JP3030921B2 - イオン源の引出し電極装置 - Google Patents

イオン源の引出し電極装置

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貴敏 山下
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、イオン源の引出し電極
装置、特に、高温化状態のもとで動作する金属イオン源
の引出し電極装置に関する。
【0002】
【従来の技術】図12は、イオンミリング装置等におけ
る大口径イオン源の引出し電極部の断面図を示し、イオ
ン源のア−ク室1を形成する容器2のフランジ3に、引
出し電極系の電極固定フランジ4がボルト5によって取
り付けられる。この電極固定フランジ4に、電極固定碍
子6及び同7がボルト8によりそれぞれ固定され、電極
固定碍子6にプラズマ電極9、電極固定碍子7に接地電
極10が、それぞれボルト11によって取り付けられて
いる。電極固定碍子6、7の長さ寸法の選定により、プ
ラズマ電極9と接地電極10の間隙、ア−ク室1に対す
る位置関係を定め、両電極9、10には、イオンビ−ム
を引出すための多数の小孔が設けられて、発散の小さい
大口径のビ−ムが得られるように構成されている。
【0003】図13は引出し電極系が3枚の電極で構成
されている場合の、他の電極取り付け構造を示す断面図
である。プラズマ電極9とサプレッサ電極13との間
隙、サプレッサ電極13と接地電極10との間隙は、そ
れぞれ絶縁スペ−サ14及び同15により一定に保た
れ、各電極9、13、10と絶縁スペ−サ14、15
は、これらを貫通する絶縁ネジ16により、電極固定フ
ランジ4に取り付けられた絶縁支持台17に固定されて
おり、電極固定フランジ4の上部に絶縁筒18を介して
イオン源容器が位置するように構成されている(例え
ば、特開昭61−34832号公報参照)。
【0004】このように上述の両従来例では、イオン源
の引出し電極は何れもその支持フランジ部材に、即ち図
12では電極固定フランジ4、図13では絶縁支持台1
7に、碍子或いはスペ−サ及びボルト、ネジによって固
定されている。そして、かかる引出し電極系を有するイ
オン源は、主にN2、Ar等の常温時にガスである原子、
分子のイオン引出しを対象とするものであり、電極自体
についても水冷機構が付加されている場合のものが多
い。
【0005】この点、イオン源のア−ク室内において金
属蒸気を電離させ、金属イオンビ−ムを引出す金属イオ
ン源にあっては、引出し電極系は金属蒸気に接するた
め、金属の付着が生じないように高温化する必要があ
り、金属イオン源に対するものとしては、従来例におけ
る引出し電極系は、電極がその支持フランジ部材である
電極固定フランジ、絶縁支持台にボルト類で固定されて
いる関係上、次の点で適当でない。電極から支持部材
への熱伝導損失が大きく加熱効率が悪い。電極の熱膨
張により支持部材が熱変形する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、電極の支
持、取り付け構造を改善し、電極板が自由に膨張できる
ようにするとともに、熱伝導損失の小さい引出し電極装
置を提供することを目的とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、本発明は、イオン源の引出し電極装置を、周辺部
に複数のスリット又は長孔が形成された電極板と、前記
スリット又は長孔内に位置する凸部を有し、前記電極板
のスリット又は長孔周辺部を支持する電極支持ブロック
と、前記電極支持ブロックが固定される電極支持枠によ
って構成したことを特徴とするものである。
【0008】
【作用】電極板の周辺部に形成されたスリット内に電極
支持ブロックの凸部が嵌合位置し、電極板のスリット周
辺が電極支持ブロックで支持される。電極板は電極支持
ブロックに対し固定されていないから、電極支持ブロッ
ク上で自由に熱膨張変位することができ、その変位は電
極支持枠には伝達されず、電極支持枠は変形しないし、
電極板から電極支持枠への熱伝導も小さく抑えられる。
【0009】
【実施例】本発明の実施例を図面を参照して説明する。
なお、同一符号は同等部分を示す。図1は電極取り付け
部の斜視図、図2及び図3は2枚電極系におけるプラズ
マ電極板9及び接地電極板10の平面図であり、プラズ
マ電極板9及び接地電極板10は、それぞれ電極支持ブ
ロック21及び22で支持されており、各電極支持ブロ
ックは支持フランジ部材である電極支持枠23に固定さ
れている。イオンビ−ム引出し用の多数の小孔12を有
する電極板9、10は、高温での使用に耐えられる材質
のタンタル(Ta)、モリブデン(Mo)、タングステン
(W)、グラファイト(C)等で形成され、電極支持ブ
ロック21、22及び電極支持枠23は、電極板と同様
の金属或いは高温で使用可能のアルミナ(Al23)、
ボロンナイトライド(BN)、イットリア(Y23)、
炭化珪素(SiC)、一酸化マンガン(MgO)、ジルコ
ニア等のセラミックで形成される。
【0010】各電極板1,2には、その中心を通る任意
の直線上において、周辺端部にスリット24が設けられ
る。各電極板を支持する電極支持ブロック21,22
は、図4に示すように、各スリット内に嵌合位置する凸
部25と電極板のスリット周辺部を載置、支持する平坦
面26を有し、凸部25は電極支持ブロックからの電極
板のずれを防止する。電極板のスリット24は電極支持
ブロック21,22で安定に支持されるように各電極板
に少なくとも3個以上、図では90度置きにそれぞれ4
個設けられており、電極板9と同10のスリット24は
45度位置がずれている。電極板10には、電極板9を
支持する電極支持ブロック21を通すための切欠き部3
4が設けられている。電極支持ブロックの凸部25間の
距離L1と電極板のスリット間の距離L2は、電極板の使
用温度t、電極板の熱膨張係数αに対して、L1>L
2(1+αt)の関係を満足するように選定し、スリッ
ト24の幅φ1と凸部25の幅φ2の関係についても、電
極板の熱膨張を考慮し、φ1−φ2≦0.5〔mm〕となる
ように定める。
【0011】金属イオン源の動作時、ア−ク室内の金属
蒸気圧を10-3torr以上に維持するには、ア−ク室内面
の温度、電極温度を1,000°C以上に保持すること
が要求される。上述の実施例では、電極板9、10が熱
膨張した場合、電極板は電極支持ブロック21、22上
において自由に膨張変位することができ、この変位は電
極支持枠23には伝達されないから、電極支持枠の変形
が防止されると共に、電極板は電極支持ブロックに載
置、支持されているだけであるから、電極板から電極支
持枠への熱伝導損失が著しく低減され、電極板の加熱効
率が向上する。そして、上述の距離L1とL2、幅φ1
φ2についての関係式を満たす構造とすることにより、
熱膨張に伴う電極板間のビ−ム引出し孔のずれは、充分
に小さくすることができ、ビ−ム光学上無視できる。
【0012】上述の実施例では電極板を電極支持ブロッ
ク上に支持するものについて示した。しかしながら、ア
−ク室を含むイオン源本体部分と引出し電極系の配置関
係、例えば上下関係によっては電極板を電極支持ブロッ
ク上に支持することができない場合があり、電極板を縦
置き、垂直状態に配置しなければならない場合にあって
も上述の実施例によると電極板を支持することができな
い。図5はこのような場合にあっても電極板を支持する
ことのできる電極支持ブロック及び同ブロックと電極板
との係合関係を示す図であり、電極支持ブロック21、
22の凸部25の上に屋根部27が形成され、この屋根
部と平坦面26との間隙28に電極板のスリット部が挿
入され、電極板を支持ブロックで保持する。この場合、
電極板を垂直に配置しても、例えば図1ないし図3に示
したように、電極板を90度間隔で配置された4個の支
持ブロックで支持することにより、或るスリット、凸部
の長軸方向に電極板が移動しようとしても90度角度位
置を異にする支持ブロックでその動きが阻止されるか
ら、電極板は所定の位置に保持される。
【0013】図6は他の電極保持態様を示し、電極支持
ブロック21、22に取り付けられたL金具29により
電極板は支持ブロックに保持され、同金具はネジ30で
支持ブロックに固定される。
【0014】図7は電極支持ブロック21及び22に金
属蒸気が付着するのを防ぐため、支持ブロックの前に金
属蒸気吸着板31を配置した図を示し、同吸着板は、電
極支持枠23に取り付けられ、支持ブロック毎に個別に
配置してもよいし、1枚の吸着板で全支持ブロックを覆
ってもよい。
【0015】図8及び図9は電極支持ブロックの配置に
ついての他の実施例を示し、二つの電極板についての電
極支持ブロック21と同22は、図1ないし図3のよう
に同一円周上に配置せずに、異なる円周上、電極板の中
心を通る同一直線上に配置される。この場合、金属蒸気
吸着板31は、図10に示すように内側の電極支持ブロ
ック22の前面位置に配置する。
【0016】図11は電極板にスリットではなく長孔3
2を形成した場合を示し、一つの電極板、プラズマ電極
板9についてのみ図示するが、接地電極板における長孔
はスリットの場合と同様に配置形成される。電極支持ブ
ロックの凸部は円形凸部33として構成されている。各
電極板における長孔間の距離と円形凸部間の距離との関
係については上述したスリットの場合における距離L1
とL2との間の関係と同じであり、長孔の幅と円形凸部
の幅(径)についてもスリットの場合と同じ関係を満た
すように定められる。
【0017】上述の実施例では、各電極板として円形の
ものを示したが、これは四辺形のものでもよいし、各電
極板に形成されたビ−ム引出し用の小孔は図示した円形
の外、スリットでもよい。また引出し電極系として、2
枚電極系について説明したが、本発明は、図13に見ら
れるサプレッサ電極或いは負電極を有する3枚電極系、
或いは、更には加速電極を有する4枚電極系にも適用す
ることができ、プラズマ生成方式として、バケット、E
CR、デュオピガトロン、RF等の方式をとるイオン源
の引出し電極系に適用することができる。
【0018】
【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成した
ので、電極板の周辺部に形成されたスリット内に電極支
持ブロックの凸部が嵌合位置し、電極板のスリット周辺
が電極支持ブロックで支持され、電極板は電極支持ブロ
ックに対し固定されていないから、電極支持ブロック上
で自由に熱膨張変位することができ、その変位は電極支
持枠には伝達されず、電極支持枠は熱変形しないし、電
極板から電極支持枠への熱伝導も小さく抑えられるか
ら、電極板を容易に加熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の斜視図である。
【図2】実施例における電極板の平面図である。
【図3】実施例における他の電極板の平面図である。
【図4】実施例における電極支持ブロックの斜視図であ
る。
【図5】他の電極支持ブロックの斜視図である。
【図6】L金具を用いた電極板の支持状況図である。
【図7】金属蒸気吸着板の配置状況図である。
【図8】電極支持ブロックの配置についての他の実施例
の斜視図である。
【図9】他の実施例における電極板の上面図である。
【図10】他の実施例における金属蒸気吸着板の配置状
況図である。
【図11】電極板と電極支持ブロックについての他の実
施例の平面図である。
【図12】従来例の断面図である。
【図13】他の従来例の断面図である。
【符号の説明】
9 プラズマ電極板 10 接地電極板 21 電極支持ブロック 22 電極支持ブロック 23 電極支持枠 24 スリット 25 凸部 26 平坦面 27 屋根部 28 間隙 29 L金具 31 金属蒸気吸着板 32 長孔 33 円形凸部 34 切欠き部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山下 貴敏 京都府京都市右京区梅津高畝町47番地 日新電機株式会社内 (72)発明者 藤原 修一 京都府京都市右京区梅津高畝町47番地 日新電機株式会社内 (72)発明者 松永 幸二 京都府京都市右京区梅津高畝町47番地 日新電機株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−93835(JP,A) 特開 平2−239559(JP,A) 特開 昭63−221540(JP,A) 実開 昭60−843(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01J 27/00 - 27/26 H01J 37/08

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 周辺部に複数のスリット又は長孔が形成
    された電極板と、前記スリット又は長孔内に位置する凸
    部を有し、前記電極板のスリット又は長孔周辺部を支持
    する電極支持ブロックと、前記電極支持ブロックが固定
    される電極支持枠とを備えたことを特徴とするイオン源
    の引出し電極装置。
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