏蔽件78，在這點上，與第1實施形態不同。以下，關於第2實施形態，重點說明與第1實施形態的不同點，關於共同點，則適當省略說明。

第1陰極154包括第1加熱源70、第1陰極罩72、第1隔熱器74、第1熱屏蔽件76及第2熱屏蔽件78。第1加熱源70、第1陰極罩72、第1隔熱器74及第1熱屏蔽件76與第1實施形態相同地構成。

第2熱屏蔽件78在第1熱屏蔽件76的徑向外側沿軸向延伸成筒狀。第2熱屏蔽件78藉由反射來自處於高溫狀態之第1熱屏蔽件76的熱輻射來抑制來自第1熱屏蔽件76的熱放出，從而促進第1熱屏蔽件76的溫度上升。第2熱屏蔽件78藉由促進第1熱屏蔽件76的溫度上升來促進第1陰極罩72及第1隔熱器74的溫度上升。在第2實施形態中，第2熱屏蔽件78的電勢與第1陰極罩72、第1隔熱器74及第1熱屏蔽件76的電勢相同。

第2熱屏蔽件78具有相對於軸向旋轉對稱的形狀，例如以與中心軸C成為同軸之方式配置。第2熱屏蔽件78具有朝向電弧室50的內部在箭頭A1的方向上突出之第2前端部78a和朝向電弧室50的外部在箭頭A2的方向上突出之第2末端部78b。

與第1熱屏蔽件76的第1前端部76a相比，圖12所示之第2前端部78a朝向電弧室50的內部更突出。亦即，第2前端部78a在軸向的位置位於比第1前端部76a在軸向的位置更靠電弧室50的內部側。第2末端部78b安裝於第1陰極支撐構件64。在變形例中，第2末端部78b可以安裝於第1熱屏蔽件76或第1隔熱器74。

第2熱屏蔽件78具有在第2前端部78a沿軸向開口之第2前端開口78c。第2前端開口78c使從第1陰極罩72朝向內部空間S供給之熱電子通過。第2前端開口78c處的徑向的第2開口寬度w2大於第1前端開口76c處的徑向的第1開口寬度w1。圖12所示之第2前端開口78c的第2開口寬度w2大於熱電子釋放面72a的徑向的最大寬度wa。第2前端開口78c處的徑向的第2開口寬度w2小於第1熱屏蔽件76的第1延伸部76d的外表面76h的徑向的最大寬度w1a。

第2熱屏蔽件78具有從第2末端部78b朝向第2前端部78a沿軸向延伸成筒狀之第2延伸部78d。第2延伸部78d在徑向上與第1熱屏蔽件76的第1延伸部76d隔開間隙而相鄰。第2延伸部78d具有第2圓筒部78f和第2錐部78g。

第2圓筒部78f為第2延伸部78d的內表面78e的徑向的寬度為恆定之部分，以在徑向上與第1熱屏蔽件76的第1圓筒部76f隔開間隙而相鄰之方式配置。第2圓筒部78f以至少內表面78e呈圓筒形狀之方式構成。第2圓筒部78f例如以從第2延伸部78d的內表面78e至第1延伸部76d的外表面76h為止的間隔d3為恆定之方式構成。圖12所示之第2圓筒部78f的軸向的長度與第1圓筒部76f的軸向的長度相同。在變形例中，第2圓筒部78f的軸向的長度可以大於或小於第1圓筒部76f的軸向的長度。

第2錐部78g為第2延伸部78d的內表面78e的徑向的寬度在軸向上變化之部分，且為第2延伸部78d的內表面78e的徑向的寬度隨著朝向電弧室50的內部而變小之部分。第2錐部78g以在徑向上與第1熱屏蔽件76的第1錐部76g隔開間隙而相鄰之方式配置，並沿著第1錐部76g而配置。第2錐部78g以至少內表面78e呈圓錐形狀之方式構成。圖12所示之第2錐部78g以從第2延伸部78d的內表面78e至第1延伸部76d的外表面76h為止的間隔d4為恆定之方式構成。另外，在變形例中，間隔d4可以根據軸向的位置而變化，可以以間隔d4隨著朝向電弧室50的內部而變小之方式構成，亦可以以間隔d4隨著朝向電弧室50的內部而變大之方式構成。圖12所示之第2錐部78g的軸向的長度大於第1錐部76g的軸向的長度。在變形例中，第2錐部78g的軸向的長度可以與第1錐部76g的軸向的長度相同，亦可以比其小。

在第2實施形態中，藉由將上述的特徵(1)及(2)組合而採用，使得在低電弧條件下生成更多的多價離子。具體而言，藉由將複數個熱屏蔽件76、78組合而使用，與使用一個熱屏蔽件76之情況相比，能夠促進第1陰極罩72的溫度上升。再者，藉由利用第1熱屏蔽件76縮窄從第1陰極罩72朝向電弧室50的內部空間S釋放熱電子之範圍，能夠在更窄的範圍內生成更高密度的電漿。

(第2實施形態之變形例) 以下，參照圖13(a)~圖16(b)示出第2實施形態之第1陰極154的變形例。以下，示出第1陰極罩72、第1熱屏蔽件76及第2熱屏蔽件78的結構，重點說明與在上述的實施形態中所說明之內容的不同點，關於共同點，則適當省略說明。

圖13(a)~圖13(c)係示意地表示變形例之第1陰極154A、154B、154C的構成之剖面圖。在圖13(a)所示之第1陰極154A中，第1前端部76a及第2前端部78a在軸向的位置相同，與第1陰極罩72的前端(前端面72d)相比，第1前端部76a及第2前端部78a朝向電弧室的內部更突出。在圖13(b)所示之第1陰極154B中，第1陰極罩72的前端(前端面72d)、第1前端部76a及第2前端部78a在軸向的位置相同。在圖13(c)所示之第1陰極154C中，第1前端部76a及第2前端部78a在軸向的位置相同，與第1前端部76a及第2前端部78a相比，第1陰極罩72的前端(前端面72d)朝向電弧室的內部更突出。

圖14(a)~圖14(c)係示意地表示變形例之第1陰極154D、154E、154F的構成之剖面圖。在圖14(a)所示之第1陰極154D中，第1陰極罩72的前端(前端面72d)和第1前端部76a在軸向的位置相同，與第1陰極罩72的前端(前端面72d)及第1前端部76a相比，第2前端部78a朝向電弧室的內部更突出。在圖14(b)所示之第1陰極154E中，第1陰極罩72的前端(前端面72d)及第2前端部78a在軸向的位置相同，與第1前端部76a相比，第1陰極罩72的前端(前端面72d)及第2前端部78a朝向電弧室的內部更突出。在圖14(c)所示之第1陰極154F中，與第1前端部76a相比，第2前端部78a朝向電弧室的內部更突出，與第2前端部78a相比，第1陰極罩72的前端(前端面72d)朝向電弧室的內部更突出。

圖15(a)、圖15(b)係示意地表示變形例之第1陰極154G、154H的構成之剖面圖。在圖15(a)、圖15(b)所示之第1陰極154G、154H中，以第2熱屏蔽件78的第2前端部78a向徑向內側延伸之方式構成。又，第2前端開口78c具有徑向的寬度隨著朝向電弧室的內部而變大之錐形。

在圖15(a)中，以第2前端開口78c處的徑向的第2開口寬度w2小於第1陰極罩72的熱電子釋放面72a的最大寬度wa，且大於第1前端開口76c處的徑向的第1開口寬度w1及第1陰極罩72的熱電子釋放面72a的徑向的前端寬度wb(前端面72d的徑向的寬度wb)之方式構成。另外，在進一步的變形例中，第2前端開口78c的第2開口寬度w2可以與第1前端開口76c的第1開口寬度w1相同。亦即，第2前端開口78c的第2開口寬度w2可以為第1前端開口76c的第1開口寬度w1以上。

在圖15(b)中，以第2前端開口78c處的徑向的第2開口寬度w2小於第1陰極罩72的熱電子釋放面72a的最大寬度wa及第1前端開口76c處的徑向的第1開口寬度w1，且大於第1陰極罩72的熱電子釋放面72a的徑向的前端寬度wb(前端面72d的徑向的寬度wb)之方式構成。在該情況下，第2前端開口78c亦與第1前端開口76c相同地，以縮窄從熱電子釋放面72a釋放之熱電子的通過範圍之方式構成。在進一步的變形例中，第2前端開口78c的第2開口寬度w2可以與第1陰極罩72的熱電子釋放面72a的徑向的前端寬度wb(前端面72d的徑向的寬度wb)相同，亦可以比其小。

在圖15(a)、圖15(b)中，藉由向徑向內側延伸之第2前端部78a調整第2前端開口78c的第2開口寬度w2。在進一步的變形例中，在第2前端部78a未向徑向內側延伸之構成，亦即，如圖12~圖14(c)所示之構成中，可以設定與第1陰極罩72的熱電子釋放面72a的最大寬度wa、前端寬度wb(前端面72d的徑向的寬度wb)、第1前端開口76c的第1開口寬度w1中的任一者相同或比任一者小的第2開口寬度w2。

圖16(a)、圖16(b)係示意地表示變形例之第1陰極154I、154J的構成之剖面圖。在圖16(a)、圖16(b)所示之第1陰極154I、154J中，第2熱屏蔽件78的第2延伸部78d具有第2圓筒部78f，但不具有第2錐部78g。在圖16(a)、圖16(b)中，第2圓筒部78f在徑向上與第1錐部76g隔開間隙而相鄰，在第2圓筒部78f的前端設置有第2前端部78a。

在圖16(a)中，第2前端部78a從第2圓筒部78f向徑向內側延伸。又，第2前端開口78c具有徑向的寬度隨著朝向電弧室的內部而變大之錐形。在圖16(a)中，第2前端開口78c處的徑向的第2開口寬度w2小於第1前端開口76c處的徑向的第1開口寬度w1，且大於第1陰極罩72的熱電子釋放面72a的徑向的前端寬度wb(前端面72d的徑向的寬度wb)。在該情況下，第2前端開口78c亦與第1前端開口76c相同地，以縮窄從熱電子釋放面72a釋放之熱電子的通過範圍之方式構成。在進一步的變形例中，第2前端開口78c的第2開口寬度w2可以與第1陰極罩72的熱電子釋放面72a的徑向的前端寬度wb(前端面72d的徑向的寬度wb)相同，亦可以比其小。另外，第2前端開口78c的第2開口寬度w2可以與第1前端開口76c的第1開口寬度w1相同，亦可以比其大。在該情況下，第2前端開口78c的第2開口寬度w2可以小於第1熱屏蔽件76的第1延伸部76d的徑向的最大寬度w1a，亦可以與其相同，亦可以比其大。

在圖16(b)中，第2前端部78a並未從第2圓筒部78f向徑向內側延伸。因此，在圖16(b)中，第2前端開口78c處的徑向的第2開口寬度w2與第2延伸部78d的內表面78e的徑向的寬度對應，且大於第1延伸部76d的徑向的最大寬度w1a。

在第2實施形態的進一步的變形例中，作為第2熱屏蔽件78的形狀，可以採用與圖9(a)、圖10(a)、圖10(b)所示之第1熱屏蔽件76相同的形狀。又，作為第1陰極罩72的形狀，可以採用圖11(a)~圖11(o)所示之第1陰極罩72。再者，在第2實施形態中，亦能夠將與圖3~圖10(b)所示之第1陰極罩72和第1熱屏蔽件76的配置有關之特徵及與圖3~圖10(b)所示之第1熱屏蔽件76的形狀有關之特徵適當組合而使用。

(第3實施形態) 圖17係詳細地表示第3實施形態之第1陰極254的構成之剖面圖。第3實施形態之第1陰極254在電弧室50中安裝有第1熱屏蔽件276，在這點上，與第1實施形態不同。以下，關於第3實施形態，重點說明與第1實施形態的不同點，關於共同點，則適當省略說明。

第1陰極254包括第1加熱源70、第1陰極罩72、第1隔熱器74及第1熱屏蔽件276。第1加熱源70、第1陰極罩72及第1隔熱器74與第1實施形態相同地構成。

第1熱屏蔽件276設置於第1陰極罩72的徑向外側。第1熱屏蔽件276具有朝向電弧室50的內部在箭頭A1的方向上突出之第1前端部276a和朝向電弧室50的外部在箭頭A2的方向上突出之第1末端部276b。與第1陰極罩72相比，第1前端部276a朝向電弧室50的內部更突出。亦即，第1前端部276a在軸向的位置位於比第1陰極罩72的前端(前端面72d)在軸向的位置更靠電弧室50的內部側。第1末端部276b安裝於電弧室50，例如安裝於電弧室50的第1端壁50c。第1熱屏蔽件276可以以與第1端壁50c成為一體之方式構成，亦可以以從第1端壁50c朝向電弧室50的內部沿軸向延伸之方式構成。

第1熱屏蔽件276具有在第1前端部276a沿軸向開口之第1前端開口276c。第1前端開口276c使從第1陰極罩72朝向內部空間S供給之熱電子通過。第1前端開口276c處的徑向的第1開口寬度w1小於第1陰極罩72的徑向的最大寬度(凸緣72c的位置處的徑向的寬度)，且小於熱電子釋放面72a的徑向的最大寬度wa。第1前端開口276c的第1開口寬度w1大於熱電子釋放面72a的徑向的前端寬度wb(前端面72d的徑向的寬度wb)。

第1熱屏蔽件276具有從第1末端部276b朝向第1前端部276a沿軸向延伸成筒狀之第1延伸部276d。第1延伸部276d在徑向上與第1陰極罩72隔開間隙而相鄰。第1延伸部276d具有第1延伸部276d的內表面276e的徑向的寬度隨著朝向電弧室50的內部而變小之第1錐部276g。第1延伸部276d以其全體成為第1錐部276g之方式構成。第1錐部276g以在徑向上與第1陰極罩72隔開間隙而相鄰之方式配置，並沿著第1陰極罩72的熱電子釋放面72a(側面72e)而配置。第1錐部276g以至少內表面276e呈圓錐台形狀之方式構成。第1錐部276g例如以從第1延伸部276d的內表面276e至第1陰極罩72為止的間隔d2為恆定之方式構成。例如，第1錐部276g的內表面276e相對於徑向的傾斜角θ2與第1陰極罩72的側面72e相對於徑向的傾斜角θ1相同。第1錐部276g亦可以以外表面276h呈圓錐台形狀之方式構成。

在第3實施形態中，第1熱屏蔽件276的電勢與電弧室50的電勢相同。電弧室50與第1陰極罩72之間施加有基於第1電弧電源58c之電弧電壓。因此，第1熱屏蔽件276的電勢與第1陰極罩72及第1隔熱器74的電勢不同，比第1陰極罩72及第1隔熱器74高出與電弧電壓相當的量。第1熱屏蔽件276相對於第1陰極罩72及第1隔熱器74的電勢(亦即，電弧電壓)例如為+30V~+150V。

在第3實施形態中，藉由採用上述的特徵(3)，使得在低電弧條件下生成更多的多價離子。具體而言，藉由對第1熱屏蔽件276施加用以引出熱電子之電壓(在此，與電弧電壓相同)，能夠從第1陰極罩72朝向電弧室50的內部更高效率地引出熱電子。其結果，與第1熱屏蔽件276及第1陰極罩72的電勢變相同的情況相比，能夠朝向電弧室50的內部空間S供給更多的熱電子，即使為低電弧條件，亦能夠生成更高密度的電漿。

依第3實施形態，藉由與第1陰極罩72的前端(前端面72d)相比使第1熱屏蔽件276的第1前端部276a朝向電弧室50的內部更突出，能夠更高效率地引出從第1陰極罩72的前端(前端面72d)釋放之熱電子。藉此，相較於與第1前端部276a相比，第1陰極罩72的前端(前端面72d)朝向電弧室50的內部更突出之構成，能夠朝向電弧室50的內部空間S供給更多的熱電子。

在第3實施形態中，藉由將上述的特徵(1)進一步組合而採用，能夠在低電弧條件下生成更多的多價離子。具體而言，藉由將第1熱屏蔽件276的第1前端部276a的徑向的第1開口寬度w1設為小於熱電子釋放面72a的徑向的最大寬度wa，能夠向電弧室50的內部空間S的更窄的範圍供給更多的熱電子而生成更高密度的電漿。

(第3實施形態之變形例) 在第3實施形態中，亦能夠採用與第1實施形態之變形例中的第1熱屏蔽件76相同的結構。在第1熱屏蔽件276中，從第1熱屏蔽件276的內表面276e至第1陰極罩72為止的間隔d2可以根據軸向的位置而變化。如圖6(a)，從第1熱屏蔽件276的內表面276e至第1陰極罩72為止的間隔d2可以以隨著朝向電弧室的內部而變小之方式構成。如圖6(b)，從第1熱屏蔽件276的內表面276e至第1陰極罩72為止的間隔d2亦可以以隨著朝向電弧室的內部而變大之方式構成。

與圖7(a)相同地，第1熱屏蔽件276可以以第1前端部276a的徑向的第1開口寬度w1與熱電子釋放面72a的徑向的前端寬度wb(前端面72d的徑向的寬度wb)相同的方式構成。與圖7(b)相同地，第1熱屏蔽件276亦可以以第1前端部276a的徑向的第1開口寬度w1小於熱電子釋放面72a的徑向的前端寬度wb(前端面72d的徑向的寬度wb)的方式構成。

與圖8(a)相同地，第1熱屏蔽件276亦可以以第1前端部276a向徑向內側延伸之方式構成。在該情況下，第1前端開口276c可以具有徑向的寬度隨著朝向電弧室的內部而變大之錐形。第1前端開口276c處的徑向的第1開口寬度w1可以小於熱電子釋放面72a的徑向的前端寬度wb(前端面72d的徑向的寬度wb)，亦可以與其相同，亦可以比其大。

與圖9(a)相同地，第1熱屏蔽件276可以以只有第1錐部276g的內表面276e呈錐形，第1錐部276g的外表面並不呈錐形之方式構成。與圖9(b)相同地，第1熱屏蔽件276亦可以以第1延伸部276d僅包括第1圓筒部，而不包括第1錐部276g之方式構成。在該情況下，第1前端部276a可以以向徑向內側延伸之方式構成。第1前端開口276c可以具有徑向的寬度隨著朝向電弧室的內部而變大之錐形。

與圖10(a)相同地，第1熱屏蔽件276的第1錐部276g可以構成為圓頂狀。亦即，第1錐部276g的內表面276e及外表面276h可以由朝向徑向外側及電弧室的內部側凸出之曲面構成。第1錐部276g的內表面276e及外表面276h亦可以以成為球面、橢圓球面或旋轉拋物面的一部分之方式構成。

圖18(a)、圖18(b)係示意地表示變形例之第1陰極254A、254B的構成之剖面圖。在圖18(a)所示之第1陰極254A中，第1熱屏蔽件276的第1延伸部276d具有第1圓筒部276f及第1錐部276g。第1圓筒部276f為第1延伸部276d的內表面276e的徑向的寬度為恆定之部分。第1圓筒部276f設置於比第1錐部276g更靠電弧室的外部側。第1末端部276b設置於第1圓筒部276f的末端。第1錐部276g設置於比第1圓筒部276f更靠電弧室的內部側。第1前端部276a設置於第1錐部276g的前端。

在圖18(a)中，第1前端開口276c處的徑向的第1開口寬度w1小於第1陰極罩72的熱電子釋放面72a的徑向的最大寬度wa，且大於熱電子釋放面72a的徑向的前端寬度wb(前端面72d的徑向的寬度wb)。另外，第1前端開口276c的第1開口寬度w1可以與熱電子釋放面72a的徑向的最大寬度wa相同，亦可以比其大。第1前端開口276c的第1開口寬度w1可以與熱電子釋放面72a的徑向的前端寬度wb(前端面72d的徑向的寬度wb)相同，亦可以比其小。

在圖18(b)所示之第1陰極254B中，第1熱屏蔽件276的第1延伸部276d具有第1圓筒部276f，但不具有第1錐部(例如，圖18(a)的276g)。第1延伸部276d以第1延伸部276d的內表面276e的徑向的寬度為恆定之方式構成。第1前端部276a設置於第1圓筒部276f的前端。第1末端部276b設置於第1圓筒部276f的末端。在圖18(b)中，第1前端開口276c處的徑向的第1開口寬度w1大於第1陰極罩72的熱電子釋放面72a的徑向的最大寬度wa。

在第3實施形態的進一步的變形例中，作為第1陰極罩72的形狀，可以採用圖11(a)~圖11(o)所示之第1陰極罩72的形狀。

在第3實施形態的進一步的變形例中，第1熱屏蔽件276的電勢可以與電弧室50的電勢不同。在該情況下，第1熱屏蔽件276可以經由設置於第1熱屏蔽件276與電弧室50之間之電絕緣構件安裝於第1端壁50c。第1熱屏蔽件276的電勢可以低於電弧室50的電勢。例如，電弧室50相對於第1陰極罩72的電勢可以為+30V~+150V，另一方面，第1熱屏蔽件276相對於第1陰極罩72的電勢可以為+5V~+100V。

(第4實施形態) 圖19係詳細地表示第4實施形態之第1陰極354的構成之剖面圖。第4實施形態之第1陰極354包括安裝於電弧室50之第2熱屏蔽件378，在這點上，與第1實施形態及第2實施形態不同。以下，關於第4實施形態，重點說明與第1實施形態的不同點，關於共同點，則適當省略說明。

第1陰極354包括第1加熱源70、第1陰極罩72、第1隔熱器74、第1熱屏蔽件76及第2熱屏蔽件378。第1加熱源70、第1陰極罩72、第1隔熱器74及第1熱屏蔽件76與第1實施形態相同地構成。

第2熱屏蔽件378在第1熱屏蔽件76的徑向外側沿軸向延伸成筒狀。第2熱屏蔽件378具有相對於軸向旋轉對稱的形狀，例如以與圖4所示之中心軸C成為同軸之方式配置。第2熱屏蔽件378藉由反射來自處於高溫狀態之第1熱屏蔽件76的熱輻射來抑制來自第1熱屏蔽件76的熱放出，從而促進第1熱屏蔽件76的溫度上升。第2熱屏蔽件378藉由促進第1熱屏蔽件76的溫度上升來促進第1隔熱器74及第1陰極罩72的溫度上升。

在第4實施形態中，第2熱屏蔽件378的電勢與電弧室50的電勢相同，第1熱屏蔽件76的電勢與第1陰極罩72的電勢相同。電弧室50與第1陰極罩72之間施加有基於第1電弧電源58c之電弧電壓。因此，第2熱屏蔽件378的電勢與第1陰極罩72、第1隔熱器74及第1熱屏蔽件76的電勢不同，比第1陰極罩72、第1隔熱器74及第1熱屏蔽件76高出與電弧電壓相當的量。第2熱屏蔽件378相對於第1陰極罩72、第1隔熱器74及第1熱屏蔽件76的電勢(亦即，電弧電壓)例如為+30V~+150V。

第2熱屏蔽件378具有朝向電弧室50的內部在箭頭A1的方向上突出之第2前端部378a和朝向電弧室50的外部在箭頭A2的方向上突出之第2末端部378b。與第1陰極罩72及第1熱屏蔽件76相比，第2前端部378a朝向電弧室50的內部更突出。亦即，第2前端部378a在軸向的位置位於比第1陰極罩72的前端(前端面72d)在軸向的位置更靠電弧室50的內部側，且位於比第1熱屏蔽件76的第1前端部76a在軸向的位置更靠電弧室50的內部側。第2末端部378b安裝於電弧室50，例如安裝於電弧室50的第1端壁50c。

第2熱屏蔽件378具有在第2前端部378a沿軸向開口之第2前端開口378c。第2前端開口378c使從第1陰極罩72朝向內部空間S供給之熱電子通過。第2前端開口378c處的徑向的第2開口寬度w2小於第1熱屏蔽件76的外表面76h的徑向的最大寬度w1a。圖19所示之第2前端開口378c的第2開口寬度w2大於第1前端開口76c處的徑向的第1開口寬度w1，且大於熱電子釋放面72a的徑向的最大寬度wa。另外，第2前端開口378c的第2開口寬度w2亦可以與第1前端開口76c處的徑向的第1開口寬度w1相同。亦即，第2前端開口378c的第2開口寬度w2可以為第1前端開口76c處的徑向的第1開口寬度w1以上。

第2熱屏蔽件378具有從第2末端部378b朝向第2前端部378a沿軸向延伸成筒狀之第2延伸部378d。第2延伸部378d在徑向上與第1熱屏蔽件76的第1延伸部76d隔開間隙而相鄰。第2延伸部378d具有第2延伸部378d的內表面378e的徑向的寬度隨著朝向電弧室50的內部而變小之第2錐部378g。第2延伸部378d以其全體成為第2錐部378g之方式構成。第2錐部378g以在徑向上與第1錐部76g隔開間隙而相鄰之方式配置，並沿著第1錐部76g的外表面76h而配置。第2錐部378g以至少內表面378e呈圓錐台形狀之方式構成。 第2錐部378g亦可以以外表面378h呈圓錐台形狀之方式構成。第2錐部378g例如以從第2延伸部378d的內表面378e至第1延伸部76d的外表面76h為止的間隔d4為恆定之方式構成。

在第4實施形態中，藉由將上述的特徵(1)~(3)組合而採用，使得在低電弧條件下生成更多的多價離子。具體而言，藉由利用第1熱屏蔽件76縮窄從第1陰極罩72朝向電弧室50的內部空間S釋放熱電子之範圍，能夠在更窄的範圍內生成更高密度的電漿。又，藉由使用複數個熱屏蔽件76、378，與使用一個熱屏蔽件76之情況相比，能夠促進第1陰極罩72的溫度上升。再者，藉由對第2熱屏蔽件378施加用以引出熱電子之電壓(在此，與電弧電壓相同)，能夠從第1陰極罩72朝向電弧室50的內部更高效率地引出熱電子。

依第4實施形態，由於第2前端開口378c的第2開口寬度w2為第1前端開口76c處的徑向的第1開口寬度w1以上，因此從第1陰極罩72朝向電弧室50的內部空間S釋放熱電子之範圍受到第1前端開口76c的第1開口寬度w1的限制。其結果，能夠利用第1熱屏蔽件76實現上述的特徵(1)，能夠利用第2熱屏蔽件378實現特徵(3)。藉由利用個別的熱屏蔽件76、378分別實現兩個特徵(1)、(3)，能夠將熱屏蔽件76、378的形狀確定為最適合於各個特徵(1)、(3)。

(第4實施形態之變形例) 圖20係詳細地表示變形例之第1陰極354A的構成之剖面圖。在圖20所示之第1陰極354A中，第2熱屏蔽件378以與電弧室50的第1端壁50c成為一體之方式構成。亦即，電弧室50的第1端壁50c具有以在電弧室50的內部沿軸向延伸之方式構成之第2熱屏蔽件378。

第2熱屏蔽件378具有接合於第1端壁50c之第2末端部378b。第2熱屏蔽件378具有從第2末端部378b朝向第2前端部378a沿軸向延伸之第2延伸部378d。第2延伸部378d具有以第2延伸部378d的內表面378e及外表面378h的徑向的寬度為恆定之方式構成之第2圓筒部378f。第2延伸部378d僅由第2圓筒部378f構成，而不具有第2錐部(例如圖19的378g)。第2前端部378a以從第2延伸部378d的前端向徑向內側延伸之方式構成。第2前端開口378c具有徑向的寬度隨著朝向電弧室50的內部而變大之錐形。

另外，如圖19所示，圖20所示之第2延伸部378d可以僅具有第2錐部378g。圖20所示之第2延伸部378d與圖18(a)所示之第1熱屏蔽件276相同地，亦可以具有第2圓筒部378f及第2錐部378g這兩者。第2前端開口378c的第2開口寬度w2可以大於第1熱屏蔽件76的外表面76h的徑向的最大寬度w1a，亦可以與其相同，亦可以比其小。第2前端開口378c的第2開口寬度w2可以大於第1陰極罩72的徑向的最大寬度，亦可以與其相同，亦可以比其小。第2前端開口378c的第2開口寬度w2可以大於熱電子釋放面72a的徑向的最大寬度wa，亦可以與其相同，亦可以比其小。第2前端開口378c的第2開口寬度w2可以大於第1前端開口76c的第1開口寬度w1，亦可以與其相同，亦可以比其小。第2前端開口378c的第2開口寬度w2可以大於熱電子釋放面72a的徑向的前端寬度wb(前端面72d的徑向的寬度wb)，亦可以與其相同，亦可以比其小。

在第4實施形態中，能夠適用上述的第1實施形態之變形例。作為第4實施形態之第1陰極罩72及第1熱屏蔽件76，能夠使用圖3~圖10(b)所示之結構。又，作為第4實施形態之第1陰極罩72的形狀，亦能夠使用圖11(a)~圖11(o)所示之形狀。又，作為第4實施形態之第2熱屏蔽件378，可以使用與圖12~圖16(b)所示之第2熱屏蔽件78相同的結構。

(第5實施形態) 圖21係表示第5實施形態之離子生成裝置410的概略構成之剖面圖。在第5實施形態中，反射極456包括熱屏蔽件86(以下，亦稱為第3熱屏蔽件86)，在這點上，與上述的第1實施形態不同。以下，關於第5實施形態，重點說明與第1實施形態的不同點，關於共同點，則適當省略說明。

離子生成裝置410具備電弧室50、磁場生成器52、第1陰極54、反射極456、第1燈絲電源58a、第1陰極電源58b、第1電弧電源58c、引出電源58d、反射極電源58e。電弧室50、磁場生成器52、第1陰極54及各種電源58a~58e與第1實施形態相同地構成。另外，亦可以不設置反射極電源58e，而可以構成為反射極456成為浮動電勢。又，在未設置反射極電源58e之構成中，可以藉由將電弧電源58c連接於反射極456而對反射極456施加電弧電壓。

反射極456包括反射極頭80、反射極軸82、反射極連接部84及第3熱屏蔽件86。反射極頭80及反射極軸82與上述的第1實施形態相同地構成。

反射極連接部84設置於反射極頭80與反射極軸82之間，具有沿徑向延伸之圓板形狀。第3熱屏蔽件86設置於反射極頭80的徑向外側，從反射極連接部84的外周朝向電弧室50的內部沿軸向延伸成筒狀。第3熱屏蔽件86藉由反射來自處於高溫狀態之反射極頭80的熱輻射來抑制來自反射極頭80的熱放出，從而促進反射極頭80的溫度上升。反射極連接部84及第3熱屏蔽件86由高熔點材料構成，例如使用鎢、鉬、鉭等高熔點金屬、該等的合金或石墨。

圖22係詳細地表示第5實施形態之反射極456的構成之剖面圖，係圖21所示之反射極456的放大圖。在圖22中，以第2端壁50d為基準，用箭頭A3示出從電弧室50的外部朝向內部沿軸向延伸之方向。箭頭A3為沿著軸向朝向電弧室50的內部側之方向。箭頭A4為與箭頭A3相反的方向，且為壓著軸向朝向電弧室50的外部側之方向。

反射極頭80為朝向電弧室50的內部在軸向上突出之實心構件，以於內部空間S露出之方式配置。反射極頭80具有相對於沿軸向延伸之中心軸C旋轉對稱的形狀，例如具有圓柱的上表面及下表面的緣部被倒角之形狀。反射極頭80具有由朝向電弧室50的內部在軸向上露出之平面構成之前端面80a、由朝向電弧室50的外部之平面構成之末端面80b及由朝向徑向外側之圓筒面構成之側面80c。反射極連接部84具有相對於沿軸向延伸之中心軸C旋轉對稱的形狀，並以與反射極頭80及反射極軸82成為同軸之方式配置。

第3熱屏蔽件86具有朝向電弧室50的內部在箭頭A3的方向上突出之第3前端部86a。第3熱屏蔽件86具有在第3前端部86a沿軸向開口之第3前端開口86c。第3熱屏蔽件86具有從反射極連接部84朝向第3前端部86a沿軸向延伸成筒狀之第3延伸部86d。第3延伸部86d在徑向上與反射極頭80隔開間隙而相鄰。第3熱屏蔽件86具有相對於沿軸向延伸之中心軸C旋轉對稱的形狀。第3熱屏蔽件86例如以與反射極頭80、反射極軸82及反射極連接部84成為同軸之方式配置。

第3熱屏蔽件86的第3前端部86a在軸向的位置與反射極頭80的前端(前端面80a)在軸向的位置相同。在變形例中，與反射極頭80的前端(前端面80a)相比，第3熱屏蔽件86的第3前端部86a可以朝向電弧室的內部更突出。在另一變形例中，與第3熱屏蔽件86的第3前端部86a相比，反射極頭80的前端(前端面80a)可以朝向電弧室的內部更突出。

第3延伸部86d具有第3圓筒部86f。第3圓筒部86f為第3延伸部86d的內表面86e的徑向的寬度為恆定之部分。第3圓筒部86f以至少內表面86e呈圓筒形狀之方式構成。第3圓筒部86f例如以從第3延伸部86d的內表面86e至反射極頭80的側面80c為止的間隔d5為恆定之方式構成。圖22所示之第3延伸部86d以僅由第3圓筒部86f構成，而不具有錐部之方式構成。另外，在變形例中，第3熱屏蔽件86的第3延伸部86d可以具有第3錐部。第3錐部以第3延伸部86d的內表面86e的徑向的寬度根據軸向的位置而變化之方式構成。例如，第3延伸部86d的內表面86e的徑向的寬度可以以隨著朝向電弧室的內部而變大之方式構成，相反地，亦可以以隨著朝向電弧室的內部而變小之方式構成。亦即，從第3延伸部86d的內表面86e至反射極頭80的側面80c為止的間隔d5可以以隨著朝向電弧室的內部而變大之方式構成，相反地，亦可以以隨著朝向電弧室的內部而變小之方式構成。

在第5實施形態中，藉由採用上述的特徵(4)，使得在低電弧條件下生成更多的多價離子。反射極頭80藉由與在電漿生成區域P中生成之電漿的相互作用而被加熱，從而成為高溫狀態。第3熱屏蔽件86藉由反射來自處於高溫狀態之反射極頭80的熱輻射來抑制來自反射極頭80的熱放出，從而促進反射極頭80的溫度上升。從維持在高溫狀態之反射極頭80釋放熱電子，因此藉由這樣的溫度上升的促進，能夠從反射極頭80朝向電弧室50的內部空間S供給更多的熱電子。因此，依本實施形態，藉由在反射極頭80的周圍設置第3熱屏蔽件86，能夠提高電漿生成區域P中的電漿生成效率。

第5實施形態之反射極456可以與第1實施形態的變形例之第1陰極組合而使用，亦可以與第2實施形態、第3實施形態或第4實施形態或該等的變形例之第1陰極組合而使用。

(第5實施形態之變形例) 圖23係詳細地表示變形例之反射極456A的構成之剖面圖。反射極456A包括反射極頭480、反射極軸82、反射極連接部84及第3熱屏蔽件86。在本變形例中，採用上述的特徵(5)，利用設置於反射極頭480的周圍之第3熱屏蔽件86來縮窄從反射極頭480朝向電弧室50的內部空間S釋放熱電子之範圍。關於本變形例，重點說明與上述之第5實施形態的不同點，關於共同點，則適當省略說明。

反射極頭480具有徑向的寬度隨著朝向電弧室50的內部而變小之錐形，例如具有在圖23的截面上左右對稱的梯形狀。反射極頭480具有相對於沿軸向延伸之中心軸C旋轉對稱的形狀，例如具有圓錐台形狀。反射極頭480具有由朝向電弧室50的內部在軸向上露出之平面構成之前端面480a和在相對於軸向傾斜之方向上露出之側面480c。反射極頭480的前端面480a及側面480c為朝向電弧室50的內部空間S釋放熱電子之熱電子釋放面。反射極頭480的前端面480a的徑向的寬度wd小於反射極頭480的徑向的最大寬度wc。

第3熱屏蔽件86的第3延伸部86d具有以內表面86e的徑向的寬度隨著朝向電弧室的內部而變小之方式構成之第3錐部86g。第3錐部86g以在徑向上與反射極頭480隔開間隙而相鄰之方式配置，並沿著反射極頭480的側面480c而配置。第3錐部86g以至少由內表面86e構成之空間呈圓錐台形狀之方式構成。第3錐部86g例如以從內表面86e至反射極頭480的側面480c為止的間隔d5為恆定之方式構成。

第3熱屏蔽件86的第3前端開口86c處的徑向的第3開口寬度w3小於反射極頭480的徑向的最大寬度wc，且大於反射極頭480的徑向的前端寬度wd(前端面480a的徑向的寬度wd)。因此，第3熱屏蔽件86的至少一部分以在軸向上與反射極頭480重疊之方式配置。更具體而言，第3熱屏蔽件86的第3前端開口86c的緣部的至少一部分在軸向上與反射極頭480的熱電子釋放面亦即側面480c重疊。

另外，作為反射極頭480及第3熱屏蔽件86的結構，能夠使用與圖3~圖10(b)所示之第1陰極罩72及第1熱屏蔽件76相同的結構。更具體而言，作為第3熱屏蔽件86的第3延伸部86d的結構，能夠使用圖3~圖10(b)所示之第1延伸部76d(或第1錐部76g)的結構。又，作為反射極頭480的形狀，能夠使用圖11(a)~圖11(o)所示之第1陰極罩72的形狀。

(第6實施形態) 圖24係詳細地表示第6實施形態之反射極556的構成之剖面圖。反射極556進一步包括追加的熱屏蔽件88(亦稱為第4熱屏蔽件88)，在這點上，與圖22所示之第5實施形態不同。在第6實施形態中，採用上述的特徵(6)，在反射極頭80的周圍設置複數個熱屏蔽件86、88來進一步促進反射極頭80的溫度上升。關於第6實施形態，重點說明與上述之第5實施形態的不同點，關於共同點，則適當省略說明。

反射極556包括反射極頭80、反射極軸82、反射極連接部84、第3熱屏蔽件86及第4熱屏蔽件88。反射極頭80、反射極軸82、反射極連接部84及第3熱屏蔽件86與第5實施形態相同地構成，但反射極連接部84的直徑比圖22大。

第4熱屏蔽件88設置於第3熱屏蔽件86的徑向外側，並從反射極連接部84的外周沿軸向延伸成筒狀。第4熱屏蔽件88具有朝向電弧室50的內部在箭頭A3的方向上突出之第4前端部88a。第4熱屏蔽件88具有在第4前端部88a沿軸向開口之第4前端開口88c。第4熱屏蔽件88具有從反射極連接部84朝向第4前端部88a沿軸向延伸成筒狀之第4延伸部88d。第4延伸部88d在徑向上與第3延伸部86d隔開間隙而相鄰。第4熱屏蔽件88具有相對於沿軸向延伸之中心軸C旋轉對稱的形狀。第4熱屏蔽件88例如以與反射極頭80、反射極軸82、反射極連接部84及第3熱屏蔽件86成為同軸之方式配置。

與反射極頭80的前端(前端面80a)及第3熱屏蔽件86的第3前端部86a相比，第4熱屏蔽件88的第4前端部88a朝向電弧室的內部更突出。在變形例中，第4熱屏蔽件88的第4前端部88a在軸向的位置可以與反射極頭80的前端(前端面80a)在軸向的位置相同，亦可以與第3熱屏蔽件86的第3前端部86a在軸向的位置相同。在另一變形例中，與第4熱屏蔽件88的第4前端部88a相比，反射極頭80的前端(前端面80a)及第3熱屏蔽件86的第3前端部86a中的至少一者朝向電弧室的內部更突出。

第4延伸部88d具有第4圓筒部88f。第4圓筒部88f為第4延伸部88d的內表面88e的徑向的寬度為恆定之部分。第4圓筒部88f以至少內表面88e呈圓筒形狀之方式構成。第4圓筒部88f例如以從第4延伸部88d的內表面88e至第3延伸部86d的外表面86h為止的間隔d6為恆定之方式構成。圖24所示之第4延伸部88d以僅由第4圓筒部88f構成，而不具有錐部之方式構成。另外，在變形例中，第4熱屏蔽件88的第4延伸部88d可以具有第4錐部。第4錐部以第4延伸部88d的內表面88e的徑向的寬度根據軸向的位置而變化之方式構成。例如，可以以第4延伸部88d的內表面488e的徑向的寬度隨著朝向電弧室的內部而變大之方式構成，相反地，亦可以以隨著朝向電弧室的內部而變小之方式構成。亦即，可以以從第4延伸部88d的內表面88e至第3延伸部86d的外表面86h為止的間隔d6隨著朝向電弧室的內部而變大之方式構成，相反地，亦可以以隨著朝向電弧室的內部而變小之方式構成。

第4熱屏蔽件88藉由反射來自處於高溫狀態之第3熱屏蔽件86的熱輻射來抑制來自第3熱屏蔽件86的熱放出，從而促進第3熱屏蔽件86的溫度上升。第4熱屏蔽件88促進第3熱屏蔽件86的溫度上升，其結果，促進反射極頭80的溫度上升。

第6實施形態之反射極556可以與第1實施形態的變形例之第1陰極組合而使用，亦可以與第2實施形態、第3實施形態或第4實施形態或該等的變形例之第1陰極組合而使用。

(第6實施形態之變形例) 圖25係詳細地表示變形例之反射極556A的構成之剖面圖。反射極556A包括反射極頭480、反射極軸82、反射極連接部84及第3熱屏蔽件86及第4熱屏蔽件88。在本變形例中，與圖23的變形例相同地，反射極頭480具有圓錐台形狀，第3熱屏蔽件86的第3延伸部86d具有第3錐部86g。又，第4熱屏蔽件88的第4延伸部88d具有第4錐部88g。

在本變形例中，藉由將上述的特徵(5)及(6)組合而採用，使得在低電弧條件下生成更多的多價離子。具體而言，藉由組合第3熱屏蔽件86及第4熱屏蔽件88，能夠進一步促進反射極頭480的溫度上升。再者，藉由利用第3熱屏蔽件86來縮窄從反射極頭480朝向電弧室50的內部空間S釋放熱電子之範圍，能夠在更窄的範圍內生成更高密度的電漿。

反射極556A可以具備與圖12所示之第1陰極154相同的結構。第3延伸部86d(或第3錐部86g)可以與圖3~圖16(b)所示之第1延伸部76d(或第1錐部76g)相同地構成。第4延伸部88d(第4錐部88g)可以與圖12~圖16(b)所示之第2延伸部78d(或第2錐部78g)相同地構成。反射極頭480可以具有與圖11(a)~圖11(o)所示之第1陰極罩72相同的形狀。

在圖25中，第4前端開口88c處的徑向的第4開口寬度w4大於第3前端開口86c的第3開口寬度w3、反射極頭480的最大寬度wc及反射極頭480的前端寬度wd。在進一步的變形例中，第4前端開口88c處的徑向的第4開口寬度w4可以與第3前端開口86c的第3開口寬度w3、反射極頭480的最大寬度wc及反射極頭480的前端寬度wd中的任一者相同，亦可以小於該等中的任一者。

(第7實施形態) 圖26係詳細地表示第7實施形態之反射極656的構成之剖面圖。第7實施形態之反射極656包括反射極頭80、反射極軸82及第3熱屏蔽件286。在第7實施形態中，第3熱屏蔽件286安裝於電弧室50，在這點上，與第5實施形態不同。以下，關於第7實施形態，重點說明與第5實施形態的不同點，關於共同點，則適當省略說明。

第3熱屏蔽件286具有朝向電弧室的內部在箭頭A3的方向上突出之第3前端部286a和朝向電弧室的外部在箭頭A4的方向上突出之第3末端部286b。與反射極頭80相比，第3前端部286a朝向電弧室50的內部更突出。亦即，第3前端部286a在軸向的位置位於比反射極頭80的前端(前端面80a)在軸向的位置更靠電弧室50的內部側。第3熱屏蔽件286具有在第3前端部286a沿軸向開口之第3前端開口286c。第3末端部286b安裝於電弧室50，例如安裝於電弧室50的第2端壁50d。第3熱屏蔽件286可以以與第2端壁50d成為一體之方式構成，亦可以以從第2端壁50d朝向電弧室50的內部沿軸向延伸之方式構成。

第3熱屏蔽件286具有從第3末端部286b朝向第3前端部286a沿軸向延伸成筒狀之第3延伸部286d。第3延伸部286d在徑向上與反射極頭80隔開間隙而相鄰。第3延伸部286d具有以第3延伸部286d的內表面286e的徑向的寬度為恆定之方式構成之第3圓筒部286f。圖26所示之第3延伸部286d以僅由第3圓筒部286f構成，而不具有錐部之方式構成。另外，在變形例中，第3熱屏蔽件286的第3延伸部286d可以具有第3錐部。

在第7實施形態中，藉由採用上述的特徵(7)，使得在低電弧條件下生成更多的多價離子。具體而言，藉由對第3熱屏蔽件286施加用以引出熱電子之電壓(在此，與反射極電壓相同)，能夠從反射極頭80朝向電弧室50的內部更高效率地引出熱電子。其結果，與反射極頭80及熱屏蔽件286的電勢相同的情況相比，能夠朝向電弧室50的內部空間S供給更多的熱電子，即使為低電弧條件，亦能夠生成更高密度的電漿。

第7實施形態之第3熱屏蔽件286與圖18(b)所示之第1熱屏蔽件276相同地構成。在變形例中，第3熱屏蔽件286可以與圖17或圖18(a)所示之第1熱屏蔽件276相同地構成。更具體而言，作為第3熱屏蔽件286的第3延伸部286d的結構，能夠使用圖17~圖18(b)所示之第1延伸部276d的結構。第7實施形態之第3熱屏蔽件286可以具有與圖3~圖10(b)所示之第1熱屏蔽件76相同的結構。又，作為反射極頭80的形狀，可以使用與圖17~圖18(b)所示之第1陰極罩72相同的圓錐台形狀，亦可以使用圖11(a)~圖11(o)所示之第1陰極罩72的形狀。

第7實施形態之反射極656可以與第1實施形態的變形例之第1陰極組合而使用，亦可以與第2實施形態、第3實施形態或第4實施形態或該等的變形例之第1陰極組合而使用。

(第8實施形態) 圖27係詳細地表示第8實施形態之反射極756的構成之剖面圖。第8實施形態之反射極756包括反射極頭80、反射極軸82、反射極連接部84、第3熱屏蔽件86及第4熱屏蔽件388。在第8實施形態中，第4熱屏蔽件388安裝於電弧室50，在這點上，與第6實施形態不同。以下，關於第8實施形態，重點說明與第6實施形態的不同點，關於共同點，則適當省略說明。

第4熱屏蔽件388具有朝向電弧室的內部在箭頭A3的方向上突出之第4前端部388a和朝向電弧室的外部在箭頭A4的方向上突出之第4末端部388b。與反射極頭80的前端(前端面80a)及第3熱屏蔽件86的第3前端部86a相比，第4前端部388a朝向電弧室50的內部更突出。亦即，第4前端部388a在軸向的位置位於比反射極頭80的前端(前端面80a)及第3熱屏蔽件86的第3前端部86a在軸向的位置更靠電弧室50的內部側。第4熱屏蔽件388具有在第4前端部388a沿軸向開口之第4前端開口388c。第4末端部388b安裝於電弧室50，例如安裝於電弧室50的第2端壁50d。第4熱屏蔽件388可以以與第2端壁50d成為一體之方式構成，亦可以以從第2端壁50d朝向電弧室50的內部沿軸向延伸之方式構成。

第4熱屏蔽件388具有從第4末端部388b朝向第4前端部388a沿軸向延伸成筒狀之第4延伸部388d。第4延伸部388d在徑向上與第3延伸部86d隔開間隙而相鄰。第4延伸部388d具有以第4延伸部388d的內表面388e的徑向的寬度為恆定之方式構成之第4圓筒部388f。圖27所示之第4延伸部388d以僅由第4圓筒部388f構成，而不具有錐部之方式構成。另外，在變形例中，第4熱屏蔽件388的第4延伸部388d可以具有第4錐部。

在第8實施形態中，藉由採用上述的特徵(6)、(7)，使得在低電弧條件下生成更多的多價離子。具體而言，藉由在反射極頭80的周圍設置複數個熱屏蔽件86、388，能夠促進反射極頭80的溫度上升。再者，藉由對第4熱屏蔽件388施加用以引出熱電子之電壓(在此，與反射極電壓相同)，能夠從反射極頭80朝向電弧室50的內部更高效率地引出熱電子。

第8實施形態之反射極756可以與圖19~圖20所示之第1陰極354、354A相同地構成。作為第3熱屏蔽件86的第3延伸部86d的結構，能夠使用圖19~圖20所示之第1延伸部76d(或第1錐部76g)的結構。又，作為第4熱屏蔽件388的第4延伸部388d的結構，能夠使用圖19~圖20所示之第2延伸部378d(或第2錐部378g)的結構。另外，作為第3熱屏蔽件86，可以使用與圖3~圖10(b)所示之第1熱屏蔽件76相同的結構，作為第4熱屏蔽件388，可以使用與圖12~圖16(b)所示之第2熱屏蔽件78相同的結構。作為反射極頭80的形狀，可以使用與圖19~圖20所示之第1陰極罩72相同的圓錐台形狀，亦可以使用圖11(a)~圖11(o)所示之第1陰極罩72的形狀。

第8實施形態之反射極756可以與第1實施形態的變形例之第1陰極組合而使用，亦可以與第2實施形態、第3實施形態或第4實施形態或該等的變形例之第1陰極組合而使用。

(第9實施形態) 圖28係表示第9實施形態之離子生成裝置810的概略構成之剖面圖。在第9實施形態中，代替反射極56而設置有第2陰極55，在這點上，與上述的第1實施形態不同。第9實施形態為設置有第1陰極54及第2陰極55這兩個陰極之雙陰極型的離子生成裝置。以下，關於第9實施形態，重點說明與第1實施形態的不同點，關於共同點，則適當省略說明。

離子生成裝置810具備電弧室50、磁場生成器52、第1陰極54、第2陰極55、第1燈絲電源58a、第1陰極電源58b、第1電弧電源58c、引出電源58d、第2燈絲電源58f、第2陰極電源58g及第2電弧電源58h。電弧室50、磁場生成器52、第1陰極54、第1燈絲電源58a、第1陰極電源58b、第1電弧電源58c及引出電源58d與第1實施形態相同地構成。

第2陰極55向電弧室50的內部空間S供給熱電子。第2陰極55隔著內部空間S而設置於與第1陰極54在軸向上相反的一側。第2陰極55插通於設置在第2端壁50d之第2陰極插通孔50h中，以與電弧室50電絕緣之狀態固定於第2陰極支撐構件65。第2陰極支撐構件65設置於電弧室50的外部。第2陰極55包括第2加熱源90、第2陰極罩92、第2隔熱器94及第2熱屏蔽件96。

第2加熱源90為用以對第2陰極罩92進行加熱之熱源。第2加熱源90例如為連接於第2燈絲電源58f之燈絲。第2加熱源90以在第2隔熱器94的內部與第2陰極罩92對向之方式配置。在第2加熱源90與第2陰極罩92之間連接有第2陰極電源58g，並被施加陰極電壓。

第2陰極罩92為朝向電弧室50的內部在軸向上突出之實心構件。第2陰極罩92例如具有圓錐台形狀。第2陰極罩92藉由被第2加熱源90加熱而朝向內部空間S釋放熱電子。在第2陰極罩92與電弧室50之間連接有第2電弧電源58h，並被施加電弧電壓。另外，亦可以將第1電弧電源58c和第2電弧電源58h共用化。例如，可以設為未設置第2電弧電源58h之構成，藉由將第1電弧電源58c連接於第2陰極罩92而對第2陰極罩92施加電弧電壓。

第2隔熱器94為支撐第2陰極罩92之圓筒狀構件，從第2陰極支撐構件65朝向第2陰極罩92沿軸向延伸。第2熱屏蔽件96在第2陰極罩92及第2隔熱器94的徑向外側沿軸向延伸成筒狀。第2熱屏蔽件96藉由反射來自處於高溫狀態之第2陰極罩92及第2隔熱器94的熱輻射來抑制來自第2陰極罩92及第2隔熱器94的熱放出，從而促進第2陰極罩92及第2隔熱器94的溫度上升。

第2陰極罩92、第2隔熱器94及第2熱屏蔽件96由高熔點材料構成，例如使用鎢、鉬、鉭等高熔點金屬、該等的合金或石墨。作為一例，第2陰極罩92及第2熱屏蔽件96由鎢構成，第2隔熱器94由鉭構成。

第2陰極55與圖3所示之第1實施形態之第1陰極54相同地構成。第2陰極55包括與將第1陰極54的構成要素的「第1」替換為「第2」者相同的構成。例如，第2熱屏蔽件96具有在第2陰極罩92的徑向外側沿軸向延伸成筒狀並在徑向上與第2陰極罩92隔開間隙而相鄰之第2延伸部、朝向電弧室的內部突出之第2前端部及在第2前端部沿軸向開口之第2前端開口。第2前端開口處的徑向的第2開口寬度小於第2陰極罩92的熱電子釋放面的徑向的最大寬度。

依第9實施形態，藉由併用第1陰極54和第2陰極55，能夠向電弧室50的內部空間S供給更多的熱電子。又，在第2陰極55中，第2前端開口處的徑向的第2開口寬度亦小於第2陰極罩的熱電子釋放面的徑向的最大寬度，因此能夠縮窄從第2陰極罩92朝向電弧室50的內部釋放熱電子之徑向的範圍。其結果，能夠向在徑向上受限之範圍集中供給熱電子，即使為低電弧條件，亦能夠在電漿生成區域P中生成高密度的電漿。

第9實施形態之第2陰極55可以與第1實施形態的變形例之第1陰極組合而使用，亦可以與第2實施形態、第3實施形態或第4實施形態或該等的變形例之第1陰極組合而使用。

(第9實施形態之變形例) 第2陰極55可以與圖5(a)~圖10(b)所示之變形例之第1陰極54A~54L相同地構成。第2陰極55的第2陰極罩92可以具有與圖11(a)~圖11(o)所示之變形例之第1陰極罩72相同的形狀。

第2陰極55可以與第2實施形態之第1陰極154相同地構成。在該情況下，第2陰極55包括與將第1陰極154的「第1加熱源70、第1陰極罩72、第1隔熱器74、第1熱屏蔽件76及第2熱屏蔽件78」分別替換為「第2加熱源、第2陰極罩、第2隔熱器、第3熱屏蔽件及第4熱屏蔽件」者相同的構成。亦即，第2陰極55包括第2加熱源、第2陰極罩、第2隔熱器、第3熱屏蔽件及第4熱屏蔽件。第3熱屏蔽件具有在第2陰極罩及第2隔熱器的徑向外側沿軸向延伸成筒狀並在徑向上與第2陰極罩及第2隔熱器隔開間隙而相鄰之第3延伸部、朝向電弧室的內部突出之第3前端部及在第3前端部沿軸向開口之第3前端開口。第4熱屏蔽件具有在第3熱屏蔽件的徑向外側沿軸向延伸成筒狀並在徑向上與第3延伸部隔開間隙而相鄰之第4延伸部、朝向電弧室的內部突出之第4前端部及在第4前端部沿軸向開口之第4前端開口。第3前端開口處的徑向的第3開口寬度大於第2陰極罩的熱電子釋放面的徑向的最大寬度。第2陰極55亦可以與第2實施形態的變形例之第1陰極154A~154J相同地構成。

與第2實施形態或第2實施形態的變形例之第1陰極154~154J相同地構成之第2陰極55可以與第1實施形態的變形例之第1陰極組合而使用，亦可以與第2實施形態、第3實施形態或第4實施形態或該等的變形例之第1陰極組合而使用。

第2陰極55可以與第3實施形態之第1陰極254相同地構成。在該情況下，第2陰極55包括與將第1陰極254的「第1加熱源70、第1陰極罩72、第1隔熱器74及第1熱屏蔽件276」分別替換為「第2加熱源、第2陰極罩、第2隔熱器及第2熱屏蔽件」者相同的構成。亦即，第2陰極55包括第2加熱源、第2陰極罩、第2隔熱器及第2熱屏蔽件。第2熱屏蔽件具有在第2陰極罩及第2隔熱器的徑向外側沿軸向延伸成筒狀並在徑向上與第2陰極罩及第2隔熱器隔開間隙而相鄰之第2延伸部、朝向電弧室的內部突出之第2前端部及在第2前端部沿軸向開口之第2前端開口。第2熱屏蔽件的電勢高於第2陰極罩的電勢，與第2陰極罩相比，第2前端部朝向電弧室的內部在軸向上更突出。第2陰極55亦可以與第3實施形態的變形例之第1陰極254A、254B相同地構成。

與第3實施形態或第3實施形態的變形例之第1陰極254~254B相同地構成之第2陰極55可以與第1實施形態的變形例之第1陰極組合而使用，亦可以與第2實施形態、第3實施形態或第4實施形態或該等的變形例之第1陰極組合而使用。

第2陰極55亦可以與第4實施形態之第1陰極354相同地構成。在該情況下，第2陰極55包括與將第1陰極354的「第1加熱源70、第1陰極罩72、第1隔熱器74、第1熱屏蔽件76及第2熱屏蔽件378」分別替換為「第2加熱源、第2陰極罩、第2隔熱器、第3熱屏蔽件及第4熱屏蔽件」者相同的構成。亦即，第2陰極55包括第2加熱源、第2陰極罩、第2隔熱器、第3熱屏蔽件及第4熱屏蔽件。第3熱屏蔽件具有在第2陰極罩及第2隔熱器的徑向外側沿軸向延伸成筒狀並在徑向上與第2陰極罩及第2隔熱器隔開間隙而相鄰之第3延伸部、朝向電弧室的內部突出之第3前端部及在第3前端部沿軸向開口之第3前端開口。第4熱屏蔽件具有在第3熱屏蔽件的徑向外側沿軸向延伸成筒狀並在徑向上與第3延伸部隔開間隙而相鄰之第4延伸部、朝向電弧室的內部突出之第4前端部及在第4前端部沿軸向開口之第4前端開口。第4前端開口處的徑向的第4開口寬度為第3前端開口處的徑向的第3開口寬度以上。第2陰極55亦可以與第4實施形態的變形例之第1陰極354A相同地構成。

與第4實施形態或第4實施形態的變形例之第1陰極354~354A相同地構成之第2陰極55可以與第1實施形態的變形例之第1陰極組合而使用，亦可以與第2實施形態、第3實施形態或第4實施形態或該等的變形例之第1陰極組合而使用。

(第10實施形態) 圖29係表示第10實施形態之離子生成裝置910的概略構成之剖面圖。在第10實施形態中，反射極956具有與第2陰極55相同的結構，在這點上，與上述的實施形態不同。以下，關於第10實施形態，重點說明與上述之實施形態的不同點，關於共同點，則適當省略說明。

離子生成裝置910具備電弧室50、磁場生成器52、第1陰極54、反射極956、第1燈絲電源58a、第1陰極電源58b、第1電弧電源58c、引出電源58d、反射極電源58e。電弧室50、磁場生成器52、第1陰極54、第1燈絲電源58a、第1陰極電源58b、第1電弧電源58c、引出電源58d及反射極電源58e與第1實施形態相同地構成。

反射極956包括反射極頭992、第2隔熱器994及第2熱屏蔽件996。反射極956與從圖28的第2陰極55中去除了第2加熱源90者相同地構成。反射極956包括與將第2陰極55的「第2陰極罩92、第2隔熱器94及第2熱屏蔽件96」分別替換為「反射極頭992、第2隔熱器994及第2熱屏蔽件996」者相同的構成。反射極956不包括第2加熱源90，在這點上，與第2陰極55不同。反射極頭992藉由與在電漿生成區域P中生成之電漿的相互作用而被加熱。

(第10實施形態之變形例) 反射極956可以與從圖5(a)~圖10(b)所示之變形例之第1陰極54A~54L中去除了第1加熱源者相同地構成。反射極956的反射極頭992可以具有與圖11(a)~圖11(o)所示之變形例之第1陰極罩72相同的形狀。

反射極956亦可以與從第2實施形態之第1陰極154中去除了第1加熱源者相同地構成。在該情況下，反射極956包括與將第1陰極154的「第1陰極罩72、第1隔熱器74、第1熱屏蔽件76及第2熱屏蔽件78」分別替換為「反射極頭、第2隔熱器、第3熱屏蔽件及第4熱屏蔽件」者相同的構成。 亦即，反射極956包括反射極頭、第2隔熱器、第3熱屏蔽件及第4熱屏蔽件。反射極956亦可以與從第2實施形態的變形例之第1陰極154A~154J中去除了第1加熱源者相同地構成。

反射極956亦可以與從第3實施形態之第1陰極254中去除了第1加熱源者相同地構成。在該情況下，反射極956包括與將第1陰極254的「第1陰極罩72、第1隔熱器74及第1熱屏蔽件276」分別替換為「反射極頭、第2隔熱器及第2熱屏蔽件」者相同的構成。亦即，反射極956包括反射極頭、第2隔熱器及第2熱屏蔽件。反射極956亦可以與從第3實施形態的變形例之第1陰極254A、254B中去除了第1加熱源者相同地構成。

反射極956亦可以與從第4實施形態之第1陰極354中去除了第1加熱源者相同地構成。在該情況下，反射極956包括與將第1陰極354的「第1陰極罩72、第1隔熱器74、第1熱屏蔽件76及第2熱屏蔽件378」分別替換為「反射極頭、第2隔熱器、第3熱屏蔽件及第4熱屏蔽件」者相同的構成。亦即，反射極956包括反射極頭、第2隔熱器、第3熱屏蔽件及第4熱屏蔽件。反射極956亦可以與第4實施形態的變形例之第1陰極354A相同地構成。

以上，參照上述的各實施形態對本揭示進行了說明，但本揭示並不限定於上述的各實施形態，可以將各實施形態的構成適當組合，亦可以進行替換。又，亦能夠依據當業者的知識適當重組各實施形態中的組合或處理順序，或者對實施形態施加各種設計變更等變形，施加了這樣的重組或變形之實施形態亦可包含於本揭示之離子生成裝置及離子植入裝置的範圍內。

在上述的實施形態及變形例中，示出了將陰極罩的加熱源設為燈絲之情況。在進一步的變形例中，作為加熱源，可以使用燈絲以外的加熱源。例如，可以將雷射作為加熱源，藉由向陰極罩的熱流入面照射雷射光而對陰極罩進行加熱。

在上述的實施形態及變形例中，示出了在陰極罩或反射極頭的徑向外側設置一個或兩個熱屏蔽件之情況。在進一步的變形例中，可以在陰極罩或反射極頭的徑向外側設置三個以上的熱屏蔽件。例如，可以在第1陰極所包括之第2熱屏蔽件的徑向外側進一步設置追加的熱屏蔽件，亦可以在反射極或第2陰極所包括之第4熱屏蔽件的徑向外側進一步設置追加的熱屏蔽件。

在上述的實施形態及變形例中，對與本揭示之第1陰極組合而使用之反射極進行了說明。本揭示之反射極能夠適用於具備反射極之任意樣態的離子生成裝置及離子植入裝置，並不限定於與包括本揭示之錐形的第1陰極罩及錐形的第1熱屏蔽件之第1陰極的組合。本揭示之反射極可以與第1陰極罩及第1熱屏蔽件中的至少一者不具有錐形之第1陰極組合而使用，亦可以與不具有第1熱屏蔽件之第1陰極組合而使用。本揭示之反射極亦可以與任意樣態的間接加熱型的第1陰極組合而使用。

以下，對本揭示的若干個樣態進行說明。

[樣態1] 一種離子生成裝置，其特徵為係具備： 電弧室，係具有內部空間，且具有用以從在前述內部空間中生成之電漿中引出離子束之前狹縫； 磁場生成器，係在前述內部空間中生成沿軸向施加之磁場；及 第1陰極，係構成為向前述內部空間供給熱電子， 前述第1陰極包括： 第1陰極罩，係朝向前述電弧室的內部在前述軸向上突出，釋放供給到前述內部空間之熱電子； 第1加熱源，係對前述第1陰極罩進行加熱；及 第1熱屏蔽件，係具有第1延伸部、第1前端部及第1前端開口，前述第1延伸部在前述第1陰極罩的徑向外側沿前述軸向延伸成筒狀，且在與前述軸向正交之徑向上與前述第1陰極罩隔開間隙而相鄰，前述第1前端部朝向前述電弧室的內部突出，前述第1前端開口在前述第1前端部沿前述軸向開口， 前述第1前端開口處的前述徑向的第1開口寬度小於前述第1陰極罩的前述徑向的最大寬度。 [樣態2] 如樣態1所述之離子生成裝置，其中 前述第1前端開口的緣部的至少一部分設置於在前述軸向上與前述第1陰極罩重疊之位置。 [樣態3] 如樣態1或樣態2所述之離子生成裝置，其中 前述第1陰極罩具有前述徑向的寬度隨著朝向前述電弧室的內部而變小之錐形。 [樣態4] 如樣態1至樣態3之任一項所述之離子生成裝置，其中 前述第1延伸部具有以前述第1延伸部的內表面的前述徑向的寬度隨著朝向前述電弧室的內部而變小之方式構成之第1錐部。 [樣態5] 如樣態1至樣態4之任一項所述之離子生成裝置，其中 以前述第1延伸部與前述第1陰極罩的間隔為恆定之方式構成。 [樣態6] 如樣態1至樣態5之任一項所述之離子生成裝置，其中 前述第1陰極罩包括朝向前述電弧室的內部在前述軸向上露出之前端面， 前述第1開口寬度大於前述前端面的前述徑向的寬度。 [樣態7] 如樣態1至樣態5之任一項所述之離子生成裝置，其中 前述第1陰極罩包括朝向前述電弧室的內部在前述軸向上露出之前端面， 前述第1開口寬度為前述前端面的前述徑向的寬度以下。 [樣態8] 如樣態1至樣態7之任一項所述之離子生成裝置，其中 與前述第1陰極罩的朝向前述電弧室的內部在前述軸向上突出之前端相比，前述第1前端部朝向前述電弧室的內部在前述軸向上更突出。 [樣態9] 如樣態1至樣態6之任一項所述之離子生成裝置，其中 前述第1陰極罩的朝向前述電弧室的內部在前述軸向上突出之前端與前述第1前端部在前述軸向的位置相同，或者，與前述第1前端部相比，朝向前述電弧室的內部更突出。 [樣態10] 如樣態1至樣態9之任一項所述之離子生成裝置，其中 前述第1熱屏蔽件的電勢與前述第1陰極罩的電勢相同。 [樣態11] 如樣態1至樣態10之任一項所述之離子生成裝置，其中 前述第1前端部從前述第1延伸部向前述徑向的內側延伸。 [樣態12] 如樣態1至樣態11之任一項所述之離子生成裝置，其中 前述第1前端開口具有前述徑向的寬度隨著朝向前述電弧室的內部而變大之錐形。 [樣態13] 如樣態1至樣態12之任一項所述之離子生成裝置，其進一步具備第2陰極，前述第2陰極隔著前述內部空間而設置於與前述第1陰極在前述軸向上相反的一側，並且構成為向前述內部空間供給熱電子， 前述第2陰極包括： 第2陰極罩，係朝向前述電弧室的內部在前述軸向上突出，釋放供給到前述內部空間之熱電子； 第2加熱源，係對前述第2陰極罩進行加熱；及 第2熱屏蔽件，係具有第2延伸部、第2前端部及第2前端開口，前述第2延伸部在前述第2陰極罩的徑向外側沿前述軸向延伸成筒狀，且在前述徑向上與前述第2陰極罩隔開間隙而相鄰，前述第2前端部朝向前述電弧室的內部突出，前述第2前端開口在前述第2前端部沿前述軸向開口， 前述第2前端開口處的前述徑向的第2開口寬度小於前述第2陰極罩的前述徑向的最大寬度。 [樣態14] 如樣態1至樣態12之任一項所述之離子生成裝置，其進一步具備反射極，前述反射極隔著前述內部空間而設置於與前述第1陰極在前述軸向上相反的一側， 前述反射極包括： 反射極頭，係朝向前述電弧室的內部在前述軸向上突出；及 熱屏蔽件，係在前述反射極頭的徑向外側沿前述軸向延伸成筒狀。

[樣態15] 如樣態1至樣態12之任一項所述之離子生成裝置，其中 前述第1陰極進一步包括第2熱屏蔽件，前述第2熱屏蔽件具有：第2延伸部，係在前述第1熱屏蔽件的徑向外側沿前述軸向延伸成筒狀，且在前述徑向上與前述第1延伸部隔開間隙而相鄰；第2前端部，係朝向前述電弧室的內部突出；及第2前端開口，係在前述第2前端部沿前述軸向開口。 [樣態16] 如樣態15所述之離子生成裝置，其中 前述第2前端部與前述第1前端部在前述軸向的位置相同，或者，與前述第1前端部相比，朝向前述電弧室的內部更突出。 [樣態17] 如樣態15或樣態16所述之離子生成裝置，其中 在沿前述軸向之截面上，前述第2前端開口處的前述徑向的第2開口寬度小於前述第1延伸部的外表面的前述徑向的最大寬度。 [樣態18] 如樣態17所述之離子生成裝置，其中 前述第2開口寬度為前述第1開口寬度以上。 [樣態19] 如樣態17所述之離子生成裝置，其中 前述第2開口寬度小於前述第1開口寬度。 [樣態20] 如樣態15至樣態19之任一項所述之離子生成裝置，其中 前述第2延伸部具有以前述第2延伸部的內表面的前述徑向的寬度隨著朝向前述電弧室的內部而變小之方式構成之第2錐部。 [樣態21] 如樣態15至樣態20之任一項所述之離子生成裝置，其中 前述第2熱屏蔽件的電勢與前述第1熱屏蔽件的電勢相同。 [樣態22] 如樣態15至樣態21之任一項所述之離子生成裝置，其中 前述第2前端部從前述第2延伸部向前述徑向的內側延伸。 [樣態23] 如樣態15至樣態22之任一項所述之離子生成裝置，其中 前述第2前端開口具有前述徑向的寬度隨著朝向前述電弧室的內部而變大之錐形。 [樣態24] 如樣態15至樣態23之任一項所述之離子生成裝置，其進一步具備第2陰極，前述第2陰極隔著前述內部空間而設置於與前述第1陰極在前述軸向上相反的一側，並且構成為向前述內部空間供給熱電子， 前述第2陰極包括： 第2陰極罩，係朝向前述電弧室的內部在前述軸向上突出，釋放供給到前述內部空間之熱電子； 第2加熱源，係對前述第2陰極罩進行加熱； 第3熱屏蔽件，係具有第3延伸部、第3前端部及第3前端開口，前述第3延伸部在前述第2陰極罩的徑向外側沿前述軸向延伸成筒狀，且在與前述軸向正交之徑向上與前述第2陰極罩隔開間隙而相鄰，前述第3前端部朝向前述電弧室的內部突出，前述第3前端開口在前述第3前端部沿前述軸向開口；及 第4熱屏蔽件，係具有第4延伸部、第4前端部及第4前端開口，前述第4延伸部在前述第3熱屏蔽件的徑向外側沿前述軸向延伸成筒狀，且在前述徑向上與前述第3延伸部隔開間隙而相鄰，前述第4前端部朝向前述電弧室的內部突出，前述第4前端開口在前述第4前端部沿前述軸向開口， 前述第3前端開口處的前述徑向的第3開口寬度小於前述第2陰極罩的前述徑向的最大寬度。 [樣態25] 如樣態15至樣態23之任一項所述之離子生成裝置，其進一步具備反射極，前述反射極隔著前述內部空間而設置於與前述第1陰極在前述軸向上相反的一側， 前述反射極包括： 反射極頭，係朝向前述電弧室的內部在前述軸向上突出；及 熱屏蔽件，係在前述反射極頭的徑向外側沿前述軸向延伸成筒狀。

[樣態26] 一種離子生成裝置，其特徵為係具備： 電弧室，係具有內部空間，且具有用以從在前述內部空間中生成之電漿中引出離子束之前狹縫； 磁場生成器，係在前述內部空間中生成沿軸向施加之磁場；及 第1陰極，係構成為向前述內部空間供給熱電子， 前述第1陰極包括： 第1陰極罩，係朝向前述電弧室的內部在前述軸向上突出，釋放供給到前述內部空間之熱電子； 第1加熱源，係對前述第1陰極罩進行加熱；及 第1熱屏蔽件，係具有第1延伸部、第1前端部及第1前端開口，前述第1延伸部在前述第1陰極罩的徑向外側沿前述軸向延伸成筒狀，且在與前述軸向正交之徑向上與前述第1陰極罩隔開間隙而相鄰，前述第1前端部朝向前述電弧室的內部突出，前述第1前端開口在前述第1前端部沿前述軸向開口， 前述第1熱屏蔽件的電勢高於前述第1陰極罩的電勢， 與前述第1陰極罩相比，前述第1前端部朝向前述電弧室的內部在前述軸向上更突出。 [樣態27] 如樣態26所述之離子生成裝置，其中 前述第1前端開口處的前述徑向的第1開口寬度小於前述第1陰極罩的前述徑向的最大寬度。 [樣態28] 如樣態26或樣態27所述之離子生成裝置，其中 前述第1前端開口的緣部的至少一部分設置於在前述軸向上與前述第1陰極罩重疊之位置。 [樣態29] 如樣態26至樣態28之任一項所述之離子生成裝置，其中 前述第1陰極罩具有前述徑向的寬度隨著朝向前述電弧室的內部而變小之錐形。 [樣態30] 如樣態26至樣態29之任一項所述之離子生成裝置，其中 前述第1延伸部具有以前述第1延伸部的內表面的前述徑向的寬度隨著朝向前述電弧室的內部而變小之方式構成之第1錐部。 [樣態31] 如樣態26至樣態30之任一項所述之離子生成裝置，其中 以前述第1延伸部與前述第1陰極罩的間隔為恆定之方式構成。 [樣態32] 如樣態26至樣態31之任一項所述之離子生成裝置，其中 前述第1陰極罩包括朝向前述電弧室的內部在前述軸向上露出之前端面， 前述第1前端開口處的前述徑向的第1開口寬度大於前述前端面的前述徑向的寬度。 [樣態33] 如樣態26至樣態31之任一項所述之離子生成裝置，其中 前述第1陰極罩包括朝向前述電弧室的內部在前述軸向上露出之前端面， 前述第1前端開口處的前述徑向的第1開口寬度為前述前端面的前述徑向的寬度以下。 [樣態34] 如樣態26至樣態33之任一項所述之離子生成裝置，其中 前述第1前端部從前述第1延伸部向前述徑向的內側延伸。 [樣態35] 如樣態26至樣態34之任一項所述之離子生成裝置，其中 前述第1前端開口具有前述徑向的寬度隨著朝向前述電弧室的內部而變大之錐形。 [樣態36] 如樣態26至樣態35之任一項所述之離子生成裝置，其進一步具備第2陰極，前述第2陰極隔著前述內部空間而設置於與前述第1陰極在前述軸向上相反的一側，並且構成為向前述內部空間供給熱電子， 前述第2陰極包括： 第2陰極罩，係朝向前述電弧室的內部在前述軸向上突出，釋放供給到前述內部空間之熱電子； 第2加熱源，係對前述第2陰極罩進行加熱；及 第2熱屏蔽件，係具有第2延伸部、第2前端部及第2前端開口，前述第2延伸部在前述第2陰極罩的徑向外側沿前述軸向延伸成筒狀，且在前述徑向上與前述第2陰極罩隔開間隙而相鄰，前述第2前端部朝向前述電弧室的內部突出，前述第2前端開口在前述第2前端部沿前述軸向開口， 前述第2熱屏蔽件的電勢高於前述第2陰極罩的電勢， 與前述第2陰極罩相比，前述第2前端部朝向前述電弧室的內部在前述軸向上更突出。 [樣態37] 如樣態26至樣態35之任一項所述之離子生成裝置，其進一步具備反射極，前述反射極隔著前述內部空間而設置於與前述第1陰極在前述軸向上相反的一側， 前述反射極包括： 反射極頭，係朝向前述電弧室的內部在前述軸向上突出；及 熱屏蔽件，係在前述反射極頭的徑向外側沿前述軸向延伸成筒狀。

[樣態38] 一種離子生成裝置，其特徵為係具備： 電弧室，係具有內部空間，且具有用以從在前述內部空間中生成之電漿中引出離子束之前狹縫； 磁場生成器，係在前述內部空間中生成沿軸向施加之磁場；及 第1陰極，係構成為向前述內部空間供給熱電子， 前述第1陰極包括： 第1陰極罩，係朝向前述電弧室的內部在前述軸向上突出，釋放供給到前述內部空間之熱電子； 第1加熱源，係對前述第1陰極罩進行加熱； 第1熱屏蔽件，係具有第1延伸部、第1前端部及第1前端開口，前述第1延伸部在前述第1陰極罩的徑向外側沿前述軸向延伸成筒狀，且在與前述軸向正交之徑向上與前述第1陰極罩隔開間隙而相鄰，前述第1前端部朝向前述電弧室的內部突出，前述第1前端開口在前述第1前端部沿前述軸向開口；及 第2熱屏蔽件，係具有第2延伸部、第2前端部及第2前端開口，前述第2延伸部在前述第1熱屏蔽件的徑向外側沿前述軸向延伸成筒狀，且在前述徑向上與前述第1延伸部隔開間隙而相鄰，前述第2前端部朝向前述電弧室的內部突出，前述第2前端開口在前述第2前端部沿前述軸向開口， 前述第2前端開口處的前述徑向的第2開口寬度為前述第1前端開口處的前述徑向的第1開口寬度以上。 [樣態39] 如樣態38所述之離子生成裝置，其中 與前述第1陰極罩及前述第1前端部相比，前述第2前端部朝向前述電弧室的內部在前述軸向上更突出。 [樣態40] 如樣態38或樣態39所述之離子生成裝置，其中 前述第2熱屏蔽件的電勢高於前述第1陰極罩或前述第1熱屏蔽件的電勢。 [樣態41] 如樣態38或樣態39所述之離子生成裝置，其中 前述第2熱屏蔽件的電勢高於前述第1陰極罩及前述第1熱屏蔽件的電勢。 [樣態42] 如樣態40或樣態41所述之離子生成裝置，其中 前述第1開口寬度小於前述第1陰極罩的前述徑向的最大寬度。 [樣態43] 如樣態40至樣態42之任一項所述之離子生成裝置，其中 前述第1前端開口的緣部的至少一部分設置於在前述軸向上與前述第1陰極罩重疊之位置。 [樣態44] 如樣態40至樣態43之任一項所述之離子生成裝置，其中 前述第1陰極罩具有前述徑向的寬度隨著朝向前述電弧室的內部而變小之錐形。 [樣態45] 如樣態40至樣態44之任一項所述之離子生成裝置，其中 前述第1延伸部具有以前述第1延伸部的內表面的前述徑向的寬度隨著朝向前述電弧室的內部而變小之方式構成之第1錐部。 [樣態46] 如樣態40至樣態45之任一項所述之離子生成裝置，其中 以前述第1延伸部與前述陰極罩的間隔為恆定之方式構成。 [樣態47] 如樣態40至樣態46之任一項所述之離子生成裝置，其中 前述第1陰極罩包括朝向前述電弧室的內部在前述軸向上露出之前端面， 前述第1開口寬度大於前述前端面的前述徑向的寬度。 [樣態48] 如樣態40至樣態46之任一項所述之離子生成裝置，其中 前述第1陰極罩包括朝向前述電弧室的內部在前述軸向上露出之前端面， 前述第1開口寬度為前述前端面的前述徑向的寬度以下。 [樣態49] 如樣態40至樣態48之任一項所述之離子生成裝置，其中 與前述第1陰極罩相比，前述第1前端部朝向前述電弧室的內部在前述軸向上更突出。 [樣態50] 如樣態40至樣態47之任一項所述之離子生成裝置，其中 前述第1陰極罩的朝向前述電弧室的內部在前述軸向上突出之前端與前述第1前端部在前述軸向的位置相同，或者，與前述第1前端部相比，朝向前述電弧室的內部更突出。 [樣態51] 如樣態40至樣態50之任一項所述之離子生成裝置，其中 前述第1熱屏蔽件的電勢與前述第1陰極罩的電勢相同。 [樣態52] 如樣態40至樣態51之任一項所述之離子生成裝置，其中 前述第1前端部從前述第1延伸部向前述徑向的內側延伸。 [樣態53] 如樣態40至樣態52之任一項所述之離子生成裝置，其中 前述第1前端開口具有前述徑向的寬度隨著朝向前述電弧室的內部而變大之錐形。 [樣態54] 如樣態40至樣態53之任一項所述之離子生成裝置，其中 在沿前述軸向之截面上，前述第2前端開口處的前述徑向的第2開口寬度小於前述第1延伸部的外表面的前述徑向的最大寬度。 [樣態55] 如樣態40至樣態54之任一項所述之離子生成裝置，其中 前述第2延伸部具有以前述第2延伸部的內表面的前述徑向的寬度隨著朝向前述電弧室的內部而變小之方式構成之第2錐部。 [樣態56] 如樣態40至樣態55之任一項所述之離子生成裝置，其中 前述第2前端部從前述第2延伸部向前述徑向的內側延伸。 [樣態57] 如樣態40至樣態56之任一項所述之離子生成裝置，其中 前述第2前端開口具有前述徑向的寬度隨著朝向前述電弧室的內部而變大之錐形。 [樣態58] 如樣態38至樣態57之任一項所述之離子生成裝置，其進一步具備第2陰極，前述第2陰極隔著前述內部空間而設置於與前述第1陰極在前述軸向上相反的一側，並且構成為向前述內部空間供給熱電子， 前述第2陰極包括： 第2陰極罩，係朝向前述電弧室的內部在前述軸向上突出，釋放供給到前述內部空間之熱電子； 第2加熱源，係對前述第2陰極罩進行加熱； 第3熱屏蔽件，係具有第3延伸部、第3前端部及第3前端開口，前述第3延伸部在前述第2陰極罩的徑向外側沿前述軸向延伸成筒狀，且在與前述軸向正交之徑向上與前述第2陰極罩隔開間隙而相鄰，前述第3前端部朝向前述電弧室的內部突出，前述第3前端開口在前述第3前端部沿前述軸向開口；及 第4熱屏蔽件，係具有第4延伸部、第4前端部及第4前端開口，前述第4延伸部在前述第3熱屏蔽件的徑向外側沿前述軸向延伸成筒狀，且在前述徑向上與前述第3延伸部隔開間隙而相鄰，前述第4前端部朝向前述電弧室的內部突出，前述第4前端開口在前述第4前端部沿前述軸向開口， 前述第4前端開口處的前述徑向的第4開口寬度為前述第3前端開口處的前述徑向的第3開口寬度以上。 [樣態59] 如樣態38至樣態57之任一項所述之離子生成裝置，其進一步具備反射極，前述反射極隔著前述內部空間而設置於與前述第1陰極在前述軸向上相反的一側， 前述反射極包括： 反射極頭，係朝向前述電弧室的內部在前述軸向上突出；及 熱屏蔽件，係在前述反射極頭的徑向外側沿前述軸向延伸成筒狀。

[樣態60] 一種離子植入裝置，其特徵為係具備： 樣態1至樣態59之任一項所述之離子生成裝置； 射束加速裝置，係使從前述離子生成裝置引出之離子束加速；及 植入處理室，係將從前述射束加速裝置輸出之離子束照射到晶圓。 [產業上之可利用性]

依本揭示的非限定示例性實施形態，能夠提供一種在更低的電弧條件下能夠生成更多的多價離子之離子生成裝置。

10:離子生成裝置 12:射束生成單元 14:射束加速單元 16:射束偏向單元 18:射束輸送單元 20:基板搬送處理單元 42:植入處理室 50:電弧室 52:磁場生成器 54:第1陰極 56:反射極 60:前狹縫 70:第1加熱源 72:第1陰極罩 76:第1熱屏蔽件 76a:第1前端部 76c:第1前端開口 76d:第1延伸部 76e:內表面 76g:第1錐部 76h:外表面 78:第2熱屏蔽件 78a:第2前端部 78c:第2前端開口 78d:第2延伸部 78e:內表面 78g:第2錐部 78h:外表面 100:離子植入裝置 B:磁場 P:電漿生成區域 S:內部空間 W:晶圓

[圖1]係表示實施形態之離子植入裝置的概略構成之俯視圖。 [圖2]係表示第1實施形態之離子生成裝置的概略構成之剖面圖。 [圖3]係詳細地表示第1實施形態之第1陰極的構成之剖面圖。 [圖4]係表示沿軸向觀察圖3的第1陰極時的構成之平面圖。 [圖5]中，圖5(a)、圖5(b)係示意地表示第1實施形態的變形例之第1陰極的構成之剖面圖。 [圖6]中，圖6(a)、圖6(b)係示意地表示第1實施形態的變形例之第1陰極的構成之剖面圖。 [圖7]中，圖7(a)、圖7(b)係示意地表示第1實施形態的變形例之第1陰極的構成之剖面圖。 [圖8]中，圖8(a)、圖8(b)係示意地表示第1實施形態的變形例之第1陰極的構成之剖面圖。 [圖9]中，圖9(a)、圖9(b)係示意地表示第1實施形態的變形例之第1陰極的構成之剖面圖。 [圖10]中，圖10(a)、圖10(b)係示意地表示第1實施形態的變形例之第1陰極的構成之剖面圖。 [圖11]中，圖11(a)~圖11(o)係示意地表示第1實施形態的變形例之第1陰極罩的形狀之剖面圖。 [圖12]係詳細地表示第2實施形態之第1陰極的構成之剖面圖。 [圖13]中，圖13(a)~圖13(c)係示意地表示第2實施形態的變形例之第1陰極的構成之剖面圖。 [圖14]中，圖14(a)~圖14(c)係示意地表示第2實施形態的變形例之第1陰極的構成之剖面圖。 [圖15]中，圖15(a)、圖15(b)係示意地表示第2實施形態的變形例之第1陰極的構成之剖面圖。 [圖16]中，圖16(a)、圖16(b)係示意地表示第2實施形態的變形例之第1陰極的構成之剖面圖。 [圖17]係詳細地表示第3實施形態之第1陰極的構成之剖面圖。 [圖18]中，圖18(a)、圖18(b)係示意地表示第3實施形態的變形例之第1陰極的構成之剖面圖。 [圖19]係詳細地表示第4實施形態之第1陰極的構成之剖面圖。 [圖20]係詳細地表示第4實施形態的變形例之第1陰極的構成之剖面圖。 [圖21]係表示第5實施形態之離子生成裝置的概略構成之剖面圖。 [圖22]係詳細地表示第5實施形態之反射極的構成之剖面圖。 [圖23]係詳細地表示第5實施形態的變形例之反射極的構成之剖面圖。 [圖24]係詳細地表示第6實施形態之反射極的構成之剖面圖。 [圖25]係詳細地表示第6實施形態的變形例之反射極的構成之剖面圖。 [圖26]係詳細地表示第7實施形態之反射極的構成之剖面圖。 [圖27]係詳細地表示第8實施形態之反射極的構成之剖面圖。 [圖28]係表示第9實施形態之離子生成裝置的概略構成之剖面圖。 [圖29]係表示第10實施形態之離子生成裝置的概略構成之剖面圖。

10:離子生成裝置

11:引出電極

12:射束生成單元

14:射束加速單元

15a:第1線形加速器

15b:第2線形加速器

16:射束偏向單元

18:射束輸送單元

20:基板搬送處理單元

22:質量分析裝置

22a:質量分析磁鐵

22b:質量分析狹縫

24:能量分析電磁鐵

26:橫向收斂四極透鏡

28:能量分析狹縫

30:偏向電磁鐵

32:射束整形器

34:射束掃描器

36:射束平行化器

38:能量過濾器

40:平臺驅動裝置

42:植入處理室

44:基板搬送部

100:離子植入裝置

IB:離子束

W:晶圓

Claims (26)

1. 一種離子生成裝置，其特徵為係具備： 電弧室，係具有內部空間，且具有用以從在前述內部空間中生成之電漿中引出離子束之前狹縫； 磁場生成器，係在前述內部空間中生成沿軸向施加之磁場；及 第1陰極，係構成為向前述內部空間供給熱電子， 前述第1陰極包括： 第1陰極罩，係朝向前述電弧室的內部在前述軸向上突出，釋放供給到前述內部空間之熱電子； 第1加熱源，係對前述第1陰極罩進行加熱；及 第1熱屏蔽件，係具有第1延伸部、第1前端部及第1前端開口，前述第1延伸部在前述第1陰極罩的徑向外側沿前述軸向延伸成筒狀，且在與前述軸向正交之徑向上與前述第1陰極罩隔開間隙而相鄰，前述第1前端部朝向前述電弧室的內部突出，前述第1前端開口在前述第1前端部沿前述軸向開口， 前述第1前端開口處的前述徑向的第1開口寬度小於前述第1陰極罩的前述徑向的最大寬度。
2. 如請求項1所述之離子生成裝置，其中 前述第1前端開口的緣部的至少一部分設置於在前述軸向上與前述第1陰極罩重疊之位置。
3. 如請求項1或請求項2所述之離子生成裝置，其中 前述第1陰極罩具有前述徑向的寬度隨著朝向前述電弧室的內部而變小之錐形。
4. 如請求項1或請求項2所述之離子生成裝置，其中 前述第1延伸部具有以前述第1延伸部的內表面的前述徑向的寬度隨著朝向前述電弧室的內部而變小之方式構成之第1錐部。
5. 如請求項1或請求項2所述之離子生成裝置，其中 以前述第1延伸部與前述第1陰極罩的間隔為恆定之方式構成。
6. 如請求項1或請求項2所述之離子生成裝置，其中 前述第1陰極罩包括朝向前述電弧室的內部在前述軸向上露出之前端面， 前述第1開口寬度大於前述前端面的前述徑向的寬度。
7. 如請求項1或請求項2所述之離子生成裝置，其中 前述第1陰極罩包括朝向前述電弧室的內部在前述軸向上露出之前端面， 前述第1開口寬度為前述前端面的前述徑向的寬度以下。
8. 如請求項1或請求項2所述之離子生成裝置，其中 與前述第1陰極罩的朝向前述電弧室的內部在前述軸向上突出之前端相比，前述第1前端部朝向前述電弧室的內部在前述軸向上更突出。
9. 如請求項1或請求項2所述之離子生成裝置，其中 前述第1陰極罩的朝向前述電弧室的內部在前述軸向上突出之前端與前述第1前端部在前述軸向的位置相同，或者，與前述第1前端部相比，朝向前述電弧室的內部更突出。
10. 如請求項1或請求項2所述之離子生成裝置，其中 前述第1熱屏蔽件的電勢與前述第1陰極罩的電勢相同。
11. 如請求項1或請求項2所述之離子生成裝置，其中 前述第1前端部從前述第1延伸部向前述徑向的內側延伸。
12. 如請求項1或請求項2所述之離子生成裝置，其中 前述第1前端開口具有前述徑向的寬度隨著朝向前述電弧室的內部而變大之錐形。
13. 如請求項1或請求項2所述之離子生成裝置，其中 進一步具備第2陰極，前述第2陰極隔著前述內部空間而設置於與前述第1陰極在前述軸向上相反的一側，並且構成為向前述內部空間供給熱電子， 前述第2陰極包括： 第2陰極罩，係朝向前述電弧室的內部在前述軸向上突出，釋放供給到前述內部空間之熱電子； 第2加熱源，係對前述第2陰極罩進行加熱；及 第2熱屏蔽件，係具有第2延伸部、第2前端部及第2前端開口，前述第2延伸部在前述第2陰極罩的徑向外側沿前述軸向延伸成筒狀，且在前述徑向上與前述第2陰極罩隔開間隙而相鄰，前述第2前端部朝向前述電弧室的內部突出，前述第2前端開口在前述第2前端部沿前述軸向開口， 前述第2前端開口處的前述徑向的第2開口寬度小於前述第2陰極罩的前述徑向的最大寬度。
14. 如請求項1或請求項2所述之離子生成裝置，其中 進一步具備反射極，前述反射極隔著前述內部空間而設置於與前述第1陰極在前述軸向上相反的一側， 前述反射極包括： 反射極頭，係朝向前述電弧室的內部在前述軸向上突出；及 熱屏蔽件，係在前述反射極頭的徑向外側沿前述軸向延伸成筒狀。
15. 如請求項1或請求項2所述之離子生成裝置，其中 前述第1陰極進一步包括第2熱屏蔽件，前述第2熱屏蔽件具有：第2延伸部，係在前述第1熱屏蔽件的徑向外側沿前述軸向延伸成筒狀，且在前述徑向上與前述第1延伸部隔開間隙而相鄰；第2前端部，係朝向前述電弧室的內部突出；及第2前端開口，係在前述第2前端部沿前述軸向開口。
16. 如請求項15所述之離子生成裝置，其中 前述第2前端部與前述第1前端部在前述軸向的位置相同，或者，與前述第1前端部相比，朝向前述電弧室的內部更突出。
17. 如請求項15所述之離子生成裝置，其中 在沿前述軸向之截面上，前述第2前端開口處的前述徑向的第2開口寬度小於前述第1延伸部的外表面的前述徑向的最大寬度。
18. 如請求項17所述之離子生成裝置，其中 前述第2開口寬度為前述第1開口寬度以上。
19. 如請求項17所述之離子生成裝置，其中 前述第2開口寬度小於前述第1開口寬度。
20. 如請求項15所述之離子生成裝置，其中 前述第2延伸部具有以前述第2延伸部的內表面的前述徑向的寬度隨著朝向前述電弧室的內部而變小之方式構成之第2錐部。
21. 如請求項15所述之離子生成裝置，其中 前述第2熱屏蔽件的電勢與前述第1熱屏蔽件的電勢相同。
22. 如請求項15所述之離子生成裝置，其中 前述第2前端部從前述第2延伸部向前述徑向的內側延伸。
23. 如請求項15所述之離子生成裝置，其中 前述第2前端開口具有前述徑向的寬度隨著朝向前述電弧室的內部而變大之錐形。
24. 如請求項15所述之離子生成裝置，其中 進一步具備第2陰極，前述第2陰極隔著前述內部空間而設置於與前述第1陰極在前述軸向上相反的一側，並且構成為向前述內部空間供給熱電子， 前述第2陰極包括： 第2陰極罩，係朝向前述電弧室的內部在前述軸向上突出，釋放供給到前述內部空間之熱電子； 第2加熱源，係對前述第2陰極罩進行加熱； 第3熱屏蔽件，係具有第3延伸部、第3前端部及第3前端開口，前述第3延伸部在前述第2陰極罩的徑向外側沿前述軸向延伸成筒狀，且在與前述軸向正交之徑向上與前述第2陰極罩隔開間隙而相鄰，前述第3前端部朝向前述電弧室的內部突出，前述第3前端開口在前述第3前端部沿前述軸向開口；及 第4熱屏蔽件，係具有第4延伸部、第4前端部及第4前端開口，前述第4延伸部在前述第3熱屏蔽件的徑向外側沿前述軸向延伸成筒狀，且在前述徑向上與前述第3延伸部隔開間隙而相鄰，前述第4前端部朝向前述電弧室的內部突出，前述第4前端開口在前述第4前端部沿前述軸向開口， 前述第3前端開口處的前述徑向的第3開口寬度小於前述第2陰極罩的前述徑向的最大寬度。
25. 如請求項15所述之離子生成裝置，其中 進一步具備反射極，前述反射極隔著前述內部空間而設置於與前述第1陰極在前述軸向上相反的一側， 前述反射極包括： 反射極頭，係朝向前述電弧室的內部在前述軸向上突出；及 熱屏蔽件，係在前述反射極頭的徑向外側沿前述軸向延伸成筒狀。
26. 一種離子植入裝置，其特徵為係具備： 如請求項1至請求項25之任一項所述之離子生成裝置； 射束加速裝置，係使從前述離子生成裝置引出之離子束加速；及 植入處理室，係將從前述射束加速裝置輸出之離子束照射到晶圓。

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