[发明专利]离子管及离子束的引出方法

说明书

技术领域

本发明涉及到离子管，特别是涉及到将排列有多个离子束引出孔的离子管的离子束的引出方法。

背景技术

离子管一般用于压电元件的频率调整装置等中，其原理是，在离子管内部生成等离子体，对该等离子体施加离子束射出方向的磁场，从等离子体中引出离子并使其加速，从而形成离子束。

在专利文献1中公开的离子管配置有多个离子束引出孔，并射出具有对应的电流密度峰值的离子束。

在图1中，离子管由以下部件构成：架设于一对丝电极之间的丝极(阴极)10、长边方向与丝极10平行的环状的阳极20、具有多个离子束引出孔31的栅极30、以及在内部密封有丝极10和阳极20且使多个离子束引出孔31露出的主体40。阴极10和阳极20构成等离子体生成构件，与各自的电源(未图示)连接。此外，主体40具有用于导入放电气体的气体导入口41。

图11A和图11B是现有技术中的阳极20周围的侧视图和俯视图。

如图11B所示，栅极30在以阳极20的周缘划分的区域中设有沿x轴方向排列的多个离子束引出孔31。

离子管的动作为：首先，从气体导入口41中将氩等放电气体导入到主体40内部。并分别对阴极10施加负电压，对阳极20施加正电压，通过该电压差进行放电，产生等离子体。在以未图示的电源对栅极30施加电压后，通过多个离子束引出孔31从等离子体中将离子引出并使其加速，从而形成离子束。

如图11A和图11B所示，在离子束引出孔31的周围配设有多个第一磁石50，其S极朝向z轴正方向(离子束射出方向)，N极朝向z轴负方向。通过所述第一磁石50，形成离子束引出孔31中的z轴正方向的磁场，提高了等离子体密度。

图11C示出了上述离子管的磁场分布。

图11D示出了该结构中距离栅极面25mm的位置、即配置有处理基板的位置处的离子束的电流密度。如图所示，各峰值与各离子束引出孔31对应，端部侧的电流密度峰值比中心附近的电流密度峰值大幅减小。这样，在图11A和图11B的结构中，有时会有离子束电流密度不均匀的问题。

对该问题在下面详细说明。

为了在处理基板侧得到均匀的离子电流密度分布，需要使有助于离子束的射出的引出孔附近的等离子体的密度均匀。在具有图1所示结构的离子管的情况下，通过丝极端部的散热而形成凸型(即从中心部向外侧温度降低)的温度分布，生成等离子体及持续所需的电子随着靠近端部而变得不足。

其结果是，等离子体密度如图12的曲线a所示，具有阳极中心的等离子体密度相对地较高而越靠端部越低的倾向。该倾向在限定于有助于离子束的射出的引出孔的区域中的情况下也是同样的，如图11D所示端部的电流密度相对于中心附近的电流密度降低。

对于上述问题，专利文献2中公开了沿长边方向配置多个丝极，并将各个丝极以各个电源分别控制的结构。在该结构中，多个丝极中端部侧的丝极消耗更多的电力，从而使得对应的端部侧的离子束的电流密度增大。

专利文献1：日本特开2006-100205号公报

专利文献2：日本特开2007-311118号公报

然而，在专利文献2所述的结构中，要增加离子束端部的电流密度使电流密度均匀化，必须使向端部侧的丝极通电的电力大幅度增加，消耗电力增大，因此并不优选。此外，不得不对应多个丝极设置多个电源，在离子管的结构复杂化、大型化的同时，也存在成本提高的问题。

发明内容

因而，对于排列有多个离子束引出孔的离子管，期望在不改变丝极的电力供给方式的前提下，解决端部侧的离子束的电流密度减小的问题。

本发明的第一发明所述的离子管具有由阴极和阳极构成的等离子体生成构件，以及从由等离子体中引出离子束的栅极，栅极沿长边方向具有多个或者一连串的离子束引出孔，以多个或者一连串的离子束引出孔的中心部为原点，以长边方向为x轴方向，以离子束射出方向为z轴正方向，该离子管还具有：第一磁石，其配置于多个或者一连串的离子束引出孔的周围，并对多个或者一连串的离子束引出孔施加z轴正方向的磁场；以及第二磁石，其配置于多个或者一连串的离子束引出孔的端部，对端部附近施加x轴原点方向的磁场。

其中，以与x轴和z轴垂直的轴为y轴，至少4个第二磁石配置于包围多个或者一连串的离子束引出孔的x轴对称位置和y轴对称位置，第二磁石各自的S极朝向x轴原点方向，N极朝向其相反方向进行配置。