(57)【要約】 【課題】イオン照射対象物品のイオン照射対象部分に全体的に均一に、効率よくイオン照射処理を施すことができる寿命の長いイオン照射装置を提供する。【解決手段】電子源20A を物品Ｗのイオン照射対象部分の全体に臨むように設け、電子源20A におけるフィラメント2a、2a’、2a”は、電子源20A の全体にわたり不連続に複数段に分散並列配置する。フィラメントは、互いに逆向きの電流が流れるように平行又は略平行に接近する対部分をフィラメントの各端部寄りに含むように屈曲配置し、或いは、少なくとも一組の互いに隣り合うフィラメントについて、互いに逆向きの電流が流れるように相互に平行又は略平行に接近して対向する部分からなる対部分をフィラメントの両端部寄りに含ませる。かかる電子源から放出させた電子をチャンバ１内へ導入したガスに衝突させてプラズマを生成し、該プラズマ中のイオンを物品Ｗに照射する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバ内において、通電による抵抗加熱により熱電子を放出するフィラメントを用いた電子源から放出させた電子を真空チャンバ内導入ガスに衝突させてプラズマを生成させ、該プラズマ中のイオンをイオン照射対象物品に照射するイオン照射装置であり、該真空チャンバ内に、該イオン照射対象物品を支持して予め定めた回転中心線のまわりに回転可能の物品ホルダが設けられており、該電子源は、該物品ホルダに支持されるイオン照射対象物品のイオン照射対象部分に臨むことができるように該物品ホルダの回転中心線方向に延在して設けられており、該電子源における前記フィラメントは、該電子源の物品ホルダ回転中心線方向の全体にわたり該物品ホルダ回転中心線方向において複数段に不連続に分散並列配置され、該複数段のフィラメントのそれぞれは、互いに逆向きの電流が流れるように相互に平行又は略平行に対向する部分からなる対部分を少なくとも該フィラメントの両端部間中央より各フィラメント端部寄りに含むように屈曲配置されており、該対部分の相互に平行又は略平行に対向する部分は、該部分に互いに逆向きに流される電流に誘起されて発生する磁場が打ち消しあうように互いに接近しており、該電子源は前記の互いに接近する相互に平行又は略平行に対向する部分からなる対部分を少なくとも各フィラメント端部寄りに含むように屈曲配置されたフィラメントに通電するためのフィラメント電源を含むフィラメント電源装置を備えており、該フィラメント電源装置は、該フィラメントに流す電流の方向を変更できる電源装置であることを特徴とするイオン照射装置。
【請求項２】
前記の互いに接近する相互に平行又は略平行に対向する部分からなる対部分を少なくとも各フィラメント端部寄りに含むように屈曲配置されたフィラメントに通電するための前記フィラメント電源装置におけるフィラメント電源は該フィラメントに接続されており、該フィラメントに流す電流の方向が時間的に変わるフィラメント電源である請求項１記載のイオン照射装置。
【請求項３】
前記の互いに接近する相互に平行又は略平行に対向する部分からなる対部分を少なくとも各フィラメント端部寄りに含むように屈曲配置されたフィラメントに通電するための前記フィラメント電源装置におけるフィラメント電源は電源電流の方向が一定のフィラメント電源であり、該フィラメント電源装置は該フィラメントに流す電流の方向を変更するために該フィラメント電源とフィラメントとの接続関係を変更できるものである請求項１記載のイオン照射装置。
【請求項４】
前記の互いに逆向きの電流が流れるように相互に平行又は略平行に対向する部分からなる対部分を含むフィラメントにおける該対部分は、前記物品ホルダの回転中心線方向に突出している請求項１、２又は３記載のイオン照射装置。
【請求項５】
真空チャンバ内において、通電による抵抗加熱により熱電子を放出するフィラメントを用いた電子源から放出させた電子を真空チャンバ内導入ガスに衝突させてプラズマを生成させ、該プラズマ中のイオンをイオン照射対象物品に照射するイオン照射装置であり、該真空チャンバ内に、該イオン照射対象物品を支持して予め定めた回転中心線のまわりに回転可能の物品ホルダが設けられており、該電子源は、該物品ホルダに支持されるイオン照射対象物品のイオン照射対象部分に臨むことができるように該物品ホルダの回転中心線方向に延在して設けられており、該電子源における前記フィラメントは、該電子源の物品ホルダ回転中心線方向の全体にわたり該物品ホルダ回転中心線方向において複数段に不連続に分散並列配置され、該複数段のフィラメントのうち少なくとも一組の互いに隣り合うフィラメントは、互いに逆向きの電流が流される相互に平行又は略平行な部分からなる対部分が少なくとも該組をなす互いに隣り合うフィラメントの両端部間中央より各フィラメント端部寄りに含まれるように配置されており、該対部分の相互に平行又は略平行に対向する部分は、該部分に互いに逆向きに流される電流に誘起されて発生する磁場が打ち消しあうように互いに接近しており、該電子源は該互いに接近する相互に平行又は略平行な部分からなる対部分を含む、組をなす互いに隣り合うフィラメントに通電するためのフィラメント電源を含むフィラメント電源装置を備えており、該フィラメント電源装置は、該互いに接近する相互に平行又は略平行な部分に互いに逆向きの電流を流し、且つ、該電流の方向を変更できる電源装置であることを特徴とするイオン照射装置。
【請求項６】
前記の互いに接近する相互に平行又は略平行な部分からなる対部分を含む、組をなす互いに隣り合うフィラメントに通電するための前記フィラメント電源装置おけるフィラメント電源は、該フィラメントに接続されており、該フィラメントに流す電流の方向が時間的に変わるフィラメント電源である請求項５記載のイオン照射装置。
【請求項７】
前記の互いに接近する相互に平行又は略平行な部分からなる対部分を含む、組をなす互いに隣り合うフィラメントに通電するための前記フィラメント電源装置おけるフィラメント電源は、電源電流の方向が一定のフィラメント電源であり、該フィラメント電源装置は該フィラメントに流す電流の方向を変更するために該フィラメント電源とフィラメントとの接続関係を変更できるものである請求項５記載のイオン照射装置。
【請求項８】
前記の互いに接近する相互に平行又は略平行な部分からなる対部分を含む、組をなす互いに隣り合うフィラメントのうち少なくとも一方が、該互いに接近する相互に平行又は略平行な部分からなる対部分を提供するように、少なくとも、両端部間中央より端部寄りの部位が屈曲配置されている請求項５、６又は７記載のイオン照射装置。
【請求項９】
前記電子源は、前記真空チャンバ内導入ガスに衝突させて前記プラズマを生成するために該電子源から放出させる電子として、前記フィラメントへの通電による抵抗加熱により該フィラメントから放出される熱電子を用いる請求項１から８のいずれか一項に記載のイオン照射装置。
【請求項１０】
前記電子源は、前記フィラメントへの通電による抵抗加熱により該フィラメントから放出される熱電子の衝突により熱電子を放出する熱電子放出部材及び前記フィラメントへの通電による抵抗加熱により該フィラメントから放出される熱電子の衝突により２次電子を放出する２次電子放出部材のうち少なくとも一方を含んでおり、前記真空チャンバ内導入ガスに衝突させて前記プラズマを生成するために該電子源から放出させる電子として、該熱電子放出部材及び（又は）２次電子放出部材から放出される電子を用いる請求項１から８のいずれか一項に記載のイオン照射装置。
【請求項１１】
前記電子源は、予備プラズマ室を含んでおり、前記フィラメントへの通電による抵抗加熱により該フィラメントから放出される熱電子を該予備プラズマ室に導入されるガスに衝突させて予備プラズマを生成させ、前記真空チャンバ内導入ガスに衝突させて前記プラズマを生成するために該電子源から放出させる電子として、該予備プラズマ室に生成するプラズマから放出される電子を用いる請求項１から８のいずれかに記載のイオン照射装置。
【請求項１２】
前記複数段のフィラメントのうち少なくとも１段のフィラメントに対し、該フィラメントに流れる電流により誘起される磁場の少なくとも一部を打ち消す磁場形成手段が設けられている請求項１から１１のいずれか一項に記載のイオン照射装置。
【請求項１３】
前記イオン照射対象物品に照射されるイオンに基づくイオン電流の空間分布を計測するイオン電流分布計測装置及び該イオン電流分布計測装置により計測されるイオン電流分布に基づいて、イオン電流分布を該物品のイオン照射対象部分全体に対し均一化するように前記フィラメント電源出力を制御する制御装置を備えている請求項１から１２のいずれか一項に記載のイオン照射装置。
【請求項１４】
前記電子源から放出させた電子の前記真空チャンバ内導入ガスへの衝突により形成されるプラズマの空間分布を計測するプラズマ分布計測装置及び該プラズマ分布計測装置により計測されるプラズマ分布に基づいて、プラズマ分布を該物品のイオン照射対象部分全体に対し均一化するように前記フィラメント電源出力を制御する制御装置を備えている請求項１から１２のいずれか一項に記載のイオン照射装置。
【請求項１５】
前記プラズマの空間分布を計測するプラズマ分布計測装置は、前記各フィラメントが分担する放電電流をモニターすることでプラズマ分布を計測するものであり、該各フィラメントが分担する放電電流をモニターする放電電流計測器を含んでおり、前記フィラメント電源出力を制御する制御装置は、該放電電流計測器でモニターされる放電電流に基づいて各フイラメント電源出力を制御する請求項１４記載のイオン照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はイオン照射対象物品にイオンを照射するイオン照射装置、特に、真空チャンバ内において、通電による抵抗加熱により熱電子を放出するフィラメントを用いた電子源から放出させた電子を真空チャンバへ導入したガスに衝突させてプラズマ化し、該プラズマ中のイオンをイオン照射対象物品に照射するイオン照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
機械部品、工具、自動車部品などの物品への膜形成、イオン注入、表面改質などの処理は、一般的には、真空チャンバ内で行われることが多い。かかる処理のための一連のプロセスでは、物品の表面をクリーニングしたり、物品の表面を適度に荒らしたり、或いは物品の表面温度を上昇させる処理を伴うことが多々ある。
【０００３】
例えば、成膜プロセスにおいては、膜形成を行う前に、物品とそれに形成される膜との密着性をよくするために、物品表面に付着している汚れやゴミなどを除去したり、物品の表面を適度な粗さにすることによって物品と膜の接触面積を大きくしたり、或いは物品の表面温度を上昇させて膜を物品側に拡散させるようなことが行われている。
【０００４】
これらは、例えば、真空チャンバ内において、フィラメント電源からの通電による抵抗加熱により熱電子を放出するフィラメントを用いた電子源から放出させた電子を真空チャンバへ導入したガス（例えばアルゴンガスのような不活性ガス）に衝突させてプラズマを生成させ、該プラズマ中のイオンをイオン照射対象物品に照射するイオン照射装置を用いて行われる。
【０００５】
このタイプの従来のイオン照射装置では、電子源を構成するフィラメントが真空チャンバの片隅に配置されたり、或いは、物品のイオン照射対象部分から外れすぎたようなところに配置され、そのため物品のイオン照射対象部分全体への均一なイオン照射ができないことが多かった。その結果、例えば、その後の物品への膜形成において形成される膜の密着性が不十分になるなどの不具合がでることが多かった。
【０００６】
そこでこのような問題を解決するために、特許第３９３０６６２号公報は、真空チャンバ内の長い範囲にわたる電子源を採用したり、イオン照射対象物品に対向するように該物品の長手方向に長い電子源を採用した、改良されたイオン照射装置を開示している。
【０００７】
かかる改良されたイオン照射装置例を図１２（Ａ）に示す。図１２（Ｂ）は、このあと記すイオン照射対象物品Ｗとフィラメント２との配置関係を図１２（Ａ）において右側から見て示す図である。
【０００８】
図１２（Ａ）に示すイオン照射装置は真空チャンバ１、チャンバ内に配置された電子源を構成するフィラメント２、チャンバ内に設置された物品ホルダ３等を備えている。
真空チャンバ１は、図示省略の排気装置により排気ポート１１から排気することでチャンバ内を所定のイオン照射圧に減圧維持することができ、また、ガス導入ポート１２から照射イオンを生成させるためのガス、例えばアルゴンガスのような不活性ガスをチャンバ内へ導入できる。
【０００９】
イオン照射対象物品Ｗは本例では円柱形状のものでホルダ３に縦長に支持される。ホルダ３は図示省略の回転駆動装置により回転駆動可能であり、これによりイオン照射中、物品Ｗを回転させることができる。フィラメント２は上下の端子台２１、２２に支持され、両端子台間に上下方向に直線的に張設され、物品Ｗの長手方向（回転中心線方向）に長くのび、物品Ｗの全体に対向している。
【００１０】
イオン照射にあたっては、真空チャンバ１内を所定圧へ減圧維持しつつガス導入ポート１２からガス（例えばアルゴンガス）を導入するとともに、電源ＰＷ１からフィラメント２に電流を流し、これによりフィラメントを抵抗加熱して熱電子を放出させる一方、チャンバ１にフィラメント２より高電位になるように放電用電源ＰＷ２から電圧を印加し、これによりフィラメント２から熱電子を引き出し、直流放電を発生させるとともに熱電子を導入ガスに衝突させてガスプラズマを発生させ、該ガスプラズマ中のイオンをバイアス電源ＰＷ３から負のバイアス電圧が印加された物品Ｗへ照射する。
【００１１】
以上のほか図１３の装置も例示できる。図１３のイオン照射装置は、図１２（Ａ）に示すイオン照射装置において、一本の長いフィラメント２に代えて、複数本のフィラメント２’を物品Ｗの長手方向にそって複数段に不連続に並列配置し、各フィラメント２’にフィラメント電源ＰＷ１’を接続したものである。各フィラメント２’は端子台２１’、２２’間に直線的に張設され、物品Ｗの長手方向に対し垂直な方向に延在している。その他の点は図１２（Ａ）のイオン照射装置と同構成である。
【００１２】
図１２（Ａ）、図１３に示すいずれのイオン照射装置も、電子源を構成するフィラメントが真空チャンバの片隅に配置されたり、或いは、物品のイオン照射対象部分から外れすぎたようなところに配置されたイオン照射装置と比べると、物品のイオン照射対象部分全体へ均一にイオンを照射できる。
【００１３】
しかしながら、特許第３９３０６６２号公報に開示されているイオン照射装置や、図１２（Ａ）に示すイオン照射装置のように、電子源におけるフィラメントが連続的に長いイオン照射装置では、図１２（Ａ）に示すようにフィラメントを抵抗加熱する電源（フィラメント電源）として直流電源を採用すると、フィラメントが長くなりすぎることによって、抵抗加熱すべく該フィラメントへ印加する電圧が大きくなりすぎ、それによりフィラメントの負電位側と真空チャンバとの間の電位差が大きくなりすぎ、該フィラメントが真空チャンバ内に生成したプラズマからのスパッタリングを激しく受け、フィラメントの消耗が激しくなり、短時間で切れてしまう。
【００１４】
この問題を解消しようとして放電用電源の出力電圧を下げたり、或いはフィラメント電源の極性を反転させると、フィラメントの正電位側と真空チャンバとの間の電位差が小さくなりすぎ、熱電子を十分引き出せなくなる。その結果、フィラメントの正電位側近傍で生成したプラズマの密度が極端に低くなり、イオン照射対象物品に全体的に均一なイオン照射を行うことが困難になる。ひいては、例えばその後の成膜プロセスではイオン照射量の小さい領域で形成された膜部分は物品本体への十分な密着力が得られないなどの問題が生じる。
【００１５】
この点、図１３に示すイオン照射装置では、フィラメント２’群が物品Ｗに全体的に臨むように複数段に並列配置されているので、それだけ物品Ｗ全体に均一にイオン照射することができ、また、図１２（Ａ）の装置の場合に比べれば、各フィラメント２’の長さが短いので、長い一本のフィラメントを採用する場合に比べると低電圧印加で加熱して電子を放出させ得るので、フィラメントの消耗が少ない。
【００１６】
しかし、図１２（Ａ）に示すイオン照射装置の場合は勿論であるが、図１３に示すイオン照射装置においても、フィラメントから引き出される電子はフィラメント自身によって誘起される磁場によってトラップされるので、密度の高いプラズマを生成することは困難である。この間題を解決するために、フィラメントに流す電流を大きくして多数の熱電子を引き出そうとすると、フィラメントの動作温度が高くなりすぎ、フィラメントの蒸発が激しくなったり、また、スパッタリングを受ける場合のスパッタリング率が高くなって、結果としてフィラメントが短時間で切れてしまうという問題がある。
【００１７】
そこで特開平２００６−１４７２６９号公報は、この問題を解決するためのイオン照射装置として次のものを開示している。
すなわち、電子源に用いている個々のフィラメントを互いに平行又は略平行な部分を含むものとし、そのフィラメントに電流が流れることで発生する磁界については、該互いに平行又は略平行な部分では互いにうち消しあい、そこから放出される熱電子が磁界にトラップされ難くし、それにより該フィラメントの動作電圧／電流が小さくても効率的に熱電子を引き出すことができるようにしたイオン照射装置である。また、低い電圧／電流で動作させることにより、プラズマからのスパッタリングを受けに難くし、フィラメントの長寿命化を実現している。
【００１８】
このイオン照射装置の例について図面を参照してさらに説明しておく。
図１４（Ａ）はこのタイプのイオン照射装置の１例を示している。図１４（Ａ）のイオン照射装置は、図１２（Ａ）に示すイオン照射装置において、フィラメント２に代え、３本のフィラメント２α、２α’、２α”を採用したものである。これら３本のフィラメントは上下方向３段に不連続に並列配置されており、各フィラメントはイオン照射対象物品Ｗの上下長手方向に対し水平方向に配置された端子台２１α、２２α間に張設されている。各フィラメントとイオン照射物品Ｗとの位置関係は平面から見ると、図１４（Ｂ）に示すようになっている。
【００１９】
各フィラメントには、それぞれのフィラメントに対して設けたフィラメント電源ＰＷαから通電されるようになっており、これらフィラメント等が電子源２０αを構成している。
上段のフィラメント２αは、図１４（Ｃ）にも示すように、その途中に、互いに接近して平行に上下方向に延びる部分ａ１、ａ１を含むように屈曲配置されている。下段のフィラメント２α”は、フィラメント２αと上下対称に屈曲配置されている。中段のフィラメント２α’は、図１４（Ｄ）にも示すように、その途中に、互いに接近して平行となる上下方向に延びる部分ａ１’、ａ１’及びａ２’、ａ２’を含むように屈曲配置されている。中間の部分ａ１’、ａ２’は上下に一直線になっている。各フィラメントは互いに平行となる上下方向に延びる部分を含む屈曲部分が物品Ｗに対向している。
【００２０】
上記以外の点は図１２（Ａ）に示すイオン照射装置と実質上同構成であり、図１２（Ａ）の装置におけるものと実質上同じ部品、部分等には該装置と同じ参照符号を付してある。
【００２１】
このイオン照射装置によると、真空チャンバ１内を所定圧へ減圧維持しつつガス導入ポート１２からガス（例えばアルゴンガス）を導入するとともに、各電源ＰＷαからフィラメント２α、２α’、２α”のそれぞれに電流を流し、これにより各フィラメントを抵抗加熱して熱電子を放出させる一方、チャンバ１に各フィラメントより高電位になるように放電用電源ＰＷ２から電圧を印加し、これによりフィラメント２α、２α’、２α”からそれぞれ熱電子を引き出し、直流放電を発生させるとともに該熱電子を導入ガスに衝突させてプラズマを発生させ、該プラズマ中のイオンをバイアス電源ＰＷ３から負のバイアス電圧を印加した物品Ｗへ照射して、物品Ｗの表面をクリーニングしたり、適度に荒らしたり、物品の表面温度を上昇させる等の処理を実施できる。
【００２２】
図１４（Ａ）のイオン照射装置によると、電子源２０αにおけるフィラメント２α、２α’、２α”は、電子源２０αの全体にわたり不連続に複数段に分散配列されているから、それだけ電子源２０αの全体又ほぼ全体から均一状に電子を放出させることができ、しかも、電子源２０αは物品Ｗのイオン照射対象部分の全体に臨むように設けられている。従って、該電子源から放出させた電子を真空チャンバ内導入ガスに衝突させてプラズマを形成するとき、該プラズマは物品Ｗのイオン照射対象部分の全体に均一状に臨むように生成し、かくして、該プラズマからイオン照射対象部分全体的に均一にイオンを照射することができる。
【００２３】
また、複数段に並列配置された複数本のフィラメント２α、２α’、２α”の一本一本は、図１２（Ａ）のように物品のイオン照射対象部分の全体に臨むように連続的に長く張設されている一本のフィラメントと比べると短くすることができ、それだけ個々のフィラメントに対する、抵抗加熱による熱電子放出のための（換言すれば、フィラメント動作温度を得るための）印加電圧は低く済み、それだけフィラメントの蒸発や、プラズマからのスパッタリング等によるフィラメントの消耗を抑制して、イオン照射装置を長寿命化できる。
【００２４】
さらに、電子源２０αにおける各フィラメントは、既述のとおり相互に接近して平行な部分、すなわち、フィラメント２α、２α”ではａ１とａ１、フィラメント２α’ではａ１’とａ１’、ａ２’とａ２’を含むように屈曲配置されている。従って、フィラメント電源ＰＷαから電流をながすと、該相互に平行な部分のうち一方に流れる電流と他方に流れる電流とは互いに逆向きの流れとなり、それにより、それらの部分から生じる
熱電子は磁場にトラップされることが抑制される状態で十分に引き出される。
【００２５】
かくして、各フィラメントに印加する電圧をフィラメント消耗が抑制されるように低くしても、照射イオンを得るためのプラズマを高密度に形成することができ、ひいては、徒に長時間を要することなく、所定のイオン照射量で効率よく物品Ｗにイオン照射処理を施せる。
【００２６】
実際にイオン照射装置を用いる際には、何らかの都合で、例えば各部品の配置上、フィラメント支持端子台の間隔を大きくしなければならないという事態が生じることがあり得る。その場合、フィラメントはある程度長くしなければならなくなる。その場合でも各フィラメントは互いに平行又は略平行な部分からなる対部分を含むように屈曲配置すればよいが、その場合は、図１５のイオン照射装置で例示されるように、複数段フィラメン２β、２β’、２β”の負極性側に該対部分を近づけるようにすればよい。
【００２７】
こうすることで、各フィラメントの互いに平行又は略平行な部分からなる対部分は図１４（Ａ）のイオン照射装置の場合と同等の放電電圧が印加され、効率的に熱電子を引き出すことができ、図１４（Ａ）のイオン照射装置の場合と同等の効果が得られる。
【００２８】
また、特開平２００６−１４７２６９号公報には別の形態として、図１６に示すイオン照射装置も開示されている。このイオン照射装置は、図１４（Ａ）のイオン照射装置において、フィラメント２α、２α’、２α”に代えて、フィラメント２γ、２γ’、２γ、２γ’を採用したものである。これら４本のフィラメントは上下方向４段に並列配置されており、各フィラメントはイオン照射装置対象物品Ｗの上下長手方向に対し水平方向に配置された端子台２１γ、２２γに張設されている。
各フィラメントには、それぞれのフィラメントに対して設けたフィラメント電源ＰＷγから通電されるようになっており、これらのフィラメント等が電子源２０γを構成している。
【００２９】
上側の互いに隣り合うフィラメント２γ、２γ’、下側の互いに隣り合うフィラメント２γ、２γ’はいずれも、互いに接近する相互に平行な部分を含むように屈曲配置されている。互いに接近する相互に平行な部分からなる各組が物品Ｗに対向している。
【００３０】
上側の互いに隣り合うフィラメント２γ、２γ’にはそれらに接続されたフィラメント電源ＰＷγから互いに逆向きの電流が流されるようになっており、同様に、下側の互いに隣り合うフィラメント２γ、２γ’にはそれらに接続されたフィラメント電源ＰＷγから互いに逆向きの電流が流されるようになっている。
上記以外の点は図１４（Ａ）に示すイオン照射装置と実質上同構成であり、図１４（Ａ）の装置と実質上同じ部品、部分等には同じ参照符号を付してある。
【００３１】
図１６のイオン照射装置によると、上側及び下側それぞれの互いに隣り合うフィラメント２γ、２γ’における互いに接近した平行部分に互いに逆向きの電流が流されるので、フィラメント電流によって誘起される磁場は互いに打ち消しあい、従って、図１４（Ａ）のイオン照射装置の場合と同様にフィラメントから引き出される熱電子は磁場にトラップされ難くなり、フィラメント動作温度を得るためにフィラメントに印加する電圧を低くしても、効率的なプラズマ生成を行なうことができる。
また、フィラメント印加電圧を低くできることで、フィラメント、ひいてはイオン照射装置を長寿命化できる。さらに、図１４（Ａ）のイオン照射装置と同様、物品Ｗのイオン照射対象部分の全体にわたり均−にイオン照射できる。
【００３２】
この様に、複数のフィラメントにより相互に平行又は略平行な部分からなる対部分を作る場合にも、何らかの理由で端子台の間隔を大きくしなければならず、フィラメントをある程度長くしなければならないという事態が生じることがあり得る。
その場合でも、図１７に示すように、相互に平行又は略平行な部分からなる対部分を、該対部分を提供している各フィラメントから見て、該フィラメントの負極側に近づけるように配置すれば、その対部分には、図１６のイオン照射装置の場合と同等の放電電圧が印加され、効率的に熱電子を引き出すことができ、図１６のイオン照射装置と同等の効果が得られる。
【００３３】
【特許文献１】特許第３９３０６６２号公報
【特許文献２】特開平２００６−１４７２６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３４】
しかしながら、図１５や図１７に示すイオン照射装置のように、フィラメント中に、或いは隣り合うフィラメントにおいて、互いに接近する相互に平行又は略平行な部分からなり、それらに互いに逆向きの電流を流すことで発生する磁場が打ち消し合い、それにより効率よく熱電子を放出させ得る対部分が形成され、且つ、該対部分をフィラメントの負極性側端部寄りに位置させることで放電電圧を有効に作用させて効率良く熱電子を引き出せるようにしたイオン照射装置によると、フィラメントの負極性側部位は正極性側部位に比べて実質的な放電電圧が高くなるため、フィラメントの負極性側部位は正極性側部位に比べてプラズマからのスパッタリングを受けやすく、負極性側部位が正極性側部位よりも早く消耗してしまう。
【００３５】
そのため、図１５や図１７のように、各段のフィラメントが長いイオン照射装置の場合には、フィラメントの正極性側部位はあまり消耗していないのに、フィラメントの負極性側部位が消耗し、遂には断線して、該フィラメントが使えなくなってしまうことがある。      
【００３６】
このような問題は、電子源がフィラメント自身の場合だけではなく、フィラメントに電流を流すことによって熱電子を引き出し、この熱電子を別途熱電子放出部材及び（又は）二次電子放出部材に衝突させて、それから熱電子及び（又は）二次電子を引き出すような方式の電子源や、フィラメントに電流を流すことによって熱電子を引き出し、この熱電子を真空チャンバとは仕切られた予備プラズマ室に導入したガスに衝突させて予備プラズマを生成し、予備プラズマから電子を引き出すような方式の電子源の場合にも同様に生じる。
【００３７】
そこで本発明は、真空チャンバ内において、通電による抵抗加熱により熱電子を放出するフィラメントを用いた電子源から放出させた電子を真空チャンバ内導入ガスに衝突させてプラズマを生成させ、該プラズマ中のイオンをイオン照射対象物品に照射するイオン照射装置であって、イオン照射対象物品のイオン照射対象部分に全体的に均一に、効率よくイオン照射処理を施すことができ、しかも、フィラメントの端部寄りの部分のプラズマからのスパッタリングによる消耗を抑制することができ、それだけ寿命の長いイオン照射装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００３８】
前記課題を解決するため本発明は次の第１、第２のイオン照射装置を提供する。
（１）第１のイオン照射装置
真空チャンバ内において、通電による抵抗加熱により熱電子を放出するフィラメントを用いた電子源から放出させた電子を真空チャンバ内導入ガスに衝突させてプラズマを生成させ、該プラズマ中のイオンをイオン照射対象物品に照射するイオン照射装置であり、該真空チャンバ内に、該イオン照射対象物品を支持して予め定めた回転中心線のまわりに回転可能の物品ホルダが設けられており、該電子源は、該物品ホルダに支持されるイオン照射対象物品のイオン照射対象部分に臨むことができるように該物品ホルダの回転中心線方向に延在して設けられており、該電子源における前記フィラメントは、該電子源の物品ホルダ回転中心線方向の全体にわたり該物品ホルダ回転中心線方向において複数段に不連続に分散並列配置され、該複数段のフィラメントのそれぞれは、互いに逆向きの電流が流れるように相互に平行又は略平行に対向する部分からなる対部分を少なくとも該フィラメントの両端部間中央より各フィラメント端部寄りに含むように屈曲配置されており、該対部分の相互に平行又は略平行に対向する部分は、該部分に互いに逆向きに流される電流に誘起されて発生する磁場が打ち消しあうように互いに接近しており、該電子源は前記の互いに接近する相互に平行又は略平行に対向する部分からなる対部分を少なくとも各フィラメント端部寄りに含むように屈曲配置されたフィラメントに通電するためのフィラメント電源を含むフィラメント電源装置を備えており、該フィラメント電源装置は、該フィラメントに流す電流の方向を変更できる電源装置であるイオン照射装置。
【００３９】
（２）第２のイオン照射装置
真空チャンバ内において、通電による抵抗加熱により熱電子を放出するフィラメントを用いた電子源から放出させた電子を真空チャンバ内導入ガスに衝突させてプラズマを生成させ、該プラズマ中のイオンをイオン照射対象物品に照射するイオン照射装置であり、該真空チャンバ内に、該イオン照射対象物品を支持して予め定めた回転中心線のまわりに回転可能の物品ホルダが設けられており、該電子源は、該物品ホルダに支持されるイオン照射対象物品のイオン照射対象部分に臨むことができるように該物品ホルダの回転中心線方向に延在して設けられており、該電子源における前記フィラメントは、該電子源の物品ホルダ回転中心線方向の全体にわたり該物品ホルダ回転中心線方向において複数段に不連続に分散並列配置され、該複数段のフィラメントのうち少なくとも一組の互いに隣り合うフィラメントは、互いに逆向きの電流が流される相互に平行又は略平行な部分からなる対部分が少なくとも該組をなす互いに隣り合うフィラメントの両端部間中央より各フィラメント端部寄りに含まれるように配置されており、該対部分の相互に平行又は略平行に対向する部分は、該部分に互いに逆向きに流される電流に誘起されて発生する磁場が打ち消しあうように互いに接近しており、該電子源は該互いに接近する相互に平行又は略平行な部分からなる対部分を含む、組をなす互いに隣り合うフィラメントに通電するためのフィラメント電源を含むフィラメント電源装置を備えており、該フィラメント電源装置は、該互いに接近する相互に平行又は略平行な部分に互いに逆向きの電流を流し、且つ、該電流の方向を変更できる電源装置であるイオン照射装置。
【００４０】
かかる第１、第２のイオン照射装置において、「真空チャンバ内導入ガス」とは、真空チャンバ内へ導入され、電子源から放出される電子の衝突によりプラズマ化され、それによりイオン照射対象物品へ照射するイオンを生成するガスである。
また、「磁場が打ち消しあう」には、磁場が完全に打ち消しあう場合は勿論のこと、完全ではないが、磁場が打ち消しあっているとみて差し支えない場合も含まれる。
【００４１】
第１、第２のイオン照射装置のいずれにおいても、電子源におけるフィラメントは、該電子源の物品ホルダ回転中心線方向の全体（ほぼ全体である場合も含む）にわたり該物品ホルダ回転中心線方向において複数段に不連続に分散並列配置されているから、それだけ電子源の全体又はほぼ全体から均一状に電子を放出させることができ、しかも、電子源は、物品ホルダに支持されるイオン照射対象物品のイオン照射対象部分に臨むことができるように該物品ホルダの回転中心線方向に延在して設けられているから、該電子源から放出させた電子を真空チャンバ内導入ガスに衝突させてプラズマを形成するとき、該プラズマは物品のイオン照射対象部分に全体的に均一状に臨むように生成し、かくして、該プラズマからイオン照射対象部分に全体的に均一にイオンを照射することができる。
【００４２】
第１のイオン照射装置では、電子源における複数段のフィラメントのそれぞれは、互いに逆向きの電流が流れるように相互に平行又は略平行に対向する部分からなる対部分を少なくとも該フィラメントの両端部間中央より各フィラメント端部寄りに含んでおり、該対部分の相互に平行又は略平行に対向する部分は、該部分に互いに逆向きに流される電流に誘起されて発生する磁場が打ち消しあうように互いに接近している。
【００４３】
従って、該フィラメンに通電した際に、該相互に平行又は略平行な部分のうち一方に流れる電流と他方に流れる電流とは互いに逆向きの流れとなり、それにより、それら部分に電流の流れにより形成される磁場は互いに打ち消しあい、それら部分から生じる熱電子は磁場にトラップされることが抑制される状態で引き出すことができる。
かくして、該フィラメントに印加する電圧をフィラメント消耗を抑制するように低くしても、照射イオンを得るためのプラズマを高密度に形成することができ、ひいては、徒に長時間を要することなく、所定のイオン照射量で効率よく物品にイオン照射処理を施せる。
【００４４】
第２のイオン照射装置においても、電子源における複数段のフィラメントのうち少なくとも一組の互いに隣り合うフィラメントには、互いに逆向きの電流が流される相互に平行又は略平行な部分からなる対部分が少なくとも該組をなす互いに隣り合うフィラメントの両端部間中央より各フィラメント端部寄りに含まれており、該対部分の相互に平行又は略平行に対向する部分は、該部分に互いに逆向きに流される電流に誘起されて発生する磁場が打ち消しあうように互いに接近している。
【００４５】
従って、該互いに接近する相互に平行又は略平行な部分からなる対部分を含む、組をなす互いに隣り合うフィラメントに通電した際に、該相互に平行又は略平行な部分の一方に流れる電流と他方に流れる電流とは互いに逆向きの流れとなり、それにより、それら部分に電流の流れにより形成される磁場は互いに打ち消しあい、それら部分から生じる熱電子は磁場にトラップされることが抑制される状態で引き出すことができる。
かくして、該フィラメントに印加する電圧をフィラメント消耗を抑制するように低くしても、照射イオンを得るためのプラズマを高密度に形成することができ、ひいては、徒に長時間を要することなく、所定のイオン照射量で効率よく物品にイオン照射処理を施せる。
【００４６】
しかも、それだけでなく、第１及び第２のイオン照射装置においては、フィラメントの両端部間中央よりフィラメント両端部寄りに（各端部寄りに）、該フィラメントに流れる電流に誘起されて発生する磁場を打ち消し合う部分を含んでいるため、該フィラメントのいずれの端部をフィラメント電源の負極性側に接続しても、十分に熱電子を引き出すことができる状態とされている。
【００４７】
そして、第１のイオン照射装置では、前記の互いに接近する相互に平行又は略平行に対向する部分からなる対部分を少なくとも各フィラメント端部寄りに含むように屈曲配置されたフィラメントに通電するためのフィラメント電源を含むフィラメント電源装置が設けられており、該フィラメント電源装置は、該フィラメントに流す電流の方向を変更できる電源装置とされている。これにより、フィラメントのいずれの端部寄り部分からも十分に熱電子を引き出すことができる。
【００４８】
第２のイオン照射装置では、前記の互いに接近する相互に平行又は略平行な部分からなる対部分を含む、組をなす互いに隣り合うフィラメントに通電するためのフィラメント電源を含むフィラメント電源装置が設けられており、該フィラメント電源装置は、該互いに接近する相互に平行又は略平行な部分に互いに逆向きの電流を流し、且つ、該電流の方向を変更できる電源装置とされている。これにより、フィラメントのいずれの端部寄り部分からも十分に熱電子を引き出すことができる。
【００４９】
フィラメントに電流を流すための電源装置についてさらに説明すると、第１のイオン照射装置については、
(1-1) 前記の互いに接近する相互に平行又は略平行に対向する部分からなる対部分を少なくとも各フィラメント端部寄りに含むように屈曲配置されたフィラメントに通電するための前記フィラメント電源装置におけるフィラメント電源は該フィラメントに接続されており、該フィラメントに流す電流の方向が時間的に( 例えば周期的に) 変わるフィラメント電源である場合、
(1-2) 前記の互いに接近する相互に平行又は略平行に対向する部分からなる対部分を少なくとも各フィラメント端部寄りに含むように屈曲配置されたフィラメントに通電するための前記フィラメント電源装置におけるフィラメント電源は電源電流( 電源の出力電流) の方向が一定のフィラメント電源であり、該フィラメント電源装置は該フィラメントに流す電流の方向を変更するために該フィラメント電源とフィラメントとの接続関係を変更できるものである場合を例示できる。
【００５０】
第２のイオン照射装置については、
(2-1) 前記の互いに接近する相互に平行又は略平行な部分からなる対部分を含む、組をなす互いに隣り合うフィラメントに通電するための前記フィラメント電源装置おけるフィラメント電源は、該フィラメントに接続されており、該フィラメントに流す電流の方向が時間的に( 例えば周期的に) 変わるフィラメント電源である場合、
(2-2) 前記の互いに接近する相互に平行又は略平行な部分からなる対部分を含む、組をなす互いに隣り合うフィラメントに通電するための前記フィラメント電源装置おけるフィラメント電源は、電源電流( 電源の出力電流) の方向が一定のフィラメント電源であり、該フィラメント電源装置は該フィラメントに流す電流の方向を変更するために該フィラメント電源とフィラメントとの接続関係を変更できるものである場合を例示できる。
【００５１】
第１のイオン照射装置についての上記(1-1) の場合及び第２のイオン照射装置についての上記(2-1) の場合、フィラメントに流す電流の向きが時間的に変わる電源をフィラメント電源として用いることで、フィラメントの両端部が交互にフィラメント電源の負極側と接続される状態となり、該フィラメントの片側部分のみがプラズマからのスパッタリングにより早く消耗することが抑制され、該フィラメントの両側部分の消耗がそれだけ均等になり、かくして片側部分のみに消耗が集中する場合よりもフィラメント、ひいてはイオン照射装置を長寿命化できる。
【００５２】
第１のイオン照射装置についての上記(1-2) の場合及び第２のイオン照射装置についての上記(2-2) の場合、フィラントに流す電流の向きが時間的に変わらない電源をフィラメント電源として用いているが、使用時の予め定めた時間ごとに、又は予め定めたイオン照射装置使用回数ごとに、フィラメント、フィラメント電源等のうち１又は２以上の接続位置や方向を変えることで、フィラメントの両側端部が交互にフィラメント電源の負極側と接続される状態となり、該フィラメントの片側部分のみがプラズマからのスパッタリングにより早く消耗することが抑制され、該フィラメントの両側部分の消耗がそれだけ均等になり、かくして、片側部分のみに消耗が集中する場合よりもフィラメント、ひいてはイオン照射装置を長寿命化できる。
【００５３】
なお、第１のイオン照射装置においては、複数段のフィラメントのうち少なくとも一組の互いに隣り合うフィラメントは、互いに逆向きの電流が流される、相互に平行又は略平行な部分を少なくとも一組含んでいてもよい。かかる相互に平行又は略平行な部分は、該部分に互いに逆向きに流される電流に誘起されて発生する磁場が打ち消しあうように接近させる。すなわち、そのように互いに隣り合うフィラメンと、フィラメント中において相互に平行又は略平行な部分からなる対部分を含むように屈曲配置されたフィラメントとが混じっていてもよい。
【００５４】
また、第２のイオン照射装置においては、複数段のフィラメントのうち少なくとも一組の互いに隣り合うフィラメントについて、互いに逆向きの電流が流される相互に平行又は略平行な部分からなる対部分が、該組をなす隣り合うフィラメントの両端部寄りに（各端部寄りに）含まれ、そして、該相互に平行又は略平行な部分は、該部分に互いに逆向きに流される電流に誘起されて発生する磁場が打ち消しあうように接近していればよいが、そのような組のフィラメントが２組以上あってもよく、そのような組のフィラメントばかりでもよい。
【００５５】
さらに、第２のイオン照射装置においては、少なくとも１段のフィラメントは、互いに逆向きの電流が流れるように相互に平行又は略平行に対向する部分からなる対部分を少なくとも一つ含むように屈曲配置され、該相互に平行又は略平行に対向する部分は、該部分に互いに逆向きに流される電流に誘起されて発生する磁場が打ち消しあうように接近していてもよい。すなわち、そのように屈曲配置されたフィラメントと、互いに接近する相互に平行又は略平行な部分を含むように組をなす互いに隣り合うフィラメントとが混じっていてもよい。
【００５６】
また、複数段のフィラメントのうち、全てのフィラメントについてのフィラメント電源を、電流を流す方向が時間的に変わる電源或いは電流を流す方向が時間的に変わらない電源で統−する必要はなく、情況によっては、該複数段のフィラメントのうち、いくつかのフィラメントでは電源を流す方向が時間的に変わる電源をフィラメント電源として用い、他のフィラメントでは電流を流す方向が時間的に変わらない電源をフィラメント電源として用いることもできる。
【００５７】
第１、第２のイオン照射装置のいずれにおいても、電子源の態様として次の(a) 〜(c) のものを例示できる。
(a) 前記真空チャンバ内導入ガスに衝突させて前記プラズマを生成するために電子源から放出させる電子として、前記フィラメントへの通電による抵抗加熱により該フィラメントから放出される熱電子を用いる電子源。
【００５８】
(b) 前記フィラメントへの通電による抵抗加熱により該フィラメントから放出される熱電子の衝突により熱電子を放出する熱電子放出部材及び前記フィラメントへの通電による抵抗加熱により該フィラメントから放出される熱電子の衝突により２次電子を放出する２次電子放出部材のうち少なくとも一方を含んでおり、前記真空チャンバ内導入ガスに衝突させて前記プラズマを生成するために該電子源から放出させる電子として、該熱電子放出部材及び（又は）２次電子放出部材から放出される電子を用いる電子源。
【００５９】
この電子源の場合、熱電子放出部材や２次電子放出部材は、複数段のフィラメントのそれぞれに対して設けられていてもよいし、複数段のフィラントに対し共通の一つのものが設けられていてもよく、或いは複数段のフィラメントのうち所定本数グループ毎に共通のものが設けられていてもよく、要するに電子源の全体又は略全体から均一状に電子を放出させ得るように設けられていればよい。
熱電子放出部材は２次電子放出部材の機能を有していてもよい。或いは、２次電子放出部材は熱電子放出部材の機能を有していてもよい。
【００６０】
(c) 予備プラズマ室を含んでおり、前記フィラメントへの通電による抵抗加熱により該フィラメントから放出される熱電子を該予備プラズマ室に導入されるガスに衝突させて予備プラズマを生成させ、前記真空チャンバ内導入ガスに衝突させて前記プラズマを生成するために該電子源から放出させる電子として、該予備プラズマ室に生成するプラズマから放出される電子を用いる電子源。
【００６１】
この電子源の場合、予備プラズマ室は、複数段のフィラメントのそれぞれに対して設けられていてもよいし、複数段のフィラントに対し共通の一つのものが設けられていてもよく、或いは複数段のフィラメントのうち所定本数グループ毎に共通のものが設けられていてもよく、要するに電子源の全体又は略全体から均一状に電子を放出させ得るように設けられていればよい。
【００６２】
既述のいずれのイオン照射装置の場合でも、照射イオンを得るためのプラズマを一層高密度で形成してイオン照射をより能率よく行えるようにするために、前記複数段のフィラメントのうち少なくとも１段のフィラメントに対し、該フィラメントに流れる電流により誘起される磁場の少なくとも一部を打ち消す磁場形成手段（永久磁石、電磁石、これらの組み合わせ等）を設けてもよい。
【００６３】
また、いずれのイオン照射装置の場合でも、プラズマの空間分布やイオン電流量の空間分布を計測できるようにし、電子源から引き出す電子量やエネルギー、或いはフィラメントから引き出す電子量やエネルギーを個々に制御したり、熱電子放出部材、二次電子放出部材、予備プラズマなどから引き出す電子の量やエネルギーを個々に制御することにより、プラズマの均一性や物品へ照射するイオンの均一性を制御できるようにしてもよい。
【００６４】
例えば、前記イオン照射対象物品に照射されるイオンに基づくイオン電流の空間分布を計測するイオン電流分布計測装置及び該イオン電流分布計測装置により計測されるイオン電流分布に基づいて、イオン電流分布を該物品のイオン照射対象部分全体に対し均一化するように前記フィラメントの電源出力を制御する制御装置を備えていてもよい。
【００６５】
また、例えば、前記電子源から放出させた電子の前記真空チャンバ内導入ガスへの衝突により形成されるプラズマの空間分布を計測するプラズマ分布計測装置及び該プラズマ分布計測装置により計測されるプラズマ分布に基づいて、プラズマ分布を該物品のイオン照射対象部分全体に対し均一化するように前記フィラメントの電源出力を制御する制御装置を備えていてもよい。
【００６６】
かかるプラズマ分布計測装置としては、例えば、前記各フィラメントが分担する放電電流をモニターすることでプラズマ分布を計測するものを挙げることができる。これは、通常プラズマの密度は放電電流とともに高くなり、放電電流をモニターすることで、実質上プラズマ密度をモニターできることに基づいている。このように放電電流をモニターする場合、プラズマ分布計測装置は、各フィラメントが分担する放電電流をモニターする放電電流計測器を含むことができる。そして、フィラメント電源出力を制御する制御装置は、該放電電流計測器でモニターされる放電電流に基づいて各フイラメント電源出力を制御する。
【発明の効果】
【００６７】
以上説明したように本発明によると、真空チャンバ内において、通電による抵抗加熱により熱電子を放出するフィラメントを用いた電子源から放出させた電子を真空チャンバ内導入ガスに衝突させてプラズマを生成させ、該プラズマ中のイオンをイオン照射対象物品に照射するイオン照射装置であって、イオン照射対象物品のイオン照射対象部分に全体的に均一に、効率よくイオン照射処理を施すことができ、しかも、フィラメントの端部寄りの部分のプラズマからのスパッタリングによる消耗を抑制することができ、それだけ寿命の長いイオン照射装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６８】
以下本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
以下の説明においても、「磁場が打ち消しあう」には、磁場が完全に打ち消しあう場合は勿論のこと、完全ではないが、磁場が打ち消しあっているとみて差し支えない場合も含まれる。
【００６９】
図１（Ａ）は本発明に係るイオン照射装置の１例を示している。図１（Ａ）のイオン照射装置Ａは、図１４（Ａ）や図１５に示すイオン照射装置と同様に、図１２（Ａ）のイオン照射装置において、フィラメント２に代え、３本のフィラメント２ａ、２ａ’、２ａ”を採用したものである。これら３本のフィラメントは上下方向３段に不連続に並列配置されており、各フィラメントはイオン照射対象物品Ｗの上下長手方向に対し水平方向に配置された端子台２１ａ、２２ａ間に張設されている。各フィラメントとイオン照射対象物品Ｗとの位置関係は平面からみると、図１（Ｂ）に示すようになっている。
【００７０】
各フィラメントには、それぞれのフィラメントに対して設けたフィラメント電源装置ＰＷａから通電されるようになっており、これらフィラメント等が電子源２０Ａを構成している。
【００７１】
上段のフィラメント２ａは、図１（Ｃ）にも示すように、フィラメントの両端間の中央よりフィラメントの両端部寄りの部分に互いに接近して平行に上下方向に延びる部分ａ１、ａ１を含むように屈曲配置されている。下段のフィラメント２ａ”はフィラメント２ａと上下対称に屈曲配置されている。中段のフィラメント２ａ’は、図１（Ｄ）にも示すように、フィラメントの両端間の中央よりフィラメントの両端部寄りの部分に互いに接近して平行となる上下方向に延びる部分ａ１’、ａ１’及びａ２’、ａ２’を含むように屈曲配置されている。中間の部分ａ１’、ａ２’は上下に一直線となっている。各フィラメントは互いに平行となる上下方向に延びる部分を有する屈曲部分（対部分）が物品Ｗに対向している。
【００７２】
フィラメントに電流を流すための各フィラメントに対応するフィラメント電源装置ＰＷａは、フィラメントに接続された二つの交流電源ＰＷａ１及びＰＷａ２を含んでいる。これらフィラメント電源ＰＷａ１及びＰＷａ２は、電源それぞれの出力電圧がＶ１とＶ２であったときに、フィラメント両端の電位差が（｜Ｖ１｜＋｜Ｖ２｜）となるように対応するフィラメントに接続されている。さらに言えば、これらフィラメント電源ＰＷａ１及びＰＷａ２は、電源ＰＷａ１がフィラメントの一端に電圧印加する一方、電源ＰＷ２が該フィラメントの他端に、図１（Ｅ）に示すように、電源ＰＷａ１とピークツーピーク電圧は等しいが、１８０度の位相差を有する電圧を印加するように該フィラメントに接続されている。
【００７３】
フィラメント及びフィラメント電源以外の点は図１２（Ａ）や図１４（Ａ）に示すイオン照射装置と実質上同構成であり、図１４（Ａ）の装置におけるものと実質上同じ部品、部分等には該装置と同じ参照符号を付してある。
【００７４】
このイオン照射装置Ａによると、真空チャンバ１内を所定圧へ減圧維持しつつガス導入ポート１２からガス（例えばアルゴンガス）を導入するとともに、フィラメント電源ＰＷａ１、ＰＷａ２を含む電源装置ＰＷａからフィラメント２ａ、２ａ’、２ａ”のそれぞれに電流を流し、これにより各フィラメントを抵抗加熱して熱電子を放出させる一方、チャンバ１に各フィラメントより高電位になるように放電用電源ＰＷ２から電圧を印加し、これによりフィラメント２ａ、２ａ’、２ａ”からそれぞれ熱電子を引き出し、直流放電を発生させるとともに該熱電子を導入ガスに衝突させてプラズマを発生させ、該プラズマ中のイオンをバイアス電源ＰＷ３から負のバイアス電圧を印加した物品Ｗへ照射して、物品Ｗの表面をクリーニングしたり、適度に荒らしたり、物品の表面温度を上昇させる等の処理を実施できる。
【００７５】
イオン照射装置Ａによると、電子源２０Ａにおけるフィラメント２ａ、２ａ’、２ａ”は、電子源２０Ａの全体にわたり不連続に複数段に分散並列配置されているから、それだけ電子源２０Ａの全体又はほぼ全体から均一状に電子を放出させることができ、しかも、電子源２０Ａは物品Ｗのイオン照射対象部分の全体に臨むように設けられている。従って、該電子源から放出させた電子を真空チャンバ内導入ガスに衝突させてプラズマを形成するとき、該プラズマは物品Ｗのイオン照射対象部分の全体に均一状に臨むように生成し、かくして、該プラズマからイオン照射対象部分に全体的に均一にイオンを照射することができる。
【００７６】
また、複数段に並列配置された複数本のフィラメント２ａ、２ａ’、２ａ”の一本一本は、物品のイオン照射対象部分に全体的に臨むように連続的に長く張設される一本のフィラメントと比べると短くすることができ、それだけ個々のフィラメントに対する、抵抗加熱による熱電子放出のための（換言すれば、フィラメント動作温度を得るための）印加電圧は低く済み、それだけフィラメントの蒸発や、プラズマからのスパッタリング等によるフィラメントの消耗を抑制して、イオン照射装置Ａを長寿命化できる。
【００７７】
また、電子源２０Ａにおける各フィラメントは、既述のとおり相互に接近して平行な部分、すなわち、フィラメント２ａ、２ａ”ではａ１とａ１、フィラメン２ａ’ではａ１’とａ１’、ａ２’とａ２’を含むように屈曲配置されている。従って、フィラメント電源ＰＷａ１、ＰＷａ２から電流を流すと、該相互に平行な部分のうち一方に流れる電流と他方に流れる電流とは互いに逆向きの流れとなり、それにより、それら部分に電流の流れにより形成される磁場は互いに打ち消しあい、それら部分から生じる熱電子は磁場にトラップされることが抑制される状態で十分に引き出される。かくして、各フィラメントに印加する電圧をフィラメント消耗を抑制するように低くしても、照射イオンを得るためのプラズマを高密度に形成することができ、ひいては、徒に長時間を要することなく、所定のイオン照射量で効率よく物品Ｗにイオン照射処理を施せる。
【００７８】
さらに、電子源２０Ａにおける各フィラメントは、どちらの端をフィラメント電源の負極性側に接続しても、上記の効果が得られるため、図示しているようにフィラメント電源ＰＷａ１、ＰＷａ２として交流電源を用いることができ、フィラメントの片側部分のみが他方部分よりも常に電圧が低い状態ではない。そのため、プラズマからのスパッタが該フィラメントの片側部分に集中せず、両側部分に分散されるため、物品Ｗに対するイオン照射処理の効率を落とすことなく、イオン照射装置Ａを長寿命化できる。
【００７９】
図２は本発明に係るイオン照射装置の他の例を示している。図２のイオン照射装置Ａ’は、図１（Ａ）のイオン照射装置Ａにおいて、各フィラメントに通電する電源装置を変更したものである。それ以外の点は装置Ａと実質上同構成であり、装置Ａにおける部分、部品と実質上同じものには装置Ａと同じ参照符号を付してある。
【００８０】
イオン照射装置Ａ’におけるフィラメント２ａ、２ａ’、２ａ”のそれぞれに対するフィラメント電源装置ＰＷａ’は、交流電源ＰＷａ１’と、変圧器Ｔａ’とを含むものである。変圧器Ｔａ’の２次巻線がフィラメント端子台２１ａ、２２ａへ延ばされ、そこでフィラメント両端に接続されている。また、放電電源ＰＷ２の負極性側が変圧器Ｔａ’の２次巻線の途中に接続されている。
【００８１】
この電源装置Ｐｗａ’によっても、各フィラメントには交流が流れるので、フィラメントの片側部分のみが他方部分よりも常に電圧が低い状態とはならない。そのため、プラズマからのスパッタが該フィラメントの片側部分に集中せず、両側部分に分散されるため、物品Ｗに対するイオン照射処理の効率を落とすことなく、イオン照射装置Ａ’を長寿命化できる。
【００８２】
図３は本発明に係るイオン照射装置のさらに他の例を示している。図３のイオン照射装置Ａ”は、図１（Ａ）のイオン照射装置Ａにおいて、各フィラメントに通電する電源装置を変更したものである。それ以外の点は装置Ａと実質上同構成であり、装置Ａにおける部分、部品と実質上同じものには装置Ａと同じ参照符号を付してある。
【００８３】
イオン照射装置Ａ”においては、フィラメント２ａ、２ａ’、２ａ”に共通のフィラメント電源装置ＰＷａ”が設けられている。電源装置ＰＷａ”は、交流電源ＰＷａ１”と、変圧器Ｔａ”とを含むものである。変圧器Ｔａ”の２次巻線が各フィラメントの端子台２１ａ、２２ａへ延ばされ、そこでフィラメント両端に接続されている。また、放電電源ＰＷ２の負極性側が変圧器Ｔａ”の２次巻線の途中に接続されている。
【００８４】
この電源装置Ｐｗａ”によっても、各フィラメントには交流が流れるので、フィラメントの片側部分のみが他方部分よりも常に電圧が低い状態とはならない。そのため、プラズマからのスパッタが該フィラメントの片側部分に集中せず、両側部分に分散されるため、物品Ｗに対するイオン照射処理の効率を落とすことなく、イオン照射装置Ａ”を長寿命化できる。
【００８５】
図４（Ａ）は本発明に係るイオン照射装置のさらに他の例を示している。このイオン照射装置Ｂは、図１（Ａ）のイオン照射装置Ａにおいて、フィラメント電源装置ＰＷａに代えてフィラメント電源装置ＰＷｂを採用したものである。フィラメント電源装置ＰＷｂは二つのフィラメント電源ＰＷｂ１、ＰＷｂ２及びそれら電源をフィラメントに交互に切り替え接続するためのスイッチＳｂを含んでいる。フィラメント電源ＰＷｂ１、ＰＷｂ２は直流電源である。スイッチＳｂはスイッチ制御部ＳＷｂにより予め定めた時間間隔で切り替えられる。これらフィラメント等が電子源２０Ｂを構成している。
上記以外の点は図１（Ａ）に示すイオン照射装置Ａと実質上同構成であり、図１（Ａ）の装置Ａと実質上同じ部品、部分等には装置Ａと同じ参照符号を付してある。
【００８６】
このイオン照射装置Ｂの場合、イオン照射装置Ａと違って、フィラメント電源ＰＷｂ１、ＰＷｂ２は極性が時間的に変わらない。そのため、もし図４に示されている状態がそのまま維持されるならば、すなわち、直流電源ＰＷｂ１がフィラメントに接続され、該フィラメントの端子台２２ａ側の端部が直流電源ＰＷｂ１の負極性側に接続された状態が維持されるならば、該フィラメントは使用中常にフィラメント電源の負極性側に接続された片側部分が、正極性側に接続された部分よりもプラズマからのスパッタが激しく、早く消耗してしまう。
【００８７】
しかし、イオン照射装置Ｂでは、各フィラメントは、そのどちらの端をフィラメント電源の負極性側に接続しても十分に熱電子を引き出すことができるため、例えば予め定めた時間経過毎に、或いはイオン照射装置の予め定めた使用回数毎に、スイッチ制御部ＳＷｂの指示のもとに、スイッチＳｂの切り替えにより、電源ＰＷｂ１と電源ＰＷｂ２とを交互にフィラメントへ接続し、それにより、該フィラメントの一方の端部がフィラメント電源の負極性側に接続されるとともに他方の端が同フィラメント電源の正極性側に接続される状態と、該フィラメントの一方の端部がフィラメント電源の正極性側に接続されるとともに他方の端が同フィラメント電源の負極性側に接続される状態とが交互に現出するようにして、フィラメントの両側部分を均等に消耗させることができる。そのため、イオン照射装置Ｂをそれだけ長寿命化できる。
【００８８】
なお、イオン照射装置Ｂでは、フィラメント電源装置ＰＷｂにおいて、スイッチ制御部ＳＷｂにより自動的に切り替えを行えるようにしたが、フィラメント電源装置は、適当なタイミングで、手作業により、或いは自動的作業と手作業を組み合わせて、各フィラメントの各端部を直流フィラメント電源の負極性側から正極性側へ切り替え接続したり、逆に正極性側から負極性側へ切り替えて、フィラメントの両側部分を均等に消耗させ得るものでもよい。
例えば図４（Ｂ）に示すように、予め定めた時間毎に、或いはイオン照射装置（又はフィラメント）の予め定めた使用回数ごと等の所定のタイミングで、フィラメント２ａ、２ａ’、２ａ”のそれぞれに接続された直流フィラメント電源ＰＷｂｘを図示の位置Ｘに、また、位置Ｘから図示の位置へ位置替え接続し、該電源の負極性側が接続されるフィラメント端部を切り替えるようにしてもよい。
【００８９】
図５は本発明に係るイオン照射装置のさらに他の例を示している。このイオン照射装置Ｃは、装置Ａにおいて、フィラメント２ａ、２ａ’、２ａ”に代えてフィラメント２ｃ、２ｃ’、２ｃ、２ｃ’を採用したものである。これら４本のフィラメントは上下方向４段に並列配置されており、各フィラメントはイオン照射対象物品Ｗの上下長手方向に対し水平方向に配置された端子台２１ｃ、２２ｃ間に張設されている。
【００９０】
各フィラメントには、それぞれのフィラメントに対して設けたフィラメント電源装置ＰＷｃの交流フィラメント電源ＰＷｃ１、ＰＷｃ２から通電されるようになっており、これらフィラメント等が電子源２０Ｃを構成している。
【００９１】
フィラメント電源装置ＰＷｃのフィラメント電源ＰＷｃ１及びＰＷｃ２は、電源それぞれの出力電圧がＶ１とＶ２であったときに、フィラメント両端の電位差が（｜Ｖ１｜＋｜Ｖ２｜）となるように対応するフィラメントに接続されている。さらに言えば、これらフィラメント電源ＰＷｃ１及びＰＷｃ２は、電源ＰＷｃ１がフィラメントの一端に電圧印加する一方、電源ＰＷｃ２が該フィラメントの他端に、図１（Ｅ）に示すように、電源ＰＷｃ１とピークツーピーク電圧は等しいが、１８０度の位相差を有する電圧を印加するように該フィラメントに接続されている。
【００９２】
上側の互いに隣り合うフィラメント２ｃ、２ｃ’及び下側の互いに隣り合うフィラメント２ｃ、２ｃ’はいずれも、互いに接近する相互に平行な部分を含むように屈曲配置されている。互いに接近する相互に平行な部分ｃ１、ｃ１’からなる各組が物品Ｗに対向している。
【００９３】
上側の互いに隣り合うフィラメント２ｃ、２ｃ’にはそれらに接続されたフィラメント電源ＰＷｃ１、ＰＷｃ２から互いに逆向きの電流が流されるようになっており、同様に、下側の互いに隣り合うフィラメント２ｃ、２ｃ’についても、それらに接続されたフィラメント電源ＰＷｃ１、ＰＷｃ２から互いに逆向きの電流が流されるようになっている。
上記以外の点は図１（Ａ）に示すイオン照射装置Ａと実質上同構成であり、図１（Ａ）の装置Ａと実質上同じ部品、部分当には装置Ａと同じ参照符号を付してある。
【００９４】
このイオン照射装置Ｃによると、上側及び下側それぞれの互いに隣り合うフィラメント２ｃ、２ｃ’における互いに接近した平行部分ｃ１、ｃ１’に互いに逆向きの電流が流されるので、フィラメント電流によって誘起される磁場は互いに打ち消しあい、従って、イオン照射装置Ａの場合と同様にフィラメントから引き出される熱電子は磁場にトラップされ難くなり、フィラメント動作温度を得るためにフィラメントに印加する電圧を低くしても、効率的にプラズを生成させることができる。また、フィラメント印加電圧を低くできることで、フィラメント、ひいてはイオン照射装置Ｃを長寿命化できる。さらに、装置Ａと同様、物品Ｗのイオン照射対象部分の全体にわたり均−にイオン照射できる。
【００９５】
さらに、電子源２０Ｃにおける各フィラメントは、どちらの端をフィラメント電源の負極性側に接続しても、上記の効果が得られるため、図示しているように、フィラメント電源ＰＷｃ１、ＰＷｃ２として交流電源を用いることができ、フィラメントの片側部分のみが他方部分よりも常に電圧が低い状態ではない。そのため、プラズマからのスパッタが該フィラメントの片側部分に集中せず、両側部分に分散されるため、物品Ｗに対するイオン照射処理の効率を落とすことなく、イオン照射装置Ｃを長寿命化できる。
【００９６】
なお、図５の装置Ｃの場合、隣り合うフィラメント２ｃ、２ｃ’はそれぞれ直線に張設して互いに接近させることで、それらに互いに反対向きに流される電流により誘起される磁場が互いに打ち消しあうようにしてもよい。例えば、フィラメント２ｃ、２ｃ’は直線のままとし、上側２本のフィラメント２ｃ、２ｃ’を支持している端子台２１ｃ同士、２２ｃ同士を互いに近づけることで該フィラメント２ｃ、２ｃ’を互いに接近させてもよい。また、下側２本のフィラメント２ｃ、２ｃ’を支持している端子台２１ｃ同士、２２ｃ同士を互いに近づけることで該下側フィラメント２ｃ、２ｃ’を互いに接近させてもよい。
【００９７】
図５に示す装置Ｃにおいても、フィラメント電源装置の部分を、図２や図３に示すと同様の電源装置に代えることは可能である。
【００９８】
図６は本発明に係るイオン照射装置のさらに他の例を示している。
図６のイオン照射装置Ｄは、図５の装置Ｃにおいて、フィラメント電源装置ＰＷｃに代えてフィラメント電源装置ＰＷｄを採用したものである。フィラメント電源装置ＰＷｄは二つの直流フィラメント電源ＰＷｄ１、ＰＷｄ２及びそれら電源をフィラメントに交互に切り替え接続するためのスイッチＳｄを含んでいる。スイッチＳｄはスイッチ制御部ＳＷｄにより予め定めた時間間隔で切り替えられる。これらフィラメント等が電子源２０Ｄを構成している。
上記以外の点は図５に示すイオン照射装置Ｃと実質上同構成であり、図５の装置Ｃと実質上同じ部品、部分等には装置Ｃと同じ参照符号を付してある。
【００９９】
このイオン照射装置Ｄの場合、イオン照射装置Ｃと違って、フィラメント電源ＰＷｄ１、ＰＷｄ２の極性が時間的に変わらない。そのため、もし図６に示されている状態がそのまま維持されるならば、すなわち、フィラメント２ｃについては端子台２１ｃ側の端が直流電源ＰＷｄ１の負極性側に接続されるとともにフィラメント２ｃ’については端子台２２ｃ側の端がもう一つの直流電源ＰＷｄ１の負極性側に接続された状態が維持されるならば、それらフィラメントは使用中常にフィラメント電源の負極性側に接続された片側部分が、正極性側に接続された部分よりもプラズマからのスパッタが激しく、早く消耗してしまう。
そのため、そのまま使い続けると従来どおり、該フィラメントの片側部分のみが早く消耗して、ついには断線し使えなくなってしまう。
【０１００】
しかし、イオン照射装置Ｄでは、各フィラメントは、そのどちらの端をフィラメント電源の負極性側に接続しても十分に熱電子を引き出すことができるため、例えば予め定めた時間経過毎に、或いはイオン照射装置の予め定めた使用回数毎に、スイッチ制御部ＳＷｄの指示のもとに、スイッチＳｄの切り替えにより、電源ＰＷｄ１と電源ＰＷｄ２とを交互にフィラメントへ接続し、それにより、該フィラメントの一方の端部がフィラメント電源の負極性側に接続されるとともに他方の端が同フィラメント電源の正極性側に接続される状態と、該フィラメントの一方の端部がフィラメント電源の正極性側に接続されるとともに他方の端が同フィラメント電源の負極性側に接続される状態とが交互に現出するようにして、フィラメントの両側部分を均等に消耗させることができる。そのため、イオン照射装置Ｄをそれだけ長寿命化できる。
【０１０１】
なお、イオン照射装置Ｄでは、フィラメント電源装置ＰＷｄにおいて、スイッチ制御部ＳＷｄにより自動的に切り替えを行えるようにしたが、図４（Ｂ）を参照して説明したと同様に、フィラメント電源装置は、適当なタイミングで、手作業により、或いは自動的作業と手作業を組み合わせて、各フィラメントの各端部を直流フィラメント電源の負極性側から正極性側へ切り替え接続したり、逆に正極性側から負極性側へ切り替えて、フィラメントの両側部分を均等に消耗させ得るものでもよい。
【０１０２】
図７は本発明に係るイオン照射装置のさらに他の例を示している。このイオン照射装置Ｅは、図１（Ａ）のイオン照射装置Ａにおいて、フィラメント２ａ、２ａ’、２ａ”の前方にこれらフィラメントに対し共通の熱電子放出部材或いは２次電子放出部材４を配置し、該部材４も電子源２０Ｅの構成部材としたものである。部材４はイオン照射対象物品Ｗのイオン照射対象部分に全体的に臨んでいる。部材４には、衝撃電源ＰＷ４から各フィラメントに対し高電位になるように電圧が印加され、チャンバ１には、放電電源ＰＷ２’から部材４に対し高電位になるように放電電圧が印加される。それ以外の点は装置Ａと実質上同構成であり、装置Ａにおける部品、部分等と実質上同じ部品、部分等には装置Ａと同じ参照符号を付してある。但し、ガス排気ポートやガス導入ポート等の図示は省略している。
【０１０３】
このイオン照射装置Ｅでは、各フィラメントにフィラメント電源ＰＷａ１、ＰＷａ２から電圧を印加して熱電子を放出させる一方、部材４に衝撃電源ＰＷ４からフィラメントに対して高電位となるように電圧を印加することでフィラメントから生じた熱電子を部材４に衝突させ、部材４から熱電子（或いは２次電子、又は熱電子と２次電子の両方）を放出させることができる。さらに、部材４に対して高電位となるように放電電源ＰＷ２’からチャンバ１に電圧を印加することで、部材４から放出された電子を加速してチャンバ内導入ガスに衝突させて直流放電させ、プラズマを生成させることができる。さらに、該プラズマ中のイオンをバイアス電源ＰＷ３から物品Ｗに負のバイアス電圧を印加して該物品に照射することができる。
【０１０４】
電子源２０Ｅは物品Ｗのイオン照射対象部分の全体に臨んでおり、該電子源における熱電子放出部材（或いは２次電子放出部材）４やフィラメント２ａ、２ａ’、２ａ”は電子源の全体にわたって設けられているので、物品Ｗのイオン照射対象部分の全体にわたり均一に、効率的にイオン照射できる。また、フィラメント寿命は装置Ａの場合と同様に長く、ひいてはイオン照射装置Ｅの寿命も長い。
なお、熱電子放出部材としては金属、金属酸化物、セラミック材料からなる部材を、２次電子放出部材についても、金属、金属酸化物、セラミック材料からなる部材を例示できる。
【０１０５】
図８は本発明にかかるイオン照射装置のさらに他の例を示している。このイオン照射装置Ｆは、図１（Ａ）のイオン照射装置Ａにおいて、フィラメント２ａ、２ａ’、２ａ”の前方にこれらフィラメントに対し共通の予備プラズマ室５を設け、これも電子源２０Ｆの構成要素としたものである。
【０１０６】
予備プラズマ室５にはガス導入ポート５１からガス（例えばアルゴンガス等の不活性ガス）が導入される。予備プラズマ室５の電子引出し開口５２はイオン照射対象物品Ｗのイオン照射対象部分に全体的に臨んでいる。予備プラズマ室５には、予備放電電源ＰＷ５から各フィラメントに対し高電位になるように電圧が印加され、チャンバ１には、放電電源ＰＷ２”から予備プラズマ室５に対し高電位になるように放電電圧が印加される。それ以外の点は装置Ａと実質上同構成であり、装置Ａにおける部品、部分等と実質上同じ部品、部分等には装置Ａと同じ参照符号を付してある。但し、チャンバ１のガス排気ポートやガス導入ポート等の図示は省略している。
【０１０７】
このイオン照射装置Ｆでは、各フィラメントにフィラメント電源ＰＷａ１、ＰＷａ２から電圧を印加して熱電子を放出させる一方、予備プラズマ室５内にガス導入ポート５１からガスを導入するとともに電源ＰＷ５からフィラメントに対して高電位となるように電圧を印加することでフィラメントから生じた熱電子を導入ガスに衝突させ、予備プラズマを形成することができる。
【０１０８】
さらに、予備プラズマ室５に対して高電位となるように放電電源ＰＷ２”からチャンバ１に電圧を印加することで、室５内に生成した予備プラズマ中の電子を引出し、加速してチャンバ内導入ガスに衝突させて直流放電させ、プラズマを生成させることができる。さらに、該プラズマ中のイオンをバイアス電源ＰＷ３から物品Ｗに負のバイアス電圧を印加して該物品に照射することができる。
【０１０９】
電子源２０Ｆはその予備プラズマ室５の開口５２が物品Ｗのイオン照射対象部分の全体に臨んでおり、該電子源における予備プラズマ室５やフィラメント２ａ、２ａ’、２ａ”は電子源の全体にわたって設けられているので、物品Ｗのイオン照射対象部分の全体にわたり均一に、効率的にイオン照射できる。また、フィラメント寿命は装置Ａの場合と同様に長く、ひいてはイオン照射装置Ｆの寿命も長い。
【０１１０】
このイオン照射装置Ｆでは、予備プラズマ室５に導入するガスとチャンバ１に導入するガスを別のものとすることが可能である。例えば、物品Ｗに酸素イオンを照射したい場合は、チャンバ１に酸素ガスを導入すればよいが、この酸素ガスがフィラメント周囲雰囲気を形成するとフィラメントが酸化してその寿命が極端に短くなる。しかし、この装置Ｆでは、予備プラズマ室５にアルゴンガスなどの不活性ガスを導入すれば、チャンバ１からの酸素ガスの混入はある程度防止することができるので、それだけフィラメントの、ひいては装置Ｆの長寿命化が可能となる。そしてガス流量比などを調節すれば、最終的にはチャンバ１内では酸素ガスプラズマが主に生成するようにできるので、物品Ｗには主として酸素イオンを照射することができる。
【０１１１】
図９は本発明にかかるイオン照射装置のさらに他の例を示している。このイオン照射装置Ｇは、図１（Ａ）のイオン照射装置Ａにおいて、フィラメント２ａ、２ａ’、２ａ”の背後且つチャンバ壁外側に磁場形成用のマグネット（コイル）６を４段に設け、これらも電子源２０Ｇの構成要素としたものである。
【０１１２】
これらマグネットコイルには、フィラメント２ａ、２ａ’、２ａ”のそれぞれにおける水平直線部分に流れる電流により形成される磁場を打ち消す、或いは弱める磁場を提供するようにコイル電源ＰＷ６から電流が流される。
これ以外の点は装置Ａと実質上同構成であり、装置Ａにおける部品、部分等と実質上同じ部品、部分等には装置Ａと同じ参照符号を付してある。但し、各フィラメントは簡略化して図示してあり、電源等の図示は省略している。
【０１１３】
この装置Ｇでは、各フィラメントの水平直線部分からも十分な熱電子を引き出すことができ、それによりプラズマ密度を一層高くすることができ、物品Ｗへ均一に、より多量のイオン照射量でイオン照射でき、それだけイオン処理時間を短くすることができる。
【０１１４】
磁場形成用のマグネットについては、図４（Ａ）や図６のイオン照射装置のようにフィラメント電源として直流電源を採用する場合には、フィラメントが形成する磁場の向きは変わらないので、永久磁石を用いてもよい。永久磁石を採用する場合、フィラメントに印加する電圧の向きを変える際に永久磁石の向きも変える必要があるが、コイル電源ＰＷ６を用いる必要がないので、それだけコストを押さえることができる。
【０１１５】
なお、かかる磁場形成手段は、イオン照射装置Ａ、Ａ’、Ａ”〜Ｆや次に説明するイオン照射装置Ｈ、Ｊにも適用できる。また、イオン照射装置Ｅ〜Ｇや次に説明するイオン照射装置Ｈ、Ｊではイオン照射装置ＡやＣと同様にフィラメント電源として交流電源を採用しているがこれに代えてイオン照射装置ＢやＤと同様に直流電源を採用してもよい。但し、その際にはイオン照射装置ＢやＤと同様に、例えば使用中の一定時間毎或いは予め定めた使用回数毎等のタイミングで、フィラメントやフィラメント電源の接続を切り替え、フィラメントに印加される電圧の向きを適宜切り替える。
【０１１６】
図１０は本発明に係るイオン照射装置のさらに他の例を示している。このイオン照射装置Ｈは、図１（Ａ）のイオン照射装置Ａにおいて、物品Ｗの近傍にイオン電流分布計測器７を設け、計測器７で計測されたイオン電流分布情報に基づいて制御部８が各フィラメント電源ＰＷａ1 、ＰＷａ２の出力を制御し（この場合、電源ＰＷａ1 、ＰＷａ２は出力可変電源とする）、物品Ｗへのイオン照射を一層均一化できるようにしたものである。
これ以外の点は装置Ａと実質上同じである。装置Ａにおける部品、部分等と実質上同じ部品、部分等には装置Ｂと同じ参照符号を付してある。
【０１１７】
この装置Ｈにおけるイオン電流分布計測器７は物品Ｗに照射されるイオンに基づくイオン電流の量、換言すればイオン電流密度の空間分布を計測するものである。この計測器７は一時的に、つまり計測時のみ物品Ｗの前に移動させてもよいし、図示例のように常時物品Ｗの近傍に配置しておいてもよい。図示例の配置の場合は、実際に物品Ｗに照射されるイオンに基づくイオン電流量或いはイオン電流密度とは少し違った値が計測される場合があり得るが、そのような場合には、予め実際の値と計測値との相関関係を求めておき、制御部８において計測後に実際の値に換算すればよい。
【０１１８】
制御部８についてもう少し詳しく説明すると、イオン電流分布計測器７によって計測されるイオン電流量或いはイオン電流密度の空間分布情報は制御部８に伝達され、制御部８において該情報に基づき均一性の算出等のデーター処理が行われる。そこで均一性の条件に合わない場合は、図示例ではフィラメント電源ＰＷａ１、ＰＷａ２の制御を行い、均一性が条件に合うように、該フィラメント電源からフィラメントに流れる電流を調整する。      
【０１１９】
具体例を挙げると、例えば上下のフィラメント２ａ、２ａ”に対応する領域に比べてその間の中央部領域でのイオン電流量或いはイオン電流密度が大きい場合は、真ん中のフィラメント電源ＰＷａ１、ＰＷａ２の制御を行い、真ん中のフィラメント２ａ’の電流を下げ、それからの熱電子放出量を少なくし、中央領域のプラズマ密度を小さくし、それにより全体に均一性のよいイオン照射を行えるようにする。
【０１２０】
イオン電流分布計測器７はファラデーカップ型のものであれば、より正確なイオン電流密度を計測することができるが、これに限る必要はなく、単なるイオンコレクターのようなものでもよい。後者の場合は正確なイオン電流密度を算出することは困難であるが、相対的なイオン電流分布を算出することは可能であり、それでも十分実用に供し得る場合がある。
【０１２１】
さらにイオン電流分布計測器７に代えて、プラズマ分布計測器のようなものでも代用ができる。例えばプラズマからの発光を分光器などで検出し、その検出情報からプラズマ密度の空間分布を求めるものを採用できる。この場合、そのように求められるプラズマ密度の空間分布と実際のイオン電流分布との相関関係を予め算出しておき、計測値を実際の値に換算し、それに基づいて制御するようにすればよい。
【０１２２】
図１２（Ａ）に示したような、フィラメントを連続的に長い範囲に配置するような例では、このような制御をすることは不可能である。しかし、本発明に係る装置ではフィラメントを不連続に複数段に分散並列配置しているのでかかる制御が可能である。
なお、かかる計測器や制御部は、既述のイオン照射装置Ａ〜Ｇにも適用できる。
【０１２３】
また、通常プラズマの密度は放電電流とともに高くなるので、各フィラメントが分担する放電電流をモニターすることでも、プラズマの空間分布を知ることができる。図１１は、図１０の装置Ｈにおいて、イオン電流分布計測器７に代えて、フィラメント２ａ、２ａ’、２ａ”のそれぞれが分担する放電電流を計測する放電電流計測器ＡＭ１、ＡＭ２、ＡＭ３を設けたイオン照射装置Ｊを示している。
【０１２４】
装置Ｊにおいては、計測器ＡＭ１、ＡＭ２、ＡＭ３で検出される放電電流が制御部９に入力される。制御部９には、物品Ｗに全体的に均一にイオン照射するために個々のフィラメントが分担すべき放電電流（予め実験等により求めたもの）が設定されている。制御部９は、各計測器からの電流情報とその設定電流とを比較し、該電流情報が設定電流になるように、フィラメント電源ＰＷａ１、ＰＷａ２の出力を制御する。
【０１２５】
制御部９における、各フィラメントに対応する放電電流設定値は、各フィラメントについて同じであってもよいが、例えば、装置構成等によりプラズマが生じ難い領域があるような場合は、その領域に対する放電電流が大きくなるように、フィラメントごとに設定値が異なってもよい。
【０１２６】
ここでフィラメントについてさらに説明しておく。
フィラメント中の接近した平行又は略平行な部分の間隔、或いは互いに隣り合うフィラメントにおいて接近した平行又は略平行な部分の間隔は、小さければ小さいほど、その部分に発生する磁場の相互打ち消しあいのためにはよいが、実際にはあまり短すぎると、フィラメントの熱膨張などが原因で短絡してしまうことがある。
【０１２７】
また逆に、該間隔が広すぎると、磁場の相殺が起きにくくなり、熱電子がトラップされてしまう。フィラメントの直径や長さ、流す電流の大きさ、そして使用環境条件等によっても変わってくるが、例えば直径０．８ｍｍ〜１．５ｍｍ程度のフィラメントであれば、平行部或いは概ね平行な部分の間隔は、必ずしもそれに限定されるわけではないが、概ね３ｍｍ〜５０ｍｍ程度が好ましく、より好ましくは６ｍｍ〜３０ｍｍ程度である。該間隔が３ｍｍより小さくなってくると、ショートしやすくなり、５０ｍｍより大きくなってくると、磁場の相殺が困難になってくる。
【０１２８】
ここで「平行部或いは概ね平行な部分の間隔が、例えば６ｍｍ〜３０ｍｍ」とは、長さ５０ｍｍ程度にわたって間隔が６ｍｍ〜３０ｍｍ程度の範囲におさまることを言うが、要はそれらの部分に流す電流によって形成される磁場が実質上互いに打ち消されるように、平行又は略平行な状態であればよい。
【０１２９】
さらに、平行部或いは概ね平行な部分は、１本のフィラメントの両側部分だけでなく、それらを含めて３ケ所以上あってもよいし、それらの配置は、該フィラメントに印加する電圧の方向を変えても同じような熱電子放出が起こる配置であれば、基本的に自由である。
【０１３０】
フィラメントに電流を流す直流又は交流の電源は、定電圧を出力する直流電源や正弦波電圧を出力する交流電源に限らず、パルス波や矩形波、正弦波等の電圧を出力する直流又は交流の電源などでもよい。
放電電源については、一台とは限らず、必要に応じて複数台採用してもよい。またフィラメント電源については、個々のフィラメントに対して個別に用意してもよいが、複数フィラメントでフィラメント電源を共用してもよい。
【０１３１】
また、直流電源を用いる場合、放電電源の負側はフィラメント電源の正側（或いは負側）に接続されるが、放電電流の負側はフィラメント電源の正側、負側のいずれに接続されてもよい。但し、放電電流の負側をフィラメント電源の正側に接続する場合は、フィラメント負側の放電電圧が高くなりすぎないように放電電源の電圧を調整するとよい。
フィラメントの材質はタングステンが一般的であるが、他のものでもよい。
【０１３２】
イオン照射装置Ａ〜Ｊを含め本発明に係るイオン照射装置によるイオン照射は、既述のとおり、物品表面のクリーニング、物品表面を適度に荒らす、物品表面温度を上昇させる等に利用できるが次のようにも利用できる。
【０１３３】
すなわち、例えば成膜プロセスにおいては、成膜中に使用することもできる。成膜中に物品へイオン照射することによって、膜質のコントロールをすることが可能であるし、或いは、生成したプラズマによって膜の成分として寄与する原子、分子、クラスターなどを励起、イオン化するなどして、これらを活性化することによって、膜質をコントロールすることも可能である。
【０１３４】
また、物品の温度を上げすぎないようにする等々のために、定常運転ではなく、パルス運転などの非定常運転をすることも可能である。例えば放電電源を入り切りすることによってプラズマを生成させたり消滅させたりし、それによって非定常運転を行うことができるし、フィラメントの電源を入り切りすることによっても、非定常運転が可能である。バイアス電源を入り切りすることによってもできる。
【０１３５】
なお、バイアス電源の極性を負極性から正極性に変更することで、物品に電子を照射することもできる。高速両極性パルス運転と組み合わせれば、物品が絶縁物の場合において、イオン照射によるチャージアップを抑制して、効率的にイオン照射をすることができる。
【０１３６】
イオン照射装置Ａ、Ａ’、Ａ”、Ｂ〜Ｊでは、上下方向に長い物品Ｗに全体的に均一状にイオン照射する例を示しているが、図においてイオン照射対象物品Ｗとして示されている部分を物品ホルダ３の一部とし、その部分にイオン照射対象物品を取り付けて、それら物品に均一状にイオン照射を施すことも可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１３７】
本発明は、例えば機械部品、工具、自動車部品などの物品への膜形成、イオン注入、表面改質などの処理の一環として、物品にイオン照射することで物品の表面をクリーニングしたり、物品の表面を適度に荒らしたり、或いは物品の表面温度を上昇させる等に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１３８】
【図１】図１（Ａ）は本発明に係るイオン照射装置の１例を示す図であり、図１（Ｂ）は該装置における電子源のフィラメントとイオン照射対象物品との配置関係を上方から見た様子を示す図である。図１（Ｃ）は電子源における上段フィラメントを示す図であり、図１（Ｄ）は中段フィラメントを示す図である。図１（Ｅ）は一つのフィラメントに接続された二つの交流フィラメント電源の位相差を示す図である。
【図２】図１（Ａ）に示すイオン照射装置の変形例を示す図である。
【図３】図１（Ａ）に示すイオン照射装置のもう一つの変形例を示す図である。
【図４】図４（Ａ）は本発明に係るイオン照射装置のさらに他の例を示す図であり、図４（Ｂ）は図４（Ａ）に示すイオン照射装置の変形例を示す図である。
【図５】本発明に係るイオン照射装置のさらに他の例を示す図である。
【図６】本発明に係るイオン照射装置のさらに他の例を示す図である。
【図７】本発明に係るイオン照射装置のさらに他の例を示す図である。
【図８】本発明に係るイオン照射装置のさらに他の例を示す図である。
【図９】本発明に係るイオン照射装置のさらに他の例を示す図である。
【図１０】本発明に係るイオン照射装置のさらに他の例を示す図である。
【図１１】本発明に係るイオン照射装置のさらに他の例を示す図である。
【図１２】図１２（Ａ）はイオン照射装置の従来例を示す図であり、図１２（Ｂ）は該装置におけるフィラメントとイオン照射対象物品との位置関係を図１２（Ａ）の右方から見て示す図である。
【図１３】図１２（Ａ）の装置の改良例装置を示す図である。
【図１４】図１４（Ａ）はイオン照射装置の他の従来例を示す図であり、図１４（Ｂ）は該装置における電子源のフィラメントとイオン照射対象物品との配置関係を上方から見た様子を示す図である。図１４（Ｃ）は該電子源における上段フィラメントを示す図であり、図１４（Ｄ）は中段フィラメントを示す図である。
【図１５】イオン照射装置のさらに他の従来例を示す図である。
【図１６】イオン照射装置のさらに他の従来例を示す図である。
【図１７】イオン照射装置のさらに他の従来例を示す図である。
【符号の説明】
【０１３９】
Ａ、Ａ’、Ａ”  イオン照射装置
１  真空チャンバ
１１  排気ポート
１２  ガス導入ポート
３  物品ホルダ
Ｗ  イオン照射対象物品
２０Ａ  電子源
２ａ、２ａ’、２ａ”  フィラメント
２１ａ、２２ａ  端子台
ａ１とａ１、ａ１’とａ１’、ａ２’とａ２’  平行部分
ＰＷａ  フィラメント電源装置
ＰＷａ１、ＰＷａ２  フィラメント電源
ＰＷ２  放電電源
ＰＷ３  バイアス電源
ＰＷａ’、ＰＷａ”  フィラメント電源装置
ＰＷａ１’、ＰＷａ１”  フィラメント電源
Ｔａ’、Ｔａ”  変圧器
Ｂ  イオン照射装置
２０Ｂ  電子源
ＰＷｂ  フィラメント電源装置
ＰＷｂ１、ＰＷｂ２  フィラメント電源
Ｓｂ    スイッチ
ＳＷｂ  スイッチ制御部
Ｃ  イオン照射装置
２０Ｃ  電子源
２ｃ、２ｃ’  フィラメント
２１ｃ、２２ｃ  端子台
ｃ１とｃ１’  平行部分
ＰＷｃ  フィラメント電源装置
ＰＷｃ１、ＰＷｃ２  フィラメント電源
Ｄ  イオン照射装置
２０Ｄ  電子源
ＰＷｄ  フィラメント電源装置
ＰＷｄ１、ＰＷｄ２  フィラメント電源
Ｓｄ    スイッチ
ＳＷｄ  スイッチ制御部
Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｊ  イオン照射装置
２０Ｅ  電子源
４  電子放出部材（又は２次電子放出部材）
ＰＷ４  衝撃電源
ＰＷ２’  放電電源
２０Ｆ  電子源
５  予備プラズマ室
５１  ガス導入ポート
５２  電子引出し開口
ＰＷ５  予備プラズマ室用電源
ＰＷ２”  放電電源
２０Ｇ  電子源
６  マグネットコイル
ＰＷ６  コイル電源
７  イオン電流分布計測器
８    制御部
ＡＭ１、ＡＭ２、ＡＭ３  放電電流計測器
９  制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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