JPH0136664B2 - - Google Patents
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- JPH0136664B2 JPH0136664B2 JP16319282A JP16319282A JPH0136664B2 JP H0136664 B2 JPH0136664 B2 JP H0136664B2 JP 16319282 A JP16319282 A JP 16319282A JP 16319282 A JP16319282 A JP 16319282A JP H0136664 B2 JPH0136664 B2 JP H0136664B2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J27/00—Ion beam tubes
- H01J27/02—Ion sources; Ion guns
- H01J27/26—Ion sources; Ion guns using surface ionisation, e.g. field effect ion sources, thermionic ion sources
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明はマスクレスイオン加工装置、マスクレ
スイオン注入装置に用いる電界放出型イオンビー
ム発生装置のイオン放射電極構造に関するもので
ある。
スイオン注入装置に用いる電界放出型イオンビー
ム発生装置のイオン放射電極構造に関するもので
ある。
最近、半導体結晶基板にイオン注入やイオンエ
ツチングを施す場合に、ガリウム等の液体金属源
を用い高輝度でサブミクロンのオーダで収束され
たイオンビームを直接半導体基板に走査してパタ
ーンの描画を行うマスクレス加工が行われるよう
になつてきた。
ツチングを施す場合に、ガリウム等の液体金属源
を用い高輝度でサブミクロンのオーダで収束され
たイオンビームを直接半導体基板に走査してパタ
ーンの描画を行うマスクレス加工が行われるよう
になつてきた。
このマスクレスイオン加工装置のイオンビーム
発生装置においては、これまでエミツタ電極はタ
ングステンが通常用いられており、エミツタ電極
の先端放射部をミクロンのオーダの極小径とし、
これをガリウム等の液体金属イオン源で被覆し、
エミツタ電極先端に強い電界をかけると共に電極
を加熱すると、金属イオン源が溶融しエミタ電極
先端よりイオンビームが電界蒸発により放出され
る。この放射されたイオンビームは電流密度が高
く、微細径な形状であるため、収束レンズ系を用
いて収束させると、サブミクロンのオーダの極小
径イオンビームが容易に形成される。
発生装置においては、これまでエミツタ電極はタ
ングステンが通常用いられており、エミツタ電極
の先端放射部をミクロンのオーダの極小径とし、
これをガリウム等の液体金属イオン源で被覆し、
エミツタ電極先端に強い電界をかけると共に電極
を加熱すると、金属イオン源が溶融しエミタ電極
先端よりイオンビームが電界蒸発により放出され
る。この放射されたイオンビームは電流密度が高
く、微細径な形状であるため、収束レンズ系を用
いて収束させると、サブミクロンのオーダの極小
径イオンビームが容易に形成される。
このようにタングステンのエミツタ電極よりイ
オンビームが放射されるが、この時、エミツタ電
極は間接的に加熱されており、イオン源として用
いた金属との反応が起り易く、特にBe、Al等の
高融点金属の場合はそれが顕著にみられ、エミツ
タ電極自体が変形したり、組成が変化してエミツ
タ電極の寿命を短縮する。例えばCaの如き低融
点物質の場合は殆ど問題はないが、マスクレスイ
オン注入に必要なAl、Si或はAu−Be等の共晶合
金の場合は数100℃〜1000℃の温度で使用するた
め上述の現象が起り易くなり、それを避けるため
エミツタ電極を被覆して液体金属イオン源と直接
接触させないようにすることも考えられるが、導
電性を失い且つ熱伝導率も下がつて好ましくな
い。
オンビームが放射されるが、この時、エミツタ電
極は間接的に加熱されており、イオン源として用
いた金属との反応が起り易く、特にBe、Al等の
高融点金属の場合はそれが顕著にみられ、エミツ
タ電極自体が変形したり、組成が変化してエミツ
タ電極の寿命を短縮する。例えばCaの如き低融
点物質の場合は殆ど問題はないが、マスクレスイ
オン注入に必要なAl、Si或はAu−Be等の共晶合
金の場合は数100℃〜1000℃の温度で使用するた
め上述の現象が起り易くなり、それを避けるため
エミツタ電極を被覆して液体金属イオン源と直接
接触させないようにすることも考えられるが、導
電性を失い且つ熱伝導率も下がつて好ましくな
い。
この発明の目的は高温にて溶融した液体金属イ
オン源に対して安定であり、熱効率を向上させた
イオン加工装置、イオン注入装置に用いる電界放
出型イオンビーム発生装置用電極構造を提供する
ことにある。
オン源に対して安定であり、熱効率を向上させた
イオン加工装置、イオン注入装置に用いる電界放
出型イオンビーム発生装置用電極構造を提供する
ことにある。
この発明によるイオンビーム放射電極構造によ
ればエミツタ電極を電極母体で支持させ、両者を
炭化珪素の如き若干の導電性を有し、熱伝導率が
優れ、1500℃程度までの温度に対して安定な材質
で構成し、電極母体には直接加熱用ヒータを接触
させてエミツタ電極を加熱する。このようにエミ
ツタ電極を高温で安定な材質で構成するため液体
金属イオン源と接触しても殆ど反応することがな
いのでその寿命を縮めることはなく、また熱伝導
率が高いため電極母体を加熱することによりエミ
ツタ電極の先端まで充分熱せられ安定して金属イ
オンビームを放射することができる。
ればエミツタ電極を電極母体で支持させ、両者を
炭化珪素の如き若干の導電性を有し、熱伝導率が
優れ、1500℃程度までの温度に対して安定な材質
で構成し、電極母体には直接加熱用ヒータを接触
させてエミツタ電極を加熱する。このようにエミ
ツタ電極を高温で安定な材質で構成するため液体
金属イオン源と接触しても殆ど反応することがな
いのでその寿命を縮めることはなく、また熱伝導
率が高いため電極母体を加熱することによりエミ
ツタ電極の先端まで充分熱せられ安定して金属イ
オンビームを放射することができる。
以下、本発明を図示の実施例に基いて説明する
と、第１図はイオンビーム発生装置の全体構成図
を示し、１は電極母体４とその先端にエミツタ電
極５を設けたイオンビーム放射電極であつて、こ
のイオンビーム放射電極はアルミナ等のセラミツ
ク部材２により支持され、電極の温度を上げ、イ
オン引出電極３に電圧を印加するとエミツタ電極
５の先端よりイオンビームが放射される。
と、第１図はイオンビーム発生装置の全体構成図
を示し、１は電極母体４とその先端にエミツタ電
極５を設けたイオンビーム放射電極であつて、こ
のイオンビーム放射電極はアルミナ等のセラミツ
ク部材２により支持され、電極の温度を上げ、イ
オン引出電極３に電圧を印加するとエミツタ電極
５の先端よりイオンビームが放射される。
イオンビーム放射電極１は第２図に示すよう
に、エミツタ電極５が電極母体４の先端に設けら
れており、このエミツタ電極の先端はミクロンオ
ーダの極小径となつてイオンビーム放射部を形成
している。このエミツタ電極５は電極母体４と
は、図示の実施例では別個に製造し、熔接等の適
当な手段で電極母体に固着した場合を示している
が、エミツタ電極と電極母体を一体に成形加工し
たものも用い得る。電極母体の先端より突出して
いるエミツタ電極５の周囲は電極母体４より突設
された環状部材６により囲まれ、両者によつて形
成された空間８は液体金属イオン源のリザーバ
（溜）として使用される。この環状部材６はセラ
ミツクの如き耐熱性部材で作られ、先端に向つて
内径が小さくなつており、底面７は凹凸状として
溶融した液体金属イオン源が環状部材外周方向へ
流出するのを防止している。環状部材は電極母体
に対してネジその他適当な固定手段で嵌着自在に
取付けられるようになつており、使用に先立つて
は、その内部に液体金属イオン源を粉末状等にて
充填した後に電極母体へ固着する。電極母体４の
外周面にはワイヤヒータ９が直接捲き付けられて
おり、電極母体を加熱するように構成されてい
る。図示の実施例においては電極母体に螺線溝を
設け、加熱線を耐熱絶縁材で被覆したワイヤヒー
タがその溝内に沿つて収められているが、要は電
極母体が直接加熱されるような構成であればよ
く、絶縁材で覆れた面ヒータなどを用いてもよ
い。
に、エミツタ電極５が電極母体４の先端に設けら
れており、このエミツタ電極の先端はミクロンオ
ーダの極小径となつてイオンビーム放射部を形成
している。このエミツタ電極５は電極母体４と
は、図示の実施例では別個に製造し、熔接等の適
当な手段で電極母体に固着した場合を示している
が、エミツタ電極と電極母体を一体に成形加工し
たものも用い得る。電極母体の先端より突出して
いるエミツタ電極５の周囲は電極母体４より突設
された環状部材６により囲まれ、両者によつて形
成された空間８は液体金属イオン源のリザーバ
（溜）として使用される。この環状部材６はセラ
ミツクの如き耐熱性部材で作られ、先端に向つて
内径が小さくなつており、底面７は凹凸状として
溶融した液体金属イオン源が環状部材外周方向へ
流出するのを防止している。環状部材は電極母体
に対してネジその他適当な固定手段で嵌着自在に
取付けられるようになつており、使用に先立つて
は、その内部に液体金属イオン源を粉末状等にて
充填した後に電極母体へ固着する。電極母体４の
外周面にはワイヤヒータ９が直接捲き付けられて
おり、電極母体を加熱するように構成されてい
る。図示の実施例においては電極母体に螺線溝を
設け、加熱線を耐熱絶縁材で被覆したワイヤヒー
タがその溝内に沿つて収められているが、要は電
極母体が直接加熱されるような構成であればよ
く、絶縁材で覆れた面ヒータなどを用いてもよ
い。
上述のイオンビーム放射電極を構成するエミツ
タ電極及び電極母体は導電性を有し、熱伝導性が
良く、1000℃近くまで安定なセラミツクで構成す
る。このようなセラミツクの一例として、炭化珪
素（SiC）、硼化チタニウム（TiB2）等が挙げら
れ、これらのセラミツクは若干の電気伝導性を有
しており（電気伝導率：104〜106Ω・cm）、セラ
ミツクとしては熱伝導性にも優れており（熱伝導
率：0.1〜0.16）、しかも安定な物質で1000℃以上
でもBeやAl等のイオン源用の金属とは殆ど反応
せず、繊細な機械加工も容易に行うことができ
る。
タ電極及び電極母体は導電性を有し、熱伝導性が
良く、1000℃近くまで安定なセラミツクで構成す
る。このようなセラミツクの一例として、炭化珪
素（SiC）、硼化チタニウム（TiB2）等が挙げら
れ、これらのセラミツクは若干の電気伝導性を有
しており（電気伝導率：104〜106Ω・cm）、セラ
ミツクとしては熱伝導性にも優れており（熱伝導
率：0.1〜0.16）、しかも安定な物質で1000℃以上
でもBeやAl等のイオン源用の金属とは殆ど反応
せず、繊細な機械加工も容易に行うことができ
る。
このようなセラミツクを用いて、エミツタ電極
として本体部分の径が300〜500μm、先端を数μm
の径となるように加工し、数mm径の電極母体の先
端にこのエミツタ電極を設け、環状部材の内部に
は液体金属イオン源を充填した後に電極母体に固
定し、電極母体に設けられた加熱用ヒータに電流
を流すと、電極母体は昇温し、電極母体と接続し
ているエミツタ電極は熱伝導率が高いため、電極
母体の直接の加熱のみでエミツタ電極先端まで充
分熱が伝導し、液体金属イオン源の溶融温度に達
するとイオン源は溶融をはじめ、電極本体を伝わ
り、エミツタ電極先端まで溶融液体金属で濡らさ
れる。この時一部の溶融液体金属は環状部材の底
面を拡がろうとするが、底面に設けられた凹凸の
ため阻止される。
として本体部分の径が300〜500μm、先端を数μm
の径となるように加工し、数mm径の電極母体の先
端にこのエミツタ電極を設け、環状部材の内部に
は液体金属イオン源を充填した後に電極母体に固
定し、電極母体に設けられた加熱用ヒータに電流
を流すと、電極母体は昇温し、電極母体と接続し
ているエミツタ電極は熱伝導率が高いため、電極
母体の直接の加熱のみでエミツタ電極先端まで充
分熱が伝導し、液体金属イオン源の溶融温度に達
するとイオン源は溶融をはじめ、電極本体を伝わ
り、エミツタ電極先端まで溶融液体金属で濡らさ
れる。この時一部の溶融液体金属は環状部材の底
面を拡がろうとするが、底面に設けられた凹凸の
ため阻止される。
次いで、イオン引出電極とエミタ電極間に数
KVの電圧を印加すると、エミツタ電極は上述の
如く電気伝導性を有する材料で構成されているた
め、エミツタ電極の先端放射部よりイオンビーム
が放射される。そして液体金属イオン源として
Al、Au−Be等の溶融点の高い金属を用いても、
エミツタ電極、電極母体共に1000℃附近において
も安定しており、エミツタ電極自体がイオン源と
反応したり、放射するイオンビームの中に不純物
として混在することがない。
KVの電圧を印加すると、エミツタ電極は上述の
如く電気伝導性を有する材料で構成されているた
め、エミツタ電極の先端放射部よりイオンビーム
が放射される。そして液体金属イオン源として
Al、Au−Be等の溶融点の高い金属を用いても、
エミツタ電極、電極母体共に1000℃附近において
も安定しており、エミツタ電極自体がイオン源と
反応したり、放射するイオンビームの中に不純物
として混在することがない。
本発明は上記の説明で明らかなように、エミツ
タ電極として耐熱性の優れたセラミツクを用いる
ことにより高融点の液体金属イオン源を使用して
も電極自体が損傷することなくこれまで間接的に
電極母体及びエミツタ電極を加熱したのに対し、
上記セラミツクは熱伝導率も高いため電極母体を
直接加熱するのみでエミツタ電極をも充分加熱さ
れるので消費電力を節減することができ、また電
気伝導性を有するため直接電極として使用するこ
とのできる等の優れた点を多く備え、マスクレス
イオン加工装置、イオン注入装置の電界放出型イ
オンビーム発生装置の放射電極として好適に用い
得る。
タ電極として耐熱性の優れたセラミツクを用いる
ことにより高融点の液体金属イオン源を使用して
も電極自体が損傷することなくこれまで間接的に
電極母体及びエミツタ電極を加熱したのに対し、
上記セラミツクは熱伝導率も高いため電極母体を
直接加熱するのみでエミツタ電極をも充分加熱さ
れるので消費電力を節減することができ、また電
気伝導性を有するため直接電極として使用するこ
とのできる等の優れた点を多く備え、マスクレス
イオン加工装置、イオン注入装置の電界放出型イ
オンビーム発生装置の放射電極として好適に用い
得る。
第１図は本発明によるイオンビーム発生装置の
全体の構成を示す断面図、第２図は本発明による
イオンビーム放射電極の一部を断面とした正面
図。 図中、１はイオンビーム放射電極、４は電極母
体、５はエミツタ電極、６は環状部材、９は加熱
ヒータワイヤを示す。
全体の構成を示す断面図、第２図は本発明による
イオンビーム放射電極の一部を断面とした正面
図。 図中、１はイオンビーム放射電極、４は電極母
体、５はエミツタ電極、６は環状部材、９は加熱
ヒータワイヤを示す。
Claims (1)
- １ 先端にイオンビーム放射部を有し、本体部分
の径が300〜500μmであるエミツタ電極と、該エ
ミツタ電極を支持して一体に成形され、螺線溝が
設けられている電極母体と、該電極母体の該螺線
溝の直接巻きついて上記エミツタ電極を加熱する
ワイヤヒータとから成り、上記エミツタ電極と電
極母体は電気導電率が104〜106Ω・ｍ、熱伝導率
が0.1〜0.16であり、1000℃以上の温度に対して
安定である炭化珪素からなるセラミツクで構成さ
れていることを特徴とする電界放出型イオンビー
ム発生装置用電極構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16319282A JPS5954156A (ja) | 1982-09-21 | 1982-09-21 | 電界放出型イオンビ−ム発生装置用電極構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16319282A JPS5954156A (ja) | 1982-09-21 | 1982-09-21 | 電界放出型イオンビ−ム発生装置用電極構造 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5954156A JPS5954156A (ja) | 1984-03-28 |
| JPH0136664B2 true JPH0136664B2 (ja) | 1989-08-01 |
Family
ID=15769012
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16319282A Granted JPS5954156A (ja) | 1982-09-21 | 1982-09-21 | 電界放出型イオンビ−ム発生装置用電極構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5954156A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0706199B1 (en) * | 1994-10-07 | 2003-07-02 | International Business Machines Corporation | Novel high brightness point ion sources using liquid ionic compounds |
| FR2918790A1 (fr) * | 2007-07-09 | 2009-01-16 | Orsay Physics Sa | Source micronique d'emission ionique |
| FR3100464B1 (fr) * | 2019-09-10 | 2023-05-05 | Centre Nat Rech Scient | Procede d’emission d’atomes, de molecules ou d’ions |
-
1982
- 1982-09-21 JP JP16319282A patent/JPS5954156A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5954156A (ja) | 1984-03-28 |
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