JP5141732B2 - Ion source electrode cleaning method - Google Patents

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Description

この発明は、イオン源の引出し電極系を構成する電極の表面に堆積した堆積物を除去するクリーニング方法に関する。なお、この明細書において、単にイオンと言う場合は、正イオンを指す。   The present invention relates to a cleaning method for removing deposits deposited on the surface of an electrode constituting an extraction electrode system of an ion source. In this specification, the simple ion refers to a positive ion.

イオン源からイオンビームを引き出す運転を続けると、その引出し電極系を構成する電極に堆積物が堆積(付着)する。それを放置しておくと、電極間の異常放電等の不具合を惹き起こす。   When the operation of extracting the ion beam from the ion source is continued, deposits are deposited (attached) on the electrodes constituting the extraction electrode system. If it is left unattended, it will cause problems such as abnormal discharge between the electrodes.

そこで、イオン源電極をクリーニングする方法の一例として、イオン化ガスの代わりに希ガスをプラズマ室内に供給して、当該希ガスのイオンビームを引き出し、かつガス流量と引出し電圧のいずれか一方または両方を調整することによってイオンビームのビーム径を調整し、それによって、イオンビームを電極表面に堆積した堆積物に衝突させて、堆積物をスパッタによって除去するクリーニング方法が従来から提案されている(例えば特許文献1参照)。   Therefore, as an example of a method for cleaning the ion source electrode, a rare gas is supplied into the plasma chamber instead of the ionized gas, an ion beam of the rare gas is extracted, and either or both of the gas flow rate and the extraction voltage are set. Conventionally, a cleaning method has been proposed in which the beam diameter of the ion beam is adjusted to adjust the ion beam so that the ion beam collides with the deposit deposited on the electrode surface and the deposit is removed by sputtering (for example, patents). Reference 1).

特許第4374487号公報(段落0024−0028、図1)Japanese Patent No. 4374487 (paragraphs 0024-0028, FIG. 1)

上記従来のクリーニング方法では、希ガスのイオンビームを電極表面の堆積物に衝突させることによって堆積物を除去するのであるが、プラズマ室内に供給する希ガスのガス流量や、引出し電極系に印加する引出し電圧をどのように調整しても、堆積物が除去される領域は、電極の孔(イオン引出し孔)周辺に限定されるので、それ以外の領域に堆積した堆積物を除去することはできない。従って、堆積物を除去することのできる領域が狭い。   In the conventional cleaning method, the deposit is removed by colliding the ion beam of the rare gas with the deposit on the electrode surface. The rare gas is supplied to the plasma chamber or applied to the extraction electrode system. Regardless of how the extraction voltage is adjusted, the area where deposits are removed is limited to the periphery of the electrode holes (ion extraction holes), so deposits deposited in other areas cannot be removed. . Therefore, the area where deposits can be removed is narrow.

また、プラズマ室内のプラズマからイオンビームとして引き出され、各電極に照射されるイオンビーム電流の上限値は、原理上、そのイオン源の最大イオンビーム電流程度であるので、大きくてもせいぜい数百mA程度にしかできず、従って堆積物の高速除去は困難である。   The upper limit value of the ion beam current extracted from the plasma in the plasma chamber and applied to each electrode is, in principle, about the maximum ion beam current of the ion source, and is at most several hundred mA at most. To a certain extent, and therefore high speed removal of deposits is difficult.

そこでこの発明は、イオン源の引出し電極系を構成する電極の広い領域に亘って高速で堆積物を除去することができるクリーニング方法を提供することを主たる目的としている。   Accordingly, the main object of the present invention is to provide a cleaning method capable of removing deposits at a high speed over a wide area of the electrode constituting the extraction electrode system of the ion source.

この発明に係るクリーニング方法は、イオン化ガスが導入され当該イオン化ガスを電離させてプラズマを生成するプラズマ生成部と、このプラズマ生成部内のプラズマから電界の作用でイオンビームを引き出す電極系であって前記プラズマ側からイオンビーム引出し方向に配置された第1電極、第2電極および第3電極を少なくとも有している引出し電極系とを備えているイオン源の前記引出し電極系を構成する電極のクリーニング方法であって、前記イオン源に電圧を印加する電気回路を、イオンビームを引き出す状態と電極のクリーニングを行う状態とに切り換えるスイッチを設けておき、電極のクリーニングを行う際は、前記スイッチをクリーニングを行う状態側に切り換え、かつ前記第3電極を抵抗器を介して接地しておき、前記プラズマ生成部に前記イオン化ガスを導入して前記イオンビームを引き出す代わりに、前記引出し電極系を構成する少なくとも第1電極と第2電極との間にクリーニングガスを供給して、当該第1電極と第2電極との間のガス圧を、前記イオンビーム引き出し時のガス圧よりも高く保った状態で、前記第1電極と第2電極との間に、電源から直列抵抗器を介して電圧を印加して、両電極間に前記クリーニングガスのグロー放電を発生させることを特徴としている。 A cleaning method according to the present invention includes a plasma generation unit that introduces an ionized gas and ionizes the ionized gas to generate plasma, and an electrode system that extracts an ion beam from the plasma in the plasma generation unit by the action of an electric field. A method for cleaning an electrode constituting the extraction electrode system of an ion source comprising: an extraction electrode system having at least a first electrode , a second electrode, and a third electrode arranged in the ion beam extraction direction from the plasma side A switch for switching an electric circuit for applying a voltage to the ion source between a state in which an ion beam is drawn out and a state in which the electrode is cleaned is provided. It switched to a state side to perform, and leave grounding the third electrode via a resistor, the flop Instead of introducing the ionized gas into the zuma generating unit and extracting the ion beam, a cleaning gas is supplied between at least the first electrode and the second electrode constituting the extraction electrode system, and the first electrode In a state where the gas pressure between the second electrode and the second electrode is kept higher than the gas pressure at the time of extracting the ion beam, a voltage is applied from the power source through a series resistor between the first electrode and the second electrode. This is characterized in that glow discharge of the cleaning gas is generated between the two electrodes.

このクリーニング方法においては、第1電極と第2電極との間に発生させたグロー放電によってクリーニングガスのプラズマが生成され、当該プラズマ中のイオンによるスパッタおよび当該プラズマ中の活性粒子との化学反応等によって、両電極表面に堆積している堆積物が除去される。即ち、両電極のクリーニングを行うことができる。   In this cleaning method, a plasma of a cleaning gas is generated by glow discharge generated between the first electrode and the second electrode, sputtering by ions in the plasma, chemical reaction with active particles in the plasma, etc. Thus, the deposits deposited on the surfaces of both electrodes are removed. That is, both electrodes can be cleaned.

しかも、上記グロー放電は、電圧を印加している第1電極と第2電極との間のほぼ全体に発生するので、グロー放電によるプラズマが発生している側の電極面のほぼ全体がプラズマに曝される。従って、イオン引出し孔の周辺に限定されることなく、両電極の広い領域に亘って堆積物を除去することができる。   In addition, since the glow discharge is generated almost entirely between the first electrode and the second electrode to which a voltage is applied, almost the entire electrode surface on the side where the plasma due to the glow discharge is generated becomes the plasma. Be exposed. Therefore, the deposit can be removed over a wide area of both electrodes without being limited to the periphery of the ion extraction hole.

更に、上記グロー放電の放電電流は、容易に、イオン源の最大イオンビーム電流よりも遥かに大きな値にすることができるので、従来のクリーニング方法よりも高速で堆積物を除去することができる。   Furthermore, since the discharge current of the glow discharge can be easily set to a value much larger than the maximum ion beam current of the ion source, deposits can be removed at a higher speed than the conventional cleaning method.

引出し電極系が第1電極、第2電極および第3電極を少なくとも有している場合は、第1電極と第2電極との間にグロー放電を発生させる代わりに、あるいはそれと切り換えて、第2電極と第3電極との間にグロー放電を発生させても良い。それによって、第2電極および第3電極のクリーニングを行うことができる。   If the extraction electrode system has at least a first electrode, a second electrode, and a third electrode, the second electrode can be used instead of or in place of generating a glow discharge between the first electrode and the second electrode. Glow discharge may be generated between the electrode and the third electrode. Thereby, the second electrode and the third electrode can be cleaned.

上記グロー放電を発生させる電圧は、イオンビーム引出し方向側の電極をマイナス側とする直流電圧でも良いし、交流電圧でも良い。   The voltage for generating the glow discharge may be a DC voltage with the electrode on the ion beam extraction direction side being the negative side or an AC voltage.

請求項1に記載の発明によれば、引出し電極系を構成する第1電極と第2電極との間にクリーニングガスのグロー放電を発生させるので、イオン引出し孔の周辺に限定されることなく、両電極の広い領域に亘って堆積物を除去することができる。   According to the first aspect of the present invention, since the glow discharge of the cleaning gas is generated between the first electrode and the second electrode constituting the extraction electrode system, it is not limited to the periphery of the ion extraction hole. Deposits can be removed over a wide area of both electrodes.

しかも、上記グロー放電の放電電流は、容易に、イオン源の最大イオンビーム電流よりも遥かに大きな値にすることができるので、従来のクリーニング方法よりも高速で堆積物を除去することができる。
更に、第1電極、第2電極上に堆積物がある状態でグロー放電を発生させると、両電極間で異常な放電が発生しやすく、これがグロー放電発生用の電源を故障させる原因になることがあるけれども、両電極間に電源から直列抵抗器を介して電圧を印加することによって、両電極間における異常放電発生時の急激な電流増加を上記直列抵抗器によって抑制することができる。
In addition, since the discharge current of the glow discharge can be easily set to a value much larger than the maximum ion beam current of the ion source, deposits can be removed at a higher speed than the conventional cleaning method.
Furthermore, if a glow discharge is generated with deposits on the first electrode and the second electrode, abnormal discharge is likely to occur between the two electrodes, which may cause a failure of the power source for generating the glow discharge. However, by applying a voltage between the two electrodes from the power source via the series resistor, a sudden increase in current when an abnormal discharge occurs between the two electrodes can be suppressed by the series resistor.

かつ、請求項に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、引出し電極系が第1電極、第2電極および第3電極を少なくとも有していて、第1電極および第2電極間に電圧を印加して両電極間にグロー放電を発生させて第1電極および第2電極をクリーニングする際に、第3電極を抵抗器を介して接地しておくと、第2電極および第3電極間でプラズマが発生するのを抑制することができるので、第1電極および第2電極間でグロー放電を優先的に発生させることができる。
And according to invention of Claim 1, there exists the following further effect. That is, the extraction electrode system has at least a first electrode, a second electrode, and a third electrode, and a voltage is applied between the first electrode and the second electrode to generate a glow discharge between the two electrodes . When you clean the electrode and the second electrode, the advance of the third electrode is grounded through a resistor, the plasma between the second electrode and the third electrode can be prevented from occurring, the Glow discharge can be preferentially generated between the first electrode and the second electrode.

この発明に係るクリーニング方法を実施するイオン源装置の一例を示す概略図であり、イオンビーム引き出し時の状態を示す。It is the schematic which shows an example of the ion source apparatus which implements the cleaning method concerning this invention, and shows the state at the time of ion beam extraction. この発明に係るクリーニング方法を実施するイオン源装置の一例を示す概略図であり、クリーニング時の状態を示す。It is the schematic which shows an example of the ion source apparatus which implements the cleaning method which concerns on this invention, and shows the state at the time of cleaning. この発明に係るクリーニング方法を実施するイオン源装置の他の例を示す概略図であり、クリーニング時の状態を示す。It is the schematic which shows the other example of the ion source apparatus which implements the cleaning method concerning this invention, and shows the state at the time of cleaning. この発明に係るクリーニング方法を実施するイオン源装置の更に他の例を示す概略図であり、クリーニング時の状態を示す。It is the schematic which shows the further another example of the ion source apparatus which implements the cleaning method concerning this invention, and shows the state at the time of cleaning. この発明に係るクリーニング方法を実施するイオン源装置の更に他の例を示す概略図であり、クリーニング時の状態を示す。It is the schematic which shows the further another example of the ion source apparatus which implements the cleaning method concerning this invention, and shows the state at the time of cleaning. クリーニングガスの導入方法の他の例を示す概略図である。It is the schematic which shows the other example of the introduction method of cleaning gas.

この発明に係るクリーニング方法を実施するイオン源装置の一例を図1、図2に示す。図1はイオンビーム引き出し時の状態を示し、図2はクリーニング時の状態を示す。   An example of an ion source apparatus for carrying out the cleaning method according to the present invention is shown in FIGS. FIG. 1 shows a state during extraction of an ion beam, and FIG. 2 shows a state during cleaning.

このイオン源装置を構成するイオン源2は、イオン化ガス38が導入され当該イオン化ガス38を電離させてプラズマ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内のプラズマ6から電界の作用でイオンビーム20を引き出す引出し電極系10とを備えている。   The ion source 2 constituting the ion source device includes a plasma generation unit 4 that introduces an ionized gas 38 and ionizes the ionized gas 38 to generate plasma 6, and an electric field action from the plasma 6 in the plasma generation unit 4. And an extraction electrode system 10 for extracting the ion beam 20.

プラズマ生成部4は、この例では、プラズマ生成容器5内に設けられたフィラメント8から熱電子を放出させて、当該フィラメント8と陽極を兼ねるプラズマ生成容器5との間で放電(アーク放電)を生じさせて、イオン化ガス38を電離させてプラズマ6を生成するものである。フィラメント8にその加熱用のフィラメント電源50が接続されており、フィラメント8の一端とプラズマ生成容器5との間に前者を負極側にしてアーク放電発生用のアーク電源52が接続されている。   In this example, the plasma generation unit 4 emits thermoelectrons from a filament 8 provided in the plasma generation container 5 and discharges (arc discharge) between the filament 8 and the plasma generation container 5 that also serves as an anode. The ionized gas 38 is ionized to generate the plasma 6. A filament power supply 50 for heating is connected to the filament 8, and an arc power supply 52 for generating arc discharge is connected between one end of the filament 8 and the plasma generation vessel 5 with the former as the negative electrode side.

但し、プラズマ生成部4は、このタイプに限られるものではない。フィラメント8の数も図示例のような一つに限られるものではない。例えば、フィラメント8を複数有していても良い。また、高周波放電によってイオン化ガス38を電離させてプラズマ6を生成するタイプ等でも良い。   However, the plasma generation unit 4 is not limited to this type. The number of filaments 8 is not limited to one as in the illustrated example. For example, a plurality of filaments 8 may be provided. Moreover, the type etc. which ionize the ionized gas 38 by high frequency discharge and produce | generate plasma 6 may be used.

イオン化ガス38は、この例では、イオン化ガス源32から流量調節器34、バルブ36およびガス導入口7を経由してプラズマ生成容器5内に導入される。   In this example, the ionized gas 38 is introduced from the ionized gas source 32 into the plasma generation container 5 via the flow rate regulator 34, the valve 36, and the gas inlet 7.

イオン化ガス38は、所望のドーパント、例えばホウ素(B)、リン(P)またはヒ素(As )を含むガスであり、例えば、フッ化ホウ素ガス(BF3 )、水素希釈ジボランガス(B26 /H2 )、水素希釈ホスフィンガス(PH3 /H2 )または水素希釈アルシンガス(AsH3 /H2 )等である。 The ionized gas 38 is a gas containing a desired dopant, such as boron (B), phosphorus (P), or arsenic (As). For example, boron fluoride gas (BF 3 ), hydrogen diluted diborane gas (B 2 H 6 / H 2 ), hydrogen diluted phosphine gas (PH 3 / H 2 ), hydrogen diluted arsine gas (AsH 3 / H 2 ), or the like.

引出し電極系10は、この例では、最プラズマ側からイオンビーム引出し方向にかけて配置された4枚の電極、即ち第1電極(これはプラズマ電極とも呼ばれる)11、第2電極(これは引出し電極とも呼ばれる)12、第3電極(これは抑制電極とも呼ばれる)13および第4電極(これは接地電極とも呼ばれる)14を有している。16は絶縁物であるが、その他の絶縁物の図示は省略している。電極は、4枚に限られるものではなく、2枚、3枚等でも良い。各電極11〜14は、イオン引出し孔15をそれぞれ有している。イオン引出し孔15は、例えば、複数の(多数の)孔でも良いし、1以上のスリットでも良い。   In this example, the extraction electrode system 10 includes four electrodes arranged from the most plasma side to the ion beam extraction direction, that is, a first electrode (also referred to as a plasma electrode) 11 and a second electrode (also referred to as an extraction electrode). 12, a third electrode (which is also referred to as a suppression electrode) 13, and a fourth electrode (which is also referred to as a ground electrode) 14. Although 16 is an insulator, illustration of other insulators is omitted. The number of electrodes is not limited to four, but may be two, three, or the like. Each of the electrodes 11 to 14 has an ion extraction hole 15. The ion extraction hole 15 may be, for example, a plurality of (many) holes or one or more slits.

なお、引出し電極系10を構成する各電極11〜14間の間隔は、図示の都合上、広げて図示している。他の図においても同様である。   In addition, the space | interval between each electrode 11-14 which comprises the extraction electrode system 10 is expanded and shown in figure for convenience of illustration. The same applies to the other drawings.

プラズマ生成部4(より具体的にはそのプラズマ生成容器5)の前部は、真空排気装置30によってバルブ28を介して真空排気されるイオン源チャンバー22、23に取り付けられており、引出し電極系10はこのイオン源チャンバー22、23内に収納されている。イオン源チャンバー22と23との間は、加速電源58の出力電圧に相当する電圧を絶縁するために、絶縁物24によって絶縁されている。イオン源チャンバー23には、引出し電極系10および上記バルブ28よりも下流側の位置に、イオン源2の保守点検作業等に供するために、そこを仕切るバルブ(ゲートバルブ)26が設けられている。   The front part of the plasma generation unit 4 (more specifically, the plasma generation container 5) is attached to ion source chambers 22 and 23 that are evacuated by a vacuum evacuation device 30 through a valve 28. 10 is accommodated in the ion source chambers 22 and 23. The ion source chambers 22 and 23 are insulated by an insulator 24 in order to insulate a voltage corresponding to the output voltage of the acceleration power source 58. In the ion source chamber 23, a valve (gate valve) 26 is provided at a position downstream of the extraction electrode system 10 and the valve 28 to partition the ion source 2 for maintenance and inspection. .

引出し電極系10の第1電極11は、この例では、上記アーク電源52の負極側に接続されている。プラズマ生成容器5と接地電位部との間に、前者を正極側にして、主としてイオンビーム20のエネルギーを決める加速電源58が接続されている。第2電極12とプラズマ生成容器5との間に、前者を負極側にしかつ後述する切換スイッチ71を介して、主としてプラズマ6からイオンを引き出すための引出し電源54が接続されている。第3電極13と接地電位部との間に、前者を負極側にしかつ後述する切換スイッチ72を介して、主として下流側からの逆流電子抑制のための抑制電源56が接続されている。第4電極14は接地されている。   The first electrode 11 of the extraction electrode system 10 is connected to the negative electrode side of the arc power source 52 in this example. An acceleration power source 58 that mainly determines the energy of the ion beam 20 is connected between the plasma generation vessel 5 and the ground potential portion, with the former being on the positive electrode side. Between the second electrode 12 and the plasma generation vessel 5, an extraction power source 54 for mainly extracting ions from the plasma 6 is connected via the changeover switch 71 described later with the former set to the negative electrode side. Between the third electrode 13 and the ground potential portion, a suppression power source 56 for suppressing backflow electrons mainly from the downstream side is connected via the changeover switch 72 described later with the former set to the negative electrode side. The fourth electrode 14 is grounded.

このイオン源装置は、プラズマ生成部4にイオン化ガス38を導入してイオンビーム20を引き出す代わりに、以下に説明するクリーニング方法を実施することができるように、次の構成を更に備えている。   This ion source device further includes the following configuration so that the cleaning method described below can be performed instead of introducing the ionized gas 38 into the plasma generating unit 4 and extracting the ion beam 20.

即ち、クリーニングガス源42、流量調節器44およびバルブ46を設けて、この例では上記ガス導入口7を経由して、プラズマ生成容器5内にクリーニングガス48(図2参照)を供給することができるようにしている。このクリーニングガス48は、上記位置に設けられた真空排気装置30によって真空排気されることも手伝って、第1電極11等のイオン引出し孔15を通して引出し電極系10の各電極間に拡散して当該各電極間にも供給される。   That is, the cleaning gas source 42, the flow rate regulator 44, and the valve 46 are provided, and in this example, the cleaning gas 48 (see FIG. 2) can be supplied into the plasma generation vessel 5 through the gas introduction port 7. I can do it. The cleaning gas 48 is diffused between the electrodes of the extraction electrode system 10 through the ion extraction holes 15 of the first electrode 11 and the like by helping to be evacuated by the evacuation device 30 provided at the position. It is also supplied between the electrodes.

クリーニングガス48には、後述するグロー放電を発生させたときに電極表面に堆積物を生成しにくいガスを用いるのが好ましい。例えば、クリーニングガス48は、水素ガス、アルゴン等の不活性ガス(希ガスとも言う)またはこれらの混合ガスである。不活性ガスは、Ar 以外のHe 、Ne 、Kr 、Xe でも良い。クリーニングガス48に水素ガスを用いると、電極表面から除去された堆積物は水素と結合して水素化合物を作る等して、真空排気装置30によって外部に排出されやすくなるという利点がある。   As the cleaning gas 48, it is preferable to use a gas that hardly generates deposits on the electrode surface when glow discharge described later is generated. For example, the cleaning gas 48 is an inert gas (also referred to as a rare gas) such as hydrogen gas or argon, or a mixed gas thereof. The inert gas may be He, Ne, Kr, or Xe other than Ar. When hydrogen gas is used as the cleaning gas 48, there is an advantage that the deposit removed from the electrode surface is easily discharged to the outside by the vacuum exhaust device 30 by combining with hydrogen to form a hydrogen compound.

クリーニング時に、真空排気装置30によってイオン源チャンバー22、23内をイオンビーム引き出し時よりも小さい排気速度で排気するために、上記バルブ28に並列に、当該バルブ28よりも開口面積が小さくてコンダクタンスの小さいバルブ29を設けている。   At the time of cleaning, in order to exhaust the inside of the ion source chambers 22 and 23 by the vacuum exhaust device 30 at a lower exhaust speed than that at the time of extraction of the ion beam, the opening area is smaller than the valve 28 in parallel with the valve 28 and conductance is reduced. A small valve 29 is provided.

第1電極11と第2電極12との間に、イオンビーム引出し方向側の電極である第2電極12をマイナス側とする直流電圧を印加して、両電極11、12間にクリーニングガス48のグロー放電80(図2参照)を発生させる直流のグロー放電用電源60を設けている。このグロー放電用電源60の出力電圧は、例えば、数百V〜数kV、より具体的には100V〜1kV程度である。   A DC voltage is applied between the first electrode 11 and the second electrode 12 so that the second electrode 12, which is the electrode on the ion beam extraction direction side, is on the negative side. A direct current glow discharge power source 60 for generating a glow discharge 80 (see FIG. 2) is provided. The output voltage of the glow discharge power source 60 is, for example, about several hundred V to several kV, more specifically about 100 V to 1 kV.

イオンビーム20の引き出しと、電極のクリーニングとを切り換えるために、スイッチ70〜73を設けている。切換スイッチ71は、第2電極12を、引出し電源54側と、抵抗器64を介してのグロー放電用電源60側とに切り換える。切換スイッチ72は、第3電極13を、抑制電源56側と、抵抗器66を介しての接地側とに切り換える。   Switches 70 to 73 are provided to switch between extraction of the ion beam 20 and electrode cleaning. The changeover switch 71 switches the second electrode 12 between the drawing power supply 54 side and the glow discharge power supply 60 side via the resistor 64. The changeover switch 72 switches the third electrode 13 between the suppression power supply 56 side and the ground side via the resistor 66.

スイッチ70、73は、プラズマ生成容器5、第1電極11等を接地電位にするためのものである。なお、スイッチ70、73を閉じる時は、当然、電源52、58の出力電圧を予め0にしておく。   The switches 70 and 73 are for bringing the plasma generation container 5, the first electrode 11 and the like to the ground potential. When the switches 70 and 73 are closed, the output voltages of the power sources 52 and 58 are naturally set to 0 in advance.

イオンビーム20を引き出す時の状態を図1に示す。この場合は、バルブ26は開いておく。そして、バルブ29を閉じかつバルブ28を開いておいて、真空排気装置30によってイオン源チャンバー22、23内を真空排気する。バルブ46を閉じかつバルブ36を開いておいて、プラズマ生成容器5内にイオン化ガス38を導入する。スイッチ70、73は開いておき、切換スイッチ71は引出し電源54側に、切換スイッチ72は抑制電源56側に切り換えておく。   FIG. 1 shows a state when the ion beam 20 is extracted. In this case, the valve 26 is kept open. Then, the valve 29 is closed and the valve 28 is opened, and the inside of the ion source chambers 22 and 23 is evacuated by the evacuation apparatus 30. With the valve 46 closed and the valve 36 opened, the ionized gas 38 is introduced into the plasma generation vessel 5. The switches 70 and 73 are opened, the changeover switch 71 is switched to the drawer power supply 54 side, and the changeover switch 72 is switched to the suppression power supply 56 side.

これによって、プラズマ生成部4(より具体的にはそのプラズマ生成容器5)内でイオン化ガス38を電離させてプラズマ6を生成し、当該プラズマ6から引出し電極系10によってイオンビーム20を引き出すことができる。   As a result, the ionization gas 38 is ionized in the plasma generation unit 4 (more specifically, the plasma generation vessel 5) to generate the plasma 6, and the extraction beam system 10 extracts the ion beam 20 from the plasma 6. it can.

電極のクリーニングを行う時の状態を図2に示す。この場合は、バルブ26は閉じておく。そして、バルブ28を閉じかつバルブ29を開いて、真空排気装置30によってイオン源チャンバー22、23内を小さい排気速度で排気する。また、バルブ36を閉じる代わりにバルブ46を開いて、プラズマ生成容器5内にクリーニングガス48を導入する。これによって、前述したように、プラズマ生成容器5内に導入されたクリーニングガス48は少なくとも第1電極11と第2電極12との間に供給される。このとき、プラズマ生成容器5内に導入するクリーニングガス48の流量、真空排気装置30による排気速度等を調整して、第1電極11と第2電極12との間のガス圧を、イオンビーム引き出し時のガス圧(例えば1Pa未満)よりも高く保つ。より具体的には、クリーニングガス48のグロー放電80を発生させるのに都合の良いガス圧に保つ。例えば、1Pa〜1000Pa程度に保つ。   FIG. 2 shows the state when the electrodes are cleaned. In this case, the valve 26 is closed. Then, the valve 28 is closed and the valve 29 is opened, and the inside of the ion source chambers 22 and 23 is exhausted by the vacuum exhaust device 30 at a low exhaust speed. Further, instead of closing the valve 36, the valve 46 is opened, and the cleaning gas 48 is introduced into the plasma generation container 5. Accordingly, as described above, the cleaning gas 48 introduced into the plasma generation container 5 is supplied at least between the first electrode 11 and the second electrode 12. At this time, the gas pressure between the first electrode 11 and the second electrode 12 is extracted by adjusting the flow rate of the cleaning gas 48 introduced into the plasma generation vessel 5 and the exhaust speed by the vacuum exhaust device 30. Keep higher than the time gas pressure (for example, less than 1 Pa). More specifically, the gas pressure that is convenient for generating the glow discharge 80 of the cleaning gas 48 is maintained. For example, it is maintained at about 1 Pa to 1000 Pa.

更に、切換スイッチ71をグロー放電用電源60側(具体的には抵抗器64側)に切り換え、かつスイッチ70を閉じて、第1電極11と第2電極12との間に、後者をマイナス側にして、グロー放電用電源60から直流電圧を印加して、両電極11、12間にクリーニングガス48のグロー放電(直流グロー放電)80を発生させる。また、切換スイッチ72は抵抗器66側に切り換え、スイッチ73は閉じておく。   Further, the changeover switch 71 is switched to the glow discharge power source 60 side (specifically, the resistor 64 side), and the switch 70 is closed, and the latter is placed between the first electrode 11 and the second electrode 12 on the negative side. Then, a DC voltage is applied from the glow discharge power source 60 to generate a glow discharge (DC glow discharge) 80 of the cleaning gas 48 between the electrodes 11 and 12. The changeover switch 72 is switched to the resistor 66 side, and the switch 73 is closed.

上記第1電極11と第2電極12との間に発生させたグロー放電80によってクリーニングガス48のプラズマが生成され、当該プラズマ中のイオンによるスパッタおよび当該プラズマ中のラジカル等の活性粒子との化学反応等によって、両電極11、12表面に堆積している堆積物が除去される。即ち、両電極11、12のクリーニングを行うことができる。   A plasma of the cleaning gas 48 is generated by the glow discharge 80 generated between the first electrode 11 and the second electrode 12, and sputtering with ions in the plasma and chemistry with active particles such as radicals in the plasma are performed. Deposits deposited on the surfaces of both electrodes 11 and 12 are removed by reaction or the like. That is, both electrodes 11 and 12 can be cleaned.

しかも、上記グロー放電80は、電圧を印加している第1電極11と第2電極12との間のほぼ全体に発生するので、グロー放電80によるプラズマが発生している側の電極面(即ち第1電極11の背面11bおよび第2電極12の正面12a)のほぼ全体がプラズマに曝される。従って、イオン引出し孔15の周辺に限定されることなく、両電極11、12の広い領域に亘って堆積物を除去することができる。   Moreover, since the glow discharge 80 is generated almost entirely between the first electrode 11 and the second electrode 12 to which a voltage is applied, the electrode surface on the side where the plasma due to the glow discharge 80 is generated (that is, Nearly the entire back surface 11b of the first electrode 11 and the front surface 12a) of the second electrode 12 are exposed to plasma. Therefore, the deposit can be removed over a wide area of both the electrodes 11 and 12 without being limited to the periphery of the ion extraction hole 15.

更に、上記グロー放電80の放電電流は、容易に、イオン源の最大イオンビーム電流よりも遥かに大きな値にすることができるので、従来のクリーニング方法よりも高速で堆積物を除去することができる。   Furthermore, since the discharge current of the glow discharge 80 can be easily set to a value much larger than the maximum ion beam current of the ion source, deposits can be removed at a higher speed than the conventional cleaning method. .

これをより詳しく説明すると、グロー放電プラズマの密度が高いほど、当該プラズマ中のイオンおよび活性粒子の密度は高くなるので、堆積物の除去速度は速くなる。従って、プラズマ密度の指標であるグロー放電電流が大きいほど、堆積物の除去速度は速くなる。例えば、フラットパネルディスプレイ(FPD)製造のためのイオンドーピング装置用のイオン源装置を用いた実験によると、前述した従来のクリーニング方法に相当する方法で第2電極12にイオンビームを衝突させた場合、その時のイオンビーム電流は200mA程度が限度であった。これに対して、本クリーニング方法による場合のグロー放電電流は2000mAを達成することができた。   This will be explained in more detail. The higher the density of the glow discharge plasma, the higher the density of ions and active particles in the plasma, so that the deposit removal rate becomes faster. Accordingly, the larger the glow discharge current that is an index of plasma density, the faster the deposit removal rate. For example, according to an experiment using an ion source device for an ion doping apparatus for manufacturing a flat panel display (FPD), when an ion beam is made to collide with the second electrode 12 by a method corresponding to the conventional cleaning method described above. The ion beam current at that time was limited to about 200 mA. On the other hand, the glow discharge current in the case of this cleaning method was able to achieve 2000 mA.

ところで、電極11、12への堆積物の堆積量は、イオンビームが当たる側の面である正面12aの方が、それに対向する電極11の背面11bよりも遥かに多くなる。そこで、グロー放電80を発生させる電圧を、図2に示す例のように、イオンビーム引出し方向側の電極である第2電極12をマイナス側とする直流電圧にすると、グロー放電80によるプラズマ中のイオンは、マイナス側の電極すなわち第2電極12の正面12aに専ら入射して衝突するので、堆積物が多く堆積する当該正面12aの堆積物除去を優先して行うことができる。従って、クリーニングをより効率良く行うことができる。   By the way, the amount of deposits deposited on the electrodes 11 and 12 is much larger on the front surface 12a, which is the surface on which the ion beam strikes, than on the back surface 11b of the electrode 11 facing it. Therefore, when the voltage for generating the glow discharge 80 is a DC voltage with the second electrode 12 that is the electrode on the ion beam extraction direction side as the negative side as in the example shown in FIG. Since ions are incident on and collide exclusively with the negative electrode, that is, the front surface 12a of the second electrode 12, it is possible to preferentially remove the deposit on the front surface 12a where a large amount of deposit is deposited. Therefore, cleaning can be performed more efficiently.

なお、クリーニングガス48は、図1に示す例のように供給すると、ガス導入口7をイオン化ガス38と兼用することができるという利点があるけれども、第1電極11と第2電極12との間にクリーニングガス48を供給するためには、例えば図6に示す例のように、イオン源チャンバー22(または23)の壁面からその内部にクリーニングガス48を導入しても良い。図3〜図5に示す各例の場合も同様である。   When the cleaning gas 48 is supplied as in the example shown in FIG. 1, there is an advantage that the gas introduction port 7 can also be used as the ionized gas 38, but between the first electrode 11 and the second electrode 12. In order to supply the cleaning gas 48, the cleaning gas 48 may be introduced into the inside of the ion source chamber 22 (or 23) from the wall surface, for example, as shown in FIG. The same applies to the examples shown in FIGS.

また、第1電極11と第2電極12との間のガス圧をグロー放電80の発生に都合の良いものに調整するためには、図2に示す例のように、バルブ26、28を閉じ、バルブ29を経由して真空排気装置30によって小さい排気速度で排気するのが実際的で好ましいけれども、もちろん、これ以外の方法で第1電極11と第2電極12との間のガス圧を調整しても良い。   Further, in order to adjust the gas pressure between the first electrode 11 and the second electrode 12 so as to be convenient for the generation of the glow discharge 80, the valves 26 and 28 are closed as in the example shown in FIG. Although it is practical and preferable to exhaust at a low exhaust speed by the vacuum exhaust device 30 via the valve 29, of course, the gas pressure between the first electrode 11 and the second electrode 12 is adjusted by other methods. You may do it.

電極11、12上に堆積物がある状態でグロー放電80を発生させると、両電極11、12間で異常な放電が発生しやすく、これがグロー放電用電源60を故障させる原因になることがある。そこで、図2に示す例のように、上記直列抵抗器64を設けておくのが好ましく、そのようにすると、異常放電時の急激な電流増加を抵抗器64によって抑制することができる。即ち、抵抗器64は限流抵抗の働きをする。   If the glow discharge 80 is generated with deposits on the electrodes 11, 12, abnormal discharge is likely to occur between the electrodes 11, 12, which may cause the glow discharge power supply 60 to fail. . Therefore, as in the example shown in FIG. 2, it is preferable to provide the series resistor 64, and by doing so, the resistor 64 can suppress a rapid increase in current during abnormal discharge. That is, the resistor 64 functions as a current limiting resistor.

第3電極13を切換スイッチ72を介して接地すると、グロー放電用電源60から、第2電極12と第3電極13との間にも電圧が印加される。そこで、電極11、12間でグロー放電80を優先的に発生させるためには、図2に示す例のように、第3電極13を高抵抗値の抵抗器66を介して接地するのが好ましい。そのようにすると、仮に、第2電極12と第3電極13との間でプラズマが発生すると当該プラズマ中の、イオンよりも移動度の高い電子が第3電極13に多く入射して第3電極13が負に帯電する結果、第2電極12と第3電極13との間の電位差が下がるので、両電極12、13間でプラズマが発生するのを抑制することができる。   When the third electrode 13 is grounded via the changeover switch 72, a voltage is also applied between the second electrode 12 and the third electrode 13 from the glow discharge power source 60. Therefore, in order to preferentially generate the glow discharge 80 between the electrodes 11 and 12, it is preferable to ground the third electrode 13 via a high-resistance resistor 66 as in the example shown in FIG. . As a result, if plasma is generated between the second electrode 12 and the third electrode 13, electrons having a higher mobility than ions in the plasma are incident on the third electrode 13, and the third electrode. As a result of the negative charging of 13, the potential difference between the second electrode 12 and the third electrode 13 decreases, so that the generation of plasma between the electrodes 12 and 13 can be suppressed.

上記グロー放電用電源60を設ける代わりに、図3に示す例のように、切換スイッチ71によって第2電極12を抵抗器64を介して引出し電源54に接続するように構成して、引出し電源54をグロー放電80発生用の電源として兼用しても良い。そのようにすると、グロー放電専用の電源を追加することなく、上記クリーニングを行うことができる。なお、この場合は、引出し電源54の最大出力電流によってグロー放電電流が制限されることになる。   Instead of providing the glow discharge power source 60, the second switch 12 is configured to be connected to the extraction power source 54 through the resistor 64 by the changeover switch 71 as in the example shown in FIG. May also be used as a power source for generating glow discharge 80. In such a case, the cleaning can be performed without adding a power supply dedicated to glow discharge. In this case, the glow discharge current is limited by the maximum output current of the extraction power supply 54.

また、上記直流のグロー放電用電源60を設ける代わりに、図4に示す例のように、交流のグロー放電用電源62を設けて、交流電圧印加によって上記グロー放電80(この場合は交流グロー放電)を発生させても良い。   Further, instead of providing the DC glow discharge power source 60, an AC glow discharge power source 62 is provided as shown in FIG. 4, and the glow discharge 80 (in this case, AC glow discharge) is applied by applying an AC voltage. ) May be generated.

グロー放電80を発生させる電圧を交流電圧にすると、グロー放電80によるプラズマ中のイオンは、印加電圧の極性反転に応じて、当該グロー放電80を挟む両方の電極11、12に入射して衝突するので、両方の電極11、12に、即ちイオンビーム引出し方向側の電極である第2電極12の正面12aおよびそれに対向する第1電極11の背面11bの両方に堆積した堆積物を効率良く除去することができる。   When the voltage for generating the glow discharge 80 is an AC voltage, ions in the plasma generated by the glow discharge 80 are incident on and collide with both electrodes 11 and 12 sandwiching the glow discharge 80 according to the polarity inversion of the applied voltage. Therefore, the deposits deposited on both the electrodes 11 and 12, that is, both the front surface 12 a of the second electrode 12, which is an electrode on the ion beam extraction direction side, and the back surface 11 b of the first electrode 11 opposed thereto are efficiently removed. be able to.

また、交流のグロー放電用電源60は、通常は変圧器を主体に構成されていて、半導体素子を用いている直流電源よりも故障しにくいので、電極11、12間で異常放電が発生しても故障しにくいという利点もある。   Further, the AC glow discharge power source 60 is usually configured mainly with a transformer and is less likely to fail than a DC power source using a semiconductor element, so that abnormal discharge occurs between the electrodes 11 and 12. There is also an advantage that it is difficult to break down.

上記各クリーニング方法は、第1電極11と第2電極12との間でグロー放電80を発生させるクリーニング方法であるので、引出し電極系10が少なくとも第1電極11および第2電極12を有していれば適用することができる。   Each of the above cleaning methods is a cleaning method for generating a glow discharge 80 between the first electrode 11 and the second electrode 12, so that the extraction electrode system 10 has at least the first electrode 11 and the second electrode 12. If applicable.

また、第3電極13は第2電極12よりも下流側にあるので、イオンビーム引き出しに伴う第3電極13への堆積物の堆積量は第2電極12への堆積量よりも少ないけれども、第1電極11と第2電極12との間にグロー放電80を発生させる前記クリーニング方法と同様にして、第2電極12と第3電極13との間にグロー放電80を発生させて両電極12、13のクリーニングを行っても良い。   In addition, since the third electrode 13 is on the downstream side of the second electrode 12, the amount of deposit on the third electrode 13 due to extraction of the ion beam is smaller than the amount deposited on the second electrode 12. In the same manner as the cleaning method in which the glow discharge 80 is generated between the first electrode 11 and the second electrode 12, the glow discharge 80 is generated between the second electrode 12 and the third electrode 13. 13 cleaning may be performed.

このクリーニング方法の一例を図5を参照して説明する。図2に示した例との相違点を主体に説明すると、上記グロー放電用電源60および抵抗器64を切換スイッチ72側に接続して、クリーニング時は切換スイッチ72をグロー放電用電源60側(具体的には抵抗器64側)に切り換える。また、第2電極12を接地電位にするスイッチ74を設けておいて、クリーニング時はそれを閉じる。このとき、当然、引出し電源54の出力電圧は予め0にしておく。   An example of this cleaning method will be described with reference to FIG. The difference from the example shown in FIG. 2 will be mainly described. The glow discharge power source 60 and the resistor 64 are connected to the changeover switch 72 side, and the changeover switch 72 is connected to the glow discharge power supply 60 side (when cleaning). Specifically, switching to the resistor 64 side). Further, a switch 74 for setting the second electrode 12 to the ground potential is provided and is closed during cleaning. At this time, naturally, the output voltage of the drawing power supply 54 is set to 0 in advance.

クリーニングガス48は、図2の例の場合と同様にプラズマ生成容器5に導入しても良いし、図6に示した例のようにイオン源チャンバー22(または23)の壁面からその内部に導入しても良い。このようにして、少なくとも第2電極12と第3電極13との間にクリーニングガス48を供給して、第2電極12と第3電極13との間のガス圧を、前述したようにイオンビーム引き出し時のガス圧よりも高く保った状態で、グロー放電用電源60から第2電極12と第3電極13との間に直流電圧を印加して、両電極12、13間にクリーニングガス48のグロー放電80を発生させる。   The cleaning gas 48 may be introduced into the plasma generation vessel 5 in the same manner as in the example of FIG. 2, or is introduced into the interior of the ion source chamber 22 (or 23) from the wall surface as in the example shown in FIG. You may do it. In this way, the cleaning gas 48 is supplied at least between the second electrode 12 and the third electrode 13, and the gas pressure between the second electrode 12 and the third electrode 13 is changed to the ion beam as described above. A DC voltage is applied between the second electrode 12 and the third electrode 13 from the glow discharge power source 60 in a state where the gas pressure is maintained higher than the gas pressure at the time of extraction, and the cleaning gas 48 is applied between the electrodes 12 and 13. A glow discharge 80 is generated.

これによって、図2に示した例の場合と同様の作用によって、イオン引出し孔15の周辺に限定されることなく、両電極12、13の広い領域に亘って堆積物を除去することができる。   Thus, deposits can be removed over a wide area of both electrodes 12 and 13 without being limited to the periphery of the ion extraction hole 15 by the same action as in the example shown in FIG.

しかも、上記グロー放電80の放電電流は、容易に、イオン源の最大イオンビーム電流よりも遥かに大きな値にすることができるので、従来のクリーニング方法よりも高速で堆積物を除去することができる。   Moreover, since the discharge current of the glow discharge 80 can be easily set to a value much larger than the maximum ion beam current of the ion source, deposits can be removed at a higher speed than in the conventional cleaning method. .

また、グロー放電80を発生させる電圧を、イオンビーム引出し方向側の電極である第3電極13をマイナス側とする直流電圧にすると、グロー放電80によるプラズマ中のイオンは、マイナス側の電極すなわち第3電極13の正面13aに専ら入射して衝突するので、堆積物が多く堆積する当該正面13aの堆積物除去を優先して行うことができる。従って、クリーニングをより効率良く行うことができる。   Further, when the voltage for generating the glow discharge 80 is a DC voltage with the third electrode 13, which is an electrode on the ion beam extraction direction side, set to the negative side, the ions in the plasma by the glow discharge 80 are negatively charged, that is, the first electrode. Since only the front surface 13a of the three electrodes 13 is incident and collides, it is possible to preferentially remove the deposit on the front surface 13a where a large amount of deposits are deposited. Therefore, cleaning can be performed more efficiently.

もっとも、図4に示した例と同様に、直流のグロー放電用電源60の代わりに交流のグロー放電用電源62を設けても良い。そのようにすれば、両方の電極12、13に、即ちイオンビーム引出し方向側の電極である第3電極13の正面13aおよびそれに対向する第2電極12の背面12bの両方に堆積した堆積物を効率良く除去することができる。   However, as in the example shown in FIG. 4, an AC glow discharge power source 62 may be provided instead of the DC glow discharge power source 60. By doing so, deposits deposited on both the electrodes 12 and 13, that is, on both the front surface 13 a of the third electrode 13 that is an electrode in the ion beam extraction direction side and the back surface 12 b of the second electrode 12 that faces the electrode 13 and 13. It can be removed efficiently.

引出し電極系が第1電極11、第2電極12および第3電極13を少なくとも有している場合、(a)図2等に示した例のように第1電極11と第2電極12との間にグロー放電80を発生させても良いし、(b)図5に示した例のように第2電極12と第3電極13との間にグロー放電80を発生させても良いし、(c)グロー放電用電源60、62等の接続を上記のようなスイッチ等を用いて適宜切り換えることによって、上記(a)のグロー放電発生(クリーニング)と上記(b)のグロー放電発生(クリーニング)とを切り換えて行うようにしても良い。   When the extraction electrode system includes at least the first electrode 11, the second electrode 12, and the third electrode 13, (a) the first electrode 11 and the second electrode 12, as in the example shown in FIG. A glow discharge 80 may be generated between them, or (b) a glow discharge 80 may be generated between the second electrode 12 and the third electrode 13 as in the example shown in FIG. c) Glow discharge generation (cleaning) in (a) and glow discharge generation (cleaning) in (b) above are performed by appropriately switching the connections of the glow discharge power sources 60, 62, etc. And may be switched.

なお、第4電極14への堆積物の堆積量は通常は少ないので、第4電極14をクリーニングする必要性はあまり高くないけれども、必要に応じて、上記と同様にして、第3電極13と第4電極14との間にクリーニングガス48を供給しかつグロー放電用の電圧を印加して、両電極13、14間にグロー放電を発生させてクリーニングを行っても良い。   Since the amount of deposits on the fourth electrode 14 is usually small, the need to clean the fourth electrode 14 is not so high, but if necessary, the third electrode 13 and Cleaning may be performed by supplying a cleaning gas 48 to the fourth electrode 14 and applying a glow discharge voltage to generate a glow discharge between the electrodes 13 and 14.

クリーニング後は、図1に示した状態に戻すことによって、イオンビーム20を引き出すことができる。   After cleaning, the ion beam 20 can be extracted by returning to the state shown in FIG.

2 イオン源
4 プラズマ生成部
10 引出し電極系
11 第1電極
12 第2電極
13 第3電極
14 第4電極
20 イオンビーム
38 イオン化ガス
48 クリーニングガス
60、62 グロー放電用電源
80 グロー放電
2 ion source 4 plasma generation unit 10 extraction electrode system 11 first electrode 12 second electrode 13 third electrode 14 fourth electrode 20 ion beam 38 ionized gas 48 cleaning gas 60, 62 glow discharge power source 80 glow discharge

Claims (1)

イオン化ガスが導入され当該イオン化ガスを電離させてプラズマを生成するプラズマ生成部と、このプラズマ生成部内のプラズマから電界の作用でイオンビームを引き出す電極系であって前記プラズマ側からイオンビーム引出し方向に配置された第1電極、第2電極および第3電極を少なくとも有している引出し電極系とを備えているイオン源の前記引出し電極系を構成する電極のクリーニング方法であって、
前記イオン源に電圧を印加する電気回路を、イオンビームを引き出す状態と電極のクリーニングを行う状態とに切り換えるスイッチを設けておき、
電極のクリーニングを行う際は、前記スイッチをクリーニングを行う状態側に切り換え、
かつ前記第3電極を抵抗器を介して接地しておき
前記プラズマ生成部に前記イオン化ガスを導入して前記イオンビームを引き出す代わりに、前記引出し電極系を構成する少なくとも第1電極と第2電極との間にクリーニングガスを供給して、当該第1電極と第2電極との間のガス圧を、前記イオンビーム引き出し時のガス圧よりも高く保った状態で、
前記第1電極と第2電極との間に、電源から直列抵抗器を介して電圧を印加して、両電極間に前記クリーニングガスのグロー放電を発生させることを特徴とする、イオン源電極のクリーニング方法。
A plasma generation unit that introduces an ionized gas and ionizes the ionized gas to generate plasma, and an electrode system that extracts an ion beam from the plasma in the plasma generation unit by the action of an electric field, and in the ion beam extraction direction from the plasma side A method for cleaning an electrode constituting the extraction electrode system of an ion source comprising: an extraction electrode system having at least a first electrode , a second electrode, and a third electrode arranged;
A switch for switching an electric circuit for applying a voltage to the ion source between a state of drawing out an ion beam and a state of cleaning an electrode is provided,
When cleaning the electrode, switch the switch to the state to be cleaned,
And the third electrode is grounded through a resistor ,
Instead of introducing the ionized gas into the plasma generation unit and extracting the ion beam, a cleaning gas is supplied between at least the first electrode and the second electrode constituting the extraction electrode system, and the first electrode In a state where the gas pressure between the first electrode and the second electrode is kept higher than the gas pressure at the time of extracting the ion beam,
A voltage is applied between the first electrode and the second electrode through a series resistor from a power source to generate a glow discharge of the cleaning gas between the two electrodes. Cleaning method.
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