(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔質セラミックス基板と、ランプと該ランプの熱を反射させるための反射板により構成される加熱手段と、酸素導入手段とを有し、前記酸素導入手段からの酸素は、前記反射板に挿入されたガス導入パイプを介して前記反射板に囲まれた空間内に供給されるようにし、前記酸素導入手段を作動させて成る酸素雰囲気下、前記加熱手段により前記多孔質セラミックス基板を６００〜９００℃に加熱して、前記多孔質セラミックス基板を酸素が透過する過程で酸素イオンを発生させることを特徴とする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、前記多孔質セラミックス基板を負極、前記多孔導電板を接地電位として、被照射体を保持する基板ステージ側にイオンを照射させることを特徴とする請求項１に記載の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、酸素イオンを発生させるための真空処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１は、従来の酸素イオン発生装置の略平面図である。図１を参照して、酸素イオン発生装置１は、金属製イオンソース室２と荷電変換セル３を有する荷電変換セル用チャンバ４とイオン照射室５とにより構成されている。また、イオンソース室２と荷電変換セル用チャンバ４とイオン照射室５とは、アルミナまたはエポキシ樹脂から成る絶縁円筒６を介して、φ４〜８ｍｍ程度の円形孔から成るイオンソース室２の開口７と、荷電変換セル３のイオンソース室側開口８及び照射室側開口８’とにより連通している。
【０００３】
イオンソース室２の内部には、外部のフィラメント電源９により作動可能で、タングステン、タンタル、レニウム等の高融点金属から成るフィラメント１０が設置され、また、イオンソース室２自体は、アーク電源１１や引出電極電源１２に導通されてこれらにより容器電位が設定される。また、イオンソース室２のガス導入口１３は、導入バルブ１４を介して、酸素ボンベ１５に連通するガス流量調節器１６や減圧器１７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。
【０００４】
一方、荷電変換セル用チャンバ４内部の荷電変換セル３のイオンソース室側開口８近傍には、絶縁スリーブ１８によりセル３と絶縁してテーパ状に形成された引出電極１９が設けられている。このとき引出電極用電源１２のマイナス側を接地して、引出電極１９を接地電位に設定している。また、荷電変換セル３の略中央部には下部から、べーパライザ２０のノズル部２０ａの先端孔２０ｂがセル３内に突出して設けられている。そして、荷電変換セル３とべーパライザ２０とには、保温のため外側からコイルヒータ２１ａ、２１ｂがそれぞれ巻回されている。
【０００５】
そして、照射室５内には、基板ステージ２２上に保持された被酸化物から成る被照射体２３が設けられ、基板ステージ２２から流れる電流を電流計２４で計測できるようにしている。
【０００６】
上記のように構成された従来装置による酸素イオンの発生に際しては、あらかじめ、装置１全体を、イオンソース室２の排気口２５及び照射室５の排気口２６を介して図外の真空排気ポンプにより１．３×１０-3Ｐａ以下の低圧状態とし、その後、フィラメント電源９を作動させて、白熱状態のフィラメント１０の表面から熱電子の放出を開始する。この状態で、アーク電源１１により４０〜１３０Ｖの電圧を印加すると共に、ガス流量調節器１６や減圧器１７を作動させて、流量２〜１０ｓｃｃｍの酸素ガスにより約１気圧程度となるように導入バルブ１４を開放し、イオンソース室２内に酸素ガスを導入する。このとき、上記した白熱フィラメント１０からの熱電子と導入された酸素ガスとにより酸素プラズマが発生する。このまま、引出電極用電源１２により１５〜２０ｋＶの電圧を印加して、イオンソース室２の開口７より正電荷の酸素イオンを出射させ、そして、その際の飛行軌道を維持して開口８を介して荷電変換セル３内に入射させる。
【０００７】
一方、荷電変換セル３においては、その下部に配置したベーパライザ２０に３〜５グラムの金属ナトリウムを充填し、セル３とベーパライザ２０とを２００〜４００℃程度に加熱保温して、ベーパライザ２０で発生するナトリウム蒸気によりセル３から照射室５への気流を生じさせている。
【０００８】
このとき、上記のように荷電変換セル３に入射した正電荷の酸素イオンがナトリウム蒸気中のナトリウム原子あるいはナトリウム分子と衝突し、その過程でナトリウム原子の電子が剥奪され、これにより正電荷の酸素イオンが負電荷のものに変換される（図２参照）。
【０００９】
このようにして得られる酸素イオンは、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用いることができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の従来の酸素イオン発生装置では、初めに正電荷の酸素イオンを発生させてからこれを負電荷のものに変換して所望の酸素イオンとして得ている。このため、多段階の工程に対応して装置が複雑になり、酸素イオンの生成条件の変更が容易でなくなる。
【００１１】
例えば、イオン量を増加させるためにはイオンソース室２の開口７を拡幅することで即効性が期待できるが、このときにイオンソース室２内でのフィラメント１０のプラズマ点火を行うために１．３×１０Ｐａ程度の圧力条件を維持する必要があり、このためには大量の酸素ガスをイオンソース室２内に精度良く導入することが求められる。また、イオンソース室２内で生成した正電荷の酸素イオンを充分に出射させて変換セル３に到達させるためには、アノードたる開口７と引出電極１９との間の電位差を安定して保つ必要があるが、このためには両電極間の圧力条件は１．３×１０-3Ｐａ以下であることが望ましい。そこで、イオンソース室２用に強力な真空排気ポンプが必要となる。
【００１２】
このような取扱い上の不具合は、照射室５においても同様であり、例えば、荷電変換セル３の照射室側開口８’を拡幅してイオン量を増加させようとするとき、これに伴って増大して流出するナトリウム蒸気に抗して酸素イオンをイオンビームとして出射させるためには、酸素イオンの平均自由工程を確保できるように変換セル３内を１．３×１０-3Ｐａ以下とする必要がある。このため、イオンソース室２の場合と同様に照射室５も強力な真空排気ポンプを備えたものとなる。
【００１３】
さらに、例えば省電力などの目的で、酸素イオン生成のための引出電極１９に対する印加電圧（図１の装置では２０ｋＶ程度）を軽減させると、イオンソース室２における正電荷の酸素イオンの生成量が減少するので、これを変換種として負電荷の酸素イオンを生成するときの電荷変換効率が減少してしまう。
【００１４】
これに加え、変換セル３内で酸素イオンが正から負電荷に変換される過程での変換ロスも無視できない。
【００１５】
本発明は、上記問題点に鑑み、簡素な構造で所望量の負電荷酸素イオンを得ることができ、また、例えば、イオン量増加を目的としたイオンビームの照射面積や引出電極に対する印加電圧の増大などの条件変更を容易に行うことができて取扱い上有用な酸素イオン発生装置を提供することを課題としている。
【００１６】
【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、ランプと該ランプの熱を反射させるための反射板により構成される加熱手段と、酸素導入手段とを有し、前記酸素導入手段からの酸素は、前記反射板に挿入されたガス導入パイプを介して前記反射板に囲まれた空間内に供給されるようにし、前記酸素導入手段を作動させて成る酸素雰囲気下、前記加熱手段により前記多孔質セラミックス基板を６００〜９００℃に加熱して、前記多孔質セラミックス基板を酸素が透過する過程で酸素イオンを発生させるものとした。
【００１７】
このような装置により、多孔質セラミックス基板より酸素種を負電荷に帯電させた酸素イオンとして脱離させることができ、また、このようにして発生する負電荷の酸素イオンの発生量を加熱手段の調整により増減することができるなど、簡易に条件変更を行うことができるという点で取扱いが改善されている。
【００１８】
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、前記多孔質セラミックス基板を負極、前記多孔導電板を接地電位として、被照射体を保持する基板ステージ側にイオンを照射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。
【００１９】
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。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図３は、本発明の酸素イオン発生用真空処理装置の略平面図である。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３を参照して、排気口２６を設けた照射室５内に、イオンソース室２と、被照射体２３を保持する基板ステージ２２とが配置され、基板ステージ２２には装置外部の電流計２４が接続されている。
【００２１】
イオンソース室２内には、フィラメント電源９により作動されるランプ２７と、これによる発熱を反射させるための反射板２８と、φ５ｃｍ程度の円盤状の多孔質セラミックス基板２９とが配置され、多孔質セラミックス基板２９はイオンソース室２の壁面に設けたホルダ３０により固定されている。さらに、多孔質セラミックス基板２９の基板ステージ２２側には、電気絶縁材６を介し、基板２９と３ｍｍ程度の間隔で多孔金属板から成る引出電極１９が取り付けられている。このとき、引出電極１９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２８に囲まれた空間内にガス導入パイプ３１を挿入して設けている。
【００２２】
照射室５とイオンソース室２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３２により電気的に絶縁され、接地電位の引出電極１９や照射室５やグランドカバ３３との電位差を保つようにしている。
【００２３】
図３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２６に連なる図外の真空排気ポンプにより照射室５内を１．３×１０−３Ｐａ以下に保ち、この状態で、フィラメント電源９によりランプ２７を点灯する。このとき、ランプ２７からの発光が反射板２８で反射されて多孔質セラミックス基板２９が加熱される。その際の基板温度は、フィラメント電源９の調節により、６００〜９００℃の範囲とするのが望ましい。
【００２４】
そして、導入バルブ１４を開放することにより、ガス導入管３１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２８に囲まれた空間内を１．３×１０-3Ｐａ程度に保つ。
【００２５】
このようにして、引出電極用電源１２によりイオンソース室２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２９が負極となり、このことにより、反射板２８に囲まれた空間内の酸素種が多孔質セラミックス基板２９を通過する過程で、負電荷に帯電されて照射室５内の被照射体２３に飛着して電流を生じさせる。
【００２６】
図３の装置の電流計２４で計測された電流値は約２ｍＡ（約１００μＡ／ｃｍ2）で、図１の電流計２４の計測で得られる電流値２〜１５μＡよりも格段に良好な結果が得られる。
【００２７】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の酸素イオン発生用真空処理装置では、酸素イオンの起源となる酸素種が正から負への電荷変換を経ずに直接負電荷に帯電されて酸素イオンが生成される。このように酸素イオンの生成工程が簡略化されるので、酸素イオン生成時の電荷の変換ロスを抑制できて効率良くイオン量を確保することができ、また、装置構造も簡素となるため取扱い上の有用性が向上する。このため、酸素イオン生成のための条件変更が容易となることが期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の酸素イオン発生装置
【図２】（ａ）〜（ｃ）図１の酸素イオン発生装置における負電荷酸素イオンの生成過程
【図３】本発明の酸素イオン発生用真空処理装置
【符号の説明】
１    酸素イオン発生用真空処理装置
６    電気絶縁材、絶縁筒体
１２  引出電極用電源
１９  多孔導電板
２７  ランプ（加熱手段）
２８  反射板（加熱手段）
２９  多孔質セラミックス基板
３１  ガス導入パイプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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