JPS58137941A - イオン源 - Google Patents
イオン源Info
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- JPS58137941A JPS58137941A JP57020407A JP2040782A JPS58137941A JP S58137941 A JPS58137941 A JP S58137941A JP 57020407 A JP57020407 A JP 57020407A JP 2040782 A JP2040782 A JP 2040782A JP S58137941 A JPS58137941 A JP S58137941A
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- JP
- Japan
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- needle
- reservoir
- liquid
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-
- 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)
- Electron Tubes For Measurement (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明はイオン源に関し、特にイオン化される物質とし
て金属あるいは合金を使用したイオン源に関する。
て金属あるいは合金を使用したイオン源に関する。
金属イオン源によるイオンビーム露光はフォトレジスト
内でのイオンの拡散が電子ビームによる露光と比較して
小さいことから、微細パターンの露光を行うことができ
る。又金属イオン等を細く絞って半導体ウェハ上の所望
微細領域に照射すれば、マスクレスのイオン注入が可能
である。従ってイオンによる微細加工は超ＬＳＩ製造の
将来辣術セして注目をされており、それに適した金属イ
オン源の研究が各方面で盛んに行われている。この種イ
オン源は通常イオン化すべき物質５をリザーバに入れ、
該リザーバを直接あるいは間接的に加熱することによっ
て該物質を加熱して液状とし、該液状物質を先端の径が
１μｍ程度に鋭くされた針状部材の先端部に導き、該先
端部近傍に形成された強電界によってイオン化するよう
にしている。
内でのイオンの拡散が電子ビームによる露光と比較して
小さいことから、微細パターンの露光を行うことができ
る。又金属イオン等を細く絞って半導体ウェハ上の所望
微細領域に照射すれば、マスクレスのイオン注入が可能
である。従ってイオンによる微細加工は超ＬＳＩ製造の
将来辣術セして注目をされており、それに適した金属イ
オン源の研究が各方面で盛んに行われている。この種イ
オン源は通常イオン化すべき物質５をリザーバに入れ、
該リザーバを直接あるいは間接的に加熱することによっ
て該物質を加熱して液状とし、該液状物質を先端の径が
１μｍ程度に鋭くされた針状部材の先端部に導き、該先
端部近傍に形成された強電界によってイオン化するよう
にしている。
このようなイオン源は物質を加熱して液状としなければ
ならず、従って融点の高い物質を単体の状態ではイオン
化物質として使用することができない。その結果、一般
に合金の融点はその合金を構成する物質単体の融点より
も低いことがら高融点の物質のイオンを得るためにはそ
の物質を含む合金を上述したリザーバに入れ、加熱して
液状としている。例えば、融点が２，０００’Ｃ以上の
硼素（Ｂ）のイオン、を得たい場合には、白金（Ｐｔ
）との合金Ｐｔ −８（融点１９５℃）を用い、該Ｐｔ
−８を加熱して液状とし、強電界によってＰｔイオン
と８イオンとを発生させ、更に両イオンの混合したイオ
ンビームを直交する電界と磁界からなるウィーン型の質
鰻分離器の如き分離器に導き、Ｂイオンのみを得るよう
にしている。
ならず、従って融点の高い物質を単体の状態ではイオン
化物質として使用することができない。その結果、一般
に合金の融点はその合金を構成する物質単体の融点より
も低いことがら高融点の物質のイオンを得るためにはそ
の物質を含む合金を上述したリザーバに入れ、加熱して
液状としている。例えば、融点が２，０００’Ｃ以上の
硼素（Ｂ）のイオン、を得たい場合には、白金（Ｐｔ
）との合金Ｐｔ −８（融点１９５℃）を用い、該Ｐｔ
−８を加熱して液状とし、強電界によってＰｔイオン
と８イオンとを発生させ、更に両イオンの混合したイオ
ンビームを直交する電界と磁界からなるウィーン型の質
鰻分離器の如き分離器に導き、Ｂイオンのみを得るよう
にしている。
ところで、上述した合金を使用したイオン源において、
針状部材としては通常タングステンが用いられているが
、該部材の表面部分は液状となった合金と反応し、該合
金に溶は込む。従って、得られるイオンビームには余分
な部材金属のイオンが含まれることになり、更に液状金
属にタングステンが溶は込むことによって新たな合金が
作られることになる。このタングステンが混入した新た
な合金、例えばＰｔ−Ｂ−Ｗは融点が高く、例えは固化
して塊を生じる。この塊はリザーバから釘状部材先端部
への液状金属の流れを悪くし、結果としてイオンビーム
の発生が不安定となって使用不可能となる。このような
現象は合金以外でもタングステンと反応性を有する金属
単体をイオン化物質とした場合にも生じる。
針状部材としては通常タングステンが用いられているが
、該部材の表面部分は液状となった合金と反応し、該合
金に溶は込む。従って、得られるイオンビームには余分
な部材金属のイオンが含まれることになり、更に液状金
属にタングステンが溶は込むことによって新たな合金が
作られることになる。このタングステンが混入した新た
な合金、例えばＰｔ−Ｂ−Ｗは融点が高く、例えは固化
して塊を生じる。この塊はリザーバから釘状部材先端部
への液状金属の流れを悪くし、結果としてイオンビーム
の発生が不安定となって使用不可能となる。このような
現象は合金以外でもタングステンと反応性を有する金属
単体をイオン化物質とした場合にも生じる。
本発明は上述した点に鑑みてなされたもので、長時間に
わたって安定したイオンビームを発生し得る金属あるい
は合金を使用したイオン源を提供することを目的とする
。
わたって安定したイオンビームを発生し得る金属あるい
は合金を使用したイオン源を提供することを目的とする
。
本発明に基づくイオン源は、イオン化すべき物質を貯蔵
するリザーバ部と、該リザーバ部から液状物質が供給さ
れる針状先端部を有した針状部材と、該針状先端部に強
電界を形成するための手段と、該イオン化すべき物質を
加熱するための手段とを備えたイオン源において、該針
状部材を耐熱性を有し、更に液状物質と反応しない絶縁
物によって形成した。
するリザーバ部と、該リザーバ部から液状物質が供給さ
れる針状先端部を有した針状部材と、該針状先端部に強
電界を形成するための手段と、該イオン化すべき物質を
加熱するための手段とを備えたイオン源において、該針
状部材を耐熱性を有し、更に液状物質と反応しない絶縁
物によって形成した。
以下本発明の一実施例を添付図面に基づき詳述づる。
第１図は本発明の一実施例であるイオン源の断面図を示
しており、第２図は第１図におけるＡ−Ａ′断面図であ
る。図中１は内部に合金、例えばＰｔ−８２が入れられ
たリザーバであり、該リザーバ１は例えば白金によって
形成されている。該リザーバ１はタンタルの如き変形し
易い２枚の金属板３，４によって挾まれて支持されてお
り、該２枚の金属板３．４の夫々の端部は互いに合せら
れ、スポット溶接されている。該リザーバ１の底部には
細孔５が設けられており、該細孔５を貫通してセラミッ
ク製の針状部材６が配置される。該針状部材６の一端は
該金属板に固着されており、針状の他端は引き出し電極
７に対向して配置されているが、該針状の先端部は予め
その径が１μ−程度に尖鋭にされている。該金属板３．
４にはタングステン製のフィラメント８，９の一端がス
ポット溶接されており、該フィラメント８，９の他端は
夫々碍子１０によって固定されているステム１１．１２
に溶接されている。該金属板３．４及びフィラメント８
，９の表面にはセラミックー］ −ティング１３が施さ
れている。なお１２図示していないが該ステム１１．１
２は引き出し電圧電源及び加速電源に接続されることか
ら、該リザーバ１と引き出し電極７との間には５ＫＶ乃
至１０ Ｋ Ｖの引き出し電圧が印加され、該リザーバ
１と接地電位の陰極１４との間には２０ＫＶ乃至１００
ＫＶの加速電圧が印加され、後述するように針状部材６
先端部が導電性の液状合金によって覆われた後において
は・、該針状部材６の先端部には強電界が形成される。
しており、第２図は第１図におけるＡ−Ａ′断面図であ
る。図中１は内部に合金、例えばＰｔ−８２が入れられ
たリザーバであり、該リザーバ１は例えば白金によって
形成されている。該リザーバ１はタンタルの如き変形し
易い２枚の金属板３，４によって挾まれて支持されてお
り、該２枚の金属板３．４の夫々の端部は互いに合せら
れ、スポット溶接されている。該リザーバ１の底部には
細孔５が設けられており、該細孔５を貫通してセラミッ
ク製の針状部材６が配置される。該針状部材６の一端は
該金属板に固着されており、針状の他端は引き出し電極
７に対向して配置されているが、該針状の先端部は予め
その径が１μ−程度に尖鋭にされている。該金属板３．
４にはタングステン製のフィラメント８，９の一端がス
ポット溶接されており、該フィラメント８，９の他端は
夫々碍子１０によって固定されているステム１１．１２
に溶接されている。該金属板３．４及びフィラメント８
，９の表面にはセラミックー］ −ティング１３が施さ
れている。なお１２図示していないが該ステム１１．１
２は引き出し電圧電源及び加速電源に接続されることか
ら、該リザーバ１と引き出し電極７との間には５ＫＶ乃
至１０ Ｋ Ｖの引き出し電圧が印加され、該リザーバ
１と接地電位の陰極１４との間には２０ＫＶ乃至１００
ＫＶの加速電圧が印加され、後述するように針状部材６
先端部が導電性の液状合金によって覆われた後において
は・、該針状部材６の先端部には強電界が形成される。
上述した如き構成において、ステム１１と１２との間に
は加熱電源（図示せず）から加熱電流が供給され、その
結果タングステンフィラメント８゜９は加熱される。該
フィラメントの加熱に伴い、伝導熱によってリザーバ１
内部の合金２は加熱され、該合金（Ｐｔ−８＞の融点以
上に加熱されると合金は液状となる。該リザーバ１内部
で液状となった合金はりサーバ１底部の細孔５を通り、
針状部材先端部にまで移動する。該先端部に達し、該先
端部を覆った液状合金は強電界によってテーラ−の円錐
（Ｔａｌｏｒ Ｃｏｎｅ ）、と称される円錐突起を
形成する。この円錐突起の先端部の径は０゜０３μｍ程
度と極めて細く、従ってその先端部近傍には著しく電界
が集中することになる。該先端部の合金はこの強電界に
よって電界蒸発し、イオン化され、Ｐｔイオンと８イオ
ンとが発生し陰極１４によって加速される。該加速され
たイオンは該陰極１３の下部に配置された、例えばウィ
ーン型の質酋分離器（図示せず）に導かれてＢイオンの
みが選別され、イオン注入等のために使用される。
は加熱電源（図示せず）から加熱電流が供給され、その
結果タングステンフィラメント８゜９は加熱される。該
フィラメントの加熱に伴い、伝導熱によってリザーバ１
内部の合金２は加熱され、該合金（Ｐｔ−８＞の融点以
上に加熱されると合金は液状となる。該リザーバ１内部
で液状となった合金はりサーバ１底部の細孔５を通り、
針状部材先端部にまで移動する。該先端部に達し、該先
端部を覆った液状合金は強電界によってテーラ−の円錐
（Ｔａｌｏｒ Ｃｏｎｅ ）、と称される円錐突起を
形成する。この円錐突起の先端部の径は０゜０３μｍ程
度と極めて細く、従ってその先端部近傍には著しく電界
が集中することになる。該先端部の合金はこの強電界に
よって電界蒸発し、イオン化され、Ｐｔイオンと８イオ
ンとが発生し陰極１４によって加速される。該加速され
たイオンは該陰極１３の下部に配置された、例えばウィ
ーン型の質酋分離器（図示せず）に導かれてＢイオンの
みが選別され、イオン注入等のために使用される。
このようなイオン源はイオンの発生部の径が針状部材６
の先端部の合金による円錐突起先端の径に略等しいこと
から極めて細く収束することができると共に、該円錐突
起先端近傍には強電界が形成されるため、高輝度のイオ
ンビームを得ることができ、超ＬＳＩ製造過程のイオン
ビーム露光。
の先端部の合金による円錐突起先端の径に略等しいこと
から極めて細く収束することができると共に、該円錐突
起先端近傍には強電界が形成されるため、高輝度のイオ
ンビームを得ることができ、超ＬＳＩ製造過程のイオン
ビーム露光。
イオン注入等の処理工程に使用して好適である。
ここで、上述した実施例においては、針状部材６として
絶縁物であるセラミックを使用しているため、白金が基
となっている共晶合金Ｐｔ −８が液状となっても、該
部材材料であるセラミック（絶縁物）は該合金と反応せ
ず、該液状合金に溶けることはない。従−っで液状合金
の構成比は長時間の使用によっても変化せず、加熱温度
が一定温度以上である限り、合金は固化することなく安
定に針状部材６先端に供給される。尚この実施例では合
金として白金と硼素との共晶合金を使用したが、例えば
合金として金とシリコンとの共晶合金（Ａｕ−３ｉ）を
使用しても良く、又他の合金、例えばＰｄ −Ｎｉ −
Ｂ−Ａｓ 、あるいは金属申体も使用目的に応じて用い
ることができる。
絶縁物であるセラミックを使用しているため、白金が基
となっている共晶合金Ｐｔ −８が液状となっても、該
部材材料であるセラミック（絶縁物）は該合金と反応せ
ず、該液状合金に溶けることはない。従−っで液状合金
の構成比は長時間の使用によっても変化せず、加熱温度
が一定温度以上である限り、合金は固化することなく安
定に針状部材６先端に供給される。尚この実施例では合
金として白金と硼素との共晶合金を使用したが、例えば
合金として金とシリコンとの共晶合金（Ａｕ−３ｉ）を
使用しても良く、又他の合金、例えばＰｄ −Ｎｉ −
Ｂ−Ａｓ 、あるいは金属申体も使用目的に応じて用い
ることができる。
更に上述した実施例ではリザーバ１の材料として白金を
用いていることから、リザーバ材料と液状合金（Ｐｔ−
８）とが反応し、該材料が合金中に溶は込むことはなく
、合金の成分及び構成比は長時間に渡って一定に維持さ
れる。又タングステンフィラメント８，９の表面にはセ
ラミックコーティングが施されているので、該フィラメ
ント部分にまで熱拡散によって到達した液状合金と該タ
ングステンフィラメントとが反応してタングステンが合
金に溶は込み、その結果フィラメントの径が細くなり、
その部分がより加熱されて断線する如き恐れは無い。又
金属板３．４もセラミックコーティングされているので
、金属板材料が液状合金に溶は込むことは防止される。
用いていることから、リザーバ材料と液状合金（Ｐｔ−
８）とが反応し、該材料が合金中に溶は込むことはなく
、合金の成分及び構成比は長時間に渡って一定に維持さ
れる。又タングステンフィラメント８，９の表面にはセ
ラミックコーティングが施されているので、該フィラメ
ント部分にまで熱拡散によって到達した液状合金と該タ
ングステンフィラメントとが反応してタングステンが合
金に溶は込み、その結果フィラメントの径が細くなり、
その部分がより加熱されて断線する如き恐れは無い。又
金属板３．４もセラミックコーティングされているので
、金属板材料が液状合金に溶は込むことは防止される。
以−ト詳述した如く、本発明に基づくイオン源は長時間
に渡って安定したイオンビームを発生し得るものである
。尚本発明は上述した実施例に限定されることなく幾多
の変形が可能である。例えば、針状部材全体をセラミッ
クの如き絶縁物で形成したが、該針状部材先端部のみ適
宜な金属を蒸着する等によって導電性を有するように予
め処理することは好ましい。すなわち初期の状態におい
て、針状部材の先端部にはイオン化物質が存在せず、液
状となった物質が該先端部に移動した後にテーラ−の円
錐が形成され、望ましいイオン化が行われるが、該針状
先端部に金属が蒸着されていると、その部分での液状イ
オン化物質の移動速度は極めて速くなる。更に該導電性
針状部材先端部とリザーバとが、該リザーバ内の物質を
介して導通づるため、咳先端部には液状物質が存在しな
い初期の状態においても、強電界が形成され、該強電界
によってリザーバ内の液状物質が引張られることから、
初期の状態においても、円滑なイオン化を行うことがで
きる。尚、該先端部の導電性処理は、蒸着以外゛にもイ
オン注入等によっても行うことができる。又先端部表面
の導電性物質としては、イオン化する物質がＰｔ−８の
場合、白金を使用すれば、イオン化される合金と反応せ
ず、該合金の成分及び構成比は一定に維持される。又該
導電性物質としてイオン化される合金とは無関係の例え
ば、タングステンを用いても良い。この場合、初期状態
においては、イオン化される合金中にタングステンが溶
は込むことになるが、蒸着されたタングステンの鰻は僅
かであるため、一定時間経過後にはイオンビーム中には
タングステンイオンは含まれなくなり、その後は合金の
成分及び構成比は一定に維持され、安定なイオンビーム
を得ることができる。
に渡って安定したイオンビームを発生し得るものである
。尚本発明は上述した実施例に限定されることなく幾多
の変形が可能である。例えば、針状部材全体をセラミッ
クの如き絶縁物で形成したが、該針状部材先端部のみ適
宜な金属を蒸着する等によって導電性を有するように予
め処理することは好ましい。すなわち初期の状態におい
て、針状部材の先端部にはイオン化物質が存在せず、液
状となった物質が該先端部に移動した後にテーラ−の円
錐が形成され、望ましいイオン化が行われるが、該針状
先端部に金属が蒸着されていると、その部分での液状イ
オン化物質の移動速度は極めて速くなる。更に該導電性
針状部材先端部とリザーバとが、該リザーバ内の物質を
介して導通づるため、咳先端部には液状物質が存在しな
い初期の状態においても、強電界が形成され、該強電界
によってリザーバ内の液状物質が引張られることから、
初期の状態においても、円滑なイオン化を行うことがで
きる。尚、該先端部の導電性処理は、蒸着以外゛にもイ
オン注入等によっても行うことができる。又先端部表面
の導電性物質としては、イオン化する物質がＰｔ−８の
場合、白金を使用すれば、イオン化される合金と反応せ
ず、該合金の成分及び構成比は一定に維持される。又該
導電性物質としてイオン化される合金とは無関係の例え
ば、タングステンを用いても良い。この場合、初期状態
においては、イオン化される合金中にタングステンが溶
は込むことになるが、蒸着されたタングステンの鰻は僅
かであるため、一定時間経過後にはイオンビーム中には
タングステンイオンは含まれなくなり、その後は合金の
成分及び構成比は一定に維持され、安定なイオンビーム
を得ることができる。
又本発明はイオン化される物質が合金の場合のみならず
、単体金属を用いる場合にも適用することができる。更
に、リザーバとして容器状のものを用いず、例えば針状
部材あるいはフィラメントの一部をコイル状に巻回し、
該コイル部分をリザーバとして合金を保持するようにし
ても良い。更に又、加熱手段としてリザーバの周囲にヒ
ータを巻回し、該ヒータからの輻射熱によってリザー、
バ更にはイオン化される合金を間接的に加熱するように
しても良い。尚、針状部材の材料としてはセラミック以
外にも石英ガラスあるいは石英ガラスを主成分とする材
料を用いることができる。
、単体金属を用いる場合にも適用することができる。更
に、リザーバとして容器状のものを用いず、例えば針状
部材あるいはフィラメントの一部をコイル状に巻回し、
該コイル部分をリザーバとして合金を保持するようにし
ても良い。更に又、加熱手段としてリザーバの周囲にヒ
ータを巻回し、該ヒータからの輻射熱によってリザー、
バ更にはイオン化される合金を間接的に加熱するように
しても良い。尚、針状部材の材料としてはセラミック以
外にも石英ガラスあるいは石英ガラスを主成分とする材
料を用いることができる。
第１図は本発明の一実施例であるイオン源の断面図であ
り、第２図は第１図のＡ−Ａ−新面図である。 １：リザーバ、２：合金、３，４：金属板、５：細孔、
６：針状部材、７：引き出し電極、８．９フイラメント
、１０：碍子、１１，１２：ステム、１３：セラミック
コーティング、１４：陰楡特許出願人 日本電子株式会社 代表者 加勢 忠雄
り、第２図は第１図のＡ−Ａ−新面図である。 １：リザーバ、２：合金、３，４：金属板、５：細孔、
６：針状部材、７：引き出し電極、８．９フイラメント
、１０：碍子、１１，１２：ステム、１３：セラミック
コーティング、１４：陰楡特許出願人 日本電子株式会社 代表者 加勢 忠雄
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、イオン化すべき物質を貯蔵するリザーバ部と、該リ
ザーバ部から液状物質が供給される針状先端部を有した
針状部材と、該針状先端部に強電界を形成するための手
段と、該イオン化すべき物質を加熱するための手段とを
備えたイオン源において、該針状部材を耐熱性を有し、
更に液状物質と反応しない絶縁物によって形成したイオ
ン源２、該針状部材の先端部表面は導電性を有している
特許請求の範囲第１項記載のイオン源。 ３、該絶縁物はセラミックである特許請求の範囲第１項
記載のイオン源。 ４、該絶縁物は石英ガラスである特許請求の範囲第１項
記載のイオン源。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57020407A JPS58137941A (ja) | 1982-02-10 | 1982-02-10 | イオン源 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57020407A JPS58137941A (ja) | 1982-02-10 | 1982-02-10 | イオン源 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58137941A true JPS58137941A (ja) | 1983-08-16 |
| JPS6329926B2 JPS6329926B2 (ja) | 1988-06-15 |
Family
ID=12026170
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57020407A Granted JPS58137941A (ja) | 1982-02-10 | 1982-02-10 | イオン源 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58137941A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61104539A (ja) * | 1984-10-26 | 1986-05-22 | Hitachi Ltd | イオン源 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS52125998A (en) * | 1976-04-13 | 1977-10-22 | Atomic Energy Authority Uk | Ion source |
| JPS5633468A (en) * | 1979-08-23 | 1981-04-03 | Atomic Energy Authority Uk | Spray generating source of fine droplet and ion of liquid material |
-
1982
- 1982-02-10 JP JP57020407A patent/JPS58137941A/ja active Granted
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS52125998A (en) * | 1976-04-13 | 1977-10-22 | Atomic Energy Authority Uk | Ion source |
| JPS5633468A (en) * | 1979-08-23 | 1981-04-03 | Atomic Energy Authority Uk | Spray generating source of fine droplet and ion of liquid material |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61104539A (ja) * | 1984-10-26 | 1986-05-22 | Hitachi Ltd | イオン源 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6329926B2 (ja) | 1988-06-15 |
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