JPS63200435A - 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】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は、半導体装置製造技術における微細加工を施す
ための集束イオンビーム装置（ＦＩＢ装置）等のイオン
ビーム発生装置に関する。

Ｂ６発明の概要 本発明は、高電圧を印加してエミッタ先端からイオンビ
ームを発生させるイオンビーム発生装置において、上記
エミッタ先端に原子レベルの凹凸を形成することにより
、放射イオンの密度を高くするものである。

Ｃ３従来の技術 半導体装置の微細加工を行うためのイオンビーム発生装
置として、第５図に示すようなイオンビーム発生装置５
１が知られている。

ここで、この第５図を参照しながら、従来の一般的なイ
オンビーム発生装置の概略構造について説明する。

従来の一般的なイオンビーム発生装置５１は、高電圧が
引き出し電極（図示を省略する。）との間で印加される
エミッタ５２がイオンガンホルダ一部５３に保持されて
おり、そのエミッタ５２の先端より発生したイオンビー
ムは、アパーチャー５４、静電レンズ５５．偏向電極５
６によって走査され、ステージ５７上の半導体ウェハ５
８上で集束する。

このような構造を有するイオンビーム発生装置５１の上
記エミッタ５２は、高電圧が印加されてイオンビームを
発生させる機能を有しており、そのエミッタ５２の先端
部５２ａは、電界を集中させる目的で尖った形状にされ
ている。ここで、そのエミッタ５２の先端を尖った形状
にさせる技術について説明を加えると、従来、電極材料
としてのタングステン口・７ドの先端をＮａ　ＯＨ水溶
液に浸け、さらに電圧を印加する電界研磨法により行わ
れていた。

Ｄ０発明が解決しようとする問題点 このように従来のイオンビーム発生装置においては、先
端の尖ったエミッタ５２を用いてイオンビームの発生が
行われているが、その発生するイオンビームの放射パタ
ーンは、エミッタ形成材料の結晶構造に対応したものと
なり、このため放射されるイオンビームの強度分布が均
一化されてしまうと言った問題が生ずることになる。

すなわち、第９図に模式的に示すように、従来のイオン
ビーム発生装置にかかるエミッタ９０は、上述の如き電
界研磨法によって結晶構造に対応した形状となり、例え
ば、上記タングステン（体心立方構造：格子定数３．１
６人）の場合では、主要な結晶面９１が先端部に配列し
、その主要な結晶面間の結晶構造は原子層が階段状の如
く配列した形状となる。なお、第９図中、放射するイオ
ンビームＩＢを模式的に示している。

第８図は、このような従来のイオンビーム発生装置にお
けるイオンビーム放射パターンを示す模式図であって、
図中白抜き部分がイオンビームの放射パターンである。

このイオンビームの放射パターンをみると、上述のよう
なエミッタ形成材料の結晶構造に対応して同心円状の模
様のようなパターンでイオンビームが放射されているこ
とがわかる。

このように主要な結晶面９１が先端部に配列しそれら各
面の間で原子層が階段状の如く配列した形状を反映して
イオンビームが放射された時には、イオンビームの強度
分布が均一化され、これがレンズの能力等によっては分
散されて、ひいてはイオンビーム発生装置にかかる放射
イオンビームの密度の低下を生ずることになる。

そこで、本発明は上述の問題点に鑑み、イオンビームの
強度分布の均一化を防止し、分散なく密度の高いイオン
ビームを発生させるようなイオンビーム発生装置の提供
を目的とする。

Ｅ９問題点を解決するための手段。

本発明は、エミッタと引き出し電極間に高電圧を印加し
、上記エミッタ先端からイオンビームを発生させるイオ
ンビーム発生装置において、上記エミッタ先端に原子レ
ベルの凹凸を形成したことを特徴とするイオンビーム発
生装置により上述の問題点を解決する。

Ｆ９作用 エミッタ先端の形状を、従来のように主要な結晶面が先
端部に配列されそれら各面の間で原子層が階段状の如く
配列された形状とするのではなく、原子レベルの凹凸を
有するものとすることにより、凸部のところでイオン化
が促進され、そのイオン化の集中によって、放射イオン
ビームの密度を高めることができる。

Ｇ、実施例 本発明の好適な実施例を図面を参照しながら説明する。

まず、本実施例のイオンビーム発生装置は、前述の第５
図に示すような概略構造を有し、その特徴とするところ
はエミッタの先端部の形状が、第１図に示すように原子
レベルの凹凸を有するものである。そして、本実施例の
イオンビーム発生装置は、その原子レベルの凹凸を有す
るエミッタ１０を備えることによって、放射イオンビー
ムの密度を高めることができる。なお、エミッタ以外に
ついては説明を省略する。

ここで、このエミッタ１０の形状について詳述すると、
本実施例のイオンビーム発生装置にかかるエミッタは、
その先端が原子レベルの凹凸を有している。すなわち、
通常、尖鋭化されたエミッタ先端は、主要な結晶面が先
端部に配列されそれら各面の間で原子層が階段状の如く
配列された形状となっていたが、本実施例では、主要な
結晶面においても、或いは階段状の原子層の部分におい
ても、それぞれ表面の原子が欠落成いは突出するような
構造となる。この原子レベルの凹凸の凸部の寸法は、お
よそ数人〜数十人程度の大きさであり、本実施例のイオ
ンビーム発生装置は、このような凸部に引き出し電極と
の間で印加される電界が集中し、発生するイオンビーム
の分散が防止されて、当該イオンビームの密度は高いも
のとなる。

したがって、本実施例のイオンビーム発生装置を半導体
装置製造工程で用いることで、一層の微細加工が可能と
なる。

第６図は、原子レベルの凹凸が形成されたエミッタ先端
を有するエミッタからのイオンビームの放射パターンを
示す模式図であり、第８図と比較して、乱雑なパターン
となってはいるが、個々のビームの強度は強くなってお
り、イオンビームの密度が高くなっていることがわかる
。また、第７図は引き出し電極との間の印加電圧を低く
した場合のイオンビームの放射パターンを示す模式図で
あり、同様に乱雑なパターンとなってはいるが、個々の
ビームの強度は強くなっている。

このような原子レベルの凹凸形状にエミッタ先端を加工
することによって、放射するイオンビームの密度を高め
ることができるが、その加工は次のような方法によって
行うことができる。

まず、第２図に示すように、タングステンロフトのエミ
ッタ材料を用い、電解研磨法によりその先端部を尖鋭化
する。電解研磨法は、Ｎａ０）Ｉ水溶液に上記タングス
テンロフトの先端を浸け、所定の電圧を印加して行う。

この電解研磨法によって、当該エミツタ材１０は、エミ
ッタ先端１１の曲率半径が１００〜３００人程度の寸法
に加工される。

次に、第３図に示すように、尖鋭化されたエミツタ材ｌ
Ｏに高電圧を印加し、エミッタ先端１１の原子を電界蒸
発させて、その曲率半径を大きくする。ここで、その高
電圧の大きさは、１５〜３０ｋＶ程度であり、このよう
な高電圧を印加することによって、曲率半径が６００〜
１０００人程度の半球面或いは多面形状のエミッタ先端
が得られることになる。

曲率半径を６００〜１０００人程度に大きくした後、第
４図に示すように、そのエミッタ先端の部分に原子レベ
ルの凹凸を付与する。この原子レベルの凹凸の付与の方
法は、放電、イオンミリング法等の電子或いはイオンの
衝撃による方法があり、また、その他に極めて短時間の
電解研磨法等の化学的エツチングを施す方法がある。そ
して、このような処理を施すことにより、凸部の寸法が
およそ数人〜数十人程度の大きさの原子レベルの凹凸が
得られることになる。

このような原子レベルの凹凸が付与されたエミッタを有
する本実施例のイオンビーム発生装置は、上記原子レベ
ルの凹凸における凸部に引き出し電極との間で印加され
る電界が集中し、発生するイオンビームの分散が防止さ
れて、当該イオンビームの密度は高いものとなる。した
がって、本実施例のイオンビーム発生装置を半導体装置
製造工程で用いることで、さらに微細な微細加工が可能
となる。

Ｈ０発明の効果 本発明のイオンビーム発生装置は、そのエミッタ先端に
原子レベルの凹凸を有していることから、発生するイオ
ンビームの分散を防止して、そのイオンビームの密度を
高めることができる。したがって、半導体装置製造にお
いて、当該イオンビーム発生装置を用いることで、一層
の微細加工が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のイオンビーム発生装置にかかるエミッ
タの一例の要部拡大図である。また、第２図〜第４図は
本発明のイオンビーム発生装置にかかるエミッタを加工
する方法を説明するためのそれぞれエミツタ材の要部拡
大図であって、第２図は電解研磨加工時、第３図は電界
蒸発時、第４図は原子レベルの凹凸を形成した時のそれ
ぞれ要部拡大図である。 また、第５図は一般的なイオンビーム発生装置の概略構
造を示す模式図、第６図は本発明のイオンビーム発生装
置にかかる放射パターンの一例を示す模式図、第７図は
本発明のイオンビーム発生装置にかかる放射パターンの
他の一例を示す模式図、第８図は従来のイオンビーム発
生装置にかかる放射パターンを示す模式図、第９図は従
来のイオンビーム発生装置にかかるエミッタ先端の形状
を示す要部拡大図である。 １０・・・エミッタ １１・・・エミッタ先端 特　許　出　願　人　　ソニー株式会社代理人　　　弁
理士　　　　　小泡　見向　　　　　　　　　田村果− 第１図 第２図　　　第３図　　　第４図 第５図 ； フ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 エミッタと引き出し電極間に高電圧を印加し、上記エミ
   ッタ先端からイオンビームを発生させるイオンビーム発
   生装置において、 上記エミッタ先端に原子レベルの凹凸を形成したことを
   特徴とするイオンビーム発生装置。