JPS6056342A - イオンビ−ム発生装置 - 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】 この発明はイオンビーム発生装置の改良に関する。殊に
連続運転、高電流密度運転を行いたい場合などに適用し
て特１て効果が著るしい新規のイオンビーム発生装置に
関する。

この種の装置は、非常に細いビームを取り出すことがで
きるため、マイクロエレクトロニクスの分野では大きな
期待が持たれている。しかし、これまでの装置は幾日も
連続運転をする必要があったり、高い′電流密度で運転
したいなどの場合に不向な点が多くその応用分野を限定
している。

この発明の目的は、イオンビームとＬ７て１１．Ｑり出
す物質を気体として装置内に送り込むことにより。

イオンを連続的に長期にわたって発生させ、装置１りの
長期運転を可能にさせることにある。

この発明の別の目的は、イオンの種類を１ハ単に変更で
きる装置の提供にある。

この発明の他の目的は、針状陽極の温度］；、ｖ節を簡
単且つ確実に行うことによジ信頼度の高い装ｒｒｔ。

を提供することにある。

仁の発明の他の目的は、より高輝度のイオンビームを取
り出すことのできる装置の提供にある。

この発明の別の目的は、イオン種を簡単に切換えられる
と同時に、その純度を極めて高く維持できる装置の提供
にある。

この発明の他の目的は、各種のイオンをより常温に近い
状態で取り出すことの出来る装置の提供にある。

気体を送りこんでその気体に含まれる元素等をイオンビ
ームとして取出す技術は極く最近の技術に属しその文献
は下記の如く極めて少い。文献の一つは次のものである
。

−ｊｏ、ｍ１ｙ−ＩＭ、　５ｉｑｅＬ　〕（ヅ、　Ｖｃ
ｔｃ、Ｓｏｔ：　、　ＴｅｃＪ＜　ｘθＬ　、、　／ｌ
　（６）、ＮｏＶ−／ｐＩ２ｃ、／？７デ　Ｑｃ　ノｎ
ｏＡｈりＱ　）’　ｉ　ＣＩ２／７１　ノ’ｚｃｕａｘ
ｃ　５ｏｃｔ−ｅ、製 この文献では冷却用に液体ヘリウムを使用し。

？シ込む気体としては水素ｆ）さんでいる。

ｊ、Ｊ丸ｔｙ＞ｆ仁Φ−フ／ｊ ’−ｆ　’ｉ）、−、鋤〃ｖ工用　カ゛′ズｆ才〉ｇヶ
」〔堀内　敬、外４名〕（日本学術振興会第１３２委員
会第８１回研究会費料（５７，９，２４）第２１頁）こ
の文献でに、冷却用に液体窒素を使用し、送シ込む気体
としては水素を選んでいる。壮＃α文襟せ≠番今妥≠ト
キ これら液体ヘリウム、液体窒素等を冷却に用いるもので
はそれら冷媒の固有の極めて狭い温度範囲しか使用でき
ない欠点があり、それは選定でき温度をその点に設置す
ることが必須であるが、それがこれ寸での装置では考慮
の外にある。

次にこの発明を図面により実施例を用いて詳しく説明す
る。筐１図訃よび第２図の実施例に卦いて、（ｈｏ’）
　はイオン源で、（１，１）が針状陽極、（１２）がそ
の先端、（１３）が基底ｆキ＋！、（１，４）が冷媒溜
、（１５）が例えば液体窒素などの冷媒、（１６）はガ
ス容器Ｃ１７）は絶縁体（１９）は加速電源であろう冷
媒輝（］４）を接地電位に対して正の高′ル位にしたく
ない場合は、基底部Ｃ１３）をサファイヤなどの熱絶縁
物で作り　針状陽極（１１）のみを正の高電位に保つと
よい。その場合、絶縁体（１７）ｋま通常の金屑でよい
。（２０）は加熱手段で（２１）はヒーター、（２２）
はリード辺、（２３）は電源、（２４）Ｆｉ絶縁体、（
２５”Ｉは温ｒ・−調節機である。

２ ヒーター（２１）が針状陽極（−４！＝１＝）の近傍の
電界を乱すおそれのある場合は（２６）の位置に設置す
るとよい。ヒーターの電位は、正の高電位でも接地電位
でもよく、必要性によって足める。（３０）は所定のガ
スを送る手段で（３１）は送ガス管（３２）は熱的電気
的絶縁体、（３３）はガス吹付管（３４）け流危調節機
。

（３５）はバルブ、（３６）はボンベである。

前述の基底部（１３）を絶縁物で作る場合通常絶縁体（
３２）は不要である。（４（Ｙ）ｌはイオン引出系で、
（４］）が引出電極、（４２）Ｉｄ引出電源である。（
５０）はその他の諸系で必要により例えば、イオンと一
ムをし／Ｙるためのレンズ系、ビームを偏向させるため
の偏向系、不純物を遠別しまたすするだめの、電場や磁
場のいづれか又は両方を使った各種の系などが月１いら
れる。（５１）はそのだめの＠１重電極を総括し−Ｃ示
しである。（５２）はそのための電源である。（６０）
は真空系で、（６１）が真空容器である。真空ポンプな
どけ図示してないが、必要度によって各種のボである。

（８０）はガスを送る手段（３０）から送り込まれた余
剰ガスを排気する手段で、（８１）が排気管。

（８２）は熱的′ｍｍ気絶絶縁体　（’Ｒ３）は排出口
で、矢印（８４）の方向に１図に示されてないポンプで
排気する。

この装置は１通常のイオンビーム装置と同様に大路次の
ように運転する。、まず、Ａ空容器（６１）の内部を所
定の圧力２例えばＨ１’器以下の圧力に排気後、冷媒溜
（１４）に冷媒（］、５　）として例えば液体窒素を注
入する。その後、ガス吹付管（３３）からどを導入する
。冷却され、且つヒーター（２１）により−Ｃ所定の温
度に設定された針状陽極（１１）の表面には、ジボラン
ｄ凝結し丁度液体でぬらしたように々る。ついで、引出
電源（４２）と加速電源（１つ）を動作させると、針状
陽極（１］）の先端からボロンのイオンを、極く細いビ
ームとして取り出すことが出来る。このイオンビームは
諸系（５１）ニより。

１更用目的に合わせてしぼったり、偏向させたシ。

あるいは不純物の分離を行ったりして使用する。

例えば基板としてシリコンウェハを用いれば、こしＫ　
ホ０７を一様に、あるいは所定のパターンによって打込
むことが出来る。別のイオンを用いればエツチングを行
ったり、感光材を感光させたりすることができる。針状
陽極の温度としては、針状陽極の材質と表面に出来る液
体の組み合せによって大きく変るが、沸点と融点の間で
粘度に大きな差がなければ一般に両者の中点から沸点寄
りのところがよい、しかし蒸気圧などを考えて融点寄り
のところを便うこともある。粘度に大きな差があるとき
は、粘度がなるべく小さい点がよい。また針状陽極の材
質も所定のガスとの組み合せによって決足されるし、そ
の形状も表面を多孔質にする２階段状にするあるいは表
面のづζＩど＝爺に所足ノカスにとくになじみゃすい材
料を配するなど。

いろいろと必要によって定められる。

この装置は、ボンベ（３６）内にあるガスがなくなる迄
は連続して運転を行うことができ、半導体素子などの生
産において最も重要な事項である連続運転を難なく行う
ことができる。寸だ、ボンベを交換したり、多数のガス
ラインを用いてガスの切換えを行えば、各種のイオンを
いとも簡単に取り出すことができる。イオンを安定にと
り出すためには、針状陽極（１１）の先端の温度とその
安定さが極めて大切であるが、ヒーターと冷ｗｌτより
温度制御を行うので温度制御を極めて安定に行うことが
出来る。ガスの切換は、ヒータ（７３）により冷媒の部
分を加熱し、前に使った気体を徹底的に得い出すことに
より常に高純度のイオンの取り出しと。

迅速なガスの交換を行うことができる。寸たｌ　Ｊｌ’
１常ボロノボロン、イオンとして取り出すときけ。

針状陽極の温度として数百度Ｃを必要とするが。

うな極低温を必要とするが２本発明によれば、一般的に
高い温、明でよく、いずれの場合もより常温に近い状態
で、イオンを取り出すことができる。

このように、イオンにしたい金属、＃導体、水素などの
ｑ１定物質の水素化物、ハロゲン化物、炭化物などは、
それ自身より、より常温に近い温度で液化できる。この
ことは本発明の重要な点の一つで、不発明により殆んど
の物質をそれ自身より。

より常温に近い温度でイオンとすることができる第３図
には別の実施例を示しである。この実施例では、イオン
ビームを水平方向に取り出すことカニ出来、且つ真空容
器（６１）に対する排気系と、第λ ３図矢印（８４）の方向へ排気する排気系を共用してよ
い場合について示しである。また、針状陽極■はねじ（
１８）を用いて交換できるようになっている。

その他のことは、第１図に示した実施例と同様に理解出
来る。

左 ＠４図にはさらに別の実施例が示しである。この実施例
においてｔま、針状陽極（１１１）が、筒状になってい
て、その内部に凝結棒（ｌ１２）があり、凝結した液体
は内部にたま５（’１１．３）のごとくなる。

その他については第１図の実施例と同様である。

この実施例においてイオンを水平方向に取出したい場合
は先端（１１４）を水平方向に曲げればよいし。

第３図における実施例のようにしてもよい。この実施例
においては利用する気体がその内部にのみ凝結するので
気体の利用率がよいばか９で々く他への汚染も少ない。

なお、凝結棒の温１「け例えば第５図の実施例のように
してもよいし、必要なところにヒータを設置してもよい
。

第５図には、さらに別の実施例を示しである。

この実施例において（はヒータ（２１）がｆｌ状陽極（
１１）の内部に納められ、且つその位置は絶縁体Ｃ−１
−１＋）により維持されている。この実施例では、ヒー
タが所定のガスが存在する空間に露出することがないの
で、ガスの純度の維持、ヒーター自身の寿命の点からも
優れた実施例である。

第６図には、さらに他の実施例を示しである。

この実施例においては、第５図の実施例１ｃおける先端
伺徊十今内部に針状陽極０月）を挿入することにより、
一層イオン源の輝度を向上させることを狙っている。そ
の他絶縁体（８２）と（３２）の近傍の絶縁を保持する
ためにヒータ（２７）と（？８）が設けられ、且つ所定
のガスが凝結する器壁全体がほぼ同一温度に寿るように
ヒーター（２１）が針状陽極全体に配置されている。そ
の他のことについては、第７図および第５図の実施例と
同様に理解される。

なお所定ガスの入口（３３）と出口（Ｂ１）；寸、基底
部（Ｊ３）を置端して冷媒の中を通って針状陽極（１１
１’）の内部に導いてもよい。その場合、冷媒によって
適冷されないよう熱絶繰あるいけ、第５図に示すように
管の内部にヒーターを挿入するなどが望ましい。

以上実施例を述べたがこれら１づ、何ら限定的な意味を
持つもので（ｄなく多数の変形が可能でちることは云う
迄もない。例えば冷媒として、ドライアイスを用いた冷
媒、液体水素、液体ヘリウムなどを用いることができる
。もちろん冷凍機を用いてもよい。加熱方法も、ヒータ
ー（２１）を熱陰極として電子衝撃によって加熱しても
よい。さらに、ここに述べたことを従来技術をどのよう
にＡ且み立てるかは、必要性によって定められることで
ちる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はこの発明の実施例を示す図、坑３
１図、第４図、館５図は、それぞｔ１別の実廼例を示す
図である。 国中、（６０）が真空系てｒ６１）がｙｔ、空容器、（
ｌｌ）が針状陽極、ｒ４２）が引出′電源、（１９）が
加速電源、（５１）が各と■電極１浅構、（３０）がガ
スを送る手段、（２ｏ’＋がυ１謔手段、（１，４−）
が冷媒溜である。 手続補正書ｃ方式） 昭で１！′；Ｃ−で７．２月　７０ 特許庁長官　殿 １．１□。７ケ　（′頓 ＼　・ ２、昭和５８年　特許願　第１６５６２８号２　＠明の
名称 イオンビーム発生装置 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 住　所　東京都府中市１７！ｌ］証５−８−１５　補正
により増加する発明の数　。 ６、補正の対象 明細書の図面の簡単な説明の欄。 ７、補正の同番 明細書の第１２頁の３行目の「第５図は、」を「第５図
、第６図は」と補正する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 内部を所定の圧力になる迄排気する真空容器。 該真空容器の内部にあって先端が鋭くとがった針状陽極
   澹′該針状陽極の表面に存在する物質をイオン化しｌイ
   オンとしてと力出すための電源装置と各種電極機構をそ
   なえたイオンビーム発生装置において、該針状陽極の近
   傍に所定のガスを送る手段たらびにその針状陽極の先端
   の温度を調節するだめの加熱手段ならびに該針状陽極の
   一部を冷却する手段を具えたことを特徴とするイオンビ
   ーム発生装置。