KR20130050232A - 이온원 전극의 클리닝 장치 - Google Patents

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Abstract

이온원의 인출 전극계를 구성하는 전극의 넓은 영역에 걸쳐 고속으로 퇴적물을 제거할 수 있는 클리닝 장치를 제공한다.
인출 전극계(10)의 서로 대향하는 2개의 전극(11, 12) 사이에 클리닝 가스(48)를 공급하여 당해 전극간의 가스압을 글로우 방전을 발생시키는 가스압으로 유지하는 클리닝 가스원(42) 등의 수단과, 양쪽 전극(11, 12) 사이에 직류 전압을 인가하여 글로우 방전(80)을 발생시키는 글로우 방전 전원(60)을 구비하고 있다. 또한 소정 시간 내의 전극(11, 12) 사이의 이상방전의 발생횟수(N)를 측정하는 이상방전 측정기(84)와, 그것으로 측정한 이상방전의 발생횟수(N)를 이용하여 글로우 방전 전원(60)의 출력 전류(Ig)를 소정폭씩 증감시키는 제어를 하는 전원 제어기(86)를 구비하고 있다.

Description

이온원 전극의 클리닝 장치{CLEANING APPARATUS OF ION SOURCE EXTRACTION ELECTRODE SYSTEM}
본 발명은 이온원의 인출(引出) 전극계를 구성하는 복수의 전극 중 서로 대향하는 2개의 전극을, 당해 이온원으로부터 이온빔을 인출하지 않을 때에 클리닝하는 클리닝 장치에 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 이상방전 등의 문제를 야기한다.
그래서 이온원 전극을 클리닝하는 기술의 일례로서, 이온화 가스 대신에 희가스(inert gas)를 이온원의 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 퇴적한 퇴적물에 충돌시켜, 퇴적물을 스퍼터에 의해 제거하는 클리닝 기술이 종래부터 제안되어 있다(예를 들면 특허문헌 1 참조).
일본국 특허공보 제4374487호(단락 0024-0028, 도 1)
상기 종래의 클리닝 기술은 희가스의 이온빔을 전극 표면의 퇴적물에 충돌시킴으로써 퇴적물을 제거하는 것인데, 이온원의 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 이온원의 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.
그리하여 본 발명은 이온원의 인출 전극계를 구성하는 전극의 넓은 영역에 걸쳐 고속으로 퇴적물을 제거할 수 있는 클리닝 장치를 제공하는 것을 주된 목적으로 하고 있다.
본 발명에 따른 클리닝 장치는 이온원의 인출 전극계를 구성하는 복수의 전극 중 서로 대향하는 2개의 전극을, 당해 이온원으로부터 이온빔을 인출하지 않을 때에 클리닝하는 클리닝 장치로서,
클리닝 시에, 적어도 상기 서로 대향하는 2개의 전극간에 클리닝 가스를 공급하고, 당해 전극간의 가스압을 글로우 방전을 발생시키는 가스압으로 유지하는 방전 분위기 형성수단과,
클리닝 시에, 상기 서로 대향하는 2개의 전극간에 직류 전압을 인가하여 당해 전극간에 상기 클리닝 가스의 글로우 방전을 발생시키는 글로우 방전 전원과,
클리닝 시의 상기 글로우 방전 전원의 출력 전류 또는 출력 전압의 크기를 측정하여, 상기 서로 대향하는 2개의 전극간에 있어서의 이상방전을 검출하는 동시에, 소정 시간 내의 당해 이상방전의 발생횟수를 측정하는 이상방전 측정수단과,
상기 이상방전 측정수단으로 측정한 상기 소정 시간 내의 이상방전의 발생횟수를 이용하여 상기 글로우 방전 전원의 출력 전류를 제어하는 것으로서, (a)클리닝 시작 시에는 상기 글로우 방전 전원의 출력 전류를 소정의 초기값으로 제어하고, (b)상기 이상방전의 발생횟수가 소정의 제1하한값보다 작을 때에는 상기 글로우 방전 전원의 출력 전류를, 소정의 도달 목표값을 상한으로 해서, 소정의 제1증가폭만큼 증가시키고, (c)상기 이상방전의 발생횟수가 소정의 상한값보다 클 때에는 상기 글로우 방전 전원의 출력 전류를, 상기 초기값을 하한으로 해서, 소정의 감소폭만큼 감소시키고, (d)상기 이상방전의 발생횟수가 상기 제1하한값 이상이면서 상기 상한값 이하일 때에는 상기 글로우 방전 전원의 출력 전류를 유지하는 제어를 하는 전원 제어수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하고 있다.
이 클리닝 장치에 의하면, 클리닝 시에, 인출 전극계를 구성하는 서로 대향하는 2개의 전극간에 글로우 방전을 발생시킬 수 있다. 이 글로우 방전에 의해 클리닝 가스의 플라즈마가 생성되고, 당해 플라즈마 중의 이온에 의한 스퍼터 및 당해 플라즈마 중의 활성 입자와의 화학반응 등에 의해, 상기 서로 대향하는 2개의 전극 표면에 퇴적되어 있는 퇴적물이 제거된다. 즉, 양쪽 전극을 클리닝할 수 있다.
게다가, 상기 이상방전 측정수단 및 전원 제어수단의 작용에 의해, 상기 2개의 전극간의 이상방전의 빈발을 방지하면서, 큰 전류로 글로우 방전을 발생시킬 수 있으므로, 양쪽 수단을 마련하지 않은 경우에 비해 보다 안정적으로 보다 강력한 클리닝을 할 수 있다.
상기 전원 제어수단은 상기 이상방전의 발생횟수가 상기 제1하한값보다 작은 제2하한값보다 작을 때에, 상기 글로우 방전 전원의 출력 전류를, 상기 도달 목표값을 상한으로 하는 동시에 상기 제1증가폭에 우선시켜서, 상기 제1증가폭보다 큰 제2증가폭만큼 증가시키는 제어를 하는 기능을 더 가지고 있어도 된다.
상기 전원 제어수단은 상기 글로우 방전 전원의 출력 전류를 상기 제2증가폭만큼 증가시키는 제어를 한 결과, 상기 글로우 방전 전원의 출력 전류가 상기 도달 목표값에 도달했을 때에, 클리닝의 종료를 나타내는 클리닝 종료 신호를 출력하는 기능을 더 가지고 있어도 된다.
청구항 1에 기재된 발명에 의하면, 클리닝 시에, 인출 전극계를 구성하는 서로 대향하는 2개의 전극간에 글로우 방전을 발생시키고, 이 글로우 방전에 의해 양쪽 전극을 클리닝할 수 있다.
게다가, 상기 글로우 방전은 전압을 인가하고 있는 2개의 전극간 거의 전체에 발생하므로, 글로우 방전에 의한 플라즈마가 발생하고 있는 측의 전극면 거의 전체가 플라즈마에 노출된다. 따라서 이온 인출구멍 주변에 한정되지 않고, 양쪽 전극의 넓은 영역에 걸쳐 퇴적물을 제거할 수 있다.
또한 상기 글로우 방전의 방전 전류는 용이하게, 이온원의 최대 이온빔 전류보다 훨씬 큰 값으로 할 수 있으므로, 종래의 클리닝 기술보다 고속으로 퇴적물을 제거할 수 있다.
나아가, 이상방전 측정수단 및 전원 제어수단의 작용에 의해, 상기 2개의 전극간에 있어서의 이상방전의 빈발을 방지하면서, 큰 전류로 글로우 방전을 발생시킬 수 있으므로, 양쪽 수단을 마련하지 않은 경우에 비해 보다 안정적으로 보다 강력한 클리닝을 할 수 있다.
청구항 2에 기재된 발명에 의하면 다음의 효과를 더 발휘한다. 즉, 이상방전의 발생횟수가 적을 때에는 글로우 방전 전원의 출력 전류를 큰 폭으로 증가시킬 수 있으므로, 이상방전의 빈발을 방지하면서 글로우 방전 전원의 출력 전류를 보다 빠르게 도달 목표값에 도달시킬 수 있다. 그 결과, 클리닝을 빨리 진행시킬 수 있으므로 클리닝 시간을 단축할 수 있다.
청구항 3에 기재된 발명에 의하면 다음의 효과를 더 발휘한다. 즉, 클리닝 시간을 계측하는 타이머 등에 의존하지 않아도 클리닝 종료를 판정할 수 있다. 게다가, 이상방전의 발생횟수가 적을 때에는 글로우 방전 전원의 출력 전류가 빨리 도달 목표값에 도달하여 빨리 클리닝 종료 신호가 출력되므로, 이 신호를 이용함으로써 전극의 오염이 적어 이상방전의 발생횟수가 적을 때에 쓸모없는 클리닝을 하지 않고 빨리 클리닝을 종료시킬 수 있다. 따라서 클리닝에 소요되는 시간을 단축할 수 있다.
청구항 6에 기재된 발명에 의하면, 클리닝 시에, 인출 전극계를 구성하는 서로 대향하는 2개의 전극간에 글로우 방전을 발생시키고, 이 글로우 방전에 의해 양쪽 전극을 클리닝할 수 있다.
청구항 7에 기재된 발명에 의하면, 이온원 전극의 클리닝 시작부터 완료까지의 시간 관리에 의해 클리닝을 종료시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 클리닝 장치의 일례를 구비하고 있는 이온원 장치의 예를 나타내는 개략도이며, 이온빔 인출 시의 상태를 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따른 클리닝 장치의 일례를 구비하고 있는 이온원 장치의 예를 나타내는 개략도이며, 클리닝 시의 상태를 나타낸다.
도 3은 도 2 등에 나타내는 이상방전 측정기 및 전원 제어기의 동작의 일례를 나타내는 플로우 차트이다.
도 4는 도 2 등에 나타내는 이상방전 측정기 및 전원 제어기의 동작의 다른 예를 나타내는 플로우 차트이다.
도 5는 도 2 등에 나타내는 이상방전 측정기 및 전원 제어기의 동작의 또 다른 예를 나타내는 플로우 차트이다.
도 6은 도 3에 나타내는 제어를 했을 때의 글로우 방전 전원의 출력 전류의 변화를 측정한 결과의 일례를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 클리닝 장치의 다른 예를 구비하고 있는 이온원 장치의 예를 나타내는 개략도이며, 클리닝 시의 상태를 나타낸다.
도 8은 클리닝 가스의 도입 개소의 다른 예를 나타내는 개략도이다.
본 발명에 따른 클리닝 장치의 일례를 구비하고 있는 이온원 장치의 예를 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 도입되어 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 방출시키고, 당해 필라멘트(8)와 양극을 겸하는 플라즈마 생성용기(5) 사이에서 방전(아크 방전)을 발생시키고, 이온화 가스(38)를 전리시켜서 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 전자를 음극측으로 하여 아크 방전 발생용 아크 전원(52)이 접속되어 있다.
단, 플라즈마 생성부(4)는 이 타입에 한정되지 않는다. 필라멘트(8)의 개수도 도시한 예와 같은 하나에 한정되지 않는다. 예를 들면 필라멘트(8)를 복수개 가지고 있어도 된다. 또한 고주파 방전에 의해 이온화 가스(38)를 전리시켜서 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 원하는 도펀트, 예를 들면 붕소(B), 인(P) 또는 비소(As)를 포함하는 가스이며, 예를 들면 불화 붕소 가스(BF3), 수소희석 디보란 가스(B2H6/H2), 수소희석 포스핀 가스(PH3/H2) 또는 수소희석 아르신 가스(AsH3/H2) 등이다.
인출 전극계(10)는 이 예에서는, 이온빔 인출방향의 최상류측(바꿔 말하면 최(最)플라즈마측)에서 하류측을 향해 배치된 4개의 전극, 즉 제1전극(11;플라즈마 전극이라고도 함), 제2전극(12;인출 전극이라고도 함), 제3전극(13;억제 전극이라고도 함) 및 제4전극(14;접지 전극이라고도 함)을 가지고 있다. 16은 절연물인데, 기타 절연물은 도시를 생략하였다. 전극은 4개에 한정되지 않으며, 2개, 3개 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) 사이의 간격은 도시의 편의상 확대하여 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 이온원(2)으로부터 이온빔(20)을 인출하지 않을 때에, 인출 전극계(10)를 구성하는 복수의 전극(11~14) 중 서로 대향하는 2개의 전극(도 1, 도 2의 예에서는 제1전극(11) 및 제2전극(12))을 클리닝하는 클리닝 장치를 구비하고 있고, 이온원(2)으로부터의 이온빔(20)의 인출과, 상기 전극(11, 12)의 클리닝을 전환하여 실시할 수 있다.
클리닝 장치는 클리닝 시에, 적어도 상기 서로 대향하는 2개의 전극(11, 12) 사이에 클리닝 가스(48)(도 2 참조)를 공급하고, 당해 전극(11, 12) 사이의 가스압을 글로우 방전을 발생시키는 가스압으로 유지하는 방전 분위기 형성수단과, 당해 전극(11, 12) 사이에 직류 전압을 인가하여 당해 전극(11, 12) 사이에 클리닝 가스(48)의 글로우 방전(80)(직류 글로우 방전. 도 2 참조)을 발생시키는 글로우 방전 전원(60)을 구비하고 있다.
먼저, 상기 방전 분위기 형성수단에 대하여 설명하면, 이 실시형태에서는 클리닝 가스원(42), 유량 조절기(44) 및 밸브(46)를 가지는 클리닝 가스 공급수단을 마련하고, 이 예에서는 상기 가스 도입구(7)를 경유하여 플라즈마 생성용기(5) 내에 클리닝 가스(48)를 공급할 수 있도록 하였다. 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. 물론 상기 전극(11, 12) 사이에도 공급된다.
클리닝 가스(48)로는 글로우 방전(80)을 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.
클리닝 시에, 진공배기장치(30)에 의해 인출 전극계(10)를 수납하고 있는 이온원 챔버(22, 23) 내부를 이온빔 인출 시보다 작은 배기 속도로 배기하는 것이 바람직하고, 그 때문에 이 실시형태에서는 상기 밸브(28)에 병렬로, 당해 밸브(28)보다 개구 면적이 작고 컨덕턴스가 작은 밸브(29)를 마련하였다. 이 진공배기장치(30) 및 밸브(29)에 의해, 상기 전극(11, 12) 사이의 가스압을, 글로우 방전(80)을 발생시키기에 적합한 가스압으로 유지할 수 있다.
전극(11, 12) 사이의 가스압은 대지 전위부의 이온원 챔버(23)에 접속되어 있는 진공계(31)에 의해 측정할 수 있다. 즉, 클리닝 시에는 밸브(28)를 닫고 컨덕턴스가 작은 밸브(29)를 경유하여 이온원 챔버(22, 23) 내부를 배기하므로, 인출 전극계(10)를 수납하고 있는 이온원 챔버(22, 23) 내부는 거의 동일한 압력이 되며, 따라서 상기 진공계(31)에 의해 인출 전극계(10)의 각 전극간의 가스압을 측정할 수 있다.
구체적으로는 클리닝 시에, 플라즈마 생성용기(5) 내에 도입하는 클리닝 가스(48)의 유량, 진공배기장치(30)에 의한 배기 속도 등을 조정하고, 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 유리한 가스압으로 유지한다. 예를 들면 1Pa~1000Pa 정도로 유지한다.
한편 제1전극(11)과 제2전극(12) 사이의 가스압을 상기 가스압으로 유지하기 위해서는, 상기 배기는 반드시 필요하지 않으며, 예를 들면 밸브(26, 28, 29)를 닫아 두고, 클리닝 가스(48)를 일정량 흘려보낸 후에 멈춤으로써 상기 가스압을 유지할 수도 있다. 단, 클리닝에 의해 발생한 반응 가스를 배출하는 관점에서는 이 실시형태와 같이 상기 배기를 실시하는 수단(진공배기장치(30) 및 밸브(29)를 포함하는 배기수단)을 병용하는 것이 바람직하다. 후술하는 다른 실시형태에서도 마찬가지이다.
다음으로 글로우 방전 전원(60)에 대하여 설명하면, 상기 제1전극(11)과 제2전극(12) 사이에, 이온빔 인출방향측의 전극인 제2전극(12)을 마이너스측으로 하는 직류 전압을 인가하고, 양쪽 전극(11, 12) 사이에 클리닝 가스(48)의 글로우 방전(80)을 발생시키는 직류의 글로우 방전 전원(60)을 마련하고 있다. 이 글로우 방전 전원(60)의 출력 전압은 예를 들면 수백V~수kV, 보다 구체적으로는 100V~1kV 정도이다.
또한 이 예에서는 이온빔(20)의 인출과 전극의 클리닝을 전환하기 위해 스위치(70~73)를 마련하고 있다. 전환 스위치(71)는 제2전극(12)을, 인출 전원(54)측과, 저항기(64)를 통한 글로우 방전 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 경우, 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 열어, 진공배기장치(30)에 의해 이온원 챔버(22, 23) 내부를 작은 배기 속도로 배기한다. 또한 밸브(36)를 닫는 대신에 밸브(46)는 열어, 플라즈마 생성용기(5) 내에 이온화 가스(38) 대신에 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. 이 때, 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, 상술한 것과 같이 클리닝 가스(48)의 글로우 방전(80)을 발생시키기에 유리한 가스압으로 유지한다.
또한 전환 스위치(71)를 글로우 방전 전원(60)측(구체적으로는 저항기(64)측)으로 전환하고, 스위치(70)를 닫고, 제1전극(11)과 제2전극(12) 사이에 후자를 마이너스측으로 해서 글로우 방전 전원(60)으로부터 직류 전압을 인가하여, 양쪽 전극(11, 12) 사이에 클리닝 가스(48)의 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) 주변에 한정되지 않고, 양쪽 전극(11, 12)의 넓은 영역에 걸쳐 퇴적물을 제거할 수 있다.
또한 상기 글로우 방전(80)의 방전 전류(즉 글로우 방전시의 글로우 방전 전원(60)의 출력 전류(Ig). 이하 동일)는 용이하게, 이온원(2)의 최대 이온빔 전류보다 훨씬 큰 값으로 할 수 있으므로, 종래의 클리닝 기술보다 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 들면 플랫 패널 디스플레이(FPD) 제조를 위한 이온 도핑 장치용 이온원 장치를 이용한 실험에 따르면, 상술한 종래의 클리닝 기술에 상당하는 방법으로 제2전극(12)에 이온빔을 충돌시켰을 경우, 그 때의 이온빔 전류는 200mA 정도가 한도였다. 이에 반해, 본 클리닝 장치에 의한 경우의 글로우 방전 전류는 예를 들면 2~4A 정도라는 큰 값을 실현할 수 있다.
한편 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.
클리닝 가스(48)는 도 1, 도 2에 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 8에 나타내는 예와 같이, 이온원 챔버(22)(또는 23)의 벽면으로부터 그 내부에 클리닝 가스(48)를 도입해도 된다. 도 7에 나타내는 예의 경우도 마찬가지이다.
제1전극(11)과 제2전극(12) 사이의 가스압을 글로우 방전(80)의 발생에 유리하게 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 이 밖의 수단으로 제1전극(11)과 제2전극(12) 사이의 가스압을 조정해도 된다.
제3전극(13)을 전환 스위치(72)를 통해 접지하면, 글로우 방전 전원(60)으로부터, 제2전극(12)과 제3전극(13) 사이에도 전압이 인가된다. 그래서 전극(11, 12) 사이에서 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) 사이에서 플라즈마가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
클리닝 후에는 도 1에 나타낸 상태로 되돌림으로써, 이온원(2)으로부터 이온빔(20)을 인출할 수 있다. 상기 이온빔(20)을 인출하는 상태와 전극을 클리닝하는 상태의 전환은 예를 들면 운전 작업자가 작업해도 되고, 후술하는 제어장치(90) 내의 제어기(88) 등을 이용해서 해도 된다.
다음으로 상기 전극(11, 12) 사이의 이상방전을 검출하여 글로우 방전 전원(60)의 출력 전류(Ig)를 제어하는 수단에 대하여 설명한다.
클리닝 시에 발생시키는 글로우 방전(80)의 안정성은 전극(11, 12)의 오염의 영향을 받는데, 오염이 현저할 경우에는 전극(11, 12) 사이에 이상방전(구체적으로는 아킹. 이하 동일)이 빈발한다. 이상방전으로부터 글로우 방전 전원(60)을 지키기 위해, 보통은 도 1, 도 2 등에 나타내는 예와 같이, 글로우 방전 전원(60)에 직렬로 저항기(64)를 삽입하여 한류(限流) 저항 기능을 시키고 있다. 그러나 이 저항기(64)의 저항값을 크게 하면, 글로우 방전(80)이 점등하기 어려워지는 문제, 저항기(64)에서의 발열량이 커지고, 효율이 나빠지는 동시에 저항기(64)의 냉각이 필요하게 되는 문제, 저항기(64)의 보호가 필요하게 되는 등의 문제가 있으므로 그다지 큰 저항값으로는 할 수 없어, 저항기(64)만으로는 글로우 방전 전원(60)의 보호가 충분하지 않다. 그래서 아킹으로부터 전원(60)을 지키기 위해, 글로우 방전 전원(60)에는 과전류를 검출하여 과도한 아킹 발생시에는 전원 출력을 일정 기간 컷트하여, 연속해서 아킹이 발생하지 않도록 하는 기구가 구비되어 있는 경우도 있다.
그런데 클리닝 시간의 단축이라는 관점에서 하면, 아킹 발생시의 전원 출력의 컷트 기간은 클리닝에 기여하지 않는 기간이 되므로, 컷트 기간이 길어지는 것은 바람직하지 않다. 그래서 가능한 한 아킹이 발생하지 않도록 억제한 출력 전류(Ig)로 클리닝을 진행시켜야 하는데, 클리닝 시의 글로우 방전 전원(60)의 출력 전류(Ig)를 작게 하면 클리닝 작용이 약해져 버린다. 클리닝 작용을 강화하기 위해 클리닝 시의 출력 전류(Ig)를 크게 하려고 하면, 약간의 오염이더라도 아킹이 발생해 버려 안정적으로 클리닝을 할 수 없게 된다. 이것은, 클리닝 시의 출력 전류(Ig), 즉 글로우 방전(80)의 방전 전류를 크게 하면 전극(11, 12) 사이의 전압이 상승하여, 그로 인해 아킹이 발생할 가능성이 높아지기 때문이다.
그래서 이러한 과제를 해결하기 위해, 이 클리닝 장치는 클리닝 시의 글로우 방전 전원(60)의 출력 전류(Ig)의 크기를 측정하여, 상기 전극(11, 12) 사이에서의 이상방전을 검출하는 동시에, 소정 시간 내의 당해 이상방전의 발생횟수(N)를 측정하는 이상방전 측정기(84)(이상방전 측정수단)와, 당해 이상방전 측정기(84)로 측정한 소정 시간 내의 이상방전의 발생횟수(N)를 이용하여 글로우 방전 전원(60)의 출력 전류(Ig)를 제어하는 전원 제어기(86)(전원 제어수단)를 구비하고 있다.
이상방전 측정기(84) 및 전원 제어기(86)는 이 예에서는 제어장치(90) 내에 포함되어 있다. 제어장치(90)는 이 예에서는, 그 밖의 제어를 실시하는 제어기(88)도 가지고 있다. 단, 이상방전 측정기(84) 및 전원 제어기(86)를 제어장치(90) 내에 포함시키는 것이나, 제어기(88)를 가지고 있는 것은 이 발명에 필수적인 사항이 아니다.
클리닝 시의 글로우 방전 전원(60)의 출력 전류(Ig)는 이 예에서는 전류 검출기(82)에 의해 검출하여 이상방전 측정기(84)에 부여된다. 단 이 전류 검출기(82)를 마련하는 대신에, 글로우 방전 전원(60)으로부터 그 출력 전류(Ig)를 나타내는 신호를 추출하고, 그것을 이상방전 측정기(84)에 부여하도록 해도 된다.
전원 제어기(86)는 글로우 방전 전원(60)에 지령값(Ic)을 주고, 글로우 방전 전원(60)의 출력 전류(Ig)가 당해 지령값(Ic)이 되도록 제어한다. 구체적으로는 이 전원 제어기(86)는 (a)클리닝 시작 시에는 글로우 방전 전원(60)의 출력 전류(Ig)를 소정의 초기값으로 제어하고, (b)이상방전 측정기(84)로 측정한 이상방전의 발생횟수(N)가 소정의 제1하한값보다 작을 때에는 글로우 방전 전원(60)의 출력 전류(Ig)를, 소정의 도달 목표값을 상한으로 해서, 소정의 제1증가폭만큼 증가시키고, (c)이상방전의 발생횟수(N)가 소정의 상한값보다 클 때에는 글로우 방전 전원(60)의 출력 전류(Ig)를, 상기 초기값을 하한으로 해서, 소정의 감소폭만큼 감소시키고, (d)이상방전의 발생횟수(N)가 상기 제1하한값 이상이면서 상기 상한값 이하일 때에는 글로우 방전 전원(60)의 출력 전류(Ig)를 유지하는 제어를 실시한다.
클리닝 시의 이상방전 측정기(84) 및 전원 제어기(86)의 동작의 구체예를 도 3을 참조하여 설명한다. 스텝 101~106이 이상방전 측정기(84)에서의 동작, 스텝 100, 108~110이 전원 제어기(86)에서의 동작이다.
클리닝 시에는 먼저 글로우 방전 전원(60)의 출력 전류(Ig)를 소정의 초기값(Ii)(도 6도 참조)으로 제어한다(스텝 100). 그와 더불어, 글로우 방전 전원(60)의 출력 전류(Ig)도 측정한다(스텝 101). 상기 초기값(Ii)은 예를 들면 0.2A이지만, 이것에 한정되는 것은 아니다.
이어서, 이상방전 측정기(84) 내의, 이상방전 발생횟수를 세는 카운터를 0으로 하고(스텝 102), 상기 소정 시간 내를 재는 타이머를 시동한다(스텝 103). 이 타이머로 재는 시간은 예를 들면 5초이지만, 이것에 한정되는 것은 아니다.
이어서, 측정한 출력 전류(Ig)가 그 때의 글로우 방전 전원(60)에 대한 지령값(Ic)의 소정 배(이 예에서는 1.1배)보다 큰지 아닌지를 판정한다(스텝 104). 클 때에는 이상방전으로 판정하고, 상기 카운터의 이상방전 발생횟수를 1 증가시킨다(스텝 105). 크지 않을 때에는 스텝 106으로 진행한다. 상기 소정 배는 1.1배에 한정되지 않으며, 그 외의 값이어도 된다.
스텝 106에서, 상기 타이머의 시간(5초)이 경과했는지를 판정하고, 경과하지 않았다면 스텝 104로 돌아가고, 경과했다면 스텝 107로 진행한다.
상기 스텝 101~106에 의해, 이상방전 측정기(84)는 상기 전극(11, 12) 사이에서의 이상방전을 검출하는 동시에, 소정 시간(5초) 내의 이상방전의 발생횟수(N)를 측정할 수 있다. 그리고 그것을, 후술하는 바와 같이 글로우 방전 전원(60)의 출력 전류(Ig)의 제어에 이용한다. 이상방전의 발생에는 부정확한 요소가 관계되어 있으므로, 단순히 이상방전의 발생 유무를 판정하는 것이 아니라, 상기한 바와 같이 소정 시간 내의 이상방전의 발생횟수(N)를 판정함으로써, 이상방전 발생의 판정을 신중하게 실시할 수 있다.
스텝 107에서, 상기 판정한 이상방전의 발생횟수(N)가 제1하한값보다 작은 지 아닌지를 판정한다. 이 제1하한값은 예를 들면 5회이지만, 이것에 한정되지는 않는다. 작을 때에는 스텝 108로 진행하고, 글로우 방전 전원(60)의 출력 전류(Ig)를 소정의 제1증가폭만큼 증가시킨다. 이 제1증가폭은 예를 들면 0.1A이지만, 이것에 한정되지는 않는다. 단, 글로우 방전 전원(60)의 출력 전류(Ig)는 소정의 도달 목표값(It)(도 6도 참조)이 상한이며, 이것을 넘게끔 증가시키지는 않는다. 도달 목표값(It)은 예를 들면 레시피의 일부로서, 외부에서 전원 제어기(86)에 주어진다. 도달 목표값(It)은 예를 들면 3.4A이지만, 이것에 한정되지는 않는다.
스텝 107에서의 판정이 NO이면, 즉 이상방전의 발생횟수(N)가 제1하한값보다 작지 않으면, 스텝 109로 진행하여 이상방전의 발생횟수(N)가 소정의 상한값보다 큰지 아닌지를 판정한다. 이 상한값은 예를 들면 10회이지만, 이것에 한정되지는 않는다. 클 때에는 스텝 110으로 진행하고, 글로우 방전 전원(60)의 출력 전류(Ig)를 소정의 감소폭만큼 감소시킨다. 이 감소폭은 예를 들면 상기 제1증가폭과 같은 0.1A이지만, 그것과 다른 값으로 해도 된다. 단, 글로우 방전 전원(60)의 출력 전류(Ig)는 상기 초기값(Ii)이 하한이며, 이것을 밑돌게끔 감소시키지는 않는다.
스텝 109에서의 판정이 NO이면, 이상방전의 발생횟수(N)는 제1하한값 이상이면서 상한값 이하(이 예에서는 5회 이상 10회 이하)이며, 그 경우는 글로우 방전 전원(60)의 출력 전류(Ig)를 변경하지 않고, 그 때의 출력 전류(Ig)를 유지한 채 스텝 101로 돌아와, 이후에는 상기와 동일한 동작을 스텝 111에서 클리닝 종료가 판정될 때까지 반복한다.
스텝 111의 클리닝 종료 판정은 예를 들면 타이머에 의해 클리닝 시작부터 소정 시간(예를 들면 20분)이 경과했는지 여부에 따라 판정한다. 이 스텝 111의 판정을 실시하는 타이머는 예를 들면 전원 제어기(86) 내에 마련해 두어도 되고, 제어 장치(90) 내의 다른 부위, 예를 들면 제어기(88) 내에 마련해 두어도 된다. 또한 스텝 111에서, 클리닝 시간 경과 이외의 방법으로 클리닝의 종료를 판정해도 된다. 예를 들면 운전 작업자의 판단으로 종료해도 된다.
도 3에 나타내는 제어를 했을 때의 글로우 방전 전원(60)의 출력 전류(Ig)의 변화를 측정한 결과의 일례를 도 6에 나타낸다. 이 예의 클리닝 시간은 20분(1200초)으로 하였다.
글로우 방전 전원(60)의 출력 전류(Ig)는 초기값(Ii)(0.2A)부터 시작하고 있다. 클리닝 초기는 전극이 더러워져 있으므로, 이상방전이 빈발하고 있다(부호 A로 나타내는 바와 같이 출력 전류(Ig)가 베이스값에서 임펄스형상으로 증대하고 있는 것이 이상방전 발생을 나타내는데, 그것이 빈발하고 있다).
클리닝 시간이 경과함에 따라, 클리닝이 진행하여 전극의 오염이 감소하므로 이상방전의 발생횟수가 줄어들고, 그에 따라 출력 전류(Ig)가 서서히 상승하고 있다(이것은 도 3의 스텝 107, 108 등의 동작에 따른다).
그러나 출력 전류(Ig)가 지나치게 증가하면 이상방전의 발생횟수가 늘어나는 경우가 있으며, 그 결과, 이 예에서는 도 6의 시간(t1, t2) 부근에서 출력 전류(Ig)가 일단 감소하고 있다(이것은 도 3의 스텝 109, 110 등의 동작에 따른다).
그 후에는 상기와 마찬가지로, 클리닝이 진행하여 전극의 오염이 감소하므로, 이상방전의 발생횟수가 줄어들고, 그에 따라 출력 전류(Ig)가 다시 서서히 상승하고 있다.
그리고 출력 전류(Ig)는 클리닝 종료 근처에서 도달 목표값(It)(3.4A)에 도달하고 그 값이 유지되고 있다. 이 때에는 이상방전의 발생횟수도 줄어들고 있다. 그리고 클리닝 시작으로부터 20분(1200초) 경과 후에 클리닝을 종료하였다.
한편 도 6에서 출력 전류(Ig)가 부호 B로 나타내는 바와 같이 임펄스형상으로 0 근처까지 빈번하게 감소하고 있는 것은, 이 실험에 이용한 글로우 방전 전원(60)이 상술한 것과 같이 아킹이 빈발하면 출력을 일정 기간(예를 들면 100m초) 컷트하는 보호 회로를 가지고 있기 때문이지, 상기 전원 제어기(86)의 제어에 따른 것은 아니다. 글로우 방전 전원(60)이 이러한 보호 회로를 가지고 있는 것은 이 발명에 따른 클리닝 장치에 필수적인 것은 아니다. 또한 글로우 방전 전원(60)이 이러한 보호 회로를 가지고 있어도, 상기 이상방전 측정기(84) 및 전원 제어기(86)를 마련하지 않은 경우에는 상술한 바와 같이 글로우 방전 전원(60) 내의 보호 회로에 의한 출력 컷트의 빈도가 이 도 6의 예보다 증대하여 출력 컷트 기간이 길어진다.
이상과 같이, 전극(11, 12) 사이의 이상방전을 검출하여 글로우 방전 전원(60)의 출력 전류(Ig)를 제어하는 이상방전 측정기(84) 및 전원 제어기(86)를 구비하고 있음으로써, 2개의 전극(11, 12) 사이에서의 이상방전의 빈발을 방지하면서, 클리닝 시의 글로우 방전 전원(60)의 출력 전류(Ig)를 크게 하여 큰 전류로 글로우 방전(80)을 발생시킬 수 있으므로, 이상방전 측정기(84) 및 전원 제어기(86)를 마련하지 않은 경우에 비해 보다 안정적으로 보다 강력한 클리닝을 할 수 있다.
한편 서로 대향하는 2개의 전극간(상기 예에서는 전극(11, 12) 사이)에 이상방전이 발생하면 글로우 방전 전원(60)의 출력 전압이 저하하는 현상도 생기므로, 상기 예와 같이 글로우 방전 전원(60)의 출력 전류(Ig)의 크기에 따라 이상방전을 검출하는 대신에, 글로우 방전 전원(60)의 출력 전압의 크기를 측정함으로써, 구체적으로는 글로우 방전 전원(60)의 출력 전압을 측정하여 당해 출력 전압이 소정 비율보다 저하한 것을 검출함으로써, 서로 대향하는 2개의 전극간에서의 이상방전을 검출해도 된다. 구체적으로는 이 출력 전압 저하의 판정을 상기 스텝 104에서 실시하도록 해도 된다. 후술하는 다른 실시형태에서도 마찬가지이다. 예를 들면 도 4, 도 5의 스텝 114에서, 상기 출력 전압 저하를 판정해도 된다.
다음으로 기타 실시형태를 상기 실시형태와의 상이점을 주로 해서 설명한다.
전원 제어기(86)는 이상방전 측정기(84)로 측정한 이상방전의 발생횟수(N)가 상기 제1하한값보다 작은 제2하한값보다 작을 때에, 글로우 방전 전원(60)의 출력 전류(Ig)를, 상기 도달 목표값(It)을 상한으로 하는 동시에 상기 제1증가폭에 우선시켜서, 상기 제1증가폭보다 큰 제2증가폭만큼 증가시키는 제어를 하는 기능을 더 가지고 있어도 된다.
전원 제어기(86)가 상기 기능을 가지고 있을 경우의 이상방전 측정기(84) 및 전원 제어기(86)의 동작의 예를 도 4에 나타낸다. 도 3에 나타낸 스텝에 추가하여 스텝 112~118을 가지고 있다.
스텝 112~116은 도 3에 나타낸 스텝 102~106과 같은 내용의 처리이므로, 그 상기 설명을 참조하기로 하고 여기서는 중복 설명을 생략한다. 또한 스텝 112~116을 생략하고, 스텝 117을, 도 3에 나타낸 스텝 106의 YES의 판단에(즉 소정 시간 내의 이상방전의 발생횟수(N)를 측정한 후에) 계속해도 된다. 이것은 후술하는 도 5에서도 마찬가지이다.
스텝 117에서, 상기 측정한 이상방전 발생횟수(N)가, 상기 제1하한값(예를 들면 5회)보다 작은 제2하한값(예를 들면 2회)보다 작은지 아닌지를 판정한다. 작을 때에는 스텝 118로 진행하고, 글로우 방전 전원(60)의 출력 전류(Ig)를, 상기 제1증가폭(예를 들면 0.2A)에 우선시켜서, 당해 제1증가폭보다 큰 제2증가폭(예를 들면 0.5A)만큼 증가시킨다. 즉, 도 3의 스텝 108에서도 글로우 방전 전원(60)의 출력 전류(Ig)를 제1증가폭만큼 증가시키려고 하지만, 이 스텝 118의 처리를 우선시켜서 출력 전류(Ig)를 제2증가폭만큼 증가시킨다. 단 이 경우에도 글로우 방전 전원(60)의 출력 전류(Ig)는 소정의 도달 목표값(It)이 상한이며, 이것을 넘게끔 증가시키지는 않는다.
스텝 117에서의 판정이 NO일 경우에는 스텝 111로 진행한다. 그 이후에는 도 3에 나타낸 동작과 같다.
이 실시형태의 경우에는 이상방전의 발생횟수(N)가 적을 때에는 글로우 방전 전원(60)의 출력 전류(Ig)를 큰 폭으로 증가시킬 수 있으므로, 이상방전의 빈발을 방지하면서, 글로우 방전 전원(60)의 출력 전류(Ig)를 보다 빠르게 도달 목표값에 도달시킬 수 있다. 그 결과, 클리닝을 빨리 진행시킬 수 있으므로 클리닝 시간을 단축할 수 있다. 예를 들면 이온원(2)(구체적으로는 그 인출 전극계(10))을 분해하여 청소한 직후 등과 같이, 전극(11, 12)의 오염이 적어서 깨끗할 경우에는 이상방전의 발생횟수가 적으므로, 글로우 방전 전원(60)의 출력 전류(Ig)를 빠르게 도달 목표값에 도달시킬 수 있다.
한편 이온원(2)을 장시간 사용하거나 하여 전극(11, 12)의 오염이 진행된 경우에는 도 4의 왼쪽 절반의 루틴으로, 즉 도 3을 참조하여 설명한 동작으로 클리닝이 이루어진다.
전원 제어기(86)는 글로우 방전 전원(60)의 출력 전류(Ig)를 상기 제2증가폭만큼 증가시키는 제어를 한 결과, 글로우 방전 전원(60)의 출력 전류(Ig)가 도달 목표값(It)에 도달하였을 때에, 클리닝 종료를 나타내는 클리닝 종료 신호를 출력하는 기능을 더 가지고 있어도 된다.
전원 제어기(86)가 상기 기능을 가지고 있을 경우의 이상방전 측정기(84) 및 전원 제어기(86)의 동작의 예를 도 5에 나타낸다. 도 4에 나타낸 스텝에 추가하여 스텝 119, 120을 가지고 있다.
스텝 118에서 글로우 방전 전원(60)의 출력 전류(Ig)를 제2증가폭만큼 증가시키는(단 도달 목표값(It)이 상한) 제어를 한 후, 당해 출력 전류(Ig)가 도달 목표값(It)에 도달해 있는지를 판정한다(스텝 119). 도달해 있으면 클리닝 종료를 나타내는 클리닝 종료 신호를 출력한다(스텝 120). 이 클리닝 종료 신호를 이용하여 클리닝을 종료시킬 수 있다. 도달하지 않았으면 스텝 111로 진행하여, 도 3, 도 4를 참조하여 설명한 동작으로 클리닝이 이루어진다.
이 실시형태의 경우에는 클리닝 시간을 계측하는 타이머 등에 의존하지 않고도 클리닝 종료를 판정할 수 있다. 게다가, 이상방전의 발생횟수가 적을 때에는 글로우 방전 전원(60)의 출력 전류(Ig)가 빨리 도달 목표값(It)에 도달하여 빨리 클리닝 종료 신호가 출력되므로, 이 신호를 이용함으로써, 전극의 오염이 적어서 이상방전의 발생횟수가 적을 때에 쓸모없는 클리닝을 하지 않고 빨리 클리닝을 종료시킬 수 있다. 따라서 클리닝에 소요되는 시간을 단축할 수 있다.
한편 상기 제3전극(13)은 제2전극(12)보다 하류측에 있으므로, 이온빔 인출에 수반되는 제3전극(13)에의 퇴적물의 퇴적량은 제2전극(12)에의 퇴적량보다 적지만, 상술한 서로 대향하는 2개의 전극을 제2전극(12) 및 제3전극(13)으로 하고, 상기와 같은 수단에 의해, 양쪽 전극(12, 13) 사이에 글로우 방전(80)을 발생시켜서 양쪽 전극(12, 13)을 클리닝하도록 해도 된다.
그 경우의 예를 도 7에 나타낸다. 도 2에 나타낸 예와의 상이점을 주로 해서 설명하면, 상기 글로우 방전 전원(60) 및 저항기(64)를 전환 스위치(72)측에 접속하고, 클리닝 시에는 전환 스위치(72)를 글로우 방전 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. 이 때, 당연히 인출 전원(54)의 출력 전압은 미리 0으로 해 둔다.
클리닝 시에는 도 2의 실시형태의 경우와 동일하게 해서, 적어도 양쪽 전극(12, 13) 사이에 클리닝 가스(48)를 공급하고, 양쪽 전극(12, 13) 사이의 가스압을 글로우 방전(80)을 발생시키는 가스압으로 유지하도록 한다.
글로우 방전 전원(60)의 출력 전류(Ig)의 측정, 제어 등은 도 2의 실시형태의 경우와 마찬가지로, 이상방전 측정기(84) 및 전원 제어기(86)에 의해 실시한다. 이들의 동작은 상술한 것과 같다.
이 도 7의 실시형태의 경우에는 양쪽 전극(12, 13)의 클리닝에 관하여, 도 2의 실시형태의 경우의 작용 효과와 동일한 작용 효과를 발휘할 수 있다. 글로우 방전 전원(60)으로부터, 이온빔 인출방향의 제3전극(13)을 마이너스측으로 하여 직류 전압을 인가하는 것의 효과도 상술한 대로이다.
제4전극(14)에의 퇴적물의 퇴적량은 보통 적으므로 제4전극(14)을 클리닝할 필요성은 그다지 높지 않지만, 필요에 따라서, 상술한 서로 대향하는 2개의 전극을 제3전극(13) 및 제4전극(14)으로 해서, 상기와 동일한 수단에 의해 양쪽 전극(13, 14) 사이에 글로우 방전(80)을 발생시켜서 양쪽 전극(13, 14)을 클리닝해도 된다.
2 이온원
10 인출 전극계
11 제1전극
12 제2전극
13 제3전극
14 제4전극
20 이온빔
30 진공배기장치
42 클리닝 가스원
48 클리닝 가스
60 글로우 방전 전원
80 글로우 방전
84 이상방전 측정기
86 전원 제어기

Claims (7)

  1. 이온원의 인출 전극계를 구성하는 복수의 전극 중 서로 대향하는 2개의 전극을, 당해 이온원으로부터 이온빔을 인출하지 않을 때에 클리닝하는 클리닝 장치로서,
    클리닝 시에, 적어도 상기 서로 대향하는 2개의 전극간에 클리닝 가스를 공급하고, 당해 전극간의 가스압을 글로우 방전을 발생시키는 가스압으로 유지하는 방전 분위기 형성수단과,
    클리닝 시에, 상기 서로 대향하는 2개의 전극간에 직류 전압을 인가하여 당해 전극간에 상기 클리닝 가스의 글로우 방전을 발생시키는 글로우 방전 전원과,
    클리닝 시의 상기 글로우 방전 전원의 출력 전류 또는 출력 전압의 크기를 측정하여, 상기 서로 대향하는 2개의 전극간에서의 이상방전을 검출하는 동시에, 소정 시간 내의 당해 이상방전의 발생횟수를 측정하는 이상방전 측정수단과,
    상기 이상방전 측정수단으로 측정한 상기 소정 시간 내의 이상방전의 발생횟수를 이용하여 상기 글로우 방전 전원의 출력 전류를 제어하는 것으로서, (a)클리닝 시작 시에는 상기 글로우 방전 전원의 출력 전류를 소정의 초기값으로 제어하고, (b)상기 이상방전의 발생횟수가 소정의 제1하한값보다 작을 때에는 상기 글로우 방전 전원의 출력 전류를, 소정의 도달 목표값을 상한으로 해서, 소정의 제1증가폭만큼 증가시키고, (c)상기 이상방전의 발생횟수가 소정의 상한값보다 클 때에는 상기 글로우 방전 전원의 출력 전류를, 상기 초기값을 하한으로 해서, 소정의 감소폭만큼 감소시키고, (d)상기 이상방전의 발생횟수가 상기 제1하한값 이상이면서 상기 상한값 이하일 때에는 상기 글로우 방전 전원의 출력 전류를 유지하는 제어를 하는 전원 제어수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 이온원 전극의 클리닝 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전원 제어수단은 상기 이상방전의 발생횟수가 상기 제1하한값보다 작은 제2하한값보다 작을 때에, 상기 글로우 방전 전원의 출력 전류를, 상기 도달 목표값을 상한으로 하는 동시에 상기 제1증가폭에 우선시켜서, 상기 제1증가폭보다 큰 제2증가폭만큼 증가시키는 제어를 하는 기능을 더 가지고 있는 것을 특징으로 하는 이온원 전극의 클리닝 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전원 제어수단은 상기 글로우 방전 전원의 출력 전류를 상기 제2증가폭만큼 증가시키는 제어를 한 결과, 상기 글로우 방전 전원의 출력 전류가 상기 도달 목표값에 도달했을 때에, 클리닝 종료를 나타내는 클리닝 종료 신호를 출력하는 기능을 더 가지고 있는 것을 특징으로 하는 이온원 전극의 클리닝 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 인출 전극계는 이온빔 인출방향의 최상류측에서 하류측을 향해 배치된 제1전극 및 제2전극을 적어도 가지고 있으며,
    상기 서로 대향하는 2개의 전극은 당해 제1전극 및 제2전극인 것을 특징으로 하는 이온원 전극의 클리닝 장치.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 인출 전극계는 이온빔 인출방향의 최상류측에서 하류측을 향해 배치된 제1전극, 제2전극 및 제3전극을 적어도 가지고 있으며,
    상기 서로 대향하는 2개의 전극은 당해 제2전극 및 제3전극인 것을 특징으로 하는 이온원 전극의 클리닝 장치.
  6. 이온원의 인출 전극계를 구성하는 복수의 전극 중 서로 대향하는 2개의 전극을, 당해 이온원으로부터 이온빔을 인출하지 않을 때에 클리닝하는 클리닝 장치로서,
    클리닝 시에, 적어도 상기 서로 대향하는 2개의 전극간에 클리닝 가스를 공급하고, 당해 전극간의 가스압을 글로우 방전을 발생시키는 가스압으로 유지하는 방전 분위기 형성수단과,
    클리닝 시에, 상기 서로 대향하는 2개의 전극간에 직류 전압을 인가하여 당해 전극간에 상기 클리닝 가스의 글로우 방전을 발생시키는 글로우 방전 전원과,
    클리닝 시의 상기 글로우 방전 전원의 출력 전류 또는 출력 전압의 크기를 측정하여, 상기 서로 대향하는 2개의 전극간에서의 이상방전을 검출하는 동시에, 소정 시간 내의 당해 이상방전의 발생횟수를 측정하는 이상방전 측정수단을 구비한 것을 특징으로 하는 이온원 전극의 클리닝 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    이온원 전극의 클리닝 시작으로부터 일정 시간 경과에 의해 클리닝 완료시키는 것을 특징으로 하는 이온원 전극의 클리닝 장치.
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