TWI625755B - Insulation structure, ion source device, ion implantation device and insulation method - Google Patents

Insulation structure, ion source device, ion implantation device and insulation method Download PDF

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TWI625755B TW103113412A TW103113412A TWI625755B TW I625755 B TWI625755 B TW I625755B TW 103113412 A TW103113412 A TW 103113412A TW 103113412 A TW103113412 A TW 103113412A TW I625755 B TWI625755 B TW I625755B
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Abstract

本發明提供一種絕緣結構及絕緣方法，其有助於降低維護頻度並提高裝置運轉率。本發明提供設置在用於從電漿生成部引出離子束之複數個電極間之絕緣結構(30)。絕緣結構(30)具備：第1部份(52)，連接於第1電極(20)；及第2部份(54)，連接於第2電極(22)，且具備：絕緣構件(32)，用於將第1電極(20)支撐於第2電極(22)；第1罩體(70)，為了保護第1部份(52)免受污染粒子(18)的影響而包圍第1部份(52)的至少一部份；及第2罩體(72)，為了保護第2部份(54)免受污染粒子(18)的影響而包圍第2部份(54)的至少一部份。第1部份(52)及第2部份(54)中的至少一方由機製陶瓷(machinable ceramic)或多孔陶瓷形成。

Description

絕緣結構、離子源裝置、離子植入裝置及絕緣方法
本發明係有關一種適合於離子植入裝置或其離子源引出電極系統之絕緣結構及絕緣方法。
離子源中設置有用於引出離子束之引出電極系統。引出電極系統係具有若干電極，一個電極藉由絕緣體支撐於其他電極或周圍的結構物。
(先前技術文獻) (專利文獻)
專利文獻1：日本特開平2-72544號公報
專利文獻2：日本特表昭63-502707號公報
藉由離子束的原料和離子源的結構，具有導電性之污染粒子與離子束一同被引出。藉由污染粒子的堆積，可在絕緣體的表面形成導電電路。有可能無法維持充份的絕 緣，並防礙裝置的正常運轉。大量生成污染粒子時，要求以高頻度來進行該絕緣部份的維護，而裝置的運轉率會下降。
本發明的一態樣的例示性的目的之一在於，提供一種有助於降低維護頻度並提高裝置運轉率之絕緣結構及絕緣方法。
根據本發明的一態樣，提供一種設置在用於從電漿生成部引出離子束之複數個電極之間之絕緣結構。前述複數個電極具備第1電極、及被施加與該第1電極不同之電位之第2電極。前述絕緣結構具備：絕緣構件，具備連接於前述第1電極之第1部份及連接於前述第2電極之第2部份，且用於將前述第1電極支撐於前述第2電極；第1保護構件，為了保護前述第1部份免受污染粒子的影響而包圍前述第1部份的至少一部份；及第2保護構件，為了保護前述第2部份免受污染粒子的影響而包圍前述第2部份的至少一部份。前述第1部份及前述第2部份的至少一方由機製陶瓷或多孔陶瓷形成。
根據本發明的一態樣，提供一種絕緣方法。本方法具備以下步驟：對第1電極與藉由絕緣構件支撐該第1電極之第2電極之間賦予電位差；使用第1電極及第2電極來從電漿生成部引出離子束；及使用保護構件來保護前述絕緣構件免受污染粒子的影響。前述絕緣構件具備：第1部 份，連接於前述第1電極；及第2部份，連接於前述第2電極，前述第1部份及前述第2部份中的至少一方由機製陶瓷或多孔陶瓷形成。
根據本發明的一態樣，提供一種設置在用於從電漿生成部引出離子束之複數個電極之間之絕緣結構。前述複數個電極具備第1電極、及被施加與該第1電極不同之電位之第2電極。前述絕緣結構具備：絕緣構件，用於將前述第1電極支撐於前述第2電極；及保護構件，用於保護前述絕緣構件免受污染粒子的影響。前述保護構件具備吸附污染粒子之吸附面。
根據本發明的一態樣，提供一種設置在用於從電漿生成部引出離子束之複數個電極之間之絕緣結構。前述複數個電極具備第1電極、及被施加與該第1電極不同之電位之第2電極。前述絕緣結構具備用於將前述第1電極支撐於前述第2電極之絕緣構件。前述絕緣構件具備第1電極側的第1部份及第2電極側的第2部份。前述第1部份及前述第2部份中的至少一方由機製陶瓷或多孔陶瓷形成。
另外，在方法、裝置、系統等之間相互置換以上構成要件的任意組合、本發明的構成要件和表現的方式，亦作為本發明的態樣係有效的。
根據本發明，能夠提供一種有助於降低維護頻度並提高裝置運轉率之絕緣結構及絕緣方法。
7‧‧‧電弧室
16‧‧‧襯墊
18‧‧‧污染粒子
20‧‧‧第1電極
22‧‧‧第2電極
30‧‧‧絕緣結構
32‧‧‧絕緣構件
34‧‧‧保護構件
36‧‧‧抑制電極
39‧‧‧第1定位凹部
42‧‧‧接地電極
47‧‧‧第2定位凹部
51‧‧‧第1緊固部件
52‧‧‧第1部份
54‧‧‧第2部份
56‧‧‧中間部份
68‧‧‧第3凹部
70‧‧‧第1罩體
72‧‧‧第2罩體
74‧‧‧第1接觸部
77‧‧‧第1罩體末端
78‧‧‧第2接觸部
79‧‧‧第2罩體末端
84‧‧‧第3間隙
100‧‧‧離子植入裝置
102‧‧‧離子源裝置
112‧‧‧離子源
B‧‧‧離子束
第1圖係概略地表示本發明的一實施方式之離子植入裝置之圖。
第2圖係概略地表示本發明的一實施方式之離子源裝置之圖。
第3圖係概略地表示本發明的一實施方式之絕緣結構之剖面圖。
第4圖係概略地表示本發明的另一實施方式之絕緣結構之剖面圖。
第5圖係例示本發明的一實施方式中之抑制電流之曲線圖。
第6圖係例示比較例中之抑制電流之曲線圖。
以下，參考除圖對用於實施本發明之方式進行詳細說明。另外，在附圖說明中，對相同要件附加相同符號，並適當省略重複說明。並且，以下所述之結構為例示，並非對本發明的範圍做任何限定。
第1圖係概略地表示本發明的一實施方式之離子植入裝置100之圖。離子植入裝置100構成為對被處理物W的表面進行離子植入處理。被處理物W例如為基板，例如為晶圓。因此在以下為了方便說明，有時將被處理物W稱作基板W，但這並不表示將植入處理的對象限定為特定 的物體。
離子植入裝置100具備離子源裝置102、射束線裝置104及植入處理室106。離子植入裝置100構成為藉由射束掃描及機械掃描中的任一方來遍及基板W整體而照射離子束B。
離子源裝置102構成為對射束線裝置104賦予離子束B。詳細內容參考第2圖進行後述，離子源裝置102具備離子源112、及用於從離子源112引出離子束B之引出電極部114。並且，離子源裝置102具備用於調整引出電極部114相對於離子源112之位置和/或方向之引出電極驅動機構115。
射束線裝置104構成為從離子源裝置102向植入處理室106輸送離子。在離子源裝置102的下游設置有質量分析裝置108，構成為從離子束B中挑選所需的離子。
射束線裝置104中包括對經由質量分析裝置108之離子束B進行例如偏轉、加速、減速、整形、掃描等之操作。射束線裝置104例如亦可具備藉由對離子束B施加電場或磁場(或這兩者)來掃描離子束B之射束掃描裝置110。由此，射束線裝置104將應照射到基板W之離子束B供給至植入處理室106。
植入處理室106具備保持1片或複數片基板W之物體保持部107。物體保持部107構成為根據需要向基板W提供相對於離子束B之相對移動(所謂的機械掃描)。
並且，離子植入裝置100具備離子源裝置102、射束 線裝置104、及用於向植入處理室106提供所希望的真空環境之真空排氣系統(未圖示)。
第2圖係概略地表示本發明的一實施方式之離子源裝置102之圖。離子源裝置102具備用於容納離子源112及引出電極部114之離子源真空容器116。圖示之離子源112為傍熱型陰極離子源，但本發明能夠適用之離子源並不限定於該特定的傍熱型陰極離子源。
電漿生成部即電弧室7中設置有2個陰極13。其中一個陰極13配置於電弧室7的上部，而另一方陰極13配置於電弧室7的下部。陰極13具備陰極罩1及燈絲3。陰極罩1與燈絲3在電弧室7的磁場方向上對稱配置。在陰極罩1及燈絲3的周圍設置有陰極反射體8。並且，在電弧室7的一側設置有氣體導入口12，在與氣體導入口12相對之另一側形成有引出開口10。
作為電漿生成部的內壁之襯墊16設置於電弧室7。襯墊16由含碳材料例如碳材(例如石墨、玻璃碳等)形成。電弧室7的整個(或至少一部份)內表面被襯墊16所被覆。由此，能夠降低離子束的金屬污染。襯墊16沿著電弧室7的內側的形狀分割成若干部份而成形，並藉由嵌入安裝於電弧室7的內壁。
離子源112具備用於對電弧室7施加引出電壓之引出電源(未圖示)。並且，離子源112具備用於燈絲3之燈絲電源、及用於陰極13之陰極電源(均未圖示)。
引出電極部114具備包含作為抑制電極之第1電極 20、及作為接地電極之第2電極22之複數個電極。第1電極20及第2電極22例如由不銹鋼、石墨、鉬或鎢形成。如圖所示，第1電極20及第2電極22上分別設置有用於使離子束B通過之與引出開口10對應之開口。這些開口具有例如上下長孔形狀。
第1電極20連接於抑制電源24。抑制電源24為了相對於第2電極22對第1電極20施加負電位而設置。第1電極20經由抑制電源24被接地，從第1電極20朝向接地電位的電流路徑上設置有抑制電流計26。第2電極22被接地。
抑制電流計26為了監視在第1電極20與接地電位之間的電子的流動即抑制電流而設置。離子束B被正常引出時，抑制電流充份小。對於抑制電流預先設定有某一限制值，若檢測出超過該限制值之抑制電流，則離子源112的運轉停止(例如，停止向電弧室7和/或引出電極部114施加高電壓)。
用於第1電極20與第2電極22的絕緣之絕緣結構30設置於第1電極20與第2電極22之間。絕緣結構30具備用於將第1電極20支撐於第2電極22之絕緣構件32、及用於保護絕緣構件32免受污染粒子18的影響之至少一個保護構件34，詳細內容參考第3圖進行後述。
絕緣結構30具備複數個絕緣構件32與保護構件34的組合。絕緣構件32及保護構件34的複數個組以包圍用於引出離子束B之開口之方式配置於第1電極20及第2 電極22的外周部。例如，1個組設置於開口的一方側而其他組設置於該開口的相反側。絕緣構件32及保護構件34的一組亦可設置於開口的上方而其他組設置於開口的下方。或者，絕緣構件32及保護構件34亦可設置於開口的左右。或者，絕緣構件32及保護構件34亦可設置於開口的四個角。
第3圖係概略地表示本發明的一實施方式之絕緣結構30之剖面圖。如第3圖所示，第1電極20具備抑制電極36、支撐抑制電極36之抑制電極載具38。抑制電極36如圖所示藉由緊固構件40安裝於抑制電極載具38。
第2電極22具備接地電極42、接地電極載具44及接地電極支架46。接地電極42隔著較小的間隙與抑制電極36相鄰配置。接地電極42藉由緊固構件48安裝於接地電極載具44，並支撐於接地電極載具44。接地電極支架46為了將接地電極載具44安裝於絕緣結構30而設置。接地電極載具44藉由緊固構件50安裝於接地電極支架46。
絕緣構件32具備連接於第1電極20之第1部份52、及連接於第2電極22之第2部份54。第1部份52連接於抑制電極載具38，第2部份54連接於接地電極支架46。並且，絕緣構件32在第1部份52與第2部份54之間具備中間部份56。絕緣構件32形成為具有第1部份52、第2部份54及中間部份56之一體構件。
絕緣構件32具有大致圓柱形狀。絕緣構件32具備第 1電極20側的第1端面58、第2電極22側的第2端面60、及連接第1端面58與第2端面60之絕緣構件側面62。第1端面58及第2端面60具有相同直徑的圓形，絕緣構件側面62為圓筒面。另外，絕緣構件32亦可為具有角柱形狀等其他任意形狀之棒狀體。
絕緣構件32的第1部份52、第2部份54及中間部份56在其外周分別具有第1凹部64、第2凹部66及第3凹部68。這些凹部以第1凹部64、第3凹部68、第2凹部66的順序在絕緣構件側面62等間隔排列。第1凹部64、第2凹部66及第3凹部68係沿絕緣構件32的整周形成之溝。藉由形成這種凹部，能夠加大絕緣構件側面62上的第1端面58與第2端面60之間的沿面距離。
絕緣構件32由硬度較低的脆性絕緣材料形成。絕緣構件32例如由維氏硬度在5GPa以下的機製陶瓷形成。機製陶瓷係指容易進行機械加工尤其是切削加工的陶瓷。絕緣構件32例如由氮化硼形成。
或者，絕緣構件32亦可由雲母陶瓷(例如Macor、Photoveel或Macerite(均為註冊商標))形成。絕緣構件32亦可由如多孔氧化鋁、多孔矽玻璃或多孔氧化鋯等多孔陶瓷形成。絕緣構件32亦可由維氏硬度在5GPa以下的多孔陶瓷形成。機製陶瓷或多孔陶瓷亦可為複數個材料的混合物或複合材料。
絕緣結構30具備：作為第1保護構件之第1罩體70，用於保護絕緣構件32的至少第1部份52免受污染粒 子18的影響；及作為第2保護構件之第2罩體72，用於保護絕緣構件32的至少第2部份54免受污染粒子18的影響。第1罩體70包圍第1部份52且支撐於第1電極20。第2罩體72包圍第2部份54且支撐於第2電極22。
第1罩體70與第1部份52之間形成有包圍第1部份52之第1間隙71。第2罩體72與第2部份54之間形成有包圍第2部份54之第2間隙73。在第1間隙71的中途有第1凹部64，在第2間隙73的中途有第2凹部66。第1間隙71與第2間隙73被第3凹部68隔開。
第2罩體72設置於第1罩體70的外側。第2罩體72具備包圍絕緣構件32的第2部份54之基部、及以從該基部朝向第1電極20包圍第1罩體70之方式延伸之前端部。在該前端部與第1罩體70之間形成有第3間隙84。第2罩體72與第1罩體70相離，兩者不接觸。
第1罩體70及第2罩體72由具有導電性之碳材料例如熱分解黑鉛(石墨)形成。因此，第1罩體70及第2罩體72具有吸附污染粒子18之吸附面。吸附面例如為多孔表面。吸附性能與周知的參數即“粗糙係數”有關。粗糙係數(roughness factor)係指與幾何表面積相對之真正表面積的比例。為了得到良好的吸附性能，第1罩體70及第2罩體72的粗糙係數在200以上為較佳。相對於此，如金屬般平滑表面的粗糙係數通常未滿5。
第1罩體70及第2罩體72為導體，第1罩體70及 第2罩體72分別直接支撐於第1電極20及第2電極22。因此，第1罩體70的電位與第1電極20相等，第2罩體72的電位與第2電極22相等。
或者，第1罩體70及第2罩體72亦可由陶瓷形成。第1罩體70及第2罩體72亦可由氮化硼等機製陶瓷形成，亦可由多孔陶瓷形成。
第1罩體70就是蓋在絕緣構件32的第1部份52上之蓋體。第1罩體70具有第1電極20側關閉而第2電極22側打開之大致圓筒的形狀。第1罩體70與絕緣構件32同軸配設。第1罩體70的內徑大於絕緣構件32的外徑，由此第1罩體70與絕緣構件32之間形成有第1間隙71。另外，第1罩體70亦可為具有角筒形狀等其他任意形狀之筒狀體。
第1罩體70具備圓板形狀的第1接觸部74、及圓筒狀的第1側壁76。第1接觸部74與絕緣構件32的第1部份52接觸，且夾在第1部份52與第1電極20之間。第1側壁76從第1接觸部74的外周部朝向第2電極22延伸。第1側壁76的內表面與絕緣構件側面62之間存在第1間隙71，第1間隙71的最裏部形成有第1罩體70、絕緣構件32及第1間隙71的邊界部份(即作為導體、絕緣體及真空的邊界之三重點)。
第1接觸部74的一方的表面與第1端面58接觸，而相反側的表面與抑制電極載具38接觸。在抑制電極載具38上形成有用於第1罩體70之第1定位凹部39。如圖所 示，第1接觸部74具有適合於該第1定位凹部39之凸部。藉由將該凸部嵌入到第1定位凹部39中，能夠輕鬆地將第1罩體70定位於安裝位置。
絕緣構件32的第1部份52藉由第1緊固構件51安裝於第1電極20。第1緊固構件51配設於絕緣構件32的中心軸上。第1緊固構件51例如為埋頭螺栓。抑制電極載具38及第1接觸部74上形成有用於使第1緊固構件51穿過之貫穿孔(螺紋孔)。該貫穿孔連續到絕緣構件32的第1緊固孔(螺紋孔)。由於能夠藉由1個構件的安裝來固定絕緣構件32、第1罩體70及第1電極20，因此安裝作業較輕鬆。
第2罩體72就是蓋在絕緣構件32的第2部份54上之蓋體。第2罩體72具有第2電極22側關閉而第1電極20側打開之大致圓筒的形狀。第2罩體72與絕緣構件32同軸配設。第2罩體72的內徑大於絕緣構件32的外徑，由此在第2罩體72與絕緣構件32之間形成有第2間隙73。另外，第2罩體72亦可為具有角筒形狀等其他任意形狀之筒狀體。
第2罩體72具備圓板形狀的第2接觸部78、及圓筒狀的第2側壁80。第2接觸部78與絕緣構件32的第2部份54接觸，且夾在第2部份54與第2電極22之間。
第2接觸部78的一方的表面與第2端面60接觸，而相反側的表面與接地電極支架46接觸。在接地電極支架46上形成有用於第2罩體72之第2定位凹部47。如圖所 示，第2接觸部78具有適合於第2定位凹部47之凸部。藉由將該凸部嵌入到第2定位凹部47，能夠輕鬆地將第2罩體72定位於安裝位置。
絕緣構件32的第2部份54藉由第2緊固構件53安裝於第2電極22。第2緊固構件53配設於絕緣構件32的中心軸上。第2緊固構件53例如為埋頭螺栓。在接地電極支架46及第2接觸部78形成有用於使第2緊固構件53穿過之貫穿孔(螺紋孔)。該貫穿孔連續到絕緣構件32的第2緊固孔(螺紋孔)。由於能夠藉由1個構件的安裝來固定絕緣構件32、第2罩體72及第2電極22，因此安裝作業較輕鬆。
第2側壁80從第2接觸部78的外周部朝向第1電極20延伸。第2側壁80具備第2電極22側的厚壁部81、及第1電極20側的薄壁部82。厚壁部81的外徑與薄壁部82的外徑相等，厚壁部81的內徑小於薄壁82的內徑。如此一來，在厚壁部81與薄壁部82之間形成有台階部83。台階部83處於第2罩體72的內側。在厚壁部81的內表面與絕緣構件側面62之間存在第2間隙73，在第2間隙73的最裏部形成有第2罩體72、絕緣構件32及第2間隙73的邊界部份(即作為導體、絕緣體及真空的邊界之三重點)。
第1罩體70及第2罩體72以形成允許污染粒子18的進入之第3間隙84之方式配設。第3間隙84處於第1罩體70與第2罩體72之間。朝向第3間隙84的入口85 與第1電極20與第2電極22之間的空間21連接。入口85為第1側壁76與第2側壁80的薄壁部82之間的間隙。第3間隙84的出口86為作為第1側壁76的前端之第1罩體末端77與台階部83之間的間隙。第3間隙84在入口85與出口86之間具有彎曲部。出口86與絕緣構件32的第3凹部68相對。由此，第3凹部68位於第3間隙84的附近。
第1罩體70以遮擋從作為第2側壁80的前端之第2罩體末端79朝向絕緣構件32的第1端面58的外周的視線(第3圖中以虛線箭頭P表示)之方式，在第2罩體72與絕緣構件32之間延伸。因此，從第3間隙84的入口85看不到第1罩體70、絕緣構件32及第1間隙71的邊界部份。並且，從第3間隙84的入口85亦看不到第2罩體72、絕緣構件32及第2間隙73的邊界部份。由此，絕緣結構30構成為從外部遮蓋作為導體、絕緣體及真空的邊界之三重點。
第4圖中例示另一絕緣結構90。與第3圖所示之絕緣結構30相反，第4圖中，第1罩體92配置於外側，第2罩體94配置於內側。其中，第1罩體92及第2罩體94由金屬(例如不銹鋼)形成。絕緣構件96由高硬度的陶瓷(例如氧化鋁)形成。第4圖所示之其他部份與第3圖大致相同。
一實施方式中，亦可採用第4圖所示之罩體配置。
對本裝置的動作進行說明。在離子源112中，電弧室 7被施加例如數十kV的正電位。藉由使直流電流流過燈絲3，能夠對燈絲3進行加熱來產生熱電子5。所產生之熱電子5藉由陰極罩1與燈絲3之間的電壓被加速，流入陰極罩1，並對陰極罩1進行加熱。被加熱之陰極罩1進一步向電弧室7內供給熱電子6，由此從氣體導入口12導入之氣體17發生反應，電漿產生並被維持。
引出電極114中，第1電極20被施加數kV的負電位，第1電極20與第2電極22之間被賦予電位差。使用引出電極部114來從電弧室7引出離子束B。離子束B通過引出開口10及引出電極部114而到達離子線裝置104。離子束B經由離子線裝置104在植入處理室106被照射到基板W。此時，藉由保護構件34(例如第1罩體70及第2罩體72)，保護絕緣構件32不受污染粒子18的影響。
因此，從電弧室7的氣體導入口12導入之氣體17往往係如氟化物般具有腐蝕性或高反應性之氣體。氣體17和/或由此產生之離子作用於電弧室7的內壁，其結果，可從壁部放出污染粒子18並與離子束B一同被引出到電弧室7外。
例如，氣體17含有三氟化硼(BF3)時，不僅生成B+、BF2 +等摻雜離子，還生成氟離子(F+)。若氟離子與襯墊16的碳(C)結合則以CFx形式被放出。藉由電漿中的離子化而生成含有碳之離子(CFx+、C+等)。由此，導電性的污染粒子18(即C、CFx、CFx+、C+等)可被放 出或被引出到電弧室7外。
污染粒子18可在裝置的構成要件的表面堆積。該堆積物具有導電性，因此在該構成要件的表面可形成導電路。污染粒子18被覆絕緣構件32時，第1電極20與第2電極22之間的絕緣有可能變得不充份。
並且，若在三重點區域發生污染，則在該區域內易引起導體與絕緣體之間的微小放電。藉由微小放電，導體熔化並熔合於絕緣體，導體與絕緣體之間可能會形成牢固的導電接合。如第4圖所例示之結構般金屬與高硬度的陶瓷接觸時，不易產生這種現象。
假設，若絕緣結構30中之絕緣性能下降，則在第1電極20與第2電極22之間會有洩漏電流I流動。洩漏電流I從第2電極22經由絕緣結構30、第1電極20、抑制電源24及抑制電流計26向接地電位流動。因此，洩漏電流I的增加招致抑制電流計26的測定值的增加，引起抑制電流的顯著增加。
導電膜因污染粒子18而在絕緣構件32成長時，藉由洩漏電流I的增加，抑制電流計26的測定值有可能超過上述限制值。若如此，則即使真正的抑制電流保持在正常水平，亦會導致離子源112的運轉停止。從而必需進行絕緣構件32的清掃或交換等維護，期間無法重新開始運轉，因此裝置的運轉率下降。
然而，在本實施方式中，絕緣構件32由硬度較低的脆性的絕緣材料例如氮化硼形成。即使在三重點附近發生 微小放電，亦由於材料的硬度較低，由微小放電產生之外力(例如衝擊)可能會在放電部位產生微小的變形或損傷。因此，不易產生上述牢固的導電接合，易保持三重點附近的絕緣。並且，本實施方式中，負電位即第1罩體70由高熔點材料例如石墨形成。因此，即使發生微小放電，亦不易產生導體的熔合。這亦有助於維持三重點附近的絕緣。
而且，第1電極20側的三重點被同電位的第1罩體70所覆蓋，三重點附近的電場較弱。因此，能夠抑制微小放電的發生。相對於此，第4圖所例示之結構中，正極即第2罩體94的前端處於負極即第1電極20側的三重點附近，因此三重點附近的電場較強。
並且，本實施方式中，保護構件34(例如第1罩體70及第2罩體72)由具備吸附污染粒子18之吸附面之材料例如石墨形成。藉由保護構件34的吸附作用，能夠減少從第1電極20與第2電極22之間的空間21到達絕緣構件32的表面之污染粒子18。
除了對這種材質進行之改良之外，在本實施方式中，保護構件34的形狀及配置亦得到改良。例如，絕緣結構30的從外向內的污染粒子18的進入路徑即第3間隙83在入口85與出口86之間具有彎曲部。因此，已進入之污染粒子18的大部份在彎曲部被第1罩體70或第2罩體72的表面所捕捉。
並且，第3間隙84的出口86與形成在絕緣構件32 的中間部份56之第3凹部68相對。由此能夠在第3凹部68集中收容污染粒子18。由此，能夠減少進入到第1間隙71及第2間隙73之污染粒子18。第3凹部68處於從絕緣構件32的兩端的三重點較遠的位置，因此能夠抑制三重點附近的污染。
而且，以無法從絕緣結構30的外部直接看到三重點的方式確定保護構件34的形狀及配置。因此污染粒子18不易到達三重點。
因此，根據本實施方式，電極之間的絕緣下降得到抑制，且能夠防止由洩漏電流I引起之抑制電流的顯著上升。即，根據本實施方式，能夠提供壽命較長的絕緣結構30。
根據發明人的實驗，第4圖中所例示之結構中，第1罩體92及第2罩體94由不銹鋼形成且絕緣構件96由氧化鋁形成時，在某一射束條件下，抑制電流達到限制值為止的時間約為5小時(參考第6圖)。另一方面，參考第3圖說明之結構中，第1罩體92及第2罩體94由石墨形成且絕緣構件96由氮化硼形成時，在同一射束條件下，抑制電流達到限制值為止的時間延長至約100小時(參考第5圖)。
尤其，發明人藉由實驗確認到，將低硬度且脆性的材料採用於絕緣構件可獲得顯著的效果。例如，第4圖中所例示之結構中將絕緣構件變更為氮化硼時，與絕緣構件為氧化鋁時相比，可獲得約2倍的壽命(此時，第1罩體 92及第2罩體94為不銹鋼)。
並且，發明人藉由實驗確認到，將具有吸附面之材料採用於保護構件可獲得顯著的效果。例如，第4圖中所例示之結構中將保護構件變更為石墨時，與保護構件為不銹鋼時相比，能夠獲得約1.6倍的壽命(此時，絕緣構件96為氧化鋁)。
以上，根據實施例對本發明進行了說明。本發明並非限定於上述實施方式，本領域技術人員已知，能夠進行各種設計變更，可存在各種變形例，並且這些變形例亦在本發明的範圍內。
上述實施方式中，絕緣結構30在兩極的三重點分別具有罩體。然而絕緣結構亦可在第1電極及第2電極中的至少一方上具有保護構件。例如，在被施加負電位之第1電極側，亦可具備單一的保護構件。或者，絕緣結構亦可不具備保護構件。
上述實施方式中，第1電極20為抑制電極，第2電極22為接地電極。然而，絕緣結構亦可用於其他電極之間的支撐或電極與其周圍的結構物之間的支撐。例如，絕緣結構亦可設置於電漿電極(與抑制電極相對之電漿生成部的部份)和抑制電極之間。
上述實施方式中，絕緣構件32為由機製陶瓷或多孔陶瓷形成之單一的構件。然而，絕緣構件32亦可由複數個部份構成。例如，絕緣構件32亦可分割為第1部份52與第2部份54(和/或中間部份56)。第1部份52及第2 部份54中的至少一方亦可由機製陶瓷或多孔陶瓷形成。絕緣構件32的一部份(例如中間部份56)亦可由機製陶瓷或多孔陶瓷以外的材料例如高硬度的陶瓷(例如氧化鋁)形成。
保護構件34亦同樣地，亦可由複數個部份構成。例如，第1罩體70亦可分割為第1接觸部74與第1側壁76。保護構件34的至少一部份(例如第1接觸部74、或第1側壁76)亦可由吸附污染粒子之材料或具有導電性之碳材料形成。
保護構件34亦可包圍絕緣構件32的至少一部份。保護構件34亦可不完全覆蓋絕緣構件32。例如，保護構件34亦可具有孔或狹縫。並且，保護構件34亦可不包圍絕緣構件32。例如，絕緣構件32的一部份(例如中間部份56)亦可為提供污染粒子的吸附面之保護構件。
上述實施方式中，第1罩體70與第2罩體72在絕緣構件32的軸向具有重疊之部份。然而，第1罩體70與第2罩體72亦可不在絕緣構件32的軸向重疊。例如，第1罩體70的前端與第2罩體72的前端相對，且在這些前端之間亦可形成有第3間隙84。
上述實施方式中，絕緣構件32經由保護構件34(第1罩體70及第2罩體72)安裝於第1電極20及第2電極22。然而，絕緣構件32及保護構件34亦可分別個別地安裝於第1電極20及第2電極22。例如，絕緣構件32亦可直接安裝於第1電極20及第2電極22，保護構件34 亦可以包圍絕緣構件32之方式直接安裝於第1電極20和/或第2電極22。
以下，舉出本發明的幾個態樣。
1.一種絕緣結構，其設置在用於從電漿生成部引出離子束之複數個電極之間，前述複數個電極具備第1電極、及被施加與該第1電極不同之電位之第2電極，前述絕緣結構具備：絕緣構件，具備連接於前述第1電極之第1部份、及連接於前述第2電極之第2部份，且用於將前述第1電極支撐於前述第2電極；第1保護構件，為了保護前述第1部份免受污染粒子的影響而包圍前述第1部份的至少一部份；及第2保護構件，為了保護前述第2部份免受污染粒子的影響而包圍前述第2部份的至少一部份，前述第1部份及前述第2部份中的至少一方由機製陶瓷或多孔陶瓷形成。
2.根據實施方式1所記載的絕緣結構，其中，前述機製陶瓷或多孔陶瓷的維氏硬度在5GPa以下。
3.實施方式1或2所記載的絕緣結構，其中，前述機製陶瓷含有氮化硼。
4.根據實施方式1至3中任一項所記載的絕緣結構，其中，前述多孔陶瓷含有多孔氧化鋁。
5.根據實施方式1至4中任一項所記載的絕緣結構，其中，前述第1保護構件及前述第2保護構件中的至少一 方由具有導電性之碳材料形成。
6.根據實施方式1至5中任一項所記載的絕緣結構，其中，前述第1保護構件及前述第2保護構件中的至少一個具備吸附污染粒子之吸附面。
7.實施方式6所記載的絕緣結構，其中，前述吸附面的粗糙係數在200以上。
8.根據實施方式1至7中任一項所記載的絕緣結構，其中，前述絕緣構件在前述第1部份與前述第2部份之間具備中間部份，該中間部份在其表面具有凹部，前述第1保護構件及前述第2保護構件配設成使允許污染粒子進入之間隙形成於前述第1保護構件與前述第2保護構件之間，前述凹部處於該間隙附近。
9.根據實施方式1至8中任一項所記載絕緣結構，其中，前述第1保護構件在前述第2保護構件與前述絕緣構件之間延伸，以遮擋從靠近前述第1電極之前述第2保護構件的末端朝向第1電極側的絕緣構件末端的視線。
10.根據實施方式1至9中任一項所記載的絕緣結構，其中，前述第1保護構件包圍前述第1部份，且支撐於前述第1電極，前述第2保護構件設置在前述第1保護構件的外側，前述第1電極相對於前述第2電極被施加負電位。
11.根據實施方式1至10中任一項所記載的絕緣結 構，其中，前述第1保護構件具備與前述第1部份接觸之第1接觸部，該第1接觸部夾在前述第1部份與前述第1電極之間，和/或前述第2保護構件具備與前述第2部份接觸之第2接觸部，該第2接觸部夾在前述第2部份與前述第2電極之間。
12.根據實施方式11所記載的絕緣結構，其中，前述第1電極具有適合於前述第1接觸部之第1定位凹部，和/或前述第2電極具有適合於前述第2接觸部之第2定位凹部。
13.根據實施方式11或12所記載的絕緣結構，其中，前述第1部份藉由貫穿前述第1電極及前述第1接觸部之第1緊固構件而安裝於前述第1電極，和/或前述第2部份藉由貫穿前述第2電極及前述第2接觸部之第2緊固構件而安裝於前述第2電極。
14.根據實施方式1至13中任一項所記載的絕緣結構，其中，前述電漿生成部具備含有碳之內壁。
15.根據實施方式1所記載的絕緣結構，其中，前述絕緣結構在第1電極側具備單一的保護構件，以此來代替前述第1保護構件及前述第2保護構件，前述第1電極相對於前述第2電極被施加負電位。
16.一種離子源裝置，其具備實施方式1至15中任一項所記載的絕緣結構。
17.一種離子植入裝置，其具備實施方式1至15中任一項所記載的絕緣結構。
18.一種絕緣方法，其中，具備以下步驟：對第1電極與藉由絕緣構件支撐該第1電極之第2電極之間賦予電位差；使用第1電極及第2電極來從電漿生成部引出離子束；及使用保護構件來保護前述絕緣構件免受污染粒子的影響，前述絕緣構件具備：第1部份，連接於前述第1電極；及第2部份，連接於前述第2電極，前述第1部份及前述第2部份中的至少一方由機製陶瓷或多孔陶瓷形成。
19.一種絕緣結構，其設置在用於從電漿生成部引出離子束之複數個電極之間，前述複數個電極具備第1電極、及被施加與該第1電極不同之電位之第2電極，前述絕緣結構具備：絕緣構件，用於將前述第1電極支撐於前述第2電極；及保護構件，用於保護前述絕緣構件免受污染粒子的影響，前述保護構件具備吸附污染粒子之吸附面。
20.一種絕緣結構，其設置在用於從電漿生成部引出 離子束之複數個電極之間，前述複數個電極具備第1電極、及被施加與該第1電極不同之電位之第2電極，前述絕緣結構具備用於將前述第1電極支撐於前述第2電極之絕緣構件，前述絕緣構件具備第1電極側的第1部份及第2電極側的第2部份，前述第1部份及前述第2部份中的至少一方由機製陶瓷或多孔陶瓷形成。

Claims (16)

  1. 一種絕緣結構，其設置在用於從電漿生成部引出離子束之複數個電極之間，前述絕緣結構的特徵在於，前述複數個電極具備第1電極、及被施加與該第1電極不同之電位之第2電極，前述絕緣結構具備：絕緣構件，具備連接於前述第1電極之第1部份、及連接於前述第2電極之第2部份，且用於將前述第1電極支撐於前述第2電極；第1保護構件，為了保護前述第1部份免受污染粒子的影響而包圍前述第1部份的至少一部份；及第2保護構件，為了保護前述第2部份免受污染粒子的影響而包圍前述第2部份的至少一部份，前述第1部份及前述第2部份中的至少一方由機製陶瓷(machinable ceramic)或多孔陶瓷形成，前述第1保護構件及前述第2保護構件中的至少一方由石墨形成，具備吸附污染粒子之多孔吸附面，前述多孔吸附面的粗糙係數在200以上。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之絕緣結構，其中，前述機製陶瓷或多孔陶瓷的維氏硬度在5GPa以下。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所述之絕緣結構，其中，前述機製陶瓷含有氮化硼。
  4. 如申請專利範圍第1或2項所述之絕緣結構，其中，前述多孔陶瓷含有多孔氧化鋁。
  5. 如申請專利範圍第1或2項所述之絕緣結構，其中，前述絕緣構件在前述第1部份與前述第2部份之間具備中間部份，該中間部份在其表面具有凹部，前述第1保護構件及前述第2保護構件配設成使允許污染粒子進入之間隙形成於前述第1保護構件與前述第2保護構件之間，前述凹部處於該間隙附近。
  6. 如申請專利範圍第1或2項所述之絕緣結構，其中，前述第1保護構件在前述第2保護構件與前述絕緣構件之間延伸，以遮擋從靠近前述第1電極的前述第2保護構件的末端朝向第1電極側的絕緣構件末端的視線。
  7. 如申請專利範圍第1或2項所述之絕緣結構，其中，前述第1保護構件包圍前述第1部份，且支撐於前述第1電極，前述第2保護構件設置在前述第1保護構件的外側，前述第1電極相對於前述第2電極被施加負電位。
  8. 如申請專利範圍第1或2項所述之絕緣結構，其中，前述第1保護構件具備與前述第1部份接觸之第1接觸部，該第1接觸部夾在前述第1部份與前述第1電極之間，和/或前述第2保護構件具備與前述第2部份接觸之第2接觸部，該第2接觸部夾在前述第2部份與前述第2電極之間。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之絕緣結構，其中，前述第1電極具有適合於前述第1接觸部之第1定位凹部，和/或前述第2電極具有適合於前述第2接觸部之第2定位凹部。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之絕緣結構，其中，前述第1部份藉由貫穿前述第1電極及前述第1接觸部之第1緊固構件而安裝於前述第1電極，和/或前述第2部份藉由貫穿前述第2電極及前述第2接觸部之第2緊固構件而安裝於前述第2電極。
  11. 如申請專利範圍第1或2項所述之絕緣結構，其中，前述電漿生成部具備含有碳之內壁。
  12. 一種絕緣結構，其設置在用於從電漿生成部引出離子束之複數個電極之間，前述絕緣結構的特徵在於，前述複數個電極具備第1電極、及被施加與該第1電極不同之電位之第2電極，前述絕緣結構具備：絕緣構件，具備連接於前述第1電極之第1部份、及連接於前述第2電極之第2部份，且用於將前述第1電極支撐於前述第2電極，前述第1部份及前述第2部份中的至少一方由機製陶瓷或多孔陶瓷形成，前述絕緣結構在第1電極側具備用於保護前述絕緣構件免受污染粒子的影響之單一的保護構件，前述單一的保護構件由石墨形成，具備吸附污染粒子之多孔吸附面，前述多孔吸附面的粗糙係數在200以上，前述第1電極相對於前述第2電極被施加負電位。
  13. 一種絕緣結構，其設置在用於從電漿生成部引出離子束之複數個電極之間，前述絕緣結構的特徵在於，前述複數個電極具備第1電極、及被施加與該第1電極不同之電位之第2電極，前述絕緣結構具備：絕緣構件，用於將前述第1電極支撐於前述第2電極；及保護構件，用於保護前述絕緣構件免受污染粒子的影響，前述保護構件由石墨形成，具備吸附污染粒子之多孔吸附面，前述多孔吸附面的粗糙係數在200以上。
  14. 一種離子源裝置，其中，前述離子源裝置具備如申請專利範圍第1、12、13中任一項所述的絕緣結構。
  15. 一種離子植入裝置，其中，前述離子植入裝置具備如申請專利範圍第1、12、13中任一項所述的絕緣結構。
  16. 一種絕緣方法，其特徵為，具備以下步驟：對第1電極與藉由絕緣構件支撐該第1電極之第2電極之間賦予電位差；使用第1電極及第2電極來從電漿生成部引出離子束；及使用保護構件來保護前述絕緣構件免受污染粒子的影響，前述絕緣構件具備：第1部份，連接於前述第1電極；及第2部份，連接於前述第2電極，前述第1部份及前述第2部份中的至少一方由機製陶瓷或多孔陶瓷形成，前述保護構件由石墨形成，具備吸附污染粒子之多孔吸附面，前述多孔吸附面的粗糙係數在200以上。
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