JPH02152140A - Ion drawing-out electrode - Google Patents

Ion drawing-out electrode

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JPH02152140A
JPH02152140A JP30489488A JP30489488A JPH02152140A JP H02152140 A JPH02152140 A JP H02152140A JP 30489488 A JP30489488 A JP 30489488A JP 30489488 A JP30489488 A JP 30489488A JP H02152140 A JPH02152140 A JP H02152140A
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JP
Japan
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electrode
ion
insulator
holes
ion extraction
Prior art date
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Pending
Application number
JP30489488A
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Japanese (ja)
Inventor
Yuji Mukai
裕二 向井
Koichi Kodera
宏一 小寺
Yoshiyuki Tsuda
善行 津田
Hideaki Yasui
秀明 安井
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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  • Electron Sources, Ion Sources (AREA)

Abstract

PURPOSE:To increase the amount of ion beams and to prevent the position slippage of holes and the like by laminating conductors on the whole surface of a conductive plate through an insulator, and forming holes or slits to draw out ion beams to the resultant laminate body. CONSTITUTION:A conductor plate is made as a screen electrode 1, a conductor made by laminating thin membranes or thick membranes is made as an acceleration electrode 2, and an insulator 10 of a thin membrane or a thick membrane is placed between the both electrodes, to form a unitary structure of a laminate body, on which holes 15 or slits are formed. As a result, the interval between the both electrodes 1 and 2 can be made very small and even, and the amount of ion beams can be increased. And since no position slippage of holes 15 owing to a bending of electrode and the like is avoided, and a large area of ion drawing-out electrode can be obtained.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は表面改質や、薄膜の成膜やエツチング等の加工
に用いられるイオン源に用いるイオン引出し電極に関す
るものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application The present invention relates to an ion extraction electrode used in an ion source used for surface modification, thin film formation, etching, and other processes.

従来の技術 従来−船釣に使用される多孔板型のスクリーン電極1と
加速電極2から成る2枚電極構成のイオン引出し電極を
用いた、正イオンを引き出すイオン源の例としてE(、
R(電子サイクロトロン共鳴)型イオン源を第5図に示
す。
2. Description of the Related Art Conventional technology - E(,
An R (electron cyclotron resonance) type ion source is shown in FIG.

第5図において、3は絶縁物から成るスペーサーで、2
枚の電極を絶縁しかつその間隔を均一に保った。めのも
のである。
In Fig. 5, 3 is a spacer made of an insulator;
The electrodes were insulated and their spacing was kept uniform. It's a special thing.

4は放電を発生するためのマイクロ波電力、5はその内
部でプラズマ6を発生する放電室、7は放電室5とスク
リーン電極1に正電圧を印加する直流電源、8は加速電
極に負電圧・を印加するための直流電源、9は引き出さ
れたイオンビームである。
4 is a microwave power for generating discharge, 5 is a discharge chamber that generates plasma 6 inside it, 7 is a DC power supply that applies a positive voltage to the discharge chamber 5 and the screen electrode 1, and 8 is a negative voltage to the accelerating electrode. 9 is the extracted ion beam.

なおECR型イオン源ではマイクロ波電力4に対して共
鳴磁界を与えるためのソレノイド等を用いるが、この図
では省略している。また、直流電源8を省略して加速型
f!2をアース電位にすることもある。
Note that the ECR type ion source uses a solenoid or the like for applying a resonant magnetic field to the microwave power 4, but this is omitted in this figure. Also, the DC power supply 8 is omitted and the acceleration type f! 2 may be set to ground potential.

上記において使用されるイオン引出し電極はその断面の
一部を拡大すれば第6図に示したように孔径φDのイオ
ン引出し孔25を有するスクリーン電極1と加速電極2
から構成されている。この2枚の電極は、イオンが加速
電極2に衝突するのを防ぐため各々の孔25の位置が正
確に一致するように合わせな(すればならない。しかも
イオン弓出し電極の全面にわたって均一な量のイオンビ
ームを引き出すためには、全面に均一な電界を発生する
必要があり、そのためには電極間隔dを均一に保持しな
ければならない。
If a part of the cross section of the ion extraction electrode used in the above is enlarged, as shown in FIG.
It consists of In order to prevent ions from colliding with the accelerating electrode 2, these two electrodes must be aligned so that the positions of the respective holes 25 are exactly aligned. In order to extract an ion beam of 1, it is necessary to generate a uniform electric field over the entire surface, and for this purpose the electrode spacing d must be kept uniform.

2枚の平行な電極から引き出されるイオンビームの電流
密度jは、次のChildの法則に従うことが知られて
いる。
It is known that the current density j of the ion beam extracted from two parallel electrodes follows the following Child's law.

j−(4ε0/9) (2e/m)1/2Vt3/2/
 Ie2ここで、ε0は誘電率、e/mはイオンの電荷
と質量の比、Vtは2枚の電極間の電位差、Iei、を
電価間1をである。
j-(4ε0/9) (2e/m)1/2Vt3/2/
Ie2 Here, ε0 is the dielectric constant, e/m is the ratio of ion charge to mass, Vt is the potential difference between the two electrodes, and Iei is the difference between the electric charges.

第7図はイオン引出し電極の原理の説明図であって、ス
クリーン電極1と加速電極2の孔近傍の拡大図と、両電
極間の孔中心線上の電位の状態を図示している。
FIG. 7 is an explanatory diagram of the principle of the ion extraction electrode, and shows an enlarged view of the vicinity of the hole of the screen electrode 1 and the acceleration electrode 2, and the state of the potential on the center line of the hole between the two electrodes.

同図において、VsとVaは各々第5図の直流電源7と
8で印加した電圧で、9はイオンビームである。
In the figure, Vs and Va are voltages applied by the DC power supplies 7 and 8 in FIG. 5, respectively, and 9 is an ion beam.

第7図のように孔25のあるイオン引出し電極の場合、
上記Childの法則の!eは第7図のdeに、またV
tはVs十Vaに相当する。
In the case of an ion extraction electrode with holes 25 as shown in FIG.
Child's law above! e is de in Figure 7, and V
t corresponds to Vs+Va.

ただし経験的にはVaを変化してもイオンビームの量は
あまり変わらず、電流密度jはほぼVSのみにより決ま
る。
However, according to experience, the amount of ion beam does not change much even if Va is changed, and the current density j is determined almost only by VS.

前述のようにイオン源は厚膜の加工に用いられるが、加
工速度の向上のためには引き出されるイオンビーム量を
増大する必要がある。
As mentioned above, the ion source is used to process thick films, but in order to improve the processing speed, it is necessary to increase the amount of ion beam extracted.

そのために、 1、画電極間隔dを小さくする。for that, 1. Decrease the picture electrode spacing d.

2、孔径φDを小さくする。2. Reduce the hole diameter φD.

3.2つの直流電源7と8で印加する電圧を上げる。3. Increase the voltage applied by the two DC power supplies 7 and 8.

等の手段が用いられている。The following methods are used.

しかし、電極のたわみ等の機械的強度、ボール慇等によ
る孔開は加工等の面から、電極の厚さは0.5〜1.5
mm程度、電極間隔dは0.5〜b孔径φDはφ2.0
〜3.OI程度のものが使用される。
However, due to mechanical strength such as bending of the electrode, and machining of holes using ball holders, etc., the thickness of the electrode is 0.5 to 1.5 mm.
Approximately mm, electrode spacing d is 0.5 ~ b hole diameter φD is φ2.0
~3. Something of the order of OI is used.

発明が解決しようとする課題 しかしながら、近年、薄膜加工速度をより向上させよう
とする要求は大きく、イオンビームの量を更に増大でき
る技術の開発が今後の技術課題になっている。また成膜
を行なう場合には、イオンビームのもつエネルギは数e
V〜数十eν程度の低エネルギが適当であり、従来のイ
オン源のように数百eV以上ではそのエネルギにより形
成された薄膜の結晶を破壊してしまい、良質な薄膜が得
られないといわれている。
Problems to be Solved by the Invention However, in recent years, there has been a strong demand to further improve the processing speed of thin films, and the development of a technology that can further increase the amount of ion beams has become a future technical issue. In addition, when forming a film, the energy of the ion beam is several e
A low energy of about V to several tens of eν is appropriate, and it is said that if the energy exceeds a few hundred eV, as with conventional ion sources, the crystals of the thin film formed will be destroyed, making it impossible to obtain a high-quality thin film. ing.

一方、イオンビームのエネルギはVsに比例する。On the other hand, the energy of the ion beam is proportional to Vs.

そこで低エネルギのイオンビームを得るためにVSを低
くすると、Vtも下がってしまいイオンビーム量が低下
してしまう、従ってイオン源には、従来のイオンビーム
の量を下げることなく、イオンビームの低エネルギ化を
実現しなければならないという課題もある。
Therefore, if VS is lowered to obtain a low-energy ion beam, Vt will also drop and the ion beam amount will decrease. There is also the issue of realizing energy conversion.

更に、大面積の加工を行なうためにイオン源の大面積化
が求められているが、それにともなってイオン引出し電
極も大面積化する必要がある。
Furthermore, in order to perform large-area processing, an ion source is required to have a large area, and accordingly, an ion extraction electrode must also have a large area.

ところが電極面積を大きくすると、電極のたわみ等によ
り電極の全面にわたって電極間隔を均一に、しかし孔の
位置を揃えて保持することが困難になるという問題もあ
った6 課題を解決するための手段 上記課題を解決するなめ本発明は導体板の表面のほぼ全
面に絶縁物を介して導体を積層し、得られた積層体にイ
オンを引き出ずための孔もしくはスリットを形成したこ
とを特徴とし、望ましくは積層する絶縁物と導体を薄膜
らしくは厚膜とし、更に望ましくは絶縁物が導体板の酸
化物、炭化物、窒化物のいずれかを含むことを特徴とす
る。
However, when the electrode area is increased, there is a problem that it becomes difficult to keep the electrode spacing uniform over the entire surface of the electrode, but the holes aligned, due to the bending of the electrode.6 Means for Solving the Problem The present invention is characterized in that a conductor is laminated on almost the entire surface of a conductor plate via an insulator, and holes or slits are formed in the resulting laminate to prevent ions from being drawn out. Preferably, the insulator and conductor to be laminated are thin films or thick films, and more preferably, the insulator contains any one of oxide, carbide, and nitride of the conductor plate.

作  用 本発明によれば、導体板をスクリーン電極、薄膜らしく
は厚膜で積層した導体を加速電極とし、両電極の間に薄
膜もしくは厚膜の絶縁物を介した積層体の一体構造とし
て孔もしくはスリットを形成したので両電極の間隔を極
めて小さくかつ均一とすることができるのでイオンビー
ムの量を増大できる。また、電極のたわみ等により孔の
位置がずれるといった問題もないため、第面積のイオン
引出し電極を得ることができる。
Function According to the present invention, a conductor plate is used as a screen electrode, a conductor laminated with a thick film rather than a thin film is used as an accelerating electrode, and a hole is formed as an integral structure of the laminate with a thin film or thick film insulator interposed between the two electrodes. Alternatively, since a slit is formed, the distance between the two electrodes can be made extremely small and uniform, so that the amount of ion beam can be increased. Further, since there is no problem that the position of the hole is shifted due to bending of the electrode, etc., it is possible to obtain an ion extraction electrode with a second area.

実施例 本発明になるイオン引出し電極の一実施例を第1図に基
づいて説明する。
EXAMPLE An example of the ion extraction electrode according to the present invention will be described with reference to FIG.

第1図において、1は厚さ0.1mmのタングステン板
から成るスクリーン電極であり、2は厚さ1μmのタン
グステン薄膜から成る加速電極、10は厚さdが1μm
のタングステン酸化膜から成る絶縁物であり、イオン引
出し孔15の孔径φDはφ1mmである。
In FIG. 1, 1 is a screen electrode made of a tungsten plate with a thickness of 0.1 mm, 2 is an acceleration electrode made of a tungsten thin film with a thickness of 1 μm, and 10 is a screen electrode with a thickness d of 1 μm.
The ion extraction hole 15 has a hole diameter φD of φ1 mm.

このイオン引出し電極の作成方法は以下の通りである。The method for producing this ion extraction electrode is as follows.

先ず、スクリーン電極1となる厚さ0.1mmのタング
ステン板の母材を酸素気流中で加熱し酸化して1μmの
均一な厚さの絶縁膜1oを形成する。
First, a base material of a tungsten plate with a thickness of 0.1 mm, which will become the screen electrode 1, is heated and oxidized in an oxygen stream to form an insulating film 1o with a uniform thickness of 1 μm.

次に、片面の絶縁膜をエツチングで取り除き、反対側に
残った絶縁膜10上にタングステン薄膜をスパッタリン
グ法により成膜して加速電極2を形成したのち、エツチ
ングによりイオン引出し孔15を開ける。
Next, the insulating film on one side is removed by etching, a tungsten thin film is formed by sputtering on the insulating film 10 remaining on the other side to form the accelerating electrode 2, and then an ion extraction hole 15 is opened by etching.

上述のようにこのイオン引出し電極は、導体板の母材1
上の全面に、絶縁膜10と導体であるタングステンの薄
膜を積層して構成している。
As mentioned above, this ion extraction electrode is connected to the base material 1 of the conductor plate.
An insulating film 10 and a thin film of tungsten, which is a conductor, are laminated on the entire upper surface.

このイオン引出し電極をイオン源に用いた例を第2図に
基づいて説明する。
An example in which this ion extraction electrode is used as an ion source will be explained based on FIG. 2.

11が第1図のイオン引出し電極で、第5図の従来のイ
オン源と同一の構成要素には同一の番号を付している。
11 is the ion extraction electrode shown in FIG. 1, and the same components as in the conventional ion source shown in FIG. 5 are given the same numbers.

なお、12は直流電源8の電圧を加速型f!2に印加す
るための導電性のリングである。
12 is an accelerating type f! voltage of the DC power supply 8. This is a conductive ring for applying voltage to 2.

本発明になるイオン引出し電極は電極間隔dが臣めて小
さく、しかも孔径φDも小さいために第7図のdeを短
くでき、 Childの法則より電流密度jが大きく、
すなわちイオンビームの量を増大することができる。
Since the ion extraction electrode according to the present invention has a relatively small electrode spacing d and a small hole diameter φD, it is possible to shorten de in FIG. 7, and the current density j is larger than Child's law.
In other words, the amount of ion beam can be increased.

また本発明のイオン引出し電極を用いると、従来程度の
イオンビーム量を得るなめに必要な電位差Vtを下げる
ことができるため、スクリーン電極1に印加する電圧を
低くでき、低エネルギのイオンビームを得ることができ
る。
Furthermore, by using the ion extraction electrode of the present invention, it is possible to lower the potential difference Vt required to obtain the same amount of ion beam as in the past, so the voltage applied to the screen electrode 1 can be lowered and a low-energy ion beam can be obtained. be able to.

更に、本発明のイオン引出し電極はスクリーン電極1と
加速電極2と画電極の間隔を保持する絶縁物10が一体
構造になっているため、従来のイオン引出し電極のよう
に電極のたわみ等によって電極間隔と孔の位置がずれる
という問題もなく、大面積のイオン引出し電極を作成す
ることも可能である。
Furthermore, since the ion extraction electrode of the present invention has an integral structure with the insulator 10 that maintains the distance between the screen electrode 1, the acceleration electrode 2, and the picture electrode, the ion extraction electrode of the present invention has a structure in which the screen electrode 1, the acceleration electrode 2, and the insulator 10 that maintains the distance between the picture electrodes are integrated. It is also possible to create a large-area ion extraction electrode without the problem of misalignment of the spacing and hole positions.

本実施例では電極材料にタングステンを用いたが、もち
ろん他の材料であってもかまわない。また絶縁物も電極
材料によっては本実施例のような酸化物よりも、窒化物
や炭化物の方が良い場合もある。さらに、絶縁膜の作成
方法も本実施例の方法以外に、例えばCVD法等でも良
い。
Although tungsten was used as the electrode material in this embodiment, other materials may of course be used. Furthermore, depending on the electrode material, nitride or carbide may be better than oxide as in this embodiment. Furthermore, the insulating film may be formed by, for example, a CVD method other than the method of this embodiment.

従来のイオン引出し電極では、イオンビームの量を増や
すためにスクリーン電極と加速電極の孔径を変える手段
を用いることがある。
Conventional ion extraction electrodes sometimes use means to change the hole diameters of the screen electrode and accelerating electrode in order to increase the amount of ion beam.

本発明においても例えばイオン引出し孔15をテーバ状
にして第3図の(a)に示したように、スクリーン電極
1より加速型fi2の孔径を小さくしたり、逆に(b)
のように大きくすることができる。
In the present invention, for example, the ion extraction hole 15 is made into a tapered shape, and the diameter of the acceleration type fi2 is made smaller than that of the screen electrode 1, as shown in FIG.
It can be made as large as .

また、イオン引出し電極には以上述べた2枚の電極に更
にアース電位の電極を加えた3枚の電極を用いる場合も
ある。その場合には第4図のように加速電極2上に更に
絶縁膜13とアース重臣14を積層すれば良い。
Further, as the ion extraction electrode, three electrodes may be used, which are the two electrodes described above and an electrode at ground potential. In that case, an insulating film 13 and a grounding agent 14 may be further laminated on the accelerating electrode 2 as shown in FIG.

発明の効果 本発明によれば、導体板と導体の画電極を絶縁物を介し
て積層一体止されることにより、画電極間隔を極力小さ
くできイオンビームの量を増大でき、従来程度のイオン
ビーム量を得るために必要な電位差を下げることができ
るため、導体板(スクリーン電8iりに印可する電圧を
低くでき、イオンビームの低エネルギを得ることができ
る。
Effects of the Invention According to the present invention, by integrally laminating the conductive plate and the conductive picture electrode via an insulator, the picture electrode interval can be made as small as possible and the amount of ion beam can be increased. Since the potential difference required to obtain the amount of ion beam can be lowered, the voltage applied to the conductor plate (screen electrode 8i) can be lowered, and the energy of the ion beam can be lowered.

更に電極の全面にわたって電極間隔が均一であり、しか
も電極のたわみ等により孔の位置がずれるといった問題
もないため、大面積のイオン引出しtiを得ることがで
きる。
Further, since the electrode spacing is uniform over the entire surface of the electrode, and there is no problem of the position of the hole being shifted due to bending of the electrode, etc., a large area of ion extraction ti can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図<a)は本発明のイオン引出し電極の一実施例の
斜視図、同図(b)は同じく断面図、第2図は本発明の
イオン引出し電極を用いたイオン源のMM、第3図(a
)、(b)と第4図はいずれも本発明のイオン引出し電
極の他の実施例の構成図、第5図は従来のイオン引出し
電極を用いたイオン源の耐刷、第6図(a)は従来のイ
オン引出し重臣の斜視図、同図(b)は同じく断面図、
第7図はイオン引出し電極の原理の説明図である。 1・・・スクリーン電極、2・・・加速電極、10・・
・絶縁物、15・・・イオン引出し孔。 代理人の氏名 弁理士 粟野重孝 はか1名第 図 /−スクリ−ン電極 α0 に←−−−−−−− ΦD 第 図 第 図 どa)
FIG. 1(a) is a perspective view of an embodiment of the ion extraction electrode of the present invention, FIG. 1(b) is a cross-sectional view of the same, and FIG. Figure 3 (a
), (b) and FIG. 4 are configuration diagrams of other embodiments of the ion extraction electrode of the present invention, FIG. ) is a perspective view of a conventional ion drawer, and (b) is a cross-sectional view.
FIG. 7 is an explanatory diagram of the principle of the ion extraction electrode. 1... Screen electrode, 2... Accelerating electrode, 10...
- Insulator, 15...Ion extraction hole. Name of agent: Patent attorney Shigetaka Awano (1 person)

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)導体板の表面のほぼ全面に絶縁物を介して導体を
積層し、得られた積層体にイオンを引き出すための孔も
しくはスリットを形成したことを特徴とするイオン引出
し電極。
(1) An ion extraction electrode characterized in that a conductor is laminated on almost the entire surface of a conductor plate with an insulator interposed therebetween, and holes or slits for extracting ions are formed in the resulting laminate.
(2)積層する絶縁物と導体を薄膜もしくは厚膜とした
請求項1記載のイオン引出し電極。
(2) The ion extraction electrode according to claim 1, wherein the insulator and conductor to be laminated are thin films or thick films.
(3)絶縁物が導体板の酸化物、炭化物、窒化物のいず
れかを含む請求項1または2記載のイオン引出し電極。
(3) The ion extraction electrode according to claim 1 or 2, wherein the insulator contains any one of oxide, carbide, and nitride of the conductor plate.
JP30489488A 1988-12-01 1988-12-01 Ion drawing-out electrode Pending JPH02152140A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0594794A (en) * 1991-10-01 1993-04-16 Nec Corp Ion source grid
EP1258903A2 (en) * 2000-09-24 2002-11-20 Roentdek Handels GmbH Ion source

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