KR20130047674A

KR20130047674A - 이온빔 인출용 전극 및 이온 소스

Info

Publication number: KR20130047674A
Application number: KR1020120122078A
Authority: KR
Inventors: 유타카 이노우치
Original assignee: 닛신 이온기기 가부시기가이샤
Priority date: 2011-10-31
Filing date: 2012-10-31
Publication date: 2013-05-08
Also published as: JP2013098003A; CN103094029A; US20130105705A1

Abstract

본 발명의 이온빔 인출용 전극은 전극 프레임과 복수의 이온 인출 구멍 형성 부재를 구비한다. 복수의 이온 인출 구멍 형성 부재는 한 방향으로 간격을 두고 배치되어 있다. 각 이온 인출 구멍 형성 부재의 적어도 일단부는 이동 가능하게 지지되어 있다. 복수의 이온 인출 구멍 형성 부재는 적어도 하나의 제1 이온 인출 구멍 형성 부재를 구비하고, 제1 이온 인출 구멍 형성 부재는 대략 막대 형상의 본체부와 본체부로부터 연장되는 제1 이행부를 구비한다. 제1 이행부는 제1 이온 인출 구멍 형성 부재에 인접한 제2 이온 인출 구멍 형성 부재와 접촉한다. 또한, 본 발명의 이온 소스는, 내부에 음극을 갖는 플라즈마 용기와, 플라즈마 용기에 인접하여 배치되는, 전술한 이온빔 인출용 전극을 적어도 1매 이상 구비한다.

Description

이온빔 인출용 전극 및 이온 소스{ION BEAM EXTRACTION ELECTRODE AND ION SOURCE}

본 발명은, 플라즈마 용기로부터 이온빔을 인출하기 위하여 이용되는 이온빔 인출용 전극과 이것을 구비한 이온 소스에 관한 것이다.

플라즈마 용기로부터 이온빔을 인출하기 위한 전극으로서, 이온을 통과시키기 위한 복수의 원형 또는 슬릿형의 이온 인출 구멍을 갖은 전극이 알려져 있다. 복수 매의 전극을 세트로 하여 이온 소스에서 사용되며, 각각의 전극은, 이온빔의 인출 방향에 따라서, 각 전극에 형성된 이온 인출 구멍이 동일한 위치에 위치하도록 이온 소스의 플라즈마 용기에 서로 인접하여 배치되어 있다.

이온 소스의 운전 시에는, 각 전극에 적절한 전압을 인가하여 플라즈마 용기 내에서 발생한 플라즈마로부터 이온빔을 인출한다. 이 때, 플라즈마 용기로부터 인출된 이온이 전극과 충돌하거나, 고온에 의해 가열되는 플라즈마 용기로부터 전극에 열이 전달되어, 각 전극의 온도도 고온으로 된다. 이 때문에, 전극 재료로서는 고온에 견딜 수 있는 고융점 재료가 이용되고 있다.

그러나 고융점 재료를 이용하더라도, 미량이기는 하지만 열변형이 생긴다. 이온 소스의 운전이 길어질수록, 미량인 열변형이 누적되므로, 변형량이 증가하게 된다. 전극의 열변형량이 증가하면, 각 전극에 형성된 이온 인출 구멍의 위치가 틀어져 버린다. 따라서 원하는 인출 각도나 원하는 전류량의 이온빔을 인출하기 어렵게 되어 버린다.

따라서 이러한 열변형을 억제하기 위해서, 특허문헌 1에 개시된 전극이 사용되고 있다. 이 전극에 형성된 슬릿형의 이온빔 인출 구멍은, 전극 지지 프레임에 형성된 개구 내에 배치되는 복수의 로드 사이의 간극에 마련되어 있다. 단부가 길이 방향을 따라 이동할 수 있도록 로드의 단부가 전극 지지 프레임에 의해 지지되어 있다. 보다 구체적으로는, 전극 지지 프레임의 측벽에 로드가 통과하는 구멍이 형성되어 있다. 이 구멍에 로드를 통과시켰을 때, 로드의 길이 방향의 단부와 구멍의 종단부의 사이에 여유부(공간)가 마련된다.

로드를 이용한 구성에서는, 전극의 온도가 고온으로 된 때에, 로드가 열에 의해 길이 방향으로 신축된다. 그러나 열적 신축이 발생하는 로드가, 그 길이 방향의 단부가 고정되지 않은 상태에서, 전극 지지 프레임에 지지되도록 되어 있기 때문에, 로드에 열적 신축이 생기지 않는 것을 알 수 있다. 그 결과, 복수의 로드 사이에 형성되는 슬릿형의 이온 인출 구멍의 형상을 거의 일정하게 유지할 수 있다. 아울러, 이온빔의 인출 방향을 따라서 배치된 각 전극 사이에서의 이온 인출 구멍의 위치 어긋남을 방지할 수 있다.

특허문헌 1: 일본 특허 공개 평성 8-148106(도 3, 도 5 내지 도 7)

이온빔은 각 전극 사이에 적절한 전위차를 설정함으로써 플라즈마 용기로부터 인출된다. 이 때, 전극 사이에 발생한 전계는 하나의 전극에 형성된 이온 인출 구멍을 통하여 전극으로부터 외부로 누설될 수도 있다. 전계의 누설량은 이온 인출 구멍의 개구 면적과 관련이 있다. 개구 면적이 클수록, 전계의 누설량이 증가한다.

슬릿형의 이온 인출 구멍이 형성된 전극으로부터의 전계의 누설량과, 이 슬릿형의 이온 인출 구멍의 단변과 동일한 직경을 갖는 원형의 이온 인출 구멍이 형성된 전극으로부터의 전계의 누설량을 비교하면, 다음과 같이 된다.

도 14a 및 도 14b는, 이온 인출 개구부(22)가 마련된 플라즈마 용기(21)와, 이온빔 인출용의 4매의 전극(23 내지 26)을 갖는 이온 소스(20)를 도시한다. 도 14a에 도시되는 전극(23 내지 26)에는 슬릿형의 이온 인출 구멍(4)이 형성되어 있고, 도 14b에 도시되는 전극(23 내지 26)에는 원형의 이온 인출 구멍(4)이 형성되어 있다. 이 때, 도면의 화살표 A로 나타내는 방향에 있어서의 이온빔 인출 구멍(4)의 개구 면적에 착안하면, 형상은 다르지만, 양 도면에 도시된 이온 인출 구멍(4)의 치수가 대략 동일하기 때문에, 화살표 A의 방향에서의 양 전극으로부터의 전계의 누설량은 실질적으로 동일하다. 한편, 화살표 B로 표시된 방향에 있어서의 이온빔 인출 구멍(4)의 개구 면적에 착안하면, 슬릿형의 이온 인출 구멍(4)이 형성된 전극측이 원형의 이온 인출 구멍(4)이 형성된 전극보다 개구 면적이 크다. 플라즈마 용기(21)에는, 종래부터 널리 알려져 있는 도시하지 않는 음극(필라멘트)과 가스 도입구가 마련되어 있다.

플라즈마 용기(21) 내에 생성되는 플라즈마의 전극측의 단부의 형상은, 가속 전극(23)과 인출 전극(24)의 사이에 발생하는 전계의 강도와 관련되어 있다. 이온빔을 인출할 때, 인출되는 이온빔의 에너지나 이온빔의 인출 각도 등의 조건에 따라서, 4매의 전극 중에서 가속 전극(23)과 인출 전극(24)의 사이에서 발생하는 전계의 강도가 변경된다. 전계의 강도가 약하면, 플라즈마의 단부는 가속 전극(23)측으로 이동하여, 이온빔의 인출 방향으로 플라즈마 단부의 형상이 볼록형으로 형성된다. 한편, 전계의 강도가 강하면, 플라즈마의 단부가 플라즈마 용기(21)의 내측으로 이동하여, 이온빔의 인출 방향과 반대 방향으로 플라즈마 단부의 형상이 볼록형으로 형성된다.

전술한 바와 같이, 특허문헌 1에서와 같은 슬릿형의 이온 인출 구멍(4)을 갖는 전극에서는, 전극 사이에서 발생하는 전계의 누설량이 크기 때문에, 플라즈마의 단부가 누설량에 따라 크게 팽창된다. 이 때문에, 슬릿형의 이온 인출 구멍(4)을 갖는 전극에서는, 전계 강도가 약한 경우에, 플라즈마의 단부가 가속 전극(23)을 지나서 인출 전극(24)의 표면까지 이동하여, 전극 사이의 단락을 야기한다. 따라서 이온빔을 인출할 수 없을 수도 있다. 한편, 전계 강도가 강한 경우에는, 플라즈마 용기(21)의 내측을 향해 돌출하는 플라즈마의 단부의 돌출량이 증가하기 때문에, 인출되는 이온빔의 인출 각도가 작을 수도 있다. 인출 각도가 과도하게 작으면, 이온 소스(20)로부터 인출되는 이온빔의 폭이 필요 이상으로 작게 되어, 원하는 폭을 갖는 타깃(예컨대, 실리콘 웨이퍼나 유리 기판 등)의 전면(全面)에 대하여 이온빔을 조사할 수 없게 될 우려가 있다.

따라서 본 발명의 목적은, 이온 소스로부터 원하는 이온빔을 용이하게 인출할 수 있는 이온빔 인출용 전극과 이것을 구비한 이온 소스를 제공하는 것이다.

본 발명의 이온빔 인출용 전극은, 전극 프레임과 복수의 이온 인출 구멍 형성 부재를 구비한다. 전극 프레임은 그 중앙에 개구부를 갖는다. 복수의 이온 인출 구멍 형성 부재는 한 방향으로 간격을 두고 배치되어 있다. 각 이온 인출 구멍 형성 부재의 적어도 일단부는 상기 방향과 수직인 방향으로 이동 가능하게 지지되어 있다. 복수의 이온 인출 구멍 형성 부재는 적어도 하나의 제1 이온 인출 구멍 형성 부재를 구비한다. 제1 이온 인출 구멍 형성 부재는 대략 막대 형상의 본체부와 본체부로부터 연장되는 제1 이행부를 구비한다. 제1 이행부는 제1 이온 인출 구멍 형성 부재에 인접한 제2 이온 인출 구멍 형성 부재와 접촉한다.

상기 제2 이온 인출 구멍 형성 부재는, 상기 제1 이행부가 접촉하는 위치에 제2 오목부를 갖는 것이 바람직하다.

상기 제1 이온 인출 구멍 형성 부재는, 제3 이온 인출 구멍 형성 부재의 제3 이행부와 접촉하는 제1 오목부를 갖는 것이 바람직하다. 상기 제3 이온 인출 구멍 형성 부재는 상기 제1 이온 인출 구멍 형성 부재와 인접한다. 상기 제1 이행부와 상기 제1 오목부는 제1 이온 인출 구멍 형성 부재의 본체부에 배치된다. 상기 제1 이행부는 상기 본체부의 일단부로부터 상기 방향으로 연장되고, 상기 제1 오목부는 상기 본체부의 타단부에 상기 방향으로 마련되어 있다.

상기 개구부 내에 배치된 각각의 이온 인출 구멍 형성 부재는 동일 형상을 갖는 것이 바람직하다.

개구부 내에 배치된 복수의 이온 인출 구멍 형성 부재의 수는 4개 이상인 것이 바람직하다. 상기 방향으로 개구부의 양단에 위치한 이온 인출 구멍 형성 부재를 제외하고, 각각의 이온 인출 구멍 형성 부재는 동일한 형상을 갖는다.

또한, 제1 이행부와 제2 오목부는, 복수의 이온 인출 구멍 형성 부재가 개구부 내에 배치되는 방향으로 배치되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 이온 소스는, 내부에 음극을 갖는 플라즈마 용기와, 플라즈마 용기에 인접하여 배치되는, 상기에 설명한 이온 인출용 전극을 적어도 1매 구비하는 것이 바람직하다.

적어도 하나의 이온 인출 구멍 형성 부재가 대략 막대 형상의 본체부와 본체부로부터 연장되는 이행부를 포함하도록 구성되고, 이행부가 인접하는 이온 인출 구멍 형성 부재에 접촉한다. 따라서 종래 기술에 개시되어 있는 로드를 이용한 전극 구성에 비교하여, 이온 인출 구멍으로부터 나오는 전계의 누설량을 줄일 수 있다. 이 때문에, 종래의 구성에 비교해서, 이온 소스로부터 원하는 이온빔의 인출을 용이하게 행할 수 있다.

도 1은 본 발명에 이용되는 이온빔 인출용 전극의 일례를 도시하는 도면이다.
도 2는 도 1의 이온빔 인출용 전극으로부터 커버를 제거한 상태를 도시하는 도면이다.
도 3a 내지 도 3c는 도 1의 이온 인출 구멍 형성 부재를 도시하는 사시도로서, 도 3a는 YZ 평면에서 보았을 때에 원형 단면의 본체부를 갖는 이온 인출 구멍 형성 부재를 도시하고, 도 3b는 YZ 평면에서 보았을 때에 사각형 단면의 본체부를 갖는 이온 인출 구멍 형성 부재를 도시하며, 도 3c는 YZ 평면에서 보았을 때에 볼록 형상 단면의 본체부를 갖는 이온 인출 구멍 형성 부재를 도시한다.
도 4a 내지 도 4c는 도 1의 이온 인출 구멍 형성 부재의 X 방향의 양 단부의 지지 구조를 도시하는 도면으로, 도 4a는 이온 인출 구멍 형성 부재의 양 단부의 형상을 도시하는 사시도이고, 도 4b는 도 4a의 선 V1을 따라 취한 단면도이고, 도 4c는 도 4a의 선 W1을 따라 취한 단면도이다.
도 5는 본 발명에 이용되는 이온빔 인출용 전극의 제1 변형예를 도시하는 도면이다.
도 6은 본 발명에 이용되는 이온빔 인출용 전극의 제2 변형예를 도시하는 도면이다.
도 7은 본 발명에 이용되는 이온빔 인출용 전극의 제3 변형예를 도시하는 도면이다.
도 8은 본 발명에 이용되는 이온빔 인출용 전극의 제4 변형예를 도시하는 도면이다.
도 9a 내지 도 9c는 도 6 내지 도 8의 이온 인출 구멍 형성 부재를 도시하는 사시도로서, 도 9a는 도 6의 제2 변형예에 대응하고, 도 9b는 도 7의 제3 변형예에 대응하며, 도 9c는 도 8의 제4 변형예에 대응한다.
도 10은 본 발명에 이용되는 이온빔 인출용 전극의 제5 변형예를 도시하는 도면이다.
도 11은 본 발명에 이용되는 이온빔 인출용 전극의 제6 변형예를 도시하는 도면이다.
도 12a 및 도 12b는 이온 인출 구멍 형성 부재의 일부를 도시하는 확대 사시도로서, 도 12a는 도 10의 제5 변형예에 대응하고, 도 12b는 도 11의 제6 변형예에 대응한다.
도 13a 내지 도 13c는 도 4a 내지 도 4c의 이온 인출 구멍 형성 부재의 X 방향의 양 단부의 지지 구조의 변형예를 도시하는 도면으로, 도 13a는 이온 인출 구멍 형성 부재의 양 단부를 도시하는 사시도이고, 도 13b는 도 13a의 선 V2를 따라 취한 단면도이고, 도 13c는 도 13a의 선 W2를 따라 취한 단면도이다.
도 14a 및 도 14b는 종래부터 이용되고 있는 이온 소스의 예를 도시하는 도면으로, 도 14a는 슬릿형의 이온 인출 구멍이 이온빔 인출용 전극에 형성된 예를 도시하고, 도 14b는 원형의 이온 인출 구멍이 이온빔 인출용 전극에 형성된 예를 도시한다.

이하의 실시예에 있어서, 각 도면에 도시되어 있는 X, Y, Z의 각 축은 서로 수직을 이룬다.

도 1 및 도 2는, 본 발명에 이용되는 이온빔 인출용 전극(1)의 예를 도시한다. 이온빔 인출용 전극(1)은, 도 14a에 도시된 이온 소스(20)를 구성하는 복수의 전극(23 내지 26)의 1매에 해당한다.

도 1 및 도 2를 참고로, 전극의 구성을 구체적으로 설명한다. 본 발명의 이온 인출용 전극(1)은 중앙에 개구부(3)를 갖는 전극 프레임(2)을 구비한다. 개구부(3)는 도면에 도시된 X 방향으로 전극 프레임(2)을 관통하고, 개구부(3) 내에는 복수의 이온 인출 구멍 형성 부재(7)가 Y 방향으로 간격을 두고 배치되어 있다.

Y 방향에 있어서, 개개의 이온 인출 구멍 형성 부재(7)의 사이에, 그리고 양단에 배치된 이온 인출 구멍 형성 부재(7)와 전극 프레임(2)의 사이에는 이온 인출 구멍(4)이 형성되어 있다. 이 구멍을 통해서 이온빔의 인출이 실행된다.

도 4a에 도시된 바와 같이, 전극 프레임(2)에는 전극 프레임의 표면으로부터 Z 방향으로 오목한 지지부(10)가 마련되어 있다. 이온 인출 구멍 형성 부재(7)의 양 단부(X 방향을 따른 방향에 있어서의 단부)가 지지부(10)에 의해 지지되어 있다. 또한, X 방향을 따른 방향에 있어서도, 이온 인출 구멍 형성 부재(7)의 양 단부 중 적어도 하나와 지지부(10)의 사이에는 간극이 형성된다. 이러한 구성으로 함으로써, 특허문헌 1에 개시된 바와 같이, X 방향을 따른 방향에 있어서의 이온 인출 구멍 형성 부재(7)의 열적 변형에 의한 신축이 허용될 수 있다.

이 실시예에서는, Z 방향과 반대의 방향에서, 지지부(10)에 의해 지지된 이온 인출 구멍 형성 부재(7)의 단부를 덮도록 커버(9)가 설치되어 있다(도 1 참조). 커버(9)는, 이온 인출 구멍 형성 부재(7)가 Z 방향과 반대측으로 누락되는 것을 방지하도록 설치되어 있다. 나사(8)가 커버(9)의 관통 구멍(도시 생략)을 통해서 전극 프레임(2)에 형성된 나사 구멍(11)에 나사 결합됨으로써, 커버(9)가 전극 프레임(2)에 부착된다. 이러한 구성을 이용함으로써, 특허문헌 1에 개시된 구성에 비교하여, 열에 의해 변형되는 이온 인출 구멍 형성 부재(7)(특허문헌 1의 로드에 상당)를 용이하게 교환할 수 있다.

도 3a 내지 도 3c는 도 1 및 도 2의 이온 인출 구멍 형성 부재(7)의 사시도이다. 이온 인출 구멍 형성 부재(7)는, X 방향으로 형성된 대략 막대 형상의 본체부(5)와 본체부(5)로부터 연장되는 이행부(6)를 구비한다. 또한, 이행부(6)는, 이행부에 인접하여 배치된 이온 인출 구멍 형성 부재(7)에 물리적 및 전기적으로 접촉하고 있다. 접촉 부분에는 이행부(6)를 수납하여 지지하기 위한 오목부(12)가 형성되어 있다. 이러한 구성을 채용했기 때문에, 특허문헌 1에 개시되어 있는 로드를 이용한 전극 구성에 비하여, 이온 인출 구멍으로부터 나오는 전계의 누설량을 줄일 수 있다. 이 때문에, 이온 소스로부터 원하는 이온빔의 인출을 용이하게 행할 수 있다.

또한, X 방향에 있어서, 오목부(12)의 측벽이 이행부(6)의 선단부와 접촉하지 않도록 하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 오목부(12)의 측벽과 이행부(6)의 사이에 간극이 형성된다. 이러한 구성을 이용함으로써, 이행부(6)의 열에 의한 신축을 허용할 수 있다.

이온 인출 구멍 형성 부재(7)의 YZ 평면에 있어서의 형상은, 도 3a에 도시된 바와 같이 원형일 수도 있고, 도 3b에 도시된 바와 같이 사각형일 수도 있다. 또한, 도 3c에 도시된 바와 같이, 이온 인출 구멍 형성 부재(7)는 볼록 형상일 수도 있다. 인출 시의 이온빔의 형상이나 인출되는 이온빔의 전류량을 용이하게 제어할 수 있는 형상을 결정할 수 있다.

도 4a는, 도 2의 이온 인출 구멍 형성 부재(7)의 X 방향의 양 단부의 지지 구조를 도시한다. 또한, 도 4b 및 도 4c는 각각, 도 4a의 선 V1 및 W1을 따라 취한 단면도를 도시한다. 도 4a에 도시된 바와 같이, X 방향을 따른 방향에 있어서 이온 인출 구멍 형성 부재(7)의 양 단부는 지지부(10)의 측벽에 접촉하지 않는다. 즉, 이온 인출 구멍 형성 부재(7)의 양 단부와 지지부(10)의 측벽 사이에는 간극이 형성된다. 이러한 구성을 채용함으로써, 이온 인출 구멍 형성 부재(7)의 X 방향의 열적 신축을 허용할 수 있다. 본 발명은 도시한 구성으로 한정되지 않으며, 전술한 바와 같이, 이온 인출 구멍 형성 부재(7)의 일단부와 지지부(10)의 사이에 간극이 형성되어 있는 것이 바람직하다. 즉, X 방향을 따른 방향에 있어서 이온 인출 구멍 형성 부재(7)의 양 단부 중 어느 하나가, 지지부(10)의 측벽에 접촉할 수도 있다.

본 발명의 이온 인출 구멍 형성 부재(7)의 구성은, 전술한 것으로 한정되지 않는다. 도 5는, 이온 인출 구멍 형성 부재(7)의 제1 변형예를 도시한다.

도 1 및 도 2에 도시된 복수의 이온 인출 구멍 형성 부재(7)에 있어서는, 개구부(3) 내에 배치된 이온 인출 구멍 형성 부재(7)의 수는 4개 이상이며, 전극 프레임(2)에 형성된 개구부(3)의 양단에 배치된 이온 인출 구멍 형성 부재(7)의 형상은 Y 방향을 따른 방향의 다른 위치에 배치된 다른 이온 인출 구멍 형성 부재(7)의 형상과 상이하다. 이에 대하여, 도 5에 도시하는 제1 변형예서는 모든 이온 인출 구멍 형성 부재(7)의 형상이 서로 동일하다. 이러한 구성을 채용함으로써, 부재를 공통으로 사용할 수 있기 때문에, 이온 인출 구멍 형성 부재(7)의 제조비용을 저렴하게 할 수 있다. 이 경우, 지면의 가장 하측에 도시되어 있는 이온 인출 구멍 형성 부재(7)의 이행부(6)는, 전극 프레임(2)에 형성된 오목부(12)에 의해 지지되도록 구성되어 있다.

도 6은, 이온 인출 구멍 형성 부재(7)의 제2 변형예를 도시하는 도면이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 각 이온 인출 구멍 형성 부재(7)의 이행부(6)의 수는 2개이다. 또한, 본 발명은 이것으로 한정되지 않고, 2개보다 많이 제공될 수도 있다. 예컨대, 이행부의 수는, 이온 인출 구멍(4)으로부터의 전계의 누설량과 인출되는 이온빔의 전류량 사이의 관계로부터, 적절하게 선택될 수도 있다.

도 7은, 본 발명에서 사용되는 이온 인출 구멍 형성 부재의 제3 변형예를 도시하는 도면이다. 이 변형예에 나타낸 바와 같이, 이행부(6)를 갖는 이온 인출 구멍 형성 부재(7)와 이행부(6)를 갖지 않는 이온 인출 구멍 형성 부재(7)를 설치할 수도 있다. 도 7의 예에서는, 하나의 이온 인출 구멍 형성 부재(7)의 본체부(5)로부터 연장되는 이행부(6)가, 이행부에 인접하는 이온 인출 구멍 형성 부재(7)의 오목부(12)에 접촉하고, 이온 인출 구멍 형성 부재(7)에 의해 지지되어 있다. 이행부(6)의 선단은, 오목부(12)를 넘어서 이웃에 배치된 2개의 이온 인출 구멍 형성 부재(7)의 오목부(12)까지 연장된다.

도 8은, 이온 인출 구멍 형성 부재의 제4 변형예를 도시하는 도면이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 이행부(6)가 Y 방향을 따라 본체부(5)의 양측에 설치되어 있는 이온 인출 구멍 형성 부재(7)를 이용할 수도 있다.

도 9a 내지 도 9c는, 도 6 내지 도 8의 이온 인출 구멍 형성 부재(7)를 도시하는 사시도이다. 도 9a는 도 6에 대응하며, 2개의 이행부(6)가 이온 인출 구멍 형성 부재(7)의 본체부(5)로부터 연장되고, 인접 이온 인출 구멍 형성 부재(7)의 오목부(12)에 의해 지지되어 있다. 도 9b는 도 7에 대응하며, 하나의 이온 인출 구멍 형성 부재(7)의 이행부(6)가 인접 이온 인출 구멍 형성 부재(7)의 오목부(12)를 통해, 2개의 인접하는 이온 인출 구멍 형성 부재(7)의 오목부(12)에 의해 지지되어 있다. 도 9c는 도 8에 대응하며, 하나의 이온 인출 구멍 형성 부재(7)를 구성하는 본체부(5)의 양측에 이행부(6)가 마련되어 있다.

도 10은, 이온 인출 구멍 형성 부재(7)의 제5 변형예를 도시하는 도면이다. 이 예에서는, 이온 인출 구멍 형성 부재(7)의 본체부(5)로부터 연장하는 이행부(6)의 선단에 오목부(12)가 형성되어 있다. 그 상세한 구성에 대해서는 후술하는 도 12a를 기초로 설명한다.

도 11은, Y 방향으로 배치된 이온 인출 구멍 형성 부재(7)의 이행부(6)가 각 이온 인출 구멍 형성 부재(7)마다 번갈아 상이한 형상으로 형성되어 있는 상태를 도시한다. 이러한 이온 인출 구멍 형성 부재(7)를 이용할 수도 있다.

도 12a 및 도 12b는 도 10 및 도 11에 도시된 이온 인출 구멍 형성 부재(7)의 사시도이다. 도 12a는 도 10에 대응하며, 인접하는 이온 인출 구멍 형성 부재(7)의 이행부(6)의 선단부에 형성된 오목부(12)는 서로 중첩되어 있다. 또한, 도 12b는 도 11에 대응하며, 인접하는 이온 인출 구멍 형성 부재(7)의 이행부(6)가 상이한 형상으로 형성되어 있다.

이상의 실시형태에서는, 이행부(6)의 연장 방향은 Y 방향으로 되어 있지만, 본 발명은 이로 한정되지 않는다. 이행부를 Y 방향에 대하여 소정 각도의 방향으로 연장하도록 형성할 수도 있다.

또한, 복수의 이온 인출 구멍 형성 부재(7)의 이행부(6)를 일직선으로 배치할 필요는 없고, 개개의 이온 인출 구멍 형성 부재(7)에서 이행부(6)가 설치되는 X 방향의 위치를 변경할 수도 있다.

모든 이온 인출 구멍 형성 부재(7)에 이행부(6)를 형성한 필요는 없다. 예컨대, 이행부(6)는 개구부(3)의 중앙 부근에 배치된 몇 개의 이온 인출 구멍 형성 부재(7)에만 형성될 수도 있다.

이온 소스의 구성으로는, 전술한 이온빔 인출용 전극(1)을 갖는 이온 소스로 충분하다. 예컨대, 도 14a에 도시한 종래의 구성을 갖는 이온 소스(20)에 있어서, 복수의 전극(23 내지 26)의 각각에 대하여 이온빔 인출용 전극(1)을 사용할 수도 있다. 본 발명의 이온빔 인출용 전극(1)을 가속 전극(23) 이외의 전극에 이용한 경우에는, 가속 전극(23)을 이용하여 플라즈마로부터 인출된 이온이 가속 전극(23) 후의 전극(24 내지 26)의 이행부(6)에 충돌할 가능성이 있다. 이온이 충돌하면, 전극으로부터 2차 전자가 방출되어, 이 2차 전자에 의해서 방전이 발생할 우려가 있다. 이 때문에, 이러한 방전의 발생을 억제하기 위하여, 본 발명의 이온빔 인출용 전극(1)을 가속 전극(23)에만 이용하는 것이 고려된다. 또한, 이상에서 설명한 바와 같이 4매의 전극을 구비한 이온 소스가 필요한 것은 아니고, 이러한 전극을 1매 구비하는 이온 소스로 충분하다.

본체부(5)의 구성은 대략 막대 형상이지만, 반드시 막대와 같이 선형으로 되어 있을 필요는 없다. 즉, 약간 구부러진 형상도 좋다.

이상의 실시예에 있어서는, 오목부(12)가 이행부(6)와 접촉하는 구성에 관해서 설명하였다. 그러나 오목부(12)를 형성하지 않을 수도 있으며, 이행부(6)를 인접하는 이온 인출 구멍 형성 부재(7) 상에 직접 놓이도록 할 수도 있다. 이때, 이온 인출 구멍 형성 부재(7)의 자세가 불안정하기 때문에, 이행부(6)의 선단을, 인접 이온 인출 구멍 형성 부재(7)의 본체부(5)에 걸리는 대략 U 형상으로 형성하는 것이 고려된다.

도 13a는, 도 4a에 있어서의 이온 인출 구멍 형성 부재(7)의 X 방향의 양 단부의 지지 구조의 변형예를 나타내는 도면이다. 도 13b 및 도 13c는 각각, 도 13a에 있어서의 V2선 및 W2선을 따라 취한 단면도이다.

도 13b에 도시된 바와 같이, X 방향과 반대측에 위치하는 이온 인출 구멍 형성 부재(7)의 단부의 Z 방향의 치수는, 동일 방향에 있어서의 지지부(10)의 치수보다 크다. 이 때문에, 이온 인출 구멍 형성 부재(7)의 일부가 지지부(10)로부터 돌출한다. 또한, 지지부(10)의 상측을 덮는 커버(9)의 일부는, 지지부로부터 돌출하는 이온 인출 구멍 형성 부재(7)의 부분의 형상을 따라 형성되어 있다. 커버(9)가 전극 프레임(2)에 부착됨에 따라, 이온 인출 구멍 형성 부재(7)는 Z 방향으로 지지부(10)에 대하여 압박된다. 이 때문에, X 방향과 반대측의 이온 인출 구멍 형성 부재(7)의 단부는 고정 상태로 지지부(10)에 지지되게 된다. 한편, 도 13c에 도시된 바와 같이, 이온 인출 구멍 형성 부재(7)의 단부는, 도 4c에 예시적으로 나타낸 실시예와 마찬가지로, 지지부(10)에 의해 이동 가능하게 지지되어 있다.

이온 인출 구멍 형성 부재(7)의 양 단부를 이동 가능하게 지지하는 구성 대신에, 상기 실시예에서 설명한 바와 같이, 이온 인출 구멍 형성 부재(7)의 일단부를 고정하고, 타단부를 이동 가능하게 지지하는 다른 구성을 채용할 수도 있다. 이러한 구성을 이용하더라도, 일단부가 이동 가능하게 지지되어 있기 때문에, 이온 인출 구멍 형성 부재(7)의 열적 신축을 허용할 수 있다.

본 발명을 특정의 실시예와 관련하여 설명하였지만, 이하의 청구범위에 한정된 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 다양한 수정 및 변형이 있을 수 있다는 것은 당업자에게 명백하다.

Claims

중앙에 개구부를 갖는 전극 프레임과,
한 방향으로 간격을 두고 배치되며, 각각의 적어도 일단부가 상기 방향과 수직인 방향으로 이동 가능하게 지지되어 있는 복수의 이온 인출 구멍 형성 부재
를 구비하는 이온빔 인출용의 전극으로서,
상기 복수의 이온 인출 구멍 형성 부재는 적어도 하나의 제1 이온 인출 구멍 형성 부재를 구비하고,
상기 제1 이온 인출 구멍 형성 부재는 막대 형상의 본체부와 상기 본체부로부터 연장되는 제1 이행부를 구비하고,
상기 제1 이행부는 상기 제1 이온 인출 구멍 형성 부재에 인접한 제2 이온 인출 구멍 형성 부재와 접촉하는 것을 특징으로 하는 이온빔 인출용 전극.
제1항에 있어서, 상기 제2 이온 인출 구멍 형성 부재는, 상기 제1 이행부가 접촉하는 위치에 제2 오목부를 갖는 것을 특징으로 하는 이온빔 인출용 전극.
제2항에 있어서, 상기 제1 이온 인출 구멍 형성 부재는, 제3 이온 인출 구멍 형성 부재의 제3 이행부와 접촉하는 제1 오목부를 갖고, 상기 제3 이온 인출 구멍 형성 부재는 상기 제1 이온 인출 구멍 형성 부재와 인접하며,
상기 제1 이행부와 상기 제1 오목부는 제1 이온 인출 구멍 형성 부재의 본체부에 배치되며,
상기 제1 이행부는 상기 본체부의 일단부로부터 상기 방향으로 연장되고,
상기 제1 오목부는 상기 본체부의 타단부에 상기 방향으로 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 이온빔 인출용 전극.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 개구부 내에 배치된 각각의 이온 인출 구멍 형성 부재는 동일한 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 이온빔 인출용 전극.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 개구부 내에 배치된 복수의 이온 인출 구멍 형성 부재의 수는 4개 이상이고,
상기 방향으로 상기 개구부의 양단에 위치한 이온 인출 구멍 형성 부재를 제외하고, 각각의 이온 인출 구멍 형성 부재는 동일한 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 이온빔 인출용 전극.
제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 제1 이행부와 제2 오목부는, 상기 복수의 이온 인출 구멍 형성 부재가 상기 개구부 내에 배치되는 방향으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 이온빔 인출용 전극.
내부에 음극(cathode)을 갖는 플라즈마 용기와, 상기 플라즈마 용기에 인접하여 배치되는, 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 이온빔 인출용 전극을 적어도 1매 이상 구비하는 것을 특징으로 하는 이온 소스.
내부에 음극을 갖는 플라즈마 용기와, 상기 플라즈마 용기에 인접하여 배치되는, 제4항에 기재된 이온빔 인출용 전극을 적어도 1매 이상 구비하는 것을 특징으로 하는 이온 소스.
내부에 음극을 갖는 플라즈마 용기와, 상기 플라즈마 용기에 인접하여 배치되는, 제5항에 기재된 이온빔 인출용 전극을 적어도 1매 이상 구비하는 것을 특징으로 하는 이온 소스.
내부에 음극을 갖는 플라즈마 용기와, 상기 플라즈마 용기에 인접하여 배치되는, 제6항에 기재된 이온빔 인출용 전극을 적어도 1매 이상 구비하는 것을 특징으로 하는 이온 소스.