イオンビーム発生装置
【課題】イオンビーム発生装置の第２電極と、第２電極と接続される電源との間に、並列接続してバイパス回路を設けることにより、電源の焼損を防ぐことができる。
【解決手段】イオンビーム発生装置は、プラズマ発生源５と、プラズマ発生源１により発生されたプラズマを閉じ込めるための放電槽１０と、放電槽の前面に設けられた引出し電極２０とを備え、該引出し電極２０は、放電槽１０側に設けられ、かつ正極直流電源７と接続するための第１電極２と、第１電極２の前面に設けられ、かつ負極直流電源８と接続するための第２電極３と、第２電極３の前面に設けられ、接地された第３電極４と、第２電極２と接続され、かつ該負極直流電源８と並列接続されたバイパス回路１４とを備えることを特徴とする。
【解決手段】イオンビーム発生装置は、プラズマ発生源５と、プラズマ発生源１により発生されたプラズマを閉じ込めるための放電槽１０と、放電槽の前面に設けられた引出し電極２０とを備え、該引出し電極２０は、放電槽１０側に設けられ、かつ正極直流電源７と接続するための第１電極２と、第１電極２の前面に設けられ、かつ負極直流電源８と接続するための第２電極３と、第２電極３の前面に設けられ、接地された第３電極４と、第２電極２と接続され、かつ該負極直流電源８と並列接続されたバイパス回路１４とを備えることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオンビーム発生装置に関し、特にイオンビーム発生装置の電源保護に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、電子ビーム銃やイオン源用などの電源で、負荷でアークなどが発生してもショート状態になっても破損しない安定で高出力の固体電源を提供するために、交流入力電圧を未調整の直流電圧へ変換する整流器／フィルタ１００と、複数の切替え型直流−直流変換器モジュール１１２とからなり、該変換器モジュールは、入力減結合回路網１１６、入力コンデンサ１２５、電圧調整器１１４、方形波インバータ１１８、昇圧変圧器１５０および出力側の整流器／フィルタ回路１６０とからなる電子ビーム高電圧切換え電源が開示されている。
【０００３】
特許文献２に記すように、真空スパッタリング装置１は、イオンガン３を備え、イオンガン３のイオン抽出システム５は、直流電圧供給源２１に接続された加速器電極２２を備えている。イオンガン３内のプラズマは、ｒ．ｆ．コイル６から供給されるｒ．ｆ．電力によって生成され、基板１２上に材料をスパッタリングするためのターゲット９の方へ放出されるイオン８のビームを形成する。磁石７は、プラズマが形成された結果として放出された電子をプラズマ生成室４の壁に隣接する位置に閉じ込める。ｒ．ｆ．電源３２はｒ．ｆ．コイル６にｒ．ｆ．電力を供給する。制御回路は、直流電圧供給源２１から加速器電極２２に流れる電流から、ｒ．ｆ．電源手段３２を制御する制御信号を導くように構成された構成要素２３、３０；２３、３０、３８、３９、４０、４１を備えている。この制御信号は、高速加速器電極の電流／時間積分または高速加速器電極の電力／時間積分を実行し、基板１２上へのスパッタリングされた材料の付着速度を求めるコンピュータ３１に供給することができる。あるいは、この制御信号を直接閉ループ加速器電極の電流制御または加速器電極の電力制御のためにｒ．ｆ．電源手段３２に供給することもできる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０６−１０３９５２号公報
【特許文献２】特表２００３−５２２２９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記す方式は、装置構成が複雑で、かつ多大な装置費用がかかるという問題があった。
また、特許文献２に記す、イオンガンは、直流電圧供給源２１に接続された加速器グリッド２２と、第２の直流電圧供給源２５と接続された第２の加速器グリッド２７との間で、ショートと思われる状態となってしまうことがある。これにより、直流電圧供給源２１から定格電流以上の電流が第２の加速器グリッド２７に流れ込むことで、第２の直流電圧供給源２５が焼損してしまうという問題が発生していた。
【０００６】
そこで、本発明は、従来のイオンビーム発生装置が有する，上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、簡単な構造で、容易に取り付け可能で安価な装置を取り付けることにより、電源の焼損を防ぐことができるイオンビーム発生装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るイオンビーム発生装置は、プラズマ発生源と、プラズマ発生源により発生されたプラズマを閉じ込めるための放電槽と、放電槽の前面に設けられた引出し電極とを備え、該引出し電極は、放電槽側に設けられ、かつ正極直流電源と接続するための第１電極と、第１電極の前面に設けられ、かつ負極直流電源と接続するための第２電極と、第２電極の前面に設けられ、接地された第３電極と、第２電極と接続され、かつ該電源と並列接続されたバイパス回路とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、イオンビーム発生装置の第２電極と、第２電極と接続される電源との間に、並列接続してバイパス回路を設けることにより、電源の焼損を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に適用可能なイオンビーム発生装置を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１を参照して、本発明に適用可能なイオンビーム発生装置の構造を説明する。
イオンビーム発生装置は、プラズマを閉じ込めるための放電室１０、高周波電磁界を真空に導入するための石英ベルジャー（誘電体窓）１３、放電室１０内にプラズマを生成するためのガス（例えば、Ａｒガス）を導入するためのガス導入管１１、導入されたガスに石英ベルジャー１３を介して電力を印加して、放電室１０内に誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）を発生させるためのＩＣＰコイル１（プラズマ発生源）を有している。
ＩＣＰコイル１は、ＲＦマッチングユニット６を介して高周波電源５と接続されている。
【００１１】
さらに、イオンビーム発生装置は、壁面でのプラズマ損失を防ぐためのカスプマグネット（永久磁石）９、生成されたプラズマの分布を制御するための電磁石１２、及びプラズマ中のイオンを引き出すための引出し電極２０を有している。
【００１２】
引出し電極２０は、放電槽側に設けられ、かつ正極直流電源７と接続された第１電極２と、第１電極２の前面に設けられ、かつ負極直流電源８と接続された第２電極３と、第２電極３の前面に設けられ、接地された第３電極（接地電極）４と、第２電極３と接続され、かつ該負極直流電源８と並列接続されたバイパス回路１４とを備える。
第１電極２、第２電極３、及び第３電極（接地電極）４はそれぞれ５ｍｍ程度の複数の孔を有し、第１電極２には正極電圧を、第２電極３には負極電圧を投入すると、プラズマからアルゴンイオンを引出し、基板に照射することができる。
第１電極２と接続された電源７は、正極直流電源であり、本例では１０００Ｖの電圧、１２００ｍＡの電流を用いている。
第２電極３と接続された電源８は、負極直流電源であり、本例では５０００Ｖの電圧、２４０ｍＡの電流を用いている。
【００１３】
バイパス回路１４は、ダイオード１５と抵抗１６から構成されている。
ダイオード１５を保護するために抵抗器１６を設けているが、適合する抵抗器がない場合は、抵抗器１６を省略してもよい。
【００１４】
バイパス回路１４は、第２電極３から負極直流電源８に流れてくる電流を、分流して接地側に流すことが目的なので、ダイオード１５に接続された抵抗器１６は、第２電極３に接続されている負極直流電源８の内部抵抗によって決定する。
ここで、抵抗器１６の抵抗値をＲ２Ωと、負極直流電源８の内部抵抗をＲ１Ωと、負極直流電源８への負荷電流値をＩ１（Ａ）とする。
Ｉ１（Ａ）の値が、負極直流電源８の固有の許容する電流値、すなわち、負極直流電源８の出力電流値以下である必要がある。
第２電極３から正極直流電源７に到達する電流値をＩ０とすると、抵抗器１６の抵抗値は以下の式で表される。
Ｒ２＝Ｒ１＊Ｉ１／（Ｉ０−Ｉ１）
従って、第２電極３から負極直流電源８に流れてくる電流を、接地側に分流させるためには、抵抗器１６の抵抗値をＲ２は、Ｒ１＊Ｉ１／（Ｉ０−Ｉ１）Ω以下であればよい。
【００１５】
次に、イオンビーム発生装置の動作を説明する。
ガス導入管１１からアルゴンガスを導入し、放電槽１０にガスを充填する。次に、高周波電源５を作動し、高周波１３．５６ＭＨzの電力をＩＣＰコイル１に投入すると、放電槽１０の内部に導入されたガスからプラズマが生成する。
第１電極２に正極直流電源７から正極電圧（１０００Ｖ、１２００ｍＡ）を印加し、第２電極３に負極直流電源８から負極電圧（５０００Ｖ、２４０ｍＡ）を印加すると、プラズマからイオンが引き出され、イオンビームが基板へ照射される。
【００１６】
第１電極２に正極直流電源７からの電圧が印加されているので、イオンビームが引き出されると正極直流電源７から第１電極２に電流が流れる。プラズマから引き出されたイオンは、通常、第１電極２、第２電極３、及び第３電極４の複数の孔を通過して、対象物に向かって引き出されるので、第２電極３に直接流れこむことはない。
【００１７】
しかしながら、まれに第１電極２と第２電極３の間にアークが発生し、第１電極２と第２電極３の間のインピーダンスが２０ｋΩから１００Ω以下程度まで極端に低下することがある。
このようにアークが発生した場合、前述した第１電極２の電流は、第２電極３を通してアースに流れることになる。アークが発生したことによるインピーダンス低下により、第１電極２に接続された正極直流電源７の電流値が、正極直流電源７の最大電流になってしまう。このため、この最大電流が流入した負極電源８は焼損にいたる恐れがある。
【００１８】
そこで本発明は、アーク発生時における第１電極２の電流が、第２電極３に流れてくる場合に、流れ込んできた電流を接地側にバイパスする。
具体的には、第２電極３と、負極直流電源８との間に、並列接続したバイパス回路１４を設ける。
アークが発生した場合、第１電極２から第２電極３方向に流れる電流が、負極直流電源８には流れずに、バイパス回路（ダイオード抵抗器ユニット）１４側に流れる。これにより、負極直流電源８の焼損を防止することができる。
なお、バイパス回路１４は、ダイオード１５と、ダイオード１５を保護するための抵抗器１６を有するが、抵抗器は適合したものがないときはなくてもよい。
【００１９】
バイパス回路（ダイオード抵抗ユニット）１４のケース内には、ダイオード１５と抵抗器１６を設置されている。第２電極３と負極直流電源８を接続しているケーブルを分岐したケーブルは、コネクターを介してダイオード抵抗ユニット１４内部のダイオード１６、抵抗器１６の順番に接続されている。さらにケーブルはコネクターを介して接地されている。このように、本発明にかかるイオンビーム発生装置は、構造が非常に簡素で、安価、かつ、利便性の高いシステムである。
【符号の説明】
【００２０】
１ ＩＣＰコイル（プラズマ発生源）
２ 第１電極
３ 第２電極
４ 第３電極(接地)
５ ＲＦ電源
６ ＲＦ整合器
７ 第１電極（正極電源）
８ 第２電極（負極電源）
９ カスプマグネット
１０ 放電槽
１１ ガス導入管
１２ 電磁マグネット
１３ 石英ベルジャー（誘電体窓）
１４ バイパス回路
１５ ダイオード
１６ 抵抗器
２０ 引出し電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオンビーム発生装置に関し、特にイオンビーム発生装置の電源保護に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、電子ビーム銃やイオン源用などの電源で、負荷でアークなどが発生してもショート状態になっても破損しない安定で高出力の固体電源を提供するために、交流入力電圧を未調整の直流電圧へ変換する整流器／フィルタ１００と、複数の切替え型直流−直流変換器モジュール１１２とからなり、該変換器モジュールは、入力減結合回路網１１６、入力コンデンサ１２５、電圧調整器１１４、方形波インバータ１１８、昇圧変圧器１５０および出力側の整流器／フィルタ回路１６０とからなる電子ビーム高電圧切換え電源が開示されている。
【０００３】
特許文献２に記すように、真空スパッタリング装置１は、イオンガン３を備え、イオンガン３のイオン抽出システム５は、直流電圧供給源２１に接続された加速器電極２２を備えている。イオンガン３内のプラズマは、ｒ．ｆ．コイル６から供給されるｒ．ｆ．電力によって生成され、基板１２上に材料をスパッタリングするためのターゲット９の方へ放出されるイオン８のビームを形成する。磁石７は、プラズマが形成された結果として放出された電子をプラズマ生成室４の壁に隣接する位置に閉じ込める。ｒ．ｆ．電源３２はｒ．ｆ．コイル６にｒ．ｆ．電力を供給する。制御回路は、直流電圧供給源２１から加速器電極２２に流れる電流から、ｒ．ｆ．電源手段３２を制御する制御信号を導くように構成された構成要素２３、３０；２３、３０、３８、３９、４０、４１を備えている。この制御信号は、高速加速器電極の電流／時間積分または高速加速器電極の電力／時間積分を実行し、基板１２上へのスパッタリングされた材料の付着速度を求めるコンピュータ３１に供給することができる。あるいは、この制御信号を直接閉ループ加速器電極の電流制御または加速器電極の電力制御のためにｒ．ｆ．電源手段３２に供給することもできる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０６−１０３９５２号公報
【特許文献２】特表２００３−５２２２９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記す方式は、装置構成が複雑で、かつ多大な装置費用がかかるという問題があった。
また、特許文献２に記す、イオンガンは、直流電圧供給源２１に接続された加速器グリッド２２と、第２の直流電圧供給源２５と接続された第２の加速器グリッド２７との間で、ショートと思われる状態となってしまうことがある。これにより、直流電圧供給源２１から定格電流以上の電流が第２の加速器グリッド２７に流れ込むことで、第２の直流電圧供給源２５が焼損してしまうという問題が発生していた。
【０００６】
そこで、本発明は、従来のイオンビーム発生装置が有する，上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、簡単な構造で、容易に取り付け可能で安価な装置を取り付けることにより、電源の焼損を防ぐことができるイオンビーム発生装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るイオンビーム発生装置は、プラズマ発生源と、プラズマ発生源により発生されたプラズマを閉じ込めるための放電槽と、放電槽の前面に設けられた引出し電極とを備え、該引出し電極は、放電槽側に設けられ、かつ正極直流電源と接続するための第１電極と、第１電極の前面に設けられ、かつ負極直流電源と接続するための第２電極と、第２電極の前面に設けられ、接地された第３電極と、第２電極と接続され、かつ該電源と並列接続されたバイパス回路とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、イオンビーム発生装置の第２電極と、第２電極と接続される電源との間に、並列接続してバイパス回路を設けることにより、電源の焼損を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に適用可能なイオンビーム発生装置を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１を参照して、本発明に適用可能なイオンビーム発生装置の構造を説明する。
イオンビーム発生装置は、プラズマを閉じ込めるための放電室１０、高周波電磁界を真空に導入するための石英ベルジャー（誘電体窓）１３、放電室１０内にプラズマを生成するためのガス（例えば、Ａｒガス）を導入するためのガス導入管１１、導入されたガスに石英ベルジャー１３を介して電力を印加して、放電室１０内に誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）を発生させるためのＩＣＰコイル１（プラズマ発生源）を有している。
ＩＣＰコイル１は、ＲＦマッチングユニット６を介して高周波電源５と接続されている。
【００１１】
さらに、イオンビーム発生装置は、壁面でのプラズマ損失を防ぐためのカスプマグネット（永久磁石）９、生成されたプラズマの分布を制御するための電磁石１２、及びプラズマ中のイオンを引き出すための引出し電極２０を有している。
【００１２】
引出し電極２０は、放電槽側に設けられ、かつ正極直流電源７と接続された第１電極２と、第１電極２の前面に設けられ、かつ負極直流電源８と接続された第２電極３と、第２電極３の前面に設けられ、接地された第３電極（接地電極）４と、第２電極３と接続され、かつ該負極直流電源８と並列接続されたバイパス回路１４とを備える。
第１電極２、第２電極３、及び第３電極（接地電極）４はそれぞれ５ｍｍ程度の複数の孔を有し、第１電極２には正極電圧を、第２電極３には負極電圧を投入すると、プラズマからアルゴンイオンを引出し、基板に照射することができる。
第１電極２と接続された電源７は、正極直流電源であり、本例では１０００Ｖの電圧、１２００ｍＡの電流を用いている。
第２電極３と接続された電源８は、負極直流電源であり、本例では５０００Ｖの電圧、２４０ｍＡの電流を用いている。
【００１３】
バイパス回路１４は、ダイオード１５と抵抗１６から構成されている。
ダイオード１５を保護するために抵抗器１６を設けているが、適合する抵抗器がない場合は、抵抗器１６を省略してもよい。
【００１４】
バイパス回路１４は、第２電極３から負極直流電源８に流れてくる電流を、分流して接地側に流すことが目的なので、ダイオード１５に接続された抵抗器１６は、第２電極３に接続されている負極直流電源８の内部抵抗によって決定する。
ここで、抵抗器１６の抵抗値をＲ２Ωと、負極直流電源８の内部抵抗をＲ１Ωと、負極直流電源８への負荷電流値をＩ１（Ａ）とする。
Ｉ１（Ａ）の値が、負極直流電源８の固有の許容する電流値、すなわち、負極直流電源８の出力電流値以下である必要がある。
第２電極３から正極直流電源７に到達する電流値をＩ０とすると、抵抗器１６の抵抗値は以下の式で表される。
Ｒ２＝Ｒ１＊Ｉ１／（Ｉ０−Ｉ１）
従って、第２電極３から負極直流電源８に流れてくる電流を、接地側に分流させるためには、抵抗器１６の抵抗値をＲ２は、Ｒ１＊Ｉ１／（Ｉ０−Ｉ１）Ω以下であればよい。
【００１５】
次に、イオンビーム発生装置の動作を説明する。
ガス導入管１１からアルゴンガスを導入し、放電槽１０にガスを充填する。次に、高周波電源５を作動し、高周波１３．５６ＭＨzの電力をＩＣＰコイル１に投入すると、放電槽１０の内部に導入されたガスからプラズマが生成する。
第１電極２に正極直流電源７から正極電圧（１０００Ｖ、１２００ｍＡ）を印加し、第２電極３に負極直流電源８から負極電圧（５０００Ｖ、２４０ｍＡ）を印加すると、プラズマからイオンが引き出され、イオンビームが基板へ照射される。
【００１６】
第１電極２に正極直流電源７からの電圧が印加されているので、イオンビームが引き出されると正極直流電源７から第１電極２に電流が流れる。プラズマから引き出されたイオンは、通常、第１電極２、第２電極３、及び第３電極４の複数の孔を通過して、対象物に向かって引き出されるので、第２電極３に直接流れこむことはない。
【００１７】
しかしながら、まれに第１電極２と第２電極３の間にアークが発生し、第１電極２と第２電極３の間のインピーダンスが２０ｋΩから１００Ω以下程度まで極端に低下することがある。
このようにアークが発生した場合、前述した第１電極２の電流は、第２電極３を通してアースに流れることになる。アークが発生したことによるインピーダンス低下により、第１電極２に接続された正極直流電源７の電流値が、正極直流電源７の最大電流になってしまう。このため、この最大電流が流入した負極電源８は焼損にいたる恐れがある。
【００１８】
そこで本発明は、アーク発生時における第１電極２の電流が、第２電極３に流れてくる場合に、流れ込んできた電流を接地側にバイパスする。
具体的には、第２電極３と、負極直流電源８との間に、並列接続したバイパス回路１４を設ける。
アークが発生した場合、第１電極２から第２電極３方向に流れる電流が、負極直流電源８には流れずに、バイパス回路（ダイオード抵抗器ユニット）１４側に流れる。これにより、負極直流電源８の焼損を防止することができる。
なお、バイパス回路１４は、ダイオード１５と、ダイオード１５を保護するための抵抗器１６を有するが、抵抗器は適合したものがないときはなくてもよい。
【００１９】
バイパス回路（ダイオード抵抗ユニット）１４のケース内には、ダイオード１５と抵抗器１６を設置されている。第２電極３と負極直流電源８を接続しているケーブルを分岐したケーブルは、コネクターを介してダイオード抵抗ユニット１４内部のダイオード１６、抵抗器１６の順番に接続されている。さらにケーブルはコネクターを介して接地されている。このように、本発明にかかるイオンビーム発生装置は、構造が非常に簡素で、安価、かつ、利便性の高いシステムである。
【符号の説明】
【００２０】
１ ＩＣＰコイル（プラズマ発生源）
２ 第１電極
３ 第２電極
４ 第３電極(接地)
５ ＲＦ電源
６ ＲＦ整合器
７ 第１電極（正極電源）
８ 第２電極（負極電源）
９ カスプマグネット
１０ 放電槽
１１ ガス導入管
１２ 電磁マグネット
１３ 石英ベルジャー（誘電体窓）
１４ バイパス回路
１５ ダイオード
１６ 抵抗器
２０ 引出し電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ発生源と、
前記プラズマ発生源により発生されたプラズマを閉じ込めるための放電槽と、
前記放電槽の前面に設けられた引出し電極とを備え、
該引出し電極は、前記放電槽側に設けられ、かつ正極直流電源と接続するための第１電極と、
前記第１電極の前面に設けられ、かつ負極直流電源と接続するための第２電極と、
前記第２電極の前面に設けられ、接地された第３電極と、
前記第２電極と接続され、かつ該負極直流電源電源と並列接続されたバイパス回路とを
備えることを特徴とするイオンビーム発生装置。
【請求項２】
前記バイパス回路は、ダイオードと抵抗器を有することを特徴とする請求項１に記載のイオンビーム発生装置。
【請求項１】
プラズマ発生源と、
前記プラズマ発生源により発生されたプラズマを閉じ込めるための放電槽と、
前記放電槽の前面に設けられた引出し電極とを備え、
該引出し電極は、前記放電槽側に設けられ、かつ正極直流電源と接続するための第１電極と、
前記第１電極の前面に設けられ、かつ負極直流電源と接続するための第２電極と、
前記第２電極の前面に設けられ、接地された第３電極と、
前記第２電極と接続され、かつ該負極直流電源電源と並列接続されたバイパス回路とを
備えることを特徴とするイオンビーム発生装置。
【請求項２】
前記バイパス回路は、ダイオードと抵抗器を有することを特徴とする請求項１に記載のイオンビーム発生装置。
【図１】
【公開番号】特開２０１１−１３４６７４（Ｐ２０１１−１３４６７４Ａ）
【公開日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２９５１２８（Ｐ２００９−２９５１２８）
【出願日】平成２１年１２月２５日（２００９．１２．２５）
【出願人】（０００２２７２９４）キヤノンアネルバ株式会社 (564)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月２５日（２００９．１２．２５）
【出願人】（０００２２７２９４）キヤノンアネルバ株式会社 (564)
【Ｆターム（参考）】
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