JPS5954156A - 電界放出型イオンビ−ム発生装置用電極構造 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 一コ一 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。

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ってきた。

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、これまでエミッタ電極はタングステンが通
常用いられておシ、エミッ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、エミッ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
ッタ電極先端よりイオンビームが電界蒸発によシ放出さ
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−３− 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ッタ電極よシイオンビー
ムが放射されるが、この時、エミッ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
シ易く、特にＢｇ。

ＡＪ等の高融点金属の場合はそれが顕著にみられ、エミ
ッタ電極自体が変形したシ、組成が変化してエミッタ電
極の寿命を短縮する。例えば頷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ｋ
ｌ　、　Ｓｊ或はＡｕ−Ｂｇ等の共晶合金の場合は数１
００℃〜１．０００℃の温度で使用するため上述の現象
が起シ易くなシ、それを避けるためエミッタ電極を被覆
して液体金属イオン源と直接接触させ々いようにするこ
とも考えられるが、導電性を失い且つ熱伝導率も下がっ
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
対して安定であシ、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
ッ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、１５ｏｏ′ｃ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ッタ電極を加熱す
る。このようにエミッ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シエミッタ電
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、ｌｆ′
ｉ電極母体グとその先端にエミッタ電極ｊを設けたイオ
ンビーム放射電極であ一夕一 って、このイオンビーム放射電極はアルミナ等のセラミ
ック部材コによシ支持され、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ッタ電極夕の先端よ
りイオンビームが放射される。

イオンビーム放射電極ｌは第２図に示すように、エミッ
タ電極ｊが電極母体グの先端に設けられており、このエ
ミッタ電極の先端はミクロンオーダの極小径となってイ
オンビーム放射部を形成している。このエミッタ電極夕
は電極母体グとは、図示の実施例では別個に製造し、溶
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、エミッ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
ミッタ電極夕の周囲は電極母体≠よシ突役された環状部
材乙により囲まれ、両者によって形成された空間ｇ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、状部竺６はセラミックの如き耐熱性部材で作ら
れ、先端に向って内径が小さくなってお６− シ、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っており、使用に先立って
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。電極母体グの外周面にはワ
イヤヒータタ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
電極母体に標線溝を設け、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っ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々どを用いてもよい。

上述のイオンビーム放射電極を構成するエミッタ電極及
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ックで構成する。このようなセ
ラミックの一例として、炭化珪素（ＳｚＣ）、硼化チタ
ニウム（ＴｚＢｔ）等が挙げられ、これらのセラミック
は若干の電気−７− 伝導性を有しておシ（電気伝導率：１０４〜１０’Ω・
６ｎ）、セラミックとしては熱伝導性にも優れておシ（
熱伝導率二０．１〜０．１６）　、ｔ、かも安定ガ物質
で１０００℃以上でもＢｅ＋Ａ１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。

このようなセラミックを用いて、エミッタ電極として本
体部分の径が５００〜５００μｍ１先端を数μｍの径と
彦るように加工し、数℃径の電極母体の先端にこのエミ
ッタ電極を設け、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ッ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ッタ電極先端まで
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、エミッ
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ッタ電極間に数ＫＶの電
圧を印加すると、エミッ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、エミッタ電極の先
端放射部よシ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Ａｊ、ＡｊＬ−Ｂｅ等の溶融点の高い
金属を用いても、エミッタ電極、電極母体共に１ｏｏｏ
℃附近においても安定しており、エミッタ電極自体がイ
オン源と反応したシ、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、エミッタ電極と
して側熱性の優れたセラミッ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ッタ電極を
加熱したのに対し、上記セラミッ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ッタ電極をも充分
加熱されるので消費電力を節減すると一ター 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。

【図面の簡単な説明】

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、／はイオンビーム放射電極、≠は電極母体、夕は
エミッタ電極、乙は環状部材、りは加熱ヒータワイヤを
示す。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）先端にイオンビーム放射部を有するエミッタ電極
   と、該エミッタ電極を支持する電極母体と、該電極母体
   に接触して上記エミッタ電極を加熱する加熱手段とから
   成り、上記エミッタ電極と電極母体は導電性を有し、１
   ０００℃程度以上の温度に対して安定なセラミックで構
   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。
2. （２）該エミッタ電極と該電極母体は炭化珪素で構成さ
   れている特許請求の範囲第１項記載の電極構造。
3. （３）該エミッタ電極と該電極母体は一体に成型されて
   いる特許請求の範囲第１項または第２項記載の電極構造
   。