特開 2023-150981 負イオン生成装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023150981

(43)【公開日】2023-10-16

(54)【発明の名称】負イオン生成装置

(51)【国際特許分類】

   H01J 37/08 20060101AFI20231005BHJP

   H01J 37/244 20060101ALI20231005BHJP

【ＦＩ】

H01J37/08

H01J37/244

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022060352

(22)【出願日】2022-03-31

(71)【出願人】

【識別番号】000002107

【氏名又は名称】住友重機械工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100162640

【弁理士】

【氏名又は名称】柳 康樹

(72)【発明者】

【氏名】北見 尚久

【テーマコード（参考）】

5C101

【Ｆターム（参考）】

5C101DD03

5C101DD34

5C101GG20

5C101GG23

5C101GG28

5C101HH50

(57)【要約】

【課題】適切なタイミングで対象物に負イオンを照射できる負イオン生成装置を提供する。
【解決手段】負イオン生成装置１は、チャンバ２内においてプラズマＰを生成することで、負イオンを生成する負イオン生成部４を備えている。従って、負イオン生成部４がプラズマＰを停止した後に、負イオンを基板１１に対して照射可能となる。ここで、負イオン生成装置１は、プラズマＰの生成及び消失を検出する検出部４０を備える。従って、負イオン生成装置１は、検出部４０によってプラズマＰの消失を確認した後で、基板１１へ負イオンを照射することが可能となる。これにより、適切なタイミングで負イオン照射を行うことができる。以上より、適切なタイミングで基板１１に負イオンを照射できる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

負イオンを生成して対象物に照射する負イオン生成装置であって、
内部で前記負イオンの生成が行われるチャンバと、
前記チャンバ内においてプラズマを生成することで、前記負イオンを生成する負イオン生成部と、
前記プラズマの生成及び消失を検出する検出部と、を備える、負イオン生成装置。

【請求項2】

前記検出部は、前記チャンバ内における光量を検出する光検出素子を有する、請求項１に記載の負イオン生成装置。

【請求項3】

前記光検出素子は、前記チャンバのビューポートに取り付けられている、請求項２に記載の負イオン生成装置。

【請求項4】

前記検出部の検出結果に基づいて動作を停止する、請求項１～３の何れか一項に記載の負イオン生成装置。

【請求項5】

前記検出部は、前記負イオン生成装置内の所定の箇所の電圧を検出する、請求項１～４の何れか一項に記載の負イオン生成装置。

【請求項6】

前記検出部は、前記チャンバ内の圧力を検出する、請求項１～５の何れか一項に記載の負イオン生成装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、負イオン生成装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、負イオン生成装置として、特許文献１に記載されたものが知られている。この負イオン生成装置は、チャンバ内へ負イオンの原料となるガスを供給するガス供給部と、チャンバ内において、プラズマを生成することで負イオンを生成する負イオン生成部と、を備えている。負イオン生成部は、プラズマによってチャンバ内で負イオンを生成することで、当該負イオンを対象物へ照射している。負イオン生成装置は、プラズマをＯＦＦとしたタイミングで、対象物へ負イオンを照射している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１９－１６３５３１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ここで、上述のような負イオン生成装置は、プラズマが停止された後のチャンバ内の電位を測定し、測定結果に基づいて負イオンを対象物に照射する適切なタイミングを把握している。しかしながら、このような電位の測定プローブを組み込むには、チャンバ内への真空導入機構などが必要となり、検出にも煩雑さが生じるという問題がある。これに対し、プラズマＯＦＦの制御を行った後、所定の遅延時間の経過後に、対象物へ負イオンを照射する場合がある。しかしながら、このような負イオン生成装置においては、プラズマＯＦＦの制御を行った後も、プラズマが消失せずにプラズマＯＮの状態が継続する場合がある。当該場合に対象物へ負イオンを照射しようとした場合、対象物や装置にダメージが及ぼされる可能性がある。

【0005】

そこで本発明は、適切なタイミングで対象物に負イオンを照射できる負イオン生成装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するため、本発明に係る負イオン生成装置は、負イオンを生成して対象物に照射する負イオン生成装置であって、内部で負イオンの生成が行われるチャンバと、チャンバ内においてプラズマを生成することで、負イオンを生成する負イオン生成部と、プラズマの生成及び消失を検出する検出部と、を備える。

【0007】

本発明に係る負イオン生成装置は、チャンバ内においてプラズマを生成することで、負イオンを生成する負イオン生成部を備えている。従って、負イオン生成部がプラズマを停止した後に、負イオンを対象物に対して照射可能となる。ここで、負イオン生成装置は、プラズマの生成及び消失を検出する検出部を備える。従って、負イオン生成装置は、検出部によってプラズマの消失を確認した後で、対象物へ負イオンを照射することが可能となる。以上より、適切なタイミングで対象物に負イオンを照射できる。

【0008】

検出部は、チャンバ内における光量を検出する光検出素子を有してよい。プラズマが生成されているときはプラズマ光が必ず発生し、プラズマの消失に伴い、その光は減少していく。従って、検出部は、光検出素子によってプラズマ光を監視することで、正確にプラズマの消失を検出できる。

【0009】

光検出素子は、チャンバのビューポートに取り付けられていてよい。この場合、光検出素子は、チャンバの外側からプラズマの消失を検出することができる。そのため、光検出素子を容易に装置に組み込むことができる。

【0010】

負イオン生成装置は、検出部の検出結果に基づいて動作を停止してよい。この場合、プラズマＯＦＦの制御をしたにも関わらずプラズマの消失が検出されない場合、装置に異常があるものとみなして、動作を停止することができる。これにより、動作停止後にメンテナンス等を行うことができる。

【0011】

検出部は、負イオン生成装置内の所定の箇所の電圧を検出してよい。この場合、光検出素子などを追加しなくともプラズマの消失を検出することが可能となる。

【0012】

検出部は、チャンバ内の圧力を検出してよい。この場合、光検出素子などを追加しなくとも、既存の圧力計などを用いてプラズマの消失を検出することが可能となる。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、適切なタイミングで対象物に負イオンを照射できる負イオン生成装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本実施形態に係る負イオン生成装置の構成を示す概略断面図である。

【図2】プラズマＰのＯＮ／ＯＦＦのタイミングと正イオン及び負イオンの対象物への飛来状況を示すグラフである。

【図3】陽極の電圧Ｖの時間変化と、光検出素子によって検出信号、すなわち光量の時間変化を示す。

【図4】プラズマがＯＮの状態でバイアス電圧をかけた場合の不具合について説明するための図である。

【図5】各箇所の電圧の時間変化を示すグラフである。

【図6】陽極と陰極との間の電圧の時間変化を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、添付図面を参照しながら本発明の一実施形態に係る負イオン生成装置について説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

【0016】

まず、図１を参照して、本発明の実施形態に係る負イオン生成装置の構成について説明する。図１は、本実施形態に係る負イオン生成装置の構成を示す概略断面図である。なお、説明の便宜上、図１には、ＸＹＺ座標系を示す。Ｘ軸方向は、対象物である基板の厚さ方向である。Ｙ軸方向及びＺ軸方向は、Ｘ軸方向と直交すると共に互いに直交する方向である。

【0017】

図１に示すように、本実施形態の負イオン生成装置１は、チャンバ２、対象物配置部３、負イオン生成部４、ガス供給部６、回路部７、電圧印加部８、及び制御部５０を備えている。

【0018】

チャンバ２は、基板１１（対象物）を収納し負イオンの照射処理を行うための部材である。チャンバ２は、内部で負イオンの生成が行われる部材である。チャンバ２は、導電性の材料からなり接地電位に接続されている。

【0019】

チャンバ２は、Ｘ軸方向に対向する一対の壁部２ａ，２ｂと、Ｙ軸方向に対向する一対の壁部２ｃ，２ｄと、Ｚ軸方向に対向する一対の壁部（不図示）と、を備える。なお、Ｘ軸方向の負側に壁部２ａが配置され、正側に壁部２ｂが配置される。Ｙ軸方向の負側に壁部２ｃが配置され、正側に壁部２ｄが配置される。

【0020】

対象物配置部３は、負イオンの照射対象物となる基板１１を配置させる。対象物配置部３は、チャンバ２の壁部２ａに設けられる。対象物配置部３は、載置部材１２と、接続部材１３と、を備える。載置部材１２及び接続部材１３は、導電性の材料によって構成される。載置部材１２は、載置面１２ａに基板１１を載置するための部材である。載置部材１２は、壁部２ａに取り付けられて、チャンバ２の内部空間内に配置される。載置面１２ａは、Ｘ軸方向と直交するように広がる平面である。これにより、基板１１は、Ｘ軸方向と直交するように、ＺＹ平面と平行となるように、載置面１２ａ上に載置される。接続部材１３は、載置部材１２と電圧印加部８とを電気的に接続する部材である。接続部材１３は、壁部２ａを貫通してチャンバ２外まで延びている。載置部材１２及び接続部材１３は、チャンバ２とは絶縁されている。

【0021】

本実施形態では、負イオン照射の対象となる基板１１として、絶縁物の材料が採用されてよい。絶縁物の基板１１として、例えば、ガラス基板、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮ、ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４などのファインセラミックス、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、テフロン（登録商標）・フッ素樹脂など樹脂が入った基板、ポリイミド、ＰＥＴなどのフレキシブル基板の材料が挙げられる。また、基板１１として、金属板、導電性基板、半導体など採用可能である。

【0022】

続いて、負イオン生成部４の構成について詳細に説明する。負イオン生成部４は、チャンバ２内において、プラズマ及び電子を生成し、これによって負イオン及びラジカル等を生成する。負イオン生成部４は、プラズマガン１４と、陽極１６と、を有している。

【0023】

プラズマガン１４は、例えば圧力勾配型のプラズマガンであり、その本体部分がチャンバ２の壁部２ｃに設けられて、チャンバ２の内部空間に接続されている。プラズマガン１４はガス供給部（不図示）を有しており、ＡｒやＨｅなどの希ガスを供給しプラズマを生成している。プラズマガン１４は、チャンバ２内でプラズマＰを生成する。プラズマガン１４において生成されたプラズマＰは、プラズマ口からチャンバ２の内部空間へビーム状に出射される。これにより、チャンバ２の内部空間にプラズマＰが生成される。

【0024】

陽極１６は、プラズマガンからのプラズマＰを所望の位置へ導く機構である。陽極１６は、プラズマＰを誘導するための電磁石を有する機構である。陽極１６は、チャンバの壁部２ｄに設けられて、プラズマガン１４とＹ軸方向に向かい合う位置に配置されている。これにより、プラズマＰは、プラズマガン１４から出射されてＹ軸方向の正側へ向かいながらチャンバ２の内部空間で広がった後、収束しながら陽極１６へ導かれる。なお、プラズマガン１４と陽極１６との位置関係は、上述のものに限定されず、負イオンを生成することができる限り、どのような位置関係が採用されてもよい。

【0025】

ガス供給部６は、チャンバ２の外部に配置されている。ガス供給部６は、壁部２ｄに形成されたガス供給口２６を通し、チャンバ２内へガスを供給する。ガス供給口２６は、負イオン生成部４と対象物配置部３との間に形成される。ここでは、ガス供給口２６は、壁部２ｄのＸ軸方向の負側の端部と、陽極１６との間の位置に形成される。ただし、ガス供給口２６の位置は、特に限定されない。ガス供給部６は、負イオンの原料となるガスを供給する。ガスとして、例えば、Ｏ^－などの負イオンの原料となるＯ_２、ＮＨ^－などの窒化物の負イオンの原料となるＮＨ_２、ＮＨ_４、その他、Ｃ^－やＳｉ^－などの負イオンの原料となるＣ_２Ｈ_６、ＳｉＨ_４などが採用される。なお、ガスは、Ａｒなどの希ガスも含む。

【0026】

回路部７は、可変電源３０と、第１の配線３１と、第２の配線３２と、抵抗器Ｒ１～Ｒ３と、スイッチＳＷ１と、を有している。可変電源３０は、接地電位にあるチャンバ２を挟んで、負電圧をプラズマガン１４の陰極２１に、正電圧を陽極１６に印加する。これにより、可変電源３０は、プラズマガン１４の陰極２１と陽極１６との間に電位差を発生させる。第１の配線３１は、プラズマガン１４の陰極２１を、可変電源３０の負電位側と電気的に接続している。第２の配線３２は、陽極１６を、可変電源３０の正電位側と電気的に接続している。抵抗器Ｒ１は、第１の中間電極２２と可変電源３０との間において直列接続されている。抵抗器Ｒ２は、第２の中間電極２３と可変電源３０との間において直列接続されている。抵抗器Ｒ３は、チャンバ２と可変電源３０との間において直列接続されている。スイッチＳＷ１は、制御部５０からの指令信号を受信することにより、ＯＮ／ＯＦＦ状態が切り替えられる。スイッチＳＷ１は、抵抗器Ｒ２に並列接続されている。スイッチＳＷ１は、プラズマＰを生成するときはＯＦＦ状態とされる。一方、スイッチＳＷ１は、プラズマＰを停止するときはＯＮ状態とされる。

【0027】

電圧印加部８は、基板１１にバイアス電圧を印加する。電圧印加部８は、基板１１にバイアス電圧を印加する電源３６と、電源３６と対象物配置部３とを接続する第３の配線３７と、第３の配線３７に設けられたスイッチＳＷ２とを有している。電源３６は、バイアス電圧として、正の電圧を印加する。第３の配線３７は、一端が電源３６の正電位側に接続されていると共に、他端が接続部材１３に接続されている。これにより、第３の配線３７は、電源３６と基板１１とを、接続部材１３及び載置部材１２を介して電気的に接続する。スイッチＳＷ２は、制御部５０によってそのＯＮ／ＯＦＦ状態が切り替えられる。スイッチＳＷ２は、負イオン生成時に所定のタイミングでＯＮ状態とされる。スイッチＳＷ２がＯＮ状態とされると、接続部材１３と電源３６の正電位側とが互いに電気的に接続され、接続部材１３にバイアス電圧が印加される。一方、スイッチＳＷ２は、負イオン生成時における所定のタイミングにおいてＯＦＦ状態とされる。スイッチＳＷ２がＯＦＦ状態とされると、接続部材１３と電源３６とが互いに電気的に切断され、接続部材１３にはバイアス電圧が印加されず、接続部材１３は浮遊状態となる。なお、電圧印加部８の更に詳細な構成については、後述する。

【0028】

制御部５０は、負イオン生成装置１全体を制御する装置であり、装置全体を統括的に管理するＥＣＵ[Electronic Control Unit]を備えている。ＥＣＵは、ＣＰＵ[Central Processing Unit]、ＲＯＭ[Read Only Memory]、ＲＡＭ[Random Access Memory]、ＣＡＮ［Controller Area Network］通信回路等を有する電子制御ユニットである。ＥＣＵでは、例えば、ＲＯＭに記憶されているプログラムをＲＡＭにロードし、ＲＡＭにロードされたプログラムをＣＰＵで実行することにより各種の機能を実現する。ＥＣＵは、複数の電子ユニットから構成されていてもよい。

【0029】

制御部５０は、チャンバ２の外部に配置されている。また、制御部５０は、ガス供給部６によるガス供給を制御するガス供給制御部５１と、負イオン生成部４によるプラズマＰの生成を制御するプラズマ制御部５２と、電圧印加部８によるバイアス電圧の印加を制御する電圧制御部５３と、を備えている。制御部５０は、プラズマＰの生成と停止を繰り返す間欠運転を行うように、制御を行う。

【0030】

プラズマ制御部５２の制御により、スイッチＳＷ１がＯＦＦ状態とされているとき、プラズマガン１４からのプラズマＰがチャンバ２内に出射されるため、チャンバ２内にプラズマＰが生成される。プラズマＰは、中性粒子、正イオン、負イオン（酸素ガスなどの負性気体が存在する場合）、及び電子を構成物質としている。プラズマ制御部５２の制御によりスイッチＳＷ１がＯＮ状態とされているとき、プラズマガン１４からのプラズマＰがチャンバ２内に出射されないのでチャンバ２内におけるプラズマＰの電子温度が急激に低下する。このため、チャンバ２内に供給されたガスの粒子に、電子が付着し易くなる。これにより、生成室１０ｂ内には、負イオンが効率的に生成される。電圧制御部５３は、プラズマＰが停止しているタイミングで、電圧印加部８を制御して基板１１に正のバイアス電圧を付与する。これにより、チャンバ２内の負イオンが基板１１へ導かれ、負イオンが基板１１へ照射される。

【0031】

図２は、プラズマＰのＯＮ／ＯＦＦのタイミングと正イオン及び負イオンの対象物への飛来状況を示すグラフである。図中、「ＯＮ」と記載されている領域はプラズマＰの生成状態を示し、「ＯＦＦ」と記載されている領域はプラズマＰの停止状態を示す。時間ｔ１のタイミングで、プラズマＰが停止される。プラズマＰの生成中は、正イオンが多く生成される。このとき、チャンバ２中に電子も多く生成される。そして、プラズマＰが停止されると、正イオンが急激に減少する。このとき、電子も減少する。負イオンは、プラズマＰの停止後、所定時間経過した時間ｔ２から急激に増加し、時間ｔ３にてピークとなる。なお、正イオン及び電子は、プラズマＰの停止後から減少してゆき時間ｔ３付近で、正イオンは負イオンと同量となり、電子はほとんど無くなる。

【0032】

ここで、図１に示すように、負イオン生成装置１は、プラズマＰの生成及び消失を検出する検出部４０を備える。検出部４０は、光検出素子４１と、制御部５０のプラズマ監視部５４と、を有する。

【0033】

光検出素子４１は、チャンバ２内における光量を検出する素子である。光検出素子４１は、例えば、遅延の少ないフォトダイオードが望ましいが、フォトダイオードの信号を増幅するための回路に遅延がある場合は、増幅器を内蔵した光学素子であるフォトトランジスタを用いてもよい。光検出素子４１としてフォトダイオードを用いる場合、光に対する遅延が少ないが、得られる信号強度が低いという特徴がある。光検出素子４１として、フォトダイオードと増幅器の組み合わせを用いる場合、フォトダイオードの信号を増幅器で増幅することができる。光検出素子４１として、フォトトランジスタを用いる場合、増幅する分、遅延が発生するが、信号強度が高いというメリットがある。応答速度は、フォトダイオード単品が最も速く、「フォトダイオード＋増幅器」及びフォトトランジスタが略同程度である。信号強度は、フォトダイオード単品が最も弱く、「フォトダイオード＋増幅器」及びフォトトランジスタが略同程度である。

【0034】

光検出素子４１は、チャンバ２のビューポート４２に取り付けられている。ビューポート４２は、チャンバ２の壁部に形成された覗き窓であり、チャンバ２の外部から内部の様子を視覚的に確認することができる部分である。ビューポート４２は、チャンバ２の壁部に設けられた光透過性部材を有している。光検出素子４１は、チャンバ２の外側に設けられ、ビューポート４２の光透過性部材を介して、チャンバ２内の光量を検出する。光検出素子４１は、検出した信号を制御部５０へ送信する。

【0035】

制御部５０のプラズマ監視部５４は、光検出素子４１で検出された信号に基づいて、チャンバ２内のプラズマＰを監視する。プラズマ監視部５４は、光検出素子４１で検出された光量が所定値以上である場合、チャンバ２内でプラズマＰが生成されていることを検出する。プラズマ監視部５４は、光検出素子４１で検出された光量が減少することで、所定の閾値以下となった場合、チャンバ２内でプラズマＰが消失したことを検出する。

【0036】

例えば、図３は、陽極１６の電圧Ｖの時間変化と、光検出素子４１によって検出信号、すなわち光量ＰＴの時間変化を示す。図３に示すように、プラズマ制御部５２がプラズマＰをＯＦＦとしたタイミングで、光量ＰＴが急激に低下している。プラズマ監視部５４は、光量ＰＴが所定の閾値ＴＨ以下となったタイミングで、プラズマＰが消失したことを検出する。電圧制御部５３は、プラズマ制御部５２がプラズマＰを停止する制御を行い、プラズマ監視部５４がプラズマＰの消失を検出した後のタイミングにて、電圧印加部８を制御して基板１１に正のバイアス電圧を付与する。これにより、プラズマＰが消失した後のチャンバ２内にて、負イオンが基板１１へ導かれ、負イオンが基板１１へ照射される。例えば、電圧制御部５３は、プラズマＰがＯＦＦとなっており、負イオンがチャンバ内に多く存在している時間領域Ｅ１（図２参照）のタイミングで、バイアス電圧を印加する。

【0037】

また、プラズマ監視部５４は、検出部４０の検出結果に基づいて負イオン生成装置１を停止する。例えば、プラズマ監視部５４は、プラズマ制御部５２がプラズマＰをＯＦＦとして所定時間経過しても、プラズマＰの消失を検出できない場合、負イオン生成部４を停止する。

【0038】

次に、本実施形態に係る負イオン生成装置１の作用・効果について説明する。

【0039】

本実施形態に係る負イオン生成装置１は、チャンバ２内においてプラズマＰを生成することで、負イオンを生成する負イオン生成部４を備えている。従って、負イオン生成部４がプラズマＰを停止した後に、負イオンを基板１１に対して照射可能となる。ここで、負イオン生成装置１は、プラズマＰの生成及び消失を検出する検出部４０を備える。従って、負イオン生成装置１は、検出部４０によってプラズマＰの消失を確認した後で、基板１１へ負イオンを照射することが可能となる。これにより、適切なタイミングで負イオン照射を行うことができる。以上より、適切なタイミングで基板１１に負イオンを照射できる。

【0040】

例えば、実際にプラズマＰがＯＦＦになっていない状況で電圧制御部５３が基板１１にバイアス電圧を印加すると、基板１１が損傷したり装置が故障するなどの不具合が生じる。プラズマＰがＯＮの状態でバイアス電圧をかけた場合の不具合の一例について、図４を参照して説明する。図４（ａ）は低バイアス電圧をかけた場合の負イオン密度等の時間変化を示すグラフであり、図４（ｂ）は高バイアス電圧をかけた場合の負イオン密度等の時間変化を示すグラフである。ここでは、プラズマＯＦＦの時間ｔ０の時点からバイアス電圧をかけたと仮定する。時間ｔ０は電荷バランスで決定され，電子が多いと大きくなる。つまり、低バイアス時に比べて高バイアス時の方が残留電子を一時的に集めてしまうため負イオンフラックスの立ち上がりがその分遅延する。低バイアスのタイミングで，高バイアス電圧を印加すると電子の方が多いので大電流が流れることになる。放電電流も同様な事が起こり，高電流側は時間ｔ０が大きくなり，かつ低電流時 (低バイアス) の立ち上がり後のピークが無くなり平坦な負イオンフラックスになる。図４（ｃ）に示すように、高バイアス時のΔｔではＣＣモードとなり、その後にＣＶモードとなる。

【0041】

バイアス毎に、電子を集め過ぎたり、負イオン電流が流れすぎた場合に、バイアス電源がＣＶモードではなく、ＣＣモードになったりする場合がある。仮に、プラズマＯＮの時にバイアス電圧をかけると電源側の電流制限が働き、ＣＣモードに移行するので、電圧のかかり方は、図４で示すものより更に変化を生じる可能性がある。この場合の問題としては、保護回路が働いて電圧が一定にかけられないので、負イオン照射処理が不均一となる。また、バイアス電源に電流が流れすぎて電圧がかからずにＣＣモードに移行して、電源がある程度耐えたとしても、バイアス電源出力の切替器がダメージを受ける可能性がある。

【0042】

これに対し、負イオン生成装置１は、プラズマＰが消失したことを確実に確認した後でバイアス電圧を印加できるため、前述のような不具合が生じない、適切なタイミングで負イオン照射を行うことができる。以上より、適切なタイミングで基板１１に負イオンを照射できる。

【0043】

検出部４０は、チャンバ２内における光量を検出する光検出素子４１を有してよい。プラズマＰが生成されているときはプラズマ光が必ず発生し、プラズマＰの消失に伴い、その光は減少していく。従って、検出部４０は、光検出素子４１によってプラズマ光を監視することで、正確にプラズマＰの消失を検出できる。

【0044】

光検出素子４１は、チャンバ２のビューポート４２に取り付けられていてよい。この場合、光検出素子４１は、チャンバ２の外側からプラズマＰの消失を検出することができる。そのため、光検出素子４１を容易に装置に組み込むことができる。例えば、既存の負イオン生成装置１に対して、ビューポート４２の位置に光検出素子４１を貼り付けて制御部５０に信号を入力すれば検出部４０を後付けで容易に構築することができる。

【0045】

負イオン生成装置１は、検出部４０の検出結果に基づいて動作を停止してよい。この場合、プラズマＯＦＦの制御をしたにも関わらずプラズマＰの消失が検出されない場合、装置に異常があるものとみなして、動作を停止することができる。これにより、動作停止後にメンテナンス等を行うことができる。

【0046】

本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。

【0047】

例えば、上述の実施形態では、光検出素子４１は、ビューポート４２に設けられていたが、光検出素子４１を設ける位置は特に限定されない。例えば、チャンバ２内に光検出素子４１を設けてもよい。また、ビューポート４２の位置はプラズマ光が見える位置であれば限定されない。光検出素子４１の位置についても同様である。

【0048】

上述の実施形態では、検出部４０は、光検出素子４１を用いていたが、光検出素子４１を用いなくともよい。例えば、検出部４０は、負イオン生成装置１内の所定の箇所の電圧を検出してよい。この場合、光検出素子４１などを追加しなくともプラズマＰの消失を検出することが可能となる。ただし、検出部４０は、光検出素子４１と電圧による検出を併用してもよく、この場合はより正確にプラズマＰの消失を検出することができる。

【0049】

図５（ａ）（ｂ）に示すように、負イオン生成装置１の各部位における電圧は、プラズマＯＮからプラズマＯＦＦとなったタイミングで電圧が変化している。なお、図１に示す負イオン生成装置１は、主ハース及び輪ハースを有していないが、このような材料を保持すると共にプラズマを導く主ハースと、主ハースの周囲に設けられた輪ハースを有してもよい。

【0050】

検出部４０は、主ハース（陽極）の電圧に基づいて検出を行ってよい。主ハースの電圧が、例えば、＋２５Ｖあたりから＋１０Ｖに電圧降下する場合、閾値をこれらの電圧の間（例えば＋２０Ｖ）に設定すればよい。検出部４０は、プラズマＯＦＦ信号を検出し、且つ、電圧値が閾値以下となったことを条件として、プラズマＰの消失を検出してよい。

【0051】

検出部４０は、第２の中間電極２３の電圧に基づいて検出を行ってよい。第２の中間電極２３が、例えば、－５Ｖあたりから＋１０Ｖあたりに電圧上昇する場合、閾値をこれらの電圧の間に（例えば０Ｖ）に設定すればよい。検出部４０は、プラズマＯＦＦ信号を検出し、電圧値が閾値以上となったことを条件として、プラズマＰの消失を検出してよい。

【0052】

検出部４０は、輪ハースの電圧に基づいて検出を行ってよい。輪ハースの電圧の変動は少ないが、プラズマＯＦＦ時に負にピークが立ち、プラズマＯＮ時に正にピークが立つ。検出部４０は、当該変動に基づいて検出を行ってよい。

【0053】

検出部４０は、陰極２１の電圧に基づいて検出を行ってよい。陰極２１は基本的に負電圧であり、プラズマＯＮ時より、プラズマＯＦＦの方が電圧の絶対値が小さくなるので、例えば、検出部４０は、－３０Ｖより０Ｖに近づいたことを条件として、プラズマＰの消失を検出してよい。

【0054】

陽極１６と陰極２１を短絡することで、プラズマＰの導入／非導入を行っているので、図６のグラフ（Ａ参照）に示すように、非導入時は両電極間電位がほぼ０になる。よって、検出部４０は、電圧が０ＶになったタイミングでプラズマＰの消失を検出してよい。

【0055】

検出部４０は、プラズマＯＮ時に加熱され、プラズマＯＦＦ時に冷えるチャンバ２の壁部の温度に基づいて検出してもよい。

【0056】

また、検出部４０は、チャンバ２内の圧力を検出してよい。この場合、光検出素子４１などを追加しなくとも、既存の圧力計などを用いてプラズマＰの消失を検出することが可能となる。ただし、検出部４０は、光検出素子４１と圧力による検出を併用してもよく、この場合はより正確にプラズマＰの消失を検出することができる。

【0057】

チャンバ２は、プラズマＯＮ時は加熱されるので、圧力が上がり、プラズマＯＦＦ時は圧力が下がる。検出部４０は、例えば、応答性のよい隔膜式圧力計等を用いて圧力を検出してよい。あるいは、通常電離真空計は、プラズマＰの電子とイオンが入らない様に金網をおいて設置したり、エルボー配管などを介して接続しているが、わざとそれらの対策をしないことにより、圧力を検出してよい。電離真空計は、残留ガスをイオン化させて、その電流値を見ているので、電子やイオンが流入すると、多くの残留ガスをイオン化させたと判断するので、圧力が高い数値になってしまう。検出部４０は、電離真空計の当該性質を利用すれば、プラズマＰの消失を検出することができる。

【0058】

例えば、上記実施形態では、プラズマガン１４を圧力勾配型のプラズマガンとしたが、プラズマガン１４は、チャンバ２内にプラズマを生成できればよく、圧力勾配型のものには限られない。

【0059】

また、上記実施形態では、プラズマガン１４とプラズマＰを導く陽極１６の組がチャンバ２内に一組だけ設けられていたが、複数組設けてもよい。また、一箇所に対して、複数のプラズマガン１４からプラズマＰを供給してもよい。

【符号の説明】

【0060】

１…負イオン生成装置、２…チャンバ、４…負イオン生成部、１１…基板（対象物）、４０…検出部、４１…光検出素子、４２…ビューポート。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】