KR101243748B1 - 이온원 전극의 클리닝 방법 - Google Patents

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Abstract

이온원의 인출 전극계를 구성하는 전극의 넓은 영역에 걸쳐 고속으로 퇴적물을 제거할 수 있는 클리닝 방법을 제공한다.
이온원(2)의 플라즈마 생성부(4)에 이온화 가스를 도입하여 이온빔을 인출하는 대신에, 인출 전극계(10)를 구성하는 제1전극(11)과 제2전극(12) 사이에 클리닝 가스(48)를 공급하고, 제1전극(11)과 제2전극(12) 사이의 가스압을, 이온빔 인출 시의 가스압보다 높게 유지한 상태로, 제1전극(11)과 제2전극(12) 사이에 글로우 방전용 전원(60)으로부터 전압을 인가하여, 양쪽 전극(11, 12)간에 클리닝 가스(48)의 글로우 방전(80)을 발생시킨다.

Description

이온원 전극의 클리닝 방법{METHOD FOR CLEANING ION SOURCE ELECTRODE}
이 발명은 이온원의 인출(引出) 전극계를 구성하는 전극의 표면에 퇴적된 퇴적물을 제거하는 클리닝 방법에 관한 것이다. 한편 이 명세서에서 단순히 이온이라고 할 경우에는 양이온을 가리킨다.
이온원으로부터 이온빔을 인출하는 운전을 계속하면, 그 인출 전극계를 구성하는 전극에 퇴적물이 퇴적(부착)된다. 그것을 방치해 두면 전극간의 이상 방전 등의 문제를 야기한다.
그래서 이온원 전극을 클리닝하는 방법의 일례로서, 이온화 가스 대신에 희가스(inert gas)를 플라즈마실 내에 공급하여, 당해 희가스의 이온빔을 인출하고, 또한 가스 유량과 인출 전압 중 어느 한쪽 또는 양쪽을 조정함으로써 이온빔의 빔 직경을 조정하고, 그로 인해 이온빔을 전극 표면에 퇴적된 퇴적물에 충돌시켜, 퇴적물을 스퍼터에 의해 제거하는 클리닝 방법이 종래부터 제안되어 있다(예를 들면 특허문헌 1 참조).
일본국 특허공보 제4374487호(단락 0024-0028, 도 1)
상기 종래의 클리닝 방법은 희가스의 이온빔을 전극 표면의 퇴적물에 충돌시킴으로써 퇴적물을 제거하는 것인데, 플라즈마실 내에 공급하는 희가스의 가스 유량이나, 인출 전극계에 인가하는 인출 전압을 어떻게 조정하더라도, 퇴적물이 제거되는 영역은 전극의 구멍(이온 인출구멍) 주변에 한정되므로 그 이외의 영역에 퇴적된 퇴적물을 제거하는 것은 불가능하다. 따라서 퇴적물을 제거할 수 있는 영역이 좁다.
또한 플라즈마실 내의 플라즈마로부터 이온빔으로서 인출되어, 각 전극에 조사되는 이온빔 전류의 상한값은 원리상 그 이온원의 최대 이온빔 전류 정도이므로, 아무리 커도 기껏해야 수백mA 정도로 밖에 할 수 없으며, 따라서 퇴적물의 고속 제거가 곤란하다.
그래서 이 발명은 이온원의 인출 전극계를 구성하는 전극의 넓은 영역에 걸쳐 고속으로 퇴적물을 제거할 수 있는 클리닝 방법을 제공하는 것을 주된 목적으로 하고 있다.
이 발명에 따른 클리닝 방법 중 하나는 이온화 가스가 도입되고 당해 이온화 가스를 전리시켜 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성부와, 이 플라즈마 생성부 내의 플라즈마로부터 전계의 작용으로 이온빔을 인출하는 전극계이며 상기 플라즈마 측에서 이온빔 인출방향으로 배치된 제1전극 및 제2전극을 적어도 가지고 있는 인출 전극계를 구비하고 있는 이온원의 상기 인출 전극계를 구성하는 전극의 클리닝 방법으로서, 상기 플라즈마 생성부에 상기 이온화 가스를 도입하여 상기 이온빔을 인출하는 대신에, 상기 인출 전극계를 구성하는 적어도 제1전극과 제2전극 사이에 클리닝 가스를 공급하고, 당해 제1전극과 제2전극 사이의 가스압을 상기 이온빔 인출 시의 가스압보다 높게 유지한 상태로, 상기 제1전극과 제2전극 사이에 전압을 인가하여, 양쪽 전극간에 상기 클리닝 가스의 글로우 방전을 발생시키는 것을 특징으로 하고 있다.
이 클리닝 방법에서는, 제1전극과 제2전극 사이에 발생시킨 글로우 방전에 의해 클리닝 가스의 플라즈마가 생성되고, 당해 플라즈마 중의 이온에 의한 스퍼터 및 당해 플라즈마 중의 활성 입자와의 화학반응 등에 의해, 양쪽 전극 표면에 퇴적되어 있는 퇴적물이 제거된다. 즉, 양쪽 전극을 클리닝할 수 있다.
게다가, 상기 글로우 방전은 전압을 인가하고 있는 제1전극과 제2전극 사이의 거의 전체에 발생하므로, 글로우 방전에 의한 플라즈마가 발생하고 있는 측의 전극면의 거의 전체가 플라즈마에 노출된다. 따라서 이온 인출구멍의 주변에 한정되지 않고, 양쪽 전극의 넓은 영역에 걸쳐 퇴적물을 제거할 수 있다.
나아가, 상기 글로우 방전의 방전 전류는 용이하게 이온원의 최대 이온빔 전류보다 훨씬 큰 값으로 할 수 있으므로, 종래의 클리닝 방법보다 고속으로 퇴적물을 제거할 수 있다.
인출 전극계가 제1전극, 제2전극 및 제3전극을 적어도 가지고 있을 경우에는, 제1전극과 제2전극 사이에 글로우 방전을 발생시키는 대신에, 혹은 그것과 전환해서, 제2전극과 제3전극 사이에 글로우 방전을 발생시켜도 된다. 그로 인해 제2전극 및 제3전극을 클리닝할 수 있다.
상기 글로우 방전을 발생시키는 전압은 이온빔 인출방향측의 전극을 마이너스측으로 하는 직류 전압이어도 되고, 교류 전압이어도 된다.
청구항 1에 기재된 발명에 따르면, 인출 전극계를 구성하는 제1전극과 제2전극 사이에 클리닝 가스의 글로우 방전을 발생시키므로, 이온 인출구멍의 주변에 한정되지 않고, 양쪽 전극의 넓은 영역에 걸쳐 퇴적물을 제거할 수 있다.
게다가 상기 글로우 방전의 방전 전류는 용이하게 이온원의 최대 이온빔 전류보다 훨씬 큰 값으로 할 수 있으므로, 종래의 클리닝 방법보다 고속으로 퇴적물을 제거할 수 있다.
청구항 2에 기재된 발명에 따르면, 인출 전극계를 구성하는 제2전극과 제3전극 사이에 클리닝 가스의 글로우 방전을 발생시키므로, 이온 인출구멍의 주변에 한정되지 않고, 양쪽 전극의 넓은 영역에 걸쳐 퇴적물을 제거할 수 있다.
게다가 상기 글로우 방전의 방전 전류는 용이하게 이온원의 최대 이온빔 전류보다 훨씬 큰 값으로 할 수 있으므로, 종래의 클리닝 방법보다 고속으로 퇴적물을 제거할 수 있다.
청구항 3에 기재된 발명에 따르면 다음과 같은 효과를 한층 더 발휘한다. 즉, 전극에의 퇴적물의 퇴적량은 이온빔이 닿는 측의 면인 정면쪽이, 그것에 대향하는 전극의 배면보다 훨씬 많아진다. 그러므로 글로우 방전을 발생시키는 전압을, 이온빔 인출방향측의 전극을 마이너스측으로 하는 직류 전압으로 하면, 글로우 방전에 의한 플라즈마 중의 이온은 마이너스측의 전극, 즉 이온빔 인출방향측의 전극(청구항 1의 경우에는 제2전극, 청구항 2의 경우에는 제3전극)의 상기 정면에 전적으로 입사하여 충돌하므로, 퇴적물이 많이 퇴적되는 당해 정면의 퇴적물 제거를 우선적으로 실시할 수 있다. 따라서 클리닝을 보다 효율적으로 실시할 수 있다.
청구항 4에 기재된 발명에 따르면 다음과 같은 효과를 한층 더 발휘한다. 즉, 글로우 방전을 발생시키는 전압을 교류 전압으로 하면, 글로우 방전에 의한 플라즈마 중의 이온은 인가 전압의 극성 반전에 따라, 당해 글로우 방전을 사이에 끼우는 양쪽 전극에 입사하여 충돌하므로, 양쪽 전극에 퇴적된 퇴적물을 효율적으로 제거할 수 있다.
도 1은 이 발명에 따른 클리닝 방법을 실시하는 이온원 장치의 일례를 나타내는 개략도이며, 이온빔 인출 시의 상태를 나타낸다.
도 2는 이 발명에 따른 클리닝 방법을 실시하는 이온원 장치의 일례를 나타내는 개략도이며, 클리닝 시의 상태를 나타낸다.
도 3은 이 발명에 따른 클리닝 방법을 실시하는 이온원 장치의 다른 예를 나타내는 개략도이며, 클리닝 시의 상태를 나타낸다.
도 4는 이 발명에 따른 클리닝 방법을 실시하는 이온원 장치의 또 다른 예를 나타내는 개략도이며, 클리닝 시의 상태를 나타낸다.
도 5는 이 발명에 따른 클리닝 방법을 실시하는 이온원 장치의 또 다른 예를 나타내는 개략도이며, 클리닝 시의 상태를 나타낸다.
도 6은 클리닝 가스의 도입 방법의 다른 예를 나타내는 개략도이다.
이 발명에 따른 클리닝 방법을 실시하는 이온원 장치의 일례를 도 1, 도 2에 나타낸다. 도 1은 이온빔 인출 시의 상태를 나타내고, 도 2는 클리닝 시의 상태를 나타낸다.
이 이온원 장치를 구성하는 이온원(2)은 이온화 가스(38)가 도입되고 당해 이온화 가스(38)를 전리시켜 플라즈마(6)를 생성하는 플라즈마 생성부(4)와, 이 플라즈마 생성부(4) 내의 플라즈마(6)로부터 전계의 작용으로 이온빔(20)을 인출하는 인출 전극계(10)를 구비하고 있다.
플라즈마 생성부(4)는 이 예에서는 플라즈마 생성용기(5) 내에 마련된 필라멘트(8)로부터 열전자를 방출시켜, 당해 필라멘트(8)와 양극을 겸하는 플라즈마 생성용기(5) 사이에서 방전(아크 방전)을 발생시키고, 이온화 가스(38)를 전리시켜 플라즈마(6)를 생성하는 것이다. 필라멘트(8)에 그 가열용 필라멘트 전원(50)이 접속되어 있고, 필라멘트(8)의 한쪽 끝과 플라즈마 생성용기(5) 사이에 전자(前者)를 음극측으로 해서 아크 방전 발생용 아크 전원(52)이 접속되어 있다.
단, 플라즈마 생성부(4)는 이 타입에 한정되는 것은 아니다. 필라멘트(8)의 수도 도시예와 같은 1개에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면 필라멘트(8)를 복수개 가지고 있어도 된다. 또한 고주파 방전에 의해 이온화 가스(38)를 전리시켜 플라즈마(6)를 생성하는 타입 등이어도 된다.
이온화 가스(38)는 이 예에서는 이온화 가스원(32)으로부터 유량 조절기(34), 밸브(36) 및 가스 도입구(7)를 경유하여 플라즈마 생성용기(5) 내에 도입된다.
이온화 가스(38)는 소망하는 도펀트, 예를 들면 붕소(B), 인(P) 또는 비소(As)를 포함하는 가스이며, 예를 들면 불화붕소 가스(BF3), 수소 희석 디보란(diborane) 가스(B2H6/H2), 수소 희석 포스핀 가스(PH3/H2) 또는 수소 희석 아르신(arsine) 가스(AsH3/H2) 등이다.
인출 전극계(10)는 이 예에서는 상기 플라즈마 측에서부터 이온빔 인출방향에 걸쳐 배치된 4장의 전극, 즉 제1전극(플라즈마 전극이라고도 함)(11), 제2전극(인출 전극이라고도 함)(12), 제3전극(억제 전극이라고도 함)(13) 및 제4전극(접지 전극이라고도 함)(14)을 가지고 있다. 16은 절연물인데, 그 밖의 절연물은 도시를 생략하였다. 전극은 4장에 한정되지 않으며, 2장, 3장 등이어도 된다. 각 전극(11∼14)은 이온 인출구멍(15)을 각각 가지고 있다. 이온 인출구멍(15)은 예를 들면 복수의(다수의) 구멍이어도 되고, 1 이상의 슬릿이어도 된다.
한편 인출 전극계(10)를 구성하는 각 전극(11∼14)간의 간격은 도시의 편의상 확대해서 도시하였다. 다른 도면에서도 마찬가지이다.
플라즈마 생성부(4)(보다 구체적으로는 그 플라즈마 생성용기(5))의 앞 부분은, 진공배기장치(30)에 의해 밸브(28)를 통해 진공 배기되는 이온원 챔버(22, 23)에 장착되어 있고, 인출 전극계(10)는 이 이온원 챔버(22, 23) 내에 수납되어 있다. 이온원 챔버 22와 23 사이는 가속 전원(58)의 출력 전압에 상당하는 전압을 절연하기 위해, 절연물(24)에 의해 절연되어 있다. 이온원 챔버(23)에는 인출 전극계(10) 및 상기 밸브(28)보다 하류측의 위치에, 이온원(2)의 보수 점검 작업 등을 위해, 그곳을 칸막이하는 밸브(게이트 밸브)(26)가 마련되어 있다.
인출 전극계(10)의 제1전극(11)은 이 예에서는 상기 아크 전원(52)의 음극측에 접속되어 있다. 플라즈마 생성용기(5)와 접지 전위부 사이에, 전자(前者)를 양극측으로 해서, 주로 이온빔(20)의 에너지를 정하는 가속 전원(58)이 접속되어 있다. 제2전극(12)과 플라즈마 생성용기(5) 사이에, 전자(前者)를 음극측으로 하고 또한 후술하는 전환 스위치(71)를 통해, 주로 플라즈마(6)로부터 이온을 인출하기 위한 인출 전원(54)이 접속되어 있다. 제3전극(13)과 접지 전위부 사이에, 전자(前者)를 음극측으로 하고 또한 후술하는 전환 스위치(72)를 통해, 주로 하류측으로부터의 역류 전자 억제를 위한 억제 전원(56)이 접속되어 있다. 제4전극(14)은 접지되어 있다.
이 이온원 장치는 플라즈마 생성부(4)에 이온화 가스(38)를 도입하여 이온빔(20)을 인출하는 대신에, 이하에 설명하는 클리닝 방법을 실시할 수 있도록 다음과 같은 구성을 더 구비하고 있다.
즉, 클리닝 가스원(42), 유량 조절기(44) 및 밸브(46)를 마련하고, 이 예에서는 상기 가스 도입구(7)를 경유하여, 플라즈마 생성용기(5) 내에 클리닝 가스(48)(도 2 참조)를 공급할 수 있도록 하고 있다. 이 클리닝 가스(48)는 상기 위치에 마련된 진공배기장치(30)에 의해 진공 배기되는 것도 돕고, 제1전극(11) 등의 이온 인출구멍(15)을 통해 인출 전극계(10)의 각 전극간에 확산되어 당해 각 전극간에도 공급된다.
클리닝 가스(48)로는 후술하는 글로우 방전을 발생시켰을 때에 전극 표면에 퇴적물을 생성시키기 어려운 가스를 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들면 클리닝 가스(48)는 수소 가스, 아르곤 등의 불활성 가스(희가스라고도 함) 또는 이들의 혼합 가스이다. 불활성 가스는 Ar 이외의 He, Ne, Kr, Xe여도 된다. 클리닝 가스(48)로 수소 가스를 사용하면, 전극 표면에서 제거된 퇴적물이 수소와 결합하여 수소 화합물을 만들거나 해서, 진공배기장치(30)에 의해 외부로 배출되기 쉬워진다는 이점이 있다. 또한 이것에 한하지 않고 불소가 함유된 클리닝 가스를 사용해도 된다. 예를 들면 NF3, C3F8, CF4를 들 수 있다.
클리닝 시에 진공배기장치(30)에 의해 이온원 챔버(22, 23) 내부를 이온빔 인출 시보다 작은 배기 속도로 배기하기 위해, 상기 밸브(28)에 병렬로, 당해 밸브(28)보다 개구 면적이 작으며 컨덕턴스가 작은 밸브(29)를 마련하였다.
제1전극(11)과 제2전극(12) 사이에, 이온빔 인출방향측의 전극인 제2전극(12)을 마이너스측으로 하는 직류 전압을 인가하여, 양쪽 전극(11, 12)간에 클리닝 가스(48)의 글로우 방전(80)(도 2 참조)을 발생시키는 직류의 글로우 방전용 전원(60)을 마련하였다. 이 글로우 방전용 전원(60)의 출력 전압은 예를 들면 수백V∼수kV, 보다 구체적으로는 100V∼1kV 정도이다.
이온빔(20)의 인출과, 전극의 클리닝을 전환하기 위해 스위치(70∼73)를 마련하였다. 전환 스위치(71)는 제2전극(12)을, 인출 전원(54)측과, 저항기(64)를 통한 글로우 방전용 전원(60)측으로 전환한다. 전환 스위치(72)는 제3전극(13)을, 억제 전원(56)측과, 저항기(66)를 통한 접지측으로 전환한다.
스위치(70, 73)는 플라즈마 생성용기(5), 제1전극(11) 등을 접지 전위로 하기 위한 것이다. 한편 스위치(70, 73)를 닫을 때에는 당연히 전원(52, 58)의 출력 전압을 미리 0으로 해 둔다.
이온빔(20)을 인출할 때의 상태를 도 1에 나타낸다. 이 경우에는 밸브(26)는 열어 둔다. 그리고 밸브(29)를 닫고 밸브(28)는 열어 두고, 진공배기장치(30)에 의해 이온원 챔버(22, 23) 내부를 진공 배기한다. 밸브(46)를 닫고 밸브(36)는 열어 두고, 플라즈마 생성용기(5) 내에 이온화 가스(38)를 도입한다. 스위치(70, 73)는 열어 두고, 전환 스위치(71)는 인출 전원(54)측으로, 전환 스위치(72)는 억제 전원(56)측으로 전환해 둔다.
이로 인해 플라즈마 생성부(4)(보다 구체적으로는 그 플라즈마 생성용기(5)) 내에서 이온화 가스(38)를 전리시켜 플라즈마(6)를 생성하고, 당해 플라즈마(6)로부터 인출 전극계(10)에 의해 이온빔(20)을 인출할 수 있다.
전극을 클리닝할 때의 상태를 도 2에 나타낸다. 이 경우, 밸브(26)는 닫아 둔다. 그리고 밸브(28)를 닫고 밸브(29)는 열고, 진공배기장치(30)에 의해 이온원 챔버(22, 23) 내부를 작은 배기 속도로 배기한다. 또한 밸브(36)를 닫는 대신 밸브(46)를 열고, 플라즈마 생성용기(5) 내에 클리닝 가스(48)를 도입한다. 이로 인해 상술한 바와 같이, 플라즈마 생성용기(5) 내에 도입된 클리닝 가스(48)는 적어도 제1전극(11)과 제2전극(12) 사이에 공급된다. 이때, 플라즈마 생성용기(5) 내에 도입하는 클리닝 가스(48)의 유량, 진공배기장치(30)에 의한 배기 속도 등을 조정하여, 제1전극(11)과 제2전극(12) 사이의 가스압을, 이온빔 인출 시의 가스압(예를 들면 1Pa 미만)보다 높게 유지한다. 보다 구체적으로는 클리닝 가스(48)의 글로우 방전(80)을 발생시키기에 적합한 가스압으로 유지한다. 예를 들면 1Pa∼1000Pa 정도로 유지한다.
또한 전환 스위치(71)를 글로우 방전용 전원(60)측(구체적으로는 저항기(64)측)으로 전환하여, 스위치(70)를 닫고, 제1전극(11)과 제2전극(12) 사이에, 후자를 마이너스측으로 해서 글로우 방전용 전원(60)으로부터 직류 전압을 인가하여, 양쪽 전극(11, 12) 사이에 클리닝 가스(48)의 글로우 방전(직류 글로우 방전)(80)을 발생시킨다. 또한 전환 스위치(72)는 저항기(66)측으로 전환하고, 스위치(73)는 닫아 둔다.
상기 제1전극(11)과 제2전극(12) 사이에 발생시킨 글로우 방전(80)에 의해 클리닝 가스(48)의 플라즈마가 생성되고, 당해 플라즈마 중의 이온에 의한 스퍼터 및 당해 플라즈마 중의 라디칼 등의 활성 입자와의 화학반응 등에 의해, 양쪽 전극(11, 12) 표면에 퇴적되어 있는 퇴적물이 제거된다. 즉, 양쪽 전극(11, 12)을 클리닝할 수 있다.
게다가 상기 글로우 방전(80)은 전압을 인가하고 있는 제1전극(11)과 제2전극(12) 사이의 거의 전체에 발생하므로, 글로우 방전(80)에 의한 플라즈마가 발생하고 있는 측의 전극면(즉 제1전극(11)의 배면(11b) 및 제2전극(12)의 정면(12a))의 거의 전체가 플라즈마에 노출된다. 따라서 이온 인출구멍(15)의 주변에 한정되지 않고, 양쪽 전극(11, 12)의 넓은 영역에 걸쳐 퇴적물을 제거할 수 있다.
또한 상기 글로우 방전(80)의 방전 전류는 용이하게 이온원의 최대 이온빔 전류보다 훨씬 큰 값으로 할 수 있으므로, 종래의 클리닝 방법보다 고속으로 퇴적물을 제거할 수 있다.
이것을 보다 자세하게 설명하면, 글로우 방전 플라즈마의 밀도가 높을수록, 당해 플라즈마 중의 이온 및 활성 입자의 밀도가 높아지므로 퇴적물의 제거 속도가 빨라진다. 따라서 플라즈마 밀도의 지표인 글로우 방전 전류가 클수록 퇴적물의 제거 속도는 빨라진다. 예를 들어 플랫 패널 디스플레이(FPD) 제조를 위한 이온 도핑 장치용 이온원 장치를 이용한 실험에 따르면, 상술한 종래의 클리닝 방법에 상당하는 방법으로 제2전극(12)에 이온빔을 충돌시켰을 경우, 그 때의 이온빔 전류는 200mA 정도가 한도였다. 이에 반해, 본 클리닝 방법에 의한 경우의 글로우 방전 전류는 2000mA를 달성할 수 있었다.
그런데 전극(11, 12)에의 퇴적물의 퇴적량은 이온빔이 닿는 측의 면인 정면(12a)쪽이, 그것에 대향하는 전극(11)의 배면(11b)보다 훨씬 많아진다. 그래서 글로우 방전(80)을 발생시키는 전압을, 도 2에 나타내는 예와 같이 이온빔 인출방향측의 전극인 제2전극(12)을 마이너스측으로 하는 직류 전압으로 하면, 글로우 방전(80)에 의한 플라즈마 중의 이온은 마이너스측의 전극, 즉 제2전극(12)의 정면(12a)에 전적으로 입사하여 충돌하므로, 퇴적물이 많이 퇴적되는 당해 정면(12a)의 퇴적물 제거를 우선적으로 실시할 수 있다. 따라서 클리닝을 보다 효율적으로 실시할 수 있다.
한편 클리닝 가스(48)는 도 1에 나타내는 예와 같이 공급하면, 가스 도입구(7)를 이온화 가스(38)와 겸용할 수 있다는 이점이 있지만, 제1전극(11)과 제2전극(12) 사이에 클리닝 가스(48)를 공급하기 위해서는, 예를 들면 도 6에 나타내는 예와 같이, 이온원 챔버(22)(또는 23)의 벽면으로부터 그 내부에 클리닝 가스(48)를 도입해도 된다. 도 3∼도 5에 나타내는 각 예의 경우에도 마찬가지이다.
또한 제1전극(11)과 제2전극(12) 사이의 가스압을 글로우 방전(80)의 발생에 적합한 것으로 조정하기 위해서는, 도 2에 나타내는 예와 같이 밸브(26, 28)를 닫고, 밸브(29)를 경유하여 진공배기장치(30)에 의해 작은 배기 속도로 배기하는 것이 실제적으로 바람직하지만, 물론 이것 이외의 방법으로 제1전극(11)과 제2전극(12) 사이의 가스압을 조정해도 된다.
전극(11, 12)상에 퇴적물이 있는 상태에서 글로우 방전(80)을 발생시키면, 양쪽 전극(11, 12)간에서 이상 방전이 발생하기 쉬워, 이것이 글로우 방전용 전원(60)을 고장나게 하는 원인이 되는 경우가 있다. 그래서 도 2에 나타내는 예와 같이, 상기 직렬 저항기(64)를 마련해 두는 것이 바람직한데, 그렇게 하면 이상 방전 시의 급격한 전류 증가를 저항기(64)에 의해 억제할 수 있다. 즉, 저항기(64)는 한류(限流) 저항 기능을 한다.
제3전극(13)을 전환 스위치(72)를 통해 접지하면, 글로우 방전용 전원(60)으로부터, 제2전극(12)과 제3전극(13) 사이에도 전압이 인가된다. 그래서 전극(11, 12)간에서 글로우 방전(80)을 우선적으로 발생시키기 위해서는, 도 2에 나타내는 예와 같이 제3전극(13)을 높은 저항값의 저항기(66)를 통해 접지하는 것이 바람직하다. 그렇게 하면, 가령 제2전극(12)과 제3전극(13) 사이에서 플라즈마가 발생하면 당해 플라즈마 중의, 이온보다 이동도가 높은 전자가 제3전극(13)에 많이 입사하여 제3전극(13)이 음으로 대전되는 결과, 제2전극(12)과 제3전극(13) 사이의 전위차가 내려가므로, 양쪽 전극(12, 13)간에서 플라즈마가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
상기 글로우 방전용 전원(60)을 마련하는 대신에, 도 3에 나타내는 예와 같이, 전환 스위치(71)에 의해 제2전극(12)을 저항기(64)를 통해 인출 전원(54)에 접속하도록 구성하여, 인출 전원(54)을 글로우 방전(80) 발생용 전원으로서 겸용해도 된다. 그렇게 하면, 글로우 방전 전용 전원을 추가하지 않고 상기 클리닝을 실시할 수 있다. 한편 이 경우에는 인출 전원(54)의 최대 출력 전류에 의해 글로우 방전 전류가 제한되게 된다.
또한 상기 직류의 글로우 방전용 전원(60)을 마련하는 대신에, 도 4에 나타내는 예와 같이, 교류의 글로우 방전용 전원(62)을 마련하여, 교류 전압 인가에 의해 상기 글로우 방전(80)(이 경우에는 교류 글로우 방전)을 발생시켜도 된다.
글로우 방전(80)을 발생시키는 전압을 교류 전압으로 하면, 글로우 방전(80)에 의한 플라즈마 중의 이온은 인가 전압의 극성 반전에 따라, 당해 글로우 방전(80)을 사이에 끼우는 양쪽 전극(11, 12)에 입사하여 충돌하므로, 양쪽 전극(11, 12)에, 즉 이온빔 인출방향측의 전극인 제2전극(12)의 정면(12a) 및 그것에 대향하는 제1전극(11)의 배면(11b)의 양쪽에 퇴적된 퇴적물을 효율적으로 제거할 수 있다.
또한 교류의 글로우 방전용 전원(60)은 통상 변압기를 주체로 구성되어 있으며, 반도체 소자를 이용하고 있는 직류 전원보다 고장나기 어려우므로, 전극(11, 12)간에서 이상 방전이 발생해도 고장나기 어렵다는 이점도 있다.
상기 각 클리닝 방법은 제1전극(11)과 제2전극(12) 사이에서 글로우 방전(80)을 발생시키는 클리닝 방법이므로, 인출 전극계(10)가 적어도 제1전극(11) 및 제2전극(12)을 가지고 있다면 적용할 수 있다.
또한 제3전극(13)은 제2전극(12)보다 하류측에 있으므로, 이온빔 인출에 수반되는 제3전극(13)에의 퇴적물의 퇴적량은 제2전극(12)에의 퇴적량보다 적지만, 제1전극(11)과 제2전극(12) 사이에 글로우 방전(80)을 발생시키는 상기 클리닝 방법과 마찬가지로 해서, 제2전극(12)과 제3전극(13) 사이에 글로우 방전(80)을 발생시켜 양쪽 전극(12, 13)을 클리닝해도 된다.
이 클리닝 방법의 일례를 도 5를 참조하여 설명한다. 도 2에 나타낸 예와의 상이점을 주로 설명하면, 상기 글로우 방전용 전원(60) 및 저항기(64)를 전환 스위치(72)측에 접속하고, 클리닝 시에는 전환 스위치(72)를 글로우 방전용 전원(60)측(구체적으로는 저항기(64)측)으로 전환한다. 또한 제2전극(12)을 접지 전위로 하는 스위치(74)를 마련해 두고, 클리닝 시에는 그것을 닫는다. 이때, 당연히 인출 전원(54)의 출력 전압은 미리 0으로 해 둔다.
클리닝 가스(48)는 도 2의 예의 경우와 마찬가지로 플라즈마 생성용기(5)에 도입해도 되고, 도 6에 나타낸 예와 같이 이온원 챔버(22)(또는 23)의 벽면으로부터 그 내부에 도입해도 된다. 이렇게 해서, 적어도 제2전극(12)과 제3전극(13) 사이에 클리닝 가스(48)를 공급하고, 제2전극(12)과 제3전극(13) 사이의 가스압을 상술한 바와 같이 이온빔 인출 시의 가스압보다 높게 유지한 상태로, 글로우 방전용 전원(60)으로부터 제2전극(12)과 제3전극(13) 사이에 직류 전압을 인가하여, 양쪽 전극(12, 13)간에 클리닝 가스(48)의 글로우 방전(80)을 발생시킨다.
이로 인해 도 2에 나타낸 예의 경우와 동일한 작용에 의해, 이온 인출구멍(15)의 주변에 한정되지 않고, 양쪽 전극(12, 13)의 넓은 영역에 걸쳐 퇴적물을 제거할 수 있다.
게다가 상기 글로우 방전(80)의 방전 전류는 용이하게 이온원의 최대 이온빔 전류보다 훨씬 큰 값으로 할 수 있으므로, 종래의 클리닝 방법보다 고속으로 퇴적물을 제거할 수 있다.
또한 글로우 방전(80)을 발생시키는 전압을, 이온빔 인출방향측의 전극인 제3전극(13)을 마이너스측으로 하는 직류 전압으로 하면, 글로우 방전(80)에 의한 플라즈마 중의 이온은 마이너스측의 전극, 즉 제3전극(13)의 정면(13a)에 전적으로 입사하여 충돌하므로, 퇴적물이 많이 퇴적되는 당해 정면(13a)의 퇴적물 제거를 우선적으로 실시할 수 있다. 따라서 클리닝을 보다 효율적으로 실시할 수 있다.
단, 도 4에 나타낸 예와 마찬가지로, 직류의 글로우 방전용 전원(60) 대신에 교류의 글로우 방전용 전원(62)을 마련해도 된다. 그렇게 하면, 양쪽 전극(12, 13)에, 즉 이온빔 인출방향측의 전극인 제3전극(13)의 정면(13a) 및 그것에 대향하는 제2전극(12)의 배면(12b)의 양쪽에 퇴적된 퇴적물을 효율적으로 제거할 수 있다.
인출 전극계가 제1전극(11), 제2전극(12) 및 제3전극(13)을 적어도 가지고 있을 경우, (a)도 2 등에 나타낸 예와 같이 제1전극(11)과 제2전극(12) 사이에 글로우 방전(80)을 발생시켜도 되고, (b)도 5에 나타낸 예와 같이 제2전극(12)과 제3전극(13) 사이에 글로우 방전(80)을 발생시켜도 되며, (c)글로우 방전용 전원(60, 62) 등의 접속을 상기와 같은 스위치 등을 이용해서 적절히 전환함으로써, 상기(a)의 글로우 방전 발생(클리닝)과 상기(b)의 글로우 방전 발생(클리닝)을 전환해서 실시하도록 해도 된다.
한편 제4전극(14)에의 퇴적물의 퇴적량은 통상 적으므로, 제4전극(14)을 클리닝할 필요성은 그다지 높지 않지만, 필요에 따라 상기와 마찬가지로 해서, 제3전극(13)과 제4전극(14) 사이에 클리닝 가스(48)를 공급하고 글로우 방전용 전압을 인가하여, 양쪽 전극(13, 14) 사이에 글로우 방전을 발생시켜 클리닝해도 된다.
클리닝 후에는 도 1에 나타낸 상태로 되돌림으로써 이온빔(20)을 인출할 수 있다.
2 이온원 4 플라즈마 생성부
10 인출 전극계 11 제1전극
12 제2전극 13 제3전극
14 제4전극 20 이온빔
38 이온화 가스 48 클리닝 가스
60, 62 글로우 방전용 전원 80 글로우 방전

Claims (6)

  1. 이온화 가스가 도입되고 상기 이온화 가스를 전리시켜 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성부와, 이 플라즈마 생성부 내의 플라즈마로부터 전계의 작용으로 이온빔을 인출하는 전극계이며 상기 플라즈마 측에서 이온빔 인출방향으로 배치된 제1전극 및 제2전극을 적어도 가지고 있는 인출 전극계를 구비하고 있는 이온원의 상기 인출 전극계를 구성하는 전극의 클리닝 방법으로서,
    상기 제1전극과 플라즈마 생성 용기 사이에 접속된 아크 전원 출력 양단 및 글로우 방전용 전원의 양극과 접지 사이에 접속된 가속 전원 출력 양단을 단락시키는 스위치를 설치하고,
    상기 플라즈마 생성부에 상기 이온화 가스를 도입하여 상기 이온빔을 인출하는 대신에,
    상기 인출 전극계를 구성하는 적어도 제1전극과 제2전극 사이에 클리닝 가스를 공급하고, 상기 제1전극과 제2전극 사이의 가스압을 상기 이온빔 인출 시의 가스압보다 높게 유지한 상태로,
    상기 아크 전원 출력 양단 및 상기 가속 전원 출력 양단을 단락시켜,
    상기 제1전극과 제2전극 사이에 전압을 인가하여, 양쪽 전극간에 상기 클리닝 가스의 글로우 방전을 발생시키는 것을 특징으로 하는 이온원 전극의 클리닝 방법.
  2. 이온화 가스가 도입되고 상기 이온화 가스를 전리시켜 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성부와, 이 플라즈마 생성부 내의 플라즈마로부터 전계의 작용으로 이온빔을 인출하는 전극계이며 상기 플라즈마 측에서 이온빔 인출방향으로 배치된 제1전극, 제2전극 및 제3전극을 적어도 가지고 있는 인출 전극계를 구비하고 있는 이온원의 상기 인출 전극계를 구성하는 전극의 클리닝 방법으로서,
    상기 제2전극과 플라즈마 생성 용기 사이에 접속된 인출 전원 출력 양단 및 글로우 방전용 전원 양극과 접지 사이에 접속된 가속 전원 출력 양단을 단락시키는 스위치를 설치하고,
    상기 플라즈마 생성부에 상기 이온화 가스를 도입하여 상기 이온빔을 인출하는 대신에,
    상기 인출 전극계를 구성하는 적어도 제2전극과 제3전극 사이에 클리닝 가스를 공급하고, 상기 제2전극과 제3전극 사이의 가스압을 상기 이온빔 인출 시의 가스압보다 높게 유지한 상태로,
    상기 인출 전원 출력 양단 및 상기 가속 전원 출력 양단을 단락시켜,
    상기 제2전극과 제3전극 사이에 전압을 인가하여, 양쪽 전극간에 상기 클리닝 가스의 글로우 방전을 발생시키는 것을 특징으로 하는 이온원 전극의 클리닝 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 글로우 방전을 발생시키는 전압은 이온빔 인출방향측의 전극을 마이너스측으로 하는 직류 전압인 것을 특징으로 하는 이온원 전극의 클리닝 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 글로우 방전을 발생시키는 전압은 교류 전압인 것을 특징으로 하는 이온원 전극의 클리닝 방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 인출 전원의 양극 사이에 스위치를 설치하고,
    상기 제2전극과 상기 제3전극 사이의 클리닝시에는 상기 스위치를 단락하는 것을 특징으로 하는 이온원 전극의 클리닝 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 인출 전극계는 상기 플라즈마 측에서 이온빔 인출방향으로 배치된 제1전극, 제2전극 및 제3전극을 적어도 가지고 있어,
    전극을 클리닝 할 때, 상기 제3전극을 저항기을 통해 접지하는 것을 특징으로 하는 이온원 전극의 클리닝 방법.
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