(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバ内に配置されたプラズマ生成手段と、このプラズマ生成手段で生成されたプラズマをイオンビームとして取り出すビーム電圧用グリッドと、このビーム電圧用グリッドで取り出されたイオンビームの発散角を設定する加速用グリッドとを具備して構成されるイオンガンにおいて、
上記ビーム電圧用グリッドの軸芯と平行する姿勢で軸芯方向に摺動自在に支持された絶縁シャフトの一端側に上記加速用グリッドを装着し、上記絶縁シャフトの他端側を上記真空チャンバの内壁に近接して配置し、この絶縁シャフトの他端に上記チャンバ壁を貫通して装着した操作子に係合させ、この操作子によって上記真空チャンバの外から上記加速用グリッドの位置を移動させ、上記加速用グリッドと上記ビーム電圧用グリッドとの間の隙間を調整できるように構成したことを特徴とするグリッド隙間可変型イオンガン。
【請求項２】
請求項１に記載したグリッド隙間可変型イオンガンにおいて、上記絶縁シャフトの軸芯は上記チャンバ壁に対して垂直な姿勢に配置され、上記チャンバ壁を貫通して支持された操作子をマイクロメータとし、マイクロメータの可動シャフトの先端を上記絶縁シャフトの他端に結合させマイクロメータの操作に対応して上記加速用グリッドの位置を移動させることを可能としたグリッド隙間不変型イオンガン。
【請求項３】
請求項２に記載したグリッド隙間可変型イオンガンにおいて、上記絶縁シャフトに上記チャンバ壁に向う弾性偏倚力を印加した構成したグリッド隙間可変型イオンガン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は例えばイオンビームスパッタ成膜装置等に利用されるイオンガンにおいて、特にイオンビームの発散角等を真空状態を壊すことなく調整することができるグリッド隙間可変型イオンガンを提供しようとするものである。
【０００２】
【従来の技術】
図３に従来から用いられているイオンビームスパッタ成膜装置の概要を示す。イオンビームスパッタ成膜装置は真空チャンバ１内に設けられたイオンガン２と、ターゲット３とによって構成され、イオンガン２から放出されるイオンビーム４をターゲット３に照射し、ターゲット３から叩き出されたターゲット材料５が被加工体６の表面に堆積し、被加工体６の表面に膜を形成する。尚、図３に示す例ではターゲット３として互に材質が異なる二枚のターゲット３Ａ，３Ｂを配置した場合を示す。
【０００３】
図４に従来のイオンガンの構造を示す。図中１１は真空チャンバ１を構成するチャンバ壁を示す。チャンバ壁１１を挟んでＡが大気側、Ｂが真空側である。チャンバ壁１１の内面にイオンガン２が装着される。イオンガン２は筒状の金属カバー１２と、この金属カバー１２の一端側（チャンバ壁１１と対向する側）を閉塞する金属フランジ１３と、これら金属カバー１２と金属フランジ１３とで囲まれた中空部に設けられたプラズマ生成手段１４と、このプラズマ生成手段１４で生成されたプラズマからイオンを取り出すビーム電圧用グリッド１５と、加速用グリッド１６と、これらビーム電圧用グリッド１５と加速用グリッド１６との間に介挿したスペーサ１７とによって構成され、金属フランジ１３の外側の面がチャンバ壁１１の内面と対向して配置され、絶縁材１８によってイオンガン２はチャンバ壁１１の内面に支持される。
【０００４】
プラズマ生成手段１４は絶縁材から成るクオーツチューブ１４Ａと、このクオーツチューブ１４Ａの周面に巻装した高周波コイル１４Ｂと、クオーツチューブ１４Ａの後端側を蓋する金属フランジ板１４Ｃと、クオーツチューブ１４Ａの開口端面に装着され、ビーム電圧用グリッド１５を保持するグリッドホルダ１４Ｄと、このグリッドホルダ１４Ｄと金属フランジ板１４Ｃとの間を締付けてグリッドホルダ１４Ｄとクオーツチューブ１４Ａと金属フランジ板１４Ｃとを一体化する金属シャフト１４Ｅとによって構成される。このプラズマ生成手段１４は絶縁シャフト１９によって金属カバー１２の軸芯位置に絶縁して支持される。
【０００５】
ビーム電圧用グリッド１５と金属フランジ板１４Ｃにはグリッドホルダ１４Ｄと金属シャフト１４Ｅを通じて例えば＋１ｋＶ程度の直流電圧が与えられる。また加速用グリッド１６には例えば−１００Ｖ程度の加速電圧が与えられる。
クオーツチューブ１４Ａ内にチューブ２１を通じて例えばアルゴンガスを注入し、高周波コイル１４Ｂに例えば数１０ＭＨｚ程度の高周波電流を流すことにより、アルゴンガスはプラズマ化され、ビーム電圧用グリッド１５に形成された孔を通じてイオンビームが放出され、加速用グリッド１６で加速されてターゲット３（図３参照）に照射される。
【０００６】
加速用グリッド１６に印加する加速電圧と加速用グリッド１６とビーム電圧用グリッド１５との間の隙間Ｇ（図４参照）を調整してイオンビーム４の発散角を調整し、ターゲット３に照射されるイオンビーム４の照射密度等を最適状態に調整する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来はビーム電圧用グリッド１５と加速用グリッド１６との間の隙間Ｇを調整するにはスペーサ１７を交換し、厚みの異なるスペーサ１７を介挿して調整している。このためにスペーサ１７を交換する毎にチャンバ１内を大気圧に戻さなければならない不都合が生じる。
【０００８】
またビーム電圧用グリッド１５と加速用グリッド１６に形成した孔Ｈの形状はイオンビーム４の通過によりわずかずつではあるが変形する。孔Ｈの変形によってもイオンビーム４の発散角が変化するから、隙間Ｇの調整を必要とする頻度は高い。
然し乍ら上述したようにスペーサ１７を交換するにはチャンバ１内を大気圧に戻し、スペーサ１７の交換作業の後に再び真空状態にし、その調整の結果を調べることを繰返さなければならないため、その調整作業は多くの手間と、時間が掛る大きな欠点がある。
【０００９】
また、スペーサ１７の厚みを種々変更したとしても、連続的に厚みを変化させることはできないため、最適状態に設定することは極めてむずかしい。
この発明の目的はイオンビームを放射している状態でもビーム電圧用グリッド１５と加速用グリッド１６との間の隙間Ｇを連続的に調整することができ、従って、短時間に最適な設定状態に調整することができるグリッド隙間可変型イオンガンを提供しようとするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１ではチャンバ内に配置され一端側が閉塞され他端側が開口とされた筒状のプラズマ生成手段と、このプラズマ生成手段の開口部分に装着されプラズマ生成手段で生成されたプラズマを上記開口を通じてイオンビームとして取り出すビーム電圧用グリッドと、このビーム電圧用グリッドで取り出されたイオンビームの発散角を設定する加速用グリッドとを具備して構成されるイオンガンにおいて、
プラズマ生成手段の軸芯と平行する姿勢で軸芯方向に摺動自在に絶縁シャフトを設け、この絶縁シャフトのプラズマ生成手段の開口側の端部に加速用グリッドを装着し、絶縁シャフトの他端側をチャンバの構成する壁の内面に近接して配置し、この絶縁シャフトの他端にチャンバ壁を貫通して装着した操作手段に係合させ、この操作手段によってチャンバの外から加速用グリッドの位置を移動させ、加速用グリッドとビーム電圧用グリッドとの間の間隙を調整できるように構成したグリッド隙間可変型イオンガンを提案する。
【００１１】
この発明の請求項２では請求項１に記載したグリッド隙間可変型イオンガンにおいて、絶縁シャフトの軸線はチャンバ壁に対して垂直な姿勢に配置され、チャンバ壁を貫通して支持された操作手段をマイクロメータとし、マイクロメータの可動シャフトの先端を絶縁シャフトの他端に結合させマイクロメータの操作に対応して加速用グリッドの位置を移動させる構造としたグリッド隙間不変型イオンガンを提案する。
【００１２】
この発明の請求項３では請求項２に記載したグリッド隙間可変型イオンガンにおいて、絶縁シャフトにチャンバ壁に向う弾性偏倚力を印加した構成としたグリッド隙間可変型イオンガンを提供する。
〔作用〕
この発明によればチャンバの外側から操作手段を介してチャンバ内部に設けた加速用グリッドの位置を移動させることができる。この結果、イオンビーム４を放射している状態でビーム電圧用グリッド１５と加速用グリッド１６との間の隙間Ｇを調整することができ、短時間に然も最適状態に簡単に設定することができる利点が得られる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１にこの発明によるグリッド隙間可変型イオンガンの一実施例を示す。図４と対応する部分には同一符号を付し、その重複説明は省略するが、この発明ではプラズマ生成手段１４の軸芯と平行する姿勢で、その軸芯方向に摺動自在に絶縁シャフト２２を配置する。プラズマ生成手段１４の軸芯とはプラズマ生成手段１４を構成するクオーツチューブ１４Ａの管軸を指す。この管軸と平行に絶縁シャフト２２を摺動自在に配置する。
【００１４】
この実施例では図２に示すように絶縁シャフト２２を１８０°角間隔に３本装着した例を示す。つまり金属フランジ１３と、グリッドホルダ１４Ｄに１８０°角間隔に貫通孔を形成し、この貫通孔のそれぞれに絶縁シャフト２２を挿通させ、絶縁シャフト２２を軸芯方向に摺動自在に支持する。
絶縁シャフト２２としては例えばセラミックによって形成することができる。その先端側はグリッドホルダ１４Ｄを貫通してビーム電圧用グリッド１５の面より先方に突出し、その先端に加速用グリッド１６を装着する。
【００１５】
絶縁シャフト２２の後端側は金属フランジ１３を貫通し、チャンバ壁１１の近くに配置する。図１に示す実施例では絶縁シャフト２２の軸芯はチャンバ壁１１の面に対して垂直な姿勢に支持した場合を示す。
絶縁シャフト２２の後端側にストッパ２４Ａを装着し、このストッパ２４Ａと金属フランジ１３との間にコイルスプリング２４Ｂを介挿し、このコイルスプリング２４Ｂの反発力によって絶縁シャフト２２に後方（チャンバ壁１１側）に向う弾性偏倚力を与える。
【００１６】
チャンバ壁１１には絶縁シャフト２２の軸芯と同一軸芯位置に操作子２３を配置する。操作子２３としては例えばマイクロメータを用いることができる。マイクロメータは周知のように粗調ダイヤル２３Ａと微動ダイヤル２３Ｂと可動シャフト２３Ｃとを具備し、粗調ダイヤル２３Ａ及び微動ダイヤル２３Ｂを回転操作することにより、可動シャフト２３Ｃを軸芯方向に可動させることができる。
【００１７】
従って、可動シャフト２３Ｃをチャンバ壁１１を貫通させて真空チャンバ１内に突出させ、この可動シャフト２３Ｃの先端に絶縁シャフト２２の後端をコイルスプリング２４Ｂの偏倚力に従って弾性的に圧接させることにより、絶縁シャフト２２を操作子２３によって可動させることができる。尚、図示する実施例では３本の絶縁シャフト２２毎に操作子２３を設けた場合を示すが、必ずしもその必要はなく、１個所又は２個所に設けるだけでもよい。
【００１８】
図２に可動自在に設けた加速用グリッド１６に加速電圧を印加する部分を付加した構造を示す。この例では絶縁シャフト２２と平行して絶縁管２５を設ける。この絶縁管２５の先端はビーム電圧用グリッド１５を貫通して加速用グリッド１６の面と対向して配置される。
絶縁管２５の中空孔には後端側に電極２６を嵌着し、この電極に接触してコイルスプリング２７を挿入し、このコイルスプリング２７に接触して可動電極２８を挿入する。可動電極２８の先端をコイルスプリング２７の偏倚力によって前方に弾性的に突出させ、加速用グリッド１６の背面に弾性的に圧接させる。電極２６に加速用電極源ＶＥを接続することにより、加速用電圧が電極２６と、コイルスプリング２７と、可動電極２８を通じて加速用グリッド１６に加速電圧（−１００Ｖ）が印加される。この構成により加速用グリッド１６を可動させた場合、可動電極２８の接触状態は維持され、加速電圧の印加状態は保持される。
【００１９】
尚、図２において、グリッドホルダ１４Ｄにはカバー２９がビス３０によって固定される。このときカバー２９とグリッドホルダ１４Ｄとの間にビーム電圧用グリッド１５を挟込み、カバー２９によってビーム電圧用グリッド１５とグリッドホルダ１４Ｄは一体化される、また、図２では金属フランジ板１４Ｃと金属シャフト１４Ｅは省略して示している。
【００２０】
加速用グリッド１６の直径はカバー２９に形成された孔の直径より小さく選定され、加速用グリッド１６はカバー２９に接触することなく移動することができる。
尚、上述した実施例では操作子２３としてマイクロメータを用いた場合を説明したが、マイクロメータ以外に例えばネジ送り機構等を利用することもできることは容易に理解できよう。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば真空チャンバ１の外部から操作子２３を操作することによって加速用グリッド１６を可動させることができ、この可動によってビーム電圧用グリッド１５と加速用グリッド１６との間の隙間Ｇ（図４参照）を連続的に可変させることができる。
【００２２】
この結果、イオンビームを放射している状態でグリッド間の隙間Ｇを連続的に可変させることができるから、イオンビームの放散角を短時間に然も簡単に最適状態に設定することができる利点が得られ、その効果は実用に供して頗る大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明によるグリッド隙間可変型イオンガンの一実施例を説明するための断面図。
【図２】図１に示した実施例に加速電圧印加手段を付加した構造を説明するための分解斜視図。
【図３】従来から用いられているイオンガンの実用例を説明するための略線図。
【図４】従来のイオンガンの構造を説明するための断面図。
【符号の説明】
１    真空チャンバ
２    イオンガン
３    ターゲット
４    イオンビーム
５    ターゲット材料
６    被加工体
１１    チャンバ壁
１２    金属カバー
１３    金属フランジ
１４    プラズマ生成手段
１４Ａ    クオーツチューブ
１４Ｂ    高周波コイル
１４Ｃ    金属フランジ板
１４Ｄ    グリッドホルダ
１４Ｅ    金属シャフト
１５    ビーム電圧用グリッド
１６    加速用グリッド
１７    スペーサ
１８    絶縁材
１９    絶縁シャフト
２１    チューブ
２２    絶縁シャフト
２３    操作子
２４Ａ    ストッパ
２４Ｂ    コイルスプリング
２５    絶縁管
２６    電極
２７    コイルスプリング
２８    可動電極
２９    カバー
３０    ビス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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