CN115241032A - 离子源 - Google Patents
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Abstract
本发明提供结构简单且即使大型化的情况下材料费用也较低的离子源。离子源(IS2)具有：等离子体容器(1)；多个平板状电极(2‑4)，排列在从等离子体容器(1)引出离子束的方向上；以及筒状部件(6)，位于抑制电极(4)的下游侧，平板状电极(2‑4)在离子束引出方向的最下游侧具有抑制电极(4)，所述抑制电极(4)被施加有用于排斥电子的负电压。
Description
技术领域
本发明涉及使用多个电极进行离子束的引出的离子源。
背景技术
在用于制造平板显示器(FPD)的离子注入装置中，使用多个多孔电极从离子源进行离子束的引出。
具体地说，利用了专利文献1记载的高频离子源。图6是该离子源的示意性断面图。
离子源IS1大致包括从导入的气体生成等离子体的等离子体容器1、以及用于从容器内生成的等离子体引出离子束的4个电极。
各电极是从等离子体容器1侧依次被称为加速电极2、引出电极3、抑制电极4、接地电极5的平板状的多孔电极。为了能够以预定能量引出离子束，使用加速电源V1和引出电源V2对加速电极2和引出电极3施加预定电压，接地电极5固定于接地电位。为了防止电子从离子源下游侧向等离子体容器1侧流入，将接地电位设为基准，用抑制电源V3对抑制电极4施加负电压。
虽然省略了关于引出电极3和抑制电极4的支承结构的图示，但是加速电极2和引出电极3支承于H凸缘11，抑制电极4和接地电极5支承于G凸缘12。另外，借助筒状部件6在G凸缘12上支承接地电极5。
从该离子源引出的离子束是在Y方向上长的带状束。Z方向是离子束的行进方向，X方向是与Y方向和Z方向正交的方向。
用与Z方向垂直的平面剖切该离子束时的剖切面为大致长方形，在剖切面上观察时的离子束的长边方向为Y方向、短边方向为X方向。
在离子源IS1的下游侧存在有未图示的处理室，从离子源IS1引出的离子束被输送到该处理室。
在处理室中，Y方向上的离子束的尺寸大于玻璃基板的尺寸，通过向X方向对玻璃基板进行扫描，从而对玻璃基板的整面照射离子束。
专利文献1：日本特开平9-259779
发明内容
根据以面板的大型化、提高生产率为目的的多重需求，玻璃基板尺寸的大型化不断发展。
在专利文献1的离子注入装置中，如果玻璃基板的尺寸变成大型，则离子源的尺寸也变成大型。如果离子源变成大型，则离子源的材料费用也增加。因此，需求结构更简单、价格更低的离子源。
本发明的离子源包括：等离子体容器；以及多个平板状电极，排列在从所述等离子体容器引出离子束的方向上，所述平板状电极在离子束引出方向的最下游侧具有抑制电极，所述抑制电极被施加有用于排斥电子的负电压，所述离子源在离子束引出方向上的所述抑制电极的下游侧具备筒状部件。
由于排除了以往的离子源中使用的平板状的接地电极，所以离子源的结构变得简单，即使在离子源大型化的情况下也能够将材料费用抑制为较低。
优选的是，所述筒状部件为长方体，在所述筒状部件的内部具有从离子束引出方向观察时为长方形的开口。
优选的是，所述平板状电极使用了碳纤维增强碳基复合材料。
优选的是，所述平板状电极具有位置对准用的孔。
由于排除了以往的离子源所具有的平板状的接地电极，所以离子源的结构变得简单，并且即使大型化的情况下也能够将材料费用抑制为较低。
附图说明
图1是表示本发明的离子源的结构的示意性断面图。
图2是接地电位位置的说明图。
图3是表示筒状部件的一个例子的立体图。
图4是关于电极周围的位置调整的说明图。
图5是关于图4中记载的E部分的要部放大图。
图6是表示以往的离子源的结构的示意性断面图。
附图标记说明
1 等离子体容器
4 抑制电极
6 筒状部件
11 H凸缘
12 G凸缘
IS1、IS2 离子源
A1 倾斜调整器具
A2 位置调整器具
具体实施方式
图1是本发明的离子源IS2的示意性断面图。在图1标注的附图标记中，与图6相同的附图标记为与以往的离子源IS1等同的结构，所以省略了针对共通的结构的说明。
以下，对本发明的离子源IS2与以往的离子源IS1的不同点进行说明。
在图1的本发明的离子源IS2中，不存在图6中的被称为接地电极5的平板状的电极。
在该离子源IS2中，设Z方向(离子束的引出方向)上的筒状部件6的尺寸L1为20cm，设筒状部件6与抑制电极4之间的尺寸L2为1cm，抑制电极4被施加-1kV的电压。
在Z方向上位于最下游的平板状电极是抑制电极4。在抑制电极4的下游侧生成由于从电极引出的离子束与残留气体碰撞而产生的等离子体。具体地说，图1的结构的离子源IS2中，在抑制电极4的下游侧，在筒状部件6的内部生成等离子体。
在抑制电极4的下游生成的等离子体与抑制电极4之间形成有离子鞘。利用该离子鞘，等离子体内的具有正电荷的离子被拉向抑制电极4方向。等离子体内的离子电流密度(A/m2)根据引出的离子束的束电流、残留气体的浓度而变化。另外，离子电流密度与等离子体浓度大致呈比例关系。
在图2的(A)～(C)中描绘了伴随在抑制电极4的下游生成的等离子体的浓度变化，接地电位位置在筒状部件6的内部移动的情形。
筒状部件6处于接地电位，抑制电极4被施加-1kV的电压。在两个部件之间生成电场，在两个部件之间描绘的线表示等电位线。图示的等电位线中的描绘在最左侧的等电位线相当于接地电位。
各图的横轴表示了将筒状部件6的Z方向的下游侧端部的位置作为基准(0)，到抑制电极4的下游侧端部为止的距离。单位为m(米)。
由于各图的电场分布在上下成为对称形状，所以仅图示了筒状部件6的上侧的断面。
等离子体浓度将图2的(B)的等离子体浓度(D)作为基准。在图2的(A)中，生成了相对于图2的(B)的等离子体浓度为5倍的浓度的等离子体。在图2的(C)中，生成了相对于图2的(B)的等离子体浓度为0.2倍的浓度的等离子体。
随着等离子体浓度按照图2的(A)、图2的(B)、图2的(C)的顺序变稀，虽然接地电位的位置向图中的左侧移动，但是停留在筒状部件6的内部。
筒状部件6的尺寸L1根据对抑制电极4施加的施加电压、离子电流密度的值，来选择适当的值，但是即使在排除了以往的离子源IS1中使用的平板状的接地电极5的情况下，根据图2的(A)～(C)的结果也判明了能够将接地电位设定在筒状部件6的内部。
在图1的离子源IS2中，由于不需要平板状的接地电极5，所以与以往的结构相比能够简化结构，进而能够减少离子源的材料费用。
筒状部件6的典型示例是如图3的立体图中描绘的长方体，并且是具有使离子束朝向Z方向通过的开口H的部件。
本发明的筒状部件6的形状不限于图3所示的形状，可以进行各种变形。例如，从Z方向观察时的形状也可以是圆形或多边形。另外，也可以是在图1中将筒状部件6与G凸缘12一体化的形状的部件。
但是，在用与离子束的行进方向垂直的平面剖切离子束时的剖切面为大致长方形的情况下，优选的是，从Z方向观察筒状部件6时的开口H的形状为长方形，筒状部件6的外形为长方体。
通过向电极照射等离子体容器1内的等离子体以及从等离子体引出的离子束，从而电极温度变成高温。如果电极温度变成高温而电极发生热变形，则引出的离子束的品质劣化。
因此，为了防止电极的热变形，通常电极形成有制冷剂流道，但是如果伴随离子源的大型化而电极变成大型，则担心向制冷剂流道流动的制冷剂流量的增加、流道中的压力损失的增加。另外，即使温度相同，热膨胀的绝对量伴随大型化也变大。此外，在多个电极中的各个电极的温度不同的情况下，电极之间的位置偏移的问题也变大。
根据上述的担心事项，在本发明中电极使用能够抗热变形且热膨胀系数接近0(零)的碳纤维增强碳基复合材料(C/C复合材料)。通过使用C/C复合材料，从而不需要在电极内形成制冷剂流道以及制冷剂本身。
图4是关于电极周围的位置调整的说明图。图示的引出电极3形成有用于引出离子束的大量狭缝。这样的电极被称为狭缝电极。通过在Y方向上排列设置在X方向上长的多个电极棒P，从而形成狭缝部分。
未图示的加速电极2和抑制电极4也形成有用于引出离子束的大量狭缝。
电极棒P配置在形成于各电极的电极棒支承部(未图示)。在电极棒P的上方安装有用于防止电极棒P脱落的盖体C。
盖体C可以是在Y方向上长的一张板，但是为了抑制盖体C的热变形量，在图4中采用了在Y方向上分割为多个的盖体C。
上述的C/C复合材料用于电极框体，所述电极框体在图4的电极中构成除了电极棒P和盖体C以外的电极部位、具体为电极的框架。
另一方面，也可以使构成电极的全部部件都为C/C复合材料。
但是，对于即使在电极大型化的情况下部件本身的大小也不那么大地变化的部件、由于离子束和等离子体的溅射的影响而更换频率高的部件等，使用C/C复合材料的优点少。对于这些部件，也可以考虑采用以往的钼、钨等高熔点材料，来减少C/C复合材料的使用量。
在将各电极安装于各凸缘时，如果电极之间存在着位置偏移，则难以进行所希望的离子束的引出。因此，使用图4中描绘的倾斜调整器具A1和位置调整器具A2等进行电极之间的位置调整。
倾斜调整器具A1和位置调整器具A2包括朝向图中的Z方向形成有贯通孔的部件和插入贯通孔的销。
形成有贯通孔的部件可以设想用螺栓等安装于各凸缘的部件，但是也可以在凸缘上直接形成贯通孔。
另外，销整体的直径可以小于贯通孔的直径，但是也可以如图4中图示的那样，使销端部的直径变大。
首先，防止安装各电极的凸缘之间的位置偏移。具体地说，安装倾斜调整器具A1，使得不发生H凸缘11与G凸缘12围绕Z方向的轴的位置偏移。接着，安装位置调整器具A2，防止H凸缘11与G凸缘12在Y方向上的位置偏移。
在进行上述的凸缘之间的定位，并用螺栓等固定各凸缘之后，实施将各电极向凸缘的安装。
各电极形成有图4中能看到的水平性修正孔S2和定位孔S1。
图5是将图4中虚线描绘的E部分放大的俯视图。在该图中，为了说明定位孔S1，省略了盖体C和电极棒P的一部分的图示。参照图4和图5对各电极的调整进行说明。
最初，将抑制电极4和引出电极3安装于各凸缘。此时，将销(未图示)插入水平性修正孔S2。由此，能够防止两电极围绕Z方向的轴转动而位置偏移。接着，将板状部件21插入定位孔S1，防止两电极在Y方向上的位置偏移。
图示的板状部件21为矩形的部件，但是也可以是俯视时为圆形或三角形的形状的部件。
在进行抑制电极4和引出电极3的位置调整，并用螺栓等将各电极固定于凸缘之后，进行加速电极2的组装。
即使在加速电极2的组装时，也使用水平性修正孔S2和定位孔S1，与已固定完毕的电极之间进行位置调整，然后固定于凸缘。
对于形成于各电极的定位孔S1，由于最终被盖体C覆盖，所以定位孔S1不会对离子束的引出造成恶劣影响。另外，对于形成在暴露于等离子体的加速电极2上的水平性修正孔S2，在将加速电极2固定于H凸缘11之后，使用未图示的部件堵塞孔。
在上述实施方式中，作为图1的离子源IS2的结构，例示了高频型离子源，但是能够应用本发明的离子源的种类不限于此。例如也可以是桶式离子源(Bucket type ionsource)，其通过使用了灯丝的电弧放电而在等离子体容器内生成等离子体，并且具备能够将生成的等离子体封入容器内部的会切磁场。
此外，应用本发明的离子源IS2的离子注入装置也可以是非质量分析型、质量分析型中的任意一种结构。
此外，除了上述内容以外，当然也可以在不脱离本发明的主旨的范围内进行各种改良和变更。
Claims (5)
1.一种离子源，其特征在于，包括：
等离子体容器；以及
多个平板状电极，排列在从所述等离子体容器引出离子束的方向上，
所述平板状电极在离子束引出方向的最下游侧具有抑制电极，所述抑制电极被施加有用于排斥电子的负电压，
所述离子源在离子束引出方向上的所述抑制电极的下游侧具备筒状部件。
2.根据权利要求1所述的离子源，其特征在于，
所述筒状部件为长方体，
在所述筒状部件的内部具有从离子束引出方向观察时为长方形的开口。
3.根据权利要求1或2所述的离子源，其特征在于，所述平板状电极使用了碳纤维增强碳基复合材料。
4.根据权利要求1或2所述的离子源，其特征在于，所述平板状电极具有位置对准用的孔。
5.根据权利要求3所述的离子源，其特征在于，所述平板状电极具有位置对准用的孔。
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