(57)【要約】【課題】大面積の多孔質セラミックス円盤の全体に亘り、均等に負電荷酸素イオンを発生し、照射することが可能な負電荷酸素イオン発生用真空処理装置を提供する。【解決手段】負電荷酸素イオン発生用真空処理装置１において、多孔質セラミックス基板１７を、長手方向の側面長が互いに等しい複数の矩形状セラミックス片１７ａ〜１７ｇを、各セラミックス片の側面同士で合致させた集合体で構成し、加熱手段として、セラミックス片１７ａ〜１７ｇの長手方向に直交すると共に多孔質セラミックス基板１７の最外位置の両セラミックス片１７ａ、１７ｇに対して同一間隔で両端部を対置させた直管ランプ１５ａ〜１５ｃを用い、酸素ガス導入パイプ２１の酸素供給による酸素雰囲気下、直管ランプ１５ａ〜１５ｃにより多孔質セラミックス基板１７（矩形状セラミックス片１７ａ〜１７ｇ）を加熱して負電荷酸素イオンを発生させる。【選択図】　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔質セラミックス基板と加熱手段と酸素導入手段とを有する負電荷酸素イオン発生用真空処理装置において、前記多孔質セラミックス基板は、長手方向の側面長が互いに等しい複数の矩形状セラミックス片を、該各セラミックス片の側面同士で合致させて成り、前記加熱手段は、前記セラミックス片の長手方向に直交すると共に前記多孔質セラミックス基板の最外位置の両セラミックス片に対して同一間隔で両端部を対置させた直管ランプから成り、前記酸素導入手段による酸素雰囲気下、前記直管ランプにより前記多孔質セラミックス基板を加熱して負電荷酸素イオンを発生させることを特徴とする負電荷酸素イオン発生用真空処理装置。
【請求項２】
前記多孔質セラミックス基板に電気絶縁材料を介して多孔導電板を対向させることを特徴とする請求項１に記載の負電荷酸素イオン発生用真空処理装置。
【請求項３】
前記多孔導電板を接地すると共に、前記多孔質セラミックス基板を負極として電圧を印加することを特徴とする請求項２に記載の負電荷酸素イオン発生用真空処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、負電荷の酸素イオンを発生させるための真空処理装置に関する。負電荷に帯電した酸素イオンは、半導体製造の酸化プロセスやディスプレイデバイス用の透明導電膜に対する酸化プロセスに有用であると共に、化学分野においてもその酸化力を利用した殺菌用途などに転用可能である。
【０００２】
【従来の技術】
図１は、従来の酸素イオン発生用真空処理装置の略断面図である。図１を参照して、酸素イオン発生装置１は、排気口２を設けた照射室３内に、金属製イオンソース室４と、被照射体５を保持する基板ステージ６とが配置されて構成されている。イオンソース室４自体は、引出電極電源７に導通されてこれにより容器電位が設定される。また、イオンソース室４のガス導入口８は、導入バルブ９を介して、酸素ボンベ１０に連通するガス流量調節器１１や減圧器１２に接続されている。これらのガス導入部は、静電気による発火を防止するため金属製のものを用いている。また、基板ステージ６には装置外部の電流計１３が接続され、被酸化物から成る被照射体５から発生する電流を、これを保持する基板ステージ６を介して電流計１３で計測できるようにしている。
【０００３】
イオンソース室４内には、フィラメント電源１４により作動されるランプ１５と、これによる発熱を反射させるための反射板１６と、φ５ｃｍ程度の円盤状の多孔質セラミックス基板１７とが配置され、多孔質セラミックス基板１７はイオンソース室４の壁面に設けたホルダ１８により固定されている。さらに、多孔質セラミックス基板１７の基板ステージ６側には、電気絶縁材１９を介し、基板１７と３ｍｍ程度の間隔で多孔金属板から成る引出電極２０が取り付けられている。このとき、引出電極２０を構成する金属には、モリブデンなど抗酸化性のものを用いる。また、反射板１６に囲まれた空間内には、ガス導入口８に連なるガス導入パイプ２１を挿入して設けている。
【０００４】
照射室３とイオンソース室４とは導電性を確保するため金属製で構成されているが、両者はインシュレータ２２により電気的に絶縁され、接地電位とした引出電極２０や照射室３やグランドカバ２３がイオンソース室４と電位差を保つようにしている。
【０００５】
上記のように構成された従来装置を用いて酸素イオンを発生させるには、あらかじめ、排気口２に連なる図外の真空排気ポンプにより照射室３内を１．３×１０−３Ｐａ以下に保ち、この状態で、フィラメント電源１４によりランプ１５を点灯する。このとき、ランプ１５からの発光が反射板１６で反射されて多孔室セラミックス基板１７が加熱される。その際の基板温度は、フィラメント電源１４の調節により、５００〜６５０℃の範囲とするのが望ましい。
【０００６】
そして、導入バルブ９を開放することにより、ガス導入管２１経由にて酸素ガスを流量０．０１〜０．１ｓｃｃｍで導入しながら、反射板１６に囲まれた空間内を１．３×１０−３Ｐａ程度に保つ。
【０００７】
このようにして、引出電極用電源７によりイオンソース室４に−３００Ｖの電圧を印加する。このとき、多孔質セラミックス基板１７が負極となり、このことにより、反射板１６に囲まれた空間内の酸素種が多孔質セラミックス基板１７を通過する過程で、負電荷に帯電されて照射室３内の被照射体５に飛着して、この被照射体５を酸化し、酸化物から遊離した電子により電流が生じる。このとき、図１の電流計１３で計測される電流値は約２ｍＡ（約１００μＡ／ｃｍ２）である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記装置において発生する負電荷の酸素イオンの照射面積を増大させるには、円盤状多孔質セラミックス基板１７の直径を増大して大面積のものとする必要がある。そして、このような場合でも、多孔質セラミックス円盤全体で、ランプ１５からの放射熱及び反射板１６からの輻射熱による温度分布を均等に保って、これにより発生する酸素イオンのイオンビーム電流値分布のばらつきを抑制する必要がある。
【０００９】
しかしながら、例えば、多孔質セラミックス円盤の直径を１ｍに設定した場合、ランプ１５及び反射板１６によるセラミックス円盤の設計温度を８００℃としたときも、円盤全体では中心値に対して±３０℃程度の偏差で温度分布することは避けられず、これに伴い、酸素イオンのイオンビーム電流値のばらつきも±１０％以上になる。
【００１０】
また、例えば、多孔質セラミックス基板１７として４インチ直径の基板を用いたとき、その中心部（φ２インチエリア内）における温度分布が７００℃±２５℃であるのに対し、その外側（φ２〜４インチエリア）では６５０℃±２５℃の温度分布となる。さらに、イオンビーム電流値においても同基板では、その中心部（φ２インチエリア内）における電流値分布が１０μＡ／ｃｍ２であるのに対し、その外側（φ２〜４インチエリア）では５μＡ／ｃｍ２であるような、温度分布及びイオンビーム電流値分布の明白なばらつきが生じる。
【００１１】
そして、このため、所望のとおり均等に照射される負電荷酸素イオンを得ることが困難となる。
【００１２】
本発明は、上記問題点に鑑み、大面積の多孔質セラミックス円盤の全体に亘り、均等に負電荷酸素イオンを発生し、照射することが可能な負電荷酸素イオン発生用真空処理装置を提供することを課題としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、多孔質セラミックス基板と加熱手段と酸素導入手段とを有する負電荷酸素イオン発生用真空処理装置において、この多孔質セラミックス基板を、長手方向の側面長が互いに等しい複数の矩形状セラミックス片の側面同士を合致させて構成し、また、この加熱手段を、セラミックス片の長手方向に直交し、かつ、多孔質セラミックス基板の最外位置の両セラミックス片に対して同一間隔で両端部を対置させた直管ランプとして構成する。そして、酸素導入手段による酸素雰囲気下、この直管ランプにより多孔質セラミックス基板を加熱して負電荷酸素イオンを発生させるものとした。
【００１４】
これにより、直管ランプにより、多孔質セラミックス基板を構成するすべての矩形状セラミックス片が充分に加熱されて、各セラミックス片単位で負電荷酸素イオンを発生するため、基板全体に亘って所期の酸素イオンを発生することができる。このとき、直管ランプは、互いに平行な複数本のもので構成しても良い。
【００１５】
そして、この矩形状セラミックス片の加熱時に、加熱手段たる直管ランプの出力を調整することにより、各セラミックス片で感度良く酸素イオン発生量が増減するので、基板全体で所望の酸素イオンの均等発生及び均等照射が可能となる。
【００１６】
この場合、上記の酸素イオン発生用真空処理装置を、多孔質セラミックス基板に電気絶縁材料を介して多孔導電板を対向させるように構成すると、多孔質セラミックス基板から発生する負電荷の酸素イオンの照射方向が、多孔導電板に向けて集束されるので、導電板を通過した以後、これによるイオンビームは高密度となる。したがって、所望の酸素イオン量を確保することが容易になる。
【００１７】
さらに、この場合、多孔導電板を接地すると共に、多孔質セラミックス基板を負極として電圧を印加すると、発生する酸素イオンを確実に負電荷に帯電させることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図２は、本発明の負電荷酸素イオン発生用真空処理装置の概略図である。図１と同等の機能を有する部位には同一の符号を付している。図２（ａ）を参照して、排気口２を設けた照射室３内に、イオンソース室４と基板ステージ６とが配置され、基板ステージ６には被照射体試料５（図示せず）が保持されている。
【００１９】
図１の従来装置と異なるのは、図２（ｂ）に示すようにイオンソース室４内の構成が、直管ランプ１５ａ〜１５ｃと、各直管ランプを包囲して形成される反射板１６と、４ｃｍ×２４ｃｍ程度の矩形状セラミックス片の集合体とによる点である。即ち、セラミックス基板１７は、互いに合同の矩形状セラミックス片１７ａ〜１７ｇの長辺同士で連結し、短冊状に並べられた各矩形状セラミックス片の集合体として構成されている。図２（ｂ）においては、各矩形状セラミックス片のサイズは４ｃｍ×２４ｃｍ程度（厚さ３ｍｍ程度）であり、これら６枚の集合体でセラミックス基板１７を構成している。そして、多孔質セラミックス基板１７はイオンソース室２の壁面に設けたホルダ１８により固定され、多孔質セラミックス基板１７の基板ステージ６側には、電気絶縁材１９を介し、基板１７と３ｍｍ程度の距離を隔てて多孔金属板から成る引出電極２０が取り付けられている。このとき、引出電極２０を構成する金属には、モリブデンなど抗酸化性のものを用いる。また、図２（ａ）に示すように反射板１６に囲まれた空間内にはガス導入パイプ２１が挿入されている。
【００２０】
さらに、照射室３とイオンソース室４とは導電性を確保するため金属製で構成されているが、両者はインシュレータ２２により電気的に絶縁され、接地電位とした引出電極２０や照射室３やグランドカバ２３がイオンソース室４と電位差を保つようにしている。
【００２１】
図２の装置を用いて酸素イオンを発生させるには、あらかじめ、排気口２に連なるターボ分子ポンプ２ａ及び油回転ポンプ２ｃにより照射室３内を１．３×１０−３Ｐａ以下に保ち、この状態で、図外のフィラメント電源により直管ランプ１５ａ〜１５ｃを点灯する。このとき、ランプ１５ａ〜１５ｃによる発熱が反射板１６で反射されて多孔質セラミックス基板１７が加熱される。その際の基板温度は、フィラメント電源（図示せず）の調節により、５００〜６５０℃の範囲とするのが望ましい。
【００２２】
そして、酸素ボンベ１０に連なる導入バルブ９を開放することにより、ガス導入管２１経由にて酸素ガスを流量０．０１〜０．１ｓｃｃｍで導入しながら、イオンソース室４内を１．３×１０−３Ｐａ程度に保つ。
【００２３】
このようにして、引出電極用電源７によりイオンソース室４に−３００Ｖの電圧を印加する。このとき、多孔質セラミックス基板１７が負極となり、イオンソース室４内に導入された酸素種が多孔質セラミックス基板１７を通過する過程で負電荷に帯電されて照射室３内の基板ステージ６上の被照射体（図示せず）に飛着して電流を生じさせる。
【００２４】
このとき、多孔質セラミックス基板１７上の加熱エリア（１０ｃｍ×２０ｃｍ）中の中心部１０ｃｍ×１０ｃｍにおいて、イオンビームの電流値分布は１０μＡ／ｃｍ２±２〜３μＡ／ｃｍ２、温度分布は６００℃±２５℃であり、基板１７全体でこれらの分布の均等性が確保されていることが分る。なお、この際のランプの出力は、中央の直管ランプ１５ｂにおいて６０％程度、残りの直管ランプ１５ａ、１５ｃにおいて７０％程度である。
【００２５】
そして、このとき電流計（図示せず）で計測された電流値は約３ｍＡ（基板中心部では約１０μＡ／ｃｍ２）であり、負電荷の酸素イオンの取り出しが効果的に行われている。
【００２６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の負電荷酸素イオン発生用真空処理装置は、複数の矩形状セラミックス片の集合体から成る多孔質セラミックス基板に対し、各セラミックス片の長手方向に直交する充分な長さの直管ランプによる加熱を行うので、各セラミックス片において負電荷酸素イオンの発生及び照射を確実に行うことができる。したがって、多孔質セラミックス基板全体で所望の酸素イオンの発生を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の酸素イオン発生装置の略断面図
【図２】（ａ）本発明の酸素イオン発生用真空処理装置の略断面図
（ｂ）（ａ）におけるイオンソース室の詳細を示す斜視図
【符号の説明】
１　　酸素イオン発生用真空処理装置
７　　引出電極用電源
１５ａ〜１５ｃ　直管ランプ
１７　　　　　　多孔質セラミックス基板
１７ａ〜１７ｇ　矩形状セラミックス片
１９　　電気絶縁材
２０　　多孔導電板
２１　　ガス導入パイプ
【図１】
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【図２】
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