KR20120022549A - Method for cleaning ion source electrode - Google Patents
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Abstract
Description
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. This invention relates to the cleaning method which removes the deposit deposited on the surface of the electrode which comprises the extraction electrode system of an ion source. In the present specification, when simply referred to as an ion, a cation is indicated.
이온원으로부터 이온빔을 인출하는 운전을 계속하면, 그 인출 전극계를 구성하는 전극에 퇴적물이 퇴적(부착)된다. 그것을 방치해 두면 전극간의 이상 방전 등의 문제를 야기한다. If the operation of taking out the ion beam from the ion source is continued, deposits are deposited (attached) to the electrodes constituting the extraction electrode system. If left unattended, problems such as abnormal discharge between the electrodes are caused.
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). Thus, as an example of a method of cleaning the ion source electrode, by supplying an inert gas into the plasma chamber instead of the ionizing gas, the ion beam of the rare gas is extracted, and either or both of the gas flow rate and the extraction voltage are adjusted. The cleaning method which adjusts the beam diameter of an ion beam, and thereby makes an ion beam collide with the deposit deposited on the electrode surface, and removes a deposit by sputtering conventionally (for example, refer patent document 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.The conventional cleaning method is to remove the deposit by colliding an ion beam of the rare gas with the deposit on the electrode surface. The deposit is removed no matter how the gas flow rate of the rare gas supplied into the plasma chamber or the drawing voltage applied to the drawing electrode system are adjusted. The region to be formed is limited to the periphery of the electrode (ion extraction hole), so that it is impossible to remove the deposit deposited in other regions. Therefore, the area where the deposit can be removed is narrow.
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. In addition, the upper limit of the ion beam current drawn out from the plasma in the plasma chamber as an ion beam and irradiated to each electrode is, in principle, about the maximum ion beam current of the ion source. Is difficult.
그래서 이 발명은 이온원의 인출 전극계를 구성하는 전극의 넓은 영역에 걸쳐 고속으로 퇴적물을 제거할 수 있는 클리닝 방법을 제공하는 것을 주된 목적으로 하고 있다. Therefore, this invention aims at providing the cleaning method which can remove a deposit at high speed over the large area | region of the electrode which comprises the extraction electrode system of an ion source.
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 최(最)플라즈마측에서 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. One of the cleaning methods according to the present invention is a plasma generating unit which introduces an ionization gas and ionizes the ionizing gas to generate a plasma, and an electrode system which draws out an ion beam from the plasma in the plasma generating unit under the action of an electric field. A cleaning method of an electrode constituting the extraction electrode system of an ion source having a drawing electrode system having at least a first electrode and a second electrode arranged in an ion beam extraction direction on a plasma side. Instead of introducing an ionizing gas to extract the ion beam, a cleaning gas is supplied between at least a first electrode and a second electrode constituting the extraction electrode system, and a gas pressure between the first electrode and the second electrode is applied to the ion beam. The voltage was applied between the first electrode and the second electrode while maintaining the gas pressure higher than that at the time of drawing. Between and is characterized in that for generating a glow discharge in the cleaning gas.
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. In this cleaning method, the plasma of the cleaning gas is generated by the glow discharge generated between the first electrode and the second electrode, and both electrodes are formed by sputtering by ions in the plasma and chemical reaction with active particles in the plasma. The deposits deposited on the surface are removed. That is, both electrodes can be cleaned.
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. In addition, since the glow discharge occurs almost entirely between the first electrode and the second electrode applying the voltage, almost the entire surface of the electrode on the side where the plasma is generated by the glow discharge is exposed to the plasma. Therefore, it is not limited to the periphery of an ion extraction hole, and deposits can be removed over the large area | region of both electrodes.
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. Further, 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, the deposit can be removed at a higher speed than the conventional cleaning method.
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.When the lead-out electrode system has at least the first electrode, the second electrode, and the third electrode, the second electrode and the third electrode are replaced with or instead of generating a glow discharge between the first electrode and the second electrode. Glow discharge may be generated between the electrodes. Therefore, the second electrode and the third electrode can be cleaned.
상기 글로우 방전을 발생시키는 전압은 이온빔 인출방향측의 전극을 마이너스측으로 하는 직류 전압이어도 되고, 교류 전압이어도 된다. The voltage for generating the glow discharge may be a direct current voltage having the electrode on the ion beam extraction direction side as a negative side, or may be an alternating voltage.
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. According to the invention according to
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. 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, the deposit can be removed at a higher speed than the conventional cleaning method.
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. According to the invention according to
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. 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, the deposit can be removed at a higher speed than the conventional cleaning method.
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. According to invention of Claim 3, the following effects are further exhibited. In other words, the deposition amount of the deposit on the electrode is much larger than the back side of the electrode facing the front side, which is the surface on the side where the ion beam touches. Therefore, if the voltage for generating the glow discharge is a direct current voltage having the electrode on the ion beam extraction direction as the negative side, the ions in the plasma due to the glow discharge are negative on the electrode, i.e., the electrode on the ion beam extraction direction (in the case of claim 1). Since the second electrode, in the case of
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. According to invention of
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. Fig. 1 is a schematic view showing an example of an ion source device for carrying out the cleaning method according to the present invention, showing the state at the time of ion beam extraction.
2 is a schematic view showing an example of an ion source device for carrying out the cleaning method according to the present invention, and showing the state at the time of cleaning.
3 is a schematic view showing another example of an ion source device for carrying out the cleaning method according to the present invention, and showing the state at the time of cleaning.
Fig. 4 is a schematic view showing still another example of an ion source device for carrying out the cleaning method according to the present invention, and showing the state at the time of cleaning.
Fig. 5 is a schematic diagram showing still another example of an ion source device for carrying out the cleaning method according to the present invention, and showing the state at the time of cleaning.
6 is a schematic view showing another example of the method of introducing the cleaning gas.
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. An example of the ion source apparatus which implements the cleaning method which concerns on this invention is shown to FIG. 1, FIG. 1 shows a state at the time of ion beam extraction, and FIG. 2 shows a state at the time of cleaning.
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. The
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. In this example, the
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. However, the
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. The
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 최플라즈마측에서부터 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. In this example, the
한편 인출 전극계(10)를 구성하는 각 전극(11?14)간의 간격은 도시의 편의상 확대해서 도시하였다. 다른 도면에서도 마찬가지이다. In addition, the space | interval between each electrode 11-14 which comprises the
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. The front portion of the plasma generating unit 4 (more specifically, the plasma generating container 5) is connected to the
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. The
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. The ion source device further includes the following configuration so that the cleaning method described below can be performed instead of introducing the ionizing
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. That is, the cleaning
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.As the cleaning
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. In order to exhaust the inside of the
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. Between the
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. In order to switch the extraction of the
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. The
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. The state at the time of extracting the
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. As a result, the
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. The state at the time of cleaning an electrode is shown in FIG. In this case, the valve 26 is closed. The
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. Further, the
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.The plasma of the cleaning
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. In addition, since the
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. In addition, since the discharge current of the
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. In more detail, the higher the density of the glow discharge plasma, the higher the density of ions and active particles in the plasma, and thus the faster the removal rate of the deposit. Therefore, the larger the glow discharge current, which is an indicator of plasma density, the faster the removal rate of the deposit. For example, according to an experiment using an ion source device for an ion doping apparatus for manufacturing a flat panel display (FPD), when the ion beam is impinged on the
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. By the way, the deposition amount of the deposits on the
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. On the other hand, when the cleaning
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. In addition, in order to adjust the gas pressure between the
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. When the
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. When the
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. Instead of providing the glow
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. In addition, instead of providing the direct current glow
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. When the voltage for generating the
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. In addition, the AC glow
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. Each cleaning method is a cleaning method for generating a
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. Further, since the
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. An example of this cleaning method will be described with reference to FIG. 5. The difference with the example shown in FIG. 2 is mainly demonstrated, and the said glow
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. The cleaning
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. For this reason, by the same effect as the case of the example shown in FIG. 2, it is not limited to the periphery of the
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. In addition, since the discharge current of the
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. When the voltage for generating the
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. However, as in the example shown in FIG. 4, an alternating glow
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. When the lead-out electrode system has at least the
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. On the other hand, since the deposition amount of the deposit on the
클리닝 후에는 도 1에 나타낸 상태로 되돌림으로써 이온빔(20)을 인출할 수 있다. After cleaning, the
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 방전2
10 Leading
12
14
38
60, 62
Claims (4)
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 제1전극과 제2전극 사이에 전압을 인가하여, 양쪽 전극간에 상기 클리닝 가스의 글로우 방전을 발생시키는 것을 특징으로 하는 이온원 전극의 클리닝 방법. A plasma generation unit which introduces an ionization gas and ionizes the ionization gas to generate a plasma, and an electrode system which draws out an ion beam by the action of an electric field from the plasma in the plasma generation unit, and is arranged in the ion beam extraction direction on the side of the most plasma. A cleaning method of an electrode constituting the extraction electrode system of an ion source having an extraction electrode system having at least a first electrode and a second electrode,
Instead of introducing the ionizing gas to the plasma generating unit to extract the ion beam,
In a state in which a cleaning gas is supplied between at least a first electrode and a second electrode constituting the lead-out electrode system, and a gas pressure between the first electrode and the second electrode is maintained higher than a gas pressure at the time of the ion beam extraction.
And applying a voltage between the first electrode and the second electrode to generate a glow discharge of the cleaning gas between both electrodes.
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 제2전극과 제3전극 사이에 전압을 인가하여, 양쪽 전극간에 상기 클리닝 가스의 글로우 방전을 발생시키는 것을 특징으로 하는 이온원 전극의 클리닝 방법. A plasma generation unit for introducing an ionization gas and ionizing the ionization gas to generate a plasma; an electrode system for extracting an ion beam from the plasma in the plasma generation unit under the action of an electric field; and arranged in the ion beam extraction direction on the most plasma side A cleaning method of an electrode constituting the extraction electrode system of an ion source having an extraction electrode system having at least an electrode, a second electrode and a third electrode,
Instead of introducing the ionizing gas to the plasma generating unit to extract the ion beam,
In a state in which a cleaning gas is supplied between at least a second electrode and a third electrode constituting the lead-out electrode system, the gas pressure between the second electrode and the third electrode is maintained higher than the gas pressure at the time of the ion beam extraction.
A voltage is applied between the second electrode and the third electrode to generate a glow discharge of the cleaning gas between both electrodes.
상기 글로우 방전을 발생시키는 전압은 이온빔 인출방향측의 전극을 마이너스측으로 하는 직류 전압인 것을 특징으로 하는 이온원 전극의 클리닝 방법. The method according to claim 1 or 2,
And the voltage for generating the glow discharge is a direct current voltage having the electrode on the ion beam extraction direction side as the negative side.
상기 글로우 방전을 발생시키는 전압은 교류 전압인 것을 특징으로 하는 이온원 전극의 클리닝 방법. The method according to claim 1 or 2,
And a voltage for generating the glow discharge is an alternating voltage.
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