(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォトエッチング加工によりイオン引き出し用の多数のスリット孔が設けられた金属板に、熱膨張を吸収する、波形スリット孔を有するスプリング機構が備えられていることを特徴とするイオン源電極構造。
【請求項２】
請求項１の金属板の片側もしくは両側部に引張り力が印加されているイオン源電極構造。
【請求項３】
請求項１または２の構造において、金属板の複数枚が絶縁スペーサを介して重ねられて配設されているイオン源電極構造。
【請求項４】
請求項１ないし３いずれかのイオン源電極において、金属板の支持枠のうち、スリット孔に平行な方向には熱膨張率の大きな物質が用いられ、スリット孔に直交する方向には熱膨張率の小さな物質が用いられ、温度上昇による支持枠の伸びに伴って金属板に張力が発生し、金属板の片側または両側部に引っ張り力が印加されるイオン源電極構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、イオン源電極構造に関するものである。さらに詳しくは、この発明は、イオン蒸着法、イオンプレーティング法等に有用な、低エネルギーのイオンビームを高電流密度で発生させることのできる、新しいイオン源電極構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術と課題】
従来から、半導体等の高度な電子機器部品の構造においては、イオン蒸着法、イオンプレーティング法等の気相イオン成膜の手段やイオンエッチング等の手段が用いられてこれらの方法に必要とされる高効率で安定したイオンビームを発生するために、多くのイオンビーム発生装置が開発されてきている。
【０００３】
そして、これらのイオンビーム発生装置では、イオンビームを引出し、加速するためのイオン源電極が重要な役割を果しており、このイオン源電極についても工夫、改良がなされてきている。
例えば、従来では、大電流のイオンビームの発生を可能とするイオン源電極としては、例えば、図１（Ａ）（Ｂ）の平面図および断面図に示したように、厚さ１ｍｍから数ｍｍの金属板（１）に直径数ｍｍから数十ｍｍの丸孔（２）、または、幅数ｍｍのスリット孔を多数あけた構造のものが知られている。
【０００４】
一方、このようなイオンビームを高密度で発生させるために、実験的なアプローチだけでなく、理論的なアプローチも試みられており、その代表的なものとしてチャイルド・ラングミューア則がある。
このチャイルド・ラングミューア則によると、引き出すことが可能である最大電流密度Ｊは、
【０００５】
【数１】
0003575837.tif 000002
で与えられる。ここで、Ｖは電極間に印加する電圧、ｄは電極間の距離、Ｍはイオン質量数、および、Ｚはイオン電荷数である。
この式から、最大電流密度Ｊは、電極間の距離を小さくとればとるほど大きな値をとることができるということがわかる。
【０００６】
しかしながら、実際にイオン源電源を用いて、大電流のイオンビームを発生させる場合、その良好なイオンビーム光を保つためには、どうしても電極間の距離ｄは、前記の孔の直径または幅と同程度の大きさにする必要があるため、従来のイオン源電極においては、イオン電極間の距離ｄは孔の大きさと同程度の数ｍｍから数十ｍｍとされていた。
【０００７】
そして、このような従来のイオン源電極においては、電極間に印加する電圧Ｖを十分大きくすることにより、十分な大きさの電流密度を得ていた。
しかしながら、イオンプレーティング等の用途のために極めて低いエネルギーのイオンビームが必要な場合には、電極間に印加する電圧Ｖが小さな値となり、従来のイオン源電極に見られるような、非常に長い電極の距離では、高い電流密度を得ることができない。
【０００８】
そこで、イオン源電極における孔の直径または幅をできるだけ小さくとることが必要となるが、実際上は、従来の金属板を用いたイオン源電極では、小さな孔を多数あけることは加工上非常に困難であり、またさらに、機械的強度の制限から、イオン源電極の厚みは通常１ｍｍ以上あるため、電極間の距離を１ｍｍ以下にすることは不可能であった。
【０００９】
またさらに、従来では、金属板を用いないイオン源電極も知られており、例えば図２（Ａ）（Ｂ）に示したように、片端を固定した直線状の金属棒（３）を多数並べることによって、スリット孔（４）を形成したものがある。
しかしながら、このような金属棒を用いたスリット孔のイオン源電極の場合においても、機械的強度の制限から、スリットの幅、および、金属棒の厚みは、１ｍｍから数ｍｍ程度必要であり、したがって、電極間の距離はどうしても数ｍｍは必要であった。
【００１０】
以上のように、従来のイオン源電極においては、低エネルギーで大電流密度のイオンビームを得ることは不可能であった。
このような従来のイオン源電極に対して、ごく最近になって、直径０．５ｍｍ程度の細い金属線を密に並べることにより、電極間の距離を１ｍｍ以下にしたイオン源電極が提案され、この提案されたイオン源電極においては、両端に金属線の熱膨張を吸収するためのスプリング機構が設けられ、金属線の熱膨張による電極の変形を防止するようにしている。
【００１１】
しかしながら、このようなイオン源電極を実際に製作しようとすると、多数の金属線を精度良く並べて両端にスプリング機構を設けることは容易ではなく、製作コストが高くなるという問題点があった。
また、このイオン源電極においても、電極間の距離を小さくすることには限界があった。
【００１２】
この発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされたものであり、従来のイオン源電極の欠点を解消し、製造コストを抑え、電極間の距離を小さくすることができ、低エネルギーでも大電流密度のイオンビームを得ることが可能な、新しいイオン源電極構造を提供することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記の課題を解決するものとして、フォトエッチング加工によりイオン引出し用の多数のスリット孔が設けられた金属板に、熱膨張を吸収する、波形スリット孔を有するスプリング機構が備えられていることを特徴とするイオン源電極構造を提供する。そしてまた、この発明は、上記金属板の片側もしくは両側部に引張り力が印加されていることや、上記金属板の複数枚が絶縁スペーサを介して重ねられて配設されていること、さらに上記金属板の支持枠のうち、スリット孔に平行な方向には熱膨張率の大きな物質が用いられ、スリット孔に直交する方向には熱膨張率の小さな物質が用いられ、温度上昇による支持枠の伸びに伴って金属板に張力が発生し、金属板の片側または両側部に引っ張り力が印加されることをその態様としてもいる。
【００１４】
【作用】
上記の通りのこの発明においては、フォトエッチングの技術を用いて、イオン源電極を極めて細かく細工したことに大きな特徴があり、フォトエッチング加工により電極間隔を限りなく小さくすることを可能としている。
そして、フォトエッチング加工によって、複雑な形状を持つ孔を開けることが可能となり、孔の形状を工夫することにより、等価的にスプリング機能をもつような構造も同時に製作することができる。
【００１５】
その複雑な形状の孔としては、例えば、スリット孔の一部を波形とすることにより、このスリット孔にスプリング機構を備えることができる。
一般に、大電流のイオンビームを引き出す場合、ソースプラズマからの熱や一部のイオンが衝突することによる熱がイオン源電極に入り、イオン源電極の熱膨張や振動などにより、イオン源電極が変形してしまうという問題があるが、この発明のイオン源電極の構造においては、波形のスプリング機構によって、さらにはこの機構を有する金属板の片側もしくは両側部に常時引っ張り力を加えることにより、イオン源電極の変形を防ぐ。
【００１６】
金属板の片側または両側部に引っ張り力を印加する方法としては、金属板の支持枠のうち、スリット孔に平行な方向の材質として、熱膨張率の大きな物質を用い、スリット孔に垂直な方向の材質として、熱膨張率の小さな物質を用いてもよい。
このように、イオン源電極の支持枠の一部として、熱膨張の大きな材料および熱膨張の小さな材料を用いることにより、運転時のイオン源電極の温度上昇により、イオン源電極の支持枠が熱膨張する力を発生するようになり、複雑な構造を必要とせずにイオン源電極の変形を防止することが可能となる。
【００１７】
以下、実施例を示し、さらに詳しくこの発明について説明する。
【００１８】
【実施例】
図３は、この発明のイオン源電極の構造を例示したものである。
たとえば図３に例示したように、この発明のイオン源電極構造は、フォトエッチング加工により幅が１ｍｍ以下の多数のイオン引出し用のスリット孔（１１）を備えた薄い金属板（１０）を備えている。
【００１９】
ここで用いる金属板（１０）については、特にその素材の種類に限定はないが、従来よりイオン源電極として用いられているニッケル、タンタル、鉄、クロム、モリブデン、ニオブ、白金族、それらの合金、たとえばステンレス鋼、クロム−モリブデン鋼、その他の適宜なものが使用される。
またこのイオン源電極の構造においては、金属板（１０）は、スリット孔（１１）の一方の端を波形に加工した波形スリット孔（１２）を有し、この波形スリット孔（１２）の部分にスプリング機能を持たせている。
【００２０】
図４は、このようなスリット孔（１１）を備えた薄い金属板（１０）を複数枚重ねた構造を例示しており、この構造では、スリット孔（１１）が重ねられることにより、電極間隔の極めて小さなイオン源電極を作ることができる。上下の金属板（１０）の間には、電気的絶縁スペーサ（１５）を挿入する。イオン源電極を取り付ける場合には、スリット孔（１１）に平行な方向には、銅等の熱膨張率の大きな物質からなる支持枠（１３）を配設し、スリット孔（１１）に直交する方向にはモリブデンやタングステン等の熱膨張率の小さな物質からなる支持枠（１４）を設けることがさらに有効でもある。
【００２１】
これによって、運転時の温度上昇に応じて自動的に引張り力を加えることができる。熱膨張率の小さな支持枠（１４）と、電極支持台（１７）との間には熱絶縁スペーサ（１６）を挿入することが望ましい。
以上のような金属板（１０）に常時引っ張り力を印加しておけば、スプリングが適度に伸びた状態となり、運転時の温度上昇による熱膨張や、振動による変形をさらに効果的に防ぐことができる。
【００２２】
【発明の効果】
以上詳しく説明した通り、この発明により、電極間の間隔が極めて小さくし、かつ、製造容易なイオン源電極の構造を提供することが可能となる。これにより、イオン源電極に印加する電圧が低い場合、すなわち、イオンビームのエネルギーが低い場合においても、大電流のイオンビームを得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）（Ｂ）は、従来のイオン源電極の平面図と、その断面図である。
【図２】（Ａ）（Ｂ）は、従来の別のイオン源電極の平面図と、その断面図である。
【図３】この発明のイオン源電極構造を例示した平面図である。
【図４】この発明のイオン源電極構造の別の例を示した断面図である。
【符号の説明】
１  金属板
２  丸孔
３  金属棒
４  スリット孔
１０  金属板
１１  スリット孔
１２  波形スリット孔
１３  熱膨張率の大きな支持枠
１４  熱膨張率の小さな支持枠
１５  電気的絶縁スペーサ
１６  熱絶縁スペーサ
１７  電極支持台
【図１】
0003575837.tif 000003
【図２】
0003575837.tif 000004
【図３】
0003575837.tif 000005
【図４】
0003575837.tif 000006