JPS62229640A - イオン源用抽出格子の製法及び抽出格子 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、イオン源用抽出格子の製法に関する。

従来の技術 この棟の抽出格子を有するイオン源並びにこの種の抽出
格子の意識及び目的は米国特許第４５０７５８８号明細
書から公知である。イオンの主要部分は１つの室であり
、該室内でプラズマが発生されかつ開口を有し、該開口
内に少なくとも２つの抽出格子の直列回路が配置されて
おシ、それによりプラズマは前記室から取出されかつ加
工すべき物体、いわゆる基板の方向に加速される。公知
の解決手段では、抽出格子は網目状に穿孔された薄板か
ら成シ、その穿孔を個々のイオンビームが配向されて貫
通する。これらの穿孔された薄板は若干の問題点を伴う
、以下にそれについて詳細に説明する。

ミクロ構造技術の範囲内で、金属及び非金属材料から成
る高品質の薄い層の析出のため並びに下方のミクロ範囲
内の構造化のためには、′マルチアパーチャ光学素子“
とも施される大面積の抽出格子を・有する高性能のイオ
ン源が８喪である。今日工業的規模で使用される最大の
イオン源は、カラムマン原理に基ツく、すなわち直流電
圧を用いて電子はエミッタ（例えばフィラメント、中空
陰極）を経てプラズマ室に導入される。この種のイオン
源は、約１６ＣｖＬの最大ビーム直径で約４　ｍ　Ａ　
／　ｃｍ２の最大電流密度を可能にする。この場合、１
５０〜２０００　ｅＶのイオンエネルギーが調整可能で
ある。

プラズマからのイオンの抽出及びビーム誘導は、主とし
て使用される抽出光学素子によって決定され、該抽出光
学素子は２又はマルチ格子系成はまた１つだけの格子に
よって形成することができる。この場合には、以下の基
準が特に重要である。

１、抽出光学素子は高いビーム′電流密度の関係におい
て、評言すれば個々の光学素子のひずみに関して及び個
々の格子相互の調整誤差に関して温度安定性でおるべき
である。格子の最高温度は今日入手可能な材料によれは
約２ｏＯ”Ｃである。

２、抽出格子の全面積は段階性は可能であるべきであり
、この場合１６ｃｒｒＬの前記ビーム直径を上回ると、
格子の最大温度負荷により困難にぶつかる。

３、格子相互の間隔は一定の条件を満足すべきである、
この場合この間隔は最大抽出可能なイオン電流密度Ｊを
規定する：この場合には、比例式： が当嵌る、上記式中Ｕは格子間の抽出電圧をかつｄは格
子相互の間隔を表す。この場合も、熱的効果は間隔の縮
小を制限する方向に作用する。今日まで、格子間隔をｌ
　ａｘ未満に低下させることは不可能である。

アスペクト比（＝格子開口の平均直径：格子間隔）＝１
を有する小さい格子間隔も小さな抽出電圧、すなわちい
わゆるイオンビームエツチングにおける低いイオンエネ
ルギーにおいて重要であシ、この場合には１　ｋｅＶ　
を著しく下回る平行なイオンビームが形成される。

いわゆるビーム析出の被覆過程で、上記比は以下のよう
に変化する：確かにこの場合もアスペクト比は約１であ
るべきである。しかしながら、格子間隔は高いビーム電
圧のために問題なく拡大可能であるべきである、それと
いうのもこれは絶縁耐力、イオンエネルギー及びスパッ
タリング収率に作用するからである。

先　抽出格子の厚さは、同様に熱的負荷によって決定さ
れる。特にｆ２ズマの最も近くにある格子は高い熱的負
荷に曝される。個々の光学素子のひずみもしくは個々の
格子の調整誤差に反作用するこ、とあるために、１６ｃ
Ｉｎのビーム直径を有する前記イオン源において格子の
厚さが１朋の値を著しく下回ることは従来は不可能であ
った。十分な熱伝導に対する要求は、直径方向で極端に
小さい格子厚さに対する要求に相反する、それというの
も薄い格子は収差を減少させかつまた抽出可能なイオン
電流密度を高めるからである。

５、機械的安定性及び温度安定性の理由から、抽出格子
のための材料選択は制限される。従来公知のイオン源に
おいては、主としてモリブデン、タングステン及び黒鉛
が格子材料として使用される。作業ガスとしてアルゴン
を用いると所定の加速電圧で、被覆すべき基板の好まし
からぬ汚染を最小にするために、できるだけ低い収率Ｙ
　（Ｙｉｅｌｄｓ）が所望される。

垂直なイオン入射及び１ｋｅＶのエネルギーの場合には
、以下の値が典型的である： モリブデン（Ｍｏ）　：　Ｙ　＝　１．３タングステン
（Ｗ）：Ｙ＝０．８ 黒鉛　　　（Ｃ）：Ｙ＝ｏ、ａ 従って、黒鉛及びタングステン、並びに制限付きでモリ
ブデンが極めて有オリな材料である。

選択性を高めるために反応性ガスを用いて操作する場合
には、状況は劣化される。半導体技術における作業ガス
としてはしばしばＣＦ、が使用される。このガスはモリ
ブデン並びにまたタングステンを腐食させる。酸素の配
合物を使用する場合には、黒鉛も電極材料として問題が
ある。

発明が解決しようとする問題点 従って、本発明の課題は、高度に温度安定性でちゃ、比
較的高い比抽出電流及び比較的大きなビーム横断面を可
能にする、抽出格子の製造法を提供することであった。

問題点を解決するための手段 前記課題は、本発明によ郵、温度安定性の釘材から成る
支持板の両側に夫々１つの全面的金属被膜を施しかつ支
持板及び金属被膜内に実質的に合同の孔パターンを形成
することにより解決される。

作用 この場合、支持板は無機絶縁物質、例えはガラス、セラ
ミック又はガラスセラミックから成っていてもよい。孔
パターンは金属被膜を施す前及びその後に形成すること
ができる。例えば支持板の両面に閉じた金属被膜を施し
、かつこのサンドウィッチ構造にエツチング処理により
合同の孔・母ターンを形成することが可能である。

本発明は材料の選択に大きな融通性を可能にする。

それにもかかわらず、本発明のもう１つの実施態様によ
れば、まず支持板にウェブ部を残して孔パターンを施し
、引続きウェブに孔を開放した状態で両側に全面的な金
属被膜を施すのが特に有利である。′全面的金属被膜“
とい９用語は、該金属被膜が孔／４’ターンを除き中断
されていす、従って電極として利用することができるこ
とを表す。従って、孔パターンは、共通に大きな横断面
を有するイオンビームを形成する個々のイオンビームを
通過させるために役立つ。

このような抽出光学素子とは、一連の利点が結び付いて
いる：まず、個々の格々相互の調整が不必要である。両
者の抽出格子の相対的移動が排除される、従って高い温
度負荷を受けても両面の金属被膜内の孔パターンの同心
的配置が維持される。更に、支持板の比較的小さく選択
される厚さは両者の抽出格子の間隔を不変に固定する。

この間隔は抽出光学素子の高い熱的負荷によっても変化
することがあり得ない。抽出格子の機械的負荷は小さい
、それというのも該抽出格子は自己支持性でなく、支持
板によって支持されるからである。Ｑ、　ｌ　ｍ＊のオ
ーダの薄い金属被膜が０．２〜０．４朋の支持板の厚さ
で完全に実現可能である、すなわち前記の間隔ｄはまさ
にこの０．２〜Ｑ、　４　ｔａｘになる。それにより、
最大イオン電流密度を相応して上昇させることができる
。更に、１６１ｍｔ−上回るビーム直径用の大面積の抽
出光学素子の製造が可能であシ、かつ抽出光学素子はま
た長期の使用後に新たな金属化により再生可能である。

しかし特に、イオン電流密度を公知技術水準に比較して
著しく上昇させることができ、その際約５５０℃の抽出
光学素子の最高温度が完全に可能である。

支持板用の材料としては、有利に完全又は部分的感光性
材料を使用することができ、該材料を孔パターンに基づ
き露光しかつ引続きエツチング処理により孔パターンを
形成することができる。支持板のための好適な材料は、
ＦｌｒｍａＳｃｈｏｔｔ　Ｇｌａｓｗｅｒｋ　、　−ｒ
イア７／ＢＲＤ社から商品名“Ｆｏｔｕｒａｎ″で市販
されている材料であシ、該材料はマスクを通してＵｖ光
で露光しかつ引続き熱処理した後に局所的に結晶化され
たないしはエツチング可能な相に転化され、該層は引続
いてのエツチング工程によりその他の材料から溶解除去
される。当該の材料は明白な異方性エツチング特性を有
し、従って形成された孔１？ターンは支持板に対して殆
んど垂直に延びる側壁によって制限される。

こうして製造された孔ノぐターンを有する支持板に、従
来の被覆法例えばクラッド又は電気めっきにより両面の
金属被覆を施すことができる。

しかしながら、物理的真空法例えば蒸着法又は陰極スパ
ッタリング法が特に有利である。この徨の方法を用いる
と、マスクを使用することにより、目的に十分に適った
被覆を行うことができる。

両面の金属被膜を既に孔パターンが設けられた支持板に
施す限シ、両面の金属被膜間のブリッジ形成を阻止する
ために、孔を容易に溶解可能な材料で一時的に閉鎖する
のが好ましい。

真空被覆は比較的緩慢に進行する工程であるので、こう
して施された金属被膜を後から工率のよい方法、例えば
電気めっき法により強化することができる。抽出格子の
ための金属材料の選択は全く自由であしかつイオン源の
その都度の技術的用途の要求たけに支配される。

金属被膜を真空法により製造する際には、支持板と夫々
の金属被膜との間に接着助剤例えばクロムから成る薄い
層を施すことが推奨される。

最後にまたかつ特に有利に、支持板として異方性エツチ
ング特性を有する半導体材料を使用しかつ該材料にます
両面に絶縁材料から成る夫々１つの層を施し、該層に最
後に夫々金属被膜を施すことも可能である。異方性エツ
チング特性を有する半導体材料としては、例えば“１１
０−Ｓｉ″を使用することができる。絶縁材料から成る
庵は有利に５ｉ０２、Ｓｌ　５Ｎ４から、しかも熱的蒸
着、化学的被覆法（ＣＵＤ）、プラズマ法又は陰極スパ
ッタリング法により製造することができる。両面の金属
被膜の製造は、前記形式で可能である。

支持板のコア領域を占有する金属又は半導体材料は、同
時にビームプロフィールの静′亀気的操作のためのバイ
アスが印加された制御電極として使用することができる
。このことは以下に第４図を参照して詳細に説明する。

この場合には、コア領域は第３の電極と称することもで
きる。抽出光学素子が３つよりも多くの格子を包含する
場合には、多数の支持板が必要となシ、そのうちの各々
がまた２（又は３）個の格子を受容することができる。

製造技術は不変のままであシ、もちろん付加的に金属被
膜を有する両者の支持板相互の調整手段が必要になる。

しかしながら、イオン源に１ｋＶ未滴の抽出電圧であっ
ても十分なビーム電流密度が提供される（いわゆるＥＣ
Ｒマイクロ波イオン源）場合には、一般に２つの抽出格
子、すなわち１つの支持板で十分である。

本発明対象の別の有利な実施態は、他の従属請求項から
明らかである。

更に、本発明は、イオン源用抽出格子に関し、該抽出格
子は本発明によれば、両側の全面的な、但し電気的に相
互に分離された金属被膜を有する温度安定性材料から成
る支持板と、金属被膜及び支持板を貫通する、実質的に
合同の孔パターンとを有することを特徴とする。

このような抽出格子は、有利には、支持板が１つの金属
的に導電性又は半導電性材料、２つの両面で制限する絶
縁物質層及びその上に配置された２つの金属被膜を有し
ていれば、第３の電極を含有することができる。

実施例 次に第１図〜第４図に示した実施例につき、本発明の詳
細な説明する。

第１図には、温度安定性の無機絶縁物質から成る支持板
１が示されておシ、該支持板には未だ金属被膜は施され
ていないが、但し既に前記の孔パターンを有し、この場
合には個々の孔の間にウェブが存在し、該ウェブは夫々
六角形の辺上を延びている、従って孔ノ４ターンは一種
のハネカム構造により形成されかつ制限される。

支持板の縁部には、完成した状態で支持板をイオン源と
結合することができるねじのための６個の比較的大きな
孔を有する。

第２図は、第１図の対象の拡大断面図を示す。

この場合には、支持板１は両面に夫々１つの会場被膜２
及び３を有し、しかも支持板１と金属被膜２及び３内に
は、個々の孔杢から成る合同の孔パターンが存在する。

換言すれば、金属被膜２及び３はウェブ５の領域内にの
み連結された被膜を有する。

上方の金属被膜２はいわゆるプラズマ側に存在し、一方
下方の金属被膜３はいわゆる基板側に存在する。プラズ
マ側はイオン６によって示されている。

第３図の実施例では、支持板１は半導体材料から成シ、
該半導体材料は第２図と一致して類似した孔パターンを
有している。しかしながら、該支持板はいわゆるコア領
域１ａを形成し、該コア領域は半導体材料から成しかつ
第３の電極を形成する。このコア領域は両者の面平行な
制限面に夫々１つの絶縁層７及び８を有し、かつこれら
はまた第２図と同様にその上に存在する夫々１つの金属
被膜２及び３を有する。

この場合も、コア領域１ａ、絶縁物質層７及び８並びに
金属被膜２及び３は、イオン６が幽該の孔４を貫通する
ことができるように、合同の孔パターンを有することは
明らかである。

第４図は、第３図による抽出格子をイオン源１０に組込
んだ状態を示す。イオン源１０には、室１１が属し、該
室にはイオン６から成るプラズマを発生させかつ維持す
るための、詳細には図示されていない装置が配属されて
いる。この室１１はその下側に開口１２を有し、該開口
は第３図による支持板１を有する抽出格子によって閉鎖
されている。金属被膜２及び３は従来の方法で、一方の
抽出格子又は一方の電極を形成する、プラズマに面した
金属被膜２が正の電位にあり、かつ他方の抽出格子又は
他方の電極を形成する金属被膜３がアース電位にあるよ
うに構成される。この配置は、作業空間、すなわち電極
３に面した範囲内の電界不在性を十分に保証する。半導
体材料から成るコア範囲１ａの正のバイアスが可変の場
合には、ビーム特性を制御電圧Ｕｓｔに基つき、ビーム
特性（エミツタンス）に影響するため及びイオンビーム
の均一化のために操作する可能性が付加的に開示される
。

この目的のために、半導体材料から成るコア領域１ａは
電圧源に接続されており、該電圧源１３内で可変制御電
圧Ｕｓｔが発生せしめられる。

いわゆる抽出電圧ＵＥｘｔｒは、金属被膜２及び凸に印
加された別の電圧源１４によって発生せしめられる。極
く簡単に略示されているにすぎない高周波源ＨＦは、室
１１内にプラズマを発生させるために役立つ。

図示の回路手段により、抽出すべきイオンと支持板との
相互作用を低下させることができ、従ってその熱的負荷
は小さく保持されかつこの位置での寄生的スパッタリン
グを減少させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は抽出光学素子の両者の面平行な表面の一万の平
面図、第２図は２つの金属被膜によって形成された２つ
の電極を有する抽出光学素子の断面図、第３図は２つの
金属被膜と、金属又は半導体材料から成るコア領域とに
よって形成された３つの電極を有する抽出光学素子の断
面図、及び第４図はイオン源と協働する第３図による抽
出光学素子の配置を示す図である。 １・・・支持板、１ａ・・・コア領域、２．３・・・金
属被膜、牛・・・孔パターン、７．８・・・絶縁物質層
。 図ｒｉｌｌ？’）ｉＩ’：’：（内−’；　Ｉ：　変”
Ｅ　すＩ　、　）ＦＩＧ、１ ２ｃｍ 手続補正書（方式） ％式％ 事件の表示　　昭和６２年特許願第１０１６４号発明の
名称 イオン源用抽出格子の製法及び抽出格子桟　　理　　人 補正の対象 （１）願書の特許出願人代表者の欄 （２）図面

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、イオン源用抽出格子を製造する方法において、温度
   安定性材料から成る支持板の両側に夫々１つの全面的な
   金属被膜を施し、かつ支持板及び金属被膜内に実質的に
   合同の孔パターンを形成することを特徴とする、イオン
   源用の抽出格子の製法。 ２、支持板にウェブ部を残して孔パターンを施し、引続
   きウェブに孔を開放した状態で両側に全面的な金属被膜
   を施す、特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３、全部又は一部分感光性材料から成る支持板を使用し
   、該支持板を孔パターンに基づき露光しかつ孔をエッチ
   ング処理により形成する、特許請求の範囲第２項記載の
   方法。 ４、無機材料から成る支持板を異方性エッチング法で製
   造する、特許請求の範囲第３項記載の方法。 ５、材料として感光性ガラスを使用する、特許請求の範
   囲第４項記載の方法。 ６、両側の金属被膜を真空法において施す、特許請求の
   範囲第１項記載の方法。 ７、真空被覆の際にマスクを使用する、特許請求の範囲
   第６項記載の方法。 ８、金属被膜を真空被覆に引続き高い沈着速度を伴う速
   度により補強する、特許請求の範囲第７項記載の方法。 ９、支持板として異方性エッチング特性を有する半導体
   材料を使用し、該材料上にます両面に絶縁材料から成る
   夫々１つの層を施し、かつ最後に夫々の絶縁物質層に金
   属被膜を施す、特許請求の範囲第１項記載の方法。 １０、金属被膜を選択的にマスキング処理により施しか
   つ後続のエッチング工程でエッチングマスクとして使用
   する、特許請求の範囲第９項記載の方法。 １１、両側の、全面的な、但し電気的に相互に分離され
   た金属被膜（２、３）を有する温度安定性材料から成る
   支持板（１）と、金属被膜及び支持板を貫通する、実質
   的に合同の孔パターン（４）とを有することを特徴とす
   る抽出格子。 １２、支持板（１）が１つの金属的に導電性又は半導電
   性材料から成るコア領域（１ａ）、両面で制限する２つ
   の絶縁物質層（７、８）及びその上に配置された２つの
   金属被膜（２、３）を有する、特許請求の範囲第１１項
   記載の抽出格子。