JP2013020737A

JP2013020737A - 防着板支持部材およびこれを備えたイオン源

Info

Publication number: JP2013020737A
Application number: JP2011151326A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Inai; 裕井内; Shojiro Doi; 正二郎土肥; Masahiro Tanii; 正博谷井
Original assignee: Nissin Ion Equipment Co Ltd
Current assignee: Nissin Ion Equipment Co Ltd
Priority date: 2011-07-08
Filing date: 2011-07-08
Publication date: 2013-01-31
Also published as: KR20130006273A; TW201303950A; CN102867717B; CN102867717A; KR101384571B1

Abstract

【課題】プラズマ生成容器への防着板の取り付け、取り外しに係る作業効率を改善する。
【解決手段】プラズマ処理装置やイオンビーム照射装置で用いられるプラズマ生成容器４内に防着板２０を防着板支持部材１５により取り付ける。この防着板支持部材１５は、プラズマ生成容器４の内壁に少なくとも一部が当接する本体部と、本体部より延設された端部を有するとともに、プラズマ生成容器４に防着板支持部材１５を組み付けたとき、端部はプラズマ生成容器４の内壁より離間している。
【選択図】図２

Description

本発明は、プラズマ処理装置やイオンビーム照射装置で用いられるプラズマ生成容器内部に防着板を取り付ける為の防着板支持部材、更には当該防着板支持部材を備えるイオン源に関する。

プラズマCVD装置やPLADと呼ばれるプラズマドーピング装置等のプラズマ処理装置やイオン注入装置やイオンビーム配向装置等のイオンビーム照射装置には、プラズマ生成容器内壁の腐食防止やプラズマ生成容器内の洗浄を効率的に行う為に、プラズマ生成容器内壁に沿って特許文献１の図３に開示されているような着脱可能なライニング（ライナー、防着板とも呼ぶ）が設けられている。

特開平５−１８２６２３号公報（図３）

装置の運転状況に応じて、防着板は交換が必要となる。例えば、ある程度の期間、装置を運転させると、防着板上に堆積物が付着する。また、プラズマ生成容器内の熱によって、防着板が熱変形してしまうことがある。この状態を放っておくと、装置運転に支障を来たしかねない為、例えば、定期的に防着板の交換が行われている。

通常、防着板は、プラズマ生成容器の内壁に対して、ボルトで固定されている。その為、防着板をプラズマ生成容器の内壁に取り付けたり、プラズマ生成容器の内壁から取り外したりする際には、防着板を固定する全てのボルトを取り付け、取り外ししなければならず、このような作業に長時間要していた。また、このような作業が定期的に発生すると、装置のメンテナンスに要する時間が長くなり、装置稼働率にも影響を及ぼしかねない。

近年では、被処理対象物のサイズは、年々大きくなっている。例えば、イオンビーム照射装置では、被処理対象物がガラス基板である場合、その大きさはおおよそ２２００ｍｍ×２６００ｍｍにも及ぶ。このような基板の大型化に伴って、プラズマ生成容器の寸法も大きくなっている。

このような大型のプラズマ生成容器を用いた場合、その分、防着板の寸法も大きくなる。その為、大きな防着板の取り付けには、より多くのボルトが必要となり、防着板の取り付けや取り外し作業に要する時間がさらに長くなってしまう。また、大きな防着板の取り付けや取り外し作業を行うには多大な労力を要することになる。

そこで、本発明では、プラズマ生成容器への防着板の取り付け、取り外しに係る作業効率を改善することを主たる目的とする。

本発明の防着板支持部材は、プラズマ処理装置やイオンビーム照射装置で用いられるプラズマ生成容器内に配置される防着板支持部材であって、プラズマ生成容器の内壁に少なくとも一部が当接する本体部と、前記本体部より延設された端部を有するとともに、プラズマ生成容器に防着板支持部材を組み付けたとき、前記端部がプラズマ生成容器の内壁より離間していることを特徴としている。

このような防着板支持部材を用いれば、防着板のプラズマ生成容器への取り付け、取り外しに係る作業効率を改善することができる。

また、作業効率を更に改善させるには、前記端部は、前記防着板支持部材が取り付けられるプラズマ生成容器の内壁に沿って延設されていることが好ましい。

そのようにすると、防着板の取り付け、取り外しをスムーズに行うことができる。

また、前記防着板支持部材は、非磁性体と磁性体とで構成されていてもよい。

本発明の防着板支持部材を備えたイオン源としては、プラズマ生成容器内でプラズマを生成し、当該プラズマよりイオンビームを発生させて、前記イオンビームを所定の方向に進行させるイオン源であって、前記プラズマ生成容器内に、少なくとも一部がプラズマ生成容器の内壁に当接する本体部と、前記本体部より延設された端部とを有するとともに、プラズマ生成容器に組み付けたとき、前記端部がプラズマ生成容器の内壁より離間している防着板支持部材が複数個配置されているとともに、前記イオンビームの進行方向に略垂直な平面において、前記防着板支持部材の端部が、前記プラズマ生成容器の内壁に沿って互いに対向配置され、かつ、対向配置された前記防着板支持部材の端部間に防着板が配置されている構成であれば良い。

また、本発明のイオン源の別の構成としては、周囲に複数の永久磁石が配置されたプラズマ生成容器内でプラズマを生成し、当該プラズマよりイオンビームを発生させて、前記イオンビームを所定の方向に進行させるイオン源であって、前記プラズマ生成容器内に、少なくとも一部がプラズマ生成容器の内壁に当接する本体部と、前記本体部より延設された端部とを有するとともに、プラズマ生成容器に組み付けたとき、前記端部がプラズマ生成容器の内壁より離間している磁性体と非磁性体からなる防着板支持部材が複数個配置されているとともに、前記イオンビームの進行方向に略垂直な平面において、前記防着板支持部材の端部が、前記プラズマ生成容器の内壁に沿って互いに対向配置され、かつ、対向配置された前記防着板支持部材の端部間に防着板が配置されており、さらに前記防着板支持部材を構成する磁性体の少なくとも一部が前記プラズマ生成容器の壁面を介して前記プラズマ生成容器の周囲に配置された永久磁石に対向配置されている構成であっても良い。

プラズマ生成容器内に防着板支持部材を配置し、防着板支持部材に対して防着板をスライドさせることにより、取り付けと取り外しが行えるようになるので、防着板の位置決めに要する時間を短縮させることができる。また、防着板の端部が、防着板支持部材により支持されているので、防着板自体を固定するボルトの本数を減らすことができる。さらに、防着板自体の固定に用いるボルトの本数が減るので、防着板の取り付け、取り外し時に要する時間を短縮させることができる。

本発明に係るイオン源の一実施形態を示す断面図である。図１に示す線Ａ‐ＡでＸ方向に沿ってプラズマ生成容器を切断したときの断面図である。防着板支持部材を表す斜視図である。図１、図２に記載のプラズマ生成容器の内部に、更なる防着板支持部材を追加した時の様子を表す。図４の構成で、追加された防着板支持部材を表す斜視図である。プラズマ生成容器周囲に設けられた永久磁石の配置例を表す。（ａ）は紙面斜め奥方向にＺ方向を向けたときの様子を表し、（ｂ）は紙面斜め手前方向にＺ方向を向けたときの様子を表す。図６に記載のプラズマ生成容器内部の端部に磁性体と非磁性体からなる防着板支持部材が配置される様子を表す斜視図であり、図７（ａ）は図示される矢印ＩＢの方向に沿って、非磁性体と磁性体とが交互に配置された防着板支持部材の例を表し、図７（ｂ）は非磁性体の内部に複数の磁性体が配置された防着板支持部材の例を表す。図７（ａ）に記載の防着板支持部材を表す斜視図で、（ａ）は防着板支持部材の全体を表し、（ｂ）は防着板支持部材を構成する磁性体と非磁性体を分解したときの様子を表す。図７（ｂ）に記載の防着板支持部材を表す斜視図で、（ａ）は防着板支持部材の全体を表し、（ｂ）は防着板支持部材を構成する磁性体と非磁性体を分解したときの様子を表す斜視図である。図５に記載の防着板支持部材の変形例であり、（ａ）は防着板支持部材の全体を表し、（ｂ）は防着板支持部材を構成する磁性体と非磁性体を分解したときの様子を表す。防着板支持部材のその他の変形例を表す斜視図である。

図１にはイオンビーム照射装置で用いられるイオン源１の一実施形態を示す断面図が記載されている。このイオン源１はいわゆるバケット型イオン源と呼ばれるタイプのイオン源の一種である。

このイオン源１は長方形状のプラズマ生成容器４を備えており、プラズマ生成容器４より略リボン状のイオンビーム３が引き出される。

プラズマ生成容器４には図示されないバルブを介してガス源２が取り付けられており、このガス源２よりイオンビーム３の原料となるガスの供給がなされる。なお、このガス源２には図示されないガス流量調節器（マスフローコントローラー）が接続されており、これによってガス源２からプラズマ生成容器４内部へのガスの供給量が調整されている。

プラズマ生成容器４の一側面には、Ｙ方向に沿って複数のＵ字型のフィラメント１０が取り付けられている。これらのフィラメント１０は、フィラメント１０の端子間に接続される電源Ｖ_Ｆを用いて、各フィラメント１０に流す電流量の調整が行えるように構成されている。このような構成にしておくことで、イオン源１より引き出されるイオンビーム３の電流密度分布調整が可能となる。

フィラメント１０に電流を流して、フィラメント１０を加熱させることによって、そこから電子が放出される。この電子が、プラズマ生成容器４の内部に供給されたガス（ＰＨ_３やＢＦ_３等）に衝突してガスの電離を引き起こし、プラズマ生成容器４内にプラズマ９が生成される。

このイオン源１には、プラズマ生成容器４の周囲に複数の永久磁石１２が取り付けられている。この永久磁石１２によって、プラズマ生成容器４の内部領域にカスプ磁場が形成され、フィラメント１０より放出された電子が所定領域内に閉じ込められる。なお、複数の永久磁石１２は、図示されないホルダーに数個ずつ収納された状態で、プラズマ生成容器４に取り付けられている。

イオン源１は引出し電極系として４枚の電極を有しており、プラズマ生成容器４からイオンビーム３の引出し方向（図示されるＺ方向）に沿って加速電極５、引出電極６、抑制電極７、接地電極８の順に配置されている。各電極とプラズマ生成容器４の電位は、複数の電源（Ｖ_１〜Ｖ_４）によって、それぞれ異なる値に設定されていて、各電極は絶縁フランジ１１に電気的に独立して取り付けられている。

引出し電極系として用いられる各電極には、例えばＸ方向に長い複数のスリット状開口部２２が設けられており、これらのスリット状開口部２２を通して、イオンビーム３の引出しが行なわれる。なお、引出し電極系として４枚の電極を有する構成のイオン源１が記載されているが、これに限らず、電極の枚数は少なくとも１枚以上あれば良い。また、フィラメント１０の本数も複数本ではなく、１本であっても構わない。

この図１に示されるように、イオン源１には、プラズマ生成容器４の内壁に沿って防着板２０が配置されている。この防着板２０は、非磁性体材料であり、例えば、オーステナイト系ステンレスあるいはモリブデン等の高融点金属である。プラズマ生成容器４の内壁に沿って配置された防着板２０の端部は、図示されない防着板支持部材によって支持されている。この防着板支持部材の構成について、以下に説明する。

図２には、図１に記載のＡ‐Ａ線でＸ方向に沿ってプラズマ生成容器４を切断したときの断面の様子が描かれている。図示されているように、この例では、プラズマ生成容器４の角部分には、防着板支持部材１５が配置されている。この防着板支持部材１５は、図示されないボルトを用いて、プラズマ生成容器４に固定されている。そして、防着板支持部材１５の端部は、プラズマ生成容器４の内壁より離間しており、当該端部と内壁との間には隙間２１が形成されている。この隙間２１に対して、Ｚ方向に沿って、防着板２０がスライドにより取り付けられる。この為、プラズマ生成容器４に対しての防着板２０の位置決め作業が簡単になる。

防着板２０は、プラズマ生成容器４にボルトを用いて固定されるが、防着板２０の端部は防着板支持部材１５により支持されているので、その分、防着板２０を固定する為のボルトの本数を減らすことができる。ボルトの本数が減らせるので、防着板２０をプラズマ生成容器４の内壁に取り付けや取り外しする際の時間を短くすることができる。

図３には、図２に記載の防着板支持部材１５の斜視図が記載されている。図示されるように、防着板支持部材１５は、少なくとも一部がプラズマ生成容器４の内壁に当接される本体部１６と当該本体部１６より延設された端部１７とを有している。

本体部１６の一部をプラズマ生成容器４の内壁に当接させておくと、当接された部分で、ボルトを用いて防着板支持部材１５をプラズマ生成容器４に容易に固定させることができる。また、プラズマ生成容器４が冷却機構を備えている場合、プラズマ生成容器４を通して、防着板支持部材１５の冷却を行うことができ、ひいては防着板支持部材１５の熱による変形を抑制させることが可能となる。また、好ましくは、本体部１６より延設された端部１７を、プラズマ生成容器４の内壁に沿って延設させておく。防着板２０の形状は、プラズマ生成容器４の内壁に沿った形状となるので、防着板支持部材１５の端部１７の延設方向をプラズマ生成容器４の内壁に沿うようにしておくと、防着板２０の取り付けや取り外しをスムーズに行うことが可能となる。

プラズマ生成容器４が大型になると、防着板２０の寸法も大きくなる。大きな防着板２０の取り付けや取り外しを行うと、多大な労力を要するので、防着板２０を分割することが考えられる。この場合、図４に図示されるように、プラズマ生成容器４のＸ方向に位置する側面にも防着板支持部材１５を追加しておくことが考えられる。

図５には、図４の構成で追加された防着板支持部材１５の全体を表す斜視図が描かれている。この防着板支持部材１５も先の例と同様に、プラズマ生成容器４の内壁に少なくとも一部が当接される本体部１６と当該本体部１６より延設された端部１７とを有している。

図１に記載のイオン源１のように、プラズマ生成容器４の周囲に複数の永久磁石１２が配置されている場合、この永久磁石１２を利用して、防着板支持部材１５をプラズマ生成容器４の内壁に支持させる構成が考えられる。

図６（ａ）、図６（ｂ）には、図１に記載のイオン源１のプラズマ生成容器４の周囲に配置された複数の永久磁石１２の磁石配置の例が描かれている。図６（ａ）と図６（ｂ）は、同一の構造物を異なる視点で描いたものである。なお、Ｙ方向反対側に位置するプラズマ生成容器４の面にも複数の永久磁石１２が配置されているが、Ｙ方向側に位置するプラズマ生成容器４の面に設けられた永久磁石配置と同じ構成となる為、ここではその図示を省略している。

プラズマ生成容器４の周囲にこのような永久磁石配置がなされている場合、防着板支持部材１５の構成としては、図７（ａ）と図７（ｂ）に記載されるようなものが考えられる。これらの図において、永久磁石１２と防着板支持部材１５との位置関係を明らかにする為に、プラズマ生成容器４の図示を省略している。また、プラズマ生成容器４の内部には、複数の防着板支持部材１５が配置されているが、他の場所に配置される防着板支持部材１５の構成も図示されるものと同様である為、ここではその図示を省略している。

図７（ａ）、図７（ｂ）に図示されるように、ここでは防着板支持部材１５は磁性体１３（例えば、フェライト系ステンレス）と非磁性体１４とから構成されており、磁性体１３は、その一部が、プラズマ生成容器４の壁面を介して、永久磁石１２と対向する位置に配置されている。

図７（ａ）では、図中に矢印で示されるＩＢ方向に沿って、非磁性体１４と磁性体１３とが交互に配置されている。また、図７（ｂ）では、大きな非磁性体１４の内側領域に複数の磁性体１３が配置されている。

図８（ａ）には、図７（ａ）に示される防着板支持部材１５の全体を表す斜視図が描かれている。磁性体１３が設けられている点を除いては、図３に描かれた構成と同じく、プラズマ生成容器４の内壁に少なくとも一部が当接される本体部１６と当該本体部１６より延設された端部１７とを有している。

図８（ｂ）には、図８（ａ）に描かれる防着板支持部材１５を構成する磁性体１３と非磁性体１４とを分解したときの様子が描かれている。この図に示されるように、非磁性体１４に形成された穴１８に磁性体１３の側面に立設されたピン１９が挿入されることで、両部材の組み立てが行われる。なお、図８（ｂ）に描かれている非磁性体１４の両側面には、それぞれ穴１８が形成されているが、防着板支持部材１５の端部に設けられた非磁性体１４において、磁性体１３が配置されない側の側面には穴１８は形成されていない。

図９（ａ）には、図７（ｂ）に示される防着板支持部材１５の全体を表す斜視図が描かれている。この防着板支持部材１５も磁性体１３が配置されている点を除いては、図３に描かれた構成と同じく、プラズマ生成容器４の内壁に少なくとも一部が当接される本体部１６と当該本体部１６より延設された端部１７とを有している。

図９（ｂ）には、図９（ａ）に描かれる防着板支持部材１５を構成する磁性体１３と非磁性体１４とを分解したときの様子が描かれている。この図に描かれているように、磁性体１３は、非磁性体１４に設けられた穴に圧入されることで、両部材の組み立てが行われる。

このような磁性体１３を防着板支持部材１５に設けておくと、磁性体１３の部分が永久磁石１２によって吸着されることによって、防着板支持部材１５をプラズマ生成容器４の内壁に吸着支持させることが可能となる。また、この吸着力が弱い場合には、図示されないボルトを用いてプラズマ生成容器４の内壁に固定するようにしても良い。ただしその場合であっても、永久磁石１２による吸着力が存在している為、防着板支持部材１５を固定させる為に使用されるボルトは、大きなものではなく小さなものを用いることができる。また、ボルトの大きさは変わらないにしろ、防着板支持部材１５を固定するボルト自体の本数を少なくすることができる。

＜その他変形例＞
これまでの実施形態では、プラズマ生成容器４の形状が立方体であるものについて説明してきたが、プラズマ生成容器４の形状はこれに限られない。例えば、円柱や多角形状のものであっても良い。

また、これまでの実施形態で説明した防着板支持部材１５の構成以外に、プラズマ生成容器４の形状に応じて、図１１（ａ）〜（ｄ）に描かれるような構成を用いても良い。

さらに、防着板支持部材１５は、防着板２０の端部全域に渡って、防着板２０を支持している必要はなく、防着板２０の端部を部分的に支持しているものであれば良い。

これまでの実施形態では、イオンビーム照射装置を例に挙げて説明したが、本発明の防着板支持部材は、プラズマ処理装置にも適用することができる。また、図１で述べたイオン源１の引出し電極系を構成する各電極には、Ｘ方向に長い複数のスリット状開口部２２が設けられている例について述べたが、開口部の形状は異なる形状であっても良い。例えば、Ｚ方向から各電極の表面を見たときに、複数の円形状の丸孔が設けられているものであっても良い。このような電極は、多孔電極と呼ばれており、従来から用いられている。

前述した以外に、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良および変更を行っても良いのはもちろんである。

１・・・イオン源
４・・・プラズマ生成容器
１０・・・フィラメント
１２・・・永久磁石
１３・・・磁性体
１４・・・非磁性体
１５・・・防着板支持部材
１６・・・本体部
１７・・・端部
２０・・・防着板
２１・・・隙間

このイオン源１は直方体形状のプラズマ生成容器４を備えており、プラズマ生成容器４より略リボン状のイオンビーム３が引き出される。

＜その他変形例＞これまでの実施形態では、プラズマ生成容器４の形状が直方体であるものについて説明してきたが、プラズマ生成容器４の形状はこれに限られない。例えば、円柱形状のものであっても良い。

Claims

プラズマ処理装置やイオンビーム照射装置で用いられるプラズマ生成容器内に配置される防着板支持部材であって、
プラズマ生成容器の内壁に少なくとも一部が当接する本体部と、
前記本体部より延設された端部を有するとともに、プラズマ生成容器に防着板支持部材を組み付けたとき、前記端部がプラズマ生成容器の内壁より離間していることを特徴とする防着板支持部材。
前記端部は、前記防着板支持部材が取り付けられるプラズマ生成容器の内壁に沿って延設されていることを特徴とする請求項１記載の防着板支持部材。
前記防着板支持部材は、非磁性体と磁性体とで構成されていることを特徴とする請求項１または２記載の防着板支持部材。
プラズマ生成容器内でプラズマを生成し、当該プラズマよりイオンビームを発生させて、前記イオンビームを所定の方向に進行させるイオン源であって、
前記プラズマ生成容器内に請求項１または２記載の防着板支持部材が複数個配置されているとともに、前記イオンビームの進行方向に略垂直な平面において、前記防着板支持部材の端部が、前記プラズマ生成容器の内壁に沿って互いに対向配置され、かつ、対向配置された前記防着板支持部材の端部と前記プラズマ生成容器の内壁との間に防着板が配置されていることを特徴とするイオン源。
周囲に複数の永久磁石が配置されたプラズマ生成容器内でプラズマを生成し、当該プラズマよりイオンビームを発生させて、前記イオンビームを所定の方向に進行させるイオン源であって、
前記プラズマ生成容器内に請求項３記載の防着板支持部材が複数個配置されているとともに、前記イオンビームの進行方向に略垂直な平面において、前記防着板支持部材の端部が、前記プラズマ生成容器の内壁に沿って互いに対向配置され、かつ、対向配置された前記防着板支持部材の端部と前記プラズマ生成容器の内壁との間に防着板が配置されており、さらに、前記防着板支持部材を構成する磁性体の少なくとも一部が前記プラズマ生成容器の壁面を介して前記プラズマ生成容器の周囲に配置された永久磁石に対向配置されていることを特徴とするイオン源。