(57)【要約】    【課題】イオン源から近距離であっても、常に均一な電流密度を有するイオンビームを得ることができるようにする。    【解決手段】プラズマ室２のプラズマ密度に応じてグリッド６、７の引出孔６ａ、７ａの孔径を異ならせる。例えば、プラズマ室中央部のプラズマ密度が周縁部のプラズマ密度よりも高い場合は、中央部の引出孔６ａ、７ａの孔径Ｄ２を周縁部の引出孔６ａ、７ａの孔径Ｄ１よりも大きくして中央部の引出孔６ａ、７ａから引き出されるイオンビームの発散性を高め、周縁部の引出孔６ａ、７ａから引き出されるイオンビームと重ね合わせ、均一な電流密度分布を有するイオンビームを得る。  【選択図】  図４
2005174569.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数の引出孔が形成された複数の引出電極が、プラズマ室のイオン引出口に配設されたイオン源装置において、
前記引出孔は、前記プラズマ室のプラズマ密度に応じて異なる孔径に形成されていることを特徴とするイオン源装置。
【請求項２】
前記引出孔は、前記プラズマ密度の高領域部分の孔径が前記プラズマ密度の低領域部分の孔径よりも大きく形成されていることを特徴とする請求項１記載のイオン源装置。
【請求項３】
前記複数の引出電極は、第１の引出電極と第２の引出電極とからなり、前記第１の引出電極と前記第２の引出電極とが対向状に配されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のイオン源装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のイオン源装置を使用して部品素子の表面に加工処理を施し、電子部品を製造することを特徴とする電子部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はイオン源装置、及び電子部品の製造方法に関し、より詳しくはプラズマにより正イオン又は負イオンを発生させるイオン源装置、及び該イオン源装置を使用してフィルタ素子等の部品素子の表面を加工し、弾性表面波フィルタ等の電子部品を製造する電子部品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマをイオン源としたイオン源装置は、今日、固体表面処理に広く使用されている。
【０００３】
この種のイオン源装置では、通常、多数の引出孔が形成された複数の引出電極をプラズマ室のイオン引出口に配し、引出電極間に電圧を印加することによって、プラズマ室からイオンビームを引き出している。
【０００４】
そして、前記イオン源装置では、プラズマ室から引き出されたイオンビームの電流密度分布を均一化する必要があることから、引出電極（多孔式電極）の中心部における引出孔の孔径と、周縁部における引出孔の孔径とを異ならせるようにしたイオン源装置が既に提案されている（特許文献１）。
【０００５】
特許文献１では、プラズマ室の中心部のイオンビーム電流密度が周縁部のイオンビーム電流密度よりも高い場合は、前記中心部の引出孔の孔径を前記周縁部の引出孔の孔径よりも小さくし、逆に、周縁部のイオンビーム電流密度が中心部のイオンビーム電流密度よりも高い場合は、前記周縁部の引出孔の孔径を前記中心部の引出孔の孔径よりも小さくすることにより、イオンビームの電流密度分布が均一となるようにイオンビーム量を補正している。
【０００６】
【特許文献１】特開平９−２１３２２７号公報（段落番号〔００１１〕〜〔００１３〕）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、本発明者らの実験結果により、プラズマのイオン密度（以下、単に「プラズマ密度」という）が低い領域では、引出孔の孔径が小さくなるとイオンビームの電流密度も低くなるが、プラズマ密度の高い領域では、引出孔の孔径が小さくなると逆にイオンビームの電流密度が高くなるということが判明した。
【０００８】
図６は引出孔の孔径をパラメータとし、プラズマ密度とイオンビームの電流密度との関係を示した特性図である。横軸がプラズマ密度（個／ｍ３）、縦軸がイオンビーム電流密度（Ａ／ｍｍ２）であり、△印は孔径が１．１ｍｍ、□印は孔径が１．３ｍｍの場合を示している。また、各電流密度は、引出電極に８００Ｖの電圧を印加したときのピーク値を示している。
【０００９】
この図６から明らかなようにプラズマ密度が７．０×１０１７個／ｍ３以下の領域では孔径に略比例して電流密度が変化し、孔径を小さくすることにより電流密度を低くすることができるが、プラズマ密度が７．０×１０１７個／ｍ３を超えると孔径が１．３ｍｍの場合は電流密度の低下が顕著となり、プラズマ密度が７．５×１０１７個／ｍ３以上になると、孔径が１．１ｍｍの場合よりもイオンビームの電流密度は低くなる。
【００１０】
したがって、例えば、イオンビームの電流密度が周縁部よりも中心部の方が高い場合、孔径が小さくなるほどイオンビームの電流密度が低くなるようなプラズマ密度が低い領域（図６の例でいえばプラズマ密度が７．５×１０１７個／ｍ３未満の領域）では、中心部の引出孔の孔径を周縁部の引出孔の孔径よりも小さくすることにより、イオンビームの電流密度を均一化することが可能であるが、孔径が大きくなるほどイオンビームの電流密度が低くなるようなプラズマ密度が高い領域（図６の例でいえばプラズマ密度が７．５×１０１７個／ｍ３以上の領域）では、中心部の引出孔の孔径を周縁部の引出孔の孔径よりも小さくすると、却って中心部のイオンビームの電流密度は高くなる。
【００１１】
すなわち、特許文献１のように電流密度の高い部分の孔径を電流密度が低い部分の孔径よりも小さくするのみでは、プラズマ密度によっては電流密度の均一化を図ることができないという問題点があった。
【００１２】
また、特許文献１では、イオンビームの輸送空間中での発散を利用し、各引出孔から引き出されたイオンビームを重ね合わせることによって、イオンビームの電流密度を均一化させようとしているが、中心部の電流密度が高い場合は中心部での引出孔の孔径が小さく、発散性が低下するため、小型のイオン源装置を用いて加工対象物をイオン源装置から近距離に配置したときは、十分なイオンビームの発散性を確保することができず、均一な電流密度分布を有するイオンビームでの加工処理が困難になるという問題点があった。
【００１３】
図７及び図８は従来のイオン源装置（特許文献１）を使用した場合のイオンビームの電流密度分布を模式的に示した図であって、図７はイオン源装置から遠距離における電流密度分布であり、図８はイオン源装置から近距離における電流密度分布である。
【００１４】
すなわち、引出電極５１、５２間に電圧が印加されると、プラズマ室５３内の正イオン又は負イオンはイオンビームとなってグリッド電極５１、５２の引出孔５１ａ、５２ａから引き出される。そして、中央部が周縁部よりも電流密度が高い場合は、中央部の引出孔孔径を周縁部の引出孔孔径よりも小さくすることにより、イオン源装置から遠距離では、図７の仮想線ａに示すように、イオンビームが輸送空間中で発散するため、引出孔５２ａからのイオンビームが互いに重なり合い、これにより図７の破線ｂで示すように均一な電流密度を有するイオンビームを得ることが可能である。
【００１５】
しかしながら、同様の場合、イオン源装置から近距離では、イオンビームの輸送空間距離が短いため、図８の仮想線ｃに示すように、イオンビームの発散が十分に行なわれず、このため各引出孔５２ａから引き出されたイオンビームの重なり合いが小さく、図８の破線ｄで示すように均一な電流密度分布を有するイオンビームを得ることができなくなる。
【００１６】
すなわち、従来のイオン源装置では、大型のイオン源装置（例えば、口径３００ｍｍ）を用い、加工対象物がイオン源装置から遠距離にある場合は、輸送空間距離を十分に確保することができるため、各引出孔から引き出されたイオンビームは輸送空間中で発散して重なり合い、これにより均一な電流密度分布を有するイオンビームを使用した加工処理を加工対象物に施すことが可能となるが、小型のイオン源装置（例えば、口径３０ｍｍ）を用い、加工対象物がイオン源装置から近距離にある場合は、イオンビームの輸送空間距離が短いため、イオンビームの発散が十分になされず、このため加工対象物表面に引出孔の転写が起こり、加工対象物表面の電流密度分布が凸凹を有するようになって均一な電流密度を有するイオンビームを使用した加工処理を行なうことができないという問題点があった。
【００１７】
本発明はこのような問題点に鑑みなされたものであって、イオン源から近距離であっても、常に均一な電流密度を有するイオンビームを得ることができるイオン源装置、及び該イオン源装置を使用した電子部品の製造方法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】
【００１８】
本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意研究したところ、プラズマ室のプラズマ密度に応じて引出孔の孔径を異ならせることにより、各引出孔における引出電極間の電圧が変化し、その結果、公知の数式（１）で与えられるシース距離Ｄｓが変化してイオンビームの発散性を変化させることができ、これにより各引出孔から引き出されるイオンビームの電流密度を制御することができ、均一な電流密度分布を有するイオンビームを得ることができるという知見を得た。
【００１９】
Ｄｓ＝７．６×１０２・ｎ−１／２・Ｔｅ−１／４・Ｖ３／４…（１）
ここで、ｎはプラズマ密度、Ｔｅは電子の温度、Ｖは引出電極間の電圧である。
【００２０】
本発明はこのような知見に基づきなされたものであって、本発明に係るイオン源装置は、多数の引出孔が設けられた複数の引出電極が、プラズマ室のイオン引出口に配されたイオン源装置において、前記引出孔は、前記プラズマ室のプラズマ密度に応じて異なる孔径に形成されていることを特徴としている。
【００２１】
さらに、本発明者らが鋭意研究したところ、プラズマ密度の高領域における引出孔の孔径をプラズマ密度の低領域における引出孔の孔径に比べて大きくすることにより、引出電極間の電圧Ｖが小さくなって上記数式（１）によりシース距離Ｄｓが短くなる。そしてこのようにシース距離Ｄｓが短くなることからプラズマ放出面が凸状となり、イオンビームの発散性を高めることが可能になるということが分かった。
【００２２】
すなわち、本発明のイオン源装置は、前記引出孔は、前記プラズマ密度の高領域部分の孔径が前記プラズマ密度の低領域部分の孔径よりも大きく形成されていることを特徴としている。
【００２３】
さらに、本発明のイオン源装置は、前記複数の引出電極は、第１の引出電極と第２の引出電極とからなり、前記第１の引出電極と前記第２の引出電極とが対向状に配されていることを特徴としている。
【００２４】
また、本発明に係る電子部品の製造方法は、上記イオン源装置を使用して部品素子の表面に加工処理を施し、電子部品を製造することを特徴としている。
【発明の効果】
【００２５】
上記イオン源装置によれば、引出電極の引出孔が、プラズマ室のプラズマ密度に応じて異なる孔径に形成されているので、イオンビームの発散状態を考慮し、プラズマ密度に応じた孔径を適宜決定することにより、常に均一な電流密度を有するイオンビームを得ることが可能となる。
【００２６】
また、上記イオン源装置によれば、前記引出孔は、プラズマ密度の高領域部分の孔径が前記プラズマ密度の低領域部分の孔径よりも大きく形成されているので、プラズマ密度の高領域部分の引出孔から引き出されたイオンビームは十分な発散性を有し、したがってイオンビームの輸送空間距離が短い場合であってもイオンビームの重なり合いを確保することができ、イオンビームの電流密度を容易に均一化させることが可能となる。
【００２７】
また、上記電子部品の製造方法によれば、上記イオン源装置を使用して部品素子の表面に加工処理を施し、電子部品を製造するので、部品素子を小型のイオン源装置から近距離に配しても、部品素子に引出孔の転写が生じることもなく、均一な電流密度分布を有するイオンビームを使用して所望の表面加工処理を行なうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
次に、本発明の実施の形態を図面に基づき詳説する。
【００２９】
図１は本発明に係るイオン源装置の一実施の形態を示す概略構成図であって、該イオン源装置は、電離用ガス（例えば、アルゴンガス）を供給するためのガス供給口１が下部適所に形成されたプラズマ室２と、該プラズマ室２に周設された複数のマグネット３と、絶縁支持体４を介してプラズマ室２内に導入されたフィラメント５と、プラズマ室２のイオン引出口に配設され、多数の引出孔６ａが設けられた正極としての遮蔽グリッド（第１の引出電極）６と、該遮蔽グリッド６と一定の離間距離Ｌを有して配設されると共に多数の引出孔７ａが設けられた負極としての加速グリッド（第２の引出電極）７とを備えている。尚、前記複数のマグネット３は、隣接するマグネット間で、例えばカプス磁場に代表されるプラズマ閉込めのための磁場を形成している。
【００３０】
該イオン源装置では、フィラメント５からの加速された熱電子がガス供給口１からの電離用ガスと衝突し、正イオンと電子とからなるプラズマ８が生成され、このプラズマ８は各マグネット３により形成されたカプス磁場によりプラズマ室２の中央部に閉じ込められる。
【００３１】
そして、遮蔽グリッド６と加速グリッド７との間に電圧が印加されると負極である加速グリッド７によって正イオンのみがプラズマ中から引き出され、正イオンのみが存在するシースが形成される。すなわち、正イオンのみが加速グリッド７に向かって加速され、加速グリッド７の引出孔７ａからイオンビームとして引き出されて放出される。
【００３２】
そして、本実施の形態では、引出孔６ａ、７ａの孔径を変えることにより、孔中心におけるグリッド間の電圧（以下、「グリッド孔中心間電圧」という）が変化するという知見を得たことから、引出孔６ａ、７ａの孔径を、引出孔６ａ、７ａに対応する部分のプラズマ密度に応じて異ならせることにより、イオンビームの電流密度の均一化を図っている。
【００３３】
図２は引出孔６ａ、７ａの孔径とグリッド孔中心間電圧との関係の一例を示す特性図であって、横軸が孔径（ｍｍ）、縦軸はグリッド孔中心間電圧（Ｖ）である。
【００３４】
この図２から明らかなように、引出孔６ａ、７ａの孔径を１．４ｍｍとした場合は引出孔６ａ、７ａの孔径を１．０ｍｍとした場合に比べ、グリッド孔中心間電圧が低下している。すなわち、引出孔の孔径を異ならせることによりグリッド孔中心間電圧が変化する。
【００３５】
そして、このようにしてグリッド孔中心間電圧を変化させることによりシース距離（プラズマ放出面と加速用グリッド電極７との距離）を変化させることができ、これにより引出孔６ａ、７ａから引き出されるイオンビーム量や発散性を制御することができ、イオンビームの電流密度分布を制御することができる。
【００３６】
図３は引出孔の孔径とイオンビーム量及び発散性との関係を模式的に示した図である。
【００３７】
すなわち、グリッド間Ｌに引出電極間電圧が印加されると、プラズマ室２内に閉じ込められているプラズマ中から正イオンのみが引き出されることにより、正イオンのみが存在するシースを形成すると共に、引出孔６ａ、７ａからは大量のイオンビームが引き出されて放出される。
【００３８】
そして、シース距離は引出電極間電圧の設定値によって異なるが、図３（ａ）に示すように、プラズマ放出面８ａが平面状となるように孔径をＤ１に設定し、引出電極間電圧をグリッド間Ｌに印加した場合は、シース距離はＤｓ１となる。そして、このとき正イオンはプラズマ放出面８ａに対して法線方向に放出されるため、イオンビームの発散性は極めて低い。
【００３９】
しかるに、図３（ｂ）に示すように、引出孔６ａ、７ａの孔径をＤ１よりも大きいＤ２とすると、上述したようにグリッド孔中心間電圧は低下する。そして、グリッド孔中心間電圧の低下により、シース距離Ｄｓ２はグリッド間Ｌよりも短くなり、したがって、プラズマ放出面８ａは引出孔６ａから凸状に飛び出した形状となる。そして、上述したように正イオンはプラズマ放出面８ａから法線方向に放出されるため、イオンビームの発散角が大きくなって発散性が増大し、イオンビームは放射状に拡散され、これによりイオンビームの電流密度を低下させることができる。
【００４０】
一方、図３（ｃ）に示すように、引出孔６ａ、７ａの孔径をＤ１よりも小さいＤ３とすると、グリッド孔中心間電圧は上昇する。そして、グリッド孔中心間電圧の上昇により、シース距離Ｄｓ３はグリッド間Ｌよりも長くなり、したがってプラズマ放出面８ａは引出孔６ａの部分では凹状に窪んだ状態となる。そして、上述したように正イオンはプラズマ放出面８ａから法線方向に放出されるため、イオンビームは収束状態で引き出されることになるが、空間電荷制限により引出量が制限されるため、イオンビームの電流密度は低下する。
【００４１】
このように引出孔６ａ、７ａの孔径をプラズマ密度に応じて異ならせることにより、グリッド孔中心間電圧が変化するためプラズマ放出面８ａと加速グリッド７との距離であるシース距離を変化させることができ、これによりイオンビームの発散性が変化し、イオンビームの電流密度が均一となるように制御することができる。
【００４２】
例えば、プラズマ室２の中央部におけるプラズマ密度が周縁部のプラズマ密度よりも高い場合は、中央部における各グリッド６、７の引出孔６ａ、７ａの孔径を周縁部における各グリッド６、７の引出孔６ａ、７ａの孔径よりも大きくすることにより、均一な電流密度分布を有するイオンビームを得ることができる。
【００４３】
図４は、プラズマ室２内のプラズマ密度が中央部は高く、周縁部が低い場合であって、中央部における引出孔６ａ、７ａの孔径をＤ２、周縁部における引出孔６ａ、７ａの孔径をＤ２よりも小さいＤ１とした場合を示している。
【００４４】
この図４に示すように、周縁部の引出孔の孔径はＤ１であるため、仮想線Ａに示すように、発散角の小さいイオンビームが引出孔７ａから放出される。一方、中央部の引出孔は孔径がＤ２であり、周縁部の孔径Ｄ１よりも大きいため、プラズマ放出面８ａは引出孔６ａにおいて凸状となり、引出孔７ａからは仮想線Ｂで示すように発散角の大きなイオンビームが放射状に拡散しながら放出する。そして、このように放射状に拡散された中央部からのイオンビームは、周縁部からのイオンビームと先端付近で重なり合い、これにより破線Ｃで示すように均一な電流密度を有するイオンビームを得ることが可能となる。つまり、イオンビームの電流密度が均一となるように、イオンビームの発散状態を把握してプラズマ密度に応じた孔径Ｄ１、Ｄ２を適宜決定することにより、イオンビームの電流密度の均一化を図ることができる。
【００４５】
このように本イオン源装置では、引出孔６ａ、７ａの孔径Ｄ１、Ｄ２を異ならせることによって、イオンビームの発散性を制御しているので、イオン源装置から近距離（例えば、約２５ｍｍ）においても均一な電流密度分布を有するイオンビームを得ることができる。しかも、引出孔の孔径はプラズマ密度に応じて決定されるので、プラズマ密度の低い領域のみならずプラズマ密度の高い領域でも均一な電流密度分布を有するイオンビームを容易に得ることができる。
【００４６】
図５は上記イオン源装置を使用して電子部品としての弾性表面波フィルタを製造する様子を模式的に示した図である。
【００４７】
すなわち、イオン源装置から放出されたイオンビームは、加速グリッド７から近距離（例えば、約２５ｍｍ）に配されたフィルタ素子１０に照射され、これによりフィルタ素子１０の表面に形成されている導電部（不図示）にエッチング加工を施すことができ、所望の周波数調整がなされた弾性表面波フィルタを製造することができる。
【００４８】
尚、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。図４では中央部のプラズマ密度が周縁部のプラズマ密度よりも高い場合について図示したが、周縁部のプラズマ密度が中央部のプラズマ密度よりも高い場合についても、引出孔の孔径を、イオンビームの発散状態を考慮しつつプラズマ密度に応じて決定することにより、イオンビームの電流密度の均一化を図ることができる。すなわち、この場合は、周縁部における各グリッド電極６、７の引出孔６ａ、７ａの孔径を中央部における各グリッド電極６、７の引出孔６ａ、７ａの孔径よりも大きくするか、或いは、中央部における各グリッド電極６、７の引出孔６ａ、７ａの孔径を前記周縁部における各グリッド電極６、７の引出孔６ａ、７ａの孔径よりも小さくすることにより、イオンビームの電流密度の均一化を図ることができる。すなわち、前者の場合は、周縁部からのイオンビームを十分に発散させて先端での電流密度を低下させることにより、電流密度の均一化を図ることができ、後者の場合は、中央部からのイオンビームを収束状態で引き出して放出量が低下するのを避けることにより、均一な電流密度を有するイオンビームを得ることができる。
【００４９】
また、上記実施の形態では、遮蔽グリッド６を正極、加速グリッド７を負極とし、引出孔６ａ、７ａから正イオンを引き出す場合について述べたが、遮蔽グリッド６を負極、加速グリッド７を正極とし、引出孔６ａ、７ａから負イオンを引き出す場合についても同様に適用することができるのはいうまでもない。
【００５０】
また、上記実施の形態では、遮蔽グリッド６と加速グリッド７の２個のグリッドを使用したが、３枚以上のグリッドを互いに対向状に配した場合も同様に本発明を適用することができる。
【００５１】
また、上記実施の形態では、フィラメントから放出される電子の衝突でガスを電離してプラズマを生成しているが、プラズマ生成方式はＲＦ放電を用いたプラズマ生成方式等、他の方式であってもよく、プラズマ中からグリッドを用いてイオンを引き出すイオンガンタイプであれば、同様に適用することができるのはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明に係るイオン源装置の一実施の形態を示す概略構成図である。
【図２】グリッド孔中心間電圧と引出孔の孔径との関係の一例を示す図である。
【図３】引出孔の孔径とイオンビーム量及び発散性を模式的に示した図である。
【図４】上記イオン源装置を使用した場合のイオンビームの電流密度分布の一例を模式的に示した図である。
【図５】上記イオン源装置を使用して電子部品としての弾性表面波フィルタを製造している様子を模式的に示した斜視図である。
【図６】プラズマ密度とイオンビームの電流密度との関係を、引出孔の孔径をパラメータとして示した図である。
【図７】特許文献１のイオン源装置を使用した場合、該イオン源装置の遠距離におけるイオンビーム電流密度分布を示す図である。
【図８】特許文献１のイオン源装置を使用した場合、該イオン源装置の近距離におけるイオンビーム電流密度分布を示す図である。
【符号の説明】
【００５３】
２  プラズマ室
６  遮蔽グリッド（第１の引出電極）
６ａ  引出孔
７  加速グリッド（第２の引出電極）
７ａ  引出孔
８  プラズマ
１０  フィルタ素子（部品素子）
【図１】
2005174569.tif 000003
【図２】
2005174569.tif 000004
【図３】
2005174569.tif 000005
【図４】
2005174569.tif 000006
【図５】
2005174569.tif 000007
【図６】
2005174569.tif 000008
【図７】
2005174569.tif 000009
【図８】
2005174569.tif 000010