(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ室の下部開口部に少なくとも３枚のグリッド状電極を配置すると共に、プラズマ室の上部周囲に、磁場によってプラズマ室内にプラズマを閉じ込めるための磁石を極性を交互にして複数配設し、プラズマ室に近い側から１番目のグリッド状電極と２番目のグリッド状電極との間に第１の電源を接続すると共に２番目のグリッド状電極と３番目のグリッド状電極との間に第１の直流電源よりも高電圧の第２の直流電源を接続して１番目のグリッド状電極を最も高電位に保つと共に２番目、３番目のグリッド状電極を順次低電位とし、これらグリッド状電極によってプラズマ中のイオンを段階的に加速してプラズマ室より引出しイオンビームを発生するイオン源において、前記１番目のグリッド状電極と２番目のグリッド状電極との間に、前記第１の直流電源に対して逆バイアスとなるように第１の直流電源よりも低電圧の第３の直流電源を接続したことを特徴とするイオン源。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、イオン源に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶ディスプレイ等の製造工程では、反応性ガスをプラズマ化して得られたイオンビームをガラス基板上の薄膜アモルファスシリコン層に照射して所望の不純物をドーピングする処理が行われる。このようなイオンビームによるドーピング処理を行う装置としてイオン源が用いられている。
【０００３】
この種のイオン源は、図３に示すようにプラズマ室であるチャンバ１内の上部中央に熱電子放出用フィラメント２を設け、チャンバ１の周囲にリング状の永久磁石５〜９を極性を交互にして複数配設し、チャンバ１の下部開口部にビーム引出し電極系１６を設けて概略構成されている。ビーム引出し電極系１６は、アノードであるチャンバ１と同電位に保たれるイオン閉込め電極１７と、これより数ｋＶ低電位に保たれる引出し電極１８と、これよりさらに数十ｋＶ低電位の加速電極１９とからなる。これらの電極はグリッド状電極である。そして、このイオン源は、ガス導入口４からチャンバ１内（プラズマ室）に導入される作動ガスにフィラメント２から放出される電子を作用させてプラズマを生成し、これを永久磁石５〜９の磁場によってチャンバ１内に閉じ込めつつ、ビーム引出し電極１８によって電界を印加することでプラズマ中のイオンをイオン閉込め電極１７を通して引出し、これを加速電極１９の電界で加速してイオンビームＢを発生させる。このときの上記電極１７〜１９の電位構成は図２のグラフ中に実線で示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、プラズマ化すべき作動ガスが軽い場合には弱い磁場でもイオンを小さい領域に閉じ込めることができるが、重い場合にはイオンの慣性力が大きいため広く分散しやすい。したがって、作動ガスが質量の異なる複数のガスからなるときは、軽いガスが中心に集合し、重いイオンが周辺に分散する。このため、軽いガスはチャンバ１の内壁（あるいは別途設けられた初期放電用のアノード）から離れ過ぎて放電しにくくなる反面閉じ込め効率が高くなり、重いガスはチャンバ１の内壁近傍まで広がるため低い電圧でも放電がしやすくなる反面イオンが外部に流れてしまい閉じ込め効率が低下する。すなわち、磁場の強さとガスの種類によって最適なアノードの位置が決まっているため、例えばＨ2等のように軽いガスに対応したイオン源を用いて、重いガスを作動ガスとして用いると、イオンが損失してしまう。これとは逆に重いガスに対応したイオン源に軽いガスを作動ガスとして用いるとプラズマが発生しにくくなる。
【０００５】
また、液晶ディスプレイ等の製造工程においては、ガラス基板などを数枚乃至一枚ずつ処理する必要上、イオンビームＢの発生を間欠的に停止する必要がある。その場合、加速電極１９の電源（加速電源）２３をＯＦＦにすればイオンビームＢの発生を停止することが可能であるが、この加速電源２３は数十ｋＶの高電圧電源であり、これを回数多くＯＮ／ＯＦＦすることは運転上好ましくない。そこで、より電圧の低いビーム引出し電極１８の電源（引出し電源）２２をＯＮ／ＯＦＦする方法も試された。しかし、引出し電源２２をＯＦＦにしてイオン閉じ込め電極１７とビーム引出し電極１８との間の電位をフラットにしても、ガラス基板などが設置される処理室内の雰囲気（通常真空に保たれる）よりもプラズマの方が圧力が高いため、プラズマがビーム引出し電極系１６を通って処理室２４に洩れ出してしまう。
【０００６】
そこで本発明は、上記従来技術の欠点を解消し、ビーム発生動作の一時停止時におけるイオンの流出を完全に停止できるイオン源を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明のイオン源は、プラズマ室の下部開口部に少なくとも３枚のグリッド状電極を配置すると共に、プラズマ室の上部周囲に、磁場によってプラズマ室内にプラズマを閉じ込めるための磁石を極性を交互にして複数配設し、プラズマ室に近い側から１番目のグリッド状電極と２番目のグリッド状電極との間に第１の電源を接続すると共に２番目のグリッド状電極と３番目のグリッド状電極との間に第１の直流電源よりも高電圧の第２の直流電源を接続して１番目のグリッド状電極を最も高電位に保つと共に２番目、３番目のグリッド状電極を順次低電位とし、これらグリッド状電極によってプラズマ中のイオンを段階的に加速してプラズマ室より引出しイオンビームを発生するイオン源において、前記１番目のグリッド状電極と２番目のグリッド状電極との間に、前記第１の直流電源に対して逆バイアスとなるように第１の直流電源よりも低電圧の第３の直流電源を接続したことを特徴とする。
【０００８】
【作用】
本発明のイオン源によれば、１番目のグリッド状電極と２番目のグリッド状電極との間に、第１の直流電源に対して逆バイアスとなるように第１の直流電源よりも低電圧の第３の直流電源を接続したことにより、第１の直流電源を切ると２番目のグリッド状電極がプラズマ室よりも若干高電位となり、プラズマ室からのイオンの流出が完全に遮断される。プラズマ中のイオンのエネルギーは数十ｅＶ程度なので、第３の直流電源の電圧は１００Ｖ程度で十分である。
【０００９】
【実施例】
以下、本発明の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
【００１０】
図１は本出願に係る発明のイオン源の一実施例を示す側面透視図である。この実施例のイオン源はそのビーム引出し電極系１６の電源構成に特徴があり、その他の構成要素については図３と同様とすることができるので、ここでは主にビーム引出し電極系１６の電源構成および作用について説明する。
【００１１】
ビーム引出し電極系１６は、イオン閉込め電極（プラズマ室に近い側から１番目の電極）１７と、ビーム引出し電極（２番目の電極）１８と、加速用電極（３番目の電極）１９とからなる。そして、イオン閉込め電極１７とビーム引出し電極１８との間には引出し電源（第１の直流電源）２２が、ビーム引出し電極１８と加速用電極１９との間には加速電源（第２の直流電源）２３が接続され、さらにイオン閉込め電極１７とビーム引出し電極１８との間に、引出し電源２２に対して逆バイアスとなるようにこれよりも低電圧のビームカット用電源（第３の直流電源）２４が接続されている。引出し電源２２の電圧は数ｋＶ程度、加速用電源２３の電圧は数十ｋＶであり、これに対しビームカット用電源２４の電圧は１００Ｖ程度である。このビームカット用電源２４には、いわゆる４象限電源が使用される。なお、この場合アーク電源２１の陰極はフィラメント２に接続され、陽極はチャンバ１に接続されている。
【００１２】
次に、この実施例の作用について述べる。
【００１３】
ビーム引出し電極系１６の３つの電源２２，２３，２４をすべてＯＮにすると、図２のグラフに実線で示すように、プラズマ室に近い側から１番目の電極１７が最も高電位に保たれると共に２番目、３番目の電極１８，１９が順次低電位となり、プラズマ中のイオンは先ずビーム引出し電極１８の電界で加速され、これが加速用電極１９の電界でさらに加速されてイオンビームが発生する。
【００１４】
この状態において、引出し電源２２をＯＦＦにすると、図２のグラフの一点鎖線のように、プラズマ室よりもビーム引出し電極（２番目の電極）１８が若干高電位になり、その電位障壁によってイオンの流出が完全に遮断される。したがって、加速用電源２３よりも遥かに低電圧の引出し電源２２をＯＮ／ＯＦＦするだけで、イオンビームの発生を間欠的に停止できる。この場合、プラズマ中の電子がビーム引出し電極系１６側に引き寄せられることになるが、その電子はビーム引出し電極１８に吸い込まれるだけであってビームとしては加速されない。
【００１５】
このように、従来のビーム引出し電極系１６の電源構成に、ビーム引出し電極１８の電位をプラズマ室よりも１００Ｖ程度高電位にするビームカット用電源２４を付け加えたことにより、引出し電源２２をＯＦＦにすればイオンも電子もビームとしては流れなくなり、完全にビームをカットできる。
【００１６】
尚、この実施例では３枚の電極１７，１８，１９を用い、２段加速によってビームを発生する場合について説明したが、４枚あるいはそれ以上の電極からなるビーム引出し電極系を備えたイオン源に対しても、プラズマ室に１番近い電極１７と２番目の電極１８間に引出電源２２とビームカット用電源２４を重畳する構成とすることにより、引出し電源２２のＯＮ／ＯＦＦのみで良好なビーム発生、停止が可能である。
【００１７】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、次のような優れた効果を発揮する。
【００１８】
プラズマ室に近い側から１番目のグリッド状電極を最も高電位に保つと共に、２番目、３番目のグリッド状電極を順次低電位とし、これらグリッド状電極によってプラズマ中のイオンを段階的に加速する電源構成において、１番目のグリッド状電極と２番目のグリッド状電極との間に、イオン引出し用の第１の直流電源とこれに対して逆バイアスとなるビームカット用の第３の直流電源を接続したことにより、第１の直流電源を切ることで２番目のグリッド状電極をプラズマ室よりも高電位とし、プラズマ室からのイオンの流出を完全に遮断できる。したがって、２番目のグリッド状電極と３番目のグリッド状電極間に接続されたイオン加速用の高電圧の第２の直流電源を切ることなく、より低電圧の第１の直流電源のＯＮ／ＯＦＦによってビームの発生、停止を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のイオン源の一実施例を示す側面透視図である。
【図２】図１のイオン源におけるビーム引出し電極系の電位構成の一例を示すグラフである。
【図３】イオン源の従来例を示す側面透視図である。
【符号の説明】
１  プラズマ室（チャンバ）
５〜９  磁石（永久磁石）
１０ａ〜１０ｄ  アノード
１６  ビーム引出し電極系
１７  イオン閉込め電極（１番目の電極）
１８  ビーム引出し電極（２番目の電極）
１９  ビーム加速電極（３番目の電極）
２２  引出し電源（第１の電源）
２３  加速電源（第２の電源）
２４  ビームカット用電源（第３の電源）
【図１】
0003651435.tif 000002
【図２】
0003651435.tif 000003
【図３】
0003651435.tif 000004