JP4114770B2 - Vacuum processing equipment for oxygen ion generation - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、酸素イオンを発生させるための真空処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
図1は、従来の酸素イオン発生装置の略平面図である。図1を参照して、酸素イオン発生装置1は、金属製イオンソース室2と荷電変換セル3を有する荷電変換セル用チャンバ4とイオン照射室5とにより構成されている。また、イオンソース室2と荷電変換セル用チャンバ4とイオン照射室5とは、アルミナまたはエポキシ樹脂から成る絶縁円筒6を介して、φ4〜8mm程度の円形孔から成るイオンソース室2の開口7と、荷電変換セル3のイオンソース室側開口8及び照射室側開口8’とにより連通している。
【0003】
イオンソース室2の内部には、外部のフィラメント電源9により作動可能で、タングステン、タンタル、レニウム等の高融点金属から成るフィラメント10が設置され、また、イオンソース室2自体は、アーク電源11や引出電極電源12に導通されてこれらにより容器電位が設定される。また、イオンソース室2のガス導入口13は、導入バルブ14を介して、酸素ボンベ15に連通するガス流量調節器16や減圧器17に接続されている。これらのガス導入部は、静電気による発火を防止するため金属製のものを用いている。
【0004】
一方、荷電変換セル用チャンバ4内部の荷電変換セル3のイオンソース室側開口8近傍には、絶縁スリーブ18によりセル3と絶縁してテーパ状に形成された引出電極19が設けられている。このとき引出電極用電源12のマイナス側を接地して、引出電極19を接地電位に設定している。また、荷電変換セル3の略中央部には下部から、べーパライザ20のノズル部20aの先端孔20bがセル3内に突出して設けられている。そして、荷電変換セル3とべーパライザ20とには、保温のため外側からコイルヒータ21a、21bがそれぞれ巻回されている。
【0005】
そして、照射室5内には、基板ステージ22上に保持された被酸化物から成る被照射体23が設けられ、基板ステージ22から流れる電流を電流計24で計測できるようにしている。
【0006】
上記のように構成された従来装置による酸素イオンの発生に際しては、あらかじめ、装置1全体を、イオンソース室2の排気口25及び照射室5の排気口26を介して図外の真空排気ポンプにより1.3×10-3Pa以下の低圧状態とし、その後、フィラメント電源9を作動させて、白熱状態のフィラメント10の表面から熱電子の放出を開始する。この状態で、アーク電源11により40〜130Vの電圧を印加すると共に、ガス流量調節器16や減圧器17を作動させて、流量2〜10sccmの酸素ガスにより約1気圧程度となるように導入バルブ14を開放し、イオンソース室2内に酸素ガスを導入する。このとき、上記した白熱フィラメント10からの熱電子と導入された酸素ガスとにより酸素プラズマが発生する。このまま、引出電極用電源12により15〜20kVの電圧を印加して、イオンソース室2の開口7より正電荷の酸素イオンを出射させ、そして、その際の飛行軌道を維持して開口8を介して荷電変換セル3内に入射させる。
【0007】
一方、荷電変換セル3においては、その下部に配置したベーパライザ20に3〜5グラムの金属ナトリウムを充填し、セル3とベーパライザ20とを200〜400℃程度に加熱保温して、ベーパライザ20で発生するナトリウム蒸気によりセル3から照射室5への気流を生じさせている。
【0008】
このとき、上記のように荷電変換セル3に入射した正電荷の酸素イオンがナトリウム蒸気中のナトリウム原子あるいはナトリウム分子と衝突し、その過程でナトリウム原子の電子が剥奪され、これにより正電荷の酸素イオンが負電荷のものに変換される(図2参照)。
【0009】
このようにして得られる酸素イオンは、半導体製造の酸化プロセスやディスプレイデバイス用の透明導電膜に対する酸化プロセスに有用であると共に、化学分野においてもその酸化力を利用した殺菌用途などに用いることができる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の従来の酸素イオン発生装置では、初めに正電荷の酸素イオンを発生させてからこれを負電荷のものに変換して所望の酸素イオンとして得ている。このため、多段階の工程に対応して装置が複雑になり、酸素イオンの生成条件の変更が容易でなくなる。
【0011】
例えば、イオン量を増加させるためにはイオンソース室2の開口7を拡幅することで即効性が期待できるが、このときにイオンソース室2内でのフィラメント10のプラズマ点火を行うために1.3×10Pa程度の圧力条件を維持する必要があり、このためには大量の酸素ガスをイオンソース室2内に精度良く導入することが求められる。また、イオンソース室2内で生成した正電荷の酸素イオンを充分に出射させて変換セル3に到達させるためには、アノードたる開口7と引出電極19との間の電位差を安定して保つ必要があるが、このためには両電極間の圧力条件は1.3×10-3Pa以下であることが望ましい。そこで、イオンソース室2用に強力な真空排気ポンプが必要となる。
【0012】
このような取扱い上の不具合は、照射室5においても同様であり、例えば、荷電変換セル3の照射室側開口8’を拡幅してイオン量を増加させようとするとき、これに伴って増大して流出するナトリウム蒸気に抗して酸素イオンをイオンビームとして出射させるためには、酸素イオンの平均自由工程を確保できるように変換セル3内を1.3×10-3Pa以下とする必要がある。このため、イオンソース室2の場合と同様に照射室5も強力な真空排気ポンプを備えたものとなる。
【0013】
さらに、例えば省電力などの目的で、酸素イオン生成のための引出電極19に対する印加電圧(図1の装置では20kV程度)を軽減させると、イオンソース室2における正電荷の酸素イオンの生成量が減少するので、これを変換種として負電荷の酸素イオンを生成するときの電荷変換効率が減少してしまう。
【0014】
これに加え、変換セル3内で酸素イオンが正から負電荷に変換される過程での変換ロスも無視できない。
【0015】
本発明は、上記問題点に鑑み、簡素な構造で所望量の負電荷酸素イオンを得ることができ、また、例えば、イオン量増加を目的としたイオンビームの照射面積や引出電極に対する印加電圧の増大などの条件変更を容易に行うことができて取扱い上有用な酸素イオン発生装置を提供することを課題としている。
【0016】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、多孔質セラミックス基板と、ランプと該ランプの熱を反射させるための反射板により構成される加熱手段と、酸素導入手段とを有し、前記酸素導入手段からの酸素は、前記反射板に挿入されたガス導入パイプを介して前記反射板に囲まれた空間内に供給されるようにし、前記酸素導入手段を作動させて成る酸素雰囲気下、前記加熱手段により前記多孔質セラミックス基板を600〜900℃に加熱して、前記多孔質セラミックス基板を酸素が透過する過程で酸素イオンを発生させるものとした。
【0017】
このような装置により、多孔質セラミックス基板より酸素種を負電荷に帯電させた酸素イオンとして脱離させることができ、また、このようにして発生する負電荷の酸素イオンの発生量を加熱手段の調整により増減することができるなど、簡易に条件変更を行うことができるという点で取扱いが改善されている。
【0018】
この場合、上記の酸素イオン発生用真空処理装置を、多孔質セラミックス基板に電気絶縁材料を介して多孔導電板を対向させ、前記多孔質セラミックス基板を負極、前記多孔導電板を接地電位として、被照射体を保持する基板ステージ側にイオンを照射させるように構成すると、多孔質セラミックス基板から発生する負電荷の酸素イオンの照射方向が、多孔導電板に向けて集束されるので、導電板を通過した以後、これによるイオンビームは高密度となる。したがって、所望の酸素イオン量を確保することが容易になる。
【0019】
さらに、この場合、多孔導電板を接地すると共に、多孔質セラミックス基板を負極として電圧を印加すると、発生する酸素イオンを確実に負電荷に帯電させることができる。
【0020】
【発明の実施の形態】
図3は、本発明の酸素イオン発生用真空処理装置の略平面図である。図1と同等の機能を有する部位には同一の符号を付している。図3を参照して、排気口26を設けた照射室5内に、イオンソース室2と、被照射体23を保持する基板ステージ22とが配置され、基板ステージ22には装置外部の電流計24が接続されている。
【0021】
イオンソース室2内には、フィラメント電源9により作動されるランプ27と、これによる発熱を反射させるための反射板28と、φ5cm程度の円盤状の多孔質セラミックス基板29とが配置され、多孔質セラミックス基板29はイオンソース室2の壁面に設けたホルダ30により固定されている。さらに、多孔質セラミックス基板29の基板ステージ22側には、電気絶縁材6を介し、基板29と3mm程度の間隔で多孔金属板から成る引出電極19が取り付けられている。このとき、引出電極19を構成する金属には、モリブデンなど抗酸化性のものを用いる。また、反射板28に囲まれた空間内にガス導入パイプ31を挿入して設けている。
【0022】
照射室5とイオンソース室2とは導電性を確保するため金属製で構成されているが、両者はインシュレータ32により電気的に絶縁され、接地電位の引出電極19や照射室5やグランドカバ33との電位差を保つようにしている。
【0023】
図3の装置を用いて酸素イオンを発生させるには、あらかじめ、排気口26に連なる図外の真空排気ポンプにより照射室5内を1.3×10−3Pa以下に保ち、この状態で、フィラメント電源9によりランプ27を点灯する。このとき、ランプ27からの発光が反射板28で反射されて多孔質セラミックス基板29が加熱される。その際の基板温度は、フィラメント電源9の調節により、600〜900℃の範囲とするのが望ましい。
【0024】
そして、導入バルブ14を開放することにより、ガス導入管31経由にて酸素ガスを流量0.01〜0.1sccmで導入しながら、反射板28に囲まれた空間内を1.3×10-3Pa程度に保つ。
【0025】
このようにして、引出電極用電源12によりイオンソース室2に−300Vの電圧を印加する。このとき、多孔質セラミックス基板29が負極となり、このことにより、反射板28に囲まれた空間内の酸素種が多孔質セラミックス基板29を通過する過程で、負電荷に帯電されて照射室5内の被照射体23に飛着して電流を生じさせる。
【0026】
図3の装置の電流計24で計測された電流値は約2mA(約100μA/cm2)で、図1の電流計24の計測で得られる電流値2〜15μAよりも格段に良好な結果が得られる。
【0027】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の酸素イオン発生用真空処理装置では、酸素イオンの起源となる酸素種が正から負への電荷変換を経ずに直接負電荷に帯電されて酸素イオンが生成される。このように酸素イオンの生成工程が簡略化されるので、酸素イオン生成時の電荷の変換ロスを抑制できて効率良くイオン量を確保することができ、また、装置構造も簡素となるため取扱い上の有用性が向上する。このため、酸素イオン生成のための条件変更が容易となることが期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の酸素イオン発生装置
【図2】(a)〜(c)図1の酸素イオン発生装置における負電荷酸素イオンの生成過程
【図3】本発明の酸素イオン発生用真空処理装置
【符号の説明】
1 酸素イオン発生用真空処理装置
6 電気絶縁材、絶縁筒体
12 引出電極用電源
19 多孔導電板
27 ランプ(加熱手段)
28 反射板(加熱手段)
29 多孔質セラミックス基板
31 ガス導入パイプ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a vacuum processing apparatus for generating oxygen ions.
[0002]
[Prior art]
FIG. 1 is a schematic plan view of a conventional oxygen ion generator. Referring to FIG. 1, an oxygen ion generator 1 includes a metal
[0003]
Inside the
[0004]
On the other hand, in the vicinity of the ion source chamber side opening 8 of the
[0005]
In the
[0006]
When oxygen ions are generated by the conventional apparatus configured as described above, the entire apparatus 1 is previously evacuated by a vacuum exhaust pump (not shown) through the
[0007]
On the other hand, in the
[0008]
At this time, as described above, the positively charged oxygen ions incident on the
[0009]
The oxygen ions obtained in this way are useful for oxidation processes for semiconductor manufacturing and oxidation processes for transparent conductive films for display devices, and can also be used in sterilization applications utilizing the oxidizing power in the chemical field. .
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the above conventional oxygen ion generator, positively charged oxygen ions are first generated and then converted into negatively charged ions to obtain desired oxygen ions. For this reason, the apparatus becomes complicated corresponding to the multi-step process, and it becomes difficult to change the oxygen ion generation conditions.
[0011]
For example, in order to increase the amount of ions, immediate effect can be expected by widening the opening 7 of the
[0012]
Such inconveniences in handling are the same in the
[0013]
Further, for example, if the voltage applied to the
[0014]
In addition, the conversion loss in the process in which oxygen ions are converted from positive to negative charges in the
[0015]
In view of the above problems, the present invention can obtain a desired amount of negatively charged oxygen ions with a simple structure. For example, the irradiation area of an ion beam for increasing the amount of ions and the voltage applied to the extraction electrode can be reduced. It is an object of the present invention to provide an oxygen ion generator that can be easily changed in conditions such as increase and is useful in handling.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention comprises a porous ceramic substrate, a heating means comprising a lamp and a reflecting plate for reflecting the heat of the lamp, and an oxygen introduction means, and the oxygen introduction means The oxygen is supplied to the space surrounded by the reflector through a gas introduction pipe inserted into the reflector, and the heating means is operated in an oxygen atmosphere by operating the oxygen inlet. The porous ceramic substrate was heated to 600 to 900 ° C. to generate oxygen ions in the process of oxygen permeating through the porous ceramic substrate.
[0017]
With such an apparatus, oxygen species can be desorbed from the porous ceramic substrate as negatively charged oxygen ions, and the amount of negatively charged oxygen ions generated in this way is reduced by the heating means. Handling has been improved in that the conditions can be easily changed, such as an increase / decrease by adjustment.
[0018]
In this case, the above-described vacuum processing apparatus for oxygen ion generation is performed with the porous ceramic substrate facing the porous ceramic substrate through the electrically insulating material, the porous ceramic substrate as the negative electrode, and the porous conductive plate as the ground potential. When configured to irradiate ions to the substrate stage side that holds the irradiated body, the irradiation direction of negatively charged oxygen ions generated from the porous ceramic substrate is focused toward the porous conductive plate, so it passes through the conductive plate. After that, the resulting ion beam has a high density. Therefore, it becomes easy to ensure a desired amount of oxygen ions.
[0019]
Furthermore, in this case, when the porous conductive plate is grounded and a voltage is applied with the porous ceramic substrate as the negative electrode, the generated oxygen ions can be reliably charged to a negative charge.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 3 is a schematic plan view of the vacuum processing apparatus for generating oxygen ions according to the present invention. Parts having functions equivalent to those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. Referring to FIG. 3, an
[0021]
In the
[0022]
The
[0023]
In order to generate oxygen ions using the apparatus of FIG. 3, the inside of the
[0024]
Then, by opening the
[0025]
In this way, a voltage of −300 V is applied to the
[0026]
The current value measured by the
[0027]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, in the oxygen ion generating vacuum processing apparatus of the present invention, the oxygen species that are the source of oxygen ions are directly charged with negative charges without undergoing charge conversion from positive to negative, and oxygen ions Is generated. Since the oxygen ion generation process is simplified in this way, the charge conversion loss during oxygen ion generation can be suppressed, the amount of ions can be secured efficiently, and the device structure is also simplified for handling. Improves usability. For this reason, it can be expected that the conditions for oxygen ion generation can be easily changed.
[Brief description of the drawings]
1 is a conventional oxygen ion generator. FIG. 2 is a process for generating negatively charged oxygen ions in the oxygen ion generator of FIG. 1. FIG. 3 is a vacuum processing apparatus for generating oxygen ions according to the present invention. [Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vacuum processing apparatus for
28 Reflector (heating means)
29 Porous
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