JPS583578B2 - イオンビ−ム発生装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はイオンビーム発生装置に関する。

上記のイオンビーム発生装置は、密閉された高真空（一
般に１０−２〜１０−３Ｔｏｒｒ程度）容器内にアルゴ
ン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）等の不活性気体を送り込
み、該容器内に電極を置いて放電すると上記気体がイオ
ンと電子になることを利用したものである。

このとき、上記のイオンは電場により加速されて陰極に
衡突するが、この際に陰極表面の物質をたたき出す現象
（いわゆるスパッタリング現象）が起こる。

そこで、例えば上記陰極に基板を据えておくことにより
、該基板表面は清浄化される。

このことは、一般にイオンボンバートとして知られてい
る。

従って、被膜しようとする金属等を溶かして蒸発させる
ことにより、イオン化して基板に被着せしめ薄膜パター
ン等を形成せしめることにも応用できるものである。

従来より上記のイオンビーム発生装置としては、高周波
放電形、電子衡撃形、デュオプラズマトロン等を使用し
たものが知られている。

また、上記したアルゴン（Ａｒ） 、ヘリウム（Ｈｅ）
ガス等の不活性気体をイオン化する場合は、一般に上記
した高周波放電形が使用されている。

しかしこの高周波放電形のものにおいては、イオン引き
出し系が複雑で大がかりなものになるとともに、イオン
化したものをビーム状に集束させるために磁界を使用す
るため装置全体が大型化するといった欠点がある。

このため、上記したアルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ
）等の不活性気体やその他金属蒸気等をビーム状に集束
するとともに、効率よくイオン化する装置として簡単な
構造で小型化されたものが要望されている。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、ガス流
入通路内に電子ビーム集束用電極を配設せしめるととも
に、上記ガス流入通路内にフィラメント（陰極）からの
放出熱電子を土記ビーム集束用電極の一点に集中させて
たたきつける如く構成することにより、構成簡単にして
かつ小型化できるイオンビーム発生装置を提供すること
を目的とする。

以下、本発明による一実施例を図面を参照しながら説明
する。

図は本発明に係るイオンビーム発生装置の概略断面図で
あり、これらが密閉された真空容器内に収納されている
ことは言うまでもないが、図では上記の真空容器は省略
されている。

またこの真空容器内は１０−５Ｔｏｒｒ程度の真空度に
保たれている。

図中１はガス流の通路となるパイプであり、この装置の
ほぼ中央部に配設されている。

上記のパイプ１には流入側Ｐ１よりガス流（あるいは金
属性ガス流）が送り込まれ、該パイプ１内において後述
する如くイオン化されて、イオンビームとしてその吐出
側Ｐ２より取り出される。

また上記パイプ１の上記吐出側近傍はノズル部２のよう
に形成されており、上記のイオンがその流れを乱すこと
なくビーム状になるように構成されている。

更に上記パイプ１内には流入側より送り込まれる上記ガ
ス流をイオン化するための、電子ビーム集束用電極４が
介在せしめられるとともに、パイプ１に設けられた電子
入射口３よりフィラメント（陰極）５からの放出電子が
パイプ１内に入射せしめられる。

このフィラメント５は、上記パイプ１に設けられた電子
入射口３を包囲する形で環状に配設されている。

また、電子ビーム集束用電極４は、上記ガス流の乱れを
起こすことのないように針状構造（飛行機の翼の形状）
となっており、パイプ１内に絶縁ステム６により支持さ
れ、該電子ビーム集束用電極４の電極針４Ａでパイプ１
と該パイプ１のノズル部２とを支持する構成となってい
る。

上記フィラメント５からの放出電子はパイプ１の電子入
射口３を通してパイプ１内に入射されることは上記した
如くであるが、このフィラメント５と電子入射口３との
相互の位置関係は、フィラメント５から放出される熱電
子が電子ビーム集束用電極４に直進する配置となってい
る。

上記の電子ビーム集束用電極４ならびにフィラメント５
はそれぞれ電極プラグ７，８により配設され、ソケット
９によって連結されてプラグ止めねじ１０により固定さ
れている。

尚、図中の１１はフィラメントカバー、１２は水冷パイ
プである。

而して、上記した構造からなる装置において、１０−５
Ｔｏｒｒの真空度中で接地されたフィラメント５を加熱
することにより熱電子放出を行ない、該熱電子をパイプ
１に設けられた電子入射口３よりパイプ１内に入射し、
ガス流の乱れを起こすことのない構造となした上記の電
子ビーム集束用電極４にバイアス電圧を印加して、上記
フィラメント５からの熱電子をたたきつけることにより
、パイプ１を通路として送り込まれるガス流がイオン化
される。

すなわち、上記フィラメント５から放出される熱電子は
パイプ１内に配設された電子ビーム集束電極４の一点に
集中してたたきつけられ、ここに高密度、高エネルギー
を有する熱電子の上記電子ビーム集束用電極４への衝撃
によって生ずる２次電子放出も考えられるが、該電子ビ
ーム集束用電極４には１００■程度のバイアス電圧が印
加されているため、この２次電子は上記電子ビーム集束
用電極４の周囲に保持されより高密度の電子雲が形成さ
れることになる。

この状態（パイプ１内の電子ビーム集束用電極４近傍は
、高密度のプラズマ状態となっている。

）のところに、ガス流が送り込まれると効率よくイオン
化が促進され、このイオン化されたものがノズル部２よ
り吐出される。

上記の装置においては、フィラメント５からの熱放射に
よる真空系の他の装置部分へ及ぼす影響を考慮して、フ
ィラメント力バー１１は水冷パイプ１２により水冷され
、上記フィラメント５から放射される熱の影響を十分に
防止している。

また上記したイオン発生源からのイオンを加速する場合
は、ノズル部２の先端に必要に応じて加速電極を数段設
けることにより容易に加速できるものであり、また上記
電極上に集束コイルを配設することにより、上記イオン
の集束も容易に行なうことができる。

尚、本発明は上記したイオンビーム発生装置としての一
実施例のみならず、イオンプルーブ・アナライザー等の
イオン発生源としても応用できるものであり、その他イ
オン蒸着源としても応用できる。

例えば本発明のイオンビーム発生装置を上記イオン蒸着
源に応用した場合は、１０−５Ｔｏｒｒ以下の高真空状
態での使用が可能であり、イオンビームの平均自由行程
が長く、マスクとの忠実度が太きいため金属蒸気のイオ
ン蒸着を行なうに際しては微細なパターン（基板上への
薄膜パターン等）を形成することができる。

また、上記の如く基板上にイオン蒸着を施す場合は、該
基板上の表面温度を上昇させることにより上記イオンの
被着力が大きくなることから、上記した装置のフィラメ
ント５から発せられる光放射を回動ミラー等により、上
記基板の表面に集束させる如く構成することにより基板
の表面温度を上昇せしめて良好なイオン蒸着が可能とな
る。

更に本発明のイオンビーム発生源を高真空スパッタリン
グに応用する場合には、ターゲットに高密度イオンを衝
突せしめ、１０−５Ｔｏｒｒ程度の高真空中にて局所的
にプラズマ状態を維持させるためのエネルギー源として
上記したフィラメント５（光源）の光放射の集束は有効
なものである。

以上記載した如く本発明によれば、簡単な構造かつ小型
でありなから１０−５Ｔｏｒｒ以下の高真空状態での使
用が可能であり、イオン蒸着源、イオンプルーブ・アナ
ライザー、スパッタリング等への応用が可能な、ドライ
エッチング用のイオンビームを容易に発生することので
きるイオンビーム発生装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明のイオンビーム発生装置を示す概略断面図で
ある。 １：パイブ、２：ノズル部、３：電子入射口、４：電子
ビーム集束用電極、５：フィラメント。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ パイプ中に流入されるガス流をイオン化してビーム
   状となす如くなしたイオンビーム発生装置において、上
   記パイプ中のガス流の流通路内に配設された針状電極構
   造を有する電子ビーム集束用電極と、該電子ビーム集束
   用電極のほぼ中央位置の上記パイプ周面上に放射状に設
   けられた電子入射口と、該電子入射口を包囲する形で上
   記パイプの外周部に配設された環状のフィラメントとを
   備え、上記パイプの上記針状電極構造を有する電子ビー
   ム集束用電極が配設された先端部近傍はノズル状に形成
   されるとともに、上記フィラメントから放出される熱電
   子を上記電子入射口より上記電子ビーム集束用電極の一
   点に集中して衝撃するようになしたことを特徴とするイ
   オンビーム発生装置。