JP2671983B2 - 電界放射型イオン源 - Google Patents
電界放射型イオン源Info
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- JP2671983B2 JP2671983B2 JP62187082A JP18708287A JP2671983B2 JP 2671983 B2 JP2671983 B2 JP 2671983B2 JP 62187082 A JP62187082 A JP 62187082A JP 18708287 A JP18708287 A JP 18708287A JP 2671983 B2 JP2671983 B2 JP 2671983B2
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Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明はイオンビーム露光装置、イオン注入装置な
どに用いられ、ベリリウムイオンおよびケイ素イオンを
放射させることのできる電界放射型イオン源に関する。 〔従来の技術〕 電界放射型イオン源はイオンビームの輝度が高いた
め、微細集束イオンビーム装置を用いたマスクレスイオ
ン注入などに応用されている。とくに、ケイ素イオンお
よびベリリウムイオンはガリウム砒素（Ga−As）等のII
I−Ｖ族化合物にイオン注入をして、それぞれｎ型また
はｐ型半導体にするためのイオン種として用いられる。 ケイ素およびベリリウムは融点が高く、単体で用いる
ことが困難であるので、融点を下げるために金との共晶
合金、すなわちケイ素・金合金およびベリリウム・金合
金が用いられている。しかし、マスクレスイオン注入装
置を用いて同一半導体基板の任意の位置にケイ素および
ベリリウムを収束イオンビームの形でドーピングする場
合、イオン源交換の繁雑さを考えると単一イオン発生源
より双方のイオンが放射されることが望ましい。そのた
め近年、ケイ素、・ベリリウム・金の三元合金を用いた
イオン源が注目され始めた。 従来、ケイ素・ベリリウム・金の三元合金の組成は重
量比で6:3:91のものが知られている（特開昭58−223699
号公報）。また、重量比でケイ素6:金94のケイ素・金合
金100に対してベリリウムを0.4〜1.0の重量範囲で添加
作成したものも知られている（特開昭59−189545号公
報）。これらのケイ素・、ベリリウム・金の三元合金の
組成を原子％に換算すると、前者は21.2:33.0:45.8にな
り、後者は29.1〜26.7:6.0〜13.8:64.9〜59.5になる。
これらの合金の融点は前者が400〜600℃、後者が700℃
以下であり、溶融させやすい点が優れている。 〔発明が解決しようとする問題点〕 しかしながら、これらの組成の合金を用いて長時間、
一定電流のイオンビーム引出しを行つていると、引出し
電圧（イオン源の本体と引出し電極間に印加する電圧）
が次第に上昇してくるという問題がある。この原因はビ
ーム引出しを行なうことで、針状電極の先端にケイ素が
堆積して先端が太くなり先端に印加される電界が低下し
たためと考えられる。引出し電圧が高くなるとイオン源
の近くで異常放電が起つてイオンビームが不安定になる
ばかりか、はなはだしい場合には針状電極が破損する。
また、引出し電圧の変動がイオンビーム収束用レンズ電
圧にまで影響してビームの位置ずれや焦点のボケが起る
ので、長時間の連続露光や微小領域へのイオン注入に問
題となりやすい（文献：ジャパン・ジャーナル・オブ・
アプライド・フイジクス・レター（Jpn.J.Appl.Phys.Le
tter）第25巻、第６号、L507−L509頁、1986年、報告者
H.Arimoto等）。 この発明は上記のような欠点がなく長時間安定にケイ
素イオンおよびベリリウムイオンを放射させることので
きる電界放射型イオン源を提供することを目的とする。 〔問題点を解決するための手段〕 発明者らは上記の目的を達成するためにケイ素・ベリ
リウム・金三元合金の組成について種々検討した結果、
この発明に到達した。 すなわち、この発明はタングステン製の針状電極の表
面にイオン化すべき金属を液状で支持し、電界の作用で
前記針状電極の先端から前記金属のイオンを放射させる
電界放射型イオン源において、前記金属はケイ素17〜24
原子％、ベリリウム7.5〜14原子％、残部が金からなる
ケイ素・ベリリウム・金の三元合金であることを特徴と
する電界放射型イオン源である。 この発明において電界放射型イオン源の構造はとくに
限定がなく、タングステン製の針状電極の表面にイオン
化すべき物質を液状で支持し、電界の作用で前記針状電
極の先端から前記物質のイオンを放射させるものであれ
ばよい。 三元合金の組成は前記の通りでなければならない。す
なわち、放射されるイオンビームの必要な電流強度を確
保するためにケイ素は17原子％以上、ベリリウムは7.5
原子％以上でなければならない。ケイ素およびベリリウ
ムの割合が前記の値未満であると放射されるケイ素イオ
ンビームおよびベリリウムイオンビームが少なくなり、
イオン注入またはイオンエツチングの処理時間が長くな
り、実用にならない。また、金の含有量が相対的に多く
なると針状電極や貯蔵部の金属が金と反応して破損する
おそれがある。 逆に三元合金中のケイ素およびベリリウムの割合が高
く過ぎてもいけない。ケイ素が24原子％を越えると針状
電極の先端にケイ素が堆積して先端が太くなり、イオン
ビーム放射が困難になる。初期には引出し電圧を高める
ことによりイオンビーム電流を確保することができる
が、ついにはイオンビーム放射ができなくなる。また、
ベリリウムが14原子％を越えると合金の針状電極表面へ
の濡れ性が悪くなり、イオンビームが不安定になる。 上記三元合金の製造はケイ素、ベリリウムおよび金そ
れぞれ上記組成の割合で配合してルツボに入れ、真空中
で加熱溶解し、必要により機械的な撹拌を行なう。高周
波加熱法で加熱する場合には対流により自然に混合する
ので機械的な撹拌は必要がない。なお、前記各金属の加
熱溶解を容易に行なうために、まず金とケイ素を加熱溶
解し、ついでベリリウムを添加混合する方法（特開昭59
−189545号公報）を採用してもよく、あるいは、前記３
種の金属粉末を均一に混合し、プレス成形して得たペレ
ットをルツボに入れて溶解してもよい。 〔実施例〕 実施例１〜５、比較例１〜５ ケイ素、ベリリウムおよび金の各粉末（粒度200メツ
シユ）を表に示す比率で配合してプレスし、それぞれ重
さ約14gのペレットにした。これらのペレットをそれぞ
れ熱分解窒化ほう素製のルツボに納めて加熱炉に入れ
た。炉内を油拡散ポンプで排気して真空度２×10-6torr
の真空としたのち水素を導入して大気圧とした。炉を昇
温し、1000℃で10分間加熱することにより均一な三元合
金とした。 これらの三元合金を図面に示す電界放射型イオン源の
貯蔵部２に入れた。発熱体6A,6Bに通電することによつ
て貯蔵部を加熱し、貯蔵部内の三元合金３を融解させ、
タングステン製の針状電極１の先端にまで浸み出させ
た。 貯蔵部の温度を700℃に保ち、イオン源の本体と引出
し電極８との間に高圧電源10により引出し電圧を印加し
た。引出し電圧はイオンビーム電流が常に10μＡを保つ
ように自動的に調節した。イオンビーム電流は電流計11
により監視した。引出し電圧は高圧電源10に付属の電圧
計により測定した。ビーム放射試験の時間は表に示すと
おりである。試験の初期と終期の引出し電圧の差を試験
時間で割つた値を引出し電圧上昇速度とした。また、ビ
ーム放射試験後の針状電極の先端を拡大投影器で観察
し、曲率半径を測定した。 これらの結果は表に示すとおりである。すなわち、ケ
イ素17〜24原子％、ベリリウム7.5〜14原子％、残部が
金からなるケイ素・ベリリウム・金の三元合金を用いた
実験（実施例１〜５）では引出し電圧の上昇速度が0.8V
/Hr以下であり、イオンビームの放射が安定していた。 これに対し、ケイ素が24原子％を越えるケイ素・ベリ
リウム・金の三元合金を用いた実験（比較例1,4,5）で
は引出し電圧の上昇速度は1.6V/Hr以上あり、ビーム放
射試験後の針状電極先端の曲率半径がいちじるしく大き
くなつていた。 また、ケイ素が17原子％未満の合金を使用した場合
（比較例２）には、ケイ素イオンによるガリウム砒素基
板のイオンエッチング処理時間が、ケイ素が24原子％含
まれた合金を使用した場合（実施例２）に比べて２倍以
上であつた。そのうえ、比較例２ではタンタル製の貯蔵
部が合金中の金と反応して変形し、400時間で使用でき
なくなつた。 また、ベリリウムが7.5原子％未満の合金を使用した
場合（比較例４）には、ベリリウムイオンによるガリウ
ム砒素基板のイオン注入処理時間が、ベリリウムが14原
子％含まれた合金を使用した場合（実施例３）に比べて
2.5倍以上であつた。また、ベリリウムが14原子％を越
えた実験（比較例３）では合金の針状電極表面への濡れ
性が悪く、イオンビームが不安定であつた。 〔発明の効果〕 この発明の電界放射型イオン源は使用中に針状電極の
表面にケイ素が堆積することがないので、引出し電圧を
高めることなく長時間、ケイ素イオンとベリリウムイオ
ンのビームを放射することができる。また、この発明の
電界放射イオン源はイオン源合金のタングステン針状電
極との濡れ性が良いので、イオンビームが安定してい
る。
どに用いられ、ベリリウムイオンおよびケイ素イオンを
放射させることのできる電界放射型イオン源に関する。 〔従来の技術〕 電界放射型イオン源はイオンビームの輝度が高いた
め、微細集束イオンビーム装置を用いたマスクレスイオ
ン注入などに応用されている。とくに、ケイ素イオンお
よびベリリウムイオンはガリウム砒素（Ga−As）等のII
I−Ｖ族化合物にイオン注入をして、それぞれｎ型また
はｐ型半導体にするためのイオン種として用いられる。 ケイ素およびベリリウムは融点が高く、単体で用いる
ことが困難であるので、融点を下げるために金との共晶
合金、すなわちケイ素・金合金およびベリリウム・金合
金が用いられている。しかし、マスクレスイオン注入装
置を用いて同一半導体基板の任意の位置にケイ素および
ベリリウムを収束イオンビームの形でドーピングする場
合、イオン源交換の繁雑さを考えると単一イオン発生源
より双方のイオンが放射されることが望ましい。そのた
め近年、ケイ素、・ベリリウム・金の三元合金を用いた
イオン源が注目され始めた。 従来、ケイ素・ベリリウム・金の三元合金の組成は重
量比で6:3:91のものが知られている（特開昭58−223699
号公報）。また、重量比でケイ素6:金94のケイ素・金合
金100に対してベリリウムを0.4〜1.0の重量範囲で添加
作成したものも知られている（特開昭59−189545号公
報）。これらのケイ素・、ベリリウム・金の三元合金の
組成を原子％に換算すると、前者は21.2:33.0:45.8にな
り、後者は29.1〜26.7:6.0〜13.8:64.9〜59.5になる。
これらの合金の融点は前者が400〜600℃、後者が700℃
以下であり、溶融させやすい点が優れている。 〔発明が解決しようとする問題点〕 しかしながら、これらの組成の合金を用いて長時間、
一定電流のイオンビーム引出しを行つていると、引出し
電圧（イオン源の本体と引出し電極間に印加する電圧）
が次第に上昇してくるという問題がある。この原因はビ
ーム引出しを行なうことで、針状電極の先端にケイ素が
堆積して先端が太くなり先端に印加される電界が低下し
たためと考えられる。引出し電圧が高くなるとイオン源
の近くで異常放電が起つてイオンビームが不安定になる
ばかりか、はなはだしい場合には針状電極が破損する。
また、引出し電圧の変動がイオンビーム収束用レンズ電
圧にまで影響してビームの位置ずれや焦点のボケが起る
ので、長時間の連続露光や微小領域へのイオン注入に問
題となりやすい（文献：ジャパン・ジャーナル・オブ・
アプライド・フイジクス・レター（Jpn.J.Appl.Phys.Le
tter）第25巻、第６号、L507−L509頁、1986年、報告者
H.Arimoto等）。 この発明は上記のような欠点がなく長時間安定にケイ
素イオンおよびベリリウムイオンを放射させることので
きる電界放射型イオン源を提供することを目的とする。 〔問題点を解決するための手段〕 発明者らは上記の目的を達成するためにケイ素・ベリ
リウム・金三元合金の組成について種々検討した結果、
この発明に到達した。 すなわち、この発明はタングステン製の針状電極の表
面にイオン化すべき金属を液状で支持し、電界の作用で
前記針状電極の先端から前記金属のイオンを放射させる
電界放射型イオン源において、前記金属はケイ素17〜24
原子％、ベリリウム7.5〜14原子％、残部が金からなる
ケイ素・ベリリウム・金の三元合金であることを特徴と
する電界放射型イオン源である。 この発明において電界放射型イオン源の構造はとくに
限定がなく、タングステン製の針状電極の表面にイオン
化すべき物質を液状で支持し、電界の作用で前記針状電
極の先端から前記物質のイオンを放射させるものであれ
ばよい。 三元合金の組成は前記の通りでなければならない。す
なわち、放射されるイオンビームの必要な電流強度を確
保するためにケイ素は17原子％以上、ベリリウムは7.5
原子％以上でなければならない。ケイ素およびベリリウ
ムの割合が前記の値未満であると放射されるケイ素イオ
ンビームおよびベリリウムイオンビームが少なくなり、
イオン注入またはイオンエツチングの処理時間が長くな
り、実用にならない。また、金の含有量が相対的に多く
なると針状電極や貯蔵部の金属が金と反応して破損する
おそれがある。 逆に三元合金中のケイ素およびベリリウムの割合が高
く過ぎてもいけない。ケイ素が24原子％を越えると針状
電極の先端にケイ素が堆積して先端が太くなり、イオン
ビーム放射が困難になる。初期には引出し電圧を高める
ことによりイオンビーム電流を確保することができる
が、ついにはイオンビーム放射ができなくなる。また、
ベリリウムが14原子％を越えると合金の針状電極表面へ
の濡れ性が悪くなり、イオンビームが不安定になる。 上記三元合金の製造はケイ素、ベリリウムおよび金そ
れぞれ上記組成の割合で配合してルツボに入れ、真空中
で加熱溶解し、必要により機械的な撹拌を行なう。高周
波加熱法で加熱する場合には対流により自然に混合する
ので機械的な撹拌は必要がない。なお、前記各金属の加
熱溶解を容易に行なうために、まず金とケイ素を加熱溶
解し、ついでベリリウムを添加混合する方法（特開昭59
−189545号公報）を採用してもよく、あるいは、前記３
種の金属粉末を均一に混合し、プレス成形して得たペレ
ットをルツボに入れて溶解してもよい。 〔実施例〕 実施例１〜５、比較例１〜５ ケイ素、ベリリウムおよび金の各粉末（粒度200メツ
シユ）を表に示す比率で配合してプレスし、それぞれ重
さ約14gのペレットにした。これらのペレットをそれぞ
れ熱分解窒化ほう素製のルツボに納めて加熱炉に入れ
た。炉内を油拡散ポンプで排気して真空度２×10-6torr
の真空としたのち水素を導入して大気圧とした。炉を昇
温し、1000℃で10分間加熱することにより均一な三元合
金とした。 これらの三元合金を図面に示す電界放射型イオン源の
貯蔵部２に入れた。発熱体6A,6Bに通電することによつ
て貯蔵部を加熱し、貯蔵部内の三元合金３を融解させ、
タングステン製の針状電極１の先端にまで浸み出させ
た。 貯蔵部の温度を700℃に保ち、イオン源の本体と引出
し電極８との間に高圧電源10により引出し電圧を印加し
た。引出し電圧はイオンビーム電流が常に10μＡを保つ
ように自動的に調節した。イオンビーム電流は電流計11
により監視した。引出し電圧は高圧電源10に付属の電圧
計により測定した。ビーム放射試験の時間は表に示すと
おりである。試験の初期と終期の引出し電圧の差を試験
時間で割つた値を引出し電圧上昇速度とした。また、ビ
ーム放射試験後の針状電極の先端を拡大投影器で観察
し、曲率半径を測定した。 これらの結果は表に示すとおりである。すなわち、ケ
イ素17〜24原子％、ベリリウム7.5〜14原子％、残部が
金からなるケイ素・ベリリウム・金の三元合金を用いた
実験（実施例１〜５）では引出し電圧の上昇速度が0.8V
/Hr以下であり、イオンビームの放射が安定していた。 これに対し、ケイ素が24原子％を越えるケイ素・ベリ
リウム・金の三元合金を用いた実験（比較例1,4,5）で
は引出し電圧の上昇速度は1.6V/Hr以上あり、ビーム放
射試験後の針状電極先端の曲率半径がいちじるしく大き
くなつていた。 また、ケイ素が17原子％未満の合金を使用した場合
（比較例２）には、ケイ素イオンによるガリウム砒素基
板のイオンエッチング処理時間が、ケイ素が24原子％含
まれた合金を使用した場合（実施例２）に比べて２倍以
上であつた。そのうえ、比較例２ではタンタル製の貯蔵
部が合金中の金と反応して変形し、400時間で使用でき
なくなつた。 また、ベリリウムが7.5原子％未満の合金を使用した
場合（比較例４）には、ベリリウムイオンによるガリウ
ム砒素基板のイオン注入処理時間が、ベリリウムが14原
子％含まれた合金を使用した場合（実施例３）に比べて
2.5倍以上であつた。また、ベリリウムが14原子％を越
えた実験（比較例３）では合金の針状電極表面への濡れ
性が悪く、イオンビームが不安定であつた。 〔発明の効果〕 この発明の電界放射型イオン源は使用中に針状電極の
表面にケイ素が堆積することがないので、引出し電圧を
高めることなく長時間、ケイ素イオンとベリリウムイオ
ンのビームを放射することができる。また、この発明の
電界放射イオン源はイオン源合金のタングステン針状電
極との濡れ性が良いので、イオンビームが安定してい
る。
【図面の簡単な説明】
図面はこの発明の電界放射型イオン源の断面図および高
圧電源回路図である。 符号 １……針状電極、２……貯蔵部、３……三元合金、４…
…伝熱導電性支持部材、5A,5B……隔壁、6A,6B……発熱
体、7A,7B……電導性支持部材、８……引出し電極、９
……イオンビーム、10……高圧電源、11……電流計
圧電源回路図である。 符号 １……針状電極、２……貯蔵部、３……三元合金、４…
…伝熱導電性支持部材、5A,5B……隔壁、6A,6B……発熱
体、7A,7B……電導性支持部材、８……引出し電極、９
……イオンビーム、10……高圧電源、11……電流計
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．タングステン製の針状電極の表面にイオン化すべき
金属を液状で支持し、電界の作用で前記針状電極の先端
から前記金属のイオンを放射させる電界放射型イオン源
において、前記金属はケイ素17〜24原子％、ベリリウム
7.5〜14原子％、残部が金からなるケイ素、・ベリリウ
ム・金の三元合金であることを特徴とする電界放射型イ
オン源。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62187082A JP2671983B2 (ja) | 1987-07-27 | 1987-07-27 | 電界放射型イオン源 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62187082A JP2671983B2 (ja) | 1987-07-27 | 1987-07-27 | 電界放射型イオン源 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6431331A JPS6431331A (en) | 1989-02-01 |
| JP2671983B2 true JP2671983B2 (ja) | 1997-11-05 |
Family
ID=16199812
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62187082A Expired - Fee Related JP2671983B2 (ja) | 1987-07-27 | 1987-07-27 | 電界放射型イオン源 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2671983B2 (ja) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5948795B2 (ja) * | 1982-06-21 | 1984-11-28 | 工業技術院長 | マスクレスイオン注入装置 |
| JPS59189545A (ja) * | 1983-04-11 | 1984-10-27 | Agency Of Ind Science & Technol | 電界放出型イオンビ−ム発生装置用液体金属イオン源の製造方法 |
-
1987
- 1987-07-27 JP JP62187082A patent/JP2671983B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6431331A (en) | 1989-02-01 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |