JP7404119B2 - 負イオン生成装置 - Google Patents

Description

本発明は、負イオン生成装置に関する。

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。

特開２０１７－０２５４０７号公報

ここで、上述のような負イオン生成装置においては、負イオン生成部がプラズマを生成したとき、プラズマ光に紫外光が含まれる。このとき、紫外光が、負イオン照射の対象物に照射されることで、当該対象物にダメージを与える可能性がある。

そこで本発明は、対象物に対するダメージを抑制することができる負イオン生成装置を提供することを目的とする。

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、対象物を配置させる対象物配置部と、負イオン生成部と対象物配置部との間で、対象物配置部に対する紫外光を抑制する紫外光抑制機構と、を備える。

本発明に係る負イオン生成装置は、負イオン生成部と対象物配置部との間で、対象物配置部に対する紫外光を抑制する紫外光抑制機構を備えている。負イオン生成部が、負イオンを生成するためにプラズマを生成した場合、紫外光を含むプラズマ光が、対象物配置部に配置された対象物の方へ向かう。このとき、紫外光抑制機構が、対象物に対する紫外光を抑制することで、対象物に照射される紫外光を低減、または遮断することができる。以上より、対象物に対するダメージを抑制することができる。

紫外光抑制機構は、チャンバ内においてイオン生成部と対象物配置部との間に配置された、紫外光の通過を抑制する部材を有してよい。この場合、チャンバ全体の形状を変更しなくとも、既存のチャンバに対して部材を追加するだけで、対象物に対する紫外光を抑制できる。

部材は、紫外光の通過を抑制し、且つ、負イオンの通過を許容してよい。この場合、部材を移動させる機構などを設けなくとも、対象物に対する紫外光を抑制できる。

紫外光抑制機構は、負イオン生成部でプラズマを生成するタイミングと、プラズマを停止するタイミングとで、部材の位置を切り替える切替部を有してよい。この場合、プラズマが生成されているタイミングでは、切替部が部材を負イオン生成部と対象物との間に配置して、対象物に対する紫外光を遮断できる。一方、プラズマが停止しているタイミングでは、切替部が部材を除くことで、負イオン生成部で生成した負イオンを対象物へ照射させることができる。

紫外光抑制機構は、負イオン生成部と対象物配置部との間で紫外光を壁部で遮断するチャンバによって構成されてよい。この場合、別途の部材を追加することなく、対象物に対する紫外光を抑制できる。

本発明によれば、対象物に対するダメージを抑制することができる負イオン生成装置を提供することができる。

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。 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。 開口率調整部材の例を示す概略図である。 変形例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。 変形例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。 変形例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。 変形例に係る負イオン生成装置の基板周辺の構造を示す概略拡大図である。

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。

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。

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。

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。

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。

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。なお，接続部材１３の位置関係は、負イオン生成部４であるプラズマガン１４と陽極１６に干渉しない位置であれば、どのような位置関係が採用されても良い。

負イオン照射の対称となる基板１１として、例えば、基材の表面にＩＴＯ、ＩＷＯ、ＺｎＯ、Ｇａ_２Ｏ_３、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＳｉＯＮなどの膜を形成したものが採用される。基材として、例えばガラス基板やプラスチック基板などの板状部材が採用される。

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。

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、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。

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もしくは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。

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。つまり、電子親和力が正である原料が採用されると言える。なお、ガスは、放電を安定されるキャリアガスとしてＡｒなどの希ガスも含む。

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。

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。接続部材１３が浮遊状態となると、例えばプラズマＯＮ時に基板１１に流れ込む粒子は正負がバランスして最小限となる。

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。

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。

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。

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。

ここで、負イオン生成装置１は、紫外光抑制機構６０を更に備える。紫外光抑制機構６０は、負イオン生成部４と対象物配置部３との間で、対象物配置部３に対する紫外光ＵＶ、すなわち基板１１に対する紫外光ＵＶを抑制する機構である。本実施形態では、紫外光抑制機構６０は、チャンバ２内において負イオン生成部４と対象物配置部３との間に配置された、紫外光ＵＶの通過を抑制する開口率調整部材６１Ａ，６１Ｂ（部材）を有する。開口率調整部材６１Ａ，６１Ｂは、紫外光ＵＶの通過を抑制し、且つ、負イオン、ラジカル（不対電子を有する原子、分子）等の供給物ＰＭの通過を許容する。なお、本実施形態では、プラズマＰからの紫外光ＵＶ及び供給物ＰＭは、主に、Ｘ軸方向における正側から負側へ向かって進行し、基板１１へ照射される。従って、Ｘ軸方向のことを「照射方向」と称する場合がある。また、Ｘ軸方向の正側を「照射方向における上流側」、Ｘ軸方向の負側を「照射方向における下流側」と称する場合がある。

開口率調整部材６１Ａ，６１Ｂは、それぞれ貫通部を有する板状部材である。開口率調整部材６１Ａ，６１Ｂは、照射方向と直交するように、すなわちＹＺ平面と平行に広がるように配置される。また、開口率調整部材６１Ａ，６１Ｂは、照射方向に互いに対向するように配置される。ここでは、開口率調整部材６１Ａが照射方向における上流側に配置され、開口率調整部材６１Ｂが照射方向における下流側に配置される。６１Ｂまた、開口率調整部材６１Ａ，６１Ｂは、照射方向から見て、互いの貫通部をずらすように配置させることで、開口率を事前に調整しておくことができる。

図３を参照して、開口率調整部材６１Ａ，６１Ｂの一例について説明する。図３（ａ）は、開口率調整部材６１Ａと開口率調整部材６１Ｂとが重なっている様子を照射方向における上流側から見た概略図である。図３（ｂ）は、開口率調整部材６１Ａを取り除いて、開口率調整部材６１Ｂのみを照射方向における上流側から見た概略図である。図３（ａ）に示すように、開口率調整部材６１Ａは、所定のパターンで分布する円形の貫通部６２Ａを有している。また、図３（ｂ）に示すように、開口率調整部材６１Ｂは、所定のパターンで分布する円形の貫通部６２Ｂを有している。貫通部６２Ａと貫通部６２Ｂとは、照射方向から見て、互いにずれるように配置されている。従って、開口率調整部材６１Ａの貫通部６２Ａは、開口率調整部材６１Ｂの板部（貫通部６２Ｂ以外の部分）で塞がれた状態となる。

上述のように、開口率調整部材６１Ａ，６１Ｂは、照射方向から見たときに、開口部分が存在しないような構成となっている。従って、プラズマＰから出射された紫外光ＵＶが照射方向に進行すると、開口率調整部材６１Ａ，６１Ｂの組み合わせによって、遮断される。その一方、開口率調整部材６１Ａ，６１Ｂは照射方向に互いに僅かに隙間をあけて離間している。従って、開口率調整部材６１Ａ，６１ＢよりもプラズマＰ側の空間ＳＰ１（図１参照）と、開口率調整部材６１Ａ，６１Ｂよりも基板１１側の空間ＳＰ２（図１参照）とは、貫通部６２Ａ、隙間、及び貫通部６２Ｂを介して、空間的には連通されている。そのため、空間ＳＰ１からの供給物ＰＭは、部材間での反射などを繰り返すことで、空間ＳＰ２へ進入することができる。これにより、供給物ＰＭ、特に負イオンは、開口率調整部材６１Ａ，６１Ｂの通過を許容されて、基板１１に照射される。なお、紫外光ＵＶも、照射方向に対して傾斜した成分や、部材間で反射する成分を有することで、一部は空間ＳＰ２へ進入する。しかし、進入する紫外光ＵＶの量は、供給物ＰＭに比べれば、かなり少ない。

図３（ａ）（ｂ）では、開口率調整部材６１Ａ，６１Ｂの組み合わせ構造は、照射方向から見て、開口部が存在していなかった。しかし、供給物ＰＭの通過量を増やすために、開口部が形成されてもよい。具体的には、図３（ｂ）に示すように、貫通部６２Ａ（仮想線）と貫通部６２Ｂとを一部重ねることで、開口部ＯＰ（ハッチングで示す領域）を形成してよい。また、開口部ＯＰの大きさは、開口率調整部材６１Ａと開口率調整部材６１Ｂとのずれ量を調整することで、制御可能である。このように、開口率調整部材６１Ａ，６１Ｂは、互いのずれ量を調整することで、開口率を調整することができる。

ここで、開口率調整部材６１Ａ，６１Ｂの開口率について説明する。当該開口率は、照射方向から見たときの基準領域の面積を１００％とした時の、当該基準領域内に形成された開口部ＯＰの面積の合計の割合である。ここで、基準領域とは、図１において「Ｅ１」で示す、基板１１と重なる部分の領域としてよい。あるいは、基板１１が載せられていない状態では、載置部材１２と重なる部分の領域を基準領域としてよい。図３（ａ）に示す例では、開口率調整部材６１Ａ，６１Ｂの組み合わせ構造は、開口部ＯＰを有していないため、開口率は０％となる。開口率調整部材６１Ａ，６１Ｂのずれ量を調整したり、貫通部６２Ａ，６２Ｂの大きさを調整して開口部ＯＰを大きくすることで開口率が大きくなってゆく。なお、開口率調整部材６１Ａ，６１Ｂの組み合わせ構造では、貫通部６２Ａ，６２Ｂを完全に重ね合わせたときが、開口率の上限値となる。すなわち、貫通部６２Ａ，６２Ｂを完全に重ね合わせても、基準領域Ｅ１は、開口率調整部材６１Ａの貫通部６２Ａ以外の部分の板部により塞がれる。従って、開口率の上限値は、１００％以下となっている。ただし、場面によっては、基準領域Ｅ１から開口率調整部材６１Ａ，６１Ｂ自体を取り除くことで、開口率を１００％としてもよい。また、開口率を０％とするとき、電子の照射を許容する場合は、図２に示すようなプラズマＰの間欠制御を行うことなく、プラズマＰを連続的に発生させてもよい。なお、開口率を０％とするときは、紫外光ＵＶが基板１１に照射されない状態としつつ、電界で供給物ＰＭを引っ張ってよい。

なお、開口率調整部材の形状は特に限定されるものではない。例えば、図３（ｃ）（ｄ）に示すように、櫛歯状の貫通部６４Ａ，６４Ｂを有する開口率調整部材６３Ａ，６３Ｂを採用してもよい。開口率調整部材６３Ａ，６３Ｂの貫通部６４Ａ，６４Ｂのずれ量を調整することで、図３（ｃ）に示すように、開口率を０％としてもよく、図３（ｄ）に示すように、開口率を大きくしてもよい。なお、平板の入れ子構造を採用してもよい。また、図３に示す例以外でも、様々な貫通部の形状が採用されてもよい。また、開口率調整部材の枚数も更に増やしてもよい。様々な組み合わせを採用することで、開口率調整部材の組み合わせに係る構造は、開口率を０％から１００％まで調整可能であってよい。

また、開口率調整部材の枚数が１枚でも良い。この場合、図７（ａ）に示す様に基板１１の上部を覆う一枚の板２００で塞ぐ構造が採用される。当該構造では、板２００の外側から供給物ＰＭを回り込ませて照射する。図７（ａ）の構造では、基準領域Ｅ１を基準としたときの開口率は０％となる。しかし、供給物ＰＭが回り込む開口部の大きさは大きく、仮に当該開口部を基準領域Ｅ１と照らし合わせた場合、開口部の大きさは、開口率１００％に相当する大きさとなってもよい。このような構成では、チャンバ２の断面積に対しての開口部の割合を調整する。電子の照射を許容する場合は、図２に示すようなプラズマＰの間欠制御を行うことなく、プラズマＰを連続的に発生させてもよい。

例えば、図３に示す形態では、貫通部の大きさが基板１１に比べて小さかった。ただし、開口率調整部材２０１，２０２の貫通部は、図７（ｂ）に示すように大きく形成されてもよい。例えば、貫通部の大きさは、「基板１１のサイズ／２」の大きさなどとなってもよい。この場合、開口率調整部材２０１，２０２の重ね合わせ態様を調整することで、分布斑を抑制する。

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。

本実施形態に係る負イオン生成装置１は、負イオン生成部４と対象物配置部３との間で、対象物配置部３に対する紫外光ＵＶを抑制する紫外光抑制機構６０を備えている。負イオン生成部４が、負イオンを生成するためにプラズマＰを生成した場合、紫外光ＵＶを含むプラズマ光が、対象物配置部３に配置された基板１１の方へ向かう。このとき、紫外光抑制機構６０が、基板１１に対する紫外光ＵＶを抑制することで、基板１１に照射される紫外光ＵＶを低減、または遮断することができる。以上より、基板１１に対するダメージを抑制することができる。

紫外光抑制機構６０は、チャンバ２内において負イオン生成部４と対象物配置部３との間に配置された、紫外光ＵＶの通過を抑制する開口率調整部材６１Ａ，６１Ｂを有する。この場合、チャンバ２全体の形状を（例えば図６のように）変更しなくとも、既存のチャンバ２に対して開口率調整部材６１Ａ，６１Ｂを追加するだけで、基板１１に対する紫外光ＵＶを抑制できる。

開口率調整部材６１Ａ，６１Ｂは、紫外光ＵＶの通過を抑制し、且つ、負イオンの通過を許容する。この場合、図４に示すような部材を移動させる複雑な機構を設けなくとも、基板１１に対する紫外光ＵＶを抑制できる。

本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。

例えば、図４に示す負イオン生成装置１の構成を採用してもよい。図４に示す例では、紫外光抑制機構６０は、負イオン生成部４でプラズマＰを生成するタイミングと、プラズマＰを停止するタイミングとで、シャッター部材６６（部材）の位置を切り替える切替部６７を有してよい。シャッター部材６６は、基板１１及び載置部材１２と照射方向の下流側で対向する部材である。シャッター部材６６は、図３に示すような貫通部を有しない、平面状の板部材である。切替部６７は、シャッター部材６６に駆動力を付与することで、回転移動させたり、往復移動させることができる。これにより、切替部６７は、シャッター部材６６で基板１１を覆う状態と、シャッター部材６６と退避させて基板１１を露出させる状態と、を切り替えることができる。

この場合、プラズマＰが生成されているタイミング（図２の「ＯＮ」のタイミング）では、切替部６７がシャッター部材６６を負イオン生成部４と基板１１との間に配置して、基板１１に対する紫外光ＵＶを遮断できる。一方、プラズマＰが停止しているタイミング（図２の「ＯＦＦ」のタイミング）では、切替部６７がシャッター部材６６を除くことで、負イオン生成部４で生成した負イオンを基板１１へ照射させることができる。図４に示す構成によれば、プラズマＰが生成されているときは、開口部を有さないシャッター部材６６は、図１に示す開口率調整部材を用いた構成よりも、更に確実に紫外光ＵＶを遮断できる。そして、プラズマＰが停止している時は、基板１１を露出させることで、図１に示す開口率調整部材を用いた構成よりも、多くの負イオンを基板１１に照射できる。

また、図５に示す負イオン生成装置１の構成を採用してもよい。図５に示す例では、開口率調整部材６１Ａ，６１Ｂよりも基板１１側の空間ＳＰ２に対して、磁場形成部８０が設けられている。磁場形成部８０は、チャンバ２を挟むように、Ｙ軸方向の正側と負側にそれぞれ設けられた磁場発生装置８１を備えている。磁場形成部８０は、載置部材１２の載置面１２ａに沿った方向の磁場を形成する。すなわち、磁場形成部８０は、基板１１の被照射面１１ａに沿った方向の磁場を形成する。載置面１２ａ及び被照射面１１ａに沿った方向とは、これらの面と略平行な方向を意味する。図５に示す例では、磁場発生装置８１が発生する磁束Ｂが、Ｙ軸方向と略平行に延びている。磁場形成部８０は、基板１１付近に磁場を形成することによって、電子をトラップすることができる。これにより、磁場形成部８０は、基板１１に照射される電子の量を低減することができる。従って、図５に示す構成を採用することで、図２に示すようなプラズマＰの間欠制御を行うことなく、プラズマＰを連続的に発生させてもよくなる。

更に、磁場形成部８０、対象物配置部３、及び電圧印加部８の組み合わせに係る構成は、マグネトロンを行う放電部９０として機能することができる。また、負イオン生成部４は、ラジカルを生成するラジカル供給源として機能することができる。放電部９０は、ラジカル供給源から供給されるラジカルを用いてマグネトロン放電を行うことができる機構である。これにより、放電部９０は、マグネトロン放電によっても、基板１１に照射する負イオンを生成することができる。

具体的に、磁場形成部８０は、基板１１の被照射面１１ａに対して略平行な磁場を印加できる。すなわち、被照射面１１ａ（及び載置面１２ａ）の位置にて、被照射面１１ａに略平行な磁場が形成されている。そして、電圧印加部８は、基板１１の被照射面１１ａに対して垂直なバイアス電圧を印加できる。すると、放電部９０は、被照射面１１ａ付近の位置において「Ｅ×Ｂ」のマグネトロン放電を行うことができる。また、負イオン生成部４は、高密度のプラズマＰから大量のラジカルを供給することができる。これにより、基底状態のガスなどとは異なり、放電を行い易くなり、プラズマ照射による改質が可能となる。なお、マグネトロン放電によって、新たにプラズマ光が発生するが、負イオン生成部４のプラズマＰよりは、放電が行いやすいため紫外光は少ない。従って、基板１１に対するダメージは、許容できる範囲に抑えることができる。このようなマグネトロン放電により、陽極となる基板１１には、新たに生成された負イオン及び電子が照射される。

なお、負イオン及び電子は、磁束Ｂの周りを旋回するような挙動を示す。このとき、電子は小さい径で磁束Ｂの周りを旋回するのに対し、負イオンは大きい径で磁束Ｂの周りを旋回する。そのため、磁場形成部８０の磁場を調整しておくことで、大きく旋回する負イオンは、なるべく基板１１に当たるようにしつつ、小さく旋回する電子はなるべく基板１１に当たらないようにしてよい。これにより、電子よりも負イオンが基板１１に照射され易くなる。

上述の実施形態及び変形例では、チャンバ２内に新たな部材を設けることによって、紫外光抑制機構が構成されていた。これに代えて、紫外光抑制機構は、負イオン生成部４と対象物配置部３との間で紫外光ＵＶを壁部で遮断するチャンバ１０２によって構成されてよい。この場合、図１，４に示すような別途の部材を追加することなく、基板１１に対する紫外光ＵＶを抑制できる。具体的には、図６に示すように、対象物配置部３及び基板１１をプラズマＰからの紫外光ＵＶが直接向かわない位置に配置してよい。

図６に示すチャンバ１０２は、プラズマＰを生成するためのプラズマ室ＲＭ１と、基板１１に対する負イオンの照射を行う照射室ＲＭ２と、を備えている。プラズマ室ＲＭ１は、図１のチャンバ２の内部空間に対応する空間であって、壁部２ａ～２ｄに囲まれる空間によって形成される。照射室ＲＭ２は、プラズマ室ＲＭ１のＸ軸方向の負側の端部において、Ｙ軸方向の負側へ延びる空間によって形成される。具体的に、照射室ＲＭ２は、壁部２ａをＹ軸方法の負側へ延長させた壁部２ｅと、壁部２ｃからＹ軸方向の負側へ延びる壁部２ｆと、壁部２ｅ，２ｆのＹ軸方向の負側の端部同士を接続する壁部２ｇと、を備える。プラズマ室ＲＭ１において、負イオン生成部４の構成要素は、図１と同様の位置に設けられている。それに対し、対象物配置部３は、照射室ＲＭ２の壁部２ｅに設けられる。

基板１１の被照射面１１ａと直交する方向（Ｘ軸方向）を照射方向と定義する。このとき、対象物配置部３が設けられる照射室ＲＭ２は、照射方向と直交する方向（ここではＹ軸方向）において、プラズマ室ＲＭ１からずれた位置に配置されている。また、照射室ＲＭ２は、プラズマガン１４及び陽極１６よりも、照射方向における下流側に配置され、プラズマＰの縁部Ｐａよりも、照射方向における下流側に配置される。なお、プラズマＰの縁部Ｐａとは、最大出力でプラズマＰを生成したときに、視覚的に確認できる発光範囲の境界部分を示す。なお、プラズマＰの発光強度の違いがあるため、その輪郭はある程度の幅を持っている。

このような位置関係により、基板１１から見て、プラズマＰが直接見えない構造となっている。具体的には、基板１１側の基準位置から負イオン生成部４側を見た場合に、プラズマＰの全部、又は一部が見えない状態となっている。例えば、基板１１の端部を基準位置Ｐ１としたとき、基準位置Ｐ１から、プラズマＰの縁部Ｐａが見えない配置となっていてよく、陽極１６の中心位置ＣＰ２が見えない配置となっていてよく、プラズマＰの中心位置ＣＰ１（プラズマガン１４と陽極１６との間の領域の中心位置）が見えない配置となっていてよく、プラズマガン１４の中心位置ＣＰ３が見えない配置となっていてよい。なお、基準位置Ｐ１から中心位置ＣＰ１が見えない状態とは、基準位置Ｐ１と中心位置ＣＰ１とを結ぶ仮想線ＶＬが、チャンバ１０２の壁部に干渉する状態を指す（図６参照）。なお、載置部材１２の中心を基板１１側の基準位置Ｐ２としてもよい。これらの位置関係が成り立つことで、プラズマＰから基板１１へ向かう紫外光ＵＶは、チャンバ１０２の壁部２ｃで遮断される。以上より、チャンバ１０２によって紫外光抑制機構６０が構成される。

なお、図６に示す負イオン生成装置１も、基板１１の被照射面１１ａ及び載置面１２ａに沿った方向の磁場を形成する磁場形成部８０を有している。これにより、マグネトロン放電によって、基板１１に負イオンが照射される。なお、当該磁場形成部８０は省略されてもよい。

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。

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。

１…負イオン生成装置、２…チャンバ、３…対象物配置部、４…負イオン生成部、１１…基板（対象物）、６０…紫外光抑制機構、６１Ａ,６１Ｂ,６３Ａ,６３Ｂ…開口率調整部材（部材）、６６…シャッター部材（部材）、６７…切替部、１０２…チャンバ（紫外光抑制機構）。

Claims (4)

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の生成と停止を繰り返すことで、前記負イオンを生成する負イオン生成部と、
   前記対象物を配置させる対象物配置部と、
   前記負イオン生成部と前記対象物配置部との間で、前記対象物配置部に対する紫外光を抑制する紫外光抑制機構と、を備え、
   前記紫外光抑制機構は、
   前記紫外光の通過を抑制する部材と、
   前記プラズマの生成時に前記チャンバ内において前記負イオン生成部と前記対象物配置部との間に前記部材を配置し、前記プラズマの停止時に前記チャンバ内において前記負イオン生成部と前記対象物配置部との間から前記部材を退避する切替部とを有する、負イオン生成装置。
2. 前記対象物配置部の載置面に沿った方向の磁場を形成する磁場形成部を更に備える、請求項１に記載の負イオン生成装置。
3. 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の生成と停止を繰り返すことで、前記負イオンを生成する負イオン生成部と、
   前記対象物を配置させる対象物配置部と、
   前記対象物配置部が設けられ、前記チャンバ内と連通した空間を構成する照射室と、
   前記負イオン生成部のプラズマの中心位置と前記対象物配置部の中心位置との間で、前記対象物配置部に対する紫外光を内壁で遮断する前記チャンバによって構成される紫外光抑制機構と、を備える、負イオン生成装置。
4. 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、
   前記対象物を配置させる対象物配置部と、
   前記対象物配置部が設けられ、前記チャンバの内部と連通した空間を構成する照射室と、
   前記対象物配置部の載置面に沿った方向の磁場を形成する磁場形成部と、
   前記負イオン生成部のプラズマの中心位置と前記対象物配置部の中心位置との間で、前記対象物配置部に対する紫外光を内壁で遮断する前記チャンバによって構成される紫外光抑制機構と、を備える負イオン生成装置。
   

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