JP2006147269A - イオン照射装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】イオン照射対象物品のイオン照射対象部分に全体的に均一に、また、徒に長時間を要することなくイオン照射処理を施せる寿命の長いイオン照射装置を提供する。
【解決手段】電子源20Aを物品Wのイオン照射対象部分の全体に臨むように設け、電子源20Aにおけるフィラメント2a、2a’、2a”は、電子源20Aの全体にわたり不連続に複数段に分散並列配置する。複数段のフィラメントのうち、少なくとも1段のフィラメントを、互いに逆向きの電流が流れるように相互に平行又は略平行に接近して対向する対向部分を含むように屈曲配置し、或いは、少なくとも一組の互いに隣り合うフィラメントについて、互いに逆向きの電流が流れるように相互に平行又は略平行に接近して対向する対向部分を含ませる。かかる電子源20Aから放出させた電子を真空チャンバ1内へ導入したガスに衝突させてプラズマを生成し、該プラズマ中のイオンを物品Wに照射する。
【選択図】図1
Description
真空チャンバ1は、図示省略の排気装置により排気ポート11から排気することでチャンバ内を所定のイオン照射圧に減圧維持することができ、また、ガス導入ポート12から照射イオンを生成するためのガス、例えばアルゴンガスのような不活性ガスをチャンバ内へ導入できる。
アルゴンガス導入量:100sccm、
イオン照射におけるチャンバ内圧力:0.7Pa、
フィラメントサイズ及び本数:直径1.0mm,長さ600mmのフィラメント一本、 フィラメント電圧及び電流:電圧36V,電流60A、
放電電圧及び電流:電圧30V,電流31A、
物品Wへのバイアス電圧及び電流:電圧−500V,電流9A、
処理時間:60分とした。
また、同じ実験条件で、但し、処理時間を制限せずに装置運転したところ、フィラメント寿命は略10時間程度と短かった。
この場合の図12の装置による実験条件は、
物品Wについては前記と同じ条件、
アルゴンガス導入量:100sccm、
イオン照射におけるチャンバ内圧力:0.7Pa、
フィラメントサイズ及び本数:直径1.0mm,長さ200mmのフィラメント3本、 各フィラメント電圧及び電流:電圧12V,電流60A、
放電電圧及び電流:電圧40V,電流31A、
物品Wへのバイアス電圧及び電流:電圧−500V,電流9Aであった。
(1)第1のイオン照射装置
真空チャンバ内において、フィラメント電源からの通電による抵抗加熱により熱電子を放出するフィラメントを用いた電子源から放出させた電子を真空チャンバ内導入ガスに衝突させてプラズマを生成し、該プラズマ中のイオンをイオン照射対象物品に照射するイオン照射装置であり、該電子源は該物品のイオン照射対象部分の全体に臨むように設けられており、該電子源における前記フィラメントは、該電子源の全体にわたり不連続に複数段に分散並列配置され、該複数段のフィラメントのうち少なくとも1段のフィラメントは、互いに逆向きの電流が流れるように相互に平行又は略平行に対向する対向部分を少なくとも一つ含むように屈曲配置されており、該相互に平行又は略平行な対向部分は、該対向部分に互いに逆向きに流される電流に誘起されて発生する磁場が打ち消しあうように接近しているイオン照射装置。
真空チャンバー内において、フィラメント電源からの通電による抵抗加熱により熱電子を放出するフィラメントを用いた電子源から放出させた電子を真空チャンバ内導入ガスに衝突させてプラズマを生成し、該プラズマ中のイオンをイオン照射対象物品に照射するイオン照射装置であり、該電子源は該物品のイオン照射対象部分の全体に臨むように設けられており、該電子源における前記フィラメントは、該電子源の全体にわたり不連続に複数段に分散並列配置され、該複数段のフィラメントのうち少なくとも一組の互いに隣り合うフィラメントには、互いに逆向きの電流が流される、相互に平行又は略平行な対向部分が少なくとも一つ含まれており、該相互に平行又は略平行な対向部分は、該対向部分に互いに逆向きに流される電流に誘起されて発生する磁場が打ち消しあうように接近しているイオン照射装置。
また、「電子源が物品のイオン照射対象部分の全体に臨むように設けられている」態様には、電子源が物品のイオン照射対象部分のほぼ全体に臨むように設けられている場合も含まれる。
「フィラメントが電子源の全体にわたり不連続に複数段に分散並列配置されている」態様には、フィラメントが電子源のほぼ全体にわたり不連続に複数段に分散並列配置されている場合も含まれる。
また、「磁場が打ち消しあう」には、磁場が完全に打ち消しあう場合は勿論のこと、完全ではないが、磁場が打ち消しあっているとみて差し支えない場合も含まれる。
また、第1のイオン照射装置においては、複数段のフィラメントのうち少なくとも一組の互いに隣り合うフィラメントは、互いに逆向きの電流が流される、相互に平行又は略平行な対向部分を少なくとも一つ含んでいてもよい。かかる相互に平行又は略平行な対向部分は、該対向部分に互いに逆向きに流される電流に誘起されて発生する磁場が打ち消しあうように接近させる。すなわち、そのように互いに隣り合うフィラメンと、フィラメント中において相互に平行又は略平行な対向部分を含むように屈曲配置されたフィラメントとが混じっていてもよい。
また、少なくとも1段のフィラメントは、互いに逆向きの電流が流れるように相互に平行又は略平行に対向する対向部分を少なくとも一つ含むように屈曲配置され、該相互に平行又は略平行な対向部分は、該対向部分に互いに逆向きに流される電流に誘起されて発生する磁場が打ち消しあうように接近していてもよい。すなわち、そのように屈曲配置されたフィラメントと、互いに接近する相互に平行又は略平行な対向部分を含むように組をなす互いに隣り合うフィラメントとが混じっていてもよい。
(1) 前記真空チャンバ内導入ガスに衝突させて前記プラズマを生成するために電子源から放出させる電子として、前記フィラメントへの通電による抵抗加熱により該フィラメントから放出される熱電子を用いる電子源。
この電子源の場合、熱電子放出部材や2次電子放出部材は、複数段のフィラメントのそれぞれに対して設けられていてもよいし、複数段のフィラントに対し共通の一つのものが設けられていてもよく、或いは複数段のフィラメントのうち所定本数グループ毎に共通のものが設けられていてもよく、要するに電子源の全体又は略全体から均一状に電子を放出させ得るように設けられていればよい。
熱電子放出部材は2次電子放出部材の機能を有していてもよい。或いは、2次電子放出部材は熱電子放出部材の機能を有していてもよい。
この電子源の場合、予備プラズマ室は、複数段のフィラメントのそれぞれに対して設けられていてもよいし、複数段のフィラントに対し共通の一つのものが設けられていてもよく、或いは複数段のフィラメントのうち所定本数グループ毎に共通のものが設けられていてもよく、要するに電子源の全体又は略全体から均一状に電子を放出させ得るように設けられていればよい。
また、例えば、前記電子源から放出させた電子の前記真空チャンバ内導入ガスへの衝突により形成されるプラズマの空間分布を計測するプラズマ分布計測装置及び該プラズマ分布計測装置により計測されるプラズマ分布に基づいて、プラズマ分布を該物品のイオン照射対象部分全体に対し均一化するように前記フィラメント電源出力を制御する制御装置を備えていてもよい。
かかるプラズマ分布計測装置としては、例えば、前記各フィラメントが分担する放電電流をモニターすることでプラズマ分布を計測するものを挙げることができる。これは、通常プラズマの密度は放電電流とともに高くなり、放電電流をモニターすることで、実質上プラズマ密度をモニターできることに基づいている。このように放電電流をモニターする場合、プラズマ分布計測装置は、各フィラメントが分担する放電電流をモニターする放電電流計測器を含む。そして、フィラメント電源出力を制御する制御装置は、該放電電流計測器でモニターされる放電電流に基づいて各フイラメント電源出力を制御する。
以下の説明においても、「磁場が打ち消しあう」には、磁場が完全に打ち消しあう場合は勿論のこと、完全ではないが、磁場が打ち消しあっているとみて差し支えない場合も含まれる。
図1(A)は本発明に係るイオン照射装置の1例を示している。図1(A)のイオン照射装置Aは、図11(A)に示すイオン照射装置において、フィラメント2に代え、3本のフィラメント2a、2a’、2a”を採用したものである。これら3本のフィラメントは上下方向3段に不連続に並列配置されており、各フィラメントはイオン照射対象物品Wの上下長手方向に対し水平方向に配置された端子台21a、22a間に張設されている。各フィラメントとイオン照射対象物品Wとの位置関係は平面からみると、図1(B)に示すようになっている。
フィラメント2a’も屈曲部分も含めた全長は200mmであり、部分a1’、a2’の各長さh2は37mm、部分a1’間、a2’間の各長さwは6mm、該屈曲部分の総長は160mm(4×h2+2×w)である。
フィラメントの直径は1.0mmである。
アルゴンガス導入量:100sccm、
イオン照射におけるチャンバ内圧力:0.7Pa、
各フィラメント電圧及び電流:電圧10V,電流52A、
放電電圧及び電流:電圧60V,電流31A、
物品Wへのバイアス電圧及び電流:電圧−500V,電流9A、
処理時間:60分とした。
図2から、物品Wの全体にわたり、ほぼ均一(均一性<10%)なエッチングができていることがわかる。
上記以外の点は図1(A)に示すイオン照射装置Aと実質上同構成であり、図1(A)の装置Aと実質上同じ部品、部分等には装置Aと同じ参照符号を付してある。
なお、図4の装置Cの場合、各隣り合うフィラメント2c、2c’は、それぞれ直線に張設して互いに接近させることで、それらに互いに反対向きに流される電流により誘起される磁場が互いに打ち消しあうようにしてもよい。
なお、熱電子放出部材としては金属、金属酸化物、セラミック材料からなる部材を、2次電子放出部材についても、金属、金属酸化物、セラミック材料からなる部材を例示できる。
これ以外の点は装置Bと実質上同構成であり、装置Bにおける部品、部分等と実質上同じ部品、部分等には装置Bと同じ参照符号を付してある。但し、各フィラメントは簡略化して図示してあり、電源等の図示は省略している。
これ以外の点は装置Bと実質上同じである。装置Bにおける部品、部分等と実質上同じ部品、部分等には装置Bと同じ参照符号を付してある。
図11(A)に示したような、フィラメントを連続的に長い範囲に配置するような例では、このような制御をすることは不可能である。しかし、本発明に係る装置ではフィラメントを不連続に複数段に分散並列配置しているのでかかる制御が可能である。
なお、かかる計測器や制御部は、既述のイオン照射装置A〜Gにも適用できる。
フィラメント途中の接近した平行又は略平行な部分の間隔、或いは互いに隣り合うフィラメントにおいて接近した平行又は略平行な部分の間隔は、短ければ短いほど、その部分に発生する磁場の相互打ち消しあいのためにはよいが、実際にはあまり短すぎると、フィラメントの熱膨張などが原因で短絡してしまうことがある。
また、図1から図10に示す各イオン照射装置においては、放電電源の負側はフィラメント電源の正側(或いは負側)に接続されているが、放電電源の負側はフィラメント電源の正側、負側のいずれに接続されてもよい。但し、放電電源の負側をフィラメント電源の正側に接続する場合は、フィラメント負側の放電電圧が高くなりすぎないように放電電源の電圧を調整するとよい。
フィラメントの材質はタングステンが一般的であるが、他のものでもよい。
なお、バイアス電源の極性を負極性から正極性に変更することで、物品に電子を照射することもできる。高速両極性パルス運転と組み合わせれば、物品が絶縁物の場合において、イオン照射によるチャージアップを抑制して、効率的にイオン照射をすることができる。
1 真空チャンバ
11 排気ポート
12 ガス導入ポート
3 物品ホルダ
W イオン照射対象物品
20A、20B 電子源
2a、2a’、2a” フィラメント
21a、22a 端子台
a1とa1、a1’とa1’、a2’とa2’ 平行部分
PWa フィラメント電源
PW2 放電電源
PW3 バイアス電源
20C、20D 電子源
2c、2c’ フィラメント
21c、22c 端子台
c1とc1’ 平行部分
PWc フィラメント電源
20E 電子源
4 電子放出部材(又は2次電子放出部材)
PW4 衝撃電源
PW2’ 放電電源
20F 電子源
5 予備プラズマ室
51 ガス導入ポート
52 電子引出し開口
PW5 予備プラズマ室用電源
PW2” 放電電源
20G 電子源
6 マグネット
20H 電子源
PWa’ 出力可変フィラメント電源
7 イオン電流分布計測器
8 制御部
2、2’ フィラメント
21、21’、22、22’端子台
PW1、PW1’フィラメント電源 AM1、AM2、AM3 放電電流計測器
9 制御部
Claims (17)
- 真空チャンバ内において、フィラメント電源からの通電による抵抗加熱により熱電子を放出するフィラメントを用いた電子源から放出させた電子を真空チャンバ内導入ガスに衝突させてプラズマを生成し、該プラズマ中のイオンをイオン照射対象物品に照射するイオン照射装置であり、該電子源は該物品のイオン照射対象部分の全体に臨むように設けられており、該電子源における前記フィラメントは、該電子源の全体にわたり不連続に複数段に分散並列配置され、該複数段のフィラメントのうち少なくとも1段のフィラメントは、互いに逆向きの電流が流れるように相互に平行又は略平行に対向する対向部分を少なくとも一つ含むように屈曲配置されており、該相互に平行又は略平行な対向部分は、該対向部分に互いに逆向きに流される電流に誘起されて発生する磁場が打ち消しあうように接近していることを特徴とするイオン照射装置。
- 前記の互いに接近する相互に平行又は略平行な対向部分を含むように屈曲配置されたフィラメントに通電するフィラメント電源は直流電源である請求項1記載のイオン照射装置。
- 前記の互いに接近する相互に平行又は略平行な対向部分を含むように屈曲配置されたフィラメントにおける該相互に平行又は略平行な対向部分は該フィラメントの負極性側端部寄りに位置している請求項2記載のイオン照射装置。
- 前記の互いに接近する相互に平行又は略平行な対向部分を含むように屈曲配置されたフィラメントに通電するフィラメント電源は、極性が周期的に反転する交番電流を流す交番電源である請求項1記載のイオン照射装置。
- 真空チャンバー内において、フィラメント電源からの通電による抵抗加熱により熱電子を放出するフィラメントを用いた電子源から放出させた電子を真空チャンバ内導入ガスに衝突させてプラズマを生成し、該プラズマ中のイオンをイオン照射対象物品に照射するイオン照射装置であり、該電子源は該物品のイオン照射対象部分の全体に臨むように設けられており、該電子源における前記フィラメントは、該電子源の全体にわたり不連続に複数段に分散並列配置され、該複数段のフィラメントのうち少なくとも一組の互いに隣り合うフィラメントには、互いに逆向きの電流が流される、相互に平行又は略平行な対向部分が少なくとも一つ含まれており、該相互に平行又は略平行な対向部分は、該対向部分に互いに逆向きに流される電流に誘起されて発生する磁場が打ち消しあうように接近していることを特徴とするイオン照射装置。
- 前記互いに接近する相互に平行又は略平行な対向部分を含む、前記組をなす互いに隣り合うフィラメントに通電するフィラメント電源は、該互いに接近する相互に平行又は略平行な対向部分に互いに逆向きの電流を流す直流電源である請求項5記載のイオン照射装置。
- 前記組をなす互いに隣り合うフィラメントにおける前記互いに接近する相互に平行又は略平行な対向部分はそれらフィラメントの負極性側端部寄りに位置している請求項6記載のイオン照射装置。
- 前記互いに接近する相互に平行又は略平行な対向部分を含む、前記組をなす互いに隣り合うフィラメントに通電するフィラメント電源は、該互いに接近する相互に平行又は略平行な対向部分に互いに逆向きの電流が流れるように交番電流を流す交番電源である請求項5記載のイオン照射装置。
- 前記互いに接近する相互に平行又は略平行な対向部分を含む前記組をなす互いに隣り合うフィラメントは、該互いに接近する相互に平行又は略平行な対向部分を提供するように、少なくとも一方が屈曲配置されている請求項5から8のいずれかに記載のイオン照射装置。
- 前記電子源は、前記真空チャンバ内導入ガスに衝突させて前記プラズマを生成するために該電子源から放出させる電子として、前記フィラメントへの通電による抵抗加熱により該フィラメントから放出される熱電子を用いる請求項1から9のいずれかに記載のイオン照射装置。
- 前記電子源は、前記フィラメントへの通電による抵抗加熱により該フィラメントから放出される熱電子の衝突により熱電子を放出する熱電子放出部材及び前記フィラメントへの通電による抵抗加熱により該フィラメントから放出される熱電子の衝突により2次電子を放出する2次電子放出部材のうち少なくとも一方を含んでおり、前記真空チャンバ内導入ガスに衝突させて前記プラズマを生成するために該電子源から放出させる電子として、該熱電子放出部材及び(又は)2次電子放出部材から放出される電子を用いる請求項1から9のいずれかに記載のイオン照射装置。
- 前記電子源は、予備プラズマ室を含んでおり、前記フィラメントへの通電による抵抗加熱により該フィラメントから放出される熱電子を該予備プラズマ室に導入されるガスに衝突させて予備プラズマを生成し、前記真空チャンバ内導入ガスに衝突させて前記プラズマを生成するために該電子源から放出させる電子として、該予備プラズマ室に生成するプラズマから放出される電子を用いる請求項1から9のいずれかに記載のイオン照射装置。
- 前記複数段のフィラメントのうち少なくとも1段のフィラメントに対し、該フィラメントに流れる電流により誘起される磁場の少なくとも一部を打ち消す磁場形成手段が設けられている請求項1から12のいずれかに記載のイオン照射装置。
- 前記フィラメントに通電するフィラメント電源は、該フィラメントに印加する電圧極性を定期的に反転させる電源である請求項1から13のいずれかに記載のイオン照射装置。
- 前記イオン照射対象物品に照射されるイオンに基づくイオン電流の空間分布を計測するイオン電流分布計測装置及び該イオン電流分布計測装置により計測されるイオン電流分布に基づいて、イオン電流分布を該物品のイオン照射対象部分全体に対し均一化するように前記フィラメント電源出力を制御する制御装置を備えている請求項1から14のいずれかに記載のイオン照射装置。
- 前記電子源から放出させた電子の前記真空チャンバ内導入ガスへの衝突により形成されるプラズマの空間分布を計測するプラズマ分布計測装置及び該プラズマ分布計測装置により計測されるプラズマ分布に基づいて、プラズマ分布を該物品のイオン照射対象部分全体に対し均一化するように前記フィラメント電源出力を制御する制御装置を備えている請求項1から14のいずれかに記載のイオン照射装置。
- 前記プラズマの空間分布を計測するプラズマ分布計測装置は、前記各フィラメントが分担する放電電流をモニターすることでプラズマ分布を計測するものであり、該各フィラメントが分担する放電電流をモニターする放電電流計測器を含んでおり、前記フィラメント電源出力を制御する制御装置は、該放電電流計測器でモニターされる放電電流に基づいて各フイラメント電源出力を制御する請求項16記載のイオン照射装置。
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