JPS6329926B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はイオン源に関し、特にイオン化される
物質として金属あるいは合金を使用したイオン源
に関する。

金属イオン源によるイオンビーム露光はフオト
レジスト内でのイオンの拡散が電子ビームによる
露光と比較して小さいことから、微細パターンの
露光を行うことができる。又金属イオン等を細く
絞つて半導体ウエハ上の所望微細領域に照射すれ
ば、マスクレスのイオン注入が可能である。従つ
てイオンによる微細加工は超LSI製造の将来技術
として注目をされており、それに適した金属イオ
ン源の研究が各方面で盛んに行われている。この
種イオン源は通常イオン化すべき物質をリザーバ
に入れ、該リザーバを直接あるいは間接的に加熱
することによつて該物質を加熱して液状とし、該
液状物質を先端の径が1μｍ程度に鋭くされた針
状部材の先端部に導き、該先端部近傍に形成され
た強電界によつてイオン化するようにしている。
このようなイオン源は物質を加熱して液状としな
ければならず、従つて融点の高い物質を単体の状
態ではイオン化物質として使用することができな
い。その結果、一般に合金の融点はその合金を構
成する物質単体の融点よりも低いことから高融点
の物質のイオンを得るためにはその物質を含む合
金を上述したリザーバに入れ、加熱して液状とし
ている。例えば、融点が2000℃以上の硼素(B)のイ
オンを得たい場合には、白金（Pt）との合金Pt
−Ｂ（融点795℃）を用い、該Pt−Ｂを加熱して
液状とし、強電界によつてPtイオンとＢイオン
とを発生させ、更に両イオンの混合したイオンビ
ームを直交する電界と磁界からなるウイーン型の
質量分離器の如き分離器に導き、Ｂイオンのみを
得るようにしている。

ところで、上述した合金を使用したイオン源に
おいて、針状部材としては通常タングステンが用
いられているが、該部材の表面部分は液状となつ
た合金と反応し、該合金に溶け込む。従つて、得
られるイオンビームには余分な部材金属のイオン
が含まれることになり、更に液状金属にタングス
テンが溶け込むことによつて新たな合金が作られ
ることになる。このタングステンが混入した新た
な合金、例えばPt−Ｂ−Ｗは融点が高く、例え
ばPt−Ｂの融点程度に加熱された状態において
は固化して塊を生じる。この塊はリザーバから針
状部材先端部への液状金属の流れを悪くし、結果
としてイオンビームの発生が不安定となつて使用
不可能となる。このような現象は合金以外でもタ
ングステンと反応性を有する金属単体をイオン化
物質とした場合にも生じる。

本発明は上述した点に鑑みてなされたもので、
長時間にわたつて安定したイオンビームを発生し
得る金属あるいは合金を使用したイオン源を提供
することを目的とする。

本発明に基づくイオン源は、イオン化すべき物
質を貯蔵するリザーバ部と、該リザーバ部から液
状物質が供給される針状先端部を有した針状部材
と、該針状先端部に強電界を形成するための手段
と、該イオン化すべき物質を加熱するための手段
とを備えたイオン源において、該針状部材を耐熱
性を有し、更に液状物質と反応しない絶縁物によ
つて形成すると共に、該針状部材の先端部表面の
み予め導電性処理をしたことを特徴としている。

以下本発明の一実施例を添付図面に基づき詳述
する。

第１図は本発明の一実施例であるイオン源の断
面図を示しており、第２図は第１図におけるＡ−
A′断面図である。図中１は内部に合金、例えば
Pt−Ｂ２が入れられたリザーバであり、該リザ
ーバ１は例えば白金によつて形成されている。該
リザーバ１はタンタルの如き変形し易い２枚の金
属板３，４によつて挾まれて支持されており、該
２枚の金属板３，４の夫々の端部は互いに合せら
れ、スポツト溶接されている。該リザーバ１の底
部には細孔５が設けられており、該細孔５を貫通
してセラミツク製の針状部材６が配置される。該
針状部材６の一端は該金属板に固着されており、
針状の他端は引き出し電極７に対向して配置され
ているが、該針状の先端部は予めその径が1μｍ
程度に尖鋭にされている。該金属板３，４にはタ
ングステン製のフイラメント８，９の一端がスポ
ツト溶接されており、該フイラメント８，９の他
端は夫々碍子１０によつて固定されているステム
１１，１２に溶接されている。該金属板３，４及
びフイラメント８，９の表面にはセラミツクコー
テイング１３が施されている。なお、図示してい
ないが該ステム１１，１２は引き出し電圧電源及
び加速電源に接続されることから、該リザーバ１
と引き出し電極７との間には5KV乃至10KVの引
き出し電圧が印加され、該リザーバ１と接地電位
の陰極１４との間には20KV乃至100KVの加速電
圧が印加され、後述するように針状部材６先端部
が導電性の液状合金によつて覆われた後において
は、該針状部材６の先端部には強電界が形成され
る。

上述した如き構成において、ステム１１と１２
との間には加熱電源（図示せず）から加熱電流が
供給され、その結果タングステンフイラメント
８，９は加熱される。該フイラメントの加熱に伴
い、伝導熱によつてリザーバ１内部の合金２は加
熱され、該合金（Pt−Ｂ）の融点以上に加熱さ
れると合金は液状となる。該リザーバ１内部で液
状となつた合金はリザーバ１底部の細孔５を通
り、針状部材先端部にまで移動する。該先端部に
達し、該先端部を覆つた液状合金は強電界によつ
てテーラーの円錐（Talor Cone）と称される円
錐突起を形成する。この円錐突起の先端部の径は
0.03μｍ程度と極めて細く、従つてその先端部近
傍には著しく電界が集中することになる。該先端
部の合金はこの強電界によつて電界蒸発し、イオ
ン化され、PtイオンとＢイオンとが発生し陰極
１４によつて加速される。該加速されたイオンは
該陰極１３の下部に配置された、例えばウイーン
型の質量分離器（図示せず）に導かれてＢイオン
のみが選別され、イオン注入等のために使用され
る。

このようなイオン源はイオンの発生部の径が針
状部材６の先端部の合金による円錐突起先端の径
に略等しいことから極めて細く収束することがで
きると共に、該円錐突起先端近傍には強電界が形
成されるため、高輝度のイオンビームを得ること
ができ、超LSI製造過程のイオンビーム露光、イ
オン注入等の処理工程に使用して好適である。こ
こで、上述した実施例においては、針状部材６と
して絶縁物であるセラミツクを使用しているた
め、白金が基となつている共晶合金Pt−Ｂが液
状となつても、該部材材料であるセラミツク（絶
縁物）は該合金と反応せず、該液状合金に溶ける
ことはない。従つて液状合金の構成比は長時間の
使用によつても変化せず、加熱温度が一定温度以
上である限り、合金は固化することなく安定に針
状部材６先端に供給される。尚この実施例では合
金として白金と硼素との共晶合金を使用したが、
例えば合金として金とシリコンとの共晶合金
（Au−Si）を使用しても良く、又他の合金、例え
ばPd−Ni−Ｂ−As、あるいは金属単体も使用目
的に応じて用いることができる。

更に上述した実施例ではリザーバ１の材料とし
て白金を用いていることから、リザーバ材料と液
状合金（Pt−Ｂ）とが反応し、該材料が合金中
に溶け込むことはなく、合金の成分及び構成比は
長時間に渡つて一定に維持される。又タングステ
ンフイラメント８，９の表面にはセラミツクコー
テイングが施されているので、該フイラメント部
分にまで熱拡散によつて到達した液状合金と該タ
ングステンフイラメントとが反応してタングステ
ンが合金に溶け込み、その結果フイラメントの径
が細くなり、その部分がより加熱されて断線する
如き恐れは無い。又金属板３，４もセラミツクコ
ーテイングされているので、金属板材料が液状合
金に溶け込むことは防止される。

更に又、上述した実施例においては、該針状部
材先端部表面のみ、適宜な金属を蒸着する等によ
つて導電性を有するように予め処理されている。
このように処理することにより、初期の状態にお
いて、針状部材の先端部にはイオン化物質が存在
せず、液状となつた物質が該先端部に移動した後
にテーラーの円錐が形成され、望ましいイオン化
が行われるが、該針状先端部に金属が蒸着されて
いると、その部分での液状イオン化物質の移動速
度は極めて速くなる。更に該導電性針状部材先端
部とリザーバとが、該リザーバ内の物質を介して
導通するため、該先端部には液状物質が存在しな
い初期の状態においても、強電界が形成され、該
強電界によつてリザーバ内の液状物質が引張られ
ることから、初期の状態においても、円滑なイオ
ン化を行うことができる。尚、該先端部の導電性
処理は、蒸着以外にもイオン注入等によつても行
うことができる。又先端部表面の導電性物質とし
ては、イオン化する物質がPt−Ｂの場合、白金
を使用すれば、イオン化される合金と反応せず、
該合金の成分及び構成比は一定に維持される。又
該導電性物質としてイオン化される合金とは無関
係の例えば、タングステンを用いても良い。この
場合、初期状態においては、イオン化される合金
中にタングステンが溶け込むことになるが、蒸着
されたタングステンの量は僅かであるため、一定
時間経過後にはイオンビーム中にはタングステン
イオンは含まれなくなり、その後は合金の成分及
び構成比は一定に維持され、安定なイオンビーム
を得ることができる。

以上詳述した如く、本発明に基づくイオン源
は、長時間に渡つて安定したイオンビームを発生
し得るものである。尚、本発明は上述した実施例
に限定されることなく幾多の変形が可能である。
例えば、本発明は、イオン化される物質が合金の
場合のみならず、単体金属を用いる場合にも適用
することができる。更に、リザーバとして容器状
のものを用いず、例えば針状部材あるいはフイラ
メントの一部をコイル状に巻回し、該コイル部分
をリザーバとして合金を保持するようにしても良
い。更に又、加熱手段としてリザーバの周囲にヒ
ータを巻回し、該ヒータからの輻射熱によつてリ
ザーバ更にはイオン化される合金を間接的に加熱
するようにしても良い。尚、針状部材の材料とし
てはセラミツク以外にも石英ガラスあるいは石英
ガラスを主成分とする材料を用いることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例であるイオン源の断
面図であり、第２図は第１図のＡ−A′断面図で
ある。 １：リザーバ、２：合金、３，４：金属板、
５：細孔、６：針状部材、７：引き出し電極、
８，９：フイラメント、１０：碍子、１１，１
２：ステム、１３：セラミツクコーテイング、１
４：陰極。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ イオン化すべき物質を貯蔵するリザーバ部
   と、該リザーバ部から液状物質が供給される針状
   先端部を有した針状部材と、該針状先端部に強電
   界を形成するための手段と、該イオン化すべき物
   質を加熱するための手段とを備えたイオン源にお
   いて、該針状部材を耐熱性を有し、更に液状物質
   と反応しない絶縁物によつて形成すると共に、該
   針状部材の先端部表面のみ予め導電性処理をした
   ことを特徴とするイオン源。 ２ 該絶縁物はセラミツクである特許請求の範囲
   第１項に記載のイオン源。 ３ 該絶縁物は石英ガラスである特許請求の範囲
   第１項に記載のイオン源。