JPH08148106A - 大面積イオン引出し電極系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 １枚の金属板に多数のイオンビ−ム通し孔を
穿った電極が、イオン源の電極として利用されている。
大面積のイオンビ−ムを引出すイオン源の場合、電極も
大きくなる。大きい電極はプラズマからの熱によって大
きく変形しやすい。変形により複数の電極のアライメン
トがずれる。電極間距離が面内で変動する。あるいは電
極同士が接触するなどの欠点がある。熱によって歪みを
起こさないような大面積電極を提供することが目的であ
る。 【構成】 横枠に適数のロッド穴を穿孔してある矩形状
の電極支持枠と、ロッド通し孔が穿孔してあり電極支持
枠の縦枠に両端が支持された電極支持治具と、横枠のロ
ッド穴、電極支持治具のロッド通し孔に差し込まれた穴
より小さい直径のロッドよりなる。ロッドを穴に挿入し
た時、軸方向に余裕空間がある。加熱された時ロッドが
穴を滑って膨張する。ロッドの熱膨張によって電極が歪
まない。始めに設定したビ−ム光学系をいつまでも維持
することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はイオン源の出口に設けら
れるイオン電極系に関する。特に有効面積の広い電極系
に関する。例えば、液晶ディスプレイの薄膜トランジス
タを製造する際に、不純物をド−プするための広い面積
にイオンビ−ムを照射できるイオン源の電極系に適する
ものを与える。

【０００２】イオン源の出口には、プラズマを閉じ込め
イオンビ−ムを引き出すために、３枚あるいは２枚の有
孔電極が設けられる。イオン源チャンバの内部空間に近
い方から、プラズマ電極、引出し電極、接地電極と呼
ぶ。プラズマ電極にはチャンバと同じ高電圧が印加され
る。引出し電極には負電圧がかかっている。接地電極は
０Ｖ（大地電圧）に保持される。もっとも、電極の呼称
は人によって異なり、同じものを加速電極、減速電極、
接地電極という人もいる。また正電極、負電極、接地電
極と呼ぶ人もいる。これらの電極の集合を電極系と呼
ぶ。

【０００３】

【従来の技術】従来は、大面積のイオン源に対する大面
積の電極は、円形の高融点金属（例えばＭｏ）の板に多
数の通し孔を穿孔したものが用いられた。これはイオン
ビ−ムを通すための孔である。孔の数やサイズは、目的
によって適当に設計される。孔の数は数十個〜数千個で
ある。大面積になればなるほど孔の数が多くなる。イオ
ン源と、イオンビ−ムを照射する空間の圧力が違う場合
は、差圧を維持するために、通し孔の面積を小さくする
などの工夫が必要である。

【０００４】複数の電極はイオンビ−ムのビ−ムライン
に沿って並べられる。面がビ−ムラインに垂直になるよ
うに配置する。図面によって従来例を説明する。図１は
従来例に係る大面積電極の正面図、図２は縦断面図であ
る。図２に示すように、イオン源のプラズマに近い方か
ら、プラズマ電極１、引出し電極２、接地電極３の順に
設置される。これらの電極はＭｏの円板でできている。
円板に小さい円形の通し孔４が穿ってある。

【０００５】高融点の金属で作るのは、プラズマからの
高熱を受けるからである。例えばプラズマ電極は、６０
０℃〜１７００℃の高温になることがある。円形の電極
の周縁部は、イオン源装置など真空に維持された空間の
壁面に固定される。電極にはそれぞれ独立に適当な電圧
が印加される。図２において左側にイオン源チャンバが
存在する（図示しない）。これに原料ガスが導入され、
フィラメントとチャンバ間の放電、あるいはマイクロ波
放電などの手段によってガスが励起され、プラズマにな
る。これを電極に加えた電圧の作用によって、イオンビ
−ムとして外部に引出す。イオンビ−ム５は、多様な用
途に用いられる。

【０００６】先述のものは、液晶パネル用のガラスに形
成されたａ−Ｓｉに、不純物をド−プして、ｎ型領域や
ｐ型領域を形成するものである。大型のパネルに薄膜ト
ランジスタを多数一挙に形成するので、大面積の電極が
必要になる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】処理の対象になるもの
が大面積化する傾向にある。これに伴って電極も大面積
になってくる。直径が２０ｃｍを超えるものが必要にな
る。数十ｃｍ〜１ｍ程度の大きいものが要求される。通
し孔の直径は目的によって違うが、例えば１ｍｍΦであ
って何千個もある場合がある。

【０００８】これらの電極は、プラズマからの高熱にさ
らされる。特にプラズマ電極が高温に加熱される。引出
し電極２、接地電極３もかなりの温度に加熱される。高
温のために、電極が熱膨張する。ところが電極の周囲は
固定してあるので、電極が直径方向に広がることができ
ない。ために面と直角の方向に歪む。プラズマ電極、引
出し電極、接地電極がそれぞれ異なる歪み方をする。熱
による撓みのために次のような問題を発生する。

【０００９】 各電極の撓みが一様でない。ためにプ
ラズマ電極、引出し電極、接地電極のアライメントがず
れる。通し孔が軸線方向に一直線に並ばなくなる。ビ−
ムラインに沿って直進するビ−ムであっても、電極に衝
突して損失になる場合がある。つまりビ−ム光学系が乱
れてしまう。 プラズマ電極の面と直角の方向（ビ−ムの方向）の
歪みによって、プラズマ電極−引出し電極間の距離が、
面内で不均一になってしまう。するとビ−ムの収束発散
の条件が変動する。面内でのビ−ムの強度分布が変動し
てしまう。

【００１０】 はなはだしく歪んだ場合は電極同士が
接触してしまう。こうなるともはや電極に電圧を印加で
きないので、イオンビ−ム引出しを停止しなければなら
ない。 このような電極の熱歪みには再現性がない。である
から、歪みを予め見越して通し孔の分布や電極の形状を
決定するというわけにはゆかない。 プラズマ電極の孔のない部分に水冷パイプを引き回
して水によって電極を冷却するという工夫を思いつくで
あろう。しかし、開口率が高くて、通し孔の数が多い場
合、パイプを取り付ける幅がない。

【００１１】このような欠点が大型化に伴いより強く顕
在化してくる。耐熱性の高いＭｏ、Ｔａなどの高融点金
属で作ったとしても、熱膨張による歪みの問題を解決し
た訳でない。大面積のイオン源の電極であって、熱によ
って各電極のアライメントがずれないようにした電極系
を提供することが本発明の第１の目的である。大面積電
極であって、熱歪みによって電極間距離が変動しないよ
うにした電極構造を提供することが第２の目的である。

【００１２】大面積のイオン源の電極であって、熱歪み
によって湾曲し電極同士が接触することのないようにし
た電極構造を提供することが第３の目的である。水冷パ
イプを引き回して冷却容易な構造の電極を提供すること
が第４の目的である。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、矩形状の電極
支持枠の対辺に幾つかの電極支持治具の両端を固定し、
電極支持枠の他の対辺と電極支持治具には直線上に並ぶ
ように適数のロッド穴、ロッド通し穴を穿孔し、穴より
小さい外径を持つロッドを穴に挿入し、穴には軸方向に
余分な空間を与えておき、軸方向にロッドが動き得るよ
うにする。半径方向にも軸方向にもロッドが穴の中で変
位できるようにするので、熱によってロッドが膨張し収
縮してもロッドのために枠や支持治具に応力が発生しな
い。

【００１４】

【作用】電極支持枠と、電極支持治具にロッド穴を穿孔
し、これに穴より小さい直径のロッドを挿入する。穴に
はロッドの端が動き得るように余裕分がある。このため
にロッドが熱膨張しても、ロッドが支持治具や支持枠に
応力を及ぼさない。ために電極が変形しない。常に良好
なビ−ム光学系を実現することができる。電極は歪まな
いので、電極間距離が面内で不均一にならない。ために
電界分布が乱れないし、異常放電が起こるようなことも
ない。また電極が互いに接触してビ−ム引出し不可能に
なるということもない。強い熱応力が電極内部に存在し
ないので、熱損傷を受ける可能性が少なくなり、電極の
寿命が延びる。

【００１５】

【実施例】図面によって本発明の実施例を説明する。図
３は本発明の実施例に係る電極系の内のひとつの電極の
正面図である。これは円形ではなく、矩形の電極になっ
ている。円板に孔を刳り貫くのではなく、３つの異なる
部材を組み合わせて実効的に広い面積の通し孔ができる
ような構造になっている。

【００１６】ここで３つの部材というのは、電極支持枠
６、電極支持治具７、ロッド８である。矩形状の電極支
持枠６は全体の骨格をなすものである。縦枠１０と、横
枠１１を隅部１２において直角に結合している。縦枠１
０の内方には、治具取付け部１３が複数個対称に形成さ
れる。横枠１１の内面１４には、適数のロッド穴１５、
ロッド穴１６が縦枠１０に平行に穿孔される。支持枠６
はステンレス、モリブデン（Ｍｏ）などの金属によって
作られている。支持治具７もステンレス、Ｍｏなどを使
う。ロッドはタングステン（Ｗ）等を用いる。Ｗは高熱
に耐え、しかも加工性が良いからである。

【００１７】支持治具７はここでは２本用いられる。こ
れらは、横枠に平行になるように配置され、両端が縦枠
１０の治具取付け部１３に固定される。支持治具７には
ほぼ等間隔にロッド通し孔１７が穿孔される。対応する
横枠１１のロッド穴１５、支持治具のロッド通し孔１
７、横枠１１のロッド穴１６が一直線に並ぶ。これらの
一直線に並ぶ穴１５、１７、１１の中に、それぞれロッ
ド８を通す。図４は支持治具７の断面図である。支持治
具７には等間隔にロッド通し孔１７があり、ここにロッ
ド８を差し込んである。

【００１８】ロッド８は縦方向に１本のものとすること
もできるが、ここでは、縦方向に３本のロッドがある。
図３において、平行な１１本のロッドが図示されている
が、実際には３３本のロッドがある。これにより３６個
のビ−ム通し孔１８が形成されることになる。各ロッド
の両端は、横枠１１のロッド穴１５、支持治具７のロッ
ド通し孔１７などによって両持ち支持される。図４は支
持治具７において、ロッド端が支持されている様子を示
す。ロッド通し孔１７が支持治具７の中心線よりも一方
に偏った部位に穿たれている。しかし通し孔の位置は任
意であって、中心線上にあってもよい。

【００１９】ロッド端は、これらの穴において、固定さ
れているのではない。そうではなくて軸方向に変位でき
るように自由支持されている。さらに通し孔にはロッド
伸縮方向に余分な空間を設けている。このためロッドが
通し孔を自由に動き得るので熱膨張、熱収縮によってロ
ッド端が変位しても、これによって、支持枠６や、支持
治具７の中に応力を発生しない。つまりロッドを、支持
枠や支持治具の通し孔に対して伸縮の余裕をもって遊嵌
したところに本発明の特徴がある。

【００２０】図５〜図７によってこの様子を説明する。
図５は一方の横枠１１のロッド穴１５を含む平面で切っ
た断面図である。この穴１５は横枠１１を外側から内側
に貫通している。そしてロッド８を挿入できるようにな
っている。穴の内径の方がロッドの外径より少し大き
い。ロッド８が軸方向に移動できる。余剰空間１９が残
っているので、ロッド端が伸張しても、枠に応力を発生
しない。このままではロッドが穴から抜けるので、穴１
５の端に何らかの栓をすることも可能である。例えば、
ロッド穴１５の外側の部分にめねじを切り、ここに雄ね
じをねじ込んでおくというふうにする。

【００２１】図６は中間の電極支持治具７におけるロッ
ド８の遊嵌支持を示す断面図である。ロッド通し孔１７
は貫通穴である。これに両側から２本のロッド８の端が
挿入される。ロッド外径の方が、穴の内径よりも小さい
ので、ロッド端が軸方向に変位できる。２本のロッドの
間には隙間２０がある。熱膨張しても、隙間を埋めるよ
うに伸びるだけで、両者が力を及ぼしあわない。

【００２２】図７はもうひとつの電極支持枠７の横枠１
１のロッド中心線を含む断面図である。電極支持枠には
内面から枠の途中までロッド穴１６が穿たれている。図
５と違って貫通穴ではない。終端部２１がある。ロッド
８を差し込んだ場合、終端部２１とロッド端の間に余裕
部２２が残る。ロッド外径が穴の内径よりもわずかに小
さい。このためにロッドの端が穴の中で自由に動き得
る。このように、支持枠や支持治具のロッド穴とロッド
の関係は、軸方向に余裕を持ち、半径方向には遊嵌する
関係にある。このためにロッドが熱によって膨張し収縮
しても、これによって支持枠や支持治具に何らの応力を
発生しない。

【００２３】支持枠や支持治具に熱歪みによる応力が発
生しないので、枠６や治具７が撓まない。同じような構
造の電極により、プラズマ電極、引出し電極、接地電極
を構成する。電極は６００℃〜１７００℃の高温にさら
されるので、ロッド８、電極支持枠６、支持治具７は共
に熱膨張する。材料や形状が違うので膨張の方向、程度
が異なる。本発明においては、ロッド８が熱によって伸
縮しても、ロッド穴１５、１６、ロッド通し孔１７を軸
方向に滑るから、引っ張り力も圧縮力も発生しない。し
たがってロッドの作用により、支持枠６や支持治具７が
変形しない。

【００２４】電極支持枠６や電極支持治具７が歪まない
ので、プラズマ電極、引出し電極、接地電極の間でアラ
イメントがずれるということがない。常に良好なビ−ム
光学系を維持することができる。また電極間の距離が変
動しない。面内で一定の距離になる。隣接電極が歪んで
接触するというようなことは起こり得ない。

【００２５】以上述べているように、支持枠６、支持治
具７、ロッド８よりなる電極によって上のような効果を
上げることができる。しかし、さらに念を入れて部材の
熱膨張、収縮を防止するには、強制冷却をする。冷却を
する場合も本発明は好適な形状をしている。図１のよう
に多くの通し孔を穿ったものはパイプを通しにくい。こ
れに反して、本発明の場合は直線の支持治具を使うの
で、図４のように冷却パイプ９を電極支持治具７の上に
簡単に固定することができる。パイプの直径は治具７の
幅以下であればよい。

【００２６】かなり太い冷却パイプを取付けることがで
きる。冷却パイプに水を通し、治具７を冷却するように
する。ロッド８も冷却される。温度が下るので、ロッド
８、治具７などの熱損傷を防ぐことができる。このよう
な冷却構造は、プラズマに接触し高熱になるプラズマ電
極において有効である。引出し電極や、接地電極はプラ
ズマから離れており、それほど高温にならないので、冷
却構造は通常不要である。

【００２７】ここでは、短いロッドを用いて、支持治具
でその端部を支えている構造を示す。しかし、横枠１１
の距離にほぼ等しい、より長いロッドを用いてもよい。
この場合は、この例で１１本のロッドを使うことにな
る。支持治具７において図６のような隙間２０が存在し
なくなる。しかし、図５、図７の両端の剰余空間１９、
余裕部２２によりロッドの伸縮が可能である。熱膨張や
収縮による応力はやはり生じない。

【００２８】

【発明の効果】本発明の電極は、プラズマの高温にさら
されて、部材が膨張しても、ロッドが通し孔の中で自在
に軸方向に変位できるので、これによって応力が発生し
ない。だから、電極支持枠や、電極支持治具が熱歪みを
起こさない。高熱にあっても、元の形状を保持すること
ができる。熱によってビ−ム光学系が乱されない。常に
最良の状態の光学系を維持することができる。電極の変
形により電極間距離が変化しない。電極同士が接触する
というようなことは起こり得ない。

【００２９】このような主たる効果の他に次のような副
次的の効果もある。ひとつは電極の開口率を上げること
ができるということである。開口率というのは、全面積
に対する穴面積の比である。図１のように多くの穴を千
鳥状に穿孔するものは、開口率をそれほど上げることが
できない。本発明は、細いロッドを採用することによっ
て開口率を大きく引き上げることができる。図３におい
て、ロッド間の隙間をＢ、治具と治具あるいは治具と枠
の間の隙間をＣとすると、穴の面積はＮＢＣとなる。Ｎ
は穴の数である。

【００３０】もうひとつは、制作が容易であるというこ
とである。図１のものは堅いＭｏの板に多数の丸穴を穿
孔する必要があった。これは時間のかかる作業であり、
電極コストを押し上げる。本発明は枠と支持治具を製作
し、枠と支持治具に穴を開けることによって容易に作成
できる。ロッドは長尺の部材を切断するだけで得られ
る。ロッド８を穴に挿入するのは簡単なことである。結
果として製造コストを引き下げることができる。

【００３１】さらに、電極の保守が容易になるという利
点もある。最も高熱に加熱され破損しやすいのはロッド
である。この場合損傷を受けたロッドのみを交換すれば
よい。図１のようなものであると全体を交換しなければ
ならないが、本発明の場合は一部のみの交換で済む。

【図面の簡単な説明】

【図１】１枚の金属板に多数のイオンビ−ム通し孔を穿
った構造の従来例に係る円形のイオン源電極を示す正面
図。

【図２】図１の電極を３枚ビ−ムライン上に並べたイオ
ン源電極系の縦断面図。

【図３】本発明の実施例に係るイオン源電極の正面図。

【図４】図３の電極の電極支持治具におけるロッドの支
持を示す断面図。

【図５】一方の横枠におけるロッド端の支持を示す断面
図。

【図６】支持治具におけるロッド端の支持を示す断面
図。

【図７】他方の横枠におけるロッド端の支持を示す断面
図。

【符号の説明】

１ プラズマ電極 ２ 引出し電極 ３ 接地電極 ４ イオンビ−ム通し孔 ５ イオンビ−ム ６ 電極支持枠 ７ 電極支持治具 ８ ロッド １０ 縦枠 １１ 横枠 １２ 隅部 １３ 治具取付け部 １４ 内面 １５ ロッド穴 １６ ロッド穴 １７ ロッド通し孔 １８ イオンビ−ム通し孔 １９ 剰余空間 ２０ 隙間 ２１ 終端部 ２２ 余裕部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対応する位置に適数のロッド穴を穿孔し
   た１対の横枠と対応する位置に適数の治具取付け部を設
   けた一対の縦枠よりなる矩形状の電極支持枠と、横枠の
   ロッド穴に対応する位置にロッド通し孔が穿孔され縦枠
   の治具取付け部に両端が支持された直線状の電極支持治
   具と、ロッド穴、ロッド通し孔より小さい外径を持ち軸
   方向に余裕をもって電極支持枠の横枠のロッド穴と電極
   支持治具のロッド通し孔に挿入されているロッドとより
   なる電極を組み合わせてなることを特徴とする大面積イ
   オン電極系。