JPS62133643A

JPS62133643A - イオン発生装置

Info

Publication number: JPS62133643A
Application number: JP27243485A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Onoda; 小野田　宏; Hiroaki Morimoto; 森本　博明
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1985-12-05
Filing date: 1985-12-05
Publication date: 1987-06-16

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】〔産業上の利用分野〕この発明は、各種元素をイオン化させて放出させるイオ
ン発生装置、特にそのイオンビーム放出の長時間安定化
に関するものである。

〔従来の技術〕

近年、半導体製造工程におけろ加工の極微細化を月相し
て、イオン発生装置の応用技術に関する研究が行なわれ
ている。その中でマスクレスイオン注入は、イオン源の
高輝度と柔軟性を組み合わせた応用として注目されてい
る。しかし、現在のイオン発生装置の構造、材質、方式
等にはまだまだ多くの問題があり、望むイオン種の放出
を長時間安定に得ることは難かしい。特に半導体製造工
程のイオン打ち込み用ドーパントとして望まれるイオン
種ｆ’ｓ、Ａｓ、　Ｐ、　ＺＨ等高蒸気圧の元素が多く
、これら高蒸気圧元素のイオンを長時間安定に放出する
イオン発生装置は未だ実現されていない。

従来の液体金属イオン源の問題点を説明するため第２図
を用いる。この図において、イオン発生装置９工、イオ
ン源物質を収容する空間とノズル孔とを有するタングス
テンのリザーバ部（１）、該ノズル孔から先端を突出し
ているタングステンのニードル部（２）、及びリザーバ
部（１）及びニードル部（２）を加熱するタングステン
ワイヤの加熱用フィラメント（３）より構成されている
。この場合、リザーノく部（１）並びにニードル部（２
）　ｂｔ加熱用フィラメント（３）による熱放射を受け
、加熱されろ（傍熱加熱型）。

従来のイオン発生装置の動作を説明する。加熱用フィラ
メント（３）により、リザーバ部（１）及びニードル部
（２）がイオン源物質を溶解する所定の温度に加熱され
ると、リザーバ部（１）の内部に溜めらまたイオン源物
質（合金又は単一元素）、Ｉｔ溶解・拡散し、ニードル
部（２）全体を濡らす。イオン源物質（４）がニードル
部（２）の先端に達した時、引出電極（５）にニードル
部（２）に対して約−５〜−１０ＫＶ程度の電圧をかけ
ると、強電界がニードル部（２）の先端に印加され、ニ
ードル部（２）の先端のイオン源物質（４）は強電界に
よって、ティラーの円錐（ＴａｙｌｏｒＣｏｎｅ）と称
される円錐突起を形成する（　Ｇ、Ｔａｙｌｏｒ：Ｐｒ
ｏｃ、　Ｓｏｃ、　Ｌｏｎｄｏｎ、　Ａ２８０　（１９
６４）　３８３ン。突起の先端部には電界が集中して、
先端部のイオン源物質（４）は電界蒸発し、陽イオンビ
ーム（６ンとなシ引出される。以上、イオン発生装置の
動作について説明したが、動作時は、イオン源物質（４
）はニードル部（２）だけでなく、リザーバ部（１）に
も拡散し、リザード部（１）全体がイオン源物質により
濡れた状態となる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

イオン源物質（４）が低蒸気圧物質である場合、第２図
の構造のイオン発生装置でも十分実用的な寿命及びビー
ム安定性が得られる。しかし、イオン源物質（４ンが高
蒸気な物質の場合、第２図の構造のイオン発生装置では
ニードル部（２）とリザーバ部（１）の間隙、及びニー
ドル部（２）を伝うイオン源物質（４）の挽面からイオ
ン源物質（４）が相当な速度で蒸発し、引き出さね、電
極周辺部を汚染し、チャージアンプ等を引き起し、ビー
ム安定性が得られない。また、高蒸気圧のイオン源物質
（４）が合金である場合。

ニードル部（２）をイオン源物質（４）が伝う間にその
組成が変化し、所望の組成比のイオンビームが得られな
い。また１組成比が変わると融点が変化するため、ビー
ムが不安定になり易い。

本発明は上記した問題点を解消するためになされたもの
で、高蒸気圧物質のイオンビームを長時間安定に得ろこ
とを目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明であるイオン発生装置は、イオン源物質を収容す
る空間とノズル孔とを有するリザーバ部、核ノズル孔か
ら先端が突出しているニードル部、並びに該リザーバ部
及びニードル部を加熱する加熱手段から収るイオン発生
装置において、該ニードル部が数十〜数百ナノメートル
の微粒子を焼結させた材質から成るものである。

〔作用〕

焼結体は、数ミクロンから数百ミクロン程度の微粒子を
焼き固めたもので１粒子と粒子の間に空隙があり、液体
状の物質を相当量保持できろ。この焼結体をイオン発生
装置のニードル部として用いろと、内部に浸透したイオ
ン源物質は外部に対する表面積が減り、蒸発量を大幅に
軽減でさろ上、ニードル先端部への物質の供給という面
から見ると、ニードル部衣面を伝うだけでなく、焼結体
内部を通ることによってもニードル先端部にイオン化す
べき物質を供給できるため、極めて安定な供給が可能で
ある。こねにより、イオン源物質が高蒸気圧性でも、イ
オンの放出が長時間安定に行なわねる。

〔実施例〕

以下に実施した例について第１図を用いて説明する。第
１図において、（１）はタングステンのリザーバ部、（
３）バタンゲステンワイヤの加熱フイラメン）、（４）
はイオン源物質、（８）ハ数十〜数百ナノメートルのタ
ングステン微粒子を焼結した０、２ｆｉψのニードル部
、（７）は窒化ボロンの蓋である。焼結体のニードル部
（８）は水酸化ナトリワム溶液でエツチングし、先端半
径を数ミクロン程度に加工している。ニードル部（８）
とリザーバ部（１）の間隙は通常のタイプよシかなυ狭
くした。

以上の構造を持つイオン発生装置に、高蒸気圧物質の代
艮である亜鉛（Ｚｎ）を数十■程度人ね、動作させたと
ころ、動ｆ”ＩＩ’温度約５００℃、ニードル部（８）
に対する引出電圧−７ＫＶで約１０μＡのイオン電流が
得られた。寿命は通常のタイプの数倍に伸び、また、イ
オン電流の安定度は通常のタイプが〜２０％以内である
のに対し、このタイプは〜１０％頃内と安定度が向上し
た。

本実施例では焼結体の材料としてタングステンを用いた
が、タンタル・モリブデン等の他の高融点金属でも本質
的差異はない。又、イオン源物質との濡れの相性により
、酸化硅素（Ｓｉｎ）、アルミナ（ＡｋＯｓ）、窒化ボ
ロン（ＢＮ）、カーボン（Ｃ）等の材料を用いることも
ある。

〔発明の効果〕

この発明は以上説明したように、焼結体のニードル部を
用いることにより、イオン源物質の無駄な蒸発を押える
とともに、ニードル部先端へのイオン源物質の供給を安
定化できろため、高蒸気圧物質のイオン発生装置の実用
化に極めて有効である。また、イオン源物質が合金であ
る場合、その組成比を保ったままニードル部先端に供給
することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す説明図、第２図は従来
のイオン発生装置の説明図である。図において、（１）はリザーバ部、（２）はニードル部
、（３）ハ加熱用フィラメント、（４）ハイオン源物質
、（５）は引出電極、（６）はイオンビーム、（７）は
リザード蓋。（８）は焼結体ニードル部である。なお、各図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）イオン源物質を収容する空間とノズル孔とを有す
るリザーバ部、該ノズル孔から先端が突出しているニー
ドル部、並びに該リザーバ部及びニードル部を加熱する
加熱手段から成るイオン発生装置において、該ニードル
部が数十〜数百ナノメートルの微粒子を焼結させた材質
から成ることを特徴とするイオン発生装置。
（２）上記焼結体の材料がタングステンであることを特
徴とする特許請求の範囲第１項に記載のイオン発生装置
。
（３）上記焼結体の材料がタンタルであることを特徴と
する特許請求の範囲第１項に記載のイオン発生装置。
（４）上記焼結体の材料がモリブデンであることを特徴
とする特許請求の範囲第１項に記載のイオン発生装置。
（５）上記焼結体の材料がニッケルであることを特徴と
する特許請求範囲第１項に記載のイオン発生装置。
（６）上記焼結体の材料がアルミナであることを特徴と
する特許請求の範囲第１項に記載のイオン発生装置。
（７）上記焼結体の材料が酸化硅素（ＳｉＯ＿２）であ
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のイオ
ン発生装置。
（８）上記焼結体の材料が窒化ボロン（ＢＮ）であるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のイオン発
生装置。
（９）上記焼結体の材料がカーボンであることを特徴と
する特許請求範囲第１項に記載のイオン発生装置。