イオン源電極のクリーニング方法
【課題】 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。
【解決手段】 イオン源２のプラズマ生成部４にイオン化ガスを導入してイオンビームを引き出す代わりに、引出し電極系１０を構成する第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よりも高く保った状態で、第１電極１１と第２電極１２との間にグロー放電用電源６０から電圧を印加して、両電極１１、１２間にクリーニングガス４８のグロー放電８０を発生させる。
【解決手段】 イオン源２のプラズマ生成部４にイオン化ガスを導入してイオンビームを引き出す代わりに、引出し電極系１０を構成する第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よりも高く保った状態で、第１電極１１と第２電極１２との間にグロー放電用電源６０から電圧を印加して、両電極１１、１２間にクリーニングガス４８のグロー放電８０を発生させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４３７４４８７号公報（段落００２４−００２８、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係るクリーニング方法の一つは、
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電極および第２電極を少なくとも有している引出し電極系とを備えており、かつ前記プラズマ生成部と前記第１電極との間が電気絶縁されているイオン源と、
前記プラズマ生成部と前記第１電極との間に後者を負極側にして接続されたアーク電源と、
前記第２電極に前記プラズマ生成部の電位を基準にして負電圧を印加する引出し電源と、
前記プラズマ生成部と接地電位部との間に前者を正極側にして接続された加速電源とを備えているイオン源装置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、
一端が前記プラズマ生成部に接続されていて、前記第１電極と第２電極との間にグロー放電発生用の電圧を印加するためのグロー放電用電源と、
前記アーク電源に並列に接続された第１のスイッチ（７０）と、
前記第２電極を前記引出し電源側と前記グロー放電用電源側とに切り換えて接続する第１の切換スイッチ（７１）と、
前記加速電源に並列に接続された第２のスイッチ（７３）とを設けておき、
イオンビームを引き出す際は、前記第１の切換スイッチ（７１）を切り換えて前記第２電極を前記引出し電源側に接続し、かつ前記第１のスイッチ（７０）および第２のスイッチ（７３）を開いておき、
電極のクリーニングを行う際は、前記第１の切換スイッチ（７１）を切り換えて前記第２電極を前記グロー放電用電源側に接続し、かつ前記アーク電源および加速電源の出力電圧を０にした後に前記第１のスイッチ（７０）および第２のスイッチ（７３）を閉じ、
更に、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、前記グロー放電用電源から電圧を印加して、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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【発明の効果】
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
請求項２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る際に、第２の切換スイッチを切り換えて第３電極を抵抗器に接続して、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。
【００１７】
請求項３に記載の発明によれば、引出し電極系を構成する第２電極と第３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。
【００１８】
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。
【００１９】
請求項４に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、電極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の方が、それに対向する電極の背面よりも遥かに多くなる。そこで、グロー放電用電源を、プラズマ生成部側を正極とする直流電源にすると、当該グロー放電用電源から、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が電極間に印加されることになり、それによって、グロー放電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イオンビーム引出し方向側の電極（これは、請求項１、２の場合は第２電極、請求項３の場合は第３電極）の上記正面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。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】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。
【図６】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。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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（Ｂ2Ｈ6 ／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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【符号の説明】
【００６６】
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
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４３７４４８７号公報（段落００２４−００２８、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係るクリーニング方法の一つは、
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電極および第２電極を少なくとも有している引出し電極系とを備えており、かつ前記プラズマ生成部と前記第１電極との間が電気絶縁されているイオン源と、
前記プラズマ生成部と前記第１電極との間に後者を負極側にして接続されたアーク電源と、
前記第２電極に前記プラズマ生成部の電位を基準にして負電圧を印加する引出し電源と、
前記プラズマ生成部と接地電位部との間に前者を正極側にして接続された加速電源とを備えているイオン源装置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、
一端が前記プラズマ生成部に接続されていて、前記第１電極と第２電極との間にグロー放電発生用の電圧を印加するためのグロー放電用電源と、
前記アーク電源に並列に接続された第１のスイッチ（７０）と、
前記第２電極を前記引出し電源側と前記グロー放電用電源側とに切り換えて接続する第１の切換スイッチ（７１）と、
前記加速電源に並列に接続された第２のスイッチ（７３）とを設けておき、
イオンビームを引き出す際は、前記第１の切換スイッチ（７１）を切り換えて前記第２電極を前記引出し電源側に接続し、かつ前記第１のスイッチ（７０）および第２のスイッチ（７３）を開いておき、
電極のクリーニングを行う際は、前記第１の切換スイッチ（７１）を切り換えて前記第２電極を前記グロー放電用電源側に接続し、かつ前記アーク電源および加速電源の出力電圧を０にした後に前記第１のスイッチ（７０）および第２のスイッチ（７３）を閉じ、
更に、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、前記グロー放電用電源から電圧を印加して、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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【発明の効果】
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
請求項２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る際に、第２の切換スイッチを切り換えて第３電極を抵抗器に接続して、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。
【００１７】
請求項３に記載の発明によれば、引出し電極系を構成する第２電極と第３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。
【００１８】
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。
【００１９】
請求項４に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、電極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の方が、それに対向する電極の背面よりも遥かに多くなる。そこで、グロー放電用電源を、プラズマ生成部側を正極とする直流電源にすると、当該グロー放電用電源から、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が電極間に印加されることになり、それによって、グロー放電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イオンビーム引出し方向側の電極（これは、請求項１、２の場合は第２電極、請求項３の場合は第３電極）の上記正面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。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】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。
【図６】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。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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（Ｂ2Ｈ6 ／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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【符号の説明】
【００６６】
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
【特許請求の範囲】
【請求項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電極および第２電極を少なくとも有している引出し電極系とを備えており、かつ前記プラズマ生成部と前記第１電極との間が電気絶縁されているイオン源と、
前記プラズマ生成部と前記第１電極との間に後者を負極側にして接続されたアーク電源と、
前記第２電極に前記プラズマ生成部の電位を基準にして負電圧を印加する引出し電源と、
前記プラズマ生成部と接地電位部との間に前者を正極側にして接続された加速電源とを備えているイオン源装置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、
一端が前記プラズマ生成部に接続されていて、前記第１電極と第２電極との間にグロー放電発生用の電圧を印加するためのグロー放電用電源と、
前記アーク電源に並列に接続された第１のスイッチ（７０）と、
前記第２電極を前記引出し電源側と前記グロー放電用電源側とに切り換えて接続する第１の切換スイッチ（７１）と、
前記加速電源に並列に接続された第２のスイッチ（７３）とを設けておき、
イオンビームを引き出す際は、前記第１の切換スイッチ（７１）を切り換えて前記第２電極を前記引出し電源側に接続し、かつ前記第１のスイッチ（７０）および第２のスイッチ（７３）を開いておき、
電極のクリーニングを行う際は、前記第１の切換スイッチ（７１）を切り換えて前記第２電極を前記グロー放電用電源側に接続し、かつ前記アーク電源および加速電源の出力電圧を０にした後に前記第１のスイッチ（７０）および第２のスイッチ（７３）を閉じ、
更に、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、前記グロー放電用電源から電圧を印加して、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。
【請求項２】
前記引出し電極系は、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おり、
前記イオン源装置は、
前記第３電極に接地電位部の電位を基準にして負電圧を印加する抑制電源と、
一端が接地された抵抗器と、
前記第３電極を前記抑制電源側と前記抵抗器の他端側とに切り換えて接続する第２の切換スイッチ（７２）とを更に備えており、
イオンビームを引き出す際は、前記第１の切換スイッチ（７１）を切り換えて前記第２電極を前記引出し電源側に接続し、前記第２の切換スイッチ（７２）を切り換えて前記第３電極を前記抑制電源側に接続し、かつ前記第１のスイッチ（７０）および第２のスイッチ（７３）を開いておき、
電極のクリーニングを行う際は、前記第１の切換スイッチ（７１）を切り換えて前記第２電極を前記グロー放電用電源側に接続し、前記第２の切換スイッチ（７２）を切り換えて前記第３電極を前記抵抗器の他端側に接続し、かつ前記アーク電源および加速電源の出力電圧を０にした後に前記第１のスイッチ（７０）および第２のスイッチ（７３）を閉じておく請求項１記載のイオン源電極のクリーニング方法。
【請求項３】
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おり、かつ前記プラズマ生成部と前記第１電極との間が電気絶縁されているイオン源と、
前記プラズマ生成部と前記第１電極との間に後者を負極側にして接続されたアーク電源と、
前記第２電極に前記プラズマ生成部の電位を基準にして負電圧を印加する引出し電源と、
前記プラズマ生成部と接地電位部との間に前者を正極側にして接続された加速電源と、
前記第３電極に接地電位部の電位を基準にして負電圧を印加する抑制電源とを備えているイオン源装置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、
一端が前記プラズマ生成部に接続されていて、前記第２電極と第３電極との間にグロー放電発生用の電圧を印加するためのグロー放電用電源と、
前記アーク電源に並列に接続された第１のスイッチ（７０）と、
前記第３電極を前記抑制電源側と前記グロー放電用電源側とに切り換えて接続する第３の切換スイッチ（７２）と、
前記加速電源に並列に接続された第２のスイッチ（７３）と、
前記引出し電源に並列に接続された第３のスイッチ（７４）とを設けておき、
イオンビームを引き出す際は、前記第３の切換スイッチ（７２）を切り換えて前記第３電極を前記抑制電源側に接続し、かつ前記第１のスイッチ（７０）、第２のスイッチ（７３）および第３のスイッチ（７４）を開いておき、
電極のクリーニングを行う際は、前記第３の切換スイッチ（７２）を切り換えて前記第３電極を前記グロー放電用電源側に接続し、かつ前記アーク電源、加速電源および引出し電源の出力電圧を０にした後に前記第１のスイッチ（７０）、第２のスイッチ（７３）および第３のスイッチ（７４）を閉じ、
更に、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２電極と第３電極との間にクリーニングガスを供給して、当該第２電極と第３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２電極と第３電極との間に、前記グロー放電用電源から電圧を印加して、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。
【請求項４】
前記グロー放電用電源は、前記プラズマ生成部側を正極とする直流電源である請求項１、２または３記載のイオン源電極のクリーニング方法。
【請求項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電極および第２電極を少なくとも有している引出し電極系とを備えており、かつ前記プラズマ生成部と前記第１電極との間が電気絶縁されているイオン源と、
前記プラズマ生成部と前記第１電極との間に後者を負極側にして接続されたアーク電源と、
前記第２電極に前記プラズマ生成部の電位を基準にして負電圧を印加する引出し電源と、
前記プラズマ生成部と接地電位部との間に前者を正極側にして接続された加速電源とを備えているイオン源装置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、
一端が前記プラズマ生成部に接続されていて、前記第１電極と第２電極との間にグロー放電発生用の電圧を印加するためのグロー放電用電源と、
前記アーク電源に並列に接続された第１のスイッチ（７０）と、
前記第２電極を前記引出し電源側と前記グロー放電用電源側とに切り換えて接続する第１の切換スイッチ（７１）と、
前記加速電源に並列に接続された第２のスイッチ（７３）とを設けておき、
イオンビームを引き出す際は、前記第１の切換スイッチ（７１）を切り換えて前記第２電極を前記引出し電源側に接続し、かつ前記第１のスイッチ（７０）および第２のスイッチ（７３）を開いておき、
電極のクリーニングを行う際は、前記第１の切換スイッチ（７１）を切り換えて前記第２電極を前記グロー放電用電源側に接続し、かつ前記アーク電源および加速電源の出力電圧を０にした後に前記第１のスイッチ（７０）および第２のスイッチ（７３）を閉じ、
更に、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、前記グロー放電用電源から電圧を印加して、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。
【請求項２】
前記引出し電極系は、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おり、
前記イオン源装置は、
前記第３電極に接地電位部の電位を基準にして負電圧を印加する抑制電源と、
一端が接地された抵抗器と、
前記第３電極を前記抑制電源側と前記抵抗器の他端側とに切り換えて接続する第２の切換スイッチ（７２）とを更に備えており、
イオンビームを引き出す際は、前記第１の切換スイッチ（７１）を切り換えて前記第２電極を前記引出し電源側に接続し、前記第２の切換スイッチ（７２）を切り換えて前記第３電極を前記抑制電源側に接続し、かつ前記第１のスイッチ（７０）および第２のスイッチ（７３）を開いておき、
電極のクリーニングを行う際は、前記第１の切換スイッチ（７１）を切り換えて前記第２電極を前記グロー放電用電源側に接続し、前記第２の切換スイッチ（７２）を切り換えて前記第３電極を前記抵抗器の他端側に接続し、かつ前記アーク電源および加速電源の出力電圧を０にした後に前記第１のスイッチ（７０）および第２のスイッチ（７３）を閉じておく請求項１記載のイオン源電極のクリーニング方法。
【請求項３】
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おり、かつ前記プラズマ生成部と前記第１電極との間が電気絶縁されているイオン源と、
前記プラズマ生成部と前記第１電極との間に後者を負極側にして接続されたアーク電源と、
前記第２電極に前記プラズマ生成部の電位を基準にして負電圧を印加する引出し電源と、
前記プラズマ生成部と接地電位部との間に前者を正極側にして接続された加速電源と、
前記第３電極に接地電位部の電位を基準にして負電圧を印加する抑制電源とを備えているイオン源装置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、
一端が前記プラズマ生成部に接続されていて、前記第２電極と第３電極との間にグロー放電発生用の電圧を印加するためのグロー放電用電源と、
前記アーク電源に並列に接続された第１のスイッチ（７０）と、
前記第３電極を前記抑制電源側と前記グロー放電用電源側とに切り換えて接続する第３の切換スイッチ（７２）と、
前記加速電源に並列に接続された第２のスイッチ（７３）と、
前記引出し電源に並列に接続された第３のスイッチ（７４）とを設けておき、
イオンビームを引き出す際は、前記第３の切換スイッチ（７２）を切り換えて前記第３電極を前記抑制電源側に接続し、かつ前記第１のスイッチ（７０）、第２のスイッチ（７３）および第３のスイッチ（７４）を開いておき、
電極のクリーニングを行う際は、前記第３の切換スイッチ（７２）を切り換えて前記第３電極を前記グロー放電用電源側に接続し、かつ前記アーク電源、加速電源および引出し電源の出力電圧を０にした後に前記第１のスイッチ（７０）、第２のスイッチ（７３）および第３のスイッチ（７４）を閉じ、
更に、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２電極と第３電極との間にクリーニングガスを供給して、当該第２電極と第３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２電極と第３電極との間に、前記グロー放電用電源から電圧を印加して、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。
【請求項４】
前記グロー放電用電源は、前記プラズマ生成部側を正極とする直流電源である請求項１、２または３記載のイオン源電極のクリーニング方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−１２４９５（Ｐ２０１３−１２４９５Ａ）
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２００１４９（Ｐ２０１２−２００１４９）
【出願日】平成２４年９月１２日（２０１２．９．１２）
【分割の表示】特願２０１０−１７９９０９（Ｐ２０１０−１７９９０９）の分割
【原出願日】平成２２年８月１１日（２０１０．８．１１）
【出願人】（３０２０５４８６６）日新イオン機器株式会社 (161)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年９月１２日（２０１２．９．１２）
【分割の表示】特願２０１０−１７９９０９（Ｐ２０１０−１７９９０９）の分割
【原出願日】平成２２年８月１１日（２０１０．８．１１）
【出願人】（３０２０５４８６６）日新イオン機器株式会社 (161)
【Ｆターム（参考）】
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