JP2002093333A

JP2002093333A - イオンビーム発生装置

Info

Publication number: JP2002093333A
Application number: JP2000284469A
Authority: JP
Inventors: Chikao Kimura; 親夫木村; Takashi Sato; 高佐藤
Original assignee: New Japan Radio Co Ltd
Current assignee: New Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2000-09-20
Filing date: 2000-09-20
Publication date: 2002-03-29

Abstract

(57)【要約】【課題】簡単な構成でハロゲンイオンなど、所望のイ
オンビームが得られ、かつ、描画することができるよう
な細いビームが得られるイオンビーム発生装置を提供す
る。【解決手段】真空チャンバー１内に、多孔質金属体に
溶融塩が含浸された多孔質電極２が設けられ、その多孔
質電極２と対向して被加工物載置台１１が真空チャンバ
ー１内に設けられている。そして、その多孔質電極２と
被加工物載置台１１の間に電圧を印加する電圧印加手段
１４、１５が設けられ、多孔質電極２中に含浸された溶
融塩を構成する元素のイオンビームを発生する構造にな
っている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ハロゲン元素など
のイオンビームを発生させるイオンビーム発生装置に関
する。さらに詳しくは、溶融塩からイオンビームを発生
する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、たとえば半導体ウェハなどの被加
工物の表面にイオンビームを照射してエッチングや描画
を施すため、気体を用いたガスフェーズのイオンを得る
には、放電容器内に、たとえばマイクロ波と所望のイオ
ンを構成する気体を導入してプラズマを発生させ、内部
で発生したイオンを放電容器の一端部側に設けられた複
数の引出電極により引き出すことにより得ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前述のように、プラズ
マを利用したイオンビーム発生装置は、プラズマを生成
するための装置が非常に大掛かりになり、高価であると
共に、被加工物表面の全面に照射するようなイオンビー
ムは得られても、描画し得るような細いイオンビームを
得ることはできないという問題がある。もし、細いビー
ムを得ようとするなら、プラズマ中から所望のイオンを
引き出す必要があり、その引き出す装置の実用化が困難
であると共に、ビームのエネルギー幅が広く、質量スペ
クトルが広いなどの問題がある。

【０００４】本発明は、このような問題を解決するため
になされたもので、簡単な構成でハロゲンイオンなど、
所望のイオンビームが得られ、かつ、描画することがで
きるような細いビームが得られるイオンビーム発生装置
を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明によるイオンビー
ム発生装置は、真空チャンバーと、該真空チャンバー内
に設けられ、多孔質金属体に溶融塩が含浸された多孔質
電極と、該多孔質電極と対向して前記真空チャンバー内
に設けられる被加工物載置台と、前記多孔質電極と該被
加工物載置台の間に電圧を印加する電圧印加手段とから
なり、前記溶融塩を構成する元素のイオンビームを発生
する構造になっている。

【０００６】ここに溶融塩とは、イオン性液体と言わ
れ、常温で固体の塩を液体状態にした物質である。たと
えばハロゲン化アルカリは６００〜１０００℃にて融
け、液体状態になる。これらは一般に、イオンに基づく
導電性が高い。

【０００７】この構造にすることにより、溶融塩を電気
分解し、その溶融塩の構成元素のイオンを多孔質電極に
移動させ、多孔質電極の表面に活性な発生期の元素また
はその気体を発生させる。この活性な元素または気体
は、高電圧電極により電界電離してイオンとなる。この
際、多孔質電極の先端を円錐形などのように尖鋭化させ
ておくことにより、先端部の電位傾度が高くなり、その
部分で発生期の元素またはその気体が容易にイオン化し
被加工物載置台方向へ引き出されるので、細いビームを
得ることができる。ここに発生期の元素とは、溶融塩の
電気分解で、イオン化した元素が多孔質電極へ電子を渡
し、多孔質電極表面へ表出する瞬間、すなわち真空中に
遊離する瞬間に極めて高い反応性をもった状態になった
ものを意味する。

【０００８】前記溶融塩を加熱する手段または前記溶融
塩に電流を流す手段が設けられ、該加熱する手段または
電流を流す手段が制御されることにより前記イオンビー
ムのイオン量が制御されることにより、所望の強さのイ
オンビームを得ることができる。

【０００９】前記溶融塩が、アルカリ金属のハロゲン化
物またはアルカリ土類金属のハロゲン化物であることに
より、比較的容易に発生期の元素またはその気体が得ら
れる。

【００１０】前記多孔質金属体がタングステンからな
り、該多孔質金属体の表面および該多孔質金属体の空孔
表面にイリジウムがコーティングされることにより、イ
リジウムは溶融塩に侵されないので、安定した電極の形
状を維持することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】つぎに、図面を参照しながら本発
明のイオンビーム発生装置について説明をする。本発明
によるイオンビーム発生装置は、図１にその一実施形態
の断面説明図が示されるように、真空チャンバー１内
に、多孔質金属体に溶融塩が含浸された多孔質電極２が
設けられ、その多孔質電極２と対向して被加工物載置台
１１が真空チャンバー１内に設けられている。そして、
その多孔質電極２と被加工物載置台１１の間に電圧を印
加する電圧印加手段１４、１５が設けられている。そし
て、多孔質電極２中に含浸された溶融塩を構成する元素
のイオンビームを発生する構造になっている。

【００１２】真空チャンバー１は、たとえばステンレス
などからなり、排気口１２を有し、図示しない拡散ポン
プやロータリーポンプなどからなる排気系に接続され、
内部を１×１０^-4Ｐａより低い真空度が得られるように
形成されている。また、イオンビームによる加工を施す
被加工物を被加工物載置台１１上にセッティングできる
ように図示しない被加工物の出入口も設けられている。
その被加工物載置台１１と対向するように電極２が設け
られている。

【００１３】多孔質電極２は、たとえば直径が１ｍｍ程
度、底面から先端までの長さＫが３ｍｍ程度で、たとえ
ばタングステン粉末を焼結することにより、先端を尖鋭
化した円錐状の形状に形成された多孔質金属体に、たと
えばＮａＣｌなどの溶融塩を含浸させたものからなって
いる。多孔質金属体の側壁外周には、たとえばボロンナ
イトライドからなる絶縁性容器５で被覆され、発生期の
塩素など溶融塩を構成する活性な元素が側壁に生成され
るのを防止している。また、図１に示される例では、そ
の先端部側には、イリジウムがコーティングされ、イリ
ジウム被覆層３が形成されている。これは、イリジウム
がとくにＮａＣｌなどのハロゲン化物に対して耐性があ
り、電極表面の形状が変形し難いため好ましい。

【００１４】多孔質電極２の底面側には、溶融塩４を保
存する溶融塩保存容器６が設けられ、その底面から多孔
質電極２に溶融塩４を補給できる構造になっている。こ
の溶融塩保存容器６は、たとえばタングステンやモリブ
デンからなり、その表面にイリジウムコートが施されて
いることにより、前述の電極表面と同様に、溶融塩に対
して耐腐食性が大幅に向上するためことくに好ましい。
また、この溶融塩保存容器６の上部には、たとえばボロ
ンナイトライドからなるキャップ７が設けられている。
前述の多孔質電極２およびこの溶融塩保存容器６の周囲
には、これらを加熱するためのヒータ８が設けられ、前
述のＮａＣｌなどの溶融塩を溶融状態にできるようにな
っている。そして、この溶融した溶融塩に電流を、たと
えば０.０５〜２Ａ程度流せるように、多孔質電極２の
先端部と溶融塩保存容器６内の溶融塩４の上層部との間
に電源１３が接続されている。

【００１５】溶融塩４としては、前述のＮａＣｌの他
に、アルカリ金属またはアルカリ土類金属のハロゲン化
物を用いることによってもイオンビームを得ることがで
きる。ハロゲンとしては、Ｂｒ、Ｃｌ、Ｆ、Ｉなどを用
いることができ、アルカリ金属としては、Ｌｉ、Ｎａ、
Ｋなどを用いることができ、アルカリ土類金属として
は、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａなどを用いることができ
る。参考としてこれらのハロゲン化物の融点を表１にま
とめる。

【００１６】

【表１】

【００１７】真空チャンバー１内の多孔質電極２の頂部
に対向する部分には、高圧電極９が設けられ、多孔質電
極２の表面に生成された発生期の塩素または塩素ガスを
電界電離してイオンにすると共にこれを引き出す。その
形状は、図１に断面説明図が示されるように、内部が中
空にされた円錐台と円筒部を接続した形状で、多孔質電
極２に対向する部分は、円錐状の多孔質電極２の頂部を
囲むような、内径が２ｍｍ程度の円形に形成され、その
出口は、ビームが広がらないように、１ｍｍ程度の内径
に形成され、長さＬが５ｍｍ程度で、Ｍｏなどにより形
成されている。多孔質電極２との間隔Ｍは、たとえば２
ｍｍ程度で、被加工物載置台１１との間隔Ｎは、たとえ
ば１５０ｍｍ程度である。

【００１８】高圧電極９と被加工物載置台１１との間に
は、磁界によりビーム径を絞る集束コイル１６と、イオ
ンビームを被加工物上で任意に走査できるようにする偏
向電極１０が設けられている。ここで、偏向電極１０
は、たとえば垂直面で４分割された形状で設けられ、各
分割された電極に電圧を印加できるようになっている。
多孔質電極２と高圧電極９との間、および高圧電極９と
被加工物載置台１１との間には、それぞれ０〜５ｋＶ程
度の間で可変できる電圧が印加されるように、可変の電
圧印加手段１４、１５が設けられている。

【００１９】このイオンビーム発生装置を動作させるに
は、被加工物載置台１１に被加工物を載置し、排気系を
動作し、真空チャンバー１内の真空度を１×１０^-4Ｐａ
以下の圧力にする。その後、多孔質電極２および溶融塩
保存容器６の周囲のヒータ８を添加して加熱し、多孔質
電極２内および保存容器６内のＮａＣｌを約８００℃程
度に加熱して溶融させる。つぎに、溶融塩に電流を流す
電源１３により５〜１００ｍＡ程度の電流を溶融塩に流
し、電圧印加手段１４により、高圧電極９に２ｋＶ程度
の電圧を印加し、さらに、電圧印加手段１５により、被
加工物載置台１１との間に５ｋＶ程度の電圧を印加す
る。

【００２０】その結果、溶融塩中のＣｌはイオン化し、
多孔質電極２の高圧電極９側に引き寄せられ、その電極
２の先端付近に発生期の塩素または塩素ガスを生成す
る。この発生期の塩素または塩素ガスが高圧電極９によ
り電界電離されてイオンビームとなり、そのまま被加工
物載置台１１の方に加速されて進み、イオン源として使
用することができる。この際、偏向電極１０により所望
の方向に電界を印加することにより、イオンビームが曲
げられ、偏向電極１０の電界を制御することにより、所
望の形状にイオンビームを被加工物載置台１１上の被加
工物に照射することができる。

【００２１】前述の例では、偏向電極を設ける例であっ
たが、一方向のみのイオンビームでよい場合には、偏向
電極は不要である。また、高圧電極９は、引出し電極と
なると共に加速器を兼ねるものであるが、公知・周知の
ＦＩＢ（集束イオン線装置）に用いられるような引出し
電極や加速器を用いることも可能である。また、必要に
応じてアパーチャやコンデンサレンズを設け、イオンビ
ームのスポット径をさらに調節する構成としてもよい。

【００２２】

【発明の効果】以上のように、溶融塩を電解することに
より活性な元素またはそのガスを生成し、それを高電圧
でイオン化しているため、プラズマを発生させることな
く、ガス状で細いビームのイオンビームを得ることがで
きる。イオンビームのイオン量は加熱手段や電流を流す
手段で簡単に制御することができ、プラズマを用いたイ
オンビーム装置に見られるようなボンベや配管、さらに
は流量制御手段などの大掛かりな装置を要しない。

【００２３】また、この溶融塩にハロゲン化塩を用いる
ことにより、比較的容易にイオン源となる発生期の元素
またはその気体を得ることができ、溶融塩を変えること
により、所望のイオンのビームを得ることができる。

【００２４】さらに、偏向電極を設けることにより、イ
オンビームの照射位置を自由に制御することができ、イ
オンビームの照射で所望の描画をすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるイオンビーム発生装置の一実施形
態の構成説明図である。

【符号の説明】

１真空チャンバー２多孔質電極３イリジウム被覆層４溶融塩９高圧電極１０偏向電極１１被加工物載置台

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】真空チャンバーと、該真空チャンバー内
に設けられ、多孔質金属体に溶融塩が含浸された多孔質
電極と、該多孔質電極と対向して前記真空チャンバー内
に設けられる被加工物載置台と、前記多孔質電極と該被
加工物載置台の間に電圧を印加する電圧印加手段とから
なり、前記溶融塩を構成する元素のイオンビームを発生
するイオンビーム発生装置。
【請求項２】前記溶融塩を加熱する手段または前記溶
融塩に電流を流す手段が設けられ、該加熱する手段また
は電流を流す手段が制御されることにより前記イオンビ
ームのイオン量が制御されてなる請求項１記載のイオン
ビーム発生装置。
【請求項３】前記溶融塩が、アルカリ金属のハロゲン
化物またはアルカリ土類金属のハロゲン化物である請求
項１または２記載のイオンビーム発生装置。
【請求項４】前記多孔質金属体がタングステンからな
り、該多孔質金属体の表面および該多孔質金属体の空孔
表面にイリジウムがコーティングされてなる請求項１、
２または３記載のイオンビーム装置。