JP2000231885A - イオン源およびそれを用いたイオンビーム照射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 大面積のイオンビーム引き出しが可能であ
り、しかもイオン源の大型化を緩和することができ、更
に引出し電極系の加工が容易であるイオン源を提供す
る。 【解決手段】 このイオン源２ａは、プラズマ６からイ
オンビーム１６を引き出す引出し電極系１０を備えてい
る。この引出し電極系１０を構成する各電極１１〜１３
は、平面形状が矩形をしており、かつ電極板を下に凸の
かまぼこ状に曲げた形状をしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、基板の全面にイ
オンビームを一括して照射すること等に用いられるイオ
ン源およびそれを用いたイオンビーム照射装置に関し、
より具体的には、イオン源から引き出すイオンビームを
発散させることによって、イオン源の大型化およびイオ
ンビーム照射装置の大型化を緩和する手段に関する。

【０００２】

【従来の技術】基板に、例えば大型（換言すれば大面
積）の基板にイオンビームを照射して、イオン注入や、
イオン注入を併用した薄膜形成等の処理を施すイオンビ
ーム照射装置の例を以下の〜に示す。なお、大型基
板の一例として、液晶ディスプレイ製作用のガラス基板
があり、その寸法は例えば５００ｍｍ角程度である。

【０００３】図７に示すイオンビーム照射装置は、基
板１８の大きさと同等以上の平面寸法を有する引出し電
極系１０を備えたイオン源２を用いて、大型の基板１８
の全面にイオンビーム１６を一括して（即ちイオンビー
ム１６や基板１８を走査することなく）照射する構成を
している。

【０００４】イオン源２は、プラズマ６を生成するプラ
ズマ生成部４と、このプラズマ６から電界の作用でイオ
ンビーム１６を引き出す引出し電極系１０とを備えてい
る。引出し電極系１０は、多数のイオン引出し孔１４を
それぞれ有する１枚以上（この例では３枚）の電極１１
〜１３を有している。他の例も同様である。

【０００５】図８に示すイオンビーム照射装置は、引
き出されるイオンビーム１６がある程度の発散角を有す
るイオン源２を用い、イオン源２と基板１８との間の距
離Ｄを大きくすることによって、大型の基板１８の全面
にイオンビーム１６を一括して照射する構成をしてい
る。

【０００６】図９に示すイオンビーム照射装置は、図
１０も参照して、下に凸の半球状の電極１１〜１３から
成る引出し電極系１０を有していて、イオンビーム１６
を３６０度方向に発散させるイオン源２を用いて、大型
の基板１８の全面にイオンビーム１６を一括して照射す
る構成をしている。

【０００７】図１１のイオンビーム照射装置は、図１
２も参照して、幅Ｗの比較的小さい平面矩形の引出し電
極系１０を有するイオン源２を用いて、基板１８を引出
し電極系１０の長辺に交差する方向Ａに移動させる（機
械的に走査する）ことによって、大型の基板１８の全面
にイオンビーム１６を照射する構成をしている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記（図７参照）の
イオンビーム照射装置の場合、基板１８の大きさに応じ
てイオン源２の引出し電極系１０の平面寸法を大きくす
る必要があるので、イオン源２が大型かつ高価になる。
特に、基板１８が正方形または円形に近い形状を有する
場合は、イオン源２が非常に大型になり、それに伴って
イオン源２のメンテナンス性も悪化する。

【０００９】上記（図８参照）のイオンビーム照射装
置の場合、基板１８が大きくなるほど、イオン源２と基
板１８との間の距離Ｄを大きくする必要があるので、イ
オンビーム照射装置全体が非常に大型化する。また、上
記距離Ｄを大きく採れない制約がある場合は、この構造
を採用することができない。

【００１０】上記（図９、図１０参照）のイオンビー
ム照射装置の場合、イオン源２から引き出すイオンビー
ム１６の平面形状はほぼ円形をしているので、基板１８
が矩形の場合、その長辺をカバーする大きさ（ほぼ円
形）のイオンビーム１６を引き出す引出し電極系１０を
採用する必要があり、従って引出し電極系１０ひいては
イオン源２が必要以上に大型になる。しかも、基板１８
に照射されないイオンビーム１６が増大するので、イオ
ンビーム１６の利用効率も著しく低下する。

【００１１】しかも、球面形状を有する大型の電極１１
〜１３の形成には、大型のプレス機等が必要であり、製
作コストが嵩む。また、各電極１１〜１３に形成するイ
オン引出し孔１４（図１０参照）は、そこからイオンを
効率良く引き出すために、電極板面に対して垂直に形成
する必要があるが、電極１１〜１３が半球状をしている
ため、この孔開け加工は複雑な３次元加工となる。従っ
て、引出し電極系１０の形成が難しく、この理由から
も、引出し電極系１０ひいてはイオン源２の製作コスト
が嵩む。

【００１２】上記（図１１、図１２参照）のイオンビ
ーム照射装置の場合、処理のための真空容器（図示省
略）内でイオンビーム１６の照射中に基板１８を移動さ
せる必要があり、真空容器ひいてはイオンビーム照射装
置全体が非常に大型化すると共に、イオンビーム照射中
に基板１８を移動させる複雑な機構が必要になるので装
置のコストも嵩む。しかも、基板１８を移動させる機構
からパーティクル（ごみ）が発生して、これが基板１８
の表面を汚染する可能性も高い。

【００１３】そこでこの発明は、大面積のイオンビーム
引き出しが可能であり、しかもイオン源の大型化を緩和
することができ、更に引出し電極系の加工が容易である
イオン源を提供することを主たる目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】この発明に係るイオン源
は、その引出し電極系を構成する各電極が、平面矩形状
をしており、かつ電極板を下に凸のかまぼこ（蒲鉾）状
に曲げた形状をしていることを特徴としている。

【００１５】このイオン源によれば、各電極が平面矩形
状かつ下に凸のかまぼこ状をしているので、引出し電極
系から引き出すイオンビームを、各電極の幅方向（矩形
の長辺に交差する方向）に発散させることができる。従
って、各電極の幅方向の寸法をあまり大きくしなくて
も、大面積のイオンビーム引き出しが可能である。しか
も、各電極の幅方向の寸法をあまり大きくしなくても良
いので、引出し電極系ひいてはイオン源の大型化を緩和
することができる。従って、このイオン源によれば、基
板の大型化にも容易に対応することができる。

【００１６】しかも、かまぼこ状の各電極の加工は、円
柱状または円筒状のローラ等を用いて容易に行うことが
できるので、従来の半球状の電極に比べて、電極の加工
が容易である。更に、かまぼこ状の各電極に対するイオ
ン引出し孔の孔開けは、各電極の長さ方向（即ち矩形の
長辺方向）に並ぶ複数のイオン引出し孔については互い
に同じ方向に向けて開ければ良いので、即ちイオン引出
し孔の孔開け加工は２次元的な孔開け加工によって行う
ことができるので、イオン引出し孔の孔開け加工も従来
の半球状の電極の場合に比べて容易である。上記のよう
な理由から、このイオン源によれば、引出し電極系の加
工が容易であり、従ってコスト的にも安くできる。

【００１７】この発明に係るイオンビーム照射装置は、
上記のようなイオン源を備えていて、当該イオン源から
引き出したイオンビームを、基板を固定した状態で当該
基板の全面に一括して照射するように構成されているこ
とを特徴としている。

【００１８】このイオンビーム照射装置によれば、上記
のような大面積のイオンビーム引き出しが可能なイオン
源を備えているので、基板の大型化にも容易に対応する
ことができる。しかも、イオン源と基板との間の距離を
大きく採る必要がないので、装置の大型化を緩和するこ
とができる。

【００１９】また、基板を固定した状態でイオンビーム
照射を行う構成であるので、イオンビーム照射中に基板
を移動させる機構は不要である。従ってこの理由から
も、装置の大型化を緩和することができると共に、構成
の簡素化および低コスト化を図ることができる。かつ、
パーティクル発生を抑制することができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】図１は、この発明に係るイオン源
を用いたイオンビーム照射装置の一例を示す断面図であ
る。図２は、図１のイオン源と基板との関係の一例を示
す平面図である。図７〜図１２に示した従来例と同一ま
たは相当する部分には同一符号を付し、以下においては
当該従来例との相違点を主に説明する。

【００２１】このイオンビーム照射装置は、真空容器２
４に取り付けられたイオン源２ａを備えていて、このイ
オン源２ａから引き出したイオンビーム１６を、真空容
器２４内において、基板１８を固定した状態で当該基板
１８の全面に一括して（即ちイオンビーム１６を走査す
ることなく）照射するように構成されている。これによ
って、基板１８に対してイオン注入、イオンドーピング
等の処理を施すことができる。真空容器２４内は、真空
排気装置２６によって所定の真空度（例えば１０^-5〜１
０^-7Ｔｏｒｒ程度）に真空排気される。

【００２２】イオン源２ａは、プラズマ６を生成するプ
ラズマ生成部４と、このプラズマ生成部４内で生成され
たプラズマ６から電界の作用でイオンビーム１６を引き
出す引出し電極系１０とを備えている。

【００２３】プラズマ生成部４は、この例では高周波型
のものであり、放電用ガス８が導入される角筒状のプラ
ズマ生成容器４ａと、その背面部を絶縁物４ｃを介して
蓋をする矩形の蓋板４ｂとを有しており、このプラズマ
生成容器４ａと蓋板４ｂとの間に、高周波電源２０から
整合回路２２を経由して、例えば１３．５６ＭＨｚの周
波数の高周波電力が供給される。これによって、プラズ
マ生成容器４ａ内で放電用ガス８が放電分解されてプラ
ズマ６が生成される。但し、プラズマ生成部４はこの例
のような構造に限られるものではなく、他の構造、例え
ばフィラメントやマイクロ波を用いてプラズマ６を生成
する構造のもの等でも良い。また、放電用ガス８は、こ
の例のようにプラズマ生成容器４ａ内に直接導入する代
わりに、真空容器２４内に導入して引出し電極系１０を
通してプラズマ生成容器４ａ内に拡散させるようにして
も良い。

【００２４】引出し電極系１０は、多数のイオン引出し
孔１４をそれぞれ有する１枚以上（この例では３枚）の
電極１１〜１３を有している。但し、引出し電極系１０
を構成する電極の数は、この例のような３枚に限られる
ものではなく、例えば１枚、２枚または４枚以上でも良
い。

【００２５】上記引出し電極系１０は、より具体的には
それを構成する各電極１１〜１３は、図２および図３に
も示すように、平面形状（平面的に見た形状）が矩形
（長方形）をしている。Ｗ₁ はその幅、Ｌ₁ はその長さ
である。

【００２６】しかも各電極１１〜１３は、図３に示すよ
うに、電極板を下に凸のかまぼこ状に曲げた形状をして
いる。換言すれば、各電極１１〜１３は、円筒または楕
円筒をその長手方向（即ち軸に）沿って切断した一部分
のような形状をしている。

【００２７】各電極１１〜１３の各イオン引出し孔１４
の中心軸１４ａは、図４に示すように、各イオン引出し
孔１４付近における板面に実質的に垂直である。そのよ
うにすることによって、各イオン引出し孔１４の孔開け
加工が容易になると共に、各イオン引出し孔１４からイ
オンビーム１６を効率良く引き出すことができる。

【００２８】上記イオン源２ａによれば、各電極１１〜
１３が平面矩形状かつ下に凸のかまぼこ状をしているの
で、引出し電極系１０から引き出すイオンビーム１６
を、各電極１１〜１３の幅Ｗ₁ 方向（即ち矩形の長辺に
交差する方向）に発散させることができる。従って、各
電極１１〜１３の幅Ｗ₁ 方向の寸法をあまり大きくしな
くても、大面積のイオンビーム１６の引き出しが可能で
ある。しかも、各電極１１〜１３の幅Ｗ₁ 方向の寸法を
あまり大きくしなくても良いので、引出し電極系１０、
ひいてはイオン源２ａの大型化を緩和することができ
る。従って、このイオン源２ａによれば、基板１８の大
型化にも容易に対応することができる。

【００２９】しかも、かまぼこ状の各電極１１〜１３の
加工は、円柱状または円筒状のローラ等を用いて容易に
行うことができるので、図９および図１０に示した従来
の半球状の電極に比べて、電極１１〜１３の加工が容易
である。

【００３０】更に、かまぼこ状の各電極１１〜１３に対
するイオン引出し孔１４の孔開けは、各電極１１〜１３
の長さＬ₁ 方向（即ち矩形の長辺方向）に並ぶ複数のイ
オン引出し孔１４については互いに同じ方向に向けて開
ければ良いので、即ちイオン引出し孔１４の孔開け加工
は２次元的な孔開け加工によって行うことができるの
で、イオン引出し孔１４の孔開け加工も、図９および図
１０に示す従来の半球状の電極の場合に比べて容易であ
る。

【００３１】この孔開け加工方法の一例を図５を参照し
て説明すると、電極１１〜１３の元になるかまぼこ状に
曲げられた電極板３２を円柱状または円筒状の回転台３
０に載せておき、その上方からドリル３４によって長さ
Ｌ₁ 方向に一列に複数のイオン引出し孔１４を開け、そ
の後、回転台３０を一定方向Ｂに一定角度だけ回転させ
て止めた状態で再びドリル３４によって一列にイオン引
出し孔１４を開け、このような動作を繰り返せば良い。
このような方法によって、半球状の電極の場合に比べ
て、イオン引出し孔１４の孔開け加工を容易に行うこと
ができる。

【００３２】従って、このイオン源２ａでは、従来の半
球状の電極の場合に比べて、引出し電極系１０の加工が
容易であり、従ってコスト的にも安くできる。

【００３３】また、図１に示したイオンビーム照射装置
によれば、上記のような大面積のイオンビーム１６の引
き出しが可能なイオン源２ａを備えているので、基板１
８の大型化にも容易に対応することができる。

【００３４】しかも、イオン源２ａと基板１８との間の
距離Ｄ₁ を大きく採る必要がないので、装置の大型化を
緩和することができる。従って、装置のメンテナンスも
容易になる。

【００３５】また、基板１８を固定した状態でイオンビ
ーム１６の照射を行う構成であるので、図１１および図
１２に示した従来例と違って、イオンビーム照射中に基
板１８を移動させる機構は不要である。従ってこの理由
からも、装置の大型化を緩和することができると共に、
構成の簡素化および低コスト化を図ることができる。か
つ、パーティクル発生を抑制することができる。

【００３６】なお、上記イオン源２ａを用いた場合、厳
密に見れば、引出し電極系１０の中心線上と周辺部とで
は、引出し電極系１０と基板１８との間の距離（イオン
ビーム１６が走る距離）および基板１８に対するイオン
ビーム１６の入射角が異なるようになるので、基板１８
に入射するイオンビーム１６のビーム電流密度分布に不
均一を生じる可能性がある。これに対しては、例えば、
引出し電極系１０を構成する各電極１１〜１３のイオ
ン引出し孔１４を、各電極の中心部から周辺部に向かう
ほど密に配置する、各電極１１〜１３のイオン引出し
孔１４の大きさを、各電極の中心部から周辺部に向かう
ほど大きくする、という手段の少なくとも一方（即ち一
方または両方）を採用しても良い。そのようにすれば、
引出し電極系１０から引き出すイオンビーム１６の周辺
部のビーム電流密度をより高めることができるので、基
板１８に入射するイオンビーム１６のビーム電流密度分
布の均一性をより高めることができる。

【００３７】各電極１１〜１３のイオン引出し孔１４の
形状は、丸孔でも良いし、スリット状でも良い。イオン
引出し孔１４がスリット状の場合は、各電極１１〜１３
の長さＬ₁ （図３参照）方向に長いスリット状にするの
が好ましい。そのようにすれば、スリット状のイオン引
出し孔１４の孔開け加工が容易になる。かつ、上述した
ようにイオン引出し孔１４の大きさ（例えばイオン引出
し孔の長さまたは幅）を周辺部ほど大きくする場合に、
それが容易になる。

【００３８】また、上記引出し電極系１０を構成する各
電極１１〜１３の曲率半径Ｒは、各電極１１〜１３の曲
面内において一定にするのが好ましく、そのようにすれ
ば各電極１１〜１３の加工が容易になる。但し、各電極
１１〜１３の曲面内において曲率半径Ｒを一定にしなく
ても（即ち曲率半径Ｒを変化させても）良く、そのよう
にすればイオンビーム１６の発散の仕方を変化させる
（調整する）ことができる。

【００３９】引出し電極系１０を構成する各電極１１〜
１３を上に凸のかまぼこ状にして、それから引き出した
イオンビーム１６を一旦集束させた（焦点を結ばせた）
後に発散させるという考えもあるけれども、下に凸のか
まぼこ状にする方が、同じ面積の基板１８にイオンビー
ム１６を照射する場合に、引出し電極系１０と基板１８
との間の距離がより小さくて済むので好ましい。

【００４０】図６は、この発明に係るイオン源を用いた
イオンビーム照射装置の他の例を示す断面図である。図
１の例との相違点を主体に説明すると、このイオンビー
ム照射装置は、上記のようなイオン源２ａと、基板１８
上に薄膜を形成する薄膜形成手段とを備えている。この
例の場合も、処理中は基板１８を固定しておく。

【００４１】薄膜形成手段は、この例のものはプラズマ
ＣＶＤ法によるものであり、真空容器２４内に基板１８
を挟んで相対向するように設けられた一対の高周波電極
３８と、両高周波電極３８間に整合回路４２を経由して
例えば１３．５６ＭＨｚの周波数の高周波電力を供給す
る高周波電源４０とを備えている。これによって、真空
容器２４内に導入されたガス３６を高周波放電によって
放電分解して、基板１８の表面近傍にプラズマ４４を生
成して、基板１８の表面に薄膜を形成することができ
る。

【００４２】基板１８に対するイオンビーム１６の照射
と薄膜形成とは、同時に行っても良いし、交互に行って
も良い。また、薄膜形成手段は、上記例以外のものでも
良い。

【００４３】前述したように上記イオン源２ａによれば
それと基板１８との間の距離を大きく採る必要がないの
で、イオンビーム照射装置が図６の例のように薄膜形成
手段を有する場合に、薄膜が基板１８以外の面に、具体
的には真空容器２４の内壁に堆積する面積を抑えること
ができる。従って、装置のメンテナンスが容易になる。

【００４４】

【実施例】図１の構成のイオンビーム照射装置におい
て、イオン源２ａの引出し電極系１０を３枚の電極１１
〜１３で構成し、その平面的な幅Ｗ₁ を約３２０ｍｍ、
長さＬ₁ を約１０００ｍｍ、最上流側の電極１１の曲率
半径Ｒを約２００ｍｍとした。また、最下流側の電極１
３と基板１８との間の距離Ｄ₁ を約２５０ｍｍとした。

【００４５】このような構成によって、幅Ｗ₂ （図２参
照）が約１０００ｍｍ、長さＬ₂ が約９００ｍｍの基板
１８の全面に一括してイオンビーム１６を照射すること
ができた。即ち、同じ大きさの基板１８にイオンビーム
１６を一括して照射する場合、図７に示した平らな電極
１１〜１３から成る引出し電極系１０の場合に比べて、
引出し電極系１０の幅を約１／３にすることができた。
従ってその分、イオン源２ａの寸法も小さくすることが
できた。

【００４６】

【発明の効果】この発明は、上記のとおり構成されてい
るので、次のような効果を奏する。

【００４７】請求項１記載のイオン源によれば、引出し
電極系から引き出すイオンビームを、各電極の幅方向に
発散させることができるので、各電極の幅方向の寸法を
あまり大きくしなくても、大面積のイオンビーム引き出
しが可能である。しかも、各電極の幅方向の寸法をあま
り大きくしなくても良いので、引出し電極系ひいてはイ
オン源の大型化を緩和することができる。従って、この
イオン源によれば、基板の大型化にも容易に対応するこ
とができる。

【００４８】しかも、かまぼこ状の各電極の加工は、従
来の半球状の電極に比べて容易であり、かつ各電極に対
するイオン引出し孔の孔開け加工も従来の半球状の電極
の場合に比べて容易であるので、従来の半球状の電極の
場合に比べて、引出し電極系の加工が容易であり、従っ
てコスト的にも安くできる。

【００４９】請求項２または３記載のイオン源によれ
ば、引出し電極系から引き出すイオンビームの周辺部の
ビーム電流密度をより高めることができるので、基板等
の被照射物に入射するイオンビームのビーム電流密度分
布の均一性をより高めることができる。

【００５０】請求項４記載のイオンビーム照射装置によ
れば、上記のような大面積のイオンビーム引き出しが可
能なイオン源を備えているので、基板の大型化にも容易
に対応することができる。しかも、イオン源と基板との
間の距離を大きく採る必要がないので、装置の大型化を
緩和することができる。従って、装置のメンテナンス性
も向上する。

【００５１】また、基板を固定した状態でイオンビーム
照射を行う構成であるので、イオンビーム照射中に基板
を移動させる機構は不要である。従ってこの理由から
も、装置の大型化を緩和することができると共に、構成
の簡素化および低コスト化を図ることができる。また、
パーティクル発生を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係るイオン源を用いたイオンビーム
照射装置の一例を示す断面図である。

【図２】図１のイオン源と基板との関係の一例を示す平
面図である。

【図３】図１中のイオン源を構成する電極の一例を示す
斜視図である。

【図４】図１中のイオン源を構成する電極の一例を拡大
して部分的に示す断面図である。

【図５】図１中のイオン源を構成する電極の孔開け加工
方法の一例を示す斜視図である。

【図６】この発明に係るイオン源を用いたイオンビーム
照射装置の他の例を示す断面図である。

【図７】従来のイオン源を用いたイオンビーム照射装置
の一例を示す断面図である。

【図８】従来のイオン源を用いたイオンビーム照射装置
の他の例を示す断面図である。

【図９】従来のイオン源を用いたイオンビーム照射装置
の他の例を示す断面図である。

【図１０】図９中のイオン源を構成する電極を示す平面
図である。

【図１１】従来のイオン源を用いたイオンビーム照射装
置の更に他の例を示す断面図である。

【図１２】図１１のイオン源と基板との関係を示す平面
図である。

【符号の説明】

２ａ イオン源 ４ プラズマ生成部 ６ プラズマ １０ 引出し電極系 １１〜１３ 電極 １４ イオン引出し孔 １６ イオンビーム １８ 基板

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多数のイオン引出し孔をそれぞれ有する
   １枚以上の電極を有していてプラズマからイオンビーム
   を引き出す引出し電極系を備えるイオン源において、前
   記引出し電極系を構成する各電極は、平面形状が矩形を
   しており、かつ電極板を下に凸のかまぼこ状に曲げた形
   状をしていることを特徴とするイオン源。
2. 【請求項２】 前記引出し電極系を構成する各電極のイ
   オン引出し孔を、各電極の中心部から周辺部に向かうほ
   ど密に配置している請求項１記載のイオン源。
3. 【請求項３】 前記引出し電極系を構成する各電極のイ
   オン引出し孔の大きさを、各電極の中心部から周辺部に
   向かうほど大きくしている請求項１記載のイオン源。
4. 【請求項４】 請求項１、２または３記載のイオン源を
   備えていて、当該イオン源から引き出したイオンビーム
   を、基板を固定した状態で当該基板の全面に一括して照
   射するように構成されていることを特徴とするイオンビ
   ーム照射装置。